Лазерная сканирующая система на основе резонансного сканера



Лазерная сканирующая система на основе резонансного сканера
Лазерная сканирующая система на основе резонансного сканера
Лазерная сканирующая система на основе резонансного сканера
Лазерная сканирующая система на основе резонансного сканера

 


Владельцы патента RU 2492514:

Общество с ограниченной ответственностью "Оптосистемы" (RU)

Система содержит последовательно установленные источник излучения, резонансный сканер с зеркалом, способный отклонять лазерное излучение от источника излучения с высокой скоростью в плоскости, перпендикулярной оптической оси лазерной сканирующей системы, фокусирующую линзу. Линза расположена на расстоянии, равном ее фокусному расстоянию, от зеркала резонансного сканера. За линзой, на расстоянии от ее фокальной плоскости, составляющем 0-5% от фокусного расстояния, установлен ограничитель диапазона сканирования, пропускающий центральные лучи и ограничивающий периферийные лучи лазера, отклоненные зеркалом резонансного сканера в поперечном направлении более чем на 95% от максимального угла сканирования. Технический результат - обеспечение равномерности распределения энергии на обрабатываемой поверхности. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к лазерным системам обработки материалов.

Известна лазерная система, патент США №7817319, содержащая источник лазерного излучении, резонансный сканер. Принцип работы резонансного сканера таков, что отклонение луча в плоскости сканирования в направлении, перпендикулярном к оптической оси, происходит по синусоидальному закону. При сканировании вдоль квазилинейного участка синусоиды лазерные импульсы на объекте не перекрываются, при изменении направления сканирования на обратное скорость отклонения луча уменьшается до полной остановки. При этом возрастает степень перекрытия лазерных импульсов, на единицу обрабатываемой поверхности попадает большее число импульсов, что неприемлемо для некоторых применений. Таким образом, осуществление синусоидального сканирования без применения специальных средств приводит к недопустимой неравномерности (негомогенности) облучения обрабатываемого образца.

Задачей изобретения является создание лазерной сканирующей системы на основе резонансного сканера, позволяющей получить равномерное распределение лазерной энергии на обрабатываемой поверхности.

Лазерная сканирующая система, содержащая последовательно установленные источник излучения, резонансный сканер с зеркалом, фокусирующую линзу, резонансный сканер способен отклонять лазерное излучение от источника излучения с высокой скоростью в плоскости, перпендикулярной оптической оси лазерной сканирующей системы, фокусирующая линза расположена на расстоянии, равном ее фокусному расстоянию от зеркала резонансного сканера, за линзой, на расстоянии от ее фокальной плоскости, составляющем 0-5% от фокусного расстояния, установлен ограничитель диапазона сканирования, пропускающий центральные лучи и ограничивающий периферийные лучи лазера, отклоненные зеркалом резонансного сканера в поперечном направлении более чем на 95% от максимального угла сканирования. Фокусирующая линза расположена на расстоянии, равном ее фокусному расстоянию от зеркала резонансного сканера. При таком расположении лазерные пучки, отклоненные на различные углы резонансным сканером, распространяются параллельно за собирающей линзой. В задней фокальной плоскости линзы каждый пучок от лазера собирается в точку. Таким образом, в задней фокальной области линзы размер пятна лазерного излучения минимален, а лучи, отклоненные резонансным сканером, на различные углы параллельны. Ограничитель диапазона сканирования пропускает 95% центральных лучей вдоль оптической оси и экранирует крайние лучи, формирующие на объекте импульсы с большой степенью перекрытия. Если установить ограничитель диапазона сканирования в задней фокальной плоскости, то фокальную плоскость пересечет только часть лучей. Если установить ограничитель на небольшом расстоянии от задней фокальной плоскости, до 5% от фокусного расстояния, то некоторые крайние лучи будут перекрыты полностью, а некоторые, более близкие к оптической оси будут перекрыты частично. Тем не менее, этого достаточно для получения равномерного распределения излучения на объекте, так как крайние лучи, формирующие перекрывающиеся импульсы не попадут на обрабатываемую поверхность.

Ограничитель диапазона сканирования выполнен из непрозрачного материала. Вариантом изобретения является исполнение ограничителя диапазона сканирования из непрозрачного материала.

Ограничитель диапазона сканирования выполнен из керамики. Керамика является одним из наиболее стойких к лазерному излучению материалов. Ограничитель диапазона сканирования, выполненный из керамики, является надежным элементом с длительным сроком эксплуатации.

Система содержит вторую собирающую линзу, систему двухкоординатного сканирования, объектив, вторая собирающая линза установлена софокусно первой линзе, первая и вторая линза образуют телескопический расширитель луча. Для точной управляемой обработки материала лазерная система может включать телескопический расширитель луча, образованный в данном случае двумя линзами и установленным ограничителем диапазона сканирования, систему двухкоординатного сканирования и фокусирующий объектив.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является создание лазерной сканирующей системы на основе резонансного сканера, обеспечивающей равномерное распределение энергии по обрабатываемой поверхности.

На фиг.1. представлена схема лазерной сканирующей системы.

На фиг.2. представлена зависимость от времени положения импульсов лазерного излучения, отклоненных резонансным сканером.

На фиг.3. представлена фотография поверхности, обработанной лазерной системой на основе резонансного сканера без ограничителя диапазона сканирования.

На фиг.4. представлена зависимость от времени положения импульсов лазерного излучения при работе сканера с установленным ограничителем диапазона сканирования.

На фиг.1. изображена лазерная сканирующая система, содержащая импульсный лазерный источник излучения 1, резонансный сканер с зеркалом 2, собирающую линзу 3, ограничитель диапазона сканирования 4. Собирающая линза 3 установлена так, что зеркало резонансного сканера 2 расположено в передней фокальной плоскости собирающей линзы 3. Ограничитель диапазона сканирования 4 расположен вблизи задней фокальной плоскости собирающей линзы 3, на расстоянии от задней фокальной плоскости, составляющем 3% от фокусного расстояния. Собирающая линза 5 установлена софокусно собирающей линзе 3. Линзы 3 и 5 образуют телескопический расширитель луча. Система содержит также систему двухкоординатного сканирования 6, объектив 7. При включении системы лазерное излучение от источника 1 попадает на зеркало резонансного сканера 2, отклоняющее излучение в направлении плоскости рисунка. Резонансный сканер 2 отклоняет излучение в перпендикулярном оптической оси направлении. На зеркало резонансного сканера 2 попадает параллельный пучок лазерного излучения. В задней фокальной плоскости собирающей линзы 3 параллельные пучки лазерного излучения фокусируются в отдельные точки. Ограничитель диапазона сканирования 4 расположен вблизи фокуса собирающей линзы 3, оставляет открытым 95% центральной части области, куда попадает излучение так, чтобы экранировать пучки вблизи границы сканирования, образующие многократно перекрывающиеся импульсы на объекте 8. Излучение проходит линзу 5. Система двухкоординатного сканирования 6 отклоняет луч по требуемой траектории. Объектив 7 фокусирует излучение на образец 8. Стрелкой показано отклонение излучения двухкооордитантным сканером.

На фиг.2. представлена зависимость от времени положения импульсов лазерного излучения, отклоненных резонансным сканером на обрабатываемой поверхности без ограничителя диапазона сканирования. По вертикальной оси отложены положения импульсов. Видно, что вблизи границ диапазона сканирования импульсы перекрываются. При равномерном продвижении луча по образцу на границах диапазона сканирования луча резонансным сканером образуются множественные перекрытия импульсов. На фиг.3. представлены экспериментальные результаты обработки поверхности материала с использованием резонансного сканера. Видно, что на границе обработки на материал попадает большее количество лазерной энергии. Распределение лазерной энергии по обрабатываемой поверхности неравномерно.

На фиг.4. представлена зависимость от времени положения импульсов излучения с установленным ограничителем диапазона сканирования, пропускающим 95% центральных импульсов. При таком небольшом ограничении получено значительно более равномерное распределение импульсов и, соответственно, лазерной энергии по обрабатываемой поверхности.

Предлагаемое техническое решение не ограничивается системой на основе импульсного лазера, может быть применено для систем на основе непрерывного лазера. Ограничитель диапазона сканирования может быть выполнен в виде клина или линзы из прозрачного материала.

1. Лазерная сканирующая система, содержащая последовательно установленные источник излучения, резонансный сканер с зеркалом, фокусирующую линзу,
резонансный сканер способен отклонять лазерное излучение от источника излучения с высокой скоростью в плоскости, перпендикулярной оптической оси лазерной сканирующей системы,
отличающаяся тем, что фокусирующая линза расположена на расстоянии, равном ее фокусному расстоянию, от зеркала резонансного сканера, за линзой, на расстоянии от ее фокальной плоскости, составляющем 0-5% от фокусного расстояния, установлен ограничитель диапазона сканирования, пропускающий центральные лучи и ограничивающий периферийные лучи лазера, отклоненные зеркалом резонансного сканера в поперечном направлении более чем на 95% от максимального угла сканирования.

2. Лазерная сканирующая система по п.1, отличающаяся тем, что ограничитель диапазона сканирования выполнен из непрозрачного материала.

3. Лазерная сканирующая система по п.2, отличающаяся тем, что ограничитель диапазона сканирования выполнен из керамики.

4. Лазерная сканирующая система по пп.1-3, отличающаяся тем, что система содержит вторую собирающую линзу, систему двухкоординатного сканирования, объектив, вторая собирающая линза установлена софокусно первой линзе, первая и вторая собирающие линзы образуют телескопический расширитель луча.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическому приборостроению и, в частности, к устройствам сканирования и стабилизации изображения окружающего пространства, сформированного оптической системой на матричных фотоприемных устройствах (МФПУ), в широком диапазоне угловых скоростей и может быть использовано при создании систем кругового обзора, сканирующих и следящих устройств в комплексах обнаружения и сопровождения объектов.

Изобретение относится к области оптоэлектронного приборостроения и лазерной техники и может быть использовано в технологических установках, техническом зрении, лазерной локации и т.п.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам диффузионной флуоресцентной томографии. .

Изобретение относится к многолучевым сканирующим устройствам и может быть использовано в устройстве формирования изображения, таком как лазерный принтер, проектор и т.п.

Изобретение относится к области приборостроения, измерительной и информационной техники и может быть использовано в системах кругового сканирования или секторного обзора.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к оптическим системам, формирующим информационное поле пучком оптических лучей. .

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для получения с космических аппаратов спектрозональных изображений поверхности Земли и облачного покрова, а также для мониторинга тепловых аномалий. Сканирующее устройство включает как минимум одну оптико-механическую систему, каждая из которых содержит: плоское сканирующее зеркало с отражающим покрытием, совершающее движение по заданной программе с помощью привода; N информационных оптических блоков оптического диапазона спектра, где N - целое число ≥1; блоки радиометрической калибровки для информационных оптических блоков среднего и дальнего инфракрасных диапазонов спектра; компарирующий оптический блок, формирующий изображение в среднем или дальнем инфракрасном диапазоне спектра; имитаторы абсолютно черного тела на основе фазового перехода чистых металлов и эвтектических сплавов; блоки радиометрической калибровки для информационных оптических блоков видимого и ближнего инфракрасных диапазонов спектра, каждый из которых содержит объектив, фильтр, стабилизированный источник излучения. Технический результат - повышение радиометрической точности аппаратуры дистанционного зондирования Земли. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

Изобретение относится к системам формирования изображения, устанавливаемым на вращающемся основании. Способ сканирования поля яркости включает прием излучения объекта фотооптической системой (ФОС) с двумерным матричным приемником (ДМП), преобразование излучения в электрические сигналы, накопление сигналов с элементов ДМП, считывание их и обработку. При приеме излучения объекта ФОС при вращении ДМП осуществляют вращение изображения поля яркости на частоте и в направлении вращения ДМП. Способ сканирования поля яркости осуществляется с помощью ФОС, которая содержит последовательно соединенные объектив, включающий установленные по ходу лучей входное окно, главное зеркало и корректирующую линзу, установленный в фокальной плоскости объектива ДМП и блок обработки сигналов с ДМП. В объективе между главным зеркалом и корректирующей линзой установлена призма с приводом вращения, причем выход привода вращения соединен со вторым входом призмы. Между дополнительно установленным датчиком угла вращения ДМП и приводом вращения включен блок переноса сигнала на половинную частоту ДМП. Технический результат: обеспечение соответствия между условными элементами поля яркости и двумерным матричным приемником во вращающихся в полете ЛА. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к системам формирования изображения, устанавливаемым на вращающемся основании на летательных аппаратах (ЛА), в комплексах вооружения для наведения ракет на наземные и воздушные цели. Способ сканирования поля яркости фотооптической системой (ФОС) с линейным матричным приемником (ЛМП) включает вращение изображения поля яркости, прием и преобразование ЛМП оптического излучения в электрические сигналы и их обработку. При вращении ЛМП со скоростью ωЛМП вращают изображение поля яркости вокруг визирной оси ФОС со скоростью ωВ=ωИ+ωЛМП, где ωИ - скорость вращения изображения поля яркости при ωЛМП=0. ФОС содержит последовательно соединенные объектив, главное зеркало, призму, корректирующую линзу, ЛМП, блок обработки сигналов с ЛМП, а также привод вращения корпуса призмы, содержащий последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр низких частот и двигатель постоянного тока, а также датчик угла вращения призмы. Изобретение позволяет расширить условия применения ФОС с ЛМП путем повышения чувствительности как в отсутствие, так и при вращении ЛМП. 2 н.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для формирования лазерного растра систем управления, лазерных прицелов и может быть использовано при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов по сложным фарватерам, обнаружении оптикоэлектронных приборов по «блику», дистанционном управлении робототехническими устройствами. Способ формирования лазерного растра основан на последовательной дифракции лазерного пучка на двух последовательно установленных и развернутых на 90 градусов по отношению друг к другу акустооптических дефлекторах, на входы управления которых поданы высокочастотные сигналы управления f1(t) и f2(t), законы изменения которых задают в виде линейного изменения частот управления, а число N строк или (и) столбцов выбирают как целочисленное значение из условия N=k·Tс/τ, где k=1,0-2,5, Tс - время формирования строки, τ - постоянная времени дефлектора, вычисляемая из соотношения τ=d0/ν, d0 - световая апертура дефлекторов, ν - скорость акустических волн. Технический результат заключается в повышении равномерности интенсивности лазерного растра, повышении информативности лазерной системы и обеспечении возможности поворота лазерного растра относительно его центра. 6 ил.

Изобретение относится к лазерной сканирующей системе для сканирования при стрижке волос, к лазерному устройству стрижки волос, которое содержит указанную систему, и способу сканирования. Сканирующая система содержит лазерное сканирующее устройство для создания сканирующего движения лазерного луча и подвижное оптическое устройство для корректировки и/или фокусировки лазерного луча. Указанное лазерное сканирующее устройство содержит по меньшей мере один подвижный оптический элемент, который обеспечивает взаимосвязь положения подвижного оптического устройства и положения, в котором лазерный луч входит в оптическую систему, которая обеспечивает взаимосвязь упомянутого положения и по меньшей мере одного соответствующего положения, в котором лазерный луч входит в подвижное оптическое устройство. Технический результат заявленного решения заключается в повышении точности отслеживания хода подвижного оптического устройства с помощью лазерного излучения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электрофизике. Технический результат состоит в снижении момента инерции во время колебания. Исполнительный механизм включает подвижную часть, которая может колебаться вокруг оси колебания; соединительную часть, которая проходит от подвижной части и торсионно деформируется в соответствии с колебанием подвижной части. Опорная часть поддерживает соединительную часть. Подвижная часть образует крестообразную форму в виде сверху с направления толщины подвижной части. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к эксплуатации и строительству зданий и сооружений и может быть использовано для проведения оперативного обследования зданий и сооружений, подвергшихся внутренним и/или внешним факторам, вызывающим их износ. Способ включает выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, представляющей рой точек {Xi, Yi, Zi, i=1, n}. Для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости, по сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого. Вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 3 мм. В случае если сооружение имеет сложную форму с закруглениями, то в качестве поверхности, относительно которой изучается отклонение от вертикали, выбирается касательная к закруглению, вертикальная плоскость с азимутом 0°. При этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации сооружения, имеющего сложную конструктивную форму. Технический результат заключается в расширении эксплуатационных возможностей способа для оперативного определения степени деформации сооружения, имеющего сложную конструктивную форму. 4 ил.

Изобретение относится к эксплуатации и строительству зданий и сооружений и может быть использовано для проведения оперативного обследования зданий и сооружений, подвергшихся внутренним и/или внешним факторам, вызывающим их износ. Способ включает выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности панельного сооружения и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели сооружения, представляющей рой точек {Xi, Yi, Z, i=l, n}. Для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости. По сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого. Вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 5 мм. При этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации панельного сооружения. Технический результат заключается в расширении эксплуатационных возможностей для оперативного определения степени деформации сооружения. 6 ил.

Изобретение относится к космической технике, в частности к средствам дистанционного зондирования Земли. В многозональном сканирующем устройстве для дистанционного получения изображений полного диска Земли с геостационарной орбиты сформированы два независимых оптических информационных канала, объединенных общим корпусом и обслуживаемых общими электронными блоками: питания, телеметрии, терморегулирования и т.д., c раздельным формированием изображений в видимом и в инфракрасном диапазонах спектра. В инфракрасном диапазоне используются интерференционные фильтры. Технический результат - уменьшение времени получения изображений, увеличение частоты обновления информации, увеличение отношения сигнал/шум, повышение отказоустойчивости. 4 ил., 1 пр.
Наверх