一种可自动检焦的激光扩束系统以及其检焦方法技术方案

本发明专利技术公开一种可自动检焦的激光扩束系统以及检焦方法，所述可自动检焦的激光扩束系统包括检测光源、分光装置、参考光源、激光扩束装置、带孔遮光板和成像装置；检测光源与参考光源发出的平行光通过分光装置后共光路，经激光扩束装置，由于激光扩束装置的出射面为自准直面，所述自准直面上镀有分光膜，分光膜透射参考光、反射检测光，被反射的检测光，经带孔遮光板，成像于成像装置，根据孔的成像情况分析激光扩束系统的准直性，该方案解决了在激光扩束系统使用过程中出射光的准直性判断困难的问题，实现了实时监测激光扩束系统出射光的准直性，同时还可以在激光扩束系统的出射光被要求需要在某一定点处汇聚时，此光路仍可实时标定其目标的准确性。

A Laser Beam Expansion System with Automatic Focus Detection and Its Focus Detection Method

The invention discloses an automatic focusing laser beam expanding system and a focusing method. The automatic focusing laser beam expanding system includes a detection light source, a splitting device, a reference light source, a laser beam expanding device, a perforated shading plate and an imaging device. The parallel light emitted by the detection light source and the reference light source passes through the common light path of the splitting device and passes through the laser beam expanding device because of the laser beam expanding device. The output surface is self-collimating. The self-collimating surface is coated with a splitting film. The splitting film transmits reference light and reflects detection light. The reflected detection light is imaged in the imaging device through a hole-shielded plate. The collimation of the laser beam expanding system is analyzed according to the imaging situation of the hole. The scheme solves the problem of difficult judgment of the collimation of the emitted light in the use of the laser beam expanding system. It realizes the real-time monitoring of the collimation of the output light of the laser beam expanding system. At the same time, when the output light of the laser beam expanding system is required to converge at a certain point, the optical path can still calibrate the accuracy of its target in real time.

【技术实现步骤摘要】
一种可自动检焦的激光扩束系统以及其检焦方法
本专利技术涉及光学检测领域，尤其涉及一种可自动检焦的激光扩束系统以及其检焦方法。
技术介绍
激光扩束系统在工业、医疗、军事等方面具有广泛的应用，目前对激光扩束系统出射光的准直性要求越来越高，也有些扩束系统并非需要出射准直光，可根据需要汇聚或发散。现有的激光扩束系统均为只能实现扩束功能的系统，但在激光扩束系统使用过程中，如何能够对其出射光的准直性或对所述激光扩束系统的特定目标标定的情况进行判断并实时检测、同时能检测出离焦方向和离焦量是一个技术难题。
技术实现思路
本专利技术提供一种可自动检焦的激光扩束系统以及其检焦方法，解决现有技术对激光扩束系统中出射光的准直性或对所述激光扩束系统的特定目标标定的情况判断并实时监测困难的技术问题，本专利技术在原有的激光扩束系统上，通过将带孔遮光板成像于成像装置，根据成像位置分析激光扩束系统的准直性或对激光扩束系统的特定目标标定的情况，本专利技术可实现原有的激光扩束功能，并可实时监测其出射光的准直性以及检测出离焦方向、离焦量。为实现上述目的，本专利技术提出了一种可自动检焦的激光扩束系统以及其检焦方法，包括：检测光源，分光装置，参考光源，激光扩束装置，带孔遮光板，成像装置，以上所述的光学器件相互之间都是光路连接；所述激光扩束装置出射面为自准直面，在自准直面上镀有分光膜，所述镀有分光膜的自准直面是为了透射参考光源光谱，反射检测光源光谱，参考光作为激光扩束系统的出射光，而被反射的检测光沿原光路返回，随后通过对带孔遮光板中孔的成像情况判断参考光的准直情况；参考光源与检测光源发出的平行光经分光装置后共光路，共同经激光扩束装置，在激光扩束装置的出射面处参考光被透射，检测光被反射，所述分光装置是为了让参考光和检测光共光路，同时也可以有分光的作用；被激光扩束装置反射的检测光，经带孔遮光板，在成像装置上成像，根据孔的成像情况判断经激光扩束系统的参考光的准直情况，所述带孔遮光板上的孔为透光部分，其余部分起到遮光作用，在成像装置上通过对带孔遮光板上的孔成像，并获得成像情况；当激光扩束系统的出射光准直状态或者准直状态的目标标定位置准确时，孔经过成像装置成像后应该为沿光轴上的一点，成像位置为准直像面位置；若激光扩束系统的出射光线不准直或准直状态的目标标定位置有误，则像面位置会产生离焦，孔径过成像装置成像后不为一点，若此时像面位置在准直像面位置之前，即称像面位置在离焦方向为焦平面前时的像面位置，若像面位置在准直像面位置之后，即称像面位置在离焦方向为焦平面后时的像面位置，根据像面位置可得离焦方向，且判断准直情况或者激光扩束系统的目标标定位置情况，并且根据孔的成像大小，计算出离焦量。进一步地，所述分光装置包括第一分光装置与第二分光装置，检测光经第一分光装置透射，经第二分光装置反射，随后与参考光共光路，在激光扩束装置处检测光被反射，被反射后经第二分光装置反射，经第一分光装置反射，再经带孔遮光板，将带孔遮光板上的孔成像于成像装置。进一步地，所述第一分光装置为半反半透分光棱镜。进一步地，所述第一分光装置包括起偏器、偏振分光凌镜、1/4波片。进一步地，所述第二分光装置为半反半透分光镜。进一步地，所述带孔遮光板上的孔相对带孔遮光板的中心对称分布。进一步地，所述带孔遮光板上上孔的数量为至少一个。进一步地，所述激光扩束装置出射面的分光膜为光谱分光膜，是为了能够针对不同波长的光选择性的反射或者透射。进一步地，所述检测光源所发出的检测光与参考光源所发出的参考光的波长不一样，是为了通过光谱分光膜之后，将参考光和检测光分开，使参考光透射并从激光扩束装置5的出射面出射；使检测光反射，用于检测出射参考光的准直性或对所述激光扩束系统的特定目标标定的情况。本专利技术还提出了一种可自动检焦的激光扩束系统的检焦方法，包括以下步骤：步骤一，获得成像情况，参考光源与检测光源发出的平行光经分光装置后共光路，经激光扩束装置，参考光被透射，检测光被反射，被激光扩束装置反射的检测光，经带孔遮光板，在成像装置处获得带孔遮光板上孔的成像情况；步骤二，判断准直或对激光扩束系统的特定目标标定的情况，观察成像情况，在成像装置上，当出射光准直或激光扩束系统准直状态的目标标定位置准确时，孔经过成像装置成像后为光轴上的一点，像面位置为准直像面位置；若出射光线不准直或准直状态的目标标定位置有误，则像面位置会产生离焦，像面位置位于准直像面位置之前，则离焦方向为焦平面前方，此时光线相对理想情况的光线略为汇聚，像面位置在离焦方向为焦平面前时的像面位置；反之，像面位置位于准直像面位置之后，则离焦方向为焦平面后方，激光光束相对于理想情况的光束略为发散，像面位置在离焦方向为焦平面后时的像面位置，如此通过像面位置可得离焦方向，进而判断准直情况或对激光扩束系统的特定目标标定的情况。步骤三，计算离焦量，根据以下公式：tanθ＝a/b即可计算出离焦量，其中a为所成像相对遮光板中心的距离，b为离焦量。本专利技术提供的可自动检焦的激光扩束系统以及其检焦方法，与现有技术相比的有益效果为：在原有的激光扩束系统系统上增加了分光装置、带孔遮光板、成像装置，激光扩束装置的出射面为自准面且镀有光谱分光膜，此光谱分光膜可以反射检测光源光谱，透射参考光源光谱，被反射的检测光通过带孔遮光板，成像于成像装置，根据成像位置分析激光扩束系统的准直性或对激光扩束系统的特定目标标定的情况，本专利技术可实现原有的激光扩束功能，并可实时监测其出射光的准直性或对所述激光扩束系统的特定目标标定的情况以及检测出离焦方向、离焦量，本专利技术结构简单，易于实现。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种可自动检焦的激光扩束系统示意图；图2为本专利技术实施例提供的第一分光装置为半反半透分光法的分光装置示意图；图3为本专利技术实施例提供的第一分光装置为偏振分光法的分光装置示意图；图4为本专利技术实施例提供的带孔遮光板上的孔为狭缝和圆孔示意图；图5为本专利技术实施例提供的带孔遮光板上的孔为两个圆孔示意图；图6为本专利技术实施例提供的带孔遮光板上的孔为异形孔示意图；图7为本专利技术实施例提供的带孔遮光板上的孔为多个孔示意图。附图标号说明：本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例一，如图1、图2所示，可自动检焦的激光扩束系统包括检测光源1；分光装置，分光装置包括第一分光装置2和第二分光装置4，在本实施例中，所述第一分光装置2包括分光棱镜21，分光棱镜21为半反半透分光棱镜，如图2所示，所述第二分光装置4为半反半透分光棱镜；参考光源3；激光扩束装置5，所述激光扩束装置5包括扩束镜、准直镜，激光扩束装置5的出射面为自准直面，在本实施例中，自准直面为平面，且在自准直面上镀有光谱分光膜，光谱分光膜能透射参考光，反射检测光；带孔遮光板6，所述带孔遮光板6上有关于板中心对称分布的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可自动检焦的激光扩束系统，其特征在于，包括检测光源(1)，分光装置，参考光源(3)，激光扩束装置(5)，带孔遮光板(6)和成像装置(7)；所述激光扩束装置(5)的出射面为镀有分光膜的自准直面；参考光源(3)与检测光源(1)发出的平行光经分光装置后共光路，经激光扩束装置(5)，在激光扩束装置(5)的出射面处，参考光被透射，检测光被反射；被激光扩束装置(5)反射的检测光，原路返回，经分光装置反射，经带孔遮光板(6)，在成像装置(7)处成像，根据孔的成像情况判断经激光扩束系统的参考光的准直性或对所述激光扩束系统的特定目标标定的情况。

【技术特征摘要】
1.一种可自动检焦的激光扩束系统，其特征在于，包括检测光源(1)，分光装置，参考光源(3)，激光扩束装置(5)，带孔遮光板(6)和成像装置(7)；所述激光扩束装置(5)的出射面为镀有分光膜的自准直面；参考光源(3)与检测光源(1)发出的平行光经分光装置后共光路，经激光扩束装置(5)，在激光扩束装置(5)的出射面处，参考光被透射，检测光被反射；被激光扩束装置(5)反射的检测光，原路返回，经分光装置反射，经带孔遮光板(6)，在成像装置(7)处成像，根据孔的成像情况判断经激光扩束系统的参考光的准直性或对所述激光扩束系统的特定目标标定的情况。2.根据权利要求1所述的可自动检焦的激光扩束系统，其特征在于，所述分光装置包括第一分光装置(2)和第二分光装置(4)；所述检测光从检测光源(1)经第一分光装置(2)透射，经第二分光装置(4)反射后与参考光共光路；所述被激光扩束装置(5)反射的检测光，经第二分光装置(4)反射，经第一分光装置(2)反射，再经带孔遮光板(6)后，成像于成像装置(7)。3.根据权利要求2所述的可自动检焦的激光扩束系统，其特征在于，所述第一分光装置(2)为半反半透分光棱镜。4.根据权利要求2所述的可自动检焦的激光扩束系统，其特征在于，所述第一分光装置(2)包括起偏器(23)、偏振分光凌镜、1/4波片(22)。5.根据权利要求2所述的可自动检焦的激光扩束系统，其特征在于，所述第二分光装置(4)为半反半透分光镜。6.根据权利要求1-5任一项所述的可自动检焦的激光扩束系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：何锋赟，潘媛媛，余毅，李冬宁，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22