Метод расчета сканирующего блока лазерного сканера и оптимизация его габаритных размеров

Аннотация

Призменный дефлектор, представляющий собой многогранную призму с отражающими гранями, является наиболее распространенным сканирующим элементом, который позволяет производить быстрое заполнение широкой области сканирования импульсами лазерного излучения по одной координате. Для осуществления перемещения лазерного излучения по второй координате исследуемой области следует применять второй элемент сканирования, например, плоское качающееся зеркало. Габаритные размеры элементов сканирования и сканирующего блока в целом зависят от свободных параметров, которые задаются на этапе разработки системы. В работе предложена математическая модель, предназначенная для автоматизированного расчета сканирующего блока, состоящего из призменного дефлектора, неподвижного плоского зеркала, качающегося плоского зеркала и выходного окна лазера. Описанная модель позволяет провести расчет габаритных параметров оптических элементов системы и компоновки блока с использованием требуемых характеристик сканируемой области и свободных параметров, к которым относятся: угол подачи излучения на грань призменного дефлектора, угол наклона неподвижного зеркала и одной из координат положения выходного окна лазера относительно центра призменного дефлектора. При этом первые два названных параметра представляют наибольший интерес с точки зрения минимизации и оптимизации габаритных размеров сканирующих элементов и сканирующего блока в целом. На основании приведенной модели осуществлен анализ зависимости габаритных размеров элементов сканирования и сканирующего блока в целом, в результате которого получены диапазоны оптимальных значений таких свободных параметров, как угол подачи лазерного излучения на грань призменного дефлектора a и угол наклона неподвижного зеркала s, позволяющие минимизировать габаритный размер сканирующего блока. Полученные результаты можно использовать при разработке автоматизированных систем проектирования лазерных сканирующих устройств, что позволит значительно упростить и ускорить процесс разработки сканирующих устройств на базе двух сканирующих элементов - призменного дефлектора и качающегося зеркала.