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一種曲面反射式掃描器的制作方法

文檔序號:2735316閱讀:129來源:國知局
專利名稱:一種曲面反射式掃描器的制作方法
技術領域
本實用新型涉及紅外成像技術領域,尤其是一種可以在單向旋轉情況下進行一維掃描成 像和二維掃描微掃描成像的曲面反射式掃描器。
技術背景對于現階段探測元總數有限的紅外焦平面探測器,在幀頻許可條件下通過掃描或微掃描 技術獲得比探測元數目多得多的圖像像素,是紅外成像系統(tǒng)常用的一種技術手段。對于線列 探測器,通常做單一方向的一維掃描成像,也可做二維微掃描成像;對于面陣探測器,通常 做擴大視場的大幅度二維掃描成像或提高分辨力的微小幅度二維掃描成像,即微掃描。評價 掃描器的主要技術指標有掃描效率、掃描線性度、重復定位精度和工作頻率等,其中掃描效 率最為重要。所謂掃描效率,是指工作周期內掃描器用于掃描成像的時間占工作周期的百分 比。目前所用的振鏡或擺鏡式掃描器的掃描效率約80%。按反射面的面形不同來分,基于光 的反射定律的反射式掃描器可分為平面反射式掃描器和曲面反射式掃描器兩大類。目前使用 的掃描器大多為平面反射式掃描器,主要采用檢流線圈驅動一個反射面的平面鏡繞定軸擺動 或電機驅動兩個反射面的雙面鏡和多個反射面的多面鏡單向旋轉技術方案。這種掃描器的特 點是器件結構簡單,加工制作方便;不足之處是掃描過程對檢流線圈振動頻率穩(wěn)定性和電機 旋轉速度穩(wěn)定性及其軸向、徑向跳動誤差要求高, 一維掃描時電機必須正反轉,二維掃描時 需要兩套一維平面反射式掃描器組合使用,系統(tǒng)結構和控制電路復雜,工作起始位置需要標 定,最為嚴重的是掃描效率與旋轉角度之間存在難以調和的矛盾。為了提高掃描效率,降低 掃描器的非線性度,這種掃描器的旋轉角度或擺動幅度很小, 一般在8°左右,且電機必須 正反雙向旋轉,平面鏡復位速度要遠大于掃描速度。平面反射式掃描器存在的這些問題,皆因掃描器的反射面是平面而起,因此有必要將平 面反射式掃描器的平面鏡改成曲面鏡,以提高掃描效率,簡化器件結構,降低控制難度。實用新型內容針對上述問題,本實用新型的目的是提出一種曲面反射式掃描器,它能夠在大角度旋轉 時反射光束做所需要的小角度掃描,還可以通過在單向旋轉情況下實現一維掃描成像和二維 掃描成像。本實用新型的目的通過以下技術措施實現的一種曲面反射式掃描器,主要由多曲面體轉鏡、連軸器、同步信號發(fā)生器、固定板、電機及其驅動器組成,其特征在于多曲面體轉鏡底部通過連軸器與電機的動力軸相連,裝有 同步信號發(fā)生器的連軸器連接在固定板上,電機另一端與驅動器相連。所述的電機通過三根螺桿與固定板連接,整個掃描器通過固定板上的安裝孔安裝到紅外 成像系統(tǒng)中的相應位置。所述的驅動曲面轉鼓旋轉的驅動電機為單向電機。依據以上技術方案獲得的本實用新型與現有技術比較具有如下優(yōu)點或有益效果
1. 較之于平面掃描器,曲面反射式掃描器的掃描效率大大提高,最高時接近100%。
2. 曲面反射式掃描器的驅動電機不必選擇可正反方向旋轉的可逆電機,也不必選擇檢 流計式驅動器,生產成本降低。
3. 曲面反射式掃描器一維旋轉可進行一維和二維掃描成像; 一維掃描成像時曲面反射 式掃描器的反射面數可以根據工藝要求和設計者確定,二維掃描成像時曲面反射式掃描器的 反射面數大于或等于掃描軌跡數。
4. 曲面反射式掃描器的二維掃描成像由一套掃描器完成,集成程度提高,控制難度降 低,同步變得容易,可靠性大幅度提高。
5. 在進行二維掃描即微掃描時,既可進行提高分辨力的微掃描,也可進行擴大視場的 微掃描。
6. 曲面反射式掃描器的掃描面數可以根據工藝能力和掃描精度確定,設計自由度較大。
7. 曲面反射式掃描器不僅可以用于探測元數目不夠多的紅外成像領域,還可用于激光雷達,激光測距機,生物組織掃描以及其它需要光束掃描的技術領域。

圖1是本實用新型的曲面反射式掃描器掃描原理示意圖。圖2是本實用新型的曲面反射式掃描器一維掃描成像原理示意圖。 圖3是本實用新型的曲面反射式掃描器擴大視場的微掃描示意圖。 圖4是本實用新型的曲面反射式掃描器提高分辨力的微掃描示意圖。 圖5是本實用新型的曲面反射式掃描器結構組成示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖進行詳細說明。本實用新提出來的曲面反射式掃描器的掃描原理是利用反射曲面的變法向矢量性質, 在掃描器做大角度旋轉時將來自鏡頭1的入射光,按小角度掃描要求反射到預定位置3,完 成從大角度到小角度的光束變換,從原理上提高掃描效率。如圖1所示,曲面反射式掃描器結構類似一個多曲面體轉鏡2,轉鏡的每個面皆為曲面而非平面。轉鏡的面數根據掃描需要和加工要求確定, 一般為2 50面。 一維掃描時,多曲面體轉鏡的面形參數一致,掃描器旋 轉時每個面生成的圖像位置相同,如圖2所示。二維掃描時,多面體轉鏡的面形參數各不相同,掃描器旋轉時每個面按照設計要求將入 射光線反射到預定位置,生成不同位置的圖像,因此通過曲面反射式掃描器的一維旋轉即可 形成二維掃描,這種二維掃描就是通常所說的微掃描技術。微掃描技術主要有擴大視場和提 高分辨力兩種應用形式,擴大視場時的微掃描生成的子圖像是依次排列關系,如圖3所示, 提高空間辨力時的微掃描生成的圖像是相互嵌入關系,如圖4所示。圖5所示為四曲面體轉鏡的實施例,主要由多曲面體轉鏡2、連軸器4、同步信號發(fā)生器 5、固定板6、電機7及其驅動器8組成。連軸器4一端與曲面轉鏡2底部相連,另一端與電 機軸相連;此外,電機7與固定板6通過三根螺桿固連,整個掃描器通過其固定板6上的安 裝孔安裝到紅外成像系統(tǒng)中的相應位置。二面、三面、五面、六面以及其它更多面數的掃描 器原理相同,結構類似,設計方法一樣,在此就不一一贅述。多曲面體轉鏡2的作用是按照 掃描成像的位置要求將來自鏡頭的入射光線反射到預定位置;連軸器4的作用是傳遞來自電 機的驅動力矩,驅動曲面轉鏡旋轉,在二維掃描時負責將曲面轉鏡2傾斜相應角度;同步信 號發(fā)生器5用來產生同步信號,給信號處理電路提供基準時鐘;固定板6是電機的安裝平臺, 也是整個曲面反射式掃描器的工作平臺;電機7用來將電能轉換為機械能產生驅動力矩,驅 動曲面轉鏡及連軸器旋轉;驅動器8是電機的電源供應和伺服控制電路。本實用新型的應用對象是線列紅外焦平面探測器,實現過程如下。第一步,根據紅外成像系統(tǒng)的應用形式確定曲面反射式掃描器轉軸到紅外焦平面探測器 光敏面的垂直距離,以及曲面反射式掃描器的最大物理尺寸。第二步,根據掃描要求確定掃描軌跡數量和它們之間的相對位置,再根據線列探測器的 物理尺寸計算出每條掃描軌跡的長度以及掃描軌跡之間的距離。第三步,根據掃描軌跡長度和間距求出曲面反射式掃描器反射面的數量和每個面的面形 參數。第四步,根據面形參數設計曲面反射式掃描器的曲面轉鏡和連軸器的機械結構,選擇合 適的驅動電機和精度等級,最后設計固定板的結構、驅動電機和同步信號發(fā)生器的安裝位置 和固定方式。第五步,將曲面反射式掃描器的電子圖紙變成數控機床可以識別的文件格式,完成曲面 反射式掃描器所有零件的加工。第六步,組裝和調試曲面反射式掃描器,搭建檢驗裝置,利用可見光波段的激光檢驗曲 面反射式掃描器的掃描軌跡。
權利要求1、一種曲面反射式掃描器,主要由多曲面體轉鏡、連軸器、同步信號發(fā)生器、固定板、電機及其驅動器組成,其特征在于多曲面體轉鏡底部通過連軸器與電機的動力軸相連,連軸器安裝在固定板上,同步信號發(fā)生器連接在連軸器上,電機另一端與驅動器相連。
2、 如權利要求l所述的曲面反射式掃描器,其特征在于電機通過三根螺桿與固定板連接,整個掃描器通過固定板上的安裝孔安裝到紅外成像系統(tǒng)中的相應位置。
3、 如權利要求1所述的曲面反射式掃描器,其特征在于驅動曲面轉鼓旋轉的驅動電機為單向電機。
專利摘要一種曲面反射式掃描器,主要由多曲面體轉鏡、連軸器、同步信號發(fā)生器、固定板、電機及其驅動器組成,其特征在于多曲面體轉鏡底部通過連軸器與電機的動力軸相連,裝有同步信號發(fā)生器的連軸器連接在固定板上,電機另一端與驅動器相連;它能夠在大角度旋轉時反射光束做所需要的小角度掃描,還可以通過在單向旋轉情況下實現一維掃描成像和二維掃描成像,較之于平面掃描器,曲面反射式掃描器的掃描效率大大提高,最高時接近100%;驅動電機不必選擇可正反方向旋轉的可逆電機,也不必選擇檢流計式驅動器,生產成本降低;二維掃描成像由一套掃描器完成,集成程度提高,控制難度降低,同步變得容易,可靠性大幅度提高。
文檔編號G02B26/10GK201096984SQ20072010512
公開日2008年8月6日 申請日期2007年11月2日 優(yōu)先權日2007年11月2日
發(fā)明者鄧芳軼 申請人:云南民族大學
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