四象限光电探测器光敏面四个区的光电转换平衡校正方法

摘要

本发明公开了一种四象限光电探测器光敏面四个区的光电转换平衡校正方法。该方法通过对四象限光电探测器的输出信号的合成进行分析，找出光电转换系数与探测器输出信号的关系，列出了关于探测器光敏面四个区的光电转换系数与探测器输出信号的方程组，通过求解方程组获得探测器光敏面四个区的光电转换系数。将各光电转换系数归一化，无需对光敏面四个区的四个通道进行硬件增益调节，即可实现四象限光电探测器光敏面四个区的光电转换关系一致性平衡校正，为四象限光电探测器的精确探测奠定了基础。

主权项

1.一种四象限光电探测器光敏面四个区的光电转换平衡校正方法，其特征在于：建立求取四象限光电探测器光敏面四个区域I、II、III、IV的光电转换系数pI、pII、pIII和pIV的表达式，将光敏面四个输出信号uI、uII、uIII、uIV归一化后，合成探测器的输出信号ux、uy；定义四象限光电探测器输出信号为：ux＝(uI+uIV)-(uII+uIII) (1)uy＝(uI+uII)-(uIII+uIV) (2)其中uI、uII、uIII、uIV分别为四象限光电探测器光敏面四个区的输出电压信号；四象限光电探测器光敏面四个光敏区的光电转换系数是否平衡一致的一个标志在于当光斑完全从光敏面y(x)轴的一侧移动到另一侧，ux信号是否幅值相等，符号相反；1)、建立方程组并求得光电转换系数求解通式令uI＝pISI (3) pIISII-pIIISIII＝R2 (11)uII＝pIISII (4) sII+sIII＝s (12)uIII＝pIIISIII (5) pISI′+pIISII′＝Q1′ (13)uIV＝pIVSIV (6) pISI′-pIISII′＝R1′ (14)pISI+pIVSIV＝Q1 (7) SI′+SII′＝S (15) pISI-pIVSIV＝R1 (8) pIIISIII′+pIVSIV′＝Q2′ (16)SI+SIV＝S (9) pIVSIV′-pIIISIII′＝R2′ (17)pIISII+pIIISIII＝Q2 (10) SIII′+SIV′＝S (18)其中SI、SII、SIII和SIV分别为0°安装I、II、III和IV象限光斑的面积沿光路返回折算到探测器凸透镜上的面积，Q1、R1分别为0°安装探测器输出信号的合成信号ux和uy的电压值，S为整个光斑沿光路返回折算到探测器凸透镜上的面积；SI′，SII′，SIII′，SIV′分别为90°安装时，光斑完全偏移到I、II象限，以及完全偏移到III、IV象限时，光斑在各象限的面积沿光路返回折算到探测器透镜上的光照面积，R1′，R2′，Q1′，Q2′分别为相应的ux、uy信号的电压值，在(7)～(18)式中，Q1、Q2、R1、R2、Q1′、Q2′、R1′、R2′和S为已知量，pI～pIV、SI～SIV、SI`～SIV`为未知量；解方程组(7)～(18)得：$p_I=\frac{A^{\prime }\mathrm{AD}{D}^{\prime }-B{B}^{\prime }{C}^{\prime }C}{B{C}^{\prime }{A}^{\prime }S-A^{\prime }\mathrm{BDS}+A^{\prime }{D}^{\prime }\mathrm{DS}-B{C}^{\prime }\mathrm{CS}}---\left(19\right)$ $p_{\mathrm{II}}=\frac{p_I{A}^{\prime }}{p_{I}S-B^{\prime }}---\left(20\right)$ $p_{\mathrm{III}}=\frac{p_{\mathrm{II}}D}{p_{\mathrm{II}}S-C}---\left(21\right)$ $p_{\mathrm{IV}}=\frac{p_{I}B}{P_{I}S-A}---\left(22\right)$ 其中$A=\frac{Q_1+R_1}{2},B=\frac{Q_1-R_1}{2},C=\frac{Q_2+R_2}{2},D=\frac{Q_2-R_2}{2},A^{\prime }=\frac{{Q_1}^{\prime }+{R_1}^{\prime }}{2},$ $B^{\prime }=\frac{{Q_1}^{\prime }-{R_1}^{\prime }}{2},B^{\prime }=\frac{{Q_2}^{\prime }+{R_2}^{\prime }}{2},B^{\prime }=\frac{{Q_2}^{\prime }-{R_2}^{\prime }}{2};$ Q1与R1、Q2与R2分别为0°安装光斑完全在探测器光敏面y轴一侧时探测器输出信号的合成信号ux和uy的电压值，R1′，R2′，Q1′，Q2′为90°安装时光斑完全在探测器光敏面y轴一侧时探测器输出信号的合成信号ux和uy的电压值；2)、光电转换系数校正平衡后ux和uy的表达式给定四象限光电探测器的输出信号，由1)中光电转换系数求解通式求出各光敏区光电转换系数，并进行归一化，即将四象限光电探测器光敏面的四个区的输出信号除以其相应的光电转换系数；然后按照(1)式和(2)式将探测器各光敏区输出信号合成ux、uy信号ux＝(uI/pI+uIV/pIV)-(uII/pII+uIII/pIII) (23)uy＝(uI/pI+uII/pII)-(uIII/pIII+uIV/pIV) (24)其中uI、uII、uIII、uIV分别为四象限光电探测器光敏面四个区的输出信号，p1、pII、pIII和pIV分别为四象限光电探测器光敏面四个区的光电转换系数，可由式(19)～(22)求得。