專利名稱：用ccd測試照明用激光器發(fā)散角和均勻性的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用CCD測試照明用激光器發(fā)散角和均勻性的裝置及方法，屬光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光主動照明一般采用紅外波段激光照射目標(biāo)，具有作用距離遠(yuǎn)、分辨率高、穿透力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。主要配合紅外夜視儀，安保監(jiān)控，其可以廣泛應(yīng)用在安全保衛(wèi)、軍事偵察、野外搜救、科研考察等領(lǐng)域。通常照明器測試主要采用分布式光度計(jì)。分布光度計(jì)是一種大型的精密光學(xué)測試設(shè)備，主要有旋轉(zhuǎn)反光鏡式分布光度計(jì)、運(yùn)動反光鏡式分布光度計(jì)和旋轉(zhuǎn)燈具式分布光度計(jì)等結(jié)構(gòu)(《燈具分布光度計(jì)現(xiàn)狀分析》作者王建平，電子測試，2008年7月第7期)。分布式光度計(jì)體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，不利于快速的測試照明光束的質(zhì)量。 采用本裝置可以非常方便快捷的測得照明激光器的光束均勻性和發(fā)散角。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷與不足，本發(fā)明提出了一種用CCD測試照明用激光器發(fā)散角和均勻性的裝置及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是按以下方式實(shí)現(xiàn)的一種用CXD測試照明用激光器發(fā)散角和均勻性的裝置，包括激光擴(kuò)束鏡、衰減器、 濾光片、光學(xué)變焦系統(tǒng)、CCD探測器和控制處理系統(tǒng)，其特征在于激光擴(kuò)束鏡、衰減器、濾光片、光學(xué)變焦系統(tǒng)、CCD探測器依次按順序放置組成光路；激光擴(kuò)束鏡、光學(xué)變焦系統(tǒng)及CCD 探測器的輸出端分別和控制處理系統(tǒng)相連接，由控制處理系統(tǒng)對激光擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束比進(jìn)行控制、對光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距進(jìn)行控制、對CCD探測器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、計(jì)算、處理。所述的激光擴(kuò)束鏡是可變倍激光擴(kuò)束鏡。所述的控制處理系統(tǒng)是單片機(jī)或是PC機(jī)。所述的濾光片的工作波長對應(yīng)于被測試照明激光器的工作波長。上述衰減器根據(jù)不同需要可以更換不同的衰減片。一種利用上述裝置對照明用激光器均勻性進(jìn)行測量的方法，步驟如下a.將測試裝置放置好，接通控制處理系統(tǒng)的電源，將待測激光器置于光束擴(kuò)束鏡之前；b.接通待測激光器，令待測激光器發(fā)出激光，激光經(jīng)光束擴(kuò)束鏡、衰減器、濾光片、 光學(xué)變焦系統(tǒng)出射到CCD探測器上。利用作為控制系統(tǒng)的單片機(jī)或PC機(jī)調(diào)整激光擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束倍率，使得激光光束完整的覆蓋在CCD探測器的表面上；c.利用作為控制系統(tǒng)的單片機(jī)或PC機(jī)改變光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距，使待測試距離上光束截面成像于CXD探測器上；d.單片機(jī)或PC機(jī)檢測激光擴(kuò)束器的擴(kuò)束比、光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距，接收CCD探測器所測得的信號，該信號為照明用激光器在待測距離上的光強(qiáng)分布信號，即最大光強(qiáng)Imax和最小光強(qiáng)Imin,由公式經(jīng)單片機(jī)或PC機(jī)自動計(jì)算、處理得到激光光束的均勻
max min
性指標(biāo)即激光器的均勻度M。一種利用上述裝置對照明用激光器的發(fā)散角進(jìn)行測量的方法，步驟如下I)將測試裝置放置好，接通系統(tǒng)電源，將待測激光器置于光束擴(kuò)束鏡之前；2)調(diào)節(jié)光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距，使CCD探測器正好位于光學(xué)變焦系統(tǒng)的后焦面上；3)調(diào)節(jié)光束擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束倍率，使CXD探測器可以完整的接收完整的激光光束；4)單片機(jī)或PC機(jī)檢測激光擴(kuò)束器的擴(kuò)束比X、光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距f，接收CCD探測器所測得的信號并測出CCD探測器在直徑方向的像元間隔Λ及光斑在直徑方向上的像
元數(shù)m，將上述測得的信號參數(shù)帶入公式20 = Xy中進(jìn)行計(jì)算、處理得到激光光束的發(fā)散角Θ。本發(fā)明利用上述裝置測量照明用激光器發(fā)散角的原理如下根據(jù)公式= f，Θ
為照明用激光器的發(fā)散角，f為光學(xué)變焦系統(tǒng)焦距，d為光束直徑。照明用激光器的發(fā)散角測量變?yōu)闇y量光斑尺寸的測量。根據(jù)系統(tǒng)選用的紅外CCD探測器不同，探測器在某一方向的像元間隔為Λ。調(diào)節(jié)光學(xué)變焦系統(tǒng)使CCD探測器正好處于光學(xué)變焦系統(tǒng)的后焦面上，根據(jù)實(shí)際需求選擇光斑尺寸，即可得到光斑在某一方向上的像元數(shù)m?？梢缘玫浇?jīng)擴(kuò)束后光束 JfiA
的發(fā)散角23= y，其中f為光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距，m是光斑在直徑方向上的像元數(shù)，Λ為
CCD探測器在直徑方向的像元間隔，Q1為經(jīng)過激光擴(kuò)束鏡之后的光束發(fā)散角。激光擴(kuò)束鏡有兩個作用1)壓縮激光光束的直徑，2)增加了激光光束的發(fā)散角。一束被擴(kuò)束的光束的發(fā)散角，和擴(kuò)束比成反比例變化。激光擴(kuò)束鏡的倍率即光束直徑的放大倍率，從激光器輸出的激光束的束寬積近似為一定值，當(dāng)束腰半徑減小X倍時，其發(fā)散角相應(yīng)擴(kuò)大為原來的I/
X0測試時，激光擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束比為X。那么可以測得光束的發(fā)散角為26 = Xy。本發(fā)明利用上述裝置測量照明用激光器均勻性的原理如下對于光束均勻度一般定義為M Umm其中1_，Imin分別為探測器所測量激光光束的最大光強(qiáng)和最小光強(qiáng)。
max min，
激光經(jīng)過激光擴(kuò)束鏡后其均勻性并不發(fā)生改變。將待測試距離上光束截面成像于CCD探測器，根據(jù)公式處理CCD探測器所接受的數(shù)據(jù)即為照明用激光器的均勻度。本發(fā)明的有益效果及優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，可以實(shí)時快捷的測量照明用激光器的均勻性和發(fā)散角。


圖I是本發(fā)明測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、待測激光器，2、激光擴(kuò)束鏡，3、衰減器，4、濾光片，5、光學(xué)變焦系統(tǒng)，6、(XD 探測器，7、控制處理系統(tǒng)。圖2是利用上述裝置對照明用激光器均勻性進(jìn)行測量的方法的流程框圖；其中 a-d為其各個步驟。
圖3是利用上述裝置對照明用激光器的發(fā)散角進(jìn)行測量的方法的流程框圖；其中 I)-4)為其各個步驟。具體實(shí)時方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。實(shí)施例I :本發(fā)明實(shí)施例I如圖I所示，包括激光擴(kuò)束鏡2、衰減器3、濾光片4、光學(xué)變焦系統(tǒng)
5、CCD探測器6和控制處理系統(tǒng)7，其特征在于激光擴(kuò)束鏡2、衰減器3、濾光片4、光學(xué)變焦系統(tǒng)5、CCD探測器6依次按順序放置組成光路；激光擴(kuò)束鏡2、光學(xué)變焦系統(tǒng)5及CCD探測器6的輸出端分別和控制處理系統(tǒng)7相連接，由控制處理系統(tǒng)7對激光擴(kuò)束鏡2的擴(kuò)束比進(jìn)行控制、對光學(xué)變焦系統(tǒng)5的焦距進(jìn)行控制、對CCD探測器6的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、計(jì)算、 處理。 所述的激光擴(kuò)束鏡2是可變倍激光擴(kuò)束鏡。所述的控制處理系統(tǒng)7是單片機(jī)或是PC機(jī)。所述的濾光片4的工作波長對應(yīng)于被測試照明激光器的工作波長。上述衰減器根據(jù)不同需要可以更換不同的衰減片。實(shí)施例2 一種利用上述裝置對照明用激光器均勻性進(jìn)行測量的方法，如圖2所示，步驟如下a.將測試裝置放置好，接通控制處理系統(tǒng)的電源，將待測激光器置于光束擴(kuò)束鏡之前；b.接通待測激光器，令待測激光器發(fā)出激光，激光經(jīng)光束擴(kuò)束鏡、衰減器、濾光片、 光學(xué)變焦系統(tǒng)出射到CCD探測器上，調(diào)整激光擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束倍率，使得激光光束完整的覆蓋在CXD探測器的表面上；c.改變光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距，使待測試距離上光束截面成像于CXD探測器上；d.單片機(jī)或PC機(jī)檢測激光擴(kuò)束器的擴(kuò)束比、光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距，接收CCD探測器所測得的信號，該信號為照明用激光器在待測距離上的光強(qiáng)分布信號，即最大光強(qiáng)Imax和
最小光強(qiáng)Imin,由公式經(jīng)單片機(jī)或PC機(jī)自動計(jì)算、處理得到激光光束的均勻
權(quán)利要求
1.一種用CCD測試照明用激光器發(fā)散角和均勻性的裝置，包括激光擴(kuò)束鏡、衰減器、濾光片、光學(xué)變焦系統(tǒng)、CCD探測器和控制處理系統(tǒng)，其特征在于激光擴(kuò)束鏡、衰減器、濾光片、 光學(xué)變焦系統(tǒng)、CCD探測器依次按順序放置組成光路；激光擴(kuò)束鏡、光學(xué)變焦系統(tǒng)及CCD探測器的輸出端分別和控制處理系統(tǒng)相連接，由控制處理系統(tǒng)對激光擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束比進(jìn)行控制、對光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距進(jìn)行控制、對CCD探測器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、計(jì)算、處理。
2.如權(quán)利要求I所述的一種用CCD測試照明用激光器發(fā)散角和均勻性的裝置，其特征在于所述的激光擴(kuò)束鏡是可變倍激光擴(kuò)束鏡。
3.如權(quán)利要求I所述的一種用CCD測試照明用激光器發(fā)散角和均勻性的裝置，其特征在于所述的控制處理系統(tǒng)是單片機(jī)或是PC機(jī)。
4.如權(quán)利要求I所述的一種用CCD測試照明用激光器發(fā)散角和均勻性的裝置，其特征在于所述的濾光片的工作波長對應(yīng)于被測試照明激光器的工作波長。
5.一種利用權(quán)利要求I所述的裝置對照明用激光器均勻性進(jìn)行測量的方法，步驟如下a.將測試裝置放置好，接通控制處理系統(tǒng)的電源，將待測激光器置于光束擴(kuò)束鏡之N / .IIJ ;b.接通待測激光器，令待測激光器發(fā)出激光，激光經(jīng)光束擴(kuò)束鏡、衰減器、濾光片、光學(xué)變焦系統(tǒng)出射到CCD探測器上，調(diào)整激光擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束倍率，使得激光光束完整的覆蓋在 CXD探測器的表面上；c.改變光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距，使待測試距離上光束截面成像于C⑶探測器上；d.單片機(jī)或PC機(jī)檢測激光擴(kuò)束器的擴(kuò)束比、光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距，接收CCD探測器所測得的信號，該信號為照明用激光器在待測距離上的光強(qiáng)分布信號，即最大光強(qiáng)Imax和最小光強(qiáng)Imin,由公式M = ^max ~/mm經(jīng)單片機(jī)或PC機(jī)自動計(jì)算、處理得到激光光束的均勻性指max min標(biāo)即激光器的均勻度M。
6.一種利用權(quán)利要求I所述的裝置對照明用激光器的發(fā)散角進(jìn)行測量的方法，步驟如下1)將測試裝置放置好，接通系統(tǒng)電源，將待測激光器置于光束擴(kuò)束鏡之前；2)調(diào)節(jié)光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距，使CCD探測器正好位于光學(xué)變焦系統(tǒng)的后焦面上；3)調(diào)節(jié)光束擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束倍率，使CCD探測器可以完整的接收完整的激光光束；4)單片機(jī)或PC機(jī)檢測激光擴(kuò)束器的擴(kuò)束比X、光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距f，接收CCD探測器所測得的信號并測出CCD探測器在直徑方向的像元間隔Λ及光斑在直徑方向上的像元數(shù)m，將上述測得的信號參數(shù)帶入公式20 = Xy中進(jìn)行計(jì)算、處理得到激光光束的發(fā)散角Θ。
全文摘要
用CCD測試照明用激光器發(fā)散角和均勻性的裝置及方法，屬光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域。裝置包括激光擴(kuò)束鏡、衰減器、濾光片、光學(xué)變焦系統(tǒng)、CCD探測器和控制處理系統(tǒng)，其特征在于激光擴(kuò)束鏡、衰減器、濾光片、光學(xué)變焦系統(tǒng)、CCD探測器依次按順序放置組成光路；激光擴(kuò)束鏡、光學(xué)變焦系統(tǒng)及CCD探測器的輸出端分別和控制處理系統(tǒng)相連接，由控制處理系統(tǒng)對激光擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束比進(jìn)行控制、對光學(xué)變焦系統(tǒng)的焦距進(jìn)行控制、對CCD探測器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、計(jì)算、處理。本發(fā)明測量方法將激光擴(kuò)束鏡和變焦系統(tǒng)引入到照明用激光器的測試中，可以測得激光器的發(fā)散角和光束均勻性。該方法結(jié)構(gòu)簡單，操作簡單，體積小巧，測量精度高。
文檔編號G01M11/02GK102607805SQ20111041881
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者吳仕良, 孫兆東, 王曉, 王英順, 連潔, 馬崢, 高尚 申請人:山東大學(xué)