[发明专利]一种利用双面振镜实现激光单向扫描的扫描装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用振镜的激光扫描装置，具体涉及使用多块反射镜实现振镜单向高速扫描的激光扫描装置。

背景技术

随着各类激光光谱技术的高速发展，激光在线检测技术已经变得日益成熟，被广泛应用于粮食、蔬菜、水果、烟草、电子器件、矿石等诸多领域。目前常用的激光在线检测技术使用半导体激光器，通过光路的设计和搭建，配合旋转棱镜，形成大视场的激光扫描体系。

然而，该扫描体系的核心——旋转棱镜，在加工上存在诸多的误差，使光束扫描时在径向偏离预定的轨迹，产生寻迹误差。寻迹误差会造成扫描图形的畸变。加工误差主要有：

1 多面旋转棱镜诸镜面与加工时选定基准面的角误差，这是一种无法消除的固有误差；

2 转镜与驱动马达的装配误差，它直接造成反射光束的摆动，可以进行控制；

3 马达转子在高速旋转时，由于有限的刚度变形和产生的焦耳热的梯度变化所产生的动态不平衡；

4 各转镜镜面的不平度误差。

为了校正这些误差，除了在光路中增加元器件补偿外，还需要尽可能地提高转镜和轴承的加工精度，这无疑令使用旋转棱镜的成本过高。

在此背景下，人们开始使用振镜替换转镜。近年来随着科技的进步，振镜的振动频率越来越高，扫描速度越来越快。振镜单镜面的精度优势，稳定的动态扫描特性以及装配调试的简易也很受人们欢迎。但是在不少场合振镜仍无法替代旋转棱镜。

振镜在扫描运动物体，如传送带上的货物时，有一大明显的缺点：振镜在一个周期内的扫描线分为正扫和回扫两条重合的直线，类似于50米折返跑，表现在匀速运动的传送带上的扫描轨迹则是折线，见附图1,这就出现了扫描盲区，有部分样品就检测不到。想要消除盲区，需要仅在一个扫描方向采样检测，同时传送带在每个扫描周期内走激光光斑直径大小的位移。这样，在一个扫描周期内若使用正扫方向，则必须将回扫方向完全滤除，回扫的这半个周期不做扫描。这个方法牺牲了一半的扫描速度，导致在高速场合振镜仍然无法替代工艺复杂、造价昂贵的旋转棱镜。

本发明针对上述振镜使用中的问题提出一个新的设计，使振镜实现速度无损失的单向扫描，让振镜更好地作用于移动物体扫描场合，以替代大部分高成本的旋转棱镜。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种利用双面振镜实现激光单向扫描的扫描装置，采用多块反射镜实现振镜单向性扫描，无速度损失，无明显扫描盲区，用以替代加工复杂，成本昂贵的旋转棱镜扫描装置，在运动物体扫描场合尤为适用。

本发明采用的技术方案是：一种利用双面振镜实现激光单向扫描的扫描装置，包括激光器、斩波器、振镜和多个反射镜，所述振镜镜片的两面都是高反射面；

所述激光器发出的光经过斩波器形成两个路径：第一路径经过斩波器入射至振镜镜片正面实现角度偏转，再经反射镜反射至扫描面；第二路径经过斩波器和反射镜入射至振镜镜片背面实现角度偏转，再经反射镜反射至扫描面；所述振镜镜片正面和振镜镜片背面分别形成的扫描线在空间上重叠。

作为优选，所述反射镜包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜和第七反射镜；

所述第一路径经过斩波器入射至振镜镜片正面实现角度偏转，再依次经过第六反射镜和第七反射镜反射至扫描面；第二个路径依次经过斩波器、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜入射至振镜镜片背面实现角度偏转，再依次经过第五反射镜和第四反射镜反射至扫描面。

作为优选，所述第一路径和第二路径分别为透射路径和反射路径，所述透射路径和反射路径由透反式斩波器形成，或由两个普通斩波器加设分束镜形成。

作为优选，所述振镜镜片与各个反射镜间的位置应符合如下条件：所述第五反射镜与第六反射镜到振镜上激光入射点距离相等，第五反射镜至第四反射镜的距离与第五反射镜到扫描线的距离之和，等于第六反射镜至第七反射镜的距离与第七反射镜到扫描线的距离之和，从而保证振镜镜面两面偏转形成的最终扫描幅度一致，所述第一路径和第二路径扫描的幅面由第四反射镜和第七反射镜调整为轴对称三角形，使各角度扫描光更均匀。

作为优选，所述透反式斩波器斩波盘由抛光铝板制成，包括用于透射激光的镂空部分和用于反射激光的非镂空板面，所述透反式斩波器斩波面与激光方向呈45度夹角，这样可以透射和反射出相互垂直的两路光，分别入射于振镜镜片的正反两面。

作为优选，所述透反式斩波器斩波频率与振镜振动频率调整为一致，透射过程对应振镜顺时针转动过程，反射过程对应振镜逆时针转动过程。