Многофункциональный индикаторный оптрон

(71) Заявитель Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Многофункциональный индикаторный оптрон, содержащий расположенные в корпусе первый и второй фотоприемники, оптически связанные соответственно с первым и вторым оптическими входами оптрона и электрически соединенные между собой первыми входами, вторые входы первого и второго фотоприемников соединены соответственно с первым и вторым электрическими входами оптрона, светодиод, оптически связанный с первым фотоприемником и первым оптическим входом оптрона, катод светодиода соединен со вторым входом второго фотоприемника, отличающийся тем, что третий электрический вход оптрона соединен с первыми входами первого и второго фотоприемников, анод светодиода соединен со вторым входом первого фотоприемника и через первый резистор - с четвертым электрическим входом оптрона, а катод светодиода через второй резистор соединен с четвертым электрическим входом оптрона. 2. Оптрон по п. 1, отличающийся тем, что фотоприемники оптически соединены с оптическими входами оптрона через соответствующие поляризаторы с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. 3. Оптрон по п. 1, отличающийся тем, что спектральные характеристики светодиода и первого фотоприемника отличаются от спектральной характеристики второго фотоприемника. 4. Оптрон по п. 1, отличающийся тем, что встречно параллельно с первым светодиодом включен второй светодиод, оптически связанный со вторым фотоприемником и с соответствующим ему оптическим входом оптрона, причем спектральные характеристики второго светодиода и второго фотоприемника совпадают, а катод и анод второго светодиода соединены соответственно с первым и вторым электрическими входами оптрона. 5. Оптрон по любому из пп. 1, 2, 3, 4, отличающийся тем, что в качестве фотоприемников использованы фоторезисторы. 4463 1 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 оптрона,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 оптроне, содержащем расположенные в корпусе первый и второй фотоприемники, оптически связанные соответственно с первым и вторым оптическими входами оптрона и электрически соединенные между собой первыми входами, вторые входы первого и второго фотоприемников соединены соответственно с первым и вторым электрическими входами оптрона, светодиод, оптически связанный с первым фотоприемником и первым оптическим входом оптрона, причем катод светодиода соединен со вторым входом второго фотоприемника третий электрический вход оптрона соединен с первыми входами первого и второго фотоприемников, анод светодиода соединен со вторым входом первого фотоприемника и через первый резистор - с четвертым электрическим входом оптрона, катод светодиода через второй резистор соединен с четвертым электрическим входом оптрона. Для эффективного решения поставленной технической задачи фотоприемники оптически соединяются с оптическими входами оптрона 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 со вторым фотоприемником и соответствующим ему оптическим входом оптрона, причем спектральные характеристики второго светодиода и второго фотоприемника совпадают, а катод и анод второго светодиода соединены соответственно с первым и вторым электрическими входами оптрона. Для эффективного решения поставленной технической задачи в качестве фотоприемников используются фоторезисторы. Повышение надежности работы оптрона в предлагаемом изобретении достигается за счет уменьшения влияния на работу оптрона 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 оптрона. 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 оптрона 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, заявляемый оптрон представляет собой бистабильный индикаторный оптрон, переключаемый из одного устойчивого состояния в другое как оптическими, так и электрическими сигналами и обеспечивающий оптическую и 2 4463 1 электрическую индикацию выбранного состояния. Кроме того, при определенных условиях заявляемый оптрон позволяет производить следящую индикацию электрического информационного сигнала синхронно с появлением последнего на входе оптрона. Использование поляризаторов с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации позволяет повысить надежность работы оптрона и упростить его конструктивное исполнение и оптическое управление. Действительно, работоспособность оптрона 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 оптроне 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 оптрона. Встречно-параллельное включение двух светодиодов с разными спектральными характеристиками, согласованными со 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 оптроне в качестве фотоприемников используются фоторезисторы. Сущность изобретения поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого оптрона с одним светодиодом и двумя фотоприемниками, где 1 - корпус оптрона 2, 3 - соответственно первый и второй оптические входы оптрона 4-7 - соответственно первый, второй, третий и четвертый электрические входы оптрона 8 - светодиод 9, 10 - первый и второй фотоприемники 11, 12 - первый и второй резисторы. На фиг. 2 приведена структурная схема заявляемого оптрона с поляризаторами, где 13, 14 - соответственно первый и второй поляризаторы с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. На фиг. 3 приведена структурная схема заявляемого оптрона с двумя светодиодами, где 8 - первый светодиод 15 - второй светодиод. В заявляемом оптроне (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 оптрона, первые входы первого 9 и второго 10 фотоприемников соединены между собой и с третьим электрическим входом 6 оптрона, 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 оптрона. В заявляемом оптроне (фиг. 2) первый 9 и второй 10 фотоприемники оптически соединены с соответствующими оптическими входами 2, 3 оптрона соответственно через первый 13 и второй 14 поляризаторы с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. В заявляемом оптроне (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 оптроне (фиг. 3) включен второй светодиод 15, оптически связанный со вторым фотоприемником 10, причем спектральные характеристики последних совпадают, катод и анод второго светодиода 15 соединены соответственно с первым 4 и вторым 5 электрическими входами оптрона. В заявляемом оптроне (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 60 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 фирмына основе(тип КМ 2520 01001), излучающие на длине волны 660 нм, а также на основе(тип КМ 2520 01001), излучающие на длине волны 565 нм. Резисторы 11, 12 - миниатюрные маломощные резисторы с металлодиэлектрическим проводящим слоем 4463 1 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 оптрон следующим образом на третий 6 и четвертый 7 электрические входы оптрона подается напряжение питания (шинаи - соответственно). Параметры резисторов 11, 12 выбирают таким образом, что при наличии только фоновой засветки, поступающей через первый 2 и второй 3 оптические входы оптрона 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 оптрона либо изменение величины напряжения питания оптрона не приводит 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 оптрона 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 оптрона 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 оптрона электрическим путем на его первый электрический вход 4 подают электрический сигнал положительной полярности, который также приводит к смещению светодиода 8 в прямом направлении. Выключение оптрона (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 оптрона, либо положительный электрический потенциал на второй электрический вход 5 оптрона. 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 оптрона может использоваться один и тот же управляющий оптический сигнал, но поступать он должен только через соответствующий оптический вход оптрона (первый 2 либо второй 3). При попадании, например, оптического включающего сигнала одновременно на оба оптических входа 2, 3 не происходит включения оптрона, так как данный сигнал воспринимается как фоновый. Повысить надежность оптрона в этом случае позволяет заявляемый оптрон, изображенный на фиг. 2, использующий линейно поляризованные оптические сигналы в качестве управляющих. Поляризаторы 13, 14 с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации, установленные перед соответствующими фотоприемниками 9, 10, не изменяют работу оптрона при фоновой засветке неполяризованным светом, однако при попадании линейно поляризованного управляющего сигнала на оба оптических входа 2, 3 оптрона пропускают его только к одному фотоприемнику, реализуя требуемую функцию переключения. Аналогично работает заявляемый оптрон (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 оптрона будет осуществляться различными по спектру оптическими сигналами. Если напряжение питания подавать не на третий 6, а на первый 4 электрический вход оптрона, 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 со вторым фотоприемником 10, и с такой же, как у последнего, спектральной характеристикой, в оптроне 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. Патент США 4675518, МПК 01 1/32, 1987. 2. Заявка Японии 60-187067, МПК 01 31/12, 1985. 3. Пат. США 5331659, МПК 01 3/19, 1994. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.