CN106547033B - 一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置及其使用方法，其中，一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置，包括微纳光栅偏振阵列，微纳光栅偏振阵列可拆卸连接有微移位器，相对微纳光栅偏振阵列设置有CCD传感器，CCD传感器通过判断电路模块连接至微移位器，解决了在光路系统中安装固定位置的微纳偏振光栅阵会降低光路系统透射比的问题。

Description

一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置及其使用方法

技术领域

本发明属于偏振光学成像领域，具体涉及一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置及其使用方法。

背景技术

现有技术中大都是将微纳偏振光栅阵列固定安装在光路系统中，这样的设计方法虽然可以使光路系统获取和利用偏振信息，提升光路系统发现目标的能力，但是固定安装在光路系统中的微纳偏振光栅阵列会降低光路系统的透射比，当光路系统需要高透射比时，固定安装在光路系统中的微纳偏振光栅阵列将会对光路系统产生负面影响，因此在光路系统中安装固定位置的微纳偏振光栅阵列将不能满足人们的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置及其使用方法，以解决在光路系统中安装固定位置的微纳偏振光栅阵会降低光路系统透射比的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置，包括微纳光栅偏振阵列，微纳光栅偏振阵列可拆卸连接有微移位器，相对微纳光栅偏振阵列设置有CCD传感器，CCD传感器通过判断电路模块连接至微移位器；

CCD传感器，用于将目标物体的图像信息转换成电信号再输送至判断电路模块；

判断电路模块，用于接收电信号，并将其与预先设定好的阈值电压进行对比，并输出相应极性的电压至微移位器；

微移位器，用于接收电压，并根据电压的极性产生相应方向的移动，同时也带动微纳光栅偏振阵列一起移动。

进一步的，微移位器和微纳光栅偏振阵列之间通过连接卡槽可拆卸连接。

进一步的，微纳光栅偏振阵列封装在锗片上。

进一步的，微移位器为压电陶瓷微位移器。

进一步的，判断电路模块的判断方法为：CCD传感器接收探测目标物体的光强，并将接收到的光强转化为电压并输送至判断电路模块，判断电路模块根据电压与预先设定好的阈值电压进行对比：

若电压高于阈值电压，则判断电路模块输出正电压至微位移器，微位移器根据逆压电效应会产生相应的位移，进而带动微纳偏振光栅阵列移入光路系统；

若电压低于阈值电压，则判断电路模块输出负电压至微位移器，微位移器根据逆压电效应会产生相应的位移，进而带动微纳偏振光栅阵列移出光路系统。

本发明所采用的第二种技术方案是，上述一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置的使用方法，包括如权利要求-的可移动的微纳偏振光栅阵列装置，并按照以下步骤实施：

步骤1、通过透镜将光源调整为平行光并射入CCD传感器；

步骤2、将微位移器控制器接入微位移器，手动调节输入电压给微位移器控制器，使微位移器控制器控制微位移器移动，从而控制连接在微位移器上的微纳光栅偏振阵列的位置，当某个位置使得CCD传感器接收到的光强最大时，标记下此时微纳光栅偏振阵列所在的位置；

步骤3、将微位移器控制器与微位移器分离，并将判断电路模块接入微位移器，预先设定好判断电路模块中的阈值电压和输出正电压，当经CCD传感器转换后的电压高于阈值电压时，将输出正电压输送至微位移器，微位移器则带动微纳偏振光栅阵列移至步骤中标记的位置；

当经CCD传感器转换后的电压低于阈值电压时，微位移器会带动微纳偏振光栅阵列移出光路系统。

本发明的有益效果是：本发明设计的一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置及其使用方法，可以根据需要将微纳偏振光栅阵列移进和移出光路系统，实现偏振测定和非偏振测定两种工作模式的切换，当光路系统需要利用偏振信息，提高发现目标的能力时，将微纳偏振光栅阵列移入光路系统；当光路系统需要高透射比时，将微纳偏振光栅阵列移出光路系统。

附图说明

图1是本发明一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置及其使用方法的结构示意图；

图2是本发明一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置及其使用方法中微位移器与微纳偏振光栅阵列的连接示意图；

图3是本发明一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置中CCD传感器与微纳光栅偏振阵列对准调整的示意图。

其中，1.光源，2.透镜，3.锗片，4.CCD传感器，5.判断电路模块，6.微位移器，7.微纳光栅偏振阵列，8.连接卡槽，9.微位移器控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置，如图1所示，包括微纳光栅偏振阵列7，微纳光栅偏振阵列7可拆卸连接有微移位器6，相对微纳光栅偏振阵列7设置有CCD传感器4，CCD传感器4通过判断电路模块5连接至微移位器6；CCD传感器4，用于将目标物体的图像信息转换成电信号再输送至判断电路模块5；判断电路模块5，用于接收电信号，并将其与预先设定好的阈值电压进行对比，并输出相应极性的电压至微移位器6；微移位器6，用于接收电压，并根据电压的极性产生相应方向的移动，同时也带动微纳光栅偏振阵列7一起移动。

其中，CCD传感器4是一种光电转换式图像传感器，利用光电转换原理可以把接收到的图像信息转换成电信号，这样便实现了非电量的测量。因此在本发明中利用CCD传感器4接收探测目标物体的光强，并将接收到的光强转化为电压，将此电压输出到判断电路模块5，判断电路模块5的判断方法为：CCD传感器4接收探测目标物体的光强，并将接收到的光强转化为电压并输送至判断电路模块5，判断电路模块5根据电压与预先设定好的阈值电压进行对比：

若电压高于阈值电压，则判断电路模块5输出正电压至微位移器6，微位移器6根据逆压电效应会产生相应的位移，进而带动微纳偏振光栅阵列7移入光路系统；

若电压低于阈值电压，则判断电路模块5输出负电压至微位移器6，微位移器6根据逆压电效应会产生相应的位移，进而带动微纳偏振光栅阵列7移出光路系统。

微移位器6和微纳光栅偏振阵列7之间通过连接卡槽8可拆卸连接。连接卡槽8包括开口相背离的两个接口，两个接口分别用于可拆卸连接微移位器6和微纳光栅偏振阵列7。

由于微纳光栅偏振阵列7非常薄，移动起来不方便，因此通常可以将微纳光栅偏振阵列7粘贴在锗片3上。如图2所示，将粘贴在锗片3上的微纳光栅偏振阵列7与微位移器6连接。连接卡槽8的材质可选用重量轻、强度高和韧性好的航空钛合金材料，一边连接微位移器6，一边卡住封装好的含有偏振光栅阵列7的锗片3，当CCD传感器4接收到光强信号并将其转化成电压信号后，纵向传递给压电陶瓷片，电陶瓷微位移器6将产生横线位移，从而推动微纳光栅偏振阵列7的移动。

微移位器6可以选用压电陶瓷微位移器。压电陶瓷微位移器6具有体积小、位移分辨率高、频响高、承载力大、无噪声及不发热等特点,是一种理想的纳米微位移元件。因此本发明利用压电陶瓷微位移器6将微纳光栅偏振阵列7移入和移出光路系统，实现偏振工作模式和非偏振工作模式的自由切换。在本发明中，将压电陶瓷微位移器6的材料选取为锆钛酸铅材料的长条形片状压电晶体片，在压电晶体片的厚度方向施加电压时，压电晶体片沿长度方向作伸缩变形，将压电晶体片黏贴到控制对象上，控制对象会随着压电陶瓷微位移器6的伸缩变形产生一定的位移，使微纳光栅偏振阵列7移入和移出光路系统。

在将微纳光栅偏振阵列7放入光路系统时，需要使微纳光栅偏振阵列7与CCD传感器4在水平和竖直方向上严格对准，因此在需手动调节输入电压给微位移器控制器9，使微位移器控制器9控制微位移器6移动，进而调节连接在微位移器6上的微纳光栅偏振阵列7的位置，在移动微纳光栅偏振阵列7的过程中，不断的检测CCD传感器4接收到的光强值，当在某个位置的光强最大时，则认为CCD传感器4与微纳光栅偏振阵列7在水平和竖直方向上位置已经对准，并标记下此时微纳光栅偏振阵列7所在的位置为对准位置。

由于压电陶瓷微位移器6的位移与所加电压有准确的对应关系，且重复精度很高，即：在施加同样的电压下，压电陶瓷微位移器6每次移动物体所到位置之间的误差极小，因此之后在使用本发明一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置时，合理设置判断电路模块5的输出电压，就可以在把微纳光栅偏振阵列7移入光路系统时，均移至之前标记好的对准位置，以确保计算机中所成的像清晰。

本发明还提供了一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置的使用方法：

步骤1、如图3所示，选取一个透镜2，并通过透镜2将光源1调整为平行光并射入CCD传感器4；

步骤2、将微位移器控制器9接入微位移器6，手动调节输入电压给微位移器控制器9，使微位移器控制器9控制微位移器6移动，从而控制连接在微位移器6上的微纳光栅偏振阵列7的位置，

在上下左右移动微纳光栅偏振阵列7时，当某个位置使得CCD传感器4接收到的光强最大时，计算机中的成像就最清晰，则认为此位置处CCD传感器4和微纳光栅偏振阵列7对准，并标记下此时微纳光栅偏振阵列7所在的位置；

步骤3、将微位移器控制器9与微位移器6分离，并将判断电路模块5接入微位移器6。

将临界光强值经CCD传感器4转化后的电压设定为判断电路模块5中的阈值电压，并预先设定判断电路模块5中的输出正电压。当经上述CCD传感器4转换后的电压高于阈值电压时，判断电路模块5会将输出正电压输送至微位移器6中，微位移器6则会带动微纳偏振光栅阵列7移至在步骤2标记的位置处，这样可以使得光路系统的成像更清晰；

当经上述CCD传感器4转换后的电压低于阈值电压时，上述微位移器6会带动上述微纳偏振光栅阵列7移出光路系统。

其中，本发明的判断电路模块5中的单限电压比较电路是由LM399芯片做成的，将临界的光强值经CCD传感器4转化后的电压设为阈值电压，当经CCD传感器4转换后的电压高于该阈值电压时，设置好的判断电路模块5输出合适的正电压值，使压电陶瓷微位移器6将微纳光栅偏振阵列7移入到之前标记好的位置，与CCD传感器4充分对准，提高光路系统发现目标的能力。当经CCD传感器4转换后的电压低于该阈值电压时，判断电路模块5输出合适的负电压，压电陶瓷微位移器6将微纳光栅偏振阵列7移出光路系统，增强光路系统的透射比。

本发明的工作过程：透镜2将光源1发出的光转化为平行光束，平行光束射入CCD4，CCD 4接收光强，并将接收到的光强转化为电压，将此电压输出到判断电路模块5，判断电路模块5根据得到的电压与预先设定好的阈值电压进行对比,若得到的电压高于阈值电压，则判断电路模块5输出正电压给压电陶瓷微位移器6，压电陶瓷微位移器6根据逆压电效应会产生位移的移动，进而将连接着的微纳偏振光栅阵列7移入光路系统；反之若得到的电压低于阈值电压，则判断电路模块5输出相应的负电压，进而压电陶瓷微位移器6将微纳偏振光栅阵列7移出光路系统。

本发明所设计的一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置及其使用方法，可以根据需要将微纳偏振光栅阵列移进和移出光路系统，实现了偏振测定和非偏振测定两种工作模式的切换，当光路系统需要利用偏振信息，提高发现目标的能力时，将微纳偏振光栅阵列移入光路系统；当光路系统需要高透射比时，将微纳偏振光栅阵列移出光路系统，解决了现有技术中在光路系统中安装固定位置的微纳偏振光栅阵降低了光路系统透射比的问题。

Claims (6)

1.一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置，其特征在于，包括微纳偏振光栅阵列(7)，所述微纳偏振光栅阵列(7)可拆卸连接有微移位器(6)，相对所述微纳偏振光栅阵列(7)设置有CCD传感器(4)，所述CCD传感器(4)通过判断电路模块(5)连接至所述微移位器(6)；

所述CCD传感器(4)，用于将目标物体的图像信息转换成电信号再输送至所述判断电路模块(5)；

所述判断电路模块(5)，用于接收所述电信号，并将其与预先设定好的阈值电压进行对比，并输出相应极性的电压至所述微移位器(6)；

所述微移位器(6)，用于接收所述电压，并根据所述电压的极性产生相应方向的移动，同时也带动所述微纳偏振光栅阵列(7)一起移动。

2.如权利要求1所述的可移动的微纳偏振光栅阵列装置，其特征在于，所述微移位器(6)和所述微纳偏振光栅阵列(7)之间通过连接卡槽(8)可拆卸连接。

3.如权利要求1所述的可移动的微纳偏振光栅阵列装置，其特征在于，所述微纳偏振光栅阵列(7)封装在锗片(3)上。

4.如权利要求1所述的可移动的微纳偏振光栅阵列装置，其特征在于，所述微移位器(6)为压电陶瓷微位移器。

5.如权利要求1所述的可移动的微纳偏振光栅阵列装置，其特征在于，所述判断电路模块(5)的判断方法为：所述CCD传感器(4)接收探测目标物体的光强，并将接收到的光强转化为电压并输送至所述判断电路模块(5)，所述判断电路模块(5)根据所述电压与预先设定好的阈值电压进行对比：

若所述电压高于阈值电压，则判断电路模块(5)输出正电压至微位移器(6)，所述微位移器(6)根据逆压电效应会产生相应的位移，进而带动所述微纳偏振光栅阵列(7)移入光路系统；

若所述电压低于阈值电压，则判断电路模块(5)输出负电压至微位移器(6)，所述微位移器(6)根据逆压电效应会产生相应的位移，进而带动所述微纳偏振光栅阵列(7)移出光路系统。

6.一种可移动的微纳偏振光栅阵列装置的使用方法，其特征在于，包括如权利要求1-5所述的可移动的微纳偏振光栅阵列装置，并按照以下步骤实施：

步骤1、通过透镜(2)将光源(1)调整为平行光并射入所述CCD传感器(4)；

步骤2、将微位移器控制器(9)接入所述微位移器(6)，手动调节输入电压给微位移器控制器(9)，使微位移器控制器(9)控制微位移器(6)移动，从而控制连接在微位移器(6)上的微纳偏振光栅阵列(7)的位置，当某个位置使得CCD传感器(4)接收到的光强最大时，标记下此时微纳偏振光栅阵列(7)所在的位置；

步骤3、将所述微位移器控制器(9)与所述微位移器(6)分离，并将所述判断电路模块(5)接入所述微位移器(6)，预先设定好所述判断电路模块(5)中的阈值电压和输出正电压，当经所述CCD传感器(4)转换后的电压高于阈值电压时，将所述输出正电压输送至所述微位移器(6)，所述微位移器(6)则带动所述微纳偏振光栅阵列(7)移至步骤2中标记的位置；

当经所述CCD传感器(4)转换后的电压低于阈值电压时，所述微位移器(6)会带动所述微纳偏振光栅阵列(7)移出光路系统。