光机扫描器的应用类型及扫描方式介绍

由于光电探测器的光敏面尺寸很小，导致光电系统的瞬时视场一般难以满足对大空间范围成像的要求。在许多光电系统中，都采用光学机械扫描的方法来实现大空间区域的目标搜索和成像。

（1）扫描方式

①平行光束扫描。平行光束扫描是在平行光路中放置扫描器，用以扫描被观测景物，故称物方扫描，如图1所示。其中图1（b）中的扫描器位于聚焦光学系统前，旋转反向镜鼓3完成水平方向快扫描，摆动反向镜2完成垂直方向慢扫描。这种扫描方式一般需要有一个比聚光光学系统口径还要大的扫描镜。这种扫描方式的优点是对聚焦光学系统要求不高，像差校正比较简单，民用热像仪中多采用这种扫描。图1（a）中的扫描器位于无焦望远系统压缩的平行光路中，扫描器的尺寸较小，有利于提高扫描速度，多用于军用光电系统。

图1 平行光束扫描的实例

②会聚光束扫描。会聚光束扫描是在物镜会聚光束中放置扫描器，对像方光束进行扫描，故称像方扫描，如图2所示。会聚光束扫描器可以做得比较小，易于实现调整扫描。但这种扫描方式需要使用后截距长的聚光光学系统，而且由于在像方扫描，将导致像面的扫描散焦，所以对聚光系统有较高的要求。扫描视场不宜太大，像差修正比较困难，扫描角度受到限制。

图2 会聚光束扫描

（2）常用的光机扫描器

①摆动平面镜。如图3（a）所示，摆动平面镜在一定范围内周期性地摆动，它既可用做平行光束扫描器，又可用做会聚光束扫描器。由于机构有一定的惯性，平面镜的摆动速度不能太高，而且在高速摆动的情况下，视场边缘变得不稳定，并且要求电机的驱动功率大，不能实现高速扫描。它的扫描效率高，扫描视场窄，图像质量不好。它在会聚光束扫描中会产生散焦现象。

②旋转平面镜。如图3（b）所示，旋转平面镜可绕三个正交轴中任一轴旋转，以达到不同的扫描要求。扫描器结构简单，扫描视场宽，但扫描效率低，图像质量一股。

图3 常用的光机扫描器

③旋转反射棱镜。如图3（c）所示，旋转反射棱镜的反射镜面绕镜鼓中心轴线旋转，转动连续而平稳，可以实现高速扫描，扫描效率较高（与面数有关），在会聚光束中会产生严重的像散，主要用于平行光束扫描。它的扫描视场宽，图像质量一般。

④旋转折射棱镜。如图3（d）所示，多面折射棱镜绕通过其质心的轴线旋转，构成旋转折射棱镜扫描器。旋转折射棱镜只用做会聚光束扫描器，焦点有轴向位移，产生明显的各种像差，对光学系统消像差要求较高。但它的运动平稳而连续，扫描视场宽，尺寸小，可提高扫描速度。

⑤旋转折射光楔。如图3（e）所示，旋转折射光楔扫描一般用在平行光束中，因为在会聚光束中会产生严重的像差。它是一种非常灵活的光机扫描器，通过改变两个光楔的旋转方向和转速可得到许多不同的扫描图形。

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