Дефлектор света

English version


Дефлектор света


Авторы патента:





Дефлектор света (RU 2453876):


Вледельцы патента:

Государственное научное учреждение "Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)

Похожие патенты:

Устройство диффузионной флуоресцентной томографии

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам диффузионной флуоресцентной томографии

Многолучевое сканирующее устройство

Изобретение относится к многолучевым сканирующим устройствам и может быть использовано в устройстве формирования изображения, таком как лазерный принтер, проектор и т.п

Оптико-электронная станция кругового обзора

Изобретение относится к области приборостроения, измерительной и информационной техники и может быть использовано в системах кругового сканирования или секторного обзора

Оптическая сканирующая система

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к оптическим системам, формирующим информационное поле пучком оптических лучей

Устройство формирования изображений и способ формирования изображений

Изобретение относится к вычислительной технике

Двухкоординатный пьезоэлектрический дефлектор

Изобретение относится к системам отклонения луча и может быть использовано в оптико-механических устройствах для управления лазерным лучом

Сканирующий лазер

Изобретение относится к области квантовой электроники и лазерно-оптических систем

Устройство электростатически управляемого оптического сканера

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, в частности к устройствам для изменения углового положения оптического луча

Оптико-электронный следящий координатор (варианты)

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может найти применение в оптико-электронных приборах

Устройство оптического сканирования и устройство формирования изображения, использующее такой анализатор

Изобретение относится к устройствам оптического сканирования и формирования изображения и может быть использовано в лазерных печатающих устройствах, копировальных устройствах и т.п

Устройство сканирования и стабилизации оптического изображения

Изобретение относится к оптическому приборостроению и, в частности, к устройствам сканирования и стабилизации изображения окружающего пространства, сформированного оптической системой на матричных фотоприемных устройствах (МФПУ), в широком диапазоне угловых скоростей и может быть использовано при создании систем кругового обзора, сканирующих и следящих устройств в комплексах обнаружения и сопровождения объектов

Лазерная сканирующая система на основе резонансного сканера

Изобретение относится к лазерным системам обработки материалов

Сканирующее устройство для дистанционного получения изображений

Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для получения с космических аппаратов спектрозональных изображений поверхности Земли и облачного покрова, а также для мониторинга тепловых аномалий. Сканирующее устройство включает как минимум одну оптико-механическую систему, каждая из которых содержит: плоское сканирующее зеркало с отражающим покрытием, совершающее движение по заданной программе с помощью привода; N информационных оптических блоков оптического диапазона спектра, где N - целое число ≥1; блоки радиометрической калибровки для информационных оптических блоков среднего и дальнего инфракрасных диапазонов спектра; компарирующий оптический блок, формирующий изображение в среднем или дальнем инфракрасном диапазоне спектра; имитаторы абсолютно черного тела на основе фазового перехода чистых металлов и эвтектических сплавов; блоки радиометрической калибровки для информационных оптических блоков видимого и ближнего инфракрасных диапазонов спектра, каждый из которых содержит объектив, фильтр, стабилизированный источник излучения. Технический результат - повышение радиометрической точности аппаратуры дистанционного зондирования Земли. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

Способ сканирования поля яркости и фотооптическая система для его осуществления

Изобретение относится к системам формирования изображения, устанавливаемым на вращающемся основании. Способ сканирования поля яркости включает прием излучения объекта фотооптической системой (ФОС) с двумерным матричным приемником (ДМП), преобразование излучения в электрические сигналы, накопление сигналов с элементов ДМП, считывание их и обработку. При приеме излучения объекта ФОС при вращении ДМП осуществляют вращение изображения поля яркости на частоте и в направлении вращения ДМП. Способ сканирования поля яркости осуществляется с помощью ФОС, которая содержит последовательно соединенные объектив, включающий установленные по ходу лучей входное окно, главное зеркало и корректирующую линзу, установленный в фокальной плоскости объектива ДМП и блок обработки сигналов с ДМП. В объективе между главным зеркалом и корректирующей линзой установлена призма с приводом вращения, причем выход привода вращения соединен со вторым входом призмы. Между дополнительно установленным датчиком угла вращения ДМП и приводом вращения включен блок переноса сигнала на половинную частоту ДМП. Технический результат: обеспечение соответствия между условными элементами поля яркости и двумерным матричным приемником во вращающихся в полете ЛА. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ сканирования поля яркости и фотооптическая система для его осуществления

Изобретение относится к системам формирования изображения, устанавливаемым на вращающемся основании на летательных аппаратах (ЛА), в комплексах вооружения для наведения ракет на наземные и воздушные цели. Способ сканирования поля яркости фотооптической системой (ФОС) с линейным матричным приемником (ЛМП) включает вращение изображения поля яркости, прием и преобразование ЛМП оптического излучения в электрические сигналы и их обработку. При вращении ЛМП со скоростью ωЛМП вращают изображение поля яркости вокруг визирной оси ФОС со скоростью ωВ=ωИ+ωЛМП, где ωИ - скорость вращения изображения поля яркости при ωЛМП=0. ФОС содержит последовательно соединенные объектив, главное зеркало, призму, корректирующую линзу, ЛМП, блок обработки сигналов с ЛМП, а также привод вращения корпуса призмы, содержащий последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр низких частот и двигатель постоянного тока, а также датчик угла вращения призмы. Изобретение позволяет расширить условия применения ФОС с ЛМП путем повышения чувствительности как в отсутствие, так и при вращении ЛМП. 2 н.п.ф-лы, 1 ил.

Способ формирования лазерного растра

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для формирования лазерного растра систем управления, лазерных прицелов и может быть использовано при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов по сложным фарватерам, обнаружении оптикоэлектронных приборов по «блику», дистанционном управлении робототехническими устройствами. Способ формирования лазерного растра основан на последовательной дифракции лазерного пучка на двух последовательно установленных и развернутых на 90 градусов по отношению друг к другу акустооптических дефлекторах, на входы управления которых поданы высокочастотные сигналы управления f1(t) и f2(t), законы изменения которых задают в виде линейного изменения частот управления, а число N строк или (и) столбцов выбирают как целочисленное значение из условия N=k·Tс/τ, где k=1,0-2,5, Tс - время формирования строки, τ - постоянная времени дефлектора, вычисляемая из соотношения τ=d0/ν, d0 - световая апертура дефлекторов, ν - скорость акустических волн. Технический результат заключается в повышении равномерности интенсивности лазерного растра, повышении информативности лазерной системы и обеспечении возможности поворота лазерного растра относительно его центра. 6 ил.


Изобретение относится к области оптоэлектронного приборостроения и лазерной техники и может быть использовано в технологических установках, техническом зрении, лазерной локации и т.п. Дефлектор света содержит зеркало, оправа которого закреплена на конце оси, установленной на подшипниках в корпусе, четыре пьезопривода, консольно закрепленных в корпусе, и четыре упругих элемента, соединяющих свободные концы пьезоприводов с осью. В состав каждого пьезопривода входят две пьезокерамические пластины. Упругие элементы являются плоскопараллельными прямоугольными пластинами. Упругие элементы проходят через отверстие в оси, причем центры этих элементов расположены относительно друг друга и относительно центра оси на расстоянии, определяемом необходимой величиной редукции между перемещениями концов пьезоприводов и поворотом оси. Технический результат - обеспечение предельно высокого быстродействия и приемлемого угла сканирования. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.


 

Изобретение относится к области оптоэлектронного приборостроения и лазерной техники. Оно предназначено для управления распространением светового пучка в сканирующих системах, которые могут быть использованы в ближайшей перспективе - технологические установки, техническое зрение, лазерная локация и т.п.

Известен оптико-механический дефлектор, содержащий оптические элементы и обеспечивающий управление потоком излучения в результате механического движения (вращения, возвратно-поступательного, колебательного движения и т.п.) одного или нескольких оптических элементов устройства (зеркал, призм диафрагм с отверстиями и др.). Движение оптических элементов может осуществляться с помощью электромеханического, электромагнитного, пьезоэлектрического и других приводов.

В настоящее время особенно широко используются оптико-механические дефлекторы с вращающимися оптическими элементами, однако непрерывно расширяется и применение дефлекторов на основе зеркала с электроприводом (электромеханических дефлекторов). Основные достоинства дефлекторов этого типа - возможность выбора закона сканирования, компактность, большой срок службы (десятки тысяч часов).

Перспективным вариантом электромеханических дефлекторов являются пьезоэлектрические устройства, интерес к которым возник после появления лазерной техники и пьезокерамических материалов, например двухкоординатные дефлекторы, состоящие из консольно закрепленных пьезокерамических приводов, редуктора из упругих элементов и зеркала [1-3]. «Physikinstrumente» серийно производит модель S-334 с зеркалом 10 мм и углом сканирования 6° [3].

Существенное достоинство дефлекторов этого типа - предельная компактность (миниатюрность). Однако следствием компактности является основной недостаток данных устройств - невысокое быстродействие, которое не позволяет решить перспективные задачи.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению - прототипом - является высокоскоростной пьезокерамический дефлектор [4], время переходного процесса которого измеряется десятками микросекунд, а полоса рабочих частот десятками килогерц [5]. В отличие от аналога данный дефлектор однокоординатный и содержит ось вращения, которая выполнена в виде одной детали с упругими элементами (редуктором), а четыре пьезокерамических привода расположены попарно и симметрично относительно этой оси.

Теоретические и экспериментальные исследования прототипа показали недостаток конструкции - сложность получения угла сканирования более 3°.

Пьезопривод прототипа состоит из двух пьезокерамических пластин, которые имеют высокую плотность - 8000 кг/м3, что вынуждает обеспечивать необходимое быстродействие уменьшением длины, а следовательно, и угла сканирования.

Упругие элементы редуктора удалены от центра оси, и при ее повороте происходит изменение коэффициента редукции, что нарушает работу системы управления дефлектором.

Задача изобретения - обеспечить одновременно предельно высокое быстродействие и приемлемый угол сканирования.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в дефлекторе света, содержащем зеркало, оправа которого закреплена на конце оси, установленной на подшипниках в корпусе, четыре пьезопривода, консольно закрепленных в корпусе, и четыре упругих элемента, соединяющих свободные концы пьезоприводов с осью, причем в состав каждого пьезопривода входят две пьезокерамические пластины, а упругие элементы являются плоскопараллельными прямоугольными пластинами. Упругие элементы проходят через отверстие в оси, причем центры этих элементов расположены относительно друг друга и относительно центра оси на расстоянии, определяемом необходимой величиной редукции между перемещениями концов пьезоприводов и поворотом оси.

В состав привода дополнительно введена прокладка, которая представляет собой единую деталь из материала с невысокой плотностью, центральная часть которой - плоскопараллельная пластина трапецеидальной формы, а две другие части - плоскопараллельные прямоугольные пластины, причем центральная часть прокладки соединена с помощью клея с плоскопараллельными трапецеидальными пьезокерамическими пластинами.

В местах соединения упругих элементов с концами пьезоприводов и осью все перечисленные элементы имеют цилиндрические отверстия, в которые вставлены цилиндрические соединительные элементы.

Предложенное изобретение поясняется чертежами, представленными на фигурах 1-2 и фигуре 3, на которой изображен пьезопривод в разрезе.

Дефлектор света содержит зеркало 1, оправа 2 которого закреплена на конце оси 3, установленной на подшипниках 4 в корпусе 5, четыре пьезопривода 6, консольно закрепленных в корпусе, и четыре упругих элемента 7, которые проходят через отверстие в оси 3 и соединяют свободные концы пьезоприводов с осью. В состав каждого пьезопривода 6 входят две пьезокерамические пластины 10, а упругие элементы 7 являются плоскопараллельными прямоугольными пластинами.

Упругие элементы 7 проходят через отверстие в оси 3, причем центры этих упругих элементов расположены относительно друг друга и относительно центра оси на расстоянии, определяемом необходимой величиной редукции между перемещениями концов пьезоприводов 6 и поворотом оси 3. В местах соединения упругих элементов 7 с концами пьезоприводов 6 и осью 3 все перечисленные элементы имеют цилиндрические отверстия, в которые вставлены цилиндрические соединительные элементы 8.

В состав пьезопривода 6 входит прокладка 9 из материала с невысокой плотностью, которая представляет собой единую деталь, центральная часть которой - плоскопараллельная пластина трапецеидальной формы, а две другие части - плоскопараллельные прямоугольные пластины, причем центральная часть прокладки соединена с помощью клея с плоскопараллельными трапецеидальными пьезокерамическими пластинами 10.

Предложенный дефлектор света работает следующим образом.

При подаче на пьезокерамические пластины 10 управляющего напряжения одна из пластин каждого пьезопривода 6 расширяется, другая сжимается, пьезопривод изгибается и его свободный конец перемещается на расстояние, существенно превышающее деформацию пьезокерамических пластин 10. Указанное перемещение передается с помощью упругих элементов 7 и вызывает поворот оси 3 на угол, определяемый соотношением перемещения пьезопривода 6 и смещения упругого элемента 7 от центра оси 3. Зеркало 1, соединенное с помощью оправы 2 с осью 3, также поворачивается, и происходит отклонение падающего на него оптического пучка.

Оптимизация геометрических параметров предложенной конструкции и расчет основных параметров оптимизированного дефлектора света проведены по формулам и разработанной методике [4, 5].

Угол сканирования излучения дефлектором света предлагаемой конструкции рассчитывается по формуле:

где d31 - пьезомодуль,

Emax - предельная напряженность электрического поля,

L и H - длина и толщина пьезопривода,

Δ - расстояние между плоскими упругими элементами.

Полосу рабочих частот дефлектора определяет зависимость:

где Vзв - скорость поперечных звуковых волн в пьезокерамике, k - коэффициент.

В предложенной конструкции упругие элементы предельно приближены к центру оси, и при ее повороте расстояние между упругими элементами и коэффициент редукции меняются незначительно. Поэтому устраняется ограничение на уменьшение расстояния между упругими элементами и увеличение угла сканирования.

Ведение в пьезопривод прокладки с невысокой плотностью позволяет уменьшить его массу и увеличить коэффициент k в формуле (2) с 0,15 (прототип) до 0,2-0,22 (предлагаемое устройство). Это дает возможность или увеличить полосу рабочих частот, или, не изменяя полосу, увеличить угол сканирования.

Расчеты, проведенные по экспериментально проверенной методике, показывают, что предлагаемая конструкция позволяет получать углы сканирования до 100 мрад (6°) при полосе рабочих частот от нескольких килогерц до десятков килогерц (в зависимости от размера зеркала). Она может быть использована в перспективных технологических установках, в системах технического зрения, в лазерной локации и т.п.

Литература

1. Ероховец В.К., Ларченко Ю.В., Леонов A.M. Дефлектор света // А.с. №1778738. 30.11.92. Бюл. №44.

2. Erochovets V., Larchenko Yu., Leonov A. The speed of on X-Y Piezoceramic light deflector // Telecommunications & radio engineering. 1992. №6. P.133-136.

3. http://www.physikinstrumente.com/en/products/prdetail.php?sortnr=300710

4. BY №5807, 2009.

5. Леонов A.M. Пьезокерамический дефлектор света // Оптический журнал. - 2010. №10. С.61-64.

1. Дефлектор света, содержащий зеркало, оправа которого закреплена на конце оси, установленной на подшипниках в корпусе, четыре пьезопривода, консольно закрепленных в корпусе, и четыре упругих элемента, соединяющих свободные концы пьезоприводов с осью, причем в состав каждого пьезопривода входят две пьезокерамические пластины, а упругие элементы являются плоскопараллельными прямоугольными пластинами, отличающийся тем, что упругие элементы проходят через отверстие в оси, причем центры этих элементов расположены относительно друг друга и относительно центра оси на расстоянии, определяемом необходимой величиной редукции между перемещениями концов пьезоприводов и поворотом оси.

2. Дефлектор света по п.1, отличающийся тем, что в состав привода дополнительно введена прокладка, которая представляет собой единую деталь из материала с невысокой плотностью, центральная часть которой - плоскопараллельная пластина трапецеидальной формы, а две другие части - плоскопараллельные прямоугольные пластины, причем центральная часть прокладки соединена с помощью клея с плоскопараллельными трапецеидальными пьезокерамическими пластинами.

3. Дефлектор света по п.1 или 2, отличающийся тем, что в местах соединения упругих элементов с концами пьезоприводов и осью все перечисленные элементы имеют цилиндрические отверстия, в которые вставлены цилиндрические соединительные элементы.

 

Наверх