устройство для определения параметров оптического сигнала

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА, содержащее источник постоянного напряжения, цепочку из M фотодиодов, соединенных последовательно и согласно, первый операционный усилитель и первый резистор, вход первого операционного усилителя через первый резистор соединен с шиной нулевого потенциала и анодом последнего фотодиода цепочки, при этом катод первого фотодиода цепочки подключен к положительному полюсу источника постоянного напряжения, отличающееся тем, что в него введены 2M-1 цепочек, каждая из которых состоит из M фотодиодов, соединенных последовательно и согласно, причем цепочки с первой по M-ю являются столбцами матрицы фотодиодов, а цепочки с M+1-й по 2M-ю являются строками матрицы фотодиодов, образуя M² ячеек матрицы фотодиодов, причем каждая ячейка содержит дополнительный фотодиод, 2M-1+M² резисторов, 2M-1+M² операционных усилителей, два блока выделения минимума, блок выделения максимума, два дешифратора, три сумматора, вычитатель, делитель, M+M² схем И, катоды всех дополнительных диодов и катоды первых фотодиодов с второй по 2M-ю цепочек соединены с положительным полюсом источника постоянного напряжения, а аноды всех дополнительных фотодиодов и последних фотодиодов с 2-й по 2M-ю цепочек через соответствующие резисторы подключены к шине нулевого потенциала, аноды последних фотодиодов цепочек, образующих столбцы матрицы фотодиодов, через соответствующие с первого по M-й операционные усилители подключены к входам первого блока выделения минимума и к первым входам соответствующих с первой по M-ю схем И, вторые входы которых соединены с выходами первого дешифратора, а выходы подключены к входам первого сумматора, выход последнего соединен с вычитающим входом вычитателя и с первым входом третьего сумматора, аноды последних фотодиодов цепочек, образующих строки матрицы фотодиодов, через соответствующие с (M+1)-го по 2M-й операционные усилители соединены с входами второго блока выделения минимума, аноды всех дополнительных фотодиодов соединены с входами соответствующих с (2M+1)-го по (2M+M²)-й операционных усилителей, выходы которых подключены к входам блока выделения максимума и к первым входам соответствующих с (M+1)-й по (M+M²)-ю схем И, вторые входы которых соединены с выходами второго дешифратора, а выходы подключены к входам второго сумматора, выход последнего соединен с суммирующим входом вычитателя и с вторым входом третьего сумматора, выходы первого блока выделения минимума и блока выделения максимума соединены с входами соответственно первого и второго дешифраторов, а выходы третьего сумматора и вычитателя подключены к входам делителя, выход которого, а также выходы блоков выделения максимума и минимума являются выходами устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в оптоэлектронных устройствах обработки информации.

Известны различные устройства для определения параметров оптического сигнала, например устройство [1], для определения координат и величины максимума распределения средней по времени интенсивности светового потока содержащее матрицу пороговых фотоприемников, источник импульсных напряжений, резисторы. Фотоприемники выполнены на элементах с запоминанием заряда на p-n-переходах с тремя выводами, два из которых подключены через координатные резисторы соответственно к горизонтальной и вертикальной шинам матрицы, третьи соединены через общий резистор с импульсным источником напряжения, второй выход которого подключен к координатным резисторам.

Недостатком этого устройства является невозможность определения контрастности оптического изображения.

Наиболее близким к предполагаемому устройству является селектор минимального сигнала [2] , содержащий N преобразователей входного напряжения в ток, N дифференциальных оптронов, операционный усилитель, токозадающий резистор и источник постоянного напряжения. Принцип действия селектора основан на том, что в цепочке последовательно-согласно включенных фотодиодов дифференциальных оптронов фототок линейно зависит от минимального из всех световых потоков, подающих на фотодиоды. На выходе селектора таким образом формируется сигнал, пропорциональный минимальному световому потоку, падающему на цепочку фотодиодов.

Недостатком прототипа является невозможность определения контрастности оптического изображения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет определения контраста оптического изображения.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит фотодиоды 111-1mm столбца матрица, фотодиоды 211-2mm строки матрицы, дополнительные фотодиоды 311-3mm, источник 4 постоянного напряжения, токозадающие резисторы 51-5m, токозадающие резисторы 611-6mm, операционные усилители 71-7m, 81-8m, 911-9mm, блоки 10, 11 выделения минимума, блок 12 выделения максимума, дешифраторы 13, 14, схемы И 151-15m, сумматор 16, схемы И 1711-17mm, сумматоры 18, 19, вычитатель 20, делитель 21.

Фотодиоды 1 матрицы соединены последовательно и согласно в М столбцов по М штук, фотодиоды 2 матрицы соединены последовательно и согласно в М строк по М штук, причем катоды всех первых фотодиодов строк и столбцов, а также катоды всех фотодиодов 3 соединены с положительным полюсом источника 4 постоянного напряжения. Аноды последних фотодиодов 1 и 2 столбцов и строк, а также всех фотодиодов 3 через токозадающие резисторы 5 и 6 соединены с шиной нулевого потенциала. Аноды последних фотодиодов 1 столбцов соединены с входами первых операционных усилителей 7, аноды последних фотодиодов 2 строк - с входами вторых операционных усилителей 8, а аноды всех фотодиодов 3 - с входами третьих операционных усилителей 9. Выходы первых операционных усилителей 7 соединены с входами первого блока 10 выделения минимума, выходы вторых операционных усилителей 8 - с входами второго блока 11 выделения минимума, а выходы третьих операционных усилителей 9 - с входами блока 12 выделения максимума. При этом выходы первого блока 10 выделения минимума и блока 12 выделения максимума соединены с входами первого и второго дешифраторов 13 и 14 соответственно. Выходы первого дешифратора 13 подключены к первым входам схем И 15, а к их вторым входам подключены выходы первых операционных усилителей 7. Выходы второго дешифратора 14 подключены к первым входам схем И 17, а к вторым входам этих схем подключены выходы третьих операционных усилителей 9. Выходы схем И 15 подключены к входам первого сумматора 16, выходы схем И 17 - к входам второго сумматора 18. Выход первого сумматора 16 подключен к первому входу третьего сумматора 19 и к первому входу вычитателя 20, а выход второго сумматора 18 подключен к вторым входам третьего сумматора 19 и вычитателя 20. Выходы третьего сумматора 19 и вычитателя 20 соединены с входами делителя 21. Выход делителя 21, а также выходы блоков 10, 11 выделения минимума и блока 12 выделения максимума являются выходами устройства. Расстояние между каждым и соответствующими первыми, вторыми и третьими фотодиодами матрицы должно быть меньше, чем расстояние между соседними фотодиодами. Это обеспечивается или интегральным исполнением, или расположением первых, вторых фотодиодов матрицы и фотодиодов блока максимума в одном корпусе.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Световой поток, подлежащий анализу, падает на матрицу фотодиодов. В силу того, что расстояние между первыми, вторыми и третьими фотодиодами матрицы меньше, чем расстояние между соседними тройками фотодиодов, можно считать, что на каждую тройку фотодиодов падает световой поток равной интенсивности. Выполнение этого условия можно всегда осуществить путем соответствующего уменьшения размеров чувствительных площадок фотодиодов. Та пара фотодиодов 1 и 2 матрицы, на которую падает минимальный световой поток, обеспечивает протекание через соответствующие цепочки фотодиодов в строках и столбцах минимального тока.

Сигналы с выходов операционных усилителей 7 и 8 поступают на соответствующие блоки выделения минимума. Тот фотодиод 3, на который падает максимальный световой поток, обеспечивает протекание максимального фототока. Сигналы с выходов операционных усилителей 9 поступают на входы блока 12 выделения максимума. Так как величина минимального сигнала одинакова в строках и столбцах, то для определения контрастности изображения используют сигналы столбцов. На выходе блоков 10 и 11 выделения минимума формируется цифровой код, соответствующий номеру столбца и номеру строки фотодиодов, на которые падает минимальный световой поток. На выходе блока 12 выделения максимума формируется цифровой код, соответствующий номеру фотодиода 3, в цепи которого ток максимален, т.е. соответствует тройке фотодиодов, на которую падает максимальный световой поток. Цифровой код с блока 10 выделения минимума и блока 12 выделения максимума подается на дешифраторы 13 и 14 соответственно. Сигналы с выхода дешифратора 13 поступают на первые входы схем И 15 и открывают ту из них, которая соответствует столбцу с минимальным сигналом, а на вторые входы схем И 15 поступают сигналы с выходов операционных усилителей 7. Таким образом минимальный сигнал с выхода одного из операционных усилителей 7 через одну из схем И 15 и через первый сумматор 16 поступает на первые входы третьего сумматора 19 и вычитателя 20. Сигналы с выхода дешифратора 14 открывают одну из схем И 17, которая соответствует цепочке одного из фотодиодов 3, на который падает максимальный световой поток. Таким образом максимальный сигнал с выхода одного из операционных усилителей 9 через одну из схем И 17 и через второй сумматор 18 поступает на вторые входы третьего сумматора 19 и вычитателя 20. На выходе третьего сумматора 19 получается сигнал, соответствующий сумме минимального и максимального сигналов, а на выходе вычитателя - разности минимального и максимального сигналов. Эти сигналы поступают на вход делителя 21. В делителе вычисляется отношение разности этих сигналов к их сумме и на выходе получается величина, пропорциональная контрастности оптического изображения. На выходе блоков 10 и 11 выделения минимума сигналы определяют координаты минимального светового потока, на выходе блока 12 выделения максимума - координаты максимального светового потока.

Устройство может быть выполнено с использованием современной элементной базы - операционных усилителей, дешифраторов, логических элементов.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает расширенными функциональными возможностями и позволяет наряду с определением координат минимума и максимума оптического сигнала определять контрастность оптического изображения.