CN113391409B - 光学部件安装座 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及光学部件安装座。提供了一种用于提供光学元件(130)的温度相关的移动的设备(180)，该设备包括：用于光学元件(130)的可移动安装座(182)；附接到可移动安装座(182)的安装座移动部件(184‑1)；以及附接到安装座移动部件(184‑1)并被配置成引导可移动安装座(182)的移动的引导件(186)。设备(180)被配置成使得安装座移动部件(184‑1)和引导件(186)之间的响应于设备(180)的温度变化的热收缩或热膨胀的差异导致安装座移动部件(184‑1)相对于引导件(186)移动可移动安装座(182)。

Description

光学部件安装座
技术领域
本文的示例性方面总体涉及光学领域，并且更具体地，涉及用于安装光学部件(诸如透镜、反射镜、光电探测器和类似物)的安装座(mount)。
背景
光学仪器通常包括安装在框架或基座上的多个光学部件。举例来说，分光计通常包括(如图1a中示意性地图示的)：准直透镜10，其被布置成准直从位于准直透镜10的焦平面30中的光纤或其他光波导20接收的光；衍射光栅40，其被布置成接收准直光并提供包括光的空间分离的光谱成分(spectral components)的散射光；以及聚焦透镜50，其被布置成接收散射光并将接收到的散射光聚焦到位于聚焦透镜40的焦平面70中的光检测器60上的光斑上。在常规分光计中，这些光学部件通常安装在分光计的框架上，该框架通常由铝或其他金属制成。将光波导20的端部精确地放置在准直透镜10的焦平面中，并将光检测器60精确地放置在聚焦透镜50的焦平面中，这使得传感器上的光斑尺寸最小化，并提高了分光计的性能。不仅在分光计中，而且还在许多其他光学仪器中，出现了对光学部件的这种精确放置的需求，例如，以便优化光学仪器在处理光以增强用于观察或记录的图像方面的性能，或者分析光并确定其特征属性中的一个或更多个(例如，光谱含量或偏振)。
概述
当常规光学仪器的温度变化时(例如，由于光学仪器的环境温度的变化和/或由于其部件的操作引起的光学仪器的加热或冷却)，光学仪器的框架经历热膨胀或热收缩，并且安装在仪器的框架上的光学元件之间的距离因此偏离它们的最佳值。这会降低光学仪器的性能。例如，在上述类型的常规分光计中，输入光波导20的端部和准直透镜10之间的距离(和/或聚焦透镜50和光检测器60之间的距离)随着温度变化而偏离其最佳值会导致光斑尺寸随着温度变化而增加，并因此降低分光计的性能。例如，如图1b中图示的，伴随着从时间T1到时间T2的分光计框架的温度增加，分光计框架的热膨胀导致光波导20和准直透镜10之间的距离从距离D1(T1)增加到距离D1(T2)，而聚焦透镜50和光检测器60之间的距离从距离D2(T1)增加到距离D2(T2)，从而导致光斑尺寸增加。使分光计或其他光学仪器消热差的常规途径通常依赖于使用具有非常低的热膨胀系数的材料用于仪器的框架。然而，具有这种属性的材料，诸如InvarTM(FeNi36)或类似物，通常很昂贵，使得以这种方式消热差的光学仪器生产成本高。
鉴于使光学仪器消热差的常规途径的上述缺点，本发明人根据本文的至少一些示例性实施例已经设计了一种用于提供光学元件的温度相关的移动的设备，该设备可以用于将光学元件安装在光学仪器中。该设备可以被调整以提供光学元件的温度相关的移动，该移动补偿例如仪器中的可以固定到光学仪器的框架的至少一些其他光学元件的热引发的相对移动(thermally-induced relative movement)，从而在光学仪器要操作的整个温度范围内保持光学仪器的性能(例如，在上文讨论的常规分光计的情况下，经由基本上恒定的光斑尺寸)。
更详细地，根据本文的第一示例方面，提供了一种用于提供光学元件的温度相关的移动的设备，该设备包括用于光学元件的可移动安装座、附接到可移动安装座的安装座移动部件、以及附接到安装座移动部件并被配置成引导可移动安装座的移动的引导件。该设备被配置成使得安装座移动部件和引导件之间的响应于设备的温度变化的热收缩或热膨胀的差异导致安装座移动部件相对于引导件移动可移动安装座。
根据本文的第二示例方面，还提供了一种光学仪器，该光学仪器包括框架和根据上文阐述的第一示例方面的设备，在框架上安装有多个光学元件。多个光学元件中的一个光学元件安装在设备的可移动安装座上，并且该设备的安装座移动部件被配置成随着光学仪器的温度变化移动安装在可移动安装座上的光学元件，以便随着温度变化补偿框架上的其他光学元件中的第一光学元件和第二光学元件之间的光路距离的变化。
根据本文的第三示例方面，还提供了一种用于提供光学元件的温度相关的移动的设备，该设备包括基座、用于光学元件的可移动安装座、以及附接到可移动安装座和基座的安装座移动部件，安装座移动部件被配置成通过安装座移动部件的热膨胀或热收缩随着设备的温度变化相对于基座移动可移动安装座。
根据本文的第四示例方面，还提供了一种光学仪器，该光学仪器包括框架和根据上文阐述的第三示例方面的用于提供光学元件的温度相关的移动的设备，框架上安装有多个光学元件，该设备经由设备的基座安装在框架上。多个光学元件中的一个光学元件安装在设备的可移动安装座上，并且设备的安装座移动部件被配置成通过安装座移动部件的热膨胀或热收缩随着光学仪器的温度变化相对于框架移动安装在可移动安装座上的光学元件，以便随着温度变化补偿框架上的其他光学元件中的第一光学元件和第二光学元件之间的光路距离的变化。
附图简述
现在将仅通过非限制性示例参考下文描述的附图来详细解释示例性实施例。在附图中的不同附图中出现的相似的参考标记可以表示相同的或在功能上相似的元件，除非另有指示。
图1a是常规分光计中的光学部件的布置的示意性图示。
图1b是图1a的常规分光计中的光学部件的布置如何响应于温度升高而变化的示意性图示。
图2图示了根据本文描述的第一示例性实施例的分光计。
图3是根据本文描述的第一示例性实施例的分光计中的挠性安装座(flexuremount)的示意性平面视图。
图4是根据本文描述的第二示例性实施例的用于提供光学元件的温度相关的移动的设备的横截面视图。
图5a是根据本文描述的第三示例性实施例的用于提供光学元件的温度相关的移动的设备的横截面视图。
图5b是根据本文描述的示例性实施例的分光计的示意性图示，该分光计包括图5a的设备。
示例性实施例的详细描述
现在将参考附图更详细地描述本文的示例性实施例。
第一示例性实施例
图2是根据第一示例性实施例的分光计100的示例形式的光学仪器的示意性图示。
分光计100包括分光计框架(主体)110(其上安装有用于光波导(未示出)的插座120)、准直透镜130、衍射光栅140、聚焦透镜150、(可选的)反射镜160和光检测器170。分光计100还包括用于提供准直透镜130的温度相关的移动的设备180。更具体地，准直透镜130安装在设备180的可移动安装座上，其示例在下文更详细地描述。设备180的安装座移动部件被配置成响应于分光计100的温度变化来移动可移动安装座和其上的准直透镜130，以便补偿由于温度变化而引起的框架110的膨胀所引起的聚焦透镜150和光检测器170之间的光路长度的变化，并因此保持光检测器170(例如光检测器的光记录表面，诸如光电检测器阵列)上的光斑的尺寸基本上与温度无关(即，补偿光斑的尺寸随温度变化的变化，或者换句话说，防止光斑的尺寸随温度变化)。
然而，应当注意，可替代地，示例性实施例的设备180可以被布置成提供插座120、聚焦透镜150或光检测器170的温度相关的移动。此外，分光计100的这些光学部件中的两个或更多个可以安装在示例性实施例的相应设备180的可移动安装座上。分光计100中包括的一个或更多个设备180中的每一个的安装座移动部件可以被配置成随着温度变化移动安装在相应的可移动安装座上的相应的光学元件，以便保持光检测器170上的光斑的尺寸基本上与温度无关。
更一般地，根据本文的示例性实施例的设备可以被布置成提供光学仪器的任何光学部件的温度相关的移动，该移动可以补偿光学仪器的任何其他光学部件之间的光路距离的变化，该变化响应于光学仪器的温度变化而发生，并且光学仪器的性能的任何方面可能由于光路距离的这种变化而导致降低。因此，本文描述的用于提供光学元件的温度相关的移动的设备的示例性实施例不仅可以用于分光计中，而且还可以用于多种其他光学仪器中，诸如用于激光源、光纤耦合系统和需要精准控制光束的准直和/或聚焦的任何其他装置中。
设备180包括：用于准直透镜130的可移动安装座182；安装座移动部件184-1，其包括第一杆184-1a和第二杆184-1b；以及引导件186，其附接到可移动安装座182和安装座移动部件184-1并被配置成引导可移动安装座182的移动。如在本示例性实施例中，引导件186可以用作用于支撑安装座移动部件184-1和可移动安装座182两者的支撑件。设备180被配置成使得安装座移动部件184-1和引导件186之间的响应于环境温度的变化的热收缩或热膨胀的差异导致安装座移动部件184-1相对于引导件186移动可移动安装座182。换句话说，响应于导致设备180自身变暖(或变冷，可以视情况而定)的设备180的温度变化，安装座移动部件184-1的合成热膨胀(或热收缩，可以视情况而定)和引导件186的合成热膨胀(或热收缩，可以视情况而定)之间的差异导致安装座移动部件相对于引导件186移动可移动安装座182。因此，安装座移动部件184-1和引导件186由于温度变化而在穿过设备180的光路的方向上的长度变化的不同量导致可移动安装座182相对于引导件186移动。
安装座移动部件184-1可以由第一材料(或两种或更多种材料的组合物)形成，该材料具有大于形成引导件186的第二(不同的)材料(或两种或更多种材料的不同组合物)的热膨胀系数。举例来说，在本示例性实施例中，第一材料是塑料(具体而言，聚醚醚酮(PEEK)，尽管可以可替代地使用另一种类型的塑料)，并且第二材料是金属(具体而言，铝，尽管可以可替代地使用另一种金属或金属合金(例如InvarTM))。然而，在其他示例性实施例中，安装座移动部件184-1可以由具有小于形成引导件186的材料(或两种或更多种材料的组合物)的热膨胀系数的材料(或两种或更多种材料的组合物)形成。
现在将参考图3更详细地描述本示例性实施例的可移动安装座182和引导件186。
如由图3中的示例所图示的，可移动安装座182可以形成挠性安装座200的第一部分210。引导件186可以形成挠性安装座200的第二部分220，挠性安装座200的第一部分210通过挠性安装座200的可变形部分230-1和230-2连结到挠性安装座200的第二部分220。如在本示例性实施例中，挠性安装座200可以是通过加工一块铝而制成的单件式物品。挠性安装座提供了这样的优点：允许可移动安装座182几乎没有或没有游隙(play)或滞后地移动，因此允许准直透镜130精确且一致地移动。安装座移动部件184-1被配置成对于设备180的环境温度的给定变化，通过安装座移动部件184-1经历比引导件186更大的热收缩或热膨胀而相对于挠性安装座200的第二部分220移动挠性安装座200的第一部分210。换句话说，安装座移动部件184-1响应于温度变化的更大的热收缩或热膨胀导致挠性安装座200的可变形部分变形，并从而导致挠性安装座200的第一部分210相对于挠性安装座200的第二部分220移动。在类似于本示例性实施例的示例性实施例中，其中第一材料具有比第二材料大得多的热膨胀系数，与安装座移动部件184-1的热膨胀/热收缩相比，引导件186的热膨胀/热收缩可以忽略不计。
如上文提到的，在其他示例性实施例中，安装座移动部件184-1可以由具有小于形成引导件186的材料(或两种或更多种材料的组合物)的热膨胀系数的材料(或两种或更多种材料的组合物)形成。还在这些示例性实施例中，安装座移动部件184-1和引导件186响应于设备180的温度变化热收缩或热膨胀的差异将导致挠性安装座200的可变形部分变形，并从而导致挠性安装座200的第一部分210相对于挠性安装座200的第二部分220移动。在这些可替代的实施例中，第一材料可以具有比第二材料小得多的热膨胀系数，使得安装座移动部件184-1的热膨胀/热收缩与引导件186的热膨胀/热收缩相比可以忽略不计。在这些情况下，安装座移动部件184-1可以导致引导件186至少部分地从其端部向内热膨胀(而不是仅增加长度)并压缩挠性安装座200，并因此将可移动安装座182移动得更靠近引导件186，并且引导件186可以在可移动安装座182附近附接到分光计100的框架110，以最大化可移动安装座182相对于框架110的移动。
如在本示例性实施例中，挠性安装座200可以被配置成允许挠性安装座200的第一部分210相对于挠性安装座200的第二部分220移动，而不使第一部分210相对于第二部分220旋转。换句话说，挠性安装座200可以被配置成仅允许挠性安装座200的第一部分210相对于挠性安装座200的第二部分220平移。在本示例性实施例中，这是通过将挠性安装座200的第二部分220配置成具有第一臂部222和第二臂部224来实现的，第一臂部222和第二臂部224中的每一个经由第二部分220的相应的可变形部分240-1和240-2连结到第二部分220的其余部分，使得第一臂部222可通过可变形部分240-1的变形围绕可变形部分240-1旋转，并且使得第二臂部224可通过可变形部分240-2的变形围绕可变形部分240-2旋转。第一臂部222和第二臂部224中的每一个经由第二部分220的第二可变形部分230-1和230-2中的相应一个连结到挠性安装座200的第一部分210，使得第一臂部222和第二臂部224中的每一个可通过第二可变形部分230-1和230-2中的相应一个的变形而进一步围绕第二可变形部分230-1和230-2中的相应一个旋转。可变形部分240-1和第二可变形部分230-1之间的第一臂部222的长度等于可变形部分240-2和第二可变形部分230-2之间的第二臂部224的长度，使得当挠性安装座200的第一部分210通过安装座移动部件184-1的热收缩或热膨胀而相对于挠性安装座200的第二部分220移动时，可变形部分240-1和240-2以及第二可变形部分230-1和230-2保持处于平行四边形布置。
然而，应该注意的是，尽管本示例性实施例的挠性安装座200被配置成允许第一部分210相对于第二部分220沿着准直透镜130的光轴移动，并且不使第一部分210相对于第二部分220旋转，但是挠性安装座的可替代形式可以用于安装另一光学仪器的光学部件，其中，例如随着仪器温度的变化可能需要光学部件沿着一个或更多个旋转轴线进行预定旋转以补偿原本会随着温度的变化而发生的性能降低。
再次参考图2，如上所述，安装座移动部件184-1包括第一材料(在该示例性实施例中为PEEK)的第一杆184-1a，其中第一杆184-1a的至少一部分的第一端部连接到挠性安装座200的第一部分210，并且第一杆184-1a的至少一部分的第二端部连接到挠性安装座200的第二部分220，使得第一杆184-1a的热膨胀导致挠性安装座200的第一部分210和挠性安装座200的第二部分220朝向彼此移动。如在本示例性实施例中，安装座移动部件184-1可以具有第一材料的第二杆184-1b，该第二杆184-1b以与第一杆184-1a相同的方式连接到挠性安装座200，或者更一般地，安装座移动部件184-1可以具有一个或更多个这样的杆。尽管杆184-1a和184-1b在图2中图示为具有均匀的圆形横截面，但是第一材料的杆的横截面不需要沿着杆的长度是均匀的，并且不需要是圆形的。杆还可以包括具有与第二材料的热膨胀系数足够不同的热膨胀系数的任何材料，以便提供准直透镜130的移动，该移动与由框架110的热膨胀/热收缩引起的一个或更多个其他光学元件的移动相匹配，以便至少在分光计要操作的温度范围(例如0℃至50℃)内减小或优选地最小化光检测器170上的光斑尺寸随温度变化的变化。
在图2的示例中，安装座移动部件184-1形成移动机构184的一部分，其中杆184-1a和184-1b的至少一部分的第一端部经由第一连接器连接到挠性安装座200的第一部分210，并且杆184-1a和184-1b的至少一部分的第二端部经由第二连接器连接到挠性安装座200的第二部分220，使得杆184-1a和184-1b的热膨胀导致挠性安装座200的第一部分210和挠性安装座200的第二部分220朝向彼此移动。如在本示例性实施例中，第一连接器可以包括由具有低热膨胀系数的材料(例如InvarTM)制成的杆184-3，该杆184-3通过第一联接件184-5连接到杆184-1a和184-1b，并且穿过第二联接件184-7中的开口。如在本示例性实施例中，第二连接器可以包括第二联接件184-7和附接到第二联接件184-7的另外两个杆184-2和184-4，杆184-2和184-4也由InvarTM或具有低热膨胀系数的其他材料制成，杆184-2和184-4经由第三联接件184-6挠性安装座200的第二部分220，如图2中图示的。联接件184-5至184-7的材料不受限制，并且可以包括例如铝或钢。
图2中所示的杆184-2、184-3和184-4以及联接件184-5至184-7的布置用于随着设备180的温度升高使杆184-1a和184-1b的膨胀所提供的移动反向，使得这种膨胀导致挠性安装座200的第一部分210和第二部分220朝向彼此移动，因此导致准直透镜130移动得更靠近用于光波导的插座120，以便至少部分地补偿聚焦透镜150和光检测器170之间的光路距离的增加。应当注意，移动机构184可以被修改为具有杆184-1a和184-1b中的单个杆，和/或杆184-2和184-4中的单个杆，尽管图2中图示的对称布置是优选的。还应当理解，不需要采用这样的使移动反向的机械装置(movement-reversing mechanical arrangement)，并且第一材料的一个或更多个杆(其热膨胀或热收缩将导致挠性安装座200的第一部分和第二部分相对移动)可以使其端部直接附接到挠性安装座200的相应的第一部分和第二部分，使得杆的热膨胀导致挠性安装座200的第一部分210远离挠性安装座200的第二部分220移动。在其它示例性实施例中，可以采用其它类型的机构用于联接第一材料的杆(其热膨胀或收缩将导致挠性安装座200的第一部分和第二部分相对移动)，以便实现挠性安装座200的第一部分和第二部分(210和220)的所需相对移动，这对于本领域技术人员来说将是众所周知的。
第二示例性实施例
尽管在第一示例性实施例中，可移动安装座182和引导件186被提供为挠性安装座200的部分，但是根据实施例的用于提供光学元件的温度相关的移动的设备的这些部件可以以其他形式实现。例如，当通过安装座移动部件相对于引导件移动时，可移动安装座可滑动地接合在引导件内，以相对于引导件滑动。作为这样的可替代布置的示例，引导件可以以分光计或其他光学仪器的框架中的凹槽的形式提供，并且可移动安装座可以包括引导部分，该引导部分被配置成可滑动地接合凹槽，以便沿着凹槽的长度引导可移动安装座的移动。
图4是根据第二示例性实施例的用于提供光学元件的温度相关的移动的设备280的横截面的示意性图示。在本示例性实施例中，可移动安装座282包括第一管状部分282-1，并且引导件286包括第二管状部分286-1，其中第一管状部分282-1在第二管状部分286-1内延伸。尽管在本示例性实施例中第一管状部分282-1和第二管状部分286-1是圆柱形的，但是可以可替代地使用具有非圆形横截面的管状部分。
如图4中所示，可移动安装座282的第一管状部分282-1被配置成保持准直透镜130，但是可以可替代地保持任何其他光学元件。尽管准直透镜130安装在可移动安装座282的第一管状部分282-1的端部部分中，但是应当理解，准直透镜130可以可替代地安装在第一管状部分282-1的任何其他部分内。设备280包括基座287，该基座287可通过螺钉或任何其他合适的附接装置附接到光学仪器的框架，并且基座287优选地包括用于调节引导件286相对于框架的定位的调节机构289，以允许安装在第一管状部分282-1内的准直透镜130与光学仪器的一个或更多个其他光学元件正确对准。
在本示例性实施例中，安装座移动部件包括第一材料(或不同材料的第一组合物)的件284，其具有经由可移动安装座282的凸缘部分282-2连接到第一管状部分282-1的第一端部，以及经由引导件286的凸缘部分286-2连接到第二管状部分286-1的第二端部。第一管状部分282-1和第二管状部分286-1都由第二材料(或不同材料的第二组合物)形成，如在本示例性实施例中，该第二材料可以具有低于第一材料/组合物的热膨胀系数的热膨胀系数。注意，第一管状部分282-1和第二管状部分286-1不需要由相同的材料形成。
举例来说，如在本示例性实施例中，第一材料可以是塑料，诸如PEEK，并且第二材料可以是具有比第一材料更低的热膨胀系数的任何材料，优选地金属，诸如铝或金属合金，诸如具有比第一材料低得多的热膨胀系数的InvarTM。在本示例性实施例中，材料的这种选择导致响应于设备280的温度变化的件284的热膨胀/热收缩远大于第一管状部分282-1和第二管状部分286-1的热膨胀/热收缩。结果，当温度升高时，例如，由于第一材料的热膨胀，件284沿着图4中图示的轴线的长度增加，从而相对于第二管状部分286-1移动第一管状部分282-1(并因此移动安装在其中的准直透镜130)，具体而言向图4中的左侧移动。
应该注意的是，如同第一示例性实施例，不需要安装座移动部件的热膨胀系数比引导件的热膨胀系数大得多或小得多，并且这两个系数之间的任何差异和/或安装座移动部件和引导件沿着可移动安装座的移动方向的长度差异(当温度变化时，这导致安装座移动部件和引导件之间在所述方向上的热膨胀或热收缩的差异)可能是足够的。
件284的形状不受限制，并且件284可以例如是管状的(例如圆柱形的)，并且优选地足够刚性以将第一管状部分282-1支撑在第二管状部分286-1内。
在第二示例性实施例的变型中，一方面用于管状部分282-1和286-1的材料的选择以及另一方面用于件284的材料的选择可以互换，使得件284响应于温度升高的热膨胀远小于管状部分282-1和286-1的热膨胀。与第二示例性实施例相比，这将导致响应于设备温度的升高而使准直透镜130的移动方向反向，其中随着温度的升高，管状部分282-1和286-1的膨胀使准直透镜130向图4中的右侧移动。
总之，根据上文阐述的实施例及其变型，已经描述了一种用于提供光学元件130的温度相关的移动的设备180和280，该设备包括：用于光学元件130的可移动安装座182和282；引导件186和286，其被配置成引导可移动安装座的移动；以及安装座移动部件184-1，该安装座移动部件具有在可移动安装座上的第一附接位置191和283处附接到可移动安装座的第一端部和在引导件上的第二附接位置192和285处附接到引导件的第二端部。该设备被配置成使得安装座移动部件和引导件之间的响应于设备的温度变化的热收缩或热膨胀的差异导致安装座移动部件相对于引导件移动可移动安装座。此外，安装座移动部件被附接到可移动安装座，使得在第一附接位置和第二附接位置之间的响应于设备的温度变化的距离变化与引导件的响应于设备的温度变化的热收缩或热膨胀无关。附加地或可替代地，安装座移动部件被附接到可移动安装座，使得安装在可移动安装座上的光学元件和引导件上的第二附接位置之间的响应于设备的温度变化的距离变化与引导件响应于设备的温度变化的热收缩或热膨胀无关。
第三示例性实施例
上文描述的第二示例性实施例的变型的结构可以通过省去件284和第一管状部分282-1，并且将准直透镜130安装在第二管状部分286-1的与第二管状部分286-1的一个端部(第二管状部分286-1在该端部处固定到光学仪器)相对的端部处来简化。
根据本文的第三示例性实施例，这样的简化设备的示例在图5a中示意性地图示(以横截面视图)。根据第三示例性实施例的用于提供光学元件的温度相关的移动的设备380包括用于光学元件330的可移动安装座382和安装座移动部件384，该安装座移动部件384附接到可移动安装座382并可附接到光学仪器的框架310。图5a的示例中的安装座移动部件384采用诸如塑料(优选地PEEK)的材料的圆柱形件的形式。安装座移动部件384的横截面不限于环形，并且可以采取另一种形式。安装座移动部件384由基座387支撑，该基座387可通过螺钉或任何其他合适的附接装置附接到光学仪器的框架310，基座387优选地包括用于调节安装座移动部件384相对于框架310的定位的调节机构389，以允许安装在可移动安装座382内的光学部件330与光学仪器的一个或更多个其他光学元件正确对准。安装座移动部件384被配置成当设备380的温度变化时不仅移动可移动安装座382，而且还支撑可移动安装座并引导其移动。
设备380可以用于在许多种类的光学仪器中提供光学元件的温度相关的移动，以便使上述光学仪器消热差。举例来说，在图5b中示意性地图示了设备380在分光计300中的安装。分光计300具有与图1a的常规分光计相似的光学部件布置，并且包括分光计框架(主体)310(其上安装有用于光波导(未示出)的插座320)、准直透镜330、衍射光栅340、聚焦透镜350和光检测器370。分光计300还包括用于提供准直透镜330的温度相关的移动的设备380，如上文参考图5a所描述的。设备380的安装座移动部件384被配置成响应于分光计300的温度变化来移动可移动安装座382和其上的准直透镜330，以便补偿由于温度变化引起的框架310的膨胀所引起的聚焦透镜350和光检测器370之间的光路长度的变化，并因此保持光检测器370(例如光检测器的光记录表面，诸如光电检测器阵列)上的光斑的尺寸基本上与温度无关(即，补偿光斑的尺寸随温度变化的变化，或者换句话说，防止光斑的尺寸随温度变化)。
然而，应当注意，可替代地，第三示例性实施例的设备380可以被布置成提供插座320、聚焦透镜350或光检测器370的温度相关的移动。此外，分光计300的这些光学部件中的两个或更多个可以安装在相应设备380的可移动安装座382上。分光计300中包括的一个或更多个设备380中的每一个的安装座移动部件384可以被配置成随着温度的变化移动安装在相应的可移动安装座382上的相应的光学元件，以便保持光检测器370上的光斑的尺寸基本上与温度无关。
总之，根据第三示例性实施例的用于提供光学元件(例如330)的温度相关的移动的设备380包括基座387、用于光学元件的可移动安装座382、以及附接到可移动安装座382和基座387的安装座移动部件384，安装座移动部件384被配置成随着设备380的温度变化，通过安装座移动部件384的热膨胀或热收缩来相对于基座387移动可移动安装座382。
光学仪器300通常包括其上安装有多个光学元件的框架310，以及如上文概述的至少一个设备380。在光学仪器300中，多个光学元件中的一个光学元件安装在设备380的可移动安装座382上，并且设备380的安装座移动部件384被配置成随着光学仪器300的温度变化，通过安装座移动部件384的热膨胀或热收缩来相对于框架310移动安装在可移动安装座382上的光学元件330，以便随着温度变化补偿框架310上的其它光学元件中的第一光学元件和第二光学元件之间的光路距离的变化。
在前述描述中，参考几个示例性实施例描述了示例方面。因此，说明书应被视为说明性的而不是限制性的。类似地，在图中示出的突出示例性实施例的功能和优点的附图仅仅是为了示例目的而被呈现的。示例性实施例的体系结构是足够灵活的和可配置的，使得它可以以除了在附图中所示的方式以外的方式被利用。
虽然上文已经描述了本发明的各种示例性实施例，但是应当理解，它们作为示例而不是限制被呈现。对于相关领域中的技术人员将明显的是，可以在形式和细节上做出各种改变。因此，本发明不应受上文描述的示例性实施例中的任一个的限制，而应仅根据随附的权利要求及其等同物来被限定。
此外，摘要的目的是使通常专利局和公众、以及尤其是不熟悉专利或法律术语或措辞的本领域中的科学家、工程师和从业人员能够根据粗略的检查快速确定本申请的技术公开的性质和本质。摘要并不意图以任何方式关于在本文呈现的示例性实施例的范围进行限制。还应该理解的是，在权利要求中叙述的任何过程不需要以所呈现的顺序来被执行。
虽然本说明书包含很多特定实施例细节，但这些不应被解释为对任何发明的范围或可被要求保护的范围的限制，而是作为特定于本文描述的特定实施例的特征的描述。在单独的实施例的背景下本说明书中所描述的某些特征也可在单个实施例中结合实现。相反地，也可以在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合实现在单个实施例的背景下描述的各种特征。此外，尽管特征在上文中可被描述为以特定组合起作用并甚至起初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征可在一些情况下从组合中删除，且所要求保护的组合可针对子组合或子组合的变体。
现在已经描述了一些说明性实施例和实施例，显然，前面的实施例是说明性的而不是限制性的，已经通过示例的方式给出。
在不脱离其特征的情况下，本文描述的设备可以以其他特定形式被实施。前述实施例是说明性的，而不是对所描述的系统和方法的限制。因此，本文描述的设备的范围由所附权利要求而不是前述描述指示，并且落入权利要求的等价物的意义和范围内的变化都被包括在其中。
本文还提供以下条款：
1.一种设备，所述设备用于提供光学元件的温度相关的移动，所述设备包括：
用于所述光学元件的可移动安装座；
安装座移动部件，其附接到所述可移动安装座；以及
引导件，其附接到所述安装座移动部件并被配置成引导所述可移动安装座的移动，
其中所述设备被配置成使得所述安装座移动部件和所述引导件之间的响应于所述设备的温度变化的热收缩或热膨胀的差异导致所述安装座移动部件相对于所述引导件移动所述可移动安装座。
2.根据条款1所述的设备，其中，所述可移动安装座形成挠性安装座的第一部分，并且所述引导件形成所述挠性安装座的第二部分，并且其中，所述设备被配置成使得所述安装座移动部件和所述引导件之间的响应于所述设备的温度变化的热收缩或热膨胀的差异导致所述安装座移动部件相对于所述挠性安装座的所述第二部分移动所述挠性安装座的所述第一部分。
3.根据条款2所述的设备，其中，所述挠性安装座被配置成允许所述挠性安装座的所述第一部分相对于所述挠性安装座的所述第二部分移动，而不相对于所述挠性安装座的所述第二部分旋转所述挠性安装座的所述第一部分。
4.根据条款3所述的设备，其中，
所述挠性安装座的所述第二部分包括第一臂部和第二臂部，所述第一臂部和所述第二臂部中的每一个经由所述第二部分的相应的可变形部分连结到所述第二部分的其余部分，使得所述第一臂部和所述第二臂部中的每一个能够通过使所述可变形部分中的相应一个变形而围绕所述可变形部分中的相应一个旋转，
所述第一臂部和所述第二臂部中的每一个经由所述第二部分的第二可变形部分中的相应一个连结到所述挠性安装座的所述第一部分，使得所述第一臂部和所述第二臂部中的每一个能够通过使所述第二可变形部分中的相应一个变形而进一步围绕所述第二可变形部分中的相应一个旋转，
在相应的可变形部分和相应的第二可变形部分之间的所述第一臂部的长度等于在相应的可变形部分和相应的第二可变形部分之间的所述第二臂部的长度，使得当所述挠性安装座的所述第一部分相对于所述挠性安装座的所述第二部分移动时，所述可变形部分和所述第二可变形部分保持处于平行四边形布置。
5.根据条款2、3和4中任一项所述的设备，其中，所述安装座移动部件包括第一杆，并且其中，所述第一杆的至少一部分的第一端部连接到所述挠性安装座的所述第一部分，并且所述第一杆的至少一部分的第二端部连接到所述挠性安装座的所述第二部分，使得所述第一杆的热膨胀导致所述挠性安装座的所述第一部分和所述挠性安装座的所述第二部分远离彼此或朝向彼此移动。
6.根据条款5所述的设备，其中，所述第一杆的所述至少一部分的所述第一端部经由第一连接器连接到所述挠性安装座的所述第一部分，并且所述第一杆的所述至少一部分的所述第二端部经由第二连接器连接到所述挠性安装座的所述第二部分，使得所述第一杆的热膨胀导致所述挠性安装座的所述第一部分和所述挠性安装座的所述第二部分朝向彼此移动。
7.根据条款1所述的设备，其中，
所述可移动安装座包括第一管状部分，并且所述引导件包括第二管状部分，其中第一管状部分在所述第二管状部分内延伸，并且
所述安装座移动部件包括材料件，所述材料件具有连接到所述第二管状部分的第一端和连接到所述第一管状部分的第二端，使得所述第二管状部分和所述第一管状部分中的至少一个与所述材料件之间的响应于温度变化的热收缩或热膨胀的差异导致所述材料件使所述第一管状部分穿过所述第二管状部分移动。
8.根据任一前述条款所述的设备，其中，所述安装座移动部件由具有第一热膨胀系数的第一材料形成，并且所述引导件由具有小于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二材料形成。
9.根据条款8所述的设备，其中，所述第一材料是塑料并且所述第二材料是金属或金属合金中的一种。
10.根据条款9所述的设备，其中，所述第一材料是聚醚醚酮。
11.一种光学仪器，包括框架和根据任一前述条款所述的设备，所述框架上安装有多个光学元件，其中，
所述多个光学元件中的一个光学元件安装在所述设备的所述可移动安装座上，并且
所述设备的所述安装座移动部件被配置成随着所述光学仪器的温度变化移动安装在所述可移动安装座上的所述光学元件，以便随着温度变化补偿所述框架上的其它光学元件中的第一光学元件和第二光学元件之间的光路距离的变化。
12.根据条款11所述的光学仪器，其中，所述光学仪器是分光计，所述分光计包括分光计框架，所述分光计框架上安装有作为所述多个光学元件的：
用于光波导的插座；
准直透镜；
衍射光栅；
聚焦透镜；以及
光检测器，其中，
为所述插座、所述准直透镜、所述聚焦透镜和所述光检测器中的一个的光学元件安装在所述设备的所述可移动安装座上,
在使用所述分光计时，所述准直透镜被布置成准直来自所述光波导的光，所述衍射光栅被布置成接收准直光并提供包括光的空间分离的光谱成分的散射光，并且所述聚焦透镜被布置成接收所述散射光并将接收到的散射光聚焦到所述光检测器上的光斑上，并且
所述设备的所述安装座移动部件被配置成随着温度变化移动安装在所述可移动安装座上的所述光学元件，以便保持所述光斑的尺寸基本上与温度无关。
13.一种用于提供光学元件的温度相关的移动的设备，所述设备包括：
基座；
用于所述光学元件的可移动安装座；以及
安装座移动部件，其附接到所述可移动安装座和所述基座，所述安装座移动部件被配置成通过所述安装座移动部件的热膨胀或热收缩随着所述设备的温度变化相对于所述基座移动所述可移动安装座。
14.一种光学仪器，包括框架，在所述框架上安装有：
多个光学元件；以及
根据条款13所述的用于提供光学元件的温度相关的移动的设备，所述设备经由所述基座安装在所述框架上，其中，
所述多个光学元件中的一个光学元件安装在所述设备的所述可移动安装座上，并且
所述设备的所述安装座移动部件被配置成通过所述安装座移动部件的热膨胀或热收缩随着所述光学仪器的温度变化相对于所述框架移动安装在所述可移动安装座上的所述光学元件，以便随着温度变化补偿所述框架上的其他光学元件中的第一光学元件和第二光学元件之间的光路距离的变化。
15.根据条款14所述的光学仪器，其中，所述光学仪器是分光计，所述分光计包括分光计框架，所述分光计框架上安装有作为所述多个光学元件的：
用于光波导的插座；
准直透镜；
衍射光栅；
聚焦透镜；以及
光检测器，其中，
为所述插座、所述准直透镜、所述聚焦透镜和所述光检测器中的一个的光学元件安装在所述设备的所述可移动安装座上，
在使用所述分光计时，所述准直透镜被布置成准直来自所述光波导的光，所述衍射光栅被布置成接收准直光并提供包括光的空间分离的光谱成分的散射光，并且所述聚焦透镜被布置成接收所述散射光并将接收到的散射光聚焦到所述光检测器上的光斑上，并且
所述设备的所述安装座移动部件被配置成随着温度变化移动安装在所述可移动安装座上的所述光学元件，以便保持所述光斑的尺寸基本上与温度无关。

Claims (15)

1.一种用于提供光学元件的温度相关的移动的设备(180；280)，所述设备(180；280)包括：
用于所述光学元件的可移动安装座(182；282)；
引导件(186；286)，其被配置成引导所述可移动安装座(182；282)的移动；以及
安装座移动部件(184-1；284)，其具有第一端部和第二端部，所述第一端部在所述可移动安装座(182；282)上的第一附接位置(191；283)处附接到所述可移动安装座，所述第二端部在所述引导件(186；286)上的第二附接位置(192；285)处附接到所述引导件，
其中所述设备(180；280)被配置成使得所述安装座移动部件(184-1；284)和所述引导件(186；286)之间的响应于所述设备(180；280)的温度变化的热收缩或热膨胀的差异导致所述安装座移动部件(184-1；284)相对于所述引导件(186；286)移动所述可移动安装座(182；282)，并且
其中所述安装座移动部件(184-1；284)附接到所述可移动安装座(182；282)，使得安装在所述可移动安装座(182；282)上时的所述光学元件和所述引导件(186；286)上的所述第二附接位置(192；285)之间的响应于所述设备(180；280)的温度变化的距离变化与所述引导件(186；286)的响应于所述设备(180；280)的温度变化的热收缩或热膨胀无关。
2.根据权利要求1所述的设备(180)，其中，所述可移动安装座(182)形成挠性安装座(200)的第一部分(210)，并且所述引导件(186)形成所述挠性安装座(200)的第二部分(220)，并且其中，所述设备(180)被配置成使得所述安装座移动部件(184-1)和所述引导件(186；286)之间的响应于所述设备(180)的温度变化的热收缩或热膨胀的差异导致所述安装座移动部件(184-1)相对于所述挠性安装座(200)的所述第二部分(220)移动所述挠性安装座(200)的所述第一部分(210)。
3.根据权利要求2所述的设备(180)，其中，所述挠性安装座(200)被配置成允许所述挠性安装座(200)的所述第一部分(210)相对于所述挠性安装座(200)的所述第二部分(220)移动，而不相对于所述挠性安装座(200)的所述第二部分(220)旋转所述挠性安装座(200)的所述第一部分(210)。
4.根据权利要求3所述的设备(180)，其中，
所述挠性安装座(200)的所述第二部分(220)包括第一臂部(222)和第二臂部(224)，所述第一臂部(222)和所述第二臂部(224)中的每一个经由所述第二部分(220)的相应的可变形部分(240-1、240-2)连结到所述第二部分(220)的其余部分，使得所述第一臂部(222)和所述第二臂部(224)中的每一个能够通过使所述可变形部分(240-1、240-2)中的相应一个变形而围绕所述可变形部分(240-1、240-2)中的相应一个旋转，
所述第一臂部(222)和所述第二臂部(224)中的每一个经由所述第二部分(220)的第二可变形部分(230-1、230-2)中的相应一个连结到所述挠性安装座(200)的所述第一部分(210)，使得所述第一臂部(222)和所述第二臂部(224)中的每一个能够通过使所述第二可变形部分(230-1、230-2)中的相应一个变形而进一步围绕所述第二可变形部分(230-1、230-2)中的相应一个旋转，
在相应的可变形部分(240-1)和相应的第二可变形部分(230-1)之间的所述第一臂部(222)的长度等于在相应的可变形部分(240-2)和相应的第二可变形部分(230-2)之间的所述第二臂部(224)的长度，使得当所述挠性安装座(200)的所述第一部分(210)相对于所述挠性安装座(200)的所述第二部分(220)移动时，所述可变形部分(240-1、240-2)和所述第二可变形部分(230-1、230-2)保持处于平行四边形布置。
5.根据权利要求2、3和4中任一项所述的设备(180)，其中，所述安装座移动部件(184-1)包括第一杆(184-1a；184-1b)，并且其中，所述第一杆(184-1a；184-1b)的至少一部分的第一端部连接到所述挠性安装座(200)的所述第一部分(210)，并且所述第一杆(184-1a；184-1b)的至少一部分的第二端部连接到所述挠性安装座(200)的所述第二部分(220)，使得所述第一杆(184-1a；184-1b)的热膨胀导致所述挠性安装座(200)的所述第一部分(210)和所述挠性安装座(200)的所述第二部分(220)远离彼此或朝向彼此移动。
6.根据权利要求5所述的设备(180)，其中，所述第一杆(184-1a；184-1b)的所述至少一部分的所述第一端部经由第一连接器(184-3、184-5)连接到所述挠性安装座(200)的所述第一部分(210)，并且所述第一杆(184-1a；184-1b)的所述至少一部分的所述第二端部经由第二连接器(184-2、184-4、184-7、184-6)连接到所述挠性安装座(200)的所述第二部分(220)，使得所述第一杆(184-1a；184-1b)的热膨胀导致所述挠性安装座(200)的所述第一部分(210)和所述挠性安装座(200)的所述第二部分(220)朝向彼此移动。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，
所述可移动安装座(282)包括第一管状部分(282-1)，并且所述引导件(286)包括第二管状部分(286-1)，其中所述第一管状部分(282-1)在所述第二管状部分(286-1)内延伸，并且
所述安装座移动部件包括材料件(284)，所述材料件具有连接到所述第二管状部分(286-1)的第一端和连接到所述第一管状部分(282-1)的第二端，使得所述第二管状部分(286-1)和所述第一管状部分(282-1)中的至少一个与所述材料件(284)之间的响应于温度变化的热收缩或热膨胀的差异导致所述材料件(284)使所述第一管状部分(282-1)穿过所述第二管状部分(286-1)移动。
8.根据权利要求1-4和6-7中任一项所述的设备(180；280)，其中，所述安装座移动部件(184-1；284)由具有第一热膨胀系数的第一材料形成，并且所述引导件(186；286)由具有小于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二材料形成。
9.根据权利要求5所述的设备(180；280)，其中，所述安装座移动部件(184-1；284)由具有第一热膨胀系数的第一材料形成，并且所述引导件(186；286)由具有小于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二材料形成。
10.根据权利要求8所述的设备(180；280)，其中，所述第一材料是塑料并且所述第二材料是金属或金属合金中的一种。
11.根据权利要求9所述的设备(180；280)，其中，所述第一材料是塑料并且所述第二材料是金属或金属合金中的一种。
12.根据权利要求10所述的设备(180；280)，其中，所述第一材料是聚醚醚酮。
13.根据权利要求11所述的设备(180；280)，其中，所述第一材料是聚醚醚酮。
14.一种光学仪器，包括框架(110)和根据任一前述权利要求所述的设备(180；280)，所述框架(110)上安装有多个光学元件，其中，
所述多个光学元件中的一个光学元件安装在所述设备(180；280)的所述可移动安装座(182；282)上，并且
所述设备(180；280)的所述安装座移动部件(184-1；284)被配置成随着所述光学仪器的温度变化移动安装在所述可移动安装座(182；282)上的所述光学元件，以便随着温度变化补偿所述框架上的其它光学元件中的第一光学元件和第二光学元件之间的光路距离的变化。
15.根据权利要求14所述的光学仪器，其中，所述光学仪器是分光计(100)，所述分光计包括分光计框架(110)，所述分光计框架上安装有作为所述多个光学元件的：
用于光波导的插座(120)；
准直透镜(130)；
衍射光栅(140)；
聚焦透镜(150)；以及
光检测器(170)，其中，
为所述插座(120)、所述准直透镜(130)、所述聚焦透镜(150)和所述光检测器(170)中的一个的光学元件安装在所述设备(180；280)的所述可移动安装座(182)上,
在使用所述分光计时，所述准直透镜(130)被布置成准直来自所述光波导的光，所述衍射光栅(140)被布置成接收准直光并提供包括光的空间分离的光谱成分的散射光，并且所述聚焦透镜(150)被布置成接收所述散射光并将接收到的散射光聚焦到所述光检测器(170)上的光斑上，并且
所述设备(180；280)的所述安装座移动部件(184-1；284)被配置成随着温度变化移动安装在所述可移动安装座(182；282)上的所述光学元件，以便保持所述光斑的尺寸基本上与温度无关。
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