Фотоэлектрический преобразователь перемещений в код

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (193 (И) (д1) G 08 С 9/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«,)ф

Г,—.г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3426987/18- 24 (22) 13.04.02 (46) 23.08.83..Бюл. М 31 (72) А.M. Кузьмичев и А.В. Раптовский (53) 681,325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР сг 492903, кл. 6 08 С 9/06, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

If 618775, кл, G 08 С 9/06, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР 769587, кл. G 08 С 9/06, 1978 (прототип). (54)(57) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕИЕШЕНИЙ 8 КОД, содержащий последовательно расгюложенные источник света, фокусирующую линзу, измерительную линейку со штрихом и фотоприемную матрицу, расположенную под углом 0 (о(< †" к штриху измерис тельной линейки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности преобразователя, в него введены генератор импульсов, счетчик, элемент ИЛИ-НЕ, дешифратор опроса строк матрицы, формирователи импульсов,. параллельный регистр, дешифратор комбинаций, блок преобразования комбинационного кода в двоичный код, элемент задержки, регистр точного отсчета и регистр грубого отсчета, выход генератора импульсов соединен с входом счетчика, и разрядов которого соединены с и входами регистра грубого отсчета, и входами дешифратора опроса строк и и входами элемента ИЛИ-НЕ, à (и+1) разряд счетчика соединен с входом управления дешифратора опроса строк матрицы и (и+1) входом элемента

ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом синхронизации регистра точного отсчета, с входом элемента задержки и входом стирания информации фотоприемной матрицы, адресные входы строк которой соединены с 2" выходами дешифратора опроса строк матрицы, а выходы столбцов фотоприемной матрицы соединены с формирователями импульсов, выходы которых соединены с входами параллельного регистра, выходы которого соединены с входами дешифратора комбинаций, выходы которого соединены с входами блока преобразования комбинационного кода в двоичный код, выход которого соединен с входами регистра точного отсчета, выход элемента задержки соединен с входом обнуления параллельного регистра, выход первого формирователя импульсов соединен с входом синхронизации .регистра грубого отсчета, 1037311

Изобретение относится к автоматике и вычислительнои .ельнике и может быть использовано, в частности, в фотоэлектрических преобразователях угловых и линейных перемещений.

Известен преобразователь перемещений в код, содержащий шкалу, образованную кодовыми дорожками с равномерно нанесенными метками, и установленные против cooTветствующих кодовых дорожек группы чувствительных элементов, выходы:которых подключены к схеме обработки сигналов (1).

Недостатком данного преобразователя является низкая разрешающая способность, обусловленная большими размерами чувствительных элементов.

Известен также преобразователь перемещений в код, содержащий расположенные последовательно источник излучения, перемещающуюся квантованную шкалу, щелевую диафрагму и чувствительные элементы, выходы которых подключены к входам усилителей блока преобразования, причем расстояние между щелями диафрагмы равно нечетному числу участков квантованной шкалы (2).

Недостатком данного преобразователя является низкая разрешающая спо- 30 собность и сложность вследствие необходимости изготовления квантованной шкалы с точностными параметрами, ограниченными возможностями технологии, Наиболее близким к изобретению по

35 технической сущности является фотоэлектрический преобразователь перемещений в код, содержащий последовательно расположенные источник света, фокусирующую линзу, измерительную линейку со штрихом и фотоприемную матрицу, расположенную под углом

0 cp(c. †" к штриху измерительной линейки 3).

) едостатком известного преобразо45 вателя является низкая разрешающая способность, ограниченная количеством фоточувствительных элементов в столбце фотоприемной матрицы.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности преоб50 разователя, Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий последовательно расположенные источник 55 света, фокусирующую линзу, измерительную линейку со штрихом и фотоприемную матрицу, расположенную под

2 углом 0 ь «1 - к штриху измерительной

4. линейки, введены генератор импульсов, счетчик, элемент ИЛИ-НЕ, дешифратор опроса строк матрицы, формирователи импульсов, параллельный регистр, дешифратор комбинаций, блок преобразования комбинационного кода,в двоичный код, элемент задержки, регистр точного отсчета и регистр грубого отсчета, выход генератора импульсов соединен с входом счетчика, и разрядов которого соединены с и входами регистра грубого отсчета, и входами дешифратора опроса строк матрицы и и входами элемента ИЛИ-НЕ, а (и+1) разряд счетчика соединен с входом управления дешифратора опроса строк матрицы и (и+1) входом элемента

ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом синхронизации регистра точного отсчета, с входом элемента задержки и входом стирания информации фотоприемной матрицы, адресные входы строк которой соединены с 2 выходами дешифратора опроса строк матрицы, а выходы столбцов фотоприемной матрицы соединены с формирователями импульсов, выходы которых соединены с входами параллельного регистра, выходы которого соединены с входами дешифратора комбинаций, выходы которого соединены с входами блока пре4 образования комбинационного кода в двоичный код, выходы которого соединены с входами регистра точного отсчета, выход элемента задержки соединен с входом обнуления параллельного регистра, выход первого формирователя импульсов соединен с входом синхронизации регистра грубого отсчета.

На фиг. 1 изображена структурная схема преобразователя; на фиг. 2блок обработки информации; на фиг.3принцип образования базовых комбинаций.

Предложенный преобразователь со держит (фиг, 1) расположенные последовательно источник 1 света, фокусирующую линзу 2, измерительную линейку 3 со щелью 4 и установленную в направляющих 5 фотоприемную матрицу б, подключенную к блоку 7 обработки информации. Матрица развернута относительно щели 4 изме) ительной линейки 3, на угол О» с лок 7 обработки информации(фиг,Z) содержит генератор 9 импульсов, вы11 4 приемная матрица 6 повернута относительно щели 4 измерительной линейки 3 так, что элементы 19 ряда матрицы 6 образуют со щелью 4 угол 0 <о < - - ..

За счет этого световая полоса засвечивает чувствительные элементы 19 матрицы 6 неодинаково.. Одни чувствительные элементы 19 засвечены полностью,,другие частично, а третьи совсем не засвечены. В соответствии с этим уровень аналогового сигнала будет с разных чувствительных элементов

19 различным. Если этот сигнал подать на формирователи 15 импульсов,. на" .пример компараторы (фиг. 2), срабатывающие при определенном уровне сигнала, то при превышении сигналом ус" тановленного уровня срабатывания формирователя 15, т.е. при площади засветки чувствительного элемента 19 больше заданной, на выходе формирователя 15 будет значение 1. Если же уровень аналогового сигнала меньше, т.е. площадь засветки чувствительного элемента .19 меньше заданной, то на выходе формирователя 15 будет зна-. чение. О.

При движении светрвой полосы площадь засветки одних чувствительных элементов 19 постепенно уменьшаетс, а других - увеличивается, в соответствии с этим изменяются значения на выходах формирователей 15 импульсов (компараторов). В зависимости от величины перемещения световой полосы, на выходах будут различные комбинаци нулей и единиц.

На расстоянии, равном периоду pe" гулярной матрицы 6, т,е. на расстоя-

Ф нии между началом одной строки матри-. цы до начала следущей строки матрицы получается определенная последовательность комбинаций, повторяющихся соответственно на каждом периоде матрицы. Назовем эти комбинации базовыми комбинациями для данного угла 0 0(.i— к

4 разворота матрицы 6 относительно щели 4 измерительной линейки 3.

Блок 7 обработки информации (фиг. 2) работает следующим образом.

Генератор 8 импульсов выдает им" пульсы тактовой частоты на вход счетчика 9, на выходах которого получается (n+1) разрядный двоичный код, который поступает на вход элемента

ИЛИ-HE 12. При информации 000,...,00 на входах элемента ИЛИ-НЕ 12 он выдает единичный импульс, который поПрийцип получения засветки опре-. деленных чувствительных элементов 19 матрицы 6 представлен на фиг. 3, где. 50 показана перемещающаяся в направляющих 5 измерительная линейка 3 со щелью 4 и расположенная за индикаторной линейкой 3 фотоприемная матрица 6 с чувствительными элементами 19. Щель 55

4 измерительной линейки 3 расположена перпендикулярно направлению перемещения измерительной линейки 3. Фото3 10373 ход которого подключен к входу счетчика 9, и разрядов которого подсоеди-, нены к и входам регистра 10 грубого отсчета, п входам дешифратора 11 onроса строк матрицы и и-входам логического элемента ИЛИ-НЕ 12, а (n+1) разряд счетчика 9 соединен с входом управления дешифратора ll onpoca строк матрицы 6 и (и+1) входом элемента ИЛИ-НЕ 12, выход которого подсое- 10 динен к входу синхронизации регистра 13 точного отсчета, к входу элемента 14 задержки и входу стирания информации фотоприемной матрицы 6, адресные входы строк которой подсоединены к выходам дешифратора 11 onроса строк фотоприемной матрицы 6, а выходы столбцов фотоприемной матрицы 6 подсоединены к формирователям 15 импульсов, выходы которых подсоеди- 20 нены к входам параллельного регист-ра 16, выходы которого подсоединены к входам дешифратора 17 комбинаций, выходы которого подсоединены к входам блока 18 преобразования комбина- 25 ционного кода в двоичный код, выходы которого подсоединены к входам регистра 13 точного отсчета, причем выход элемента 14 задержки соединен с входом обнуления параллельного регистра 16, а выход первого формирователя 15 импульсов соединен с входом синхронизации регистра 10 грубого отсчета, На фиг. 3 показана фотоприемная матрица 6 с чувствительными

35 элементами 19.

Преобразователь перемещений в код работает следующим образом.

Параллельный световой пучок, фор-: мируемый линзой 2, проходя через щель 4 измерительной линейки 3, nåремещающейся в направляющих 5, образует на поверхности фотоприемной матрицы 6. перемещающуюся световую полосу, которая засвечивает некото45 рые чувствител ьные элементы 19 матрицы 6.

S 1037311 ступает на вход стирания информации фотоприемной матрицг 6, т.е. матрица, 6 подготовлена для записи оптической информации. В течение времени записи информации Т1ы, равном време-, ни между 000,...,00 комбинацией на выходах счетчика 9 и 000,...,01 комбинацией двоичного кода на выходах счетчика 9, происходит запись оптической информации на матрицу 6, С наступлением на выходах счетчика 9 комбинации 000,...,01 единица старшего разряда поступает на вход управления дешифратора 11 опроса строк матрицы 6 и разрешает его работу. В те- 15 чение времени считывания информации

Т > с фотоприемной матрицы 6, равном времени между 000,,... 01 и

111,...,11 комбинациями на выходах счетчика 9, дешифратор ll опроса 20 строк матрицы 6 вырабатывает 2 имИ пульсов, поступающих последовательно на входы строк фотоприемной матрицы 6.

Информация с 2" выходов столбцов фотоприемной матрицы 6 поступает на, 25

2". формирователя 15 импульсов, срабатывающих по определенном уровню аналогового сигнала, Если площадь засветки чувствительного элемента 19 больше заданной, то íà вь1ходе форми- з0 ,рователя 15 импульсов будет значение 1. Если же площадь. засветки мень ше заданной, то на выходе формирователя 15 импульсов будет значение О.

Информация с выходов формирователей 15 импульсов записывается в параллельный регистр 16. Одновременно с появлением 1 на выходе формирователя 15 импульсов первого стобца происходит запись в регистр 10 грубого отсчета, Единица с выхода формирователя 15 импульсов поступает на вход синхронизации регистра 10 грубого отсчета и происходит запись двоичного кода номера опрашиваемой в данный момен т ст роки фотоприемной, матрицы 6. С выходов параллельного регистра 16 информация поступает на дешифратор 1 комбинаций, который определяет номер базовой комбинации.

Далее номер базовой комбинации преобразуется в двоичный код в блоке

18, С наступлением комбинации

000....00 на выходах счетчика 9 элемент ИЛИ-HF. 12 вырабатывает импульс, 55 который поступает на вход синхронизации регистра 13 точного отсчета и происходит запись двоичного кода номера базовой комбинации. Одновременно импульс с выхода элемента

ИЛИ-НЕ 12 поступает на вход стирания информации фотоприемной матрицы 6 и

S,на вход элемента 14 задержки, с выхода которого через время t зажержки импульс поступает на обнуление параллельного регистра 16.

Далее работа схемы повторяется.

Разрешающая способность Ь преобразователя определяется следующей формулой

Т

Д

2" где Т - период фотоприемной матрицы по строкам;

n - количество стобцов фотоприемной матрицы, Ширина Н щели 4 измерительной линейки 3 определяется формулой

Н = — Т ° cosÊ

1 У где 0(, - угол разворота фотоприемной матрицы относительно щели.

Угол разворота фотоприемной матрицы 6 определяется формулой а - L

g. " g((-i)T +Ь) где а - размер фоточувствительного элемента по вертикали;

Ь - размер фоточувствительного элемента по горизонтали;

n - количество стобцов фотоприемной матрицы;

Т - период фотоприемной матрицы по столбцам.

= min(a-m Ь) О, где а = 1,2,3,...,2п - целые числа;

- минимальная положительная разность между величиной а и максимально возможной величиной, кратной разрешающей способности Д .

В качестве примера приведен расчет для фотоприемной матрицы 6 100 ° 100, имеющей следующие параметры:

Т = Т1=Т2= 50 мкм - период матрицы; а = в = 40 мкм - размер фоточувствительной ячейки; n = 100 - количество столбцов матрицы. Тогда разрешающая способность Ь будет равна

Ь = — = — = 0,25 (мкм).

Т 50

2п 2 ° 100

Угол разворота матрицы 6 относительно щели измерительной линейки будет равен а-L «< 9 ((* b)

9 99 50 40 arctg 0,008 =

- 27 38, .

;де L min(a-m.Ъ)= 0 при m = 160.

1037311

Таким образом, в предложенном фо тоэлектрическом преобразователе перемещений в код разрешающая способность в несколько раз выше, чем мини"

5 мальные размеры чувствительных элементов фотоприемной матрицы. Этим и определяется технико-экономический эффект от его использования.

1037331

103 311

Заказ 6016/53

Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

4 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А. Сидоренко

Редактор Л, Гратилло ТехредМ.Гергель Корректор В. Гирняк