ОПТИЧЕСКИЙ ДЕФЛЕКТОР Российский патент 2005 года по МПК G02B26/10 

Предлагаемое изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в устройствах с оптико-механическим сканированием изображения для осуществления, например, чересстрочной развертки.

Известны устройства сканирования или отклонения оптических лучей (а.с. СССР №1108381, С 02 В 27/17, опубл. 15.08.84 г., а.с. СССР №1485188, G 02 В 26/10, опубл. 07.06.89 г., а.с. СССР №1405015, G 02 В 26/10, опубл. 23.06.88 г.), содержащие пьезокерамические приводы, выполненные в виде биморфных элементов.

Основным недостатком этих устройств является снижение их чувствительности за счет нагружения пьезопривода датчиком обратной связи системы управления (а.с. №1108381) или вторым пьезокерамическим элементом (а.с. СССР №1485188, а.с. СССР №1405015).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является оптический дефлектор, описанный в «Устройстве развертки фокальной плоскости» (заявка РСТ №85/05464, G 02 B 26/10, опубл. 05.12.1985 г.).

Оптический дефлектор содержит зеркало с оправой, установленное на основании с помощью первого упругого элемента, два пьезокерамических биморфных элемента, расположенных параллельно плоскости зеркала и консольно закрепленных на основании в противоположных направлениях, при этом их свободные концы связаны с соответствующими периферийными зонами зеркала с помощью других упругих элементов, а ось качания зеркала проходит через его центр и первый упругий элемент.

В этом дефлекторе второй пьезокерамический элемент движется в противоположном первому направлении и используется как датчик системы управления.

Недостатком данного устройства является большое количество упругих элементов, приводящих к снижению его виброустойчивости. Кроме того, как и в упомянутых выше устройствах, второй пьезокерамический элемент увеличивает нагрузку на рабочий элемент, снижая чувствительность пьезокерамического привода.

Основными задачами, решаемыми в предлагаемом устройстве, являются повышение его чувствительности и виброустойчивости.

Решение указанных задач достигается тем, что в оптическом дефлекторе, содержащем зеркало с оправой, установленное на основании с помощью упругого элемента, пьезокерамический биморфный элемент, расположенный параллельно плоскости зеркала и консольно закрепленный на основании, при этом свободный конец пьезокерамического биморфного элемента связан с периферийной зоной зеркала, дополнительно введены узел защемления, закрепленный на оправе зеркала, и демпфирующее устройство, одним концом жестко закрепленное на основании, а свободным концом через узел защемления связанное с периферийной зоной зеркала и свободным концом пьезокерамического биморфного элемента, установленным в узле защемления, при этом упругий элемент соединен с противоположной периферийной зоной зеркала;

узел защемления выполнен в виде закрепленной на оправе зеркала скобы с выступом, перпендикулярным плоскости зеркала, и диэлектрических прокладок, закрепленных соответственно на оправе зеркала и скобе и охватывающих с двух сторон свободный конец пьезокерамического биморфного элемента, при этом поверхности диэлектрических прокладок, примыкающие к пьезокерамическому биморфному элементу, выполнены цилиндрическими с образующей, направленной вдоль короткой стороны пьезокерамического биморфного элемента;

демпфирующее устройство выполнено в виде двух параллельных плоских пружин, свободные концы которых поджаты с двух сторон к выступу скобы узла защемления.

На фиг.1 представлена боковая проекция оптического дефлектора, на фиг.2 - фронтальная проекция, на фиг.3 - размещение пьезокерамического биморфного элемента в узле защемления.

Оптический дефлектор содержит зеркало 1 с оправой 2, установленное на основании 3 с помощью упругого элемента 4, например плоской пружины, пьезокерамический биморфный элемент 5, расположенный параллельно плоскости зеркала 1 и консольно закрепленный на основании 3 с помощью хомута 6, при этом свободный конец пьезокерамического биморфного элемента 5 связан с периферийной зоной зеркала 1 через узел защемления 7 и демпфирующее устройство 8, одним концом жестко закрепленное на основании 3. Узел защемления 7 выполнен в виде закрепленной на оправе 2 зеркала 1 скобы 9 с выступом 10, перпендикулярным плоскости зеркала 1, и диэлектрических прокладок 11, закрепленных соответственно на оправе 2 зеркала 1 и скобе 9 и охватывающих с двух сторон свободный конец пьезокерамического биморфного элемента 5, при этом поверхности диэлектрических прокладок 11, примыкающие к пьезокерамическому биморфному элементу 5, выполнены цилиндрическими с образующей, направленной вдоль короткой стороны пьезокерамического биморфного элемента 5. Демпфирующее устройство 8 выполнено в виде двух параллельных плоских пружин 12, свободные концы которых поджаты с двух сторон к выступу 10 скобы 9 узла защемления 7, например, с помощью накладок 13. Пьезокерамический биморфный элемент снабжен выводами 14.

Оптический дефлектор работает следующим образом.

На выводы 14 пьезокерамического биморфного элемента 5 подается знакопеременное управляющее напряжение, что вызывает изгибы защемленного конца пьезокерамического биморфного элемента 5 и, соответственно, изменение углового положения зеркала 1 с оправой 2 через узел защемления 7 с частотой изменения полярности управляющего напряжения, что в свою очередь приводит к периодическому изменению угла отражения пучка лучей, падающих на зеркало 1.

Повышение чувствительности оптического дефлектора обусловлено снижением силы трения в узле защемления 7 за счет уменьшения площади касания диэлектрических прокладок 11, имеющих цилиндрические поверхности, обращенные к биморфному элементу 5. При этом отсутствует зазор в узле защемления 7. При периодическом изменении полярности управляющего напряжения происходит резкое торможение подвижной системы оптического дефлектора (зеркало 1, оправа 2, биморфный элемент 5) в точках, обусловленных кривой гистерезиса пьезокерамики (узловые точки) и уровнем управляющего напряжения на пьезокерамическом биморфном элементе 5. Этот процесс приводит к появлению собственных высокочастотных колебаний подвижной системы (как в любой системе, имеющей упругие элементы). Кроме того, могут возникать колебания, обусловленные, например, установкой устройства, имеющего в своем составе описываемый оптический дефлектор, на вибрирующее основание (летательный аппарат). Демпфирующее устройство 8, являясь частью конструкции заявляемого оптического дефлектора, эффективно снижает амплитуду вибраций зеркала 1 за счет силы трения, обеспечиваемой прижатием пластин 12 к выступу 10 скобы 9 узла защемления 7.

Дефлектор может быть использован в устройствах с оптико-механическим сканированием изображения для осуществления, например, чересстрочной развертки. Оптический дефлектор содержит зеркало с оправой, установленное на основании с помощью упругого элемента, пьезокерамический биморфный элемент, расположенный параллельно плоскости зеркала и консольно закрепленный на основании. Свободный конец пьезокерамического биморфного элемента связан с периферийной зоной зеркала. В дефлектор дополнительно введены узел защемления, закрепленный на оправе зеркала, и демпфирующее устройство, одним концом жестко закрепленное на основании, а свободным концом через узел защемления связанное с периферийной зоной зеркала и свободным концом пьезокерамического биморфного элемента, установленным в узле защемления. Упругий элемент соединен с противоположной периферийной зоной зеркала. Обеспечивается снижение нагрузки на рабочий элемент и повышение виброустойчивости. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Оптический дефлектор, содержащий зеркало с оправой, установленное на основании с помощью упругого элемента, пьезокерамический биморфный элемент, расположенный параллельно плоскости зеркала и консольно закрепленный на основании, при этом свободный конец пьезокерамического биморфного элемента связан с периферийной зоной зеркала, отличающийся тем, что в него дополнительно введены узел защемления, закрепленный на оправе зеркала, и демпфирующее устройство, одним концом жестко закрепленное на основании, а свободным концом через узел защемления связанное с периферийной зоной зеркала и свободным концом пьезокерамического биморфного элемента, установленным в узле защемления, при этом упругий элемент соединен с противоположной периферийной зоной зеркала.2. Оптический дефлектор по п.1, отличающийся тем, что узел защемления выполнен в виде закрепленной на оправе зеркала скобы с выступом, перпендикулярным плоскости зеркала, и диэлектрических прокладок, закрепленных соответственно на оправе зеркала и скобе и охватывающих с двух сторон свободный конец пьезокерамического биморфного элемента, при этом поверхности диэлектрических прокладок, примыкающие к пьезокерамическому биморфному элементу, выполнены цилиндрическими с образующей, направленной вдоль короткой стороны пьезокерамического биморфного элемента.3. Оптический дефлектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что демпфирующее устройство выполнено в виде двух параллельных плоских пружин, свободные концы которых поджаты с двух сторон к выступу скобы узла защемления.