激光功率校准方法及系统

技术领域

本发明涉及激光功率检测的技术领域，特别涉及使用线性回归方法提升校准效率的一种激光功率校准方法及系统。

背景技术

已知，激光(镭射)是一种光源，其发光原理有别于一般可见光源。更详细地说明，一般光源是属于自发放射光(Spontaneous emission)，而激光则为受激放射光(Stimulated emission)。目前，激光的光学器件已成为被广泛地应用在工业制造、光通信、生技医疗、电子娱乐等领域中。必须知道的是，功率过高的激光光束会人类的眼睛造成危害，因此，各项激光产品的功率都有特别规定。举例而言，激光笔的功率介于1mW至5mW之间，DVD播放器的激光读取头的功率介于5mW至10mW之间，高功率激光笔的功率约1W。因此，各种激光产品在出厂前都必须完成功率检测及校正，如此除了可以保证所述激光产品的功能以外，同时亦可确保该激光产品符合法规的标准。

美国专利公开号US2018/0183208A1公开一种用以校准激光产品的系统。依据美国专利公开号US2018/0183208A1的公开内容可知，所述激光产品的校准系统主要包含一激光功率计(Laser power Meter)与后端的一控制与处理装置(例如电脑)。执行激光功率校准时，是先令一激光产品发出一最高功率激光(镭射光)，例如511mW的激光。接着，在激光功率计完成所述最高功率激光的真实光功率数值的测量之后，后端的控制与处理装置便能够判断所述真实光功率数值是否落在一标准范围内。举例而言，若激光产品的真实光功率数值与一参考最高光功率数值之间仅误差±1％，则此激光产品通过校准。

相反地，若激光产品的真实光功率数值超过标准范围，则控制与处理装置会接着控制该激光产品发出一最低功率激光，通常为0mW的激光。在激光功率计完成所述最低功率激光的真实光功率数值的测量后，若所述最低功率激光的真实光功率数值并非为0mW，则后端的控制与处理装置会计算最低功率激光的真实光功率数值与一参考最低光功率数值(亦即，0mW)之间的差距，而后决定激光强度的一增强级距。就现有的激光产品的校准系统而言，其是通过重复上述执行步骤的方式，不断地反复调整激光产品的激光强度，直到激光产品所发出的激光的真实功率数值和参考功率数值之间的误差落在标准范围内。

由上述说明可知，现有技术的激光产品的校准方式并无法有效率地完成激光产品的功率校准程序。有鉴于此，本公开的发明人是极力加以研究发明，而终于研发完成本发明的一种激光功率校准方法及系统，其使用线性回归方法而能够有效率地完成激光产品的功率校准程序。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种激光功率校准方法及系统，其使用线性回归方法而能够有效率地完成激光产品的功率校准程序。在对一激光产品执行功率校准的过程中，本发明是通过对多个参考激光强度数据与多个参考功率数据执行线性回归处理而获得具有R

为实现上述目的，本发明提出所述激光功率校准方法的一实施例，其包括以下步骤：

(1)令一激光产品连续多次发出一激光，且令一光接收单元接收所述激光；

(2)使用一控制与处理装置将该激光产品每一次所发出的该激光的一强度数据和一功率数据记录于一数据存储单元之中；

(3)令该控制与处理装置基于多笔参考功率数据和多笔参考强度数据而产生一参考趋势线，且该参考趋势线的一决定系数(Coefficient ofdetermination)的值为1；

(4)令该控制与处理装置对多笔所述功率数据和多笔所述强度数据执行一第一线性回归处理，获得一第一线性回归图，并于该第一线性回归图加上所述参考趋势线；

(5)令该控制与处理装置基于所述第一线性回归图找出多笔第一功率数据和多个第一强度数据，并对该多笔第一功率数据和该多个第一强度数据执行一第一线性回归处理，获得具有一第一趋势线的一第二线性回归图；其中，各所述第一强度数据与该参考趋势线之间的一第一残差值(Residual)小于一临界值；

(6)令该控制与处理装置基于所述第一线性回归图找出多笔第二功率数据和多个第二强度数据，并对该多笔第二功率数据和该多个第一强度数据执行一第二线性回归处理，获得具有一第二趋势线的一第三线性回归图；其中，各所述第二强度数据与该参考趋势线之间的一第二残差值(Residual)大于所述临界值；以及

(7)令该控制与处理装置基于多笔所述功率数据、多笔所述强度数据、该第一趋势线、以及该第二趋势线而产生一第四线性回归图；其中，该第一趋势线与该第二趋势线合并为一预测趋势线于该第四线性回归图之中。

于前述本发明的激光功率校准方法的实施例中，该控制与处理装置包括：

所述数据存储单元，耦接该控制与处理单元；

一参考趋势线产生单元，耦接该数据存储单元与该控制与处理单元，用以执行该步骤(3)；

一第一趋势线产生单元，耦接该参考趋势线产生单元，用以执行该步骤(4)；

一第二趋势线产生单元，耦接该第一趋势线产生单元，用以执行该步骤(5)；

一第三趋势线产生单元，耦接该第一趋势线产生单元，用以执行该步骤(6)；以及

一趋势线整合单元，耦接该第三趋势线产生单元、该第二趋势线产生单元、和该数据存储单元，用以执行该步骤(7)。

于前述本发明的激光功率校准方法的实施例中，该控制与处理装置可为下列任一者：手持式激光功率检测装置、台式激光功率检测装置、工业电脑、台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、或智能手机。

于前述本发明的激光功率校准方法的实施例中，一激光功率计算单元是整合于该光接收单元或该控制与处理装置之中。

于前述本发明的激光功率校准方法的实施例中，该参考趋势线产生单元、该第一趋势线产生单元、该第二趋势线产生单元、该第三趋势线产生单元、与该趋势线整合单元是通过函式库、变数或运算元的形式而被编辑为至少一应用程序，进而被建立在该控制与处理单元之中。

于前述本发明的激光功率校准方法的实施例中，该控制与处理装置还包括一显示单元、人机界面、与一数据传输单元。

于前述本发明的激光功率校准方法的实施例中，该数据存储单元可为下列任一者：存储芯片、存储卡、或外接式存储装置。

于前述本发明的激光功率校准方法的实施例中，该数据传输单元为一无线数据传输接口(界面)或一有线数据传输接口。

于前述本发明的激光功率校准方法的实施例中，一可拆卸式滤光单元是设于该激光产品与该光接收单元之中，用以对所述激光执行一光学过滤处理。

并且，为实现上述目的，本发明同时提供所述激光功率校准系统的一实施例，其包括：

一光接收单元，用以接收由一激光产品所发射的一激光；以及

一控制与处理装置，电连接该光接收单元，且包括：

一控制与处理单元，电连接该光接收单元，用以控制该激光产品连续多次发出一激光，且通过该光接收单元接收所述激光的多笔测量数据；

一数据存储单元，耦接该控制与处理单元，其中，该控制与处理单元将该激光产品每一次所发出的该激光的一强度数据和一功率数据记录于该数据存储单元之中；

一参考趋势线产生单元，耦接该数据存储单元与该控制与处理单元，用以基于多笔参考功率数据和多笔参考强度数据而产生一参考趋势线，且该参考趋势线的一决定系数(Coefficient of determination)的值为1；

一第一趋势线产生单元，耦接该参考趋势线产生单元，用以对多笔所述功率数据和多笔所述强度数据执行一第一线性回归处理，获得一第一线性回归图，且于该第一线性回归图加上所述参考趋势线；

一第二趋势线产生单元，耦接该第一趋势线产生单元，用以基于所述第一线性回归图找出多笔第一功率数据和多个第一强度数据，并对该多笔第一功率数据和该多个第一强度数据执行一第一线性回归处理，获得具有一第一趋势线的一第二线性回归图；其中，各所述第一功率数据与该参考趋势线之间的一第一残差值(Residual)小于一临界值；

一第三趋势线产生单元，耦接该第一趋势线产生单元，用以基于所述第一线性回归图找出多笔第二功率数据和多个第二强度数据，并对该多笔第二功率数据和该多个第一强度数据执行一第二线性回归处理，获得具有一第二趋势线的一第三线性回归图；其中，各所述第二强度数据与该参考趋势线之间的一第二残差值(Residual)大于所述临界值；以及

一趋势线整合单元，耦接该第三趋势线产生单元、该第二趋势线产生单元、和该数据存储单元，用以基于多笔所述功率数据、多笔所述强度数据、该第一趋势线、以及该第二趋势线而产生一第四线性回归图；其中，该第一趋势线与该第二趋势线合并为一预测趋势线于该第四线性回归图之中。

于前述本发明的激光功率校准系统的实施例中，该控制与处理装置可为下列任一者：手持式激光功率检测装置、台式激光功率检测装置、工业电脑、台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、或智能手机。

于前述本发明的激光功率校准系统的实施例中，一激光功率计算单元是整合于该光接收单元或该控制与处理装置之中。

于前述本发明的激光功率校准系统的实施例中，该参考趋势线产生单元、该第一趋势线产生单元、该第二趋势线产生单元、该第三趋势线产生单元、与该趋势线整合单元是通过函式库、变数或运算元的形式而被编辑为至少一应用程序，进而被建立在该控制与处理单元之中。

于前述本发明的激光功率校准系统的实施例中，该控制与处理装置还包括一显示单元、人机界面、与一数据传输单元。

于前述本发明的激光功率校准系统的实施例中，该数据存储单元可为下列任一者：存储芯片、存储卡、或外接式存储装置。

于前述本发明的激光功率校准系统的实施例中，该数据传输单元为一无线数据传输接口或一有线数据传输接口。

于前述本发明的激光功率校准系统的实施例中，一可拆卸式滤光单元是设于该激光产品与该光接收单元之中，用以对所述激光执行一光学过滤处理。

附图说明

图1显示本发明的一种激光功率校准系统的一立体图。

图2A显示本发明的一种激光功率校准方法的流程图。

图2B显示本发明的激光功率校准方法的流程图。

图3显示一参考线性回归图。

图4显示一第一线性回归图。

图5显示一第二线性回归图。

图6显示一第三线性回归图。

图7显示一第四线性回归图。

图8显示控制与处理装置的内部功能方框图。

图9显示本发明的激光功率校准系统的另一立体图。

附图标记说明：

1 激光功率校准系统

11 光接收单元

12 控制与处理装置

121 控制与处理单元

122 数据存储单元

123 参考趋势线产生单元

124 第一趋势线产生单元

125 第二趋势线产生单元

126 第三趋势线产生单元

127 趋势线整合单元

12T 数据传输单元

12D 显示单元

12H 人机界面

13 可拆卸式滤光单元

2 激光产品

S1-S7 步骤

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种激光功率校准方法及系统，以下将配合附图，详尽说明本发明的优选实施例。

图1显示本发明的一种激光功率校准系统的一立体图，且图2A和图2B显示本发明的一种激光功率校准方法的流程图。特别说明的是，本发明的激光功率校准方法是应用于一控制与处理装置12之中。更详细地说明，该控制与处理装置12为一激光功率检测装置，且本发明的激光功率校准方法主要是运用线性回归方法以提升该激光功率检测装置于一激光产品2的功率校准效率。如图2A所示，本发明的激光功率校准方法于执行流程上是首先执行步骤S1与步骤S2：令一激光产品2连续多次发出一激光，令一光接收单元11接收所述激光，且使用一控制与处理装置12将该激光产品2每一次所发出的该激光的一强度数据和一功率数据记录于一数据存储单元122之中。举例而言，在激光产品2连续发射3000次所述激光之后，该数据存储单元122之中会存储有3000笔强度数据和3000笔功率数据。

继续地，方法流程是执行步骤S3：令该控制与处理装置12基于多笔参考功率数据和多笔参考强度数据而产生一参考趋势线，且该参考趋势线的一决定系数(Coefficientof determination)的值为1。图3显示一参考线性回归图。如图3所示，以多笔所述参考功率数据为横轴且以多笔所述参考强度数据为纵轴即可绘出一数据散布图(Data scatterplot)；进一步地，对多笔所述参考功率数据和多笔所述参考强度数据执行一简单线性回归处理(Simple linear regression)之后，即可获得所述参考趋势线。值得注意的是，该参考趋势线的一决定系数(Coefficient of determination)的值为1，亦即R

完成步骤S3之后，方法流程接着执行步骤S4：令该控制与处理装置12对多笔所述功率数据和多笔所述强度数据执行一第一线性回归处理，获得一第一线性回归图，并于该第一线性回归图加上所述参考趋势线。图4显示一第一线性回归图。如图4所示，以多笔所述功率数据为横轴且以多笔所述强度数据为纵轴同样可以绘出一数据散布图。值得注意的是，所述第一线性回归图之上是示出有前一步骤所获得的R

继续地，如图1与图2B所示，方法流程是执行步骤S5：令该控制与处理装置12基于所述第一线性回归图(亦即，图4)找出多笔第一功率数据和多个第一强度数据，并对该多笔第一功率数据和该多个第一强度数据执行一第一线性回归处理，获得具有一第一趋势线的一第二线性回归图。特别说明的是，各所述第一强度数据与该参考趋势线之间的一第一残差值(Residual)小于一临界值。图5显示一第二线性回归图。简单地说，针对图4的第一线性回归图的数据，本发明是针对与所述参考趋势线之间具有小于临界值(例如:8)的残差值的所述多个强度数据予以挑出，作为所述第一强度数据。接着，如图5所示，以多笔所述第一功率数据为横轴且以多笔所述第一强度数据为纵轴同样可以绘出一数据散布图。值得注意的是，进一步地，对多笔所述第一功率数据和多笔所述第一强度数据执行简单线性回归处理(Simple linear regression)之后，即可获得所述第一趋势线。由图5可发现，所述第一趋势线的决定系数(Coefficient of determination)的值为1，亦即R

于此，必须补充说明的是，依据所述激光产品2的不同种类，所述临界值应该被对应的调整或改变。换句话说，前述说明仅是指出所述临界值可以示范性地为8，并非指称临界值必然为8。继续地，方法流程是执行步骤S6：令该控制与处理装置12基于所述第一线性回归图找出多笔第二功率数据和多个第二强度数据，并对该多笔第二功率数据和该多个第一强度数据执行一第二线性回归处理，获得具有一第二趋势线的一第三线性回归图。特别说明的是，各所述第二强度数据与该参考趋势线之间的一第二残差值(Residual)大于所述临界值。图6显示一第三线性回归图。简单地说，针对图4的第一线性回归图的数据，本发明是针对与所述参考趋势线之间具有大于临界值(例如:8)的残差值的所述多个强度数据予以挑出，作为所述第二强度数据。接着，如图6所示，以多笔所述第二功率数据为横轴且以多笔所述第二强度数据为纵轴同样可以绘出一数据散布图。进一步地，对多笔所述第二功率数据和多笔所述第二强度数据执行简单线性回归处理，即可获得所述第二趋势线。由图6可知，所述第二趋势线的决定系数的值同样为1，亦即R

最终，如图1与图2B所示，方法流程接着执行步骤S7：令该控制与处理装置12基于多笔所述功率数据、多笔所述强度数据、该第一趋势线、以及该第二趋势线而产生一第四线性回归图。简单地说，只要以多笔所述功率数据为横轴且以多笔所述强度数据为纵轴同样可以绘出一数据散布图。进一步地，对多笔所述功率数据和多笔所述强度数据执行简单线性回归处理，即可获得如图7所示的第四线性回归图。值得注意的是，利用该步骤S5所获得的第一趋势线以及利用该步骤S6所获得的第二趋势线是合并为一预测趋势线于该第四线性回归图之中。应可理解的是，图7的第四线性回归图的预测趋势线便可以被应用在提升激光产品2的功率校准效率。

在利用本发明的激光功率校准方法对多种不同的激光产品2(如图1所示)进行功率校准之后，相关实验数据整理于下表(1)之中。表(1)的数据显示，将本发明的激光功率校准方法应用至现有的激光功率校准系统之后，有32.9％的激光产品2在只发射一次激光的情况下即完成其功率校准，有54.3％的激光产品2在只发射两次激光的情况下即完成其功率校准，有11.8％的激光产品2在只发射三次激光的情况下即完成其功率校准，有0.9％的激光产品2在只发射四次激光的情况下即完成其功率校准，且有0.1％的激光产品2在只发射五次激光的情况下即完成其功率校准。更详细地说明，本领域技术人员可通过表(1)的实验数据进一步得知，在只让激光产品2发射三次激光的强况下，本发明的激光功率校准方法可以完成99％的多种不同的激光产品2的测试。换句话说，只有1％的多种不同的激光产品2需要发射四次激光。

表(1)

将本发明的激光功率校准方法应用至现有的激光功率校准系统之后，新式的激光功率校准系统平均只需要花费6.49秒即可完成一激光产品的功率校准程序。相对地，现有的激光功率校准系统则需要花费14.59秒才能够完成一激光产品的功率校准程序。

上述说明是已详述本发明的一种激光功率校准方法，接着下文将继续说明使用本发明的方法的一种激光功率校准系统。如图1所示，使用线性回归方法提升校准效率的一种激光功率校准系统1，其主要包括一光接收单元11以及一控制与处理装置12。其中，该光接收单元11用以接收由一激光产品2所发射的一激光，且该控制与处理装置12电连接该光接收单元11。图8显示该控制与处理装置12的内部功能方框图。依据本发明的设计，所述控制与处理装置12包括一控制与处理单元121，其用以控制激光产品2连续多次发出一激光，进而通过该光接收单元11接收所述激光的多笔测量数据。特别说明的是，在可行的实施例中，一激光功率计算单元可以直接整合在该光接收单元11之中。如此，所述控制与处理单元121便可以直接接收由该光接收单元11所传送的多笔功率数据。在另一可行实施例中，所述激光功率计算单元也可以整合在该控制与处理单元121之中，使得该控制与处理单元121可以将由光接收单元11所传送的多笔测量数据转换成对应的多笔功率数据。

由图8可知，控制与处理装置12还包括：一数据存储单元122、一参考趋势线产生单元123、一第一趋势线产生单元124、一第二趋势线产生单元125、一第三趋势线产生单元126、以及一趋势线整合单元127。其中，该数据存储单元122耦接该控制与处理单元121，使得该控制与处理单元121可将该激光产品2每一次所发出的该激光的一强度数据和一功率数据记录在该数据存储单元122之中。另一方面，该参考趋势线产生单元123耦接该数据存储单元122与该控制与处理单元121。特别说明的是，所述参考趋势线产生单元123被规划设置于该控制与处理装置12之中，用于执行如图2A的方法流程的该步骤S3。亦即，用以基于多笔参考功率数据和多笔参考强度数据而产生一参考趋势线(如图3所示)，且该参考趋势线的一决定系数(Coefficient of determination)的值为R

继续地参阅图8与图1。依据本发明的设计，该第一趋势线产生单元124耦接该参考趋势线产生单元123，用以执行如图2A的方法流程的该步骤S4。亦即，对多笔所述功率数据和多笔所述强度数据执行一第一线性回归处理，获得一第一线性回归图(如图4所示)，且于该第一线性回归图加上所述参考趋势线。再者，该第二趋势线产生单元125耦接该第一趋势线产生单元124，用以执行如图2B的方法流程的该步骤S5。即，所述第二趋势线产生单元125用以基于所述第一线性回归图找出多笔第一功率数据和多个第一强度数据，并对该多笔第一功率数据和该多个第一强度数据执行一第一线性回归处理，获得具有一第一趋势线的一第二线性回归图(如图5所示)；其中，各所述第一功率数据与该参考趋势线之间的一第一残差值(Residual)小于一临界值。再一可行实施例中，该临界值为8。然而，应可知道的是，依据所述激光产品2的不同种类，临界值应该被对应的调整或改变。

如图1与图8所示，该第三趋势线产生单元126耦接该第一趋势线产生单元124，且其用以执行如图2B的方法流程的该步骤S6。即，所述第三趋势线产生单元126用以基于所述第一线性回归图(如图4所示)找出多笔第二功率数据和多个第二强度数据，并对该多笔第二功率数据和该多个第一强度数据执行一第二线性回归处理，获得具有一第二趋势线的一第三线性回归图(如图6所示)。在一实施例中，各所述第二强度数据与该参考趋势线之间的一第二残差值(Residual)大于所述临界值(例如:8)。

另一方面，趋势线整合单元127是耦接该第三趋势线产生单元126、该第二趋势线产生单元125、和该数据存储单元122，且用以执行如图2B所示的步骤S7。换句话说，趋势线整合单元127用于依据多笔所述功率数据、多笔所述强度数据、该第一趋势线、以及该第二趋势线而产生一第四线性回归图(如图7所示)；其中，该第一趋势线与该第二趋势线合并为一预测趋势线于该第四线性回归图之中。

在一实施例中，该参考趋势线产生单元123、该第一趋势线产生单元124、该第二趋势线产生单元125、该第三趋势线产生单元126、与该趋势线整合单元127是通过函式库、变数或运算元的形式而被编辑为至少一应用程序，进而被建立在该控制与处理装置12之中。因此，易于推知的，所述控制与处理装置12不限于是如图1所示的台式激光功率检测装置，其也可以是一手持式激光功率检测装置、一工业电脑、一台式电脑、一笔记本电脑、一平板电脑、或一智能手机。这些电子装置都能够通过信号传输接口而与光接收单元11相互通信，自然也能够自该光接收单元11接收所述激光的多笔测量数据，而后将该多笔测量数据转换成多笔功率数据。

如图1所示，该控制与处理装置12(例如:台式激光功率检测装置)在实际应用中还会还包括一显示单元12D、一人机界面12H、与至少一数据传输单元12T等必备电子单元。这些电子单元的功能皆众所周知，是以不必再行重复说明。另一方面，如图1与图8所示，该数据存储单元122可以是控制与处理装置12内建的存储装置，像是存储芯片或存储卡，也可以是连接至该数据传输单元12T的一外接式存储装置。

图9显示本发明的激光功率校准系统的另一立体图。值得说明的是，在测量单色光的激光产品2时，可以将一可拆卸式滤光单元13设置在该激光产品2与该光接收单元11之中，用以对该激光产品2的激光执行一光学过滤处理。举例而言，若激光产品2为一激光笔(Laser pointer)，则其发出的激光便为一红色光。在此情况下，可以利用所述可拆卸式滤光单元13将非属红色光的波段的光予以滤除，使得光接收单元11能够接收到干净的红色光(激光)。可想而知，通过可拆卸式滤光单元13的辅助是能够提升激光功率校准系统1对于激光的检测精准度，自然也有助于提升校准效率。

必须加以强调的是，前述本公开所公开的乃为优选实施例，举凡局部的变更或修饰而源于本公开的技术思想而为本领域技术人员所易于推知的，都不脱离本公开的专利权范围。

综上所陈，本公开无论目的、手段与技术效果，皆显示其迥异于现有技术，且其首先发明合于实用，确实符合发明的专利要件。