[發明專利]一種基于旋轉雙楔鏡的光束掃描機構

有效

• 申請號: 201210432016.0
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN102928978A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 袁艷;趙妍妍;蘇麗娟
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02B26/10
• 分類號: G02B26/10
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發明屬于光電成像探測技術領域，涉及一種利用雙楔鏡相對旋轉實現光束大視場掃描的精密光機機構。

背景技術

精密光束掃描機構是光電成像探測技術領域的關鍵技術之一。精密光束掃描機構主要由掃描光學元件及其支撐以及驅動系統組成；根據采用的光學元件不同，可分為反射式光束掃描機構和透射式光束掃描機構。反射式光束掃描機構基于光線反射原理，掃描機構與光束發射或接收系統不可能同軸，系統復雜，掃描精度以及掃描軌跡穩定性較差；透射式掃描機構利用入射光束通過光學楔鏡時，出射光束的方向會發生偏折，當楔鏡繞固定軸旋轉時，可以實現垂直入射的光束在出射時按照一定的軌跡掃描，透射式光束掃描機構一般與光束發射系統或光束接收系統同軸使用，掃描精度高，掃描軌跡穩定。在透射式光束掃描機構中，為了擴大光束掃描的視場以及豐富光束掃描的軌跡，可以采用兩個楔鏡組合掃描的方式，其原理如圖1a～1c所示，當兩個楔鏡的相對位置發生變化時，入射光束經過兩個楔鏡的偏轉角度也發生變化，從而實現光束掃描。

參考文獻[1]（Hong-Ming?Hong,Chung-Yee?Leung,Hsien-Chuen?Huang,Sheng-Jenn?Yang,Tai-Ping?Sun,Yuan-Liang?Kao,Ray-Huar?Liauh&Fu-Fa?Lu,“Real-time?Image?Linearizationin?a?Rotating?Prism-pair?Scanning?System?by?using?Laser-diode?EncodingTechniques,”in?Optics?and?Lasers?in?Engineering,(1997),pp:467-477.）、參考文獻[2]（DEGNANA.John?J,“conceptual?design?for?a?spaceborne?3D?imaging?lidar,”GeoscienceTechnology?Office,NASA?Goddard?Space?Flight?Center.）中研制了一種基于傘齒輪嚙合傳動的旋轉雙楔鏡掃描機構，用于激光雷達三維成像技術。驅動電機通過傘齒輪傳動副將力矩分別傳遞給兩個楔鏡組件，實現兩個楔鏡的逆向旋轉，從而實現出射光束的掃描。

由于該機構中采用一臺電機作為動力輸出，采用一個主動傘齒輪傳遞扭矩，兩個楔鏡組件的驅動齒輪分別與主動傘齒輪嚙合，所以兩個楔鏡只能實現同速反向旋轉，掃描模式單一。

參考文獻[3]（Craig?R.Schwarze,Robert?Vaillancourt,David?Carlson,Elizabeth?Schundler,Thomas?Evans,and?James?R.Engel,“Risley-Prism?Based?Compact?Laser?Beam?Steering?forIRCM,Laser?Communications,and?Laser?Radar”.）、參考文獻[4]（Craig?Schwarze,“A?New?Lookat?Risley?Prisms,”Photonics?Spectra,June?2006.）研制了一種利用中空力矩電機驅動楔鏡旋轉的光束掃描機構，兩臺電機分別安裝在兩塊楔鏡的金屬鏡框上，各自直接驅動楔鏡的旋轉，其速度、轉向可以分別控制，掃描精度高，掃描模式豐富，掃描軌跡穩定。由于中空力矩電機的內徑尺寸有一定限制，該種光束掃描機構的光學楔鏡尺寸不能做大，不能滿足大口徑掃描的需求。

發明內容

本發明針對大口徑入射光束提出一種利用兩組齒輪副嚙合傳動電機力矩，分別驅動兩個光學楔鏡旋轉的光束掃描機構。該光束掃描機構中采用直流力矩電機驅動、直齒圓柱齒輪嚙合傳動、光學楔鏡精密軸系支承以及光學楔鏡可靠裝夾、定位等技術，實現了大口徑入射光束的多模式、高精度、軌跡穩定的掃描。

本發明提供的一種基于旋轉雙楔鏡的光束掃描機構，所述的光束掃描機構包括兩套光學組件，每套光學組件包括楔鏡1、鏡框2、大齒輪3、小齒輪4、電機5、軸承6、支架7和測角碼盤8，所述的光學楔鏡1安裝在鏡框2內部，鏡框2通過軸承6安裝在支架7上，在所述的鏡框2為圓筒狀，圓通一側端面安裝測角碼盤8，另一側端面安裝大齒輪3；電機5的齒輪軸通過小齒輪4帶動大齒輪3的轉動，實現對鏡框2上光學楔鏡1的驅動轉動，兩塊楔鏡分別驅動旋轉實現光束掃描。

本發明一種基于旋轉雙楔鏡的光束掃描機構，優點在于：