Фотоэлектрический преобразователь пере-мещения b код

 

О П И С А Н И Е 851437

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.11.79 (21) 2844116/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. К .

G 08 С 9/06

Гесудлрстванлмй камлтет

Опубликовано 30.07.81. Бюллетень №28

Дата опубликования описания 05.08.81 ле илам лзабратеннй и аткрмтий (53) УДК 681.325 (088,8) Н. Е. Конюхов, А. А. Плют и С. А./Матюнин (72) Авторы изобретения

Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени авиационный: институт им. акад. С. П. Королева

) (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для измерения положения границы темной и светлой областей, Известна конструкция преобразователя перемещения в код, содержащая объектив и фотоприемник с электродами, в которой фотоприемник выполнен в виде расположенных между электродами дискретных дорожек с чередующимися чувствительными и нечувствительными к световому потоку ячейками. Причем для реализации каждого разряда используются две дорожки со светочувствительными ячейками, ячейки которых сдвинуты относительно друг друга таким образом; что светочувствительные ячейки одной дорожки находятся против нечувствительных ячеек другой дорожки (1), Однако такой преобразователь имеет низкую точность и малую помехозащищенность.

Действительно, при смещении границы светлого поля на ширину одной ячейки число освещенных чувствительных к световому потоку ячеек одной дорожки будет отличаться от числа освещенных чувствительных к световому потоку ячеек другой дорожки, 2 реализующей этот же разряд, на одну ячейку. Поэтому сигнал lf, снимаемый с нагрузочного резистора К„. для каждого разряда (при К„Э1;) будет равен

2Ю-4 (1) где 5 - напряжение источника питания; сопротивление одной светочувствительной ячейки данного разряда;

М - число засвеченных светочувствительных ячеек одной из дорожек

10 данного разряда преобразователя.

При увеличении числа засвечиваемых светочувствительных ячеек N сигнал уменьшается. Так при числе светочувстви15 тельных ячеек младшего разряда преобразователя N = 10З:Е = 1 В амплитуда сигнала 1

1-1 = — =-0 5 ° 10 й-fo -f ° в

Как показывает анализ, сигнал, снимаемый с нагрузочных резисторов дорожек ЛюЗт бого разряда преобразователя, при перемещении световой границы изменяется по линейно-пилообразному закону так, что дифференцирование заднего фронта дифферен851437

10

1-1оь =Е-,— » 1 з цирующими цепочками преобразователя дает малый сигнал, особенно при малых скоростях перемещения границы световой области. Если учесть большую инерционность CdS CdS11 слоев (постоянная времени доходит до десятков секунд), конечную величину К11, то амплитуда Сигнала, снимаемого с дифференцирующих цепочек младших разрядов преобразователя, составит величину порядка долей микровольта. Это и обусловливает низкую помехозащищенность преобразователя и ограничивает точность преобразователя на уровне 1 /o.

Цель изобретения — повышение точности и помехозащищенности преобразователя, Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий объектив, против которого установлен п-разрядный фотоприемник, каждый разряд которого выполнен в виде двух электродов с чередующимися светочувствительными и светонечувствительными ячейками, светочувствительные ячейки первого электрода установлены против светонечувствительных ячеек второго электрбда, электроды разделены информационным электродом, первый и второй источники питания, подключенные к соответствующим электродам, введены компараторы, источник опорного напряжения, клиновидный оптический модулятор с прозрачными электродами, дифференциальный усилитель, а в фотоприемник введены дополнительная светочувствительная дорожка и дополнительный электрод, дополнительная светочувствительная дорожка нанесена между электродом младшего разряда фотоприемника и дополнительным электродом фотоприемника, который соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход с одним из прозрачных электродов клиновидного оптического модулятора, другой электрод которого соединен с общей шиной питания, клиновидный оптический модулятор установлен между объективом и и-разрядным фотоприемником, информационный электрод фотоприемника каждого разряда соединен со входом соответствующего компаратора, выходы которых соединены с выходами фотоэлектрического преоб-. разователя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема преобразователя -перемещения в код; на фиг. 2 — график работы следящего усилителя.

Предлагаемый фотоэлектрический преобразователь перемещения в код содержит объектив 1, клиновидный оптический модулятор 2 с прозрачными электродами 3, фотоприемник 4, выполненный в виде светочувствительных ячеек 5, заключенных между электродами 6 и 7. Причем,для реализации

4

N-разрядного преобразователя необходимы две N-светочувствительные дорожки, каждая пара из которых представляет дорожки между двумя профилированными в виде зубцов прямоугольной формы электродами 6 и общим непрофилированным электродом 7. Причем зубцы электродов двух светочувствительных дорожек сдвинуты относительно друг друга таким образом, что зубцы одного электрода находятся против впадин другого.

Профилированные электроды 6 подключены к источникам питания 8, а общие электроды 7 двух светочувствительных дорожек одного разряда подключены к соответствующему компаратору напряжения 9. В фотоприемник 4 введена дополнительно светочувствительная дорожка 10, заключенная между двумя непрофилированными электродами 6 и 11, один из которых соединен с источником питания 8, а другой с сопротивлением нагрузки 12 и неинвертирующим входом следящего усилителя 13. Инвертирующий вход дифференциального усилителя

13 связан через делитель 14 напряжения с источником 8 питания, а выход усилителя 13 соединен с прозрачными электродами

3 клиновидного оптического модулятора 2, Оптический модулятор 2 выполнен из вещества, меняющего коэффициент пропускания под действием электрического поля, например, из вещества, обладающего эффектом Франца-Калдыша, или жидкокристаллического вещества. Причем, оптический модулятор 2 расположен таким образом, что острый угол модулятора направлен в сторону проецируемой световой области. Дифференциальный усилитель 13 обладает характеристикой, изображенной на фиг. 2.

Сверху на металлические электроды 6, 7 и .11 так, чтобы перекрыть дорожки между электродами, нанесена светочувствительная, например CdS CdSI пленка.

Преобразователь работает следующим образом.

Изображение контролируемого объекта с помощью объектива 1 проецируется через клиновидный оптический модулятор 2 на плоскость фотоприемника 4 в виде границы светлой и темной областей. При этом часть светочувствительных дорожек разрядов фотоприемника 4 и частот дополнительной светочувствительной дорожки 10 засвечивается падающим на фотоприемник 4 световым потоком. Сигнал, снимаемый с нагрузочного сопротивления 12, поступает на неинвертирующий вход усилителя 13.

На инвертирующий вход усилителя 13 подается также опорное напряжение где Е - напряжение источника питания 8;

g, R -сопротивления источника 14 опорного напряжения.

851437

Формула изобретения

Опорное напряжение усилителя 13 выбирается равным И.н

U«4 E Я +г; где R„-Båëè÷èíà сопротивления нагрузки 12; г световое сопротивление части све- 5 точувствительной дорожки младшего разряда преобразователя, заключенной между одним зубцом и общим электродом 7.

В начальный момент времени при ширине проецируемой световой области Н больше ширины одного зуба электрода младшего разряда преобразователя Ь напряжение

Uu, снимаемое с нагрузочного сопротивления 12, равно л.н

Uga = E +„, »Uea .

Разность напряжении U „= Ua — U усиливается усилителем 13 и поступает на прозрачные электроды 3 оптического модулятора 2. При этом вещество оптического модулятора 2 переходит в не прозрачное для оптического излучения состояние, начиная с острого угла оптического модулятора, так как там наибольшая напряженность электрического пЬля. Это приводит к тому, что полубесконечный световой зонд укорачивается, превращаясь в зонд шириной h.

При этом начальные зубцы светочувствительных дорожек преобразователя и начальный участок светочувствительной дорожки 10 оказываются затемненными, что приводит к уменьшенйю сигнала, снимаемого с сопротивления нагрузки 12, и к уменьшению разности U>z — 14, устанавливаемой усилителем 13, а значит, и к уменьшению его выходного напряжения. Процесс заканчивается (контур фотоприемник-усилитель-оптический модулятор охвачен отрицательной обрат- 3s ной связью) при

111. = Ъл +Л 1.1, Ь UC У м 3 где 6U — сигнал рассогласования усилителя 13 в установившемся режиме, т. е. при U, что соответствует 4О ширине сформированного светового зонда h

h = E 4Ь при U() E

R„(pE- -()

Я Ф р

Таким образом, из полубесконечной световой области формируется узкий световой зонд шириной h, прилегающий к границе области свет-тень. Причем ширина сформированного светового зонда h не больше ширины одного зубца светочувствительной дорожки младшего разряда преобразователя. Поэтому сигнал, снимаемый с общих электродов 7 светочувствительных дорожек преобразователя, У„равен як= Е

В (В

55 где В - отношение расстояния от впадины до общего электрода 7 к расстоянию от зубца до общего электро6 да 7 светочувствительной дорож.ки данного разряда преобразователя.

Например, при количестве зубцов электродов младшего разряда преобразователя N =

= 104, что соответствует точности преобразователя 0,001%, ro = 100 к, Ки — — 100 к, Е = 1В, Такие уровни сигналов значительно превышают уровни шумов CdQCdS!„„caoea н наводимых на фотоприемник помех, что обусловливает высокую помехоустойчивость и точность преобразователя.

Сигналы, снимаемые с общих электродов 7 светочувствительных дорожек преобразователя, поступают на компараторы 9 напряжения, выходной сигнал которых соответствует логической «1» при Ц ЪО и логическому «О» при U„C О. Выходные сигналы компараторов 9 напряжения являются выходными сигналами преобразователя.

Необходимо отметить, что в предлагаемом преобразователе величина сигнала, снимаемого с общего электрода 7 светочувствительных дорожек любого разряда преобразователя, не зависит от номера разряда, числа зубцов профилированных электродов данного разряда и от изменения яркости контролируемого светящегося объекта. Применение компараторов постоянного напряжения позволяет считывать информацию со светочувствительных дорожек преобразователя о положении границы свет-тень при статическом положении этой границы.

Кроме того, профилирование электродов преобразователя в виде зубцов позволяет исключить из процесса изготовления фотоприемника фотолитографию на светочувствительной CdS>. Ñd$1, „ ïëåíêå, что в значительной мере упрощает технологию изготовления фотоприемника и повышает процент выхода го (ных изделий. Современная же технология фотолитографии на метал-. лических пленках, необходимая при изготовлении электродов, позволяет изготавливать зубцы электродов микронных размеров;

Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий объектив, против которого установлен и-разрядный фотоприемник, каждый разряд которого выполнен в виде двух электродов с чередующимися светочувствительными и светонечувствительными ячейками, светочувствительные ячейки первого электрода установлены против светонечувствительных ячеек второго электрода, электроды разделены информационным электродом, первый и-второй источники питания, подключенные к соответствующим электродам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, в него введены компараторы, источник опорного напряжения, клиновидный оптичес85143?

, - „-Von (Ðèo. г

Составитель A. Сидоренко

Редактор Н. Безродная Техред А. Бойкас Корректор Г. Решетняк

Заказ 6363 71 Тираж 691 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 кий модулятор с прозрачными электродами, дифференциальный усилитель, а в фотоприемник введены дополнительная светочувствительная дорожка и дополнительный электрод, дополнительная светочувствительная дорожка нанесена между электродом младшего разряда фотоприемника и дополнительным электродом фотоприемника, который соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход с одним из прозрачных электродов клиновидного оптического модулятора, другой электрод которого соединен с общей шиной питания, клиновидный оптический модулятор установлен между объективом и и-разрядным фотоприемником, информационный электрод каждого разряда фотоприемника соединен со входом соответствующего компаратора, выходы которых соединены с выходами фотоэлектрического преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР № 643942, кл. G 08 С 9/06, 1976 (прототип).