CN1193726A

CN1193726A - 扫描器

Info

Publication number: CN1193726A
Application number: CN97120462A
Authority: CN
Inventors: 津田直纯; 驹田聪
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 1998-09-23
Anticipated expiration: 2017-10-15
Also published as: FR2760832A1; CN1118718C; JPH10253907A; US6124961A

Abstract

扫描器利用一个可在预定的转动轴上转动的可转动活动部件的转动运动扫描被扫描的主题。一个扫描镜由单一的支承轴支承。驱动电动机的动力由曲柄机构转变成为往复运动,以便转动该扫描镜。扫描镜的转动角度利用干涉仪的原理进行检测。

Description

扫描器

本发明涉及扫描器，它利用安装在一个可转动的活动基座的一个预定旋转轴上的一个可转动的活动部件的转动运动，来对一个被扫描的物体进行扫描。

迄今，上述类型的扫描器业已广泛地用于各种领域。例如，根据正在低轨道飞行的一个卫星中工作的一个地球物理扫描器，通过将几千张地球表面的局部图像结合在一起，可以得到地球的图像，其中，每张图像都是一次进入视野，在那时按照如下方式进行一次摄影，亦即一个扫描镜在轨道方向上、在转动轴上是可转动地可活动的，位于摄像机的前部，通过在一个方向上一点一点地改变该扫描镜相对于地球的角度来对地球表面进行扫描，并且通过在环绕地球的轨道上移动该扫描镜来对地球表面进行辅助扫描。另一种可替代的方案是，作为不同于上述类型的扫描器的另一种类型的扫描器的一个例子，根据在一个静止卫星中工作的一个地球物理扫描器，通过将几张到几十张的地球表面的局部图像结合在一起，可以得到地球图像，其中每张图像都是一次进入视野，在那时逐个图像地按照如下方式进行摄影，亦即一个扫描镜在两个正交相交的转动轴上是可转动活动的，位于摄像机的前面，通过在一个方向上一点一点地改变该扫描镜相对于地球的角度，来对地球表面进行扫描。

图12示出根据较早技术的一种扫描镜式扫描器的示意性透视图。

扫描镜式扫描器100含有：一个椭圆形扫描镜101；一个驱动电动机102，用以在箭头A-A′方向上通过支承轴106转动该扫描镜101；以及一个驱动电动机103，用以在箭头B-B′方向上转动该扫描镜101。驱动电动机102和103分别配备了转动编码器104和105。转动编码器104和105用于分别在箭头A-A′方向和箭头B-B′方向上检测转动角度。

扫描器100安装在一个人造卫星中。扫描镜101用于反映地球的个别部分，经由该扫描镜101的转动对地球表面进行两维地扫描。按照这种方式，对于地球表面个别部分的图像的摄影是由一个配置在图像位置处的摄像机(图中未示出)执行的。

根据正在低轨道飞行中的上述卫星，虽然能够获得高的分辨率(例如，以地球表面50米半径为单位所表示的分辨率)，但不能拍摄，直到该卫星运行一圈到达拍摄所感兴趣的地方时才能拍摄，为此，它缺少实时性对事物状态即时拍摄的可操作性。而另一方面，根据上述的静止卫星，对扫描行简单地扫描可使拍摄能够在可扫描范围之内的任何地方得以进行，因此它具有优秀的实时性的可操作性。然而，由于简易地获得低的分辨率(例如，以地球表面一公里半径为单位的分辨率)和因此而简单地用于获取气象信息，例如有关一块大浮云作为摄影物体，因而不能够对事物状态精细的情况进行拍摄。

扫描器100除了具有该扫描镜101以外，还具有一个支承轴106，用于支承驱动电动机103和转动编码器105。支承轴106既坚固而且又大又重。驱动电动机102除了支承和转动扫描镜101以外，还须支承和转动驱动电动机103、转动编码器105和支承轴106，因此驱动电动机102必须使用能够产生大驱动力的大尺寸和重的驱动电动机。于是，这种类型的扫描镜式扫描器作为一个整体不得不做得又大又重，而且在结构上对于板上重量有限的、且装在人造卫星上的传感器很不适用。

根据扫描镜式扫描器100，转动编码器104和105分别在箭头A-A′方向和箭头B-B′方向上检测扫描镜101和转动角度。转动编码器通常采用一种方案，该方案可使一个狭缝板设置在发光器件与光接收单元或光检测器之间，并使得对于由于狭缝板转动而产生的光脉冲能够进行计数。据此，为了提高分辨率，必须缩短狭缝节距。假设狭缝的半径是5厘米以从空中36000公里获得1公里的分辨率，然而，这需要提供狭缝宽度约为1.4μm。针对实际精确度的有关问题而言，这将是对于狭缝节距的一种限制。再则，当转动编码器在狭缝板360°圆内遍布设有狭缝时，该扫描镜的转动角度只是该狭缝板360°圆的一部分。为此，对于遍及狭缝板360°圆内测量角度的这个方面而言是未完全有效地得到利用。

根据上文所述的情况，为之，本发明的一个目的是提供一种具有高分辨率的、能够在一个可转动活动部件的可转动活动范围内检测其转动角度的扫描器。

本发明的另一个目的是提供一种重量轻的扫描器。

为了实现上述目的，根据本发明，这里提供第一种扫描器，它包括，

一个可转动活动部件，在一个预定的转动轴上可转动地运动；

一个转动机构，用以使所述的可转动活动部件在所述的转动轴上可转动地运动；及

角度检测装置，用以检测所述的可转动活动部件在所述的转动轴上的转动角度，所述的角度检测装置包括：一个干涉光学系统，用以产生干涉光；和一个光接收器，用以接收由所述的干涉光学系统所产生的干涉光。

其中，所述的干涉光学系统包括：一个光源，用以发射相干光，和两个反射光学部件，它们按照如下方式固定，亦即，所述的两个反射光学部件安置在与该转动轴方向相交的方向上，以一个规则的间隔对齐地放置，所述的反射光学部件的每个都反射入射光并向着与入射光的入射方向相对的方向上发射反射光，且与所述的转动活动部件的转动位置无关；并且所述的干涉光学系统将来自所述光源的相干光划分成为两个部分，它们分别地引进所述的两个反射光学部件的相应的一个中，并且将来自所述的两个反射光学部件所反射的相干光相互叠加，借此产生由该相干光所引起的干涉光。

在上述的第一种扫描器中，所述的光接收器最好包含两个光接收单元，它们安置在一个方向上，在该方向上在所述的光接收器的一个光接收表面上，干涉光的干涉条纹根据在转动轴上的所述可转动活动部件的转动运动在空间上运动，所述的光接收单元以与干涉条纹的节距不同的间隔来安置。

此外，在上述的第一种扫描器中，所述的转动机构最好包括：

一个电动机，用以产生动力，来转动所述的可转动活动部件；和

一个曲柄机构，用以将所述电动机的转动运动转变成为往复运动，以便把所述电动机的动力传送给所述的可转动的活动部件。

为了实现上述目的，根据本发明，这里提供第二种扫描器，它包括：

一个可转动的活动部件，在相互相交的第一和第二轴上转动；

第一和第二转动机构，用以使所述的可转动的活动部件分别在第一和第二转动轴上转动；

第一角度检测装置，用以检测所述的可转动活动部件在第一转动轴上的转动角度；所述的第一角度检测装置包括：一个第一干涉光学系统，用以产生第一干涉光，和第一光接收器，用以接收所述的第一干涉光学系统所产生的第一干涉光，其中，所述的第一干涉光学系统包括：一个第一光源，用以发射相干光，和两个反射光学部件，它们按照如下方式固定，亦即，将所述的两个第一反射光学部件安置在第二转动轴的方向上，按照一种规则的间隔对齐地放置，所述的第一反射光学部件的每个都反射入射光并向着与该入射光的入射方向相对的方向发射反射光，且与所述的可转动活动部件的转动位置无关，并且所述的第一干涉光学系统将从所述的第一光源辐射的相干光划分成为两个部分，它们分别地引进所述的两个第一反射光学部件的相应的一个中，并将从所述的两个第一反射光学部件所反射的相干光相互叠加，借此，产生由该相干光所引起的第一干涉光；和

第二角度检测装置，用以检测所述的可转动的活动部件在第二转动轴上的转动角度，所述的第二角度检测装置包括：一个第二干涉光学系统，用以产生第二干涉光，和一个第二光接收器，用以接收由所述的第二干涉光学系统所产生的第二干涉光，其中，所述的第二干涉光学系统包括：一个第二光源，用以发射相干光，所述的第二光源是与所述的第一光源一起共用，或可单独地设置，和两个第二反射光学部件，它们按照如下方式固定，亦即，使所述的两个反射光学部件安装在第一转动轴的方向上，按规则的间隔对齐地放置，所述的第二反射光学部件的每个都反射入射光并向着与入射光的入射方向相对的方向发射反射光，且与所述的可转动活动部件的转动位置无关，而且所述的第二干涉光学系统将从所述的第二光源辐射的相干光划分成为两个部分，它们分别引进所述的两个第二反射光学部件的相应一个中，并将从所述的两个第二反射光学部件所反射的相干光相互叠加，借此，产生由相干光所引起的第二干涉光。

在上述的第二种扫描器中，所述的第一光接收器最好包括：两个第一光接收单元，它们设置在一个方向上，在该方向上在所述的第一光接收器的一个光接收表面上的第一干涉光的干涉条纹根据所述的可转动活动部件在转动轴上的转动运动而在空间上运动，所述的两个第一光接收单元是以与该干涉条纹的节距不同的间隔安置的，以及

其中，所述的第二光接收器包括：两个第二光接收单元，它们安置在一个方向上，在该方向上在所述第二光接收器的一个光接收表面上的第二干涉光的干涉条纹根据所述的可转动的活动部件在转动轴上的转动运动而在空间上运动，所述的两个第二光接收单元是以与该干涉条纹的节距不同的间隔安置的。

再有，在上述的第二种扫描器中，所述的第一转动机构最好包括：

一个第一电动机，用以产生动力，来转动所述的可转动的活动部件；和

一个第一曲柄机构，用以将所述的第一电动机的转动运动转变成为往复运动，以便将所述的第一电动机的动力传送给所述的可转动的活动部件，及

其中，所述的第二转动机构包括：

一个第二电动机，用以产生动力，来转动所述的可转动的活动部件，和

一个第二曲柄机构，用以将所述的第二电动机的转动运动转变为往复运动，以将所述的第二电动机的动力传送给所述的可转动的活动部件。

再有，在所述的第二种扫描器中，所述的两个第一反射光学部件最好位于第二转动轴上，并且分别在由相对于第一转动轴、由相对相等的距离所给定的地方，及

其中，所述的两个第二反射光学部件位于第一转动轴上并且分别在由相对于第二转动轴、在由相对相等距离所给定的地方。

图1示出根据本发明的一个实施例的一种扫描镜式扫描器的典型透视图；

图2示出图1所示的扫描镜式扫描器的侧视图；

图3示出图1所示的扫描镜式扫描器的一个角度检测机构例子的典型透视图；

图4示出由干涉光引起的干扰条纹的图形，和光接收器的示意性结构图，所述的干涉光是在该光接收器的前部形成的；

图5示出一个狭缝板放置在一个光接收器的前部是的一种状态；

图6(A)-(G)示出扫描镜的运动与光接收信号S1和S2之间关系的各种情况；

图7示出在扫描镜的隅角棱镜的固定位置的典型图示；

图8示出角度检测机构在转动之前的侧视图；

图9示出角度检测机构在转动之后的侧视图；

图10(A)-(C)示出一种曲柄机构的各种典型的侧视图；

图11示出在一个驱动电动机驱动一个扫描镜时的驱动速度图形；

下文将描述本发明的实施例。

图1示出根据本发明的一个实施例的一种扫描镜式扫描器的典型透视图。图2示出图1所示的扫描镜式扫描器的侧视图。请注意，一个用以检测扫描镜的转动角度的角度检测机构在图示中省略了。

扫描镜式扫描器10具有一个椭圆形扫描镜11，该扫描镜11经过一个具有两个自由度的万向节14(图2)安装在直立于基座12的支承轴13上，以允许该扫描镜11在两个相互正交相交的转动轴21A和21B上转动。

在基座12上设置两个驱动电动机15A和15B。这两个驱动电动机15A和15B经由曲柄机构16A和16B、连接杆17A和17B以及万向节18A和18B分别与扫描镜11相互耦接，每个曲柄机构都将驱动电动机15A和15B的转动运动转变成为往复运动，每个万向节都具有两个自由度(参照图2)。请注意，图2只示出有代表性地被装配的两组驱动机构之中的一组并且将参考标号中的后缀也省略了。在驱动电动机15A和15B转动时，扫描镜11分别在箭头A-A′方向和箭头B-B′方向上往复运动，以使作为摄像机拍摄主题的地球相应部分的图像引进图像接收单元30中。

本发明的扫描镜式扫描器10采用了如图1和图2所示的驱动机构。这个特征只允许扫描镜11被驱动。换句话说，无须象图12所示的扫描镜式扫描器那样由驱动电动机102驱动其整体(不仅包含扫描镜101，而且包含驱动电动机103和支承轴106)。为此，能够对于重量节省和降低能量消耗有所贡献。

图3示出图1所示的扫描镜式扫描器的角度度检测机构的一个例子的典型透视图。请注意，图3只示出有代表性地被装配的两组角度检测机构之中的一组。

角度检测机构40检测在箭头B-B′方向上相对于转动轴21B的转动角度。在角度检测机构40中，隅角棱镜46和47的顶部按如下方式固定在扫描镜11的背部，亦即，隅角棱镜46和47的顶部位于转动轴21A上，分别在相对于转动轴21B、由相对相等距离所给定的地方处。隅角棱镜46和47包含三个反射镜的组合，这三个反射镜被设置得它们相互正交地相交；还具有以下特性，即，扫描镜11即使在转动轴21A和21B的任一个上转动，入射光都被反射并且向着与入射光的入射方向相对的方向发射。

角度检测机构40具有上述的两个隅角棱镜46和47，并按如下所述的方式来设置：

激光束41a是从一个激光束源41发射的，并且一个分束器42分离成为两束，亦即，第一激光束41b是经由分束器42传送的，而第二激光束41c是由分束器42反射的。第一激光束41b被一个直角棱镜44反射，被隅角棱镜46反射返回到直角棱镜44，再由直角棱镜反射，进而由分束器42反射。另一方面，第二激光束41c被一个直角棱镜43反射，再被一个附加的直角棱镜45反射，再被隅角棱镜47反射而返回到直角棱镜45，再被直角棱镜45和43反射，再经由分束器42传送。按照这种方式，经由分束器42所传送的第二激光束41c叠加在由分束器42所反射的第一激光束41b上，并以这两个激光束41b和41c相干涉的形式产生一个干涉光41d，由此产生的干涉光41d就是入射到光接收器48的入射光。

图4示出由干涉光41d引起的干涉条纹的图形，这是在光接收器48的前部形成的，图中还示出光接收器48的一种示意性结构图。图5示出放置在光接收器48前部的一个狭缝板49的状态图。

如图4所示，在光接收器48的前部形成干涉条纹50，其中，暗和亮条纹以预定的节距在干涉光束41d(参照图3)中反复交替地出现。当图3所示的扫描镜11在转动轴21B上在箭头B-B′方向上转动运动时，干涉条纹50在箭头C-C′方向上运动。

光接收器48配备有两个光接收单元48a和48b，它们按照箭头C-C′安置，干涉条纹50在该方向上根据扫描镜11的运动而运动。光接收单元48a与48b之间的间隔与干涉条纹之间的节距不同。据此，光接收单元48a和48b会接收以相互不同相位的运动中的干涉条纹。如图5所示，当一个狭缝板49(它具有两个狭缝49a和49b，它们的位置分别与两个光接收单元48a和48b的设置位置相关联)放置在光接收器48的前部时，光接收单元48a和48b的每个只会接收该干涉条纹50之中同相的较鲜明的部分。

图6(A)-(G)示出扫描镜11的运动与光接收信号S1和S2(它们分别是由光接收单元48a和48b获得的)之间的关系图。

如图6(A)-(D)所示，如果光接收信号S2同相地超前于光接收信号S1而且扫描镜11在箭头B方向上转动时，在扫描镜11到达运动的一端并在运动方向上反向而在箭头B′方向上运动(如图6(E)所示)时，光接收信号S1与S2之间的关系是反相的，并且提供了光接收信号S1同相超前于光接收信号S2的状态。如图6(F)-(G)所示，在扫描镜11沿着箭头B′方向运动时，光接收信号S1与S2之间的相位关系一直保持住。按照这种方式，当配备两个光接收单元并且在这两个光接收信号S1与S2(它们是从这两个光接收单元产生的)之间的相位关系正被探查时，识别该扫描镜11在哪个方向上运动是可能的。进而，在这两个光接收信号S1和S2之中任一个或这两者都被用于测量由扫描镜11的运动而引起的干涉条纹的运动时或计数由这两个光接收单元之中任一个或这两者所获得的光接收信号的重复脉冲的个数时，检测扫描镜11的转动角度是可能的。再则，与直接计数光接收信号的重复脉冲个数的情况相比，通过乘法运算来计数光接收信号使得根据倍增数量而更多地提高角度检测的分辨率成为可能。

角度的起点按如下方式确定：

两个光接收信号S1和S2的相位关系要被检测；扫描镜11的转动角度(它分别涉及从图6(D)到图6(E)时状态转变的定时，亦即，扫描镜11在从箭头B方向到箭头B′方向的运动方向上的变化时的第一次定时和扫描镜11在从箭头B′方向到箭头B方向的运动方向上的逆变化时第二次定时)也要被检测；由于角度的中点被检测，故角度的起点也就给定了。于是，扫描镜11在箭头B方向(加法方向)或在箭头B′方向(减法方向)的转动方向相对于起始角度就确定了。另一种方式是，与第一次定时相关联的扫描镜11的转动位置或与第二次定时相关联的扫描镜11的转动位置被定义为转动角度的起点，并且该转动角度可由一个不具有加号或减号的数值来表示，这是可以接受的。

图7示出隅角棱镜在扫描板11上固定位置的典型图示。

虽然上述的情况与含有两个隅角棱镜46和47的角度检测机构(用以检测在扫描镜11的转动轴21B上的转动角度)有关，但可以注意到根据本实施例的扫描镜式扫描器还配备了一个附加的角度检测机构，它与上述的角度检测机构相似。第二角度检测机构含有两个隅角棱镜56和57，用以检测在扫描镜11的转动轴21A上的转动角度。

构成该角度检测机构、用以检测在扫描镜11的转动轴21B上的转动角度的两个隅角棱镜46和47，按照如下方式固定在扫描镜11的背部上，亦即，隅角棱镜46和47的顶部46a和47a位于转动轴21A上，由分别在由相对于转动轴21B、由相对地相等距离所给定的地方处。按照与隅角棱镜46和47相同的方式，构成第二角度检测机构的、用以检测在扫描镜11的转动轴21A上的转动角度的隅角棱镜56和57按照如下方式固定在扫描镜11的背部上，亦即，隅角棱镜56和57的顶部56a和57a位于转动轴21B上，分别在由相对于转动轴21A的相对相等的距离所给定的地方处。

在这四个隅角棱镜46、47，56和57按照上述的位置关系固定在扫描镜11上时，扫描镜11的转动轴21A和21B之中每个上的力矩平衡得以保持。此外，在转动轴21B上的转动角度呈现出只对利用隅角棱镜46和47的角度检测机构的影响，而在转动轴21A上的转动角度呈现出只对利用隅角棱镜56和57的角度检测机构的影响。换句话说，利用各自相应的角度检测机构使得相互独立地测量转动轴21B上的转动角度和转动轴21A上的转动角度，成为可能。

顺便说，激光束源41(参照图3)根据共用的原则，可用于这两个角度检测机构或各自的激光束源分别用于这两个角度检测机构，这也是可以接受的。再则，图3所示的光学区段的部件根据共用的原则而用于这两个角度检测机构，这也是可以接受的。

下文将详细地描述本实施例。

假设该扫描镜是椭圆形镜，具有表1所列的形状和重量。

表1

镜的形状………………椭圆形

长度……………………620mm

宽度……………………410mm

厚度……………………12mm

重量……………………7kg

扫描镜式扫描器按如下方式安置，亦即，扫描镜被驱动时满足表2所列的目标指标。

表2

扫描角度………………±5.2°

角度控制分辨率………70μrads或以下

角度检测分辨率………1.4μrads或以下

驱动速度………………1秒钟之内运动到相邻场景(0.89m rads)

图8示出角度检测机构(仅一个)在转动之前的侧视图。图9示出角度检测机构(仅一个)在转动之后的侧视图。在这两个图中，直角棱镜44和45在图示中省略了。

假设扫描镜11从图8所示的状态转动一个角度为θ并且到达图9所示的状态。

如图9所示，这时两条光学路径在激光束的前进路径和返回路径之中每个上的长度差按Lsinθ变化，并且总和为2Lsinθ。随着两条光学路径的长度差的增加，亮的部分和暗的部分由于干涉条纹而反复地交替地在光接收单元上产生。现在假设亮的部分的计数为N，而所使用的激光束的波长为λ，则下式成立，

2Lsinθ＝Nλ

于是，转动角度由下式表示

θ＝sin^-1(Nλ/2L)

由于对亮的部分计数可使检测两条光学路径的长度差(以波长为单位)成为可能，因而角度的分辨率可由下式表示：

θ＝sin^-1(Nλ/2L)

当用于检测干涉条纹的光接收单元的两片平行排列以使亮信号与暗信号之间的相位差约为90°时，能够提高分辨率2至4倍。

表3列出本次检测的原理的逻辑分辨率，这里针对于光源的波长为λ和隅角棱镜46和47之间的距离L它们采用以下数值：

λ＝780nm

L＝150mm

表3

倍增角度(μrad)

1 2.6

2 1.3

4 0.7

图10(A)-(C)示出曲柄机构的典型侧视图。

图10(A)-(C)分别示出扫描镜11在箭头B方向上最大程度地转动时的状态；扫描镜11呆在中部位置时的状态；以及扫描镜11在箭头B′方向上最小程度地转动时的状态。

如图10(A)所示，假设曲柄机构的转动驱动中心01与连接杆17的耦连点A之间的距离为r；扫描镜11的耦连点B与扫描镜11的转动中心02之间的距离为R。曲柄机构16和扫描镜11按照一种位置关系以如下方式来设置，亦即，当转动驱动中心01、连接点A和连接点B在一条线上时，扫描镜11与转动极限的极端数值有关。

(转动驱动区段的所需分辨率)

由于扫描极限的目标扫描角度被给定为±5.2°，因而在r与R之间存在下式的关系：

Sin^-1(r/R)＞5.2°

这里由于R值给定为150mm，因而：

r＞R sin(5.2)＝13.6mm

这里取r＝14mm。

如图10(B)所示，对于扫描镜11的转动运动的位置，在扫描镜11处于水平位置时，对于曲柄机构16来说，扫描镜11的转动运动量/驱动电动机的单位转动量为最大值。当处于水平位置的扫描镜11转动地运动70μrad(目标控制分辨率)时，连接杆17使连接点B下降为：

Δt＝150sin(70×10^-6)＝0.01mm

如果Δt在连接点A上反映如同原来那样，则曲柄机构16(必需在目标控制分辨率可以保持的状态下转动扫描镜11)的转动量可表示为：

θ2＝sin^-1(0.01/14)＝700(μrad)于是，如果一个步进电机作为驱动电动机，具有基本步进角度为0.45°，它利用降低速率100的一个谐和驱动齿轮来减速，以便驱动该曲柄机构，则曲柄的驱动分辨率可表示为：

(0.45/100)(π/180)＝79μrad当这转变为扫描镜11的转动角度时，它为7.4μrad。这使充分地实现目标控制分辨率成为可能。

(扫描限制)

根据曲柄机构16的臂的长度r＝14mm和扫描镜的中心OS2与连接杆17的连接点B之间的距离L＝150mm，扫描角度可表示为：

Sin^-1(14/150)＝5.4°这符合目标扫描角度。

(驱动电动机的所需力矩)

图11示出在驱动电动机驱动扫描镜时驱动速度图型。

由于目标驱动速度是在1秒钟之内移动到相邻的场景(0.89mrad)，因而驱动速度图型由图11给定。其中：

驱动角速度ω：1.78(m rad/s)或以上，

驱动角加速度：3.56(m rad/S²)或以上。另一方面，转动惯量Is表示为：

Is＝(R²/4)M式中：R为椭圆形扫描镜的长度，M为椭圆形扫描镜的质量。

用R＝0.31m，M＝7kg来替代，则

Is＝0.17(kgm²)

另一方面，隅角棱镜的转动惯量Ic可表示为：

1c＝0.0056(kgm²)假定隅角棱镜每片的质量为0.25kg和安装半径为0.15m，于是，扫描镜整体的总转动惯量为：

I＝Is+Ic＝0.1756(kgm²)

另外，为了免除在支承该扫描镜时的松动，假设离开扫描镜中心位置0.15m的部分用一个弹簧拉住。如果该弹簧的弹簧常数为1.4kg/m，拉伸的最大量为0.0251m，则弹簧产生的力矩为0.0516Nm。

如果各种参数用以下符号表示：

Tm：电动机的力矩，

η₁：减速齿轮的效率，

η₂：机械系统的效率，

To：减速齿轮的起始力矩，

Ts：弹簧产生的力矩，

G：减速齿轮比，则电动机的力矩必须满足下式的要求：

Tm＞{(Iω+Ts)/(Gη₁η₂)}+To

用以下各参数值来替代，

G＝100

η₁＝0.6

η₂＝0.6

To＝0.03(Nm)

Ts＝0.0516(Nm)

ω＝3.56×10^-3(rad/s²)则Tm必须满足下式要求：

Tm≥2.6×10^-2(Nm)为此，选择电动机以产生力矩为2.6×10^-2(Nm)或以上，则是可行的。

(万向节部分)

与根据如图12所示的较早技术的扫描镜式扫描器相比较，为了对于重量节省上有所贡献，使用万向节来沿用一种可使扫描镜11保持在其中心的一点处的机构。万向节还用于在曲柄机构16的连接杆17的连接部分，该曲柄机构用以驱动扫描镜11。

接收该镜为负载的是中心万向节14(参照图2)，而用于将驱动杆17与扫描镜11相耦连的万向节18几乎不接收负载。现在需要按如下方式设计中心万向节14，亦即，在扫描镜11接收25克静态负载(它是装载扫描镜式扫描器的人造卫星被发射的转换负载)时，中心万向节14可经得起这种负载。如果中心万向节14使用四个轴承，则每个轴承的负载为：

Ld＝((8×9.8×25)/4}＝490(N)这里假设扫描镜和隅角棱镜46和47的总重量为8kg。使用例如一个具有内径为8mm的滚珠轴承作为能够经得起这个负载的轴承，和基本静态负载额定值为715(N)以及基本动态负载额定值为1610(N)，这是可能的，也是优选的。然而，在固态润滑剂或类似物用于空间应用的情况下，要采用在经受住负载方面更优良的轴承。

虽然上述的扫描镜式扫描器具有两个转动轴21A和21B(二者正交地相交)，并在两维基础上执行扫描，但应注意到可使扫描镜11在转动轴21A和21B上转动运动的各自相应的转动机构是相互独立的，和用于检测转动轴21A和21B上转动角度的各自相应的角度检测机构也是相互独立的。为此，可以理解，根据本实施例的扫描器可以容易地适用于一维型扫描器(它具单一的转动机构和单一的角度检测机构，其内扫描镜在单一的转动轴上转动)。

在上述的一维类型扫描器中无需考虑两维的转动运动。于是，内含两个镜且相互正交相交设置的一种反射光学部件可被用来替代隅角棱镜，这是可以接受的。

此外，根据本实施例的扫描镜式扫描器，扫描镜转动运动以扫描被扫描的场景(例如地球)。然而，摄像机固定台或类似物(其内直接配置一个摄像机用以替代扫描镜11)用以作为本发明的可转动的活动部件，这也是可以接受的。

如上所述，根据本发明，在可转动的活动部件的转动界限上执行高分辨率的转动角度检测是可能的。

再有，根据本发明，对于扫描器的整体的重量节省方面有所贡献也是可能的。

虽然业已参照具体图示的实施例描述了本发明，但它不受这些实施例的限制，而只由所附的权利要求书来限定。可以理解，本领域的技术人员可以变更或修改该实施例，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种扫描器，包括：

一个可转动的活动部件，可在一个预定的转动轴上转动运动；

一个转动机构，可使所述的可转动的活动部件在该转动轴上转动运动；及

角度检测装置，用以检测所述的可转动的活动部件在该转动轴上的转动角度，所述的角度检测装置包括：一个干涉光学系统，用以产生干涉光，和一个光接收器，用以接收由所述的干涉光学系统所产生的干涉光，

其特征在于：

所述的干涉光学系统包括：一个光源，用于发射相干光，和两个反射光学部件，设置在转动轴相交的方向上，按照规则的间隔对齐地放置，所述的反射光学部件的每个都反射入射光并向着与该入射光的入射方向相对的方向发射反射光，且与所述的可转动的活动部件的转动位置无关，尚且，所述的干涉光学系统将所述的光源所发射的相干光划分成为两个部分，分别地引进所述的两个反射光学部件的各自相应的一个中，并将这两个反射光学部件所反射的相干光相互叠加，借此，产生由该相干光引起的干涉光。

2.根据权利要求1所述的扫描器，其特征在于，所述的光接收器包括：两个光接收部件，设置在一个方向上，在该方向上在所述的光接收器的一个光接收表面上的干涉光的干涉条纹是根据所述的可转动的活动部件在转动轴上的转动运动而在空间上运动，所述的两个光接收单元以与干涉条纹的节距不同的间隔排列的。

3.根据权利要求1所述的扫描器，其特征在于，所述的转动机构包括：

一个电动机，用以产生动力，来转动所述的可转动的活动部件；和

一个曲柄机构，用以将所述的电动机的转动运动转变成为往复运动，以将所述的电动机的动力传送给所述的可转动的活动部件。

4.一种扫描器，其特征在于，包括：

一个可转动的活动部件，可在第一和第二相互相交的轴上转动运动；

第一和第二转动机构，可使所述的可转动的活动部件分别在第一和第二转动轴上转动运动；

第一角度检测装置，用以检测所述的可转动的活动部件在第一转动轴的转动角度，所述的第一角度检测装置包括：一个第一干涉光学系统，用以产生第一干涉光，和一个第一光接收器，用以接收由第一干涉光学系统所产生的第一干涉光，其中，第一干涉光学系统包括：一个第一光源，用以发射相干光，和两个第一反射光学部件，按如下方式固定，亦即，将所述的两个反射光学部件安置在第二转动轴的方向上，按照一个规则的间距对齐地放置，所述的第一反射光学部件的每个都反射入射光并向着与该入射光的入射方向相对的方向发射反射光，且与所述的可转动的活动部件的转动位置无关，而且所述的第一干涉光学系统将从所述的第一光源所发射的相干光划分成为两个部分，分别地引进所述的两个第一反射光学部件的各自相应的一个中，并将从所述的两个第一反射光学部件所反射的相干光相互叠加，借此，产生由相干光所引起的第一干涉光；及

第二角度检测装置，用以检测所述的可转动的活动部件在第二转动轴上的转动角度，所述的第二角度检测装置包括：一个第二干涉光学系统，用以产生第二干涉光，和一个第二光接收器，用以接收由所述的第二干涉光学系统所产生的第二干涉光，其中所述的第二干涉光学系统包括：一个第二光源，用以发射相干光，所述的第二光源与所述的第一光源一起共用，或单独地配备，和两个第二反射光学部件，它们按照如下方式固定，亦即，两个第二反射光学部件设置在第一转动轴上，按照一个规则的间距对齐地放置，所述的第二反射光学部件的每个都反射入射光并向着与该入射光的入射方向相对的方向发射反射光且与所述的可转动的活动部件的转动位置无关，而且所述的第二干涉光学系统将从所述的第二光源所发射的相干光划分成为两个部分，分别引进所述的两个第二反射光学部件的各自相应的一个中，并将从所述的两个第二反射光学部件所反射的相干光相互叠加，借此，产生由相干光所引起的第二干涉光。

5.根据权利要求4所述的扫描器，其特征在于，所述的第一光接收器包括：两个第一光接收单元，它们设置在一个方向上，在该方向上在所述的第一光接收器的一个光接收表面上的第一干涉光的干涉条纹根据所述的可转动的活动部件在转动轴上的转动运动而在空间上运动，所述的两个第一光接收单元是以与干涉条纹的节距不同的间隔放置的，及

其中所述的第二光接收器包括：两个第二光接收单元，它们设置在一个方向上，在该方向上在所述第二光接收器的一个光接收表面上的第二干涉光的干扰条纹根据所述的可转动的活动部件在转动轴上的转动运动而在空间上运动，所述的两个第二光接收单元是以与干涉条纹的节距不同的间距放置的。

6.根据权利要求4所述的扫描器，其特征在于，所述的第一转动机构包括：

一个第一曲柄机构，用以将所述的第一电动机的转动运动转变成为往复运动，以将所述的第一电动机的动力传送给所述的可转动的活动部件，及

其中所述第二转动机构包括：

一个第二电动机，用以产生动力，来转动所述的可转动的活动部件；和

一个第二曲柄机构，用以将所述的第二电动机的转动运动转变成为往复运动，以将所述的第二电动机的动力传送给所述的可转动的活动部件。

7.根据权利要求4所述的扫描器，其特征在于，所述的两个第一反射光学部件位于第二转动轴上和分别在相对于第一转动轴的相对相等距离所给定的地方，和

其中所述的两个第二反射光学部件位于第一转动轴上和分别在相对于第二转动轴的相对相等距离所给定的地方。