单镜光学扫描仪

摘要

本公开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。

权利要求

1.一种光学扫描仪，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；和存储器，其存储扫描图案集合，其中所述扫描图案集合包括各种预定扫描图案；

其中所述控制器从所述存储器获得一个扫描图案，并至少部分基于从所述存储器获得的所述一个扫描图案控制所述镜的定位。

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致动器中的至少一个是磁性致动器。

3.根据权利要求1所述的光学扫描仪，其中所述第一和第二角位置传感器是磁性传感器。

4.根据权利要求1-3中任一所述的光学扫描仪，还包括电子接口连接器，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。

5.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。

6.根据权利要求5所述的光学扫描仪，其中所述第一和第二旋转轴彼此交叉。

7.根据权利要求6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。

8.根据权利要求7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。

9.根据权利要求4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。

10.根据权利要求9所述的光学扫描仪，其中所述电子信号包括模拟信号，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。

11.根据权利要求1所述的光学扫描仪，其中，所述控制器以入射在所述镜上的电磁束在特定时间内经过特定扫描图案的方式顺序地控制所述镜的角位置。

12.根据权利要求11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。

13.根据权利要求11所述的光学扫描仪，其中所述扫描图案从由交错的逐行扫描图案、非交错的逐行扫描图案、圆形扫描图案、多边形扫描图案和螺旋形扫描图案构成的组中选择。

14.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。

15.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。

16.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播路径中，以将所述电磁束聚焦在距所述光学扫描仪的特定距离处。

17.根据权利要求16所述的光学扫描仪，其中，所述聚焦透镜是可移动的。

18.根据权利要求16所述的光学扫描仪，其中，所述聚焦透镜被安装为与所述镜一起旋转。

19.根据权利要求1所述的光学扫描仪，其中，所述镜包括拼接镜，所述拼接镜用于将入射在其上的电磁束分为沿着不同单独偏转的传播路径传播的多个偏转的电磁束。

20.根据权利要求1所述的光学扫描仪，还包括光学传感器，所述光学传感器用于感测从通过所述扫描仪照射的表面接收的并且通过所述镜偏转到所述光学传感器中的电磁辐射。

21.根据权利要求1所述的光学扫描仪，其中，所述镜偏转红外光。

22.根据权利要求1所述的光学扫描仪，其中，所述镜偏转可见光束。

23.根据权利要求1所述的光学扫描仪，其中镜温度被感测。

24.根据权利要求6所述的光学扫描仪，还包括用于在扫描的特定部分期间关闭电磁束的光闸。

25.具有根据权利要求1所述的光学扫描仪的装置。

说明书

单镜光学扫描仪

技术领域

[0001] 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。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 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。

发明内容

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 第一致动器可以是磁性致动器。

[0007] 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。

[0008] 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。

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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。

[0014] 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。

[0015] 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。

[0016] 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。

[0017] 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。

[0018] 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。

[0019] 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。

[0020] 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。

[0021] 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。

[0022] 特定时间可以是变化的并且可以由特定命令来设置。

[0023] 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。

[0024] 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。

[0025] 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。

[0026] 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离。

[0027] 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。

[0028] 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。

[0029] 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。

[0030] 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。

[0031] 电磁束可以是但不限于红外光束或者可见光束。

[0032] 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。

[0033] 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。

[0034] 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。

[0035] 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。

[0036] 此外，两个镜将具有比一个镜更高的损耗。

[0037] 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。

[0038] 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

[0039] 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：

[0040] 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；

[0041] 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；

[0042] 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；

[0043] 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；

[0044] 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；

[0045] 图6示意性地示出具有伺服控制环路的根据本公开的光学扫描仪的基本操作原理；

[0046] 图7示意性地示出在镜和输出之间具有和不具有聚焦透镜的根据本公开的光学扫描仪的基本操作原理；

[0047] 图8示意性地示出具有安装有镜的聚焦透镜的根据本公开的光学扫描仪的基本操作原理；

[0048] 图9示意性地示出在输入和镜之间具有聚焦透镜的根据本公开的光学扫描仪的基本操作原理；

[0049] 图10示意性地示出具有拼接透镜(segemented lens)的根据本公开的光学扫描仪的基本操作原理；以及

[0050] 图11示意性地示出包括检测器的根据本公开的光学扫描仪的基本操作原理。

具体实施方式

[0051] 在下面将参考其中示出本公开的示例性实施例的附图更全面地描述本公开。附图是示意性地的并且为了清楚起见而进行了简化，并且附图仅示出了理解本公开所需的细节，而省略了其它细节。在附图中，相同的附图标记用于相同或相应的部分。

[0052] 除了所示的实施例之外，本公开可以以不同的形式实施并且不应该被理解为限于在此阐述的实施例。

[0053] 在下面的描述中，阐述了特定的细节以便于提供各种公开的实施例的完全的理解。然而，本领域技术人员将了解的是，可以在没有这些特定细节中的一个或多个的情况下实施实施例，或者利用其它方法、组件、材料等等来实施。在其它情况下，没有示出或者描述公知的结构或者组件或者与光学扫描仪相关的结构和组件，包括但不限于镜和光源，以使得避免不必要地混淆实施例的描述。

[0054] 除非另有描述，在如下说明书和权利要求中，单词“包括”将被理解为开放式含义，即包括但不限于。前述也适用于单词“包含”和“具有”。

[0055] 本说明书中提及的“一个实施例”或者“实施例”表示与实施例相关的描述的特定特征、结构或者特性被包括在至少一个实施例中。因此，在说明书中各处出现的表述“在一个实施例中”或者“在实施例中”未必指代同一实施例。此外，在一个或多个实施例中可以以任何适合的方式组合特定的特征、结构或者特性。

[0056] 以下描述用于仅使用一个镜沿着两个垂直的轴偏转光束的装置。通过围绕公共旋转点使镜成角度来偏转束。仅使用一个镜来偏转光束具有很多优点，包括短的总光学路径、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

[0057] 传统的偏转系统基于在光学路径中顺序放置的两个电流计。一个电流计和镜在一个轴中偏转，并且另一电流计和第二镜在第二轴中偏转。该方法适用于很多应用但是具有一些缺点。

[0058] 由于第一镜的偏转导致第二镜需要大于第一镜。这限制了射束孔径(beam aperture)尺寸。

[0059] 两个轴将不共享公共旋转点。这在两个偏转镜之后使用聚焦透镜时成为了问题。离旋转点的不等距离引起聚焦的束的不等且增加的畸变。

[0060] 两个镜不能够被放置为距离聚焦系统与一个镜的系统一样近，从而增加了聚焦透镜上的平行移位。理想地，应只有角度在聚焦透镜上变化。平行移位使进入透镜的束偏离中心，因此增加了畸变。

[0061] 两个镜将具有比一个镜更高的损耗。

[0062] 已经存在具有一个镜的束偏转系统，但是这些系统基于压电技术，并且提供了更小的角度偏转和非闭合的环路控制。

[0063] 该装置使用磁性马达来在入射束的轴中旋转偏转镜。该系统随后被安装在围绕垂直于第一轴的轴旋转第一系统和镜的第二系统上。这使得两个轴堆叠并且他们能够在两个轴上偏转束，同时每个旋转轴在镜表面通过镜的中心。

[0064] 每个轴具有反馈系统以确定镜的旋转位置。该系统能够以各种方式实施。一种实施是作为磁性反馈系统-该系统固有地对光学扰动免疫，这在偏转高功率光学束时是有利的。另一种实施可以是光学反馈系统或电容。每种系统具有优点和缺点。在该装置中，由于缺少对于光学辐射的敏感性而选择磁性系统。

[0065] 在基于双轴偏转系统的传统电流计中，每个电流计必须具有放大控制信号的驱动器和产生驱动器信号并且从闭合环路位置传感器接收反馈的控制器。

[0066] 这些驱动器和控制器是添加到完整系统大部分的正常分离的单元。在这里示出的装置中，伺服控制器和磁性电机的驱动器被内置在单元中。这意味着整个偏转系统是完全自包含的和非常紧凑的。各种安全系统也被内置在单元中，诸如监视镜位置和从偏转镜的后侧反馈的温度。

[0067] 该设计是非常独特的，这是因为其传统上已经非常难以利用镜中心中的公共基准点实现镜的二维角度调整。

[0068] 需要克服的另一重要的问题在于一个轴将产生是另一轴的函数的束角偏移。该影响通过使用实时地计算产生线性移动所需的补偿的集成控制器来抵消。

[0069] 对于单镜偏转(deflector)，通过第一轴移动用于第二轴的电机。重要的是，在该第二电机中减少机械惯性，从而能够实现镜的不到一毫秒的从点到点的快速移动。这已经通过将移动块的大部分移动到旋转的中心从而降低旋转块所需的力来实现。

[0070] 该紧凑单镜设计使得在医疗手持装置中实现新应用。由于结合大孔径的非常短的光学路径，因此与传统的两镜设计相比能够获得更小的光点尺寸。

[0071] 另一应用是手持标记装置，其能够利用电池进行操作并且特征在于引向待标记表面的内置激光。

[0072] 图1示意性地示出了具有两镜的常规光学扫描仪的基本操作原理。电磁束1入射在第一镜3上，其中，该第一镜3被安装为围绕垂直于图的平面并且在示出的入射点9处与镜相交的旋转轴旋转。在镜3的反射之后，束1朝向第二镜5传播并且进一步朝向待扫描的目标表面7传播，其中，该第二镜5被安装为围绕图的平面中沿着示出的用于反射的第二镜5的截面延伸的旋转轴旋转。应注意的是，在第二镜5被保持在固定位置的情况下，束1通过第一镜3的旋转沿着平行于X的线被扫描。同样，在第一镜3保持在固定位置的情况下，束1通过第二镜5的旋转沿着平行于Y的线被扫描。

[0073] 图1主要用于揭示与具有两个镜的常规光学扫描仪相关的各种问题，诸如：(a)由于第一镜的偏转导致第二镜需要大于第一镜，从而限制了孔径尺寸；(b)两个旋转轴不交叉，导致到可能的聚焦透镜的不等距离，这又导致了聚焦的束的不等且增加的畸变；以及(c)两个镜不能够被放置为距离聚焦系统与在单镜扫描仪中一样近，从而增加了跨聚焦透镜的平行移位位移。理想地，应只有入射角度会变化。平行移位使进入透镜的束偏离中心，因此增加了畸变；两个镜具有比一个镜更高的损耗。

[0074] 通常，本公开涉及一种具有光学扫描仪的装置，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以及感测围绕第二旋转轴的镜的角位置的第二角位置传感器。装置还包括控制器，其耦接到第一和第二驱动器并且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度。

[0075] 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。电磁束1入射镜13上，其中，该镜13被安装为围绕垂直于图的平面延伸并且在示出的入射点15处与镜相交的旋转轴旋转。此外，镜13被安装为围绕图的平面中沿着示出的镜13的截面延伸的旋转轴旋转，用于反射并朝着待扫描的目标表面7进一步传播；并且因此，示出的入射点15构成了镜13的枢转点，其为当镜13旋转时保持固定的镜表面的唯一的点。应注意的是，当镜13不围绕在图的平面中延伸的旋转轴旋转时，束1通过围绕垂直于图的平面延伸的旋转轴旋转而沿着与X平行的线被扫描。同样，当镜13不围绕垂直于图延伸的旋转轴旋转时；电磁束1通过围绕在图的平面中延伸的旋转轴旋转而沿着与Y平行的线被扫描。

[0076] 通过适当地控制围绕每个旋转轴的角旋转的量，可以通过目标表面7上输出的电磁束绘制任意扫描图案。仅由相对于每个旋转轴的角位置的精度和实际角分辨率来限制，就可以通过电磁束1照射目标表面7上的任一点，并且电磁束可以根据扫描仪的用户的需要从目标表面上的任一点移动到目标表面上的任意其它点，并且因此，可以利用电磁束1在目标表面7上绘制任意扫描图案。

[0077] 图3是更详细地示出光学扫描仪的一部分的示意性透视图。驱动线圈17与相应的磁体19协作，用于围绕基本上平行于入射的电磁束1延伸的第一旋转轴6来旋转镜13，即围绕几乎藏在反馈磁体23下面镜13后面的轴承来旋转镜13。轴承21表示基本上垂直于第一旋转轴延伸的第二旋转轴4。霍尔元件25与反馈磁体23协作以将与第一旋转轴相关的镜的实际角位置信发信号给图5中所示的控制器35。

[0078] 图4是更详细地示出光学扫描仪的略微不同的部分的示意性透视图。驱动线圈29与磁体27协作以与用于围绕第一旋转轴6来旋转镜13的图3中示出的磁体和驱动线圈的操作类似的方式围绕基本上垂直于入射电磁束1(图3中示出)延伸的第二旋转轴4(图3中示出)来旋转镜。

[0079] 图5示意性地示出根据本公开的光学扫描仪的各电子、机械和光学部分。示出的扫描仪是非常紧凑的光学扫描仪，其中镜13、第一和第二致动器17和29、反馈传感器25和41、驱动器37、伺服控制器35和安全系统39被集成到封闭在单个壳体31中的单元中。如图3和图4中所示，镜13被安装为围绕两个相互垂直的旋转轴旋转，从而入射在其上的诸如光或者红外束的电磁束能够在由球坐标(方位角，倾角)给出的空间中被偏转到期望的方向，每个球坐标可以在例如为90°宽的特定角范围内变化。光学扫描仪可以例如用于扫描利用由扫描仪输出的偏转电磁束来扫描目标表面7。通过适当地控制围绕每个旋转轴的角旋转的量，可以通过目标表面7上输出的电磁束绘制任意扫描图案。仅由相对于每个旋转轴的镜13的角位置的精度和实际角分辨率来限制，就可以通过电磁束1照射目标表面7上的任一点，并且电磁束可以根据扫描仪的用户的需要从目标表面上的任一点移动到目标表面上的任意其它点，并且因此，可以利用电磁束1在目标表面7上绘制任意扫描图案。

[0080] 用户通过电子接口33控制扫描图案，通过该电子接口33，电子信号被发送到控制器35，该电子信号包含镜的下一角位置以及从而通过输出的电磁束照射的目标表面7上的点的位置。电子信号还可以包含指定用于在接连的角位置之间移动镜的时间的时间值。控制器35还可以包括用于存储各种预定扫描图案作为镜13的预定角位置的序列的存储器。每个存储的扫描图案可以由控制器在接收到特定命令时执行。该特定命令可以包括指定例如关注的扫描图案的持续时间的时间值。在光学扫描仪包括例如但是不限于固态激光器或者LED的电磁辐射源的情况下，控制器还可以被构造为用于控制源，例如由源发射的电磁束的强度，例如控制器可以在扫描期间打开或者关闭源，从而例如生成目标表面7上的点的扫描图案。

[0081] 在电磁辐射源位于扫描仪的壳体的外部的情况下，控制器可以通过电子接口输出控制信号，用于以与对包括在扫描仪中的源所述的相同的方式控制外部源。扫描仪还可以包括由控制器控制的光闸(未示出)以在扫描期间打开和关闭输出的电磁束。如前所述，包括存储的扫描图案在内的扫描图案可以包括但是不限于可以是交错或者非交错的，并且可以在同一方向或者相反方向上连续地或者以另外的顺序或者随机地扫描的逐行扫描图案、圆形扫描图案、多边形扫描图案或者螺旋扫描图案或者上述中的两种或者更多的组合进行扫描。

[0082] 还如图3和图4中所示，光学扫描仪具有第一和第二磁性致动器，其包括通过由控制器35控制的相应驱动器37驱动的驱动器线圈17和29。驱动器线圈17和29通过相应的驱动器产生使驱动电流穿过他们的磁场，并且他们的磁场与位置接近于驱动器线圈17和29的磁体的磁场相互作用，从而他们的相互位置能够通过控制器35的控制来进行调整。这样，第一驱动器线圈运行以围绕第一旋转轴来旋转镜13，并且第二驱动器线圈运行以围绕与第一旋转轴垂直并且在示出的光学扫描仪中的镜13的表面的中心处与第一旋转轴相交的第二旋转轴来旋转镜13。

[0083] 示出的光学扫描仪还具有镜位置反馈传感器25和41，即霍尔元件传感器，每个传感器感测关注的霍尔元件传感器处的磁场的大小并且将对应的传感器信号输出到控制器35，从而能够通过控制器35确定霍尔元件传感器的当前位置，以使控制器能够用作如图6中进一步示出的伺服控制器，以将镜13与每个旋转轴相关的角位置调整为等于通过电子接口33电子接收到的或者存储在控制器35的扫描存储器中的期望的角位置(方位角，倾角)。这样，控制器35非常精确地控制镜13的角位置。安全系统39可以包括监视镜位置和在镜13背面感测的镜温度。

[0084] 接口连接器还可以被构造为用于模拟信号的互连，对于模拟信号，特定电压对应于偏转的电磁束的特定角度，例如方位角可以被命令为一个信号线的模拟电压，而倾斜角可以被命令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由扫描仪输出的偏转的电磁束以在特定方位角和倾斜角范围内扫描任何任意的扫描图案。

[0085] 图7-9示意性地示出在电磁束的传播路径中具有聚焦透镜的图2-6中所示的光学扫描仪的基本操作原理。

[0086] 图7的左侧部分示出不具有聚焦透镜的光学扫描仪，其可以用于例如离扫描仪较大距离处的目标表面7的扫描，并且图7的右侧部分示出了具有位于聚焦透镜45的光学扫描仪，该聚焦透镜45位于图2-6中所示的光学扫描仪的电磁束的传播路径中以将离光学扫描仪特定距离处的偏转的电磁束聚焦在例如想要利用输出的电磁束来被扫描的目标表面。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离。

[0087] 图8示出聚焦透镜45，其被安装为与镜13一起旋转，从而镜13和聚焦透镜45被保持在相互固定的位置而与镜13的当前角位置无关，用于以增加移动镜组件的重量为代价的偏转的电磁束的改进聚焦。

[0088] 图9示出聚焦透镜45，其被安装在输入和镜之间，从而以增加从透镜45到目标表面的距离为代价消除了由于束在透镜表面上的移动导致的光学畸变。聚焦透镜45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离。

[0089] 图10示意性地示出图2-9中示出的光学扫描仪的基本操作原理，其中，镜47是拼接镜，其用于将入射在其上的电磁束分为沿着不同单独偏转的传播路径传播的多个偏转的电磁束49，以增加表面的扫描速度，这是因为扫描图案的各种部分被同时扫描。

[0090] 图11示意性地示出了图2-10中所示的光学扫描仪的基本操作原理，其进一步包括光学传感器53，它用于感测从通过偏转的电磁束照射的表面7接收的并且通过镜偏转到光学传感器的电磁辐射。这样，可以从通过例如但不限于背散射辐射、反射辐射、荧光辐射、磷光辐射或红外辐射、或者前述中的两种或更多种的组合的偏转的电磁束所扫描的表面来获得反馈信号。在示出的光学扫描仪中，控制器还被构造为用于评估反馈信号，并且响应于执行的评估结果修改扫描图案，例如，输出的电磁束的强度。

[0091] 使用单镜用于电磁束的非平面偏转具有很多优点，诸如短的总光学路径、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。

[0092] 尽管已经结合特定实施例描述了本公开，但是本公开不应被理解为在任何方面限于示出的示例。

[0093] 如从前述中容易理解的，该独特的设计通过使用在镜表面处围绕公共基准点枢转的单镜打破了使两个分离的电流计用于二维扫描的传统。

[0094] 该新的单元通过将外部控制器和驱动器集成到小的立方体内而完全消除了对于外部控制器和驱动器的需要，在一个具有1x1x1英寸的尺寸的实施例中，其由单个5V电源供电以便于使用。扫描仪具有用于扫描图案的内置存储器并且能够完全独立地进行操作或者能够经由SPI串行命令链接到主机处理器，以进行完全和灵活的控制。通过消除对于大的和复杂的驱动器系统的需要，扫描仪通常在扫描期间使用小于1W的功率。

[0095] 扫描仪单元被设计为在医疗手持装置、诊断装备、各种工业使用以及要求光学束的偏转的很多其它应用中使用。扫描仪能够执行多达每秒500点的二维点移动，以快速地暴露具有离散点的图案，或者能够执行连续的移动以产生任何所需要的形状。

[0096] 光学布局通过将光学束保持为非常短并且在单个平面内来极大地简化了手持件的设计，这与常规的扫描仪结构不同。还通过仅具有单镜而改进了光传输。

[0097] 扫描仪单元对于杂散光学辐射完全不敏感，并且具有扫描镜和多个内置安全系统的闭合环路控制，诸如用于扫描仪状态指示的板上诊断LED、过温保护、正确镜位置检测以及镜故障检测。

[0098] 该单元在成本上显著低于作为对比的具有外部驱动器和控制器的基于电流计的系统，并且不要求任何校准或者调整。

[0099] 在一个实施例中，扫描仪被提供有宽带涂层镜以用于在几乎任何波长的光的情况下使用，但是能够装配有用于非常高功率的操作或者其它特定要求的定制的镜。

[0100] 可以使用开发套件，其特征在于用于将设计图案和将图案下载到扫描仪中的基于PC的软件应用程序和编程硬件。套件能够用作开始与扫描仪集成的快速方式以及一旦集成完成用于编程和测试的产品支持系统。套件与激光源、聚焦透镜、光源和演示图案和文档配套提供。

[0101] 通过所附权利要求阐述本公开的范围。在权利要求中，术语“包括”或“包含”不排除其它可能的元件或者步骤。而且，单数形式的术语不应该被理解为排除复数形式。与在附图中表示的元件相关的在权利要求中使用的附图标记也不应该被理解为限制本公开的范围。此外，在不同权利要求中提及的单独的特征可以被有利地进行组合，并且在不同权利要求中提及的这些特征不排除不可能和有利的特征的组合。