单镜光学扫描仪制造技术

本发明专利技术涉及一种具有光学扫描仪的装置，该光学扫描仪被构造为包括镜、围绕第一旋转轴来旋转镜的第一致动器、感测围绕第一旋转轴的镜的角位置的第一角位置传感器、围绕第二旋转轴来旋转镜的第二致动器、感测围绕第二旋转轴的镜的角位置的第二角位置传感器以及控制器，其耦接到第一和第二驱动器并且被构造为驱动相应的第一和第二致动器以将镜围绕旋转轴旋转到如相应的第一和第二角位置传感器感测的相应的特定角位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单镜光学扫描仪
本公开涉及一种紧凑光学扫描仪，其具有单个移动镜，该单个移动镜被布置为以通过球形坐标(方位角，倾角)给出的高精度将电磁束偏转到空间中期望的方向。
技术介绍
通常，已知的用于在二维表面上扫描光束的扫描仪包括两个镜，其安装为围绕相互垂直的旋转轴旋转，从而一个镜沿着表面上的X轴扫描光束并且另一镜沿着表面上的y 轴扫描光束。具有单个移动镜的扫描仪也是已知的，其中镜被布置为围绕两个旋转轴旋转。这样的扫描仪的角偏转的精度和范围仍低于具有两个镜的扫描仪。
技术实现思路
根据本公开的一个实施例，光学扫描仪设置有镜，其被安装为围绕至少两个旋转轴旋转，以使入射在其上的电磁束被偏转到由球坐标(方位角，倾角)给出的空间中的期望的方向，每一个球坐标可以在是例如90°宽的特定角度范围内变化。扫描仪还可以包括第一致动器，用于围绕第一旋转轴旋转镜；和第一驱动器，用于驱动第一致动器。第一致动器可以是磁性致动器。为了改进镜的角位置的精度，扫描仪还可以包括第一角位置传感器，用于感测围绕第一旋转轴的镜的角位置。根据另一实施例，扫描仪还包括第二致动器，用于围绕第二旋转轴旋转镜；和第二驱动器，用于驱动第二致动器。第二致动器可以是磁性致动器。为了进一步改进镜的角位置的精度，扫描仪包括第二角位置传感器，用于感测围绕第二旋转轴的镜的角位置。角位置传感器包括从例如包括传感器线圈或者霍尔元件的磁性传感器、光学传感器和电容传感器中选择的至少一个。根据另一实施例，扫描仪还包括控制器，用于控制第一和第二驱动器来驱动相应的第一和第二磁性致动器以围绕旋转轴将镜旋转为相应的特定角度。对于第一和第二磁性致动器中的每一个，控制器可以包括在闭合控制环路中，其中控制器从相应的角位置传感器接收带有镜的当前角位置的度量的信号，并且控制磁性致动器的相应驱动器以调整镜的角位置直到来自各角位置传感器的信号对应于期望的位置。各种安全系统也可以包括在扫描仪中，诸如监视镜的位置和例如来自镜的背面的温度反馈。根据另一实施例，扫描仪还包括电子接口连接器，其连接到控制器以接收包含用于控制器的命令的电子信号，所述命令例如为指示期望的镜的角位置(方位角，倾角)的命令，从而通过光学扫描仪输出的电磁束可以响应于通过电子接口连接器接收的作为电子信号的对应的命令的序列来移动出期望的扫描图案。根据另一实施例，特定的命令指定扫描图案的期望的持续时间，例如指定为在两个命令的电磁束的角位置之间将经过的时间。根据本公开的又一方面，接口连接器被构造为用于模拟信号的互连，对于所述模拟信号，特定电压对应于偏转的电磁束的特定角度，例如可以命令方位角作为一个信号线的模拟电压，并且可以命令倾斜角作为另一信号线的模拟电压。这样，扫描仪可以接收适合于特定用途的模拟形式或者数字形式的命令，并且控制器可以控制通过扫描仪输出的偏转的电磁束以在特定的方位角和倾斜角范围内扫描任何任意扫描图案。电磁束的强度可以或者可以不随着扫描图案变化。例如，电磁束可以在扫描的特定部分期间关闭。光学扫描仪可以包括为此目的的光闸。可以通过控制器来控制该光闸。命令可以包括用于控制光闸的命令。例如，输出的电磁束可以经过线性扫描图案，在该线性扫描图案中，通过输出的电磁束照射的平面例如以交错或者非交错的方式从左到右逐行地经过表面，其中在扫描的行之间或在蜿蜒图案中可以或者可以不关闭电磁束。扫描图案还可以包括但是不限于任意利萨如图案、螺旋图案以及圆形图案。优选地，第一和第二旋转轴基本上彼此垂直。或者，第一和第二旋转轴可以彼此交叉。优选地，交叉点位于镜的表面上，理想地位于镜的表面的中心上。根据另一实施例，扫描仪命令包括用于定位镜以在球坐标系中将电磁束偏转到特定方向的命令。根据本公开的另一方面，扫描仪还可以包括存储器，其与控制器互连并且包含顺序存储的用于形成电磁束的扫描图案集合的命令，并且其中，控制器被构造为一旦接收到特定命令就从存储器顺序地读取用于特定扫描图案的命令，并且以电磁束在特定时间内经过期望的特定扫描图案的方式顺序地控制镜的角位置。特定时间可以是变化的并且可以由特定命令来设置。根据又一实施例，光学扫描仪包括用于发射电磁束的源，例如但不限于固态激光器或者LED。控制器还可以被构造用于控制该源。控制器可以例如控制该源以在特定扫描图案的扫描期间以变化的强度发射电磁束。例如，控制器可以被构造为在扫描图案的各部分期间关闭源。根据本公开的另一实施例，光学扫描仪还包括用于与发射电磁束的源互连的光学连接器。仍根据本公开的又一方面，光学扫描仪进一步包括聚焦透镜，其定位在电磁束的传播路径中以将偏转的电磁束聚焦在距光学扫描仪的特定距离处，例如在期望利用输出的电磁束来扫描的表面处。聚焦透镜可以是可移动的，从而可以调整扫描仪和输出的电磁束的焦点之间的距1 O理想地，聚焦透镜被安装为与镜一起旋转，从而镜和聚焦透镜保持为相互固定的位置，而与镜的当前角位置无关，以用于改进偏转的电磁束的聚焦。镜可以是拼接镜，其用于将入射在其上的电磁束分成沿不同的单独偏转的传播路径传播的多个偏转的电磁束以增加表面的扫描速度。根据本公开的又一实施例，光学扫描仪还包括光学传感器，其感测从由偏转的电磁束照射的表面接收的并且通过镜偏转到光学传感器的电磁辐射。这样，可以从由例如但不限于背散射辐射、反射辐射、荧光辐射、磷光辐射以及红外辐射或者前述的组合的偏转的电磁束扫描的表面来获得反馈信号。根据本公开的又一方面，控制器还被构造为评估反馈信号，并且其还可以被构造为响应于评估的结果修改扫描图案，例如，输出的电磁束的强度。电磁束可以是但不限于红外光束或者可见光束。使用单镜用于电磁束的非平面偏转具有很多优点，诸如提供了短的总光学路径、 非常短的从偏转镜到聚焦透镜的距离、恒定的从旋转点开始的路径长度、减少的光学损耗、 当与聚焦系统耦接时减少的束畸变、同一面中的束输入和输出、相同镜尺寸情况下的更大的束路径、放置聚焦系统的更灵活的选择以及减小的物理尺寸。在具有两个镜的扫描仪中，由于第一镜的偏转导致第二镜需要大于第一镜，使得孔径尺寸受到限制。在本扫描仪中避免了这一点。同时，在具有两个镜的扫描仪中，两个旋转轴不交叉。这在两个偏转镜之后使用聚焦透镜时成为了问题。离旋转轴的不等距离引起了聚焦束的不等并且增加的畸变。而且，两个镜不能够被放置得距离聚焦系统与一个镜的系统一样近，这产生了下述效果，具有两个镜的扫描仪表现出电磁束在聚焦透镜上更大的位移。理想地，应仅有角度在聚焦透镜上变化。该位移使进入透镜的束偏离中心，因此增加了畸变。此外，两个镜将具有比一个镜更高的损耗。常规的单镜扫描仪是基于压电换能器，这导致更小的角度偏转范围和非闭合的环路控制。优选地，提供了一种将镜、镜致动器、反馈传感器、驱动器、伺服控制器以及安全系统集成到一个单元中的非常紧凑的光学扫描仪。附图说明当结合附图时，本公开的前述特征和优点将更容易地理解，如从下面详细描述的说明中更好地理解一样，其中图1示意性地示出具有两个镜的常规光学扫描仪的基本操作原理；图2示意性地示出根据本公开的光学扫描仪的基本操作原理；图3是根据本公开的光学扫描仪的一部分的示意性透视图4是根据本公开的光学扫描仪的另一部分的示意性透视图5示意性地示出根据本公开的光学扫描仪的各电子部分；图6示意性地示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.29 US 61/182,4611.一种光学扫描仪，包括镜，被安装为围绕至少两个旋转轴旋转； 第一致动器，围绕第一旋转轴旋转所述镜； 第一驱动器，驱动所述第一致动器；第一角位置传感器，感测围绕所述第一旋转轴的所述镜的角位置； 第二致动器，围绕第二旋转轴旋转所述镜； 第二驱动器，驱动所述第二致动器；第二角位置传感器，感测围绕所述第二旋转轴的所述镜的角位置； 控制器，耦接到所述第一和所述第二驱动器并且被构造为驱动所述相应的第一和第二致动器以将所述镜围绕旋转轴旋转到如所述相应的第一和第二角位置传感器感测的相应的特定角度；以及电子接口连接器，耦接到所述控制器以接收用于控制所述第一和第二驱动器的电子信号。2.根据权利要求1所述的光学扫描仪，其中所述第一和第二旋转轴基本上彼此垂直。3.根据权利要求2所述的光学扫描仪，其中所述第一和第二旋转轴彼此交叉。4.根据权利要求3所述的光学扫描仪，其中交叉点基本上位于所述镜的表面上。5.根据权利要求4所述的光学扫描仪，其中所述交叉点基本上位于所述镜的表面的中心上。6.根据权利要求1所述的光学扫描仪，其中电子信号包括命令，所述命令包括用于将所述镜定位为将入射在其上的电磁束偏转到球坐标系统中特定方向的命令。7.根据权利要求1所述的光学扫描仪，还包括存储器，所述存储器与所述控制器互连并且适于存储扫描图案集合，并且其中，一旦经由所述电子信号接收到特定命令，控制器从所述存储器读取特定扫描图案并以入射在所述镜上的电磁束在特定时间内经过所述特定扫描图案的方式顺序地控制所述镜的角位置。8.根据权利要求7所述的光学扫描仪，其中所述特定时间是可变的并且由特定时间命令设置。9.根据权利要求1所述的光学扫描仪，还包括用于发射电磁束的源。10.根据权利要求1所述的光学扫描仪，还包括光学连接器，所述光学连接器用于与发射电磁束的源互连。11.根据权利要求1所述的光学扫描仪，还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜位于电磁束的传...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡斯伯·多勒瑞斯，比亚尔尼·阿萨，
申请(专利权)人：因特西蒂创新公司，
类型：发明
国别省市：