نمای کلی
A نوری چهار ضلعی (همچنین به عنوان a شناخته می شودفوتودکتور چهار یا ربع) نوعی از فوتودکتور است که برای اندازه گیری شدت و موقعیت نور در یک صفحه دو بعدی استفاده می شود. این ماده به طور معمول در برنامه هایی استفاده می شود که موقعیت نقطه نور نیاز به ردیابی داشته باشد یا در جایی که اندازه گیری دیفرانسیل شدت نور در سراسر ردیاب مورد نیاز است. آشکارساز به چهار ربع جداگانه تقسیم می شود که هر یک از آنها بر اساس شدت نور که دریافت می کند سیگنال تولید می کند.
این آشکارسازها به طور گسترده در سیستم های نوری برای اهداف تراز ، ردیابی و اندازه گیری مورد استفاده قرار می گیرند ، به ویژه در مناطقی مانند ارتباط نوری ، نظارت بر پرتو لیزر و سنجش موقعیت نوری.
انواع عکسهای عکس چهار چهارم
ردیاب های چهار چهارم مبتنی بر فتودودیود
ساختار:با استفاده از فوتودیودهای پین که در چهار ربع در یک سطح تراشه یا ردیاب قرار دارند.
اصل کار:هر ربع از یک فتودودیود پین تشکیل شده است و جریان خروجی از هر ربع متناسب با شدت نور حادثه است. فوتوددیودها با تعصب معکوس هستند و نور ورودی را به فتوکورنت تبدیل می کنند.
برنامه ها:معمولاً در تراز پرتو لیزر و سیستم های ردیابی نوری استفاده می شود.
آشکارسازهای چهار چهارم مبتنی بر بهمن (APD)
ساختار:از Photodiodes بهمن ، که دارای مکانیسم افزایش داخلی داخلی هستند ، از آنها استفاده می کند و آنها را نسبت به فوتودیودهای استاندارد حساس تر می کند.
اصل کار:APD ها در هر ربع نور را تشخیص داده و از طریق ضرب بهمن ، فتوکورنت را ضرب می کنند. افزایش حساسیت امکان دقت بیشتری را در تشخیص ضعیف سیگنال فراهم می کند.
برنامه ها:ایده آل برای برنامه های کاربردی که نیاز به حساسیت بالایی دارند ، مانند تشخیص قدرت لیزر در ارتباطات از راه دور و سیستم های فرمان پرتوی لیزر.
آرایه های فوتودیود با پیکربندی ربع
ساختار:مجموعه ای از فوتودودها که در یک ماتریس قرار گرفته اند ، که در آن چهار بخش از آرایه با چهار ربع مطابقت دارد.
اصل کار:این آرایه برای تشخیص نور از جهات مختلف طراحی شده است و هر فتودودیود در آرایه با یک ربع مطابقت دارد. خروجی شبیه به ردیاب های مبتنی بر PIN است ، اما با یک سطح بزرگتر و چند فوتودیودهای مختلف.
برنامه ها:در سیستم های نوری پیچیده تر که در آن وضوح بالاتر یا تشخیص منطقه بزرگتر مورد نیاز است ، مانند ردیابی نوری 2D استفاده می شود.
اصل کار
یک فوتودکتور چهار چهارم با تقسیم سطح ردیاب به چهار ربع کار می کند که هر یک از آنها وظیفه اندازه گیری شدت نور در یک منطقه خاص از سطح ردیاب را دارند.
حادثه سبک در ردیاب:
هنگامی که نور به فوتودکتور حمله می کند ، به طور معمول به نقطه ای از سطح ردیاب متمرکز می شود. مکان و شدت این نقطه برای تعیین تراز نوری یا موقعیت منبع نور بسیار مهم است.
تولید سیگنال در هر ربع:
هر یک از چهار ربع ردیاب بخشی از نور حادثه را دریافت می کند. فوتوددیودها در هر ربع ، فوتوکراتهای متناسب با شدت نور که به آنها حمله می کند ، تولید می کنند.
جریان تولید شده توسط هر ربع سپس توسط الکترونیک تقویت و پردازش می شود.
محاسبه موقعیت و شدت:
از شدت نسبی نور در ربع ها برای محاسبه موقعیت نقطه نور در ردیاب استفاده می شود.
با مقایسه سیگنال ها از ربع ، موقعیت نور را می توان هر دو از نظر تعیین کردxوتyمختصات این برای برنامه هایی مانند تراز پرتو و ردیابی مفید است.
اندازه گیری دیفرانسیل:
سیگنال های چهار ربع اغلب در اندازه گیری های دیفرانسیل برای شناسایی هرگونه عدم تعادل در توزیع نور استفاده می شود ، که می تواند به تنظیمات خوب در سیستم های نوری کمک کند.
کنترل بازخورد:
در بسیاری از برنامه ها ، سیستم های کنترل بازخورد موقعیت منبع نور یا اجزای نوری را بر اساس سیگنال های دریافت شده از ربع ها تنظیم می کنند. این به حفظ تراز دقیق یا موقعیت یابی در زمان واقعی کمک می کند.
وظایفعکسهای عکسبرداری چهار چهارم
سنجش موقعیت پرتو:
عملکرد اصلی یک فتودکتور چهار چهارم ، تعیین موقعیت یک پرتوی نور حادثه است. با مقایسه نقاط قوت سیگنال از هر ربع ، ردیاب می تواند موقعیت دقیق نقطه نور را در دو بعد محاسبه کند.
تراز پرتو لیزر:
این آشکارسازها در سیستم های لیزر ضروری هستند ، جایی که تراز دقیق پرتو لیزر مورد نیاز است. ردیاب تضمین می کند که پرتو لیزر با ردیابی موقعیت خود و ارائه بازخورد برای تنظیمات ، به درستی تراز شده است.
ردیابی نوری:
از نورهای چهار ضلعی برای ردیابی اشیاء در حال حرکت در سیستم های نوری ، مانند سیستم های هدایت شده با لیزر استفاده می شود ، جایی که بازخورد در زمان واقعی در مورد موقعیت جسم ضروری است.
کنترل بازخورد برای سیستم های نوری:
در سیستم های ارتباطی و تصویربرداری نوری ، این ردیاب ها با ارائه بازخورد در مورد موقعیت نقطه نور ، امکان تنظیم خودکار و بهینه سازی سیستم را به کنترل موقعیت عناصر نوری (مانند آینه ها یا لنزها) کمک می کنند.
اندازه گیری شدت دیفرانسیل:
این آشکارسازها همچنین می توانند شدت نور دیفرانسیل را در سطح آشکارساز اندازه گیری کنند ، که می تواند در نظارت بر عملکرد سیستم نوری یا تشخیص ناهنجاری های نوری مفید باشد.
برنامه های کاربردی عکسهای چهار ضلعی
تراز و فرمان پرتو لیزر:
برنامه:در سیستم های لیزر ، تراز دقیق پرتو لیزر برای عملکرد مناسب بسیار مهم است. عکس های چهار ضلعی در مورد موقعیت پرتو لیزر بازخورد دقیقی را ارائه می دهند تا اطمینان حاصل شود که با هدف هماهنگ مانده است.
مثال:در برش لیزر ، حکاکی یا سیستم های جوشکاری ، از این آشکارسازها برای اطمینان از اینکه پرتو لیزر به درستی در طول فرآیند قرار گرفته است ، استفاده می شود.
سیستم های ردیابی نوری:
برنامه:این ردیاب ها در برنامه های کاربردی مانند ردیابی نوری از اهداف متحرک استفاده می شوند ، اطلاعات موقعیتی را برای کمک به هدایت لیزر یا سنسور نوری به سمت هدف ارائه می دهند.
مثال:در سیستم های ردیابی نوری برای ماهواره ها یا در سیستم های ردیابی نوری فعال برای راهنمایی موشکی ، از نوری های چهار ضلعی برای نظارت و ردیابی موقعیت هدف استفاده می شود.
ارتباطات فیبر نوری:
برنامه:در سیستم های ارتباطی فیبر نوری ، این آشکارسازها به نظارت و حفظ تراز اتصالات فیبر نوری کمک می کنند.
مثال:در حین نصب و نگهداری شبکه های فیبر نوری ، فوتودکتورهای چهار چهارم اطمینان حاصل می کنند که نور به درستی از طریق فیبر منتقل می شود و از سوء استفاده از سوء استفاده می شود که می تواند منجر به از بین رفتن سیگنال شود.
توموگرافی انسجام نوری (OCT):
برنامه:در تصویربرداری پزشکی ، به ویژه در توموگرافی انسجام نوری (OCT) ، این آشکارسازها با ردیابی موقعیت منبع نور برای تصویربرداری با وضوح بالا از لایه های بافت استفاده می شوند.
مثال:در سیستم های تصویربرداری شبکیه ، از یک نوری از چهار ضلعی برای یافتن و نظارت دقیق موقعیت نقطه نور در شبکیه در طی روشهای تشخیصی استفاده می شود.
سیستم های تقسیم کننده پرتو:
برنامه:فوتودکتورهای چهار چهارم در سیستم های تقسیم کننده پرتو برای تعادل قدرت نوری یا برای کنترل خروجی سیگنال های نوری تقسیم شده استفاده می شوند.
مثال:در تداخل سنج ها یا سیستم های هولوگرافی ، این آشکارسازها به تعادل شدت تیرها و اطمینان از تقسیم دقیق سیگنال کمک می کنند.
تشخیص و موقعیت یابی در روباتیک:
برنامه:در روباتیک ، از عکس های چهار ضلعی برای تشخیص موقعیت اشیاء یا بازوهای روباتیک با تجزیه و تحلیل توزیع نور منعکس شده استفاده می شود.
مثال:در سلاح های روباتیک صنعتی ، این ردیاب ها به اطمینان حاصل می کنند که بازو دقیقاً نسبت به یک شیء برای مونتاژ یا فرآیندهای تولید قرار گرفته است.
اندازه گیری قدرت لیزر و نوری:
برنامه:با تجزیه و تحلیل توزیع شدت در ربع ها می توان از نوریكترهای چهار چهارم برای اندازه گیری توان نوری کل پرتو استفاده کرد.
مثال:در آزمایشگاه های آزمایشگاهی ، از آنها برای اندازه گیری قدرت پرتوهای لیزر و اطمینان از یکنواختی در پروفایل های پرتو استفاده می شود.
مزایایعکسهای عکسبرداری چهار چهارم
با دقت بالا:اندازه گیری دقیق هم موقعیت و هم شدت نور را فراهم می کند.
بازخورد در زمان واقعی:بازخورد در زمان واقعی را برای سیستمهایی که نیاز به نظارت و تنظیم مداوم دارند ، ارائه می دهد.
برنامه های همه کاره:مناسب برای طیف گسترده ای از برنامه ها ، از جمله تراز پرتو ، ردیابی نوری و سیستم های ارتباطی.
طراحی جمع و جور:به طور معمول کوچک و سبک ، و ادغام آنها در سیستم های مختلف نوری آسان است.
چالش
محدوده شدت نور محدود:ردیاب ممکن است با سیگنال های نوری بسیار ضعیف یا بسیار شدید مبارزه کند ، زیرا ممکن است ربع ها نتوانند این افراط و تفریط را به طور دقیق اندازه گیری کنند.
حساسیت دما:مانند بسیاری از ردیاب های نوری ، فوتودکتورهای چهار چهارم می توانند نسبت به نوسانات دما حساس باشند ، که ممکن است بر صحت آنها تأثیر بگذارد.
پیچیدگی پردازش سیگنال:برای به دست آوردن موقعیت و اندازه گیری دقیق ، به پردازش و کالیبراسیون دقیق سیگنال نیاز دارد.