Фотоэлектрический датчик сдвигаахроматической полосы интерферен-ционной картины

 

Союз Соеетскнх

Соцмалнстмч вских

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИЖОМУ СВИ ЮИЛЬСТВУ ()851092

®: (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлемо 0510791 (21) 2827405/18-25 (51)PA. Кл з с присоединением заявки H9—

G 01 В 9/02

Гееуящктеенвив евиятет

СССР яа яелви нзебветенн4 к еткритв4 (23) Приоритет

Опубликовано 30.0781, Бюллетень М28 (53) УДК 5 35 . 85 3.. 4 (088. 8) Дата опубликования описания (72) Авторы изобретения

В.К,Масленков, Н.М.Устинова и В.A. Цветков

C (7! ) Заявитель (5 4) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК СДВИГА АХРОМАТИЧЕСКОЙ

ПОЛОСЫ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ КАРТИНЫ

Изобретение относится к фотоэлек-: трическим следящим устройствам и может быть использовано в качестве датчика положения в системах автоматической юстировкн составного зеркала с использованием ннтерферометров.

Известны устройства для анализа оптического изображения, например интерференционной картины, позволяющие выделить наиболее контрастну» деталь в оптическом иэображении и определить ее положение относительно оптической оси прибора с применением механического сканирующего устрой-. ства. Устройство содержит механически перемещающуюся щель, объектив, фотоприемаик и электронную схему обработки информации.

Анализируемое изображение стока за строкой последовательно засвечивает фотоприемник н по интенсивности света в каждой строке схема обработки информации по определеннова алгоритму определяет наиболее контрастиу» деталь изображения и ее положение относительно оптической оси прибора

Г1).

Недостатками известного устройства являются уход нуля, ненадежность, -и недолговечность устройства, rpoмоздкость аппаратуры и наличие виб раций, вносящих -помехи в работу как самого устройства, так и блоков помещенных с ним водном корпусе.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является датчик сдвига ахроматической полосы интерференционной

1О картины, который использует оптоэлектронное анализирующее устройствотвердотелый сканистор. Датчик сдвига полосы интерференционной картины содержит оптоэлектронное сканирующее т5 устройство и схему управления. Оптоэлектронное сканирующее устройство содержит слой полупроводника, слой с большим омическим сопротивлением и полупрозрачный слой. Прн приложе26 нии постоянного н пилообразного нажряжеиия образуется бегущая волна тока, дающая иа нагрузочном сопротивлении сигнал, пропорциональный интегралу от распределения интенсивности

25 света вдоль сканируемой стороны иэображения. Схема управления по задан-, ному алгоритму;и в соответствии с распределением интенсивности света

:re разным строкам определяет положе39 ние наиболее яркой центральной поло851092 сы йнтерференционной картины относительно оси устройства (2).

Недостатками известного датчика являются невысокая разрешающая способность, обусловленная низкой чувствительностью, и неравномерность чувствительности по полю.

Цель изобретения - увеличение разрешающей способности и обеспечение равномерности чувствительности по полю.

Поставленная цель достигается тем, что в известном датчике содержащем оптоэлектронное сканирующее устройство и схему управления, оптоэлектронное сканирующее устройство содержит расположенные по ходу луча линейную матрицу оптических затворов на жидких кристаллах (ЖК), объектив и расположенный в его фоканьной плос.кости фотоприемник, а в схему управления введены блок последовательного опроса всех оптических: затворов, блок опроса двух рядом расположенных центральных затворов, блок обработки сигналов рассогласования и блок коммутации с одним входом и 25 двумя выходами, при этом выход фотоприемника подключен к блоку обработки сигналов,. выход блока обработки подключен к входу блока коммутации подключен к входу блока последователь-ЗЕ ного опроса, второй выход - к блоку опроса двух центральных затворов, а выходы блоков опроса подключены к матриц . затворов.

На фиг.1 изобРажена структурная схема датчика; на фиг.2 и 3 — распределение интенсивности света в интерференционной картине и временные диаграммы работы схемы управления в режиме грубого (точного) поиска положения центральной полосы.

Световой поток 1 с выхода интерферометра создает интерференционную картину 2 в плоскости линейной матрицы 3 оптических затворов на жидких кристаллах, число элементов матри- 4З цы и, .а число интерференционных полос n/2, причем ширина отдельного элемента матрицы выбрана равной половине расстояния между интерференционными полосами. ФФ

Световой поток, прошедший через матрицу затворов, объективом 4 собирается на фотоприемнике 5, расположенном в его фокальной плоскости.

Схема управления датчика включа- у ет в себя блок обработки сигналов рассогласования, состояпдй из избирательных усилителей б и 7, фазового детектора 8, фазочувствительного выпрямителя 9 и сумматора 10. Кроме того, схема управления содержит блок 11 коммутации с одним парафазным входом и двумя выходами один из которых подключен к блоку 12 последовательного опроса всех оптических затворов, а другой - к блоку 13, предназначенному для опроса двух центральных рядом расположенных затворов. Для осуществления развязки двух блоков опроса в схему дополнительно включен блок 14 ключей. Синхронизация работы всего устройства осуществляется задающим генератором 15.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на все оптические затворы со cxew управления подано управляющее напряжение, поддерживающее слой ЖК в saTBopax в рас-, сеивающем непрозрачном состоянии, так что на вход фотоприемника 5 поступает минимальный уровень светового потока.

Управление затворами осуществляется в двух режимах. Для первоначального грубого поиска и определения положения ахроматической полосы осуществляется сканирование всей интерференционной картины путем поочередного открывания оптических затворов с помощью блока 11 коммутации, блока

12 последовательного опроса всех затворов и блока 14 ключей. При этом происходит последовательное однострочиое сканирование оптического изображения. Световой поток, прошедший .через поочередно открывающиеся оптические затворы с 1-го по п-й, с помощью объектива 4 попадает на фотоприемник 5, где преобразуется в электрический сигнал. Сигнал с фотоприемника 5 подается на входы двух избирательных усилителей 6 и 7, настрое них соответственно на частоты „ и и брэд, где пд — частота импульсов задающего генератора

15, а п - число ячеек в матрице. В избирательном усилителе 6 выделяется первая гармоническая из переменной составляющей сигнала на частоте .f4 и в фазовом детекторе 8 определяется сдвиг максимума этой гармоники относительно опорного напряжения, что характеризует сдвиг ахроматической полосы интерференционной картины относительно оптического центра. Через сумматор 10 сигнал подается на выход датчика.

На временной диаграмме выделения сигнала сдвига ахроматической полосы при сканировании всего поля показана ннтерференционная картина и наложенные на нее иэображения оптических -затворов от 1-го до и-го (фиг. 2а), изменение светового потока при последовательном сканировании интерференционной картины оптическими затворами (фиг.2б), первая гармоническая, полученная из переменной оставляющей сигнала по частоте

f4(фиг.2в),опорное напряжение (фиг. 2г) .

При рассогласовании, меньшем ширины ахроматической полосы, блок 11

851092 коммутации переключения подключает к матрице. блок 13 опроса, управляющий только двумя центральными затворами матрицы И 2. и 31+4/2 с частотой

f д, в то время как все остальные затворы закрытй пос янн "и напряжени 5 ями со схемы управления,т.е. происходит переключение в режим точного потока.

Тем самам создается воэможность в малом поле с высокой точностью (до

0,05 $) определить смещение ахроматической полосы относительно центра матрицы. Сигнал сшибки формируется в избирательном усилителе 7, настроенном на частоту f +g, в фаэочувствительном выпрямителе 9 и через сумматор 10 подается на выход датчика. 15

Временная диаграмма формирования сигнала ошибки в малом поле показана на фиг.3 (обозначения позиций на ней аналогичны фиг.2) .

Предлагаемое устройство надежно 2О определяет положение ахроматической полосы в поле 103 с точностью 0,05Л, где .Л- длина световой волны, равная

0,5 мкм, при этом световой поток, формирующий интерференционную карти- ну, составляет 1хlO- Вт, Технико-экономический эффект изобретения заключается в повышении разрешающей способности, обеспечении равномерности чувствительности по погано снижении весов, габаритов и пот ребляемой мощности.

Формула изобретения

Фотоэлектрический датчик сдвига ахроматической полосы интерференционной картины, содержащий оптоэлектронное сканирующее устройство и схему управления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения разреаающей способности и обеспечения равномерности чувствительности по полю, оптоэлектронное устройство содержит расположенные по ходу луча линейную матрицу оптических затворов на жидких кристаллах, объектив и расположенный в его фокальной плоскости фотоприемник, а в схему управления введены блок последовательного опроса всех оптических затворов, блок опроса двух рядом расположенных центральных затворов, блок обработки сигналов рассогласования и блок коммутации с одним входом и двумя выходами, при этом выход фотоприемника подключен к блоку обработки сигналов, выход блока обработки подключен к входу блока коммутации, один из выходов блока коммутации подключен к входу блока последовательного опроса, второй выход — к блоку опроса двух центральных затворов, а выходы блоков опроса подключены к матрице затворов.

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 657387, кл. G 02 В 27/17, опублик.

1978.

2. Авторское свидетельство СССР

1 131375, кл. Н 04 N 5/30, опублик. 1960 °

851092

Уиг. 3 айИИПИ Заказ 6307/53 Тира к 642 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Уагород, ул. Проектная, 4