[发明专利]一种谐振驱动旋转扫描系统

说明书

技术领域

本发明涉及二维和三维扫描系统技术。

背景技术

三维扫描系统是按照时间顺序进行三维空间(坐标)立体扫描的系统，该系统作为 驱动器，可以进行三坐标驱动，实现立体空间的定位或轨迹扫描；而作为传感器，则可 以通过扫描系统的运动将三维空间的位置和运动信息转换为坐标和运动量的信号进行输 出。三维扫描系统主要应用于三维加工与测量任务，在图形扫描、打印、信息存储(寻 址)、图像处理、显微分析、光刻、轨迹跟踪、惯性传感和空间遥测等领域有着广泛应用， 如计算机的光驱、硬盘和打印机、原子力显微镜和扫描共焦显微镜、机械雕刻机和扫描 光刻机等都使用了二维或三维扫描系统。

一维扫描系统可分为旋转扫描和直线扫描两大类型，旋转扫描通常用于极坐标定位 系统，而直线扫描通常用于直角坐标定位系统。三维扫描系统需要三个正交(或三个以 上非正交)的一维扫描系统的组合使用，以实现三维合成扫描。例如可以通过一个旋转 扫描和两个直线扫描实现圆柱坐标方式的三维扫描，也可以通过两个旋转扫描和一个直 线扫描实现球坐标方式的三维扫描，三个正交的直线扫描则构成直角坐标方式的三维扫 描。

现有技术在实现三维扫描系统时往往采用多层次结构的组合方式，即一维扫描结构 和另一维扫描结构需要通过一个刚性边框进行连接，这种组合具有一系列缺点：一是结 构尺寸较大，不容易实现微型化；二是额外的框架结构增加了运动惯性，并要消耗驱动 功率，不利于实现高速扫描；三是整体结构不对称，不容易实现正交两维的协调运动， 特别是要实现螺旋扫描方式，这一缺点将更为突出。因此大多螺旋扫描系统都采用一个 旋转扫描加一维直线扫描的组合方式，但这种结构在旋转中心的扫描速度较慢，并且旋 转中心和扫描直线的对中精度对中心点的扫描结果有很大影响，更大的一个问题是这样 的两维扫描往往需要基片和扫描头分别作一维扫描，否则扫描头的连接线将产生缠绕问 题。

传统的筛子就利用了人的双臂通过协调的摇动实现筛子旋转的技术。现代的小型化光 学平台中，有采用多个铰链连接的直线驱动器实现三维倾转驱动的结构，这种倾转机构 利用沿圆周呈花冠状排布的多个支撑臂的不对称伸缩实现平台的倾转，但这种结构是三 维拉杆结构，很难实现一体化集成制作。

在光盘驱动器中，有采用四个音圈电机(永磁-线圈驱动器)对光学头进行二维精密 定位的系统，但该系统采用短直梁连接运动块，运动行程很小。在微机电系统(MEMS) 中，有采用高深宽比的折叠梁连接中心质量块实现二维加速度传感的设计；在微光机电 系统(MOEMS)中，有利用三个或四个环行梁实现二维倾转微镜的设计，但尚没有实 现二维旋转扫描或三维均衡扫描的设计。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种谐振驱动旋转扫描系统，该系统为集成 的扫描系统，可实现二维旋转扫描和三维均衡扫描。

本发明的技术方案如下：

一种谐振驱动旋转扫描系统，它采用一种旋转对称的螺旋梁形成放大传动结构，所 述放大传动结构通过静态的杠杆效应和动态的谐振效应实现运动行程的放大。

所述系统包括中心驱动块、螺旋梁、驱动器和固定边框；

所述中心驱动块位于整个系统的中心位置；所述螺旋梁分别采用2根、3根、4根、 6根或8根之一方式布置，螺旋梁的顶端分别固定连接在中心驱动块上，且螺旋梁的固 定位置在中心驱动块上沿圆周均匀分布，且以相同的螺旋长度以中心驱动块为旋转中 心，均匀围绕在中心驱动块的四周；螺旋梁的末端通过由螺旋梁本体材料直接加工的转 动铰链与固定边框固定，并在每根螺旋梁上靠近末端位置安装驱动器，对螺旋梁进行驱 动和定位；

所述驱动器采用电磁驱动器、静电驱动器、压电驱动器、磁致伸缩驱动器、光生应 力驱动器或电热驱动器；

所述中心驱动块通过中心安装孔固定扫描头，螺旋梁将驱动器的运动行程放大，并 将运动传递给扫描头。

所述螺旋梁的深宽比是5-20∶1。

本发明是一种集成扫描系统，通过谐振驱动实现旋转扫描，具有结构紧凑，可控性 好，扫描精度高，可采用多种驱动器，并可进一步实现三维均衡扫描等一系列优点。

附图说明

图1是采用电磁驱动的谐振驱动旋转扫描系统的结构图

图1(a)为主视图，图1(b)为正视图，图1(c)为A-A剖面图。