[发明专利]一种扫描成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学器件设计领域，具体涉及一种基于椭球面扫描镜的扫描成像装置。

背景技术

目前，在反射式扫描成像中，常用做法是采用反射面的一维或二维运动实现对被成像目标的扫描成像，但该方法的弊端很多，一方面，一维或二维运动的驱动机构比较复杂、尺寸较大，为了实现较高的扫描精度和稳定性，需要采用高精度的一维或二维运动驱动机构，则成本会大大提高；另一方面，在保证稳定性和成像质量的前提下，驱动机构不能实现快速扫描，则会延长成像时间；也有采用单一扫描镜的圆锥扫描实现对被测目标扫描成像的方法，但如果转动驱动器发生震动会导致成像焦点偏移，大大降低成像质量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种扫描成像装置，能够保证在成像系统发生震动情况下保持成像点的稳定性，由此提高扫描成像质量。

本发明的一种扫描成像装置，包括成像目标、探测单元和椭球面扫描镜，其中，所述椭球面扫描镜置于成像目标物平面的前方；所述椭球面扫描镜所在椭球的其中一个焦点位于所述成像目标的物平面上，所述椭球的另一个焦点在探测单元的接收面上；保持所述成像目标和所述探测单元静止不动，所述椭球面扫描镜可绕转轴转动；所述转轴过所述另一个焦点并与成像目标的物平面平行。

所述椭球面扫描镜在椭球面上选取部分满足：从成像目标的物面辐射光波经椭球面扫描镜反射后入射到探测单元的接收面的入射角尽量小。

所述转轴过所述椭球面扫描镜的几何中心。

所述转轴与参照水平面垂直。

本发明具有如下有益效果：

1）本发明通过选择椭球面的一部分作为椭球面扫描镜，并将成像目标置于椭球的第一焦点处，将探测单元的接收面置于第二焦点处，则当椭球面扫描镜对成像目标进行扫描时，最终会将成像目标的辐射光线汇聚于第二焦点处，即探测单元的接收面上，而不会因椭球面扫描镜转动或其所在系统震动导致会聚点偏移等问题，由此提高成像稳定性和成像质量；

2）通过在椭球面上的特定位置选取椭球面扫描镜，可使得从成像目标的物平面辐射光波经椭球面扫描镜反射后入射到探测单元的接收面的入射角尽量小，根据垂直入射光波的像差最小的原理，则经过上述选择原则选取的椭球面扫描镜的像差尽量小，达到进一步提高成像质量的目的；

3）本发明中，当转轴过椭球面扫描镜的几何中心时，可使得从成像目标的物平面辐射光波经椭球面扫描镜反射后入射到探测单元的接收面的入射角最小，则此时的成像质量达到最佳；

4）当转轴与水平面垂直时，椭球面的第一焦点O₁在水平面内转动，则本发明的装置对成像目标进行水平行方向的扫描，相比于转轴在平行于成像目标物平面的任意方向的方案（即对成像目标进行任意方向的扫描）来说，简化了图像的数据处理过程，提高了扫描成像的时间。

附图说明

图1为本发明的椭球面扫描镜的扫面成像原理图的侧视图。

图2为本发明的椭球面扫描镜的扫面成像原理图的俯视图。

其中，1-成像目标，2-椭球面扫描镜，3-探测单元，4-转轴。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种扫描成像装置，如图1和图2所示，包括成像目标1、探测单元3和椭球面扫描镜2，其中，椭球面扫描镜2位于成像目标1的物平面前方，椭球面扫描镜2所在椭球的其中一个焦点（定义为第一焦点O₁）在成像目标1的物平面上，椭球的另一个焦点（定义为第二焦点O₂）在探测单元3的接收面上；保持成像目标1和所述探测单元3静止不动，椭球面扫描镜2可绕转轴4转动；转轴4过第二焦点O₂并与参照水平面垂直，该参照水平面是指与成像目标1垂直的平面。

根据椭球的几何性质可知，光线从第一焦点O₁发出经椭球面上任一点反射后，将会聚于椭球的第二焦点O₂上，椭球面扫描镜2作为椭球面的一部分，则当第一焦点O₁上的成像目标1辐射光波到椭球面扫描镜2的反射面上时，即会被汇聚到第二焦点O₂上的探测单元3的接收面上，而不会因椭球面扫描镜2转动或其所在系统震动导致会聚点偏移等问题，由此提高成像稳定性和成像质量。