CN110312944A - 用于光扫描仪的mems扫描模块 - Google Patents

用于光扫描仪的mems扫描模块 Download PDF

Info

Publication number
CN110312944A
CN110312944A CN201780082641.8A CN201780082641A CN110312944A CN 110312944 A CN110312944 A CN 110312944A CN 201780082641 A CN201780082641 A CN 201780082641A CN 110312944 A CN110312944 A CN 110312944A
Authority
CN
China
Prior art keywords
support component
scan module
pedestal
interface element
support
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780082641.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110312944B (zh
Inventor
弗洛里安·佩蒂特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Blackfield Co
Original Assignee
Blackfield Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Blackfield Co filed Critical Blackfield Co
Publication of CN110312944A publication Critical patent/CN110312944A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110312944B publication Critical patent/CN110312944B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0018—Structures acting upon the moving or flexible element for transforming energy into mechanical movement or vice versa, i.e. actuators, sensors, generators
    • B81B3/0021—Transducers for transforming electrical into mechanical energy or vice versa
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0858—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/04—Optical MEMS
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/003—Bistatic lidar systems; Multistatic lidar systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于光扫描仪(99)的扫描模块(100)，包括基座(141)和被配置成用于固定镜面(151)的界面元件(142)。扫描模块(100)还包括至少一个支撑元件(101，102)，该支撑元件在基座(141)和界面元件(142)之间垂直于镜面延伸，并且具有不小于0.7毫米的延伸量。该基座(141)、界面元件(142)和至少一个该支撑元件(101)制成一个整体。

Description

用于光扫描仪的MEMS扫描模块
技术领域
本发明一般涉及一种用于光扫描仪的扫描模块。特别是，本发明涉及一种扫描模块，该扫描模块具有至少一个弹性支撑元件，该弹性支撑元件在基座和用于固定镜面的界面元件之间延伸，并且具有不小于0.7毫米的垂直于镜面的延伸部。这实现了共振扫描。
背景技术
物体的距离测量在各技术领域中都有所期望。例如，期望与自动驾驶的应用相结合，以识别机动车周围的物体，特别是确定到物体的距离。
用于物体的距离测量技术即所谓的LIDAR技术(light detection and ranging，有时也作LADAR)。其中，脉冲激光从发射器发出。周围的物体反射激光。随后可以测量这些反射。可以通过确定激光的传播时间来确定到物体的距离。
为了以空间分辨的方式识别周围的物体，扫描激光是可能的。借此可以根据激光的辐射角度来识别周围不同的物体。
微机电系统(MEMS)组件可用于此目的，以便实现激光扫描仪。参见，例如，DE 102013 223 937 A1。这里，典型地，反射镜通过侧面(lateral)弹簧元件连接到基板。反射镜和弹簧元件与基板一体形成或集成。反射镜通过适当的蚀刻工艺从晶片释放。
然而，这种技术有某些缺点和局限性。例如，扫描角度通常相对有限，例如在20°-60°的数量级。另外，可用的镜面面积通常有限；典型反射镜可以具有1毫米-3毫米的边长。因此，在LIDAR技术中，探测器孔径受限；这导致只能可靠地测量相对接近的物体。
为了弥补这些缺点，已知以同步方式操作多个反射镜。参见，例如，Sandner，Thilo等人的“用于三维距离测量的大孔径MEMS扫描仪模块”("Large aperture MEMS scannermodule for 3D distance measurement.")MOEMS-MEMS.国际光学和光子学学会，2010年。然而，同步可能相对复杂。另外，不可能或仅有限地实现二维扫描。在这里也是，扫描角度也是有限的。
发明内容
因此，需要用于测量设备周围物体距离的改进技术。具体来说，需要至少改善或消除一些上述限制和缺点的技术。
该目的是通过独立权利要求的特征来实现的。从属权利要求限定实施例。
在一个示例中，用于光扫描仪的扫描模块包括基座和界面元件。界面元件被配置成用于固定镜面。该扫描模块还包括至少一个弹性支撑元件，该弹性支撑元件在基座和界面元件之间延伸，并且具有不小于0.7毫米的垂直于镜面的延伸部。该基座、界面元件和至少一个支撑元件一体形成。
由于该至少一个支撑元件被设计成弹性的，因此其也可以被称为弹簧元件。由此，该至少一个支撑元件的至少一个运动自由度能够以共振方式被激励。这对应于光扫描仪(共振扫描仪)的共振操作。这是为了将其与非共振光扫描仪区分开来，例如，具有用于恒定旋转运动的滚珠轴承或步进电机的扫描仪。
例如，有可能至少一个支撑元件具有垂直于基座的延伸部，该延伸部不小于1毫米、可选地不小于3.5毫米、进一步的，可选地不小于7毫米的。
由于该至少一个支撑元件具有垂直于镜面的显著延伸部，与现有技术中的横向弹簧元件相对，该元件也可以被称为垂直定向的支撑元件。通过这种布置，可以产生特别大的扫描角度，例如，在120-180°的范围内。
在一些示例中，扫描模块可能具有至少两个支撑元件。该扫描模块可以包括至少三个支撑元件，可选地至少四个支撑元件。由此，可以制造对振动敏感度低的特别鲁棒的扫描模块。
例如，在每种情况下，该至少两个支撑元件的纵轴成对地围成的角度不大于45°，可选地不大于10°，进一步的，可选地不大于1°。这意味着该至少两个支撑元件可以彼此平行或基本平行地布置。
该至少两个支撑元件可以具有相对于中心轴旋转对称的布置。这里，旋转对称性可能是n重的，其中n指所述至少两个支撑元件的数量。由此，可以避免光扫描仪在谐振操作期间的非线性效应。
对于光扫描仪的谐振操作，可以激励所述至少一个支撑元件的至少一个运动自由度。
该至少一个运动自由度可以包括横向模式和扭转模式，其中最低横向模式的固有频率大于最低扭转模式的固有频率。
该至少一个运动自由度可以包括横向模式和扭转模式，其中最低横向模式以最低扭转模式退化。由此，可以实现扫描模块对于外部激励特别鲁棒。
该扭转模式可以对应于两个支撑元件的扭转。扭转模式可以表示每个单独的支撑元件沿着相应的纵轴的扭转。可选地，扭转模式也可以表示多个支撑元件相互扭转。
该至少两个支撑元件的两个相邻支撑元件之间的距离也可能在至少两个支撑元件中的至少一个的长度的2％-50％的范围内，可选地在10％-40％的范围内，进一步可选地在12％-20％的范围内。这可以实现紧凑的设计和扭转模式的适配频率。
该至少两个支撑元件的长度彼此可能相差不超过10％，可选地不超过2％，进一步的，可选地不超过0.1％。
例如，扫描模块可能具有平衡配重。该平衡配重可以附接到所述至少一个界面元件中的至少一个上。特别是，该平衡配重可以与所述至少一个界面元件一体形成。例如，该平衡配重可以通过沿着至少一个界面元件的纵轴的横截面改变来实现。通过平衡配重，可以改变惯性矩。借此，该至少一个界面元件的扭转模式的频率可以适应于所述至少一个界面元件的横向模式的频率。根据平衡配重的设计，例如，可以消除至少一个界面元件的正交横向模式的固有频率的退化。
在一个示例中，所述扫描模块包括第一压电弯曲致动器、第二压电弯曲致动器以及设置在第一压电弯曲致动器和第二压电弯曲致动器之间的基座。压电弯曲致动器因此可以以耦合方式经由基座激励至少一个支撑元件。
这里，所述第一压电弯曲致动器可以沿着第一纵轴具有拉长形式，第二压电弯曲致动器可以沿着第二纵轴具有拉长形式。该第一纵轴和第二纵轴可以彼此围成的角度小于20°，可选地小于10°，进一步的，可选地小于1°。
该第一纵轴和/或第二纵轴可以与至少一个支撑元件的纵轴围成的角度小于20°，可选地小于10°，进一步的，可选地小于1°。可选地，第一纵轴和/或第二纵轴也可以与至少一个支撑元件的纵轴围成一个角度，该角度在90°±20°的范围内，可选地在90°±10°的范围内，进一步的，可选地在90°±1°的范围内。该基座可以具有沿着第一弯曲压电致动器的第一纵轴的纵向延伸部，该延伸部在沿着第一纵轴的第一压电弯曲致动器的长度的2-20％的范围内，可选地在5-15％的范围内。以这种方式，可以实现特别大的扫描角度，并且可以实现至少一个支撑元件的不同运动自由度的有效激励。
该设备还可以包括驱动器，该驱动器被配置成以第一信号形式控制第一弯曲压电致动器，并且以第二信号形式控制第二弯曲压电致动器。这里，第一信号形式和第二信号形式可以具有异相信号贡献。
可选地，该第二信号形式也可能具有附加的可选地是幅度调制的同相信号贡献。例如，在扫描区域所需的持续时间内(与刷新率相关)，同相信号贡献的幅度可以单调增加或减少。包络曲线的线性时间依赖性是可能的。
此处，所述信号贡献可以具有第一频率，其中附加信号贡献具有第二频率，其中第一频率在第二频率的95-105％范围内，或在第二频率的45-55％范围内。
第一信号形式和/或第二信号形式可能具有DC部分。
一种方法包括通过在晶片上光刻的方式定义蚀刻掩模。该方法还包括通过蚀刻掩模蚀刻晶片，以获得形成扫描模块的至少一个蚀刻结构。该方法还包括将具有镜面的反射镜固定在扫描模块的界面元件上。
该方法可用于制造根据本文描述的各种示例的扫描模块。由于该扫描模块由晶片制成——例如硅晶片或绝缘体上硅晶片(SOI晶片)，这种技术也可以称为MEMS技术。
反射镜在界面元件上的固定可以包括以下技术中的至少一种：胶粘、阳极键合、直接键合、共晶键合、热压键合、粘合剂键合。
例如，作为粘合剂，可以使用环氧树脂或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
该方法还可以包括在固定反射镜之前连接形成扫描模块的几个蚀刻结构。相应的技术可用于连接上述在固定反射镜的情况下描述的蚀刻结构，即胶粘、阳极键合、直接键合、共晶键合、热压键合、粘合剂键合。
通常，可以为每个晶片定义大量的结构，从而可以为每个晶片获得大量的扫描模块。平行晶片级处理因此可以避免单独扫描模块的单独处理。在处理的某个阶段，可以通过例如切割或锯切晶片来释放单个结构。然后可以进行扫描模块级处理。通常，形成扫描模块的多个蚀刻结构的连接可能发生在晶片级——即，在释放单个扫描模块之前。然而，多个蚀刻结构的连接也可能发生在扫描模块级——即，在释放单个扫描模块之后。
该多个蚀刻结构中的每一个都可以包括基座、界面元件和至少一个在相应基座和相应界面元件之间延伸的支撑元件。这样，可以发生多个蚀刻结构与基座和多个蚀刻结构的界面元件的连接。
连接可以直接进行，也可以通过隔离部进行。
一种用于共振光扫描仪的扫描模块包括反射镜。该反射镜具有一镜面。该反射镜还具有一背面。该背面位于镜面对面。该扫描模块还具有至少一个弹性支撑元件，其远离背面延伸。该至少一个弹性支撑元件通过MEMS技术制造。
这意味着所述至少一个弹性支撑元件由硅或SOI晶片蚀刻和光刻晶片来制造。这意味着，例如，至少一个弹性支撑元件由单晶材料形成，因此能够承受特别强的张力。
在不脱离本发明的保护范围的情况下，以上描述的特征和以下描述的特征不仅可以在相应的、明确解释的组合中使用，也可以用于其他组合或单独使用。
附图说明
图1A示意性地示出根据不同实施例用于光扫描以的扫描模块，其中图1A示例中的扫描模块具有彼此平行布置的两个支撑元件，以及未一体形成的反射镜。
图1B示意性地示出根据不同实施例用于光扫描仪的扫描模块，其中图1B示例中的扫描模块具有彼此平行布置的两个支撑元件，以及一体形成的反射镜。
图1C示意性地示出根据不同实施例用于光扫描仪的扫描模块，其中图1C的示例中的扫描模块具有彼此平行布置的两个支撑元件，以及施加在扫描模块的界面元件上的镜面。
图2示意性地示出根据不同实施例用于光扫描仪的扫描模块，其中扫描模块具有彼此平行布置的两个支撑元件，以及未一体形成并且可以相对于支撑元件的纵轴倾斜的反射镜。
图3是根据不同实施例的扫描模块的示意性透视图，该扫描模块具有基座、界面元件和在基座和界面元件之间延伸的两个支撑元件。
图4是根据不同实施例的扫描模块的示意性透视图，该扫描模块具有基座、界面元件和在基座和界面元件之间延伸的两个支撑元件，其中基座具有被配置为连接到压电致动器的两个边缘区域。
图5A是根据不同实施例的扫描模块的示意图，其中基座连接到两个压电弯曲致动器。
图5B是根据不同实施例的扫描模块的示意图，其中基座连接到两个压电弯曲致动器。
图6A是根据不同实施例的压电弯曲致动器的示意性侧视图。
图6B是根据不同实施例的扫描模块的示意图，其中基座连接到两个压电弯曲致动器。
图7示意性地示出根据不同实施例的光扫描仪。
图8示意性示出根据不同实施例可用于操作压电弯曲致动器的异相信号形式。
图9示意性示出根据不同实施例可用于操作压电弯曲致动器的同相信号形式。
图10示意性地示出根据不同实施例具有DC部分的异相信号形式，其可用于操作压电弯曲致动器。
图11示意性示出根据不同实施例具有DC部分的同相信号形式，其可用于操作压电弯曲致动器。
图12示意性示出根据不同实施例以时间为函数的同相信号形式的幅度调制。
图13示意性示出根据不同实施例至少一个支撑元件和由叠加图限定的扫描区域的两个运动自由度的叠加图。
图14示出至少一个支撑元件的激发谱线，其中图14表示根据不同实施例的扭转模式和横向模式之间的退化。
图15示出至少一个支撑元件的激发谱线，其中图15表示根据不同实施例扭转模式和横向模式之间的消除退化。
图16示意性示出根据不同实施例用于光扫描仪的扫描模块，其中图15示例中的扫描模块具有两个支撑元件，这两个支撑元件彼此平行布置，具有各自的平衡配重。
图17是根据不同实施例的用于光扫描仪的扫描模块的透视图，其中扫描模块在不同的平面中具有两对支撑元件。
图18示例示意性地示出根据图17的扫描模块的扭转模式。
图19和20示意性示出根据不同实施例具有独立支撑元件的扫描模块的横向模式。
图21和22示意性示出根据不同实施例具有两个平行支撑元件的扫描模块的横向模式。
图23示意性示出根据不同实施例用于光扫描仪的扫描模块，其中图23中的扫描模块具有两个支撑元件，这两个支撑元件彼此平行布置，具有各自的压电材料。
图24是用于生产扫描模块的方法的示例的流程图。
图25示意性示出根据不同实施例扫描模块的生产。
图26是根据图25的扫描模块的剖视图。
具体实施方式
通过结合以下实施例的描述，本发明的上述特性、特征和优点以及将其实现的方式方法将变得更加清楚和易于理解，这些实施例将结合附图进行说明。
下面将参考附图结合优选实施例对本发明进行详细描述。附图中相同的附图标记表示相同或相似的元件。附图是本发明的各种实施例的示意图。附图中所示的元件不一定按实际比例绘制。而是，图中所示的各种元件将以本领域技术人员能够理解它们的功能和一般目的的方式再现。图中所示的功能单元和元件之间的连接和耦合也可以实现为间接连接或耦合。连接或耦合可以通过有线或无线实现。功能单元可以通过硬件，软件或硬件和软件的组合实现。
下面将描述用于扫描光的各种技术。例如，下面描述的技术可以实现光的二维扫描。扫描可以指以不同发射角度重复发射光。为此，光可以被偏转单元偏转。扫描可以指用光重复扫描周围不同点。例如，环境中不同点的数量和/或不同辐射角度的数量可以建立扫描区域。
在各种示例中，光的扫描可以通过时间叠加，以及，可选地，与至少一个移动支撑元件的不同自由度一致的两个谐振驱动运动的空间叠加而发生。借此，在各种示例中，可以跟踪叠加图形。有时，叠加图形也被称为利萨如(Lissajous)图形。叠加图形可以描述通过支撑元件的运动实现不同辐射角的顺序。
在各种示例中扫描激光是可能的。例如，可以使用相干或非相干激光。可以使用偏振或非偏振激光。例如，可以以脉冲方式使用激光。例如，可以使用脉冲宽度在飞秒、或皮秒、或纳秒范围的短激光脉冲。例如，脉冲时间可以在0.5-3纳秒的范围内。激光的波长可以在700-1800nm的范围内。为了简单起见，下面将主要提及激光；然而本文描述的各种示例也可用于扫描来自其他光源、例如宽带光源或RGB光源的光。RGB光源在此通常指可见光谱中的光源，其中色彩空间被若干不同色彩叠加覆盖，例如红色、绿色、蓝或青色、品红色、黄色、黑色。
在各种示例中，至少一个具有形状或材料诱导弹性的支撑元件用于光的扫描。因此，该至少一个支撑元件也可以被称为弹簧元件。此时，可以激励至少一个支撑元件的至少一个运动自由度，例如，扭转模式和/或横向模式。即，相应模式的谐振激励发生。由此，可以移动连接到所述至少一个支撑元件的可移动端的反射镜。因此，至少一个支撑元件的可移动端限定了界面。因此，光可以被扫描。例如，可以使用一个以上的单个支撑元件，例如两个或三个或四个支撑元件。这些支撑元件可以可选地相对于彼此对称布置。
例如，可移动端可以一维或二维移动。为此目的，可以使用一个或多个致动器。例如，可移动端可相对于所述至少一个支撑元件的固定装置倾斜；这导致所述至少一个支撑元件弯曲。这可以对应于第一运动自由度；这个自由度可以称为横向模式(或者有时也称为摆动模式)。可选地或另外地，可以沿着支撑元件的纵轴扭转可移动端(扭转模式)。这可以对应于第二个运动自由度。通过可移动端的运动，可以实现以不同的角度发射激光。为此目的，可以提供诸如反射镜的偏转单元。借此，可以用激光扫描周围。根据可移动端的移动的程度，可以实现不同尺寸的扫描区域。
在本文描述的各种示例中，在每种情况下，可以从横向模式可选地或附加地激励到扭转模式，即扭转模式和横向模式的时间和空间叠加是可能的。然而，也可以消除这种时间和空间的重叠。在其他示例中，也可以实现其他运动自由度。
例如，偏转单元可以以棱镜或反射镜实现。例如，反射镜可以通过晶片实现，例如硅晶片或玻璃衬底。例如，反射镜可以具有0.05微米-0.1毫米的厚度。例如，反射镜可以具有25微米或50微米的厚度。例如，反射镜可以具有25微米至75微米的厚度。例如，反射镜可以被设计成正方形、矩形或圆形。例如，反射镜可以具有3毫米至12毫米的直径，或者特别是8毫米的直径。
通常，这种用于光的扫描技术可以用于广泛不同的应用领域。示例包括内窥镜、RGB投影仪以及打印机。LIDAR技术可以用于不同的示例。LIDAR技术可以用于对周围的物体进行空间分辨距离测量。例如，LIDAR技术可以包括测量激光在反射镜、物体和探测器之间的传播时间。
各种示例都基于这样的发现，即关于辐射叫，期望以高精度进行激光扫描。例如，在LIDAR技术的背景下，距离测量的空间分辨率可受限于辐射角的不精确。通常，所达到的空间分辨率越高(越低)，可确定的激光的辐射角越精确(越不精确)。
以下，描述了用于提供特别鲁棒的激光扫描仪的技术。在各种示例中，这是通过提供包括支撑元件的扫描模块来实现的。这里，支撑元件与基座和配置成固定镜面的界面一体形成。
由于一体形成的设计，实现特别强的力通量(flux of force)可以通过基座传递到支撑元件是可能的。由此，可以特别有效地激励支撑元件的一个或多个运动自由度。由此，又可以实现支撑元件以特别大的幅度执行运动。由此，可以实现大的扫描角度。此外，避免了例如粘合剂或其它连接装置——其必须用于非一体形成的设计中使用——撕裂或屈服，从而损坏扫描模块。
为了一体形成扫描模块的不同部分，可以使用MEMS技术。例如，扫描模块可以通过从晶片蚀刻技术来生产。晶片可以具有例如500微米的厚度。例如，可以使用湿法化学蚀刻或干法蚀刻技术，例如反应离子蚀刻(RIE)，例如干反应离子蚀刻(DRIE)。例如，晶片可以是硅晶片或绝缘体上硅(SOI)晶片。绝缘体可以布置在晶片表面下大约100微米处。这里，绝缘体可以例如充当蚀刻停止部。这里可以使用正面蚀刻和/或背面蚀刻以释放扫描模块的不同部分。例如，可以通过光刻在晶片上限定蚀刻掩模。特别是，以这种方式，扫描模块的不同部分可以被设计成形成单件/一体形成，并且可选地甚至是单晶的。
下文，还描述了用于提供能够实现特别大的扫描角度的激光扫描仪的技术。这在各种示例中实现，其中支撑元件具有不小于0.7毫米的垂直于镜面的延伸部。与传统的基于MEMS的微镜相比，支撑元件因此不仅在镜面的平面中延伸，而且具有垂直于镜面的显著延伸。例如，支撑元件可以被设计成沿着纵轴的杆状，其中纵轴具有垂直于镜面的分量。这里，支撑元件可以具有横截面积的局部变化，以便实现平衡配重。
通过这种技术，实现镜面可以特别自由地移动是可能的。因此，可以实现大幅度的运动，从而使得大扫描角度成为可能。
图1A示出了关于扫描模块100的方面。扫描模块100包括基座141、两个支撑元件101、102和界面元件142。这里，基座141、支撑元件101、102和界面元件142一体形成。支撑元件101、102被设计在一个平面(图1A的平面)中。在图1A的示例中，支撑元件101、102被设计成竖直的，即，在静止状态下，它们没有弯曲或弯折。本文描述的各种示例中，可以使用相应竖直的杆状构造的支撑元件。
例如，基座141、支撑元件101、102和界面元件142可能通过蚀刻硅晶片(或另一半导体衬底)的MEMS工艺获得。在这种情况下，基座141、支撑元件101、102和界面元件142可以特别设计为单晶。
两个相邻支撑元件101、102之间的距离可能在至少两个支撑元件中的至少一个的长度211的2％-50％的范围内，可选地在10％-40％的范围内，进一步的，可选地在12％-20％的范围内。该至少两个支撑元件的长度211彼此可能相差不超过10％，可选地不超过2％，进一步的，可选地不超过0.1％。因此，可以实现相应运动自由度具有特别大的幅度。例如，在每种情况下，支撑元件101、102的纵轴111、112可能成对地彼此围成的角度不大于45°，可选地不大于10°，进一步的，可选地不大于1°。支撑元件101、102具有相对于中心轴220旋转对称的布置。在图1A的示例中，这是双重旋转对称。
扫描模块100也可能仅具有单个支撑元件或两个以上的支撑元件。
图1A还示出了关于激光扫描仪99的方面。激光扫描仪99包括扫描模块100和反射镜150。在图1A的示例中，在镜面151前侧形成光180的高反射率(例如，在950微米的波长下大于95％，可选地大于99％，进一步的，可选地大于99.999％；例如，厚度为80-250纳米的铝或金)的反射镜150没有与基座141、支撑元件101、102和界面元件142一体形成。例如，反射镜150可以粘合到界面元件142。界面元件142实际上可以被配置成固定镜面151。为此目的，例如，界面元件142可以具有接触表面，该接触表面被配置为固定反射镜150的相应接触表面。为了将反射镜150连接到界面元件142，可以使用以下一种或多种技术：例如，胶合、焊接。
在界面142和镜面151之间，布置了反射镜150的背面152。界面元件142布置在反射镜150的背面152之上。图1可以看出，支撑元件从反射镜150的背面152延伸到基座141。由此，可以避免传统MEMS附接中的空间密集的框架状结构。反射镜150因此可以通过界面元件142连接到支撑元件101、102。由此，两件式生产是可能的，因此不需要像传统MEMS附接那样形成复杂的集成背面结构。
通过采用这种技术，可以实现大的镜面，例如不小于10平方毫米，可选地不小于15平方毫米。由此，在使用镜面151也作为检测器孔径的LIDAR技术的背景下，可以实现高精度和范围
在图1A的示例中，支撑元件101、102具有垂直于镜面151的延伸部；在图1A的示例中，该延伸部可以是例如约2-8毫米。支撑元件被设计成特别是沿着相应的纵轴111、112的杆状。在图1A中，表示了镜面151的表面法线155；纵轴111、112定向平行于表面法线155，即它们与所述表面法线成0°角。
因此，支撑元件101、102垂直于镜面151的延伸量等于支撑元件101、102的长度211。通常，支撑元件101、102的长度211可以不小于2毫米，可选地不小于4毫米，并且可选地不小于6毫米。例如，支撑元件101、102的长度可以不大于20毫米，可选地不大于12毫米，并且可选地不大于7毫米。当使用多个支撑元件时，它们都可以具有相同的长度。
根据纵轴111、112相对于镜面151的相对取向，支撑元件101、102的垂直于镜面151的延伸量也可能短于其长度211(因为仅考虑平行于表面法线155的投影)。通常，支撑元件101、102的垂直于镜面151的延伸量可能不小于0.7毫米。这样的值大于可以制造扫描模块100的晶片的典型厚度。因此，可以实现光180的特别大的扫描角度。
支撑元件101、102可以具有例如矩形横截面。支撑元件101，102也可以具有方形横截面。然而，也可能是其他横截面形状，例如圆形、三角形等。支撑元件101、102的横截面的典型边长可以在50微米至200微米的范围内，可选地，它们可以是约100微米。横截面的短边通常可以不小于横截面长边的50％；这意味着支撑元件101、102可以被设计成不像平坦的元件。以这种方式，确保了支撑元件101、102区域中的材料能够吸收足够强的张力而不被损坏。然而，同时，支撑元件101、102区域中的材料的形状诱导的弹性可以呈现足够高的值，以使得界面元件142能够相对于基座141运动。
例如，可以使用支撑元件101、102的扭转模式和/或横向模式来移动界面元件142——从而移动反射镜150。由此，可以实现光的扫描(在图1A中，示出了支撑元件101、102的静止状态)。
在图1A的示例中，扫描模块102包括布置在一个平面(图1A的平面)中的支撑元件101、102。通过使用两个支撑元件101、102，扫描模块100可以以特别高的鲁棒性来实现。由此，特别地，可以减小每个支撑元件101、102的张力。另一方面，在单个支撑元件的情况下，可以特别令人满意地实现光180的二维扫描。
图1B示出了关于扫描模块100的方面。扫描模块100包括基座141、两个支撑元件101、102和界面元件142。这里，基座141、支撑元件101、102和界面元件142一体形成。
这里，图1B的示例基本上对应于图1A的示例。然而，在图1B的示例中，反射镜150与界面元件142或支撑元件101、102和基座141一体形成。为了实现最大可能的镜面151，在图1B的示例中，提供了超出界面元件142的中心区域的投影。因此，可以实现扫描模块100和反射镜150之间的力通量不必通过粘合剂传递。
图1C示出了关于扫描模块100的方面。扫描模块100包括基座141、两个支撑元件101、102和界面元件142。这里，基座141、支撑元件101、102和界面元件142一体形成。
这里，图1C的示例基本上对应于图1B的示例。在图1C的示例中，反射镜150和界面元件142由同一个元件实现。镜面151直接附接到界面元件142。这使得设计特别简单。
图2示出了关于扫描模块100的方面。扫描模块100包括基座141、两个支撑元件101、102和界面元件142。这里，基座141、支撑元件101、102和界面元件142一体形成。
这里，图2的示例基本上对应于图1A的示例。然而，在图2的示例中，支撑元件101、102的纵轴111、112指向不垂直于镜面151。在图2中，示出了镜面151的表面法线155和纵轴111、112之间的角159。在图2的示例中，角159是45°，但是通常它可以在-60°到+60°的范围内，或者可选地在-45°±15°的范围内或者在+45°±15°的范围内，即，基本上为45°。
特别地，在图2中，示出了一种情况，其中光180的一个光束路径平行于支撑元件101、102的纵轴111-112延伸，并且光180的附加光束路径——在被镜面151偏转之后或之前——垂直于纵轴111-112延伸。通常，光180的光束路可以平行于中心轴220延伸。
当支撑元件101、102的扭转模式用于移动反射镜150时，镜面151相对于纵轴111、112的这种倾斜尤其的有利。此时，可以实现光180的类似潜望镜的扫描。
借助于扭转模式的类似潜望镜的扫描的优点在于——只要反射镜150也被用作检测器孔径——检测器孔径的尺寸不依赖于扫描角度；入射光与反射镜150之间的夹角实际上不取决于扫描角度。这不同于参考实施方式，在参考实施方式中，由于反射镜的倾斜，检测器孔径的尺寸——从而测量的灵敏度——随着扫描角度的变化而变化。
图3示出了关于扫描模块100的方面。扫描模块100包括基座141、两个支撑元件101、102和界面元件142。这里，基座141、支撑元件101、102和界面元件142一体形成。图3是扫描模块100的透视图。
特别是，在图3中，示出正面蚀刻的方向1901和背面蚀刻的方向1902是如何定向的。例如，扫描模块100可以通过沿着方向1901、1902对SOI晶片进行适当的两步蚀刻来制造。绝缘体和硅之间的边界表面可以限定支撑元件101、102。
例如，这里，晶片表面可以垂直于方向1901、1902定向。从图1A、1B、1C、2和图3的比较可以得出，镜面151不垂直于晶片表面定向。由此，可以使得至少一个支撑元件101、102具有特别大的长度211成为可能。这继而能够实现大的扫描角度
在图3的示例中，基座141和界面元件142的厚度1998不同于支撑元件101、102的厚度1999。在其他示例中，基座141、界面元件142和支撑元件101、102可以具有相同的厚度。这是关于MEMS结构的蚀刻方向上，即，垂直于相对于在方向1901、1902上的正面结构和背面结构的晶片法线的厚度1998、1999。晶片法线通常与特定的晶体方向相关。
图4示出了关于扫描模块100的方面。扫描模块100包括基座141、两个支撑元件101、102和界面元件142。这里，基座141、支撑元件101、102和界面元件142一体形成。图4是扫描模块100的透视图。
图4的示例基本上对应于图3的示例。在图4的示例中，基座141包括中心区域145和布置在中心区域145的不同侧的两个边缘区域146。支撑元件101、102连接到中心区域145。中心区域145和边缘区域146都是一体形成。
在图3的示例中，边缘区域146具有比中心区域145显著小的厚度。例如，边缘区域146的厚度可以不大于30％的中心区域145厚度。由于边缘区域146的厚度减小，可以实现它们具有比中心区域145更大的形状诱导弹性。通常，也可以采取其他方法，以实现边缘区域146具有比中心区域145更大的形状诱导弹性。例如，可以提供凹槽或沟槽，其提供弹性。
边缘区域146可用于建立与压电致动器的连接。中心区域145在此建立了与支撑元件101、102的连接。
图5A示出了关于激光扫描仪99的方面。激光扫描仪99包括扫描模块100，该扫描模块100例如可以根据本文描述的各种其他示例来配置(然而，在图5A中，仅具有单个支撑元件101的扫描模块100被表示为示例)。
图5A示出了关于压电致动器310、320的特定方面。在各种示例中，压电弯曲致动器310、320可以用于激励支撑元件101。
例如，通常，可以使用第一和第二压电弯曲致动器。第一压电弯曲致动器和/或第二压电弯曲致动器可以是板形设计。通常，压电弯曲致动器的厚度可以在例如200微米-1毫米的范围内，可选地在300微米-700微米的范围内。例如，第一压电弯曲致动器和/或第二压电弯曲致动器可以具有包括多种压电材料的交替布置的层结构。所述压电弯曲致动器可以具有不同强度的压电效应。由此，可以产生弯曲，类似于温度变化期间双金属片的弯曲。例如，第一压电弯曲致动器和/或第二压电弯曲致动器可能被固定在固定位置：与固定位置相对的一端此时可以由于第一压电弯曲致动器和/或第二压电弯曲致动器的弯曲或弯曲而移动。
通过使用压电弯曲致动器，可以实现特别有效的和强的激励。压电弯曲致动器实际上可以移动基座141，并且特别是——为了激励至少一个支撑元件的扭转模式——倾斜所述基座。此外，可以实现激励装置的高度集成。这意味着必要的安装空间尺寸可以特别小。
特别是，在图5A的示例中，压电致动器310、320被设计为压电弯曲致动器。这意味着向压电弯曲致动器310、320的电触点施加张力会导致压电弯曲致动器310、320沿着纵轴319、329弯曲或弯折。为此，压电弯曲致动器310、320具有层状结构(在图5A中未示出，并且指向与附图平面垂直)。以这种方式，压电弯曲致动器310、320的端部315、325相对于固定位置311、321垂直于相应的纵轴319、329偏转(在图5A的示例中，偏转方向垂直于附图平面)。由弯曲导致的压电弯曲致动器310、320的偏转399在图6A中示出。
图6A是压电弯曲致动器310，320的侧视图。图6A示出了处于静止位置的压电弯曲致动器310、320，例如，没有驱动信号或张力/曲率。
再次参照图5A：例如，311、321中的固定位置可以在压电弯曲致动器310、320和激光扫描仪99的外壳(图5A中未示出)之间建立刚性连接。
基座141可以具有纵轴319、329的纵向延伸，其在沿着纵轴319、329的压电弯曲致动器310、320的2-20％的长度的范围内，可选地在5-15％的范围内。由此，可以实现足够强的激励；基座141仅相对微弱地抑制压电弯曲致动器310、320的运动。
在图5A的示例中，压电弯曲致动器310、320基本上彼此平行布置。纵轴319、329相对于彼此的倾斜也是可能的，特别是，只要倾斜发生在一个平面内。
从图5A的示例可以看出，压电弯曲致动器310、320与支撑元件101的连接是通过基座141的边缘区域146实现的。由于这些边缘区域146具有弹性，弯曲399可以被吸收并导致基座141的偏转。由此，界面元件101的一个或多个运动自由度可以通过基座141以耦合方式被激励。由此，实现了特别有效和节省空间的激励。
在图5A的示例中，压电弯曲致动器310、320远离界面元件142延伸。然而，压电弯曲致动器310、320也可能朝向界面元件142延伸其长度的至少50％。由此，可以实现特别紧凑的布置。这在图5B中示出。
图5B示出了关于激光扫描仪99的方面。激光扫描仪99包括扫描模块100，该扫描模块100可以例如根据本文描述的各种其他示例来配置(然而，在图5B中，示出了仅具有单个支撑元件101的扫描模块100)。
这里图5B的示例基本上对应于图5A的示例。然而，这里压电弯曲致动器310、320朝向界面元件142或者朝向至少一个支撑元件101的自由可移动端延伸。由此，可以实现光扫描仪99的特别紧凑的结构。
图5A、5B、6A和图4的比较得出，在通过边缘区域146激励的情况下，发生多个支撑元件101、102的耦合激励。例如，可以实现，压电弯曲致动器通过穿过基座141的力通量，一起激励所有支撑元件101,102。相应地，这可以通过借助磁场线圈的共同磁场，将力通量施加到连接到所有支撑元件101、102的磁性材料来实现。这种耦合激励技术具有能够实现节能和节省空间的激励的优点。此外，由于耦合，可以防止不同的致动器必须以相位相干来操作，这简化了实施。由于耦合激励，特别是可以激励耦合扭转模式和/或耦合横向模式。
致动器可以被配置为直接力作用，以激励运动自由度，即，使用参数激励——例如，在具有静电叉指结构(electrostatic interdigital finger structures)的参考实施方式中的情况——可以避免。
尽管在图5A、5B和6A的示例中，纵轴319、329的指向平行于支撑元件101的纵轴，但是在其他示例中，压电弯曲致动器的纵轴319、329也可以布置为垂直于支撑元件101的纵轴。这在图6B中示出。通常，纵轴319、329可以与至少一个支撑元件的纵轴成90°±20°的角度，可选地为90°±5°，还可选地为90°±1°。
图7示出了关于激光扫描仪99的方面。激光扫描仪99包括控制单元4001，该控制单元4001可以实现为例如微处理器或专用集成电路(ASIC)。控制单元4001也可以实现为现场可编程阵列(FPGA)。控制单元4001被配置为向驱动器4002输出控制信号。例如，控制信号可以数字或模拟形式输出。
驱动器4002又被配置为产生一个或多个电压信号，并在压电致动器310、320的相应电触点处输出该电压信号。电压信号的典型幅度在50V至250V的范围内。
压电致动器310、320又耦合到扫描模块100，例如，如以上参照图5和6所述。由此，可以激励扫描模块100的一个或多个运动自由度，特别是，扫描模块100的一个或多个支撑元件101、102的运动自由度。由此，镜面151被偏转。由此，可以用光180扫描激光扫描仪99的周围区域。
图8示出了关于信号形式800的方面，信号形式800可用于控制根据本文描述的各种示例的压电致动器310、320。例如，信号形式800可以由驱动器4002输出。图8特别示出了以时间为函数的信号形式800的幅度。
在图8的示例中，示出信号贡献811(实线)，用于控制压电弯曲致动器310。另外，在图8的示例中，示出信号贡献821(虚线)，其用于控制压电弯曲致动器320。从图8的示例中可以看出，信号贡献811、821被配置为异相。在图8的示例中，这意味着信号贡献811、821具有相同的频率以及180°的相移。
由此，可以实现弯曲的压电弯曲致动器310向上弯曲或移动(向下弯曲或移动)，同时，压电弯曲致动器320向下弯曲或移动(向上弯曲或移动)。由此，可以依次实现基座141交替地向左和向右倾斜(相对于一个或多个支撑元件101、102的中心轴220)。因此，利用信号形式800的这种配置，可以实现支撑元件或支撑元件101、102的扭转模式的特别有效的激励。
图9示出了关于信号形式800的方面，信号形式800可用于控制根据本文描述的各种示例的压电弯曲致动器310、320。图9特别示出了以时间为函数的信号形式800的振幅的曲线图。
在图9的示例中，示出信号贡献812(实线)，其用于控制压电弯曲致动器310。另外，在图9的示例中，示出信号贡献822(虚线)，其用于控制压电弯曲致动器320。从图9的示例中可以看出，信号贡献812、822被配置成同相的。在图9的示例中，这意味着信号贡献812、822具有相同的频率以及0°的相移。在一些示例中，同相信号贡献812、822可能具有幅度调制
由于同相信号贡献812、822，可能实现压电弯曲致动器310向上弯曲或移动(向下弯曲或移动)，同时，压电弯曲致动器320向上弯曲或移动(向下弯曲或移动)。结果是，又可能实现基座141交替地上下移动(相对于中心轴220)。因此，利用信号形式800的这种配置，可以对支撑元件或支撑元件101、102的横向模式产生特别有效的激励。
在一些示例中，信号贡献811、821可能与812、822中的信号贡献在时间上叠加来施加。特别是，如果仅使用一个支撑元件，这是理想的。此时，可以获得至少一个支撑元件的扭转模式和横向模式的时间和空间叠加。由此可以实现扫描二维扫描区域，其中光在单个镜面处偏转。这可以实现激光扫描仪99的特别节省空间的集成。
在其他示例中，也可能的是应用异相信号贡献811、821或者同相信号贡献812、822。如果使用不止一个支撑元件，这可能是特别理想的。此时，可以激励至少一个支撑元件的扭转模式或横向模式。由此，通过镜面的偏转，可以扫描一维扫描区域。然而，为了扫描二维扫描区域，例如，两个激光扫描仪可以顺序地偏转光；这里，两个激光扫描仪可以同步操作。
然而，以下主要参考使用至少一个支撑元件的不同运动自由度的时间或//和//空间叠加来扫描二维扫描区域的场景。
信号贡献811、812、821、822的典型频率，例如在50赫兹到1.5千赫兹的范围内，可选地在200赫兹到1千赫兹的范围内，进一步可选地在500赫兹到700赫兹的范围内。以这种方式，可以实现适当的扫描频率。
在图8和图9的示例中，示出了对于压电弯曲致动器310、320的激励，异相信号贡献811、821具有与同相信号贡献812、822大致相同的频率的场景。通常，异相信号贡献811、821可能具有第一频率，其在同相信号贡献812、822的第二频率的95-105％范围内。通过信号形式800的频率的这种实现方式，可以实现至少一个支撑元件101、102的不同运动自由度的特别有效的叠加图。
特别是，可以实现高刷新率，而扫描区域的某些区域不被叠加图中的节点多次扫描。特别是，信号形式800的频率的这种实现方式可以利用如下的事实，频率空间中的至少一个支撑元件101、102的不同激励运动自由度存在退化。例如，至少一个支撑元件101、102的扭转模式的频率和至少一个支撑元件101、102的横向模式的频率的退化，可能通过以下参数中的一个或多个的适当配置来实现：至少一个支撑元件101、102的长度211；至少一个支撑元件101、102的惯性矩和/或附接到至少一个支撑元件101、102的配重，以及界面元件142和/或反射镜150的惯性矩。
然而，在其他示例中，异相信号贡献811,821可能具有除了同相信号贡献812,822的第二频率之外的第一频率。例如，异相信号贡献811、821的第一频率可以在同相信号成分812、822的第二频率的45-55％的范围内，即，大约第二频率的一半。在其他示例中，第一频率也可以是第二频率的两倍，并且取完全不同的值。通过如此消除由异相信号贡献811、821和同相信号贡献812、822激励的至少一个支撑元件101、102的不同运动自由度之间的退化，可以避免相应运动自由度之间的非线性相互作用。例如，可以避免由横向模式和/或扭转模式形成参量振荡器。由此，可以实现对至少一个支撑元件101、102的特别定向的激励。
由于同相信号贡献811、821与异相信号贡献812、822的叠加，可以实现压电弯曲致动器810上的信号形式800相对于压电弯曲致动器820上的信号形式800具有一定的相移。该相移可以变化，例如，作为同相信号贡献811、821和异相信号贡献812、822相对于彼此的相对幅度的函数。换句话说，实际信号形式800可以被分解成同相信号贡献811、821和异相信号贡献812、822。在一些示例中，用于生成信号形式800的驱动器已经可以产生同相信号贡献811、821与异相信号贡献812、822的叠加。
图10示出了关于信号形式800的方面，可用于控制根据本文描述的各种示例的压电弯曲致动器310、320。图10特别示出了以时间为函数的信号形式800的振幅的曲线图。
图10的示例基本上对应于图8的示例。然而，在图10的示例中，信号贡献811、821具有各自的DC部801。在一些示例中，也可能是只有信号贡献811、821中的一个具有DC部分801(图10中的水平虚线)。在一些示例中，也可能是两个信号贡献811、821具有不同大小的DC部分801，例如，在幅度和/或符号方面。
由于提供了DC部分801，可以实现至少一个支撑元件101、102的偏置——即，至少一个支撑元件101、102的DC偏转。因此，例如，可以补偿或考虑至少一个支撑元件的偏移和/或对应扫描仪视场的规格。
图11示出了关于信号形式800的方面，可用于控制根据本文描述的各种示例的压电弯曲致动器310、320。图11特别示出了以时间为函数的信号形式200的幅度。
图11的示例基本上对应于图9的示例。然而，在图11的示例中，信号贡献812、822具有各自的DC部分801。通常，可能只有信号贡献812、822中的某一些具有DC部分801。不同的信号贡献也可以具有不同的DC部分。
图12示出了关于信号贡献812、822的幅度调制的方面。特别是，图12示出了以时间为函数的信号贡献812、822的幅度。
在图12的示例中，表示了扫描叠加图形所需的持续时间860。这意味着，持续时间860可以对应于激光扫描仪99的刷新率
从图12可以看出，在持续时间860期间，同相信号成分812、822的幅度以时间为函数单调且连续地增加。然而，振幅也可以梯度增加。振幅也可以单调减小。
图12还示出了关于信号贡献811、821的幅度调制的方面。从图12可以看出，异相信号贡献811、821的幅度没有变化。
通过这种技术，可以实现特别有效的激光扫描。特别是，可以获得没有节点或者至少仅有很少节点的叠加图。借此，可以以高刷新率扫描大的扫描区域。
已经观察到，如果选择无跳跃的连续幅度调制，那么可以获得特别好的结果。特别是，在正弦或余弦形状的幅度调制的情况下，可以获得特别好的结果。此时特别是，特别令人满意地抑制了非线性效应。获得了特别明确定义的叠加图。
图13示出了关于叠加图900的方面。图13特别示出了关于由叠加图900定义的扫描区域915(图13中的虚线)的方面。图13在此示出了扫描角度901，其可以通过至少一个支撑元件101、102的第一运动自由度501来实现。图13还示出了扫描角度902，其可以通过至少一个支撑元件101、102的第二运动自由度502来实现(例如，扫描角度也在图1中示出)。
例如，第一运动自由度501可能对应于至少一个支撑元件101、102的横向模式。此时，横向模式501可能由同相信号贡献812、822激励。相应地，运动自由度902可能对应于至少一个支撑元件101、102的扭转模式。此时，扭转模式502可能由异相信号贡献811、821激励。
如果横向模式501和扭转模式902具有相同的频率，则获得根据图13的示例的叠加图900。另外，如果在持续时间860期间，横向模式501的幅度通过同相信号贡献812、822(比较图12)的幅度调制而增加，则获得根据图13的示例的叠加图900。由此，实际上实现了获得“睁开眼睛”("opening eye")形式的叠加图900，即，随着横向模式501的幅度增加，获得了更大的扫描角度901(由图13中的垂直虚线箭头表示)。由此，可以获得扫描线(图13中的水平虚线箭头)，通过该扫描线可以扫描激光扫描仪99的周围。通过光脉冲的重复发射，可以获得不同的图像点951。避免了具有多个节点的叠加图形，从而可以实现特别高的刷新率。另外，避免了不扫描节点之间的某些区域。
图14示出了关于运动自由度501、502的谐振曲线1301、1302的方面，例如，其可以实现根据图13的示例的叠加图900。图14在此示出了相应运动自由度501、502的激励幅度。如果二维扫描需要至少一个支撑元件101、102的不同运动自由度501、502的时间和空间叠加，则根据图14示例的谐振谱可能是特别所期望的。
横向模式501的谐振曲线1301具有最大值1311(实线)。在图14中，还表示了扭转模式502的谐振曲线1302(虚线)。谐振曲线1302具有最大值1312。
扭转模式502的最大值1312处于比横向模式的最大值1311更低的频率，例如，其可以是最低阶的横向模式501。扭转模式502因此可以形成系统的基本模式。由此，可以实现扫描模块对于诸如振动等外部干扰影响特别鲁棒。即，因为这种外部激励通常特别有效地激励横向模式501，而另一方面，不会特别有效地激励扭转模式502。
例如，谐振曲线1301、1302可以是洛伦兹形式(Lorentzian form)。如果相应的运动自由度501、502可以由谐振子来描述，则情况就是这样。
最大值1311、1312在频率方面相对于彼此偏移。例如，最大值1311、1312之间的频率间隔可以在5Hz至20Hz的范围内。
在图14中，还示出了谐振曲线1301、1302的半高宽1321、1322(the full widthsat half maximum)。典型地，半高宽由相应的运动自由度501、502的阻尼来限定。在图14的示例中，半高宽1321、1322是相同的；然而，通常，半高宽1321、1322可以彼此不同。在一些示例中，可以使用不同的技术来增加半高宽1321、1322。例如，可以提供相应的粘合剂，其中某些位置布置在例如压电弯曲致动器310、320和基座141之间。
在图14的示例中，谐振曲线1301、1302具有重叠区域1330(用阴影表示)。这意味着横向模式501和扭转模式502退化。在重叠区域1330中，谐振曲线1301和谐振曲线1302都具有显著的振幅。例如，重叠区域中的谐振曲线1301、1302的振幅在每种情况下可能不小于相应最大值1311、1312处的10％相应振幅的，可选地在每种情况下不小于5％，进一步可选地在每种情况下不小于1％。借助于重叠区域1330，可以实现两个运动自由度501、502可以以耦合方式被激励，即在每种情况下以频率1399的半谐振方式被激励。频率1399在两个最大值1311、1312之间。由此，可以实现时间和空间的叠加。然而，另一方面，通过两个运动自由度501、502之间的耦合可以抑制或避免非线性效应。
图15示出了关于运动自由度501、502的谐振曲线1301、1302的方面。在图15的示例中，两个运动自由度501、502没有重叠区域。这里存在一已经消除的退化。因此，当使用激励频率1399时，仅激励扭转模式502。如果扫描模块仅实现一维扫描，这可能是所期望的。特别是当使用一个以上的支撑元件时，这可能是所期望的
例如，运动自由度502可以对应于扭转模式。扭转模式502可以形成运动学系统的基本模式，即，可能不存在具有较小固有频率的附加运动自由度。
由于对最大值1312侧面的半谐振激励，可以防止非线性效应。
为了调节或偏移谐振曲线1301、1302，可以提供一个或多个平衡配重，例如，平衡配重可以与至少一个支撑元件101、102一体形成。图16中示出了相应的示例。
图16的示例基本上对应于图1的示例。然而，在图16的示例中，平衡配重1371、1372设置在支撑元件101、102上。平衡配重1371、1372与支撑元件101、102一体形成。由于平衡配重1371、1372，扭转模式502的频率可以改变。平衡配重1371、1372对应于杆状支撑元件101、102的横截面的局部放大。
图17示出了关于激光扫描仪99的方面。在图17的示例中，示出了扫描模块100，其包括第一对支撑元件101-1、102-1和第二对支撑元件102-1、102-2。第一对支撑元件101-1、102-1布置在一个平面中；第二对支撑元件101-1、102-2也布置在一个平面中。这些平面彼此平行布置，并且相对于彼此偏移。
每对支撑元件在此与相应的基座141-1、141-2和相应的界面元件142-1、142-2相关联。两个界面元件142-1、142-2在此建立了与反射镜150的连接。以这种方式，可以实现提供特别稳定的扫描模块100，其具有大量支撑元件。特别地，扫描模块100可以包括布置在不同平面中的支撑元件。这可以实现特别高的鲁棒性。
从图17中还可以看出，基座141-1没有与基座141-2一体形成。另外，界面元件142-1没有与界面元件142-2一体形成。支撑元件101-1、102-1的设计不是为了与支撑元件102-1、102-2形成单个整体。特别是，上述不同部分可能从晶片的不同区域制成，随后例如通过胶粘或阳极键合彼此连接。连接技术的其他例子包括：熔融键合、熔融或直接键合、共晶键合、热压键合和粘合剂键合。图17中标记了相应的连接表面160。通过这种技术，可以实现扫描模块100可以特别简单地制造。特别是，不必以单件的形式或从晶片整体生产完整的扫描模块100。相反，扫描模块100可以在两步生产过程中产生。然而，与此同时，这不会显著降低鲁棒性；由于大面积连接表面160，可以在基座141-1和基座141-2之间以及分别在界面元件142-1和界面元件142-2之间产生特别稳定的连接。
在图17的示例中，基座141-1直接连接到基座141-2；另外，界面元件142-1直接连接到界面元件142-2。这可以通过与支撑元件101-1、101-2、102-1、102-2(比较图3)相比较的厚度变化来实现。在其他示例中，基座141-1、基座141-2、界面元件142-1、界面元件142-2和支撑元件101-1、101-2、102-1、102-2都可以具有相同的厚度；此时，可以发生经由隔离物的连接(图17中未示出)。
在图17的场景中，可以通过在对称平面(连接表面160也位于该对称平面中)处镜像，将基座141-1、支撑元件101-1、102-1和界面元件142-1复制(reproduce)到基座141-2、支撑元件102-1、102-2和界面元件142-2上。由此，可以实现高度对称的结构。特别是，可以实现旋转对称结构。旋转对称可以具有n＝4的阶；即等于所使用的支撑元件101-1、101-2、102-1、102-2的数量。相对于中心轴220的这种对称结构在激励扭转模式502方面尤其具有优势。可以避免非线性。
图18示出了关于扭转模式502的方面。图18示意性地示出了根据图17的示例的扫描模块100的扭转模式502的偏转(在图18中，偏转状态用实线表示，静止状态用虚线表示)。
在图18中，示出了扭转模式502的旋转轴220。旋转轴220位于对称平面221中，该对称平面221将基座141-1复制到基座141-2上，或者将支撑元件101-1、101-2复制到支撑元件102-1、102-2上。
多个支撑元件101-1、101-2、102-1、102-2由此(I)沿着中心轴220以及(II)在每种情况下分别沿着其纵轴彼此扭转(twisted)。因此，扭转模式502也可以被称为支撑元件101-1、101-2、102-1、102-2的耦合扭转模式502。这是通过支撑元件101-1、101-2、102-1、102-2相对于彼此的几何布置来促进，即，特别是通过支撑元件101-1、101-2、102-1、102-2相对于彼此的平行布置，也就是说，与其长度相比，支撑元件101-1、101-2、102-1、102-2之间具有特别小的距离。这种耦合扭转模式502可以被称为支撑元件101-1、101-2、102-1、102-2的平行运动学(parallel kinematics)。
在图18的示例中，支撑元件101-1、102-1、101-2、102-2相对于中心轴220旋转对称地布置。特别是，存在四重旋转对称。旋转对称的存在意味着，例如，支撑元件101-1、102-1、101-2、102-2的系统可以通过旋转与其自身重叠。旋转对称的阶表示每360°旋转角度，支撑元件101-1、102-1、101-2、102-2的系统可以与其自身重叠的次数。通常，旋转对称可以是n重的，其中n表示所使用的支撑元件的数量。
由于高阶旋转对称布置，可以实现以下效果:在扭转模式502的激励的情况下，可以减小或抑制非线性。这种可能性可以通过以下的示例来示出：例如，支撑元件101-1、102-1、101-2、102-2可以以这样的方式布置，使得纵轴和中心轴220都位于一个平面中。旋转对称性此时将是二重(而不是图18的示例中的四重)。在这种情况下，由于不同的惯性矩，正交横向模式501(垂直于中心轴220的不同方向)具有不同的频率。因此，例如，低频横向模式的方向与当扭转模式502被激励时的旋转一起旋转。由此，形成了参量振荡器，因为固有频率随着作为旋转角度的函数或者因此作为时间的函数而变化。参量振荡器不同状态之间的能量传递会产生非线性。因为使用高阶旋转对称，所以可以防止参量振荡器的形成。优选地，支撑元件以这样的方式布置成使得固有频率不依赖于扭转角。
通过避免支撑元件101-1、102-1、101-2、102-2的扭转模式的激励中的非线性，可以通过扭转模式502实现特别大的光扫描角度。
支撑元件101-1、102-1、101-2、102-2沿着中心轴220彼此的扭转，以及支撑元件101-1、102-1、101-2、102-2沿着它们的纵轴的扭转，随着到基部141的距离增加而增加，并且它们也随着扭转角增加而增加。例如，如果扭转模式502的扭转角大于支撑元件101-1、102-1、101-2、102-2之间的角距离(在图18的示例中是90°，因为四重旋转对称)，则存在支撑元件101-1、102-1、101-2、102-2彼此纵向重叠的完全扭转。通常，扭转模式502的扭转角因此可以大于360°/n，其中n描述旋转对称的阶。由此，促进了支撑元件101-1、102-1、101-2、102-2相互扭转。这种平行运动学允许大的扫描角度，同时具有微小的非线性效应，特别是低空间要求。
图19示出了关于扫描模块100的方面。在图19的示例中，扫描模块100包括具有可选平衡配重1371的单个支撑元件101。因此，当横向模式501被激励时，镜面151发生倾斜。这在图20中表示出。在图20中，特别是，表示了最低阶的横向模式501。在其他示例中，也可能使用高阶横向模式来扫描光180，其中支撑元件101在沿着支撑元件101的长度211的特定位置处的偏转将等于零(所谓的偏转节点或凸起)。
图21示出了关于扫描模块100的方面。在图21的示例中，扫描模块100包括一对支撑元件101、102。支撑元件布置在一个平面中(图21中的平面)。当横向模式502在该平面中被偏转激励时，镜面151倾斜不会发生。由此，光180的偏转不受横向模式502的激励的影响。这在图22中表示。由此，可以实现关于振动的系统固有的稳定性。例如，当使用两个以上不都位于同一平面的支撑元件时，可以实现特别强的稳定性。这将是例如根据图17的示例的扫描模块100的情况。
图23示出了关于扫描模块100的方面。在图23的示例中，压电致动器310、320例如通过气相沉积工艺直接施加到支撑元件101、102上。由此，可以实现运动自由度501、502的激励不会经由基座141发生；相反，它直接发生在支撑元件101、102的区域中。这可以实现特别有效和节省空间的激励。
作为激励的替代或补充，相应的压电层也可以用于检测支撑元件的弯曲。由此，可以特别精确地确定偏转角度901、902。例如，多个压电层可以附着在支撑元件101、102的不同侧上，以便检测弯曲的不同方向。
图24是扫描模块的制造方法的示例的流程图。例如，通过根据图24的方法，可以制造根据本文描述的不同示例的扫描模块100。
首先，在步骤5001中，在晶片上——例如硅晶片或SOI晶片——通过光刻定义蚀刻掩模。例如，晶片可以具有500微米的厚度。
然后，在步骤5002中，蚀刻晶片。这里，蚀刻可以例如从晶片的正面和/或背面进行。以这种方式，扫描模块或扫描模块的部分(蚀刻结构)以单件和独立结构的形式获得。
在步骤5002中，蚀刻可以从晶片的一侧或多侧进行。例如，首先，例如利用SOI蚀刻阻挡(etching stop)，可以进行正面蚀刻。然后，可以进行背面蚀刻，例如以便在基座的边缘区域中限定凹槽。由此，边缘区域可以获得高的形状诱导弹性。
可选地，随后多个蚀刻结构可以通过胶粘或阳极键合彼此连接(比较图17和图25)。由此，扫描模块——如果在步骤5002中仅制造部件——可以完成。例如，在连接蚀刻结构以获得扫描模块之前，可以对要连接的蚀刻结构进行释放，为此目的，可以切割或锯切晶片。
在步骤5003中，镜面被紧固到扫描模块100。镜面然后可以与未蚀刻的晶片表面围成一个角度，例如，在-60°到+60°的范围内，可选地为45°或0°。例如，镜面可以与未蚀刻的晶片表面成45°±15°的角度。
在简单的情况下，镜面的紧固可以包括在扫描模块100或界面元件142的相应表面上沉积铝或金。在其他示例中，例如，通过粘合剂，反射镜150可以被胶粘在界面元件142上。反射镜150也可以由半导体材料或玻璃制成。为固定反射镜150，阳极键合也是可能的。连接技术的其他例子包括熔融键合、熔融或直接键合、共晶键合、热压键合和粘合剂键合。因此，通常，反射镜150可以固定在扫描模块100上。
在步骤5004中，原则上是可选步骤，致动器可以紧固在扫描模块100上。在一个简单的示例中，这可以包括在支撑元件101、102上沉积压电材料(比较图23)。在其他示例中，例如，压电弯曲致动器也可以紧固在基座141上。
图25示出了关于扫描模块100制造的方面。特别是，图25示出了关于多个蚀刻结构411、412的连接的方面。
在图25中，表示通过晶片处理获得两个相同蚀刻的结构411、412。每个蚀刻结构在每种情况下形成相应的基座141-1、141-2、相应的界面元件142-1、142-2以及支撑元件101-1、102-1和101-2、102-2。
在图25的示例中，基座141-1、界面元件142-1和支撑元件101-1、102-1都具有相同的厚度1998、1999(与图3的方案相反)。在图25的示例中，基座141-2、界面元件142-2和支撑元件101-2、102-2都具有相同的厚度1998、1999(与图3的方案相反)。
两个蚀刻结构411、412彼此连接，例如通过键合、胶粘，例如用环氧粘合剂或聚甲基丙烯酸甲酯等。这在图25中由虚线箭头示出。
在图25的方案中，蚀刻的结构不直接彼此连接。相反，使用间隔部401、402。所述间隔部不与蚀刻结构411、412一体形成。详细地，蚀刻结构411的基座141-1通过布置在其间的基座间隔部401连接到蚀刻结构412的基座141-2。此外，蚀刻结构411的界面元件142-1经由界面间隔部402连接到蚀刻结构412的界面元件142-2。对于每个间隔部401、402，因此存在两个连接表面——例如，在该连接表面上，使用粘合剂等——每个连接表面与两个结构411、412中的一个相关联
图25中还示出了对称平面，该对称平面通过镜像将两个结构411、412结合在一起，从而特别是，将支撑元件101-1、102-2复制到支撑元件101-2、102-2。通过间隔部401、402厚度的适当尺寸，又可以实现具有四重旋转对称的布置(比较图18)。
间隔部401、402也可以通过晶片的光刻处理获得。间隔部401、402也可以由例如硅制成。在图25的示例中，间隔部401、402是具有低形状诱导弹性的大部件。这导致形成扫描模块100的两个结构411、412的强耦合。
通过使用间隔部401、402，特别是，支撑元件101-1、102-1和101-2、102-2之间的距离，可以以灵活的方式调节。另外，可以使蚀刻结构不必具有任何边缘厚度变化——即，基座141-1、141-2、界面元件142-1、142-2和支撑元件101-1、101-2、102-1、102-2都可以具有相同的厚度1998、1999。这使得晶片的处理特别简单且不易出错。另外，该材料没有应力。例如，可以省去SOI晶片，因为不需要多个蚀刻阻挡。这可以降低工艺成本。
边缘区域146的形状诱导弹性通过边缘区域146的几何形状而成为可能：在图25的示例中，基座141-1、141-2的边缘区域146被设计成U形。中心区域145和边缘区域146具有相同的厚度1998。为了促进基座141-1、141-2的倾斜以激励扭转模式502，基座141-1、141-2的边缘区域146具有增加的形状诱导弹性。在图25的示例中，这也是通过布置在边缘区域146中面对中心区域145的位置处的凹槽来实现(在图25中用虚线绘制的圆圈突出显示)。结合图25描述相应的细节。
图26示出了关于扫描模块100的方面。图26是沿着图25的线A-A’的剖视图。图26特别示出了关于基座141-1、141-2的边缘区域146的形状诱导弹性的方面。
在图26的示例中，基座141-1、142-2包括中心区域145和边缘区域146(也比较图4)。这里，边缘区域146在每种情况下都具有凹槽149或凹槽/凹口/锥形。该凹槽149在每种情况下都沿着轴线148布置，该轴线148分别垂直于支撑元件的纵轴111、112(垂直于图26的平面)布置。
凹槽149在此布置在基座141-1、141-2面向中心区域145的一侧上。凹槽149可以被布置成邻接中心区域145。由此，基座141-1、141-2会发生对于倾斜轴的倾斜，该倾斜轴平行于支撑元件的纵轴111、112布置(垂直于图26的平面)(图26中的倾斜由虚线箭头表示)。这种倾斜可以通过设置在边缘区域146处的压电弯曲致动器来实现——例如，在离凹槽149相距一定距离处(也比较图5A、5B、6A、6B)。
凹槽可以通过相应晶片的背面结构化(back-structuring)产生，其中支撑元件可以通过正面结构化(front-structuring)产生。由此，在晶片材料的机械烧蚀期间，在正面结构化之后，背面结构化之前，在凹槽区域中，可以防止材料破裂或材料过度应力的发生。
当然，上述本发明的实施例的特征和各个方面可以彼此组合。具体地，在不脱离本发明的范围的情况下，这些特征不仅可以在描述的组合中使用，而且可以用于其他组合或单独使用。
例如，上文参照具有一定数量的支撑元件的扫描模块描述了各种技术。然而，各种技术也可以用于扫描具有不同数量支撑元件的扫描模块。
虽然，例如，上文关于激光扫描仪描述了各种技术，但是通常也可以扫描除激光以外的光。
已经描述了关于横向模式和扭转模式的时间和空间叠加的各种示例。在其他示例中，还可能在时间和空间上叠加其他运动自由度，例如，不同取向的横向模式和/或不同阶的横向模式。通常，也不必发生不同运动自由度的时间和空间叠加。例如，在不同的场景中，可能消除不同模式之间的退化，并且以有针对性的方式激励单个模式。
例如，德国专利申请DE 10 2016 010 448.1中已经讨论了基于光纤的扫描仪的空间和时间叠加技术。相应的公开内容——例如，涉及叠加图和激励的振幅调制——在此通过引用包括在内。相应的技术也可以用于单片MEMS扫描仪。
例如，德国专利申请DE 10 2016 013 227.2中已经描述了用于抑制镜面倾斜的技术。相应的公开内容——例如，涉及多根纤维的旋转对称布置——在此通过引用包括在内。相应的技术也可以用于
MEMS扫描仪。
此外，已经结合压电驱动器描述了上述示例。然而，本文描述的技术也可以用于其他驱动形式，例如磁驱动或静电驱动。

Claims (31)

1.一种用于光扫描仪(99)的扫描模块(100)，包括:
基座(141，141-1，141-2)，
界面元件(142，142-1，142-2)，其被配置成用于固定镜面(151)，以及
至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)，其被设计成弹性的，在所述基座(141，141-1，141-2)和所述界面元件(142，142-1，142-2)之间垂直于所述镜面延伸，并且具有不小于0.7毫米的延伸量，
其中所述基座(141，141-1，141-2)、所述界面元件(142，142-1，142-2)和所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)一体形成。
2.根据权利要求1所述的扫描模块(100)，
其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)被设计成沿着纵轴(111，112)呈杆状，所述纵轴具有垂直于所述镜面(151)的分量，
其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)的长度(211)不小于2mm，可选地不小于4mm，进一步的，可选地不小于6mm。
3.根据权利要求1或2所述的扫描模块(100)，
其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)的纵轴(111，112)与镜面(151)的表面法线(159)围成一个角(159)，所述角在-60°至+60°的范围内，可选地在-45°±15°的范围内，或+45°±15°的范围内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，
其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)包括至少两个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)，其中在每种情况下，所述至少两个支撑元件的纵轴(111，112)成对地彼此围成角度，该角度不大于45°，可选地不大于10°，进一步的，可选地不大于1°。
5.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，
其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)包括布置在平面中的至少两个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，还包括:
附加基座(141，141-1，141-2)，其连接到所述基座(141，141-1，141-2)，并且不与其一体形成，
附加界面元件(142，142-1，142-2)，其连接到所述界面元件(142，142-1，142-2)，不与其一体形成，并且被配置成用于固定所述镜面(151)，以及
至少一个被设计成弹性的附加支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)，其在所述附加基座(141，141-1，141-2)和所述附加界面元件(142，142-1，142-2)之间延伸。
7.根据权利要求6所述的扫描模块(100)，
其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)可以通过在所述至少一个附加支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)上的对称平面上的反射被复制。
8.根据权利要求6或7所述的扫描模块(100)，
其中所述基座(141，141-1，141-2)通过基座间隔部(401)连接到所述附加基座(141，141-1，141-2)，和/或
其中所述至少一个界面元件(142，142-1，142-2)经由所述界面间隔件部(402)连接到所述至少一个附加界面元件(142，142-1，142-2)。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的扫描模块(100)，
其中所述至少一个支撑元件包括两个支撑元件(101-1，101-2)，其中所述至少一个附加支撑元件包括两个附加支撑元件(102-1，102-2)，
其中所述两个支撑元件和两个附加支撑元件相对于中心轴线(220)以四重旋转对称布置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，
其中所述基座(141，141-1，141-2)包括中心区域(145)和边缘区域(146)，
其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)远离所述中心区域(145)延伸，并且
其中所述边缘区域(146)的形状诱导弹性大于所述中心区域(145)的形状诱导弹性。
11.根据权利要求10所述的扫描模块(100)，其中所述边缘区域(146)具有凹槽(149)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，还包括:
压电层(310，320)，其被施加到所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)，并且可选地被配置为激励所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)的扭转模式。
13.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，还包括:镜面(151)，其连接到所述界面元件(142，142-1，142-2)，并且不与其一体形成。
14.根据权利要求13所述的扫描模块(100)，还包括:
具有镜面(151)和与镜面相对的背面(152)的反射镜(150),
其中所述界面元件附接到所述反射镜(150)的所述背面(152)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，
其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)包括至少两个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)，其中所述至少两个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)的两个相邻支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)之间的距离在所述至少两个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102)中的至少一个的长度的2％-50％的范围内，可选地在10％-40％的范围内，进一步可选地，在12％-20％的范围内。
16.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，
其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)远离反射镜(150)的背面(152)延伸，所述背面与所述镜面(151)相对。
17.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，
其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)包括n个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)，
其中n大于或等于2，
其中n个支撑元件以n重旋转对称布置。
18.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，
其中所述基座、界面元件和至少一个支撑元件都具有垂直于所述至少一个支撑元件的纵轴(111，112)的相同厚度(1998，1999)。
19.根据权利要求1-17中任一项所述的扫描模块(100)，
其中垂直于所述基座和至少一个支撑元件的纵轴的所述界面元件具有比所述至少一个支撑元件的厚度(1999)更大的厚度(1998)。
20.一种光扫描仪(99)，包括:
-根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100),以及
-镜面(151)，以及
至少一个致动器(310，320),其被配置为激励所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)的扭转模式(502)或所述至少一个支撑元件的横向模式(501)。
21.根据权利要求20所述的光扫描仪，
其中所述至少一个致动器(310，320)被配置成通过倾斜基座(141，141-1，141-2)激励扭转模式(502)。
22.根据权利要求21所述的光扫描仪，
其中所述至少一个致动器(310，320)附接在基座的边缘区域(146)上。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的光扫描仪，
其中所述至少一个致动器(310，320)包括第一压电弯曲致动器和第二压电弯曲致动器，
其中所述基座在所述第一弯曲压电致动器和所述第二弯曲压电致动器之间延伸。
24.一种方法，包括:
通过在晶片上光刻的方式定义蚀刻掩模，
通过所述蚀刻掩模蚀刻所述晶片，以便获得形成扫描模块(100)的至少一个蚀刻结构(411，412)，以及
将具有镜面(151)的反射镜(150)固定在扫描模块(100)的至少一个界面元件(142，142-1，142-2)上。
25.根据权利要求24所述的方法，
其中反射镜的固定包括以下技术中的至少一种:胶粘、阳极键合、直接键合、共晶键合、热压键合、和粘合剂键合。
26.根据权利要求24或25所述的方法，进一步包括:
-在固定反射镜之前，连接形成扫描模块的所述多个蚀刻结构(411，412)。
27.根据权利要求26所述的方法，
其中所述多个蚀刻结构(411，412)中的每一个包括基座(141，141-1，141-2)、界面元件(142，142-1，142-2)和至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)，所述支撑元件在相应基座(141，141-1，141-2)和相应界面元件(141-2)之间延伸，
其中多个蚀刻结构(411，412)的连接发生在多个蚀刻结构(411，412)的基座(141，141-1，141-2)和界面元件(142，142-1，142-2)上。
28.根据权利要求26或27的方法，
其中所述多个蚀刻结构(411，412)的连接包括以下技术中的至少一种:胶粘、阳极键合、直接键合、共晶键合、热压键合、和粘合剂键合。
29.根据权利要求26-28中任一项所述的方法，
其中所述多个蚀刻结构(411，412)的连接经由间隔部(401，402)发生。
30.根据权利要求24-29中任一项所述的方法，
其中所述方法用于生产根据权利要求1-19中任一项所述的扫描模块(100)。
31.一种用于共振光扫描仪的扫描模块，包括:
反射镜(150)，其具有镜面(151)和与镜面相对的背面(152)，以及至少一个弹性支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)，其远离背面(152)延伸并且通过MEMS技术制造。
CN201780082641.8A 2016-11-23 2017-11-22 用于光扫描仪的mems扫描模块 Active CN110312944B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016014001.1A DE102016014001B4 (de) 2016-11-23 2016-11-23 MEMS Scanmodul für einen Lichtscanner mit mindestens zwei Stützelementen
DE102016014001.1 2016-11-23
PCT/DE2017/101007 WO2018095486A2 (de) 2016-11-23 2017-11-22 Mems scanmodul für einen lichtscanner

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110312944A true CN110312944A (zh) 2019-10-08
CN110312944B CN110312944B (zh) 2023-11-07

Family

ID=60569539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780082641.8A Active CN110312944B (zh) 2016-11-23 2017-11-22 用于光扫描仪的mems扫描模块

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11143858B2 (zh)
EP (1) EP3545332A2 (zh)
JP (1) JP6933401B2 (zh)
CN (1) CN110312944B (zh)
DE (1) DE102016014001B4 (zh)
WO (1) WO2018095486A2 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3435172B1 (fr) * 2017-07-28 2021-11-24 The Swatch Group Research and Development Ltd Procede de realisation d'un mecanisme de guidage flexible pour oscillateur mecanique d'horlogerie
DE102017118776B4 (de) * 2017-08-17 2020-11-12 Blickfeld GmbH Scaneinheit mit mindestens zwei Stützelementen und einem freistehenden Umlenkelement und Verfahren zum Scannen von Licht
DE102018102962A1 (de) * 2018-02-09 2019-08-14 Blickfeld GmbH Ausrichten eines resonanten Scansystems
DE102018112809A1 (de) * 2018-05-29 2019-12-05 Blickfeld GmbH Betätigung eines Scanspiegels mit einer elastischen Kopplung
DE102018113739A1 (de) 2018-06-08 2019-12-12 Blickfeld GmbH Koaxiales optisches System eines reibungsfreien Scansystems für Lichtdetektion und Abstandsmessung, LIDAR, Messungen
US11454932B2 (en) 2018-07-24 2022-09-27 The Swatch Group Research And Development Ltd Method for making a flexure bearing mechanism for a mechanical timepiece oscillator
EP3636588B1 (en) * 2018-09-26 2023-10-25 Murata Manufacturing Co., Ltd. Mems frequency-tuning springs
DE102018126522A1 (de) 2018-10-24 2020-04-30 Blickfeld GmbH Laufzeitbasierte Entfernungsmessung unter Verwendung von modulierten Pulsfolgen von Laserpulsen
US20230273426A1 (en) * 2020-07-15 2023-08-31 Koito Manufacturing Co., Ltd. Light reflecting device, sensor device, and lighting device
DE102021208125A1 (de) 2021-07-28 2023-02-02 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Ansteuerung einer piezoelektrischen Antriebseinheit

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4878721A (en) * 1987-02-17 1989-11-07 General Scanning, Inc. Resonant mechanical system
JPH07225347A (ja) * 1994-02-14 1995-08-22 S K S Kk レゾナントスキャナー
US5926307A (en) * 1996-12-19 1999-07-20 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Optical deflection device
US6115167A (en) * 1998-05-25 2000-09-05 Csem-Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique S.A. Optical actuator for directing an incident light beam onto a fixed surface external to the actuator
US20010036000A1 (en) * 2000-04-28 2001-11-01 Hideaki Nishikawa Vibration-resisting structure of optical scanner
JP2003005123A (ja) * 2001-06-25 2003-01-08 Nissan Motor Co Ltd 光スキャナ装置及び光スキャナ装置の駆動方法
US20040252356A1 (en) * 2003-06-11 2004-12-16 Heaton Mark W. Pivoting platform having a piezoelectric drive
US20110194098A1 (en) * 2010-02-10 2011-08-11 Sanyo Electric Co., Ltd. Beam irradiation device

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5280165A (en) * 1989-10-30 1994-01-18 Symbol Technolgoies, Inc. Scan pattern generators for bar code symbol readers
US5742377A (en) * 1994-04-12 1998-04-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University Cantilever for scanning probe microscope including piezoelectric element and method of using the same
JP3462684B2 (ja) * 1996-12-19 2003-11-05 ペンタックス株式会社 光学偏向装置
US5915063A (en) * 1997-01-15 1999-06-22 Colbourne; Paul Variable optical attenuator
US6498870B1 (en) * 1998-04-20 2002-12-24 Omm, Inc. Micromachined optomechanical switches
JP4724936B2 (ja) * 2000-04-28 2011-07-13 株式会社デンソー 光スキャナ及び２次元スキャンシステム
US6708491B1 (en) * 2000-09-12 2004-03-23 3M Innovative Properties Company Direct acting vertical thermal actuator
US6647164B1 (en) * 2000-10-31 2003-11-11 3M Innovative Properties Company Gimbaled micro-mirror positionable by thermal actuators
JP4724308B2 (ja) * 2001-04-17 2011-07-13 オリンパス株式会社 ガルバノミラー
US6632698B2 (en) * 2001-08-07 2003-10-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microelectromechanical device having a stiffened support beam, and methods of forming stiffened support beams in MEMS
DE10213671A1 (de) * 2002-03-27 2003-10-23 Karlsruhe Forschzent Aktor für einen optisch-mechanischen Scanner sowie Verfahren unter Verwendung des Aktors
CN1823290A (zh) * 2003-07-14 2006-08-23 皇家飞利浦电子股份有限公司 激光束扫描器
JP2005043407A (ja) * 2003-07-22 2005-02-17 Ricoh Co Ltd 波面収差補正ミラーおよび光ピックアップ
JP4461870B2 (ja) * 2004-03-26 2010-05-12 ブラザー工業株式会社 光走査装置およびそれを備えた画像形成装置
TWI239414B (en) * 2004-06-25 2005-09-11 Ind Tech Res Inst MEMS optical switch with self-assembly structure
US6985279B1 (en) * 2004-08-02 2006-01-10 Advanced Nano Systems, Inc. MEMS mirror with drive rotation amplification of mirror rotation angle
US7636101B2 (en) * 2005-02-09 2009-12-22 Microvision, Inc. MEMS scanner adapted to a laser printer
JP4574396B2 (ja) * 2005-03-02 2010-11-04 キヤノン株式会社 光偏向器
US7250705B2 (en) * 2005-09-16 2007-07-31 Texas Instruments Incorporated Resonant oscillating device actuator structure
US7474165B2 (en) * 2005-11-22 2009-01-06 Canon Kabushiki Kaisha Oscillating device, optical deflector and optical instrument using the same
WO2008072248A2 (en) * 2006-12-14 2008-06-19 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Tilting actuator with close-gap electrodes
JP2009122383A (ja) * 2007-11-14 2009-06-04 Canon Inc 揺動体装置の製造方法、該製造方法により製造された揺動体装置によって構成される光偏向器及び光学機器
DE102008004639A1 (de) * 2008-01-16 2009-07-23 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil
JP5239379B2 (ja) * 2008-02-18 2013-07-17 パナソニック株式会社 光学反射素子
US8222796B2 (en) * 2008-10-15 2012-07-17 International Business Machines Corporation Micro-electro-mechanical device with a piezoelectric actuator
JP5240953B2 (ja) * 2009-02-18 2013-07-17 独立行政法人産業技術総合研究所 光ビーム走査装置
JP2011039217A (ja) * 2009-08-10 2011-02-24 Seiko Epson Corp 光偏向器及び光偏向器の製造方法
WO2011135943A1 (ja) * 2010-04-28 2011-11-03 コニカミノルタホールディングス株式会社 光路補正装置、干渉計およびフーリエ変換分光分析装置
US8643937B2 (en) * 2010-11-16 2014-02-04 Imec Diffractive optical nano-electro-mechanical device with reduced driving voltage
FR2984010B1 (fr) * 2011-12-09 2014-01-03 St Microelectronics Rousset Dispositif capacitif integre ayant une valeur capacitive thermiquement variable
US9715107B2 (en) * 2012-03-22 2017-07-25 Apple Inc. Coupling schemes for gimbaled scanning mirror arrays
US10401865B1 (en) * 2013-03-06 2019-09-03 Waymo Llc Light steering device with an array of oscillating reflective slats
DE102013223937B4 (de) 2013-11-22 2022-01-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikrospiegelanordnung
FR3022691B1 (fr) * 2014-06-23 2016-07-01 Stmicroelectronics Rousset Dispositif capacitif commandable integre
US9869858B2 (en) * 2015-12-01 2018-01-16 Apple Inc. Electrical tuning of resonant scanning
DE112016006445B4 (de) * 2016-02-17 2022-09-22 Mitsubishi Electric Corporation Spiegelantriebsvorrichtung sowie Verfahren zur Steuerung und Herstellung einer Spiegelantriebsvorrichtung
DE102016010448B4 (de) 2016-08-30 2024-01-11 Blickfeld GmbH Faser-basierter Laser-Scanner
JP6724663B2 (ja) * 2016-09-01 2020-07-15 船井電機株式会社 スキャナミラー
DE102016011647A1 (de) * 2016-09-26 2018-03-29 Blickfeld GmbH Anregung von Fasern mit Biegepiezoaktuatoren
DE102016013227A1 (de) * 2016-11-07 2018-05-09 Blickfeld GmbH Faser-Scanner mit mindestens zwei Fasern
DE102017002866A1 (de) * 2017-03-24 2018-09-27 Blickfeld GmbH Scanner mit zwei sequentiellen Scaneinheiten
DE102017118776B4 (de) * 2017-08-17 2020-11-12 Blickfeld GmbH Scaneinheit mit mindestens zwei Stützelementen und einem freistehenden Umlenkelement und Verfahren zum Scannen von Licht
DE102018010451B4 (de) * 2018-05-22 2023-11-02 Infineon Technologies Ag MEMS-Bauelement mit Aufhängungsstruktur und Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelementes
IT201800008091A1 (it) * 2018-08-14 2020-02-14 St Microelectronics Srl Dispositivo micromeccanico dotato di una struttura orientabile tramite attuazione quasi-statica di tipo piezoelettrico e avente elementi di irrigidimento

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4878721A (en) * 1987-02-17 1989-11-07 General Scanning, Inc. Resonant mechanical system
JPH07225347A (ja) * 1994-02-14 1995-08-22 S K S Kk レゾナントスキャナー
US5926307A (en) * 1996-12-19 1999-07-20 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Optical deflection device
US6115167A (en) * 1998-05-25 2000-09-05 Csem-Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique S.A. Optical actuator for directing an incident light beam onto a fixed surface external to the actuator
US20010036000A1 (en) * 2000-04-28 2001-11-01 Hideaki Nishikawa Vibration-resisting structure of optical scanner
JP2003005123A (ja) * 2001-06-25 2003-01-08 Nissan Motor Co Ltd 光スキャナ装置及び光スキャナ装置の駆動方法
US20040252356A1 (en) * 2003-06-11 2004-12-16 Heaton Mark W. Pivoting platform having a piezoelectric drive
US20110194098A1 (en) * 2010-02-10 2011-08-11 Sanyo Electric Co., Ltd. Beam irradiation device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018095486A2 (de) 2018-05-31
JP2020506437A (ja) 2020-02-27
EP3545332A2 (de) 2019-10-02
CN110312944B (zh) 2023-11-07
DE102016014001A1 (de) 2018-05-24
DE102016014001B4 (de) 2020-11-12
US20200183150A1 (en) 2020-06-11
WO2018095486A3 (de) 2018-07-19
US11143858B2 (en) 2021-10-12
JP6933401B2 (ja) 2021-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110312944A (zh) 用于光扫描仪的mems扫描模块
US6949996B2 (en) Actuator
JP6846567B2 (ja) スキャナ向けの角度方向磁場センサ
KR101088501B1 (ko) 성능개선된 ｍｅｍｓ 스캐닝 시스템
KR101704160B1 (ko) 짐발형 스캐닝 미러 어레이
EP1515119B1 (fr) Gyromètre micro-usiné à double diapason
US6070463A (en) Angular velocity sensor
EP2534523B1 (en) Method and apparatus for controlling a mems micro-mirror device
US20200386985A1 (en) Two-axis mems mirror with separated drives
CN101981487A (zh) 高速扫描镜的电容梳状反馈
US9097897B2 (en) Optical deflector including narrow piezoelectric sensor element between torsion bar and piezoelectric actuator
CN110476083A (zh) 具有两个顺序的扫描单元的扫描器
US8072664B1 (en) Biaxial scanning mirror having resonant frequency adjustment
US20100092213A1 (en) Oscillator device, optical deflector and image forming apparatus using the optical deflector
US11880032B2 (en) Resonant frequency tuning of micromachined mirror assembly
Grahmann et al. Integrated position sensing for 2D microscanning mirrors using the SOI device layer as the piezoresistive mechanical-elastic transformer
JP6758086B2 (ja) 光偏向器
CN106415361A (zh) 用于装有万向接头的扫描镜阵列的耦接方案
JP4835024B2 (ja) 光制御素子およびその製造方法、並びに表示装置
Tortschanoff et al. Optical position encoding and phase control of an electrostatically driven two-dimensional MOEMS scanner at two resonant modes
Tortschanoff et al. Design of an optical position detection unit for fast 2D-MOEMS scanners
JP2009145264A (ja) 物体検知装置
JPH04192568A (ja) 可動型受光素子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant