CN117470390B - 激光测试装置及激光测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种激光测试装置及激光测试方法。一种激光测试装置包括基座、第一光屏、偏折元件以及第一相机。基座用于放置激光器；第一光屏倾斜或平行于所述激光器的轴线设置；偏折元件设于所述激光器的出光侧，并用于将所述激光器发射的部分激光偏折后射到所述第一光屏上形成第一光斑，被所述激光器偏折的激光的发散角小于所述激光器的发散角；第一相机用于拍摄所述第一光斑的图像。上述激光测试装置，能够兼顾小型化设计和测试结果的准确性。

Description

激光测试装置及激光测试方法

技术领域

本申请涉及激光测试技术领域，特别是涉及激光测试装置及激光测试方法。

背景技术

在对激光器的发散角、俯仰角、线宽等参数进行测试时，通常将激光器发射的激光投射到光屏上，通过相机拍摄光屏上光斑的图像，通过对图像进行分析计算得到激光器的各项参数。现有的激光测试装置，光屏和激光器之间的距离通常较远，导致激光器投射到光屏上的光斑的尺寸较大，从而增大光屏的尺寸，导致激光测试装置的占用空间增大，也需要更大视场角的相机来采集光斑的图像，若要减小光屏和激光器之间的距离，会导致对俯仰角、线宽等参数的测量误差增大，影响测试结果的准确性。现有的激光测试装置难以兼顾小型化设计和测试结果的准确性。

发明内容

基于此，有必要针对现有的激光测试装置难以兼顾小型化设计和测试结果的准确性的问题，提供一种激光测试装置及激光测试方法。

一种激光测试装置，包括：

基座，用于放置激光器；

第一光屏，倾斜或平行于所述激光器的轴线设置；

偏折元件，设于所述激光器的出光侧，并用于将所述激光器发射的部分激光偏折后射到所述第一光屏上形成第一光斑，被所述偏折元件偏折的激光的发散角小于所述激光器的发散角；以及，

第一相机，用于拍摄所述第一光斑的图像。

上述激光测试装置，当用于测试俯仰角、线宽等光程越长测试结果越准确的参数时，通过偏折元件将部分激光偏折到倾斜或平行于激光器的轴线的第一光屏上，有利于延长激光器和第一光屏之间的光程，提升对参数的测试结果的准确性。并且，偏折元件仅将部分激光偏折出来用于参数的测量，能够减小投射到第一光屏上的第一光斑的尺寸，有利于减小第一光屏的尺寸以及第一相机的视场角，减小激光测试装置的占用空间，从而兼顾激光测试装置的小型化设计和测试结果的准确性。

在其中一个实施例中，所述激光测试装置还包括第二光屏和第二相机,第二光屏设于所述激光器的出光侧,所述偏折元件设于所述激光器和所述第二光屏之间,所述第二光屏用于接收所述激光器发射的未被所述偏折元件偏折的激光，以形成第二光斑，所述第二相机用于拍摄所述第二光斑的图像。第二光斑的图像能够用于测试激光器的发散角等对光程需求较小，且需要获取激光器投射的光斑的整个外轮廓的参数，而第一光斑的图像用于获取对光程需求较大的参数，由此，能够减小第二光屏和激光器之间的距离，在获取激光器投射光斑的整个外轮廓的同时也有利于减小第二光斑的尺寸，从而有利于减小第二光屏的尺寸以及第二相机的视场角，同时有利于实现激光测试装置的小型化设计。

在其中一个实施例中，所述激光器经所述偏折元件到所述第一光屏的光程大于所述激光器到所述第二光屏的光程。如此，在第二光屏获取激光投射光斑整个外轮廓的情况下，有利于减小第二光屏的尺寸，并提升对第一光斑的测试结果的准确性。

在其中一个实施例中，所述激光测试装置还包括控制元件，所述控制元件用于根据所述第一光斑的图像获取所述激光器的第一参数，并用于根据所述第二光斑的图像获取所述激光器的第二参数。通过第一相机和第二相机分别获取激光器对光程需求较高和较低的两种参数，有利于兼顾小型化设计和测试结果的准确性。

在其中一个实施例中，所述第一参数包括所述激光器的俯仰角或线宽，所述第二参数包括所述激光器的发散角、平滚角、能量分布或功率分布。激光测试装置在兼顾小型化和测试结果的准确性的基础上能够同时获取激光器的多种参数，提升测试效率。

在其中一个实施例中，所述第一相机在垂直所述激光器的轴线的方向上的位置与所述偏折元件的位置相对应；和/或，

所述第二相机设于所述基座上，并位于所述激光器背向所述第二光屏的一侧，所述第二相机与所述激光器同轴设置。第一相机对应第一光斑的中心设置，第二相机对应第二光斑的中心设置，在获取对应光斑的图像的同时有利于降低激光测试装置对第一相机和第二相机的视场角需求。

在其中一个实施例中，形成所述第一光斑的激光在所述激光器发射的激光中的占比大于或等于5%，且小于或等于10%。由此，形成第一光斑的激光成分不会过少，有利于提升对第一参数的测试结果的准确性，同时形成第一光斑的激光成分也不会过多，不会影响第二光斑的形成，使得未被偏折的激光也能够满足第二参数的测试需求。

在其中一个实施例中，所述偏折元件设于所述激光器发射的光束截面的中部位置。偏折元件的设置不会影响第二光斑外轮廓的完整性，有利于提升对第二参数的测试结果的准确性。

在其中一个实施例中，所述偏折元件具有反射面，所述反射面倾斜于所述激光器的轴线以及所述第一光屏的轴线。通过反射偏折光路，在增大光程的同时也有利于抑制杂散光的产生，提升测试结果的准确性。

一种激光测试方法，包括：

提供激光器；

将所述激光器发射的部分激光偏折射到第一光屏上形成第一光斑；

拍摄所述第一光斑的图像以获取所述激光器的第一参数；

将所述激光器发射的未被偏折的激光射到第二光屏上形成第二光斑，其中，所述激光器到所述第一光屏上的光程大于所述激光器到所述第二光屏上的光程；

拍摄所述第二光斑的图像以获取所述激光器的第二参数。采用上述激光测试方法对激光器的参数进行测试，能够兼顾激光测试装置的小型化设计和测试结果的准确性。

附图说明

图1为传统的激光测试装置的结构示意图。

图2为一些实施例中激光测试装置的结构示意图。

图3为一些实施例中激光测试装置设有第二光屏的结构示意图。

附图标记：

10、激光测试装置；11、基座；12、第一光屏；121、第一光斑；13、偏折元件；131、反射面；14、第一相机；15、第二光屏；151、第二光斑；16、第二相机；20、激光器。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参见图1，图1为传统的激光测试装置1的结构示意图。传统的激光测试装置1通常在激光器2的出光侧设置光屏3，激光器2发射的激光投射到光屏3上形成光斑，并通过相机4拍摄光屏3上的光斑图像，以测试激光器2的各项参数。激光器2的部分参数例如俯仰角、线宽等参数，对光程的需求较高，换言之，光屏3与激光器2之间的距离越远，对俯仰角、线宽等参数的测试结果越准确。另外，激光测试装置1通常还需要测试激光器2的发散角等需要获取激光投射到光屏3上的整个光斑的外轮廓的参数。由于光屏3与激光器2之间的距离越远，激光器2投射到光屏3上的光斑的尺寸也越大，为提升对俯仰角、线宽等参数的测试结果的准确性，光屏3和激光器2之间的距离通常较远，导致需要更大尺寸的光屏3以及更大视场角的相机4，例如，120°发散角的激光器2，若光屏3与激光器2的距离为1m，根据三角函数可得知光屏3的宽度至少到3.5m，增大了激光测试装置1的占用空间。传统的激光测试装置1难以兼顾小型化设计和测试结果的准确性。

为解决上述问题，本申请提供一种激光测试装置及激光测试方法。

请参见图2，图2示出了一些实施例中本申请的激光测试装置10的结构示意图。本申请提供的激光测试装置10可用于测试激光器20的发散角、俯仰角、线宽等各项参数，以表征激光器20的质量。激光测试装置10针对的检测对象包括但不限于为水平腔面发射激光器、垂直腔面发射激光器、边发射激光器等任意适用的激光器20。激光器20作为激光测试装置10的被检测对象，激光器20在检测完成后可从激光测试装置10上拆下并将其他待检测的激光器20防止到激光测试装置10中，激光测试装置10可依次对多个激光器20进行测试。

在一些实施例中，激光测试装置10包括基座11、第一光屏12、偏折元件13及第一相机14，基座11用于放置激光器20，偏折元件13设于激光器20的出光侧，并用于将激光器20发射的部分激光偏折后射到第一光屏12上，激光投射到第一光屏12上形成第一光斑121。偏折元件13偏折光路的方式包括但不限于为反射、衍射、折射等，由于偏折元件13仅将激光器20发射的部分光线进行偏折，偏折元件13偏折的激光的发散角小于激光器20的发射角。换言之，激光器20发射的激光分为两部分，其中一部分被偏折元件13向第一光屏12偏折，另外一部分未经过偏折元件13的偏折，沿原光路传播。偏折元件13能够将部分激光偏折锐角、直角或钝角角度，以使得第一光屏12倾斜或平行于激光器20的轴线。第一相机14用于拍摄第一光屏12，第一相机14拍摄的图像至少包括第一光斑121的图像。图2所述的尺寸a为第一光斑121在第一光屏12上的径向尺寸，尺寸b为第一相机14所能够拍摄到的第一光屏12的尺寸。

上述激光测试装置10，当用于测试俯仰角、线宽等光程越长测试结果越准确的参数时，通过偏折元件13将部分激光偏折到倾斜或平行于激光器20的轴线的第一光屏12上，有利于延长激光器20和第一光屏12之间的光程，提升对参数的测试结果的准确性。并且，偏折元件13仅将部分激光偏折出来用于参数的测量，能够减小被偏折的部分激光的发散角，减小投射到第一光屏12上的第一光斑121的尺寸，有利于减小第一光屏12的尺寸以及第一相机14的视场角，减小激光测试装置10的占用空间，从而兼顾激光测试装置10的小型化设计和测试结果的准确性。

结合图2和图3所示，在一些实施例中，激光测试装置10还包括第二光屏15和第二相机16，第二光屏15设于激光器20的出光侧，偏折元件13设于激光器20和第二光屏15之间，第二光屏15用于接收激光器20发射的未被偏折元件13偏折的激光，以形成第二光斑151，换言之，激光器20发射的激光中，部分激光被偏折元件13偏折射到第一光屏12上，另一部分激光未被偏折元件13偏折，沿光路传播方向射到第二光屏15上。第二相机16用于拍摄第二光屏15，第二相机16拍摄的图像至少包括第二光斑151的图像。在图3所示的实施例中，尺寸c为第二光斑151在第二光屏15上的径向尺寸，尺寸d为第二相机16能够拍摄到的第二光屏15的尺寸。进一步地，在一些实施例中，激光器20经偏折元件13到第一光屏12的光程大于激光器20到第二光屏15的光程，即激光器20与偏折元件13之间的光路长度与偏折元件13和第一光屏12之间的光路长度之和大于激光器20与第二光屏15之间的光路长度。

当激光测试装置10设有第二光屏15时，第二相机16拍摄的第二光斑151的图像能够用于测试激光器20的发散角等对光程需求较小，且需要获取激光器20发射光束整个外轮廓的参数，而第一相机14拍摄的第一光斑121的图像可用于获取俯仰角、线宽等对光程需求较大的参数。由此，第二光屏15无需考虑到参数对光程的需求，有利于减小第二光屏15和激光器20之间的距离，在获取激光器20投射光斑的整个外轮廓的同时，有利于减小第二光斑151的尺寸，从而有利于减小第二光屏15的尺寸以及第二相机16的视场角，配合偏折元件13偏折的激光的发散角小于激光器20的发散角以减小第一光屏12的设计，有利于实现激光测试装置10的小型化设计。

可以理解的是，为了从第二光斑151获取到激光器20投射光斑的整个外轮廓，偏折元件13不能位于激光器20投射的光束截面的边缘位置，避免投射到第二光屏15上的第二光斑151的外轮廓不完整。在一些实施例中，偏折元件13设于激光器20发射的光束截面的中部位置，由此，偏折元件13的设置不会影响第二光斑151的外轮廓的完整性，在偏折部分激光形成第一光斑121的同时也不会影响对第二光斑151的参数测试。

在一些实施例中，激光测试装置10还包括控制元件，控制元件可以为激光测试装置10的主板或中央处理器，控制元件电连接于第一相机14和第二相机16，控制元件用于根据第一相机14拍摄到的第一光斑121的图像获取激光器20的第一参数，并用于根据第二光斑151的图像获取激光器20的第二参数。结合第一光屏12和第二光屏15与激光器20之间的光程的设计，在获取激光器20对光程需求较高的第一参数和对光程需求较低的第二参数的同时，能够提升第一参数的测试结果，兼顾激光测试装置10的小型化设计和测试结果的准确性。

第一参数包括但不限于为激光器20的俯仰角或线宽。当控制元件根据第一光斑121的图像获取激光器20的俯仰角时，控制元件可通过激光器20发射的激光在第二相机16拍摄的图像上的实际坐标与理想坐标的偏离程度，结合激光器20、偏折元件13以及第一光屏12三者的位置和距离关系，通过三角函数计算得到激光器20的俯仰角。当控制元件根据第一光斑121的图像获取激光器20的线宽时，控制元件可通过将第一光斑121的图像中第一光斑121所占的像素个数，与图像中激光所占的像素个数相乘得到激光器20的线宽，激光所占的像素个数可通过图像灰度的对比得到。

第二参数包括但不限于为激光器20的发散角、平滚角、能量分布或功率分布，控制元件可通过第二光斑151的图像获取第二光斑151的径向尺寸，例如光斑边缘两侧坐标差，根据第二光斑151的径向尺寸以及第二光屏15与激光器20之间的距离，通过三角函数计算得到激光器20的发散角。控制元件可通过获取第二光斑151的外轮廓在不同位置相对的两个点的连线中点构建光斑中心线，将光斑中心线的两个端点相连获取端点连线，通过端点连线的角度得到激光器20的平滚角。控制元件可通过对第二光斑151的图像各像素的灰度值和坐标获取激光器20的能量分布和功率分布。当然，激光测试装置10测试的激光器20参数不限于此，只要能够通过第一光斑121或第二光斑151的图像获取即可，本申请中不再赘述。

在一些实施例中，由于激光测试装置10各结构的合理设计，能够在降低激光测试装置10对第一相机14和第二相机16的视场角需求的基础上完成对不同参数的测试，因而第一相机14和第二相机16可以采用视场角较小的相机，有利于降低激光测试装置10的设置成本，例如，第一相机14和第二相机16的视场角可以为60°-80°，例如可以是70°。

在一些实施例中，第一相机14在垂直激光器20的轴线的方向上的位置与偏折元件13的位置相对应。由此，第一相机14在第一光屏12上的投影与第一光斑121的中心位置大致对应，能够充分利用第一相机14的视场角完整拍摄第一光斑121的图像，也能够减小激光测试装置10对第一相机14的视场角需求。

在一些实施例中，第二相机16设于基座11上，并位于激光器20背向第二光屏15的一侧，第二相机16的轴线与激光器20的轴线大致重合，例如，第二相机16和激光器20容置与基座11的同一个槽体内。由此，能够提升激光器20、第二相机16和基座11整体的结构稳定性和装配精度，同时使得第二相机16在第二光屏15上的投影与第二光斑151的中心位置大致对应，能够充分利用第二相机16的视场角完整拍摄第二光斑151的图像，也能够减小激光测试装置10对第二相机16的视场角需求。

在一些实施例中，形成第一光斑121的激光在激光器20发射的激光中的占比大于或等于5%，且小于或等于10%，例如，偏折元件13偏折的激光的发散角与激光器20的发散角的比值大于或等于5%，且小于或等于10%，例如可以是5%、7%、9%或10%。由此，形成第一光斑121的激光成分不会过少，有利于提升对第一参数的测试结果的准确性，同时，形成第一光斑121的激光成分也不会过多，也有利于缩小第一光屏12的尺寸，有利于缩小激光测试装置10的占用空间，并且不会影响第二光斑151的形成，使得未被偏折的激光也能够满足第二参数的测试需求。

在一些实施例中，偏折元件13可通过反射的方式偏折光路，偏折元件13包括但不限于为反射镜，偏折元件13具有反射面131，反射面131倾斜于激光器20的轴线以及第一光屏12的轴线。在一些实施例中，反射面131与激光器20的轴线呈45°夹角，与第一光屏12的轴线也呈45°夹角，有利于激光测试装置10中各元件的装配，提升光路精度，从而提升对各参数的测试结果的准确性。

在一些实施例中，第一光屏12的收光面垂直于光束的轴线，第二光屏15的收光面垂直于激光器20的轴线，使得通过第一光斑121和第二光斑151测试激光器20的参数的测试结果更加准确。当然，根据不同的测试需求，第一光屏12和第二光屏15的设置角度也可适应调整。

需要说明的是，在本申请中，相机的轴线可以为相机的镜头的轴线，激光器20的轴线可以垂直于激光器20的发光面并经过发光面的几何中心，光屏的轴线可以垂直于光屏的收光面并经过收光面的几何中心。

基于上述的激光测试装置10，本申请还提供一种激光测试方法，可采用上述任意实施例所述的激光测试装置10对激光器20进行测试以获取激光器20的参数，当然也可采用其他任意适用的测试装置对激光器20进行测试。在一些实施例中，激光测试方法包括如下步骤：

提供激光器20；

将激光器20发射的部分激光偏折到第一光屏12上形成第一光斑121；

拍摄第一光斑121的图像以获取激光器20的第一参数；

将激光器20发射的未被偏折的激光投射到第二光屏15上形成第二光斑151，其中，激光器20到第一光屏12上的光程大于激光器20到第二光屏15上的光程；

拍摄第二光斑151的图像以获取激光器20的第二参数。

采用上述激光测试方法对激光器20的参数进行测试，能够兼顾激光测试装置10的小型化设计和测试结果的准确性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种激光测试装置，其特征在于，包括：

基座，用于放置激光器；

第一光屏，倾斜或平行于所述激光器的轴线设置；

第二光屏，设于所述激光器的出光侧，

偏折元件，设于所述激光器的出光侧，并设于所述激光器和所述第二光屏之间，并用于将所述激光器发射的部分激光偏折后射到所述第一光屏上形成第一光斑，所述第二光屏用于接收所述激光器发射的未被所述偏折元件偏折的激光，以形成第二光斑，被所述偏折元件偏折的激光的发散角小于所述激光器的发散角，所述激光器经所述偏折元件到所述第一光屏的光程大于所述激光器到所述第二光屏的光程，所述偏折元件不位于所述激光器投射的光束截面的边缘位置，以免影响所述第二光斑的外轮廓的完整性；

第一相机，用于拍摄所述第一光斑的图像；

第二相机，用于拍摄所述第二光斑的图像；以及，

控制元件，用于根据所述第一光斑的图像获取所述激光器的第一参数，并用于根据所述第二光斑的图像获取所述激光器的第二参数，所述第一参数包括所述激光器的俯仰角或线宽，所述第二参数包括所述激光器的发散角、平滚角、能量分布或功率分布。

2.根据权利要求1所述的激光测试装置，其特征在于，所述第一相机在垂直所述激光器的轴线的方向上的位置与所述偏折元件的位置相对应。

3.根据权利要求1所述的激光测试装置，其特征在于，所述第二相机设于所述基座上，并位于所述激光器背向所述第二光屏的一侧，所述第二相机与所述激光器同轴设置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的激光测试装置，其特征在于，形成所述第一光斑的激光在所述激光器发射的激光中的占比大于或等于5%，且小于或等于10%。

5.根据权利要求1-3任一项所述的激光测试装置，其特征在于，所述偏折元件设于所述激光器发射的光束截面的中部位置。

6.根据权利要求1-3任一项所述的激光测试装置，其特征在于，所述偏折元件具有反射面，所述反射面倾斜于所述激光器的轴线以及所述第一光屏的轴线。

7.一种激光测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的激光测试装置获取激光器的参数，所述激光测试方法包括：

提供激光器；

将所述激光器发射的部分激光偏折射到第一光屏上形成第一光斑；

拍摄所述第一光斑的图像以获取所述激光器的第一参数；

将所述激光器发射的未被偏折的激光射到第二光屏上形成第二光斑，其中，所述激光器到所述第一光屏上的光程大于所述激光器到所述第二光屏上的光程；

拍摄所述第二光斑的图像以获取所述激光器的第二参数。