Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор


 


Владельцы патента RU 2606520:

Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Реагент" (RU)

Изобретение относится к оптике, в частности, к оптическим устройствам для управления положением и направлением оптических лучей в пространстве и может найти применение в оптических информационно-измерительных системах. Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор состоит из корпуса, зеркала в оправе, двух подвесов, среднего основания, исполнительных приводов, подпятников, толкателей, датчиков и системы управления. Первый подвес выполнен в виде плоской торсионной пружины, один конец которой закреплен на оправе с зеркалом, другой на среднем основании, второй подвес также выполнен в виде плоской торсионной пружины, один конец которой закреплен на среднем основании, другой на корпусе. Второй подвес расположен перпендикулярно к первому подвесу. Техническим результатом является упрощение конструкции при сохранении быстродействия, точности при отработке углов отклонения зеркала, надежности, а также уменьшение массы и габаритов устройства. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2212045, G02F 1/29, 10.09.2003; RU 1756853, G02F 1/29, 23.08.1992; RU 2205439, G02F 1/29, 27.05.2003; RU 86324, G02F 1/29, 27.08.2009.

Изобретение относится к оптике, в частности к оптическим устройствам для управления положением и направлением оптических лучей в пространстве, и может найти применение в оптических информационно-измерительных системах.

Существует широкий спектр способов отклонения луча в пространстве. Наиболее распространенным является электромеханический способ управления угловым положением зеркала. Проблемной задачей при создании оптических дефлекторов с электромагнитным приводом является обеспечение высокой точности и высокого быстродействия отработки задаваемых углов поворота и сканирования зеркала. В последнее время популярными стали оптические дефлекторы на основе пьезоэлектрического эффекта.

Известен оптико-механический дефлектор, содержащий корпус, в котором установлено зеркало в подвесе, исполнительный привод, и систему управления [Патент РФ №2212045, МКИ G02F 1/29, опубл. 10.09.2003 г.].

Недостатком данного устройства является отсутствие цепи обратной связи. Кроме того, зеркало может совершать колебания только вокруг одной оси.

Известно также техническое решение [А.С. СССР №1756853, МКИ G02F 1/29, опубл. 23.08.1992 г.], в котором магнитоэлектрический дефлектор содержит корпус, в котором установлено зеркало в подвесе, исполнительный привод, датчик угла, и систему управления.

Недостатком данного технического решения является сложность конструкции. Кроме того, зеркало может совершать колебания только вокруг одной оси.

Известно устройство для пространственного отклонения луча [Патент РФ №2205439, МПК G02F 1/29, опубл. 27.05.2003 г.], содержащее корпус, в котором установлено зеркало в упругом подвесе, исполнительный привод, включающий магнитные системы и катушки, и источник излучения.

Недостатком подобного устройства является невысокая точность при отработке углов отклонения зеркала из-за отсутствия цепи обратной связи, а также большая масса и габариты подвижного узла.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому устройству, принятому за прототип, является оптический дефлектор [Патент РФ №86324, МПК G01F 1/29, опубл. 27.08.2009], содержащий корпус, в котором установлено зеркало в подвесе, исполнительный привод, включающий магнитные системы и катушки, датчики угла, арретир и систему управления.

Недостатком данного технического решения является сложность конструкции.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции при сохранении быстродействия, точности при отработке углов отклонения зеркала, надежности, а также уменьшение массы и габаритов устройства.

Технический результат получен за счет того, что в пьезоэлектрическом двухкоординатном однозеркальном оптическом дефлекторе, состоящем из корпуса, зеркала в оправе, двух подвесов, среднего основания, исполнительных приводов, подпятников, толкателей, датчиков и системы управления, первый подвес выполнен в виде плоской торсионной пружины, один конец которой закреплен на оправе с зеркалом, другой - на среднем основании. Второй подвес также выполнен в виде плоской торсионной пружины, один конец которой закреплен на среднем основании, другой - на корпусе. Второй подвес расположен перпендикулярно к первому подвесу.

Исполнительные приводы выполнены из пьезоактюаторов на основе многослойных пьезоэлементов. Первый пьезоактюатор установлен между оправой с зеркалом и средним основанием, второй пьезоактюатор установлен между средним основанием и корпусом перпендикулярно первому пьезоактюатору.

Два датчика линейных перемещений позволяют измерять углы наклона зеркала, причем первый датчик установлен между оправой с зеркалом и средним основанием, второй датчик расположен между средним основанием и корпусом. Система управления выполнена в виде отдельного блока, содержащего плату управления, плату сопряжения с модулем питания и плату интерфейса.

Сущность изобретения отражена на чертежах.

На фиг. 1 представлен общий вид оптического дефлектора, вид сверху.

На фиг. 2 представлен общий вид оптического дефлектора, вид снизу.

1 - зеркало;

2 - оправа зеркала;

3 - первая плоская торсионная пружина;

4 - первый пьезоактюатор;

5 - среднее основание;

6 - вторая плоская торсионная пружина;

7 - второй пьезоактюатор;

8 - корпус;

9 - подпятник;

10 - толкатель.

Предложенный оптический дефлектор работает следующим образом. До начала работы зеркало 1 в оправе 2 под действием первой плоской торсионной пружины 3 прижимается к первому пьезоактюатору 4. Среднее основание 5 под действием второй торсионной пружины 6 прижимается ко второму пьезоактюатору 7. При работе на первый пьезоактюатор 4 от блока управления подается управляющее напряжение. При подаче управляющего напряжения на пьезоэлементы пьезоактюатора они удлиняются, а высота пьезоактюатора уменьшается, под действием пружины 3 зеркало 1 в оправе 2 перемещается к пьезоактюатору и происходит поворот зеркала 1 по первой оси. При снятии напряжения с пьезоактюатора 4 процесс происходит в обратном порядке, пьезоэлементы пьезоактюатора уменьшаются, высота пьезоактюатора увеличивается, он толкает зеркало 1 в оправе 3 в обратную сторону, зеркало 1 возвращается в исходное положение. Второй пьезоактюатор работает аналогичным образом. Подпятник 9 выполненный из твердого материала служит для предотвращения деформации оправы и среднего основания. Толкатель 10 со сферической головкой, установленный на пьезоактюаторах, передает усилие от пьезоактюаторов на оправу и среднее основание.

Для создания каналов обратной связи в оптический дефлектор устанавливаются датчики линейных перемещений. Датчики устанавливаются между оправой с зеркалом и средним основанием и между средним основанием и корпусом с обратной стороны от пьезоактюаторов.

Предлагаемое устройство позволяет достичь минимальных габаритов и массы.

Так, размеры подвижного зеркала в изготовленном опытном образце равны 50 мм, тогда как в прототипе оптическая отражающая поверхность зеркала выполнена в форме эллипса с размерами 20×33 мм, причем предлагаемое устройство значительно меньше прототипа по габаритам.

Предлагаемый дефлектор может работать как в режиме установки луча на заданные углы, так и в режиме сканирования. В первом случае дефлектор работает в диапазоне ±2° со временем отработки и временем возврата в исходное положение за 1…4 мс. В режиме сканирования дефлектор обеспечивает колебание луча с амплитудой ±2° и частотами до 2…3 кГц. Погрешности отработки задаваемых углов, удержания в нулевом положении и выдачи информации не превышают 150 мкрад. Функционирование дефлектора осуществляется с помощью блока управления, основным элементом которого является плата управления, обеспечивающая выполнение всех вычислительных и управляющих алгоритмов работы дефлектора, что позволяет осуществлять управление положением луча в пространстве.

В заявленном оптическом дефлекторе с подвесами, выполненными в виде плоских торсионных пружин, и исполнительным приводом в виде пьезоактюаторов достигается упрощение конструкции при сохранении быстродействия, надежности, точности при отработке углов отклонения зеркала, а также значительное уменьшение массы и габаритов устройства.

1. Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор, содержащий корпус, зеркало в оправе, подвесы, среднее основание, исполнительные приводы, подпятники, толкатели, датчики и систему управления, отличающийся тем, что первый подвес выполнен в виде плоской торсионной пружины, один конец которой закреплен на оправе с зеркалом, другой на среднем основании, второй подвес также выполнен в виде плоской торсионной пружины, один конец которой закреплен на среднем основании, другой на корпусе, при этом второй подвес расположен перпендикулярно к первому подвесу.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что исполнительные приводы выполнены из пьезоактюаторов на основе многослойных пьезоэлементов, причем первый пьезоактюатор установлен между оправой с зеркалом и средним основанием, второй пьезоактюатор установлен между средним основанием и корпусом перпендикулярно первому пьезоактюатору.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что введены два датчика линейных перемещений, позволяющие измерять углы наклона зеркала, причем первый датчик установлен между оправой с зеркалом и средним основанием, второй датчик расположен между средним основанием и корпусом.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система управления выполнена в виде отдельного блока, содержащего плату управления, плату сопряжения с модулем питания и плату интерфейса.



 

Похожие патенты:

Лазерный блок содержит расположенные на одной оптической оси источник лазерного излучения, вход управления питанием которого образует первый управляющий вход лазерного блока, средство оптической фокусировки и оконечный элемент, а также фотодетектор, выход которого образует информационный выход лазерного блока.

Изобретение относится к области космических телескопов с мембранным зеркалом. Заявленное вспомогательное устройство гибки содержит средства накрутки само на себя, такими средствами являются один или два прямолинейных круговых цилиндра, называемых бобинами, вокруг которых оно может быть обернуто, при этом эти бобины представляют собой текстильные цилиндры, находящиеся под давлением газа, при этом ткань бобин имеет непереплетаемые нити в направлении длины и в направлении окружности.

Изобретение относится к области спектроскопии и касается спектрометра с регулируемым дефлектором. Спектрометр включает в себя спектрально рассеивающий оптический элемент для спектрального рассеивания принимаемого света, рычажно-оптический регулируемый дефлектор для регулируемого отклонения спектрально рассеянного света и детекторную матрицу для приема спектрально рассеянного и регулируемо отклоняемого света.

Оптико-механическая система содержит плоское отражающее зеркало, установленное с возможностью изменения своего положения под действием механизма перемещения таким образом, что в одном устойчивом положении обеспечивается прохождение светового луча от источника излучения в выходное окно, а в другом - его отклонение в ловушку.

Последовательный датчик волнового фронта большого диоптрийного диапазона для коррекции зрения или выполнения оценочных процедур включает в себя устройство для сдвига волнового фронта и выборки волнового фронта.

Офтальмологическая линза содержит переднюю и заднюю изогнутые линзы. Каждая из линз имеет дугообразную форму и расположена в непосредственной близости относительно другой линзы, образуя полость между ними.

Оптическая линза содержит переднюю линзу и заднюю линзу, размещенную в непосредственной близости к передней линзе так, что внутренние поверхности передней и задней линз формируют между собой полость.

Устройство содержит первый (46) и второй (47) оптические элементы. Второй оптический элемент (47) расположен таким образом, что его первая поверхность обращена ко второй поверхности первого оптического элемента.

Предложены устройство для изменения формы оптической поверхности и зеркало телескопа. Устройство для изменения формы оптической поверхности содержит элемент с регулируемой длиной и средства контроля длины этого элемента.

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано в устройствах и системах для отклонения пучка квазимонохроматического оптического излучения по двум пространственным направлениям, создания плоских изображений с помощью пучка квазимонохроматического оптического излучения, изменения и переключения изображений.

Заявленная группа изобретений относится к масштабируемой системе оптических коммутаторов на основе оптического коммутационного устройства, которые конструируются в модульной форме для расширения системы коммутатора с целью достижения необходимой возможности коммутации для системы оптической связи, а также к оптическим сетям, включающим расширяемую модульную оптическую возможность коммутации. Заявленная группа изобретений включает устройство оптической коммутации с соединениями расширения, расширяемое устройство оптического коммутатора, оптическую кольцевую сеть и узел коммутации оптической сети. Причем устройство оптической коммутации с соединениями расширения содержит фотонную интегральную схему, где фотонная интегральная схема содержит N входных оптических портов, где N>1, входной световой путь, связанный с каждым входным портом, M оптических выходных портов, где M ≥ 1, выходной световой путь, связанный с каждым выходным портом, обходной блок оптического коммутатора, связанный с каждым выходным портом, P входных портов расширения, где P ≥ 1, световой путь расширения, связанный с каждым входным портом расширения и соединенный со связанным обходным блоком коммутатора, несколько элементов оптической коммутации и связанных световых путей, формирующих сеть соединений между входными световыми путями и обходным блоком коммутатора, связанным с выходным световым путем. Технический результат заключается в предоставлении средств поддержки линейного расширения интегральных массивов и модулей оптической коммутации и обеспечения возможности расширения для различных общих архитектур оптической коммутации, а также в обеспечении масштабируемых систем оптической коммутации из линейно расширяемых модулей оптической коммутации для любых основных классов архитектур оптического коммутатора. 7 н. и 29 з.п. ф-лы, 36 ил.
Наверх