專利名稱：可調(diào)諧光學(xué)濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到用于光通信系統(tǒng)中的可調(diào)諧光濾波器。
普通的光通信系統(tǒng)包括一些通過(guò)光纖波導(dǎo)互相連接的空間分布節(jié)點(diǎn)。承載信息的光輻射通過(guò)波導(dǎo)傳遞以在各節(jié)點(diǎn)之間傳送信息。本發(fā)明所說(shuō)的光輻射是指波長(zhǎng)基本上在150納米至5微米范圍內(nèi)的電磁輻射。
信息往往按波分復(fù)用(WDM)的方式調(diào)制到光輻射上，就是說(shuō)，信息被細(xì)分成一些信道，每個(gè)信道被調(diào)制到相應(yīng)光輻射波長(zhǎng)的范圍內(nèi)。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)采用1.5微米波長(zhǎng)的光輻射時(shí)，與各信道有關(guān)的波長(zhǎng)范圍可以相繼隔開(kāi)0.8納米的距離。光輻射濾波器一般用于將與特定信道相關(guān)的輻射隔離開(kāi)來(lái)的系統(tǒng)中。
當(dāng)系統(tǒng)不能重新配置時(shí)，其中的光學(xué)濾波器在制造時(shí)就設(shè)定在特定信道的輻射波長(zhǎng)。但是對(duì)于通信系統(tǒng)能重新配置的要求在不斷增加，這種系統(tǒng)就需要包含至少能在幾個(gè)信道范圍內(nèi)可調(diào)諧光學(xué)濾波器。
雖然大家都知道機(jī)械可調(diào)諧的光輻射濾波器(例如在實(shí)驗(yàn)或天文波譜儀中)，但一般認(rèn)為這些濾波器用在現(xiàn)代光通信系統(tǒng)中太昂貴，不可靠，笨重，而且速度慢，現(xiàn)代光通信系統(tǒng)中在各信道間進(jìn)行選擇(例如當(dāng)重新配置節(jié)點(diǎn)時(shí))，需要作頻繁的調(diào)諧調(diào)整。此外，大家都清楚，當(dāng)對(duì)精密機(jī)械作頻繁的調(diào)節(jié)時(shí)會(huì)出現(xiàn)磨損問(wèn)題，從而產(chǎn)生機(jī)械回差而限制調(diào)節(jié)的精度。因此，在光通信系統(tǒng)中一般都采用熱調(diào)諧光輻射濾波器和電子可開(kāi)關(guān)光學(xué)濾波器。
在美國(guó)專利5,459,799中描述了一種用于WDM多路復(fù)用通信系統(tǒng)中的可調(diào)諧光學(xué)濾波器。此濾波器包括一個(gè)串聯(lián)反射光柵裝置；每個(gè)光柵用來(lái)阻止與它相關(guān)的對(duì)應(yīng)信道的波長(zhǎng)范圍的輻射。另外，這些光柵加工成能阻擋互相不同的信道，使得濾波器通?？刹僮鞒赡茏柚拱ㄝ斎氲皆撗b置的WDM輻射的所有信道。每個(gè)反射光柵都有一個(gè)電極或加熱元件用來(lái)使它解調(diào)；加到電極或各元件上的控制信號(hào)可將與其光柵相關(guān)的波長(zhǎng)范圍移動(dòng)，從而不與透過(guò)該串聯(lián)裝置有選擇地傳輸?shù)囊粋€(gè)或幾個(gè)希望的信道相重合。這種布置的缺點(diǎn)是不能連續(xù)調(diào)諧，而只能按相應(yīng)于其光柵的輻射阻止頻帶寬度的離散波長(zhǎng)梯級(jí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如果包含這種濾波器的通信系統(tǒng)以后要升級(jí)的話(這時(shí)要求波長(zhǎng)梯級(jí)更細(xì)，例如信道波長(zhǎng)間隔從0.8納米減至0.3納米)，這種離散的梯級(jí)就將是一種限制。另外，為了獲得細(xì)的調(diào)諧分辨率，串聯(lián)裝置需要有許多反射光柵，這使得裝置的制造復(fù)雜而成本高。
本發(fā)明人認(rèn)為，光通信系統(tǒng)希望裝有可連續(xù)調(diào)諧或至少是按足夠細(xì)的波長(zhǎng)梯級(jí)調(diào)諧的濾波器，以應(yīng)付系統(tǒng)的將來(lái)升級(jí)要求。另外，與傳統(tǒng)的光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的做法不同，本發(fā)明人認(rèn)為可采用機(jī)械光學(xué)濾波器來(lái)為將來(lái)的光通信系統(tǒng)提供可以接受的性能，特別是可以將回差減至可容許的程度。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種可調(diào)諧的光學(xué)濾波器，它包括將接收到的光輻射束濾波的光學(xué)濾波裝置，它具有空間不均勻的光學(xué)濾波特性；光束形成裝置，用來(lái)接收濾波器上的光輸入輻射并將輸入輻射形成輻射束，同時(shí)還用來(lái)接收與濾波裝置發(fā)生過(guò)光學(xué)相互作用的束以形成輸出輻射用于從濾波器輸出，這個(gè)濾波器的特征在于它還包括驅(qū)動(dòng)裝置，用以相對(duì)于輻射束可控制地移動(dòng)濾波裝置以選擇濾波裝置的優(yōu)選濾波特性，此驅(qū)動(dòng)裝置包括一個(gè)螺旋驅(qū)動(dòng)元件，其螺紋具有前面和后面；一個(gè)互補(bǔ)螺紋接收元件，它與驅(qū)動(dòng)元件的前面和后面彈性地接合以減小回差，此接收元件與濾波裝置相連，以便響應(yīng)驅(qū)動(dòng)元件相對(duì)于接收元件的旋轉(zhuǎn)相對(duì)于輻射束移動(dòng)濾波裝置。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能把光學(xué)濾波器中的回差減至足夠低的水平，使該濾波器能用于可重新配置的光通信系統(tǒng)中。
所謂回差是指與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)的調(diào)節(jié)不精確度，這個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有受到能補(bǔ)償調(diào)節(jié)不精確度的彈性偏置力的作用。
通常為減小回差，接收件包含相互彈性偏置的第一和第二元件，以便與驅(qū)動(dòng)件的前和后螺紋面相接合。在前和后側(cè)面上都施上一個(gè)彈性偏置力能保證濾波器內(nèi)的回差被消減。
驅(qū)動(dòng)件最好包含一個(gè)可旋轉(zhuǎn)安裝的螺紋軸，以及第一和第二元件，第一和第二元件包括與所述軸相接合的第一和第二螺紋區(qū)，第一區(qū)與濾波裝置機(jī)械上相連，第二區(qū)被限制在相對(duì)于第一區(qū)基本不變的角度方向。這種裝置使得對(duì)后和前螺紋側(cè)面的接合度增強(qiáng)，特別當(dāng)濾波器的機(jī)構(gòu)在使用中受到磨損時(shí)。
希望采用容易獲得的零件來(lái)制造濾波器以降低成本。因此，最好在第一和第二區(qū)之間裝一個(gè)彈性元件使得它們能相互彈性偏置。簡(jiǎn)單的方法是在第一和第二區(qū)之間裝一個(gè)彈簧(例如螺紋旋彈簧)使它們能被相互彈性偏置?；蛘咭部刹捎脧椥跃酆喜牧系葋?lái)做彈性元件。
為了在旋轉(zhuǎn)方向限制第二區(qū)相對(duì)第一區(qū)的位置，最好把第二區(qū)做成一個(gè)螺母，它包含一個(gè)或幾個(gè)凸出部分，以與和第一區(qū)的機(jī)械相連的至少一個(gè)表面滑動(dòng)地接合。
為了大大簡(jiǎn)化采用上述第一和第二螺紋區(qū)的濾波器結(jié)構(gòu)，最好把螺紋接收件做成柔順元件，其中有一個(gè)尺寸偏小的孔用來(lái)接收螺紋驅(qū)動(dòng)件。這種結(jié)構(gòu)將使所需要的元件數(shù)量大大減少，但采用整體的柔順接收件比采用上述彈性偏置的第一和第二螺紋件可能磨損得更快。用彈性聚合物材料來(lái)加工這種柔順件將很方便。
當(dāng)螺紋接收件是一個(gè)整體元件時(shí)，最好用下面一種或幾種材料來(lái)加工“尼龍6-6，聚四氟乙烯(PTFE)，聚乙二醇，聚環(huán)氧乙烷和聚乙烯。這些材料具有吸收濾波器內(nèi)的回差所必需的柔順性。
為方便起見(jiàn)，執(zhí)行裝置應(yīng)包含一個(gè)馬達(dá)，用來(lái)控制螺紋驅(qū)動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)；和一個(gè)電子控制組件，用來(lái)接收濾波器的控制信號(hào)并按此信號(hào)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。馬達(dá)可以是一個(gè)或幾個(gè)步進(jìn)馬達(dá)，直流馬達(dá)和線性馬達(dá)。步進(jìn)馬達(dá)基本上是數(shù)字裝置，其適合于與光通信系統(tǒng)內(nèi)其它數(shù)字電路連接。
為讓通信系統(tǒng)監(jiān)測(cè)濾波器的調(diào)諧狀態(tài)，該濾波器最好包含有傳感裝置，用它來(lái)測(cè)量濾波裝置相對(duì)于輻射束的空間位置。此傳感裝置使與濾波器相連的通信系統(tǒng)能建立一個(gè)包含傳感裝置和步進(jìn)馬達(dá)的位置反饋環(huán)路，以使濾波器隨動(dòng)處在優(yōu)選的設(shè)定位置上。為降低制造成本，傳感裝置最好包含一個(gè)電位計(jì)，其輸出電壓根據(jù)濾波裝置相對(duì)于輻射束的運(yùn)動(dòng)而改變。不過(guò)，都知道電位計(jì)在長(zhǎng)期使用后會(huì)磨損，因而噪聲大且不可靠。為解決這個(gè)磨損問(wèn)題，傳感裝置最好裝有一個(gè)光學(xué)編碼器，它與濾波裝置機(jī)械上相連，用來(lái)測(cè)量濾波裝置相對(duì)于輻射束的空間位置。
濾波裝置最好是一個(gè)多層光學(xué)校準(zhǔn)器結(jié)構(gòu)，其層厚或組成在空間上是變化的，以提供不均勻的光學(xué)濾波特性。校準(zhǔn)器能提供特殊的比較窄的濾波特性，這種特性是為分隔與通信系統(tǒng)中特定信道相應(yīng)的輻射所必需的。
或者最好把濾波裝置作成衍射光柵結(jié)構(gòu)，其光柵的周期在空間上是變化的，以提供不均勻的光學(xué)濾波特性。
希望濾波裝置在工作時(shí)相對(duì)于輻射束的位置牢固不變，使得濾波器不怎么受振動(dòng)和外界環(huán)境的影響。因此，最好把濾波裝置安裝在一個(gè)由機(jī)械導(dǎo)軌限定的工作臺(tái)上，以根據(jù)執(zhí)行裝置的機(jī)械驅(qū)動(dòng)相對(duì)于輻射束基本上按直線軌跡運(yùn)動(dòng)。
現(xiàn)在參照以下各圖用實(shí)例來(lái)描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，其中

圖1是按本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的機(jī)械調(diào)諧光輻射濾波器的平面示意圖；圖2是圖1所示濾波器的側(cè)視示意圖；圖3是圖1和2所示濾波器中的螺母組件的側(cè)視圖；圖4是圖3所示螺母組件的端視圖；圖5是圖3和4所示螺母組件的展開(kāi)圖；圖6是用在圖1和2所示濾波器中另一種螺母組件的示意圖；圖7是用于圖1和2所示濾波器中另外一種螺母組件的示意圖。
現(xiàn)在來(lái)看圖1和2，這里示出的是一個(gè)機(jī)械調(diào)諧光學(xué)濾波器10。濾波器10包括一個(gè)外殼20(帶蓋子25)，一個(gè)用螺釘與外殼20相連的安裝部件30，相互平衡安裝的機(jī)械導(dǎo)軌40、50，其間有一個(gè)可動(dòng)工作臺(tái)60安裝在導(dǎo)軌40，50中形成的精密機(jī)加工槽65內(nèi)。部件30中有一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)70，其可旋轉(zhuǎn)的螺紋軸80處在與導(dǎo)軌40、50縱軸平行的方向并位于兩導(dǎo)軌中間。工作臺(tái)60包括一個(gè)與它相固定的螺母組件90，螺母組件與軸80的螺紋部分相接合。工作臺(tái)60還包含一個(gè)凸出部分100，它與橫向位置傳感器110相連，傳感器110相對(duì)于座30和導(dǎo)軌40，50按固定位置和方向安裝在殼體20上。濾波器10還包含一個(gè)電子控制電路120，它通過(guò)接口總線125與安裝濾波器10的光通信系統(tǒng)的其它部件(未示)相連。電路120通過(guò)驅(qū)動(dòng)總線與馬達(dá)70相耦合，并通過(guò)傳感器總線與位置傳感器110相耦合。
工作臺(tái)60還包含一個(gè)光學(xué)濾波器板130，制造過(guò)程中在板上淀積了一些光學(xué)層，起光學(xué)校準(zhǔn)器的作用。這些層的配置使得其厚度沿板130在空間呈錐形，因而板130的傳輸響應(yīng)表現(xiàn)為其傳輸波長(zhǎng)沿板130在空間上變化?；蛘呖梢园堰@些層加工成具有空間變化的組成，以提供沿板130空間上有變化的傳輸響應(yīng)。板130安裝在濾波器10內(nèi)的工作臺(tái)60上，故其縱軸平行于工作臺(tái)60在殼體20內(nèi)運(yùn)動(dòng)的方向，如圖中箭頭140所示。板130的加工方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的。
板130也可以包括一個(gè)衍射光柵結(jié)構(gòu)而不是一些光學(xué)層，光柵結(jié)構(gòu)的光柵周期在空間上沿其長(zhǎng)度是不均勻的。
濾波器10包括第一和第二鏡子150，160，它們以相對(duì)于導(dǎo)軌40，50和安裝部件30為固定的空間位置分別安裝在殼體20上。鏡子150，160的方位被確定成使得它們的反射面相對(duì)于箭頭140所示的方向成45°角，也即對(duì)導(dǎo)軌40，50的長(zhǎng)軸基本成45°角。濾波器10還包含一個(gè)輸入光學(xué)界面170，用來(lái)接收從第一光纖波導(dǎo)180來(lái)的輻射并在工作時(shí)輸出一個(gè)相應(yīng)的第一自由空間輻射束190；和一個(gè)輸出光學(xué)界面200，用來(lái)在工作時(shí)接收第二自由空間輻射束210并將它作為輻射耦合到第二光纖波導(dǎo)230內(nèi)。
應(yīng)該指出，在其它形式的濾波器10中，可以用其它類型的馬達(dá)來(lái)代替步進(jìn)馬達(dá)70，例如用一個(gè)或幾個(gè)直流馬達(dá)，線性馬達(dá)或螺線管馬達(dá)來(lái)帶動(dòng)螺紋軸80。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1和2來(lái)描述濾波器10的工作。包含由幾個(gè)信道的輻射分量的輸入輻射沿著光纖波導(dǎo)180被導(dǎo)向光界面170。界面170使該輸入輻射變成第一輻射束190，傳向第一鏡子150的反射面。第一鏡子150將它接收到的輻射反射成第三輻射束240，輻射束240傳向板130；第三輻射束240在板130的一個(gè)區(qū)域被垂直地接收。第三束240中與通過(guò)板130這個(gè)區(qū)域傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)范圍相對(duì)應(yīng)的輻射分量穿過(guò)板130傳向第二鏡子160并被它接收。第二鏡子160將它接收到的輻射反射成第二束210，第二束210通過(guò)收集它的光學(xué)界面第二光學(xué)界面200并聚焦在第二光纖波導(dǎo)230內(nèi)，然后繼續(xù)傳播。
將工作臺(tái)60相對(duì)于鏡子40，50作橫向移動(dòng)，可使板130的優(yōu)選選定區(qū)接收第三束240，從而對(duì)濾波器10進(jìn)行調(diào)諧。位置傳感器110檢測(cè)出工作臺(tái)60相對(duì)于鏡子150、160的位置，也就是相對(duì)于第三束240的位置，由此顯示濾波器10被調(diào)諧到的波長(zhǎng)。利用步進(jìn)馬達(dá)70轉(zhuǎn)動(dòng)軸80可使工作臺(tái)60相對(duì)于第三束240運(yùn)動(dòng)。馬達(dá)70的功率由控制電路120提供，控制電路根據(jù)通過(guò)接口總線125從通信系統(tǒng)(未示)接收到的控制指令確定軸80應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)多少節(jié)距。另外，控制電路120也可以操作成接收從傳感器110來(lái)的位置檢測(cè)信號(hào)，并將它處理成適當(dāng)?shù)臄?shù)字形式以經(jīng)由接口總線125輸出給系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)處理的位置檢測(cè)信號(hào)的監(jiān)控，系統(tǒng)可以把濾波器10調(diào)諧到一個(gè)優(yōu)選的波長(zhǎng)。
對(duì)于低成本的應(yīng)用場(chǎng)合，可以很方便地采用一個(gè)電位器來(lái)制成傳感器110，因?yàn)榇藭r(shí)工作臺(tái)60的位置精度要求不那么高。為要求很高的位置檢測(cè)精度時(shí)，傳感器110可以是用莫爾干涉條紋計(jì)數(shù)技術(shù)等的光學(xué)傳感器，或者是光學(xué)編碼器。
本發(fā)明人開(kāi)發(fā)的螺母組件90基本上是沒(méi)有回差的?；夭畹臏p小增加了調(diào)節(jié)的精度和濾波器10的光學(xué)調(diào)諧的準(zhǔn)確性。另外，這種螺母組件90還能調(diào)節(jié)軸80的螺紋的磨損，因而在一定程度上增加了濾波器10的可靠性，使它優(yōu)于前述電子調(diào)諧濾波器，而在將來(lái)的光通信系統(tǒng)中長(zhǎng)期使用好幾年。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3和4來(lái)對(duì)螺母組件90作進(jìn)一步的描述。此螺母組件90包括一個(gè)與工作臺(tái)60相固定的組件殼體，它包含一個(gè)第一螺母區(qū)300，其中有螺紋孔用于與螺紋軸80相接合。組件殼體兩個(gè)橫側(cè)面還有兩個(gè)槽310，在槽310之間還有一個(gè)圓形長(zhǎng)條空腔區(qū)320，如圖4所示。第一螺母區(qū)300形成于空腔區(qū)320的一端。殼體可用青銅，鋁，或不銹鋼等材料制造，在其上銑出空腔區(qū)320和槽310，并形成第一螺母區(qū)300的孔和相應(yīng)的螺紋。
組件90還包括一個(gè)第二螺母330，其中有一個(gè)中心螺紋孔用于與軸80相接合。螺母330上有兩個(gè)凸出部分340，它們與槽310滑動(dòng)接合。在第一螺母區(qū)300和第二螺母330之間的空腔區(qū)320內(nèi)裝有一個(gè)螺旋壓縮彈簧350。
工作時(shí)彈簧350保持在壓縮狀態(tài)，從而施加一個(gè)基本不變的偏置力將第一和第二螺母300，330分開(kāi)。由于兩個(gè)螺母300，330都和螺紋軸80相接合并保持一個(gè)不變的相對(duì)角向方位且相互分開(kāi)，當(dāng)軸80相對(duì)于螺母300，330和工作臺(tái)60轉(zhuǎn)動(dòng)而使工作臺(tái)60在外殼20中運(yùn)動(dòng)時(shí)，偏置力基本上保持不變。
必須指出，在其它形式的濾波器10中，彈簧350可以用其它類型的彈性元件來(lái)代替，例如，可以用一個(gè)彈性件在螺母300，330之間提供一個(gè)斥力或吸力以消減回差。
凸出部分340最好在槽310中精確配合，例如回差不大于25微米。這各精確配合可以保證當(dāng)馬達(dá)70使軸80的放置方向反向時(shí)，凸出部分340碰上槽310的側(cè)壁所引起的振動(dòng)不會(huì)造成板130的擾動(dòng)而使濾波器10的光學(xué)性能變壞。
由彈簧350產(chǎn)生的使螺母300，330相互排斥的偏置力對(duì)減小濾波器10中的回差是有效的。另外，這個(gè)力還能補(bǔ)償軸80的螺紋以及與軸80接合的螺線300，330的螺紋所產(chǎn)生的磨損。
需要的話，螺旋彈簧350可以用其它類型的柔順元件來(lái)代替，只要它能施加一個(gè)力使螺母300，330相互分離；例如，可以用一個(gè)可壓縮的彈性聚合物套筒來(lái)替代彈簧350。
螺母組件90的優(yōu)點(diǎn)在于為消減回差提供了一個(gè)基本不變的力。也可以通過(guò)使工作臺(tái)相對(duì)于外殼20彈性偏置而使回差減小，而不必依靠螺母組件90，例如可以在工作臺(tái)60和外殼20之間設(shè)置一個(gè)壓縮彈簧。工作臺(tái)60相對(duì)于外殼20的這種彈性偏置有一個(gè)缺點(diǎn)，就是外殼20和工作臺(tái)60間產(chǎn)生的力隨著工作臺(tái)60相對(duì)于外殼20的運(yùn)動(dòng)而變化，因而軸80的螺紋的磨損比用螺母組件90時(shí)更不均勻。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5來(lái)對(duì)螺母組件90的工作作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。彈簧350產(chǎn)生一個(gè)推力F1，將第一螺母300接合在軸80螺紋的后螺旋面上，如410所示。此外，彈簧350也產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的推力F2，該力將第二螺母330接合在軸80螺紋的前螺旋面上，如400所示。通過(guò)與前邊緣和后邊緣的彈性接合，大大減小了濾波器10中的回差。
可以對(duì)組件加以改變的簡(jiǎn)化其制造。一種替代的組件90示于圖6，其中與軸80接合的第二螺母500的外形為直線。組件90的另一種殼體510包含一個(gè)矩形空腔，用來(lái)滑動(dòng)地安裝第二螺母500?？涨豢捎勉娤骷庸ぶ瞥?。此外，當(dāng)?shù)诙菽?00裝好后，可將一個(gè)可移動(dòng)的支持板520用螺紋擰進(jìn)殼體510內(nèi)，以防止第二螺母500在工作時(shí)產(chǎn)生橫向運(yùn)動(dòng)。
組件90還可以象圖7那樣進(jìn)一步簡(jiǎn)化。螺母組件可以作成一個(gè)柔順的聚合物部件600，其固定在工作臺(tái)60上，部件600上有一個(gè)螺紋孔用于與軸80的螺紋相接合。由于部件600具有柔順性，故能有效地在軸80螺紋的前螺旋面和后螺旋面彈性接合。因此，上述的第一和第二螺母300，330被有效地合并成部件600的形式，同時(shí)此部件的材料提供彈性偏置力以接合到螺紋面上。制造時(shí)確保用來(lái)安裝軸80的部件600中的孔稍小一些是很重要的，這樣可讓軸80和部件600在工作時(shí)得到彈性接合；倘若孔太大，回差就會(huì)很明顯。
部件600最好用以下的彈性聚合物中的一種或幾種加工而成尼龍6-6，聚四氟乙烯(PTFE)，聚乙二醇，聚環(huán)氧乙烷和聚乙烯。
也可以用金屬或金屬合金來(lái)加工部件600，例如用不銹鋼，青銅或鋁，同時(shí)在軸80的螺紋上共形地覆上一層柔順的聚合物，以與用來(lái)安裝軸80的部件600的孔中形成的相應(yīng)螺紋的前面和后面產(chǎn)生彈性接合。但當(dāng)采用這種替代裝置時(shí)，其制造公差需要比圖1至4所示的螺母組件90的公差控制得更為精確。
應(yīng)該指出，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)濾波器10進(jìn)行很多改變而不超出本發(fā)明的范圍。例如，軸80的螺紋及第一和第二螺母300，330的互補(bǔ)螺紋可以是正弦形的橫截面。另外，螺紋也可以是矩形截面，而且在其前面和后面上帶一層柔順聚合物(如PTFE)。
上面已經(jīng)指出，如采用具有單個(gè)螺母的螺母組件90與軸80相接合，同時(shí)在軸80和螺母的螺紋之間添加黏性填充劑(如石油脂，油或潤(rùn)滑粉)來(lái)填滿間隙空間，并不是使濾波器10中回差減小的一種滿意的解決方案；這種黏性填充劑在濾波器10的使用中可以重新分布，從而當(dāng)馬達(dá)70接到指令要將工作臺(tái)60移至一個(gè)優(yōu)選位置時(shí)，工作臺(tái)60在殼體20內(nèi)的位置不具有重復(fù)性，這種不可重復(fù)性表現(xiàn)為回差。
前面所述的軸80本身是被馬達(dá)70中的圓片簧等而產(chǎn)生彈性偏置的，因而軸80沒(méi)有相對(duì)于導(dǎo)軌40，50和外殼20的軸向線性回差。
雖然上面所述的濾波器10包含工作臺(tái)60，其上載有光學(xué)濾波器板130，光學(xué)濾波器板130相對(duì)于第三束240是被直線驅(qū)動(dòng)的，但應(yīng)指出，可以把濾波器10改成其工作臺(tái)60是一個(gè)旋轉(zhuǎn)件，通過(guò)軸80相對(duì)于它的轉(zhuǎn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。軸80的螺紋可將互補(bǔ)結(jié)構(gòu)接合到該旋轉(zhuǎn)件上，而旋轉(zhuǎn)件可與螺紋的前和后面相接合。
上面所述在第一螺母300，330之間的彈性偏置力是由螺旋彈簧350提供的，以保證螺母300，330彈性接合到軸80的前和后螺紋側(cè)面上。在另一種濾波器10的實(shí)施例中，可以不用彈簧350而采用磁性元件來(lái)將力加到螺母300，330上，以保持與軸80的彈性接和?？梢园汛判栽葱枰惭b成產(chǎn)生吸力或斥力。此外，磁性元件可以由一種或幾種永磁材料和電磁鐵構(gòu)成。
也可以用靜電方法產(chǎn)生彈性力來(lái)將螺母300，330彈性接合到軸80上。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧光學(xué)濾波器(10)，包括將接收到的光輻射束(240)濾波的光學(xué)濾波裝置(130)，它具有空間上不均勻的光學(xué)濾波特性；光束形成裝置(150，160，170，200)，用來(lái)接收濾波器(10)的光輸入輻射(180)，并將該輸入輻射形成輻射束(240)，同時(shí)用來(lái)接收在與濾波裝置經(jīng)過(guò)光學(xué)相互作用后的輻射束，以形成輸出輻射(230)從而從濾波器(10)輸出，這種可調(diào)諧光學(xué)濾波器的特征在于它還包括用來(lái)相對(duì)于輻射束(240)可控制地移動(dòng)濾波裝置(130)的執(zhí)行裝置(40，50，60，70，80)，從而選擇濾波裝置(130)的優(yōu)選濾波特性，此執(zhí)行裝置包括一個(gè)螺紋驅(qū)動(dòng)件(80)，其螺紋具有前螺紋面(400)和后螺紋面(410)；一與驅(qū)動(dòng)件(80)的前螺紋面(400)和后螺紋面(410)彈性接合的互補(bǔ)螺紋接收件(300，330)，用來(lái)減小回差，此接收件(300，330)與濾波裝置(130)相連，以隨著驅(qū)動(dòng)件(80)相對(duì)于接收件(300，330)的轉(zhuǎn)動(dòng)而使濾波裝置(130)相對(duì)于輻射束(240)運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的濾波器，其中接收件(300，330)包括被相互彈性偏置的第一元件(300)和第二元件(330)，它們用于與驅(qū)動(dòng)件(80)的前螺紋面(400)和后螺紋面(410)相接合。
3.如權(quán)利要求2所述的濾波器，其中驅(qū)動(dòng)件(80)包括一可旋轉(zhuǎn)地安裝的螺紋軸，第一和第二元件(300，330)包括與該軸相接合的第一和第二螺紋區(qū)，第一區(qū)(300)與濾波裝置(130)機(jī)械相連，第二區(qū)(330)被限制成相對(duì)于第一區(qū)處于基本不變的角向位置。
4.如權(quán)利要求3所述的濾波器，其中第一和第二區(qū)通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)磁力和靜電力而被相互彈性偏置。
5.如權(quán)利要求3所述的濾波器，其中第一和第二區(qū)通過(guò)位于其間的彈性件被相互彈性偏置。
6.如權(quán)利要求5所述的濾波器，其中第一和第二區(qū)通過(guò)位于其間的一彈簧(350)被相互彈性偏置。
7.如權(quán)利要求3，4，5或6所述的濾波器，其中第二區(qū)是一螺母(330)，它包括一個(gè)或幾個(gè)凸出部分(340)，凸出部分用來(lái)可滑動(dòng)地接合到至少一個(gè)與第一區(qū)機(jī)械相連的表面上。
8.如權(quán)利要求1所述的濾波器，其中螺紋接收件是一個(gè)柔順件，其具有一個(gè)用來(lái)接納螺紋驅(qū)動(dòng)件的尺寸偏小的孔。
9.如權(quán)利要求8所述的濾波器，其中該柔順件是用聚合物彈性材料制造的。
10.如權(quán)利要求9所述的濾波器，其中聚合物彈性材料包括以下一種或幾種尼龍6-6，聚四氟乙烯(PTFE)，聚乙二醇，聚環(huán)氧乙烷和聚乙烯。
11.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的濾波器，其中執(zhí)行裝置包括一個(gè)馬達(dá)(70)，用來(lái)控制螺紋驅(qū)動(dòng)件(80)的旋轉(zhuǎn)；和一個(gè)電子控制組件(120)，用來(lái)接收濾波器的控制信號(hào)，并響應(yīng)此信號(hào)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。
12.如權(quán)利要求11所述的濾波器，其中馬達(dá)(70)是一個(gè)或數(shù)個(gè)步進(jìn)馬達(dá)，直流馬達(dá)和線性馬達(dá)。
13.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的濾波器，包括用于測(cè)量濾波裝置(130)相對(duì)于輻射束(240)的空間位置的傳感裝置(110)。
14.如權(quán)利要求13所述的濾波器，其中傳感裝置(110)包括一個(gè)電位器，其輸出電壓隨著濾波裝置相對(duì)于輻射束的運(yùn)動(dòng)而改變。
15.如權(quán)利要求13所述的濾波器，其中傳感裝置包括一個(gè)與濾波裝置機(jī)械相連的光學(xué)編碼器，用來(lái)測(cè)量濾波裝置相對(duì)于輻射束的空間位置。
16.上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的濾波器，其中濾波裝置(130)是一個(gè)多層的光學(xué)校準(zhǔn)器結(jié)構(gòu)，其層厚或組成在空間上變化，以提供非均勻的光學(xué)濾波特性。
17.上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的濾波器，其中濾波裝置是一個(gè)衍射光柵結(jié)構(gòu)，其光柵周期在空間上是變化的，以提供非均勻的光學(xué)濾波特性。
18.上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的濾波器，其中濾波裝置安裝在一個(gè)由機(jī)械導(dǎo)軌(40，50)限定的工作臺(tái)(60)上，以隨著執(zhí)行裝置的機(jī)械驅(qū)動(dòng)而相對(duì)于輻射束作基本上按直線軌跡的運(yùn)動(dòng)。
19.如上述權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的濾波器，其中光學(xué)濾波裝置(130)被安裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)件上，該旋轉(zhuǎn)件可以隨著螺紋驅(qū)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種可調(diào)諧光學(xué)濾波器(10)，包含一用來(lái)對(duì)光輻射束(240)濾波的光學(xué)濾波器板(130)，此板(130)具有空間不均勻的光學(xué)濾波特性。光束形成元件(150，160，170，200)用來(lái)接收濾波器(10)的光輸入輻射(180)并將此輸入輻射變成輻射束(240)，同時(shí)用來(lái)接收在與濾波板(130)經(jīng)光學(xué)相互作用后的束，以形成輸出輻射(200)從而從濾波器(10)輸出去。另外還有一些執(zhí)行元件(40，50，60，70，80)用來(lái)可控制地使濾波板(130)相對(duì)于輻射束(240)運(yùn)動(dòng)，以選取優(yōu)選的濾波板(130)濾波特性。該執(zhí)行元件包括一個(gè)有螺紋的驅(qū)動(dòng)軸(80)，其螺紋具有前螺紋面(400)和后螺紋面(410)和；螺母區(qū)(300，330)，它們與驅(qū)動(dòng)軸(80)的前螺紋面(40)和后螺紋面(410)彈性接合以減小回差，以螺母區(qū)(300，330)與濾波板(130)相連，以隨著驅(qū)動(dòng)軸(80)相對(duì)于螺母區(qū)(300，330)的轉(zhuǎn)動(dòng)而使濾波板(130)相對(duì)于輻射束(240)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G02B6/00GK1470002SQ0181750
公開(kāi)日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2001年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月18日
發(fā)明者M·洛馬斯, M 洛馬斯 申請(qǐng)人:馬科尼英國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限公司