[发明专利]测量快速光学事件的方法以及根据这种方法进行测量的装置

说明书

本发明属于光学领域，它涉及一种测量快速光学事件的方法，并提供一种用于例如校准、检验仪器的装置，尤其适合于激光测距仪，它可以测量出瞬间光作用的强度以及落在一个被测面上的能量分布。

正如人们所知道的，文献EP-0048015曾描述过对于激光测距系统进行校准和检验的一种设备，借助该设备可以解决对于一些有重要意义的光轴的精密检测和调整的问题，即利用一种紧凑的结构实现对于激光发射器和激光接收器光轴相互平行性的精确校正，并使它们成为一个光学基准轴，该文提出的方法还避开了对于间隙的测量。其中那个紧凑的结构主要包括：一个检验准直光管、一个光学适配器以及一套机械连接件，它们耦合连接组成激光测距系统一侧的一个检测装置。不言而喻，光轴的平行性对于（激光测距系统的）测量工作来说是十分关键的。在这里这个问题是采用人们已熟知的方式来解决的：其中检测装置的准直光管是完全可以自准直的，起着缩短光程作用的光学适配器的对正也是可以调整的，检测头和光学适配器对正安装在一个公共支撑结构上，这个支撑结构直接装在激光测距系统的一侧，或者激光测距系统紧挨着检测装置镶在支撑结构上。因而整个结构都是很紧凑的，并且可以自如地进行校准调整。

检测头与光学适配器二者可以相对调整对正，并且它们相对支撑板的关系也仍然可以调整，而支撑板相对于激光测距仪又是可以自由移动调整的，利用检测头瞄准对正经由光学适配器进入的光束，一方面能够检验激光发射器和接收器的光轴，另一方面还能够检测出一些重要的系统参数。这些系统参数包括诸如射束发散度、射束远场、射束近场、射束功率、强度、测距精度、系统灵敏度等等，这些参数借助耦合连接在一起的检测头和光学适配器都能够被探测读出。

迄今使用诸如透射式刻度分划板一类的机构，对于以持续光作为工作光源的光轴的测量校正来说，还没有什么问题，不过对于一些瞬时现象的检测仍然存在着困难。当测量1000米甚至更远的距离时，需要一个较高的激光功率，这时不再可能维持一种持续的操作。于是从事测量的激光一般就采用断续的工作方式，也就是说其工作是短时的瞬间的。这种短时过程被称作为激光射击，其持续时间仅几毫微秒。为了忽略不计激光功率的损耗减少，当测量系统参数时，必须以相应于操作实际情况的方式获取激光的全部功率，就是说检测时也要以激光的形式工作。

针对这类短时间瞬息闪现现象提出一种对其进行精确检测和评价的可行方案，就是本发明的目的。其具体任务是，对短时间的光学作用-在本文中所涉及到的是闪动的激光，提出一种精确检测其强度、发散度和能量分布的方法，并且提出实现这种方法的一种装置。本发明提出的方法和装置可以实际应用于人们所熟悉的各类检测系统上，至少可以应用它作为校正、检测光轴的一个系统。文中谈到的闪现的光，其光谱范围可以是可见光和/或不可见光，虽然在文中仅是以闪动的激光即激光射击为例，但它仅限于发自激光测距系统，这个例子的意义仅仅在于它属于这类应用中的一种。

这个任务的解决体现在文后有突出标记的那部分，即有关方法的独立权力要求以及有关装置的独立权利要求中。

本发明提出的方法基本内容是：从瞬间光学事件的光路中分离出一部分能量，用以获得光斑强度分布截线图，对于光斑上的能量密度是沿着两个描述方向或称两个空间方向（必须是与光子射入方向正交的两个方向）上测取信号并将其数字化即量化，同时对同一光学事件的另一部分能量进行光功率的探测，这时被探测的各部分光必须隶属同一光学事件。

然后将每个数字化即量化了的光强比值存贮起来，并使它们与存贮着的整个光斑上的总能量值建立联系。基于这些信息，就能描绘出投在一个平面上的光分布状况，从而建立起所要求的强度分布截线图，实际上这个强度分布截线图就是瞬时光学事件投射到被测面上的能量分布图。

当我们在这里讨论检测落在某一确定的被测平面中心点上的能量分布并以激光为讨论对象时，应该再强调一下，本发明不仅适用于平行光束，而且也适用于近似平行（如椭球形）的光束，还适用于经过会聚的光束或其他具有能量的射线束。

众所周知，单频激光只有一个很小的发散角。也就是说，激光的发散很小，人们是根据闪电般落在一个很小面积上的激光斑点即所谓激光点的视亮度分布来评判该激光束的光学性能的。另外，人们也知道，评判视亮度要借助一个参照基准，例如将一个光斑投射到一个亮度可变的视场中，然后改变视场亮度直到刚好能分辨出光斑的闪动为止。这样人们就得到一个比较出来的结果，当然这离不开人眼的参与和帮助。这类光学比较仪是早就有的，其中一个典型的代表就是比亮计。