一种光斑关键参数的测量装置和测量方法与流程

本发明属于光学测量技术领域，尤其涉及一种光斑关键参数的测量装置和测量方法。

背景技术：

由于加工工艺限制了光学ccd/cmos传感器的尺寸，致使传统的光斑分析仪的探测面元一般在15mm以下。而随着激光技术的发展及应用领域的拓展，对大尺寸光斑的测量需求已经超出了传统的光斑分析仪适用范围。

在计量测试的过程中，遇到客户送检的仪器使用特殊的光源，要求对特殊尺寸形状的激光光斑进行测量。市面上及实验室现有的测量仪器由于受感光面尺寸的限制，已经不能满足对这些参数的特殊测量需求。当下市面上存在的两种测量仪器：一类是采用面阵ccd/cmos图像传感器进行测量；另一种是基于切刀法通过点探测器采用点扫描方式进行测量。但是，这两种测量方式对于测量特定位置的光斑尺寸都存在自身的限制，前者受限于探测器感光面元的尺寸，后者受限于位移台运动的行程，而且切刀扫描主要针对连续光测量，所以对于脉冲光不适用。对于大尺寸的光斑无法实现相关参数的快速测量。

技术实现要素：

针对以上技术问题，本发明公开了一种光斑关键参数的测量装置和测量方法，使用线阵图像传感器，通过快速线扫描的方式实现相关参数的快速测量；特别是解决了大尺寸光斑关键参数的测量问题。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种光斑关键参数的测量装置，其包括位移台和位于位移台上的一维线振光学传感器，所述位移台包括x方向位移构件和与光传播方向一致的z方向位移构件，所述x方向位移构件和z方向位移构件相连，所述位移台驱动一维线振光学传感器沿x和/或z方向移动，所述一维线振光学传感器的线振方向垂直于x方向位移构件的移动方向。

采用此技术方案，通过一维线振光学传感器与位移台相结合，通过采用位移上各位置点的线阵图像，即通过线扫描的方式实现对特定位置的大尺寸光斑的测量，可以准确的获得扫描维度方向的光斑中心位置与光斑尺寸，同时不会受限于探测位置光斑尺寸的限制。此技术方案，由于采用的是使用线振光学传感器的强度进行测量，不需要成像，所以，前端不存在用于成像的透镜镜头元件，结构简单，维护方便。

现有技术中，面阵ccd的像素数一般是2048*2048，也就是说横向与纵向的尺寸分别是10.24mm与10.24mm，对于横向或纵向大于10.24mm的，采用面阵ccd传感器因为是面阵式工作，就无法进行测量。如果将传统的面阵ccd结合位移台的方式，所得到的数据在两个维度方向，数据的拼接还是比较麻烦的，不利于数据处理与位移台步进位置的控制。

进一步的，所述位移台可以采用榫卯限位的结构，还可以形成复位性能较好的变体结构。

进一步的，所述一维线振光学传感器为一维线振ccd、cmos或向红外波长拓展的材料形成的一维线振光学传感器。

作为本发明的进一步改进，所述z方向位移构件包括z方向驱动机构和z方向位移滑块，所述x方向位移构件包括x方向驱动机构和x方向位移滑块，所述x方向驱动机构与z方向位移滑块连接，所述一维线振光学传感器位于x方向位移滑块上。

作为本发明的进一步改进，所述x方向位移构件包括x方向驱动机构和x方向位移滑块，所述z方向位移构件包括z方向驱动机构和z方向位移滑块，所述z方向驱动机构与x方向位移滑块连接，所述一维线振光学传感器位于x方向位移滑块上。

作为本发明的进一步改进，所述z方向驱动机构、x方向驱动机构为丝杆驱动机构、齿条驱动机构或轨道驱动机构。

作为本发明的进一步改进，所述x方向位移构件通过转接件与z方向位移构件连接。

作为本发明的进一步改进，所述一维线振光学传感器的前方设有平板滤光片或斩波器。采用此技术方案，可以根据需要选择特定厚度的平板滤光片在特定波长下的折射率定量计算引入的等效空气层厚度，移动位移台实现激光器出射端面与ccd光敏面之间的精确距离，进而提高测量结果的准确性。如果采用斩波器的方案，插入斩波器前后光程不变。这两种光衰减方式是辅助光强衰减的手段。

本发明公开了一种光斑关键参数的测量方法，其采用如上任意一项所述的光斑关键参数测量装置进行测量，其包括以下步骤：

控制位移台，驱动一维线振光学传感器在垂直于线振方向上移动，测量光斑在指定距离的面上的光强度分布，将测量值按照矩阵的方向将数值进行记录，将测量值结合测量的空间位置点的距离形成二维图像。

作为本发明的进一步改进，对得到的图形进行高斯强度拟合。

进一步的，二维图像的形成包括：将测量像素的一位强度值沿着横向位移运动方向进行平铺形成新的二维矩阵，将数值进行记录与图像显示，将测量强度值与像素尺寸及控制一维线振光学传感器与光传播方向垂直的位移台的运行速度、及触发采集相结合测量的空间位置点的距离作为扫描方向的横坐标一维线振光学传感器像素方向作为纵坐标形成二维强度图像；对得到的强度数据形成的图形，选择光强最大的质心位置分别选取行与列数据并附带位置信息进行横向与纵向高斯强度拟合或者其它定义的拟合，进而得到这两个方向各自的半峰全宽值，就是大光斑在这两个方向的尺寸。作为本发明的进一步改进，在一维线振光学传感器的线振方向测量的光斑尺寸为实际光斑尺寸的3/4所在的位置，这样做可以进一步增大测量光斑横向位置的尺寸；通常情况下，大光斑尺寸小于线振ccd一维尺寸的时候，可以直接放在线振视场内进行成像。

本发明的技术方案可以针对当下市面上兴起的大尺寸激光光斑医疗与视网膜成像光源在指定距离位置，对大尺寸激光光斑对向角参数进行测量，同时，它也可以测量激光束的其它传统参数，如激光m²因子、发散角与光斑强度分布等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

第一，采用本发明的技术方案，克服了面阵ccd或cmos感光面尺寸的限制，以及切刀法点扫描的速度的限制，使用大尺寸线振探测器结合位移台，通过快速线扫描的方式实现对特定位置的大小尺寸光斑的测量。一维线振光学传感器在结合位移台进行测量的优点，可以准确的获得扫描维度方向的光斑中心位置与光斑尺寸，同时不会受限于探测位置光斑尺寸的限制。

第二，采用本发明的技术方案，可以根据需求选择特定厚度的平板滤光片在特定波长下的折射率定量计算引入的等效空气层厚度，通过移动位移台实现激光器出射端面与ccd光敏面之间的精确距离，进而提高测量结果的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例2的结构示意图。

图3是本发明实施例3的结构示意图。

图4是本发明实施例4的圆形光斑3/4的示意图。

图5是本发明实施例5的插入平板滤光片的光斑测量示意图。

图6是本发明实施例5的插入斩波器的光斑测量示意图。

附图标记包括：1-位移台，2-一维线振光学传感器，3-平板滤光片，4-斩波器；11-x方向位移构件，12-z方向位移构件，13-x方向驱动机构，14-x方向位移滑块，15-z方向驱动机构，16-z方向位移滑块。

具体实施方式

下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，一种光斑关键参数的测量装置，其包括位移台1和位于位移台1上的一维线振光学传感器2，所述位移台1包括x方向位移构件11和与光传播方向一致的z方向位移构件12，所述x方向位移构件11和z方向位移构件12相连，所述位移台1驱动一维线振光学传感器2沿x和/或z方向移动，所述一维线振光学传感器2的线振方向垂直于x方向位移构件11和z方向位移构件12的移动方向。其中，所述一维线振光学传感器2为一维线振ccd、cmos光学传感器或向红外波长拓展的材料形成的一维线振光学传感器。本实施例中采用一维线振ccd。

本实施例中，所述位移台1可以采用榫卯限位的结构，进而增加复位性能。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，所述x方向驱动机构13位于z方向驱动机构15的上方；所述z方向位移构件12包括z方向驱动机构15和z方向位移滑块16，所述x方向位移构件11包括x方向驱动机构13和x方向位移滑块14，所述x方向驱动机构13与z方向位移滑块16连接，

所述一维线振光学传感器2位于x方向位移滑块14上。

其中，所述z方向驱动机构15、x方向驱动机构13为丝杆驱动机构、齿条驱动机构或轨道驱动机构。本实施例中采用的丝杆驱动机构，即通过电机驱动丝杆，从而带动滑块沿着滑轨移动。

实施例3

在实施例1的基础上，如图3所示，所述z方向驱动机构15位于x向驱动机构的上方；所述x方向位移构件11包括x方向驱动机构13和x方向位移滑块14，所述z方向位移构件12包括z方向驱动机构15和z方向位移滑块16，所述z方向驱动机构15与x方向位移滑块14连接，所述一维线振光学传感器2位于z方向位移滑块16上。

其中，所述z方向驱动机构15、x方向驱动机构13为丝杆驱动机构、齿条驱动机构或轨道驱动机构。本实施例中采用的丝杆驱动机构，即通过电机驱动丝杆，从而带动滑块沿着滑轨移动。

进一步的，所述x方向位移构件11可以通过转接件与z方向位移构件12连接，从而实现在xy所形成的的平面内旋转90变成y方向，原来的y方向变成x方向。

实施例4

一种光斑关键参数的测量方法，其采用上述实施例1~实施例3的任意一项所述的光斑关键参数测量装置进行测量，其包括以下步骤：

控制位移台1，驱动一维线振光学传感器2在垂直于线振方向上移动，测量光斑在指定距离的面上的光强度分布，将测量像素的一位强度值沿着横向位移运动方向进行平铺形成新的二维矩阵将数值进行记录与图像显示，将测量强度值与像素尺寸及控制线阵ccd与光传播方向垂直的位移台的运行速度及触发采集相结合测量的位置点的距离作为扫描方向的横坐标线阵ccd像素方向作为纵坐标形成二维强度图像。对得到的强度数据形成的图形，选择光强最大的质心位置也就是二维数组的最大值的坐标分别选取行与列数据并附带位置信息进行横向与纵向高斯强度拟合或者其它定义的拟合，进而得到这两个方向各自的半峰全宽值，就是大光斑在这两个方向的尺寸。

进一步的，如图4所示，在一维线振光学传感器2的线振方向测量的光斑尺寸为实际光斑尺寸的3/4所在的位置。

一维线阵ccd主要是指在少像素的维度仅有一个像素，或者使用像素拼接功能实现一个像素，最终，在某个维度只有一个像素，获得的图像，数据最终于可以使用一维数组表示。面振ccd得到的是二维图像，可以使用二维数组表示。如何实现一维线阵ccd的图像数据变成二维数据的图像。点移动可以形成线、线移动可以形成面，面移动可以形成体。此处采用线阵移动形成面图像。在移动的过程中，进行数据采集，然后将这些数据按照移动顺序排列开来。便形成了与面振ccd对应的二维图像数据（在移动维度的测量范围不受线阵ccd尺寸的限制，主要受限于位移台的行程）。得到与二维图像相关的二维数组，寻找最大值所对应的位置的行数组与列数组与各自对应的像素空间位置采用高斯拟合或者根据相关算法进行计算，获得大光斑的横向与纵向尺寸。

实施例5

在实施例4的基础上，如图5和图6所示，所述一维线振光学传感器2的前方设有平板滤光片3。

采用厚度均匀的平板滤光片3有个好处，通过精密仪器测量均匀的平板滤光片3厚度l确定之后，测量对应波长的折射率n(λ)，于是，平板的等效空气层的厚度n(λ)*l，于是，实际的距离就是空气中的测量距离d引入均匀的平板滤光片3厚度l引入的附加厚度（n(λ)*l-l）之和，即d+（n(λ)*l-l）。根据需要选择特定厚度的平板滤光片3在特定波长下的折射率定量计算引入的等效空气层厚度，移动位移台1实现激光器出射端面与ccd光敏面之间的精确距离，进而提高测量结果的准确性。

还有一种方法，如图6所示，所述一维线振ccd光学传感的前方设有斩波器4，采用斩波器4在自由空间中衰减光强，不会引入光程变化，两种衰减光强的方法都可以。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。