SU1647261A1 - Устройство дл съема информации со светового экрана - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при эксплуатации аппаратуры со световь,мм экранами , например электронно-лучевых индикаторов . Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечени  однозначной регистрации положени  светового п тна в любой точке светового экрана. Цель достигаетс  выводом информации о положении светового п тна по одной координате интенсивностью светового излучени , а по другой углом поворота его плоскости пол ризации , последующей обработкой двух полученных сигналов и их регистрацией. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  эксплуатации аппаратуры со световыми экранами , например электронно-лучевыми индикаторами.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечени  непрерывного съема информации о двух координатах точки со световым п тном.

На фиг. 1 приведена функциональна  схема устройства; на фиг. 2-7 - примеры выполнени  узлов.

Обозначени , прин тые на фиг. 1:

1- световой экран (например, экран электронно-лучевого индикатора);

2- первый пол ризатор;

3- элемент с неравномерной прозрачностью;

4- элемент с неравномерной ротацией;

5- светокамера;

6-чувствительный элемент первого фотоэлектрического преобразовател ;

7- первый фотоэлектрический преобразователь;

8- первый регистрирующий блок;

9- второй пол ризатор;

10- чувствительный элемент второго фотоэлектрического преобразовател ;

11- второй фотоэлектрический преобразователь;

12- делитель;

13- преобразователь;

14- второй регистрирующий блок. Светокамера 5 своим окном обращена к

световому экрану 1, Во входном окне свето- кэмеры 5 последовательно расположены друг за другом первый пол ризатор 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 р дом друг с другом внутри све- токамеры 5 напротив входного окна светока- меры 5. Выход преобразовател  7 соединен с входом первого регистрирующего блока 8 и

О

ь. VI ю о

вторым входом делител  12. Выход второго преобразовател  11 соединен с первым входом делител  12. Выход делител  12 соединен с входом преобразовател  13. Выход преобразовател  13 соединен с входом регистрирующего блока 14.

Устройство работает следующим образом .

От ическое излучение от светового п тна проходит через первый пол ризатор 2 и становитс  линейно-пол ризованным. После прохождени  через элемент 3 интенсивность оптического излучени  измен етс  в зависимости от почожени  п тна на световом экране 1 по координатной оси, вдоль которой направлен градиент прозрачности элемента 3. После прохождени  через элемент 4 угол поворота плоскости пол ризации оптического излучени  измен етс  в зависимости от положени  светового п тна на световом экране по координатной оси, вдоль которой направлен градиент угла поворота элемента 4 Рассмотрим дл  конкретности декартовые координатные оси X и Y. Пусть градиент прозрачности элемента 3 направлен по оси X, а градиент угла поворота элемента 4 - по оси Y Тогда интенсивность И оптического сигнала после прохождени  через элементы 3 и 4 (потер ми в нем можно пренебречь) будет иметь вид

i lo F(X),

где 10 - интенсивность оптического излучени  после прохождени  через первый пол ризатор 2;

Г(Х) - зависимость коэффициента пропускани  элемента 3 от координаты X.

Угол поворота р плоскости пол ризации оптического излучени  после прохождени  через элемент 4 (в предположении, что в элементе 3 поворота плоскости пол ризации нет) будет равен

(Y),

где (у ) зависимость угла поворота плоскости пол ризации оптического излучени  в элементе 4 от координаты Y (отсчет угла поворота (р плоскости пол ризации оптического излучени  ведетс  от плоскости пол ризации света после его прохождени  через первый пол ризатор 2).

Таким образом, информаци  о положении светового п тна на световом экране по координате X содержитс  в интенсивности оптического излучени , а по координате Y - в угле поворота плоскости пол ризации оптического излучени .

После последовательного прохождени  через первый пол ризатор 2 элемент 3 и элемент 4 оптическое излучение попадает

0

5

0

5

0

5

на чувствительный элемент 6 и на второй пол ризатор 9.

Электрический сигнал Ui на выходе преобразовател  7 можно записать в виде

Ui Kih Kil0F(X),

где Ki - крутизна характеристики первого фотоэлектрического преобразовател  7.

Интенсивность света la, падающего на чувствительный элемент 10 после прохождени  через второй пол ризатор 9, может быть записана (в предположении, что оси максимального пропускани  первого и второго пол ризаторов параллельны) в следующем виде (закон Малюса)

la hcos2(Y) loF(x)cos2V(Y)

Электрический сигнал Ua на выходе преобразовател  11 имеет вид

V2 K2 I2 K2 lo F (X) cos2 V( Y ) где «2 - крутизна характеристики второго преобразовател  11.

Электрический сигнал U2 поступает на первый вход делител  12, а электрический сигнал Ui - на второй вход делител  12.

Электрический сигнал на выходе делител  12 равен отношению электрического сигнала на его первом входе к электрическому сигналу на его втором входе

U3 У2 jUpF(X)cos2(v):K2 2 . .

3 uiKtoF(x)KicosV4Y

Электрический сигнал Кз поступает на преобразователь 13, который последовательно осуществл ет три вычислительные операции: умножение на посто нный коэффициент , равный Ki/K2, извлечение квадратного корн  и определение арккосинуса. Таким образом, электрический сигнал Ui на выходе преобразовател  13 имеет вид

40 У 4 arccos V ЈL U3 arccosV Ј1 Ј2 2 у j

К2

К2 К1

arccos VCOS2(Y) arccost/( Y ) ( Y )

Электрический сигнал Ui с выхода npeo6paj зовател  1 поступает на вход регистрирую- щего блока 8, который осуществл ет его регистрацию с учетом конкретного вида известной зависимости F(X). В простейшем случае, если пропускание элемента 2 линей- но зависит от координаты X, т.е. F ( X) сгХ, где а- посто нный коэффициент , электрический сигнал на входе первого регистрирующего блока 8 пропорционален координате X светового п тна на световом экране 1 Электрический сигнал IU поступает на вход второго регистрирующего блока 14, который осуществл ет его регистрацию с учетом конкретного вида известной зависимости V4Y) В простейшем случае, если

угол поворота плоскости пол ризации элемента с неравномерной ротацией личейко зависит от координаты Y, т.е. V ( х ) /ty где /3- посто нный коэффициент, электрический сигнал на входе второго регистрирующего блока 14 пропорционален координате Y светового п тна на световом экране 1.

В качестве примера на фиг. 2 приведен один из вариантов взаимного расположени  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 определ ло положение светочого п тна на световом экране 1 в пол рных координатах

Например, элемент 3 может быть изготовлен из поглощающего вещества в виде объемной фигуры получающейс  при вращении трапеции вокруг верхнего или нижнего основани , а элемент 4 из оптически активного (электрооптического, магнитооптического ) вещества в виде объемной фигуры (с основанием в виде круга), толщина которой при движении от центра к краю при фиксированном угле поворота не мен етс , а при увеличении угла повооота возрастает (фигура типа спирального одновиткового пандуса) Такой вариант выполнени  элементов 3 и 4 приведен на фиг 3 В этом случае первое регистрирующее устройство фиксирует значение радиальной координаты положени  светового п тна на световом экране 1, а второе регистрирующее устройство - значение угловой координаты положени  светового п тна на световом экране 1.

Если материал элемента 4 обладает заметным поглощением,а сам элемент выполнен в форме клича, то дл  устранени  погрешностей измерени  координаты X (в декартовых координатах) до (или после) элемента с неравномерной ротацией необходимо установить поглощающий компенсатор, имеющий форму клина, толщина которого увеличиваетс  (уменьшаетс ) в направлении уменьшени  (увеличени ) толщины элемента 4.

Если же материал элемента 4 обладает заметным поглощением, а сам элемент выполнен е виде спирального одновиткового пандуса, то дл  устранени  погрешностей измерени  радиальной координаты (в пол рных координатах) до (или после) элемента 4 необходимо установить поглощающий компенсатор, имеющий форму одновитковогопандуса , конфигураци  которого подобна зеркальному отражению формы элемента 4.

Материал компенсатора и его толщина

вдоль направлени  распространени  света выбираютс  в соответствии со следующим требованием: поглощение последовательно расположенных элемента с неравномерной ротацией 4 и компенсатора должно быть

посто нным независимо от положени  светового п тна на световом экране 1.

Преобразователь 13 может быть выполнен в виде совокупности трех последовательно соединенных блоков 15-17 (фиг. 4),

причем 15 осуществл ет усиление поступавшего нг его вход сигнала с коэффициентом усилени , равным Ki/«2, блок 16 извлекает квадратный корень из поступившего на его вход сигнала, а блок 17 осуществл ет операцию преобразовани  поступившего на вход CHI нала в арккосинус этоги сигнал.

Блок 16 может иметь функциональную схему, приведенную на фиг. 5, где прин ты

следующие обозначени : 18-источник единичного сигнала; 19 - первый инвертор; 20 - первый сумматор; 21 - усилитель с коэффициентом усилени , равным 1 /2: 22 - первый перемножитель; 23 - усилитель с

коэффициентом усилени , равным ,. н.

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

-TC ; 27 - третий

усилени  равным огдУе

перемножитель; 28 - усилитель с коэффици1 Ч -5 5

ентом усилени , равным -к -  T2l3

- третий инвертор, 30 - первый многовходо- 0 вой сумматор.

Блок 17 может иметь функциональную схему, приведенную на фиг. 6, где прин ты следующие обозначени . 31 - источник сигнала , равного -п : 32 - второй сумматор; 33 четвертый перемножитель; 34 - п тый перемножитель; 35 - усилитель с коэффициен

6

0 перемножитель; 37 - усилитель с коэффици3 ентом усилени , равным -д ; 38 - седьмой

перемножитель; 39 - усилитель с коэффициентом усилени , равным ; 40 - второй

многовходовой сумматор; 41 - четвертый инвертор.

Блок 17 может быть выполнен также на основе вращающегос  трансформатора. Функциональна  схема такого варианта

том усилени , равным - ; 36 - шестой

приведена на фиг. 7, где прин ты следующие обозначени : 42 - источник сигнала, величина которого равна 2тг; 43 - источник единичного сигнала; 44 - потенциометр; 45 - ротор вращающегос  трансформатора; 46 -след ща  система;47-статор вращающегос  трансформатора. Выход источника 42 сигнала, величина которого равна In , соединен с входом потенциометра 44, выход ист очника 43 единичного сигнала - с входом ротора 45 вращающегос  трансформатора, выход статора 47 вращающегос  трансформатора - с первым входо м след щей системы 46, второй вход след щей системы 46 выполн ет роль входа блока 17, выходной вал след щей системы кинематически св зан с ротором 45 вращающегос  трансформатора и движком потенциометра 44, а сигнал с выхода движка потенциометра 44  вл етс  выходным сигналом блока 17.

В этом случае блок 17 работает следующим образом,

Ротор 45 вращающегос  трансформатора запитываетс  единичным сигналом, поэтому сигнал с выхода статора 47 вращающегос  трансформатора равен cos$, где 9- угол поворота вала вращающегос  трансформатора. Напр жение с выхода статора 47 вращающегос  трансформатора сравниваетс  в след щей системе 46 с напр жением, поступающим на вход блока 17. Делитель след щей системы 46 поворачивает ротор 45 вращающегос  трансформатора до тех пор, пока сигнал на первом входе след щей системы 46 на сравниваетс  с сигналом на втором выходе след щей системы 46, т.е. до тех пор, пока не установитс  угол в , определ емый как arccosA, где А - сигнал на втором входе след щей системы. Сигнал, снимаемый с выхода движка потенциометра, равен arccosA, если зависимость между углом поворота вала вращающегос  трансформатора и сигналом с выхода движка потенциометра 44  вл етс  линейной.

Claims (2)

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

которого подключен первый регистрирующий блок, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем обеспечени  непрерывного съема информации о двух координатах

точки экрана со световым п тном, в него введены первый пол ризатор и элемент с неравномерной ротацией, установленные соответственно до и после элемента с неравномерной прозрачностью по направлению от светового экрана во входном окне светокамеры, второй фотоэлектрический преобразователь, второй пол ризатор, установленный перед чувствительным элементом последнего, делитель,

функциональный преобразователь и второй регистрирующий блок, при этом чувствительные элементы первого и второго фотоэлектрических преобразователей размещены р дом друг с другом внутри светокамеры напротив входного окна, выход второго фотоэлектрического преобразовател  соединен через делитель и функциональный преобразователь с входом второго регистрирующего блока, а другой вход делител  подключен к выходу первого фотоэлектрического преобразовател .

2.Устройство по п. 1, отличающее- с   тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде последовательности

блоков масштабирующего усилени , извлечени  квадратного корн  и преобразовани  входного сигнала в его арккосинус.

Фмг.1,

1

1

43

И

Фиг. 2.

I

 ы

Фиг 3.

Рмг.5.

Фиг.6