[发明专利]一种激光线可调的激光发射装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种激光线可调的激光发射装置及控制方法，包括：激光束发射器、可变形液态透镜、圆柱形透镜、电控可变焦透镜、分光镜、图像传感器以及工控机，激光束发射器产生激光，激光依次通过可变形液态透镜、圆柱形透镜以及电控可变焦透镜后到达分光镜，经过分光镜分光后，其中一束穿过光学玻璃在目标物表面成像，另一束到达图像传感器，图像传感器拍摄激光线在目标物表面的成像情况，并将图像数据发送给工控机，工控机输出用于控制可变形液态透镜和电动可变焦透镜的控制信号。本发明可以对激光线的宽度，光强进行调控，解决了传统三维激光扫描技术中，随着扫描距离的增加，激光线宽度过大的问题，拓宽了三维激光扫描技术的应用范围。

技术领域

本发明涉及激光扫描及自适应光学领域，尤其涉及一种激光线可调的激光发射装置及控制方法。

背景技术

自适应光学技术用于补偿光传输过程中的波前畸变，其核心器件是变形镜，用于产生与波前畸变相对应的波面。自适应光学系统通常用波前传感器获取波前特征，通过闭环控制算法计算得到变形镜的控制信号，从而实现实时的畸变补偿。

由于波前传感器成本较高，针对某些特定应用场合，可以使用图像传感器代替波前传感器，以图像特征如清晰度等作为目标函数，进行迭代优化计算。近年来，无波前传感器的自适应光学系统广泛应用于生物显微等领域，相关算法也已经发展成熟。

三维激光扫描技术使用激光线扫描物体表面，使用重建算法得到物体表面模型。常用的激光扫描技术中，由于激光线聚焦位置固定，对于不同扫描距离的激光线宽度不一致，尤其距离较远时，激光线宽度过大，算法难以运行。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种激光线可调的激光发射装置及控制方法，以解决现有激光线宽度不可调的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种激光线可调的激光发射装置，包括：激光束发射器、可变形液态透镜、圆柱形透镜、电控可变焦透镜、分光镜、图像传感器以及工控机，其中，所述激光束发射器产生激光，所述激光依次通过可变形液态透镜、圆柱形透镜以及电控可变焦透镜后到达分光镜，经过分光镜分光后，其中一束穿过光学玻璃在目标物表面成像，另一束到达所述图像传感器，所述的图像传感器拍摄激光线在目标物表面的成像情况，并将图像数据发送给所述工控机，所述工控机输出用于控制所述可变形液态透镜和所述电动可变焦透镜的控制信号。

进一步地，所述的激光束发射器包括激光器与激光准直器，所述激光束发射器发射的激光为平行光且激光束直径小于可变形液态透镜的通光孔径。

进一步地，所述的可变形液态透镜包括两片圆形镜片及沿圆形镜片圆周环绕的多个执行器，所述两片镜片之间有透明的矿物油填充。

进一步地，所述执行器通过积压两片镜片产生形变，改变通过可变形液态透镜的光束在与光束垂直方向上不同位置的光程，从而控制光束的波前特性。

进一步地，所述执行器与工控机之间通过驱动器相连，所述驱动器将工控机的控制信号转化为施加在执行器上的电压。

进一步地，所述圆柱形透镜的焦距为F₁，用于将入射的直径为D的激光束转化为沿y方向聚焦、x方向延伸以及z方向传播的输出激光线，所述输出激光线的最大宽度w_max由以下公式计算：

进一步地，所述的电控可变焦透镜的焦距为一变量F₂，所述电控可变焦透镜与所述圆柱形透镜组成的透镜系统，透镜系统的焦距F由以下公式计算：

其中，d为所述电控可变焦透镜与所述圆柱形透镜之间的距离，当所述目标物表面位于距电控可变焦透镜F的成像面时，激光线的宽度最小。