Устройство для съема информации со светового экрана Советский патент 1991 года по МПК G01D5/39 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для эксплуатации аппаратуры со световыми экранами, например электронно-лучевыми индикаторами.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения непрерывного съема информации о двух координатах точки со световым пятном.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2-7 - примеры выполнения узлов.

Обозначения, принятые на фиг. 1:

1- световой экран (например, экран электронно-лучевого индикатора);

2- первый поляризатор;

3- элемент с неравномерной прозрачностью;

4- элемент с неравномерной ротацией;

5- светокамера;

6-чувствительный элемент первого фотоэлектрического преобразователя;

7- первый фотоэлектрический преобразователь;

8- первый регистрирующий блок;

9- второй поляризатор;

10- чувствительный элемент второго фотоэлектрического преобразователя;

11- второй фотоэлектрический преобразователь;

12- делитель;

13- преобразователь;

14- второй регистрирующий блок. Светокамера 5 своим окном обращена к

световому экрану 1, Во входном окне свето- кэмеры 5 последовательно расположены друг за другом первый поляризатор 2, элемент 3 с неравномерной прозрачностью и элемент 4 с неравномерной ротацией. Чувствительные элементы 6 и 10 первого и второго преобразователей 7 и 11 соответственно размещены рядом друг с другом внутри све- токамеры 5 напротив входного окна светока- меры 5. Выход преобразователя 7 соединен с входом первого регистрирующего блока 8 и

О

ь. VI ю о

вторым входом делителя 12. Выход второго преобразователя 11 соединен с первым входом делителя 12. Выход делителя 12 соединен с входом преобразователя 13. Выход преобразователя 13 соединен с входом регистрирующего блока 14.

Устройство работает следующим образом.

От ическое излучение от светового пятна проходит через первый поляризатор 2 и становится линейно-поляризованным. После прохождения через элемент 3 интенсивность оптического излучения изменяется в зависимости от почожения пятна на световом экране 1 по координатной оси, вдоль которой направлен градиент прозрачности элемента 3. После прохождения через элемент 4 угол поворота плоскости поляризации оптического излучения изменяется в зависимости от положения светового пятна на световом экране по координатной оси, вдоль которой направлен градиент угла поворота элемента 4 Рассмотрим для конкретности декартовые координатные оси X и Y. Пусть градиент прозрачности элемента 3 направлен по оси X, а градиент угла поворота элемента 4 - по оси Y Тогда интенсивность И оптического сигнала после прохождения через элементы 3 и 4 (потерями в нем можно пренебречь) будет иметь вид

i lo F(X),

где 10 - интенсивность оптического излучения после прохождения через первый поляризатор 2;

Г(Х) - зависимость коэффициента пропускания элемента 3 от координаты X.

Угол поворота р плоскости поляризации оптического излучения после прохождения через элемент 4 (в предположении, что в элементе 3 поворота плоскости поляризации нет) будет равен

(Y),

где (у ) зависимость угла поворота плоскости поляризации оптического излучения в элементе 4 от координаты Y (отсчет угла поворота (р плоскости поляризации оптического излучения ведется от плоскости поляризации света после его прохождения через первый поляризатор 2).

Таким образом, информация о положении светового пятна на световом экране по координате X содержится в интенсивности оптического излучения, а по координате Y - в угле поворота плоскости поляризации оптического излучения.

После последовательного прохождения через первый поляризатор 2 элемент 3 и элемент 4 оптическое излучение попадает

0

5

0

5

0

5

на чувствительный элемент 6 и на второй поляризатор 9.

Электрический сигнал Ui на выходе преобразователя 7 можно записать в виде

Ui Kih Kil0F(X),

где Ki - крутизна характеристики первого фотоэлектрического преобразователя 7.

Интенсивность света la, падающего на чувствительный элемент 10 после прохождения через второй поляризатор 9, может быть записана (в предположении, что оси максимального пропускания первого и второго поляризаторов параллельны) в следующем виде (закон Малюса)

la hcos2(Y) loF(x)cos2V(Y)

Электрический сигнал Ua на выходе преобразователя 11 имеет вид

V2 K2 I2 K2 lo F (X) cos2 V( Y ) где «2 - крутизна характеристики второго преобразователя 11.

Электрический сигнал U2 поступает на первый вход делителя 12, а электрический сигнал Ui - на второй вход делителя 12.

Электрический сигнал на выходе делителя 12 равен отношению электрического сигнала на его первом входе к электрическому сигналу на его втором входе

U3 У2 jUpF(X)cos2(v):K2 2 . .

3 uiKtoF(x)KicosV4Y

Электрический сигнал Кз поступает на преобразователь 13, который последовательно осуществляет три вычислительные операции: умножение на постоянный коэффициент, равный Ki/K2, извлечение квадратного корня и определение арккосинуса. Таким образом, электрический сигнал Ui на выходе преобразователя 13 имеет вид

40 У 4 arccos V ЈL U3 arccosV Ј1 Ј2 2 у j

К2

К2 К1

arccos VCOS2(Y) arccost/( Y ) ( Y )

Электрический сигнал Ui с выхода npeo6paj зователя 1 поступает на вход регистрирую- щего блока 8, который осуществляет его регистрацию с учетом конкретного вида известной зависимости F(X). В простейшем случае, если пропускание элемента 2 линей- но зависит от координаты X, т.е. F ( X) сгХ, где а- постоянный коэффициент, электрический сигнал на входе первого регистрирующего блока 8 пропорционален координате X светового пятна на световом экране 1 Электрический сигнал IU поступает на вход второго регистрирующего блока 14, который осуществляет его регистрацию с учетом конкретного вида известной зависимости V4Y) В простейшем случае, если

угол поворота плоскости поляризации элемента с неравномерной ротацией личейко зависит от координаты Y, т.е. V ( х ) /ty где /3- постоянный коэффициент, электрический сигнал на входе второго регистрирующего блока 14 пропорционален координате Y светового пятна на световом экране 1.

В качестве примера на фиг. 2 приведен один из вариантов взаимного расположения элемента 3 с неравномерной прозрачностью и элемента 4 с неравномерной ротацией, которые изготовлены в форме клиньев.

Элементы 3 и 4 могут быть изготовлены также таким образом, чтобы устройство определяло положение светочого пятна на световом экране 1 в полярных координатах

Например, элемент 3 может быть изготовлен из поглощающего вещества в виде объемной фигуры получающейся при вращении трапеции вокруг верхнего или нижнего основания, а элемент 4 из оптически активного (электрооптического, магнитооптического) вещества в виде объемной фигуры (с основанием в виде круга), толщина которой при движении от центра к краю при фиксированном угле поворота не меняется, а при увеличении угла повооота возрастает (фигура типа спирального одновиткового пандуса) Такой вариант выполнения элементов 3 и 4 приведен на фиг 3 В этом случае первое регистрирующее устройство фиксирует значение радиальной координаты положения светового пятна на световом экране 1, а второе регистрирующее устройство - значение угловой координаты положения светового пятна на световом экране 1.

Если материал элемента 4 обладает заметным поглощением,а сам элемент выполнен в форме клича, то для устранения погрешностей измерения координаты X (в декартовых координатах) до (или после) элемента с неравномерной ротацией необходимо установить поглощающий компенсатор, имеющий форму клина, толщина которого увеличивается (уменьшается) в направлении уменьшения (увеличения) толщины элемента 4.

Если же материал элемента 4 обладает заметным поглощением, а сам элемент выполнен е виде спирального одновиткового пандуса, то для устранения погрешностей измерения радиальной координаты (в полярных координатах) до (или после) элемента 4 необходимо установить поглощающий компенсатор, имеющий форму одновитковогопандуса, конфигурация которого подобна зеркальному отражению формы элемента 4.

Материал компенсатора и его толщина

вдоль направления распространения света выбираются в соответствии со следующим требованием: поглощение последовательно расположенных элемента с неравномерной ротацией 4 и компенсатора должно быть

постоянным независимо от положения светового пятна на световом экране 1.

Преобразователь 13 может быть выполнен в виде совокупности трех последовательно соединенных блоков 15-17 (фиг. 4),

причем 15 осуществляет усиление поступавшего нг его вход сигнала с коэффициентом усиления, равным Ki/«2, блок 16 извлекает квадратный корень из поступившего на его вход сигнала, а блок 17 осуществляет операцию преобразования поступившего на вход CHI нала в арккосинус этоги сигнал.

Блок 16 может иметь функциональную схему, приведенную на фиг. 5, где приняты

следующие обозначения: 18-источник единичного сигнала; 19 - первый инвертор; 20 - первый сумматор; 21 - усилитель с коэффициентом усиления, равным 1 /2: 22 - первый перемножитель; 23 - усилитель с

коэффициентом усиления, равным ,. н.

24 - второй инвертор, 25 - второй перемножитель; 26 - усилитель с коэффициентом

-TC ; 27 - третий

усиления равным огдУе

перемножитель; 28 - усилитель с коэффици1 Ч -5 5

ентом усиления, равным -к -я T2l3

- третий инвертор, 30 - первый многовходо- 0 вой сумматор.

Блок 17 может иметь функциональную схему, приведенную на фиг. 6, где приняты следующие обозначения. 31 - источник сигнала, равного -п : 32 - второй сумматор; 33 четвертый перемножитель; 34 - пятый перемножитель; 35 - усилитель с коэффициен

6

0 перемножитель; 37 - усилитель с коэффици3ентом усиления, равным -д ; 38 - седьмой

перемножитель; 39 - усилитель с коэффициентом усиления, равным ; 40 - второй

многовходовой сумматор; 41 - четвертый инвертор.

Блок 17 может быть выполнен также на основе вращающегося трансформатора. Функциональная схема такого варианта

том усиления, равным - ; 36 - шестой

приведена на фиг. 7, где приняты следующие обозначения: 42 - источник сигнала, величина которого равна 2тг; 43 - источник единичного сигнала; 44 - потенциометр; 45 - ротор вращающегося трансформатора; 46 -следящая система;47-статор вращающегося трансформатора. Выход источника 42 сигнала, величина которого равна In , соединен с входом потенциометра 44, выход ист очника 43 единичного сигнала - с входом ротора 45 вращающегося трансформатора, выход статора 47 вращающегося трансформатора - с первым входо м следящей системы 46, второй вход следящей системы 46 выполняет роль входа блока 17, выходной вал следящей системы кинематически связан с ротором 45 вращающегося трансформатора и движком потенциометра 44, а сигнал с выхода движка потенциометра 44 является выходным сигналом блока 17.

В этом случае блок 17 работает следующим образом,

Ротор 45 вращающегося трансформатора запитывается единичным сигналом, поэтому сигнал с выхода статора 47 вращающегося трансформатора равен cos$, где 9- угол поворота вала вращающегося трансформатора. Напряжение с выхода статора 47 вращающегося трансформатора сравнивается в следящей системе 46 с напряжением, поступающим на вход блока 17. Делитель следящей системы 46 поворачивает ротор 45 вращающегося трансформатора до тех пор, пока сигнал на первом входе следящей системы 46 на сравнивается с сигналом на втором выходе следящей системы 46, т.е. до тех пор, пока не установится угол в , определяемый как arccosA, где А - сигнал на втором входе следящей системы. Сигнал, снимаемый с выхода движка потенциометра, равен arccosA, если зависимость между углом поворота вала вращающегося трансформатора и сигналом с выхода движка потенциометра 44 является линейной.

Формула изобретения

1.Устройство для съема информации со светового экрана, содержащее элемент с неравномерной прозрачностью, первый фотоэлектрический преобразователь, к выходу

которого подключен первый регистрирующий блок, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения непрерывного съема информации о двух координатах

точки экрана со световым пятном, в него введены первый поляризатор и элемент с неравномерной ротацией, установленные соответственно до и после элемента с неравномерной прозрачностью по направлению от светового экрана во входном окне светокамеры, второй фотоэлектрический преобразователь, второй поляризатор, установленный перед чувствительным элементом последнего, делитель,

функциональный преобразователь и второй регистрирующий блок, при этом чувствительные элементы первого и второго фотоэлектрических преобразователей размещены рядом друг с другом внутри светокамеры напротив входного окна, выход второго фотоэлектрического преобразователя соединен через делитель и функциональный преобразователь с входом второго регистрирующего блока, а другой вход делителя подключен к выходу первого фотоэлектрического преобразователя.

2.Устройство по п. 1, отличающее- с я тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде последовательности

блоков масштабирующего усиления, извлечения квадратного корня и преобразования входного сигнала в его арккосинус.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при эксплуатации аппаратуры со световь,мм экранами, например электронно-лучевых индикаторов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения однозначной регистрации положения светового пятна в любой точке светового экрана. Цель достигается выводом информации о положении светового пятна по одной координате интенсивностью светового излучения, а по другой углом поворота его плоскости поляризации, последующей обработкой двух полученных сигналов и их регистрацией. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

Фмг.1,

1

1

43

И

Фиг. 2.

I

яы

Фиг 3.

Рмг.5.

Фиг.6