Фотоэлектрический датчик сдвигаАХРОМАТичЕСКОй пОлОСы иНТЕРфЕРЕН-циОННОй КАРТиНы Советский патент 1981 года по МПК G01B9/02 

(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИ.К СДВИГА АХРОМАТИЧЕСКОЙ ПОЛОСЫ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ КАРТИНЫ

1

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

Известны устройства для англиэа оптического изобргикения, например интерференционной картины, позволяющие выделить наиболее контрастную деталь в оптическом изображении и определить ее положение относительно оптической оси прибора с применением механического сканирующего устроит ства. Устройство механически перемечающуюся щель, объектив, фотоприемник и электронную схему обработки информации.

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

Г1.

Недостатками известного устройства являются уход нуля, ненадежность , и недолговечность устройства, гро-.

моздкость аппаратуры и наличие виб раций, вносящих-помехи и работу как самого устройства, так н блоков по мещенных с ннм в одном корпусе.

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

О картины, который использует оптоэлектронное анализирующее устройство твердотелый сКаннстор. Датчик сдвига полосы интерференционной картины содержит оптозлектронное сканнрующее

15 устройство и схему управления. Оптозлектронное сканирующее устройство содержит слой полупроводннка, слой с большим октческим сопротивленнем и полупрозрачный слой. При приложе20 НИИ постоянного и пилообразного

нажряжеиия образуется бегущая волна тока, дакнцая на нагрузочном сопротивлении сигигл, пропорциональный интегралу от распределення интенсивности

25 света вдоль сканируемой стороны изображения.. Схема управления по заданг ному алгоритму ; и в соответствии с распределением интенснвности света по разным строкам определяет положеЗв ние наиболее яркой центральной полосы интерференционной картины относительно оси устройства f2 . Недостатками известного датчика являются невысокая разроиающая спосо ность, обусловленная низкой чувствительностью, и неравномерность чувствительности по полю. Цель изобретения - увеличение раз решающей способности и обеспечение равномерности чувствительности по полю. Поставленная цель достигается тем что в известном датчике содержащем оптоэлектронное сканирующее устройство и схему управления, оптоэлек тронное сканирующее устройство содер жит расположенные по ходу луча линейную матрицу оптических затворов на жидких кристаллах (ЖК), объектив и расположенный в его фокгшьной плос кости фотоприемник, а в схему управления введены блок последовательного опроса всех оптических: затворов, блок опроса 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 подключен к входу блока последовател ного опроса, второй выход - к блоку опроса двух центральных затворов, а выходы блоков опроса подключены к . матри1(ё затворов. На фиг.1 изображена структурная схема датчика; на фиг.2 и 3 - распр деление интенсивности света в интер ференционной картине и временные диаграммл работы схемы управления в режиме грубого (точного) поиска положения центральной пЬлосы. Световой поток 1 с выхода интерферометра создает интерференционную картину 2 в плоскости линейной матр цы 3 оптических затворов на жидких кристаллах, число злементов матрицы п,.а число интерференционных полос п/2, причем ширина отдельного злемента матрицы выбрана равной половине расстояния между интерференционными полосами. Световой поток, прошедсаий через матрицу затворов, объективом 4 соби рается на фотоприемнике 5, расположенном в его фокальной плоскости. Схема управления датчика включает в себя блок обработки сигналов рассогласования, состоявши из избирательных усилителей 6 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 и которых подключен к блоку 12 последовательного опроса всех оптических аатгоров, а другой - к блоку 13, редназначенному для опроса двух ценральных рядом расположенных затвоов. Для осуществления развязки двух блоков опроса в схему дополнительно включен блок 14 ключей. Синхронизаия работы всего устройства осуществляется задающим генератором 15. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии на все оптические затворы со схемы управления подано управляющее напряжение, поддерживающее слой ЖК в затворах 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 откся вания оптических затворов с помощью блока 11 коммутации, блока 12 последовательного опроса всех затворов и блока 14 ключей. При этом происходит последовательное однострочное сканирование оптического изображения. Световой поток, прошедший через поочередно открывающиеся оптические затворы с 1-го по п-й, с помощью объектива 4 попадает на фотопряемник 5, где преобразуется в злектрический сигнал. Сигнал с фотоприемника 5 подается на входы двух избирательных усилителей б и 7, настроед ных соответственно на частоты f и где - частота импульсов задающего генератора 15, an - число ячеек в матрице. В избирательном усилителе б выделяется первая гармоническая из переменной составляющей сигнала на частоте f и в фазовом детекторе 8 определяется сдвиг максимума этой гармоники относительно опорного напряжения, что характеризует сдвиг ахроматической полос инт ференционной картины относительно оптического центра. Через сумматор 10 сигнал подается на выход датчика. На вр лениой диаграмме выделения сигнала сдвига ахроматической полосы при сканировании всего поля показана инт ффенционная картина и наложенные на нее изображения оптических затворов от 1-го до п-го (фиг.2а), изменение светового потока при последовательном сканировании интерференционной картины оптическими затворами (фиг.26), первая гармоническая, полученная из переменной оставляющей сигнала по частоте f(фиг.2в}, опорное напряжение (фиг.2г). При рассогласовании, меньшем ширины ахроматической полосы, блок 11 кол утации переключения подключает к матрице блок 13 опроса, управляющий только двумя центральными затворами матрицы ft/2 и с частотой )r в то время как все остальные затворы закрыты постоянными напряжениями со схемы управления, т. е. происходи переключение в режим точного потока. Тем самлм создается возможность в малом поле с высокой точностью (до 0,05 Л) определить смещение ахромати ческой полосы относительно центра матрицы. Сигнал ошибки формируется в избирательном усилителе 7, настроенном на частоту fja, в Ф зочувствительиом дапрямитепе 9 и через сумм ТОР 10 подается на выход датчика. Временная диаграмма формирования сиг нала ошибки в малом поле показана на фиг.З (обозначения позиций на ней аналогичны фиг.2). предлагаемое устройство надежно определяет положение ахроматической полосы в поле ЮД с точностью 0,05Л где Л- длина световой волны, равная 0,5 мкм, при этом световой поток, формирующий интерференционную карти НУ, составляет , Технико-экономический эффект изоб ретеш я заключается в повышении разр шающей способности, обеспечении равномерности чувствительности по толю, снижении весов, габаритов и п реблнемой мощности. Формула изобретения Фотоэлектрический датчик сдвига ахроматической полосы интерференционной картины, содержащий оптоэлектронное сканирующее устройство и схему управления, отличающийс я тем, что, с целью повыаения разрешающей способности и обеспечения равномерности чyвcтвиfeльнocти по полю, оптозлектронное 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 нэ выходов блока коммутации подключен к входу блока последовательного опроса, второй выход - к блоку опроса двух центральных затворов, а выхода блоков опроса подключены к матрице затворов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Авторское свидетельство ccc,f 657387, кл. G 02 В 27/17, опублик. 2 Авторское свидетельство СССР 131375, кл. Н 04 N 5/30, опублик. I960.

ь /

/ 2 J

/ П

п

1

,

Фаг. 2