Сканирующее устройство Советский патент 1982 года по МПК G02F1/29 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к системам сканирования, и может быть применено для управления оптическим лучом.

Известно сканирующее устройство, содержащее зеркало, расположенное на трех опорах, одна из которых является неподвижной, пьезоэлектрические преобразователи, шарнирно соединенные с двумя подвижными опорами, и генератор-возбудитель l.

Однако это устройство имеет малое быстродействие из-за недостаточной жесткости упругой системы подвески зеркала и ма.пые угловые отклонения зеркала (до 0,5 угл.град.).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является сканирующее устройство, содержащее зеркало, управляемое пьезоэлектрическими преобразователями, и генератор электрических колебаний 2.

Недостатками этого устройства являются малое быстродействие, определяемое в основном, системой рычагов и малой жесткостью подвеса зеркал, а также небольшие угловые отклонения зеркала (десятые доли угл. град.).

Цель изобретение - повышение быстродействия устройства и увеличение углов отклонения зеркала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем зеркало, управляемое пьезоэлектрическими преобразователями, и генератор электрических колебаний, к зеркалу прикреплено кольцо с внутренней сфери10ческой поверхностью, в устройство введены три концентратора ультразвуковых колебаний, расположенных через 120 , оси которых параллельны оси зеркала, контактирующих с коль15цом и прикрепленных к пьезоэлектрическим преобразователям.

На фиг.1 изображено предлагаемое сканирующее устройство, общий вид, вертикальный разрез; на фиг.2 - раз20рез Б-Б на фиг.1; на фиг.З - блоксхема устройства.

Сканирующее устройство содержит зеркало 1, которое неподвижно скреплено с кольцом 2 с внутренней сферической поверхностью радиусом R. Кольцо 2 своей сферической поверхностью опирается на три концентратора 3 ультразвуковых колебаний (например, ступенчатых). К нижней ча30сти концентраторов на акустическом

контакте прикрепланы пьезоэлектрические г реобраэователи 4 в яиде п ;езо-керами--геских дисков .. Кои;центраторь1 ул граавуковглх колебания установлены Б держс1теле 5 в узловых плоскостях, т.е. в тех местах,, где продольные колебания равны нулю, Держате.п.ь 5 установлен п корпусе б, Упругий прижим кольца 2 с зеркалом 1 обесгге чивается пружиной 1, яругой конец которой saKpenJiBH в центре сферы кольца. Для контроля углового отклонения сканируемого зеркала 1 на корпусе 6 установлен измерительный преобразовател}, 8, который через усилитель-преобразователь 9 гюдключен к одному входу сравнивающего устройства 10, другой вход последнего соединен с задающим устройством 11, Выход сравнивающего устройства 10 подключен к одному входу управляющего устройства 12, другой вход которого подсоединен к генератору 13 электрических колебаний. К выходу управляющего устройства 12 подключены пьезоэлектрические преобразователи

Сканирующее устройство работае следующим образом.

Сигналы, задающие требуемое положение зеркала 1, поступают с задающего устройства 11 на один вход сравнивающего устройства 10, ia другой вход которого через усилитель-преобразователь 9 приходит информация от измерительного преобразователя 8 о действительном положении зеркала 1 , Выходной сигнал сравнивающего устройства 10 в зависимости от значения и знака разности входных сигналов поступает на вход управляющего устройства 12. Управляющее устройство 12 подключает соответствую1ДИМ образом пьезоэлектри 1еские преобразователи 4 к генератору 13 электрических колебаний. Электрические колебания генератора 13 возбуждают ультразвуковрле колебания в пьезоэлектрических преобразователях 4 и конце траторах 3 ультразвуковых колебаний.

Управляющее устройство 12 обеспечивает два уровня возбу;кцения концентраторов 3 ультразвуковых колебаний. В первом уров}.е амплитудгз продольных колебаний концентраторов 3 небольшие и обеспечивают только значительное (до 95%) снижение силы трения между кольцом и опорными концами концентраторов 3.

Во втором уровне возбуждения концентраторов 3, характеризуемом максимальными амплитудами продольных колебаний в зонах контакта кольца 2 с концами колеблющихся концентраторов 3, возбуждаются косые высокочастотные соударения, приводящие к образованию момента поворота относительно оси, проходящей через центр сферы радиусом R и перпендикулярной

Г1лос -;ости ; в которой лежит и,ентр CJe -iu и ijCH соответствугзщего преобразоь лтеля .

IloiiOpijT относительно любой оси, прохо.цящей через точку О (центр сферы), производится су. мированием векTopoii моментов, возбуждаемых соответсгву 0 цимл преобразозателяг4и . В случае, когда поворот относительно какой-то оси обеспечивается одним или лвумя пьeзoэлeктpичecки ди преобразователями, кэлектродам остальных тгйезоэлектрических преобразователей подключается пониженное напряжение т.е, первый уровень возбуждения).

При колебаниях пьезоэлектрических преобразователей 4 в виде пьезокера шческих дисков по всей cyм apнoй лшиме пьезоэлектрического преобразоыаталя 4 и концентратора 3 ультразвуковых колебаний устанавливается сто{гчая волна с узловой плоскостью в месте крепления.

Применение концентраторов 3 ультразвуковых колебаний способствует увеличению- амплитуд, что увеличивает скорость отклонения 1,вращен} я,) зеркала 1. Скорость вра1дения зеркала 1 будет максимальной, когда касательная в точке соприкосновения сферической поверхности с концентратором 3 будет проходить под углом а 4 , т.е. ;-Согда будет выполняться соотношение г Rcos45 . Максимал знь е углы отклонения зеркала 1 определяютс.я геометрическиь-ш размерами сферической поверхности кольца 2 ограничители MaKCHMajibHfjix угловых отклонений зеркала 1 на не показаны).

Экспериментально исследовался действующий макет сканирующего устройства с пьезоэлектрическиг ш преобразователями Е виде пьезокерамдческих дисков с размерами ,4 мм, концеь;траторами ультразвуковых колебаний ; с- -упенчатыми) мг4 и кольцом с ;:.ь:утренней сферической пове)хностью радиусом R 25 мм. Резонансная частота пьезоэлектрических преобразователей с концентраторами ультразвуковых колебаний . 130 . В качестве генератора электрических колебаний был применен генератор ГЗ-56/1.

Экспериментальное исследование макета сканируемого устройства показало, что быстродействие сканирования повысилось на 70%, а углы отклонения сканируемого элемента - зеркала увеличились в 3 раза.

Формула изобретения

Сканирующее устройство, содержащее зеркало, управляемое пьезоэлектрическими преобразователями, и генератор электрических колебаний.

отличающееся тем, что, с целью повышения его быстродействия и увеличения углов отклонения, к зеркалу прикреплено кольцо с внутренней cOepk4ecKoft поверхностью, в устройство введены трл концентратора ультразвуковых колебаний, расположенных через , оси которых параллельны оси зеркала, контактирующих с кольцом и прикрепленных к пьезоэлектрическим преобразователям.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США W 3981566, кл.350285, опублик. 1976.

Г

Патент США W 3902783,

кл.С 02 F 1/29, опублик. 1975 (прототип) .

/

2