Устройство для определения малых расстояний
Патент 901816
Авторы
Классы МПК
Устройство для определения малых расстояний
Иллюстрации
Реферат
Союз Соевтскни
Сецналнстнческнв
Реснублнк
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
{ii>901816 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 0306.80 (21) 2933695/18-10 (51) М. Кп.
G 01 С 3У08 с присоединением заявки ¹
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (33) УДК 531. 719. 28 (088. 8) Опубликовано 30.0182. Бюллетень ¹ 4
Дата опубликования описания 3001,82 (72) Авторы изобретения
Г.С.Коротченков, В.В.Попушой и В.A.× (71) Заявитель
Кишиневский политехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАЛЫХ
РАСстч)Яний
Изобретение относится к определению и контролю изменений малых расстояний, преимущественно, до светящихся объектов, в частности до источников света, при исследованиях на onzavycxzx скамьях.
Существуют разнообразные устройства для определения малых расстояний, основанные на анализе распределения светового потока, идущего от контролируемого объекта и воспринимаемого собирающей оптической системой. Распределение освещенности зависит от взаимного расположения объекта, оптической системы и фотоприемника, с помощью которого выполняется измерение освещенности.
Известны устройства, которые реализуют метод, связанный с определением положения плоскости изображения объекта оптической системы относительно ее фокальной плоскости, и содержат подвижные элементы (1).
Однако известные устройства требуют постоянного контроля юстировки и градуировки, а поэтому оказываются сложными.
Известны также устройства, в которых предусматривается измерение ocseщенности в двух фиксированных плос костях,.расположенных на различных расстояниях от фокальной плоскости, или для различных сечений светового потока (2).
Точность подобных устройств во многом зависит от внешних условий и оказывается недостаточной для измерений малых расстояний.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее собирающую оптическую систему, вблизи фокальной плоскости которой помещен фотоприемник, подключенный через блок обработки к показывающему прибору (3).
В указанном устройстве используется фотоприемник иэ четырех квадратных секций с центральной независимой светочувстэительной зоной, который требует для анализа распределения освещенности достаточно сложную схему обработки сигнала.
Цель изобретения - упрощение устройства.
Поставленная цель достигается тем, что фотоприемник выполнен как трехсекционный полупроводниковый фотоэлемент с поперечным фотоэффектом„ крайние секции которого подключены
ЗО встречно к общему контакту и через
90181б грузочные сопротивления соединены сцентральной секцией, в то время как между общей точкой нагрузочных сопротивлений и общей подложкой .фотоэле мента включен измеритель тока, а показывающий прибор, проградуированный в единицах расстояния, подключен к нагруэочным сопротивлениям.
На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — электрическая схема устройства; на фиг. 3 — графики, иллюстрирующие изменение распределения освещенности по длине фотоприемника при изменениях расстояния.
Световой поток от источника 1 света с помощью объектива 2, находящегося на расстоянии х от источника света, собирается и воспринимается фотоприемником 3, находящимся между фокальной плоскостью и плоскостью резкого изображения. Фотоприемник 3 представляет собой полупроводниковый фотоэлемент с поперечным фотоэффектом, на общей подложке 4 которого через р-и-переходные слои размещены фоточувствительные секции 5, б и 7.
Крайние секции 5 и 7 идентичны и соединены общей точкой 8 встречно через нагрузочные сопротивления 9 и 10 с центральной секцией б фотоприемника
3. Фотоприемник может быть реализован также на барьерах lIloTTKH или гетеропереходах.
Интенсивность света, падающего на фотоприемник 3, не одинакова по его длине и зависит от расстояния х
0I
5=3 б — Р
x(4 — ).
Хх(1- — )а 1 где f — расстояние от объектива 2 до плоскости резкого изображения;
d — расстояние от объектива 2 до фотоприемника 3;
b — ширина фотоприемника;
J — суммарный световой поток, падающий на фотоприемник; у — расстояние до текущей точки н плоскости, перпендикулярной оптической оси.
В соответствии с приведенным выражением интенсивность J максимальная на оптической оси, убывает по мере удаления от нее(При изменениях положения источника 1 происходит изменение пространственного распределения интенсивности света, падающего на фотоприемник 3, как показано на фиг. 2 для различных расстояний х1, 3
Так как фотопоток с каждой секции
5, б и 7 пропорционален световому .потоку, падающему на нее, то разным расстояниям соответствует. различный выходной сигнал с ныхода фотоприемника, пропорциональный разности световых потоков, падающих на крайние 5 и
7 и центральную 6 секции. Для одномерного случая этот выходной сигнал описывается выражением
Ф3о а н
5 l.+С С акч — х — — zorctg х11- — = Щ
xÑ ХС х где F — фокусное расстояние объектива 2;
21 — длина центральной секции б;
Ь вЂ” длина каждой крайней секции
5и7;
В„ — нагрузочное сопротивление, одинаковое для сопротивлений
9 и 10;
Ф вЂ” чувствительность фотоприемника.
Выражение получено для работы фотоприемника в режиме короткого замыкания при условии, что Ь и 21 + 2Ь, Для конкретных известных параметрон фотоприемника 3 и объектива 2 рассчитывается калибровочная кривая, соответствующая приведенному выражению. По калибровочной кривой и изМе25 ряемой с помощью измерителя ll тока суммарной величине фототока определяется расстояние до источника 1 или любого светящегося объекта, отсчитываемое по шкале показывающего прибо я рВ 12.
Устройство может использоваться также для контроля изменений положений снетящегося объекта от номинального положения. Для этого путем изменения нагрузочных сопротивлений или положения фотоприемника добинаются выходного нулевого сигнала, т.е. равенства сигналов, снимаемых с крайних и центральной секций: фотоприемника.
Теперь смещение объекта приводит к появлению выходного сигнала, величина которого соотнетствует смещению, а знак — направлению перемещения.
Использонание простейших измерительных приборов н сочетании с от45 сутствием подвижных уэлон позволяет создать портативное переносное устройство для определения расстояний от 1 до 5 м, а также для контроля изменения расстояния в указанных пре$Q делах.
Формула изобретения
Устройство для определения малых расстояний, преимущественно, до светящихся объектов, путем измерения распределения освещенности, содержащее собирающую оптическую систему, вблизи фокальной плоскости которой
60 размещен фотоприемник, подключенный через блок обработки к показывающему прибору, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, фотоприемник выполнен как трехЯ5 секционный полупроводниковый фотоэле901816
Puz. 2
Составитель Ю.Ферштман
Техред Л. Пекарь КорректорМ.Демчик
Редактор И.Михеева
Заказ 12355/49 Тираж 613 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мент с поперечным фотозффектом, крайние секции которого подключены встречно к общему контакту и через нагрузочные сопротивления соединены с центральной секцией, в то время как между общей точкой нагрузочных сопротивлений и общей подложкой фотоэлемента включен измеритель тока, а показывающий прибор, проградуированный в единицах расстояния, подключен к нагрузочным сопротивлениям.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент США 93671121, кл. 356-4, 1972.
2. Патент США 93815994, кл. 356-4, 1975.
3. Патент ClOA 94003655, кл. 356-4, 1977.