[发明专利]一种基于四象限探测器获取高斯光束高精度定位的方法

权利要求书

1.一种基于四象限探测器获取高斯光束高精度定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、构造尺寸为(N+n)*(N+n)的像素矩阵模块，其中N为有效的像面宽度，n为死区的宽度，再以像素矩阵模块的中心为坐标原点建立直角坐标系，刚好将整个模块分为四个象限；

步骤2、在所述步骤1的基础上构造一个能量服从高斯分布的光斑，光斑中心强度I₀设为1，有效截面半径r设为N/4；

步骤3、对所述步骤2中的高斯光斑设定运动范围；

步骤4、获取所述步骤3中的高斯光斑在运动范围内不同位置所对应的各个象限上的能量值；

步骤5、对所述步骤4中获取的能量值利用传统定位算法求出光斑的理论中心坐标(x,y)，所述传统定位算法为基于能量均匀分布的光斑中心定位算法；

步骤6、对所述步骤5得到的理论中心坐标(x,y)与实际中心坐标(x₀,y₀)进行对比，判断是否存在偏差，如果存在偏差则进行校正，否则不处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于四象限探测器获取高斯光束高精度定位的方法，其特征在于，步骤1中有效的像面宽度N和死区的宽度n两者的比值N/n的范围为80～100。

3.根据权利要求1所述的一种基于四象限探测器获取高斯光束高精度定位的方法，其特征在于，步骤2所述的能量服从高斯分布的光斑，其表达式为：

式中I(x,y)是坐标(x,y)处的光强；I₀是光斑中心的光强；(x₀,y₀)是光斑的中心坐标，被用来调整光斑的位置；r为光斑的有效截面半径，定义为光斑边缘到光斑中心的距离，其边缘光强为中心光强的1/e²倍。

4.根据权利要求1所述的一种基于四象限探测器获取高斯光束高精度定位的方法，其特征在于，步骤3所述的设定高斯光斑运动范围为x₀＝-(N+n)/2～(N+n)/2,y₀＝-(N+n)/2～(N+n)/2，其中(x₀,y₀)为光斑的实际中心坐标。

5.根据权利要求1所述的一种基于四象限探测器获取高斯光束高精度定位的方法，其特征在于，步骤4中的高斯光斑在运动范围内所有不同位置时的各个象限上的能量值是通过以下方法获得：

假设光斑位于运动范围内的某一位置，此时光斑总的能量值Q_总被四个象限分成了四个部分Q_i,(i＝1，2，3，4)，第i个象限内的光斑能量值Q_i被离散成了不同的数值，通过累加象限内的所有数值来获取第i个象限内的光斑能量Q_i。

6.根据权利要求1所述的一种基于四象限探测器获取高斯光束高精度定位的方法，其特征在于，步骤5中基于能量均匀分布的光斑中心定位算法所用公式为：

其中x，y是光斑的中心坐标，r是光斑的半径，Δx,Δy是由以下公式获得：

其中Q_i(i＝1，2，3，4)是光斑在第i象限上的能量值。

7.根据权利要求1所述的一种基于四象限探测器获取高斯光束高精度定位的方法，其特征在于，步骤6采用基于最小二乘法的多项式拟合法对偏差进行校正，其中多项式拟合函数f(x)的表达式为：

f(x)＝α₀+α₁x+α₂x²+…+α_nxⁿ

其中α_i,(i＝0,1,2,…,n)为拟合系数，n为多项式拟合函数的最高阶次。