Оптоэлектронный функциональный преобразователь

)4 С 0609/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТО лин,ий е.(2 К-)хп Ъ а (и ( - с 1 Щ-Ь 2ТРОННЫЙ ФУНКЦИОН 4) ОПТО ЕОБРАЗО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт полупроводников АН УССР,приборостроения и позволяет повыситьточность преобразования. Преобразователь содержит светонепроницаемыйкорпус, в котором размещены направленный источник света, узел формирования светового зонда и координатночувствительный фотопотенциометр дуговой конструкции. Узел формированиясветового зонда выполнен в виде симметрично закрепленного на входнойоси непрозрачного тела вращения, зазор между внешней поверхностью которого и внутренней поверхностью корпуса имеет в продольном сечении формусветового лабиринта. В теле вращениявыполнен наклонный цилиндрический канал с отражающей поверхностью, оптически соединяющий направленный источник света с фоточувствительным слоемфотопотенциометра. При этом ось симметрии диаграммы направленности источника света совпадает с осью телавращения и проходит через центр симметрии ближайшего к направленномуисточнику света основания цилиндрического кнала. Расстояние Ь от излучающей поверхности направленного источника света до точки пересеченияоси цилиндрического канала с осью тела вращения удовлетворяет соотношен Ф где а - расстояние от излучающей поверхности направленного источникасвета до внешней поверхности его кор- ф ф пуса в направлении максимума излучения Ь - протяженность светового зон-, да в радиальном направленииф 2 Я - по- Я луширина диаграммы направленности ис- точника света, А- угол между осью цилиндрического канала и фоточувствительной поверхностью фотопотенциометра. П отличается повышенной надежностью и устойчивостью к механическим: перегрузкам и может быть использован при создании промышленных роботов и автоматических манипуляторов, в ин- формационно-измерительных и вычислительных комплексах в качестве дат" чика углового положения, функционального преобразователя, бесконтактного . )Эф переменного резистора. 3 ил. павИзобретение относится к области оптоэлектронного приборостроения и может быть использовано в робототехнике информационно-измерительной и вычислительной технике в качестве Функционального преобразования, датчика угловых перемещений, бесконтактного переменного резистора.Пелью изобретения является повы шение точности преобразователя за счет увеличения коэффициента использования светового потока направленного источника света.На фиг.1 представлена конструктив ная схема оптоэлектронного функционального преобразователя (ОЭФП); на фиг.2 - схема координатно-чувствительного кругового Фотопотенциоментра, на Фиг.З - часть схемы оптоэлек тронного преобразователя.ОЭФП содержит координатно-чувствительный круговой фотопотенциометр 1, направленный источник 2 света, узел Формирования светового зонда, 25 выполненный в виде непрозрачного тела 3 вращения, световой лабиринт, выполненный в виде двух сопряженных гребенок 4,-4, цилиндрический канал 5, входную ось преобразователя 6, 30 причем Фотопотенциометр 1 (Фиг.2) содержит размещенные на диэлектрической подложке 7 резистивный слой 8, Фоточувствительный слой 9, омический коллектор 10, а края резистивного слоя 8 снабжены омическими электродами 11, при этом вся конструкция преобразователя помещена в светонепроницаемый корпус 12; световой зонд 13 и резистор нагрузки 14, с которо го снимается выходное напряжение,На Фиг.З схематически изображен предельный случай, из которого определено максимально допусткчое значение Ь,расстояния Ь, й представ лены необходимые для этого геометрические построения. Направленный источник 2 света принят точечным, поскольку расстояние Ь по крайней мере в пять раз превышает геометрические размеры излучающей поверхности применяемых в ОЭФП направленных источников света, что достаточно для применения данного приближения с ; удовлетворительной точностью. Пространственное положение излучающей поверхности направленного источника 2 света условно обозначено точкой А, Далее обозначены; СК - большая ось верхнего основания наклонного цилиндрическоГо канала 5; В - центр верхнего основания цилиндрического канала 5; АР - световой луч, образующий с отрезком АВ уголугол между осью ВН цилиндрического канала 5 и поверхностью Фоточувствительного слоя 9 координатно-чувствительного фотоприемника, РР - нормаль к поверхности СЕ наклонного цилиндрического канала 5 в точке Р падения светового луча АР на поверхность СЕ; КЕ - нормаль к поверхности СЕ, опущенная из точки К. Величина Ь, выбиралась из предельного случая, когда световой луч АР после отражения в точке Р попадает в точку К, т,е. пока еще отсутствует возврат лучей, находящихся в пределах угла излучения 2 у направленного источника 2 света, из цилиндрического канала 5.Устройство работает следующим образом.Излучаемый направленным источником 2 света световой пучок входит в цилиндрический канал 5, выходной торец которого находится напротив фоточув ствительного слоя 9 координатно-чувствительного Фотопотенциометра 1. Прошедшая через цилиндрический канал 5 часть светового потока формирует на фоточувствительном слое 9 подвижный световой зонд 13, угловое положение которого преобразуется им в выходное напряжение, зависящее от угла поворота входной оси 6 по заданному функциональному закону. Фотопотенциометр 1 (Фиг.2) с непрофилированным резистивным слоем 8 реализует линейную функцию преобразования. При этом световой зонд 13, выполняющий совместно с омическим коллектором 10 Функцию движка электромеханического потенциометра, создает на ограниченном участке фоточувствительного слоя 9 избыточную над темновой проводимость, вследствие чего осуществляется локальная передача потенциала с резистивного слоя 8 на омический коллектор 10. Поскольку электрический потенциал на непрофилированном резистинном слое 8 распределен по линейному закону (при условии, что удельное поверхностное сопротивление темновых участков Фоточувствительного слоя 9 намного выше удельного поверхностного сопротивления резистивного слоя 8), то в данном случае выходное напряжеДля защиты темновых областей фоточувствительного слоя 9 от фоновой засветки используется многократное отражение света в световом лабиринте 4 с поглощающими стенками, образованном между внутренней поверхностью светонепроницаемого корпуса 12 и внешней поверхностью тела 3 вращения.Данная защита наиболее эффективна при выполнении указанного соотношенйя, поскольку снижение потерь свето-. вого потока направленного источника 2 света обеспечивает одновременно спонижением переходного сопротивления фотопотенциометра 1 также и снижение мощности одного из источников фоновой засветки. Формула изобретения Оптоэлектронный функциональный преобразователь, содержащий расположенные на общей оси в светонепроницаемом корпусе направленный источник света и координатно-чувствительный круговой фотопотенциометр, между коз ,14396 ние зависит от угла поворота входной оси 6 по линейному закону. Реализация нелинейных функций преобразования обычно осуществляется путем профили 5 рования резистивного слоя 8.Существенное значение для обеспечения требуемой точности функционального преобразования имеет повышение коэффициента использования светового потока источника света, поскольку влияние переходного сопротивления фоточувствительного слоя 9 на точность функционального преобразования при значительных уровнях токового отбора не удается скорректировать добавочным профилированием резистивного слоя 8. Поэтому основным критерием оптимизации данного устройства является минимизация потерь светового потока направленного источника 2 света. Для этого проведена отсутствующая в других конструкциях преобразователей комплексная оптимизация компонентов устройства, предусматриваю щая конкретную взаимосвязь между их параметрами: между геометрией координатно-чувствительного фотопотенциометра, диаметром и углом наклона цилиндрического канала 5, высотой расположения направленного источника 2 света и диаграммой направленности излучаемого им светового потока. Математическим выражением этой взаимосвязи является указанное соотношение, ограничивающее минимальную Ь и35 максимальную Ь высоту расположения излучающей поверхности направленного источника 2 света над входным торцом цилиндрического канала 5. При 4 О заданных этим соотношением ограничениях излучаемый направленным источником 2 света световой пучок с угловой апертурой 2 р, на который приходится практически вся излучаемая мощ 45 ность, не только полностью входит в наклонный цилиндрический канал 5, . но при этом выполняется также условие отсутствия возврата части находившихся в данном пучке световых лучей назад после отражения от боковой поверхности цилиндрического канала 5.1Необходимым условием обеспечения прецизионности ОЭФП является постоянство переходного сопротивления освещенного участка фоточувствительного слоя 9 при изменении углового положения светового зонда 13. Поэтому ось симметрии диаграммы направленнос 33 4ти источника 2 света должна совпадать с осью тела 3 вращения и проходить через центр ближайшего к направлен- ному источнику 2 света основания цилиндрического канала 5, что обеспечивает постоянный уровень светового потока на выходе из цилиндрического канала 5 при повороте тела 3 вращения. Чтобы не возникали радиальные перемещения светового зонда 13 относительно фоточувствительной области 9, необходимо разместить диэлектрическую подложку 7 ортогонально входной оси 6, а кольцеобразный фоточувствительный слой 9 выполнить концентрично входной оси 6. При этом ось наклонного цилиндрического канала 5 должна пересекать поверхность фоточувствительного слоя 9 по ее среднему радиусу, Величина Ь протяженности светового зонда в радиальном направлении выбирается таким образом, чтобы она в 1,2-1,5 раза превышала ширину фоточувствительного слоя 9. При этом световой поток используется наиболее рационально, поскольку уменьшение величины Ь приводит к повышению переходного сопротивления из-за увеличения неравномерности ширины светового зонда, а чрезмерное увеличение параметра Ь - к непроизводительным потерям светового потока.Ь Ьсов(2-)зЫ 5 14396 торыми установлен узел формирования светового зонда, закрепленный навходной оси вращения преобразователя, соосной с общей осью, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя за счет увеличения коэффициента использования светового потока направленного источника света, в нем узелформирования светового зонда выполнен в виде непрозрачного тела вращения, в котором от центра к периферии под углом к общей оси выполнен цилиндрический канал с отражающей внутренней поверхностью, цилиндрический канал оптически связан с выходом направлен.ного источника света и фоточувствительным входом координатно-чувствительного кругового фотопотенциометра, 20 выводы которого являются электрическими входом и выходом преобразователя, в зазоре между внутренней поверхностью светонепроницаемого корпуса и непрозрачным телом вращения распо ложен световой лабиринт, выполненный в виде двух сопряженных гребенок, прикрепленных соответственно к светонепроницаемому корпусу и .поверхности непрозрачного тела вращения, при этом направленный источник света расположен на общей оси так, что ось симмет 33 6рии его диаграммы направленности проходит через центр основания цилиндрического канала, а расстояние Ь отизлучающей поверхности направленногоисточника света до плоскости телавращения узла формирования световогозонда удовлетворяет соотношению где а - расстояние по излучающейповерхности направленногоисточника света до внешнейповерхности его корпуса внаправлении максимума излучения,Ь - протяженность световогозонда в радиальном направлении,2 р - полуширина диаграммы направленности источника света,- угол между осью цилиндрического канала, и фоточувствительной поверхностьюкоординатно-чувствительного кругового фотопотенциометра.1439 б 33 г.Я Фив. Д ь Ю.КозлоХоданич Состаит Техред М орректор О,Кравц Редактор Л.Гратилл Заказ 6080/5 писное ул. Проектная,Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужг ВНИИП по 113035, Тираж 704 П Государственного комитета СССР елам изобретений и открытий осква, Ж, Раушская наб., д.