專利名稱：雙輸入干涉儀分束器傾斜控制系統(tǒng)及撓曲安裝的制作方法
雙輸入干涉儀分束器傾斜控制系統(tǒng)及撓曲安裝發(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。更具體地，本發(fā)明涉及一種雙傾斜控制系統(tǒng)，該雙傾斜控制系統(tǒng)包括如合并在一個(gè)傅里葉變換紅外線(FTIR)掃描干涉儀中的一個(gè)柔軟撓曲分束器組件。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)永磁體上的一個(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)器件的分析輻光束一起運(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)配置的分束器，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)合的光束的分量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。然而，應(yīng)當(dāng)理解，因?yàn)樵摲质鞯慕嵌瘸３１辉O(shè)計(jì)成將幫助調(diào)制源光束的經(jīng)配置鏡子的角度一分為二，所以如果這些鏡子或這些分束器中的任何一個(gè)傾斜而偏離正確角度，就可以快速地使經(jīng)調(diào)制的、由該干涉儀所生成的光信號(hào)降級(jí)。大于約50弧度秒的傾斜誤差不僅降低這些經(jīng)調(diào)制光信號(hào)的質(zhì)量，而且大于50弧度秒的傾斜誤差還引起這些經(jīng)調(diào)制光信號(hào)在幅值上減小至實(shí)際上消失的點(diǎn)，從而引起該干涉儀控制系統(tǒng)停止運(yùn)作。因此，即使該系統(tǒng)在運(yùn)送到世界各地時(shí)也必須保持被正確地調(diào)整的常規(guī)系統(tǒng)常常被配置成使用機(jī)械調(diào)整而被精確地對(duì)準(zhǔn)。這導(dǎo)致了昂貴的硬精密機(jī)械干涉儀系統(tǒng)在運(yùn)送沖擊使這些關(guān)鍵平光學(xué)表面的對(duì)準(zhǔn)偏移之后，有時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。在運(yùn)作中，許多這類常規(guī)系統(tǒng)使用主動(dòng)控制系統(tǒng)(即，動(dòng)態(tài)對(duì)準(zhǔn))，以在干涉儀掃描并且收集一個(gè)所希望的頻譜數(shù)據(jù)時(shí)控制鏡子和分束器傾斜。只有在該干涉儀是在所有典型掃描干涉儀所使用的一個(gè)基于激光的速度控制伺服器的控制下掃描時(shí)，這類系統(tǒng)才能進(jìn)行運(yùn)作。因此，要求該干涉儀的靜態(tài)對(duì)準(zhǔn)要足夠良好(小于約50弧度秒)，以便在可以利用任何一個(gè)或多個(gè)主動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)控制干涉儀掃描速率、傾斜誤差并且然后控制數(shù)據(jù)收集之前，生成可用的光學(xué)反饋信號(hào)。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量。因此，本發(fā)明著手解決對(duì)一個(gè)便宜的分束器安裝組件的需要，該便宜的分束器安裝組件同時(shí)地保持被配置在一個(gè)干涉儀儀器中的這些聯(lián)接的光學(xué)部件的光學(xué)平坦度。為在合并這類柔軟安裝配置時(shí)提供時(shí)間有效并且可靠的數(shù)據(jù)，本發(fā)明還針對(duì)一種改進(jìn)的傾斜控制系統(tǒng)，該改進(jìn)的傾斜控制系統(tǒng)包括使一個(gè)廣泛范圍的動(dòng)態(tài)傾斜控制系統(tǒng)與一個(gè)相位測(cè)量?jī)A斜控制系統(tǒng)相結(jié)合，以便維持在一個(gè)大范圍的傾斜誤差內(nèi)的分束器對(duì)準(zhǔn)，該改進(jìn)的傾斜控制系統(tǒng)作為一個(gè)系統(tǒng)與典型干涉儀儀器相比更堅(jiān)固。發(fā)明概沭本發(fā)明提供一種新型干涉儀系統(tǒng)，該新型干涉儀系統(tǒng)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)地接收并且返回一個(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)地接收并且返回該源的一個(gè)第二分束；一個(gè)彈性地安裝的分束器，該分束器用于從該光源接收一束輻射，以便提供該第一分束和該第二分束；一個(gè)移動(dòng)裝置，該移動(dòng)裝置聯(lián)接至該彈性地安裝的分束器，以便提供該彈性地安裝的分束器的一個(gè)速度和位置控制和/或圍繞一個(gè)經(jīng)配置X軸和Y軸的一個(gè)傾斜控制；以及一個(gè)雙輸入控制裝置，該雙輸入控制裝置用于向該移動(dòng)裝置提供一個(gè)受控的反饋，以實(shí)現(xiàn)該速度和位置控制和/或一個(gè)組合的圍繞該經(jīng)配置X軸和Y軸的該傾斜控制，以便使該干涉儀中的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的平坦表面對(duì)準(zhǔn)，并且其中該移動(dòng)裝置的該速度和位置控制和/或該傾斜控制能夠進(jìn)一步實(shí)現(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)明的另一方面提供一個(gè)撓曲安裝的移動(dòng)分束器組件，該撓曲安裝的移動(dòng)分束器組件包括:一個(gè)分束器基板；一個(gè)彈性膜，該彈性膜被配置聯(lián)接在該分束器基板的周邊周圍并且進(jìn)一步聯(lián)接至一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)；其中該彈性膜使所引發(fā)的被引導(dǎo)通過(guò)該支撐結(jié)構(gòu)的外部應(yīng)力最小化并且因此幫助保持光學(xué)平坦度；多個(gè)磁性裝置，該多個(gè)磁性裝置聯(lián)接至該分束器基板的一個(gè)預(yù)定的表面；以及多個(gè)線圈，該多個(gè)線圈被配置成使匹配的和/或不匹配的預(yù)定的磁力與該多個(gè)磁性裝置相聯(lián)接，其中這些匹配的和/或不匹配的預(yù)定的磁力能夠?qū)崿F(xiàn)該分束器基板的線性和/或傾斜移動(dòng)。因此，如在此所描述，本發(fā)明提供了一種新型柔軟分束器安裝系統(tǒng)，該新型柔軟分束器安裝系統(tǒng)保護(hù)如配置在一個(gè)干涉儀中的分束器基板免受外部應(yīng)力，以便保持相對(duì)柔軟的材料的光學(xué)平坦度。然而，盡管這樣一個(gè)柔軟分束器安裝配置保護(hù)該分束器基板，但是該干涉儀本身是較不穩(wěn)定的，因?yàn)楸景l(fā)明的支座允許該分束器與固持在該干涉儀中的其他部件相比更容易傾斜。因此，本發(fā)明結(jié)合了一個(gè)改進(jìn)的雙傾斜控制系統(tǒng)，以便克服由便宜的柔軟安裝系統(tǒng)所產(chǎn)生的不穩(wěn)定性，從而提供一個(gè)總體堅(jiān)固的儀器。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1A示出一個(gè)有益的撓曲安裝的分束器I/補(bǔ)償板2組件的側(cè)面透視圖。圖1B示出圖1A的撓曲安裝的分束器部分的前視圖。圖1C示出可以用于提供本發(fā)明的撓曲安裝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)移動(dòng)分束器干涉儀配置以便幫助光學(xué)速度倍增的討論。圖2示出本發(fā)明的一個(gè)示例雙輸入分束器傾斜控制干涉儀系統(tǒng)。圖3A示出有待與本發(fā)明的配置結(jié)合使用的一個(gè)基于激光的相位傾斜控制電路。圖3B示出本發(fā)明的一個(gè)有益的光傾斜控制電路。詳細(xì)說(shuō)明在本發(fā)明的描述中，除非含蓄或明確地理解或另外陳述，應(yīng)理解，一個(gè)以單數(shù)出現(xiàn)的詞語(yǔ)涵蓋它的相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)，并且以復(fù)數(shù)出現(xiàn)的詞語(yǔ)涵蓋它的相對(duì)應(yīng)的單數(shù)。另外，除非含蓄或明確地理解或另外陳述，應(yīng)理解，在此描述的任何給定的部件或?qū)嵤├⒃摬考娜魏瘟谐龅目赡艿暮蜻x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)理解，如在此示出的圖不一定是按照比例繪制的，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。并且，參考數(shù)字在各圖中可能重復(fù)，以示出多個(gè)相對(duì)應(yīng)的或類似的元件。另夕卜，除非含蓄或明確地理解或另外陳述，應(yīng)理解，這樣的候選或替代物的任何列表僅僅是說(shuō)明性的，而不是限制的。此外，除非另外指示，在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中使用的表達(dá)組成部分、組成成分、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)“約”修飾的。因此，除非相反地指示，在本說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求中闡述的數(shù)值參數(shù)是近似值，這些近似值可以取決于試圖通過(guò)在此呈現(xiàn)的主題獲得的所希望的特性而不同。至少，并且不作為試圖對(duì)權(quán)利要求的范圍的等效物原則的申請(qǐng)進(jìn)行限制，應(yīng)當(dāng)至少根據(jù)所報(bào)告的有效位的數(shù)字并且通過(guò)運(yùn)用尋常的舍入技術(shù)來(lái)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)值本質(zhì)上包含了必定由在它們對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)測(cè)量中所發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差造成的必然的誤差。總體說(shuō)明用于許多干涉儀系統(tǒng)的分束器組件常常包括一個(gè)或兩個(gè)類似的透明光學(xué)基板；一個(gè)基板是可以被包覆至這些表面之一上的基板。另一個(gè)基板被用作安裝在相鄰分束器的被包覆側(cè)鄰近處的一個(gè)補(bǔ)償板。該補(bǔ)償器常常被設(shè)計(jì)成具有與該分束器相同量的光程長(zhǎng)度，以便提供最佳質(zhì)量頻譜數(shù)據(jù)。常常發(fā)現(xiàn)，因?yàn)橛糜谠摻M件本身的這類基板是由柔軟材料(如溴化鉀(KBr))制造，所以這類基板易于受到損壞，尤其是在裝卸和運(yùn)送過(guò)程中。為防止隨時(shí)間的傾斜對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題，這些光學(xué)分束器組件材料常常通過(guò)強(qiáng)精密加工零件而被嚴(yán)格地固持在適當(dāng)?shù)胤?，這些強(qiáng)精密加工零件的制造昂貴、但是卻提供儀器的運(yùn)作所需要的準(zhǔn)確度。問(wèn)題是這樣嚴(yán)格的安裝常常引發(fā)一個(gè)或多個(gè)外部應(yīng)力，這個(gè)或這些外部應(yīng)力可以使該分束器連同該補(bǔ)償板卷曲，這破壞了這些元件的光學(xué)平坦度并且因此必然影響總體儀器的性能。本發(fā)明的這些有益方面之一是:代替嚴(yán)格的安裝，在此所披露的本發(fā)明利用一種便宜的新型柔軟分束器安裝組件，該新型柔軟分束器安裝組件保護(hù)經(jīng)配置的分束器和補(bǔ)償板免受由一個(gè)或多個(gè)外部應(yīng)力所引起的損壞，這個(gè)或這些外部應(yīng)力由支撐機(jī)構(gòu)傳輸并且引起。通過(guò)比這些被固持結(jié)構(gòu)更柔韌，以便以使該支座而不是這些光學(xué)元件變形的一種方式來(lái)弓I導(dǎo)這個(gè)或這些應(yīng)力，在此所描述的柔軟安裝能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這些光學(xué)元件的保護(hù)。然而，應(yīng)當(dāng)指出，雖然該便宜的新型柔軟分束器安裝系統(tǒng)保護(hù)該組件中的這些光學(xué)元件的光學(xué)平坦度，但是它也可以使得該干涉儀較不穩(wěn)定，因?yàn)榕c該儀器的其他零件相t匕，該安裝配置允許該組件的分束器部分由于能夠隨時(shí)間和溫度變化而漂移的這些柔軟支座而更容易傾斜，尤其是在運(yùn)送過(guò)程中。然而，通過(guò)使本發(fā)明的同一平坦度保護(hù)的柔軟撓曲安裝系統(tǒng)與一個(gè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(如在此所披露，維持改進(jìn)的傾斜對(duì)準(zhǔn)連同受控速度)相聯(lián)接，以便提供另外地在運(yùn)作中是堅(jiān)固的一個(gè)有益的降低成本的系統(tǒng)，本發(fā)明的改進(jìn)的設(shè)計(jì)使這個(gè)看似有害的作用無(wú)效。具體地，本發(fā)明的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)被配置成經(jīng)由作為一個(gè)雙輸入傾斜控制和檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)作來(lái)與本發(fā)明的新型柔軟撓曲安裝有益地合作，該運(yùn)作包括:總結(jié)來(lái)自一個(gè)廣角(自動(dòng)準(zhǔn)直)系統(tǒng)和一個(gè)光學(xué)(例如，激光)相位傾斜測(cè)量系統(tǒng)二者的傾斜測(cè)量信號(hào)，以便捕獲兩個(gè)傾斜控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的最佳特征。所產(chǎn)生的組合的傾斜測(cè)量系統(tǒng)提供常常(但并不一定)由在此所披露的這些柔軟彈性安裝結(jié)構(gòu)所造成的一個(gè)更廣泛運(yùn)作范圍的分束器傾斜(例如，從約20弧度秒到大于10，000弧度秒)。本發(fā)明的這樣一個(gè)廣泛范圍傾斜控制系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成，即使光學(xué)激光速度控制信號(hào)由于所引發(fā)的更大傾斜誤差而消失，仍進(jìn)行工作。此外，如在此詳述的，該廣泛范圍傾斜控制系統(tǒng)可以被打開(kāi)并且在小于約I秒內(nèi)是運(yùn)作的，即使速度伺服器未被打開(kāi)。值得指出的是，如在此所披露，該廣泛控制范圍控制系統(tǒng)的容許傾斜誤差也是可調(diào)整的。如果如同樣在此描述的檢測(cè)器被安裝靠近本發(fā)明的分束器，則在光點(diǎn)在該檢測(cè)器上移動(dòng)足夠遠(yuǎn)以錯(cuò)過(guò)該檢測(cè)器以便使測(cè)量系統(tǒng)停止工作之前，這些傾斜誤差角度可能是非常大的(例如，10，000弧度秒或更大)。另一方面，如果該光檢測(cè)器被移至遠(yuǎn)方，則由于該光點(diǎn)以更小的分束器傾斜離開(kāi)該監(jiān)測(cè)檢測(cè)器，總傾斜測(cè)量范圍減小。然而，傾斜測(cè)量輸出信號(hào)針對(duì)一個(gè)給定的誤差變得更大，以便減小測(cè)量誤差。這樣一個(gè)廣泛范圍的可調(diào)整性在使用本發(fā)明的廣泛范圍傾斜測(cè)量系統(tǒng)中給予設(shè)計(jì)者更大的靈活性。通過(guò)使用至少三個(gè)聯(lián)接的移動(dòng)裝置(例如，實(shí)心輕質(zhì)磁體(例如，每個(gè)磁體約10克))、常常是被配置在該分束器上約90度徑向位置處的四個(gè)聯(lián)接的磁體，來(lái)幫助該分束器傾斜的主動(dòng)傾斜運(yùn)動(dòng)控制。這類磁性裝置因此能夠經(jīng)由相鄰經(jīng)配置線圈而被誘導(dǎo)提供該分束器的受控的傾斜移動(dòng)，如果是對(duì)應(yīng)的磁體所希望的，這些線圈被用于引導(dǎo)不匹配的磁力連同匹配的磁力。有益的是，因?yàn)檫@些移動(dòng)裝置(如磁體)聯(lián)接在分束器基板的邊緣處的小區(qū)域處，所以這些裝置本身不能聯(lián)接由沖擊、溫度變化等引起的可以使該分束器的光學(xué)主動(dòng)零件卷曲的不受控制的外力。此外，由于所選擇的磁性移動(dòng)裝置的配置，在被放在磁性感應(yīng)線卷附近時(shí)，這些磁體只能生成小的受控的力。作為結(jié)果，這樣生成的力也是太小以致不能使該分束器卷曲的。因此，除了所披露的傾斜控制系統(tǒng)之外，在此所披露的新型柔軟撓曲分束器和聯(lián)接的移動(dòng)裝置安排能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)改進(jìn)的安裝配置和廣泛范圍測(cè)量系統(tǒng)，該改進(jìn)的安裝配置和廣泛范圍測(cè)量系統(tǒng)可以用一種時(shí)間有效的新型方式可靠地測(cè)量并且校正更大的傾斜誤差角度。這樣一個(gè)改進(jìn)的傾斜測(cè)量系統(tǒng)還以允許動(dòng)態(tài)對(duì)準(zhǔn)以便在該速度控制系統(tǒng)即使被打開(kāi)之前進(jìn)行運(yùn)作的任何速度進(jìn)行工作。出人意料地，這樣一個(gè)安排還允許該干涉儀儀器的所有機(jī)械零件的總的長(zhǎng)期傾斜誤差是以下的約至少100倍:被認(rèn)為是可容忍的并且仍可校正以在使該干涉儀控制系統(tǒng)通電一秒內(nèi)產(chǎn)生有待引發(fā)的大的監(jiān)測(cè)信號(hào)。具體說(shuō)明柔軟撓曲支座組件現(xiàn)在轉(zhuǎn)至附圖，圖1A示出被用于在此所討論的這些所披露的系統(tǒng)實(shí)施例各自中的一個(gè)有益的分束器I/補(bǔ)償板2配置的側(cè)視圖。參照?qǐng)D1A，本發(fā)明的新型分束器I/補(bǔ)償板2以每個(gè)光學(xué)部件來(lái)顯示，每個(gè)光學(xué)部件具有對(duì)應(yīng)的附接在一個(gè)支撐34安裝構(gòu)件上的聯(lián)接的彈性膜撓曲I’、2’。分束器I部件也被顯示聯(lián)接至磁性移動(dòng)裝置5b和5d(參考字符5b’和5d’與以下參照示例電路圖1C所討論的驅(qū)動(dòng)線圈有關(guān))上，以便能夠?qū)崿F(xiàn)該分束器I部分的精密的單獨(dú)移動(dòng)。圖1B示出圖1A的分束器I部分的前視圖以給予讀者分束器I的聯(lián)接配置的一個(gè)不同的透視圖，其中該分束器具有彈性材料I’(例如，膜片膜(diaphragm membrane)撓曲)在它的周邊、連同速度驅(qū)動(dòng)和傾斜裝置(例如，如由參考字符5a、5b、5c以及5d所指示的這些聯(lián)接的磁體)?？品业热说拿Q為“分束器及動(dòng)鏡的干涉儀速度控制(INTERFEROMETERVELOCITY CONTROL OF BEAMSPLITTER AND MOVING MIRRORS) ”的共同待決、共同提交的美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)12/944,512中披露關(guān)于在此所描述的移動(dòng)分束器的動(dòng)態(tài)速度控制而言的膜片撓曲的結(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。應(yīng)當(dāng)理解，如圖1B中更好地所示出的，彈性膜片樣撓曲配置I’常常(但并不一定)被構(gòu)造有厚達(dá)約0.5_的厚度并且由有益材料構(gòu)造，這些有益材料例如但不限于:聚合物、塑料、邁拉聚酯薄膜(Mylar)、金屬、紙等。作為一個(gè)有益實(shí)施例，膜片樣撓曲I’可以由低成本的織物(例如但不限于:如常見(jiàn)于擴(kuò)音器中的凱夫拉(Kevlar))構(gòu)造。另外，可以使用多種材料滲透(例如，使用清漆)或處理這類所產(chǎn)生的彈性膜片撓曲1’、2’，以便同樣進(jìn)一步定制硬度并且因此定制所產(chǎn)生的該分束器I和/或補(bǔ)償板2光學(xué)部件的所希望的移動(dòng)。如果有需要，如圖1A中所示，這些彈性膜片樣撓曲I’和2’還可以被設(shè)計(jì)有若干折線，例如，波紋(由如圖1B中所示的字母F所指示)，以便加強(qiáng)這些所產(chǎn)生的撓曲，同時(shí)還在所有方向上提供所希望的剛性/彈性并且因此提供受控的變形，以便在仍完全地保護(hù)這個(gè)或這些被固持基板的光學(xué)平坦度的同時(shí)，幫助該分束器I的移動(dòng)。這樣一個(gè)所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)因此可以有益地變形并且彎曲高達(dá)約5毫米的一個(gè)大的量，并且仍具有足夠的彈性以便在經(jīng)歷沖擊之后回彈至初始位置。重要的是應(yīng)當(dāng)指出，如果一個(gè)鏡子或一個(gè)分束器支座的質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心不相匹配，那么因?yàn)樵诟缮鎯x被移動(dòng)至一個(gè)不同取向或該干涉儀經(jīng)歷由地板搖動(dòng)和振動(dòng)所引起的加速力時(shí)，重力發(fā)生變化，所以該質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心上的偏移可以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)矩，這個(gè)或這些轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致所不希望的所固持光學(xué)部件的傾斜。然后必須校正這樣一個(gè)不想要的傾斜以獲得最佳性能。因此，本發(fā)明的這些膜片撓曲1’、2’樞軸點(diǎn)被有利地設(shè)計(jì)成在一個(gè)位置處被聯(lián)接至分束器1，該位置例如大致上在與移動(dòng)分束器I的質(zhì)量中心相同的位置，以便消除或最小化外部振動(dòng)，該外部振動(dòng)使以在此所描述的一種方式被安裝的一個(gè)鏡子或一個(gè)移動(dòng)分束器傾斜。作為一個(gè)另外的益處，應(yīng)當(dāng)理解，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這類撓曲類型的軸承利用于目前的這些配置，以便具有低的速度誤差或噪聲，因?yàn)橛捎诓淮嬖诨瑒?dòng)軸承或滾動(dòng)軸承活動(dòng)的事實(shí)，這些撓曲的彎曲活動(dòng)是非常光滑的。這是重要的，因?yàn)闆](méi)有實(shí)際表面是真正光滑的；因此，與在此呈現(xiàn)的撓曲軸承配置相對(duì)比，滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承總是在這些非光滑零件滑動(dòng)或滾動(dòng)經(jīng)過(guò)彼此時(shí)增加速度誤差噪聲。如圖1B中所示，在通過(guò)一個(gè)中心開(kāi)口 I”接合分束器I之后，將該分束器I圍繞其周邊聯(lián)接至彈性撓曲材料I’ (如以下所描述)，使得在受到對(duì)磁性移動(dòng)裝置5a、5b、5c以及5d所施加的磁力誘導(dǎo)時(shí)，有可能使該分束器I以一種線性(撓曲材料I’還提供一個(gè)阻滯力)和/或傾斜方式移動(dòng)。將該分束器I基板聯(lián)接在中心開(kāi)口 I”內(nèi)常常(但并不一定)能夠通過(guò)使用一種粘合材料的一個(gè)薄珠(未示出)將該基板固定(例如，膠合)在適當(dāng)?shù)胤絹?lái)實(shí)現(xiàn)。有益的是，與該基板相比，粘合材料的有效量更薄并且因此在幾何結(jié)構(gòu)上更弱。因?yàn)樵撜澈蟿┰趲缀谓Y(jié)構(gòu)上更弱，所以由于溫度變化而可以累積的以及在該粘合劑固化時(shí)的應(yīng)力不能使該更厚并且更強(qiáng)的基板卷曲。此外，如圖1A和圖1B中所示，這些撓曲膜片I’、2’被設(shè)計(jì)成與被配置在其中的這些光學(xué)基板相比更弱并且硬度更低。這樣一個(gè)柔韌的安排有益地固持分束器I并且允許在外部34安裝構(gòu)件經(jīng)歷(例如)該儀器在運(yùn)輸中的沖擊時(shí)的移動(dòng)。這些薄的柔韌撓曲膜片1’、2’因此限制該光學(xué)分束器I基板材料中的應(yīng)力水平，因?yàn)樵摪惭b配置，如上所述，比該基板本身更弱。另外，與以上關(guān)于使用粘合劑聯(lián)接材料的討論非常相似，如果存在因溫度變化或添加的粘合劑收縮而發(fā)生的應(yīng)力，則這些更弱并且更小硬度的撓曲膜片I’、2’變形，而這些光學(xué)材料仍保持平坦。通過(guò)使用相同的一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)裝置，可以控制移動(dòng)分束器I的傾斜，該一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)裝置例如，被用于同樣控制如在以上所提及的共同待決的并且共同提交的美國(guó)申請(qǐng)名稱為“分束器及動(dòng)鏡的干涉儀速度控制”中所描述的光學(xué)元件的速度的預(yù)定大小的磁體5a、5b、5c以及5d、以及線圈(例如，如圖1C中所示出的5a’、5b’、5c’以及5d’)?？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(shù)脂樣/膠粘合劑)將這些磁體5a、5b、5c以及5d聯(lián)接至該分束器I。因?yàn)檫@些磁體5a、5b、5c以及5d是輕(小于10克)而小的，所以與該分束器I的附接區(qū)域相對(duì)應(yīng)地也是小的，這樣使得任何粘合劑收縮僅影響該分束器I的邊緣處的一個(gè)不重要的區(qū)域，從而允許一個(gè)小卻簡(jiǎn)單的磁體附接系統(tǒng)，如圖1A和圖1B中總體上所示出。此外，因?yàn)檫@些磁體不會(huì)與該系統(tǒng)中的其他任何事物進(jìn)行接觸，所以它們不會(huì)另外地傳輸外部沖擊和該柔軟基板中的應(yīng)力。因此，由該一個(gè)或多個(gè)線圈(如示例電路圖1C中所示的5a’、5b’、5c’以及5d’)通過(guò)將預(yù)定的常常小于約0.5特斯拉的所引發(fā)的不匹配的和/或匹配的磁力獨(dú)立地引導(dǎo)至這一個(gè)或多個(gè)磁體5a、5b、5c以及5d中的任一個(gè)，可以提供分束器I的傾斜。具體地，如圖3A和圖3B中所示，如稍后在此將會(huì)詳細(xì)描述的，多個(gè)反饋光學(xué)信號(hào)由一個(gè)或多個(gè)經(jīng)配置示例傾斜控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，以便提供圖3A和圖3B中所示的適當(dāng)?shù)牡凸β仕叫盘?hào)52/62和54/64，這些適當(dāng)?shù)牡凸β仕叫盘?hào)被加強(qiáng)或擴(kuò)大以便引發(fā)實(shí)際地導(dǎo)致分束器I的傾斜移動(dòng)的磁場(chǎng)。另一方面，通過(guò)以下來(lái)提供分束器I的速度:同時(shí)以大致上一個(gè)相同的反饋操縱的速度控制信號(hào)63(如圖1C中所示)驅(qū)動(dòng)相同的聯(lián)接至這些磁體5a、5b、5c以及5d的線圈(例如，如示例電路圖1C中所示的5a’、5b’、5c’以及5d’)(如圖1B中所示)，以便提供大致上匹配的磁力以引發(fā)穩(wěn)定速度移動(dòng)。圖1C因此示出一個(gè)這樣有益的示例電阻器(指示為R1)矩陣和聯(lián)接的運(yùn)算放大器(指示為相對(duì)應(yīng)的電阻器R的Amp)伺服電路，該伺服電路用于提供所希望的分束器I的速度和/或傾斜移動(dòng)。在示出一個(gè)基本運(yùn)作的這個(gè)示例配置中，僅需要如圖1C中所示的四個(gè)線圈5a’、5b’、5c’以及5d’和如圖1B中所示的四個(gè)相對(duì)應(yīng)的磁體5a、5b、5c以及5d。雖然圖1C的過(guò)分簡(jiǎn)單化的設(shè)計(jì)與圖1A和圖1B的配置結(jié)合是有益的，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些示意性圖解旨在僅示例可能的許多其他設(shè)計(jì)之一。盡管如此，就速度控制來(lái)說(shuō)，這樣一個(gè)控制信號(hào)常常被大致上相等地施加至所有經(jīng)配置線圈，例如圖1C的線圈5a’、5b’、5c’以及5d’。使用這個(gè)安排，+Y信號(hào)被施加至頂部線圈5b’并且一 Y信號(hào)被施加至底部線圈5d’。因此，+X信號(hào)被施加至左側(cè)線圈5a’并且一 X信號(hào)被施加至右側(cè)線圈5c’。如圖1C的另一種 安排，可以添加一個(gè)電容器仏(即，一個(gè)高通濾波器)以限制分束器I相對(duì)于一個(gè)特定的動(dòng)鏡行進(jìn)。確切地說(shuō)，如圖1C中所示，添加與速度控制信號(hào)串聯(lián)的C1確保該速度控制信號(hào)的直流(DC)部分不會(huì)到達(dá)移動(dòng)分束器I。因此，當(dāng)該電容器的電容減小時(shí)，該電容器表現(xiàn)得像一個(gè)更硬的撓曲。所添加的電容器可以被配置成將分束器I移動(dòng)限制于更短的距離，以便在不會(huì)引起分束器I的移動(dòng)變得更大的情況下，允許使用具有更多摩擦的動(dòng)鏡軸承并且如果需要，則允許一個(gè)經(jīng)配置動(dòng)鏡也被安裝在撓曲上。因此，圖1C的電路與包括本發(fā)明的分束器I的安排的系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)結(jié)合可以在不影響相鄰補(bǔ)償板2的情況下，提供一個(gè)所希望的高達(dá)數(shù)千弧度秒(例如，高達(dá)約10,000弧度秒)的傾斜和高達(dá)約+/-5毫米的一個(gè)線性移動(dòng)。因?yàn)檫@個(gè)有益的安排，分束器I可以被安裝成大致上靠近補(bǔ)償板2 (如圖1A中總體上所示)，并且仍不會(huì)與該補(bǔ)償板2進(jìn)行接觸，即使在該分束器I被誘導(dǎo)進(jìn)行線性地和/或有傾斜地移動(dòng)。因此，如果需要，該補(bǔ)償板2還可以被安裝在一個(gè)彈性撓曲類型的支座2’中，如圖1A中所示，以便保護(hù)該補(bǔ)償板免受應(yīng)力，而具有不需要主動(dòng)控制(即，沒(méi)有聯(lián)接至該補(bǔ)償板的移動(dòng)裝置(例如，磁體))的益處，因?yàn)楣鈨H僅穿過(guò)該補(bǔ)償板以用于光程校正。還應(yīng)當(dāng)理解，因?yàn)榉质髋渲玫脑O(shè)計(jì)(即，如聯(lián)接至圖1A和圖1B中所示的示例撓曲)，該組件的整體質(zhì)量減小。結(jié)果是僅需要大致上低的力來(lái)移動(dòng)該分束器，并且這個(gè)方面允許使用上述的小的磁體(例如，每個(gè)磁體約10克)和小的線卷(例如，小的扁平線圈)來(lái)引發(fā)磁力。因此，如以下參照?qǐng)D1C詳細(xì)討論的這些線圈可以足夠小以便被配置在例如一個(gè)2層或4層電路板(未示出)的螺旋布線圖中，從而消除制造單獨(dú)線圈所需要的成本和然后安裝這些線圈所需要的空間。應(yīng)當(dāng)理解，雖然一個(gè)螺旋線圈比一個(gè)卷繞線圈更低效，但是這些力是大致上小的并且總功率仍小于一瓦特每線圈，所以熱量不是一個(gè)問(wèn)題。還應(yīng)當(dāng)指出，如果被配置為螺旋線圈，則這類線圈不需要使得這些聯(lián)接的磁體(例如，圖1A中所示的5b和5d)插入至位于該螺旋線圈的中間的一個(gè)已形成的孔中(可能進(jìn)行這來(lái)增大磁力)。相反，這些磁體(例如，5b和5d)可以被放在遠(yuǎn)離該電路板(未示出)例如約2毫米的一個(gè)距離處，以便能夠?qū)崿F(xiàn)分束器I和聯(lián)接的磁體(例如，5b和5d)的一個(gè)有益的+/-2毫米的移動(dòng)，如由圖1A中所示的配置總體上所提供的。作為另一個(gè)有益方面，如圖1A中總體上所示，這些磁體5b、5d與所產(chǎn)生的線圈5b’和5d’之間的空間允許整個(gè)分束器組件(包括補(bǔ)償板)經(jīng)由例如電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制由使用者手動(dòng)或自動(dòng)地被互換。這樣一個(gè)實(shí)施例允許一位使用者選擇針對(duì)不同光波長(zhǎng)而被最優(yōu)化的不同的可互換的分束器組件。此外，這個(gè)特征允許對(duì)干涉儀進(jìn)行更簡(jiǎn)單的組裝和維修。如上所述，雖然本發(fā)明的新型低成本安裝系統(tǒng)保護(hù)圖1A和圖1B中所示的組件中的這些光學(xué)零件的光學(xué)平坦度，然而，這樣一個(gè)安排可能使得啟動(dòng)靜態(tài)傾斜問(wèn)題更糟糕，因?yàn)樵诖怂枋龅倪@些柔軟支座可以隨時(shí)間和溫度變化而漂移。如本發(fā)明中在此所披露的一種新型解決方案是:除了經(jīng)由對(duì)激光信號(hào)正弦波上的相移進(jìn)行測(cè)量來(lái)測(cè)量所希望被監(jiān)測(cè)的零件的傾斜的一個(gè)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)之外，使用一個(gè)分開(kāi)的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)測(cè)量?jī)A斜，尤其是對(duì)于大于約20弧度秒的更大的傾斜角度?？梢栽谏鲜鲆玫拿Q為“具有動(dòng)態(tài)動(dòng)鏡對(duì)準(zhǔn)的紅外線光譜儀的干涉儀”的美國(guó)專利號(hào)5，883，712和名稱為“分束器及動(dòng)鏡的干涉儀速度控制”的共同待決、共同提交的美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)12/944，512 ( 二者都是科芬等人的)中發(fā)現(xiàn)多個(gè)示例系統(tǒng)，除了控制掃描速度和數(shù)據(jù)收集之外，這些示例系統(tǒng)合并了經(jīng)由對(duì)一個(gè)被檢測(cè)激光監(jiān)測(cè)信號(hào)上的相移進(jìn)行測(cè)量而對(duì)傾斜進(jìn)行的測(cè)量。因此，在此所披露的改進(jìn)的傾斜控制系統(tǒng)將兩個(gè)傾斜測(cè)量系統(tǒng)的最佳特征結(jié)合到在此要詳細(xì)討論的一個(gè)簡(jiǎn)單復(fù)合系統(tǒng)之中。結(jié)果是能夠?qū)崿F(xiàn)以上參照柔軟安裝配置示出并且討論的分束器組件的合并、并且因此捕獲該分束器組件保持這些聯(lián)接的光學(xué)部件的光學(xué)平坦度的益處，重要的是使一個(gè)傾斜控制伺服系統(tǒng)在一個(gè)速度伺服器啟動(dòng)之前進(jìn)行工作，這樣使得獲得一個(gè)大的并且有用的激光信號(hào)以允許該速度伺服控制像所設(shè)計(jì)的那樣進(jìn)行運(yùn)作。光學(xué)速度倍增在轉(zhuǎn)至本發(fā)明的這個(gè)或這些系統(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)經(jīng)調(diào)制出射光束?？傮w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(kāi)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。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)示例系統(tǒng)，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)但是卻具有圖1A和圖1B中總體上所示的柔軟撓曲安裝分束器組件。應(yīng)當(dāng)理解，雖然圖2中所示的系統(tǒng)(該系統(tǒng)包括在下文中要詳細(xì)討論的廣泛范圍的傾斜控制系統(tǒng))以示意圖形式示出并且包括一個(gè)邁克爾遜干涉儀類型的幾何結(jié)構(gòu)，但是應(yīng)當(dāng)理解，這類干涉儀系統(tǒng)可以用如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的許多其他有益的配置進(jìn)行布局，并且應(yīng)當(dāng)理解，在此所示的圖2的總體圖解僅旨在示例這類的不同配置，而不限制于僅所描繪的。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)連接等。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的是:除了其他聯(lián)接的電子部件之外，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)所希望的傾斜和/或速度移動(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)，這樣使得在例如被提供有所希望的反饋控制檢測(cè)時(shí)，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)可讀媒體常常可以包括本地或遠(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合作激活時(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)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的，這樣一個(gè)紅外光源7可以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，經(jīng)調(diào)制紅外光11經(jīng)由一個(gè)輸出孔口 22離開(kāi)(如由大的方向箭頭所指示)。被構(gòu)造為一個(gè)邁克爾遜類型的干涉儀的圖2的示例干涉儀200包括布置在一個(gè)動(dòng)鏡9與一個(gè)定鏡10之間的本發(fā)明的一個(gè)新型移動(dòng)分束器I和補(bǔ)償板2安排。然而，鏡子9和10還可以被配置為二者都是定鏡、或這些鏡子的任一個(gè)是可移動(dòng)的、或兩個(gè)鏡子9和10被配置成作為一個(gè)單元進(jìn)行移動(dòng)，所有這些描述于名稱為“分束器及動(dòng)鏡的干涉儀速度控制”的共同待決并且共同提交的美國(guó)申請(qǐng)之中。在圖2中所示的安排中，經(jīng)配置動(dòng)鏡9包括一個(gè)總體組件27，該總體組件可以包括例如鏡子9、支撐框架23、以及由一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的軸承裝置24，該電動(dòng)機(jī)例如像包括一個(gè)線圈25和一個(gè)永磁體26的一個(gè)線性電動(dòng)機(jī)。用于移動(dòng)的軸承裝置24可以包括被配置成有限制地沿一個(gè)所希望的縱軸平移(由框架23上的雙向箭頭所示的移動(dòng))的任何常規(guī)線性軸承系統(tǒng)，該限制為:該軸承系統(tǒng)的傾斜或偏航必須不大于約50弧度秒(以防止出射光束相對(duì)樣品或光檢測(cè)器移動(dòng))。圖2中所示的用于提供本發(fā)明的這些鏡子組件27的移動(dòng)的示例軸承裝置24可以包括:線性滾動(dòng)球軸承、空氣軸承、滑動(dòng)軸承、和/或撓曲軸承。如圖2中所示的這樣一個(gè)示例復(fù)合系統(tǒng)200允許一個(gè)動(dòng)鏡長(zhǎng)沖程配置，在沒(méi)有折中該總體系統(tǒng)的性能的情況下，該動(dòng)鏡長(zhǎng)沖程配置是更重的。具體地，如圖2中所示的配置允許收集非常高的掃描長(zhǎng)度(僅受軸承和電動(dòng)機(jī)的大小限制)以提供4.0cnT1至約0.05cm-1或更大的分辨率(例如，用于氣體分析)。如果希望，本發(fā)明的輕質(zhì)分束器可以獨(dú)自提供低質(zhì)量、快速控制以及運(yùn)送沖擊保護(hù)的益處，而同時(shí)能夠收集類似于常規(guī)干涉儀的任何掃描長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。然而，本發(fā)明的另一個(gè)有益的實(shí)施例是這樣一種配置，即:在該配置中，向上述的被光學(xué)地監(jiān)測(cè)的移動(dòng)零件(即，鏡子9和分束器I)施加速度控制信號(hào)，以便提供增加的有益分辨率。通過(guò)對(duì)兩個(gè)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)的反應(yīng)時(shí)間，以便與如果僅這些移動(dòng)零件之一受到控制相比，更快地有益地減少伺服器速度誤差。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)觀察快速變化的樣品時(shí)，這樣一個(gè)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)具有該移動(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。再次返回至圖2，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1 的而且還確定圖2的示例系統(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(niǎo)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(kāi)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(niǎo)’。如由B”所指示，光束B(niǎo)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(kāi)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(niǎo)”’使得通過(guò)對(duì)該光束B(niǎo)”’在被反射器13引導(dǎo)至一個(gè)詢問(wèn)檢測(cè)器14(如在此詳述的，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，如下文所詳述，這些組合的象限可以被間隔開(kāi)，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。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(niǎo)”’)之外，出射的經(jīng)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(niǎo)”’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)。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經(jīng)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(kāi)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，雖然經(jīng)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(niǎo)”’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(niǎo)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(niǎo)”’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)。圖3A示出總體上由參考字符300特指的一個(gè)有益的示例速度和相位傾斜電路，該電路合并了一個(gè)四象限檢測(cè)器30 (例如，圖2的示例檢測(cè)器14、20之一)以便收集在圖2中所示的已安排示例位置中的任一位置處的經(jīng)調(diào)制光。圖3B的電路因此示出具有檢測(cè)象限31、32、33、34的一個(gè)檢測(cè)器，這些檢測(cè)象限被安排成將信號(hào)引導(dǎo)至后繼電路系統(tǒng)37、38、39以及50，以便提供速度控制56連同可以被互補(bǔ)的伺服電路所利用的X(52)、Y(54)傾斜信號(hào)。作為一個(gè)示例運(yùn)作，來(lái)自象限32的信號(hào)可以用于向這些速度控制電子器件提供一個(gè)正弦波信號(hào)(指示為V)，以便起動(dòng)有待由一個(gè)速度伺服電路(如圖1C中所示的電路的相關(guān)部分)接收的一個(gè)速度信號(hào)56。來(lái)自象限32的信號(hào)還能夠被用于提供一個(gè)公共參考信號(hào)，以便比較從檢測(cè)器30的預(yù)定的象限所產(chǎn)生的這些信號(hào)的相位。因此，圖3B的電路可以使用象限31和32的光學(xué)信號(hào)上的相位差來(lái)測(cè)量例如X軸上的傾斜、并且使用象限33和32的光學(xué)信號(hào)上的相位差來(lái)測(cè)量Y軸傾斜。在這個(gè)實(shí)例中未使用象限34。應(yīng)當(dāng)理解，如圖2中所示，這些鏡子9、10以及分束器I的傾斜誤差被要求在圖3A中所示的電路系統(tǒng)可以運(yùn)作之前小于約50弧度秒，基于本發(fā)明的柔軟安裝結(jié)構(gòu)，這可能是困難的。為了在圖3A中所示的電路的這些設(shè)計(jì)參數(shù)內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)該運(yùn)作，本發(fā)明因此使本發(fā)明的一個(gè)廣泛范圍反射光點(diǎn)傾斜控制系統(tǒng)與例如合并了相位信息的電路系統(tǒng)和光學(xué)配置相結(jié)合，以便校正甚至是與10，000弧度秒及以上一樣大的傾斜誤差。廣泛范闈傾斜控制實(shí)施例如以上總體描述討論中所指出，本發(fā)明的低成本安裝系統(tǒng)保護(hù)這些關(guān)鍵零件的光學(xué)平坦度，但是同樣使得啟動(dòng)靜態(tài)傾斜問(wèn)題更糟糕，因?yàn)檫@些柔軟支座可以隨時(shí)間和溫度變化而漂移。具體地，因?yàn)楣坛?例如)分束器和補(bǔ)償板的這些支座是相對(duì)柔軟的，所以如圖1A中所示，該組件常常因溫度和系統(tǒng)取向變化而傾斜。本發(fā)明提供了針對(duì)這個(gè)作用的一種新型解決方案，即通過(guò)合并測(cè)量有待與相移測(cè)量值結(jié)合使用的更大傾斜角度誤差的一個(gè)另外的光學(xué)系統(tǒng)，以便提供一種裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這些柔軟安裝的光學(xué)部件的最佳使用，如在此所描述。再次轉(zhuǎn)至圖2，總體上由參考字符29和伴隨的箭頭所示的廣泛范圍傾斜系統(tǒng)包括一個(gè)光源15，該光源可以或者選自一個(gè)非相干光源、激光源(例如，一個(gè)激光二極管、氣體激光器、固態(tài)激光器等)或者一個(gè)LED (具有各種波長(zhǎng)的發(fā)光二極管)，該LED常常經(jīng)由一個(gè)第一光學(xué)部件16 (例如，透鏡)而被聚焦并且適當(dāng)?shù)刂赶蚍质鱅 (以一個(gè)方向箭頭示出)。來(lái)自光源15的光束然后以一個(gè)規(guī)定的角度被返回(同樣以一個(gè)方向箭頭不出)，以便由一個(gè)第二光學(xué)部件17 (例如，一個(gè)反射器)重新定向，從而被一個(gè)光學(xué)檢測(cè)器18 (例如，另一個(gè)經(jīng)配置四象限檢測(cè)器)收集。這樣一個(gè)被收集的光常常被配置成在該檢測(cè)器18的輸入表面處被接收時(shí)具有約I毫米的一個(gè)光束直徑，該檢測(cè)器的表面檢測(cè)面積在大小上常常是約2毫米。因此，在該分束器的被檢測(cè)表面傾斜時(shí)，貯存在(例如)檢測(cè)器18的多個(gè)象限上的光點(diǎn)被誘導(dǎo)進(jìn)行移動(dòng)，以致引起不同數(shù)量的光在檢測(cè)器18的對(duì)應(yīng)的象限上被測(cè)量。這樣一個(gè)被檢測(cè)光束不需要被調(diào)制并且不必要如以上所指出由一個(gè)單色光源提供，因?yàn)樵儐?wèn)光束可以是任何光源(常常被聚焦)，只要該詢問(wèn)光束在該檢測(cè)器18的一個(gè)預(yù)定的檢測(cè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)。因此，通過(guò)檢測(cè)到達(dá)所得的成對(duì)經(jīng)配置檢測(cè)器(如將針對(duì)配置在圖3B中的檢測(cè)器30進(jìn)行描述的)的光級(jí)上的差異，來(lái)測(cè)量所收集的光束在該四象限檢測(cè)器18的表面上的位置。例如，確切地說(shuō)，現(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖3B中的電路300’，彼此在上方和下方的檢測(cè)器30的兩個(gè)經(jīng)配置象限(例如，31、32)上的光級(jí)上的差異可以用于測(cè)量Y傾斜，并且被并排安裝的兩個(gè)象限(33、34)上的光級(jí)上的差異可以用于測(cè)量X傾斜。此后，可以通過(guò)(例如)放大器35來(lái)操縱由象限31和32所檢測(cè)的這些光級(jí)上的這些差異，其中放大的信號(hào)被用于驅(qū)動(dòng)包括經(jīng)配置線圈5b’和5d’的圖1C(如現(xiàn)在同樣顯示于圖3B內(nèi)的虛線框中以便容易閱讀)的聯(lián)接(例如，經(jīng)由電阻聯(lián)接或本領(lǐng)域中已知的其他手段)的后繼電路系統(tǒng)。相對(duì)應(yīng)地，如圖1B中所示，通過(guò)對(duì)應(yīng)地與磁體5b和5d相互作用的線圈來(lái)提供誘導(dǎo)的磁力，以便使本發(fā)明的分束器I上下移動(dòng)。另外，可以通過(guò)(例如)放大器36來(lái)操縱由象限33和34所詢問(wèn)的這些光級(jí)上的差異，以便同樣驅(qū)動(dòng)包括經(jīng)配置線圈5a’和5c’的圖1C(顯示在虛線框內(nèi))的聯(lián)接的后繼電路系統(tǒng)的相關(guān)部分。同樣相相應(yīng)地，如圖1B中所示，通過(guò)對(duì)應(yīng)地與磁體5a和5c相互作用的這類線圈來(lái)提供誘導(dǎo)的磁力，以便使本發(fā)明的分束器I左右移動(dòng)。因此，經(jīng)由通過(guò)圖3B中的電路300’所提供的信號(hào)，由這些經(jīng)配置線圈(例如，如顯示于如聯(lián)接至圖3B中的電路300’的示例電路圖1C中的5a’、5b’、5c’以及5d’)和磁體(例如，如圖1B中所示的5a、5b、5c以及5d)所生成的這些力能夠?qū)崿F(xiàn)該分束器I在X和Y軸上的傾斜以對(duì)準(zhǔn)干涉儀中的這些平坦表面，這樣使得如由圖1C的相關(guān)部分所示的一個(gè)速度控制伺服電路系統(tǒng)可以開(kāi)始運(yùn)作，以便然后有益地使得動(dòng)鏡9能夠進(jìn)行掃描并且生成所希望的光學(xué)數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)指出，具有以在此所描述的方式對(duì)分束器本身的傾斜控制的一個(gè)有益方面是以下事實(shí):該分束器的傾斜以常規(guī)系統(tǒng)的1/2的有角移動(dòng)造成相同的光學(xué)校正(由于對(duì)圖2中的這些鏡子9、10的角度進(jìn)行二等分)，以便允許在更少時(shí)間內(nèi)完成分束器傾斜校正，其結(jié)果是改進(jìn)在此所披露的廣泛范圍系統(tǒng)的總體性能以及在包括來(lái)自該區(qū)域中的其他設(shè)備的振動(dòng)的一個(gè)環(huán)境中的總體干涉儀性能。系統(tǒng)運(yùn)作的示例方法在通電時(shí)，如被布置在圖2的總體系統(tǒng)200內(nèi)的一個(gè)光學(xué)相位速度和傾斜控制系統(tǒng)是不起作用的并且因此不會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)。然而，如聯(lián)接至(例如)如圖3B中所示的類似電路系統(tǒng)的圖2的廣泛范圍傾斜校正系統(tǒng)29的光源15 —旦開(kāi)始運(yùn)作，該系統(tǒng)29就提供一個(gè)信號(hào)。在少于約I秒內(nèi)，可能大于約10，000弧度秒的一個(gè)傾斜誤差可以被減小至小于約5弧度秒，這樣使得在速度伺服電路可以嘗試進(jìn)行運(yùn)作之前，存在提供給該速度伺服電路的一個(gè)強(qiáng)的光學(xué)信號(hào)。在這類光學(xué)信號(hào)是充分地足尺寸的之后，該速度伺服電路部分(例如，如圖3A中所示)可以起動(dòng)并且可以(但并不必須)開(kāi)啟該光學(xué)相位傾斜控制系統(tǒng)(如圖3A的框50所示)，如以上所討論。圖3A中所示的電路的這些輸出信號(hào)52、54因此可以被增加至由圖3B的電路所提供的這些誤差信號(hào)，以便使該分束器傾斜誤差減小至小于和約一弧度秒，從而改進(jìn)本發(fā)明的運(yùn)作干涉儀的穩(wěn)定性。圖3B因此示出一種電路模式，其中如對(duì)應(yīng)地由參考字符52’和54’所示，由圖3A的電路所提供的光學(xué)相位控制傾斜信號(hào)52和54被插入至一個(gè)新配置的廣泛范圍電子電路(如總體上由圖3B中的數(shù)字300’參考)之中。如果該傾斜誤差信號(hào)的增益從該廣泛范圍伺服器的一個(gè)正常增益水平(即，啟動(dòng)X和Y伺服振蕩的增益水平)被降低(在運(yùn)算放大器35和36處)了約為3倍的一個(gè)倍數(shù)，則該廣泛范圍伺服器繼續(xù)進(jìn)行正常運(yùn)作但是卻具有一個(gè)稍微更緩慢的反應(yīng)。在該廣泛范圍增益被降低的情況下，由圖3A的電路所提供的誤差信號(hào)可以在點(diǎn)52’和54’處被增加并且其增益正常地被調(diào)整，這樣使得總的系統(tǒng)是穩(wěn)定的、并且該分束器響應(yīng)于兩個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的誤差信號(hào)，而不需要額外的控制軟件來(lái)控制任一傾斜測(cè)量系統(tǒng)的增益。作為一個(gè)相結(jié)合的系統(tǒng)，圖3B的廣泛范圍電路和圖3A的光學(xué)相位電路二者的總啟動(dòng)時(shí)間可以是小于約2秒，即使本發(fā)明的分束器在該啟動(dòng)過(guò)程的開(kāi)始時(shí)具有為幾千弧度秒的一個(gè)傾斜誤差。在此，在所希望的地點(diǎn)和時(shí)間，還可以利用在該系統(tǒng)處于不同的運(yùn)作模式(例如，啟動(dòng)、掃描逆程、數(shù)據(jù)收集等)時(shí)使用軟件來(lái)調(diào)整這些電路的增益的其他控制策略。然而，常常并不需要這樣另外的控制軟件，因?yàn)楸景l(fā)明提供了并非必要需要額外的軟件或固件的一種非常簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)。另一方面，在大量的外部振動(dòng)的情況下，如在此所披露，以下可能是有幫助的:使用軟件來(lái)控制該廣泛范圍傾斜控制系統(tǒng)和光學(xué)相位控制系統(tǒng)的增益，以便通過(guò)以下在總體上提高該系統(tǒng)的性能，即通過(guò):在該光學(xué)相位系統(tǒng)斷開(kāi)時(shí)增加該廣泛范圍系統(tǒng)的增益，直至該廣泛范圍傾斜誤差足夠低，以允許該光學(xué)相位信號(hào)首先是準(zhǔn)確的并且可靠的。只有這樣才是通過(guò)改變這兩個(gè)不同傾斜誤差測(cè)量系統(tǒng)的這些增益而利用的更靈敏的基于光學(xué)相位的傾斜誤差電路系統(tǒng)。這樣有益的軟件因此可以允許在(例如)一個(gè)移動(dòng)車輛中使用雙傾斜誤差信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可用任意組合混合并且匹配在此描述的關(guān)于各實(shí)施例的特征。盡管已經(jīng)在此展示并且詳細(xì)描述不同的選中的實(shí)施例，應(yīng)理解，它們是示例性的，并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，多種替代和改變是可能的。
權(quán)利要求
1.一種雙輸入傾斜受控的撓曲安裝的分束器干涉儀，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)地接收并且返回一個(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)地接收并且返回所述源的一個(gè)第二分束； 一個(gè)彈性安裝的分束器，該彈性安裝的分束器用于接收來(lái)自所述源的一束輻射，以便提供所述第一分束和所述第二分束； 移動(dòng)裝置，該移動(dòng)裝置聯(lián)接至所述彈性安裝的分束器，以便提供對(duì)所述彈性安裝的分束器的速度和位置控制和 /或關(guān)于經(jīng)配置X軸和Y軸的一個(gè)傾斜控制；以及 雙輸入控制裝置，該雙輸入控制裝置用于向所述移動(dòng)裝置提供一個(gè)受控反饋，以便能夠?qū)崿F(xiàn)所述速度和位置控制和/或關(guān)于所述經(jīng)配置X軸和Y軸的一個(gè)結(jié)合的傾斜控制，從而使得所述干涉儀中的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的平坦表面對(duì)準(zhǔn)，并且其中所述移動(dòng)裝置的該速度和位置控制和/或所述傾斜控制能夠進(jìn)一步實(shí)現(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，這些長(zhǎng)度差結(jié)合地提供該輸入源束輻射在所述干涉儀的一個(gè)經(jīng)配置出口處的一個(gè)詢問(wèn)干涉圖。
2.如權(quán)利要求1所述的雙輸入傾斜受控的撓曲安裝的分束器干涉儀，其中所述雙輸入控制裝置包括一個(gè)相位傾斜控制測(cè)量系統(tǒng)和一個(gè)廣泛范圍傾斜控制測(cè)量系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述的雙輸入傾斜受控的撓曲安裝的分束器干涉儀，其中所述相位傾斜控制測(cè)量系統(tǒng)與所述廣泛范圍傾斜控制測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合地使多個(gè)分束器傾斜誤差下降到至少50弧度秒。
4.如權(quán)利要求2所述的雙輸入傾斜受控的撓曲安裝的分束器干涉儀，其中所述廣泛范圍傾斜控制測(cè)量系統(tǒng)獨(dú)自可以使大于約10，000弧度秒的傾斜誤差減小到小于約5弧度秒，以便使得一個(gè)聯(lián)接的速度伺服器電路能夠開(kāi)始運(yùn)作。
5.如權(quán)利要求2所述的雙輸入傾斜受控的撓曲安裝的分束器干涉儀，其中所述廣泛范圍傾斜控制系統(tǒng)被配置成在小于約I秒內(nèi)是運(yùn)作的，即使一個(gè)聯(lián)接的速度伺服器未運(yùn)作。
6.如權(quán)利要求2所述的雙輸入傾斜受控的撓曲安裝的分束器干涉儀，其中所述干涉儀在由所述相位傾斜控制測(cè)量系統(tǒng)與所述廣泛范圍傾斜控制測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合地啟用時(shí)的總啟動(dòng)時(shí)間是小于約2秒。
7.如權(quán)利要求1所述的雙輸入傾斜受控的撓曲安裝的分束器干涉儀，其中所述雙輸入控制裝置進(jìn)一步包括聯(lián)接至一個(gè)廣泛范圍傾斜控制電路的一個(gè)相位測(cè)量?jī)A斜控制電路，其中增加了所述相位測(cè)量?jī)A斜控制電路與所述一個(gè)廣泛范圍傾斜控制電路二者的誤差輸出信號(hào)，以便使得分束器傾斜誤差的減少能夠到達(dá)小于約I弧度秒。
8.如權(quán)利要求7所述的雙輸入傾斜受控的撓曲安裝的分束器干涉儀，其中所述廣泛范圍傾斜控制電路的增益被減小了最多達(dá)約3倍，以便使得有待增加的由所述相位測(cè)量?jī)A斜控制電路所提供的一個(gè)誤差信號(hào)能夠使得所述彈性安裝的分束器在沒(méi)有增加的固件的情況下能夠響應(yīng)于兩個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的這些誤差輸出信號(hào)。
9.如權(quán)利要求1所述的雙輸入傾斜受控的撓曲安裝的分束器干涉儀，其中所述雙輸入控制裝置包括一個(gè)廣泛范圍傾斜控制測(cè)量系統(tǒng)，該廣泛范圍傾斜控制測(cè)量系統(tǒng)配置有選自一個(gè)非相干源、一個(gè)相干源的至少一個(gè)光源，并且其中所述雙輸入控制裝置還包括配置有一個(gè)相干源的一個(gè)相位傾斜控制測(cè)量系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求1所述的雙輸入傾斜受控的撓曲安裝的分束器干涉儀，其中所述彈性安裝的分束器包括被安排在所述分束器的周邊周圍的一個(gè)撓曲膜。
11.如權(quán)利要求1所述的雙輸入傾斜受控的撓曲安裝的分束器干涉儀，其中所述移動(dòng)裝置包括聯(lián)接至所述移動(dòng)分束器的一個(gè)輸入面的多個(gè)永磁體，其中所述多個(gè)聯(lián)接的永磁體獨(dú)立地由所施加的反饋受控磁力驅(qū)動(dòng)，以便提供所述彈性安裝的分束器的傾斜。
12.如權(quán)利要求1所述的雙輸入傾斜受控的撓曲安裝的分束器干涉儀，其中所述雙輸入控制裝置被配置成使得所述受控磁力能夠提供所述彈性安裝的分束器在一個(gè)X軸和/或Y軸上的、所希望的、最高達(dá)10，000約弧度秒的傾斜。
13.一種撓曲安裝的移動(dòng)分束器組件，包括: 一個(gè)分束器基板； 一個(gè)彈性膜，該彈性膜被配置成聯(lián)接在所述分束器基板的周邊周圍并且進(jìn)一步聯(lián)接至一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)；其中所述彈性膜使所引發(fā)的被引導(dǎo)通過(guò)所述支撐結(jié)構(gòu)的外部應(yīng)力最小化、并且因此幫助保持所述分束器基板的光學(xué)平坦度； 多個(gè)磁性裝置，該多個(gè)磁性裝置聯(lián)接至所述分束器基板的一個(gè)預(yù)定的表面；以及 多個(gè)線圈，該多個(gè)線圈被配置成使匹配的和/或不匹配的預(yù)定的磁力與所述多個(gè)磁性裝置相聯(lián)接，其中所述匹配的和/或不匹配的預(yù)定的磁力能夠?qū)崿F(xiàn)所述分束器基板的線性和/或傾斜移動(dòng)。
14.如權(quán)利要求13所述的撓曲安裝的移動(dòng)分束器組件，其中所述分束器組件被布置在一個(gè)干涉儀內(nèi)。
15.如權(quán)利要求13所述的撓曲安裝的移動(dòng)分束器組件，其中，相對(duì)于所述基板的質(zhì)量，所述彈性膜的質(zhì)量使得由所述多個(gè)線圈所施加的較低磁力能夠使所述分束器基板移動(dòng)。
16.如權(quán)利要求13所述的撓曲安裝的移動(dòng)分束器組件，其中所述彈性膜能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)約+/-5毫米的線性位移的移動(dòng)、并且進(jìn)一步被配置成提供由所述約+/-5毫米的線性位移所產(chǎn)生的一個(gè)阻滯力。
17.如權(quán)利要求13所述的撓曲安裝的移動(dòng)分束器組件，其中所述彈性膜包括選自以下各項(xiàng)的至少一種材料:織物、聚合物、塑料、邁拉聚酯薄膜、金屬以及紙。
18.如權(quán)利要求13所述的撓曲安裝的移動(dòng)分束器組件，其中所述彈性膜被配置有多個(gè)波紋以提供所希望的剛性和彈性。
19.如權(quán)利要求13所述的撓曲安裝的移動(dòng)分束器組件，其中所述多個(gè)磁性裝置包括多個(gè)永磁體，這些永磁體通過(guò)粘合劑聯(lián)接至所述分束器基板的一個(gè)輸入面的邊緣。
20.如權(quán)利要求13所述的撓曲安裝的移動(dòng)分束器組件，其中所述多個(gè)線圈被配置成提供小于約0.5特斯拉的磁力。
21.如權(quán)利要求20所述的撓曲安裝的移動(dòng)分束器組件，其中所述多個(gè)經(jīng)配置的線圈使得所述多個(gè)磁性裝置能夠被放置在遠(yuǎn)離所述電路板最高達(dá)約2毫米的一個(gè)距離處，以便能夠?qū)崿F(xiàn)所述分束器基板的+/-2毫米的移動(dòng)。
22.如權(quán)利要求13所述的撓曲安裝的移動(dòng)分束器組件，其中所述組件進(jìn)一步包括一個(gè)補(bǔ)償板，該補(bǔ)償板另外地被配置有被安排在該周邊周圍的一個(gè)對(duì)應(yīng)的彈性膜，并且其中所述補(bǔ)償板另外地被聯(lián)接至所述支撐結(jié)構(gòu)。
全文摘要
在此介紹了一種作為一個(gè)干涉儀的部分以保護(hù)分束器基板免受外部應(yīng)力并且因此保持光學(xué)平坦度的新型柔軟分束器安裝系統(tǒng)。由于比該分束器基板更柔韌、因此外力使支座而不是該分束器變形，該柔軟安裝系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的保護(hù)。盡管在此所披露的柔軟分束器安裝配置保護(hù)該分束器，但是該干涉儀本身是較不穩(wěn)定的，因?yàn)楸景l(fā)明的支座允許該分束器與固持在該干涉儀中的其他部件相比更容易傾斜。通過(guò)使用這種便宜的柔軟安裝系統(tǒng)作為一個(gè)撓曲件，以便允許一個(gè)改進(jìn)的主動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)維持與常規(guī)干涉儀相比更堅(jiān)固的一個(gè)系統(tǒng)中的傾斜對(duì)準(zhǔn)，本發(fā)明的改進(jìn)的傾斜控制實(shí)施例將這個(gè)看似有害的作用變成一個(gè)降低成本的益處。
文檔編號(hào)G01B9/02GK103221794SQ201180054263
公開(kāi)日2013年7月24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