Оптико-электронное устройство для формирования и пространственного отслеживания модулированного оптического пучка Советский патент 1991 года по МПК G01B21/00 

о

-А

о о

CJ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам пространственного отслеживания положения смодулированных оптических пучков с равИ носигнальной зоной. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона пространственного отслеживания. Устройство содержит оптический блок 6, формирующий равносигнальную зону и имеющий два канала подсветки, содержащий оптические источники 1. 2 излучения и конденсаторы 3, 4, фоторегистрирующий блок 12, содержащий объектив 13 и фотоприемник 14, электронную схему обработки, содержащую усилитель 15. фазовый детектор 16, индикатор 17 и усилитель мощности 18. Электронная схема устройства вырабатывает сигнал рассогласования при смещении оси пучка излучения, сформированной оптическим блоком 6, от оптической оси фоторегистрирующего блока 12. Выполнение оптического блока позволяет уменьшить сферические аберрации. 2 ил. ел

Фиг. 7

Т

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике,а именно к оптико- электронным устройствам, формирующим и отслеживающим пространственное положение модулированных оптических пучков с равносильными зонами и может быть использовано для измерения профилей полированных поверхностей.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона пространст- венного отслеживания.

На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Устройство содержит систему излуче- ния, состоящую из двух пар оптически связанных источника 1(2) излучения и конденсатора 3(4), блок 5 противофазного питания источников излучения, два выхода которого подключены соответственно к вхо- дам источников 1 и 2 излучения, систему передачи изображения, выполненную в виде цилиндрического оптического прозрачного блока 6, состоящего из двух полуцилиндров, на боковой поверхности ко- торых симметрично относительно плоскости их соединения и параллельно ей выполнены прямоугольные пазы 7, основание цилиндрического блока выполнено кри- волинейным и образует обьектив 8, оптическая ось которого совпадает с осью оптического блока и лежит в плоскости соединения полуцилиндров, другое основание цилиндрического блока выполнено в виде двугранного угла, отражающие грани 9 и 10 которого, являющиеся светоделителем, образованы фасками, выполненными на каждом из полуцилиндров под равными углами к плоскости их соединения, а ребро двугранного угла перпендикулярно оси оптиче- ского блока и размещено в фокусе объектива, источники 1 и 2 излучения размещены напротив соответствующих прямоугольных пазов так, что их оптическая ось перпендикулярна оси оптического блока и ребру двугранного угла и проходит через точку 11 их пересечения. Устройство содержит также фоторегистрирующий блок 12, состоящий из обьектива 13 и размещенного в его фокусе фотоприемника 14, и электрон- ную схему обработки сигнала, включающую последовательно соединенные усилитель 15, вход которого соединен с выходом фотоприемника 14, фазовый детектор 16 и индикатор 17, и усилитель 18 мощности, вход которого связан с выходом фазового детектора 16, второй вход последнего соединен с блоком 5 противофазного питания.

Устройство работает следующим образом.

Система излучения формирует параллельный пучок, имеющий резко выраженную равносигнальну зону (РСЗ) вдоль оптической оси цилиндрического оптического блока 6, образо ;анную за счет скачкообразного изменения свойств оптического излучения вдоль этой оси благодаря тому, что источники 1 и 2 излучения излучают на одной частоте, но в противофазе. Излучение воспринимается объективом 13 фоторегист- рирующего блока 12 и направляется на фотоприемник 14, с которого снимается сигнал, описываемый следующей формулой:

U - S -smart ( - ) , где S - крутизна фотоприемника;

ш- круговая частота модуляции; t - время;

Фу)о лучистый поток, фаза модуляции которого принята за нулевую;

лучистый поток, фаза модуляции которого сдвинута на 180°.

Из формулы видно, что, если потоки Ф( и Фуэ-180 равны, что возможно лишь при совпадении оси пучка излучения с осью фоторегистрирующего блока 12 сигнал, снимаемый с выхода, фотоприемника 14, равен нулю. При несовпадении осей пучка оптического блока 6 и фоторегистрирующего блока 12 сигнал фотоприемника 14 отличен от нуля. Снимаемое с выхода фотоприемника 14 напряжение усиливается в усилителе 15 и поступает в фазовый детектор 16, где происходит определение знака смещения пучка. Величина и знак смещения регистрируются на индикаторе 12. С фазового детектора 16 сигнал поступает в усилитель 18 мощности и далее к исполнительному приводу, который обеспечивает перемещение фоторегистрирующего блока 12 относительно оси пучка оптического блока 6 до совпадения этой оси с осью объектива 13. Таким образом, устройство обеспечивает отслеживание пространственного положения модулированного светового пучка. Выполнение оптического блока 6, объектив которого выполнен в виде одной преломляющей поверхности, почти полностью исключает сферические аберрации, что дает существенное повышение точности пространственного отслеживания пучка.

Формула изобретения Оптико-электронное устройство для формирования и пространственного отслеживания модулированного оптического пучка, содержащее систему излучения, состоящую из двух пар оптически связанных источников излучения и конденсора и

блока противофазного питания, два выхода которого подключены соответственно к входам двух источников излучения, последовательно расположенные по ходу излучения систему передачи изображения и фоторегистрирующий блок, электронную схему обработки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона пространственного отслеживания, система передачи изображения выполнена в виде цилиндрического оптически прозрачного блока, состоящего из двух полуцилиндров, на боковой поверхности которых симметрично относительно плоскости соединения и параллельно ей выполнены прямоугольные пазы, основание цилиндрического блока выполнено криволинейным и

0

5

образует объектив, оптическая ось которого совпадает с осью оптического блока и лежит в плоскости соединения полуцилиндров, другое основание цилиндрического блока выполнено в виде двугранного угла, отражающие грани которого, являющиеся светоделителем, образованы фасками, выполненными на каждом из полуцилиндров под равными углами к плоскости их соединения, а ребро двугранного угла перпендикулярно оси оптического блока и размещено в фокусе объектива, иыочники излучения размещены напротив соответствующих прямоугольных пазов так, что их оптическая ось перпендикулярна оси оптического блока и ребру двугранного угла и проходит через точку их пересечения.

Фиг. 2