專利名稱：激光掃描器用曲面轉鏡裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激光掃描器用曲面轉鏡裝置，用簡單的設計方案實現(xiàn)把光斑做單向性的近乎平移的掃描，可以在激光電視，激光在線檢驗及條碼識別等各種激光掃描器領域得到廣泛應用。
背景技術：
激光電視由于色域寬，彩色飽和度高，畫面尺寸靈活可變易于控制，無電磁射線輻射等特點，可廣泛用于露天大型圖像顯示，教學演示，背投顯示設備等領域。激光電視在顯示領域占有特殊地位，世界上許多國家都有計劃開展激光電視的研究，現(xiàn)在已經(jīng)有很大進展。德國激光顯示技術公司生產(chǎn)的掃描系統(tǒng)通過在整個顯示區(qū)域逐行快速掃描來書寫圖像，就是以每秒1250轉的速度旋轉25面體反射鏡獲得水平方向的行掃描，然后用振鏡以頻率為50Hz、60Hz或100Hz來實現(xiàn)垂直方向的場掃描。中國科學院長春光機所采用紅綠藍DPL固體激光器作為彩色顯示的三基色，提出具有完全自主知識產(chǎn)權的非點掃描成像激光技術——小區(qū)域掃描投影成像，采用成熟的面陣空間光電尋址調制技術，同時實現(xiàn)像素選通和光強調制，克服單像素逐點掃描的種種弊端，實現(xiàn)了無干涉噪音、光場均勻、光能利用率高、成本低，適于批量生產(chǎn)的激光顯示，實現(xiàn)了60英寸激光全彩色視頻顯示，展示了色彩亮麗，高飽和度的彩色圖像，并已經(jīng)申報多項國內外專利。
目前，絕大多數(shù)激光電視都是采用多面轉鏡實現(xiàn)掃描，電流計偏轉器驅動振鏡實現(xiàn)掃描，采用這種掃描方式的優(yōu)點是掃描角度大，光束質量好，圖像分辨率高。但是這種掃描方式對轉鏡的加工精度及控制精度要求極為嚴格，這也是實現(xiàn)激光顯示電視圖像的技術困難之一。激光電視關鍵技術主要有掃描同步、固態(tài)激光器和激光晶體。目前，激光掃描主要有機械轉鏡-振鏡系統(tǒng)掃描、檢流計掃描、諧振鏡掃描和全息掃描等方式。其中機械轉鏡-振鏡系統(tǒng)掃描因精度高、掃描角大、光損耗小、適合于各種波長的掃描、抗干擾性能強、回轉速度快、結構簡單直觀而受到廣泛使用。轉鏡-振鏡系統(tǒng)的激光掃描器掃描方式存在固有的平面鏡掃描場幾何畸變，造成光斑在振鏡上，即平面的屏上行掃描方向移動速度的非線性和非時間對稱性，導致屏上像的畸變，屏上光強分布的中間強，兩邊弱的不均勻等一些缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種激光掃描器用曲面轉鏡裝置，可以克服現(xiàn)有技術的缺陷。本發(fā)明用簡單的設計方案采用曲面反射鏡齒輪狀結構，代替轉鏡-振鏡系統(tǒng)的正多面體結構，使光斑做近乎平移掃描，克服轉鏡-振鏡系統(tǒng)的一些缺陷，在需要激光光束做平移掃描的場合獲得應用。
本發(fā)明提供的激光掃描器用曲面轉鏡裝置是曲面反射鏡齒輪狀結構，齒輪中心轉軸與驅動微電機連接。
齒輪狀曲面轉鏡的“齒”由陽面和陰面組成，陽面為曲面反射鏡，陰面為無反射鏡的平面。曲面輪廓曲線方程為y＝axk，式中a為常數(shù)，冪指數(shù)k為非整數(shù)，介于1和2之間，可不受限制，式中x和y的坐標原點在齒尖處，y坐標沿齒輪半徑反方向，x坐標沿齒尖處垂直半徑方向。齒輪半徑為R，厚度為L，齒數(shù)為N，反射光束在齒輪間平移距離為H。
齒輪中心轉軸與驅動微電機連接。一個齒的齒尖處的斜率與下一個齒的齒面上光束初始入射點的斜率相近，整個反射面轉動中，激光入射點處的斜率相差很小，使反射光束方向變化很小。
本發(fā)明的光路原理敘述如下激光束以一定的角度入射到齒輪狀曲面反射鏡上，反射光束指向另外的特定方向。當齒輪狀曲面反射鏡轉動起來，由于特殊的曲面形狀，使得曲面迎著入射光移動(或反向移動)時，雖然在曲面上的入射點變動了，反射光束隨著變動了，但反射光束的方向大體不變，僅做近似平行的移動。齒輪狀結構，能使反射光束實現(xiàn)單向掃描。
本發(fā)明可在激光電視，激光在線檢驗及條碼識別等各種激光掃描器上應用。
本發(fā)明與已有技術相比，具有如下的優(yōu)點1)由于本發(fā)明的光路設計，能使反射光束做接近于平行移動的掃描。
2)由于本發(fā)明的結構設計，能使反射光束的掃描速度比較均勻，大大降低了信號同步的難度。
3)由于本發(fā)明的結構設計，能使反射光束的掃描速度比較均勻，克服了平面反射鏡轉鏡系統(tǒng)掃描場的幾何畸變帶來的非線性和非對稱性，使屏幕上光強分布更均勻。


圖1是本發(fā)明的光路示意圖。
圖2是本發(fā)明的齒上局部坐標系。
具體實施例方式
結合附圖具體說明如下如圖1所示，1入射光束，2反射光束，3曲面鏡面。
取入射光束與反射曲面法線夾角45度，方向自右向左，反射光束與曲面法線夾角同樣是45度，方向自上向下。齒輪半徑設為單位1，即R＝1，厚度L＝0.2(可不受限制)，齒數(shù)N＝8，入射光束方向到轉動中心距離為0.7071，每個曲面鏡面對轉動中心所張角度為36度，反射光束在齒輪間平移距離H＝0.2。在一個齒上建立局部坐標系，坐標原點在齒尖處，y坐標沿齒輪半徑反方向，x坐標沿齒尖處垂直半徑方向，一個齒面OA段的面形輪廓曲線，如圖2所示。曲面輪廓曲線方程推導原則是光束從一個齒尖跳到下一個齒面上一點時，齒尖和齒面的入射點具有相近的斜率，一個齒面轉動45度，齒面上激光入射點的斜率變化比較小。如齒尖處斜率為1(45度角)，取齒面上初始入射點的斜率為0.9(42度角)，于是得到一個具體的表示曲面輪廓的曲線方程是y＝0.84x1.58。
當齒輪狀曲面反射鏡轉動起來，反射光束隨之做大致的平行移動，而且入射到齒尖的光束能馬上跳到下一個齒面上。這樣，當齒輪勻速轉動起來，反射光束就能勻速平移掃描起來。對于輪徑R＝1，齒數(shù)N＝8的情形，掃描光束的平移距離H＝0.2，掃描光束的發(fā)散角可以控制在大約6度的范圍。對于N＞8的情形，輪徑不變，減小掃描光束的平移距離，給出新的曲線方程，則掃描光束的發(fā)散角可以控制在更小的角度范圍。
本發(fā)明的光學元件加工，可以是用高密度鋁錠車加制拋光而成，采用當代精密數(shù)字加工技術，只要給出曲面函數(shù)形式，加工水平是完全能夠做到的。也可以是在齒輪模型表面靠貼亞克力薄板鍍鏡面的方式加工而成，還可以是曲面玻璃反射鏡組裝或光學塑料注塑后鍍鏡面加工而成。
本發(fā)明根據(jù)掃描速度與平移距離的需要，設計齒輪狀曲面反射鏡激光掃描器的具體參數(shù)，如齒輪半徑，齒數(shù)以及曲面輪廓曲線方程等。使用本發(fā)明可以設計新型激光電視，以一對齒輪狀曲面反射鏡激光掃描器，代替轉鏡-振鏡激光掃描器。設計轉速快的、平移距離大的曲面反射鏡作為行掃描，轉速慢點的、平移距離小點的曲面反射鏡作為幀掃描，構成16∶9或4∶3的比例。激光調制信號的掃描圖像構成圖像發(fā)生器，起到與數(shù)字微鏡(DMD)或硅上液晶(LCOS)相當?shù)淖饔?，?jīng)過光學投影鏡頭投影到大屏幕上去，實現(xiàn)激光電視顯示。由于本發(fā)明的平行移動光束的掃描方式，行掃描速度均勻，使信號同步變得容易，克服了平面鏡掃描場幾何畸變導致屏上像的畸變等一些缺陷。本發(fā)明在激光在線檢測及其他領域要求激光光束做平移掃描的場合也具有潛在的應用前景。
權利要求
1.一種激光掃描器用曲面轉鏡裝置，其特征在于所述的曲面轉鏡是曲面反射鏡齒輪狀結構，齒輪中心轉軸與驅動微電機連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光掃描器用曲面轉鏡裝置，其特征在于所述的齒輪狀曲面轉鏡的“齒”由陽面和陰面組成，陽面為曲面反射鏡，陰面為無反射鏡的平面，曲面輪廓曲線方程為y＝0.84x1.58式中x和y的坐標原點在齒尖處，y坐標沿齒輪半徑反方向，x坐標沿齒尖處垂直半徑方向。
3.根據(jù)權利要求1所述的激光掃描器用曲面轉鏡裝置，其特征在于所述的齒輪半徑為R，取為單位1，即R＝1；齒輪厚度為L，L＝0.2，可不受限制；齒輪齒數(shù)為N，N＝8；反射光束在齒輪間平移距離為H，H＝0.2；齒輪中心轉軸與驅動微電機連接。
4.權利要求1所述的激光掃描器用曲面轉鏡裝置的應用，其特征在于它用在激光電視，激光在線檢驗及條碼識別各種激光掃描器上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光掃描器用曲面轉鏡，用齒輪形狀代替正多面體形狀，用特殊的曲面反射鏡代替轉鏡－振鏡系統(tǒng)的平面鏡，實現(xiàn)把激光光束做單向性的近乎平移的掃描，掃描速度均勻，使信號同步更加容易，克服平面鏡掃描場幾何畸變等缺陷。本發(fā)明可以在激光電視，激光在線檢驗及其他激光掃描器等領域在要求光束做平移掃描的情況下獲得特殊的應用。
文檔編號G02B26/10GK1804678SQ20061001306
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月18日 優(yōu)先權日2006年1月18日
發(fā)明者范志新, 李志廣 申請人:河北工業(yè)大學