▶ サーモ エレクトロン サイエンティフィック インストルメンツ リミテッド ライアビリティ カンパニーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-27
(45)【発行日】2024-04-04
(54)【発明の名称】光学科学機器におけるミラー位置合わせ
(51)【国際特許分類】
G02B 26/08 20060101AFI20240328BHJP
G02B 26/10 20060101ALI20240328BHJP
G02B 7/00 20210101ALI20240328BHJP
G01J 3/45 20060101ALI20240328BHJP
G02B 7/182 20210101ALI20240328BHJP
【ＦＩ】
G02B26/08 E
G02B26/10 101
G02B7/00 B
G01J3/45
G02B7/182
【請求項の数】
29
(21)【出願番号】P 2020536036
(86)(22)【出願日】2018-12-28
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-03-25
(86)【国際出願番号】 US2018067927
(87)【国際公開番号】W WO2019133851
(87)【国際公開日】2019-07-04
【審査請求日】2021-12-27
(31)【優先権主張番号】62/610,999
(32)【優先日】2017-12-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】509027021
【氏名又は名称】サーモ エレクトロン サイエンティフィック インストルメンツ リミテッド ライアビリティ カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【氏名又は名称】松下 満
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(72)【発明者】
【氏名】コフィン ジョン マギー
【審査官】山本 貴一
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第０５１０５２９７（ＵＳ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／０８７５８１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許第０５８０５３２５（ＵＳ，Ａ）
【文献】欧州特許出願公開第０２１７５３０３（ＥＰ，Ａ１）
【文献】特表２００２－５２４７６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－０３８４８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０７５８５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－０１２５２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０５８９８４９５（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００５／０００２０３９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２３１５３０（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２６／０８，２６／１０，７／００－７／２４
Ｇ０１Ｊ ３／４５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光ビーム（１０３）を正確に制御するためのミラーアセンブリ（１０）であって、第１の回転軸（１１９）を含む第１のマウントと、
前記第１の回転軸にほぼ垂直な表面平面を有する反射面（１０６，１０６ａ）を含む、前記第１のマウントに結合された第１のミラー（１０４，１０４ａ）と、
前記光ビーム（１０３）を前記反射面（１０６，１０６ａ）に向けるように構成された光源（１０２）と、
前記第１のマウントに結合されるフレクシャベアリング（１５３）と、を備え、
前記表面平面は、前記第１の回転軸に垂直な平面から０度よりも大きく約４度以下であり、
前記第１の回転軸の回転により、前記光ビームをターゲット表面（１１１ａ，１１７）上の第１の制御可能な距離にわたって移動させ、
前記フレクシャベアリングによって規定される前記第１の回転軸（１１９）は、前記第１のミラーの前記反射面の中心からオフセットされている、ミラーアセンブリ（１０）。
【請求項2】
前記第１の制御可能な距離は、入射する光ビームに対する反射する光ビームの傾斜の量によって提供される、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項3】
前記反射する光ビームの前記傾斜の量は、約０．００１度～約５度の範囲の傾斜を含む、請求項２に記載のミラーアセンブリ。
【請求項4】
前記反射面（１０６，１０６ａ）は、実質的に平面である、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項5】
前記第１の制御可能な距離は、前記ターゲット表面（１１１ａ，１１７）上のＸ軸またはＹ軸における前記光ビーム（１０３）の移動を含む、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項6】
前記第１の制御可能な距離は、前記第１のミラーの表面から約３００ｍｍのターゲット距離での前記ターゲット表面上の約０．１ｍｍ～約５０ｍｍの距離にわたる前記光ビームの移動を含む、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項7】
前記第１の回転軸の前記回転は、約１～約２０度の回転を含む、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項8】
前記第１の回転軸の前記回転は、約２０度以下の回転に制限されている、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項9】
前記第１の回転軸の前記回転は、約５度以下に制限されている、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項10】
前記第１の回転軸の前記回転が約５度以下になると、前記ターゲット表面での前記光ビームの前記移動の曲率誤差が最小限に抑えられる、請求項９に記載のミラーアセンブリ。
【請求項11】
前記光源は、前記ターゲット表面にスポットを生成するレーザを備えている、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項12】
前記表面平面は、前記第１の回転軸に垂直な平面から約１度～約４度である、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項13】
前記表面平面は、前記第１の回転軸に垂直な平面から０度よりも大きく１度未満である、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項14】
前記フレクシャベアリング（１５３）は、１つ以上のブレードフレクシャ（１５３ａ，１５３ｂ）を含む、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項15】
前記第１のマウントは、第１および第２のベアリングに結合されている、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項16】
前記第１および前記第２のベアリングは、互いに約４度のオフセット角度を構成する、請求項１５に記載のミラーアセンブリ。
【請求項17】
前記第１および前記第２のベアリングはそれぞれ、回転制御システムを含む、請求項１５に記載のミラーアセンブリ。
【請求項18】
前記回転制御システムは、手動ネジ、電気モータ、ステッピングモータ、またはリニアモータを備える、請求項１７に記載のミラーアセンブリ。
【請求項19】
前記第１のマウントは、モータに結合されている、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項20】
第２の回転軸（１１３ｅ）を含む第２のマウント（１５２）と、前記第２の回転軸（１１３ｅ）にほぼ垂直な表面平面を有する反射面（１１２ａ）を含む、前記第２のマウント（１５２）に結合された第２のミラー（１１０ａ）と、をさらに備え、
前記第１のミラー（１０４，１０４ａ）は前記光ビームを前記第２のミラー（１１０ａ）の前記反射面（１１２ａ）に向け、前記第２の回転軸の回転により、前記光ビームを前記ターゲット表面（１１７）上の第２の制御可能な距離にわたって移動させる、請求項１に記載のミラーアセンブリ。
【請求項21】
前記第１の制御可能な距離は、前記第２の制御可能な距離の前記第２の回転軸に垂直な前記第１の回転軸に沿っている、請求項２０に記載のミラーアセンブリ。
【請求項22】
前記第１の制御可能な距離は、前記第２の制御可能な距離の前記第２の回転軸から約０．１度～約１０度だけオフセットされた第１の軸に沿っている、請求項２０に記載のミラーアセンブリ。
【請求項23】
前記第２の回転軸の前記回転は、約５度以下に制限されている、請求項２０に記載のミラーアセンブリ。
【請求項24】
約５度以下の前記第２の回転軸の前記回転により、前記ターゲット表面上の前記第１のミラーからの前記光ビームの前記移動の曲率誤差が修正される、請求項２３に記載のミラーアセンブリ。
【請求項25】
干渉計ミラーアセンブリであって、入射（１０３）および出射光路（１０７，１１３）を規定するビームスプリッタ（２０２）と、
前記入射および出射光路のうちの一方に少なくとも部分的に配置された第１の可動ミラーアセンブリであって、第１の運動軸を含む第１のマウントと、前記第１の運動軸にほぼ垂直な表面平面を有する反射面（１０６ａ）を含む、前記第１のマウントに結合された第１のミラー（１０４ａ）と、ビームを前記反射面に向けるように構成された光源（１０２）と、を備える、第１の可動ミラーアセンブリと、
前記第１のマウントに結合されるフレクシャベアリング（１５３）と、
前記入射（１０３）および出射（１１３）光路のもう一方に少なくとも部分的に配置された第２の可動ミラーアセンブリであって、第２の運動軸を含む第２のマウント（１５２）と、前記第２の運動軸にほぼ垂直な表面平面を有する反射面（１１２ａ）を含む、前記第２のマウントに結合された第２のミラー（１１０ａ）と、を備える、第２の可動ミラーアセンブリと、を備え、
前記表面平面の各々は、それぞれ、前記第１の運動軸又は前記第２の運動軸に垂直な平面から０度よりも大きく約４度以下であり、
前記第１の運動軸の回転により、前記ビームをターゲット表面（１１１ａ，１１７）上の第１の制御可能な距離にわたって移動させ、
前記第１のミラー（１０４ａ）からの反射光（１０７）は、前記第２のミラー（１１０ａ）の前記反射面（１０２ａ）に向けられ、
前記第２の運動軸の回転により、前記第１の制御可能な距離に実質的に垂直である前記ターゲット表面（１１１ａ，１１７）上の第２の制御可能な距離にわたって前記ビーム（１１３）を移動させ、
前記フレクシャベアリングによって規定される前記第１の運動軸は、前記第１のミラー（１０４ａ）の前記反射面の中心からオフセットされている、干渉計ミラーアセンブリ。
【請求項26】
前記第１のマウントは、前記第１の運動軸に実質的に直交する第３の運動軸を含む、請求項２５に記載の干渉計ミラーアセンブリ。
【請求項27】
前記第１の運動軸および前記第２の運動軸はそれぞれ回転軸であり、前記第３の運動軸は並進軸である、請求項２６に記載の干渉計ミラーアセンブリ。
【請求項28】
干渉計ミラーアセンブリであって、入射（１０３）および出射（１０７，１１３）光路を規定するビームスプリッタ（２０２）と、
前記入射および出射光路のうちの一方に少なくとも部分的に配置された第１の可動ミラーアセンブリであって、第１の運動軸を含む第１のマウントと、前記第１の運動軸にほぼ垂直な表面平面を有する反射面（１０６ａ）を含む、前記第１のマウントに結合された第１のミラー（１０４ａ）と、長手方向軸（１３３）に沿って直線的に前記第１のミラーを移動させる第１のリニア駆動アセンブリと、ビーム（１０３）を前記反射面に向けるように構成された光源（１０２）と、を備える、第１の可動ミラーアセンブリと、
前記第１のマウントに結合されるフレクシャベアリング（１５３）と、
前記入射（１０３）および出射（１１３）光路のもう一方に少なくとも部分的に配置された第２の可動ミラーアセンブリであって、第２の運動軸を含む第２のマウント（１５２）と、前記第２の運動軸にほぼ垂直な表面平面を有する反射面（１１２ａ）を含む、前記第２のマウント（１５２）に結合された第２のミラー（１１０ａ）と、を備える、第２の可動ミラーアセンブリと、を備え、
前記表面平面の各々は、それぞれ、前記第１の運動軸又は前記第２の運動軸に垂直な平面から０度よりも大きく約４度以下であり、
前記第１の運動軸の回転により、前記ビーム（１１３）をターゲット表面（１１１ａ，１１７）上の第１の制御可能な距離にわたって移動させ、
前記第１のミラーからの反射光（１０７）は、前記第２のミラー（１１０ａ）の前記反射面（１１２ａ）に向けられ、
前記第２の運動軸の回転により、前記第１の制御可能な距離に実質的に垂直である前記ターゲット表面（１１１ａ，１１７）上の第２の制御可能な距離にわたって前記ビーム（１１３）を移動させ、
前記フレクシャベアリングによって規定される前記第１の運動軸は、前記第１のミラー（１０４ａ）の前記反射面の中心からオフセットされている、干渉計ミラーアセンブリ。
【請求項29】
前記第２の可動ミラーアセンブリは、前記第１のミラーを長手方向軸に沿って直線的に移動させる第２のリニア駆動アセンブリを含む、請求項２８に記載の干渉計ミラーアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１２月２８日に出願され、「ＭＩＲＲＯＲ ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ ＩＮ ＯＰＴＩＣＡＬ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ」と題された米国仮出願第６２／６１０，９９９号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１７年１２月２８日に出願され、「ＭＩＲＲＯＲ ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ ＩＮ ＯＰＴＩＣＡＬ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ」と題された米国仮出願第６２／６１０，９９９号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、一般に、光学科学機器の技術分野に関する。より具体的には、本開示は、マイケルソン干渉計または顕微鏡などの光学科学機器用のミラー位置合わせシステムに関する。
【背景技術】
【0003】
フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）干渉分光計は、化合物の分析に広く使用されている。赤外線スペクトルのさまざまな波長での不明なサンプルによる赤外線放射の吸収を測定し、その結果を既知の標準と比較することにより、これらの機器は、不明なサンプルの化学組成に関する有用な情報を生成する。典型的なＦＴＩＲ分光計では、赤外線放出源からの赤外線放射が収集され、干渉計を通過し、分析されるサンプルを通過し、赤外線検出器に焦点を合わせる。干渉計システムは、サンプルと組み合わせて、検出器に衝突する赤外線放射の強度を変調し、それによって時変強度信号を形成する。この時変強度信号を対応する時変電流に変換するのが検出器の機能である。次に、電流は、時変電圧に変換され、この時変電圧は、アナログ－デジタル変換器に提示され、次いで、分光計に関連付けられたプロセッサで処理される一連のデジタル数字として保存される。
【0004】
ＦＴＩＲ分光計の１つの重要な特徴は、サンプルを研究するために機器が使用する分析放射を変調する可動ミラー要素である。可動ミラーにより、時間領域のインターフェログラムを生成することができ、これを分析すると、高解像度の周波数領域スペクトルを生じさせることができる。コンピュータは、データに対してフーリエ変換を実行して、スペクトルエネルギー対周波数を示すスペクトルを生じる。
【0005】
これらのタイプの機器では、ミラー位置の精度が重要である。なぜなら、ミラー位置合わせの偏差が、時間領域のインターフェログラムに小さな誤差を生じ、これは周波数領域のスペクトルに大きな誤差をもたらす可能性があるためである。典型的な干渉計では、使用する分析放射の波長の１／２０より大きいミラーの偏差は重大であると見なされ、機器全体の品質を著しく低下させる可能性がある。
【0006】
ミラーの位置合わせは、通常、エアベアリングなどの高精度のベアリングでミラーを支持し、ベアリングを望ましい精度に位置合わせする試みによって遂行される。位置合わせは通常、可動ミラーを可能な限り完全に位置合わせするために手動で調整される差動ネジによって遂行される。これはかなりのスキルを必要とする時間のかかる手順である。また、再位置合わせが必要になることが多いため、製造費とフィールドサービスコストも増加する。さらに、非常に高価であり得る非常に正確なベアリングの使用を義務付けている。
【0007】
高精度のベアリングを手動で位置合わせする必要をなくす努力がなされている。高精度のベアリングを使用する必要が依然としてあるが、自動静的位置合わせにより、ユーザーは時間のかかる再位置合わせを実行することから少なくとも解放される。例えば、可動ミラーを自動的に位置合わせする一部のデバイスは、ステッピングモータを使用して、手動位置合わせ手順の実質的に自動のシミュレーションを遂行する。これらのデバイスは、典型的には、定期的なサービス間隔で静的ミラーの位置合わせを支援するコンピュータを使用する。これらのデバイスの欠点には、低速、大型サイズ、高コスト、および高精度ベアリングへの依存の継続が含まれる。
【0008】
ミラーの傾斜を動的に調整して、不正確なベアリングを修正し、望ましい位置合わせを実現することは、実際には遂行することが困難であった。このような従来の調整デバイスは、非常に高価で、遅く、かさばり、性能が悪い傾向がある。例えば、１つのデバイスが圧電ポジショナーを使用して、ミラーの傾斜を動的に調整する。しかしながら、ポジショナーは大型で高価であり、最大１０００ボルトの駆動レベルを使用する。大型かつ高価であることに加えて、そのような高電圧用の電源は、望ましくない動作の危険を引き起こす。
【0009】
前述の従来の問題にいくらか対処するために、ミラー位置合わせデバイスが開発されてきた。このようなデバイスは、次の米国特許（その開示は参照により本明細書に組み込まれる）に記載され、特許請求されている。「ＭＩＲＲＯＲ ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＡＭＰＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ」と題された１９９４年１月４日発行の米国特許第５，２７６，５４５号、「ＤＹＮＡＭＩＣ ＭＩＲＲＯＲ ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ ＤＥＶＩＣＥ ＦＯＲ ＴＨＥ ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲ ＯＦ ＡＮ ＩＮＦＲＡＲＥＤ ＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴＥＲ」と題された１９９３年８月２４日発行の米国特許第５，２３９，３６１号、「ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲ ＯＦ ＡＮ ＩＮＦＲＡＲＥＤ ＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴＥＲ ＷＩＴＨ ＤＹＮＡＭＩＣ ＭＯＶＩＮＧ ＭＩＲＲＯＲ ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ」と題された１９９９年３月１６日発行の米国特許第５，８８３，７１２号、および「ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＥＲ ＨＡＶＩＮＧ ＧＬＡＳＳ ＧＲＡＰＨＩＴＥ ＢＥＡＲＩＮＧ」と題された１９９９年４月２０日発行の米国特許第５，８９６，１９７号。これらのミラー位置合わせデバイスによって提供される進歩にもかかわらず、改善の余地が残っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】米国特許第５，２７６，５４５号明細書
【文献】米国特許第５，２３９，３６１号明細書
【文献】米国特許第５，８８３，７１２号明細書
【文献】米国特許第５，８９６，１９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
したがって、本開示は、ＦＴＩＲ干渉計などの科学光学干渉計で利用される改善されたミラー位置合わせデバイスの必要性に対処する。そのようなミラー位置合わせデバイスはまた、光ビームの角度の正確な制御を必要とする顕微鏡、望遠鏡、およびプリンタなどの他の光学システムでも使用できる。
【課題を解決するための手段】
【0012】
高精度ベアリングの必要性を減らす試みは、ミラーのうちの１つ以上の角度が制御システムによって傾けられ、データ収集中にリニアベアリングによって引き起こされる誤差を修正する動的位置合わせを使用することで成功している。動的位置合わせはまた、時間の経過に伴う温度によって引き起こされる傾斜誤差も修正する。干渉計のほとんどの傾斜誤差は十分に遅いため、動的修正システムでは、誤差を修正するのに約０．１秒以上かる。本明細書に記載される回転ミラーシステムは、動的位置合わせを用いて作動中の干渉計の誤差を修正するのに十分迅速な応答を実証した。
【0013】
本開示の態様は、マイケルソン干渉計または顕微鏡のミラーとしての使用に適した改善されたミラー位置合わせデバイスに関連している。改善されたミラー位置合わせデバイスは、１つ以上の運動軸を有している。例示的な実施形態は、可動であり、その運動軸に直交する平面と鋭角を形成する反射ミラー表面を含む。さらなる例示的な実施形態は、可動であり、第１の運動軸に直交する平面と鋭角を形成し、かつ第２の運動軸に対してさらに可動である反射ミラー表面を含む。さらなる例示的な実施形態によれば、そのようなデバイスは、干渉計ミラーアセンブリの一部であり、かつ可動であり、その運動軸に直交する平面と鋭角を形成する入射光路内の第１の反射ミラー表面を含み、さらに、可動であり、その運動軸に直交する平面と鋭角を形成する出射光路内の第２の反射ミラー表面を含む。
【0014】
例示的な実施形態によれば、光ビームを正確に制御するためのミラーアセンブリは、第１の回転軸を含む第１のマウントを含む。第１のミラーは、第１のマウントに結合され、第１の回転軸の平面にほぼ垂直な表面平面を有する反射面を含む。光源は、ビームを反射面に向けるように構成されており、第１のマウントの回転により、ビームをターゲット表面上の第１の制御可能な距離にわたって並進させる。
【0015】
さらなる例示的な実施形態によれば、ミラーアセンブリは、回転軸を備える第２のマウントを含む。第２のミラーは、第２のマウントに結合され、回転軸にほぼ垂直な表面平面を有する反射面を含む。第１のミラーは、ビームを第２のミラーの反射面に向け、第２のマウントの回転により、ターゲット表面上の第２の制御可能な距離にわたってビームを並進させる。
【0016】
さらなる例示的な実施形態によれば、干渉計ミラーアセンブリは、入射および出射光路を規定するビームスプリッタを含む。第１の可動ミラーアセンブリは、少なくとも部分的に当該入射および出射光路のうちの１つに配置され、第１の運動軸を含む第１のマウントを含む。第１のミラーは、第１のマウントに結合され、第１の回転軸にほぼ垂直な表面平面を有する反射面を含む。光源は、ビームを反射面に向けるように構成されており、第１のマウントの回転により、ビームをターゲット表面上の第１の制御可能な距離にわたって並進させる。第２の可動ミラーアセンブリは、少なくとも部分的に当該入射および出射光路のうちのもう一方に配置され、第２の運動軸を含む第２のマウントを含む。第２のミラーは、第２のマウントに結合され、第２の回転軸にほぼ垂直な表面平面を有する反射面を含む。第１のミラーからの反射光は、第２のミラーの反射面に向けられ、第２のマウントの回転により、第１の制御可能な距離に実質的に垂直なターゲット表面上の第２の制御可能な距離にわたってビームを並進させる。
【0017】
本明細書に開示される、これらおよびさらなる特徴および利点は、特定の実施形態の以下の詳細な開示、その図面、および特許請求の範囲からさらに理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本開示の態様による位置合わせ原理の単一ミラー実装を実証する概略図である。
【図2】本開示の態様による位置合わせ原理の二重ミラー実装を実証する概略図である。
【図3A】本開示の態様によるさまざまなミラー位置合わせ原理を実証する概略図である。
【図4】本開示の態様による追加のミラー位置合わせ原理を実証する概略図である。
【図5】本開示の態様によるＦＴＩＲ干渉計におけるフレクシャ（ｆｌｅｘｕｒｅ）ミラーベアリングの例の概略図である。
【図6B】本開示の態様によるフレクシャミラーベアリングの代替例の概略図である。
【図8A】本開示の態様による二重フレクシャミラーベアリングの例の斜視図である。
【図9】本開示の態様による別の二重フレクシャミラーベアリングの斜視図である。
【図10】本開示の態様によるＦＴＩＲ干渉計における可動ミラーアセンブリの別の例の概略図である。
【図11】本開示の態様によるＦＴＩＲ干渉計における可動ミラーアセンブリのさらに別の例の概略図である。
【図12】ラマン分光器による位置合わせ原理の二重ミラー実装を実証する概略図である。
【図13】レーザ走査によりサンプルマップを作成する際に使用する位置合わせ原理の二重ミラー実装を実証する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
図面は、開示の例示および／または関係する原理を提示すると理解されるべきである。本開示の知識を有する当業者には明らかであるように、他のデバイス、方法、および特にＦＴＩＲ干渉計などの科学光学干渉計に使用される機器は、それらの特定の使用によって部分的に決定された構成および構成要素を有するであろう。同様の参照番号は、図面のいくつかの図を通じて、対応する構成部分を指している。
本明細書中の開示の説明において、別段、暗黙的または明示的に理解または記載されない限り、単数で現れる単語は、その複数の同等のものを包含し、複数で現れる単語は、その単数の同等のものを包含することが理解される。さらにまた、別段、暗黙的または明示的に理解または記載しない限り、本明細書に記載された任意の所与の構成要素または実施形態について、その構成要素について列挙された可能な候補または代替物のいずれかが、一般に個々にまたは互いに組み合わせて使用され得ることが理解される。さらに、本明細書で示した図は、必ずしも縮尺通りに描画されておらず、要素のうちのいくつかは、単に明確さのために描画されている場合があることが理解されるべきである。また、対応するかまたは類似する要素を示すために、さまざまな図の中で参照符号が繰り返されている場合がある。さらに、別段、黙示的または明示的に理解または記載されない限り、かかる候補または代替物のいかなる列挙も、単なる図示であり、限定ではないことが理解されるだろう。さらに、別段の指示がない限り、明細書および特許請求の範囲において使用された長さ、幅、深さ、厚さ、角度、期間などの大きさを表す数は、用語「約（ａｂｏｕｔ）」によって修飾されるものとして理解されるべきである。
本明細書中の開示の説明において、別段、暗黙的または明示的に理解または記載されない限り、単数で現れる単語は、その複数の同等のものを包含し、複数で現れる単語は、その単数の同等のものを包含することが理解される。さらにまた、別段、暗黙的または明示的に理解または記載しない限り、本明細書に記載された任意の所与の構成要素または実施形態について、その構成要素について列挙された可能な候補または代替物のいずれかが、一般に個々にまたは互いに組み合わせて使用され得ることが理解される。さらに、本明細書で示した図は、必ずしも縮尺通りに描画されておらず、要素のうちのいくつかは、単に明確さのために描画されている場合があることが理解されるべきである。また、対応するかまたは類似する要素を示すために、さまざまな図の中で参照符号が繰り返されている場合がある。さらに、別段、黙示的または明示的に理解または記載されない限り、かかる候補または代替物のいかなる列挙も、単なる図示であり、限定ではないことが理解されるだろう。さらに、別段の指示がない限り、明細書および特許請求の範囲において使用された長さ、幅、深さ、厚さ、角度、期間などの大きさを表す数は、用語「約（ａｂｏｕｔ）」によって修飾されるものとして理解されるべきである。
【0020】
したがって、反対の表示がなされない限り、明細書および添付の特許請求の範囲において記載された数値パラメータは、本明細書中に提示された主題によって得られることが求められる、所望の特性に応じて変化することがある近似値である。最低でも、特許請求の範囲に対する均等の原則の適用を限定することを企図しないように、各数値パラメータは、少なくとも、報告された有意な数字の数に照らして、且つ通常の丸め技術を適用することによって解釈されるべきである。本明細書中に提示された主題の広範な範囲を記載している数値範囲およびパラメータは近似値であるにも関わらず、特定の例に記載された数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、任意の数値は、本質的に、それぞれの試験的測定において見られた標準偏差から必然的に生じる一定の誤差を含有する。
【0021】
干渉計およびそれらの動作は、当業者にはよく知られており、したがって、この説明では詳細に論じられない。しかしながら、一般に、マイケルソン干渉計は干渉計の一種であり、ビームスプリッタ、固定ミラー、入射光用の第１の導管および出射光用の第２の導管が取り付けられた剛性ベースを含む。ビームスプリッタ、固定ミラー、および導管は、従来のマイケルソン干渉計の設計に従って構築および位置決めされている。
【0022】
一般的な動作原理として、線源からの赤外線放射の入力ビームは、第１の導管を通過するように誘導され、ビームスプリッタによって受け取られる。その後、固定ミラーは、ビームスプリッタから固定長の光路上で第１のビームを受け取って返す。後述する可動アセンブリの一部としての調整可能な平面ミラーは、ビームスプリッタから可変長の光路上で第２のビームを受け取って返す。ビームスプリッタと調整可能な平面ミラーの間の第２のビームの光路長は、第１のビームと第２のビームの間の光路差を提供するために１つ以上の制御機器によって生成される。ビームはビームスプリッタで結合され、第２の導管を通過するように誘導され、結果として得られるインターフェログラムを測定できるようにする。しかしながら、この議論はマイケルソン構成に向けられているが、本明細書に開示されるミラーベアリング構成は、当業者に知られているように、他の光学的／機械的機器、例えば顕微鏡にも利用でき、組み合わせによって提供される有益な側面を活用することが望まれることを理解されたい。
【0023】
以下でより詳細に論じるように、例示的な実施形態は、ミラーの表面に対してほぼ垂直な回転軸を有するベアリング上に取り付けられたミラーの回転を使用する。ベアリング上のミラーを小さな角度（例えば、約１度～約２０度の回転）で回転させると、反射光ビームに約０．００１度～約５度の制御可能な量の傾斜が提供される。傾斜のこの変化は、ミラーの反射面のオフセット角度の向きに応じて、垂直面、水平面、または任意の角度を基準にできる。これにより、１つのベアリングミラーアセンブリに１つの制御軸が提供される。特定の実施形態では、ミラーは、約１度～約２０度の角度でベアリング上を回転してもよい。
【0024】
本明細書で使用される際、「約」という用語は、ミラー位置合わせシステムの製造および使用の分野における実際的な、商業エンジニアリング目標、コスト、製造公差、および機能の制約内で、特定の値に近い、またはほぼ特定の値であることを意味する。同様に、本明細書で使用される際、「実質的に」という用語は、実際的な、商業的なエンジニアリング目標、コスト、製造公差、および機能の制約内で、ほとんど、またはほぼ同じであることを意味する。
【0025】
２つの制御軸が必要な場合、つまり、水平（Ｘ）方向と垂直（Ｙ）方向の場合、２つの別々のミラーシステムが必要である。あるいは、以下でより詳細に論じられるように、回転軸間にオフセット角度を持つ２つの別々のベアリングシステムを使用して、単一ミラーの２つの制御軸をサポートすることができる。
【0026】
反射光ビームの傾斜の範囲は、ベアリング軸に対して垂直から、例えば１度などの小さな角度でミラーを取り付けることによって制御され、これによって、ベアリング回転が５度で約３００秒角の光ビーム傾斜を導入する手法を提供する。より大きな角度、例えば、ベアリング軸に対して垂直から４度ずれている場合、同じ５度のミラー回転により、１２００秒角の範囲の制御が導入される。この制御範囲は、システムのニーズに応じて、回転軸からのミラー角度オフセットをほぼゼロから６度以上に変更することにより、広範囲にわたって調整可能である。
【0027】
あるいは、単一ミラーを、２つのベアリングシステムとミラーの反射面との間に約４度の角度オフセットを共に有する２つの異なるベアリングセット上に取り付けることができる。これにより、ベアリングシステムの角度オフセットが互いに９０度オフセットされている場合、２つの異なる直交軸での反射光ビームの傾斜を制御できる。各ベアリングには、手動ネジ、電気モータ、ステッピングモータ、またはリニアモータによって制御できる個別の回転制御システムがあり得、単一ミラーでＸ軸とＹ軸を独立して制御できる。この２つのベアリング設計は、干渉計以外の複数の用途で使用できる。このようなミラーマウントにより、ＸとＹの小さな移動が必要な多くの精密光学システムで使用できる、低コストの汎用ミラー位置合わせシステムが可能になる。
【0028】
以下でより詳しく論じるように、調整可能な回転ミラーマウントは、ＤＣモータ（例えば、リニアボイスコイルモータもしくは標準の回転モータ）、ステッピングモータ、またはオペレーターによる手動調整によって（例えば、手で調整可能なネジ、ノブ等を介して）制御できる。ミラーの回転軸は、ミラーの中心と同軸にすること、または中心から外れる（例えば、ミラーの側面から離れている）ことができ、これにより、可動ミラー回転ベアリングを複数の異なる位置に取り付けることができる。
【0029】
例示的な実施形態は、単一ミラーの移動の２つのオフセット軸を制御するための２つのモータの使用を含む。各モータは、回転のためのそれぞれの移動軸を有する別個のミラーマウントを駆動することができ、それにより、２つの直交する配向軸に沿ったミラー表面の移動のＸ、Ｙ制御を提供する。
【0030】
図１を参照すると、例示的な実施形態１０は、その反射面１０６がモータアセンブリ１０８の回転軸１１９にほぼ垂直に取り付けられたミラー１０４を含む。以下でより詳細に論じるように、これにより、レーザなどの光源１０２からの光１０３は、ミラーが回転する際の反射光１０７の角度１１５の小さな変化で反射される。例えば、ミラー表面１０６が回転軸１１９に対して垂直から１度離れて（平行から８９度離れて）取り付けられている場合、反射光１０７は、狭い円錐の形状を有する経路で、およびターゲット領域で見た場合、半径２度の円１１１ａ内で移動するスポットをターゲット領域上に生成する。ミラー角度が回転軸１１９に対して垂直から２度離れて（平行から８８度離れて）増加する場合、半径が４度のより大きな円１１１ａが生じる。したがって、ミラー１０４の回転により、ターゲット表面である円１１１ａ上の制御可能な距離にわたって反射光１０７を移動させることができる。特定の実施形態では、反射光１０７は、ミラー表面から約３００ｍｍのターゲット距離で、円１１１ａのターゲット表面上を約０．１ｍｍ～約５０ｍｍの距離にわたって移動することができる。
【0031】
特定の実施形態では、ミラー表面は、ミラー表面の並進および回転運動（例えば、回転）を可能にするように実質的に平面である。曲面ミラーを使用することもできるが、曲面ミラーを使用する場合、ミラーの光軸中心とミラーマウントの回転中心を慎重に位置合わせする必要がある。そのため、実質的に平面のミラーを使用する方が簡単であり、典型的な選択肢である。
【0032】
図２を参照すると、別の例示的な実施形態２０では、２つのモータ１０８、１１４および２つのミラー１０４、１１０を使用して、ターゲット領域１１１ｂに関連付けられた垂直軸（Ｘ、Ｙ）に対する最終反射光１１３に影響を与えるミラー表面１０６、１１２の動きの制御を提供することができる。例えば、第１のミラー１０４およびモータ１０８は、１つの軸に沿った最終反射光１１３の移動に関連付けられ得、一方、第２のミラー１１０およびモータ１１４は、他の軸に沿った最終反射光１１３の移動に関連付けられ得る（例えば、第１のミラー１０４およびモータ１０８は、Ｘ軸に沿った最終反射光１１３の移動に影響を与えるように制御され、第２のミラー１１０およびモータ１１４は、Ｙ軸に沿った最終反射光１１３の移動に影響を与えるように制御される）。
【0033】
ミラーは定義された軸上で回転しているため、反射光ビームは、円形の経路を進む。ほとんどの場合、光ビームの望ましい移動は直線形のＸまたはＹ軸の移動であるため、光ビームの経路の曲率は誤差になる。ミラーの回転が＋または－５度未満に制限されている場合、光ビームの経路の曲率による誤差は小さく、多くの場合、無視できる。
【0034】
ほとんどの場合、光学システムには２つの制御軸がある。ミラーの回転を約５度未満に制限することにより、最初の制御軸での円曲線により生じる誤差は小さく、他の制御軸での小さな補正で補正できる。この補正は、ＸＹ軸制御システムで数学的に計算すること、または動的位置合わせシステムの場合のように閉ループフィードバックを有する制御システムによって自動的に提供することができる。
【0035】
図３Ａを参照すると、例示的な実施形態によれば、可動ミラーアセンブリ（例えば、図１に描写されるものなど）は、移動軸１０５ｄ（例えば、回転）に垂直な軸１０５ｃから角度１０５ａを形成する反射面を有する可動ミラー１０４の表面での反射のために、例えば、レーザビームなどの光ビーム１０３を提供する光源１０２を含む。そのような角度１０５ａは既知であり、例えば約４度と小さく、入射光１０３に対して同様の角度を形成する反射光１０７を生成する。上述したように、この反射光１０７は、ミラー表面の角度１０５ａおよびミラー表面の移動（例えば、回転）量に依存する点１０９ｂでターゲット領域１０９に衝突するスポットを生成する。上述のように、このように単一ミラーを使用すると、ミラー表面の現在の回転に応じて、単一軸内での制御が可能になる。ミラーの移動は、典型的には、反射光１０７を比較的小さな円弧１０９ａ内で移動させるように制限されている。
【0036】
ここに見られるように、反射光１０７は、角度Φだけ偏向される。ミラー１０４が回転すると、反射光１０７は、半径ｒ＝ＲΦを有する円の周りを移動する。ミラー１０４のより小さな回転θにより、反射光１０７は、ｘ＝ｒΦだけ図３Ａの平面に出入りする。
【数1】
【0037】
その結果、角度Φはミラーアセンブリの角度移動を変更する便利な手法であり、角度Φは非常に小さいため、可動ミラーアセンブリの移動範囲を非常に小さくして、反射面からの光ビームの角度の非常に細かい正確な制御を達成できる。
【0038】
反射光１０７は完全な円の周りを移動しないことを理解されたい。図３Ｃに見られ、以下で論じられるように、反射光を円弧１０９ａおよび別の円弧１１１に沿って移動させることが望ましい。これらの小さな円弧は、互いにほぼ垂直で、適度にまっすぐである。円弧１０９および１１１は、完全な円の約１／１０、またはθmax＝１５７ミリラジアンに沿って延在し得る。このように、可動ミラーアセンブリの最大偏差は、αmax＝Φθmaxである。同様に、可動ミラーアセンブリの分解能は、Δα＝ΦΔθであり、ここで、Δθは、モータ可動ミラー１０４の分解能である。
【0039】
角度Φを選択すると、モータの大きな回転で任意の小さな偏差角度αを生成できるため、比較的粗いメカニズムで非常に細かい偏差制御をもたらすことができる。実用的な利点には、小型のステッピングモータの比較的低コスト、およびハードストップまたはリミットスイッチなどの既知の位置にモータを駆動する機能が含まれる。また、本明細書に記載の実施形態では、モータは高精度である必要がないことを理解されたい。
【0040】
より長いモータの場合のように、モータ内でベアリングをより離れて位置決めすることにより、モータシャフトのぐらつきまたは傾斜を減らすことができることを理解されたい。したがって、そのような長いモータは、低コストのベアリングを使用できる。さらに、特定の実施形態では、追加のベアリングを追加することができ、それにより、より低コストのベアリングおよび短いモータを使用することが可能になる。
【0041】
図３Ｂを参照すると、ミラー表面の反時計回りの回転により、反射光１０７の衝突点を、その第１の点１０９ｂから円弧１０９内の第２の点１０９ｃにさらに変位させる。
【0042】
図３Ｃを参照すると、例えば約９０度だけミラー表面がさらに回転すると、反射光１０７の衝突点１１１ｂが新しい円弧１１１内に移動し、そこで反射光は実質的に垂直軸に沿って移動する。
【0043】
図４を参照すると、さらなる例示的な実施形態によれば、図２について上述したように、二重ミラーシステムを使用することができる。上述のように、一方の可動ミラー１０４は、水平方向１０９の小さな円弧内の移動を制御するために使用できるのに対して、他方のミラー１１０は、垂直方向１１１内の小さな円弧内の移動を制御するために使用できる。
【0044】
図５を参照すると、そのような可動ミラーアセンブリは、マイケルソン干渉計などのＦＴＩＲ干渉分光計、または顕微鏡を含む光学機器で有利に使用することができる。周知の原理によれば、そのようなデバイスは、ビームスプリッタ２０２を通過し、第１の可動ミラー１０４ａの反射面１０６ａで反射される入射光ビーム１０３を有する。反射光１０７はビームスプリッタ２０２に再び入り、ビームスプリッタ２０２から反射されて第２の可動ミラー１１０ａから反射された光と結合され、その反射面１１２ａが最終反射光１１３をターゲット１１７に向ける。周知のマイケルソン干渉計の原理に従って、第１の可動ミラー１０４ａは、第１の軸１３３に沿って往復部材１３２によって往復される。第１の軸１３３は、第１の軸１３３に沿った第１のミラー１０４ａの直線移動を提供するので、並進軸である。この往復部材１３２は、ベース１３６に固定されたその支持部材１３４内に配置されたモータ（図示せず）によって制御することができる。ミラー１０４ａの反射面１０６ａは、上述のように垂直からわずかにオフセットされており、往復部材１３２に実質的に平行に配置された金属ガイドバー１４２の移動の制御下で回転させることができる。往復部材１３２に取り付けられた磁石１４４は、ガイドバー１４２に結合されたシャフト１４０を駆動するモータ１３８の制御下で往復部材１３２の周りを回転するとき、金属ガイドバー１４２に引き付けられ、それに追従し、それにより往復部材１３２をまた、その軸１３３を中心に回転させる。
【0045】
以下でより詳細に論じるように、第２のミラー１１０ａの移動（例えば、回転による動き）は、反射面１１２ａの平面１１３ｃがミラーマウント１５２によって利用可能な移動（例えば、回転）の軸１１３ｅからわずかに角度１１３ａでオフセットされるように、ミラー１１０ａが取り付けられるミラーマウント１５２を使用することによって達成できる。以下でより詳細に論じるように、そのような移動は、制御アーム１５６を駆動してミラー取り付けアセンブリ内で移動を生じさせる駆動シャフト１５５（例えば、ねじ駆動）を備えた（例えば、リニアまたはステッピング）モータ１５４の使用を通じて誘発できる。例えば、そのような移動は、ミラーマウント１５２内に組み込まれたフレクシャ１５３（例えば、ブレードフレクシャ）のようなベアリングの使用を通じてもたらされ得る。
【0046】
図６Ａを参照すると、例示的な実施形態によれば、ミラー１１０ａは、取り付けフランジ１５６ａおよびフレクシャ１５３を介してマウント１５２に取り付けることができる。次に、マウント１５２は、例えば、ボルト１６４などのハードウェアを介して、ベース部材１６３に固定することができる。ステッピングモータ１５４の制御下で、ねじ駆動シャフト１５５の回転は、制御アーム１５６を第１または第２の方向（例えば、上または下）のいずれかに移動させ、それにより、取り付けられたミラー１１０ａを、取り付けフランジ１５６ａに対するフレクシャ１５３の位置によって規定される軸の周りに回転させる。制御アーム１５６に（例えば、各回転ごとに）与えられる移動の量は、ステッピングモータ１５４内の嵌合ねじと係合する駆動シャフト１５５上のねじのピッチに従って制御することができる。
【0047】
図６Ｂおよび図７を参照すると、他の例示的な実施形態によれば、ステッピングモータ１５４の代わりに、リニアまたはボイスコイルのモータ１７４を使用してもよい。周知の原理によれば、制御電流の形態の制御信号は、制御ワイヤ１７５を介してモータ１７４を駆動し、可変磁場を生成させることができ、これにより、磁石１７６を第１または第２の方向のいずれか（例えば、上または下）に移動させ、それによって、制御アーム１５６に同様の移動が与えられる。
【0048】
図８Ａを参照すると、例示的な実施形態によれば、第２の可動ミラーアセンブリ（図５）は、ミラーマウント１６２がブレードフレクシャ１５３ａ、１５３ｂの二重セットを含む実施形態で実装され得、２つのそれぞれの移動軸周りのミラー１１０ｂの反射面の動き（例えば、回転）を可能にする。この例について描写されているように、ミラー１１０ｂは、ブレードフレクシャ１５３ｂを介して下部マウント部分１５２ａに結合されているミラーマウント１６２の上部マウント部分１５２ｂに取り付けられている。次に、この下部取り付け部分１５２ａは、追加のブレードフレクシャ１５３ａを介して、例えば取り付けスロット１６５内の取り付けハードウェア（図示せず）を介して固定できるベース１６４に結合される。ミラー１１０ｂは、２つの手法のうちの一方で、上部マウント部分１５２ｂに取り付けられてもよい。１つの取り付け技術は、ミラー表面１１０ｂの中心を２つの上部フレクシャ１５３ｂによって規定される軸と同軸に位置決めし、その場合、上部マウント部分１５２ｂの移動により、ミラー１１０ｂをそのような同軸軸を中心に回転させる。あるいは、ミラー１１０ｂは、その中心が２つのフレクシャ１５３ｂによって規定される軸と平行であるが同軸ではない、すなわちオフセットされているように取り付けることができ、その場合、上部マウント部分１５２ｂの移動により、２つのフレクシャ１５３ｂによって規定される軸の周りのミラー１１０ｂの回転を引き起こす。
【0049】
ミラー１１０ｂの反射面の動きは、下部駆動要素１５４ａ、１５５ａ、１５６ａおよび上部駆動要素１５４ｂ、１５５ｂ、１５６ｂの動作によって制御される。例えば、上部ステッピングモータ１５４ｂの動作により、上部駆動シャフト１５５ｂは、上部制御アーム１５６ｂおよび上部制御アームマウント１５７ｂの上向きまたは下向きへの移動を与える。これにより、上部ミラーマウント部分１５２ｂは、そのフレクシャ１５３ｂによって規定される軸の周りを回転する。したがって、（上述のように）ミラー１１０ｂがどのように取り付けられるかに応じて、ミラー１１０ｂはそのような軸の周りを回転する。
【0050】
同様に、ミラーの動きは、少なくとも部分的に、その駆動シャフト１５５ａ、制御アーム１５６ａ、および制御アームマウント１５７ａを介して上向きまたは下向きの移動を生成する下部ステッピングモータ１５４ａによって与えられ、それによって、下部マウント部分１５２ａを、それをベース１６４に結合するそのフレクシャ１５３ａによって規定される下部軸を中心に回転させる。下部マウント部分１５２ａのこの移動により、ミラー１１０ｂを、下部フレクシャ１５３ａによって規定される軸を中心に回転させる。
【0051】
その結果、ミラー１１０ｂの反射面の動きは、上部フレクシャ１５３ｂによって規定される上部軸の周りの回転として発生し、その上部軸は、ミラー１１０ｂの中心と同軸であり得るかまたはオフセットされ得、また、下部フレクシャ１５３ａによって規定される下部軸の周りの回転として発生する。
【0052】
図８Ｂおよび８Ｃを参照すると、図８Ａの可動ミラーアセンブリの側面図は、下部フレクシャ１５３ａによって規定された回転軸１５９ａが、マウントベース１６４によって規定された軸１５９ｂと平行から角度１５９だけオフセットされている様子を例示する。また、１つのエッジ（図８Ｂのビューアーに面する１１０ｂのエッジ）をより厚くして、反対側のエッジ（図８Ｃのビューアーに面する１１０ｂのエッジ）をより薄くするように先細りミラー１１０ｂ構造を使用してミラー１１０ｂの反射面１１２ｂの角度オフセットを実現する様子も見ることができる。
【0053】
図８Ｄおよび図８Ｅを参照すると、可動ミラーアセンブリの上面図（図８Ｄ）および下面図（図８Ｅ）は、その反射面１１２ｂが、取付面１１２ｃとの平行から離れて角度１６１を形成するような、ミラー１１０ｂの先細りの性質をさらに例示する。
【0054】
【0055】
図９を参照すると、他の実施形態によれば、図８Ａの可動ミラーアセンブリは、下部マウント部分１５２ａの移動が下部駆動機構（例えば、リニアまたはボイスコイルモータ１７４ａおよび磁石１７６ａ）、および図８Ａのアセンブリと同様に、下部制御アーム１５６ａによって制御されるように実装することができる。第２の、または上部のマウント部分１５２ｂの動きは、第２の、または上部の駆動機構（例えば、リニアまたはボイスコイルモータ１７４ｂおよび磁石１７６ｂ）ならびに上部制御アーム１５６ｂを用いて、下部マウント部分１５２ａに対して制御できる。この実施態様では、上部制御アーム１５６ｂおよび制御アームマウント１５７ｂを介した上部駆動機構１７４ｂ、１７６ｂは、下部マウント部分１５２ａに対して上部マウント部分１５２ｂに動きを与える。上述の例のように、上部マウント部分１５２ｂへのミラー１１０ｂの取り付けに応じて、下部フレクシャ１５３ａによって規定される軸の周りのミラー１１０ｂの回転、または上部フレクシャ１５３ｂによって規定される軸の周りのミラー１１０ｂの回転をもたらし、これは、ミラー１１０ｂの中心と同軸であり得るか、またはミラー１１０ｂの中心からオフセットされ得る。
【0056】
図１０を参照すると、さらなる例示的な実施形態によれば、図５の干渉計は、第１の可動ミラーアセンブリの代替の実施態様を使用して実装することができる。前述のように、ミラー１０４ａ、１１０ａの反射面１０６ａ、１１２ａは、それぞれの駆動機構１８２、１１４によって与えられる運動軸に直交するそれぞれの軸との平行からわずかにオフセットされた平面を規定する。この実施態様では、第１のリニア駆動アセンブリ１８１は、ミラー１０４ａに線形移動を与える。第１のリニア駆動アセンブリ１８１は、磁石１８４が長手方向軸１８３に沿って往復運動して可動ミラー１０４ａの長手方向の動きをもたらすように、可変磁場によって動きを与えるリニア駆動モータ１８２を含む（例えば、米国特許第５，８８３，７１２号を参照）。ミラー１０４ａのこの移動は、リニアベアリング１８８によって支持されたシャフト１８６を介して与えられる。回転の安定性および移動は、ラジアルカップリングシャフト１９４を介してシャフト１８６に取り付けられた磁石１９２を介して制御される。この可動ミラーアセンブリの動作中、磁石１８４がリニアモータ１８２内で往復運動する際、シャフト１８６をリニアベアリング１８８内で往復運動させ、回転安定性は、磁石１９２がシャフト１８６に平行に延在するガイドレール１９６に引き付けられることにより維持される。シャフト１８６の回転制御は、この磁石１９２およびガイドレール１９６によって制御され得る。回転が望まれる場合、源（図示せず）からの駆動電流が駆動コイル１９８に提供され、これにより、ガイドレール１９６をコイル１９８の軸１９９に平行に移動させる。この軸１９９に平行なこのガイドレール１９６の小さな移動により、磁石１９２がそのような移動に追従することをもたらし、それによりシャフト１８６の回転移動を与える（例えば、米国特許第５，８９６，１９７号を参照）。必要な直線移動量が少ない（例えば、約８ｍｍ未満である）場合、ガイドレール１９６を所定の位置に固定し、コイル１９８からの磁場が、磁石１９２に直接力を加えて、可動ミラー１０４ａを良好な制御で約２度回転させることができる。場合によっては、その限られた移動量だけで十分である。
【0057】
したがって、少なくとも３つの基本的な例示的な実施形態を実現することができ、そこから当業者は多数の代替変形を実施してもよい。例えば、単一ミラーを（例えば、回転軸を使用して１つの制御軸を与える）単一ベアリング上に取り付けてもよい。この場合、そのように取り付けられた２つのミラーは、Ｘ、Ｙ（例えば、水平および垂直の）動き制御をもたらす。また、単一ミラーをリニアラウンドベアリングに取り付けて、（Ｚ軸に沿った）直線移動と（Ｘ軸またはＹ軸制御のいずれかをもたらすための）回転を提供してもよい。干渉計では、第２の平面ミラーを使用して、欠落しているＸ軸またはＹ軸制御をもたらすことができるため、マイケルソン干渉計で必要な２軸の傾斜制御と１軸の直線移動が可能になる。
【0058】
図１１を参照すると、図１０のミラーアセンブリの代替の実施形態が例示されている。この実施形態では、ミラー１１０ａは、図１０のミラー１０４ａと同様に可動ミラー１１０ａの長手方向の動きをもたらすために長手方向軸１８３に沿って往復運動するリニア駆動モータ１８２および磁石１８４を備えた第２のリニア駆動アセンブリ１９７を含む。ミラー１１０ａのこの移動は、リニアベアリング１８８によって支持されたシャフト１８６を介して与えられる。回転の安定性および移動は、ラジアルカップリングシャフト１９４を介してシャフト１８６に取り付けられた磁石１９２を介して制御される。この可動ミラーアセンブリの動作中、磁石１８４がリニアモータ１８２内で往復運動する際、シャフト１８６をリニアベアリング１８８内で往復運動させ、回転安定性は、磁石１９２がシャフト１８６に平行に延在するガイドレール１９６に引き付けられることにより維持される。シャフト１８６の回転制御は、この磁石１９２およびガイドレール１９６によって制御され得る。回転が望まれる場合、源（図示せず）からの駆動電流が駆動コイル１９８に提供され、これにより、ガイドレール１９６をコイル１９８の軸１９９に平行に移動させる。この軸１９９に平行なこのガイドレール１９６の小さな移動により、磁石１９２がそのような移動に追従することをもたらし、それによりシャフト１８６の回転移動を与える（例えば、米国特許第５，８９６，１９７号を参照）。必要な直線移動量が少ない（例えば、約８ｍｍ未満である）場合、ガイドレール１９６を所定の位置に固定し、コイル１９８からの磁場が、磁石１９２に直接力を加えて、可動ミラー１１０ａを良好な制御で約２度回転させることができる。場合によっては、その限られた移動量だけで十分である。
【0059】
可動ミラー１０４ａ、１１０ａの長手方向の移動は、上述のリニア駆動モータおよび磁石以外の機構によって実施できることを理解されたい。例えば、長手方向の移動は、２０１８年７月１３日に出願された「Ｍｉｒｒｏｒ Ｂｅａｒｉｎｇ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」と題された米国特許出願第１６／０３４，９７０号に開示されているように、グラファイトベアリング上のグラファイトを備えた磁気ドライブを使用して実装することができ、その出願の開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0060】
本明細書で論じる例示的な実施形態によれば、ミラーが運動軸に対して平行から約８９．５度離れて（垂直から０．５度離れて）取り付けられると、ミラーの１８０度の回転により１度の反射光角度が生じる。１度回転すると、反射光の角度差は０．０１７５度になる（１度に１度の正弦関数を掛けたもの）。光ビームの傾斜の減少と比較した、ベアリング軸の周りの回転量の比率は、光学ギア比と呼ぶことができ、この場合、約５７：１である。ミラー角度が回転軸に対して平行から８９．０度離れて（垂直から１．０度離れて）２倍になった場合、１度の回転で２度の反射光角度差と、０．０３４度の反射光角度差（２度に１度の正弦関数を掛けたもの）が生じ、これは約２８：１の光学ギア比を生じる。この光学ギア比は、ミラーアセンブリが低コストのモータを使用して、多くの光学システムで必要とされる小さな角度の変化を非常に細かく制御できるようにする方法に良い感触を与える。
【0061】
上記のように、そのようなミラーアセンブリは、干渉計以外のデバイスで使用できる。図１２に見られるように、２つのミラーを備えたミラーアセンブリが、ラマン分光器に実装されている。
【0062】
レーザからの光は、光ファイバ２００によってシステムに導入され、レンズ２０２によってコリメートされて、レーザビーム２０３を生成する。第１のミラー２０４および第２のミラー２０６はそれぞれ、それらの表面が、それらが接続されるモータ２１０のシャフト２０８のベアリング軸に垂直な平面に対して角度を成すように、上述のように取り付けられ得る。モータ２１０はステッピングモータであってもよいことを理解されたい。第１のミラー２０４および第２のミラー２０６は、それらが２つの直交軸に沿って可変偏差を生成するように取り付けられてもよい。これは、レーザビーム２０３の２軸偏差を提供する。
【0063】
レーザビーム２０３は、ダイクロイックフィルタ２１２によって反射され得、メインビーム経路２１４を形成し、これは、レンズ２１６によってサンプル２１８に集束され得る。（例えば、ラマン散乱による）サンプルからの散乱光は、同じビーム経路２１４に沿って戻り、ダイクロイックフィルタ２１２を通過してビーム２２０を形成し得、このビーム２２０は、次いで、第２のダイクロイックフィルタ２２２を通過し、レンズ２２４によって第２の光ファイバ２２６に集束される。
【0064】
ラマン分光法を用いた実験を効果的に行うには、レーザビーム２０３と戻りのメインビーム経路２１４が、ミリラジアン以内に平行でなければならない。第１のミラー２０４および第２のミラー２０６は、上述のようにこの位置合わせを達成することを可能にし、ソフトウェア制御下で操作することができる。
【0065】
ラマン分光法用の２つのミラーを備えたミラーアセンブリを使用する可能な実施形態は、以下のように機能する。ラマン散乱を生成することが知られているサンプルは、サンプル２１８にある。ラマン散乱の強度は、光ファイバ２２６を分光器に結合することにより、光ファイバ２２６において測定される。モータ２１０は、ラマン散乱強度が最大になるまで、第１のミラー２０４および第２のミラー２０６を回転させるように作動される。
【0066】
図１３に見られるように、２つのミラーを有する追加のミラーアセンブリが、レーザスキャナでマッピングするために実装される。そのような実施形態は、上述のように、図１２で上に見られるアセンブリを、レーザを分光器に位置合わせする手段として使用する。この実施形態は、レーザ走査によってサンプルマップを作成する特徴を追加する。
【0067】
歴史的に、高解像度レーザ走査マップは、ピエゾチップチルトミラーを使用して、または２つの検流計のセットを使用して作成されてきた。しかしながら、これらの方法は一般的に高価である。本明細書に開示される実施形態は、（ミラーがモータのシャフトに取り付けられる角度に応じて）かなり高い画像解像度を可能にするが、非常に低コストである。このシステムを魅力的なものにしているのは、高解像度と低コストのこの組み合わせである。
【0068】
本実施形態は、サンプル上でレーザを走査し、ピクセルごとに画像を構築することによって機能する。これは、既存のステージを使用してサンプルをマップできない場合に役立つ。さらに、サンプルが速い動きに敏感な場合は、サンプルを移動するのではなく、レーザを走査してマッピングする方が有利であり得る。
【0069】
この実施形態では、レーザビーム２２０の一部は、エッジフィルタ２３０によって反射されて、リレー望遠鏡２３４に伝達されるレーザビーム２３２を生成することができる。レーザビーム２３２は、ミラー２３６を介して反射され得るか、またはリレー望遠鏡２３４に直接伝達され得る。ビーム２３２の角度は、第３のミラー２３８および第４のミラー２４０を用いて上記のように制御され得る。第３のミラー２３８および第４のミラー２４０はそれぞれ、それらの表面が、それらが接続されるモータ２１０のシャフト２０８のベアリング軸に垂直な平面に対して角度が付けられるように、上述のように取り付けられ得る。モータ２１０はステッピングモータであってもよいことを理解されたい。第３のミラー２３８および第４のミラー２４０は、２つの直交軸に沿って可変偏差を生成するように取り付けられてもよい。これは、レーザビーム２３２の２軸偏差を提供する。
【0070】
レーザビーム２３２は、第４のミラー２４０からリレー望遠鏡２３４に進み、リレー望遠鏡２３４は、第１のリレーレンズ２４２および第２のリレーレンズ２４４を含み得る。次に、レーザビーム２３２は、第１のリレーレンズ２４２および第２のリレーレンズ２４４を通って進み、対物レンズ２４８を通ってサンプル２５０へとミラー２４６によって反射され得る。
【0071】
第１のリレーレンズ２４２および第２のリレーレンズ２４４のそれぞれは、焦点距離ｆを有する。リレー望遠鏡２３４は、角度が変化すると、４＊ｆ離れたスポットを同じスポットにマッピングする。したがって、この実施形態では、第３のミラー２３８と第４のミラーとの間の任意のスポット２５２は、対物レンズ２４８のバックアパーチャ２５４からの距離４＊ｆに設定される。次に、リレー望遠鏡２３４は、任意のスポット２５２とバックアパーチャ２５４の間の中心に配置される。
【0072】
第３のミラー２３８および第４のミラー２４０は、信号またはトリガをスペクトルカメラ２６０に送信することができるコントローラ２５６によって制御され得、ＤＸＲｘｉスタイルのデータ収集が実行されることを可能にすることを理解されたい。各ピクセルで停止して取得するのではなく、スペクトルカメラ２６０は、第３のミラー２３８と第４のミラー２４０が動いている間にデータを取得している。ＰＣ２６０または他の適切なコンピュータが、例えば、ＵＳＢ接続または他の適切な接続によって、コントローラ２５６に接続され得ることを理解されたい。
【0073】
したがって、回転軸に対するミラー角度の変動は、利用可能な光学ギア比に変動をもたらすことができ、それにより、低コストのモータの使用に関連することが多い速度と誤差の低減の制御を可能にしながら、望遠鏡、顕微鏡、および干渉計などの多くの光学システムで必要な小さな光角度調整に対してより正確で細かい制御を実現する。言い換えると、速度と制御範囲が多少減少する可能性はあるが、光学ギア比を大きくすると、制御速度の減少を犠牲にして剛性と制御が向上する。さらに、小さいオフセット角度を使用することにより、光学ギア比は、より低い精度およびより低い剛性の駆動モータの使用を可能にし、それによってコストを削減する。光学ギア比によってもたらされる剛性と細かい制御の向上により、移動中の車両などの高振動環境での操作と制御を改善できる。また、図２に関して上述したような二重のモータおよびミラーシステムは、小さな物体またはサンプルで望遠鏡または顕微鏡の正確な照準を可能にすることができる。さらに、ミラーとモータの複数の「Ｚ折り」構成が光学システム内の利用可能なスペースに配置されているシステムなど、光学システムのさまざまな部分を互いに位置合わせ（複数可）することができる。
【0074】
本明細書に開示されたミラーアセンブリは、コンピュータまたはプロセッサ（図示せず）を介して制御され得、これは、アクチュエータ、コントロールアームなどを所望の方向（複数可）に移動させるように、モータアセンブリに所望の方向（複数可）および所望の量（複数可）の電流（複数可）ならびに必要に応じて他の制御信号を選択的に提供するように構成されている、専用のコンピューティングデバイス、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体上に記憶された適切なコンピュータ実行可能命令で特別にプログラムされたコンピューティングデバイス、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路などであり得る。適切な非一時的なコンピュータ可読記憶媒体は、機械／コンピュータによって読み取られ（すなわち、走査／検知され）得、機械／コンピュータのハードウェアおよび／またはソフトウェアによって解釈され得る形式で提供される符号化情報を有するものを含む。特に、コンピュータ可読記憶媒体としては、ローカルハードディスク、フロッピーディスク、ＣＤ－ＲＯＭまたはＤＶＤ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＵＳＢメモリデバイス、およびリモートメモリ記憶デバイスを含むローカルまたはリモートメモリ記憶デバイスを挙げることができる。コンピュータまたはプロセッサはまた、１つもしくは複数の他の分析機器、ならびに表示画面、プリンタなどの出力デバイス、および／またはキーボード、ポインティングデバイス、スタイラス、タッチスクリーン、ネットワーク接続などなどの１つもしくは複数の入力デバイスに電子的に結合されてもよい。したがって、本明細書に開示されるミラーベアリングに結合されたコンピュータまたはプロセッサは、ミラーベアリングの制御を組織化することができ、これは、上述したように干渉計に組み込むことができる。
【0075】
本開示の全体的な態様は、干渉計などの分析機器用の可動ミラーアセンブリを対象とする。本開示から得られた知識を有する当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、これらおよび他の利点を達成するために開示されたデバイスおよび方法にさまざまな変更を行うことができることを認識する。したがって、本明細書に記載の特徴は、変更または置換を受けやすいことを理解されたい。本明細書に例示および記載される特定の実施形態は、例示のみを目的としており、添付の特許請求の範囲に規定される主題を限定するものではない。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図8G】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
