级联棱镜副光束粗精两级扫描装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种级联棱镜副光束粗精两级扫描装置，由前后两组棱镜系统组成，第一组棱镜系统由楔角相同的棱镜一和棱镜二组成；第二组棱镜系统由楔角相同的棱镜三和棱镜四组成，第一组棱镜系统和第二组棱镜系统的楔角不同，第一组棱镜系统的两个棱镜和第二组棱镜系统的两个棱镜的折射率也不相同；使用时，采用其中楔角较大的一组棱镜系统前置，楔角较小的一组棱镜系统后置；或采用其中楔角较小的一组棱镜系统前置，楔角较大的一组棱镜系统后置；楔角较大的一组棱镜系统的旋转运动可以实现光束的大范围粗扫描，楔角较小的一组棱镜系统的旋转运动可以实现光束的精扫描。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电扫描系统，具体涉及一种可以满足大范围与高精度扫描要求的级联棱镜副光束粗精两级扫描装置。
技术介绍
旋转双棱镜系统结构紧凑，指向精度高，光损耗小，整体造价小，无时间色散效应，在动态光学跟踪中具有广泛的用途，可以精确实现光路的对准、被测对象的跟踪、光束指向误差的补偿修正等。但是在传统双棱镜光电跟踪系统中，光束的跟踪范围和跟踪精度是一对相互制约的指标。在较高精度要求的应用下，不能同时具备大范围和高精度特点。（1）以下在先技术中给出了旋转棱镜扫描装置的应用及结构组成。在先技术（XiaodongTao,etc.,“Activeopticalsystemforvariableviewimagingofmicroobjectswithemphasisonkinematicanalysis”,AppliedOptics,2008,47(22):4121-4132，等系列文章）使用旋转双棱镜实现微物体的变视场成像扫描；在先技术（MarioTirabassi,etc.,“ScanningLDVusingwedgeprisms”,OpticsandLasersinEngineering,2009,47:454-460）将旋转双棱镜用于激光多普勒测量领域；其他还有将旋转双棱镜应用于螺旋微结构制造（C.T.Pan,“DynamicCharacterizationofsilicon-basedmicrostructureofhighaspectratiobydual-prismUVlasersystem”,SensorsandActuatorsA,2005,122,45-54）、剪切干涉仪光束定向调整（G.Paez,etc.,“Vectorialshearinginterferometer,”AppliedOptics,2000,39,5172-5178）、卫星光通信终端运动轨迹模拟和地面检测（L.R.Liu,etc.,PhysicalbasisandcorrespondinginstrumentsforPATperformancetestingofinter-satellitelasercommunicationterminals.ProceedingsofSPIE-TheInternationalSocietyforOpticalEngineering,2006,6304,6304OC1-63040C11,Free-SpaceLaserCommunicationsVI.）等场合。在先技术（祖继锋等专利，申请号：03129234.8，授权日2003年6月13日）提出采用电机组配合齿轮传动实现旋转双棱镜的不同运动组合，实现模拟卫星相对运动的要求。但是给出的电机组合驱动方案及控制系统较复杂，存在电机驱动精度相互影响及空间布置困难等问题。（2）以下在先技术给出了双棱镜粗精耦合扫描装置的结构组成。在先技术（李安虎等专利，申请号：201210439061.9，授权日2013年3月6日）采用旋转运动机构和偏摆运动机构嵌套组合，在单套装置中巧妙的实现了粗精扫描功能的集成。在先技术（AnhuLi,etc.,“LaserCoarse-fineCouplingScanningMethodbySteeringDoublePrisms”,AppliedOptics,2012,51(3):356-364）提出采用两个力矩电机分别耦合到双棱镜镜筒上，直接驱动双棱镜旋转，实现折射光束的粗扫描；在粗扫描的基础上，设计了嵌套了牵连式偏摆机构，实现了双棱镜正交偏摆运动，可以实现精扫描。实际上，在设计棱镜旋转和偏摆嵌套的机构时，应该尽可能的减少两级运动的误差传递，而该系统在旋转运动的基础上，采用三个模块的牵连式偏摆方法，将会产生更多的机械误差累积，从而影响到棱镜扫描的精度。在先技术（GillesRoy,etc.,“EnhancedscanningagilityusingadoublepairofRisleyprisms”,AppliedOptics,2015,54(34):10213-10226）采用两组不同楔角的棱镜副同轴旋转的方案，实现大范围扫描。采用一对楔角较小的棱镜副前置和一对楔角较大的棱镜副后置，后置棱镜副主要用于扩大前置棱镜副范围。该技术仅给出了两组棱镜副扫描的仿真图样，没有给出具体的实现方案，也没有说明具体的机械结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能实现大范围高精度扫描的级联棱镜副光束粗精两级扫描装置。本专利技术分别采用四个棱镜级联布置且共同绕光轴中心线旋转的方式。四个棱镜分为前后两组，其中一组棱镜的旋转运动可以实现光束的大范围粗扫描，另外一组棱镜的旋转运动可以实现光束的精扫描。两组级联旋转棱镜副的旋转运动实现了光束的粗精两级精度结合的扫描功能，在保持旋转双棱镜的结构紧凑、稳定可靠的同时，满足了光电跟踪大范围和高精度的应用要求。本专利技术提出的级联棱镜副光束粗精两级扫描装置，由前后两组棱镜系统组成，第一组棱镜系统由楔角相同的棱镜一和棱镜二组成；第二组棱镜系统由楔角相同的棱镜三和棱镜四组成，第一组棱镜系统和第二组棱镜系统的楔角不同；使用时，采用其中楔角较大的一组棱镜系统前置，楔角较小的一组棱镜系统后置；或采用其中楔角较小的一组棱镜系统前置，楔角较大的一组棱镜系统后置；楔角较大的一组棱镜系统的旋转运动可以实现光束的大范围粗扫描，楔角较小的一组棱镜系统的旋转运动可以实现光束的精扫描；所述的前后两组棱镜系统中，第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的楔角不同，第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的折射率相同；或者第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的楔角相同，第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的折射率不同；或者第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的楔角不同，第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的折射率不同；所述的棱镜一和棱镜二的结构相同，包括第一棱镜15，第一镜框16，第一机座1，第一机座镶块2，第一深沟球轴承3，第一尼龙块4，第一楔形挡圈5，第一螺纹挡圈6，第一轴承挡圈A8，第一轴承挡圈B14，第一轴承挡圈C7，第一旋转电机总成和第一编码器总成；所述第一旋转电机总成由第一旋转电机定子9、第一旋转电机电刷10和第一旋转电机转子11组成，所述第一编码器总成由第一编码器探头12和第一编码器转子13组成；所述第一棱镜15放于第一镜框16内，光轴方向通过第一楔形挡圈5固定，第一楔形挡圈5被第一螺纹挡圈6通过螺纹连接限位。第一棱镜15两侧分别通过六个均布的第一尼龙块4与第一楔形挡圈5和第一镜框16接触，防止损坏；第一机座镶块2通过螺纹连接安装于第一机座1上，两个第一深沟球轴承3的外圈分别安装在第一机座镶块2和第一机座1上，内圈都套于第一镜框16上，第一深沟球轴承3与第一机座镶块2连接处的外侧分别用第一轴承挡圈A8和第一轴承挡圈C7限位，第一深沟球轴承3与第一机座1上连接处的外侧用第一轴承挡圈B14限位；第一编码器探头12固定于第一轴承挡圈A8上，第一编码器转子13套于第一轴承挡圈B14上；第一旋转电机定子9与第一机座1通过螺纹固定，第一旋转电机转子11与第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
级联棱镜副光束粗精两级扫描装置，其特征在于由前后两组棱镜系统组成，第一组棱镜系统由楔角相同的棱镜一和棱镜二组成；第二组棱镜系统由楔角相同的棱镜三和棱镜四组成，第一组棱镜系统和第二组棱镜系统的楔角不同；使用时，采用其中楔角较大的一组棱镜系统前置，楔角较小的一组棱镜系统后置；或采用其中楔角较小的一组棱镜系统前置，楔角较大的一组棱镜系统后置；楔角较大的一组棱镜系统的旋转运动可以实现光束的大范围粗扫描，楔角较小的一组棱镜系统的旋转运动可以实现光束的精扫描；所述的前后两组棱镜系统中，第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的楔角不同，第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的折射率相同；或者第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的楔角相同，第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的折射率不同；或者第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的楔角不同，第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的折射率不同；所述的棱镜一和棱镜二的结构相同，包括第一棱镜(15)，第一镜框(16)，第一机座(1)，第一机座镶块(2)，第一深沟球轴承(3)，第一尼龙块(4)，第一楔形挡圈(5)，第一螺纹挡圈(6)，第一轴承挡圈A(8)，第一轴承挡圈B(14)，第一轴承挡圈C(7)，第一旋转电机总成和第一编码器总成；所述第一旋转电机总成由第一旋转电机定子(9)、第一旋转电机电刷(10)和第一旋转电机转子(11)组成，所述第一编码器总成由第一编码器探头(12)和第一编码器转子(13)组成；所述第一棱镜(15)放于第一镜框(16)内，光轴方向通过第一楔形挡圈(5)固定，第一楔形挡圈(5)被第一螺纹挡圈(6)通过螺纹连接限位；第一棱镜(15)两侧分别通过六个均布的第一尼龙块(4)与第一楔形挡圈(5)和第一镜框(16)接触，防止损坏；第一机座镶块(2)通过螺纹连接安装于第一机座(1)上，两个第一深沟球轴承(3)的外圈分别安装在第一机座镶块(2)和第一机座(1)上，内圈都套于第一镜框(16)上，第一深沟球轴承(3)与第一机座镶块(2)连接处的外侧分别用第一轴承挡圈A(8)和第一轴承挡圈C(7)限位，第一深沟球轴承(3)与第一机座(1)上连接处的外侧用第一轴承挡圈B(14)限位；第一编码器探头(12)固定于第一轴承挡圈A(8)上，第一编码器转子(13)套于第一轴承挡圈B(14)上；第一旋转电机定子(9)与第一机座(1)通过螺纹固定，第一旋转电机转子(11)与第一镜框(16)也通过螺纹固定，通过第一旋转电机转子(11)的旋转运动传到了第一镜框(16)上，使其绕Z轴旋转，从而带动第一棱镜(15)绕Z轴旋转；第一编码器转子(13)与第一镜框(16)连接，通过第一编码器探头(12)与第一编码器转子(13)之间的相互作用可以实时测得第一棱镜(15)的转角；所述的棱镜三和棱镜四系统的结构相同，包括第二棱镜(31)，第二镜框(32)，第二机座(17)，第二机座镶块(18)，第二深沟球轴承(19)，第二尼龙块(20)，第二楔形挡圈(21)，第二螺纹挡圈(22)，第二轴承挡圈A(24)，第二轴承挡圈B(30)，第二轴承挡圈C(23)，第二旋转电机总成和第二编码器总成；所述第二棱镜(31)放于第二镜框(32)内，光轴方向通过第二楔形挡圈(21)固定，第二楔形挡圈(21)被第二螺纹挡圈(22)通过螺纹连接限位；第二棱镜(31)两侧分别通过六个均布的第二尼龙块(20)与第二楔形挡圈(21)和第二镜框(32)接触，防止损坏；第二机座镶块(18)通过螺纹连接安装于第二机座(17)上，两个第二深沟球轴承(19)的外圈分别安装在第二机座镶块(18)和第二机座(17)上，内圈都套于第二镜框(32)上，第二深沟球轴承(19)与第二机座镶块(18)连接处的外侧分别用第二轴承挡圈A(24)和第二轴承挡圈C(23)限位，第二深沟球轴承(19)与第二机座(17)连接处的外侧分别用第二轴承挡圈B(30)限位；第二编码器探头(28)固定于第二轴承挡圈A(24)上，第二编码器转子(29)套于第二轴承挡圈B(30)上；第二旋转电机定子(25)与第二机座(17)通过螺纹固定，第二旋转电机转子(27)与第二镜框(32)也通过螺纹固定，通过第二旋转电机转子(27)的旋转运动传到了第二镜框(32)上，使其绕Z轴旋转，带动第一棱镜(31)绕Z轴旋转。...

【技术特征摘要】
1.级联棱镜副光束粗精两级扫描装置，其特征在于由前后两组棱镜系统组成，第一组棱镜系统由楔角相同的棱镜一和棱镜二组成；第二组棱镜系统由楔角相同的棱镜三和棱镜四组成，第一组棱镜系统和第二组棱镜系统的楔角不同；使用时，采用其中楔角较大的一组棱镜系统前置，楔角较小的一组棱镜系统后置；或采用其中楔角较小的一组棱镜系统前置，楔角较大的一组棱镜系统后置；楔角较大的一组棱镜系统的旋转运动可以实现光束的大范围粗扫描，楔角较小的一组棱镜系统的旋转运动可以实现光束的精扫描；所述的前后两组棱镜系统中，第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的楔角不同，第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的折射率相同；或者第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的楔角相同，第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的折射率不同；或者第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的楔角不同，第一棱镜系统中的两个棱镜和第二棱镜系统中的两个棱镜的折射率不同；所述的棱镜一和棱镜二的结构相同，包括第一棱镜(15)，第一镜框(16)，第一机座(1)，第一机座镶块(2)，第一深沟球轴承(3)，第一尼龙块(4)，第一楔形挡圈(5)，第一螺纹挡圈(6)，第一轴承挡圈A(8)，第一轴承挡圈B(14)，第一轴承挡圈C(7)，第一旋转电机总成和第一编码器总成；所述第一旋转电机总成由第一旋转电机定子(9)、第一旋转电机电刷(10)和第一旋转电机转子(11)组成，所述第一编码器总成由第一编码器探头(12)和第一编码器转子(13)组成；所述第一棱镜(15)放于第一镜框(16)内，光轴方向通过第一楔形挡圈(5)固定，第一楔形挡圈(5)被第一螺纹挡圈(6)通过螺纹连接限位；第一棱镜(15)两侧分别通过六个均布的第一尼龙块(4)与第一楔形挡圈(5)和第一镜框(16)接触，防止损坏；第一机座镶块(2)通过螺纹连接安装于第一机座(1)上，两个第一深沟球轴承(3)的外圈分别安装在第一机座镶块(2)和第一机座(1)上，内圈都套于第一镜框(16)上，第一深沟球轴承(3)与第一机座镶块(2)连接处的外侧分别用第一轴承挡圈A(8)和第一轴承挡圈C(7)限位，第一深沟球轴承(3)与第一机座(1)上连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李安虎，张洋，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31