[发明专利]一种基于四象限光电探测器的监测微镜的方法

说明书

一种基于四象限光电探测器的监测微镜的方法，涉及四象限光电探测器。整个监测系统由微镜、四象限光电探测器、光源构成一个闭环系统；根据需要，微镜受到驱动后产生一个位置变化，驱动过程受到扰动，得到微镜位置；得到的微镜位置跟实际需要的位置存在差距，当前的位置变化通过光线的反射使芯片上的四象限光电探测器产生四路输出电压，通过处理四象限光电探测器产生四路输出电压精确得到微镜的位置，与预期想要得到的位置进行对比，矫正微镜的驱动，即得到更加精确的位置。可实现利用FQPD对微镜的位移和偏转角度进行同时监测，使两者的输出的线性区间都尽可能最大，易于控制，结果处理简便、成本低。

技术领域

本发明涉及四象限光电探测器，尤其是涉及可通过设计其各个变量，使其可以同时用来监测微镜的位移和偏转角度的一种基于四象限光电探测器的监测微镜的方法。

背景技术

随着光电技术的发展，光电传感的应用也越来越广泛。在不同结构类型的位置传感器中，光学位置传感器分别克服了超声波位置传感器、激光位置传感器、压电位置传感、电容式位置传感器的体积较大、能耗高而且并不适用于面向人的环境中应用、线性度不高、分辨率小、材料不兼容等缺点，具有低功耗、可单片集成、简易高效等优点。

四象限光电探测器(FQPD)([1]唐彦琴，顾国华，钱惟贤，陈钱，张骏.四象限探测器基于高斯分布的激光光斑中心定位算法.红外与激光工程，2017，46(2)：1-7)是一类在定位系统和监测系统中应用较为广泛的非成像探测器件，作为一种常用的光信号传感器———光电探测器，由于其具有灵敏度高、信号处理简单和抗干扰能力较强等优点，在通信、军事、工程测量等众多领域都有应用。例如：在光电信号检测、光电定向、激光导引头、激光经纬仪等光电跟踪、定位和准直仪器中，常采用FQPD作为光电传感器。

Ishikawa等人在双轴电磁驱动的扫描微动镜中采用发光二极管(LightingEmitting Diode，LED)和三个光电探测器在镜背面进行监控动镜镜面的运动情况，动镜反面发射监测系统中的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)芯片发射光，当镜面转动时，光电探测器根据光电流变化获得镜面转动角度，可以测量+2.5°到-2.5°，垂直位移的分辨率可以达到20nm。TI公司在TALB1000B中也采用了类似的光学传感监控微动镜位置的方法，该方法在集成度上还有提高空间。Kallweit等人在动镜面引入光栅，允许入射光透射通过位置传感器(position sensitive detector，PSD)进行监控镜面转动角度。但这种方法光强不可避免损失且PSD价格昂贵、面积大不易与微动镜集成。

T.Y.Lin等人通过设计阵列式PD光源模块来组成光学位置传感器。这种方法整体功耗较大并且占用芯片尺寸较大，不适合于小型化低功耗要求。Z.Zivkovic提出了一种5像素的低功耗手势传感器。此种方法虽然功耗较低，但是造成了较低的分辨率，无法同时应用于距离位置监测。

发明内容

本发明的目的在于为了克服其他传感方法与各种PD的不足，提供可通过设计其各个变量，使其可以同时用来监测微镜的位移和偏转角度，对结果做进一步差分处理的一种基于FQPD的监测微镜的方法。

本发明包括以下步骤：

1)整个监测系统由微镜、四象限光电探测器(FQPD)、光源构成一个闭环系统；

2)根据需要，微镜受到驱动后产生一个位置变化，驱动过程受到扰动，得到微镜位置；

3)得到的微镜位置跟实际需要的位置存在差距，当前的位置变化通过光线的反射使芯片上的四象限光电探测器产生四路输出电压，通过处理四象限光电探测器产生四路输出电压精确得到微镜的位置，与预期想要得到的位置进行对比，矫正微镜的驱动，即得到更加精确的位置。

所述四象限光电探测器为四个相同的光电二极管，接收微镜反射回来的光线并产生光电流，实现光电转换。