DE102020003853B4

DE102020003853B4 - Winkeleinstellmechanismus und fourier-transform-infrarotspektrophotometer, das mit diesem ausgestattet ist

Info

Publication number: DE102020003853B4
Application number: DE102020003853.0A
Authority: DE
Inventors: Seiji Kojima
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2020-06-26
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2040-06-27
Also published as: US11674845B2; JP3224066U; US20210072078A1; CN112484852B; DE102020003853A1; CN112484852A

Abstract

Winkeleinstellmechanismus, umfassend:einen Parabolspiegel (10);ein Gehäuse (2), in dem der Parabolspiegel (10) aufgenommen ist;eine Schraube (30), die mit einem Kopf (32), der außerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist, und einem Schaft (33) versehen ist, der mit einem Eingriffsabschnitt (12) des Parabolspiegels (10) durch ein Loch (7), das in dem Gehäuse (2) ausgebildet ist, in Eingriff ist; undeinen Basisabschnitt (20), der sowohl mit dem Gehäuse (2) als auch dem Parabolspiegel (10) in Kontakt ist,wobei eine Kraft auf den Eingriffsabschnitt (12) des Parabolspiegels (10) in einer Richtung ausgeübt wird, die sich dem Gehäuse (2) annähert, und eine Kraft auf einen Abschnitt des Parabolspiegels (10) in Kontakt mit dem Basisabschnitt (20) in einer Richtung weg von dem Gehäuse (2) ausgeübt wird, und sich ein Winkel des Parabolspiegels (10) in Bezug auf das Gehäuse (2) gemäß einer Änderung der Länge eines Abschnitts, bei dem der Schaft (33) und der Parabolspiegel (10) in Eingriff sind, ändert,wobei der Parabolspiegel (10) einen sphärischen konkaven Abschnitt (11) umfasst,wobei der Basisabschnitt (20) einen sphärischen konvexen Abschnitt (21) umfasst, undwobei der Parabolspiegel (10) und der Basisabschnitt (20) nur an dem sphärischen konkaven Abschnitt (11) und dem sphärischen konvexen Abschnitt (21) miteinander in Kontakt sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mechanismus zum Einstellen eines Winkels eines Parabolspiegels, der in einem Gehäuse aufgenommen ist, und ein Fourier-Transform-Infrarotspektrometer, das mit diesem ausgestattet ist.
Hintergrund der Erfindung
Einige Analysevorrichtungen zum Durchführen einer optischen Messung sind mit einem Gehäuse versehen, in dem ein optisches System aufgenommen ist (vgl. z.B. das Patentdokument 1). Wenn ein solches Analysegerät von einer Fabrik versandt wird oder wenn ein Nutzer eine Messung unter Verwendung eines solchen Analysegeräts beginnt, müssen die Position und/oder der Winkel des optischen Systems, das in einem Gehäuse aufgenommen ist, fein eingestellt werden, um Licht zu einer gewünschten Position zu konvergieren. Insbesondere ist es erforderlich, kollimiertes Licht durch Einstellen des Winkels des Parabolspiegels auf die gewünschte Position zu richten.
Ferner beschreibt die Druckschrift CN 204 807 788 U eine Spiegel-Einstellvorrichtung und Lichtquellensystem für optische Instrument. Die Spiegel-Einstellvorrichtung umfasst ein Spiegel-Stützmittel, ein Gehäuse und mindestens drei Einstellschrauben.
Ferner beschreibt die Druckschrift DE 10 2016 100 689 A1 eine Harzidentifikationsvorrichtung. Die Harzidentifikationsvorrichtung enthält ein Fouriertransformations-Infrarot-Spektrometer (FTIR) und Probenplatzierplatten, die eine Öffnung aufweisen. Das FTIR enthält einen Infrarotlichtquellenabschnitt, der Infrarotlicht auf eine Probe strahlt, einen Infrarotlichtdetektionsabschnitt, der Lichtintensitätsinformationen des Infrarotlichts, das von der Probe reflektiert wird, erfasst, und einen Steuerungsabschnitt, der die Lichtintensitätsinformationen erhält.
Ferner beschreibt die Druckschrift DE 10 2012 200 732 A1 eine Spiegelanordnung mit einer Mehrzahl von Einzelspiegeln, einem Träger für diese Einzelspiegel, einer Mehrzahl von Festkörpergelenken, wobei jeder Einzelspiegel über eines dieser Festkörpergelenke um mindestens eine Kippachse verkippbar ist, und einer Mehrzahl von Fixierelementen, wobei jeder Einzelspiegel in seiner jeweiligen, über das jeweilige Festkörpergelenk eingestellten Kippstellung über eines dieser Fixierelemente fixierbar ist, wobei die Fixierelemente und die Festkörpergelenke auf einander entgegengesetzten Seiten des Trägers angeordnet sind.
Ferner beschreibt die Druckschrift US 2010 / 0 243 902 A1 ein Infrarot-Spektralphotometer. Ein Innenraum eines Aufsatzes, der ein optisches Element aufnimmt, ist abgedichtet und von der Umgebungsluft isoliert, indem ein Rohr und andere Teile vorgesehen sind, und ein Entfeuchter ist in dem Innenraum des Aufsatzes für einen optischen Pfad vorgesehen.
Ferner beschreibt die Druckschrift US 2013 / 0 050 660 A1 einen Projektor, umfassend eine Projektionseinheit, die ein Bild projiziert, ein Gehäuse, das die Projektionseinheit trägt, einen reflektierenden Spiegel, der eine reflektierende Oberfläche umfasst, die der Projektionseinheit zugewandt ist und eine Krümmung aufweist und Licht reflektiert, und ein erstes, zweites und drittes Befestigungsteil. Jedes der ersten, zweiten und dritten Befestigungsteile ist so konfiguriert, dass der reflektierende Spiegel an dem Gehäuse befestigt wird.
Dokument des Standes der Technik
Patentdokument
Patentdokument 1: JP 2019 - 095 344 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
In dem Analysegerät, das in dem vorstehend beschriebenen Patentdokument 1 offenbart ist, können, da der Parabolspiegel an die Wandoberfläche des Gehäuses geschraubt ist und nicht mit einem Winkeleinstellmechanismus versehen ist, Feineinstellungen nicht durchgeführt werden, wenn der Nutzer eine Messung beginnt. Ferner muss in Fällen, bei denen ein Schrauben so durchgeführt wird, dass der Kopf der Schraube innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, das Gehäuse geöffnet werden, um die Winkeleinstellung vorzunehmen, was komplizierte Arbeiten verursacht.
Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen der vorstehend genannten Probleme gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Winkeleinstellmechanismus, der die Neigung eines Parabolspiegels, der in einem Gehäuse aufgenommen ist, einstellen kann, ohne das Gehäuse zu öffnen.
Mittel zum Lösen des Problems
Die Erfindung ist durch die unabhängigen Ansprüche definiert, während bevorzugte Ausführungsformen den Gegenstand der abhängigen Ansprüche bilden.
Ein typischer Aufbau eines Winkeleinstellmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung zum Lösen der vorstehend beschriebenen Aufgabe ist mit einem Parabolspiegel, einem Gehäuse, in dem der Parabolspiegel aufgenommen ist, einer Schraube, die mit einem Kopf, der außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und einem Schaft versehen ist, der mit einem Eingriffsabschnitt des Parabolspiegels durch ein Loch, das in dem Gehäuse ausgebildet ist, in Eingriff ist, und einem Basisabschnitt, der sowohl mit dem Gehäuse als auch dem Parabolspiegel in Kontakt ist, versehen. Eine Kraft wird auf den Eingriffsabschnitt des Parabolspiegels in einer Richtung ausgeübt, die sich dem Gehäuse annähert, und eine Kraft wird auf einen Abschnitt des Parabolspiegels in Kontakt mit dem Basisabschnitt in einer Richtung weg von dem Gehäuse ausgeübt, und ein Winkel des Parabolspiegels in Bezug auf das Gehäuse ändert sich gemäß einer Änderung der Länge eines Abschnitts, bei dem der Schaft und der Parabolspiegel im Eingriff sind.
Effekte der Erfindung
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann die Neigung des Parabolspiegels ohne Öffnen des Gehäuses eingestellt werden. Ferner wird der Parabolspiegel nach der Winkeleinstellung in Bezug auf das Gehäuse fixiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Draufsicht, die schematisch den Aufbau eines Fourier-Transform-Infrarotspektrophotometers zeigt.
2A ist eine Draufsicht, die eine erste Ausführungsform des Winkeleinstellmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 2B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A, welche die erste Ausführungsform des Winkeleinstellmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Modifizierung des Winkeleinstellmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsform 1
Eine Ausführungsform eines Winkeleinstellmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
Die 1 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines Fourier-Transform-Infrarotspektrophotometers 1 zeigt. Das Fourier-Transform-Infrarotspektrophotometer 1 ist mit einem Gehäuse 2, in dem ein optisches Interferometer aufgenommen ist, einer Lichtquelle 3, einem Probentisch 4, einem Detektor 5 und einem Entfeuchtungsmechanismus 6 versehen. Eine auf dem Probentisch 4 angeordnete Probe wird mit dem Infrarotlicht von der Lichtquelle 3 bestrahlt und das Licht von der Probe wird durch den Detektor 5 erfasst, so dass die Probe analysiert werden kann.
Das Gehäuse 2 nimmt die optischen Komponenten auf, die ein Michelson-Interferometer bilden, wie z.B. einen Parabolspiegel 10, einen beweglichen Spiegel 50, einen feststehenden Spiegel 60 und einen Strahlteiler 40. Das von der Lichtquelle 3 emittierte Infrarotlicht tritt in den Parabolspiegel 10 ein, der in dem Gehäuse 2 aufgenommen ist. Das Licht wird durch den Parabolspiegel 10 kollimiert und tritt in den Strahlteiler 40 ein. Das kollimierte Licht wird unter Verwendung des beweglichen Spiegels 50, des feststehenden Spiegels 60 und des Strahlteilers 40 in Interferenzlicht umgewandelt. Das interferierende kollimierte Licht wird durch den Parabolspiegel 10' an einer Position direkt oberhalb des Probentischs 4 konvergiert. Dabei tritt das konvergierte Licht durch ein Infrarotdurchlassfenster 70 hindurch, das zwischen dem Parabolspiegel 10' und dem Probentisch 4 bereitgestellt ist. Danach wird das Licht, das direkt oberhalb des Probentischs 4 verlaufen ist, durch den Konvergenzspiegel 8 konvergiert und tritt in den Detektor 5 ein.
Die gestrichelte Linie in der 1 stellt die optische Achse dar.
Der Strahlteiler 40 ist z.B. aus Kaliumbromid (KBr) hergestellt. Kaliumbromid hat die Vorteile, dass es billig ist und eine hohe Durchlässigkeit für Infrarotlicht aufweist, weist jedoch die Eigenschaften auf, dass es stark zerfließend ist und abhängig von der Feuchtigkeit der Umgebung leicht zerfließt. Daher ist ein hygroskopisches Mittel, wie z.B. Silicagel, in dem Entfeuchtungsmechanismus 6 aufgenommen, der mit dem Gehäuse 2 in Verbindung steht, so dass der Strahlteiler 40 in einer Umgebung mit geringer Feuchtigkeit verwendet werden kann.
Die 2A und 2B sind Diagramme, die eine erste Ausführungsform eines Winkeleinstellmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Die 2A zeigt den Parabolspiegel 10, wie er an dem Gehäuse 2 fixiert ist, und zwar betrachtet von dem Pfeil „a“ in der 1. Der Parabolspiegel 10 ist mittels drei Schrauben 30 (30a, 30b, 30c) an dem Gehäuse 2 fixiert.
Die 2B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in der 2A. Ein sphärischer konkaver Abschnitt 11 ist in der Mitte des Parabolspiegels 10 bereitgestellt und ein sphärischer konvexer Abschnitt 21 ist in der Mitte des Basisabschnitts 20 bereitgestellt. Der konkave Abschnitt und der konvexe Abschnitt sind so ausgebildet, dass sie in einem Gleitkontakt miteinander sind. Ein Spalt von etwa 1 mm ist zwischen dem Parabolspiegel 10 und dem Basisabschnitt 20 bereitgestellt, ausgenommen die sphärischen Abschnitte 11 und 21 davon. D.h., der Parabolspiegel 10 und der Basisabschnitt 20 sind nur an dem sphärischen konkaven Abschnitt 11 und dem sphärischen konvexen Abschnitt 21 miteinander in Kontakt.
Die Schraube 30 (30a, 30b, 30c) ist mit einem Kopf 32 (32a, 32b, 32c) und einem Schaft 33 (33a, 33b, 33c) versehen.
Der Kopf 32a der Schraube 30a ist außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet. Der Schaft 33a der Schraube 30a ist mit dem Eingriffsabschnitt 12a, der in dem Parabolspiegel 10 ausgebildet ist, durch ein Gehäuseloch 7a, das in dem Gehäuse 2 ausgebildet ist, und ein Basisabschnittloch 22a, das in dem Basisabschnitt 20 ausgebildet ist, in Eingriff. Der Eingriffsabschnitt 12a ist mit einem Innengewinde versehen und so ausgebildet, dass er mit dem Schaft 33a der Schraube 30a in Eingriff genommen wird. Der Durchmesser des Gehäuselochs 7a und derjenige des Basisabschnittlochs 22a sind größer als der Durchmesser des Schafts 33a.
Obwohl die Beziehung zwischen der Schraube 30a, dem Gehäuse 2, dem Basisabschnitt 20 und dem Parabolspiegel 10 als Beispiel beschrieben worden ist, ist die Beziehung zwischen der Schraube 30b, der Schraube 30c, dem Gehäuse 2, dem Basisabschnitt 20 und dem Parabolspiegel 10 weitgehend identisch.
Ein O-Ring 31 (31a, 31b, 31c) ist zwischen dem Kopf 32 (32a, 32b, 32c) der Schraube 30 (30a, 30b, 30c) und der Außenwandoberfläche des Gehäuses 2 angeordnet. Da der Durchmesser des Gehäuselochs 7 und derjenige des Basisabschnittlochs 22 größer sind als der Durchmesser des Schafts 33, liegt eine Lücke zwischen dem Gehäuseloch 7 und dem Basisabschnittloch 22 und dem Schaft 33 vor. Der O-Ring 31 verhindert ein Strömen von Außenluft in das Gehäuse 2 durch die Lücke und ein Vermindern der Luftdichtigkeit des Gehäuseinneren. D.h., es wird verhindert, dass die Umgebung mit geringer Feuchtigkeit innerhalb des Gehäuses nachteilig beeinflusst wird. Zum Vermindern der Anzahl von Komponenten ist es bevorzugt, als die Schraube 30 30a, 30b, 30c eine Abdichtungs- bzw. Blindschraube zu verwenden.
Ein Nutzer, der das Fourier-Transform-Infrarotspektrophotometer 1 verwendet, kann den Winkel des Parabolspiegels 10 in Bezug auf das Gehäuse 2 durch Drehen des Kopfs 32 (32a, 32b, 32c), der außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist, einstellen. Durch die Schraube 30 wird eine Belastung A auf den Eingriffsabschnitt 12 des Parabolspiegels 10 in einer Richtung ausgeübt, die sich dem Gehäuse 2 annähert (in der Abwärtsrichtung in der Zeichnung). Eine Belastung B wird durch den sphärischen konvexen Abschnitt des Basisabschnitts 20 auf den Teil des sphärischen konkaven Abschnitts 11 des Parabolspiegels 10 in Kontakt mit dem sphärischen konvexen Abschnitt 21 in einer Richtung weg von dem Gehäuse 2 ausgeübt (in der Aufwärtsrichtung in der Zeichnung). Die Belastung A und die Belastung B weisen eine Beziehung auf, die dem Gesetz von Actio und Reactio genügt.
Beispielsweise wird in Fällen, bei denen es gewünscht ist, den Parabolspiegel 10 vorwärts zu neigen, der Kopf 32a in der Löserichtung gedreht und die Köpfe 32b und 32c werden in der Anziehrichtung gedreht. Als Ergebnis nimmt die Länge des Eingriffsabschnitts des Schafts 33a und des Eingriffsabschnitts 12a des Parabolspiegels 10 ab und die Länge des Eingriffsabschnitts des Schafts 33b und 33c und des Eingriffsabschnitts 12b und 12c nimmt zu. Das Variieren der Längen der Eingriffsabschnitte ändert den Winkel des Parabolspiegels 10 in Bezug auf das Gehäuse 2. Durch Einstellen des Winkels des Parabolspiegels 10 auf diese Weise kann das Infrarotlicht an einer gewünschten Position konvergiert werden, d.h., einer Position, bei der die Probe angeordnet ist.
Das Anwenden des Winkeleinstellmechanismus der vorliegenden Erfindung auf das optische System des Fourier-Transform-Infrarotspektrophotometers ermöglicht das Einstellen des Winkels des Parabolspiegels in einem Zustand, in dem ein gewisser Grad von Feuchtigkeit in dem Gehäuse aufrechterhalten wird, welches das optische System aufnimmt. Demgemäß kann verhindert werden, dass die zerfließende optische Komponente, wie z.B. ein Strahlteiler, aufgrund der Feuchtigkeit verschlechtert wird.
Bisher wurde der Winkeleinstellmechanismus beschrieben, bei dem der Parabolspiegel einen sphärischen konkaven Abschnitt aufweist und der Basisabschnitt einen sphärischen konvexen Abschnitt aufweist, und der Parabolspiegel und der Basisabschnitt nur an dem sphärischen konkaven Abschnitt und dem sphärischen konvexen Abschnitt in Kontakt sind. Bei einem solchen Aufbau kann der Winkel mit weniger Kraft eingestellt werden. Darüber hinaus wurde bisher der Winkeleinstellmechanismus beschrieben, bei dem drei Schrauben für ein Stück des Parabolspiegels 1 bereitgestellt sind. In dem Fall eines solchen Aufbaus kann der Winkel genauer fein eingestellt werden.
Ausführungsform 2
In einer alternativen Ausführungsform ist der Basisabschnitt durch ein nachgiebiges elastisches Element ausgebildet. Die 3 zeigt in diesem Fall eine A-A-Querschnittsansicht. Mit einem solchen Aufbau können die Probleme der vorliegenden Erfindung mit einem einfacheren Aufbau gelöst werden. Das elastische Element ist z.B. eine Schraubenfeder. Entsprechend der Ausführungsform 1 ist es bevorzugt, dass mindestens drei Schrauben für ein Stück des Parabolspiegels 1 bereitgestellt sind.
Der Begriff „Kontakt“, der in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung angegeben ist, umfasst die Bedeutung einer physischen Integration des Gehäuses, des Basisabschnitts und des Parabolspiegels.

Claims

Winkeleinstellmechanismus, umfassend: einen Parabolspiegel (10); ein Gehäuse (2), in dem der Parabolspiegel (10) aufgenommen ist; eine Schraube (30), die mit einem Kopf (32), der außerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist, und einem Schaft (33) versehen ist, der mit einem Eingriffsabschnitt (12) des Parabolspiegels (10) durch ein Loch (7), das in dem Gehäuse (2) ausgebildet ist, in Eingriff ist; und einen Basisabschnitt (20), der sowohl mit dem Gehäuse (2) als auch dem Parabolspiegel (10) in Kontakt ist, wobei eine Kraft auf den Eingriffsabschnitt (12) des Parabolspiegels (10) in einer Richtung ausgeübt wird, die sich dem Gehäuse (2) annähert, und eine Kraft auf einen Abschnitt des Parabolspiegels (10) in Kontakt mit dem Basisabschnitt (20) in einer Richtung weg von dem Gehäuse (2) ausgeübt wird, und sich ein Winkel des Parabolspiegels (10) in Bezug auf das Gehäuse (2) gemäß einer Änderung der Länge eines Abschnitts, bei dem der Schaft (33) und der Parabolspiegel (10) in Eingriff sind, ändert, wobei der Parabolspiegel (10) einen sphärischen konkaven Abschnitt (11) umfasst, wobei der Basisabschnitt (20) einen sphärischen konvexen Abschnitt (21) umfasst, und wobei der Parabolspiegel (10) und der Basisabschnitt (20) nur an dem sphärischen konkaven Abschnitt (11) und dem sphärischen konvexen Abschnitt (21) miteinander in Kontakt sind.
Winkeleinstellmechanismus, umfassend: einen Parabolspiegel (10); ein Gehäuse (2), in dem der Parabolspiegel (10) aufgenommen ist; eine Schraube (30), die mit einem Kopf (32), der außerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist, und einem Schaft (33) versehen ist, der mit einem Eingriffsabschnitt (12) des Parabolspiegels (10) durch ein Loch (7), das in dem Gehäuse (2) ausgebildet ist, in Eingriff ist; und einen Basisabschnitt (20), der sowohl mit dem Gehäuse (2) als auch dem Parabolspiegel (10) in Kontakt ist, wobei eine Kraft auf den Eingriffsabschnitt (12) des Parabolspiegels (10) in einer Richtung ausgeübt wird, die sich dem Gehäuse (2) annähert, und eine Kraft auf einen Abschnitt des Parabolspiegels (10) in Kontakt mit dem Basisabschnitt (20) in einer Richtung weg von dem Gehäuse (2) ausgeübt wird, und sich ein Winkel des Parabolspiegels (10) in Bezug auf das Gehäuse (2) gemäß einer Änderung der Länge eines Abschnitts, bei dem der Schaft (33) und der Parabolspiegel (10) in Eingriff sind, ändert, und wobei der Basisabschnitt (20) ein elastisches Element ist.
Fourier-Transform-Infrarotspektrophotometer (1), das mit dem Winkeleinstellmechanismus nach Anspruch 1 oder 2 ausgestattet ist, wobei das Gehäuse (2) ein optisches Interferenzsystem, das ein Fourier-Transform-Infrarotspektrophotometer (1) bildet, und einen Entfeuchtungsmechanismus (6) zum Entfeuchten eines Inneren des Gehäuses aufnimmt, und wobei das optische Interferenzsystem den Parabolspiegel (10) und einen Strahlteiler (40), der aus Kaliumbromid hergestellt ist, umfasst.
Fourier-Transform-Infrarotspektrophotometer (1) nach Anspruch 3, wobei ein O-Ring (31) zwischen dem Gehäuse (2) und dem Kopf (32) der Schraube (30) angeordnet ist.
Winkeleinstellmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens drei oder mehr Schrauben (30) für ein Stück des Parabolspiegels (10) bereitgestellt sind.