Многоэлементный координатный кремниевый фотоприемник

 

Изобретение относится к области олтоэлектроникн. Целью изобретения является повышение точности наведения оси фотопрнемника (ФН) на ориентир и получение непрерывной лилейной координатной характеристики. С это ft целмо на вчоде ФП содержит днрфршму с отверстием , ограниченны, - аргки квадратпм, внутри - непрпчр.тжым экраном. Наведение центра ФП на ориентир сопровождается постепенным -ытенечием одной , двух, трех, а затри ц БГРХ чпырех гветочувствнтелытыч ппощадок малого диаметра. Роспедочатепыюе эатянепие пло1цадок создает разностные сигналы , которые поступают в систему ориентации, поворачива ную и приСт ижяшчую ось ( К на грая пению н. астроорнентир. 6 ил.

союз соеетсних

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБ ЛИН

{51)5 H 01 L 31/04

ИЕС. 4 ) -.„..

ЬТЕНТ8 - :;, БИБ Р;

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЯЪ

«фь

QO

ЬЭ

И) (4. с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРытиям

ОРИ ГННТ -СССР.1 (46) 23,08. 92. Бюл. Р 31 (61) 1200738 (21) 4600853/25 (22) 31. 10.88 (72) А.A. Кулажен кон, A. В . ЛивенцовКовиеристов и И. И. Ященко (53) 621. 382 (088. 8) (56) Авторское свидетельство. СССР

ll 1200798, кл. Н 01 1, 31/04, 1984. (54) ИНОГОЭЛГЧЕ11ТНЫЙ КООРДИНАТНЫЙ .

КРЕМНИЕВЫЙ ФОТОПРИГННИК (57) Изобретение относится к области оптоэлектроники. 1!елью изобретения является .повышение точности наведения оси фотоприемника (ФП) на ориентир и

Изобретение относится к области . оптоэлектроники, а именно к координатно-чувствительным фотоприемникам (ФП), применяемым в приборах ориентации осей космических аппаратов и научных приборов, на астроориентиры H другие источники излучения, а также в коллиматорных устройствах световых, лазерных центрируюших измерительных систем (ЛЦИС) н качестве поэиl ционно-чувствительных целевых знаков . (ПЧБЗ), и является усовершенствованием известного устройства, описанного в ав1.св. i«1200798.

Однако при засветке большим квадратным пятном фотоприемника с восьмью светочувствительными элементами с целью получения линейной непрерывной (нерелейной) координатной характеПОЛ ЧЕЫИЕ iipËðÅðÛÍ»Îé Лнд Ейяей КОпндипатной хг рактеристнкп. С этой целью на входе ФП содержит. диафрагму с ot перстнем, огра ппченпье-; :,пр;-:"1, квадратом, внутри — пепро itic,öüLi акра»ом.

Наведение центр» ФП на ориентир сопровождается постепенным затенением одной, двух, трех, а затем н всех четырех светочувствительных площадок малого цпаметра. Последов тель ное затенение площадок создает разнсстиые сигн:шы, которые поступ .ют в системч ориентации, понорачпвв. щую и прибли жающую Ось ФП к напрапле»пю и астроориентир. 6 ил.

1 ристики внешних болыних ч "ырех площадок принципиально невозможно испольэовать по прямому назначению малую чнутреннюю центральную 4-элементную квадрантную область, как н основном ФП, — точ.жму наведению ее центра на ориентир.

В результате первого этапа относительно грубого нанеде»ия r i ФП на ориентир с исполь ован. ем нчеь1ННх кнадрантов и большого кн;цтгат— ного светового пятна и-"пы нн тренние квадранты ока мнаются одкоремепно засвеченными рагн .мерным световым потоком и поэтому не могут выдавать раэностпы>-. "-лсктри— чесхнх . сигналов.для точпсгс наведения оси ФП на сриентнр, что является существенным . недостатком.

1648223

Целью изобретения является повышение точйости наведения оси фотоприемника и получение линейной координатной характеристики.

Н а фиг. 1 показано устройство по основному авторскому свидетельству; на фиг.2,3 — то же устройство с диафрагмой с отверстием, ограниченным по периферии квадратом, а внут- 1О ри квадратным или круглым экраном; на фиг.4,.-5, 6 проипзпастрировано обоснование выбора размера экрайов.

Фотоприемник (фиг,1) содержит кремниевую подложку 1, иа которой 15 расположены светочувствительные площадки 2 большого диаметра и светочувствительные площадки 3 меньшего диаметра, разделенные взаимно перпендику. лярными зазорами 4 и кольцевым эа- 20 зором 5. К кремниевой подложке 1 и светочувствительным площадкам 2, 3 подсоединены соответствующие выводы б, 7, 8. На входе фотоприемнйк содержит диафрагму 9 с центральным экра-25 ном 10 (фига 2у 3)

Устройство работает следующим образом

Параллельный световой поток от ориентира, проходя через окно диаф- 30 рагин 9, засвечивает квадратным пят ном кольцевые внешние квадратные пло;щЛдки 2 (фиг.2,3), при этом разность фотоэлектрических сигналов с проти.воположных квадратных площадок 2 определяет координаты отклонения ори ентнра относительно центра малой внутренней квадратной площадки З ФП.

Обнаружив ориентир на краю поля рения большой внешней кольцевой 40 квадратной площадки 2 ФП. система ориентации, работающая в непрерыв-. ном режиме с определением текущих координат ориентира, осуществляет наведение на ориентир малой внутрен- 45 ней квадратной площадки 3 ФП.

Попадание ориентира в поле зрения малой внутренней квадратной площадки 3 ФП сопровождается затенением центральным непрозрачным эк- 50 раном 10 элементов 3 малой внутренней светочувствительной площадки ФП.

При этом система ориентации, работающая в непрерывном режиме с определением текущих координат ориенти ра, продолжает наведение центра ФП на ориентир.

Дальнейшее наведенйе центра ФП на ориентир сопровождается постепенным затенением одной, двух, трех, а затем всех четырех светочувствительных площадок 3 малого диаметра. Засвеченными остаются топько небольшие периферийные участки снеточувс твительных площадок 3 малого диаметра.

Таким образом, последовательное затенение светочувствительных площадок 3 создает разностные электрические сигналы с противопол жных пар площадок 3. Эти сигналы поступают в систему управления (ориентации), поворачивающую и приближающую ось

ФП к направлению на астроориентнр. Разностный сигнал при этом уменьшается, приближаясь к "0".

Процесс наведения заканчивается периодическими колебаниями оси ФП относительно направления на астроориентир с отклонением на величину задано ной точности ориентации + д, соответствующей колебаниям разностного электрического сигнала относительно

"0" на величину + ug., Эти величины обусловлены многими факторами, начиная от стабильности параметров ФП и электронной системы до стабильности динамики органов управления.

После окончания наведения центральная часть ФП затенена экраном 10 в больной или меньшей степени в зависимости от выбранного размера экрана 10. Однако при прочих равных р условиях величина + 0 достигает наименьшего значения при большом затенении внутренней квадратной области

ФП.

Выбор размеров непрозрачных затеняющих экранов круглой формы.

Наименьший размер круглого экрана определяется нз соображения обеспечения непрерывности (нерелейности) характеристики малой внутренней 4-элементной центральной квадрантной области фотоприемника, Для этого диаметр экрана должен вписываться в квадрант (фиг.4) или немного выходигь за границы квадранта

r ь.- -У--- 0%41 .туп

Причем и = 0 5 д

Отношение размеров д /д,„, = 0,5

1648 и отношение площадей

2щп дуя

Я 5 я = д

=025, р шп

Допустим, что необходимая точность наведения 4 g = 1 (при с!

Э 0l5 den) поддерж (вается путем отслеживания системой наведения (ориентации) разностного электрического сигнала с двух противоположных квадрантов 1. ир= = +1 мВ (по 0,5 мВ с каждого квадранта) при сигнале с

:каждого квадранта 1 В.

Таким образом, необходимая точ- 15 ность отслеживания разпостного сигнала в 1 мВ с пары протинополояяых квадрантов относительно полного сигнала с каждо!о квадранта в 1 В составит 0 !7. В этом случае отслеживается малая раэностb (1 мВ) больших величин (! В) что сопряжено с паны шенными трудностями выделения малых сигналов на фоне помех, генерируемых сйгиалами больвп х величии. 25

Увеличим диаметр экрана да, знячеНИЯ р IIPH KOTOPOM ПОЛНЫЙ СИГHBJI С каждого квадранта уменьшится до

50 мВ. Точность отслеживания разпостиого сигнала в 1 мВ с пары протинопо- 30 ложных квадрантон относительно полного сигнала с каждого квадранта н

50 мВ теперь составит 27.

В этом случае отслеживается малая .разность (1 мВ) малых величин (50 мВ) на фоне существенно меньших помех, . что осуществляется значительно проще, чем в предыдущем случае отслеживания малой разницы больших величин.

Таким образом, увеличение диаметра экрана существенно, в. данном примере на "порядок", облегчает зада- . чу ориентации с той же точностью (8- ы ).

В пределе диаметр экрана равен 45 диаметру внутренней центральной квадрянтной 4-элементнойфоточувствительной поверхности ФП вЂ” d > = Й

Дальнейшее увеличение диаметра экрана .приводит к появлению и увели- 50 чению зоны нечувствительности относительно "0" следовательно создает разрыв непрерывности характеристики

ФП и, как следствие, приводит к неопределенности положения оси ФП относи- 55 тельно направления на астроориентир.

Таким образом, затенение внутрен. ней квадрантной поверхности нейтрализующее помехи, генерируемые большим

".3

6 спзглялом, позволяет еще больше повысить точность нянедения,которая в основном изобретении достигается методом. отделения внутренней кнадрянтлой площадки от генерирующей помехи большой площадки ФП.

Выбор размеров непрозраеппгх зате.— няющих экранов, квадратной формы.

В этом случае квядрантный экран должен вписываться н полуокружность внутренней кнадрянтной 4-.элементной области ФП (фиг. 5), тогда сторона квадратного экрана (Зт зоввазв размеров а /) - Iф . 1П атнашеице площадей! э 1 4 р Г, Г 5

il

Паибальший размер (с герона я ) квадратного экрана,кяк н н случае круглого экрана, Отличительные особенности рябот ФП при этом, а тякж при я y ) d+n полностью соответствуют пзложенльг для случая круглого экрана.

Исходя из изложенного, размер за- . теняющего круглого или княдря:лого экранов может рвыбираться в пределах от 0,25 до .1 плошади внутренней центральной кнадрянтнай 4-элементной фоточувствительной понерхнос:H ФП, что обеспечивает поддержание линейности характеристики и повышение точности, Промежуточные размеры экр-.нов, их форма и расстояния h экранов от фоточувствительной поверхности ФП выби1 раются в зависимости от конкретных требований, предъявляемых собственно к характеристикам ФП и к коорди-натно-угловым характеристик-.м ФПУ н системах и приборах орнелтя1ц:.н их осей на астроориентиры. При этом параллельность сторон oгверстия пчафрагмы и экрана центральным ортогональным осям ФП необходима лля устранения перекоса, а следовательно, неравномерности засветки светочувствительных элементов ФП, Нес.аблюдение этого условия приводит к нярушеI648223 нию линейности и симметрии характеристик и в конечном счете, к- ухудшению точности наведения оси ФП на астроориентир.

Таким образом, использование пред5 лагаемого устройства позволит повысить точность наведения оси ФП на ориентир при линейности координатной характеристики, создать предельно малогабаритный с малым потреблением энергии прибор ориентации на астро» ориентиры как с малогабаритной оптикой, так и без нее, обладающий двухступенчатым контуром наведения (ори" 15 ентации) — относительно грубым и точным с перекрытием полей зрения этих контуров, обеспечивающих автоматический переход от поиска ориентира и точной ориентации на него при непрерывной регистрации полоаения ориентира в системе координат научного прибора.

Формула изобретения

Иногоэлементный координатный кремниевый фотоприемник по авт.св.

3200798, отличающийся тем, что, с целью получения линейной координатной характеристики и повышения точности наведения оси фотоприемника на ориентир, перед фоточувствительным и областями он допол- нительно содержит диафрагму с квадратным отверстием и расположенный в ее плоскости центральный квадратный непрозрачный экран, стороны которых параллельны и равно отстоят относительно соответствующих централь ных ортогональных осей фотоприемника и составляют не более 1/- 5 диаметров соответствующих большой и маJIoA фоточувствительных областей.

1() >H» „. )

Ф Ф

Ф б puz2

/ ю г g i/ / г rr г

Составитель Б.Попов

Редактор И.Шубина Техред C.Ìèãóèîaÿ Корректор Л.Патад

3ак аз 347 3 Тираж Подписное

ВНИП1И Государственного комитета по изобретениям и открытйям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 3--3, Рауна кая наб., д. 4/5

11 н

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Умгород., ул. Гагарина, 101