NL8403331A

NL8403331A - Elektronische keten voor het bepalen van de positie van een lichtspot op een positiegevoelige detector.

Info

Publication number: NL8403331A
Application number: NL8403331A
Authority: NL
Original assignee: Optische Ind De Oude Delft Nv
Priority date: 1984-11-02
Filing date: 1984-11-02
Publication date: 1986-06-02
Also published as: US4687920A; DE3578208D1; KR900004881B1; EP0188827A1; KR860004304A; JPS61112979A; JPH0746140B2; EP0188827B1

Description

Ê' VO 6501

Elektronische keten voor het bepalen van de positie van een lichtspot op een positiegevoelige detector.

De uitvinding heeft betrekking op een elektronische keten vaar iet bepalen van de positie van aén door een lichtbron opgewekte lichtspot op een positiegevoelige detector met een middencontact en twee andcontacten.

Sedert enige tijd zijn positiegevoelige detectoren verkrijg-5 baar die bestaan uit een langwerpig lichaam waarop een fotoce^celige laag is aangebracht met onder die laag een weerstandsbaan- Wanneer een lichtspot de fotogevoelige laag treft ontstaat een geleidende baan tussen de trefp laats van de lichtspot en de onderliggende weerstandsbaan. De detector is voorzien van een middencontact voor het aanleggen 10 van een spanning aan de fotogevoelige laag en van eindcontacten die elk in verbinding staan met één van de uiteinden van de weerstandsbaan. Ter plekke van de trefplaats van de lichtspot zal vanuit het middencontact stroom, naar de weerstandsbaan vloeien en zich daar afhankelijk van de grootte van de respectieve weerstanden verdelen in een stroom 15 naar het ene eindcontact en een stroom naar het andere eindcontact.

De grootte van deze stromen is afhankelijk van de grootte van de weerstand langs de beide banen en derhalve afhankelijk van de trefplaats van de lichtspot.

Aangezien de totale weerstandswaarde van de weerstandsbaan 20 bekend en constant is, kan informatie omtrent de trefplaats verkregen worden door de grootte van de beide deelstromen te bepalen, door vervolgens de som en het verschil van deze stromen te bepalen en dit verschil door de som te delen.

Een bezwaar van de bekende elektronische keten voor het bepalen 25 van de positie van een lichtspot op een positiegevoelige detector is dat in deze keten eerst de som en het verschil van de stromen bepaald moet worden en vervolgens een deling moet worden uitgevoerd. Dit vraagt niet alleen extra componenten maar beïnvloedt tevens de nauwkeurigheid van de meting nadelig, waarbij in het bijzonder bij de deling een 30 relatief grote fout op kan treden.

De uitvinding beoogt dit probleem op te lossen en voorziet hiertoe in een inrichting van voornoemde soort waarbij voorzien is in middelen om de aan het middencontact van de positiegevoelige detector toegevoerde stroom constant te houden, welke middelen organen omvatten 84 0 33 3 1 ή. - ΐ -2- voor het meten van de stroom en organen om variaties in deze stroom te compenseren door de lichtsterkte van de lichtbron te sturen.

Indien overeenkomstig de uitvinding de grootte van de stroom die via het fotogevoelige oppervlak van de detector naar de weerstands-5 baan vloeit constant gehouden wordt, is het· voor het bepalen van de positie van de trefplaats van de lichtspot op de detector niet langer nodig om de som en het verschil van beide deelstromen te bepalen, noch om het quotiënt van deze beide waarden te berekenen. Informatie omtrent de grootte van één van beide stromen geeft immers reeds voldoende in-10 formatie omtrent, de positie van de trefplaats, omdat de som van de stromen constant is.

Een probleem bij het constant hpuden van de stroom is echter dat deze afhankelijk is van de- sterkte van de lichtspot op de detector. In het bijzonder wanneer de positiegevoelige detector wordt toegepast 15 in een hoekdetector treden hierdoor problemen op. Ook hiervoor biedt de uitvinding een oplossing·.

Om de hoekstand van een draaibaar orgaan, bijvoorbeeld een as, te bepalen kan met deze as een spiegel verbonden worden en via een lichtbron een lichtbundel, naar deze spiegel gezonden worden, welke 20 lichtbundel weerkaatst wordt naar een positiegevoelige detector. De plaats waar de gefocusseerde lichtbundel de positiegevoelige detector treft is dan een maat voor de positie of hoekstand van de- spiegel en dus de hoekstand van de as. De diameter van de lichtspot kan echter ten gevolge van variaties in de weglengte variëren over de lengte van 25 de positiegevoelige detector, zodat deze diameter bijvoorbeeld groter kan zijn nabij het midden dan nabij de uiteinden, waardoor de totale stroom die via de fotogevoelige laag van de positiegevoelige detector naar de weerstandsbaan vloeit varieert. Volgens de uitvinding worden echter variaties in de totale stroom die naar de positiegevoelige 30 detector vloeit gedetecteerd en benut om de sterkte van de lichtbron te regelen, zodat onafhankelijk van de positie van de lichtspot op de positiegevoelige detector de totale stroom constant gehouden kan worden.

Het is ook mogelijk om hetzij de positiegevoelige detector 35 hetzij de lichtbron te verbinden met het draaibare orgaan, terwijl dan respectievelijk de lichtbron of de positiegevoelige detector vast is 84 0 33 3 1 ft i ' =--3- opgesteld in sen gestel ten opzichte waarvan het draaibare orgaan beweegt e.e.a. zodanig dat de lichtbron de positiegevoelige detector rechtstreeks bestraalt zonder tussenkomst van bijvoorbeeld een spiegel of ander reflecterend oppervlak.

3 De keten volgens de uitvinding zal in het hiernavolgende nader worden beschreven aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld onder verwijzing naar de tekening, hierin toont: fig. L het elektronische schakelschema van de keten volgens de uitvinding; 10 fig. 2 een inrichting voor het meten van de hoekstand van een as waarbij de keten volgens de uitvinding kan worden toegepast; fig- 3 een andere uitvoeringsvorm van een inrichting voor het meten van de hoekstand van een as; en fig. 4 weer een andere uitvoeringsvorm van een inrichting voor 15 het meten vein de hoekstand van een as.

In fig- 1 is met verwijzingscijfer l een positiegevoelige detector aangegeven, die bijvoorbeeld een detector van het type S1352 dat wordt uitgebracht door de Hamamatsu. Corp- kan zijn-* Sen dergelijke detector is voorzien van een middencontact 2 en respectieve eindcon-20 tacten 3 en 3'. Tijdens gebruik wordt naar de detector een lichtbundel gericht vanuit een lichtbron 4, waarbij het fotogevoelige oppervlak van de detector op de plaats waar het licht dit oppervlak treft geleidend wordt, zodat een stroom I vanuit aansluitcontact 2 naar respectievelijk contact 3 en 3' kan vloeien. Tussen de contacten 3 en 3' is 25 een weerstandsbaan met een constante weerstandswaarde aanwezig en de plaats waar het licht de detector treft is bepalend voor de grootte van de stroom die naar het contact 3 en de stroom die naar het contact 3’ vloeit.

Zo zal, wanneer het licht het detectoroppervlak treft nabij 30 contact 3, vrijwel alle stroom naar contact 3 vloeien, omdat tussen de treftplaats van het licht en contact 3 een baan met een lage weerstand aanwezig is, terwijl naar contact 3' vrijwel geen stroom zal vloeien omdat tussen de trefplaats en dit contact een baan met een hoge weerstand aanwezig is. De verdeling van de stroom I in de stromen 1^ en 35 wordt dus bepaald door de trefplaats van het licht op het detectoroppervlak en door deze stromen te meten kan informatie omtrent de trefplaats verkregen worden omdat de totale weerstand van de baan tussen 8403331' -4-

V

de contacten 3 en 3' bekend en constant is.

Indien, overeenkomstig de uitvinding, de stroom I constant gehouden wordt, is het voldoende om slechts één van de stromen 1^ en I0 te meten om voldoende informatie omtrent de trefplaats van de licht-5 bundel te verkrijgen.

Volgens het. uitvoeringsvoorbeeld wordt derhalve de stroom I constant gehouden, de stroom afgevoerd naar aarde en de stroom 1^ toegevoerd aan operationele versterker 5 die teruggekoppeld is via een weerstand 6. Aan de uitgangsklem 7 van versterker 5 ontstaat een span-10 ning Uq die een maat is voor de grootte van 1^, welke spanning op een aan vakmensen bekende wijze verwerkt kan worden om de positie van de trefplaats van een lichtbundel op de positiegevoelige detector 1 aan te geven.

Aan de positiegevoelige detector 1 wordt vanuit een gelijk-15 spanningsbron 80 via een weerstand 9 stroom toegevoerd. De spanning over weerstand 9 wordt gemeten en constant gehouden via een terugkoppellus, zodat de stroom I, die naar de positiegevoelige detector 1 vloeit constant is. De terugkoppellus is als volgt opgebouwd.

Uit de- gelijkspanningsbron 8 wordt een referentiespanning af-20 geleid door de gelijkspanning door middel van twee weerstanden 10 en 11 te delen. De op het verbindingspunt van deze weerstanden aanwezige referentiespanning wordt toegevoerd aan één ingang van een door middel van een terugkoppelcondensator 13 als integrator geschakelde operationele versterker 12. De andere ingang van de operationele versterker 12 25 is verbonden met het verbindingspunt tussen weerstand 9 en het midden-contact van de positiegevoelige detector 1.

Variaties in. de spanning over weerstand 9 worden, door de als. integrator geschakelde operationele versterker 12 via een weerstand 14 toegevoerd aan een door middel van een terugkoppelweerstand 15 als-30 versterker geschakelde operationele versterker 16. De versterkte uit-gangsspanning van operationele versterker 16 wordt via een weerstand 17 toegevoerd aan een transistor 18, die in een gemeenschappelijke emittorschakeling verbonden is. In de collectorleiding van transistor 18 is de lichtbron 4, in de vorm van een lichtgevende diode opgenomen, 35 waarvan de anode verbonden is met een geschikte positieve voedings- spanningsbron en de kathode met de collector van transistor 18.

8403331 V ' -5-

De als integrator geschakelde operationele versterker 12 dient voor het stabiliseren van de terugkoppellus en zorgt tevens voor het onderdrukken van ruis.

Indien nu de stroom I door weerstand 9 varieert ten gevolge 5 van variaties in de positie van de trefplaats van de lichtbundel van de lichtemitterende diode 4 op de positiegevoelige detector worden deze variaties gemeten en benut om de sterkte van de lichtbundel van led 4 te sturen, zodat de stroom I toch constant blijft.

Set zal duidelijk zijn dat dankzij de uitvinding een zeer een-10 voudige keten verkregen wordt om met behulp van een positiegevoelige detector de positie van de trefplaats van een lichtspot op een dergelijke detector te bepalen, waarbij de nauwkeurigheid van de meting niet wordt beïnvloed door variaties in de sterkte van de lichtspot. Bovendien is het verkregen meetresultaat nauwkeuriger omdat geen quotiënt 15 meer bepaald behoeft te worden,· maar een van de deelstromen, in het uitvoeringsvoorbeeld I , door middel van een operationele versterker zeer nauwkeurig omgezet kan worden in een uitgangsspanning die een maat is voor de positie van de lichtspot op de detector.

In fig- 2 is een. inrichting weergegeven waarmee de hoekstand 20 van een as 21 kan worden gemeten. Een lichtbron 22, zoals een lichtemitterende diode zendt een lichtbundel 23 uit. Een enkelvoudige lens 24 focusseert de bundel 23 op de in dwarsdoorsnede weergegeven positiegevoelige detector 25 via een spiegel 26. De spiegel 26 is in de as 21 gemonteerd. De lichtbron 22 en de positiegevoelige detector 25 zijn 25 vast gemonteerd in een niet weergegeven gestel ten opzichte waarvan de as 21 draaibaar is. De as 21 voert een heen- en weergaande draai-beweging uit zoals schematisch is aangegeven met de pijl A. De positiegevoelige detector 25 strekt zich in lengterichting uit in een richting loodrecht op het vlak van tekening. Daardoor verandert de positie 30 van de gefocusseerde bundel 23 op de positiegevoelige detector 25 ais de hoekstand van de as 21 verandert. Door middel van de elektronische keten die is weergegeven in fig. 1 -is nu steeds de hoekstand van de as 21 met grote nauwkeurigheid bekend. Deze hoekmeetinrichting is ondanks de bereikte grote nauwkeurigheid bijzonder klein van afmetingen, in 35 een praktische uitvoeringsvorm 4 x 4 x 2 cm exclusief de elektronische keten.

' 0 33 3 1 -6- w

In fig. 3 is een tweede uitvoeringsvorm weergegeven voor het meten van de hoekstand van de as 21. Aan de as 21 is een plateau 27 bevestigd waarop de positiegevoelige detector 25 is gemonteerd. De lichtbron 22 is ingericht voor het uitzenden van een gecollimeerde 5 bundel licht 23. Bij verandering van de hoekstand van de as 21 verandert de positie waar de bundel 23 de positiegevoelige detector 25 treft. De desbetreffende positie wordt bepaald met de elektronische keten volgens fig. 1 en via de uitgangsklem 7 doorgegeven aan een op zich bekende weergeefinrichting of regelinrichting voor het instellen 10 van de as 21.

In fig. 4· tenslotte is schematisch nog een verdere uitvoeringsvorm weergegeven. Aan de as 21 is een stang 28 gekoppeld. De stang 28 is schuif- en draaibaar verbonden met een stang 29 die in fig. 4 in horizontale richting heen en weer kan bewegen evenwijdig aan de lengte-15 richting van de positiegevoelige detector 25. Aan de stang 29 is een spiegel 26 bevestigd. Sen lichtbron 22 zendt een bundel 23 van gecolli-meerd. licht uit evenwijdig, aan de as van de stang 29. De spiegel 26 reflecteert de bundel 23 naar de positiegevoelige detector 25. Bij verandering van de hoekstand van de as 21 verandert de hoekstand van de 20 stang 28 en daardoor- de positie van de stang- 29, de spiegel 26 en de positie waar de bundel 23 de positiegevoelige detector 25 treft. De laatstgenoemde positie wordt evenals bij de voorgaande uitvoeringsvormen bepaald met behulp van de elektronische keten volgens fig. 1 en via de uitgangsklem 7 doorgegeven aan de daarop aangesloten meet-, 25 regel— of weergeefinrichting.

J40 33 3 1

Claims

1. Elektronische keten voor het bepalen van de positie van een door een lichtbron opgewekte lichtspot op een positisgevoelige detector met een middencontact en twee eindcontacten, met het kenmerk, dat voorzien is in middelen om de aan het middencontact van de positiegevoelige 5 detector toegevoerde stroom constant te houden, welke middelen organen omvatten voor het meten van de stroom en organen om variaties in deze stroom te compenseren door de lichtsterkte van de lichtbron te sturen.

2. Keten volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de organen voor het meten van de stroom en het compenseren van variaties in deze 10 stroom een weerstand omvatten, door welke de stroom vloeit, en een in cascade verbonden integratorketen en versterkerketen die de spannings-val over de weerstand kunnen omzetten in een stuursignaal voor de lichtbron.

3. Keten volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het ge-1S deelta van de stroom dat naar één eindcontact van de positiegevoelige detector vloeit een maat is voor de positie van de lichtspot op de detector.

4. Keten volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat voorzien is . in een versterkerketen om de deelstroom om te zetten in een uitgangs- 20 spanning.

5. Keten volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat het andere eindcontact met de aardpotentiaal verbonden is.

6. Inrichting voor het meten van de hoekstand van een draaibaar orgaan gekenmerkt door een elektronische keten volgens één der voor- 25 gaande conclusies en door middelen voor het variëren van de positie van de lichtspot op de positiegevoelige detector in afhankelijkheid van de hoekstand van het draaibare orgaan.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de lichtbron en de positiegevoelige detector plaatsvast zijn aangebracht in 30 een gestel ten opzichte waarvan het draaibare orgaan draaibaar is en dat een spiegel beweegbaar met het draaibare orgaan is verbonden om het van de lichtbron afkomstige licht op de positiegevoelige detector te reflecteren.

8. Inrichting volgens conclusie 7, waarbij het draaibare orgaan een 35 as is, met het kenmerk, dat de spiegel op de as is gemonteerd. 8403331