Устройство для микроперемещения оптических элементов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР Мф 960101, кл. В 65 С 27/00, 1982.Авторское свидетельство СССР У 93483, кл. Н 01 1. 41/08, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ(57) Изобретение может быть использовано для прецизионного перемещения жементов оптических систем в соответствии с расчетными зависимостями в панкратических системах, Цель изобретения - повьппение точности устройства и уменьшение его массы и габаритов, Перемещение установленных в цилиндрической оправе 4 оптических элементов 5 осуществляется с помощьюпьезоэлектрических двигателей, преобразующих электрические сигналы высокой частоты блока 2 управления в продольные механические колебания, передаваемые волноводам 3. Выполнениеволноводов 3 в виде пологе усеченного конуса, ось которого перпендикулярна плоскости пьезоэлектрическогодвигателя 6, обеспечивает определенное направление распространения механических колебаний рабочей части волновода 3 от меньшего основания его кбольшему, что вызывает поступательное движение перемещаемых оптическихэлементов в одном направлении. Формаволноводов 3 и оправы 4 исключаетсмещение оптических осей элементов 5относительно друг друга при знакопеременных нагрузках и максимальном перемещении, Приведена блок-схема блока 2 управления устройства. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.1 12953Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для прецизионного перемещения элементов оптических систем в соответствии с расчетными зависимостями в панкратических системах.Цель изобретения - повышение точности перемещения элементов оптической системы, а также уменьшение ее габаритов и веса. ЮНа фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема блока управления устройства.Устройство состоит из блока 1 ультразвукового привода и блока 2 управления.1Блок ультразвукового привода содержит два волновода 3, выполненных в виде усеченного конуса и располо 2 О женных на одной оси, внутри которых расположена цилиндрическая оправа 4 с оптическими подвижными элементами 5.К торцам волноводов 3 прикреплены 25 пьезоизлучатели 6 и отражающие накладки 7, В состав устройства входит также неподвижный оптический элемент 8, который может быть установлен как внутри оправы 4, так и вне ее.30Блок 2 управления (фиг.2) содержит датчик 9 перемещения, цифровую клавиатуру 10, кнопку 11, преобразователь 12 перемещение - скорость, на вход которого приходит сигнал от датчика 9 перемещения, а первый выход преобразователя 12 перемещение - скорость соединен с первым входом схемы 13 сравнения, второй вход подключен вместе с выходом цифровой клавиатуры40 1 О к информационному входу счетчика 4. Первый и второй входы схемы 13 сравнения подключены соответственно к второму входу элемента И 15 и первому входу элемента И 16, Первый45 вход элемента И 15 и второй вход элемента И 16 соединены с вторым выходом преобразователя перемещение - скорость, а выходы элементов И 15 и 16 соединены соответственно с входом обратного счета и с входом прямого50 счета счетчика 14, первый и второй выходы которого подключены соответственно ко входам цифроаналоговых преобразователей 17 и 18, выходы которых соединены соответственно с входа 55 ми усилителей 19 и 20, вход предварительной записи счетчика 14 соединен с кнопкой 11, Блок 2 управления со 2держит также концевые выключатели 21 и 22, кнопку 23, элементы ИЛИ 24 и 25, триггеры 26 и 27, причем выход концевого выключателя 21 соединен с информационным входом триггера 26 и первым входом элемента ИЛИ 25, а вход синхронизации триггера 26 соединен с выходом элемента ИЛИ 24, первый вход которого соединен с выходом кнопки 23 и вторым входом элемента ИЛИ 25, третий вход которого соединен с вторым выходом элемента ИЛИ 24, выходом концевого выключателя 23 и информационным входом триггера 27, вход синхронизации которого соединен с выходом элемента ИЛИ 25. Выход усилителя 19 подключен к входу задающего генератора 28, выход которого через предварительный усилитель 29 подключен к входам оконечных усилителей 30 и 31, выход оконечного усилителя 30 подключен к первому входу аттенюатора 32, к второму входу которого подключен выход усилителя 20. Выходы аттенюатора 32 и оконечного усилителя 31 соединены соответственно с первыми входами ключей 33 и 34, с вторыми входами которых соединены выходы триггеров 26 и 27 соответственно, а выходы ключей 33 и 34 подключены к блоку 1 ультразвукового привода перемещения.Устройство работает следующим образом.С помощью цифровой клавиатуры 10 формируется Б-разрядный двоичный код требуемой скорости, который подается на схему 13 сравнения (канал В) и счетчик 14. Код реальной скорости, который подается во второй канал (А) схемы 13 сравнения, формируется преобразователем 12 перемещение - скорость, к входу которого подключен датчик 9 перемещения. Схема 13 сравнения имеет два выхода, А ) В и А ( В, которые подключены к элементам И 5 и 16 соответственно. На оба эти элемента заведен также сигнал "Конец преобразования" от преобразователя 12 перемещение - скорость, Выходы элементов И 15 и 16 подключены к счетным входам счетчика 14, к входу счета в обратном и входу счета в прямом направлении соответственно. Если коды требуемой скорости и реальной скорости не совпадают, то на одном из выходов схемы 14 сравнения А ) В или А ( В присутствует высокий уро 3 12953 вень, и сигнал "Конец преобразования" поступает на один иэ счетных входов счетчика 16, вызывая изменение кода на его выходе на "1" в сторону увеличения или уменьшения так, чтобы уменьшить разницу между требуемой и реальной скоростями. Предварительная установка счетчика осуществляется с помощью сигнала, поступающего на его вход записи от кнопки 11. При этом 1 О в счетчик записывается код требуемой скорости, поступающий от цифровой клавиатуры 10, Младшие И/2 разрядов кода поступают на цифроаналоговый преобразователь 17, который преобра зует их в соответствующее напряжение, поступающее на усилитель 19. С выхода усилителя сигнал поступает на регулируемый напряжением генератор. Аналогично старшие Н/2 разрядов кода 20 счетчика 14 преобразуются цифроаналоговым преобразователем 18, и через усилитель 20 сигнал поступает на управляемый напряжением аттенюатор. Сигнал с перестраиваемого напряжением задающего генератора 28 через предварительный усилитель 29 подается на два оконечных усилителя 30 и 31, После оконечного усилителя 30 включен управляемый напряжением аттенюатор 32, функцией которого является относительно грубый выбор требуемой скорости перемещения в прямом направлении во всем диапазоне ее изменения. Более точный выбор требуемой 35 скорости осуществляется установкой необходимой частоты генератора. Через ключи 33 и 34 сигнал с аттенюатора поступает на пьезоизлучатели 6 ультразвукового устройства 1 перемещения.Пьезоизлучатели 6 ультразвукового устройства перемещения предназначены для преобразования электрического сигнала высокой частоты в продольные45 механические колебания их поверхности, которые передаются волноводу. Расположение пьезоизлучателей под углом 90к рабочей части волновода, а также выполнение волновода в виде полой усеченной фигуры, в которой внутренняя образующая волновода .составляет с осью вращения угол меньше, чем внешняя образующая волновода, обуславливает преобразование продоль55 ных механических колебаний высокой частоты пьезоизлучателей в тангенциальные механические колебания ра 54 4бочей части волновода. Такое преобразование возможно благодаря тому, что происходит опаздывание по фазе (времени) прихода механических колебаний продольной волны от единичных площадей пьезоизлучателя к единичным площадям рабочей части волновода, т.е. внешнего участка и внутреннего участка рабочей части волновода. Это создает определенное направление распространения механических колебаний рабочей части волновода от внутреннего к внешнему участку. Таким образом происходит стабилизация фазы тангенциальных колебаний и непрерывное тангенциальное колебательное движение в пределах длины рабочей части волновода. Эти тангенциальные колебания (механические), направленные в одну сторону (от внутреннего к внешнему участку), передаются через непосредственный контакт (рабочая часть волновода, поверхность перемещаемого объекта), что вызывает поступательное движение в определенном (одном) направлении перемещаемого объекта. Кроме того, исполнение рабочей части волновода аналогично форме перемещаемого объекта позволяет обеспечить непрерывный контакт поверхности рабочей части волновода с поверхностью перемещаемого объекта, что значительно стабилизирует скорость перемещения, а также тяговое усилие.Конструктивное выполнение волновода в виде полого усеченного конуса (тела вращения) и перемещаемого узла в виде полого цилиндра обусловлено необходимостью прохождения луча, а также исключает возможность смещения оптической оси оптических компонент одна относительно другой при знакопеременных нагрузках и при максимальном перемещении.Концевые выключатели 21 и 22 вырабатывают сигнал "1" тогда, когда цилиндрическая оправа 4 находится в начальном или конечном положениях соответственно. С помощью кнопки 23 вы" рабатывается сигнал "Пуск" для приве" деиия цилиндрической оправы 4 с подвижными оптическими элементами 5 в движение. В исходном положении ("Начало") Х =1, Х =О, Х =О, Х=О оба ключа 33 и 34 закрыты. По фронту сигнала "Пуск" сигналы Х, и Х записываются в триггере 27 и 28 соответст 5 129535 венно, т.е. Х=1, Х =О, ключ 33 открыт, цилиндрическая оправа 4 перемещается в прямом направлении. При достижении положения "Конец" становится Х=1, по фронту этого, сигнала 5 в триггеры 2 б и 27 записываются Х=О, Х=1, ключ 33 закрывается, ключ 34 открывается, цилиндрическая оправа 4 перемещается в. обратном направлении. При достижении положения "Начало" 10 становится Х,=1, в триггер 27 записываются Хц=О, а Х=О, т.е. оба ключа ЗЗ и 34 закрыты, система в исходном положении "Начало" ожидает следующей команды "Пуск"Цикл закончен. 15Формула изобретения1. Устройство для микроперемещения оптических элементов, содержащее 20 оправу оптического элемента, установленную в корпусе с возможностью перемещения относительно него с помощью привода, снабженного блоком управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения веса и габаритов, привод состоит из пьезоэлектрического двигателя, отражающей накладки, размещенной между двигателем и корпусом, и волновода между двигателем и оправой оптического элемента, образующего полый усеченный конус, обращенный меньшим основанием к оправе, и сочлененного с ним с зазором, меньшим величи ны деформации волновода, плоскость пьезоэлектрического двигателя перпендикулярна оси конуса, причем в устройство введен второй привод, идентичный первому и установленный 40навстречу ему.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управления состоит из датчика перемещения, преобразователя перемещение - ско рость, схемы сравнения, счетчика, двух элементов И, двух цифроаналоговых преобразователей, двух усилителей, двух концевых выключателей, двух элементов ИЛИ, двух триггеров, задаю щего генератора, предварительного усилителя, двух оконечных усилителей,аттенюатора и двух ключей, причем выход датчика перемещения соединен свходом преобразователя перемещениескоростьпервый выход которого соединен с первым входом схемы сравнения,второй вход которой подключен к информационному входу счетчика, второйвыход преобразователя перемещение -скорость подключен к первому входувторого элемента И, а первый н второй выходы схемы сравнения соединенысоответственно с вторым и первым входами первого и второго элементов И,выход первого элемента И соединен свходом обратного счета счетчика, входпрямого счета которого подключен квыходу второго элемента И, первый ивторой выходы счетчика подключены соответственно к входам первого и второго цифроаналогбвых преобразователей, выходы которых соединены. с входами первого и второго усилителей,выход первого концевого выключателясоединен с информационным входом первого триггера и первым входом второго элемента ИЛИ, а вход синхронизации первого триггера соединен с выходом первого элемента и вторым входом второго элемента ИЛИ, третийвход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выходомвторого концевого выключателя и информационным входом второго триггера,вход синхронизации которого соединенс выходом второго элемента ИЛИ, выход первого усилителя подключен квходу задающего генератора, выход которого через предварительный усилитель подключен к входам первого ивторого оконечных усилителей, выходпервого оконечного усилителя подключен к первому входу аттенюатора, квторому входу которого подключенвыход второго усилителя, выходы аттенюатора и второго оконечного усилителя соединены соответственно спервыми входами первого и второгоключей, с вторыйи входами которыхсоединены выходы первого и второготриггеров, а выходы первого и второго ключей подключены к ультразвуковому устройству перемещения.1295354 ставитель В.Ворожихинхред А.Кравчук Корректор М.Ша дактор О.Бугир Заказ 2245 2 одписн ИПИ Производстве олиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тиражудар о делам из 35, Москва венного комитретений и откЖ, Раушска СССРйб., д. 4