專利名稱：一種極窄脈寬單脈沖激光光斑探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于脈沖激光光斑探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種極窄脈寬單脈沖激光光斑探測(cè)的裝置。
背景技術(shù)：
激光光斑是分析激光器質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。目前脈沖激光光斑探測(cè)方法一般有相紙曝光法和(XD/CM0S圖像傳感器法兩種。相紙曝光法是采用相紙直接接收激光光斑，在相紙上形成一個(gè)反映激光光斑形狀特征的燒蝕黑斑。這種方法需要經(jīng)常更換相紙，且不利于對(duì)探測(cè)結(jié)果的后期精確分析。CCD/CMOS圖像傳感器法采用計(jì)算機(jī)配以圖像采集卡，通過(guò) CCD電荷耦合器件或CMOS圖像傳感器實(shí)施連續(xù)采集或者可控的同步采集，探測(cè)結(jié)果直接生成數(shù)字圖像存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中。該方法實(shí)時(shí)性強(qiáng)，易于對(duì)探測(cè)結(jié)果的后期精確分析，但它僅適應(yīng)于對(duì)連續(xù)激光或者重復(fù)頻率高的脈沖激光光斑的探測(cè)，對(duì)于納秒級(jí)甚至更窄脈寬的單脈沖激光光斑卻往往因CCD電荷耦合器件或CMOS圖像傳感器處于復(fù)位期而產(chǎn)生漏探測(cè)。為了使用普通的CCD電荷耦合器件就能夠探測(cè)窄脈沖激光的光斑，中國(guó)人民解放軍總裝備部軍械技術(shù)研究所的陳志斌、李義照等人發(fā)明一種“低頻窄脈沖激光光斑采集器” (公開號(hào)為101576373)，其原理為將窄激光脈沖直接打到上轉(zhuǎn)換板上，利用上轉(zhuǎn)換材料的時(shí)間馳豫特性間接將窄的激光脈沖展寬，以保證CCD電荷耦合器件能夠探測(cè)到。該方法對(duì)CCD 電荷耦合器件的響應(yīng)速度需求較低，一定程度上降低了設(shè)計(jì)、制造成本，但其測(cè)量到的激光光斑的質(zhì)量和精度受上轉(zhuǎn)換板材料的光譜響應(yīng)范圍以及分辨率限制較大。目前，對(duì)納秒級(jí)甚至更窄脈寬的單脈沖激光光斑進(jìn)行高質(zhì)量、高精度的探測(cè)采集，尚無(wú)成熟的方法和裝置。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種可靠有效、高質(zhì)量、高精度地采集激光發(fā)射機(jī)發(fā)出的極窄脈寬單脈沖激光光斑的方法和裝置。本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種極窄脈寬單脈沖激光光斑探測(cè)裝置，其特征在于該裝置包括雙CMOS光斑采集系統(tǒng)和連接其的控制處理存儲(chǔ)系統(tǒng)。所述雙CMOS光斑采集系統(tǒng)包括沿激光入射光路依次設(shè)置的可調(diào)光衰減器、透鏡和鏡形分光片，三者為中心同軸結(jié)構(gòu)，鏡形分光片分光后分為兩束光路，在兩束光路上以鏡形分光片為軸對(duì)稱地設(shè)有第一 CMOS圖像傳感器和第二 CMOS圖像傳感器?？烧{(diào)光衰減器對(duì)入射激光進(jìn)行衰減；透鏡對(duì)衰減的激光進(jìn)行匯聚；鏡形分光片將匯聚后的激光分成兩束， 分別輻射到在時(shí)序上交替工作的兩個(gè)CMOS圖像傳感器上，兩個(gè)CMOS圖像傳感器的積分時(shí)間相互交替，并在時(shí)序上稍有重疊，這樣極窄脈寬的單脈沖激光在任何時(shí)刻到達(dá)均會(huì)被其中一個(gè)CMOS圖像傳感器或者兩個(gè)同時(shí)探測(cè)到。第一 CMOS圖像傳感器和第二 CMOS圖像傳感器探測(cè)極窄脈寬的激光脈沖并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字電子圖像。所述控制處理存儲(chǔ)系統(tǒng)包括單片機(jī)、CPLD時(shí)序驅(qū)動(dòng)器、SDRAM存儲(chǔ)器、IXD顯示屏、 鍵盤和USB接口芯片，控制處理存儲(chǔ)系統(tǒng)控制第一 CMOS圖像傳感器和第二 CMOS圖像傳感器進(jìn)行交替工作，對(duì)采集到的數(shù)字圖像進(jìn)行存儲(chǔ)、處理，控制LCD顯示、響應(yīng)鍵盤輸入指令和與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。所述單片機(jī)為主控制器，控制兩個(gè)CMOS圖像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、讀取和處理；CPLD時(shí)序驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生兩個(gè)CMOS圖像傳感器交替工作所需的時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及片選信號(hào)，驅(qū)動(dòng)第一 CMOS圖像傳感器和第二 CMOS圖像傳感器交替工作； SDRAM存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)激光光斑的圖像數(shù)據(jù)；IXD顯示屏用于顯示激光光斑圖像；鍵盤用于接受外部命令，進(jìn)行人機(jī)交互；USB接口芯片實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通信，上傳激光光斑圖像數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，所述可調(diào)光衰減器為九重濾波片組合，每3片濾波片由一個(gè)撥輪帶動(dòng)， 一共有64個(gè)步進(jìn)。每次增加約16%的衰減，衰減倍數(shù)從1:1到400，000:1，可以根據(jù)激光發(fā)射機(jī)的具體的功率大小，確定合適的衰減倍率，選用不同的衰減片進(jìn)行自由組合，將入射激光脈沖功率衰減到CMOS圖像傳感器的線性工作范圍內(nèi)。進(jìn)一步的，所述鏡形分光片的透/光比為50%，其透光平面與激光入射光路呈45度角，形成兩束獨(dú)立的光路，而且兩束光能正好射到第一 CMOS圖像傳感器和第二 CMOS圖像傳感器上。進(jìn)一步的，所述單片機(jī)內(nèi)設(shè)有比對(duì)模塊。單片機(jī)讀取SDRAM存儲(chǔ)器中數(shù)字電子圖像的中心點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如果比對(duì)結(jié)果超過(guò)預(yù)設(shè)值，再在中心點(diǎn)附近取三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)， 如果結(jié)果均超過(guò)預(yù)設(shè)值，即判定該幀圖像為包含激光光斑信息的有效圖像；如比對(duì)結(jié)果不超過(guò)預(yù)設(shè)值，單片機(jī)繼續(xù)讀取下一幀圖像的中心點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，直至比對(duì)結(jié)果超過(guò)預(yù)設(shè)值，判定出該有效圖像幀。進(jìn)一步的，所述單片機(jī)內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)相減模塊。單片機(jī)讀取SDRAM存儲(chǔ)器中的有效圖像幀和相鄰無(wú)效幀進(jìn)行對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)相減，生成新的數(shù)字圖像，存儲(chǔ)于SDRAM存儲(chǔ)器中。CMOS 圖像傳感器積分時(shí)間越長(zhǎng)，背景噪聲就越大，在合理選擇積分時(shí)間的基礎(chǔ)上，對(duì)CMOS圖像傳感器輸出的有效圖像幀和相鄰無(wú)效幀進(jìn)行對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)相減，生成新的數(shù)字圖像，即濾除了干擾的高質(zhì)量的激光光斑圖像，可以有效地消除CMOS圖像傳感器內(nèi)部缺陷對(duì)激光光斑圖像造成的影響。單片機(jī)根據(jù)通過(guò)鍵盤輸入的人工指令控制IXD顯示屏顯示處理后的激光光斑圖像，將激光光斑圖像經(jīng)USB接口芯片傳至計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型的有益效果是兩個(gè)CMOS圖像傳感器交替工作，并在時(shí)序上稍有重疊，極窄脈寬的單脈沖激光在任何時(shí)刻到達(dá)均會(huì)被其中一個(gè)CMOS圖像傳感器或者兩個(gè)同時(shí)探測(cè)到。采用中心點(diǎn)比對(duì)的方法解決數(shù)字圖像數(shù)據(jù)量大實(shí)時(shí)處理難的問(wèn)題。對(duì)有效圖像幀和相鄰無(wú)效幀進(jìn)行對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)相減，濾除了干擾，形成高質(zhì)量的激光光斑圖像。本實(shí)用新型方法獨(dú)特，實(shí)用有效，探測(cè)極窄脈寬單脈沖激光光斑的圖像質(zhì)量高，可實(shí)時(shí)顯示探測(cè)到的光斑圖像，具備存儲(chǔ)記憶功能，并可將數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行后期分析處理，功能強(qiáng)大。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的控制軟件流程圖。圖中1、雙CMOS光斑采集系統(tǒng)，2、控制處理存儲(chǔ)系統(tǒng)，3、可調(diào)光衰減器，4、透鏡，5、鏡形分光片，6、第一 CMOS圖像傳感器，7、第二 CMOS圖像傳感器，8、單片機(jī)，9、CPLD時(shí)序驅(qū)動(dòng)器，10、SDRAM存儲(chǔ)器，11、IXD顯示屏，12、鍵盤，13、USB接口芯片。
具體實(shí)施方式
如圖所示，一種極窄脈寬單脈沖激光光斑探測(cè)裝置，包括雙CMOS光斑采集系統(tǒng)和連接其的控制處理存儲(chǔ)系統(tǒng)，沿激光入射光路依次設(shè)置可調(diào)光衰減器3、透鏡4和鏡形分光片5，三者為中心同軸結(jié)構(gòu)，可調(diào)光衰減器3為九重濾波片組合，每3片濾波片由一個(gè)撥輪帶動(dòng)，一共有64個(gè)步進(jìn)，可以根據(jù)激光發(fā)射機(jī)的具體的功率大小，確定合適的衰減倍率，選用不同的衰減片進(jìn)行自由組合，將入射激光脈沖功率衰減到CMOS圖像傳感器的線性工作范圍內(nèi)；透鏡4對(duì)衰減的激光進(jìn)行匯聚；鏡形分光片5的透/反光比為50%，其透光平面與激光入射光路呈45度角，鏡形分光片5將匯聚后的激光分成兩束，在兩束光路上以鏡形分光片5為軸對(duì)稱地設(shè)有第一 CMOS圖像傳感器6和第二 CMOS圖像傳感器7，兩束光分別輻射到在時(shí)序上交替工作的第一 CMOS圖像傳感器6和第二 CMOS圖像傳感器7上。控制處理存儲(chǔ)系統(tǒng)2包括單片機(jī)8、CPLD時(shí)序驅(qū)動(dòng)器9、SDRAM存儲(chǔ)器10、IXD顯示屏11、鍵盤12和USB接口芯片13，單片機(jī)內(nèi)設(shè)有比對(duì)模塊和數(shù)據(jù)相減模塊。本實(shí)用新型的控制軟件流程圖如圖2所示，CPLD時(shí)序驅(qū)動(dòng)器9產(chǎn)生時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及片選信號(hào)，驅(qū)動(dòng)第一 CMOS圖像傳感器6和第二 CMOS圖像傳感器7交替工作，第一 CMOS圖像傳感器6和第二 CMOS圖像傳感器7的積分時(shí)間相互交替，并在時(shí)序上稍有重疊，這樣極窄脈寬的單脈沖激光在任何時(shí)刻到達(dá)均會(huì)被其中一個(gè)CMOS圖像傳感器或者兩個(gè)同時(shí)探測(cè)到。第一 CMOS圖像傳感器6和第二 CMOS圖像傳感器7探測(cè)極窄脈寬的激光脈沖并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字電子圖像，存儲(chǔ)到SDRAM存儲(chǔ)器10中。單片機(jī)8讀取SDRAM存儲(chǔ)器10中數(shù)字電子圖像的中心點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如果比對(duì)結(jié)果超過(guò)預(yù)設(shè)值，再在中心點(diǎn)附近取三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，如果結(jié)果均超過(guò)預(yù)設(shè)值，即判定該幀圖像為包含激光光斑信息的有效圖像；如比對(duì)結(jié)果不超過(guò)預(yù)設(shè)值， 單片機(jī)繼續(xù)讀取下一幀圖像的中心點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，直至比對(duì)結(jié)果超過(guò)預(yù)設(shè)值，判定出該有效圖像幀。單片機(jī)8發(fā)送指令控制CPLD時(shí)序驅(qū)動(dòng)器9停止產(chǎn)生時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)和片選信號(hào)，并切斷第一 CMOS圖像傳感器6和第二 CMOS圖像傳感器7的工作電源。由于CMOS圖像傳感器積分時(shí)間越長(zhǎng)，背景噪聲就越大，所以在合理選擇積分時(shí)間的基礎(chǔ)上，單片機(jī)8讀取 SDRAM存儲(chǔ)器10中的有效圖像幀和相鄰無(wú)效幀進(jìn)行對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)相減，生成新的數(shù)字圖像，存儲(chǔ)于SDRAM存儲(chǔ)器10中。單片機(jī)8根據(jù)通過(guò)鍵盤10輸入的人工指令控制IXD顯示屏11 顯示處理后的激光光斑圖像，將激光光斑圖像經(jīng)USB接口芯片13傳至計(jì)算機(jī)。
權(quán)利要求1.一種極窄脈寬單脈沖激光光斑探測(cè)裝置，其特征在于該裝置包括雙CMOS光斑采集系統(tǒng)(1)和連接其的控制處理存儲(chǔ)系統(tǒng)(2)；所述雙CMOS光斑采集系統(tǒng)(1)包括沿激光入射光路依次設(shè)置的可調(diào)光衰減器(3)、 透鏡(4)和鏡形分光片(5)，三者為中心同軸結(jié)構(gòu)，鏡形分光片分光后分為兩束光路，在兩束光路上以鏡形分光片為軸對(duì)稱地設(shè)有第一 CMOS圖像傳感器(6)和第二 CMOS圖像傳感器 (7)；所述控制處理存儲(chǔ)系統(tǒng)(2)包括單片機(jī)(8)、CPLD時(shí)序驅(qū)動(dòng)器(9)、SDRAM存儲(chǔ)器(10)、 IXD顯示屏(11 )、鍵盤(12)和USB接口芯片(13)，控制處理存儲(chǔ)系統(tǒng)控制第一 CMOS圖像傳感器(6)和第二 CMOS圖像傳感器(7)進(jìn)行交替工作，對(duì)采集到的數(shù)字圖像進(jìn)行存儲(chǔ)、處理， 控制LCD顯示、響應(yīng)鍵盤輸入指令和與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極窄脈寬單脈沖激光光斑探測(cè)裝置，其特征在于所述可調(diào)光衰減器為九重濾波片組合，每3片濾波片由一個(gè)撥輪帶動(dòng)，一共有64個(gè)步進(jìn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極窄脈寬單脈沖激光光斑探測(cè)裝置，其特征在于所述鏡形分光片的透/反光比為50%，其透光平面與激光入射光路呈45度角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極窄脈寬單脈沖激光光斑探測(cè)裝置，其特征在于所述單片機(jī)(8)內(nèi)設(shè)有比對(duì)模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極窄脈寬單脈沖激光光斑探測(cè)裝置，其特征在于所述單片機(jī)(8)內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)相減模塊。
專利摘要本實(shí)用新型屬于脈沖激光光斑探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種極窄脈寬單脈沖激光光斑探測(cè)的裝置。該裝置由雙CMOS光斑采集系統(tǒng)和控制處理存儲(chǔ)系統(tǒng)兩部分連接組成，雙CMOS光斑采集系統(tǒng)包括沿激光入射光路依次設(shè)置的可調(diào)光衰減器、透鏡和鏡形分光片，三者為中心同軸結(jié)構(gòu)，鏡形分光片分光后分為兩束光路，在兩束光路上以鏡形分光片為軸對(duì)稱地設(shè)有第一CMOS圖像傳感器和第二CMOS圖像傳感器，制處理存儲(chǔ)系統(tǒng)包括單片機(jī)、CPLD時(shí)序驅(qū)動(dòng)器、SDRAM存儲(chǔ)器、LCD顯示屏、鍵盤和USB接口芯片。本實(shí)用新型探測(cè)極窄脈寬單脈沖激光光斑的圖像質(zhì)量高，可實(shí)時(shí)顯示探測(cè)到的光斑圖像，具備存儲(chǔ)記憶功能，并可將數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行后期分析處理，功能強(qiáng)大。
文檔編號(hào)G01B11/00GK202133373SQ20112021062
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者孫揚(yáng), 孫香冰, 張帥, 焦現(xiàn)煒, 田柯文, 陳爍 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍濟(jì)南軍區(qū)72465部隊(duì)