При малых углах рассогласования выходные сигналы пропорциональны со-ставляющим елинейность в эти

угла рассогласования: tbix г ~ Ф^; /вых у ~ Фу Некоторую

зависимости вносит неравномерное распределение энергети-

Ub*Uc

(Ua*Ub)-IUc*V )

Uc + Uj,

Рис. 5.57. Функциональная схема выделения сигнала рассогласования в координаторе с квадрантным приемником

ческой освещенности в изображении объекта, которое для точечного источника излучения описывается формулой

где Ji -

функция Бесселя первого порядка; ц - к -т^; k - параметр, характеризующий объектив; I - расстояние от оптической оси до точки, в которой определяется энергетическая освещенность.

На линейность характеристики координатора , влияет также форма изображения объекта. Оба эти обстоятельства необходимо учитывать при расчете прецизионных координаторов.

Большое распространение в оптических следящих системах

Рис. 5.58. Оптическая схема координатора с четырехгранной пирамидой:

/ - объектив; 2 - зеркала; 5 - пирамида; 4 - вспомогательная пирамида; 5 - квадрантный приемник излyчtния

получили координаторы, действие которых основано на разделении лучистого потока при помощи четырехгранной пирамиды. В таких координаторах лучистые потоки, отраженные от граней пирамнды(рнс. 5 58) попадают на две пары чувствительных элементов (фоторезисторы, фотодиоды, фотоумножители), включенных в мостовые схемы. На рис. 5.59, а показана вершина светоделительной иирамиды, наблюдаемая с входного зрачка, и расфокусированное изображение объекта в виде круглого пятна. Если центр пятна смещается относительно вершины пирамиды, нанример, вдоль осн i/, то лучистый поток на одном из приемников излучения возрастает, а на противоположном - уменьшается.

Сигнал, вырабатываемый мостовой схемой, пропорционален разности площадей ASy двух заштрихованных секторов [18]:

371/4

AS = Si - = ( j Sin Ф ]/р^ sin Ф + - dO-

7it/4

- J Sin Ф /f

Р^51П2Ф + р1(1Ф

где р^ - смещение изображения относительно вершины пирамиды; do - диаметр изображения. График зависимости ASy/Sg = / (р^/го) изображен на рис. 5.59, б.

Основной недостаток координатора- малая стабильность нуля и зависимость величины зоны нечувствительности от качества изготовления граней пирамиды.

Рассмотрим координатор, использующий явление полного внутреннего .отражения и пригодный для работы в ближней инфракрасной области спектра [55]. Основным элементом координатора является стеклянная призма (рис. 5.60, а). Углы при ее основании выбраны так, что лучи, падающие нормально к нему, попадают на боковые грани под критическим углом и испытывают полное внутреннее отражение. Незначительная часть лучей вследствие немонохроматичности падающего излучения попадает на

So 0.2

Ряс. 5.59. Вершина светоделительной пирамиды, наблюдаемая с входного зрачка (о), и график зависимости ASy/Sf, = / (р^/Го):

t - грани пирамиды; 2 - изображение объекта, расположенного на оси коордийатора; 3 - изображение смещенного объекта

о 0,1 0,2 Рч

приемники излучения. Так как приемники включены в мостовую схему, ее можно отбалансировать таким образом, чтобы выходной сигнал был равен нулю, когда оптическая ось координатора совпадает с направлением на объект-

Если направления лучей образуют некоторый угол с оптической осью координатора (в плоскости чертежа), угол их падения на одну из боковых граней призмы станет меньше критического, в результате чего часть потока

яопадет на соответствующий приемник излучения и вызовет сигнал на выходе мостовой схемы. Величина этого сигнала пропорциональна углу рассогласования, а полярность определяется направлением отклонения лучей относительно оптической оси.

Наибольшую точность такой координатор имеет при работе с монохроматическим излучателем (например, в случае подсвета объекта лазерным излучением), так как критический угол зависит от длины волны падающего излучения.

Используя законы распространения оптического излучения при прохождении границы раздела двух сред, получаем следующую формулу для относительной величины выходного сигнала координатора при малых- углах рассогласования:

= 8,71 1/ф,

где ф - угол рассогласования, рад.

График этой зависимости показан на рис. 5.60. б.

Особенностью рассмотренного координатора является то, что в нем отсутствует оптическая система, формирующая изображение объекта.

Ю ирад 0.25-

Рис. 5.60. К пояснению принципа действия координатора основанного на явлении полного внутреннего отражения (а) и график зависимости /макс = / (ф) ()-/ - стеклянная призма; 2 - приемники излучения

Координаторы с полупроводниковыми приемниками

Наиболее простой координатор, принадлежащий к этой группе, основан на использовании приемника излучения с продольным фотоэффектом. Такой приемник представляет собой пластину германия (или какого-либо другого полупроводника) с контактами расположенными по осям симметрии (рис. 5.61, о). При попадании изображения объекта 2 на приемник, между противоположными контактами возникает разностьпотенциалов, величина которой зависит от смещения центра изображения относительно центра приемника, а знак определяется направлением этого смещения. Если изображение объекта находится в центре приемника, разность потенциалов между противоположными контактами равна нулю.

При смещений изображения, например вдоль оси г, разность потенциалов выражается зависимостью

иг = kF In

d + z d - z

(5.12)

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от проводимости материала и толщины полупроводникового перехода; F падающий лучистый поток; 2d - расстояние между контактами; z - отклонение изображения от центра приемника.

График зависимости Uz = f(zjd) показан на рис. 5.61, б. Для малых перемещений (z<d) уравнение (5.12) приводится к линейной зависимости: