一种可调式光斑截取装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种可调式光斑截取装置，包括光开关阵列，所述光开关阵列由输入的二值图像控制各像素点的开、关，所述二值图像的中间为亮像素点从而使所述光开关阵列形成透光窗口，所述二值图像的边缘具有过渡带，所述过渡带中亮像素点密度逐渐由最大过渡至最小，暗像素点密度逐渐由最小过渡至最小大。本发明专利技术能够避免光斑出现内部调制；便于调整所截取光斑的形状、大小；可以使用DMD等光开关的阵列即可实现光斑的截取，适用范围较广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，具体地说，本专利技术涉及。
技术介绍
现有技术中，激光光路中一般使用光阑来截取光斑，从而对后续光路中传播的光斑形状进行限制。现有的光阑一般采用金属材料制作，典型的光阑结构如图I所示，其小孔形状根据需要确定，例如矩形或圆形等。然而，采用现 有的光阑来截取光斑时，存在以下缺点I、光斑经过光阑后，内部会出现调制，影响了光束质量(如图2所示)。2、如果想调整光阑的形状、大小，只有更换新的光阑，操作十分不便。因此，当前迫切需要一种能够避免光斑出现内部调制、便于调整光斑的形状、大小的光斑截取装置和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够避免光斑出现内部调制、便于调整光斑的形状、大小的光斑截取装置和方法。根据本专利技术的ー个方面，本专利技术提供了一种可调式光斑截取装置，包括光开关阵列，所述光开关阵列由输入的ニ值图像控制各像素点的开、关，所述ニ值图像的中间为亮像素点从而使所述光开关阵列形成透光窗ロ，所述ニ值图像的边缘具有过渡帯，所述过渡带中亮像素点密度逐渐由最大过渡至最小，暗像素点密度逐渐由最小过渡至最小大。其中，所述光开关阵列由液晶空间光调制器实现。其中，所述可调式光斑截取装置还包括沿着光路依次设置的起偏器、左旋45°转子、右旋45°转子和检偏器，所述液晶空间光调制器设置在左旋45°转子和右旋45°转子之间，所述起偏器和检偏器呈正交放置。其中，所述可调式光斑截取装置还包括沿着光路依次设置的起偏器、两个二分之ー玻片和检偏器，所述液晶空间光调制器设置在两个所述二分之ー玻片之间，所述起偏器和检偏器呈正交放置。其中，所述起偏器为偏振分光棱镜或偏振片。其中，所述光开关阵列为数字微镜器件阵列。根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种基于上述的可调式光斑截取装置的截取光斑的方法，包括下列步骤I)生成灰度图像，该灰度图像的边缘处具有过渡带，该过渡带中的像素灰度逐渐由最大变为最小；2)将所述灰度图像ニ值化，得到边缘处具有过渡带的ニ值图像；3)将所述边缘处具有过渡带的ニ值图像写入所述光开关阵列；4)完成步骤3)后，使光束通过所述光开关阵列从而截取光斑。其中，所述步骤2)包括下列子步骤21)对所述灰度图像进行阈值分割，得到由亮、暗像素点构成的原始ニ值图像；22)采用误差扩散算法对原始ニ值图像进行修正，得到最終的边缘处具有过渡带的ニ值图像。其中，所述步骤22)中，所采用的误差扩散算法为Floyd-Steinberg算法或者Barnard 算法。 与现有技术相比，本专利技术具有下列技术效果I、本专利技术能够避免光斑出现内部调制。2、本专利技术便于调整所截取光斑的形状、大小。3、本专利技术可以使用DMD等光开关即可实现光斑的截取，适用范围较广。4、本专利技术使用空间光调制器实现光斑截取时，不需要其图像灰度连续变化，因此能够省去调整Gamma曲线使其线性化的步骤。附图说明图I示出了现有技术中ー种典型的光阑结构；图2示出了经过现有光阑后内部出现调制的光斑图像；图3示出了本专利技术ー个实施例中的可调式光斑截取装置；图4示出了本专利技术ー个实施例中写入液晶空间光调制器的带软化的方形光阑；图5示出了本专利技术ー个实施例中写入液晶空间光调制器的带软化的圆形光阑；图6示出了本专利技术ー个实施例中写入液晶空间光调制器的带软化的圆形光阑ー角；图7示出了本专利技术ー个实施例中的CXD上所采集到光斑；图8示出了本专利技术另一个实施例中的可调式光斑截取装置。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进ー步的描述。图3示出了根据本专利技术一个实施例的可调式光斑截取装置的光路，參考图3，该可调式光斑截取装置包括沿着光路依次设置的偏振分光棱镜I (即Polarization CubeBeamsplitter，缩写为PBS)、左旋45°转子2、液晶空间光调制器3、右旋45°转子4和偏振分光棱镜5。本实施例中，第一个PBS起到起偏器的作用(容易理解，PBS也可以用偏振片代替)，它使光的偏振态水平。左旋45°转子将偏振态水平的光左旋45° ,这样可以使光的偏振态与液晶空间光调制器的液晶分子长轴成45°，从而使液晶空间光调制器的振幅调制达到最大。偏振态左旋45°的光经过液晶空间光调制器时偏振态被旋转90°，再由右旋45°转子使光偏振态转为垂直，最后通过垂直放置的偏振分光棱镜5 (起到检偏器的作用)出射。从上述实施例中可以看出，液晶空间光调制器前后要有一对正交的偏振装置(即前偏器和检偏器垂直)。可以是ー对PBS，也可以是ー对偏振片。前面的偏振装置负责起偏，水平偏振态经过，后面的偏振装置负责检偏，垂直偏振态经过。另外，根据本专利技术的另ー实施例，上述左旋45°转子和右旋45°转子也可以用两个二分之一波片代替，入射的线偏光与二分之一波片的光轴夹角为22. 5°，同样能够起到使光的偏振态旋转45°的效果。在液晶空间光调制器上可以写入各种形状和大小的灰度图像，当在液晶上写入的灰度图像灰度值为O时，对应的透过率为O ;灰度值为255时，透过率最大。为方便描述，下文中，用亮像素点代表透光率最大的像素点(例如灰度值为255的点)，暗像素点代表透光率最小的像素点(例如灰度值为O的点)。利用上述亮像素点和暗像素点的密度可以实现图像边缘的软化，从而制作边缘带软化的光阑。所谓软化，就是透过率逐渐变化，不像传统光阑边缘处直接由全透变为不透，没有过渡。在一个实施例中，首先生成灰度连续变化的带软化带的灰度图像，然后再将该灰度图像ニ值化，得到带软化带的ニ值图像。灰度图像ニ值化可采用不同的算法实现，所生成的ニ值图像也略有不同。根据本专利技术的一个实施 例，采用阈值分割算法实现灰度图像的ニ值化。阈值分割主要是根据设定的阈值对图象中各像素点进行重新赋值，如果大于阈值，则将该像素点设定成亮像素点(例如将其灰度值设为255)，否则，将该像素点设定成暗像素点(为例如将其灰度值设为O)。为方便描述，本专利技术将进行阈值分割后得到的ニ值图像称为原始ニ值图像。得到原始ニ值图像后，可以采用误差扩散算法对其做进ー步处理，使得最終的ニ值图像更加接近于原始的灰度图像。其中，误差扩散算法可采用(但不限干)Floyd-Steinberg算法或者Barnard算法。图4和图5分别示出了写入液晶空间光调制器的带软化的方形和圆形ニ值图像。图6示出了放大的写入液晶空间光调制器的带软化的圆形ニ值图像一角，由此图可看出该圆形灰度图像由里到外的软化过程。将上述ニ值图像写入液晶空间光调制器，实际上就在不透光的遮蔽区中形成了一个与所写入的ニ值图像一致的透光窗ロ。并且，该透光窗ロ的边缘处(即透光窗ロ与遮蔽区交界处)具有过渡帯，该过渡带中的透过率逐渐由全透变为不透，从而形成边缘带软化的光阑。在利用上述可调式光斑截取装置截取光斑时，首先，在所述液晶空间光调制器写入上述ニ值图像，该ニ值图像的边缘处具有过渡带，该过渡带中的像素灰度逐渐由最大变为最小(即带软化的ニ值图像)；然后使光束通过所述液晶空间光调制器从而截取光斑。其中，ニ值图像的形状由所期望的截取后光斑形状确定。ニ值图像的尺寸也由所期望的截取后光斑尺寸确定。带软化的ニ值图像可以用matlab编程制作也可以通过photoshop绘制而成。容易看出，利用上述实施例的可调式光斑截取装置，可以快速、实时的改变光阑的形状(例如圆形、矩形、菱形等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调式光斑截取装置，包括光开关阵列，所述光开关阵列由输入的ニ值图像控制各像素点的开、关，所述ニ值图像的中间为亮像素点从而使所述光开关阵列形成透光窗ロ，所述ニ值图像的边缘具有过渡带，所述过渡带中亮像素点密度逐渐由最大过渡至最小，暗像素点密度逐渐由最小过渡至最小大。2.根据权利要求I所述的可调式光斑截取装置，其特征在于，所述光开关阵列由液晶空间光调制器实现。3.根据权利要求2所述的可调式光斑截取装置，其特征在于，所述可调式光斑截取装置还包括沿着光路依次设置的起偏器、左旋45°转子、右旋45°转子和检偏器，所述液晶空间光调制器设置在左旋45°转子和右旋45°转子之间，所述起偏器和检偏器呈正交放置。4.根据权利要求2所述的可调式光斑截取装置，其特征在干，所述可调式光斑截取装置还包括沿着光路依次设置的起偏器、两个二分之ー玻片和检偏器，所述液晶空间光调制器设置在两个所述二分之ー玻片之间，所述起偏器和检偏器呈正交放置。5.根据权利要求3或4所述的可调式光斑截取装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱基斯，樊仲维，唐熊忻，
申请(专利权)人：北京国科世纪激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：