CN113686542A - 光斑检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学测量技术领域，公开了一种光斑检测装置和方法。光斑检测装置包括靶板以及刻度单元，刻度单元设置于靶板的承光面上，在承光面上还设置有夜光层。光斑检测方法包括如下步骤：照射步骤，光斑被照射至靶板；留存步骤，靶板上与光斑对应位置处的夜光材料留存光斑；测量步骤，利用刻度单元对该留存的光斑进行测量。本发明的光斑测量装置利用夜光层中夜光材料的持续发光效应，将光源在照射位置的光能储存起来，当光源的光关闭时，夜光层将储存的光能缓慢释放发光，然后通过刻度单元读取光斑的大小，光斑大小的测量简单、效果精准。

Description

光斑检测装置和方法

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，特别涉及一种光斑检测装置和方法。

背景技术

光斑测量是光学测量技术领域中重要的项目，光学系统对光斑的尺寸大小有严格的要求，由于光学系统很难做到完全准直，因此在不同的出射位置的光斑大小不同，需要在最终照射面进行测量。目前测试光斑大小的方法主要有刀口法、CCD法和套孔法等。

如专利公开号为CN101458067A的中国专利，公开了一种激光光斑测量装置，该装置由DMD微反射镜阵列、数字相机、曝光控制器和图像数字处理器组成。利用DMD微反射镜阵列器件实现分时、分区域改变入射光路的特性，从而准确控制曝光过程，获得具有高动态范围的激光束检测图像，经数据处理，得到光斑直径、椭圆率、位置、中心点、三维轮廓、功率等参数。

但是，目前的光斑检测装置若精准地进行原位检测，需要高精度仪器进行测量，耗时费力，且设备投入成本较高。

发明内容

本发明针对上述技术问题而提出，目的在于提供一种光斑测量装置，本发明的光斑测量装置利用夜光层的夜光材料将光源发射的光线储存，再以荧光的形式缓慢且持续地发出，在靶板上形成荧光光斑，便于利用刻度单元对荧光光斑进行测量，测量简单、效果精准。

具体来说，本发明提供了一种光斑测量装置，包括靶板以及刻度单元，刻度单元设置于靶板的承光面上，在承光面上还设置有夜光层。

相较于现有技术而言，本发明提供的光斑测量装置，利用夜光层的夜光材料将光源发射的光线储存，再以荧光的形式缓慢且持续地发出，在靶板上形成荧光光斑，便于利用刻度单元对荧光光斑进行测量，测量简单、效果精准，省时省力，且降低设备投入成本。

此外，对于对人体有害的光线，例如紫外线等，也可以利用本发明的光斑测量装置，将有害的光线所形成的光照光斑转化为对人体无害的荧光光斑后进行测量，提高测量安全，保护实验人员的健康。

另外，作为优选，在刻度单元的远离靶板的一侧设置有防水层。

根据该优选方案，防水层的设置能够保护靶板，使得靶板防水防刮，提高光斑测量装置的使用耐用性。

进一步地，作为优选，刻度单元包括十字刻度线，十字刻度线形成为网格状的刻度标尺。

根据该优选方案，利用十字刻度线，能够对任意形状的光斑大小进行测量。使用时，将刻度单元罩于承光面的上方，十字刻度线对应于荧光光斑处，数出与荧光光斑完全对应的网格数A以及部分地与荧光光斑对应的网格数B，然后，通过一定的计算方式即可计算出该荧光光斑的面积大小。

另外，作为优选，刻度单元包括弧形刻度线，弧形刻度线形成为环状的刻度标尺。

根据该优选方案，利用弧形刻度线，能够简单而又快速地对圆形的光斑大小进行测量。使用时，将刻度单元罩于承光面的上方，弧形刻度线与荧光光斑同心放置，然后将荧光光斑的边缘与弧形刻度线进行对应，读出对应的弧形刻度线的示数。

进一步地，作为优选，刻度单元还包括多个刻度标签，多个刻度标签对应于多个弧形刻度线的半径、直径或者面积中的任一种。

根据该优选方案，通过刻度标签的设置，工作人员直接读取刻度标签，即可获得圆形光斑的几何尺寸，无需计算，简单、快速而又直接。

另外，作为优选，靶板由柔性材质制成且构成夜光层的夜光材料掺混入柔性材质中。

根据该优选方案，柔性材质制成的靶板，能够进行一定程度的弯折，靶板不易折损，寿命较长。

另外，作为优选，在夜光层中掺混有红外夜光材料。

根据该优选方案，当红外光照本靶板时，夜光层中的红外夜光材料受到红外线照射同样可以激发出可见的荧光，进而利用红外夜光材料发射形成的荧光光斑进行光斑大小的测量。

另外，作为优选，光斑测量装置还包括：

光电探测设备，用于拍摄靶板上的光斑图像；

计算机，与光电探测设备为电性连接；

光电探测设备将从夜光层获得的光信号转换为电信号并输送至计算机。

根据该优选方案，光电探测设备拍摄靶板上的荧光光斑图像后，将获得的光信号转换为电信号并输送给计算机，利用计算机对荧光光斑的大小进行测量，光斑检测更为智能和精确。

本发明还提供了一种光斑测量方法，包括如下步骤：

照射步骤，光斑被照射至靶板；

留存步骤，靶板上与光斑对应位置处的夜光材料留存光斑；

测量步骤，利用刻度单元对该留存的光斑进行测量。

相较于现有技术而言，本发明提供的光斑测量方法，利用夜光层的夜光材料将光源发射的光线储存，再以荧光的形式缓慢且持续地发出，在靶板上形成荧光光斑，便于利用刻度单元对荧光光斑进行测量，测量简单、效果精准。

另外，作为优选，在留存步骤和测量步骤之间还具有如下步骤：

转移步骤，将靶板转移到另一个区域；

在测量步骤中利用刻度单元的十字刻度线、弧形刻度线或多个刻度标签中的任一种方式进行测量。

根据该优选方案，在照射靶板并在靶板上留下荧光光斑后，利用夜光的持续发光效应，将靶板转移至另一个区域进行观察，方便在无法观察的区域进行测试。利用十字刻度线进行测量，能够对任意形状的光斑大小进行测量。利用弧形刻度线进行测量，则能够简单而又快速地对圆形的光斑大小进行测量。

附图说明

图1是本发明实施方式一中光斑测量装置的结构示意图(光源照射靶板，靶板上无刻度单元)；

图2是本发明实施方式一中光斑测量装置的结构示意图(夜光层发出荧光，靶板上附刻度单元)；

图3是本发明实施方式一中光斑测量装置的剖面示意图；

图4是本发明实施方式一中光斑测量方法的流程图；

图5是本发明实施方式二中光斑测量装置的剖面示意图；

图6是本发明实施方式二中光斑测量装置的结构示意图(夜光层发出荧光，靶板上附刻度单元)。

附图标记说明：

1、靶板；2、刻度单元；21、十字刻度线；22、弧形刻度线；23、刻度标签；3、夜光层；4、光电探测设备；5、计算机；6、防水层；A、光照光斑；B、荧光光斑。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明进行进一步的详细说明。附图中示意性地简化示出了光斑测量装置的结构等。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施方式一

本发明的第一实施方式提供了一种光斑测量装置，参见图1、图2和图3所示，包括靶板1以及刻度单元2，刻度单元2设置于靶板1的承光面上，在承光面上还设置有夜光层3，夜光层3中具有夜光材料。夜光是一种光的储能发光形式，夜光层3的夜光材料能够在受到自然光、日光灯光、紫外光等照射后，把光能储存起来，在停止光照射后，再把储存的光能缓慢地以荧光的方式释放出来。所以，吸收并储存光能后的夜光层3，在黑暗处仍能看到发光，荧光持续时间长达几小时至十几小时。

基于上述光斑测量装置，参见图4所示，本实施方式还提供了一种光斑测量方法，包括如下步骤：

照射步骤，光斑被照射至靶板1；

留存步骤，靶板1上与光斑对应位置处的夜光材料留存光斑；

测量步骤，利用刻度单元2对该留存的光斑进行测量。

更为具体的，当光源照射靶板1后，在靶板1的照射位置出现光照光斑A。由于夜光层3的存在，在照射位置处，夜光层3的夜光材料吸收光能后发生辐射跃迁，将光能储存起来。在停止光照后，夜光层3中的夜光材料将储存的光能缓慢地以荧光的方式释放出来，在原来的照射位置，也即光照光斑A位置出现荧光光斑B。此时，荧光光斑B持续地发光，便于利用刻度单元2对荧光光斑B进行测量，测量效果更为精准。

这里的光照光斑A指的是，光源照射靶板1后在靶板1上所形成的光斑；荧光光斑B指的是，夜光层3将光照光斑A的光线储存后又以荧光的形式发出所形成的光斑。对应的光照光斑A和荧光光斑B的位置相同、大小相等，测量获得的荧光光斑B的大小也即光照光斑A的大小。

相较于现有技术而言，本实施方式提供的光斑测量装置和方法，利用夜光层3的夜光材料将光源发射的光线储存，再以荧光的形式缓慢且持续地发出，在靶板1上形成荧光光斑B。持续发光所形成的荧光光斑B便于利用刻度单元2进行测量，测量获得的荧光光斑B的大小也即光照光斑A的大小，具有测量简单、效果精准的有点，并且结构简单、省时省力，降低设备投入成本。

此外，对于对人体有害的光线，例如紫外线等，也可以利用本发明的光斑测量装置，利用夜光层3将有害的光线所形成的光照光斑A转化为对人体无害的荧光光斑B后进行测量，提高测量安全，保护实验人员的健康。

本发明提供的光斑测量装置，还能够以简单、经济的方式，将人眼不可见的光线，例如紫外线、X射线等的光照光斑A(此时的光照光斑A肉眼不可见)转换为可见的荧光光斑B后进行测量，提高本光斑测量装置的功能性。

同样，对于大尺寸的光斑，只需要配合使用尺寸大于该光斑的靶板1、刻度单元2以及夜光层3，同样可以简单而又精准地进行光斑大小的测量。

另外，当光源停止照射时，可以将光斑测量装置的环境照度调弱，使得夜光层3发出的荧光亮度明显，更利于荧光光斑B的显示与测量。当然，在光源照射、并在靶板1上形成光照光斑A后，也可以直接地将光斑测量装置转移到黑暗处，同样能够使得光斑测量装置的环境照度降低，利于荧光光斑B的显示与测量。

夜光层3在不同位置吸收不同强度的光时，其发光的强度也有所差别，夜光层3吸收的光的强度越大、吸收的光越多，夜光层3上荧光光斑B的发光强度会大。利用本实施方式提供的光斑测量装置和方法，当两个区域发光强度相差较多时，荧光光斑B的发光强度会有明显差别，在相同的照射时间下，利用荧光光斑B的发光强度也可以简单判断光源的光照光斑A的强度。

在留存步骤和测量步骤之间还具有转移步骤，在转移步骤中，将靶板1转移到另一个区域。若靶板1在照射位置处不便于观察和测试光斑大小，那么，可以在照射靶板1并在靶板1上留下荧光光斑B后，利用夜光的持续发光效应，将靶板1转移至另一个区域进行观察。靶板1的位置转移可以是人工的，也可以是自动的。

靶板1与刻度单元2可以是固定连接，刻度单元2紧密贴合固定在靶板1上。在荧光光斑B形成后，刻度单元2实时地对荧光光斑B进行标定，便于测量。或者，靶板1与刻度单元2也可以是可拆装设置。在荧光光斑B形成后，将刻度单元2罩于靶板1上，再对荧光光斑B进行标定和测量。

参见图2所示，刻度单元2包括十字刻度线21，十字刻度线21形成为网格状的刻度标尺。在测量步骤中利用刻度单元2的十字刻度线21进行测量。利用十字刻度线21，能够对任意形状的光斑大小进行测量，实用性高。

在使用时，将刻度单元2罩于承光面的上方，十字刻度线21对应于荧光光斑B处，数出与荧光光斑B完全对应的网格数A以及部分地与荧光光斑B对应的网格数B，然后，通过一定的计算方式进行计算，即可获得该荧光光斑B的面积大小，也即光照光斑A的面积大小。例如，十字刻度线21形成的网格状为一个网格单元，与荧光光斑B完全对应的光斑大小记为1个网格单元，部分地与荧光光斑B对应的光斑大小记为0.5个网格单元，则计算得出的荧光光斑B的面积大小为(A+B/2)个网格单元。

靶板1由柔性材质制成且构成夜光层3的夜光材料掺混入柔性材质中。柔性材质制成的靶板1，能够进行一定程度的弯折，靶板1不易折损，寿命较长。

当然，在其他实施方式中，夜光层3的夜光材料也可以是直接涂抹于靶板1的表面，或者，夜光层3的夜光材料掺杂进入靶板1的内部，使得靶板1兼顾夜光层3的功能。

夜光层3的夜光材料仅能吸收可见光、紫外线以及x射线等，而无法吸收红外线。因此，还可以在本实施方式中的夜光层3中掺混有红外夜光材料。通过在夜光层3中掺混有红外夜光材料，当红外光照本靶板1时，夜光层3中的红外夜光材料受到红外线照射同样可以激发出可见的荧光，进而利用红外夜光材料发射形成的荧光光斑B进行光斑大小的测量。

参见图2所示，光斑测量装置还包括电性连接的光电探测设备4和计算机5，其中，光电探测设备4用于拍摄靶板1上的光斑图像，光电探测设备4将从夜光层3获得的光信号转换为电信号并输送至计算机5。光电探测设备4拍摄靶板1上的荧光光斑B图像后，将获得的光信号转换为电信号并输送给计算机5，利用计算机5对荧光光斑B的大小进行测量，光斑检测更为智能和精确。

同时，光电探测设备4和计算机5配合，还能够对荧光光斑B进行拍照和留底，便于后期的数据采集和数据分析等。

实施方式二

本发明的第二实施方式提供了一种光斑测量装置，第二实施方式是对第一实施方式的进一步改进，未做特别说明的部分包括附图标记及文字描述，均与第一实施方式相同，在此不再赘述。

第二实施方式相对于第一实施方式的主要改进之处在于，在本发明的第二实施方式中，结合图5来看，在刻度单元2的远离靶板1的一侧设置有防水层6。防水层6的设置能够保护靶板1，使得靶板1防水防刮，从而提高光斑测量装置的使用耐用性。

优选防水层6为透明材质，且具有一定的硬度，防水层6可以是由塑料或者树脂制作而成。

参见图6所示，本实施方式的刻度单元2包括弧形刻度线22，弧形刻度线22形成为环状的刻度标尺。在测量步骤中利用刻度单元2的弧形刻度线22或多个后述的刻度标签23中的任一种方式进行测量。利用弧形刻度线22，能够简单、快速而又直接地对圆形的光斑大小进行测量。

在使用时，将刻度单元2罩于承光面的上方，弧形刻度线22与荧光光斑B同心放置，然后将荧光光斑B的边缘与弧形刻度线22进行对应，读出对应的弧形刻度线22的示数。

图6中为了清楚区分荧光光斑B的边缘与弧形刻度线22，将弧形刻度线22标记为虚线，当然，在实际应用中，弧形刻度线22也可以是实线或者其他线性。

刻度单元2还包括多个刻度标签23，多个刻度标签23对应于多个弧形刻度线22的半径、直径或者面积中的任一种或者多种。通过刻度标签23的设置，工作人员直接读取刻度标签23，即可获得圆形光斑的几何尺寸，无需计算，圆形光斑大小的测量简单、快速而又直接。

对于本领域技术人员来说，在本发明技术思想的范围内能够根据需要而对于上述控制方法的各个步骤进行删减或者顺序调整。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光斑测量装置，其特征在于，包括靶板以及刻度单元，所述刻度单元设置于所述靶板的承光面上，在所述承光面上还设置有夜光层。

2.根据权利要求1所述的光斑测量装置，其特征在于，在所述刻度单元的远离所述靶板的一侧设置有防水层。

3.根据权利要求1或2所述的光斑测量装置，其特征在于，所述刻度单元包括十字刻度线，所述十字刻度线形成为网格状的刻度标尺。

4.根据权利要求1或2所述的光斑测量装置，其特征在于，所述刻度单元包括弧形刻度线，所述弧形刻度线形成为环状的刻度标尺。

5.根据权利要求4所述的光斑测量装置，其特征在于，所述刻度单元还包括多个刻度标签，多个所述刻度标签对应于多个所述弧形刻度线的半径、直径或者面积中的任一种。

6.根据权利要求1所述的光斑测量装置，其特征在于，所述靶板由柔性材质制成且构成所述夜光层的夜光材料掺混入所述柔性材质中。

7.根据权利要求1所述的光斑测量装置，其特征在于，在所述夜光层中掺混有红外夜光材料。

8.根据权利要求1-2、5-6中任一项所述的光斑测量装置，其特征在于，所述光斑测量装置还包括：

光电探测设备，用于拍摄所述靶板上的光斑图像；

计算机，与所述光电探测设备为电性连接；

所述光电探测设备将从所述夜光层获得的光信号转换为电信号并输送至所述计算机。

9.一种光斑测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

照射步骤，光斑被照射至靶板；

留存步骤，靶板上与光斑对应位置处的夜光材料留存光斑；

测量步骤，利用刻度单元对该留存的光斑进行测量。

10.根据权利要求9所述的光斑测量方法，其特征在于，在所述留存步骤和所述测量步骤之间还具有如下步骤：

转移步骤，将靶板转移到另一个区域；

在所述测量步骤中利用刻度单元的十字刻度线、弧形刻度线或多个刻度标签中的任一种方式进行测量。

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