基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統及方法技術方案

技術編號：43991994 閱讀：11 留言：0更新日期：2025-01-10 20:12

本發明專利技術提供一種基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統及方法，包括空間濾波器、光學成像模塊、電控系統以及探測器；空間濾波器、光學成像模塊以及探測器依次設置在待測激光光源的出射光路上，電控系統分別對空間濾波器以及探測器進行控制，從而實現對空間濾波小孔的監測，本發明專利技術可以用于高功率激光光路的準直。本發明專利技術基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統及方法，與間接式照明相比，背照式照明具有更高的定位精度，在高功率激光光路中又具有更高安全性。此外，本發明專利技術采用空間濾波的原理，消除雜散光對測量系統的影響，通過在遠場成像鏡內插入孔徑光闌的方法解決小孔像不清晰的問題。

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【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及高功率激光參數測量系統及方法，具體涉及一種基于背照式高功率激光空間濾波小孔照明監測系統及方法。

技術介紹

1、在高功率激光參數測量領域中，對遠場焦斑的測量精度要求高，影響測量精度的因素主要包括：(1)測量系統的安裝誤差；(2)光源的準直誤差，(3)探測器傾斜造成的誤差；其中光源的準直誤差對于焦斑測量精度的影響較大，并且不易控制。

2、在對光源準直的過程中，經常會用到空間濾波器，空間濾波器用于濾除雜散光，空間濾波器內部裝有濾波小孔和照明光源，照明光源對濾波小孔提供照明，濾波小孔經過光學系統后在探測器上成像，根據成像的位置確定小孔的中心，當激光穿過小孔的中心時，在探測器上所成的像在成像小孔的中心，如果成像有偏離，就需要調整激光的入射角，使得高功率激光所成的像與小孔所成的像在同一個像平面上，因而可以實現對光路準直。

3、對于空間濾波小孔的照明監測系統，相關技術最早見于：操瓊，楊坤濤.空間濾波技術在激光照射測量系統中的應用研究.光學與光電技術，2004，2(6):14～16；該文獻中介紹了空間濾波的原理，并將該技術用在對于油管直徑的檢測中。

4、目前存在的問題大致包含兩類，第一類為照明光源安全可靠工作的問題，另一類為小孔成像不清晰的問題。具體如下：(1)照明光源處在高功率激光的光路系統中，通常采用正照式或間接式照明方式，照明光源在工作一段時間后有被強激光或雜散光打壞的風險。(2)目前大多采用小孔端面的散射光成像，成像光束的數值孔徑太大會造成光學系統像差大，進而導致小孔成像模糊。

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技術實現思路

1、本專利技術的目的是解決現有技術中濾波小孔照明光源在高功率激光光路系統中安全可靠工作的技術問題，以及小孔成像不清晰的技術問題，而提供一種基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統及方法，采用背照式照明方式，照明光源不在高功率激光的光路中，最大限度的規避了被高功率激光損壞的風險，保證了照明光源的安全可靠工作。采用空間濾波的原理，消除雜散光對測量系統的影響，通過在遠場成像鏡內插入孔徑光闌的方法解決小孔像不清晰的問題。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為：

2、一種基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統，其特殊之處在于：包括空間濾波器、光學成像模塊、電控系統以及探測器；所述空間濾波器、光學成像模塊以及探測器依次設置在待測激光光源的出射光路上，電控系統分別對空間濾波器以及探測器進行控制；

3、所述電控系統包括照明控制模塊、網絡交換機、電機驅動器、照明驅動模塊、計算機以及電動平移臺；所述網絡交換機分別與探測器、照明控制模塊以及電動驅動器連接，所述照明控制模塊與照明驅動模塊連接，用于控制照明的打開與關閉；電機驅動器與電動平移臺連接，用于對電動平移臺驅動控制；計算機與網絡交換機連接，通過網絡交換機分別對探測器、照明控制模塊和電機驅動器進行控制；

4、所述空間濾波器包括沿光路依次設置的濾波小孔、照明光源；所述照明光源為背照式；所述照明驅動模塊與空間濾波器中的照明光源連接；所述電動平移臺與探測器連接，用于調整探測器與空間濾波器中濾波小孔之間的距離，實現對探測器的調焦。

5、進一步地，所述空間濾波器包括依次設置在同一光路上的l1透鏡、所述濾波小孔、所述照明光源，以及l2透鏡；所述濾波小孔端面與l1透鏡和l2透鏡焦面共面；所述照明光源通過照明驅動模塊驅動。

6、進一步地，所述光學成像模塊包括遠場成像鏡和孔徑光闌；待測激光光源的激光由空間濾波器濾波后，經過遠場成像鏡成像；所述孔徑光闌設置在探測器前端，用于限制成像光束的數值孔徑。

7、進一步地，照明控制模塊包括單片機模塊和串口轉網絡模塊；單片機模塊由單片機及外圍電路組成，實現對照明驅動模塊的控制，串口轉網絡模塊與單片機模塊之間通過串口連接；串口轉網絡模塊與網絡交換機相連，將串口通信協議轉換成網絡通信協議，實現計算機對照明光源的控制。

8、進一步地，所述照明光源包括多個串聯的led；每個led上并聯一個電阻。

9、進一步地，所述照明光源為紫外led，包括led燈珠和led燈板；電阻焊接在led燈板上，led燈板采用鋁基板，其中部設置有通光孔，多個led燈珠圍繞通光孔沿周向均勻排布在led燈板上。

10、進一步地，沿光路方向，激光先經過濾波小孔(2002)，再經過led燈板(401)的通光孔。

11、進一步地，所述照明驅動模塊的輸出引腳vo+連接照明光源的v+，照明驅動模塊的輸出引腳vo-連接照明光源的v-。

12、一種基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測方法，采用所述基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統，其特殊之處在于，包括以下步驟：

13、步驟1，計算機(1005)發出打開照明的指令，照明控制模塊接收指令并控制照明驅動模塊工作；

14、步驟2，照明驅動模塊對照明光源提供驅動電流，照明光源發光并照亮濾波小孔；

15、步驟3，濾波小孔經過光學成像模塊在探測器上成像，探測器在連續工作模式下，采集探測器感光面上的圖像，并通過計算機顯示；

16、步驟4，根據濾波小孔在探測器上所成像的清晰程度，通過電動平移臺調整探測器與光學成像模塊之間的距離，得到小孔邊沿清晰的圖像；

17、步驟5，待測激光光源發射激光，激光經過空間濾波器和光學成像模塊后，在探測器的感光面上成像形成遠場焦斑；

18、步驟6，探測器采集濾波小孔和遠場焦斑圖像，根據濾波小孔和遠場焦斑的相對位置調整待測激光光源的發射角，實現光路的準直，并將光路準直后待測激光光源在探測器上所形成的遠場焦斑圖像數據，通過網絡交換機傳輸至計算機，完成基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測。

19、進一步地，步驟1中，所述照明控制模塊通過單片機模塊接收指令并控制照明驅動模塊工作；所述單片機模塊進行控制的具體步驟是：

20、步驟1.1，單片機上電初始化完成并等待接收計算機指令；

21、步驟1.2，單片機接收計算機發出的指令，并進行判斷；

22、步驟1.3，根據判斷結果，分別進行以下控制：

23、判斷為打開照明指令，將相應的io口置為1，發送響應信號給計算機；

24、判斷為關閉照明指令，將相應的io口置為0，發送響應信號給計算機；

25、判斷為查詢狀態指令，啟動查詢各io口內部寄存器的值，將查詢的值提供給計算機；

26、判斷為pwm調光指令，啟動pwm調光程序，相應的io口產生pwm信號，實現對照明光源的pwm調光，并產生響應信號給計算機；

27、步驟1.4，完成指令，程序回到等待接收指令的狀態。

28、與現有技術相比，本專利技術具有的有益技術效果如下：

29、1、本專利技術采用背照式照明方式，照明光源不在激光光路中，避免照明光源被強激光打壞的風險，保證了照明光源的安全，同時led燈板的硬件電路設計能夠實現在單個本文檔來自技高網...

【技術保護點】

1.一種基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統，其特征在于：包括空間濾波器(102)、光學成像模塊(103)、電控系統(100)以及探測器(104)；所述空間濾波器(102)、光學成像模塊(103)以及探測器(104)依次設置在待測激光光源(101)的出射光路上，電控系統(100)分別對空間濾波器(102)以及探測器(104)進行控制；

2.根據權利要求1所述的基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統，其特征在于：所述空間濾波器包括依次設置在同一光路上的L1透鏡(2001)、所述濾波小孔(2002)、所述照明光源(2003)，以及L2透鏡(2004)；所述濾波小孔(2002)端面與L1透鏡(2001)和L2透鏡(2004)焦面共面；所述照明光源(2003)通過照明驅動模塊(1004)驅動。

3.根據權利要求2所述的基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統，其特征在于：所述光學成像模塊(103)包括遠場成像鏡(201)和孔徑光闌(202)；待測激光光源(101)的激光由空間濾波器(102)濾波后，經過遠場成像鏡(201)成像；所述孔徑光闌(202)設置在探

4.根據權利要求1或2或3所述的基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統，其特征在于：所述照明控制模塊(1001)包括單片機模塊(9001)和串口轉網絡模塊(9002)；單片機模塊(9001)由單片機及外圍電路組成，實現對照明驅動模塊(1004)的控制，串口轉網絡模塊(9002)與單片機模塊(9001)之間通過串口連接；串口轉網絡模塊(9002)與網絡交換機(1002)相連，將串口通信協議轉換成網絡通信協議，實現計算機(1005)對照明光源(2003)的控制。

5.根據權利要求4所述的基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統，其特征在于：所述照明光源(2003)包括多個串聯的LED(302)；每個LED(302)上并聯一個電阻(301)。

6.根據權利要求5所述的基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統，其特征在于：所述照明光源(2003)為紫外LED，包括LED燈珠(402)和LED燈板(401)；電阻(301)焊接在LED燈板(401)上，LED燈板(401)采用鋁基板，其中部設置有通光孔，多個LED燈珠(402)圍繞通光孔沿周向均勻排布在LED燈板(401)上。

7.根據權利要求6所述的基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統，其特征在于：所述LED燈板(401)為背照式，沿光路方向，激光先經過濾波小孔(2002)，再經過LED燈板(401)的通光孔。

8.根據權利要求7所述的基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統，其特征在于：所述照明驅動模塊(1004)的輸出引腳Vo+連接照明光源(2003)的V+，照明驅動模塊(1004)的輸出引腳Vo-連接照明光源(2003)的V-。

9.一種基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測方法，采用權利要求1-8任一所述基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據權利要求9所述的基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測方法，其特征在于：步驟1中，所述照明控制模塊(1001)通過單片機模塊(9001)接收指令并控制照明驅動模塊(1004)工作；所述單片機模塊(9001)進行控制的具體步驟是：

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【技術特征摘要】

2.根據權利要求1所述的基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統，其特征在于：所述空間濾波器包括依次設置在同一光路上的l1透鏡(2001)、所述濾波小孔(2002)、所述照明光源(2003)，以及l2透鏡(2004)；所述濾波小孔(2002)端面與l1透鏡(2001)和l2透鏡(2004)焦面共面；所述照明光源(2003)通過照明驅動模塊(1004)驅動。

3.根據權利要求2所述的基于背照式的激光空間濾波小孔照明監測系統，其特征在于：所述光學成像模塊(103)包括遠場成像鏡(201)和孔徑光闌(202)；待測激光光源(101)的激光由空間濾波器(102)濾波后，經過遠場成像鏡(201)成像；所述孔徑光闌(202)設置在探測器(104)前端，用于限制成像光束的數值孔徑。

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉青，李銘，藺輝，達爭尚，
申請(專利權)人：中國科學院西安光學精密機械研究所，
類型：發明
國別省市：

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