Устройство для определения малых расстояний

 

Союз Соевтскни

Сецналнстнческнв

Реснублнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{ii>901816 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 0306.80 (21) 2933695/18-10 (51) М. Кп.

G 01 С 3У08 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (33) УДК 531. 719. 28 (088. 8) Опубликовано 30.0182. Бюллетень ¹ 4

Дата опубликования описания 3001,82 (72) Авторы изобретения

Г.С.Коротченков, В.В.Попушой и В.A.× (71) Заявитель

Кишиневский политехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАЛЫХ

РАСстч)Яний

Изобретение относится к определению и контролю изменений малых расстояний, преимущественно, до светящихся объектов, в частности до источников света, при исследованиях на onzavycxzx скамьях.

Существуют разнообразные устройства для определения малых расстояний, основанные на анализе распределения светового потока, идущего от контролируемого объекта и воспринимаемого собирающей оптической системой. Распределение освещенности зависит от взаимного расположения объекта, оптической системы и фотоприемника, с помощью которого выполняется измерение освещенности.

Известны устройства, которые реализуют метод, связанный с определением положения плоскости изображения объекта оптической системы относительно ее фокальной плоскости, и содержат подвижные элементы (1).

Однако известные устройства требуют постоянного контроля юстировки и градуировки, а поэтому оказываются сложными.

Известны также устройства, в которых предусматривается измерение ocseщенности в двух фиксированных плос костях,.расположенных на различных расстояниях от фокальной плоскости, или для различных сечений светового потока (2).

Точность подобных устройств во многом зависит от внешних условий и оказывается недостаточной для измерений малых расстояний.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее собирающую оптическую систему, вблизи фокальной плоскости которой помещен фотоприемник, подключенный через блок обработки к показывающему прибору (3).

В указанном устройстве используется фотоприемник иэ четырех квадратных секций с центральной независимой светочувстэительной зоной, который требует для анализа распределения освещенности достаточно сложную схему обработки сигнала.

Цель изобретения - упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что фотоприемник выполнен как трехсекционный полупроводниковый фотоэлемент с поперечным фотоэффектом„ крайние секции которого подключены

ЗО встречно к общему контакту и через

90181б грузочные сопротивления соединены сцентральной секцией, в то время как между общей точкой нагрузочных сопротивлений и общей подложкой .фотоэле мента включен измеритель тока, а показывающий прибор, проградуированный в единицах расстояния, подключен к нагруэочным сопротивлениям.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — электрическая схема устройства; на фиг. 3 — графики, иллюстрирующие изменение распределения освещенности по длине фотоприемника при изменениях расстояния.

Световой поток от источника 1 света с помощью объектива 2, находящегося на расстоянии х от источника света, собирается и воспринимается фотоприемником 3, находящимся между фокальной плоскостью и плоскостью резкого изображения. Фотоприемник 3 представляет собой полупроводниковый фотоэлемент с поперечным фотоэффектом, на общей подложке 4 которого через р-и-переходные слои размещены фоточувствительные секции 5, б и 7.

Крайние секции 5 и 7 идентичны и соединены общей точкой 8 встречно через нагрузочные сопротивления 9 и 10 с центральной секцией б фотоприемника

3. Фотоприемник может быть реализован также на барьерах lIloTTKH или гетеропереходах.

Интенсивность света, падающего на фотоприемник 3, не одинакова по его длине и зависит от расстояния х

0I

5=3 б — Р

x(4 — ).

Хх(1- — )а 1 где f — расстояние от объектива 2 до плоскости резкого изображения;

d — расстояние от объектива 2 до фотоприемника 3;

b — ширина фотоприемника;

J — суммарный световой поток, падающий на фотоприемник; у — расстояние до текущей точки н плоскости, перпендикулярной оптической оси.

В соответствии с приведенным выражением интенсивность J максимальная на оптической оси, убывает по мере удаления от нее(При изменениях положения источника 1 происходит изменение пространственного распределения интенсивности света, падающего на фотоприемник 3, как показано на фиг. 2 для различных расстояний х1, 3

Так как фотопоток с каждой секции

5, б и 7 пропорционален световому .потоку, падающему на нее, то разным расстояниям соответствует. различный выходной сигнал с ныхода фотоприемника, пропорциональный разности световых потоков, падающих на крайние 5 и

7 и центральную 6 секции. Для одномерного случая этот выходной сигнал описывается выражением

Ф3о а н

5 l.+С С акч — х — — zorctg х11- — = Щ

xÑ ХС х где F — фокусное расстояние объектива 2;

21 — длина центральной секции б;

Ь вЂ” длина каждой крайней секции

5и7;

В„ — нагрузочное сопротивление, одинаковое для сопротивлений

9 и 10;

Ф вЂ” чувствительность фотоприемника.

Выражение получено для работы фотоприемника в режиме короткого замыкания при условии, что Ь и 21 + 2Ь, Для конкретных известных параметрон фотоприемника 3 и объектива 2 рассчитывается калибровочная кривая, соответствующая приведенному выражению. По калибровочной кривой и изМе25 ряемой с помощью измерителя ll тока суммарной величине фототока определяется расстояние до источника 1 или любого светящегося объекта, отсчитываемое по шкале показывающего прибо я рВ 12.

Устройство может использоваться также для контроля изменений положений снетящегося объекта от номинального положения. Для этого путем изменения нагрузочных сопротивлений или положения фотоприемника добинаются выходного нулевого сигнала, т.е. равенства сигналов, снимаемых с крайних и центральной секций: фотоприемника.

Теперь смещение объекта приводит к появлению выходного сигнала, величина которого соотнетствует смещению, а знак — направлению перемещения.

Использонание простейших измерительных приборов н сочетании с от45 сутствием подвижных уэлон позволяет создать портативное переносное устройство для определения расстояний от 1 до 5 м, а также для контроля изменения расстояния в указанных пре$Q делах.

Формула изобретения

Устройство для определения малых расстояний, преимущественно, до светящихся объектов, путем измерения распределения освещенности, содержащее собирающую оптическую систему, вблизи фокальной плоскости которой

60 размещен фотоприемник, подключенный через блок обработки к показывающему прибору, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, фотоприемник выполнен как трехЯ5 секционный полупроводниковый фотоэле901816

Puz. 2

Составитель Ю.Ферштман

Техред Л. Пекарь КорректорМ.Демчик

Редактор И.Михеева

Заказ 12355/49 Тираж 613 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мент с поперечным фотозффектом, крайние секции которого подключены встречно к общему контакту и через нагрузочные сопротивления соединены с центральной секцией, в то время как между общей точкой нагрузочных сопротивлений и общей подложкой фотоэлемента включен измеритель тока, а показывающий прибор, проградуированный в единицах расстояния, подключен к нагрузочным сопротивлениям.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 93671121, кл. 356-4, 1972.

2. Патент США 93815994, кл. 356-4, 1975.

3. Патент ClOA 94003655, кл. 356-4, 1977.