CN109564345A - 独立的深度相机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种扫描装置(20,80)，其包括基座(22,82)和万向节(52)，万向节包括轴(56)，轴(56)被配合到基座中的旋转轴承(58)中并且被配置为围绕万向节轴线相对于基座旋转360O。固定到万向节上的反射镜组件(60)包括反射镜(50)，反射镜(50)被定位于万向节轴线上并且被配置为围绕垂直于万向节轴线的反射镜轴线旋转。发射器(40)将光学辐射的脉冲引导向反射镜，反射镜将光学辐射引导向场景。接收器(66)经由反射镜接收从场景反射的光学辐射并响应于所接收的辐射而输出信号。控制电路(34)驱动万向节以围绕万向节轴线旋转并驱动反射镜以围绕反射镜轴线旋转，并处理由接收器输出的信号以便生成扫描区域的三维地图。

Description

独立的深度相机
技术领域
本发明整体涉及三维(3D)标测，具体地讲，涉及用于基于脉冲辐射束的投射和感测的3D标测设备与方法。
背景技术
现有技术中存在已知用于光学3D标测的各种方法，即通过处理从对象接收的光学辐射产生对象表面的3D轮廓。这种3D轮廓也称为3D地图、深度图或深度图像，3D标测也称为深度标测。“光学辐射”包括光谱的可见光、红外光和紫外光部分的任何和所有电磁辐射。
一些3D标测技术基于光学脉冲的渡越时间的测量。例如，美国专利申请公开2013/0207970(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种扫描深度引擎，其中标测装置包括发出包含光的脉冲的光束的发射器，以及被配置为在场景上方在预定义的扫描范围内扫描光束的扫描器。接收器接收从场景所反射的光，并且生成用于指示往返于场景中的点的脉冲的渡越时间的输出。耦接处理器以控制扫描器，以便使得光束在扫描范围内所选窗口上方扫描，并且处理接收器的输出以便生成所选窗口内场景的一部分的3D地图。
在一些情况下，可以将同一扫描器用于可见光的3D标测和投射。例如，美国专利9,098,931(其公开内容以引用方式并入本文)描述了用于标测的装置，其包括照明模块，该照明模块包括被配置为发射辐射束的辐射源。扫描器在所选择的角范围内接收并扫描光束。照明光学器件投射所扫描的光束，以便形成在感兴趣区上方延伸的点图案。成像模块捕获被投射到感兴趣区中的对象上的图案的图像。处理器处理图像，以便构造对象的三维地图。
在美国专利9,098,931中所述的实施方案之一中，辐射源包括第一辐射源和第二辐射源，第一辐射源发射红外光束，红外光束被调制以形成点图案，第二辐射源发射可见光束，可见光束被调制以将可见图像投射到感兴趣区上。扫描器和光学器件被配置为同时将红外光束和可见光束投射到感兴趣区上。典型地，控制第二辐射源以便响应于3D地图而将可见图像投射到对象上。
发明内容
下文描述的本发明的实施方案提供了用于3D标测的改进的设备与方法。这些设备中的一些还能够在由设备标测的体积上方投射可见图像。
因此，根据本发明的一个实施方案，提供了一种扫描装置，该扫描装置包括基座和万向节，该基座包含沿着万向节轴线设置的一个或多个旋转轴承，该万向节包括配合在旋转轴承中的轴并且被配置为围绕万向节轴线相对于基座旋转360°方位角。反射镜组件被固定到万向节并包括反射镜，该反射镜位于万向节轴线上并且被配置为在反射镜组件内围绕垂直于万向节轴线的反射镜轴线旋转。发射器被配置为将光学辐射的脉冲引导向反射镜，该反射镜将光学辐射引导向场景。接收器被定位以经由反射镜接收从场景反射的光学辐射并响应于接收的辐射而输出信号。控制电路被配置为驱动万向节围绕万向节轴线旋转并驱动反射镜围绕反射镜轴线旋转，以便在围绕万向节轴线的360°方位角上延伸的场景的区域上扫描光学辐射，并且处理由接收器输出的信号以便生成所扫描区域的三维地图。
在一些实施方案中，该装置包括分束器，该分束器沿着万向节轴线被定位于发射器和接收器之间，并且被配置为使得光学辐射从发射器经由分束器沿着万向节轴线被引导向反射镜，而从场景反射的光学辐射经由分束器沿着万向节轴线被引导向接收器。
在一个实施方案中，光学辐射的脉冲包括红外辐射，并且该装置包括发射器，该发射器被配置为将可见光束引导向反射镜，其中可见光束被调制，以便将可见图像通过反射镜投射到场景上。
在所公开的实施方案中，基座被配置为放置在平坦表面上，万向节轴线垂直于该平坦表面，而万向节、反射镜组件、发射器和接收器包含在基座内，并且基座包括围绕反射镜组件的柱形窗口，光学辐射通过柱形窗口离开和进入基座。
在一些实施方案中，基座包括底座和顶盖，底座与平坦表面接合，柱形窗口固定在底座和顶盖之间，旋转轴承固定在顶盖内。在其他实施方案中，旋转轴承被固定在底座中，并且该装置包括后向反射器，该后向反射器安装在顶盖中，以便将来自发射器的光学辐射的脉冲反射到反射镜上，并通过反射镜将从场景反射的光学辐射反射到接收器。
在一些实施方案中，控制电路包括驱动器，该驱动器耦接到反射镜组件和万向节，以便使得反射镜以第一频率围绕反射镜轴线旋转，同时使万向节以第二频率围绕万向节轴线旋转，第二频率低于第一频率。在所公开的实施方案中，反射镜组件包括支座和铰链，该支座固定到万向节，该铰链在反射镜和支座之间延伸，其中第一频率为反射镜围绕铰链旋转的共振频率。
除此之外或另选地，驱动器是电磁驱动器，其包括定子，该定子固定到万向节上，并包括位于反射镜附近的芯和缠绕在芯上的导线，并由控制电路用电流驱动以便使得芯在反射镜处生成磁场。转子包括一个或多个永磁体，该永磁体被固定到反射镜并被定位成以便响应于磁场而旋转。在一个实施方案中，定子包括万向节的轴的至少一部分。
在所公开的实施方案中，接收器输出的信号指示脉冲的相应渡越时间，并且控制电路被配置为基于渡越时间生成三维地图。
根据本发明的一个实施方案，还提供了一种用于扫描的方法，该方法包括提供包含沿着万向节轴线设置的一个或多个旋转轴承的基座。万向节的轴被配合到旋转轴承中，使得万向节能够围绕万向节轴线相对于基座旋转360°的方位角。将包括反射镜的反射镜组件固定到万向节上，使得反射镜位于万向节轴线上并且被配置为在反射镜组件内围绕垂直于万向节轴线的反射镜轴线旋转。光学辐射的脉冲被从发射器引导向反射镜，反射镜将光学辐射引导向场景。经由反射镜在接收器中接收从场景反射的光学辐射，接收器响应于所接收的辐射而输出信号。驱动万向节以围绕万向节轴线旋转并驱动反射镜以围绕反射镜轴线旋转，以便在围绕万向节轴线的360°方位角上延伸的场景的区域上扫描光学辐射。处理由接收器输出的信号以便生成被扫描区域的三维地图。
结合附图，从下文中对本发明的实施方案的详细描述将更全面地理解本发明，在附图中：
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方案的3D标测和投射设备的示意性图示说明；
图2A和图2B分别是根据本发明一个实施方案用于图1的设备中的光电组件的示意性截面图和示意图；
图3是根据本发明一个实施方案用于图1的设备中的扫描模块的示意性截面图；
图4是根据本发明另一个实施方案的3D标测和投射设备的示意性图示说明；以及
图5是根据本发明的一个实施方案用于图4的设备中的光电组件的示意性截面图。
具体实施方式
本领域中已知的深度标测设备通常限于扫描和标测某一有限角度的扇区。然而，在一些应用中，希望能够标测在整个360°方位角(和一定范围的高度)上延伸的场景的区域，并且能够在没有用户干预的情况下连续地更新地图。
本文所述的本发明的实施方案提供能够进行这种独立360°操作的标测装置。在一些实施方案中，该装置包括具有平坦基座的自包含单元，该基座可以放置在桌面上，例如，以便标测房间及其居住者。除此之外或另选地，可使用同一装置扫描调制可见光束以便向被标测场景上投射可见图像。
图1是根据本发明的一个实施方案的3D标测和投射设备20的示意性图示说明。该设备包括基座22，在图示的实施方案中，基座22包括被配置用于放置在平坦表面上的底座24。该表面可以是水平表面，诸如桌面，基座可以放置于其上而无需进一步固定或支撑，或者它可以另选地是例如固定基座的天花板或墙壁。图示的设备是紧凑性的，例如，直径为26mm，高度为20mm。它典型地通过有线或无线连接与主计算机(未示出)通信，以便传输标测结果，并且任选地，接收投射指令。
如图1所示，标测和投射设备20的基座22包括柱形窗口26，光学辐射经由扫描模块30通过该窗口离开和进入基座，顶盖28在柱形窗口26上方封闭基座，使得柱形窗口固定在底座24和顶盖28之间。如下图所示，设备的其他元件都可以包含在基座22内。在该图和随后的图中，基座的底部用于限定X-Y平面，其中Z轴垂直于其延伸。
现在参考图2A/图2B和图3，其示意性地示出了根据本发明的一个实施方案的设备20的内部细节。图2A和图2B分别是用于设备20中的光电组件的截面图和示意图，示出了设备的标测功能和(可选的)投射功能。图3是示出了扫描模块30的细节的截面图。
在图示的实施方案中，扫描模块30包括反射镜组件60，其包括安装在万向节52上的旋转反射镜50。基座22包含一个或多个旋转轴承58，其限定万向节轴线，该万向节轴线平行于上述的Z轴。在这种情况下，轴承58容纳在驱动组件54中，驱动组件54固定在基座22的顶盖28内。万向节52包括轴56，其配合到旋转轴承58中，并且被配置为围绕万向节轴线相对于基座22旋转360°方位角。反射镜组件60由万向节52支撑在万向节轴线上，并且被定位成使得反射镜50在反射镜组件60内围绕X-Y平面中垂直于万向节轴线的反射镜轴线84旋转。
驱动组件54驱动万向节52和反射镜50围绕其各自的轴线旋转，在该示例中被包含在顶盖28中(图1)，留下用于在反射镜下方传播光束的自由空间。顶盖中的这些元件典型地经由沿着柱形窗口26的内侧延伸的细线或印刷导体从基座的下部的电路接收电驱动功率和控制信号，这对发射和接收的光束几乎没有或完全没有影响。另选地，这些部件的其他布置也是可能的。
发射器40将光学辐射的脉冲引导向反射镜50，反射镜50将光学辐射通过窗口26(图1)引导向场景。该实施方案中的发射器40包括集成光子模块(IPM)，其包括例如激光二极管，其发射非常短(亚纳秒)的红外辐射脉冲，由图2A中的箭头44表示。另选地，可以使用其他类型的发射器。透镜42对发射器40发射的光束进行准直。反射镜50在场景上扫描脉冲，扫描范围由箭头44a和44b表示。
诸如雪崩光电二极管(APD)的接收器66经由窗口26、反射镜50和收集光学系统64接收从场景反射的光学辐射，在图2A中由箭头62a、62b和62表示。接收器66输出指示脉冲的相应渡越时间的信号，即发射器40发射每个脉冲与从场景反射之后它回到接收器之间的延迟。
包括发射器40、接收器66和其他相关光学和电子元件的收发器模块32包含在基座22(图1)的底座24中，在柱形窗口26的下方。为了实现这些元件的紧凑封装，发射器和接收器及其附带的光学器件设置在X-Y平面中。
发射和接收的辐射束都沿着万向节(Z)轴线行进到反射镜50并从反射镜50行进。处于其静止位置的反射镜(如图所示)通过X-Y平面中的窗口26将发射的光束反射出来，并且类似地在所接收的光束中从X-Y平面反射到接收器66。围绕反射镜轴线84扫描反射镜50使得光束在X-Y平面的上方和下方扫描。为了实现这种光学布置，沿着万向节轴线在发射器40和接收器66之间定位分束器48，并进行配置，使得传出光学辐射从发射器40经由分束器48沿着万向节轴线被引导向反射镜50，而从场景反射的光学辐射经由分束器48沿着万向节轴线被引导向接收器66。假设IPM中的激光二极管发射偏振辐射，希望分束器48为偏振分束器(PBS)。在图示的实施方案中，折叠式反射镜46通过分束器48将发射的光束从X方向变为Z方向用于传输，而反射的光束由分束器从Z方向变为X方向。
根据所需的扫描图案，控制电路34驱动万向节52围绕万向节轴线旋转，并且驱动反射镜50围绕反射镜轴线84旋转。因此，发射的光束和接收器66的视场在场景的区域上方扫描，该区域绕万向节轴线在360°方位角上并且在期望的高度范围内延伸。控制电路34处理由接收器66输出的信号以便生成扫描区域的3D地图，其中扫描中的每个点处的深度值是从接收器66在该点测量的渡越时间导出的。该地图通常将覆盖围绕标测设备20的环形区域。另选地，控制电路可以限制万向节52和/或反射镜50的旋转，使得3D地图覆盖总体环形的扫描范围内的较小区域。
在图示的实施方案中，除了由发射器40发射的短红外脉冲，还包括可见光发射器68，其将可见光束引导向反射镜50，如图2B中的箭头70、70a、70b所示。例如，可见光发射器68可以包括红色、绿色和蓝色LED，其被调制和组合，以便变换组合光束的颜色和强度。分束器45，例如二向色分束器立方体，组合发射的可见光束和红外光束，使得两个光束均沿着万向节轴线传递到反射镜50，反射镜50因此将可见图像与红外脉冲一起投射到场景上。在其他实施方案中，没有这一可见光投射功能，使得该设备仅执行3D标测。
控制电路34包括驱动电路，该驱动电路驱动反射镜50以一个频率围绕反射镜轴线84旋转，同时驱动万向节52以第二频率围绕万向节轴线旋转，第二频率通常低于反射镜频率。反射镜轴线因此称为“快轴”，而万向节轴线称为“慢轴”。在图示的实施方案中，反射镜组件60被生产为微机电系统(MEMS)设备，其包括支座和铰链(未示出)，该支座固定到万向节，铰链在反射镜和支座之间延伸。在此类设备中，铰链通常包括沿着反射镜轴线取向的扭转铰链。MEMS设备的铰链和其他方面可被设计成使得反射镜50以反射镜围绕铰链旋转的共振频率而围绕铰链旋转。另一方面，万向节轴56在轴承58内的较慢旋转可由具有足够精度的任何合适类型的电动机驱动，诸如磁或机电驱动器。
MEMS反射镜可由任何合适类型的紧凑驱动器，诸如静电或电磁驱动器驱动，以围绕反射镜轴线旋转。图4示出了后一种选择，使用固定到万向节52并包括磁芯的定子78。在图示的示例中，万向节52的轴56形成定子芯的一部分，包括轴的下端，其位于反射镜50附近。固定支座被示为图2A/图2B中反射镜组件60的一部分，该固定支座连接到万向节且反射镜安装在该固定支座中。然而，图4中省略了该支座，以示出反射镜50本身的位置和运动范围。尽管图中的反射镜组件60是未封装的，以便反射镜50在基座22内的环境大气中旋转，但反射镜另选地可以封装在其自己的保护性透明包封(未示出)中。
定子78的芯缠绕有导线线圈80，导线线圈80由控制电路34以时变电流驱动，以便在反射镜50处生成时变磁场。电磁驱动器的转子包括固定到反射镜50的一个或多个永磁体82。磁场的磁通线从万向节轴56穿过永磁体或磁体82。因此，磁场在转子上施加时变力，从而使得反射镜50以磁场交替的频率旋转。如前所述，该频率可以有利地设定为等于或接近反射镜在其铰链上旋转的共振频率。
现在参考图4和图5，根据本发明的另一个实施方案示意性地示出了3D标测和投射设备80。图4是设备80的示意图，图5是设备80中使用的光电组件的截面图。设备80的结构和操作原理类似于如上所述的设备20的结构和操作原理，下文解释了某些例外情况。可以假设用与设备20的对应元件相同的数字标记的设备80的元件以类似的方式操作，并且为了简洁起见，下面将不再描述。
如前述实施方案中那样，设备80包括基座82，基座82包括底座84和顶盖88，柱形窗口86固定在底座和顶盖之间。然而，在设备80中，收发器模块92和扫描模块90(包括旋转轴承58、驱动组件54和万向节52)都安装在底座84上。相对于设备20，这种配置是有利的，因为在基座84和顶盖88之间不需要电连接，因此窗口86可以是完全透明的。
为了在设备80中保持完全360°的清晰视野，诸如拐角棱镜的后向反射器94被安装在顶盖88中。从图5中可以看出，后向反射器94将由发射器40(通过折叠式反射镜46)发射的光学辐射的脉冲反射向旋转反射镜50，旋转反射镜50将脉冲引导向待标测的场景。类似地，经由反射镜50从场景反射的光学辐射被后向反射器94经由分束器48反射向接收器66。
尽管在上述实施方案中，设备20被配置用于基于测量渡越时间进行深度标测，但可另选地结合其他种类的深度标测技术，诸如基于模式的深度标测应用本发明的原理。因此，应当理解，上述实施方案以举例的方式进行引用，并且本发明并不限于上文具体示出并描述的内容。相反，本发明的范围包括上文所述的各种特征，以及本领域的技术人员在阅读以上描述之后会想到的在现有技术中没有公开的其变型形式和修改形式的组合和子组合。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种扫描装置，所述扫描装置包括：
基座，所述基座包括底座和顶盖，并且包含固定在所述底座内并沿着万向节轴线设置的一个或多个旋转轴承；
万向节，所述万向节包括轴，所述轴被配合到所述旋转轴承中并且被配置为围绕所述万向节轴线相对于所述基座旋转360°方位角；
反射镜组件，所述反射镜组件被固定到所述万向节并包括反射镜，所述反射镜被定位于所述万向节轴线上并且被配置为在所述反射镜组件内围绕垂直于所述万向节轴线的反射镜轴线旋转；
发射器，所述发射器被配置为将光学辐射的脉冲引导向所述反射镜，所述反射镜将所述光学辐射引导向场景；
接收器，所述接收器被定位以经由所述反射镜接收从所述场景反射的所述光学辐射并响应于所接收的辐射而输出信号，
其中所述万向节、所述反射镜组件、所述发射器和所述接收器包含在所述基座内，并且其中所述基座包括柱形窗口，所述柱形窗口固定在所述底座和所述顶盖之间并围绕所述反射镜组件，所述光学辐射通过所述柱形窗口离开并进入所述基座；
后向反射器，所述后向反射器安装在所述顶盖中，以便将来自所述发射器的所述光学辐射的脉冲反射到所述反射镜，并通过所述反射镜将从所述场景反射的所述光学辐射反射到所述接收器；以及
控制电路，所述控制电路被配置为驱动所述万向节以围绕所述万向节轴线旋转并驱动所述反射镜以围绕所述反射镜轴线旋转，以便在围绕所述万向节轴线的所述360°方位角上延伸的所述场景的区域上扫描所述光学辐射，并且处理由所述接收器输出的所述信号以便生成所扫描区域的三维地图。
2.根据权利要求1所述的装置，并且包括分束器，所述分束器沿着所述万向节轴线被定位于所述发射器和所述接收器之间，并且被配置为使得所述光学辐射从所述发射器经由所述分束器沿着所述万向节轴线被引导向所述反射镜，而从所述场景反射的所述光学辐射经由所述分束器沿着所述万向节轴线被引导向所述接收器。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学辐射的所述脉冲包括红外辐射，并且其中所述装置包括发射器，所述发射器被配置为将可见光束引导向所述反射镜，其中所述可见光束被调制，以便将可见图像通过所述反射镜投射到所述场景上。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述基座被配置为放置在平坦表面上，所述万向节轴线垂直于所述平坦表面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述控制电路包括驱动器，所述驱动器耦接到所述反射镜组件和所述万向节，以便使得所述反射镜以第一频率围绕所述反射镜轴线旋转，同时使得所述万向节以第二频率围绕所述万向节轴线旋转，所述第二频率低于所述第一频率。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述反射镜组件包括支座和铰链，所述支座固定到所述万向节，所述铰链在所述反射镜和支座之间延伸，其中所述第一频率为所述反射镜围绕所述铰链旋转的共振频率。
7.根据权利要求5所述的装置，其中所述驱动器是电磁驱动器，所述电磁驱动器包括：
定子，所述定子固定到所述万向节，并包括定位于所述反射镜附近的芯和缠绕在所述芯上的导线，并由所述控制电路用电流驱动以便使得所述芯在所述反射镜处生成磁场；以及
转子，所述转子包括一个或多个永磁体，所述永磁体被固定到所述反射镜并被定位成以便响应于所述磁场而旋转。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述定子包括所述万向节的所述轴的至少一部分。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述接收器输出的所述信号指示所述脉冲的相应渡越时间，并且其中所述控制电路被配置为基于所述渡越时间生成所述三维地图。
10.一种用于扫描的方法，所述方法包括：
提供基座，所述基座包括底座和顶盖，并包含沿着万向节轴线设置的一个或多个旋转轴承；
将万向节的轴配合到所述旋转轴承中，使得所述万向节能够围绕所述万向节轴线相对于所述基座旋转360°的方位角；
将包括反射镜的反射镜组件固定到所述万向节上，使得所述反射镜被定位于所述万向节轴线上并且被配置为在所述反射镜组件内围绕垂直于所述万向节轴线的反射镜轴线旋转，
其中所述万向节、所述反射镜组件、发射器和接收器包含在所述基座内，并且其中所述基座包括柱形窗口，所述柱形窗口固定在所述底座和所述顶盖之间并围绕所述反射镜组件，光学辐射通过所述柱形窗口离开并进入所述基座；
将所述光学辐射的脉冲从所述发射器引导向所述反射镜，所述反射镜将所述光学辐射引导向场景；
经由所述反射镜在所述接收器中接收从所述场景反射的所述光学辐射，所述接收器响应于所接收的辐射而输出信号；
在所述顶盖中安装后向反射器，以便将来自所述发射器的所述光学辐射的脉冲向所述反射镜反射，并通过所述反射镜将从所述场景反射的所述光学辐射向所述接收器反射；
驱动所述万向节以围绕所述万向节轴线旋转并驱动所述反射镜以围绕所述反射镜轴线旋转，以便在围绕所述万向节轴线的所述360°方位角上延伸的所述场景的区域上扫描所述光学辐射；以及
处理由所述接收器输出的所述信号以便生成所扫描区域的三维地图。
11.根据权利要求10所述的方法，并且包括沿着所述万向节轴线在所述发射器和所述接收器之间定位分束器，使得所述光学辐射从所述发射器经由所述分束器沿着所述万向节轴线被引导向所述反射镜，而从所述场景反射的所述光学辐射经由所述分束器沿着所述万向节轴线被引导向所述接收器。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述光学辐射的所述脉冲包括红外辐射，并且其中所述方法包括将可见光束引导向所述反射镜，其中所述可见光束被调制，以便将可见图像通过所述反射镜投射到所述场景上。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述基座被配置为放置在平坦表面上，所述万向节轴线垂直于所述平坦表面。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述接收器输出的所述信号指示所述脉冲的相应渡越时间，并且其中处理所述信号包括基于所述渡越时间生成所述三维地图。

Claims (20)

1.一种扫描装置，所述扫描装置包括：
基座，所述基座包含沿着万向节轴线设置的一个或多个旋转轴承；
万向节，所述万向节包括轴，所述轴被配合到所述旋转轴承中并且被配置为围绕所述万向节轴线相对于所述基座旋转360°方位角；
反射镜组件，所述反射镜组件被固定到所述万向节并包括反射镜，所述反射镜被定位于所述万向节轴线上并且被配置为在所述反射镜组件内围绕垂直于所述万向节轴线的反射镜轴线旋转；
发射器，所述发射器被配置为将光学辐射的脉冲引导向所述反射镜，所述反射镜将所述光学辐射引导向场景；
接收器，所述接收器被定位以经由所述反射镜接收从所述场景反射的所述光学辐射并响应于所接收的辐射而输出信号；以及
控制电路，所述控制电路被配置为驱动所述万向节以围绕所述万向节轴线旋转并驱动所述反射镜以围绕所述反射镜轴线旋转，以便在围绕所述万向节轴线的所述360°方位角上延伸的所述场景的区域上扫描所述光学辐射，并且处理由所述接收器输出的所述信号以便生成所扫描区域的三维地图。
2.根据权利要求1所述的装置，并且包括分束器，所述分束器沿着所述万向节轴线被定位于所述发射器和所述接收器之间，并且被配置为使得所述光学辐射从所述发射器经由所述分束器沿着所述万向节轴线被引导向所述反射镜，而从所述场景反射的所述光学辐射经由所述分束器沿着所述万向节轴线被引导向所述接收器。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学辐射的所述脉冲包括红外辐射，并且其中所述装置包括发射器，所述发射器被配置为将可见光束引导向所述反射镜，其中所述可见光束被调制，以便将可见图像通过所述反射镜投射到所述场景上。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述基座被配置为放置在平坦表面上，所述万向节轴线垂直于所述平坦表面。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述万向节、所述反射镜组件、所述发射器和所述接收器包含在所述基座内，并且其中所述基座包括围绕所述反射镜组件的柱形窗口，所述光学辐射通过所述柱形窗口离开并进入所述基座。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述基座包括底座和顶盖，所述底座与所述平坦表面接合，所述柱形窗口固定在所述底座和所述顶盖之间，并且其中所述旋转轴承固定在所述顶盖内。
7.根据权利要求5所述的装置，其中所述基座包括底座和顶盖，所述底座与所述平坦表面接合，所述柱形窗口固定在所述底座和所述顶盖之间，并且其中所述旋转轴承固定在所述底座内，并且其中所述装置包括后向反射器，所述后向反射器安装在所述顶盖中，以便将来自所述发射器的所述光学辐射的脉冲反射到所述反射镜上，并通过所述反射镜将从所述场景反射的所述光学辐射反射到所述接收器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中所述控制电路包括驱动器，所述驱动器耦接到所述反射镜组件和所述万向节，以便使得所述反射镜以第一频率围绕所述反射镜轴线旋转，同时使得所述万向节以第二频率围绕所述万向节轴线旋转，所述第二频率低于所述第一频率。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述反射镜组件包括支座和铰链，所述支座固定到所述万向节，所述铰链在所述反射镜和支座之间延伸，其中所述第一频率为所述反射镜围绕所述铰链旋转的共振频率。
10.根据权利要求8所述的装置，其中所述驱动器是电磁驱动器，所述电磁驱动器包括：
定子，所述定子固定到所述万向节，并包括定位于所述反射镜附近的芯和缠绕在所述芯上的导线，并由所述控制电路用电流驱动以便使得所述芯在所述反射镜处生成磁场；以及
转子，所述转子包括一个或多个永磁体，所述永磁体被固定到所述反射镜并被定位成以便响应于所述磁场而旋转。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述定子包括所述万向节的所述轴的至少一部分。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中所述接收器输出的所述信号指示所述脉冲的相应渡越时间，并且其中所述控制电路被配置为基于所述渡越时间生成所述三维地图。
13.一种用于扫描的方法，所述方法包括：
提供包含沿着万向节轴线设置的一个或多个旋转轴承的基座；
将万向节的轴配合到所述旋转轴承中，使得所述万向节能够围绕所述万向节轴线相对于所述基座旋转360°的方位角；
将包括反射镜的反射镜组件固定到所述万向节上，使得所述反射镜被定位于所述万向节轴线上并且被配置为在所述反射镜组件内围绕垂直于所述万向节轴线的反射镜轴线旋转；
将光学辐射的脉冲从发射器引导向所述反射镜，所述反射镜将所述光学辐射引导向场景；
经由所述反射镜在接收器中接收从所述场景反射的所述光学辐射，所述接收器响应于所接收的辐射而输出信号；
驱动所述万向节以围绕所述万向节轴线旋转并驱动所述反射镜以围绕所述反射镜轴线旋转，以便在围绕所述万向节轴线的所述360°方位角上延伸的所述场景的区域上扫描所述光学辐射；以及
处理由所述接收器输出的所述信号以便生成所扫描区域的三维地图。
14.根据权利要求13所述的方法，并且包括沿着所述万向节轴线在所述发射器和所述接收器之间定位分束器，使得所述光学辐射从所述发射器经由所述分束器沿着所述万向节轴线被引导向所述反射镜，而从所述场景反射的所述光学辐射经由所述分束器沿着所述万向节轴线被引导向所述接收器。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述光学辐射的所述脉冲包括红外辐射，并且其中所述方法包括将可见光束引导向所述反射镜，其中所述可见光束被调制，以便将可见图像通过所述反射镜投射到所述场景上。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中所述基座被配置为放置在平坦表面上，所述万向节轴线垂直于所述平坦表面。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述万向节、所述反射镜组件、所述发射器和所述接收器包含在所述基座内，并且其中所述基座包括围绕所述反射镜组件的柱形窗口，所述光学辐射通过所述柱形窗口离开并进入所述基座。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述基座包括底座和顶盖，所述底座与所述平坦表面接合，所述柱形窗口固定在所述底座和所述顶盖之间，并且其中所述旋转轴承固定在所述顶盖内。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述基座包括底座和顶盖，所述底座与所述平坦表面接合，所述柱形窗口固定在所述底座和所述顶盖之间，并且其中所述旋转轴承固定在所述底座内，并且其中所述方法包括在所述顶盖中安装后向反射器，以便将来自所述发射器的所述光学辐射的脉冲反射到所述反射镜，并通过所述反射镜将从所述场景反射的所述光学辐射反射到所述接收器。
20.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中所述接收器输出的所述信号指示所述脉冲的相应渡越时间，并且其中处理所述信号包括基于所述渡越时间生成所述三维地图。
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