Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ОТКЛОНЕНИЯ ЛУЧА
УСТРОЙСТВО ОТКЛОНЕНИЯ ЛУЧА

УСТРОЙСТВО ОТКЛОНЕНИЯ ЛУЧА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: оптическое приборостроение и может быть использовано при построении систем сканирования и развертки оптического излучения. Сущность изобретения: устройство содержит источник 1 света, отражатель 2, генератор 7 развертки и круглую пьезопластину 3, жестко закрепленную в корпусе 6, на одну сторону которой нанесен управляющий электрод 5, а другая сторона соединена с гибкой металлической подложкой 4. К центру пьезопластины 3 со стороны управляющего электрода 5 прикреплен под углом к источнику 1 отражатель 2, а генератор выполнен в виде генератора синусоидального колебания. 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2043646
Класс(ы) патента: G02B26/10
Номер заявки: 5039843/10
Дата подачи заявки: 24.01.1992
Дата публикации: 10.09.1995
Заявитель(и): Безуглов Д.А.; Мищенко Е.Н.; Серпенинов О.В.
Автор(ы): Безуглов Д.А.; Мищенко Е.Н.; Серпенинов О.В.
Патентообладатель(и): Безуглов Дмитрий Анатольевич; Мищенко Евгений Николаевич
Описание изобретения: Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при построении систем сканирования и развертки оптического излучения.
Известны различные конструкции устройств, содержащие источник света и перемещающийся отражатель [1] В качестве перемещающегося отражателя чаще всего используют вращающийся барабан-призму. Быстродействие таких устройств ограничивается максимальной скоростью вращения вала электродвигателя, на оси которого вращается барабан-призма. Так же с помощью такого устройства невозможно осуществить сканирование по априорно заданному закону.
Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям является устройство, содержащее источник света, оптический модулятор, сканирующие элементы, оптический фокусирующий блок, оптический приемник, генератор двухкоординатной развертки, логическую схему управления и оптические датчики [2] Сканирующие элементы выполнены в виде пьезоэлементов, закругленная отражающая поверхность которых применена в качестве усилителя смешения отраженного луча. Устройству присущи следующие недостатки, невозможность обеспечить априорно заданный закон сканирования, Это связано с тем, что генератор развертки выдает сигнал определенной формы для управления положением сканирующих элементов. Таким образом, никаких технических решений для изменения закона сканирования в устройстве не предусмотрено. Низкое быстродействие устройства можно объяснить исходя из следующих соображений. Обеспечить линейное изменение геометрических размеров пьезоэлементов можно только на низких частотах, при f < fp1, где fp1 частота первого резонанса. При увеличении частоты (уменьшении длительности управляющего сигнала) отклик пьезокерамики становится отличным от формы управляющего напряжения. Этот факт можно объяснить тем, что пьезоэлемент является распределенной колебательной системой и при воздействии достаточно широкополосного сигнала генератора развертки он возбуждается на частотах своего механического резонанса, близких к частотам спектра сигнала управления. Это приводит к изрезанности формы переходной характеристики пьезоэлемента. Таким образом, реализовать линейно-изменяющийся закон управляющего напряжения в устройстве можно только лишь на низких частотах.
Задачей изобретения является повышение быстродействия устройства отклонения луча и возможность осуществления любого, заданного априорно, закона сканирования. Повышение скорости сканирования позволяет повысить скорость обработки информации в оптоэлектронных системах, а также использовать устройство в системах развертки изображения. Возможность априорного задания закона сканирования важна при решении задач нелинейного преобразования изображения.
Технический результат достигается тем, что в устройстве отклонения луча, содержащем источник света, отражатель с криволинейной поверхностью, прикрепленный к пьезоэлементу, соединенному с генератором развертки, пьезоэлемент выполнен в виде круглой пластины, по образующей жестко закрепленной в диэлектрическом корпусе, на одну сторону которой нанесен управляющий электрод, а другая сторона ее соединена с гибкой металлической подложкой, при этом отражатель прикреплен к центру пластины со стороны управляющего электрода и расположен под углом к оси оптически связанного с ним источника света, генератор развертки выполнен в виде генератора синусоидального колебания, общая шина которого соединена с металлической подложкой, а выход его соединен с управляющим электродом, причем форма отражателя соответствует следующим условиям
F(xi+1)=F(xi)+Fʹ(xi)Δxi;
F(x) (1)
где F(xi), F(xi-1) функция, описывающая форму отражателя в точках xi, xi-1;
H(ti) закон сканирования;
ti arcsin
xi координата х на i-ом шаге;
F'(xi) первая производная функции, описывающей форму отражателя в точке xi;
xo расстояние от луча до плоскости сканирования;
ω- круговая частота генератора синусоидальных колебаний;
Δxi шаг, с которым вычисляется форма отражателя в точке xi;
Ho ордината начального положения луча на плоскости сканирования;
а амплитуда отклонения луча.
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит источник 1 света, отражатель 2, пьезопластину 3, металлическую подложку 4, управляющий электрод 5, корпус 6, генератор 7 развертки.
На фиг.2 изображено разъяснение геометрии задачи; на фиг.3 рассчитанные формы поверхности отражателя для линейного и квадратичного законов сканирования.
Источник 1 света (фиг.1) оптически связан с отражателем 2. К одной стороне пьезопластины 3 прикреплена металлическая подложка 4. К другой стороне пьезопластины 3 прикреплен (нанесен) управляющий электрод. Пьезопластина 3 жестко закреплена в корпусе 6. Общая шина генератора 7 развертки соединена с металлической подложкой и выход генератора 7 соединен с управляющим электродом. Отражатель 2 прикреплен к пьезопластине 3 со стороны управляющего электрода 5 в центре.
Устройство работает следующим образом.
Генератор 7 вырабатывает синусоидальные колебания, которые подаются на управляющий электрод 5. Пьезопластина 3 при этом будет выгибаться, а отражатель 2 совершать синусоидальные возвратно-поступательные движения в плоскости, перпендикулярной направлению луча источника 1. Луч источника 1 благодаря тому, что поверхность отражателя 2 выполнена выпуклой будет изменять свое угловое положение, т.е. осуществлять угловое сканирование. Подробное разъяснение, каким образом форма отражающей поверхности отражателя 2, влияет на закон сканирования и каким образом выбирая ту или иную его форму можно обеспечить заданный априорно закон сканирования из фиг.2. Луч АВ падает на отражающую поверхность зеркала, описываемую функцией F(x) (фиг.2). С учетом того, что F(x) имеет непрерывную производную в каждой точке, длину отрезка ОС Н можно из геометрических соображений вычислить следующим образом
H F(x) + xtg ϕ (2)
Для вычисления угла ϕ можно воспользоваться тем фактом, что угол EBD равен β а угол СВМ равен β Таким образом,
ϕ -π-β- -2β (3)
С учетом (3) выражение (2) можно записать в виде
H F(x) + xctg2 β, (4)
Воспользовавшись формулой для двойного аргумента, получаем
H=F(x) + (5)
Для дальнейших преобразований необходимо учесть, что tg β F, β arctg F', тогда (5) представим в виде
H=F(x) + (6)
Выражение (6) представим в виде квадратного уравнения Fʹ2 + -1=0 (7)
Решение которого запишется в виде
Fʹ= - ± (8)
Выражение (8) описывает геометрию задачи в статике. Если придать отражателю 2 возвратно-поступательное движение по закону
X(t) Xo+asin ω t, (9) т.е. смещать его в направлении луча ЕВ, то согласно правилу преобразования координат выражение (8) запишется в виде
Fʹ=
(10)
В выражении (10) закон сканирования представлен как функция времени H(t), где ее аргумент получен из выражения (9)
t arcsin
Знак перед корнем выбран исходя из физического смысла. Таким образом, проинтегрировав (10) по Х в пределах от Ха-а до Хо+а при заданных начальных условиях F(xo); F'(xo) получим искомую форму отражателя 2, которая обеспечит априорно заданный закон сканирования H(t). При задании начальных условий следует учесть, что исходя из геометрических соображений угол ϕ целесообразно выбирать близким к 135о, т.е. F' ≈ 1. Сканирование отражателя 2 производится по закону asin ω t, являющемуся оптимальным с точки зрения быстродействия для пъезопластины 3. Интегрирование выражения (10) возможно только численным методом. Удобнее и проще это уравнение решать на ЭВМ. Расчетные формулы при этом запишутся в виде (1). Для подтверждения возможности расчетов в соответствии с выражением (1) была составлена программа на языке PL-1 для вычисления формы отражателя и проверки соответствия закона сканирования заданному. Программа моделирует работу устройства для случаев линейного и квадратичного законов сканирования. При этом были заданы следующие исходные данные
а 0,1; хо 1; F(xo) 1;
F'(xo) -1 ( β 135о) отражатель 2 расположен под углом 45о к лучу источника света. Из проведенных расчетов следует, что с точностью до 10-5-10-6 закон сканирования соответствовал заданному априорно. Шаг интегрирования Δ х выбран 5˙10-6. Форма рассчитанных отражателей для линейного и квадратичного закона сканирования приведена на фиг.3.
Формула изобретения: УСТРОЙСТВО ОТКЛОНЕНИЯ ЛУЧА, содержащее источник света, отражатель с криволинейной поверхностью, прикрепленной к пьезоэлементу, соединенному с генератором развертки, отличающийся тем, что пьезоэлемент выполнен в виде круглой пластины, по образующей жестко закрепленной в диэлектрическом корпусе, на одну сторону которой нанесен управляющий электрод, а другая сторона ее соединена с гибкой металлической подложкой, при этом отражатель прикреплен к центру пластины со стороны управляющего электрода и расположен под углом к оси оптически связанного с ним источника света, генератор развертки выполнен в виде генератора синусоидального колебания, общая шина которого соединена с металлической подложкой, а выход его соединен с управляющим электродом, причем форма отражателя соответствует следующим условиям:
F(xi-1) = F(xi)+Fʹ(xi)Δxi;

где F(xi), F(xi-1) функция, описывающая форму отражателя в точках xi, xi-1;
H(ti) закон сканирования;

xi координата x на i-м шаге;
Fʹ(xi) первая производная функция, описывающей форму отражателя в точке xi;
x0 расстояние от луча до плоскости сканирования;
ω круговая частота генератора синусоидальных колебаний;
Dxi шаг, с которым вычисляется форма отражателя в точке xi;
Hо ордината начального положения луча на плоскости сканирования;
a амплитуда отклонения луча.