CN103364174A - 可见-近红外激光束多参数数字化测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可见-近红外激光束多参数数字化测量仪，该仪器由计算机及分析软件、耦合装置、工作距程控调整装置、衰减装置、探测装置、分光装置、光源指示装置、防护罩以及底座组成；本发明中，光源指示装置、分光装置、自调整装置与被测系统的光学系统同轴，为被测系统提供有限远或无限远目标，起指示作用；当光源指示装置中的十字分划与被测系统中的十字分划重合时，测量仪的光轴与被测系统的光轴重合，在物镜焦平面处放置的CCD相机记录光斑的变化情况，利用计算机程序得出被测系统的激光光斑大小、激光发散角、光强分布情况、以及光斑走动量等参数。

Description

可见-近红外激光束多参数数字化测量仪

技术领域

本发明涉及对小功率的激光光斑大小、激光发散角、光强分布情况等参数进行测量，尤其针对具有激光指示功能的多轴光学仪器，如激光指示器、激光水准仪、激光标线仪、激光测距仪、经纬仪和全站仪等仪器的光斑走动量、光斑调整范围、光斑偏离(轴)量、多轴一致性等参数进行测量，属于光学测量仪器领域。

背景技术

激光指示器作为一种实用的目标指示器，具有外形简单、轻便灵巧、易携带等特性，现已广泛应用于鉴伪安防、美容仪、医疗保健仪、测距(测温)仪、扫平仪、标线仪、投影教学翻页笔等各种民用工业产品中。对于这些激光指示器的参数，如激光光斑大小、激光发散角、光强分布情况等都有严格要求。除此之外，激光指示器作为辅助部件还广泛应用于许多光学仪器系统中，如枪用激光瞄具、激光水准仪、激光标线仪、激光测距仪、经纬仪和全站仪等等，针对这些仪器设备中激光指示器的光斑走动量、光斑调整范围、光斑偏离(轴)量、多轴一致性等参数进行综合测量的检测仪器尚未见报道。

发明内容

本发明提供一种可见-近红外激光束多参数数字化测量仪，针对望远系统中具有激光指示功能的激光器相对于其它光学系统光轴的多种关联参数进行测量，同时可实现小功率激光器的激光光斑大小、激光发散角、光强分布等多项常规参数的图像数字化检测功能。

一种可见-近红外激光束多参数数字化测量仪，其特征在于该测量仪由耦合装置(1)、工作距程控调整装置(2)、衰减装置(3)、探测装置(4)、分光装置(5)、光源指示装置(6)、防护罩(7)以及底座(8)组成的检测系统(A)，由计算机及分析软件组成的计算机系统(B)所组成。。

该测量仪耦合装置(1)中的反射棱镜与分光棱镜间距可调，因此，对于不同的被测瞄具，其瞄准轴与激光发射轴的间距不等，可通过该测量仪的调整实现检测。

该测量仪具有适用于焦斑法的激光束参数检测的工作距程控调整装置(2)。对于不同的被测对象，其被测波长不同，故其工作距不同，该测量仪通过导轨丝杆传动方式实现工作距的程控调整。

该测量仪在CCD相机接收光斑之前，设置衰减装置(3)。该衰减装置采用偏振原理，利用蜗轮蜗杆传动方式实现偏振片旋转，并用计算机控制电机实现程控光强度衰减。

该测量仪采用可见及红外两个CCD相机进行激光光斑的接收，利用分光棱镜进行分光，并设有微调装置，CCD相机置于物镜的焦平面处，用于记录光斑的特征情况。

该测量仪采用三角基座、平面分光镜及相关的微调装置组成分光装置(5)，此处并设有激光器，起激光指示作用，实现瞄具的粗对准。

该测量仪为实现对准功能，设有光源指示装置(6)，为被测系统提供一个无穷远的目标，在光源指示装置中的十字分划与被测系统中的十字分划相重合时，实现瞄具的精确对准。

本发明的工作原理如图2：耦合装置中的分光棱镜光轴、工作距程控调整装置中的物镜光轴、分光装置中的两片平面分光镜的中心轴线以及光源指示装置中的十字分划中心轴线均在一条直线上，光源指示装置中的十字分划与被测系统中的十字分划相重合，可见及红外CCD相机与光源指示装置中的十字分划共轭，均位于物镜的焦平面上，通过记录CCD相机上光斑的特征情况，利用计算机程序计算出相应的参数。

附图说明

图1系统总体结构示意图

(A)检测系统

(B)计算机系统

(1)耦合装置

(2)工作距程控调整装置

(3)衰减装置

(4)探测装置

(5)分光装置

(6)光源指示装置

(7)防护罩

(8)底座

图2测试系统光学原理图

(9)被测激光瞄具

(10)分光棱镜1

(11)物镜

(12)偏振片1

(13)偏振片2

(14)分光棱镜2

(15)可见光CCD

(16)红外CCD

(17)平面分光镜1

(18)平面分光镜2

(19)激光器

(20)十字分划

(21)光源

具体实施方式

分两种方式：一种是适用于带激光指示器的光学仪器，如枪用激光瞄具、激光水准仪、激光标线仪、激光测距仪、经纬仪和全站仪等等，如图2所示，打开测量仪计算机及光源，将具有激光指示功能的被测光学仪器设备安放在试品架(台)上，让指示器的激光对准测量仪的激光入射口，在测量仪的计算机系统(B)中输入被测激光器波长，计算机自动计算此工作波长下的物镜焦距，程控调节物镜(11)移动至准确位置，手动移动耦合装置(1)中的反射棱镜，使其对准被测光学仪器的瞄准镜望远，通过瞄准望远镜观察测量仪的十字分划(20)，调节被测光学仪器使瞄准望远镜的分划对准测量仪的十字分划(20)，如果被测光学仪器的激光发射轴与瞄准望远镜光轴之间位置不存在大的偏差，则激光指示器出射的激光便会照射到CCD(15/16)上，如果是可见光，则成像到可见光CCD(15)上，如果是近红外光，成像到红外CCD(16)上，通过测量仪的测控软件，程控涡轮蜗杆传动，调整衰减装置(3)中的偏振片1(12)和偏振片2(13)角度，使照射到CCD上的光强度增大，直到保证具有最大光照度，又不超过CCD的饱和范围，此时通过图像处理及分析计算程序自动求解光斑大小、束散角、光强分布、光斑偏离量、光斑调整范围及激光发射轴与瞄准望远镜光轴(瞄准轴)的一致性(所成角度)等参数；另一种适用于单独的激光器，此时将激光器安放在试品架(台)上，使其激光对准测量仪的激光入射口，在测量仪的计算机系统(B)中输入被测激光器波长，计算机自动计算此工作波长下的物镜焦距，程控调节物镜(11)移动至准确位置，打开测量仪中分光装置(5)下方的指示激光器(19)，其发出的红色指示激光通过分光装置(5)中的平面分光镜(18)反射和平面分光镜(17)透射后，经物镜(11)出射作为被测激光器的对准基准，调整被测激光器使其光束沿着红色指示激光入射，则透过物镜(11)的激光便会照射到CCD(15/16)上，如果是可见光，则成像到可见光CCD(15)上，如果是近红外光，成像到红外CCD(16)上，通过测量仪的测控软件，程控涡轮蜗杆传动，调整衰减装置(3)中的偏振片1(12)和偏振片2(13)角度，使照射到CCD上的光强度增大，直到保证具有最大光照度，又不超过CCD的饱和范围，此时通过图像处理及分析计算程序自动求解光斑大小、束散角、光强分布等参数。

Claims (7)

1.一种可见-近红外激光束多参数数字化测量仪，其特征在于：该测量仪由耦合装置(1)、工作距程控调整装置(2)、衰减装置(3)、探测装置(4)、分光装置(5)、光源指示装置(6)、防护罩(7)以及底座(8)组成的检测系统(A)，和由PC机及分析软件组成的计算机系统(B)两大部分组成，该测量仪适用于小功率半导体激光器、He-Ne激光器、固体激光器及其它小功率可见——近红外波段激光器的参数检测，如：光斑大小、束散角、光强度分布、模式及M²因子等参数。除此之外还可以对具有激光指示功能的光电仪器，如激光指示器、激光水准仪、激光标线仪、激光测距仪、带激光指示的经纬仪、全站仪等多轴光电仪器有关参数进行测量，如：光斑走动量、光斑调整范围、光斑偏离(轴)量、多轴一致性等参数进行测量。

2.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于：该测量仪耦合装置(1)中的反射棱镜与分光棱镜间距可调，因此，对于不同的被测多轴仪器，其瞄准轴与激光发射轴的间距不等，可通过该测量仪的调整实现检测，通用性强。

3.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于：该测量仪具有适用于焦斑法的激光束参数检测的工作距程控调整装置(2)。对于不同的被测对象，其被测波长不同，故其工作距不同，该测量仪通过滚动丝杆传动形式，辅助高精度导轨实现工作距的程控调整，提高检测的精度。

4.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于：该测量仪在CCD相机接收光斑之前，设置衰减装置(3)。该衰减装置采用偏振原理，利用蜗轮蜗杆机械传动实现偏振片旋转，并用计算机控制电机实现程控光强度衰减。

5.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于：该测量仪采用可见及红外两个CCD相机进行激光光斑的接收，利用分光棱镜进行分光，并设有微调装置，CCD相机置于物镜的焦平面处，用于记录光斑的特征情况，检测波谱范围300nm-1700nm。

6.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于：该测量仪采用三角基座、平面分光镜及相关的微调装置组成分光装置(5)，此处设有激光器，起激光指示作用，实现瞄具的粗对准，使检测对准更加方便快捷。

7.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于：该测量仪为实现多轴仪器，特别是带有望远系统的仪器对准功能，设有模拟无穷远目标的光源指示装置(6)，为被测系统提供一个无穷远的目标，在光源指示装置(6)中的十字分划与被测系统中的十字分划相重合时，实现瞄具的精确对准。

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