CN106054372A - 一种对比度连续调节光栅和对比度连续调节方法 - Google Patents

一种对比度连续调节光栅和对比度连续调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种对比度连续调节光栅和对比度连续调节方法属于光学、精密仪器领域；该对比度连续调节光栅，包括上下设置的方向相同、周期相同的第一正弦光栅和第二正弦光栅，所述第一正弦光栅和第二正弦光栅在光栅调节机构的调节下反向运动，所述光栅调节机构由安装在底座上的动力传递装置提供动力；该占空比连续调节方法，通过控制动力传递装置中电机的转动，带动传动杆转动，进而带动转体转动，由转体上的伸出端带动第一正弦光栅和第二正弦光栅反向运动，实现占空比连续调节；在本发明的结构下，可以根据实际需要随时控制电机旋转，使第一正弦光栅和第二正弦光栅连续反向运动，实现对比度连续实时调节。

Description

一种对比度连续调节光栅和对比度连续调节方法
技术领域
本发明一种对比度连续调节光栅和对比度连续调节方法属于光学、精密仪器领域。
背景技术
由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅。常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于狭缝阵列。光栅虽然结构不复杂，但是在众多光学仪器中均具有广泛应用，也起到了关键作用。
在玻璃片上刻出来的光栅，由于透过率不会变化，因此在相同光照强度下的对比度为固定值，如果能够在应用过程中根据需要改变对比度，那么这种光栅将会具有更广泛的应用，发挥更大的作用，起到更革命性的影响。然而，还没有查找到对比度能够连续调节的光栅。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种对比度连续调节光栅和对比度连续调节方法，能够实现对比度连续调节的技术目的。
一种对比度连续调节光栅，包括上下设置的方向相同、周期相同的第一正弦光栅和第二正弦光栅，所述第一正弦光栅和第二正弦光栅在光栅调节机构的调节下反向运动，所述光栅调节机构由安装在底座上的动力传递装置提供动力；
所述第一正弦光栅通过直线轴承安装在两个第一支架之间，所述的两个第一支架对称安装在底座上，所述直线轴承能够确保第一正弦光栅在固定高度的水平面内运动；第一正弦光栅底部对称设置两个具有通槽的第一传动杆；所述第二正弦光栅通过直线轴承安装在两个第二支架之间，所述的两个第二支架对称安装在底座上，所述直线轴承能够确保第二正弦光栅在固定高度的水平面内运动；第二正弦光栅底部对称设置两个具有通槽的第二传动杆；
所述光栅调节机构由对称设置的两个子机构组成，每个子机构包括两个同轴设置的转体，所述转体由安装在底座上的转体支架支撑；两个转体之间通过转轴连接，每个转体的外侧均设置有伸出端，位于同一子机构两个转体上的两个伸出端设置在转体截面直径的两端，位于外侧的伸出端插入第一传动杆的通槽中，位于内侧的伸出端插入第二传动杆的通槽中；
所述动力传递装置包括电机和与电机同轴旋转的传动杆，所述传动杆由安装在底座上的传动支架支撑，传动杆与转轴轴承连接或皮带连接，将动力传递给转轴。
上述的对比度连续调节光栅，
转体由安装在底座上的转体支架支撑，具体结构在于：转体与转体支架之间轴承连接，转体与轴承内环过盈配合，转体支架与轴承外环固定连接；
传动杆由安装在底座上的传动支架支撑，具体结构在于：传动杆与传动支架之间轴承连接，传动杆与轴承内环过盈配合，传动支架与轴承外环固定连接。
以上对比度连续调节光栅，第二正弦光栅下方还设置有光源。
在第二正弦光栅与光源之间，还设置有漫透射板。
一种在上述对比度连续调节光栅上实现的对比度连续调节方法，通过电机转动，带动传动杆转动，进而带动转体转动，由转体上的伸出端带动第一正弦光栅和第二正弦光栅反向运动，实现对比度连续调节。
上述对比度连续调节方法，包括以下步骤：
步骤a、调整第一正弦光栅和第二正弦光栅
同一子机构两个转体上的两个伸出端在位于同一竖直平面的情况下，使第一正弦光栅和第二正弦光栅重合；
步骤b、按照如下公式，调整对比度
k = 1 2 C 1 2 + C 2 2 + 2 C 1 C 2 c o s ( l s i n α )
其中，k为对比度，C1为第一正弦光栅的对比度，C2为第二正弦光栅的对比度，l为同一子机构两个转体上的两个伸出端的轴距，α为电机的转角；
具体推导过程为：
第一正弦光栅的光强表达式为：
第二正弦光栅的光强表达式为：
在电机转过α角后，第一正弦光栅的光强表达式为：
在电机转过α角后，第二正弦光栅的光强表达式为：
合成后的归一化光强表达式为：
则对比度为：
1 2 ( C 1 + C 2 ) 2 cos 2 ( l 2 s i n α ) + ( C 1 - C 2 ) 2 sin 2 ( l 2 s i n α ) = 1 2 C 1 2 + C 2 2 + 2 C 1 C 2 cos ( l s i n α )
上述对比度连续调节方法，包括以下步骤：
步骤a、调整第一正弦光栅和第二正弦光栅
同一子机构两个转体上的两个伸出端在位于同一竖直平面的情况下，使第一正弦光栅和第二正弦光栅重合；
步骤b、按照如下公式，调整对比度
k = C c o s ( l 2 s i n α )
其中，k为对比度，C为第一正弦光栅和第二正弦光栅的对比度，l为同一子机构两个转体上的两个伸出端的轴距，α为电机的转角；
具体推导过程为：
第一正弦光栅和第二正弦光栅的光强表达式均为：
在电机转过α角后，第一正弦光栅的光强表达式为：
在电机转过α角后，第二正弦光栅的光强表达式为：
合成后的归一化光强表达式为：
则对比度为：
C c o s ( l 2 s i n α )
有益效果：在本发明的结构下，只需要控制电机旋转，就能够使第一正弦光栅和第二正弦光栅反向运动，进而实现对比度调节；同时，由于第一正弦光栅和第二正弦光栅的运动轨迹是连续的，因此对比度调节也是连续的；而在使用的过程中，由于可以根据实际需要随时控制电机旋转，因此对比度调节是实时的；综上所述，本发明具有对比度连续实时调节的技术优势。
附图说明
图1是本发明对比度连续调节光栅具体实施例一的结构示意图。
图2是本发明对比度连续调节光栅具体实施例三的结构示意图。
图3是本发明对比度连续调节光栅具体实施例四的结构示意图。
图中：11第一正弦光栅、12第二正弦光栅、13第一支架、14第二支架、15第一传动杆、16第二传动杆、2光栅调节机构、21转体、22转轴、23伸出端、24转体支架、3动力传递装置、31电机、32传动杆、33传动支架、4底座、5光源、6漫透射板。
具体实施例
下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细描述。
具体实施例一
本实施例为对比度连续调节光栅的实施例。
本实施例的对比度连续调节光栅，结构示意图如图1所示。该对比度连续调节光栅包括上下设置的方向相同、周期相同的第一正弦光栅11和第二正弦光栅12，所述第一正弦光栅11和第二正弦光栅12在光栅调节机构2的调节下反向运动，所述光栅调节机构2由安装在底座4上的动力传递装置3提供动力；
所述第一正弦光栅11通过直线轴承安装在两个第一支架13之间，所述的两个第一支架13对称安装在底座4上，所述直线轴承能够确保第一正弦光栅11在固定高度的水平面内运动；第一正弦光栅11底部对称设置两个具有通槽的第一传动杆15；所述第二正弦光栅12通过直线轴承安装在两个第二支架14之间，所述的两个第二支架14对称安装在底座4上，所述直线轴承能够确保第二正弦光栅12在固定高度的水平面内运动；第二正弦光栅12底部对称设置两个具有通槽的第二传动杆16；
所述光栅调节机构2由对称设置的两个子机构组成，每个子机构包括两个同轴设置的转体21，所述转体21由安装在底座4上的转体支架24支撑；两个转体21之间通过转轴22连接，每个转体21的外侧均设置有伸出端23，位于同一子机构两个转体21上的两个伸出端23设置在转体21截面直径的两端，位于外侧的伸出端23插入第一传动杆15的通槽中，位于内侧的伸出端23插入第二传动杆16的通槽中；
所述动力传递装置3包括电机31和与电机31同轴旋转的传动杆32，所述传动杆32由安装在底座4上的传动支架33支撑，传动杆32与转轴22轴承连接或皮带连接，将动力传递给转轴22。
具体实施例二
本实施例为对比度连续调节光栅的实施例。
本实施例的对比度连续调节光栅，在具体实施例一的基础上，进一步限定：
转体21由安装在底座4上的转体支架24支撑，具体结构在于：转体21与转体支架24之间轴承连接，转体21与轴承内环过盈配合，转体支架24与轴承外环固定连接；
传动杆32由安装在底座4上的传动支架33支撑，具体结构在于：传动杆32与传动支架33之间轴承连接，传动杆32与轴承内环过盈配合，传动支架33与轴承外环固定连接。
具体实施例三
本实施例为对比度连续调节光栅的实施例。
本实施例的对比度连续调节光栅，结构示意图如图2所示，该对比度连续调节光栅，在具体实施例一的基础上，进一步限定第二正弦光栅12下方还设置有光源5。
这种结构设计，使得本发明对比度连续调节光栅可以直接配合光源5来使用，无需外加光源。
具体实施例四
本实施例为对比度连续调节光栅的实施例。
本实施例的对比度连续调节光栅，结构示意图如图3所示，该对比度连续调节光栅，在具体实施例三的基础上，进一步限定在第二正弦光栅12与光源5之间，还设置有漫透射板6。
光源5发出光束，经过漫透射板6后，再照射到第二矩形光栅12上，这种结构设计，会使第二矩形光栅12的照明光更加均匀，能够解决因照明光不均匀而降低实验效果的问题。具体实施例五
本实施例为对比度连续调节方法的实施例。
本实施例的对比度连续调节方法，通过电机31转动，带动传动杆32转动，进而带动转体21转动，由转体21上的伸出端23带动第一正弦光栅11和第二正弦光栅12反向运动，实现对比度连续调节。
具体实施例六
本实施例为对比度连续调节方法的实施例。
本实施例的对比度连续调节方法，在具体实施例五的基础上，进一步限定包括以下步骤：
步骤a、调整第一正弦光栅11和第二正弦光栅12
同一子机构两个转体21上的两个伸出端23在位于同一竖直平面的情况下，使第一正弦光栅11和第二正弦光栅12重合；
步骤b、按照如下公式，调整对比度
k = 1 2 C 1 2 + C 2 2 + 2 C 1 C 2 c o s ( l s i n α )
其中，k为对比度，C1为第一正弦光栅11的对比度，C2为第二正弦光栅12的对比度，l为同一子机构两个转体21上的两个伸出端23的轴距，α为电机31的转角；
具体推导过程为：
第一正弦光栅11的光强表达式为：
第二正弦光栅12的光强表达式为：
在电机31转过α角后，第一正弦光栅11的光强表达式为：
在电机31转过α角后，第二正弦光栅12的光强表达式为：
合成后的归一化光强表达式为：
则对比度为：
1 2 ( C 1 + C 2 ) 2 cos 2 ( l 2 s i n α ) + ( C 1 - C 2 ) 2 sin 2 ( l 2 s i n α ) = 1 2 C 1 2 + C 2 2 + 2 C 1 C 2 cos ( l s i n α )
本实施例的对比度连续调节方法，基于本发明对比度连续调节光栅，给出了对比度与电机31转角之间的对应关系，为本发明对比度连续调节方法的具体操作奠定了实验基础。
具体实施例七
本实施例为对比度连续调节方法的实施例。
本实施例的对比度连续调节方法，在具体实施例五的基础上，进一步限定包括以下步骤：
步骤a、调整第一正弦光栅11和第二正弦光栅12
同一子机构两个转体21上的两个伸出端23在位于同一竖直平面的情况下，使第一正弦光栅11和第二正弦光栅12重合；
步骤b、按照如下公式，调整对比度
k = C c o s ( l 2 s i n α )
其中，k为对比度，C为第一正弦光栅11和第二正弦光栅12的对比度，l为同一子机构两个转体21上的两个伸出端23的轴距，α为电机31的转角；
具体推导过程为：
第一正弦光栅11和第二正弦光栅12的光强表达式均为：
在电机31转过α角后，第一正弦光栅11的光强表达式为：
在电机31转过α角后，第二正弦光栅12的光强表达式为：
合成后的归一化光强表达式为：
则对比度为：
C cos ( l 2 sin α )
本实施例的对比度连续调节方法，基于本发明对比度连续调节光栅，给出了对比度与电机31转角之间的对应关系，为本发明对比度连续调节方法的具体操作奠定了实验基础。

Claims (5)

1.一种对比度连续调节光栅，其特征在于，包括上下设置的方向相同、周期相同的第一正弦光栅(11)和第二正弦光栅(12)，所述第一正弦光栅(11)和第二正弦光栅(12)在光栅调节机构(2)的调节下反向运动，所述光栅调节机构(2)由安装在底座(4)上的动力传递装置(3)提供动力；
所述第一正弦光栅(11)通过直线轴承安装在两个第一支架(13)之间，所述的两个第一支架(13)对称安装在底座(4)上，所述直线轴承能够确保第一正弦光栅(11)在固定高度的水平面内运动；第一正弦光栅(11)底部对称设置两个具有通槽的第一传动杆(15)；所述第二正弦光栅(12)通过直线轴承安装在两个第二支架(14)之间，所述的两个第二支架(14)对称安装在底座(4)上，所述直线轴承能够确保第二正弦光栅(12)在固定高度的水平面内运动；第二正弦光栅(12)底部对称设置两个具有通槽的第二传动杆(16)；
所述光栅调节机构(2)由对称设置的两个子机构组成，每个子机构包括两个同轴设置的转体(21)，所述转体(21)由安装在底座(4)上的转体支架(24)支撑；两个转体(21)之间通过转轴(22)连接，每个转体(21)的外侧均设置有伸出端(23)，位于同一子机构两个转体(21)上的两个伸出端(23)设置在转体(21)截面直径的两端，位于外侧的伸出端(23)插入第一传动杆(15)的通槽中，位于内侧的伸出端(23)插入第二传动杆(16)的通槽中；
所述动力传递装置(3)包括电机(31)和与电机(31)同轴旋转的传动杆(32)，所述传动杆(32)由安装在底座(4)上的传动支架(33)支撑，传动杆(32)与转轴(22)轴承连接或皮带连接，将动力传递给转轴(22)。
2.根据权利要求1所述的对比度连续调节光栅，
其特征在于，
转体(21)由安装在底座(4)上的转体支架(24)支撑，具体结构在于：转体(21)与转体支架(24)之间轴承连接，转体(21)与轴承内环过盈配合，转体支架(24)与轴承外环固定连接；
传动杆(32)由安装在底座(4)上的传动支架(33)支撑，具体结构在于：传动杆(32)与传动支架(33)之间轴承连接，传动杆(32)与轴承内环过盈配合，传动支架(33)与轴承外环固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的对比度连续调节光栅，其特征在于，第二正弦光栅(12)下方还设置有光源(5)。
4.根据权利要求3所述的对比度连续调节光栅，其特征在于，在第二正弦光栅(12)与光源(5)之间，还设置有漫透射板(6)。
5.一种在权利要求1所述对比度连续调节光栅上实现的对比度连续调节方法，其特征在于，通过电机(31)转动，带动传动杆(32)转动，进而带动转体(21)转动，由转体(21)上的伸出端(23)带动第一正弦光栅(11)和第二正弦光栅(12)反向运动，实现对比度连续调节。
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邱相艳: "动态变频正弦光栅测量CCD调制传递函数处理系统的研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士） 信息科技辑》 *

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