[发明专利]二维光机扫描器

说明书

技术领域

本发明属于光学成像探技术领域，涉及探测成像中的扩大探测视场、增加空间分辨率的问题，具体涉及一种二维光机扫描器。

背景技术

在光学成像探测等很多领域，由于光学系统本身视场的局限，需要借助机械驱动的二维光机扫描器来扩展系统的视场，以完成对目标的快速扫描成像。传统的二维光机扫描器采用扫描镜绕长短轴方向转动时，采用二维转轴都穿过镜面的方式，这就需要使用框架或者U型架对扫描镜进行支撑，这就使得整个系统显得庞大而不紧凑，且增大了系统的体积和质量，增加了成本，限制了成像探测仪器在一些小型化、低成本化方面的应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种二维光机扫描器，采用扫描镜背部支撑的方式，运用二维轴系相互独立分别驱动的方式，利用电机直接驱动和曲柄连杆驱动结合的方法，实现二维光机扫描器俯仰方向连续扫描，方位方向步进扫描的功能，同时可缩短成像时间，缩小整个扫描器的尺寸和质量，降低系统成本。

本发明采用的技术方案是：一种二维光机扫描器，该扫描器利用十字型支撑架和扫描镜支撑架将扫描镜同扫描器底座联接；通过固定在扫描器底座上的电机间以歇驱动方式带动与扫描镜在俯仰方向可摆动方位方向固联的十字型支撑架摆动，从而实现扫描镜绕方位轴摆动，实现方位方向的间歇扫描；利用固定在十字型支撑架上的电机连续驱动曲柄连杆机构带动扫描镜绕俯仰轴摆动，实现俯仰方向的连续扫描；利用角度传感器的转子和方位轴固定，定子和扫描器底座固定的角度传感器实现方位角度的实时测量和反馈；利用角度传感器转子和俯仰轴固定，定子和十字型框架固定的角度传感器实现俯仰角度的实时测量和反馈。

具体地，本发明提供的二维光机扫描器，包括：底座、方位轴、十字型支撑架、扫描镜支撑架、扫描镜、俯仰轴、轴承、第一电机、第二电机、连杆、曲柄；

十字型支撑架与底座之间通过方位轴连接，十字型支撑架能够绕方位轴在一定范围内转动；十字型支撑架与扫描镜之间通过扫描镜支撑架连接；扫描镜支撑架同十字型支撑架之间通过俯仰轴和轴承形成转动副联接；第一电机驱动方位轴和十字型支撑架做周期性间歇转动；第二电机连接在十字型支撑架上，并且能够随十字型支撑架绕方位轴转动；第二电机驱动曲柄以带动连杆产生周期性往复运动，从而通过连杆拉动扫描镜支撑架带动扫描镜绕俯仰轴在一定范围内周期性转动。

优选地，还包括多个角度传感器，所述多个角度传感器用于实时采集扫描镜方位角和俯仰角的数据，其中，方位轴、底座、俯仰轴、十字型支撑架上均设置有角度传感器。

优选地，扫描镜支撑架和扫描镜之间固接，扫描镜支撑架同十字型支撑结构之间为转动副联接，转动轴为俯仰轴，俯仰轴和扫描镜支撑架之间为固定联接，俯仰轴和十字型支撑架之间为转动副联接。

优选地，十字型支撑架和底座之间为转动副联接，转动轴为方位轴，转动轴和十字型支撑架之间为固定联接，转动轴和扫描器底座之间为转动副联接。

优选地，用于驱动俯仰方向连续运动的第二电机和扫描镜之间通过曲柄、连杆机构与扫描镜支撑架联接，曲柄、连杆和扫描镜支撑架之间通过转动副联接，曲柄、连杆和第二电机之间关系为第二电机驱动曲柄进行转动，曲柄带动连杆进行往复运动，连杆的往复运动带动扫描镜支撑架和扫描镜绕俯仰轴进行转动。

优选地，同十字型支撑架固联的方位轴和同扫描镜支撑架固联的俯仰轴之间相互垂直，方位轴的轴线和俯仰轴的轴线分别位于不同的平面上。

优选地，第一电机和/或第二电机，具体为如下任一种情况：

-步进电机，采用开环控制；

-伺服电机，利用角度传感器实时采集的扫描镜位置数据对第一电机和/或第二电机进行控制。

优选地，所述扫描镜为三明治结构的复合材料扫描镜，或者所述扫描镜为机械加工的铝镜、铍镜、石英玻璃镜；所述扫描镜的形状为圆形、椭圆形、半球面、或者抛物面。

优选地，所述角度传感器为光电编码器、旋转编码器、或者圆感应同步器。

优选地，底座包括底座支架、底座底板、底座肋板、底座竖板，底座支架上设置有底座底板，底座底板上设置有底座肋板、底座竖板。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明采用曲柄连杆机构实现俯仰方向的连续扫描，电机直接驱动的方式实现方位方向的间歇扫描，曲柄连杆机构可提高扫描速度，缩短成像时间；采用扫描镜背部支撑，正交轴系分离驱动的方式，缩小了扫描器尺寸，有利于成像系统的小型化，节约了生产成本。

附图说明