Устройство для измерения координат объекта Советский патент 1990 года по МПК G01B11/03 

Фиг.1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения координат квази- точечных объектов в навигационных следящих системах и системах точеч- ного зрения.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства за счёт устранения необходимости мно- гократного считывания сигнала при осуществлении механической развертки.

На фиг. 1 представлена схема устройства в общем случае§ на фиг. 2 - . схема устройства, в котором фокусатор выполнен в виде объектива с двумя дифракционными решетками $ на фиг.З - схема устройства, в котором фокусатор выполнен в виде двух цилиндрических линз.

Устройство содержит последователь но расположенные фокусатор 1, который фокусирует излучение в плоскость XY в виде двух линий АА и ВВ и ко- ординатно-чувствительный фотоприем- ник 2, фоточувствительная область которой размещена в плоскостифокусировки XY и ориентирована вдольоси X, и блок 3 обработки сигнала,вход которого соединен с выходом фотоприемника 2, пози цией 4 обозначен светящийся квазиточечный объект, координаты которого необходимо измерить. Фокусатор 1 может быть выполнен в виде фокусирующего объектива 5 и установленных вплотнуюк немудифракционных решеток 6 и 7 (фиг,, 2), вместо которых могут быть использован линзовые растры, а также в виде двух цилиндрических объективов 8 и 9 с параллельным расположением их оптичес- ких осей и различной ориентацией образующих их поверхностей по отношению к линейной фоточувствительной области фотоприемника 2.

Устройство работает следующим образом.

Свет от квазиточечного объекта 4, координаты которого следует измерить, проходит через фокусатор 1 и фокусируется им в плоскости XY в виде двух линий АА и ВВ , В этой же плоскости расположена фоточувствительная область координатно-чувствительного фотоприемника 2, ориентированная вдоль оси X. Электрический сигнал с фотоприемника 2 поступает в блок 3 обработ- ки сигнала, осуществляющий вычисление координат объекта. Периодически с интервалом времени Т, который выбира

0

...

,

5 .

0 5

0

5

ется в зависимости от быстродействия и чувствительности фотоприемника 2, а также от энергетической эффективности фокусатора 1 и яркости объекта 4 осуществляется считывание в блоке 3 сигнала I(t) с фотоприемника 2, соответствующего распределению освещенности 1(х) на оси X. В блоке 3 с сигналом I(t) выполняются операции фильтрации и суммирования, в результате чего находятся координаты центров тех областей на оси X, в которых освещенность превышает некоторое заданное условиями работы устройства значение 10. В примере, показанном на фиг. 1, такими координатами будут Х1 и Х„, являющиеся точками пересечения отрезков АА и ВВ с осью X. Процедуры нахождения координат X,,, Х4, выполняемые в блоке 3 обработки, могут быть реализованы с помощью различных известных схемных решений. Перемещение объекта приводит в первом приближении к пропорциональному смещению линий фокусирования в плоскости расположения фото- чувствительиой области приемника 2, i являющейся плоскостью детектирования. Для примера рассмотрим случай, когда линии АА и ВВ являются прямыми и составляют с осью Y углы i +ct. и -ol соответственно, а координаты точек пересечения отрезков с осью X равны +а и -а для положения объекта на оси Z (X f 0, Y 0) . При перемещении объекта в точку с координатами X, Y отрезки АА и ВВ смес- I

тятся на вектор г |-) - -I, где

масштабный коэффициент М равен отношению расстояния от главной плоскости фокусатора до плоскости перемещения объекта к расстоянию от главной плоскости до плоскости детектирования. Легко показать, что имеют место соотношения, связывающие координаты X.,, Хй точек пересечения отрезков с линейным фотоприемником и координаты X, Y самого объекта

х - &LiЈsiM. Y / xizx« яч м г , 2 х 2 a tie( (

Вычисления по формулам (1) могут быть произведены в блоке 3 обработки числовым или аналоговым способом. Таким образом, одного такта считывания показаний с фотоприемника доста-«,

10

15

20

25

точно для определения двух координат объекта в плоскости XY. За счет изменения формы линий соотношения между измеряемыми коэффициентами Xf, X а. и координатами объекта могут быть сделаны нелинейными с заданным функциональным законом, при этом наклон кривых будет влиять на точность и диапазон измеряемых перемещений.

Фокусатор 1 в устройстве для измерения координат объекта может быть выполнен различным образом. Наиболее просто изготовить фокусатор в виде голограммы с записанными на ней изображениями линий.

На фиг. 2 показан вариант выполнения устройства с использованием объектива и дифракционных решеток в качестве фокусатора. Свет от ква- зиточечного объекта 4 фокусируется объективом 5 в точку 1 , которая рас полагается в одной плоскости с фоточувствительной областью линейного приемника 2. Дифракционные решетки 6 и 7, установленные вплотную друг к Другу перед объективом, размывают изображение точки в отрезки АА( , ВВ , направления которых перпендикулярны направлениям штрихов соответст- Q вующих решеток. Аберрации оптической системы по полю зрения определяются аберрациями объектива. Для уменьшения виньетирования решетки следует установить вблизи входного зрачка объектива. Вместо дифракционных решеток 6 и 7 можно использовать цилиндрические линзовые растры. В этом случае длины отрезков АА , ВВ будут пропорциональны относительному отверстию линз растра.

На фиг. 3 изображено устройство измерения координат, в котором фокусирование светового потока, идущего

з объекта 4, на линейном координат- о-чувствительном фотоприемнике

2осуществляется цилиндрическими линзами 8 и 9. Чтобы приблизить друг к ругу линии фокусировки, формируемые линзами 8 и 9, линза 8 выполнена в виде одной половинки от симметичной цилиндрической линзы. В общем лучае, когда вместо линз использутся цилиндрические объективы для ближения линий фокусировки, целесобразно использовать установленную

35

40

45

5Q

0

5

0

5

Q

за объективами систему зеркал, образующих смеситель изображений.

Формула изобретения

1.Устройство для измерения координат объекта, содержащее координатно чувствительный фотоприемник с фоточувствительной областью в виде линии и блок обработки сигналов, вход которого связан с выходом фотоприемника, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено фокусатором, рас- положенным перед фотоприемником и ориентированным так,что плоскостьего фокусировки совмещена с плоскостью расположения фоточувствительной об-: ласти фотоприемника, а линии фокусирования пересекают фоточувствительную область по крайней мере в двух точках под разными углами.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фокусатор выполнен в виде по меньшей мере одной голограммы с записанными на ней изображениями линий фокусирования.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фокусатор выполнен в виде объектива и двух дифракционных решеток, установленных в одной плоскости в поле зрения объектива так, что штрихи решеток имеют

различную ориентацию по отношению к

фоточувствительной области фотопри- емника.

4.Устройство по По 1, отличающееся тем, что фокусатор выполнен в виде Объектива и двух цилиндрических растров, установленных

в одной плоскости в поле зрения объектива так, что образующие растров имеют различную ориентацию по отно- шению к фоточувствительной области фотоприемника.

5.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фокусатор выполнен в виде двух цилиндрических

объективов, ориентированных один относительно другого так, что их оптические оси параллельны и образу- ющиё цилиндрических поверхностей объективов имеют различную ориента- цию по отношению к фоточувствительной области фотоприемника о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения координат квазиточечных объектов в навигационных следящих системах и системах точечного зрения. Целью изобретения является повышение быстродействия за счет устранения необходимости многократного считывания сигнала при осуществлении механической развертки. Для этого перед фотоприемником 2 с линейной координатно чувствительной лопастью установлен фокусатор 1 так, что плоскость фокусировки совпадает с плоскостью фотоприемника 2, а линии фокусирования пересекают фоточувствительную лопасть фотоприемника 2 не менее, чем в двух точках. Благодаря этому блок 3 обработки сигналов позволяет определить две координаты объекта 4 за один такт считывания. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

A ,Bf

9

фие.2

Фие.3