专利名称：用ccd测试照明用激光器发散角和均匀性的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种用CCD测试照明用激光器发散角和均匀性的装置及方法，属光学测量技术领域。
背景技术：
激光主动照明一般采用红外波段激光照射目标，具有作用距离远、分辨率高、穿透力强的优点。主要配合红外夜视仪，安保监控，其可以广泛应用在安全保卫、军事侦察、野外搜救、科研考察等领域。通常照明器测试主要采用分布式光度计。分布光度计是一种大型的精密光学测试设备，主要有旋转反光镜式分布光度计、运动反光镜式分布光度计和旋转灯具式分布光度计等结构(《灯具分布光度计现状分析》作者王建平，电子测试，2008年7月第7期)。分布式光度计体积大，结构复杂，价格昂贵，不利于快速的测试照明光束的质量。 采用本装置可以非常方便快捷的测得照明激光器的光束均匀性和发散角。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提出了一种用CCD测试照明用激光器发散角和均匀性的装置及方法。本发明的技术方案是按以下方式实现的一种用CXD测试照明用激光器发散角和均匀性的装置，包括激光扩束镜、衰减器、 滤光片、光学变焦系统、CCD探测器和控制处理系统，其特征在于激光扩束镜、衰减器、滤光片、光学变焦系统、CCD探测器依次按顺序放置组成光路；激光扩束镜、光学变焦系统及CCD 探测器的输出端分别和控制处理系统相连接，由控制处理系统对激光扩束镜的扩束比进行控制、对光学变焦系统的焦距进行控制、对CCD探测器的输出数据进行采集、计算、处理。所述的激光扩束镜是可变倍激光扩束镜。所述的控制处理系统是单片机或是PC机。所述的滤光片的工作波长对应于被测试照明激光器的工作波长。上述衰减器根据不同需要可以更换不同的衰减片。一种利用上述装置对照明用激光器均匀性进行测量的方法，步骤如下a.将测试装置放置好，接通控制处理系统的电源，将待测激光器置于光束扩束镜之前；b.接通待测激光器，令待测激光器发出激光，激光经光束扩束镜、衰减器、滤光片、 光学变焦系统出射到CCD探测器上。利用作为控制系统的单片机或PC机调整激光扩束镜的扩束倍率，使得激光光束完整的覆盖在CCD探测器的表面上；c.利用作为控制系统的单片机或PC机改变光学变焦系统的焦距，使待测试距离上光束截面成像于CXD探测器上；d.单片机或PC机检测激光扩束器的扩束比、光学变焦系统的焦距，接收CCD探测器所测得的信号，该信号为照明用激光器在待测距离上的光强分布信号，即最大光强Imax和最小光强Imin,由公式经单片机或PC机自动计算、处理得到激光光束的均匀
max min
性指标即激光器的均匀度M。一种利用上述装置对照明用激光器的发散角进行测量的方法，步骤如下I)将测试装置放置好，接通系统电源，将待测激光器置于光束扩束镜之前；2)调节光学变焦系统的焦距，使CCD探测器正好位于光学变焦系统的后焦面上；3)调节光束扩束镜的扩束倍率，使CXD探测器可以完整的接收完整的激光光束；4)单片机或PC机检测激光扩束器的扩束比X、光学变焦系统的焦距f，接收CCD探测器所测得的信号并测出CCD探测器在直径方向的像元间隔Λ及光斑在直径方向上的像
元数m，将上述测得的信号参数带入公式20 = Xy中进行计算、处理得到激光光束的发散角Θ。本发明利用上述装置测量照明用激光器发散角的原理如下根据公式= f，Θ
为照明用激光器的发散角，f为光学变焦系统焦距，d为光束直径。照明用激光器的发散角测量变为测量光斑尺寸的测量。根据系统选用的红外CCD探测器不同，探测器在某一方向的像元间隔为Λ。调节光学变焦系统使CCD探测器正好处于光学变焦系统的后焦面上，根据实际需求选择光斑尺寸，即可得到光斑在某一方向上的像元数m。可以得到经扩束后光束 JfiA
的发散角23= y，其中f为光学变焦系统的焦距，m是光斑在直径方向上的像元数，Λ为
CCD探测器在直径方向的像元间隔，Q1为经过激光扩束镜之后的光束发散角。激光扩束镜有两个作用1)压缩激光光束的直径，2)增加了激光光束的发散角。一束被扩束的光束的发散角，和扩束比成反比例变化。激光扩束镜的倍率即光束直径的放大倍率，从激光器输出的激光束的束宽积近似为一定值，当束腰半径减小X倍时，其发散角相应扩大为原来的I/
X0测试时，激光扩束镜的扩束比为X。那么可以测得光束的发散角为26 = Xy。本发明利用上述装置测量照明用激光器均匀性的原理如下对于光束均匀度一般定义为M Umm其中1_，Imin分别为探测器所测量激光光束的最大光强和最小光强。
max min，
激光经过激光扩束镜后其均匀性并不发生改变。将待测试距离上光束截面成像于CCD探测器，根据公式处理CCD探测器所接受的数据即为照明用激光器的均匀度。本发明的有益效果及优点是结构简单，操作简便，可以实时快捷的测量照明用激光器的均匀性和发散角。
图I是本发明测量装置的结构示意图。其中1、待测激光器，2、激光扩束镜，3、衰减器，4、滤光片，5、光学变焦系统，6、(XD 探测器，7、控制处理系统。图2是利用上述装置对照明用激光器均匀性进行测量的方法的流程框图；其中 a-d为其各个步骤。
图3是利用上述装置对照明用激光器的发散角进行测量的方法的流程框图；其中 I)-4)为其各个步骤。具体实时方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例I :本发明实施例I如图I所示，包括激光扩束镜2、衰减器3、滤光片4、光学变焦系统
5、CCD探测器6和控制处理系统7，其特征在于激光扩束镜2、衰减器3、滤光片4、光学变焦系统5、CCD探测器6依次按顺序放置组成光路；激光扩束镜2、光学变焦系统5及CCD探测器6的输出端分别和控制处理系统7相连接，由控制处理系统7对激光扩束镜2的扩束比进行控制、对光学变焦系统5的焦距进行控制、对CCD探测器6的输出数据进行采集、计算、 处理。 所述的激光扩束镜2是可变倍激光扩束镜。所述的控制处理系统7是单片机或是PC机。所述的滤光片4的工作波长对应于被测试照明激光器的工作波长。上述衰减器根据不同需要可以更换不同的衰减片。实施例2 一种利用上述装置对照明用激光器均匀性进行测量的方法，如图2所示，步骤如下a.将测试装置放置好，接通控制处理系统的电源，将待测激光器置于光束扩束镜之前；b.接通待测激光器，令待测激光器发出激光，激光经光束扩束镜、衰减器、滤光片、 光学变焦系统出射到CCD探测器上，调整激光扩束镜的扩束倍率，使得激光光束完整的覆盖在CXD探测器的表面上；c.改变光学变焦系统的焦距，使待测试距离上光束截面成像于CXD探测器上；d.单片机或PC机检测激光扩束器的扩束比、光学变焦系统的焦距，接收CCD探测器所测得的信号，该信号为照明用激光器在待测距离上的光强分布信号，即最大光强Imax和
最小光强Imin,由公式经单片机或PC机自动计算、处理得到激光光束的均匀
权利要求
1.一种用CCD测试照明用激光器发散角和均匀性的装置，包括激光扩束镜、衰减器、滤光片、光学变焦系统、CCD探测器和控制处理系统，其特征在于激光扩束镜、衰减器、滤光片、 光学变焦系统、CCD探测器依次按顺序放置组成光路；激光扩束镜、光学变焦系统及CCD探测器的输出端分别和控制处理系统相连接，由控制处理系统对激光扩束镜的扩束比进行控制、对光学变焦系统的焦距进行控制、对CCD探测器的输出数据进行采集、计算、处理。
2.如权利要求I所述的一种用CCD测试照明用激光器发散角和均匀性的装置，其特征在于所述的激光扩束镜是可变倍激光扩束镜。
3.如权利要求I所述的一种用CCD测试照明用激光器发散角和均匀性的装置，其特征在于所述的控制处理系统是单片机或是PC机。
4.如权利要求I所述的一种用CCD测试照明用激光器发散角和均匀性的装置，其特征在于所述的滤光片的工作波长对应于被测试照明激光器的工作波长。
5.一种利用权利要求I所述的装置对照明用激光器均匀性进行测量的方法，步骤如下a.将测试装置放置好，接通控制处理系统的电源，将待测激光器置于光束扩束镜之N / .IIJ ;b.接通待测激光器，令待测激光器发出激光，激光经光束扩束镜、衰减器、滤光片、光学变焦系统出射到CCD探测器上，调整激光扩束镜的扩束倍率，使得激光光束完整的覆盖在 CXD探测器的表面上；c.改变光学变焦系统的焦距，使待测试距离上光束截面成像于C⑶探测器上；d.单片机或PC机检测激光扩束器的扩束比、光学变焦系统的焦距，接收CCD探测器所测得的信号，该信号为照明用激光器在待测距离上的光强分布信号，即最大光强Imax和最小光强Imin,由公式M = ^max ~/mm经单片机或PC机自动计算、处理得到激光光束的均匀性指max min标即激光器的均勻度M。
6.一种利用权利要求I所述的装置对照明用激光器的发散角进行测量的方法，步骤如下1)将测试装置放置好，接通系统电源，将待测激光器置于光束扩束镜之前；2)调节光学变焦系统的焦距，使CCD探测器正好位于光学变焦系统的后焦面上；3)调节光束扩束镜的扩束倍率，使CCD探测器可以完整的接收完整的激光光束；4)单片机或PC机检测激光扩束器的扩束比X、光学变焦系统的焦距f，接收CCD探测器所测得的信号并测出CCD探测器在直径方向的像元间隔Λ及光斑在直径方向上的像元数m，将上述测得的信号参数带入公式20 = Xy中进行计算、处理得到激光光束的发散角Θ。
全文摘要
用CCD测试照明用激光器发散角和均匀性的装置及方法，属光学测量技术领域。装置包括激光扩束镜、衰减器、滤光片、光学变焦系统、CCD探测器和控制处理系统，其特征在于激光扩束镜、衰减器、滤光片、光学变焦系统、CCD探测器依次按顺序放置组成光路；激光扩束镜、光学变焦系统及CCD探测器的输出端分别和控制处理系统相连接，由控制处理系统对激光扩束镜的扩束比进行控制、对光学变焦系统的焦距进行控制、对CCD探测器的输出数据进行采集、计算、处理。本发明测量方法将激光扩束镜和变焦系统引入到照明用激光器的测试中，可以测得激光器的发散角和光束均匀性。该方法结构简单，操作简单，体积小巧，测量精度高。
文档编号G01M11/02GK102607805SQ20111041881
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者吴仕良, 孙兆东, 王晓, 王英顺, 连洁, 马峥, 高尚 申请人:山东大学