[发明专利]单轴对称式二维激光扫描转鼓

说明书

本发明是一种类似多面棱镜的光学部件，主要用于激光束扫描装置中，做为转鼓。

在现有技术中，实现二维激光扫描有两种方式，一种是常见的将两个规则一维扫描转鼓垂直组合，构成二维扫描器，一般，激光束首先照射在垂直转鼓上，经反射面反射后照射到水平转鼓上，实现二维扫描。在这种扫描器中，水平转鼓的反射面数及转速均数倍于垂直转鼓。再有，就是一种类似螺旋情形的所谓非规则转鼓，见日本专利J62005213及美国Marcel    Dekket，lnc.出版的光学工程丛书第八卷“Laser    Beam    Scanning”一种中70～71页，这种转鼓的每个反射面与水平面之间的水平角依次相差一等值，激光束照射到反射面上，一个电机带动转鼓旋转，扫描光迹上下平移，实现二维扫描。

第一种实现二维扫描的装置，其结构较复杂，需两部电机（双轴），分别带动两个转鼓，一整套支承系统，以使两转鼓精密定位;还需要有效的控制系统，使得两转鼓趋于同步。由于技术条件的限制，这种扫描装置仍然不能得到稳定的大范围二维激光扫描结果。第二种实现二维扫描的装置，也就是非规则转鼓，由于非规则，转鼓质量分布相对转轴不对称，转动力矩大，限制了转速，从而当相邻扫描线间角确定后，扫描范围就是确定值。若要增加纵向扫描角，只能通过增加转鼓反射面面数来实现，这样，一使横向扫描角减少，二使转鼓非对称性增大，三使加工难度增大，很难实现高帧频、大范围二维激光扫描。上述两种二维扫描装置中的转鼓均为光学材料制成，不易加工，安装也较难，造价高。为了实现高帧频、大范围的二维激光扫描，同时保证结构简单、成本低、制做安装及控制容易，我们发明了单轴对称式二维激光扫描转鼓。

本发明是这样实现的，参见附图，转鼓采用金属材料制做，空芯结构，其它基本与第二种现有技术的转鼓相同。反射面镀膜。发明的关键在于，将两个相同的转鼓底面5重合，然后再转一个面角，即相错一面角，如下转鼓1的第一反射面F与上转鼓2的最后反射面L相对。最后将其同轴固定，构成一完整转鼓。如此构成的转鼓相对转轴6质量分布达到对称。同样可取2n（n＝1，2，3，…）个相同的非规则转鼓，按上述两两组合，如附图中的1与2、3与4，然后同轴叠起固定，形成一整体，构成一新的转鼓。

本发明之转鼓由于是将两个完全相同的非规则转鼓反向配置并旋转一个面角进行组合，恰好使原单一非规则转鼓的非对称性互相补充，在理论上，组合后的转鼓质量分布已达到相对转轴6完全对称。实际上转动力矩减少2～5倍，从而使得转速提高2～4倍。由于单轴对称旋转，所以不需要特殊控制。由于是将非规则转鼓两两组合，并且其1的第一反射面F与其2的最后反射面L相对，所以新的转鼓其扫描范围是单一非规则转鼓的2n倍，并且扫描顺序一致。本发明之转鼓与现有技术中的垂直组合二维激光扫描器相比，成本降低了80%左右（n＝1时）。本发明由于采用金属材料制做转鼓，可采用成熟的机械加工手段进行加工，可使用螺丝等紧固件随意固定。加工容易，造价低廉。

附图是本发明之转鼓的示意图，1是下转鼓，2是上转鼓，3、4是第n组的下转鼓和上转鼓，5是底面，6是转轴，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是反射面底边长，h是鼓高。

现举例说明本发明，取n＝1，用黄铜做为转鼓基体材料，中空，每个非规则转鼓有18个反射面，第一反射面的水平角为90度，以后依次相差10分。反射面底边边长1为15毫米，鼓高h为20毫米。反射面首先加工到P_Ⅳ光洁度，然后镀银，再抛光到P_Ⅳ光洁度。最后将两个这样的非规则转鼓按本发明组合起来，即制得一种本发明之 单轴对称式二维激光扫描转鼓。该转鼓转速可达1500转/分，帧频为25帧/秒，扫描范围为40度（横向）×12度（纵向），比单一非规则转鼓大1倍，且力矩缩小近1倍。