CN106595478A - 一种光斑位置探测器 - Google Patents

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赵环
王宏博
王暖让
张升康
杨仁福
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Abstract

本发明公开一种光斑位置探测器，所述探测器包括：多个光电性能一致的光电传感器，处于同一平面且相互之间存在缝隙；和光散射膜，平行于所述多个光电传感器构成的平面且与所述平面隔开；所述光散射膜的面积大于所述平面，本发明提供了一种工艺简单、性能可靠的光斑位置探测器，实现光斑位置的定位功能，同时还可根据需要进行动态调整和设置，可扩展为多象限的光斑位置探测器，实现更广范围的光斑探测，提高了光斑位置探测器的实用性。

Description

一种光斑位置探测器
技术领域
本发明涉及探测光斑中心位置的装置。更具体地，涉及一种光斑位置探测器。
背景技术
象限探测器是一种常用的光斑位置跟踪探测器，在空间卫星光通信ATP技术、现代原子力显微镜的悬臂位置探测、激光准直、激光自动跟踪、激光制导中广泛地采用象限探测器对目标的方位信息进行探测，实现对目标的定位跟踪。象限探测器的基本原理是光电效应，利用半导体材料吸收光子能量引起的电子跃迁，将光信号转换为电信号，通常是利用集成光路光刻技术将完整的光电传感器的光敏面分割成几个具有相同形状和面积、位置对称的区域，每个区域可以看作一个独立的光电探测器，其背面仍为一整片，理想情况下，每个区域都具有完全相同的性能参量。
以常用的四象限探测器为例，如图1(a)所示，四象限探测器光敏面有A、B、C、D四个部分，当目标光斑落在光敏面的不同位置时，每个象限根据各自接收到的光信号，分别独立输出不同幅度的电信号。假设目标光斑几何形状对称、能量分布均匀，当其照射到探测器中心时,各个象限由于光辐射量相同，输出相等的光电流。当目标光斑相对探测器中心产生偏移，如图1(b)所示，四个象限由于光辐射量不同而产生不同的光电流，通过对光电流的偏差处理即可推知目标光斑相对四象限探测器中心的偏移,从而对目标光斑中心进行定位。
象限探测器的光敏元件通过光刻工艺分成若干独立的象限单元，象限单元之间的缝隙通常小于100um，其加工工艺复杂，造价较高。
因此，需要提供一种基于象限探测原理的光斑位置探测器，不需要通过光刻工艺等复杂加工方法制成，同时可以实现目标光斑的定位跟踪。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种光斑位置探测器，以简化传统光斑位置探测器的加工工艺，同时实现目标光斑位置的正确定位。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
本发明公开了一种光斑位置探测器，其特征在于，所述探测器包括：
多个光电性能一致的光电传感器，处于同一平面且相互之间存在缝隙；和
光散射膜，平行于所述多个光电传感器构成的平面且与所述平面隔开；
所述光散射膜的面积大于所述平面。
优选地，所述光散射膜用于将光斑散射至所述多个光电传感器的接收面上。
优选地，所述光电传感器用于将所述光散射膜散射的光信号转换为电信号。
优选地，所述探测器进一步包括与所述多个光电传感器连接的电信号处理模块，用于处理所述多个光电传感器传递的输出电压，得到光斑的位置。
优选地，所述多个光电传感器间的缝隙的宽度在1mm以内。
优选地，所述多个光电传感器为对称排列的偶数个光电传感器。
优选地，所述多个光电传感器为排列成2×2形式的四个光电传感器。
优选地，所述四个光电传感器的总电压为
SUM(total)＝D00+D01+D10+D11
第一列两个光电传感器的总电压为
SUM(left)＝D00+D10
第二列两个光电传感器的总电压为
SUM(right)＝D01+D11
第一行两个光电传感器的总电压为
SUM(up)＝D00+D01
第二行两个光电传感器的总电压为
SUM(down)＝D10+D11
其中，D00为第一行第一列的光电传感器的输出电压，D01为第一行第二列的光电传感器的输出电压，D10为第二行第一列的光电传感器的输出电压，D11为第一行第二列的光电传感器的输出电压。
优选地，其特征在于，
光斑在行方向的相对位置为
x＝{[SUM(right)-SUM(left)]/SUM(total)+1}×50
光斑在列方向的相对位置为
y＝{[SUM(up)-SUM(down)]/SUM(total)+1}×50
本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种工艺简单、性能可靠的光斑位置探测器，实现光斑位置的定位功能，同时本发明的光斑位置探测器还可根据需要进行动态调整和设置，可扩展为多象限的光斑位置探测器，实现更广范围的光斑探测，提高了光斑位置探测器的实用性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1(a)示出现有技术中象限探测器光斑位于探测器中心的示意图。
图1(b)示出现有技术中象限探测器光斑偏离探测器中心的示意图。
图2示出本发明的光斑位置探测器实施例的结构图。
图3示出本发明的光斑位置探测器实施例中光斑相对位置的示意图。
图4示出本发明的光斑位置探测器实施例中光斑实际位置的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明公开了一种光斑位置探测器，所述探测器包括：多个光电性能一致的光电传感器和光散射膜。
所述光散射膜平行于所述多个光电性能一致的光电传感器构成的平面且与所述平面隔开。其中，所述光散射膜的面积大于所述平面。所述光散射膜可用于将光斑散射至多个光电传感器的接收面上，增强光斑的接收效果。所述多个光电性能一致的光电传感器优选为对称排列的偶数个光电传感器。
所述多个光电性能一致的光电传感器处于同一平面且相互之间存在缝隙。光电传感器用于将所述光散射膜散射的光信号转换为电信号。多个光电传感器间的缝隙的宽度优选在1mm以内。四个光电传感器的接收面形成的光敏面与光散射膜之间的距离可通过光敏面的面积大小设定。
所述探测器进一步还可包括与所述多个光电性能一致的光电传感器连接的电信号处理模块，用于处理多个光电传感器传递的输出电压，得到光斑的位置。
如图2所示，在本实施例中多个光电性能一致的光电传感器为排列成2×2形式的四个光电传感器，在其他具体实施例中也可选取其他形式排列的多个性能一致的光电传感器。入射光斑首先通过照射至光散射膜，光散射膜将入射光斑散射到全部四个光电传感器的接收面形成的光敏面上，四个光电传感器根据各自接收面上的光斑面积大小输出不同的输出电压，通过与四个光电传感器连接的电信号处理模块对四个光电传感器分别的输出电压进行处理，可获得入射光斑的位置信息。
其中，对四个光电传感器分别的输出电压进行处理包括：
四个光电传感器的总电压为
SUM(total)＝D00+D01+D10+D11
第一列两个光电传感器的总电压为
SUM(left)＝D00+D10
第二列两个光电传感器的总电压为
SUM(right)＝D01+D11
第一行两个光电传感器的总电压为
SUM(up)＝D00+D01
第二行两个光电传感器的总电压为
SUM(down)＝D10+D11
其中，D00为第一行第一列的光电传感器的输出电压，D01为第一行第二列的光电传感器的输出电压，D10为第二行第一列的光电传感器的输出电压，D11为第一行第二列的光电传感器的输出电压。
由此，可得到光斑在行方向的相对位置为
x＝{[SUM(right)-SUM(left)]/SUM(total)+1}×50
即x＝100×SUM(right)/SUM(total)
光斑在列方向的相对位置为
y＝{[SUM(up)-SUM(down)]/SUM(total)+1}×50
即y＝100×SUM(up)/SUM(total)
x和y的数值是在0～100之间变化，x＝0表示光斑在探测器的最左侧，x＝100表示光斑在探测器的最右侧，x＝50表示光斑在探测器的左右中间，y＝0表示光斑在探测器的最下侧，y＝100表示光斑在探测器的最上侧，y＝50表示光斑在探测器的上下中间位置。
如图3所示，实际目标光束照射到光散射膜上，光电传感器输出的电信号经过电信号处理模块处理后，光斑位置可实时显示，如图4所示，该光斑中心位置为x＝65.8，y＝56.8。
综上所述，本发明的一种光斑位置探测器以多个独立的光电传感器作为象限单元替代传统的象限探测器，光电传感器对称紧密排列，同时在传感器感光面的前面放置光散射膜增强目标接收效果，光电传感器输出的电信号经过后续电路与软件处理后，可获得目标光斑的位置信息，其结构和制作工艺简单，可保证目标光斑探测的准确性，同时也可将实施例中光电传感器的排列方式和数量进行扩展，以适应目标光斑位置探测的实际需求，具有很高的实用性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种光斑位置探测器，其特征在于，所述探测器包括：
多个光电性能一致的光电传感器，处于同一平面且相互之间存在缝隙；和
光散射膜，平行于所述多个光电传感器构成的平面且与所述平面隔开；
所述光散射膜的面积大于所述平面。
2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述光散射膜用于将光斑散射至所述多个光电传感器的接收面上。
3.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述光电传感器用于将所述光散射膜散射的光信号转换为电信号。
4.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述探测器进一步包括与所述多个光电传感器连接的电信号处理模块，用于处理所述多个光电传感器传递的输出电压，得到光斑的位置。
5.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述多个光电传感器间的缝隙的宽度在1mm以内。
6.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述多个光电传感器为对称排列的偶数个光电传感器。
7.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述多个光电传感器为排列成2×2形式的四个光电传感器。
8.根据权利要求7所述的探测器，其特征在于，所述四个光电传感器的总电压为
SUM(total)＝D00+D01+D10+D11
第一列两个光电传感器的总电压为
SUM(left)＝D00+D10
第二列两个光电传感器的总电压为
SUM(right)＝D01+D11
第一行两个光电传感器的总电压为
SUM(up)＝D00+D01
第二行两个光电传感器的总电压为
SUM(down)＝D10+D11
其中，D00为第一行第一列的光电传感器的输出电压，D01为第一行第二列的光电传感器的输出电压，D10为第二行第一列的光电传感器的输出电压，D11为第一行第二列的光电传感器的输出电压。
9.根据权利要求7所述的探测器，其特征在于，
光斑在行方向的相对位置为
x＝{[SUM(right)-SUM(left)]/SUM(total)+1}×50
光斑在列方向的相对位置为
y＝{[SUM(up)-SUM(down)]/SUM(total)+1}×50。
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