[发明专利]具有多个扫描架的干涉仪

说明书

技术领域

本发明涉及具有多个扫描架的干涉仪。

背景技术

迈克耳逊干涉仪在许多商业应用中使用。各种设计的性能特性和稳定性限制是公知的和明白的。常规干涉仪中的光学元件的微小失配导致可能显著影响干涉仪的性能的调制变化。在包括迈克耳逊干涉仪的商用干涉仪的设计中已进行了许多尝试来减小失配和/或失配的影响。这些尝试中的一些包括被动装置，例如使用方角反射镜、后向反射镜和/或其它装置来补偿非期望的影响。其它尝试使用主动装置，例如动态反射镜或动态热控制等。替代地，调节机构可用以允许光学元件的关系的周期或必要重建从而保持可接受的对准状态。

一般而言，迈克耳逊干涉仪通过将输入光束分裂成两个部分，引起所述部分中的一个的交替路径差异，并且在初始分裂的准确点重组所述部分，产生交替光信号。保持在扫描期间产生路径差异的反射镜元件（例如，可移动反射镜）的平坦度和一致几何关系（到波阵面）对于系统性能、稳定性和最终仪器数据质量是重要的。固定或可移动反射镜到波阵面的几何关系或平坦度的任何短期或长期变化（共同被称为光学不稳定性）可以产生受损结果。当分束器改变相对于波阵面的平坦度或角时产生类似结果。

干涉仪的光谱分辨率与在扫描期间可移动反射镜移动的距离相关。特别在傅里叶变换红外（FTIR）光谱仪设计的领域中，可移动反光镜的运动典型地经由机械支承件实现。具有多种多样的成本和复杂性的支承件实现方式有很多。

板簧（支承件或挠曲支承件）已用于干涉仪。通过引用合并于此的Ressler等人的美国专利第7,630,081号（2009年12月8日）是常规干涉仪的例子。美国专利第7,630,081号提出使用一对挠曲支承件（包括材料选择和几何形状的公开），从而以较低成本和较小尺寸获得高度的性能和热/机械稳定性。然而，这样的常规干涉仪由于固有的支承件行程限制而可能具有有限的分辨率能力。因此，需要高性能、可靠的干涉仪，其能够具有更长的支承件行程，例如为中级实验室市场提供更大的分辨率。

发明内容

根据代表性实施例，一种干涉仪包括固定组件和相对于固定组件可移动的可移动组件、一对内挠曲支承件以及一对外挠曲支承件。固定组件包括基座、配置成将从光源发射的光分裂成光的第一和第二部分的分束器组件以及用于反射光的第一部分的固定反射镜。可移动组件包括上扫描架、下扫描架以及连接到下扫描架用于反射光的第二部分的可移动反射镜。分束器组件还配置成将被反射的光的第一和第二部分组合成重组辐射束。一对内挠曲支承件具有连接到基座的端部和连接到上扫描架的端部，允许上扫描架相对于基座的运动。一对外挠曲支承件具有连接到上扫描架的端部和连接到下扫描架的端部，允许下扫描架相对于上扫描架的运动。上扫描架的运动和下扫描架的运动允许可移动反射镜在扫描方向上的扫描运动，所述扫描运动被限制成使得在扫描运动期间，扫描运动保持包含可移动反射镜的平面，平行于在可移动组件和固定组件之间的相应距离处的包含可移动反射镜的多个平面。分束器组件、固定反射镜和可移动反射镜定位在包含处于相应平坦状态时的一对内挠曲支承件的各平面之间的空间内。

根据另一代表性实施例，一种傅里叶变换红外光谱系统包括配置成发射红外辐射的光源，以及配置成接收红外辐射并且提供重组辐射的干涉仪，所述重组辐射包括具有变化相对相位的反射辐射的第一和第二部分。干涉仪包括分束器组件、固定反射镜、可移动反射镜、上和下扫描架以及用于接收重组辐射的检测系统。分束器组件安装到静止基座并且配置成将从光源发射的红外辐射分裂成辐射的第一和第二部分并且重组反射辐射的第一和第二部分以提供重组辐射。固定反射镜安装到静止基座并且配置成反射辐射的第一部分以将反射辐射的第一部分提供给分束器。可移动反射镜配置成反射辐射的第二部分以将反射辐射的第二部分提供给分束器，可移动反射镜相对于分束器在扫描方向上可移动以改变反射辐射的第二部分相对于反射辐射的第一部分的相位。上扫描架经由一对内挠曲支承件安装到静止基座并且在第一弧形运动中相对于静止基座可移动，分束器组件、固定反射镜和可移动反射镜定位在包含处于相应非挠曲位置时的一对内挠曲支承件的各平面之间的空间内。下扫描架经由一对外挠曲支承件安装到上扫描架并且在第二弧形运动中相对于上扫描架可移动，第二弧形运动大致（substantially）等于第一弧形运动，但是在相反方向上呈弧形。可移动反射镜附连到下扫描架使得上扫描架在第一弧形运动中的运动和下扫描架在第二弧形运动中的运动允许可移动反射镜在扫描方向上的运动。