Фотоэлектрический преобразователь Советский патент 1987 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения координат, размеров и перемещений различных объектов .

Цель изобретения - повышение точности измерений путем выделения ви деоимпульсов от дискретных фотодиодов каждой элементной ячейки мультискана при помощи оптической развертки ииспользования их в качестве координаго определяющих меток.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства.

Фотоэлектрический преобразователь (фиг. 1) содержит позиционно-чувстви тельный полупроводниковый элемент - мультиска;н 1, линейка дискретных фотодиодов которого посредством све- тоделительной призмы 2 оптически связывается с одной стороны через оптическую систему 3 с контролируемы объектом 4 или с закрепленным на нем источником излучения (на фиг. 1 не показан), а с другой стороны через оптический блок 5 и оптический узел 6 дефлектора - с источником 7 излучения. Узел 6 подключен к выходу блока 8 управления. Для оптической связи мультискана 1 с объектом 4 и источником 7 излучения вместо свето- делительной призмы 2 могут быть использованы и другие устройства, например полупрозрачное зеркало. В каг честве узла 6 дефлектора может быть использован пьезоэлектрический модулятор, например, на основе циркона- та-титаната свинца с зеркальным отражателем, а в качестве источника 7 излучения - лазер. К вьшодам делительных слоев мультискана ,1 подсоединены выходы блока 9 опроса мультискана, а к его выходу - входы фильтров верхних 10 и нижних 11 частот. Выходы фильтров 10 и 11 подсоединены к входам блока 12 выделения коорди- натоопределяющих импульсов и блока 13 выделения информационного сигнала мультискана соответственно. Выходы блоков 12 и 13 подключены к первому и второму входам блока 14 обработки информации. Призмы 2, источник излучения, блок 5 и узел 6 с блоком 8 представляют собой систему оптическо развертки.

Для получения хорошо разделенных импульсов от каждого фотодиода Аото

29252

чувствительная структура мультискана 1 технологически выполнена с верхним слоем в виде защитного светонепроницаемого экрана с селективными окнами для фотодиодов средней линейки структуры (не показано).

Преобразователь работает следующим образом.

10 Исследуемый световой поток (фиг. 2а) изображения объекта 4 через оптическую систему 3 и первый вход свето- делительной призмы 2 с ее выхода проецируется на фотодиоды линейки

IT (фиг. 26) мультискана 1. Излучение от источника 7 оптическим блоком 5 преобразуется в узкий луч -с размерами в сечении, не превьш1ающими величины шага элементной структуры мульти20 скана 1, который попадает на зеркальный отражатель узла 6 дефлектора. Под действием управляющего напряжения с выхода блока 8 управления дефлектором зеркальный отражатель узла

25 6 дефлектора совершает периодические

колебания с частотой f, , при этом отраженный от него колеблющийся узкий луч поступает на второй вход свето- делительной призмы 2, а с ее выхода - 0 на фоточувствительную линейку мультискана 1.

При опросе .мультискана 1 пилообразными напряжениями (фиг. 2в) с выхода блока 9 опроса с частотой

5 f -- на выходе блока 13 форми on

руется информационный видеоимпульс (фиг. 2г) от изображения объекта 4 или связанного с ним светового зонда, д На выходе блока 12 выделения коор- динатоопределяющих импульсов при каждом сканировании лучом оптической развертки фоточувствительной линейки мультискана 1 формируются отфильтрованные фильтром 10 от информационного видеосигнала пакеты видеоимпульсов от отдельных фотодиодов линейки (фиг. 2д). В некоторый момент времени t; в зависимости от размещения нулевой зквипотенциали напряжения опроса Ugi (фиг. 2е) на фоточувствительнЪй линейке за время одного цикла сканирования на выходе блока 12 появляется пакет видеоимпульсов в количестве, соответствующем числу i последовательно засвеченных лучом оптической развертки фотодиодов от начального до 1-го, находящегося в данный момент на нулевой эквипотенциали (фиг.

5

0

5

. 3

2ж), От фотодиодов, расположенных за линией нулевой эквипотенциали напряжения опроса, видеосигналов при этом не будет. Таким образом, положение нулевой эквипотенциали опроса в любой момент времени определяется с точностью до шага структуры элементных ячеек (фотодиодов) линейки мультискана 1 числом видеоимпульсов на выходе блока 12 выделения коорди- натоопределяющих импульсов за один цикл сканирования оптической разверткой фоточувствительной линейки муль

тискана 1. Частоты f опроса мультискана 1 и сканирования fj луча оптической развертки узлом 6 дефлектора должны удовлетворять условию

on

к

см

20 управления и светоделительной призмы, а также соединенными последовательно фильтром верхних частот и блоком выделения координатоопределяющих импульсов, светоделительная призма

где К - число элементных ячеек (фотодиодов) мультискана 1. Выделенный блоком 13 информационный видеосигнал и пакеты координатоопре- 25 установлена с возможностью оптического деляющих импульсов с выхода блока 12 сопряжения информационного светового

потока и оптического потока развертки, а выход светоделительной призмы оптически связан с фоточувствительной 30

поступают в блок 14 обработки информации, который по числу i кооддинато- определяющих импульсов: для любого времени t- периода опроса определяет текущее значение амплитуды видеосигнала и gj,, соответствующее величине интенсивности светового потока Ф(11), падающего на i-й фотодиод фоточувствительной линейки мультискана 1, а по числу импульсов заполнения информационного видеосигнала и его поло- жению относительно начального коор- динатоопределяющего импульса с учетом их изменения во времени - другие исследуемые параметры объекта 4, например его размеры, перемещения, скорости и ускорения синхронно с информацией об изменении яркости объекта, которые используются в зависимости от црлевого применения фотоэлектрического преобразователя (спектроанаповерхностью мультискана, выполненного в виде линейки дискретных фотодиодов с нанесенным на нее слоем в виде защитного светонепроницаемого экрана с селективными окнами,для -с фотодиодов линейки, первый вход блогг ка выделения координатоопределяющих импульсов через фильтр верхних частот подключен к выходу, мультискана, второй его вход подключен к блоку управления дефлектором, выход - к первому входу, блока обработки информации, при этом вход блока выделения информационного видеосигнала подключен к выходу мультискана через фильтр нижних частот, а выход подсоединен к второму входу блока обработки информации .

40

45

лизаторы, измерители размеров, перемещений и скоростей и т.д.).

Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь, содержащий оптическую cиcтe fy, пози- ционно-чувствительный полупроводниковый элемент-мультискан, блок опроса мультискана, блок выделения информационного видеосигнала мультискана и блок обработки информации, о т- личающийся тем, что, с

целью повьшюния точности, он снабжен фильтром нижних частот, системой оптической развертки в виде оптически связанных источника излучения, оптического узла дефлектора с блоком

управления и светоделительной призмы, а также соединенными последовательно фильтром верхних частот и блоком выделения координатоопределяющих импульсов, светоделительная призма

установлена с возможностью оптического сопряжения информационного светового

потока и оптического потока развертки, а выход светоделительной призмы оптически связан с фоточувствительной

поверхностью мультискана, выполненного в виде линейки дискретных фотодиодов с нанесенным на нее слоем в виде защитного светонепроницаемого экрана с селективными окнами,для фотодиодов линейки, первый вход блогг ка выделения координатоопределяющих импульсов через фильтр верхних частот подключен к выходу, мультискана, второй его вход подключен к блоку управления дефлектором, выход - к первому входу, блока обработки информации, при этом вход блока выделения информационного видеосигнала подключен к выходу мультискана через фильтр нижних частот, а выход подсоединен к второму входу блока обработки информации .

W/

a

12 3

У/ЛУ/АУ/ЛУ/Л У7Л

lК

} /ЛУ/ЛУ/АУ/АУ/

nhhrin ппппп t

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повьппение точности измерений путем выделения видеоимпульсов от дискретных фотодиодов каждой элементной ячейки мультискана при помощи оптической развертки и использования их в качестве координатоопределя- ющих меток. В преобразователе координаты светового зонда или изображения объекта определяются по количеству координатоопределяющих импульсов - меток, отсчитанных от начала опроса, а точность измерений - расстоянием, эквивалентным периоду следования меток и равным величине шага структуры элементных ячеек (фотодиодов) мультнскана 1. Благодаря тому, что каждая метка соответствует определенному фиксированному положению в структуре элементных ячеек мультискана, точность измерений определяется только геометрическим растром мультискана и не зависит от изменений других его параметров. Это позволяет снизить требования к линейности и стабильности выходных напряжений блока 9 опроса, упростить его схему, а также расширить температурный диапазон работы преобразователя. 2 шт. с с: W :У ю со ю СП

Составитель Е. Глазкова Редактор М. Петрова Техред Л.Олийнык Корректор М. Демчик

Заказ 6354/26 Тираж 677Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

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