Устройство для определения координат и величины максимума распределения средней по времени интенсивности светового потока Советский патент 1974 года по МПК G06G9/00 

1

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано, например, в оптических корреляторах.

Известно устройство, которое выполнено в виде матрицы пороговых фотоприемников, шины которой связаны через резисторы с генератором нарастающего напряжения.

Недостатком этого устройства является сложность цепей считывания. Вследствие возможности появления сигналов на многих шинах требуется дополнительное устройство, производящее селекцию этих сигналов либо по времени, либо по амплитуде. Другим недостатком является то, что это устройство имеет ограниченные возможности для работы в режиме накопления действий света во времени.

Целью изобретения является упрощение цепей считывания и существенное увеличение времени накопления действия света.

Для достижения этой цели фотоприемники в предлагаемом устройстве выполнены на элементах с запоминанием заряда на р-п-переходах с тремя выводами, два из которых подключены через координатные резисторы соответственно к горизонтальным и вертикальным шинам матрицы, третьи выводы соединены через общий резистор с импульсным источником напряжения, второй выход которого подключен к координатным резисторам.

Фотоприемники могут быть выполнены в виде фототиристоров с двумя эмиттерами одного тока проводимости. Использование- в качестве фотоприемников

полупроводниковых приборов, в которые внешним источником вводится на барьерные переходы заряд, дает возможность увеличить время действия света до постоянной времени разрядки переходов через утечки, т. е. в 10 раз

в кремнии и в 10° раз в арсениде галлия, больше, чем время жизни неосновных носителей.

На чертеже изображен вариант устройства на фототиристорах.

Устройство состоит из пороговых фотоприемников, запоминающих на барьерных емкостях заряд, например фототиристоров 1, типа п-р-п-р, одинаковых резисторов 2, через которые взаимоортогональные шины 3 и

4 подключены к точке нулевого потенциала, и двух последовательно соединенных генераторов импульсов зарядки 5 и считывания 6, образующих источник импульсов 7, фототиристор 1 имеет три эмиттера 8, 9, 10, причем

эмиттеры 9 и 10 эквивалентны, но изолированы один от другого встречно включенными /9-п-переходами. Источник 7, образованный генераторами 5 и 6, подсоединен одним выводом к шине нулевого потенциала, а другим - через резистор 11 к шине, объединяющей все

эмиттеры фототиристоров. Сопротивление резистора 11 следует выбирать в несколько раз большим, чем сопротивление резистора 2 (например, 1 кОм и 100 Ом). Таким образом, источник 7 через резистор 11 подключен к параллельно соединенным фототиристорам.

Генератор 5 генерирует отрицательные импульсы с амплитудой i и длительностью TI, а генератор 6 генерирует положительный импульс опроса с амплитудой Е и длительностью Tg.

Фототиристор l oлжeн обладать следующими свойствами.

1.Иметь S-образную вольтамперную характеристику.

2.Эмиттерные 12, 13 и коллекторный 14 переходы имеют барьерные емкости С такие, что

0,2 + .

Ci4

3.Постоянная времени разряда емкостей переходов, смещенных в обратном направлении хранимым зарядом, должна превосходить интервал между импульсами зарядки и считывания Т.

Устройство работает следующим образом.

После подачи с генератора 5 отрипательного импульса на емкостях каждого фототиристора остается заряд Q, приблизительно равный 1(012 + 13), если составной транзистор р-п-р имеет коэффициент усиления по току больше 0,7 (за эмиттерный переход принят переход 14). Под действием света, падающего на поверхность тиристора, заряд Q начинает уменьщаться при интенсивности света I(t); за промежуток времени Т этот заряд уменьшится на величину К. j Idt, где К зависит от длины волны принимаемого излучения и конкретной конструкции прибора.

Уменьшение заряда приведет к уменьшению динамического напряжения включения с величины

f т EI (Ci2 + GIS)

- вх--7

Ol4

ДО величины

i (Ciz + Cia) С

с;;

Следовательно, у наиболее освещенного тиристора будет и наиболее низкое напряжение включения. Таким образом, если через время Т с генератора 6 подать импульс опроса, то включится наиболее освещенный тиристор, но его включение вызовет уменьшение напряже. ния на всех остальных тиристорах, которые после этого уже не смогут перейти в проводящее состояние. Индикация координат включенного фототиристора легко осуществляется по сигналам на резисторах 2 вертикальной 3 и горизонтальной 4 шин, с которыми связан рассматриваемый фототиристор. Индикация интенсивности принимаемого излучения осуществляется по напряжению t/sx, которая регистрируется как наибольшее положительное напряжение в точке подсоединения резистора 11 к эмиттерам 8 фототиристоров. Это напряжение равно порогу включения фототиристора и зависит от суммарной световой энергии, поступившей на тиристор за время Г, линейной зависимостью. Линейность этой зависимости соблюдается, если

E,(C,, + C,,). При

Кг1-5 кОм Ci, + Cis : Ci4 5 пФ;

rj 100 Ом-Е, 7В; Е., -- ЮВ;

Т Т2 0,5 мксек,

а также при длине волны принимаемого излучения Я 0,9 мкм и ширине «-эмиттерного,

р-базового и /г-базового слоев, соответственно равных 2 мкм, 1 мкм, 7 мкм, суммарная световая энергия, необходимая для полной разрядки введенного заряда, составляет Ю- -10-° Дж.

в другом варианте устройства для зарядки емкостей может использоваться генератор 5, который генерирует нарастающую по ампли туде последовательность импульсов.

Предмет изобретения

1. Устройство для определения координат и величины максимума распределения средней

по времени интенсивности светового потока, содержащее матрицу пороговых фотоприемников, источник импульсных напряжений, резисторы, отличающееся тем, что, с целью упрощения и увеличения времени накопления

действия света, в нем фотоприемники выполнены на элементах с запоминанием заряда на р-п-переходах с тремя выводами, два из которых подключены через координатные резисторы соответственно к горизонтальным и вертикальным шинам матрицы, третьи выводы соединены через общий резистор с импульсным источником напряжения, второй выход которого подключен к координатным резисторам.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем фотоприемники выполнены в виде фототиристоров с двумя эмиттерами одного типа проводимости.

ТД 1 ТД

-Oi

т:

тЛ лЛ

-CZh

5 .

/