[發明專利]高速二維掃描機構

有效

• 申請號: 201410550308.3
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104345447A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 關冉;謝巍;侯麗偉;曹德華;周德亮;王兵兵;劉素芳;臧元章;鄒鍶;俞旭輝;王曉東;魯斌;汪瑞
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十研究所
• 主分類號: G02B26/10
• 分類號: G02B26/10
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中;樊昕

技術領域

本發明屬于太赫茲成像探測技術領域，涉及探測成像中增加掃描速度的問題，具體指的是一種高速二維掃描機構。

背景技術

在太赫茲成像探測領域，由于光學系統本身視場的局限以及大面陣的太赫茲探測器現階段在關鍵工藝上尚未突破，因此需要借助機械驅動的二維掃描機構來擴展系統的視場，以完成對目標的快速掃描成像。傳統的二維掃描機構采用方位軸系和俯仰軸系的往復擺動來實現二維掃描，往復的擺動需要電機頻繁的啟停和加減速，很難做到高速掃描，成像時間較長，難以實現對運動目標的成像探測，限制了其在很多場合的應用。

發明內容

本發明針對上述現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種高速二維掃描機構，采用兩個軸線成一定角度布置的電機以相同轉速反向高速旋轉實現掃描機構一個維度的高速掃描，以另一電機的直接驅動實現步進，從而實現高速掃描，避免了電機頻繁的啟停，可大幅提高電機轉速，電機的直接驅動減小了傳動鏈誤差，在縮短了成像時間的同時保證了掃描的精度。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種高速二維掃描機構，包括掃描鏡、支撐架、第一電機軸、第一電機、方形框架、第二電機軸、第二電機、U形架、第三電機軸、第三電機，其中，掃描鏡通過支撐架和第一電機形成轉動副連接，支撐架和第一電機軸固定，第一電機軸和掃描鏡面垂直且和鏡面中心在同一直線上，掃描鏡在第一電機的驅動下繞掃描鏡的法線方向旋轉；第一電機固定在方形框架上，方形框架通過第二電機軸同U形架形成轉動副連接，第二電機軸和第一電機軸相互垂直且在同一面上，第二電機軸和掃描鏡面平行，且其在掃描鏡上的垂直投影經過掃描鏡中心，第二電機固定在U形架上，方形框架和掃描鏡在第二電機的驅動下繞第二電機軸轉動；U形架通過第三電機軸和第三電機形成轉動副連接，U形架和第三電機軸固定。

還包括角度傳感器，所述第一電機、第二電機和第三電機分別通過角度傳感器來實現對各個電機的實時反饋和控制。

所述角度傳感器內置于電機內部或安裝在相應的電機軸上。

所述第一電機、第二電機和第三電機選用能提高電機軸和電機之間同軸度的中空軸結構的電機，以滿足掃描機構高精度要求。

所述第一電機、第二電機和第三電機選用能增大電機輸出力矩的帶減速機式電機，以滿足掃描鏡大轉動慣量要求。

根據所帶負載轉動慣量的依次增大，所述第一電機、第二電機和第三電機選擇正常工作時所輸出的力矩依次增大的相應結構與型號的電機。

所述方形框架和第二電機軸之間以軸肩和擋圈限制軸向移動，以過盈配合的平鍵或緊定螺釘來限制第二電機軸的轉動。

所述第一電機軸和第三電機軸之間在初始位置時有一個固定的角度，以保證掃描鏡將光線反射到后光路中的光學系統中。

所述固定角為45°或60°。

所述第三電機帶動U形架轉動，從而帶動方形框架和掃描鏡繞第三電機軸轉動，同時第一電機帶動掃描鏡繞第一電機軸以同樣的速度反向轉動，這種復合運動的結果是掃描鏡將在一個維度上實現近線性的掃描；在第一和第三電機轉動半周時，第二電機驅動方形框架帶動掃描鏡繞第二電機軸轉動，從而實現第二個維度的步進；第一電機和第三電機每轉動一圈，掃描機構實現兩行或兩列的掃描。

所述掃描鏡為泡沫夾心結構的輕質平面鏡、碳纖維輕質平面鏡或經機械加工減重處理的金屬平面鏡等質量輕、轉動慣量小的掃描鏡。

所述支撐架同掃描鏡之間通過粘結或焊接結合，支撐架在保證粘結強度的情況下應選擇鎂合金、鋁合金等輕質金屬材料，并進行對稱設計和減重處理，以減小轉動慣量。

本發明所提供的高速二維掃描機構，掃描機構采用兩個電機以相同轉速反向連續高速旋轉的方法實現一個維度的連續高速掃描，以電機直接驅動的方式實現另一維的步進擺動，電機的連續旋轉避免了來回擺動時電機需要頻繁啟停和加減速的問題，可大幅提高電機轉速，很容易實現掃描機構的高速掃描。電機的直接驅動減小了傳動鏈誤差，在縮短了成像時間的同時保證了掃描的精度，從而有助于太赫茲成像探測系統對于運動目標的成像探測。

附圖說明

圖1為本發明高速二維掃描機構的三維結構圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例以及附圖對本發明技術方案作詳細說明：