专利名称：分束器和动镜的干涉仪速度控制的制作方法
分束器和动镜的干涉仪速度控制
发明背景发明领域本发明涉及光学科学仪器领域。更确切地说，本发明涉及在傅里叶变换红外(FTIR)干涉仪中利用的一个移动分束器和一个或多个反射性部件的动态速度控制。
相关技术讨论用于科学分析仪器中的光学干涉仪依赖于作为询问装置的部分的叠加光束的干涉。当被配置为迈克尔逊傅里叶变换红外线(FTIR)仪器时，该干涉仪的光学输出被称为一个干涉图。该FTIR干涉仪本身常常包括一个分束器和两个镜子，一个镜子常规地是静止的，并且一个镜子常规地是可移动的。该可移动镜沿光轴移动，而保持一直光学地垂直于光束。常常希望该可移动镜的移动是反馈控制的，以便保持镜子速度恒定，这样使得穿过该干涉仪的分析辐射产生一个准确的干涉图。常规干涉仪具有一个动镜组件，该动镜组件包括一个线性滚珠轴承、空气轴承、滑动轴承或一个挠曲轴承并且常常由一个线性电动机(例如，联接至一个永磁铁上的一个线圈)驱动以提供速度控制。通过与穿过干涉仪光学器件的分析辐射束一起运作的光学辐射的一个定位单色光束，可以跟踪在一个常规系统中该可移动镜的运动和一个合速度。经配置的单色光束(例如，激光)因此还常常被部分地反射并且被部分地透射通过该干涉仪的经配置分束器，并且因为该设计，这些分裂的光束从常规定镜和常规可移动镜反射并且在该分束器处重新结合。在该分束器处重新结合的这些光束此后被指向一个检测装置，该检测装置从而可以确定该可移动镜沿其纵向平移轴的倾斜、位置和/或速度。就倾斜来说，这些重新结合的光束的组分在相位上的偏差可以用于指示该可移动镜相对于光学元件的所设计的纵轴线的垂线的一个未对准。如果这类偏差是有害的，则一个倾斜伺服控制器可以向该可移动镜的支架施加矫正力，以便重新对准镜面。就该可移动镜子的位置/速度来说，一个速度控制伺服器可以分析这些结合光束的边缘信息，以便将所测定的速度与一个所希望的速度进行比较、并且产生一个另外的校正力从而按一种受控的线性方式移动该镜子。利用该动镜的动态控制的这样一种干涉仪的背景信息在1999年3月16日约翰.Μ.科芬(John M.Coffin)发布的题为“具有动态动镜对准的红外分光计的干涉仪(“INTERFEROMETER OF AN INFRARED SPECTROMETER WITH DYNAMIC MOVING MIRRORALIGNMENT”)”的美国专利号5，883，712中被描述并且提出权利要求，该专利包含以下内容“根据本发明，一个用于红外分光计的干涉仪提供该动镜的动态对准以便维持该动镜和该定镜之间的精确对准。该动镜的以这种方式的对准使该干涉仪的稳定性最大化同时实现高水平的输出精度，不管由于该动镜在它的轴承上的运动引起的振动以及由外部光源传输到该干涉仪的振动。该动镜的安装的动态性质允许该镜的位置被高度准确地控制，甚至在存在相对高频率振动的时候。但是，该干涉仪的结构以及用于维持该动镜的对准的这些探测器和控制器的结构在构造是简单的，并且对于该干涉仪只增加了相对很少的额外体积和重里。然而，虽然目前动态校正措施(如但不限于在美国专利号5，883，712中上述的那些)是有益的，但性能经常是受限于这些经配置的控制回路中的所有延迟，这些延迟的结果是退化的响应时间。此外，用于常规系统中以便使可移动镜子移动的滚动轴承和滑动轴承会随着非平滑的零件滑动或滚动彼此而增添速度误差噪音。另外，与如本发明所描述的多个零件移动相比，因为这些光学元件中仅有一个是可移动的，所以响应时间固有地是更长并且控制误差有所增加，从而导致由该分析仪器产生的光谱数据的误差增加。因此，本发明通过，除了其他方面之外，并入在此呈现的新颖移动分束器和动镜设计而解决了对被利用在科学性光学干涉仪(如，傅里叶变换红外(FTIR)干涉仪)中时的一种改进的动态速度控制系统的需要。
发明概述本发明提供了一种新颖的动态速度受控的干涉仪，该干涉仪包括:一个第一平面反射器，该第一平面反射器被配置成对应地沿一个第一光程长度接收并返回一个源的一个第一分束；一个第二平面反射器，该第二平面反射器被配置成沿一个第二光程长度对应地接收并返回该源的一个第二分束；一个移动分束器，该移动分束器用于接收来自该光源的一束辐射以便提供该第一和该第二分束；其中该移动分束器被进一步适配成在朝向和远离经配置的第一和第二平面反射器但与这些反射器成一个预定角度的一个方向上线性地移动；移动装置，该移动装置被联接到该移动分束器上以便对该移动分束器提供线性和倾斜控制；以及一个控制装置，该控制系统用于对该移动装置提供一个受控反馈以便用一个所希望的稳定速度对该移动分束器的位置提供调整，其中该移动分束器的所调整的位置进一步能够实现该第一光程长度与该第二光程长度之间的光程长度差，这些光程长度差组合起来在该干涉仪的一个经配置出口处提供了输入源光束辐射的一个询问干涉图。本发明的另一个方面提供了一种动态长冲程速度受控的干涉仪，该干涉仪包括:一个移动第一平面反射器，该移动第一平面反射器被配置成沿一个第一光程长度对应地接收并返回一个光源的一个第一分束，其中该移动第一平面反射器被联接到一个移动轴承组件上，该移动轴承组件被配置成将该第一平面反射器的前表面沿着该移动轴承组件的一个纵轴基本上垂直而定位；一个第二平面反射器，该第二平面反射器被配置成沿一个第二光程长度对应地接收并返回该光源的一个第二分束；一个移动分束器，该移动分束器用于接收来自该光源的一束辐射以便提供该第一和第二分束；其中该移动分束器被进一步适配成在朝向和远离经配置的第一和第二平面反射器但与这些反射器成一个预定角度的一个方向上线性地移动；移动装置，该移动装置被联接到该移动分束器上以便对该移动分束器提供线性和倾斜控制；以及一个控制装置，该控制装置用于对该移动分束器的移动装置和该移动第一平面反射器提供一个受控反馈以便用一个所希望的稳定速度对该移动分束器和该移动第一平面反射器的线性位置提供调整，其中该移动分束器和该移动第一平面反射器的的所调整的位置进一步能够实现该第一光程长度与该第二光程长度之间的光程长度差，这些光程长度差组合起来在该干涉仪的一个经配置出口处提供了输入源光束辐射的一个询问干涉图。相应地，在此披露的这些新颖方法提供了一种改进的速度受控的仪器，该速度受控的仪器能实现响应时间更快、速度误差更低、紧凑轻质并且成本有效的配置，尽管如此这些配置产生由常规干涉仪系统提供的任何行程和光谱分辨率。应当理解的是，用于本发明的移动分束器实施例的控制系统和新颖配置不要求新的软件或显著的硬件变化。在此披露的这些系统仅仅取决于由挠曲弹簧定心力提供的简单机械控制，以便允许常规速度伺服器同时对该分束器和/或一个或多个动镜安排的速度和位置进行控制。
附图简要说明
图1A示出一种有利的分束器I/补偿板2配置的一个侧视透视图。图1B示出图1A的分束器部分的一个前视图。图1C示出可以用于提供本发明的分束器配置的所希望的速度和/或倾斜移动的一个示例电阻器矩阵和联接的运算放大器电路。图1D示出本发明的一个基本的移动分束器干涉仪配置以便帮助讨论光学速度倍
士豳
>曰ο图2图解了一个仅有移动分束器的系统。图3不出本发明的一个不例长冲程系统。图4示出本发明的一个示例全挠曲双动镜干涉仪。
详细说明在本发明的说明中，除非含蓄或明确地理解或另外陈述，否则应当理解以单数出现的一个词语涵盖了它的相对应的复数，并且以复数出现的一个词语涵盖它的相对应的单数。此外，除非含蓄或明确地理解或另外陈述，否则应当理解在此描述的任何给定的部件或实施例、这种部件所列出的任何可能的候选或替代物可以总体上被单独使用或者彼此组合使用。此外，应当理解如在此示出的附图不必要是按照比例绘制的，其中这些元件中的一些可能仅仅是为了本发明的清晰而绘制出。同样，参考数字在各附图中可能重复，以示出多个对应的或类似的元件。另外，除非含蓄或明确地理解或另外陈述，否则应当理解此类候选或替代物的任何列表仅仅是说明性的，并不是限制的。另外，除非另外指明，否则在本说明书和权利要求中使用的表达成分、组分、反应条件等等的数量的数字应被理解为是由术语“大约”修改的。因此，除非相反地指明，否则在本发明书和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值，可取决于试图通过在此呈现的主题获得的所希望的特性而改变。至少，并且不是试图对本申请的原则或对等物及对权利要求的范围进行限制，应当至少根据报告的有效位数的数字及运用寻常的舍入技术解释每个数值参数。尽管阐述在此呈现的主题的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是在具体实例中阐述的数值是尽可能精确地报告的。然而，任何数值固有地包含了由它们对应的检验测量中发现的标准偏差引起的必然误差。
大体说明为了从一种干涉仪(例如，扫描迈克尔逊FTIR干涉仪)中产生高质量干涉图数据，一个给定的伺服控制系统被希望地配置成用稳定的速度来移动这些扫描零件，如与本发明的披露的新颖移动分束器相组合的一个或两个平面镜。即使小的速度变化也可以影响数据收集，从而在所收集的光谱中导致噪音、尖峰脉冲以及结果不可重复。这些速度误差本身可以通过随着这些移动零件沿着任何支撑性轴承表面行进的摩擦变化而引起，因为所有实际表面均具有瑕疵。这样一个速度控制伺服器还被希望地配置成对于外部振动(如但不限于，人移动、大声交谈以及产生噪音的设备)进行校正。
本发明通过提供一种动态速度控制伺服系统解决了此类有问题的速度变化，当希望最佳性能时，该动态速度控制伺服系统保持这些速度误差降至小于约0.5%、并且更经常降至小于约0.2%。具体地说，本发明有利地提供了一种光学系统，该光学系统可以移动干涉仪内的一个或两个镜子和/或一个低质量分束器组件以便减少响应时间，这有利地帮助了如在此所披露的速度控制系统。例如，通过对常规动镜和如在此所披露的新颖分束器的速度进行控制，可以在更少的时间内作出一个给定的速度校正，因为每个零件仅需要作出一个较小的速度校正并且所施加的多个校正有利地是相加的。作为本发明的新颖性的部分，本发明的分束器是被联接到一个低质量弹性挠曲支座(例如，柔软的膜片)上，该挠曲支座使得一个经配置的控制伺服系统能够按一种线性的方式移动这个分束器元件，以便产生类似于在常规干涉仪中利用的动镜安排的光学调制。作为本发明的这一种或多种分束器配置的结果，速度误差被减小是因为:1)如在此要描述的，该分束器组件的低质量结构以及由该分束器的移动而提供的光学速度倍增进一步减少了响应时间；2)在运作中这些挠曲轴承是平滑的并且比常规轴承(例如，滚动或滑动轴承)增添更少的速度误差；以及3)在一个或多个镜子和该分束器是速度受控的有利安排中，响应时间比如果仅一个镜子是速度受控的情况更快并且这些控制系统误差更少。
具体说明如上所述，有可能移动在此描述的干涉仪的两个镜子之一和/或分束器。对这个仪器内的此类预定元件的速度进行控制可以提供在更少时间内作出的一个给定的速度校正，因为每个元件均需要由这些校正是相加的益处而帮助得到的一个合成的更小速度校正。转到这些附图上，图1A示出一种有利的分束器I/补偿板2配置的一个侧视图，该配置被利用在有待在此讨论的各披露的系统实施例中。就图1A来说，示出了本发明的新颖的分束器I/补偿板2，其中每个光学部件具有对应的联接的弹性挠曲I’、2’，这两个弹性挠曲被附接到一个支架34构件上。还示出分束器I部件被联接到磁性移动装置5b和5d(参考符号5b’和5d’是指关于图1C在以下所讨论的驱动线圈)上，以便能实现分束器I部分的精确单独移动。图1B示出图1A的分束器I部分的一个前视图以便给予读者分束器I的联接配置的一个不同视图，其中该分束器I具有弹性材料I’(例如，膜片挠曲)在它的周围以及速度驱动和倾斜装置(例如，由参考符号5a、5b、5c以及5d所指代的这些联接的磁铁)。科芬等人的名称为“双输入干涉仪动态分束器倾斜控制系统和挠曲安装(DUAL INPUTINTERFEROMETER DYNAMIC BEAMSPLITTER TILT CONTROL SYSTEM AND FLEXURE MOUNTING)”的共同待决、共同提交的美国申请序列号12/944，428中披露关于其一个移动分束器的膜片挠曲和动态倾斜控制的结构及运作方法的细节，该申请的披露内容通过引用以其整体结合在此。因此，如在图1B中所示，并且如在上述共同代决的申请中所详细描述，在通过一个中心开口 I”来接合分束器I之后将该分束器I联接(例如，经由粘合剂联接)到围绕它的周边的弹性挠曲材料I’上使得以下成为可能，即:当通过对磁性移动装置5a、5b、5c以及5d施加的磁力来诱导时，按一种线性的方式移动分束器I。当希望时，单独移动该分束器可以提供基本上类似于在常规干涉仪仪器中利用的调制效应的光学调制。
这个移动分束器I的速度可以通过使用相同的一个或多个移动装置(例如，预定的设定大小的磁铁5a、5b、5c以及5d)和多个线圈(例如，如在图1C中所示的5a’、5b’、5c’以及5d’)来控制，这些线圈还被用来控制光学元件的倾斜。可以通过本领域普通技术人员已知的任何手段(例如像，一种环氧树脂样的粘合剂)将这些磁铁5a、5b、5c以及5d联接到分束器I上。为了对分束器I提供倾斜，使将磁场联接到相对应的一个或多个磁铁(例如，5a、5b,5c以及5d)上的一个或多个线圈(如在图1C中所示的5a’、5b’、5c’以及5d’)独立地由预定信号来驱动，以便当要求时对这一个或多个磁铁5a、5b、5c以及5d中的任一个提供诱导的不匹配的磁力。另一方面，分束器I的速度是通过驱动被联接到如在图1B中所示的磁铁5a、5b、5c以及5d上的相同线圈(例如，如在图1C中所示的5a’、5b’、5c’以及5d’)来提供，所有线圈同时具有基本上相同的速度控制信号。在此运作中，基本上匹配的联接的磁铁5a、5b、5c以及5d接收了可以按一种线性的方式移动这个联接的分束器I的诱导磁力。具体地说，通过一个经配置的速度控制单元(未示出)来监测反馈光学信号(稍后描述)以便提供适当的低功率级信号，这些低功率级信号通过如在图1C中所示的伺服电路而增加或放大以便诱导实际上引起分束器I移动的磁场。应当理解由于这种分束器配置(S卩，被联接到图1A和图1B中所示的示例挠曲上)的设计，该组件的总体质量得以减小。结果是需要低的力来移动分束器，并且此方面允许使用小的磁铁(例如，每个磁铁约10克)和小的线卷(例如，小的扁平线圈)。相应地，关于图1C而在以下所详细讨论的线圈可以是足够小以致被配置成在一个电路板(未示出)上的螺旋布线，从而消除要求制造并且然后安装的单独线圈的成本和空间。应当指出，如果被配置为螺旋线圈，此类线圈不需要使得联接的磁铁(例如，在图1A所示的5b和5d)被插入至Ij一个电路板中，该电路板是被附接到例如5b’和5d’的线圈上的。相反，这些磁铁(例如，5b和5d)可以被放置在例如远离该电路板(未示出)约5毫米的距离处，以便能实现如在图1A中所示的分束器I和多个联接的磁铁(例如，5b和5d)的有利的+/-5毫米移动。作为另一个有利的方面，如在图1A中所总体示出，这些磁铁5b、5d与合成线圈5b’和5d’之间的空间允许整 个分束器组件(包括补偿板)可由使用者经由例如电动机驱动控制而手动或自动互换。这样一个实施例允许使用者选择针对不同的光波长而被最优化的不同的可互换的分束器。此外，此特征允许干涉仪的组装和维修更简单。因此，图1C示出一种有利的示例电阻器(被指代为R1)和联接的运算放大器(被指代为Amp，具有相对应的电阻器R)电路，这些可以被用来为分束器I提供所希望的速度和/或倾斜移动。在此示例配置中，仅需要四个线圈5a’、5b’、5c’以及5d’(如在图1C中所示)和四个相对应的磁铁5a、5b、5c以及5d。虽然与图1A的配置相组合的图1C的过分简单化的设计是有利的，但应当理解这个示意性说明旨在仅仅示例可能的许多其他设计之一。尽管如此，如上所述，基本上等同地对所有配置的线圈(例如，图1C的线圈5a’、5b’、5c’以及5d’ )施加速度控制信号。使用此安排，对顶部线圈5b’施加+Y信号，并且对底部线圈5d’施加-Y信号。相对应地，对左侧线圈5a’施加+X信号，并且对右侧线圈5c’施加-X信号。作为针对图1C的另一个安排，可以增添一个电容器(^( S卩，高通滤波器)来限制分束器I相对于一个特定动镜的行进。确切地说，如在图1C中所示，增添与速度控制信号串联的C1确保了该速度控制信号的DC部分不能到达移动分束器I。因此，这个电容器随着它的电容减小表现得像一个更硬的挠曲。所增添的电容器可以被配置成将分束器I的移动限制在更短的距离，以便允许使用具有更多摩擦的动镜轴承、并且允许在此所详细讨论的一个配置的动镜当希望时也被安装在挠曲上而不会引起分束器I的移动变得过度。相应地，当被整合进在此披露的实施例中时，与本发明的分束器I的设计相组合的图1C的电路可以在高达约+/-5毫米处并且用如由一个配置的控制器(未示出)引导的所希望的速度来提供一个总线性行进。由于此有利的行进限制，分束器I可以被安装于基本接近本发明的一个安排的补偿板2、并且随着它朝向和远离光学元件移动而仍然不能达到与该补偿板2相接触。具体地说，由于补偿板2是透明的并且未像分束器I被涂覆的事实，该补偿板2的平整度、倾斜以及位置与分束器I比更不关键。因此，就这种设计来说，补偿板2的小于1_的小移动不会具有有害的影响。因此，当需要时补偿板2还可以被安装在一个弹性挠曲型支座2’ (如在图1A中所示)中，以便保护该补偿板2不受应力的影响，其中具有不要求对补偿板2速度进行主动控制的益处。作为另一种安排，该补偿板还可以被安装为毗邻并且面向分束器I的被涂覆的侧面，以便为分束器、分束器安装、以及位置移动装置留下另外的空间。
光学速度倍增在转至本发明的不同系统实施例之前，要对减少反应时间的光学速度倍增的概念进行阐明，以便理解在此所讨论的这些配置的益处。为帮助讨论，将读者引导至图1D的总体干涉仪示意图。参照本发明的干涉仪安排，图1D总体上示出:源辐射正在由一组光学元件(例如，分束器1、补偿板2以及反射器(镜子9和10))接收，以便提供一个已调制出射光束。总体上，在移动分束器I在朝向图1D中所示的经配置镜子10但是却与该经配置镜子成一个角度(即，分束器I的法线与一个经配置镜子(例如，10)的法线之间的一个角度))的一个方向上线性地移动时，随着到另一个镜子(即，镜子9)的光程长度(指示为OPL9)被延长，分束器I与镜子10之间的光程长度(指示为OPLltl)同时被缩短。作为结果，这些光程长度变化以未在常规动镜系统中发现的方式有益地增加，即，光学地倍增。然而，应当理解，因为分束器I不会与镜子9和10 二者成一个角度地移动，以使得不是所有移动都直接朝向镜子10，所以所希望的光学倍增被稍许减少。尽管如此，本发明经由图1D中所示的这些元件处于以下角度的安排而利用这个作用，这些角度具有的范围是从约15度至约55度，而一个优选角度是约30度，这些角度是根据到达和离开这些镜子9、10的定向光相对于分束器I的法线所形成的一个角度所测量的。作为一个有益的非限制性实例，当分束器I与光束角度是约30度时，该光学速度倍增的总作用是使分束器速度与一个常规的仅有动镜的干涉仪相比减小约1.7倍。相对应地，这样的光学倍增导致在此所提供的这些仪器与常规系统相比所需要的总行程上的约一个1.7倍的减少，并且此外，还存在一个倾斜校正益处，该益处在于由于该光学倍增，存在所需要的小约2倍的物理倾斜。与挠曲安装的分束器的低重量结合的这些更小的物理移动导致对于该控制系统的更少的反应时间。从这个讨论取得的要点在于在无论任何令人希望地被选择的有角安排中，因为校正一个给定速度误差所需要的这些所产生的变化是更小的并且进行速度上的这个更小的校正的时间(即，反应时间)相对应地更少(除了所需要的更低的物理倾斜之外)，所以在整体速度伺服器性能上存在一个有益的改进。确切地说，所得更低速度误差导致来自该分析仪器的更稳定并且更少噪声的频谱。
仅有移动分束器的系统一般地，如果由镜子和分束器移动而引起的光程差是lcm，那么认为光谱本身是在IcnT1的分辨率下收集的。在一个常规的干涉仪中，使得在常规干涉仪中镜子移动0.5cm的进入和来自动镜的光行程给出IcnT1的分辨率。对于相同的分辨率而言，移动分束器仅需要移动0.3cm。然而，小于4CHT1降至约64CHT1的光谱分辨率针对许多应用(例如，针对固体和液体样品)是足够的、并且仅要求约0.8mm的非常小的机械移动，这个数值是完全处于本发明的一个仅有移动分束器I的干涉仪系统的实际极限之内。然而，应当指出当希望扫描长度是增加的时候，可以通过本发明的替代的有利实施例来修改仅有移动分束器的系统，也如此后所讨论。图2示出总体上由参考数字200所特指的本发明的一个示例有利实施例，其中光学布局呈一个紧凑却坚固的FTIR光谱仪系统的形式，该光谱仪系统利用一个迈克尔逊干涉仪设计但是却具有仅分束器I移动配置。应当理解除此后有待讨论的其他实施例之外，虽然图2中所示的系统是以示意性的形式而说明并且包括迈克尔逊干涉仪类型的几何学，但应当理解此类干涉仪系统可以按如本领域普通技术人员已知的许多其他的有利配置而布局，并且应当理解图2以及在此示出的其他实施例的一般说明仅旨在示例此类不同的配置，而不将它限制到仅所描绘的配置。应当指出，如图2中所示的干涉仪200和具体的部件连同在此所披露的其他实施例能够经由一个计算机或处理器30而运作，该计算机或处理器可以是一个专用数字计算机或数字信号处理器，如本领域普通技术人员已知的。仪器200与计算机30之间的联接器32通过用于执行多个运作的任何I/O装置进行。该联接器32常常包括一个USB端口，尽管应用软件可以通过如本领域普通技术人员所理解的任何已知联接器装置与仪器200进行对接。除了任何其他必要的电子操纵之外，这样的联接器装置经由本发明的嵌入式软件提供程序化的控制指令和 运算数据(反馈)。计算机30还常常电子地联接至一个或多个其他输出装置(如显示屏幕、打印机等)和/或一个或多个其他输入装置(如键盘、互联网连接
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寸/ ο本领域普通技术人员已知的是:如图2中所示的一个计算机或处理器30可以编排对一个扫描干涉仪系统的一个或多个移动零件的控制，该一个或多个移动零件如图2中所示的新型分束器I/补偿板2的分束器I部分，连同如在常规仪器中所利用的任何其他平移光学元件(例如，反射器)。这样一个控制装置使得这些能够移动的部件启动、改变方向并且以一个所希望的速度移动。实际上，这样一个计算机/处理器30可以实时地确定并且因此提供增益和信号，这样使得一个经配置电路可以施加必要的驱动电流以诱导所希望的移动力。启动预定的测量、数据的分析等的多个指令还常常地主要由图2中所示的计算机30执行。然而，可以在存储在一个机器可读媒体(例如，计算机可读媒体)上的多个指令下执行多个运作。根据本发明的多个方面，一种计算机可读媒体是指本领域普通技术人员已知的并且理解的媒体，这些媒体具有以机器/计算机可以读取(即，扫描/感测)的、并且该机器/计算机的硬件和/或软件可以解释的形式提供的已编码信息。
特别地，该计算机可读媒体常�？梢园ū镜鼗蛟冻檀娲⑵鞔娲⒆爸茫绲幌抻诒镜赜才糖�、软盘、CD-ROM或DVD、RAM、R0M、USB存储器装置、以及甚至本领域普通技术人员已知的并且理解的任何远程存储器存储装置。还可以在分布式计算环境中实践本发明，其中相关联的任务由通过一个通信网络(例如，无线)而链接的远程处理装置执行。返回至图2，在被一个离轴反射器8与一个加热的红外光源7结合而激活时，干涉仪200提供造成定向的准直红外光(如同样由小的虚线标记显示的，指示为A’ )的一个光束(由字母A和小的虚线标记指示)，该加热的红外光源是选自任何定制的或常规已知的在现场利用的光源，如但不限于被加热以发射一个连续波段的光学辐射的电线、金属或陶瓷元件。通过干涉仪200的运作，已调制红外光11经由一个输出孔口 22离开(如由大的方向箭头所指示)。被构建为迈克尔逊类型的干涉仪的图2的干涉仪200包括一对定镜9和10以及本发明的一种新颖的移动分束器I和补偿板2配置，如关于图1A、1B以及ID而在以上所讨论。为了提供有待由在图2中所示的系统产生的准确频率信息，本发明的移动分束器I的运动方向、速度、以及位置要求经由一个协作的速度和位置控制系统(未示出)来进行精确控制。作为一种安排，除了倾斜之外，该移动分束器I的平移位置和相关速度因此可以通过合并一个单色发射源19 (例如，激光)而被检测到，该单色发射源提供被配置成不仅确定该分束器I的而且在希望时还确定如关于图3和图4的示例实施例所示和所讨论的系统中的任何其他移动光学部件的位置和速度的一个输出光束(如由字母B和更大的虚线标记所指示)。在运作中，光束B被引导穿过一个经配置分束器21并且此后通过一个镜子12进一步被引导至分束器I的正面。在被分束器I的该正面接收时，离开分束器I的一个被反射部分(指示为B’)此后被定镜10接收，该定镜被安排成向后朝向分束器I/补偿板2后向反射光束B’。如由B”所指示，光束B的一部分还被透射通过分束器I/补偿板2，并且被引导至定镜9，其中该部分也被后向反射至分束器I/补偿板2。穿过分束器I/补偿板2并且此后由镜子9反射的光束的部分B”与指向并且反射离开定镜10的光束的部分B’的重新结合提供一个输出光束(指示为B”’)，该输出光束现在具有含有所希望的光学位置和速度信息的一个干涉图。因此，监测光束B”’使得通过对该光束B”’在被反射器13引导至一个询问检测器14(常常是一个四象限检测器)时的幅值中的波峰和波谷进行计数，能够精确地确定移动分束器I的一个所希望的面的速度和位置以及倾斜。作为一个示例实施例，当被配置为一个四象限检测器14时，这些象限之一可以被配置成提供代表了分束器I的位置和速度的一个正弦波信号，该信号联接至速度控制测量电子器件(未示出)用于处理。为提供倾斜信息，这些组合的象限可以被间隔开，这样使得通过在被这些不同的象限检测时干涉条纹的相位的差异，可以确定该系统的任何移动零件的一条垂线相对一个给定纵轴的偏差。此种与如在图2中所示的一个示例控制器30协作的倾斜和速度控制测量电子器件(未示出)按一种编排的方式提供了在图1C中所示的一个或多个信号(例如，速度控制信号)，以便以倾斜并且以所希望的速度来移动分束器I和/或将其移动到所希望的位置。例如，如上所述，一个合成速度控制信号(如在图1C中所示)可以被基本上相等地施加到所有配置的线圈(例如，线圈5a’、5b’、5c’以及5d’ )上用于所希望的移动和/或速度，其中一个+Y信号被施加到顶部线圈5b’上并且一个-Y信号被施加到底部线圈5d’上，并且其中一个+X信号被施加到左侧线圈5a’上并且一个-X信号被施加到右侧线圈5c’上。应当指出，如图2中所示，由于提供所希望的分束器I的移动，移动分束器I干涉仪200安排具有在常规干涉仪系统中所未发现的多个特定的方面。例如，应当指出，当分束器I在一个扫描过程中线性地移动时，除了为动镜I的速度和位置而被监测的光束(即，光束B”’)之外，出射的已调制红外光束11 二者都横向地平移，即分束器I的线性平移的距离导致该出射光束11和光束B”’侧向地移位一个物理距离，该物理距离与分束器I所移动的距离的约一半一样远。然而，如上所指出，本发明的移动分束器I可以但不一定被设计成，如整合于在此所披露的这些实施例中的，具有长达约10毫米(S卩，+/-5毫米)的一个总线性行程。因此，通过将该分束器驱动至所希望的扫描长度，可以使光束11的平移移动最小化，以便提供可接受的出射光束11横向移动。例如，分束器I的一个示例总扫描长度可以被配置在约2毫米，以便提供小于约I毫米的光束11的一个平移移动。作为宽波段红外光的已调制出射光束11的一个替代设计，光束11的在约20毫米至约50毫米之间的更大的直径在直径上是足够大的，这样使得通过经由出口位置处的固定输出孔口 22限制该出射光束11的大�。梢韵陨咸致鄣氖道�(即由于分束器I的一个最大2mm平移的实例I毫米横向移动)中的有害移动作用，如图2中所示。限制孔口(如被配置在离开干涉仪的光束中的常规镜子或透镜系统)通过适当的设计还可以成为固定输出孔口 22。这类固定孔口安排中的任一个允许在此所披露的这些光谱仪安排(如图2中所示的系统)中的剩余安排保持未被改变。应当指出，虽然已调制出射光束11在尺寸上可以被定制以便使得不会受到分束器I的移动的影响，但是在移动该分束器I时也造成一个合成的测量运动的单色光源19的正常更小直径可能另外地是有问题的，因为所监测的光束B”’可以使所希望的检测器14的象限减退。克服这个潜在问题的一个示例安排是将由光源19所提供的光束B在直径上扩张至约3毫米或更大(例如，在使该分束器在总行程上移动达约2毫米时)，以便覆盖一个所要求的检测器14的区域。一个替代示例设计是使用被引导回到单色光源19的返回激光光束。这样一个光束所具有的光学速度和位置信息与出射光束B”’相同，而益处是即使是在分束器I移动时，该光束不会侧向平移。这个返回光束可以在上游被分束器21接收，该分束器被设计成将被接收光束的一部分(在图2中指示为B””)引导至常常、但不一定安装在单色光源19附近的一个第二检测器20 (例如，另一个四象限检测器)。
长冲程系统(动镜/移动分束器)如果需要4.0cnT1至约0.05CHT1或更大的分辨率(例如,用于气体分析),本发明可以被配置成移动一个或两个镜子而同时使用本发明的移动分束器I用于倾斜和短期速度控制。以此方式，本发明的轻质分束器可以提供质量低、控制快速以及防止装运冲击的多个益处，而同时能够在类似于常规干涉仪的任何扫描长度下收集数据。图3图解了现在由参考数字300总体上特指的这样一个示例实施例，其中该光学布局是在现在示出的呈长冲程FTIR迈克尔逊干涉仪的形式中。一种类似的仅有动镜的安排被描述并被要求在约翰.Μ.科芬的于1999年3月16日发布的名称为“具有动态动镜对准的红外光谱仪的干涉仪(INTERFEROMETER OF AN INFRARED SPECTROMETER WITH DYNAMICMOVING MIRROR ALIGNMENT) ”的美国专利号5，883，712中，该专利的披露内容通过弓I用以其
整体结合于此。类似于如针对图2所讨论的仅有移动分束器的系统，图3图解了具有所有上述部件(如由同样的参考数字指代)的一种系统，该系统具有的附加益处是图2先前的定镜9现在被一个动镜9’组件27(例如，镜子9’、支架框架23以及由一个电动机(例如像包括一个线圈25和一个永磁铁26的一个线性电动机)驱动的轴承装置24)替代。用于移动的轴承装置24可以包括任何常规的线性轴承系统，该线性轴承系统被配置成带着限制沿着一条所希望的纵轴平移(在框架23上由双向箭头所示的移动)，该限制是必须不能倾斜或偏荡多于约50弧秒(为了防止出射光束相对于任一样品或光检测器而移动)。为了提供本发明的镜子组件27的移动的示例轴承装置24(如在图3中所示)可以包括线性滚珠轴承、空气轴承、滑动轴承、和/或挠曲轴承。如在图3中所示的这样一个复合的系统300允许动镜9’系统(即长冲程系统)更重而不损害总体系统的性能。具体地说，如在图3中所示的配置(即，具有一个动镜9’和一个移动分束器I两者的系统)允许收集非常高的扫描长度(仅受限于轴承和电动机的大小)，而不损失关于图2所示并在以上所讨论的仅有移动分束器I干涉仪系统的这些益处。虽然图3中所示的系统300的速度控制可以单独地通过动镜组件27用移动分束器I所提供的倾斜控制和/或通过对动镜9’的正面的倾斜进行控制来在此提供，但应当理解当使用以下一种系统将控制联接时，这样一个速度控制安排并不如此有利，即:该系统并入了类似于关于图2而在以上讨论的系统的一个动镜9’和一个移动分束器I两者的配置。具体地说，本发明的一个有利的实施例是一种配置，其中对上述的光学监测的移动零件(即，镜子9’和分束器I)两者施加速度控制信号。通过对两种移动零件进行速度控制，可以减少关于速度误差信号的响应时间以便有利地减少伺服器速度误差，该响应时间快于如果这些零件中仅有一个是速度受控的情况。反应时间上的减少允许在预定的扫描过程中行进的速度和方向的改变在小于常规移动反射器(镜子)系统的多个时帧(例如，少于约10毫秒)内被完成。当需要许多短的扫描来观察迅速变化的样品时，这样的减少是有价值的。因此，一个单一常规速度控制伺服器可以被配置成使用以上所讨论的弹性挠曲的自然定心力来控制移动分束器I和一个动镜9’二者，以便允许该分束器I造成小的受控冲程，而具有一个非挠曲轴承的动镜9’造成长的受控冲程。在这个安排中，本发明的控制系统具有图2的移动分束器的快速反应时间和一个线性轴承动镜9’的长冲程，其结果是改进在此所描绘的总体主动速度控制设计，以便实现提供高分辨率的类似于常规长冲程系统、但是却是这些常规长冲程系统的一个改进的一个系统。作为另一个有益的安排，如以上参照图1C类似地讨论，速度控制伺服器信号在其被用于驱动该移动分束器I之前可以被发送穿过一个高通滤波器(即，一个电容器)，而该动镜9’通过一个经配置常规速度控制信号来控制。这样一个配置使得该移动分束器I能够快速地改变速度以改进速度控制并且同时限制该移动分束器I冲程，即使动镜9’被安装在一个挠曲或高摩擦线性轴承上。作为一个增加的安排，该高通滤波器可以通过改变该电容器大小而被改变，以便控制与动镜冲程长度相比的该移动分束器I冲程长度。
运作的示例方法与相对于镜子9’的移动量相比，可以通过允许一个配置的膜片结构(例如，如在图1B中所示的弹性挠曲材料Γ)的固有弹簧定心力控制分束器I的移动量，来完成使用例如一个标准的速度控制伺服器(未示出)同时对移动分束器I的速度和动镜组件27的速度进行控制。作为这种配置的部分，将一个倾斜控制系统(未示出)与如在图3中所示的系统300相整合，并且如上所讨论将监测激光信号(例如，B)扩大。运作上，分束器I最初静止在一个中心位置(即，具有为零的挠曲力)和零速度处。可以将动镜9’驱动到处于一个经配置的机械终点止动装置(未示出)处的一个启动位置。速度伺服器是处于产生零电压和为零力的时刻。在速度伺服器(未不出)开启的时刻，它产生了一个力来增加分束器I的速度并且在移动镜9’上产生一个力，这提供了此类光学元件的相反移动。在小于约3毫秒的时间帧内，分束器I与镜子9’之间的速度增加到一个所希望的速度(例如，约0.5毫米/秒)。在这个时间过程中，分束器I和镜子9’移动的距离是极小的，这样使得挠曲(如在图1A中所示的I’ )仍接近静止位置，从而在移动分束器I上产生非常小的弹簧力。应当指出，虽然挠曲弹簧力和轴承力均是低的，但这些移动零件的速度变化是驱动力除以移动的质量。因此，因为分束器I被设计成具有更低的质量(例如，比组件27的质量低3X)，它可以倾向于在快于镜子组件27的速度下行进(在此实例中，快三倍，假设这些磁力是基本上相同的)。对于最初的几毫秒，低速度误差引起低驱动力并且分束器I和动镜9’继续在由它们质量所限定的速度比下(例如，在约三比一的速度比下)移动。在小于约60毫秒的短时间帧内，分束器I和动镜9’移动一定距离以使得膜片挠曲I’ (如在图1A和图1B中所示)随着它从行进起始位置的零力 中心挠曲远离而现在正施加一个不断增加的阻滞力。此阻滞力引起分束器I速度减�。浣峁鹨桓龈ǖ乃俣人欧靼葱枰黾忧σ员阄中Ｕ俣�。应当理解的是，因为动镜轴承阻滞力在所有的动镜9’位置上是相同的低数值，在此运作点上的驱动力增加使动镜9’加速而同时引起分束器I减速。在此后的一些时间里(例如，在约120毫秒之后)，分束器I移动达到停止，但是然后随着动镜9’加快速度而缓慢开始移动回到它的最初静止位置。因此，当因为动镜9’完成全冲程长度而速度在扫描冲程的末端的转向处变化时，分束器I移动主要是最多的，因为分束器I行进受限于在它周边周围的联接的膜片I’挠曲的弹簧力。应当指出，无论动镜9’的冲程长度如何，分束器I移动的总长度可以被配置成小于I毫米。在所有时间里，速度伺服器(未示出)可以有利地非�？斓乜刂扑俣龋蛭质鱅和动镜9’可以响应速度校正信号的迅速变化。应当指出，当希望减少成本时，如在图3中所示的长冲程系统300可以被配置有一个滚动或滑动轴承24。尽管由此类装置引起的此种滚动或滑动活动增添了误差噪音(即，如本领域普通技术人员已知的跳动)，但使用本发明的一个移动分束器I而得到的更小的响应时间抵消了由速度误差减小的有利事实而产生的此种合成轴承噪音。
如果图3的系统300被配置成在一个低分辨率模式下运作(因此用短冲程运作)，如针对图2的仅有移动分束器系统而在以上所讨论，可以通过使用本领域所已知的机械的、磁性的和/或电性制动的装置将动镜9’安排成容纳在一个固定的位置中而去除该轴承噪音。确切地说，当被配置成用短冲程运作来提供约4cm—1或更小的所希望的低光谱分辨率测量时，系统300可以被配置有一个制动装置，以便通过使用在图1A和图1B中所示的不动分束器I弹性挠曲I’作为用于低分辨率数据收集的唯一移动零件来提高低分辨率的稳定性(4cm—1)。结果是有利地消除了由轴承摩擦和粗糙引起的速度误差。
移云力双镜干涉仪图4示出具有低成本、坚固的、高性能、全挠曲干涉仪的一个过分简单化的示例安排，该干涉仪通常由参考数字400特指。因此,这样一个系统400 (还被构建为迈克尔逊类型的干涉仪)现在包括一对动镜，这些动镜被配置成有利地与如上所讨论的本发明的移动分束器I和补偿板2配置协作。作为这种配置的一个有利的方面，图4的移动双镜分束器组合可以通过使移动分束器和移动双镜组件的弹性挠曲(膜片)刚度与质量比基本上匹配而在任何取向中运作。因此，控制软件看出运作参数上没有大的变化并且要求没有明显的变化。作为另一个安排，本发明可以被配置有多种复杂的或定制软件以便在任何取向中运作，即使刚度与质量比是不匹配的。作为在图4中所示的配置的还另一个附加的益处，与本发明的移动分束器运作性协作的移动双镜组件再次提供了大于约IOHz的增速(pick-up)振动频率的减小，即使该移动零件的刚度与质量比是不匹配的，因为两个镜子和该分束器相对支撑装置进行移动(作为类似的或匹配的一对)的能力给予了明显从移动该支撑装置的振动中隔开。这些振动常见地由室内噪音、人移动、以及附近的机器引起，并且因此这种减小不要求主动速度控制并且因此在与主动控制系统相反的更高频率下工作，这些主动控制系统限于仅校正低频率振动诱导的速度误差。为了帮助描述图4的多个新颖方面，用于运作所要求的上述元件中的一些(例如，红外光源7、单色光源19、以及对应的光学器件和其他元件等等)是不在讨论之内，因为它们是在如上所描述的相同方式中被利用。因此，图4的系统400能够使用一个移动分束器I和一个控制系统以及类似于如上所描述的实施的其他光学方面，其中此实施例与先前描述的设计之间的差异是机械的。确定地说，转至图4，系统400示出一个整合的分束器I/补偿板2，如在图1A中所类似示出并描述，该整合的分束器I/补偿板2具有对应的联接的弹性挠曲I’、2’，这两个弹性挠曲被附接到一个支架34构件上；以及一个示例对的磁性移动装置5b和5d以便能实现分束器I部分的精确单独移动。如关于图1A和图1B而在以上所描述的，当被独立地驱动的信号所定向时，在各种配置中的此种磁性移动装置可以提供倾斜，并且还可以经由一种相同的速度控制信号提供分束器I的速度。作为移动双镜组件的部分，图4示出经由一个U型支座50而联接的一对动镜3和
4、至少一个电动机装置52 (例如，针对图2在以上所描述的包括一个线圈25和一个永磁铁26的一种线性电动机)、一个或多个平移中间结构23 (也用双箭头指代来表示来回移动)、以及另外的一对弹性挠曲3’、4’(具有针对图1B的配置的膜片结构I’而在以上所描述的类似设计和目的)，其中此类挠曲3’、4’被联接到一个共用支座40上，该共用支座经常是由一种刚性材料构建的支座以用于整个移动组件的稳定性。应当理解的是，由于镜子3和4的联接安排，此类光学元件按一种基本上线性的方式作为一个单元运作性地一起移动。通过设计(即，联接到镜子3和4上的U型支座等等)来配置双动镜组件，这样使得它基本上符合本发明的分束器I/补偿板2安排。另外的弹性挠曲3’和4’被联接到支座40上的外部末端处，以便为图4的镜子组件提供支撑。分开约50毫米至约200毫米的挠曲3’、4’的间距帮助减小镜子3和4的倾斜，该倾斜由这些弹性(膜片)3’、4’挠曲的任何不匹配引起。任何剩下的倾斜可以通过一个整合的倾斜控制系统(未示出)来校正，如以上讨论图1B中所示的分束器I’的倾斜控制中所类似描述的。有利地，包括速度伺服器的控制系统(未示出)是与用于图2和图3的实施例的系统类似的，以便容易地将此类设计与图4的设计合并或当需要时甚至合并其他的常规控制系统。然而，关于一种全挠曲系统(如在图4中所示的那样)，镜子3、4的行进仍受限于弹性挠曲3’、4’以及I’的弹簧阻滞力的比值，这些弹性挠曲对应地支撑动镜3、4以及移动分束器I。尽管存在此类限制，针对图4的配置的约0.5cm-1的有利的所希望的光谱分辨率引起高达约7毫米的可获得的冲程长度。作为一个有利的实施例，所要求的总冲程长度可以是按任何比值分裂在动镜3、4与分束器I之间。如上所述，如果移动是大于约+/_5毫米的话，分束器I行进可以是令人担忧的，因为它可以与补偿板2碰撞并且可能对这两个元件均引起损坏。因此，作为一个安排，分束器I可以被安装在一个预定的硬弹性挠曲I’上，以便阻止行进足够大令人担忧。可替代地并如关于图3的配置而在以上所讨论的，与速度控制信号串联的一个电容器可以限制针对图4的配置以及当需要时在此披露的其他实施例的分束器I行进，以便消除为一个弹性挠曲I’提供适度刚性量的担忧。作为又一个示例实施例，分束器I的冲程极限可以被限制为在小于或等于一毫米处行进，以便使如在图2和图3中所示的照明源7和19的光束横向移动最小化。作为结果，联接的镜子3、4组件经由合理设计移动剩下的6毫米。还应当指出，作为另一个示例实施例，镜子3、4可以关于所接收的光束直径而配置有过大的尺寸，以便避免当所接收的光束横向移动穿过这些镜子的反射性和基本上平整的表面时而引起光束裁剪(clipping)。因此，由于镜子3、4的移动而引起的光束横向移动是没有问题的。在图4中所示的镜子3、4组件部分的移动可以通过电动机装置52来提供。具体地说，该移动可以通过本领域普通技术人员已知的任何移动装置来提供，只要此种装置能满足本发明的多个要求而不偏离本设计的规格。就在图4中所示的实例来说，通过一个或多个驱动磁铁26来提供该装置，这个或这些驱动磁铁被联接在对应的弹性挠曲支座3’、4’的中心部分周围，其中该联接是按照与图1B中分束器I’与它的对应的弹性挠曲I’的联接安排类似的方式。这一个或多个磁铁26的相反侧面可以被设计成延伸超过对应的弹性挠曲3’、4’进入对应的线圈25，以便提供驱动力来通过一个整合的速度伺服器(未示出)引导时而使镜子3、4移动。如果并入两个磁铁26 (处于图4中所示的动镜3、4组件的每个末端)，则提供了足够的线性电动力来克服在总体动镜3、4组件上的重力，从而允许系统400以如上所讨论的任何取向运作(例如，它们的水平、垂直以及有角取向)。确切地说，通过设计分束器I质量对它的弹性挠曲I’刚度的比值以便匹配动镜3、4组件质量对它的对应的集合弹性挠曲3’、4’刚性的比值，动镜3、4和分束器I组件两者均可以移动与干涉仪倾斜相同的量。因此，在图4中所示的本发明的设计可以有利地提供一种低成本高性能、完全便携的干涉仪(例如，FTIR)系统，该系统是足够坚固的从而能够在各种运载工具中随处携带而不需要特殊保护。应当理解的是，在此关于不同的实施例而描述的特征在不脱离本发明的精神和范围下，可用任何组合相混合并匹配。尽管已详细地说明并描述了不同的所选择的实施例，应当理解它们是示例性的，并且在不脱离本发明的精神和范围下，多种替换和改变是可能的。
权利要求
1.一种动态速度受控的干涉仪，该干涉仪包括: 一个第一平面反射器，该第一平面反射器被配置成沿一个第一光程长度对应地接收并返回一个光源的一个第一分束； 一个第二平面反射器，该第二平面反射器被配置成沿着一个第二光程长度对应地接收并返回所述光源的一个第二分束； 一个移动分束器，该移动分束器用于接收来自所述光源的一束辐射以便提供所述第一和所述第二分束；其中所述移动分束器被进一步适配成在朝向和远离所述配置的第一和第二平面反射器但与这些反射器成一个预定角度的方向上线性地移动； 移动装置，该移动装置被联接到所述移动分束器上以便对所述移动分束器提供线性和倾斜控制；以及 控制装置，该控制装置用于对所述移动装置提供一个受控反馈以便用一个所希望的稳定速度对所述移动分束器的位置提供调整，其中所述移动分束器的所述经调整的位置进一步能够实现所述第一光程长度与所述第二光程长度之间的光程长度差，这些光程长度差组合起来在所述干涉仪的一个配置的出口处提供了该输入源光束辐射的一个询问干涉图。
2.如权利要求1所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述移动装置包括被安排在所述移动分束器周边周围的一个 第一弹性挠曲件，所述第一弹性挠曲件被设计成提供约+/-5毫米的线性位移、并且被进一步配置成提供由所述约+/_5毫米的线性位移而引起的一个阻滞力。
3.如权利要求2所述的动态速度受控的干涉仪，其中与所述控制装置的一个速度控制信号串联配置的一个电容器运作起来像一个更硬的挠曲件，以便与所述第一弹性挠曲件配合来将所述移动分束器行进限制在所述+/_5毫米的线性位移内。
4.如权利要求1所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述移动装置包括被联接到所述移动分束器的一个输入面上的多个永磁铁，其中所施加的反馈受控磁场同时选择性地吸引或排斥所述联接的磁铁，以便引导所述移动分束器朝向和远离所述配置的第一和第二平面反射器。
5.如权利要求4所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述多个联接的永磁铁通过所施加的反馈受控磁力来独立地驱动以便提供所述移动分束器的倾斜。
6.如权利要求1所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述分束器被联接至作为一种组件的部分的一个补偿板，所述补偿板被配置有一个第二弹性挠曲件，该第二弹性挠曲件被安排在所述补偿板的周边周围以便保护所述补偿板不受应力的影响、并且还被配置成为所述移动分束器提供约+/_5毫米的线性位移。
7.如权利要求6所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述补偿板被安装为毗邻所述分束器的一个被涂覆的侧面。
8.如权利要求1所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述移动分束器的所述预定角度是被配置成从约15度直至约55度。
9.如权利要求8所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述移动分束器的所述预定角度是被配置在约30度，以便引起所述干涉仪的一个经配置的分辨率所需要的总行进减小约1.7 倍。
10.如权利要求1所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述移动分束器提供了一种光学倍增，该光学倍增引起总行进减小约1.7倍并且一个或多个所安排的移动部件所需要的物理倾斜减少约2倍。
11.如权利要求1所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述控制装置包括一个动态速度控制伺服器系统，该动态速度控制伺服器系统被配置成提供小于约0.2%变化的所述希望的稳定速度。
12.如权利要求1所述的动态速度受控的干涉仪，其中被安排在所述干涉仪的所述出口处的一个固定的孔口被配置成:消除由于所述移动分束器的线性位移而引起的所述经调制的源束的侧向平移效应。
13.如权利要求1 所述的动态速度受控的干涉仪，其中用于提供受控反馈的所述控制装置进一步包括检测装置，该检测装置被配置成对以下各项中的至少一项的纵向位移进行监控:所述移动分束器的一个表面、所述第一平面反射器的一个表面、以及所述第二平面反射器的一个表面。
14.如权利要求13所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述检测装置包括一个监测单色电磁源，所述电磁源被配置有至少约3毫米的直径，以便使由于所述移动分束器的线性位移而引起所述电磁源的侧向平移效应最小化。
15.如权利要求13所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述检测装置进一步包括被定位在所述干涉仪的所述出口和/或入口周围的至少一个检测器，以便监测所述移动分束器的倾斜、速度、以及位置，其中被定位在该入口周围的所述至少一个检测器具有与一种出射束相同的光学速度和位置信息，并且其中一种被监控的束甚至当所述移动分束器平移时也不会向侧面平移。
16.如权利要求1所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述干涉仪被配置成提供约0.05cm 1至约64cm 1的分辨率。
17.如权利要求1所述的动态速度受控的干涉仪，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为一个可移动的双反射器组件来运作。
18.如权利要求17所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述可移动的双反射器组件可以通过将所述移动分束器和所述移动双镜组件的所述膜片刚度与质量的比值配置成匹配而在任何取向上运作。
19.如权利要求17所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述干涉仪提供最高达约7毫米的总冲程长度从而实现约0.5cm 1的分辨率。
20.如权利要求17所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述移动分束器提供约I毫米的移动，并且所述可移动的双反射器组件提供约6毫米的冲程长度。
21.如权利要求17所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述可移动的双反射器组件减小了大于约IOHz的增速频率。
22.如权利要求17所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述双组件的这些反射器被联接在一个U型的支座中、并且在所述支座的外部末端处被配置有一对对应的弹性挠曲件以便为所述组件提供支撑，并且其中所述组件的移动是通过联接的一个或多个磁性电动机来提供的。
23.如权利要求22所述的动态速度受控的干涉仪，其中所述一对对应的弹性挠曲件的间距是在约50毫米与约200毫米之间。
24.如权利要求1所述的动态速度受控的干涉仪，其中与通过所述移动分束器的移动而提供的一种光学速度倍增效应相联接的所述移动分束器的经配置的质量使得能通过所述移动装置使用较低的力。
25.—种动态长冲程速度受控的干涉仪,该干涉仪包括: 一个移动第一平面反射器，该移动第一平面反射器被配置成沿一个第一光程长度对应地接收并返回一个光源的一个第一分束，其中所述移动第一平面反射器被联接到一个移动轴承组件上，该移动轴承组件被配置成将所述第一平面反射器的前表面沿着所述移动轴承组件的一个纵轴基本上垂直而定位； 一个第二平面反射器，该第二平面反射器被配置成沿着一个第二光程长度对应地接收并返回该光源的一个第二分束； 一个移动分束器，该移动分束器用于接收来自所述光源的一束辐射以便提供所述第一和所述第二分束；其中所述移动分束器被进一步适配成在朝向和远离所述配置的第一和第二平面反射器但与这些反射器成一个预定角度的方向上线性地移动； 移动装置，该移动装置被联接到所述移动分束器上以便提供所述移动分束器的线性和倾斜位置；以及 控制装置，该控制装置用于对所述移动分束器和所述移动第一平面反射器的所述移动装置提供一个受控反�。员阌靡桓鏊Ｍ奈榷ㄋ俣榷运鲆贫质骱退鲆贫谝黄矫娣瓷淦鞯南咝晕恢锰峁┑髡渲兴鲆贫质骱退鲆贫谝黄矫娣瓷淦鞯乃鼍髡奈恢媒徊侥芄皇迪炙龅谝还獬坛ざ扔胨龅诙獬坛ざ戎涞墓獬坛ざ炔睿庑┕獬坛ざ茸楹掀鹄丛谒龈缮嬉堑囊桓雠渲玫某隹诖μ峁┝烁檬淙朐垂馐涞囊桓鲅矢缮嫱�。
26.如权利要 求25所述的动态长冲程速度受控的干涉仪，其中所述控制装置包括一个动态速度控制伺服器系统，该动态速度控制伺服器系统被配置成提供小于约0.2%变化的所述希望的稳定速度。
27.如权利要求25所述的动态长冲程速度受控的干涉仪，其中所述移动轴承组件包括选自以下各项的至少一个轴承组件:线性滚珠轴承、空气轴承、滑动轴承、以及挠曲轴承。
28.如权利要求25所述的动态长冲程速度受控的干涉仪，其中所述移动轴承组件的轴承噪音可以通过使用以下各项中的至少一项将所述移动第一平面反射器安排成容纳在一个固定的位置中而去除:机械的、磁性的、以及电性制动的装置。
29.如权利要求25所述的动态长冲程速度受控的干涉仪，其中所述干涉仪的速度控制可以通过监测所述移动第一平面反射器的前表面来提供，并且倾斜控制可以通过监测所述移动分束器和/或所述移动第一平面反射器的正面相对于一个对应的预定纵轴的垂线来提供。
30.如权利要求25所述的动态长冲程速度受控的干涉仪，其中一种速度控制伺服器信号可以被发送穿过一个高通滤波器以便驱动所述移动装置，而所述移动第一平面反射器是用一种经配置的常规速度控制信号来控制的。
31.如权利要求25所述的动态长冲程速度受控的干涉仪，其中所述移动装置包括被安排在所述移动分束器周边周围的一个第一弹性挠曲件，所述第一弹性挠曲件被设计成提供小于+/_5毫米的线性位移、并且被进一步配置成提供由所述小于+/_5毫米的线性位移而引起的一个阻滞力。
32.如权利要求25所述的动态长冲程速度受控的干涉仪，其中所述移动装置包括被联接到所述移动分束器上的多个永磁铁，其中所施加的反馈受控磁场同时选择性地吸引或排斥所述联接的磁铁，以便引导所述移动分束器朝向和远离所述配置的第一和第二平面反射器。
33.如权利要求25所述的动态长冲程速度受控的干涉仪，其中所述多个联接的永磁铁通过所施加的反馈受控磁力来独立地驱动以便提供所述移动分束器的倾斜。
34.如权利要求25所述的动态长冲程速度受控的干涉仪，其中所述移动分束器的所述预定角度是被配置成约30度。
35.如权利要求25所述的动态长冲程速度受控 的干涉仪，其中所述干涉仪被配置成提供约0.05cm 1至约64cm 1的分辨率。
全文摘要
在此介绍了一种对干涉仪提供速度控制的新颖装置，其中移动部件之一包括分束器元件。使用一个移动分束器和联接的挠曲安装允许改进速度控制，因为该分束器的低质量能实现在此披露的系统比常规镜子速度受控的干涉仪仪器响应更快并具有更低的合速度误差，以便从这个分析仪器中提供更稳定和更低噪音的光谱。对该分束器的、并且当希望时对所配置的镜子中的一个或两个的速度的控制减少了在每次扫描的端点处改变速度所浪费的时间。结果是在任何给定的实验时间帧内可获得的数据收集增加。因此，本发明的此类所希望的安排允许在更高的速率下收集扫描，这有利地增加了对迅速变化的系统进行监测的能力。
文档编号G01B9/02GK103201605SQ201180054353
公开日2013年7月10日 申请日期2011年11月7日 优先权日2010年11月11日
发明者J.M.科芬 申请人:热电科学仪器有限责任公司
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