Многофункциональный индикаторный оптрон

 

Изобретение относится к оптоэлектронному приборостроению и может быть использовано для создания оптоэлектронных преобразователей и информационных матричных дисплеев. Многофункциональный индикаторный оптрон содержит расположенные в корпусе первый и второй фотоприемники, оптически связанные соответственно с первым и вторым оптическими входами устройства и электрически соединенные между собой первыми входами. Вторые входы первого и второго фотоприемников соединены соответственно с первым и вторым электрическими входами устройства. Светодиод оптически связан с первым фотоприемником и первым оптическим входом устройства, катод светодиода соединен с вторым входом второго фотоприемника. Третий электрический вход устройства соединен с первыми входами первого и второго фотоприемников, анод светодиода - с вторым входом первого фотоприемника и через первый резистор с четвертым электрическим входом устройства. Катод светодиода через второй резистор соединен с четвертым электрическим входом устройства. В результате повышается надежность в работе устройства в условиях изменяющихся фоновой засветки и напряжения питания при одновременном расширении его функциональных возможностей. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к оптоэлектронному приборостроению и может быть использовано для создания оптоэлектронных преобразователей и информационных матричных дисплеев.

Известен оптический бистабильный прибор [1], содержащий расположенные в корпусе фотодиод, лазерный диод и модулятор, соединенные таким образом, что появление фототока в цепи фотодиода, возникающее при его освещении внешним источником света, приводит к возрастанию тока накачки лазерного диода, увеличивая его излучение, часть которого по цепи положительной обратной связи попадает на фотодиод.

Известен оптрон с функцией запоминания [2], состоящий из трех светодиодов, двух фотодиодов и двух транзисторов, причем первый фотодиод располагается в базовой цепи выходного транзистора и связан оптически с первым светодиодом, а второй светодиод находится в коллекторной цепи выходного транзистора и связан оптически с первым фотодиодом, что обеспечивает эффект памяти.

Данные устройства достаточно сложны и не обеспечивают устойчивой работы при наличии фоновой засветки, так как не позволяют различать фоновый и информационный оптические сигналы.

Наиболее близким по технической сущности является оптоэлектронный прибор [3] , содержащий расположенные в корпусе лазерный диод и соединенные с ним электрически два фототранзистора с гетеропереходами, каждый из которых связан с соответствующими электрическими и оптическими входами устройства, причем лазерный диод соединен оптически с одним из фототранзисторов.

Данное устройство не обеспечивает надежной работы в условиях изменяющихся фоновой засветки и напряжения питания, так как эти факторы могут приводить к самопроизвольному включению и выключению лазерного диода даже при отсутствии соответствующего управляющего оптического сигнала. Кроме того, данное изобретение не позволяет включать и выключать лазерный диод электрическими управляющими сигналами, что значительно сужает область его возможного применения.

Технической задачей, которую позволяет решить данное изобретение, является повышение надежности работы в условиях изменяющихся фоновой засветки и напряжения питания при одновременном расширении его функциональных возможностей.

Поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве, содержащем расположенные в корпусе первый и второй фотоприемники, оптически связанные соответственно с первым и вторым оптическими входами устройства и электрически соединенные между собой первыми входами, вторые входы первого и второго фотоприемников соединены соответственно с первым и вторым электрическими входами устройства, светодиод, оптически связанный с первым фотоприемником и первым оптическим входом устройства, причем катод светодиода соединен с вторым входом второго фотоприемника; третий электрический вход устройства соединен с первыми входами первого и второго фотоприемников, анод светодиода соединен с вторым входом первого фотоприемника и через первый резистор с четвертым электрическим входом устройства, катод светодиода через второй резистор соединен с четвертым электрическим входом устройства.

Для эффективного решения поставленной технической задачи фотоприемники оптически соединяются с оптическими входами устройства через соответствующие поляризаторы с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации.

Для эффективного решения поставленной технической задачи спектральные характеристики светодиода и первого фотоприемника выбирают отличающимися от спектральной характеристики второго фотоприемника.

Для эффективного решения поставленной технической задачи встречно-параллельно с первым светодиодом включен второй светодиод, оптически соединенный с вторым фотоприемником и соответствующим ему оптическим входом устройства, причем спектральные характеристики второго светодиода и второго фотоприемника совпадают, а катод и анод второго светодиода соединены соответственно с первым и вторым электрическими входами устройства.

Для эффективного решения поставленной технической задачи в качестве фотоприемников используются фоторезисторы.

Повышение надежности работы устройства в предлагаемом изобретении достигается за счет уменьшения влияния на работу устройства фоновой засветки и нестабильности напряжения источника питания. Под фоновой засветкой понимаются внешние неинформативные оптические сигналы (например, солнечная засветка и др. ), поступающие параллельно с управляющим оптическим сигналом или без него на оба оптических входа устройства. Повышение надежности проявляется в том, что включение и выключение светодиода оптрона происходят только при наличии соответствующего управляющего оптического сигнала, а не в результате влияния вышеуказанных дестабилизирующих факторов.

Расширение функциональных возможностей устройства в заявляемом изобретении выражается в появлении функций электрического управления включением и выключением светодиода (в дополнение к функции оптического управления, как сделано в прототипе), причем электрическое управление можно реализовать как зависимым, так и независимым от внешних оптических управляющих сигналов. Другими словами, заявляемое устройство представляет собой бистабильный индикаторный оптрон, переключаемый из одного устойчивого состояния в другое как оптическими, так и электрическими сигналами, и обеспечивающий оптическую и электрическую индикацию выбранного состояния. Кроме того, при определенных условиях заявляемое устройство позволяет производить следящую индикацию электрического информационного сигнала синхронно с появлением последнего на входе устройства.

Использование поляризаторов с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации позволяет повысить надежность работы устройства и упростить его конструктивное исполнение и оптическое управление. Действительно, работоспособность устройства не нарушается, если управляющие оптические сигналы (включающие либо выключающие), в качестве которых используются оптические сигналы, линейно поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях, будут поступать одновременно на два фотоприемника. Поэтому в данном случае допускается объединение обоих оптических входов в один общий.

Аналогичный эффект в заявляемом устройстве достигается и при использовании фотоприемников с разной спектральной чувствительностью, однако в этом случае в качестве управляющих сигналов используются различные по спектру оптические сигналы, спектрально согласованные с соответствующими фотоприемниками, при этом не требуется оптически разделять светодиод от второго фотоприемника, что упрощает конструктивное выполнение устройства.

Встречно-параллельное включение двух светодиодов с разными спектральными характеристиками, согласованными с спектральными характеристиками соответствующих фотоприемников, позволяет увеличить число устойчивых состояний оптрона до трех, при этом никаких дополнительных управляющих сигналов не требуется.

Для упрощения решения поставленной технической задачи в заявляемом устройстве в качестве фотоприемников используются фоторезисторы.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 - 3. На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого устройства с одним светодиодом и двумя фотоприемниками, где 1 - корпус устройства; 2, 3 - соответственно первый и второй оптические входы устройства; 4 - 7 - соответственно первый, второй, третий и четвертый электрические входы устройства; 8 - светодиод; 9, 10 - первый и второй фотоприемники: 11, 12 - первый и второй резисторы.

На фиг. 2 приведена структурная схема заявляемого устройства с поляризаторами, где 13, 14 - соответственно первый и второй поляризаторы с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации.

На фиг. 3 приведена структурная схема заявляемого устройства с двумя светодиодами, где 8 - первый светодиод; 15 - второй светодиод.

В заявляемом устройстве (фиг. 1), расположенном в корпусе 1 с двумя оптическими 2, 3 и четырьмя электрическими 4-7 входами, анод и катод светодиода 8 соединены соответственно с первым и вторым электрическими входами устройства, первые входы первого 9 и второго 10 фотоприемников соединены между собой и с третьим электрическим входом 6 устройства, вторые входы первого 9 и второго 10 фотоприемников соединены соответственно с анодом и катодом светодиода 8, анод и катод светодиода 8 соединены соответственно через первый 11 и второй 12 резисторы с четвертым электрическим входом устройства.

В заявляемом устройстве (фиг. 2) первый 9 и второй 10 фотоприемники оптически соединены с соответствующими оптическими входами 2, 3 устройства соответственно через первый 13 и второй 14 поляризаторы с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации.

В заявляемом устройстве (фиг. 1) спектральные характеристики светодиода 8 и первого фотоприемника 9 отличаются от соответствующей характеристики второго фотоприемника 10.

Встречно-параллельно с первым светодиодом 8 в заявляемом устройстве (фиг. 3) включен второй светодиод 15, оптически связанный с вторым фотоприемником 10, причем спектральные характеристики последних совпадают, катод и анод второго светодиода 15 соединены соответственно с первым 4 и вторым 5 электрическими входами устройства.

В заявляемом устройстве (фиг. 1-3) в качестве фотоприемников 9, 10 используют фоторезисторы.

В конкретном исполнении оптрон выполнен в непрозрачном герметичном корпусе 1 с двумя пространственно разделенными прозрачными окнами (оптические входы 2, 3) и четырьмя электрическими выводами (электрические входы 4-7). В случае объединения оптических входов 2, 3 в один общий вход, любой оптический управляющий сигнал одновременно поступает на оба фотоприемника 9, 10.

В качестве фотоприемников 9, 10 используются миниатюрные тонкопленочные фоторезисторы на основе полупроводниковых соединений сульфида, селенида кадмия с максимумом спектральной чувствительности на длине волны ~ 660 нм (красная область спектра), а также на основе сульфида кадмия с максимумом спектральной чувствительности на длине волны ~ 565 нм (зеленая область спектра).

В качестве светодиодов 10, 15 используются миниатюрные светодиоды фирмы King bright на основе GaAlAs (тип КМ 2520 A01SRC001), излучающие на длине волны ~ 660 нм, а также на основе GaP (тип КМ 2520 A01SGC001), излучающие на длине волны ~ 565 нм.

Резисторы 11, 12 - миниатюрные маломощные резисторы с металлодиэлектрическим проводящим слоем (тип C2-23).

Поляризаторы 13, 14 - пленочные линейные поляроиды с взаимно перпендикулярными направлениями поляризации (тип ДПП-С).

В общем случае оптрон может выполняться по гибридной или интегральной технологии, либо собираться из миниатюрных дискретных элементов.

Работает устройство следующим образом: на третий 6 и четвертый 7 электрические входы устройства подается напряжение питания (шина "+" и "-" соответственно). Параметры резисторов 11, 12 выбирают таким образом, что при наличии только фоновой засветки, поступающей через первый 2 и второй 3 оптические входы устройства на фотоприемники 9, 10, электрические потенциалы на аноде и катоде светодиода 8 практически одинаковы. В этом случае электрическая схема оптрона представляет собой сбалансированный мост, в диагональ которого включен светодиод 8 (фиг. 1). Синхронное изменение интенсивности фоновой засветки на обоих оптических входах устройства, либо изменение величины напряжения питания устройства не приводят к изменению разности потенциалов между анодом и катодом светодиода 8 и он постоянно находится в выключенном состоянии.

Включить светодиод 8 можно как оптическим, так и электрическим способом. При поступлении на первый оптический вход 2 устройства включающего оптического сигнала сопротивление первого фотоприемника 9 уменьшается, что ведет к увеличению потенциала на аноде светодиода 8 и смещению последнего в прямом направлении. Светодиод 8 включается. Величина тока, протекающего через светодиод 8, определяет яркость его свечения и определяется значениями сопротивления первого фотоприемника 9 и второго резистора 12.

Часть излучения светодиода 8 выводится из корпуса 1 устройства через оптический вход 2, а часть поступает по внутреннему оптическому каналу на первый фотоприемник 9, который еще более уменьшает свое сопротивление и увеличивает, тем самым, ток через светодиод 8, поддерживая его во включенном состоянии и после прекращения действия внешнего включающего оптического сигнала.

При включении устройства электрическим путем на его первый электрический вход 4 подают электрический сигнал положительной полярности, который также приводит к смещению светодиода 8 в прямом направлении.

Выключение устройства (т. е. гашение светодиода 8) можно также осуществлять как оптическим, так и электрическим путем. Для этого необходимо подать либо выключающий оптический сигнал на второй оптический вход 3 устройства, либо положительный электрический потенциал на второй электрический вход 5 устройства. В обоих случаях это ведет к выравниванию потенциалов на аноде и катоде светодиода 8 и его гашению.

В описанном выше случае для оптического включения и выключения устройства может использоваться один и тот же управляющий оптический сигнал, но поступать он должен только через соответствующий оптический вход устройства (первый 2 либо второй 3). При попадании, например, оптического включающего сигнала одновременно на оба оптических входа 2, 3 не происходит включения устройства, так как данный сигнал воспринимается как фоновый.

Повысить надежность устройства в этом случае позволяет заявляемое устройство, изображенное на фиг. 2, использующее линейно поляризованные оптические сигналы в качестве управляющих. Поляризаторы 13, 14 с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации, установленные перед соответствующими фотоприемниками 9, 10, не изменяют работу устройства при фоновой засветке неполяризованным светом, однако при попадании линейно поляризованного управляющего сигнала на оба оптических входа 2, 3 устройства пропускают его только к одному фотоприемнику, реализуя требуемую функцию переключения.

Аналогично работает заявляемое устройство (фиг. 1), когда спектральные характеристики светодиода 8 и первого фотоприемника 9, совпадающие между собой, отличаются от соответствующей характеристики второго фотоприемника 10. Однако в данном случае оптическое переключение устройства будет осуществляться различными по спектру оптическими сигналами.

Если напряжение питания подавать не на третий 6, а на первый 4 электрический вход устройства, то светодиод 8 будет синхронно зажигаться, и его работа, в этом случае, практически не будет зависеть от оптических управляющих сигналов.

При встречно-параллельном включении к первому светодиоду 8 второго светодиода 15 (фиг. 3), оптически связанного с вторым фотоприемником 10, и с такой же, как у последнего спектральной характеристикой, в устройстве появляется дополнительное третье устойчивое состояние, при котором второй светодиод 15 горит, а первый светодиод 8 погашен.

Включение (выключение) второго светодиода 15 осуществляется оптическим либо электрическим сигналами, которые являются гасящими (включающими) для первого светодиода 8.

Источники информации 1. Пат. США N 4675518, МКИ G 01 J 1/32, опубл. 23.06.87.

2. Заявка Японии 60-187067, МКИ H 01 L 31/12, опубл. 24.09.85.

3. Пат. США N 5331659, МКИ⁶ H 01 S 3/19, опубл. 19.04.94.

Формула изобретения

1. Многофункциональный индикаторный оптрон, содержащий расположенные в корпусе первой и второй фотоприемники, оптически связанные соответственно с первым и вторым оптическими входами устройства и электрически соединенные между собой первыми входами, вторые входы первого и второго фотоприемников соединены соответственно с первым и вторым электрическими входами устройства; светодиод, оптически связанный с первым фотоприемником и первым оптическим входом устройства, катод светодиода соединен с вторым входом второго фотоприемника, отличающийся тем, что третий электрический вход устройства соединен с первыми входами первого и второго фотоприемников, анод светодиода соединен с вторым входом первого фотоприемника и через первый резистор с четвертым электрическим входом устройства, а катод светодиода через второй резистор соединен с четвертым электрическим входом устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фотоприемники оптически соединяются с оптическими входами устройства через соответствующие поляризаторы с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что спектральные характеристики светодиода и первого фотоприемника отличаются от спектральной характеристики второго фотоприемника.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что встречно параллельно с первым светодиодом включен второй светодиод, оптически связанный с вторым фотоприемником и с соответствующим ему оптическим входом устройства, причем спектральные характеристики второго светодиода и второго фотоприемника совпадают, а катод и анод второго светодиода соединены соответственно с первым и вторым электрическими входами устройства.

5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что в качестве фотоприемников используются фоторезисторы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3