CN110966926A - 光机电射束操纵系统 - Google Patents

Abstract

光机电射束操纵系统。本发明涉及用于操纵光辐射的光机电系统，该光机电系统包括能够旋转移动或能够平移移动的可移动元件，其中，该元件本身是光学元件或包括光学元件。此外，该系统包括：用于该可移动元件的定子，该定子具有能够实现偏转范围的凹部；该定子与该可移动元件之间的柔性连接件，该柔性连接件提供相应的运动学限定移动性；以及用于使该可移动元件偏转的致动器，其中，该定子被一体连接到该可移动元件，并且该一体连接件由硅酸盐玻璃构成，特别是由石英玻璃构成，并且该凹部按照下列方式绕该可移动元件布置：该可移动元件能够借助于该致动器根据所述运动学限定移动性来偏转，同时，所述连接件发生弹性变形。

Description

光机电射束操纵系统

技术领域

本发明涉及用于操纵光辐射的光机电(opto-electro-mechanical)系统。本发明还涉及光学扫描器，该光学扫描器借助于光机电系统使测量辐射偏转。

背景技术

光机电射束操纵系统借助于光学元件来实现光束的偏转或变形，其中该光学元件旋转地、平移地或以旋转和平移的组合类型、准静态地、动态地或在零位(zero position)附近共振地偏转。在准静态偏转的情况下，接近并停留在特定偏转位置。在动态偏转的情况下，光学元件绕零位持续振荡或移动，并且在共振偏转的情况下，光学元件绕零位以共振频率振荡。独立于偏转类型，机械结构基于以下原理：经由相应弹簧元件把准静态地、动态地或共振地偏转的光学元件连接到框架或定子。在这种情况下，弹簧元件同时提供可重现的且几乎无滞后的旋转移动性或平移移动性。取决于偏转类型，弹簧元件被不同地设计。通常使用扭转弹簧元件来提供旋转移动性，并且使用线性弹簧元件或钢板弹簧元件来提供平移移动性。相应弹簧元件具有功能限定构造特性和弹簧材料特定特性，使得弹簧元件在光学元件偏转时发生可逆的弹性变形。由于柔性连接件以及变形特征，因此光学元件可以借助于合适的致动器准静态地、动态地或共振地偏转。在这种情况下，致动器适于光机电射束操纵系统，并且例如基于电磁、静电、压电或热电操作原理来完成偏转。具体地，相应致动器的选择取决于待偏转的光学元件的几何形成和质量、弹簧元件变形特征、要实现的偏转动力学(deflection dynamics)以及相应偏转范围。因此，针对使用这种光机电射束操纵系统的大部分应用，特征变量是决定性的，例如，最大偏转范围、最大振荡频率、光学元件的活性表面(active surface)的大小、最小功耗以及热稳定性范围。

例如，就制造而言，对重现性、精确度和集成射束操纵器的能力的要求以及成本效益确定合适的制造工艺的选择。

从现有技术中已知多种可能的光机电射束操纵系统，其中，光机电扫描器系统组的特征在于，用于射束偏转的光学元件主要是反射镜、棱镜或透镜。

在基于激光的测量技术的领域，用于精确测量大地测量目标点的相应测量设备(例如，全站仪或经纬仪)配备有扫描器单元。在扫描器单元中，借助于相应光机电射束操纵系统，由激光源生成的测量辐射在待测大地测量目标点的方向上以受控方式偏转，或者在由光学元件的最大可能偏转限制的限定视场范围内扫描。测量辐射中的一部分从大地测量目标点反射回测量设备，并在此基础上干涉计量地或借助于运行时间测量确定距大地测量目标点的距离。使用与激光射束瞄准大地测量目标点的角度有关的相应信息可以确定该大地测量目标点的空间坐标。

测量技术的另一领域涉及借助于如下方法对物体或表面进行数字采集或测量：在该方法中，具有确定空间位置的光学扫描器使用光束或激光射束扫描相应物体或相应表面，并且基于从该物体或表面反射的辐射来获取瞄准的表面点的空间位置。与大地测量目标点的三维坐标信息的确定类似地执行表面点的三维坐标信息的确定。以这种方式，可以在几分钟或几秒钟内确定多个表面点的三维坐标信息，并因此可以数字采集物体或表面。典型的测量任务由此产生，例如，对工业设施、施工工地地形、房屋立面、历史建筑、事故地点和犯罪现场以及车身、飞机机身、内部和部件进行数字采集。此外，可以使用这种物体或表面采集来生成地图信息或对无人驾驶车辆或飞行物进行导航。

在具有扫描器单元的测量设备中以及在单独光学扫描器中，激光脉冲或光脉冲经由光机电射束操纵系统的可快速设置的光学元件根据限定的扫描网格发射到表面。根据相应应用的规定，存在针对以下项的特定要求：辐射可以偏转的角度范围以及可以离开或接近相应角位置的速度和精确度。

发明内容

本发明的目的是提供一种在功能方面得到改进并且在复杂性方面得到简化的光机电射束操纵系统，以用于基于激光束的和/或基于光束的扫描器或扫描器单元。

本发明基于提供如下射束操纵系统的概念，即，与如通常用于测量设备的扫描器单元中的或通常用于单独扫描器中的、所讨论的类型的射束操纵系统相比，本发明的射束操纵系统具有改进的偏转动力学以及更鲁棒的结构。

通过实现独立权利要求的特征化特征来实现该目标。可以根据从属专利权利要求推断出按照另选的或有利的方式对本发明进行细化的特征。

本发明涉及用于操纵光辐射的光机电系统，所述光机电系统包括能够旋转移动或能够平移移动的可移动元件，其中，所述可移动元件本身是光学元件或包括光学元件。此外，所述光机电系统包括：用于所述可移动元件的定子，所述定子具有：能够实现偏转范围的凹部；所述定子与所述可移动元件之间的柔性连接件，所述柔性连接件提供相应的运动学限定移动性；以及用于使所述可移动元件偏转的致动器，其中，所述定子被一体连接到所述可移动元件，并且一体连接件由硅酸盐玻璃构成，特别是由石英玻璃构成，并且所述凹部按照下列方式绕所述可移动元件布置：所述可移动元件能够借助于所述致动器根据所述运动学限定移动性来偏转，同时，所述连接件发生弹性变形。

特别地，石英玻璃的特征在于高理论屈服应力和/或抗拉强度。因为在所使用的机械载荷下的变形行为是由外在因素(主要是制造相应部件期间引入到材料中的表面缺陷)决定的，所以在应用中通常无法达到这些理论值。由于原子键结构和微观结构，材料不能例如通过塑性变形的方式来抵消传播缺陷(propagating defect)，这表现为材料的非常低的韧性值。此外，石英玻璃具有低热膨胀系数和高耐化学性。由于理论属性、机械属性和热属性，所以若石英玻璃包括相应无缺陷连接表面，则它适合作为柔性连接件材料。

为了能够在由石英玻璃制造的相应部件中至少近似地使用这些属性，使用在部件上提供无缺陷表面的方法来一体地制造部件是有利的。类似于3D打印工艺的这种方法基于借助于聚焦激光辐射对石英玻璃坯料的区域进行局部修改并且随后化学刻蚀掉先前受到聚焦激光辐射的玻璃区域。通过这种基于激光的刻蚀方法制造的表面具有非常低的缺陷密度并且还适于涂有特别是金属层或层序列。此外，类似3D打印的工艺具有足够的灵活性来例如如在本发明中那样宏观地制造期望的几何图形，以提供可移动元件的大的表面/活性表面/镜像表面，所述表面支撑相应大光学元件或接纳相应大面积镜像涂层。所述工艺还允许在元件上制造光学活性表面，由此元件本身被形成为例如透镜。所述方法的另一优点是可选择灵活成型的、弹性变形的连接件，特别是相应连接件截面。特别在柔性连接件(该柔性连接件在力作用下弹性地扭转)的情况下，机械张力在连接件体积中的均匀分布能够实现交替的扭转载荷下的改进的动力学行为。在这种情况下，与具有拐角或顶点的截面相比，弧形(round)连接件截面产生更均匀的张力分布。所述制造工艺提供了另一优势，即，能够关于光机电射束操纵系统来设置相应偏转范围的大小。

根据该方法制造的光机电射束操纵系统由于一体性质从而可以提供高热稳定性，因为一体部件的热膨胀系数较低，所以仅产生较小的热张力。

光辐射的操纵既与射束形成有关，也与射束偏转行为有关，这可以在透射(transmission)或反射中使用相应光学元件来实现。例如，透镜、棱镜或反射镜可以被用作光学元件，其中，所述透镜、所述棱镜或所述反射镜根据各自的形成实现射束形成效果或射束偏转效果。

运动学限定移动性可以描述可移动元件的旋转、平移或者旋转和平移的任意组合。在这种情况下，移动性可以包括多达六个自由度(三个旋转自由度和三个平移自由度)。此外，所述运动学限定移动性可以描述执行所述可移动元件的特定运动/偏转所利用的动力学(例如，关于速度、加速度或频率)，并因此可以描述准静态、动态或共振运动/偏转。所述运动学限定移动性还可以描述一系列不同的准静态模式、动态模式和共振运动模式。

本发明还涉及用于测量表面的光学扫描器，所述光学扫描器包括：辐射源，所述辐射源用于发射光学测量辐射；根据上述示例性实施方式的光机电射束操纵系统；以及检测器，所述检测器用于检测测量辐射的从待测表面反射的至少一部分。在这种情况下，所述光机电射束操纵系统包括用于确定所述可移动元件的偏转尺寸的偏转尺寸编码器，并且所述光学测量辐射借助于所述光机电射束操纵系统在所述待测表面的方向上偏转，以使得借助于根据所述运动学限定移动性旋转移动或平移移动的所述可移动元件，通过所述测量辐射来扫描所述待测表面，并且使用所述检测器来检测反射测量辐射的一部分，并在此基础上且基于所述可移动元件的所确定的偏转尺寸，对扫描表面进行测量。

所述辐射源可以是例如用于发射测距辐射的激光二极管，其中，所发射的测距辐射能够借助于所述光机电射束偏转系统偏转，特别是在限定垂直视场范围内偏转。特别地，由所述辐射源生成的所述测距辐射是脉冲激光辐射。此外，所述偏转尺寸例如可以包含以下项：角度信息、距离/平移偏转或其组合，各项都与所述可移动元件的零位有关。

在对表面进行测量期间，对多个表面点进行测量。在这种情况下，通过距表面点的距离以及相应角度信息项(该角度信息项包括瞄准该表面点的角度)可以确定该表面点的坐标信息。可以从所述偏转尺寸或借助于另外的角度或偏转尺寸编码器来确定角度信息项。根据三角测量、干涉测量或运行时间测量的原理，可以基于反射的辐射的一部分来确定距离。

在所述光学扫描器的一个特定实施方式中，用于射束偏转的所述可移动元件可以包括反射镜，或者所述可移动元件本身可以是棱镜或透镜。例如，可以使用对光辐射进行反射的层或层序列来涂覆所述可移动元件。特别地，涂层可以包含以下元素中的至少一种：金、铝和银。

根据所述光学扫描器的一个特定实施方式，所述柔性连接件可以提供旋转移动性、限定扭转轴、被形成为杆状以及在扭转下弹性地变形，并且所述致动器可以根据所述运动学限定移动性使所述可移动元件旋转地偏转。因此，所述可移动元件可以绕所述扭转轴旋转地偏转，其中，提供柔性连接件扭转和类似于扭转弹簧元件功能的功能。

在所述光学扫描器的另一特定实施方式中，所述光机电射束操纵系统可以包括：相对于一个定子的另一定子，所述另一定子具有实现另一偏转范围的另一凹部；所述另一定子与所述一个定子之间的另一柔性连接件，所述另一柔性连接件提供所述一个定子的相应的运动学限定旋转移动性；以及另一致动器，所述另一致动器用于对应于所述运动学限定移动性使所述一个定子旋转地偏转，同时，所述另一连接件发生弹性变形。在这种情况下，所述另一定子被一体连接到所述一个定子，并且一体连接件由硅酸盐玻璃构成，特别是由石英玻璃构成，并且用于提供所述一个定子的运动学限定旋转移动性的所述另一柔性连接件限定垂直于一个扭转轴的另一扭转轴、被形成为杆状并且在扭转下弹性地变形，使得所述可移动元件的移动性包括两个旋转自由度。如果所述光机电射束操纵系统包括两个定子，则例如一体连接到所述可移动元件的一个定子实现该一个定子相对于所述可移动元件的静态功能。然而，所述一个定子相对于所述另一定子不是静态的，而是相对于所述另一定子可移动的。因此，所述另一定子实现其相对于所述一个定子的静态功能。通过这种方式，所述光机电射束操纵系统可以包括其它定子、致动器和连接件，使得实现所述可移动元件在六个自由度(三个旋转自由度和三个平移自由度)中的移动性。

在所述光学扫描器的一个特定实施方式中，所述杆状柔性连接件可以具有弧形(round)(特别是圆形或椭圆形)的杆截面。在这种情况下，截面区域的表面法线可以指向杆纵向的方向。弧形(特别是圆形或椭圆形)连接件截面(即，没有拐角或顶点的截面)产生接合体积(bond volume)中的均匀张力分布。在这种情况下，均匀张力分布、无缺陷接合表面以及硅酸盐玻璃的因此可使用的固有机械属性使得能够在施加最小偏转力的情况下实现高偏转幅度。在本配置中，这主要归因于构造与材料硅酸盐玻璃(特别是石英玻璃)的结合的低阻尼属性。此外，与硅酸盐玻璃的可用固有机械属性结合的经优化的连接件截面允许在同时考虑提供相应可移动元件的最大的可能的表面/活性表面/镜像表面的同时，实现较高的振荡频率。

根据所述光机电射束操纵系统或所述光学扫描器的另一特定实施方式，致动器包括第一致动器元件(特别是磁体(或类似的元件))和第二致动器元件(特别是线圈(或类似的元件))，并且所述致动器基于所述致动器元件的根据电磁学、静电学、压电学和热电学的作用原理中的一种作用原理的相互作用来使所述可移动元件偏转。在这种情况下，致动器元件的一部分可以位于所述可移动元件上或可移动定子上。所述扫描器还可以包括用于各个致动器的调节致动器，所述调节致动器作为控制回路的一部分调节所述可移动元件的偏转，并且例如补偿由于温度改变而导致的改变共振频率。

在所述光机电射束操纵系统或所述光学扫描器的另一特定实施方式中，所述第一致动器元件可以是永磁体，并且所述第二致动器元件可以是线圈。在这种情况下，可以借助于改变磁场来激发所述永磁体，其中，向用于所述激发的所述线圈施加准静态或随时间周期性改变的电流曲线，并因此生成相应的准静态磁场或周期性改变的磁场。

根据所述光机电射束操纵系统或所述光学扫描器的另一特定实施方式，所述光机电射束操纵系统或所述光学扫描器可以包括致动器元件作为结构化涂层的至少一部分。例如，结构化涂层可以是磁性表面或导体带(conductor track)结构。特别是可以借助于平版气相沉积工艺、丝网印刷工艺或3D打印工艺来实现这种涂层。

根据所述光机电射束操纵系统的一个特定实施方式，所述光机电射束操纵系统包括作为可移动元件的透镜、棱镜或反射镜，其中，根据所述透镜、所述棱镜或所述反射镜的形成来提供射束偏转能力或射束形成能力。

例如，所述可移动元件可以形成为具有两个相反活性表面的透镜，其中，绕所述透镜布置凹部，使得两个活性表面大部分暴露于外部。因此，光辐射可以从两侧入射到透镜表面和/或从两侧出射，其中，所述射束穿过所述光学元件，并且所述射束被偏转。因此，可以在透射中使用所述光学元件。在这种情况下，所述透镜可以对所述光辐射具有射束形成或射束偏转效果。也可以以同样的方式来使用棱镜。例如，反射镜可以包括弯曲的镜面，由此对所述光辐射具有射束形成效果。

根据所述射束操纵系统的另一实施方式，所述可移动元件可以是透镜，其中，所述透镜是Alvarez透镜的一部分。在这种情况下，所述Alvarez透镜的一半可以借助于所述致动器根据所述运动学限定移动性相对于另一半偏转。

在所述光学扫描器的另一特定实施方式中，所述偏转尺寸编码器可以是光学偏转尺寸编码器，所述光学偏转尺寸编码器具有用于发射光学偏转测量辐射的辐射源以及位置敏感检测器，以使得在反射或透射中，特别是借助于位置代码，能够在所述检测器上生成所述偏转测量辐射的随偏转尺寸变化的投影。借助于所述偏转尺寸编码器，可以确定所述可移动元件的相应的角度位置或平移偏转。可以提供该角度位置或平移偏转，以相应地确定表面点的空间坐标。

根据所述光学扫描器的一个特定实施方式，所述偏转尺寸编码器可以是电容式偏转尺寸编码器，其中，两个相反表面提供可测量的测量信号，所述测量信号关于所述两个相反表面之间的距离而改变，并且在此基础上输出所述偏转尺寸，其中，这两个相反表面中的一个表面被布置在可移动反射镜上。与所述光学偏转尺寸编码器类似，可以提供相应的角度偏转或平移偏转，以确定所瞄准的表面点的空间坐标。

根据所述光学扫描器的另一特定实施方式，所述偏转尺寸编码器可以是电感式偏转尺寸编码器，所述电感式偏转尺寸编码器具有测量场，在所述测量场中，能够检测到正在移动的金属物体，其中，金属物体被布置在所述可移动元件上，并且所述测量场涵盖所述可移动元件的零位，使得当所述可移动元件通过所述零位时，所述金属物体被检测到，并在此基础上确定所述偏转尺寸。与所述光学偏转尺寸编码器和所述电容式偏转尺寸编码器类似，可以提供相应的角度偏转或平移偏转，以确定所瞄准的表面点的空间坐标。

独立于所述偏转尺寸编码器的类型，所述光学扫描器可以包括所述偏转尺寸编码器作为结构化涂层的至少一部分。

在所述射束操纵系统的一个特定实施方式中，可以借助于刻蚀方法，特别是激光刻蚀方法来制造一体连接件。

光学扫描器还可以包括用于发射测距辐射/测量辐射的至少一部分的发射通道。然后将用于射束操纵的系统按照使得所发射的测量辐射/测距辐射的方向可以随时间改变的方式布置在所述发射通道中。在这种情况下，用于射束操纵的系统经由控制单元被逐步地(特别是连续地)激活，以逐步改变所发射的测量辐射/测距辐射的方向。在这种情况下，可以在所述光学扫描器的视场范围内使所述测距辐射/测量辐射偏转，所述视场范围由所述射束操纵系统的所述可移动元件的最大偏转和最小偏转来限定并且特别是垂直的。所述控制单元还可以被配置成获取偏转尺寸编码器的测量信号，此外，这种扫描器还可以包括具有接收器的接收通道，所述接收器被配置成接收测量辐射/测距辐射的从所瞄准的大地测量目标点或表面点反射的至少一部分，并基于该测量辐射/测距辐射获取测距信号。所述检测器则是所述接收器的一部分。此外，光学扫描器还可以包括处理单元，所述处理单元被设计成基于所获取的测距信号并基于所述偏转尺寸来确定测距数据和坐标信息。

一种包括根据本发明的光机电射束操纵系统的实施方式的全站仪或经纬仪可以包括：辐射源，所述辐射源用于生成和发射作为测量辐射的瞄准辐射；粗略瞄准功能和精细瞄准功能，并且具有粗略瞄准视场范围和精细瞄准视场范围，以将测量设备与相应大地测量目标点粗略地对准和精细地对准。在这种情况下，在粗略瞄准功能的范围内，通过使用根据本发明的光机电射束操纵系统的实施方式在垂直的粗略瞄准视场范围内使瞄准辐射偏转来将测量设备与大地测量目标点对准。在精细瞄准功能的范围中，在这种情况下，通过使用根据本发明的光机电射束偏转系统的实施方式在垂直的精细瞄准视场范围内使瞄准辐射偏转来将测量设备与大地测量目标点对准。

附图说明

下文将基于附图中示意性例示的特定示例性实施方式，仅通过示例的方式更详细地描述根据本发明的光机电射束操纵系统，其中，将讨论本发明的其它优点。具体地，在附图中：

图1示出了根据现有技术的光机电射束偏转系统的实施方式；

图2示出了根据本发明的用于射束操纵的光机电系统；

图3示出了图2所示的根据本发明的射束操纵系统的截面例示图；以及

图4示出了定子与可移动元件之间的提供旋转移动性和平移移动性的可能的柔性连接件。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的用于射束偏转的光机电系统的实施方式。该系统包括定子1，在该定子1上，线圈被紧固为致动器元件2。旋转可移动元件3粘合在杆状扭转弹簧元件4上，该杆状扭转弹簧元件4限定扭转轴/旋转轴，其中，该扭转弹簧元件在两端处固定连接到定子并且提供元件3的旋转移动性。将可移动元件接合到扭转弹簧元件的粘合点还固定在此处为永磁体形式的另一致动器元件5以及第二永磁体，其中，第二永磁体被用于测量和调节频率。在这种情况下，定子的凹部绕可移动元件以不限制旋转偏转的这种方式布置。借助于向线圈施加随时间改变的电流，生成随时间改变的磁场，从而激发形成为永磁体的致动器元件，并使可移动元件偏转。

这种射束偏转系统提供如下优点：在表面尺寸和形状方面，可移动元件可以被灵活地设计。独立部件的复杂装配是不利的。用于固定可移动元件和致动器元件的粘合使得较难实现关于装配后的射束偏转系统的功能的高重现性。通过复杂的校准方法来补偿相应变化。由于各部件(特别是弹簧元件和可移动元件)所包括的不同材料的接合以及粘合，所以在相应温度改变的情况下会产生热张力，这导致射束偏转误差。此外，，不可能使光辐射在两侧入射到如此固定的可移动元件上，或者使入射辐射再次在两侧射出。

图2示出了根据本发明的用于射束操纵的光机电系统的示例性实施方式。借助于螺钉连接件将托架(receptacle)固定连接到定子6，该托架将被形成为线圈的致动器元件14固定在限定位置。在这种情况下，定子经由提供旋转移动性的柔性连接件9被一体连接到可移动元件8，其中，复合材料(composite)由石英玻璃构成。在这种情况下，连接件分别限定旋转轴或扭转轴10。凹部以不限制可移动元件的偏转11、11’的这种方式绕可移动元件布置。可以使用类似于3D打印工艺的、基于借助于聚焦激光辐射对石英玻璃坯料区域进行局部修改并且随后化学刻蚀掉先前受到聚焦激光辐射的玻璃区域的方法来制造一体连接件。致动器元件13被形成为永磁体并被紧固在可移动元件上。借助于向线圈施加随时间改变的电流，生成随时间改变的磁场，由此激发致动器元件13并使可移动元件偏转，其中，连接件在扭转下弹性地变形。在这种情况下，杆状连接件的连接件截面是圆形的并且没有顶点或拐角。因此，在载荷下，实现了机械张力在连接件体积中的均匀分布。

由于可移动元件与定子的一体连接，所以根据本发明的射束偏转系统的这种实施方式提供了高热稳定性的优点。在这种情况下，热稳定性将归因于石英玻璃的在一体连接件内是均匀的低热膨胀系数，特别是归因于柔性连接件具有与可移动元件相同的热膨胀系数的条件。灵活且温和的制造方法大致使得能够使用连接件体积内的石英玻璃的理论力学属性。连接件的与高屈服应力和/或抗拉强度相结合的高刚度使得在大偏转范围中实现高偏转动力学，尤其是在共振偏转的情况下，在该共振偏转期间，可移动元件在零位附近共振振荡。由于必须施加于偏转的低能量以及由于相应偏转范围可以行进的速度，所以共振偏转是有利的。在最高可能共振频率下，共振偏转也是有利的，其中，通过材料特定属性与构造特性相结合来确定相应共振频率。除此之外，弹簧元件的刚度、弹簧元件在弹性变形期间的张力分布(其主要经由弹簧元件截面的形状来限定)、与弹簧元件相关的可移动元件的质量分布以及弹簧元件与可移动元件之间的接合决定了在共振偏转情况下的共振频率。如图2和图3所示的射束操纵系统提供了在影响共振频率的因素方面优于现有技术的系统。因此，由于能够使独立的系统元件彼此适配，所以可以在减小迟滞效应的同时获得较高的共振频率。

因为可移动元件还可以被制造成光学元件(例如，被制造成射束形成透镜)，所以与现有技术相比，在可移动元件的表面尺寸、形状和功能方面实现了更大的灵活性。因此，也可以使光辐射穿过可移动元件或光学元件，并可以在透射中使用光学元件进行射束偏转。此外，可移动元件的表面还可以被制备成借助于涂覆来接纳对光辐射进行反射的层或层序列。此外，也存在把光学元件附接到可移动元件的可能性。在根据本发明的射束偏转系统中完全免去了复杂的装配步骤。

如图2和图3所示的射束操纵系统的与可移动元件相关的典型尺寸为7mm×7mm＝49mm²的表面大小，其中，可移动元件可以偏转或形成具有5mm的直径的光束。

在示例性实施方式中，如图2和图3所示，可移动元件经由提供旋转移动性的柔性连接件被连接到定子。提供平移移动性的柔性连接件也可以把可移动元件连接到定子。取决于连接件的形成，可移动元件然后可以在多达6个自由度中具有平移移动性和/或旋转移动性。取决于自由度的数量和类型，可以经由定子与可移动元件之间的相应柔性连接件(参见图4；16、16’、16”)或经由基于万向底座(gimballed mount)的设计来提供移动性。在这种情况下，在连接件属性方面应用与提供旋转移动性的柔性连接件的情况相同的优点。

图3示出了图2所示的根据本发明的射束操纵系统的截面例示图。图3例示了扭转轴/旋转轴10，该扭转轴/旋转轴通过柔性杆状连接件限定，并且可移动元件可以绕该扭转轴/旋转轴准静态地、动态地或共振地偏转。

图4仅通过示例方式示出了定子与可移动元件之间的可能的柔性连接件16、16’、16”，所述柔性连接件同时提供旋转偏转能力和平移偏转能力。

显而易见地，这些例示图仅示意性地例示了可能的示例性实施方式。多种方案还可以根据本发明彼此结合，以及与现有技术的光学测量设备或扫描器结合。

Claims (15)

1.一种用于操纵光辐射的光机电系统，所述光机电系统包括：

·能够旋转移动或能够平移移动的可移动元件(8)，其中，所述元件本身是光学元件或包括光学元件，

·用于所述可移动元件的定子(6)，所述定子具有能够实现偏转范围的凹部(7)，

·所述定子(6)与所述可移动元件(8)之间的柔性连接件(9)，所述柔性连接件提供相应的运动学限定移动性，以及

·用于使所述可移动元件偏转的致动器，

其特征在于，

·所述定子(6)被一体连接到所述可移动元件(8)，并且一体连接件由硅酸盐玻璃构成，特别是由石英玻璃构成，并且

·所述凹部按照下列方式绕所述可移动元件布置：所述可移动元件能够借助于所述致动器根据所述运动学限定移动性来偏转，同时，所述连接件发生弹性变形。

2.一种用于测量表面的光学扫描器，所述光学扫描器包括：

·辐射源，所述辐射源用于发射光学测量辐射，

·根据权利要求1所述的光机电射束操纵系统，以及

·检测器，所述检测器用于检测测量辐射的从待测表面反射的至少一部分；

其中，

·所述光机电射束操纵系统包括用于确定所述可移动元件的偏转尺寸的偏转尺寸编码器，并且

·所述光学测量辐射借助于所述光机电射束操纵系统在所述待测表面的方向上偏转，使得

o借助于根据所述运动学限定移动性旋转移动或平移移动的所述可移动元件，通过所述测量辐射来扫描所述待测表面，并且

o使用所述检测器来检测反射测量辐射的一部分，并在此基础上且基于所述可移动元件的所确定的偏转尺寸，对扫描表面进行测量。

3.根据权利要求2所述的光学扫描器，其中，用于射束偏转的所述可移动元件包括反射镜，或者所述可移动元件本身是棱镜或透镜。

4.根据权利要求2或3所述的光学扫描器，其特征在于，

·所述柔性连接件(9)提供旋转移动性，限定扭转轴(10)，被形成为杆状，并且在扭转下弹性地变形，并且

·所述致动器根据所述运动学限定移动性使所述可移动元件旋转地偏转。

5.根据权利要求4所述的光学扫描器，其中，所述光机电射束操纵系统包括：

·相对于一个定子的另一定子，所述另一定子具有实现另一偏转范围的另一凹部，

·所述另一定子与所述一个定子之间的另一柔性连接件，所述另一柔性连接件提供所述一个定子的相应的运动学限定旋转移动性，以及

·另一致动器，所述另一致动器用于根据所述运动学限定移动性使所述一个定子旋转地偏转，同时，所述另一连接件发生弹性变形，

其特征在于，

·所述另一定子被一体连接到所述一个定子，并且一体连接件由硅酸盐玻璃构成，特别是由石英玻璃构成，

·用于提供所述一个定子的运动学限定旋转移动性、被限定为垂直于一个扭转轴的另一扭转轴的所述另一柔性连接件被形成为杆状并且在扭转下弹性地变形，使得所述可移动元件的移动性具有两个旋转自由度。

6.根据权利要求4或5所述的光学扫描器，其特征在于，杆状柔性连接件具有弧形的杆截面，特别是圆形或椭圆形的杆截面。

7.根据权利要求1所述的光机电射束操纵系统，或者根据权利要求2至6中任一项所述的光学扫描器，其特征在于，致动器包括第一致动器元件(13)和第二致动器元件(14)，并且所述致动器基于所述致动器元件的根据以下作用原理中的一种作用原理的相互作用来使所述可移动元件偏转：

·电磁学，

·静电学，

·压电学，以及

·热电学。

8.根据权利要求7所述的光机电射束操纵系统或光学扫描器，其特征在于，所述第一致动器元件是永磁体，并且所述第二致动器元件是线圈。

9.根据权利要求7或8所述的光机电射束操纵系统或光学扫描器，其特征在于，所述光机电射束操纵系统或所述光学扫描器包括致动器元件作为结构化涂层的至少一部分。

10.根据权利要求1所述的光机电射束操纵系统，所述光机电射束操纵系统包括作为可移动元件的透镜、棱镜或反射镜，其特征在于，根据所述透镜、所述棱镜或所述反射镜的形成来提供射束偏转能力或射束形成能力。

11.根据权利要求10所述的光机电射束操纵系统，其中，所述透镜是Alvarez透镜的一部分。

12.根据权利要求2至9中任一项所述的光学扫描器，其特征在于，所述偏转尺寸编码器是光学偏转尺寸编码器，所述光学偏转尺寸编码器具有用于发射光学偏转测量辐射的辐射源以及位置敏感检测器，以使得在反射或透射中，特别是借助于位置代码，能够在所述检测器上生成所述偏转测量辐射的随偏转尺寸变化的投影。

13.根据权利要求2至9中任一项所述的光学扫描器，其特征在于，所述偏转尺寸编码器是电容式偏转尺寸编码器，其中，两个相反表面提供可测量的测量信号，所述测量信号关于所述两个相反表面之间的距离而改变，并且在此基础上输出所述偏转尺寸，其中，这两个相反表面中的一个表面被布置在可移动反射镜上。

14.根据权利要求2至9中任一项所述的光学扫描器，其特征在于，所述偏转尺寸编码器是电感式偏转尺寸编码器，所述电感式偏转尺寸编码器具有测量场，在所述测量场中，能够检测到正在移动的金属物体，其中，金属物体被布置在所述可移动元件上，并且所述测量场涵盖所述可移动元件的零位，使得当所述可移动元件通过所述零位时，所述金属物体被检测到，并在此基础上确定所述偏转尺寸。

15.根据权利要求1所述的光机电射束操纵系统，其特征在于，借助于刻蚀方法特别是借助于激光蚀刻方法来制造所述一体连接件。

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