Оптическое сканирующее устройство

СОЮЭ СОВЕТСКИХааиноао епекРЕСПУБЛИК 51) 5(57) Изобретенимеханическим сидифракционныинобьектов лучом,повыпение точисчет повыненияна сопряженных сится к оптико развертки с ии сканирования зобретения " нирования за тельности. схема кциониых решете отностемамрешеткЦельсти скчувстви линза 15. дифр ГОСУДАРСПЗЕННЫЙ КОМИТЕТ С ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКР ОПИСАНИЕ И(71) Институт электроники АН БССР .(56) Патент Великобритании Ф 1400253кле О 01 В 1 1/08 р 1975торское свидетельство СССР1063, кл; С 01 В 1/02, 1985Е СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙках к углу поворота сканирующего элемента. В устр-ве между сканаторои 7 и дифракционной решеткой 12 размещен . блок 11 призм, выполненный в виде призмы-куба, с двумя гранями которой соединены две призмы АР, а граньодной из этих призм состыкована с третьей призмой АР, Блок 11 формирует два пучка, сканирующие решетку 12 в противоположных направлениях. Возникающие прн этом комбинированные полосы считываются фотаэлемеьтами 14 и 16. Решетка 12 установлена с .возможностью перемещения по нормали к своим штрихам, осуществляемого двигателем 19 по сигналу со схемы уп-рааиения 18. Иежду решеткой 12 и третьям фотоэлементом 6 введена третья ЯИзобретение относится к оптике, а именно к оптике-механическим системам развертки с дифракционными решетками сканирования объектов лучом.Цель изобретения - повышение точности сканирования. эа счет повышения чувствительности схемы на сопряженных дифракционных решетках к углу поворота сканирующего, элемента. 0Цель изобретения достигается тем, что в устройство, содержащее лазер, светодепительную пластину, образующую дна канала, н ходе прошедшего через светоделительную пластину луча последовательно установлены первый,. коллиматор, первое и второе плоскиео , зеркала, установленные под углом 45 к оптической оси, первая линза, пер" вый фотоэлемент, а в ходе отраженно го от светоделительной пластины луча - нторои коллиматор, первая дифракционная решетка, биприэма, вторая дифракционная решетка, вторая линза, второй Фотоэлемент, сканатор, уста нонленный с возможностью перекрытия обоих каналов между бинризмой и второй дифракционной решеткой, схему сравнения, подключенную к выходам . фртозлементов обоих каналов, а выхо ды схемы сравнения соединены со счет-чиком, введены блок призм, третья линза, третий фотоэлемент, двигатель, схема управления, выход схемы управления связан с двигателем, а вход - с третьим Фотоэлементом, который установлен после нторй дифракционной решетки, а сама дифракционная решетка имеет возможность перемещаться по нормали к своим штрихам и связана 40 с двигателем.На фиг. 1 изображена Функциональная схема устройства; на фиг. 2 - три проекции блока призм и ход лучей внем.45Оптическое сканирующее устройствосодержит лазер 1, снетоделительную пластину 2, делящую поток на два канала, В первом канале в ходе прошедшего через снетоделительную пластину луча последовательно установлены первый коллиматор 3, первое 4 и второе 5 плоские зеркала, установленные под углом 45 к оптической оси, первая линза 6, первый фотоэлемент 7. Во втором канале н ходе отраженного от светоделительной пластины луча установлены второй коллиматор 8, первая дифракционная решетка 9, бнпризма 1 О блок призм 1, вторая дифракиионнаярешетка 12, вторая линза 3, второйфотоэлемент 14, третья линза 5,. третий фотоэлемент 16, сканатор 17, установленный между билризмой и второйдифракционной решеткой с воэможностьюпврекрытия обоих каналов, схема управления 18, выход которой связан сдвигателем 19, схема сраннения 20,один вход которой соединен с выходомпервого фотоприемника 7, а второй - .с выходом второго фотоприемника 14,счетчик 21, контролируемый объект 22,На фиг, 1 указаны скорость скани"рования Ч , скорость движения второйдифракционной решетки Ч, угловаяскорость вращения сканатора ы , начальный сканирующий пучок лучей А,Устройство работает следующим образом.Пучок лучей от лазера 1 разделяется светоделительной пластиной 2 надва пучка лучей равной интенсивности,образуя при этом два канала, В ходепрошедшего через светоделительнуюпластину пучка лучей последовательноустановленные первое 4 и второе 5плоские зеркала, установленные подуглом 45 к оптической оси, направляют. пучок лучей на сканатор 17, Присвоем вращении сканатор 17 преобразу-ет падающий на него неподвижный лучи сканирует контролируемый объект 22,луч пересекает последовательно соответствующие границы контролируемогообъекта 22 и фокусируется первой линзой 6 на первый Фотоэлемент 7. В ходе отраженного от .снетоделительнойпластины 2 пучка лучей во вторбм канале последовательно установленныйвторой коллиматор 8 освещает первуюдифракционную решетку 9,Дифрагиронанный после первой диФракционной решетки 9 пучок лучейпоступает на бипризму 10, пучок дифрагированных лучей после билризмы10 направляется на сканирующий зле"мент 17 и далее на блок призм 1,выполненный иэ комбинации призмы-кубаи трех призм АР, Комбинация этихпризм формирует. два лучка, которыеосвещают вторую дифракционную решет"ку 12 и сканируют ее в противоположных направлениях. Один иэ пучков А ,вышедших из блока призм 1 после второй дифракционной решетки 12, попадает на вторую линзу 13 и далее фокусируется на втором фотоэлементе 14, а1403830 10 35 Бф Бс + Б 20 25 35 40 другой пучок Аф, вышедший из блокапризм 11, - на третью линзу 15 и фокусируется на третьем фотоэлементе 16Препомляющий угол .8 бипризмы 10связан с шагом Р первой дифракционнойрешетки 9 и расстояние я между первой9 и второй 12 дифракционными решетками и величиной коррекции Ь первогодифракционного максимума следующимсоотношением. 6 " агсап (3/р)агс 1 К (Ь/Д (п), В результатевзаимодействия обоих пучков А и Ас второй дифракцнонной решеткой 12возникают комбинированные полосы,которые считываются соответственновторым 14 и третьим 16 фотоэлементами. Синусоидальные сигналы с третьего фотоэлемента 16 преобразуютсясхемой управления 18 в широтно-модулированные импульсы и поступают в обмотки двигателя 19, который приводитвторую дифракционную решетку 2 вдвижение, равномерное и прямолинейное по нормали к своим штрихамСканирующий дополнительный пучокА, вторая дифракционная решетка.12,движущиеся комбинационные полосы,третья линза 15, третий фотоэлемент6 схема управления 18 и двигатель9, механически связанный с второйдифракционной решеткой 12, образуютзамкнутую самонастраивающуюся систему, выход третьего фотоэлемента 16связан с входом схемы управления 18.Такая система обеспечивает поддержание постоянной заданной скорости перемещения второй дифракционной решетки Чотносительно скорости сканирования Ч дополнительного луча,Любое изменение Ч, вызовет рассогласование в управляющем ШИИ-сигнале, котороеприведет к эквивалентномуизменению Ч, при этом отношениеЧ(Чс = сапами. Этим достигается син-. -хронизация Чс и Ч. В зависимости отФ при постоянной ь 1 возможны три основных состояния комбинационных полос, снимаемых с фотоэлемента 16. их меняется на противоположное (относительно первого случая), а скорость может в несколько раз превзойти Чс,Если направления движения второй решетки 12 и дополнительного луча всегда совпадают, а это основное условие устойчивости системы, для основного луча направление движения решетки 12 всегда встречно.Обозначив путь Бс, проходимый дополнительным лучом по второй решетке 12, за единицу угла поворота сканатора 1, а путь Б пройденный решеткой, 2 перемещаемой двигателем 19,за тот же угол поворота, получим величину Б относительного смещения луча Второй фотоэлемент 14 зарегистрирует на единицу угла во столько раз больше комбинационных полос, чем в схеме прототипа с неподвижной решет- кой, во сколько Б7 Бс. Чем выше Ч тем больше Б и тем выше чувствительность у устройства к угловому смещению сканатора 17- (Б + Бс)/БсИмпульс фототока с первого фотоэлемента 7 длительностью, пропорциональной размеру контролируемого объекта 22, поступает на первый вход схе 1 ы сравнения 20, На второй вход схемы сравнения поступает импульс с выхода второго фотоприемника 14. Выход схемы сравнения 20 соединен со счетчиком 21, в.который поступает пачка импульсов, число которых про-. порционально длительности импульса, снимаемого с первого фотоэлемента и, соответственно, размеру сканируемого объекта 22. 45 При угле поворота сканатора 17 на 45 происходит срезание пучков, о наступает зона "мертвого хода", В этот отрезок времени двигатель 19 возвращает вторую решетку 12 в исходное (для фиг. 1) крайнее левое поло 1) Ч(Чс 2) Чц=ЧсиЭ) Ч)ЧсВ первом случае скорость движенияполос меньше, чем если бы ЧО, вовтором - движение полос отсутствуетили, точнее, картина находится в ди-.,намическом состоянии покоя, в третьемслучае полосы движутся, направление жение. При повторном появлении пучкалучей на новых гранях вновь наступает управляемый режим движения второй решетки и процесс измерения объекта повторяется.формул а н э о б р е т е н и яОптическое сканирующее устройствЬ, содержащее лазер, установленную за ним светоделительную пластину, обра 1403830зующую два канала, в первом иэ которых в ходе прошедшего через нее лучапоследовательно установлены первыйколлиматор, два плоских зеркала под, углом.45 а к оптической оси, перваялинза, первый фотоэлемент, а в ходеотракенного от нее луча - во второмканале - второй коллиматор, перваядифракционная решетка, биприэма, вторая дифракционная решетка, втораялинза, второй фотоэлемент, сканатор,установленный с возмохностью перекрытия обоих каналов между бипризмойи второй дифракционной решеткой, схему сравнения, подключенную к выходамфотоэлементов обоих каналов, а выходсхемы сравнения соединен со счетчи-.ком, о т л и ч а ю щ е е с я ,тем,что, с целью повышения точности, в него введены блок призм, третья линза, третий фотоэлемент, двигатель и схема управления, выход которой связан с двигателем, третья линза и третий фотоэлемент, связанный с входом схемы управления, установлены после второй дифракционной решетки, блок призм, выполненный в виде приэмы-куба, с двумя гранями которой соединены две призмы АР, а грань одной из этих призм состыкована с третьейо.призмой АР, установлен между сканатором и второй дифракционной решеткой, причем вторая дифракционная решетка выполнена с воэмокностью пе ремещения по нормали к своим штрихам . и механически связана с двигателем,1403830Составитель Л, Перебейносова Редактор М. Васильева Техред М.Дидык Корректор Г. Решетннк Заказ 3092Тираж 455 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий133035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д, 45 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Прф ектняя, 4