衍射光栅非规则激光焦斑图像自适应聚焦装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种衍射光栅非规则激光焦斑图像自适应聚焦装置，包括激光器、激光衍射光栅、汇聚透镜、平面反射镜、CCD以及用于CCD轴向和水平方向移动的二维移动平台；激光器、激光衍射光栅、汇聚透镜、平面反射镜沿激光器出射光束的主光轴方向依次设置；激光衍射光栅设置在靠近汇聚透镜一侧且与汇聚透镜、平面反射镜相互平行。本实用新型能够快速的对大口径衍射光栅非规则激光焦斑进行聚焦调节，与人工方式相比检测效率在很大程度上得到提高，适用于大口径衍射光栅非规则焦斑自适应聚焦，也可作为各种衍射光栅非规则焦点离线位置自动判读的调整依据，具有较高的精确度和一致性。
【专利说明】衍射光栅非规则激光焦斑图像自适应聚焦装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光电子【技术领域】，涉及一种非规则激光焦斑图像的自适应聚焦装置，尤其涉及一种衍射光栅非规则激光焦斑图像自适应聚焦装置。
【背景技术】
[0002]大口径衍射光栅是高功率激光装置的一个重要器件，在进行衍射光栅参数测量时，准确获得焦点的位置在衍射光栅的参数测量过程中至关重要。
[0003]光学系统设计认为，当大口径衍射光栅激光焦斑的可调面积最小时，此时CCD的位置被认定为是衍射光栅的焦点位置；以往大口径衍射光栅非规则焦点的搜索是由光学测试人员根据已有经验对激光焦斑形状和焦点的位置进行人工识别和定位，但随着光束口径和路数急剧增多，元器件数目成倍增长，并在测量期间引入了较多人为不确定性，花费大量人力物力资源却难以获得较好的精确定位和复现，不能满足工程化的需要。
[0004]因此急需要一种能够解决人工聚焦大口径衍射光栅激光非规则焦点时检测效率低、满足不了工程化需求的方法，使其能够适用于大口径衍射光栅非规则激光焦斑自适应聚焦，以提高对大口径衍射光栅的检测效率，节省人力物力资源。
实用新型内容
[0005]为了解决上述【背景技术】所存在的技术问题，本实用新型提供一种衍射光栅非规则激光焦斑图像自适应聚焦装置。
[0006]本实用新型的技术解决方案是:
[0007]本实用新型提供一种衍射光栅非规则激光焦斑图像自适应聚焦装置，其特殊之处在于:包括激光器、激光衍射光栅、汇聚透镜、平面反射镜、CCD以及用于CCD轴向和水平方向移动的二维移动平台；所述激光器、激光衍射光栅、汇聚透镜、平面反射镜沿激光器出射光束的主光轴方向依次设置；所述激光衍射光栅设置在靠近汇聚透镜一侧且与汇聚透镜、平面反射镜相互平行。
[0008]本实用新型的优点:
[0009]1、本实用新型能够快速的对大口径衍射光栅非规则激光进行聚焦调节，与人工方式相比检测效率在很大程度上得到提高，适用于大口径衍射光栅非规则焦斑自适应聚焦，也可作为各种衍射光栅非规则焦点离线位置自动判读的调整依据，具有较高的精确度和一致性。
[0010]2、本实用新型为克服在整个聚焦过程中大口径衍射光栅非规则激光焦斑图像在不断变化且始终不规则的问题，并基于形心法和区域中心矩理论，提出了以衍射光栅非规则激光焦斑图像的形心与CCD的靶面中心位置之差以及长短轴差组合使用作为反馈信号的大口径衍射光栅非规则激光焦斑图像自适应聚焦装置，这种装置计算量小速度快，具有较高的精确度和一致性，为大口径衍射光栅自动聚焦提供最为核心的解决方案。【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型的衍射光栅非规则激光焦斑图像自适应聚焦装置的光学结构和基本原理图；
[0012]图2为本实用新型的衍射光栅非规则激光焦斑图像自适应聚焦方法流程图；
[0013]图3为本实用新型中用于论证各向异性理论的椭圆及其几何参数图；
[0014]其中:1-激光器，2-激光衍射光栅，3-汇聚透镜，4-平面反射镜，5-CCD，6_ 二维移动平台。
【具体实施方式】
[0015]衍射光栅非规则激光焦斑图像自适应聚焦装置，包括激光器1、激光衍射光栅2、汇聚透镜3、平面反射镜4、CCD5以及用于CCD5轴向和水平方向移动的二维移动平台6 ;激光器1、激光衍射光栅2、汇聚透镜3、平面反射镜4沿激光器I出射光束的主光轴方向依次设置；激光衍射光栅2设置在靠近汇聚透镜3 —侧且与汇聚透镜3、平面反射镜4相互平行。
[0016]参见图1，大口径衍射光栅非规则激光焦斑聚焦调节的光学结构和基本原理，将激光器放置在汇聚透镜的焦点“(V’点的位置，汇聚透镜为一凸凸镜，经过焦点“(V’点的光线从右向左传播，依次透过衍射光栅和汇聚透镜后会发散成为平行光(从透镜焦点发射出来的光线经过透镜后会沿着透镜光轴方向平行传播)；在汇聚透镜左侧位置且垂直于汇聚透镜光轴方向放置一块平面反射镜，平行光从汇聚透镜入射到平面反射镜上，经平面反射镜反射后所得的平行光经过汇聚透镜和衍射光栅后衍射取样分开，形成两路光束，对应图中的参考光路“ O O1 ”和物光路“ O O2”，其中参考光路上的光线将汇聚到“ O1 ”衍射点，物光路上的光线将汇聚到“o2”衍射点。
[0017]“0广点为汇聚透镜的焦点，激光器放置在“0广位置；平面反射镜垂直于汇聚透镜的主光轴并放置在汇聚透镜的左侧；衍射光栅放置在激光器和汇聚透镜之间并靠近汇聚透镜一侧，方向与汇聚透镜和平面镜`平行；CCD放置在物光路的方向上并保证物光路的光线能够全部成像到(XD的靶面之上。
[0018]衍射光栅非规则焦斑图像自适应聚焦就是将(XD采集到的激光焦斑图像的形心位置与CCD靶面中心位置之间的差值和长短轴之间的差值变化解算为水平方向与轴向运动设备需要移动的距离，并根据差值符号来确定移动方向，通过控制CCD的水平运动和轴向运动来改变激光光斑在CCD靶面上的成像状态，完成焦点搜索。
[0019]参见图2，本实用新型提供衍射光栅非规则激光焦斑图像自适应聚焦方法，包括以下流程:
[0020]I】通过(XD采集一幅衍射光栅非规则激光焦斑图像到计算机；
[0021]2】将步骤I中采集到的非规则激光焦斑图像进行图像形心位置计算；
[0022]2.1】计算并确定最优域值δ，并设定以f (i，j)表示(i，j)点的灰度值；
[0023]2.1.1】以亮度值作为水平坐标，亮度出现的频率作为竖直坐标，绘制亮度直方图，选取灰度出现频率的最大值对应的亮度值Tn ；
[0024]2.1.2】以Tn作为初始图像分割的焦斑和背景的域值，并通过公式分别计算焦斑和背景的均值Mtl和Ntl ;所述焦斑和背景的均值的计算公式为:
【权利要求】
1.衍射光栅非规则激光焦斑图像自适应聚焦装置，其特征在于:包括激光器、激光衍射光栅、汇聚透镜、平面反射镜、CCD以及用于CCD轴向和水平方向移动的二维移动平台；所述激光器、激光衍射光栅、汇聚透镜、平面反射镜沿激光器出射光束的主光轴方向依次设置；所述激光衍射光栅设置在靠近汇聚透镜一侧且与汇聚透镜、平面反射镜相互平行。
【文档编号】G01M11/02GK203606572SQ201320790029
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】王伟, 达争尚, 李东坚, 王拯洲, 曹世康 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所