Сканирующее устройство

 

Изобретение: оптико-механическое и оптико-электронное приборостроение. Сущность изобретения: сканирующее устройство содержит сканирующий элемент, выполненный в виде качающегося зеркала с приводом, источник излучения, фотодатчик, оптический вход которого через качающееся зеркало имеет оптическую связь с источником излучения, объектив, приемник, генератор, формирователь управляющих напряжений, вход которого подключен к выходу генератора, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, пороговое устройство, усилитель и блок коррекции, первый выход которого подключен через счетчик и первый цифроаналоговый преобразователь к первому входу усилителя, а второй выход подключен через второй цифроаналоговый преобразователь ко второму входу усилителя, выход которого подключен к приводу, первый вход блока коррекции подключен к первому выходу формирователя управляющих напряжений, второй вход блока коррекции подключен к выходу счетчиков, а второй выход формирователя управляющих напряжений подключен к электрическому входу фотодатчика, выход которого подключен ко входу порогового устройства, блок коррекции содержит счетчик, вход которого является первым входом блока коррекции, а выход является первым выходом блока коррекции, сумматор, инверсный вход которого подключен к выходу счетчиков, а прямой вход является третьим входом блока коррекции, выход сумматора подключен к информационному входу регистра, управляющий вход которого является вторым входом блока коррекции, а выход является вторым выходом блока коррекции, фотодатчик выполнен в виде линейного фоточувствительного прибора с зарядовой связью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области оптико-механического и оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в устройствах сканирования изображений.

Известно устройство однокоординатного сканирования (авт. св. СССР N 1120272 A, кл. G 02 B 7/17), содержащее вращающийся диск с двумя зеркалами и механизм привода, при этом обеспечивается возможность сканирования луча параллельно самому себе.

Недостатком данного устройства является отсутствие контроля за положением зеркал в определенные моменты времени, что уменьшает точность сканирования.

Из известных устройств наиболее близким техническим решением к предлагаемому (прототипом) является сканирующее устройство (авт.св. СССР N 635450, кл. G 02 B 27/17), содержащее сканирующий элемент, выполненный в виде качающегося зеркала с приводом, источник излучения, фотодатчик, оптический вход которого через качающееся зеркало имеет оптическую связь с источником излучения, объектив, приемник, генератор и блок обработки.

К недостаткам данного устройства относится невысокая точность сканирования, обусловленная аналоговой схемой управления положением зеркала.

Указанные недостатки устранены в сканирующем устройстве, содержащем сканирующий элемент, исполненный в виде качающегося зеркала с приводом, источник излучения, фотодатчик, оптический вход которого через качающееся зеркало имеет оптическую связь с источником излучения, объектив, приемник, генератор, в устройство введены формирователь управляющих напряжений, вход которого подключен к выходу генератора, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, пороговое устройство, счетчик, усилитель и блок коррекции, первый выход которого подключен через счетчик и первый цифроаналоговый преобразователь к первому входу усилителя, а второй выход подключен через второй цифроаналоговый преобразователь ко второму входу усилителя, выход которого подключен к приводу, первый вход блока коррекции подключен к первому выходу формирователя управляющих напряжений, второй вход блока коррекции подключен к выходу порогового устройства и третий вход блока коррекции подключен к выходу счетчика, а второй выход формирователя управляющих напряжений подключен к электрическому входу фотодатчика, выход которого подключен ко входу порогового устройства, причем блок коррекции содержит счетчик, вход которого является первым входом блока коррекции, а выход является первым выходом блока коррекции, сумматор, инверсный вход которого подключен к выходу счетчиков, а прямой вход сумматора подключен к информационному входу регистра, управляющий вход которого является вторым входом блока коррекции, а выход является вторым выходом блока коррекции, причем фотодатчик выполнен в виде линейного фоточувствительного прибора с зарядовой связью.

На фиг. 1 приведена общая функциональная схема сканирующего устройства, на фиг. 2 временные диаграммы сигналов рассогласования требуемого и фактического положения зеркала.

Сканирующее устройство содержит объект 1, объектив 2, фокусирующий изображение объекта 1, сканирующий элемент, выполненный в виде качающегося зеркала 3, приводимого в действие приводом 4, приемник 5, источник излучения 6, выполненный в виде лазера, фотодатчик 7, выполненный в виде линейного фоточувствительного прибора с зарядовой связью, формирователь 8 управляющих напряжений, генератор 9, пороговое устройство 10, блок коррекции 1, в который входит счетчик 12, сумматор 13, регистр 14, счетчик 15, цифроаналоговые преобразователи 16 и 17, усилитель 18. Привод 4 может быть выполнен аналогично приводу прототип (а.с. СССР N 635450). Формирователь 8 управляющих напряжений, генератор 9, пороговое устройство 10, счетчики 12 и 15, сумматор 13, регистр 14 могут быть выполнены по общеизвестным схемам 3.

Устройство работает следующим образом. Изображение от объекта 1 пройдя через объектив 2 отражается зеркалом 3 и попадает в приемник оптических излучений, на выходе которого формируется сигнал, идущий затем к потребителю оптической информации (в материале заявки не приводится). Луч от источника 6 излучения отражаясь от зеркала 3 попадает на фотодатчик 7. Таким образом, при смене угла поворота зеркала 3 меняется как местоположение отраженного изображения объекта попадающего на приемник 5, так и местоположение отраженного луча источника 6 излучений на фотодатчик 7.

С генератора 9 формирователь 8 управляющих напряжений поступают фазовые импульсы на фотодатчик 7, выполненный в виде линейного фоточувствительного прибора с зарядовой связью 1, представляющего собой линейку фоточувствительных ячеек. На оптическом входе фотодатчика 7 при попадании на него отраженного луча источника 6 излучений формируется марка, местоположение которой соответствует положению качающегося зеркала 3. Местоположение марки, в свою очередь, соответствует импульсу выходного сигнала фотодатчика 7.

Импульсы формирователя 8 управляющих напряжений подсчитываются счетчиком 12, число состояний которого равно количеству ячеек фотодатчика 7. Счетчик 15 считывает каждое переполнение счетчика 12. При этом на выходе цифроаналогового преобразователя 16 сигнал возрастает линейно от нуля до некоторой максимальной величины, определяемой максимальным числом состояний счетчика 165. Сигнал от цифроаналогового преобразователя 16 через усилитель 18 подается на привод 4. При этом зеркало 3 отклоняется от начального положения пропорционально величине подаваемого напряжения сигнала. При переполнении счетчика 14 напряжение на приводе 4 падает до нуля и зеркало 3 возвращается в начальное положение. Вследствие нелинейностей характеристик привода 4, усилителя 18 и погрешностей цифроаналогового преобразователя 16, угол отклонения зеркала 3 отличается от требуемого, что приводит к необходимости корректировки управляющего сигнала. Корректировка осуществляется с помощью блока коррекции 1 следующим образом. На выходе сумматора 12 формируется разностный сигнал счетчиков 12 и 15, величина кода которого соответствует отклонению истинного положения зеркала 3, определяемого по сигналу с выхода порогового устройства 10, от требуемого положения, определяемого по состоянию счетчика 15. Знак кода разностного сигнала соответствует направлению отклонения зеркала 3. Эта разность запоминается в регистре 14 до поступления следующего сигнала с выхода порогового устройства 10. Разностный сигнал с выхода регистра 14 поступает на цифроаналоговый преобразователь 17 [2] Аналоговый сигнал от цифроаналогового преобразователя 17 подается на усилитель 18 с обратным знаком и соответствует величине, необходимой для коррекции положения зеркала. В результате этого на выход привода 4 подается кроме основного компенсационный сигнал, корректирующий положение зеркала 3 на следующем шаге.

Достоинством данного сканирующего устройства является высокая точность задания положения зеркала, обусловленная применением схемы определения истинного положения зеркала с помощью фотодатчика, выполненного в виде линейного фоточувствительного прибора с зарядовой связью, и цифровой схемы блока коррекции отклонения зеркала от истинного положения.

Литература: 1. Пресс Ф.П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью. М. Радио и связь, 1991, с. 57-61.

2. Титце У. и Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М. Мир 1982, с. 456, рис. 24.14.

3. Кауфман М. Сидман А. Практическое руководство по расчетам схем в электронике. Справочник М. Энергоатомиздат, 1991.

Формула изобретения

1. Сканирующее устройство, содержащее сканирующий элемент, выполненный в виде качающегося зеркала с приводом, источник излучения, фотодатчик, оптический вход которого через качающееся зеркало имеет оптическую связь с источником излучения, объектив, приемник, генератор, отличающееся тем, что в устройство введены формирователь управляющих напряжений, вход которого подключен к выходу генератора, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, пороговое устройство, счетчик, усилитель и блок коррекции, первый выход которого подключен через счетчик и первый цифроаналоговый преобразователь к первому входу усилителя, а второй выход подключен через второй цифроаналоговый преобразователь к второму входу усилителя, выход которого подключен к приводу, первый вход блока коррекции подключен к первому выходу формирователя управляющих напряжений, второй вход блока коррекции подключен к выходу порогового устройства и третий вход подключен к выходу счетчика, а второй выход формирователя управляющих напряжений подключен к электрическому входу фотодатчика, выход которого подключен к входу порогового устройства, при этом фотодатчик выполнен в виде линейного фоточувствительного прибора с зарядной связью.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок коррекции содержит второй счетчик, вход которого является первым входом блока коррекции, а выход является первым выходом блока коррекции, сумматор, инверсный вход которого подключен к выходу второго счетчика, а прямой вход является третьим входом блока коррекции, и регистр, при этом выход сумматора подключен к информационному входу регистра, управляющий вход которого является вторым входом блока коррекции, а выход является вторым выходом блока коррекции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2