CN103615982B - 一种光斑大小的测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光电测量技术领域，公开了一种光斑大小的测量装置和方法，利用螺旋线与任意同心圆交点唯一的规律，配合光敏材料形成光斑大小测量装置；所述光斑大小的测量装置包括：双螺旋电极；所述双螺旋包括：呈螺旋线圈状的独立正电极和负电极；所述双螺旋电极采用光敏电导材料；所述双螺旋电极的正电极和负电极相间铺设，呈中心对称；所述螺旋电极的尾端连接电阻测量装置。本发明通过两个光敏材料构成的螺旋电极在待测光斑的照射下阻值变化，来表征待测光斑的大小，操作简单高效。

Description

一种光斑大小的测量装置和方法

技术领域

本发明属于光电测量技术领域，公开了一种光斑大小的测量装置和方法。

背景技术

光学系统对光斑的尺寸大小有严格的要求，比如在跟踪方面，需要严格控制光斑大小，才能高效准确提取出目标的位置信息。光斑测量也是光电测量技术领域中重要的项目，通常是采用即成高精度仪器进行测量，虽然能够准确地获得光斑的大小，耗时费力；其设备投入成本相对较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度，低成本，操作简便的光大小测量装置和方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光斑大小的测量装置，利用螺旋线与任意同心圆交点唯一的规律，配合光敏电导材料形成光斑大小测量装置；所述光斑大小的测量装置包括：双螺旋电极；所述双螺旋包括：呈螺旋线圈状的独立正电极和负电极；所述双螺旋电极采用光敏电导材料；所述双螺旋电极的正电极和负电极相间铺设，呈中心对称；所述螺旋电极的尾端连接电阻测量装置。

进一步地，所述呈螺旋线圈状的正电极和负电极的相邻螺旋线之间间距相等。

一种光斑大小的测量方法，运用上述光斑大小测量装置执行下述步骤：

将待测光斑投射到所述双螺旋电极上，待测光斑的圆心与所述双螺旋电极的中心重合；

通过双螺旋电极的尾端连接电阻测量装置测量此时双螺旋电极的阻值R_AB；

通过公式计算待测光斑的直径D₁₂；

其中，D_AB为双螺旋电极探测区域直径；ρ为双螺旋电极单位长度的电阻值；d为两电极相邻螺旋线的间距。

进一步地，所述的待测光斑的圆心与所述双螺旋电极的中心重合步骤的操作为：在进行光斑大小探测之前，使两个电极都接正极，以两个螺旋电极的头端为公共负极，当光斑照射时，调整入射位置，使两个电极输出电流差值为零，即待测光斑圆心与探测器中心重合。

进一步地，所述方法还包括下述步骤：将所述正电极和所述负电极的头端相连，在无光条件下测量双螺旋电极的原始阻值R₀；从而通过公式修正数据，提高测量精度。

本发明提供的光斑大小的测量装置和方法，通过光敏材料制成的双螺旋结构的正负电极在光斑照射下，电阻值的变化来表征待测光斑的大小；通过运用螺旋线圈的同心圆只有一个交点的原理，在两个电极上通过投射的光斑产生两个交点，两交点的距离为待测光斑的直径；通过巧妙地运用物理和材料特性，精确的测量光斑的大小；操作简便高效，成本低廉，结构精简；更适于实际使用环境。

附图说明

图1为本发明实施例提供的光斑大小的测量装置的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例提供的一种光斑大小的测量装置，利用螺旋线与任意同心圆交点唯一的规律，配合光敏材料形成光斑大小的测量装置；光斑大小的测量装置包括：双螺旋电极；双螺旋包括：呈螺旋线圈状的独立正电极和负电极；双螺旋电极采用光敏电导材料；光敏电导材料在有光条件下，电阻相对于无光条件下可忽略不计；双螺旋电极的正电极和负电极相间铺设，呈中心对称；当待测的光斑的圆心与双螺旋电极的中心重合，投射到正电极和负电极上时，待测光斑与正电极和负电极分别有且只有一个交点，分别为图中标号1和2的两个点。这两个交点的连线就是光斑的直径D₁₂;当光敏材料受光斑照射后将会短路，正负电极的电阻会明显降低，通过螺旋电极尾端连接的电阻测量装置，能够准确的测量此时的电阻；与未投射光斑之前的电阻R₀的差值用于表征光斑的大小，通过数学计算得出两个交点间的螺旋丝长度，进而转换计算出对应的直径D₁₂。

呈螺旋线圈状的正电极和负电极的相邻螺旋线之间间距相等，从而使得两个交点之间的电阻对应的螺旋丝长及直径D₁₂更为准确。

本实施例还提供一种光斑大小的测量方法，通过运用上述装置执行以下步骤实现光斑大小的测量。

本方法步骤包括：将待测光斑投射到所述双螺旋电极上，待测光斑的圆心与所述双螺旋电极的中心重合；

通过双螺旋电极的尾端连接电阻测量装置测量此时双螺旋电极的阻值R_AB；

通过公式计算待测光斑的直径D₁₂；

其中，D_AB为双螺旋电极探测区域直径；ρ为双螺旋电极单位长度的电阻值；d为两电极相邻螺旋线的间距。

执行本方法时，待测光斑的圆心需要和双螺旋电极的中心重合，从而使得带侧光斑和双螺旋电极一样，都是关于这个中心点中心对称，从而保证光斑与双螺旋电极的交点唯一，并且两点连线为光斑直径。

待测光斑的圆心和双螺旋电极的中心重合，可以通过下述操作实现：在进行光斑大小探测之前，使正电极和负电极都接正极，以两个螺旋电极的头端为公共负极，当光斑照射时，调整入射位置，使两个电极输出电流差值为零，即待测光斑圆心与探测器中心重合；此时不存在电势差因而可以说明正电极和负电极的受光长度相等。

当待测光斑的圆心与双螺旋电极中心重合调节完成后，就可以进行正是测量；将正电极和负电极连接电阻测量装置完成对整个电极实施电阻R_AB的测量。结合双螺旋电极的设备参数：双螺旋电极探测区域直径D_AB；双螺旋电极单位长度的电阻值ρ；两电极相邻螺旋线的间距d。通过公式计算待测光斑的直径D₁₂。

通过以下过程完成公式推导，光斑区域与电极A、B各有一个交点2、1，两个交点的连线长度即为光斑的直径大小。因光电导材料的电阻在有光区域极小，可忽略不计，则电极A、B在交点1-2之间构成通路，A-B间的电阻大小可表示为：

$R_{\mathrm{AB}}=\frac{1}{2}\mathrm{\θ\ρ}(D_{12}+D_{\mathrm{AB}})$

这里，ρ为单位长度电极电阻，D_AB为螺旋探测器探测区域直径，D₁₂为光斑直径。ρ，D_AB由探测器工艺和结构设计决定，是常数。设定两电极螺旋线的间距为d，螺旋圈数为n，则：

$D_{\mathrm{AB}}=2(\frac{d}{2}+2\mathrm{n\π}\·\frac{d}{\mathrm{\π}})$

$\mathrm{\θ}=2\mathrm{n\π}-\frac{D_{12}-d}{\frac{2d}{\mathrm{\π}}}=(D_{\mathrm{AB}}-D_{12})/\left(\frac{2d}{\mathrm{\π}}\right)$

由此公式推得：

$R_{\mathrm{AB}}=\frac{\mathrm{\ρ\π}}{4d}(D_{\mathrm{AB}}^2-D_{12}^2)$

通过测试，获得在A、B两端电阻R_AB的值，可据此公式推出光斑直径D₁₂。

为了保证测量结果的精度，本实施例还提供验证步骤：将正电极和负电极的头端相连，在无光条件下测量双螺旋电极的原始阻值R₀；从而通过公式修正数据，提高测量精度。

本发明实施例提供的光斑大小的测量装置和方法，通过光敏材料制成的双螺旋结构的正负电极在光斑照射下，电阻值的变化来表征待测光斑的大小；通过运用螺旋线圈的同心圆只有一个交点的原理，在两个电极上通过投射的光斑产生两个交点，两交点的距离为待测光斑的直径；通过巧妙地运用物理和材料特性，精确的测量光斑的大小；操作简便高效，成本低廉，结构精简；更适于实际使用环境。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种光斑大小的测量装置，利用螺旋线与任意同心圆交点唯一的规律，配合光敏材料形成光斑大小测量装置；其特征在于，所述光斑大小的测量装置包括：双螺旋电极；所述双螺旋电极包括：呈螺旋线圈状的独立正电极和负电极；所述双螺旋电极采用光敏电导材料；所述双螺旋电极的正电极和负电极相间铺设，呈中心对称；所述双螺旋电极的尾端连接电阻测量装置。

2.如权利要求1所述的光斑大小的测量装置，其特征在于：所述呈螺旋线圈状的正电极和负电极的相邻螺旋线之间间距相等。

3.一种光斑大小的测量方法，其特征在于，运用如权利要求1所述的光斑大小测量装置执行下述步骤：

将待测光斑投射到所述双螺旋电极上，待测光斑的圆心与所述双螺旋电极的中心重合；

通过双螺旋电极的尾端连接电阻测量装置测量此时双螺旋电极的阻值R_AB；

通过公式计算待测光斑的直径D₁₂；

其中，D_AB为双螺旋电极探测区域直径；ρ为双螺旋电极单位长度的电阻值；d为两电极相邻螺旋线的间距。

4.如权利要求3所述的光斑大小的测量方法，其特征在于，所述的待测光斑的圆心与所述双螺旋电极的中心重合步骤的操作为：在进行光斑大小探测之前，使两个电极都接正极，以两个螺旋电极的头端为公共负极，当光斑照射时，调整入射位置，使两个电极输出电流差值为零，即待测光斑圆心与所述双螺旋电极中心重合。

5.如权利要求3所述的光斑大小的测量方法，其特征在于，还包括下述步骤：将所述正电极和所述负电极的头端相连，在无光条件下测量双螺旋电极的原始阻值R₀；从而通过公式修正数据。