RU2606520C1 - Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор - Google Patents
Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606520C1 RU2606520C1 RU2015127200A RU2015127200A RU2606520C1 RU 2606520 C1 RU2606520 C1 RU 2606520C1 RU 2015127200 A RU2015127200 A RU 2015127200A RU 2015127200 A RU2015127200 A RU 2015127200A RU 2606520 C1 RU2606520 C1 RU 2606520C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- middle base
- hinge
- frame
- suspension
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/0858—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
Abstract
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.
Description
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.
Claims (4)
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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015127200A RU2606520C1 (ru) | 2015-07-07 | 2015-07-07 | Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015127200A RU2606520C1 (ru) | 2015-07-07 | 2015-07-07 | Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2606520C1 true RU2606520C1 (ru) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015127200A RU2606520C1 (ru) | 2015-07-07 | 2015-07-07 | Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2606520C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU190404U1 (ru) * | 2018-08-10 | 2019-07-01 | Акционерное общество "ГИРООПТИКА" (АО "ГИРООПТИКА") | Оптический дефлектор |
| RU2695281C1 (ru) * | 2018-06-13 | 2019-07-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040160118A1 (en) * | 2002-11-08 | 2004-08-19 | Knollenberg Clifford F. | Actuator apparatus and method for improved deflection characteristics |
| RU86324U1 (ru) * | 2009-04-16 | 2009-08-27 | Закрытое акционерное общество "Гирооптика" | Оптический дефлектор |
| JP2011137871A (ja) * | 2009-12-25 | 2011-07-14 | Canon Inc | 光学走査装置及び画像形成装置 |
| JP2012198298A (ja) * | 2011-03-18 | 2012-10-18 | Ricoh Co Ltd | 光偏向装置並びにこれを備えた光走査装置、画像投影装置、画像読取装置および画像形成装置 |
-
2015
- 2015-07-07 RU RU2015127200A patent/RU2606520C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040160118A1 (en) * | 2002-11-08 | 2004-08-19 | Knollenberg Clifford F. | Actuator apparatus and method for improved deflection characteristics |
| RU86324U1 (ru) * | 2009-04-16 | 2009-08-27 | Закрытое акционерное общество "Гирооптика" | Оптический дефлектор |
| JP2011137871A (ja) * | 2009-12-25 | 2011-07-14 | Canon Inc | 光学走査装置及び画像形成装置 |
| JP2012198298A (ja) * | 2011-03-18 | 2012-10-18 | Ricoh Co Ltd | 光偏向装置並びにこれを備えた光走査装置、画像投影装置、画像読取装置および画像形成装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2695281C1 (ru) * | 2018-06-13 | 2019-07-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором |
| RU190404U1 (ru) * | 2018-08-10 | 2019-07-01 | Акционерное общество "ГИРООПТИКА" (АО "ГИРООПТИКА") | Оптический дефлектор |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7830577B2 (en) | Micromechanical device with adjustable resonant frequency by geometry alteration and method for operating same | |
| US6198565B1 (en) | Light deflection element and display apparatus using same | |
| US7659918B2 (en) | Apparatus and methods for adjusting the rotational frequency of a scanning device | |
| CN107783280B (zh) | 扫描微机电反射器系统 | |
| WO2019079091A1 (en) | METHODS AND APPARATUSES FOR SCANNING A TWO-DIMENSIONAL LIDAR SYSTEM | |
| US6956684B2 (en) | Multilayered oscillating device with spine support | |
| EP3173842A1 (en) | Micromechanical structure with biaxial actuation and corresponding mems device | |
| US9753125B2 (en) | Distance measuring apparatus using laser light | |
| US20070269199A1 (en) | Driving device, optical scanning device, and object information detecting device | |
| JP6278130B2 (ja) | 微小光学電気機械デバイスおよびその製造方法 | |
| EP3751328B1 (en) | Two-axis mems mirror with separated drives | |
| JP2001242396A (ja) | ２軸マイクロミラーを用いた光学スイッチを構成するマイクロマシン | |
| US6636368B2 (en) | Tilting device for lens | |
| US6999215B2 (en) | Multilayered oscillating functional surface | |
| CN111819486A (zh) | 光扫描装置及其控制方法 | |
| RU2606520C1 (ru) | Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор | |
| JP7436686B2 (ja) | マイクロミラーデバイス及び光走査装置 | |
| RU181166U9 (ru) | Двухкоординатный пьезокерамический корректор углов наклона волнового фронта | |
| US20170357075A1 (en) | Optical element | |
| Marth et al. | Latest experience in design of piezoelectric-driven fine-steering mirrors | |
| RU205497U1 (ru) | Пьезоэлектрический двухкоординатный однозеркальный оптический дефлектор | |
| JP5196582B2 (ja) | 可動鏡機構 | |
| US7916371B2 (en) | Actuator for holographic information storing apparatus | |
| EP3264155B1 (en) | Piezoelectric actuator, light deflector, and image projection device | |
| Dobosz | Reflection techniques of continuous laser beam deflection—A comprehensive overview |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170708 |