Фотоэлектрический преобразователь пере-МЕщЕНия B КОд Советский патент 1981 года по МПК G08C9/06 

(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД

I

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.

реализующей этот же разряд, на одну ячейку. Поэтому сигнал 1/, снимаемый с нагрузочного резистора R, для каждого разряда (при ) будет равен

J т-Ь-(1)

5 где С напряжение источника питания; f; - сопротивление одной светочувствительной ячейки данного разряда;

Л/ - число засвеченных светочувствительных ячеек одной из дорожек

10 данного разряда преобразователя.

При увеличении числа засвечиваемых светочувствительных ячеек N сигнал U уменьшается. Так при числе светочувствительных ячеек младшего разряда преобразователя N 1 В амплитуда сигна ,5.10-/

ла

Как показывает анализ, сигнал, снимаемый с нагрузочных резисторов дорожек Любого разряда преобразователя, при перемещении световой границы изменяется по линейно-пилообразному закону так, что дифференцирование заднего фронта дифференцирующими цепочками преобразователя дает малый сигнал, особенно при малых скоростях перемещения границы световой области. Если учесть большую инерционность CdSj-CdSIi-xслоев (постоянная времени доходит до десятков секунд), конечную величину RH, 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%.

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 ис точники питания, подключенные к соответствующим электродам, введены компараторй, 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 п-разрядным фотоприемником, информационный электрод фотоприемника каждого разряда соединен со входом соответствующего компаратора, выходы которых соединены с выходами фотоэлектрического преобразователя.

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

Предлагаемый фотоэлектрический преобразователь перемещения в код содержит объектив I, 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

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 conpotaiaлением нагрузки 12 и неинвертирующим вхо- , дом 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.

5 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

0 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 Л1 так, чтобы перекрыть дорожки между электродами, нанесена светочувствительная, например CdSj.CdSl,.x пленка.

Преобразователь работает следующим образом.

Изображение контролируемого объекта с помощью объектива I проецируется через клиновидный оптический модулятор 2 на плоскость фотоприемника 4 в виде границы светлой и темной областей. При этом часть

5 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

J- , ,

где Е - напряжение источника питания 8; R, R -сопротивления источнику 14 опорного напряжения. Опорное напряжение усилителя 13 выбирается равнымо ч Е Tf где R -величина сопротивления нагрузки 12; о f световое сопротивление части светочувствительной дорожки младшего разряда преобразователя, заключенной между одним зубцом и общим электродом 7. В начальный момент времени при ширине проецируемой световой области Н больше ц1ирины одного зуба электрода младшего разряда преобразователя Л напряжение Uiz, снимаемое с нагрузочного сопротивления 12, равноо и« ,.. Разность напряжении Ц Urt -Uo. 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 светочувствитель ных дорожек преобразователя и начальный участок светочувствительной дорожки 10 оказываются затемненными, что приводит к уменьшению сигнала, снимаемого с сопротивления нагрузки 12, и к уменьшению разности Uii-Ц п. устанавливаемой усилителем 13, а значит, и к уменьшению его выходного напряжения. Процесс заканчивается (контур фотоприемник-усилитель-оптический модулятор охвачен отрицательной обратной связью) при .i+AU, , где Ди - сигнал рассогласования усилителя 13 в установившемся режиме, т. е. при Uji s-Llrt что соответствует ширине сформированного светового зонда h Г( 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, UK равен U. ±E-V где 6 - отношение расстояния от впадины до общего электрода 7 к расстоянию, от зубца до общего электрода 7 светочувствительной дорожки данного разряда преобразователя. Например, при количестве зубцов электродов младшего разряда преобразователя N 10, что соответствует точности преобразователя 0,001%, Го 100 к, RH 100 к, Е 1В, Такие уровни сигналов значительно превышают уровни шумов .xCлoeв 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 и логическому «О при UK 0. 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. CdSl,..j( пленке, что в значительной мере упрощает технологию изготовления фотоприемника и повышает процент выхода годных изделий. Современная же технология фотолитографии на металлических пленках, необходимая при изготовлении электродов, позволяет изготавливать зубцы электродов микронньи размеров. Формула изобретения 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 электрода, электроды разделены информационным электродом, первый и второй источники питания, подключенные к соответствующим электродам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчи- . вости, в него введены компараторы, источник опорного напряжения, клиновидный оптический модулятор с прозрачными электродами, дифференциальиый 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 щиной питания, клиновидный оптический модулятор установлен между объективом и п-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 1 Авторское свидетельство СССР № 643942, кл. G 08 С 9/06, 1976 (прототип).

-.j- Ui,0,