SE513943C2 - Optisk vinkelmätare - Google Patents

Description

01 ...S (N xO -I2>~ 0~l N position baserat på detta. Det är i detta fall inte fräga om någon egentlig mätning av avvikelse i form av ett vinkelvärde.

Enligt ett fördelaktigt utförande innefattar linsarrangemanget en plankonvex lins, vars plana yta utgör linsarrangemangets utgångsyta och en synfältsökande negativ lins, vars ena yta utgör linsarrangemangets ingångsyta och vars andra yta är vänd mot den plankonvexa linsens konvexa yta. Exempel på en lämplig negativ lins är en plankonkav lins, vars plana yta är vänd mot vinkelmätarens ingångsöppning.

Med fördel kan linsarrangemanget utgöras av en kompakt kropp uppdelad i linser med olika brytningsindex. Härigenom förhindras att fukt tränger in och imma bildas mellan linserna. I För att förhindra att ströljus reducerar det användbara vinkelområdet, kan enligt ett ytterligare fördelaktigt utförande linsarrangemangets kant- ytor åtminstone delvis vara svärtade.

Funktionen hos vinkelmätaren kan testas genom införande av en ytterligare ljusledare. Ena änden av ljusledaren anslutes därvid till lins- arrangemanget, medan den andra änden anslutes till en ljuskälla. Det ljus som genom den ytterligare ljusledaren transporteras till lins- ariangemanget under en test återföres åtminstone till en del till vinkel- mätarens ingående detektorer enligt ett känt förhållande. Vid anslutning av den ytterligare delen till centrum av linsarrangemanget, kan väsent- ligen lika stora signaler på de olika detektorerna indikera felfri funktion hos vinkelmätaren.

Uppñnningen kommer nedan att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar, där g I delvis i snitt enligt l-l i figur 2 schematiskt visar en vinkelmätare enligt uppfinningen, m 2 visar en schematisk toppvy av vinkelmätaren enligt uppfinningen, figur 3 och 4 visar kurvdiagram för detekterade signaler och förklarar beräkningen av vinkelläget, figur 5 delvis i snitt visar exempel på hur medlen för upp- delning av den infallande strålningen kan vara inneslutna vid vinkel- mätarens ingångsöppning och m 6 visar ett ytterligare exempel på ett linsarrangemang som kan ingå i vinkelmätaren.

U' l __*- (N \O -|>..

(N w Den i figur 1 schematiskt visade optiska vinkelmätaren 1 innefattar ett linsarrangemang 2 bestående av en plankonkav lins 3 och en plankonvex lins 4 i nämnda ordning från vinkelmätarens ingångsöppning räknat. Till den plankonvexa linsens 4 plana yta 5 är ena änden av fyra separata ljus- ledare anslutna 6.1-6.4, varav endast de två bakre ljusledama 6.1 och 6.2 är visade i figur 1. I ljusledamas andra ände är optiska detektorer 7.1 och 7.2 anordnade. Varje detektors 7.1,7.2 utgång är ansluten till en tillhörande förstärkare 8.1,8.2. Via förstärkarna är detektorema anslutna till en elektronisk beräkningskrets 9.

Av figur 2 framgår ljusledamas 6.1-6.4 anslutning till den plankonvexa linsen 4. Enligt figuren fyller varje ljusledare upp en 90-graders cirkel- sektor 10.1-10.4. I riktning mot detektorerna är ljusledama anordnade att övergå från det cirkelsektorformade snittet till ett cirkulärt snitt.

Såsom framgår av figur l och 2 är en ytterligare ljusledare 13 är ansluten mellan centrum av den plankonvexa linsens 4 plana yta 5 och en ljuskälla 14. Ljusledaren 13 och ljuskällan 14 ingår i en testfunktion som kommer att beskrivas längre fram.

Mot vinkelmätaren 1 infallande strålning 11 i form av exempelvis mono- pulser inom vinkelmätarens synfált bryts via linsarrangemanget 2 mot de till den plankonvexa linsen 4 anslutna ljusledamas cirkelsektorforrnade ändytoma. I det fall att den infallande strålningen infaller vinkelrätt mot den plankonkava linsens plana yta 12, fördelas idealt strålningen lika mellan de fyra ingående ljusledama 6.1-6.4 och deras tillhörande detektorer 7.1-7.4. När den infallande strålningen avviker från den vinkelräta riktningen, uppkommer obalans i de detekterade signal- styrkoma. Den uppkomna obalansen innehåller infomiation om vinkel- läget relativt den vinkelräta infallsriktningen och kan på sätt som beskrivs närmare nedan utnyttjas för vinkellägesbestärrmingen.

Kurvdiagrammet i figur 3 visar exempel på hur av detektorerna avgivna signalema kan se ut som funktion av en vinkelavvikelse 6 från norrnalen till ingångsöppningen i det fall att endast två symmetriskt anordnade ljus- ledare ingår i vinkelmätaren. I det visade exemplet har den ena sinalen A UI _; CN xO 4% u! -ß ett toppvärde vid en vinkelavvikelse på ca 15°, medan den andra signalen B har ett toppvärde vid en vinkelavvikelse på ca -15°.

I kurvdiagrammet i figur 4 har signalkvoten D=(A-B)/(A+B) lagts in som funktion av vinkelavvikelsen 6. Genom att beräkna si gnalkvoten D och kontrollera vilket vinkelläge denna kvot motsvarar kan ett aktuellt vinkel- läge bestämmas. Lämpligen lagras i förväg i tabellform vinkellägen för si gnalkvoter som kan förekomma. Genom interpolation kan vinkelläget i höjd- och sidled beräknas.

Ovan har vinkellägesbestämningen redovisats för två ljusledare med till- hörande detektorer.Inget hindrar emellertid att antalet utökas till fyra eller kanske fler. Vid fyra detektorer som utförandet enligt figur 1 och 2 avser, kan bestämningen av vinkelläget i en första riktning ske genom att signalema från två första par av angränsande detektorer summeras före kvotberäkning, exempelvis summan av detektorernas 7.1 och 7.2 signaler och summan av detektoremas 7.3 och 7.4 signaler. I en mot den första riktningen vinkelrät riktning sker därvid vinkellägesbestämningen genom summering av detektoremas 7.1 och 7.4 signaler och summering av detektoremas 7.2 och 7.3 signaler före kvotberäkningen.

Testning av vinkelmätarens funktion tillgår så att ljuskällan 14 placerad i en av ljusledarens 13 ändar aktiveras. Ljuskällan kan till exempel utgöras av en diodlaser. Från ljuskällan 14 leds ljuset via ljusledaren 13 till den plankonvexa linsens 4 plana del 5. Åtminstone en del av det till den plankonvexa linsen ledda ljuset reflekteras mot ljusledama 6.1-6.4.

Eftersom i detta fall det är fråga om ett helt symmetriskt arrangemang av ljusledare, fördelas det mot ljusledama 6.1-6.4 reflekterade ljuset väsentligen jämt mellan ljusledama och deras tillhörande detektorer. Den elektroniska kretsen 9 indikerar fungerande vinkelmätare i det fall att detektorema avger signaler av väsentligen samma storlek. I annat fall indikeras felfunktion.

Figur 5 visar delvis i snitt exempel på hur medlen för uppdelning av den infallande strålningen kan vara inneslutna vid vinkelmätarens ingångs- öppning. Linsarrangemanget 2 och ljusledama 6.1-6.4 är inneslutna i cirkulära väsentligen rörformiga element 15,16,17. Den plankonkava 513 943 5 linsen 3 hålls på plats genom samverkan mellan de rörforrniga elementen 16,17. Den plankonvexa linsen 4 kan vara fäst på insidan av det rörformiga elementet 17 genom limning. De rörformiga elementen 15,16 är förenade genom ett skruvförband 18. Ljusledarna 6.1-6.4 kan enligt en variant vara limmade med sina ändar mot den plankonvexa linsens 4 plana yta 5. Eventuellt kan övergången mellan ljusledama och den plana ytan vara fylld med en brytningsindexanpassad olja, d v s en olja med ett brytningsindex som i kvadrat är lika med produkten av brytningsindex för den plankonvexa linsen och brytningsindex för ljusledama. Ett lämpligt val av material för de ingående linsema kan vara safir för den plankonkava linsen 3 och kronglas för den plankonvexa linsen 4.

Ströljus i vinkelmätaren reducerar dess användbara vinkelområde. För att reducera ströljuset kan enligt en första metod linsarrangemangets kant- ytor 20,21 helt eller delvis svärtas. Om svärtningsmedlets brytningsindex nära överensstämmer med tillhörande lins, faller ljuset nästan utan reflektionsförluster in i svärtningsmedlet. Genom att svärtningsmedlet innehåller dämpande medel, såsom kolkom dämpas ljuset nästan helt innan det når linsen igen. Enligt en andra metod kan linsema förses med företrädesvis cirkulära bafflar som omger linsemas kantytor.

Figur 6 visar ett linsarrangemang 2 i form av en kompakt kropp inne- fattande tre linsdelar. Utöver de enligt ovan beskrivna linsdelama i fonn av en plankonkav och en plankonvex lins 3 resp 4 finns en mellanliggande lins 19 som fyller ut utrymmet mellan linsema 3 och 4. Genom arrange- manget förhindras att fukt tränger in i linsarrangemanget och förorsakar imbildning.

Uppfinningen är inte på något sätt begränsad till de beskrivna utförandena, utan inom uppflnningens ram, såsom den definieras av patentkraven, ryms ett flertal varianter. Exempelvis kan antalet ljusledare med tillhörande detektorer varieras inom vida gränser och därmed den form som ljusledarändama antar vid anslutning mot den plankonvexa linsen.

Claims (6)

fr: _.. \ (N \.O lä» (N PATENT KRAV

1. Optisk anordning för mätning av vinkelläget för mot anordningen infallande elektromagnetisk strålning, såsom laserljus, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen innefattar ett i anslutning till anordningens ingångsöppning anordnat linsarrangemang med en ingångsyta för mottagning av nämnda infallande elektromagnetiska strålning och en utgångsyta mot vilken infallande strålning inom den optiska anordningens synfält bryts genom linsarrangemanget, ett flertal ljusledare med en första ände vänd mot och ansluten i direkt kroppslig och optisk kontakt med linsarrangemangets utgångsyta, vilka första ändar av ljusledama är anordnade att väsentligen täcka linsarrangemangets utgångsyta, en till varje ljusledare tillordnad detektor ansluten till den andra änden av respektive ljusledare, samt en beräkningsenhet för fastställande av aktuellt vinkelläge utgående från av detektorema avgivna signalstyrkor genom beräkning av kvoter mellan skillnadssignaler och summasignaler för detektorernas si gnalstyrkor och bestämning av dessa kvoters motsvarighet i vinkelläge.

2. Optisk anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att linsarrangemanget innefattar en plankonvex lins, vars plana yta utgör linsarrangemangets utgångsyta och en synfältsökande negativ lins, vars ena yta utgör linsarrangemangets ingångsyta och vars andra yta är vänd mot den plankonvexa linsens konvexa yta.

3. Optisk anordning enligt något av patentkraven 1-2, k ä n n e- t e c k n a d av att linsarrangemanget utgörs av en kompakt kropp upp- delad i linser med olika brytningsindex.

4. Optisk anordning enligt något av föregående patentkrav k ä n n e- t e c k n a d av att linsarrangemangets kantytor åtminstone delvis är svärtade.

5. Optisk anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e- te c k n a d av att för testning av den optiska anordningen en ytterligare ljusledare är ansluten i direkt kroppslig och optisk kontakt med linsanangernanget och företrädesvis i centrum genom sin ena ände, medan den ytterligare ljusledarens andra ände är ansluten till en ljuskälla.

6. Optisk anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e- t e c k n a d av att kvoternas motsvarighet i vinkelläge är lagrad i tabellform.