Дефлектор света

Полезная модель относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использована в лазерных сканирующих системах записи и считывания видеоинформации Задача предлагаемого технического решения - увеличить угол сканирования для расширения возможностей практического использования данного устройства. Дефлектор света содержит электромеханический блок с двумя пьезокерамическими пластинами, механически соединенный с зеркалом, на которое направлено оптическое излучение, и основанием, а электрически - с блоком управления; в электромеханический блок дополнительно введена пассивная пластина, которая имеет форму прямоугольника, соединенного с равносторонней трапецией, причем прямоугольный участок размещен между пьезокерамическими пластинами, которые также имеют прямоугольную форму, соединен с помощью клея с ними и через электроизолирующую прокладку с основанием, при этом трапецеидальный участок изогнут на 10-15° по линии, параллельной основаниям трапеции, и соединен с помощью бруса и клея с зеркалом. Блок управления представляет собой генератор гармонических колебаний с частотой, равной частоте механического резонанса дефлектора. Пассивная пластина изготовлена из листа высокопрочной стали.

Полезная модель относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использована в лазерных сканирующих системах записи и считывания видеоинформации.

Известен дефлектор света, содержащий электромеханический блок, механически соединенный с зеркалом, на которое направлено оптическое излучение, и с основанием, а электрически с блоком управления, причем в состав электромеханического блока входят электромагнитная система и торсион [1].

Недостатки этого устройства - низкая рабочая (резонансная) частота и значительные габариты, определяемые длиной торсиона, а также сложность в изготовлении.

Наиболее близким к предлагаемой модели - прототипом - является устройство, которое, как и аналог, содержит электромеханический блок, механически соединенный с зеркалом, на которое направлено оптическое излучение, и основанием, а электрически с блоком управления, но отличающийся от аналога тем, что электромеханический блок состоит из двух пьезокерамических пластин, соединенных между собой с помощью клея [2].

Основные достоинства прототипа - предельная компактность (габариты определяются размерами зеркала), предельная простота и технологичность, а также широкая полоса рабочих частот - до 10 кГц и более. Однако использовать указанные достоинства мешает недостаток прототипа - малый угол сканирования оптического излучения, который составляет примерно 10 мрад [3].

Задача предлагаемого технического решения - увеличить угол сканирования для расширения возможностей практического использования данного устройства.

Дефлектор света содержит электромеханический блок с двумя пьезокерамическими пластинами, механически соединенный с зеркалом, на которое направлено оптическое излучение, и основанием, а электрически - с блоком управления; в электромеханический блок дополнительно введена пассивная пластина, которая имеет форму прямоугольника, соединенного с равносторонней трапецией, причем прямоугольный участок размещен между пьезокерамическими пластинами, которые также имеют прямоугольную форму, соединен с помощью клея с ними и через электроизолирующую прокладку с основанием, при этом трапецеидальный участок изогнут на 10-15° по линии, параллельной основаниям трапеции, и соединен с помощью бруса и клея с зеркалом.

Блок управления представляет собой генератор гармонических колебаний с частотой, равной частоте механического резонанса дефлектора.

Пассивная пластина изготовлена из листа высокопрочной стали.

Сущность предлагаемой модели - введение в электромеханический блок пассивной пластины (не обладающей пьезоэффектом), которая изготовлена из листа высокопрочной, деформационно твердеющей стали, например 40КХНМ, и имеет форму прямоугольника, соединенного с равносторонней трапецией, причем прямоугольный участок размещен между пьезокерамическими пластинами, которые также имеют прямоугольную форму, и соединен с ними с помощью клея, а трапецеидальный участок изогнут на 10-15° по линии, параллельной основаниям трапеции. Кроме того, существенным отличием является использование в качестве блока управления генератора гармонических колебаний с частотой, равной частоте механического резонанса дефлектора света.

Предложенная модель поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3, где:

1 - электромеханический блок;

2 - зеркало;

3 - основание;

4 - блок управления;

5 - пассивная пластина;

6 - пьезокерамическая пластина;

7 - электроизолирующая прокладка;

8 - брус.

Дефлектор света содержит электромеханический блок 1, механически соединенный с зеркалом 2, на которое направлено оптическое излучение, и основанием 3, а электрически - с блоком управления 4, в качестве которого использован генератор гармонических колебаний с частотой, равной частоте механического резонанса дефлектора света.

Электромеханический блок содержит пассивную пластину 5 и две пьезокерамические пластины 6, а также электроизолирующую прокладку 7, с помощью которой электромеханический блок соединяется с основанием, и брус 8, с помощью которого электромеханический блок соединяется с зеркалом.

Предложенный дефлектор света работает следующим образом.

При подаче на пьезокерамические пластины 6 управляющего сигнала одна из этих пластин расширяется, а другая сжимается, происходит изгиб конструкции, перемещение свободного конца пассивной пластины 5 и поворот зеркала 2. Блок управления 4 работает на частоте механического резонанса дефлектора, и поэтому возникают резонансные колебания с амплитудой, ограниченной усталостной прочностью пассивной пластины 5.

Электроизолирующая прокладка 7 обеспечивает механическое соединение электромеханического блока 1 с основанием 3, не допуская при этом электрического контакта электродов пьезокерамических пластин 6 с основанием.

Брус 8 обеспечивает механическое соединение пассивной пластины 5 с зеркалом 2.

В таблице приведены экспериментально полученные значения параметров (апертуры - А, угла сканирования - и рабочей частоты - F_p) аналогов и прототипа, а также результаты расчета параметров предложенной модели, при которых предполагалось, что пассивная пластина выполнена из деформационно твердеющей стали 40КХНМ, а геометрические размеры трапецеидальной части этой пластины - В₀=1,5 А, B₁=L=0,75 А, Н=0,075А, где В₀ и B₁ - размеры оснований трапеции, L и H - длина и толщина трапецеидальной части пластины.

Таблица
Модель	А, мм	, град	F p, кГц	Литература
Аналог 1	25	60	0,15	[4]
Аналог 2	25	40	0,25	[4]
Прототип	10	0,5	1-10	[3]
Предложенная модель	12	7	3,6	-

Сравнительный анализ возможностей известных изделий и предложенной модели показывает, что только предложенное техническое решение обеспечивает и относительно большой угол сканирования и большую частоту резонанса.

Существенным достоинством предложенной модели являются также предельная компактность (габариты определяются апертурой зеркала) и технологичность.

Перспективная область применения предложенной модели - лазерные системы контроля размеров промышленной продукции [4].

Литература

1. Патент РФ 2212045. Опубл. 10.09.2003. Бюл. 5.

2. А.с. 1448328. Опубл. 30.12.1988. Бюл. 48.

3. Erochovets V., Larchenko Ju., Leonov A. The speed of on X-Y Piezoceramic light deflector // Telecommunications & radio engineering. 1992. 6. P. 133-136.

4. Кравцов А.А., Леонов A.M., Овсяников С.В. Лазерное сканирующее устройство для оперативного измерения трехмерных объектов // Лазеры в науке, технике и медицине. М. 2005. С.8-12.

1. Дефлектор света, содержащий электромеханический блок с двумя пьезокерамическими пластинами, механически соединенный с зеркалом, на которое направлено оптическое излучение, и основанием, а электрически - с блоком управления, отличающийся тем, что в электромеханический блок дополнительно введена пассивная пластина, которая имеет форму прямоугольника, соединенного с равносторонней трапецией, причем прямоугольный участок размещен между пьезокерамическими пластинами, которые также имеют прямоугольную форму, соединен с помощью клея с ними и через электроизолирующую прокладку с основанием, при этом трапецеидальный участок изогнут на 10-15° по линии, параллельной основаниям трапеции, и соединен с помощью бруса и клея с зеркалом.

2. Дефлектор света по п.1, отличающийся тем, что блок управления представляет собой генератор гармонических колебаний с частотой, равной частоте механического резонанса дефлектора света.

3. Дефлектор света по пп.1 и 2, отличающийся тем, что пассивная пластина изготовлена из листа высокопрочной стали.