SU1106425A1 - Измеритель положени одиночного светового п тна - Google Patents

Abstract

ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ ОДИНОЧНОГО СВЕТОВОГО ПЯТНА, содержащий сканистор с фоточувствительным общим слоем, ссединенньм с источником смещени  с двум  делительными сло ми , -контакты каждого из которых соединены через два последовательно и согласно включенных источника питани , при этом одноименные контакты делительных слоев подключены к разным полюсам источников питани , и два усилител , отличаю- . щ и и с   тем, что, с целью обеспечени  непосредственного измерени  положени  одиночного светового п тна при одновременном повьш ении точности , введены последовательно соединенные сумматор и интегратор, два выхода которого соответственно соединены с входами двух введенных разв зывающих элементов, каждый из которых включен между общей точкой источников питани  каждого из делительных слоев и входом соответствующего усилител , выходы которых соединены с инвертирующим и неинве ртирующнм входами сумматора соот (Л ветственно .

Description

Од 4

to

(У

1

Изобретение относитс  к устройствам , осуществл ющим преобразование световой информации в электри ескую.

Известно устройство дл  измерени  положени  одиночного светового п тна, содержащее сканистор с фоточувствительным общим слоем и фоточувствительным делительным слоем, источник питани , подключенный к контактам делительного сло  и усилитель .

Напр жение на усилителе измен етс  до тех пор, пока фототок от одной половины п тна не скомпенсируетс  фототоком от другой половины. Стационарное значение напр жени  на усилителе пропорционально отклонению светового п тна от фиксированного положени  на фотоприемной пло- щадке.

Однако известное устройство обладает низкой точностью в реальных услови х измерени , когда форма, внутренн   структура,  ркость и положение п уна на фотоприемной площадке в направлении, перпендикул рном оси измерени , мен ютс  в процессе отслеживани  объекта.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству  вл етс  измеритель.положени  одиночного светового п тна, содержащий сканистор с двум  делительными сло ми и фоточувствительньм общим слоем, соединенным с источником запирающего смещени . Делительные слои снабжены контактами, которые соединены через по два последовательно и согласно включенных источника питани , при этом одноименные контакты делительных слоев подключены к, разным полюсам источников питани , а обща  точка источников соединена- с усилителем и оба усилител  - с сумматором.

В известном устройстве сигнал формируетс  общим фоточувствительным слоем, пространственное распределение освещенности преобразуетс  во временную последовательность электрических сигналов, отражающую измерени  формы светового п тна. I .

Однако информаци  о положеНкн энергетического центра светового п тна не может быть получена непосредст . венным измерением, а только в результате последующей обработки видеосигнала . Кроме того, точность определени  положени  одиночного светового

252

п тна лимитируетс  разрешающей способностью фоточувствительного сло .

Цель изобретени  - обеспечение непосредственного измерени  положени 

одиночного светового п тна при одновременном повьппении точности.

Дп  этого в измеритель положени  одиночного светового п тна, содержащий сканистор с. фоточувствительным

общим слоем, соединенным с источником смещени , с двум  дехгительными сло ми, контакты каждого из которых соединены через два последовательно и согласно включенных источника питанин , при этом одноименные контакты делительных слоев подключены к разным полюсам источников питани , и два усилител , введены последовательно соединенные сумматор и интегратор , Два выхода которого соответственно соединены со входами двух введенных разв зывающих элементов, каждый из которьш включен между общей точкой источников питани  каждо-

го из делительных слоев и входом соответствующего усилител , выходы которых соединены с инвертирующим и неинвертир.ующим входами сумматора соответственно.

На чертеже изображена структурна  электрическа  схема измерител .

Измеритель содержит сканистор 1, состо щий из базового сло  2, фоточувствительного общего сло  3, делительНых слоев 4 и 5, экранированные от воздействи  света контакты 6-9, источники 10 и И питани , разв зывающие элементы 12, 13 усилители 14, 15, сумматор 16, интегратор 17

и источник 18 смещени .

Устройство работает следующим образом .

В исходный момент времени фоточувствительный общий слой 3 не освещен . Источники 10 и 11 питани  создают линейное падение напр жени  на делительных сло х 4 и 5. Градиенты распределени  напр жени  направлены в разные стороны, так как

одноименные контакты подключены к разным полюсам источников. Например, левый контакт одного делительного сло  подключен к плюсу источника, тогда левый контакт другого делительного сло  подключен к минусу своего источника. Нулева  эквипотенциаль устанавливаетс  на линии, проход щей через середины обоих де-. пительных слоев 4 и 5, т.е. через середину сканистора I. Фоточувствительный общий слой 3 находитс  под запирающим смещением от источника 18 и подготовлен к воспри тию информации . Полупроводниковый базовый слой 2.имеет проводимость, противоположную по знаку сло м 3, 4 и 5, Таким образом, линейно прот женные р-п-р (п-р-п|-структуры образованы сло ми 4-2-3 и 3-2-5. Базовы слой 2 может быть выбран как высоко омным, с искусственно сниженным вре менем жизни носителей и длиной диффузионного смещени , так и анизотропно провод щим, например разделенным на дискретные элементы. Фоточзгвствительный общий слой 3 может быть выполнен щироким, превос ход щим по бвоим размерам в направлении , перпендикул рном оси измерений , размеры регистрируемого светового п тна. Это обеспечивает захват малого п тна в поле измерений при наличии дрейфа в направлении, перпендикул рном оси измерений. С другой стороны, это обсто тельство позвол ет повысить чувствительность измерител  к слабым световым потокам в тех случа х, когда регистрируемое одиночное п тно имеет форму выт нутого в одном измерении пр моугольника (штрих-фокус - характерна  форма п тна при однокоординатных измерени х. В этом случае ширина фоточувствительногоОбщего сло  3 согласуетс  с высотой щтрика , и используетс  весь световой поток, обеспечиваемый оптикой. I Р-Р-р{п-р-п)-структуры наход тс  под воздействием напр жений, поступающих с делительных слоев, с источ ника 18 Запирающего смещени  и с выходов интегратора 17..В результат элементарные диодные  чейки-одного из делительных слоев, например нижнего , слева от нулевой .эквипотенци ли заперты, а справа, открыты; диоды же второго делительного сло , верхн го,, слева открыты, а справа задерты В вёрхнюю цепь поступают темновые т ки фотодиодных элементарных  чеек сло  3 от левой половины структуры, а в нижнюю цепь - темновые токи от правой половины структуры. Если эле ментарные  чейки по всей длине стру туры идентичны, то с учетом инверти ровани  на входе сумматора 16 ток. поступающий в интегратор 17, равен нулю, и на общие точки источников питани  , смещение не подаетс . Положение нулевой эквипотенциали сохран етВ следующий момент времени спроецируем на фоточувствительный общий слой 3 световое п тно, координату энергетического центра которого следует измерить. Положим, что положение центра п тна не совпадает с положением нулевой эквипотенциали, а проецируетс  на ле- .вую часть фотоприемной площадки, ограниченной фоточувствительным общим слоем 3. Поскольку все элементарные диоды последнего наход тс  под запирающим смещением, то те из диодов , которые попали в область п тна, генерируют фототок. Суммарный фототок от освещенного участка попадает в ту цепь, участок делительного сло  которой находитс  р дом с освещенным участком и элементарные диоды которого открыты. В Нашем примере это верхн   цепь. Во второй, нижней цепи добавка фототока равна нулю. В сумматоре 16 формируетс  сигнал, равный раз-, нести токов в . двух цеп х, т.е. равный по величине полному фототоку от всего п тна. В интеграторе 17. этот ток зар жает емкость, на которой формируетс  управл ющее напр жение; через разв зывающие элементы 12 и 13 управл ющее напр жение поступает на общие точки источников 10 и 11 питани  и тем самым измен ет распределение напр жени  на делительных сло х. Необходимо дл  функционировани  устройства , чтобы нулева  эквипотенци- аль, перемеща сь вдоль структуры, оставЕшась на двух делительньк сло х на одной пр мой, перпендикул рной оси измерений. Поэтому управл ющее напр жение с выходов интегратора 17 должно в рассматриваемом случае поступать в нижнюю цепь со знаком +, а в верхнюю - со знаком -. Разв зьшающие элементы 12 и 13 не пропус-кают управл ющее напр жение в пр мые цепи, на усилители 14 и i 5. Под действием управл ющего напр жени  нулева  эквипотенциаль начина-ет перемещатьс  из положени  посередине структуры - отсчетного положени  при данном включении источников 10 и 11 питани , когда все че- , тыре источника равны, в направлении к световому п тну.

Можно наделить следующий момент времени, когда нулева  эквипотенциаль начнет пересекать регистрируемое световое п тно. Фототок, генерируемый элементарными фотодиодами слева от эквипотенциали, попадет в верхнюю цепь, справа - в нижнюю. В цепи обратной св зи будет протекать ток до тех пор, пока нулева  эквипотенциаль не совпадет с линией, раздел ющей п тно точно.пополам энергетически .

При непрерывном освещении регистрируемым л тном установитс  равновесное состо ние, характеризуемое отсутствием тока в цеп х устройства которое поддерживаетс  напр жением на выходах интегратора 17. Его величина пропорциональна рассто нию центра п тна от центра структуры, а знак указьгоает на направление отсчета.

Таким образом, измеритель обеспечивает непосредственное измерейие положени  светового п тна независимо от его конфигурации, распределени   ркости внутри п тна, положени  относительно оси измерений. В прототипе решение такой задачи потребовало бы записи полного видеосигнала в пам ть ЦВМ и последующей обработки дл  вы влени  энергетического центра.

Измеритель обеспечивает одновременное повьщ1ение точности. Сравне-

ние токов в двух цеп х измерител  производитс  с помощью усилителей, полоса частот которых выбрана в соответствии со временем перемещени  п тна в поле зрени  сканистора.

Таким образом, в отличие ,от прототипа , где должна регистрироватьс  элементна  частота, в измерителе регистрируетс  кадрова  частота. Это.позвол ет существенно повысить

отношение сигнал/шум и осзпцествл ть сравнение в двух цеп х измерител  с большей точностью, т.е. с большей точностью измер ть положение свето-. вого п тна.

При наличии в поле зрени  сканистора мешающих объектов регистрируемой световой сигнал модулируют. В этом случге усилители выполн ют резонансными , настроенными на частоту

световой несущей.

В качестве фоторегистратора использовалс  сканистор с фоточувствительным общим слоем и двум  делительными сло ми, так называемый мультискан , в дискретно-непрерывном варианте исполнени .

Claims (1)

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ ОДИНОЧНОГО СВЕТОВОГО ПЯТНА, содержащий сканистор с фоточувствительным общим слоем, соединенным с источником смещения с двумя делительными слоями,· контакты каждого из которых соединены через два последовательно и согласно включенных источника питания, при этом одноименные контакты делительных слоев подключены к разным полюсам источников питания, и два усилителя, отличающийся тем, что, с целью обеспечения непосредственного измерения положения одиночного светового пятна при одновременном повышении точности, введены последовательно соединенные сумматор и интегратор, два выхода которого соответственно соединены с входами двух введенных развязывающих элементов, каждый из которых включен между общей точкой источников питания каждого из делительных слоев и входом соответствующего усилителя, выходы которых с соединены с инвертирующим и неин- ® вертирующим входами сумматора соответственно .

   SU ,.„1106425