SU1737398A1 - Измеритель углового положени сканирующего зеркала - Google Patents

Abstract

Использование: измерительные приборы дл  измерени  углового положени  объекта , колеблющегос  вокруг неподвижной оси; оптико-электронные приборы с зеркальными сканерами. Сущность изобретени : устройство содержит отражатель, выполненный в виде симметричной k-зер калькой системы, образующа  которой параллельна оси колебаний, реперный канал, состо щий из дополнительного отражател , диафрагмы, точечного приемника. Устройство решает задачу согласовани  требуемого числа точек дискретизации N с числом элементов п стандартного многоэлементного приемника при N п. 3 ил. сл С

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и применимо при разработках в области создани  лазерных принтеров, устройств ввода графической информации в ЭВМ и сканирующих микроскопов. Дл  координатной прив зки, выводимой с помощью принтеров, вводимой устройствами ввода графической информации или получаемой с помощью сканирующих микроскопов информации, необходимы устройства, определ ющие положени  сканирующих

зеркал указанных систем. Особую актуальность подобные устройства приобретают при реализации систем с цифровым хранением информации, требующих формировани  CHmanqB адреса при записи и выводе информации.

Развертка по строке в упом нутых выше устройствах в большинстве случаев реализуетс  возвратно-поступательным перемещением светового зонда, в частности синусоидальным 1. Перемещение световоvj (д х| СО Ю 00

о зонда может быть обеспечено крутильни и колебани ми сканирующего зеркала и оответствующей оптической системой 2, ричем наиболее целесообразно использоание центральных частей синусоидальной развертки 1 ввиду меньшей нелинейности. л  функционировани  упом нутых выше стройств требуетс  решение задачи измерени  углового положени  сканирующего еркала дл  синхронизации ввода-вывода информации 3.

Известны устройства, измер ющие уговое положение сканирующего зеркала с помощью емкостного датчика 4. В данном случае сканирующее зеркало жестко св зывают с роторной пластиной датчика, которые вместе со статорной пластиной образуют конденсатор, емкость которого определ ет резонансную частоту контура, завис щую от углового положени  зеркала.

Недостатками данных устройств  вл ютс  ограниченное быстродействие, малый диапазон измер емых углов, необходимость термостатировани  и существенна  нелинейность передаточной характеристики .

Известны муаровые (растровые) измерители углового положени  5, представл ющие собой осветитель, систему растров и фотоприемник, расположенный за растрами . В подобном преобразователе интенсив- ность излучени  на фотоприемнике модулирована углом поворота оси, св занной со сканирующим зеркалом.

Недостатками муаровых преобразователей  вл ютс  сложность изготовлени  растров и затруднительность дискретизации заданного углового интервала на заданное число значений.

Известно применение интерференционных угломеров дл  определени  положени  сканирующего зеркала 6.

Недостатком подобных устройств  вл етс  сложность оптического узла (наличие двупреломл ющей призмы, уголковых отражателей , светоделител ) и электронного блока, необходимость использовани  когерентного (лазерного) излучател  и дл  боль- шинства случаев - избыточна  дискретность измерени  угла.

Наиболее близким техническим решением , выбранным в качестве прототипа 7,  вл етс  оптико-электронный угломер, представл ющий собой фотоэлектрический коллиматор, в котором изменение угла поворота зеркала р производитс  по величи- не смещени  изображени  марки на анализаторе изображени . Излучение све- тодиода формируетс  объективом в параллельные пучки, которые попадают на

отражатель, жестко св зываемый со сканирующим зеркалом. Отраженные пучки стро т изображение марки, освещаемой светодиодом, на чувствительной поверхности анализатора, изображени , в качестве которого применен многоэлементный приемник - фоточувствительный прибор с зар довой св зью (ПЗС). Величина смещени  изображени  марки пропорциональна углу

поворота зеркала. Реализаци  в ПЗС электронного сканировани  позвол ет обеспечить измерение угла и дискретизацию измер емого углового интервала по параметрам видеосигнала, получаемого от

ПЗС(номера элемента в строке, засвеченного изображением марки).

Существенными недостатками прототипа  вл ютс  ограниченный угловым полем коллиматора (обычно составл ющим не более дес тков угловых минут) диапазон измер емых углов сканирующего зеркала, недостаточное число точек дискретизации углового интервала N (ограничено числом элементов многоэлементного фотоприемника п) и невозможность дискретизации последнего на произвольное заданное число значений N.

Целью изобретени   вл етс  разработка измерител  углового положени  сканирующего зеркала с увеличенным диапазоном измер емых углов 2 р0 , повышенна  информативность за счет увеличени  числа то- чек дискретизации N и возможности обеспечени  наперед заданного числа N,

большего числа элементов приемника п.

Цель достигаетс  выполнением бтража- тел  в виде симметричной системы к плоских зеркал с образующей, параллельной оси колебаний сканирующего зеркала, причем угол между смежными гран ми у отражател  в плоскости, перпендикул рной оси колебаний, определ ют из соотношени :

и введением второго отражател , установленного на сканирующем зеркале под углом к оси колебаний, и жестко св занной с ним диафрагмы и второго приемника.

На фиг. 1 приведена принципиальна  схема измерител  углового положени  сканирующего зеркала; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - приведена углова  диаграмма импульсов дл  к 3.

Измеритель содержит источник 1 излучени , марку 2, объектив коллиматора 3,

призму 4 совмещени  каналов, узел отражател , состо щий из к-гранного отражател  5 и отражател  6 реперного канала, сканирующего зеркала 7, приемного объектива 8,

многоэлементного фотоприемника 9, щели 10 и фотоприемника 11 реперного канала. Изображение марки 2 сопр жено с чувствительной поверхностью многоэлементного фотоприемника 9 и щелью 10. На фиг. 2 представлена конфигураци  отражател  при К 3: три зеркальные поверхности В, С и D составл ют попарно плоские углы у с образующей, параллельной оси сканирующего зеркала.

Принцип действи  измерител  состоит в освещении с помощью источника 1 и марки 2 объектива коллиматора 3. формирующего параллельный пучок лучей, который с помощью призмы 4 направл етс  на основной 5 и дополнительный б отражатели. Отраженное излучение с помощью приемного объектива 8 фокусируетс  на чувствительной площадке фотоприемника 9 и щели 10 соответственно. При колебани х сканирующего зеркала 7 по углу tp излучение, отража сь от каждого из зеркал k-гранного отражател  и попада  на фотоприемник 9, формирует k последовательностей импульсов с возможным частичным наложением импульсов. Углова  диаграмма дл  k 3 приведена на фиг. 3, где представлены три последовательности ID, lc и Гв, сформированные гран ми В, С и D соответственно, а также суммарна  последовательность им- .пульсов и реперный импульс 1р. Зеркальные грани -В и D наклонены относительно грани С на угол у , в результате чего последовательности 1в и ID сдвинуты относительно симметричной последовательности 1с в разные стороны. Число импульсов во всех трех последовательност х п соответствует числу чувствительных элементов многоэлементного фотоприемника 9. Дл  сохранени  симметрии углового диапазона и обеспечени  решени  поставленной цели углы должны быть рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить попарное наложение импульсов (1в; 1с и Ic; ID).

Предлагаемое устройство было использовано в качестве датчика угла строчной развертки в лазерном сканирующем микроскопе (ЛСМ), сопр женном с устройством накоплени , обработки и отображени  информации 15ИЭ100хЮО-011, имеющем число элементов в строке N 256 и угол отклонени  сканирующего зеркала 2 фо 6°.

Использовавшийс  в ЛСМ ранее авто- коллимационный датчик (АКД) не позвол л решить задачу измерени  положени  сканирующего зеркала:

1.Диапазон углов АКД составл л при допустимой дисторсии пор дка 2 ро&3°,

что вдвое меньше требуемого;

2.Технологически могла быть обеспечена реализаци  в АКД многоэлементного приемника, выполненного в виде фотодиода со штриховой маской, с числом элементов не более пмакс 140...150. Реализаци  предлагаемого устройства позволила при двухзеркальном отражателе (k 2) и двух наложенных импульсах (т 2) обеспечить

требуемое число точек дискретизации N 256 при значении п 129. При этом вдвое увеличилс  диапазон измер емых углов 2 , что позволило решить задачу согласовани  строчной развертки ЛСМ с системой цифровой обработки изображени . Угол между зеркалами отражател  составил у 1,969, ро 2.95°.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Измеритель углового положени  сканирующего зеркала, содержащий два канала, в первом из которых размещены источник излучени , марка, установленна  в фокальной плоскости объектива, во втором канале - второй объектив и многоэлементный приемник , призма совмещени  каналов и отражатель, установленный на сканирующем зеркале и жестко св занный с ним, о т- личающийс  тем, что, с целью увеличени  диапазона измер емых углов 2 ро и

   повышени  информативности за счет увеличени  числа точек дискретизации углового положени  зеркала N и обеспечени  возможности дискретизации на любое заданное число значений N, большее числа

   элементов приемника п, отражатель выполнен в виде симметричной системы К плоских зеркал с образующей, параллельной оси колебаний сканирующего зеркала, причем угол между смежными гран ми отражател  в плоскости, перпендикул рной оси колеба- ний, удовлетвор ет соотношению

   (JЈlЈ-1) .и введены

   второй отражатель, установленный на ска- нирующем зеркале под углом к оси колебаний и жестко св занный с ним, диафрагма и второй приемник.