CN110100189A - 具有至少两根纤维的纤维扫描器 - Google Patents

Abstract

一种装置(100)包括至少两个纤维形元件(101‑103)，该至少两个纤维形元件被布置在紧固装置(141)和偏转单元(142，145)之间。偏转单元(142)被配置为偏转光(146)。装置(100)还包括致动器，该致动器被配置成诱导该至少两个纤维形元件(101‑103)的至少一个运动自由度。

Description

具有至少两根纤维的纤维扫描器

技术领域

本发明的各种示例总体涉及配置成偏转光的纤维扫描器。本发明的各种示例特别涉及具有至少两个纤维形元件的装置，该纤维形元件被布置在紧固装置和偏转单元之间。

背景技术

对对象的距离测量在各种技术领域中都是所期望的。例如，在自动驾驶应用的背景下，可能期望检测车辆的周围环境中的对象，并且特别期望确定到对象的距离。

用于对对象的距离测量的一种技术是所谓的LIDAR技术(光检测和测距；有时也为LADAR)。这里，脉冲激光由发射器发射。周围环境中的对象反射激光。随后，可以测量这些反射。通过确定激光的传播时间，可以确定到对象的距离。

为了对周围环境中的对象进行空间分辨检测，可以扫描激光。根据激光的辐射角度，由此可以检测周围环境中的不同对象。

然而，传统的空间分辨LIDAR系统存在缺点，即，这样的系统可能相对昂贵、笨重、维护密集和/或大。通常，在LIDAR系统中，使用可以移动到不同位置的扫描镜。通常，扫描镜大，并且调节机构可能维护密集和/或昂贵。

根据由Leach、Jeffrey H.、Stephen R.Chinn和Lew Goldberg于2015年发表于《应用光学》(Applied optics)第54卷20期第9752-9757页的“单静态全纤维扫描LADAR系统”(Monostatic all-fiber scanning LADAR system)，用于通过可调节的纤维曲率进行扫描的LIDAR测量的技术是已知的。其中描述了纤维扫描器。根据Mokhtar,M.H.H.和R.R.A.Syms于2015年发表于《光学快报》(Optics express)第23卷16期第20804-20811页的“用于精确的双轴利萨如扫描的定制纤维波导”(Tailored fibre waveguides for precise two-axis Lissajous scanning.)，相应的技术也是已知的。

这样的技术具有纤维的曲率相对有限的缺点。另外，可能难以以避免从纤维的端部射出的激光的光束发散的方式实施光学系统。

发明内容

因此，在设备环境下，需要用于测量对象的距离的改进技术。特别地，需要弥补上述限制和缺点中的至少一些的这样的技术。

在一个示例中，一种装置包括至少两个纤维形元件。该至少两个纤维形元件被布置在紧固装置和偏转单元之间。该装置还包括偏转单元。该偏转单元被配置为偏转光。该装置还包括致动器，该致动器被配置成诱导至少两个纤维形元件的至少一个运动自由度(onedegree of freedom of motion)。

例如，该致动器被配置成以耦合方式诱导所述至少两个纤维形元件的至少一个运动自由度。该至少一个运动自由度可以包括该至少两个纤维形元件的扭转模式。

例如，该装置可以包括被配置成发射激光的激光光源。例如，所述装置可以包括被配置成检测反射的激光的检测器。例如，可以使用单光子雪崩检测器(SPAD)阵列。例如，该装置可以包括LIDAR控制单元，该LIDAR控制单元被配置成控制激光光源和检测器并基于激光在激光光源和检测器之间的传播时间确定周围环境中的对象的距离。

一种方法包括借助于致动器：诱导至少两个纤维形元件的扭转模式，该至少两个纤维形元件被布置在紧固装置和偏转单元之间。这里，偏转单元被配置为偏转光。通过诱导扭转模式，发生至少两个纤维形元件围绕该至少两个纤维形元件的中心轴线彼此扭转。此外，由于诱导扭转模式，还发生至少两个纤维形元件中的每个纤维形元件围绕相应的纵向轴线扭转。可能以耦合方式发生诱导扭转模式。

在不脱离本发明的保护范围的情况下，以上提出的特征和下面描述的特征不仅可以以相应的明确描述的组合使用，而且可以以其他组合使用或单独地使用。

附图说明

图1示意性地示出了根据各种示例的纤维扫描器，其中，纤维扫描器包括相对于中心轴线旋转对称布置的三根纤维。

图2以放大的细节示意性地示出了根据图1的示例的纤维扫描器，其中，图2特别示出了具有反射镜的偏转单元。

图3是根据图1的示例的纤维扫描器处于复位状态的剖视图。

图4是根据图1的示例的纤维扫描器处于激发状态的剖视图，其中，扭转模式在图4中示出。

图5是根据图1的示例的纤维扫描器处于激发状态的截面图，其中，横向模式在图5中表示。

图6和图7示意性地示出了根据各种示例的横向模式。

图8示意性地示出了根据各种示例的纤维扫描器的纤维的运动自由度的谱线。

图9示意性地示出了根据各种示例的纤维扫描器的纤维的运动自由度的谱线。

图10示意性地示出了根据各种示例的纤维扫描器，其中，纤维扫描器包括相对于中心轴线旋转对称布置的四根纤维。

具体实施方式

基于以下参考附图进一步详细说明的实施例的描述，本发明的上述特性、特征和优点以及实现这些特性、特征和优点的方式被阐明并且可以更好地理解。

下面，参考附图，基于优选实施例进一步详细说明本发明。在图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。附图是本发明的不同实施例的示意性表示。图中表示的元件不一定按比例绘制。相反，图中表示的不同元件以如下这样的方式再现：这些不同元件的功能和一般目的对于本领域技术人员来说是可理解的。在图中表示的功能单元和元件之间的连接和耦合也可以实施为直接连接或耦合。功能单元可以实施为硬件、软件或硬件和软件的组合。

下面，描述用于扫描光的各种技术。下面描述的技术可以实现例如光的二维扫描。扫描可以表示以不同辐射角度对光的重复发射。为此，光可以通过偏转单元偏转。扫描可以指借助于光对周围环境中的不同点的重复扫描。例如，周围环境中的不同点的数量和/或不同辐射角度的数量可以建立图像区域。

在各种示例中，光的扫描可以通过时间叠加并且可选地通过根据至少一个移动元件的不同自由度的两个运动的空间叠加而发生。因此，在各种示例中，可以跟踪叠加图。有时，叠加图也称为利萨如(Lissajous)图。叠加图可以描述序列，不同辐射角利用该序列来实施。

在各种示例中，可以扫描激光。这里，例如，可以使用相干激光或非相干激光。可以使用偏振激光或非偏振激光。例如，可以以脉冲方式使用激光。例如，可以使用脉冲宽度在飞秒或皮秒或纳秒范围内的短激光脉冲。例如，脉冲持续时间可以在0.5纳秒至3纳秒的范围内。激光的波长可以在700nm-1800nm的范围内。为简单起见，下面主要参考激光；然而，在本文中描述的各种示例也可以用于扫描来自其他光源(例如，宽带光源或RGB光源)的光。这里的RGB光源通常表示可见光谱中的光源，其中，颜色空间被若干种不同颜色(例如，红色、绿色、蓝色或青色、品红色、黄色、黑色)的叠加覆盖。

在各种示例中，纤维形元件(下文中简称为纤维)的移动端或多个纤维形元件的移动端用于激光的扫描。

可以使用不同类型的纤维。例如，可以使用光纤，也称为玻璃纤维。然而，这不是必需的。事实上，这里的纤维不必由玻璃制成。该纤维可以例如由塑料、玻璃、硅或其他材料制成。例如，该纤维可以由石英玻璃制成。例如，纤维可以具有70GPa的弹性模量或40GPa-80GPa范围内的弹性模量，优选地60GPa-75GPa范围内的弹性模量。例如，纤维可以具有在140GPa-200GPa的范围内的弹性模量。例如，纤维可以实现高达4％的材料伸长率。在一些示例中，纤维具有芯部，在芯部中馈入的激光传播并且在边缘处被全反射包围(光波导)。但是，纤维不必具有芯部。在各种示例中，使用所谓的单模光纤(单模纤维)或多模光纤(多模纤维)。例如，本文所述的不同纤维可以具有圆形截面。例如，本文所述的不同纤维的直径可以不小于50μm，可选地不小于150μm，此外可选地不小于500μm，此外可选地不小于1mm。然而，直径也可以小于1mm，可选地小于500μm，此外可选地小于150μm。例如，本文描述的不同纤维可以被设计成使得这些纤维可以弯曲的或成弧形，即，是柔性的。为此目的，本文所述纤维的材料可以具有一定的弹性。因此，该纤维也可以被称为弹簧元件。该纤维可以具有例如在3mm至12mm范围内的长度，可选地在4mm至8mm的范围内的长度。

例如，该纤维的移动端可以在一维或二维中移动。为此目的，可以使用一个或多个致动器。例如，该纤维的移动端可以相对于纤维的紧固装置倾斜；这导致纤维的曲率。这可以对应于第一运动自由度；所述自由度可以被称为横向模式(或者有时也被称为摆动模式)。可选地或另外，可以沿纤维轴线扭转纤维的移动端(扭转模式)。这可以对应于第二运动自由度。通过纤维的移动端的运动，可以实现以不同角度发射激光。为此目的，可以设置偏转单元。由此，周围环境可以利用激光来扫描。根据移动端的运动的程度，可以实施不同大小的图像区域。

在本文描述的各种示例中，在每种情况下都可以将扭转模式交替地或附加地引导到横向模式，即，扭转模式和横向模式的时间叠加或空间叠加是可能的。然而，也可以消除这种时间叠加和空间叠加。在其他示例中，可以实施其他运动自由度。

在本文所述的各种实例中，纤维被用作偏转单元的支架。这里，偏转单元可以例如通过粘合剂刚性地或固定地附接到纤维的移动端。然而，在该过程中，激光可以使用一光路到达偏转单元，而不通过纤维中的一根或多根。换言之，在通往偏转单元的途中，纤维不一定用作激光的光波导。如果激光不通过纤维到达偏转单元，则可以防止激光复杂且精细地耦合到纤维的至少一根中。另外，可以使用激光，该激光例如不仅包括局部TEM00模式，而且可选地或另外地包括其他模式。这能够使用特别小的激光器，例如激光二极管。

例如，该偏转单元可以被实施为棱镜或反射镜。例如，该反射镜可以由晶片(例如硅晶片或玻璃衬底)实施。例如，该反射镜可以具有在0.05μm-0.1mm的范围内的厚度。例如，反射镜可以具有25μm或50μm的厚度。例如，反射镜可以具有在25μm至75μm的范围内的厚度。例如，反射镜可以被设计成方形、矩形或圆形。例如，反射镜可以具有3mm至12mm或特别是8mm的直径。

通常，用于扫描光的这样的技术可以用于各种各样的应用领域。示例包括内窥镜、RGB投影仪和打印机。在各种示例中，可以使用LIDAR技术。LIDAR技术可以被用于对周围环境中的对象进行空间分辨距离测量。例如，LIDAR技术可以包括在纤维的移动端、对象和检测器之间对激光的传播时间的测量。

虽然已经描述了关于LIDAR技术的各种示例，但是本申请不限于LIDAR技术。例如，本文描述的方面可以应用于借助于纤维的移动端来进行激光的扫描以及其他应用。示例包括，例如，在投影仪上投影图像数据-例如，这里可以使用RGB光源。

各种示例基于以下发现：可能期望关于辐射角以高准确性进行激光的扫描。例如，结合LIDAR技术，距离测量的空间分辨率可能受到辐射角度的不准确性的限制。通常，实现更高(更低)的空间分辨率，则可以更准确地(更不准确地)确定激光的辐射角。

下面，描述了用于提供特别鲁棒的纤维扫描器的技术。在各种示例中，纤维扫描器包括被布置在紧固装置和偏转单元之间的至少两根纤维。通过使用多于一根纤维，可以实现负载(例如，材料应力)被分布在多于一根纤维上，否则该负载分布于单根纤维。因此，特别是可以提供长寿命的纤维扫描器。另外，可以实现外部干扰的影响可以通过光纤扫描器特别好地吸收；例如，加速度对激光的扫描可以具有相对较小的影响。

图1示出了根据各种示例的关于纤维扫描器100的方面。图1示出了纤维扫描器100的非诱导复位状态。纤维扫描器100包括三根纤维101-103。纤维101-103中的每一根被布置在紧固装置141和偏转单元142之间。纤维101-103是直的，即，在复位状态下纤维没有弧形或弯曲。

例如，紧固装置141可以由套圈(ferrule)实现。可以使用具有若干个孔的单个套圈，在孔中插入不同的纤维101-103。然而，在其他示例中，紧固装置141也可以由多个套圈(例如，每根纤维101-103一个套圈)实施。然后，不同的套圈可以彼此连接，例如彼此胶合。

例如，纤维扫描器100可以包括致动器(图1中未示出)。例如，致动器可以与紧固装置141相邻地布置。例如，致动器可以实施为压电致动器，例如，实施为压电弯曲致动器。然而，也可以使用其他致动器，例如，磁场线圈。原则上，这里可以将致动器配置成以耦合方式诱导不同的纤维101-103。例如，为此目的，可以提供合适的诱导技术，该技术将运动传递到所有纤维101-103。这意味着单独诱导单根纤维101-104可能是不可能的，或者可能仅在有限程度上是可能的。例如，这可以例如通过如下方式来实现：压电弯曲致动器经由引导通过紧固装置141的力通量将所有纤维101-104一起诱导。相应地，这可以通过如下方式来实现：通过磁场线圈的公共磁场将力通量施加到连接到所有纤维101-104的磁性材料。这样的技术具有可以实现节能和节省空间的诱导的优点。此外，由于耦合，可以防止不同的致动器必须以相位相干的方式工作，这简化了实施。借助于耦合诱导，特别是可以诱导耦合扭转模式和/或耦合横向模式。

致动器可以被配置用于直接力作用以诱导运动自由度，即，可以避免像在具有静电叉指式指状结构的参考实施方式中那样使用参数诱导。

例如，紧固装置141可以刚性地附接到基板或支架。在这样的示例中，与偏转单元142相邻布置的纤维101-103的端部可以实施移动端。这意味着致动器可以被配置成诱导纤维101-103的一个或多个运动自由度。例如，致动器可以被配置成诱导纤维101-103的扭转模式。可选地或另外地，致动器可以被配置成诱导纤维101-103的横向模式。通过纤维101-103的移动端的运动，可以实现偏转单元142移动。例如，偏转单元142可以移位和/或倾斜。由此，可以扫描光。

在一个简单的示例中，纤维101-103的三个纵轴101-103可以被布置在一个平面中。然而，在图1的示例中，三根纤维101-103未被布置在一个平面中，如下面将更详细地解释。

在图1中，表示了三根纤维101-103。然而，通常纤维扫描器100也可以具有更少数量或更多数量(例如，四根或更多根纤维)的纤维。

通过使用多根纤维101-103，可以实现由于纤维101-103的运动诱导的应力分布在不同的纤维101-103上。由此，可以实现单根纤维101-103的材料必须吸收相对小的应力。此外，可以实现紧固装置141和纤维101-103中的每一根之间的连接点必须传递相对小的应力。以这种方式，可以增大纤维扫描器100的使用寿命。

在图1的示例中，纤维101-103彼此平行布置。这意味着，在每种情况下，纤维的纵向轴线111-113成对地彼此围成大约0°的角度。通常，在每种情况下，纤维101-103的纵向轴线111-113可以成对地彼此围成角度，该角度不大于45°，可选地不大于10°，此外可选地不大于1°。

以这种方式，除其它优点外，还可以实现纤维扫描器100具有垂直于纤维101-103的纵向轴线111-113的相对小的范围。另外，可以实现纤维101-103在不同空间方向上的运动的特别对称的诱导。

通过将纤维101-103基本上彼此平行布置，可以实现纤维111-113具有基本相同的长度211。例如，在图1中，表示了纤维101-103都具有相同的长度211的实施方式。例如，长度211可以在2mm至20mm的范围内，可选地在3mm至10mm的范围内，此外可选地在4mm至7mm的范围内。通常，纤维101-103可以具有长度211，长度211彼此相差不大于10％，可选地不大于2％，此外可选地不大于0.1％。

由于纤维101-103具有基本相同的长度211，因此可以实现以下效果：当诱导纤维101-103的横向模式时，偏转单元142不发生倾斜或者不发生明显的倾斜；相反，偏转单元142发生垂直于纵向轴线111-113的移位。这意味着例如由于外部影响而不希望地诱导横向模式不会诱导由偏转单元142偏转的光的辐射角度的任何显著变化(图1中未示出)。因此，纤维扫描器100相对于外部影响可以特别鲁棒。

图2示出了根据各种示例的关于纤维扫描器100的方面。根据图2的示例的纤维扫描器100原则上对应于根据图1的示例的纤维扫描器100。在图2中，更详细地表示了偏转单元142。图2也示出纤维扫描器100的复位状态。

偏转单元142包括端部件144，该端部件例如可以相应于作为套圈等的紧固装置141实施。反射镜145被附接在端部件144上。这意味着端部件144被布置在反射镜145的后侧上。从图2显而易见的是，纤维101-103在紧固装置141和端部件144之间延伸。端部件144被附接在反射镜145和纤维101-103之间。从图2中还显而易见的是，纤维101-103远离反射镜145的后侧延伸，即，朝向紧固装置141延伸。由此，可以避免像传统MEMS附接那样需要相当大空间的框架状结构。偏转单元142可以通过端部件144连接到纤维101-103。因此，可以进行两件式生产，使得不必像传统的MEMS附接那样发生复杂的集成后侧结构。

特别地，在图2的情况下，反射镜145相对于纵向轴线111-113或者通常相对于中心轴线220倾斜大约45°。通常，相对于中心轴220或特别是相对于纵向轴111-113的倾斜可以在30°-50°的范围内。因此，可以实现光146被反射镜145偏转，如图2的示例中那样。通过诱导纤维101-103的扭转模式，可以实现光146以对应于扭转角的不同角度偏转。这大致对应于潜望镜的功能。光146的辐射角度由反射镜145的旋转和倾斜设定。如果使用扭转模式，则仅存在旋转。

借助于扭转模式的类似潜望镜的扫描具有以下优点：如果反射镜145也用作检测器孔径-检测器孔径的大小不依赖于扫描角度；入射光和反射镜145之间的角度实际上不依赖于扫描角度。这与参考实施方式不同，在参考实施方式中，通过使反射镜倾斜，检测器孔径的尺寸-并且因此测量的灵敏度-随扫描角度的变化而变化。

在图2的示例中，表示了光146未通过纤维101-103被引导朝向偏转单元142的情况。特别地，在图2中，表示了如下场景：光146的光束路径平行于纤维101-103的纵向轴线111-113延伸，并且在由反射镜偏转之后或之前，光146的额外的光束路径垂直于纤维101-103的纵向轴线111-113延伸。通常，光146的光束路径可以平行于中心轴线220延伸。然而，也可以想到其他实施方式，其中，光146至少通过纤维101-103中的至少一根被引导朝向偏转单元142。为此目的，例如，光可以在与偏转单元142间隔开的端部处耦合到纤维101-103的一根或多根中。在这种场景下，偏转单元142可以实施为例如透镜和/或棱镜。例如，可以使用梯度折射率(GRIN)透镜。

图3示出了根据各种示例的关于纤维扫描器100的方面。这里，图3是沿图1的剖面线X-X'的剖视图。图3也示出纤维扫描器100的复位状态。

在图3的示例中，纤维101-103相对于中心轴线220旋转对称布置(旋转对称性在图3的示例中由虚线示出)。特别地，存在三重(three-fold)旋转对称性。旋转对称的存在意味着，例如，纤维101-103的系统可以通过旋转与其自身叠加。旋转对称的阶表示每360°旋转角度纤维101-103的系统可以多少次与其自身叠加。通常，旋转对称性可以是n重，其中，n表示纤维扫描器中使用的纤维的数量。

通过高阶旋转对称布置，可以实现以下效果：可以减少或消除诱导纤维101-103的扭转模式时的非线性。以下示例可以显示其合理性。例如，三根纤维101-103可以以纵向轴线101-103和中心轴线220都位于一个平面中的方式布置。此时，旋转对称性将是双重的(而不是如图3的示例中的三重)。在这种情况下，由于不同的惯性矩，正交横向模式(垂直于中心轴220的不同方向)具有不同的频率。结果，例如，当诱导扭转模式时，低频横向模式的方向与纤维101-103的旋转一起旋转。由此，因为固有频率根据旋转角度的变化而变化并因此随时间的变化而变化，因此形成参量振荡器。参量振荡器的不同状态之间的能量传递导致非线性。通过使用高阶旋转对称性，可以防止参量振荡器的形成。优选地，纤维可以布置成使得不发生固有频率对扭转角的依赖性。

通过避免在诱导纤维101-103的扭转模式时的非线性，可以实现通过扭转模式可以实现光146的特别大的扫描角度。例如，可以产生不小于120°，并且可选地不小于160°的扭转角度。

图4示出了根据各种示例的关于纤维扫描器100的方面。特别地，图4示出了关于纤维扫描器100的纤维101-103的运动自由度的方面。特别地，图4示出了关于扭转模式301的方面。

图4的示例原则上对应于图3的示例(其中，在图3中，表示了纤维101-103的复位状态；在图4中，纤维101-103的复位状态用虚线表示)。

在图4中，表示了扭转模式301。扭转模式301对应于纤维101-103绕中心轴线220的扭转。结果，单根纤维101-103也沿该纤维的纵向轴线111-113扭转。因此，多根纤维101-103(I)沿着中心轴线220彼此扭转，并且(II)在每种情况下沿着该纤维的纵向轴线111-113分别扭转。因此，扭转模式301也可以称为纤维101-103的耦合扭转模式301。这特别是通过如下方式来促进：通过纤维101-103相对于彼此的几何布置，即特别是通过纤维101-103彼此靠近的平行布置-也就是说，利用纤维101-103之间与其长度相比特别小的距离。该耦合扭转模式301可以被称为纤维101-103的并联运动学。通过扭转模式301，例如，可以转动偏转单元142的反射镜145，使得光146以不同的角度发射。

纤维沿着中心轴线220的彼此扭转以及纤维101-103沿其纵向轴线的扭转随着到紧固装置141的更大距离以及随着更大的扭转角度而增加。例如，如果扭转模式301的扭转角度大于纤维101-103之间的角距离(由于三重旋转对称性，在图4的示例中为120°)，存在纤维101-103彼此纵向重叠的完全扭转。因此，通常，扭转模式301的扭转角度可以大于360°/n，其中，n描述旋转对称的阶。由此，促进了纤维101-103彼此的扭转。这种并行运动学允许大扫描角度同时具有低非线性效应和低空间要求。

图5示出了根据各种示例的关于纤维扫描器100的方面。特别地，图5示出了关于纤维扫描器100的纤维101-103的运动自由度的方面。特别地，图5示出了关于横向模式302的方面。

图5的示例原则上对应于图3的示例(其中，在图3中，表示了纤维101-103的复位状态；在图5中，纤维101-103的复位状态用虚线表示)。

在图5中，表示了横向模式302。横向模式302对应于垂直于中心轴线220的纤维101-103的偏转。借助于横向模式301，例如，偏转单元142的反射镜145可以相对于中心轴线220移位并且在一些示例中倾斜，使得在以不同角度倾斜的情况下发射光146。

图6和图7示出了根据各种示例的关于纤维扫描器100的方面。特别地，图6和图7示出了关于纤维扫描器100的纤维101-103的运动自由度的方面。特别地，图6和图7示出了关于横向模式302的方面。

在图6中，表示了纤维扫描器100的复位状态。在图7中，表示了纤维扫描器100的偏转状态。从图7显而易见的是，即使在纤维101-103的移动端偏转的情况下，也不发生偏转单元142的倾斜。这意味着光146在偏转状态下的偏转基本上对应于光146在纤维扫描器100的复位状态下的偏转。这是因为纤维101-103具有相同的长度211。

由此，可以实现不期望的诱导横向模式302(例如，由于布置有纤维扫描器100的车辆正行进的不均匀的地面而导致的)对光146的扫描没有影响或没有显著影响。例如，为此目的，偏转单元142(例如特别是反射镜145)垂直于中心轴线220的范围的尺寸可以被确定为大于横向模式302的典型幅度。例如，反射镜145的半径可以小于2mm，可选地小于4mm，此外可选地小于7mm。通常，扭转模式301通过外部影响比横向模式302基本上更低效地激励；因此，纤维扫描器100相对于外部影响特别稳定。

图8示出了根据各种示例的关于纤维扫描器100的运动自由度301、302的方面。特别地，图8示出了运动自由度301、302的谱线。

在图8中，表示了扭转模式的固有频率311，横向模式302的固有频率312也是如此。例如，致动器可以被配置成在固有频率311(谐振扫描或半谐振扫描)处或接近固有频率311处诱导扭转模式301。

在图8的示例中，显而易见的是，最低阶扭转模式301的固有频率311小于最低阶横向模式302的固有频率312。特别地，扭转模式301因此可以构成运动系统的基本模式。例如，这可以通过如下方式来实现：相邻纤维101-103之间的距离210的尺寸被确定为相对较大(比较图3)。由此，纤维101-103的惯性矩实际上增加。通过增加距离210，特别是横向模式301的固有频率311增加，然而，其中，扭转模式302的固有频率312没有改变或没有显著改变。因此，通过适当地确定距离210的尺寸，可以实现特别是与横向模式302的固有频率312相比，扭转模式301具有特别低的固有频率311。例如，距离210可以在长度211的2％至50％的范围内，可选地在10％至40％的范围内，此外可选地在12％至20％的范围内。特别地，借助于这样的技术，纤维101-104的最低频率诱导可以是扭转模式301。

对于扭转模式301使用相对低的固有频率311可以具有以下效果：不期望的外部影响(例如，由于布置有纤维扫描器100的车辆正行进的不均匀的地面而导致的)可以仅相对低效地诱导扭转模式301。这是因为，通常，不期望的外部影响对应于紧固装置141的区域中相对于不同纤维101-103的同相运动；在紧固装置141的区域中的扭转通常不会发生或仅仅是不显著地发生。然而，横向模式302的固有频率312范围内的较高频率分量相对较少地发生。因此，相应的纤维扫描器100相对于外部干扰特别鲁棒。

在图8的示例中，消除了扭转模式301和横向模式302之间的降级。这是因为谐振曲线不具有重叠区域，在重叠区域中两个幅度都具有显著值(例如，相对于相应的最大值大于5％或大于10％)。例如，通过适当确定长度211相对于距离210的尺寸，可以实现扭转模式301和横向模式302之间的降级的消除。也可以改变其他系统参数，例如，诸如偏转单元142的直径或配重的提供。通过消除降级，可以减少或避免由于不同运动自由度之间的耦合诱导的非线性效应。

在图9，表示出消除了扭转模式301和横向模式302之间的降级的示例。否则，图9基本上对应于图8。如果期望在时间上或空间上叠加地引导横向模式302或扭转模式301，则特别期望这样的示例，例如，以便能够用叠加图形对光146进行二维扫描。

虽然上面描述了关于具有三根纤维101-104的纤维扫描器的各种示例，但是对于具有更大数量的纤维的纤维扫描器100也可以实施相应的示例。例如，在图10中，表示纤维扫描器100具有四根纤维101-104的示例。这里，纤维101-104以四重旋转对称性相对于中心轴线220旋转对称地布置。纤维101-104被布置在正方形的角落处。也是在图10的场景下，可以诱导耦合扭转模式301，在该耦合扭转模式中发生纤维101-104绕该纤维的中心轴线220扭转，并且每根单独的纤维101-104绕该纤维相应的纵向轴线扭转(图10中未示出，垂直于图面)。通常，纤维101-104之间的角距离(由于四重对称而在图10的示例中为90°)因此可以小于扭转角度，该扭转角度可以>90°，例如，可选地>120°，此外可选地>160°。

当然，以上描述的实施例和本发明的方面的特征可以彼此组合。特别地，在不脱离本发明的范围的情况下，这些特征不仅可以在所描述的组合中使用，而且可以在其他组合中使用或单独使用。

Claims (19)

1.一种装置(100)，所述装置包括：

至少两个纤维形元件(101-104)，所述至少两个纤维形元件被布置在紧固装置(141)和偏转单元(142，145)之间；

所述偏转单元(142，145)，被配置成偏转光(146)；以及

致动器，所述致动器被配置成以耦合方式诱导所述至少两个纤维形元件(101-104)的至少一个运动自由度(301，302)，

其中，所述至少一个运动自由度(301,302)包括扭转模式(301)。

2.根据权利要求1所述的装置(100)，

其中，在每种情况下，所述至少两个纤维形元件(101-104)的纵向轴线(111-113)成对地彼此围成角度，所述角度不大于45°，可选地不大于10°，此外可选地不大于1°。

3.根据权利要求2所述的装置(100)，

其中，所述光(146)的光束路径至少在子区域中平行于所述至少两个纤维形元件(101-104)的中心轴线(220)延伸。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)，

其中，当诱导所述扭转模式(301)时，所述至少两个纤维形元件(101-104)发生围绕所述至少两个纤维形元件(101-104)的中心轴线(220)的彼此扭转，并且所述至少两个纤维形元件(101-104)中的每个纤维形元件(101-104)发生围绕所述相应的纵向轴线(111-113)的扭转。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)，

其中，所述偏转单元(142，145)包括端部件(144)，反射镜(145)附接在所述端部件上，

其中，所述至少两个纤维形元件(101-104)被布置在所述紧固装置(141)和所述端部件(144)之间。

6.根据权利要求5所述的装置(100)，

其中，所述反射镜(145)相对于所述至少两个纤维形元件(101-104)的纵向轴线倾斜。

7.根据权利要求6所述的装置(100)，

其中，所述倾斜处于30°至50°的范围内，可选地约为45°。

8.根据权利要求5至7中的任一项所述的装置(100)，

其中，所述端部件(144)被布置在所述反射镜(145)的后侧上。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)，

其中，所述装置(100)被配置为通过诱导扭转模式以潜望镜的方式扫描所述光。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)，

其中，所述至少两个纤维形元件(101-104)远离所述偏转单元(142，145)的反射镜的后侧并朝向所述紧固装置(141)延伸。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)，

其中，所述至少两个纤维形元件(101-104)包括相对于中心轴线(220)旋转对称的布置。

12.根据权利要求11所述的装置(100)，

其中，所述旋转对称性是n重的，其中，n表示所述至少两个纤维形元件(101-104)的数量。

13.根据权利要求12所述的装置(100)，

其中，所述扭转模式(301)的扭转角度大于360°/n。

14.根据权利要求12或13所述的装置(100)，

其中，旋转对称性是四重的。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)，

其中，所述至少两个纤维形元件(101-104)的最低横向模式(302)的固有频率大于最低扭转模式(301)的固有频率。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)，

其中，所述至少两个纤维形元件(101-104)的两个相邻纤维形元件(101-104)之间的距离(210)在所述至少两个纤维形元件(101-104)中的至少一个纤维形元件的长度(211)的2％-50％的范围内，可选地在10％-40％的范围内，此外可选地在12％-20％的范围内。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)，

其中，所述至少两个纤维形元件(101-104)具有长度(211)，所述长度彼此相差不大于10％，可选地不大于2％，此外可选地不大于0.1％。

18.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(100)，

其中，所述致动器被配置成经由所述紧固装置(141)以耦合方式激励所述至少两个纤维形元件(101-104)。

19.一种方法，所述方法包括：

通过致动器：诱导出至少两个纤维形元件(101-104)的扭转模式(301)，所述至少两个纤维形元件被布置在紧固装置(141)和偏转单元(142，145)之间，其中，所述偏转单元(142，145)被配置为偏转光，

由此，所述至少两个纤维形元件(101-104)发生围绕所述至少两个纤维形元件(101-104)的中心轴线(220)的彼此扭转，并且所述至少两个纤维形元件(101-104)中的每个纤维形元件(101-104)发生围绕相应的纵向轴线(111-113)的扭转。