基于PSD的高精度光电定心仪

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（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｐｔｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ）
第３５卷第１期２０１４年１月
应
用光
学
Ｖｏ１．３５Ｎｏ．１
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ
Ｊａｎ．２０１４
文章编号：１００２ — ２０８２（２０１４）０１ — ０００７ — ０４
基于ＰＳＤ的高精度光电定心仪
张欣婷。，安志勇
（１．长春理工大学光电工程学院，吉林长春１３００２２；２．长春理工大学光电信息学院，吉林长春１３００１２）
摘要：针对目前定心仪精度不高、并依赖于人眼的现状，提出一种基于ＰＳＤ的高精度定心仪研
究方法。采用自准直光路形式和位置敏感探测器ＰＳＤ对经过被测目标返回的光斑实行定位，并
通过读取计算机上的坐标值来判断是否达到准确的定心。文中对定心仪的光学系统进行设计，并运用神经网络的训练来校正ＰＳＤ的非线性，在测量范围±２ｍｍ～ ±５００ｍｍ内定心精度达到
ｌ“ ｍ的设计要求。
关键词：光学设计；定心仪；高精度；ＰＳＤ；非线性
中图分类号：ＴＮ２０２；ＴＨ７０３文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．５７６８／ＪＡ０２０１４３５．０１０１００２
22像质评价图2为光学系另一束成像到psd光学系统结构图fig2opticalsystemstructure差值均小于004mm两边缘光的最大色差也超过01mmpsd的高精度光电定心仪斑半径将有微小改变而这个值是存在误差的psd的非线性校正位置敏感探测器psd具有位置分辨率所以采用神经网络bpbp算法具有训练速作为网络的训练函数
ｓｉｔｉｏｎ — ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｏｒ（ＰＳＤ）ｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｕｓｅｏｆｓｅｌｆ－ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄｏｐｔｉｃａｌ
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PSD工作原理

PSD工作原理PSD（Position Sensitive Detector，位置敏感探测器）是一种常见的光电转换器件，广泛应用于光学测量、光谱分析、光通信等领域。

它能够将光信号转化为电信号，并通过对电信号的处理来确定光信号的位置。

PSD的工作原理可以简单描述为光电效应。

当光照射到PSD的敏感区域时，光子与PSD材料中的原子或分子发生相互作用，激发出电子。

这些激发的电子会被PSD内部的电场引导，形成电流。

根据光照射位置的不同，电流的大小和分布也会有所不同。

PSD通常由一系列的电极组成，其中包括一个中央电极和两个或多个周围电极。

中央电极和周围电极之间形成了电场。

当光照射到PSD上时，电子被激发并在电场的作用下移动。

由于电场的存在，电子在移动过程中会受到电场力的作用，从而形成了电流。

为了准确测量光信号的位置，PSD通常采用差分测量的方法。

差分测量利用了周围电极和中央电极之间的电势差，通过测量电势差的变化来确定光信号的位置。

当光信号位于中央电极正中间时，电势差为零；而当光信号偏离中央电极时，电势差会发生变化。

通过测量电势差的大小和方向，可以准确确定光信号的位置。

为了提高PSD的灵敏度和精度，通常会采用一些技术手段来优化PSD的性能。

例如，可以通过调整电场的强度和分布来改善PSD的线性度和分辨率。

此外，还可以利用微纳加工技术制备PSD，以实现更高的空间分辨率和更小的尺寸。

总结起来，PSD是一种能够将光信号转化为电信号，并通过对电信号的处理来确定光信号位置的光电转换器件。

它的工作原理基于光电效应，利用电场力和差分测量的方法来实现对光信号位置的准确测量。

通过优化PSD的性能和采用适当的技术手段，可以提高PSD的灵敏度和精度，满足不同应用场景的需求。

PSD位置敏感探测器（Position-SensitiveDetector）应用与研究现状

PSD位置敏感探测器(Position-Sensitive Detector)应用与研究现状1PSD介绍 (1)1.1 PSD的应用 (1)1.2 PSD 的国内外发展现状 (1)2多光束同步检测 (2)2.1 循环点亮光源法 (3)2.2 幅度检测法 (4)2.3 相位检测法的研究意义 (4)1PSD介绍1.1 PSD的应用位置敏感探测器(Position-Sensitive Detector)是一种基于横向光电效应探测光点重心位置坐标信息的半导体器件，具有分辨率高、响应速度快、信号处理简单等优点，特别适用于位移、距离、角度以及可以间接转化为光点位置或位移的其他物理量的非接触高精度快速测量及准直测量。

目前已广泛应用于工件的位移、尺寸、表面状态及振动、偏心、间隙、冲程等运动状态的在线检测，空间三维位姿检测，机器人测距（替代超声视觉传感器）等方面。

海军用PSD准直仪相对潜艇惯性导航系统的参考轴调整潜艇的导弹发射系统。

国内有科研机构用PSD检测导弹陀螺仪自转扰动角的大小，以改进导弹性能。

由于可以同时给出位置和光强信息，PSD也是宇宙射线谱仪的核心组成部分，可用于测量宇宙射线及太阳射线中的粒子和同位素。

日本滨松公司开发的二维弱光探测器用于捕捉光子，由PSD输出位置信息，可用来拍摄星云照片。

英国牛津大学以及法国里昂大学分别利用PSD器件结合计算机技术成功研制出可以进行纳米级离子位置定位的原子显微镜3DAP(Three Dimensional Atom Probe)，能确定导体材料中原子的质量和位置，在纳米级空间内观察原子的分布。

浙江大学现代光学仪器国家重点实验室也成功地应用PSD技术研制了性能先进的卧式原子力显微镜（AFM）。

PSD还可用在质量分析仪上鉴别带电粒子的种类，用在光分析仪观察生物发光等。

1.2 PSD 的国内外发展现状1930年，Schottky将Cu-Cu2O金属半导体结的Cu2O表面边缘的Au电极通过安培表短接于Cu层，发现当用一束光照射Cu2O表面时，外电流随光入射位置与电极之间的距离的增加指数下降，这是横向光电效应的首次发现。

PSD和CCD的区别

PSD和CCD的区别
PSD（Position Sensitive Detectors），名为光电位置传感器，有时也称为坐标光电池。

PSD 的主要作用是测量光点的连续位置，是一种非分割型器件；其基本原理是：当一个光电照射在PSD感光面上时，连接在感光面板两端的电极上就会有电流产生，两端电流的差异和光点在感光面上的位置有关，于是就可以计算出光点在感光面上的位置。

优点在于：响应速度快，位置分辨率较高，处理电路简单。

缺点在于：由于是模拟信号输出，A/D转换后失真较大，以及零位变化范围大，温飘大和容易受环境光影响，在选用时应考虑这些问题。

CCD（Charge Coupled Device），名为光电荷耦合器件，它是由很多像元组成。

主要原理是当光照射CCD时，CCD会将光信号转换成电荷信号，当对它施加特定时序的脉冲时，该电荷信号便能作定向传输，使电荷信号进行定向移动（帧转移），然后通过读出放大器将电荷信号转换为电压信号，再将电压信号转换成数字信号，该数字信号进行数据处理就可以得到光的信息。

在位置信息测量时，其优点在于测量精度高，稳定，线性度高。

缺点在于：电路复杂和成本相对高。

PSD自准直仪

PSD自准直仪
朱小平
【期刊名称】《计量技术》
【年(卷),期】1999(000)004
【摘要】本文介绍一种新型的光电自准自仪，它是在国产的光电自准直仪（７０２型）的基础上进行改进，采用ＰＳＤ（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｏｒＤｅｔｅｃｔｏｒ）位置检测器对光反射像的位置进行准确测量，并把这一位置信号经过适当处理后送入计算机，最后达到自动测量、处理、显示结果的目的，测试结果表明，测量分辨力测量不确定度得到明显的提高。

【总页数】4页(P8-11)
【作者】朱小平
【作者单位】中国计量科学研究院长度处
【正文语种】中文
【中图分类】TH741.14
【相关文献】
1.利用二维PSD器件测量小角度的研究一种新型的自准直仪 [J], 朱小平;张永年;杨自本;陈允昌
2.PSD光电自准直仪工作原理及误差分析 [J], 张冬;王振宏
3.基于PSD的光电自准直仪角度测量系统研究 [J], 黄祥;吴年祥
4.基于PSD的新型光电自准直仪的研究 [J], 郭梁;张晓庆;昌明;乔卫东;郑雪葳;李霞;
刘峰;巩立;李跃
5.基于PSD的光电自准直仪测量空间两平板相对倾角变形 [J], 李佳;樊玉铭
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