×
17.04.2019
219.017.15e4

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЯЕМОГО УГЛОВОГО ДИСКРЕТНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ЛУЧА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Устройство относится к оптоэлектронной технике, в частности к устройствам сканеров и дефлекторов для управления положением оптического луча и для его переключения из одного углового положения в другое, и может быть использовано при лазерной локации объектов. Устройство содержит сканер с составным зеркалом в виде ряда синхронно поворачивающихся эквидистантно расположенных секций, подключенный к источнику управляющего напряжения. Секции составного зеркала расположены с шагом, равным отношению длины волны излучения к среднему угловому расстоянию между соседними позициями оптического луча в угловой области позиционирования, причем упомянутый шаг является кратным ширине секции. Преимуществом устройства является получение более точной информации о положении объекта, причем дискретность угловых координат объекта предопределяет цифровую форму информации. 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Устройство относится к оптоэлектронной технике, в частности к устройствам для управления положением оптического луча, в том числе для его переключения из одного углового положения в другое.

Для углового дискретного отклонения оптического луча с его позиционированием в каждом угловом положении могут быть применены известные устройства, использующие электромеханические дефлекторы с поворачивающимся сплошным зеркалом [1]. В таких устройствах фиксация углового положения луча может быть достигнута ступенчатым характером управляющего тока или напряжения; пока уровень тока (напряжения) ступеньки сохраняется постоянным, луч неподвижен в своей позиции.

Недостатком таких устройств является нестабильность углового положения и его недостаточная воспроизводимость, так как угловое положение является функцией управляющего тока (напряжения), который не является абсолютно стабильным и зависит также от стабильности и воспроизводимости электромеханических параметров дефлектора, от динамических резонансных параметров дефлектора, вызывающих появление переходных процессов при позиционировании.

Известно также устройство отклонения оптического луча на базе электромеханических дефлекторов с составным зеркалом в виде ряда эквидистантно расположенных синхронно поворачиваемых секций - микрозеркал [2], взятое в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Известное устройство отклоняет отраженный световой пучок при поворотах зеркал, угловое положение которых определяется управляющим током катушек, нанесенных на поверхность зеркал.

Недостатком устройства, защищенного упомянутым авторским свидетельством, является возможность появления в широкой угловой области в отраженном излучении значительной его доли, вызванная дифракцией на периодической структуре микрозеркал, что ухудшает направленность отклоненного луча. Устройство-прототип не решает задачу дискретного отклонения луча.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в создании устройства, позволяющего дискретно, с заданным угловым шагом между отдельными позициями, отклонять оптический монохроматический коллимированный луч при использовании непрерывно изменяющегося управляющего тока, а также в том, чтобы исключить зависимость точности позиционирования луча от возможных нестабильностей углового положения микрозеркал дефлекторов.

Решение задачи достигается тем, что в устройстве управляемого углового дискретного позиционирования оптического луча, содержащем сканер с составным зеркалом в виде ряда синхронно поворачивающихся эквидистантно расположенных секций, подключенный к источнику управляющего напряжения, согласно изобретению в нем секции составного зеркала расположены с шагом, равным отношению длины волны излучения к среднему угловому расстоянию между соседними позициями оптического луча в угловой области позиционирования, причем упомянутый шаг является кратным ширине секции.

Новым в предложенном решении задачи является то, что секции составного зеркала расположены с шагом, равным отношению длины волны излучения к среднему угловому расстоянию между соседними позициями оптического луча в угловой области позиционирования, причем упомянутый шаг является кратным ширине секции.

Предложение расположить в устройстве секции составного зеркала с шагом, равным отношению длины волны излучения к среднему угловому расстоянию между соседними позициями оптического луча в угловой области позиционирования, позволяет дискретно, с заданным угловым шагом между отдельными позициями, отклонять оптический монохроматический коллимированный луч, при использовании непрерывно изменяющегося управляющего тока, а также исключает зависимость точности позиционирования луча от возможных нестабильностей углового положения микрозеркал дефлекторов.

Предложение выполнить упомянутый шаг кратным ширине секции способствует улучшению направленности отклоненного луча, так как регламентирует количество в отклоненном луче составляющих, обусловленных соседними порядками дифракции излучения на периодической структуре составного зеркала. Так, если кратность равна единице, в луче только один дифракционный максимум, если равна двум - луч содержит два максимума, то есть состоит из двух лучей, направленных в пространстве под небольшим и постоянным углом друг к другу.

На фиг.1 показана схема устройства сканера с составным зеркалом. Здесь 1 - секции составного зеркала, 2 - опорная рама, на которой закреплены секции, 3 - составное зеркало. На фиг.2 показано отклоненное положение секций 1 при подаче на устройство управляющего напряжения. При подаче напряжения на элементы привода микрозеркал они наклоняются на угол γ; отраженный луч отклоняется на угол φ=2γ.

На фиг.3 показана схема дифракционной картины, возникающей в отраженном свете при падении отклоняемого луча на составное зеркало. Для упрощения картины показан ход только отраженных лучей; φ1 и φ2 - угловые положения первого и второго дифракционных максимумов; обозначения -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 - номера главных дифракционных максимумов; 4 - сканер с составным зеркалом; 5 - положение отраженного луча для случая, когда φ0=0 и зеркала отклонены в положение, при котором излучение зеркально отклоняется по направлению +3 дифракционного максимума; 6 и 7 - положение двух «лепестков», из которых состоит отраженный луч, если ширина секции вдвое меньше шага секций и зеркала ориентируют отражаемое излучение в направлении -3 и -2 дифракционных максимумов.

Работа устройства базируется на известном свойстве отражательной фазовой дифракционной решетки перераспределять световую энергию между различными порядками дифракции, направляя ее в тот порядок, угловое положение которого совпадает с лучом, зеркально отраженным от граней штриха фазовой решетки. В нашем случае такой гранью является отклоненная под действием управляющего тока секция зеркала дефлектора. Весь ряд секций можно уподобить дифракционной решетке, период которой равен шагу их расположения. Понятно, что эффект перераспределения энергии имеет место в случае когерентного монохроматического падающего излучения. По мере отклонения микрозеркал на фиг.3 зеркально отраженный луч, содержащий основную долю энергии падающего излучения, перемещается последовательно в позиции, обозначенные цифрами, положения этих позиций определяются только шагом дифракционной структуры составного зеркала и не зависят от углового положения секций. При быстром отклонении микрозеркал в пространстве глазу будет видна картина в виде неподвижного веера лучей.

При наклонном падении света на дифракционную решетку справедливо известное уравнение:

где m=0, ±1, ±2…, d - период решетки, φ - угловая координата отраженного луча, φ0 - угол падения света на решетку для случая, когда плоскость падения перпендикулярна штрихам решетки, λ - длина волны света.

Можно найти, что угловое положение соседних порядков дифракционной картины определяется выражением:

где φm и φm+1 - угловые координаты соседних дифракционных порядков отраженного луча.

Если d>>λ, то можно получить:

Как видим, угловое расстояние Δφ между соседними позициями луча - слабо меняющаяся в условиях принятого приближения величина, если сумма углов φm+1m мала, то величину Δφ можно найти как среднюю величину в угловой области позиционирования Δφ=φ21, где φ1 и φ2 - углы крайних позиций луча в области позиционирования (сканирования), включая все рассматриваемые позиции. Видим, что Δφ не зависит ни от управляющего дефлектором тока, ни от угловых колебаний отдельной секции зеркала дефлектора, а целиком определяется соотношением между длиной волны излучения и шагом расположения зеркал. Можно записать:

Если задаться значением углового расстояния Δφср между соседними позициями, то, с учетом (2), (3) и (4), для шага d секций, при условии d>>λ, найдем выражение:

Полученное выражение подтверждает целесообразность формулы изобретения: секции составного зеркала расположены с шагом, равным отношению длины волны излучения к среднему угловому расстоянию между соседними позициями оптического луча в угловой области позиционирования.

Ширина секции а определяет в дифракционной картине угловую ширину лепестка диаграммы излучения. Угловое положение первого минимума определяется формулой:

Угол ψ отсчитывается от направления зеркально отраженного луча. Сравнивая (5) и (6), можно увидеть, что при условии d=а отклоненный устройством луч будет содержать один дифракционный максимум (на фиг.3 луч 5), при условии d=2а - два максимума (на фиг.3 лучи 6 и 7) и т.д. Это подтверждает целесообразность условия формулы изобретения: шаг расположения секций является кратным ширине секции.

Рассмотрим пример.

Пусть λ=0.5 мкм, Δφ=5·10-3 paд. Получим d=100 мкм. При требующемся числе угловых позиций - 100 их общая угловая ширина Δφ=100·5·10-3=0.5 рад - это диапазон полного углового перемещения луча. Каждое микрозеркало дефлектора при этом поворачивается на

Если принять угловую ширину луча в каждой позиции равной ΔΩ=0.01 Δφ, то общая ширина D решетки зеркал равна:

Примером конструктивного исполнения устройства и технологии его изготовления может быть следующее: одномерная матрица микрозеркал, каждое толщиной 2-3 мкм, вытравленная в монокристаллической мембране, расположена в одной плоскости. Микрозеркало представляет собой узкую, шириной 50-100 мкм, полоску, концы которой закреплены на общей для всех зеркал раме, что обеспечивает микрозеркалам торсионную подвеску; на плоскости каждого микрозеркала формируют методами фотолитографии токовую петлю. Технология фотолитографии обеспечивает также возможность выполнения размеров шага и ширины секции в соответствии с формулой изобретения. Матрица зеркал помещается в магнитное поле, и при подаче тока в токовые петли все микрозеркала синхронно поворачиваются.

Изложенная теория работы предложенного устройства и приведенный пример расчета возможных конструктивных параметров устройства и его конструкции и технологии подтверждают, что элементы новизны, представленные в формуле изобретения, обеспечивают решение поставленной задачи.

Устройство может найти применение, например, при лазерной локации объектов и обеспечит получение более точной информации, причем дискретность угловых координат объекта предопределяет цифровую форму информации.

Источники информации

1. Справочник по инфракрасной технике / Ред. У.Волф, Г.Цисис. В 4-х тт. Т.2. Проектирование оптических систем: Пер. с англ. - Мир, 1998. - 347 с.

2. Патент РФ №1569783, приоритет 9 ноября 1987 г.

Устройство управляемого углового дискретного позиционирования оптического луча, содержащее сканер с составным зеркалом в виде ряда синхронно поворачивающихся эквидистантно расположенных секций, подключенный к источнику управляющего напряжения, отличающееся тем, что секции составного зеркала расположены с шагом, равным отношению длины волны излучения к среднему угловому расстоянию между соседними позициями оптического луча в угловой области позиционирования, причем упомянутый шаг является кратным ширине секции.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 12 items.
01.03.2019
№219.016.ce9c

Дифференциальный массивный калориметр и способ определения теплоты адсорбции и химических реакций газов

Изобретение относится к технике физико-химических методов анализа химических соединений и может быть использовано для измерения теплоты химических реакций. В предложенном решении описан дифференциальный массивный калориметр, в котором измерительные рабочие массы и измерительные массы сравнения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002454641
Дата охранного документа: 27.06.2012
01.03.2019
№219.016.d032

Способ образования на подложке упорядоченного массива наноразмерных сфероидов

Изобретение относится к микроэлектронике, оптической и оптоэлектронной технике, к нелитографическим микротехнологиям формирования на подложках тонкопленочных рисунков из наносимых на ее поверхность веществ. Сущность изобретения: способ образования на подложке упорядоченного массива...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002444084
Дата охранного документа: 27.02.2012
04.04.2019
№219.016.fc9c

Способ определения погрешности измерения углов наземным лазерным сканером

Изобретение относится к области метрологии в геодезической отрасли. Техническим результатом изобретения является определение достоверных и точных погрешностей измерения углов для наземных лазерных сканеров. Способ определения погрешности измерения углов наземным лазерным сканером заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002429449
Дата охранного документа: 20.09.2011
04.04.2019
№219.016.fcb1

Лазерное формообразование механических микроструктур на поверхности подложки

Изобретение относится к оптическим технологиям, в частности к лазерным методам формирования на подложках структурных образований нано- и микроразмеров для нано- и микромеханики и микроэлектроники. Способ включает осаждение частиц вещества из газовой фазы с использованием локального нагрева...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002452792
Дата охранного документа: 10.06.2012
09.06.2019
№219.017.7e5c

Двухкоординатный датчик перемещений

Датчик содержит двумерную дифракционную решетку с периодической структурой, источник когерентного излучения, фотоприемное устройство и четное количество отражающих зеркал. Двумерная дифракционная решетка с положительными и отрицательными порядками дифракции в двух перпендикулярных плоскостях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002400703
Дата охранного документа: 27.09.2010
13.06.2019
№219.017.81c5

Термически и оптически управляемое фокусирующее устройство

Изобретение относится к оптической отрасли техники, в частности к микрооптическим устройствам, оптическую силу которых можно изменять с помощью световых или тепловых воздействий. Устройство содержит подложку, размещенную в вакуумированном корпусе с прозрачным окном, на которой расположен массив...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002390810
Дата охранного документа: 27.05.2010
13.06.2019
№219.017.81d5

Устройство электростатически управляемого оптического сканера

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, в частности к устройствам для изменения углового положения оптического луча. Электростатически управляемый оптический сканер состоит из ячеек, каждая из которых содержит зеркало, деформируемый электрическим полем элемент, закрепленный на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002399938
Дата охранного документа: 20.09.2010
13.06.2019
№219.017.81ea

Способ изготовления перестраиваемого светофильтра с интерферометром фабри-перо

Перестраиваемый светофильтр с интерферометром Фабри-Перо содержит прозрачные пластины с зеркальными покрытиями, расположенные с зазором. При его изготовлении на одну пластину с зеркальным покрытием наносят жертвенный слой, поверх которого наносят зеркальное покрытие и прикрепляют к нему вторую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002388025
Дата охранного документа: 27.04.2010
13.06.2019
№219.017.828a

Устройство экспонирования при формировании наноразмерных структур и способ формирования наноразмерных структур

Изобретение относится к микроэлектронике. В устройстве, содержащем один или более источников монохроматического излучения, зону для размещения подложек или слоев подложек и совокупность оптических элементов для формирования локально освещенных областей на подложках, в качестве упомянутой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002438153
Дата охранного документа: 27.12.2011
19.06.2019
№219.017.8935

Апохроматический объектив

Объектив может быть использован в астрономических телескопах для визуального наблюдения, фото- и видеорегистрации. Объектив состоит из расположенных по ходу лучей трех компонентов, первый и третий из которых являются положительными. Первый компонент выполнен к виде мениска, обращенного вогнутой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002429508
Дата охранного документа: 20.09.2011
Showing 1-10 of 35 items.
20.01.2013
№216.012.1cd0

Способ атомно-слоевого выращивания тонких пленок химических соединений на подложках

Изобретение относится к области технологий микроэлектроники, а именно к способам получения тонких пленок на подложках. В реакционную зону подают поток инертного газа-носителя с первым летучим реагентом, формируют на подложке из газовой фазы мономолекулярный слой из молекул первого летучего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472870
Дата охранного документа: 20.01.2013
10.03.2013
№216.012.2e90

Многолучевой интерферометр

Изобретение относится к устройствам оптических спектральных приборов, в частности к устройствам интерферометров. Многолучевой интерферометр содержит два зеркальных полупрозрачных покрытия. При этом зона формирования интерференционной картины образована преломляющей призмой, имеющей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477451
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.06.2013
№216.012.4da2

Интерференционный монохроматор

Изобретение может найти применение в системах экспресс-анализа химических веществ и различных промышленных жидкостей и газов, при исследованиях содержания вредных веществ в окружающей среде. Интерференционный монохроматор содержит мультиплексный интерферометр с несовпадающими порядками...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485456
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4e08

Способ получения равномерных нанозазоров между поверхностями тел

Способ может использоваться при изготовлении различных оптических, оптоэлектронных, квантовых и микромеханических устройств, в которых необходимо получать зазор равной и малой толщины между электродами или пластинами, имеющими поверхности большой площади, в частности, управляемых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485558
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.08.2013
№216.012.655b

Интерференционный многолучевой светофильтр (варианты)

Изобретение может использоваться в качестве узкополосного светофильтра и в качестве диспергирующего устройства монохроматоров и спектрофотометров. Светофильтр содержит на плоской поверхности планарный оптический волновод и призмы ввода в волновод и вывода излучения, оптически изолированные от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491584
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.11.2013
№216.012.7fbd

Оптический коммутатор оптических линий связи

Изобретение относится к оптике, к оптическим волноводным устройствам, в частности к микромеханическим оптическим коммутаторам оптических линий связи. Технический результат изобретения заключается в создании устройства матричного коммутатора оптических линий связи, имеющего размеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498374
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.11.2013
№216.012.834a

Способ корректировки формы поверхности оптических деталей

Изобретение может быть использовано для выравнивания поверхностей пластин интерферометров путем локального нанесения на поверхность тонких, компенсирующих неравномерности слоев. Способ включает локальное нанесение лазерным осаждением на поверхность слоя прозрачного или непрозрачного материала....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499286
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.03.2014
№216.012.aa58

Оптический пассивный затвор

Изобретение относится к оптической и оптоэлектронной технике, к устройствам предохранения фоточувствительных элементов оптических и оптоэлектронных систем от разрушающего воздействия мощного излучения. Затвор содержит испаряющуюся сфокусированным излучением металлическую пленку на прозрачной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509323
Дата охранного документа: 10.03.2014
10.05.2014
№216.012.c0e9

Интерференционный многолучевой светофильтр (варианты)

Светофильтр содержит плоскую прозрачную пластину с тонкопленочным прозрачным покрытием одной ее поверхности. В первом варианте светофильтр содержит также оптическую призму ввода излучения, закрепленную плоской гранью на тонкопленочном покрытии вблизи конца пластины. Показатели преломления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515134
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.06.2014
№216.012.cd73

Сканирующее интерференционное устройство в виде двухзеркального интерферометра фабри-перо

Сканирующее интерференционное устройство содержит подложки с зеркальным покрытием с регулированием положения при помощи пьезоэлемента, подключенного к источнику переменного напряжения. Поверхности подложек зеркал интерферометра между собой соединены с помощью прозрачного упругого сплошного или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518366
Дата охранного документа: 10.06.2014
+ добавить свой РИД