ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2009 года по МПК G02B26/10 

Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению, в частности к устройствам для перемещения лазерного луча в пространстве, устройствам сканирования и слежения.

Известно устройство отклонения луча, содержащее два пьезоэлемента с нанесенными на них отражающими поверхностями, расположенными друг напротив друга [патент РФ №2069383, МПК G02B 26/10].

Недостатками известного устройства отклонения луча являются малые углы отклонения луча и потери мощности излучения при многократных отражениях от отражающих поверхностей.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для пространственного отклонения луча, включающее электромагнитную систему, закрепленную на корпусе, и крестовину с постоянными магнитами и наклонным зеркалом, подвешенную на пружинах [патент РФ №2205439, МПК G02B 26/08, Бюл. №15, 27.05.2003].

Недостатками известного устройства для пространственного отклонения луча являются сложность точного однозначного фиксирования пластины с зеркалом в определенном положении и искажение растра отраженного от зеркала лазерного пучка.

Задачей изобретения является повышение точности и изменение функциональных возможностей для получения сложных траекторий перемещения лазерного луча. Указанная задача решается тем, что в лазерном сканирующем устройстве, содержащем направленный источник излучения, установленный напротив зеркала, закрепленного на четырехлучевой крестовине, и систему управления зеркалом, собранные в корпусе, система отклонения луча дополнительно снабжена четырьмя направляющими стержнями, закрепленными по одному на каждой из четырех оконечностей крестовины. Каждый направляющий стержень соединен с крестовиной при помощи шарнира, имеющего четыре степени свободы. Направляющие стержни имеют на своей внешней поверхности винтовую нарезку, с помощью которой закреплены в неподвижных резьбовых втулках с аналогичной внутренней нарезкой, и имеют возможность перемещаться возвратно-поступательно при вращении в ту или иную сторону. А в качестве управляющих элементов используются электродвигатели, вращающие направляющие стержни.

На чертежах изображено:

фиг.1 - Конструкция устройства;

фиг.2 - Шарнирные элементы;

фиг.3 - Вариант конструкции устройства.

Лазерное сканирующее устройство имеет источник направленного излучения 1, расположенный напротив зеркала 2, установленного в центре четырехлучевой крестовины 3 (Фиг.1). На каждой из четырех оконечностей крестовины 3 с помощью шарнирных элементов 4 закреплено по одному направляющему стержню 5. Причем конструкция шарнирных элементов 4 позволяет каждому из стержней 5 качаться относительно крестовины в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, вращаться вокруг своей оси и перемещаться возвратно-поступательно вдоль соответствующего луча крестовины в известных пределах. На внешних поверхностях направляющих стержней 5 выполнена винтовая нарезка, при помощи которой каждый из направляющих стержней 5 ввернут в неподвижные резьбовые втулки 6, имеющие соответствующую внутреннюю нарезку. Резьбовые втулки 6 неподвижно закреплены на общем основании 7 таким образом, что все направляющие стержни 5 параллельны друг другу, а крестовина 3 в исходном положении параллельна основанию 7. При согласованном вращении любой пары накрест лежащих направляющих стержней 5 вокруг своей оси в противоположных направлениях соответствующие лучи крестовины 3 опускаются или поднимаются. Для вращения направляющих стержней 5 на основании 7 установлены шаговые электродвигатели 8.

Положение источника излучения 1 относительно зеркала 2, а также угол наклона зеркала 2 относительно крестовины 3 могут быть различными в зависимости от назначения и конструкции устройства в целом.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении крестовина 3 опирается на четыре направляющих стержня 5 через шарнирные элементы 4 и располагается параллельно основанию 7. При подаче питания каждая пара накрест лежащих шаговых электродвигателей 8 включается и работает только совместно, причем при вращении их валов один из направляющих стержней 5 перемещается по направлению вверх, а другой - вниз на одинаковые расстояния. Вторая пара накрест лежащих шарнирных элементов в этом случае является осью, вокруг которой качается крестовина 3. Аналогичным образом осуществляется качание крестовины 3 и по другой оси.

Возможная конструкция шарнирных элементов 4, позволяющих крестовине 3 качаться одновременно в двух плоскостях, следующая (Фиг.2). Верхняя оконечность направляющего стержня 5 выполнена в виде шара. На крестовине 3 закреплен корпус шарнирного элемента, имеющий полость, соответствующую шаровой оконечности направляющего стержня 5. Для компенсации изменяющегося расстояния от оси качания крестовины до каждого из шарнирных элементов корпусы шарнирных элементов установлены в пазах на оконечностях крестовины, образующих направляющие, по которым корпус может скользить в радиальном направлении.

Каждый направляющий стержень 5 смонтирован на соответствующем валу двигателя 8 с помощью соединения, допускающего их взаимное осевое перемещение, например шлицевого, шпоночного или др.

Другой вариант управления крестовиной 3 предполагает использование катушек электромагнитов 9 (Фиг.3). При этом крестовина 3 вывешивается на пружинной подвеске 10, а направляющие стержни 5, выполненные из немагнитного материала, имеют ферромагнитные участки 11, одновременно являющиеся сердечниками электромагнитов 9. Отклонение крестовины 3 осуществляется подачей напряжения питания определенной величины на электромагниты 9, при этом ферромагнитные участки 11 стержней 5 втягиваются внутрь электромагнитов 9.

Вариант реализации устройства с использованием электродвигателей позволяет добиться высокой точности ориентировки отраженного луча в сочетании с большими углами отклонения. При использовании электромагнитов устройство может работать в частотном режиме.

Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению, в частности к устройствам для перемещения лазерного луча в пространстве, устройствам сканирования и слежения. Лазерное сканирующее устройство включает направленный источник излучения, установленный напротив зеркала, закрепленного на четырехлучевой крестовине, и систему управления зеркалом, собранные в корпусе, причем система отклонения луча дополнительно снабжена четырьмя направляющими стержнями, закрепленными по одному на каждой из четырех оконечностей крестовины. Каждый направляющий стержень соединен с крестовиной при помощи шарнира, имеющего четыре степени свободы. Направляющие стержни имеют на своей внешней поверхности винтовую нарезку, с помощью которой закреплены в неподвижных резьбовых втулках с аналогичной внутренней нарезкой и имеют возможность перемещаться возвратно-поступательно при вращении в ту или иную сторону. А в качестве управляющих элементов используются электродвигатели, вращающие направляющие стержни. Технический результат - повышение точности и изменение функциональных возможностей для получения сложных траекторий перемещения лазерного луча. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для пространственного отклонения луча, содержащее корпус, источник излучения, четырехлучевую крестовину, на которой установлено зеркало, отличающееся тем, что на каждой из четырех оконечностей крестовины закреплено по одному направляющему стержню, взаимодействующему с одним из четырех управляющих элементов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый направляющий стержень соединен с крестовиной при помощи шарнира, имеющего четыре степени свободы.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что направляющие стержни имеют на своей внешней поверхности винтовую нарезку, с помощью которой закреплены в неподвижных втулках с аналогичной внутренней нарезкой, и имеют возможность перемещаться возвратно-поступательно при вращении в ту или иную сторону.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве управляющих элементов используются электродвигатели, вращающие направляющие стержни.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что направляющие стержни выполнены из немагнитного материала и имеют ферромагнитные участки.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве управляющих элементов используются электромагнитные катушки, а крестовина закреплена в пространстве с помощью пружин.