Фотометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 5)4 С 01 3 1/4 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИН А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Е:БЛ. егородцев ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Алтайский политехнический институт им.И.И.Ползунова(56) Патент Франции Р 2286375,кл. С 01 Л 1/44, 1976,Кащеев Э.Л. и др. Интегральные фоточувствительные матрицы Мф,Мфи их применение. - М.: ЦНТИ(57) Изобретение относится к оптоэлектронной технике и может бытьиспользовано при фотометрированиидвухмерных оптических полей, имеющихширокий динамический диапазон поосвещенности, Цель изобретения - рас.ширение динамического диапазона измерений при фотометрировании двухмерных оптических полей с большимперепадом освещенности. Фотометр содержит фотодиодную матрицу (ФДМ) 1,регистры"2 и 3 выборки соответственно строк и столбцов матрицы, тактовый генератор 4, который задает ве 801427187 личину времени накопления и формирует последовательность сигналов длясканирования фотоприемника. Пикейноизменяющийся ток с выхода ФДМ 1, скорость изменения:которого: пропорциональна интенсивности светового потока через преобразователь 5 ток-напряжение поступает ка вход компаратора6, где сравнивается с опорным напря"жекием источника 7, При большом уровне засветки переключается компаратор 6, через элемент 1 ИПИ ка входФДМ 1 подается стирающий сигнал ккомпаратор 6 возвращается в исходноесостояние. Число переключений компаратора, зависящее от времени накал- Ялекия и интенсивности засветки фиксируется в счетчике 9. По окончаниивремени накопления остаточное напря- (жение с выхода преобразователя 5 зевпоминается устройством выборки и хра- =нения 12 и преобразуется в цифровойкод АЦП 8. Поскольку на вход опорно- фффффго напряжения АЦП 8 подключен выход 4 аЬисточника 7, выходы счетчика 9 бу- Ь 3дутсоответствовать старшим, а информационные выходы АЦП 8 - младшим раз- ваийрядам выходного кода, который записы- Явается в регистр 13 выхода. 2 ил МИзобретение относится к оптоэлектронной технике и может быть использовано при Фотометрировании двухмерных оптических полей, имеющих широкий динамический диапазон по освещенности.Цель изобретения - расширение динамического диапазона измерений при Фотометрировании двухмерных оптических полей с большим перепадом освещенностей.На Фиг.1 изображена функциональная схема фотометра; на фиг2 - вре" менная диаграмма его работы.15Фотометр содержит фотодиодную матрицу (ФДМ) 1 регистр 2 сдвига сиг-. налов выборки строк, выходы которого подключены к адресным входам строк ФДМ, регистр 3 сдвига сигналов выбор ки столбцов, выходы которого подключены к адресным входам столбцов матрицы, тактовый генератор 4, преобразователь 5 ток-напряжение, компаратор 6, источник 7 опорного напряже ния аналого-цифровой преобразователь1(АЦП) 8, счетчик 9 импульсов, элемент О задержки, элемент ИЛИ 11, устройство 12 выборки и хранения (УВХ), вьг. ходной регистр 13, выходные шины ко" З 0 торого являются выходом устройства, При этом информационный выход ФДМ 1 подключен к входу преобразователя 5 ток-напряжение, выход которого подключен к первым входам УВХ 12 и компаратора 6, второй вход которого объ. 35 единен с первым входом АЦП 8 и подключен к источнику 7 опорного напряжения, выход компаратора 6 подключен к счетному входу счетчика 9 и первому входу элемента ИЛИ 11, выход которого подключен к входу стирания ФДМ 1, первый и второй выходы тактового генератора 4 подключены к управляющим входам регистров 2 и 3 сдвига сигна" лов выборки строк и столбцов ФДМ 1 соответственно, третий выход тактового генератора 4 подключен к вторым входам элемента ИЛИ 11, АЦП 8 и УВХ 12, выход которого подключен к информационному входу АЦП,8, выход50 сигнала конца преобразования которого подключен к входу синхронизации выходного регистра 13 и через элемент 10 задержки к установочному входу счетчика 9, информационные выходы ко 55 торого подключены к информационным входам старших разрядов выходного регистра 13, информационные входы младших разрядов которого подключены к информационным выходам АЦП 8.Устройство работает следующим образом,Тактовый генератор 4 совместно срегистром 2 и регистром 3 осуществляют выборку нужной ячейки ФДМ 1 и формирует сигнал стирания, которыйчерез второй вход элемента ИЛИ 11поступает на шину стирания матрицыи заряжает все фотодиоды до напряжения питания (фиг,2 а). Кроме того,тактовый генератор 4 задает необходимое время:накопления заряда Т,определяемое интервалом между стирающими импульсами ФДМ 1 на третьем еговыходе,В течение времени накопления поддействием светового потока происходит линейный разряд Фотодиодов ФДМ 1,причем скорость разряда прямо пропорциональна интенсивности световогопотока. Выходной ток с ФДМпреобразуется в напряжение преобразователем 5 (Фиг,2 б), которое сравнивает".ся компаратором 6 с опорным напряжением. При этом уровень опорного напряжения выбирается равным максимально возможному неискаженному значениювыходного сигнала с ФДМ 1. При достижении сигналом на выходе преобразователя 5 уровня опорного напряжения пе".реключается компаратор 6 (Фиг,2 в)и на вход стирания ФДМ 1 через первый вход элемента 11 ИЛИ подаетсяактивный уровень, вновь заряжающийФотодиоды до напряжения питания. Приэтом напряжение на выходе преобразователя 5 резко уменьшается, компаратор 6 возвращается в.исходное состояние и на выходе компаратора 6 формируется импульс, который фиксируетсяв счетчике 9. По окончании этого импульса Фотодиоды ФДМ 1 вновь начинают линейно разряжаться, При большойинтенсивности засветки выбранногоэлемента ФДМ 1 скорость разряда егофотодиода является большой и завремя накопления происходит неоднократное переключение компаратора(Фиг.2,(1-1)-й элемент) . Число переключений, которое несет информацию отом, во сколько раз уровень выходногосигнала превьппал бы максимально допустимый уровень выходного сигналас ФДМ 1 при наличии только одногосигнала стирания эа весьпериод времени накопления, зафиксируется в3 1 счетчике 9. Так как период переключения компаратора 6 в общем случае не кратен времени накопления, а для малых интенсивностей светового потока число переключений компаратора 6 вообще равно нулю (фиг,2, (+1)-Й элемент), поскольку уровень выходного сигнала не достигает величины опорного напряжения, то в момент окончания времени накопления на выходе преобразователя 5 может быть остаточное напряжение (фиг.2,1-й элемент), которое также несет информацию о величине светового потока.По истечении времени накопления тактовый генератор 4 формирует необходимые сигналы для выборки следующего элемента ФДМ 1 и одновременно генерирует сигнал стирания для фото- диодов ФДМ 1, который положительным Фронтом фиксирует величину остаточного напряжения в УВХ 12, а отрицательным производит запуск АЦП 8 (фиг,2,г). Суммарная задержка элементов 11, ФДМ 1, преобразователя 5 обеспечивает достоверную фиксацию остаточного напряжения УВХ 12. На первый вход АЦП 8 (вход опорного напряженияподается опорное напряжение с выхода источника 7, поэтому максимальному коду на выходе АЦП 8 соответствует выходное напряжение, равное величине опорного напряжения источника 7. Следовательно, разряды счетчика 9 являются старшими разрядами относительно формируемого в АЦП 8 кода выходного сигнала, так как в нем хранится информация о том, сколько раз выходной сигнал с ФДМ 1 достигал величины опорного чапряжения источника 7. После завершения работы АЦП 8 сигналом Конца преобразования на его выходе сигнала конца преобразования производится запись содержимого счетчика 9 и выходного кода АЦП 8 в выходной регистр 13 (фиг.2 д). Этим же сигналом, но задержанным элементом 10 задержки на время записи информации в регистр 13 осуществляется установка счетчика 9 в исходное нулевое состояние, после чего работа устройства повторяется для следующего выбранного элемента ФДМ 1 Включение АЦП 8 производится в момент начала разряда фотодиода следующего элемента ФДМ 1, но так как время работы АЦП 8 намного меньше минимального времени перезаряда, 30где К - коэффициент усиления преобразователя ток-напряжение3 - коэффициент пропорциональности геометрического пгумафотоприемника.35Так, напримед, для фотодиоцнойматрицы МФ = 0,4 В/с, и приэто время погрешность измерения составляет 1003. Для достижения погрешности 13 необходимо выбирать Т10 мс. При этом динамический диапазон устройства увеличивается востолько раз, во сколько раз: времянакопления превышает минимально возможное время перезаряда Фотоячейкифототоком, иопределяется выражением Т нок Э ---- 2 1 пераъао50 где Тц- время накопления- минимальное время перепереьар.заряда фотоячейки ФототокомЯ - разрядность используемого АЦП.Разрядность счетчика зависит от величины отношения 4271874фотодиодов ФДМ 1, то работа АЦП 8 невлияет на вьлодной сигнал, снимаемыйсо следующего элемента ФДМТаким образом, во время считывания сигнала с последующего элементаФДМ 1 в выходном регистре 13 хранится информация об освещенности предыдущего элемента.Величина времени накопления заряда Т выбирается в зависимости отминимального уровня фотометрируемогооптического сигнала (чем ниже уровеньсигнала, тем больше длительность времени накопления), однако чрезмерноеувеличение длительности времени накопления приводит к тому, что на выходной сигнал оказывает влияние темновой шум фотоприемника, Максимальновозможное время накопления, т.е,когда под действием темнового токафотоприемника выходной сигнал преобразователя 5 ток-напряжение достигает величины опорного напряжения11 рр при отс тствии оптич ско 1 о иэлучения (темновое считывание), определяется выражением:14271 Ю щш+и, сч Т акгде и1 оя -"- -перезсярш щ О для целых и и ш щ 1 длядробных и,Разрядность выходного регистра 13определяется соотношением: 10 а Формула изобретенияФотометр, содержащий фотодиодную матрицу, информационный выход которой подключен к входу преобразователя ток-напряжение, а ее адресные входы подключены к выходам регистров сдвига сигналов выборки строк и сигналов выборки столбцов матрицы, управ-; ляющие входы регистров подключены к первому и второму выходам тактового генератора, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью расширения в динамического диапазона измерений, в него введены компаратор, источник опорного напряжения, счетчик, элес -байи- У-б и.Сацаноевыхл оп Увьи, преой. ,ток-гаМ, с "/ кодлаи,д) Запуск А 1/ йи. о, вх,8 Составитель К.Маколкктор Л.Пчолинская Техред А,Кравчук Корректор М.Демч Тираж 499 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 035, Москва, Ж, Раушсаказ 4843/3 Подписиомитета СССРоткрытийая наб., д 4/5 ред;приятие, г, Ужгород, ул. Проектн ческ эводственно-поли ЗЯБ Срери определяется по формуле: 87 6 мент задержки, устройство выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь, элемент ИЛИ и выходной регистр, при этом выход преобразователя ток-напряжение подключен к первым входам устройства выборки и хранения и компаратора, второй вход которого объединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя и подключен к источнику опорного напряжения,выход компаратора подключен к счетному входу счетчика и первому входу эле- мента ИЛИ, выход которого подключен . к входу стирания фотодиодной матрицы, третий выход тактового генератора подключен к вторым входам элемента ИЛИ, аналого-цифрового преобразователя и устройства выборки и хранения, выход которого подключен к информационному входу аналого"цифрового пре" образователя, выход сигнала конца преобразования которого подключен к входу, синхронизации выходного регистра и через элемент задержки к установочному входу счетчика, информационные выходы которого подключены к инрормационным входам старших разрядовыходного регистра, а его информационнь. входы младших разрядов подключены к информационным выходам аналого-цифрового преобразователяж,1-а и-о 7