Расчёт параметров призменного дефлектора лазерного сканера

Призменный дефлектор, представляющий собой многогранную призму с отражающими гранями, является наиболее распространённым сканирующим элементом, который позволяет производить быстрое заполнение широкой области сканирования импульсами лазерного излучения по одной координате. Параметры призменного дефлектора связаны с характеристиками лазерного излучения, параметрами сканируемой области и положением дефлектора, а также ограничены различными факторами, например, требованиями безопасности или временем сканирования. Целью работы являлся анализ взаимосвязи параметров сканирующей системы (таких как угол подачи излучения на грань призменного дефлектора, диаметр лазерного пучка) с конструктивными параметрами её сканирующего элемента – призменного дефлектора.

Рассмотрен вариант расчёта частоты следования лазерных импульсов через количество лазерных пятен и их коэффициент перекрытия. Предложен метод расчёта характеристик призменного дефлектора, исходя из внешних параметров, таких как угол подачи излучения на грань и ширины гауссова пучка на выходе из оптической системы с размерами, безопасными для человеческого глаза. Приведены параметры призменных дефлекторов в зависимости от числа отражающих граней. Показана зависимость размера дефлектора от угла подачи излучения на отражающую грань.

При проектировании призменного дефлектора лазерного сканера, предназначенного для заполнения некоторой области сканирования с требуемым угловым размером σ, варьируя такие параметры как количество граней m и угол подачи α, можно добиться оптимальных для поставленной задачи характеристик дефлектора и режима сканирования.

1. Низаметдинов Н.Ф. Лазерное сканирование и аэрофотосъемка с БПЛА в исследовании структуры лесотундровых древостоев Хибин / Н.Ф. Низаметдинов, П.А. Моисеев, И.Б. Воробьев // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. – 2021. – № 4(382). – С. 9–22. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-4-9-22

2. Новиков В.В. Воздушное лазерное сканирование на базе БПЛА для изучения объектов археологии в Европейской части России / В.В. Новиков // Поволжская Археология. – 2022. – № 1(39). – С. 232–246. DOI: 10.24852/pa2022.1.39.232.246

3. Калугин А.И. Лазерная локационная система обнаружения и распознавания малоразмерных объектов / А.И. Калугин, М.Р. Зарипов, Е.А. Антонов // Интеллектуальные системы в производстве. – 2020. – Т. 18. – № 1. – С. 9–14. DOI: 10.22213/2410-9304-2020-1-9-14

4. Singh A. A comprehensive study of auxiliary arrangements for attaining omniderectionality in additive manufacturing machine tools / A. Singh [et al.] // Journal of manufacturing science and engineering, 2020, vol. 143, pp. 050802-1–050802-17. DOI: 10.1115/1.4049094

5. Соломатин В.А. Пространственно-частотные характеристики лазерных сканеров / В.А. Соломатин // Оптический журнал. – 2020. – Т. 87. – № 4. – С. 19–27. DOI: 10.17586/1023-5086-2020-87-04-19-27

6. Marshall G.F. Handbook of optical and laser scanning, second edition / G.F. Marshall, G.E. Stutz // Taylor and Francis Group, 2014, 789 p.

7. Beiser L. Unified optical scanning technology / L. Beiser // John Wiley and Sons, 2003, 191 p.

8. Duma V.-F. Analysis of polygonal mirror scanning heads: from industrial to high-end applications in swept sources for OCT / V.-F. Duma // Proc. SPIE, Design and Quality for Biomedical Technologies X, 14 March 2017, vol. 10056, pp. 100560P-1–100560P-11. DOI: 10.1117/12.2251023

9. Duma V.-F. Numerical and experimental study of the characteristic functions of polygon scanners / V.-F. Duma, M. Nicolov // Proc. SPIE, Modeling Aspects in Optical Metrology II, 17 June 2009, vol. 7390, pp. 739015-1–739015-9. DOI: 10.1117/12.827443

10. Duma V.-F. Polygon mirror scanners in biomedical imaging: a review / V.-F. Duma, A.G. Podoleanu // Proc. SPIE, Optical Components and Materials X, 11 March 2013, vol. 8621, pp. 86210V-1–86210V-9. DOI: 10.1117/12.2005065

11. Varughese K. Flattening the field of postobjective scanners by optimum choice and positioning of polygons / K. Varughese, K. Krishna // Appl. Opt., 1993, vol. 32, pp. 1104–1108. DOI: 10.1364/AO.32.001104

12. Hoang H.-M. Non-back-reflecting polygon scanner with applications in surface cleaning / H.-M. Hoang // Opt. Express, 2021, vol. 29, pp. 32939–32950. DOI: 10.1364/OE.438850

13. Li Y. Asymmetric distribution of the scanned field of a rotating reflective polygon / Y. Li, J. Katz // Appl. Opt., 1997, vol. 36, pp. 342–352. DOI: 10.1364/ AO.36.000342

14. Артамонов С.И. Выбор сканера для лазерной локационной системы / С.И. Артамонов [и др.] // Оптический журнал. – 2016. – Т. 83. – № 9. – С. 51–58.

15. R. De Loor R. Polygon Scanner System for Ultra Short Pulsed Laser Micro-Machining Applications / De Loor // Physics Procedia, 2013, vol. 41, pp. 544– 551. DOI: 10.1016/j.phpro.2013.03.114