CN1220731A - 位置遥感装置和方法 - Google Patents

Abstract

一个用来测量辐射源(5)相对测量器间角度方位的一个一维坐标测量器,该测量器具有一个辐射敏感元件(1)用于当辐射入射于该元件上时产生一个与入射辐射相应的电讯号,在元件与辐射源之间装有一个不透辐射屏幕(3)。在屏幕里有第一复数组平行的狭长缝(4),缝与缝间隔开,元件与屏幕相对排列,以致当源在测量器操作范围内时,由源发出经至少一条长缝所过的辐射线,同时射到元件上的至少两个独立辐射敏感点(8A,8B);而这些点与那条长缝间隔不同的距离。

Description

位置遥感装置和方法

这份申请书是关于一个点发射源对于一参考点的一个或两个一维角度座标的定向装置和方法，在很大角度操作范围内这个装置依然具有极高的解析度，而没有移动的零件。将几个如此的子系统合并一起应用，就能用三角测量法来测出点状发射源对于一参考点的三维位置。

高精度又能在大操作角度范围内的位置定测系统具有很广泛的用途。例如，在医学上超声波常被用来击碎肾结石，这需要把超声波发射器精确地对准肾结石。常规的方法是把一个声波感应探头装在一个多节机械手的一端，移到病人身体肾结石的附近，机械手的另一端连接到超声波发射器。一组装在机械手节的检测器，如线性或角度性电位计或光学编码器，给出每一节机械手与下一节相对的位置。在此配合下，这些检测器给出超声波发射源对于肾结石的位置。然而这种机械性的组合很笨重，昂贵而且易于出错。

高精度位置检测系统也常在许多机械人用途上应用到。这种定测系统也该在虚拟现实科技上很有用途。举例来说，虚拟现实游戏可能需要参玩者与一些由一台电脑在一个极小空间内投射出的影像进行人机交流。在这种情况下，能够精确地测定一个手持致动器相对于一空间参考点的位置也将会很有益处。

众所周知，含有一个已知解析度位置敏感元件，而不含移动零件的一部基本方向检测器的操作范围是与该装置通过单读数来检测目标的能力成反比，换句话说，一部基本检测器具有一个恒定的操作范围与单读数解析度比值。由于小解析度值比较大解析度值好，要改进一个方向检测器的操作范围或单读数解析度，而不影响它的解析度或范围，我们必须采用体积较大或本质较好的传感元件。由于这限制，体积大，昂贵的传感元件及(或)具有较多光点阵列的元件。例如PSDs(Position Sensitive Devices)常被用于检测光源中心位置的感应器和电荷耦器CCDs(Charge Coupled Devices)常被用于数值显相用途上。

一个克服上述限制的明显方法是同时应用几个方向检测器，每个覆盖所需要大操作范围的不同局部。这是个昂贵的解决方法，并且它具有所谓的传感融合问题(就是适当地联合所有的子系统输出来产生一正确的系统最终读数的问题)。

另一个已知的解决办法是用一部狭窄操作范围的检测器来扫描所需的大操作范围，如同雷达和一些其他的检测系统(见如R,L,Smith，)“红外线目标跟纵系统的研究和测试”，加拿大卑诗省温哥华，卑诗大学电机工程学系硕士论文，1990年8月),(Development andTesting of an Infrared Target Tracking System,Master’s,thesis,Department of Electrical Engineering,University of British Columbia,Vancouver,B,C,,Canada,August 1990)。这种解答的缺点在于此系统输出的精确度不仅是跟直接检测目标与参考点相对方向的传感元件质量有关，也跟用来检测系统与扫描部件间座标的传感元件质量有关。此种检测装置的固有误差通常互相积聚，使得系统的最终输出误差可能比单传感元件系统的误差更大。这种系统内的扫描机械也需要周期性的维护及(或)替换。

另一个已知的解决方法是对目标的方向作出多个读数，然后对读数进行处理来取得较好解析度的最终读数，这种信号处理技术可应用于所有的检测系统。不过，其它的系统属性，例如读数频率或硬体/软体的复杂性要被增高才能改进系统整体的解析度。

1995年八月八日发给彼得森(Pettersen)等人的一个美国专利5,440,392号描述了一部测量空中一点之空间座标的系统和方法。空中的点被一个载有至少三个同时发亮的点状光源的刚性探头所接触。光线经一套常用的球面聚焦镜投射成图像到一个二维的电荷耦合器(CCD)或射式电荷器CID(Charge Injected Device)组成的阵列传感元件上。投影在传感元件上的光点位置可以测定出来，接著应用影像处理和最小二乘法为基础的摄影测量技术来先测定接触探头的位移和方向，然后再确定接触点的三个空间座标。

另外一种测量方式可以用加拿大安大略省滑铁卢北方的数字公司Northern Digitallnc,of Waterloo,Ontario,Canada的OPTOTRAK^TM位置检测系统来举例。这个系统能检测单个空间点状光源相对于系统位置的三个独立座标。它使用三个分开固定的检测器，每个检测器只检测光源相对于它的一维方向座标，将这三个座标与三个一维(1D)检测器之间的已知位置和方位一起进行处理就能得知光源的位置。这系统为了检测方位而处理目标的方式与彼得森(Pettersen)等人专利上处理接触探头的方式相同，三个或更多的点光源可以策略地安装在目标上。将它们一次一个的开启，就能够顺序地检测出它们的位置，然后再合并一起来求出目标的方位。每一个检测器都含有一个一维电荷耦合阵列的传感元件和一个专用的光学镜片组件与彼得森等人的系统相对照，OPTO TRAKW^TM系统只能顺序地检测多于一个光源的位置。如果光源是在移动中，这就会产生误差，然而，假如果每个光源的位置抽取频率比光源移动的速度快的话，这缺点就会变得不重要。OPTO TRAK^TM系统使用三个分离很开的一维检测器，而彼得森(Pettersen)等人的系统只用一个二维检测器，既然两个系统都使用相似的三角测量法来检测纵深长度，OPTO TRAK^TM系统的纵深检测精确度应该比彼得森(Pettersen)等人的系统好得多。

OPTO TRAK^TM系统和彼得森(Pettersen.)等人系统的一个共同特性是都用光学镜片来把光聚焦到传感元件上。使用照相机的人都知道这是个问题。其角度的操作范围限制到大约15度，虽然广角镜能用来扩大这个范围，如此做会引起影像的严重扭曲，而降低解析度，也缩短了能精确检测纵深的范围。因此，再一次面对固有的限制，就是在一个范围内操作的一个给定传感元件都会具有一个恒定的操作范围与单读数解析度比值。

1991年八月八日为郝切尔(Hechel)等人的发明的美国专利5,018,853号发表了一个汽车车轮定位系统。此系统使用一个角度检测器，检测一个点光源相对于检测器的角度一维座标。检测器含一个一维线阵列式电荷耦合器(CCD)传感元件。元件被一个含单狭长光缝的不透光屏幕与光源隔开。狭长的CCD元件与光缝垂直相对。如此由光源发出通过光缝的一条光线投射到CCD元件上的一小段(一“点”)。将这个点相对于CCD元件的位置测出就能求出光源角度方位的一个一维座标。郝切尔(Hechel)等人的传感器在角度操作范围方面有较小的问题但是仍然受到上面提到的传感器解析度固有的限制。将经过多窗口收到的信号以类似多重发讯信号法投到单个传感元件上，本发明克服了解析度限制问题，“窗口”是一个通过它信号才能被一个传感元件收到通道。例如，彼得森(Pettersen)等人检测器中的镜片组是一个窗口，郝切尔(Hechel)等人传感器内屏幕上的光缝也是一个窗口。在Oere TRAKW^TM彼得森(Pettersen)等人以及郝切尔(Hechel)等人系统内的每一个传感元件只用一个窗口。本发明人已揭露过一个先前的多窗口方位角度传感器(见C.C.H.MA,C.K.Tan和P.D.Lawrence，“多针孔广角高精度位置检测器”IEEE Transactions onInstrumentation and Measurement,Vol.45,No.1,February 1996)。然而，本发明人先前的传感器有一些以下将描述的缺陷，这些缺陷在本发明中克服了。

在一个具体形式内，本发明提供一个用来测量辐射源相对测量器间角度方位的一个一维座标测量器。例如，此测量器也许有个辐射敏感元件来产生代表辐射性质的相应电信号。在元件与辐射源之间装有一个不透辐射屏幕，在屏幕里有第一复数组平行的狭长缝。缝与缝间隔开，元件与屏幕相对排列，以致当源在测量器操作范围内时，由源发出经至少一条长缝所过的辐射线，同时射到元件上的至少两个独立辐射敏感点；而这些点与那条长缝间隔不同的距离。

这个发明更进一步地提供一个用来测量一辐射源相对测量器间角度方位的两个一维座标测量器。在一示范的例子里有一个辐射敏感元件产生一个与入射到元件上的辐射线相应的电信号和一个不透辐射的屏幕被装在元件与辐射源之间。屏幕里有第一复数组平行的狭长缝排在第一个平面里，第二复数组平行的狭长缝也排在第一个平面里，并与第一复数组长缝垂直延伸。辐射敏感元件座于第二个平面里，该平面与一条跟第一组长缝成垂直的轴相倾斜，也与一条跟第二组复数长缝成垂直的轴相倾斜。第一组长缝互相隔开，第二组长缝互相隔开，元件与屏幕相对排列，以致：

(a)当辐射源在测量器操作范围内时，由源发出经至少一条第一组长缝所过的辐射线，同时射到元件上的至少两个第一组独立辐射敏感点；

(b)当辐射源在测量器操作范围内时，由源发出经至少一条第二组长缝所过的辐射线，同时射到元件上的至少两个第二组独立辐射敏感点；

第一组点内各点与第一条长缝分隔不同的距离。第二组点内各点与第二条长缝分隔不同的距离。

此发明更进一步地提供一个识别方法。此方法能由居于一隔开源与一参考平面之不透辐射屏幕里的一复数组平行狭长缝中，识别出那条长缝，经过它由源发出的辐射线才射到屏幕与参考平面之间的辐射敏感元件上，该辐射线同时射到元件上的至少两个独立辐射敏感点，并且这些点与参考平面之间的距离不等，在一个示范具体装置里，经过每条长缝由源发出而射到元件上的辐射线投射角范围都事先作了确定，然后求出一个角度θ=arctan(SlD/HT).SID是任意一组点中两点间与参考平面平行而与孔/缝相垂直的距离向量，HT是两点间与参考平面相垂直距离向量，求出的角θ与事先确定的角范围相比较，角度范围包含有角θ的长缝就被选择为是由辐射源发出的辐射线所通过才射到敏感元件上的那条长缝。

图1描述了由本发明人先前发展的传感器。

图2是本发明中的一个一维传感器的斜透视图。

图3是图2所示传感器的正视图。

图4是图2所示传感器的另一个正视图，它描述了一个辐射发射源与传感器相对移动的割面。

图5描述了一个用于判别一复数组狭长缝的一条长缝之算法程序图。辐射线通过长缝射入到图2所示传感器敏感元件。

图6描述了一个用于确定一条辐射线射入到图2所示敏感元件前缘点算法的程序图；

图7是图2所示传感器的另一个正视图，它描述二条辐射线射入到敏感元件的情况下图6算法的运用。

图8是图2所示传感器的另一个正视图，它描述了在只有一条辐射线射入到敏感元件的情况下图6算法的运用。

图9描述了包含本发明的另一种一维传感器的斜透视图。

图10是图9所示传感器的一个放大的正视图。

图11是图9所示传感器的一个放大的侧视图。

图12描述了包含本发明的又另一种一维传感器的斜透视图。

图13是图12所示传感器的一个放大的正视图。

图14是图12所示传感器的一个放大的侧视图。

图15描述了根据本发明中所制造的一个二维传感器的斜透视图。

图16描述了根据本发明中所制造的另一种二维传感器的斜透视图。

图17描述了根据本发明中所制造的又另一种二维传感器的斜透视图。

图18描述了包含本发明并与编码长缝屏幕相连接合用的一个一维传感器的斜透视图。

图19描述了包含本发明并与编码长缝屏幕相连接合用的一个二维传感器的斜透视图。

图20描述了包含本发明并与编码长缝屏幕相连接合用的另一个二维传感器的斜透视图。

图1所示先前所用的装置

图1描述了由本发明家上面曾经提及的先前所用之传感器，它能够检测一个点辐射源相对于传感器方向的两个一维座标。图1所示传感器的样品机有一个商业用的2DCCD摄影机，其中摄影机镜头由一个半球状不透光屏幕(100)所代替。在屏幕(100)上钻有三圈同心环的针孔(102)。针孔所在的平面与摄影机CCD的元件平面(感应平面104)相平行。在同一环里相邻针孔间的间距离比相邻环间的间距离小得多。当一个点辐射源(106)在传感器操作角度范围内发亮时，三圈辐射点环(108)投射到敏感平面上，其中一些点(110)落到CCD元件(104)上而被感应到。

在被元件感应到的点(110)中，由同一针孔环投射出的辐射点可以通过适当的影像处理而识别出。由于它们之间的距离与不同针孔环所投影的点之间的距离很不相同。只要有由同一环投影下来的至少三个光点被感应到，通过这些光点就能拟合一个抽像的圆。假定辐射源(106)与传感器之间的距离很远，这个抽像圆的半径应该与投射出感应点所在的针孔环之半径非常接近。因此，投影出这些被感应到的点之环就能被识别出。然后由一个被感应到的点与抽像圆的圆心之相对位置就可以决定出投影的针孔。既然每个针孔的位置可以预先得知(对传感器作适当地校准)，与感应到的点和相对应投影出这些辐射点的针孔相连接的抽像直线提供了相对于传感器的辐射源方向座标。

图1所示的传感器操作范围大约有两倍于如OPTO TRAK^TM和彼得森(Pettersen)等人所造单窗口检测辐射源方向的传感器。上面提及的图1所示传感器的样品机虽然制造粗糙却也比原来装有镜头的摄影机有更好的位置检测解析度和精度(从硬件的角度来说，装有镜头的摄影机就是类似于彼得森(Pettersen)等人的检测器)。理论上图1所示传感器的解析度和操作范围可以通过增加屏幕(100)上针孔环(102)的数量而成正比地改善，而且不需更换CCD元件(104)。另外，图1所示传感器不需要聚焦，这使得它能够检测位于任何纵深的辐射源方向，只要辐射源具有足够的亮度。

虽然图1所示传感器有这些优点，它也有一些缺点。举例来说，会很困难制造精确的半圆球屏幕(100)和针孔环(102)。另外，由于发射出的辐射点(110)可能投射到CCD元件(104)的任何位置，整个CCD元件都得经过取样才能达到图像处理的目的，这可能会耗时，而降低了传感器的最大可能感应频率。而且处理一个二维图像所需要的时间和精力至少与图像面积大小成正比的增加。由于需对CCD元件(104)感应到的图像整个进行处理，使具有给定计算能力的传感器很难在高频率下操作，另外，由通过一个小弧形得来的点来拟合一个大圆很容易出错，综合起来，这些缺点使得这个系统很昂贵，而且降低了其最大可能取样频率，以至用它来顺序地检测装在目标上的几个光源位置来决定目标的方位变成不实际。

本发明提供两个不同的感应方法和多种不同的具体形式，其中每一种都较图1所示先前所用的传感器有明显的改进。此两种方法都利用多窗口技术来同时达到广大操作角度范围，高建全性，和高单读数角度感应解析度。每一种方法都能用来检测一个视线型辐射源相对于传感器的一个或两个一维角度方位。用来检测一个一维角度方位座标的具体装置是称作一维传感器，而用来检测两个一维角度方位座标的具体装置是称作二维传感器。

如以下更详细的描述，两种方法都使用多孔/缝屏幕，从点状辐射源发出的辐射线通过这些孔/缝才入射到敏感元件上。屏幕以及其上的孔/缝都以敏感元件为准则进行尺寸及位置设计以使得辐射线通过屏幕上的至少几个孔/缝后能够同时入射到敏感元件上。在确定了某一入射到敏感元件上的辐射线所通过的孔/缝后，辐射源的角度方位就可以通过线性投影原理来确定，在第一个方法中，我们通过感应入射到敏感元件上的两个不同的点来确定辐射源的角度方位，这两个点对屏幕有不同的垂直距离。在第二个方法中，我们对屏幕上的孔/缝间的距离进行编码，这样就能确定出通过几个孔/缝入射的辐射线是从那些孔/缝射入的。依照第一个方法制造的一维传感器

本发明的一个基本目标是要提供一个传感器，它能检测一个直发射或反射全方向点状视线型辐射源相对于传感器的角度方位。以下所指的放射源被假定是直接地发出的光，类型包括看得见的光，红外线的光，x光和声波。本发明的最终目标是检测辐射源相对于传感器的三维(3D)位置，假定辐射源与传感器之间的距离比传感器本身的尺寸大得多，如20∶1或更大。

图2和图3描述了一个优先选择根据上述第一个方法制造的一维传感器具体形式。它用来检测一个点辐射源5相对于辐射敏感元件1的一个一维角度方位座标。一个适当地装有三个或更多此种传感器系统可以用来检测辐射源相对于系统的位置之所有三个独立座标。然而，为了让熟练这方面的读者能足够的理解这个具体形式的运作，我们将只考虑一个一维传感器的运作。

一维辐射敏感元件1，是以一个二维平面辐射敏感位置感应的元件形成，例如得克萨斯仪器公司(Texas Instruments)的面阵列CCD图像传感器TC241。它斜靠在居于一个与平面支承基准15相倾斜的倾斜支承2上面，(即中，元件1的平面是绕着一条与狭长缝4相垂直的轴和平面15相倾斜)。一个具有一组可以透辐射线的长缝4的静止不透明屏幕，被支撑于元件1之上并与基准平面15平行。从源5发射出的辐射通过狭长缝4形成图3所示的辐射平面9，它们投射于元件1和基准平面15上而成为辐射线6。

如果屏幕3与源5之间的垂直距离比屏幕3与基准平面15之间的垂直距离18大很多的话，相邻投射线6之间的距离19将与邻接狭长缝4之间的间距离16几乎相同。因此把间距离16设计得比元件1的宽度17小，可以保证当源5发出辐射时，至少有一条辐射线8(一条“被感应线”)会投影到元件1上而被感应到。如果屏幕是平面状，那麽狭长缝的间距离16可以相同，但是如果屏幕是非平面状的，那就必需设计狭长缝之间的间距离以使得当源5在传感器的设计操作范围内移动时至少有一条辐射线总是射入到元件1上。譬如，如果屏幕是半圆柱状。那与半圆柱弧的中心较远离的狭长缝之间的距离就该减少。

图2和图3显示了辐射投射到元件1上的二条被感应线8和20。如果源5水平地向右移动，其中的一个移动分量与狭长缝4垂直，线20终究会逐渐地移离元件1的左边缘，剩下线8在元件1上，如果源5继续向右移，线8最终也会移离元件1的左边缘，但是在这发生之前，另一条辐射线会从右缘移到元件1上，因此，如果辐射是从源5发出，不论源是否在移动中，至少有一条辐射线6会投射到元件1上并被感应到。

由于元件1靠在斜坡2上，当辐射线入射角是非零时，被感应线8相对于元件1的边是偏斜的。这个在元件1上的偏斜产生了一个在被感应线8前端点8A与后端点8B之间的水平“狭长缝鉴别位移(SID)”。因为元件1上是位置敏感的，所以SID和点8A在元件1的位置都能受确定。

从点8A看过去，角θ构成辐射源的一个方向座标。理论上，角θ可以如下计算：

        θ=arctan(SID/HT)                   (1)式中HT(图3是由于元件1倾斜造成的点8A与点8B之间的垂直距离。然而，因为SID和HT两者都是相对较小的量，用公式(1)计算的角θ可能容易产生误差，较好的相等计算公式是：

        θ=arctan(XD/YD)                    (2)式中XD是从点8A到投射了包含点8A辐射线之狭长缝纵向轴的水平间距离，YD是点8A与屏幕3之间的直立间距离。由于XD和YD较SlD和HT的量级要大得多，用公式(2)计算产生的误差量级要比用公式(1)计算而产生的误差小。

YD是可以通过标定校准而得到常数，但是XD必须在操作过程中得到，因为它是随源相对于元件1方向而变化的函数，由于从元件1前边缘到点8A的距离24可以直接从元件1得到，XD可以由比较距离24和距离PS2而得知，距离PS2是在元件1上用来测量距离24同一边缘与投射点8A所经过狭长缝纵向轴之间的水平距离，每一狭长缝相对于元件1的PS2距离可以通过校准元件1和屏幕3而得到，但是点8A可能是通过复数组长缝4中任意一条长缝入射的，因此必须鉴别投射包含点8A辐射线之狭长缝。现参照图4来解释鉴别长缝的方法。

图4描述了辐射线可以通过元件1上两条相邻长缝而入射一条线的角度范围。当源5在图4所示的初始位置时，辐射线8通过狭长缝25入射到元件1上，线8与元件1的前边缘相交于8C。当源5沿箭头31的方向移动时，线8通过角度范围Φ-Φ’在元件1上从右至左移动到参考号码8’，指示的地点，与线8’交接在元件1前缘点8D,Φ是线8与基准平面15(或屏幕3)之间的角度，而Φ’是线8’，与基准平面15(或屏幕3)之间的角度。假如点8C,8D是通过狭长缝26入射的，入射角就会分别为γ和γ’，图4也标出了平行参考线29,10和29’,10’，以便角度Φ,Φ’和γ,γ’间的互相比较。

显然地，角度范围Φ-Φ’和γ,γ’是戳然不同的。它们只有少量重叠δφ，因为源5与元件1的相距23比狭长缝间的距离16大得多。因此，如果基准平面15(或屏幕3)与一条入射到元件1上的特定辐射线间之角度不包含在δφ角度范围内，投影那特定线的狭长缝就可立即被识别出。如果基准平面座15(或屏幂3)与一条入射到元件1上的特定辐射线间之角度包含在δφ角度范围内，则元件前缘感应到的辐射线会靠近点8D，如果辐射线是通过狭长缝25投影的(即入射线8’)；或会靠近点8C如果辐射线是通过狭长缝26投影的(印入射线8”)；点8D和点8C的间距离与元件1的宽度17相比隔得很开，因此，即使元件1的位置解析率较差的情况下，也能可靠的被辨别出，如此，图5显示了一个建全的识别投射特定感应点之狭长缝的方法，该图应与图3参照考虑。

图5中的角度θ可以用公式(1)推算出，其中只需要参数SID，因为HT是可以通过标定校准而得到的常数。这表示狭长缝的识别可以通过直接处理参数S1D来完成，不需要测定角度θ，如此就避免需要直接应用到公式(1)。不过，用角θ来解释可靠狭长缝的识别原则要比用参数SID更容易。在定义那通过每条狭长缝才投射到元件1的放射线角度范围上，值得注意的是都已假定考虑过了。一切测量时可能产生的误差，此外，还假定了元件1具有两个独立，可识别的边27、28(图4)。

对照图3，一旦测定了点8A的位移24，与识别了投射该点的相应狭长缝，XD就可被推导出来，然后通过公式(2)就能计算出方向座标θ，在许多用途里，θ可以更有益的以位移24和通过校正得到的相关狭长缝对应元件1上的水平位移PS2来指定，在这种情况下就不需要直接应用到公式(2)，这与上述公式(1)的解释情况相同。

从此起，由一条特定的被感应线所推导出的单一一维辐射源方向座标将由一对值来代表，即是；投射出该条特定被感应线的狭长缝与元件1上一个参考缘间的水平位移；以及，该被感应线在辐射敏感元件前缘的相交点与相同参考缘间的水平位移。例如，感应线8产生的方向座标为(PS2,24)。

虽然，理论上辐射源方向座标可通过参照单一被感应线8的端点8A,8B推导出来，然而在推导过程中，假如需要由一条被感应线跳到另一条被感应线时，那就会由于源5的移动而导致推得的值会有轻微的不连续性。显然此种不连续性只有当两条或多条线投射到元件1上时才会发生，为了解决这个问题和提高精确度，可将所有可能同时投射到元件1的辐射线之特征信息聚集起来，形成一条可产生连续的方向座标读数的连续函数。例如在图3显示的情况下，一个可产生连续方向座标读数的连续函数为： $\mathrm{EPS}=\frac{\mathrm{PSI}*D2}{D1+D2}+\frac{\mathrm{PS}2*D1}{D1+D2}---\left(3\right)$ 其中PSn是狭长缝相对于前述元件1上参考缘的水平位移；而Dn是那通过狭长缝射入的被感应线与元件前缘的相交点相对于元件1前缘中心点1A的水平位移。

一个给定辐射敏感元件的中心区，通常具有该元件的最佳分辨位置能力。公式(3)基本上投射了两个前缘的感应点到元件中心点1A的位置，同时投射它们的相对应狭长缝的位置到“相等狭长缝的位置”(EPS)，后者是狭长缝的加权总数。最终得到的辐射源方向座标是(EPS,PC)，其中PC是中心点IA相对于前述参考缘的水平位移，到此为止，本发明的说明都假定了多个感应点的位置是可得的。它们可通过设计许多不同的讯号处理算法来获得图6显示检测前缘感应点位置的一种算法，它以图7和图8为参照。图7显示两条射线投射到元件1上的情况，而图8显示一条射线投射。根据图6的算法，假定

(a)所有得自元件1的信号，都按位置感应的目的适当地处理过，比如滤光。

(b)重叠的前缘片段33,34的宽度是相等；而且，两片段都比不透明的区域中最靠近的二个狭长缝37宽度更狭窄，因此在有些情况下，依照源5的位置，辐射线不会投射在两片段33,34之一上。

(c)点33A和34A分别是33,34片段中心。

(d)一被感应线的水平宽度不超过片段33,34重叠区35的宽度。

(e)片段33,34的总宽度36宽得能包含不透辐射屏幕3上分得最开的两条相邻狭长缝投射之完整感应线。通常，宽度36与元件宽17相等。

(f)后感应点，例如8B，与其相应的前感应点，例如8A，之间的水平位移不超过一个预定的最大的水平位移(MHD)。

只要屏幕3上最广泛地分开毗连的两条狭长缝间距离比元件1宽度更窄，而且源5保持充份地远离开元件1前述的假定是容易地同时地满足的。合起来这些假定确定了以下情况：

1．片段33,34中的至少一段会检测出一个完整的前感应点。另一个片段可能不会检测到，或者会检测到一个完整的，或一部分的前感应点。

2．片段33,34中没有一段会检测到来自一个以上前感应点的信号。

一旦前感应点被找到，较靠近元件1中央1A那点能被识别出(即图7中描述点8A的情况)。指定此点的水平位置为“NFSP”，那麽，在元件后缘上从NFSP-MHD到NFSP+NHD区域的信号能通过处理后找到相对应后缘的感应点。(此法代替了沿著整条后缘处理信号的须要)。如此，可找到所有需要的感应点，而且源5的方向座标可由前述方法得到。

从前述解释应该清楚的是，不需要采用如图中所述一个二维阵列类型敏感元件来完成本发明的一维具体装置。两个一维感应器可以装置在离狭长缝4不同的垂直距离，来仿效二维阵列元件1的前面和后面的边缘。然而，一个二维敏感元件能提供众多的信号，这些多过所需的讯号可以用来增高精确度和解析度。同时也注意，二维敏感元件收集到的影像中，只有前和后缘的区域需要接受处理，来得到一维角度定向所需的资讯。

虽然一维和二维阵列敏感元件，可用作上述本发明一维具体形式上的辐射敏感元件，只能产生所有感应到讯号的中心点之非阵列类型位置敏感装置也能被采用。图9、10、11显示如此的一个装置，它采用四个由日本Hamamatsu Corporation of Japan和加州联合检测科技公司(Unitde Detector Technologies of California)制造的一维位置敏感装置“NFSP”。这些PSD分成两对；前对PSD1,PSD2；后对PSD3,PSD4；后对PSD3,PSD4支撑在间隔器32上，(如本发明至此所述的具体形式，图9、10、11装置是遵照前述第一个方法操作，即设法感应投射到前对和后对PSD上与屏幕3隔开不同垂直位移的二个分隔的辐射敏感点)。有几组设计准则可设定来确定这一操作功效。最重要的设计目标是要确定当源5投射时，每一对PSD中的至少一个会感应到一条而且只有一条投射线。举例一组设计准则如下：

1．每个PSD的长度比在屏幕3上两条最靠近毗连的两条狭长缝间距离小。

2．每一对PSD包含的水平的宽度总值比屏幕3上最宽地分开毗连的两条狭长缝间距离大。

上述设计准则确定每个PSD感应不到或最多感应到一条投射线；而且，当源5投射时，每一对PSD中至少一个PSD会感应到一条射线。

倾斜支架2只是一种使感应线8相对于元件1的边倾斜之装置，以便能识别射线8通过的狭长缝，这跟采用二维辐射敏感元件时同理。另一种方法在图12、13、14中显示，此法采用一片传导辐射的材料30盖在元件1的前面或后面。此材料能根据入射角的大小折射入射线，使所需要信息暴露。例如当源5投射可见光时，折射器30可以是一片高折射率的平面玻璃。折射器30的放置位置应使其潜在阴影像区29(图14)不会重叠元件1上敏感的前面和后面边缘区域。

如图13所示，折射器30使被感应线10与元件1前缘位置21相交，与元件1后缘位置12相交。位置12和21的差距(即位移22)取决于折射器30的折射指数，它是一个常数；以及取决于被感应线10入射折射器30上的角度。测定位移22就能推导出入射角度，接著它可被用来识别投射线10的狭长缝，其方式与前述图2感应器的角θ的推导相似。

含有多个狭长缝的屏幕3可以用很多不同方法来制造。例如，如果源5投射可见光时，可采用广为人知的光刻和化学方法在一种附有金属玻璃片上刻蚀狭长缝4，屏幕3是不须一定平直的，但是狭长缝4应该要平行，且有精细的边缘。依照第一个方法制造的二维传感器

在一个一维传感器上加装第二维，就能构造一个能够感应到点状辐射源相对于传感器角度的两个一维方位座标的二维传感器。如此的一种方法就是在屏幕上提供与上述一维传感器之狭长缝成直角的第二复数组狭长缝；并且，如果该一维传感器用的是一个一维元件，就以一个二维元件来代替它，图15显示了一个如此的二维具体形式，须注意的是在图2上的一维传感器只绕着一条轴和平面15相倾斜，而图15中支承2’是绕着两条相互垂直的轴45、46把二维敏感元件倾斜；并且请注意屏幕3”上有两组互相垂直的狭长缝4’和4”

回想对图2的一维传感器来讲，只在元件前后缘感应到的点(即是，只在阵列型辐射敏感元件前后排敏感点上感应到的点)理论上就已足够推导出辐射源之一维方向座标。可是，对图15的二维传感器而言，只为了推导出辐射源之同一一维方向座标我们就必须对由更多排敏感点上感应到的讯号作处理。这是因为辐射线47经过增加的狭长缝组之一条4”后可能入射到元件1上前后排感应点的一大部分使得从狭长缝4’入射而与元件1前后排相交的被感应点受遮盖。为了克服这个问题，由更多排(通常是接近元件1边缘几排)敏感点上得到的讯号可以受处理来辨别由狭长缝4’或4”才投射而与元件缘相交。由此可知推导源5相对于一个二维传感器之二维方向座标所需的讯号处理负担通常会比推导一个一维传感器的一维方向座标多过两倍。

为了减低一个二维传感器所需的讯号处理负担，狭长缝4’,4”可在原来它们相交的位置以针孔代替，图16和图17描述了两个如此的具体形式，其中每个都投射点而不是线，图16特别显示了如何将图15的二维传感器以针孔代替狭长缝4’,4”；而图17显示了一个由图12的一维传感器以具有针孔的屏幕3”和有高折射率的盖50覆盖元件1之一个面形改造而成的一个二维传感器。每个所投射的辐射点位置各自携带者与源5相对于传感器之不只一个而是两个角度方位有关的部分讯息。只要感应到至少三个由排列在一个直角三角形角尖上的三个针孔投射的点就足够推导出源5相对于传感器的两个一维角度方向座标。

与具有针孔屏幕的传感器相比，具有狭长缝屏幕的传感器有个优点，就是它投射到元件上的辐射线带有过多的与辐射源角度方位相关的讯息，这些过多的讯息可以用来改良传感器的解析度和准确性。具有狭长缝屏幕的二维传感器亦可由多个一维传感器(即含一维辐射敏感元件的)组成，其全体的成本会低于含二维阵列型辐射敏感元件的传感器。相反地，由一个具有针孔屏幕的二维传感器所得到的讯号比较容易处理，虽然此种传感器含有一个比一维敏感元件贵的二维阵列敏感元件。依照第二个方法制造的一维或二维传感器

上述的每一个传感器都利用以上提到的第一个方法来检测一个点状辐射源相对于传感器的角度方位的一个或两个一维座标，这是通过感应辐射线入射的不同点来实现的，这些点相对于一个屏幕具有不同的垂直偏移。换句话说，利用第一个方法的传感器需要两个在垂直方向上不同的感应平面，这可以通过机械地斜倾一个单一的感应元件，或者一组相互偏移的感应元件，或籍著一个具有高折射率的盖来遮住敏感元件的一部分来实现，(具有高折射率盖的传感器在盖下面的感应平面相对于屏幕具有抽象的”垂直偏移”，偏移量依据于盖的材料的折射率和辐射的入射角)。虽然，这些方法是可以实现的，但这些需求可能使得用第一个方法制造的传感器在一些情形下不能便宜地制造和校准。

回想问题在于鉴别让辐射入射到敏感元件上的那条的孔/缝。另一个解决的方法(即第二个方法)是提供一个具有确定唯一的孔/缝信息的屏幕，这可通过编码孔/缝之间的不同间距离比率来达到。这样就可以简单地把辐射敏感元件安装在一个与孔/缝屏幕相平行的感应平面上来制造一维或二维传感器。图18描述了依照第二个方法制造的一维传感器，图中： $\frac{S(i-1)}{S\left(i\right)}\≠\frac{S\left(i\right)}{S(i+1)}$ 式中“S(i)”是孔/缝A(i)与孔/缝A(i+1)的间距离，孔/缝是顺序编号的。图19和图20描述了具有编码孔/缝屏幕的两个不同二维传感器的具体形式，图19的具体形式使用一个具有狭长缝的屏幕，而图20的具体形式使用一个具有针孔的屏幕。两个具体形式孔/缝之间的间距离比率都由下式给出： $\frac{S(i-1)}{S\left(i\right)}\≠\frac{S\left(i\right)}{S(i+1)}:\frac{W(j-1)}{W\left(j\right)}\≠\frac{W\left(j\right)}{W(j+1)}$ 式中“W(j)”是孔/缝B(j)和B(j+1)之间垂直方向的间距离，孔/缝是顺序编号的。

利用毗连孔/缝的间距离比率，而不用毗连孔/缝的间距离来对唯一鉴别孔/缝的信息作编码的原因是毗连孔/缝的间距离比率相对于传感器与辐射源之间的距离是个不变量，而传感器和辐射源之间的距离当辐射源在传感器所设计操作范围内移动时是可变的。不幸地，为了唯一鉴别某一被感应到入射点所通过的孔/缝，对一维传感器来说，这样就需要同时检测投射在敏感元件上的至少三个入射点，对二维传感器而言就需要同时检测辐射在敏感元件上的至少五个入射点。

众所周知如果一个感应光的孔之最小的尺寸变成太小，光通过这孔/缝时会失去其直线传播的性质，由于这会影响到依照本发明的制造的传感器的角度感应精度和解析度。狭长缝的宽度或针孔的直径以及孔/缝之间的间距离不能太小。这一要求以及对于使用第二个方法的一维传感器必须有至少三个独立的被感应点(或者对于使用第二个方法的二维传感器必须有至少五个独立的被感应点)意味着使用第二个方法的传感器的感应元件须比使用第一个方法的传感器的感应元件要大，基于第二个方法的传感器的屏幕比第一个方法的传感器的屏幕更难设计，特别是如果想要在一个屏幕上提供大量的孔/缝来改善解析度和/或精度。在决定对于一个具体运用是该采用基于第一个方法制造的传感器还是第二个方法制造的传感器时，这些因素都必须考虑到。

基于上面公布的发明对于熟练这方面的人来说，以下事实将会变得更明显，在实践中可以对此发明作许多变更和修正而不会偏离此发明的精髓和范围。例如，屏幕上平行，纵向对齐，透辐射的狭长缝或针孔可以采用任意狭长缝或针孔的组合来代替。这些孔/缝排只需要互相分开，而且屏幕与辐射感应元件对齐，以使得它们能够投射出所需要的“被感应点”用于确定所需要的角度信息。在以下的专利权项中，具有所需要的狭长缝和/或针孔组的屏幕被特定为具有平行复数组的孔/缝排，每一排孔/缝具有一个或多个纵向对齐，宽度狭窄的孔/缝。因此，本发明的范围是建立在以下所定义的声明之上。

Claims (22)

1、一种用于确定一个幅射源(5)相对于传感器的一个一维角度方位座标的传感器，该传感器具有一个辐射敏感元件(1)用于当辐射入射于该元件上时产生一个与入射辐射相应的电讯号，以及一个安装于所述元件和辐射源之间的不透辐射屏幕(3)，该传感器具有以下的特征：

(a)屏幕上具有第一复数组的平行孔/缝排，每一排孔/缝具有一个或多个纵向对齐的、宽度狭窄的孔/缝(4)；

(b)这些孔/缝排相互分开，敏感元件与屏幕对齐，使得当所述源在传感器所设计操作范围内时，从所述源发出而通过至少一排孔/缝的辐射线能同时入射到所述元件上的至少两个独立辐射敏感器(8A,8B)；以及，

(c)这些点与所述孔/缝排组中的所述一排孔/缝相隔不同的距离。

2、如申请专利范围第1项所述的传感器，其中的孔/缝排组位于第一个平面。

3、如申请专利范围第2项所述的传感器，其中的孔/缝排相隔相等的间距离。

4、如申请专利范围第1项所述的传感器，其中所述的平行孔/缝排位于一个对称而由直线围成的曲面里，此曲面与一复数组平面相垂直，这些平面从所述敏感元件上的至少一个辐射敏感点延伸过所述孔/缝排。

5、如申请专利范围第4项所述的传感器，其中：

(a)所述的曲面是半圆柱状，以及

(b)在曲面上相邻孔/缝排之间的间距离和沿着曲面相邻孔/缝排与曲面上一个弧心间的距离成反比。

6、如申请专利范围第1项所述的传感器，其中所述辐射源是一个点光源，所述辐射敏感元件是一个位置敏感光电传感器。

7、如申请专利范围第1项所述的传感器，其中：

(a)所述辐射敏感元件包含第一组(PSD1,PSD2)和第二组(PSD3；PSD4)辐射敏感片，它们分别沿分开的与屏幕不相交的平面延伸，并且(b)至少一个所述的辐射点是在第一组辐射敏感片上和至少一个所述的辐射点是在第二组辐射敏感片上。

8、如申请专利范围第1项所述的传感器，之内的辐射敏感元件位于一个平面(2)上，该平面绕着一条与孔/缝排成垂直的轴与孔/缝排相对倾斜。

9、如申请专利范围第8项所述的传感器，其中：

(a)所述辐射敏感元件包含第一个和第二个不相交的辐射敏感片，以及

(b)至少一个所述点是在所述第一个片段上和至少一个所述点是在所述第二个片段上。

10、如申请专利范围第7项所述的传感器，其之内所述平行孔/缝排位于一个对称的由直线围成的曲面里，该曲面与一复数组的平面相垂直，所述平面从所述元件上的至少一个辐射敏感点穿过所述孔/缝排而延伸。

11、如申请专利范围第10项所述的传感器，其之内所述曲面上的相邻孔/缝排之间的间距离和沿着所述曲面上所述相邻孔/缝排与所述曲面上一个弧心之间的间距离成反比。

12、一个用于确定一个辐射源(5)相对于传感器的一个一维角度方位座标的传感器，该传感器具有一个辐射敏感元件(1)，当辐射入射于该元件上时，它能产生一个与入射辐射相应的电讯号，一个安装于敏感元件和辐射源之间的不透辐射屏幕(3)，以及具有高折射率的盖(30)，该传感器具有以下的特征：

(a)所述屏幕具有第一复数组的平行孔/缝排，每一排孔/缝具有一个或多个纵向对齐的，宽度狭窄的孔/缝(4)；

(b)所述的盖覆盖所述元件的至少一部份；

(c)所述元件位于与一个所述孔/缝排相平行的平面内，并与所述屏幕分开。

(d)所述元件和盖与所述屏幕相对齐，使得当所述源在所述传感器所设计操作范围内时，从所述源发出而通过至少一个所述孔/缝排的辐射/线能同时入射到所述元件上的至少两个独立辐射敏感点；

(e)至少一个所述的点是在所述盖的下面，并且至少一个所述的点是不在所述盖的下面。

13、如申请专利范围第12项所述的传感器，其之内所述平行孔/缝排位于一个对称的，由直线围成的曲面里，该曲面与一复数组的平面相垂直，所述平面从所述元件上的至少一个辐射敏感点穿过所述孔/缝排而延伸。

14、如申请专利范围第13项所述的传感器，其之内所述的相邻孔/缝排之间的间距离和沿着所述曲面上所述相邻孔/缝排与所述曲面上一个弧心之间的间距离成反比。

15、一个用于确定一个辐射源(5)相对于传感器的两个一维角度方位座标的传感器，该传感器具有一个辐射敏感元件(1)，当辐射入射于该元件上时，它能产生一个与入射辐射相应的电讯号，一个安装于所述元件和所述辐射源之间的不透辐射屏幕(3’)，所述传感器具有以下的特征：

(a)所述的屏幕具有第一复数组平行孔/缝排，每排孔/缝具有一个或多个纵向对齐，宽度狭窄的孔/缝(4’)排列在所述第一个平面上，和第二复数组平行孔/缝排，每排孔/缝具有一个或多个纵向对齐，宽度狭窄的孔/缝(4”)排列在所述第一个平面上，并与所述第一复数组孔/缝排相垂直；

(b)所述元件位于所述第二个平面上，所述平面绕着一条和所述第一复数组孔/缝排成垂直的轴(45)与所述第一个平面相对倾斜，并同时绕着一条和所述第二复数组孔/缝排成垂直的轴(46)也与所述第一个平面相对倾斜；

(c)所述第一复数组孔/缝排之间相互间隔，所述第二复数组平行孔/缝排之间相互间隔，而且所述元件与所述屏幕相对齐，以致：(ⅰ)当所述源在所述传感器所设计操作范围内时，从所述源发出的辐射通过所述第一复数组孔/缝排中的至少一排孔/缝能同时入射到所述元件上的至少两个独立辐射敏感第一组点；(ⅱ)辐射源在所述传感器所设计操作范围内时，从所述源发射出的辐射通过所述的第二复数组平行孔/缝排中至少一排孔/缝能同时入射到所述元件上至少两个独立辐射敏感第二点组；

(d)所述第一组点内的点与第一复数组孔/缝排中的所述一排分隔不同的距离；

(e)所述第二组点内的点与第二复数组孔/缝排中的所述一排分隔不同的距离。

16、一个用于确定一个辐射源(5)相对于传感器的两个一维角度方位座标的传感器，该传感器具有一个辐射敏感元件(1)，当辐射入射于该元件上时，它能产生一个与入射辐入射相应的电讯号，和一个安装于所述元件和所述源之间的不透辐射屏幕(3”)，所述传感器具有以下的特征：

(a)所述的元件位于第一个平面(15)内，此平面被相互垂直的第一和第二轴抽象地分割成四个面形；

(b)所述屏幕具有第一复数组平行孔/缝排位于第二个平面里，每排孔/缝含有一个或多个纵向对齐，宽度狭窄的孔/缝并与第一轴平行，也具有与所述第一复数组孔/缝排垂直延伸的第二复数组平行孔/缝排，每排孔/缝具有一个或多个纵向对齐，宽度狭窄的孔/缝；

(c)一个高折射率的盖子(50)至少覆盖所述面形中的一个；其中：(ⅰ)所述第一个和第二个平面互相平行；(ⅱ)所述第一复数组孔/缝排之间相互间隔，而所述元件与所述屏幕对齐，以至与所述源在传感器所设计操作范围内时，从所述源发出的辐射通过所述第一复数组孔/缝排中的至少一排孔/缝能同时入射到所述元件上的至少两个独立辐射敏感第一组点，并且至少一个所述第一组点在所述盖子之下，和至少一个所述第一组点不在所述盖子之下；以及(ⅲ)所述第二复数组孔/缝排之间相互间隔，而所述的元件与所述屏幕对齐，以至与所述源在传感器所设计操作范围内时，从源发出的辐射通过所述的第二复数组孔/缝排中的至少一排孔/缝能同时入射到所述元件上至少两个独立辐射敏感第二组点，并且至少一个所述第二组点在所述的盖子之下，和至少一个所述第二组点不在所述盖子之下。

17、一个用于确定一个辐射源(5)相对于传感器的两个一维角度方位座标的传感器，所述传感器具有以下的特征：

(a)所述第一个和第二个辐射敏感元件分别位于第一个和第二个互不交叉的平面上，所述元件分别产生与入射辐射相应的电讯号；

(b)一个安装于所述元件和所述辐射源之间的不透辐射屏幕(3’)，所述的屏幕具有第一复数组平行孔/缝排，每排孔/缝具有一个或多个纵向对齐，宽度狭窄的孔/缝(4’)排列在不与第一个或第二个平面交叉的第三个平面上，也具有第二复数组平行孔/缝排，每排孔/缝具有一个或多个纵向对齐，宽度狭窄的孔/缝(4”)排列在第三个平面上，并与所述第一复数组孔/缝排相垂直；其中：(ⅰ)所述第一个和第二个平面分别以不同的距离与所述第三个平面隔开；(ⅱ)所述第一复数组孔/缝排之间相互间隔，而所述元件相对于屏幕对齐，以至当所述源在传感器所设计操作范围内时，从源发出的辐射通过所述第一复数组孔/缝排中至少一排孔/缝能同时入射到所述元件上至少两个独立辐射敏感第一组点，而且至少一个所述第一组点在所述第一元件上，至少一个所述第一组点在所述第二元件上；以及，(ⅲ)所述第二复数组孔/缝排之间相互间隔，而所述元件相对于屏幕对齐，以至当所述源在传感器所设计操作范围内时，从源发出的辐射通过所述第二复数组孔/缝排中至少一排孔/缝能同时入射到所述元件上至少两个独立辐射敏感第二组点，而且至少一个所述第二组点在所述第一元件上，至少一个所述第二组点在所述第二元件上。

18．一个用于确定一个辐射源(5)相对于传感器的一个一维角度方位座标的传感器，所述传感器具有位于第一个平面上的辐射敏感元件(1)，当辐射入射于所述元件上时产生一个与入射辐射相应的电讯号，以及一个安装于所述元件和所述源之间的不透辐射屏幕(3)，所述传感器的特征是位于第二个平面的所述屏幕具有一复数组平行孔/缝排，每排孔/缝具有一个或多个纵向对齐，宽度狭窄的孔/缝(A(i))，其中

(a)所述第一个平面与所述孔/缝排平行；

(b)所述的元件与所述屏幕对齐，而且相邻的所述孔/缝排相隔，以至当所述源在所述传感器所设计操作范围内时，从所述源发出的辐射通过所述孔/缝排中至少三相邻排能同时入射到所述元件上至少三个独立辐射敏感点；

(c)由任何所述三相邻排求得的以下距离间的比例：而且(ⅰ)所述三排中的第一外侧与中间排的间距离(S(i-1))；(ⅱ)所述三排中的第二外侧与所述中间排的间距离(S(i))；都与由任何其它三相邻排求得的所述比例不相同。

19、一个用于确定一个辐射源(5)相对于传感器的两个一维角度方位座标的传感器，所述传感器具有位于第一个平面上的辐射敏感元件(1)，当辐射入射于所述元件上时产生一个与入射辐射相应的电讯号，以及一个安装于所述元件和所述源之间的不透辐射屏幕(3)，所述传感器的特征是所述屏幕具有第一复数组平行孔/缝排，每排孔/缝具有一个或多个纵向对齐，宽度狭窄的孔/缝(A(j))位于第一个平面里，和第二复数组平行孔/缝排，每排孔/缝具有一个或多个纵向对齐，宽度狭窄的孔/缝(B(j))位于所述第一个平面里，并与所述第一组孔/缝排相互垂直延伸；其中

(a)所述第一个平面与第二个平面平行；

(b)所述元件与所述屏幕对齐，而且相邻的所述第一复数组孔/缝排间相隔，以至当所述源在所述传感器所设计操作范围内时，从所述源发出的辐射通过所述第一复数组孔/缝排中至少三相邻排能同时入射到所述元件上至少三个独立辐射敏感点；

(c)所述元件与所述屏幕更加调整对齐，而且相邻的所述第二复数组孔/缝排间相隔，以至当所述源在所述传感器所设计操作范围内时，从所述源发出的辐射通过所述第二复数组孔/缝排中至少三相邻排能同时入射到所述元件上至少三个独立辐射敏感点；

(d)由所述第一复数组孔/缝排中任何三相邻排求得的以下距离间的比例：(ⅰ)所述三相邻第一复数组排中的第一外侧与中间排的间距离(Si-1))；(ⅱ)所述三相邻第一复数组排中的第二外侧与所述中间排的间距离(S(i))；都与由任何其它三相邻第一复数组排求得的所述比例不相同；以及

(e)由所述第二复数组孔/缝排中任何三相邻排求得的以下距离间的比例：(ⅰ)所述三相邻第二复数组排中的第一外侧与中间排的间距离W(j-1))；所述三相邻第二复数组排中的第二外侧与所述中间排的间距离W(j))；都与由任何其它三相邻第二复数组排求得的所述比例不相同。

20、一个由一复数组平行孔/缝排中识别出一特殊排的方法，所述孔/缝排位于一个隔开一辐射源(5)与一参考平面(15)的不透幅射屏幕(3)里，每排孔/缝具有一个或多个纵向对齐，宽度狭窄的孔/缝(4)，从所述源发出的辐射通过所述特殊排入射到一个位于所述屏幕与所述参考平面间的一个辐射敏感元件(1)上的至少两个独立辐射敏感点(8A,8B)，所述两点与所述参考平面间隔不同的距离，所述识别方法的特征步骤如下：

(a)为每一排所述孔/缝，预先测定一个由所述源发出的辐射通过所述一排孔/缝就会入射到所述元件上的角度范围；

(b)为任何两个所述的点：(ⅰ)推算出角度θ=arctan(SID/HT)，式中SID是和参考平面平行而与所述孔/缝排相垂直方向的点间距离向量，HT是与参考平面相垂直方向的点间距离向量；(ⅱ)将推算出的角度θ与所述预定的角度范围作比较；然后，(ⅲ)选择那排其预定角度范围包含所述推算出之角度θ的孔/缝为那所述的特殊排，经过它后由所述源发射出的辐射才入射到所述元件上。

21，一个由一复数组平行孔/缝排中识别出一特殊排的方法，所述孔/缝排位于一个隔开一辐射源(5)与一参考平面(15)的不透辐射屏幕(3)里，每排孔/缝具有一个或多个纵向对齐，宽度狭窄的孔/缝(4)，从所述源发出的辐射通过所述特殊排发射到一个位于所述屏幕与所述参考平面间的一个辐射敏感元件(1)上的至少两个独立辐射敏感点(8A,8B)，所述两点与所述参考平面间隔不同的距离，所述识别方法的特征步骤如下：

(a)为每一排所述孔/缝，预先测定一个方向与所述参考平面平行，与所述孔/缝排成垂直，而由所述源发出的辐射通过所述一排孔/缝就会入射到所述元件上的距离向量范围；

(b)为任何两个所述的点：(ⅰ)推算出方向上与所述参考平面平行而与所述孔/缝排相垂直的所述点间的距离向量(SID)；(ⅱ)将所述推算出的距离向量与所述预定的范围值作比较；然后(c)选择那排其预定范围值包含所述推算出之距离向量的孔/缝为那所述的特殊排，经过它后由所述源发射出的辐射才入射到所述元件上。

22．一个由一复数组不行孔/缝排(S(i))中识别出三特殊排的方法，所述孔/缝排位于一个隔开一辐射源(5)与一参考平面的不透辐射屏幕里，每排孔/缝具有一个或多个纵向对齐，宽度狭窄的孔/缝，从所述源发出的辐射通过所述特殊排入射到位于所述屏幕与所述参考平面间的一个辐射敏感元件(1)上的至少第一，第二和第三个独立辐射敏感点，所述屏幕的设计使得由任何三相邻排求得的以下预定距离间的比例：(ⅰ)所述三相邻排中的第一外侧与中间排的间距离(S(i-1))；(ⅱ)所述三相邻排中的第二外侧与中间排的间距离(S(i))的比例；都与任何其它三相邻的所述比例不相同；所述识别方法的特征步骤如下：

(a)测定那方向上与所述参考平面平行且与所述孔/缝排的一条纵向轴成垂直的所述第一和第二点之间的距离D_1-2；

(b)测定那方向上与所述参考平面平行且与所述孔/缝排的一条纵向轴成垂直的所述第二和第三点之间的距离D_2-3；

(c)推导距离恍例R=D_1-2/D_2-3；

(d)选择其所述预定的比例与所述推算出的比例R最接近的三相邻排为那所述的三特殊排，经过它们后由源发射出的辐射才入射到所述元件上。

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