[发明专利]用于多图像激光束质量测量的聚焦校正的方法和设备

说明书

本申请公开一种用于补偿激光束测量仪器中的聚焦误差的方法和设备，所述激光束测量仪器通过分析围绕光轴以多个角度获取的瑞利散射的图像来表征光束参数。如果未精确地定位所述激光束，则这些图像可能不对焦并且所述仪器不会报告准确结果。此方法和设备通过分析至少两个图像中的光束位置来寻找所述光束的纵轴。将所有图像细分成切片，并且计算从所述光束轴到每一切片的焦平面的距离并将其用于寻找每一切片的离焦传递函数，所述离焦传递函数与所述系统的调制传递函数组合使用以对所述切片进行解卷积。随后可以分析通过重组所述解卷积的切片形成的图像，以获得正确的光束参数。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年7月20日申请的标题为“用于多图像激光束质量测量的聚焦校正的方法和设备”的第62/701,244号美国临时专利申请的优先权，所述专利申请的内容以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

在材料处理应用中，越来越多地使用高功率激光器。理解激光束的性能参数可提供对过程控制和过程改进的重要见解。激光束分析仪用于此目的。用于测量聚焦激光束质量的一种技术是获取光束的瑞利散射的多个图像，然后对这些图像进行数字处理以计算例如束腰尺寸、束质心、角发散和M²光束传播因子等的参数。在2015年3月24日发布并转让给Ophir-Spiricon，LLC的美国专利8,988,673中描述了测量瑞利散射的激光束分析仪设备，所述专利的内容通过引用并入本文中。

虽然过去已经证明现有技术的激光束分析仪是有用的，但是已经发现了一些缺点。例如，被测量的激光束可能不会与激光束分析仪的成像装置的焦平面完全重叠。这可能会产生聚焦误差，从而可能导致错误的光束表征结果。因此，对检测和补偿聚焦误差的方法和设备的需求不断增长。

发明内容

本申请公开一种对激光束测量系统的至少一个图像进行聚焦校正以精确地计算各种光束参数的方法。示例性光束参数包含束腰尺寸和位置、束质心、瑞利范围、角发散、光束参数乘积和M²光束传播因子。尽管本文包含的描述讨论了校正聚焦误差的方法，但是本领域技术人员将理解，可以使用多种方法来测量和校正激光束测量的各种特性。另外，本文中描述的聚焦校正方法可以与各种光束一起使用。

在一个实施例中，本申请公开一种通过以下步骤来校正对焦图像的方法：确定具有至少一个对焦调制传递函数H(ξ)的至少一个焦平面的至少一个位置；确定至少一个离焦图像的至少一个离焦传递函数G(ξ,d)；通过至少一个成像装置捕获至少一个图像；使用图像来确定至少一个光束的中心轴；将图像分成多个一维切片；计算从焦平面到所述中心轴上的对应于每一切片的点的至少一个距离；使用每一切片的距离数据来解析每一切片的离焦传递函数；以及针对H(ξ)G(ξ,d)对图像的每一切片进行解卷积。任选地，可以显示激光束的至少一个校正图像。

另外，本申请公开一种用于对激光束测量系统的至少一个图像进行聚焦校正以精确地计算各种光束参数的设备。本申请公开一种设备，所述设备具有：至少一个成像装置，所述至少一个成像装置限定至少一个焦平面并且配置有至少一个对焦调制传递函数H(ξ)，其中成像装置进一步被配置成捕获至少一个散射光信号的至少一个图像；至少一个图像处理装置，所述至少一个图像处理装置被配置成：确定光信号的至少一个轴线并将图像划分成多个切片，每一切片对应于轴线上的点；以及计算从所述点到对应焦平面的至少一个距离d；以及使用距离d来解析每一切片的至少一个离焦传递函数G(ξ,d)并针对H(ξ)G(ξ,d)对图像的每一切片进行解卷积。任选地，可以显示激光束的至少一个校正图像。

通过考虑以下详细描述，如所公开的用于多图像激光束质量测量的聚焦校正的方法和设备的实施例的其它特征和益处将变得显而易见。

附图说明

将通过附图更详细地解释用于多图像激光束质量测量的聚焦校正的方法和设备的各种实施例，其中：

图1示出用于聚焦校正方法的激光束质量测量设备的实施例；