Дефлектор света

 

Использование: оптическое и оптоэлектронное приборостроение для сканирования световых пучков в пределах углов 1-5°. Сущность изобретения: сканирующее зеркало закрепляют в подвижной платформе на упругом подвесе из упругих пластин, связанных со свободными концами консольно закрепленных пьезоприводов, и в него дополнительно введена вторая группа упругих пластин параллельно плоскости первой группы пластин и зеркала, которая связана с подвижной платформой, а вторые концы упругих пластин закреплены неподвижно. 6 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 02 В 26/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ (54) ДЕФЛЕКТОР СВЕТА

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4878379/10 (22) 29.10.90 (46) 30.11.92. Бюл. ЬЬ 44 (71) Институт технической кибернетики АН

БССР (72) В.К.Ероховец, l0.В.Ларченко и А.M.Ëåонов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1448328, кл. G 02 В 26/10, 1986.

Заявка ФРГ М 3542154, кл. G 02 В 26/08, 1986.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в различных оптико-электронных и лазерных приборах для двухкоординатного сканирования световых пучков в пределах углов 1-50.

Известен дефлектор света, содержащий консольно закрепленный пьезопривод и зеркало, установленное на свободном конце пьезопривода (А.с. СССР N. 1448328, БИ

N 48. 1988).

Недостатком этого дефлектора является то, что с его помощью невозможно получить большие углы сканирования (в практически реализованной в Ин-те техн. кибернетики АН БССР конструкции удалось. обеспечить угол сканирования 0,2х 0,5 ).

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предложенному является дефлектор света, содержащий зеркало, установленное на подвижной плат„„ Ы„„1778738 А1 (57) Использование: оптическое и оптоэлектронное приборостроение для сканирования световых пучков в пределах углов 1-50.

Сущность изобретения: сканирующее зеркало закрепляют в подвижной платформе на упругом подвесе из упругих пластин, связанных со свободными концами консольно закрепленных пьезоприводов, и в него дополнительно введена вторая группа упругих пластин параллельно плоскости первой группы пластин и зеркала, которая связана с подвижной платформой, а вторые концы упругих пластин закреплены неподвижно. 6 ил. форме, которая закреплена в упругом подвесе, состоящем из четырех упругих пластин, ориентированных по нормали к плоскости зеркала, а также четыре консольно закрепленных пьезопривода, плоскость наименьшей жесткости которых параллельна плоскости зеркала, а свободные концы соединены с соответствующими упругими пластинами.

Недостатками известного дефлектора являются низкое быстродействие и малый угол сканирования. Первопричиной указанных недостатков является расположение пьезоприводов в плоскости, параллельной плоскости зеркала. Такая конструкция делает задачи повышения быстродействия дефлектора и увеличения угла сканирования. взаимно конкурирующими. С одной стороны пьезоприводы должны быть достаточно широкими, так как только в этом случае они могут быть жесткими, что необходимо для

1778738

25

50 увеличения частоты первого механического резонанса, определяющей быстродействие дефлектора (решение этой задачи путем увеличения толщины пьезопривода или уменьшения его длины невозможно, т.к. приводит к уменьшению величины деформации пьезопривода), а с другой стороны, эти же пьезоприводы должны быть достаточно узкими, т.к. только в этом случае их концы могут быть приближены к центру зеркала, что необходимо для увеличения коэффициента редукции при передаче перемещения от пьезоприводов к зеркалу. Практически при проектировании дефлектора данной конструкции разработчик должен идти на компромисс, ограничиваясь средними углами сканирования (1-5 ) и невысоким быстродействием.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства путем увеличения жесткости пьезоприводов и увеличение угла . сканирования светового луча путем увеличения коэффициента редукции при передаче перемещения от пьезоприводов к зеркалу.

Цел ь достигается тем, что дефлектор света, содержащий зеркало, установленное на подвижной платформе, закрепленной в упругом подвесе, состоящем из первой группы упругих пластин, и консольно закрепленные пьезоприводы. соединенные свободными концами с упругими пластинами, согласно изобретению, содер>кит вторую группу уп ругих пластин, расположенных, как и первая группа, параллельно плоскости зеркала, причем упругие пластины второй группы с одной стороны соединены с подвижной платформой, а с другой стороны неподви>кно закреплены, а оси пьезоприводов ориентированы перпендикулярно плоскости зеркала.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов (второй группы упругих пластин) и новой взаимной ориентацией известных элементов, что .обеспечивает заявляемому устройству соответствие критерию изобретения "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия", В предлагаемой конструкции удаление концов пьезопривода от центра зеркала определяется длиной упругих элементов и может быть значительно больше (в 3-10 раз), чем в прототипе. Во столько же раз увеличивается. и жесткость пьезоприводов, что обеспечивает соответствующее увеличение быстродействия. При этом увеличение быстродействия не ограничивает возможность увеличения угла сканирования путем изменения расстояния между группами упругих пластин.

Конструкция дефлектора в сечении плоскостью XOZ приведена на фиг, 1. На фиг. 2 показан вид упругого подвеса в плоскости

ХОУ, на фиг. 3 показана конструкция пластин, соединяющих пьезоприводы с подвижной платформой, в плоскости ХОУ, на фиг. 4 показана конструкция пьезопривода в сечении плоскостью наименьшей жесткости (стрелками показано направление поляризации), на фиг. 5 представлена электрическая схема дефлектора, на фиг. 6 — конструкция дефлектора в деформированном состоянии, возникающем при подаче на пьезоприводы управляющего напряжения.

Дефлектор света состоит из зеркала 1, установленного на подвижной платформе 2, которая закреплена в упругом подвесе, состоящем иэ четырех упругих пластин 3-6, расположенных в плоскости XOY параллельно плоскости зеркала 1 и ориентированных друг относительно друга на угол 90 и четырех пьезоприводов 7-10 длиной L, консольно закрепленных с одной стороны, а с другой стороны соединенных с подвижной платформой 2 через упругие пластины

11-14. Продольные оси пьезоприводов 7-11 ориентированы параллельно оси OZ и перпендикулярно плоскости упругих пластин

11-14, расположенных параллельно плоскости на расстояНии XOY от плоскости упругих пластин 3-6. Плоскости наименьшей жесткости пьезоприводов 7,9 совпадают с плоскостью XOZ, а плоскости наименьшей жесткости пьезоприводов 8,10 совпадают с плоскостью YOZ.

Пьезопривод дефлектора состоит из двух пьезокерамических пластин 15 и 16 с электродами 17-20 на боковых поверхностях. Пьезокерамические пластины 15 и 16 поляризованы по толщине в одном направлении и соединены между собой боковыми плоскостями (на фиг, 4 пьеэокерамические пластины условно изобра>кены на некотором расстоянии друг от друга с целью показать соединение электродов между собой).

Внутренние электроды 17,18 соединены между собой и с входом 1 пьезопривода, а внешние электроды 19-20, также соединенные между собой, соединены с входом 2 пьезопривода.

Входы 1 пьезоприводов 7 и 9 соединены между собой и с входом Х дефлектора, а входы 1 пьезоприводов 8 и 10, также соединенные между собой, соединены с входом Y

1778738 дефлектора. Входы 2 всех пьезоприводов заземлены, Дефлектор света работает следующим образом. 5

Электрический сигнал, поступающий на вход Х устройства и через него — на входы 1 пьезоприводов 7 и 9 и далее на внутренние электроды 17 и 18, создает электрическое поле между этими электродами и внешними 10 электродами 19, 20, что, благодаря обратному пьезоэффекту, вызывает деформацию пьезокерамических пластин 15 и 16. Так как направление электрического поля в пьезокерамической пластине 15 противоположно на- 15 правлению электрического поля в пьезопластине 16, а направления поляризации этих пластин одинаковы, то деформации пьезокерамических пластин 15 и 16 противоположны. Вследствие деформации пьезоке- 20 рамических пластин 15 и 16 пьезоприводы 7 и 9 изгибаются в плоскости наименьшей жесткости XOZ и их концы перемещаются синхронно вдоль оси Ох, увлекая за собой через упругие пластины 11 и 13 соответст- 25 вующую часть подвижной платформы 2. Совместное действие на подвижную платформу 2 подвижных упругих пластин 11 и 13 и неподвижных упругих пластин 3 и 15 приводит к ее повороту относительно оси 30

Оу (см. фиг. 6) на угол ф = Q 1 /2 Л, где ф угол поворота конца пьезопривода. Другими словами, упругие пластины 3,5,11 и 13 выполняют в данной конструкции роль упpyroro редуктора, увеличивающего угол по- 35 ворота в 1 /2Ь раз. Поворот подвижной платформы 2 вызывает соответствующий поворот соединенного с ним зеркала 1 и отклонение отраженного от зеркала светового луча на угол 2 ф по оси Ох.

Аналогично электрический сигнал, поступающий на вход Y устройства, вызывает изгиб пьезоприводов 8 и 10, который через систему упругих пластин 12,14,4 и 6 обеспечивает поворот подвижной платформы 2 и зеркала 1 относительно оси Ох и отклонение светового луча по.оси Оу.

По сравнению с аналогом, предлагаемое техническое решение позволяет существенно (в 5-10 раз) увеличить угол отклонения светового луча, а по сравнению с прототипом (патент ФРГ NÜ 2656115) оно расширяет область применения устройства за счет обеспечения возможности двухкоординатного управления лучом.

Формула изобретения

Дефлектор света, содержащий зеркало, установленное на подвижной платформе, закрепленной в упругом подвесе, состоящем из первой группы упругих пластин, и консольно закрепленные пьезоприводы, соединенные свободными концами с упругими пластинами, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия путем увеличения жесткости пьезоприводов и увеличения угла сканирования светового луча путем увеличения редукции при передаяе перемещения от пьезоприводов к зеркалу, в него введена вторая группа упругих пластин, все пластины размещены параллельно плоскости зеркала, причем упругие пластины второй группы с одной стороны соединены с подвижной платформой, а с другой стороны — закреплены неподвижно, а оси пьезоприводов ориентированы перпендикулярно плоскости зеркала.

1778738

Фиг. 2

Фиг. 3

1778738

1778738

Фиг.6

Составитель Ю. Ларченко

Редактор A. Лошкарева Техред М.Моргентал

Заказ 4193 Тираж

8НИИПИ Гос а р . Подписное

Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина 1 "1