掃描器組件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種掃描器組件。該掃描器組件包括：電機(jī)，電機(jī)、掃描擺鏡、點(diǎn)光源激光器、以及光電位置傳感器；所述掃描擺鏡設(shè)置于所述電機(jī)上，所述電機(jī)在控制電路板的控制下帶動(dòng)所述掃描擺鏡運(yùn)動(dòng)；所述點(diǎn)光源激光器和所述光電位置傳感器設(shè)置于所述掃描擺鏡的非成像面即背面方向，所述點(diǎn)光源激光器向所述掃描擺鏡的非成像面發(fā)射點(diǎn)光源激光，經(jīng)所述掃描擺鏡的非成像面將所述點(diǎn)光源激光反射到所述光電位置傳感器，所述光電位置傳感器將獲取的掃描擺鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度實(shí)時(shí)位置信號(hào)發(fā)送到所述控制電路板。借助于本實(shí)用新型的技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、小型化、高精度、低功耗的一維擺動(dòng)掃描器組件。
【專利說明】
掃描器組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及掃描器領(lǐng)域，特別是涉及一種掃描器組件。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用廣度和深度都有了長足的發(fā)展，基于第二代焦平 面探測器的高性能熱成像系統(tǒng)成為各國尤其是美國、英國、法國、以色列等紅外光電成像技 術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。其中掃描型焦平面探測器技術(shù)的發(fā)展尤為引人注目，目前已廣泛應(yīng)用于手 持式夜視偵察系統(tǒng)（以法國Sophie MF熱像儀為代表）、履帶式裝甲車觀瞄火控系統(tǒng)（以俄羅 斯T系列主戰(zhàn)坦克為代表）、紅外跟蹤與搜索系統(tǒng)（IRST)、無人偵察機(jī)前視紅外等系統(tǒng)中，并 成為高性能第二代熱成像系統(tǒng)選用的主要探測器類型之一。其特點(diǎn)主要包括如下：
[0003] 首先，相比一代器件（主要是分立式紅外探測器組件），二代線列掃描型焦平面探 測器組件只需進(jìn)行一維的光學(xué)掃描，大大簡化了光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掃描器組件只需實(shí)現(xiàn)一維 的高精度掃描即可滿足熱成像系統(tǒng)要求；
[0004] 另外，由于常溫目標(biāo)所發(fā)出的紅外峰值波長約為IOum左右，相對(duì)于中波而言，發(fā)展 基于長波的紅外探測技術(shù)更具優(yōu)勢，其應(yīng)用場合非常廣泛，而目前基于長波凝視制冷型的 紅外探測器組件在制造工藝上大大難于中波器件，技術(shù)成熟度上也不如中波，因此價(jià)格成 本上遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同規(guī)模的中波器件，相比來說，長波線列掃描型器件在工藝、成本和性價(jià)比上 由于中波，基于此原因，發(fā)展基于長波掃描型焦平面探測器組件的熱成像系統(tǒng)具有廣闊的 應(yīng)用前景。
[0005] 對(duì)基于長波掃描型焦平面探測器組件的熱成像系統(tǒng)來說，其中重要的且必不可少 的成像組件就是擺動(dòng)掃描器組件，通過該組件進(jìn)行水平方向的一維光學(xué)掃描來將二維的紅 外圖像完整的呈現(xiàn)在探測器上，從而實(shí)現(xiàn)最終的紅外成像。傳統(tǒng)較常用的一維掃描器組件 均采用國外的（主要有美國GSI公司、英國Cambridge公司等）專用擺動(dòng)電機(jī)（電機(jī)自身內(nèi)置 位置傳感器)和專用驅(qū)動(dòng)控制電路來實(shí)現(xiàn)，其整體的體積尺寸大、功耗高、環(huán)境適應(yīng)性差(均 是商業(yè)級(jí)工作溫度）、價(jià)格昂貴且供貨易受限制，因此研制一種低成本、高精度、環(huán)境適應(yīng)性 好的一維擺動(dòng)掃描器組件具有重要的意義和強(qiáng)烈的應(yīng)用需求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)中掃描器組件功耗大、掃描精度低、環(huán)境適應(yīng)性差、體積重量大和價(jià) 格高的問題，提出了本實(shí)用新型以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題 的掃描器組件。
[0007] 本實(shí)用新型提供一種掃描器組件，包括：電機(jī)、掃描擺鏡、點(diǎn)光源激光器、以及光電 位置傳感器；
[0008] 所述掃描擺鏡設(shè)置于所述電機(jī)上，所述電機(jī)在控制電路板的控制下帶動(dòng)所述掃描 擺鏡運(yùn)動(dòng);所述點(diǎn)光源激光器和所述光電位置傳感器設(shè)置于所述掃描擺鏡的非成像面即背 面方向，所述點(diǎn)光源激光器向所述掃描擺鏡的非成像面發(fā)射點(diǎn)光源激光，經(jīng)所述掃描擺鏡 的非成像面將所述點(diǎn)光源激光反射到所述光電位置傳感器，所述光電位置傳感器將獲取的 掃描擺鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度實(shí)時(shí)位置信號(hào)發(fā)送到所述控制電路板。
[0009] 本實(shí)用新型有益效果如下：
[0010] 借助于本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，解決了現(xiàn)有技術(shù)中掃描器組件功耗大、掃 描精度低、環(huán)境適應(yīng)性差、體積重量大和價(jià)格高的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、小型化、高精 度、低功耗的一維擺動(dòng)掃描器組件，在功耗、掃描線性度、掃描效率、環(huán)境適應(yīng)性和重量上均 有大幅的提尚和改善。
[0011] 上述說明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技 術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本實(shí)用新型的上述和其它目的、特征 和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
【附圖說明】
[0012] 通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用 新型的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：
[0013] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的掃描器組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的掃描器組件的實(shí)現(xiàn)示意圖；
[0015] 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的掃描器組件的實(shí)現(xiàn)效果示意圖；
[0016] 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的未帶客體的掃描器組件的實(shí)現(xiàn)效果示意圖；
[0017] 圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的掃描器組件的實(shí)現(xiàn)基本原理示意圖；
[0018] 圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的高精度光電位置傳感器電路示意圖；
[0019] 圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例的位置信號(hào)除法及微分電路示意圖；
[0020] 圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例的鋸齒波基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生的電路示意圖；
[0021] 圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例的PID自動(dòng)調(diào)節(jié)的電路示意圖；
[0022] 圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例的PID自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)濾波的電路示意圖；
[0023] 圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率放大電路不意圖；
[0024]圖12是本實(shí)用新型實(shí)施例的分別采用原G120掃描組件和掃描器組件實(shí)際驅(qū)動(dòng)輸 出鋸齒波控制信號(hào)的性能測試示意圖；
[0025]圖13是本實(shí)用新型實(shí)施例的分別采用原G120掃描組件和掃描器組件在紅外成像 系統(tǒng)中的應(yīng)用效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開 的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例 所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍 完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0027] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中掃描器組件功耗大、掃描精度低、環(huán)境適應(yīng)性差、體積重量大 和價(jià)格高的問題，本實(shí)用新型提供了一種掃描器組件及掃描擺鏡控制方法，以下結(jié)合附圖 以及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅 用以解釋本實(shí)用新型，并不限定本實(shí)用新型。
[0028] 根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，提供了一種掃描器組件，用于掃描型熱像儀，圖1是本 實(shí)用新型實(shí)施例的掃描器組件的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的掃描器 組件包括：電機(jī)10、掃描擺鏡11、點(diǎn)光源激光器12、以及光電位置傳感器13,以下對(duì)本實(shí)用新 型實(shí)施例的各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0029] 電機(jī)10,連接于掃描擺鏡11，并外接控制電路板，用于在控制電路板的控制下帶動(dòng) 所述掃描擺鏡運(yùn)動(dòng);優(yōu)選地，所述電機(jī)10為:直流電機(jī)10。
[0030] 所述點(diǎn)光源激光器12和所述光電位置傳感器13設(shè)置于所述掃描擺鏡11的非成像 面即背面方向，所述點(diǎn)光源激光器12向所述掃描擺鏡11的非成像面發(fā)射點(diǎn)光源激光，經(jīng)所 述掃描擺鏡11的非成像面將所述點(diǎn)光源激光反射到所述光電位置傳感器13,所述光電位置 傳感器13將獲取的掃描擺鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度實(shí)時(shí)位置信號(hào)發(fā)送到外接的所述控制電路板。
[0031] 以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0032] 掃描器組件是二代掃描型熱像儀中的一個(gè)重要光機(jī)電部件，其性能的優(yōu)劣直接影 響著熱像儀的整體性能指標(biāo)。本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)低功耗、高精度、小型化一 維掃描器組件的方法，在盡可能滿足高掃描精度（<0.5個(gè)像素)和高環(huán)境適應(yīng)性(工作溫度 為-40°C~+70°C)的基礎(chǔ)上，大大減小熱像儀整機(jī)的體積，降低熱像儀的總功耗和成本，并 且保證良好的紅外成像效果。
[0033] 本實(shí)用新型實(shí)施例的掃描器組件主要用于二代掃描型熱像儀系統(tǒng)中，可以解決掃 描器組件功耗大、掃描精度低、環(huán)境適應(yīng)性差、體積重量大和價(jià)格高等問題，主要采用以下 技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的：
[0034] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的掃描器組件的實(shí)現(xiàn)示意圖，圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的 掃描器組件的實(shí)現(xiàn)效果示意圖，圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的未帶客體的掃描器組件的實(shí)現(xiàn) 效果示意圖，圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的掃描器組件的實(shí)現(xiàn)基本原理示意圖，如圖2-5所示， 本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案采用普通直流電機(jī)作為掃描擺鏡的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，利用點(diǎn)光源激 光器照射掃描擺鏡的背面(非成像面），由高精度光電位置傳感器(PSD)接收擺鏡背面的反 射光源，PSD進(jìn)行相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換后生成擺鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度的實(shí)時(shí)位置信號(hào)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路 對(duì)擺鏡的實(shí)時(shí)位置反饋信號(hào)與熱像儀系統(tǒng)要求的擺鏡基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行合成，生成位置誤差信 號(hào)，誤差信號(hào)經(jīng)PID運(yùn)算產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)控制，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后，帶動(dòng)電機(jī)擺動(dòng)至要求位置，從而實(shí)現(xiàn) 擺鏡的高精度閉環(huán)控制。
[0035] 圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的高精度光電位置傳感器電路示意圖，如圖6所示，系統(tǒng) 電源板提供±12V、±5V電源輸入，經(jīng)過濾波處理之后給激光器和高精度光電位置傳感器 (PSD)提供工作電源。激光器加電后發(fā)射激光經(jīng)掃描擺鏡背面反射進(jìn)入PSD光敏面，PSD輸出 激光光點(diǎn)的位置信號(hào)XUX2J1和X2通過運(yùn)算放大器芯片0P484生成X1-X2、X1+X2兩個(gè)信號(hào)。
[0036] 圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例的位置信號(hào)除法及微分電路示意圖，如圖7所示，X1-X2、 X1+X2兩個(gè)信號(hào)輸入專用除法器AD734,然后由AD734生成激光光點(diǎn)位置信號(hào)AC_P0S，此信號(hào) 和擺鏡擺動(dòng)的角度成線性比例關(guān)系，AC_P0S通過微分電路生成脈沖方波信號(hào)，經(jīng)過光耦耦 合輸入FPGA進(jìn)行掃描位置判斷。
[0037]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例的鋸齒波基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生的電路示意圖，如圖8所示，F(xiàn)PGA 根據(jù)掃描的位置生成SPI通訊命令，控制DA轉(zhuǎn)換芯片TLV5618A生成鋸齒波掃描控制基準(zhǔn)信 號(hào)OUT_DA，該信號(hào)經(jīng)過運(yùn)放調(diào)理及偏置處理生成鋸齒波信號(hào)WAVE_OUT。
[0038] 圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例的PID自動(dòng)調(diào)節(jié)的電路示意圖，如圖9所示，鋸齒波信號(hào) WAVE_0UT和激光光點(diǎn)位置信號(hào)AC_P0S作為輸入PID自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊，PID自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊同時(shí) 具備比例、積分和微分調(diào)節(jié)，生成調(diào)節(jié)之后的信號(hào)PID_NUM。
[0039] 圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例的PID自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)濾波的電路示意圖，如圖10所 示，信號(hào)PID_NUM通過運(yùn)放0P284進(jìn)行比例放大，并經(jīng)過射隨電路進(jìn)行前后級(jí)隔離，生成信號(hào) PID_0UT〇
[0040] 圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率放大電路示意圖，如圖11所示，上述 PID_0UT信號(hào)經(jīng)過功率放大器PA75CC生成最終的電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)M0T0R+、M0T0R-，從而驅(qū)動(dòng)電 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0041] 原掃描型熱像儀中基本上都是采用美國GSI公司的G120掃描組件(含專用電機(jī)和 驅(qū)動(dòng)控制電路）。采用本實(shí)用新型創(chuàng)造中的控制方案后，在功耗、掃描線性度、掃描效率、環(huán) 境適應(yīng)性和重量上均有大幅的提高和改善，具體對(duì)比表和效果見表1和圖12。
[0042] 表 1
[0044] 圖12是本實(shí)用新型實(shí)施例的分別采用原G120掃描組件和掃描器組件實(shí)際驅(qū)動(dòng)輸 出鋸齒波控制信號(hào)的性能測試示意圖，如圖12所示，左邊為G120組件，右邊為本實(shí)用新型實(shí) 施例的掃描器組件，可以看出本實(shí)用新型實(shí)施例的掃描器組件其鋸齒波回程時(shí)間縮短，線 性度更好。需要說明的是，圖12所示性能測試結(jié)果的測試條件均為掃描組件的負(fù)載相同，輸 入基準(zhǔn)鋸齒波信號(hào)頻率為50Hz，黃色信號(hào)為輸入的基準(zhǔn)鋸齒波信號(hào)，藍(lán)色信號(hào)為實(shí)際驅(qū)動(dòng) 反饋信號(hào)。
[0045] 圖13是本實(shí)用新型實(shí)施例的分別采用原G120掃描組件和掃描器組件在紅外成像 系統(tǒng)中的應(yīng)用效果圖，如圖13所示，左邊為G120組件，右邊為本實(shí)用新型實(shí)施例的掃描器組 件，從圖中可以看出后者的圖像更清晰穩(wěn)定，無鋸齒感；右邊與左邊進(jìn)行對(duì)比可以看出，在 圖右側(cè)的電烙鐵處有明顯鋸齒，其原因就是掃描器在該處的掃描線性度不好所致。
[0046] 本實(shí)用新型實(shí)施例避免使用高精度的編碼器，易于電路設(shè)計(jì)，且控制穩(wěn)定性易于 保證，從而降低生產(chǎn)成本。激光光源位于掃描鏡的后面，不會(huì)對(duì)正常的光路產(chǎn)生干涉，而且 激光光源體積小，正好利用掃描鏡后面的空間，使整體結(jié)構(gòu)緊湊。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)掃描器組件 的功耗就較原有功耗降低了約3w，改進(jìn)量非?？捎^，為熱像儀整機(jī)功耗的1/10;掃描器散熱 量也比原有系統(tǒng)大大減少，改善了整機(jī)機(jī)殼內(nèi)的工作環(huán)境，有利于提高熱像儀整機(jī)的穩(wěn)定 性和環(huán)境適應(yīng)性，同時(shí)減輕了系統(tǒng)重量;采用本實(shí)用新型創(chuàng)造后的掃描器組件對(duì)熱像儀整 機(jī)的成像有了更好的清晰成像效果。
[0047] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用 新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及 其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種掃描器組件，用于掃描型熱像儀，其特征在于，包括：電機(jī)、掃描擺鏡、點(diǎn)光源激 光器、以及光電位置傳感器； 所述掃描擺鏡設(shè)置于所述電機(jī)上，所述電機(jī)在控制電路板的控制下帶動(dòng)所述掃描擺鏡 運(yùn)動(dòng);所述點(diǎn)光源激光器和所述光電位置傳感器設(shè)置于所述掃描擺鏡的非成像面即背面方 向，所述點(diǎn)光源激光器向所述掃描擺鏡的非成像面發(fā)射點(diǎn)光源激光，經(jīng)所述掃描擺鏡的非 成像面將所述點(diǎn)光源激光反射到所述光電位置傳感器，所述光電位置傳感器將獲取的掃描 擺鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度實(shí)時(shí)位置信號(hào)發(fā)送到所述控制電路板。2. 如權(quán)利要求1所述的掃描器組件，其特征在于，所述電機(jī)為:直流電機(jī)。
【文檔編號(hào)】G02B26/10GK205427318SQ201521040867
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年12月15日
【發(fā)明人】夏寅輝, 殷金堅(jiān), 李凌杰, 喻松林, 安成斌
【申請(qǐng)人】中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所, 中國電子科技集團(tuán)公司第十一研究所