本發明專利技術公開了一種基于旋轉雙楔鏡的光束掃描機構，屬于光電成像探測技術領域。所述的光束掃描機構包括兩套光學組件，每套光學組件包括光學楔鏡、鏡框、大齒輪、小齒輪、電機、軸承、支架和測角碼盤，所述的光學楔鏡安裝在鏡框內部，鏡框通過軸承安裝在支架上，所述的鏡框為圓筒狀，一側端面安裝測角碼盤，另一側端面安裝大齒輪，電機的齒輪軸通過小齒輪帶動大齒輪的轉動，實現對鏡框上光學楔鏡的驅動轉動，兩塊光學楔鏡分別驅動旋轉實現光束掃描。本發明專利技術中光學楔鏡的轉動采用單獨的傳動驅動，兩個楔鏡的旋轉控制沒有相互耦合的影響，其運動速度、運動方向互不干涉，可以實現多掃描模式。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光電成像探測
，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。
技術介紹
精密光束掃描機構是光電成像探測
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，可以米用兩個楔鏡組合掃描的方式，其原理如圖Ia Ic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[I](Hong-Ming Hong, Chung-Yee Leung, Hsien-ChuenHuang, Sheng-Jenn Yang, Tai-Ping Sun,Yuan-Liang Kao, Ray-Huar Liauh&Fu-FaLu, “Real-time Image Linearizationin a Rotating Prism-pair ScanningSystem by using Laser-diode EncodingTechniques, ” in Optics and Lasers inEngineering, (1997)，pp: 467-477.)、參考文獻[2] (DEGNANA. John J, “conceptual designfor a spaceborne 3D imaging lidar,，，GeoscienceTechnology Office, NASA GoddardSpace 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, DavidCarlson, Elizabeth Schundler, Thomas Evans, and James R. Engel, ^Risley-Prism BasedCompact Laser Beam Steering forIRCM, Laser Communications, and Laser Radar，，·)、參考文獻[4] (Craig Schwarze, “A New Lookat Risley Prisms, ’^Photonics Spectra, June2006.)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。
技術實現思路
本專利技術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。該光束掃描機構中米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。本專利技術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I、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I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I的驅動轉動，兩塊楔鏡分別驅動旋轉實現光束掃描。本專利技術一種基于旋轉雙楔鏡的光束掃描機構，優點在于I、本專利技術在光學楔鏡的裝夾方面，考慮在光學楔鏡斜面上加工環形平面工藝方法，光學楔鏡的壓緊結構作用于環形平面上，從而避開光學楔鏡的有效通光范圍，減小壓緊結構對光學楔鏡通光面造成的壓力變形；另外作用于環形平面的壓緊結構可以采用螺紋旋緊的方式，壓緊方便，可靠。2、本專利技術在楔鏡的鏡框外側設計和安裝了精密回轉軸系，軸系由一對深溝球軸承及其固定結構組成，具有尺寸小，重量輕，結構緊湊的優點。該軸系的游隙消除通過調整兩個深溝球軸承之間的內環隔圈和外環隔圈的厚度來實現，軸系調整靈活方便，精度可靠。3、本專利技術采用大齒輪非對稱減重的設計方式，補償光學楔鏡結構尺寸不對稱帶來的轉動不平穩，降低電機速度平穩性控制難度，提高光學楔鏡掃描指向穩定性。4、本專利技術中光學楔鏡、支承軸系、從動齒輪和測角碼盤同軸設計和安裝，連接關系簡單可靠，減少誤差傳遞環節。5、本專利技術中光學楔鏡的轉動采用單獨的電機和單獨的齒輪副傳動驅動，兩個楔鏡的旋轉控制沒有相互耦合的影響，其運動速度、運動方向互不干涉，可以實現多掃描模式。附圖說明圖Ia Ic為雙楔鏡掃描原理示意圖；圖2a為雙楔鏡光學布局示意圖；圖2b為光學楔鏡的外形結構示意圖；圖2c為圖2b的左視圖；圖3為一個光學楔鏡組件的結構示意圖；圖4為光學楔鏡組件一的安裝結構示意圖；圖5為光學楔鏡組件一中支承軸系、傳動機構大齒輪、測角機構的讀數頭組件的結構示意圖；圖6a為掃描機構支架主視圖；圖6b為掃描機構支架右視圖；圖6c為掃描機構支架左視圖；圖7a為大齒輪的側視圖7b為大齒輪的主視圖；圖8為旋轉光學楔鏡轉動軸；圖9為本專利技術提供的基于旋轉雙楔鏡的光束掃描機構示意圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細說明。本專利技術提供一種基于旋轉雙楔鏡的光束掃描機構，如圖9所不,所述的光束掃描機構包括兩套光學組件，兩套光學組件具有相同的安裝方式，下面以其中一個光學組件為例，說明其結構。所述的光學組件包括光學楔鏡I、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I安裝在鏡框2內部，鏡框2通過軸承6安裝在支架7上，所述的鏡框2為圓筒狀，一側端面安裝測角碼盤8，用來測定楔鏡I的旋轉速度，另 一側端面安裝大齒輪3，用于齒輪傳動驅動選裝；電機5的輸出軸通過小齒輪4帶動大齒輪3的轉動，實現對鏡框2上光學楔鏡I的驅動轉動。如圖2a 2c所示的光學楔鏡I (簡稱楔鏡)，所述的光學楔鏡I的外形都是圓柱形，圓柱的中心軸線定義為楔鏡I的光軸，通光面為圓柱的兩個端面，其中一個端面為垂直于光軸的平面、另一個端面為與光軸有一定夾角的斜面，所述夾角為1(Γ20度，優選為15° 46' 16。兩塊楔鏡I在本光束掃描機構中以光軸同軸、平面相對本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于旋轉雙楔鏡的光束掃描機構，其特征在于：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)圓筒狀，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)上楔鏡(1)的驅動轉動，兩塊光學楔鏡分別驅動旋轉實現光束掃描。
【技術特征摘要】
1.一種基于旋轉雙楔鏡的光束掃描機構，其特征在于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(I)、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)，所述的楔鏡⑴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)圓筒狀，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)上楔鏡(I)的驅動轉動，兩塊光學楔鏡分別驅動旋轉實現光束掃描。2.根據權利要求I所述的一種基于旋轉雙楔鏡的光束掃描機構，其特征在于所述的楔鏡(I)的外形都是圓柱形，圓柱的中心軸線定義為楔鏡(I)的光軸，通光面為圓柱的兩個端面，其中一個端面為垂直于光軸的平面、另一個端面為與光軸夾角大于零的斜面；兩塊楔鏡(I)以光軸同軸、平面相對、斜面相背的方式，通過兩個鏡框(2)實現組合安置，兩塊楔鏡(I)組合后，其中一個斜面對應掃描光束入射方向，另一個斜端面對應掃描光束的出射方向；在楔鏡(I)的斜面上加工出圓環平面，該圓環形平面(101)垂直于光軸。3.根據權利要求I所述的一種基于旋轉雙楔鏡的光束掃描機構，其特征在于所述的金屬鏡框(2)內裝入光學楔鏡(I)，以金屬鏡框(2)內帶有通孔的平臺端面(201)作為光學楔鏡(I)的軸向安裝定位面，楔鏡(I)外圓周與金屬鏡框(2)內筒留有O. 02、. 03mm間隙；在光學楔鏡(I)斜面一端的圓環平面(101)上放置彈性橡膠墊(203)和金屬薄墊(204)，利用金屬螺紋壓圈(205)壓緊光學楔鏡(I)，并通過金屬鏡框(2)周圍的注膠孔(202)注膠固定楔鏡(I);金屬鏡框(2)外圓柱上依次設計有大齒輪外圓面(206)、大齒輪端面(207)、軸承外圓面(208)、軸承端面(209)和安裝法蘭(210)，安裝法蘭(210)上均布螺紋通孔，為從金屬鏡框(2) —側端面安裝測角碼盤(8)所使用的安裝孔；軸承外圓面(208)和軸承端面(209)為軸承(6)的安裝定位面；大齒輪外圓面(206)和大齒輪端面(207)為大齒輪(3)的安裝定位面，大齒輪外圓面(206)上均布傳遞扭矩的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：袁艷，趙妍妍，蘇麗娟，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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