CN101261139B - 一种阵列微梁单元偏角测量系统 - Google Patents

一种阵列微梁单元偏角测量系统 Download PDF

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Abstract

一种阵列微梁单元偏角测量系统，包括照明光源、聚光镜、滤波针孔、准直系统、起偏器、偏振分光镜、1/4波片，傅立叶变换系统，滤波刀口，傅立叶逆变换系统和CCD相机；照明光源发出的光经聚光镜和滤波针孔组成的光束滤波器后经准直系统变为平行光，再经起偏器变为线偏振光束，线偏振光束经偏振分光镜反射后照明阵列微梁，被阵列微梁反射后再次到达偏振分光镜，线偏振照明光束两次经过偏振分光镜与阵列微梁之间的1/4波片，相位改变π/2，被阵列微梁反射的成像光束可透过偏振分光镜，经傅立叶变换系统和滤波刀口、及傅立叶逆变换系统组成的4f滤波系统后成像于CCD相机上；本发明通过对照明光的偏振态控制，降低了测量信号的背景噪声，提高了系统信噪比，显示了特有的优势。

Description

一种阵列微梁单元偏角测量系统
技术领域
本发明属于角度偏转非接触测量领域，特别涉及一种阵列微梁单元偏角测量系统。
技术背景
通过对平面或微梁偏角的测量，可以监测运动物体的运动姿态，分析微梁受力情况，检测环境的温度变，监测生物探针分子和把分子的相互作用以及实现红外辐射成像等，现有的平行光管测角装置只能对单一的平面的偏角进行测量，但它体积庞大，而且无法实现阵列型微梁面积内不同微面的偏角测量。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对以上不足，提出一种阵列微梁单元偏角测量系统，根据透镜的傅立叶变换特性，偏转微梁的反射光和未发生偏转微梁的反射光在透镜的谱平面发生分离，经过频谱滤波后，根据偏角的不同，在恢复的微梁像面对应位置上会呈现出不同的灰度强弱变化，从而可以根据所探测到的不同微梁图像的灰度值来检测微梁偏角的大小。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种阵列微梁单元偏角测量系统，其特征在于：包括照明光源、聚光镜、滤波针孔、准直系统、起偏器、偏振分光镜、1/4波片，傅立叶变换系统，滤波刀口，傅立叶逆变换系统，和CCD相机；照明光源发出的光经过由聚光镜和滤波针孔组成的光束滤波器后经准直系统使光束变为平行光，再经过起偏器后变为线偏振照明光束，线偏振照明光束经偏振分光镜反射后照明阵列微梁，此光被阵列微梁反射后携带有阵列微梁的信息再次到达偏振分光镜，在此过程中由于线偏振照明光束两次经过置于偏振分光镜与阵列微梁之间的1/4波片，相位改变π/2，被阵列微梁反射回来的成像光束可透过偏振分光镜，到达傅立叶变换系统和滤波刀口、及傅立叶逆变换系统组成的4f滤波系统，使不同偏角的微梁反射光在频谱面分离，经过4f滤波系统频谱滤波后将阵列微梁还原成像于所述的CCD相机上。
所述的照明光源为400nm-600nm范围内的单色光源。
所述的被偏振分光镜反射的照明光从阵列微梁返回成为成像光束，再经过1/4波片的相位补偿后与照明光束偏振态正交，使成像光束透过偏振分光镜。
所述的CCD相机为12位灰阶科学级CCD相机。
所述的CCD相机所采集的图像根据不同的灰度级，来测量微梁的偏角。
所述的滤波刀口由不透光材料制成，可以滤掉阵列微梁中那些发生偏角的微梁产生的光束。
所述的频谱面位于傅立叶变换系统的后焦平面上。
本发明与现有技术相比所具有的优点是：本发明通过采用频谱滤波技术，可对微梁单一面元甚至对阵列型微梁面积内不同微梁面的偏角进行测量，根据微梁材料的不同(如双金属材料)可进行环境的热辐射温度测量；根据微梁结构的弹性变形，对其进行受力分析，根据物体的红外辐射导致微梁的不同幅度的形变进行红外像的探测；而且本发明由于使用了线偏振光照明技术，通过CCD相机所成像的微梁图像像面灰度的差异可测量出微梁偏角的大小，从而大大地提高了系统的探测灵敏度。
附图说明
图1为本发明的阵列微梁单元偏角测量系统原理图；
图2为4f频谱滤波测角原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。
如图1所示，本发明实施例装置由照明光源1、聚光镜2、滤波针孔3、准直系统4、起偏器5、偏振分光镜6、1/4波片7，傅立叶变换系统8，滤波刀口9，傅立叶逆变换系统10，和CCD相机11，阵列微梁12组成。
采用400nm-600nm范围内的单色光源作为照明光源1，可以选择激光器、发光二极管LED等工程技术中常用的照明光源，照明光源1发出的光经聚光镜2、滤波针孔3组合构成透镜-针孔空间滤波器形成点光源，此点光源经过准直系统4使经过透镜-针孔空间滤波器LPS的点光源形成平形照明光束，在形成的平行照明光束中加入起偏器5后得到偏振照明光，起偏器5的偏振方向使偏振照明光以45°入射角投射到偏振分光镜6上后被反射，经1/4波片7到待检测的阵列微梁12上，携带微梁信息的测量光从阵列微梁12上反射经1/4波片7，再以45°角入射到偏振分光镜6上，被偏振分光镜6反射的照明光到阵列微梁12上返回过程中，两次经过1/4波片7，相位发生л/2补偿，刚好被偏振分光镜6透射，同时其他偏振态的杂光被抑制，透过偏振分光镜6的测量光进入由傅立叶变换系统8、滤波刀口9、傅立叶逆变换系统10组成的4f频谱滤波组，使不同偏角的微梁反射光在位于傅立叶变换系统8的后焦平面上的频谱面13位置处分离，这里的滤波刀口9由不透光材料制成，可以滤掉阵列微梁12中那些发生偏角的微梁产生的光束，经过频谱滤波后将阵列微梁12还原成像于所述的CCD相机11上，这里的CCD相机11选择12位灰阶科学级CCD相机，CCD相机11所采集的图像根据不同的灰度级，来测量微梁的偏角；当某一微梁发生偏角歧变时，由于发生偏角的光被滤波刀口9拦截，因此，它在CCD相机11上还原成像的灰度值会发生变化，计算机数据处理系统则根据CCD相机11上所探测到的不同微梁图像的灰度值来检测微梁偏角的大小。
图2为4f频谱滤波测角原理示意图，它是由傅立叶变换系统8和滤波刀口9、及傅立叶逆变换系统10组成，微梁未发生偏角时，每个微梁单元的反射光经过傅立叶变换系统8后在谱平面13上形成的衍射谱位于同一个位置，当某微梁单元发生形变后，导致此单元对应的发射光的衍射谱在傅立叶变换系统8的谱平面13上相对于原衍射谱位置产生一定的移动量，滤波刀口9不同程度的阻挡了发生偏角的各个单元反射光的远射能量，使通过的光强发生变化，再经过傅立叶逆变换系统10还原，就得到灰度变化的微梁图像，偏角越大，被滤波刀口9阻挡掉的能量越多，对应的还原后的图像灰度越低。

Claims (7)

1.一种阵列微梁单元偏角测量系统，其特征在于：包括照明光源(1)、聚光镜(2)、滤波针孔(3)、准直系统(4)、起偏器(5)、偏振分光镜(6)、1/4波片(7)，傅立叶变换系统(8)，滤波刀口(9)，傅立叶逆变换系统(10)，和CCD相机(11)；照明光源(1)发出的光经过由聚光镜(2)和滤波针孔(3)组成的光束滤波器后经准直系统(4)使光束变为平行光，再经过起偏器(5)后变为线偏振照明光束，线偏振照明光束经偏振分光镜(6)反射后照明阵列微梁(12)，此光被阵列微梁(12)反射后携带有阵列微梁的信息再次到达偏振分光镜(6)，在此过程中由于线偏振照明光束两次经过置于偏振分光镜(6)与阵列微梁(12)之间的1/4波片(7)，相位改变π/2，被阵列微梁(12)反射回来的成像光束可透过偏振分光镜(6)，到达傅立叶变换系统(8)和滤波刀口(9)、及傅立叶逆变换系统(10)组成的4f滤波系统，使不同偏角的微梁反射光在频谱面(13)分离，经过4f滤波系统频谱滤波后将阵列微梁(12)还原成像于所述的CCD相机(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种阵列微梁单元偏角测量系统，其特征在于：照明光源(1)为400nm-600nm范围内的单色光源。
3.根据权利要求1所述一种阵列微梁单元偏角测量系统，其特征在于：被偏振分光镜(6)反射的照明光从阵列微梁(12)返回成为成像光束，再经过1/4波片(7)的相位补偿后与照明光束偏振态正交，使成像光束透过偏振分光镜(6)。
4.根据权利要求1所述一种阵列微梁单元偏角测量系统，其特征在于：CCD相机(11)为12位灰阶科学级CCD相机。
5.根据权利要求1所述的一种阵列微梁单元偏角测量系统，其特征在于：CCD相机(11)所采集的图像根据不同的灰度级，来测量微梁的偏角。
6.根据权利要求1所述的一种阵列微梁单元偏角测量系统，其特征在于：滤波刀口(9)由不透光材料制成，以用于滤掉阵列微梁(12)中那些发生偏角的微梁产生的光束。
7.根据权利要求1所述的一种阵列微梁单元偏角测量系统，其特征在于：频谱面(13)位于傅立叶变换系统(8)的后焦平面上。
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