Датчик положения светового пятна
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (щ578632
Союз Советских
Социалистических
Республик (01) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.10.75 (21) 2185886/18-09 (51) М. Кл.з G OIS 3/78 с присоединением заявки М (23) Приоритет
Государственный комитет
Совета МинистРов СССР Опуоликовано 30.10.77. Е 1оллетень 1е 40 (53) УДК 621.396.9 (088.8) па делам изобретений н открытии
Дата опубликования описания 26.10.77 (72) Авторы изобретения Л. H. Преснухин, Л. М. Жаворонков, В. H. Лапенко и Н. H. Шишкевич (71) Заявитель
Московский институт электронной техники (54) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ СВЕТОВОГО ПЯТНА
Изобретение относится к автоматике и вычислительной техншкс и может использоваться в приборах для регистрации положения точечных источников света, в частности источников однократных и редко повторяющи ся вспышек.
Известен датчик положения светового пятна, содержащий объектив, в фокальной плоскости которого расположен позиционно-чувствительный фотоприемник, выходами подключенный к входам четырех каналов, каждый из которых состоит из mкаска:дно соединенных усилителей, выходы каждого из которых подключены к соответствующим элементам задержки, распределитель импульсов, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам блока пиковых детекторов и суммо-разностного блока (1).
Однако известное устройство обладает низкой динамической точностью определения положения источника света при малой частоте вспышек вследствие инерционности устройства автоматической регулировки усиления и низкой статической точностью из-за разброса регулировочных характеристик четырех каналов усиления.
Целью изобретения является повышение точности определения положения светового пятна.
Для этого в предлагаемый датчик положения светового пятна введены аналоговыи ком»! l a10р, Oлок выбора поряд1 а li олок 13bIpa13н11вания порядка, причем вы..оды усилигелеи
h.aë.ä0ão иэ «аналоь непосредственно и через элементы задсрж«и подключены к соотвстству ющим входам оло«а вырав1швания порядка сООтветственно 1ерез 0;10«13bIOopa ИОрядка и последовательно соединсиныс аналоговыи
1р «О.;1му татор и оло«шгковых детекторов, управля1ощие входы аналогового комм) татора
11Од« 110 leiibl к сООтветствуlощllм выхОдам ОЛО«а выоора порядка, выходы и один из входов оло«а выравниваш1я порядка соединены соответствеш1о с входам!1 c) ммо-разностного оло«а и третьим выходом распределителя импу льсов.
l1а чер Iеже ITp»13egeffa стру кту 13ная электрическая схема предлагаемого датчика.
Датчик положения светового пятна содержит Ооъектив 1, В фокалъной плоскости которого расположен позиционно-чувствительный фотоприемник 2, вы. одамп подключенный к входам четырех каналов 3 — 6, каждый из ко25 торых состоит из m каскадно соединенных усилителей 7, выходы каждого из которых подключены к соответствующим элементам 8 задержки, распределитель 9 импу льсов, первый If второй выходы которого подключены к управляющим входам блока 10 пиковых де578632
35 (8) (9) 40
3 текторов и суммо-разностного блока 11, аналоговый коммутатор 12, блок 13 выбора порядка и блок 14 выравнивания порядка, причем выходы усилителей 7 каждого из каналов непосредственно и через элементы 8 задср ккп подключены к соответствующим входам блока l l выравнивания порядка соответственil0 через олок 13 Bbl001JB пОр51дка и послсдо вательно соединенные аналоговый коммутатор
12 H GJloi 10 lllilcoBblx детекторов> у:llpdBJI5iloщпе входы аналогового коммутатора 12 подключены к соответствующим выходам блока
13 выбора порядка, выходы и од5ш II3 входов
14 вы15авппвания порядка соединены соответствеilllo с входами суммо-разностпогo блока 11 и третьим выходом распределителя
9 импульсов., (атчик положения светового пятна работает следующим ооразом.
Йзооражение источника света в момент вспышки проецируется объективом l на фотоприемник 2. llятно света делится координатными осями фотоприемника 2 на четыре части, в общем случае неравные. На выходах светочувствительных площадок фотоприемника 2 появляются одновременно четыре импульса с амплитудами а, (где i — номер освещенной площадки), пропорциональными величине освещенных частей. Эти импульсы поступают на входы усилителей 7 каналов
3 — b. Если уровень входного сигнала недостаточен для насыщения J-го каскада в каждом из усилителей 7, Io на выходе этого каскада появляется импульс с амплитудой
Us = а,К, (1) где г(— коэффициент усиления каждого каскада усилителя i ;
1 — порядковый номер каскада усилителя 7.
Если же j-и каскад усилителя 7 насыщается сигналом, то амплитуда импульса на его выходе равна напряжению ограничения U,ð.
Именно на этот уровень настроены входные пороговые цепи олока 13 выоора порядка, в котором формируются четыре кодовые комбинации из единиц и нулей, соответствующих числу насыщенных и ненасыщенных каскадов усилителей 7 в каждом из четырех каналов
5 — 0. Если записать выражение (l) в виде
aI = UcJ7(7 (2) то амплитуда U; приобретает смысл мантиссы числа а;, а величина j является его порядком, т. е. выражение (2) представляет собой запись сигнала на выходе i-и площадки фотоприемника 2 в форме с плавающей запятой.
В то время как в блоке 13 выбора порядка формируются коды порядков, все значения мантисс /;; временно хранятся в элементах 8 задержки, а затем подаются на входы аналогового коммутатора 12, через который на входы блока 10 пиковых детекторов проходят только четыре из 4т значений, т. е. по одному па каждый т-каскадный канал. Выбранные значения U;5= Ujg удовлетворяют условыбр виям
Ul (7огр (3)
U, = макс,Ц,1. (4)
Этот выбор осуществляет блок 13 выбора порядка, который формирует сигналы yilpaB;еппя для аналогового коммутатора 12 из «одов порядков. Обозначим номер выбранного каскада усилителя 7 !„„-р (г) =р;. Тогда значения мантисс, запоминаемых блоком 10 пиковых детекторов, запишутся в виде г=аг7(° (5)
Блок 13 выбора порядка сравнивает значения р, между собой, выделяет наибольшее из них р — макс{р,) и формирует коды разностей
J -iA = Р— Рг. (б)
Значения Ьр, с выходов блока 13 выбора порядка поступают на входы управления блока
l4 выравнивания порядка, на сигнальных входах которого возникают потенциалы, поступающие с выходов блока 10 пиковых детекторов.
Блок выравнивания порядка приводит потенциалы LJ; к одному порядку, т. е. выполняет операцию
У,=U2Ê (7)
Суммо-разностный блок 11 вычисляет координаты центра «тяжести» светового пятна в виде линейных комбинаций сигналов V, и нормирует их относительно суммарной освещенности пятна: г У2 УЗ + У4
1+12 1 УЗ+14
Y=
У! Г 2 УЗ. У4
1 i+1 2+1 3+ 1 4
Благодаря наличию блока 13 выбора порядка, аналогового коммутатора 12 и блока 14 выравнивания порядка амплитуда импульсов фотоприемника измеряется для каждой вспышки света при нулевых начальных условиях, т. е. независимо от результатов предыдущих измерении. 1очность определения положения пятна, таким образом, не зависит от частоты повторения вспышек, а динамическая погрешность llpll этом полностью устраняется, причем обеспечивается возможность измерения координат пятна от одиночной вспышки света.
Датчик обладает высокой статической точностью в широком диапазоне изменения мощности излучения благодаря разбиению диапазона амплитуд импульсов фотоприемника на пг равных интервалов, заданных фиксированными коэффициентами усиления каскадов усилителей 7 и фиксированными порогами срабатывания блока выбора порядка.
Формула изобретения
Датчик поло кения светового пятна, содержащий обьектив, в фокальной плоскости ко45
578632 торого расположен позиционно-чувствительный фотоприемник, выходами подключенный к входам четырех каналов, каждый из которых состоит из т каскадно соединенных усилителей, выходы каждого из которых подключены к соответствующим элементам задержки, распределитсль импульсов, п рвый и второй выходы которого подключены к управляющим входам блока пиковых детекторов и сумморазностного блока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения положения светового пятна, введены аналоговый коммутатор, блок выбора порядка и блок выравнивания порядка, причем выходы усилителей каждого из каналов непосредственно и через элементы задержки подключены к соответствующим входам блока выравнивания порядка соответственно через блок выбора порядка и последовательно соединенные аналоговый коммутатор и блок пиковых детекторов, управляющие входы аналогового коммутатора подключены к соответствующим выходам блока выбора порядка, выходы и один из входов блока выравнивания порядка соединены соответственно с входами сумморазностного блока и третьим выходом распределителя импульсов.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент CIIIA ¹ 3696248, кл. 250 †2, 1972.
578632
Составитель А. Меньшикова
Редактор Е. Караулова Тскрсд И. Карандашова Корректоры: Т. Добровольская и Н. Аук
Подписное
Заказ 2289/17 Изд. № 859 Тираж 725
НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
