Оптическое сканирующее устройство

 

..Я0„„140383О

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

Ое

РЕСПУБЛИИ (5))5 0 02 В 26/l0

ГОСУДАРС ТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 30.08.90. Бвщ. ))р 32 (21) 4052200/24-10 (22) 10.03.86 (71) Институт электроники AH БССР.(72) В. Н. Ильин (53) 621 е 396 ° 965(088.8) (56) Патент Великобритании Ф 1400253, кле G 01 В 11/08р 1975

Авторское свидетельство СССР

У 1241063, кле G 01 В 1 I /02 1985 °.Г (54) ОПТИЧЕСКОЕ СКАНИРУ)ЦЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к оптикомеханическим системам развертки с дифракционныин решеткаии сканирования обьектов лучои. Цель изобретения,повыпение точности сканирования за счет повииения чувствительности. схе)еа на сопряженных дифракциониых решетl ках к углу поворота сканирующего элемента. В устр-ве между сканатором 17 и дифракционной решеткой ) 2 размещен блок 11 призм, выполненный в виде призмы-куба, с двумя гранями которой соединены две призмы АР-90, а грань одной из этих призм состыкована с

4 третьей призмой АР-90 . Блок l) формирует два пучка, сканирующие решетку

12 в противоположных направлениях.

Возникающие прн этом комбинированные полосы считываются фотоэлементами )4 и 16. Решетка )2 установлена с .возможностью перемещения по нормали к своим штрихам, осуществляемого двигателем 19 по сигналу со схемы управления 18. Иежду решеткой 12 и третьям фотоэлементом 16 введена третья Я линза 15. 2 ил.

1403830

Изобретение относится к оптике, а именно к оптике-механическим системам развертки с дифракционными решетками сканирования объектов лучом.

Цель изобретения - повышение точности сканирования. эа счет повышения чувствительности схемы на сопряженных дифракционных решетках к углу поворота сканирующего, элемента. !О

Цель изобретения достигается тем, что в устройство, содержащее лазер, светодепительную пластину, образующую дна канала, н ходе прошедшего через светоделительную пластину луча последовательно установлены первый . коллиматор, первое и второе плоские о, зеркала, установленные под углом 45 к оптической оси, первая линза, пер- вый фотоэлемент, а в ходе отраженно- 2р го от светоделительной пластины луча — нторои коллиматор, первая дифракционная решетка, биприэма, вторая дифракционная решетка, вторая линза, второй фотоэлемент, сканатор, уста-.. 25 нонленный с возможностью перекрытия обоих каналов между бииризмой и второй дифракционной решеткой, схему сравнения, подключенную к выходам . фотоэлементов обоих каналов, а выхо- 3р ды схемы сравнения соединены со счет-чиком, введены блок призм, третья линза, третий фотоэлемент, двигатель, схема управления, выход схемы управления связан с двигателем, а вход— с третьим фотоэлементом, который установлен после второй дифракционной решетки, а сама дифракционная решетка имеет возможность перемещаться по нормали к своим штрихам и связана 40 с двигателем.

На фиг. I изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — три проекции блока призм и ход лучей в нем.

Оптическое сканирующее устройство содержит лазер 1, снетоделительную пластину 2, делящую поток на два канала, В первом канале в ходе прошедшего через снетоделительную пластину луча последовательно установлены первый коллиматор 3, первое 4 и второе

5 плоские зеркала, установленные под углом 45О к оптической оси, первая линза 6, первый фотоэлемент 7. Во втором канале н ходе отраженного от светоделительной пластины луча установлены второй коллиматор 8, первая дифракционная решетка 9, бнпризма 10 блок призм 1, вторая дифракционная решетка 12, вторая линза 3, второй фотоэлемент 14, третья линза !5, третий фотоэлемент 16, сканатор 17, установленный между билриэмой и второй дифракционной решеткой с воэможностью пврекрытия обоих каналов, схема управления 18, выход которой связан с двигателем 19, схема сраннения 20, один вход которой соединен с выходом

1 первого фотоприемника 7, а второй — . с выходом второго фотоприемника 14, счетчик 21, контролируемый объект 22, На фиг. 1 указаны скорость сканирования Ч„, скорость движения второй дифракционной решетки V угловая скорость вращения сканатора ы, начальный сканирующий пучок лучей А, Устройство работает следующим образом.

Пучок лучей от лазера 1 разделяется светоделительной пластиной 2 на два пучка лучей равной интенсивности, образуя при этом два канала. В ходе прошедшего через светоделительную пластину пучка лучей последовательно установленные первое 4 и второе 5 плоские зеркала, установленные под углом 45О к оптической оси, направляют. пучок лучей на сканатор 17. При своем вращении сканатор 17 преобразу- ет падающий на него неподвижный луч и сканирует контролируемый объект 22, луч пересекает последовательно соответствующие границы контролируемого объекта 22 и фокусируется первой линзой 6 на первый фотоэлемент 7. В ходе отраженного от .снетоделительной пластины 2 пучка лучей во вторбм канале последовательно установленный второй коллиматор 8 освещает первую дифракционную решетку 9.

Дифрагиронанный после первой дифракционной решетки 9 пучок лучей поступает на бипризму 10, пучок дифрагированных лучей после билризмы

l0 направляется на сканирующий эле" мент 17 и далее на блок призм !1, выполненный иэ комбинации призмы-куба и трех призм АР-90 . Комбинация этих призм формирует. два лучка, которые освещают вторую дифракционную решет" ку 12 и сканируют ее в противоположных направлениях. Один иэ пучков A, вышедших из блока призм 1! после второй дифракционной решетки 12, попадает на вторую линзу 13 и далее фокусируется на втором фотоэлементе 14, а

1403830

Бо Sс+ Sq, 20

55 другой пучок А", вышедший из блока призм 11, — на третью линзу 15 и фокусируется на третьем фотоэлементе 16 °

Препомляющий угол .8 бипризмы 10 связан с шагом P первой дифракционной решетки 9 и расстояние g между первой

9 и второй 12 дифракционными решетками и величиной коррекции L первого дифракционного максимума следующим соотношением . 8 farcsin (3/р)arctg (? / Ц (n-1), В результате

t II взаимодействия обоих пучков А и А с второй дифракцнонной решеткой 12 возникают комбинированные полосы, которые считываются соответственно вторым 14 и третьим 16 фотоэлементами. Синусоидальные сигналы с третьего фотоэлемента 16 преобразуются схемой управления 18 в широтно-модулированные импульсы и поступают в обмотки двигателя 19, который приводит вторую дифракционную решетку В2 в движение, равномерное и прямолинейное по нормали к своим штрихам..

Сканирующий дополнительный пучок

А, вторая дифракционная решетка.12, движущиеся комбинационные полосы, третья линза 15, третий фотоэлемент

16 схема управления 18 и двигатель !

9, механически связанный с второй дифракционной решеткой 12, образуют замкнутую самонастраивающуюся систему, выход третьего фотоэлемента 16 связан с входом схемы управления 18.

Такая система обеспечивает поддержание постоянной заданной скорости перемещения второй дифракционной .решетки Ч относительно скорости сканирования Ч дополнительного луча.

Любое изменение Ч, вызовет рассогласование в управляющем ШИИ-сигнале, которое приведет к эквивалентному изменению Ч, при этом отношение

Ч )Чс = сопят. Этим достигается син-.— хронизация Чс и Ч . В зависимости от

Vy при постоянной ь1 возможны три основных состояния комбинационных полос, снимаемых с фотоэлемента !6..1) V) C Чсэ 2) V) = Чси 3) Vg ) Чс

В первом случее скорость движения полос меньше, чем если бы V О, во втором — движение полос отсутствует

Ъ или, точнее, картина находится в ди-..намическом состоянии покоя, в третьем случае полосы движутся, направление их меняется на противоположное (относительно первого случая), а скорость может в несколько раз превзойти Чс.

Если направления движения второй решетки 12 и дополнительного луча всегда совпадают, а это основное условие устойчивости системы, для основного луча направление движения решетки 12 всегда встречно.

Обозначив путь S, проходимый дополнительным лучом по второй решетке

l2, за единицу угла поворота сканатора 17, а путь Б пройденный решеткой1 !

2, перемещаемой двигателем 19,за тот же угол поворота, получим величину

S относительного смещения луча

Второй фотоэлемент 14 зарегистрирует на единицу угла во столько раз больше комбинационных полос, чем в схеме прототипа с неподвижной решет- кой, во сколько Б 7 S . Чем выше V тем больше S и тем выше чувствительность у устройства к угловому смещению сканатора 17

y= (Б, + S,)/S, .

Импульс фототока с первого фотоэлемента 7 длительностью, пропорциональной размеру контролируемого объекта 22, поступает на первый вход схе1ы сравнения 20. На второй вход схемы сравнения поступает импульс с выхода второго фотоприемника 14. Выход схемы сравнения 20 соединен со счетчиком 21, в.который поступает пачка импульсов, число которых про-. порционально длительности импульса, снимаемого с первого фотоэлемента и, соответственно, размеру сканируемого объекта 22.

45 При угле поворота сканатора 17 на 45 происходит срезание пучков, о наступает зона "мертвого хода", В этот отрезок времени двигатель 19 возвращает вторую решетку 12 в исходное (для фиг. 1) крайнее левое положение. При повторном появлении пучка лучей на новых гранях вновь наступает управляемый режим движения второй решетки и процесс измерения объекта повторяется.

Формул а н э о 6 р е т е н и я

Оптическое сканирующее устройствЬ, содержащее лазер, установленную за ним светоделительную пластину, обра1403830 зующую два канала, в первом иэ которых в ходе прошедшего через нее луча последовательно установлены первый коллиматОр два плОских sepxana пОД, углом.45а к оптической оси, первая линза, первый фотоэлемент, а в ходе отраменного от нее луча - во втором канале - второй коллиматор, первая дифракционная решетка, биприэма, вто- 10 рая дифракционная решетка, вторая линза, втОрОй фотоэлемент, сканатор, установленный с возможностью перекрытия обоих каналов„ между бипризмой и второй дифракционной решеткой, схе- 15 му сравнения, подключенную-к выходам фотоэлементов обоих каналов, а выход схемы сравнения соединен со счетчи-. ком, о т л и ч а ю щ е е с я .тем, что, с целью повышения точности, в него введены блок призм, третья линза, третий фотоэлемент, двигатель и схема управления, выход которой связан с двигателем, третья линза и третий фотоэлемент, связанный с входом схемы управления, установлены после второй дифракционной решетки, блок призм, выполненный в виде призмы-куба, с двумя гранями которой соединены две призмы AP-90, а грань одной из этих призм состыкована с третьей о. призмой АР-90, установлен между сканатором и второй дифракционной решеткой, причем вторая дифракционная решетка выполнена с воэмокностью пе« ремещения по нормали к своим штрихам . и механически связана с двигателем.

Составитель Л. Перебейносова

Редактор М. Васильева Техред N.Ëèäûê Корректор Г. Решетннк

Заказ 3092

Тираж 455 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4f5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Ир ектняя, 4