多光束光斑分析仪在3D感应系统,面部识别方面的应用
作者:管理员    发布于:2020-06-11 14:38:44    文字:【】【】【
摘要: 多光束轮廓仪的原理是把一个光斑分析仪通过划分区域的方式变成多个独立的光束轮廓仪,每个轮廓仪分析一个光束,同时对所有光束均进行平行分析,测量包括光束之间的距离,相对亮度,轮廓和长期稳定性在内的各个参数。

 

普通光束分析仪一般情况下一次只能测量一个光束。然而,最近随着新技术的发展对光斑分析仪提出了更高的要求。例如激光二极管的市场不断扩大,像手势识别,自动驾驶,高性能激光器等许多新兴应用都是基于多光束并行发射的概念,并行发射的实现则需要由很多个激光器组成,并都从一个晶片发射出来。例如苹果的新款手机iPhone10,其发射了约30,000个光束点并将其投影到用户的脸部,而反射的信息被接收后再重建3D脸部特征以进行识别。另一个例子是垂直表面发射激光器VCSEL系列,由于使用功率低,已经迅速成为世界上最先进的技术之一。

目前,这些新技术在光源的光束的均匀性,光束轮廓特性(如平顶或高斯),热稳定性,单芯片输出功率>1 kW / cm 2等性能方面都需要严格评估。对于所有这些应用,不仅要测量阵列的总输出功率,而且还要测量给定芯片上每个VCSEL激光器的相对发射水平和光束分布,这一点是十分重要的。在这个多光束器件行业当中,一个芯片内部可以含有一到两个激光器,还可以将三万多个激光器密集地封装在一个芯片内。

分束器DOE在高功率激光器的分束中表现出非常重要的地位,甚至被行业专家认为是实现工业4.0的关键器件。一台高功率激光器可以分为多束激光,能够并行地执行材料的处理,直接将传统激光器设备的加工效率成倍提高。下图展示了将一个光束分成多个光束的典型案例。

1:高功率硬焊分束器与一分十六光束的分束器

VCSEL阵列技术允许将多个激光器封装在一个芯片上。在这种情况下,VCSEL的输出激光可以按大小进行线性缩放,每一个激光器都是相互独立且特性基本相同的。芯片上的激光器越多,其输出功率就越大,将它们全部连接到同一个电源上会导致它们全部并行发射,要是将它们连接在不同的电源上就可以产生不同的模式。但是,也会有一些负面作用例如温度升高,几何形状不正确和不规则,这些将会导致各种激光以不同的能量和发散来发射。一台好的VCSEL光束分析仪可以并行分析多个不同的信号源,并即时分析比较VCSEL激光的近场和远场的输出。

各种应用对激光测量提出了一个很高要求,以提供一种敏捷,准确的光束测量技术,来同时并行测量几束到几千束的激光光束。每束激光均可进行单独测量分析,以便得到它们之间的相对强弱或相互关联的关系,这些多光束光斑分析仪都应覆盖较宽的光谱范围和较大的功率跨度。

为了应对这一挑战,DUMA开发了一种高分辨率光束轮廓仪Beamon U32.4兆像素,尺寸为11x7mm),用于实时分析平行激光的轮廓。该设计允许根据所要测试的芯片,来灵活地选择要测试的激光数量,从而实现高分辨率光束轮廓的分析。使用快速激光轮廓仪,该技术适用于批量生产和过程检验。为了应对测量大功率激光的挑战,DUMA特制了衰减器和光束采样器,满足各种大功率测试的需求。

 

2:用BeamOn U3大功率光束轮廓仪测试典型高功率VCSEL阵列的2D3D

如图2所示,典型的单芯片激光器阵列应该进行测试,并且与上文所述的各种参数做对比。此外,远场和近场也应该被测试,这可以通过以下方法实现:将聚焦透镜安装到光束轮廓仪上,并在透镜处于无限远位置时进行测量,然后聚焦在芯片的表面上。另外,对于不是快速扩展的光束,通过将光束轮廓仪移动到靠近模具或远离模具的位置来进行。基于高分辨率摄像机的光束轮廓仪进行的典型测量,实际上是通过对探测器进行划分,每个区域测试单一光束,用户可以选择自行划分或通过软件提供的自动最佳划分,来同时进行多光束测量。

这个设置就像是把一个光斑分析仪变成多个独立的光束轮廓仪,每个轮廓仪分析一个光束,其中所有光束均进行平行分析,随后出现的典型测试结果(例如:光束之间的距离,相对亮度,轮廓和长期稳定性)都被收集起来,并进一步分析。

 

3:在窗口中显示每条光束的测试结果,进行3D多光束的重建

如图3所示,多光束光斑分析仪除了可以显示每个激光光束的实时相对亮度之外,用户还可以打开或关闭带有各自编号的结果窗口,以获取每个虚拟光束轮廓仪的详细信息。典型的信息包括光束在三个层次上的尺寸、位置和更多的信息以非图形的方式显示为实时文件。为了获得生动清晰的信息,将多光束轮廓仪记录的所有模具光束进行3D重建,展示了在各条光束和分束效果。

为了进行远场发散的计算,光束轮廓仪应包括一个不失真的透镜系统,该系统的位置恰好距检测器的表面一个焦距,在这种情况下,对于小光束,每个激光器的光束发散度由下式给出:

对于高功率的应用,将会直接就进行测量,应该使用光束采样器,以使大部分功率被引向了光束收集器,而只有一小部分应被引向测量仪器。如果涉及到非常高的功率,则应如图2所示对光束采样器本身进行冷却,通过将压缩空气吹到棱柱形光束采样器上来实现冷却。此外,这种加压冷却将为光束采样器提供防护帘,并主动清除颗粒,进而防止在其表面上堆积,这将适用于并行测量高功率激光束。

高质量、高分辨率的光束轮廓仪可以测试多条并行的激光源或激光束,这种技术在新兴市场上具有一定的潜力。激光雷达,材料加工,医疗应用等应用都将会受益于并行光束分析技术,以获得更好,更精密的相关应用设备和材料。除了以上特点,这些设备还可以大大减少测试时间和提高高通量激光系统的GONO-GO决策。

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