【具体实施方式】
[0017] 下面通过各附图对本发明采用级联粗精耦合光学扫描装置的组成及实现粗精扫 描过程作进一步的详述，但是本发明专利保护范围不限于此。
[0018]图1所示的级联粗精耦合光学扫描装置主要包括两个部分，第一部分为旋转双棱 镜系统，第二部分为正交偏摆平板系统。
[0019] 所述的旋转双棱镜系统由第一底座1、第一旋转步进电机2、第一编码器3、第一楔 形棱镜4、第一镜框5、第一蜗轮6、第一蜗杆7、第一镜架8、第二旋转步进电机9、第二编码 器10、第二楔形棱镜11、第二镜框12、第二蜗轮13、第二蜗杆14和第二镜架15组成。第一 镜架8和第二镜架15布置在第一底座1上，可以在第一底座1上滑动，以调节第一楔形棱 镜4和第二楔形棱镜11的距离。第一旋转步进电机2与第一编码器3安装在第一蜗杆7 的蜗杆轴上，第一蜗轮6与第一蜗杆7接合形成蜗轮蜗杆连接，第一镜框5压紧在第一蜗轮 6内部，第一楔形棱镜4内置在第一镜框5上。第一旋转步进电机2的旋转运动通过第一 镜架8内部的第一蜗轮6和第一蜗杆7传递到第一镜框5,使得第一镜框5绕Z轴旋转，带 动第一楔形棱镜4绕Z轴旋转。第二旋转步进电机9与第二编码器10安装在第二蜗杆14 的蜗杆轴上，第二蜗轮13与第二蜗杆14接合形成蜗轮蜗杆连接，第二镜框12压紧在第二 蜗轮14内部，第二楔形棱镜11内置在第二镜框12上。第二旋转步进电机9的旋转运动通 过第二镜架15内部的第二蜗轮13和第二蜗杆14传递到第二镜框12,使得第二镜框12绕 Z轴旋转，带动第二楔形棱镜11绕Z轴旋转。
[0020] 所述的正交偏摆平板系统由第二底座16、第三镜架17、第三旋转步进电机18、第 一平面镜19、第三镜框20、第三编码器21、第四编码器22、第四镜框23、第二平面镜24、第 四旋转步进电机25和第四镜架26组成。第三镜架17和第四镜架26布置在第二底座16 上，可以在第二底座16上滑动，以调节第一平面镜19和第二平面镜24的距离。第三旋转 步进电机18与第三编码器21安装在旋转轴上，第三镜框20固定在旋转轴上，第一平面镜 19内置在第三镜框20上。第三旋转步进电机18的旋转运动通过旋转轴传递到第三镜框 20上，使第三镜框20绕着Y轴偏摆，带动第一平面镜19绕着Y轴偏摆。第四旋转步进电机 25与第四编码器22安装在旋转轴上，第四镜框23固定在旋转轴上，第二平面镜24内置在 第四镜框23上。第四旋转步进电机25的旋转运动通过旋转轴传递到第四镜框23上，使第 四镜框23绕着X轴偏摆，带动第二平面镜24绕着X轴偏摆。
[0021] 级联粗精耦合光学扫描装置的工作原理如下： 控制器采集要扫描的点数据，并对旋转双棱镜系统和正交偏摆平板系统发出控制信 号，控制第一旋转步进电机2和第二旋转步进电机9的旋转，实现粗扫描。同时，控制器控 制第三旋转步进电机18和第四旋转步进电机25旋转，实现精扫描，达到粗精耦合光学扫描 的目的。
[0022] 根据下列步骤完成粗精耦合光学扫描： 1.根据粗扫描目标轨迹点，运动控制系统将位置坐标(X，J)通过数据传输接口传递 到PC机上，PC机根据坐标(X，J)，计算出第一楔形棱镜4和第二楔形棱镜11的旋转角度 闲,?)以及旋转速度数据，通过数据传输接口传输到运动控制系统中。再根据精扫描目标 轨迹点，通过运动控制系统将目标轨迹点转化为坐标(X，J)并传输到PC机上。PC机根据扫 描坐标(x，J)，计算出光束需要的位移偏移量(办，办〇，再根据正交偏摆双平板偏转角和光 束平移关系，计算出第一平面镜19和第二平面镜24的偏摆角度(?,?)以及偏摆速度数 据，并通过数据传输接口传输到运动控制系统中。
[0023] 2.第一旋转步进电机2和第二旋转步进电机9根据运动系统传递的(?,?)以及 旋转速度信息，分别带动第一楔形棱镜4和第二楔形棱镜11的旋转，使得光束在粗扫描域 内移动，实现粗扫描过程。
[0024] 3.判断扫描光束是否在精扫描区域内，在精扫描域内，则执行第4步，不在精扫描 域内，则执行第2步。
[0025] 4.第三旋转步进电机18和第四旋转步进电机25根据运动系统传递的(?,?)以 及旋转速度信息，分别带动第一平面镜19绕Y轴偏摆和第二平面镜24绕X轴偏摆，使得光 束在局部精扫描域位移偏移(Ac3Av)，实现精扫描过程。
[0026] 这种级联粗精耦合光学扫描装置可以在满足大范围扫描的同时，在局部小范围 内，不改变光束传播方向而进行高精度扫描。
[0027] 以上所述仅为本发明在扫描中应用的一个实例，对于本技术领域的技术人员来 说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同 替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种级联粗精耦合光学扫描装置，其特征在于沿光轴方向由旋转双棱镜系统和正交 偏摆光学平板系统组成，所述旋转双棱镜系统采用两个旋转步进电机分别驱动两个楔形棱 镜绕Z轴旋转实现粗扫描；正交偏摆光学平板系统采用两个旋转步进电机分别驱动两个光 学平板绕Y轴和绕X轴偏摆，通过折射光束的位移偏移来实现光束在局部范围内的位移平 移，满足精细的扫描要求； 所述的旋转双棱镜系统由第一底座（1)、第一旋转步进电机（2)、第一编码器（3)、第一 楔形棱镜（4)、第一镜框（5)、第一蜗轮（6)、第一蜗杆（7)、第一镜架（8)、第二旋转步进电机 (9)、第二编码器（10)、第二楔形棱镜（11)、第二镜框（12)、第二蜗轮（13)、第二蜗杆（14) 和第二镜架（15)组成，第一镜架（8)上设有第一镜框（5)，第一楔形棱镜（4)内置于第一镜 框（5)上，第一镜框（5)压紧于第一蜗轮（6)内部，第一蜗轮（6)与第一蜗杆（7)接合形成 蜗轮蜗杆连接，第一旋转步进电机（2)和第一编码器（3)分别位于第一蜗杆的蜗杆轴两端； 第二镜架（15)上设有第二镜框（17)，第二楔形棱镜（11)内置于第二镜框（17)上，第二镜 框（12)压紧于第二蜗轮（13)内部，第二蜗轮（13)与第二蜗杆（14)接合形成蜗轮蜗杆连 接，第二旋转步进电机（9)和第二编码器（10)分别位于第二蜗杆（14)的蜗杆轴两端；第一 镜架（8)和第二镜架（15)分别布置于第一底座（1)上，且可以在第一底座（1)上来滑动， 以调节第一楔形棱镜（4)和第二楔形棱镜（11)的距离；第一旋转步进电机（2)的旋转运动 通过第一镜架（8)内部的第一蜗轮（6)和第一蜗杆（7)传递到第一镜框（5)，使得第一镜框 (5)绕Z轴旋转，进而带动第一楔形棱镜⑷绕Z轴旋转；第二旋转步进电机（9)的旋转运 动通过第二镜架（15)内部的第二蜗轮（13)和第二蜗杆（14)传递到第二镜框（12)，使得第 二镜框（12)绕Z轴旋转，进而带动第二楔形棱镜（11)绕Z轴旋转； 所述正交偏摆平板系统由第二底座（16)、第三镜架（17)、第三旋转步进电机（18)、第 一平面镜（19)、第三镜框（20)、第三编码器（21)、第四编码器（22)、第四镜框（23)、第二平 面镜（24)、第四旋转步进电机（25)和第四镜架（26)组成，所述第三镜架（17)上设有第一 旋转轴，第三镜框（20)固定于所述第一旋转轴上，第三旋转步进电机（18)与第三编码器 (21)分别安装于第一旋转轴两端，第一平面镜（19)内置于第三镜框（20)上；所述第四镜 架（26)上设有第二旋转轴，第四镜框（23)固定系于所述第二旋转轴上，第四旋转步进电 机（25)与第四编码器（22)分别安装于第二旋转轴两端，第二平面镜（24)内置于第四镜框 (23)上；第三镜架（17)和第四镜架（26)分别布置于第二底座（16)上，且可以在第二底座 (16)上来滑动，第三旋转步进电机（18)的旋转运动通过第一旋转轴传递到第三镜框（20) 上，使第三镜框（20)绕着Y轴偏摆，带动第一平面镜（19)绕着Y轴偏摆；第四旋转步进电 机（25)的旋转运动通过第二旋转轴传递到第四镜框（23)上，使第四镜框（23)绕着X轴偏 摆，带动第二平面镜（24)绕着X轴偏摆； 所述第一旋转步进电机（2)、第二旋转步进电机（9)、第三旋转步进电机（18)和第四旋 转步进电机（25)分别通过数据通信口连接运动控制系统，所述运动控制系统连接PC机。
【专利摘要】本发明涉及一种级联粗精耦合光学扫描装置，沿光轴方向由旋转双棱镜系统和正交偏摆光学平板系统组成，所述旋转双棱镜系统采用两个旋转步进电机分别驱动两个楔形棱镜绕Z轴旋转实现粗扫描；正交偏摆光学平板系统采用两个旋转步进电机分别驱动两个光学平板绕Y轴和绕X轴偏摆，通过折射光束的位移偏移来实现光束在局部范围内的位移平移，满足精细的扫描要求；所述旋转双棱镜系统的两套棱镜系统均由底座、旋转步进电机、编码器、楔形棱镜、镜框、蜗轮、蜗杆和镜架组成，所述正交偏摆平板系统由第二底座、第三镜架、第三旋转步进电机、第一平面镜、第三镜框、第三编码器、第四编码器、第四镜框、第二平面镜、第四旋转步进电机和第四镜架组成，本发明易于控制光束传播方向，控制方便。
【IPC分类】G02B26-10
【公开号】CN104793334
【申请号】CN201510152371
【发明人】李安虎, 左其友, 孙万松
【申请人】同济大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月2日