專利名稱：單軸對稱式二維激光掃描轉(zhuǎn)鼓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種類似多面棱鏡的光學(xué)部件，主要用于激光束掃描裝置中，做為轉(zhuǎn)鼓。
在現(xiàn)有技術(shù)中，實現(xiàn)二維激光掃描有兩種方式，一種是常見的將兩個規(guī)則一維掃描轉(zhuǎn)鼓垂直組合，構(gòu)成二維掃描器，一般，激光束首先照射在垂直轉(zhuǎn)鼓上，經(jīng)反射面反射后照射到水平轉(zhuǎn)鼓上，實現(xiàn)二維掃描。在這種掃描器中，水平轉(zhuǎn)鼓的反射面數(shù)及轉(zhuǎn)速均數(shù)倍于垂直轉(zhuǎn)鼓。再有，就是一種類似螺旋情形的所謂非規(guī)則轉(zhuǎn)鼓，見日本專利J62005213及美國Marcel Dekket，Inc.出版的光學(xué)工程叢書第八卷“Laser Beam Scanning”一書中70～71頁，這種轉(zhuǎn)鼓的每個反射面與水平面之間的水平角依次相差一等值，激光束照射到反射面上，一個電機帶動轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，掃描光跡上下平移，實現(xiàn)二維掃描。
第一種實現(xiàn)二維掃描的裝置，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需兩部電機(雙軸)，分別帶動兩個轉(zhuǎn)鼓;一整套支承系統(tǒng)，以使兩轉(zhuǎn)鼓精密定位;還需要有效的控制系統(tǒng)，使得兩轉(zhuǎn)鼓趨于同步。由于技術(shù)條件的限制，這種掃描裝置仍然不能得到穩(wěn)定的大范圍二維激光掃描結(jié)果。第二種實現(xiàn)二維掃描的裝置，也就是非規(guī)則轉(zhuǎn)鼓，由于非規(guī)則，轉(zhuǎn)鼓質(zhì)量分布相對轉(zhuǎn)軸不對稱，轉(zhuǎn)動力矩大，限制了轉(zhuǎn)速，從而當(dāng)相鄰掃描線間角確定后，掃描范圍就是確定值。若要增加縱向掃描角，只能通過增加轉(zhuǎn)鼓反射面面數(shù)來實現(xiàn)，這樣，一使橫向掃描角減少，二使轉(zhuǎn)鼓非對稱性增大，三使加工難度增大，很難實現(xiàn)高幀頻、大范圍二維激光掃描上述兩種二維掃描裝置中的轉(zhuǎn)鼓均為光學(xué)材料制成，不易加工，安裝也較難，造價高。為了實現(xiàn)高幀頻、大范圍的二維激光掃描，同時保證結(jié)構(gòu)簡單、成本低、制做安裝及控制容易，我們發(fā)明了單軸對稱式二維激光掃描轉(zhuǎn)鼓。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，參見附圖
，轉(zhuǎn)鼓采用金屬材料制做，空芯結(jié)構(gòu)，其它基本與第二種現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)鼓相同。反射面鍍膜。發(fā)明的關(guān)鍵在于，將兩個相同的轉(zhuǎn)鼓底面5重合，然后再轉(zhuǎn)一個面角，即相錯一面角，如下轉(zhuǎn)鼓1的第一反射面F與上轉(zhuǎn)鼓2的最后反射面L相對最后將其同軸固定，構(gòu)成一完整轉(zhuǎn)鼓。如此構(gòu)成的轉(zhuǎn)鼓相對轉(zhuǎn)軸6質(zhì)量分布達到對稱。同樣可取2n(n＝1，2，3，…)個相同的非規(guī)則轉(zhuǎn)鼓，按上述兩兩組合，如附圖中的1與2、3與4，然后同軸疊起固定，形成一整體，構(gòu)成一新的轉(zhuǎn)鼓。
本發(fā)明之轉(zhuǎn)鼓由于是將兩個完全相同的非規(guī)則轉(zhuǎn)鼓反向配置并旋轉(zhuǎn)一個面角進行組合，恰好使原單一非規(guī)則轉(zhuǎn)鼓的非對稱性互相補充，在理論上，組合后的轉(zhuǎn)鼓質(zhì)量分布已達到相對轉(zhuǎn)軸6完全對稱。實際上轉(zhuǎn)動力矩減少2～5倍，從而使得轉(zhuǎn)速提高2～4倍。由于單軸對稱旋轉(zhuǎn)，所以不需要特殊控制。由于是將非規(guī)則轉(zhuǎn)鼓兩兩組合，并且其1的第一反射面F與其2的最后反射面L相對，所以新的轉(zhuǎn)鼓其掃描范圍是單一非規(guī)則轉(zhuǎn)鼓的2n倍，并且掃描順序一致。本發(fā)明之轉(zhuǎn)鼓與現(xiàn)有技術(shù)中的垂直組合二維激光掃描器相比，成本降低了80%左右(n＝1時)。本發(fā)明由于采用金屬材料制做轉(zhuǎn)鼓，可采用成熟的機械加工手段進行加工，可使用螺絲等緊固件隨意固定。加工容易，造價低廉。
附圖是本發(fā)明之轉(zhuǎn)鼓的示意圖，1是下轉(zhuǎn)鼓，2是上轉(zhuǎn)鼓，3、4是第n組的下轉(zhuǎn)鼓和上轉(zhuǎn)鼓，5是底面，6是轉(zhuǎn)軸，7是分光器，8是入射激光束。F是第一反射面，L是最后反射面。1是反射面底邊長，h是鼓高。
現(xiàn)舉例說明本發(fā)明，取n＝1，用黃銅做為轉(zhuǎn)鼓基體材料，中空，每個非規(guī)則轉(zhuǎn)鼓有18個反射面，第一反射面的水平角為90度，以后依次相差10分。反射面底邊邊長1為15毫米，鼓高h為20毫米。反射面首先加工到PN光潔度，然后鍍銀，再拋光到PN光潔度。最后將兩個這樣的非規(guī)則轉(zhuǎn)鼓按本發(fā)明組合起來，即制得一種本發(fā)明之單軸對稱式二維激光掃描轉(zhuǎn)鼓。該轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速可達1500轉(zhuǎn)/分，幀頻為25幀/秒，掃描范圍為40度(橫向)×12度(縱向)，比單一非規(guī)則轉(zhuǎn)鼓大1倍，且力矩縮小近1倍。
權(quán)利要求
1.一種二維激光掃描轉(zhuǎn)鼓，由轉(zhuǎn)軸6、反射面等組成，若干反射面非規(guī)則分布，其特征在于，它由2n(n=1，2，3，…)個單一非規(guī)則轉(zhuǎn)鼓兩兩反向配置，同軸疊起固定而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維激光掃描轉(zhuǎn)鼓，其特征在于它由金屬制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維激光掃描轉(zhuǎn)鼓，其特征在于兩兩反向配置的非規(guī)則轉(zhuǎn)鼓同軸旋轉(zhuǎn)相錯一面角，如下轉(zhuǎn)鼓1的第一反射面F與上轉(zhuǎn)鼓2的最后反射面L相對。
全文摘要
單軸對稱式二維激光掃描轉(zhuǎn)鼓主要用于各種二維激光掃描裝置中，它由2n(n＝1，2，3，…)個金屬非規(guī)則轉(zhuǎn)鼓兩兩反向配置且相錯一面角組合，然后同軸疊起固定而成。本發(fā)明之轉(zhuǎn)鼓對稱性好，反射面數(shù)多，材質(zhì)選擇恰當(dāng)，結(jié)構(gòu)較簡單，可高速旋轉(zhuǎn)，大范圍掃描，該轉(zhuǎn)鼓制造安裝容易，成本相對較低。
文檔編號G02B17/04GK1055822SQ91103378
公開日1991年10月30日 申請日期1991年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月29日
發(fā)明者梁柱, 劉英岡, 朱健強, 寧國斌 申請人:長春光學(xué)精密機械學(xué)院