[发明专利]用于测量被聚焦的激光束的测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量被聚焦的激光束的测量装置。要测量的激光 束使用于，具体地，眼睛的激光外科手术中，诸如在角膜或者晶状体的光 折射治疗中。当然，这仅仅是一个例子；主要地，本发明不受到关于要测 量的激光束的应用目的的任何限制。对于很多激光应用而言，确定的光束 参数的精确的知识通常是必要的，除了此处提到的眼睛的激光外科手术以 外的两个的情况下、在半导体技术中的光刻技术以及光学数据载体的激光 扫描或激光刻录，仅有两种情况不在在多个其他的示例的范围内。

背景技术

激光束的重要的光束参数通常包括光束直径，特别地，是在光束腰部 的区域中的光束直径，以及光束发散度，但是其他的参数，诸如衍射指数 (通常表示为M²)或横向于光束方向的强度分布，也是重要的。

用于测量激光束的所谓刀边缘或狭缝方法是已知的，其中刃或足够窄 的狭缝横向移动穿过光束，并且借助检测器分别地依赖刃或者狭缝位置测 量发送功率。通过以这种方式已经获得传输弯曲的差异，随后可以确定强 度分布图，依靠强度分布图接着可以确定光束直径。

作为对基于光束的“扫描”的上述传输测量方法的替代，已经知道， 例如从US4,917,489，依靠单个放大透镜放大激光束并且引导被放大的激 光束接收适合的强度衰减到图像获得装置(图像传感器)。然后在考虑透镜 的放大系数的情况下从激光束所产生的图像，可以计算在物侧透镜焦点处 的光束直径。

发明内容

相反地，发明的用于测量聚焦的激光束的测量装置包括放大透镜系 统，具有在激光束的光束路径中串联设置的至少两个透镜，其中放大透镜 系统的每对相继的透镜具有重合的焦点，电子图像传感器设置在放大透镜 系统之后在其焦点处，用于捕获被放大的激光束的图像，适配器围绕光束 路径，用于耦接测量装置到提供激光束的激光系统，适配器形成用于激光 系统的邻接表面，该邻接表面相对于激光束的光束轴线轴向地定向，以及 纵向调整装置，其允许沿着光束路径相对于设置在适配器上的测量装置的 参照点同时调整放大透镜系统的透镜和图像传感器。

本发明测量装置的优选实施例在从属权利要求中说明。

在高斯光束光学的参照文献中(还参见例如Kühlke，Dietrich： “Optik，Grundlagen und Anwendungen”，Harri Deutsch Verlag，1998 第一版)，教导了要测量的激光束的光束直径与单个放大透镜的放大系数 的依赖性。当被放大的光束的腰部直径与未被放大的光束的腰部直径的商 作为放大系数时，具体地可以得出，用于较小的腰部直径的单个放大透镜 的放大系数可以明显高于用于较大腰部直径的放大系数。当使用单个放大 透镜用于测量具有不同腰部直径的焦点时，公称的、恒定的放大比的假定 可以因而导致相当大的测量误差。

发明人认识到，如果每对相继的透镜具有重合的焦点，多透镜系统能 够消除放大比对光束直径的依赖性。在这种情况下，可以假定不变的常数 放大比，不管要测量的光束的腰部直径有多大。这允许非常精确地确定要 测量的激光束的实际腰部直径。

本发明测量装置的纵向调整装置允许透镜和图像传感器作为整体，沿 着光束路径相对属于测量装置的参照点进行被限定的调整。属于测量装置 意思是指参照点定位在测量装置处或者定位在测量装置中，因而相对测量 装置作为整体是不动的。由透镜和图像传感器构成的整体，其沿着光束路 径的可调性能够精确地定位要测量的激光束的光束腰部，并且因此精确地 调整测量装置，从而激光束的焦点与放大透镜系统的第一透镜的焦点重 合。当被图像传感器捕获的光束剖面具有其最小值时，这种情况将出现。 在透镜和图像传感器的这种创造性的彼此相关布置的情况下，当定位在第 一透镜的焦点中时，光束腰部将被成像在图像传感器的传感器表面上。通 过相对于光束焦点纵向调整由透镜和图像传感器构成的整体，可以容易地 找到这个位置。

透镜和图像传感器的纵向可调节性替代地或者可另外地用于确定在 沿着激光束在不同位置处的光束直径，换而言之，用于确定激光束的直径 分布图。这个直径分布图允许获得例如关于光束的发散和衍射指数的信 息。不用说，适当编程的电子估算单元将被设置用于确定这些和其他的光 束参数，如果需要，其估算和解释已经由图像传感器提供并在存储器中缓 冲的电学图像信号。