[發明專利]一種實時標定四象限探測器的方法

無效

• 申請號: 200810227104.0
• 申請日: 2008-11-21
• 公開（公告）號: CN101738164A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 郭紅蓮;屈娥;凌林;黃璐;李兆霖;張道中;李志遠
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術領域

本發明涉及光學設備的標定方法，特別涉及一種實時標定四象限探測器的方法

背景技術

四象限光電二極管探測器(QD)是把四個性能完全相同的光電二極管按照直角坐標要求排列而成的光電探測器件，常用于激光制導或激光準直中。它具有靈敏度高、響應速度快(可達亞毫秒量級)、測量精度高、采集信號以數字方式存儲、易于后續處理等特點，所以其在位移測量領域得到了人們的重視及應用。四象限光電二極管探測器的基本結構如圖1所示，它由四個具有相同參數的光電二極管組成，這四個光電二極管分別位于一個圓面的四個象限。當光照射在探測器上時，由于光伏效應，每支二極管將輸出一個正比于自己表面光功率的電流信號，它們分別為I₁、I₂、I₃和I₄。當被探測物體作微小橫向或縱向移動時，如圖1中的灰色圓所示，將引起投射到四象限光電二極管探測器左右部分光功率的差值或上下部分光功率的差值的變化，從而引起相應的光電流的變化。左右以及上下部分光功率的差值ΔI_x和ΔI_y可以分別表示如下：

ΔI_x＝(I₁+I₄)-(I₂+I₃)?????(1)

ΔI_y＝(I₁+I₂)-(I₃+I₄)?????(2)

上式中的ΔI_x和ΔI_y分別與被探測物體影像的橫向移動量和縱向移動量成正比。物體影像造成的光電流再通過四路電流-電壓轉換電路轉換成電壓，然后經求和電路以及取差電路進行運算，最后就能得到代表物體在平面直角坐標上位置(x，y)的輸出電壓信號。

要精確測量物體的位移，就必須先對QD進行標定，即得出位移和輸出電壓信號間的轉換關系，對位移和輸出電壓信號間的轉換關系的標定直接關系到物體位移測量的準確性。在參考文獻1“HL?Guo，CX?Liu，ZL?Li，JFDuan，XH?Han，BY?Cheng?and?DZ?Zhang，Displacement?and?force?measurementswith?quadrant?photodetector?in?optical?tweezers，Chin.Phys.Lett.2003，Vol.20，?No.6，pp?950-952”中給出了一種傳統的標定方法，該標定方法通過移動QD的x，y軸對物體影像進行掃描，得到影像相對于QD的位移與輸出電壓的關系曲線，通過對曲線中線性范圍內的點作線性擬合即可得出影像相對于QD的位移與輸出電壓的轉換系數。在圖2中就給出了上述傳統標定方法中，四象限光電二極管探測器與光阱捕獲的小球相對移動時，輸出電壓的變化曲線。

傳統的標定方法需要人工調節QD的螺旋調節旋鈕逐點改變QD的位移，從而產生影像相對于QD的移動。此方法操作不方便，耗時長，并且可能因為系統的不穩定、QD位移調節不精確等引起最終轉換系數的測量誤差，從而進一步對實驗結果帶來影響。另外，傳統標定方法中獲得的位移-電壓的轉換系數只能應用于和該次QD標定中同樣的物體。如果物體形狀不規則或是尺寸不同，就要采用不同的轉換系數。但在實驗過程中，每個實物的大小、形狀存在一定差別，利用傳統的標定方法來獲得實驗當時每個實物對應的轉換系數不具有可操作性，而采用之前校準得到的系數又必然給實驗帶來誤差。最后，傳統的標定方法不適合對生物細胞等易破壞物體做反復的標定，限制了方法的使用范圍。

發明內容

本發明的目的是克服對四象限光電二極管探測器的傳統標定方法操作不便、耗時長、容易造成測量誤差的缺陷，從而提供一種操作簡單、測量精度高的四象限光電二級管探測器。

為了實現上述目的，本發明提供了一種光學測量系統，包括四象限光電二極管探測器，以及被探測物體影像生成裝置；還包括安裝有玻璃載玻片并能帶動所述玻璃載玻片做振動的步進馬達；其中，

所述的步進馬達位于所述的四象限光電二極管探測器與所述的被探測物體影像生成裝置間，并使得被探測物體影像生成裝置射向四象限光電二極管探測器的光線正好穿過所述步進馬達上的玻璃載玻片。

上述技術方案中，所述的步進馬達帶動玻璃載玻片做方波振動。

上述技術方案中，所述的步進馬達所帶動的玻璃載玻片的方波振動角度在±7.5°之間。