DE69838446T2 - Justierbare Halterung für optische Bauteile - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Halterung von optischen Komponenten.
• Es besteht häufig ein Bedürfnis in Instrumenten, wie Spektrometern, eine optische Komponente in der Weise anzubringen, dass sie relativ zu einer vorgewählten Achse genau ausgerichtet ist und dass diese Ausrichtung während des Betriebs des Instruments aufrechterhalten werden kann. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Halterungsvorrichtung, welche diese Anforderung auf eine relativ einfache und effektive Weise erfüllen kann.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Halterung einer optischen Komponente wie in Anspruch 1 definiert bereitgestellt.
• Die Vorrichtung kann so beschaffen sein, dass ein Halterungselement befestigt ist und die anderen zwei jeweils an einem drehbaren Halterungsglied vorgesehen sind.
• Die Kraftaufbringungsmittel können ein Solenoid enthalten.
• Jedes drehbare Halterungsglied kann allgemein verlängert sein, wobei die Halterungselemente in Richtung auf ein Ende davon vorgesehen sind, und die Kraftaufbringungsmittel vorgesehen sind, um auf das andere Ende davon einzuwirken. Jedes drehbare Halterungsglied kann integrale, sich quer erstreckende Verbindungen aufweisen, wodurch die Torsionsbalkendrehhalterungsanordnung bereitgestellt wird.
• Die Halterungselemente können an den Spitzen eines gleichwinkligen Dreieckes angeordnet sein.
• Bei einer gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Vorrichtung wird eine optische Komponente so gehaltert, dass sie auf drei Halterungselementen abgestützt ist. Sie wird ausgerichtet durch Aufbringung einer Kraft auf eines oder beide der drehbaren Halterungsglieder derart, dass sich das Halterungsglied gegen die Federwirkung seiner Drehhalterung bewegt. Wenn die Drehkraft beseitigt wird, kehrt die Drehhalterung unter dem Einfluss der Federwirkung der Drehhalterung in Richtung ihrer Originalposition zurück. Die Mittel zur Aufbringung der Kraft auf das drehbare Halterungsglied können in der Weise in eine Rückkopplungsschleifeneinrichtung einbezogen sein, dass durch Überwachung der von der optischen Komponente abgeleiteten Ausgabe die Ausrichtung dieser Komponente auf der Basis eines gemessenen Signals automatisch ausgeführt werden kann. Zum Beispiel kann die Ausführung so sein, dass das gemessene Signal bei einem Maximum gehalten wird.
• Die Erfindung wird nun lediglich beispielhaft mit jeweiligem Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist:
• 1 eine schematische Draufsicht auf eine Halterungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
• 2 ein Schnitt entlang der Linie X–X von 1, und
• 3 zeigt detaillierter einen Teil der Halterungsvorrichtung von 1.
• Die in den Zeichnungen gezeigte Halterungsvorrichtung ist dazu bestimmt, um eine optische Komponente (10) innerhalb einer kreisförmigen Öffnung (11), welche in einer Halterungsplatte (12) ausgebildet ist, abzustützen. Die Öffnung (11) ist so gebildet, dass an einem unteren Umfangsrand der Wand der Platte, die Öffnung umgebend, eine umlaufende, sich radial einwärts erstreckende Lippe (14) definiert wird. Eine befestigte erste Halterungsstütze (16) wird auf der Lippe (14) getragen.
• In um 120° von der befestigten Stütze (16) entfernten Positionen sind zwei Halterungsanordnungen (18 und 19) vorgesehen. Mit besonderem Bezug auf 3 wurde jede Halterungsanordnung (18) mittels maschineller Bearbeitung der Halterungsplatte (12) an der geeigneten Position ausgebildet, um ein längliches Halterungsglied (20) zu definieren, welches mit dem Hauptkörper der Halterungsplatte integral mittels sich seitlich erstreckender Bereiche (21, 22) auf solche Weise verbunden ist, um eine Torsionsbalkenanordnung zu definieren. Eine Optikkomponenten-Halterungsstütze (24) ist an dem radial inneren Bereich des länglichen Elements (20) vorgesehen, während das andere Ende eine mittels eines Solenoidstabes (26), der an ein Solenoid (nicht dargestellt) gekoppelt ist, ausgeübte Kraft aufnehmen kann. Wie aus 3 erkennbar ist, verursacht eine in Richtung des Pfeils (28) nach unten aufgebrachte Kraft, dass sich das verlängerte Element (20) leicht um die sich seitlich erstreckenden Bereiche (21 und 22) dreht, wodurch die Stütze (24) angehoben wird. Ähnlich wird die Stütze (24), wenn diese Kraft verringert wird, aufgrund der natürlichen Federwirkung dieser Anordnung zu ihrer unteren Position zurückkehren. Das Ausmaß der Bewegung der Stütze (24), das durch die in 3 gezeigte Anordnung bereitgestellt werden kann, liegt in der Größenordnung von wenigen Mikrometern.
• Es versteht sich, dass die in 3 gezeigte Halterungsanordnung an jeder der in 1 gezeigten Positionen (18 und 19) vorgesehen ist.
• Mit Bezug auf 2 wird die optische Komponente somit an drei gleichwinklig beabstandeten Positionen auf der Stütze (16) und den zwei Stützen (24) gehaltert. Eine Flachfeder (30), die mittels Schrauben (32) an der Halte rungsplatte (11) gesichert ist, hält die Komponente innerhalb der Öffnung (11) auf den Stützen in Position.
• Im Betrieb wirkt die befestigte Stütze (16) als ein Drehpunkt für die optische Komponente (10), während die anderen zwei Stützen (24) eingestellt werden können, um die optische Komponente zu veranlassen, sich um den Drehpunkt zu drehen. Wenn eine Einstellung der optischen Komponente erforderlich ist, können entweder oder beide der linearen Solenoide mit Energie versorgt werden, um eine Kraft auf das radial äußere Ende des langgestreckten Halterungsgliedes (20) auszuüben. Dies verursacht das gegenüberliegende Ende des länglichen Halterungsgliedes, welches die Stütze (24) trägt, sich leicht zu verlagern, wodurch die optische Komponente um die Stütze (16) gedreht wird. Mittels Erhöhung des Stroms in dem Solenoid kann die mittels des Solenoids ausgeübte Kraft vergrößert werden, so dass eine zunehmende Stützenauslenkung bereitgestellt wird. Dies wiederum veranlasst die optische Komponente, sich um die Drehstütze zu drehen, wodurch die Orientierung der optischen Komponente geändert wird. Durch Überwachung des Ausgangssignals der optischen Komponente ist es möglich, die beiden Solenoide auf solche Weise zu betreiben (Anmerkung des Übersetzers: to control kann auch steuern oder regeln bedeuten), dass die optische Komponente in der optimalen Position gehalten wird, zum Beispiel wo ihre optische Ausgabe bei einem Maximum liegt.
• Es versteht sich, dass unter der Voraussetzung, dass das elastische Limit der Torsionsbalkenanordnung nicht überschritten wird, die Anordnung zu ihrer Originalposition zurückkehren wird, wenn die Solenoidkraft verringert oder beseitigt wird. Somit können durch Kontrolle des Stroms in beiden Solenoiden die Verlagerungen der Stützen dazu verwendet werden, um die optische Komponente (10) zu veranlassen, jede gewünschte Orientierung innerhalb des Bewegungslimits der Stützen einzunehmen.
• Wie in 2 gezeigt, kann die optische Komponente ein Spiegel sein, wobei dargestellt ist, dass ein Lichtstrahl (34) auf dem Spiegel eintrifft. Durch Überwachung des Ausgabesignals, das von dem Spiegel reflektiert wird, und unter Verwendung einer geeigneten Rückkopplungseinrichtung kann eine automatische Einstellung des den Solenoiden zugeführten Stromes erfolgen, um die Lichtenergie bei einem Maximum zu halten. Somit kann die Vorrichtung verwendet werden, um automatische Ausrichtung bereitzustellen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Halterung einer optischen Komponente (10), so dass die Ebene der Komponente bezüglich einer definierten Achse winkelmäßig genau orientiert werden kann, wobei die Vorrichtung drei Halterungselemente (16, 18, 19) umfasst, auf denen die Komponente gehaltert werden kann, wobei die Elemente allgemein an den Spitzen eines Dreieckes vorgesehen sind, wobei zumindest zwei der Halterungselemente (18, 19) jeweils ein drehbares Halterungsglied (20) und eine federnde Drehhalterung umfassen, so dass Teil (24) von jedem der drehbaren Halterungsglieder (20) so abgestützt ist, dass es gegen die Federwirkung der jeweiligen federnden Drehhalterung drehbar ist, und Mittel (26) zur Ausübung einer Kraft auf jeden von einem anderen Teil des jeweiligen drehbaren Halterungsgliedes (20), um es zu veranlassen, sich um die jeweilige federnde Drehhalterung zu drehen, um dadurch die Orientierung der Ebene der optischen Komponente (10) einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass jede federnde Drehhalterung ein Paar von Drehhaltungsgliedern umfasst, die als Torsionsbalken (21, 22) wirken.
2. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eines der Halterungselemente (16) befestigt ist und die anderen zwei jedes an einem jeweils drehbaren Halterungsglied vorgesehen sind.
3. Halterungsanordnung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Kraftaufbringungsmittel (26) ein Solenoid beinhaltet.
4. Halterungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes drehbare Halterungsglied allgemein verlängert ist, wobei Halterungselemente (24) in Richtung auf deren eines Ende vorgesehen sind und die Kraft aufbringungsmittel (26) angeordnet sind, um auf deren anderes Ende einzuwirken.
5. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei jedes drehbare Halterungsglied integrale, sich quer erstreckende Verbindungen (21, 22) aufweist, welche die Torsionsbalkendrehhalterungsanordnung bereitstellen.
6. Halterungsvorrichtung gemäß einem vorangehenden Anspruch, wobei die Halterungselemente (16, 18, 19) an den Spitzen eines gleichwinkligen Dreieckes angeordnet sind.
7. Halterungsvorrichtung gemäß einem vorangehenden Anspruch, wobei das Kraftaufbringungsmittel vorgesehen ist, um zufolge einer gemessenen Ausgabe der optischen Komponente betrieben zu werden, wobei die Orientierung der Komponente automatisch einstellbar ist.