专利名称：低频窄脉冲激光光斑采集器的制作方法
技术领域：
现有的激光光斑检测方法主要包括有烧蚀法和CCD测量法等。烧蚀法是使用红外相纸接 收激光光斑，在相纸上形成一个反映激光束的形状和位置等特征的黑斑，再用手工测量黑斑 的尺寸等参数。这种检测方法需要连续地更换很多相纸，操作复杂，自动化程度低，测试精 度低。CCD测量法是使用电荷耦合器件CCD自动采集激光光斑，形成数字图像，再由计算机 进行后续处理。这种检测方法具有自动化程度高、测试精度高、实时性强和易于实现自动分 析处理等优点，目前已被广泛采用。
但是，在一些激光装备中配备的激光测距机是使用单个的激光脉冲进行测距，还有一些 激光装备使用的是频率为几十赫兹以下的低频脉冲，脉宽通常小于几十纳秒，波长通常位于 红外波段。这类低频、窄脉宽、红外波长的脉冲激光，对电荷耦合器件CCD的响应灵敏度很 低，因此使用普通的CCD捕捉此类脉冲激光会有很大的困难。如果使用响应速度高、对红外 光灵敏度高的CCD，或者是采用同步取样的方法进行检测，则势必会增加检测装置的结构复 杂性和检测装置的设计制造成本。因此，对此类脉冲激光的采集和检测，目前还没有一种成 熟的检测方法和检测装置。
发明内容
本发明的目的就是提供一种可有效地采集和检测激光发射机发出的低频、窄脉宽、红外 波长激光光斑的低频窄脉冲激光光斑采集器。
本发明是这样实现的 一种激光发射机用低频窄脉冲激光光斑采集器，该装置由激光衰 减与分束系统、上转换板CCD采集系统和计算机控制与处理系统三部分连接组成；
所述激光衰减与分束系统是在支架上沿激光入射光路依次设置有第一衰减片、第二衰减 片和半透半反镜，所述半透半反镜的透光平面与激光接收光路呈45。角设置；
所述上转换板CCD采集系统是沿所述半透半反镜的反射光路在支架上依次设置有物镜、 上转换板和CCD采集器，所述上转换板设置在所述物镜的汇聚焦点上，并附着在所述CCD 采集器的光敏面上；
在所述计算机控制与处理系统所用的计算机中附带有图像采集卡。
本发明还可这样实现在所述激光衰减与分束系统中的所述半透半反镜的透射光路上接 有激光功率检测装置。
本发明中的所述激光衰减及分束系统的主要功能是对入射的脉冲激光进行预处理，对入 射脉冲激光的功率进行衰减，使之能够处于后续的上转换板和CCD釆集器的线性响应范围 内，这样就可使采集到的激光光斑不失真，且尽量接近原始光斑的形态。激光衰减及分束系统还同时利用系统中的半透半反镜对入射的脉冲激光进行分束处理，以在进行激光光斑采集 的同时，还可利用分束的脉冲激光进行其他诸如激光功率等的检测，使不同项目的检测可以 利用本装置同时、独立地进行，由此可实现激光发射机的在线实时检测，避免不同检测装置 的多次拆装，满足实战条件下快速检测的需要。利用本发明中的激光衰减及分束系统，可以 根据入射脉冲激光的功率大小，灵活选择使用不同衰减倍率的衰减片的组合，从而对多种激 光装备均能完成检测任务，因此本装置具有良好的通用性。
本发明中的所述上转换板CCD采集系统中的所述上转换板又称"红外探测转换器件"， 具有量子转换效率高、红外响应时间短、室温条件下工作、不需制冷、热稳定性好等特点， 可较好地应用于YAG、 GaSi和InGaAsP等多种红外激光器的光路调节和光斑测量上。该系 统中的所述CCD采集器能够自动采集通过上转换板转换后的激光光斑，并可形成数字图像， 通过图像采集卡进入计算机中。转换后的激光光斑与原激光光斑成逐像素对应关系。 一般来 说，测量范围、测量精度、灵敏度、响应速度等是选择CCD采集器的主要依据。本发明由于 使用了上转换板，这样就可对低频、窄脉宽、红外波长的脉冲激光光斑进行图像转换和延时， 因此采用普通性能的CCD采集器也可达到使用要求，由此大大降低了本装置的设计和制造成 本。
本发明中的所述上转换板CCD采集系统的另一特点是将上转换板附着在CCD采集器的 光敏面上。这样就可将低频、窄脉宽、红外波长的激光光斑转换为可见光光斑，并使这个可 见光光斑在上转换板的转换面上停留的时间延长，使CCD采集器很容易采集到这个可见光光 斑，这就有效地解决了低频、窄脉宽、红外波长的激光光斑难于捕捉的问题，实现了激光光 斑的高效、自动采集。上转换板附着在CCD光敏面上，在二者之间就没有了其他光学器件和 光学系统，不会形成像差，由此也避免了像差对检测精度的影响。
本发明中的所述计算机控制与处理系统可根据激光光斑采集处理软件，对通过图像采集 卡采集到的激光光斑的数据信息进行分析和处理，从而得到激光光斑的各项检测参数，并能 通过显示界面将各项检测数据显示出来。图像采集卡通过USB接口与计算机相连，形成移动 式的图像处理工作站。另外，计算机还对CCD釆集器进行控制。由此实现了对激光装备发射 的脉冲激光的有效检测。
本发明所述计算机控制与处理系统对于激光光斑性能参数的分析，既可以做整个采集过 程激光光斑整体性能的分析，也可以做任意时刻激光光斑参数的分析。激光光斑整体性能分 析包括光斑的形心位置、质心位置以及光斑尺寸大小随时间变化的规律等；任意时刻的参数 分析包括光斑形心、质心的坐标，光斑尺寸的大小，以及光斑强度分布等内容。
本发明的上述三个系统可以相互脱离，便于拆装和携带；两个衰减片既可以分别独立使 用，也可以组合使用，以满足不同的衰减倍率的需要，由此可增强检测不同激光发射机的通 用性。本发明通过半透半反镜对脉冲激光的分束，可以形成两个独立的光路，同步实施在线的激光光斑采集和激光功率检测等工作。CCD采集器的工作运行，既可通过计算机控制，也 可手动控制；在通过计算机控制时，能够设定采集的时间和模式。
本发明的特点是效率高，自动化程度高，能够在线检测，通用性好，性价比高。
图1是本发明的硬件系统结构框图； 图2是本发明中的激光衰减与分束系统的光路图； 图3是本发明的系统流程框图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的硬件系统由激光衰减与分束系统2、上转换板CCD采集系统3和 计算机控制与处理系统4三部分连接组成。
如图2所示，激光衰减与分束系统2是在支架9上沿激光入射光路依次设置有第一衰减 片6、第二衰减片7和半透半反镜8。第一衰减片6可在支架9的前端口旋入或旋出，第二衰 减片7可从支架9上部的开口端插入或拔出。第二衰减片7的位置紧靠在第一衰减片6的后 部。在第二衰减片7插入支架9的情况下，通过向内旋转第一衰减片6，可对第二衰减片7 进行压紧固定。倾斜固定在支架9内的半透半反镜8，其透光平面与激光接收光路呈45。角 设置。
本发明可以根据激光发射机的具体的功率大小，确定合适的衰减倍率，选用不同的衰减 片进行自由组合，使脉冲激光的功率衰减到上转换板和CCD采集器的线性工作范围之内， 这样就可使采集到的激光光斑尽量不失真。
图1中，上转换板CCD采集系统3是沿半透半反镜8的反射光路在支架上依次设置有物 镜3a、上转换板3b和CCD采集器3c。上转换板3b设置在物镜3a的汇聚焦点上，并附着在 CCD采集器3c的光敏面上。
本发明在计算机控制与处理系统4中，图像采集卡通过usb接口接至计算机。
本发明在激光衰减与分束系统2的半透半反镜8的透射光路上接有激光功率检测装置5。
本发明的工作流程是由低频窄脉冲激光器1发出的低频窄脉冲激光，首先进入激光衰 减与分束系统2。经二级衰减片对激光功率进行衰减后，低频窄脉冲激光入射到半透半反镜8 上，并在半透半反镜8上形成了互相垂直的两条分束光路——透射光路A和反射光路B。对 入射的脉冲激光来说，虽然经过了分束，但光强分布等特性没有发生变化，因此在两条光路 上可分别进行光斑采集和功率检测。
入射脉冲激光经衰减和分束后， 一部分进入后续的上转换板CCD采集系统3。进入该系 统的分束脉冲激光首先经过物镜3a，成像在上转换板3b上；上转换板3b将红外激光光斑转 换为可见光光斑，并延长光斑在上转换板3b上的停留时间，以满足CCD采集器3c的响应波 段和响应速度的要求。本发明的系统流程如图3所示，计算机的运行是通过控制与处理软件进行的。该控制与处 理软件先是设置CCD采集器3c的采集模式和采集时间。当被测激光发射机准备发射脉冲激光 时，计算机控制与处理系统4启动CCD采集器3c开始激光光斑的采集工作，并控制低频窄脉冲 激光器l发射低频窄脉冲激光。此后，CCD采集器3c即连续记录下脉冲激光的光斑图像数据。 当设定时间一到，即可自动停止采集工作。当然也可手动控制CCD采集器3c的工作启停。
通过CCD采集器3c采集形成的数据经过图像采集卡进入计算机，保存形式有两种——光 斑数字视频保存和光斑数字图像保存。由于光斑数据处理根据的是数字图像，因此需要把保 存的光斑视频信息转换为光斑图像信息。转换完成后，就可进行数据分析处理。
激光光斑整体的性能分析，是通过对CCD采集器采集时间内的激光光斑图像变化情况， 分别处理出激光光斑形心随时间变化的变化曲线、激光光斑质心随时间变化的变化曲线、激 光光斑尺寸大小随时间变化的变化曲线，并通过显示器予以显示。
激光光斑任意时刻的参数分析，则可选择任一时刻的光斑图像，处理得到任意时刻激光 光斑尺寸、任意时刻光斑形心坐标、任意时刻光斑质心坐标以及任意时刻激光光斑强度分布 图等，并通过显示器显示出来。
权利要求
1、一种激光发射机用低频窄脉冲激光光斑采集器，其特征在于该装置由激光衰减与分束系统(2)、上转换板CCD采集系统(3)和计算机控制与处理系统(4)三部分连接组成；所述激光衰减与分束系统(2)是在支架上沿激光入射光路依次设置有第一衰减片(6)、第二衰减片(7)和半透半反镜(8)，所述半透半反镜(8)的透光平面与激光接收光路呈45°角设置；所述上转换板CCD采集系统(3)是沿所述半透半反镜(8)的反射光路在支架上依次设置有物镜(3a)、上转换板(3b)和CCD采集器(3c)，所述上转换板(3b)设置在所述物镜(3a)的成像焦点上，并附着在所述CCD采集器(3c)的光敏面上；在所述计算机控制与处理系统(4)所用的计算机中附带有图像采集卡。
2、 根据权利要求1所述的低频窄脉冲激光光斑采集器，其特征在于在所述激光衰减与分 束系统(2)中的所述半透半反镜(8)的透射光路上接有激光功率检测装置(5)。
全文摘要
本发明涉及一种激光发射机用低频窄脉冲激光光斑采集器。该装置由激光衰减与分束系统、上转换板CCD采集系统和计算机控制与处理系统三部分连接组成；激光衰减与分束系统是在支架上沿激光入射光路依次设置有第一衰减片、第二衰减片和半透半反镜，所述半透半反镜的透光平面与激光接收光路呈45°角设置；上转换板CCD采集系统是在支架上沿所述半透半反镜的反射光路依次设置有物镜、上转换板和CCD采集器，上转换板附着在所述CCD采集器的光敏面上；在计算机控制与处理系统所用的计算机中附带有图像采集卡。本发明的特点是效率高，自动化程度高，能够在线检测，通用性好，性价比高。
文档编号G01J1/42GK101576373SQ20091007477
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月17日 优先权日2009年6月17日
发明者侯章亚, 李义照, 王呈阳, 陈志斌 申请人:中国人民解放军总装备部军械技术研究所