Электрооптический позиционно-чувствительный датчик

 

ОЛИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

iii! 586409

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.06.76 (21) 2371191/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.12.77. Бюллетень № 48 (45) Дата опубликования описания 27.12.77 (51) М Клг G 01$7/48

Гоаударственный квинтет

Совета Министров СССР ло лелам изобретений н открытий (53) УДК 53.082.5:535.8 (088.8) (72) Авторы изобретения

Н. М. Устинова и А. М. Мойя (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ

ДАТЧИК

Изобретение относится к фотоэлектрическим следящим устройствам и может быть использовано в качестве датчика положения в автоматических устройствах слежения за звездами и за точечными световыми объектами в астрономии и в астронавигации.

Известны позиционно-чувствительные датчики, позволяющие определить положение светового пятна относительно оптической оси без применения механической модуляции светового луча (1, 2). Недостатками таких устройств является дрейф нуля из-за изменения со временем параметров четырех фотокатодов или четырех фотоприемников, используемых в балансных схемах этих устройств.

Ближайшим по технической сущности к изобретению является позиционно-чувствительный датчик, включающий в себя четыре электрооптических затвора, поляризатор, анализатор, фокусирующую линзу и фотоприемник (3).

В этом датчике расфокусированное изображение светового объекта проектируется на переднюю грань блока из четырех электроннооптических кристаллов. Если направление на объект совпадает с оптической осью устройства, то потоки излучения, прошедшие через каждый из четырех электрооптических кристаллов, будут равны. В случае смещения объекта относительно оси световые потоки перестают быть равными. Регистрация величины смещения выполняется с помощью временной селекции сигналов, проходящих через кристаллы, составляющие квадранты электрооптического блока с последующим сравнением сигна5 лов по амплитуде. Временное разделение сигналов осуществляется подачей на электроды затворов импульсов напряжения, сдвинутых по времени, которые попеременно открывают затворы.

1о Недостатками прототипа является: дрейф нуля датчика, вызванный неодинаковыми в каждом кристалле температурными уходами фазы векторов электромагнитных колебаний световых лучей, что приводит к дебалансу све15 товых потоков, прошедших через кристалл; значительные потери световой энергии в швах между кристаллами, зажатых электродами; малое поле зрения датчика; значительные потери света из-за прохождения света не в цент20 ре кристаллов, а по углам.

Целью изобретения является повышение точности датчика за счет улучшения стабильности

его характеристик и уменьшения потерь света.

Эта цель достигается тем, что в электрооп25 тическом блоке позиционно-чувствительного датчика электрооптические затворы выполнены на одном кристалле (например, ниобате лития LiNbO с нулевой ориентацией) с четырьмя парами управляющих электродов и

30 расположены в одной плоскости, а перед ними

586409 расположено квадратное светоделительное устройство (например светоделительная зеркальная пирамида с четырьмя зеркалами, делящая световой луч на четыре части и направляющая каждую часть через кристалл между соответствующими парами электродов.

На чертеже схематически показан предлагаемый датчик.

Он содержит светоделительную зеркальную пирамиду 1, плоские зеркала 2, поляризатор 3, электрооптический кристалл 4 с электродами

5, анализатор 6, фокусирующую линзу 7, фотоприемник 8.

Устройство работает следующим образом.

Излучение светящегося объекта собирается телескопом и направляется на четырехгранную зеркальную пирамиду 1. Отразившись от ее граней и от вспомогательных зеркал 2, разделенные световые потоки, пройдя поляризатор

3, попадают в электрооптический кристалл 4, проходят анализатор 6, собирающую линзу 7, и попадают на фотоприемник 8. Электрооптический кристалл (например LiNbOg с нулевой ориентацией) снабжен четырьмя парами параллельных друг другу и равноотстоящих электродов 5. В таком кристалле происходит независимое управление световыми потоками, проходящими между каждой парой электродов, если промежутки между соседними электродами не меньше ширины электродов. При отсутствии напряжения на электродах 5 поляризация света на выходе из кристалла совпадает с исходной и свет не проходит через анализатор 6, так как плоскости поляризатора

3 и анализатора 6 повернуты относительно друг друга на 90 . При подаче на пару электродов 4 импульса полуволнового напряжения вектор поляризации света, выходящего из кристалла, поворачивается на 90 и свет проходит через анализатор. Если направление на светящийся объект совпадает с оптической осью датчика, то световые потоки, проходящие между электродами электрооптического затвора, равны между собой. Если имеется смещение, то световые потоки меняются пропорционально смещению. Регистрация этого смещения выполняется с помощью временной селекции сигналов, полученных от света, проходящего между парами электродов, с последующим сравнением сигналов по амплитуде. Временное разделение сигналов осуществляется подачей на управляющие электроды 5 затвора сдвинутых во времени импульсов напряжения, которые

10 попеременно открывают отдельные его участки. Переменная составляющая потока, собираемого оптической линзой 7 на фотоприемнике 8, вызывает переменную составляющую фототока, амплитуда и фаза которой характери15 зует величину и направление смещения.

Исследования макетного образца датчика, оптический затвор которого выполнен на одном кристалле ниобата лития размером 4Х 30 16 мм с электродами шириной 4 мм, показали отсутствие температурного разбаланса датчика при изменении температуры от

+50 до — 50 С, в датчике уменьшены потери света за счет пропускания всего потока света через центр кристалла.

Формула изобретения

Электрооптический позиционно-чувствительный датчик, содержащий поляризатор, анализатор, четыре электрооптических затвора, фокусирующую линзу и фотоприемник, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, электрические затворы выполнены на одном кристалле с четырьмя парами управляющих электродов и расположены в одной

З плоскости, а перед ними расположено квадр атно е с ветодели тел ьное устр ой ство.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 2044517, кл. G 01$

4р 5/00, опублик. 1972.

2. Патент США № 3654475, кл, 250 — 203, опублик. 1972.

3. Авторское свидетельство СССР Х 251652, кл. G 01Р 5/26, 1966.

586409

Составитель Н. Решетников

Техред Л. Гладкова

Корректоры: Л. BpRxBHHR и Л. Денискина

Редактор Н. Коляда

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2782/16 Изд. Мв 1021 Тираж 725

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3К-35, Раушская наб., д. 4/5