[发明专利]一种四象限光电探测器基于高斯分布的光斑定位方法

说明书

本发明提供一种四象限探测器基于高斯分布的光斑定位方法，采用高斯模型等效激光光斑在四象限光电探测器光敏面上的光强分布，根据光斑中心坐标求解公式求解出或者或者然后通过查找标准正态分布表获得或者或者的值，从而求解出光斑中心坐标(x₀，y₀)。本发明提高了激光光斑中心位置的测量精度，同时在很大程度上降低了计算量，从而可以实时获得激光光斑中心位置。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，涉及一种四象限光电探测器基于高斯分布的光斑定位方法。

背景技术

四象限光电探测器是一种常见的位置测量器件，它将圆形或方形光敏面窗口通过光刻技术均匀分割成形状相同、参数相等、呈轴对称分布的四个象限以进行位置测量。四象限光电探测器具有体积小、光谱范围宽、位置分辨率高、灵敏度高及动态响应范围宽等优势，可广泛应用于位置测量、激光准直、自动定位、目标跟踪等精密光电检测系统中。

四象限光电探测器的测量原理是利用半导体光伏效应工作，每个象限都可看成一个独立的光电二极管。当激光光斑照射到探测器光敏面上时，各象限根据区域内所接收的光斑能量产生相应大小的光电流，通过对光电流进行转换和计算，就可以确定光斑中心的位置坐标。四象限光电探测器基本结构如图1所示，盲区将圆形光敏面分割成A、B、C、D四个区域。当探测器工作时，激光经光学系统汇聚映射在探测器光敏面上，激光光斑中心位置坐标为a(x₀,y₀)。此时激光光斑在探测器的四象限上的光能量分别为I_A、I_B、I_C、I_D，从而对应各象限阴极所输出的光电流分别为i_A、i_B、i_C、i_D，光能量与光电流的对应关系如公式(1)所示，

I_n∝i_n,n＝A,B,C,D (1)

当激光光斑在光敏面上产生位移时，各象限接收到的光能量就会产生变化，从而导致各象限输出的光电流产生相应变化。因此，可根据各象限输出的光电流按照一定的计算方法求解出激光光斑的中心坐标a(x₀,y₀)。

用于计算激光光斑中心坐标的方法是影响四象限光电探测器测量精度的重要因素之一。现有方法包括圆模型、高斯分布、椭圆模型及统计分布模型等以等效激光光斑在探测器光敏面上的分布，从而得到不同的光斑中心位置计算方法。其中，基于圆模型的计算方法是最早也是应用最为广泛的一种算法，其模型简单、计算量小，但测量精度较低。而基于高斯分布模型的计算方法更接近实际光斑光强分布，但随之带来的是计算复杂，难以实现实时检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四象限探测器基于高斯分布的光斑定位方法，提高了激光光斑中心位置的测量精度，同时在很大程度上降低了计算量，从而可以实时获得激光光斑中心位置。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种四象限光电探测器基于高斯分布的光斑定位方法，采用高斯模型等效激光光斑在四象限光电探测器光敏面上的光强分布，根据光斑中心坐标求解公式求解出或者或者然后通过查找标准正态分布表获得或者或者的值，从而求解出光斑中心坐标(x₀，y₀)；所述光斑中心坐标求解公式如公式(1)和(2)所示，