扫描器组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种扫描器组件。该扫描器组件包括：电机，电机、扫描摆镜、点光源激光器、以及光电位置传感器；所述扫描摆镜设置于所述电机上，所述电机在控制电路板的控制下带动所述扫描摆镜运动；所述点光源激光器和所述光电位置传感器设置于所述扫描摆镜的非成像面即背面方向，所述点光源激光器向所述扫描摆镜的非成像面发射点光源激光，经所述扫描摆镜的非成像面将所述点光源激光反射到所述光电位置传感器，所述光电位置传感器将获取的扫描摆镜转动角度实时位置信号发送到所述控制电路板。借助于本实用新型的技术方案，能够实现结构紧凑、小型化、高精度、低功耗的一维摆动扫描器组件。
【专利说明】
扫描器组件
技术领域
[0001] 本实用新型涉及扫描器领域，特别是涉及一种扫描器组件。
【背景技术】
[0002] 近年来，红外热成像技术的应用广度和深度都有了长足的发展，基于第二代焦平 面探测器的高性能热成像系统成为各国尤其是美国、英国、法国、以色列等红外光电成像技 术发展的重点。其中扫描型焦平面探测器技术的发展尤为引人注目，目前已广泛应用于手 持式夜视侦察系统（以法国Sophie MF热像仪为代表）、履带式装甲车观瞄火控系统（以俄罗 斯T系列主战坦克为代表）、红外跟踪与搜索系统（IRST)、无人侦察机前视红外等系统中，并 成为高性能第二代热成像系统选用的主要探测器类型之一。其特点主要包括如下：
[0003] 首先，相比一代器件（主要是分立式红外探测器组件），二代线列扫描型焦平面探 测器组件只需进行一维的光学扫描，大大简化了光机系统设计，扫描器组件只需实现一维 的高精度扫描即可满足热成像系统要求；
[0004] 另外，由于常温目标所发出的红外峰值波长约为IOum左右，相对于中波而言，发展 基于长波的红外探测技术更具优势，其应用场合非常广泛，而目前基于长波凝视制冷型的 红外探测器组件在制造工艺上大大难于中波器件，技术成熟度上也不如中波，因此价格成 本上远远高于同规模的中波器件，相比来说，长波线列扫描型器件在工艺、成本和性价比上 由于中波，基于此原因，发展基于长波扫描型焦平面探测器组件的热成像系统具有广阔的 应用前景。
[0005] 对基于长波扫描型焦平面探测器组件的热成像系统来说，其中重要的且必不可少 的成像组件就是摆动扫描器组件，通过该组件进行水平方向的一维光学扫描来将二维的红 外图像完整的呈现在探测器上，从而实现最终的红外成像。传统较常用的一维扫描器组件 均采用国外的（主要有美国GSI公司、英国Cambridge公司等）专用摆动电机（电机自身内置 位置传感器)和专用驱动控制电路来实现，其整体的体积尺寸大、功耗高、环境适应性差(均 是商业级工作温度）、价格昂贵且供货易受限制，因此研制一种低成本、高精度、环境适应性 好的一维摆动扫描器组件具有重要的意义和强烈的应用需求。 【实用新型内容】
[0006] 鉴于现有技术中扫描器组件功耗大、扫描精度低、环境适应性差、体积重量大和价 格高的问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题 的扫描器组件。
[0007] 本实用新型提供一种扫描器组件，包括：电机、扫描摆镜、点光源激光器、以及光电 位置传感器；
[0008] 所述扫描摆镜设置于所述电机上，所述电机在控制电路板的控制下带动所述扫描 摆镜运动;所述点光源激光器和所述光电位置传感器设置于所述扫描摆镜的非成像面即背 面方向，所述点光源激光器向所述扫描摆镜的非成像面发射点光源激光，经所述扫描摆镜 的非成像面将所述点光源激光反射到所述光电位置传感器，所述光电位置传感器将获取的 扫描摆镜转动角度实时位置信号发送到所述控制电路板。
[0009] 本实用新型有益效果如下：
[0010] 借助于本实用新型实施例的技术方案，解决了现有技术中扫描器组件功耗大、扫 描精度低、环境适应性差、体积重量大和价格高的问题，能够实现结构紧凑、小型化、高精 度、低功耗的一维摆动扫描器组件，在功耗、扫描线性度、扫描效率、环境适应性和重量上均 有大幅的提尚和改善。
[0011] 上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技 术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征 和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的【具体实施方式】。
【附图说明】
[0012] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用 新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0013] 图1是本实用新型实施例的扫描器组件的结构示意图；
[0014] 图2是本实用新型实施例的扫描器组件的实现示意图；
[0015] 图3是本实用新型实施例的扫描器组件的实现效果示意图；
[0016] 图4是本实用新型实施例的未带客体的扫描器组件的实现效果示意图；
[0017] 图5是本实用新型实施例的扫描器组件的实现基本原理示意图；
[0018] 图6是本实用新型实施例的高精度光电位置传感器电路示意图；
[0019] 图7是本实用新型实施例的位置信号除法及微分电路示意图；
[0020] 图8是本实用新型实施例的锯齿波基准信号产生的电路示意图；
[0021] 图9是本实用新型实施例的PID自动调节的电路示意图；
[0022] 图10是本实用新型实施例的PID自动调节输出信号滤波的电路示意图；
[0023] 图11是本实用新型实施例的电机驱动功率放大电路不意图；
[0024]图12是本实用新型实施例的分别采用原G120扫描组件和扫描器组件实际驱动输 出锯齿波控制信号的性能测试示意图；
[0025]图13是本实用新型实施例的分别采用原G120扫描组件和扫描器组件在红外成像 系统中的应用效果图。
【具体实施方式】
[0026] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开 的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例 所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围 完整的传达给本领域的技术人员。
[0027] 为了解决现有技术中扫描器组件功耗大、扫描精度低、环境适应性差、体积重量大 和价格高的问题，本实用新型提供了一种扫描器组件及扫描摆镜控制方法，以下结合附图 以及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅 用以解释本实用新型，并不限定本实用新型。
[0028] 根据本实用新型的实施例，提供了一种扫描器组件，用于扫描型热像仪，图1是本 实用新型实施例的扫描器组件的结构示意图，如图1所示，根据本实用新型实施例的扫描器 组件包括：电机10、扫描摆镜11、点光源激光器12、以及光电位置传感器13,以下对本实用新 型实施例的各个模块进行详细的说明。
[0029] 电机10,连接于扫描摆镜11，并外接控制电路板，用于在控制电路板的控制下带动 所述扫描摆镜运动;优选地，所述电机10为:直流电机10。
[0030] 所述点光源激光器12和所述光电位置传感器13设置于所述扫描摆镜11的非成像 面即背面方向，所述点光源激光器12向所述扫描摆镜11的非成像面发射点光源激光，经所 述扫描摆镜11的非成像面将所述点光源激光反射到所述光电位置传感器13,所述光电位置 传感器13将获取的扫描摆镜转动角度实时位置信号发送到外接的所述控制电路板。
[0031] 以下结合附图，对本实用新型实施例的上述技术方案进行详细说明。
[0032] 扫描器组件是二代扫描型热像仪中的一个重要光机电部件，其性能的优劣直接影 响着热像仪的整体性能指标。本实用新型的目的是提供一种实现低功耗、高精度、小型化一 维扫描器组件的方法，在尽可能满足高扫描精度（<0.5个像素)和高环境适应性(工作温度 为-40°C~+70°C)的基础上，大大减小热像仪整机的体积，降低热像仪的总功耗和成本，并 且保证良好的红外成像效果。
[0033] 本实用新型实施例的扫描器组件主要用于二代扫描型热像仪系统中，可以解决扫 描器组件功耗大、扫描精度低、环境适应性差、体积重量大和价格高等问题，主要采用以下 技术手段实现的：
[0034] 图2是本实用新型实施例的扫描器组件的实现示意图，图3是本实用新型实施例的 扫描器组件的实现效果示意图，图4是本实用新型实施例的未带客体的扫描器组件的实现 效果示意图，图5是本实用新型实施例的扫描器组件的实现基本原理示意图，如图2-5所示， 本实用新型实施例的技术方案采用普通直流电机作为扫描摆镜的驱动机构，利用点光源激 光器照射扫描摆镜的背面(非成像面），由高精度光电位置传感器(PSD)接收摆镜背面的反 射光源，PSD进行相应的光电转换后生成摆镜转动角度的实时位置信号，电机驱动控制电路 对摆镜的实时位置反馈信号与热像仪系统要求的摆镜基准信号进行合成，生成位置误差信 号，误差信号经PID运算产生驱动控制，经驱动放大后，带动电机摆动至要求位置，从而实现 摆镜的高精度闭环控制。
[0035] 图6是本实用新型实施例的高精度光电位置传感器电路示意图，如图6所示，系统 电源板提供±12V、±5V电源输入，经过滤波处理之后给激光器和高精度光电位置传感器 (PSD)提供工作电源。激光器加电后发射激光经扫描摆镜背面反射进入PSD光敏面，PSD输出 激光光点的位置信号XUX2J1和X2通过运算放大器芯片0P484生成X1-X2、X1+X2两个信号。
[0036] 图7是本实用新型实施例的位置信号除法及微分电路示意图，如图7所示，X1-X2、 X1+X2两个信号输入专用除法器AD734,然后由AD734生成激光光点位置信号AC_P0S，此信号 和摆镜摆动的角度成线性比例关系，AC_P0S通过微分电路生成脉冲方波信号，经过光耦耦 合输入FPGA进行扫描位置判断。
[0037]图8是本实用新型实施例的锯齿波基准信号产生的电路示意图，如图8所示，FPGA 根据扫描的位置生成SPI通讯命令，控制DA转换芯片TLV5618A生成锯齿波扫描控制基准信 号OUT_DA，该信号经过运放调理及偏置处理生成锯齿波信号WAVE_OUT。
[0038] 图9是本实用新型实施例的PID自动调节的电路示意图，如图9所示，锯齿波信号 WAVE_0UT和激光光点位置信号AC_P0S作为输入PID自动调节模块，PID自动调节模块同时 具备比例、积分和微分调节，生成调节之后的信号PID_NUM。
[0039] 图10是本实用新型实施例的PID自动调节输出信号滤波的电路示意图，如图10所 示，信号PID_NUM通过运放0P284进行比例放大，并经过射随电路进行前后级隔离，生成信号 PID_0UT〇
[0040] 图11是本实用新型实施例的电机驱动功率放大电路示意图，如图11所示，上述 PID_0UT信号经过功率放大器PA75CC生成最终的电机驱动信号M0T0R+、M0T0R-，从而驱动电 机转动。
[0041] 原扫描型热像仪中基本上都是采用美国GSI公司的G120扫描组件(含专用电机和 驱动控制电路）。采用本实用新型创造中的控制方案后，在功耗、扫描线性度、扫描效率、环 境适应性和重量上均有大幅的提高和改善，具体对比表和效果见表1和图12。
[0042] 表 1
[0044] 图12是本实用新型实施例的分别采用原G120扫描组件和扫描器组件实际驱动输 出锯齿波控制信号的性能测试示意图，如图12所示，左边为G120组件，右边为本实用新型实 施例的扫描器组件，可以看出本实用新型实施例的扫描器组件其锯齿波回程时间缩短，线 性度更好。需要说明的是，图12所示性能测试结果的测试条件均为扫描组件的负载相同，输 入基准锯齿波信号频率为50Hz，黄色信号为输入的基准锯齿波信号，蓝色信号为实际驱动 反馈信号。
[0045] 图13是本实用新型实施例的分别采用原G120扫描组件和扫描器组件在红外成像 系统中的应用效果图，如图13所示，左边为G120组件，右边为本实用新型实施例的扫描器组 件，从图中可以看出后者的图像更清晰稳定，无锯齿感；右边与左边进行对比可以看出，在 图右侧的电烙铁处有明显锯齿，其原因就是扫描器在该处的扫描线性度不好所致。
[0046] 本实用新型实施例避免使用高精度的编码器，易于电路设计，且控制稳定性易于 保证，从而降低生产成本。激光光源位于扫描镜的后面，不会对正常的光路产生干涉，而且 激光光源体积小，正好利用扫描镜后面的空间，使整体结构紧凑。通过优化设计扫描器组件 的功耗就较原有功耗降低了约3w，改进量非常可观，为热像仪整机功耗的1/10;扫描器散热 量也比原有系统大大减少，改善了整机机壳内的工作环境，有利于提高热像仪整机的稳定 性和环境适应性，同时减轻了系统重量;采用本实用新型创造后的扫描器组件对热像仪整 机的成像有了更好的清晰成像效果。
[0047] 显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用 新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及 其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种扫描器组件，用于扫描型热像仪，其特征在于，包括：电机、扫描摆镜、点光源激 光器、以及光电位置传感器； 所述扫描摆镜设置于所述电机上，所述电机在控制电路板的控制下带动所述扫描摆镜 运动;所述点光源激光器和所述光电位置传感器设置于所述扫描摆镜的非成像面即背面方 向，所述点光源激光器向所述扫描摆镜的非成像面发射点光源激光，经所述扫描摆镜的非 成像面将所述点光源激光反射到所述光电位置传感器，所述光电位置传感器将获取的扫描 摆镜转动角度实时位置信号发送到所述控制电路板。2. 如权利要求1所述的扫描器组件，其特征在于，所述电机为:直流电机。
【文档编号】G02B26/10GK205427318SQ201521040867
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月15日
【发明人】夏寅辉, 殷金坚, 李凌杰, 喻松林, 安成斌
【申请人】中国电子科技集团公司第十研究所, 中国电子科技集团公司第十一研究所