Сканирующее устройство

 

СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее плоское зеркало со сферической тыльной стороной, соединенной с пьезоэлектрическим преобразователем , подключенным к генератору высокочастотных электрических колебаний , отличающееся тем. что, с целью повышения точности сканирования при увеличении ресурса работы , в устройство дополнительно введен умножитель частоты, а пьезоэлектрический преобразоват ель жестко закреплен на тыльной стороне зеркала по оси его симметрии и выполнен в виде пьезокерамического цилиндра, поляризованного в ргщиальном направлении и снабженного внутренним и наружным электродами, причем внутренний электрод расположен по оси цилиндра , а наружный - по внешней поверхности цилиндра и разделен равномерно на четыре зоны, две из которых, а также внутренний электрод, подключены к генератору высокочастот-й ных электрических колебаний через СО умножитель частоты. gJT Х f /4 (J гп

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3151) G 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbtTMA (21) 3543413/18-25 (22) 13.01.83 (46) 30.10.84. Бюл. 9 40 (72) В.И.Алексеенко, P.Þ.Âàíñÿâè÷þñ, А.В.Бусилас и К.М.Рагульскис (71) Каунасский политехнический ичститут им. Антанаса Снечкуса (53) 535.8 (088.8) (56) 1.Патент ФРГ 9 2506480, кл. G 02 F 1/29, опублик. 1976.

2.Авторское свидетельство СССР

М 862710, кл. G 02 F 1/33, 1980 ° (54)(57) СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержацее плоское зеркало со сферической тыльной стороной, соединенной с пьезоэлектрическим преобразователем, подключенным к генератору высокочастотных электрических колебаний, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности сканирования при увеличении ресурса работы, в устройство дополнительно вваден умножитель частоты, а пьезоэлектрический преобразователь жестко закреплен на тыльной стороне зеркала по оси его симметрии и выполнен в виде пьезокерамического цилиндра, поляризованного в радиальном направлении и снабженного внутренним и наружным электродами, причем внутренний электрод расположен по оси цилиндра, а наружный — по внешней поверхности цилиндра и разделен равномерно на четыре эоны, две из кото рых, а также внутренний электрод, подключены к генератору высокочастот-Я ных электрических колебаний через умножитель частоты.

1121642

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам отклонения оптического луча, и может быть использовано при создании сканирующих систем в лазерной локации, связи, робототехнике.

Известно сканирующее устройство, содержащее зеркало, сопряженное с пьезоэлектрическим преобразователем, подключенным к генератору высокочастотных электрических колебаний (lf.

Наиболее близким к предлагаемому является сканирующее устройство, содержащее плоское зеркало со сферической тыльной стороной, соединенной с пьезоэлектрическим преобразователем, подключенным к генератору высокочастотных электрических колебаний 2 3.

Недостатками известного устройства являются снижение точности сканирования за счет влияния одной координаты на другую, а также ограничение ресурса сканирования, так как импульсы приводного усилия, поворачивающего зеркало, вызваны косыми соударениями в зоне фрикционного контакта пьезоэлектрического преобразователя, которые приводят к износу как рабочей поверхности пьезоэлектрического преобразователя, так и сферической тыльной стороны плоского зеркала.

Цель изобретения — повышение точности сканирования при увеличении ресурса работы.

Поставленная цель достигается тем, что в сканирующее устройство, содержащее плоское зеркало со сферической тыльной стороной, соединенной с пьезоэлектрическим преобразователем, подключенным к генератору высокочастотных электрических колебаний, дополнитЕльно введен умножитель частоты, а пьезоэлектрический преобразователь жестко закреплен на тыльной стороне зеркала по оси его симметрии и выполнен в виде пьезокерамического цилиндра, поляризованного в радиальном направлении и снабженного внутренним и наружным электродами, причем внутренний электрод расположен по оси цилиндра, а наружный — по внешней поверхности цилиндра и разделен равномерно на четыре зоны, две из которых, а также внутренний электрод подключены к генератору высокочастотных электрических колебаний через умножитель частоты.

На фиг. 1 изображено сканирующее устройство в разрезе по вертикали; на фиг. 2 — поперечный разрез пьезоэлектрического преобразователя и схема подключения его электродов; на фиг. 3 — временные диаграммы изгибных н продольных колебаний пьезоэлектрического преобразователя.

Сканирующее устройство содержит корпус l сопряженный с плоским зеркалом 2. Зеркало 2 сопрягается, с корпусом 1 своей сферической тыльной стороной. Сопрягаемая поверхность корпуса l также выполнена в виде сферического пояска. Силовое замыкание зеркала 2 и корпуса 1 осуществляется постоянным магнитом 3.

На тыльной стороне зеркала 2 в вершине сферической поверхности по оси симметрии зеркала 2 жестко закреплен пьезоэлектрический преобразователь 4. Пьезоэлектрический преобразователь 4 выполнен в виде пьезокера-. мического цилиндра, поляризованного в радиальном направлении. Внутренний электрод 5 преобразователя 4 расположен по оси цилиндра, а наружный электрод 6 расположен по внешней стороне поверхности цилиндра и равномерно по периметру разделен на четыре зоны.

Зоны наружного электрода, расположенные диаметрально, образуют пары. Одна пара подключена к генератору 7 высокочастотных электрических колебаний, другая пара и центральный электрод подсоединены к генератору высокочастотных электрических колебаний через умножитель частоты 8 (фиг. 2) .

Сканирующее устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения генератора

7 на пару зон наружного электрода 6 пьезопреобразователя 4 в последнем возбуждаются резонансные изгибные колебания частотой f (фиг.3,а). Пьезопреобразователь 4 жестко прикреплен к зеркалу 2, à его масса и разме ры подобраны таким образом, что его изгибные колебания передаются зеркалу с той же частотой f в виде инерционных импульсов силы, стремящихся повернуть зеркало в положительный полупериод колебаний в одном направлении, а в отрицательный полупериод колебаний — в противоположном. Инер— ционные импульсы силы стремятся повернуть зеркало в плоскости действия изгибных колебаний. При дополнительной подаче напряжения генератора 7 через умножитель частоты 8 на внутренний электрод 5 и другую пару зон наружного электрода 6 пьезопреобразователя 4 (фиг. 2) в пьезопреобразователе 4 возбуждаются резонансные продольные колебания с частотой пхf, где 5-10. Эти продольные колебания распространяются в теле зеркала 2 и уменьшают момент трения в сферическом сопряжении зеркала 2 и корпуса 1. Дополнительное возбуждение продольных резонансных колебаний частотой 1 в пьезопреобразователе 4 осуществляется для поворота зеркала 2 вперед в положительный полупериод изгибных колебаний пьезо112) 642

А Vnp

А Кар

Фиг. 7

Фиг.2

ВНИИПО Заказ 7977/36 Тираж 496 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4 преобразователя 4 (фиг. 3, б) . Схема определения полярности полупериодов не показана.

В положительный полупериод пьеэопреобразователь 4 совершает изгибные резонансные колебания с частотой и продольные резонансные колебания с частотой nxf . В отрицательный полупериод пьезопреобразователь 4 совершает только изгибные резонансные колебания с частотой (о

Таким образом в положительный полупериод на зеркало 2 действует инерционный импульс силы, стремящейся

его повернуть, и уменьшенный момент трения в сферическом сопряжении 3ер- 5 кала 2 и корпуса 1 (фиг. 3). В отрицательный полупериод на зеркало 2 . действует инерционный импульс силы, стремящийся его повернуть в противоположном направлении, и неуменьшенный момент трения в сферическом сопряжении. Величина неуменьшенного момента трения в сферическом сопряжении зеркала 2 и корпуса 1 определяется силой постоянного магнита 3.

Действие на зеркало 2 инерционных импульсов силы, направленных противоположно в разных полупериодах резонансных иэгибных колебаний, и неравных в этих полупериодах моментов трения в сферическом сопря- 30 жении зеркала 2 и корпуса 1 приводит к повороту зеркала в момент действия уменьшенного момента трения (фиг. За, б).

Реверс осуществляется путем воз- 35 буждеьия продольных колебаний пьеэопреобразователя 4 во время отрицаАса иЮг тельного полупериода иэгибных колебаний (фиг. 3, в).

Сканирование по второй координате осуществляется переключением пар зон наружного электрода. Пара, которая подключена напрямую к генератору 7, подключается вместе с внутренним электродом через умножитель частоты 8. Пара, которзя подключена с внутренним электродом ереэ умножитель частоты 8, подключается напрямую к генератору 7. Эти переключения выполняются коммутирующим устройством (не показано) ° При описанных переключениях изгибные колебания возбуждаются в плоскости, перпендикулярной их первоначальной плоскости того же направления, что и вызывает действие инерционных импульсов силы в плоскости, перпендикулярной riepвоначальной, т.е. происходит сканирование по второй координате °

Таким образом, в предлагаемом устройстве сканирование осуществляется от пьезопреобразователя, относительно которого зеркало в процессе сканирования не изменяет своего положения ° Это позволяет сканировать относительно системы координат, связанной с зеркалом, что устраняет влияние одной координаты на другую, Кроме того, в сферическом сопряжении зеркала 2 и корпуса 1 не действуют косые соударения пьеэопреобразователя 4 с опорной поверхностью зеркала, изнашивающие эту поверхность.