[发明专利]一种基于Talbot像和COMS相机结构的位移传感器

说明书

本发明属于位移传感器技术领域，具体涉及一种基于Talbot像和COMS相机结构的位移传感器，包括光源、凸透镜、光栅、COMS相机，所述光源设置在凸透镜的焦点处，所述光源发出的散射光通过凸透镜后成为平行光束，所述平行光束的光路方向上设置有光栅，所述平行光束经光栅发生衍射干涉，所述平行光束在光栅后形成Talbot像，所述COMS相机设置在任一级的Talbot像上；本发明通过光学设计使光源位移与Talbot像周期相结合，通过COMS相机对Talbot像周期进行测量进而实现对光源位移的测量，实现位移信号输出，仅使用光源、凸透镜、光栅、COMS相机器件，结构较为简单；同时，通过对Talbot像周期的测量也可实现对光源的准直，进而提高定位精度。本发明用于光微位移的测量。

技术领域

本发明属于位移传感器技术领域，具体涉及一种基于Talbot像和COMS相机结构的位移传感器。

背景技术

位移测量是现代机械工业的一个重要领域，尤其在微位移测量方面，需要实现高分辨率、微小体积的位移测量系统。其中，纳米光栅测量具有精度高和分辨率高等优点，因此获得了广泛应用。目前，单层光栅微位移传感器的主要原理是光束通过光栅衍射出的某一级衍射光通过设计光路使其重合形成干涉条纹进而实现对位移的测量。但是，目前这种方法普遍具有以下问题：1.偏振片、玻片等偏振光学元件数量较多，结构复杂，成本较高且难以微型化；2.无光源准直定位结构。

发明内容

针对上述传统单层光栅微位移传感器结构复杂、无法光源准直定位的技术问题，本发明提供了一种结构简单、定位精度高、效率高的基于Talbot像和COMS相机结构的位移传感器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于Talbot像和COMS相机结构的位移传感器，包括光源、凸透镜、光栅、COMS相机，所述光源设置在凸透镜的焦点处，所述光源发出的散射光通过凸透镜后成为平行光束，所述平行光束的光路方向上设置有光栅，所述平行光束经光栅发生衍射干涉，所述平行光束在光栅后形成Talbot像，所述COMS相机设置在任一级的Talbot像上；所述光源在垂直于光栅的方向上发生位移时，经凸透镜后光束变为散射光，所述光栅后的Talbot像周期随光源位移发生变化，所述COMS相机测得Talbot像的光强，从而实现位移测量。

所述光栅的材料采用硅，所述光栅的周期为800nm，所述光栅的占空比为0.5，所述光栅的刻划深度为765nm。

所述光源的波长为65nm，所述光源的功率为mW。

所述凸透镜的焦距为55μm。

还包括在光源在垂直于光栅的方向上发生位移之前对光源进行准直。

所述对光源进行准直的方法为：当位于凸透镜焦点上的光源在其焦平面上做相对于光栅的面内运动时，经凸透镜的光束与光栅的垂直方向产生夹角，经光栅产生的Talbot像也随之发生了面内方向上的平移，其位移可由COMS相机测得，进而对光源进行准直。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明通过光学设计使光源位移与Talbot像周期相结合，通过COMS相机对Talbot像周期进行测量进而实现对光源位移的测量，实现位移信号输出，仅使用光源、凸透镜、光栅、COMS相机器件，结构较为简单；同时，通过对Talbot像周期的测量也可实现对光源的准直，进而提高定位精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的光学仿真结构图；

图3为本发明的Talbot像仿真图；

图4为本发明的光源离面位移与COMS相机所接收光强关系图；

图5为本发明的光源面内方向位移与Talbot像平移距离的关系图。