專利名稱：分束器和動(dòng)鏡的干涉儀速度控制的制作方法
分束器和動(dòng)鏡的干涉儀速度控制
發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及光學(xué)科學(xué)儀器領(lǐng)域。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及在傅里葉變換紅外(FTIR)干涉儀中利用的一個(gè)移動(dòng)分束器和一個(gè)或多個(gè)反射性部件的動(dòng)態(tài)速度控制。
相關(guān)技術(shù)討論用于科學(xué)分析儀器中的光學(xué)干涉儀依賴于作為詢問(wèn)裝置的部分的疊加光束的干涉。當(dāng)被配置為邁克爾遜傅里葉變換紅外線(FTIR)儀器時(shí)，該干涉儀的光學(xué)輸出被稱為一個(gè)干涉圖。該FTIR干涉儀本身常常包括一個(gè)分束器和兩個(gè)鏡子，一個(gè)鏡子常規(guī)地是靜止的，并且一個(gè)鏡子常規(guī)地是可移動(dòng)的。該可移動(dòng)鏡沿光軸移動(dòng)，而保持一直光學(xué)地垂直于光束。常常希望該可移動(dòng)鏡的移動(dòng)是反饋控制的，以便保持鏡子速度恒定，這樣使得穿過(guò)該干涉儀的分析輻射產(chǎn)生一個(gè)準(zhǔn)確的干涉圖。常規(guī)干涉儀具有一個(gè)動(dòng)鏡組件，該動(dòng)鏡組件包括一個(gè)線性滾珠軸承、空氣軸承、滑動(dòng)軸承或一個(gè)撓曲軸承并且常常由一個(gè)線性電動(dòng)機(jī)(例如，聯(lián)接至一個(gè)永磁鐵上的一個(gè)線圈)驅(qū)動(dòng)以提供速度控制。通過(guò)與穿過(guò)干涉儀光學(xué)器件的分析輻射束一起運(yùn)作的光學(xué)輻射的一個(gè)定位單色光束，可以跟蹤在一個(gè)常規(guī)系統(tǒng)中該可移動(dòng)鏡的運(yùn)動(dòng)和一個(gè)合速度。經(jīng)配置的單色光束(例如，激光)因此還常常被部分地反射并且被部分地透射通過(guò)該干涉儀的經(jīng)配置分束器，并且因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)，這些分裂的光束從常規(guī)定鏡和常規(guī)可移動(dòng)鏡反射并且在該分束器處重新結(jié)合。在該分束器處重新結(jié)合的這些光束此后被指向一個(gè)檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置從而可以確定該可移動(dòng)鏡沿其縱向平移軸的傾斜、位置和/或速度。就傾斜來(lái)說(shuō)，這些重新結(jié)合的光束的組分在相位上的偏差可以用于指示該可移動(dòng)鏡相對(duì)于光學(xué)元件的所設(shè)計(jì)的縱軸線的垂線的一個(gè)未對(duì)準(zhǔn)。如果這類偏差是有害的，則一個(gè)傾斜伺服控制器可以向該可移動(dòng)鏡的支架施加矯正力，以便重新對(duì)準(zhǔn)鏡面。就該可移動(dòng)鏡子的位置/速度來(lái)說(shuō)，一個(gè)速度控制伺服器可以分析這些結(jié)合光束的邊緣信息，以便將所測(cè)定的速度與一個(gè)所希望的速度進(jìn)行比較、并且產(chǎn)生一個(gè)另外的校正力從而按一種受控的線性方式移動(dòng)該鏡子。利用該動(dòng)鏡的動(dòng)態(tài)控制的這樣一種干涉儀的背景信息在1999年3月16日約翰.Μ.科芬(John M.Coffin)發(fā)布的題為“具有動(dòng)態(tài)動(dòng)鏡對(duì)準(zhǔn)的紅外分光計(jì)的干涉儀(“INTERFEROMETER OF AN INFRARED SPECTROMETER WITH DYNAMIC MOVING MIRRORALIGNMENT”)”的美國(guó)專利號(hào)5，883，712中被描述并且提出權(quán)利要求，該專利包含以下內(nèi)容“根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)用于紅外分光計(jì)的干涉儀提供該動(dòng)鏡的動(dòng)態(tài)對(duì)準(zhǔn)以便維持該動(dòng)鏡和該定鏡之間的精確對(duì)準(zhǔn)。該動(dòng)鏡的以這種方式的對(duì)準(zhǔn)使該干涉儀的穩(wěn)定性最大化同時(shí)實(shí)現(xiàn)高水平的輸出精度，不管由于該動(dòng)鏡在它的軸承上的運(yùn)動(dòng)引起的振動(dòng)以及由外部光源傳輸?shù)皆摳缮鎯x的振動(dòng)。該動(dòng)鏡的安裝的動(dòng)態(tài)性質(zhì)允許該鏡的位置被高度準(zhǔn)確地控制，甚至在存在相對(duì)高頻率振動(dòng)的時(shí)候。但是，該干涉儀的結(jié)構(gòu)以及用于維持該動(dòng)鏡的對(duì)準(zhǔn)的這些探測(cè)器和控制器的結(jié)構(gòu)在構(gòu)造是簡(jiǎn)單的，并且對(duì)于該干涉儀只增加了相對(duì)很少的額外體積和重里。然而，雖然目前動(dòng)態(tài)校正措施(如但不限于在美國(guó)專利號(hào)5，883，712中上述的那些)是有益的，但性能經(jīng)常是受限于這些經(jīng)配置的控制回路中的所有延遲，這些延遲的結(jié)果是退化的響應(yīng)時(shí)間。此外，用于常規(guī)系統(tǒng)中以便使可移動(dòng)鏡子移動(dòng)的滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承會(huì)隨著非平滑的零件滑動(dòng)或滾動(dòng)彼此而增添速度誤差噪音。另外，與如本發(fā)明所描述的多個(gè)零件移動(dòng)相比，因?yàn)檫@些光學(xué)元件中僅有一個(gè)是可移動(dòng)的，所以響應(yīng)時(shí)間固有地是更長(zhǎng)并且控制誤差有所增加，從而導(dǎo)致由該分析儀器產(chǎn)生的光譜數(shù)據(jù)的誤差增加。因此，本發(fā)明通過(guò)，除了其他方面之外，并入在此呈現(xiàn)的新穎移動(dòng)分束器和動(dòng)鏡設(shè)計(jì)而解決了對(duì)被利用在科學(xué)性光學(xué)干涉儀(如，傅里葉變換紅外(FTIR)干涉儀)中時(shí)的一種改進(jìn)的動(dòng)態(tài)速度控制系統(tǒng)的需要。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種新穎的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，該干涉儀包括:一個(gè)第一平面反射器，該第一平面反射器被配置成對(duì)應(yīng)地沿一個(gè)第一光程長(zhǎng)度接收并返回一個(gè)源的一個(gè)第一分束；一個(gè)第二平面反射器，該第二平面反射器被配置成沿一個(gè)第二光程長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)地接收并返回該源的一個(gè)第二分束；一個(gè)移動(dòng)分束器，該移動(dòng)分束器用于接收來(lái)自該光源的一束輻射以便提供該第一和該第二分束；其中該移動(dòng)分束器被進(jìn)一步適配成在朝向和遠(yuǎn)離經(jīng)配置的第一和第二平面反射器但與這些反射器成一個(gè)預(yù)定角度的一個(gè)方向上線性地移動(dòng)；移動(dòng)裝置，該移動(dòng)裝置被聯(lián)接到該移動(dòng)分束器上以便對(duì)該移動(dòng)分束器提供線性和傾斜控制；以及一個(gè)控制裝置，該控制系統(tǒng)用于對(duì)該移動(dòng)裝置提供一個(gè)受控反饋以便用一個(gè)所希望的穩(wěn)定速度對(duì)該移動(dòng)分束器的位置提供調(diào)整，其中該移動(dòng)分束器的所調(diào)整的位置進(jìn)一步能夠?qū)崿F(xiàn)該第一光程長(zhǎng)度與該第二光程長(zhǎng)度之間的光程長(zhǎng)度差，這些光程長(zhǎng)度差組合起來(lái)在該干涉儀的一個(gè)經(jīng)配置出口處提供了輸入源光束輻射的一個(gè)詢問(wèn)干涉圖。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種動(dòng)態(tài)長(zhǎng)沖程速度受控的干涉儀，該干涉儀包括:一個(gè)移動(dòng)第一平面反射器，該移動(dòng)第一平面反射器被配置成沿一個(gè)第一光程長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)地接收并返回一個(gè)光源的一個(gè)第一分束，其中該移動(dòng)第一平面反射器被聯(lián)接到一個(gè)移動(dòng)軸承組件上，該移動(dòng)軸承組件被配置成將該第一平面反射器的前表面沿著該移動(dòng)軸承組件的一個(gè)縱軸基本上垂直而定位；一個(gè)第二平面反射器，該第二平面反射器被配置成沿一個(gè)第二光程長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)地接收并返回該光源的一個(gè)第二分束；一個(gè)移動(dòng)分束器，該移動(dòng)分束器用于接收來(lái)自該光源的一束輻射以便提供該第一和第二分束；其中該移動(dòng)分束器被進(jìn)一步適配成在朝向和遠(yuǎn)離經(jīng)配置的第一和第二平面反射器但與這些反射器成一個(gè)預(yù)定角度的一個(gè)方向上線性地移動(dòng)；移動(dòng)裝置，該移動(dòng)裝置被聯(lián)接到該移動(dòng)分束器上以便對(duì)該移動(dòng)分束器提供線性和傾斜控制；以及一個(gè)控制裝置，該控制裝置用于對(duì)該移動(dòng)分束器的移動(dòng)裝置和該移動(dòng)第一平面反射器提供一個(gè)受控反饋以便用一個(gè)所希望的穩(wěn)定速度對(duì)該移動(dòng)分束器和該移動(dòng)第一平面反射器的線性位置提供調(diào)整，其中該移動(dòng)分束器和該移動(dòng)第一平面反射器的的所調(diào)整的位置進(jìn)一步能夠?qū)崿F(xiàn)該第一光程長(zhǎng)度與該第二光程長(zhǎng)度之間的光程長(zhǎng)度差，這些光程長(zhǎng)度差組合起來(lái)在該干涉儀的一個(gè)經(jīng)配置出口處提供了輸入源光束輻射的一個(gè)詢問(wèn)干涉圖。相應(yīng)地，在此披露的這些新穎方法提供了一種改進(jìn)的速度受控的儀器，該速度受控的儀器能實(shí)現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間更快、速度誤差更低、緊湊輕質(zhì)并且成本有效的配置，盡管如此這些配置產(chǎn)生由常規(guī)干涉儀系統(tǒng)提供的任何行程和光譜分辨率。應(yīng)當(dāng)理解的是，用于本發(fā)明的移動(dòng)分束器實(shí)施例的控制系統(tǒng)和新穎配置不要求新的軟件或顯著的硬件變化。在此披露的這些系統(tǒng)僅僅取決于由撓曲彈簧定心力提供的簡(jiǎn)單機(jī)械控制，以便允許常規(guī)速度伺服器同時(shí)對(duì)該分束器和/或一個(gè)或多個(gè)動(dòng)鏡安排的速度和位置進(jìn)行控制。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1A示出一種有利的分束器I/補(bǔ)償板2配置的一個(gè)側(cè)視透視圖。圖1B示出圖1A的分束器部分的一個(gè)前視圖。圖1C示出可以用于提供本發(fā)明的分束器配置的所希望的速度和/或傾斜移動(dòng)的一個(gè)示例電阻器矩陣和聯(lián)接的運(yùn)算放大器電路。圖1D示出本發(fā)明的一個(gè)基本的移動(dòng)分束器干涉儀配置以便幫助討論光學(xué)速度倍
士豳
>曰ο圖2圖解了一個(gè)僅有移動(dòng)分束器的系統(tǒng)。圖3不出本發(fā)明的一個(gè)不例長(zhǎng)沖程系統(tǒng)。圖4示出本發(fā)明的一個(gè)示例全撓曲雙動(dòng)鏡干涉儀。
詳細(xì)說(shuō)明在本發(fā)明的說(shuō)明中，除非含蓄或明確地理解或另外陳述，否則應(yīng)當(dāng)理解以單數(shù)出現(xiàn)的一個(gè)詞語(yǔ)涵蓋了它的相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)，并且以復(fù)數(shù)出現(xiàn)的一個(gè)詞語(yǔ)涵蓋它的相對(duì)應(yīng)的單數(shù)。此外，除非含蓄或明確地理解或另外陳述，否則應(yīng)當(dāng)理解在此描述的任何給定的部件或?qū)嵤├?、這種部件所列出的任何可能的候選或替代物可以總體上被單獨(dú)使用或者彼此組合使用。此外，應(yīng)當(dāng)理解如在此示出的附圖不必要是按照比例繪制的，其中這些元件中的一些可能僅僅是為了本發(fā)明的清晰而繪制出。同樣，參考數(shù)字在各附圖中可能重復(fù)，以示出多個(gè)對(duì)應(yīng)的或類似的元件。另外，除非含蓄或明確地理解或另外陳述，否則應(yīng)當(dāng)理解此類候選或替代物的任何列表僅僅是說(shuō)明性的，并不是限制的。另外，除非另外指明，否則在本說(shuō)明書和權(quán)利要求中使用的表達(dá)成分、組分、反應(yīng)條件等等的數(shù)量的數(shù)字應(yīng)被理解為是由術(shù)語(yǔ)“大約”修改的。因此，除非相反地指明，否則在本發(fā)明書和所附權(quán)利要求中闡述的數(shù)值參數(shù)是近似值，可取決于試圖通過(guò)在此呈現(xiàn)的主題獲得的所希望的特性而改變。至少，并且不是試圖對(duì)本申請(qǐng)的原則或?qū)Φ任锛皩?duì)權(quán)利要求的范圍進(jìn)行限制，應(yīng)當(dāng)至少根據(jù)報(bào)告的有效位數(shù)的數(shù)字及運(yùn)用尋常的舍入技術(shù)解釋每個(gè)數(shù)值參數(shù)。盡管闡述在此呈現(xiàn)的主題的廣泛范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但是在具體實(shí)例中闡述的數(shù)值是盡可能精確地報(bào)告的。然而，任何數(shù)值固有地包含了由它們對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)測(cè)量中發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差引起的必然誤差。
大體說(shuō)明為了從一種干涉儀(例如，掃描邁克爾遜FTIR干涉儀)中產(chǎn)生高質(zhì)量干涉圖數(shù)據(jù)，一個(gè)給定的伺服控制系統(tǒng)被希望地配置成用穩(wěn)定的速度來(lái)移動(dòng)這些掃描零件，如與本發(fā)明的披露的新穎移動(dòng)分束器相組合的一個(gè)或兩個(gè)平面鏡。即使小的速度變化也可以影響數(shù)據(jù)收集，從而在所收集的光譜中導(dǎo)致噪音、尖峰脈沖以及結(jié)果不可重復(fù)。這些速度誤差本身可以通過(guò)隨著這些移動(dòng)零件沿著任何支撐性軸承表面行進(jìn)的摩擦變化而引起，因?yàn)樗袑?shí)際表面均具有瑕疵。這樣一個(gè)速度控制伺服器還被希望地配置成對(duì)于外部振動(dòng)(如但不限于，人移動(dòng)、大聲交談以及產(chǎn)生噪音的設(shè)備)進(jìn)行校正。
本發(fā)明通過(guò)提供一種動(dòng)態(tài)速度控制伺服系統(tǒng)解決了此類有問(wèn)題的速度變化，當(dāng)希望最佳性能時(shí)，該動(dòng)態(tài)速度控制伺服系統(tǒng)保持這些速度誤差降至小于約0.5%、并且更經(jīng)常降至小于約0.2%。具體地說(shuō)，本發(fā)明有利地提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)可以移動(dòng)干涉儀內(nèi)的一個(gè)或兩個(gè)鏡子和/或一個(gè)低質(zhì)量分束器組件以便減少響應(yīng)時(shí)間，這有利地幫助了如在此所披露的速度控制系統(tǒng)。例如，通過(guò)對(duì)常規(guī)動(dòng)鏡和如在此所披露的新穎分束器的速度進(jìn)行控制，可以在更少的時(shí)間內(nèi)作出一個(gè)給定的速度校正，因?yàn)槊總€(gè)零件僅需要作出一個(gè)較小的速度校正并且所施加的多個(gè)校正有利地是相加的。作為本發(fā)明的新穎性的部分，本發(fā)明的分束器是被聯(lián)接到一個(gè)低質(zhì)量彈性撓曲支座(例如，柔軟的膜片)上，該撓曲支座使得一個(gè)經(jīng)配置的控制伺服系統(tǒng)能夠按一種線性的方式移動(dòng)這個(gè)分束器元件，以便產(chǎn)生類似于在常規(guī)干涉儀中利用的動(dòng)鏡安排的光學(xué)調(diào)制。作為本發(fā)明的這一種或多種分束器配置的結(jié)果，速度誤差被減小是因?yàn)?1)如在此要描述的，該分束器組件的低質(zhì)量結(jié)構(gòu)以及由該分束器的移動(dòng)而提供的光學(xué)速度倍增進(jìn)一步減少了響應(yīng)時(shí)間；2)在運(yùn)作中這些撓曲軸承是平滑的并且比常規(guī)軸承(例如，滾動(dòng)或滑動(dòng)軸承)增添更少的速度誤差；以及3)在一個(gè)或多個(gè)鏡子和該分束器是速度受控的有利安排中，響應(yīng)時(shí)間比如果僅一個(gè)鏡子是速度受控的情況更快并且這些控制系統(tǒng)誤差更少。
具體說(shuō)明如上所述，有可能移動(dòng)在此描述的干涉儀的兩個(gè)鏡子之一和/或分束器。對(duì)這個(gè)儀器內(nèi)的此類預(yù)定元件的速度進(jìn)行控制可以提供在更少時(shí)間內(nèi)作出的一個(gè)給定的速度校正，因?yàn)槊總€(gè)元件均需要由這些校正是相加的益處而幫助得到的一個(gè)合成的更小速度校正。轉(zhuǎn)到這些附圖上，圖1A示出一種有利的分束器I/補(bǔ)償板2配置的一個(gè)側(cè)視圖，該配置被利用在有待在此討論的各披露的系統(tǒng)實(shí)施例中。就圖1A來(lái)說(shuō)，示出了本發(fā)明的新穎的分束器I/補(bǔ)償板2，其中每個(gè)光學(xué)部件具有對(duì)應(yīng)的聯(lián)接的彈性撓曲I’、2’，這兩個(gè)彈性撓曲被附接到一個(gè)支架34構(gòu)件上。還示出分束器I部件被聯(lián)接到磁性移動(dòng)裝置5b和5d(參考符號(hào)5b’和5d’是指關(guān)于圖1C在以下所討論的驅(qū)動(dòng)線圈)上，以便能實(shí)現(xiàn)分束器I部分的精確單獨(dú)移動(dòng)。圖1B示出圖1A的分束器I部分的一個(gè)前視圖以便給予讀者分束器I的聯(lián)接配置的一個(gè)不同視圖，其中該分束器I具有彈性材料I’(例如，膜片撓曲)在它的周圍以及速度驅(qū)動(dòng)和傾斜裝置(例如，由參考符號(hào)5a、5b、5c以及5d所指代的這些聯(lián)接的磁鐵)?？品业热说拿Q為“雙輸入干涉儀動(dòng)態(tài)分束器傾斜控制系統(tǒng)和撓曲安裝(DUAL INPUTINTERFEROMETER DYNAMIC BEAMSPLITTER TILT CONTROL SYSTEM AND FLEXURE MOUNTING)”的共同待決、共同提交的美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)12/944，428中披露關(guān)于其一個(gè)移動(dòng)分束器的膜片撓曲和動(dòng)態(tài)傾斜控制的結(jié)構(gòu)及運(yùn)作方法的細(xì)節(jié)，該申請(qǐng)的披露內(nèi)容通過(guò)引用以其整體結(jié)合在此。因此，如在圖1B中所示，并且如在上述共同代決的申請(qǐng)中所詳細(xì)描述，在通過(guò)一個(gè)中心開口 I”來(lái)接合分束器I之后將該分束器I聯(lián)接(例如，經(jīng)由粘合劑聯(lián)接)到圍繞它的周邊的彈性撓曲材料I’上使得以下成為可能，即:當(dāng)通過(guò)對(duì)磁性移動(dòng)裝置5a、5b、5c以及5d施加的磁力來(lái)誘導(dǎo)時(shí)，按一種線性的方式移動(dòng)分束器I。當(dāng)希望時(shí)，單獨(dú)移動(dòng)該分束器可以提供基本上類似于在常規(guī)干涉儀儀器中利用的調(diào)制效應(yīng)的光學(xué)調(diào)制。
這個(gè)移動(dòng)分束器I的速度可以通過(guò)使用相同的一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)裝置(例如，預(yù)定的設(shè)定大小的磁鐵5a、5b、5c以及5d)和多個(gè)線圈(例如，如在圖1C中所示的5a’、5b’、5c’以及5d’)來(lái)控制，這些線圈還被用來(lái)控制光學(xué)元件的傾斜?？梢酝ㄟ^(guò)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何手段(例如像，一種環(huán)氧樹脂樣的粘合劑)將這些磁鐵5a、5b、5c以及5d聯(lián)接到分束器I上。為了對(duì)分束器I提供傾斜，使將磁場(chǎng)聯(lián)接到相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)磁鐵(例如，5a、5b,5c以及5d)上的一個(gè)或多個(gè)線圈(如在圖1C中所示的5a’、5b’、5c’以及5d’)獨(dú)立地由預(yù)定信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)，以便當(dāng)要求時(shí)對(duì)這一個(gè)或多個(gè)磁鐵5a、5b、5c以及5d中的任一個(gè)提供誘導(dǎo)的不匹配的磁力。另一方面，分束器I的速度是通過(guò)驅(qū)動(dòng)被聯(lián)接到如在圖1B中所示的磁鐵5a、5b、5c以及5d上的相同線圈(例如，如在圖1C中所示的5a’、5b’、5c’以及5d’)來(lái)提供，所有線圈同時(shí)具有基本上相同的速度控制信號(hào)。在此運(yùn)作中，基本上匹配的聯(lián)接的磁鐵5a、5b、5c以及5d接收了可以按一種線性的方式移動(dòng)這個(gè)聯(lián)接的分束器I的誘導(dǎo)磁力。具體地說(shuō)，通過(guò)一個(gè)經(jīng)配置的速度控制單元(未示出)來(lái)監(jiān)測(cè)反饋光學(xué)信號(hào)(稍后描述)以便提供適當(dāng)?shù)牡凸β始?jí)信號(hào)，這些低功率級(jí)信號(hào)通過(guò)如在圖1C中所示的伺服電路而增加或放大以便誘導(dǎo)實(shí)際上引起分束器I移動(dòng)的磁場(chǎng)。應(yīng)當(dāng)理解由于這種分束器配置(S卩，被聯(lián)接到圖1A和圖1B中所示的示例撓曲上)的設(shè)計(jì)，該組件的總體質(zhì)量得以減小。結(jié)果是需要低的力來(lái)移動(dòng)分束器，并且此方面允許使用小的磁鐵(例如，每個(gè)磁鐵約10克)和小的線卷(例如，小的扁平線圈)。相應(yīng)地，關(guān)于圖1C而在以下所詳細(xì)討論的線圈可以是足夠小以致被配置成在一個(gè)電路板(未示出)上的螺旋布線，從而消除要求制造并且然后安裝的單獨(dú)線圈的成本和空間。應(yīng)當(dāng)指出，如果被配置為螺旋線圈，此類線圈不需要使得聯(lián)接的磁鐵(例如，在圖1A所示的5b和5d)被插入至Ij一個(gè)電路板中，該電路板是被附接到例如5b’和5d’的線圈上的。相反，這些磁鐵(例如，5b和5d)可以被放置在例如遠(yuǎn)離該電路板(未示出)約5毫米的距離處，以便能實(shí)現(xiàn)如在圖1A中所示的分束器I和多個(gè)聯(lián)接的磁鐵(例如，5b和5d)的有利的+/-5毫米移動(dòng)。作為另一個(gè)有利的方面，如在圖1A中所總體示出，這些磁鐵5b、5d與合成線圈5b’和5d’之間的空間允許整 個(gè)分束器組件(包括補(bǔ)償板)可由使用者經(jīng)由例如電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制而手動(dòng)或自動(dòng)互換。這樣一個(gè)實(shí)施例允許使用者選擇針對(duì)不同的光波長(zhǎng)而被最優(yōu)化的不同的可互換的分束器。此外，此特征允許干涉儀的組裝和維修更簡(jiǎn)單。因此，圖1C示出一種有利的示例電阻器(被指代為R1)和聯(lián)接的運(yùn)算放大器(被指代為Amp，具有相對(duì)應(yīng)的電阻器R)電路，這些可以被用來(lái)為分束器I提供所希望的速度和/或傾斜移動(dòng)。在此示例配置中，僅需要四個(gè)線圈5a’、5b’、5c’以及5d’(如在圖1C中所示)和四個(gè)相對(duì)應(yīng)的磁鐵5a、5b、5c以及5d。雖然與圖1A的配置相組合的圖1C的過(guò)分簡(jiǎn)單化的設(shè)計(jì)是有利的，但應(yīng)當(dāng)理解這個(gè)示意性說(shuō)明旨在僅僅示例可能的許多其他設(shè)計(jì)之一。盡管如此，如上所述，基本上等同地對(duì)所有配置的線圈(例如，圖1C的線圈5a’、5b’、5c’以及5d’ )施加速度控制信號(hào)。使用此安排，對(duì)頂部線圈5b’施加+Y信號(hào)，并且對(duì)底部線圈5d’施加-Y信號(hào)。相對(duì)應(yīng)地，對(duì)左側(cè)線圈5a’施加+X信號(hào)，并且對(duì)右側(cè)線圈5c’施加-X信號(hào)。作為針對(duì)圖1C的另一個(gè)安排，可以增添一個(gè)電容器(^( S卩，高通濾波器)來(lái)限制分束器I相對(duì)于一個(gè)特定動(dòng)鏡的行進(jìn)。確切地說(shuō)，如在圖1C中所示，增添與速度控制信號(hào)串聯(lián)的C1確保了該速度控制信號(hào)的DC部分不能到達(dá)移動(dòng)分束器I。因此，這個(gè)電容器隨著它的電容減小表現(xiàn)得像一個(gè)更硬的撓曲。所增添的電容器可以被配置成將分束器I的移動(dòng)限制在更短的距離，以便允許使用具有更多摩擦的動(dòng)鏡軸承、并且允許在此所詳細(xì)討論的一個(gè)配置的動(dòng)鏡當(dāng)希望時(shí)也被安裝在撓曲上而不會(huì)引起分束器I的移動(dòng)變得過(guò)度。相應(yīng)地，當(dāng)被整合進(jìn)在此披露的實(shí)施例中時(shí)，與本發(fā)明的分束器I的設(shè)計(jì)相組合的圖1C的電路可以在高達(dá)約+/-5毫米處并且用如由一個(gè)配置的控制器(未示出)引導(dǎo)的所希望的速度來(lái)提供一個(gè)總線性行進(jìn)。由于此有利的行進(jìn)限制，分束器I可以被安裝于基本接近本發(fā)明的一個(gè)安排的補(bǔ)償板2、并且隨著它朝向和遠(yuǎn)離光學(xué)元件移動(dòng)而仍然不能達(dá)到與該補(bǔ)償板2相接觸。具體地說(shuō)，由于補(bǔ)償板2是透明的并且未像分束器I被涂覆的事實(shí)，該補(bǔ)償板2的平整度、傾斜以及位置與分束器I比更不關(guān)鍵。因此，就這種設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，補(bǔ)償板2的小于1_的小移動(dòng)不會(huì)具有有害的影響。因此，當(dāng)需要時(shí)補(bǔ)償板2還可以被安裝在一個(gè)彈性撓曲型支座2’ (如在圖1A中所示)中，以便保護(hù)該補(bǔ)償板2不受應(yīng)力的影響，其中具有不要求對(duì)補(bǔ)償板2速度進(jìn)行主動(dòng)控制的益處。作為另一種安排，該補(bǔ)償板還可以被安裝為毗鄰并且面向分束器I的被涂覆的側(cè)面，以便為分束器、分束器安裝、以及位置移動(dòng)裝置留下另外的空間。
光學(xué)速度倍增在轉(zhuǎn)至本發(fā)明的不同系統(tǒng)實(shí)施例之前，要對(duì)減少反應(yīng)時(shí)間的光學(xué)速度倍增的概念進(jìn)行闡明，以便理解在此所討論的這些配置的益處。為幫助討論，將讀者引導(dǎo)至圖1D的總體干涉儀示意圖。參照本發(fā)明的干涉儀安排，圖1D總體上示出:源輻射正在由一組光學(xué)元件(例如，分束器1、補(bǔ)償板2以及反射器(鏡子9和10))接收，以便提供一個(gè)已調(diào)制出射光束。總體上，在移動(dòng)分束器I在朝向圖1D中所示的經(jīng)配置鏡子10但是卻與該經(jīng)配置鏡子成一個(gè)角度(即，分束器I的法線與一個(gè)經(jīng)配置鏡子(例如，10)的法線之間的一個(gè)角度))的一個(gè)方向上線性地移動(dòng)時(shí)，隨著到另一個(gè)鏡子(即，鏡子9)的光程長(zhǎng)度(指示為OPL9)被延長(zhǎng)，分束器I與鏡子10之間的光程長(zhǎng)度(指示為OPLltl)同時(shí)被縮短。作為結(jié)果，這些光程長(zhǎng)度變化以未在常規(guī)動(dòng)鏡系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的方式有益地增加，即，光學(xué)地倍增。然而，應(yīng)當(dāng)理解，因?yàn)榉质鱅不會(huì)與鏡子9和10 二者成一個(gè)角度地移動(dòng)，以使得不是所有移動(dòng)都直接朝向鏡子10，所以所希望的光學(xué)倍增被稍許減少。盡管如此，本發(fā)明經(jīng)由圖1D中所示的這些元件處于以下角度的安排而利用這個(gè)作用，這些角度具有的范圍是從約15度至約55度，而一個(gè)優(yōu)選角度是約30度，這些角度是根據(jù)到達(dá)和離開這些鏡子9、10的定向光相對(duì)于分束器I的法線所形成的一個(gè)角度所測(cè)量的。作為一個(gè)有益的非限制性實(shí)例，當(dāng)分束器I與光束角度是約30度時(shí)，該光學(xué)速度倍增的總作用是使分束器速度與一個(gè)常規(guī)的僅有動(dòng)鏡的干涉儀相比減小約1.7倍。相對(duì)應(yīng)地，這樣的光學(xué)倍增導(dǎo)致在此所提供的這些儀器與常規(guī)系統(tǒng)相比所需要的總行程上的約一個(gè)1.7倍的減少，并且此外，還存在一個(gè)傾斜校正益處，該益處在于由于該光學(xué)倍增，存在所需要的小約2倍的物理傾斜。與撓曲安裝的分束器的低重量結(jié)合的這些更小的物理移動(dòng)導(dǎo)致對(duì)于該控制系統(tǒng)的更少的反應(yīng)時(shí)間。從這個(gè)討論取得的要點(diǎn)在于在無(wú)論任何令人希望地被選擇的有角安排中，因?yàn)樾Ｕ粋€(gè)給定速度誤差所需要的這些所產(chǎn)生的變化是更小的并且進(jìn)行速度上的這個(gè)更小的校正的時(shí)間(即，反應(yīng)時(shí)間)相對(duì)應(yīng)地更少(除了所需要的更低的物理傾斜之外)，所以在整體速度伺服器性能上存在一個(gè)有益的改進(jìn)。確切地說(shuō)，所得更低速度誤差導(dǎo)致來(lái)自該分析儀器的更穩(wěn)定并且更少噪聲的頻譜。
僅有移動(dòng)分束器的系統(tǒng)一般地，如果由鏡子和分束器移動(dòng)而引起的光程差是lcm，那么認(rèn)為光譜本身是在IcnT1的分辨率下收集的。在一個(gè)常規(guī)的干涉儀中，使得在常規(guī)干涉儀中鏡子移動(dòng)0.5cm的進(jìn)入和來(lái)自動(dòng)鏡的光行程給出IcnT1的分辨率。對(duì)于相同的分辨率而言，移動(dòng)分束器僅需要移動(dòng)0.3cm。然而，小于4CHT1降至約64CHT1的光譜分辨率針對(duì)許多應(yīng)用(例如，針對(duì)固體和液體樣品)是足夠的、并且僅要求約0.8mm的非常小的機(jī)械移動(dòng)，這個(gè)數(shù)值是完全處于本發(fā)明的一個(gè)僅有移動(dòng)分束器I的干涉儀系統(tǒng)的實(shí)際極限之內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)指出當(dāng)希望掃描長(zhǎng)度是增加的時(shí)候，可以通過(guò)本發(fā)明的替代的有利實(shí)施例來(lái)修改僅有移動(dòng)分束器的系統(tǒng)，也如此后所討論。圖2示出總體上由參考數(shù)字200所特指的本發(fā)明的一個(gè)示例有利實(shí)施例，其中光學(xué)布局呈一個(gè)緊湊卻堅(jiān)固的FTIR光譜儀系統(tǒng)的形式，該光譜儀系統(tǒng)利用一個(gè)邁克爾遜干涉儀設(shè)計(jì)但是卻具有僅分束器I移動(dòng)配置。應(yīng)當(dāng)理解除此后有待討論的其他實(shí)施例之外，雖然圖2中所示的系統(tǒng)是以示意性的形式而說(shuō)明并且包括邁克爾遜干涉儀類型的幾何學(xué)，但應(yīng)當(dāng)理解此類干涉儀系統(tǒng)可以按如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的許多其他的有利配置而布局，并且應(yīng)當(dāng)理解圖2以及在此示出的其他實(shí)施例的一般說(shuō)明僅旨在示例此類不同的配置，而不將它限制到僅所描繪的配置。應(yīng)當(dāng)指出，如圖2中所示的干涉儀200和具體的部件連同在此所披露的其他實(shí)施例能夠經(jīng)由一個(gè)計(jì)算機(jī)或處理器30而運(yùn)作，該計(jì)算機(jī)或處理器可以是一個(gè)專用數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。儀器200與計(jì)算機(jī)30之間的聯(lián)接器32通過(guò)用于執(zhí)行多個(gè)運(yùn)作的任何I/O裝置進(jìn)行。該聯(lián)接器32常常包括一個(gè)USB端口，盡管應(yīng)用軟件可以通過(guò)如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的任何已知聯(lián)接器裝置與儀器200進(jìn)行對(duì)接。除了任何其他必要的電子操縱之外，這樣的聯(lián)接器裝置經(jīng)由本發(fā)明的嵌入式軟件提供程序化的控制指令和 運(yùn)算數(shù)據(jù)(反饋)。計(jì)算機(jī)30還常常電子地聯(lián)接至一個(gè)或多個(gè)其他輸出裝置(如顯示屏幕、打印機(jī)等)和/或一個(gè)或多個(gè)其他輸入裝置(如鍵盤、互聯(lián)網(wǎng)連接
坐^
寸/ ο本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的是:如圖2中所示的一個(gè)計(jì)算機(jī)或處理器30可以編排對(duì)一個(gè)掃描干涉儀系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)零件的控制，該一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)零件如圖2中所示的新型分束器I/補(bǔ)償板2的分束器I部分，連同如在常規(guī)儀器中所利用的任何其他平移光學(xué)元件(例如，反射器)。這樣一個(gè)控制裝置使得這些能夠移動(dòng)的部件啟動(dòng)、改變方向并且以一個(gè)所希望的速度移動(dòng)。實(shí)際上，這樣一個(gè)計(jì)算機(jī)/處理器30可以實(shí)時(shí)地確定并且因此提供增益和信號(hào)，這樣使得一個(gè)經(jīng)配置電路可以施加必要的驅(qū)動(dòng)電流以誘導(dǎo)所希望的移動(dòng)力。啟動(dòng)預(yù)定的測(cè)量、數(shù)據(jù)的分析等的多個(gè)指令還常常地主要由圖2中所示的計(jì)算機(jī)30執(zhí)行。然而，可以在存儲(chǔ)在一個(gè)機(jī)器可讀媒體(例如，計(jì)算機(jī)可讀媒體)上的多個(gè)指令下執(zhí)行多個(gè)運(yùn)作。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面，一種計(jì)算機(jī)可讀媒體是指本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的并且理解的媒體，這些媒體具有以機(jī)器/計(jì)算機(jī)可以讀取(即，掃描/感測(cè))的、并且該機(jī)器/計(jì)算機(jī)的硬件和/或軟件可以解釋的形式提供的已編碼信息。
特別地，該計(jì)算機(jī)可讀媒體常?？梢园ū镜鼗蜻h(yuǎn)程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置，例如但不限于本地硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤、CD-ROM或DVD、RAM、R0M、USB存儲(chǔ)器裝置、以及甚至本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的并且理解的任何遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置。還可以在分布式計(jì)算環(huán)境中實(shí)踐本發(fā)明，其中相關(guān)聯(lián)的任務(wù)由通過(guò)一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)(例如，無(wú)線)而鏈接的遠(yuǎn)程處理裝置執(zhí)行。返回至圖2，在被一個(gè)離軸反射器8與一個(gè)加熱的紅外光源7結(jié)合而激活時(shí)，干涉儀200提供造成定向的準(zhǔn)直紅外光(如同樣由小的虛線標(biāo)記顯示的，指示為A’ )的一個(gè)光束(由字母A和小的虛線標(biāo)記指示)，該加熱的紅外光源是選自任何定制的或常規(guī)已知的在現(xiàn)場(chǎng)利用的光源，如但不限于被加熱以發(fā)射一個(gè)連續(xù)波段的光學(xué)輻射的電線、金屬或陶瓷元件。通過(guò)干涉儀200的運(yùn)作，已調(diào)制紅外光11經(jīng)由一個(gè)輸出孔口 22離開(如由大的方向箭頭所指示)。被構(gòu)建為邁克爾遜類型的干涉儀的圖2的干涉儀200包括一對(duì)定鏡9和10以及本發(fā)明的一種新穎的移動(dòng)分束器I和補(bǔ)償板2配置，如關(guān)于圖1A、1B以及ID而在以上所討論。為了提供有待由在圖2中所示的系統(tǒng)產(chǎn)生的準(zhǔn)確頻率信息，本發(fā)明的移動(dòng)分束器I的運(yùn)動(dòng)方向、速度、以及位置要求經(jīng)由一個(gè)協(xié)作的速度和位置控制系統(tǒng)(未示出)來(lái)進(jìn)行精確控制。作為一種安排，除了傾斜之外，該移動(dòng)分束器I的平移位置和相關(guān)速度因此可以通過(guò)合并一個(gè)單色發(fā)射源19 (例如，激光)而被檢測(cè)到，該單色發(fā)射源提供被配置成不僅確定該分束器I的而且在希望時(shí)還確定如關(guān)于圖3和圖4的示例實(shí)施例所示和所討論的系統(tǒng)中的任何其他移動(dòng)光學(xué)部件的位置和速度的一個(gè)輸出光束(如由字母B和更大的虛線標(biāo)記所指示)。在運(yùn)作中，光束B被引導(dǎo)穿過(guò)一個(gè)經(jīng)配置分束器21并且此后通過(guò)一個(gè)鏡子12進(jìn)一步被引導(dǎo)至分束器I的正面。在被分束器I的該正面接收時(shí)，離開分束器I的一個(gè)被反射部分(指示為B’)此后被定鏡10接收，該定鏡被安排成向后朝向分束器I/補(bǔ)償板2后向反射光束B’。如由B”所指示，光束B的一部分還被透射通過(guò)分束器I/補(bǔ)償板2，并且被引導(dǎo)至定鏡9，其中該部分也被后向反射至分束器I/補(bǔ)償板2。穿過(guò)分束器I/補(bǔ)償板2并且此后由鏡子9反射的光束的部分B”與指向并且反射離開定鏡10的光束的部分B’的重新結(jié)合提供一個(gè)輸出光束(指示為B”’)，該輸出光束現(xiàn)在具有含有所希望的光學(xué)位置和速度信息的一個(gè)干涉圖。因此，監(jiān)測(cè)光束B”’使得通過(guò)對(duì)該光束B”’在被反射器13引導(dǎo)至一個(gè)詢問(wèn)檢測(cè)器14(常常是一個(gè)四象限檢測(cè)器)時(shí)的幅值中的波峰和波谷進(jìn)行計(jì)數(shù)，能夠精確地確定移動(dòng)分束器I的一個(gè)所希望的面的速度和位置以及傾斜。作為一個(gè)示例實(shí)施例，當(dāng)被配置為一個(gè)四象限檢測(cè)器14時(shí)，這些象限之一可以被配置成提供代表了分束器I的位置和速度的一個(gè)正弦波信號(hào)，該信號(hào)聯(lián)接至速度控制測(cè)量電子器件(未示出)用于處理。為提供傾斜信息，這些組合的象限可以被間隔開，這樣使得通過(guò)在被這些不同的象限檢測(cè)時(shí)干涉條紋的相位的差異，可以確定該系統(tǒng)的任何移動(dòng)零件的一條垂線相對(duì)一個(gè)給定縱軸的偏差。此種與如在圖2中所示的一個(gè)示例控制器30協(xié)作的傾斜和速度控制測(cè)量電子器件(未示出)按一種編排的方式提供了在圖1C中所示的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)(例如，速度控制信號(hào))，以便以傾斜并且以所希望的速度來(lái)移動(dòng)分束器I和/或?qū)⑵湟苿?dòng)到所希望的位置。例如，如上所述，一個(gè)合成速度控制信號(hào)(如在圖1C中所示)可以被基本上相等地施加到所有配置的線圈(例如，線圈5a’、5b’、5c’以及5d’ )上用于所希望的移動(dòng)和/或速度，其中一個(gè)+Y信號(hào)被施加到頂部線圈5b’上并且一個(gè)-Y信號(hào)被施加到底部線圈5d’上，并且其中一個(gè)+X信號(hào)被施加到左側(cè)線圈5a’上并且一個(gè)-X信號(hào)被施加到右側(cè)線圈5c’上。應(yīng)當(dāng)指出，如圖2中所示，由于提供所希望的分束器I的移動(dòng)，移動(dòng)分束器I干涉儀200安排具有在常規(guī)干涉儀系統(tǒng)中所未發(fā)現(xiàn)的多個(gè)特定的方面。例如，應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)分束器I在一個(gè)掃描過(guò)程中線性地移動(dòng)時(shí)，除了為動(dòng)鏡I的速度和位置而被監(jiān)測(cè)的光束(即，光束B”’)之外，出射的已調(diào)制紅外光束11 二者都橫向地平移，即分束器I的線性平移的距離導(dǎo)致該出射光束11和光束B”’側(cè)向地移位一個(gè)物理距離，該物理距離與分束器I所移動(dòng)的距離的約一半一樣遠(yuǎn)。然而，如上所指出，本發(fā)明的移動(dòng)分束器I可以但不一定被設(shè)計(jì)成，如整合于在此所披露的這些實(shí)施例中的，具有長(zhǎng)達(dá)約10毫米(S卩，+/-5毫米)的一個(gè)總線性行程。因此，通過(guò)將該分束器驅(qū)動(dòng)至所希望的掃描長(zhǎng)度，可以使光束11的平移移動(dòng)最小化，以便提供可接受的出射光束11橫向移動(dòng)。例如，分束器I的一個(gè)示例總掃描長(zhǎng)度可以被配置在約2毫米，以便提供小于約I毫米的光束11的一個(gè)平移移動(dòng)。作為寬波段紅外光的已調(diào)制出射光束11的一個(gè)替代設(shè)計(jì)，光束11的在約20毫米至約50毫米之間的更大的直徑在直徑上是足夠大的，這樣使得通過(guò)經(jīng)由出口位置處的固定輸出孔口 22限制該出射光束11的大小，可以消除以上討論的實(shí)例(即由于分束器I的一個(gè)最大2mm平移的實(shí)例I毫米橫向移動(dòng))中的有害移動(dòng)作用，如圖2中所示。限制孔口(如被配置在離開干涉儀的光束中的常規(guī)鏡子或透鏡系統(tǒng))通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)還可以成為固定輸出孔口 22。這類固定孔口安排中的任一個(gè)允許在此所披露的這些光譜儀安排(如圖2中所示的系統(tǒng))中的剩余安排保持未被改變。應(yīng)當(dāng)指出，雖然已調(diào)制出射光束11在尺寸上可以被定制以便使得不會(huì)受到分束器I的移動(dòng)的影響，但是在移動(dòng)該分束器I時(shí)也造成一個(gè)合成的測(cè)量運(yùn)動(dòng)的單色光源19的正常更小直徑可能另外地是有問(wèn)題的，因?yàn)樗O(jiān)測(cè)的光束B”’可以使所希望的檢測(cè)器14的象限減退?？朔@個(gè)潛在問(wèn)題的一個(gè)示例安排是將由光源19所提供的光束B在直徑上擴(kuò)張至約3毫米或更大(例如，在使該分束器在總行程上移動(dòng)達(dá)約2毫米時(shí))，以便覆蓋一個(gè)所要求的檢測(cè)器14的區(qū)域。一個(gè)替代示例設(shè)計(jì)是使用被引導(dǎo)回到單色光源19的返回激光光束。這樣一個(gè)光束所具有的光學(xué)速度和位置信息與出射光束B”’相同，而益處是即使是在分束器I移動(dòng)時(shí)，該光束不會(huì)側(cè)向平移。這個(gè)返回光束可以在上游被分束器21接收，該分束器被設(shè)計(jì)成將被接收光束的一部分(在圖2中指示為B””)引導(dǎo)至常常、但不一定安裝在單色光源19附近的一個(gè)第二檢測(cè)器20 (例如，另一個(gè)四象限檢測(cè)器)。
長(zhǎng)沖程系統(tǒng)(動(dòng)鏡/移動(dòng)分束器)如果需要4.0cnT1至約0.05CHT1或更大的分辨率(例如,用于氣體分析),本發(fā)明可以被配置成移動(dòng)一個(gè)或兩個(gè)鏡子而同時(shí)使用本發(fā)明的移動(dòng)分束器I用于傾斜和短期速度控制。以此方式，本發(fā)明的輕質(zhì)分束器可以提供質(zhì)量低、控制快速以及防止裝運(yùn)沖擊的多個(gè)益處，而同時(shí)能夠在類似于常規(guī)干涉儀的任何掃描長(zhǎng)度下收集數(shù)據(jù)。圖3圖解了現(xiàn)在由參考數(shù)字300總體上特指的這樣一個(gè)示例實(shí)施例，其中該光學(xué)布局是在現(xiàn)在示出的呈長(zhǎng)沖程FTIR邁克爾遜干涉儀的形式中。一種類似的僅有動(dòng)鏡的安排被描述并被要求在約翰.Μ.科芬的于1999年3月16日發(fā)布的名稱為“具有動(dòng)態(tài)動(dòng)鏡對(duì)準(zhǔn)的紅外光譜儀的干涉儀(INTERFEROMETER OF AN INFRARED SPECTROMETER WITH DYNAMICMOVING MIRROR ALIGNMENT) ”的美國(guó)專利號(hào)5，883，712中，該專利的披露內(nèi)容通過(guò)弓I用以其
整體結(jié)合于此。類似于如針對(duì)圖2所討論的僅有移動(dòng)分束器的系統(tǒng)，圖3圖解了具有所有上述部件(如由同樣的參考數(shù)字指代)的一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有的附加益處是圖2先前的定鏡9現(xiàn)在被一個(gè)動(dòng)鏡9’組件27(例如，鏡子9’、支架框架23以及由一個(gè)電動(dòng)機(jī)(例如像包括一個(gè)線圈25和一個(gè)永磁鐵26的一個(gè)線性電動(dòng)機(jī))驅(qū)動(dòng)的軸承裝置24)替代。用于移動(dòng)的軸承裝置24可以包括任何常規(guī)的線性軸承系統(tǒng)，該線性軸承系統(tǒng)被配置成帶著限制沿著一條所希望的縱軸平移(在框架23上由雙向箭頭所示的移動(dòng))，該限制是必須不能傾斜或偏蕩多于約50弧秒(為了防止出射光束相對(duì)于任一樣品或光檢測(cè)器而移動(dòng))。為了提供本發(fā)明的鏡子組件27的移動(dòng)的示例軸承裝置24(如在圖3中所示)可以包括線性滾珠軸承、空氣軸承、滑動(dòng)軸承、和/或撓曲軸承。如在圖3中所示的這樣一個(gè)復(fù)合的系統(tǒng)300允許動(dòng)鏡9’系統(tǒng)(即長(zhǎng)沖程系統(tǒng))更重而不損害總體系統(tǒng)的性能。具體地說(shuō)，如在圖3中所示的配置(即，具有一個(gè)動(dòng)鏡9’和一個(gè)移動(dòng)分束器I兩者的系統(tǒng))允許收集非常高的掃描長(zhǎng)度(僅受限于軸承和電動(dòng)機(jī)的大小)，而不損失關(guān)于圖2所示并在以上所討論的僅有移動(dòng)分束器I干涉儀系統(tǒng)的這些益處。雖然圖3中所示的系統(tǒng)300的速度控制可以單獨(dú)地通過(guò)動(dòng)鏡組件27用移動(dòng)分束器I所提供的傾斜控制和/或通過(guò)對(duì)動(dòng)鏡9’的正面的傾斜進(jìn)行控制來(lái)在此提供，但應(yīng)當(dāng)理解當(dāng)使用以下一種系統(tǒng)將控制聯(lián)接時(shí)，這樣一個(gè)速度控制安排并不如此有利，即:該系統(tǒng)并入了類似于關(guān)于圖2而在以上討論的系統(tǒng)的一個(gè)動(dòng)鏡9’和一個(gè)移動(dòng)分束器I兩者的配置。具體地說(shuō)，本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施例是一種配置，其中對(duì)上述的光學(xué)監(jiān)測(cè)的移動(dòng)零件(即，鏡子9’和分束器I)兩者施加速度控制信號(hào)。通過(guò)對(duì)兩種移動(dòng)零件進(jìn)行速度控制，可以減少關(guān)于速度誤差信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間以便有利地減少伺服器速度誤差，該響應(yīng)時(shí)間快于如果這些零件中僅有一個(gè)是速度受控的情況。反應(yīng)時(shí)間上的減少允許在預(yù)定的掃描過(guò)程中行進(jìn)的速度和方向的改變?cè)谛∮诔Ｒ?guī)移動(dòng)反射器(鏡子)系統(tǒng)的多個(gè)時(shí)幀(例如，少于約10毫秒)內(nèi)被完成。當(dāng)需要許多短的掃描來(lái)觀察迅速變化的樣品時(shí)，這樣的減少是有價(jià)值的。因此，一個(gè)單一常規(guī)速度控制伺服器可以被配置成使用以上所討論的彈性撓曲的自然定心力來(lái)控制移動(dòng)分束器I和一個(gè)動(dòng)鏡9’二者，以便允許該分束器I造成小的受控沖程，而具有一個(gè)非撓曲軸承的動(dòng)鏡9’造成長(zhǎng)的受控沖程。在這個(gè)安排中，本發(fā)明的控制系統(tǒng)具有圖2的移動(dòng)分束器的快速反應(yīng)時(shí)間和一個(gè)線性軸承動(dòng)鏡9’的長(zhǎng)沖程，其結(jié)果是改進(jìn)在此所描繪的總體主動(dòng)速度控制設(shè)計(jì)，以便實(shí)現(xiàn)提供高分辨率的類似于常規(guī)長(zhǎng)沖程系統(tǒng)、但是卻是這些常規(guī)長(zhǎng)沖程系統(tǒng)的一個(gè)改進(jìn)的一個(gè)系統(tǒng)。作為另一個(gè)有益的安排，如以上參照?qǐng)D1C類似地討論，速度控制伺服器信號(hào)在其被用于驅(qū)動(dòng)該移動(dòng)分束器I之前可以被發(fā)送穿過(guò)一個(gè)高通濾波器(即，一個(gè)電容器)，而該動(dòng)鏡9’通過(guò)一個(gè)經(jīng)配置常規(guī)速度控制信號(hào)來(lái)控制。這樣一個(gè)配置使得該移動(dòng)分束器I能夠快速地改變速度以改進(jìn)速度控制并且同時(shí)限制該移動(dòng)分束器I沖程，即使動(dòng)鏡9’被安裝在一個(gè)撓曲或高摩擦線性軸承上。作為一個(gè)增加的安排，該高通濾波器可以通過(guò)改變?cè)撾娙萜鞔笮《桓淖?，以便控制與動(dòng)鏡沖程長(zhǎng)度相比的該移動(dòng)分束器I沖程長(zhǎng)度。
運(yùn)作的示例方法與相對(duì)于鏡子9’的移動(dòng)量相比，可以通過(guò)允許一個(gè)配置的膜片結(jié)構(gòu)(例如，如在圖1B中所示的彈性撓曲材料Γ)的固有彈簧定心力控制分束器I的移動(dòng)量，來(lái)完成使用例如一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的速度控制伺服器(未示出)同時(shí)對(duì)移動(dòng)分束器I的速度和動(dòng)鏡組件27的速度進(jìn)行控制。作為這種配置的部分，將一個(gè)傾斜控制系統(tǒng)(未示出)與如在圖3中所示的系統(tǒng)300相整合，并且如上所討論將監(jiān)測(cè)激光信號(hào)(例如，B)擴(kuò)大。運(yùn)作上，分束器I最初靜止在一個(gè)中心位置(即，具有為零的撓曲力)和零速度處?？梢詫?dòng)鏡9’驅(qū)動(dòng)到處于一個(gè)經(jīng)配置的機(jī)械終點(diǎn)止動(dòng)裝置(未示出)處的一個(gè)啟動(dòng)位置。速度伺服器是處于產(chǎn)生零電壓和為零力的時(shí)刻。在速度伺服器(未不出)開啟的時(shí)刻，它產(chǎn)生了一個(gè)力來(lái)增加分束器I的速度并且在移動(dòng)鏡9’上產(chǎn)生一個(gè)力，這提供了此類光學(xué)元件的相反移動(dòng)。在小于約3毫秒的時(shí)間幀內(nèi)，分束器I與鏡子9’之間的速度增加到一個(gè)所希望的速度(例如，約0.5毫米/秒)。在這個(gè)時(shí)間過(guò)程中，分束器I和鏡子9’移動(dòng)的距離是極小的，這樣使得撓曲(如在圖1A中所示的I’ )仍接近靜止位置，從而在移動(dòng)分束器I上產(chǎn)生非常小的彈簧力。應(yīng)當(dāng)指出，雖然撓曲彈簧力和軸承力均是低的，但這些移動(dòng)零件的速度變化是驅(qū)動(dòng)力除以移動(dòng)的質(zhì)量。因此，因?yàn)榉质鱅被設(shè)計(jì)成具有更低的質(zhì)量(例如，比組件27的質(zhì)量低3X)，它可以傾向于在快于鏡子組件27的速度下行進(jìn)(在此實(shí)例中，快三倍，假設(shè)這些磁力是基本上相同的)。對(duì)于最初的幾毫秒，低速度誤差引起低驅(qū)動(dòng)力并且分束器I和動(dòng)鏡9’繼續(xù)在由它們質(zhì)量所限定的速度比下(例如，在約三比一的速度比下)移動(dòng)。在小于約60毫秒的短時(shí)間幀內(nèi)，分束器I和動(dòng)鏡9’移動(dòng)一定距離以使得膜片撓曲I’ (如在圖1A和圖1B中所示)隨著它從行進(jìn)起始位置的零力 中心撓曲遠(yuǎn)離而現(xiàn)在正施加一個(gè)不斷增加的阻滯力。此阻滯力引起分束器I速度減小，其結(jié)果引起一個(gè)給定的速度伺服器按需要增加驅(qū)動(dòng)力以便維持校正速度。應(yīng)當(dāng)理解的是，因?yàn)閯?dòng)鏡軸承阻滯力在所有的動(dòng)鏡9’位置上是相同的低數(shù)值，在此運(yùn)作點(diǎn)上的驅(qū)動(dòng)力增加使動(dòng)鏡9’加速而同時(shí)引起分束器I減速。在此后的一些時(shí)間里(例如，在約120毫秒之后)，分束器I移動(dòng)達(dá)到停止，但是然后隨著動(dòng)鏡9’加快速度而緩慢開始移動(dòng)回到它的最初靜止位置。因此，當(dāng)因?yàn)閯?dòng)鏡9’完成全沖程長(zhǎng)度而速度在掃描沖程的末端的轉(zhuǎn)向處變化時(shí)，分束器I移動(dòng)主要是最多的，因?yàn)榉质鱅行進(jìn)受限于在它周邊周圍的聯(lián)接的膜片I’撓曲的彈簧力。應(yīng)當(dāng)指出，無(wú)論動(dòng)鏡9’的沖程長(zhǎng)度如何，分束器I移動(dòng)的總長(zhǎng)度可以被配置成小于I毫米。在所有時(shí)間里，速度伺服器(未示出)可以有利地非?？斓乜刂扑俣龋?yàn)榉质鱅和動(dòng)鏡9’可以響應(yīng)速度校正信號(hào)的迅速變化。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)希望減少成本時(shí)，如在圖3中所示的長(zhǎng)沖程系統(tǒng)300可以被配置有一個(gè)滾動(dòng)或滑動(dòng)軸承24。盡管由此類裝置引起的此種滾動(dòng)或滑動(dòng)活動(dòng)增添了誤差噪音(即，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的跳動(dòng))，但使用本發(fā)明的一個(gè)移動(dòng)分束器I而得到的更小的響應(yīng)時(shí)間抵消了由速度誤差減小的有利事實(shí)而產(chǎn)生的此種合成軸承噪音。
如果圖3的系統(tǒng)300被配置成在一個(gè)低分辨率模式下運(yùn)作(因此用短沖程運(yùn)作)，如針對(duì)圖2的僅有移動(dòng)分束器系統(tǒng)而在以上所討論，可以通過(guò)使用本領(lǐng)域所已知的機(jī)械的、磁性的和/或電性制動(dòng)的裝置將動(dòng)鏡9’安排成容納在一個(gè)固定的位置中而去除該軸承噪音。確切地說(shuō)，當(dāng)被配置成用短沖程運(yùn)作來(lái)提供約4cm—1或更小的所希望的低光譜分辨率測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)300可以被配置有一個(gè)制動(dòng)裝置，以便通過(guò)使用在圖1A和圖1B中所示的不動(dòng)分束器I彈性撓曲I’作為用于低分辨率數(shù)據(jù)收集的唯一移動(dòng)零件來(lái)提高低分辨率的穩(wěn)定性(4cm—1)。結(jié)果是有利地消除了由軸承摩擦和粗糙引起的速度誤差。
移云力雙鏡干涉儀圖4示出具有低成本、堅(jiān)固的、高性能、全撓曲干涉儀的一個(gè)過(guò)分簡(jiǎn)單化的示例安排，該干涉儀通常由參考數(shù)字400特指。因此,這樣一個(gè)系統(tǒng)400 (還被構(gòu)建為邁克爾遜類型的干涉儀)現(xiàn)在包括一對(duì)動(dòng)鏡，這些動(dòng)鏡被配置成有利地與如上所討論的本發(fā)明的移動(dòng)分束器I和補(bǔ)償板2配置協(xié)作。作為這種配置的一個(gè)有利的方面，圖4的移動(dòng)雙鏡分束器組合可以通過(guò)使移動(dòng)分束器和移動(dòng)雙鏡組件的彈性撓曲(膜片)剛度與質(zhì)量比基本上匹配而在任何取向中運(yùn)作。因此，控制軟件看出運(yùn)作參數(shù)上沒(méi)有大的變化并且要求沒(méi)有明顯的變化。作為另一個(gè)安排，本發(fā)明可以被配置有多種復(fù)雜的或定制軟件以便在任何取向中運(yùn)作，即使剛度與質(zhì)量比是不匹配的。作為在圖4中所示的配置的還另一個(gè)附加的益處，與本發(fā)明的移動(dòng)分束器運(yùn)作性協(xié)作的移動(dòng)雙鏡組件再次提供了大于約IOHz的增速(pick-up)振動(dòng)頻率的減小，即使該移動(dòng)零件的剛度與質(zhì)量比是不匹配的，因?yàn)閮蓚€(gè)鏡子和該分束器相對(duì)支撐裝置進(jìn)行移動(dòng)(作為類似的或匹配的一對(duì))的能力給予了明顯從移動(dòng)該支撐裝置的振動(dòng)中隔開。這些振動(dòng)常見地由室內(nèi)噪音、人移動(dòng)、以及附近的機(jī)器引起，并且因此這種減小不要求主動(dòng)速度控制并且因此在與主動(dòng)控制系統(tǒng)相反的更高頻率下工作，這些主動(dòng)控制系統(tǒng)限于僅校正低頻率振動(dòng)誘導(dǎo)的速度誤差。為了幫助描述圖4的多個(gè)新穎方面，用于運(yùn)作所要求的上述元件中的一些(例如，紅外光源7、單色光源19、以及對(duì)應(yīng)的光學(xué)器件和其他元件等等)是不在討論之內(nèi)，因?yàn)樗鼈兪窃谌缟纤枋龅南嗤绞街斜焕?。因此，圖4的系統(tǒng)400能夠使用一個(gè)移動(dòng)分束器I和一個(gè)控制系統(tǒng)以及類似于如上所描述的實(shí)施的其他光學(xué)方面，其中此實(shí)施例與先前描述的設(shè)計(jì)之間的差異是機(jī)械的。確定地說(shuō)，轉(zhuǎn)至圖4，系統(tǒng)400示出一個(gè)整合的分束器I/補(bǔ)償板2，如在圖1A中所類似示出并描述，該整合的分束器I/補(bǔ)償板2具有對(duì)應(yīng)的聯(lián)接的彈性撓曲I’、2’，這兩個(gè)彈性撓曲被附接到一個(gè)支架34構(gòu)件上；以及一個(gè)示例對(duì)的磁性移動(dòng)裝置5b和5d以便能實(shí)現(xiàn)分束器I部分的精確單獨(dú)移動(dòng)。如關(guān)于圖1A和圖1B而在以上所描述的，當(dāng)被獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)的信號(hào)所定向時(shí)，在各種配置中的此種磁性移動(dòng)裝置可以提供傾斜，并且還可以經(jīng)由一種相同的速度控制信號(hào)提供分束器I的速度。作為移動(dòng)雙鏡組件的部分，圖4示出經(jīng)由一個(gè)U型支座50而聯(lián)接的一對(duì)動(dòng)鏡3和
4、至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)裝置52 (例如，針對(duì)圖2在以上所描述的包括一個(gè)線圈25和一個(gè)永磁鐵26的一種線性電動(dòng)機(jī))、一個(gè)或多個(gè)平移中間結(jié)構(gòu)23 (也用雙箭頭指代來(lái)表示來(lái)回移動(dòng))、以及另外的一對(duì)彈性撓曲3’、4’(具有針對(duì)圖1B的配置的膜片結(jié)構(gòu)I’而在以上所描述的類似設(shè)計(jì)和目的)，其中此類撓曲3’、4’被聯(lián)接到一個(gè)共用支座40上，該共用支座經(jīng)常是由一種剛性材料構(gòu)建的支座以用于整個(gè)移動(dòng)組件的穩(wěn)定性。應(yīng)當(dāng)理解的是，由于鏡子3和4的聯(lián)接安排，此類光學(xué)元件按一種基本上線性的方式作為一個(gè)單元運(yùn)作性地一起移動(dòng)。通過(guò)設(shè)計(jì)(即，聯(lián)接到鏡子3和4上的U型支座等等)來(lái)配置雙動(dòng)鏡組件，這樣使得它基本上符合本發(fā)明的分束器I/補(bǔ)償板2安排。另外的彈性撓曲3’和4’被聯(lián)接到支座40上的外部末端處，以便為圖4的鏡子組件提供支撐。分開約50毫米至約200毫米的撓曲3’、4’的間距幫助減小鏡子3和4的傾斜，該傾斜由這些彈性(膜片)3’、4’撓曲的任何不匹配引起。任何剩下的傾斜可以通過(guò)一個(gè)整合的傾斜控制系統(tǒng)(未示出)來(lái)校正，如以上討論圖1B中所示的分束器I’的傾斜控制中所類似描述的。有利地，包括速度伺服器的控制系統(tǒng)(未示出)是與用于圖2和圖3的實(shí)施例的系統(tǒng)類似的，以便容易地將此類設(shè)計(jì)與圖4的設(shè)計(jì)合并或當(dāng)需要時(shí)甚至合并其他的常規(guī)控制系統(tǒng)。然而，關(guān)于一種全撓曲系統(tǒng)(如在圖4中所示的那樣)，鏡子3、4的行進(jìn)仍受限于彈性撓曲3’、4’以及I’的彈簧阻滯力的比值，這些彈性撓曲對(duì)應(yīng)地支撐動(dòng)鏡3、4以及移動(dòng)分束器I。盡管存在此類限制，針對(duì)圖4的配置的約0.5cm-1的有利的所希望的光譜分辨率引起高達(dá)約7毫米的可獲得的沖程長(zhǎng)度。作為一個(gè)有利的實(shí)施例，所要求的總沖程長(zhǎng)度可以是按任何比值分裂在動(dòng)鏡3、4與分束器I之間。如上所述，如果移動(dòng)是大于約+/_5毫米的話，分束器I行進(jìn)可以是令人擔(dān)憂的，因?yàn)樗梢耘c補(bǔ)償板2碰撞并且可能對(duì)這兩個(gè)元件均引起損壞。因此，作為一個(gè)安排，分束器I可以被安裝在一個(gè)預(yù)定的硬彈性撓曲I’上，以便阻止行進(jìn)足夠大令人擔(dān)憂?？商娲夭⑷珀P(guān)于圖3的配置而在以上所討論的，與速度控制信號(hào)串聯(lián)的一個(gè)電容器可以限制針對(duì)圖4的配置以及當(dāng)需要時(shí)在此披露的其他實(shí)施例的分束器I行進(jìn)，以便消除為一個(gè)彈性撓曲I’提供適度剛性量的擔(dān)憂。作為又一個(gè)示例實(shí)施例，分束器I的沖程極限可以被限制為在小于或等于一毫米處行進(jìn)，以便使如在圖2和圖3中所示的照明源7和19的光束橫向移動(dòng)最小化。作為結(jié)果，聯(lián)接的鏡子3、4組件經(jīng)由合理設(shè)計(jì)移動(dòng)剩下的6毫米。還應(yīng)當(dāng)指出，作為另一個(gè)示例實(shí)施例，鏡子3、4可以關(guān)于所接收的光束直徑而配置有過(guò)大的尺寸，以便避免當(dāng)所接收的光束橫向移動(dòng)穿過(guò)這些鏡子的反射性和基本上平整的表面時(shí)而引起光束裁剪(clipping)。因此，由于鏡子3、4的移動(dòng)而引起的光束橫向移動(dòng)是沒(méi)有問(wèn)題的。在圖4中所示的鏡子3、4組件部分的移動(dòng)可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)裝置52來(lái)提供。具體地說(shuō)，該移動(dòng)可以通過(guò)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何移動(dòng)裝置來(lái)提供，只要此種裝置能滿足本發(fā)明的多個(gè)要求而不偏離本設(shè)計(jì)的規(guī)格。就在圖4中所示的實(shí)例來(lái)說(shuō)，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)磁鐵26來(lái)提供該裝置，這個(gè)或這些驅(qū)動(dòng)磁鐵被聯(lián)接在對(duì)應(yīng)的彈性撓曲支座3’、4’的中心部分周圍，其中該聯(lián)接是按照與圖1B中分束器I’與它的對(duì)應(yīng)的彈性撓曲I’的聯(lián)接安排類似的方式。這一個(gè)或多個(gè)磁鐵26的相反側(cè)面可以被設(shè)計(jì)成延伸超過(guò)對(duì)應(yīng)的彈性撓曲3’、4’進(jìn)入對(duì)應(yīng)的線圈25，以便提供驅(qū)動(dòng)力來(lái)通過(guò)一個(gè)整合的速度伺服器(未示出)引導(dǎo)時(shí)而使鏡子3、4移動(dòng)。如果并入兩個(gè)磁鐵26 (處于圖4中所示的動(dòng)鏡3、4組件的每個(gè)末端)，則提供了足夠的線性電動(dòng)力來(lái)克服在總體動(dòng)鏡3、4組件上的重力，從而允許系統(tǒng)400以如上所討論的任何取向運(yùn)作(例如，它們的水平、垂直以及有角取向)。確切地說(shuō)，通過(guò)設(shè)計(jì)分束器I質(zhì)量對(duì)它的彈性撓曲I’剛度的比值以便匹配動(dòng)鏡3、4組件質(zhì)量對(duì)它的對(duì)應(yīng)的集合彈性撓曲3’、4’剛性的比值，動(dòng)鏡3、4和分束器I組件兩者均可以移動(dòng)與干涉儀傾斜相同的量。因此，在圖4中所示的本發(fā)明的設(shè)計(jì)可以有利地提供一種低成本高性能、完全便攜的干涉儀(例如，F(xiàn)TIR)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是足夠堅(jiān)固的從而能夠在各種運(yùn)載工具中隨處攜帶而不需要特殊保護(hù)。應(yīng)當(dāng)理解的是，在此關(guān)于不同的實(shí)施例而描述的特征在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下，可用任何組合相混合并匹配。盡管已詳細(xì)地說(shuō)明并描述了不同的所選擇的實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解它們是示例性的，并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下，多種替換和改變是可能的。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，該干涉儀包括: 一個(gè)第一平面反射器，該第一平面反射器被配置成沿一個(gè)第一光程長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)地接收并返回一個(gè)光源的一個(gè)第一分束； 一個(gè)第二平面反射器，該第二平面反射器被配置成沿著一個(gè)第二光程長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)地接收并返回所述光源的一個(gè)第二分束； 一個(gè)移動(dòng)分束器，該移動(dòng)分束器用于接收來(lái)自所述光源的一束輻射以便提供所述第一和所述第二分束；其中所述移動(dòng)分束器被進(jìn)一步適配成在朝向和遠(yuǎn)離所述配置的第一和第二平面反射器但與這些反射器成一個(gè)預(yù)定角度的方向上線性地移動(dòng)； 移動(dòng)裝置，該移動(dòng)裝置被聯(lián)接到所述移動(dòng)分束器上以便對(duì)所述移動(dòng)分束器提供線性和傾斜控制；以及 控制裝置，該控制裝置用于對(duì)所述移動(dòng)裝置提供一個(gè)受控反饋以便用一個(gè)所希望的穩(wěn)定速度對(duì)所述移動(dòng)分束器的位置提供調(diào)整，其中所述移動(dòng)分束器的所述經(jīng)調(diào)整的位置進(jìn)一步能夠?qū)崿F(xiàn)所述第一光程長(zhǎng)度與所述第二光程長(zhǎng)度之間的光程長(zhǎng)度差，這些光程長(zhǎng)度差組合起來(lái)在所述干涉儀的一個(gè)配置的出口處提供了該輸入源光束輻射的一個(gè)詢問(wèn)干涉圖。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述移動(dòng)裝置包括被安排在所述移動(dòng)分束器周邊周圍的一個(gè) 第一彈性撓曲件，所述第一彈性撓曲件被設(shè)計(jì)成提供約+/-5毫米的線性位移、并且被進(jìn)一步配置成提供由所述約+/_5毫米的線性位移而引起的一個(gè)阻滯力。
3.如權(quán)利要求2所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中與所述控制裝置的一個(gè)速度控制信號(hào)串聯(lián)配置的一個(gè)電容器運(yùn)作起來(lái)像一個(gè)更硬的撓曲件，以便與所述第一彈性撓曲件配合來(lái)將所述移動(dòng)分束器行進(jìn)限制在所述+/_5毫米的線性位移內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述移動(dòng)裝置包括被聯(lián)接到所述移動(dòng)分束器的一個(gè)輸入面上的多個(gè)永磁鐵，其中所施加的反饋受控磁場(chǎng)同時(shí)選擇性地吸引或排斥所述聯(lián)接的磁鐵，以便引導(dǎo)所述移動(dòng)分束器朝向和遠(yuǎn)離所述配置的第一和第二平面反射器。
5.如權(quán)利要求4所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述多個(gè)聯(lián)接的永磁鐵通過(guò)所施加的反饋受控磁力來(lái)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)以便提供所述移動(dòng)分束器的傾斜。
6.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述分束器被聯(lián)接至作為一種組件的部分的一個(gè)補(bǔ)償板，所述補(bǔ)償板被配置有一個(gè)第二彈性撓曲件，該第二彈性撓曲件被安排在所述補(bǔ)償板的周邊周圍以便保護(hù)所述補(bǔ)償板不受應(yīng)力的影響、并且還被配置成為所述移動(dòng)分束器提供約+/_5毫米的線性位移。
7.如權(quán)利要求6所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述補(bǔ)償板被安裝為毗鄰所述分束器的一個(gè)被涂覆的側(cè)面。
8.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述移動(dòng)分束器的所述預(yù)定角度是被配置成從約15度直至約55度。
9.如權(quán)利要求8所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述移動(dòng)分束器的所述預(yù)定角度是被配置在約30度，以便引起所述干涉儀的一個(gè)經(jīng)配置的分辨率所需要的總行進(jìn)減小約1.7 倍。
10.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述移動(dòng)分束器提供了一種光學(xué)倍增，該光學(xué)倍增引起總行進(jìn)減小約1.7倍并且一個(gè)或多個(gè)所安排的移動(dòng)部件所需要的物理傾斜減少約2倍。
11.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述控制裝置包括一個(gè)動(dòng)態(tài)速度控制伺服器系統(tǒng)，該動(dòng)態(tài)速度控制伺服器系統(tǒng)被配置成提供小于約0.2%變化的所述希望的穩(wěn)定速度。
12.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中被安排在所述干涉儀的所述出口處的一個(gè)固定的孔口被配置成:消除由于所述移動(dòng)分束器的線性位移而引起的所述經(jīng)調(diào)制的源束的側(cè)向平移效應(yīng)。
13.如權(quán)利要求1 所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中用于提供受控反饋的所述控制裝置進(jìn)一步包括檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置被配置成對(duì)以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)的縱向位移進(jìn)行監(jiān)控:所述移動(dòng)分束器的一個(gè)表面、所述第一平面反射器的一個(gè)表面、以及所述第二平面反射器的一個(gè)表面。
14.如權(quán)利要求13所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述檢測(cè)裝置包括一個(gè)監(jiān)測(cè)單色電磁源，所述電磁源被配置有至少約3毫米的直徑，以便使由于所述移動(dòng)分束器的線性位移而引起所述電磁源的側(cè)向平移效應(yīng)最小化。
15.如權(quán)利要求13所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述檢測(cè)裝置進(jìn)一步包括被定位在所述干涉儀的所述出口和/或入口周圍的至少一個(gè)檢測(cè)器，以便監(jiān)測(cè)所述移動(dòng)分束器的傾斜、速度、以及位置，其中被定位在該入口周圍的所述至少一個(gè)檢測(cè)器具有與一種出射束相同的光學(xué)速度和位置信息，并且其中一種被監(jiān)控的束甚至當(dāng)所述移動(dòng)分束器平移時(shí)也不會(huì)向側(cè)面平移。
16.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述干涉儀被配置成提供約0.05cm 1至約64cm 1的分辨率。
17.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述第一平面反射器和所述第二平面反射器被配置成作為一個(gè)可移動(dòng)的雙反射器組件來(lái)運(yùn)作。
18.如權(quán)利要求17所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述可移動(dòng)的雙反射器組件可以通過(guò)將所述移動(dòng)分束器和所述移動(dòng)雙鏡組件的所述膜片剛度與質(zhì)量的比值配置成匹配而在任何取向上運(yùn)作。
19.如權(quán)利要求17所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述干涉儀提供最高達(dá)約7毫米的總沖程長(zhǎng)度從而實(shí)現(xiàn)約0.5cm 1的分辨率。
20.如權(quán)利要求17所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述移動(dòng)分束器提供約I毫米的移動(dòng)，并且所述可移動(dòng)的雙反射器組件提供約6毫米的沖程長(zhǎng)度。
21.如權(quán)利要求17所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述可移動(dòng)的雙反射器組件減小了大于約IOHz的增速頻率。
22.如權(quán)利要求17所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述雙組件的這些反射器被聯(lián)接在一個(gè)U型的支座中、并且在所述支座的外部末端處被配置有一對(duì)對(duì)應(yīng)的彈性撓曲件以便為所述組件提供支撐，并且其中所述組件的移動(dòng)是通過(guò)聯(lián)接的一個(gè)或多個(gè)磁性電動(dòng)機(jī)來(lái)提供的。
23.如權(quán)利要求22所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中所述一對(duì)對(duì)應(yīng)的彈性撓曲件的間距是在約50毫米與約200毫米之間。
24.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)速度受控的干涉儀，其中與通過(guò)所述移動(dòng)分束器的移動(dòng)而提供的一種光學(xué)速度倍增效應(yīng)相聯(lián)接的所述移動(dòng)分束器的經(jīng)配置的質(zhì)量使得能通過(guò)所述移動(dòng)裝置使用較低的力。
25.—種動(dòng)態(tài)長(zhǎng)沖程速度受控的干涉儀,該干涉儀包括: 一個(gè)移動(dòng)第一平面反射器，該移動(dòng)第一平面反射器被配置成沿一個(gè)第一光程長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)地接收并返回一個(gè)光源的一個(gè)第一分束，其中所述移動(dòng)第一平面反射器被聯(lián)接到一個(gè)移動(dòng)軸承組件上，該移動(dòng)軸承組件被配置成將所述第一平面反射器的前表面沿著所述移動(dòng)軸承組件的一個(gè)縱軸基本上垂直而定位； 一個(gè)第二平面反射器，該第二平面反射器被配置成沿著一個(gè)第二光程長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)地接收并返回該光源的一個(gè)第二分束； 一個(gè)移動(dòng)分束器，該移動(dòng)分束器用于接收來(lái)自所述光源的一束輻射以便提供所述第一和所述第二分束；其中所述移動(dòng)分束器被進(jìn)一步適配成在朝向和遠(yuǎn)離所述配置的第一和第二平面反射器但與這些反射器成一個(gè)預(yù)定角度的方向上線性地移動(dòng)； 移動(dòng)裝置，該移動(dòng)裝置被聯(lián)接到所述移動(dòng)分束器上以便提供所述移動(dòng)分束器的線性和傾斜位置；以及 控制裝置，該控制裝置用于對(duì)所述移動(dòng)分束器和所述移動(dòng)第一平面反射器的所述移動(dòng)裝置提供一個(gè)受控反饋，以便用一個(gè)所希望的穩(wěn)定速度對(duì)所述移動(dòng)分束器和所述移動(dòng)第一平面反射器的線性位置提供調(diào)整，其中所述移動(dòng)分束器和所述移動(dòng)第一平面反射器的所述經(jīng)調(diào)整的位置進(jìn)一步能夠?qū)崿F(xiàn)所述第一光程長(zhǎng)度與所述第二光程長(zhǎng)度之間的光程長(zhǎng)度差，這些光程長(zhǎng)度組合起來(lái)在所述干涉儀的一個(gè)配置的出口處提供了該輸入源光束輻射的一個(gè)詢問(wèn)干涉圖。
26.如權(quán)利要 求25所述的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)沖程速度受控的干涉儀，其中所述控制裝置包括一個(gè)動(dòng)態(tài)速度控制伺服器系統(tǒng)，該動(dòng)態(tài)速度控制伺服器系統(tǒng)被配置成提供小于約0.2%變化的所述希望的穩(wěn)定速度。
27.如權(quán)利要求25所述的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)沖程速度受控的干涉儀，其中所述移動(dòng)軸承組件包括選自以下各項(xiàng)的至少一個(gè)軸承組件:線性滾珠軸承、空氣軸承、滑動(dòng)軸承、以及撓曲軸承。
28.如權(quán)利要求25所述的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)沖程速度受控的干涉儀，其中所述移動(dòng)軸承組件的軸承噪音可以通過(guò)使用以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)將所述移動(dòng)第一平面反射器安排成容納在一個(gè)固定的位置中而去除:機(jī)械的、磁性的、以及電性制動(dòng)的裝置。
29.如權(quán)利要求25所述的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)沖程速度受控的干涉儀，其中所述干涉儀的速度控制可以通過(guò)監(jiān)測(cè)所述移動(dòng)第一平面反射器的前表面來(lái)提供，并且傾斜控制可以通過(guò)監(jiān)測(cè)所述移動(dòng)分束器和/或所述移動(dòng)第一平面反射器的正面相對(duì)于一個(gè)對(duì)應(yīng)的預(yù)定縱軸的垂線來(lái)提供。
30.如權(quán)利要求25所述的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)沖程速度受控的干涉儀，其中一種速度控制伺服器信號(hào)可以被發(fā)送穿過(guò)一個(gè)高通濾波器以便驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)裝置，而所述移動(dòng)第一平面反射器是用一種經(jīng)配置的常規(guī)速度控制信號(hào)來(lái)控制的。
31.如權(quán)利要求25所述的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)沖程速度受控的干涉儀，其中所述移動(dòng)裝置包括被安排在所述移動(dòng)分束器周邊周圍的一個(gè)第一彈性撓曲件，所述第一彈性撓曲件被設(shè)計(jì)成提供小于+/_5毫米的線性位移、并且被進(jìn)一步配置成提供由所述小于+/_5毫米的線性位移而引起的一個(gè)阻滯力。
32.如權(quán)利要求25所述的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)沖程速度受控的干涉儀，其中所述移動(dòng)裝置包括被聯(lián)接到所述移動(dòng)分束器上的多個(gè)永磁鐵，其中所施加的反饋受控磁場(chǎng)同時(shí)選擇性地吸引或排斥所述聯(lián)接的磁鐵，以便引導(dǎo)所述移動(dòng)分束器朝向和遠(yuǎn)離所述配置的第一和第二平面反射器。
33.如權(quán)利要求25所述的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)沖程速度受控的干涉儀，其中所述多個(gè)聯(lián)接的永磁鐵通過(guò)所施加的反饋受控磁力來(lái)獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)以便提供所述移動(dòng)分束器的傾斜。
34.如權(quán)利要求25所述的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)沖程速度受控的干涉儀，其中所述移動(dòng)分束器的所述預(yù)定角度是被配置成約30度。
35.如權(quán)利要求25所述的動(dòng)態(tài)長(zhǎng)沖程速度受控 的干涉儀，其中所述干涉儀被配置成提供約0.05cm 1至約64cm 1的分辨率。
全文摘要
在此介紹了一種對(duì)干涉儀提供速度控制的新穎裝置，其中移動(dòng)部件之一包括分束器元件。使用一個(gè)移動(dòng)分束器和聯(lián)接的撓曲安裝允許改進(jìn)速度控制，因?yàn)樵摲质鞯牡唾|(zhì)量能實(shí)現(xiàn)在此披露的系統(tǒng)比常規(guī)鏡子速度受控的干涉儀儀器響應(yīng)更快并具有更低的合速度誤差，以便從這個(gè)分析儀器中提供更穩(wěn)定和更低噪音的光譜。對(duì)該分束器的、并且當(dāng)希望時(shí)對(duì)所配置的鏡子中的一個(gè)或兩個(gè)的速度的控制減少了在每次掃描的端點(diǎn)處改變速度所浪費(fèi)的時(shí)間。結(jié)果是在任何給定的實(shí)驗(yàn)時(shí)間幀內(nèi)可獲得的數(shù)據(jù)收集增加。因此，本發(fā)明的此類所希望的安排允許在更高的速率下收集掃描，這有利地增加了對(duì)迅速變化的系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的能力。
文檔編號(hào)G01B9/02GK103201605SQ201180054353
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者J.M.科芬 申請(qǐng)人:熱電科學(xué)儀器有限責(zé)任公司