Спосіб визначення кутових координат джерела оптичного випромінювання

Спосіб визначення кутових координат джерела оптичного випромінювання, який полягає в тому, що випромінювання джерела фокусують на позиційно-чутливу матрицю у світлову пляму, перетворюють оптичні сигнали на елементах матриці в електричні, формують сигнали, рівні сумам електричних сигналів з елементів матриці, порівнюють ці сигнали з порогом виявлення, за результатом порівняння приймають рішення про наявність і положення світлової плями на відповідному елементі чи групі елементів матриці, за положенням якої на матриці визначають кутові координати джерела, який відрізняється тим, що світлову пляму на матриці формують діаметром, більшим одного елемента, попередньо додатково визнача U 2 (19) 1 3 40305 4 більше одного елемента на дві матриці, в одній з m 2 який паралельно по сигналу увімкнені елементи, Iвых = å I(2k -1), 2l 2l що утворять рядки матриці, а в іншій - елементи, k =1 (4) що утворять стовпці матриці, які перетворюють де m – кількість рядків матриці; оптичний сигнал в електричний, окремо підсумоn - кількість стовбців матриці; вують сигнали від елементів, що утворять рядки і m стовпці матриці, порівнюють зазначені значення k = 1,2,3,..., ; сумарних сигналів з порогом виявлення і при пе2 ревищенні граничного значення приймають рішенn l = 1,2,3,..., , ня про наявність світлової плями на відповідному 2 рядку і стовпчику матриці, за положенням якого порівнюють ці вихідні сигнали з порогом виявленвизначають кутові координати джерела випроміня і за результатом порівняння роблять висновок нювання [див. "Теория оптико-электронных сиспро наявність та положення плями на матриці, за тем", Г.М. Мосягин, В.Б. Неметдинов, Е.Н. Лебеяким, у свою чергу, визначають кутові координати дев, Москва, "Машиностроение" 1990г., с.201]. джерела випромінювання. Визначають рядок та Недоліком цього способу, що перешкоджає стовпчик, у яких сумарні електричні сигнали найбідосягненню зазначеного далі нового технічного льші, визначають, у якому із сусідніх зі стовпцем ефекту є те, що при підсумовуванні сигналів від та рядком з найбільшими сумарним електричним елементів матриці по рядках чи стовпцях на одній сигналом сигнал більший, визначають відношення матриці можна визначити лише одну координату електричних сигналів зі стовпця і рядка з найбільджерела випромінювання, тому для реалізації цьошими сигналами до сумарного електричного сигго способу необхідні дві матриці фоточутливих налу з тим із сусідніх стовпців та рядків, сумарний елементів, а також те, що при використанні цього сигнал з якого більший, ніж з іншого, а положення способу прийнятий оптичною системою потік висвітлової плями на матриці і кутове положення промінювання фокусується в пляму розміром не джерела оптичного випромінення уточнюють забільш одного елемента матриці, унаслідок чого лежно від величини вказаних відношень. динамічний діапазон допустимих на вході оптичної Причиною, що перешкоджає вище описаному системи сигналів обмежений високою освітленістю способі є необхідність формувати за допомогою фоточутливих елементів (при заданій освітленості оптичної системи пляму з обмеженою величиною на вході оптичної системи). діаметра та значна залежність вихідних характеНайбільш близьким до заявленого способу за ристик матриці від розміру і форми плями, у насяким світлову пляму на матриці фоточутливих лідку чого виникає необхідність підстроювання елементів формують розміром більше одного, але функцій перетворення при кожній зміні діаметра чи менше трьох елементів матриці. На виходах матформи плями, що знижує точність визначення куриці формують електричні сигнали, рівні сумам тових координат джерела оптичного випромінюелектричних сигналів від елементів матриці кожновання. го непарного рядка, розташованих у непарних стоЗавданням, яке вирішує корисна модель, є впцях, сумам електричних сигналів від елементів підвищення точності визначення оптичним коорматриці кожного парного рядка, розташованих у динатором на базі такої матриці незалежно від парних стовпцях, сумам електричних сигналів від форми, розміру та розподілу освітленості у світлоелементів матриці кожного непарного стовпця, вій плямі, створюваній цим джерелом на матриці. розташованих у парних рядках, сумам електричЗавдання вирішується тим, що згідно до проних сигналів від елементів матриці кожного парнопонованого способу, як і за відомим випромінюго стовпця, розташованих у непарних рядках, а з вання джерела фокусують на позиційно-чутливу порогами виявлення порівнюють зазначені сумарні матрицю у світлову пляму, перетворюють оптичні електричні сигнали [див. Москаленко М.А., Потасигнали на елементах матриці в електричні, форпова Г.К. /Спосіб визначення кутових координат мують сигнали, рівні сумам електричних сигналів з джерела оптичного випромінювання та позиційноелементів матриці, порівнюють ці сигнали з порочутлива матриця фоточутливих елементів гом виявлення, за результатом порівняння при/Україна. Деклараційний патент на винахід ймають рішення про наявність і положення світло№51047 А, Бюл. №11, 2002p.]. Таким чином, за вої плями на відповідному елементі чи групі відомим способом формують наступні (m+n) вихіелементів матриці, за положенням якої на матриці дні сигнали: визначають кутові координати джерела. n Новим у пропонованому методі є те, що світ2 лову пляму на матриці формують діаметром більIвых1 = å I(2k -1), (2l -1) 2k шим одного елемента, попередньо додатково виl =1 (1) значають залежність відношення максимального із n сигналів з рядків та стовпців до більшого із сигна2 лів відповідно сусідніх рядків та стовпців визначеIвых = å I2k , 2l 2k l=1 (2) ного рядка чи стовпця з максимальним значенням m від координат енергетичного центру світлової 2 плями у межах одного фоточутливого елемента, вых I2l-1 = å I2k , (2l -1) за цією залежністю визначають правило зворотноk =1 (3) го перетворення вказаних залежностей у координати енергетичного центру світлової плями на фоточутливих елементах матриці, формують 5 40305 6 виходи якого з'єднані з аналоговим мультиплексосигнали, рівні сумі сигналів від елементів, розтаром стовпців 3 та аналоговим компаратором стопшованих у непарних рядках та у непарних стовпців 6. Інформаційні виводи мультиплексора та цях, порівнюють максимальний із сигналів з рядків компаратора шиною підключені до мікроконтролета максимальний із сигналів зі стовпців, за резульра 9. Аналоговий вихід мультиплексора з'єднаний татами порівняння визначають, на елементі стовз входом рядків аналого-цифрового перетворювапця чи рядка знаходиться енергетичний центр ча 8, який з'єднаний із мікроконтролером через плями, визначають відношення максимального із порт вводу-виводу. сигналів відповідно з рядків та стовпців до більшоУ наведеній на Фіг.2 моделі рядки та стовпці, го із сигналів відповідно сусідніх рядків та стовпців утворені фоточутливими елементами матриці, визначеного рядка чи стовпця з максимальним розташованими у ромбічних чарунках. Фоточуливі значенням і за цим відношенням за попередньо елементи рядків матриці розташовані у вузлах на визначеним правилом перетворення відповідних перетинах непарних рядків і парних стовпців. Фовідношень у координати положення енергетичного точуливі елементи стовпців матриці розташовані центру світлової плями визначають координати на перетинах парних рядків і непарних стовпців. енергетичного центру світлової плями у межах Таким чином, у рядках матриці розташовуються визначеного фоточутливого елемента. елементи, що відповідають умові а2і-1,2j, у стовпцях Сутність способу, що заявляється, ілюструєтьматриці розташовуються елементи, що відповідася малюнками, де на Фіг.1 - схема з'єднань фотоють умові а2і,2j-1, де i - номер рядка, j - номер стовчутливих елементів позиційно-чутливої матриці пця згідно моделі, i=1…n, j=1…m, де n - кількість фоточутливих елементів, на Фіг.2. представлена рядків, m - кількість стовпців матриці. Розмірність модель, що пояснює принцип нумерування елементів у матриці, на Фіг.3 – схема оптичного коорпредставленої матриці становить 2n´2m. динатора, який реалізує пропонований метод виВеличина фотоструму, що протікає через фозначення кутових координат джерела оптичного тодіодний елемент і-го рядка j-го стовпця матриці, випромінювання. буде дорівнювати: Оптичний координатор, схема якого приведеI i,j=S·E·ai,j (5) на на Фіг.3 містить позиційно-чутливу матрицю де S - струмова чутливість фотодіодних елефоточутливих елементів 1. Виходи рядків матриці ментів матриці; з'єднані з входами схеми перетворювача струмЕ - освітленість у світловій плямі; напруга 5 рядків. Виходи перетворювача з'єднані з ai,j - засвічена світловою плямою площа фотоаналоговим компаратором рядків 4 та аналоговим діодного елемента і-го рядка j-го стовпця елеменмультиплексором 7. Інформаційні виходи компата матриці. ратора 4 з'єднані з портом вводу-виводу мікроконУ загальному випадку, при довільному полотролера 9. Аналоговий вихід мультиплексора рядженні світлової плями розміром 2´2 елементи маків з'єднаний із входом рядків аналого-цифрового триці на ній будуть засвічені 9 елементів. При перетворювача 8, керуючий та інформаційний вицьому матриця засвічених світловою плямою фоходи якого з'єднані з портом мікроконтролера. тодіодних елементів матриці матиме вигляд: Аналогічно виходи стовпців матриці під'єднані до входів перетворювача струм-напруга стовпців 2, æ 0 ... 0 0 ç ... 0 ç0 ç ... ... ... ... ç ç ... ... ... ç 0 ... 0 q ç ç0 ... p ×q ç 0 ... p 1 A = a2 ´ ç ç0 ... p × (1 - q) ç ç 0 ... 0 1- q ç ... ... ... ç ç ... ... ... ... ç ... 0 ç0 ç 0 ... 0 0 è 0 0 ... ... ... ... p(1 - q) (1 - p) × (1 - q) ... ... 0 ... ... ... 1- p 0 ... ... 0 ... 0 ... ... ... 0 де а2 - - площа одного фоточутливого елемента матриці; р - доля площі елемента матриці і-го рядка j-го стовпця, засвіченої світловою плямою, 0