扫描装置和扫描方法制造方法及图纸

扫描装置，具有：用于发出光束(3)的激光器(1)；具有可调焦距(f1)的、用于聚焦激光器(1)发出的光束(3)的准直透镜(2)；以及用于调制激光器(1)发出的光束(3)的微反射镜(4)；其中通过调节准直透镜(2)的焦距(f1)可调节由激光器(1)发出的光束(3)的光束半径(d)最小处到激光器(1)的光束距离(L)。

Scanning device and scanning method

Scanning device with: for the light (3) of the laser (1); with adjustable focal length (F1), (1) for focusing laser beams emitted by the collimating lens (3) (2); and (1) for the modulated laser beams emitted by the micro mirror (3) (4); where by adjusting the focal length of the collimating lens (2) (F1) (1) can be adjusted by the laser beam from the beam radius (3) (d) (1) to the minimum laser beam distance (L).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】扫描装置和扫描方法
本专利技术涉及一种扫描装置和一种相应的扫描方法。
技术介绍
微反射镜是可用于光的调制的微电机系统(MEMS)。微反射镜存在多种应用，例如用于投影显示、3D相机、材料的激光标记和加工、物体识别、物体测量和速度测量或者用于荧光显微术中。为了测量距离，可以例如将激光器与准直透镜和微反射镜结合使用。在这里，准直透镜具有固定的焦距。然而，在距离测量中通常只有在由激光器发出的光信号的光束半径小于特定值时才能进行测量。因此，在准直透镜和微反射镜固定布置的情况下，限定了装置的测量范围。由US8947784B2已知一种具有可调焦距的透镜，其中该透镜具有多个室，所述室具有不同光学性质的液体。
技术实现思路
本专利技术公开一种具有权利要求1的特征的扫描装置以及具有权利要求6的特征的扫描方法。相应地提出一种扫描装置，它具有：用于发出光束的激光器；具有可调焦距的、用于聚焦激光器发出的光束的准直透镜；以及用于调制激光器发出的光束的微反射镜；其中通过调节准直透镜的焦距可调节由激光器发出的光束的光束半径最小处到激光器的光束距离。根据另一方面，提出一种扫描方法，它具有如下步骤：根据由物体反射的光束，识别物体是否处于可检测的与激光器的距离范围内，在该范围内由激光器发出的光束的光束半径小于预定值；在识别到物体的情况下，通过调节布置在激光器后方的准直透镜的焦距，调节由激光器发出的光束的光束半径最小处与激光器的光束距离。优选的改进是各个从属权利要求的主题。专利技术优点本专利技术完成一种成本低廉的扫描装置，它可以紧凑地形成，其中可获得大的且可适配的测量距离。此外，通过调节准直透镜的焦距可以校正通过准直透镜的生产过程产生的透镜误差。由于根据本专利技术的扫描装置的测量距离可调节，该扫描装置具有通用性并且不限于特定的应用。另一个优点在于通过调节准直透镜的焦距可调节测量距离。尤其是通过用单一扫描装置适配测量距离也可以测量距离在大范围内变化的物体或面。在这里，尤其可以在与扫描装置的大的距离范围内精确进行物体的距离测定、速度测定或者角位移测定。通过根据本专利技术的方法，可以将扫描装置聚焦于待测量的物体上。根据本专利技术装置的另一种实施方式，激光器是VCSEL。VCSEL在扫描装置中的应用特别适合于距离测量，并且因此可以例如用于2D鼠标。根据本专利技术装置的另一种实施方式，准直透镜包括液晶透镜、光流体透镜、聚合物透镜或者机械可调的透镜。在这些透镜的情况下，通过不同的物理原理可以调节透镜的曲率并因此调节透镜的焦距。根据本专利技术装置的另一种实施方式，该装置具有用于放大由激光器扫描的区域的扫描宽度的放大透镜。由此可以额外放大扫描角度并因此也放大可扫描区域的大小。因此还可以放大可扫描区域的宽度。根据本专利技术装置的另一种实施方式，放大透镜具有可调节的焦距；并且由激光器扫描的区域的扫描宽度的放大通过调节放大透镜的焦距可调节。由此既可调节放大透镜的放大也可调节准直透镜的焦距，从而可测量更大的距离范围。尤其还可精确测量扫描装置前方的小的距离。根据扫描方法的另一种实施方式，调节由激光器发出的光束的光束半径最小处与激光器的光束距离，使得由物体反射的光束的信噪比最小化。由此可以精确地并且以尽可能小的误差测量物体。根据扫描方法的另一种实施方式，将由激光器发出的光束的光束半径最小处与激光器的光束距离调节成物体到激光器的物体距离。由此使激光器在物体位置处的分辨率达到最大。根据扫描方法的另一种实施方式，在识别物体是否处于可检测的与激光器的距离范围内之前，检验是否可以通过将准直透镜的焦距调节为特定的固定焦距或者说调节到某一焦距上而使得针对预定的距离范围由激光器发出的光束的光束半径小于一个预定值；并在答案是肯定的情况下将准直透镜的焦距调节为该固定焦距并激活微反射镜，或者在答案是否定的情况下连续改变准直透镜的焦距值并激活微反射镜；并且用激活的微反射镜并通过调节准直透镜的焦距扫描该预定的距离范围；并且在识别物体是否处于可检测的与激光器的距离范围内之后跟踪该物体；并且在不再识别到该物体的情况下重复该扫描方法。由此可以自动跟踪物体并聚焦于该物体上。根据扫描方法的另一种实施方式，测量物体的距离、速度或者角位移。尤其是可以在大的测量范围内进行测量。附图说明图1示出一种示例性扫描装置的侧视图；图2示出用于解释光束距离和光束半径之间的关系的曲线图；图3示出扫描面的俯视图；图4a、b示出根据本专利技术第一种实施方式的扫描装置的侧视图；图5a、b、c示出用于解释光束距离和光束半径之间的关系的曲线图，所述关系依赖于根据本专利技术第一种实施方式的准直透镜的焦距；图6示出根据本专利技术第一种实施方式的准直透镜的焦距和最小光束距离之间的关系曲线图；图7示出根据本专利技术另一种实施方式的扫描装置的侧视图；图8示出一种示例性扫描装置的侧视图；图9示出一种扫描面的俯视图；图10示出根据本专利技术又一种实施方式的扫描装置的侧视图；并且图11、12示出用于解释根据本专利技术不同实施方式的扫描方法的流程图。在所有的图中，相同的或者功能相同的元件和装置配以相同的附图标记，除非另有说明。方法步骤的数字编号用于简明的目的，除非另有说明，不暗示确定的时间顺序。尤其是，也可以同时实施多个方法步骤。具体实施方式图1示出一种示例性扫描装置。该扫描装置具有激光器1。在与激光器1的距离D4处存在准直透镜2a，它形成为用于将由激光器1发出的光束3聚束。在这种情况下，准直透镜2a的透镜轴线与光束3的发出方向垂直。光束3可以称为高斯束，它在与激光器1的光束距离L处具有光束半径d，该光束半径取决于光束距离L。在与激光器1的距离D1处，在光束3的光路中在准直透镜2a的后方存在微反射镜4，它形成为用于光束3的调制。通过微反射镜4的偏转，可以将光束3在垂直于发出方向的平面中偏转。在与激光器1的距离D2处，在光束3的光路中在微反射镜4的后方存在放大透镜6。在这种情况下，放大透镜6的透镜轴线平行于准直透镜2a的透镜轴线。对于等于特定的最佳光束距离Lf的光束距离L，光束3的光束半径d最小，并且等于光束腰围dmin。在这里，最佳光束距离Lf取决于准直透镜2a的焦距f1以及放大透镜6的焦距f2。图2示出用于解释光束3的光束距离L和光束3的光束半径d之间的关系的曲线图。在这里，光束3的光束半径d在准直透镜2a所处的距离D4之前增加，然后在放大透镜6所处的距离D2之前减小，在最佳光束距离Lf之前的区域中再减小，并在更大的光束距离L的情况下增加。尤其是，放大透镜负责使微反射镜之前的光束的扫描角增大。在使用该扫描装置的情况下，界定了由(未示出的)检测单元可判读的光信号的分辨率，使得该扫描装置只能用于光束半径d小于预定的最大光束半径dmax的区域中。在这种情况下，最大光束半径dmax的值取决于扫描装置并且可以例如等于0.1毫米、0.5毫米或者1毫米。如图2中所示，存在两个满足如下条件的光束距离L的值：光束半径d等于最大光束半径dmax，即最小光束距离Lmin和最大光束距离Lmax，其中Lmax＞Lmin。因此，在宽度为Δ＝Lmax-Lmin、其中光束距离L满足条件Lmin＜L＜Lmax的光束距离范围内，光束半径d小于最大光束半径dmax并且扫描装置可以用于扫描。图3示出被扫描的二维扫描面的示例性俯视图。在这里，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扫描装置，具有：用于发出光束(3)的激光器(1)；具有可调焦距(f1)的、用于聚焦由激光器(1)发出的光束(3)的准直透镜(2)；以及用于调制由激光器(1)发出的光束(3)的微反射镜(4)；其中通过调节准直透镜(2)的焦距(f1)能够调节由激光器(1)发出的光束(3)的光束半径(d)最小处与激光器(1)的光束距离(L)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.22 DE 102015209418.91.一种扫描装置，具有：用于发出光束(3)的激光器(1)；具有可调焦距(f1)的、用于聚焦由激光器(1)发出的光束(3)的准直透镜(2)；以及用于调制由激光器(1)发出的光束(3)的微反射镜(4)；其中通过调节准直透镜(2)的焦距(f1)能够调节由激光器(1)发出的光束(3)的光束半径(d)最小处与激光器(1)的光束距离(L)。2.根据权利要求1所述的扫描装置，其中激光器(1)是VCSEL。3.根据权利要求1和2中任一项所述的扫描装置，其中准直透镜(2)包括液晶透镜、光流体透镜、聚合物透镜或者机械可调的透镜。4.根据权利要求1至3中任一项所述的扫描装置，具有用于放大由激光器(1)扫描的区域的扫描宽度的放大透镜(6)。5.根据权利要求4所述的扫描装置，其中所述放大透镜(6)具有可调焦距(f2)；并且由激光器(1)扫描的区域的扫描宽度的放大能够通过调节放大透镜(6)的焦距(f2)来调节。6.一种扫描方法，具有如下步骤：根据由物体(7)反射的光束(3)，识别(S101)物体(7)是否处于能够检测的与激光器(1)的距离范围内，在所述距离范围内由激光器(1)发出的光束(3)的光束半径(d)小于预定值；在识别到物体(7)的情况下，通过调节布置在激光器(1)后方的准直透镜(2)的焦距(f1)，调节(S102)由激光器(1)发出的光束(3)的光束半径(d)最小...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖尔·皮拉德，
申请(专利权)人：罗伯特博世有限公司，皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE