CN1065535A - 二维导向信标显示器 - Google Patents

Abstract

一种用于同时在横、纵两个方向上显示一定方向 的二维导向显示器，由一前一后两只屏构成，在屏上 由透明间隙将不透明线从横、纵两个方向上分别分隔 开来构成二维光栅，屏上的横、纵透明间隙和不透明 线各自两两正交且各自只有一个交点，一只屏为平 面，另一只屏为四棱锥状，后屏后面配置光源，观察者 正对屏面观看显示器时，屏面所显示的图样为正十字 线，偏离这一位置时，正十字线的横、纵线均弯曲成箭 头状，其指向指明了修正方向。

Description

本发明涉及用于同时在横、纵两个方向上显示一定方向的高精度仪器。

与本发明相关的装置在美国专利4，474，430、4，166，699及3，604，813、4，629，325中曾有揭示。

上述专利所涉及到的装置都是由两只屏（光栅）构成的，一屏在前，另一只屏在后，在屏上用透明间隙将不透明线分隔开来，形成一维光栅，这两只屏中至少有一只屏从中间沿垂直于刻线方向折成钝角，在后屏的后面配置高压钠灯之类的光源，当沿垂直屏面的方向观察该装置时，屏上会出现竖直的黑条纹，当偏出垂直于屏面的方向时，屏面上会出现箭头状的条纹，偏离距离越大时，箭头的夹角越小即箭头越尖，箭头状条纹的指向与观察者偏离方向相反，根据条纹的指向即可明确应修正的方向，从而起到导向的作用。

上述专利所涉及到的装置，由于受栅线线型和结构形状的限制，只具有一维导向的作用，使用这样的装置不可能同时在横、纵两个方向上进行导向。

本发明的任务是：采用特殊的栅线线型和栅屏结构，使按本发明所设计的导向装置在横、纵两个方向上同时具有导向功能即二维导向功能。

本发明的实施方案如下：仪器主要由前后两只屏（光栅）构成，其中一只屏为平面，另一只屏为四棱锥状，锥角为钝角，在屏上由透明间隙将不透明线分隔开来，构成光栅，本发明的特征在于前后两只屏上横、纵透明间隙和不透明线各自两两正交且各自只有一个交点，在一只屏上透明间隙具有相同的宽度，前后两只屏上的分度值即光栅周期（透明间隙加上不透明线的宽度之和）可以相同，也可以不同，前后屏的光栅周期不同时，锥状屏的角可以朝向也可以背向另一只平面屏。

按以上方案，本发明采用以下四种配置方法：

图1为本发明的第一种配置方法：屏1作为前屏，屏2作为后屏，在每只屏1，2上由透明间隙3将不透明线4分隔开来，横、纵透明间隙和不透明线各自两两正交且只有一个交点形成二维光栅，从箭头5的方向看去，两只屏是一前一后重迭的，用紧固的方法将两只屏固定在仪器的外壳上，在后屏的后面配置光源，屏2为四棱锥状，锥角朝向屏1，锥角在120°～178°之间。锥角的大小可根据仪器灵敏度来决定，灵敏度即为观察者偏离导向显示器后，仪器所显示的条纹图样发生变化的灵敏程度，锥角小时灵敏度高，偏离导向显示器很小距离即可使条纹图样发生变化，锥角大时灵敏度低，偏离导向显示器足够大的距离才可使条纹图样发生变化。

图2为本发明的第二种配置方法，屏6为前屏，屏7为后屏，屏6为锥状屏，锥角朝向屏7，其它条件与第一种配置方法相同。

按以上两种配置方法，前后栅屏的光周期可以相同也可以不同，当前后栅屏的光栅周期不同时，前屏1，6上的光栅周期应大于后屏2，7上的光栅周期，前屏1和后屏7距锥状屏2，6的锥角应尽量小些。前后栅屏的光栅周期相同时，为得到较高的条纹对比度及具有一定宽度的条纹间距，应使前后栅屏的距离K满足Lau成像条件，即：

k = (α)/(β) (T²)/(λ)

式中：α，β为正整数，T为光栅周期，λ为所用光源的波长。

图3为本发明的第三种配置方法：屏9上的光栅周期应小于屏10上的光栅周期，屏9为前屏，屏10为后屏成四棱锥状，锥角背向前屏9，两只屏的距离可以按所要求的条纹间距进行选定，改变两栅的距离，就能够改变条纹间距，从而满足不同要求。其它条件与第一种配置方法相同。

图4为本发明的第四种配置方法：屏12作为前屏成四棱锥状，锥角背向后屏13，屏12上的光栅周期小于屏13上的光栅周期，其它条件与第三种配置方法相同。

按照本发明的仪器，如果前、后屏的光栅周期相同时，从5、8所示方向看法，随观察距离由小到大，从仪器上所观察到的条纹图样为多条条纹构成的对称图形，其中心为一正十字线（见图5），逐渐变为由一横条纹和一纵条纹相交而成的正十字线（见图6）。能够看到正十字图样的观察点到前屏中心的连线定义为导向基准线。当观察者偏离导向基准线时，屏上的条纹图样将发生变形，观察者位于导向基准线的左上方时，屏上所显示的横条纹向下弯曲成箭头状，箭头指向下方，纵条纹向右亦弯成箭头状并指向右方，此时的条纹图样提示观察者应同时向下向右修正方向，以便回到导向基准线上，随观察距离由小到大，观察者所看到的条纹图样逐渐由密变疏即由图7逐渐变为图8。偏离导向基准线越大时，横、纵条纹弯曲程度越大即箭头越尖。因此，观察者仅根据导向显示器上条纹图样的弯曲方向和程度即可明确该观察点相对于导向基准线的位置，从而采取相应的措施回到导向基准线上。当观察者位于导向基准线的右下方时，除横、纵条纹的指向与图7，图8所示完全相反外，其它情况与上述相同，其条纹图样如图9、图10所示，箭头状条纹的指向同样指明了回到导向基准线的方向。

观察点在导向基准线的左下方时，从距二维导向显示器较近和较远处所看到的条纹图样如图11、图12所示。

观察点在导向基准线的右上方时，从距二维导向显示器较近和较远处所看导的条纹图样如图13、图14所示。

按本发明的仪器，如果前、后屏上的光栅周期不同时，从5，8，11，14方向看去，当观察点在导向基准线上，也会看到条纹图样为正十字线，观察点偏离导向基准线时，所看到的条纹图样同样发生变形，横、纵条纹的指向同样从两个方向上指明回到导向基准线的方向，与前述所不同的是，条纹间距和宽度不会随观察距离的改变而发生变化。选择合适的前、后屏上的光栅周期，使所产生的条纹间距大于1/2屏宽时，二维导向显示器所显示的图样仅由横纵两条条纹组成，如图6所示，当观察点在导向基准线上变化时，条纹间距和宽度均不会改变。

观察点在导向基准线的左上，右下，左下，右上，时的条纹图样分别对应图8，图10，图12，图14所示。

为对本发明仪器所产生的条纹间距和形状进行定量描述，下面采用纵向莫尔效应和等效栅的方法。

当两块光栅周期分别为T₁、T₂的光栅按刻线方向平行无间隙叠放在一起时，将产生纵向莫尔效应即形成纵向莫尔条纹，条纹间距为：

W= (T₁T₂)/(｜T₁-T₂｜) (1）

当两光栅相距为K，从距前光栅为L处观察时，后光栅周期T₂在前光栅周期T₁平面上所形成的等效周期T^′ ₂由简单的几何关系可知：

(T′₂)/(L) = (T₂)/(L+K) （2）

T^′ ₂＝T₂(L)/(L+K) （3）

由于T₁，T₂同在一个平面内，因此可以按无间隙纵向横莫尔效应计算出横纹间距。如果两光栅有一定夹角，选择前光栅的中心为坐标原点后，则各级莫尔条纹的位置为：

X=N (T₁T₂β)/(T₁-T₂β) （4）

式中：

X-莫尔条纹的横坐标

N-条纹级次

T₁，T₂-前、后光栅常数

β-等效系数，

β＝ (L)/(L+K+ytgα)

α-光栅夹角

当前、后栅屏的周期相同时，即T₁＝T₂，则条纹横坐标为：

X＝N (L)/(K+ytgα) （5）

由公式（5）可以看出条纹间距X与观察距离L成正比。

本发明仪器由于采用了特殊的栅线线型和栅屏结构，因此克服了现有导向装置只具有一维导向的缺点，从而具有二维导向的功能，另外由于两只栅屏的周期可以相同。也可以不同，因此极大地方便了设计者的选择。

附图说明：

图1为本发明仪器中栅屏的第一种配置方法，1为前屏，2为后屏，后屏为四棱锥状，锥角在120～178度，并朝向前屏，从箭头5的方向看去两屏一前一后相重迭，图中3为透明间隙，4为不透明线。前、后屏上的光栅周期可以相同，也可以不同。当前后栅屏的周期相同时，两光栅间的距离K应满足Lau成像条件，两栅屏的周期不同时，K应尽量小些，并且前栅屏的周期应大于后栅屏的周期。

图2为本发明的第二种配置方法，6为前屏，7为后屏，前屏为四棱锥状，锥角朝向后屏，其它条件与第一种配置方法相同。

图3为本发明仪器中栅屏的第三种配置方法，9为前屏，10为后屏，后屏为四棱锥状，锥角背向前屏，前屏上的光栅周期小于后屏上的光栅周期，其它条件与第一种方法相同。

图4为本发明仪器中栅屏的第四种配置方法，12为前屏，13为后屏，前屏12为四棱锥状，锥角背向后屏，其它条件与第三种方法相向。

图5和图6是观察者在导向基准线上且观察距离由近到远时从仪器栅屏上所观察到的条纹图样。

图7和图8是观察者位于导向基准线左上方且观察距离由近到远时，从仪器栅屏上所观察到的条纹图样。

图9和图10是观察者位于导相基准线右下方且观察距离由近到远时，从仪器栅屏上所观察到的条纹图样。

图11和图12是观察者位于导向基准线的左下方且观察距离由近到远时，观察者从仪器栅屏上所观察到的条纹图样。

图13和图14是观察者位于导向基准线的右上方且观察距离由近到远时，观察者从仪器栅屏上所观察到条纹图样。

由图5-图14表明了前后栅屏周期相同时，观察者在不同位置所看到的条纹图样。

图6，图8，图10，图12，图14同时还表明了前、后栅屏周期不同时，观察点在不同方位和距离上所观察到的条纹图样，随观察距离的变化，其条纹的密度和宽度均不发生改变。

实施例：

采用图1所示的光栅配置方法，前、后栅屏周期相同时，光栅周期T＝1.32mm光栅透明间隙h＝0.6mm，K＝370mm，锥角为162°56′栅屏高、宽各为400mm，两只栅屏用紧固方法固定在金属外壳上，用高压钠灯做为照明光源，条纹对比度较高，导向精度＜0.4度。

前、后栅屏周期不同时，采用图1所示的配置方法，前屏的光栅周期为T₁＝4.07mm，后屏的光栅周期为T₂＝4.00mm前、后屏上的不透明线宽为2.50mm，锥角为151°55′，锥与前屏紧靠，栅屏高、宽各为400mm，光源仍采用高压钠灯，栅屏紧固在金属外壳上。导向精度＜0.4度，条纹对比度较高。

Claims (5)

1、一种用于显示横、纵两个方向的仪器，主要由一前一后两只屏(1，2，6，7，9，10，12，13)构成，在屏上用透明间隙(3)将不透明线(4)分隔开来构成光栅，从而在观察仪器时产生能显示横、纵两个方向的条纹图样，其特征是：其中一只屏为平面(1，7，9，13)，另一只屏为四棱锥状(2，6，10，12)，在前后两只屏(1，2，6，7，9，10，12，13)上，透明间隙(3)将不透明线(4)在横、纵两个方向上分隔开来，各自两两正交且只有一个交点，在同一只屏上光栅周期(透明间隙加上不透明线宽)是相同的，不透明线具有相同的宽度，两只屏上的光栅周期可以相同，也可以不同，两只屏从正面看是一前一后相重迭的，屏面设计成：当前、后屏光栅周期相同时，正对屏面观察仪器，产生的条纹图样为多条条纹构成的对称图形，中心为正十字线，随观察距离由小到大逐渐变为由横、纵各一条条纹相交而成的正十字线，当前后屏光栅周期不同时，正对屏面观察仪器，产生的条纹图样为，仅由横、纵各一条条纹相交而成的正十字线。

2、一种按权利要求1所说的显示横、纵两个方向的仪器其特征是：前、后光栅周期相同时，锥状屏的锥角朝向另一只平面屏。

3、一种按权利要求1所说的显示横、纵两个方向的仪器，其特征是：前屏的光栅周期大于后屏的光栅周期，锥状屏的锥角朝向另一只平面屏。

4、一种按权利要求1所说的显示横、纵两个方向的仪器其特征是：前屏的光栅周期小于后屏的光栅周期，锥状屏的锥角背向另一只平面屏。

5、一种按权利要求1所说的显示横、纵两个方向的仪器，其特征是：四棱锥状屏的锥角在120°～178°之间。

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