CN102866163A - 检测激光损伤的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种检测激光损伤的装置和方法，该装置包括白光光源、成像透镜、大面阵CCD、图像采集卡及计算机，本发明可对匀速运动光学元件的激光损伤进行检测，具有在线、直观、实时、高效、自动、可靠的特点。

Description

检测激光损伤的装置和方法

技术领域

本发明涉及激光损伤检测，尤其是一种检测激光损伤的装置和方法。

背景技术

激光损伤检测技术是激光损伤阈值测试系统的核心和关键。显微镜是激光损伤检测最直观、最灵敏的手段，同时也是ISO11254光学元件损伤检测标准所规定的标准手段。但显微镜自身系统构成复杂，一般难以做到在线检测损伤。若离线显微镜观察，不但易受人为主观影响，且耗费大量人力及时间。

鉴于离线观察的缺点，在线显微技术得以发展。利用光学系统将待辐照区域放大、成像，用CCD接收并实时显示即可实现实时在线判断。该法的优点是可以实时对比激光辐照前后辐照区域的变化，有效的提高了准确性。图像相减法是在线诊断系统实现自动判断普遍采用的方法之一。图像相减法通过CCD对待测点激光辐照前后的状态分别进行拍照，并进行差分，当两幅图像出现差异时即认为产生损伤。图像相减法可使在线检测实现自动判断，而N个损伤检测区需要进行2N次拍照，导致整个测试系统效率不高，且差分的结果容易受硬件、实验环境及元件震动的影响。如果系统的工作环境不稳定，差分后的图像就会出现虚像，导致对检测区的误判。图像相减法效率低下及高稳定性要求的缺点一定程度上限制了其应用。随着激光损伤测试技术的发展，在激光损伤测试中，脉冲激光通常以固定的频率辐照匀速运动的光学元件，图像相减法对该类测试方法更显得束手无策了。

由此可见，如何快速、准确、自动地检测匀速运动光学元件表面的损伤已经成为一个迫切需要解决的问题。

发明内容

为了解决激光损伤检测中出现的上述问题，本发明提出了一种针对透明待测光学元件，如薄膜、熔石英、晶体等的检测激光损伤的装置和方法。该装置可对匀速运动光学元件的激光损伤进行检测，具有在线、直观、实时、高效、自动、可靠的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种检测激光损伤的装置，其特点在于包括白光光源、成像透镜、大面阵CCD、图像采集卡及计算机，上述元部件的位置关系如下：

待测光学元件置于匀速运动的工作台上，所述白光光源从待测光学元件后表面垂直照亮待测光学元件的激光测试区，脉冲激光在所述的待测光学元件前方辐照所述的待测光学元件的激光测试区，在所述的待测光学元件前方依次设置所述的成像透镜和大面阵CCD，所述的待测光学元件的激光测试区经所述的成像透镜成像在所述的大面阵CCD的探测面上，所述的大面阵CCD的输出端通过信号线经图像采集卡接所述的计算机的输入端。

所述的大面阵CCD是高速大面阵CCD，以同步接收待测光学元件（103）表面两个相邻的激光测试区的放大像。

利用上述的检测激光损伤的装置进行激光损伤检测方法，由于待测光学元件上的缺陷和激光损伤的散射光都比较强，二者在图像中都表现为白点，在本发明中二者统称为缺陷，其特点在于该方法包括下列步骤：

①所述的白光光源对所述的待测光学元件进行照明，所述的待测光学元件在工作台的带动下匀速运动，脉冲激光以一定的频率辐照待测光学元件表面，在每次脉冲激光辐照后，所述的大面阵CCD立刻拍摄一幅图像并输入所述的计算机存储；

②第N次激光辐照后，其中N为正整数1、2、3、4、…、N、N+1、…，所述的大面阵CCD拍摄的第N幅图像包含两个检测区，分别为第N个激光已辐照的第N检测区和第N+1个激光尚未辐照的第N+1检测区，所述的计算机实时地分别读取该两个检测区内缺陷的位置坐标及大小信息；

③第N+1次激光辐照后，所述的大面阵CCD拍摄的第N+1幅图像包含两个检测区，分别为第N+1个激光已辐照的第N+1个检测区和第N+2个激光尚未辐照的第N+2个检测区，所述的计算机实时地分别读取该两个检测区内缺陷的位置坐标及大小信息；

④计算机利用缺陷比较法进行激光损伤判断：将步骤②和步骤③中读取的第N+1个检测区内缺陷的位置及大小信息进行比较：

当缺陷的位置坐标及大小没有变化，则认为第N+1次激光辐照后没有出现损伤；

当步骤③中读取的第N+1个检测区内缺陷的信息与步骤②中读取的第N+1个检测区内缺陷的信息比较，出现了新的或大小变大的缺陷，则认为第N+1次激光辐照后出现了激光损伤，并将比较的结果存储在计算机内或在计算机的显示屏上显示；

⑤计算机重复步骤②、③、④，直到所述的待测光学元件的激光损伤检测完成。

所述的缺陷位置坐标及大小比较时，设有一定的容差以消除环境及系统晃动带来的误差。

以此类推，N个测试区的损伤情况可以基于相邻拍摄的N+1幅图片就可以判断出，且可以在不超过100ms内完成一次图像采集、存储及处理，实现了对激光损伤的快速检测。

本发明的技术效果是：

1、本发明为激光损伤检测领域提供了一种简单而行之有效的在实时快速检测损伤的装置与方法。

2、基于所述的白光光源，本发明可以真实地检测出损伤尺寸。

3、所述的高速大面阵CCD，可以快速清晰地同时拍摄两个相邻测试区的状态，大大提高了激光损伤检测的效率。

4、所述的缺陷比较法，可以设定缺陷位置坐标及尺寸的容差，可以有效避免由于系统抖动带来的虚假诊断，实现对激光损伤可靠、自动地检测。

5、该装置与方法可以方便推广到各种激光损伤检测方法中。

附图说明

图1是本发明检测激光损伤的装置示意图。

图中：101—脉冲激光，102—白光光源，103—待测光学元件（103），104—成像透镜，105—高速大面阵CCD（105），106—图像采集卡，107—计算机。

图2是第N次激光辐照后，激光光斑在待测光学元件（103）表面的辐照位置与CCD拍摄区域的示意图。

图中：201—已辐照的激光光斑，202—未辐照的激光光斑，203—第N幅像所拍摄的区域，204—第N个损伤检测区，205-第N+1个损伤检测区。

图3是第N+1次激光辐照后，激光光斑在待测光学元件（103）表面的辐照位置与CCD拍摄区域的示意图。

图中：301—已辐照的激光光斑，302—未辐照的激光光斑，303-第N+1幅像所拍摄的区域，304—第N+1损伤个检测区，305-第N+2损伤个检测区。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1。图1是本发明检测激光损伤的装置示意图。由图可见，本发明检测激光损伤的装置，包括白光光源102、成像透镜104、大面阵CCD105、图像采集卡106及计算机107，上述元部件的位置关系如下：

待测光学元件103置于匀速运动的工作台上，所述白光光源102从待测光学元件103后表面垂直照亮待测光学元件103的激光测试区，脉冲激光101在所述的待测光学元件103前方辐照所述的待测光学元件103的激光测试区，在所述的待测光学元件103前方依次设置所述的成像透镜104和大面阵CCD105，所述的待测光学元件103的激光测试区经所述的成像透镜104成像在所述的大面阵CCD105的探测面上，所述的大面阵CCD105的输出端通过信号线经图像采集卡106接所述的计算机107的输入端。

所述的大面阵CCD105是高速大面阵CCD，以同步接收待测光学元件103表面两个相邻的激光测试区的放大像。

利用上述检测激光损伤的装置进行激光损伤检测方法，该方法包括下列步骤：

①所述的白光光源102对所述的待测光学元件103进行照明，所述的待测光学元件103在工作台的带动下匀速运动，脉冲激光101以一定的频率辐照待测光学元件103表面，在每次脉冲激光辐照后，所述的大面阵CCD105立刻拍摄一幅图像并输入所述的计算机107存储；

②第N次激光辐照后，其中N为正整数1、2、3、4、…、N、N+1、…，所述的大面阵CCD105拍摄的第N幅图像包含两个检测区，分别为第N个激光已辐照的第N检测区和第N+1个激光尚未辐照的第N+1检测区，所述的计算机实时地分别读取该两个检测区内缺陷的位置坐标及大小信息；

③第N+1次激光辐照后，所述的大面阵CCD105拍摄的第N+1幅图像包含两个检测区，分别为第N+1个激光已辐照的第N+1个检测区和第N+2个激光尚未辐照的第N+2个检测区，所述的计算机实时地分别读取该两个检测区内缺陷的位置坐标及大小信息；

④计算机利用缺陷比较法进行激光损伤判断：将步骤②和步骤③中读取的第N+1个检测区内缺陷的位置及大小信息进行比较：

当缺陷的位置坐标及大小没有变化，则认为第N+1次激光辐照后没有出现损伤；

当步骤③中读取的第N+1个检测区内缺陷的信息与步骤②中读取的第N+1个检测区内缺陷的信息比较，出现了新的或大小变大的缺陷，则认为第N+1次激光辐照后出现了激光损伤，并将比较的结果存储在计算机内或在计算机的显示屏上显示；

⑤计算机重复步骤②、③、④，直到所述的待测光学元件103的激光损伤检测完成。

所述的缺陷位置坐标及大小比较时，设有一定的容差以消除环境及系统晃动带来的误差。

激光损伤阈值测试过程中，待测光学元件103匀速运动，脉冲激光101以一定的频率辐照该待测光学元件103，计算机107控制所述的图像采集卡106，使所述大面阵CCD105在每次脉冲激光101辐照后立刻拍摄将一幅图像，并送入计算机107进行图像处理。

请参阅图2。图2是第N次激光辐照后，激光光斑在待测光学元件103表面的辐照位置与CCD拍摄区域的示意图。

实线圆201表示的是已辐照的激光光斑。虚线圆202表示的待辐照的激光光斑，激光光斑在待测光学元件103表面辐照的位置按操作人员设定的距离均匀排布。改变待测光学元件103运动速度或脉冲激光101辐照频率可以改变光斑间的距离。由于激光的指向性围绕激光光斑辐照的位置一定的波动，检测区选取的应该依据实际激光系统的情况，适当放大以尽量涵盖激光脉冲可能波动到的区域。实框203所示区域为第N次激光辐照后CCD所拍摄的第N幅图片所涵盖的区域，实框204所示区域为包含第N个激光光斑辐照位置的第N个检测区，虚框205所示区域为包含第N+1个激光光斑辐照位置的第N+1个检测区。由于待测光学元件103上的缺陷和激光损伤的散射光都比较强，二者在图像中都表现为白点，在本发明中二者统称为缺陷。

实框204所示区域已经被第N个激光脉冲辐照，虚框205所示区域为第N+1个激光将辐照的区域，分别读取实框204和虚框205区域内所有缺陷的信息（包括每个缺陷的位置坐标及大小）。

请参阅图3。图3是第N+1次激光辐照后，激光光斑在待测光学元件103表面的辐照位置与CCD拍摄区域的示意图。

由于待测光学元件103的匀速运动，第N+1个检测区从第N幅图像中虚框205的所示区域移动到第N+1幅图像实框所示的区域304，第N+2个检测区进入虚框305所示的区域。实框304所示区域已经被第N+1个激光脉冲辐照，虚框305所示区域是第N+2个激光将辐照的区域，分别读取实框304和虚框305内缺陷的信息。

从虚框205读取的缺陷信息和从实框304读取的信息进行比较，若缺陷位置坐标及大小没有变化，则认为第N+1次激光辐照没有带来损伤。缺陷位置坐标及大小比较可以设定一定的容差以消除环境及系统晃动带来的误差。若实框304内缺陷信息的相比于虚框205内缺陷位置信息，出现了不同坐标位置或大小变大的缺陷，则认为第N+1次激光辐照带来了损伤。

实验表明，本发明是一种简单有效快速的检测激光损伤的装置和方法，可以方便的嵌入到各种检测损伤的系统中对激光损伤进行在线快速检测。

Claims (4)

1.一种检测激光损伤的装置，其特征在于包括白光光源（102）、成像透镜（104）、大面阵CCD（105）、图像采集卡（106）及计算机（107），上述元部件的位置关系如下：

待测光学元件（103）置于匀速运动的工作台上，所述白光光源（102）从待测光学元件（103）后表面垂直照亮待测光学元件（103）的激光测试区，脉冲激光（101）在所述的待测光学元件（103）前方辐照所述的待测光学元件（103）的激光测试区，在所述的待测光学元件（103）前方依次设置所述的成像透镜（104）和大面阵CCD（105），所述的待测光学元件（103）的激光测试区经所述的成像透镜（104）成像在所述的大面阵CCD（105）的探测面上，所述的大面阵CCD（105）的输出端通过信号线经图像采集卡（106）接所述的计算机（107）的输入端。

2.根据权利要求1所述的检测激光损伤装置，其特征在于所述的大面阵CCD（105）是高速大面阵CCD，以同步接收待测光学元件（103）表面两个相邻的激光测试区的放大像。

3.利用权利要求1所述的检测激光损伤的装置进行激光损伤检测方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①所述的白光光源（102）对所述的待测光学元件（103）进行照明，所述的待测光学元件（103）在工作台的带动下匀速运动，脉冲激光（101）以一定的频率辐照待测光学元件（103）表面，在每次脉冲激光辐照后，所述的大面阵CCD（105）立刻拍摄一幅图像并输入所述的计算机（107）存储；

②第N次激光辐照后，其中N为正整数1、2、3、4、…、N、N+1、…，所述的大面阵CCD（105）拍摄的第N幅图像包含两个检测区，分别为第N个激光已辐照的第N检测区和第N+1个激光尚未辐照的第N+1检测区，所述的计算机实时地分别读取该两个检测区内缺陷的位置坐标及大小信息；

③第N+1次激光辐照后，所述的大面阵CCD（105）拍摄的第N+1幅图像包含两个检测区，分别为第N+1个激光已辐照的第N+1个检测区和第N+2个激光尚未辐照的第N+2个检测区，所述的计算机实时地分别读取该两个检测区内缺陷的位置坐标及大小信息；

④计算机利用缺陷比较法进行激光损伤判断：将步骤②和步骤③中读取的第N+1个检测区内缺陷的位置及大小信息进行比较：

当缺陷的位置坐标及大小没有变化，则认为第N+1次激光辐照后没有出现损伤；

当步骤③中读取的第N+1个检测区内缺陷的信息与步骤②中读取的第N+1个检测区内缺陷的信息比较，出现了新的或大小变大的缺陷，则认为第N+1次激光辐照后出现了激光损伤，并将比较的结果存储在计算机内或在计算机的显示屏上显示；

⑤计算机重复步骤②、③、④，直到所述的待测光学元件（103）的激光损伤检测完成。

4.根据权利要求3所述的激光损伤检测方法，其特征在于所述的缺陷位置坐标及大小比较时，设有一定的容差以消除环境及系统晃动带来的误差。

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