УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТКЛОНЕНИЯ СВЕТОВОГО ПУЧКА
LIGHT BEAM DEFLECTION DEVICE

Заявляемое изобретение относится к оптико-механической промышленности, в частности к оптико-электронным устройствам, и может быть использовано в различных оптико-электронных приборах для управления пространственным положением светового пучка, например, в тепловизорах.
Известно оптико-электронное сканирующее устройство, патент RU 2153693 С2, публ. 27.07.2000, содержащее подвижную рамку с токовой обмоткой, которая установлена на двух полуосях в опорах; магнитную систему в виде двух пар магнитов, установленных разнонаправлено и навстречу друг другу.
Недостатками данного устройства являются:
- низкая помехоустойчивость к тряскам и вибрациям,
- неустойчивость работы при температурах от -50 до +70°С.
Известно также сканирующее устройство, патент RU 2269148 С1, 18.06.2004, состоящее из корпуса магнитоэлектрического привода, гладкого статора, двух обмоток управления, ротора-магнита, закрепленного на валу.
Недостатками указанной конструкции являются:
- неявно выраженный резонанс колебания зеркала, что вызывает большое потребление тока двух обмоток управления;
- неустойчивое положение равновесия, что заставляет ставить ограничители колебательного движения ротора.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является сканирующее устройство, патент SU 1765800 А1, публ. 30.09.1992, содержащее корпус, в котором на двух опорах установлен вал, с закрепленным на нем зеркалом. Привод зеркала выполнен в виде статора и ротора, консольно установленного на одном конце вала, а другой консольный конец вала связан с корпусом через торсион с помощью зажима, а также устройство контроля углового положения зеркала. Консольный конец вала со стороны торсиона снабжен подвижной в поперечном направлении опорой, соединенной с корпусом через упругий элемент, а зажим торсиона выполнен в виде вилки и центрального резьбового стержня, установленного с возможностью перемещения в направлении оси вала в пазу корпуса.
Признаки ближайшего аналога, общие с заявленным устройством:
- корпус, в котором на двух опорах установлен вал, с закрепленным на нем зеркалом;
- привод зеркала выполнен в виде статора и ротора, консольно установленного на одном конце вала.
Недостатками ближайшего аналога являются:
- узкочастотный резонанс сканирующего зеркала,
- коэффициент полезного действия (КПД) сканирования менее 50%.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является создание устройства для отклонения светового пучка с более сглаженным резонансом и КПД сканирования не менее 80%.
Технический результат настоящего изобретения заключается в уменьшении потребляемой энергии устройством.
Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для отклонения светового пучка, содержащем корпус, в котором на двух опорах установлен вал, с закрепленным на нем зеркалом, привод зеркала, выполненный в виде статора и ротора и установленный на одном конце вала,
- статор выполнен из четырех катушек, соединенных последовательно и сдвинутых одна относительно другой по окружности вокруг ротора на 90°,
- сердечники катушек выполнены в виде постоянных магнитов,
- первая пара катушек намотана в одну сторону, другая пара катушек в другую сторону, по ходу протекания тока,
- ротор выполнен в виде четырехполюсного якоря,
- на валу якоря установлено устройство контроля его углового положения,
- ротор выполнен из магнитомягкого материала,
- устройство контроля углового положения четырехполюсного якоря выполнено в виде емкостного датчика.
В устройстве отклонения светового пучка новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяют отказаться от торсиона, в отличие от ближайшего аналога, сгладить резонансную кривую сканирования, что позволило на частоте ~230 Гц возвращаться в начальное положение, а на частоте 50 Гц осуществлять сканирование с КПД 80%, получить более жесткую магнитную связь со статором с резонансной характеристикой колебания зеркала и КПД сканирования не менее 80%.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображено продольное сечение предлагаемого устройства;
на фиг.2 изображено поперечное сечение А-А на фиг.1;
на фиг.3 изображены графики зависимости величины сигнала от времени: 1 - форма сигнала питающего напряжения; 2 - форма сигнала с датчика углового положения, с которого вычисляется КПД сканирования, которое равно отношению времени пологого участка графика к полному времени одного сканирования.
1
2
Устройство отклонения светового пучка содержит корпус 1 (фиг.1), в котором на двух шарнирных опорах установлен вал 2 (фиг.2), с закрепленным на нем зеркалом 3. Привод зеркала выполнен в виде статора 4 и ротора 5. Ротор 5 жестко установлен на валу 2. Статор 4 выполнен в виде четырех катушек 6, соединенных последовательно и сдвинутых одна относительно другой по окружности вокруг ротора 5 на 90°. Сердечники 7 катушек 6 выполнены в виде постоянных магнитов, которые создают магнитный поток Ф и Ф - межполюсные магнитные потоки. Пара катушек 6 намотана в одну сторону, другая пара - в другую сторону, по ходу протекания тока. Ротор 5 выполнен в виде четырехполюсного якоря (фиг.1) из магнитомягкого материала. На валу якоря установлено устройство контроля его углового положения 8. Ротор 5 жестко установлен на валу.
Работает устройства следующим образом.
1
2
1
2
Ротор 5 с четырехполюсным якорем под действием магнитных потоков Ф от магнитов катушек 6 и потоков Ф от межполюсных магнитных потоков находится в устойчивом положении, как изображено на фиг.1, при заданном положении магнитных сердечников 7 и заданном подключении катушек 6. При включении переменного напряжения на катушки 6 равновесие магнитных потоков Ф и Ф нарушается и ротор 5 поворачивается вместе с валом 2 по часовой стрелке или против часовой в зависимости от знака напряжения.
Техническое решение позволяет значительно уменьшить потребление энергии прибором.
Пример конкретного выполнения
В настоящее время изготовлен опытный образец, который прошел стационарные испытания.