Позиційно-чутлива матриця фоточутливих елементів

Позиційно-чутлива матриця фоточутливих елементів, фоточутливі елементи якої з'єднані у рядки та стовпці, елементи рядків і елементи сто 3 Завданням, яке вирішує корисна модель, є підвищення точності визначення оптичним координатором на базі такої матриці незалежно від форми, розміру та розподілу освітленості у світловій плямі, створюваній цим джерелом на матриці. Завдання вирішується тим, що у пропонованій позиційно-чутливій матриці фоточутливих елементів, як і у відомій, фоточутливі елементи з'єднані в рядки та стовпці, фоточутливі елементи рядків та стовпців матриці включені за сигналом паралельно. Новим у пропонованій позиційно-чутливій матриці фоточутливих елементів є те, що рядки матриці утворені фоточутливими елементами, з'єднаними паралельно за сигналом вздовж діагоналей, паралельних рядкам матриці, стовпці матриці утворені фоточутливими елементами, з'єднаними паралельно по сигналу вздовж діагоналей, паралельних стовпцям матриці та вписаними у ромбічні чарунки, що мають спільні з чарунками рядків сторони із діагоналями, паралельними до стовпців матриці. Сутність корисної моделі ілюструється малюнками, де на Фіг.1 - схема з'єднань фоточутливих елементів пропонованої позиційно-чутливої матриці, утвореної з фотодіодних елементів, на Фіг.2. представлена модель, що пояснює принцип нумерування елементів у матриці. Показана на Фіг.1 позиційно-чутлива матриця фоточутливих елементів працює наступним чином. Для простоти розгляду вважаємо, що фоточутливі елементи матриці являють собою увімкнені в режимі фотоструму фотодіоди, інформаційні виходи матриці з'єднані зі входами перетворювачів "струм - напруга", що мають нульовий вхідний опір, тобто Rвx = 0, напруга на виході перетворювача пропорційна струму на його вході, а світлова пляма з рівномірним розподілом освітленості має форму ромбу з розмірами діагоналей 2 х 2 діагоналі елемента матриці з діагоналями, паралельними до рядків і стовпців матриці, струмова чутливість фотодіодних елементів матриці однакова, а величина темпового струму дорівнює нулю. У наведеній на Фіг.2 моделі рядки та стовпці, утворені фоточутливими елементами матриці, розташованими у ромбічних чарунках. Фоточутливі елементи рядків матриці розташовані у вузлах на перетинах непарних рядків і парних стовпців. Фоточутливі елементи стовпців матриці розташовані на перетинах парних рядків і непарних стовпців. Таким чином, у рядках матриці розташовуються елементи, що відповідають умові а2i-1.2j, у стовпцях матриці розташовуються елементи, що відповідають умові а2i-1.2j, де i - номер рядка, j - номер стовпця згідно моделі, i=1...n, j=1...m, де n - кількість рядків, m - кількість стовпців матриці. Розмірність представленої матриці становить 2n х 2m. Величина фотоструму, що протікає через фотодіодний елемент і-го рядка j-го стовпця матриці, буде дорівнювати: I i,j = S×E×ai,j (1) де S - струмова чутливість фотодіодних елементів матриці; Е - освітленість у світловій плямі; 40278 4 ai,j - засвічена світловою плямою площа фотодіодного елемента і-го рядка j-го стовпця елемента матриці. У загальному випадку, при довільному положенні світлової плями розміром 2 х 2 елементи матриці на ній будуть засвічені 9 елементів. При цьому матриця засвічених світловою плямою фотодіодних елементів матриці матиме вигляд: æ 0 ... 0 0 0 ... 0 ö ÷ ç 0 ... 0 0 ... 0 ÷ ç ç ... ... ... ... ... ... ... ÷ ÷ ç ÷ ç ... ... ... ... ... ... ÷ ç q 0 ... 0 ÷ ç 0 ... 0 ÷ ç0 ... p ×q p(1 - q) ... 0 ÷ ç 2 1 1- p ... 0 ÷ (2) A = a ´ ç 0 ... p ç0 ... p × (1 - q ) (1- p ) × (1- q) ... 0 ÷ ÷ ç ç 0 ... 0 1- q 0 ... 0 ÷ ÷ ç ... ... ... ... ... ÷ ç ... ç ... ... ... ... ... ... ... ÷ ÷ ç ... 0 0 ... 0 ÷ ç0 ç 0 ... 0 0 0 ... 0 ÷ ø è 2 де а - площа одного фоточутливого елемента матриці; р - доля площі елемента матриці і-го рядка j-го стовпця, засвіченої світловою плямою, 0 < р £ 1; q - доля площі елемента (і-2)-ї рядка (j+2)-гo стовпця матриці, засвіченого світловою плямою, 0 < q £ 1; і, j - номер рядка і номер стовпця першого зліва засвіченого елемента матриці. Оскільки фотодіоди, що є елементами кожного непарного рядка матриці і фотодіоди кожного непарного стовпця увімкнені у відповідних їм рядках чи стовпцях за сигналом паралельно, тобто їх фотоструми сумуються, величини струмів на відповідних інформаційних виходах матриці будуть описуватися виразами (3), (4). m Iвих = l åI 2l - 1.2r , (3) r =1 n Iвих = k åI , (4) 2k, 2 q-1 q =1 ці. де m - кількість рядків матриці; n - кількість стовпців матриці; l = 1, 2, 3,..., n - номер виводу рядка матриці, k = 1, 2, 3,..., m - номер виводу стовпця матри Ці сумарні вихідні струми подаються на входи перетворювачів "струм - напруга", на виходах яких формуються пропорційні їх величинам напруги, що на компараторах порівнюються з порогами виявлення. Код на виходах компараторів відповідає положенню світлової плями на матриці, тому за допомогою шифратора код легко і з мінімальними апаратними затратами перетворюється у код кутових координат джерела опромінення, які необхідно визначити. По матриці засвічених площ фоточутливих елементів (2) добре видно, що при довільному положенні світлової плями на матриці завжди 5 знайдеться не менше одного ненульового вихідного сигналу (3), що несе інформацію про приналежність засвічених фоточутливих елементів до відповідного рядка матриці, і одного ненульового вихідного сигналу (4), який несе інформацію про належність засвічених фоточутливих елементів до відповідного стовпця матриці. Тому використання пропонованої позиційно-чутливої матриці фоточутливих елементів дозволяє визначити одночасно обидві кутові координати джерела оптичного випромінювання. Зазначимо також, що по тій же матриці засвічених площ фоточутливих елементів (2) добре видно, що щонайменше один сумарний вихідний сигнал формується внаслідок засвічення світловою плямою площі фоточутливих елементів, 40278 6 не меншої, ніж площа одного елемента матриці. Особливість топології пропонованої матриці, яка полягає у тому, що фоточутливі елементи вписуються у ромбічні чарунки, дозволяє забезпечити однакову точність визначення координат положення світлової плями на матриці у напрямку рядків та стовпців для випадку, коли пляма має відмінну від круглої, наприклад, еліптичну, форму, для чого достатньо відповідним чином підібрати співвідношення між діагоналями фоточутливих елементів матриці пропорційно до відповідних осей утвореної на матриці плями, таким чином технічне рішення, що пропонується може знайти широке використання в області фотоприймальних пристроїв. 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 40278 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601