SU742853A1

SU742853A1 - Two-coordinate scanning device

Info

Publication number: SU742853A1
Application number: SU782574455A
Authority: SU
Inventors: Вячеслав Иванович Алексеенко; Рамутис Юозо Бансевичюс; Альфредас Витауто Бусилас; Казимерас Миколо Рагульскис; Михаил Александрович Рытов
Original assignee: Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса
Priority date: 1978-01-26
Filing date: 1978-01-26
Publication date: 1980-06-25

Description

Изобретение относитс к приборостроению , в частности, к устройствам отклонени света и может быть использовано при создании сканирующих систем в лазерной св зи. Известны двухкоординатные сканирующие устройства, состо щие лз зеркала Отражающего оптический луч, и пьезоэлектрических приводов, производ щих отклонение з.еркала ClJ . В таком устройстве в качестве приводов поворо .та зеркал используютс столбики, набранные из пьезозлектрических дисков и воздействующие на зеркала через сис тему рычагов. Недостатком этого устройства вл ютс малые максимальные углы отклонени зеркала, не превышающие нескольких угловых минут (до 10). Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс двухкоординатное сканирующее устройство, содержащее зеркало, расположенное на трех опорах , два пьезоэлектрических привода, шарнирно соединенных с двум опорами , генератор-возбудитель 2. Недостатками данного устройства вл ютс малые углы отклонени зеркала и невысокое быстродействие Это объ сн етс малыми допустимыми углами отклонени , характерными дл биморфных пьезоэлектрических приводов, и их недостаточной жесткостью на изгиб . Цель изобретени - увеличение максимального угла отклонени зеркала и повышение быстродействи сканировани . Это достигаетс тем, что устройство дополнительно содержит управл ющее устройство, дешифратор, усилитель-интерпол тор и датчик действительного положени зеркала, при этом каждый привод выполнен из двух, взаимно перпендикул рных в исходном положении и поджатых друг к другу, пьезокерамических стержней, закрепленных шарнирно относительно корпуса, а электроды стержней подсоединены к управл ющему устройству, к одному входу которого через дешифратор и усилитель-интерпол тор подключен датчик действительного положени зеркаша, а ,к другому - генератор высокочастотных колебаний. На фиг. 1 прив-эдено предлагаемое устройство, вид сверху; на фиг. 2 схематически изображен привод.The invention relates to instrumentation, in particular, to devices for the deflection of light and can be used to create scanning systems in laser communications. Two-coordinate scanning devices are known, consisting of a mirror of a Reflecting optical beam mirror, and piezoelectric drives producing a deflection of a mirror ClJ. In such a device, columns made from piezoelectric disks and acting on the mirrors through a system of levers are used as actuators for turning mirrors. The disadvantage of this device is small maximum angles of deflection of the mirror, not exceeding several angular minutes (up to 10). The closest to the invention to the technical essence and the achieved result is a two-coordinate scanning device containing a mirror located on three pillars, two piezoelectric actuators pivotally connected to two pillars, the exciter generator 2. The disadvantages of this device are small angles of deflection of the mirror and low performance This is due to the small allowable deflection angles typical of bimorph piezoelectric actuators and their insufficient bending stiffness. The purpose of the invention is to increase the maximum angle of deflection of the mirror and increase the speed of scanning. This is achieved in that the device additionally contains a control device, a decoder, an amplifier-interpolator and a sensor of the actual position of the mirror, each drive being made of two mutually perpendicular in the initial position and pressed together to each other, piezoceramic rods hinged relative to the housings, and the electrodes of the rods are connected to a control device, to the same input of which a sensor of the actual position of the mirror is connected through a decoder and an interpolator amplifier, and Ogoma - generator of high-frequency oscillations. FIG. 1 lead-edeno the proposed device, top view; in fig. 2 schematically shows the drive.

Зеркало 1 при помощи пружины 2 прижимаетс к неподвижной опоре 3 к к двум подвижным опорам 4. Кажда подвижна опора 4 расположена на горизонтальном пьезокерамическом стержне 5 , к которому пружиной 6 поджат вертикальный пьезокерамический стержень 7. В исходном положении пьезо (керамические стержни 5 и 7 наход тсЬ во взаимно перпендикул рном пологКении , и поверхность контакта гори онтального стержн 5 выполнена как дуга окружности с радиусом iMirror 1 with a spring 2 is pressed against a fixed support 3 to two movable supports 4. Each movable support 4 is located on a horizontal piezoceramic rod 5, to which a vertical piezoceramic rod 7 is pressed by spring 6. In the initial position of the piezo (ceramic rods 5 and 7 tsb in mutually perpendicular flat kennels, and the contact surface of the horizontal on the rod 5 is designed as an arc of a circle with a radius i

где 6 - попна длина стержн .where 6 is the length of the rod.

Йьезокерамические стержни 5 и / в ютс пьезоэлектрическими цреобрадовател ми колебаний и креп тс к копусу 8 шарнирно, причем шарниры 9 и 10 расположены в узлах колебаний (см.эпюры на фиг. 2). На оси шарнира 9 горизонтального стержн 5 крепитс Лепесток 11 с сектором кругового растра 12, сопр женного с таким же сектором неподвижного растра 13. Источник света 14 просвечивает через .Образующуюс в растровом сопр жении муаровую картину, изменение интенсив (ocти которой фиксируетс фоточувстбительным элементом 15, подсоединенным к входу интерпол тора 16, служащего дл повышени дискретности задаИи и отсчета угла сканировани . Выход .интерпол тора 16 подсоединен к ВХОДУ дешифратора 17, к другому вход Которого подсоедин етс управл ющий сигнал 18. Выход дешифратора соединен с блоком 19 управлени , который коммутирует подсоединение генератора 20 высокочастотных электрических колебаний к электрсдам стержней 5 и 7.The yokeceramic rods 5 and / in are piezoelectric oscillation retracters and are hinged to the copus 8, with the hinges 9 and 10 located in the oscillation nodes (see diagram in Fig. 2). On the axis of the hinge 9 of the horizontal rod 5, there is attached Petal 11 with a circular raster sector 12 conjugated with the same fixed raster sector 13. Light source 14 shines through a moire pattern forming a raster junction which is fixed by a photosensitive element 15, connected to the input of the interpolator 16, which serves to increase the discreteness and counting of the scan angle. The output of the interpolator 16 is connected to the INPUT of the decoder 17, to another input of which the control is connected second signal decoder 18. The output is connected to a control unit 19 which switches the connection of the generator 20 to the high-frequency electrical oscillations elektrsdam rods 5 and 7.

Сканирующееустройство работает следующим образом.Scanning device works as follows.

Выходные сигналы 18, задающие требуемое положение зеркала 1, поступаю в дешифратор 17, в другой вход которого через усилитель-интерпол тор 16 от датчика поступает информаци о текущем значении угла поворота зеркала 1.The output signals 18, which set the desired position of the mirror 1, go to the decoder 17, to another input of which, via the interpolator amplifier 16, the sensor receives information about the current value of the angle of rotation of the mirror 1.

В зависимости от рассогласовани .текущей и заданной координаты дешифратор 17 вьвдает импульсы управлени блоку 19 управлени , который подключает соответствующим образом напр жение генератора 20 к электродам преобразователей 5 и 7, которые начинаю совершать высокочастотные резонансные колебани с частотой Depending on the mismatch of the current and the given coordinate, the decoder 17 emits control pulses to the control unit 19, which connects the generator voltage 20 in an appropriate way to the electrodes of the converters 5 and 7, which begin to make high-frequency resonant oscillations with a frequency

i-fe где С - скорость звука в материалеi-fe where C is the speed of sound in the material

преобразовател ;converter;

., - длина преобразовател (см.., is the length of the transducer (see

фиг. 2), т.е. по длине преобразовател укладываетс половина волны (см. эпюры на фиг. 2) и с узлом колебаний в середине преобразовател . В зоне контакта преобразователей 5 и 7 суммируютс дваFIG. 2), i.e. half of the wave is laid along the transducer (see diagrams in fig. 2) and with an oscillation node in the middle of the transducer. In the contact zone converters 5 and 7 are summed up two

типа колебаний, тангенциальные, задаваемые преобразователем 7, и нормальные к поверхности контакта, задаваемые преобразователем 5.oscillation types, tangential, given by transducer 7, and normal to the contact surface, defined by transducer 5.

Частоты колебаний обоих преобразователей одинаковы (заданы генератором 20.) Таким образом, в зоне контакта происход т косные соударени большой частоты, привод щие к по влению однонаправленных импульсов с частотой равной частоте питани преобразователей 5 и 7, преобразователь 5 совершает поворот по оси, наход щейс в его середине (в узле колебаний ) . Это движение с передаточным отношением i через опору 4 передаетс 5 зеркалу 1 . QThe oscillation frequencies of both transducers are the same (set by generator 20.) Thus, in the contact zone, oblique high-frequency collisions occur, leading to the appearance of unidirectional pulses with a frequency equal to the supply frequency of transducers 5 and 7, transducer 5 rotates along the axis in its middle (in the node of vibrations). This movement, with a gear ratio i, is transmitted through support 4 to 5 mirror 1. Q

-dC-dC

где oL- угол наклона зеркала 1;where oL is the angle of the mirror 1;

Q - угол поворота преобразовател 5;Q is the angle of rotation of the converter 5;

0 i 10,9 дл реализованного образца устройства. При реверсировании мен етс фаза колебаний одного из преобразователей на 180° {пунктирна крива на фиг. 2) и направление действи импульсов мен етс на противоположное. Чувствительность такого привода очень высока (сотые доли микрометра), так как амплитуды колебаний очень малы (несколько микрометров), а частоты большие - от 20 кГц до 200 кГц.0 i 10,9 for a realized device sample. When reversing, the phase of oscillations of one of the converters changes by 180 ° {the dotted curve in FIG. 2) and the direction of action of the pulses is reversed. The sensitivity of such a drive is very high (hundredths of a micrometer), since the oscillation amplitudes are very small (a few micrometers), and the frequencies are large - from 20 kHz to 200 kHz.

Быстродействие сканировани зависит только от величины момента привода ,так как частота первого резонане са зеркала 1 на упругой св зи (в которую входит изгибна жесткость преобразовател 5) довольно высока .The scanning performance depends only on the magnitude of the drive torque, since the frequency of the first resonance of mirror 1 on the elastic coupling (which includes the flexural rigidity of the converter 5) is quite high.

Эффективность предлагаемого двухкоординатного сканирующего устройства заключаетс в значительном увеличении максимального угла отклонени зеркала (до 5® в изготовленном макете ) , и тем самым в повышении функциональных возможностей сканирующего устройства, а также повышении быстродействи , ввиду отсутстви в упругой цепи привода звеньев с пониженной жесткостью.The effectiveness of the proposed two-coordinate scanning device consists in a significant increase in the maximum deflection angle of the mirror (up to 5® in the fabricated layout), and thus in an increase in the functionality of the scanning device, as well as an increase in speed, due to the absence of links with reduced rigidity in the elastic drive chain.

Claims

1. US patent W 3902783, cl. 350 - 6, published. 1975

2, US Patent No. 3981566,

cl. 350-28 5, published, 1976 (prototype).