本发明专利技术涉及一种旋转三棱镜光束扫描装置，包括旋转双棱镜系统、旋转单棱镜系统、导轨、可调支座和固定支座，旋转单棱镜系统包括机座组件、棱镜与镜框总成及蜗轮蜗杆机构，所述的棱镜与镜框总成包括平垫圈、楔形棱镜、橡胶垫块、楔形挡圈、螺纹挡圈以及镜框；所述的机座组件包括机座、机座挡板和机座镶块，所述的蜗轮蜗杆机构包括旋转电机、电机支座、联轴器、蜗杆、轴承支座、滚动轴承、蜗轮、编码器支座和旋转编码器；所述旋转双棱镜系统由两个旋转单棱镜系统组装而成。本发明专利技术中，所述的三块楔形棱镜分别由蜗轮蜗杆机构驱动实现全圆周旋转，传动平稳准确，可以保证动态光束的扫描精度和稳定性要求；棱镜之间的旋转控制相互独立，可以实现多样化的扫描模式；向双棱镜系统中引入第三块棱镜可以显著扩大光束的扫描视场，并且有效地解决双棱镜系统的扫描盲区和控制奇点问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学扫描系统，具体涉及一种旋转三棱镜光束扫描装置。
技术介绍
光束扫描机构作为常见的光学传递系统，可根据其采用扫描光学元件的不同分为反射式和折射式两大类型。反射式光束扫描机构受制于其复杂的系统结构和有限的扫描精度，一般应用在性能要求较低的场合。折射式光束扫描机构基于光的折射定律，可通过单棱镜的连续旋转而实现高精度的光束偏转及光路补偿，或通过多棱镜的组合使用获取扩大的光束扫描视场和丰富的光束扫描轨迹，目前已经受到广泛的关注。（1）以下在先技术给出了旋转棱镜扫描装置的主要应用领域。在先技术（Jianfeng Sun, etc., “Double prisms for two-dimensional optical satellite relative-trajectory simulator”, Proc of SPIE, 2004, 5550: 411-418）借助旋转双棱镜模拟卫星间的相对运动轨迹，旨在通过地面模拟试验检测卫星通信终端的工作性能；在先技术（Lavigne V, etc., “Step-stare image gathering for high-resolution targeting”, Meeting Proceedings RTO-MP-SET-092, 2005: 17-1-17-4）利用旋转双棱镜构建步进-凝视图像采集系统，允许在较大范围内偏转成像视轴并在特定视轴下进行高分辨率成像；在先技术（Souvestre F. Authorl, etc.,“DMD-based multi-target laser tracking for motion capturing”, Proc of SPIE, 2010, 7596: 75960B-75960B-9）采用旋转双棱镜跟踪目标的运动轨迹，从而保证宽阔的扫描视场和可观的跟踪精度；旋转双棱镜的其他应用方面还包括红外对抗（Bradley D. Duncan, etc., “Wide-angle achromatic prism beam steering for infrared countermeasure applications”, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 2003, 42(4): 1038-1047），微结构加工（C. T. Pan, etc., “Dynamic characterization of silicon-based microstructure of high aspect ratio by dual-prism UV laser system”, Sensors and Actuators A, 2005, 122: 45-54），激光多普勒测振（Rothberg S. J., etc., “Development of a scanning head for laser Doppler vibrometry (LDV) using dual optical wedges”, Review of Scientific Instruments, 2013, 84(12): 121704-121704-10）等。在以上提及的应用场合，旋转双棱镜系统工作在远场条件下，故一般的近似方法就可以为双棱镜的正、逆向问题提供较为理想的求解精度。但是对于处在近场条件下的旋转双棱镜而言，由棱镜结构参数导致的扫描盲区是不可忽略的，它将影响光束对扫描域的全面扫描，阻碍旋转双棱镜系统的深入应用。例如，采用旋转双棱镜跟踪近场范围内的动态目标时，盲区的存在势必会引起跟踪目标的丢失。（2）以下在先技术给出了旋转棱镜扫描装置的一般驱动形式。在先技术（祖继峰等专利，申请号：03129234.8，申请日2003年6月13日“卫星轨迹光学模拟装置”）提出电机组配合齿轮传动的方案实现旋转双棱镜的不同运动匹配模式，但是复杂的电机组合与控制系统会影响驱动精度，并带来空间布置的难题。在先技术（孙建锋等专利，申请号：200410024986.2，申请日2004年10月“星间激光通信终端高精度动静态测量装置”）将力矩电机与转动轴直接耦合而实现正交棱镜的偏摆运动，但是此方式应用于旋转棱镜时面临着力矩波动、齿槽效应以及定制成本的问题。在先技术（李安虎等专利，申请号：201310072421.0，申请日2013年3月7日“同步带驱动旋转棱镜装置”）采用同步带装置驱动大口径棱镜的旋转，具有传动比准确、噪音小、结构紧凑等优点，但同时也可能出现材料老化、疲劳磨损和爬齿、跳齿等现象。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种旋转三棱镜光束扫描装置，其有效扫描范围能够覆盖完整的理论扫描域。在同轴旋转双棱镜系统的基础上引入第三块同轴独立旋转棱镜，通过三棱镜的运动匹配不仅可以在较大程度上扩大系统的扫描视场，还可以完全地消除双棱镜系统固有的光束扫描盲区，甚至避免棱镜运动控制的过程中出现奇点问题，这对于进一步拓展旋转棱镜扫描装置的应用领域具有重要的意义。本专利技术提出的旋转三棱镜光束扫描装置，包括旋转双棱镜系统、旋转单棱镜系统、导轨26、固定支座25和可调支座27，旋转双棱镜系统通过固定支座25固定于导轨26上，旋转单棱镜系统通过可调支座27位于导轨26上，安装于可调支座27上的旋转单棱镜系统可以沿着导轨26做往复运动，以便调节旋转双棱镜系统、旋转单棱镜系统两者之间的相对距离；旋转单棱镜系统包括机座组件、棱镜与镜框总成及蜗轮蜗杆机构，所述的棱镜与镜框总成包括平垫圈4、楔形棱镜5、橡胶垫块11、楔形挡圈12、螺纹挡圈10以及镜框3；楔形棱镜5安放于镜框3内，其平面侧通过平垫圈4与镜框3的内伸部分接触，其楔形侧通过橡胶垫块11与楔形挡圈12的一侧接触；楔形挡圈12的轴向位置由另一侧接触的螺纹挡圈10固定，螺纹挡圈10与镜框3通过螺纹配合，并由紧定螺钉固定；镜框3的外部轴肩与蜗轮15通过螺钉进行定位连接；所述的机座组件包括机座6、机座挡板8和机座镶块9，机座6和机座镶块9通过螺钉连接，并通过第一滚动轴承2、第二滚动轴承13固定于镜框3的外侧；第一滚动轴承2的外圈由第一轴承挡圈1和机座6的内伸部分固定，内圈通过镜框3的外部轴肩定位；第二滚动轴承13的外圈由机座镶块9的内伸部分和第二轴承挡圈14固定，内圈则通过镜框3的外部轴肩定位；所述的蜗轮蜗杆机构包括旋转电机17、电机支座18、第一联轴器19、蜗杆7、轴承支座20、滚动轴承21、蜗轮15、第二联轴器22、编码器支座23和旋转编码器24，电机支座18固定于机座6上，旋转电机17通过螺钉安装在固定于电机支座18上，旋转电机17的电机轴与蜗杆7一端的外伸轴通过第一联轴器19连接，电机轴与蜗杆7均与第一联轴器19之间通过紧定螺钉定位；蜗杆7两端的外伸轴分别通过滚动轴承21安装在机座6内，滚动轴承21的外圈由机座6和轴承支座20固定，内圈通过蜗杆7外伸轴的轴肩固定；轴承支座20通过螺钉固定在机座6上；蜗杆7另一端的外伸轴由第二联轴器22连接旋转编码器24的转轴，且通过紧定螺钉实现定位；旋转编码器24通过螺钉安装在固定于机座6的编码器支座23上；所述旋转双棱镜本文档来自技高网...
【技术保护点】
旋转三棱镜光束扫描装置，其特征在于包括旋转双棱镜系统、旋转单棱镜系统、导轨(26)、固定支座(25)和可调支座(27)，其特征在于旋转双棱镜系统通过固定支座(25)固定于导轨(26)上，旋转单棱镜系统通过可调支座(27)位于导轨(26)上，安装于可调支座(27)上的旋转单棱镜系统可以沿着导轨(26)做往复运动，以便调节旋转双棱镜系统、旋转单棱镜系统两者之间的相对距离；旋转单棱镜系统包括机座组件、棱镜与镜框总成及蜗轮蜗杆机构，所述的棱镜与镜框总成包括平垫圈(4)、楔形棱镜(5)、橡胶垫块(11)、楔形挡圈(12)、螺纹挡圈(10)以及镜框(3)；楔形棱镜(5)安放于镜框(3)内，其平面侧通过平垫圈(4)与镜框(3)的内伸部分接触，其楔形侧通过橡胶垫块(11)与楔形挡圈(12)的一侧接触；楔形挡圈(12)的轴向位置由另一侧接触的螺纹挡圈(10)固定，螺纹挡圈(10)与镜框(3)通过螺纹配合，并由紧定螺钉固定；镜框(3)的外部轴肩与蜗轮(15)通过螺钉进行定位连接；所述的机座组件包括机座(6)、机座挡板(8)和机座镶块(9)，机座(6)和机座镶块(9)通过螺钉连接，并通过第一滚动轴承(2)、第二滚动轴承(13)固定于镜框(3)的外侧；第一滚动轴承(2)的外圈由第一轴承挡圈(1)和机座(6)的内伸部分固定，内圈通过镜框(3)的外部轴肩定位；第二滚动轴承(13)的外圈由机座镶块9的内伸部分和第二轴承挡圈(14)固定，内圈则通过镜框(3)的外部轴肩定位；所述的蜗轮蜗杆机构包括旋转电机(17)、电机支座(18)、第一联轴器(19)、蜗杆(7)、轴承支座(20)、滚动轴承(21)、蜗轮(15)、第二联轴器(22)、编码器支座(23)和旋转编码器(24)，电机支座(18)固定于机座(6)上，旋转电机(17)通过螺钉安装在固定于电机支座(18)上，旋转电机(17)的电机轴与蜗杆(7)一端的外伸轴通过第一联轴器(19)连接，电机轴与蜗杆7均与第一联轴器(19)之间通过紧定螺钉定位；蜗杆(7)两端的外伸轴分别通过滚动轴承(21)安装在机座(6)内，滚动轴承(21)的外圈由机座(6)和轴承支座(20)固定，内圈通过蜗杆(7)外伸轴的轴肩固定；轴承支座(20)通过螺钉固定在机座(6)上；蜗杆(7)另一端的外伸轴由联轴器(22)连接旋转编码器(24)的转轴，且通过紧定螺钉实现定位；旋转编码器(24)通过螺钉安装在固定于机座(6)的编码器支座(23)上；所述旋转双棱镜系统由两个旋转单棱镜系统组装而成，所述两个旋转单棱镜系统对称布置，两个旋转单棱镜系统相邻侧的第二轴承挡圈采用连接套筒(16)代替，两个旋转单棱镜系统上的机座镶块(9)通过连接套筒(16)固定在一起，并通过周向布置的紧定螺钉实现定位。...
【技术特征摘要】
1.旋转三棱镜光束扫描装置，其特征在于包括旋转双棱镜系统、旋转单棱镜系统、导轨(26)、固定支座(25)和可调支座(27)，其特征在于旋转双棱镜系统通过固定支座(25)固定于导轨(26)上，旋转单棱镜系统通过可调支座(27)位于导轨(26)上，安装于可调支座(27)上的旋转单棱镜系统可以沿着导轨(26)做往复运动，以便调节旋转双棱镜系统、旋转单棱镜系统两者之间的相对距离；旋转单棱镜系统包括机座组件、棱镜与镜框总成及蜗轮蜗杆机构，所述的棱镜与镜框总成包括平垫圈(4)、楔形棱镜(5)、橡胶垫块(11)、楔形挡圈(12)、螺纹挡圈(10)以及镜框(3)；楔形棱镜(5)安放于镜框(3)内，其平面侧通过平垫圈(4)与镜框(3)的内伸部分接触，其楔形侧通过橡胶垫块(11)与楔形挡圈(12)的一侧接触；楔形挡圈(12)的轴向位置由另一侧接触的螺纹挡圈(10)固定，螺纹挡圈(10)与镜框(3)通过螺纹配合，并由紧定螺钉固定；镜框(3)的外部轴肩与蜗轮(15)通过螺钉进行定位连接；所述的机座组件包括机座(6)、机座挡板(8)和机座镶块(9)，机座(6)和机座镶块(9)通过螺钉连接，并通过第一滚动轴承(2)、第二滚动轴承(13)固定于镜框(3)的外侧；第一滚动轴承(2)的外圈由第一轴承挡圈(1)和机座(6)的内伸部分固定，内圈通过镜框(3)的外部轴肩定位；第二滚动轴承(13)的外圈由机座镶块9的内伸部分和第二轴承挡圈(14)固定，内圈则通过镜框(3)的外部轴肩定位；所述的蜗轮蜗杆机构包括旋转电机(17)、电机支座(18)、第一联轴器(19)、蜗杆(7...
【专利技术属性】
技术研发人员：李安虎，刘兴盛，卞永明，刘广军，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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