CN201096984Y - 一种曲面反射式扫描器 - Google Patents

Abstract

一种曲面反射式扫描器，主要由多曲面体转镜、连轴器、同步信号发生器、固定板、电机及其驱动器组成，其特征在于：多曲面体转镜底部通过连轴器与电机的动力轴相连，装有同步信号发生器的连轴器连接在固定板上，电机另一端与驱动器相连；它能够在大角度旋转时反射光束做所需要的小角度扫描，还可以通过在单向旋转情况下实现一维扫描成像和二维扫描成像，较之于平面扫描器，曲面反射式扫描器的扫描效率大大提高，最高时接近100％；驱动电机不必选择可正反方向旋转的可逆电机，也不必选择检流计式驱动器，生产成本降低；二维扫描成像由一套扫描器完成，集成程度提高，控制难度降低，同步变得容易，可靠性大幅度提高。

Description

一种曲面反射式扫描器

技术领域

本实用新型涉及红外成像技术领域，尤其是一种可以在单向旋转情况下进行一维扫描成像和二维扫描微扫描成像的曲面反射式扫描器。

背景技术

对于现阶段探测元总数有限的红外焦平面探测器，在帧频许可条件下通过扫描或微扫描技术获得比探测元数目多得多的图像像素，是红外成像系统常用的一种技术手段。对于线列探测器，通常做单一方向的一维扫描成像，也可做二维微扫描成像；对于面阵探测器，通常做扩大视场的大幅度二维扫描成像或提高分辨力的微小幅度二维扫描成像，即微扫描。评价扫描器的主要技术指标有扫描效率、扫描线性度、重复定位精度和工作频率等，其中扫描效率最为重要。所谓扫描效率，是指工作周期内扫描器用于扫描成像的时间占工作周期的百分比。

目前所用的振镜或摆镜式扫描器的扫描效率约80％。按反射面的面形不同来分，基于光的反射定律的反射式扫描器可分为平面反射式扫描器和曲面反射式扫描器两大类。目前使用的扫描器大多为平面反射式扫描器，主要采用检流线圈驱动一个反射面的平面镜绕定轴摆动或电机驱动两个反射面的双面镜和多个反射面的多面镜单向旋转技术方案。这种扫描器的特点是器件结构简单，加工制作方便；不足之处是扫描过程对检流线圈振动频率稳定性和电机旋转速度稳定性及其轴向、径向跳动误差要求高，一维扫描时电机必须正反转，二维扫描时需要两套一维平面反射式扫描器组合使用，系统结构和控制电路复杂，工作起始位置需要标定，最为严重的是扫描效率与旋转角度之间存在难以调和的矛盾。为了提高扫描效率，降低扫描器的非线性度，这种扫描器的旋转角度或摆动幅度很小，一般在8°左右，且电机必须正反双向旋转，平面镜复位速度要远大于扫描速度。

平面反射式扫描器存在的这些问题，皆因扫描器的反射面是平面而起，因此有必要将平面反射式扫描器的平面镜改成曲面镜，以提高扫描效率，简化器件结构，降低控制难度。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提出一种曲面反射式扫描器，它能够在大角度旋转时反射光束做所需要的小角度扫描，还可以通过在单向旋转情况下实现一维扫描成像和二维扫描成像。

本实用新型的目的通过以下技术措施实现的：

一种曲面反射式扫描器，主要由多曲面体转镜、连轴器、同步信号发生器、固定板、电机及其驱动器组成，其特征在于：多曲面体转镜底部通过连轴器与电机的动力轴相连，装有同步信号发生器的连轴器连接在固定板上，电机另一端与驱动器相连。

所述的电机通过三根螺杆与固定板连接，整个扫描器通过固定板上的安装孔安装到红外成像系统中的相应位置。

所述的驱动曲面转鼓旋转的驱动电机为单向电机。

依据以上技术方案获得的本实用新型与现有技术比较具有如下优点或有益效果：

1.较之于平面扫描器，曲面反射式扫描器的扫描效率大大提高，最高时接近100％。

2.曲面反射式扫描器的驱动电机不必选择可正反方向旋转的可逆电机，也不必选择检流计式驱动器，生产成本降低。

3.曲面反射式扫描器一维旋转可进行一维和二维扫描成像；一维扫描成像时曲面反射式扫描器的反射面数可以根据工艺要求和设计者确定，二维扫描成像时曲面反射式扫描器的反射面数大于或等于扫描轨迹数。

4.曲面反射式扫描器的二维扫描成像由一套扫描器完成，集成程度提高，控制难度降低，同步变得容易，可靠性大幅度提高。

5.在进行二维扫描即微扫描时，既可进行提高分辨力的微扫描，也可进行扩大视场的微扫描。

6.曲面反射式扫描器的扫描面数可以根据工艺能力和扫描精度确定，设计自由度较大。

7.曲面反射式扫描器不仅可以用于探测元数目不够多的红外成像领域，还可用于激光雷达，激光测距机，生物组织扫描以及其它需要光束扫描的技术领域。

附图说明

图1是本实用新型的曲面反射式扫描器扫描原理示意图。

图2是本实用新型的曲面反射式扫描器一维扫描成像原理示意图。

图3是本实用新型的曲面反射式扫描器扩大视场的微扫描示意图。

图4是本实用新型的曲面反射式扫描器提高分辨力的微扫描示意图。

图5是本实用新型的曲面反射式扫描器结构组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本实用新提出来的曲面反射式扫描器的扫描原理是：利用反射曲面的变法向矢量性质，在扫描器做大角度旋转时将来自镜头1的入射光，按小角度扫描要求反射到预定位置3，完成从大角度到小角度的光束变换，从原理上提高扫描效率。如图1所示，曲面反射式扫描器结构类似一个多曲面体转镜2，转镜的每个面皆为曲面而非平面。转镜的面数根据扫描需要和加工要求确定，一般为2～50面。一维扫描时，多曲面体转镜的面形参数一致，扫描器旋转时每个面生成的图像位置相同，如图2所示。

二维扫描时，多面体转镜的面形参数各不相同，扫描器旋转时每个面按照设计要求将入射光线反射到预定位置，生成不同位置的图像，因此通过曲面反射式扫描器的一维旋转即可形成二维扫描，这种二维扫描就是通常所说的微扫描技术。微扫描技术主要有扩大视场和提高分辨力两种应用形式，扩大视场时的微扫描生成的子图像是依次排列关系，如图3所示，提高空间辨力时的微扫描生成的图像是相互嵌入关系，如图4所示。

图5所示为四曲面体转镜的实施例，主要由多曲面体转镜2、连轴器4、同步信号发生器5、固定板6、电机7及其驱动器8组成。连轴器4一端与曲面转镜2底部相连，另一端与电机轴相连；此外，电机7与固定板6通过三根螺杆固连，整个扫描器通过其固定板6上的安装孔安装到红外成像系统中的相应位置。二面、三面、五面、六面以及其它更多面数的扫描器原理相同，结构类似，设计方法一样，在此就不一一赘述。多曲面体转镜2的作用是按照扫描成像的位置要求将来自镜头的入射光线反射到预定位置；连轴器4的作用是传递来自电机的驱动力矩，驱动曲面转镜旋转，在二维扫描时负责将曲面转镜2倾斜相应角度；同步信号发生器5用来产生同步信号，给信号处理电路提供基准时钟；固定板6是电机的安装平台，也是整个曲面反射式扫描器的工作平台；电机7用来将电能转换为机械能产生驱动力矩，驱动曲面转镜及连轴器旋转；驱动器8是电机的电源供应和伺服控制电路。

本实用新型的应用对象是线列红外焦平面探测器，实现过程如下。

第一步，根据红外成像系统的应用形式确定曲面反射式扫描器转轴到红外焦平面探测器光敏面的垂直距离，以及曲面反射式扫描器的最大物理尺寸。

第二步，根据扫描要求确定扫描轨迹数量和它们之间的相对位置，再根据线列探测器的物理尺寸计算出每条扫描轨迹的长度以及扫描轨迹之间的距离。

第三步，根据扫描轨迹长度和间距求出曲面反射式扫描器反射面的数量和每个面的面形参数。

第四步，根据面形参数设计曲面反射式扫描器的曲面转镜和连轴器的机械结构，选择合适的驱动电机和精度等级，最后设计固定板的结构、驱动电机和同步信号发生器的安装位置和固定方式。

第五步，将曲面反射式扫描器的电子图纸变成数控机床可以识别的文件格式，完成曲面反射式扫描器所有零件的加工。

第六步，组装和调试曲面反射式扫描器，搭建检验装置，利用可见光波段的激光检验曲面反射式扫描器的扫描轨迹。

Claims (3)

1、一种曲面反射式扫描器，主要由多曲面体转镜、连轴器、同步信号发生器、固定板、电机及其驱动器组成，其特征在于：多曲面体转镜底部通过连轴器与电机的动力轴相连，连轴器安装在固定板上，同步信号发生器连接在连轴器上，电机另一端与驱动器相连。

2、如权利要求1所述的曲面反射式扫描器，其特征在于：电机通过三根螺杆与固定板连接，整个扫描器通过固定板上的安装孔安装到红外成像系统中的相应位置。

3、如权利要求1所述的曲面反射式扫描器，其特征在于：驱动曲面转鼓旋转的驱动电机为单向电机。

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