[发明专利]用于干涉仪的反射镜轴承

说明书

本公开内容的方面针对用于干涉仪的反射镜轴承。示例反射镜轴承包括固定不动的安装构件和可移动反射镜组件，可移动反射镜组件被构造成能沿其纵向轴线相对于安装构件滑动地移动。安装构件被构造成刚性地附接到干涉仪本体。镗孔沿安装构件的纵向轴线延伸通过安装构件。安装构件的驱动线圈接收区被构造成保持耦接至安装构件的驱动线圈。可移动反射镜组件包括管，该管被构造成在管的一个端部处接收安装构件的端部。可移动反射镜组件还包括耦接到管的相反端部的反射镜。驱动磁体设置在管内，并被构造成在反射镜轴承处于组装构造时被接收在安装构件的镗孔内。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年7月14日提交的美国临时专利申请第62/532,446号的权益。该申请的内容通过引用整体并入本文中。

技术领域

本公开内容总体上涉及光学科学仪器的技术领域。更具体地，本公开内容涉及用于迈克尔逊干涉仪的反射镜轴承和反射镜对准系统。

背景技术

作为询问装置的一部分，科学分析仪器中使用的光学干涉仪依赖于叠加光束的干涉。当构造成迈克尔逊·傅立叶变换红外(FTIR)仪器时，干涉仪的光学输出称为干涉图。FTIR干涉仪本身常常包括光束分离器和两个反射镜，一个反射镜常规地是固定不动的，而另一个反射镜常规地是可移动的。可移动反射镜沿光轴移动，同时始终保持与光束光学垂直。常常期望对可移动反射镜的移动进行反馈控制，以保持反射镜的速度恒定，以使通过干涉仪的分析辐射产生准确的干涉图。而且，可移动反射镜还常常是包括空气轴承或机械枢轴型轴承的组件的一部分，这些轴承需要昂贵的紧公差机加工和组件以控制可移动反射镜在其移动时的倾斜。空气轴承提供更高的性能，但价格昂贵，并且需要空气压缩机和过滤器来供应压缩空气。在反射镜移动时机械枢轴型轴承可能会在反射镜对准方面产生误差。这种对准问题在长冲程长度时会恶化，从而限制了冲程长度和系统分辨率。而且，这些类型的轴承容易磨损和老化。另外，机械轴承的阻尼也很差，往往会捕获或生成机械和声学振动，从而在系统输出数据中引起噪声。

为了某种程度上解决上述常规问题，制造了一种反射镜组件，该反射镜组件利用石墨/玻璃组合作为其结构的一部分。1999年4月20日授予John M.Coffin专利权的、题为“INTERFEROMETER HAVING AGLASS GRAPHITE BEARING”的美国专利第5,896,197中描述和要求保护这样的组件，上述专利的公开内容通过引用整体并入本文，包括以下内容：“用于允许可移动反射镜在迈克尔逊干涉仪中的移动的轴承包括固定不动的中空玻璃柱体和可移动组件，可移动组件包括可移动反射镜和至少一个石墨构件，石墨构件可滑动地设置在玻璃柱体的镗孔内。”这种组件的部分基础是由于不同零件之间的可预测的摩擦力，有利地改进了减振效果，并且由于该构造的轻巧性因为这种组件实现了低功率控制系统，因此降低了成本。然而，这样的组件在制造和可靠性方面具有固有的问题。例如，用于这种玻璃/石墨构造的当前制造工艺要求将玻璃管手动装配到活塞上，这常常导致不同批次零件之间的较大差异。这种组件遇到的另一问题是，在干涉仪中，在最终组件的操作期间，玻璃管中的表面缺陷常常会导致倾斜和驱动抖动。最终，如玻璃管中的石墨粉尘所证明的，石墨活塞的摩擦力积累，导致需要施加较高的驱动电压，并且基于对定期清洁玻璃管和石墨活塞的需要，这种积累会最终导致系统停机。