專利名稱：反射式固態(tài)電光掃描器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及掃描成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于單元或線列探測(cè)器掃描成像的反射式固態(tài)電光掃描器。
背景技術(shù)：
掃描器是非凝視紅外成像系統(tǒng)必不可少的一個(gè)器件，其主要作用是改變?nèi)肷涔馐膫鞑シ较?，使之沿?guī)定方向偏轉(zhuǎn)，以此獲得掃描圖像。要使單元或線列探測(cè)器能夠成像，需要在探測(cè)器與成像透鏡組之間增加一個(gè)掃描器，使景物圖像與探測(cè)器之間發(fā)生運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)掃描成像。對(duì)于線列探測(cè)器只要一維掃描即可成像，對(duì)于單元探測(cè)器則需要二維掃描。
目前使用的掃描器大多是以電機(jī)驅(qū)動(dòng)變形鏡運(yùn)動(dòng)的光機(jī)掃描器，它通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)變形鏡使光束偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)圖像與探測(cè)器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是反射效率高，光能損失小，掃描格式可調(diào)；缺點(diǎn)是體積大，功耗高，易干擾，掃描頻率有限，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度和控制精度與制造成本成正比。此外也有少數(shù)聲光和電光掃描器，它利用工作介質(zhì)折射率的變化來(lái)偏轉(zhuǎn)光束、實(shí)現(xiàn)圖像與探測(cè)器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，但這種掃描器的光束偏轉(zhuǎn)角度有限，光能損失較大。上述掃描器都是通過(guò)偏轉(zhuǎn)光束，使圖像與探測(cè)器之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)掃描。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，本實(shí)用新型提出一種反射式固態(tài)電光掃描器，它將代表擬掃描圖像的掃描面陣分割為若干塊形狀和尺寸相同的變形鏡單元，每塊變形鏡單元即為一個(gè)像元，通過(guò)成熟的變形鏡控制技術(shù)控制各像元的反射角，使照在各像元上的光束依次反射到同一個(gè)探測(cè)器上，從而實(shí)現(xiàn)圖像掃描功能。本實(shí)用新型與現(xiàn)有的掃描器相比，最大特點(diǎn)在于掃描面陣不是整體運(yùn)動(dòng)而是變形鏡單元的部分運(yùn)動(dòng)，即圖像掃描通過(guò)各個(gè)像元的轉(zhuǎn)動(dòng)，將入射光束反射到探測(cè)器上來(lái)實(shí)現(xiàn)。掃描面陣由若干個(gè)相同形狀和尺寸的變形鏡單元組合而成，可單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)的變形鏡單元采用截面為等腰三角形的三棱柱結(jié)構(gòu)，探測(cè)器位于掃描面陣的光束反射方向上，驅(qū)動(dòng)變形鏡單元轉(zhuǎn)動(dòng)的電致伸縮元件一端與三棱柱支撐連接，另一端固定在基座上，并通過(guò)導(dǎo)線與控制電路和驅(qū)動(dòng)電源相連。
所述變形鏡單元用于有成像透鏡的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，三棱柱的棱為直線，用于無(wú)成像透鏡的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，三棱柱的棱為等曲率弧線。
所述電致伸縮元件可采用半導(dǎo)體材料或陶瓷材料制作。
所述的兩個(gè)一維掃描面陣正交放置且不遮擋光線即可作為二維掃描，兩個(gè)掃描面陣的尺寸與擬掃描圖像的尺寸大小一致。
所述控制電路的核心為移位寄存器。
依據(jù)以上技術(shù)方案獲得的本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果一、器件體積大大縮小，重量大大減輕，控制系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化。
二、由于沒有整體運(yùn)動(dòng)部件，只有變形鏡單元運(yùn)動(dòng)，所需的最大驅(qū)動(dòng)功率和器件功耗相對(duì)于光機(jī)掃描器大大降低；對(duì)于電池供電的儀器設(shè)備，功耗決定了它的一次連續(xù)工作時(shí)間。
三、由于所用的電致伸縮堆元件或半導(dǎo)體材料等電光調(diào)制材料的響應(yīng)非?？?，因而掃描頻率可以做到很高；而光機(jī)掃描器的變形鏡的形變量正比于工作頻率，因而頻率受到限制。
四、由于本實(shí)用新型提出的反射式固態(tài)電光掃描器為全固態(tài)結(jié)構(gòu)，信號(hào)傳輸較短，抗干擾性能較好；而光機(jī)掃描器因體積大信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)，容易受外界干擾。
五、二維掃描的復(fù)雜程度降低。光機(jī)掃描器的二維掃描需要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，器件形狀和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，尺寸也相應(yīng)增大，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，但本實(shí)用新型只需要將兩個(gè)一維掃描面陣正交放置就可以了。


圖1是本實(shí)用新型的原理示意圖。
圖2是本實(shí)用新型有成像透鏡時(shí)的原理示意圖。
圖3是本實(shí)用新型無(wú)成像透鏡時(shí)的原理示意圖。
圖4是本實(shí)用新型的控制原理框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提出的掃描器主要包括掃描面陣2、電致伸縮元件、控制電路和驅(qū)動(dòng)電源等部分。如圖1所示，以變形鏡為核心的掃描面陣安裝于光學(xué)系統(tǒng)的焦平面上，掃描面陣由若干個(gè)相同形狀和尺寸的變形鏡單元組合而成，掃描面陣的作用是將圖像分割成相同形狀和尺寸的像元，并將光束1反射到探測(cè)器3上；探測(cè)器置于光束1反射方向上，并避免遮擋入射光束。
有成像透鏡時(shí)掃描器置于透鏡組4與探測(cè)器3之間，如圖2所示，各像元采用直線形的三棱柱結(jié)構(gòu)。圖3所示為無(wú)成像透鏡時(shí)的像元結(jié)構(gòu)示意圖，各像元采用等曲率弧線的三棱柱結(jié)構(gòu)，此時(shí)掃描器2兼有成像透鏡功能，載有圖像景物的入射光束只經(jīng)過(guò)一次反射就直接到了探測(cè)器3上。
如圖4所示，控制部分主要包括驅(qū)動(dòng)像元轉(zhuǎn)動(dòng)的電致伸縮元件和驅(qū)動(dòng)電源，驅(qū)動(dòng)電源在滿足功能的前提下盡量選擇功耗小、電壓低的。驅(qū)動(dòng)電源和控制電路做成一體，通過(guò)導(dǎo)線與掃描面陣連接，控制電路以移位寄存器為核心。
下面以線列探測(cè)器成像所用的一維掃描為例，對(duì)制作工藝進(jìn)行闡述，具體步驟如下
第一步，根據(jù)變形量的大小選擇合適的變形鏡材料電致伸縮陶瓷材料或半導(dǎo)體材料。
第二步，根據(jù)擬掃圖像的尺寸確定掃描面陣的尺寸，一般應(yīng)不小于擬掃圖像的尺寸，相同是最合適的。
第三步，為降低加工難度，從擬掃圖像的格式(如320×240，640×480，1024×1024等)中選擇較小的數(shù)值作為掃描面陣的像元細(xì)分?jǐn)?shù)，將面陣分劃為形狀和尺寸相同的矩形像元。
第四步，根據(jù)有無(wú)成像透鏡確定變形鏡單元采用直線型或弧線型結(jié)構(gòu)。
第五步，根據(jù)材料的性質(zhì)，給每個(gè)像元做上電極，連上控制電路。
對(duì)于二維掃描，將兩個(gè)一維掃描面陣正交放置，注意避免出現(xiàn)遮擋光線的空間位置出現(xiàn)，且后一個(gè)受到光線照射的面陣的尺寸適當(dāng)縮小，大小同它掃描的圖像尺寸。
權(quán)利要求1.一種反射式固態(tài)電光掃描器，包括掃描面陣、電致伸縮元件、控制電路和驅(qū)動(dòng)電源，其特征在于掃描面陣由若干個(gè)相同形狀和尺寸的變形鏡單元組合而成，可單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)的變形鏡單元采用截面為等腰三角形的三棱柱結(jié)構(gòu)，探測(cè)器位于掃描面陣的光束反射方向上，驅(qū)動(dòng)變形鏡單元轉(zhuǎn)動(dòng)的電致伸縮元件一端與三棱柱支撐連接，另一端固定在基座上，并通過(guò)導(dǎo)線與控制電路和驅(qū)動(dòng)電源連接。
2.如權(quán)利要求1所述的反射式固態(tài)電光掃描器，其特征在于所述變形鏡單元三棱柱結(jié)構(gòu)的棱為直線或等曲率弧線。
3.如權(quán)利要求1所述的反射式固態(tài)電光掃描器，其特征在于電致伸縮元件可采用半導(dǎo)體材料或陶瓷材料制作。
4.如權(quán)利要求1所述的反射式固態(tài)電光掃描器，其特征在于將兩個(gè)一維掃描面陣正交放置即可作為二維掃描。
5.如權(quán)利要求1所述的反射式固態(tài)電光掃描器，其特征在于所述控制電路的核心為移位寄存器。
專利摘要一種反射式固態(tài)電光掃描器，是將整幅擬掃描圖像分割為若干塊尺寸相同的變形鏡單元，每塊變形鏡單元即為一個(gè)像元，通過(guò)成熟的變形鏡技術(shù)控制各像元的反射角，使光束依次反射到同一個(gè)探測(cè)器上，從而實(shí)現(xiàn)圖像掃描功能，本實(shí)用新型最大特點(diǎn)在于掃描面陣不是整體運(yùn)動(dòng)而是變形鏡單元的部分運(yùn)動(dòng)，即圖像掃描通過(guò)各個(gè)像元的轉(zhuǎn)動(dòng)，將入射光束反射到探測(cè)器上來(lái)實(shí)現(xiàn)，可單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)的變形鏡單元采用截面為等腰三角形的三棱柱結(jié)構(gòu)，探測(cè)器位于掃描面陣的光束反射方向上，變形鏡單元用于有成像透鏡的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，三棱柱的棱為直線，無(wú)成像透鏡的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，三棱柱的棱為等曲率弧線。
文檔編號(hào)H04N1/04GK2770251SQ20052002228
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2005年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月28日
發(fā)明者蔡毅, 吳新社 申請(qǐng)人:昆明物理研究所