大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)，包括零位時(shí)關(guān)于掃描鏡長(zhǎng)軸對(duì)稱的上下兩個(gè)俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)，兩個(gè)所述俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)以速度相同、方向相反的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)掃描鏡在俯仰方向擺掃；還包括一方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，從而驅(qū)動(dòng)掃描鏡在方位方向擺掃；一角度傳感器，用于實(shí)現(xiàn)掃描鏡俯仰角度的測(cè)量；兩個(gè)線性位移傳感器，用于差動(dòng)測(cè)量俯仰軸支撐架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的線性位移，間接測(cè)量掃描鏡的方位轉(zhuǎn)角。相比于現(xiàn)有的二維掃描機(jī)構(gòu)，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)高速掃描的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)大視場(chǎng)的掃描，從而有助于太赫茲成像探測(cè)系統(tǒng)在公共場(chǎng)所安檢應(yīng)用中的實(shí)用化。
【專利說明】大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太赫茲探測(cè)成像【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及探測(cè)成像中在大探測(cè)視場(chǎng)條件下增加掃描速度的問題，具體是一種大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]在太赫茲成像探測(cè)領(lǐng)域，由于光學(xué)系統(tǒng)本身視場(chǎng)的局限以及大面陣的太赫茲探測(cè)器現(xiàn)階段在關(guān)鍵工藝上尚未突破，因此需要借助機(jī)械驅(qū)動(dòng)的二維掃描機(jī)構(gòu)來擴(kuò)展系統(tǒng)的視場(chǎng)，以完成對(duì)目標(biāo)的快速掃描成像?，F(xiàn)有的電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的框架式掃描結(jié)構(gòu)多應(yīng)用在大視場(chǎng)、低速場(chǎng)合，直接驅(qū)動(dòng)對(duì)電機(jī)要求較高，很難做到高速掃描，成像時(shí)間較長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的成像探測(cè)。而現(xiàn)有的利用壓電陶瓷或音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的快速掃描鏡雖然掃描速度比較高，但是其視場(chǎng)卻比較小(通常只有幾分)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大視場(chǎng)下太赫茲成像探測(cè)技術(shù)的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)，減小掃描鏡運(yùn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，實(shí)現(xiàn)在大視場(chǎng)條件下的快速掃描。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]—種大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)，包括零位時(shí)關(guān)于掃描鏡長(zhǎng)軸對(duì)稱的上下兩個(gè)俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)，兩個(gè)所述俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)以速度相同、方向相反的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)掃描鏡在俯仰方向擺掃；還包括一方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，從而驅(qū)動(dòng)掃描鏡在方位方向擺掃；一角度傳感器，用于以實(shí)現(xiàn)掃描鏡俯仰角度的測(cè)量；兩個(gè)線性位移傳感器，用于差動(dòng)測(cè)量俯仰軸支撐架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的線性位移，間接測(cè)量掃描鏡的方位轉(zhuǎn)角。
[0006]兩個(gè)所述俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過安裝在其軸端的球面執(zhí)行器以速度相同方向相反的線性運(yùn)動(dòng)推動(dòng)掃描鏡在俯仰方向擺掃。
[0007]所述掃描鏡背板上設(shè)置掃描鏡支撐架，所述掃描鏡支撐架連接俯仰軸，所述俯仰軸與俯仰軸支撐架形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，所述兩個(gè)音圈電機(jī)以速度相同、方向相反的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)掃描鏡繞俯仰軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)俯仰角度的掃描。
[0008]所述掃描鏡支撐架和俯仰軸之間通過緊定螺釘固定連接，俯仰軸支撐架通過一維柔性鉸鏈固定在支架上，俯仰軸和俯仰軸支撐架之間通過軸承形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，通過俯仰軸支撐架軸承座和彈性擋圈實(shí)現(xiàn)對(duì)俯仰軸的定位。
[0009]所述俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)為音圈電機(jī)。
[0010]兩個(gè)所述音圈電機(jī)的型號(hào)尺寸完全一致，以保證電機(jī)輸出的運(yùn)動(dòng)速度相同方向相反，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描鏡有效連續(xù)的驅(qū)動(dòng)。
[0011]所述曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括偏心軸和連桿，所述偏心軸和連桿之間通過軸承形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，連桿和俯仰軸支撐架之間也通過軸承形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，所述方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)作為曲柄的偏心軸帶動(dòng)連桿對(duì)俯仰軸支撐架進(jìn)行推拉，以實(shí)現(xiàn)掃描鏡繞一維柔性鉸鏈的方位掃描。
[0012]所述角度傳感器通過傳感器安裝架固定在俯仰軸支撐架和俯仰軸上，以實(shí)現(xiàn)掃描鏡俯仰角度的測(cè)量；兩個(gè)所述線性位移傳感器安裝在俯仰軸支撐架左右，關(guān)于一維柔性鉸鏈對(duì)稱分布，差動(dòng)測(cè)量俯仰軸支撐架繞一維柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的線性位移，間接測(cè)量掃描鏡的方位轉(zhuǎn)角。
[0013]所述掃描鏡為泡沫夾心結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)平面鏡、碳纖維輕質(zhì)平面鏡或經(jīng)機(jī)械加工減重處理的金屬平面鏡。
[0014]所述支架同掃描鏡之間通過粘結(jié)或焊接結(jié)合，支架在保證粘結(jié)強(qiáng)度的情況下選擇輕質(zhì)金屬材料，并進(jìn)行對(duì)稱設(shè)計(jì)和減重處理，以減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0015]本發(fā)明所述大視場(chǎng)快速掃描鏡的工作原理為:利用零位時(shí)關(guān)于掃描鏡長(zhǎng)軸對(duì)稱的上下兩個(gè)音圈電機(jī)以速度相同方向相反的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)掃描鏡繞俯仰軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)俯仰角度的掃描，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連桿推拉俯仰軸支撐架以進(jìn)行方位角的掃描，以固定在俯仰軸支撐架和俯仰軸上的角度傳感器和固定在支架上關(guān)于柔性鉸鏈對(duì)稱分布的兩個(gè)線性位移傳感器差動(dòng)測(cè)量俯仰軸支撐架繞一維柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的線性位移，間接測(cè)量掃描鏡的方位轉(zhuǎn)角。
[0016]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017]采用兩個(gè)對(duì)稱布置的音圈電機(jī)以等速反向的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)掃描鏡轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)俯仰角度的掃描，以曲柄連桿的方式驅(qū)動(dòng)掃描鏡轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方位角的測(cè)量，以轉(zhuǎn)動(dòng)軸和一維柔性鉸鏈結(jié)合的方式組成掃描機(jī)構(gòu)的二維軸系，減輕了掃描鏡在二維擺動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，避免了利用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)時(shí)電機(jī)需要頻繁啟停和加減速的問題，很容易實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)下掃描機(jī)構(gòu)的快速掃描，從而有助于太赫茲成像探測(cè)系統(tǒng)對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的成像探測(cè)，推動(dòng)其實(shí)用化應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明大視場(chǎng)快速掃描鏡的三維結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2為圖1的后視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖1和圖2對(duì)本發(fā)明的大視場(chǎng)快速掃描鏡一個(gè)實(shí)施例的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說明:
[0021]如圖1和圖2所示，掃描鏡I由粘結(jié)在其背板上的掃描鏡支撐架2通過俯仰軸3和俯仰軸支撐架4之間形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，掃描鏡支撐架2和俯仰軸3之間通過緊定螺釘固定連接；俯仰軸支撐架4通過一維柔性鉸鏈5固定在支架8上，上下分布的兩個(gè)音圈電機(jī)6通過安裝在其軸端的球面執(zhí)行器7以速度相同方向相反的線性運(yùn)動(dòng)推動(dòng)掃描鏡I繞俯仰軸3進(jìn)行擺動(dòng)；通過方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝架12固定在支架8上的方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)11通過驅(qū)動(dòng)作為曲柄的偏心軸13帶動(dòng)連桿14對(duì)俯仰軸支撐架4進(jìn)行推拉，以實(shí)現(xiàn)掃描鏡I繞一維柔性鉸鏈5的方位掃描；角度傳感器10通過傳感器安裝架9固定在俯仰軸支撐架4和俯仰軸3上，以實(shí)現(xiàn)掃描鏡I俯仰角度的測(cè)量；兩個(gè)關(guān)于俯仰軸支撐架4左右安裝的線性位移傳感器15安裝在支架8上，測(cè)量觸頭同俯仰軸支撐架4接觸來進(jìn)行掃描鏡I方位角度的測(cè)量。
[0022]本實(shí)施例中掃描鏡I優(yōu)選碳纖維材質(zhì)、表面經(jīng)拋光鍍膜、質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的掃描鏡。
[0023]本實(shí)施例中掃描鏡支架2同掃描鏡I之間優(yōu)先選擇通過粘結(jié)結(jié)合，掃描鏡支架2選擇鎂合金材料，并進(jìn)行對(duì)稱設(shè)計(jì)和減重處理，以減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0024]本實(shí)施例中俯仰軸3和俯仰軸支撐架4之間通過深溝球軸承形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，通過俯仰軸支撐架4軸承座和彈性擋圈實(shí)現(xiàn)對(duì)俯仰軸3的軸向固定。
[0025]本實(shí)施例中上下分布的兩個(gè)圓形音圈電機(jī)6的型號(hào)尺寸完全一致以保證電機(jī)輸出的運(yùn)動(dòng)速度相同方向相反，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描鏡I有效連續(xù)的驅(qū)動(dòng)，且其內(nèi)置光柵尺對(duì)直線位移輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。
[0026]本實(shí)施例中偏心軸13和連桿14之間通過軸承形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，連桿14和俯仰軸支撐架4之間也通過軸承形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。
[0027]本實(shí)施例中線性位移傳感器15通過測(cè)量俯仰軸支撐架4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相應(yīng)的線性位移變化量間接的求得掃描鏡I的方位轉(zhuǎn)角。
[0028]本發(fā)明所述大視場(chǎng)快速掃描鏡利用零位時(shí)關(guān)于掃描鏡I長(zhǎng)軸對(duì)稱的上下兩個(gè)音圈電機(jī)6以速度相同方向相反的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)掃描鏡I繞俯仰軸3進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)俯仰角度的掃描，利用電機(jī)11驅(qū)動(dòng)偏心軸13轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連桿14推拉俯仰軸支撐架4以進(jìn)行方位角的掃描，以固定在俯仰軸支撐架4和俯仰軸3上的角度傳感器10和固定在支架8上關(guān)于柔性鉸鏈5對(duì)稱分布的兩個(gè)線性位移傳感器15差動(dòng)測(cè)量俯仰軸支撐架4繞一維柔性鉸鏈5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的線性位移，間接測(cè)量掃描鏡I的方位轉(zhuǎn)角。
[0029]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括零位時(shí)關(guān)于掃描鏡長(zhǎng)軸對(duì)稱的上下兩個(gè)俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)，兩個(gè)所述俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)以速度相同、方向相反的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)掃描鏡在俯仰方向擺掃；一方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，從而驅(qū)動(dòng)掃描鏡在方位方向擺掃；一角度傳感器，用于實(shí)現(xiàn)掃描鏡俯仰角度的測(cè)量；兩個(gè)線性位移傳感器，用于差動(dòng)測(cè)量俯仰軸支撐架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的線性位移，間接測(cè)量掃描鏡的方位轉(zhuǎn)角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，兩個(gè)所述俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過安裝在其軸端的球面執(zhí)行器以速度相同方向相反的線性運(yùn)動(dòng)推動(dòng)掃描鏡在俯仰方向擺掃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述掃描鏡背板上設(shè)置掃描鏡支撐架，所述掃描鏡支撐架連接俯仰軸，所述俯仰軸與俯仰軸支撐架形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，所述兩個(gè)音圈電機(jī)以速度相同、方向相反的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)掃描鏡繞俯仰軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)俯仰角度的掃描。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述掃描鏡支撐架和俯仰軸之間通過緊定螺釘固定連接，俯仰軸支撐架通過一維柔性鉸鏈固定在支架上，俯仰軸和俯仰軸支撐架之間通過軸承形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，通過俯仰軸支撐架軸承座和彈性擋圈實(shí)現(xiàn)對(duì)俯仰軸的定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)為音圈電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，兩個(gè)所述音圈電機(jī)的型號(hào)尺寸完全一致，以保證電機(jī)輸出的運(yùn)動(dòng)速度相同方向相反，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描鏡有效連續(xù)的驅(qū)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括偏心軸和連桿，所述偏心軸和連桿之間通過軸承形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，連桿和俯仰軸支撐架之間也通過軸承形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，所述方位驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)作為曲柄的偏心軸帶動(dòng)連桿對(duì)俯仰軸支撐架進(jìn)行推拉，以實(shí)現(xiàn)掃描鏡繞一維柔性鉸鏈的方位掃描。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述角度傳感器通過傳感器安裝架固定在俯仰軸支撐架和俯仰軸上，以實(shí)現(xiàn)掃描鏡俯仰角度的測(cè)量；兩個(gè)所述線性位移傳感器安裝在俯仰軸支撐架左右，關(guān)于一維柔性鉸鏈對(duì)稱分布，差動(dòng)測(cè)量俯仰軸支撐架繞一維柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的線性位移，間接測(cè)量掃描鏡的方位轉(zhuǎn)角。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述掃描鏡為泡沫夾心結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)平面鏡、碳纖維輕質(zhì)平面鏡或經(jīng)機(jī)械加工減重處理的金屬平面鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大視場(chǎng)快速二維掃描鏡安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述支架同掃描鏡之間通過粘結(jié)或焊接結(jié)合，支架在保證粘結(jié)強(qiáng)度的情況下選擇輕質(zhì)金屬材料，并進(jìn)行對(duì)稱設(shè)計(jì)和減重處理，以減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
【文檔編號(hào)】G02B26/10GK104345448SQ201410550347
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】關(guān)冉, 侯麗偉, 謝巍, 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(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十研究所