Устройство для микроперемещения оптических элементов

 

Изобретение может быть использовано для прецизионного перемещения элементов оптических систем в соответствии с расчетными зависимостями в панкратических системах. Цель изобретения - повьшение точности устройства и уменьшение его массы и габаритов . Перемещение установленных в цилиндрической оправе 4 оптических элементов 5 осуществляется с помощью пьезоэлектрических двигателей, преобразующих электрические сигналы высокой частоты блока 2 управления в продольные механические колебания, передаваемые волноводам 3. Выполнение волноводов 3 в виде пологе усеченного конуса, ось которого перпендикулярна плоскости пьезоэлектрического двигателя 6, обеспечивает определенное направление распространения механических колебаний рабочей части волновода 3 от меньшего основания его к большему, что вызывает поступательное движение перемещаемых оптических элементов в одном направлении. Форма волноводов 3 и оправы 4 исключает смещение оптических осей элементов 5 относительно друг друга при знакопеременных нагрузках и максимальиом перемещении . Приведена блок-схема блока 2 управления устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ф С/) J

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (П) (51) 4 С 02 В 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 391 7314/24-10 (22) 11.04.85 (46) 07.03.87, Бюл. ¹ 9 (72) В.M.Êoëåøêî, С.С.Кривоносов, Н.С.Иванов, К.В.Уласевич и А.П.Шкадаревич (53) 535.816(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 960101, кл. В 65 G 27/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 9!3483, кл. Н 01 L 41/08, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЯ

ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ (57) Изобретение может быть использовано для прецизионного перемещения жементов оптических систем в соответствии с расчетными зависимостями в панкратических системах. Цель изобретения — повьппение точности устройства и уменьшение его массы и габаритов. Перемещение установленных в цилиндрической оправе 4 оптических элементов 5 осуществляется с помощью пьезоэлектрических двигателей, преобразующих электрические сигналы высокой частоты блока 2 управления в продольные механические колебания, передаваемые волноводам 3. Выполнение волноводов 3 в виде пологс усеченного конуса, ось которого перпендикулярна плоскости пьезоэлектрического двигателя 6, обеспечивает определенное направление распространения механических колебаний рабочей части волновода 3 от меньшего основания его к большему, что вызывает поступательное движение перемещаемых оптических элементов в одном направлении. Форма волноводов 3 и оправы 4 исключает смещение оптических осей элементов 5 относительно друг друга при знакопеременных нагрузках и максимальном перемещении. Приведена блок-схема блока 2 управления устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

II 5

1 12953

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для прецизионного перемещения элементов оптических систем в соответствии с расчетными зависимостями в панкратических системах.

Цель изобретения — повышение точности перемещения элементов оптической системы, а также уменьшение ее габаритов и веса. 1О

На фиг.l изображена структурная схема устройства; на фиг.2 — схема блока управления устройства.

Устройство состоит из блока 1 ультразвукового привода и блока 2 управления.

Блок ультразвукового привода содержит два волновода 3, выполненных в виде усеченного конуса и располол) женных на одной оси, внутри которых расположена цилиндрическая оправа 4 с оптическими подвижными элементами 5.

К торцам волноводов 3 прикреплены пьезоизлучатели 6 и отражающие накладки 7, В состав устройства входит также неподвижный оптический элемент

8, который может быть установлен как внутри оправы 4, так и вне ее.

Блок 2 управления (фиг.2) содержит датчик 9 перемещения, цифровую клавиатуру 10, кнопку 11, преобразователь 12 перемещение — скорость, на вход которого приходит сигнал от датчика 9 перемещения, а первый выход преобразователя 12 перемещение — скорость соединен с первым входом схемы

13 сравнения, второй вход подключен вместе с выходом цифровой клавиатуры

10 к информационному входу счетчика

14. Первый и второй входы схемы 13 сравнения подключены соответственно к второму входу элемента И 15 и первому входу элемента И-16. Первый

45 вход элемента И 15 и второй вход элемента И 16 соединены с вторым выходом преобразователя перемещение— скорость, а выходы элементов И 15 и

16 соединены соответственно с входом обратного счета и с входом прямого

50 счета счетчика 14, первый и второй выходы которого подключены соответственно ко входам цифроаналоговых преобразователей 17 и 18, выходы которых соединены соответственно с входа55 ми усилителей 19 и 20, вход предварительной записи счетчика 14 соединен с кнопкой ll. Блок 2 управления со54 2 держит также концевые выключатели 21 и 22, кнопку 23, элементы ИЛИ 24 и 25, триггеры 26 и 27, причем выход концевого выключателя 21 соединен с информационным входом триггера 26 и первым входом элемента ИЛИ 25, а вход синхронизации триггера 26 соединен с выходом элемента ИЛИ 24, первый вход которого соединен с выходом кнопки 23 и вторым входом элемента

ИЛИ 25, третий вход которого соединен с вторым .выходом элемента ИЛИ 24, выходом концевого выключателя 23 и информационным входом триггера 27, вход синхронизации которого соединен с выходом элемента ИЛИ 25. Выход усилителя 19 подключен к входу задающего генератора 28, выход которого через предварительный усилитель 29 подключен к входам оконечных усилителей

30 и 31, выход оконечного усилителя

30 подключен к первому входу аттеню1 атора 32, к второму входу которого подключен выход усилителя 20. Выходы аттенюатора 32 и оконечного усилителя 31 соединены соответственно с первыми входами ключей 33 и 34, с вторыми входами которых соединены выходы триггеров 26 и 27 соответственно, а выходы ключей 33 и 34 подключены к блоку 1 ультразвукового привода перемещения.

Устройство работает следующим образом.

С помощью цифровой клавиатуры 10 формируется N-разрядный двоичный код требуемой скорости, который подается на схему 13 сравнения (канал В) и счетчик 14. Код реальной скорости, который подается во второй канал (А) схемы 13 сравнения, формируется преобразователем 12 перемещение — скорость, к входу которого подключен датчик 9 перемещения. Схема 13 сравнения имеет два выхода, А ) В и А (В, которые подключены к элементам И !5 и 16 соответственно. На оба эти элемента заведен также сигнал "Конец преобразования" от преобразователя

12 перемещение — скорость. Выходы элементов И 15 и 16 подключены к счетным входам счетчика 14, к входу счета в обратном и входу счета в прямом направлении соответственно. Если коды требуемой скорости и реальной скорости не совпадают, то на одном из выходов схемы 14 сравнения А ) В или А (В присутствует высокий уро3 )2953 вень, и сигнал "Конец преобразования" поступает на один иэ счетных входов счетчика 16, вызывая изменение кода на его выходе на "1" в с-.орону увеличения или уменьшения так, чтобы уменьшить разницу между требуемой и реальной скоростями. Предварительная установка счетчика осуществляется с помощью сигнала, поступающего на его вход записи от кнопки ll. При этом !О в счетчик записывается код требуемой скорости, поступающий от цифровой клавиатуры 10. Младшие И/2 разрядов кода поступают на цифроаналоговый преобразователь 17, который преобразует их в соответствующее напряжение, поступающее на усилитель 19. С выхода усилителя сигнал поступает на регулируемый напряжением генератор.

Аналогично старшие Н/2 разрядов кода 2О счетчика 14 преобразуются цифроаналоговым преобразователем 18, и через усилитель 20 сигнал поступает на управляемый напряжением аттенюатор.

Сигнал с перестраиваемого напряжением задающего генератора 28 через предварительный усилитель 29 подается на два оконечных усилителя 30 и

31. После оконечного усилителя 30 включен управляемый напряжением аттенюатор 32, функцией которого является относительно грубый выбор требуемой скорости перемещения в прямом направлении во всем диапазоне ее изменения. Более точный выбор требуемой35 скорости осуществляется установкой необходимой частоты генератора. Через ключи 33 и 34 сигнал с аттенюатора поступает на пьезоизлучатели 6 ультразвукового устройства 1 перемещения.

Пьезоизлучатели 6 ультразвукового устройства перемещения предназначены для преобразования электрического сигнала высокой частоты в продольные

45 механические колебания их поверхности, которые передаются волноводу.

Расположение пьезоизлучателей под углом 90 к рабочей части волновода, а также выполнение волновода в виде полой усеченной фигуры, в которой внутренняя образующая волновода . ;оставляет с осью вращения угол меньше, чем внешняя образующая волновода, обуславливает преобразование продоль

55 ных механических колебаний высокой частоты пьезоизлучателей в тангенциальные механические колебания ра54 4 бочей части волновода. Такое преобразование возможно благодаря тому, что происходит опаздывание по фазе (времени) прихода механических колебаний продольной волны от единичных площадей пьезоизлучателя к единичным площадям рабочей части волновода, т.е. внешнего участка и внутреннего участка рабочей части волновода. Это создает определенное направление распространения механических колебаний рабочей части волновода от внутреннего к внешнему участку. Таким образом происходит стабилизация фазы тангенциальных колебаний и непрерывное тангенциальное колебательное движение в пределах длины рабочей части волновода. Эти тангенциальные колебания (механические), направленные в одну сторону (от внутреннего к внешнему участку), передаются через непосредственный контакт (рабочая часть волновода, поверхность перемещаемого объекта), что вызывает поступательное движение в определенном (одном) направлении перемещаемого объекта. Кроме того, исполнение рабочей части волновода аналогично форме перемещаемого объекта позволяет обеспечить непрерывный контакт поверхности рабочей части волновода с поверхностью перемещаемого объекта, что значительно стабилизирует скорость перемещения, а также тяговое усилие.

Конструктивное выполнение волновода в виде полого усеченного конуса (тела вращения) и перемещаемого узла в виде полого цилиндра обусловлено необходимостью прохождения луча, а также исключает возможность смещения оптической оси оптических компонент одна относительно другой при знакопеременных нагрузках и при максимальном перемещении.

Концевые выключатели 21 и 22 вырабатывают сигнал "1" тогда, когда цилиндрическая оправа 4 находится в начальном или конечном положениях соответственно. С помощью кнопки 23 вырабатывается сигнал "Пуск" для приве" деиия цилиндрической оправы 4 с подвижными оптическими элементами 5 в движение. В исходном положении ("Начало") Х =1, Х =О, Х =О, Х =О оба ключа 33 и 34 закрыты. По фронту сигнала "Пуск" сигналы Х, и Х записываются в триггере 27 и 28 соответст5 129535 венно, т.е. X =1 Х =О, ключ 33 открыт, цилиндрическая оправа 4 перемещается в прямом направлении. При достижении положения "Конец" становится Х =1, по фронту этого. сигнала в триггеры 2б и 27 записываются X O, Х =1, ключ 33 закрывается, ключ 34 открывается, цилиндрическая оправа 4 перемещается в. обратном направлении.

При достижении положения "Начало" становится Х,=1, в триггер 27 записываются Хц=О, а Х =О, т.е. оба ключа

33 и 34 закрыты, система в исходном положении "Начало" ожидает следующей команды "Пуск" ° Цикл закончен. 15

Формула изобретения

1. Устройство для микроперемещения оптических элементов, содержащее 0 оправу оптического элемента, установленную в корпусе с возможностью перемещения относительно него с помощью привода, снабженного блоком управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, Ф что, с целью повышения точности и уменьшения веса и габаритов, привод состоит из пьезоэлектрического двигателя, отражающей накладки, размещенной между двигателем и корпусом, и волновода между двигателем и оправой оптического элемента, образующего полый усеченный конус, обращенный меньшим основанием к оправе, и сочлененного с ним с зазором, меньшим величи- 35 ны деформации волновода, плоскость пьезоэлектрического двигателя перпендикулярна оси конуса, причем в устройство введен второй привод, идентичный первому и установленный 4О навстречу ему.

2. Устройство по п.l, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок управления состоит из датчика перемещения, преобразователя перемещение — ско- 45 рость, схемы сравнения, счетчика, двух элементов И, двух цифроаналоговых преобразователей, двух усилителей, двух концевых выключателей, двух элементов ИЛИ, двух триггеров, задаю- 50 щего генератора, предварительного усилителя, двух оконечных усилителей, аттенюатора и двух ключей, причем выход датчика перемещения соединен с входом преобразователя перемещение скорость, первый выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой подключен к информационному входу счетчика, второй выход преобразователя перемещение— скорость подключен к первому входу второго элемента И, а первый н второй выходы схемы сравнения соединены соответственно с вторым и первым входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен с входом обратного счета счетчика, вход прямого счета которого подключен к выходу второго элемента И, первый и второй выходы счетчика подключены соответственно к входам первого и второго цифроаналогбвых преобразователей, выходы которых соединены. с входами первого и второго усилителей, выход первого концевого выключателя соединен с информационным входом первого триггера и первым входом второго элемента ИЛИ, а вход синхронизации первого триггера соединен с выходом первого элемента и вторым входом второго элемента. ИЛИ, третий вход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выходом второго концевого выключателя и информационным входом второго триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, выход первого усилителя подключен к входу задающего генератора, выход которого через предварительный усилитель подключен к входам первого и второго оконечных усилителей, выход первого оконечного усилителя подключен к первому входу аттенюатора, к второму входу которого подключен выход второго усилителя, выходы аттенюатора и второго оконечного усилителя соединены соответственно с первыми входами первого и второго ключей, с вторыйи входами которых соединены выходы первого и второго триггеров, а выходы первого и второго ключей подключены к ультразвуковому устройству перемещения.

1295354

Составитель В.Ворожихин

Техред А.Кравчук Корректор М.Шароши

Редактор О.Бугир

Заказ 2245

Тираж 521 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4