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特表2024-517379レーザ光センシング及びプロファイリングのための方法およびシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-22
(54)【発明の名称】レーザ光センシング及びプロファイリングのための方法およびシステム
(51)【国際特許分類】
G01J 1/02 20060101AFI20240415BHJP
G01J 1/50 20060101ALI20240415BHJP
G01J 1/42 20060101ALI20240415BHJP
【ＦＩ】
G01J1/02 L
G01J1/50
G01J1/42 E
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023561601
(86)(22)【出願日】2022-04-08
(85)【翻訳文提出日】2023-12-05
(86)【国際出願番号】 US2022024053
(87)【国際公開番号】W WO2022217074
(87)【国際公開日】2022-10-13
(31)【優先権主張番号】63/172,871
(32)【優先日】2021-04-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523274230
【氏名又は名称】ラム フォトニクス インダストリアル エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100137969
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 憲昭
(74)【代理人】
【識別番号】100104824
【弁理士】
【氏名又は名称】穐場 仁
(74)【代理人】
【識別番号】100121463
【弁理士】
【氏名又は名称】矢口 哲也
(72)【発明者】
【氏名】アダムソン，パー
(72)【発明者】
【氏名】チンクイーノ，マイク
(72)【発明者】
【氏名】ローソン，ジョーイ
(72)【発明者】
【氏名】ライドネル，ジョーダン
【テーマコード（参考）】
2G065
【Ｆターム（参考）】
2G065AA11
2G065AB09
2G065AB20
2G065BA05
2G065BA24
2G065BA26
2G065BA29
2G065BC11
2G065BC13
2G065CA18
2G065DA05
(57)【要約】
レーザ光のプロファイルを決定するためのシステムは、ヒートスプレッダおよび熱電冷却器と熱の伝達を行うサーモクロミック液晶フィルム（ＴＬＣＦ）を有する検出器を含む。液晶フィルムは、受信したレーザ光によるフィルムの加熱がフィルムで検出可能な色応答を作成するようなサーモクロミック応答性を有する。本システムは、イメージセンサと、ＴＥＣの動作電流を出力し、センサから画像を受信するように構成されるコントローラも含む。ＴＬＣＦの温度応答帯域幅が狭すぎるため、単一のカラースポットで全ビームプロファイルを表示できない場合でも、本システムはＴＥＣの温度設定点を選択的に変化させてＴＬＣＦの定常状態温度を変化させ、受信ビームの全強度プロファイルを調べることができる。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ光を検出するためのシステムであって、 一連の電気信号を提供するために動作可能なコントローラと、
高温側と低温側とを含む熱電冷却器であって、前記熱電冷却器は、前記コントローラから前記一連の電気信号を受信するために動作可能である、熱電冷却器と、
第１の表面と第２の表面とを含むヒートスプレッダであって、前記ヒートスプレッダは前記熱電冷却器と熱の伝達を行う、ヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダとの熱の伝達を行い、前記レーザ光を受信するように構成される、感温構造と、
を備えるシステム。
【請求項2】
前記ヒートスプレッダは、前記熱電冷却器の前記低温側に取り外し可能に結合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記ヒートスプレッダの前記第２の表面と前記熱電冷却器の前記低温側との間の界面をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記界面は物理的接触によって画定される、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
前記界面は、前記ヒートスプレッダの前記第２の表面と前記熱電冷却器の前記低温側との間に配置された熱伝導性補助剤によって画定される、請求項３に記載のシステム。
【請求項6】
前記熱伝導性補助剤は熱伝導性化合物または熱伝導性シートを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記一連の電気信号は、前記熱電冷却器の前記低温側の一連の平衡温度に対応する、請求項２に記載のシステム。
【請求項8】
前記感温構造は、サーモクロミック応答により特徴付けられる感温シートを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記感温シートは液晶フィルムを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項10】
前記レーザ光は、ビーム経路によって画定され、前記システムは、前記ビーム経路から外れた位置に配置され、前記感温構造から反射された光を受信するように構成された光学センサをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
前記光学センサは、前記コントローラにデータを送信するように動作可能であり、前記データは、前記光センサで受信された光に対応する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項12】
前記コントローラは、前記光学センサから前記データを受信し、前記データに少なくとも部分的に基づいて、前記熱電冷却器に提供する前記一連の電気信号のうちの１つを選択するようにさらに構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項13】
冷却面を備えるヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダと熱の伝達を行い、レーザ光を受信するように構成される、感温構造と、
を備える、レーザ光検出器。
【請求項14】
前記感温構造が複数のサーモクロミック液晶フィルムを含む、請求項１３に記載のレーザ光検出器。
【請求項15】
前記複数のサーモクロミック液晶フィルムの第１のサーモクロミック液晶フィルムは、前記冷却面の第１の部分に接する、第１のサーモクロミック液晶フィルムと、前記複数のサーモクロミック液晶フィルムの第２のサーモクロミック液晶フィルムは、前記第１の部分に隣接する前記冷却面の第２の部分に接する、第２のサーモクロミック液晶フィルムと、
をさらに備える、請求項１４に記載のレーザ光検出器。
【請求項16】
前記第１のサーモクロミック液晶フィルムは、第１の動作温度帯域によって特徴付けられ、前記第２のサーモクロミック液晶フィルムは、前記第１の動作温度帯域とは異なる第２の動作温度帯域によって特徴付けられる、請求項１５に記載のレーザ光検出器。
【請求項17】
前記複数のサーモクロミック液晶フィルムの第３のサーモクロミック液晶フィルムは前記第１の部分に隣接する前記冷却面の第３の部分に接する、第３のサーモクロミック液晶フィルムと、前記複数のサーモクロミック液晶フィルムの第４のサーモクロミック液晶フィルムは前記第２の部分および前記第３の部分に隣接する前記冷却面の第４の部分に接する、第４のサーモクロミック液晶フィルムと、
をさらに備える、請求項１６に記載のレーザ光検出器。
【請求項18】
前記第３のサーモクロミック液晶フィルムは、前記第１の動作温度帯域と前記第２の動作温度帯域とは異なる第３の動作温度帯域によって特徴付けられ、前記第４のサーモクロミック液晶フィルムは、前記第１の動作温度帯域、前記第２の動作温度帯域および前記第３の動作温度帯域とは異なる第４の動作温度帯域によって特徴づけられる、請求項１７に記載のレーザ光検出器。
【請求項19】
検出器のサーモクロミック界面で、ビーム強度プロファイルによって特徴付けられるレーザ光を受信するステップと、前記検出器の温度設定点を選択するステップであって、前記温度設定点が前記サーモクロミック界面における平衡温度に対応する、ステップと、
前記サーモクロミック界面の画像を取り込むステップと、
前記画像から、前記ビーム強度プロファイルの少なくとも一部に対応する部分強度プロファイルを決定するステップと、
前記部分強度プロファイルを使用して、再構築されたビームプロファイルを組み立てるステップと、
前記再構築されたビームプロファイルが完全でない場合、
前記検出器の更新された温度設定点を選択するステップと、
前記サーモクロミック界面の追加画像を取り込むステップと、
前記追加画像から、追加の部分強度プロファイルを決定するステップと、
前記追加の部分強度プロファイルを使用して、前記再構築されたビームプロファイルを組み立てるステップと、
前記再構築されたビームプロファイルが完了したと判断するステップと、
前記再構築されたビームプロファイルを出力するステップと、
を備える方法。
【請求項20】
前記検出器が、前記サーモクロミック界面と熱の伝達を行う熱電冷却器を備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
前記サーモクロミック界面を可視スペクトルの光で照明するステップをさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項22】
前記更新された温度設定点を選択するステップは、前記画像に少なくとも部分的に基づく、請求項１９に記載の方法。
【請求項23】
検出器のサーモクロミック界面で、レーザ光を受信するステップと、前記検出器の温度設定点を選択するステップであって、前記温度設定点が前記検出器の動作温度に対応する、ステップと、
前記サーモクロミック界面の画像を取り込むステップと、
前記画像から、光学系に対する前記レーザ光の電流アライメントに対応する１つまたは複数のパラメータを決定するステップと、
前記光学系に対して前記レーザ光の更新されたアライメントを得るため、前記レーザ光を少なくとも部分的に前記１つまたは複数のパラメータに基づいてアライメントするステップと、を備える方法。
【請求項24】
前記サーモクロミック界面は、サーモクロミック液晶フィルムを備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
前記１つまたは複数のパラメータは、ビームプロファイル非対称性、ビーム非点収差、ビーム閉塞、ビーム収差、またはビームワンダを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項26】
前記検出器の更新された温度設定点を選択するステップと、前記サーモクロミック界面の追加画像を取り込むステップと、
前記追加画像から、前記更新されたアライメントに対応する１つまたは複数の更新されたパラメータを決定するステップと、
後続のアライメントを得るため、前記レーザ光をアライメントするステップと、
前記後続のアライメントの１つが最終的なアライメントに対応することを決定するステップと、
をさらに備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項27】
前記最終的なアライメントが１つまたは複数の最終パラメータに対応する、請求項２６に記載の方法。
【請求項28】
前記後続のアライメントの１つが前記最終的なアライメントに対応することを決定するステップは、前記１つまたは複数の更新されたパラメータのうちの少なくとも１つが、前記１つまたは複数の最終パラメータのうちの少なくとも１つと一致すると決定することを含む、請求項２７に記載の方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
【0002】
[0001] 本出願は、２０２１年４月９日に出願された米国仮出願第６３／１７２，８７１号の利益を主張し、その内容は、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0003】
[0002] レーザ光は、高いスペクトルコヒーレンスおよび狭いスペクトルプロファイルによって特徴付けられる。空間的にコヒーレントなレーザ光の場合、高濃度の領域に小さくて強いスポットを形成するために光を集束することができる。レーザ光の空間プロファイルと空間コヒーレンスは、他の光学特性の中でも焦点のエネルギー密度に影響を与える。
【0004】
[0003] レーザ光プロファイルを特徴付ける上でなされた進歩にもかかわらず、レーザ光センシングおよびプロファイリングに関連する改善された方法およびシステムに対する当技術分野の必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
[0004] 本発明の実施形態は、光学系内のレーザ光の検出に関する。より詳細には、いくつかの実施形態は、制御可能な冷却器と熱接触する感熱材料を使用するレーザ光の視覚的検出に有用な方法およびシステムを提供する。感熱構造または感熱界面と呼ぶことができる感熱材料は、例えば受信レーザ光によって局所加熱に応答して視覚的表示を提供するために使用することができる。この視覚的表示は、ビームスポットのプロキシとして使用でき、ビームプロファイルの特性を決定するために画像化することができる。制御可能な冷却器は、レーザ光による長時間の加熱による飽和や熱拡散を防ぐため、感熱界面での熱蓄積を制限するために使用できる。制御可能な冷却器によって提供される冷却を制御することにより、レーザ光検出システムは、レーザ光の二次元強度プロファイルの調整可能なスキャンを提供することができる。
【0006】
[0005] いくつかの実施形態において、感熱材料は、入射レーザ光によって生じる加熱に応答して、フィルム中に特徴的な色温度プロファイルを生成するサーモクロミック液晶フィルム（ＴＬＣＦ）であり得る。ＴＬＣＦの動作応答帯域を、レーザ光によって引き起こされる加熱に関連する温度の範囲よりも狭い温度範囲に制限することができ、光が長期間にわたって検出器に入射し得るため、本発明の実施形態は、感熱材料における熱蓄積を緩和する技術を利用する。
【0007】
[0006] 本発明の実施形態によると、レーザ光を検出するためのシステムが提供される。本システムは、熱電冷却器を制御するための一連の電気信号を提供するために動作可能なコントローラを含む。熱電冷却器は、高温側と低温側を有する。本システムは、第１の表面および第２の表面を有するヒートスプレッダと、熱電冷却器と熱の伝達を行うヒートスプレッダも含む。ヒートスプレッダは、熱電冷却器の低温側に取り外し可能に結合することができる。本システムは、ヒートスプレッダとの熱の伝達における感温構造も含み、レーザ光を受信するように構成される。感温構造は、サーモクロミック応答により特徴付けられる感温シートであってもよい。感温シートは、液晶フィルムを含むことができる。
【0008】
[0007] ヒートスプレッダおよび熱電冷却器との間の熱の伝達は、ヒートスプレッダの第２の表面と熱電冷却器の低温側との間の界面によって達成され得る。一例において、界面は、物理的接触によって画定され得る。別の例において、界面は、ヒートスプレッダの第２の表面と熱電冷却器の低温側との間に配置された熱伝導性補助剤を含み得る。熱伝導性補助剤は、熱伝導性化合物や熱伝導性シートであってもよい。
【0009】
[0008] 本システムは、レーザ光を画定するビーム経路から外れた位置に配置される光学センサを含むこともできる。光学センサは、感温構造から反射された光を受信するように構成することができる。光学センサは、感温構造からの受信光に対応するコントローラにデータを送信するために動作可能であってもよい。コントローラは、送信されたデータを受信し、データに基づいて、熱電冷却器に提供する一連の電気信号の１つを選択するように構成されてもよい。
【0010】
[0009] 本発明の他の実施形態によると、レーザ光検出器が提供される。レーザ光検出器は、ヒートスプレッダと、ヒートスプレッダの冷却面と熱の伝達を行う感温構造とを含む。感温構造は、複数のＴＬＣＦを備えることができ、複数のＴＬＣＦの各ＴＬＣＦは、動作温度帯域を有する。特定の実装形態において、感温構造は、複数のＴＬＣＦの第２のＴＬＣＦに隣接する複数のＴＬＣＦの第１のＴＬＣＦを有することができる。他の実装形態は、ヒートスプレッダの冷却面上にＴＬＣＦのグリッド、アレイ、または他の適切な配置を形成するために隣接して配置された３つ、４つ、またはそれ以上のＴＬＣＦを含むことができる。
【0011】
[0010] 本発明の具体的な実施形態によると、レーザ光を検出する方法が提供される。本方法は、検出器のサーモクロミック界面で、ビーム強度プロファイルによって特徴付けられるレーザ光を受信すること、検出器の温度設定点を選択すること、サーモクロミック界面の画像を取り込むこと、画像から、ビーム強度プロファイルの少なくとも一部に対応する部分強度プロファイルを決定すること、部分強度プロファイルを使用して再構築されたビームプロファイルを組み立てることを含む。本方法は、再構築されたビームプロファイルが完全であるかどうかを判断できる。本方法は、検出器の更新された温度設定点を選択すること、サーモクロミック界面の追加画像を取り込むこと、追加の画像から部分強度プロファイルを決定すること、追加の部分強度プロファイルを使用して再構築されたビームプロファイルを組み立てることも含む。再構築された完全なビームプロファイルが出力される。本方法は、可視スペクトルの光でサーモクロミック界面を照明することをさらに含み得る。
【0012】
[0011] 本発明の別の具体的な実施形態によると、光学系内でレーザ光をアライメントする方法が提供される。本方法は、検出器のサーモクロミック界面でレーザ光を受信し、検出器の温度設定点を選択することを含む。サーモクロミック界面は、サーモクロミック液晶フィルムを含むことができる。温度設定点は、検出器の動作温度に対応する。本方法は、サーモクロミック界面の画像を取り込み、その画像から、光学系に対するレーザ光の電流アライメントに対応する１つまたは複数のパラメータを決定することも含む。少なくとも部分的に１つまたは複数のパラメータに基づき、光学系に対するレーザ光のアライメントが更新される。１つまたは複数のパラメータは、ビームプロファイル非対称性、ビーム非点収差、ビーム閉塞、ビーム収差、またはビームワンダを含む。
【0013】
[0012] 本方法は、検出器の更新された温度設定点を選択すること、およびサーモクロミック界面の追加画像を取り込むことをさらに含むことができる。追加画像から、更新されたアライメントに対応する１つまたは複数の更新されたパラメータを決定することができる。本方法は、後続のアライメントを得るためにレーザ光をアライメントすること、および後続のアライメントの１つが最終的なアライメントに対応することを決定することも含む。最終的なアライメントは、１つまたは複数の最終パラメータに対応することができる。後続のアライメントの１つが最終的なアライメントに対応することを決定することは、１つまたは複数の更新されたパラメータのうちの少なくとも１つが、１つまたは複数の最終パラメータのうちの少なくとも１つと一致することを決定することを含むことができる。
【0014】
[0013] 従来の技術に勝る本発明の方法によって多くの利益が達成される。従来のビームプロファイラは、通常、比較的壊れやすいＣＭＯＳ、ＣＣＤ、またはマイクロボロメータ検出器を含み、検出器の損傷を避けるため、ＣＭＯＳ、ＣＣＤ、またはマイクロボロメータ検出器に入射する前に、ＣＯ２レーザ光などの高出力ビームの大幅な減衰が必要になる場合がある。ビームを減衰させるには追加の機器が必要になる場合があり、ビーム経路とビームプロファイルとのずれが発生する可能性がある。さらに、これらの検出器は、不適切に減衰したビームから生じた損傷の際の交換に高額な費用がかかる可能性がある。対照的に、ＴＬＣＦおよび熱電冷却器（ＴＥＣ）は比較的安価である。損傷したＴＬＣＦは容易に交換でき、ＴＥＣは損傷することなく相当な熱電力を受け取り、ポンピングし、放散するように構成できる。本発明の実施形態によって提供される検出器の動作温度を選択することで、光学システムの追加構成なしに様々なレーザ光およびビーム強度をプロファイリングすることができる。例えば、ビームプロファイルを決定するために使用されるのと同じ検出器を使用して、レーザ光の様々な種類および出力のずれを迅速に検出および補正することもできる。従来のビームビューイングカードは、ビーム中心を見るための選択可能な温度制御と検出器材料内の熱拡散の制御を提供せず、ビーム中心でのみ見え得る光学効果の検出を妨げていた。本発明のこれらおよび他の実施形態は、その利点および特徴の多くと共に、以下の本文および対応する図と併せてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0015】
[0014] 本開示の態様を、添付の図面を参照して以下により完全に説明するが、これらの図面は、本要約、詳細な説明、および具体的に議論されるか、または他の方法で開示される任意の好ましいおよび／または特定の実施形態の両方と併せて読まれることが意図される。しかしながら、様々な態様は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、例示としてのみ提供され、その結果、本開示は徹底的かつ完全であり、当業者に全範囲を完全に伝えるであろう。
【図1】いくつかの実施形態による、熱電冷却器と熱の伝達を行うサーモクロミックフィルムを組み込んだレーザ光検出器の簡略化された斜視図である。
【図2】いくつかの実施形態による、レーザ光を検出するためのシステムの概略図である。
【図3A】いくつかの実施形態による、ビームの伝播方向に垂直な平面におけるレーザ光の強度を示す。
【図4A】いくつかの実施形態による、初期温度で動作するレーザ光検出器のサーモクロミック界面上のビームスポットの説明図である。
【図4C】いくつかの実施形態による、初期温度よりも高い中間温度で動作するレーザ光検出器のサーモクロミック界面上のビームスポットの説明図である。
【図4E】いくつかの実施形態による、中間温度よりも高い最終温度で動作するレーザ光検出器のサーモクロミック界面上のビームスポットの説明図である。
【図6】いくつかの実施形態による、ヒートスプレッダの表面に貼付された４つの異なるサーモクロミックシートの簡略図である。
【図7】いくつかの実施形態による、制御可能な冷却器に貼付されたサーモクロミック界面の画像を使用してレーザ光プロファイルを再構築する方法を示すフローチャートである。
【図8】いくつかの実施形態による、サーモクロミック界面を有する検出器を使用して光学系内でレーザ光をアライメントする方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
[0029] 図１は、いくつかの実施形態による、熱電冷却器と熱の伝達を行うサーモクロミックフィルムを組み込んだレーザ光検出器の簡略化された斜視図である。図１に示すように、いくつかの実施形態によると、レーザ光検出器１００は、熱電冷却器（ＴＥＣ）１０４と熱の伝達を行うサーモクロミック液晶フィルム（ＴＬＣＦ）１０２を含むことができる。ＴＬＣＦ１０２は、外向きの面でレーザ光１２０を受信することができる。ＴＬＣＦによって生じるビームの吸収は、ＴＬＣＦ１０２の一部の加熱を引き起こし、レーザ光１２０に対応するカラースポット１２２をもたらす。ＴＬＣＦ１０２は、熱伝導接着剤を介してヒートスプレッダ１０６の表面に貼付することができる。いくつかの実施形態において、ＴＬＣＦ１０２を表面に対して保持するように構成されたスプリングクリップ、ブラケット、クランプ、または他の拘束具のような機械的拘束（図示せず）を介し、ＴＬＣＦ１０２をヒートスプレッダ１０６に固定することができる。別のＴＬＣＦが必要な場合、機械的な拘束によりＴＬＣＦ１０２を迅速に取り外し、交換することができる。いくつかの実施形態において、ＴＬＣＦ１０２は、感熱紙または、例えばロイコ染料または類似のサーモクロミック材料を含有する別のシートを含むサーモクロミック応答を示す他の感温構造によって置き換え可能である。
【0017】
[0030] 通常、ＴＬＣＦは厚さ１０～５０μｍの層に堆積されたマイクロカプセル化液晶インクで構成される。特徴的な最低温度Ｔｍｉｎを下回ると、フィルムは可視スペクトルの波長を選択的に反射せず、吸収する背景に取り付けると黒く見える。Ｔｍｉｎを超えると、フィルムは赤色の波長から始まり、温度が上昇するにつれて緑と青の波長を通って移り、選択的に光を反射し始める。特徴的な最高温度Ｔｍａｘでは、選択反射が停止する。その後、フィルムは再び黒く見える可能性がある。ＴｍｉｎからＴｍａｘまでの温度は、ＴＬＣＦの動作温度帯域を画定できる。動作温度帯域は、第１の検出可能な赤色光成分が反射される温度と、第１の検出可能な青色光成分が反射される温度との間の範囲として交互に画定され得る。ＴｍｉｎとＴｍａｘの間の温度依存は、シグモイド関数、アークタンジェント関数、またはその他の応答関数によってモデル化することができ、ＴＬＣＦはＴｍｉｎおよびＴｍａｘの近傍で低下した温度分解能を示す一方で、範囲の中間の温度値に対してはほぼ線形応答性を有する。一般的に入手可能なＴＬＣＦは、薄いプラスチック基板上に液晶フィルムが堆積され、その上に第２の薄いプラスチック層を設けて、ＴＬＣＦ１０２用の柔軟なパッケージを作成する。基板は、ヒートスプレッダ１０６の冷却面を含む所望の場所にＴＬＣＦ１０２を取り付けるための不透明なバッキング層および接着層をさらに含むことができる。
【0018】
[0031] レーザ光１２０は、その伝播方向を横切る平面内に光学強度プロファイルを有することができる。横断面は、レーザ光の伝播方向がｚ方向になるように、ｘ－ｙ平面にすることができる。強度プロファイルは、ガウスプロファイル、フラットトッププロファイル、高次横電磁（ＴＥＭ）モードを含むモードプロファイル、またはその他の形状など、さまざまな形式をとることができる。強度プロファイルは、特定のレーザ、レーザアプリケーション、および／またはレーザ光が伝播する光学系に依存する可能性がある。例として、本明細書で論じるいくつかの実施形態は、図３Ａに示すような例示的なレーザ光１２０として、ガウスプロファイルを有するＴＥＭ００モードビームを利用する。
【0019】
[0032] レーザ光がＴＬＣＦ１０２に入射すると、ＴＬＣＦ１０２の加熱はレーザ光の入射から生じる。材料界面での吸収光のエネルギー堆積は、ビーム強度に比例する。ＴＬＣＦ１０２を加熱することで、レーザ光の強度プロファイルに比例するＴＬＣＦ１０２の温度プロファイルをもたらし、対応するカラースポット１２２の作成をもたらすことができる。一般に、カラースポット１２２は入射光と同様の「プロファイル」を有するので、スポット１２２は図３Ａにグレースケールで描かれているのと同様のカラーグラデーションを有するが、ＴＬＣＦ内の熱伝導からの影響を含むことができるため、プロファイルのガウス特性が変化する。ＴＬＣＦのサーモクロミック応答とそのカラーグラデーションの正確なキャリブレーション、およびＴＥＣ１０４を介した適切な熱管理により、ＴＬＣＦの動作温度帯域の端近傍で熱拡散または非線形サーモクロミック応答などの効果が存在する場合にビームプロファイルを再構築できる。
【0020】
[0033] 再び図１に戻ると、ヒートスプレッダ１０６は、熱伝導性プレート、例えば金属プレートであり得、外向きの冷却面および冷却面に対向する取り付け面とを備える。同様に、ＴＥＣ１０４は、高温側と、高温側とは反対側の低温側とを含むことができる。ヒートスプレッダ１０６の取り付け面が、低温側のすべてまたは実質的にすべてを覆うように、ＴＥＣ１０４の低温側にヒートスプレッダ１０６を取り付けることができる。ＴＥＣ１０４の通常動作は、低温側から高温側に熱を伝達することである。ヒートスプレッダ１０６は熱伝導性であるため、ＴＥＣ１０４の動作は、ヒートスプレッダ１０６からＴＥＣ１０４の高温側に熱を伝達することになる。いくつかの実施形態において、ＴＥＣ１０４の低温側と一致することが示されているが、ヒートスプレッダ１０６はＴＥＣ１０４の端を越えて延び、ＴＥＣ１０４の低温側よりも大きいヒートスプレッダ１０６の冷却面を作り出すことができる。ヒートスプレッダ１０６は、機械的圧縮、熱伝導性接着剤、はんだ取り付けなどを含む様々な方法でＴＥＣ１０４に接続することができる。機械的圧縮は、ＴＥＣ１０４の端を越えて延びるヒートスプレッダ１０６の一部を通過し、バッキングマウント、例えばヒートシンク１０８のねじ穴と係合するねじ付きファスナ（図示せず）によって達成することができる。ＴＥＣ１０４の低温側とヒートスプレッダ１０６との間の界面は、２つの構成要素間の表面接触を改善し、十分な熱伝達能力を確保するために、熱伝導性化合物または熱伝導性シートを含むことができる。いくつかの実施形態において、ＴＬＣＦ１０２と同様、ヒートスプレッダ１０６は、ＴＬＣＦ１０２を取り付けたヒートスプレッダを含み、ヒートスプレッダ１０６の迅速な取り外しと交換を可能にする機構を介してＴＥＣ１０４に取り付けることができる。この機構は、ヒートスプレッダ１０６を拘束し、係合中にＴＥＣ１０４の低温側に対して圧縮力を加えるように構成されたスプリングクリップ、ロックレバークリップ、または他の保持クリップを含むことができる。
【0021】
[0034] レーザ光１２０の強度に応じて、例えば、ＴＬＣＦ１０２に有意な熱エネルギーを堆積させない低強度レーザと併せて使用される場合、ＴＥＣ１０４は、追加の受動的または能動的冷却機構なしで、高温側で十分な熱を放散することができてもよい。一部のレーザは、ＴＬＣＦ１０２でかなりの熱を生成し、ＴＥＣ１０４の高温側から熱を放散するための追加の方法を必要とする。図示のように、放射フィンおよび／または他の熱放散構造を有する大きな熱伝導性ブロックであり得るヒートシンク１０８にＴＥＣ１０４を取り付けることができる。ヒートシンクのフィンを通して周囲空気を吹き付けて、ヒートシンク１０８からの放熱を増加させることにより、能動的な冷却を提供するためにヒートシンク１０８はファン１１０にさらに接続することができる。空気がフィン内に押し下げられ、次にヒートシンク１０８の側面から排出されるように、ファンはヒートシンク１０８の裏側から空気を供給するように配向される。
【0022】
[0035] 能動的冷却の他の方法が検討される。例えば、ヒートシンク１０８は、ヒートパイプまたは作動流体を含む他の構造が通過するサーマルブロックであり得、ヒートパイプが水冷却器、蒸気交換冷却器、ヒートポンプ、または他の外部冷却機構のような別の冷却機構に熱的に結合される。したがって、他の実施形態において、ヒートシンク１０８の液体（例えば、水）冷却は放熱仕様に応じて利用することができる。いくつかの実施形態において、特にレーザ光検出器１００が光学系内に手動で配置される実施形態において、ヒートシンク１０８は、図１に示すよりも著しく薄くなるように構成することができ、ファン１１０は、図示のように裏側ではなく、ヒートシンク１０８の片側に沿って取り付けられる。この構成において、ファン１１０は、ヒートシンク１０８のフィンを通してヒートシンク１０８の取り付け面を横切る方向に空気を吹き付けることができる。ファン１１０を側面に配置し、ヒートシンク１０８を薄くすることで、ファン１１０によって提供される能動的冷却を犠牲にすることなく、光学系内で手でより容易に操作可能な実質的により薄い検出器を実現することが出来る。
【0023】
[0036] 図２は、いくつかの実施形態によるレーザ光を検出するためのシステムの概略図である。図２に示すように、システム２００は検出器２０１を含むことができる。検出器２０１は、図１においてレーザ光検出器１００として実装することができ、感温構造２０２と、ヒートスプレッダ２０６と、ＴＥＣ２０４と、ヒートシンク２０８とを含むことができる。これらの構成要素は、図１を参照して説明される検出器１００の対応する要素に類似し得る。例えば、感温構造２０２はＴＬＣＦ１０２として実装されてもよく、ヒートスプレッダ２０６はヒートスプレッダ１０６に類似していてもよく、ＴＥＣ２０４はＴＥＣ１０４に類似していてもよく、ヒートシンク２０８はヒートシンク１０８に類似していてもよい。ＴＥＣ２０４は、高温側と、高温側とは反対側の低温側とを含むことができる。検出器２０１は、感温構造２０２の表面でレーザ光２２０を受信するように構成することができる。この表面は、検出器２０１のセンシング界面とすることができる。
【0024】
[0037] ＴＥＣ２０４は、ＴＥＣ２０４のための電源を含むことができるコントローラ２３０に接続することができる。電源は、安定し選択された電流を含む電気信号をＴＥＣ２０４に出力して、低温側から高温側への熱の伝達を可能にする制御可能なＤＣ電流源であり得る。選択された各電流は、ＴＥＣ全体の熱伝達率に対応する。すなわち、選択された電流が大きいほど、ＴＥＣの低温側がより低い定常状態（例えば、平衡状態）温度を達成するように、熱伝達率が増加する。したがって、ＴＥＣの低温側に強力な熱源がない場合、選択された各電流は低温側を特定の定常状態温度に到達させ、より高い電流は低温側でより低い温度に対応する。定常状態温度は、検出器２０１の動作温度であり得る、感温構造２０２は、ヒートスプレッダ２０６および熱伝導性化合物または熱伝導性シートのような任意の中間熱伝導性補助剤を介してＴＥＣ２０４の低温側と熱の伝達を行うため、検出器２０１の動作温度は、熱源がない場合の感温構造２０２の定常状態温度となる。
【0025】
[0038] レーザ光２２０が感温構造２０２に入射すると、構造は、レーザ光の直径に対応する領域において局所的に加熱されることになる。次に、局所的に加熱された領域は、感温構造２０２上にカラースポットを作り出すことができる。上からの例を続けると、レーザ光２２０は、ガウシアンビームプロファイルを有するレーザ光であり得る。ガウシアンビームは、その伝播方向を横切る平面全体でゼロ以外の強度を持ち得るが、レーザ光の強度のほとんどは、ガウシアンビームの有限で識別可能な直径内に閉じ込められる。この直径は、半値全幅（ＦＷＨＭ）強度、１／ｅ２直径（すなわち、ビームウエスト）、または他の一般的に画定されたビーム直径に対応することができる。所与の動作温度に対して、ビーム径の外側領域におけるビーム強度は、感温構造を最低動作温度Ｔｍｉｎ以上に加熱するには不十分であり得る。ただし、ビームの中心での加熱に起因し、熱拡散効果がビーム径外の領域での加熱を引き起こし得る。これらの場合、ＴＥＣ２０４への入力電流を介した動作温度の制御は、感温構造２０２の平面から離れる十分な熱伝達を提供することによって拡散を制限することができる。
【0026】
[0039] いくつかの実施形態において、システム２００は、検出器２０１の感温構造２０２において生じるカラースポットを記録するカメラ２３２または他の画像システムを含むことができる。カメラ２３２は、カラーＲＧＢ画像センサを含むことができ、レーザ光２２０のビーム経路から離れた位置に配置することができる。画像センサは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサおよび／または他の光センサを含むいくつかの既知のセンサのいずれかであり得る。カメラ２３２をコントローラ２３０に接続して、コントローラ２３０が画像センサを用いて得られた画像を受信、記憶、処理することができる。これらの実施形態において、コントローラ２３０は、カメラ２３２ならびにＴＥＣ２０４の電源と通信し、制御するために構成されたコンピュータであり得る。画像処理は、感温構造２０２の表面に対する画像センサの位置を補正すること、センサの色空間内の色相を識別すること、および感温構造２０２のサーモクロミック応答に基づいて感温構造２０２における対応する温度を決定することを含むことができる。また、いくつかの実施形態において、コントローラ２３０は、カメラ２３２から受信した画像に基づいて、感温構造２０２において生成されたカラースポットが感温構造２０２のカラーグラデーションを飽和させたかどうかを検出するように構成することができる。次に、検出器２０１の動作温度が飽和を排除するように変更されるように、ＴＥＣ２０４の新しい出力電流を選択する。他の実施形態において、コントローラ２３０は、ＴＥＣ２０４の一連の出力電流を掃引し、対応する各動作温度でカメラ２３２から画像を受信するように構成することができる。
【0027】
[0040] いくつかの他の実施形態において、カメラ２３２は、モノクロ画像センサまたは他の類似のセンサを含むことができる。これらの実施形態において、カメラ２３２によって生成される画像は、単色（例えば、グレースケール）であってもよく、感温構造２０２から反射された光の強度情報を表す。コントローラ２３０は、色相または他の色情報がない場合の単色画像に基づき、感温構造２０２のカラースポットの彩度を決定するように構成することができる。
【0028】
[0041] いくつかの実施形態において、感温構造２０２は、検出器システム２００が照明器２４０をさらに含むことができるようにＴＬＣＦであり得る。ＴＬＣＦは液晶構造で異なる波長の光を選択的に反射するため、可視波長の外部照明を利用して知覚されるカラースポットを作成する。照明器２４０は、カメラ２３２でカラースポットを撮像するための十分な光源を提供するために白色光を出力することができる。他の実施形態において、感温構造２０２は、蛍光発光を発し、熱効果に応答して光を放射するために外部光源を利用しない蛍光構造であり得る。このような蛍光構造は、外部照明光源を使用して断続的に「帯電」させ、入射レーザ光の存在下で蛍光を発するようにすることができる。他の実施形態において、照明器２４０は単色光源または掃引単色光源であり得、サーモクロミック応答の単一帯域のみがカメラ２３２によって記録される。単色光源は、単一波長発光ダイオード、可視スペクトルで動作し、レーザ光１２０とは異なる波長で動作する低出力レーザ、フィルタリングされた白色光源、または他の適切な単色照明器であり得る。
【0029】
[0042] 前述の実施形態の具体例として、レーザ光２２０がガウシアンビームであり、使用者がビームの特性を決定するためにビームのプロファイルの測定を希望するシナリオを検討する。システム２００は、レーザ光２２０の強度プロファイルの測定シーケンスを実行するように構成することができる。検出器２０１は、レーザ光２２０をＴＬＣＦで受信するように構成することができる。コントローラは、動作温度Ｔ０に対応するＴＥＣ２０４の出力電流を選択することができる。動作温度Ｔ０は、一連の動作温度の初期動作温度に対応することができる。初期動作温度は、レーザ光２２０による加熱に起因するＴＬＣＦの温度上昇ΔＴが、ＴＬＣＦの最大動作温度Ｔｍａｘ、すなわちＴ０＋ΔＴ≦Ｔｍａｘを超えないように選択することができる。ＴＬＣＦが初期温度にある場合、レーザ光２２０の中央部分のみが、ＴＬＣＦを動作温度帯域に加熱するのに十分な強度を有し得る。次に、コントローラ２３０は、レーザ光２２０からの局所加熱から生じるカラースポットを含むＴＬＣＦの表面画像を取り込むようにカメラ２３２に指示することができる。画像はカラースポットがＴＬＣＦの動作温度帯域の最高温度を超えなかったことを示すことができ、コントローラ２３０がシーケンス内の次の温度を選択し、対応する電流をＴＥＣ２０４に出力することができる。
【0030】
[0043] いくつかの実施形態において、選択された初期動作温度は、温度上昇ΔＴがＴｍａｘ、すなわち、Ｔ０＋ΔＴ≧Ｔｍａｘを超えるのを防ぐために十分に低くなくてもよい。このシナリオにおいて、ＴＬＣＦのカラースポットは、Ｔｍａｘを超える領域で飽和してもよい。第１の画像がカラースポットの飽和を有する場合、コントローラ２３０は、検出器２０１の動作温度を下げ、光のピークがカラースポットで解消されるまで追加の画像を取り込むことができる。満足のいく初期画像が取り込まれると、検出器２０１の動作温度を離散間隔で上昇させ、後続の各動作温度でＴＬＣＦ表面の追加の画像を取り込むことができる。検出器が比較的高い動作温度に達すると、ＴＥＣ２０４はＬＣＦの平面内での著しい熱拡散を防ぐためにＴＬＣＦから熱を伝達することができなくなり、カラースポットが明確な外縁を失う可能性がある。コントローラ２３０は、カメラ２３２によって取り込まれた画像内でカラースポットが区別できなくなったことを検出し、測定シーケンスを停止することができる。いくつかの実施形態において、動作温度の順序を予め決定することができる。また、特定の温度でカラースポットの画像を取得するため、オペレータが動作温度を手動で調整することができる。
【0031】
[0044] カメラ２３２によって取り込まれた各画像について、コントローラ２３０または他の画像処理システムは、ＴＬＣＦの動作温度帯域内の最大および最小動作温度、ＴｍａｘおよびＴｍｉｎに対応する色相またはＲＧＢ色成分を有するピクセルを識別することができる。コントローラ２３０は、ＴＬＣＦの同じ温度に対応する連続画像内のピクセルを識別することもできる。連続画像は異なる動作温度を有することができるため、識別されたピクセルは、レーザ光２２０による温度上昇ΔＴが連続画像間の動作温度の差に等しいＴＬＣＦの領域に対応することができる。図４Ａ～図４Ｆに関して以下でより詳細に論じられるように、連続画像内の対応するピクセルを識別することで、例えば、識別されたピクセルに対応する境界で画像を結合することによって、システムがそれらの識別されたピクセルで連続した画像を結合してビームプロファイルを再作成することができる。
【0032】
[0045] 例えば、検出器２０１の動作温度を０°Ｃに設定し、受信レーザ光２２０のピーク強度がその中心に２５°Ｃの温度上昇を生じさせて、第１の画像を撮影することができる。ＴＬＣＦの動作温度帯が２０～２５°Ｃの場合、ビームの周辺強度がＴＬＣＦを２０°Ｃ以上に加熱するのに十分ではない可能性があるため、結果として生じるカラースポットは中心で最高温度に達し、中心点から少し離れた場所で検出することができない２０°Ｃに低下する。動作温度は５°Ｃまで上げることができる。この温度では、ビームの中心はＬＣＦで依然として２５°Ｃの上昇を生じさせるが、これはＴＬＣＦのＴｍａｘを超え、色のグラデーションを飽和させる。温度が検出可能な２５°ＣＴｍａｘしきい値を下回るまで、飽和はビームの中心から離れた位置まで広がる。第２の動作温度で２５°Ｃの温度を記録する飽和境界のピクセルは、第１の動作温度で２０°Ｃを記録するピクセルに対応することができ、したがって、ビームプロファイルの同じ強度値に対応することができる。次に、再構築されたビームプロファイルを作成するため、プロファイルを対応するピクセルの場所で組み合わせることができる。
【0033】
[0046] 図３Ａは、いくつかの実施形態による、ビームの伝播方向に垂直な平面におけるレーザ光の強度を示す。図３Ａに示すように、レーザ光は、その伝播方向を横切るｘ－ｙ平面内のレーザ光の断面３０２において強度プロファイルを有することができる。ここに示される光は、ガウスプロファイルを有し、図１のレーザ光１２０に対応することができる。強度はグレースケールでプロットされ、暗い点はより高い強度に対応する。図に示すように、強度は円形領域の中心で最大になり、中心から外側に放射状に減少する。破線３０４は、二次元断面３０２を通る線プロファイルを表す。
【0034】
[0047] 図３Ｂは、図３Ａに示されるレーザ光の一次元における強度プロファイルを示すプロットである。プロット３０６は、図３Ａに示されるレーザ光の一次元における強度プロファイル３０８を含む。強度プロファイル３０８は、破線３０４に対応する。図に示すように、強度プロファイルはガウシアンである。レーザ光は軸対称であるため、図３Ａの二次元プロファイルの中心を通る異なるラインアウトは、強度プロファイル３０８と同じ強度プロファイルを作成する。単位面積あたりの電力（Ｗ／ｍ２）として測定される強度は、次の議論を容易にするために任意の単位で表示される。プロファイル３０８は、６つの任意の単位のピーク強度と、１０ｍｍの１／ｅ２直径を有する。
【0035】
[0048] 図４Ａ～４Ｆは、レーザ光検出器のサーモクロミック界面における一連のカラースポットの例、およびサーモクロミック界面に入射するレーザ光に対し得られる対応する計算された強度プロファイルを示す。図４Ａおよび図４Ｂは、初期動作温度で動作するレーザ光検出器に対応する。図４Ｃおよび４Ｄは、初期動作温度よりも高い中間動作温度で動作するレーザ光検出器に対応する。図４Ｅおよび図４Ｆは、中間動作温度よりも高い最終動作温度で動作するレーザ光検出器に対応する。
【0036】
[0049] 図４Ａは、いくつかの実施形態による、初期温度で動作するレーザ光検出器のサーモクロミック界面上のビームスポットの説明図である。図４Ａに示すように、レーザ光は、初期温度で動作するレーザ光検出器のサーモクロミック界面４０２に入射し、カラースポット４０４を作り出してもよい。レーザ光検出器は、図１のレーザ光検出器１００または図２の検出器２０１と同様であってもよい。いくつかの実施形態において、サーモクロミック界面４０２はＴＬＣＦであり得る。サーモクロミック界面４０２で受信されるレーザ光は、図３Ａおよび３Ｂの強度断面３０２および強度プロファイル３０８を有するレーザ光であり得る。カラースポット４０４は、スポットのより暗い灰色または黒色が、サーモクロミック界面４０２のサーモクロミック応答で高い温度を表す色に対応するようにグレースケールで描かれ、黒色は界面材料のＴｍａｘを超える温度を示し、白色は界面材料のＴｍｉｎ未満の温度を示す。検出器の初期動作温度は、Ｔ０で表すことができ、ビームの中心のみがサーモクロミック界面４０２を十分に加熱して動作温度帯に入る程度に十分に低くすることができる。例えば、Ｔ０＝０°Ｃ、Ｔｍｉｎ＝２０°Ｃ、Ｔｍａｘ＝２５°Ｃである。
【0037】
[0050] 点ＡおよびＢは、サーモクロミック材料の動作温度帯域内にあるビーム中心から最も遠い範囲を表し、温度がＴｍｉｎの点に対応する。図に示すように、点ＡおよびＢはビーム中心から約１．７ｍｍと－１．７ｍｍで発生する可能性があり、負の値はビーム中心からプロット位置軸に沿って左に離れた距離を示す。サーモクロミック界面４０２の画像は、ＲＧＢセンサまたは他のカラーセンサで取り込むことができ、カラースポット４０４を界面材料の応答曲線に従って測定された温度値を示すＲＧＢピクセルにマッピングすることができる。破線４０６は、カラースポット４０４によって表される強度の一部から外れた線が計算される経路を示し、破線４０６に沿った各点の温度値は、レーザ光の対応する強度値に変換されて、サーモクロミック界面４０２で加熱を生じさせる。
【0038】
[0051] 図４Ｂは、いくつかの実施形態による、図４Ａに示すビームスポットの一次元における強度プロファイルを示すプロットである。図４Ｂに示すように、プロット４１０は、カラースポット４０４の強度プロファイル４０８を含むことができる。強度プロファイル４０８は、破線４０６に沿って決定される。点ＡおよびＢは、プロット４１０において識別され、サーモクロミック界面４０２上に描かれた同一の点ＡおよびＢである。レーザ光検出器の構成およびサーモクロミック界面４０２の特性に応じて、熱拡散は、ガウスではない検出プロファイルをもたらし得る。補正および近似技術を使用して、基礎となる熱プロセスのモデルに従って検出されたプロファイルを調整することができる。ここに示すように、プロファイルは任意の単位で表され、受信ビームのピーク強度を表すために４から６の間に収まるようにシフトされている。
【0039】
[0052] 図４Ｃを参照すると、レーザ光検出器の動作温度は、受信されたレーザ光の追加部分がサーモクロミック界面４０２の動作温度帯域内になるように上昇させることができる。いくつかの実施形態によると、動作温度はＴ１と指定することができ、図４Ａに関して説明された初期温度Ｔ０よりも大きい。例えば、Ｔ１＝５°Ｃで、界面の動作温度帯域は２０～２５°Ｃのままである。上述の説明と同様に、点ＣおよびＤは、サーモクロミック界面４０２上の点をＴｍｉｎで表すことができ、カラースポット４１４がこれらの点を超えて検出されないようにする。検出器の動作温度が上昇したため、ビーム中心近傍の加熱は、カラースポット４１４の黒一色の内部によって示される領域においてＴｍａｘを超えるようになった。Ｔ１とＴ０の差（すなわち、この例においては５°Ｃ）は、サーモクロミック界面の動作温度帯域と同じであるため、カラースポット４１４の飽和領域の端は、図４Ａの点ＡおよびＢに対応することができ、これらは現在Ｔｍａｘにある。破線４１６は、サーモクロミック界面４０２の画像を処理する際に強度プロファイルが計算されるのと同じ線を表す。
【0040】
[0053] 図４Ｄは、いくつかの実施形態による、図４Ｃに示すビームスポットの一次元における強度プロファイルを示すプロットである。図示のように、プロット４２０は、図４Ｃに示すカラースポット４１４の破線４１６に沿って計算された強度プロファイル４１８を含む。プロファイル４１８は、カラースポット４１４が飽和した、明らかに平坦な上部を有する。飽和により失われた情報は、動作温度Ｔ０で得られた強度プロファイル４０８を使用して回復できる。点ＡおよびＢは、温度がＴｍａｘである対応する点を示す。点ＣおよびＤは、図４Ｃの破線４１６に沿った同じ点ＣおよびＤであり、温度がＴｍｉｎである点に対応する。点ＣおよびＤは、ビームスポットの中心から約３．３ｍｍと－３．３ｍｍで発生する。
【0041】
[0054] 図４Ｅを参照すると、検出器の動作温度は、受信レーザ光の残りの検出可能部分がサーモクロミック界面４０２の動作温度帯域内に収まるようにさらに上昇させることができる。いくつかの実施形態によると、動作温度はＴ２と指定することができ、図４Ｃに関して説明される温度Ｔ１よりも大きい。例えば、Ｔ２＝１０°Ｃであり、界面の動作温度帯域は２０～２５°Ｃのままである。前と同様に、点ＥおよびＦは、検出器がＴ２で動作しているときのＴｍｉｎにおけるサーモクロミック界面４０２上の点を表すことができ、カラースポット４２４がこれらの点を超えて検出されないようにする。検出器の動作温度がさらに上昇したため、ビーム中心近傍の加熱は、大きな飽和領域でＴｍａｘを超えている。Ｔ２とＴ１の違いもまた、サーモクロミック界面の動作温度帯域と同じである。カラースポット４２４の飽和領域の端は、図４Ｃからの点ＣおよびＤに対応することができ、これらは現在Ｔｍａｘである。破線４２６は、サーモクロミック界面４０２の画像を処理する場合、強度プロファイルが計算されるのと同じ線を表す。
【0042】
[0055] 図４Ｆは、いくつかの実施形態による、図４Ｅに示すビームスポットの一次元における強度プロファイルを示すプロットである。図４Ｆに示すように、プロット４３０は、図４Ｅに示すビームスポットの破線４２６に沿って計算された強度プロファイル４２８を含むことができる。強度プロファイル４２８は、界面応答のＴｍａｘを超えるかなりの部分を有する。点ＣおよびＤは、温度がＴｍａｘである対応する点を示す。点ＥおよびＦは、図４Ｅの破線４２６に沿った同一の点ＥおよびＦであり、温度がＴｍｉｎである点に対応する。点ＥおよびＦは、ビームスポットの中心から約５ｍｍと－５ｍｍで発生する。点ＡおよびＢは、図４Ａ～図４Ｄに示す点ＡおよびＢと同一であり、強度プロファイル４２８の飽和領域内の点に対応する。
【0043】
[0056] 図５は、図３Ｂに示すレーザ光の強度プロファイルを再構築するために、図４Ｂ、４Ｄ、および４Ｆに示された強度プロファイルの組み合わせを示すプロットのセットである。図示のように、プロット５００は、強度プロファイル３０８を再構築するための強度プロファイル４０８、４１８、および４２８の組み合わせを含む。点Ａ～Ｆは、図４Ａ～図４Ｆに関して上述されるものと同一であり、サーモクロミック界面のＴｍｉｎまたはＴｍａｘのいずれかに対応するプロファイル上の点を示す。全てのビームプロファイルを再構築するために、回復されたプロファイルは、識別された点に従って整列および結合される。強度プロファイル４０８、４１８の点ＡおよびＢは、強度プロファイル４１８、４２８の点ＣおよびＤと同様に整列される。プロファイルの結合は、各プロファイルを同じゼロ値にシフトした後のプロファイル合計を含むことができる。測定装置内の既知のプロセス（例えば、ＴＥＣの高い動作温度で動作するときに飽和フラットトッププロファイルを「広げる」熱拡散）によって引き起こされる予想されるガウス形状からのプロファイルの偏差を説明するために、加重合計および最小二乗カーブフィッティングを含む他の技術を採用することができる。
【0044】
[0057] いくつかの実施形態において、選択された動作温度で取り込まれた界面の画像を、レーザ光の全温度プロファイルの二次元画像を作成するために共同アライメントする。共同アライメントは、検出器の動作温度の変化を考慮した上で、同じ温度に対応する連続する画像内のピクセルを決定することに基づくことができる。アライメントは、図５に示されている２点アライメントよりも、より多くの対応するアライメントピクセルでより忠実度が高い可能性があるため、個々の強度プロファイルを組み合わせるのではなく、画像を共同アライメントすることが望ましい場合がある。例えば、Ｔ０で動作するサーモクロミック界面の画像は、Ｔｍａｘの値に対応するリングのピクセルを有してもよく、一方、Ｔ１で動作する界面の画像は、Ｔｍｉｎに対応する同サイズのリングのピクセルを有してもよい。リング内のすべてのピクセルからの情報を含む技術を使用して２つの画像をアライメントすることで、画像のアライメントが改善し、より正確な強度測定を構築できる。選択した動作温度に対して収集されたすべての画像をアライメントした上で、画像全体を通して選択したライン全体で強度プロファイルを計算できる。当業者は、多くの変形、修正、および代替を認識するであろう。
【0045】
[0058] 図６は、いくつかの実施形態による、ヒートスプレッダの表面に貼付された４つの異なる感温シートの簡略図である。図６に示すように、感温シートは、ヒートスプレッダ６００の表面６０２に貼り付けることができる。ヒートスプレッダ６００は、それぞれ図１および２のヒートスプレッダ１０６および２０６を含む、本明細書で論じる他のヒートスプレッダと同様であり得る。感温シートは、異なる動作温度帯域のＴＬＣＦであり得る。例えば、ＴＬＣＦ６０４の動作温度帯域は２０～２５°Ｃ、ＴＬＣＦ６０６は２０～２１°Ｃ、ＴＬＣＦ６０８は２５～３０°Ｃ、ＴＬＣＦ６１０は２０～３０°Ｃであり得る。動作温度帯域の他の多くの組み合わせが可能である。ＴＬＣＦ６０４～６１０は、熱伝導性接着剤によって、または機械的拘束によって表面６０２に貼り付けることができる。いくつかの実施形態において、アレイは、２枚、３枚、または４枚以上の感温シートを含むことができる。シートの配置は、グリッドパターン、放射状パターン、または他の適切なパターンを含むことができる。
【0046】
[0059] 単一のヒートスプレッダ上に複数の熱感知構造を配列することで、多くの利点を提供することができる。ほとんどのレーザ光は軸対称であるため、検出器界面でのＴＬＣＦアレイは、各ＴＬＣＦでビームの対称部分を同時に取り込むことができる。結果として生じるビームスポットは、ビームによって入射する各ＴＬＣＦに対応する異なる構成要素を有するであろう。図６の４つの構造アレイにおいて、中心に置かれたレーザ光の場合、ビームスポットは４つのＴＬＣＦ６０４～６１０によって覆われる４つの象限の各々において異なる構成要素を有するであろう。結果として生じるスポットの画像を取り込むと、４つの異なる動作温度帯域内の温度情報が同時に提供される。ＴＬＣＦを適切に選択して、異なる帯域幅で重複する動作温度帯域を作成すると、入射レーザ光の強度プロファイルを計算する際の画像のアライメントを改善できる。また、複数のＴＬＣＦから追加された情報は、完全なビームプロファイルを取り込むために必要な動作温度の数を減らすことで、検出器の異なる動作温度でのスキャンをより効率的にすることができる。
【0047】
[0060] いくつかの実施形態において、複数のセンシング構造のアレイにより、各構造におけるビームプロファイルの効率的な検査を別々に行うことができる。例えば、オペレータはヒートスプレッダ６００を組み込んだ検出器を使用して、光学系内のレーザ光のアライメントを検証することができる。オペレータは、４つのＴＬＣＦ６０４～６１０の各々が定常状態でその温度で動作するように、検出器の動作温度を選択することができる。次に、オペレータは、ビームが一度に１つのＴＬＣＦにのみ入射するように検出器をレーザの経路に配置することができる。例えば、オペレータは、ＴＬＣＦ６０４のサーモクロミック応答に従ってカラースポットを作成するため、ＴＬＣＦ６０４内のビームをセンタリングすることから始めることができる。検出器の動作温度を調整して異なるビームプロファイル情報を表示する代わりに、オペレータはビームが次のＬＤＦ、例えば、ＴＬＣＦ６０４とは異なる動作温度帯域を有するＴＬＣＦ６０６の中心に来るように検出器を移動することができる。このような技術は、ＴＥＣへの電源を調整せずに検出器の温度感度を迅速に変更したい場合に、光学系内のビームにアライメント調整を行う場合に役立つ。
【0048】
[0061] 図７は、いくつかの実施形態による、制御可能な冷却器に貼付されたサーモクロミック界面の画像を使用してレーザ光プロファイルを再構築する方法を示すフローチャートである。図示のプロセスは、図３～５を参照して上述した技術のうちの１つまたは複数に対応することができる。本プロセスは、図２を参照して説明したような検出器システムによって実行することができる。図７に示すように、ビームプロファイルを再構築する方法は、異なる温度設定点に対する検出器のサーモクロミック界面の画像の取得を表す反復ループを利用する。検出器のサーモクロミック界面はレーザ光を受信することができ、レーザ光は、ビーム強度プロファイルによって特徴付けられる（７１０）。検出器の初期温度設定点を選択することができる（７１２）。温度設定点は、サーモクロミック界面と熱の伝達を行うよう構成された制御可能な冷却器の動作温度に対応することができ、動作温度はサーモクロミック界面の定常状態温度となる。特定の実施形態によると、制御可能な冷却器はＴＥＣであり得る。
【0049】
[0062] レーザ光は、サーモクロミック界面の局所加熱を引き起こし、可視光の選択的に反射された波長に基づいてカラースポットを生成する可能性がある。画像センサまたは他の画像システムは、サーモクロミック界面の画像を取り込むことができる（７１４）。いくつかの実施形態において、サーモクロミック界面は、サーモクロミック界面での選択反射のための光を提供するために可視スペクトルの光で照らされてもよい。画像から、ビーム強度プロファイルの少なくとも一部に対応する部分強度プロファイルを決定することができる。決定は、画像解析のためのコントローラまたは他の適切な計算システムによって行うことができる。部分強度プロファイルは、サーモクロミック界面の画像を通る線に沿って取られた線プロファイルに対応することができる。
【0050】
[0063] 再構築されたビームプロファイルを組み立てるため、部分強度プロファイルを使用することができる（７１８）。単一の部分強度プロファイルは、完全なビームプロファイルを再構築するのに十分ではない可能性がある。再構築されたビームプロファイルが完全でない場合（７２０）、検出器の更新された温度設定点を選択することができる（７２２）。サーモクロミック界面の追加画像を取り込むことができ、更新された画像から追加の部分強度プロファイルを決定することができる。次に、再構築されたビームプロファイルを組み立てるため、追加の部分強度プロファイルを部分強度プロファイルとともに使用することができる。組み立ては、サーモクロミック界面の検出ＴｍａｘおよびＴｍｉｎに対応する強度値に基づく部分強度プロファイルのアライメントを含むことができる。いくつかの実施形態において、アライメントは、界面の特徴的なサーモクロミック応答の線形領域内で検出された温度に対応する強度値に基づくことができる。
【0051】
[0064] ビームプロファイルが完成すると、再構築されたビームプロファイルを出力することができる（７２４）。再構築されたビームプロファイルが完全であるかどうかは、プロファイルパラメータの十分な定義について現在の再構築プロファイルを調べることによって、例えば、再構築されたプロファイルに１／ｅ２直径を超えるビーム半径位置のプロファイル情報が含まれているかどうかによって決定することができる。再構築されたビームプロファイルを出力することは、再構築されたビームプロファイルに対応するデータを格納すること、再構築されたビームプロファイルを表示すること、またはデータを処理するための他のプロセスを含むことができる。
【0052】
[0065] 図７に示される特定のステップは、本発明の一実施形態によるレーザ光の強度プロファイルを測定する特定の方法を提供することを理解されたい。ステップの他のシーケンスも、代替実施形態に従って実行され得る。例えば、本発明の代替実施形態は、上記で概説したステップを異なる順序で実行してもよい。さらに、図７に示す個々のステップは、個々のステップに適宜様々なシーケンスで実行され得る複数のサブステップを含み得る。さらに、追加のステップは、特定の用途に応じて追加または削除されてもよい。当業者は、多くの変形、修正、および代替を認識するであろう。
【0053】
[0066] 図８は、いくつかの実施形態による、サーモクロミック界面を有する検出器を使用して光学系内でレーザ光をアライメントする方法を示すフローチャートである。図示のプロセスは、図１および図６を参照して上述した技術のうちの１つまたは複数に対応することができる。本プロセスは、図１を参照して説明したような検出器によって実行することができる。
【0054】
[0067] 検出器は、サーモクロミック界面でレーザ光を受信することができる（８１０）。いくつかの実施形態において、サーモクロミック界面はＴＬＣＦで有り得る。検出器の温度設定点は、例えば、サーモクロミック界面と熱の伝達を行うにあたり制御可能な冷却器を動作するために構成されたコントローラによって選択することができる（８１２）。温度設定点は、検出器の動作温度に対応することができる。
【0055】
[0068] レーザ光は、サーモクロミック界面の局所加熱を引き起こし、可視光の選択的に反射された波長に基づいてカラースポットを作り出すことができる。画像センサまたは他の画像システムは、サーモクロミック界面の画像を取り込むことができる（８１４）。画像から、光学系に対するレーザ光の電流アライメントに対応する１つまたは複数のパラメータを決定することができる（８１６）。決定は、画像解析のためのコントローラまたは他の適切な計算システムによって行うことができる。いくつかの実施形態において、決定は、画像の目視検査を用いてオペレータによって行うことができる。１つまたは複数のパラメータは、ビームプロファイルの非対称性、ビーム非点収差、ビーム閉塞（例えば、アパーチャのずれ）、ビーム収差（例えば、コマ）または光学系内の光学要素によって誘発される他の収差、ビームワンダ、またはビームジッタを含むことができる。
【0056】
[0069] 決定されたパラメータに基づいて、更新されたアライメントを得るためにビームを光学系に対しアライメントすることができる（８１８）。ビームのアライメントは、光学系内の１つまたは複数の光学要素を調整することによって、例えば、ミラーまたは他の反射体の向きを調整すること、レンズの向きを調整すること、障害物を除去することなどによって達成することができる。
【0057】
[0070] いくつかの実施形態において、光学系に対するビームのアライメントをさらに洗練するために、更新された温度設定点で追加画像を取り込むことができる。本プロセスは、レーザ光の所望のアライメントまたは最終的なアライメントが達成されるまで反復的に繰り返される上述の動作に類似し得る。最終的なアライメントは、レーザ光に望まれる１つまたは複数の最終パラメータを有することによって特徴付けることができる。例えば、最終的なアライメントは、検出可能な閉塞を有さないか、または閾値未満の定量化された非対称性を有するかによって特徴付けられ得る。
【0058】
[0071] 上記の技術の一例として、いくつかの実施形態において、オペレータは、レーザ光の経路に検出器を配置し、ＴＬＣＦの動作温度帯域におけるビーム周辺を示す検出器の高い動作温度でビームスポットを観察することができる。軸対称ビームがビーム経路内の物体の不透明な端によってその周辺で部分的に遮られている場合、プロファイルは閉塞され、ＴＬＣＦで生じたカラースポットは障害物に対応する端を示す。オペレータは、光学系のビームアライメントを補正し、補正を確認するためＴＬＣＦ上のビームスポットを観察できる。次に、オペレータは、ビームの中心がＴＬＣＦの動作温度帯域内に収まるよう検出器の動作温度を下げることができる。ビームが光学系の光軸からずれると、ＴＬＣＦのカラースポットにコマのような収差が見られる。この場合も、オペレータはＴＬＣＦ上のビームスポットを観察しながらビームアライメントを補正できる。検出器の動作温度を素早く変更できるため、光学系の複数の場所で複数のアライメントチェックを迅速かつ効率的に行うことができる。
【0059】
[0072] 図８に示す特定のステップは、本発明の一実施形態によるサーモクロミック界面を有する検出器を用いてレーザ光をアライメントさせる特定の方法を提供することを理解されたい。ステップの他のシーケンスも、代替実施形態に従って実行され得る。例えば、本発明の代替実施形態は、上記で概説したステップを異なる順序で実行してもよい。さらに、図８に示す個々のステップは、個々のステップに適宜様々なシーケンスで実行され得る複数のサブステップを含み得る。さらに、追加のステップは、特定の用途に応じて追加または削除され得る。当業者は、多くの変形、修正、および代替を認識するであろう。
【0060】
[0073] 開示された原理の例および特徴が本明細書に記載されているが、開示された実施形態の精神および範囲から逸脱することなく、修正、適応、および他の実施が可能である。また、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、およびその他の同様の形式は、同等の意味であり、これらの単語のいずれかに続く項目または複数の項目がそのような項目または複数の項目の網羅的なリストであることを意図していない、またはリストされた項目または複数の項目のみに限定されることを意図している点でオープンエンドであることが意図されている。本明細書で使用される単数形「１つの」または「その」は、文脈がそうでないことを明らかに指図しない限り、複数の指示対象を含むことも留意しなければならない。
【0061】
[0074] また、本明細書に記載される実施例および実施形態は、例示のみを目的としており、それに照らして様々な修正または変更が当業者に提案され、本出願の精神および範囲および以下の添付の特許請求の範囲に含まれるべきであることも理解される。
【図1】
【図2】
【図3A-3B】
【図4A-4B】
【図4C-4D】
【図4E-4F】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】