Электрооптический позиционно-чувствительный датчик Советский патент 1977 года по МПК G01S7/483 

(54) ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ

ДАТЧИК

1

Изобретение относится к фотоэлектрическим следящим устройствам и может быть использовано в качестве датчика положения в автоматических устройствах слежения за звездами и за точечными световыми объектами в астрономии и в астронавигации.

Известны позиционно-чувствительные датчики, позволяющие определить положение светового пятна относительно оптической оси без применения механической модуляции светового , 2. Недостатками таких устройств является дрейф нуля из-за изменения со временем параметров четырех фотокатодов или четырех фотоприемников, используемых в балансных схемах этих устройств.

Ближайшим по технической сущности к изобретению является позиционно-чувствительный датчик, включающий в себя четыре электрооптических затвора, поляризатор, анализатор, фокусирующую линзу и фотоприемник 3.

В этом датчике расфокусированное изображение светового объекта проектируется на переднюю грань блока из четырех электроннооптических кристаллов. Если направление на объект совпадает с оптической осью устройства, то потоки излучения, прошедшие через каждый из четырех электрооптических кристаллов, будут равны. В случае смещения объекта относительно оси световые потоки перестают быть равными. Регистрация величины

смещения выполняется с помощью временной селекции сигналов, проходящих через кристаллы, составляющие квадранты электрооптического блока с последующим сравнением сигналов по амплитуде. Временное разделение сигналов осуществляется подачей на электроды затворов импульсов напряжения, сдвинутых по времени, которые попеременно открывают затворы.

Недостатками прототипа является: дрейф нуля датчика, вызванный неодинаковыми в каждом кристалле температурными уходами фазы векторов электромагнитных колебаний световых лучей, что приводит к дебалансу световых потоков, прощедщих через кристалл; значительные потери световой энергии в швах между кристаллами, зажатых электродами; малое поле зрения датчика; значительные потери света из-за прохождения света не в центре кристаллов, а по углам.

Целью изобретения является повышение точности датчика за счет улучшения стабильности его характеристик и уменьшения потерь света.

Эта цель достигается тем, что в электрооптическом блоке позиционно-чувствительного датчика электрооптические затворы выполнены на одном кристалле (например, ниобате лития LiNbOa с нулевой ориентацией) с четырьмя парами управляющих электродов и расположены в одной плоскости, а перед ними

расположено квадратное светоделительное устройство (например светоделительная зеркальная пирамида с четырьмя зеркалами, делящая световой луч на четыре части и направляющая каждую часть через кристалл между соответствующими парами электродов.

На чертеже схематически показан предлагаемый датчик.

Он содержит светоделительную зеркальную пирамиду 1, плоские зеркала 2, поляризатор 3, электрооптический кристалл 4 с электродами 5, анализатор 6, фокусирующую линзу 7, фотоприемник 8.

Устройство работает следующим образом.

Излучение светящегося объекта собирается телескопом и направляется на четырехгранную зеркальную пирамиду 1. Отразивщись от ее граней и от вспомогательных зеркал 2, разделенные световые потоки, пройдя поляризатор 3, попадают в электрооптический кристалл 4, проходят анализатор 6, собирающую линзу 7, и попадают на фотоприемник 8. Электрооптический кристалл (например LiNbOs с нулевой ориентацией) снабжен четырьмя парами параллельных друг другу и равноотстоящих электродов 5. В таком кристалле происходит независимое управление световыми потоками, проходящими между каждой парой электродов, если промежутки между соседними электродами не меньше ширины электродов. При отсутствии напряжения на электродах 5 поляризация света на выходе из кристалла совпадает с исходной и свет не проходит через анализатор 6, так как плоскости поляризатора 3 и анализатора 6 повернуты относительно друг друга на 90°. При подаче на пару электродов 4 импульса полуволнового .напряжения вектор поляризации света, выходящего из кристалла, поворачивается на 90° и свет проходит через анализатор. Если направление на светящийся объект совпадает с оптической осью датчика, то световые потоки, проходящие между электродами электрооптического затвора, равны между собой. Если имеется смещение.

то световые потоки меняются пропорционально смещению. Регистрация этого смещения выполняется с помощью временной селекции сигналов, полученных от света, проходящего между парами электродов, с последующим сравнением сигналов по амплитуде. Временное разделение сигналов осуществляется подачей на управляющие электроды 5 затвора сдвинутых во времени импульсов напряжения, которые попеременно открывают отдельные его участки. Переменная составляющая потока, собираемого оптической линзой 7 на фотоприемнике 8, вызывает переменную составляющую фототока, амплитуда и фаза которой характеризует величину и направление смещения.

Исследования макетного образца датчика, оптический затвор которого выполнен на одном кристалле ниобата лития размером 4Х ХЗОХ16 мм с электродами шириной 4 мм, показали отсутствие температурного разбаланса датчика при изменении температуры от +50 до -50° С, в датчике уменьшены потери света за счет пропускания всего потока света через центр кристалла.

Формула изобретения

Электрооптический позиционно-чувствительный датчик, содержащий поляризатор, анализатор, четыре электрооптических затвора, фокусирующую линзу и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, электрические затворы выполнены на одном кристалле с четырьмя парами управляющих электродов и расположены в одной плоскости, а перед ними расположено квадратное светоделительное устройство. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

:1. Патент Франции № 2044517, кл. G 01S 5/00, опублик. 1972.

3.Авторское свидетельство СССР № 251652, кл. G 01D 5/26, 1966.