CS258502B1 - A circuit for evaluating a signal from a position sensitive photoelectric sensor - Google Patents
A circuit for evaluating a signal from a position sensitive photoelectric sensor Download PDFInfo
- Publication number
- CS258502B1 CS258502B1 CS18286A CS18286A CS258502B1 CS 258502 B1 CS258502 B1 CS 258502B1 CS 18286 A CS18286 A CS 18286A CS 18286 A CS18286 A CS 18286A CS 258502 B1 CS258502 B1 CS 258502B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- circuit
- input
- output
- current
- photoelectric sensor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Je řešen vyhodnocovací obvod s vyloučením realizace podílu rozdílového a součtového signálu. Na elektrody snímače jsou připojeny převodníky proud-napětí. Převodníky jednoho páru elektrod mají výstupy připojeny vždy zároveň na jeden součtový obvod a na jeden rozdílový obvod. Na výstupy rozdílových obvodů lze připojit analogově- -číslicové převodníky. V případě jednorozměrného polohově citlivého fotoelektrického snímače, který má jeden pár elektrod, je součtový obvod připojen přímo na jeden vstup diferenčního zesilovače. V případě, je-li tento snímač dvojrozměrný a má tedy dva páry elektrod, je mezi výstupy součtových obvodů a jeden vstup diferenčního zesilovače zařazen přepínač. Na druhý vstup diferenčního zesilovače je připojen výstup nastavitelného stejnosměrného zdroje napětí. Výstup diferenčního zesilovače je přes převodník napětí-proud připojen na proudem řízený světelný zdroj.An evaluation circuit is designed with the exclusion of the realization of the fraction of the difference and sum signal. Current-voltage converters are connected to the sensor electrodes. The converters of one pair of electrodes always have their outputs connected to one sum circuit and one difference circuit at the same time. Analog-to-digital converters can be connected to the outputs of the difference circuits. In the case of a one-dimensional position-sensitive photoelectric sensor that has one pair of electrodes, the sum circuit is connected directly to one input of the difference amplifier. In the case where this sensor is two-dimensional and therefore has two pairs of electrodes, a switch is inserted between the outputs of the sum circuits and one input of the difference amplifier. The output of an adjustable DC voltage source is connected to the second input of the difference amplifier. The output of the difference amplifier is connected to a current-controlled light source via a voltage-current converter.
Description
Je řešen vyhodnocovací obvod s vyloučením realizace podílu rozdílového a součtového signálu. Na elektrody snímače jsou připojeny převodníky proud-napětí. Převodníky jednoho páru elektrod mají výstupy připojeny vždy zároveň na jeden součtový obvod a na jeden rozdílový obvod. Na výstupy rozdílových obvodů lze připojit analogově-číslicové převodníky. V případě jednorozměrného polohově citlivého fotoelektrického snímače, který má jeden pár elektrod, je součtový obvod připojen přímo na jeden vstup diferenčního zesilovače. V případě, je-li tento snímač dvojrozměrný a má tedy dva páry elektrod, je mezi výstupy součtových obvodů a jeden vstup diferenčního zesilovače zařazen přepínač. Na druhý vstup diferenčního zesilovače je připojen výstup nastavitelného stejnosměrného zdroje napětí. Výstup diferenčního zesilovače je přes převodník napětí-proud připojen na proudem řízený světelný zdroj.The evaluation circuit is solved, excluding the realization of the difference and sum signal. Current-voltage converters are connected to the sensor electrodes. Converters of one pair of electrodes have outputs connected to one summing circuit and to one differential circuit at the same time. Analog-to-digital converters can be connected to the outputs of the differential circuits. In the case of a one-dimensional position-sensitive photoelectric sensor having one electrode pair, the summation circuit is connected directly to one input of the differential amplifier. If the sensor is two-dimensional and thus has two electrode pairs, a switch is included between the summation circuit outputs and one differential amplifier input. The adjustable DC power supply output is connected to the second input of the differential amplifier. The output of the differential amplifier is connected to a current-controlled light source via a voltage-current converter.
OBRJFIG
O8R.2O8R.2
Fotoelektrické snímače polohy, tvořené polohově citlivou křemíkovou fotodiodou, byly původně určeny pro dálkové měření polohy světelné skvrny. Vzhledem ke svým přednostem se uplatňují v celé řadě aplikací v technické praxi.Photoelectric position sensors, consisting of a position-sensitive silicon photodiode, were originally intended for the remote measurement of the position of the light spot. Due to their advantages, they are used in a wide range of applications in technical practice.
Základní konstrukční uspořádání jednorozměrného polohově citlivého fotoelektrického snímače polohy má na jedné straně velmi čistého křemíkového substrátu vytvořenu P-vrstvu s velmi rovnoměrným odporem. V blízkosti jejích hran je vytvořen pár elektrod A a B. Na druhé straně substrátu je vytvořena N-vrstva a na nl společná elektroda. Vzdálenost mezi elektrodami A a B je L a odpovídající odpor vrstvy ie R,.The basic design of the one-dimensional position-sensitive photoelectric position sensor has a P-layer of very uniform resistance on one side of a very pure silicon substrate. A pair of electrodes A and B are formed near its edges. On the other side of the substrate an N-layer is formed and a common electrode is formed on n1. The distance between the electrodes A and B is L and the corresponding resistance of the layer is R1.
LiIf
Vzdálenost mezi elektrodou A a středem světelné skvrny je X a odpovídající odpor RxTento typ polohově citlivého fotoelektrického snímače využívá fotovoltaický jev podobně jako běžná křemíková fotodioda. V místě dopadu světla na přechod P-N je generován fotoelektrický proud IQ. Ten se rozdělí na proudy a I0, tekoucí k jednotlivým elektrodám A a B, kde mohou být detekovány. Tyto proudy jsou potom přímo úměrné energii dopadajícího světla a nepřímo úměrné odporu vrstvy a platí tedy:'The distance between the electrode A and the center of the light spot is X and the corresponding resistance R x This type of position sensitive photoelectric sensor uses a photovoltaic effect similar to a conventional silicon photodiode. A photoelectric current I Q is generated at the point of light impact on the PN junction. It divides into currents I 0 flowing to the individual electrodes A and B, which can be detected. These currents are then directly proportional to the energy of the incident light and inversely proportional to the layer resistance, and thus:
I. = II. = I
A o RT /1/ /2/A o R T / 1 / / 2 /
Odporová vrstva je velmi rovnoměrná, proto délka a odpor jsou přímo úměrné a potom platí:The resistance layer is very even, so the length and resistance are proportional and then:
JA = *o /3/ *B = *o ř >v /5/ J A = * o / 3 / * B = * o ø> v / 5 /
Poloha světelné skvrny v aktivní oblasti je tedy daná pouze hodnotami proudů 1^, Ιβ a nezávisí na energii dopadajícího světla.The position of the light spot in the active region is therefore given only by the values of currents 1 ^, Ι β and does not depend on the energy of the incident light.
Dvojrozměrné prvky polohově citlivého fotoelektrického snímače jsou vyráběny ve dvou základních provedeních. V prvním případě je rovnoměrná odporová vrstva vytvořená na jedné straně substrátu čtvercového tvaru a na ní jsou vytvořeny dva páry elektrod, jejichž osy jsou navzájem kolmé. Při dopadu světla se generovaný proud rozdělí na čtyři proudy, tekoucí k jednotlivým elektrodám a z jejich velikosti lze získat informaci o poloze světelné skvrny v aktivní oblasti.Two-dimensional elements of the position-sensitive photoelectric sensor are manufactured in two basic versions. In the first case, a uniform resistive layer is formed on one side of the square-shaped substrate and on it are formed two pairs of electrodes whose axes are perpendicular to each other. When light is incident, the current generated is divided into four currents flowing to the individual electrodes, and their magnitude can be used to obtain information about the position of the light spot in the active area.
Ve druhém případě jsou rovnoměrné odporové vrstvy vytvořeny na obou stranách substrátu P a N vrstva a na každé vrstvě je vytvořen jeden pár elektrod. Generovaný proud se děli na dva proudy v každé z vrstev a citlivost je dvojnásobná ve srovnání s předchozím provedením.In the latter case, uniform resistive layers are formed on both sides of the substrate by a P and N layer and one pair of electrodes is formed on each layer. The generated stream is divided into two streams in each of the layers, and the sensitivity is twice that of the previous embodiment.
Z výrazu /5/ vyplývá, že pro vyhodnocení signálu z polohově citlivého fotoelektrického I» ' *B snímače a pro určení polohy světelné skvrny je třeba určit hodnotu výrazu, j +’ jb— ·From expression (5) it follows that to evaluate the signal from the position-sensitive photoelectric sensor and to determine the position of the light spot, the value of the expression j + 'j b - ·
V případě dvojrozměrného polohově citlivého fotoelektrického snímače je třeba určit hodnotu takového výrazu nezávisle pro oba páry elektrod.In the case of a two-dimensional position sensitive photoelectric sensor, it is necessary to determine the value of such an expression independently for both electrode pairs.
Doposud známé vyhodnocovací obvody mají bezprostředně za polohově citlivým fotoelektrickým snímačem zařazeny převodníky proud-napětí. Napětové signály jsou zpracovávány součtovým, rozdílovým a podílovým obvodem a výstupní napětí přímo udávají pravoúhlé souřadnice světelné skvrny. K získáni každé souřadnice světelné skvrny je tedy třeba realizovat podíl dvou signálů.Current evaluation circuits have current-to-voltage converters immediately after the position-sensitive photoelectric sensor. The voltage signals are processed by the summation, difference and ratio circuits, and the output voltage directly indicates the orthogonal coordinates of the light spot. Thus, to obtain each light spot coordinate, it is necessary to realize the ratio of two signals.
V analogové technice je operace dělení na rozdíl od součtu nebo rozdílu poměrně obtížně realizovatelná. Jsou známy analogové děličky v integrovaném provedení, avšak tyto nejsou běžně dostupné a jsou poměrně drahé.In analog technology, a division operation, unlike a sum or a difference, is relatively difficult to implement. Analog dividers in an integrated design are known, but these are not commercially available and are relatively expensive.
V případě číslicového dělení dochází ke snížení přesnosti vlivem omezeného rozlišení analogově-číslicových převodníků, které musejí být v tomto případě zařazeny.In the case of digital division, the accuracy is reduced due to the limited resolution of the A / D converters, which must be included in this case.
Výše uvedené nevýhody odstraňuje obvod pro vyhodnocení signálu z polohově citlivého fotoelektrického snímače, kde každá z elektrod tohoto polohově citlivého fotoelektrického snímače je připojena na převodník proud-napětí a převodníky jednoho páru elektrod jsou vždy připojeny zároveň na vstup jednoho rozdílového obvodu a na vstup jednoho součtového obvodu. Podstatou tohoto obvodu je, že výstup součtového obvodu je připojen na prvni vstup diferenčního zesilovače. Na druhý vstup diferenčního zesilovače je připojen výstup nastavitelného stejnosměrného zdroje napětí. Výstup diferenčního zesilovače je přes převodník napětí-proud připojen na proudem řízený světelný zdroj.The above-mentioned disadvantages eliminate the signal evaluation circuit from the position sensitive photoelectric sensor, where each of the electrodes of the position sensitive photoelectric sensor is connected to a current-voltage converter and the converters of one pair of electrodes are always connected simultaneously to the input of one differential circuit and to the input of one summing circuit . The essence of this circuit is that the output of the summation circuit is connected to the first input of the differential amplifier. The adjustable DC power supply output is connected to the second input of the differential amplifier. The output of the differential amplifier is connected to a current-controlled light source via a voltage-current converter.
S výhodou lze na výstupy rozdílových obvodů připojit analogově-číslicové převodníky.Advantageously, analog-to-digital converters can be connected to the outputs of the differential circuits.
Je také možno mezi výstup součtového obvodu a první vstup diferenciálního zesilovače zapojit přepínač, který je připojen na výstup řídicího obvodu.It is also possible to connect a switch between the summation circuit output and the first differential amplifier input, which is connected to the control circuit output.
Výhodou tohoto obvodu je, že pro vyhodnocení signálu z polohově citlivého fotoelektrického snímače není zařazen obvod pro realizaci podílu.The advantage of this circuit is that for realizing the signal from the position sensitive photoelectric sensor there is no circuit for realizing the fraction.
Příklad zapojení obvodu podle vynálezu je blokově znázorněn na připojeném výkresu, kde na obr. 1 je příklad s použitím jednorozměrného polohově citlivého fotoelektrického snímače a na obr. 2 je příklad s použitím dvojrozměrného polohově citlivého fotoelektrického snímače.An example of a circuit according to the invention is shown in the attached drawing, in which Fig. 1 is an example using a one-dimensional position sensitive photoelectric sensor and Fig. 2 is an example using a two-dimensional position sensitive photoelectric sensor.
Jednorozměrný polohově citlivý fotoelektrický snímač 2 má dvě elektrody. Na každou z nich je připojen jeden převodník Q proud-napětí. Na výstup každého z převodníků 2 proud-napětí je připojen jednak vstup rozdílového obvodu 2 a jsdnak vstup součtového obvodu 4.The one-dimensional position-sensitive photoelectric sensor 2 has two electrodes. One current-voltage converter Q is connected to each of them. On the output of each of the current-voltage converters 2 is connected both the input of the differential circuit 2 and the input of the summing circuit 4.
Výstup součtového obvodu ý je připojen na jeden vstup diferenčního zesilovače 5, na jehož druhý vstup je zapojen výstup nastavitelného stejnosměrného zdroje 6_ napětí. Výstup diferenčního zesilovače 9 je přes převodník J_ napětí-proud připojen na proudem řízený světelný zdroj 2, například LED diodu.The output of the summation circuit 6 is connected to one input of the differential amplifier 5, to the other input of which the output of an adjustable DC power supply 6 is connected. The output of the differential amplifier 9 is connected via a voltage-current converter 11 to a current-controlled light source 2, for example an LED.
Princip funkce tohoto obvodu spočívá v tom, že jestliže je ve výrazu /5/ hodnota + I udržována konstantní, potom hodnota . Ιβ je přímo úměrná souřadnici světelné skvrny a není tedy nutno provádět podíl dvou signálů.The principle of this circuit is that if / 5 / the value + 1 is kept constant, then the value. Ι β is proportional to the coordinate of the light spot, so there is no need to perform two signals.
Proud z elektrod jednorozměrného polohově citlivého fotoelektrického snímače 2 je převodníky 2 proud-napětí převeden na napětový signál, který je veden na vstup součtového obvodu 4 a rozdílového obvodu 2· Součtový napětový signál ze součtového obvodu 4 je přiváděn na jeden vstup diferenčního zesilovače 5, kde se odečítá od napětové úrovně, která je nastavena nastavitelným stejnosměrným zdrojem 6 napětí.The current from the electrodes of the one-dimensional position-sensitive photoelectric sensor 2 is converted by the current-voltage converters 2 to a voltage signal which is applied to the input of the summing circuit 4 and the differential circuit 2. is subtracted from the voltage level which is set by the adjustable DC voltage source 6.
Tento rozdíl je zesílen. Zesílený rozdílový signál je převeden v převodníku T_ napětí-proud na proudový signál, sloužící k buzení proudem řízeného světelného zdroje Q, v tomto případě LED diody, která je zdrojem světelné skvrny, jejíž souřadnice jsou měřeny v tomto případě jednorozměrným polohově citlivým fotoelektrickým snímačem 2· Polarita napájecího napětí nastavitelného stejnosměrného zdroje j5 napětí je volena vždy tak, aby zpětnovazebním obvodem vznikla záporná zpětná vazba. Potom napětový signál na výstupu rozdílového obvodu 2 je úměrný souřadnici světelné skvrny v aktivní oblasti jednorozměrného polohově citlivého fotoelektrického snímače 2 a může být alternativně převeden analogově-číslicovým převodníkem 2 na číslicový údaj .This difference is intensified. The amplified difference signal is converted in the voltage-current converter T to a current signal to drive a current-controlled light source Q, in this case an LED which is a light spot whose coordinates are measured in this case by a one-dimensional position-sensitive photoelectric sensor. The polarity of the supply voltage of the adjustable DC voltage source 5 is always selected so that the feedback circuit produces a negative feedback. Then, a voltage signal at the output of the differential circuit 2 e j coordinate of the light spot is proportional to the active area of the one-dimensional position-sensitive photoelectric sensor 2 and may alternatively be transferred to analog-to-digital converter 2 into digital data.
V případě použití dvojrozměrného polohově citlivého fotoelektrického snímače _1< který má dva páry elektrod, obsahuje obvod čtyři převodníky 2. proud-napětí a opět každý z nich je připojen na vstup jednoho rozdílového obvodu 2 a jednoho součtového obvodu 4_. Výstupy rozdílových obvodů 3 jsou připojeny na analogově-číslicové převodníky 2·If a two-dimensional position-sensitive photoelectric sensor 11 having two electrode pairs is used, the circuit comprises four current-voltage transducers 2 and each of them is connected to the input of one differential circuit 2 and one summation circuit 4. Outputs of differential circuits 3 are connected to analog-to-digital converters 2 ·
Výstupy součtových obvodů 2 jsou připojeny přes přepínač 12 na jeden vstup diferenčního zesilovače 2» na jehož druhý vstup je připojen výstup nastavitelného stejnosměrného zdroje 6 napětí. Výstup diferenčního zesilovače ji je přes převodník 7. napětí-proud připojen na proudem řízený světelný zdroj 9_.The outputs of the summation circuits 2 are connected via a switch 12 to one input of the differential amplifier 2, to the other input of which the output of an adjustable DC power supply 6 is connected. The output of the differential amplifier 11 is connected to a current-controlled light source 9 via a voltage-current converter 7.
V tomto případě je úloha obvodu složitější, protože je třeba udržovat konstantní dva součtové signály, které jsou generovány světlem téhož zdroje a jsou vzájemně závislé. Zajistit tuto podmínku současně nelze a proto jsou součtové signály z výstupu součtových obvodů 2 připojovány na vstup zpětnovazební smyčky střídavě. Součtové signály, vytvářené v součtových obvodech , jsou přivedeny na vstup analogového přepínače 12, který je periodicky přepínán ovládacím signálem z řídicího obvodu 10.In this case, the task of the circuit is more complicated, since it is necessary to keep two summing signals constant, which are generated by the light of the same source and are interdependent. This condition cannot be ensured at the same time and therefore the sum signals from the output of the summing circuits 2 are connected to the feedback loop input alternately. The summation signals generated in the summation circuits are input to the analog switch 12, which is periodically switched by a control signal from the control circuit 10.
Výstupní signál z přepínače 12 je přiveden na jeden vstup diferenčního zesilovače 2, kde se odečítá do napětově úrovně nastavené nastavitelným stejnosměrným zdrojem 2 napětí. Zesílený rozdílový signál je převeden převodníkem 7. napětí-proud na proudový signál, sloužící k buzení proudem řízeného světelného zdroje 2, který je zdrojem světelné skvrny, jejíž souřadnice jsou měřeny dvojrozměrným polohově citlivým fotoelektrickým snímačem 11. Polarita napájecího napětí nastavitelného stejnosměrného zdroje 2 napětí musí být volena tak, aby zpětnovazebním obvodem vznikla záporná zpětná vyzba.The output signal from the switch 12 is applied to one input of the differential amplifier 2, where it is subtracted to the voltage level set by the adjustable DC voltage source 2. The amplified differential signal is converted by a voltage-current converter 7 to a current signal to drive a current-controlled light source 2, which is a light spot whose coordinates are measured by a two-dimensional position-sensitive photoelectric sensor 11. be chosen so that the feedback circuit creates a negative feedback.
Výstupní signály z rozdílových obvodů 2 jsou převáděny analogově-číslicovými převodníky 2 s výstupními číslicovými registry na číslicové údaje. Oba analogově-číslicové převodníky 2 jsou střídavě spouštěny signály z řídicího obvodu 10 tak, že po přepnutí přepínače 12 do jedné polohy je po časové prodlevě spuštěn jeden analogově-číslicový převodník 2 a naopak po přepnuti přepínače 12 do druhé polohy je po časové prodlevě spuštěn druhý analogově-čislicový převodník 2· Časová prodleva závisí na době ustálení přechodového děje po přepnutí přepínače 12· Výstupní číslicové registry analogově-číslicových převodníků 2 uchovávají údaje poměrné souřadnice X a Y světelné skvrny v aktivní oblasti dvojrozměrného polohově citlivého fotoelektrického snímače 11.The output signals from the differential circuits 2 are converted by analog-to-digital converters 2 with output digital registers into digital data. The two analog-to-digital converters 2 are alternately triggered by signals from the control circuit 10 such that after switching the switch 12 to one position, one analog-to-digital converter 2 is started after a time delay and vice versa after switching the switch 12 to the other A / D converter 2 · The time delay depends on the stabilization time of the transient event after the switch 12 has been switched. · The A / D converter 2 digital output registers store the X and Y light spot coordinates in the active region of the two-dimensional position sensitive photoelectric sensor 11.
Tyto údaje jsou aktualizovány v intervalech, rovných délce periody přepínacího signálu. Perioda přepínacího signálu závisí na době odezvy obvodu a na době převodu analogově-číslicových převodníků 2·These data are updated at intervals equal to the length of the switch signal period. The period of the switching signal depends on the response time of the circuit and the conversion time of the A / D converters 2 ·
Obvod je použitelný pro řízené světelné zdroje s možností řízení intenzity.The circuit is usable for controlled light sources with intensity control.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS18286A CS258502B1 (en) | 1986-01-10 | 1986-01-10 | A circuit for evaluating a signal from a position sensitive photoelectric sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS18286A CS258502B1 (en) | 1986-01-10 | 1986-01-10 | A circuit for evaluating a signal from a position sensitive photoelectric sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS258502B1 true CS258502B1 (en) | 1988-08-16 |
Family
ID=5333528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS18286A CS258502B1 (en) | 1986-01-10 | 1986-01-10 | A circuit for evaluating a signal from a position sensitive photoelectric sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS258502B1 (en) |
-
1986
- 1986-01-10 CS CS18286A patent/CS258502B1/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS63212832A (en) | Optical input position/distribution detection method and device | |
| US4615616A (en) | Measuring distance apparatus | |
| CS258502B1 (en) | A circuit for evaluating a signal from a position sensitive photoelectric sensor | |
| JP3215232B2 (en) | Photoelectric distance sensor | |
| US5043580A (en) | Radiation detector | |
| JP2004361411A (en) | Light-receiving device | |
| RU2526218C1 (en) | Glazkov apparatus for determining angular position of light source and glazkov method for operation thereof | |
| US3860868A (en) | Voltage polarity sensor indicator and director circuit device | |
| WO1993014376A1 (en) | Structure of semiconductor element for detecting image position and method of detecting image position | |
| US4961096A (en) | Semiconductor image position sensitive device with primary and intermediate electrodes | |
| JPS61155801A (en) | Compound type semiconductor position detecting element | |
| JPH03111704A (en) | Multi-output electrode type image position detector | |
| Lindholm et al. | Position sensitive photodetectors with high linearity | |
| SU794652A1 (en) | Photoelectric displacement-to-code converter | |
| Dvornikov et al. | Circuit Features of Multichannel Chips of Reading Electronics of Silicone Photomultiplier Tubes | |
| JP2928061B2 (en) | Displacement sensor | |
| US3418481A (en) | Illumination detector using a plurality of light sensitive diode pairs | |
| JPS629841B2 (en) | ||
| JP2003179442A (en) | Photoreceiver | |
| JPH0688726A (en) | Distance measuring sensor | |
| JP2534113B2 (en) | Ranging device | |
| JPS63500269A (en) | Photometer electrical coupling | |
| JPS62264678A (en) | array type photodiode | |
| JPS61180104A (en) | Measuring instrument for position displacement | |
| JPH0192604A (en) | Optical position detecting device |