[发明专利]一种实时标定四象限探测器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学设备的标定方法，特别涉及一种实时标定四象限探测器的方法

背景技术

四象限光电二极管探测器(QD)是把四个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件，常用于激光制导或激光准直中。它具有灵敏度高、响应速度快(可达亚毫秒量级)、测量精度高、采集信号以数字方式存储、易于后续处理等特点，所以其在位移测量领域得到了人们的重视及应用。四象限光电二极管探测器的基本结构如图1所示，它由四个具有相同参数的光电二极管组成，这四个光电二极管分别位于一个圆面的四个象限。当光照射在探测器上时，由于光伏效应，每支二极管将输出一个正比于自己表面光功率的电流信号，它们分别为I₁、I₂、I₃和I₄。当被探测物体作微小横向或纵向移动时，如图1中的灰色圆所示，将引起投射到四象限光电二极管探测器左右部分光功率的差值或上下部分光功率的差值的变化，从而引起相应的光电流的变化。左右以及上下部分光功率的差值ΔI_x和ΔI_y可以分别表示如下：

ΔI_x＝(I₁+I₄)-(I₂+I₃)     (1)

ΔI_y＝(I₁+I₂)-(I₃+I₄)     (2)

上式中的ΔI_x和ΔI_y分别与被探测物体影像的横向移动量和纵向移动量成正比。物体影像造成的光电流再通过四路电流-电压转换电路转换成电压，然后经求和电路以及取差电路进行运算，最后就能得到代表物体在平面直角坐标上位置(x，y)的输出电压信号。

要精确测量物体的位移，就必须先对QD进行标定，即得出位移和输出电压信号间的转换关系，对位移和输出电压信号间的转换关系的标定直接关系到物体位移测量的准确性。在参考文献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”中给出了一种传统的标定方法，该标定方法通过移动QD的x，y轴对物体影像进行扫描，得到影像相对于QD的位移与输出电压的关系曲线，通过对曲线中线性范围内的点作线性拟合即可得出影像相对于QD的位移与输出电压的转换系数。在图2中就给出了上述传统标定方法中，四象限光电二极管探测器与光阱捕获的小球相对移动时，输出电压的变化曲线。

传统的标定方法需要人工调节QD的螺旋调节旋钮逐点改变QD的位移，从而产生影像相对于QD的移动。此方法操作不方便，耗时长，并且可能因为系统的不稳定、QD位移调节不精确等引起最终转换系数的测量误差，从而进一步对实验结果带来影响。另外，传统标定方法中获得的位移-电压的转换系数只能应用于和该次QD标定中同样的物体。如果物体形状不规则或是尺寸不同，就要采用不同的转换系数。但在实验过程中，每个实物的大小、形状存在一定差别，利用传统的标定方法来获得实验当时每个实物对应的转换系数不具有可操作性，而采用之前校准得到的系数又必然给实验带来误差。最后，传统的标定方法不适合对生物细胞等易破坏物体做反复的标定，限制了方法的使用范围。

发明内容

本发明的目的是克服对四象限光电二极管探测器的传统标定方法操作不便、耗时长、容易造成测量误差的缺陷，从而提供一种操作简单、测量精度高的四象限光电二级管探测器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种光学测量系统，包括四象限光电二极管探测器，以及被探测物体影像生成装置；还包括安装有玻璃载玻片并能带动所述玻璃载玻片做振动的步进马达；其中，

所述的步进马达位于所述的四象限光电二极管探测器与所述的被探测物体影像生成装置间，并使得被探测物体影像生成装置射向四象限光电二极管探测器的光线正好穿过所述步进马达上的玻璃载玻片。

上述技术方案中，所述的步进马达带动玻璃载玻片做方波振动。

上述技术方案中，所述的步进马达所带动的玻璃载玻片的方波振动角度在±7.5°之间。