[发明专利]十二象限激光探测器

说明书

本发明涉及一种十二象限激光探测器，包括圆形光敏面，将所述圆形光敏面划分为内圆和外环，其中以内圆圆心为原点建立二维坐标系，X轴和Y轴将内圆划分为4个直角扇形区域；外环等分为8个外环区域，使二维坐标系中每个象限有且仅有两个外环区域。本发明主要应用于微弱、快速变化的光信号探测，如激光经纬仪、激光导引头等光电跟踪、定位和准直等方面有着非常重要的意义，可以显著地提高现有的四象限、双四象限激光探测空间分辨率，从而提高激光定向或跟踪系统性能，且结构合理，具有一定的价值和推广意义。

技术领域

本发明涉及光电探测器及组件设计技术领域，具体地说是一种十二象限激光探测器。

背景技术

在微弱、快速变化的光信号探测，如激光经纬仪、激光导引头等光电跟踪、定位、准直和微位移测量等方面，多使用四象限激光探测器及组件作为信号传感单元。特别是对大多数用于军事目标的探测或工业中的定向探测场合，均使用四象限PIN或APD激光探测器进行二维方向上目标的方位定向，使用连续或脉冲激光器作为激光辐射源，用来照射需要定向或跟踪的目标。目标漫反射以后的反射光近似于平行光，进入光学系统后成像于物镜的后焦面上，由于结构装调使四象限激光探测器光敏面的位置略有离焦，于是在光敏面上接收到目标的像为一个圆形的呈高斯分布的弥散光斑。当光学系统光轴对准目标时，圆形光斑中心与四象限探测器中心重合，四个象限因受光照的光斑面积相同，输出近似相等的脉冲电压。当目标相对光轴在X、Y方向有任何偏移时，目标像的圆形弥散光斑的位置就在四象限探测器光敏面上有相应地一定程度的偏移，四个探测器因受照光斑面积不同而得到不同的辐射能量，从而输出脉冲电压的幅度也不同。

经过众多科技工作者的不断努力，对四象限激光探测器，光斑直径等于探测器光敏面直径的一半时，探测器光敏面得到了充分的利用，并具有较好的线性区，如图1所示。

光斑偏移量计算公式：式中，k₁、k₂为偏移量修正系数。

为分析方便，假如光斑是强度均匀的半径为r的圆形斑，各象限光敏面上得到的扇形光斑面积与A、B、C、D探测器光敏面的输出向对应成正比，则由求扇形面积公式可推出输出的信号与光斑偏移量的关系：

式中，k₁、k₂为偏移量修正系数，(x,y)为激光光斑位置坐标，对这种四象限探测器有一个明显缺点，因为四象限探测系统基本上都采用光斑直径等于探测器光敏面半径方式，结合着带限制的和差法计算出偏差角信息。由于四象限激光探测器只有四个光敏面分区，成像光斑只能对输出信号电压U_x、U_y与光斑位移(Δx,Δy)之间只在一定范围内呈线性关系，所以空间分辨率低的缺陷经常会导致定向和跟踪精度偏低的问题凸显。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种十二象限激光探测器，解决空间分辨率低，导致定向和跟踪精度偏低、响应速度偏慢的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种十二象限激光探测器，包括圆形光敏面，将所述圆形光敏面划分为内圆和外环，其中以内圆圆心为原点建立二维坐标系，X轴和Y轴将内圆划分为4个内圆区域；外环等分为8个外环区域，使二维坐标系中每个象限有且仅有两个外环区域。

所述内圆直径为3～6mm。

所述外环直径为10～20mm。

每个内圆区域通过内圆信号引出线连接一个跨阻抗运算放大电路；每个外环区域通过外环信号引出线连接一个跨阻抗运算放大电路；内圆区域和外环区域输出电流信号，经跨阻抗运算放大电路将电流信号转换为电压信号，并放大后输出。

所述跨阻抗运算放大电路采用厚膜制造工艺，制成集成电路。