具有纳米印制的线栅偏振器的近红外传感器系统和方法技术方案

在此主要描述了一种近红外（ＮＩＲ）传感器系统和用于监测偏振变化的方法的一些示例实施方案。也可以描述并要求其他示例实施方案。在一些示例实施方案中，该传感器系统包括用于发送具有一个偏振的光信号的一个光发送元件，以及用于接收具有一个正交偏振的光信号的一个光接收元件。这些光发送和接收元件可以包括配置为至少使红外ＩＲ波长发生偏振的多个纳米印制的线栅偏振器。在一些示例实施方案中，可以使用多个双折射滤光器层在发送的和接收的光信号上诱发一个附加的偏振状态。

【技术实现步骤摘要】

00011 —些示例实施方案涉及传感器系统。 一些示例实施方案涉及采 用近红外(NIR)光信号的传感器系统。 一些示例实施方案涉及安全产品和安 全传感器。 一些示例实施方案涉及安全屏。
技术介绍
0002许多传统的依赖光的可见波长的传感器系统使用红外(IR)滤 光器来去除可见光源中由不必要的IR成分所引入的噪声。这些传感器系统的 一个问题在于它们的灵敏度被这些滤光器降低了 。 一些传统的依赖可见波长的 传感器系统的另一个问题在于它们可以使人分心而引起可能的安全问题。 因此，总体上需要通过增强的灵敏度的进行感测的传感器系统 和方法。总体上还需要较少使人分心的传感器系统和方法。总体上还需要带有 增加的范围和/或减少的功率消耗的传感器系统和方法。附图简要说明0004 附图说明图1是根据本专利技术的一些示例实施方案的一个传感器系统的框I0005J 图2A展示了发送和接收光学元件，这些光学元件包括根据本 专利技术的一些示例实施方案的一个纳米印制的线栅偏振器；00061 图2B展示了发送和接收光学元件，这些光学元件包括根据本^:明的一些示例实施方案的一个纳米印制的线栅偏振器和一个双折射滤光器层； 图4展示了根据本专利技术的一些示例实施方案的一个纳米印制的 线栅偏振器的制造；以及 图2B展示了光发送和光接收元件，这些元件包括一个纳米印制线栅偏振器以及一个根据本专利技术的一些示例实施方案的双折射滤光器层。在这些示例实施方案中，光发送元件212可以包括(除了一个纳米印制线栅偏振 器202之外)用于在多个光发送信号103 (图1)上诱发一个额外的偏振状态 的双折射滤光器层222。光接收元件214可以包括(除了一个纳米印制线栅偏振 器204之外)用于在光接收信号105 (图1 )上引入一个相应的额外的偏振状 态的双折射滤光器层224。该额外的偏振状态可能将一个预定量的相位滞后和/ 或一个预定的相位延迟提供给由该纳米印制线栅偏振器202和204引入的相互 垂直的偏振。0027j 如图2B所示，双折射滤光器层222和224可以提供在透镜206 与208，以及纳米印制线栅偏振器202与204 (即纳米印制线栅偏振器202和 204被显示在外侧)之间，虽然这不是一个必要条件。在一些示例实施方案中， 可以在光发送元件212的纳米印制线栅偏振器202之后提供双折射滤光器层 222，以便这些IR波长在具有一个额外的由双折射滤光器层222诱发的偏振态 之前，首先被纳米印制线栅偏振器202偏振。在这些示例实施方案中，双折射 滤光器层224可以提供在光接收元件214的纳米印制线栅偏振器204之后的接 收信号通道中，以便多个光接收信号105 (图1)的这些IR波长在具有由双折 射滤光器层224诱发的一个额外的偏振状态之后被纳米印制线栅偏振器204偏 振。[00281 横跨所选择的多个波长带所提供的额外的偏振状态允许系统 100使用通过偏振分集的多个非干扰通道。用于提供多个偏振分集信号的双折 射滤光器层222和224的使用允许传感器系统100 (图1)使用几彼此没有干 扰的发送和接收元件。通过偏振分集，几个传感器系统还可以彼此没有干扰地 运行。以下更加详细地描述这些示例实施方案的双折射滤光器层222和224。0029 图2C展示了多对包括多个双折射滤光器层的光发送和接收元件，这些双折射滤光器层引入根据本专利技术的一些示例实施方案的不同的偏振状态。第一对光发送和接收元件216可以包括双折射滤光器层242和244，而第 二对光发送和接收元件218可以包括双折射滤光器层232和234。双折射滤光 器层242和244可以引入一个偏振状态或者一定量的相位滞后，这与由双折射 滤光器层232和234引入的偏振状态或一定量的相位滞后不同。可以选择多个 偏振状态或相位滞后数量的差，以便第一对光发送和接收元件216可以发送和 接收与通过第二对光发送和接收元件218使用的基本上相同的IR信号。0030在这些示例实施方案中，传感器系统IOO(图l)可以是包括两个 或更多个光发送元件112 (图1 )以及两个或更多个光接收元件114 (图1) 的一个多传感器系统。两个或更多个光发送和接收元件各自可以包括至少一个 双折射滤光器层。在这些示例实施方案中，该一个或多个双折射滤光器层可以 诱发一个偏振态，该偏振态被选择为允许多对光发送和接收元件在没有其他对 光发送和接收元件干扰的情况下使用。00311 在一些示例实施方案中， 一对光发送和接收元件中的这些双折 射滤光器层可以引入奇数个滞后波长，同时另一对光发送和接收元件的这些双 折射滤光器层可以引入一个不同奇数数量的延带后波长。在这些示例实施方案 中，由这些双折射滤光器层引入的一个不同偏振的椭圆(ellipsicity)度提供了 偏振分集。在一些示例实施方案中，多达十或更多对的光发送和接收元件可以 在没有干扰的情况下一起使用。[0032在一些示例实施方案中，为实现不同的和/或无干扰的多个偏振 状态，可以使用一个或多个双折射滤光器层。每个双折射滤光器层可以引入一 个预定量的相位滞后。00331 在图2C所示的这些示例实施方案中，多个纳米印制线栅偏振 器(例如纳米印制线栅偏振器202和204)可提供在除了一个或多个双折射滤光 器层之外的多个光发送和接收元件中的每个中。[0034图3A展示了根据本专利技术的一些示例实施方案一个纳米印制线 栅偏振器的一个侧视图。纳米印制线栅偏振器300可以适合像纳米印制线栅偏 振器202 (图2A和2B)和/或纳米印制线栅偏振器204 (图2A和2B)的使用， 虽然其他的配置可以同样适合。纳米印制线栅偏振器300可以包括具有多个以 一种狭长的梳状构形提供的指形件304的衬底302。多个指形件304可以包括 沉积在多个指形件304之一的一侧303上的金属306，并且在多个指形件304 之一的相对一侧305上没有金属。图3B展示了一个指形件的实例。0035根据一些示例实施方案，这些指形件304之间可以具有间隔308 (例如， 一种周期性)，该间隔被选择为小于用于纳米印制线栅偏振器300被 配置为偏振的这些预定的IR波长的一个阻带的四分之一波长。指形件304还 可以具有一个小于或等于纳米印制线栅偏振器300被配置为偏振的这些IR波 长中的一个波长的近似十分之一波长的厚度(d) 310。多个指形件还可以具有 一个基于该IR通过的波长所选择的深度(1) 314。[0036在一些示例实施方案中，多个指形件304可能被附加涂覆和/ 或被密封于密封剂312内。密封剂312对于IR和可见波长均可以是透明的， 然而密封剂312可以被选择为由光源122(图1)发出的所有波长都是透明的。 在一些示例实施方案中，密封剂312可以被选择为吸收特定的波长以对光源 122 (图1)的发射光谱进行量体裁衣并有助于感测的环境中的波长的恢复，虽 然本专利技术的范围不限于此。[0037在一些示例实施方案中(例如，当衬底302是丙烯酸(类)树脂)， 一种薄层的紫外环氧密封剂或一种薄层的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)可以用于 密封剂312以便附加涂覆多个指形件304。!0038j 在一些示例实施方案中，多个纳米印制线栅偏振器202和204 (图2A和2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外（ＩＲ）传感器系统，包括：　传输光信号的一个光发送元件，这些光信号包括具有一个第一偏振的ＩＲ波长；　接收光信号的一个光接收元件，这些光信号包括具有一个第二偏振的ＩＲ波长，该第二偏振基本上正交于该第一偏振，　其中这些 光发送和接收元件包括被配置为使这些ＩＲ波长的至少一些发生偏振的多个纳米印制的线栅偏振器。

【技术特征摘要】
US 2007-9-28 11/863,9701. 一种红外(IR)传感器系统，包括传输光信号的一个光发送元件，这些光信号包括具有一个第一偏振的IR波长；接收光信号的一个光接收元件，这些光信号包括具有一个第二偏振的IR波长，该第二偏振基本上正交于该第一偏振，其中这些光发送和接收元件包括被配置为使这些IR波长的至少一些发生偏振的多个纳米印制的线栅偏振器。2. 如权利要求1所述的系统，其中这些纳米印制的线栅偏振器包括 一个衬底，该衬底具有多个指形件，并且其中，这些指形件包括沉积于这些指形件中的每一个的一侧上的金属并 且这些指形件中的每一个的在相对侧上没有金属。3. 如权利要求2所述的系统，其中这些指形件之间具有一个间隔， 该间隔被选择为小于用于这些IR波长的一个阻带的四分之一波长，其中这些指形件具有大约小于或者等于这些IR波长中的一个波长的 近似十分之一的一个厚度，并且其中这些指形件被附加涂覆了一层透明的密封剂。4. 如权利要求2所述的系统，其中该金属被选择为在这些IR波长 上具有至少一些衰减以吸收一些IR能量。5. 如权利要求2所述的系统，其中这些纳米印制的线栅偏振器是当 该衬底处于或者接近于一个近相变温度时通过用一个印制印章来压印的。6. 如权利要求1所述的系统，进一步包括一个光源，该光源具有一 个或者多个二极管以产生可见的和这些IR波长，其中该光发送元件进一步包括一个发送透镜，以在通过该光发送元件的线栅偏振器传输具有该第一偏振的多个IR波长之前，使至少由该光源产生 的这些IR波长准直。7. 如权利要求6所述的系统，进一步包括一个光学感测器， 其中该光学接收元件包括一个接收透镜，以引导具有由该线栅偏振器提供的该第二偏振的至少这些IR波长到该光学感测器上。8. 如权利要求6所述的系统，进一步包括波形产生电路，该电路被配置为由该光源产生的光信号上施加一个时 间标记；以及相关电路，该电路被配置为使这些返回信号中存在的该时间标记相关联。9. 如权利要求1所述的系统，其中该第一和第二偏振包括多个线 性偏振或者多个圆偏振。10. 如权利要求1所述的系统，其中这些光发送和接收元件各自进 一步包括一个双折射滤光器层，以便在这些发送和接收光信号上诱发一个附加 偏振状态。其中每个双折射滤光器层包括具有多个指形件的一个衬底，其中这些 指形件的多个侧边没有金属。11. 如权利要求IO所述的系统，其中这些双折射滤光器层的这些指 形件被附加涂覆了一层密封剂，该密封剂被选择为具有与该衬底兼容的一个热膨胀(CTE)系数。12. 如权利要求IO所述的系统，其中该系统是一种多传感器系统， 该系统包括两个或者更多个光发送元件，以及两个或者更多个光学接收元件，这两个或更多个光发送和接收元件各自包括至少一个双折射滤光器层，其中这些双折射滤光器层具有一个偏振状态，该偏振状态被选择为允 许多对光发送和接收元件发送和接收利用偏振分集的不干扰的光信号。13. —种监测偏振变化的方法，包括通过具有一个第一偏振的一个第一纳米印制的线栅偏振器来发送包含IR波长的光信号；并且通过具有一个第二偏振的一个第二纳米印制的线栅偏振器来接收包含这些IR波长的光信号，该第二偏振基本上正交于该第一偏振，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：FL利尔德，JE多戈尔，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]