Фотоэлектрический способ преобразования информации Советский патент 1993 года по МПК G01S3/78 

дов сигнала координате положения измерительного растра и связанного с ним управляемого или контролируемого объекта относительно неподвижного индикаторного элемента и внешнего пространства, достигается тем, что формируют двумерно пространственно упорядоченную структуру ориентации светового потока в его сечении по заданному закону относительно плоскости начального отсчета, и пространственно упорядоченный в сечении оптический сигнал преобразуют в электрический с взаимно-однозначным соответствием и модуляцией формы сигнала по направлению перемещения растра относительно плоскости начального отсчета. Заданные особенности двумерного пространственного упорядочения структуры пучка света (например, задание асимметрии или антисимметрии его ограничения или распределения относительно одной или нескольких базисных плоскостей) переходят вначале на оптический сигнал, заем при фотодетектировании на электрический сигнал. При этом происходит процесс модуляции формы сигнала в соответствии с направлением модуляции (перемещения растра) и заданным законом упорядочения структуры пучка. Например, при упорядочении.структуры с заданием ее симметрии в радиальном направлении относительно плоскости начального отсчета и асимметрии относительно реперной плоскости образованной поворотом плоскости начального отсчета вокруг оси пучка на заданный угол, обеспечивается следующий вид модуляции формы сигнала: при набеге периодической модулирующей структуры растра в напраблении уменьшения потока формируется сигнал с левосторонней асимметрией формы, при набеге в обратном направлении увеличения потока - с правосторонней асимметрией формы, при набеге в направлении по нормали к плоскости начального отсчета - симметричной формы, набег по множеству других направлений модулирует форму сигнала с взаимно-однозначным соответствием степени асимметрии формы сигнала введенному закону распределения структуры потока. Возможны и другие варианты упорядочения структуры потока, обеспечивающие, например, постепенный переход простой или сложной формы к ее антиподу с антисимметрией первоначальной форме сигнала. Таким образом предлагаемый способ преобразования информации обеспечивает введение в сигнал-переносчик информационных признаков, позволяющих распознавать как качественно отличные направления перемещения растра, например, противоположные (например, знак -асимметрии формы сигнала), так и информационные параметры (например, степень асимметрии формы сигнала), обеспечивающие возмож- ность измерения положения фазы вектора и количественной оценки относительно малых градиентов направлений. Это обеспечивает расширение функциональной информативности преобразования светсигнал и областей применения. Практическая реализация упорядочения структуры пучка выполняется, например, путем ограничения светового потока в зоне модуляции, в зоне фотодетектирования или

5 одновременно в этих зонах модуляции, в зоне фотодетектирования или одновременно в этих зонах диафрагмой с асимметрией формы диаграммой с радиально-перемен- ной прозрачностью, или путем двухмерного

0 распределения плотности энергии излучения нелинейным-оптическим элементом, например граданом . со специальной геометрией обрезки и обработки.

Предлагаемый способ преобразования

5 информации отличается от известного введением операции упорядочения двухмерной пространственной структуры пучка света в сечении и особым режимом, выполнения преобразования, то есть при наличии

0 переупорядоченной не имеющего выраженной направленности источника излучения структуры потока в определенных зонах восприятия. Введение именно данной совокупности операции и режима преобразова5 ния обеспечивает введение в электрический сигнал дополнительных новых признаков и параметров, расширяющих информативность преобразования и обеспечивающих решение целого класса задач, не решаемых

0 при использовании свет-сигнал преобразования с традиционными подходами.

На фиг.1 представлена схема взаимного расположения элементов, реализующих преобразование оптического сигнала в

5 электрический, где обозначено: 1 - источник света; 2 - неподвижный элемент упорядочения структуры пучка света; 3 - подвижный измерительный растр с двумя степенями ь свободы; 4 - фотоприемник с площадью ра0 бочей поверхности, обеспечивающей фотодетектирование всего потока, проходящего через сопряжение неподвижного и подвижного элементов; на фиг.2-5 - примеры выполнения элементов упорядочения

5 структуры пучка света: на фиг.2 - диафрагма треугольной формы; при равномерном распределении плотности энергии пучка (ограничение потока такой формой в сечении имеет следующие особенности пространственной ориентации: относительно оси. проходящей через геометрический центр пучка, множество дискретных поворотов пло- ских групп движений выделяет с

кратностью множество направлений с

J

взаимно-однозначным соответствием асимметрии формы сигнала направлению перемещения растра); на фиг.З - диафрагма, состоящая из прозрачных и непрозрачных секторов с центральным углом я/2, сдвинутых вокруг проходящей через центр оси пучка на nil при равномерном распределении плотности энергии пучка (при такой более сложной структуре ограничения и упорядочения потока изменение направления модуляции в пределах угла раскрыва соответствует плавному переходу формы от пло- сковершинного к островершинному сигналу; на фиг.4 - диафрагма в виде круга с радиально-переменной прозрачностью; на фиг.5 - нелинейный элемент, (градан специальной геометрии обрезки и обработки), который позволяет упорядочить структуру пучка путем перераспределения плотности энергии излучения источника. Использование такого элемента более предпочтительно, так как позволяет произвести упорядочение пучка с минимальным ослаблением энергии входного оптического сигнала по сравнению с методом ограничения потока; на фиг.6 - функция f(x,y) и соответствующей этой функции образ Р в пространстве Радока R, а,р. Применение одно-, двух- и трехмерных измерений, требующих выделения только качественно отличающихся направлений, возможно при очень малых мерах измерительного растра. Для решения задачи измерительного преобразования с целю введения и выделения количественных параметров мало различных направлений меру измерительного растра увеличивают и выбирают по компромиссу между требуемой точностью преобразования по первой и второй координате.

Способ осуществляется следующим образом (см. фиг. 1). Первичный пучок источника 1 света имеет в сечении структуру с круговой симметрией. Источник 1 и элемент 2 установлены на неподвижной части измерительного устройства. Через диафрагму 2 с радиально-переменно й прозрачностью и сопряжений с диафрагмой элемента 2 подвижный растр Зс двумя степенями свободы источник 1 засвечивает рабочую поверхность фотоприемника 4. Функцию прозрачности диафрагмы 2 задают путем решения обратной задачи из условия обеспечения требуемого закона модуляции формы сигнала, например, в виде усеченного

кругового цилиндра. Проходя через диафрагму элемента 2. световой поток ограничивается и переупорядочивает в сечении пространственную структуру распределе- 5 ния плотности энергии излучения с сохранением симметрии относительно плоскости А-А и линейным уменьшением и асимметрией относительно нормальной плоскости Б-Б. Далее вторичный пространственно-пе- 0 реупорядоченный пучок проходит через растровое сопряжение элемента 2 с модулирующим растром 3 и засвечивает рабочую поверхность фотоприемника 4, который преобразует вторичный оптический сигнал 5 в электрический, Вследствие введения а- симметрии структуры пучка света, при вращении растра 3 происходит двухмерная модуляция сигнала по признакам и параметрам, качественно и количественно ха0 рактеризующим координаты положения и направления сложного двухстепенного движения растра 3. При этом качественным информативным признаком данного вида модуляции формы сигнала является знак

5 асимметрии формы, а количественным параметром - степень асимметрии формы сигнала. Таким образом введение операции, упорядочения светового потока повышает информативность данного вида преобразс0 вания свет-сигнал так как в сигнал вносятся дополнительные важные признаки и параметры, позволяющие расширить области применения способа для контролируемых или управляемых объектов со

5 сложными видами движения.

Что касается размеров окна диафрагмы, то его задают равным шагу растра, который выбирают, исходя из необходимого соотношения точности измерительного преобра0 зования по первой и второй координате. При уменьшении размера окна диафрагмы и, соответственно шага растра уменьшается мера унитарного отсчета положения обьек- та по первой координате, то есть повышает5 ся точность преобразования информации по первой координате. Однако, одновременно при этом снижается качество модуляции формы сигнала, то есть, понижается точность измерительного преобразования

0 по второй координате. Таким образом при одинаковом уровне требования к точности преобразования по первой и второй координате размер окна выбирают по компромиссу, при требовании более высокой точности

5 по первой координате размер окна и шаг растра уменьшают, в противоположном случае - увеличивают, чем повышают качество модуляции формы сигнала и введения информационных признаков (знак асимметрии формы) и параметров (степень асимметрии) по второй координате.

Закон для всех вариантов упорядочения и ограничения потока излучения определяется прямым решением интегрального уравнения Радона

R(a. р) - / / f(x.y) б (xcos p +

(s) + )dxdy,

где х, у - две независимые переменные по оси х и у;

(х, у) - функция упорядочения потока в области площади окна диафрагмы;

S - область интегрирования, равная площади окна диафрагмы;

д - дельта функция Дирака;

а - параметр, характеризующий рассто- яние от начала координат до прямой xcosy +ysln -a;

р - угол между осью х и направлением модуляции потока (направление интегрирования);

R(a, р) - преобразование Радона.

Используя известные свойства двойного интеграла, и принимая конкретный рельеф функции а f(x, у) упорядочения и ограничения потока в виде-усеченного единичного прямого кругового цилиндра, то есть

f(x,y) /0,512(1 - у) при х2 + у2 1

О

При Х2 + у2 1

преобразование R(a, p) можно выразить как

+ 1 4-V1 -xz R(a, p) / dx J 0,512(1 - yXxcos p +

+ yslny)dy.

Учитывая известное соотношение

(xcos p + ysin р) т 2 Этл е , п -- - ш

где Этп функция, зависящая только от х, у следует, что проекция R(a, p) в зоне симметрии имеет форму параболы 0,516(1 - у) . на которую в зонах асимметрии пучка по координате (р накладывается закручивание по закону cos p или sin tp (зависит от выбора начального отсчета). При этом формируется сигнал с правосторонней или левосторонней асимметрией формы. Выделение даннего параметра (пространственная демодуляция) производится, например, путем перемножения информативного сигнала с опорным меандром и выделения из

полученного мультипликативного сигнала постоянной составляющей посредством пространственного интегрирования (по пути).

Данный способ обеспечивает двумерное преобразование свет-сигнал путем двухкоординатной модуляции сигналов и одновременного введения в информативный сигнал признаков и параметров по двум координатам за счет совмещения кодовоимпульсной модуляции и модуляции формы сигнала.

Формула изобретения Фотоэлектрический способ преобразования информации, включающий операцию .модуляции светового потока путем вращения задающих единичные меры отсчета координат измерительного растра относительно неподвижного индикаторного элемента и внешнего пространства и преобразования модулированного оптического сигнала в электрический при соответствии суммы текущих единичных приращений пространственной меры и числа периодов сигналов координате измерительного растра, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения информативности преобразованного сигнала путем одновременной модуляции сигнала по двум координатам за счет совмещения кодово-импульсной модуляции и модуляции формы сигнала, формируют двумерно пространственно упорядоченную структуру ориентации светового потока относительно заданного пространственного начального отсчета,

преобразуют упорядоченный в сечении вторичный оптический сигнал в электрический с взаимно однозначным соответствием и модуляцией формы сигнала по направлению перемещения растра относительно

плоскости начального отсчета.

AL .,/

чг /т

Изобретение относится к технике преобразования оптического сигнала в электрический с модуляцией потока пространственным модулятором типа растра. Целью изобретения является повышение информативности преобразованного сигнала при одновременной модуляции сигнала по двум координатам за счет совмещения кодово-импульсной модуляции и модуляции формы сигнала. Цель изобретения достигается формированием.двухмерно пространИзобретение относится к технике преобразования оптической информации в электрическую свет-сигнал с модуляцией светового потока пространственным модулятором типа растра, с учетом физики процесса преобразования совокупности несущего физического воздействия излучения оптического диапазона и передаваемой им информации в электрический сигнал. Целью изобретения является повышение информативности преобразованного сигнала путем одновременной модуляции сигнала по двум координатам за счет совмественноупорядоченной структуры ориентации светового потока источника излучения в его сечении по заданному закону относительно плоскости начального отсчета, моду- ляцией упорядоченного пучка путем вращения задающего единичные меры отсчета по первой координате измерительного растра относительно неподвижного индикаторного элемента и преобразованием модулированного оптического сигнала с соответствием суммы текущих единичных приращений меры первой координаты положения измерительного растра и связанного с ним управляемого или контролируемого объекта и взаимно-однозначным соответствием и модуляцией формы сигнала вектору направления перемещения растра и положению объекта по второй координате. Упорядочение структуры и ориентация пучка производится путем ограничения светового потока в зоне фотодетектирования или одновременно в зоне модуляции и в зоне фотодетектирования путем ограничения диафрагмости с различной формы.. 6 ил. щения кодово-импульсной модуляции и модуляции формы сигнала. Указанная цель в способе преобразования информации, основанном на модуляции светового потока путем вращения задающих единичные меры отсчета координат закрепленного на объекте или механически соединенного с ним измерительного растра относительно неподвижного индикаторного элемента и преобразовании.модулированного оптического сигнала в электрический с соответствием суммы единичных приращений пространственной меры и числа периоЁ со о 00 ел VI

фг/г.2

Фаг.З

71

. /

Фи г Л

фи г. 5