CN206132357U - 基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统 - Google Patents
基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN206132357U CN206132357U CN201621084208.7U CN201621084208U CN206132357U CN 206132357 U CN206132357 U CN 206132357U CN 201621084208 U CN201621084208 U CN 201621084208U CN 206132357 U CN206132357 U CN 206132357U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lobe
- focal spot
- main lobe
- far field
- light path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
本实用新型属于光学领域,涉及一种高能激光系统大动态远场焦斑测量装置,具体涉及一种基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统。该系统包括聚焦透镜和DMD数字微镜,经过聚焦透镜的光束被DMD数字微镜反射后产生主瓣光路和旁瓣光路;沿主瓣光路的光线方向依次设置有主瓣成像镜头、主瓣衰减片和主瓣CCD探测器;沿旁瓣光路的光线方向依次设置有旁瓣成像镜头、旁瓣衰减片和旁瓣CCD探测器。本实用新型采用DMD器件实现远场焦斑主瓣和旁瓣的分离,使测量系统能够针对不同的焦斑情况作自适应调整。避免了遮挡小球的使用,可以极大提高测量系统的稳定性和灵活性。可以有效减少调试过程,降低调试难度,节省调试时间,实现远场焦斑的自动监测与调整。
Description
技术领域
本实用新型属于光学领域,涉及一种高能激光系统大动态远场焦斑测量装置,具体涉及一种基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统。
背景技术
随着激光技术的成熟,目前光学领域涌现出了越来越多的大型、复杂、高能激光系统。高能激光系统的远场焦斑形态是评估激光系统光束质量的重要参数,尤其是用于激光打靶过程时,要求焦斑能量集中度越高越好,即尽量减少“旁瓣”的能量,因而要求激光远场焦斑具有一定的动态范围,如用于惯性约束聚变的激光焦斑的动态范围在1000:1以上。“主瓣”和“旁瓣”是由ICF打靶过程中对激光的过孔需求而提出的概念。“主瓣”指焦斑(强度)分布的中心部分,“旁瓣”为“主瓣”的外范围部分。实际上,单发次远场焦斑测量主要是利用CCD探测器进行探测,受到CCD本身动态范围的限制,无法直接测量如此高的动态范围。通常的做法是采取动态范围拼接法测量高动态远场焦斑,即采用两个光路分别完成“主瓣”和“旁瓣”的测量,其中“旁瓣”测量光路利用小球将焦斑的中心即“主瓣”部分进行遮挡,而测量焦斑外围旁瓣部分。最后将主瓣图像和旁瓣图像进行拼接实现高动态范围远场焦斑测量。拼接法测焦斑的关键问题是对心问题,即用来遮挡焦斑主瓣部分的小球中心和实际焦斑质心重合得越好,所得焦斑分布越接近真实分布,因此实验前需对光路进行精密调试,并准确计算需要遮挡光斑中心的小球大小,对小球精确定位。而且激光系统在不同输出条件下,其远场焦斑会产生漂移,甚至形态发生变化,因而测量过程中需要不同尺寸的遮挡小球不断进行重新对准,大大增加了测量系统的调试工作,限制了拼接法测量远场焦斑的灵活性。另外,小球遮挡方法只适用于中心对称的焦斑形态,实际激光系统的焦斑分布并不总是表现为规则形状,采取小球遮挡的方法不适用于不规则焦斑测量。
发明内容
为了解决传统的小球遮挡式的动态范围拼接法调试工作繁琐而且无法适用不规则焦斑测量的技术问题,本实用新型提供一种基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统。
本实用新型的技术解决方案是:一种基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统,其特殊之处在于:包括聚焦透镜和DMD数字微镜,经过聚焦透镜的光束被DMD数字微镜反射后产生主瓣光路和旁瓣光路;沿主瓣光路的光线方向依次设置有主瓣成像镜头、主瓣衰减片和主瓣CCD探测器;沿旁瓣光路的光线方向依次设置有旁瓣成像镜头、旁瓣衰减片和旁瓣CCD探测器;所述DMD数字微镜、主瓣CCD探测器和旁瓣CCD探测器均与计算机相连。
上述DMD数字微镜由微镜面阵列组成,每个微镜面均由尺寸不超过13mm×13mm的正方形反射镜片和位于反射镜片底部的转轴构成;在水平状态下,相邻两个微镜面的距离为1mm。
上述微镜面可沿对角轴线翻转±10°。
上述微镜面可沿对角轴线翻转±12°。
本实用新型还提供一种基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量方法,其特殊之处在于:包括以下步骤:
1】搭建上述基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统;
2】在低能状态下,调整DMD数字微镜的微镜面翻转角度,使全部的反射光线进入主瓣光路;
3】主瓣CCD探测器获取主瓣光斑特性,计算光斑中心位置和主瓣尺寸;
4】将步骤3】中获得的位置和尺寸信息转换为微镜面翻转控制信号;调整微镜面翻转角度,使主瓣区域内的反射光线进入主瓣光路,其他区域内的反射光线进入旁瓣光路;
5】调节主瓣衰减片和旁瓣衰减片的衰减倍率,使系统工作在高能状态下;主瓣CCD探测器获得主瓣图像,旁瓣CCD探测器获得旁瓣图像;
6】计算机将主瓣图像和旁瓣图像进行拼接得到大动态焦斑图像。
上述测量方法还包括以下步骤:
7】计算主瓣图像的中心位置和尺寸,判断主瓣图像的中心位置和尺寸与步骤4】中的主瓣区域是否吻合;如果存在偏差,则将偏差信息反馈至DMD数字微镜并作自适应调整。
本实用新型的有益效果在于:本实用新型采用DMD器件实现远场焦斑主瓣和旁瓣的分离,使测量系统能够针对不同的焦斑情况(包括形态和位置)作自适应调整。避免了遮挡小球的使用,可以极大提高测量系统的稳定性和灵活性。可以有效减少调试过程,降低调试难度,节省调试时间,实现远场焦斑的自动监测与调整。
附图说明
图1为DMD数字微镜工作原理示意图;
图2为基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统示意图。
具体实施方式
DMD数字微镜为美国TI公司生产的一款芯片级光束控制器件,通过控制微反射镜的翻转状态来控制光束。DMD在数字投影,压缩感知等领域已经获得了广泛的应用。远场焦斑通过成像系统成像至DMD反射镜,通过编码控制微反射镜翻转状态,将主瓣光路反射到其中一路,旁瓣光路反射到另外一路,两路焦斑信息分别被两台CCD相机接收,从而获取主瓣和旁瓣焦斑图像,将两幅图像进行拼接即可获得高动态远场焦斑图像。相比于遮挡小球,通过软件控制DMD每一个微反射镜的翻转姿态,DMD可以针对焦斑位置漂移和具体形态做相应的调整,可实现自适应对心操作以及实现复杂形态焦斑测量,降低装调复杂度,增加数据的可靠性。
DMD是一种用二进制脉宽调制的数字光开关,由成千上万个可倾斜的微镜组成的。DMD底层是基体(或称衬底),基体表面刻有半导体存储器件CMOS,存储器上面是带有转轴(铰链)可偏转(摆动)的反射镜片支架,反射镜片固定在支架上。反射镜片用特殊铝材利用铝溅射工艺制成正方形。每个微镜面的尺寸约13μm×13μm或更小,代表一个像素。微镜面之间的间隔约1μm,每个微镜面都可以沿着它的对角轴线翻转±10°(翻转角度可以根据需要调整为±12°)。
微镜面不同的翻转角度分别对应“开”,“平”和“关”三种状态。如图1所示:平态时,微镜面水平放置,镜头置于微镜面的中垂线上;微镜面偏转+10°时(“开”态),反射光线几乎全部通过成像系统;微镜面偏转-10°时(“关”态),反射光线偏离成像系统,被吸收装置吸收或通过另一路成像系统。
参见图2,本实用新型提供的基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统主要包括聚焦透镜1和DMD数字微镜2,经过聚焦透镜1的光束被DMD数字微镜2反射后产生主瓣光路3和旁瓣光路4;沿主瓣光路3的光线方向依次设置有主瓣成像镜头31、主瓣衰减片32和主瓣CCD探测器33;沿旁瓣光路4的光线方向依次设置有旁瓣成像镜头41、旁瓣衰减片42和旁瓣CCD探测器43;DMD数字微镜2、主瓣CCD探测器33和旁瓣CCD探测器43均与计算机相连。
基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量方法包括以下步骤:
1】搭建基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统;
2】在低能状态下,调整DMD数字微镜的微镜面翻转角度,使全部的反射光线进入主瓣光路;
3】主瓣CCD探测器获取主瓣光斑特性,计算光斑中心位置和主瓣尺寸;
4】将步骤3】中获得的位置和尺寸信息转换为微镜面翻转控制信号;调整微镜面翻转角度,使主瓣区域内的反射光线进入主瓣光路,其他区域内的反射光线进入旁瓣光路;
5】调节主瓣衰减片和旁瓣衰减片的衰减倍率,使系统工作在高能状态下;主瓣CCD探测器获得主瓣图像,旁瓣CCD探测器获得旁瓣图像;
6】计算机将主瓣图像和旁瓣图像进行拼接得到大动态焦斑图像。
6、根据权利要求5所述的基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量方法,其特征在于:还包括以下步骤:
7】计算主瓣图像的中心位置和尺寸,判断主瓣图像的中心位置和尺寸与步骤4】中的主瓣区域是否吻合;如果存在偏差,则将偏差信息反馈至DMD数字微镜并作自适应调整。
具体而言,DMD数字微镜2上的白色像素点表示“开”态,黑色像素点表示“关”态,调整中心像素为“开”态,使主瓣进入主瓣成像镜头31,被主瓣CCD探测器33接收;外围像素为“关”态,使旁瓣进入旁瓣成像镜头41,被旁瓣CCD探测器43接收。通过合理分配衰减比,能将焦斑动态范围降低,利用图像拼接技术,将主瓣与旁瓣合成,进而获得高动态范围远场焦斑图像。当焦斑主瓣尺寸变化时,通过二进制信号控制“开”态像素范围,即可实现主瓣像面大小的自适应调节。例如,当发现主瓣变小时,将“开”态像素范围对应缩小即可实现主瓣大小和“开”态像素的自动匹配。若焦斑产生漂移,通过控制“开”态像素作相应的整体位移调整即可实现主瓣中心和“开”态像素区域中心的自适应对齐。
Claims (4)
1.一种基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统,其特征在于:包括聚焦透镜和DMD数字微镜,经过聚焦透镜的光束被DMD数字微镜反射后产生主瓣光路和旁瓣光路;沿主瓣光路的光线方向依次设置有主瓣成像镜头、主瓣衰减片和主瓣CCD探测器;沿旁瓣光路的光线方向依次设置有旁瓣成像镜头、旁瓣衰减片和旁瓣CCD探测器;所述DMD数字微镜、主瓣CCD探测器和旁瓣CCD探测器均与计算机相连。
2.根据权利要求1所述的基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统,其特征在于:所述DMD数字微镜由微镜面阵列组成,每个微镜面均由尺寸不超过13μm×13μm的正方形反射镜片和位于反射镜片底部的转轴构成;在水平状态下,相邻两个微镜面的距离为1μm。
3.根据权利要求2所述的基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统,其特征在于:所述微镜面可沿对角轴线翻转±10°。
4.根据权利要求2所述的基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统,其特征在于:所述微镜面可沿对角轴线翻转±12°。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201621084208.7U CN206132357U (zh) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | 基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201621084208.7U CN206132357U (zh) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | 基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN206132357U true CN206132357U (zh) | 2017-04-26 |
Family
ID=58571485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201621084208.7U Active CN206132357U (zh) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | 基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN206132357U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106248353A (zh) * | 2016-09-27 | 2016-12-21 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统及测量方法 |
-
2016
- 2016-09-27 CN CN201621084208.7U patent/CN206132357U/zh active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106248353A (zh) * | 2016-09-27 | 2016-12-21 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统及测量方法 |
CN106248353B (zh) * | 2016-09-27 | 2019-08-06 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统及测量方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107343130B (zh) | 一种基于dmd动态分光的高动态成像模块 | |
CN106248353B (zh) | 基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统及测量方法 | |
CN103575218B (zh) | 彩色共焦扫描装置 | |
CN101614593B (zh) | 一种反射棱锥波前传感器 | |
JP3282331B2 (ja) | 3次元形状測定装置 | |
CN109387354B (zh) | 一种光学扫描器测试装置及测试方法 | |
US11792383B2 (en) | Method and system for reducing returns from retro-reflections in active illumination system | |
CN103685916A (zh) | 具有摄像装置的摄像设备及其控制方法 | |
US10965935B2 (en) | Calibration systems usable for distortion characterization in cameras | |
CN206132357U (zh) | 基于数字微镜的大动态激光远场焦斑测量系统 | |
CN108548481A (zh) | 一种激光焦点大小的测量系统及方法 | |
CN103838088B (zh) | 一种调焦调平装置及调焦调平方法 | |
CN103809287B (zh) | 基于孔径分割技术的宽窄视场协同跟踪系统 | |
Li et al. | Microlens assembly error analysis for light field camera based on Monte Carlo method | |
JPH102711A (ja) | 3次元計測装置 | |
CN104582225B (zh) | 用于激光等离子体时空谱诊断的x射线光学结构 | |
CN105826341B (zh) | 一种可寻址层析视场的液晶基成像探测芯片 | |
CN111538033A (zh) | 主动照明关联成像发射系统和主动照明关联成像系统 | |
CN116678583B (zh) | 一种基于相位调制的纹影系统及其调节方法 | |
CN107063092A (zh) | 一种大视场快速扫描的双光源同轴标定系统及调整方法 | |
CN104898270B (zh) | Dmd光学系统光源位置的定位辅助装置及光源位置装调方法 | |
CN110933279A (zh) | 确定微透镜阵列、中继镜和图像传感器相对位置的方法 | |
WO2023124683A1 (zh) | 一种舞台灯的光学对焦方法以及舞台灯光学系统 | |
CN212694044U (zh) | 关联成像探测装置及系统 | |
CN112965182B (zh) | 一种实现多焦点阵列与多芯光纤自动对准耦合系统和方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |