JP2008536102A - 引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置 - Google Patents

Abstract

本発明は複数の光学要素の中から選択した一つの光学要素を正確に位置決めできる、引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置に係り、スタンド（１）、要素ホルダーとディスク（４）に組み合わせたターレットを含み、ディスク（４）は周面（５）で複数のブロッキング手段（６）と組合されているラチェット・ホイールであり、各ブロッキング手段は光学要素の一つに対応している。さらに、この光学要素の位置決め装置はモーター（７）とディスク（５）の周面に衝合する衝合停止部材（９）とを含む。
本発明では停止部材（９）がラチェット・ホイールの周面（５）と接触している減摩要素（１３）を含んでいて、ラチェット・ホイールの周面（５）の輪郭に沿って引き込み式停止部材（９）が摩擦なく動けるようにしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、高い精度で少なくとも２つの光学要素の一つを正確に位置決めできる引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置と、この装置を組み込んだ分光計に係るものである。

光学要素とは例えば回折格子、フイルター、ミラーなどの要素を意味しており、それらの配向には高い精度を必要とし、そしていったん位置決めされると高い安定性を必要とする。

これらの要素は一般に、ラマン分光計などの分光デバイスに使用され、そこではこれらの要素の一つは入射光ビームの光路に配向される。

米国特許２，２８０，３３８と５，７６７，９６５に開示されているようなターレット・タイプのデバイスが知られており、これらのデバイスは、ターレットが支持している光学要素の一つを選択して、それを所定の光路に位置決めできる。

このターレットはスタンドに対して一つの軸の周りに回転でき、そしてそれが支持している光学要素の一つを位置決めする。ターレットはそれを駆動するピニオンと相互接続している。

米国特許５，７６７，９６５ではそのピニオンの周面にはブロッキング手段があって、ブロッキング・フインガーを使ってターレットをブロックして選択した光学要素に光ビームを反射させるようにしている。

光学要素を何度も選択し、何度もブロックした後には金属部分が相互に擦れて摩損しある程度隙間ができる。

金属部品の磨耗は光学デバイスでは特に重荷になり、これは、金属部品は光学要素を正しい場所に配置するのに関与しているからであり、その磨耗は測定を損なうことになるからである。

さらに、ブロッキング・デバイスの隙間は光学要素の安定性を減じ、それだけ分光計による測定を不安定にして、精度と再現性とを低下させる。

本発明の目的は、隙間をつくったり、部品の磨耗を生じたりしない、高い精度で少なくとも２つの光学要素の一つを正確に位置決めできる引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置を提供することである。

この目的のため本発明は複数の光学要素の中から選択した一つの光学要素を正確に位置決めできる、引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置に係り、それは
スタンド、
前記複数の光学要素を支持した要素ホルダーとこのホルダーと一体のディスクとが取り付けられたターレット
を含み、前記ディスクは複数のブロッキング手段が設けられた周面を有するラチェット・ホイールであり、各ブロッキング手段は光学要素の一つに対応しており、さらに
前記スタンドに対して前記ディスクを第１の軸の周りに前方方向と反対方向とで回転させるモーター、そして
前記ディスクの周面に当たっている衝合停止部材
を含み、
この衝合停止部材は前記モーターを作動してディスクを前方に駆動するとき第２の軸の周りで動いて引込むことができ、そして前記モーターを作動してディスクを反対方向に駆動するときブロッキング手段と係合して前記ディスクをブロックするようになっている。

本発明に従って、前記衝合停止部材はラチェット・ホイールの周面と接触している減摩要素を含んでいて、ラチェット・ホイールの周面の輪郭に沿って引き込み式停止部材が摩擦なく動くようにしている。

本発明の実施例は以下に述べる特徴を持っていて、それらの特徴は単独で、もしくは技術的に可能な組み合わせとして利用でき、いずれも特定の効果を奏する。

‐減摩要素は軸の周りで自在に回転するキャスターである。
‐ラチェット・ホイールのブロッキング手段が半円筒形の凹所を含み、ディスクがブロッキング位置にあるとき前記凹所に前記キャスターが嵌まり込むようになっている。
‐衝合停止部材はそれの両端の一方でキャスター近くに接触半球体を含んでおり、この接触半球体はディスクがブロッキング位置にあるときブロッキング手段の表面に当たっている。
‐衝合停止部材とブロッキング手段とを係合することによりディスクを正しい位置に保持するとき、スタンドへ固定されたカウンター停止部材により衝合停止部材はカウンター・ブロックされ、それにより第２の軸にかかる力を除去し、前記衝合停止部材がディスクとカウンター停止部材との間で詰め木として作用する。
‐接触器は、要素ホルダーの配置に従って、モーターにその回転方向の指令を出す。
‐モーターは直流で作動して、光学要素の選択のための第１の回転方向とターレットの精確な配置のための第２の回転方向との２つの回転方向を発生するモーターである。
‐モーターの制御回路は第１の抵抗とこれと並列のダイオード、この第１の抵抗とダイオードから成るアセンブリーと直列の第２の抵抗を含み、第２の回転方向では前記ダイオードは第１の抵抗を短絡しディスクをブロックするときのモーターの保持トルクを小さくする。

また、本発明は、インレット・スロット、選択すべき少なくとも２つの光学要素、アウトレット・ポート、そしてミラーを含み、前記インレット・スロットからの光ビームが選択された光学要素で反射され、そしてアウトレット・ポートの方に向かうようになっている分光測定システムに係る。

本発明に従って、分光計は引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置を少なくとも一つ含んでいる。

好ましい実施例では光学要素が回折格子である。

本発明は、モーター（７）により固定スタンドに対して第１の軸の周りで前方方向と反対方向とに駆動されるようになっているターレットにより支持された複数の光学要素の中から選ばれた一つの光学要素を精確に位置決めする方法であって、前記ターレットにはラチェット・ホイールを形成しているディスクが取り付けられており、このディスクは、それぞれが一つの光学要素に対応している複数のブロッキング手段（６）が設けられた周面（５）を有し、作動する光学要素を選択するためモーターを作動してターレットを前方方向に回転させ、ディスクの周面に当てている衝合停止部材（９）を第２の軸の周りに動かして引き込める第１段階、そしてモーターを作動して反対方向にターレットを回転させる第２段階を備えている。

本発明に従って、ラチェット・ホイールの周面の輪郭に従って摩擦なく引き込み式停止部材が動く。

好ましい実施態様では、ディスク周面のブロッキング手段とスタンドに固定されたカウンター停止部材との間に衝合停止部材が係合するとき第２軸に作用する力は除かれ、前記衝合停止部材はディスクとカウンター停止部材との間で詰め木として作用し、前記ターレットは精確な位置にブロックされる。

添付図を参照して以下に本発明を詳述する。

図１に本発明の第１の実施例を示す。この図は高い精度で少なくとも２つの光学要素の一つを正確に位置決めできる引き込み式停止部材を持つ装置を示している。この引き込み式停止部材を持つ装置はベース１０とアーム２４とから成るスタンド１を含んでいる。

その装置はターレット２を含んでおり、このターレット２は少なくとも２つの光学要素を支持できる要素ホルダー３を含む。ターレット２は軸の周りを回転してその選択された一つの光学要素の正面を光ビーム２２に向け、光ビームを反射させるか、もしくは透過させる。

図１で、ターレット２は、回折格子のような光ビーム２２を反射する光学要素に特に適している。

引き込み式停止部材を持つ装置は要素ホルダー３と一体のディスク４を含んでいる。このディスク４の周面５には少なくとも２つのブロッキング手段６を設けている。各ブロッキング手段６は一つの光学要素に対応している。図１〜図６で本発明の装置のディスク４は４つの光学要素２３に対応する４つのブロッキング手段を含んでいる。

図２に示されているように、スタンド１と相互接続されたモーター７はスタンド１に対してターレット２を駆動する。外歯車１６を持っていることが多いローラー１５は、モーター７からのトルクをラチェット・ホイール４へ伝達し、このラチェット・ホイールの内歯車１７はローラー１５の外歯車１６と接触している。

モーター７は直流で、作動する光学要素を選択するための第１の回転方向とターレット２を正確に配向するための第２の回転方向の２つの回転方向で回転する。ターレット２の正確な配向は以下に説明するブロッキング停止段階を含んでいる。

ターレットの衝合停止部材９は、軸の周りでベース１０に対して動くことができ、引き込み式停止部材を形成する。この停止部材９はディスク４の周面５の輪郭に沿って出たり、引っ込んだりする。この停止部材９はスタンド１の要素２５へ固定されたスプリング１１へ接続されている。このスプリング１１は圧縮していて停止部材９をディスク４の周面５に押し付ける。

ディスク４は衝合停止部材９と協働するラチェット・ホイールである。この停止部材９は前方方向にディスク４が回転している間待機しており、そして反対方向でディスク４が回転するときディスク４をブロックし、高い精度で光学要素の一つを位置決めする。

引き込み式停止部材を持つ装置は接触器８を含み、これはモーター７に指令して要素ホルダー３の配向に従ってそれの回転方向を決める。図１〜図５に示す本発明の第１の実施例に従えば、この接触器８はスタンド１のアーム２４の上方部分に固定されている。それは停止部材９に関連して光学要素の位置を決めることができる。

ターレット２の前方方向での回転において、停止部材９がラチェット・ホイール４のブロッキング手段６を越えるとき、それは引っ込む。同時に接触器８はモーター７に反対方向にターレットを回転させるよう指令し、停止部材９はディスク４のブロッキング手段６に当たる。まだ反対の回転方向にターレット２を回転させているモーター７によりディスクはブロックされる。

図３はモーター７の制御回路の電気回路図を示しており、それは第１の抵抗３７と並列に取り付けられたダイオード３６、第１の抵抗３７とダイオード３６とから成るアセンブリーと直列に取り付けられた第２の抵抗３８、制御盤３９そして一組の接触器４０を含んでいる。

もし接触器ＳＷ０、ＳＷ１、ＳＷ２そしてＳＷ３が開いているとＶ_＋＞Ｖ₋であって、モーター７は一方向に回転する。

もし接触器ＳＷ０、ＳＷ１、ＳＷ２そしてＳＷ３が閉じているとＶ_＋＜Ｖ₋であって、モーター７は方向を変える。

前方回転方向（光学要素を代える方向）において抵抗３７は短絡されている。抵抗３８だけがモーター７の電流を制限することができる。この抵抗３８の値は小さく、モーター７のトルクを非常に小さくする。

反対回転方向（停止部材で位置決めができる方向）において直列抵抗３７と３８はモーター７の電流を制限し、停止部材でブロックされるときのモーター７の保持トルクを減少できる。抵抗３７の値は所望の保持トルクに従って最適化される。

モーター７は減速歯車を含んでいてもよい。

ターレット２をブロックしているとき、停止部材９はスタンド１のベース１０に固定されているカウンター停止部材１２によりカウンター・ブロックされる。保持長さの方向には機械的な隙間はない。カウンター停止部材１２が停止部材９とディスク４のアセンブリーを隙間なしで保持する。それは停止部材９の回転軸２６にディスクが加えるストレスを除去できる。このディスク４は停止部材９に平行に、カウンター停止部材１２に向かう方向で負荷を生じる。カウンター停止部材１２なしではこの負荷はピン２６を変形させてターレット２のブロッキングに隙間を生じさせ、光学要素の位置精度は落ちる。図５の分光計の光学要素は測定中動いて、位置精度と再現性とを損なう。再位置決めの精度は要素４，９，１２の変形にのみ依存している。そこで、これらの要素は変形を制限するような剛性材料からつくられる。停止部材９はディスク４とカウンター停止部材１２との間で詰め木として作用する。

図４と図５とは停止部材の両端を更に詳細に示している。それぞれの端はその表面にカウンター停止部材の表面とディスクのブロッキング手段の表面２９とに接触する半球２７，２８を含んでいる。

これらの半球２７，２８は鋼鉄のような硬い材料からつくられている。それらは停止部材９とそれと衝合する表面との間の接触面を最小として摩擦を減じている。停止部材９の運動はしなやかである。摩擦を最小にしたことは光学要素につもるごみや金属粉の量を少なくする。

停止部材９は減摩要素１３を有し、この減摩要素１３はその一方の端でラチェット・ホイールの周面と接触していて、引っ込められる停止部材９は摩擦なくラチェット・ホイールの周面５の輪郭に沿って出入りする。換言すれば、停止部材９は摩擦なくディスク４の周面５の輪郭に応じて動く。このことが光学要素につもるごみや金属粉の量を少なくし、ディスク４の周面５の摩損を少なくし、そして停止部材の角３５の磨耗を防ぐ。

好ましい実施例では、減摩要素は軸の周りに自由に回転するキャスター１３であってよい。

ラチェット・ホイールのブロッキング手段６の表面２９はキャスター１３の形に適応した半円筒形の凹所１４を含んでいる。ターレット２をブロックするとき、キャスターの部分はこの凹所１４に嵌ってキャスターはブロッキング手段６の表面２９と接触せず、ディスクは停止部材９に負荷をかけない。このことがターレット２をブロックするときキャスター１３の変形を防ぐ。

接触の半球２８はキャスター１３に接近していて、それはディスク４がブロックされた位置にあるときブロッキング手段の表面２９にのる。接触の半球２８はキャスター１３の下方か上方とすることができる。

光学要素は回折格子、ノッチ・フイルター、エッジ・フイルター、ミラー、・・・でよい。

本発明の第２の実施例である、ラマン・ノッチ・フイルターのための引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置を図６に示す。ターレット２は通常ノッチ・ターレットと呼ばれる。図６は、４つのミラー４３と組み合わされた４つのノッチ・フイルター４１を含むターレットを例として示している。３つのノッチ・フイルター４１と３つのミラー４３だけが図６では見える。４番目のフイルターと４番目のミラーとはベース１０の下になっている。

ディスク４の表面はベース１０に垂直である。

停止部材９がディスク４をブロックするとき、ラマン・ノッチ・フイルター４１とミラー４３とが選択される。これらの作動する要素はディスク４の左にある。

レーザー源が放出するレーザービーム４４はミラー４３で反射されてノッチ・フイルター４１に向かう。このレーザービーム４４はノッチ・フイルター４１で第１の方向にフイルターされる。励起された電磁放射線だけがフイルター４１で反射される。その結果は励起ビーム４５であり、それのスペクトルバンドは試料に向かう励起放射線の波長に対応する。望ましくない相補的スペクトルバンド（ラマン・ストリーク）はフイルターを通ってしまう。

励起ビーム４５は試料を照射し、試料はそれの特性スペクトル情報とラマン・ストリークの特性スペクトルバンドとを含む電磁放射線を送り返す。その結果は励起ビーム４５の逆方向を辿るビーム４６となる。試料の特性スペクトルバンドを含むこのビーム４６の一部分はフイルター４１を通って分光写真機に向かう。励起スペクトルバンドを含む放射線はフイルター４１で反射される。

図７は、停止部材３０とカウンター停止部材３１とが異なる仕方で配置されている第３の実施例を示す。

接触器がディスクの周面と接触して、スタンドのベースに固定されている。

ターレットの衝合停止部材３０は軸３４の周りで動いて引き込み式停止部材を形成している。

ディスク４は衝合停止部材３０と協働するラチェット・ホイールである。停止部材３０はディスク４が前方方向に回転するとき待機しており、そして反対方向にディスク４が回転するときディスク４をブロックして光学要素の一つを位置決めする。

カウンター停止部材３１によりカウンター・ブロックされている停止部材３０がディスク４をブロックする。停止部材３０はカウンター停止部材３１に、停止部材３０に垂直に保持力３３を作用させる。

本発明は図８に示す分光測定システムにも係るものであり、この分光測定システムは、インレット・スロット、選択すべき少なくとも２つの光学要素、アウトレット・ポート２０そしてミラー２１を含み、インレット・スロット１８からの光ビーム２２が選択された光学要素１９で反射され、そしてアウトレット・ポート２０の方に向かうようになっている。

本発明に従ってそれは光学要素を含む引き込み式停止部材２３を持つ少なくとも一つの装置を含んでいる。

引き込み式停止部材２３を持つ装置はターレット３の少なくとも２つの要素の中の光学要素１９を選択できる。

引き込み式停止部材２３を持つ装置は、ラマン型式の分光測定システムもしくは要素の配向に非常に高い精度を要求する他の分光計に使用できる。

本発明に従う引き込み式停止部材を持つ装置は、自動的にそして非常に精確に光学要素の再位置決めを、隙間を生じるということなく（非常に安定して）行う。この装置を形成する部材は摩擦によって力を受けることは少なく、磨耗の進展は極めて緩慢である。装置の寿命は延び、分光測定システムの光学要素は塵や磨耗による粉塵で汚染されることは少ない。

本発明の第１の実施例の略図である。 本発明の第１の実施例の詳細図である。 本発明の制御回路の回路図である。 本発明の第１の実施例の停止部材を示す。 本発明の第１の実施例の略図である。 本発明の第２の実施例のノッチ・ターレットを示す。 本発明の第３の実施例の略図である。 本発明の第１もしくは第２の実施例のラマン分光計のための分光測定システムを示す。

Claims (12)

1. 複数の光学要素の中から選択した一つの光学要素を正確に位置決めできる、引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置であって、
   スタンド（１）、
   前記複数の光学要素を支持した要素ホルダー（３）とこのホルダー（３）と一体のディスク（４）とが取り付けられたターレット（２）
   を含み、前記ディスク（４）は、複数のブロッキング手段（６）が設けられた周面（５）を有するラチェット・ホイールであり、各ブロッキング手段は光学要素の一つに対応しており、さらに
   前記スタンド（１）に対して前記ディスク（４）を第１の軸の周りに前方方向と反対方向とで回転させるモーター（７）、そして
   前記ディスク（５）の周面に当たっている衝合停止部材（９）
   を含み、この衝合停止部材（９）は前記モーター（７）を作動してディスク（４）を前方に駆動するとき第２の軸の周りで動いて引っ込むことができ、そして前記モーター（７）を作動してディスク（４）を反対方向に駆動するときブロッキング手段（６）と係合して前記ディスク（４）をブロックするようになっている光学要素の位置決め装置において、
   前記衝合停止部材（９）はラチェット・ホイールの周面（５）と接触している減摩要素を含んでいて、ラチェット・ホイールの周面（５）の輪郭に沿って引き込み式停止部材（９）が摩擦なく動くようにしたことを特徴とする引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置。
2. 減摩要素は軸の周りで自在に回転するキャスター（１３）である請求項１に記載の引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置。
3. ラチェット・ホイールのブロッキング手段（６）が半円筒形の凹所（１４）を含み、ディスク（４）がブロッキング位置にあるとき前記凹所（１４）に前記キャスター（１３）が嵌まり込むようになっている請求項２に記載の引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置。
4. 衝合停止部材（９）はそれの両端の一方でキャスター（１３）近くに接触半球体（２８）を含んでおり、この接触半球体（２８）はディスク（４）がブロッキング位置にあるときブロッキング手段の表面（２９）に当たっている請求項１〜３のいずれかに記載の引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置。
5. 衝合停止部材（９）とブロッキング手段（６）とを係合することによりディスク（４）を正しい位置に保持するとき、スタンド（１）へ固定されたカウンター停止部材（１２）により衝合停止部材（９）はカウンター・ブロックされ、それにより第２の軸にかかる力を除去し、前記衝合停止部材（９）がディスク（４）とカウンター停止部材（１２）との間で詰め木として作用するようになっている請求項１〜４のいずれかに記載の引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置。
6. 接触器（８）は、要素ホルダー（３）の配置に従って、モーター（７）にその回転方向の指令を出す請求項１〜５のいずれかに記載の引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置。
7. モーター（７）は、直流で作動して、光学要素の選択のための第１の回転方向とターレット（２）の精確な配置のための第２の回転方向との２つの回転方向を発生するモーターである請求項６に記載の引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置。
8. モーターの制御回路は第１の抵抗（３７）とこれと並列のダイオード（３６）、この第１の抵抗（３７）とダイオード（３６）とから成るアセンブリーと直列の第２の抵抗（３８）を含み、第２の回転方向では前記ダイオード（３６）は第１の抵抗（３７）を短絡し、ディスク（４）をブロックするときのモーター（７）の保持トルクを小さくする請求項６に記載の引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置。
9. インレット・スロット（１８）、選択すべき少なくとも２つの光学要素、アウトレット・ポート（２０）そしてミラー（２１）を含み、前記インレット・スロット（１８）からの光ビーム（２２）が選択された光学要素（１９）で反射され、そしてアウトレット・ポート（２０）の方に向かうようになっている分光測定システムにおいて、請求項１〜８のいずれかに記載の引き込み式停止部材を持つ光学要素の位置決め装置を少なくとも一つ含んでいることを特徴とする分光測定システム。
10. 光学要素が回折格子である請求項９に記載の分光測定システム。
11. モーター（７）により固定スタンドに対して第１の軸の周りで前方方向と反対方向とに駆動されるようになっているターレットにより支持された複数の光学要素の中から選ばれた一つの光学要素を精確に位置決めする方法であって、前記ターレットにはラチェット・ホイールを形成しているディスクが取り付けられており、このディスクは、それぞれが一つの光学要素に対応している複数のブロッキング手段（６）が設けられた周面（５）を有し、作動する光学要素を選択するためモーターを作動してターレットを前方方向に回転させ、ディスクの周面に当てている衝合停止部材（９）を第２の軸の周りに動かして引き込める第１段階、そしてモーターを作動して反対方向にターレットを回転させる第２段階を備えた、光学要素を精確に位置付ける方法において、ラチェット・ホイールの周面（５）の輪郭に従って摩擦なく引き込み式停止部材（９）が動くことを特徴とする光学要素を精確に位置付ける方法。
12. ディスク周面のブロッキング手段（６）とスタンドに固定されたカウンター停止部材との間に衝合停止部材が係合するとき第２の軸に作用する力は除かれ、前記衝合停止部材（９）はディスク（４）とカウンター停止部材（１２）との間で詰め木として作用し、前記ターレットは精確な位置にブロックされる請求項１１に記載の光学要素を精確に位置付ける方法。
    

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