устройство определения положения и скорости перемещения оптической головки лазерного проигрывателя

Формула изобретения

1. Устройство определения положения и скорости перемещения оптической головки лазерного проигрывателя, содержащее основание, оптическую головку, привод радиального перемещения оптической головки, оптический датчик положения, причем привод радиального перемещения и оптический датчик положения скреплены с основанием, оптическая головка установлена на основании с возможностью перемещения, кроме того, оптическая головка механически связана с приводом радиального перемещения и таким же образом с оптическим датчиком положения, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены два корректирующих усилителя и дифференцирующая цепочка, при этом оптический датчик положения состоит из оптически связанных двух частей: фотоэлектрического однокоординатного автоколлиматора и зеркального отражателя, одна из которых скреплена с оптической головкой, а другая часть скреплена с основанием, причем упомянутый автоколлиматор установлен таким образом, что его оптическая ось перпендикулярна направлению радиального перемещения оптической головки, при этом отражатель имеет поверхность с кривизной, отличной от нуля, вместе с тем нормали к данной поверхности в каждой ее точке параллельны плоскости, которая перпендикулярна оси поверхности, причем упомянутая ось поверхности отражателя установлена перпендикулярно плоскости измерения автоколлиматора, кроме того, выход фотоэлектрического автоколлиматора электрически пареллельно подключен к входу первого корректирующего усилителя и к входу дифференцирующей цепочки, выход которой соединен с входом второго корректирующего усилителя, при этом выход первого корректирующего усилителя является выходом "Положение оптической головки", выход второго корректирующего усилителя является выходом "Скорость оптической головки".

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отражатель представляет собой зеркальную цилиндрическую поверхность, которая установлена таким образом, что ее главная ось перпендикулярна оптической оси автоколлиматора и направлению радиального перемещения оптической головки, причем максимальный угол между нормалями к поверхности не превышает 2_max, где _max максимально допустимое значение угла поворота плоского зеркала, измеряемого автоколлиматором.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отражатель представляет собой зеркальную поверхность типа минимальный геликоид, при этом упомянутый геликоид установлен таким образом, что его ось вращения параллельна направлению радиального перемещения оптической головки и оптическая ось автоколлиматора пересекает ось вращения геликоида, причем максимальный угол между нормалями к поверхности не превышает 2_max, где _max максимально допустимое значение угла поворота плоского зеркала, измеряемого автоколлиматором.

4. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что отражатель представляет собой зеркальную эллиптическую цилиндрическую поверхность, направляющая которой описывается уравнением



где х, у положение точек направляющей в декартовой системе координат, начало которой совмещено со средним положением автоколлиматора относительно отражателя,

ось X направлена вдоль направления радиального перемещения оптической головки, ось Y направлена вдоль оптической оси автоколлиматора, при этом h и g являются коэффициентами уравнения, описывающего связь выходного сигнала фотоэлектрического автоколлиматора U с углом между нормалью к отражающей поверхности зеркала и оптической осью автоколлиматора

U = (h-gy)tg;

С постоянная величина, определяемая формулой



где U_max максимальное значение выходного сигнала фотоэлектрического автоколлиматора;

x_max амплитуда относительного перемещения автоколлиматора и отражателя.

5. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что отражатель представляет собой зеркальную гиперболическую цилиндрическую поверхность, направляющая которой описывается уравнением



где x, y положение точек направляющей в декартовой системе координат, начало которой совмещено со средним положением автоколлиматора относительно отражателя,

ось X направлена вдоль направления радиального перемещения оптической головки, ось Y направлена вдоль оптической оси автоколлиматора, при этом h и g являются коэффициентами уравнения, описывающего связь выходного сигнала фотоэлектрического автоколлиматора U с углом между нормалью к отражающей поверхности зеркала и оптической осью автоколлиматора

U = (h-gy)tg,

С постоянная величина, определяемая формулой



где U_max максимальное значение выходного сигнала фотоэлектрического автоколлиматора;

x_max амплитуда относительного перемещения автоколлиматора и отражателя.

6. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что отражатель представляет собой зеркальную параболическую цилиндрическую поверхность, направляющая которой описывается уравнением



где x, y положение точек направляющей в декартовой системе координат, начало которой совмещено с средним положением автоколлиматора относительно отражателя,

ось X направлена вдоль направления радиального перемещения оптической головки, ось Y направлена вдоль оптической оси автоколлиматора, y_o - расстояние между вершиной параболической направляющей и средним положением автоколлиматора, при этом h является коэффициентом уравнения, описывающего связь выходного сигнала фотоэлектрического автоколлиматора U с углом между нормалью к отражающей поверхности зеркала и оптической осью автоколлиматора

U = htg;

С постоянная величина, определяемая формулой



где U_max максимальное значение выходного сигнала фотоэлектрического автоколлиматора;

x_max амплитуда относительного перемещения автоколлиматора и отражателя.

7. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что отражатель представляет собой зеркальную круговую выпуклую цилиндрическую поверхность, направляющая которой является окружностью с радиусом r, определяемым неравенством



где x_max амплитуда относительного перемещения автоколлиматора и отражателя; _max максимально допустимое значение угла поворота плоского зеркала, измеряемого автоколлиматором.

8. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что отражатель представляет собой зеркальную круговую вогнутую цилиндрическую поверхность, направляющая которой является окружностью с радиусом r, определяемым неравенством



где x_max амплитуда относительного перемещения автоколлиматора и отражателя; _max максимально допустимое значение угла поворота плоского зеркала, измеряемого автоколлиматором.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отражатель представляет собой плосковыпуклую цилиндрическую линзу, которая установлена таким образом, что линза обращена к автоколлиматору выпуклой поверхностью, а зеркальный отражающий слой нанесен на плоскую поверхность линзы, при этом образующая выпуклой цилиндрической поверхности является окружностью с радиусом r, определяемым неравенством



где n показатель преломления материала линзы;

x_max амплитуда относительного перемещения автоколлиматора и отражателя;

_max- максимально допустимое значение угла поворота плоского зеркала, измеряемого автоколлиматором.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отражатель представляет собой плосковогнутую цилиндрическую линзу, которая установлена таким образом, что линза обращена к автоколлиматору вогнутой поверхностью, а зеркальный отражающий слой нанесен на плоскую поверхность линзы, при этом образующая вогнутой цилиндрической поверхности является окружностью с радиусом r, определяемым неравенством



где n показатель преломления материала линзы;

x_max амплитуда относительного перемещения автоколлиматора и отражателя;

_max- максимально допустимое значение угла поворота плоского зеркала, измеряемого автоколлиматором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике записи воспроизведения информации с использованием оптических дисковых носителей, в частности к системам с ускоренным поиском данных.

Известно устройство определения скорости перемещения оптической головки лазерного проигрывателя, содержащее основание, привод перемещения, оптическую головку, магнито-электрический датчик положения, который состоит из постоянного магнита и подвижной обмотки (ЕРА N 0338858, МКИ С 11 В 7/08). При этом обмотка скреплена с оптической головкой, а магнит установлен на основании. Величина сигнала обмотки будет пропорциональна скорости перемещения оптической головки. Недостатками известного устройства являются большие массогабаритные показатели, отсутствие возможности непосредственного определения положения оптической головки.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство определения положения оптической головки лазерного проигрывателя (ЕРА N 0327033, МКИ G 11 B 7/08), содержащее основание, привод перемещения, оптическую головку, оптический датчик положения, причем привод перемещения и оптический датчик положения скреплены с основанием, оптическая головка установлена на основании с возможностью перемещения, кроме того, оптическая головка механически связана с приводом перемещения и таким же образом с оптическим датчиком положения. Оптический датчик представляет собой оптическую пару, состоящую из источника излучения и фотоприемника, которая скреплена с основанием. Между упомянутыми источником и фотоприемником помещена шкала с прорезями, связанная с оптической головкой. Выход фотоприемника подключен к счетчику импульсов, выход которого является выходом"положение оптической головки". Положение оптической головки определяется путем подсчета числа прорезей шкалы, которые пересекли световой пучок. Информации о скорости перемещения данное устройство не дает. Дискретность при определении положения не позволяет вычислить скорость головки непосредственным дифференцированием сигнала о ее положении. Необходимость оценки скорости приводит к существенному усложнению данной схемы, причем погрешность результата будет высокой. Точность устройства зависит от расстояния между прорезями, нестабильностью поддержания этого расстояния. Кроме того, данная схема требует раздельного выполнения источника излучения и фотоприемника, что увеличивает его габариты.

Цель изобретения повышение точности работы, упрощение выполнения, миниатюризация устройства и расширение его функциональных возможностей.

Эта цель достигается тем, что в устройстве определения положения и скорости перемещения оптической головки лазерного проигрывателя, содержащем основание, привод перемещения, оптическую головку, оптический датчик положения, причем привод перемещения и оптический датчик положения скреплены с основанием, оптическая головка установлена на основании с возможностью перемещения, кроме того, оптическая головка механически связана с приводом перемещения и таким же образом с оптическим датчиком положения, оптический датчик положения состоит из оптически связанных двух частей: фотоэлектрического однокоординатного автоколлиматора и зеркального отражателя, одна из которых скреплена с оптической головкой, а другая часть скреплена с основанием, причем упомянутый автоколлиматор установлен таким образом, что его оптическая ось перпендикулярна линии перемещения автоколлиматора относительно упомянутого отражателя, при этом величина угла между оптической осью автоколлиматора и изображением этой оси зеркальным отражателем непрерывным образом однозначно связана со значением перемещения автоколлиматора относительно отражателя, кроме того, выход фотоэлектрического автоколлиматора электрически параллельно подключен к входу первого корректирующего усилителя и к входу дифференцирующей цепочки, выход котором соединен с входом второго корректирующего усилителя, при этом выход первого корректирующего усилителя является выходом "положение оптической головки", выход второго корректирующего усилителя является выходом "скорость оптической головки", а отражатель выполняется в следующих вариантах:

отражатель представляет собой зеркальную цилиндрическую поверхность, которая установлена таким образом, что образующая упомянутой поверхности перпендикулярна измерительной плоскости однокординатного фотоэлектрического автоколлиматора, а линия относительного перемещения автоколлиматора и отражателя лежит в упомянутой измерительной плоскости автоколлиматора;

отражатель представляет собой зеркальную поверхность типа "минимальный геликоид", при этом упомянутый геликоид установлен таким образом, что его ось вращения параллельна линии относительного перемещения автоколлиматора и отражателя, причем измерительная плоскость однокоординатного фотоэлектрического автоколлиматора перпендикулярна оси вращения геликоида, а оптическая ось автоколлиматора пересекает упомянутую ось вращения геликоида;

отражатель представляет собой зеркальную эллиптическую цилиндрическую поверхность, направляющая которой описывается уравнением:



где х, у положение точек направляющей в декартовой системе координат, начало которой совмещено с средним положением автоколлиматора, ось х направлена вдоль линии перемещения автоколлиматора относительно отражателя, ось у направлена вдоль оптической оси автоколлиматора;

h и g коэффициенты уравнения, описывающего связь выходного сигнала фотоэлектрического автоколлиматора U с углом между нормалью к отражающей поверхности и оптической осью автоколлиматора :

U = (h-gy)tg,

C постоянная величина, определяемая формулой:



где U_max максимальное значение выходного сигнала фотоэлектрического, х_max амплитуда относительно перемещения автоколлиматора и отражателя;

отражатель представляет собой зеркальную гиперболическую цилиндрическую поверхность, направляющая которой описывается уравнением:



отражатель представляет собой зеркальную параболическую цилиндрическую поверхность, направляющая которой описывается уравнением:



где у_o расстояние между вершиной параболической направляющей и средним положением автоколлиматора;

в этом случае связь выходного сигнала фотоэлектрического автоколлиматора U с углом между нормалью к отражающей поверхности и оптической осью автоколлиматора описывается таким образом:

U = htg;

отражатель представляет собой зеркальную круговую выпуклую цилиндрическую поверхность, направляющая которой является окружностью с радиусом r, определяемым неравенством



_max максимально допустимое значение угла между нормалью к отражающей поверхности и оптической осью автоколлиматора;

отражатель представляет собой зеркальную круговую вогнутую цилиндрическую поверхность, направляющая которой является окружностью с радиусом r, определяемым неравенством



отражатель представляет собой плоско-выпуклую цилиндрическую линзу, которая установлена таким образом, что образующая цилиндрической поверхности перпендикулярна измерительной плоскости однокоординатного автоколлиматора, а линия относительного перемещения автоколлиматора и отражателя лежит в упомянутой измерительной плоскости автоколлиматора, а зеркальный отражающий слой нанесен на плоскую поверхность линзы, при этом образующая выпуклой цилиндрической поверхности является окружностью с радиусом r, определяемым неравенством



где n показатель преломления материала линзы;

отражатель представляет собой плоско-вогнутую цилиндрическую линзу, которая установлена таким образом, что образующая цилиндрической поверхности перпендикулярна измерительной плоскости однокоординатного автоколлиматора, а линия относительного перемещения автоколлиматора и отражателя лежит в упомянутой измерительной плоскости автоколлиматора, причем линза обращена к автоколлиматору вогнутой поверхностью, а зеркальный отражающий слой нанесен на плоскую поверхность линзы, при этом образующая вогнутой поверхности является окружностью с радиусом r, определяемым неравенством



Благодаря непрерывности функции выходного сигнала фотоэлектрического автоколлиматора от величины смещения оптической головки предложенное устройство дает возможность простым способом путем непосредственного дифференцирования выходного сигнала во времени определить скорость перемещения оптической головки. Низкая погрешность работы устройства обеспечивается применением в оптическом датчике однокоординатного фотоэлектрического автоколлиматора и зеркального отражателя специальной формы. Использование автоколлимационной схемы позволяет также дополнительно миниатюризировать предложенный датчик.

На фиг.1 схематически показано предлагаемое устройство определения положения и скорости перемещения оптической головки лазерного проигрывателя; на фиг. 2 приведен пример выполнения однокоординатного фотоэлектрического автоколлиматора, причем на фиг. 2а показано его сечение в измерительной плоскости, а на фиг. 2б в ортогональной плоскости; на фиг.3 представлен оптический датчик с использованием цилиндрической зеркальной отражающей поверхности ( сечение в плоскости, которая перпендикулярна образующей цилиндрической поверхности, причем на фиг.3а показан датчик с вогнутой цилиндрической поверхностью, на фиг.3б применение выпуклой цилиндрической поверхности); на фиг.4 оптический датчик положения с использованием зеркальной отражающей поверхности типа "минимальный геликоид"; на фиг.5 - схема датчика положения, в котором установлена цилиндрическая линза с задней зеркальной поверхностью ( на фиг.5а показано применение плоско-вогнутой линзы, на фиг. 5б использование плоско-выпуклой линзы).

На чертежах обозначены

0-0" оптическая ось автоколлиматора,

0-O"" изображение оптической оси автоколлиматора зеркальным отражателем,

0-N нормаль к отражающей поверхности,

угол между оптической осью автоколлиматора и нормалью к отражающей поверхности,

U выходной сигнал автоколлиматора,

ХYZ декартовая система координат при среднем положении автоколлиматора,

Х"Y"Z" локальная декартовая система координат при крайнем правом положении автоколлиматора,

X""Y""Z"" локальная декартовая система координат при крайнем левом положении автоколлиматора,

Х линия перемещения автоколлиматора относительно отражателя,

Y,Y",Y"" линии, совпадающие с оптической осью автоколлиматора,

y_o расстояние от автоколлиматора до вершины цилиндрической отражающей поверхности,

С-С" ось вращения геликоида.

Устройство содержит (фиг. 1) основание 1, привод перемещения 2, оптический датчик положения, состоящий из зеркального отражателя 3 и фотоэлектрического однокоординатного автоколлиматора 4, и оптическую головку 5. При этом привод перемещения 2 неподвижно установлен на основании 1 и механически связан с оптической головкой 5, которая установлена на этом же основании с возможностью перемещения. Оптический датчик перемещения одной из своих частей (или автоколлиматором, или отражателем) скреплен с оптической головкой, а другая часть датчика (соответственно либо отражатель, либо автоколлиматор) установлена на основании. В показанном случае на основании размещен отражатель. Кроме того, с основанием скреплен привод вращения носителя информации 7, на котором установлен оптический дисковый носитель информации 6. Выход фотоэлектрического автоколлиматора подключен к входу первого корректирующего усилителя 8 и к входу дифференцирующей цепочки 9. Выход дифференцирующей цепочки 9 соединен с входом второго корректирующего усилителя 10. При этом выход первого корректирующего усилителя 8 является выходом "положение оптической головки", выход второго корректирующего усилителя 10 является выходом "скорость оптической головки".

На фиг. 2 показан простейший пример выполнения однокоординатного фотоэлектрического автоколлиматора. Он содержит последовательно оптически связанные источник излучения 11 и положительную линзу 13, которая оптически связана с отражателем 3. Кроме того, положительная линза 13 в обратном ходе пучка оптически связана с разрезным двухплощадочным фотоприемником 12, площадки которого подключены к прямому и инверсному входам дифференциального усилителя 15. Источник излучения 11, двухплощадочный фотоприемник 12 и положительная линза 13 установлены в корпусе автоколлиматора 14. Оптическая ось положительной линзы О-О" является оптической осью автоколлиматора. Линия разреза фотоприемника выполнена таким образом, что она пересекает оптическую ось О-О" и центр источника излучения. Соответственно измерительная плоскость автоколлиматора проходит через оптическую ось O-O" и перпендикулярна линии разреза фотоприемника.

Различные варианты практической реализации зеркального отражателя приведены на фиг.3, 4, 5. Отражатель может представлять собой цилиндрическое внешнее зеркало вогнутой (фиг.3а) или выпуклой формы (фиг.3б). В зависимости от требуемых выходных параметров оптического датчика и наличных характеристик автоколлиматора направляющая зеркальной цилиндрической поверхности суть одной из кривых второго порядка: эллипса, гиперболы, параболы или окружности. Однокоординатный автоколлиматор установлен таким образом, что его измерительная плоскость перпендикулярна образующей цилиндрической поверхности.

Отражатель может иметь зеркальную поверхность типа "минимальный геликоид" (фиг. 4), т.е. винтовую поверхность, описываемую прямой, которая вращается с постоянной угловой скоростью вокруг неподвижной оси, пересекает ось движения под прямым углом и одновременно перемещается поступательно с постоянной скоростью вдоль этой оси. В данном случае однокоординатный автоколлиматор установлен таким образом, что его измерительная плоскость содержит ось вращения геликоида, причем оптическая ось автоколлиматора перпендикулярна этой оси вращения.

В качестве отражателя оптического датчика перемещения применимы также цилиндрические плоско-вогнутая (фиг.5а) или плоско-выпуклая (фиг.5б) линзы. На плоскую заднюю поверхность линзы нанесен зеркальный отражающий слой. Измерительная плоскость автоколлиматора установлена параллельна образующей передней преломляющей поверхности линзы.

Устройство работает следующим образом.

Привод перемещения 2 передвигает оптическую головку 5 в заданное положение относительно оптического дискового носителя информации 6, который приводится во вращение приводом вращения 7. Соответственно с перемещением оптической головки движется и скрепленная с ней часть оптического датчика положения. В частности, в показанном на фиг.1 случае, движется автоколлиматор.

Суть работы однокоординатного фотоэлектрического автоколлиматора заключается в том, что он выдает сигнал, величина которого прямо пропорциональна углу между оптической осью автоколлиматора и нормалью к отражающей поверхности. При этом упомянутая нормаль должна лежать в измерительной плоскости автоколлиматора.

Далее рассмотрим работу устройства на примере использования отражателя с вогнутой цилиндрической зеркальной поверхностью (фиг.3а). В среднем положении автоколлиматора его оптическая ось совпадает с нормалью к отражающей поверхности. Соответственно в этом случае на выходе автоколлиматора имеем нулевой сигнал. При смещении автоколлиматора вправо также смещается точка пересечения оптической оси автоколлиматора с отражающей поверхностью. Данный факт отмечен на рисунке пунктирным изображением автоколлиматора 4". Пропорционально величине смещения изменяется угол между оптической осью автоколлиматора и нормально к поверхности. Поэтому выходной сигнал автоколлиматора будет также пропорционален величине перемещения оптической головки. При смещении автоколлиматора влево от среднего положения угол между нормалью и оптической осью меняет знак. Сигнал автоколлиматора становится отрицательным. Тем самым обеспечивается однозначное соответствие сигнала автоколлиматора положению оптической головки. Этот сигнал корректируется первым корректирующим усилителем, на выходе которого получаем сигнал о положении оптической головки.

Непрерывная зависимость сигнала автоколлиматора от величины смещения оптической головки позволяет определить скорость движения головки путем его дифференцирования по времени. Поэтому выходной сигнал автоколлиматора подается также на дифференцирующую цепочку, которая формирует сигнал пропорциональной скорости перемещения головки. Далее этот сигнал корректируется вторым корректирующим усилителем, на выходе которого получаем сигнал о скорости перемещения оптической головки.

На фиг. 2 показан простейший пример выполнения однокоординатного фотоэлектрического автоколлиматора. Принцип его работы заключается в следующем. Расходящийся пучок источника излучения II коллимируется положительной линзой 13 и направляется к зеркальному отражателю 3. Отраженный обратно пучок попадает на эту же линзу и фокусируется на разрезном двухплощадочном фотоприемнике 12. Причем в плоскости площадок фотоприемника формируется изображение источника излучения. Наклон зеркального отражателя приводит к тому, что изображение источника смещается по фотоприемнику на величину, пропорциональную углу между оптической осью автоколлиматора и нормалью к зеркальной поверхности.

Сигналы с двух площадок разрезного фотоприемника поступают соответственно на прямой и инверсный входы дифференцирующего усилителя 15. Таким образом, на выходе этого дифференциального усилителя получаем сигнал U, определяемый величиной тангенса угла между оптической осью автоколлиматора и нормально к зеркальной поверхности tga.

Вследствие ограничения отраженного пучка оправой положительной линзы, наличие неполной коллимированности пучка, направляемого к отражателю, погрешностей установки фотоприемника и т.д. выходной сигнал автоколлиматора U будет иметь также небольшую зависимость от расстояния между автоколлиматором и отражателем y. Причем величина сигнала с увеличением этого расстояния будет уменьшаться. Соответственно в общем случае сигнал фотоэлектрического автоколлиматора описывается выражением

U = (h-gy)tg, (1)

где h и g постоянные параметры автоколлимационного датчика.

Так как значение угла является функцией от положения оптической головки Х, то сигнал U тоже зависит от Х, т.е.

U U (x) (2)

Оптимальным является случай линейной зависимости

U Cх (3)

где С постоянная величина, определяемая формулой:



где U_max максимальное значение выходного сигнала фотоэлектрического автоколлиматора,

где Х_max амплитуда относительного перемещения автоколлиматора и отражателя.

Как получено в результате решения соответствующего дифференциального уравнения, случай линейной зависимости (формула (3)) реализуется при использовании отражателя с зеркальной цилиндрической поверхностью эллиптического или гиперболического вида. Приведем выражения, описывающие положение точек направляющей этих поверхностей х, y в декартовой системе координат, начало которой совмещено со средним положением автоколлиматора. Причем ось х направлена вдоль линии перемещения автоколлиматора относительно отражателя, ось у направлена вдоль оптической оси автоколлиматора. В частности, направляющая эллиптической цилиндрической поверхности определяется уравнением



Цилиндрическая поверхность гиперболической формы описывается следующей зависимостью:



В высококачественных автоколлиматорах выходной сигнал практически не зависит от расстояния до зеркальной поверхности у, т.е. параметр g в выражении (1) равен нулю. Имеем

U = htg. (7)

В данном случае линейность выходного сигнала (формула (3) достигается при использовании отражателя с зеркальной цилиндрической поверхностью параболического вида. Направляющая этой поверхности описывается уравнением



где y_o расстояние между вершиной параболы и средним положением автоколлиматора.

В приведенных выше случаях для обеспечения линейности выходного сигнала форма отражающей поверхности должна согласовываться с параметрами автоколлиматора. В частности, с параметром g, величина которого может быть неодинаковой у разных образцов. Данный недостаток вызывается тем, что при перемещении автоколлиматора вдоль оси х изменение угла сопровождается также изменением высоты до отражающей поверхностей y, так как плоскость отражения пучка параллельна оси х.

Альтернативой рассмотренному случаю является установка плоскости отражения пучка перпендикулярно оси х с тем, чтобы при перемещении высота y была постоянной, а изменялась только величина угла a. Этот вариант реализуется путем применения зеркальной отражающей поверхности, имеющей форму "минимального геликоида" (фиг. 4). В параметрическом виде уравнение такой поверхности записывается



где , a переменные параметры, причем значение a соответствует углу между оптической осью автоколлиматора и нормалью к отражающей поверхности.

Как видно из фиг.4, при перемещении автоколлиматора относительно отражателя угол a линейно меняется от a_max в крайнем правом положении до _max в крайнем левом положении. При этом расстояние между автоколлиматором и отражателем сохраняется постоянным.

Для практической реализации датчика положения удобно использовать круговую цилиндрическую поверхность. Такая поверхность может быть либо вогнутой, либо выпуклой формы. Максимальная чувствительность оптического датчика достигается тогда, когда направляющая цилиндрическая поверхность является окружностью с радиусом r, определяемым неравенством



если поверхность выпуклая, и



если поверхность имеет вогнутую форму.

Отметим, что сигнал U в случае использования зеркальной круговой цилиндрической поверхности будет отклоняться от линейного вида (3). При этом максимальное значение относительной погрешности _max определения положения оптической головки будет при





Максимальное значение относительной погрешности определения скорости оптической головки _max будет при х x_max:



Для оптических датчиков, реализованных на практике, величина относительной погрешности определения положения оптической головки составляла 1% относительная погрешность определения скорости была около 10% Полученные характеристики являются вполне удовлетворительными для системы с ускоренным поиском информации.

Недостатком датчика положения с круговым цилиндрическим отражателем с точки зрения практического применения является необходимость использования большого радиуса кривизны зеркала. Требуется применять зеркала с радиусом 400 мм. Выполнение отражателя в виде плоско-вогнутой (фиг.5а) или плоско-выпуклой цилиндрической линзы (фиг. 5б) дает возможность использовать цилиндрические поверхности с меньшими радиусами закругления. В частности, плоско-вогнутая цилиндрическая линза с радиусом преломляющей поверхности r (фиг.5а)



где n показатель преломления материала линзы соответствует выпуклому зеркалу с радиусом, определяемым по формуле (II). Плоско-выпуклая линза с радиусом преломляющей поверхности r (фиг.5б).

отвечает вогнутому зеркалу с радиусом, определяемым по формуле (10).

Как видно из выражений (10, 11, 14, 15) при n 1,5 требуемые радиусы кривых поверхностей при использовании зеркально-линзовых отражателей уменьшаются в 2 раза.

Таким образом, выполнение оптического датчика положения с использованием однокоординатного фотоэлектрического автоколлиматора и искривленной отражающей поверхности, форма которой описана выше, дает возможность повысить точность работы, упростить реализацию, миниатюризировать устройство и позволяет достаточно простым способом определить скорость перемещения оптической головки.

Проведенный сравнительный анализ дает основание утверждать, что предложенное техническое решение является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо. Т.е. отвечает требованиям, предъявляемым к изобретению.