Устройство для съема информации со светового экрана

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s G 01 D 5/39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы (21) 4707612/10 (22) 19.06.89 (46) 07.05.91. Бюл. N. 17 (72) Б,Н. Сокорнов и В,Г. Янов (53) 681.32(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 313087, кл. G 01 D 5/39, 1972.

Авторское свидетельство СССР и 601566, кл. G 01 D 5/39, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЬЕ МА ИНФОРМАЦИИ СО СВЕТОВОГО ЭКРАНА (57) Изобретение. относится к измерительной технике и может быть использовано при

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;

„„5U,;, 1647261 А1 эксплуатации аппаратуры со световыми экранами, например электронно-лучевых индикаторов. Целью изобретения является расширение функциональных возможно стей устройства путем обеспечения однозначной регистрации положения светового пятна в любой точке светового. экрана. Цель достигается вь водом информации а 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.и. ф-л ы, 7 ил.

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 светокамеры 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 светокамеры 5 напротив входного окна светокамеры 5. Выход преобразователя 7 соединен с входом первого регистрирующего блока 8 и

1647261

10

50

55 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 образам.

Оптическое 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 положения 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 u

Y. Пусть градиен — прозрачности элемента 3 направлен по оси Х, а градиент угла поворота элемента 4.— по оси Y. Тогда интенсивность (1 оптического сигнала после прохождения через элементы 3 и 4 (потерями в нем можно пренебречь) будет иметь вид !

1 = 4 F(X), где lp — интенсивность оптического излучения после прохождения через первый поляризатор 2;

F(X) — 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 поля:ризации нет) будет равен

v=t(Y) где V (V ) — зависимость угла поворота плоскости поляризации оптического излучения в элементе 4 от координаты Y (отсчет угла поворота ð 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 на чувствительный элемент 6 и на второй поляризатор 9, Электрический сигнал U< на выходе преобразователя 7 можно записать в виде

U1 = K.= K1loF(X), где K> — крутизна характеристики первого фотоэлектрического преобразователя 7.

Интенсивность света l2, 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) 2 =!1со$ ф(У) =.lpF(х)со$ ф(У)

Элвктрический сигнал U2 на выходе преобразователя 11 имеет вид

V2 = К2 2 = K2 0 F (X) cos ф (Y } где K2 — крутизна характеристики второго преобразователя 11.

Электрический сигнал U2 поступает на первый вход делителя 12, а электрический сигнал U> — 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

02 K Ip F Х ф(Г) кг г кто .X)

Электрический сигнал 0з поступает на преобразователь 13, который .последовательно осуществляет три вычислительные операции: умножение на постоянный коэффициент, равный K1/Кг, извлечение квадратного корня и.определение арккосинуса.

Таким образом, электрический сигнал U< на выходе преобразователя 13 имеет вид

U4 =arccos Дз arccos« — — соя ф(у ) 1 = г « 1K2 2

К2 К2 К1

=.а си 4 2 р(«) =асс tP(Y) =1P(Y).

Электрический сигнал U> с выхода преобра", зователя 7 поступает на вход регистрируют щего блока 8, который осуществляет его регистрацию с учетом конкретного вида известной зависимости F(X). В простейшем случае, если пропускание элемента 2 линейно зависит от координаты Х, т,е.

F (X) = AX, где а- постоянный коэффициент, электрический сигнал на входе первого регистрирующего блока 8 пропорционален координате X светового пятна на световом экране 1. Электрический сигнал U4 поступает на вход второго регистрирующего блока

14, который осуществляет его регистрацию с учетом конкретного вида известной зависимости ф(Y). Bпростейшемслучае,если

1647261 угол поворота плоскости поляризации элемента с неравномерной ротацией личейно зависит от координаты У, т.е. gi(x) =,Иу, где P — 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 обьемной фигуры, получающейся при вращении трапеции вокруг верхнего или нижнего основания, а элемент 4 — из оптически активного (электрооптического, магнитооптического) вещества в виде обьемной фигуры (с основанием в виде круга), толщина которой при движении OT центра к краю при фиксированном угле поворота не меняется, а при увеличении угла поворота 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 пятн- 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 клина, то для устранения погрешностей измерения координаты Х (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 в 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 одновитко I во -опандуса, конфигурация которого подобна зеркальному отражени о формы элемента 4.

Материал кол,пенсатора и его толщина

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

10 постоянным независимо от положения светового пятна на световом экране 1.

Преобразователь 13 может быть выполнен в виде совокупности трех последовательно, соединенных блоков 15 — 17 (фи . 4), 15 причем блок 15 осуществляет усиление поступавшего нг его вход сигнала с коэффициентом усиления, равным Ki/Kz, блок 16 извлекает квадсатный корень из поступивmего на его вход сигнала, а блок 17 осуще20 ствляет операцию преобразования поступившего на вход сигнала в арккосинус это о сигнал, Блок 16 может иметь функциональную схему, приведенную на фиг. 5, где приняты

25 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

30 1 1 коэффициентом усиления, равным —. = —;

24 8

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

1 3 1

35 у«ле«я равным 2 4.6 16, 27 — третий перемножитель; 28 — усилитель с коэффициентом усиления, равным —2-,4"6 8 = 128, 29 — третий инвертор; 30 — первый многовходо40 вой сумматор.

Блок 17 может иметь функциональную схему, приведенную на фиг. 6, где приняты следующие обозначения: 31 — источник сигЛ.

45 нала, равного т, 32 — второй сумматор; 33— четвертый перемножитель„34 — пятый перемножитель; 35 — усилитель с козффициен1 том усиления, равным —; 36 — шестой

50 перемножитель; 37 — усилитель с коэффициентом усиления. равным —; 38 — седьмой

40 перемножитель; 39 — усилитель с казффици5

55 ентом усиления, равным 112, 40 — второй многовходовой сумматор; 41 — четвертый инвертор.

Блок 17 может быть выполнен также на основе вращающегося трансформатора.

Функциональная схема такого варианта

1647261

12 13 приведена на фиг. 7, где приняты следующие обозначения: 42 — источник сигнала, величина которого равна 2 ; 43 — источник единично о сигнала; 44 — потенциометр; 45 — ротор вращающегося трансформатора; 46 — следящая система; 47 — статор вращающегося трансформатора. Выход источника 42 сигнала, величина которого равна 2л, соединен с входом потенциометра 44, выход источника 43 единичного сигнала — с входом ротора 45 вращающегося трансформатора, выход статора 47 вращающегося трансформатора — с первым входом 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

cos0, где 0 — 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 О, 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.

5 Формула изобретения

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

10 которого подключен первый регистрирующий блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения непрерывного съема информации о двух координатах

15 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 направле20 нию от светового экрана во входном окне светокамеры, второй фотоэлектрический преобразователь, второй поляризатор, установленный перед чувствительным элементом последнего, делитель, 25 функциональный преобразователь и второй регистрирующий блок, при этом чувствительные элементы первого и второго фотоэлектрических преобразователей размещены рядом друг с другом внутри све30 токамеры напротив входного окна, выход второго фотоэлектрического преобразователя соединен через делитель и функциональный преобразователь с входом второго регистрирующего блока, а другой вход дели35 теля подключен к выходу первого фотоэлектрического преобразователя.

2. Устройство по и, 1. о т л и ч а ю щ е ес я тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде последовательности

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

1647261

Фиг. 5.

1647261

Редактор В. Данко

Заказ 1389 Тираж 339 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

}Р ! !

I ! (I !

l

Составитель Н; Макаренко

Техред M,Moðãåíòàë Корректор С. Шевкун