Двухкоординатное однозеркальное сканирующее устройство

 

Изобретение относится к области управления направлением оптического излучения и позволяет повысить точность, улучшить динамические характеристики устройства. Для этого в него введена стабилизирующая магнитная система, полюс 6 которой представляет собой цилиндр, размещенный по оси зеркала 1. Второй полюс 7 выполнен в виде отдельных головок, размещенных по окружности . Стабилизирующая магнитная система вызывает появление возвращающего усилия при наклоне полусферы 2, что позволяет менять масштаб сканирования изменением тока в обмотке 8. Торцы П-образного магнита 9 управляющей системы имеют разновысокие уступы для управления положением полусферы 2 с зеркалом 1, закрепленным на шайбе 4. 3 ил. гчэ 00 оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (р 4 Й 02 В 26 08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ БИБЛОСУ;:,:."g„ (21) 3744619/24-10 (22) 22.05.84 (46) 30.07.86. Бюл. № 28 (71) Новосибирский государственный университет им. Ленинского комсомола и Институт автоматики и электрометрии СО AH

СССР (72) Б. И. Спектор и Л. В. Выдрин (53) 681. 4 (088. 8 ) (56) Авторское свидетельство СССР № 1068872, кл. G 02 В 27/17, 1982. (54) ДВУХКООРДИНАТНОЕ ОДНОЗЕРКАЛЬНОЕ СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к области управления направлением оптического излучения

„„SU„„1247813 д1 и позволяет повысить точность, улучшить динамические характеристики устройства. Для этого в него введена стабилизирующая магнитная система, полюс 6 которой представляет собой цилиндр, размещенный по оси зеркала 1. Второй полюс 7 выполнен в виде отдельных головок, размещенных по окружности. Стабилизирующая магнитная система вызывает появление возвращающего усилия при наклоне полусферы 2, что позволяет менять масштаб сканирования изменением тока в обмотке 8. Торцы П-образного магнита 9 управляющей системы имеют разновысокие уступы для управления положением полусферы 2 с зеркалом 1, закрепленным на шайбе 4. 3 ил.

12478!3

Изобретение относится к управлению направлением оптического излучения и может быть использовано при обработке графической информации, автоматическом фотометрировании оптических изображений вводе и выводе графической информации в элект- 5 ронных цифровых вычислительных машинах, в системах стабилизации поля зрения при построении лазерных дисплеев и маркеров различного назначения, устройств контроля на их основе. 10

Целью изобретения является повышение точности и улучшение динамических характеристик.

На фиг. 1 схематически изображено двухкоординатное однозеркальное сканирующее устройство; на фиг. 2 — магнитопровод управляющего магнита; на фиг. 3 — положение полюсов управляющих магнитов на развертке экваториальной зоны подвижного магнитопровода.

Устройство состоит из зеркала 1, установленного в полусфере 2, в которои стержень 3

20 шайба 4 и экваториальная зона 5 полусферы 2 образуют подвижный магнитопровод, стабилизирующего электромагнита с первым полюсом 6, вторыми полюсами 7 и обмоткой 8, П-образного управляющего электромагнита 9 с обмоткой О, корпуса в виде шарового сегмента 11 с отверстием 12 для подачи газа.

Толщина шайбы 4L в месте сопряжения со стержнем должна удовлетворять условию

1 ) 1- где Р— диаметр стержня. Это не- З0 ч 7 обходимо для сохранения эффективного рабочего сечения магнитопровода полусферы.

При этом торце полюс стабилизирующего электромагнита, введенного в корпус, должен быть выполнен с диаметром, равным диаметру центральной части полусферы. В этом случае существует единственное»оложение, к которому стремится подвижная полусфера, и в котором сопротивление магчитному потоку минимальное.

Торцы-полюса П-образного управляю- 40 щего электромагнита (на фиг. 2 обозначены

А и Б) выполнены с разновысокими уступами для управления положением подвиж»ой полусферы. Полюс А при наклоне полусферы не выходит за пределы экваториальной зоны и сопротивление магнитному потоку остается постоянным. Полюс Б в исходном положении подвижной полусферы находится почти полностью за пределами экваториальной зоны.

Устройство работает следующим образом.

Магнитопровод, включающий стержень 3, шайбу 4 и экваториальную зону 5 полусферы 2, выполненный из магнитопроводящего материала, обеспечивает взаимодействие подвижной полусферы с магнитным полем стабилизирующего 6, 7 и управляющих магии- д тов 9, т. е. замыкает магнитный поток стабилизирующего и управляющего электромагнитов, чем обеспечивается взаимодействие.

При подаче напряжения в обмотку стабилизирующего электромагнита возникают усилия в направлении полюсов магнита, усилия на полюсах 7 (фиг. 3) взаимно компенсируются.

Усилие на другом полюсе обеспечивает силовое замыкание в шаровой опоре. При качении подвижной полусферы в пределах рабочего угла полюсы 7 (фиг. 3) не выходят за пределы экваториальной зоны подвижного магнитопровода и рабочее сечение магнитопровода на этой поверхности не меняется. Вместе с тем рабочее сечение в торце стержня 3 при любом наклоне уменьшается, что приводит к появлению момента (усилия), возвращающего полусферу в исходное положение.

При подаче напряжения на обмотку Побразного управляющего электромагнита появляется усилие, смещающее подвижную полусферу в сторону увеличения сечения магнитопровода в зазоре. Одновременно при наклоне подвижной полусферы появляется возвращающее усилие, вызванное стабилизирующим электромагнитом. При этом величина этого усилия зависи от двух параметров: угла наклона подвижной полусферы и величины тока в обмотке стабилизирующего электромагнита. Это возвращающее усилие всегда направлено к нормальному положению подвижного элемента, а значит, изменяя ток в обмотке стабилизирующего электромагнита, можно менять масштаб сканирования.

Полжение полусферы при этом определяется равновесием управляющего усилия и реакции стабилизирующего электромагнита.

Управляющие магниты могут включаться поодиночке и в комбинации.

В конструкции коаксиальная часть стабилизирующего электромагнита выполнена дискретным образом в виде четырех отдельных головок, а для предотвращения вращения подвижной полусферы относительно нормальной оси в экваториальной части полусферы выполнены углубления симметрично относительно мест сопряжения второго полюса стабилизирующего электромагнита и полусферы.

Это приводит к устранению вращения полусферы относительно нормальной оси, что также повышает точность (в известном устройстве при отсутствии такой стабилизации возникает неоднозначность положения сканирующего пятна, вызванная неперпендикулярностью отражающей поверхности зеркала к нормальной оси сегмента).

Устранение вращения позволяет значительно снизить требования к сборке устройст ва. При этом неперпендикулярность отражающей поверхности зеркала к оси стержня приводит лишь к постоянному начальному смещению сканирующего пятна.

1247813

Использование для управления подвижным элементом прецизионных ЦАП под управлением ЭВМ и отсутствие механического гистерезиса в системе позволяет реализовать устройство отклонения луча света без обратной связи по положению с высокими метрологическими характеристиками.

Стабилизирующая система в любых пространственных положениях остается работоспособной, что расширяет схемотехнические возможности. 10

Особенностью данной системы является то, что она защищена от случайных воздействий тока на управляющие обмотки, т. е. при повышении тока возрастает магнитное поле и изменяется положение подвижного элемента, но как только плоскость зеркала становится параллельной линии, соединяющей полюса управляющего П-образного магнита, повышение тока в обмотке и магнитного поля не приводит к изменению положения зеркала. (во всех известных системах для обеспечения защиты подвижного элемента приходится применять дополнительные следящие за положением подвижного элемента устройства, которые предохраняют зеркало от разрушающих воздействий в резуль тате случайных сбоев (ошибок) в системе 25 управления).

Применение в данной конструкции аэростатической опоры позволяет также повысить точность отклонения за счет того, что отработавший газовый поток, постоянно смывая подвижную полусферу, позволяет термостабилизировать ее и режим работы обмоток управляющих электромагнитов.

В данном решении применена полная пространственная стабилизация подвижного элемента по трем независимым пространственным координатам, что эквивалентно наличию нуль-органа.

Формула изобретения

Двухкоординатное однозеркальное сканирующее устройство, содержащее зеркало в полусферическом кар. асс, размещенном в корпусе на подвесе с управляюц:,-.й магнитной системой, отличающееся тем. то, с целью повышения точности и улучшения динамических характеристик, оно дополнительно снабжено стабилизирующей магнитной системой, один полюс которой выполнен в виде цилиндра и размещен в корпусе по оси зеркала, а второй полюс выполнен в виде отдельных головок, размещенных по окружности на корпусе симметрично оси зеркала, управляющая магнитная система выполнена в виде электромагнитов П-образной формы, выступы которых попарно симметричны оси зеркала, полусферический каркас состоит из шайбы, на которой закреплено зеркало, боковая поверхность которой сферическая и выполнена из магнитного материала и сферического сегмента из немагнитного материала, и снабжен стержнем, размещенным внутри полусферы по ее оси, а поверхности выступов управляющих и головок стабилизирующих электромагнитов выполнены с вогнутыми сферическими поверхностями с радиусом, равным радиусу сферического углубления в корпусе, в котором размещен полусферический каркас, а выступы размещены на различной высоте в зоне сферической поверхности шайбы.

1247813

Составитель В. Дринь

Редактор Н. Швыдкая Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ 4!2)/46 Тираж 50! Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <<Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4