SU1043689A1

SU1043689A1 - Optical electronic function converter

Info

Publication number: SU1043689A1
Application number: SU823450015A
Authority: SU
Inventors: Вадим Борисович Горловский; Анатолий Кузьмич Смовж
Original assignee: Институт Полупроводников Ан Усср
Priority date: 1982-06-08
Filing date: 1982-06-08
Publication date: 1983-09-23

Abstract

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ,содержащий выходной формирователь пр моугольных импульсов , цилиндрический светозащитный корпус, по продольной оси симметрии которого установлена поворотна ось, внутри цилиндрического светозащитного корпуса последовательт но установлены и оптически св заны управл емый источник света, электрический вход которого вл етс первым входом преобразовател , светопровод, тенева маска, закрепленна на поворотной оси, и функциональный фото-резистор , один вывод которого св зан с вторым входом преобразовател , нормирующий источник света, оптически св занный, с нормирующим фотопреобразователем , выход которого подключен к входу выходного формировател пр моугольных импульсов, о т л и чающийс тем, что, с целью повышени точности преобразовател , в него введены источник посто нного напр жени и источник посто нной подсветки, оптически св занный с функциональным фоторезистором, при- , чем длина волны излучени источника посто нной подсветки лежит вне спектра поглощени фотопроводимости материала функционального фоторезистора , второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала через 5 нормирующий источник света, который . (Л выполнен управл емым, а нормирующий. фотопреобразователь выполнен в виде соединенных последовательно первого и второго фоторезистров, обвщй вывод которых вл етс выходом нормирующего фотопреобразовател , а сво ,бодные выводы первого и второго фоторезисторов подключены соответственно к выводу источника посто нного на«i пр жени и к шине нулевого потенциаОд ла . . ; о: 00 CDOPTOELECTRONIC FUNCTIONAL TRANSFORMER, containing an output square pulse shaper, a cylindrical light-shielding housing, along the longitudinal axis of symmetry of which a rotary axis is installed, inside the cylindrical light-shielding housing, a controllable light source is optically connected and optically connected , a shadow mask fixed on a rotary axis, and a functional photo resistor, one output of which is connected to the second The input of the converter, the normalizing light source, optically coupled, with the normalizing photovoltage generator, the output of which is connected to the input of the output square wave puller, is due to the fact that, in order to improve the accuracy of the converter, a source of constant voltage is introduced into it and a constant illumination source optically coupled to a functional photoresistor, wherein the radiation wavelength of the constant illumination source lies outside the absorption spectrum of the photoconductivity of the material functionally the first photoresistor, the second output of which is connected to the zero potential bus through 5 normalizing light source, which. (L is controllable and normalizing. The photovoltaic converter is made in the form of first and second photoresistors connected in series, the common output of which is the output of the normalizing photoconverter, and its own, free terminals of the first and second photoresistors are connected respectively to the output of the constant source and to the tire of zero potentiode la.; o: 00 CD

Description

Изобретение относитс к оптоэлектронике , точнее к устройствам обработки аналоговых данных, и может быть использодано в различных системах обработки информации, что позволит повысить качество продукции , производимой посредством этих систем.The invention relates to optoelectronics, more precisely to analog data processing devices, and can be used in various information processing systems, which will improve the quality of the products manufactured by these systems.

Известен оптоэлектронный функциональный преобразователь, который содержит источник света, оптический аттенюатор, позиционно-чувствительный фотоприемник, источник питающего напр жени , резистор нагру.зки, дифференциатор , схему сравнени , источник посто нного эталонного напр жени , интегратор и регул тор уровн выходного сигнала, который .выполнен в виде управл емого аттенюатора t 3An optoelectronic functional converter is known, which contains a light source, an optical attenuator, a position-sensitive photodetector, a power supply source, a load resistor, a differentiator, a comparison circuit, a constant reference voltage source, an integrator and an output level regulator which. made as a controlled attenuator t 3

Недостатком этого функционального преобразовател вл етс относительн низка точность.The disadvantage of this functional converter is the relatively low accuracy.

Наиболее блиэким по техническому решению к предлагаемому вл етс оптоэлектронный функциональный npeo6paзователь , который содержит светозащитный корпус, поворотную ось, управл емый источник света, светопровод, теневую маску, функциональный фоторезистор , второй источник света, вращающуюс диафрагму, фотопотенциометр и формирователь пр моугольных импульсов , оптоэлектронный функциональный. преобразователь формирует непрерывно подынтегральное дро функции коррел ции . Непрерывность значений обеспечиваетс возможностью плавной перестройки времени задержки сигнала, возбуждаемого в функциональном фо орезисторе управл емым источником света. Плавна перестройка осуществл етс за счет изменени углового положени входной оси с теневой маской 2 }.The closest technical solution to the present invention is an optoelectronic functional npeo-organizer, which contains a light-shielding housing, a rotary axis, a controlled light source, a light guide, a shadow mask, a functional photoresistor, a second light source, a rotating diaphragm, a photopotentiometer and a shaper of rectangular pulses, an optoelectronic function generator. . the converter continuously forms the integrand core of the correlation function. The continuity of values is ensured by the possibility of a smooth adjustment of the delay time of a signal excited in a functional photoresistor controlled by a light source. A smooth adjustment is accomplished by changing the angular position of the input axis with shadow mask 2}.

Недостатком известного оптоэлектронного функционального преОбразовател вл етс , во-первых,, сложность нормировани выходного сигнала функционального фоторезистора. Нормирование выполн етс фотопотенциометром, имеющим, закон измерени величины сопротивлени резистора, обратный изменению сопротивлени функционального фоторезистора. Высока точность согласовани этих законов затруднительна и рассогласование не удаетс получить менее 1,5-2,5%, В р де случаев это недопустимо, так как приводит к возникновению неоднозначности в выходном сигнале и в результате снижает общую точность функционировани преобразовател . Во-вторых, точность установки времени задержки, а следовательно и разрешающа способность преобразовател , не превышает 0,8-1,0%, Это также вли ет на конечную точность, ограничива ее . A disadvantage of the known optoelectronic functional converter is, firstly, the difficulty of normalizing the output signal of the functional photoresistor. The normalization is performed by a photopotentiometer, having, the law of measurement of the resistance value of the resistor, inverse to the change in resistance of the functional photoresistor. The high accuracy of matching these laws is difficult and the mismatch cannot be obtained less than 1.5-2.5%. In some cases this is unacceptable because it leads to ambiguity in the output signal and, as a result, reduces the overall accuracy of the converter. Secondly, the accuracy of setting the delay time, and hence the resolution of the converter, does not exceed 0.8-1.0%. This also affects the final accuracy, limiting it.

Целью изобретени вл етс повышение точности функционального преобразовани The aim of the invention is to improve the accuracy of functional transformation

Поставленна цель достигаетс тем что в оптоэлектронный функциональный преобразователь, егодержащий выходной формирователь пр моугольных импульсов , цилиндрический светозаицитный корпус, по продольной оси симметрии которого установлена поворотна ось, внутри цилиндрического светозащитного корпуса последовательно установлены и оптически св заны управл емый источник света, электрический вход которого вл етс первым входом преобразовател ,светопровод ,те.нева маска , закрепленна на поворотной оси,иThis goal is achieved by the fact that the optoelectronic functional converter, which holds the output rectangular pulse shaper, has a cylindrical light-sensitive case, along the longitudinal axis of symmetry of which a rotary axis is installed, a controlled light source is optically connected and optically connected within the cylindrical light-shielding housing the first input of the transducer, the light guide, the te neva mask, fixed on the rotary axis, and

-функциональный фотррезистор, один-functional photoresistor, one

вывод которого св зан с вторым входом преобразовател , нормирующий источник света, оптически св занный с нормирующим фотопреобразователем, выход которого подключен к входу выходного формировател пр моугольных импульсов, введены источ-ник посто нного напр жени и источник посто нной подсветки , оптически св занный с функциональньни фоторезистором, причем длина волны излучени источника посто нной подсветки лежит вне спектра поглощени the output of which is connected to the second converter input, the normalizing light source optically coupled to the normalizing photovoltage generator, the output of which is connected to the input of the output square wave former, a DC voltage source and a constant illumination source optically coupled to the functional photoresistor, the radiation wavelength of the constant illumination source lies outside the absorption spectrum

1фртопроводимости материала функционального фоторезиотора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала через нормирующий источник света, который выполнен управл е МЫГ.1, а нормирующий фотопреобразователь выполнен в виде соединенных последовательно первого и второго фоторезисторов , общий вывод которых вл етс выходном нормирующего фотопреобразовател , а свободные выводы первог и второго фоторезисторов подключены соответственно к выходу источника посто нного напр жени и к шине нулевого потенциала.The 1 conductivity of the material of the functional photoresioter, the second terminal of which is connected to the zero potential bus through a normalizing light source, which is controlled by the WEG.1, and the normalizing photovoltaic converter is made in the form of first and second photoresistors connected in series, the common output of which is the output normalizing photoconverter, and The pins of the first and second photoresistors are connected respectively to the output of the constant voltage source and to the zero potential bus.

На чертеже представлена схема предлагаемого оптоэлектронного функционального преобразовател .The drawing shows the scheme of the proposed optoelectronic functional Converter.

Преобразователь содержит цилиндрический светозащитный корпус 1, поворотную ось 2, управл емый источник 3 света, светопровод 4, теневую маску 5, функциональный фоторезистор 6, нормирующий источник 7 света, выполг ненный управл е1Ф1м, нормирующий фотопреобразователь 8, выполненный в виде первого 9 и второго 10 фоторезисторов , выходной формирователь 11 пр моугольных импульсов, источник 12 посто нного напр жени и источник 13The converter contains a cylindrical light-shielding housing 1, a rotary axis 2, a controlled light source 3, a light guide 4, a shadow mask 5, a functional photoresistor 6, a normalizing light source 7, a controlled e1Ф1м control, a normalizing photoconverter 8 made in the form of the first 9 and second 10 photoresistors, an output shaper of 11 rectangular pulses, a constant voltage source 12 and a source of 13

посто нной подсветки.constant backlight.

Оптоэлектронный функциональный преобразователь работает следующим . образом.Optoelectronic functional converter works as follows. in a way.

Один из преобразуемых сигналов поступает на управл емый источник 3 света. Световой поток, излученный . этим источником 3 света и несущий информацию о сигнале, через светопровод 4 и теневую маску 5 поступает на активную поверхность функционального фоторезистора 6. Функциональный фоторезистор 6 преобразует световой поток в электрический сигнал,которьзй оказываетс задержанным на врем релаксации фототока, которое зависи от у лового положени теневой маски 5, интенсивности светового потока, излучаемого управл емым источником 3 света, а .также от уровн подсветк функционального фоторезистора б от источника 13 подсветки. При этом перестройка времени релаксации поср ством изменени положени теневой маски 5 вл етс грубой перестройкой , а изменени уровн подсветки от источника 13 - точной Перестройка времени релаксации з счет изменени интенсивности светового потока, излучаемого управл емым источником 3 света, мал.о приемлема , так как.влечет за собой значительное изменение в уровне выходного сигнала, что приводит к возникновению искажений. В то же врем перестройка времени релаксаций за сче изменени интенсивности излучени источника 13 подсветки не влечет изменени в уровне сигнала. Это обусловлено тем, что длины волн света излучаемые источником 13, лежат вне спектра поглощени фотопроводимости материала функционального фоторезис тора б, Источник 13 подсветки выбран таким Образ.ом, чтобы длины волн излучаемого им света поглощались центра ми прилипани . Последние не вли ют не величину фотопроводимости, а еле довательно й на уровень выходного сигнала, так как их вли ние распрос тран етс лишь .на процессы релаксации . Дл возбуждени центров прилипани необходим .свет с большими длинами волн по отношению к длинам волн, возбуждающим фотопроводимость Центры прилипани вли ют на прот женность начального участка релакса ционного процесса фототока. При увеличении уровн возбуждени центров прилипани (увеличени их уровн заселенности но.сител м тока) прот женность начального участка релаксационного процесса фототока уменьшаетс . Изменени уровн возбуждени центров прилипани управл ютс интенсивностью излучени источника 13, При этом оказываетс , что весь диапазон изменени интенсивности излучени источника 43 вли ет на часть прот женности релак сационногр процесса (10-25%) фототока; т,е, изменением в широких пределах интенсивности подсветки остигаетс точна , с высокой разреающей способностью перестройка времени задержки сигнала функциональным фоторезистором 6. Таким образом, диапазон длин волн источника 13 подсветки должен лежать в пределах - а Е« п Ё Dn Fn где. 3f,- длина волны света, излучаема третьим -источником; ti - посто нна Планка;. с - скорость энерги квазиуровн Ферми-центров прилипани ; энерги демаркационного уровн центров прилипани . Второй сигнал, подлежащий функциональному преобразованию, поступает на электроды функционального фоторезистора б,где происходит его перемножение с задержанным первым-сигналом . С выхода функционального фоторезистора 6 результйрукицйй сигнал поступает на управл емый нормирующий источник 7 света, где происходит его преобразование в световой сигнал,который облучает последовательно соединенные фоторезисторы 9 и 10, Со средней точки этого делит тел сигнал через выходной формирователь 11 пр моугольных импульсов поступает на выход оптоэлектронного функционального преобразовател . Управл емый нормирующий источник 7 света и нормирующий фотопреобразователь 8 (фоторезисторы 9 и Ip) вл ютс нормирующим узлом, который устран ет зависимость амплитуды сигнала от времени задержки. Это проис -.ходит благодар тому, что оба фото-, резистора 9 и 10 включены последовательно и облучаютс одним источником 7 света. Отсюда следует,что изменени уровн их освещенности не вли ют на величину их выходного напр жени ,так как они представл ютсобой посто нный делитель напр жени . Изменени их освещенности,возникающие при изменении уровн сигнала , влекут за .собой только лишь согласованное изменение их величины, но не изменени соотношени их величин , т.е, коэффициент делени делител напр жени , образoBai-iHoro фоторейисторами 9 и 10, остаетс посто нным в широком диапазоне изменени их освещенности, Дл того, чтобы фоторезисторы 9 и 10 не оказывали вли ни на врем задержки сигнала, они выполн ютс из материала, имеющего значительно меньшую инерционность, чем материал функционального фоторезистора б, Так, если функциональный фоторезистор б выполнен на основе полупроводниковых соединений типа А В°, то One of the converted signals is fed to the controlled source 3 of light. Luminous flux emitted. This light source 3 and carrying information about the signal, through the light guide 4 and the shadow mask 5, are applied to the active surface of the functional photoresistor 6. The functional photoresistor 6 converts the light flux into an electrical signal that is delayed by the photocurrent relaxation time, which is dependent on its position. the mask 5, the intensity of the luminous flux emitted by the controllable light source 3, and also from the level of illumination of the functional photoresistor b from the source 13 of the backlight. In this case, the restructuring of the relaxation time due to a change in the position of shadow mask 5 is a gross restructuring, and the change in the level of illumination from the source 13 is accurate. The restructuring of the relaxation time due to a change in the intensity of the light flux emitted by the controlled source of light 3 is small. . entails a significant change in the output level, which causes distortion. At the same time, the restructuring of the relaxation time due to changes in the radiation intensity of the backlight source 13 does not entail a change in the signal level. This is due to the fact that the wavelengths of light emitted by the source 13 lie outside the absorption spectrum of the photoconductivity of the material of the functional photoresistor b. The illumination source 13 is selected so that the wavelengths of the light emitted by it are absorbed by the attachment centers. The latter do not affect the magnitude of photoconductivity, but rather the level of the output signal, since their influence is distributed only to relaxation processes. To excite sticking centers, light with long wavelengths relative to the wavelengths that excite photoconductivity is required. The sticking centers affect the length of the initial part of the photocurrent relaxation process. With an increase in the level of excitation of the attachment centers (an increase in their population level of current-carrying currents), the length of the initial part of the relaxation process of the photocurrent decreases. Changes in the excitation level of the sticking centers are controlled by the radiation intensity of the source 13, It turns out that the entire range of changes in the intensity of the radiation of the source 43 affects a part of the length of the relaxation process (10-25%) of the photocurrent; t, e, a change in a wide range of illumination intensity is achieved accurately, with high resolution, the adjustment of the signal delay time by the functional photoresistor 6. Thus, the wavelength range of the illumination source 13 must lie within - and Е «п ЕЁ Fn where. 3f, is the wavelength of light emitted by the third source; ti is Planck's constant; c is the velocity of the energy of the quasi-level Fermi center of sticking; energy demarcation level of sticking centers. The second signal, which is subject to functional transformation, is supplied to the electrodes of the functional photoresistor b, where it is multiplied with the delayed first signal. From the output of the functional photoresistor 6, the resultant signal arrives at the controlled normalizing light source 7, where it is converted into a light signal that irradiates the series-connected photoresistors 9 and 10. From the midpoint of this, the body divides the signal through the output driver 11 rectangular pulses to the output optoelectronic functional converter. The controlled normalizing light source 7 and the normalizing photovoltage converter 8 (photoresistors 9 and Ip) are the normalizing unit, which eliminates the dependence of the signal amplitude on the delay time. This is due to the fact that both photo resistors 9 and 10 are connected in series and irradiated by the same light source 7. It follows that changes in their light level do not affect the magnitude of their output voltage, since they are a constant voltage divider. Changes in their illumination, which occur when the signal level changes, result in only a consistent change in their magnitude, but not a change in the ratio of their magnitudes, i.e., the division ratio of the voltage divider, shaped by Baai-iHoro by photoreistor 9 and 10, remains constant a wide range of changes in their illumination. In order that the photoresistors 9 and 10 do not affect the delay time of the signal, they are made of a material having a much lower inertia than the material of the functional photoresistor b. So, if ion photoresistor b is made on the basis of semiconductor compounds of type А В °, then

фоторезисторы 9 и 10 должны быть выполнены, например, на основеSf, легированного 2пили ,и.photoresistors 9 and 10 should be performed, for example, on the basis of Sf doped with 2pili, and.

Повышение точности функционирова ни оптоэлектронного функционального преобразовател достигаетс введением источника 13 подсветки, световой поток которого возбуждает центры прилипани в функциональном фоторе х зисторе 6. Благодар этЬму по вл ет-. с возможность плавно, с большой разрешающей способностью управл ть временем задержки сигнала, так как весь диапазон изменени напр жени питани источника , а следовательно и интенсивность его потока , вли ет лишь-на 1.0-25% диапазо- на времени задержки; Это в свою очередь означает, что по сравнению с перестрой.кой времени задержки йзменением интенсивности светового потока от основного источника 3 света в 4-10 раз возрастает разрешаквда способность установки задержки, чтоAn increase in the accuracy of the functioning of an optoelectronic functional converter is achieved by introducing a source 13 of the backlight, the luminous flux of which excites the sticking centers in the functional photoristor x 6. with the ability to smoothly, with high resolution, control the delay time of the signal, since the entire range of variation of the supply voltage of the source, and hence the intensity of its flow, affects only the 1.0-25% range of the delay time; This in turn means that, compared with the restructuring of the delay time, changing the intensity of the light flux from the main source 3 of light increases the resolution setting delay by 4-10 times, which

позвол ет более точно воспроизвести функцию коррел ции.allows you to more accurately reproduce the correlation function.

Кроме того, повышение точности достигаетс вследствие замены нормирующего узла, выполненного на фотопотенциометре и требующего точного согласовани законов перестройки, на нормирующий узел, выполненный на основе управл емого источника 7 и делител напр жени из двух последовательно соединенных фоторезисторов 9 и 10; коэффициент делени при любой их освещенности, а значит и любом сигнале, остаетс посто нным, следовательно погрешности, св занные с рассогласованием нормируквдего узла , исчезают и точность оптоэлектронного функционального преобразовател повышаетс .In addition, an increase in accuracy is achieved due to the replacement of a normalizing node, made on a photopotentiometer and requiring precise adjustment of the laws of rearrangement, to a normalizing node, made on the basis of a controlled source 7 and a voltage divider from two series-connected photoresistors 9 and 10; the division factor for any illumination, and therefore for any signal, remains constant, therefore the errors associated with the mismatch between the normalization of the node disappear and the accuracy of the optoelectronic functional converter increases.

Разработанный оптоэлёктронный функциональный преобразователь, сохран функциональные преимущества известного,, обладает повышенной точностью функционального преобразовани и высокой разрешающей способностью.The developed optoelectronic functional converter, preserving the functional advantages of the known, has a high accuracy of functional conversion and high resolution.

Claims

OPTOELECTRONIC FUNCTIONAL CONVERTER containing an output driver of rectangular impulses, a cylindrical light-shielding case, a rotary axis is installed along the longitudinal axis of symmetry, a controlled light source is optically connected inside the cylindrical light-shielding case, the electric input of which is the first. the input of the converter, the optical fiber, a shadow mask mounted on the rotary axis, and a functional photo-resistor, one output of which is connected to the second input of the converter, a normalizing light source, optically coupled with a normalizing photoconverter, the output of which is connected to the input of the output driver of rectangular pulses, about which means that, in order to increase the accuracy of the converter, a constant voltage source and a constant illumination source optically connected with a functional photo are introduced into it Meyer, while the wavelength of the radiation from the constant illumination source lies outside the photoconductivity absorption spectrum of the material of the functional photoresistor, the second output of which is connected to the bus of zero potential through 55 normalizing light source, which. is made controllable, and the normalizing photoconverter is made in the form of the first and second photoresistors connected in series, the common output of which is the output of the feeding photoconverter, and the free terminals of the first and second photoresistors are connected respectively to the output of the constant voltage source and to the zero potential bus.

FD about 00 WITH>