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Hallo Leute,

ich möchte gerne das Profil eines kollimierten Laserstrahls messen. Es handelt sich um einen mit 80Mhz gepulsten 640nm Dioden-Laser. Die Pulsenergie beträgt etwa 140 pJ, die Spitzenleistung 700 mW und die mittlere Leistung 10 mW.

Es gibt von diversen Firmen spezielle Laserprofiler mit Kosten im 4-stelligen Bereich. Eigentlich müsste es doch möglich sein eine handelsübliche 1/4" CCD-Farm-Kamera zu nehmen, das Objektiv zu entfernen und den Laserstrahl (eventuell mit Graufilter zur Abschwächung der Intensität) direkt auf den CCD-Chip zu richten. Bei Conrad kostet solch eine Kamera gerade mal 100 Euro. Was meint ihr?

Sind die CCD-Kameras für Strahlprofil Messungen wesentlich teurer, weil sie nicht in Massen produziert werden? Oder ist die Eingangsdynamik (Auflösung pro Pixel) und Linearität der einzelnen CCD-Pixel besser? Hat jemand eine Ahnung welche Eingangsdynamik eine handelsübliche CCD-Kamera hat? Sind es 8 Bit oder sogar mehr? Welche Lichtintensität verkraft ein normaler CCD-Chip? Vielleicht sind ja sogar die CCD-Chips in den Strahlprofil Messgeräten die gleichen wie in normalen CCD-kameras?

Ich freue mich auf eure Ratschläge.

Grüße,
Björn

Grundsätzlich gefällt mir die Idee und sollte im Prinzip funktionieren, aber von den Größenordnungen kommst du nicht ganz hin. Ich habe die Werte mal im Kof überschlagen:

Eine normale CCD-Kamera braucht ca. 1 Lux für ein gutes Bild.

1 Lux ist ein Lumen je m²

1 Lumen hat bei weißem Licht rund 5mW.

Der Kamerachip hat rund 1cm²

Alles in allem müßtest du die mittlere Laserleistung um rund das 20000-fache abschwächen weil die Kamera sonst hoffnungslos übersteuert wird. Evtl. hilft eine Schutzscheibe fürs Lichtbogenchweißen.


Für ein subjektiv gutes Fernseh/Videobild wird ein Störabstand von rund 35 bis 40dB gefordert, das ist ein Spannungsverhältnis in der Größenordnung von 1:150. Hinter dem ADC bekommst du somit rund 6 bis 7 nutzbare Bits und der Rest dahinter ist praktisch nur noch Rauschen.

Um die Auflösung zu erhöhen kannst du mehrere aufeinanderfolgende Bilder addieren, dann addiert sich die Signalspannung direkt während sich vom Rauschen nur die Leistung addiert, der Störabstand wird mit der Wurzel aus den addierten Bildern besser. Um von 6 auf 8 signifikante Bit zu kommen mußt du also 16 Bilder addieren.


Die letzte Frage ist ob der CCD überhaupt ein Strahlprofil unverzerrt abbilden kann oder ob durch die innere Funktion des Sensor Störeffekte entstehen. Eine Billigkamera kann bei hellen Stellen in einem ansonsten dunklen Bild sehr starke Schmiereffekte (senkrechte Streifen) erzeugen, helle Details können außerdem seitlich "ausbluten".

Sensoren für wissenschaftliche Zwecke; anspruchsvolle Fotos und ernsthafte Videokameras haben einen weit komplizierteren Innenaufbau und kosten somit ein Vielfaches verglichen mit den "geht auch so"-Kameras.


Alles in allem sollte es klappen mit Amateurmitteln und <100&#8364; das Profil vom Laserstrahl so einigermaßen abzubilden, für eine ernsthafte Messung reicht das ganz sicher nich taus.