RU1810857C - Фотоэлектрический способ преобразовани информации - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике преобразовани  оптического сигнала в электрический с модул цией потока пространственным модул тором типа растра. Целью изобретени   вл етс  повышение информативности преобразованного сигнала при одновременной модул ции сигнала по двум координатам за счет совмещени  кодово-импульсной модул ции и модул ции формы сигнала. Цель изобретени  достигаетс  формированием.двухмерно пространИзобретение относитс  к технике преобразовани  оптической информации в электрическую свет-сигнал с модул цией светового потока пространственным модул тором типа растра, с учетом физики процесса преобразовани  совокупности несущего физического воздействи  излучени  оптического диапазона и передаваемой им информации в электрический сигнал. Целью изобретени   вл етс  повышение информативности преобразованного сигнала путем одновременной модул ции сигнала по двум координатам за счет совмественноупор доченной структуры ориентации светового потока источника излучени  в его сечении по заданному закону относительно плоскости начального отсчета, моду- л цией упор доченного пучка путем вращени  задающего единичные меры отсчета по первой координате измерительного растра относительно неподвижного индикаторного элемента и преобразованием модулированного оптического сигнала с соответствием суммы текущих единичных приращений меры первой координаты положени  измерительного растра и св занного с ним управл емого или контролируемого объекта и взаимно-однозначным соответствием и модул цией формы сигнала вектору направлени  перемещени  растра и положению объекта по второй координате. Упор дочение структуры и ориентаци  пучка производитс  путем ограничени  светового потока в зоне фотодетектировани  или одновременно в зоне модул ции и в зоне фотодетектировани  путем ограничени  диафрагмости с различной формы.. 6 ил. щени  кодово-импульсной модул ции и модул ции формы сигнала. Указанна  цель в способе преобразовани  информации, основанном на модул ции светового потока путем вращени  задающих единичные меры отсчета координат закрепленного на объекте или механически соединенного с ним измерительного растра относительно неподвижного индикаторного элемента и преобразовании.модулированного оптического сигнала в электрический с соответствием суммы единичных приращений пространственной меры и числа периоЁ со о 00 ел VI

Description

дов сигнала координате положени  измерительного растра и св занного с ним управл емого или контролируемого объекта относительно неподвижного индикаторного элемента и внешнего пространства, достигаетс  тем, что формируют двумерно пространственно упор доченную структуру ориентации светового потока в его сечении по заданному закону относительно плоскости начального отсчета, и пространственно упор доченный в сечении оптический сигнал преобразуют в электрический с взаимно-однозначным соответствием и модул цией формы сигнала по направлению перемещени  растра относительно плоскости начального отсчета. Заданные особенности двумерного пространственного упор дочени  структуры пучка света (например, задание асимметрии или антисимметрии его ограничени  или распределени  относительно одной или нескольких базисных плоскостей) переход т вначале на оптический сигнал, заем при фотодетектировании на электрический сигнал. При этом происходит процесс модул ции формы сигнала в соответствии с направлением модул ции (перемещени  растра) и заданным законом упор дочени  структуры пучка. Например , при упор дочении.структуры с заданием ее симметрии в радиальном направлении относительно плоскости начального отсчета и асимметрии относительно реперной плоскости образованной поворотом плоскости начального отсчета вокруг оси пучка на заданный угол, обеспечиваетс  следующий вид модул ции формы сигнала: при набеге периодической модулирующей структуры растра в напраблении уменьшени  потока формируетс  сигнал с левосторонней асимметрией формы, при набеге в обратном направлении увеличени  потока - с правосторонней асимметрией формы, при набеге в направлении по нормали к плоскости начального отсчета - симметричной формы, набег по множеству других направлений модулирует форму сигнала с взаимно-однозначным соответствием степени асимметрии формы сигнала введенному закону распределени  структуры потока. Возможны и другие варианты упор дочени  структуры потока, обеспечивающие, например , постепенный переход простой или сложной формы к ее антиподу с антисимметрией первоначальной форме сигнала. Таким образом предлагаемый способ преобразовани  информации обеспечивает введение в сигнал-переносчик информационных признаков, позвол ющих распознавать как качественно отличные направлени  перемещени  растра, например, противоположные (например, знак -асимметрии формы сигнала), так и информационные параметры (например, степень асимметрии формы сигнала), обеспечивающие возмож- ность измерени  положени  фазы вектора и количественной оценки относительно малых градиентов направлений. Это обеспечивает расширение функциональной информативности преобразовани  светсигнал и областей применени . Практическа  реализаци  упор дочени  структуры пучка выполн етс , например, путем ограничени  светового потока в зоне модул ции , в зоне фотодетектировани  или

5 одновременно в этих зонах модул ции, в зоне фотодетектировани  или одновременно в этих зонах диафрагмой с асимметрией формы диаграммой с радиально-перемен- ной прозрачностью, или путем двухмерного

0 распределени  плотности энергии излучени  нелинейным-оптическим элементом, например граданом . со специальной геометрией обрезки и обработки.

Предлагаемый способ преобразовани 

5 информации отличаетс  от известного введением операции упор дочени  двухмерной пространственной структуры пучка света в сечении и особым режимом, выполнени  преобразовани , то есть при наличии

0 переупор доченной не имеющего выраженной направленности источника излучени  структуры потока в определенных зонах воспри ти . Введение именно данной совокупности операции и режима преобразова5 ни  обеспечивает введение в электрический сигнал дополнительных новых признаков и параметров, расшир ющих информативность преобразовани  и обеспечивающих решение целого класса задач, не решаемых

0 при использовании свет-сигнал преобразовани  с традиционными подходами.

На фиг.1 представлена схема взаимного расположени  элементов, реализующих преобразование оптического сигнала в

5 электрический, где обозначено: 1 - источник света; 2 - неподвижный элемент упор дочени  структуры пучка света; 3 - подвижный измерительный растр с двум  степен ми ь свободы; 4 - фотоприемник с площадью ра0 бочей поверхности, обеспечивающей фотодетектирование всего потока, проход щего через сопр жение неподвижного и подвижного элементов; на фиг.2-5 - примеры выполнени  элементов упор дочени 

5 структуры пучка света: на фиг.2 - диафрагма треугольной формы; при равномерном распределении плотности энергии пучка (ограничение потока такой формой в сечении имеет следующие особенности пространственной ориентации: относительно оси. проход щей через геометрический центр пучка , множество дискретных поворотов пло- ских групп движений выдел ет с

кратностью множество направлений с

J

взаимно-однозначным соответствием асимметрии формы сигнала направлению перемещени  растра); на фиг.З - диафрагма, состо ща  из прозрачных и непрозрачных секторов с центральным углом  /2, сдвинутых вокруг проход щей через центр оси пучка на nil при равномерном распределении плотности энергии пучка (при такой более сложной структуре ограничени  и упор дочени  потока изменение направлени  модул ции в пределах угла раскрыва соответствует плавному переходу формы от пло- сковершинного к островершинному сигналу; на фиг.4 - диафрагма в виде круга с радиально-переменной прозрачностью; на фиг.5 - нелинейный элемент, (градан специальной геометрии обрезки и обработки), который позвол ет упор дочить структуру пучка путем перераспределени  плотности энергии излучени  источника. Использование такого элемента более предпочтительно , так как позвол ет произвести упор дочение пучка с минимальным ослаблением энергии входного оптического сигнала по сравнению с методом ограничени  потока; на фиг.6 - функци  f(x,y) и соответствующей этой функции образ Р в пространстве Радока R, а,р. Применение одно-, двух- и трехмерных измерений, требующих выделени  только качественно отличающихс  направлений, возможно при очень малых мерах измерительного растра. Дл  решени  задачи измерительного преобразовани  с целю введени  и выделени  количественных параметров мало различных направлений меру измерительного растра увеличивают и выбирают по компромиссу между требуемой точностью преобразовани  по первой и второй координате.

Способ осуществл етс  следующим образом (см. фиг. 1). Первичный пучок источника 1 света имеет в сечении структуру с круговой симметрией. Источник 1 и элемент 2 установлены на неподвижной части измерительного устройства. Через диафрагму 2 с радиально-переменно й прозрачностью и сопр жений с диафрагмой элемента 2 подвижный растр Зс двум  степен ми свободы источник 1 засвечивает рабочую поверхность фотоприемника 4. Функцию прозрачности диафрагмы 2 задают путем решени  обратной задачи из услови  обеспечени  требуемого закона модул ции формы сигнала, например, в виде усеченного

кругового цилиндра. Проход  через диафрагму элемента 2. световой поток ограничиваетс  и переупор дочивает в сечении пространственную структуру распределе- 5 ни  плотности энергии излучени  с сохранением симметрии относительно плоскости А-А и линейным уменьшением и асимметрией относительно нормальной плоскости Б-Б. Далее вторичный пространственно-пе- 0 реупор доченный пучок проходит через растровое сопр жение элемента 2 с модулирующим растром 3 и засвечивает рабочую поверхность фотоприемника 4, который преобразует вторичный оптический сигнал 5 в электрический, Вследствие введени  а- симметрии структуры пучка света, при вращении растра 3 происходит двухмерна  модул ци  сигнала по признакам и параметрам , качественно и количественно ха0 рактеризующим координаты положени  и направлени  сложного двухстепенного движени  растра 3. При этом качественным информативным признаком данного вида модул ции формы сигнала  вл етс  знак

5 асимметрии формы, а количественным параметром - степень асимметрии формы сигнала . Таким образом введение операции, упор дочени  светового потока повышает информативность данного вида преобразс0 вани  свет-сигнал так как в сигнал внос тс  дополнительные важные признаки и параметры, позвол ющие расширить области применени  способа дл  контролируемых или управл емых объектов со

5 сложными видами движени .

Что касаетс  размеров окна диафрагмы, то его задают равным шагу растра, который выбирают, исход  из необходимого соотношени  точности измерительного преобра0 зовани  по первой и второй координате. При уменьшении размера окна диафрагмы и, соответственно шага растра уменьшаетс  мера унитарного отсчета положени  обьек- та по первой координате, то есть повышает5 с  точность преобразовани  информации по первой координате. Однако, одновременно при этом снижаетс  качество модул ции формы сигнала, то есть, понижаетс  точность измерительного преобразовани 

0 по второй координате. Таким образом при одинаковом уровне требовани  к точности преобразовани  по первой и второй координате размер окна выбирают по компромиссу , при требовании более высокой точности

5 по первой координате размер окна и шаг растра уменьшают, в противоположном случае - увеличивают, чем повышают качество модул ции формы сигнала и введени  информационных признаков (знак асимметрии формы) и параметров (степень асимметрии ) по второй координате.

Закон дл  всех вариантов упор дочени  и ограничени  потока излучени  определ етс  пр мым решением интегрального уравнени  Радона

R(a. р) - / / f(x.y) б (xcos p +

(s) + )dxdy,

где х, у - две независимые переменные по оси х и у;

(х, у) - функци  упор дочени  потока в области площади окна диафрагмы;

S - область интегрировани , равна  площади окна диафрагмы;

д - дельта функци  Дирака;

а - параметр, характеризующий рассто-  ние от начала координат до пр мой xcosy +ysln -a;

р - угол между осью х и направлением модул ции потока (направление интегрировани );

R(a, р) - преобразование Радона.

Использу  известные свойства двойного интеграла, и принима  конкретный рельеф функции а f(x, у) упор дочени  и ограничени  потока в виде-усеченного единичного пр мого кругового цилиндра, то есть

f(x,y) /0 ,512(1 - у) при х2 + у2 1

О

При Х2 + у2 1

преобразование R(a, p) можно выразить как

+ 1 4-V1 -xz R(a, p) / dx J 0,512(1 - yXxcos p +

+ yslny)dy.

Учитыва  известное соотношение

(xcos p + ysin р) т 2 Этл е , п -- - ш

где Этп функци , завис ща  только от х, у следует, что проекци  R(a, p) в зоне симметрии имеет форму параболы 0,516(1 - у) . на которую в зонах асимметрии пучка по координате (р накладываетс  закручивание по закону cos p или sin tp (зависит от выбора начального отсчета). При этом формируетс  сигнал с правосторонней или левосторонней асимметрией формы. Выделение даннего параметра (пространственна  демодул ци ) производитс , например, путем перемножени  информативного сигнала с опорным меандром и выделени  из

полученного мультипликативного сигнала посто нной составл ющей посредством пространственного интегрировани  (по пути ).

Данный способ обеспечивает двумерное преобразование свет-сигнал путем двухкоординатной модул ции сигналов и одновременного введени  в информативный сигнал признаков и параметров по двум координатам за счет совмещени  кодовоимпульсной модул ции и модул ции формы сигнала.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Фотоэлектрический способ преобразовани  информации, включающий операцию .модул ции светового потока путем вращени  задающих единичные меры отсчета координат измерительного растра относительно неподвижного индикаторного элемента и внешнего пространства и преобразовани  модулированного оптического сигнала в электрический при соответствии суммы текущих единичных приращений пространственной меры и числа периодов сигналов координате измерительного растра , о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  информативности преобразованного сигнала путем одновременной модул ции сигнала по двум координатам за счет совмещени  кодово-импульсной модул ции и модул ции формы сигнала, формируют двумерно пространственно упор доченную структуру ориентации светового потока относительно заданного пространственного начального отсчета,

   преобразуют упор доченный в сечении вторичный оптический сигнал в электрический с взаимно однозначным соответствием и модул цией формы сигнала по направлению перемещени  растра относительно

   плоскости начального отсчета.

   AL .,/

   чг /т

   фг/г.2

   Фаг.З

   71

   . /

   Фи г Л

   фи г. 5