CN105043550B - 双臂扫摆式干涉仪系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学检测设备的光学组件，具体涉及一种双臂扫摆式干涉仪系统，包括底座上设置的分束镜、由第一反射镜和第二反射镜构成的反射通道，反射通道一端设有与透射光束垂直的第一后向反射镜以及与反射光束垂直的第二后向反射镜，所述第一、第二反射镜相对于底座摆动设置，第一、第二反射镜在摆动过程中镜面始终保持平行，且转轴垂直于透射光束和反射光束所在的平面。本发明的特点在于，首先它利用平面镜实现了光束的原路返回，对倾斜不敏感，便于设备的校准；其次它将动镜的直线运动转变为平台的扫摆运动，相对于直线运动而言，扫摆运动可以降低动镜驱动的复杂性，易于实现。

Description

双臂扫摆式干涉仪系统

技术领域

本发明属于光学检测设备的光学组件，具体涉及一种双臂扫摆式干涉仪系统。

背景技术

干涉仪是傅立叶变换光谱仪(FTS)的核心部分，决定着光谱仪的主要性能指标，但是经典Michel son干涉仪结构对光学系统的精密性、镜子的对准以及扫描驱动系统的要求非常苛刻，因此常用的干涉仪系统均对此有所改进。

为了减小经典Michel son干涉仪结构中动镜倾斜的影响，降低对镜子的对准性和动镜驱动性能的要求，需要对干涉仪进行倾斜补偿。在干涉仪光机结构方面采用的倾斜补偿结构主要有：角反射镜式干涉仪结构和平面镜摆动式干涉仪结构。其中,利用角反射镜代替平面反射镜，可以降低对动镜对准的要求，从而也降低了动镜运动过程中对动镜驱动的要求。不过虽然它可以保证出射光束与入射光束的平行性，但是由于出射光束并不是沿原路返回，因此会引入侧向位移，从而在使用过程中，需要精确的初始校准。

发明内容

本发明的目的是提供一种驱动结构简单、且便于设备校准的扫摆式干涉仪。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种干涉仪，包括底座上固定设置的分束镜，平行光束入射到该分束镜上，形成透射光束和反射光束；还包括由相互平行且相对设置的第一反射镜和第二反射镜构成的反射通道，所述分束镜位于该反射通道的一端，所述透射光束和反射光束进入该反射通道并在第一、第二反射镜之间反射，所述透射光束和反射光束至少分别在第一、第二反射镜上反射一次，然后从反射通道另一端射出，该端设有与透射光束垂直的第一后向反射镜以及与反射光束垂直的第二后向反射镜，所述透射光束和反射光束分别经第一、第二后向反射镜反射后由原路径返回，并在分束镜汇合形成出射平行光束；所述第一、第二反射镜相对于底座摆动设置，第一、第二反射镜在摆动过程中镜面始终保持平行，且摆动时的转轴垂直于透射光束和反射光束所在的平面。

本发明的技术效果在于：本发明采用四平面镜双臂扫摆式干涉仪系统,用于傅立叶变换光谱仪，通过转动第一、第二反射镜,可以同时改变两路不同光路的光程,从而通过转动较小的角度,即可获得较大的光程差，平面镜摆动式结构的特点在于，首先它利用平面镜实现了光束的原路返回，对倾斜不敏感，便于设备的校准；其次它将动镜的直线运动转变为平台的扫摆运动，相对于直线运动而言，扫摆运动可以降低动镜驱动的复杂性，易于实现。

附图说明

图1、图2是本发明的立体结构示意图，为方便观察内部结构，图1中并未示出盖板结构；

图3、图4是本发明的俯视图，其中图3中的转动平台为初始工位即中间角度工位，图4中的转动平台为逆时针旋转α角之后的工位；

图5是本发明的局部立体结构示意图；

图6是本发明另一实施例的俯视图。

具体实施方式

如图1、3、4所示，一种双臂扫摆式干涉仪系统，包括底座40上固定设置的分束镜10，平行光束入射到该分束镜10上，形成透射光束和反射光束；还包括由相互平行且相对设置的第一反射镜21和第二反射镜22构成的反射通道，所述分束镜10位于该反射通道的一端，所述透射光束和反射光束进入该反射通道并在第一、第二反射镜21、22之间反射，所述透射光束和反射光束至少分别在第一、第二反射镜21、22上反射一次，然后从反射通道另一端射出，该射出端设有与透射光束垂直的第一后向反射镜31以及与反射光束垂直的第二后向反射镜32，所述透射光束和反射光束分别经第一、第二后向反射镜31、32反射后由原路径返回，并在分束镜10汇合形成出射平行光束；所述第一、第二反射镜21、22相对于底座40摆动设置，第一、第二反射镜(21、22)在摆动过程中镜面始终保持平行，且摆动时的转轴垂直于透射光束和反射光束所在的平面。上述所说的两后向反射镜实际上就是平面反射镜，并非其他特殊镜片，命名为后向反射镜一方面是为了在特征名称上进行区分，另一方面也能够反映该镜片的安装方位。

实施例1

如图1-5所示，作为本发明的优选实施例，所述底座40上设有转动平台20，所述转动平台20由驱动单元驱动旋转，所述第一、第二反射镜21、22均安装在转动平台20上且分置于转动平台20两侧。该实施例中两反射镜绕同一转轴转动，能够轻松控制两反射镜同步动作，大大简化了传动结构。

进一步的，当转动平台20摆动到中间工位时，所述分束镜10位于第一、第二反射镜21、22之间的对称面上。所述转动平台20的转动中心位于第一、第二反射镜21、22之间的对称面上。本发明的设备结构具有对称性，使系统稳定可靠,对温度变化不敏感。

优选的，所述分束镜10安装在底座40上设置的固定支架11上，所述分束镜10的部分镜面悬伸至第一、第二反射镜21、22之间。

进一步的，如图2、3、4所示，所述第一、第二后向反射镜31、32安装在调节支架上，所述调节支架包括立式设置的第一安装板33和第二安装板34，所述第一安装板33的一条竖边与底座40上设置的框架30固接，第二安装板34的一条横边与该框架30固接，第一、第二安装板33、34由于自身弹性可绕固定边摆动，第一、第二安装板33、34的自由端均设有螺纹孔，所述螺纹孔内设有调节螺钉35，所述调节螺钉35顶在框架30上，所述框架上还设有两导销36，所述两导销36分别穿过第一、第二安装板33、34且外端设有凸肩，所述导销上套设有复位弹簧37，所述第一后向反射镜31安装在第一安装板33的内侧，所述第二后向反射镜32安装在第二安装板34的内侧。第一安装板33能够对第一后向反射镜31的左右偏转角进行微调，进而调整所述透射光束的水平位移，第二安装板34能够对第二后向反射镜32的俯仰角进行微调，进而调整反射光束的纵向位移，两者协同调节，就能够使分束镜上汇合的透射光束和反射光束重合。

优选的，如图2所示，所述第一安装板33和第二安装板34均为直角三角形结构，且两直角三角形的斜边相互对齐形成矩形结构。该矩形结构遮挡在反射通道的一端，兼做反射通道的端板，能够防止外部环境对反射通道内的光束造成干扰。进一步的，如图2所示，为了使第一、第二安装板33、34更易产生形变，分别在第一、第二安装板33、34上开设了纵向条槽331和横向条槽341。

优选的，所述驱动单元包括转动平台20上设置的电磁线圈24和底座40上设置的永磁体42，所述电磁线圈24安装在转动平台20侧面向外悬伸设置的悬伸支架23上，所述底座40上设有相互间隔的上下两层永磁体42，所述电磁线圈24位于两层永磁体42之间。通过控制电磁线圈24的电流方向就能够调节转动平台20的正反转，电磁线圈24的驱动信号由自动控制系统提供，能够实现精确控制、精准定位。

进一步的，所述反射通道上方设有盖板50，所述盖板50两端与底座40上的凸起结构固连，该凸起结构可以是上述的固定支架11和框架30，所述盖板50的两条分别与第一、第二反射镜21、22相对的侧边呈中间凸两边凹的弯折状或弯曲状，以便转动平台20旋转过程中，盖板50对第一、第二反射镜21、22进行避让。

本实施例中，假设透射光束和反射光束的夹角为θ，转动平台旋转角度为α，则有光程差x的计算公式为：

实施例2

所述第一、第二反射镜21、22分别通过一根转轴25、26与底座40转动连接，且两者转动角度和转动方向同步。该实施例与实施例1相比，只是第一、第二反射镜的转动方式存在区别，其他结构基本与实施例1相同。

Claims (9)

1.一种双臂扫摆式干涉仪系统，其特征在于：包括底座(40)上固定设置的分束镜(10)，平行光束入射到该分束镜(10)上，形成透射光束和反射光束；还包括由相互平行且相对设置的第一反射镜(21)和第二反射镜(22)构成的反射通道，所述分束镜(10)位于该反射通道的一端，所述透射光束和反射光束进入该反射通道并在第一、第二反射镜(21、22)之间反射，所述透射光束和反射光束至少分别在第一、第二反射镜(21、22)上反射一次，然后从反射通道另一端射出，该射出端设有与透射光束垂直的第一后向反射镜(31)以及与反射光束垂直的第二后向反射镜(32)，所述透射光束和反射光束分别经第一、第二后向反射镜(31、32)反射后由原路径返回，并在分束镜(10)汇合形成干涉平行光束；所述第一、第二反射镜(21、22)相对于底座(40)摆动设置，第一、第二反射镜(21、22)在摆动过程中镜面始终保持平行，且摆动时的转轴垂直于透射光束和反射光束所在的平面；

所述第一、第二后向反射镜(31、32)安装在调节支架上，所述调节支架包括立式设置的第一安装板(33)和第二安装板(34)，所述第一安装板(33)的一条竖边与底座(40)上设置的框架(30)固接，第二安装板(34)的一条横边与该框架(30)固接，第一、第二安装板(33、34)由于自身弹性可绕固定边摆动，第一、第二安装板(33、34)的自由端均设有螺纹孔，所述螺纹孔内设有调节螺钉(35)，所述调节螺钉(35)顶在框架(30)上，所述框架上还设有两导销(36)，所述两导销(36)分别穿过第一、第二安装板(33、34)且外端设有凸肩，所述导销上套设有复位弹簧(37)，所述第一后向反射镜(31)安装在第一安装板(33)的内侧，所述第二后向反射镜(32)安装在第二安装板(34)的内侧。

2.根据权利要求1所述的双臂扫摆式干涉仪系统，其特征在于：所述底座(40)上设有转动平台(20)，所述转动平台(20)由驱动单元驱动其做往复摆动，所述第一、第二反射镜(21、22)均安装在转动平台(20)上且分置于转动平台(20)两侧。

3.根据权利要求1所述的双臂扫摆式干涉仪系统，其特征在于：所述第一、第二反射镜(21、22)分别通过一根转轴(25、26)与底座(40)转动连接。

4.根据权利要求2所述的双臂扫摆式干涉仪系统，其特征在于：当转动平台(20)摆动到中间工位时，所述分束镜(10)位于第一、第二反射镜(21、22)之间的对称面上。

5.根据权利要求4所述的双臂扫摆式干涉仪系统，其特征在于：所述转动平台(20)的转动中心位于第一、第二反射镜(21、22)之间的对称面上。

6.根据权利要求1所述的双臂扫摆式干涉仪系统，其特征在于：所述分束镜(10)安装在底座(40)上设置的固定支架(11)上，所述分束镜(10)的部分镜面悬伸至第一、第二反射镜(21、22)之间。

7.根据权利要求1所述的双臂扫摆式干涉仪系统，其特征在于：所述第一安装板(33)和第二安装板(34)均为直角三角形结构，且两直角三角形的斜边相互对齐形成矩形结构。

8.根据权利要求2所述的双臂扫摆式干涉仪系统，其特征在于：所述驱动单元包括转动平台(20)上设置的电磁线圈(24)和底座(40)上设置的永磁体(42)，所述电磁线圈(24)安装在转动平台(20)侧面向外悬伸设置的悬伸支架(23)上，所述底座(40)上设有相互间隔的上下两层永磁体(42)，所述电磁线圈(24)位于两层永磁体(42)之间。

9.根据权利要求1所述的双臂扫摆式干涉仪系统，其特征在于：所述反射通道上方设有盖板(50)，所述盖板(50)两端与底座(40)上的凸起结构固连，所述盖板(50)的两条分别与第一、第二反射镜(21、22)相对的侧边呈中间凸两边凹的弯折状或弯曲状。