本文CINOGY光束質(zhì)量分析儀—角度響應(yīng)校準(zhǔn)：應(yīng)用于大角度發(fā)散角的激光光束測(cè)量介紹了光束質(zhì)量分析儀測(cè)量光斑發(fā)散角時(shí)玻孟，相機(jī)及濾波器對(duì)于角度響應(yīng)的影響，以及我們?nèi)绾螌?duì)其進(jìn)行角度校準(zhǔn)鳍征。CINOGY官方提供了一種傳感器表面涂層可以減少相機(jī)對(duì)光斑的角度響應(yīng)黍翎。
Cinogy光束質(zhì)量分析儀—角度響應(yīng)校準(zhǔn)：應(yīng)用于大角度發(fā)散角的激光光束測(cè)量
1.1 應(yīng)用范圍
有不同種類的應(yīng)用需要考慮角度響應(yīng)。這些應(yīng)用大多使用(非常)發(fā)散的光束碰酝。在這種情況下，我們?cè)谝环鶊D像中有連續(xù)的入射角范圍眶蕉。照相機(jī)的靈敏度取決于激光束的入射角，這是由過(guò)濾器和傳感器造成的造挽。
這里碱璃，我們將只考慮吸收濾波器。如果光束沒(méi)有垂直入射到濾光器上饭入，則通過(guò)濾光器的路徑較長(zhǎng)嵌器。較長(zhǎng)的路徑導(dǎo)致較強(qiáng)的吸收谐丢，因此相機(jī)(濾光片和傳感器)的響應(yīng)較低爽航。與過(guò)濾器相關(guān)的效果是各向同性的。但是乾忱，如果濾光器相對(duì)于傳感器傾斜(取決于相機(jī)型號(hào))，則會(huì)在濾光器傾斜的方向上產(chǎn)生各向異性窄瘟。
入射角αin的線性透射可以用數(shù)學(xué)方法描述衷佃，如果透射指數(shù)為垂直光束T0和折射率n已知。
因?yàn)閷?duì)吸收性濾光片來(lái)說(shuō)蹄葱，T0與波長(zhǎng)有很大的線性關(guān)系氏义，與入射角度有關(guān)的相對(duì)透射率Trel也與波長(zhǎng)密切相關(guān)。
角度響應(yīng)取決于傳感器技術(shù)惯悠、傳感器類型竣况、波長(zhǎng)和微透鏡克婶。通常它不是各向同性的。
圖1:KAI-16070對(duì)單色光(未知波長(zhǎng))的角度線性靈敏度鸠补。參考:KAI-16070的 數(shù)據(jù)表
圖2 CMX4000白光的角度線性靈敏度
如這些示例所示萝风，對(duì)于不同類型的傳感器，角度響應(yīng)可能完全不同。因?yàn)檫@種效應(yīng)還 取決于波長(zhǎng)和單個(gè)傳感器(每個(gè)傳感器表現(xiàn)出稍微不同的行為)睬塌，取決于波長(zhǎng)的校準(zhǔn)是必要的泉蝌。兩個(gè)傳感器都顯示出各向異性。為了考慮校準(zhǔn)中的各向異性揩晴，需要比僅在x和y方向上更復(fù)雜的測(cè)量勋陪。
2 涂層
通過(guò)一種特殊的涂層，我們可以消除(主要是抑制)傳感器本身的角度產(chǎn)生硫兰。剩余的影響角度的靈敏度是由濾波器引起的。這產(chǎn)生了以下
主要優(yōu)點(diǎn):
1）剩余的角度響應(yīng)是各向同性的劫映，這意味著它不再取決于入射角的方位角违孝。
2）剩下的角度響應(yīng)的校正系數(shù)更小，因此更不容易出錯(cuò)泳赋。
下面的圖表顯示了CinCam cmos Nano 1.001在940nm下的兩個(gè)角度響應(yīng)測(cè)量值，前面有CMV4000傳感器和OD8吸收濾光片祖今。
第一張圖表中的攝像機(jī)采用默認(rèn)設(shè)置，沒(méi)有特殊涂層千诬。
圖3:CMV 4000傳感器在x(藍(lán)色)和y(橙色)方向的角度響應(yīng)耍目，前面有OD8吸收濾光片，在940nm處測(cè)量徐绑。上半部分顯示相對(duì)角度響應(yīng)邪驮，下半部分顯示測(cè)量點(diǎn)和最佳擬合曲線之間的相對(duì)偏差。
第二張圖中的相機(jī)是用特殊涂層制作的耕捞。
圖4:CMV 4000傳感器在x(藍(lán)色)和y(橙色)方向的角度響應(yīng)，該傳感器具有特殊涂層烫幕，前面有OD8吸收濾光片俺抽，在940納米處測(cè)量。上半部分顯示相對(duì)角度響應(yīng)较曼，下半部分顯示測(cè)量點(diǎn)和最佳擬合曲線之間的相對(duì)偏差磷斧。
這里，角度響應(yīng)是各向同性的弛饭、平滑的冕末，對(duì)于大角度，下降效應(yīng)不太明顯档桃。CinCam CMOS Nano Plus-X針對(duì)傳感器和外殼正面之間的極短距離進(jìn)行了優(yōu)化。這使得入射角度高達(dá)65°時(shí)的角度響應(yīng)測(cè)量成為可能藻肄。
3 角度響應(yīng)的擬合函數(shù)
擬合函數(shù)是Zernike2多項(xiàng)式，其中入射角的正弦用于半徑拒担。這些多項(xiàng)式為入射角的任意方向提供了x和y方向的簡(jiǎn)單插值嘹屯。用這種方法，我們可以用少量的系數(shù)描述高達(dá)±60度的測(cè)量結(jié)果从撼。
4 均勻性
由于生產(chǎn)原因，涂層并不在任何地方都具有完全相同的厚度低零。這導(dǎo)致照相機(jī)靈敏度的不均勻性增加婆翔。這個(gè)缺點(diǎn)通過(guò)進(jìn)一步的均勻性校準(zhǔn)來(lái)補(bǔ)償。
圖5:940納米無(wú)涂層傳感器(紫色)和均勻性校準(zhǔn)后(綠色)的相對(duì)靈敏度毁兆。
5 精度
整體精度取決于以下幾點(diǎn):
1）擬合精度浙滤。
2）角度響應(yīng)的各向同性气堕。
3）垂直光束位置(x纺腊，y)的精度。
4）頂點(diǎn)到傳感器的光學(xué)距離的精度(z)茎芭。
5）最大角度下的角度響應(yīng)下降。
通過(guò)特殊的涂層梅桩，我們可以提高擬合精度和角響應(yīng)的各向同性壹粟。此外，大角度靈敏度的相對(duì)下降要弱得多宿百。
6 RayCi中的校正要求
為了根據(jù)角度響應(yīng)校正圖像數(shù)據(jù)，必須滿足以下要求：
1）角度響應(yīng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)必須可用于每個(gè)波長(zhǎng)垦页。該數(shù)據(jù)由最佳擬合的Zernike多項(xiàng)式系數(shù)組成。
2）為了生成從每個(gè)像素到相應(yīng)入射角的映射痊焊，必須知道光束垂直的x和y傳感器位置盏袄。
3）需要傳感器和激光焦點(diǎn)位置之間的光學(xué)距離忿峻。
4）CINOGY Technologies提供外殼和傳感器之間的光學(xué)距離作為額外的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
5）外殼和焦點(diǎn)之間的距離必須由用戶提供辕羽。
6）軟件版本必須是RayCi 2.5.7或更高版本逛尚。
昊量光電提供的德國(guó)Cinogy公司生產(chǎn)的大口徑光束分析儀，相機(jī)采用CMOS傳感器绰寞，其中大口徑的CMOS相機(jī)可達(dá)30mm，像素達(dá)到驚人的19Mpixel酌毡。是各種大光斑激光器克握、線形激光器光束、發(fā)散角較大的遠(yuǎn)場(chǎng)激光測(cè)量的必不可少的工具枷踏。此外CinCam大口徑光束分析儀通用的C/F-Mount 接口設(shè)計(jì)，使外加衰減片掰曾、擴(kuò)束鏡、紫外轉(zhuǎn)換裝置旷坦、紅外轉(zhuǎn)換裝置更為方便掏熬。超過(guò)24mm通光孔徑的大口徑光束分析儀CinCam CMOS-3501和CinCam CMOS-3502更是標(biāo)配功能齊全的RayCi-Standard/Pro分析軟件秒梅，該軟件可用于光束實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 旗芬、測(cè)量激光光斑尺寸 、質(zhì)心位置捆蜀、橢圓度、相對(duì)功率測(cè)量（歸一化數(shù)據(jù)）辆它、二維/三維能量分布（光強(qiáng)分布） 誊薄、光束指向穩(wěn)定性（質(zhì)心抖動(dòng)） 、功率穩(wěn)定性 （繪制功率波動(dòng)曲線）锰茉、發(fā)散角測(cè)量等 呢蔫，支持測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)出 ，測(cè)試報(bào)告PDF格式文檔導(dǎo)出等片吊。
主要特點(diǎn)：
1协屡、芯片尺寸大俏脊，可達(dá)36mm
2鸳碧、精度高，單像元尺寸可達(dá)4.6um
3率翅、支持C/C++, C#, Labview, Java語(yǔ)言等多種語(yǔ)言二次開發(fā)
主要技術(shù)指標(biāo)：
RT option:
CMOS/ccd-xxx-RT：響應(yīng)波長(zhǎng)范圍：320~1150nm
UV option:
CMOS/CCD-xxx-UV：響應(yīng)波長(zhǎng)范圍：150nm~1150nm
CMOS/CCD-xxx-OM：響應(yīng)波長(zhǎng)范圍：240nm~1150nm
IR option:
CMOS-xxx-IR：響應(yīng)波長(zhǎng)范圍：400~1150nm + 1470nm~1605nm
如需了解更多有關(guān)CINOGY激光光束質(zhì)量分析儀的產(chǎn)品信息，可參考官網(wǎng)鏈接：
http://www.wjjzl.com/three-level-44.html
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我們的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)可以為國(guó)內(nèi)前沿科研與工業(yè)領(lǐng)域提供完整的設(shè)備安裝，培訓(xùn)栋豫，硬件開發(fā)，軟件開發(fā)丧鸯，系統(tǒng)集成等優(yōu)質(zhì)服務(wù)蛤铜，助力中國(guó)智造與中國(guó)創(chuàng)造! 為客戶提供適合的產(chǎn)品和提供完善的服務(wù)是我們始終秉承的理念！
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