RU2453876C1 - Дефлектор света - Google Patents
Дефлектор света Download PDFInfo
- Publication number
- RU2453876C1 RU2453876C1 RU2011114663/28A RU2011114663A RU2453876C1 RU 2453876 C1 RU2453876 C1 RU 2453876C1 RU 2011114663/28 A RU2011114663/28 A RU 2011114663/28A RU 2011114663 A RU2011114663 A RU 2011114663A RU 2453876 C1 RU2453876 C1 RU 2453876C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- axis
- elastic elements
- elements
- light deflector
- plane
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
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.
Description
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.
Claims (3)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011114663/28A RU2453876C1 (ru) | 2011-04-13 | 2011-04-13 | Дефлектор света |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011114663/28A RU2453876C1 (ru) | 2011-04-13 | 2011-04-13 | Дефлектор света |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2453876C1 true RU2453876C1 (ru) | 2012-06-20 |
Family
ID=46681179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011114663/28A RU2453876C1 (ru) | 2011-04-13 | 2011-04-13 | Дефлектор света |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2453876C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3542154C2 (ru) * | 1984-12-01 | 1989-12-28 | Ngk Spark Plug Co., Ltd., Nagoya, Aichi, Jp | |
SU1550458A1 (ru) * | 1988-03-30 | 1990-03-15 | Киевское высшее военное авиационное инженерное училище | Оптический дефлектор |
RU2377622C1 (ru) * | 2008-04-07 | 2009-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ФГУП "НПО "ГИПО") | Оптический дефлектор |
-
2011
- 2011-04-13 RU RU2011114663/28A patent/RU2453876C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3542154C2 (ru) * | 1984-12-01 | 1989-12-28 | Ngk Spark Plug Co., Ltd., Nagoya, Aichi, Jp | |
SU1550458A1 (ru) * | 1988-03-30 | 1990-03-15 | Киевское высшее военное авиационное инженерное училище | Оптический дефлектор |
RU2377622C1 (ru) * | 2008-04-07 | 2009-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ФГУП "НПО "ГИПО") | Оптический дефлектор |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101730314B1 (ko) | 초점거리 조절 줌렌즈장치와 광학 화상장치 | |
CN103309009B (zh) | 应用于光学系统的压电陶瓷直线电机调焦装置 | |
US11009110B2 (en) | Screw-based nanometric motion control mechanism | |
KR20070024141A (ko) | 마이크로 미러 디바이스 및 이를 이용한 마이크로 미러디바이스 어레이 | |
JP2014534462A (ja) | Mems型ズームレンズシステム | |
US7180650B2 (en) | Electromechanical drives adapted to provide three degrees of mobility | |
Zhang et al. | Development of a low capacitance two-axis piezoelectric tilting mirror used for optical assisted micromanipulation | |
CN106526785A (zh) | 偏转轴相交于反射镜表面的低高度双轴偏转装置及方法 | |
CN201774136U (zh) | 一种无跳模连续调谐半导体激光器 | |
JP2005335052A (ja) | 回転型櫛歯駆動アクチュエータ及びこれを用いた可変光減衰器 | |
Li et al. | A review of application and development trends in ultrasonic motors | |
RU2453876C1 (ru) | Дефлектор света | |
Mokbel et al. | Research on the mechanical design of two-axis fast steering mirror for optical beam guidance | |
US20120308355A1 (en) | Motor, robot hand, and robot | |
EP1753121A2 (en) | Actuator | |
CN104007545B (zh) | 一种显微镜物镜精密调焦装置 | |
CN203365777U (zh) | 应用于光学系统的压电陶瓷直线电机调焦装置 | |
CN101431208B (zh) | 用于两种以上波长激光交替输出的输出窗口切换装置 | |
US20100068551A1 (en) | Mechanical design of laminar weak-link mechanisms with centimeter-level travel range and sub-nanometer positioning resolution | |
CN108418465B (zh) | 一种亚微米级精密柔性微动系统 | |
CN203882008U (zh) | 一种显微镜物镜精密调焦装置 | |
CN105717639A (zh) | 微型二维扫描镜 | |
Bansevičius et al. | Piezoelectric laser beam deflector for space applications | |
CN109014629A (zh) | 一种微米线宽的四轴激光精密加工装置 | |
Hunt et al. | Ipmc kirigami: A distributed actuation concept |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140414 |