Устройство для определения малых расстояний

Союз СоевтскниСфцналнстнческнвРеснублнк ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ов 901816(22) Заявлено 0306,80 (21) 2933695/18-10 Р 1 М. Кп. з С 01 С 3/08 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.С.Коротченко 71) Заявите Кишиневский политехнический инстит 54) УСТРОЙС ОПРЕДЕЛЕНЯЯНИЙ ЛЫХ РАС Изоб нию и к стояний шихся о ников с тич ски ройствх условй для и ст 5 ретение относится к определеонтролю изменений малых рас,.преимущественно, до светябъектов, в частности до источвета, при исследованиях на опе х 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 кото" рых предусматривается измерение освещенности в двух Фиксированных плоскостях,.расположенных на различныхрасстояниях от фокальной плоскости,или для различных сечений световогопотока 2Точность подобных уст вомногом зависит от внешни ий иоказывается недостаточно змерений малых расстояний.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство, содержащее со"бирающую оптическую систему, вблизиФокальной плоскости которой помещенфотоприемник, подключенный черезблок обработки к показывающему прибору 3.В указанном устройстве используется фотоприемник иэ четырех квадратныхсекций с центральной независимой светочувстзительной зоной, который требует для анализа распределения освещенности достаточно сложную схему обработки сигнала.Цель изобретения - упрощение у ройства.Поставленная цель достигается тем,что фотоприемник выполнен как трехсекционный полупроводниковый фотоэле"мент с поперечным фотоэффектом крайние секции которого подключенывстречно к общему контакту и черезгрузочные сопротивления соединены с. центральной 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, наобщей 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 Шоттки или гетеропереходах.Интенсивность света, падающего на фотоприемник 3, не одинакова по его длине и зависит от расстояния хд5=5 б ГхР -- ). объектив езкого и г и пропорпотокоцентрал де Й - расстояние от а 2до плоскости р зображения;д - расстояние от объектива 2до фотоприемника 3;Ь - ширина фотоприемника;,У - суммарный световой поток,падающий на фотоприемник;у - расстояние до текущей точкин плоскости, перпендикулярнойоптической оси.В соответствии с приведенным выражением интенсивность Л, 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 х 1,3Так как Фотопоток с каждой секци 5, б и 7 пропорционален световому потоку, падающему на нее, то разным расстояниям соответствует, различный выходной сигнал с ныхода фотоприемника, циональный разности световых в, падающих на крайние 5 и 7 и ьную б секции, Для одно мерного случая этот выходной сигналописывается выражением ФЗобн 5 8+С С ак 1 а - а --- 1 акЧ хС 1- - ф= - 1 ХС 1 хС хФормула изобретен Устройство для определения мал расстояний, преимущественно, до с тящихся объектов, путем измерения распределения освещенности, содержащее собирающую оптическую систему, вблизи фокальной плоскости которой 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 ус на, фотоприемник выполнен как секционный полупроводниковый ф 5 б тройсттрехотоэлеФ где Г - фокусное расстояние объектива 2;21 - длина центральной секции б;Ь - длина каждой крайней секции5 и 7;В - нагрузочное сопротивление,одинаковое для сопротивлений 159 и 10;Ф - чувствительность фотоприемника.Выражение получено для работы Фотоприемника в режиме короткого замыкания при условии, что Ь 4 21 + 2 Ь,Для конкретных известных параметрон фотоприемника 3 и объектива 2рассчитывается калибровочная кривая,соответствующая приведенному выражению. По калибровочной кривой и изМе ряемой с помощью измерителя 11 токасуммарной величине фототока определяется расстояние до источника 1 илилюбого светящегося объекта, отсчитываемое по шкале показывающего прибора 12.Устройство может использоватьсятакже для контроля изменений положений снетящегося объекта от номинального положения. Для этого путем изменения нагрузочных сопротивлений илиположения фотоприемника добинаютсявыходного нулевого сигнала, т.е. равенства сигналов, снимаемых с крайнихи центральной секций фотоприемника.Теперь смещение объекта приводит кпоявлению выходного сигнала, величина которого соотнетствует смещению,а знак - направлению перемещения.Использонание простейших измерительных приборов н сочетании с от сутствием подвижных уэлон позволяетсоздать портативное переносное устройство для определения расстоянийот 1 до 5 м, а также для контроляизменения расстояния в указанных прея делах.901816 Составитель Ю.ферштманТехред Л, Пекарь Корректор Мих Редакто чик 9 Тира одписноеВНИИПИ Государ Рпо делам из113035, Москва д. 4/5 Заказ 12351/4 ж 613 П ственного комитета ССС обретений и открытийЖ, Раушская наб,иал ППП Патентф, г. Ужгород, ул. Проек мент с поперечным фотозффектом, крайние секции которого подключенывстречно к общему контакту и черезнагрузочные сопротивления соединеныс центральной секцией, в то времякак между общей точкой нагрузочныхсопротивлений и общей подложкой фотоэлемента включен измеритель тока,а показывающий прибор, проградуированный в единицах расстояния, подключен к нагрузочным сопротивлениям. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США 93671121, кл. 356-4, 1972.2. Патент США 93815994, кл. 356-4, 1975.3. Патент США 94003655, кл. 356-4, 1 977.