DE3341055A1

DE3341055A1 - Lagersystem fuer ein optisches element in einem analytischen instrument

Info

Publication number: DE3341055A1
Application number: DE19833341055
Authority: DE
Inventors: Joel P. Covey; Allen J. Madison Wis. Zerbel
Original assignee: Nicolet Instrument Corp
Current assignee: Thermo Electron Scientific Instruments LLC
Priority date: 1983-03-03
Filing date: 1983-11-12
Publication date: 1984-09-06
Also published as: GB8331872D0; JPS59164944A; US4573794A; FR2542122A1; GB2136145A

Description

Optische analytische Instrumente sind in der Technik bekannt. Ein Interferometer ist ein Beispiel eines solchen Instruments, das in verschiedenen Formen seit vor der· Jahrhundertwende in Gebrauch, ist.

Interferometer, sowie auch andere optische analytische Instrumente, haben eine Quelle einer analytischen Strahlung und verschiedene optische Elemente, die in dem optischen Weg des Instruments angeordnet sind. Die optischen Elemente können Reflexions- und Refraktionselemente beinhalten, von denen einige auf dem optischen Weg entlang bewegt werden können, um die Weglänge wenigstens eines Teils der analytischen Strahlung zu variieren. Für den einwandfreien Betrieb des Instruments ist die richtige Ausrichtung der optischen Elemente relativ zueinander erforderlich.

Bei modernen Instrumenten neigt die richtige Ausrichtung des optischen Elements dazu, ihre größte Wirkung auf die Empfindlichkeit des Instruments im Gegensatz zu seiner Betriebsfähigkeit auszuüben. Jedoch kann die Empfindlichkeit die Anwendung eines Instruments auf eine besondere Messung beeinträchtigen.

Ein weiterer Faktor, der die Anwendung des Instruments beeinträchtigt, ist die Intensität der analytischen Strahlungsquelle, insbesondere, wenn die Quellen einer erwünschten analytischen

Strahlung praktische Grenzen hinsichtlich ihrer Ausgangsleis haben. Ein Beispiel einer solchen analytischen Strahlungsbegren zung innerhalb eines analytischen Instruments findet sich in Verbindung mit einem Infrarotspektrometer, welches in seinem Betriebssystem ein Interferometer verwendet. "Die richtige Fluchtlage der in einem solchen Spektrometer verwendeten optischen Elemente optimiert die Empfindlichkeit des Instruments innerhalb der durch die praktischen Strahlungsquellen auferlegten Grenzen.

Die Erfindung schafft ein verbessertes System zur Lagerung eines optischen Elements, das auf eine in einem analytischen Instrument verwendete analytische Strahlung einwirken kann. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit einem planaren Reflexionselement beschrieben und ist insbesondere anwendbar in Verbindung mit dem Reflexionselement innerhalb des festen Armes eines Interferometers nach Michelson, obwohl ihre Anwendung nicht auf ein solches optisches Element oder analytisches Instrument begrenzt ist. Im Zusammenhang mit einem Interferometer ist eine allgemein planare Basis in dem Instrument an einem namentlich gewünschten Platz des Reflexionselements befestigt. Eine Lagerplatte trägt das optische Element und weist einen von der Basis derart auf Abstand gehaltenen Abschnitt auf, daß eine räiwnliche Umorientierung der Lagerplatte um den beabstandeten Lagerplrfctenabschnitt herum möglich ist. Zwei Punktberührungs-

systeme halten verschiedene Lagerplattenabschnitte einstellbar von der Basis auf Abstand, während die Lagerplatte elastisch in Richtung auf die Basis beaufschlagt ist. Durch Einstellen der Punktkontalcte werden die Lagerplatte und somit das von ihr getragene optische Element räumlich umorientiert. In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich ein sphärischer Zapfen von der Basis fort, um einen Lagerplattenabschnitt auf Abstand zu halten, während Einrichtungen vorgesehen sind, um eine Drehbewegung der Lagerplatte relativ zu der Basis um" den sphärischen Zapfen herum zu verhindern. Die Punktkontakte werden durch miteinander zusammenwirkende zylindrische und konische Körper gebildet, die zwischen der Lagerplatte und der Basis in Stellring gebracht sind und einen Punktkontakt zwischen sich herstellen. Die Bewegung der konischen Körper auf ihrer Hauptachse entlang gestattet eine Einstellung der Orientierung der Lagerplatte relativ zu der Basis.

Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise fortgeschritten© Darstellung zur Erläuterung der Zusammenwirkung der verschiedenen Elemente in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem Basiskörper 10. Gemäß der Darstellung ist der Basiskörper 10 in Form einer Platte vorhanden und geeignet, innerhalb eines analytischen Instruments befestigt zu werden. Obwohl als Platte dargestellt, ist diese Konstruktion nicht erforderlich, solange die Basis aus Gründen, die aus der folgenden Diskussion ersichtlich werden, drei stabile Punkte in dem Instrument vorsieht. Ein optisches Element, das als ein planarer Reflexionskörper 11 in den Figuren gezeigt ist, ist in bekannter Weise beliebig an einer Lagerplatte 12 befestigt. Das optische Element 11 kann beispielsweise an die Lagerplatte 12 angeleimt sein. Falls das oj. tische Element 11 ein Refraktxons element ist, können sowohl die Lagerplatte als auch die Basis 10 mit einer Öffnung versehen sein, um den Durchgang einer analytischen Strahlung in bekannter Weise zu gestatten.

Wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, wird die Lagerplatte 12 durch Steuerung des Abstandes zwischen der Lagerplatte 12 und der Basis 10 an drei Stellen relativ zu der Basis 10 orientiert. Ein Lagerplattenabschnitt wird von der Basis 10 durch einen sphärischen Schwenkzapfen, der allgemein bei 13 in Fig. 1 bezeichnet ist, auf Abstand gehalten; der sphärische Schwenkzapfen wird im folgenden ausführlicher beschrieben. Der Umlauf der Lagerplatte 13 relativ zu der Basis 10 um den sphärischen Schwenkzapfen 13 herum wird durch

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einen sphärischen Körper 14 verhindert, der die Unterseite der Platte 12 lagert, und durch eine Feder deren eines Ende und der sphärische Körper 14 an einem von der Basis 10 getragenen Vorsprung 16 befestigt sind. Der sphärische Körper 1^ und die

Feder 15 lassen, obwohl sie einen Umlauf um den sphärischen. Schwenkzapfen 13 herum verhindern, eine Relativbewegung zwischen der Platte 12 und der Basis 10 in Richtungen allgemein lotrecht zur Ebene des Zeichnungsblattes zu.

Der sphärische Schwenkzapfen 13 sieht einen festen Abstand eines Abschnitts der Platte 12 von der Basis 10 vor. Zwischen verschiedenen Lagerplattenabschnitten und der Basis werden einstellbare Abstände durch das allgemein bei 17 und 18 gezeigte Punktkontaktsystem vorgesehen. Abgesehen von dan unten bezeichneten Ausnahmen, können die Punktlcontaktsysteme 17 und 18 identisch sein. Aus diesem Grunde wird nur eines im einzelnen gezeigt.

Es wird weiterhin auf die Fig. 1 Bezug genommen, in der ein allgemein zylindrischer Körper 20 von der Platte 12 zwischen diesel" und der Basis 10 getragen wird. Ein konischer Körper 21 wird im Gewindeeingriff von einer Leitspindel 22 erfaßt, die zum Umlauf durch von der Basis 10 getragene Lager 23 gelagert wird. Beim Umlauf der Leitspindel 22 bewegt sich der Körper 21 auf der Leitspindel 22 entlang, wobei die zusammengefaßten Durchmesser des zylindrischen Körpers 20

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und, des Abschnitts des leonischen Körpers 21 in Berührung mit dem zylindrischen Körper 20 den Abstand zwischen der Platte 12 und der Basis 10 bei deren Festlegung bestimmen. "Wie noch unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wird, wird der konische Körper 21 an einem Umlauf mit der mit Gewinde versehenen Leitspindel 22 gehindert, um bei einer Drehbewegung der Leitspindel seine Bewegung auf der Leitspindel 22 entlang sicherzustellen. "Die Lager 23 können von jeder beliebigen bekannten Konstruktion sein und die Drehbewegung der Leitspindel 22 durch beliebige bekannte Techniken erwirkt werden; im Zusammenhang mit der Erfindung werden Schrittschaltmotoren und geeignete Steuersysteme für solche Motoren bevorzugt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach dex- Linie 2-2 der Fig. 1 bei besserer Darstellung der Zusammenwirlcung zwischen einigen der einen Teil dieser Erfindung bildenden Elemente. Wie in Fig. 2 gezeigt, besteht der sphärische Schwenkzapfen 13 aus einer an der Basis IO befestigten und sich von ihr forterstreckenden Stange 23, die mit einem sphärischen Ende 26 in einer konischen Ausnehmung 27 in der Lagerplatte 12 liegt. Der sphärische Schwenkzapfen 13 sieht einen bekannten Abstand zwischen der Lagerplatte 12 und der Basis 10 vor und gestattet dabei eine Schwenkbewegung oder Kippbewegung der Lagerplatte 12 relativ zu der Basis 10. In der dargestellten Form wird zwischen dem sphärischen Ende 26 und der konischen Ausnehmung 27 ein Kroislinienkontakt gebildet.

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Nach der Darstellung in Fig. 2 liegt der konische Körper 21 innerhalb einer Nut ^O der Basis 10 und erstreckt sich mit einem Stift 31 in eine weitere Nut 32 hinein, wobei der Stift 31 und die Nut 32 zusammenarbeiten, um beim Drehen der Leitspindel 22 eine Drehbewegung des konischen Körpers 21 zu verhindern. Der konische Körper 21 wird von der Leitspindel 22 gelagert, die für diesen Zweck genügend starr ist. Die Lagerplatte 12 wird in Richtung auf die Basis 10 durch Federn 33 elastisch beaufschlagt, wobei eine an oder im Bereiche jedes der Systeme 13t 17 und 18 angeordnete Feder 33 für ausreichend gehalten wird, um die hier erörterten Kontakte zwischen den Elementen aufrechtzuerhalten«

Fig. 3 zeigt ferner die Zusammenwirkung zwischen dem konischen Körper 21, der Leitspindel 22 und den Elementen der Basis 10 sowie auch die Wechselwirkung zwischen dem zylindrischen Körper 20 und der Lagerplatte 12 und dem zylindrischen Körper 20 und dem konischen Körper 21, In der Lagerplatte 12 ist eine V-förmige Nut vorgesehen, welche bei 36 Linienkontakte zwischen den Wänden der Nut und dem zylindrischen Körper 20 herstellt. Der zylindrische Körper und der konische Körper 21 berühren sich in einem bei 37 bezeichneten Punktkontakt. Somit kann zwischen dem konischen Körper 21, dem zylindrischen Körper 20 und der Lagerplatte 12 eine präzise Beziehung aufgestellt werden, um bei der. Festlegung der bezeichneten Elemente einen genauen Abstand zwischen dem Abschnitt der Lagerplatte 12 und der Basis 10 festzulegen.

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Ss wird nun wiederum auf die Fig. 1 Bezug genommen, in welcher der allgemein bei 18 angegebene und in angedeuteten Linien gezeigte Punktkontakt die länglichen Elemente 39 und ⁴K) einschließ Bei den Elementen 39 und hO soll es sich um einen zylindrischen und einen konischen Körper wie die hier gezeigten und beschriebenen Körper 20 und 21 handeln. Der längliche'Körper 39 kann entweder zylindrisch oder konisch sein, wobei dann das Element hO die andere Gestalt annimmt. Durch Vorwärtstreiben des konischen Körpers auf seiner Hauptachse quer über die Hauptachse des zylindrischen Körpers kann der Abstand zwischen der Lagerplatte 12 und der Basis 10 bei deren Festlegung eingestellt werden.

Et sind offensichtlich im Lichte der obigen Lehren zahlreiche Abwandlungen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung möglich. Es wird bexspielswexse gegenwärtig ins Auge gefaßt, daß das Element 40 ein konischer Körper ist, der durch eine Leitspindel allgemein parallel zur Leitspindel 23 (siehe Fig. 1) längs seiner Hauptachse angetrieben wird. Jedoch kann das Element 4o allgemein zylindrisch und das Element 39 konisch sein und von"einer Leitspindel im rechten ¥inkel zur· Leitspindel 22 angetrieben werden. Zwar sind die zylindrischen und konischen Körper, welche die Punktkontakte bilden, als rechtwinklig gezeigt und beschrieben, obwohl ihre Zusammenarbeit es lediglich verlangt, daß sich ihre Hauptachsen zur Bildung eines Punktkontakts überschneiden, um die Neigung der Vor-

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richtung zu taumeln während der Uraorientierung der Lagerplatte 12 im Winkel relativ zu der Basis 10 zu vermindern. Die Erfindung kann daher selbstverständlich innerhalb der beigefügten Ansprüche auch anderweitig als hier im einzelnen beschrieben zur Ausführung gelangen.

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Claims

Ansprüche :

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System zur Lagerung und räumlichen Orientierung eines von einer Lagerplatte getragenen optischen Elements in einem analytischen Instrument mit einer Quelle einer analytischen Strahlung und optischen Elementen zur Lenkung der Strahlung durch das Instrument, gekennzeichnet durch eine planare Basis, die in dem Instimment befestigt ist, von der Basis getragene Einrichtungen zur Beabstandung eines Lagerplattenabschnitts von der Basis bei Zulassung einer x'äumlichen Umorie:atic!ru.ng der Lagerplatte

Huroponn Patent Attorneys Zugeln-iscnß Vertr«.ter beim RuropfUschen Patentamt Deutsche Bank AQ Hnmburg, Nr. 03/28497 {131,7. 20070000) · PostaoliecV Hamburg 2842-206

um den Lagerplattenabschnitt herum, erste und zweite Punktkont akt einrichtungen, welche verschiedene Lagerplattenabschnitte einstellbar von der Basis auf Abstand halten, sowie Einrichtungen, die die Basis und die Lagerplatte elastisch gegeneinander beaufschlagen.

2. Lagereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Beabstandung eines Lagerplattenabschnitts in einem sphärischen Schwenkzapfen bestehen mit weiteren Einrichtungen zur Verhinderung eines Umlaufs der Lagerplatte relativ zu der Basis um den sphärischen Schwenkzapfen herum.·

3. Lagersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktkontakteinrichtung langgestreckte Körper enthält, die allgemein rechtwinklig zueinander liegen und jeweils eine Kontaktfläche aufweisen, die auf ihrer Hauptachse einen kreisförmigen Querschnitt hat, und von denen wenigstens einer auf seiner Hauptachse beweglich ist.

k, Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktkontakteinrichtung langgestreckte Körper enthält, die allgemein rechtwinklig zueinander sind und je eine Kontaktfläche aufweisen, die auf ihrer Hauptachse von kreisförmigem Querschnitt ist, und von denen wenigstens einer längs seiner Hauptachse beweglich ist.

5. Lagersystem nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktkontakteinrichtungen jeweils allgemein zylindrische Einrichtungen und allgemein konische Einrichtungen enthalten, die allgemein rechtwinklig zueinander zwischen der Basis und der Lagerplatte angeordnet sind und einander an ihrem Umfang berühren, wobei die konische Einrichtung relativ zu der zylindrischen Einrichtung auf deren Hauptachse beweglich ist.

6. Lagersystem nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine Leitspindel, die die konischen Einrichtungen länge der Hauptachse in einem Gewindeeingriff erfaßt, sowie Einrichtungen zur Verhinderung eines Umlaufs der konischen Einrichtung mit der Leitspindel.

7. Lagersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachsen der konischen Einrichtung allgemein parallel sind.

8. Lagersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachsen der konischen Einrichtung allgemein lotrecht sind,

9. Lagersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Beabstandung eines Lagerplattenabschnitts sphärische Schwenkeinrichtungen sowie Einrich-

tungen zur Verhinderung eines Umlaufs der Lagerplatte relativ zu der Basis um die sphärische Schwenkeinrichtung herum enthalten«

10. Lagersystem nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß die Punktkontakteinrichtungen jeweils allgemein zylindrische Einrichtungen enthalten und die Lagerplatte Einrichtungen zur Herbeiführung einer Linienberührung mit der zylindrischen Einrichtung enthält, während zwischen der Basis und der zylindrischen Einrichtung allgemein konische Einrichtungen in Punktberührung mit der zylindrischen Einrichtung gelagert und auf ihrer Hauptachse entlang in Querrichtung zur Hauptachse der zylindrischen Einrichtung, mit welcher sie sich in Punktberührung befinden, beweglich sind.

11. Lagersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Beabstandung eines Lagerplattenabschnitts eine sphärische Schwenkzapfeneinrichtung und ferner Einrichtungen zur Verhinderung eines Umlaufs der Lagerplatte relativ zu der Basis um den sphärischen Schwenkzapfen herum aufweist,

12. Lagersystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine umlaufende Leitspindel, die die konische Einrichtung auf ihrer Hauptachse entlang in einem Gewindeeingriff erfaßt, sowie Einrichtungen zur Verhinderung eines Umlaufs der

konischen Einrichtung mit der Leitspindel.

13. Lager system nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Verhinderung eines Umlaufs Nuteneinrichtungen in der Basis sowie sich von der konischen Einrichtung in die Nuten hineinerstreckende Einrichtungen enthalten.

1^-. Lagersystem nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachsen der konischen Einrichtung allgemein parallel sind.

15» Lagersystem nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachsen der konischen Einrichtung allgemein lotrecht sind.