DE10050802A1 - Halterungsvorrichtung für einen beweglichen Spiegel für Photo-Interferometer - Google Patents
Halterungsvorrichtung für einen beweglichen Spiegel für Photo-InterferometerInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung stellt eine Halterungsvorrichtung für einen beweglichen Spiegel für Photo-Interferometer bereit mit: parallel angeordneten ersten Blattfedern (11a), die in einem vorbestimmten Abstand gehalten sind, wobei ein Ende jeder der Blattfedern (11a) an der Basis (10) befestigt ist, einer am anderen Ende jeder der ersten Blattfedern (11a) befestigten Kopplungsplatte (12), und parallel zu jeder der ersten Blattfedern (11a) angeordneten zweiten Blattfedern (11b), von denen jeweils ein Ende an der Kopplungsplatte (12) und das andere Ende an einem beweglichen Spiegel (4) befestigt ist. DOLLAR A In bevorzugten Ausführungsformen dieser Halterungsvorrichtung ist ein Dämpfungselement zum Regulieren der Bewegung der Kopplungsplatte oder eine Steuervorrichtung, die eine Vibration der Kopplungsplatte auf der Basis des Signals von einer Positionserfassungsvorrichtung, welche die Versetzung bzw. Verschiebung der Kopplungsplatte abfühlt, steuert, vorgesehen.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich beispielsweise
auf eine Spektralanalysevorrichtung mit einem Photo-
Interferometer, und insbesondere bezieht sie sich auf die
Stabilisierung des Betriebs der Halterungsvorrichtung für den
beweglichen Spiegel darin.
Bei Spektralanalysevorrichtungen oder verschiedenen
Meßinstrumenten, die Photo-Interferometer verwenden, ist eine
Bewegungsgenauigkeit in der Größenordnung von µm für die
Bewegungs- und Halterungsvorrichtung des beweglichen Spiegels
erforderlich. Wenn solche Instrumente jedoch in einer
Fabrikanlage oder dgl. verwendet werden, besteht ein Problem
insofern, als hochgenaue Messungen aufgrund des Einflusses
von Erschütterungen im Umfeld nicht ausgeführt werden können.
Um dieses Problem zu lösen, gibt es eine
Halterungsvorrichtung für einen beweglichen Spiegel, deren
Steifigkeit in den Richtungen, die nicht ihre
Bewegungsrichtung sind, durch Haltern des beweglichen
Spiegels mittels einer parallelen Anordnung von Blattfedern
verbessert wird.
Fig. 1 ist eine Konfigurationszeichnung des wesentlichen
Abschnitts eines Michelson-Interferometers, das allgemein als
Spektrometer der Spektralanalysevorrichtung verwendet wird.
In Fig. 1 wird ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle 1
durch eine Kollimationslinse 2 in einen parallelen Lichtfluß
gewandelt, wobei dieser parallele Lichtfluß mit einem
Strahlteiler 3 in zwei Richtungen aufgeteilt wird. Der
bewegliche Spiegel 4 und der feststehende Spiegel 5 werfen
jeden Lichtfluß zum Strahlteiler 3 in der entgegengesetzten
Richtung zurück, und diese Lichtflüsse werden einander am
Strahlteiler 3 überlagert. Durch Nutzung einer durch diese
Überlagerung erzeugten optischen Interferenz werden
physikalische Eigenschaften des Meßobjekts (nicht
dargestellt) gemessen.
Fig. 2(a) zeigt eine Seitenansicht einer herkömmlichen
Halterungsvorrichtung für den in einem solchen Interferometer
verwendeten beweglichen Spiegel. In Fig. 2(a) ist der
bewegliche Spiegel 4 von einer oberen Position durch zwei
parallel an einer Basis 10 angebrachte Blattfedern abgehängt.
Die Abhängung durch zwei Blattfedern kann eine Drehbewegung
unterdrücken, die erzeugt wird, wenn der bewegliche Spiegel 4
betätigt wird.
Falls ein solches Interferometer in
Spektralanalysevorrichtungen angewandt wird, wird der
bewegliche Spiegel durch einen Schwingspulenmotor bzw. Voice-
Coil-Motor oder dgl., (in der Figur nicht dargestellt),
gezwungen, sich beispielsweise um etwa 0,3 mm bei 8 Hz
transversal zu verfahren. Bei einer solchen Konfiguration ist
es notwendig, die Amplitude (Bewegung in der
Transversalrichtung) des beweglichen Spiegels zu erhöhen, um
die Auflösung des Spektralanalysegeräts zu verbessern.
Durch eine Erhöhung der Amplitude des beweglichen
Spiegels 4 wird jedoch eine Verformung der Blattfedern 11
stark, wie in Fig. 2(b) dargestellt ist, und der bewegliche
Spiegel 4 wird nicht nur transversal, sondern auch
longitudinal versetzt bzw. verschoben. Somit ergibt sich ein
weiteres Problem insofern, als, die optische Achse des
zurückkehrenden Lichts verschoben wird, wenn eine
Longitudinalverschiebung auftritt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die obigen
Probleme zu lösen und eine Halterungsvorrichtung für einen
beweglichen Spiegel für Photo-Interferometer bereitzustellen,
die keine Longitudinalverschiebung aufweist, selbst wenn die
transversale Amplitude erhöht wird, um die Auflösung zu
verbessern.
Die vorliegende Erfindung stellt eine
Halterungsvorrichtung für einen beweglichen Spiegel für
Photo-Interferometer bereit, die die Merkmale des
Patentanspruchs 1 umfaßt.
Diese Halterungsvorrichtung eliminiert eine Verschiebung
bzw. Versetzung des beweglichen Spiegels in der
Longitudinalrichtung, selbst wenn die transversale Amplitude
erhöht wird, indem eine Dämpfungseinrichtung bereitgestellt
wird, um die Bewegung der Kopplungsplatte zu regulieren, oder
eine Steuervorrichtung, welche eine Vibration der
Kopplungsplatte auf der Basis des Signals von einer
Positionserfassungsvorrichtung steuert, die eine Verschiebung
der Kopplungsplatte und/oder des beweglichen Spiegels
abfühlt.
Erfindungsgemäß ermöglicht die Anbringung der
Blattfedern in einer doppelten Art und Weise dem beweglichen
Spiegel, eine Linearbewegung auszuführen, selbst wenn seine
Bewegungsstrecke verlängert wird, und so wird die Auflösung
des Spektralanalysegeräts verbessert.
Ferner wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
(Anspruch 3) der vorliegenden Erfindung dadurch, daß ein
Dämpfungselement in Kontakt mit der Kopplungsplatte steht,
eine Vibration der Blattfedern unterdrückt, die erzeugt wird,
wenn der bewegliche Spiegel angetrieben wird, was einen
stabilen Betrieb sicherstellt.
Darüber hinaus wird gemäß einer anderen bevorzugten
Ausführungsform (Ansprüche 4, 5 und 6) eine Vibration der
Blattfedern, die beim Antrieb des beweglichen Spiegels
erzeugt wird, durch Überwachen der Versetzung bzw.
Verschiebung der Kopplungsplatte und/oder des beweglichen
Spiegels und Steuern ihrer Vibration durch die
Steuervorrichtung unterdrückt und so ein stabiler Betrieb
gewährleistet.
Im folgenden ist die Erfindung anhand einer bevorzugten
Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines Beispiels der allgemeinen
Konfiguration von für Spektralanalysegeräte
verwendeten herkömmlichen Interferometern,
Fig. 2 eine Seitenansicht zur Darstellung eines Beispiels
von herkömmlichen Halterungsvorrichtungen für einen
beweglichen Spiegel für Photo-Interferometer,
Fig. 3 eine Seitenansicht zur Darstellung eines Beispiels
der Konfiguration einer ersten Ausführungsform für
die Halterungsvorrichtung für den beweglichen
Spiegel für Photo-Interferometer der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 4 eine Darstellung zur Erklärung der Bewegung der
Blattfedern in der Halterungsvorrichtung des
beweglichen Spiegels,
Fig. 5 eine Seitenansicht zur Darstellung einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 eine Seitenansicht zur Darstellung einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 eine Seitenansicht zur Darstellung einer vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 8 eine Seitenansicht zur Darstellung einer fünften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 3 ist eine
Seitenansicht zur Darstellung eines Beispiels der
Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
In Fig. 3(a) sind die gleichen Elemente wie in Fig. 2
mit den gleichen Symbolen bezeichnet. Bei dieser
Ausführungsform werden vier Blattfedern verwendet, die
dieselbe Form und ein annähernd gleiches Elastizitätsmodul
aufweisen. Ein Ende jeder der beiden äußeren ersten
Blattfedern 11a ist an einer Basis 10 vertikal befestigt, und
das andere Ende ist jeweils an jedem Ende einer
Kopplungsplatte 12 befestigt, um die Kopplungsplatte 12
horizontal zu haltern bzw. zu lagern.
Ein Ende jeder der beiden inneren zweiten Blattfedern
11b ist an der Kopplungsplatte 12 befestigt, und der
bewegliche Spiegel 4 ist am anderen Ende jeder der
Blattfedern 11b befestigt, wobei der bewegliche Spiegel
abgehängt ist. Jede der beiden Blattfedern ist parallel
ausgerichtet und in einem vorbestimmten Abstand gehalten, so
daß alle Blattfedern die effektive Länge (L) aufweisen.
Fig. 3(b) zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung des
Zustands, in dem eine Kraft einer großen Amplitude,
beispielsweise einer Amplitude von etwa 3 mm bei 2 Hz, auf
den beweglichen Spiegel 4 in Querrichtung (transversal) gemäß
einem Pfeil X über einen Schwingspulenmotor bzw. Voice-Coil-
Motor (nicht dargestellt) aufgebracht wird. In diesem Fall
werden die Verbiegungen der äußeren, ersten Blattfedern 11a
und der inneren, zweiten Blattfedern 11b in der Längsrichtung
annähernd gleich, und somit kommt es zu keiner Bewegung des
beweglichen Spiegels 4 nach oben oder unten.
Das heißt, der bewegliche Spiegel 4 kann eine lineare
Bewegung in der Pfeilrichtung X implementieren, und damit
kann ein Interferenzlicht genau ohne Verschiebung der
optischen Achse des zurückkehrenden Lichts erhalten werden.
Fig. 4 wird zur Erläuterung der Bewegung der Blattfedern
einer solchen Halterungsvorrichtung verwendet. Falls der
bewegliche Spiegel 4 sich z. B. in der Richtung der
gestrichelten Linie bewegt, wird die Bewegungsdistanz (d2)
des beweglichen Spiegels 4 doppelt so groß wie die
Bewegungsdistanz der Kopplungsplatte 12, nämlich (d1 × 2).
Manchmal wird jedoch das Verhältnis dieser Bewegungen
infolge einer Störung oder einer Vibration der Blattfedern
nicht aufrechterhalten, und somit können hochgenaue
Amplituden (Transversalbewegung des beweglichen Spiegels)
nicht beibehalten werden. Infolgedessen kann manchmal kein
Interferenzlicht hoher Genauigkeit erhalten werden.
Fig. 5 zeigt eine solche Halterungsvorrichtung, in der
ein Dämpfungselement 13 zum Regulieren der Bewegung der
Kopplungsplatte 12 vorgesehen ist, um die Vibration der oben
erwähnten Blattfedern 11a und 11b zu unterdrücken. Dieses
Dämpfungselement 13 steht im Kontakt mit der Seite der
Kopplungsplatte 12. Das Versetzungsverhältnis der
Kopplungsplatte 12 und des beweglichen Spiegels 4 verschiebt
sich infolge des Kontakts des Dämpfungselements, und somit
werden im beweglichen Spiegel 4 Versetzungen nach oben und
unten erzeugt. Die Vorrichtung ist jedoch so gestaltet, daß
ein Kontakt mit einer Kraft so erfolgt, daß diese Versetzung
die Genauigkeit nicht beeinträchtigt.
Nach obiger Beschreibung kann die beim Antrieb des
beweglichen Spiegels erzeugte Vibration unterdrückt und ein
stabiler Betrieb durch Anbringen des Dämpfungselements 13
erhalten werden, welches die Bewegung der Kopplungsplatte 12
steuert.
Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, bei der eine
Positionserfassungsvorrichtung 15a auf der Seite der
Kopplungsplatte 12 angebracht ist, wobei die Vibration der
Blattfedern 11a und 11b, die beim Antrieb (ein Antriebsmittel
ist nicht dargestellt) des beweglichen Spiegels 4 erzeugt
wird, durch die Steuervorrichtung 16a unterdrückt wird,
welche die Vibration der Blattfedern 11a und 11b auf der
Basis des Signals von der Positionserfassungsvorrichtung 15a
und durch einen Betätiger bzw. Aktuator (Voice-Coil-Motor) 17
steuert. Die Steuervorrichtung 16a steuert die
Kopplungsplatte 12 konkret so, daß ihre Bewegung ½ der
Bewegung des beweglichen Spiegels 4 ist.
Fig. 7 zeigt eine vierte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, bei der eine
Positionserfassungsvorrichtung 15b angebracht ist, welche die
Versetzung des beweglichen Spiegels 4 überwacht, wobei der
bewegliche Spiegel 4 durch die Steuervorrichtung 16b des
beweglichen Spiegels auf der Basis des Signals von der
Positionserfassungsvorrichtung 15b angetrieben wird, und ein
Betätiger bzw. Aktuator 17 mit einem vorbestimmten
Amplitudenverhältnis gesteuert wird, indem das Signal von der
Steuervorrichtung des beweglichen Spiegels 16b der
Kopplungsplatten-Steuervorrichtung 16c eingegeben wird. Diese
Ausführungsform bietet einen stabilen Betrieb ähnlich dem
Betrieb bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform.
Fig. 8 zeigt eine weitere (fünfte) Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung (bei der ein den beweglichen Spiegel 4
antreibender Aktuator nicht dargestellt ist). Bei dieser
Ausführungsform werden die Bewegungen sowohl der
Kopplungsplatte 12 als auch des beweglichen Spiegels 4 durch
Positionserfassungsvorrichtungen 15a und 15b überwacht. Eine
Steuervorrichtung 16d empfängt Signale von diesen
Positionserfassungsvorrichtungen als Eingaben und treibt den
Aktuator 17 so an, daß die Versetzung bzw. Verschiebung der
Kopplungsplatte 12 in einem vorbestimmten Verhältnis (1 : 2)
zur Versetzung bzw. Verschiebung des beweglichen Spiegels 4
steht. Durch eine solche Konfiguration kann ein stabilerer
Betrieb erhalten werden.
Die obige Beschreibung der vorliegenden Erfindung gibt
nur spezielle, bevorzugte Ausführungsformen für Zwecke der
Beschreibung und der Veranschaulichung an. Daher ist es dem
Fachmann ersichtlich, daß viele Änderungen und Variationen in
die vorliegende Erfindung aufgenommen werden können, ohne von
den wesentlichen Eigenschaften derselben abzuweichen.
Beispielsweise können die Bewegungsdistanz und die
Bewegungsperiode (Hz) oder die Anbringungspositionen der
Komponenten je nach Bedarf verändert werden. Kurz gesagt ist
es ausreichend, eine Konfiguration zu realisieren, bei der
Aufwärts- und/oder Abwärtsversetzungen bzw. -verschiebungen
infolge von Transversalamplituden nicht verursacht werden.
Außerdem sind die Erzeugnisse, auf die die vorliegende
Erfindung angewendet wird, nicht auf
Spektralanalysevorrichtungen beschränkt. Die vorliegende
Erfindung ist beispielsweise auch auf Wellenlängen-Meßgeräte,
OTDR-Geräte etc. anwendbar. Der Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung ist durch die Beschreibung der beigefügten
Ansprüche definiert, wobei alle Änderungen und Modifikationen
innerhalb des Schutzumfangs in diesen enthalten sein sollen.
Claims (6)
1. Halterungsvorrichtung für einen beweglichen Spiegel für
Photo-Interferometer mit:
parallel angeordneten ersten Blattfedern (11a), die in einem vorbestimmten Abstand gehalten sind, wobei ein Ende jeder der Blattfedern (11a) an einer Basis (10) befestigt ist,
einer am anderen Ende jeder der ersten Blattfedern (11a) befestigten Kopplungsplatte (12), und
parallel zu jeder der ersten Blattfedern (11a) angeordneten zweiten Blattfedern (11b), von denen jeweils ein Ende an der Kopplungsplatte (12) und das andere Ende an einem beweglichen Spiegel (4) befestigt ist.
parallel angeordneten ersten Blattfedern (11a), die in einem vorbestimmten Abstand gehalten sind, wobei ein Ende jeder der Blattfedern (11a) an einer Basis (10) befestigt ist,
einer am anderen Ende jeder der ersten Blattfedern (11a) befestigten Kopplungsplatte (12), und
parallel zu jeder der ersten Blattfedern (11a) angeordneten zweiten Blattfedern (11b), von denen jeweils ein Ende an der Kopplungsplatte (12) und das andere Ende an einem beweglichen Spiegel (4) befestigt ist.
2. Halterungsvorrichtung für einen beweglichen Spiegel für
Photo-Interferometer gemäß Anspruch 1, wobei die effektiven
Längen (L) der ersten Blattfedern (11a) und der zweiten
Blattfedern (11a) gleich lang gestaltet sind.
3. Halterungsvorrichtung für einen beweglichen Spiegel für
Photo-Interferometer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein
Dämpfungselement (13) zum Regulieren der Bewegung der
Kopplungsplatte (12) vorgesehen ist.
4. Halterungsvorrichtung für einen beweglichen Spiegel für
Photo-Interferometer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine
Steuervorrichtung (16a) vorgesehen ist, die eine Vibration
der Kopplungsplatte (12) auf der Basis des Signals von einer
Positionserfassungsvorrichtung (15a), welche die Versetzung
bzw. Verschiebung der Kopplungsplatte (12) abfühlt, steuert.
5. Halterungsvorrichtung für einen beweglichen Spiegel für
Photo-Interferometer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine
Steuervorrichtung (16b, 16c) vorgesehen ist, die eine
Vibration der Kopplungsplatte (12) auf der Basis des Signals
von einer Positionserfassungsvorrichtung (15b), welche die
Versetzung des beweglichen Spiegels (4) abfühlt, steuert.
6. Halterungsvorrichtung für einen beweglichen Spiegel für
Photo-Interferometer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine
Steuervorrichtung (16d) vorgesehen ist, welche eine Vibration
der Kopplungsplatte (12) auf der Basis der Signale von
Positionserfassungsvorrichtungen (15a, 15b) steuert, von denen
jede eine Versetzung des beweglichen Spiegels (4) bzw. eine
Versetzung der Kopplungsplatte (12) abfühlt.
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