Измеритель углового положения сканирующего зеркала

(51)5 (3 ЗОБРЕТЕНИЯ ИСАН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Мирошников М,М, Теоретическновы оптико-электронных приборов. Лшиностроение, 1977, с. 40,2. Патент США Гч. 4179183.кл. 6 02 В 27/17, 1979.3. Элфорд Дж., Вандерно Р;ДЗаВ, Лазерная растровая микроскопия,ЭР, 1982, т. 70, йг 6, с, 140-153.4. Воропаев Е.ГВладейщиковсб,: Тезисы докладов 11 Всесоюзной нтехн, конфер.: Метрология в гравимеХарьков, 1984, с. 32,5. Авторское свидетельство СССРМ 811073, кл. 6 01 В 11/00, 1981.6, Бессемельцев В,П. и др, Авто1983, М 2, с. 76,7. Панков Э,Д. Трехкоординатныеко-электронные угломеры, Изв. ВУЗовборостроение, 1987,т. 30,с. 69-78,ОЛОЖ 20институт точной мехаоршу:Ма лекас ТИИС,П. В аучн. -мет опти. ПриИзобретение относится к измерител ной технике й применимо при разработк в области создания лазерных принтеров, у тройств ввода графической информации ЭВМ и сканирующих микроскопов. Для к ординатной привязки, выводимой с и мощью принтеров, вводимой устройствам ввода графической информации или получ емой с помощью сканирующих микроск пов информации, необходимы устройств определяющие положения сканирующ ь- ах в ооГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ УГЛОВОГО П ЕНИЯ СКАНИРУЮЩЕГО ЗЕРКАЛА(57) Использование: измерительные прибо. ры для измерения углового положения обьекта, колеблющегося вокруг неподвижной оси; оптико-электронные приборы с зеркальными сканерами. Сущность изобретения: устройство содержит отражатель, выполненный в виде симметричной 1(-зер. кальной системы, образующая которой параллельна оси колебаний, реперный канал, состоящий из дополнительного отражателя. диафрагмы, точечного приемника, Устройство решает задачу согласования требуемого числа точек дискретизации И с числом элементов и стандартного многоэлементного приемника при й и. 3 ил,36 д зеркал указанных систем, Особую актуальность подобные устройства приобретают ( ) при реализации систем с цифровым хране- о нием информации, требующих формирова- р ния сигналов адреса при записи и выводе информации.Развертка по строке в упомянутых выше устройствах в большинстве случаев реали- ф зуется возвратно-поступательным перемещением светового зонда, в частности синусоидальным 1), Перемещение светового зонда может быть обеспечено крутильны" ми колебаниями сканирующего зеркала и соответствующей оптической системой Щ, причем наиболее целесообразно использование центральных частей синусоидальной развертки(1 ввиду меньшей нелинейности, Для функционирования упомянутых выше устройств требуется решение задачи измерения углового положения сканирующего 10 зеркала для синхронизации ввода-вывода информации 3.Известны устройства, измеряющие угловое положение сканирующего зеркала с помощью емкостного датчика (4,В данном случае сканирующее зеркало жестко связывают с роторной пластиной датчика, которые вместе со статорной пластиной образуют конденсатор, емкость которого определяет резонансную частоту контура,зависящую от углового положения зеркала 20 Недостатками данных устройств являются ограниченное быстродействие, малый диапазон измеряемых углов, необходимость термостатирования и существенная нелинейность передаточной характеристики,Известны муаровые (растровые) измерители углового положения Я, представляющие собой осветитель, систему растров и фотоприемник, расположенный эа растра 30 ми. В подобном преобразователе интенсивность. излучения на фотоприемнике модулирована углом поворота оси, связанной со сканирующим зеркалом,Недостатками муаровых преобразователей являются сложность изготовления растров и затруднительность дискретизации заданного углового интервала на заданное число значений,Известно применение интерференционных угломеров для определения положения сканирующего зеркала (6.Недостатком подобных устройств является сложность оптического узла (наличие двупреломляющей призмы, уголковых отра 45 жателей, светоделителя) и электронного . блока, необходимость использования когерентного (лазерного) излучателя и для большинства случаев - избыточная дискретность измерения угла.Наиболее близким техническим реще 50 нием, выбранным в качестве прототипа 7, является. Оптико-электронный угломер, представляющий собой фотоэлектрический коллиматор, в котором изменение угла поворота зеркала р производится по величи не смещения иэображения марки на анализаторе изображения. Излучение светодиода Формируется объективом в параллельные пучки, которые попадают на отражатель, жестко связываемый со сканирующим зеркалом. Отраженные пучки строят иэображение марки, освещаемой светодиодом, на чувствительной поверхности анализатора, изображения, в качестве которого применен многоэлементный приемник- фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ПЗС). Величина смещения изображения марки пропорциональна углу поворота зеркала. Реализация в ПЗС электронного сканирования позволяет обеспечить измерение угла и дискретизацию измеряемого углового интервала йЪ по параметрам видеосигнала, получаемого от ПЗС(номера элемента в строке, засвеченного изображением марки);Существенными недостатками прототипа являются ограниченный угловым полем коллиматора (обычно составляющим не более десятков угловых минут) диапазон измеряемых углов сканирующего зеркала, недостаточное число точек дискретизации углового интервала Й (ограничено числом элементов многоэлементного фотоприемника и) и невозможность дискретизации последнего на произвольное заданное число значений Й,Целью изобретения является разработка измерителя углового положения сканирующего зеркала с увеличенным диапазоном измеряемых углов 2 ро, повышенная информативность эа счет увеличения числа точек дискретизации Й и возможности обеспечения наперед заданного числа й, большего числа элементов приемника п.Цель достигается выполнением отражателя в виде симметричной системы 1 плоских зеркал с образующей, параллельной оси колебаний сканирующего зеркала, причем угол между смежными гранями у отражателя в плоскости, перпендикулярной оси колебаний, определяют иэ соотношения: и введением второго отражателя, установленного на сканирующем зеркале под углом к оси колебаний, и жестко связанной с ним диафрагмы и второго приемника,На фиг. 1 приведена принципиальная схема измерителя углового положения сканирующего зеркала; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - приведена угловая диаграмма импульсов для к 3.Измеритель содержит источн.ик 1 излучения, марку 2, объектив коллиматора 3, призму 4 совмещения каналов, узел отражателя, состоящий из К-гранного отражателя 5 и отражателя 6 реперного канала, сканирующего зеркала 7, приемного объектива 8,многоэлементного фотоприемника 9, щели 10 и фотоприемника 11 реперного канала, Изображение марки 2 сопряжено с чувствительной поверхностью многоэлементного фотоприемника 9 и щелью 10, На фиг, 2 представлена конфигурация отражателя при К = 3: три зеркальные поверхности В, С и О составляют попарно плоские углы у с образующей, параллельной оси сканирующего зеркала,Принцип действия измерителя состоит в освещении с помощью источника 1 и марки 2 объектива коллиматора 3, формирующего параллельный пучок лучей, который с помощью призмы 4 направляется на основной 5 и дополнительный 6 отражатели. Отраженное излучение с помощью приемного объектива 8 фокусируется на чувствительной площадке фотоприемника 9.и щели 10 соответственно, При колебаниях сканирующего зеркала 7 по углу р излучение, отражаясь от каждого из зеркал 1-гранного отражателя и. попадая на фотоприемник 9, формирует 1 последовательностей импульсов с возможным частичным наложением импульсов, Угловая. диаграмма для М = 3 приведена на фиг. 3, где представлены три последовательности о, с и 1 в, сформированные гранями В, С и О соответственно, а также суммарная последовательность им.пульсов 1,- и реперный импульс 1 р, Зеркальные грани В и О наклонены , относительно грани С на угол у, в результате чего последовательности 1 в и 1 п сдвинуты относительно симметричной последовательности 1 с в разные стороны, Число импульсов во всех трех последовательностях и соответствует числу чувствительных элементов многоэлементного фотоприемника 9. Для сохранения симметрии углового диапазона и обеспечения решения поставленной цели углы должны быть рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить попарное наложение импульсов Пв; Тс и Хс; 1 о).Предлагаемое устройство было использовано в качестве датчика. угла строчной развертки в лазерном сканирующем микроскопе (ЛСМ), сопряженном с устройством накопления, обработки и отображения информации 15 ИЭ 100 х 100-011, имеющем число элементов в строке М = 256 и угол отклонения сканирующего зеркала 2 уъ- бо Использовавшийся в ЛСМ ранее автоколлимационный датчик (АКД) не позволял решить задачу измерения положения сканирующего зеркала:1. Диапазон углов АКД составлял придопустимой дисторсии порядка 2 уЪж 30, что вдвое меньше требуемого;2, Технологически могла быть обеспечена реализация в АКД многоэлементного приемника, выполненного в виде фотодиода со штриховой маской, с числом элементов не более пмакс140150. Реализация предлагаемого устройства позволила при двухзеркальном отражателе (к - 2) и двух наложенных импульсах (а = 2) обеспечить требуемое число точек дискретизации й=256 при значении и = 129. При этом вдвое увеличился диапазон измеряемых углов 2 ъ, что позволило решить задачу согласования строчной развертки ЛСМ с систе мой цифровой обработки изображения,Угол между зеркалами отражателя составил 7= 1,969, Ъ = 2,95.Формула изобретения Измеритель углового положения скани рующего зеркала, содержащий два канала,в первом из которых размещены источник излучения, марка, установленная в фокальной плоскости объектива, во втором канале - второй объектив и многоэлементный .30 приемник, призма совмещения каналов иотражатель, установленный на сканирующем зеркале и жестко связанный с ним, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения диапазона измеряемых углов 2 уо и повышения информативности за счет увеличения числа точек дискретизации углового положения зеркала й и обеспечения возможности дискретизации на любое заданное число значений й, большее числа 40 элементов приемника и, отражатель выполнен в виде симметричной системы К плоских зеркал с образующей, параллельной оси колебаний сканирующего зеркала, причем угол между смежными гранями отражателя 45 в плоскости, перпендикулярной оси колебаний, удовлетворяет соотношению4 аъ и М-йу 2, й ( - 1), и введенывторой отражатель, установленный на ска нирующем зеркале под углом к оси колебаний и жестко связанный с ним, диафрагма и второй приемник..фиг,г г. Составитель С, 6 та ошкарева Техред М,Моргентаакаэ 1890 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 б бинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 льский ко водст вен но-и Редактор Т. Л л Корректор М, Максимишинец