CN113766866A - 图像生成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学装置。根据实施例的光学装置可以包括：光纤，该光纤具有固定端部分和自由端部分；第一致动单元，该第一致动单元被形成为向该光纤的该固定端部分和该自由端部分之间的致动器位置施加第一力，并且引导该光纤的该自由端部分在第一方向上移动；以及可变形杆，该可变形杆设置在该光纤附近，并具有第一端部分和第二端部分。

Description

图像生成装置
技术领域
实施例涉及一种用于实时观察对象内部的图像生成装置以及使用该图像生成装置的图像生成方法。
背景技术
光学装置用于向对象发射光以观察对象的内部和外部，并且广泛应用于各个医学领域、生物研究和工业领域。
特别地，在医疗领域得到广泛应用的内窥镜通过以非侵入性的方式插入人体，具有实时观察和诊断病理状况的优势。然而，典型的内窥镜只能观察活体的表面，因此其缺点在于必须使用单独的光学装置、化学活组织检查等来分离和检查一部分生物组织以观察细胞的内部和特征。
因此，正在开发用于实时观察活体特征的内窥镜，并且有必要使装置小型化并提供高分辨率图像，以便通过最小的切口实时观察病理状况。
发明内容
技术问题
以下实施例旨在通过向对象发射预设扫描图案来提供高分辨率图像。
此外，以下实施例旨在通过实时改变扫描图案的相位来提供高分辨率图像。
此外，以下实施例旨在使得用于以扫描图案驱动光纤的输入信号对应于通过附接结构而实际驱动光纤的输出信号。
此外，以下实施例旨在通过在驱动光纤时将结构与光纤的端部分开来防止结构的断裂。
此外，以下实施例旨在通过调整光纤输入信号的电压水平来调整输出图像的纵横比。
此外，以下实施例涉及当探头安装在安装台上时第一次校正图像的相位。
此外，以下实施例旨在通过使用在一个像素位置处采集的光强值之间的差异来校正输出图像的相位。
此外，以下实施例旨在提供一种通过使用预定相位变化周期来发现用于校正输出图像的相位的方法。
技术解决方案
根据一个实施例，可以提供一种光学装置，其包括：具有固定端和自由端的光纤；第一致动器，其被配置为在光纤的固定端和自由端之间的致动器位置上施加第一力，从而引起光纤的自由端在第一方向上的移动；以及可变形杆，其设置在光纤附近，并具有第一端和第二端，其中第一端设置在光纤的第一杆位置上，第二端设置在光纤的第二杆位置上，其中光纤的第一杆位置和第二杆位置在致动器位置和自由端之间，其中可变形杆从光纤的第一杆位置到光纤的第二杆位置基本上平行于光纤，并且其中，在垂直于光纤的纵轴的横截面中，可变形杆被布置成使得从可变形杆的第一端连接到光纤的第一杆位置的虚拟线与第一方向之间的角在预定范围内，从而使得当由于第一致动器在光纤的致动器位置上施加第一力，光纤的自由端在第一方向上移动时，光纤在第二方向上的移动受到限制。
根据另一方面，可以提供一种图像生成装置，包括：发射单元，其被配置为向对象发射光；接收单元，其被配置为接收从对象返回的信号；控制器，其被配置为基于从接收单元获得的信号生成图像；所述图像生成装置包括：具有固定端和自由端的光纤；第一致动器，其设置在位于光纤的固定端和自由端之间的致动器位置上，并且被配置为向致动器位置施加第一力，引起光纤的自由端在第一方向上共振驱动；以及可变形杆，其设置在光纤附近，并具有第一端和第二端；其中可变形杆的第一端固定在光纤的第一杆位置上，第二端固定在光纤的第二杆位置上，其中第一杆位置和第二杆位置在致动器位置和自由端之间，其中可变形杆至少从第一杆位置到第二杆位置平行于光学端布置，其中，在垂直于光纤纵轴的截面中，可变形杆被布置成使得从可变形杆的第一端连接到光纤的第一杆位置的虚拟线与第一方向之间的角在预定范围内，从而当根据由第一致动器施加的第一力在第一方向上共振驱动光纤的自由端时，光纤的自由端在第二方向上振动的最大移动范围在一个像素值的1/2以内。
根据另一方面，可以提供一种光学装置，其包括：具有固定端和自由端的光纤；第一致动单元，其位于光纤的固定端和自由端之间的致动器位置处，并被配置为将第一力施加到致动器位置上以引起光纤的自由端在第一方向在被驱动；第二致动单元，其被配置为将第二力施加到光纤上的致动器位置上以在垂直于第一方向的第二方向上诱导光纤的自由端；控制器，其被配置为向第一致动单元施加第一驱动信号并且向第二致动单元施加第二驱动信号；以及可变形杆，其设置在光纤附近，该可变形杆具有第一端和第二端，其中，可变形杆的第一端设置在光纤上的第一杆位置处，可变形杆的第二端杆设置在光纤上的第二杆位置处，光纤上的第一杆位置和第二杆位置在致动器位置和自由端之间，可变形杆至少从第一杆位置到第二杆位置设置在光纤旁边，在垂直于光纤的纵向方向的横截面中，第一方向与从可变形杆的第一端连接到光纤的第一杆位置的虚拟线之间的角在预定范围内，并且控制器通过向第一致动单元施加第一电压并且向第二致动单元施加第二电压来调整由光纤发射的扫描图案的纵横比。
根据另一方面，可以提供一种光学装置，其包括：具有固定端和自由端的光纤；第一致动器，其位于固定端和自由端之间的致动器位置处，并且被配置为在光纤的致动器位置上施加第一力，从而引起光纤的自由端在第一方向上的移动；第二致动器，其被配置为在光纤的致动器位置上施加第二力，从而使得光纤的自由端在第二方向上移动，其中第一方向垂直于光纤的纵轴，第二方向垂直于第一方向；质量块，其具有预选尺寸并设置在光纤的固定端和自由端之间；以及容纳光纤、第一致动器和第二致动器的外壳，其中具有预选尺寸的质量块设置在光纤的固定端和自由端之间，其中质量块以缓冲距离远离光纤的自由端定位，以防止当光纤振动时质量块与外壳的内壁发生碰撞而被损坏，其中该缓冲距离由以下至少一项确定为小于外壳内径的1/2：光纤距内径中心的最大移动范围和质量块距内径中心的最大移动范围。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光的光学装置，其包括：控制模块，其被配置为生成致动信号；发射单元，其被配置为接收致动信号并基于致动信号向对象发射光；其中当发射单元接收到具有第一致动频率和第一相位的第一致动信号以及具有第二致动频率和第二相位的第二致动信号时，发射单元以第一扫描图案发射光，其中当发射单元接收致动信号中具有第三致动频率和第三相位的第三致动信号以及具有第四致动频率和第四相位的第四致动信号时，发射单元以第二扫描图案发射光，并且其中控制模块被配置为生成第一至第四致动信号，使得第一相位和第二相位之间的相位差与第三相位和第四相位之间的相位差之间的差异是预定相位的n倍。
根据另一方面，可以提供一种在光学装置中生成图案的方法，该光学装置包括：控制模块，其被配置为生成致动信号以向对象发射光，获得从对象返回的光，并通过使用获得的光来获得对象的图像；以及发射单元，其被配置为接收来自控制模块的致动信号，并基于致动信号发射光；该方法包括：当向发射单元施加驱动信号中的具有第一驱动频率和第一相位的第一驱动信号以及具有第二驱动频率和第二相位的第二驱动信号时，通过发射单元根据第一扫描图案发射光；当向发射单元施加驱动信号中的具有第一驱动频率和第三相位的第三驱动信号以及具有第二驱动频率和第四相位的第四驱动信号时，通过发射单元根据第二扫描图案发射光；通过控制模块生成第一至第四驱动信号，使得第一相位与第二相位的相位差与第三相位和第四相位的相位差之间的差异为预定相位的n倍。
根据另一方面，可以提供一种用于获得对象的图像的图像生成装置，其包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位分量的第一信号，以及具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；发射单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为基于来自对象的返回光获得光接收数据；其中控制模块被配置为通过使用第一信号、第二信号和光接收数据来获得多个数据集，根据预定标准从多个数据集中选择数据集以获得具有良好质量的图像，其中多个数据集包括当第一信号的第一相位分量或第二信号的第二相位分量中的至少一个被调整时其相位被调整的数据集，并且其中基于选定的数据集生成对象的图像。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成方法，该图像生成方法包括使控制模块生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位分量的第一信号，并产生具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；使扫描单元使用第一信号和第二信号向对象发射光；根据扫描单元发射的光，使光接收单元采集与从对象返回的光有关的光接收信息，其中控制模块可以使用第一信号、第二信号和光接收信息来采集多个数据集，并根据预定标准从多个数据集中确定用于采集高质量图像的数据集，该多个数据集可以包括当第一信号的第一相位分量和第二信号的第二相位分量中的至少一个被调整时采集的相位被调整的数据集，并且可以使用从多个数据集中确定的数据集来生成对象的图像。
根据另一方面，可以提供一种图像生成装置，其用于使用Lissajous图案向对象发射光并基于返回光采集对象的图像，该图像生成装置包括控制模块、驱动单元、扫描单元和光接收单元，其中控制模块向驱动单元施加驱动信号，该驱动信号包括第一驱动信号和第二驱动信号，第一驱动信号包括第一频率分量和第一相位分量，第二驱动信号包括第二频率分量和第二相位分量，用于以Lissajous图案向对象发射光，驱动单元接收来自控制模块的驱动信号，并根据对应于第一驱动信号的第一扫描单元输出信号和对应于第二驱动信号的第二扫描单元输出信号来驱动扫描单元向对象发射光，基于第一扫描单元输出信号和第二扫描单元输出信号，扫描单元以Lissajous图案向对象发射光，光接收单元基于扫描单元发射的光采集从对象返回的光强，以便校正第一驱动信号与第一扫描单元输出信号之间以及第二驱动信号与第二扫描单元输出信号之间的相位分量的差异，当存在第一驱动信号与第一扫描单元输出信号之间的相位分量的差异以及第二驱动信号与第二扫描单元输出信号之间的相位分量的差异时，控制模块使用第一驱动信号、第二驱动信号以及通过光接收单元采集的光强来采集第一数据集，采集第二数据集，其中第一信号的相位分量和第二信号的相位分量中的至少一个是从第一数据集改变而来，并确定第一数据集和第二数据集中第一驱动信号与第一扫描单元输出信号之间的相位分量的差异，以及在第一驱动信号与第一扫描单元输出信号之间具有小的相位分量的差异的数据集，并且确定的数据集用于生成对象的图像。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成装置，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光采集关于从对象返回的光的光接收信息，其中控制模块可以基于光接收信息和第一信号对应像素位置的第一信号来采集第一数据集，基于第一信号和第二信号采集第一信号对应像素位置，其中第一信号对应像素位置对应的至少一个信号的相位分量可以以第一相位变化周期改变，控制模块可以基于相位分量的变化根据第二信号对应像素位置采集第二数据集，其中当第二数据集比第一数据集更接近于满足预定标准时，与第二信号对应像素位置相对应的信号的相位分量中的至少一个可以以第一相位变化周期改变，控制模块可以基于相位分量的变化根据第三信号对应像素位置采集第三数据集，其中，当第二数据集比第三数据集更接近于满足预定标准时，可以基于第二数据集生成对象的重构像素位置图像。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成装置，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光采集关于从对象返回的光的光接收信息，其中控制模块可以使用第一信号、第二信号和光接收信息来采集第一数据集，以第一相位变化周期多次改变第一信号和第二信号中至少一个的相位分量，并使用光接收信息和相位分量多次改变的信号来采集多个数据集，其中每当至少一个信号的相位分量以第一相位变化周期改变时，使用光接收信息和至少一个信号来采集数据集，其中当至少一个信号的相位分量以第一相位变化周期改变n次时(这里n是大于等于2的整数)，控制模块可以使用光接收信息和通过将相位分量以第一相位变化周期改变n次而获得的至少一个信号，来采集第n个数据集，其中当第n个数据集比在第n个数据集之前采集的第n-1个数据集更接近于满足预定标准时，当第一信号和第二信号中的至少一个的相位分量以第一相位变化周期改变n-1次时，生成第n-1个数据集，控制模块可以以第一相位变化周期改变第一信号和第二信号中的至少一个的相位分量n+1次，其中控制模块可以使用光接收信息和相位分量被以第一相位变化周期改变n+1次的至少一个信号，来采集第n+1个数据集，其中当第n-1个数据集比第n个数据集更接近于满足预定标准时，控制模块可以基于相位分量以第一相位变化周期被改变n-1次的至少一个信号来生成图像。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成装置，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光，采集从对象返回的光的光接收信息，其中，控制模块可以采集通过将预设相位变化周期n次添加到第一信号的第一相位分量来获得的第一相位变化信号，采集通过将预设相位变化周期m次添加到第一信号的第一相位分量来获得的第二相位变化信号(这里n和m为大于等于1的不同整数)，并且当基于第一相位变化信号和第二信号采集的第一数据集比基于第二相位变化信号和第二信号采集的第二数据集更接近于满足预定标准时，使用基于第一相位变化信号采集的第一数据集来生成图像。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成装置，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光，采集从对象返回的光的光接收信息，其中控制模块可以基于第一信号、第二信号、以及光接收信息来采集第一数据集，采集通过以预设相位变化周期改变对应于第一数据集的信号而获得的第二数据集，当第二数据集比第一数据集更接近于满足预定标准时，采集通过以预设相位变化周期改变对应于第二数据集的信号而获得的第三数据集，并且当第二数据集比第三数据集更接近于满足预定标准时，基于第二数据集生成对象的图像。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成装置，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光，采集从对象返回的光的光接收信息，其中控制模块可以使用第一信号和第二信号在第一时间点生成并输出第一图像，其中当第一信号和第二信号中的至少一个的相位在第一时间点之后的预定时间间隔内发生改变时，控制模块可以使用至少一个相位改变的信号在预定时间间隔之后的第二时间点生成并输出第二图像，其中第一信号在第一时间点的相位与第一信号在第二时间点的相位之间的差异基本上是关于预定相位变化周期的整数倍且不同于第二信号在第一时间点的相位与第二信号在第二时间点的相位之间的差异，并且其中可以基于第一频率分量和第二频率分量来确定预定相位变化周期。
根据另一方面，可以提供一种图像生成装置的图像生成方法，图像生成装置用于向对象发射光以采集对象的图像，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光，采集从对象返回的光的光接收信息，该图像生成方法包括使控制模块基于光接收信息和第一信号对应像素位置的信号来采集第一数据集，基于第一信号和第二信号采集第一信号对应像素位置；以第一相位变化周期改变对应于第一信号对应像素位置的至少一个信号的相位分量，根据相位分量的变化基于第二信号对应像素位置来采集第二数据集，并且当第二数据集比第一数据集更好地满足预定标准时，以第一相位变化周期改变与对应于第二信号对应像素位置的信号的至少一个相位分量；根据相位分量的变化基于第三信号对应像素位置采集第三数据集，并且当第二数据集比第三数据集更接近于满足预定标准时，根据第二数据集生成对象的图像。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光的装置，该光发射装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位分量的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；以及扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光，其中控制模块可以基于由第一信号和第二信号采集的第一信号对应像素位置来采集第一数据集，其中可以以第一相位变化周期改变对应于第一信号对应像素位置的至少一个信号的相位分量，并且控制模块可以根据相位分量的变化基于第二信号对应像素位置来采集第二数据集，其中当第二数据集比第一数据集更接近于满足预定标准时，可以以第一相位变化周期改变对应于第二信号对应像素位置的信号的相位分量中的至少一个，控制模块可以根据相位分量的变化基于第三信号对应像素位置来采集第三数据集，其中当第二数据集比第三数据集更接近于满足预定标准时，控制模块可以确定像素的位置，从而使得发射到对象的光的位置基于第二数据集对应于第二信号对应像素位置。
根据另一方面，可以提供一种用于安装图像生成装置的安装装置，该图像生成装置包括探头并且被配置为向位于探头一端的对象发射光并接收从位于探头一端的对象返回的光，安装装置包括：外壳，其被配置为容纳图像生成装置的至少一部分，该至少一部分包括一端；以及参考图像提供单元，其被配置为提供至少一个参考图像，从而使得当图像生成装置的至少一部分安装在外壳中时，图像生成装置对驱动信号执行相位校正，以确定光将从一端发射到的对象的位置，其中，调整参考图像提供单元所提供的参考图像的位置，从而使得探头的一端与参考图像之间的距离和探头的焦距相匹配。
根据另一方面，可以提供一种用于安装图像生成装置的安装装置，该图像生成装置包括探头并且被配置为向位于探头一端的对象发射光并接收从位于探头一端的对象返回的光，安装装置包括：外壳，其被配置为容纳图像生成装置的至少一部分，该至少一部分包括一端；以及参考图像提供单元，其被配置为提供至少一个参考图像，从而使得当图像生成装置的至少一部分安装在外壳中时，图像生成装置对驱动信号执行相位校正，以确定光将从一端发射到的对象的位置，其中，参考图像提供单元包括多个层，其中多个参考图像被设置成使得探头的一端与参考图像之间的距离和探头的焦距相匹配。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成装置，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光，采集从对象返回的光的光接收信息，其中控制模块可以对输入到扫描单元的输入信号进行相位校正，以校正输入信号与操作扫描单元的实际信号之间的相位差，其中，当光从扫描单元发射到位于安装装置内的参考图像而扫描单元安装在安装装置上时，控制模块可以使用基于从参考图像返回的光的光接收信息对输入信号进行第一相位校正，其中当光从扫描单元发射到对象而扫描单元没有安装在安装装置上时，控制模块可以使用基于从对象返回的光的光接收信息以每个预定周期重复对输入信号进行第二相位校正，并且其中可以基于通过第一相位校正而校正的输入信号的相位值，来执行第二相位校正。
根据另一方面，可以提供一种图像生成装置的相位校正方法，该图像生成装置用于向对象发射光以采集对象的图像，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光，采集从对象返回的光的光接收信息，相位校正方法包括使控制模块对输入到扫描单元的输入信号进行相位校正，以校正输入信号与操作扫描单元的实际信号之间的相位差，其中执行相位校正包括：当光从扫描单元发射到位于安装装置内的参考图像而扫描单元安装在安装装置上时，使用基于从参考图像返回的光的光接收信息对输入信号进行第一相位校正，以及当光从扫描单元发射到对象而扫描单元没有安装在安装装置上时，使用基于从对象返回的光的光接收信息以每个预定周期重复对输入信号进行第二相位校正，并且其中可以基于通过第一相位校正而校正的输入信号的相位值，来执行第二相位校正。
有益效果
根据以下实施例，可以提供一种紧凑型光学装置，通过该光学装置可以实时观察对象的内部和外部。
根据以下实施例，可以通过实时改变扫描图案的相位来提供高分辨率图像。
此外，根据以下实施例，可以提供一种用于将频率分离到光纤的每个轴和结构所附接的位置以及该结构所附接的角的结构。
此外，根据以下实施例，可以提供一种用于预先调整所显示图像的相位的探头支架。
此外，根据以下实施例，可以提供一种通过调整输入到光纤的信号的电压来控制纵横比的图像。
此外，根据以下实施例，可以提供一种通过调整输入到光纤的信号的相位而获得的高分辨率图像。
此外，根据以下实施例，可以提供一种通过使用预定相位变化周期来发现用于校正输出图像的相位的方法。
此外，根据以下实施例，可以提供一种通过使用在一个像素位置处采集的光强值之间的差异来校正输出图像的相位的方法。
附图说明
图1是用于示例性地描述根据本发明实施例的使用图像生成装置的环境的图；
图2是用于示例性地描述本发明实施例的图像生成装置的构造的框图；
图3是说明性地示出根据本发明实施例的扫描模块的形式的图；
图4是示意性地示出根据本发明实施例的各种扫描图案的图；
图5是用于示例性地描述根据本发明实施例的图像处理模块200的构造的框图；
图6是用于示例性地描述根据本发明实施例的扫描模块110的内部构造的框图；
图7是用于示例性地描述根据本发明实施例的扫描模块110的内部构造的截面图；
图8是说明性地示出本发明另一实施例的当光纤被加工成圆锥形或半球形时输出的光束的图；
图9和图10是用于示例性地描述根据本发明实施例的透镜模块的构造的图；
图11是用于示例性地描述根据本发明实施例的扫描单元的结构的图；
图12是用于示例性地描述根据本发明实施例的扫描单元的设计条件的曲线图；
图13和图14是用于示例性地描述根据本发明实施例的质量块M的附接位置的图；
图15是用于描述根据本发明实施例的频率分离的曲线图；
图16至图18是用于描述本发明的实施例的驱动范围调整装置的结构的图；
图19是用于示例性地描述根据本发明实施例的交叉耦合的图；
图20是用于示例性说明根据本发明另一实施例的光纤的振动原理的图；
图21和图22是用于描述本发明实施例的可变形杆的附接位置的图；
图23是用于描述根据本发明实施例的频率分离的曲线图；
图24是用于示例性地描述根据本发明实施例的Lissajous扫描的图；
图25是用于示例性地描述根据本发明实施例的可变形杆的附接角范围的图；
图26是用于示例性地描述根据本发明实施例的耦合误差的图；
图27是用于示例性地描述根据本发明实施例的可变形杆的附接角范围的曲线图；
图28至图30是示出根据上述可变形杆的安装方向的频率特性的图；
图31是用于示例性地描述根据本发明实施例的纵横比校正方法的流程图；
图32至图34是用于示例性地描述根据本发明实施例的用于将元件容纳在扫描模块110的外壳内部的耦合结构的图；
图35是用于示例性地描述根据本发明另一实施例的扫描模块的内部结构的图；
图36是用于示例性地描述根据本发明又一实施例的扫描模块的内部结构的图；
图37是用于示例性地描述可以在其中实现本文描述的实施例的计算机系统的图；
图38是示出相位延迟前的信号波形和相位延迟后的信号波形的图；
图39是示出相位延迟的低分辨率图像(a)和相位校正的高分辨率图像(b)的图；
图40是示出以发射光的光图案出现的微细图案的图；
图41是示出与截止滤光片对应且以发射光的光图案出现的明暗的图；
图42示出了表示相位延迟时(a)在所获得的图像中产生未使用区域的图，以及表示当相位被校正时在所获得的图像的角部处出现未使用区域的图(b)；
图43是示出根据实施例的安装装置的框图；
图44是示出根据实施例的将扫描模块容纳在图像生成装置中的图；
图45是用于描述根据实施例的将扫描模块安装在安装装置上的图；
图46是示出根据实施例的安装装置的收纳部分的俯视截面图；
图47是示出根据实施例的参考图案部分的俯视图；
图48是示出根据实施例的存在于参考图案部分上的参考图像的侧视图；
图49是示出根据实施例的以凹面结构形状存在的参考图案部分的侧视图；
图50示出了表示根据实施例的设置在安装装置下方的参考图案部分通过调整部分向上移动的图(a)，以及表示根据实施例的设置在安装装置下方的参考图案部分通过调整部分向下移动的图(b)；
图51是示出根据实施例的使用安装装置中存在的参考图像来校正相位的流程图；
图52是示出根据实施例的存储由控制模块获得的信号的方案的表；
图53示出了表示根据实施例的当没有相位延迟时存储获得的信号的方案的表(a)，以及表示根据实施例的当存在相位延迟时存储获得的信号的方案的表(b)；
图54是用于描述根据实施例的沿着光图案求出在预测时间获得的信号值之间的差异的方法的图；
图55是用于描述根据实施例的使用沿着光图案的在预测时间获得的值之间的差异来校正相位的流程图；
图56是用于描述根据实施例的使用由控制模块获得的图像的像素的值来校正相位的流程图；
图57是示出根据实施例的与相位变化对应的标准偏差信息的图；
图58是用于描述根据实施例的求出使沿轨迹的标准偏差信息最小化的值的方法的图；
图59是用于描述根据实施例的求出在有限范围内使标准偏差信息最小化的值的方法的图；
图60是用于描述根据实施例的当使用轨迹求出标准偏差信息的最小值时的局部最小值的图；
图61是用于描述根据实施例的填充因子(FF)随相位变化而变化的图；
图62是示出根据实施例的沿着轨迹进行发现以发现标准偏差信息最小的相位的流程图；
图63是用于描述根据实施例的求出使沿轨迹的标准偏差信息最小化的相位的方法的图；
图64是用于描述根据实施例的求出使沿轨迹的标准偏差信息最小化的相位的方法的图；
图65是用于描述根据实施例的沿轨迹进行发现后的在限定范围内标准偏差信息最小的相位的发现方法的流程图；
图66是用于描述根据实施例的在沿轨迹进行相位发现以进行相位校准之后在缩短的相位发现单元内发现标准偏差信息最小的相位的方法的流程图；
图67是用于描述根据实施例的FF随驱动信号之间的相位差的变化的图；
图68是用于描述根据实施例的FF随驱动信号之间的相位差的变化的图；
图69是用于描述根据实施例的通过调整驱动信号的相位来获得具有高FF的图像的流程图；
图70是用于描述根据实施例的通过改变驱动信号的相位来改变光路的图；
图71是用于描述根据实施例的在改变驱动信号的相位的同时光图案通过的位置重叠的图；
图72是用于描述根据实施例在改变驱动信号的相位的同时使用获得的值生成一个图像的流程图；和
图73是用于描述根据实施例的在改变驱动信号的相位以具有预定FF的同时使用获得的值生成一个图像的流程图。
最佳实施方式
根据一个实施例，可以提供一种光学装置，其包括：具有固定端和自由端的光纤；第一致动单元，其被配置为在光纤的固定端和自由端之间的致动器位置上施加第一力，并引起光纤的自由端在第一方向上被驱动；以及可变形杆，其设置在光纤附近，可变形杆具有第一端和第二端，其中，可变形杆的第一端设置在光纤上的第一杆位置处，可变形杆的第二端杆设置在光纤上的第二杆位置处，光纤上的第一杆位置和第二杆位置在致动器位置和自由端之间，至少从光纤上的第一杆位置到光纤上的第二杆位置沿着光纤设置可变形杆，并且在垂直于光纤纵向的横截面中，第一方向与从可变形杆的第一端连接至光纤上的第一杆位置的虚拟线之间的角在预定范围内，从而使得当由第一致动器施加到光纤上的致动器位置上的第一力在第一方向上驱动光纤的自由端时，光纤在第二方向上的振动受到限制。
具体实施方式
本发明的上述目的、特征和优点将通过以下结合附图的详细描述而变得更加清楚。由于本发明可以进行各种修改并且具有多个示例性实施例，因此将在附图中示出并详细描述具体实施例。
在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度。此外，当提到元件或层在另一元件或层“上”时，元件或层可直接形成在另一元件或层上，或者第三元件或层可插入其间。在整个说明书中，相似的附图标记指代相似的元件。此外，在本发明的范围内，贯穿附图将使用相似的附图标记来表示具有相似功能的相似元件。
将排除关于与本发明相关的众所周知的功能或配置的详细描述，以免不必要地混淆本发明的主题。还应当注意，虽然在下面的描述中使用了序数(诸如第一和第二)，但它们仅用于区分相似的元件。
以下描述中使用的用于元件的后缀“模块”和“单元”只是为了便于编写本说明书而给出或互换使用，因此不赋予它们特定的含义或功能。
根据一个实施例，可以提供一种光学装置，其包括：具有固定端和自由端的光纤；第一致动器，其被配置为在光纤的固定端和自由端之间的致动器位置上施加第一力，从而引起光纤的自由端在第一方向上的移动；以及可变形杆，其设置在光纤附近，并具有第一端和第二端，其中第一端设置在光纤的第一杆位置上，第二端设置在光纤的第二杆位置上，其中光纤的第一杆位置和第二杆位置在致动器位置和自由端之间，其中可变形杆从光纤的第一杆位置到光纤的第二杆位置基本上平行于光纤，并且其中，在垂直于光纤的纵轴的横截面中，可变形杆被布置成使得从可变形杆的第一端连接到光纤的第一杆位置的虚拟线与第一方向之间的角在预定范围内，从而使得当由于第一致动器在光纤的致动器位置上施加第一力，光纤的自由端在第一方向上移动时，光纤在第二方向上的移动受到限制。
此外，光学装置还可以包括第二致动器，该第二致动器被配置为在光纤的致动器位置上施加第二力，其中第二致动器可以引起光纤的自由端在垂直于第一方向的第二方向上移动。
此外，当光纤通过从第一致动器施加的第一力和从第二致动器施加的第二力振动时，光纤根据预定条件以Lissajous图案移动。
此外，光纤可具有第一刚度，并且可变形杆具有第二刚度。
此外，当光纤根据第一力和第二力移动时，可变形杆可以改变光纤沿第一方向的刚度和光纤沿第二方向的刚度中的至少一个。
此外，光纤可以相对于第一方向和第二方向以不同的共振频率驱动。
此外，可变形杆的长度可以比光纤的长度短。
此外，可变形杆的第一端可以通过第一连接器固定到光纤的第一杆位置，并且可变形杆的第二端可以通过第二连接器固定到光纤的第二杆位置。
此外，第一连接器和第二连接器可以随着光纤振动而移动。
此外，光学装置还可以包括控制器，该控制器被配置为向第一致动器施加第一驱动频率并且向第二致动器施加第二驱动频率。
此外，第一驱动频率和第二驱动频率之间的差异可以大于预定范围。
根据另一方面，可以提供一种图像生成装置，包括：发射单元，其被配置为向对象发射光；接收单元，其被配置为接收从对象返回的信号；控制器，其被配置为基于从接收单元获得的信号生成图像；所述图像生成装置还包括：具有固定端和自由端的光纤；第一致动器，其设置在位于光纤的固定端和自由端之间的致动器位置上，并且被配置为向致动器位置施加第一力，引起光纤的自由端在第一方向上共振驱动；以及可变形杆，其设置在光纤附近，并具有第一端和第二端；其中可变形杆的第一端固定在光纤的第一杆位置上，第二端固定在光纤的第二杆位置上，其中第一杆位置和第二杆位置在致动器位置和自由端之间，其中可变形杆至少从第一杆位置到第二杆位置平行于光学端布置，其中，在垂直于光纤纵轴的截面中，可变形杆被布置成使得从可变形杆的第一端连接到光纤的第一杆位置的虚拟线与第一方向之间的角在预定范围内，从而当根据由第一致动器施加的第一力在第一方向上共振驱动光纤的自由端时，光纤的自由端在第二方向上振动的最大移动范围在一个像素值的1/2以内。
根据另一方面，可以提供一种光学装置，其包括：具有固定端和自由端的光纤；第一致动单元，其位于光纤的固定端和自由端之间的致动器位置处，并被配置为将第一力施加到致动器位置上以引起光纤的自由端在第一方向上被驱动；第二致动单元，其被配置为将第二力施加到光纤上的致动器位置上以在垂直于第一方向的第二方向上诱导光纤的自由端；控制器，其被配置为向第一致动单元施加第一驱动信号并且向第二致动单元施加第二驱动信号；以及可变形杆，其设置在光纤附近，该可变形杆具有第一端和第二端，其中，可变形杆的第一端设置在光纤上的第一杆位置处，可变形杆的第二端杆设置在光纤上的第二杆位置处，光纤上的第一杆位置和第二杆位置在致动器位置和自由端之间，可变形杆至少从第一杆位置到第二杆位置设置在光纤旁边，在垂直于光纤的纵向方向的横截面中，第一方向与从可变形杆的第一端连接到光纤的第一杆位置的虚拟线之间的角在预定范围内，并且控制器通过向第一致动单元施加第一电压并且向第二致动单元施加第二电压来调整由光纤发射的扫描图案的纵横比。
此外，控制器可以向第一致动器和第二致动器施加相同的电压，从而使得光纤照射关于第一方向和第二方向具有不同比例的扫描图案。
此外，控制器可以向第一致动器施加大于第二致动器的电压，以照射关于第一方向和第二方向具有一对一比例的扫描图案。
此外，控制器可以通过从第一致动器施加的第一力和从第二致动器施加的第二力来控制光纤以对应于Lissajous图案移动。
此外，第一驱动频率和第二驱动频率之间的差异可以大于预定范围。
此外，可变形杆的第一端可以通过第一连接器固定到光纤的第一杆位置，并且可变形杆的第二端通过第二连接器固定到光纤的第二杆位置。
此外，当光纤振动时，第一连接器和第二连接器可以一起移动。
此外，在垂直于光纤的纵轴的横截面中，可变形杆被布置成使得从可变形杆的第一端连接到光纤的第一杆位置的虚拟线与第一方向之间的角在预定范围内，从而使得当光纤的自由端对应于第一致动器向光纤的致动器位置施加的第一力在第一方向上共振振动时，光纤的自由端被限制为在第二方向上移动。
此外，光纤可具有第一刚度，并且可变形杆具有第二刚度。
此外，当光纤根据第一力和第二力移动时，可变形杆可以改变光纤在第一方向和第二方向中的至少一个方向上的刚度。
根据另一方面，可以提供一种光学装置，其包括：具有固定端和自由端的光纤；第一致动器，其位于固定端和自由端之间的致动器位置处，并且被配置为在光纤的致动器位置上施加第一力，从而引起光纤的自由端在第一方向上的移动；第二致动器，其被配置为在光纤的致动器位置上施加第二力，从而使得光纤的自由端在第二方向上移动，其中第一方向垂直于光纤的纵轴，第二方向垂直于第一方向；质量块，其具有预选尺寸并设置在光纤的固定端和自由端之间；以及容纳光纤、第一致动器和第二致动器的外壳，其中具有预选尺寸的质量块设置在光纤的固定端和自由端之间，其中质量块以缓冲距离远离光纤的自由端定位，以防止当光纤振动时质量块与外壳的内壁发生碰撞而被损坏，其中该缓冲距离由以下至少一项确定为小于外壳内径的1/2：光纤距内径中心的最大移动范围和质量块距内径中心的最大移动范围。
此外，光学装置还可包括可变形杆，该可变形杆设置在光纤附近，并具有第一端和第二端，其中第一端固定到光纤的第一杆位置，第二端固定到光纤的第二杆位置，其中光纤的第一杆位置和第二杆位置位于致动器位置和自由端之间，其中可变形杆从光纤的第一杆位置到光纤的第二杆位置基本上平行于光纤。
此外，在垂直于光纤的纵轴的横截面中，可变形杆可以被布置成使得从可变形杆的第一端连接到光纤的第一杆位置的虚拟线与第一方向之间的角在预定范围内，从而使得当由于第一致动器在向光纤的致动器位置施加的第一力，光纤的自由端在第一方向上移动时，光纤被限制在第二方向上移动。
此外，光纤可以通过从第一致动器施加的第一力和从第二致动器施加的第二力振动，并且根据预定条件对应于Lissajous图案移动。
此外，可变形杆的第一端可以通过第一固定元件固定到光纤的第一杆位置，并且可变形杆的第二端通过第二固定元件固定到光纤的第二杆位置。
此外，光学装置还可以包括控制器，该控制器被配置为向第一致动器施加第一驱动频率并且向第二致动器施加第二驱动频率。
此外，第一驱动频率和第二驱动频率之间的差异可以大于预定范围。
此外，可以预先选择质量块的尺寸，从而关于第一方向和第二方向以预定幅度共振驱动光纤。
此外，质量块可以附接到第二杆位置以将可变形杆的第二端固定在光纤上。
此外，第二杆位置可以被确定为使得光纤关于第一方向和第二方向具有不同的共振频率。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光的光学装置，其包括：控制模块，其被配置为生成致动信号；发射单元，其被配置为接收致动信号并基于致动信号向对象发射光；其中当发射单元接收到具有第一致动频率和第一相位的第一致动信号以及具有第二致动频率和第二相位的第二致动信号时，发射单元以第一扫描图案发射光，其中当发射单元接收致动信号中具有第三致动频率和第三相位的第三致动信号以及具有第四致动频率和第四相位的第四致动信号时，发射单元以第二扫描图案发射光，并且其中控制模块被配置为生成第一至第四致动信号，使得第一相位和第二相位的相位差与第三相位和第四相位的相位差之间的差异是预定相位的n倍。
此外，所述光学装置还可以包括光接收单元，其被配置为接收从对象返回的光并产生光接收信号，用于采集从对象返回的光并使用所采集的光采集对象的图像；其中控制模块被配置为使用从具有第一扫描图案的对象返回的光获得第一数据集，其中控制模块被配置为使用从具有第二扫描图案的对象返回的光获得第二数据集，并且其中控制模块被配置为使用第一数据集和第二数据集获得第三数据集，并基于第三数据集生成对象的图像。
此外，可以从第三数据集定义多个区域以及对应于多个区域中的每一个的接收光信息，并且其中第一填充因子表示从第三数据集定义的多个区域在对象图像的预定的多个区域中的包含度数可能大于预定标准。
此外，第一填充因子是100％。
此外，当第一相位和第二相位的相位差与第三相位和第四相位的相位差之间的差异为预定相位的n倍时，预定相位可以基于第一驱动频率或第二驱动频率以及当光从光学装置发射时的预定总区域。
此外，预定相位可以由式a确定。
[式a]
Figure BDA0003334403560000211
其中，a表示预定相位，fy表示第二驱动频率，pixel表示预定区域的数量。
此外，预定相位可以由式b确定。
[式b]
Figure BDA0003334403560000212
其中，a表示预定相位，fy表示第二驱动频率，pixel表示预定区域的数量。
此外，当第一相位和第二相位的相位差与第三相位和第四相位的相位差之间的差异为预定相位的n倍时，可以基于第一驱动频率或第二驱动频率、第一驱动频率和第二驱动频率的最大公分母以及预定总区域获得n。
此外，n可以由式c确定。
[式c]
Figure BDA0003334403560000213
其中，GCD表示第一驱动频率和第二驱动频率的最大公约数，fy表示第二驱动频率，pixel表示预定区域的数量。
此外，n可以由式d确定。
[式d]
Figure BDA0003334403560000221
其中，GCD表示第一驱动频率和第二驱动频率的最大公约数，fy表示第二驱动频率，pixel表示预定区域的数量。
根据另一方面，可以提供一种在光学装置中生成图案的方法，该光学装置包括：控制模块，其被配置为生成致动信号以向对象发射光，获得从对象返回的光，并通过使用获得的光来获得对象的图像；以及发射单元，其被配置为接收来自控制模块的致动信号，并基于致动信号发射光；该方法包括：当向发射单元施加驱动信号中的具有第一驱动频率和第一相位的第一驱动信号以及具有第二驱动频率和第二相位的第二驱动信号时，通过发射单元根据第一扫描图案发射光；当向发射单元施加驱动信号中的具有第一驱动频率和第三相位的第三驱动信号以及具有第二驱动频率和第四相位的第四驱动信号时，通过发射单元根据第二扫描图案发射光；通过控制模块生成第一至第四驱动信号，使得第一相位与第二相位的相位差与第三相位和第四相位的相位差之间的差异为预定相位的n倍。
根据另一方面，可以提供一种用于获得对象的图像的图像生成装置，其包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位分量的第一信号，以及具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；发射单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为基于来自对象的返回光获得光接收数据；其中控制模块被配置为通过使用第一信号、第二信号和光接收数据来获得多个数据集，根据预定标准从多个数据集中选择数据集以获得具有良好质量的图像，其中多个数据集包括当第一信号的第一相位分量或第二信号的第二相位分量中的至少一个被调整时其相位被调整的数据集，并且其中基于选定的数据集生成对象的图像。
此外，光接收信息可以包括与由第一信号和第二信号确定的多个像素位置对应的光强值。此外，多个数据集可以包括对应于多个像素位置的光强值、对应于多个数据集中的多个像素位置中的至少一些像素位置的多个光强值，并且控制模块可确定数据集以基于与至少一些像素位置对应的多个光强值之间的差异从多个数据集中采集高质量图像。
此外，控制模块可以将多个数据集中与至少一些像素位置对应的多个光强值的总和最小的数据集确定为用于采集高质量图像的数据集。
此外，多个光强值之间的差异可以是多个光强值之间的偏差。
此外，多个光强值之间的差异可以是多个光强值之间的标准偏差。
此外，多个数据集可包括第一数据集和第二数据集，第一数据集可包括对应于多个像素位置的第一像素位置的第一-第一光强值和第一-第二光强值以及对应于多个像素位置中的第二像素位置的第二-第一光强值和第二-第二光强值，第二数据集可包括对应于多个像素位置中的第一像素位置的第一-第一光强值和第一-第二光强值以及对应于多个像素位置中的第二像素位置的第二-第一光强值和第二-第二光强值。用于确定高质量图像的预定标准可以基于对应于第一像素位置的第一-第一光强值与第一-第二光强值之间的差异以及对应于第二像素位置的第二-第一光强值与第二-第二光强值之间的差异。当根据预定准则确定第一数据集和第二数据集中的一个为用于采集高质量图像的数据集时，当第一数据集中对应于第一像素位置的第一-第一光强值与第一-第二光强值之间的差异以及对应于第二像素位置的第二-第一光强值与第二-第二光强值之间的差异的总和小于第二数据集中对应于第一像素位置的第一-第一光强值与第一-第二光强值之间的差异以及对应于第二像素位置的第二-第一光强值与第二-第二光强值之间的差异的总和，控制模块可以将第一数据集确定为用于采集高质量图像的数据集。
此外，多个数据集可以包括第一数据集和第二数据集。可以使用第一信号、第二信号和光接收信息来生成第一数据集。当第一信号的第一相位分量被调整时，可以使用具有调整后的相位分量的第一信号、第二信号和光接收信息来生成第二数据集。此外，多个数据集可以包括第一数据集和第二数据集。可以使用第一信号、第二信号和光接收信息来生成第一数据集。当调整第二信号的第二相位分量时，可以使用第一信号、具有调整后的相位分量的第二信号和光接收信息来生成第二数据集。
此外，多个数据集可以包括第一数据集和第二数据集。可以使用光接收信息以及第一信号和第二信号中的至少一个相位分量被改变的信号来生成第一数据集。可以使用光接收信息以及第一信号和第二信号中的至少一个相位分量被改变的信号来生成第二数据集。
此外，与第一数据集相比，第二数据集可具有通过相位调整根据与多个像素位置对应的光接收信息而改变的光强值。
此外，第一轴方向和第二轴方向可以彼此正交，第一轴方向可以表示笛卡尔坐标系的x轴，第二轴方向可以表示笛卡尔坐标系的y轴。
此外，当调整第一信号的第一相位分量时，可以将未调整相位的第一信号施加到扫描单元，并且可以使用调整了相位的第一信号来生成相位被调整的数据集。
此外，当第一信号和第二信号被施加到扫描单元时，扫描单元可以以特定图案发射光。
此外，控制模块可以将与使用相位调整后的数据集生成的图像相对应的调整后的相位分量确定为用于校正第一信号或第二信号的最终校正相位。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成方法，该图像生成方法包括使控制模块生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位分量的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；使扫描单元使用第一信号和第二信号向对象发射光；并且根据扫描单元发射的光，使光接收单元采集与从对象返回的光有关的光接收信息，其中控制模块可以使用第一信号、第二信号和光接收信息来采集多个数据集，并根据预定标准从多个数据集中确定用于采集高质量图像的数据集，该多个数据集可以包括当第一信号的第一相位分量和第二信号的第二相位分量中的至少一个被调整时采集的相位被调整的数据集，并且可以使用从多个数据集中确定的数据集来生成对象的图像。
根据另一方面，可以提供一种图像生成装置，其用于使用Lissajous图案向对象发射光并基于返回光采集对象的图像，该图像生成装置包括控制模块、驱动单元、扫描单元和光接收单元，其中控制模块向驱动单元施加驱动信号，该驱动信号包括第一驱动信号和第二驱动信号，第一驱动信号包括第一频率分量和第一相位分量，第二驱动信号包括第二频率分量和第二相位分量，用于以Lissajous图案向对象发射光，驱动单元接收来自控制模块的驱动信号，并根据对应于第一驱动信号的第一扫描单元输出信号和对应于第二驱动信号的第二扫描单元输出信号来驱动扫描单元向对象发射光，基于第一扫描单元输出信号和第二扫描单元输出信号，扫描单元以Lissajous图案向对象发射光，光接收单元基于扫描单元发射的光采集从对象返回的光强，以便校正第一驱动信号与第一扫描单元输出信号之间以及第二驱动信号与第二扫描单元输出信号之间的相位分量的差异，当存在第一驱动信号与第一扫描单元输出信号之间的相位分量的差异以及第二驱动信号与第二扫描单元输出信号之间的相位分量的差异时，控制模块使用第一驱动信号、第二驱动信号以及通过光接收单元采集的光强来采集第一数据集，采集第二数据集，其中第一信号的相位分量和第二信号的相位分量中的至少一个是从第一数据集改变而来，并确定第一数据集和第二数据集中第一驱动信号与第一扫描单元输出信号之间的相位分量的差异，以及在第一驱动信号与第一扫描单元输出信号之间具有小的相位分量的差异的数据集，并且确定的数据集用于生成对象的图像。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成装置，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光采集关于从对象返回的光的光接收信息，其中控制模块可以基于光接收信息和第一信号对应像素位置的第一信号来采集第一数据集，基于第一信号和第二信号采集第一信号对应像素位置，其中第一信号对应像素位置对应的至少一个信号的相位分量可以以第一相位变化周期改变，控制模块可以基于相位分量的变化根据第二信号对应像素位置采集第二数据集，其中当第二数据集比第一数据集更接近于满足预定标准时，与第二信号对应像素位置相对应的信号的相位分量中的至少一个可以以第一相位变化周期改变，控制模块可以基于相位分量的变化根据第三信号对应像素位置采集第三数据集，其中，当第二数据集比第三数据集更接近于满足预定标准时，可以基于第二数据集生成对象的重构像素位置图像。
此外，预设相位变化周期可以被设置为使得与第一数据集对应的信号对应的填充因子对应于与第二数据集对应的信号对应的填充因子，其中填充因子可以指示图像生成装置将光发射到的区域与多个预定区域的比例。
此外，控制模块可以根据与第二数据集对应的信号的相位分量来采集至少一个候选相位以生成对象的图像，采集与至少一个候选相位对应的至少一个候选数据集，从至少一个候选数据集中选择最符合预定标准的候选数据集，并基于选择的候选数据集生成对象的图像。
此外，当对应于第二信号对应像素位置的至少一个信号的相位分量以第二相位变化周期改变时，控制模块基于第四信号对应像素位置根据相位分量的变化来采集第四数据集。当第四数据集比第二数据集更接近于满足预定准则，并且对应于第四信号对应像素位置的至少一个信号的相位分量以第二相位变化周期改变时，控制模块基于第五信号对应像素位置根据相位分量的变化来采集第五数据集。当第四数据集比第五数据集更接近于满足预定标准时，控制模块可以基于第四数据集来生成对象的图像。
此外，由控制模块采集的对应于第一数据集的信号可以包括通过将第一信号的第一相位角分量基本上改变90度而获得的信号，以及通过将第二信号的第二相位角分量基本上改变90度而获得的信号，第一相位角分量基于第一频率分量和第一相位分量，第二相位角分量基于第二频率分量和第二相位分量。
此外，控制模块可以比较第一频率分量和第二频率分量，当第一频率分量小于第二频率分量时，以第一相位变化周期改变对应于第一数据集的信号中具有第一频率分量的信号的相位分量，并以第一相位变化周期改变对应于第一数据集的信号中具有第二频率分量的信号。
此外，第一数据集的第一相位信号对应像素位置可包括多个第一相同像素位置和多个第二相同像素位置，光接收信息可包括对应于多个第一相同像素位置的光强值以及对应于多个第二相同像素位置的光强值，第二数据集的第二相位信号对应像素位置可以包括多个第三相同像素位置和多个第四相同像素位置，光接收信息可以包括对应于多个第三相同像素位置的光强值和对应于多个第四相同像素位置的光强值，并且控制模块可以采集第一总和，该第一总和表示对应于多个第一相同像素位置的光强值之间的差异与对应于多个第二相同像素位置的光强值之间的差异的总和，采集第二总和，该第二总和表示对应于多个第三相同像素位置的光强值之间的差异与对应于多个第四相同像素位置的光强值之间的差异的总和，比较第一总和与第二总和，当第二总和小于第一总和时，确定第二数据集比第一数据集更接近于满足预定标准。
此外，对应于多个相同像素位置的光强值之间的差异可以是对应于多个相同像素位置的光强值之间的标准偏差。
此外，控制单元可以采集对应于第二数据集的信号的相位分量之间的差异，并使用相位分量之间的差异和预设相位变化值来改变第一信号和第二信号中的至少一个的相位分量，并且扫描单元可以接收通过使用相位分量和预设相位变化值之间的差异来改变第一信号和第二信号中的至少一个的相位分量而获得的信号，并且向对象发射光。
此外，当第一频率分量和第二频率分量都是奇数时，可以基于预设相位变化周期和预设相位变化周期的奇数倍的一半来基本上确定预设相位变化值，并且当第一频率分量和第二频率分量中只有一个为偶数时，可以基于预设相位变化周期和预设相位变化周期的偶数倍的一半来基本上确定预设相位变化值。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成装置，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光采集关于从对象返回的光的光接收信息，其中控制模块可以使用第一信号、第二信号和光接收信息来采集第一数据集，以第一相位变化周期多次改变第一信号和第二信号中至少一个的相位分量，并使用光接收信息和相位分量多次改变的信号来采集多个数据集，其中每当至少一个信号的相位分量以第一相位变化周期改变时，使用光接收信息和至少一个信号来采集数据集，其中当至少一个信号的相位分量以第一相位变化周期改变n次时(这里n是大于等于2的整数)，控制模块可以使用光接收信息和通过将相位分量以第一相位变化周期改变n次而获得的至少一个信号，来采集第n个数据集，其中当第n个数据集比在第n个数据集之前采集的第n-1个数据集更接近于满足预定标准时，当第一信号和第二信号中的至少一个的相位分量以第一相位变化周期改变n-1次时，生成第n-1个数据集，控制模块可以以第一相位变化周期改变第一信号和第二信号中的至少一个的相位分量n+1次，其中控制模块可以使用光接收信息和相位分量被以第一相位变化周期改变n+1次的至少一个信号，来采集第n+1个数据集，其中当第n-1个数据集比第n个数据集更接近于满足预定标准时，控制模块可以基于相位分量以第一相位变化周期被改变n-1次的至少一个信号来生成图像。
此外，相位分量以第一相位变化周期改变的至少一个信号可以是具有第一频率分量和第一相位分量的第一信号。当第二信号的相位分量以第一相位变化周期改变m次(此处，m为大于或等于2的整数)时，控制模块可以使用光接收信息和相位分量以第一相位变化周期改变m次的第二信号来采集第m个数据集。当第m个数据集比在第m个数据集之前采集的第m-1个数据集更接近于满足预定标准时，该第m-1个数据集是在第二信号的相位分量以第一相位变化周期改变m-1次时生成的，控制模块可以以第一相位变化周期改变第二信号的相位分量m+1次。控制模块可以使用光接收信息和相位分量以第一相位变化周期改变m+1次的第二信号来采集第m+1个数据集。当第m-1个数据集比第m个数据集更接近于满足预定标准时，控制模块可以基于相位分量以第一相位变化周期改变m-1次的第二信号来生成图像。
此外，所采集的数据集中的一个数据集可以包括多个第一相同像素位置和多个第二相同像素位置，并且数据集中包括的光接收信息可以包括对应于多个第一相同像素位置的光强值和对应于多个第二相同像素位置的光强值。除一个数据集之外，所采集的数据集中的另一个数据集可以包括多个第三相同像素位置和多个第四相同像素位置，另一个数据集中包括的光接收信息可以包括对应于多个第三相同像素位置的光强值和对应于多个第四相同像素位置的光强值。控制模块可以采集第一总和以及第二总和，第一总和表示对应于多个第一相同像素位置的光强值之间的差异与对应于多个第二相同像素位置的光强值之间的差异的总和，第二总和表示对应于多个第三相同像素位置的光强值之间的差异与对应于多个第四相同像素位置的光强值之间的差异的总和，将第一总和与第二总和进行比较，并且当第二总和小于第一总和时，确定另一个数据集比一个数据集更接近于满足预定标准。
此外，对应于多个相同像素位置的光强值之间的差异可以是对应于多个相同像素位置的光强值之间的标准偏差。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成装置，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光，采集从对象返回的光的光接收信息，其中，控制模块可以采集通过将预设相位变化周期n次添加到第一信号的第一相位分量来获得的第一相位变化信号，采集通过将预设相位变化周期m次添加到第一信号的第一相位分量来获得的第二相位变化信号(这里n和m为大于等于1的不同整数)，并且当基于第一相位变化信号和第二信号采集的第一数据集比基于第二相位变化信号和第二信号采集的第二数据集更接近于满足预定标准时，使用基于第一相位变化信号采集的第一数据集来生成图像。
此外，所采集的数据集中的一个数据集可以包括多个第一相同像素位置和多个第二相同像素位置，并且数据集中包括的光接收信息可以包括对应于多个第一相同像素位置的光强值和对应于多个第二相同像素位置的光强值。除一个数据集之外，所采集的数据集中的另一个数据集可以包括多个第三相同像素位置和多个第四相同像素位置，另一个数据集中包括的光接收信息可以包括对应于多个第三相同像素位置的光强值和对应于多个第四相同像素位置的光强值。控制模块可以采集第一总和以及第二总和，第一总和表示对应于多个第一相同像素位置的光强值之间的差异与对应于多个第二相同像素位置的光强值之间的差异的总和，第二总和表示对应于多个第三相同像素位置的光强值之间的差异与对应于多个第四相同像素位置的光强值之间的差异的总和，将第一总和与第二总和进行比较，并且当第二总和小于第一总和时，确定另一个数据集比一个数据集更接近于满足预定标准。
此外，对应于多个相同像素位置的光强值之间的差异可以是对应于多个相同像素位置的光强值之间的标准偏差。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成装置，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光，采集从对象返回的光的光接收信息，其中控制模块可以基于第一信号、第二信号、以及光接收信息来采集第一数据集，采集通过以预设相位变化周期改变对应于第一数据集的信号而获得的第二数据集，当第二数据集比第一数据集更接近于满足预定标准时，采集通过以预设相位变化周期改变对应于第二数据集的信号而获得的第三数据集，并且当第二数据集比第三数据集更接近于满足预定标准时，基于第二数据集生成对象的图像。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成装置，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光，采集从对象返回的光的光接收信息，其中控制模块可以使用第一信号和第二信号在第一时间点生成并输出第一图像，其中当第一信号和第二信号中的至少一个的相位在第一时间点之后的预定时间间隔内发生改变时，控制模块可以使用至少一个相位改变的信号在预定时间间隔之后的第二时间点生成并输出第二图像，其中第一信号在第一时间点的相位与第一信号在第二时间点的相位之间的差异基本上是关于预定相位变化周期的整数倍且不同于第二信号在第一时间点的相位与第二信号在第二时间点的相位之间的差异，并且其中可以基于第一频率分量和第二频率分量来确定预定相位变化周期。
根据另一方面，可以提供一种图像生成装置的图像生成方法，用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成装置，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光，采集从对象返回的光的光接收信息，该图像生成方法包括使控制模块基于光接收信息和第一信号对应像素位置的信号来采集第一数据集，基于第一信号和第二信号采集第一信号对应像素位置；以第一相位变化周期改变对应于第一信号对应像素位置的至少一个信号的相位分量，根据相位分量的变化基于第二信号对应像素位置来采集第二数据集，并且当第二数据集比第一数据集更好地满足预定标准时，以第一相位变化周期改变与对应于第二信号对应像素位置的信号的至少一个相位分量；根据相位分量的变化基于第三信号对应像素位置采集第三数据集，并且当第二数据集比第三数据集更接近于满足预定标准时，根据第二数据集生成对象的图像。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光的装置，该光发射装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位分量的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；以及扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光，其中控制模块可以基于由第一信号和第二信号采集的第一信号对应像素位置来采集第一数据集，其中可以以第一相位变化周期改变对应于第一信号对应像素位置的至少一个信号的相位分量，并且控制模块可以根据相位分量的变化基于第二信号对应像素位置来采集第二数据集，其中当第二数据集比第一数据集更接近于满足预定标准时，可以以第一相位变化周期改变对应于第二信号对应像素位置的信号的相位分量中的至少一个，控制模块可以根据相位分量的变化基于第三信号对应像素位置来采集第三数据集，其中当第二数据集比第三数据集更接近于满足预定标准时，控制模块可以确定像素的位置，从而使得发射到对象的光的位置基于第二数据集对应于第二信号对应像素位置。
根据另一方面，可以提供一种用于安装图像生成装置的安装装置，该图像生成装置包括探头并且被配置为向位于探头一端的对象发射光并接收从位于探头一端的对象返回的光，安装装置包括：外壳，其被配置为容纳图像生成装置的至少一部分，该至少一部分包括一端；以及参考图像提供单元，其被配置为提供至少一个参考图像，从而使得当图像生成装置的至少一部分安装在外壳中时，图像生成装置对驱动信号执行相位校正，以确定光将从一端发射到的对象的位置，其中，调整参考图像提供单元所提供的参考图像的位置，从而使得探头的一端与参考图像之间的距离和探头的焦距相匹配。
根据另一方面，可以提供一种用于安装图像生成装置的安装装置，该图像生成装置包括探头并且被配置为向位于探头一端的对象发射光并接收从位于探头一端的对象返回的光，安装装置包括：外壳，其被配置为容纳图像生成装置的至少一部分，该至少一部分包括一端；以及参考图像提供单元，其被配置为提供至少一个参考图像，从而使得当图像生成装置的至少一部分安装在外壳中时，图像生成装置对驱动信号执行相位校正，以确定光将从一端发射到的对象的位置，其中，参考图像提供单元包括多个层，其中多个参考图像被设置成使得探头的一端与参考图像之间的距离和探头的焦距相匹配。
此外，安装装置还可以包括调整单元，该调整单元被配置为调整参考图像提供单元的位置，从而使得探头的一端和参考图像之间的距离与探头的焦距匹配。
此外，参考图像可以使用反射材料，从而使得可以在扫描期间使用反射信号。
此外，参考图像提供单元还可以包括用于向参考图像提供荧光材料的盒。
此外，盒可以包括表示为405nm、488nm、630nm和785nm波长信号的荧光材料中的至少一种。
此外，盒可以包括表示为405nm、488nm、630nm和785nm波长信号的荧光材料中的至少一种。
此外，安装装置还可以包括用于以预设角度将探头固定到探头安装装置的固定部分。
此外，参考图像提供单元的至少一层可以具有在透明材料中提供的参考图像。
此外，参考图像可以是圆形图案。
根据另一方面，可以提供一种用于向对象发射光以采集对象的图像的图像生成装置，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光，采集从对象返回的光的光接收信息，其中控制模块可以对输入到扫描单元的输入信号进行相位校正，以校正输入信号与操作扫描单元的实际信号之间的相位差，其中，当光从扫描单元发射到位于安装装置内的参考图像而扫描单元安装在安装装置上时，控制模块可以使用基于从参考图像返回的光的光接收信息对输入信号进行第一相位校正，其中当光从扫描单元发射到对象而扫描单元没有安装在安装装置上时，控制模块可以使用基于从对象返回的光的光接收信息以每个预定周期重复对输入信号进行第二相位校正，并且其中可以基于通过第一相位校正而校正的输入信号的相位值，来执行第二相位校正。
此外，第一相位校正可以包括将参考图像与由控制模块基于从参考图像采集的光接收信息采集的图像进行比较，并执行相位校正，从而使得控制模块采集的图像与基于从参考图像采集的光接收信息的参考图像匹配。
此外，第二相位校正可以包括使用第一信号、第二信号和光接收信息来采集多个数据集，并且从多个数据集中确定在成像时被预测为具有高图像质量的数据集，其中可以使用第一信号、第二信号和光接收信息来采集多个数据集，并且可以从多个数据集中确定用于根据预定标准采集高质量图像的数据集。多个数据集可以包括相位调整后的数据集，当调整第一信号的第一相位分量和第二信号的第二相位分量中的至少一个时，采集相位调整后的数据集。可以使用从多个数据集中确定的数据集来生成对象的图像。当多个数据集包括对应于多个像素位置的光强值并且多个光强值对应于至少一些像素位置时，可基于对应于多个数据集中的至少一些像素位置的多个光强值之间的差异，来确定是否满足预定标准。
此外，当图像生成装置基于第一相位校正来校正输入信号的相位值时，图像生成装置可以驱动扫描单元直到执行第二相位校正。
根据另一方面，可以提供一种图像生成装置的相位校正方法，该图像生成装置用于向对象发射光以采集对象的图像，该图像生成装置包括：控制模块，其被配置为生成具有在第一轴方向上的第一频率分量和第一相位的第一信号，并生成具有在第二轴方向上的第二频率分量和第二相位分量的第二信号；扫描单元，其被配置为使用第一信号和第二信号向对象发射光；以及光接收单元，其被配置为根据扫描单元发射的光，采集从对象返回的光的光接收信息，相位校正方法包括使控制模块对输入到扫描单元的输入信号进行相位校正，以校正输入信号与操作扫描单元的实际信号之间的相位差，其中执行相位校正包括：当光从扫描单元发射到位于安装装置内的参考图像而扫描单元安装在安装装置上时，使用基于从参考图像返回的光的光接收信息对输入信号进行第一相位校正，以及当光从扫描单元发射到对象而扫描单元没有安装在安装装置上时，使用基于从对象返回的光的光接收信息以每个预定周期重复对输入信号进行第二相位校正，并且其中可以基于通过第一相位校正而校正的输入信号的相位值，来执行第二相位校正。
1图像生成装置
在以下实施例中，术语“图像生成装置”可以指用于实时采集并提供对象的反射图像RI、荧光图像FI和透射图像TI中的至少一个的光学装置。
例如，图像生成装置可以包括用于直接观察或诊断活体病理状况的各种内窥镜。
内窥镜是一种基于激光的光学显微镜，诸如共聚焦型、双光子型和OCT型。
通常，共聚焦显微镜使用针孔来阻挡离焦光并且仅将已通过针孔的光聚焦到物镜上以在像素基础上进行成像。
作为使用这种共聚焦原理的显微镜，有一种共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)，它将激光施加到样品上，产生特定波长的光，仅接收聚焦光，将光转换为数字信号，然后观察数字信号。
与典型的光学显微镜不同，共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)可以将激光束聚焦到样品上，并可以使用荧光、反射光以及从样品发射的透射光来生成图像。
例如，可以通过使用从样品中包含的特定材料发射的自发荧光或通过将荧光材料注入样品中来观察荧光图像。
此外，当使用共焦激光扫描显微镜时，由于来自样品其他部分的散射光被阻挡，因此可以获得具有出色清晰度和高分辨率的图像。
又例如，图像生成装置可以包括用于实时精确观察或诊断对象的激光微扫描仪。
激光微扫描仪通常分为使用半导体加工方法的微机电系统(MEMS)扫描仪和使用光纤的光纤扫描仪。
此外，激光微型扫描仪可分为侧视型、环视型和前视型。
MEMS扫描仪包括用于反射激光的透镜扫描仪和镜面扫描仪，通常进行侧面成像。
MEMS扫描仪需要附加的装置来重新弯曲被镜子弯曲的光束以进行前向成像，因此难以紧凑封装。
相反，光纤扫描仪使用诸如压电元件之类的致动器来驱动，因此与MEMS反射镜扫描仪相比可以简单且紧凑地封装。
此外，光纤扫描仪以光纤的共振频率被驱动，因此在相对低的电压下实现了宽视场(FOV)。
上述图像生成装置可用于各种领域，以采集二维(2D)或三维(3D)图像形式的对象的荧光图像、反射图像、透射图像等。
例如，图像生成装置可用于在生物研究、疾病诊断、内窥镜手术等领域实时观察和诊断对象的图像。
此外，例如，图像生成装置可用于基于金属装置的裂纹、孔洞和蠕变度数来测量被检查金属结构的剩余寿命。
此外，例如，图像生成装置甚至可以应用于通过以分布式方式反射和扫描激光束并测量光学返回距离来生成3D立体信息的光检测和测距(LiDAR)装置。
1.1使用环境
图1是用于示例性地描述根据本发明实施例的其中使用图像生成装置的环境的图。
参考图1，根据本发明实施例的图像生成装置1可以实时扫描对象O以生成图像。
例如，图像生成装置1可以是小型化的光纤扫描仪，用于实时监测实验室或手术室中活体组织的病理状况。
此外，图像分析装置2可以是用于通过使用由图像生成装置1生成的图像来实时进行病理诊断的装置。
例如，图像分析装置2可以是分配给能够进行病理诊断的医疗技术人员的电子装置。可替代地，例如，可以以分配给能够进行病理诊断的医疗技术人员的电子装置内部的模块的形式来提供图像分析装置2。
此外，图像生成装置1和图像分析装置2可以通过网络N相互连接。
网络N可以包括各种有线或无线网络，图像生成装置1和图像分析装置2可以通过网络N发送和接收各种信息。
例如，图像生成装置1可以将在图像生成装置1中生成的图像通过网络N实时传输至图像分析装置2。
在一个实施例中，当以分配给医疗技术人员的电子装置中的模块的形式提供图像分析装置2时，图像分析装置2可以是用于基于从图像生成装置1实时传输的图像进行病理诊断的程序和软件应用程序。
例如，医疗技术人员可以基于电子装置上显示的生物特征图像来诊断癌症并确定手术部位。
此外，例如，医疗技术人员可以通过在电子装置上运行的应用程序来输入与癌症诊断及手术部位确定相关的信息。
可替代地，例如，图像分析装置2可以基于预先存储的图像分析程序来自动诊断癌症并确定手术部位。
在这种情况下，预先存储了癌症诊断、手术部位确定等的标准的机器学习算法可以存储在图像分析装置2中。
此外，例如，图像分析装置2可以将与癌症诊断或手术部位确定相关的信息合并或映射到从图像生成装置1接收的图像，并且可以将合并或映射结果发送到图像生成装置1或其他电子装置(未示出)。
前述实施例示出了其中使用图像生成装置1的环境以帮助理解，并且本发明的范围不限于上述实施例。
1.2图像生成装置的构造
下面将参考图2至图5详细描述根据本发明实施例的图像生成装置的示意性元件。
图2是用于示例性地描述根据本发明实施例的图像生成装置的构造的框图。
参考图2，根据本发明实施例的图像生成装置1可以包括扫描模块110、控制器130和光学模块120。
扫描模块110可以向对象发射光而扫描模块110与对象间隔开预定距离或与对象接触。因此，扫描模块110可以在距对象表面预设距离内测量对象的内部。
例如，可以通过调整透镜模块的焦距来改变预设距离，这将在下面进行描述，并且可以在0μm至250μm的范围内。
此外，扫描模块110可以是固定装置或手持光学装置。
例如，当扫描模块110为手持式时，扫描模块可以以内窥镜、笔等形式实现。
参考图3，根据一个实施例，扫描模块110可以是笔型光学装置。
例如，用户可以将光学装置与待观察的对象或对象的周边直接接触，并且扫描模块110可以测量对象的内部直到距对象表面的预设距离。
在一个实施例中，扫描模块110可以是医院使用的内窥镜显微镜。例如，医疗技术人员可以使扫描模块110与患者的皮肤表面接触，并且扫描模块110可以在距接触表面50um的深度处测量表皮细胞的状态。
例如，医疗技术人员可以在切开身体部分以诊断癌症或确定手术部位的同时使扫描模块110与患者的身体部分接触，并且扫描模块110可以在距接触表面70um的深度处测量活体内部组织。
在这种情况下，可以以肠胃外注射的形式预先注射荧光染料，以有效地检查活体内部组织的病理状态。在这种情况下，扫描模块110可以向对象发射光，并且将在下面描述的光学模块120可以检测从对象返回的荧光信号。
同时，扫描模块110可以根据从控制器130施加的驱动信号来执行扫描操作，这将在下面进行描述。下面将结合示例性实施例详细描述扫描模块110执行的扫描操作的原理。
控制器130可以被配置为控制扫描模块110的整体扫描操作，使得扫描模块110根据当前扫描图案进行扫描。
控制器130可以向扫描模块110施加预设驱动信号。
预设驱动信号可以包括频率、电压、相位等。
例如，控制器130可以调整频率、电压、相位等，以改变由扫描模块110执行的光发射范围。
可替代地，控制器130可基于用户输入的驱动信号控制扫描模块110执行扫描操作。
预设扫描图案可以改变，并且控制器130可以向扫描模块110施加与预设扫描图案相对应的驱动信号。
例如，如图4所示，扫描方式可以包括螺旋扫描、光栅扫描、Lissajous扫描等。
参考图4的图像(a)，螺旋扫描是绘制螺旋形状的一部分并且具有使用相同频率实现的横轴和纵轴的扫描方法。
在螺旋扫描的情况下，中心处的激光强较高，因此可能会造成大量的信号损失和噪声。例如，在中心，可能发生光漂白或光损坏。
参考图4的图像(b)，光栅扫描是在水平方向上按顺序执行的扫描方法，并且具有横轴和纵轴，横轴和纵轴之间存在较大频率差。
在光栅扫描的情况下，慢轴需要较高的电压，这可能会导致帧率降低。
参考图4的图像(c)，Lissajous扫描是由两条相互垂直的正弦曲线相交产生的图案，并且具有使用不同频率实现的横轴和纵轴。
在Lissajous扫描的情况下，可以以高帧率实现快速扫描。例如，帧速率可以是至少10Hz。
光学模块120是将光施加到扫描模块110并通过扫描模块110检测返回信号的光学系统。
根据本发明的实施例，光学模块120可以是共焦显微镜系统，并且光学模块120可以与扫描模块110分离并作为单独的装置提供。
光学模块120可以至少包括光发射单元121和光接收单元123。
光发射单元121可以是发射预设波长的激光信号的激光装置。
在这种情况下，可以根据要观察对象的反射图像、荧光图像和透射图像中的哪一个来选择激光装置。
例如，本发明实施例中使用的激光器件可以发射近红外区域的激光信号。
例如，对于荧光成像，取决于所使用的荧光染料，激光信号可以具有405nm、488nm、785nm等的波长。
例如，荧光染料可用于区分活体细胞、血管和组织的病理特征，ICG、FNa、5-ALA或其他医学上认可的染料可用作荧光染料。
此外，光发射单元121可以基于从光学模块控制装置(未示出)输入的信号来施加适合于扫描模块110的激光源。
在一个实施例中，光模块控制装置可以控制图像的增益、光发射单元121发射的激光信号的功率等。
例如，当根据本发明实施例的图像生成装置1是医疗光学装置时，激光信号的功率可以设置为1mW或更小。
在另一实施例中，光学模块控制装置可被提供为上面已经描述的控制器130的一部分。在这种情况下，控制器130可以控制图像的增益、从光发射单元121发射的激光信号的功率等。
此外，光接收单元123可以被配置为响应于通过扫描模块110从光发射单元121发射的光来检测从对象返回的信号。
在这种情况下，由光接收单元123检测到的信号可以被传送到上面已经描述的控制器130和下面将描述的图像处理模块200。
例如，控制器130或图像处理模块200可以基于从光接收单元123传输的信号重建对象的图像。将在以下相关章节中详细描述由图像处理模块200执行的图像处理操作。
可选的，图像生成装置1还可以包括输入单元140。
例如，输入单元140可以是用于选择图像生成装置1的操作模式的输入装置。
例如，操作模式可以至少包括预设的第一模式和第二模式。
例如，第一模式可以是低分辨率模式或发现模式。
可替代地，例如，第二模式可以是高分辨率模式或放大模式。
因此，用户可以根据使用目的选择第一模式或第二模式并通过显示装置300观看适当分辨率的图像。
此外，例如，输入单元140可以是用于选择扫描单元1100的工作距离的输入装置。
例如，工作距离可以包括预设的第一距离、第二距离、第三距离等，并且可以附加地提供对应于预设工作距离的输入装置。工作距离可以对应于透镜模块的焦距，这将在下面进行描述。
例如，根据选择的工作距离，控制器130可以执行扫描单元1100的扫描操作并对扫描单元1100生成的图像执行校准操作。
同时，除了上述实施例之外，可以附加地提供与用于控制图像生成装置1的操作的各种功能相对应的输入装置。
图5是用于示例性地描述根据本发明实施例的图像处理模块200的构造的框图。
如上面参考图3所述，图像处理模块200被配置为基于从光接收单元123传输的信号重建对象的图像。
参考图5，图像处理模块200可以包括信号采集单元210、相位校准单元220、图像重建单元230和数据存储单元240。
信号采集单元210可以被配置为采集光接收单元123检测到的信号。
信号采集单元210获得的信号为光通过扫描模块110照射到对象之后再通过扫描模块返回的信号，并且可以定义为扫描单元输出信号。
例如，信号采集单元210可以附加地执行将从光接收单元123传输的模拟信号转换为数字信号的操作。
在这种情况下，可以附加地提供模数(A/D)转换模块(未示出)，用于将信号采集单元210接收到的信号转换为数字信号。
相位校准单元220被配置为校正当从控制器130施加到扫描模块110的驱动信号传送到扫描模块110时出现的相位差。
例如，在使用由于压电元件的机械变形而产生的力来驱动光纤探头的情况下，当施加到压电元件的驱动信号被传送到光纤时可能出现随时间的相位差。
例如，用于实际驱动光纤的扫描单元驱动信号可以不同于施加到压电元件的驱动信号。因此，使光接收单元123检测到的扫描单元输出信号和施加到压电元件的驱动信号不同。
因此，在图像处理模块200执行的图像重建过程中，由于扫描单元输出信号与施加到压电元件的驱动信号之间的差异而产生的预定相位差可能导致图像失真。在这种情况下，相位差可以实时改变并且可以随着扫描模块110的位置的改变而变化。
换言之，为了提供实时图像，根据本发明实施例的图像生成装置1需要考虑实时变化的相位差来重构对象的图像。
例如，在扫描模块110内部可以附加地安装用于检测实际驱动扫描模块110的扫描单元驱动信号的检测器(未示出)。在这种情况下，可以计算由于扫描单元驱动信号与施加到扫描模块110的驱动信号之间的差异而导致的相位差。因此，根据本发明实施例的图像处理模块200可以考虑到计算出的相位差来重建图像。
又例如，当以光学微探头的形式提供根据本发明实施例的光学装置时，探头内部可能没有足够的空间来安装检测器。
在这种情况下，可以在相位校准单元220中预先存储用于校正相位差的算法。将在以下相关章节中详细描述相位差的原因以及由相位校准单元220执行的相位校准操作。
图像重建单元230可以被配置为考虑到由相位校准单元220执行的相位校准的结果来重建对象的图像。
在这种情况下，可以附加地向图像重建单元230提供各种图像处理算法、机器学习算法等。
例如，图像重建单元230可以附加地提供用于提高图像质量的功能，诸如用于生成的图像的噪声去除、校准、图像分割、图像合并等。
此外，例如，图像重建单元230可以附加地提供在生成的图像中检测病理特征并显示检测到的病理特征的功能。
此外，例如，图像重建单元230可以检测生成的图像中的病理特征，然后附加地并自动地执行癌症诊断和手术部位确定。
数据存储单元240可以是用于存储各种类型的数据的存储器并且可以包括一个或多个存储器。
例如，与图像处理模块200提供的各种功能相关的算法、程序等可以存储在数据存储单元240中。
例如，相位校准算法、用于处理各种图像处理的各种图像处理算法、机器学习算法等可以存储在数据存储单元240中。
此外，例如，数据存储单元240可以存储从图像生成装置1获得的图像数据、由图像重构单元230重构的图像数据等。
此外，例如，与由图像处理模块200提供的各种功能相关的算法、程序等可以存储在数据存储单元240中。
例如，相位校准算法、用于处理各种图像处理的各种图像处理算法、机器学习算法等可以存储在数据存储单元240中。
总之，根据本发明实施例的图像处理模块200可以基于从图像生成装置1传输的信号重建对象的数字图像，并且可以通过显示装置300实时地输出由图像处理模块200重建的图像。
此外，如以上参考图1所述，由图像处理模块200重建的图像可以被实时发送到图像分析装置2。因此，医疗技术人员可以基于重建图像执行病理特征确定和诊断，诸如癌症诊断和手术部位确定。
为了便于本说明书中的描述，假设图像处理模块200被提供为图像生成装置1中的单独元件，而图像处理模块200执行的功能可以被提供为控制器的一部分130。
可替代地，图像处理模块200可以作为单独的装置或另一电子装置的一部分来提供。
可替代地，由图像处理模块200执行的一些功能可由控制器130提供，而其它功能可由单独的装置提供。
1.3扫描模块的构造
下面将参考图6至图10详细描述扫描模块110的内部元件。
此外，为了便于描述，以下描述假设使用手持光纤探头对对象进行Lissajous扫描为主要实施例。
图6是用于示例性地描述根据本发明实施例的扫描模块110的内部构造的框图。图7是用于示例性地描述根据本发明实施例的扫描模块110的内部构造的截面图。
参考图6和图7，根据本发明实施例的扫描模块110可以包括驱动单元1101、扫描单元1100和透镜模块1200。
例如，如图7所示，根据本发明实施例的扫描模块110的驱动单元1101、扫描单元1100和透镜模块1200可以容纳在外壳H中。在这种情况下，扫描单元1100可以通过从驱动单元1101施加的力根据预设扫描图案来扫描对象O。
外壳H可以具有各种尺寸和形状，以在外壳H中提供可以驱动扫描单元1100的最小空间。
例如，外壳H可以是圆柱形的，并且可以考虑到扫描单元1100的第一轴和第二轴中的至少一个的最大驱动范围来设计圆柱形外壳H的内径R。
下面将详细描述容纳在外壳H中的扫描模块110的元件。
驱动单元1101可以是提供驱动力以使得扫描单元1100根据预设扫描图案执行扫描操作的致动器。
例如，驱动单元1101可以是基于压电元件、静电元件、电磁元件、电热元件、线圈和微电机中的任一种来驱动的致动器。
与基于电磁元件、电热元件、线圈、微电机等的致动器相比，基于压电元件的致动器易于封装用于正面成像并且具有高耐用性。
压电元件是由施加电能时产生机械能或施加机械能时产生电能的材料制成的元件。
例如，当电信号施加到基于PZT的压电材料时，可使压电材料变形，并且扫描单元1100可能因从压电材料传递的力而振动。
此外，压电元件可以被加工成各种形状，诸如三角形、四边形、多边形、立方体、圆柱体和其他立体图形。
例如，驱动单元1101可以使用具有圆柱形结构的压电元件作为致动器。
在这种情况下，压电元件可以具有在第一轴和第二轴上驱动的两个互相面对的压电电极。
例如，驱动单元1101可以包括在第一轴上被驱动的一对第一致动单元1101a以及在与第一轴正交的第二轴上被驱动的一对第二致动单元1101b。
在这种情况下，第一轴为纵轴，第二轴为与第一轴正交的横轴。
在实施例中，控制器130可以向第一和第二驱动单元1101施加驱动信号，并且第一和第二驱动单元1101可以将根据施加的驱动信号产生的力传递给扫描单元1100。
扫描单元1100可以包括光纤1103、驱动范围调整装置1110和透镜模块1200。
光纤1103可以用作光传输路径，从光发射单元121传输的光通过该光传输路径被发射到对象。
此外，光纤1103的一端或固定端可以耦合到驱动单元1101。
此外，光纤1103的另一端可以是通过从驱动单元1101施加的力而振动的自由端。
在这种情况下，驱动单元1101可以向位于光纤1103的固定端和自由端之间的致动器位置P0施加力。例如，致动器位置P0可以是当压电材料通过施加到驱动单元1101的驱动信号而变形时在其上产生力的位置。
因此，光纤1103的自由端可以通过驱动单元1101施加的力根据预设扫描图案执行扫描操作。
在一个实施例中，光纤1103可以是具有圆柱形形状的单根光纤并且可以被圆柱形结构的压电元件围绕。
在这种情况下，光纤可以从第一致动单元1101a接收第一力并在第一方向上振动，并且可以从第二致动单元1101b接收第二力并在第二方向上振动。
此外，光纤1103的自由端可以接收由第一致动单元1101a和第二致动单元1101b的变形引起的力，然后可以沿着光纤1103的轨迹振动并发射光。例如，控制器130可以将第一驱动信号和第二驱动信号分别施加到第一致动单元1101a和第二致动单元1101b。第一致动单元1101a和第二致动单元1101b可以将由施加第一驱动信号产生的第一力以及由施加第二驱动信号产生的第二力传递到光纤以驱动光纤的自由端。
例如，第一驱动信号为用于在第一方向上共振驱动光纤的第一共振频率，第二驱动信号为用于在第二方向上共振驱动光纤的第二共振频率。
通常，当使用共振频率驱动对象时，对象往往会无限振荡，因此即使施加相同的电压，也可以获得更大的摆动。
在一个实施例中，当设置光纤1103的自由端绘制Lissajous图案时，可以将光纤1103设计为关于第一轴和第二轴具有不同的共振频率。将在以下相关章节中详细描述第一共振频率和第二共振频率的设置方法。
因此，当使用光纤1103的共振频率来驱动该驱动单元1101时，甚至可以使用小的电压来实现大视场(FOV)。此外，例如，可以根据光纤1103的长度、关于光纤的第一轴和第二轴的刚度等，来确定施加到驱动单元1101的第一共振频率和第二共振频率。
同时，驱动单元1101和光纤1103的一端可以彼此耦合，使得光纤1103可以精确地设置在驱动单元1101的中心。
例如，当光纤被具有圆柱形结构的驱动单元1101包围时，光纤1103的至少一部分可以插入到驱动单元1101中并与驱动单元1101的中心对齐。
即，通过将光纤1103与圆柱形结构的压电元件的中心对齐，当驱动单元1101被控制器130施加的驱动信号移动时作用的力的轴可以与当光纤1103振动时作用的力的轴相匹配。将在以下相关章节中详细描述光纤与驱动单元的耦合方法。
驱动范围调整装置1110可以是用于调整由光纤1103绘制的扫描图案的结构，使得光纤1103可以根据预设的扫描图案振动。
如上所述，为了使光纤1103绘制Lissajous扫描图案，光纤1103可以关于第一轴和第二轴具有不同的驱动频率。
这是因为当光纤1103关于第一轴和第二轴以相同的共振频率振动时，光纤1103绘制圆形扫描图案。
通常，光纤1103的共振频率fr可由下式1确定：
[式1]
Figure BDA0003334403560000461
其中k是材料的弹性模量，m是质量。
即，参考图1，光纤1103的共振频率fr可以根据光纤的弹性模量k而变化。可以根据光纤的刚度来确定光纤的弹性模量k。当应用具有圆柱形形状的单根光纤1103时，光纤1103关于第一轴和第二轴可以具有相同的刚度，从而光纤1103关于第一轴的第一共振频率可以与关于第二轴的第二共振频率相同。
因此，具有预定弹性的结构可以附接到第一轴和第二轴中的任何一个，使得光纤1103的刚度根据第一轴和第二轴而变化。
此外，例如，需要设计结构使得光纤1103的第一共振频率和第二共振频率之间的差异偏离预设范围。这是因为当第一共振频率和第二共振频率之间的差异没有偏离预设范围时，光纤1103绘制的Lissajous扫描图案可能会失真。
在一个实施例中，驱动范围调整装置1110可以在光纤1103振动的第一轴方向和第二轴方向中的任何一个方向上附接到光纤1103，使得光纤1103具有关于第一轴和第二轴不对称的结构。
在另一实施例中，驱动范围调整装置1110可以在第一轴方向和第二轴方向上都附接到光纤1103，使得光纤1103具有关于第一轴和第二轴不对称的结构。
因此，光纤1103可以关于第一方向和第二方向以不同的驱动频率振动，从而发射满足预定标准的Lissajous图案。
此外，例如，驱动范围调整装置1110可以包括附接到z轴上或光纤1103的纵向方向上的任何位置的质量块、可变形结构等中的一个或多个。
在这种情况下，可以根据质量块和附接到光纤1103的可变形结构的长度、尺寸、形状、附接位置、附接角等来调整光纤1103振动的驱动范围。将通过以下相关实施例详细描述驱动范围调整装置1110的详细结构。
1.4光学模块
通过光纤1103从光学模块120发射的激光束可以通过光纤1103的远端直接发射到对象。
在这种情况下，当光从光纤1103的远端辐射时，难以生成对象的图像。
可选的，在光纤1103的远端可以设置透镜模块1200，用于收集从光纤1103的远端辐射出的光。
可替代地，光纤1103的远端可被加工成使得通过光纤1103发射的光可被收集。例如，光纤1103的远端可以被加工成球形。因此，在光纤1103的远端收集的激光束可以直接发射到对象。
可替代地，通过对光纤1103的远端进行加工，并在光纤1103的远端进一步安装透镜模块1200，可以提高输出级的数值孔径(NA)。
图8是示意性地示出了根据本发明另一实施例的当光纤1103被加工成球形时输出的光束的图。
通常，随着输出级的NA增加，分辨率增加，并且随着透镜放大倍数的降低，分辨率增加，FOA降低。
因此，由于透镜的放大倍数是固定的，因此使用具有大NA的光纤1103可能是有利的。
为了增加光纤1103的NA，可以加工光纤1103的端部。例如，光纤1103的端部可以被加工成圆锥形。
例如，可以通过将光纤1103的侧表面研磨成圆锥形并将端部研磨成圆形来将光纤的端部加工成球形。
在这种情况下，光纤的NA1增加，因此输出级的NA2增加。因此，可以获得具有高分辨率且没有FOA损失的图像。
1.5透镜模块
图9和图10是用于示例性地描述根据本发明实施例的透镜模块1200的构造的图。
如上所述，根据本发明实施例的扫描单元1100还可以包括用于收集从光纤1103的远端辐射的光的透镜模块1200。可以考虑透镜模块的可加工性和高分辨率实现的失真校正来设计根据本发明实施例的透镜模块1200。
此外，考虑到扫描模块110的小型化，可以将透镜模块1200设计成合适的尺寸。
此外，透镜模块1200可以包括至少五个透镜，并且透镜中的至少一个可以形成为非球面透镜。
例如，如图9和图10所示，根据本发明实施例的透镜模块1200可以包括第一透镜1211和1221、第二透镜1212和1222、第三透镜1213和1223、第四透镜1214和1224、第五透镜1215和1225，以及第六透镜1216和1226。
此外，例如，可以根据每个透镜的厚度以及厚度与直径之间的比例来优化分辨率和放大率。
此外，例如，第一透镜1211和1221、第二透镜1212和1222、第三透镜1213和1223、第四透镜1214和1224、第五透镜1215和1225以及第六透镜1216和1228都可以是非球面透镜。
第一透镜1211和1221是会聚透镜，其收集进入光纤1103的光并使光平行于其光轴进入。通过使光平行于光轴进入，第一透镜1211和1221可以减少周边光效率损失。
第二透镜1212和1222以及第三透镜1213和1223是用于球面像差校正的透镜，第四透镜1214和1224以及第五透镜1215和1225是用于球面像差校正和色差校正的透镜。
例如，第四透镜1214和1224以及第五透镜1215和1225可以以对称的形式彼此耦合以提升色差校正的效果。
此外，第六透镜1216和1226可以是用于最终将光聚焦到对象上的聚焦透镜。
此外，根据本发明的实施例，还可以提供单独的安装装置5200来存储扫描模块110。
例如，安装装置5200可以在其中设置空间以稳定地容纳扫描模块110。
此外，例如，安装装置5200还可以具有用于在安装扫描模块110时执行初始校准操作的模块。将在以下相关章节中详细描述通过安装装置5200执行的校准操作。
2扫描单元的设计条件
下面将参考图11至图29详细描述根据本发明实施例的扫描单元1100的设计条件。
如上所述，根据本发明的实施例的扫描单元1100可以被设计为根据Lissajous图案发射光。
例如，根据预设条件，诸如质量块和可变形杆的附加结构可以附接到光纤1103以执行Lissajous图案。下面将详细描述用于调整光纤1103的驱动范围的附加结构的设计以使光纤1103绘制满足预设条件的Lissajous图案。
2.1质量块
可由光纤1103的长度和重量来确定光纤扫描仪的总速率和驱动范围。
因此，在设计根据本发明实施例的扫描单元1100时，首先可以确定光纤1103的长度和重量以绘制满足预设条件的扫描图案。
参考图11，根据本发明实施例的扫描单元1100可以具有附接到光纤1103的远端的质量体M。
例如，如图11所示，为了增加光纤1103的Q因子和增加驱动范围，可以在光纤1103的远端附接具有预设重量的质量体M。
在这种情况下，质量体M的重量可以大于光纤1103的重量m。然而，下面的描述将基于质量体M的长度，因为质量体M是微米级的微观结构，因此具有非常小的质量。
例如，当质量体M如图11所示附接到光纤1103的远端时，光纤1103的有效质量可能增加，因此扫描单元1100的驱动速率可能降低。然而，随着光纤1103的有效质量增加，光纤1103振动的最大幅度可能增加。
此外，例如，质量体M可以是在硅微加工中产生的微结构并且可以具有各种形状，诸如六面体、球体和其他可加工形状。
在一个实施例中，可以根据目标频率确定光纤的长度L和质量块的长度ML，以实现高扫描速率。
例如，可以选择第一轴方向的第一共振频率和第二轴方向的第二共振频率均大于或等于1kHz。
在这种情况下，第一轴和第二轴在xyz空间上彼此不同。当光纤1103的纵向表示z轴时，第一轴可以是y轴，第二轴可以是与第一轴正交的x轴。为了便于描述，以下以第一轴为y轴，第二轴为x轴为例进行描述。
图12是用于说明性地示出根据本发明实施例的根据光纤1103的长度L和扫描单元1100中的质量的长度ML的共振频率的变化的曲线图。
例如，如图12所示，可以发现，共振频率随着光纤1103的长度L的减小而增加，并且共振频率随着质量块的长度ML的增加而减小。
因此，可以根据目标频率适当地选择光纤1103的长度L和质量块的长度ML。
例如，参考图12，当目标频率为1kHz或更高时，可以选择质量体M的长度ML(＝0.5mm)和光纤1103的长度L(<＝7mm)的集合以及质量体M的长度ML(＝1mm)和光纤1103的长度L(<＝6mm)的集合中的一个。
在这种情况下，为了根据目标频率适当地选择光纤1103的长度L和质量体的长度ML，可以在共振驱动时进一步考虑扫描幅度。
扫描单元1100的设计条件是示例性的，并且可以以各种方式设计扫描单元1100以实现与其他预设条件相对应的扫描图案。
2.2缓冲距离
随着质量体M附接至更靠近光纤1103的自由端，驱动光纤1103的最大幅度可增加。
因此，通过进一步将质量块M附接到光纤1103的远端，由于光纤1103的振动而获得的图像的FOV可以被扩大。
然而，参考图13，质量体M可以附接到光纤1103的远端。在这种情况下，当光纤1103通过从驱动单元1101施加的力而振动时，附接到光纤1103远端的质量体M可能与外壳H的内壁碰撞。此外，在这种情况下，质量体M更可能因与外壳H的内壁频繁碰撞而破损，因此扫描模块110的性能和耐用性降低。
此外，当如图13所示进一步安装透镜模块1200时，质量体M可能与透镜模块1200碰撞，并且透镜模块1200可能被损坏。当透镜模块1200被损坏时，控制器130重建的图像的质量可能会下降。
因此，需要调整质量块M的安装位置，使得质量块M不会直接与透镜模块1200和/或外壳H的内壁碰撞。
图14是用于示例性地描述根据本发明实施例的质量块M的附接位置的图。
为了便于描述，用于防止质量块M随着与外壳H的内壁碰撞而破损的附接距离被定义为缓冲距离。
相对地，光纤1103可以被驱动单元1101施加的力共振驱动。在这种情况下，当具有比质量体M更小的重量和更小的与内壁接触的面积的光纤1103的端部与外壳H的内壁接触时，光纤1103由于与外壳H的内壁碰撞而损坏的可能性较低。
因此，在根据本发明实施例的扫描单元1100的情况下，可以通过将质量体M附接到光纤1103而质量体M与光纤1103的远端以预定距离隔开，来防止由于质量体M和外壳H的内壁之间的碰撞而造成的损坏。
例如，质量体M可以附接在光纤1103的固定端和自由端之间。
在这种情况下，可以根据预设条件，例如共振频率、扫描速率、光纤1103的驱动范围调整等，考虑实现扫描图案的一个或多个因素来确定质量块M的附接位置。例如，优选地，为了提高扫描速率和扩大FOV，质量体M可以关于光纤的总长度L的半点附接在光纤1103的自由端附近。
此外，例如，参考图14，为了提高扫描速率、扩大FOV以及将质量体M由于与外壳H的内壁碰撞而造成的破损最小化，质量体M可以附接在光纤总长度L的半点和光纤的最短端之间。
即，缓冲距离BD可以定义为以下式2：
[式2]
Figure BDA0003334403560000511
在这种情况下，如图14所示，当光纤1103振动时，可以使质量体M与外壳H的内壁的碰撞最小化。
例如，可以进一步考虑质量体M的长度ML来确定缓冲距离BD。
例如，当缓冲距离BD至少大于或等于质量体M的长度ML时，可以防止质量体M与外壳H的内表面碰撞。
又例如，可以根据外壳H的内径W和光纤1103的最大驱动范围以及质量体M来设置缓冲距离BD。这是为了使外壳H小型化并防止损坏光纤1103和质量体M。
例如，参考图14，假设当光纤1103在外壳H内振动时，光纤1103可振动的最大驱动范围为距外壳H内径中心点的D1，质量体M可振动的最大驱动范围为距外壳H内径中心点的D2。此处，D1和D2可定义如下：
D1<1/2W，且
D2<1/2W。
在这种情况下，D2可以表示当质量体M移动到最大驱动范围时的最高点，其中光纤1103在外壳H中移动，使得质量体M不与外壳H的内壁碰撞。此外，例如，可以考虑质量块的长度ML、光纤和质量块在第一轴上可振动的最大驱动范围以及外壳H的内径，来确定缓冲距离BD。
因此，在根据本发明实施例的扫描模块110的情况下，通过使封装在扫描模块110中的元件的破损最小化同时使扫描模块110的封装小型化，可以提供产品性能和耐用性增强的光学装置。
2.3驱动范围调整装置
如上所述，根据本申请的一个实施例，驱动范围调整装置1110还可以附接到光纤1103，以进行对应于预设条件的Lissajous扫描。
如上所述，为了实现Lissajous图案，光纤1103的共振频率对于第一轴和第二轴应当具有不同的值。
此外，如图4(c)所示，为了实现与预设条件对应的Lissajous扫描，第一轴和第二轴的共振频率的差异应当偏离预设范围。在这种情况下，当第一轴和第二轴的共振频率之间的差异没有超出预设范围时，从光纤1103发射的Lissajous图案可能会失真。
例如，光纤1103的第一轴的第一共振频率fy与光纤1103的第二轴的第二共振频率fx之间的差异至少需要大于或等于光纤1103的共振频率fr的半峰全宽(FWHM)。
可替代地，如图15所示，光纤1103的第一共振频率fy和第二共振频率fx可以分开大于光纤1103的共振fr的全宽(FW)。
参考图15，第一共振频率fy和第二共振频率fx之间的差异可以是共振频率fr的FW，其为200Hz。
因此，如上所述，光纤1103可以被设计为通过安装弹性结构关于第一轴和第二轴具有不同的刚度k，使得光纤1103关于第一轴和第二轴具有不同的共振频率。
具体地，通过将可变形杆附接到光纤1103的第一轴和第二轴中的任何一个，光纤1103可以成为关于第一轴和第二轴的非对称结构。这是因为共振频率光纤1103在第一轴和第二轴上的共振频率可以根据第一轴和第二轴上的刚度而变化。
然而，光纤1103的第一轴的刚度与第二轴的刚度之比(ky/kx)可以设计为不超过1。由于扫描仪的驱动范围(位移)根据每个轴的刚度而变化，因此当每个轴的刚度比增加时，可能无法得到适当地保证控制器130重建的图像的FOV。
图16是用于示例性地描述根据本发明实施例的驱动范围调整装置1110的结构的图。
参考图16，驱动范围调整装置1110可以包括第一连接器1111、可变形杆1112和第二连接器1113。
如上所述，驱动范围调整装置1110可以被设计为使得光纤1103具有关于第一轴和第二轴的非对称结构。在非对称结构中，光纤1103的第一轴与第二轴之间的共振频率的差异在预设范围之外。因此，光纤1103可以在没有耦合的情况下发射Lissajous图案。将在以下相关章节中详细描述光纤1103发射的Lissajous图案的耦合。
为了便于描述，以下描述假设控制器130向第一致动单元1101a施加第一驱动频率并且向第二致动单元1101b施加第二驱动频率。
此外，作为以下描述中的示例，第一致动单元1101a和第二致动单元1101b是基于PZT材料的压电元件。例如，控制器130可以向第一致动单元1101a和第二致动单元1101b施加第一驱动频率和第二驱动频率，并且第一致动单元1101a和第二致动单元1101b可以机械地变形。
在这种情况下，由于第一致动单元1101a和第二致动单元1101b的机械变形而产生的力可以传递到光纤1103的第一轴和第二轴，并且光纤1103可以通过从第一致动单元1101a和第二致动单元1101b传递的力在第一轴和第二轴上振动。
此外，施加到第一致动单元1101a的第一驱动频率可以使光纤1103沿着第一轴振动，施加到第二致动单元1101b的第二驱动频率可以使光纤1103沿着第二轴振动。可变形杆1112可以是附接到光纤1103的第一轴和第二轴中的至少一个的弹性结构，以改变光纤1103关于第一轴和第二个轴中的至少一个的刚度。
例如，光纤1103可以由于从第一致动单元1101a施加的第一力和从第二致动单元1101b施加的第二力而被共振驱动，并且当光纤1103被共振驱动时，可变形杆1112可以改变光纤1103的第一轴和第二轴中的至少一个的刚度。
在这种情况下，光纤1103可以具有第一刚度，可变形杆1112可以具有第二刚度。在这种情况下，第二刚度可以大于或等于第一刚度。
在一个实施例中，可变形杆1112可以附接到光纤1103的第一轴上，以放大光纤1103在第一轴方向上的振动。
在这种情况下，由于光纤1103的第一轴和第二轴中的至少一个的刚度发生变化，因此光纤1103可以是关于第一轴和第二轴的非对称结构。因此，光纤1103关于第一轴和第二轴的共振频率的差异出现。
在这种情况下，可变形杆1112可以由具有预定弹力的材料形成，以放大沿光纤1103的第一轴或第二轴的振动。
此外，可变形杆1112可以具有各种形状。
例如，如图16所示，可变形杆1112可以具有矩形棒或线的形状。
此外，可变形杆1112可以被设置为在光纤1103的纵向长度上(即，在z轴方向上)与光纤1103相邻，并且可以与光纤1103以预定距离隔开。
此外，可变形杆1112可以具有第一端和第二端。
例如，参考图16，可变形杆1112的第一端可以固定在光纤1103上的第一杆位置P1处，第二端可以固定在光纤1103上的第二杆位置P2处。
在这种情况下，第一杆位置P1和第二杆位置P2可以在致动器位置P0和光纤1103的自由端之间。
此处，致动器位置P0可以是根据施加到第一致动单元1101a和第二致动单元1101b的驱动信号来传递用于振动光纤的力的位置。
例如，致动器位置P0可以在光纤1103的固定端和自由端之间。
在这种情况下，第一致动单元1101a可以被配置为向致动器位置P0施加第一力并且可以引起光纤1103的自由端在第一方向上被共振驱动。
此外，第二致动单元1101b可以被配置为向致动器位置P0施加第二力并且可以引起光纤1103的自由端在第一方向上被共振驱动。
同时，可以安装一个或多个可变形杆1112，第一轴和第二轴的共振频率分开超过预定范围以发射对应于预设条件的Lissajous图案，同时关于第一轴和第二轴具有不同的共振频率。
此外，参考图16，第一连接器1111和第二连接器1113可以是用于支撑可变形杆1112的固定器或微结构。
例如，第一连接器1111和第二连接器1113可以是硅微结构并且可以通过硅片微加工制造。
可替代地，例如，第一连接器1111和第二连接器1113可以是将可变形杆1112固定在光纤1103上同时与光纤1103以预定距离隔开的粘合剂。
此外，例如，第一连接器1111和第二连接器1113可以附接到光纤1103的z轴。
在这种情况下，可变形杆1112可以位于第一连接器1111和第二连接器1113之间，并且可变形杆1112的第一端和第二端可以通过第一连接器1111和第二连接器彼此连接1113。
此外，例如，第一连接器1111和第二连接器1113可以是固定在光纤1103处的固定器。在这种情况下，可以在第一连接器1111和第二连接器1113中形成预定凹槽，使得第一连接器1111和第二连接器1113稳定地固定在光纤1103上。
此外，第一连接器1111和第二连接器1113可以设计成各种形状，只要第一连接器1111和第二连接器1113固定在光纤1103上以支撑可变形杆1112。
在一个实施例中，支撑可变形杆1112以及可变形杆1112的第一端和第二端的第一连接器1111和第二连接器1113可以随着光纤1103的振动而移动。
在这种情况下，当光纤1103根据从第一致动单元1101a施加到致动器位置P0的第一力在第一轴方向上振动时，可变形杆1112可以在第一轴方向上放大光纤1103的振动。
可替代地，当光纤1103根据从第二致动单元1101b施加到致动器位置P0的第二力在第二轴方向上振动时，可变形杆1112可以在第二轴方向上放大光纤1103的振动。
因此，光纤1103对于第一轴和第二轴可以具有不同的共振频率。
然而，可以通过将在第一轴方向上施加的力的一部分传递到光纤1103的第二轴方向，来放大在第二轴方向上的振动。此外，可以通过将在第二轴方向上施加的力的一部分传递到光纤1103的第一轴方向，来放大在第一轴方向上的振动。
在这种情况下，当适当地设计可变形杆1112的安装位置和方向时，被施加到任何一个轴上的力的一部分可能会影响另一个轴，因此可以减少另一个轴上的振动的放大。这将在以下相关章节中进行详细描述。
2.4可变形杆附接位置
如上所述，当设计根据本发明的实施例的扫描单元1100时，通过将可变形杆1112附接到第一轴和第二轴中的任一个，光纤1103沿着该第一轴和第二轴被驱动，光纤1103可以关于第一轴和第二轴具有不同的共振频率。
下面将详细描述确定可变形杆1112的附接位置从而使得光纤1103的第一轴和第二轴的共振频率之间的差异在预设范围之外的方法。
图17是用于描述在本发明的实施例中用于将光纤1103的第一轴和第二轴的共振频率之间的差异设计为偏离预设范围的可变形杆的附接位置的图。
即，由于光纤1103的第一轴和第二轴之间的共振频率的差异可能根据可变形杆1112的附接位置而变化，因此需要调整可变形杆1112的安装位置L1和长度L2。
例如，可根据光纤1103的固定端到可变形杆1112的全长L2的半点的距离，来确定可变形杆1112的安装位置L1。
例如，如图17所示，可变形杆1112可以与光纤1103设置在光纤1103旁边并以预定距离与光纤1103隔开，并且可以安装在与光纤1103的一端间隔开L1的位置处。
此外，例如，可以安装可变形杆1112，并且可变形杆1112与安装在光纤1103的远端处的质量块M隔开预定距离L3。
在这种情况下，第一连接器1111和第二连接器1113可以被设计为具有比质量体M小得多的质量。可替代地，第一连接器1111和第二连接器1113可以被设计为质量大于或等于质量体M的质量。
图18是用于示例性地描述根据本发明另一实施例的驱动范围调整装置1110的结构的图。
参考图18，根据本发明另一实施例的驱动范围调整装置1110可以包括第一连接器1111、可变形杆1112和第二连接器1113，参考图17描述的质量体M也可以用作第二连接器1113。
换言之，对于根据本发明另一实施例的扫描单元1100，可变形杆1112可由第一连接器1111和质量体M支撑。
因此，根据本发明另一实施例的可变形杆1112的安装位置L1和长度L2可不同于安装单独质量体M时的安装位置和长度。
这是因为质量块M需要安装在合适的位置以执行用于调整扫描单元1100的驱动速度的功能并且还用作支撑可变形杆1112的辅助构件。
例如，参考图18，根据本发明另一实施例的可变形杆1112可以安装在与光纤1103的一端隔开预定距离的位置L11。如上面参考图14所述，缓冲距离可以附加地考虑距外壳内壁的距离。
此外，通过如上所述将附加结构附接到光纤1103，根据可变形杆1112的附接方向，即使当光纤1103被设计成具有关于第一轴和第二轴的不同共振频率时，光纤1103发射的扫描图案仍可能出现失真。
这是因为当光纤1103由于从第一致动单元1101a施加的第一力而在第一方向上振动时，不仅在第一方向上而且在第二方向上放大振动。
可替代地，这是因为当光纤1103由于从第二致动单元1101b施加的第二力而在第二方向上振动时，不仅在第二方向上而且在第一方向上放大振动。
在一个轴方向上传递的力影响另一个轴方向并在另一个轴方向上放大振动的现象在下面定义为交叉耦合。
2.5交叉耦合
下面将详细描述交叉耦合以及用于去除交叉耦合的可变形杆的附接方向。
图19是用于示例性地描述图示根据本发明实施例的交叉耦合的图。
例如，当控制器130向第一致动单元1101a施加第一驱动信号时，应当仅被传递到光纤1103的第一轴的力的一部分可以被传递到第二轴，并且与传递的力相对应的交叉耦合可沿第二轴发生。
在这种情况下，如图19的图像(b)所示，可以在第二轴方向上生成机械耦合或耦合的Lissajous图案。
可替代地，例如，当控制器130向第二致动单元1101b施加第二驱动信号时，应当仅被传递到光纤1103的第二轴的力的一部分可以被传递到第一轴，并且与传递的力相对应的交叉耦合可沿第一轴发生。
在这种情况下，如图19的图像(a)所示，可以在第一方向上生成机械耦合或耦合的Lissajous图案。
为了便于描述，将机械耦合或耦合的Lissajous图案定义为耦合误差。
此处，可能由各种原因产生耦合误差。
例如，当光纤1103通过从基于PZT装置的驱动单元1101传递到光纤1103上的致动器位置P0的力而振动时，当光纤1103的力轴(x轴和和y轴)与实际驱动光纤1103的共振驱动轴(x'轴和y'轴)不匹配时，可发生振动。
可替代地，例如，由于驱动单元1101不是完美的圆形，因此内径的中心与外径的中心不匹配。因此，可能无法驱动该驱动单元1101使得光纤1103的力轴(x轴和y轴)与光纤1103实际振动的共振驱动轴(x'轴和y'轴)匹配。
在这种情况下，通过调整安装在光纤1103处的可变形杆1112的附接位置和/或方向，可以调整传递到光纤1103的力轴(x轴和y轴)以匹配共振光纤1103的驱动轴(x'轴和y'轴)。这是因为光纤1103的共振驱动轴可以根据可变形杆1112的附接位置和/或方向而变化。
然而，即使光纤1103的力轴和共振驱动轴不完全匹配，当基于从光纤1103发射的扫描图案重建的图像具有大于或等于预设水平的质量时，可以允许预定误差。
2.6可变形杆的附接范围
下面将详细描述用于使耦合误差最小化的可变形杆1112的附接范围确定方法。
如上所述，在被第一连接器1111和第二连接器1113支撑的同时，可变形杆1112可以改变光纤1103的第一轴和第二轴中的至少一个的刚度，使得光纤1103具有关于第一轴和第二轴的不同共振频率。
如上所述，可变形杆1112可以具有固定在光纤1103上的第一杆位置处的第一端以及固定在光纤1103上的第二杆位置处的第二端。
因此，可变形杆1112在被第一连接器1111和第二连接器1113支撑的同时可以起到放大第一轴或第二轴上的振动的作用。
即，参考图20，当可变形杆1112根据施加到光纤1103的力而振动时，压缩C和膨胀E可以放大光纤1103的振动。
取决于可变形杆1112的附接方向，可变形杆1112的压缩C和膨胀E可以在第一轴方向上和在第二轴方向上发生。
例如，当可变形杆1112被设置为平行于光纤1103时，可变形杆1112的压缩C和膨胀E可以仅在第一轴方向上发生。
图21和图22是用于描述根据本发明实施例的可变形杆的附接位置的截面图。
例如，在垂直于光纤1103的z轴方向或纵向方向的横截面上，可变形杆的附接位置可被确定为使得从可变形杆1112的第二端连接到第二光纤上的第二杆位置的虚拟线A2匹配第一轴线A1。这是因为通过可变形杆1112的第二端连接到第二光纤上的第二杆位置的虚拟线A2来确定实际驱动光纤1103所沿的共振驱动轴。
为了便于描述，以下以可变形杆1112位于光纤1103的第一轴方向为例进行说明。
例如，当确定可变形杆1112的附接位置使得光纤1103的力轴(第一轴)与实际驱动光纤1103所沿的共振驱动轴相匹配时，相对于，光纤1103关于第一轴和第二轴的共振频率可以分离超出预设范围，如图23所示。
参考图21，可以发现光纤1103的力轴A1与实际驱动光纤1103的共振驱动轴A2不匹配。
在这种情况下，当控制器130向第一致动单元1101a施加第一驱动信号时，由从第一致动单元1101a施加到光纤1103上的致动器位置的第一力引起的光纤1103的振动可以不仅在第一轴方向上而且在第二轴方向上被放大，因此可能出现预定的耦合误差r，如图19的图像(b)所示。
可替代地，当控制器130向第二致动单元1101b施加第二驱动信号时，由从第二致动单元1101b施加到光纤1103上的致动器位置的第二力引起的光纤1103的振动可以不仅在第二轴方向上而且在第一轴方向上被放大，因此可能出现预定的耦合误差r，如图19的图像(a)所示。
相反，参考图22，可以发现光纤1103的力轴A1与共振驱动轴A2相匹配。
在这种情况下，如图24所示，可以生成没有耦合的Lissajous图案。
下面将参考图24至图27描述用于允许预定耦合误差的可变形杆1112的附接位置。
如上所述，在与光纤1103的z轴方向或纵向方向垂直的截面上，可以基于第一方向A1与从可变形杆1112的第二端连接到第二光纤上的第二杆位置的虚拟线A2之间的角θ，来确定可变形杆的附接位置。
在一个实施例中，可以将可变形杆1112的附接位置P1确定为在虚拟线A2上远离光纤1103。
例如，可变形杆1112可以与光纤1103间隔预定距离。
可替代地，例如，可变形杆1112可以基本上平行于光纤1103安装。
可替代地，可变形杆1112可以被设置在光纤1103旁边。
可替代地，可变形杆1112可以被设置为至少部分地与光纤1103重叠。
为了便于描述，以下描述假设当第一致动单元1101a被共振驱动时，在光纤1103的第二方向上出现预定的耦合误差r。在该假设下，将描述可变形杆1112的附接角范围以使耦合误差最小化。
例如，如图25所示，第一轴线方向A1与从可变形杆1112的附接位置P1连接到光纤上的第二杆位置的虚拟线A2之间的角θ的范围可以是关于第一轴方向A1从-b到+a，即可以在总共10度的范围内。在这种情况下，a和b可以具有不同的值。
可替代地，例如，第一轴线方向A1与从可变形杆1112的附接位置P1连接到光纤上的第二杆位置的虚拟线A2之间的角θ的范围可以是关于第一轴方向A1从-b至+a，即可以在总共5度的范围内。在这种情况下，a和b可以具有不同的值。
在这种情况下，附接角范围θ可以是根据预设标准计算的值。
预设标准可以具有允许的耦合误差r，其反映为将基于光纤1103发射的扫描图案重建的图像的分辨率保持在一定水平或更高。
例如，当第一驱动信号被施加到第一致动单元1101a时，可以考虑由于从第一致动单元1101a施加到光纤1103的致动器位置的第一力而在光纤1103的第二轴方向上产生的力的效率a，以及在光纤1103的第二轴方向上的驱动范围的效率b，来计算附接角范围θ。
例如，当在第一轴方向(y轴)上从第一致动单元1101a向光纤1103的致动器位置施加等于Fy的力时，可以将预定力传递到第二轴(x轴)，因此振动可以在第二轴方向上被放大。
[式3]
Y＝Fycosθ。
[式4]
X′＝Fysinθ。
此处，式3表示传递到y轴的力Y，式4表示传递到x轴的力X'。
在这种情况下，为了形成等于FOVx的驱动范围，在x轴方向上产生的力的效率a可以定义如下：
Figure BDA0003334403560000611
在这种情况下，在x轴方向上的驱动范围r可以定义如下：
Figure BDA0003334403560000612
图25是说明性地示出根据本发明实施例的在扫描模块110中时由从第一致动单元1101a传递的力引起的x轴方向驱动范围的曲线图，并且可变形杆1112被安装在光纤1103的旁边和光纤1103上，x轴和y轴的共振频率相隔A。
FOVx＝像素*分辨率。
此处，当像素数为256，分辨率为1um时，x轴方向驱动范围r可以定义如下：
Figure BDA0003334403560000621
在一个实施例中，可以允许第二轴(x轴)方向驱动范围r在预设系统分辨率的至少1/2以内。
例如，当第二轴(x轴)方向驱动范围r被确定在一个像素的1/2以内时，像素可以相互区分，从而可以将重建图像的分辨率保持在预设水平。
在这种情况下，当第二轴(x轴)方向驱动范围r在预设系统分辨率的1/2以内时，可变形杆1112的附接角范围θ如下：
∴
Figure BDA0003334403560000622
此处，θ可以被定义为可变形杆1112的附接角范围，其在y轴方向上共振驱动时允许在x轴方向上的预定驱动范围r或耦合误差r。
即，可考虑系统分辨率、总像素数、第一轴或第二轴的最大驱动范围、以及在第一轴或第二轴上传递的力的效率中的至少一个，来计算可变形杆1112的附接角范围。
此外，图26是用于示例性地描述当Fx等于Fy时根据第二轴(x轴方向)上的驱动范围效率b的可变形杆1112的附接角的曲线图。
参考图26，当假设第二轴(x轴)方向驱动范围的效率b在1％和20％之间时，允许预定耦合误差的附接角的范围可高达10度。
在一个实施例中，当第一轴向驱动信号施加到第一致动单元1101a时，可确定可变形杆1112的附接位置或附接角，使得光纤1103在第二轴方向引起的驱动范围小于在第一轴方向引起的最大驱动范围的10％。
在一个实施例中，当第二轴方向的驱动范围的效率小于3％时，可变形杆1112的附接角范围可以小于4度(θ≤4)
总之，在本发明的实施例中，可以允许耦合误差r在可以将重构图像的质量保持在一定水平或更高的范围内。
因此，通过将根据本发明实施例的可变形杆1112以允许的耦合误差r适当地附接到光纤1103上，当光纤1103通过从第一致动单元1101a或第二致动单元1101b施加的力而在一个轴方向上振动时，可以防止在另一个轴向上的振动。
2.7频率特性
图27至图30是示出根据可变形杆1112的附接方向的频率特性的图。
为了便于描述，以下描述假设至少一个可变形杆1112安装在距离光纤1103预定距离的位置，并在附接角范围内进行连接，使得光纤1103的第一轴和第二轴的共振频率充分分离。
如上所述，当可变形杆1112附接到光纤1103的第一轴和第二轴中的任何一个时，可变形杆1112附接到的轴的弹性模量k可以增加。这是因为假设当可变形杆1112的k值影响大于质量体M的k值影响时，可变形杆1112所附接的轴的光纤1103的刚度增加。
因此，随着可变形杆1112所附接的轴的刚度增加，可变形杆1112所附接的轴的驱动频率的值会增加。
例如，参考图27，当可变形杆1112附接到fy侧时，曲线图可以显示fx<fr<fy。
另一方面，参考图28，当可变形杆1112附接到侧面fx时，曲线图可以显示fy<fr<fx。
在这种情况下，光纤1103在x轴和y轴上振动的最大驱动范围可以根据x轴和y轴之间的驱动频率的差异而变化。即，光纤1103的振动幅度变化。
因此，由光纤1103发射的扫描图案的x轴与y轴的纵横比可以变化。
在这种情况下，在根据本发明实施例的图像生成装置1中，从图像生成装置1输出的x轴与y轴的图像纵横比可以不是1：1。
例如，当可变形杆1112附接到y轴方向时、当x轴的共振频率为1100Hz时以及当y轴的共振频率为1300Hz时，输出的纵横比可以计算如下：
F＝kx。
首先，可以发现，当上式中给定相同的力F时，弹簧常数K与光纤1103的幅度x成反比。因此，每个轴的k值的比例的倒数ky/kx可以假定为纵横比A。
这使用下式表示：
Figure BDA0003334403560000641
Figure BDA0003334403560000642
其中kx是x轴的弹簧常数，ky是y轴的弹簧常数，m是质量。
Figure BDA0003334403560000643
Figure BDA0003334403560000644
f2 x＝A f2 y
此处，由于Fx＝1100，
Figure BDA0003334403560000645
因此，参考图28所示的曲线图，当可变形杆1112附接到y轴方向时，当x轴的共振频率为1100Hz时，并且当y轴的共振频率为1300Hz时，光纤1103发射的扫描图案的纵横比(FOVy：FOVx)为约1：1.4。
在一个实施例中，可以考虑预设的纵横比来确定可变形杆1112的附接方向。
在另一实施例中，控制器130可以通过电压控制来调整通过显示装置输出的图像的纵横比。
可替代地，控制器130可以通过调整施加到第一致动单元1101a和第二致动单元1101b的电压来调整由光纤1103发射的扫描图案的纵横比。
例如，当可变形杆1112附接到y轴方向时，当x轴的共振频率为1100Hz时，并且当y轴的共振频率为1300Hz时，控制器130可以通过向y轴施加比x轴更高的电压来调整图像纵横比为1：1。
可替代地，例如，控制器130可以向第一致动单元1101a和第二致动单元1101b施加相同的电压，使得输出图像关于x轴和y轴具有不同的纵横比。
可替代地，例如，控制器130可以通过向第一致动单元1101a施加第一电压并且向第二致动单元1101b施加第二电压来校正输出图像的纵横比。
可替代地，例如，控制器130可以基于用户输入的纵横比信息来校正图像。
图31是用于示例性地描述根据本发明实施例的纵横比校正方法的流程图。
参考图31，根据本发明实施例的纵横比校正方法可以包括从用户接收纵横比信息(S11)，基于从用户接收的纵横比信息来确定要施加到第一轴和第二轴的电压(S12)，生成与纵横比相对应的图像(S13)等。
例如，以下描述假设在根据本发明实施例的扫描单元1100的情况下，可变形杆1112附接在光纤1103的y轴方向上，x轴的共振频率设置为1100Hz，并且y轴的共振频率设置为1300Hz，使得传递到光纤1103的任何一个轴的力不会使另一个轴的振动最大化。
在这种情况下，通过上述式计算，系统纵横比可以设置为FOVy：FOVx＝1：1.4。
首先，控制器130可以从用户接收纵横比信息(S11)。
例如，用户可以通过输入单元输入与纵横比的变化相对应的请求，以便观察与预期纵横比相对应的图像。例如，可以为根据本发明实施例的图像生成装置1预设多种模式，以将生成的图像转换为与预定比例相对应的图像。
在这种情况下，控制器130可以采集通过输入单元接收的纵横比信息并且另外检查预设系统分辨率信息。
此外，控制器130可以基于从用户接收到的纵横比信息来确定要施加到第一轴和第二轴的电压。
例如，当在操作S11中从用户接收的纵横比信息是a：b时，控制器130可以通过向x轴施加第一电压并且向y轴施加第二电压来生成与纵横比信息相对应的图像。
可替换地，例如，当在操作S11中从用户接收的纵横比信息是1：1时，控制器130可以执行控制，使得向y轴施加比x轴更高的电压。
此外，控制器130可以生成与纵横比相对应的图像(S13)。
例如，控制器130可以基于在操作S11中接收的纵横比信息以及在操作S12中确定的电压信息将图像转换为与用户预期的纵横比相对应的图像，并且可以提供与预期的纵横比相对应的图像。
因此，根据本发明实施例的Lissajous扫描方案，可以根据预设图像纵横比来确定另外附接到光纤1103的可变形杆1112的附接位置。
换言之，控制器130可以将图像校正为具有用户预期比例的图像，并通过调整施加到驱动单元1101的第一轴的第一驱动信号和第二轴的第二驱动信号，提供具有预期比例的图像。
3封装
图32至图34是用于示例性地描述根据本发明实施例的用于将元件容纳在扫描模块110的外壳内部的耦合结构的图。
如上所述，根据本发明实施例的扫描模块110可以以手持光纤探头的形式提供。在这种情况下，可以提供各种类型的固定元件，以紧凑且牢固地将元件封装在探头中。
下面将详细描述用于将驱动单元1101和光纤1103封装在外壳H中的固定元件的结构和耦合方法。
此外，例如，以下描述假设驱动单元1101是基于PZT材料的压电元件并且应用具有圆柱形结构的压电元件。
首先，参考图32，可以为根据本发明实施例的光纤探头提供用于将驱动单元1101的中心与光纤1103的中心相匹配的第一固定元件1104。
例如，如图32所示，第一固定元件1104可以具有圆柱环的形状。
此外，例如，第一固定元件1104可以由非导电材料形成，因为驱动单元的四个电极应当彼此绝缘。
此外，例如，第一固定元件1104的外径OD1可设计为大于或小于驱动单元1101的内径ID1的预定尺寸。例如，驱动单元1101的内径ID1可以是约0.9mm，第一固定元件1104的外径OD1可以是约0.904mm。
又例如，第一固定元件1104的内径ID被设计为大于光纤1103的外径OD1的预定尺寸，从而可方便光纤1103与驱动单元1101的组装。
例如，光纤1103可以穿过第一固定元件1104然后对齐，使得光纤1103的中心位于驱动单元1101的中心。
此外，参考图33，根据本发明的实施例，还可以为光纤探头提供用于支撑外壳H的一端的第二固定元件1107。
例如，可以考虑外壳H的管的内径来设计第二固定元件1107的外径OD2，可以考虑驱动单元1101的外径，来考虑第二固定元件1107的内径ID2。
参考图34，可以为根据本发明的实施例的光纤探头提供用于将光纤1103的一端固定到PZT元件的第三固定元件1105。
例如，在光纤探头的情况下，PZT元件可以通过第三固定元件1105与光纤1103的中心对齐。
例如，可以考虑光纤1103的外径OD3来设计第三固定元件1105的内径ID3。
此外，例如，可以考虑驱动单元1101的内径D3来确定第三固定元件1105的外径OD3。
在这种情况下，第三固定元件1105可以从光纤的前端插入到驱动单元1101的内部，该光纤的前端已经穿过第一固定元件1104和驱动单元1101。
因此，根据本发明实施例的光纤探头的光纤1103和驱动单元1101可以通过第三固定元件1105保持对齐并彼此耦合。
在这种情况下，可以将粘合剂用于光纤1103，以保持与驱动单元1101的耦合力。例如，可以使用紫外线(UV)固化或热固化环氧树脂作为粘合剂。
在这种情况下，可能优选对称地使用最少量的粘合剂，因为取决于粘合剂的量，光纤1103的长度可能出现误差。
此外，根据本发明的又一实施例，用于将探头的内部温度保持在恒定水平的一个或多个模块可设置在光纤探头的外壳内部。
即，根据本发明的又一实施例，至少一个温度传感器或温度调整装置可以设置在扫描模块110内部。
例如，在医院为了诊断疾病而使用的光纤探头的情况下，取决于使用环境，诸如手术室温度和/或活体温度，可能会出现实际操作差异。
例如，当光纤探头的外壳的内部温度发生变化时，光纤的共振频率会发生变化。
温度调整装置可以包括加热器和冷却器中的至少一个。
参考图35，根据本发明的又一实施例，加热器1121和温度传感器1123可以设置在扫描模块110内部。
例如，如图35所示，加热器1121可以沿着外壳H的内壁安装。
此外，如图35所示，至少一个温度传感器1123可以设置在外壳H内部。
在这种情况下，当确定温度传感器1123检测到的温度不满足预设标准时，控制器130可以被设置为控制加热器1121的操作。
例如，当确定温度传感器1123检测到的温度低于预设标准时，控制器130可以控制加热器1121的操作以通过加热器1121以预定时间加热扫描模块110的内部。
另一方面，当确定温度传感器1123检测到的温度高于预设标准时，控制器130可以关闭加热器1121。
同时，根据本发明又一实施例，除了上述温度调整装置之外，扫描模块110还可以通过使用绝热材料的封装方法使光纤探头的内部温度条件保持恒定。
因此，根据本发明又一实施例，通过扫描模块110控制外壳H的内部温度保持恒定，扫描模块110的驱动条件可以保持恒定。
4其他实施例
使用根据本发明另一实施例的扫描模块110，通过在外壳H内部安装磁体M，可以确定光纤1103的实际移动。
例如，当附接在光纤1103的远端的质量块M是磁体时，磁体可以用于检测与光纤1103的振动相对应的位置。
在这种情况下，磁体可以通过使用从驱动单元1101传递的力来确定执行Lissajous扫描的光纤1103实际移动的位置。
因此，使用根据本发明另一实施例的扫描模块110，可以直接计算在从控制器130施加到扫描模块110的驱动信号被传输到扫描模块110时出现的相位差。
参考图36，根据本发明的另一实施例，至少第一磁体MG1和第二磁体MG2可以设置在扫描模块110内部。
例如，第一磁体MG1可以是附接到光纤1103的远端的质量块M。
此外，例如，第二磁体MG2可以被配置为检测光纤1103的第一轴和第二轴的位置信息。
可替代地，例如，可以分开设置用于检测光纤1103的第一轴和第二轴中的每一个的位置信息的磁体。
5图像生成装置中的相位校准
如上所述，图像生成装置是被配置为发射光并使用返回光来生成图像的装置。例如，当光从光发射单元121输出时，可以通过扫描模块110将光发射到对象O。从对象O反射、散射、折射和衍射的光可以返回到图像生成装置并且可以由光接收单元123获得。在这种情况下，控制器130可以获得光接收信息，该光接收信息指示关于接收到的光的信息。
此处，控制器130可以控制光发射单元121输出光并且可以控制扫描模块110的驱动单元1101以预定模式向对象发射光。
在这种情况下，用于控制驱动单元1101的信号可以包括交流信号，该交流信号可以是施加到驱动单元1101的具有频率分量和相位分量的信号。此外，用于控制驱动单元的信号1101可以具有在每个正交轴方向上施加到扫描模块的至少一个信号。
5.1相位延迟的原因
控制器130可以向驱动单元1101施加驱动信号以操作驱动单元1101。此外，驱动单元1101可以输出用于控制扫描单元1100的信号(以下称为扫描单元驱动信号)并且可以根据扫描单元驱动信号的输出来驱动扫描单元1100。此外，驱动扫描单元1100可以基于根据预定图案发射光的输出信号(以下称为扫描单元输出信号)来发射光。
驱动信号、扫描单元驱动信号和扫描单元输出信号可以是电信号，但本发明不限于此。信号可以包括指示对应于信号输入的移动的信号。例如，当驱动信号被输入到驱动单元1101时，对应于驱动信号的驱动单元1101的驱动或移动可以表示为扫描单元驱动信号。此外，当扫描单元驱动信号被输入到扫描单元1100时，对应于扫描单元驱动信号的扫描单元1100的驱动或移动可以表示为扫描单元输出信号。此外，驱动信号、扫描单元驱动信号和扫描单元输出信号可以包括具有各种波形(例如，正弦波形)的信号。
此外，驱动信号、扫描单元驱动信号和扫描单元输出信号可以是相同的信号。可替代地，驱动信号、扫描单元驱动信号和扫描单元输出信号可以是具有不同相位的信号。
图38是比较地示出相位延迟前的信号波形和相位延迟后的信号波形的图。
参考图38，在图38的曲线图中，x轴表示时间，y轴表示幅度。相位延迟前信号5000和相位延迟后信号5001可以表示具有相同幅度的信号和相同的波形。然而，本发明不限于此。相位延迟前信号5000和相位延迟后信号5001可以具有不同的幅度或波形。可替代地，即使在相位延迟前信号5000或相位延迟后信号5001中，也可能不总是随着时间出现相同的幅度或波形。
此外，相位延迟后信号5001可以代表与相位延迟前信号5000相比具有延迟相位的信号，并且相位延迟前信号5000和相位延迟后信号5001可以具有不同的相位。在图38中，相位延迟前信号5000和相位延迟后信号5001之间的相位差被示为在每个时间点都是恒定的。然而，本发明不限于此，延迟前信号5000与延迟后信号5001之间的相位差可以在每个时间点不同。
此外，相位延迟前信号5000和相位延迟后信号5001可以应用于所有上述驱动信号、扫描单元驱动信号和扫描输出信号。
根据一个实施例，驱动信号和扫描单元驱动信号可以具有不同的相位。例如，当驱动单元1101通过接收驱动信号被驱动时，驱动单元1101可能会发出包括热量或声音在内的能量，因此驱动信号的相位和扫描单元驱动信号的相位可能彼此不同。可替代地，当驱动单元1101通过接收驱动信号被驱动时，驱动单元1101的结构(或形状)可能发生变形，从而驱动信号的相位和扫描单元驱动信号的相位可能彼此不同。此处，驱动单元1101的结构的变形可以意味着驱动单元1101的结构通过在输入驱动信号时被驱动而改变。例如，驱动单元1101的结构的改变可以包括驱动单元1101随着驱动单元1101的驱动而拉伸或收缩。然而，本发明不限于此，除了驱动信号的输入之外，驱动单元1101的结构还可能由于外部原因而改变。
根据另一个实施例，扫描单元驱动信号和扫描单元输出信号可以具有不同的相位。例如，当通过接收扫描单元驱动信号来驱动扫描单元1100时，可以从扫描单元1100发出包括热量或声音的能量，因此扫描单元驱动信号的相位和扫描单元输出信号的相位可能彼此不同。可替代地，当通过接收扫描单元驱动信号来驱动扫描单元1100时，扫描单元1100的结构(或形状)可能发生变形，从而扫描单元驱动信号的相位和扫描单元输出信号的相位可能彼此不同。此处，扫描单元1100的结构的变形可以意味着扫描单元1100的结构通过在输入扫描单元驱动信号时被驱动而改变。例如，扫描单元1100的结构的改变可以包括扫描单元1100随着扫描单元1100的驱动而拉伸或收缩。然而，本发明不限于此，除了扫描单元驱动信号的输入之外，驱动单元1101的结构还可能由于外部原因而改变。
5.2寻找相位延迟的方法和校准相位的方法
根据用于寻找相位延迟的实施例，可以预先确定参考图像，并且可以使用参考图像来确定相位延迟。例如，预定参考图像可以是圆形图案，但本发明不限于此。因此，通过将控制器130获得的图像与参考图像进行比较，可以确定相位延迟的度数。
参考图39，(a)所示的图像表示相位延迟的低分辨率图像，(b)所示的图像表示延迟相位已被校准的相位校准图像，这是高分辨率的图像。
控制器130可以允许对相位延迟后信号的相位进行校准以获得图39的(b)中所示的图像而不是图39的(a)中所示的图像。
根据一个实施例，控制器130可以通过使用通过输入单元140调整的相位来获得延迟相位已被校准的相位校准图像。
例如，输入单元140可以调整用于控制器130控制驱动单元1101的信号的频率分量或相位分量，或者可以调整频率分量和相位分量两者。然而，本发明不限于此。
具体地，可以通过输入单元140来调整驱动信号的相位。当调整驱动信号的相位时，控制器130可以通过调整相位分量来获得其相位被校准的高分辨率图像而不是相位延迟后信号所引起的低分辨率图像。
根据另一个实施例，替代通过输入单元140获得相位，控制器130可以通过自动调整相位来获得延迟相位被校准的相位校准图像。在这种情况下，不使用输入单元140来控制驱动信号的相位，但是控制器130可以自动校准驱动信号的相位分量。具体地，当控制器130自动校准用于控制驱动单元1101的信号的相位分量时，可以使用算法来校准相位分量。下面将描述使用该算法的相位校准。
6初始相位校准
图像生成装置可能需要初始校准相位以便使用算法来校准相位。然而，本发明不限于此，即使当通过输入单元140来校准相位时，也可能需要初始校准相位。例如，当使用该算法来校准相位时，相位未被校准的初始图像可能具有较大的相位延迟。此外，当初始校准相位时，要由控制器130调整的相位值可能很小。因此，可以减少进行相位校准的时间，并且还可以更准确地校准相位。
具体地，当初始校准相位时，可以减小通过输入单元140调整的相位范围。此外，当使用该算法来校准相位时，甚至可以减少通过初始相位校准来校准的相位值所需的计算量。
为了便于描述，初始相位校准可以被定义为不同于使用以下算法的相位校准的相位校准方法。例如，初始相位校准可以包括使用安装装置5200的相位校准、使用截止滤光片的相位校准以及使用微图案形成单元5100的相位校准，这将在下面进行描述。此外，初始相位校准中可以包括各种相位校准方法。
根据一个实施例，当对象O被扫描时，可以在初始相位校准之后通过输入单元140执行相位校准，或者可以使用以下算法执行相位校准。
此外，根据另一个实施例，在执行使用算法的相位校准之后，可以执行初始相位校准。然后，可以再次执行使用该算法的相位校准。应当理解，本发明不限于此，可以同时进行初始相位校准和使用该算法的相位校准。
此外，根据另一个实施例，可以通过仅执行初始相位校准而不使用该算法执行相位校准来来获得图像。
下面将描述用于初始相位校准的装置和方法。
6.1使用透镜模块1200进行相位校准
可以使用位于扫描单元1100一端的透镜模块1200来校准初始相位。例如，通过在位于扫描单元1100一端的透镜模块1200上提供图案，初始相位可以使用该图案作为参考图像进行校准。可替代地，通过提供能够安装在透镜模块1200上和扫描单元1100的一端上的滤光片，可以使用滤光片来校准初始相位。
6.1.1使用微图案形成单元5100进行相位校准
图40是示出当对包括透镜模块1200的扫描模块110的一个元件进行图案化时，微图案形成单元5100呈现在以预定图案(以下称为光图案)发射的光的路径上的图。
图40示出了在Lissajous图案的情况下发射的光的图案。然而，本发明不限于此，发射的光的图案可以包括各种类型的扫描图案，包括螺旋图案或光栅图案。此外，图40所示的微细图案形成单元5100由字符表示。然而，本发明不限于此，微图案形成单元5100可以包括可用作参考图像的形状等。
参考图40，光图案可以形成在正方形区域中。然而，本发明不限于此，光图案可以形成在各种形状的区域中。当扫描单元1100被驱动时，光图案可以朝着对象O发射，并且微图案形成单元5100可以不根据光图案而改变。
此处，当扫描模块110正在扫描对象O时，作为对应于微图案形成单元5100的图像的微图案可以出现在由控制器130获得的图像上。
此外，微图案形成单元可以设置在扫描模块110中的各个位置处。具体地，微图案形成单元可以设置在透镜模块1200上。然而，本发明不限于此，微图案形成单元可以位于扫描单元1100上。可替代地，微图案形成单元可以预定在单独的结构上，并且该结构可以耦合到扫描模块110的一端并且用于校准初始相位。为了便于描述，以下描述假设微图案形成单元5100位于透镜模块1200上。
根据一个实施例，存在于透镜模块1200上的微图案形成单元5100可以存在于光图案已经穿过的位置处。当扫描模块110被扫描时，无论对象O的形状如何，都可以提供特定的微图案。因此，以微图案作为参考图像，可以进行初始相位校准，使得获得的图像的微图案控制器130所产生的微图案可以与原始微图案形成单元5100中出现的微图案一致。
此处，与微图案形成单元5100中出现的微图案一致的所获得图像的微图案可以意味着当控制器130基于从对象O返回的光获得光接收信息时，由控制器130获得的图像的预期出现微图案的部分的像素的信息在一定水平上或更高水平上对应于与微图案形成单元5100提供的微图案相对应的像素的信息。
然而，为了使控制器130在光从扫描单元1100发射时在光图案已经通过的位置处获得对应于微图案形成单元5100的图像，微图案形成单元5100可以由以下材料制成：能够吸收或反射所发射的光或能够由于所发射的光而表现出荧光。
具体地，当微图案形成单元5100由能够吸收从扫描单元1100发射的光的材料制成时，微图案形成单元5100可以吸收所发射的光，并且由于光的吸收，微图案形成单元5100可能不会返回任何光。此处，微图案形成单元5100对光的吸收可以意味着微图案形成单元5100吸收特定波段的光，因此光不能从微图案形成单元5100返回。因此，当控制器130使用特定波长的光来生成图像时，该特定波长被吸收，无法得到与微图案形成单元5100的微图案形状相对应的波长。因此，在所获得的图像的对应于微图案的部分中可能出现明暗。因此，所获得图像的对应于微图案的部分被获得，因此可以执行相位校准，使得所获得的图像中对应于微图案的部分可以与微图案形成单元5100的微图案一致。
可替代地，当微图案形成单元5100由能够反射从扫描单元1100发射的光的材料制成时，微图案形成单元5100可以反射所发射的光，并且所有发射的光可以从微图案形成单元5100返回。此处，微图案形成单元5100对光的反射可以意味着特定波长带的光被反射，因此波长与从微图案形成单元5100发射的光的波长相同的光返回。因此，当控制器130使用特定波长的光生成图像时，与由控制器130获得的微图案形成单元5100相对应的波长可以不是用于生成图像的特定波长。因此，在所获得的图像的对应于微图案形成单元5100的微图案的部分中可能出现明暗。因此，所获得图像的对应于微图案的部分被获得，因此可以执行相位校准，使得所获得的图像的对应于微图案的部分可以与微图案形成单元5100的微图案一致。
可替代地，当微图案形成单元由能够使用发射的光来呈现荧光的材料制成时，从微图案形成单元5100返回的光可以是荧光。此处，微图案形成单元5100发出荧光可意味着微图案形成单元5100吸收所发射的光并产生波长与吸收光的波长不同的光，使得特定波长的光从微图案返回。形成单元5100。此外，能够发射波长为405nm、488nm或785nm的光的材料可以用作微图案形成单元5100中使用的荧光材料。因此，当控制器130使用由于荧光材料而具有特定波长的光来生成图像时，可以获得与微图案形成单元5100相对应的波长的光。因此，在所获得的图像的对应于微图案的部分中可能出现明暗。因此，所获得的图像对应于微图案形状的部分被获得，因此可以执行相位校准，使得所获得的图像的对应于微图案的部分能够与微图案形成单元5100的微图案一致。
此处，相位校准可以是指控制器130获得出现微图案的图像并执行校准，使得所获得的出现微图案的图像在预定水平或更高水平上对应于微图案形成单元5100的微图案的形状。具体地，可以由控制器130获得微图案形成单元5100的微图案形状，因此控制器130可以将通过驱动扫描单元1100获得的图像中包括的微图案与控制器130预先获得的微图案形状进行比较来获得相应的度数。在这种情况下，当控制器130获得的比较结果小于或等于预定水平时，可以在改变驱动信号的相位之后再次进行比较。此外，当控制器130获得的比较结果大于或等于预定水平时，控制器130可以通过使用改变的驱动信号作为待校准的相位值来获得对象O的图像。在这种情况下，可以使用控制器130上的输入单元140来改变驱动信号的相位。然而，本发明不限于此，可以使用算法来自动校准相位。
然而，使用微图案的相位校准不限于初始相位校准并且可以在对象O被扫描的同时进行。
6.1.2使用截止滤光片进行相位校准
图41是示出包括透镜模块1200的扫描模块110的元件上的光图案的角部被截止的图。此处，截止可意味着光图案的角部的一部分由能够吸收或反射光或由于光而表现出荧光的材料形成，并且在该角部处可能无法获得对象O的图像。
此外，截止滤光片可以位于透镜模块1200上。然而，本发明不限于此，截止滤光片可以位于扫描单元1100上。可替代地，截止滤光片可以是存在于单独的结构上，并且该结构可以耦合到扫描模块110的一端并且用于校准初始相位。为了便于描述，以下描述假设截止滤光片位于透镜模块1200上。
此外，如图41所示，截止滤光片存在于光学器件的角部。因此，当光从扫描单元1100发射时，截止滤光片可以在发射光的密度增加的部分吸收或反射光或表现出荧光。因此，可以防止光漂白或光损坏，在光漂白中，当发射光的强度增加时对象O中的荧光材料可能被损坏，在光损坏中，对象O本身可能由于高光强而被损坏。
根据一个实施例，当截止滤光片由能够吸收或反射光的材料制成时，用于使用特定波长的光来生成图像的图像生成模块的光接收单元123可能无法获得光接收信息。具体地，在截止角处被吸收或反射的光不会到达光接收单元123并且不产生光接收信息。因此，对应于角部的像素值不会出现在由控制器130获得的图像中，并且角部可以被显示为未使用区域。
可替代地，当截止滤光片由荧光材料制成时，从对象O返回的光可以包括由光接收单元123可获得的特定波长。因此，光接收单元123可以获得截止角处的荧光作为光接收信息，因此可以从控制器130获得的图像中以未使用区域的形式获得对应于角部的像素值。
图42的图像(a)是示出当扫描单元驱动信号或扫描单元输出信号的相位被延迟时获得的图像中对应于截止滤光片的未使用区域的图。图42的图像(b)是示出在扫描单元驱动信号或扫描单元输出信号的相位被校准时获得的图像中对应于截止滤光片的未使用区域的图。
具体地，当扫描单元驱动信号或扫描单元输出信号的相位相对于驱动信号的相位延迟时，可能会产生与截止相对应的未使用区域，不是在图42的图像(a)中所示的截止部最初存在的地方，而是在获得的图像的任何空间中。因此，当不是在获得的图像的角处而是在获得的图像被检查后的所获得的图像的任何空间中产生与截止相对应的未使用区域时，扫描单元驱动信号或扫描单元输出的相位信号可能会延迟。
根据一个实施例，可以由控制器130根据截止滤光片获得关于图像中的未使用区域的信息。此外，当使用扫描模块110进行扫描时，控制器130可以采集所获得的图像的角上的未使用区域的存在度数。当控制器130获得的角上的未使用区域的存在度数小于或等于特定水平，当驱动信号的相位改变后，控制器130可以重新获得角上的未使用区域的存在度数。在这种情况下，当控制器130获得的角上的未使用区域的存在度数大于或等于特定水平时，控制器130可以使用调整后的驱动信号的相位作为待校准的相位值，来获得对象O的图像。此处，可以使用控制器130上的输入单元140来改变驱动信号的相位。然而，本发明不限于此，可以使用算法来自动校准相位。
根据另一个实施例，可以使用输入单元140来校准如图42的(a)所示的相位延迟图像的驱动信号的相位。具体地，当通过控制器130获得图42的(a)所示的图像，可以使用输入单元140来调整驱动信号的相位。通过调整驱动信号的相位，可以移动在任何空间中产生的未使用区域，并且可以在获得的图像的角上产生未使用区域。因此，控制器130可以获得如图42(b)所示的相位校准图像。
根据另一个实施例，可以使用相位校准算法来校准如图42的(a)所示的相位延迟图像的驱动信号的相位，这将在下面进行描述。
6.2使用扫描模块110的安装装置5200进行相位校准
如上所述，扫描模块110可以扫描对象O，并且控制器130可以获得与扫描对应的图像。
此处，安装装置5200不对对象O进行扫描。当不使用扫描模块110时，安装装置5200可用于安装扫描模块110。此外，可以通过其上安装有扫描模块110的安装装置5200来校准驱动信号的相位。
根据一个实施例，可以向扫描模块110的安装装置5200提供参考图像，并且可以基于参考图像执行相位校准。具体地，当扫描单元驱动信号和扫描单元输出信号的相位被延迟时，可以校准驱动信号的相位，使得控制器130获得的图像可以与参考图像一致。
此处，可以使用控制器130上的输入单元140或使用基于算法的相位校准来校准驱动信号的相位。
6.2.1扫描模块110的安装装置5200的结构
参考图43，安装装置5200可以包括容纳单元5210、耦合单元5220、参考图案单元5230或调整单元5240。此处，扫描模块110的安装装置5200的容纳单元5210可以容纳扫描模块110。例如，容纳单元5210可以包括用于容纳扫描模块110的外壳。此外，扫描模块110的安装装置5200的耦合单元5220可以将容纳在容纳单元5210中的扫描模块110耦合到容纳单元5210，以防止容纳在容纳单元5210中的扫描模块110从容纳单元5210中掉出，或者使扫描模块110固定在容纳单元5210的特定位置。此外，扫描模块110的安装装置5200的参考图案单元5230可以提供参考图像，以便控制器130可以当扫描模块110安装在安装装置5200上时对驱动信号的相位进行校准。此外，当扫描模块110上的透镜模块1200没有聚焦时，当扫描模块110安装在扫描模块110的安装装置5200上时，扫描模块110的安装装置5200的调整单元5240可以提供用于在安装装置5200处进行聚焦的元件。下面将详细介绍容纳单元5210、耦合单元5220、参考图案单元5230和调整单元5240。
6.2.1.1安装装置5200的容纳单元5210
图44是示出扫描模块110容纳于图像生成装置中的图。
根据一个实施例，如图44所示，其上可安装扫描模块110的安装装置5200的容纳单元5210可以被提供给图像生成装置。具体地，扫描模块110可以安装在图44的图像生成装置上存在的安装装置5200的容纳单元5210上。此外，对图44所示的图像生成装置上的位置没有限制。
根据另一个实施例，其上可安装扫描模块110的安装装置5200的容纳单元5210可以存在于物理上与图像生成装置的位置不同的位置处。在这种情况下，位于不同于图像生成装置的位置的安装装置5200的容纳单元5210可以预先连接到图像生成装置，从而可以通过图像生成装置的控制器130来控制安装装置5200。
此外，容纳单元5210可以容纳整个扫描模块110。然而，本发明不限于此，容纳单元5210可以仅容纳包括在扫描模块110中的用于发射光的元件的一部分，使得可以对驱动信号、扫描单元驱动信号或扫描单元输出信号的相位延迟进行校准。
6.2.1.2安装装置5200的耦合单元5220
图45是示出扫描模块110安装在安装装置5200上的图。此外，图46是示出从安装装置5200的入口观察时安装装置5200的容纳单元5210的图。
根据一个实施例，如图45所示，耦合构件5250可以设置在扫描模块110上。此处，耦合构件可以耦合到安装装置5200的耦合单元5220，因此扫描模块110可以是以一定角度耦合到安装装置5200。
具体地，安装装置5200的耦合单元5220和耦合构件可以形成为相同的形状，使得扫描模块110和安装装置5200可以彼此耦合，或者耦合单元5220可以以包括连接件形状的形状存在。例如，当耦合构件具有四边形形状时，安装装置5200的耦合单元5220可以具有能够容纳耦合构件的四边形形状的四边形形状，或者可以具有外接耦合构件的四边形形状的形状。然而，本发明不限于此，安装装置5200的耦合单元5220可以具有其中安装装置5200的耦合单元5220耦合到耦合构件的形状，包括耦合构件的形状。此外，扫描模块110的耦合构件和安装装置5200的耦合单元5220可以是具有耦合力的各种构件，以将耦合构件和耦合单元5220彼此耦合。例如，扫描模块110的耦合构件和安装装置5200的耦合单元5220可以被提供为磁性构件。由于在耦合构件和耦合单元5220之间存在磁力，当扫描模块110被耦合到安装装置5200的容纳单元5210时，扫描模块110可以被耦合到容纳单元5210的特定位置。此外，由于存在磁力，所以耦合构件和耦合单元5220可以在特定位置处自动地彼此耦合。
6.2.1.3安装装置5200的参考图案单元5230
参考图案单元5230可以被提供给安装装置5200，使得可以由控制器130执行初始相位校准。此处，参考图案单元5230可以被设置在安装装置5200的空间中。然而，为了便于描述，以下描述假设参考图案单元5230设置在安装装置5200的下端部。此处，当扫描模块110安装在安装装置5200上时，安装装置5200的下端部可以是容纳单元5210的底面，其存在于在扫描模块110发射光的方向上的延长线上。
图47是当从顶部观察时参考图案单元5230的图。具体地，当扫描模块110安装在安装装置5200上时，扫描模块110可以向设置在安装装置5200下端的参考图案单元5230的参考图像5231发射光，并且可以使用返回的光来获得图像。此处，当扫描单元驱动信号或扫描单元输出信号的相位被延迟时，获得的图像可以是相位延迟的图像。在这种情况下，控制器130可以对驱动信号的相位、扫描单元驱动信号的相位或扫描单元输出信号进行校准，使得获得的图像可以与参考图像5231一致。
参考图47，参考图像5231可以是一个或多个圆形图案，以便无论扫描模块110安装在安装装置5200上的角度如何，始终提供特定图像。然而，本发明不限于参考图像可以是预定的参考图像5231。具体地，当耦合单元5220和耦合构件不存在时，当扫描模块110安装在安装装置5200上时，扫描模块110可以不安装在预定位置。因此，即使当扫描模块110没有安装在预定位置时，参考图像5231也可以是圆形图案，从而可以执行初始相位校准。
根据一个实施例，参考图像5231可以由能够吸收扫描单元1100发射的光的材料制成。具体地，当参考图像5231由能够吸收扫描单元1100发射的光的材料制成时，参考图像5231可以吸收所发射的光，并且没有光可以从参考图像5231返回。此处，参考图像5231对光的吸收可能意味着参考图像5231吸收特定波段的光，从而光无法从参考图像5231返回。因此，当控制器130使用特定波长的光来生成图像时，无法获得与参考图像5231相对应的波长。因此，所获得的图像的对应于参考图像5231的部分中可能会出现明暗。因此，所获得的图像的对应于参考图像5231的部分可以被获得，从而可以对获得的图像的相位进行校准。
根据另一个实施例，参考图像5231可以由能够反射扫描单元1100所发射的光的材料制成。具体地，当参考图像5231由能够反射扫描单元1100所发射的光的材料制成时，参考图像5231可以反射所发射的光，并且所有发射的光可以从参考图像5231返回。此处，参考图像5231对光的反射可以意味着参考图像5231反射特定波段的光，并且波长与已发射的光的波长相同的光从参考图像5231返回。因此，当控制器130使用特定波长的光来生成图像时，与参考图像5231相对应的波长可以不是特定波长。因此，所获得的图像的对应于参考图像5231的部分中可能会出现明暗。因此，所获得的图像的对应于参考图像5231的部分可以被获得，从而可以对获得的图像的相位进行校准。
根据另一个实施例，参考图像5231可由能够呈现荧光的材料制成。具体地，当参考图像5231由能够使用所发射的光呈现荧光的材料制成时，从参考图像5231返回的光可以是荧光。此处，参考图像5231显示荧光可以意味着参考图像5231吸收所发射的光，并产生波长与吸收的光的波长不同的光，使得特定波长的光从参考图像5231返回。因此，当控制器130使用由荧光材料引起的特定波长来生成图像时，无法获得与参考图像5231相对应的波长。因此，所获得的图像的对应于参考图像5231的部分中可能会出现明暗。因此，所获得的图像的对应于参考图像5231的部分可以被获得，从而可以对获得的图像的相位进行校准。
此处，相位校准可以意味着控制器130获得出现参考图像5231的图像并且执行校准，使得出现参考图像5231的图像和存在于安装装置5200上的参考图像5231以预定水平或更高水平彼此对应。具体地，安装装置5200的参考图像5231可以由控制器130获得，从而控制器130可以将通过驱动扫描单元1100获得的图像中包括的参考图像5231与由控制器130预先获得的参考图像5231进行比较，以获得相应的度数。在这种情况下，当控制器130获得的比较结果小于或等于预定水平时，可以在改变驱动信号的相位之后再次进行比较。此外，当控制器130获得的比较结果大于或等于预定水平时，控制器130可以通过使用改变的驱动信号作为待校准的相位值来获得对象O的图像。在这种情况下，可以使用控制器130上的输入单元140来改变驱动信号的相位。然而，本发明不限于此，可以使用算法来自动校准相位。
6.2.1.3.1参考图案单元5230的结构
为了在扫描模块110上提供与透镜模块1200的焦距匹配的参考图像5231，参考图案单元5230可以设置有与焦距匹配的结构。
图48是示出参考图案单元5230上的参考图像5231以透明结构存在的图。
根据一个实施例，参考图48，图像可以存在于光传输结构5235中以提供参考图像5231以匹配透镜模块1200的焦距。具体地，光传输结构5235可以是由玻璃或透明塑料制成。然而，本发明不限于此，任何能够透光的材料都可以用作光传输结构5235的材料。此外，此处，可以提供光传输结构5235中存在的参考图像5231以匹配透镜模块1200的焦距，并且参考图像5231的尺寸可以随着焦距的增加而减小。然而，本发明不限于此，参考图像5231的尺寸可以随着焦距的增加而增加，或者可以是恒定的。当从发射光的上侧示出光传输结构5235时，可以提供如图47所示的随深度变化的参考图像5231。
根据另一个实施例，参考图49，参考图像5231可以存在于凹面结构5237中，以提供参考图像5231以匹配透镜模块1200的焦距。具体地，随着凹面结构5237的深度增加，设置在凹面结构5237中的参考图像5231的尺寸可以减小。因此，随着焦距变深，可以提供更小的参考图像5231。此处，可以围绕凹面结构5237绘制参考图像5231，并且围绕凹面结构5237绘制的参考图像5251的尺寸随着凹面结构5237中深度的增加而变小。当从发射光的上侧示出凹面结构5237时，可以提供尺寸随深度变化的参考图像5231，如图47所示。
6.2.1.3.2参考图像5231由荧光材料制成的情况
控制器130可以使用特定波长的光来获得图像。因此，当使用荧光材料提供参考图像5231时，控制器130可以获得与参考图像5231相对应的光接收信息。
根据一个实施例，当参考图像5231由荧光材料制成时，荧光材料可以包括IcG、5-ALA或Fna。然而，本发明不限于此，可以使用能够由于光发射而表现出荧光的任何材料。然而，当荧光材料用于参考图像5231时，由于连续使用荧光材料，可能不会表现出荧光。因此，可能需要补充荧光材料。
此处，为了补充用于参考图像5231的荧光材料，可以提供一种能够额外提供荧光材料的盒。该盒可以被插入到安装装置5200的下端或从安装装置5200的下端移除。然而，本发明不限于此，并且该盒可以存在于安装装置5200的上部或侧表面上或安装装置5200的外部，以向参考图像5231提供荧光材料。为了便于描述，以下描述假设盒存在于安装装置5200的下端部分。
具体地，盒体可以是其中包括荧光材料的结构，并且可以为参考图像5231提供荧光材料，以获得当光被发射到扫描模块110时由参考图像5231的荧光材料引起的荧光图像。此外，当参考图像5231由于光发射而没有表现出荧光时(例如，包括荧光材料因光发射引起的光漂白而退化)，设置在安装装置5200的下端处的盒可以被从其移除，可以将包含能够显示荧光的荧光材料的新的盒插入到安装装置5200的下端部。然而，本发明不限于此，盒可以具有设置在安装装置5200外部的结构，以连续地向参考图像5231供应荧光材料。
6.2.1.4安装装置5200的调整单元5240
安装装置5200可以包括调整单元5240，以提供与扫描模块110的透镜模块1200的焦距匹配的参考图像5231。此处，调整单元5240可以控制参考图案单元5230的位置移近或远离扫描模块110的透镜模块1200，以提供参考图案单元5230，其中参考图像5231被提供为匹配焦距。
在这种情况下，当参考图像5231存在于与扫描模块110的透镜模块1200的焦距不匹配的位置处时，由控制器130获得的图像可能与参考图像5231不匹配。因此，调整单元5240可能需要根据透镜模块1200的焦距来调整其中存在参考图像5231的参考图案单元5230。
图50的图(a)示出参考图案单元5230朝向安装装置5200的入口调整，使得参考图案单元5230在安装装置5200的下端部分耦合到调整单元5240以调整焦距，以提供与透镜模块1200的焦距匹配的参考图像5231。图50的图(b)示出参考图案单元5230存在于安装装置5200的下端部分，朝向安装装置5200的下端部分移动，以提供与透镜模块1200的焦距匹配的参考图像5231。
根据一个实施例，调整单元5240可以存在，以调整存在于安装装置5200的下端部分处的参考图案单元5230的距离。具体地，调整单元5240可以存在于安装单元的下端。然而，本发明不限于此，调整单元5240可以存在于安装装置5200的外部，以调整参考图案单元5230的位置。虽然未示出，但是调整模块可以被包括在调整单元5240中，调整模块可由用户控制。根据用户的控制，调整模块可以调整参考图像5231以匹配透镜模块1200的焦距。此处，提供参考图像5231以匹配透镜模块1200的焦距可以意味着控制器130将获得的图像与参考图像5231进行比较，然后移动参考图案单元5230的位置，使得获得的图像可以很好地与参考图像5231一致。
根据另一个实施例，调整单元5240可自动调整参考图案单元5230的位置，使得可提供在参考图案单元5230上呈现的参考图像5231，以匹配透镜模块1200的焦距。具体地，存在于安装装置5200下端部分的调整单元5240可设置有电动或机械马达，并且马达可调整参考图案单元5230的位置，使得参考图案单元5230可与透镜模块1200的焦距一致。此处，为了调整参考图案单元5230的位置使得参考图案单元5230可以与透镜模块1200的焦距一致，尽管未示出，但用于控制参考图案单元5230的控制器可以存在于安装装置5200上。
此外，安装装置5200可以包括用于与图像生成装置通信的通信单元，并且通信单元可以以有线或无线通信方式与图像生成装置的控制器130通信。尽管未示出，但是图像生成装置的控制器130的通信单元可以从安装装置5200的控制器获得关于参考图案单元5230的位置的信息，并且可以将通过发射光的扫描模块110获得的图像与参考图像5231进行比较。此外，当获得的图像与参考图像5231的比较结果为没有获得与透镜模块1200的焦距匹配的图像时，图像生成装置的控制器130可以通过通信单元对安装装置5200的调整单元5240进行调整，并且可以由调整单元5240移动参考图案单元5230的位置以与透镜模块1200的焦距一致。
6.3安装装置5200的初始相位校准方法
图51是用于描述使用安装装置5200中存在的参考图像5231的初始相位校准方法的图。
参考图51，可以由控制器130执行初始相位校准方法。此外，初始相位校准方法可以包括将光从扫描模块110发射到参考图案单元5230(S5000)，使用从参考图案单元5230返回的光来获得图像(S5010)，将获得的图像与参考图像5231进行比较(S5020)，并基于比较的结果对驱动信号的相位进行校准(S5030)。
当光从扫描模块110发射到参考图案单元5230(S5000)时，控制器130可以向驱动单元1101施加驱动信号。此外，驱动单元1101接收驱动信号并将用于驱动扫描单元1100的扫描单元驱动信号施加到扫描单元1100。当接收到扫描单元驱动信号时，扫描单元1100可以根据扫描单元驱动信号向对象O发射光。
在这种情况下，当不进行相位校准时，驱动信号与扫描单元驱动信号或扫描单元输出信号之间可能会出现相位延迟。因此，在扫描模块110与安装装置5200分离以扫描对象O之前，应校准相位延迟。因此，为了便于描述，将相位延迟的校准描述为初始相位校准。
此处，当不进行初始相位校准时，进行对象O的扫描。当执行使用算法的相位校准时，可以使用驱动信号和扫描单元输出信号之间的实际延迟相位值以外的相位进行校准。因此，当在不使用扫描模块110的情况下进行初始相位校准时，可以缩短在扫描过程中发现要校准的相位的时间，并且控制器130也可以直接获得对象O的图像。
当控制器130获得图像(S5010)并且控制器130将获得的图像与参考图像5231进行比较(S5020)时，可以在扫描模块110安装在安装装置5200上的同时，扫描模块110向参考图案单元5230发射光。具体地，当在安装扫描模块110的同时朝参考图案单元5230发射光时，在安装扫描模块110的同时，光可以继续朝参考图案单元5230发射。然而，本发明不限于此，可以每隔预定周期发射光，并且可以进行初始相位校准。此外，当控制器130根据初始相位校准获得的校准图像与参考图像5231一致的度数小于或等于预定水平时，可继续发射光，使得以预定水平或更高水平校准的图像可以与参考图像5231一致。此外，当每隔预定周期发射光以进行初始相位校准时，可以每隔预定周期设置任何时间。然而，本发明不限于此，可以在驱动扫描模块110的同时继续进行初始相位校准。具体地，当图像生成装置运行时，扫描模块110亦可运行。在此，当图像生成装置未运行时，扫描模块110也可停止运行。因此，扫描模块110再次开始工作时的相位延迟值可能与扫描模块110停止运行前的扫描单元输出信号的相位延迟值不同。因此，当扫描模块110随着图像生成装置的运行而继续运行时，可通过每隔预定周期发射光来执行初始相位校准，直到扫描模块110停止运行。
此处，由控制器130获得的与参考图像5231一致的图像可以意味着当基于从对象O返回的光的光接收信息由控制器130获得时，通过由控制器130获得的图像的被预测出现参考图像5231的部分的像素的信息以特定水平或更高水平对应于与参考图像5231相对应的像素的信息。
因此，当驱动信号、扫描单元驱动信号或扫描单元输出信号的相位最初被延迟时，控制器130使用从扫描模块110发射并且从参考图案单元5230返回的光来获得的图像可能与参考图像5231不一致。因此，可以进行初始相位校准，使得参考图案单元5230的图像和由控制器130获得的图像可以彼此一致。
当校准驱动信号的相位时(S5030)，可以使用如上发现的待校准的相位值来校准驱动信号的相位。例如，当参考图像5231与控制器130获得的图像不一致时，可以调整驱动信号、扫描单元驱动信号或扫描单元输出信号的相位，使得由控制器130获得的图像使用控制器130的输入单元140可以与参考图像5231一致，以执行初始相位校准方法。
根据另一个实施例，当参考图像5231与控制器130获得的图像不一致时，可以由控制器130使用算法来校准驱动信号、扫描单元驱动信号或扫描单元输出信号的延迟相位，以执行初始相位校准。下面将描述使用该算法的相位校准。
7使用标准偏差的相位校准
当控制器130向驱动单元1101施加驱动信号时，驱动信号的相位和扫描单元驱动信号或扫描单元输出信号的相位可以彼此不同。此外，如参考图38所描述的，相位延迟前信号5000可以为驱动信号，相位延迟后信号5001可以为扫描单元驱动信号或扫描单元输出信号。
具体地，扫描单元1100根据扫描单元输出信号发射的光可由于光与对象O之间的相互作用(包括反射、散射、折射和衍射)而从对象O返回，并且光接收单元123可以通过使用返回光来采集光接收信息。控制器130可以使用光接收信息来获得图像。
在这种情况下，当使用驱动信号和控制器130获得的光接收信息来生成图像时，由于驱动信号和扫描单元输出信号之间的相位延迟，可能无法获得具有清晰分辨率的图像。因此，当使用在扫描期间获得的光接收信息来校准驱动信号的相位延迟时，可进行实时相位校准，并且控制器130可以获得具有清晰分辨率的图像。下面将描述使用光接收信息来获得和校准相位延迟以根据相位延迟值来校准驱动信号的相位的方法。
7.1控制器130的图像采集方案
图52是示出为了控制器130使用驱动信号和获得的光接收信息来获得图像而要存储的信息的图。此处，对应于第一信号的位置可以指与驱动信号中的在第一轴方向上施加的信号相对应的位置。此外，对应于第二信号的位置可以指与用于控制驱动单元1101的信号中的在与第一轴正交的第二轴方向上施加的信号相对应的位置。此外，采集信号值可以是包括由光接收单元123获得的光接收信息的信号。然而，本发明不限于此，关于返回光的信息可以包括在采集信号值中。
具体地，第一轴方向可以是笛卡尔坐标系中的x轴，第二轴方向可以是笛卡尔坐标系中的y轴。然而，本发明不限于此，可以包括用于使用扫描图案向对象O发射光的任何坐标系，诸如极坐标系。为了便于描述，下面的描述假设沿对应笛卡尔坐标系中x轴的第一轴方向施加第一信号，沿对应笛卡尔坐标系中y轴的第二轴方向施加第二信号。因此，对应于第一信号的位置可以指由控制器130获得的图像的x轴坐标值，对应于第二信号的位置可以指由控制器130获得的图像的y轴坐标值。此处，对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置可以指示随时间变化的坐标值。
此外，如上所述，第一轴方向和第二轴方向可以与在扫描模块110中驱动扫描单元1100时的第一轴方向和第二轴方向相同。由控制器130获得的图像可以包括多个像素。因此，对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置，即由控制器130获得的图像的x轴坐标值和y轴坐标值可以指示由控制器130获得的图像的多个像素的位置信息。
根据一个实施例，与为了驱动该驱动单元1101而通过控制器130输入的驱动信号相对应的位置可以是预定的。例如，控制器130可以每隔预定周期向驱动单元1101施加驱动信号。在这种情况下，控制器130可以每隔预定周期获得与第一信号相对应的位置。此处，预定周期可以是用于图像生成装置获得图像的帧率(FR)。在这种情况下，对应于第一信号的位置可以表示为与对应于预定周期的n个时间点相对应的第一-第一至第一-第n位置。此处，对应于预定周期的n个时间点可以是在预定周期内均匀分布的n个时间点。然而，本发明不限于此，在预定周期内预定的多个时间点可以是n个时间点。此外，对应于第二信号的位置可以表示为与对应于预定周期的n个时间点相对应的第二-第一至第二-第n位置。
此外，当驱动信号被输入到驱动单元1101时，驱动单元1101可以将扫描驱动信号输入到扫描单元1100，并且当扫描单元1100由扫描单元驱动信号驱动时，扫描单元1100可以根据扫描单元输出信号向对象O发射光。在这种情况下，可以通过光接收单元123以光接收信息的形式获得根据扫描单元输出信号发射到对象O并从对象O返回的光。如图52所示，控制器130可以获得光接收单元123所获得的光接收信息作为采集信号值。即，由于光接收单元123在预定周期内依次获得光接收信息，所以控制器130可以获得第一至第n采集值作为采集信号值。为了便于描述，以下将控制器130获得对应于第一信号的位置、对应于第二信号的位置以及采集信号值的格式表示为数据集。
因此，控制器130可以获得根据对应于第一信号(该第一信号对应于图像的x轴坐标值)的位置和对应于第二信号(该第二信号对应于图像的y轴坐标值)的位置而确定的像素的位置信息。可以使用通过将依次获得的采集信号值与多个像素的位置信息对应而获得的信息，即通过使用数据集，来提供图像。
7.1.1控制器130采集相位延迟图像或相位校准图像的方案
当扫描模块110扫描对象O时，驱动信号、扫描单元驱动信号和扫描单元输出信号可以具有不同的相位。为了便于描述，下面将不同的驱动信号、扫描单元驱动信号和扫描单元输出信号的相位表示为被延迟的相位。
根据一个实施例，相位延迟可以是指在预定周期内的预定时间点对应于第一信号的位置或对应于第二信号的位置与扫描单元输出信号在相应时间点穿过对象O的位置不同。具体地，扫描单元1100可以接收扫描单元驱动信号，并且可以根据扫描单元输出信号向对象O发射光，扫描单元输出信号是扫描单元1100被驱动时输出的信号。
在这种情况下，当可以获得与扫描单元输出信号相对应的位置信息时，控制器130可以提供图像，使得采集信号值对应于指示与扫描单元输出信号相对应的位置的图像的像素位置。在这种情况下，控制器130提供的图像可以是没有相位延迟的图像。
然而，当从控制器130提供图像时，驱动信号的第一信号和第二信号可用于指定图像中的像素位置信息。在这种情况下，当驱动信号和扫描单元输出信号相位延迟并因此变得彼此不同时，控制器130使用对应于第一信号的位置、对应于第二信号的位置、采集信号值而获得的图像可以是相位延迟的图像。
因此，当执行相位调整使得驱动信号的相位以预定水平或更高水平对应于扫描单元输出信号的相位时，控制器130可以获得没有相位延迟的图像。此处，当执行相位调整使得驱动信号的相位和扫描单元输出信号的相位以预定水平或更高水平相匹配时，可以使用控制器130的输入单元140来调整驱动信号的相位。此外，当执行相位调整使得驱动信号的相位和扫描单元输出信号的相位以预定水平或更高水平彼此对应时，控制器130可以使用算法自动调整驱动信号的相位。为了便于描述，执行相位调整使得驱动信号的相位和扫描单元输出信号的相位以预定水平或更高水平彼此对应，将在下面表示为相位校准。
图53的表(a)示出了当没有相位延迟时可采集的信息的数据集。图53的表(b)示出了当存在一些相位延迟时可采集的信息的数据集。
根据一个实施例，参考图53所示的表(a)，当驱动信号的相位和扫描单元输出信号的相位并非不同时，在指定的像素位置获得的多个采集信号值通过对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置可以彼此对应。例如，参考图53所示的表格，在数据集值中，在对应于第一信号的位置获得的值X1和在对应于第二信号的位置获得的值Y1可以表示预计将获得的图像中的一个像素位置。因此，可以在X1和Y1所代表的像素位置处获得采集信号值I1。
此外，对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置可以在预定周期内重复出现。因此，指定像素位置可能会通过对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置重复出现。参见图53所示的表(a)，在数据集值中，在对应于第一信号的位置处获得的X1可以在预定时间点之后在对应于第一信号的位置处再次获得。此外，在与获得X1的时间点相同的时间点在对应于第二信号的位置处获得的Y1可以在预定时间点之后在对应于第二信号的位置处再次获得。在这种情况下，由于在不同时间点在对应X1和Y1的像素位置处获得相同的采集信号值I1，因此驱动信号与扫描单元输出信号之间可以不存在相位延迟。
根据另一个实施例，参考图53所示的表(b)，当驱动信号的相位和扫描单元输出信号的相位不同时，在通过对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置指定的像素位置处获得的多个采集信号值可以彼此不对应。例如，参考图53所示的表(b)，在数据集值中，在对应于第一信号的位置获得的值X3和在对应于第二信号的位置处获得的值Y1可以表示预期获得的图像中的一个像素位置。因此，可以在X3和Y1所代表的像素位置处获得采集信号值I1。
此外，对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置可以在预定周期内重复出现。因此，指定像素位置可能会通过对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置重复出现。参考图53所示的表(b)，在数据集值中，在对应于第一信号的位置处获得的X1可以在预定时间点之后再次在第一信号对应的位置处获得。此外，在与获得X1的时间点相同的时间点在对应于第二信号的位置处获得的Y1可以在预定时间点之后在对应于第二信号的位置处再次获得。在这种情况下，由于在不同时间点在对应X1和Y1的像素位置处得到I2和I3的值，因此驱动信号和扫描单元输出信号之间可能存在相位延迟。
根据另一个实施例，参考图52、图53A和图53B，为了校准驱动信号和扫描单元输出信号之间的相位延迟，在对应于第一信号的位置或对应于第二信号的位置处在数据集中获得的n个位置值可以根据延迟相位在另一个位置处获得。例如，当驱动信号的第一信号存在相位延迟时，在第一-第一位置处获得的值可以在第1-第n位置处获得，在第一-第n位置处获得的值可以在第1-第(n-1)位置处获得。具体地，参考图53A和图53B，当第一信号的相位被延迟时，可以调整第一信号的相位分量，使得在第一-第二位置处获得的X1可以在第一-第一位置处获得。因此，在控制器130获得的数据集中，控制器130可以获得对应于第一信号的位置作为相位调整值。此外，当对应驱动信号的第二信号的位置存在相位延迟时，在第二-第一位置处获得的值可以在第二-第n位置处获得，在第二-第n位置处获得的值可以在第二-第(n-1)位置处获得。具体地，参考图53A和图53B，当第二信号的相位被延迟时，可以调整第二信号的相位分量，使得在第二-第二位置处获得的Y1可以在第二-第一位置处获得。因此，在控制器130获得的数据集中，控制器130可以获得对应于第二信号的位置作为相位调整值。然而，本发明不限于此，当对应于驱动信号的第一信号和第二信号的位置之间存在相位延迟时，在对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置处获得的值可以根据延迟相位在另一个位置处获得。
根据另一个实施例，为了校准驱动信号和扫描单元输出信号之间的相位延迟，由于光接收信息在采集信号值中获得的n个值可以根据延迟相位在另一个获得值的位置处获得。例如，在第一获得值位置处获得的值可以在获得值位置处获得，在第n获得值位置处获得的值在第(n-1)获得值位置处获得。具体地，参考图53所示的表(a)和(b)，当没有相位延迟时，可以在通过X1和Y1指定的像素位置处获得当存在相位延迟时通过X1和Y1指定的像素位置处获得的值I1。即，如图53的表(b)所示，控制器130可以调整依次获得的采集信号值，使得对于第一获得值获得的I1可以在第二获得值处获得。
因此，控制器130可以使用对应于第一信号的位置、对应于第二信号的位置或相位被校准的采集信号值来获得相位被校准的图像。
下面将描述用于使用所获得的图像的标准偏差来获得相位延迟以便控制器130获得相位延迟的度数的算法。
7.2使用标准偏差采集相位延迟值
为了获得驱动信号和扫描单元输出信号之间存在相位延迟的度数，可以使用由控制器130获得的采集信号值。例如，为了获得驱动信号和扫描单元输出信号之间存在相位延迟的度数，控制器130可以使用被预测在由控制器130获得的图像的相同像素中获得的采集信号值与包括在实际预测时间获得的标准偏差的采集信号值之间的差异来获得相位延迟值。
此外，控制器130可以使用被预测在相同像素中获得的所获得的信号值与包括标准偏差的采集信号值之间的差异来获得相位延迟度数。应当理解，求出采集信号值之间的差异的方法不限于此。除了求出采集信号值之间的标准偏差之外，还可以使用获得的信号值之间的平均值和方差以及采集信号值之间的差的绝对值，来获得相位延迟值。然而，为了便于描述，以下描述假设使用标准偏差来获得相位延迟值。
7.2.1使用预测时间点采集标准偏差
图54是示出具有在相位延迟的预测时间点处预期的采集信号值的像素5400(以下称为对应于预测时间点的预期像素)以及具有在实际预测时间点获得的采集信号值的像素(以下称为根据预测时间点的实际像素)沿着从扫描模块110发射的光的路径的图。
根据一个实施例，参考图54，当根据驱动信号的第一信号或第二信号形成包括Lissajous图案的扫描图案时，对应于预测时间点的预期像素5400可以指当不同时间点沿光路存在但表示为相同像素位置时的像素。在这种情况下，当光沿光路穿过对应于预测时间点的预期像素5400时，光在不同时间点行进的方向可以包括第一扫描方向和第二扫描方向。光在第一扫描方向上穿过对应于预测时间点的预期像素5400时预测的时间点可以是第一预测时间点，光在第二扫描方向上穿过对应于预测时间点的预期像素5400时预测的时间点是第二预测时间点。具体而言，当扫描单元输出信号与驱动信号相比具有延迟相位时，根据第一预测时间点获得的信号值5410和根据第二预测时间点获得的信号值5420可能不是与对应于预测时间点的预期像素5400相对应的信号值。
图55是示出使用在预测时间点获得的信号值之间的差异来执行相位校准的过程的流程图。具体地，相位校准可以包括选择位于扫描方向相交处的像素、获得预测时间点、获得对应于第一预测时间点的采集信号值5410、获得对应于第二预测时间点的采集信号值5420、计算对应于预测时间点的采集信号值之间的差异、以及进行相位校准。
参考图55，选择位于扫描方向相交处的像素(S5100)可以包括选择与第一扫描方向和第二扫描方向彼此相遇时的对应于预测时间点的预期像素。具体地，关于穿过一个像素的光的路径可能存在不同的扫描方向。因此，当第一扫描方向和第二扫描方向在一个扫描模式中相遇时，通过对应于预测时间点的预期像素5400的时间点、在第一扫描方向上通过对应于预测时间点的预期像素的时间点可以不同于在第二扫描方向上通过对应于预测时间点的预期像素。因此，当选择沿着光路径在第一扫描方向和第二扫描方向之间的相交点，可以在驱动信号的不同预测时间点表示一个像素位置。因此，当驱动信号和扫描单元输出信号具有不同的相位时，与扫描单元输出信号对应的不同获得的信号值可以代表不同的值。因此，可以从驱动信号中选择对应于第一扫描方向和第二扫描方向的任意像素。
此外，参考图55，获得预测时间点(S5110)可以包括从驱动信号获得在第一扫描方向上预期通过对应于预测时间点的预期像素的第一时间点以及预期在第二扫描方向上预期通过对应于预测时间点的预期像素的第二时间点。具体地，由于驱动信号与扫描单元输出信号之间可能会出现相位延迟，因此根据扫描单元输出信号的不同，在第一时间点和第二时间点获得的采集信号值在向对象O发射光时可能会有所不同。因此，在获得根据驱动信号预测通过对应于预测时间点的预期像素的预测时间点之后，可以找到根据扫描单元输出信号获得的采集信号值之间的标准偏差。因此，可以获得第一时间点或第二时间点，即预测通过选自驱动信号的对应于预测时间点的预期像素的预测时间点。
此外，参考图55，获得对应于第一预测时间点的采集信号值(S5120)和获得对应于第二预测时间点的采集信号值(S5130)可以包括：当控制器130根据扫描单元输出信号向对象O发射光使用返回光获得采集信号值时，获得对应于扫描单元输出信号的第一预测时间点和第二预测时间点。具体地，由于驱动信号的相位和扫描单元输出信号的相位可能不同，因此需要根据驱动信号从对应于预测时间点的预期像素中获得一个信号值。然而，扫描单元输出信号中第一预测时间点和第二预测时间点对应的信号值可以不同。因此，可以使用根据第一预测时间点可采集的对应于第一预测时间点的采集信号值和根据第二预测时间点可采集的扫描单元输出中对应于第二预测时间点的采集信号值来获得相位延迟值。然而，图55依次示出了获得对应于第一预测时间点的采集信号值以及获得对应于第二预测时间点的采集信号值。然而，本发明不限于此，对应于第二预测时间点的采集信号值的获得可以先于对应于第一预测时间点的采集信号值的获得。因此，驱动信号中可存在被预测为代表对应于预测时间点的预期像素的第一时间点或第二时间点，并且可以获得在第一时间点或第二时间点获得的对应于扫描单元输出信号的信号值。
此外，参考图55，计算在预测时间点的采集信号值之间的差异(S5140)可以包括计算对应于第一预测时间点的采集信号值和对应于第二预测时间点的采集信号值之间的标准偏差。具体地，当驱动信号与扫描单元输出信号之间发生相位延迟时，从驱动信号对应的预测时间点对应的预期像素中获得的信号可能与对应于第一预测时间点的采集信号值或对应于第二预测时间点的采集信号值不同。然而，当对应于第一预测时间点的采集信号值和对应于第二预测时间点的采集信号值以预定水平或更高水平相匹配时，对应于第一预测时间点的采集信号值和对应于第二预测时间的采集信号值可以指示由控制器130获得的图像中的相同像素，或者可以指示与对应于预测时间点的预期像素相邻的像素。因此，当对应于第一预测时间点的采集信号值和对应于第二预测时间点的采集信号值以预定水平或更高水平相匹配时，获得的信号值之间的标准偏差可以很小。因此，当标准偏差较小时，驱动信号与扫描单元输出信号之间的相位延迟值可以较小。可替代地，当对应于第一预测时间点的采集信号值与对应于第二预测时间点的采集信号值彼此匹配不同时，该采集信号值可以表示与对应于预测时间点的预期像素不相邻的像素。因此，当对应于第一预测时间点的采集信号值和对应于第二预测时间点的采集信号值不同时，获得的信号值之间的标准偏差可能较大。因此，当标准偏差较大时，驱动信号与扫描单元输出信号之间的相位延迟值可能较大。然而，本发明不限于此，即使标准偏差较大，驱动信号与扫描单元输出信号之间的相位延迟值也可以不大。因此，对应于预测时间点的预期像素可以不是一个像素，可以选择一个或多个像素作为对应于预测时间点的预期像素。在这种情况下，可以使用通过相位延迟信号在对应于预测时间点的预期像素中获得的采集信号值之间的所有标准偏差来获得相位延迟的度数。
此外，参考图55，校准相位(S5150)可以包括改变在对应于第一信号的位置或对应于第二信号的位置处获得的值、或改变对应于第一信号的位置、对应于第二信号的位置，或使用相位值的采集信号值，其中通过在改变采集信号值的同时计算对应于预测时间点的标准偏差而获得的值小于或等于预定水平。具体地，通过改变驱动信号的相位，可以改变在对应于第一信号的位置或对应于第二信号的位置处获得的值。因此，可以再次选择对应于预测时间点的预期像素，计算标准偏差值。在这种情况下，通过将驱动信号的相位改变为具有最小标准偏差的相位值，可以改变对应于第一信号的位置或对应于第二信号的位置，并且控制器130可以获得相位校准的图像。
7.2.2采集在由控制器130获得的图像的相同像素中获得的采集信号值之间的标准偏差
控制器130可以获得针对由控制器130获得的图像的像素预定时间的采集信号值。因此，控制器130可以找到在预定时间在像素位置获得的采集信号值之间的标准偏差，并且可以获得通过将驱动信号相位改变为当改变驱动信号的相位而得到的标准偏差值小于或等于预定水平时所对应的相位而获得的图像。
图56是示出使用在由控制器130获得的图像的像素处获得的采集信号值之间的标准偏差来执行相位校准的过程的流程图。具体地，相位校准可以包括在预定时间内获得一个像素的采集信号值，计算获得的该像素的采集信号值之间的差异，对预定数量的像素进行计算，计算相位变化值，并校准相位。例如，在预定时间内获得一个像素的采集信号值可以包括获得在图像中包括的一个像素处获得的光强。
参考图56，在预定时间内获得一个像素的采集信号值(S5200)可以包括获得可从像素的位置处的光接收信息采集的采集信号值，该像素的位置可以基于对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置。此处，对应于第一信号的位置可以指由控制器130获得的整个图像的像素信息中的x轴坐标，而对应于第二信号的位置可以指由控制器130获得的整个图像的像素信息中的y轴坐标。因此，在笛卡尔坐标系中确定的x轴坐标和y轴坐标可以表示一条位置信息。因此，可以基于对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置来确定一个像素位置。然而，可以在预定时间内至少获得一次基于与驱动信号的第一信号和第二信号对应的位置的像素的位置信息。具体地，当选择对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置时，可以获得一个像素的位置信息。在这种情况下，可以获得一个像素的位置信息的采集信号值。此外，由于可以在预定时间内针对一个像素的位置信息获得至少一个采集信号值，因此控制器130可以在预定时间内获得至少一个采集信号值。
此处，预定时间可以是对应于第一信号的位置再次变为第一-第一位置以及对应于第二信号的位置再次变为第二-第一位置所花费的时间。然而，本发明不限于此，预定时间可以是对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置重复多次所花费的时间，可以包括任何时间。
此外，获得的采集信号值可以指从对象返回的光的强度。
此外，参考图56，计算获得的像素的采集信号值之间的差异(S5210)可以包括计算由控制器130获得的一个或多个采集信号值之间的差异。具体地，控制器130可以计算在预定时间内基于对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置在一个像素位置处获得的一个或多个采集信号值之间的差异。此处，采集信号值之间的差异可以是包括标准偏差、方差等的差值。然而，为了便于描述，以下描述假设差异是指由控制器130获得的采集信号值之间的标准偏差。
此外，参考图56，除了计算在一个像素位置处获得的一个或多个采集信号值之间的标准偏差之外，对预定数量的像素进行计算(S5220)可以包括使控制器130计算在预定数量的像素位置处或多个随机确定的像素处获得的采集信号值之间的标准偏差。此处，进行计算的预定数量的或更多的像素可以是由控制器130获得的图像的一个像素位置。然而，本发明不限于此，像素可以包括由控制器130获得的图像的所有像素。此外，预定数量的或更多的像素可包括一个或多个像素位置。
根据一个实施例，对预定数量的像素进行计算(S5220)可以包括使控制器130使用在像素位置处计算的采集信号值获得一条标准偏差信息以及计算在每个像素位置处获得的采集信号值之间的标准偏差。例如，可以使用在一个像素位置处计算的标准偏差来获得所有像素的标准偏差信息。具体地，获得一条标准偏差信息的控制器130可以求出在用于计算的每个像素位置处获得的标准偏差的总和。然而，本发明不限于此，控制器130可以进行各种计算，包括在每个像素位置处获得的标准偏差的平均值、乘积、方差和标准偏差。为了便于描述，下面的描述假设采集一条标准偏差信息是指计算每个像素位置获得的标准偏差之和。
此外，参考图56，相位变化值的计算(S5230)可以包括使控制器130改变对应于第一信号的位置、对应于第二信号的位置或采集信号值并获得一个一条标准偏差信息。具体地，通过改变驱动信号的相位得到的对应于第一信号的位置或对应于第二信号的位置可以与在驱动信号相位改变前由对应于第一信号的位置或对应于的第二信号的位置所代表的像素的位置信息不同。因此，由于由控制器130获得的信号值的顺序可以不改变，对于由与包括在相位改变的驱动信号中的第一信号和第二信号相对应的位置表示的像素的位置信息获得的采集信号值可能与改变相位之前的采集信号值不同。因此，基于对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置在像素位置获得的采集信号值在预定值的标准偏差可以不同于驱动信号的相位改变之前的像素位置处的标准偏差。因此，预定数量的像素中的一条标准偏差信息可根据驱动信号的相位变化而变化。当驱动信号的相位持续改变时，可以获得一个或多个标准偏差信息。
根据一个实施例，当驱动信号和扫描单元输出信号之间没有相位延迟时，基于对应于第一驱动信号的位置和对应于第二驱动信号的位置的像素位置处的标准偏差可以具有接近于零的值。具体地，在一个像素中获得的采集信号值之间的标准偏差为零可能意味着获得的采集信号值之间没有差异。这可以表示驱动信号和扫描单元输出信号之间没有相位延迟，表示位置相同。因此，当使用在预定数量的像素位置处获得的采集信号值的标准偏差信息接近于零时，这可能意味着驱动信号和扫描单元输出信号之间几乎没有相位延迟。
因此，在相位被改变的驱动信号的标准偏差信息中，表现出最小标准偏差信息的驱动信号的相位可以被确定为控制器130要改变的相位。然而，本发明不限于此，并且控制器130可以以预定水平或更低水平将相位改变为指示相位改变的驱动信号的标准偏差信息中的标准偏差信息的驱动信号的相位。然而，为了便于描述，以下描述假设具有最小标准偏差信息的驱动信号的相位将由控制器130改变。
此外，参考图56，相位校准(S5240)可以包括将驱动信号的相位改变为表现出最小标准偏差信息的驱动信号的相位。具体地，可以通过改变在与驱动信号的第一信号或第二信号对应的位置处获得的值或者通过改变采集信号值来进行相位校准。此处，具有最小标准偏差信息的驱动信号的相位可以包括驱动信号中包括的第一信号和第二信号的相位。因此，控制器130可以根据具有最小标准偏差信息的第一信号的相位来改变对应于第一信号的位置，并且可以根据具有最小标准偏差信息的第二信号的相位来改变对应于第二信号的位置。为了便于描述，以下描述假设根据具有最小标准偏差信息的相位变化是指驱动信号的相位校准。
7.2.3使用轨迹追踪法搜索相位校准值
图57是表示与相位变化相对应的标准偏差信息的图，其中x轴表示对应于第一信号的相位，y轴表示对应于第二信号的相位。具体地，在图57中，亮部可以表示标准偏差信息具有大的值，而暗部可以表示标准偏差信息具有小的值。因此，为了校准驱动信号的第一信号和第二信号的相位，可以在指示最小标准偏差信息的最暗部获得对应于第一信号的相位和对应于第二信号的相位。
此外，图58是示出根据相位变化的标准偏差信息以及用于改变对应于第一信号的相位和与对应于第二信号的相位的路径的图，其中x轴表示对应于第一信号的相位，y轴表示对应于第二信号的相位。具体地，在图58中，亮部可以表示标准偏差信息具有大的值，而暗部可以表示标准偏差信息具有小的值。因此，为了校准驱动信号的第一信号和第二信号的相位，可以在指示最小标准偏差信息的最暗部获得对应于第一信号的相位和对应于第二信号的相位。
根据一个实施例，参考图58，与未校准相位的第一信号和第二信号对应的标准偏差信息可以是存在黑星的位置处的标准偏差信息。此外，白星可以表示具有最小标准偏差信息的值。在这种情况下，控制器130可以将黑星中的第一信号的相位和第二信号的相位改变为白星中的第一信号的相位和第二信号的相位，同时以预定相位变化周期改变对应于第一信号或对应于第二信号的相位。在此，控制器130可以将黑星中的第一信号的相位和第二信号的相位沿着图58中箭头的轨迹以预定相位变化周期改变为白星中的第一信号的相位和第二信号的相位。这可以表示为轨迹追踪方法。
然而，用于根据轨迹追踪方法发现具有最小标准偏差信息的第一信号的相位和第二信号的相位的轨迹不限于图58中所示的箭头的轨迹。该轨迹可以在对应于第二信号的相位的方向上以预定相位变化周期改变，然后在对应于第一信号的相位的方向上以预定相位变化周期改变，或者第一信号或第二信号的相位可以在与对应于第一信号的相位的方向上以及在对应于第二信号的相位的方向上以预定相位变化周期交替改变。
具体地，轨迹追踪方法可以是一种算法，用于在以预定相位变化周期改变第一信号的相位或第二信号的相位的同时，发现具有最小标准偏差信息的第一信号和第二信号的相位。下面将描述根据预定相位变化周期发现具有最小标准偏差信息的第一信号和第二信号的相位的算法。
7.2.4使用范围限制方法搜索相位校准值
图59A是示出根据第一信号和第二信号的相位变化的标准偏差信息并且示出第一信号和第二信号的相位变化很小的图，其中x轴表示对应于第一信号的相位，y轴表示对应于第二信号的相位。具体地，如图59的图像(a)所示，亮部可以表示标准偏差信息具有大的值，而暗部可以表示标准偏差信息具有小的值。此外，图59的图像(b)是示出根据第一信号和第二信号的相位变化的标准偏差信息并且示出第一信号或第二信号的相位变化大的图，其中x轴表示第一信号对应的相位，y轴表示第二信号对应的相位。具体地，如图59的图像(b)所示，亮部可以表示标准偏差信息具有大的值，而暗部可以表示标准偏差信息具有小的值。因此，为了校准驱动信号的第一信号和第二信号的相位，可以在指示最小标准偏差信息的最暗部获得对应于第一信号的相位和对应于第二信号的相位。
为了便于描述，下面将表示为范围限制方法的过程如下：当第一信号或第二信号的相位变化较大时，根据最小标准偏差在第一信号的相位和第二信号的相位处设置预定范围，将第一信号或第二信号的相位变化设置为较小处于相应范围内，以及发现第一信号的相位和第二信号的相位指示最小标准偏差信息。
根据一个实施例，参考图59的图像(a)，当第一信号和第二信号的相位变化较小时，控制器130要获得的标准偏差信息的量可能较大。当控制器130要获得的标准偏差信息的量很大时，控制器130可能需要更多的时间来获得标准偏差信息。因此，为了使控制器130在获得标准偏差信息上花费的时间更少，可以增加第一信号和第二信号的相位变化度数。在这种情况下，根据控制器130获得的标准偏差信息，控制器130可以改变第一信号和第二信号的相位。然而，当第一信号和第二信号的相位变化较大时，根据最小标准偏差信息的第一信号和第二信号的相位可能与第一信号的相位和第二信号的相位不同。当第一信号与第二信号的相位变化较小时，根据最小标准偏差信息来处理第二信号。具体地，当第一信号和第二信号的相位变化较大时，控制器130无法获得当第一信号和第二信号的相位变化很小时对应于最小标准偏差信息的第一信号的相位和第二信号的相位的标准偏差信息。因此，当第一信号和第二信号的相位变化增加后设置预定范围时，当第一信号的相位和第二信号的相位很小时呈现最小标准偏差信息的第一信号的相位和第二信号的相位可能不包括在相应的范围内。
因此，当第一信号和第二信号的相位变化较小时，为了使控制器130减少花费的时间并获得呈现最小标准偏差信息的第一信号的相位和第二信号的相位，控制器130可以使用轨迹追踪方法来获得呈现最小标准偏差信息的第一信号的相位和第二信号的相位，并且可以在使用范围限制方法根据轨迹追踪方法获得的范围内获得呈现最小标准偏差信息的第一信号的相位和第二信号的相位。
8使用预定相位变化周期的相位校准
为了使控制器130使用上述轨迹追踪方法获得具有最小标准偏差信息的第一信号的相位和第二信号的相位，控制器130可以使用预定相位变化周期发现具有最小标准偏差信息的第一信号的相位和第二信号的相位。
图60是示出了使用轨迹追踪方法发现的具有最小偏差信息的第一信号或第二信号的相位以及在第一信号或第二信号的整个相位范围内具有最小标准偏差信息的相位的图，其中x轴表示第一信号的相位或第二信号的相位中的一个，y轴表示标准偏差信息。具体地，在图60中，黑星可以是使用轨迹追踪方法发现的具有最小标准偏差信息的第一信号或第二信号的相位，而白星可以是具有最小标准偏差的相位。第一信号或第二信号的整个相位范围内的信息。
根据一个实施例，在图60中，黑星的位置和白星的位置可以不同。例如，当扫描模块110被驱动时，驱动信号与扫描单元输出信号之间可能存在相位延迟(以下称为初始延迟相位)。在这种情况下，轨迹追踪方法用于根据预定相位变化周期发现在初始延迟相位处具有最小标准偏差信息的第一信号或第二信号的相位。因此，当通过以预定相位变化周期改变相位来进行发现时，第一信号或第二信号的相位可以是由黑星位置表示的相位。然而，当黑星位置所代表的相位与白星位置所代表的相位之间的差异不等于预定相位变化周期时，发现的具有最小标准偏差信息的相位可以是由黑星位置表示的第一信号和第二信号的相位。因此，对于控制器130生成具有已参考图39的(b)中所示的图像描述的校准相位的高分辨率图像的相位，即由标准偏差信息在整个相位范围内最小时的白星位置表示的相位，可以不进行校准。为了便于描述，下面的描述假设当控制器130在整个相位范围内获得除对应于最小标准偏差信息的相位以外的相位作为校准驱动信号相位的相位时，获得对应于局部最小值的相位。
根据另一个实施例，在使用轨迹追踪方法发现相位之后，即使当控制器130获得标准偏差信息被最小化的相位时，也可以使用范围限制方法获得与局部最小值相对应的相位。具体地，可以通过轨迹追踪方法得到具有最小标准偏差信息的第一信号的相位或第二信号的相位，以及可以使用范围限制方法在预定范围内从根据轨迹追踪方法获得的第一信号的相位或第二信号的相位获得具有最小标准偏差信息的第一信号的相位或第二信号的相位。然而，当在预定范围内使用范围限制方法时，在整个相位范围内具有最小标准偏差信息的第一信号的相位或第二信号的相位可能不存在于基于根据轨迹追踪方法获得的第一信号或第二信号的相位的预定范围内。因此，即使在根据轨迹追踪方法进行发现后使用范围限制方法发现具有最小标准偏差信息的第一信号或第二信号的相位时，也可以获得对应于局部最小值的相位。
下面将描述轨迹追踪方法中的预定相位变化周期和范围限制方法中用于在整个相位范围中发现具有最小标准偏差信息的第一信号或第二信号的相位的预定变化范围。
8.1预定相位变化周期采集方法
如上面参考图57所描述的，指示标准偏差信息的度数的亮部和暗部(以下称为明暗)可以以特定模式重复。因此，为了使用轨迹追踪方法在整个相位范围内获得具有最小标准偏差信息的第一信号或第二信号的相位，可能需要以某种模式重复明暗的周期。
图61是示出了由控制器130获得的图像的填充因子(FF)以及相位变化的图，其中x轴表示对应于第一信号的相位并且y轴表示对应于第二信号的相位。此处，FF可以指示当扫描模块110朝向对象O发射光时基于对应于第一信号的位置和对应于第二信号的位置的像素与控制器130要生成的图像的所有像素的比例。然而，本发明不限于此，FF可以指示当扫描模块110处于工作状态时根据扫描图案的光已通过的路径所占的面积与进行扫描的面积的比例。具体地，在图61中，亮部可以表示具有高FF的部分，而暗部可以表示具有低FF的部分。为了便于描述，将亮部和暗部表示为明暗。
根据一个实施例，图57的明暗图案和图61的明暗图案可以相同。具体地，在图57中重复由黑色箭头指示的亮部的周期可以与重复由黑色箭头指示的亮部的周期相同。因此，可以使用图61中重复明暗的图案的周期来计算图57中以特定图案重复明暗的周期。
根据一个实施例，为了根据图61计算FF重复的模式，可能需要由控制器130生成的驱动信号的信息。此处，控制器130可以使用交流信号作为驱动信号。因此，由于交流信号的波形在特定周期内重复，因此控制器130可以通过计算驱动信号的第一信号的交流信号或第二信号的交流信号的重复周期来获得在图61中的一个轴方向上重复明暗的模式。
[式5]
Figure BDA0003334403560001031
其中生成驱动信号的第二信号的交流信号的波形可以如上式5表示。此处，Y可以表示对应于第二信号的位置，A可以表示第二信号的幅度。此外，fy可以是第二信号的频率分量，φy可以是第二信号的相位分量。此外，与第二信号一样，第一信号也可以用上式5表示，用于表示第一信号的位置的频率分量和相位分量可以表示为x轴方向对应的频率分量和相位分量。
此处，当第一信号的相位分量φx被确定时，可以根据第二信号的相位分量为第二信号重复相同的位置。例如，当第一信号的相位分量为零时，第二信号的相位分量φx可以每隔
Figure BDA0003334403560001032
重复一次。此处，nx可以是通过将第一信号的频率分量除以使用第一信号的频率分量和第二信号的频率分量获得的最大公约数(以下称为GCD)而获得的分量。同样，ny可以是第二信号的频率分量除以GCD而获得的分量，nx和ny可以是除1外没有除数的互质整数。
在第二信号的情况下，每当φy为
Figure BDA0003334403560001033
对应于第二信号的位置可以重复出现，因此每当
Figure BDA0003334403560001034
为
Figure BDA0003334403560001035
对应于第二信号的位置可以重复出现。即使在第一信号的情况下，每当φy为
Figure BDA0003334403560001036
对应于第一信号的位置可以重复出现，因此每当
Figure BDA0003334403560001041
为
Figure BDA0003334403560001042
第一信号可以重复出现。在这种情况下，可以仅在GCD为1时，可以根据
Figure BDA0003334403560001043
重复对应于第二信号的位置。因此，当GCD不为1时，可以以
Figure BDA0003334403560001044
重复相位，以便对应于第一信号或第二信号的位置。此处，
Figure BDA0003334403560001045
是
Figure BDA0003334403560001046
因此，当第一信号或第二信号的相位分量变化的周期为
Figure BDA0003334403560001047
时，第一信号或第二信号的位置可能重复出现。
因此，当预定相位变化周期为
Figure BDA0003334403560001048
时，图61对应的FF可重复出现。然而，本发明不限于此，即使当预定相位变化周期为
Figure BDA0003334403560001049
的整数倍时，FF也可重复出现。
8.1.1使用预定相位变化周期发现相位校准值
可以通过使用上述预定相位变化周期获得具有最小标准偏差信息的第一信号或第二信号的相位来校准相位。具体地，可以基于预定相位变化周期来使用轨迹追踪方法。此外，即使当基于控制器130使用轨迹追踪方法获得的相位使用范围限制方法时，也可以使用预定相位变化周期。
8.1.1.1使用预定相位变化周期的轨迹追踪方法
图62是示出在基于预定相位变化周期执行轨迹追踪方法时发现具有最小标准偏差信息的第一信号或第二信号的相位的过程的流程图。具体地，如上述轨迹追踪方法，可以基于预定相位变化周期在第一信号或第二信号的相位方向上发现具有最小标准偏差信息的第一信号或第二信号的相位。
参考图62，设置初始位置(S5300)可以包括在使用轨迹追踪方法发现具有最小标准偏差信息的第一信号或第二信号的相位时在初始阶段设置第一信号或第二信号的相位。具体地，控制器130可以通过将第一信号或第二信号的相位分量改变为垂直于为驱动驱动单元1101而输入的驱动信号的第一信号或第二信号的相位分量的相位来获得对应于第一信号的位置或对应于第二信号的位置。此处，相位分量相互垂直的角度可以指90度或接近90度的角度，其可以被认为是相位分量基本上相互垂直的角度。然而，取决于发现相位的方向，初始相位可以被设置为具有基本上接近45度的相位差。然而，本发明不限于此，可以在整个相位范围内设置初始相位。例如，当具有共振频率的信号被输入到对象时，根据输入到对象的信号而输出的信号的相位可能比具有共振频率的信号的相位延迟90度。因此，当具有扫描单元1100的共振频率的第一信号或第二信号被输入到扫描单元1100时，与扫描单元1100的输出信号的相位相比，扫描单元的输出信号的相位可以改变为接近90度的角度。第一信号或从控制器130输入的驱动信号的第二信号。因此，开始发现的第一信号或第二信号的初始相位可被设置为90度或接近90度的角度。因此，当发现的初始位置设定为90度或接近90度的角度时，控制器130可减少轨迹追踪方法发现驱动信号与扫描单元输出信号之间的相位延迟所需的时间。
此外，参考图62，在第一方向上偏移(S5310)可以包括获得具有由控制器130根据在对应于第一信号的相位方向或对应于第二信号的相位方向上的预定相位变化周期改变的第一信号或第二信号的相位的标准偏差信息。此处，返回参考图58，第一方向可以是表示第一信号的相位的x轴或表示第二信号的相位的y轴。同样地，第二方向可以是表示第一信号的相位的x轴或表示第二信号的相位的y轴。为了便于描述，以下描述假设第一方向为表示第一信号的相位的x轴方向，第二方向为表示第二信号的相位的y轴方向。此外，控制器130可以以预定相位变化周期在第一方向或第二方向上改变驱动信号的相位，并且该改变可以表示为偏移。例如，控制器130以预定相位变化周期在第一方向上改变驱动信号相位之前的相位可以表示为偏移前相位，控制器130以预定相位变化周期改变驱动信号相位之后的相位可以表示为偏移后相位。因此，控制器130可以使用在第一方向上偏移之后的相位来获得标准偏差信息。在这种情况下，相位可以不在第二方向上改变，但可以在第一方向上改变为偏移后相位。
此外，参考图62，将偏移前的标准偏差信息与偏移后的标准偏差信息进行比较(S5320)包括使控制器130将在第一方向上偏移期间对应于偏移前相位的标准偏差信息与对应于偏移后相位的标准偏差信息进行比较。例如，当对应于在第一方向上偏移前的相位的标准偏差信息大于对应于在第一方向上偏移后的相位的标准偏差信息时，控制器130可以获得在第一方向上偏移后的相位作为当前相位，然后可以以预定相位变化周期在第一方向上改变当前相位。此外，当对应于在第一方向上偏移前的相位的标准偏差信息小于对应于在第一方向上偏移后的相位的标准偏差信息时，控制器130可以获得在第一方向上移动前的相位作为当前相位，然后可以以预定相位变化周期在第二方向上改变当前相位。
此外，参考图62，在第二方向上的偏移(S5330)可以包括使控制器130获得在第一方向上具有最小标准偏差信息的相位并且偏移第二信号中的相位。具体地，当控制器130对与第一方向上的相位偏移相对应的标准偏差信息进行比较并获得具有最小标准偏差信息的第一信号的相位时，第二方向的相位可以以预定相位变化周期在第二方向上改变，使得在第二方向上的第二信号的相位对应的标准偏差信息最小。因此，第一方向上的相位可以不改变，并且仅第二方向上的相位可以以预定相位变化周期改变。控制器130可以使用在第二方向上偏移之后的相位来获得标准偏差信息。
此外，参考图62，将偏移前的标准偏差信息与偏移后的标准偏差信息进行比较(S5340)包括使控制器130将与偏移前的相位相对应的标准偏差信息与在第二方向上偏移期间的与偏移后的相位相对应的标准偏差信息进行比较。例如，当在第二方向上偏移之前的相位对应的标准偏差信息大于在第二方向上偏移之后的相位对应的标准偏差信息时，控制器130可以获得在第二方向上偏移之后的相位作为当前相位，然后可以在第二方向上以预定相位变化周期改变当前相位。此外，当与在第二方向上偏移之前的相位相对应的标准偏差信息小于与在第二方向上偏移之后的相位相对应的标准偏差信息时，控制器130可以获得在第二方向上偏移之前的相位作为当前相位。
此外，参考图62，确定相位校准值(S5350)可以包括使用由控制器130通过在第一方向上的偏移而获得的第一信号的相位来校准驱动信号的相位，并使用由控制器130通过在第二方向上的偏移而获得的第二信号的相位来校准驱动信号的相位。具体地，与在第一方向上最终偏移后的第一信号的相位和在第二方向上最终偏移后的第二信号的相位相对应的标准偏差信息可以表示在整个相位范围内具有最小标准偏差信息的值。因此，由控制器130获得的第一信号的相位和第二信号的相位可以指示扫描单元输出信号的相位相对于驱动信号的相位延迟的度数。因此，可以使用由控制器130获得的第一信号的相位和第二信号的相位来校准驱动信号的相位，并且控制器130可以使用采集信号值和对应于驱动信号的第一信号与第二信号的位置。
根据一个实施例，如图62所示的发现具有最小标准偏差信息的相位的方法可以等于图58所示的发现方向。在图62中，当驱动信号的相位第一次移动的方向(即第一方向)为y轴时，控制器130可以根据从黑星(其为初始设置阶段)到白星的移动路径发现相位，以便发现具有最小标准偏差的值，如图58所示。
图63和图64是示出用于使用轨迹追踪方法发现具有最小标准偏差信息的第一信号或第二信号的相位的路径的图。在图63和图64中，x轴可以表示对应于第一信号的相位，y轴可以表示对应于第二信号的相位。
根据一个实施例，控制器130使用预定相位变化周期来发现具有最小标准偏差信息的第一信号或第二信号的相位的路径不限于图58中所示的路径，并且可以是图63中所示的路径。例如，当开始发现的初始相位与具有最小标准偏差信息的第一信号和第二信号的相位中的至少一个相同时，控制器130可以发现相位仅在一个方向上具有最小的标准偏差信息。
根据另一个实施例，控制器130使用预定相位变化周期发现具有最小标准偏差信息的第一信号或第二信号的相位的路径不限于图58所示的路径，并且可以是所示路径在图64中，具体来说，如图58所示，可以先在一个方向上发现具有最小标准偏差信息的驱动信号的相位，然后再在另一个方向上发现具有最小标准偏差信息的驱动信号的相位。然而，如图64所示，在一个方向上进行发现，在另一个方向上在标准偏差信息不为最小的相位上进行发现，然后再次在一个方向上进行。然而，本发明不限于此，控制器130可以在第一方向和第二方向上交替地进行发现。当在一个方向上发现具有最小标准偏差信息的值时，可能不再改变偏移方向。
根据另一个实施例，控制器130可以在第一方向和第二方向之间的对角线方向上发现具有最小标准偏差的第一信号或第二信号的相位。具体地，如图57所示，由于表示标准偏差信息的度数的明暗以特定模式重复，所以在第一方向上或第二方向上重复标准偏差信息。此外，在第一方向和第二方向之间的对角线方向上以特定模式重复指示标准偏差信息的明暗。因此，控制器130可以在第一方向和第二方向之间的对角线方向上发现具有最小标准偏差信息的相位。在这种情况下，当在第一方向和第二方向之间的对角线方向上进行发现时，可以以上述预定相位变化周期的一半，在第一方向和第二方向之间的对角线方向上进行发现。然而，本发明不限于此。当在第一方向上的相位和第二方向上的相位都增加或减小的方向上进行发现时，可以以任何相位变化值进行发现，而不管预定相位变化周期。在这种情况下，控制器130可以根据在对角线方向上的发现来获得具有最小标准偏差信息的相位。此外，控制器130可以在对角线方向上发现的具有最小标准偏差信息的相位处在第一方向上或第二方向上附加地在发现具有最小标准偏差信息的驱动信号的相位。
8.1.1.2轨迹追踪法后使用范围限制方法的相位发现
当控制器130通过轨迹追踪方法获得具有最小标准偏差信息的驱动信号的相位时，获得的驱动信号的相位可以是对应于局部最小值的相位。因此，控制器130可以使用通过轨迹追踪方法发现的驱动信号的相位的预定相位变化来获得在整个相位范围内具有最小标准偏差信息的相位。
图65是示出了以下过程的流程图：通过预定相位变化周期来获得轨迹追踪方法对应的相位，使用范围限制方法在整个相位范围内发现具有最小标准偏差信息的相位，以及将第一信号或第二信号的相位校准至对应的相位，以便控制器130进行相位校准。
参考图65，用于发现具有最小标准偏差信息的相位的范围的设置可以包括使控制器130将控制器130使用轨迹追踪方法获得的相位设置为设置范围的中心，并获得在整个相位范围内具有最小标准偏差信息的相位。具体地，由于通过轨迹追踪方法在驱动信号的相位改变预定相位变化周期的同时进行发现，因此在整个相位范围内具有最小标准偏差信息的相位可以与由控制器130使用轨迹追踪方法获得的相位相距小于预定相位变化周期的距离。因此，控制器130通过轨迹追踪方法获得的相位可以被设置为中心点，第一信号对应的相位的范围可以被设置为与中心点相距预定相位变化周期，第二信号对应的相位的范围也可以被设置为与中心点相距预定相位变化周期。因此，控制器130可以通过在从中心点设置的特定范围内使用范围限制方法来获得在整个相位范围中具有最小标准偏差信息的相位。
然而，本发明不限于此，控制器130可以基于控制器130使用轨迹追踪方法获得的相位来设置任意范围。此处，作为用于设置范围的参考的相位可以是设置范围内的中心点并且可以位于设置范围的边界内。此外，可以使用预定相位变化周期来设置任意范围，或者可以使用任意相位间隔代替预定相位变化周期来设置任意范围。然而，为了减少控制器130发现具有最小标准偏差信息的相位所需的时间，为范围限制方法设置的任意范围可以是小于预定相位变化周期的相位间隔。
此外，参考图65，校准第一信号的相位(S5410)和校准第二信号的相位(S5420)可以包括基于当用于发现具有最小标准偏差信息的相位的范围被设置时由控制器130获得的第一信号或第二信号的相位。具体地，当设置用于发现具有最小标准偏差信息的相位的范围时由控制器130获得的相位可以是驱动信号的相位和扫描单元输出信号的相位之间的延迟相位。因此，可以用延迟的相位来校准驱动信号的第一信号和第二信号的相位。
8.1.1.3轨迹追踪后使用预定单元的相位发现
如上所述，当控制器130通过轨迹追踪方法获得具有最小标准偏差信息的驱动信号的相位时，获得的驱动信号的相位可以是对应于局部最小值的相位。因此，控制器130可以基于通过轨迹追踪方法发现的驱动信号的相位，使用小于预定相位变化周期的单元来获得整个相位范围中具有最小标准偏差信息的相位。
具体地，当使用轨迹追踪方法通过预定相位变化周期发现驱动信号的延迟相位时，获得的相位可以是与标准偏差信息的局部最小值相对应的相位。当整个相位范围中具有最小标准偏差信息的相位存在于比使用轨迹追踪方法发现的相位的预定相位变化周期更小的范围内时，可以得到局部最小值。
因此，为了使控制器130获得在整个相位范围内具有最小标准偏差信息的相位，可以使用预定单元，该预定单元是小于预定相位变化周期的单元。
图66是示出使用轨迹追踪方法发现相位然后使用小于轨迹追踪方法中使用的相位变化周期的单元在整个相位范围内获得具有最小标准偏差信息的相位的过程的流程图。
参考图66，使用轨迹追踪方法发现相位(S5800)可以包括通过使用前述预定相位变化周期来发现具有与轨迹追踪方法对应的最小标准偏差信息的相位。具体地，可以通过预定相位变化周期在第一方向和第二方向上发现相位，并且可以在第一方向和第二方向之间的对角线方向上进行相位发现，而不是在第一方向和第二方向。为了便于描述，下面的描述假设在使用轨迹追踪方法发现相位时，在第一方向和第二方向上进行相位发现。
参考图66，使用预定单元校准第一信号的相位(S5810)和使用预定单元校准第二信号的相位(S5820)可以包括使用以下方法发现具有最小标准偏差信息的相位预定单元并使用对应的相位来校准第一信号的相位和第二信号的相位。此处，预定单元可以是具有比预定相位变化周期小的值的相位变化值。具体地，当使用轨迹追踪方法进行相位发现(S5800)时控制器130获得的相位可以是局部最小值，而不是在整个相位范围内具有最小标准偏差信息的相位。因此，通过减小使用轨迹追踪方法获得的相位中的相位变化，可以发现在整个相位范围内具有最小标准偏差信息的相位。
具体地，当在第一方向和第二方向中的任何一个方向上进行了发现以在轨迹追踪方法中获得相位时，可以在另一个方向上使用预定单元重新进行发现，即不同于第一方向和第二方向中的一个方向，即进行发现以获得相位的最终方向。例如，当在轨迹追踪方法中最终进行发现以获得相位的方向是第一方向时，可以使用减小相位变化的预定单元在第二方向上进行发现。
在这种情况下，当在与轨迹追踪方法的最终发现方向不同的方向上使用预定单元进行发现之后，在相应方向上发现具有最小标准偏差信息的相位时，可以在与第一次使用预定单元进行发现的方向不同的方向上发现具有标准偏差信息的相位。例如，当第一次使用预定单元进行发现的方向为第二方向时，可以根据与具有最小标准偏差信息的第二个方向相对应的第二信号的相位，在第一方向上发现标准偏差信息最小的相位。
当控制器130在整个相位范围内以预定单元发现并获得对应第一方向的第一信号的相位以及具有最小标准偏差信息的对应第二方向的第二信号的相位时，可以用获得的相位来校准驱动信号的第一信号和第二信号的相位。
8.2通过改变输入到驱动单元1101的驱动信号来增加FF
为了确定控制器130所获得的图像质量良好，驱动信号与扫描单元输出信号之间不应有相位延迟，或者控制器130应当在获得图像时通过延迟相位来校准驱动信号的相位。在这种情况下，图像质量可以表示为“良好”。此外，作为另一个原因，当扫描模块110向对象O发射光时，扫描图案所占的面积与发射光面积的比值、或采集信号值在由控制器130获得的图像中所存在的像素位置与获得的图像的所有像素的比例可能是高的。在这种情况下，图像质量可以表示为“良好”。此处，扫描图案所占面积与发射光面积的比例、或存在采集信号值的像素位置与由控制器130获得的图像的所有像素的比例可表示为FF。此外，光发射到的区域中的扫描图案可以包括Lissajous图案。
根据一个实施例，驱动信号和扫描单元输出信号之间的相位延迟可以不大或者可以通过校准驱动信号的相位来减小。在这种情况下，随着扫描图案占据的面积与发射光面积的比例增加，存在采集信号值的像素位置与由控制器130获得的图像的所有像素的比例可能会增加。然而，本发明不限于此。即使当驱动信号与扫描单元输出信号之间的相位延迟较小或驱动信号的校准相位与扫描单元输出信号的相位之间的差异较大时，FF也可能较高。
下面将描述通过改变驱动信号的相位来增加由控制器130获得的图像的FF的方法。
8.2.1FF与预定相位变化周期的关系
图67和图68是示出了由于第一信号和第二信号之间的相位的差异而导致FF值变化的图，其中x轴表示时间单位，表示用于生成扫描图案的信号中的第一信号和第一信号的相位，包括驱动信号、扫描单元驱动信号和扫描单元输出信号，y轴表示单位为％的FF。
具体地，图67是示出了当通过将第一信号的频率分量和第二信号的频率分量除以由第一信号和第二信号的频率分量的最大公约数(以下称为第一信号的单位频率和第二信号的单位频率)获得的值均为奇数时由于第一信号的相位和第二信号的相位之间的差异而导致FF变化的图。
此外，图68是示出当第一信号的单位频率和第二信号的单位频率中只有一个是偶数时由于第一信号的相位和第二信号的相位之间的差异而导致FF变化的图。
根据一个实施例，可以根据第一信号的相位和第二信号的相位之间的差异而重复FF。图67和图68中所示的黑色箭头所指示的间隔表示预定相位变化周期。具体地，由于第一信号的相位和第二信号的相位之间的差异而使FF最大化的值重复的周期如下。
[式6]
Figure BDA0003334403560001121
[式7]
Figure BDA0003334403560001122
此处，上面的式6表示当第一信号的单位频率和第二信号的单位频率均为奇数时，FF被最大化的第一信号的相位与第二信号的相位之间的差异(以下称为相位差)被重复的周期。具体地，Dip可以表示预定相位变化周期，并且N可以表示包括自然数的整数。此外，A可以指示用于使控制器130获得的图像的FF最大化的相位差被重复的周期。
此外，式7表示当第一信号的单位频率和第二信号的单位频率中只有一个是偶数时，用于使FF最大化的相位差被重复的周期。具体地，Dip可以表示预定相位变化周期，并且N可以表示包括自然数的整数。此外，A可以指示用于使控制器130获得的图像的FF最大化的相位差被重复的周期。
图69是示出调整驱动信号的相位和增加由控制器130获得的图像的FF的过程的流程图。
参考图69，获得周期A(S5500)可以包括使控制器130基于驱动信号的频率分量获得重复高FF的相位差的周期。具体地，在式6或式7中，Dip可以表示预定相位变化周期，因此可以由第一信号的频率分量和第二信号的频率分量获得。此处，当驱动信号被输入到驱动单元1101时，第一信号和第二信号的频率分量可以不改变。因此，当驱动信号被输入到驱动单元1101时，可以设置用于使控制器130获得的图像的FF最大化的相位差被重复的周期A，并且周期A可以由控制器130获得。
此外，参考图69，获得相位校准值(S5510)包括使控制器130获得驱动信号的相位与扫描单元输出信号的相位之间的延迟相位值。具体地，当控制器130获得延迟相位值时，可使用前述标准偏差或预定相位变化周期。然而，本发明不限于此，即使当驱动信号的相位与扫描单元输出信号的相位之间的延迟相位值是通过上述方法以外的方法获得时，控制器130也可以获得延迟相位值。
此外，参考图69，改变驱动信号的相位(S5520)可以包括使用所获得的周期A、通过延迟第一信号的相位获得的值、通过延迟第二信号的相位获得的值和驱动信号中的至少一个的相位来改变驱动信号的相位。为了便于描述，以下描述假设第二信号的相位变化。具体地，当驱动信号的相位与扫描单元输出信号的相位之间存在相位延迟时，可以通过将延迟的相位与驱动信号的相位相加来获得扫描单元输出信号。此外，由于使扫描单元输出信号中FF的值最大化的周期也是A，所以扫描单元输出信号的第一信号和第二信号的相位差可以是a。因此，扫描单元输出信号的第二信号的相位与扫描单元输出信号的第一信号的相位可以相差a。此处，扫描单元输出信号的第一信号的相位可以是通过将第一信号的相位延迟的度数与驱动信号的第一信号的相位相加得到的值，扫描单元输出信号的第二信号可以是通过将第二信号的相位延迟的度数与驱动信号的第二信号的相位相加得到的值。因此，可以获得下式。
[式8]
Figure BDA0003334403560001141
参考上式8，待改变的驱动信号的第二信号的相位(即
Figure BDA0003334403560001142
)可以与扫描单元输出信号的第一信号的相位具有a的相位差，通过将驱动信号的第一信号的延迟相位加上驱动信号的第一信号的相位减去驱动信号的第二信号的延迟相位，来获得该值。因此，当驱动信号的第一信号的相位没有改变并且驱动信号的第二信号的相位根据式4而改变时，控制器130可以获得具有高FF的图像。
9使用多个驱动信号采集FF增加的图像
在使用包括Lissajous图案、螺旋图案和光栅图案的扫描图案向对象O发射光并用于获得和生成图像的装置的情况下，扫描图案占据的面积与光发射到的区域的比例或存在采集信号值的像素位置与控制器130获得的图像的所有像素的比例(即FF)不是100％，因此质量或分辨率图像可能很低。
图70是示出当相位改变时发射光的路径改变的图。
此外，参考图70，当用于产生Lissajous图案的驱动信号的相位分量改变时，发射光的路径可能改变。因此，当改变驱动信号的第一信号和第二信号的相位中的至少一个时，可以提供如图70的图像(b)或(c)所示的具有高FF的扫描图案，以替代图70的图像(a)中所示的具有低FF的扫描图案。然而，如图70的图像(b)或(c)中所示的具有高FF的相位可能无法填充图像的所有像素。因此，通过将在由控制器130通过改变相位获得的图像的像素位置处获得的采集信号值重叠，控制器130可以获得具有接近100％FF的图像。
图71是示出改变驱动信号的相位并且扫描图案已通过的位置重叠的图。具体地，图71的图像(a)示出了当驱动信号的相位分量没有改变时的光路。图71所示的图像(a)的光路在执行扫描的整个区域中没有通过许多像素，这可能意味着FF较小。图71中所示的图像(b)是示出当驱动信号的相位分量不改变时驱动信号被相位分量预定的相位所改变的扫描图案与驱动信号的相位分量不改变的扫描图案重叠的图。用虚线表示驱动信号的相位分量被改变的扫描图案。图71所示的图像(c)是示出在以预定相位改变相位分量之后通过以预定相位进一步改变驱动信号的相位分量使附加生成的扫描图案与图71的图像(b)所示的重叠扫描图案进一步重叠的图。用粗线表示附加生成的扫描图案。然而，扫描图案所经过的路径的线的粗细是为了区分不同的扫描图案，其在图像上的像素面积可能没有线的粗细所占据的面积那么大。
根据一个实施例，如图71所示，驱动信号的相位分量可以改变预定相位。此时，在图像的每个像素位置处获得的采集信号值可能彼此重叠。此处，可以使用上述用于校准相位的预定相位变化周期来获得改变信号值的重叠数量和驱动信号的相位分量的预定相位。
图72是示出在改变驱动信号的相位分量的同时使用由控制器130获得的采集信号值来生成一个图像的过程的流程图。
参考图72，改变驱动信号的相位(S5600)包括使用预定相位改变驱动信号的相位以使控制器130获得的图像的FF为100％。具体地，为了使控制器130获得FF为100％的图像，对应于驱动信号的相位变化的扫描图案的位置移动的度数应当小于由控制器130获得的图像的一个像素。此处，扫描图案的位置可以指在特定时间由控制器130获得的图像中由驱动信号指示的位置。
[式9]
Figure BDA0003334403560001151
式9是表示使用驱动信号的第一信号与第二信号的相位之间的差异来重复扫描图案出现的位置的周期的式。参考式6和式7，当驱动信号的第一信号的相位与驱动信号的第二信号的相位之间的差异为预定相位变化周期(以下简称dip)的两倍时，如式9所示，可以重复驱动信号对应的扫描图案所指示的位置，而不管第一信号的单位频率或第二信号的单位频率是奇数还是偶数。
此外，当假设a是通过将dip除以特定间隔(以下称为n)获得的值时，dip是根据第一信号或第二信号的相位重复的第一信号或第二信号指示的位置，第一信号或第二信号的相位可以以a改变。在这种情况下，当第一信号或第二信号的相位以a改变n次时，控制器130可以获得与第一信号或第二信号的未改变的相位对应的位置相同的位置。因此，当驱动信号的相位以a改变直到对应于驱动信号的位置根据驱动信号的相位变化重复一次时，控制器130获得具有100％FF的图像所需的时间可以减少，并且控制器130还可以获得具有100％FF的高分辨率图像。
此处，可以使用控制器130在第一信号或第二信号的第一方向或第二方向和频率分量获得的图像的像素数来获得相位被改变以获得采集信号值使得FF变为100％的次数(即n)。为了便于描述，以下描述假设第一信号的相位分量被改变。
[式10]
Figure BDA0003334403560001161
式10是表示驱动信号的对应于第一信号的位置的式。具体地，式10可以表示生成驱动信号的第一信号的交流电的波形。此处，X可以表示对应于第一信号的位置，A可以表示第一信号的幅度。此外，fx可以是第一信号的频率分量，
Figure BDA0003334403560001163
可以是第一信号的相位分量。此外，t可以指示时间，并且对应于第一信号的位置可以随时间而改变。为了便于描述，下面的描述假设第一信号的幅度A的大小为1，为默认幅度，第一信号的相位分量(即
Figure BDA0003334403560001164
)大小为零。
[式11]
Figure BDA0003334403560001162
式11是将对应于第一信号的位置表示为由控制器130获得的图像的像素位置的式。此处，参考式10，X可以表示对应于第一信号的位置，控制器130在第一轴方向上获得的总像素数可以是p。
根据一个实施例，在式10中，对应于第一信号的位置，即X可以在-1到1的范围内，因为正弦波形被施加到该位置。在这种情况下，参考式11，对应于第一信号的位置的范围可以被设置为对应于由控制器130获得的图像的像素位置。具体地，由于对应于第一信号的位置，即，X，可以在-1到1的范围内，控制器130可以通过使用像素数(即P)随X中的变化获得由控制器130获得的图像在第一轴方向上的像素位置(以下称为对应第一信号的像素位置)。
此处，由于驱动信号的相位被改变，根据驱动信号相位改变的值a而改变的对应于第一信号的像素位置应当小于一个像素的大小，以便控制器130获得FF为100％的图像。例如，当a的值大于一个像素的大小时，对应第一信号的像素位置可以随着相位的变化而被改变a。在这种情况下，对应第一信号的像素位置可以不从相位被改变到相邻像素之前的对应第一信号的像素位置改变。由控制器130获得的对应第一信号的像素位置可能不会获得与所获得图像的第一轴方向上的所有像素P一样多。因此，对应第一信号的像素位置根据第一信号的相位分量改变的值a而改变的值可以小于一个像素的尺寸。然而，本发明不限于此，对应第一信号的像素位置被改变的值可以大于一个像素，也可以多次扫描对象O。
[式12]
Figure BDA0003334403560001171
[式13]
Figure BDA0003334403560001172
式12是表示相位改变前的对应第一信号的像素位置与相位改变后的对应第一信号的像素位置之间的距离小于一个像素大小的式。
式13总结了式12的相位改变前的对应第一信号的像素位置与相位改变后的对应第一信号的像素位置之间的距离的式。
具体地，参考式12，由于相位改变后第一信号的像素位置指示的值大于相位改变前第一信号的像素位置指示的值，因此绝对值可以为用来表示距离。
此外，参考式13，可以总结出式12中所示的表示距离的式，因此可以使用其使用整个图像的像素数的范围来表示与时间和相位相关的三角函数之间的差异，即p。
[式14]
Figure BDA0003334403560001173
[式15]
Figure BDA0003334403560001181
式14是表示控制器130根据对应第一信号的像素位置参考式13改变相位前后得到的值a的式。
式15是使用所获得的值a指示作为相位重复次数的值n的式。
具体地，参考式13和式14，为了最小化式13左侧所示的函数，整个函数在初始时间即t＝0时的值可以最小化。因此，要改变的相位值(即a)可以表示为
Figure BDA0003334403560001182
因此，要改变以使得FF变为100％的相位a的最大值可以是式14中所示的a的值，但本发明不限于此。相位a的最大值可以小于或大于a。在这种情况下，与第一信号对应的像素位置改变的度数可以小于一个像素的大小。
此外，参考式14，可以根据第一信号或第二信号的相位将第一信号或第二信号指示的位置重复的周期(即dip)除以a。因此，可以计算相位被重复和改变的次数，即n，并且这可以是式15中所示的值。在这种情况下，n可以是FF为100％所处的相位被重复和改变的次数。然而，本发明不限于此，该数字可以小于或大于式15中所示的n。此处，n是控制器130获得的图像的FF为100％的相位被重复和改变的次数。即使当相位被重复并且改变的次数小于n时，控制器130获得的图像的FF也可以是100％。
此外，参考图72，采集对应每个相位的采集信号值(S5610)可以包括在控制器130以a重复和改变驱动信号的相位n次时，每当以a改变驱动信号的相位时使控制器130获得采集信号值。具体地，当以a改变驱动信号的相位时，控制器130获得的采集信号值可以存储在另一个像素位置，从而可以在由控制器130获得的图像的所有像素位置获得采集信号值。
根据一个实施例，随着驱动信号的周期以a改变，当在使用驱动信号获得的一个像素位置处获得至少一个采集信号值时，可以针对像素位置信息获得控制器130最后一次获得的采集信号值。然而，本发明不限于此，可以通过使用多个采集信号值的平均值在像素位置处获得采集信号值。
此外，参考图72，使用获得的采集信号值来生成产生图像(S5620)可以包括使控制器130获得与驱动信号对应的采集信号值和像素位置并且产生和提供一个图像。具体地，当控制器130在改变驱动信号的相位的同时不使用多个采集信号值来获得图像时，整个图像的FF可能不高。此处，当控制器130通过使用多个采集信号值同时改变驱动信号的相位来获得一个图像时，控制器130获得的图像可以是具有100％FF的图像。
然而，本发明不限于由控制器130采集具有100％FF的图像，并且可以设置预定FF使得由控制器130获得的图像具有大于预定FF的FF。
图73是示出控制器130通过使用获得的采集信号值来获得图像的过程的流程图，同时改变驱动信号的相位使得控制器130获得的图像具有预定FF。
参考图73，获得当前驱动信号的采集信号值和FF(S5700)可以包括使控制器130使用驱动信号获得FF并获得与发射到和返回的光相对应的采集信号值。具体地，控制器130可以将驱动信号输入到驱动单元1101，向对象O发射光，并使用关于从对象O返回的光的光接收信息来获得采集信号值。此外，可以根据驱动信号来改变控制器130可采集的图像的像素之中获得采集信号值的像素。因此，当控制器130产生驱动信号时，可以获得FF。此外，当控制器130因为相位已经改变而冗余地获得采集信号值时，控制器130可以使用要获得的图像的像素和为其获得采集信号的像素来获得FF。
此外，参考图73，将获得的图像的FF与预定的FF进行比较(S5710)可以包括当控制器130获得的当前图像的FF低于预定FF时使控制器130改变驱动信号的相位，并且当获得的图像的FF高于预定FF时使控制器130使用当前获得的采集信号值来生成图像。具体地，预定FF可以是被确定提供图像使得控制器130提供的图像是高分辨率图像的FF。此外，当将获得的图像的FF与预定的FF进行比较时，控制器130可以将由于在改变驱动信号的相位时获得的采集信号值的重叠而获得的FF与上述预定的FF进行比较并改变相位当采集信号值重叠时得到的FF小于预定FF时，再次对驱动信号进行处理。此外，当由于采集信号值的重叠而导致的FF大于预定FF时，控制器130可以使用冗余获得的采集信号值来生成图像。此处，冗余获得的采集信号值可以意味着当驱动信号的相位改变时控制器130获得的采集信号值重叠。
此外，参考图73，改变驱动信号的相位(S5720)可以包括将驱动信号的相位改变为预定变化。此处，预定相位可以是任意相位，但可以不包括预定相位变化值，在该预定相位变化值处，驱动信号的第一信号的相位或第二信号所指示的位置可以随着相位的变化而相同。具体地，当前述预定相位变化周期dip改变了驱动信号的相位时，即使驱动信号的相位分量改变，也可以指示相同的位置。因此，要改变的预定相位变化值可以不包括预定相位变化周期dip。
此外，参考图73，使用获得的采集信号值来生成图像(S5730)可以包括使控制器130使用由控制器130获得的当前采集信号值来生成和提供图像。具体地，控制器130可以使用包括驱动信号和由控制器130获得的采集信号值的信号或者通过重叠在改变驱动信号的相位时获得的采集信号值获得的值，来获得一个图像，并且可以指示像素。此处，获得的图像可以是FF大于或等于预定FF的图像，因此由控制器130生成和提供的图像可以是高分辨率图像。
图37是用于示例性地描述可以在其中实现本文描述的实施例的计算机系统的图。
参考图37，计算机系统可以包括存储器10、CPU20以及被配置为将CPU20连接到计算机系统的各个组件的系统总线BUS。
CPU20可以包括一个或多个处理器并且可以是任何市售的处理器。
存储器可以包括只读存储器(ROM)，其被配置为存储基本输入/输出系统，包括用于随机存取存储器(RAM)和计算机系统的启动例程。
此外，计算机系统可以包括连接到系统总线BUS的永久存储存储器(未示出)，例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、CD ROM驱动器、磁带驱动器、闪存装置、数字视频磁盘等。
此外，计算机系统可以包括存储数据、数据结构和计算机可执行指令的一个或多个计算机可读介质盘(未示出)。
根据实施例的方法可以实现为可由各种计算机装置执行的程序指令，并且可以被记录在计算机可读介质上。计算机可读介质可以单独或组合地包括程序指令、数据文件、数据结构等。被记录在介质上的程序指令可以是专门为一个实施例而设计和配置的，也可以是计算机软件领域的技术人员公知和可用的。计算机可读介质的实例包括磁介质(诸如硬盘、软盘和磁带)、光学介质(诸如光盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用盘(DVD)等)、软盘等磁光介质、以及专门用于存储和执行程序指令的硬件装置，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存等。计算机指令的实例不仅包括由编译器生成的机器语言代码，还包括计算机使用解释器等可执行的高级语言代码。硬件装置可以被配置为作为一个或多个软件模块操作以执行实施例的操作，反之亦然。
尽管已经参考特定实施例和附图描述了本发明，但是应当理解，本领域技术人员可以根据公开内容做出各种修改和变化。例如，尽管所描述的技术以与上述不同的顺序执行和/或尽管所描述的组件(诸如系统、结构、装置或电路)以不同于上述的方式组合和/或被其他组件或其等效物替换或补充，但仍可以获得适当的结果。
因此，其他实施方式、实施例和等效物处于以下权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种光学装置，其特征在于，包括：
光纤，所述光纤具有固定端和自由端；
第一致动器，所述第一致动器被配置为在所述光纤的所述固定端和所述自由端之间的致动器位置上施加第一力，使得引起所述光纤的所述自由端在第一方向上的移动；以及
可变形杆，所述可变形杆设置在所述光纤附近，并具有第一端和第二端；
其中，所述第一端设置在所述光纤的第一杆位置上，并且所述第二端设置在所述光纤的第二杆位置上，
其中，所述光纤的所述第一杆位置和所述第二杆位置在所述致动器位置和所述自由端之间，
其中，所述可变形杆：
从所述光纤的所述第一杆位置到所述光纤的所述第二杆位置基本上平行于所述光纤，并且
在垂直于所述光纤的纵轴的截面中，所述可变形杆被布置为使得从所述可变形杆的所述第一端连接到所述光纤的所述第一杆位置的虚拟线与所述第一方向之间的角度在预定范围内，由此当所述光纤的所述自由端在所述第一方向上移动时，由于所述第一致动器在所述光纤的所述致动器位置上施加所述第一力，所述光纤在所述第二方向上的移动被限制。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，还包括第二致动器，所述第二致动器被配置为在所述光纤的所述致动器位置上施加第二力；
其中，所述第二致动器被配置为引起所述光纤的所述自由端在垂直于所述第一方向的所述第二方向上移动。
3.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，当所述光纤通过从所述第一致动器施加的所述第一力和从所述第二致动器施加的所述第二力振动时，所述光纤根据预定条件以Lissajous模式移动。
4.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述光纤具有第一刚度，并且所述可变形杆具有第二刚度。
5.根据权利要求4所述的光学装置，其特征在于，当所述光纤根据所述第一力和所述第二力移动时，所述可变形杆改变所述光纤沿所述第一方向的刚度和所述光纤沿所述第二方向的刚度中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的光学装置，其特征在于，所述光纤相对于所述第一方向和所述第二方向以不同的共振频率驱动。
7.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述可变形杆的长度比所述光纤的长度短。
8.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述可变形杆的所述第一端通过第一连接器固定到所述光纤的所述第一杆位置，并且所述可变形杆的所述第二端通过第二连接器固定到所述光纤的所述第二杆位置。
9.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一连接器和所述第二连接器随着所述光纤振动而移动。
10.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器被配置为向所述第一致动器施加第一驱动频率，并且向所述第二致动器施加第二驱动频率。
11.根据权利要求10所述的光学装置，其特征在于，所述第一驱动频率和所述第二驱动频率的差异大于预定范围。
12.一种图像生成装置，其特征在于，包括发射单元、接收单元以及控制器，所述发射单元被配置为向对象发射光，所述接收单元被配置为从所述对象接收返回的信号，所述控制器被配置为基于从所述接收单元获得的信号生成图像；所述图像生成装置还包括：
光纤，所述光纤具有固定端和自由端；
第一致动器，所述第一致动器设置在位于所述光纤的所述固定端和所述自由端之间的致动器位置上，所述第一致动器被配置为向所述致动器位置施加第一力，使得引起所述光纤的所述自由端在第一方向上共振驱动；以及
可变形杆，所述可变形杆设置在所述光纤附近，并具有第一端和第二端；
其中，所述可变形杆的所述第一端固定在所述光纤的第一杆位置上，并且所述第二端固定在所述光纤的第二杆位置上，
其中，所述第一杆位置和所述第二杆位置在所述致动器位置和所述自由端之间，
其中，所述可变形杆至少从所述第一杆位置到所述第二杆位置平行于光学端布置，并且
其中，在垂直于所述光纤的纵轴的截面中，所述可变形杆被布置为使得从所述可变形杆的所述第一端连接到所述光纤的所述第一杆位置的虚拟线与所述第一方向之间的角度在预定范围内，由此当根据由所述第一致动器施加的所述第一力在所述第一方向上共振驱动所述光纤的所述自由端时，所述光纤的所述自由端在所述第二方向上振动的最大移动范围在一个像素值的1/2以内。
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