Фотоэлектрический преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повьппение точности измерений путем выделения видеоимпульсов от дискретных фотодиодов каждой элементной ячейки мультискана при помощи оптической развертки и использования их в качестве координатоопределяющих меток. В преобразователе координаты светового зонда или изображения объекта определяются по количеству координатоопределяющих импульсов - меток, отсчитанных от начала опроса, а точность измерений - расстоянием, эквивалентным периоду следования меток и равным величине шага структуры элементных ячеек (фотодиодов ) мультнскана 1. Благодаря тому, что каждая метка соответствует определенному фиксированному положению в структуре элементных ячеек мультискана, точность измерений определяется только геометрическим растром мультискана и не зависит от изменений других его параметров. Это позволяет снизить требования к линейности и стабильности выходных напряжений блока 9 опроса, упростить его схему, а также расширить температурный диапазон работы преобразователя . 2 шт. с с: W :У ю со ю СП

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (i9) SU(III (5П 4 С 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ".(, (i (21) 4014875/24-28 (22) 31 ° 01.86 (46) 30. 1 2. 87 . Бюл . У 48 (71) Устиновский механический институт (72) Ю.К.Шелковников, Н.И.Осипов, Н.В.Роготнев, К.Ф.Берковская, Б.Г.Подласкин, Н.В.Кириллова и В.N.ÑòoëoâèöêèH (53) 531.7(()88.8) (56) Берковская К.Ф., Кириллова Н.В., Подласкин Б.Г. и др. Многофункциональный фотоприемник-мультискан.

Л.: ФТИ им.А.Ф.Иоффе АН СССР, 1983, с. 24. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерений путем выделения видеоимпульсов от дискретных фотодиодов каждой элементной ячейки мультискана при помощи оптической развертки и использования их в качестве координатоопределяющих меток. В преобразователе координаты светового зонда или иэображения объекта определяются по количеству координатоопределяющих импульсов — меток, отсчитанных от начала опроса, а точность иэмерений— расстоянием, эквивалентным периоду следования меток и равным величине шага структуры элементных ячеек (Аотодиодов) мультискана 1. Благодаря тому, что каждая метка соответствует определенному фиксированному положению в структуре элементных ячеек мультискана, точность измерений определяется только геометрическим растром мультискана и не зависит от изменений других его параметров. Это позволяет снизить требования к линейности и стабильности выходных напряжений блока 9 опроса, упростить его схему, а также расширить температурный диапазон работы преобразователя. 2 ил.

62925

1 13

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения координат, размеров и перемещений различных объектов.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем выделения видеоимпульсов от дискретных фотодиодов каждой элементной ячейки мультискана при помощи оптической развертки иис- пользования их в качестве координатоопределяющих меток.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма работы устройства, Фотоэлектрический преобразователь (фиг. 1) содержит позиционно-чувствительный полупроводниковый элемент— мультискан 1, линейка дискретных фотодиодов которого посредством светоделительной призмы 2 оптически связывается с одной стороны через оптическую систему 3 с контролируемым объектом 4 или с закрепленным на нем источником излучения (на фиг. 1 не показан), а с другой стороны через оптический блок 5 и оптический узел

6 дефлектора — с источником 7 излучения. Узел 6 подключен к выходу блока 8 управления. Для оптической связи мультискана 1 с объектом 4 и источником 7 излучения вместо светоделительной призмы 2 могут быть использованы и другие устройства, например полупрозрачное зеркало. В ка-. честве узла 6 дефлектора может быть использован пьезоэлектрический модулятор, например, на основе цирконата-титаната свинца с зеркальным отражателем„ а в качестве источника 7 излучения - лазер. К выводам делительных слоев мультискана,1 подсоединены выходы блока 9 опроса мультискана, а к его выходу - входы фильтров верхних 10 и нижних 11 частот.

Выходы фильтров 10 и 11 подсоединены к входам блока 12 выделения координатоопределяющих импульсов и блока

13 выделения информационного сигнала мультискана соответственно. Выходы блоков 12 и 13 подключены к первому и второму входам блока 14 обработки информации. Призмы 2, источник излучения, блок 5 и узел 6 с блоком 8 представляют собой систему оптической развертки, Для получения хорошо разделенных импульсов от каждого фотодиода йоточувствительная структура мультискана 1 технологически выполнена с верхним слоем в виде защитного светонепроницаемого экрана с селективными окнами для фотодиодов средней линейки структуры (не показано).

Преобразователь работает следующим образом.

Исследуемый световой поток (фиг.

2а) изображения объекта 4 через оптическую систему 3 и первый вход свето" делительной призмы 2 с ее выхода проецируется на фотодиоды линейки

1г (фиг. 2б) мультискана 1. Излучение от источника 7 оптическим блоком 5 преобразуется в узкий луч -с размерами в сечении, не превышающими величины шага элементной структуры мульти2р скана 1, который попадает на зеркальный отражатель узла 6 дефлектора. Под действием управляющего напряжения с выхода блока 8 управления дефлектором зеркальный отражатель узла

25 6 дефлектора совершает периодические колебания с частотой f при этом отраженный от него колеблющийся узкий луч поступает на второй вход светоделительной призмы 2, а с ее выхода—

Зр на фоточувствительную линейку мультискана 1.

При опросе,мультискана 1 пилообразными напряжениями.(фиг. 2в) с выхода блока 9 опроса с частотой

35 f = — — на выходе блока 13 формиOll руется информационный видеоимпульс (фиг. 2г) от изображения объекта 4 или связанного с ним светового зонда.

4р На выходе блока 12 выделения координатоопределяющих импульсов при каждом сканировании лучом оптической развертки фоточувствительной линейки мультискана 1 формируются отфильтро45 ванные фильтром 10 от информационного видеосигнала пакеты видеоимпульсов от отдельных фотодиодов линейки (фиг. 2д). В некоторый момент времени в зависимости от размещения нулевой эквипотенциали напряжения опроса

5Р

U „ (фиг. 2е) на фоточувствительной линейке за время одного цикла сканирования на выходе блока 12 появляется пакет видеоимпульсов в количестве, I соответствующем числу i последова55 тельно засвеченных лучом оптической развертки фотодиодов от начального до i-ro, находящегося в данный момент на нулевой эквипотенциали (фиг.

1362925

2ж). От фотодиодов, расположенных за линией нулевой эквипотенциали напряжения опроса, видеосигналов при этом не будет. Таким образом, положение нулевой эквипотенциали опроса в любой момент времени определяется с точностью до шага структуры элементных ячеек (фотодиодон) линейки мультискана 1 числом видеоимпульсов на выходе блока 12 выделения координатоопределяющих импульсов за один цикл сканирования оптической разверткой фоточувствительной линейки мультискана 1. Частоты f. опроса муль см тискана 1 и сканирования f луча оптической развертки узлом 6 дефлектора должны удовлетворять условию

Г „К (й где К вЂ” число элементных ячеек (фотодиодов) мультискана 1.

Выделенный блоком 13.информационный видеосигнал и пакеты координатоопределяющих импульсов с выхода блока 12 поступают в блок 14 обработки информации, который по числу i координатоопределяющих импульсов для любого времени t. периода опроса определяет

1 текущее значение амплитуды видеосигI нала U „,,,соответствующее величине интенсивности светового потока Р(1 ), падающего на i-й фотодиод фоточувствительной линейки мультискана 1, а по числу импульсов заполнения информационного видеосигнала и его положению относительно начального координатоопределяющего импульса с учетом их изменения во времени — другие исследуемые параметры объекта 4, например его размеры, перемещения, скорости и ускорения синхронно с информацией об изменении яркости объекта, которые используются в зависимости от целевого применения фотоэлектрического преобразователя (спектроанализаторы, измерители размеров, перемещений и скоростей и т.д.).

Формула из об ре те ния

Фотоэлектрический преобразователь, содержащий оптическую систему, позиционно-чувствительный полупроводниковый элемент-мультискан, блок опроса мультискана, блок выделения информационного видеосигнала мультискана и блок обработки информации, о тл и ч а ю шийся тем, что, с

15 целью повьш ения точности, он снабжен фильтром нижних частот, системой оптической развертки в виде оптически связанных источника излучения, оптического узла дефлектора с блоком управления и светоделительной призмы, а также соединенными последовательно фильтром верхних частот и блоком выделения координатоопределяющих импульсов, светоделительная призма

25 установлена с возможностью оптического сопряжения информационного светового потока и оптического потока развертки, а выход светоделительной призмы оптически связан с фоточувствительной

ЗО поверхностью мультискана, выполненного в виде линейки дискретных фото- диодов с нанесенным на нее слоем в виде защитного светонепроницаемого экрана с селективными окнами для

З5 фотодиодов линейки, первый вход бло-.. ка выделения координатоопределяющих импульсов через фильтр верхних частот

1 подключен к выходу мультискана, второй его вход подключен к блоку

40 управления дефлектором выход к первому входу. блока обработки информации, при этом вход блока выделения информационного видеосигнала подключен к выходу мультискана через фильтр

45 нижних частот, а выход подсоединен к второму входу блока обработки информации.

Фиг.2

Составитель Е. Глазкова

Редактор М. Петрова Техред Л.Олийнык Корректор M. Демчик

Заказ 6354/26 Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д..4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4