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器能夠成像，需要在探測器與成像透鏡組之間增加一個掃描器，使景物圖像與探測器之間發(fā)生運動，實現(xiàn)掃描成像。對于線列探測器只要一維掃描即可成像，對于單元探測器則需要二維掃描。
目前使用的掃描器大多是以電機驅(qū)動變形鏡運動的光機掃描器，它通過轉(zhuǎn)動或擺動變形鏡使光束偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)圖像與探測器之間的相對運動。其優(yōu)點是反射效率高，光能損失小，掃描格式可調(diào)；缺點是體積大，功耗高，易干擾，掃描頻率有限，結(jié)構(gòu)復雜，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)折射率的變化來偏轉(zhuǎn)光束、實現(xiàn)圖像與探測器之間的相對運動的，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偏轉(zhuǎn)光束，使圖像與探測器之間產(chǎn)生相對運動來實現(xiàn)掃描。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，本實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像元，通過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探測器上，從而實現(xiàn)圖像掃描功能。本實用新型與現(xiàn)有的掃描器相比，最大特點在于掃描面陣不是整體運動而是變形鏡單元的部分運動，即圖像掃描通過各個像元的轉(zhuǎn)動，將入射光束反射到探測器上來實現(xiàn)。掃描面陣由若干個相同形狀和尺寸的變形鏡單元組合而成，可單獨轉(zhuǎn)動的變形鏡單元采用截面為等腰三角形的三棱柱結(jié)構(gòu)，探測器位于掃描面陣的光束反射方向上，驅(qū)動變形鏡單元轉(zhuǎn)動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，并通過導線與控制電路和驅(qū)動電源相連。
所述變形鏡單元用于有成像透鏡的光學系統(tǒng)時，三棱柱的棱為直線，用于無成像透鏡的光學系統(tǒng)時，三棱柱的棱為等曲率弧線。
所述電致伸縮元件可采用半導體材料或陶瓷材料制作。
所述的兩個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)方案獲得的本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較具有如下優(yōu)點或有益效果一、器件體積大大縮小，重量大大減輕，控制系統(tǒng)得以簡化。
二、由于沒有整體運動部件，只有變形鏡單元運動，所需的最大驅(qū)動功率和器件功耗相對于光機掃描器大大降低；對于電池供電的儀器設(shè)備，功耗決定了它的一次連續(xù)工作時間。
三、由于所用的電致伸縮堆元件或半導體材料等電光調(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)，信號傳輸較短，抗干擾性能較好；而光機掃描器因體積大信號傳輸距離較遠，容易受外界干擾。
五、二維掃描的復雜程度降低。光機掃描器的二維掃描需要兩個驅(qū)動電機，器件形狀和結(jié)構(gòu)較為復雜，尺寸也相應(yīng)增大，控制系統(tǒng)比較復雜，但本實用新型只需要將兩個一維掃描面陣正交放置就可以了。


圖1是本實用新型的原理示意圖。
圖2是本實用新型有成像透鏡時的原理示意圖。
圖3是本實用新型無成像透鏡時的原理示意圖。
圖4是本實用新型的控制原理框圖。
具體實施方式
本實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系統(tǒng)的焦平面上，掃描面陣由若干個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反射到探測器3上；探測器置于光束1反射方向上，并避免遮擋入射光束。
有成像透鏡時掃描器置于透鏡組4與探測器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所示為無成像透鏡時的像元結(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)過一次反射就直接到了探測器3上。
如圖4所示，控制部分主要包括驅(qū)動像元轉(zhuǎn)動的電致伸縮元件和驅(qū)動電源，驅(qū)動電源在滿足功能的前提下盡量選擇功耗小、電壓低的。驅(qū)動電源和控制電路做成一體，通過導線與掃描面陣連接，控制電路以移位寄存器為核心。
下面以線列探測器成像所用的一維掃描為例，對制作工藝進行闡述，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分數(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)，給每個像元做上電極，連上控制電路。
對于二維掃描，將兩個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)，且后一個受到光線照射的面陣的尺寸適當縮小，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)動電源，其特征在于掃描面陣由若干個相同形狀和尺寸的變形鏡單元組合而成，可單獨轉(zhuǎn)動的變形鏡單元采用截面為等腰三角形的三棱柱結(jié)構(gòu)，探測器位于掃描面陣的光束反射方向上，驅(qū)動變形鏡單元轉(zhuǎn)動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，并通過導線與控制電路和驅(qū)動電源連接。
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像元，通過成熟的變形鏡技術(shù)控制各像元的反射角，使光束依次反射到同一個探測器上，從而實現(xiàn)圖像掃描功能，本實用新型最大特點在于掃描面陣不是整體運動而是變形鏡單元的部分運動，即圖像掃描通過各個像元的轉(zhuǎn)動，將入射光束反射到探測器上來實現(xiàn)，可單獨轉(zhuǎn)動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系統(tǒng)時，三棱柱的棱為直線，無成像透鏡的光學系統(tǒng)時，三棱柱的棱為等曲率弧線。
文檔編號H04N1/04GK2770251SQ20052002228
公開日2006年4月5日 申請日期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 申請人:昆明物理研究所