Фотометр

 

Изобретение относится к оптоэлектронной технике и может быть испол| аовано при фотометрировании двухмерных оптических полей, имеющих широкий динамический диапазон по освещенности. Цель изобретения - расширение динамического диапазона измерений при фотометрировании двухмерных оптических полей с большим перепадом освещенности. Фотометр содержит фотодиодную матрицу (ФДМ) 1, регистры 2 и 3 выборки соответстйенно строк и столбцов матрицы, тактовый генератор 4, который задает величину времени накопления и формирует последовательность сигналов для сканирования фотоприемника. Линейно изменяющийся ток с выхода ФДК I, скорость изменения ;ко,торого; пропорциональна интенсивности светового потока через преобразователь 5 ток-напряжение поступает на вход компаратора - 6, где сравнивается с опорным напряжением источника 7. При большом уровне засветки переключается компаратор 6, через элемент 1 ИЛИ на вход ФДМ 1 подается стирающий сигнал и компаратор 6 возвращается в исходное состояние. Число перекгоочений компаратора , зависящее от накопления и интенсивности засветки, фиксируется в счетчике 9. По окончании времени накопления остаточное напряжение с выхода преобразователя 5 запоминается устройством выборки и хранения 12 и преобразуется в цифровой код АЦП 8. Поскольку на вход опорного напряжения АЦП В подключен выход источника 7, выходы счетчика 9 будут соответствовать старшим, а информационные выходы АЦП 8 - младшим разрядам выходного кода, который записывается в регистр 13 . 2 ил. о и Nn4 ГО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (д!> 4 G 01 J /44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4164152/31-25 (22) 18.12,86 (46) 30.09.88.Бюл. 9 36 (71) Алтайский политехнический институт им.И.И.Ползунова (72) П.И.Госьков, M.À.Öàðåãîðîäöåâ и А.Г.Якунин (53) 535.242 (088.8) (56) Патент Франции Р 2286375, кл. G 01 J 1/44, 1976 .

Кащеев Э.Л. и др. Интегральные фоточувствительные матрицы МФ-16, МФ-14 и их применение. — M.: ЦНТИ

"Электроника", 1980, с,20-21, (54) ФОТОМЕТР (57) Изобретение относится к оптоэлектронной технике и может быть использовано при фотометрировании двухмерных оптических полей, имеющих широкий динамический диапазон по освещенности. Цель изобретения — рас.ширение динамического диапазона измерений при фотометрировании двухмерных оптических полей с большим перепадом освещенности. Фотометр содержит фотодиодную матрицу (ФДМ) 1, регистры"2 и 3 выборки соответственно строк и столбцов матрицы, тактовый генератор 4, который задает ве„„SU„„1427187 А1 личину времени накопления и формирует последовательность сигналов для сканирования фотоприемника. Пикейно изменяющийся ток с выхода ФДМ l, скорость изменения:которого. пропорциональна интенсивности светового потока через преобразователь 5 ток-напряжение поступает ка вход компаратора

6, где сравнивается с опорным напря" жекием источника 7. При большом уровне засветки переключается компаратор 6, через элемент ll ИПИ ка вход

ФДМ 1 подается стирающий сигнал к компаратор 6 возвращается в исходное состояние. Число переключений компаратора, зависящее от времени накал- ж лекия и интенсивности зас; eòêè, фиксируется в счетчике 9. По окончании времени накопления остато .кое напря- ( жение с выхода преобразогателя 5 запоминается устройством выборки и хра-— нения 12 и преобразуется в цифровой код АЦП 8. Поскольку на вход опорного напряжения АЦП 8 подключен выход ФВ источника 7, выходы счетчика 9 бу- t© дут соответствовать старшим, а информационные выходы АЦП 8 — младшим раз- lasaL рядам выходного кода, .который записы- Я© вается в регистр 13 выхода. 2 ил. М

1427187

Изобретение относится к оптоэлектронной технике и может быть использовано при фотометрировании двухмерных оптических полей, имеющих широкий динамический диапазон по освещенности.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона измерений при фотометрировании двухмерных оптических полей с большим перепадом освещенностей.

На фиг.l изображена функциональная схема фотометра; на фиг ° 2 — временная диаграмма его работы.

Фотометр содержит фотодиодную матрицу (ФДМ) 1„ регистр 2 сдвига сиг-. налов выборки строк, выходы которого подключены к адресным входам строк

ФДМ, регистр 3 сдвига сигналов выбор- 20 ки столбцов, выходы которого подключены к адресным входам столбцов матрицы, тактовый генератор 4, преобразователь 5 ток-напряжение, компаратор 6, источник 7 опорного напряже- 25 ния аналого-цифровой преобразователь

1 (АЦП) 8, счетчик 9 импульсов, элемент

1 0 з адержки, элемент ИЛИ 1 1, ус тройство 12 выборки и хранения (УВХ), вьгходной регистр 13, выходные шины ко" З0 торого являются выходом устройства, При этом информационный выход ФДМ 1 подключен к входу преобразователя 5 ток-напряжение, выход которого подключен к первым входам УВХ 12 и компаратора 6, второй вход которого объ. 35 единен с первым входом АЦП 8 и подключен к источнику 7 опорного напряжения, выход компаратора 6 подключен к счетному входу счетчика 9 и первому входу элемента ИЛИ ll, выход которого подключен к входу стирания ФДМ l, первый и второй выходы тактового генератора 4 подключены к управляющим входам регистров 2 и 3 сдвига сигналов выборки строк и столбцов ФДМ 1 соответственно, третий выход тактового генератора 4 подключен к вторым входам элемента ИЛИ 11, АЦП 8 и

УВХ 12, выход которого подключен к информационному входу АЦП,8, выход

50 сигнала конца преобразования которого подключен к входу синхронизации выходного регистра 13 и через элемент

10 задержки к установочному входу счетчика 9, информационные выходы ко55 торого подключены к информационным входам старших разрядов выходного регистра 13, информационные входы младших разрядов которого подключены к информационным выходам АЦП 8.

Устройство работает следующим образом.

Тактовый генератор 4 совместно с регистром 2 и регистром 3 осуществляют выборку нужной ячейки ФДМ 1 и формирует сигнал стирания, который через второй вход элемента ИЛИ 11 поступает на шину стирания матрицы и заряжает все фотодиоды до напряжения питания (фиг.2 а). Кроме того, тактовый генератор 4 задает необходимое время:накопления заряда Т„, определяемое интервалом между стирающими импульсами ФДМ l на третьем его выходе.

В течение времени накопления под действием светового потока происходит линейный разряд фотодиодов ФДМ l, причем скорость разряда прямо пропорциональна интенсивности светового потока. Выходной ток с ФДМ 1 преобразуется в напряжение преобразователем 5 (фиг,2 б), которое сравнивает".» ся компаратором 6 с опорным напряжением. При этом уровень опорного напряжения выбирается равным максимально возможному неискаженному значению выходного сигнала с ФДМ 1. При достижении сигналом на выходе преобразователя 5 уровня опорного напряжения пе-. реключается компаратор 6 (фиг,2 в) и на вход стирания ФДМ 1 через первый вход элемента 11 ИЛИ подается активный уровень, вновь заряжающий фотодиоды до напряжения питания. При этом напряжение на выходе преобразователя 5 резко уменьшается, компаратор 6 возвращается в.исходное состояние и на выходе компаратора 6 формируется импульс, который фиксируется в счетчике 9. По окончании этого импульса фотодиоды ФДМ 1 вновь начинают линейно разряжаться, При большой интенсивности засветки выбранного элемента ФДМ 1 скорость разряда его фотодиода является большой и завремя накопления происходит неоднократное переключение компаратора (фиг.2,(i-l)-й элемент) . Число переключений, которое несет информацию о том, во сколько раз уровень выходного сигнала превышал бы максимально допустимый уровень выходного сигнала с ФДМ 1 при наличии только одного сигнала стирания эа весь период времени накопления, зафиксируется в

3 1 счетчике 9 ° Так как период переключения компаратора 6 в общем случае не кратен времени накопления, а для малых интенсивностей светового потока число переключений компаратора 6 вообще равно нулю (фиг.2, (i+1)-й элемент), поскольку уровень выходного сигнала не достигает величины опорного напряжения, то в момент окончания времени накопления на выходе преобразователя 5 может быть остаточное напряжение (фиг.2,i-й элемент), которое также несет информацию о величине светового потока.

По истечении времени накопления тактовый генератор 4 формирует необходимые сигналы для выборки следующего элемента ФДМ 1 и одновременно генерирует сигнал стирания для фотодиодов ФДМ 1, который положительным фронтом фиксирует величину остаточного напряжения в УВХ 12, а отрицательным производит запуск AIUI 8 (фиг.2,г). Суммарная задержка элементов 11, ФДМ 1, преобразователя 5 обеспечивает достоверную фиксацию остаточного напряжения УВХ 12. На первый вход АЦП 8 (вход опорного напряжения подается опорное напряжение с выхода источника 7, поэтому максимальному коду на выходе АЦП 8 соответствует выходное напряжение, равное величине опорного напряжения источника 7. Следовательно, разряды счетчика 9 являются старшими разрядами относительно формируемого в

АЦП 8 кода выходного сигнала, так как в нем хранится информация о том, сколько раз выходной сигнал с ФДМ 1 достигал. величины опорного чапряжения источника 7. После завершения работы АЦП 8 сигналом конца преобразования на его выходе сигнала конца преобразования производится запись содержимого счетчика 9 и выходного кода АЦП 8 в выходной регистр

13 (фиг.2 д). Этим же сигналом, но задержанным элементом 10 задержки на время записи информации в регистр 13 осуществляется установка счетчика 9 в исходное нулевое состояние, после чего работа устройства повторяется для следующего выбранного элемента

ФДМ 1„ Включение АЦП 8 производится в момент начала разряда фотодиода следующего элемeíòà ФДМ 1, но так как время работы АЦП 8 намного меньше минимального времени перезаряда;

30 где К вЂ” коэффициент усиления преобразователя ток-напряжение„

P — коэффициент пропорциональности геометрического чума фотоприемника.

Так, например, для фотодисдной матрицы МФ-14 p = 0,4 В/c, Ir npu это время погрешность измерения составляет 1003. Для достижения погрешности 1Е необходимо выбирать Т„и,„.

10 мс. При этом динамический диапазон устройства увеличивается во столько раз, во сколько раз: время накопления превышает минимально,возможное время перезаряда фотоячейки фототоком, и определяется выражением

Т ндк

D — — — — 2

1 иере до

50 где Тц „ — время накопления „ — минимальное время переиереьар. заряда фотоячейки фототоком

Н вЂ” разрядность используемого АЦП.

Разрядность счетчика зависит от величины отношения

427187

4 фотодиодов ФДМ 1, то работа АЦП 8 не влияет на вьлодной сигнал, снимаемый со следующего элемента ФДМ

Таким образом, во время считывания сигнала с последующего элемента

ФДМ 1 в выходном регистре 13 хранится информация об освещенности предыдущего элемента.

Величина времени накопления заряда Т„ выбирается в зависимости от минимального уровня фотометрируемого оптического сигнала (чем ниже уровень сигнала, тем больше длительность времени накопления), однако черезмерное увеличение длительности времени накопления приводит к тому, что на выходной сигнал оказывает влияние темновой шум фотоприемника, Максимально

2р вОзможное время накопления т ° е ° когда под действием темнового тока фотоприемника выходной сигнал преобразователя 5 ток-напряжение достигает величины опорного напряжения при оТсрТсТВНН ОптическОГО излучения (темновое считывание), определяется выражением:

87 6 мент задержки, устройство выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь, элемент ИЛИ и выходной регистр, при этом выход преобразователя ток-напряжение подключен к первым входам устройства выборки и хранения и компаратора, второй вход которого объединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя и подключен к источнику опорного напряжения,выход компаратора подключен к счетному входу счетчика и первому входу эле- мента ИЛИ, выход которого подключен . к входу стирания фотодиодной матрицы, третий выход тактового генератора подключен к вторым входам элемента

ИЛИ, аналого-цифрового преобразователя и устройства выборки и хранения, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выход сигнала конца преобразования которого подключен к входу, синхронизации выходного регистра и через элемент задержки к установочному входу счетчика, информационные выходы которого подключены к информационным входам старших разрядов

ыходного регистра, а его информационнь: входы младших разрядов подключены к информационным выходам аналого-цифрового преобразователя °

ИФ!)-а вр-Л7

14271

«МЯЕ лере р и определяется по формуле:

N m+n, сч

Т ак где и 1оя — —— перезсяр

m 0 для целых и и m 1 для дробных и, Разрядность выходного регистра 13 определяется соотношением: а

Формула изобретения

Фотометр, содержащий фотодиодную матрицу, информационный выход которой подключен к входу преобразователя ток-напряжение, а ее адресные входы подключены к выходам регистров сдвига сигналов выборки строк и сигналов выборки столбцов матрицы, управ- В ляющие входы регистров подключены к первому и второму выходам тактового генератора, о т л и ч а ю щ и и — с с я тем, что, с целью расширения в динамического диапазона измерений, в него введены компаратор, источник ь опорного напряжения, счетчик, эле(4 1) Йэя m 1"а Вл m

Оууанае (выхл) Е 1вп

Увьи,превда.,твк-нюО. (goi. 6 д дьи, квпаарви, (ВЬИ. д) е

Запуск АЦП (йи. в, вх.8, 1z) д

1 сне аВа» Ð.

Составитель К.Иаколкин

Редактор Л.Пчолинская Техред А.Кравчук Корректор И.Демчик

Заказ 4843/36 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

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