SU901816A1 - Устройство дл определени малых рассто ний - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к определению и контролю изменений малых рассто ний , -преимущественно, до свет щихс  объектов, в частности до источников света, при исследовани х на оптич ских скамь х.

Существуют разнообразные устройства дл  определени  малых рассто ний, основанные на анализе распределени  светового потока, идущего от контролируемого объекта и воспринимаемого собирающей оптической системой. Распределение освещенности зависит от взаимного расположени  объекта, оптической системы и фотоприемника, с помощью которого выполн етс  измерение освещенности.

Известны устройства, которые реализуют метод, св занный с определением положени  плоскости изображени  объекта оптической системы относительно ее фокальной плоскости/ и содержат подвижные элементы 1.

Однако известные устрой,ства требуют посто нного контрол  юстировки и градуировки, а поэтому оказываютс  сложными.

Известны также устройства, в которых предусматриваетс  измерение освещенности в двух фиксированных плоскост х ,.расположенных на различных рассто ни х от фокальной плоскости, или дл  различных сечений светового потока 2 ,

Точность подобных устройств во , многом зависит от внешних условий и оказываетс  недостаточной дл  измерений малых рассто ний.

Наиболее близким к предлагаемому

10  вл етс  устройство, содержащее собирающую оптическую систему, вблизи фокальной плоскости которой помещен фотоприемник, подключенный через блок обработки к показывающему при 5 бору 3.

В указанном устройстве используетс  фотоприемник из четырех квадратных секций с центральной независимой светочувствительной зоной, который тре20 бует дл  анализа распределени  освещенности достаточно сложную схему обработки сигнала.

Цель изобретени  - упрощение устройства .

25

Поставленна  цель достигаетс  тем, что фотоприемник выполнен как трехсекционный полупроводниковый фотоэлемент с поперечным фотозффектом,, крайние секции которого подключены 30 встречно к общему контакту и через

грузочные сопротивлени  соединены сцентральной секцией, в то врем  как между общей точкой нагрузочных сопротивлений и общей подложкой .фотоэлемента включен измеритель тока, а показывающий прибор, проградуированный в единицах рассто ни , подключен к нагрузочным сопротивлени м.

На фиг. 1 показана функциональна  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - электрическа  схема устройства; на фиг. 3 - графики, иллюстрирующие изменение распределени  освещенности по длине фотоприемника при изменени х рассто ни .

Световой поток от источника 1 света с помощью объектива 2, наход щегос  на рассто нии х от источника света, собираетс  и воспринимаетс  фотоприемником 3, наход щимс  между фокальной плоскостью и плоскостью резкого изображени . Фотоприемник 3 представл ет собой полупроводниковый фотоэлемент с поперечным фотоэффектом , на общей подложке 4 которого через р-п-переходные слои размещены фоточувствительные секции 5, 6 и 7. Крайние секции 5 и 7 идентичны и соединены общей точкой 8 встречно через нагрузочные сопротивлени  9 и 10 с центральной секцией 6 фотоприемник 3. Фотоприемник может быть реализован также на барьерах Шоттки или гетеропереходах .

Интенсивность света, падающего на фотоприемник 3, не одинакова по его длине и зависит от рассто ни  х

3-3 xc -f- ° УН1-)Чу

где f - рассто ние от объектива 2 до плоскости резкого изображени ; d - рассто ние от объектива 2

до фотоприемника 3; b - ширина фотоприемника; JO -. суммарный световой поток, падающий на фотоприемник; у - рассто ние до текущей точки

в плоскости, перпендикул рно оптической оси.

В соответствии ..с приведенным выражением интенсивность J, максимальна  на оптической оси, убывает по мере удалени  от неёС При изменени х положени  источника 1 происходит изменение пространственного распределени  интенсивности света, падающего на фотоприемник 3, как показано на фиг. 2 дл  различных рассто ний х ,

Х, Xj.

Так как фотопоток с каждой секции 5, 6 и 7 пропорционален световому .потоку, падающему на нее, то разным рассто ни м соответствует.различный выходной сигнал с выхода фотоприемника , пропорциональный разности световых п.отоков, падающих на крайние 5 и 7 и центральную 6 секции. Дл  одномерного случа  этот выходной сигнал описываетс  выражением

« Т)(

I Ч ПТЫГЩ STri33E E rj

где F - фокусное рассто ние объектива 2;

21 - длина центральной секции б;

L jpiHHa каждой крайней секции 5 и 7;

Н

нагрузочное сопротивление, одинаковое дл  сопротивлений 9 и 10;

Ф чувствительность фотоприемника .

Выражение получено дл  работы фотоприемника в режиме короткого замыкани  при условии, что b 6 21° + 2L.

Дл  конкретных известных параметров фотоприемника 3 и объектива 2 рассчитываетс  калибровочна  крива , соответствующа  приведенному выражению . По калибровочной кривой и измер емой с помощью измерител  11 тока суммарной величине фототока определ етс  рассто ние до источника 1 или любого свет щегос  объекта, отсчитываемое по шкале показывающего прибора 12.

Устройство может использоватьс  также дл  контрол  изменений положений свет щегос  объекта от номинального положени . Дл  этого путем изменени  нагрузочных сопротивлений или положени  фотоприемника добиваютс  выходного нулевого сигнала, т.е. равенства сигналов, снимаемых с крайни и центральной секций фотоприемника. Теперь смещение объекта приводит к по влению выходного сигнала, величина которого соответствует смещению, а знак - направлению перемещени .

Использование простейших измерительных приборов в сочетании с отсутствием подвижных узлов позвол ет портативное переносное устройство дл  определени  рассто ний от 1 до 5 м, а также дл  контрол  изменени  рассто ни  в указанных пределах .

Claims (3)

1.Патент США И3671121, кл. 356-4, 1972.

2.Патент США W3815994, кл. 35$-4, 1975.

3.Патент США 04003655, кл. 356-4, 1977.