Оптрон

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (u>817807 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (51)ф . Кд.з

Н 01 L 15/00 (22) Заявлено 100579 (21) 27б4633/18-25 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 30.0331. Бюллетень Й 12.

Дата опубликования описания 360381 (53) УДК535.242 (088. 8.) Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт им. акад. С.П. Королева (71) Заявитель (54) ОПТРОН

Изобретение относится к оптоэлек-" тронному приборостроению и может быть использовано для создания высокостабильных оптронов и оптоэлектронных преобразователей.

Известны различные конструкции оптронов. Световая .энергия источника излучения в таких оптронах передается на фотоприемник через воздух или специальную оптическую среду, уменьшающую потери Френеля (1 ).

Однако такие оптроны обладают существенной температурной нестабильностью характеристик.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптрон, содержащий фотоприемник, излучатель, расположенные в корпусе (2 ).

Недостатком известного оптрона является низкая температурная ста- . 20 бильность его характеристик. ПричеМ все элементы (фотоприемник, оптическая среда и источник излучения) обладают определенным технологическим разбросом температурных и спектральных характеристик, что требует индивидуального подбора возможных термокомпенl сирующих элементов к каждому оптрону.

Цель изобретения — обеспечение температурной стабилизации характе. 30 ристик оптрона и компенсации влияния технологического разброса температурных и спектральных характеристик элементов оптрона.

Поставленная цель достигается тем, что в оптрон, содержащий фото" приемник и излучатель, расположенные в корпусе, в цепь оптической связи излучателя с фотоприемником введены термостабилизирующий светофильтр и установленное между излучателем и термостабилизирующим светофильтром регулируемое светоделительное устройство.

На фиг. 1 изображена конструкция оптрона, а на фиг. 2-4 — графики, поясняющие принцип температурной стабилизации характеристик оптрона и компенсации влияния разброса температурных характеристик элементов оптрона на результирующий температурный коэффициент оптрона.

Оптрон состоит из корпуса 1, излучателя 2, фотоприемника 3, термостабилизирующего светофильтра 4, установленного между фотоприемником

3 и излучателем 2, и светоделительного устройства, состоящего иэ уста" новленных между светофильтром 4 и излучателем 2 наклонных неподвижного 5, 817807,закрепленного на корпусе оптрона 1, и подвижного 6 зеркал.

Принцип температурной стабилизации оптрона основан на том, что выбирая термостабилизирующий свето- r фильтр 4 по температурным коэффициентам изменения длины волны максимума пропускания и изменения максимума пропускания с учетом знака тем пературного коэффициента фототока фотоприемника 3 и температурного коэффициента изменения интенсивности излучателя 2, можно, используя восходящий или падающий участок спектральной характеристики, скомпенсировать температурные изменения фототока, обусловленные температур- 15 ными изменениями спектральных характеристик фотоприемника 3 и излучателя 2, за счет соответствующих изменений интегральной чувствительности системы излучатель-светофильтр- Щ фотоприемник.

При изменении температуры изменяются спектральные характеристики излучателя (изменяются длина волны максимума излучения н интенсивность в максимуме излучения)и фотоприемника (изменяются длина волны максимума чувствительности и максимум чувствительности фот приеглника). Это приводит к соответствующим изменениям интегральной чувствительности 3(t) и фототока i фотоприемника.

J(t) = J S (А,t)5 И)дХ, л„ где Ли, s — коротко-и длинновол- З новые границы фотоэлектрической чувствительности оптронной пары излучатель-фотоприемник;

5 (Л,t),S t) относительная спектральная характеристика.и максимум фотоэлектрическойчувствительности аптрон н ой пары и злуч атель-фо топ риемн ик;

Л - длина волны излучателя; температура.

Относительные спектральные характеристики излучателя, фотоприемника 4 и оптронной пары излучатель-фотоприемник при температуре t изображены на фиг. 2 (кривые 7-9 соответственно). Те же характеристики, но при температуре t<. изображены на фиг.3 50

{кривые 12-14 соответственно). Кри" вая 11 на фиг. 2 при температуре и кривая 15 фиг. 3 при температуре ,с изображают относительную спектральную характеристику пропускания 5 термостабилизирующего светофильтра, например, интерференционного, выполненного из слоев сернистого цинка и криолита. Кривая 11 фиг. 2, при температуре t< и кривая 16 фиг. 3 при температуре t изображают Интегральную чувствительность 3 системы излу- чатель-светофильтр-фотоприемник.

; () = ) 5 (А,t}z (A,t)Sì(t)Tм(+)ЙЛ, л„ 65 где Т(Л,t),. Т (t) — относительная спектральная характеристика и максимум пропускания светофильтра.

При изменении. температуры от с

1 до с длина волны максимума пропускания светофильтра Л изменяется от т

Л-т до Л -тВследствИе того, что кривая относительной фотоэлектрической чувствительности S+(Л, t) оптронной пары излучатель-фотоприемник имеет спад и подьем, изменение длины волны максимума пропускания светофильтра приведет к изменению чувствительности фотоприемника.

Выбором соответствующего знака и величины температурного коэффициента изменения длины волны максимума пропускания КЛ светофильтра достит гается температурная стабильность выходной характеристики фотоприемника оптрона.

Например, для полосового светофильтра с полосой пропусканияаЛ, длиной волны. максимума пропускания Л, температурными коэффициентами изменения максимума К и длины волны максимума пропускайия, и оптрона со спектральной характеристикой фотоэлектрической чувствительности S (Z). длиной волны максимума чувствительности Л, температурными коэффициентами изменения максимума К> и длины волны максимума чувствительности

КЛ, соотношение, связывающее температурные и спектральные характеристики элементов оптрона и светофильтра, имеет вид /

Лт+ -ал

Л К.,ЛК, ) э<ЛИЛ

К +К < м тм зпА Б (Л + — àüÀ)-5 (лт 2 Л

Выбор термостабилизирующего светофильтра с характеристиками, удовлетворяющими этому соотношению, обеспечивает высокую температурную стабильность выходной характеристики оптро на.

В условиях массового производства все элементы оптрона и термостабилизирующий светофильтр обладают определенным разбросом параметров, в том. числе и разбросом температурных коэффициентов. Это приводит к нарушению условия температурной стабилизации.

Однако для всех элементов, в том числе.для излучателя, фотоприемника и термостабилизирующего светофильтра этот разброс температурных коэффициентов н спектральных характеристик не превышает определенных максимально и минимально допустимых величин.

Компенсация влияния разброса температурных коэффициентов и спектральных характеристик элементов термостабилизированного оптрона происходит следующим образом.

817807

Термостабилизирующий светофильтр рассчитывается для наихудшего случая, т.е. для максимально допустимого значения. температурных коэффициентов элементов оптрона и мини.мально допустимого значения температурного коэффициента длины волны максимума пропускания светофильтра.

Для оптрона, элементы которого имеют температурные коэффициенты меньше максимально допустимого значения, наступит температурная компенсация, т.е. результирующий температурный коэффициент термостабилизированного светофильтром оптрона изменит знак. Перемещением подвижного зеркала б светоделительного устройства, установленного на пути прохождения светового потока через термостабилизирующий светофильтр 4 к фотоприемнику 3, изменяется соотношение между световым потоком, проходящим к фотоприемнику 3 через термостабилизирующий светофильтр 4, и световым потоком, отраженным от подвижного б и неподвижного 5 зеркал, падающим на фотоприемник 3, минуя термостабилизирующий светофильтр 4.

Изменение этого соотношения изме": няет результирующий температурный коэффициент оптрона . При этом. результирующий температурный коэффициент оптрона при перемещении подвижного зеркала 6 изменяется от значения температурного коэффициента не стабилизированного оптрона для положения зеркала б отражающего весь световой поток излучателя 2 на фотоприемник 3, минуя термостабилизнрующий светофильтр 4, до значения температурного коэффициента оптрона в режиме перекомпенсации, имеющего знак, противоположный знаку температурного коэффициента не стабилизированного оптрона, что соответствует положению зеркала 6, пропускающего весь световой поток излучателя 2 на фото приемник 3 через термостабилизирующий Чветофильтр 4. Поэтому всегда . найдется такое положение подвижного зеркала б, когда результирующий температурный коэффициент равен нулю.

На Фиг. 4 изображена зависимость результирующего температурного ко" эффициента Кр термостабилизированного светофильтром оптрона от отношения 5о светового потока Гф, падающего на фотоприемник 3 через термостабилизирующий светофильтр 4, к полному световому потоку излучателя Г, Ь = Г /Г„ .Здесь К „@ максимально допустимое значение температурного коэффициента не стабили15

25

Формула изобретения

Оптрон, содержащий оптически связанные фотоприемник и излучатель, расположенные в корпусе, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения емпературной стабили5 зации характеристик оптрона и компенсации влияния технологического разброса температурных и спектраль=ных характеристик элементов оптрона, в цепь оптической связи излучателя с фотоприемником введены термостабилизирующий светофильтр н установленное между излучателем и термостабилиэиоующим светофильтром регулируемое светоделительное устройство.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Носов Ю.P. Оптоэлектроника. М., "Советское радио", 1977, с. 232.

2. Авторское свидетельство СССР

9 329602, кл. H 01 L 15/00, 1970 (прототип).

50 зированного оптрона; К „- минимально возможное значение темйературного коэффициента не стабилизированного оптрона; К, „- минимальное значение температурного коэффициента тевмоста- .

5 билизированного оптрона в режиме перекомпенсации.

Достоинством предлагаемого принципа температурной стабилизации параметров оптрона является простота реализации и технологичность, упрощение конструкции термостабйлизирующих устройств и универсальность, заключающаяся в воэможности применения для стабилизации параметров различных оптронов.

Возможно использование в качестве термочувствительного светофильтра, компенсирующего температурные изменения характеристик оптрона, стеклянных поглощающих, интерференционных, дисперсионных и др. светофильтров, температурные коэффициенты изменения спектральных характеристик которых выбираются иэ условия равенства нулю температурных изменений характеристик оптрона.

Возможно для уменьшения потерь

Френеля заполнение внутреннего пространства оптрона прозрачной,для светового потока излучателя неагрессивной к материалам оптрона жидкостью, например сероуглеродом,с показателем преломления, близким к показателю преломления материалов элементов оатрона.

Предлагаемый оптрон.может быть использован для создания высокостабильных оптронов, применяемых в оптоэлектронике, автоматике и измерительной технике.

817807

/ н Лу

Att A.g ka фце. Я (Рис,З

tPuc, e

Составитель А. Щуров

Редактор Ю. Ковач Техред М. Рейвес Корректор В. Си ницкая

Заказ 1477/б9 Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4