Dört Dilimli Dedektörler ve Dedektör Seçimi

Dört dilimli dedektörler çeyrek daire Ģeklinde ve birbirinden bağımsız dört adet fotodedektörden oluĢur. Dört dilimli dedektörlerin optik sistemdeki görevi optik elemanlar tarafından toplanarak aktif alanlar üzerine düĢürülen lazer spotunu iç fotoelektrik etki ile her bir aktif alan için üzerine düĢen foton miktarıyla orantılı olacak Ģekilde elektrik akımına dönüĢtürmektir. Dört dilimli dedektörler görüntüleyici sistemlerde kullanılan dedektörlerden farklıdır ve genellikle pozisyon bulucu dedektörler olarak kullanılır. Görüntüleyici sistemlerde optik sisteme sistemin görüĢ açısı içerisinde ulaĢan ıĢınlar dedektörün aktif alanı üzerinde piksel boyutu büyüklüğünde nokta oluĢturacak Ģekilde odaklanır. Dört dilimli dedektörlerin kullanıldığı sistemlerde ise görüntüleyici sistemlerden farklı olarak amaç optik sisteme ulaĢan ıĢınların dedektör aktif alanı üzerinde aktif alan çapı ile orantılı çapta bir lazer spotu elde etmektir. Dört dilimli dedektör yüzeyi ve dedektör üzerinde oluĢturulan lazer spotu Ģekil 4.1’de Ģematik olarak gösterilmiĢtir. Bu sayede optik sisteme giren ıĢınların geliĢ açısı değiĢtikçe dedektör üzerindeki lazer spotu konumu ve dolayısıyla aktif alanlardan oluĢturulan elektrik akımı değerleri değiĢir. Böylece dedektör çıkıĢında oluĢturulan gerilimlerden yararlanılarak gelen ıĢınların, dolayısıyla da hedefin açısal konumu hakkında bilgi edinilir. Gelen ıĢınların ya da baĢka bir deyiĢle hedefin x (yatay) ve y (düĢey) eksenlerindeki açısal pozisyonları eĢitlik 4.1 ve eĢitlik 4.2 kullanılarak ayrı ayrı hesaplanır (Maini 2018).

(4.1)

(4.2)

45

ġekil 4.1 Dört dilimli dedektörün ve üzerindeki lazer spotunun Ģematik gösterimi EĢitlik 4.1 ve eĢitlik 4.2’den hesaplanan değerler -1 ile +1 arasında değerler alan ve sapma sinyali olarak adlandırılan normalize değerlerdir. Lazer ıĢınlarının geliĢ açısına karĢı normalize değerler kullanılarak oluĢturulan grafiğe ekartometre grafiği, grafikteki eğriye de ekartometre eğrisi adı verilir. Ekartometre grafiği ve ekartometre eğrisinin Ģematik görüntüsü Ģekil 4.2’de verilmiĢtir.

ġekil 4.2 Ekartometre grafiği ve ekartometre eğrisinin Ģematik gösterimi

Lazer spot takip sistemlerinde doğrusal görüĢ açısı (LFOV) ve toplam görüĢ açısı (FOV) olmak üzere iki farklı görüĢ açısı parametresi vardır. Ekartometre eğrisinde -1 ile +1 değerleri arasındaki sapma sinyallerine karĢılık gelen eğrinin bulunduğu bölge lazer spotunun dedektörün dört dilimine birden düĢtüğü bölgedir. Bu bölgeye doğrusal görüĢ alanı denir. -1 ve +1 sapma sinyallerine karĢılık gelen en küçük açı değerleri sistemin doğrusal görüĢ açısının sınırlarını belirtmektedir. Lazer spotu dedektörün dört dilimine

46 sinyaline karĢılık gelen iki farklı ıĢıma geliĢ açısı değeri oluĢur ve bu durum sistemin kullanılabilir doğrusal görüĢ alanını (veya açısını) sınırlar. + ve – bölgede bu bükülme sonrasında oraya çıkan en küçük sapma sinyaline karĢılık gelen açı değerlerinden küçük olanı sistemin kullanılabilir doğrusal görüĢ açısına, büyük olanı sistemin toplam görüĢ açısına karĢılık gelir. Bu durum bölüm 5’te dar bant geçirgen filtrenin lazer spot takip sistemi performansına etkisi analizleri kapsamında detaylarıyla tartıĢılacaktır. Bu bölümde kaçak ıĢınlar dikkate alınmayacak; dolayısıyla ekartometre eğrisinin uçlarında bükülmeler meydana gelmeyecektir. Lazer spotunun dedektörün yalnızca iki dilimine düĢmesi durumunda, gelen ıĢınların ya da hedefin tek eksende açısal konumu belirlenebilirken diğer eksende yalnızca yönelim bilgisi elde edilebilmektedir.

ġekil 4.3’te dedektör aktif alanı üzerinde doğrusal görüĢ açısı ve toplam görüĢ açısına karĢılık gelen lazer spotları Ģematik ekartometre grafiği ile birlikte gösterilmiĢtir.

Kırmızı ile gösterilen lazer spotu lazer ıĢınlarının sisteme 0°’lik bir açıyla geldiği duruma karĢılık gelmektedir. YeĢil ile gösterilen lazer spotu lazer spotunun dört dilime birden düĢmediği, dolayısıyla hedefin açısal konumunun iki eksende belirlenebilmesinin mümkün olmadığı sınır açısını göstermektedir. YeĢil lazer spotu ile kırmızı lazer spotuna karĢılık gelen değerler arasındaki açıların bulunduğu bölge ekartometre grafiği üzerinde yeĢil renk ile gösterilmiĢtir. YeĢil ve mavi ile gösterilen lazer spotları arasındaki bölgede kalan ıĢıma geliĢ açıları ekartometre eğrisinde mavi ile gösterilen bölgeye karĢılık gelmekte ve bu bölgede yalnızca yönelim bilgisi elde edilebilmektedir.

47

ġekil 4.3 Doğrusal görüĢ açısı ve toplam görüĢ açısının Ģematik gösterimi

Tasarımı yapılacak olan lazer spot takip sisteminde kullanılacak dedektörü seçmek amacıyla dört dilimli dedektör üreten firmaların ürünleri incelenmiĢtir. Ġncelemeler yapılırken yüksek performanslı bir sistem tasarlanabilmesi amacıyla aktif alanın büyük olması, 1064nm tepkiselliğin ve görüĢ açısının yüksek olması; dilimler arası boĢluğun, karanlık akımın ve tepki süresinin düĢük olması gibi gereksinimler dikkate alınmıĢtır.

Yapılan incelemeler sonucunda First Sensör firmasının Ģekil 4.4’te gösterilen QP154-QTO kodlu dört dilimli dedektörü seçilmiĢtir. Seçilen dedektörün 23°C’deki elektro-optik parametreleri çizelge 4.2’de; dalgaboyuna karĢı tepkisellik grafiği Ģekil 4.5’te;

verilmiĢtir. Yapılacak tasarım ve analiz çalıĢmalarında dedektörü çevreleyen mekanik yapının olmadığı, yüzeyin doğrudan aktif alan ile bittiği varsayılacaktır. Nitekim üretici firmalar ile anlaĢılarak ürün üzerinde bu tip değiĢiklikler kolaylıkla yapılabilmektedir.

ġekil 4.4 QP154-QTO kodlu dört dilimli dedektörün görüntüsü (Anonymous 2011)

48

Çizelge 4.2 QP154-QTO kodlu dört dilimli dedektörün elektro-optik karakteristikleri (Anonymous 2011)

Parametre Değer

Aktif Alan Çapı 14mm

Dilimler Arası BoĢluk 70µm

Karanlık Akım (dilim baĢına) 10nA

Tepkisellik 0.48A/W

Rise Time 12ns

GörüĢ Açısı (FOV) 156°

ġekil 4.5 QP154-QTO kodlu dört dilimli dedektörün dalgaboyuna karĢı tepkisellik grafiği (Anonymous 2011)