1.本发明属于光学领域，尤其涉及到一种激光器焦距的检测装置及检测方法。
背景技术：2.在激光成像领域里，激光器的焦距是重要的参数，焦距的准确性极大的影响曝光质量，因此，准确测量激光器的焦距显得尤为重要。参考图1和图2，目前，一种测量激光器的焦距的方法是：先点亮激光器1的光源模块10(光源模块10优先为激光二极管或者激光三极管，本技术中，认为光源模块10发出的光源为点光源)。光源模块10发出的4条光线(示例性的画4条)12,13,14和15经过成像透镜11透射后，错误的认为在图2中的b处聚焦，因此像距v为成像透镜11的光心o2到像点b之间的距离。由于光源模块10的中心o到成像透镜11的光心o2的物距u为定值，根据透镜成像公式1/f＝1/v+1/u，求得成像透镜11的焦距f。
3.然而，用这样的方法计算出来的成像透镜11的焦距f并不准确，这是因为像距v的测量是错误的。参考图2，实际上，光源模块10发出的4条光线12,13,14和15经过成像透镜11透射后，不会汇聚到b点，而是在图2所示的较窄处形成光束直径先逐渐变细然后又逐渐变粗的束腰形圆柱形状。束腰形圆柱形状具体表现为：定义图2中处于最外面的光线12，15在上下最宽处h1i1的直径为фc,在向右的稍窄处h2i2的直径为фd,在最窄处h3i3的直径为фe,由于所有的光线不可能在b处汇聚，因此фe不等于0。由于束腰形圆柱形光束的直径是渐变的，因此фc＞фd＞фe，但фc，фd，фe的值彼此相差很小。图4中，在测量像距v时，h1i1到成像透镜11的光心o2的距离v1与h4i4到成像透镜11的光心o2的距离v2之间的任何一个值都可能被作为像距v，因此根据透镜成像公式1/f＝1/v+1/u求得成像透镜11的焦距f是不准确的。也就是说，摄像模块2在测量h1i1到h4i4之间的光斑直径时，光斑直径变化非常小，很难找到最小值фe，所以导致像距v测不准确。
技术实现要素：4.本发明提供了一种激光器焦距的检测装置及检测方法，其目的在于解决激光器的焦距计算不准确的问题。
5.本发明的方案如下：
6.一种激光器焦距的检测装置，激光器包括至少一块成像透镜和位于成像透镜的主光轴一侧的光源模块，检测装置包括和光源模块相对设置的摄像模块，摄像模块在主光轴上来回平移并对处于熄灭状态的光源模块拍照，直到摄像模块拍摄到的光源模块的图像最清晰时停止；记录摄像模块到成像透镜的距离v以及光源模块到成像透镜的距离u,定义成像透镜的焦距为f,根据透镜成像公式1/f＝1/v+1/u，求得激光器的成像透镜的焦距f。
7.进一步地，摄像模块设置在一滑块上，滑块位于一滑槽内，滑块和一控制模块连接，控制模块控制滑块连同摄像模块在滑槽内沿着主光轴滑动。
8.进一步地，摄像模块的中心、光源模块的中心和成像透镜的光心等高。
9.进一步地，摄像模块为ccd相机。
10.进一步地，控制模块为伺服电机。
11.进一步地，在摄像模块的周侧还设置有若干led灯珠，若干led灯珠发出的环形照明光用于为摄像模块拍摄光源模块时提供照明光。
12.本发明还公开了一种激光器焦距的检测方法，包括如下步骤：
13.步骤1：设置激光器和摄像模块，激光器包括光源模块和至少一块成像透镜，光源模块和摄像模块分别设置成像透镜两侧的主光轴上；
14.步骤2：摄像模块经控制在主光轴上前后移动并对处于熄灭状态的光源模块拍照，直到摄像模块拍摄到的光源模块的图像最清晰时停止移动；
15.步骤3：记录摄像模块到成像透镜的距离为v，定义光源模块到成像透镜的距离为u,定义成像透镜的焦距为f,根据透镜成像公式1/f＝1/v+1/u，求得激光器的成像透镜的焦距f。
16.进一步地，摄像模块经控制在主光轴上前后平移是通过连接在摄像模块上的一控制模块控制实现的。
17.进一步地，在摄像模块的周侧还设置有若干led灯珠，若干led灯珠发出的环形照明光用于为摄像模块拍摄光源模块时提供照明光。
18.进一步地，摄像模块为ccd相机。
19.本发明的有益技术效果：利用本检测装置和检测方法，由于激光器的光源模块处于熄灭状态，将光源模块处理成点光源而不是激光光源，点光源发出的光经成像透镜透射后汇聚焦到某一点，当摄像模块拍摄到的未点亮的光源模块的图像最清晰时，摄像模块就处在光轴的这一点上。这种情况下得到的摄像模块到成像透镜的像距v是准确的，因此根据透镜成像公式1/f＝1/v+1/u求得成像透镜的焦距f也是准确的。
附图说明
20.图1为激光器1的光源模块10点亮时发出的激光光源经过成像透镜11透射后无法汇聚到b点而是在汇聚处形成束腰形圆柱形状的光路图；
21.图2为图1的a处放大图；
22.图3为本发明的装置示意图；
23.图4为光源模块10未点亮时经成像透镜11透射后在b点处聚焦的光路示意图；
24.图5为图3中滑块21在滑槽22中安装的纵向剖视图；
25.图6为激光器1的光源模块10未点亮时发出的光经成像透镜11透射后在摄像模块2聚焦及摄像模块2提供的同轴光反向照亮光源模块10的光路图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或光源模块必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述区别，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个光源模块内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.参考图3，图3公开了一种激光器焦距的检测装置。本激光器焦距的检测装置包括摄像模块2。激光器1包括光源模块10和至少一个成像透镜11。光源模块10和摄像模块2分别位于成像透镜11两侧的主光轴oo1上。图3中，摄像模块2的中心设置在主光轴oo1上，摄像模块2可以沿着主光轴oo1前后来回移动。可以理解的是，所述摄像模块的中心、所述光源模块的中心和所述成像透镜的光心等高。
29.当需要计算激光器1的成像透镜11的焦距f时，光源模块10不用点亮，让摄像模块2沿着主光轴oo1前后来回移动拍摄光源模块10的图像。刚开始时，由于摄像模块2在主光轴oo1上的位置没有调整好，摄像模块2拍摄到的光源模块10的图像不是最清晰的，此时摄像模块2需要沿主光轴oo1前后来回移动调节，直到摄像模块2拍摄到的光源模块10的图像最清晰为止。可以理解的是，摄像模块2拍摄到的光源模块10的图像最清晰时，摄像模块2所处的位置在图4的b点。当将光源模块10视为一个点光源时，光源模块10通过成像透镜11所成的像汇聚到b点。即：假设在光源模块10所在的位置设置一个点光源(不是激光光源，本技术中，将不发光的光源模块10处理成点光源)，则该点光源发出的光通过成像透镜11后在b点聚焦成像。点光源发出的所有光线经过成像透镜11透射后的汇聚点为b点。若光源模块10工作时发出的若干激光经过成像透镜11透射后形成束腰形圆柱形状却不会在b点聚焦(见图2)，导致在hii1和h4i4之间的光轴上的光斑直径大小变化非常微小，由于光斑直径大小变化非常微小，故在v1和v2之间的主光轴oo1上的任何一点都可能被视为汇聚的焦点b而导致无法准确的计算出像距v，即图2中的v1和v2之间的任何一个值都可能被当成像距v，这种计算方法是不正确的。
30.本技术中，由于未经点亮的光源模块10发出的所有光线经过成像透镜11透射后的汇聚点b点是确定的，所以v也是唯一确定的。当摄像模块2在b点时，摄像模块2拍摄到的未点亮的光源模块10的图像是最清晰的。此时，记录摄像模块2到成像透镜11的距离v，另外由于激光器1上的光源模块10到成像透镜11的物距u是定值，根据透镜成像公式1/f＝1/v+1/u，就能准确求得激光器1的成像透镜11的焦距f。需要说明的是，焦距f也是激光器的焦距。
31.利用本装置，只需要摄像模块拍摄到未点亮时的光源模块10的最清晰的图像，测量出摄像模块2到成像透镜11之间的像距v，就能算出激光器的焦距f。由于利用此装置能准确的计算出像距v,因此提高了激光器的焦距f计算的准确性。
32.需要说明的是，本技术中，摄像模块2到成像透镜11之间的距离视为摄像模块2拍摄到的光源模块10的最清晰时的图像到成像透镜11之间的像距v，见图4。摄像模块2到成像透镜11之间的距离即汇聚点b到成像透镜11的光心o2的距离。
33.进一步地，参考图3和图5，本发明所说的检测装置还包括滑块21和滑槽22。摄像模块2设置在滑块21上，滑块21位于滑槽22内。将图3所示的摄像模块2设置在滑块21上，滑块
21可以在滑槽22内前后顺畅滑动。当然也可以在滑块21的下端设置滚轮(未图示)，以使得滑块21同样可以在滑槽22内前后水平移动。滑块21和一控制模块4连接，控制模块4控制摄像模块2连同滑块21在滑槽22内沿着主光轴oo1滑动。由于摄像模块2的移动的位移很小，需要微调才能实现，因此控制模块4通过对摄像模块2的精密微调，以使得摄像模块2拍摄到的光源模块10的图像在最清晰时，摄像模块2到成像透镜11之间的距离v才是准确的。
34.作为其中的一个实施方式，控制模块4优选为伺服电机，因为伺服电机的精度控制较步进电机的精度控制更高，更适合对行程较小但位移精度要求较高的摄像模块2的精密控制。
35.参考图6，作为本发明的进一步改进，本技术中的检测装置还包括环形设置在摄像模块2周侧上的若干led灯珠3。若干led灯珠3环形均布在摄像模块2上，当若干led灯珠3同时发光时，若干led灯珠3水平射出环形水光束，照亮内置在激光器1中的光源模块10，以方便摄像模块2拍摄光源模块10。
36.作为其中的优选，本技术中的摄像模块优选为ccd相机。ccd，英文全称:chargecoupleddevice，中文全称:电荷耦合光源模块，可以称为ccd图像传感器。ccd是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。摄像模块也可以选为cmos相机。cmos是complementarymetaloxide semiconductor(互补金属氧化物半导体)的缩写。cmos相机的成本相对ccd低很多，同时cmos芯片能将图像信号放大器、信号读取电路、a/d转换电路、图像信号处理器及控制器等集成到一块芯片上，只需一块芯片就可以实现相机的所有基本功能，集成度很高。cmos有多个电荷-电压转换器和行列开关控制，读出速度快很多，目前大部分500fps以上的高速相机都是cmos相机。此外cmos的地址选通开关可以随机采样，实现子窗口输出，在仅输出子窗口图像时可以获得更高的速度。
37.本发明还公开了一种激光器焦距的检测方法，包括如下步骤：
38.步骤1：设置激光器和摄像模块，激光器包括光源模块和至少一块成像透镜，光源模块和摄像模块分别设置成像透镜两侧的主光轴上；
39.步骤2：摄像模块经控制在主光轴上前后移动并对处于熄灭状态的光源模块拍照，直到摄像模块拍摄到的光源模块的图像最清晰时停止移动；
40.步骤3：记录摄像模块到成像透镜的距离为v，定义光源模块到成像透镜的距离为u,定义成像透镜的焦距为f,根据透镜成像公式1/f＝1/v+1/u，求得激光器的成像透镜的焦距f。
41.参考图3，步骤2中，摄像模块2在控制模块4的控制下，沿着主光轴oo1前后平移，摄像模块2拍摄到的光源模块10的图像在由模糊到清晰的不断变化，直到该图像处于最清晰时停止平移摄像模块2。
42.步骤3中，当摄像模块2拍摄到的激光器1的光源模块10的图像最清晰时，记录成像透镜到摄像模块的距离v，定义成像透镜到光源模块的距离u，根据公式1/f＝1/v+1/u，求得激光器的成像透镜的焦距f。
43.由于本方法不需要点亮激光器，只需要用摄像装置拍摄出光源模块的最清晰图形，准确求出摄像装置到成像透镜之间的像距v,所以通过本方法能精确的计算出激光器的焦距f。
44.最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种激光器焦距的检测装置，其特征在于，所述激光器包括至少一块成像透镜和位于所述成像透镜的主光轴一侧的光源模块，所述检测装置包括和所述光源模块相对设置的摄像模块，所述摄像模块在所述主光轴上来回平移并对处于熄灭状态的所述光源模块拍照，直到所述摄像模块拍摄到的所述光源模块的图像最清晰时停止；记录所述摄像模块到所述成像透镜的距离v以及所述光源模块到所述成像透镜的距离u,定义所述成像透镜的焦距为f,根据透镜成像公式1/f＝1/v+1/u，求得所述激光器的成像透镜的焦距f。2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述摄像模块设置在一滑块上，所述滑块位于一滑槽内，所述滑块和一控制模块连接，所述控制模块控制所述滑块连同所述摄像模块在所述滑槽内沿着所述主光轴滑动。3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述摄像模块的中心、所述光源模块的中心和所述成像透镜的光心等高。4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述摄像模块为ccd相机。5.如权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述控制模块为伺服电机。6.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，在所述摄像模块的周侧还环形均布有若干led灯珠，所述若干led灯珠发出的环形照明光用于为所述摄像模块拍摄所述光源模块提供照明光。7.一种激光器焦距的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：设置激光器和摄像模块，所述激光器包括光源模块和至少一块成像透镜，所述光源模块和所述摄像模块分别设置所述成像透镜两侧的主光轴上；步骤2：所述摄像模块经控制在所述主光轴上前后移动并对处于熄灭状态的所述光源模块拍照，直到所述摄像模块拍摄到的所述光源模块的图像最清晰时停止移动；步骤3：记录所述摄像模块到所述成像透镜的距离为v，定义所述光源模块到所述成像透镜的距离为u,定义所述成像透镜的焦距为f,根据透镜成像公式1/f＝1/v+1/u，求得所述激光器的成像透镜的焦距f。8.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述摄像模块经控制在所述主光轴上前后平移是通过连接在所述摄像模块上的一控制模块控制实现的。9.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，在所述摄像模块的周侧还设置有若干led灯珠，所述若干led灯珠发出的环形照明光用于为所述摄像模块拍摄所述光源模块时提供照明光。10.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述摄像模块为ccd相机。
技术总结本发明公开了一种激光器焦距的检测装置及检测方法，激光器包括至少一块成像透镜和位于成像透镜的主光轴一侧的光源模块，检测装置包括和光源模块相对设置的摄像模块，摄像模块在主光轴上来回平移并对处于熄灭状态的光源模块拍照，直到摄像模块拍摄到的光源模块的图像最清晰时停止；记录摄像模块到成像透镜的距离v以及光源模块到成像透镜的距离u,定义成像透镜的焦距为f,根据透镜成像公式1/f＝1/v+1/u，求得激光器的成像透镜的焦距f。本装置和方法，提高了激光器的焦距f计算的准确性。提高了激光器的焦距f计算的准确性。提高了激光器的焦距f计算的准确性。
技术研发人员：陈乃奇 张向非 丘明基
受保护的技术使用者：深圳市先地图像科技有限公司
技术研发日：2022.05.09
技术公布日：2022/7/5
