Оптический дефлектор

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в устройствах с оптико-механическим сканированием, например, чересстрочной развертки. Оптический дефлектор содержит сканирующий элемент, упругий подвес, два пьезокерамических биморфных элемента и узел беззазорной кинематической связи. Сканирующий элемент установлен с возможностью качания на упругом подвесе. Упругий подвес закреплен на основании с помощью двух пар плоских пружин. Плоские пружины расположены в каждой паре под прямым углом друг к другу. Ось качания сканирующего элемента проходит через центр масс подвижной части упругого подвеса. Два пьезокерамических биморфных элемента консольно закреплены на основании параллельно друг другу. Узел беззазорной кинематической связи пьезокерамических биморфных элементов с подвижной частью упругого подвеса содержит два упора и тело вращения. Упоры выполнены из диэлектрического материала и расположены с внешних сторон свободных концов пьезокерамических биморфных элементов. Между свободными концами пьезокерамических биморфных элементов расположено тело вращения, установленное с возможностью качания вокруг своей оси, параллельной оси качания сканирующего элемента. Технический результат - увеличение угла отклонения сканирующего элемента при сохранении высокой виброустойчивости устройства. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использована в устройствах с оптико-механическим сканированием, например, для осуществления чересстрочной развертки.

Известен оптический дефлектор (патент РФ на изобретение №2258947, G02B 26/10, опубликован 20.08.2005 г.), содержащий пьезокерамические приводы, выполненные в виде биморфных элементов. Основным недостатком этого устройства является сравнительно малые углы отклонения зеркала - не более трех угловых минут. В некоторых приборах требуются углы отклонения до двух десятков угловых минут и более при высокой виброустойчивости.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является оптический дефлектор (патент РФ на полезную модель №49289, G02B, 26/10, опубликованный 10.11.2005 г.).

Оптический дефлектор содержит сканирующий элемент, установленный с возможностью качания на упругом подвесе, содержащем подвижную часть, установленную на основании с помощью двух пар плоских пружин, расположенных в каждой паре под прямым углом друг к другу симметрично относительно плоскости, проходящей через линию пересечения плоскостей установки плоских пружин, совпадающей с осью качания сканирующего элемента и проходящей через центр масс подвижной части упругого подвеса со сканирующим элементом, пьезокерамический биморфный элемент, консольно закрепленный на основании, при этом свободный конец пьезокерамического биморфного элемента кинематически связан со сканирующим элементом. Такая конструкция оптического дефлектора позволяет повысить его виброустойчивость.

Недостатком данного устройства также являются малые углы отклонения сканирующего элемента.

Основными задачами, решаемыми в предлагаемом техническом решении, являются увеличение углов отклонения сканирующего элемента при сохранении виброустойчивости конструкции.

Решение указанных задач достигается тем, что в оптический дефлектор, содержащий сканирующий элемент, установленный с возможностью качания на упругом подвесе, содержащем подвижную часть, установленную на основании с помощью двух пар плоских пружин, расположенных в каждой паре под прямым углом друг к другу симметрично относительно плоскости, проходящей через линию пересечения плоскостей установки плоских пружин, совпадающую с осью качания сканирующего элемента и проходящую через центр масс подвижной части упругого подвеса, пьезокерамический биморфный элемент, консольно закрепленный на основании, при этом свободный конец пьезокерамического биморфного элемента кинематически связан со сканирующим элементом, введен второй пьезокерамический биморфный элемент, консольно закрепленный на основании параллельно первому пьезокерамическому биморфному элементу симметрично относительно плоскости симметрии плоских пружин и узел беззазорной кинематической связи пьезокерамических биморфных элементов с подвижной частью упругого подвеса, содержащий установленные на подвижной части упругого подвеса выполненные из диэлектрического материала два упора, расположенные с внешних сторон свободных концов пьезокерамических биморфных элементов, и тело вращения, установленное между свободными концами пьезокерамических биморфных элементов с возможностью качания на оси, лежащей в плоскости симметрии плоских пружин параллельно оси качания сканирующего элемента, установленного на ней консольно.

На чертеже представлен заявляемый оптический дефлектор.

Оптический дефлектор содержит сканирующий элемент 1, установленный с возможностью качания на упругом подвесе, включающем в себя подвижную часть 2, установленную на основании 3 с помощью двух пар плоских пружин 4, расположенных в каждой паре под прямым углом друг к другу симметрично относительно плоскости, проходящей через линию пересечения плоскостей установки плоских пружин 4, совпадающую с осью качания 5 сканирующего элемента 1 и проходящую через центр масс подвижной части 2 упругого подвеса, два пьезокерамических биморфных элемента 6, консольно закрепленных на основании 3 параллельно друг другу и симметрично относительно плоскости симметрии плоских пружин 4, узел беззазорной кинематической связи пьезокерамических биморфных элементов 6 с подвижной частью 2 упругого подвеса и сканирующим элементом 1, содержащий установленные на подвижной части 2 упругого подвеса выполненные из диэлектрического материала два упора 7, расположенные с внешних сторон свободных концов пьезокерамических биморфных элементов 6, и тело вращения 8 из диэлектрического материала, расположенное между свободными концами пьезокерамических биморфных элементов 6 с возможностью качания на оси 9, лежащей в плоскости симметрии плоских пружин 4, параллельно оси качания 5 сканирующего элемента 1, установленного на оси 5 консольно.

Оптический дефлектор работает следующим образом: при подаче на пьезокерамические биморфные элементы 6 знакопеременного напряжения пьезокерамические биморфные элементы 6 изгибаются и через элементы 7 и 8 узла беззазорной кинематической связи отклоняют подвижную часть 2 упругого подвеса, приводящего во вращательное движение ось 5 с установленным на ней консольно сканирующим элементом 1.

Два пьезокерамических биморфных элемента 6 при подаче напряжения одного знака изгибаются синхронно в одну сторону, при смене полярности подводимого напряжения - в другую, обеспечивая удвоение силы, воздействующей на подвижную часть 2 упругого подвеса.

Собственная жесткость дополнительного пьезокерамического биморфного элемента 6 увеличивает общую жесткость конструкции. Поэтому для сохранения необходимой виброустойчивости конструкции возможно применение плоских пружин 4 упругого подвеса меньшей жесткости, что может быть достигнуто применением плоских пружин 4 меньшей толщины. Уменьшение жесткости плоских пружин 4 позволяет увеличить угол отклонения сканирующего элемента 1.

Тело вращения 8, установленное с возможностью качания на оси 9, совместно с упорами 7 образует беззазорное кинематическое соединение свободных концов пьезокерамических биморфных элементов 6 с подвижной частью 2 упругого подвеса и позволяет уменьшить потери на трение при приведении в движение подвижной части 2 упругого подвеса.

Увеличение углов отклонения сканирующего элемента обусловлено увеличением изгибающего момента силы за счет использования двух пьезокерамических биморфных элементов 6 и снижения жесткости плоских пружин 4 упругого подвеса по сравнению с прототипом, а также уменьшением потерь на трение за счет введения узла беззазорного кинематического соединения.

Угол отклонения сканирующего элемента 1 в предложенном оптическом дефлекторе составляет 20 угловых минут.

Оптический дефлектор, содержащий сканирующий элемент, установленный с возможностью качания на упругом подвесе, содержащем подвижную часть, установленную на основании с помощью двух пар плоских пружин, расположенных в каждой паре под прямым углом друг к другу симметрично относительно плоскости, проходящей через линию пересечения плоскостей установки плоских пружин, совпадающую с осью качания сканирующего элемента и проходящую через центр масс подвижной части упругого подвеса, пьезокерамический биморфный элемент, консольно закрепленный на основании, при этом свободный конец пьезокерамического биморфного элемента кинематически связан со сканирующим элементом, отличающийся тем, что введен второй пьезокерамический биморфный элемент, консольно закрепленный на основании параллельно первому пьезокерамическому биморфному элементу симметрично относительно плоскости симметрии плоских пружин, и узел беззазорной кинематической связи, содержащий установленные на подвижной части упругого подвеса выполненные из диэлектрического материала два упора, расположенные с внешних сторон свободных концов пьезокерамических биморфных элементов, и тело вращения, установленное между свободными концами пьезокерамических биморфных элементов с возможностью качания вокруг своей оси, лежащей в плоскости симметрии плоских пружин параллельно оси качания сканирующего элемента, установленного на ней консольно.