• Пристрій для формування та відстеження оптичного пучка

    20.03.2013

    Рубрика: Патенты

    Пристрій для формування та відстеження оптичного пучка

    Реферат:

    Використання: винахід відноситься до оптичної промисловості і вирішує задачу формування і подальшого відстеження модульованого оптичного пучка. Може бути використане для метрологічних цілей і в системах управління різними об’єктами. Сутність: пристрій містить систему випромінювання, що складається з n пар джерел випромінювання, вузла конденсорів, виконаного у вигляді кулястого оптично прозорого блоку з двох півкуль конденсорів, що утворюють светоделітельний елемент у вигляді прямого двогранного кута, систему передачі зображення у вигляді циліндричного оптично прозорого блоку, що примикає до вузлу конденсорів і виконаного у вигляді двох напівциліндрів, при цьому підстави блоку мають криволінійні поверхні і одне з них утворює об’єктив, а друге, за яким циліндричний блок прилягає до вузла конденсорів, виконано сферично з радіусом сфери, рівним радіусу кулястого блоку, а також фотореєструючі блок з фотоприймачем і електронною схемою обробки. 1 мул.

    Винахід відноситься до оптико-електронних пристроїв, що формує і відстежує просторове положення модульованих оптичних пучків з рівносигнальний зонами (РСЗ), і може бути використане в оптичній промисловості при створенні контрольно-вимірювальних приладів різного призначення.

    Відомі оптико-електронні пристрої, що забезпечують формування і просторове відстеження модульованого оптичного пучка з РСЗ з метою контролю положення керованого об’єкта [1], [2]. Всі вони містять систему випромінювання, що має джерела випромінювання, конденсори, об’єктив, пристрій модуляції, а також фотореєструючі блок, забезпечений об’єктивом, фотоприймачем, електронною схемою обробки сигналу. У пучках, формованих цими пристроями РСЗ створюється вздовж оптичної осі об’єктива системи випромінювання за рахунок різкого стрибка властивостей оптичного випромінювання, забезпечуваного протівофазним або різночастотних випромінюванням у частинах пучка, Pазделение площиною, в якій лежить оптична вісь.

    Основний недолік цих пристроїв — механічна система модуляції оптичного пучка, яка не може забезпечити високої стабільності просторового положення площині РСЗ, що негативно позначається на точності відстеження положення оптичного пучка.

    Відомі пристрої вільні від зазначеного недоліку завдяки використанню в якості джерел випромінювання світлодіодів, модуляції випромінювання яких здійснюється модуляцією струму живлення. Ці пристрої комплектуються двома противофазно випромінюючими світлодіодами, розташовуваними у бічних граней прямокутної призми, ребро якої поміщається у фокусі передавального об’єктива. Однак відносно мала потужність випромінювання існуючих світлодіодів не дозволяє відомим конструкціям систем випромінювання формувати відстеження останніх. Крім того, у відомих конструкціях систем випромінювання можлива дифузія протівофазних випромінювань вздовж площини РЗС, що знижує точність відстеження модульованого пучка.

    Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого пристрою є пристрій, що містить систему випромінювання, що має два джерела випромінювання, два конденсора, блок протівофазного харчування джерел випромінювання, систему передачі зображення, виконану у вигляді циліндричного оптично прозорого блоку, що складається з двох напівциліндрів. При цьому одна з підстав циліндричного блоку виконано криволінійним і утворює об’єктив, а інша підстава містить двогранний кут-светоделітель, утворений фасками, знятими з напівциліндрів, навпаки граней, що відображають якого розміщені світлодіоди. Крім того, пристрій містить фотореєструючі блок, що складається з об’єктиву і фотодіода, а також електронну схему обробки сигналу. Робота пристрою полягає в тому, що його система випромінювання формує пучок з РСЗ, утвореною завдяки реалізації протівофазного випромінювання світлодіодів, який сприймається фотореєструючі блоком, що відстежує за допомогою електронної схеми обробки сигналу просторове положення модульованого пучка по збігу його оптичній осі з центром фотодіода. Прототипу притаманний той же основний недолік, що й пристроям-аналогам, а саме неможливість створення високоенергетичного оптичного пучка, що знижує точнісні можливості пристрою особливо при роботі на дальностях, що перевищують 50 м, в умовах зниженої пропускної здатності тракту передавальний об’єктив — приймальний об’єктив, при роботі пристрою у складі контрольно-вимірювальних приладів, коли відбуваються значні втрати (до 98%) світла при відбитті від контрольованого об’єкта.

    Метою винаходу є підвищення точності пристрою.

    Це досягається тим, що в пристрої для формування та відстеження оптичного пучка, що містить систему передачі зображення, виконану у вигляді циліндричного оптично прозорого блоку, що складається з двох напівциліндрів, з’єднаних плоскими гранями, одна з підстав якого виконано криволінійним і утворює об’єктив, систему випромінювання, що складається з оптично пов’язаної пари джерел випромінювання, вузла конденсорів, светоделітель, що має дві відображають грані, що утворюють прямий двогранний кут, ребро якого перпендикулярно площини в якій лежать оптична вісь об’єктива і співпадаючі один з одним і, крім того, перпендикулярні оптичній осі об’єктива оптичні осі джерел випромінювання , блоку протівофазного харчування, виходи якого підключені до входів джерел випромінювання, а також фотореєструючі блок, що містить об’єктив і фотоприймач, електронну схему обробки сигналу, система випромінювання забезпечена додатковими, принаймні однієї, парами джерел випромінювання, входи яких підключені до входів блоку протівофазного харчування , а вузол конденсорів виконаний у вигляді кулястого оптично прозорого блоку, що складається з двох півкуль — конденсорів, з’єднаних один з одним плоскими підставами допомогою оптичного клею, що має показник заломлення, менший ніж у матеріалу кулястого блоку, причому в циліндровому блоці друга підстава виконано у вигляді сферичної поверхні, радіус якої дорівнює радіусу кулястого блоку, приєднаному до циліндричного блоку з боку другого підстави допомогою оптичного контакту так, що площини з’єднання півкуль і напівциліндрів збігаються, при цьому светоделітель розташований в частині кулястого блоку, протилежної зоні його контакту з циліндричним блоком, а грані його утворені плоскими фасками, знятими з кожного півкулі під рівними кутами до площини їх з’єднання так, що ребро двогранного кута, утвореного знятими фасками, проходить через центр кулястого блоку, причому джерела випромінювання першої та додаткових пар віялоподібно розміщені вздовж поверхонь півкуль-конденсорів на однакових відстанях від них так, що випромінюють синфазно джерела випромінювання розташовані по один бік від площини з’єднання півкуль-конденсорів, при цьому джерела випромінювання додаткових пар укладені в просторах між відповідними джерелами випромінювання першої пари і гранями светоделітель, а оптичні осі противофазно випромінювальних джерел випромінювання кожної додаткової пари лежить в одній площині з оптичними осями джерел випромінювання першої пари, перетинаються з ними в центрі кулястого блоку так, що оптичні осі джерел випромінювання будь-якої додаткової пари утворюють з оптичними осями джерел випромінювання першої пари однакові кути нерівні аналогічним кутах, утвореним оптичними осями інших пар, причому радіуси півкуль -конденсорів і відстані від них до джерел випромінювання вибираються такими, щоб зображення випромінюючих майданчиків джерел випромінювання проектувалися в центр кулястого блоку.

    Порівняльний аналіз з прототипом показує, що запропоноване пристрій відрізняється наявністю додаткових джерел випромінювання, новим виконанням вузла конденсорів та системи передачі зображення, а також їх взаємозв’язками.

    Таким чином, заявляється пристрій відповідає критерію винаходу "новизна".

    Порівняння заявляється рішення не тільки з прототипом, але з іншими технічними рішеннями в даній галузі техніки не дозволила виявити в них ознаки, що відрізняють його від прототипу, що дозволяє зробити висновок про відповідність критерію "суттєві відмінності".

    На кресленні наведена принципова схема пристрою.

    Пристрій містить систему випромінювання, систему передачі зображення, фотореєструючі блок, електронну схему обробки сигналу.

    Система випромінювання складається, наприклад, з трьох пар джерел випромінювання — світлодіодів 1, 1 ‘, 2, 2′, 3, 3 ‘, вузла конденсорів, виконаного у вигляді кулястого блоку, що складається з двох оптично прозорих півкуль 4, 4′, блоку протівофазного живлення 5. Півкулі 4, 4 ‘з’єднані один з одним плоскими підставами за допомогою оптичного клею, що має менший показник заломлення, ніж у матеріалу півкуль. З кожного півкулі знято по плоскій фаське під рівними кутами до площини їх з’єднання так, що вони утворюють у вузлі конденсорів светоделітель у вигляді прямого двогранного кута, ребро якого проходить через геометричний центр кулястого блоку. Світлодіоди 1, 1 ‘, 2, 2′, 3, 3 ‘попарно розміщені уздовж поверхні півкуль 4, 4′ так, що їх оптичні осі лежать в одній площині, перпендикулярній площині з’єднання півкуль 4, 4 ‘й перетинає геометричний центр кулястого блоку. При цьому джерела першої пари 1, 1 ‘розташовані на одній прямій, перпендикулярній площині з’єднання півкуль 4, 4′, що проходить через центр кулі і ребро двогранного кута-светоделітель. Джерела 2,2 ‘другої пари орієнтовані так, що їх оптичні осі утворюють рівні кути і’ з осями джерел 1, 1 ‘. Оптичні осі джерел 3, 3 ‘третьої пари утворюють рівні кута і’ з осями джерел 1, 1 ‘. Джерела 1, 2, 3 та 1 ‘, 2′, 3 ‘приєднані відповідно до протівофазним виходам блоку протівофазного харчування 5. Півкулі є конденсорами, тому їх радіус, а також відстань від джерел до поверхні півкуль вибираються такими, щоб забезпечувалося проектування випромінювальних майданчиків на ребро светоделітель в центр кулястого блоку.

    Система передачі зображення виконана у вигляді циліндричного блоку, що складається з двох оптично прозорих полуцилиндров 6, 6 ‘, що примикають один до одного плоскими сторонами і з’єднаних за допомогою оптичного клею з показником заломлення меншим, ніж у матеріалу полуцилиндров 6, 6′. Одна з підстав циліндричного блоку є об’єктивом 7 і виконано у вигляді сферичної або асферичної поверхні. Інша підстава має сферичну поверхню, радіус якої дорівнює радіусу кулястого блоку вузла конденсорів. Система передачі зображення примикає цим підставою до кулястих блоку за допомогою оптичного контакту так, що площини з’єднання півкуль 4, 4 ‘й полуцилиндров 6, 6′ збігаються. Причому відстань між основами циліндра вибираються такими, щоб ребро светоделітель виявилося у фокальній площині об’єктива.

    Фотореєструючі блок 8 містить об’єктив 9 і фотоприймач-фотодіод 10, який підключений на вхід електронної схеми обробки сигналу. Чутлива площа фотодіода 10 розташована у фокальній площині об’єктива 9.

    Електронна схема обробки сигналу складається з розташованих послідовно підсилювача 11, фазового детектора 12, індикатора 13, підсилювача потужності 14, що має вихід до виконавчого приводу (на кресленні не показаний). До фазового детектору 12 підключений один з виходів блоку 8 протівофазного харчування 5.

    Пристрій працює наступним чином.

    Блок 5 забезпечує випромінювання світлодіодів 1, 2, 3 та 1 ‘, 2′ 3 ‘в протифазі на одній частоті. Півкулі-конденсори 4, 4 ‘проектують випромінюючі майданчики світлодіодів 1,2 3 і 1′, 2 ‘, 3′ відповідно на ребро светоделітель. Об’єктив 7 системи передачі зображення формує коллімірованний пучок, в якому сформована рівносигнальний зона (РСЗ) за рахунок різкого стрибка властивостей оптичного випромінювання вздовж площини з’єднання полуцилиндров 6, 6 ‘, реалізованого завдяки тому, що група світлодіодів 1, 2, 3 випромінює в протифазі до групи світлодіодів 1 ‘, 2′, 3 ‘. Причому завдяки повному внутрішньому віддзеркаленню вздовж площин з’єднання півкуль 4, 4 ‘й полуцилиндров виключається перемішування (дифузія) протівофазних частин пучка. Сформований таким чином пучок сприймається об’єктивом 9 фотореєструючі блоку 8 і направляється на чутливу майданчик фотодіода 10. При цьому якщо оптичні осі передавального об’єктиву 7 і приймального 9 збігаються, на чутливу майданчик фотодіода 10 надходить однакові за потужністю протифазні світлові потоки від світлодіодів 1, 2, 3 та 1 ‘, 2′, 3 ‘, що обумовлює на виході фотодіода 10 постійний сигнал . У випадку розбіжності оптичних осей об’єктивів 7 і 9 в зіницю об’єктива 8 і отже на фотодіод 10 надходять неоднакові світлові потоки і з виходу фотодіода 10 знімається різницевий сигнал, який посилюється в підсилювачі 11 і надходить у фазовий детектор 12, де за збігом фази опорного сигналу від блоку 5 з різницевим сигналом визначається знак зсуву осі об’єктива 9 щодо об’єктива 7. Індикатор 13 фіксує знак і величину різницевого сигналу, а підсилювач потужності 14 управляє роботою виконавчого приводу, який зміщує фотореєструючі блок 8 в положення, при якому оптичні осі об’єктива 9 і об’єктиву 7 співпадуть. Таким чином, запропоноване пристрій забезпечує формування модульованого оптичного пучка з РСЗ і забезпечує відстеження його просторового положення.

    Пропонований пристрій може бути використано для вирішення різноманітних завдань, пов’язаних з управлінням різними об’єктами за допомогою оптичного пучка, в пристроях стикування, в контрольно-вимірювальних пристроях при виконанні лінійних і кутових вимірювань. Введення в пристрій додаткових джерел випромінювання збільшує потужність формованого пучка. Крім того, збільшення потужності кожної з протівофазних частин пучка сприяє повне внутрішнє відбиття по площинах з’єднання півкуль 4, 4 ‘й полуцилиндров 6, 6′. Підвищення опроміненості чутливої майданчики фотоприймача зумовлює підвищення його чутливості, а отже і чутливості просторового відстеження пучка. Дійсно, як відомо, величина чутливості подібних систем, тобто найменше фиксируемое зміщення осей приймального і передавального об’єктивів описується виразом X = де — пороговий потік фотодіода; Lо — відстань від об’єктиву 7 системи передачі зображення до об’єктива 9 фотореєструючі блоку; — сумарна аберація об’єктиву 7 системи передачі зображення;

    An — апертурний коефіцієнт фотоприймача;

    2 — коефіцієнт пропускання об’єктива 9 фотореєструючі блоку;

    Sоn — площа вхідного вічка об’єктива 9;

    Ео — опромінення в площині чутливої майданчики фотодіода.

    З наведеного виразу видно, що збільшення опроміненості Еопріводіт до зменшення найменшою фіксується величини зміщення Х оптичних осей об’єктивів 7 і 9, що підвищує точність пристрою.

    Формула винаходу

    ПРИСТРІЙ ДЛЯ ФОРМУВАННЯ І ВІДСТЕЖЕННЯ ОПТИЧНОГО ПУЧКА, що містить оптично пов’язані систему передачі зображення, виконану у вигляді циліндричного оптично прозорого блоку, що складається з двох напівциліндрів, з’єднаних плоскими гранями, одна з підстав якого виконано плоским, а інше — криволінійним і утворює об’єктив, систему подачі випромінювання , що складається з оптично пов’язаної пари джерел випромінювання, конденсатора, светоделітель, що має дві відображають грані, що утворюють прямий двогранний кут, ребро якого перпендикулярно до площини, в якій лежать оптична вісь об’єктива і співпадаючі одна з іншою і перпендикулярні до оптичної осі об’єктива оптичні осі джерел випромінювання , блоку протівофазного харчування, виходи якого підключені до входів джерел випромінювання, а також фотореєструючі блок, що містить об’єктив і фотоприймач, з’єднаний з електронною схемою обробки сигналу, яке відрізняється тим, що, з метою підвищення точності відстеження оптичного пучка, система подачі випромінювання забезпечена принаймні однієї додатковою парою джерел випромінювання, входи яких підключені до виходів блоку протівофазного харчування, а конденсатор виконаний у вигляді кулястого оптично прозорого блоку, що складається з двох півкуль-конденсорів, з’єднаних один з одним плоскими підставами допомогою оптичного клею, що має показник заломлення, менший, ніж у матеріалу кулястого блоку, в циліндровому блоці друга підстава виконано у вигляді сферичної поверхні, радіус якої дорівнює радіусу кулястого блоку, причому кулястий блок приєднаний до циліндричного блоку з боку плоского підстави допомогою оптичного контакту так, що площини з’єднання півкуль і напівциліндрів збігаються, при цьому светоделітель розташований в частині кулястого блоку, протилежної зоні його контакту з циліндричним блоком, а грані його утворені плоскими фасками, знятими з кожного з півкуль під рівними кутами до площини їх з’єднання так, що ребро двогранного кута, утвореного фасками, проходить через центр кулястого блоку, джерела випромінювання віялоподібно розміщені вздовж поверхонь півкуль-конденсорів на однакових відстанях від них так, що випромінюють синфазно джерела випромінювання розташовані по один бік від площини з’єднання півкуль-конденсорів, при цьому джерела випромінювання додаткових пар розташовані між відповідними джерелами випромінювання першої пари і гранями светоотделітеля, а оптичні осі противофазно випромінювальних джерел випромінювання кожної з додаткових пар лежать в одній площині з оптичними осями джерел випромінювання першої пари і перетинаються в центрі кулястого блоку так, що оптичні осі джерел випромінювань кожної з додаткових пар утворюють з оптичними осями джерел випромінювання першої пари однакові кути, не рівні аналогічним кутах, утвореним оптичними осями інших пар, причому радіуси півкуль-конденсорів і відстань від них до джерел випромінювання такі, що зображення випромінюючих майданчиків джерел випромінювання розташовані в центрі кулястого блоку.

    МАЛЮНКИ

    Малюнок 1

    MM4A Дострокове припинення дії патенту Російської Федерації на винахід через несплату у встановлений термін мита за підтримку патенту в силі

    Номер і рік публікації бюлетеня: 27-2000

    Повідомлення опубліковане: 27.09.2000

  • Комментарии закрыты.

Страница: 1 2 3 4 5 6 7