CN103221794A - 双输入干涉仪分束器倾斜控制系统及挠曲安装 - Google Patents

Abstract

在此介绍了一种作为一个干涉仪的部分以保护分束器基板免受外部应力并且因此保持光学平坦度的新型柔软分束器安装系统。由于比该分束器基板更柔韧、因此外力使支座而不是该分束器变形，该柔软安装系统能够实现这样的保护。尽管在此所披露的柔软分束器安装配置保护该分束器，但是该干涉仪本身是较不稳定的，因为本发明的支座允许该分束器与固持在该干涉仪中的其他部件相比更容易倾斜。通过使用这种便宜的柔软安装系统作为一个挠曲件，以便允许一个改进的主动控制系统来维持与常规干涉仪相比更坚固的一个系统中的倾斜对准，本发明的改进的倾斜控制实施例将这个看似有害的作用变成一个降低成本的益处。

Description

双输入干涉仪分束器倾斜控制系统及挠曲安装

发明背景

发明领域

本发明涉及光学科学仪器领域。更具体地，本发明涉及一种双倾斜控制系统，该双倾斜控制系统包括如合并在一个傅里叶变换红外线(FTIR)扫描干涉仪中的一个柔软挠曲分束器组件。

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，联接至一个永磁体上的一个线圈)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光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的分束器，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分量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。

然而，应当理解，因为该分束器的角度常常被设计成将帮助调制源光束的经配置镜子的角度一分为二，所以如果这些镜子或这些分束器中的任何一个倾斜而偏离正确角度，就可以快速地使经调制的、由该干涉仪所生成的光信号降级。大于约50弧度秒的倾斜误差不仅降低这些经调制光信号的质量，而且大于50弧度秒的倾斜误差还引起这些经调制光信号在幅值上减小至实际上消失的点，从而引起该干涉仪控制系统停止运作。

因此，即使该系统在运送到世界各地时也必须保持被正确地调整的常规系统常常被配置成使用机械调整而被精确地对准。这导致了昂贵的硬精密机械干涉仪系统在运送冲击使这些关键平光学表面的对准偏移之后，有时需要现场调整。

在运作中，许多这类常规系统使用主动控制系统(即，动态对准)，以在干涉仪扫描并且收集一个所希望的频谱数据时控制镜子和分束器倾斜。只有在该干涉仪是在所有典型扫描干涉仪所使用的一个基于激光的速度控制伺服器的控制下扫描时，这类系统才能进行运作。因此，要求该干涉仪的静态对准要足够良好(小于约50弧度秒)，以便在可以利用任何一个或多个主动控制系统来控制干涉仪扫描速率、倾斜误差并且然后控制数据收集之前，生成可用的光学反馈信号。

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·M·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 SPECTROMETERWITH DYNAMIC MOVING MIRROR ALIGNMENT”)”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量。”

因此，本发明着手解决对一个便宜的分束器安装组件的需要，该便宜的分束器安装组件同时地保持被配置在一个干涉仪仪器中的这些联接的光学部件的光学平坦度。为在合并这类柔软安装配置时提供时间有效并且可靠的数据，本发明还针对一种改进的倾斜控制系统，该改进的倾斜控制系统包括使一个广泛范围的动态倾斜控制系统与一个相位测量倾斜控制系统相结合，以便维持在一个大范围的倾斜误差内的分束器对准，该改进的倾斜控制系统作为一个系统与典型干涉仪仪器相比更坚固。

发明概述

本发明提供一种新型干涉仪系统，该新型干涉仪系统包括：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且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且返回该源的一个第二分束；一个弹性地安装的分束器，该分束器用于从该光源接收一束辐射，以便提供该第一分束和该第二分束；一个移动装置，该移动装置联接至该弹性地安装的分束器，以便提供该弹性地安装的分束器的一个速度和位置控制和/或围绕一个经配置X轴和Y轴的一个倾斜控制；以及一个双输入控制装置，该双输入控制装置用于向该移动装置提供一个受控的反馈，以实现该速度和位置控制和/或一个组合的围绕该经配置X轴和Y轴的该倾斜控制，以便使该干涉仪中的一个或多个预定的平坦表面对准，并且其中该移动装置的该速度和位置控制和/或该倾斜控制能够进一步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。

本发明的另一方面提供一个挠曲安装的移动分束器组件，该挠曲安装的移动分束器组件包括：一个分束器基板；一个弹性膜，该弹性膜被配置联接在该分束器基板的周边周围并且进一步联接至一个支撑结构；其中该弹性膜使所引发的被引导通过该支撑结构的外部应力最小化并且因此帮助保持光学平坦度；多个磁性装置，该多个磁性装置联接至该分束器基板的一个预定的表面；以及多个线圈，该多个线圈被配置成使匹配的和/或不匹配的预定的磁力与该多个磁性装置相联接，其中这些匹配的和/或不匹配的预定的磁力能够实现该分束器基板的线性和/或倾斜移动。

因此，如在此所描述，本发明提供了一种新型柔软分束器安装系统，该新型柔软分束器安装系统保护如配置在一个干涉仪中的分束器基板免受外部应力，以便保持相对柔软的材料的光学平坦度。然而，尽管这样一个柔软分束器安装配置保护该分束器基板，但是该干涉仪本身是较不稳定的，因为本发明的支座允许该分束器与固持在该干涉仪中的其他部件相比更容易倾斜。因此，本发明结合了一个改进的双倾斜控制系统，以便克服由便宜的柔软安装系统所产生的不稳定性，从而提供一个总体坚固的仪器。

附图简要说明

图1A示出一个有益的挠曲安装的分束器1/补偿板2组件的侧面透视图。

图1B示出图1A的挠曲安装的分束器部分的前视图。

图1C示出可以用于提供本发明的挠曲安装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示出本发明的一个移动分束器干涉仪配置以便帮助光学速度倍增的讨论。

图2示出本发明的一个示例双输入分束器倾斜控制干涉仪系统。

图3A示出有待与本发明的配置结合使用的一个基于激光的相位倾斜控制电路。

图3B示出本发明的一个有益的光倾斜控制电路。

详细说明

在本发明的描述中，除非含蓄或明确地理解或另外陈述，应理解，一个以单数出现的词语涵盖它的相对应的复数，并且以复数出现的词语涵盖它的相对应的单数。另外，除非含蓄或明确地理解或另外陈述，应理解，在此描述的任何给定的部件或实施例、该部件的任何列出的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，应理解，如在此示出的图不一定是按照比例绘制的，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。并且，参考数字在各图中可能重复，以示出多个相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，应理解，这样的候选或替代物的任何列表仅仅是说明性的，而不是限制的。此外，除非另外指示，在说明书和权利要求中使用的表达组成部分、组成成分、反应条件等等的数量的数字应被理解为是由术语“约”修饰的。

因此，除非相反地指示，在本说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值，这些近似值可以取决于试图通过在此呈现的主题获得的所希望的特性而不同。至少，并且不作为试图对权利要求的范围的等效物原则的申请进行限制，应当至少根据所报告的有效位的数字并且通过运用寻常的舍入技术来解释每个数值参数。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，任何数值本质上包含了必定由在它们对应的检验测量中所发现的标准偏差造成的必然的误差。

总体说明

用于许多干涉仪系统的分束器组件常常包括一个或两个类似的透明光学基板；一个基板是可以被包覆至这些表面之一上的基板。另一个基板被用作安装在相邻分束器的被包覆侧邻近处的一个补偿板。该补偿器常常被设计成具有与该分束器相同量的光程长度，以便提供最佳质量频谱数据。常常发现，因为用于该组件本身的这类基板是由柔软材料(如溴化钾(KBr))制造，所以这类基板易于受到损坏，尤其是在装卸和运送过程中。为防止随时间的倾斜对准问题，这些光学分束器组件材料常常通过强精密加工零件而被严格地固持在适当地方，这些强精密加工零件的制造昂贵、但是却提供仪器的运作所需要的准确度。问题是这样严格的安装常常引发一个或多个外部应力，这个或这些外部应力可以使该分束器连同该补偿板卷曲，这破坏了这些元件的光学平坦度并且因此必然影响总体仪器的性能。

本发明的这些有益方面之一是：代替严格的安装，在此所披露的本发明利用一种便宜的新型柔软分束器安装组件，该新型柔软分束器安装组件保护经配置的分束器和补偿板免受由一个或多个外部应力所引起的损坏，这个或这些外部应力由支撑机构传输并且引起。通过比这些被固持结构更柔韧，以便以使该支座而不是这些光学元件变形的一种方式来引导这个或这些应力，在此所描述的柔软安装能够实现对这些光学元件的保护。

然而，应当指出，虽然该便宜的新型柔软分束器安装系统保护该组件中的这些光学元件的光学平坦度，但是它也可以使得该干涉仪较不稳定，因为与该仪器的其他零件相比，该安装配置允许该组件的分束器部分由于能够随时间和温度变化而漂移的这些柔软支座而更容易倾斜，尤其是在运送过程中。

然而，通过使本发明的同一平坦度保护的柔软挠曲安装系统与一个主动运动控制系统(如在此所披露，维持改进的倾斜对准连同受控速度)相联接，以便提供另外地在运作中是坚固的一个有益的降低成本的系统，本发明的改进的设计使这个看似有害的作用无效。具体地，本发明的主动运动控制系统被配置成经由作为一个双输入倾斜控制和检测系统的运作来与本发明的新型柔软挠曲安装有益地合作，该运作包括：总结来自一个广角(自动准直)系统和一个光学(例如，激光)相位倾斜测量系统二者的倾斜测量信号，以便捕获两个倾斜控制系统的稳定性和可靠性的最佳特征。

所产生的组合的倾斜测量系统提供常常(但并不一定)由在此所披露的这些柔软弹性安装结构所造成的一个更广泛运作范围的分束器倾斜(例如，从约20弧度秒到大于10,000弧度秒)。本发明的这样一个广泛范围倾斜控制系统被设计成，即使光学激光速度控制信号由于所引发的更大倾斜误差而消失，仍进行工作。此外，如在此详述的，该广泛范围倾斜控制系统可以被打开并且在小于约1秒内是运作的，即使速度伺服器未被打开。

值得指出的是，如在此所披露，该广泛控制范围控制系统的容许倾斜误差也是可调整的。如果如同样在此描述的检测器被安装靠近本发明的分束器，则在光点在该检测器上移动足够远以错过该检测器以便使测量系统停止工作之前，这些倾斜误差角度可能是非常大的(例如，10,000弧度秒或更大)。另一方面，如果该光检测器被移至远方，则由于该光点以更小的分束器倾斜离开该监测检测器，总倾斜测量范围减小。然而，倾斜测量输出信号针对一个给定的误差变得更大，以便减小测量误差。这样一个广泛范围的可调整性在使用本发明的广泛范围倾斜测量系统中给予设计者更大的灵活性。

通过使用至少三个联接的移动装置(例如，实心轻质磁体(例如，每个磁体约10克))、常常是被配置在该分束器上约90度径向位置处的四个联接的磁体，来帮助该分束器倾斜的主动倾斜运动控制。这类磁性装置因此能够经由相邻经配置线圈而被诱导提供该分束器的受控的倾斜移动，如果是对应的磁体所希望的，这些线圈被用于引导不匹配的磁力连同匹配的磁力。有益的是，因为这些移动装置(如磁体)联接在分束器基板的边缘处的小区域处，所以这些装置本身不能联接由冲击、温度变化等引起的可以使该分束器的光学主动零件卷曲的不受控制的外力。此外，由于所选择的磁性移动装置的配置，在被放在磁性感应线卷附近时，这些磁体只能生成小的受控的力。作为结果，这样生成的力也是太小以致不能使该分束器卷曲的。

因此，除了所披露的倾斜控制系统之外，在此所披露的新型柔软挠曲分束器和联接的移动装置安排能够实现一个改进的安装配置和广泛范围测量系统，该改进的安装配置和广泛范围测量系统可以用一种时间有效的新型方式可靠地测量并且校正更大的倾斜误差角度。这样一个改进的倾斜测量系统还以允许动态对准以便在该速度控制系统即使被打开之前进行运作的任何速度进行工作。

出人意料地，这样一个安排还允许该干涉仪仪器的所有机械零件的总的长期倾斜误差是以下的约至少100倍：被认为是可容忍的并且仍可校正以在使该干涉仪控制系统通电一秒内产生有待引发的大的监测信号。

具体说明

柔软挠曲支座组件

现在转至附图，图1A示出被用于在此所讨论的这些所披露的系统实施例各自中的一个有益的分束器1/补偿板2配置的侧视图。参照图1A，本发明的新型分束器1/补偿板2以每个光学部件来显示，每个光学部件具有对应的附接在一个支撑34安装构件上的联接的弹性膜挠曲1’、2’。分束器1部件也被显示联接至磁性移动装置5b和5d(参考字符5b’和5d’与以下参照示例电路图1C所讨论的驱动线圈有关)上，以便能够实现该分束器1部分的精密的单独移动。

图1B示出图1A的分束器1部分的前视图以给予读者分束器1的联接配置的一个不同的透视图，其中该分束器具有弹性材料1’(例如，膜片膜(diaphragm membrane)挠曲)在它的周边、连同速度驱动和倾斜装置(例如，如由参考字符5a、5b、5c以及5d所指示的这些联接的磁体)。科芬等人的名称为“分束器及动镜的干涉仪速度控制(1NTERFEROMETER VELOCITYCONTROL OF BEAMSPLITTER AND MOVING MIRRORS)”的共同待决、共同提交的美国申请序列号12/944,512中披露关于在此所描述的移动分束器的动态速度控制而言的膜片挠曲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。

应当理解，如图1B中更好地所示出的，弹性膜片样挠曲配置1’常常(但并不一定)被构造有厚达约0.5mm的厚度并且由有益材料构造，这些有益材料例如但不限于：聚合物、塑料、迈拉聚酯薄膜(Mylar)、金属、纸等。作为一个有益实施例，膜片样挠曲1’可以由低成本的织物(例如但不限于：如常见于扩音器中的凯夫拉(Kevlar))构造。另外，可以使用多种材料渗透(例如，使用清漆)或处理这类所产生的弹性膜片挠曲1’、2’，以便同样进一步定制硬度并且因此定制所产生的该分束器1和/或补偿板2光学部件的所希望的移动。如果有需要，如图1A中所示，这些弹性膜片样挠曲1’和2’还可以被设计有若干折线，例如，波纹(由如图1B中所示的字母F所指示)，以便加强这些所产生的挠曲，同时还在所有方向上提供所希望的刚性/弹性并且因此提供受控的变形，以便在仍完全地保护这个或这些被固持基板的光学平坦度的同时，帮助该分束器1的移动。

这样一个所产生的结构因此可以有益地变形并且弯曲高达约5毫米的一个大的量，并且仍具有足够的弹性以便在经历冲击之后回弹至初始位置。重要的是应当指出，如果一个镜子或一个分束器支座的质量中心与旋转中心不相匹配，那么因为在干涉仪被移动至一个不同取向或该干涉仪经历由地板摇动和振动所引起的加速力时，重力发生变化，所以该质量中心与旋转中心上的偏移可以产生一个或多个转矩，这个或这些转矩导致所不希望的所固持光学部件的倾斜。然后必须校正这样一个不想要的倾斜以获得最佳性能。因此，本发明的这些膜片挠曲1’、2’枢轴点被有利地设计成在一个位置处被联接至分束器1，该位置例如大致上在与移动分束器1的质量中心相同的位置，以便消除或最小化外部振动，该外部振动使以在此所描述的一种方式被安装的一个镜子或一个移动分束器倾斜。

作为一个另外的益处，应当理解，已经发现这类挠曲类型的轴承利用于目前的这些配置，以便具有低的速度误差或噪声，因为由于不存在滑动轴承或滚动轴承活动的事实，这些挠曲的弯曲活动是非常光滑的。这是重要的，因为没有实际表面是真正光滑的；因此，与在此呈现的挠曲轴承配置相对比，滚动轴承和滑动轴承总是在这些非光滑零件滑动或滚动经过彼此时增加速度误差噪声。

如图1B中所示，在通过一个中心开口1”接合分束器1之后，将该分束器1围绕其周边联接至弹性挠曲材料1’(如以下所描述)，使得在受到对磁性移动装置5a、5b、5c以及5d所施加的磁力诱导时，有可能使该分束器1以一种线性(挠曲材料1’还提供一个阻滞力)和/或倾斜方式移动。将该分束器1基板联接在中心开口1”内常常(但并不一定)能够通过使用一种粘合材料的一个薄珠(未示出)将该基板固定(例如，胶合)在适当地方来实现。有益的是，与该基板相比，粘合材料的有效量更薄并且因此在几何结构上更弱。因为该粘合剂在几何结构上更弱，所以由于温度变化而可以累积的以及在该粘合剂固化时的应力不能使该更厚并且更强的基板卷曲。

此外，如图1A和图1B中所示，这些挠曲膜片1’、2’被设计成与被配置在其中的这些光学基板相比更弱并且硬度更低。这样一个柔韧的安排有益地固持分束器1并且允许在外部34安装构件经历(例如)该仪器在运输中的冲击时的移动。这些薄的柔韧挠曲膜片1’、2’因此限制该光学分束器1基板材料中的应力水平，因为该安装配置，如上所述，比该基板本身更弱。另外，与以上关于使用粘合剂联接材料的讨论非常相似，如果存在因温度变化或添加的粘合剂收缩而发生的应力，则这些更弱并且更小硬度的挠曲膜片1’、2’变形，而这些光学材料仍保持平坦。

通过使用相同的一个或多个移动装置，可以控制移动分束器1的倾斜，该一个或多个移动装置例如，被用于同样控制如在以上所提及的共同待决的并且共同提交的美国申请名称为“分束器及动镜的干涉仪速度控制”中所描述的光学元件的速度的预定大小的磁体5a、5b、5c以及5d、以及线圈(例如，如图1C中所示出的5a’、5b’、5c’以及5d’)。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/胶粘合剂)将这些磁体5a、5b、5c以及5d联接至该分束器1。因为这些磁体5a、5b、5c以及5d是轻(小于10克)而小的，所以与该分束器1的附接区域相对应地也是小的，这样使得任何粘合剂收缩仅影响该分束器1的边缘处的一个不重要的区域，从而允许一个小却简单的磁体附接系统，如图1A和图1B中总体上所示出。此外，因为这些磁体不会与该系统中的其他任何事物进行接触，所以它们不会另外地传输外部冲击和该柔软基板中的应力。

因此，由该一个或多个线圈(如示例电路图1C中所示的5a’、5b’、5c’以及5d’)通过将预定的常常小于约0.5特斯拉的所引发的不匹配的和/或匹配的磁力独立地引导至这一个或多个磁体5a、5b、5c以及5d中的任一个，可以提供分束器1的倾斜。具体地，如图3A和图3B中所示，如稍后在此将会详细描述的，多个反馈光学信号由一个或多个经配置示例倾斜控制系统监测，以便提供图3A和图3B中所示的适当的低功率水平信号52/62和54/64，这些适当的低功率水平信号被加强或扩大以便引发实际地导致分束器1的倾斜移动的磁场。另一方面，通过以下来提供分束器1的速度：同时以大致上一个相同的反馈操纵的速度控制信号63(如图1C中所示)驱动相同的联接至这些磁体5a、5b、5c以及5d的线圈(例如，如示例电路图1C中所示的5a’、5b’、5c’以及5d’)(如图1B中所示)，以便提供大致上匹配的磁力以引发稳定速度移动。

图1C因此示出一个这样有益的示例电阻器(指示为R₁)矩阵和联接的运算放大器(指示为相对应的电阻器R的Amp)伺服电路，该伺服电路用于提供所希望的分束器1的速度和/或倾斜移动。在示出一个基本运作的这个示例配置中，仅需要如图1C中所示的四个线圈5a’、5b’、5c’以及5d’和如图1B中所示的四个相对应的磁体5a、5b、5c以及5d。虽然图1C的过分简单化的设计与图1A和图1B的配置结合是有益的，但是应当理解，这些示意性图解旨在仅示例可能的许多其他设计之一。尽管如此，就速度控制来说，这样一个控制信号常常被大致上相等地施加至所有经配置线圈，例如图1C的线圈5a’、5b’、5c’以及5d’。使用这个安排，+Y信号被施加至顶部线圈5b’并且一Y信号被施加至底部线圈5d’。因此，+X信号被施加至左侧线圈5a’并且一X信号被施加至右侧线圈5c’。

如图1C的另一种安排，可以添加一个电容器C₁(即，一个高通滤波器)以限制分束器1相对于一个特定的动镜行进。确切地说，如图1C中所示，添加与速度控制信号串联的C₁确保该速度控制信号的直流(DC)部分不会到达移动分束器1。因此，当该电容器的电容减小时，该电容器表现得像一个更硬的挠曲。所添加的电容器可以被配置成将分束器1移动限制于更短的距离，以便在不会引起分束器1的移动变得更大的情况下，允许使用具有更多摩擦的动镜轴承并且如果需要，则允许一个经配置动镜也被安装在挠曲上。

因此，图1C的电路与包括本发明的分束器1的安排的系统的整体设计结合可以在不影响相邻补偿板2的情况下，提供一个所希望的高达数千弧度秒(例如，高达约10,000弧度秒)的倾斜和高达约+/-5毫米的一个线性移动。因为这个有益的安排，分束器1可以被安装成大致上靠近补偿板2(如图1A中总体上所示)，并且仍不会与该补偿板2进行接触，即使在该分束器1被诱导进行线性地和/或有倾斜地移动。因此，如果需要，该补偿板2还可以被安装在一个弹性挠曲类型的支座2’中，如图1A中所示，以便保护该补偿板免受应力，而具有不需要主动控制(即，没有联接至该补偿板的移动装置(例如，磁体))的益处，因为光仅仅穿过该补偿板以用于光程校正。

还应当理解，因为分束器配置的设计(即，如联接至图1A和图1B中所示的示例挠曲)，该组件的整体质量减小。结果是仅需要大致上低的力来移动该分束器，并且这个方面允许使用上述的小的磁体(例如，每个磁体约10克)和小的线卷(例如，小的扁平线圈)来引发磁力。因此，如以下参照图1C详细讨论的这些线圈可以足够小以便被配置在例如一个2层或4层电路板(未示出)的螺旋布线图中，从而消除制造单独线圈所需要的成本和然后安装这些线圈所需要的空间。应当理解，虽然一个螺旋线圈比一个卷绕线圈更低效，但是这些力是大致上小的并且总功率仍小于一瓦特每线圈，所以热量不是一个问题。

还应当指出，如果被配置为螺旋线圈，则这类线圈不需要使得这些联接的磁体(例如，图1A中所示的5b和5d)插入至位于该螺旋线圈的中间的一个已形成的孔中(可能进行这来增大磁力)。相反，这些磁体(例如，5b和5d)可以被放在远离该电路板(未示出)例如约2毫米的一个距离处，以便能够实现分束器1和联接的磁体(例如，5b和5d)的一个有益的+/-2毫米的移动，如由图1A中所示的配置总体上所提供的。

作为另一个有益方面，如图1A中总体上所示，这些磁体5b、5d与所产生的线圈5b’和5d’之间的空间允许整个分束器组件(包括补偿板)经由例如电动机驱动控制由使用者手动或自动地被互换。这样一个实施例允许一位使用者选择针对不同光波长而被最优化的不同的可互换的分束器组件。此外，这个特征允许对干涉仪进行更简单的组装和维修。

如上所述，虽然本发明的新型低成本安装系统保护图1A和图1B中所示的组件中的这些光学零件的光学平坦度，然而，这样一个安排可能使得启动静态倾斜问题更糟糕，因为在此所描述的这些柔软支座可以随时间和温度变化而漂移。如本发明中在此所披露的一种新型解决方案是：除了经由对激光信号正弦波上的相移进行测量来测量所希望被监测的零件的倾斜的一个光学检测系统之外，使用一个分开的光学检测系统来测量倾斜，尤其是对于大于约20弧度秒的更大的倾斜角度。可以在上述引用的名称为“具有动态动镜对准的红外线光谱仪的干涉仪”的美国专利号5,883,712和名称为“分束器及动镜的干涉仪速度控制”的共同待决、共同提交的美国申请序列号12/944,512(二者都是科芬等人的)中发现多个示例系统，除了控制扫描速度和数据收集之外，这些示例系统合并了经由对一个被检测激光监测信号上的相移进行测量而对倾斜进行的测量。

因此，在此所披露的改进的倾斜控制系统将两个倾斜测量系统的最佳特征结合到在此要详细讨论的一个简单复合系统之中。结果是能够实现以上参照柔软安装配置示出并且讨论的分束器组件的合并、并且因此捕获该分束器组件保持这些联接的光学部件的光学平坦度的益处，重要的是使一个倾斜控制伺服系统在一个速度伺服器启动之前进行工作，这样使得获得一个大的并且有用的激光信号以允许该速度伺服控制像所设计的那样进行运作。

光学速度倍增

在转至本发明的这个或这些系统实施例之前，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，以便提供一个经调制出射光束。

总体上，在移动分束器1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1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1与镜子10之间的光程长度(指示为OPL₁₀)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1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1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1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。

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系统，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图1A和图1B中总体上所示的柔软挠曲安装分束器组件。应当理解，虽然图2中所示的系统(该系统包括在下文中要详细讨论的广泛范围的倾斜控制系统)以示意图形式示出并且包括一个迈克尔逊干涉仪类型的几何结构，但是应当理解，这类干涉仪系统可以用如本领域普通技术人员已知的许多其他有益的配置进行布局，并且应当理解，在此所示的图2的总体图解仅旨在示例这类的不同配置，而不限制于仅所描绘的。

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、互联网连接等)。

本领域普通技术人员已知的是：除了其他联接的电子部件之外，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1/补偿板2的分束器1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倾斜和/或速度移动。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，这样使得在例如被提供有所希望的反馈控制检测时，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常可以包括本地或远程存储器存储装置，例如但不限于本地硬盘驱动器、软盘、CD-ROM或DVD、RAM、ROM、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合作激活时，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)。如本领域普通技术人员已知的，这样一个红外光源7可以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，经调制红外光11经由一个输出孔口22离开(如由大的方向箭头所指示)。

被构造为一个迈克尔逊类型的干涉仪的图2的示例干涉仪200包括布置在一个动镜9与一个定镜10之间的本发明的一个新型移动分束器1和补偿板2安排。然而，镜子9和10还可以被配置为二者都是定镜、或这些镜子的任一个是可移动的、或两个镜子9和10被配置成作为一个单元进行移动，所有这些描述于名称为“分束器及动镜的干涉仪速度控制”的共同待决并且共同提交的美国申请之中。

在图2中所示的安排中，经配置动镜9包括一个总体组件27，该总体组件可以包括例如镜子9、支撑框架23、以及由一个电动机驱动的轴承装置24，该电动机例如像包括一个线圈25和一个永磁体26的一个线性电动机。用于移动的轴承装置24可以包括被配置成有限制地沿一个所希望的纵轴平移(由框架23上的双向箭头所示的移动)的任何常规线性轴承系统，该限制为：该轴承系统的倾斜或偏航必须不大于约50弧度秒(以防止出射光束相对样品或光检测器移动)。图2中所示的用于提供本发明的这些镜子组件27的移动的示例轴承装置24可以包括：线性滚动球轴承、空气轴承、滑动轴承、和/或挠曲轴承。

如图2中所示的这样一个示例复合系统200允许一个动镜长冲程配置，在没有折中该总体系统的性能的情况下，该动镜长冲程配置是更重的。具体地，如图2中所示的配置允许收集非常高的扫描长度(仅受轴承和电动机的大小限制)以提供4.0cm^-1至约0.05cm^-1或更大的分辨率(例如，用于气体分析)。如果希望，本发明的轻质分束器可以独自提供低质量、快速控制以及运送冲击保护的益处，而同时能够收集类似于常规干涉仪的任何扫描长度的数据。然而，本发明的另一个有益的实施例是这样一种配置，即：在该配置中，向上述的被光学地监测的移动零件(即，镜子9和分束器1)施加速度控制信号，以便提供增加的有益分辨率。

通过对两个移动零件进行速度控制，可以减少关于速度误差信号的反应时间，以便与如果仅这些移动零件之一受到控制相比，更快地有益地减少伺服器速度误差。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快速变化的样品时，这样一个减少是有价值的。

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1和一个动镜9二者，以便允许该分束器1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该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1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1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1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1冲程长度。

再次返回至图2，作为一种安排，除了倾斜之外，该移动分束器1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1的而且还确定图2的示例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1的正面。在被分束器1的该正面接收时，离开分束器1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1/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1/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1/补偿板2。

穿过分束器1/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(如在此详述的，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1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1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，如下文所详述，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。

应当指出，如图2中所示，由于提供所希望的分束器1的移动，移动分束器1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1在一个扫描过程中线性地移动时，除了为动镜1的速度和位置而被监测的光束(即，光束B”’)之外，出射的经调制红外光束11二者都横向地平移，即分束器1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1所移动的距离的约一半一样远。

本发明的移动分束器1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(即，+/-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1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1毫米的光束11的一个平移移动。

作为宽波段红外光的经调制出射光束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的大小，可以消除以上讨论的实例(即由于分束器1的一个最大2mm平移的实例1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，虽然经调制出射光束11在尺寸上可以被定制以便使得不会受到分束器1的移动的影响，但是在移动该分束器1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1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)。

图3A示出总体上由参考字符300特指的一个有益的示例速度和相位倾斜电路，该电路合并了一个四象限检测器30(例如，图2的示例检测器14、20之一)以便收集在图2中所示的已安排示例位置中的任一位置处的经调制光。图3B的电路因此示出具有检测象限31、32、33、34的一个检测器，这些检测象限被安排成将信号引导至后继电路系统37、38、39以及50，以便提供速度控制56连同可以被互补的伺服电路所利用的X(52)、Y(54)倾斜信号。

作为一个示例运作，来自象限32的信号可以用于向这些速度控制电子器件提供一个正弦波信号(指示为V)，以便起动有待由一个速度伺服电路(如图1C中所示的电路的相关部分)接收的一个速度信号56。来自象限32的信号还能够被用于提供一个公共参考信号，以便比较从检测器30的预定的象限所产生的这些信号的相位。因此，图3B的电路可以使用象限31和32的光学信号上的相位差来测量例如X轴上的倾斜、并且使用象限33和32的光学信号上的相位差来测量Y轴倾斜。在这个实例中未使用象限34。

应当理解，如图2中所示，这些镜子9、10以及分束器1的倾斜误差被要求在图3A中所示的电路系统可以运作之前小于约50弧度秒，基于本发明的柔软安装结构，这可能是困难的。为了在图3A中所示的电路的这些设计参数内能够实现该运作，本发明因此使本发明的一个广泛范围反射光点倾斜控制系统与例如合并了相位信息的电路系统和光学配置相结合，以便校正甚至是与10,000弧度秒及以上一样大的倾斜误差。

广泛范围倾斜控制实施例

如以上总体描述讨论中所指出，本发明的低成本安装系统保护这些关键零件的光学平坦度，但是同样使得启动静态倾斜问题更糟糕，因为这些柔软支座可以随时间和温度变化而漂移。具体地，因为固持(例如)分束器和补偿板的这些支座是相对柔软的，所以如图1A中所示，该组件常常因温度和系统取向变化而倾斜。本发明提供了针对这个作用的一种新型解决方案，即通过合并测量有待与相移测量值结合使用的更大倾斜角度误差的一个另外的光学系统，以便提供一种装置，该装置能够实现对这些柔软安装的光学部件的最佳使用，如在此所描述。

再次转至图2，总体上由参考字符29和伴随的箭头所示的广泛范围倾斜系统包括一个光源15，该光源可以或者选自一个非相干光源、激光源(例如，一个激光二极管、气体激光器、固态激光器等)或者一个LED(具有各种波长的发光二极管)，该LED常常经由一个第一光学部件16(例如，透镜)而被聚焦并且适当地指向分束器1(以一个方向箭头示出)。来自光源15的光束然后以一个规定的角度被返回(同样以一个方向箭头示出)，以便由一个第二光学部件17(例如，一个反射器)重新定向，从而被一个光学检测器18(例如，另一个经配置四象限检测器)收集。这样一个被收集的光常常被配置成在该检测器18的输入表面处被接收时具有约1毫米的一个光束直径，该检测器的表面检测面积在大小上常常是约2毫米。

因此，在该分束器的被检测表面倾斜时，贮存在(例如)检测器18的多个象限上的光点被诱导进行移动，以致引起不同数量的光在检测器18的对应的象限上被测量。这样一个被检测光束不需要被调制并且不必要如以上所指出由一个单色光源提供，因为询问光束可以是任何光源(常常被聚焦)，只要该询问光束在该检测器18的一个预定的检测波长范围内。因此，通过检测到达所得的成对经配置检测器(如将针对配置在图3B中的检测器30进行描述的)的光级上的差异，来测量所收集的光束在该四象限检测器18的表面上的位置。

例如，确切地说，现在转至图3B中的电路300’，彼此在上方和下方的检测器30的两个经配置象限(例如，31、32)上的光级上的差异可以用于测量Y倾斜，并且被并排安装的两个象限(33、34)上的光级上的差异可以用于测量X倾斜。此后，可以通过(例如)放大器35来操纵由象限31和32所检测的这些光级上的这些差异，其中放大的信号被用于驱动包括经配置线圈5b’和5d’的图1C(如现在同样显示于图3B内的虚线框中以便容易阅读)的联接(例如，经由电阻联接或本领域中已知的其他手段)的后继电路系统。相对应地，如图1B中所示，通过对应地与磁体5b和5d相互作用的线圈来提供诱导的磁力，以便使本发明的分束器1上下移动。

另外，可以通过(例如)放大器36来操纵由象限33和34所询问的这些光级上的差异，以便同样驱动包括经配置线圈5a’和5c’的图1C(显示在虚线框内)的联接的后继电路系统的相关部分。同样相相应地，如图1B中所示，通过对应地与磁体5a和5c相互作用的这类线圈来提供诱导的磁力，以便使本发明的分束器1左右移动。

因此，经由通过图3B中的电路300’所提供的信号，由这些经配置线圈(例如，如显示于如联接至图3B中的电路300’的示例电路图1C中的5a’、5b’、5c’以及5d’)和磁体(例如，如图1B中所示的5a、5b、5c以及5d)所生成的这些力能够实现该分束器1在X和Y轴上的倾斜以对准干涉仪中的这些平坦表面，这样使得如由图1C的相关部分所示的一个速度控制伺服电路系统可以开始运作，以便然后有益地使得动镜9能够进行扫描并且生成所希望的光学数据。

应当指出，具有以在此所描述的方式对分束器本身的倾斜控制的一个有益方面是以下事实：该分束器的倾斜以常规系统的1/2的有角移动造成相同的光学校正(由于对图2中的这些镜子9、10的角度进行二等分)，以便允许在更少时间内完成分束器倾斜校正，其结果是改进在此所披露的广泛范围系统的总体性能以及在包括来自该区域中的其他设备的振动的一个环境中的总体干涉仪性能。

系统运作的示例方法

在通电时，如被布置在图2的总体系统200内的一个光学相位速度和倾斜控制系统是不起作用的并且因此不会产生输出信号。然而，如联接至(例如)如图3B中所示的类似电路系统的图2的广泛范围倾斜校正系统29的光源15一旦开始运作，该系统29就提供一个信号。在少于约1秒内，可能大于约10,000弧度秒的一个倾斜误差可以被减小至小于约5弧度秒，这样使得在速度伺服电路可以尝试进行运作之前，存在提供给该速度伺服电路的一个强的光学信号。

在这类光学信号是充分地足尺寸的之后，该速度伺服电路部分(例如，如图3A中所示)可以起动并且可以(但并不必须)开启该光学相位倾斜控制系统(如图3A的框50所示)，如以上所讨论。图3A中所示的电路的这些输出信号52、54因此可以被增加至由图3B的电路所提供的这些误差信号，以便使该分束器倾斜误差减小至小于和约一弧度秒，从而改进本发明的运作干涉仪的稳定性。

图3B因此示出一种电路模式，其中如对应地由参考字符52’和54’所示，由图3A的电路所提供的光学相位控制倾斜信号52和54被插入至一个新配置的广泛范围电子电路(如总体上由图3B中的数字300’参考)之中。如果该倾斜误差信号的增益从该广泛范围伺服器的一个正常增益水平(即，启动X和Y伺服振荡的增益水平)被降低(在运算放大器35和36处)了约为3倍的一个倍数，则该广泛范围伺服器继续进行正常运作但是却具有一个稍微更缓慢的反应。在该广泛范围增益被降低的情况下，由图3A的电路所提供的误差信号可以在点52’和54’处被增加并且其增益正常地被调整，这样使得总的系统是稳定的、并且该分束器响应于两个测量系统的误差信号，而不需要额外的控制软件来控制任一倾斜测量系统的增益。

作为一个相结合的系统，图3B的广泛范围电路和图3A的光学相位电路二者的总启动时间可以是小于约2秒，即使本发明的分束器在该启动过程的开始时具有为几千弧度秒的一个倾斜误差。在此，在所希望的地点和时间，还可以利用在该系统处于不同的运作模式(例如，启动、扫描逆程、数据收集等)时使用软件来调整这些电路的增益的其他控制策略。然而，常常并不需要这样另外的控制软件，因为本发明提供了并非必要需要额外的软件或固件的一种非常简单的控制系统。

另一方面，在大量的外部振动的情况下，如在此所披露，以下可能是有帮助的：使用软件来控制该广泛范围倾斜控制系统和光学相位控制系统的增益，以便通过以下在总体上提高该系统的性能，即通过：在该光学相位系统断开时增加该广泛范围系统的增益，直至该广泛范围倾斜误差足够低，以允许该光学相位信号首先是准确的并且可靠的。只有这样才是通过改变这两个不同倾斜误差测量系统的这些增益而利用的更灵敏的基于光学相位的倾斜误差电路系统。这样有益的软件因此可以允许在(例如)一个移动车辆中使用双倾斜误差信号。

应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可用任意组合混合并且匹配在此描述的关于各实施例的特征。尽管已经在此展示并且详细描述不同的选中的实施例，应理解，它们是示例性的，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，多种替代和改变是可能的。

Claims (22)

1.一种双输入倾斜受控的挠曲安装的分束器干涉仪，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且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且返回所述源的一个第二分束；

一个弹性安装的分束器，该弹性安装的分束器用于接收来自所述源的一束辐射，以便提供所述第一分束和所述第二分束；

移动装置，该移动装置联接至所述弹性安装的分束器，以便提供对所述弹性安装的分束器的速度和位置控制和/或关于经配置X轴和Y轴的一个倾斜控制；以及

双输入控制装置，该双输入控制装置用于向所述移动装置提供一个受控反馈，以便能够实现所述速度和位置控制和/或关于所述经配置X轴和Y轴的一个结合的倾斜控制，从而使得所述干涉仪中的一个或多个预定的平坦表面对准，并且其中所述移动装置的该速度和位置控制和/或所述倾斜控制能够进一步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，这些长度差结合地提供该输入源束辐射在所述干涉仪的一个经配置出口处的一个询问干涉图。

2.如权利要求1所述的双输入倾斜受控的挠曲安装的分束器干涉仪，其中所述双输入控制装置包括一个相位倾斜控制测量系统和一个广泛范围倾斜控制测量系统。

3.如权利要求2所述的双输入倾斜受控的挠曲安装的分束器干涉仪，其中所述相位倾斜控制测量系统与所述广泛范围倾斜控制测量系统结合地使多个分束器倾斜误差下降到至少50弧度秒。

4.如权利要求2所述的双输入倾斜受控的挠曲安装的分束器干涉仪，其中所述广泛范围倾斜控制测量系统独自可以使大于约10,000弧度秒的倾斜误差减小到小于约5弧度秒，以便使得一个联接的速度伺服器电路能够开始运作。

5.如权利要求2所述的双输入倾斜受控的挠曲安装的分束器干涉仪，其中所述广泛范围倾斜控制系统被配置成在小于约1秒内是运作的，即使一个联接的速度伺服器未运作。

6.如权利要求2所述的双输入倾斜受控的挠曲安装的分束器干涉仪，其中所述干涉仪在由所述相位倾斜控制测量系统与所述广泛范围倾斜控制测量系统结合地启用时的总启动时间是小于约2秒。

7.如权利要求1所述的双输入倾斜受控的挠曲安装的分束器干涉仪，其中所述双输入控制装置进一步包括联接至一个广泛范围倾斜控制电路的一个相位测量倾斜控制电路，其中增加了所述相位测量倾斜控制电路与所述一个广泛范围倾斜控制电路二者的误差输出信号，以便使得分束器倾斜误差的减少能够到达小于约1弧度秒。

8.如权利要求7所述的双输入倾斜受控的挠曲安装的分束器干涉仪，其中所述广泛范围倾斜控制电路的增益被减小了最多达约3倍，以便使得有待增加的由所述相位测量倾斜控制电路所提供的一个误差信号能够使得所述弹性安装的分束器在没有增加的固件的情况下能够响应于两个测量系统的这些误差输出信号。

9.如权利要求1所述的双输入倾斜受控的挠曲安装的分束器干涉仪，其中所述双输入控制装置包括一个广泛范围倾斜控制测量系统，该广泛范围倾斜控制测量系统配置有选自一个非相干源、一个相干源的至少一个光源，并且其中所述双输入控制装置还包括配置有一个相干源的一个相位倾斜控制测量系统。

10.如权利要求1所述的双输入倾斜受控的挠曲安装的分束器干涉仪，其中所述弹性安装的分束器包括被安排在所述分束器的周边周围的一个挠曲膜。

11.如权利要求1所述的双输入倾斜受控的挠曲安装的分束器干涉仪，其中所述移动装置包括联接至所述移动分束器的一个输入面的多个永磁体，其中所述多个联接的永磁体独立地由所施加的反馈受控磁力驱动，以便提供所述弹性安装的分束器的倾斜。

12.如权利要求1所述的双输入倾斜受控的挠曲安装的分束器干涉仪，其中所述双输入控制装置被配置成使得所述受控磁力能够提供所述弹性安装的分束器在一个X轴和/或Y轴上的、所希望的、最高达10,000约弧度秒的倾斜。

13.一种挠曲安装的移动分束器组件，包括：

一个分束器基板；

一个弹性膜，该弹性膜被配置成联接在所述分束器基板的周边周围并且进一步联接至一个支撑结构；其中所述弹性膜使所引发的被引导通过所述支撑结构的外部应力最小化、并且因此帮助保持所述分束器基板的光学平坦度；

多个磁性装置，该多个磁性装置联接至所述分束器基板的一个预定的表面；以及

多个线圈，该多个线圈被配置成使匹配的和/或不匹配的预定的磁力与所述多个磁性装置相联接，其中所述匹配的和/或不匹配的预定的磁力能够实现所述分束器基板的线性和/或倾斜移动。

14.如权利要求13所述的挠曲安装的移动分束器组件，其中所述分束器组件被布置在一个干涉仪内。

15.如权利要求13所述的挠曲安装的移动分束器组件，其中，相对于所述基板的质量，所述弹性膜的质量使得由所述多个线圈所施加的较低磁力能够使所述分束器基板移动。

16.如权利要求13所述的挠曲安装的移动分束器组件，其中所述弹性膜能够实现高达约+/-5毫米的线性位移的移动、并且进一步被配置成提供由所述约+/-5毫米的线性位移所产生的一个阻滞力。

17.如权利要求13所述的挠曲安装的移动分束器组件，其中所述弹性膜包括选自以下各项的至少一种材料：织物、聚合物、塑料、迈拉聚酯薄膜、金属以及纸。

18.如权利要求13所述的挠曲安装的移动分束器组件，其中所述弹性膜被配置有多个波纹以提供所希望的刚性和弹性。

19.如权利要求13所述的挠曲安装的移动分束器组件，其中所述多个磁性装置包括多个永磁体，这些永磁体通过粘合剂联接至所述分束器基板的一个输入面的边缘。

20.如权利要求13所述的挠曲安装的移动分束器组件，其中所述多个线圈被配置成提供小于约0.5特斯拉的磁力。

21.如权利要求20所述的挠曲安装的移动分束器组件，其中所述多个经配置的线圈使得所述多个磁性装置能够被放置在远离所述电路板最高达约2毫米的一个距离处，以便能够实现所述分束器基板的+/-2毫米的移动。

22.如权利要求13所述的挠曲安装的移动分束器组件，其中所述组件进一步包括一个补偿板，该补偿板另外地被配置有被安排在该周边周围的一个对应的弹性膜，并且其中所述补偿板另外地被联接至所述支撑结构。

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