Дефлектор света

(51 ГОСУДАРСТВЕННЬПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТИ ОТКРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОР У СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Использование: апти тронное приборостроен ния световых пучков в и Сущность изобретения: с ло закрепляют в подвиж упругом подвесе из упруг ных со свободными конц крепленных пьезопри дополнительно введена в гих пластин параллельно группы пластин и зеркала подвижной платформой, ругих пластин закреплены 4) ДЕФЛ Е КТОР СВ ЕТ форме, которая закреплена в упругом подвесе, состоящем из четырех упругих пластин, ориентированных по нормали к плоскости зеркала, а также четыре консоль- но закрепленных пьезопривода, плоскость наименьшей жесткости которых параллельна плоскости зеркала, а свободные концы соединены с соответствующими упругими пластинами.Недостатками известного дефлектора являются низкое быстродействие и малый угол сканирования. Первопричиной указанных недостатков является расположение пьезоприводов в плоскости, параллельной плоскости зеркала. Такая конструкция делает задачи повышения быстродействия дефлектора и увеличения угла сканирования. взаимно конкурирующими. С одной стороны пьезоприводы должны быть достаточно широкими, так как только в этом случае они могут быть жесткими, что необходимо для(71) Институт технической кибернетики АН БССР(56) Авторское свидетельство СССР М 1448328, кл. 6 02 В 26/10, 1986.Заявка ФРГ М 3542154,кл. 6 02 В 26/08, 1986. Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в различных оптико-электронных и лазерных приборах для двухкоординатного сканирования световых пучков в пределах углов 1-50.Известен дефлектор света, содержащий консольно закрепленный пьезопривод и зеркало, установленное на свободном конце пьезопривода (А.с. СССР М 1448328, БИ М 48, 1988),Недостатком этого дефлектора является то, что с его помощью невозможно получить большие углы сканирования (в практически реализованной в Ин-те техн, кибернетики АН БССР конструкции удалось. обеспечить угол сканирования 0,2 х 0,5).Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предложенному является дефлектор света, содержащий зеркало, установленное на подвижной платческое и оптоэлекие для сканироваределах углов 1-5. канирующее зерканой платформе на их пластин, свяэанами консольно заводов, и в него торая группа упруплоскости первой которая связана с а вторые концы упнеподвижно. 6 ил.5 10 15 20 25 30 35 50 увеличения частоты первого механического резонанса, определяющей быстродействие дефлектора (решение этой задачи путем увеличения толщины пьезопривода или уменьшения его длины невозможно, т.к. приводит к уменьшению величины деформации пьезопривода), а с другой стороны, эти же пьезоприводц должны быть достаточно узкими, т.к. только в этом случае их концы могут быть приближены к центру зеркала, что необходимо для увеличения коэффициента редукции при передаче перемещения от пьезоприводов к зеркалу. Практически при проектировании дефлектора данной конструкции разработчик должен идти на компромисс, ограничиваясь средними углами сканирования (1-5) и невысоким быстродействием.Целью изобретения является повышение быстродействия устройства путем увеличения жесткости пьезоприводов и увеличение угла сканирования светового луча путем увеличения коэффициента редукции при передаче перемещения от пьезоприводов к зеркалу.Цел ь достигается тем, что дефлектор света, содержащий зеркало, установленное на подвижной платформе, закрепленной в упругом подвесе, состоящем из первой группы упругих пластин, и консольно закрепленные пьезоприводы. соединенные свободными концами с упругими пластинами, согласно изобретению, содеркит вторую группу уп ругих пластин, расположенных, как и первая группа, параллельно плоскости зеркала, причем упругие пластины второй группы с одной стороны соединены с подвижной платформой, а с другой стороны неподвикно закреплены, а оси пьезоприводов ориентированы перпендикулярно плоскости зеркала.Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов (второй группы упругих пластин) и новой взаимной ориентацией известных элементов, что ,обеспечивает заявляемому устройству соответствие критерию изобретения "новизна".При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемомутехническому решению соответствие критерию "существенные отличия",В предлагаемой конструкции удаление концов пьезопривода от центра зеркала определяется длиной упругих элементов и может быть значительно больше (в 3-10 раз), чем в прототипе. Во столько же раз увеличивается и жесткость пьезоприводов, что обеспечивает соответствующее увеличение быстродействия. При этом увеличение быстродействия не ограничивает возможность увеличения угла сканирования путем изменения расстояния между группами упругих пластин.Конструкция дефлектора в сечении плоскостью ХОЕ приведена на фиг, 1. На фиг. 2 показан вид упругого подвеса в плоскости ХОУ, на фиг. 3 показана конструкция пластин, соединяющих пьезоприводы с подвижной платформой, в плоскости ХОУ, на фиг. 4 показана конструкция пьезопривода в сечении плоскостью наименьшей жесткости (стрелками показано направление поляризации), на фиг. 5 представлена электрическая схема дефлектора, на фиг. 6 - конструкция дефлектора в деформированном состоянии, возникающем при подаче на пьезоприводы управляющего напряжения.Дефлектор света состоит из зеркала 1, установленного на подвижной платформе 2, которая закреплена в упругом подвесе, состоящем иэ четырех упругих пластин 3-6, расположенных в плоскости ХОУ параллельно плоскости зеркала 1 и ориентированных друг относительно друга на угол 90 и четырех пьезоприводов 7-10 длиной 1, консольно закрепленных с одной стороны, а с другой стороны соединенных с подвижной платформой 2 через упругие пластины 11-14. Продольные оси пьезоприводов 7-11 ориентированы параллельно оси ОЕ и перпендикулярно плоскости упругих пластин 11-14, расположенных параллельно плоскости на расстояНии ХОУ от плоскости упругих пластин 3-6, Плоскости наименьшей жесткости пьезоприводов 7,9 совпадают с плоскостью ХОЛ, а плоскости наименьшей жесткости пьезоприводов 8,10 совпадают с плоскостью УОЕ.Пьезопривод дефлектора состоит из двух пьезокерамических пластин 15 и 16 с электродами 17-20 на боковых поверхностях. Пьезокерамические пластины 15 и 16 поляризованы по толщине в одном направлении и соединены между собой боковыми плоскостями (на фиг, 4 пьеэокерамические пластины условно изобракены на некотором расстоянии друг от друга с целью показать соединение электродов между собой). Внутренние электроды 17,18 соединены между собой и с входом 1 пьезопривода, а внешние электроды 19-20, также соединенные между собой, соединены с входом 2 пьезопривода.Входы 1 пьезоприводов 7 и 9 соединены между собойи с входом Х дефлектора, а входы 1 пьезоприводов 8 и 10, также соединенные между собой, соединены с входом У1778738 7 дефлектора. Входы 2 всех пьезоприводовзаземлены,Дефлектор света работает следующим образом. 5Электрический сигнал, поступающий на вход Х устройства и через него - на входы 1 пьезоприводов 7 и 9 и далее на внутренние электроды 17 и 18, создает электрическое поле между этими электродами и внешними 10 электродами 19, 20, что, благодаря обратному пьезоэффекту, вызывает деформацию пьезокерамических пластин 15 и 16. Так как направление электрического поля в пьезокерамической пластине 15 противоположно на правлению электрического поля в пьезопластине 16, а направления поляризации этих пластин одинаковы, то деформации пьезокерамических пластин 15 и 16 противоположны. Вследствие деформации пьезоке рамических пластин 15 и 16 пьезоприводы 7 и 9 изгибаются в плоскости наименьшей жесткости ХОЕ и их концы перемещаются синхронно вдоль оси Ох, увлекая за собой через упругие пластины 11 и 13 соответст вующую часть подвижной платформы 2. Совместное действие на подвижную платформу 2 подвижных упругих пластин 11 и 13 и неподвижных упругих пластин 3 и 15 приводит к ее повороту относительно оси 30 Оу (см. фиг. 6) на угол ф = фъ/2 Л, где ф- угол поворота конца пьезопривода. Другими словами, упругие пластины 3,5,11 и 13 выполняют в данной конструкции роль упругого редуктора, увеличивающего угол по ворота в О 2 Ь раз. Поворот подвижной платформы 2 вызывает соответствующий поворот соединенного с ним зеркала 1 и отклонение отраженного от зеркала светового луча на угол 2 ф по оси Ох.Аналогично электрический сигнал, поступающий на вход У устройства, вызывает изгиб пьезоприводов 8 и 10, который через систему упругих пластин 12,14,4 и 6 обеспечивает поворот подвижной платформы 2 и зеркала 1 относительно оси Ох и отклонение светового луча по.оси Оу,По сравнению с аналогом, предлагаемое техническое решение позволяет существенно (в 5-10 раз) увеличить угол отклонения светового луча, а по сравнению с прототипом (патент ФРГ ЬЬ 2656115) оно расширяет область применения устройства за счет обеспечения возможности двухкоординатного управления лучом.Ф о р мул а изобретен ия Дефлектор света, содержащий зеркало, установленное на подвижной платформе, закрепленной в упругом подвесе, состоящем из первой группы упругих пластин, и консольно закрепленные пьезоприводы, соединенные свободными концами с упругими пластинами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия путем увеличения жесткости пьезоприводов и увеличения угла сканирования светового луча путем увеличения редукции при передаяе перемещения от пьезоприводов к зеркалу, в него введена вторая группа упругих пластин, все пластины размещены параллельно плоскости зеркала, причем упругие пластины второй группы с одной стороны соединены с подвижной платформой, а с другой стороны - закреплены неподвижно, а оси пьезоприводов ориентированы перпендикулярно плоскости зеркала, 17787381778738 Составитель Ю. Ларченкоэктор А. Лошкарева Техред М.Моргентал Производст издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 аз 4193 ТиражВНИИПИ Гор . ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж-ЗЬ, Раушская наб., 4/5