CN110520751A - 扫描仪的角磁场传感器 - Google Patents

Abstract

扫描仪(90)包括具有弹性元件(101，101‑1，101‑2，102，102‑1，102‑2)的扫描单元(99，99‑1，99‑2)，其在基座(141)和偏转单元(142，150)之间延伸，其中，所述扫描单元(99，99‑1，99‑2)设置成通过所述弹性元件(101，101‑1，101‑2，102，102‑1，102‑2)的扭转(502)，以使偏转单元(142，150)处的光(180)以不同的角度(901，902)偏转，设置用于产生杂散磁场的磁体(660)和布置在所述杂散磁场中的角磁场传感器(662)，并且其被设置为输出指示所述扭转(502)的信号。

Description

扫描仪的角磁场传感器

技术领域

总的来说，本发明的各种示例涉及光扫描仪。尤其是，本发明的各种示例涉及激光扫描仪，例如，可用于激光雷达(LIDAR)测量。

背景技术

在许多技术领域都需要测量物体的距离。例如，它可以与自动驾驶的应用相结合，探测车辆周围环境中的物体；特别是确定车辆到物体的距离。

一种用于测量物体距离的技术是所谓的激光雷达(LIDAR)技术(称为光探测和测距，有时英文也叫LADAR)。在这个过程中，从发射器发射出脉冲激光，环境中的物体反射该激光，由此可以测量这些反射。通过确定激光的传播时间，就可以确定到物体的距离。

为了用空间分辨率探测环境中的物体，可以进行激光扫描。根据激光的辐射角度，可以探测到环境中不同的物体。

在各种示例中，可能需要进行特别高分辨率的LIDAR测量。在这种情况下，例如，可能需要在LIDAR测量范围内记录二维(2D)环境区域。为此，要实现一个二维扫描区域。此外，还需要以确定的角度发射激光。例如，由这些变量规定LIDAR测量的横向分辨率。

例如，参考实施方式，使用垂直间隔开的多个激光器来实现2D扫描区域。然而，这种技术昂贵，并且需要很大的，容纳多个激光器的安装空间。另外，沿多个激光器方向的分辨率通常比较有限。例如，参考实施方式，在该方向上具有4到64位的分辨率。

此外，通过高度集成的参考实施方式，常常无法监视激光的辐射角度，或者只能在有限的范围内进行监视。因此，横向分辨率可能相对较低。可能发生时间漂移。

发明内容

因此，有必要改进光扫描的技术。特别是，需要改进的技术以实现LIDAR测量。

该目的通过独立权利要求的特征实现。独立权利要求的特征限定了实施例。

一种扫描仪，包括第一反射镜。所述第一反射镜包括反射正面和背面。所述扫描仪还包括第一弹性悬架。所述第一弹性悬架延伸到面对所述第一反射镜的所述背面的一面，例如，远离所述第一反射镜的所述背面。所述扫描仪还包括第二反射镜。所述第二反射镜包括反射正面和背面。所述扫描仪还包括第二弹性悬架。所述第二弹性悬架延伸到面对所述第二反射镜的背面的一面，例如，远离所述第二反射镜的所述背面。所述扫描仪设置为使所述第一反射镜的所述正面和所述第二反射镜的所述正面的光线依次偏转。

通过使用两个反射镜，可以限定光路，该光路首先在第一反射镜的反射正面依次反射，然后在第二反射镜的反射正面依次反射。由此可以实现2D扫描区域。

有时，因为在基座和偏转单元之间提供了弹性连接–该基座限定了参考坐标系，在该坐标系中，例如，可以设置发射光的光源，所以，至少一个所述弹性悬架也可以作为弹性支撑元件或扫描模块。与所述参考坐标系相比，所述偏转单元可以表征移动坐标系。

由于所述第一弹性悬架和所述第二弹性悬架分别从所述第一反射镜的背面或所述第二反射镜的背面伸出，因此对于具有两个反射镜的所述扫描仪可以实现特别高的集成度。特别是与悬架在反射镜面上横向连接的参考实施方式相比，可以将第一反射镜和第二反射镜布置成彼此特别靠近。由此，还可以借助所述第一反射镜和所述第二反射镜，实现相对于所述检测器特别大的检测孔径(detection aperture)。例如，当所述第一反射镜的扫描角度显著时，所述光路可能不再撞击中心的所述第二反射镜。所述反射镜之间的距离越大，这种偏心越大。这减小了检测孔径。

一种扫描仪，包括至少一个弹性移动扫描单元。这被设置为通过第一运动自由度和第二运动自由度使光偏转两次。所述扫描仪还包括至少一个致动器。所述扫描仪还包括控制器，例如FPGA、单片机或ASIC。所述控制器设置为驱动所述至少一个致动器，以便根据周期性振幅调制函数激发所述第一运动自由度。所述振幅调制函数交替布置上升侧翼和下降侧翼。在这种情况下，所述上升侧翼的长度至少是所述下降侧翼长度的两倍，可选地至少为四倍，进一步可选地至少为十倍。或者，在这种情况下，下降侧翼的长度也可以至少是上升侧翼长度的两倍，可选地至少为四倍，进一步可选地至少为十倍。

一种扫描仪，包括至少一个弹性移动扫描单元。这被设置为通过第一运动自由度和第二运动自由度使光偏转两次。所述扫描仪还包括至少一个致动器。它被设置为根据周期性振幅调制函数激发所述第一运动自由度。所述幅度调制函数能交替布置了上升侧翼和下降侧翼。

在这种情况下，优选地，上升侧翼的长度，在这种情况下，至少是下降侧翼长度的两倍，可选地至少为四倍，进一步可选地至少为十倍。或者，在这种情况下，下降侧翼的长度也可以至少是上升侧翼长度的两倍，可选地至少为四倍，进一步可选地至少为十倍。

有时，所述弹性扫描单元也被表征为柔性扫描单元(挠曲扫描单元)。可以通过可逆变形，即弹性，来提供运动的自由度。通常，运动的自由度是共振激发的。

在一些情况下，所述扫描仪可以包括，例如，弹性移动扫描单元。在这种情况下，所述两个弹性移动扫描单元中的每一个都可以有反射镜，该反射镜具有反射正面和背面以及一个指定(assigned)的弹性悬架。

借助于这种技术，可以实现第一运动自由度的运动和第二运动自由度的运动的叠加图，从而实现2D扫描区域。在这种情况下，由于特别短的下降侧翼，可以减少扫描期间的停滞时间(dead times)。这使得2D扫描区域的扫描具有较高的时间分辨率。这意味着对多个连续LIDAR图像的重复率可能特别高。

一个过程，包括驱动至少一个致动器。根据周期性振幅调制函数设置至少一个致动器，以激发至少一个弹性移动扫描单元的第一运动自由度。所述周期性幅度调制函数包括交替布置的上升侧翼和下降侧翼。所述至少一个弹性移动扫描单元还包括第二运动自由度。所述至少一个弹性移动扫描单元通过第一运动自由度和第二运动自由度使光偏转两次。所述上升侧翼的长度至少是所述下降侧翼长度的两倍，可选地至少为四倍，进一步可选地至少为十倍。或者，所述下降侧翼的长度也可以是所述上升侧翼长度的至少两倍，可选地至少是四倍，进一步可选地至少是十倍。

一种计算机程序产品，包括可由控制器执行的程序代码。所述程序代码的执行意味着所述控制器实现了一个过程。一个过程，包括驱动至少一个致动器的。根据周期性振幅调制函数设置至少一个致动器，以激发至少一个弹性移动扫描单元的第一运动自由度。所述周期性幅度调制函数包括交替布置的上升侧翼和下降侧翼。所述至少一个弹性移动扫描单元还包括第二运动自由度。所述至少一个弹性移动扫描单元通过第一运动自由度和第二运动自由度使光偏转两次。所述上升侧翼的长度至少是所述下降侧翼长度的两倍，可选地至少为四倍，进一步可选地至少为十倍。或者，所述下降侧翼的长度也可以是所述上升侧翼长度的至少两倍，可选地至少是四倍，进一步可选地至少是十倍。

一种计算机程序，包括可以由控制器执行的程序代码。所述程序代码的执行意味着所述控制器实现了一个过程。一个过程，包括驱动至少一个致动器的。根据周期性振幅调制函数设置至少一个致动器，以激发至少一个弹性移动扫描单元的第一运动自由度。所述周期性幅度调制函数包括交替布置的上升侧翼和下降侧翼。所述至少一个弹性移动扫描单元还包括第二运动自由度。所述至少一个弹性移动扫描单元通过第一运动自由度和第二运动自由度使光偏转两次。所述上升侧翼的长度至少是所述下降侧翼长度的两倍，可选地至少为四倍，进一步可选地至少为十倍。或者，所述下降侧翼的长度也可以是所述上升侧翼长度的至少两倍，可选地至少是四倍，进一步可选地至少是十倍。

一种扫描仪，包括具有弹性元件的扫描单元。所述弹性元件在基座和导向元件之间延伸。在这种情况下，所述扫描单元设置成通过所述弹性元件的扭转，使光在偏转单元上以不同的角度偏转。所述扫描仪还包括磁体，它被设置为产生杂散磁场。所述扫描仪还包括布置在所述杂散磁场中的角磁场传感器。所述角磁场传感器设置成输出表示扭转的信号。

所述扭转可以对应于所述弹性元件相应的运动自由度。还可以通过所述弹性元件的弹性变形来提供所述扭转。

所述磁体和所述角磁场传感器的结合使得可以基于所述扭矩精确地监测所述偏转单元的旋转。由此，可以精确地监测光偏转的角度。因此，可以精确地监测光的辐射角度。因此可以增加，例如LIDAR测量的横向分辨率。尤其可取的是，该扫描仪包括两个扫描单元，每个扫描单元具有相应的弹性元件和偏转单元，在该偏转单元上，光的光路按顺序偏转。那里的辐射角度可能更加不精确，即没有相应的监测。

在不超出本发明保护范围的情况下，前面所示的特征和下面将要描述的特征不仅可以用于相应的显式显示的组合，还可以用于进一步的组合或单独使用。

附图说明

图1示意性地示出了根据各种示例的扫描单元；

图2示意性地示出了根据各种示例的扫描单元；

图3示意性地示出了根据各种示例的扫描单元；

图4示意性地示出了根据各种示例的扫描单元；

图5示意性地示出了用于激发根据图1至图4所示的扫描单元的运动自由度的致动器；

图6示意性地示出了用于激发根据图1至图4所示的扫描单元的运动自由度的致动器；

图7示意性地示出了用于激发根据图1至图4所示的扫描单元的运动自由度的致动器；

图8示意性地示出了根据各种示例的一对致动器的致动器运动时间曲线，以激发扫描单元的运动自由度；

图9示意性地示出了根据各种示例的一对致动器的致动器运动时间曲线，以激发扫描单元的运动自由度；

图10示意性地示出了根据各种示例的一个运动自由度的共振激励；

图11示意性地示出了一个运动自由度，其对应于弹性元件的扭转的各种示例；

图12和图13示意性地示出了一个运动自由度，其对应于弹性元件的横向偏转的各种示例；

图14示意性地示出了根据各种示例的两个运动自由度的叠加和共振激励；

图15示意性地示出了根据各种示例的扫描单元；

图16示意性地示出了根据各种示例的具有两个扫描单元的扫描仪；

图17示意性地示出了根据各种示例的具有两个扫描单元的扫描仪；

图18示意性地示出了根据各种示例的具有两个扫描单元的扫描仪；

图19示意性地示出了根据各种示例的具有两个扫描单元的扫描仪；

图20示意性地示出了根据各种示例的具有两个扫描单元的扫描仪；

图21示意性地示出了根据各种示例的具有两个扫描单元的扫描仪；

图22示意性地示出了根据各种示例的具有两个扫描单元的扫描仪；

图23示意性地示出了致动器运动的时间曲线，其通过根据用于激发扫描单元的运动自由度的各种示例的致动器来提供；

图24示意性地示出了根据一个运动自由度的运动幅度，其通过根据图23中的示例的致动器运动的时间曲线来实现；

图25示意性地示出了致动器运动的时间曲线，其通过根据用于激励扫描单元的运动自由度的各种示例的致动器来提供；

图26示意性地示出了根据一个运动自由度的运动幅度，其通过根据图25中的示例的致动器运动的时间曲线来实现；

图27示意性地示出了叠加的图形，其通过根据图3中的示例的运动的时间叠加来实现，图24和26示出了根据各种示例的扫描仪；

图28示意性地示出了根据各种示例的具有磁体和角磁场传感器的扫描单元；

图29A示意性地示出了根据图29中的示例的磁体的磁化取向，在扫描单元的弹性元件扭转时，如图28所示；

图29B示意性地示出了根据各种示例的磁体相对于角磁场传感器的布置；

图30示意性地示出了根据各种示例的LIDAR系统；

图31示意性地示出了根据各种示例的LIDAR系统；

图32是示例性方法的流程图。

具体实施方式

通过以下示例性实施例的描述，上述发明的特性、特征和优点以及实现这些特性和优点的方法将变得更加清晰和更清楚易懂，并将结合附图对这些示例性实施例进行更详细的说明。

下面将在优选实施例的基础上参考附图对本发明进行更详细地说明。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。这些附图是本发明各种实施例的示意图。图中所示的元素不一定是按比例真实显示。相反，图中所示的不同元件可以以这样的方式再现，即它们的功能和一般目的对于本领域技术人员来说是可理解的。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直接连接或耦合。可以以有线或无线方式实现连接或耦合。可以通过硬件，软件或硬件和软件组合的方式实现功能单元。

下面将介绍用于光扫描的各种技术。随后描述的技术可以实现，例如，光的2D扫描。扫描可以表征为在不同辐射角度下光的重复发射。为此，光可以通过偏转单元偏转一次或多次。

例如，偏转单元可以由反射镜构成，并且可选地由接口元件构成，该接口元件将镜子固定到弹性元件上。除了反射镜，偏转单元也可以包括棱镜。

扫描可以利用光来表征环境中不同点的重复扫描。为此，可以实现连续不同角度的辐射。当扫描时，例如两个运动自由度在时间上和空间上叠加时，可以通过叠加图指定辐射角序列。例如，环境中不同点的数量和/或不同辐射角度的数量可以规定扫描区域。在不同的例子中，光的扫描可以根据至少一个弹性悬架的不同自由度，通过时间叠加和可选地两个运动的空间叠加来实现。由此得到2D扫描区域。

有时，叠加图也被描述为利萨如图(Lissajous figure)。该叠加图可以描述序列，利用该序列通过支撑元件的运动实现不同的辐射角度。

在各种示例中可以扫描激光(scan laser light)。此时，例如，可以使用相干或非相干激光。也可以使用偏振或非偏振激光。例如，激光可以是脉冲的。例如，可以使用脉冲宽度在飞秒、皮秒或纳秒范围内的短激光脉冲。例如，脉冲持续时间可以在0.5-3ns范围内。激光的波长可以在700-1800纳米之间。为简便起见，以下主要参考激光。然而，本文所述的各种示例也可以用于扫描来自其他光源的光，例如宽带光源或RGB光源。通常，这里的RGB光源表征在可见光谱中光源，其中，通过多种不同颜色的叠加，覆盖颜色空间——例如，红色、绿色、蓝色或青色、品红色、黄色、黑色。

在各种示例中，使用至少有一个具有形状和/或材料诱导弹性的支撑元件来扫描光。因此，所述至少一个支撑元件也可以表征为弹簧元件或弹性悬架。所述支撑元件具有移动端。由此，可以激发所述至少一个支撑元件的至少一个运动自由度，例如，扭转和/或横向悬挂。这样，可以激发各种横向模式。可通过这种运动的激励移动连接到所述至少一个支撑元件的移动端的偏转单元。因此，所述至少一个支撑元件的移动端定义一个接口元件。

例如，还可以使用多个的单个支撑元件，例如，两个或三个或四个支撑元件。作为一种选项，它们可以相对于彼此对称地布置。

在各种示例中，使用光纤或多根光纤的移动端来扫描激光。这意味着所述至少一个支撑元件可以由一个或多个纤维形成。各种纤维可作为支撑元件。例如，可以使用光纤，它也被称为玻璃纤维。然而，在这种情况下，没有必要用玻璃来生产纤维。例如，纤维可以由塑料、玻璃或其他材料制成。例如，纤维可以由石英类制成。例如，纤维的长度可以从3毫米到10毫米，可选地，从3.8毫米到7.5毫米。例如，纤维可具有70GPa的弹性模量。这意味着纤维可能是弹性的。例如，这种纤维可以使材料膨胀4％。在一些例子中，光纤具有芯，所提供的激光通过全反射(光纤电缆)在其中传播并包围在边缘。但是，纤维并不一定具有芯。在各种示例中，可以使用所谓的单模光纤或多模光纤。本文所述的各种纤维可能具有，例如，圆形截面。例如，本文所述的各种纤维的直径可能不小于50μm，可选地不小于150μm，进一步可选地不小于500μm，进一步可选地不少小于1。例如，本文所述的各种纤维可以形成弯曲或曲线，即具有挠性或弹性。为此，本文所述的纤维材料可具有一定的弹性。纤维可具有芯。这些纤维可具有保护涂层。在一些例子中，可以至少部分地去除保护涂层，例如，在纤维的末端。

在其他示例中，也可以利用MEMS技术由晶圆片生产出细长元件，即，通过适当的光刻工艺步骤，例如通过蚀刻。

例如，支撑元件的移动端可以在一个或两个维度中移动——具有两个运动自由度的时间和空间叠加。为此，可以使用一个或多个致动器。例如，所述移动端相对于所述至少一个支撑元件的固定是倾斜的；这将导致至少一个支撑单元的曲率。这可以对应于第一运动自由度；它可以被描述为横向模式(有时也可以是摆动模式)。作为替代或者补充，也有可能是移动端沿着支撑元件的纵向轴扭曲(扭转模式)。这可以对应于第二运动自由度。移动端的移动使得激光可以以各种角度辐射。为此，可以提供偏转单元，例如，可选地具有适当接口的反射镜以确保安全。因此，可以用激光扫描环境。根据移动端运动的强度，可以实现不同大小的扫描区域。

在本文所述的各种示例中，可以激发扭转模式，作为横向模式的替代或补充，即扭转模态和横向模态可以在时间和空间上叠加。然而，这种时空叠加也可以被抑制。在其他例子中，还可以实现其他运动自由度。

例如，偏转单元可以包括棱镜或反射镜。例如，镜子可以通过晶圆片实现，例如硅晶圆片或玻璃基板。例如，反射镜的厚度可以从0.05μm到0.1mm。例如，反射镜的厚度可以是25μm或50μm。例如，反射镜的厚度可以从25μm到75μm。例如，镜子可以是正方形、长方形或圆形。例如，镜子的直径可以从3mm到12mm，或者，特别是8mm。

通常，这种技术可以用于扫描非常广泛的应用领域的光。例如，内窥镜、RGB投影仪、打印机和激光扫描显微镜。在各种示例中，可以使用LIDAR技术。LIDAR技术可以用于实现在具有空间分辨率的环境中测量物体的距离。例如，LIDAR技术可以包括对反射镜、物体和探测器之间激光的走时测量(travel-time measurements)。通常，这种技术可以用于扫描最广泛的应用领域的光。例如，内窥镜、RGB投影仪和打印机。在各种示例，可以使用LIDAR技术。LIDAR技术可以用于实现在具有空间分辨率的环境中测量物体的距离。例如，LIDAR技术可以包括激光的走时测量。

各种示例都是基于以下知识：可能需要相对于辐射的角度进行高精度的激光扫描，例如，结合LIDAR技术，辐射角度的不准确可能限制距离测量的空间分辨率。通常，空间分辨率越高(低)，就可以越精确(越不精确)地确定激光的辐射角度。

各种示例还基于以下知识：可能需要对2D扫描区域实施激光扫描。在此过程中，通常希望借助于两个运动自由度的时间叠加和相应的叠加图的来实现2D扫描区域。本文所述的各种示例使得可以实现高精度的，高分辨率的2D扫描区域，其中相应的扫描仪能够相对较大地集成到紧密的安装空间中。

图1示出了与扫描单元99有关的各方面。扫描单元99包括扫描模块100。扫描模块100包括基座141，两个支撑元件101，102，以及接口元件142。所述支撑元件101，102形成在平面(图1的绘图平面)中。扫描模块100还可以表征为弹性悬架。

在本示例中，基座141，支撑元件101，102以及接口元件142是一体形成的(formedintegrally)。例如，可以通过MEMS工艺，蚀刻硅晶圆片(或另一个半导体基板)来获得基座141，支撑元件101，102以及接口元件142。在这种情况下，基座141，支撑元件101，102以及接口元件142可以特别地形成为单晶。然而，在其他示例中，基座141，支撑元件101，102以及界面元件142也可以不是一体形成的；例如，支撑元件可以通过纤维实现。

扫描模块100也可以仅具有一个单个支撑元件或两个以上支撑元件。

所述扫描单元99还包括实现偏转单元的反射镜150。如图1所示，反射镜150，在其具有高反射率(例如，波长为950μm的大于95％，可选地大于99％，进一步可选地大于99.999％；例如，厚度为80-250nm的铝或金)的正面形成用于光180的镜面151，与基座141、支撑元件101、102以及接口元件142不是一体形成的。例如，反射镜150可以与接口元件142结合。接口元件142可以设置为保护反射镜150和/或镜面151。例如，接口元件142可能具有用于此目的的接触面，其设置为保护反射镜150的相应接触面。为了将反射镜150与接口元件142连接起来，可以使用以下一种或多种技术，例如：粘接、焊接。镜子还具有背面152。

借助于这种技术，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。结合使用镜面151也作为检测器孔的LIDAR技术，可以实现高水平的精度和范围。

如图1所示，扫描模块100从的背面152向外延伸，即在反射镜150的面对背面152的面上。由此实现镜子的1点悬挂(1-point suspension)。

如图1所示，支撑元件101，102具有垂直于镜面151的延伸(expansion)；在图1的例子中，这种延伸可以是约2-8mm。支撑元件101、102特别是沿着相应的纵向轴111，112呈杆状。在图1中，示出了镜面151的表面法线155；纵向轴111，112平行于表面法线155，即与其形成0°角。

因此，垂直于镜面151的支撑元件101，102的延伸等于支撑元件101，102的长度211。通常，支撑元件101，102的长度211可以是不小于2mm，可选地不小于4mm，进一步可选地不小于6mm。例如，支撑元件101、102的长度可以不大于20mm，可选地不大于12mm，进一步可选地不大于7mm。如果使用多个支撑元件，它们可以具有相同的长度。

通常，支撑元件101，102的长度211可以在反射镜150的直径153的20％-400％的范围内。通常，长度211可以不小于直径153的20％，可选地，不小于直径的200％，进一步可选地不小于400％。一方面，由此可以提供良好的稳定性；另一方面，可以实现相对较大的扫描区域。

根据纵向轴111，112相对于镜面151的相对方向，垂直于镜面151的支撑元件101、102的延伸可能小于其长度211(因为只考虑与表面法线155平行的投影)。通常，支撑元件101，102垂直于镜面151的延伸可能不小于0.7mm。这样的值大于用于制造扫描模块100的晶圆片的典型厚度。由此可以为光180实现特别大的扫描角度。

支撑元件101，102的材料可能影响其材料诱导弹性(material-inducedelasticity)。而且，支撑元件101，102的细长的杆状形状也可能影响其形状诱导弹性(shape-induced elasticity)。借助于支撑元件101，102的这种弹性，可以实现引起接口元件142的运动，从而也引起镜面150的运动的弹性变形。例如，支撑元件101、102的扭转模式和/或横向模式可以用于移动接口元件142，并因此移动反射镜150。由此可以实现光的扫描(图1示出了支撑元件101，102的待机状态)。

图2示出了与扫描模块100相关的各方面。扫描模块100包括：基座141，两个支撑元件101，102，以及接口元件142。在本示例中，基座141，支撑元件101，102，以及界面元件142是一体形成的。

在本示例中，图2中的示例基本上对应于图1中的示例。然而，在图2的示例中，反射镜150与接口元件142或支撑元件101，102，以及基座141一体形成。为了可能获得最大的镜面151，图2中的示例表明，在接口元件142的中心区域有突出物。

图3示出了与扫描模块100有关的各方面。扫描模块100包括：基座141，两个支撑元件101，102，以及接口元件142。在本示例中，基座141，支撑元件101，102，以及接口元件142是一体形成的。

在本示例中，图3中的示例基本上对应于图2的示例。如图3所示，反射镜150和接口元件142由同一个元件实现。实现偏转单元的镜面151直接应用于接口元件142。这使得结构特别简单，并且制造简单。

图4示出了与扫描模块100有关的各方面。扫描模块100包括：基座141，两个支撑元件101，102，以及接口元件142。在本示例中，基座141，支撑元件101，102，以及接口元件142是一体形成的。

在本示例中，图4中的示例基本上对应于图1的示例。然而，如图4所示，支撑元件101，102的纵向轴111，112不垂直于镜面151。图4示出了镜面151的表面法线155与纵向轴111，112之间的夹角159。如图4所示，夹角159是45°，但通常可以在-60°至+60°的范围内。

当使用支撑元件101，102的扭转模式引导反射镜150的移动时，镜面151相对于纵向轴111，112的这种倾斜可能是特别有利的。然后可以借助于扫描单元99实现光180类似潜望镜的扫描。

图5示出了与扫描单元99有关的各方面。扫描单元99包括：扫描模块100，例如，其可以根据本文描述的各种其他示例来配置(然而，图5A示出的扫描模块100的示例仅具有一个单个支撑元件101)。

图5示出了与压电致动器310，320相关的特定方面。在各种示例中，压电弯曲致动器310，320可用于激发支撑元件101。压电致动器310，320，例如，可以通过合适的控制器—例如，致动器—来致动。

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也可以为碟形。通常，压电弯曲致动器的厚度，例如，在200μm至1mm的范围内，可选地在300μm至700μm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交替布置的多个压电材料的层结构。它们可能具有不同强度的压电效应。由此可以影响弯曲，类似于温度变化时的双金属条带。例如，第一压电弯曲致动器和/或第二压电弯曲致动器可以固定在固定点处；然后可以基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曲率来移动与固定点相对的端部。

并且，通过使用压电弯曲致动器可以实现高效和强烈的激励。压电弯曲致动器可以移动基座141，并且特别是使其倾斜--用于激发至少一个支撑元件的扭转模式。此外，可以实现激励装置的高度集成。这可能意味着必要的安装空间可能特别小。

尤其是在图5所示的例子中，由压电致动器310，320形成压电弯曲致动器。这意味着在压电弯曲致动器310，320的电触点处施加电压会影响压电弯曲致动器310，320沿其纵向轴319、329的曲率或弯曲。为此，压电弯曲致动器310，320具有层状结构(图5中未示出，并且垂直于绘图平面)。压电弯曲致动器的310，320的端部相对于垂直于相应纵向轴319，329的固定点311，321偏转(在图5的示例中，该移动垂直于绘图平面)。基于弯曲的压电弯曲致动器310，320(致动器运动)的运动399如图6所示。

图7是压电弯曲致动器310，320的侧视图。图7示出了处于扫描单元99的待机位置的压电弯曲致动器310，320，例如，在没有致动器信号和/或张力/曲率的情况下。

再次参考图5，例如，固定点311，321可以在压电弯曲致动器310、320与扫描单元99的壳体之间建立刚性连接(图5中未示出)，并且静止地布置在参考坐标系中。

基座141可以纵向延伸纵向轴319，329，其长度在沿纵向轴319，329的压电弯曲致动器310，320长度的2-20％范围内，可选地在5-15％范围内。因此，可以获得足够强的激励；由此，基座141仅相对较弱地限制压电弯曲致动器310，320的运动。

如图5所示，压电弯曲致动器310，320基本上彼此平行地布置。纵向轴319，329也是可能是相互倾斜的，尤其是只要它们在一个平面内。

图5清楚地示出，通过基座141的边缘区域146来实现压电弯曲致动器310、320与支撑元件101之间的连接。因为这些边缘区域146有弹性，所以，可以适应弯曲399，并导致基座141偏转。由此，可以通过基座141，相互连接地激发接口元件101的一个或多个运动自由度。因此，尤其可以获得有效和节省空间的激励。

在图5的示例中，压电弯曲致动器310，320沿远离接口元件142的方向延伸。压电弯曲致动器310，320也可能沿着其长度的至少50％向接口元件142延伸。由此，可以实现如图6所示的特别紧凑的布置。

在本示例中，图6中的示例基本上对应于图6的示例。然而，在这种情况下，压电弯曲致动器310，320向接口元件142或向至少一个支撑元件101的自由移动端延伸。由此，可以实现扫描单元99的特别紧凑的结构。

图8示意性地示出与压电弯曲致动器310，320的运动399-1，399-2有关的各方面。由于相应的运动399-1，399-2，力流可以传递到支撑元件101，102，使得可以激发一个或多个运动自由度。

在其他示例中，可以使用其他类型的致动器。例如，可以使用在没有接触的情况下传递激励的致动器。也可以以另一种方式实现对应于运动399-1，399-2的力流。

在图8的示例中，发生压电弯曲致动器310，320的正弦运动399-1，399-2，其中，在运动399-1，399-2之间存在180°相移(参见图8中的实线和虚线)。这导致基座141的倾斜(例如，相对于图1-4中的绘图平面)，从而，可以特别有效地激发扭转模态。

图8还示出了相对致动器运动831，其为基于运动399-1，399-2，在压电弯曲致动器310，320的端部315，325之间，沿着运动399-1，399-2的方向上的位移或距离(图8中的虚线)。

图9示意性地示出了与压电弯曲致动器310，320的运动399-1，399-2有关的各方面。由于相应的运动390-1，399-2，力流可以传递到支撑元件101，102，这样可以激发一个或多个运动自由度。

图9中的示例基本上对应于图8的示例，其中，在运动399-1，399-2之间没有相移。这导致基座141的上下运动(例如，相对于图1-4中的绘图平面)，由此，可以特别有效地激发横向模式。

如图9所示，致动器运动831等于0。

在一些示例中，压电弯曲致动器310，320的运动—或者合适的致动器的不同形式的力流—也可能激发多个运动自由度的时间和空间叠加。这种情况可以发生，例如，根据图8和图9中的示例中借助于运动399-1，399-2的叠加。因此，可以使用相内和相外运动399-1，399-2的叠加。

图10示意性地示出了与压电弯曲致动器310，320的运动399-1，399-2有关的各方面。特别地，图10示出了在频域中的运动399-1，393-2。图10显示了与扭转模式502的共振曲线1302相关的运动频率为399-1，399-2。谐振曲线1302的特征在于半最大值处全宽度1322和最大值1312。如图10所示，由于运动399-1，399-2的频率布置在共振曲线1302内，因此发生共振激励。

图11示出了与扭转模式502有关的各方面。图11示意性地示出了具有四个支撑单元101-1，101-2，102-1，102-2，102-2的扫描单元99的扭转模式502的偏转(图11中实线为偏转状态，虚线为待机状态)。

在图11中，扭转模态220的扭转轴与中心轴220一致。在图11的示例中，支撑单元101-1，102-1，101-2，102-2相对于中心轴220对称旋转布置。特别是，存在4倍旋转对称性。旋转对称的存在意味着，例如，支持元件101-1，102-1，101-2，102-2的系统可以通过旋转，转置自身。旋转对称性的n阶描述了支撑单元101-1，102-1，101-2，102-2的系统每旋转360°可以转置多少自身的频率。通常，旋转对称性可以是n倍的，其中n表示所使用的支撑元件的数量。

利用具有高n阶的旋转对称布置，可以达到以下效果：可以减少或抑制扭转模式502的激励过程中的非线性。从一下示例中可以看出其合理性：例如，支撑元件101-1，102-1，101-2，102-2可以布置成纵向轴和中心轴220都在一个平面中。由此，旋转对称性将是2倍(而不是图11的示例中的4倍)。在这种情况下，由于惯性矩的不同，正交横向模式(垂直于中心轴220的不同方向)具有不同的频率。因此，低频横向模式的方向，例如，与扭转模式502所激发的旋转一起旋转。由于固有频率随旋转角度和/或因此作为时间函数的变化而变化，因此形成了参量振荡器。参量振荡器的各同状态之间的能量传递引起非线性。利用具有高n阶的旋转对称性，可以防止参量振荡器的形成。优选地，所述支撑元件可以设置成使得自然频率不发生对扭转角的依赖关系。

由于在激发支撑元件101-1，102-1，101-2，102-2的扭转模式过程中可以避免非线性，因此，可以利用扭转模式502获得特别大的光扫描角度。

图12示出了与扫描单元99有关的各方面。如图12所示，扫描单元99包括具有可选配重1371的单支撑元件101。因此，在激发横向模式501过程中，镜面151如图13所示发生倾斜。特别是，图13示出了最低阶的横向模式501。在其他示例中，还可以使用更高阶的横向模式用于扫描光180，其中，支撑元件101的偏转在沿着支撑元件101的长度211的某些位置处(所谓的节点或偏转的凸起)将等于零。

图14示出了与运动自由度501，502的共振曲线1301，1302有关的各方面，借助于它，例如，可以为2D扫描区域实现叠加图。图14所示为相应的运动自由度501，502的激励幅值。当2D扫描需要至少一个支撑元件101，102的不同运动自由度501、502的时间和空间叠加时，特别需要如图14所示的共振谱。

在图14的示例中，两条共振曲线1301，1302可以在时间上和空间上被激发，例如，用单个扫描单元99实现各种运动自由度501，502。然而，在图14的示例中，但可能是两条共振曲线1301，1302由时间叠加而非空间叠加激发。为此，可以使用第一扫描单元99，根据共振曲线1301实现运动自由度501，502；并且，使用第儿扫描单元99，根据共振曲线1302实现运动自由度501，502。

横向模式501的共振曲线1301的最大值为1311(实线)。图14还示出了扭转模式502的共振曲线1302(虚线)。共振曲线1302的最大值为1312。

扭转模式502的最大值1312处于比横向模式501的最大值1311更低的频率，其可以是，例如，最低阶的横向模式501。由此，可以实现该扫描模块对于诸如振动等外部干扰具有特别强的稳定性。这是事实，因为这样的外部激励通常会特别有效地激发横向模式501，但不会特别有效地激发扭转模式502。

例如，共振曲线1301，1302可以具有洛伦兹(Lorentzian)形状。当相应的运动自由度501，502可以由谐振子描述时，就会出现这种情况。

在频率上，最大值1311和1312相互替换。例如，最大值1311，1312之间的频率间隔可以在5Hz至500Hz的之间，可选地在10Hz到200Hz之间，进一步可选地在30Hz到100Hz之间。

图14还示出了共振曲线1301、1302在半最大值处全宽度1321、1322。通常，半最大值处全宽度由相应的运动自由度501，502的阻尼限定。如图14所示，半最大值处全宽度1321，1322相等；通常，半最大值处全宽度1321，1322可以是彼此不同的。

在图14的示例中，共振曲线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，共振曲线1301和共振曲线1302均有显著的振幅。例如，在重叠区域，共振曲线1301，1302的振幅可能不小于相应的最大值1311，1312对应的振幅的10％，可选地不小于5％，进一步可选地不小于1％。重叠区域1330意味着两个运动自由度501、502的可以相互相互激发，即以相同的频率共振。该频率在两个最大值1311，1312之间。由此可以实现时间和空间叠加。然而，另一方面，借助于两个运动自由度501,502之间的耦合可以抑制或防止非线性效应。

在图14所示的例子中的扭转模式502和横向模式501，通过双重使用相同的运动自由度，来代替使用不用的运动自由度501，502，也可以获得叠加图。例如，可以激发第一扫描单元的扭转模式502，以及第二扫描单元的扭转模式502。在此情况下，两个扭转模式不存在空间叠加，而是可以分配两个不同的扫描单元99，作为替代。另一种选择也可以是，例如，激发第一扫描单元的横向模式501和第二扫描单元的横向模式501。即使如上述的情况，在不同的扫描单元中双重使用相同的运动自由度，也会导致共振曲线的最大值之间存在一定的距离，例如，基于制造公差或扫描单元之间预期的结构变化等。

图15示出了与扫描单元99有关的各方面。在图15的示例中示出了扫描模块100，其具有第一对支撑元件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布置在一个平面内；第二对支撑元件101-2，102-2也布置在一个平面内。这些平面彼此平行，并且相对于彼此偏移地布置。

在图15的示例中，可以结合两个扫描模块100，例如，根据图4的示例。在本示例中，每对支撑元件被分配给相应的基座141-1，141-2以及对应的接口元件142-1，142-2。在这种情况下，两个接口元件142-1，142-2都与反射镜150连接。通过这种方式，可以实现提供特别稳定的具有大量的支持元件的扫描模块100。特别地，该扫描模块100可以具有布置在不同的平面中的支撑元件。这可以实现特别大的健壮性。

图15还清楚地示出了，基座141-1不是与基座141-2一体形成的。此外，接口元件142-2与接口元件142-2不是一体形成的。支撑元件101-1、102-1也不是与支撑元件102-1，102-2一体形成的。特别是，上述的各种部件可能是由晶圆片的不同区域制作出来的，随后，相互连接，例如，通过粘合或阳极粘合。连接技术的其他示例包括：熔合键合、熔合和/或直接键合、共晶键合、热压键合和粘结键合。相应的连接面160如图15所示。这种技术意味着可以以特别简单的方式制造扫描模块100。尤其是，整个扫描模块100不需要与晶圆片一体制造或集成在晶圆片上。相反地，扫描模块100可以在两阶段的生产过程中制造。同时，这对稳健性的影响不显著；基于大表面连接面160，可以分别在基座141-1和基座141-2与接口元件142-1和接口元件142-2之间产生特别稳定的连接。

然而，在这个过程中，基座141-1，支撑元件101-1，102-1、以及接口元件142-1可以被描绘在基座141-2，支撑元件102-1，102-2上，以及通过在对称平面上镜像的接口元件142-2(其中也存在连接表面160)。由此可以获得高度对称的配置。尤其是，可以获得旋转对称的配置。这种情况下的旋转对称性的阶数可以是n＝4；即，等于所使用的支撑元件101-1，101-2，102-1，102-2的数量。这种相对于中心轴220的对称配置，相对于扭转模式502的激励，可以具有特定的优点。可以避免非线性。

例如，根据图15的示例所示的扫描单元99可用于图11的示例所示的扭转模式502。

图16示出了与扫描仪90有关的各方面。扫描仪90包括两个扫描单元99-1，99-2，每个扫描单元，例如，根据图16的示例形成。因此，将扫描仪90设置为在扫描单元99-1，99-2的反射镜150的前面依次偏转光180(相应的光路在图16中用虚线示出)。图16示出了处于待机状态的扫描仪，即，不启动扫描单元99-1，99-2，例如，借助于压电弯曲致动器310，320。

例如，扫描单元99-1，99-2的两个扫描模块101的扭转模式502可能被激发，以便根据叠加图实现不同的辐射角度，这限定了2D扫描区域。但是，也可以使用其他运动自由度。

图16清楚地示出了扫描单元99-1，99-2的反射镜150的每个悬架，包括四个弹性的杆状元件101-1，101-2，102-1，102-2，102-2。因此，扫描单元99-1，99-2按照图15中的示例配置。然而，在其他例子中，反射镜150的悬架也可以具有更少或更多的杆状元件(例如，如图5和图6中所示的仅一个杆状弹性元件，以及12和13)。

在图16的示例中清楚地示出，扫描单元99-1，99-2中的扫描模块100各自沿不同方向向远离反射镜150的背面延伸。背面的悬架由扫描模块101实现。扫描模块101延伸至面对反射镜150的背面的侧面。在扫描单元99-1，99-2的反射镜150的镜面中，没有悬架。由于在反射镜150的背面的这种单点悬挂，扫描单元99-1，99-2的反射镜150可以放置地彼此特别靠近。扫描仪90的这种高度集成使得能够实现小的壳体设计。这有助于扫描仪90的集成，例如，在个人车辆中或无人机中等。此外，如果利用反射镜150也能探测到反射光，那么有效的探测器孔径可以被设计得特别大。因此，这是优选的，因为在具有较大反射镜和较大偏转角的参考实施方式中，镜像边缘会发生显著的偏移。因此，在参考实施方式中，镜子可以与悬架接触，由此限制最大孔径和/或角度。

例如，图16示出了扫描单元99-1的镜面151的中心与扫描单元99-2的镜面151中心之间的距离70。该距离70可能特别小。例如，这个距离70可以不大于镜面151直径的4倍，可选地不大于镜面151直径的3倍，进一步可选地不大于镜面151直径的1.8倍。

如图16所示，扫描模块100的中心轴220相对于镜面151的表面法线155倾斜45°角(参见图4)。因此，期望扫描单元99-1的扫描模块100的扭转模式502和扫描单元99-2的扫描模块100的扭转模式502被激发。它们可能退化，但是，其中不同的共振频率和/或共振曲线的最大值是可能的。

在图16的示例中，扫描单元99-1，99-2的中心轴220之间的夹角为90°。这个角度也可以基于90°变化，例如90°±25°。借助于这种布置可以实现特别大的扫描区域。

例如，如果横向模式501用于扫描光，则可能希望扫描单元99-1，99-2的中心轴220形成大致180°的角度(图16中未示出)，是被选中的扫描单元99-1、99-2的线性排列(面对面)。

图17-22是根据图16中的示例所述的扫描仪90的不同表现形式。在这个示例中，显示了不同的透视图。

图23示出了与扫描模块100的致动有关的各方面。例如，可以根据图16-22中的示例，相应地致动扫描仪90的扫描模块100。

图23示出了致动器运动831的时间曲线。图23特别显示了压电弯曲致动器310，320相对于彼此的相对偏转作为致动器运动831(参见图8)。例如，图23可以因此示出图5和图6所示的压电弯曲致动器310，320的端部315，325之间的距离。然而，也可以考虑致动器运动831的其他特征—例如，压电弯曲致动器310的运动399-1或压电弯曲致动器399-2的运动399-2。致动器运动831与由压电弯曲致动器310，320提供的力流成比例。在这方面，图23示出了使用压电弯曲致动器310，320的示例；然而，在其他示例中，如果提供了相应的力流，则可以使用其他致动器，例如使用磁场等致动器。

致动器运动831的频率与所选的运动自由度501，502的共振曲线1301，1302相匹配(参见图10和图14)。借助于致动器运动激发运动自由度501、502。在图24的示例中，由于致动器运动831影响了扫描模块100的基座141的倾斜，因此激发了扭转模式502。这种情况下，因为致动器运动831影响了压电弯曲致动器310，320的端部315，325之间的时间变量距离(time-variable distance)。在其他示例中，也可以通过适当的致动器运动运动来激发横向模式501。

如图23所示，致动器运动831具有恒定的幅度。由此，以恒定幅度832激发扭转模式502。如图24所示(图24没有显示扭转模式的瞬时偏转)。

图25和图26基本上对应于图23和图24。在图25和图26的示例中，设置了压电弯曲致动器310，320，以便根据周期性幅度调制函数842激发扭转模式502，该周期性幅度调制函数具有交替的上升侧翼848和下降侧翼849。为此，实现了适合的致动器运动831。

图26尤其示出了上升侧翼848的长度848A明显大于下降侧翼849的长度849A。例如，上升侧翼848的长度可以是下降侧翼849长度的至少2倍，可选地至少为4倍，进一步可选地至少为10倍。

在图25的示例中，下降侧翼849足够短，使得它们的长度不大于共振驱动扭转模式502的2个时间周期的频率和/或致动器运动831的频率。通常，周期性幅度调制函数842的下降侧翼849的长度可以不大于扭转模式502的10个时间周期的频率，可选地不大于3个时间周期，进一步可选地不大于2个时间周期。

特别是，下降侧翼849的长度849A的短尺寸化(short dimensioning)可以使扫描模块100可以在完成达到最大振幅843的致动之后—可以有另外一个致动，相对于相应的运动自由度501，502特别快速地转换到待机状态844。这意味着可以根据相应的运动自由度501、502快速进行运动的重置。当通过相应的运动自由度来获取叠加图时，这尤其有用。

例如，有可能只在上升侧翼848期间执行LIDAR测量以用于成像。在这种情况下，在848A期间进行的所有LIDAR测量的数量可以对应于特定环境区域的LIDAR图像。在重置之后可以再次扫描相同的环境区域，使得LIDAR图像具有特定的图像重复频率。长度849A越短，图像重复频率越高。

在下降侧翼849期间，根据扭转模式502，通过减慢运动速度来实现下降侧翼849的长度的短尺寸化。也就是说，这意味着根据扭转模式502的运动被主动阻尼，即，比固有阻尼和/或质量矩提供的阻尼更强。为此，采用合适的压电弯曲致动器310，320的致动器运动831。

尤其通过在下降侧翼849期间增加致动器运动831的振幅835来实现减慢扭转模式502的运动速度。例如，这可以通过增加压电弯曲致动器310，320的单独运动399-1，399-2来实现。例如，致动器运动831在下降侧翼849期间的平均振幅可以是在上升侧翼848期间致动器运动831的平均振幅的2倍，可选地至少为4倍，进一步可选地至少为10倍。由于在下降侧翼849期间，致动器运动831的振幅增加，可以根据扭转模式502实现特别快的运动减速。情况就是这样，因为可以增加扫描模块100上的力的流动。

也可以通过致动器运动831中的相位跳变849来实现扭转模式502运动的减慢。反过来，这可以通过压电弯曲致动器310，320的单个运动399-1，399-2中的相位跳变来实现。如图25所示，相位跳变849在两个压电弯曲致动器310，320的每个致动器的偏转实现相移。例如，压电弯曲致动器310的个体运动399-1在上升侧翼848和下降侧翼849之间的相移为180°。相应地，压电弯曲致动器320的单体个体运动399-2在上升侧翼848和下降侧翼849之间也具有180°的相移。如图25所示，从而，获取所得到的致动器运动831的相位跳变849，作为端部315，325之间的距离。因此，与上升侧翼848的时间线(timeframe)相比，在下降侧翼849时间线内，获得了扭转模式502的反相激励，这导致在下降翼849期间根据扭转模式502运动变慢。

在图25所示的示例中，致动器运动831在上升侧翼848期间具有恒定幅度835，并且在下降侧翼849期间具有恒定幅度835，在其他示例中，还可以使致动器运动831在上升侧翼848期间具有时变幅度和/或在下降侧翼849期间具有时变幅度(图25中未示出)。

在一些示例中，可以根据图23和图24中的示例操作扫描仪90的第一个扫描单元99-1，可以根据25和图26中的示例操作扫描仪90的第二扫描单元99-2。也就是说，这意味着不同的致动的运动自由度—例如扭转模式502或两个横向模式501—可以与不同的扫描单元99-1，99-2相关联。由此，可以获得能够实现2D扫描区域的叠加图。如图27所示。

图27示出了与叠加图900相关的各方面。图27示出与2D扫描区域915(图27中的虚线)有关的各特定方面，其由叠加图900限定。在本示例中，图27示出了扫描角901，其可以通过以恒定幅度832(参见图23和24)驱动的扭转模式502来获取，例如，通过扫描单元99-1。在本示例中，图27示出了扫描角902，其可以通过以恒定幅度842(参见图25和26)驱动的扭转模式502来获取，例如，通过扫描单元99-2。通过两个扫描角901，902，可以获得在两个正交空间方向上变化的辐射角，从而可以扫描2D环境区域。

然而，在其他示例中，可以使用具有恒定幅值的横向模式501和具有调制幅值的横向模式501。在其他例子中，可以使用横向模式501和扭转模式502。还可以使用不同阶数的横向模式501。也可以使用不同阶数的扭转模式502。

当扫描单元99-1，99-2的扭转模式502具有相同的频率时，根据图27的示例获得叠加图900。重叠图900中的节点—因为，否则它们通常发生在Lissajous扫描中—被阻止了。此外，当扭转模式的振幅在调幅函数842的上升侧翼848期间增大时，得到如图27的示例所示的叠加图900。这意味着，叠加图900作为一种“睁眼”(opening eye)获得的；即，随着横向模式501振幅的增大，扫描角901增大(由图27中的垂直虚线箭头表示)。从而，可以得到扫描线(图27中的水平虚线箭头)，利用该扫描线可以扫描激光扫描仪99的环境。然后，通过重复发射光脉冲得到不同的像素951。可以防止具有许多节点的叠加图，从而可以获得特别好的图像重复频率。此外，这可以防止节点之间的某些区域未被扫描。

由于在下降侧翼849期间的快速减速，可以快速重复“睁眼”，即，以一个接一个地快速获得叠加图900。减少停滞时间。

在此之前，解释了使用“睁眼”的技术，即，借助于下降侧翼849实现叠加图900的重置。在其他例子中，也可以使用“闭眼”(closing eye)。下降侧翼849可以具有长度849A，该长度849A大于上升侧翼848的长度848A。由此，LIDAR成像可以主要或完全地在下降侧翼849期间发生。

在本文描述的各种示例中，可能需要特别好地确定所使用的扫描单元99，99-1，99-2的扫描角901，902。为此，可以使用如图28所示的示例的技术。

图28中的示例与图1中的示例基本对应。在图29A的示例中，在接口元件142上额外放置或附接磁体660。如图28所示，磁体660形成为铁磁性涂层。在其他例子中，还可以将磁体660形成为，例如，块状材料或铁磁性丸。

如图28所示，还提供了设置在磁体660的杂散磁场中的角磁场传感器662。角磁场传感器662输出信号，指示扫描模块100的扭矩502。例如，该信号可以是模拟的，并且具有信号电平，该信号电平在最小值和最大值之间的范围内变化，例如，从0°到360°，这取决于杂散磁场的取向。也可以输出数字信号，对杂散磁场的方向进行数字编码。例如，该信号可以由控制器接收，并用于压电弯曲致动器310，320的适当驱动。例如，为了精确地再现叠加图900，可以实现控制电路。

通常，角磁场传感器662的信号不随杂散磁场强度而变化。

因此，可以精确地监测扭转502的运动。由此，可以精确地推导出由相应的扫描单元99实现的相应角度901，902。因此，可以为LIDAR测量提供特别高的横向分辨率。

在图28的示例中，反射镜150的背面152设置在镜面151与磁体660以及角磁场传感器162之间。这意味着磁体660和角磁场传感器662都相对于镜面151向后布置。这意味着磁体660和角磁场传感器662都设置在镜子150的面对背面152的一侧。由此，可以实现特别高的集成度。此外，角磁场传感器162可以特别靠近所述磁体660来布置，使得可以实现高信噪比。由此还可以特别精确地确定相应角度901、902。尤其是，可以特别简单地实现光180的光路和角磁场传感器662之间的结构分离，因为光180的光路延伸到反射镜150的面向镜面151的一侧。由于磁体660和角磁场传感器662相对于反射镜150向后布置，所以利用多个扫描单元99的扫描仪90，可以使距离70的尺寸特别小。

在图28的示例中，磁体660的磁矩661垂直于中心轴220和/或扭转模式502的扭转轴(参见图29A)来布置。通常，磁体660可具有磁矩661，其具有至少一个垂直于扭转轴的分量。例如，可以使用在图29A的绘制平面内，具有灵敏度的面内角磁场传感器662。在其他示例中，还可以使用具有平面外灵敏度的角磁场传感器662。

在图28和图29A的示例中，进一步地，磁矩661相对于中心轴220和/或扭矩502扭转轴的对称地布置。这意味着磁矩661具有到中心轴和/或扭转轴的两侧的延伸。不需要反射对称。然而，角磁场传感器662同时相对于中心轴220偏心地布置。这可以减少，例如，被测信号，其中，相对于角磁场传感器662的附接，能够实现更灵活的选择。例如，角磁场传感器662可以安装在基座141的径向附近。但是，在其他例子中，角磁场传感器662也可以布置在磁体660的附近，即，不相对于磁体660沿中心轴220偏移。

磁体660与中心轴220紧密相连。特别地，磁体660与中心轴220对称地连接。这防止了运动部件，即，接口元件142和反射镜150，的质量惯性矩，由于磁性材料的提供而过度增加。从而可以以更高的固有频率获得扭转模式。由于对称排列，避免了影响扭转模式的不对称。

在图28的示例中，磁体660与反射镜150刚性连接，即，设置在运动坐标系中；而角磁场传感器662则设置在基座141的参考坐标系中。用这种方法，可以特别简单地读出角磁场传感器662的信号，因为从运动坐标系到参考坐标系—通常在其中布置控制器—的转换不是必需的。然而，在其他例子中，也可能提供相反的布置，即，角磁场传感器662设置在运动坐标系中，磁体660设置在基座141的参考坐标系中。例如，由此，角磁场传感器662的信号可以通过无线传输，例如，通过光调制。或者，也可以沿着弹性元件101，102提供电导体，例如，由于金属涂层或掺杂，使导体能够传输角磁场传感器662的信号。这样的实施方式可能是有帮助的，例如，如果同一磁体660多个角磁场传感器662提供杂散磁场，其与扫描仪90的不同扫描单元99，99-1，99-2相关联，或者，被布置在不同扫描单元99，99-1，99-2的运动坐标系中。因此，可以将不同角磁场传感器662刚性地连接到不同扫描单元99，99-1，99-2的偏转单元上。例如，磁体660可能特别强，使得可以获得大的直磁场。

在图28的示例中，其中，磁体660连接在运动坐标系中，要将杂散磁场从与不同扫描单元99-1，99-2相关联的磁体660中简单地分离出来，可以如下进行：具有角磁场传感器662的平面内灵敏度(in-plane sensitivity)和扭转轴220的垂直布置(参见图16)，与不同扫描单元99-1，99-2相关联的角磁场传感器662无交叉灵敏度或仅具有少量交叉灵敏度。情况就是这样，因为相应的杂散磁场在相互垂直的平面内旋转。

图29B示出了与磁体660相对于角磁场传感器662的布置有关的各方面。图29B中的示例基本上对应于图15中的示例(在图29B中，为了清楚起见未示出镜子150；然而，图29的透视图对应于图15的透视图，其中还示出了反射镜150)。

磁体660附接到接口元件142上。具体地，磁体660嵌入到接口元件142中。这是可以实现的，例如，通过使用两部分接口元件142-1，142-2来实现，如图15所示。由此，磁体660可以作为间隔物设置在两个接口元件142-1，142-2的接触面160之间。

如图29B所示，弹性元件沿z轴延伸。因此，扭转轴和/或中心轴220与z轴平行。磁体660的磁化强度661沿y轴方向垂直于z轴。磁化强度661相对于扭转轴和/或中心轴220对称布置。

角磁场传感器662相对于中心轴220偏心布置，即，在图29B的示例中沿x轴偏移(通常，角磁场传感器662也可以沿y轴偏移地布置)。磁体660和角磁场传感器662的敏感表面662Z之间的相应距离662A在图29B中示出。

角磁场传感器662具有敏感表面662Z。它在yz平面中延伸。角磁场传感器662具有平面内灵敏度；因此，角磁场传感器662输出信号，表示磁化661杂散磁场在yz平面上的方向。杂散磁场的强度不会穿透信号。

角磁场传感器662与磁体660沿z轴偏移相对布置；示意性地示出了相应的距离662B(例如，距离662B可以相对于磁体660的沿z轴的中心限定)。如图29B所示，角磁场传感器662的敏感表面662Z的中心662C在面向基座141的磁体660的边缘660C上对齐，即，在弹性元件101-1，101-2，102-1，102-2与接口元件142之间的过渡段(由图29B中的x方向上的虚线表示)。偏移662B是指当磁体根据扭转502发生畸变时，杂散磁场在yz平面中的敏感表面662Z中旋转。扭转502与杂散磁场角度之间的非线性关联被尺寸有限的偏移662B所抑制。

下面讨论角磁场传感器662相对于基座142运动的灵敏度。在基座141不扭转的情况下，即，待机状态下，磁化661沿y轴对齐(如图29B所示)。由此，杂散磁场也沿y轴定向于敏感表面662Z。当扭矩502使基座142发生变形时，磁化强度661也发生畸变。例如，90°的扭转角对应于沿负x轴的方向的磁化661。因此，角磁场传感器662的偏心布置使杂散磁场沿z方向有效定向。利用角磁场传感器662测量敏感表面662Z中的杂散磁场的畸变。

随着基座142沿x轴横向偏转，杂散磁场的方向在敏感平面662Z中并不会剧烈地变化。因此，测量信号不会明显失真。基座142沿y轴的横向偏转比沿x轴偏转更强烈地改变了敏感平面662Z中的杂散磁场的方向。为了补偿这种影响，可以提供两个角磁场传感器，它们的布置反映了与中心轴220的关系(图29B中未示出)；因此，两个角磁场传感器到磁体660的距离可以是相同的，但一次是沿着正x轴，一次是沿着负x轴。距离662B可以是相同的。因此，可以设置角磁场传感器，以便输出与扭矩502有关的相应信号—例如，相同的或正相关的—并且输出与横向偏转有关的互补信号。基座142沿y轴的横向偏转对两个角磁场传感器的信号的贡献相反。可以使用减法来量化横向偏转。因此，可以考虑控制，例如，除了扭转502之外，还有阻尼、横向偏转。这意味着相应的控制电路规定横向偏转的设定点振幅基本为零。

图30示出了与LIDAR系统80相关的各方面。LIDAR系统80包括激光扫描仪90，例如，其可以根据本文描述的各种实现方式形成。LIDAR系统还包括光源81。例如，光源81也可以形成激光二极管，其在近红外范围内发射脉冲激光180，脉冲长度在纳秒范围内。

由此，光源81的光180可以照射到扫描仪90的一个或多个反射镜151上。根据偏转单元的方向，光以不同的角度901，902被偏转。由光源81发出并被扫描仪90的镜面偏转的光通常也称为主光(primary light)。

然后，主光可以照射LIDAR系统80的环境对象。以这种方式反射的主光被表征为辅助光(secondary light)。辅助光可由LIDAR系统80的检测器82检测到。基于行进时间，其可以被确定为光源81发射的主光和检测器82检测到辅助光之间的时间延迟，可通过控制器4001确定光源81或检测器82与环境对象之间的距离。

在某些情况下，发射器的孔径可以与探测器的孔径相同。这意味着可以使用相同的扫描仪来扫描探测器的孔径。例如，可以使用相同的反射镜来发射主光和检测辅助光。然后，可以提供分束器来分离主光和辅助光。这些技术使得可以获得特别高的灵敏度。情况就是这样，因为探测器的孔径可以在辅助光到达的方向上对齐并限制。由于探测器的孔径可以缩小，空间滤波减少了环境光。

除了这种距离测量，还可以确定环境对象的横向位置，例如，通过控制器4001。这可以通过监视激光扫描仪99的一个或多个偏转单元的位置和/或方向来实现。在此过程中，一个或多个偏转单元的位置和/或方向在光180照射的瞬间可能对应偏转角901，902；由此可以推断出环境对象的横向位置。例如，可以根据角磁场传感器662的信号确定偏转单元的位置和方向。

由于在确定环境对象的横向位置时要考虑角磁场传感器662的信号，因此可以特别准确地确定环境对象的横向位置。特别是，与在确定环境物体的横向位置时只考虑运动致动器的驱动信号的技术相比，这种方法可以提高精确度。

图31示出了与LIDAR系统80有关的各方面。LIDAR系统80包括控制器4001，其可以实现为，例如，微处理器或专用集成电路(ASIC)。控制器4001也可以实现为现场可编程门阵列(FPGA)。控制器4001设置为将控制信号输出给驱动器4002。例如，控制信号可以以数字或模拟形式输出。

驱动器4002又被设置为产生一个或多个电压信号，并将其输出到压电致动器310、320的相应电触点。电压信号的典型振幅在50V到250V之间。

由此之后，压电致动器310，320与扫描模块100耦合，例如，在前面参考图5和图6中所述。由此，可以激发扫描模块100的一个或多个运动自由度，尤其是，扫描模块100的一个或多个支撑元件101，102。因此，偏转单元被偏转。因此，可以用光180扫描激光扫描仪99的环境区域。特别地，可以激发扭转模式502。

控制器4001可以设置为适当地激发压电致动器310，320，以便实现用于扫描2D环境区域的叠加图。为此，可以实现与调幅函数842有关的技术。在图31所示的示例中，控制器4001可以被特别设置，以便根据图23和图25所示的示例中的致动器运动831致动驱动器4002和/或压电弯曲执行器310，320。由此，可以实现叠加图900。

图31还示出了控制器4001与角磁场传感器662之间存在耦合。可以设置控制器4001，以便基于角磁场传感器662的信号致动一个或多个压电致动器310，320。通过这种技术，控制器4001可以监测镜面151的运动。如有必要，控制器4001可调整驱动器4002的致动，以便减少期望的镜面151运动与所观察到的镜面151运动之间的偏差。

例如，有可能实现闭环控制。例如，闭环控制可以包括作为控制变量的运动设定点振幅。例如，闭环控制可以包括作为控制变量的运动实际振幅。在这种情况下，可以根据角磁场传感器662的信号来确定运动的实际振幅。

图32是示例方法的流程图。在8001中，致动器，例如，压电弯曲致动器，被致动，以根据周期调幅函数，激发弹性移动扫描单元的第一运动自由度。在此过程中，周期调幅函数交替地布置了上升侧翼和下降侧翼。在本示例中，上升侧翼的长度可以至少是下降翼长度的2倍，可选地至少为4倍，进一步可选地至少为10倍。

显然，上述实施例和本发明各方面的特征可以相互结合。具体地说，这些特征不仅可以以所述组合使用，还可以在不超出本发明范围的情况下用于其他组合或单独使用。

例如，前面已经描述了用短的下降侧翼和长的上升侧翼实现叠加图的技术。因此，例如，也可以使用相对较长的下降侧翼和相对较短的上升侧翼；例如，在这样一个例子中，LIDAR成像基本上可以在相对长的下降侧翼期间发生。在某些情况下，也可能使用同样长的上升侧翼和下降侧翼；在这种情况下，还可以通过适当实现叠加图来确保有效的扫描，例如，没有或只有几个节点。

此外，前面已经描述了以相同频率激发两个时间重叠的运动自由度的技术。在某些情况下，例如，也可以用第一频率激励第一运动自由度，用第二频率激励第二运动自由度，第二频率不同于第一频率，例如，第二频率是第一频率的2倍。从而，叠加图可以具有节点，例如，其可以降低环境区域的扫描效率，但同时可以使运动自由度的选择更加灵活。

此外，前面已经描述了与叠加图有关的各种示例，其通过与第一扫描单元相关联的第一扭转模式和与第二扫描单元相关联的第二扭转模式的时间叠加来描述的。然而，当使用与不同扫描单元相关联的两种横向模态时，也可以实现相应的技术。

此外，前面描述了与LIDAR相关联的扫描单元的运动的各种技术。然而，相应的技术也可用于其他应用，例如，投影仪或激光扫描显微镜等。

Claims (20)

1.一种扫描仪(90)，包括：

具有弹性元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)的扫描单元(99，99-1，99-2)，其在基座(141)和偏转单元(150)之间延伸，其中，所述扫描单元(99，99-1，99-2)设置成通过所述弹性元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)的扭转(502)，以使偏转单元(150)处的光(180)以不同的角度(901，902)偏转；

磁体(660)，设置为用于产生杂散磁场；和

角磁场传感器(662)，其设置在所述杂散磁场中，并且设置为输出指示扭转(502)的信号；

其中，所述磁体(660)的磁矩具有垂直于所述扭转(502)的扭转轴(220)方向的分量。

2.根据权利要求1所述的扫描仪(90)，还包括：

接口元件(142，142-1，142-2)，与所述弹性元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)一体形成，并设置为固定所述偏转单元(150)；

其中，所述磁体(660)置于所述接口元件(142)上，或嵌入所述接口元件(142)中。

3.根据权利要求2所述的扫描仪(90)，其中，

所述扫描单元(99，99-1，99-2)包括两对支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)，其中，每对支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)被分配给相应的接口元件(142-1，142-2)；

其中，分配给所述两对支撑元件的所述接口元件(142-1，142-2)通过磁体(160)相互连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的扫描仪(90)，其中，

所述偏转(150)包括具有镜面(151)和与所述镜面(151)相对的背面(152，142)的反射镜，所述镜面(151)设置成用于反射光(180)；

其中，所述背面(152，142)布置在所述镜面(151)与所述磁体(660)和所述角磁场传感器(662)两者中的至少一个之间。

5.根据权利要求4所述的扫描仪(90)，

其中，所述弹性元件形成杆状，并且从该边朝向远离所述镜面(151)的方向延伸至所述基座(141)；

其中，所述杆的长度可选地不小于所述反射镜直径的20％，进一步可选地不小于所述反射镜直径的300％。

6.根据权利要求4或5所述的扫描仪(90)，其中，

所述磁体(660)形成为铁磁性涂层，或，形成为铁磁丸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的扫描仪(90)，其中，

所述磁体(660)的磁矩相对于所述扭转(502)的所述扭转轴(220)对称地布置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的扫描仪(90)，其中，

所述角磁场传感器(662)具有平面内灵敏度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的扫描仪(90)，其中，

所述角磁场传感器(662)相对于所述扭转(502)的所述扭转轴(220)偏心布置。

10.根据前述权利要求中任一项所述的扫描仪(90)，其中，

所述磁体(660)刚性连接到所述偏转单元(150)，所述角磁场传感器(662)刚性连接到所述基座(141)；或，

所述磁体(660)刚性连接到所述基座(141)，所述角磁场传感器(662)刚性连接到所述偏转单元(150)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的扫描仪(90)，还包括：

具有另一弹性元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)的另一扫描单元(99，99-1，99-2)，其在基座(141)和另一偏转单元(150)之间延伸，其中，所述另一扫描单元(99，99-1，99-2)设置成通过所述另一弹性元件的另一扭转(502)，以使所述偏转单元(150)处的光(180)以不同的角度(901，902)偏转；

另一磁体(660)，设置为用于产生杂散磁场；和

另一角磁场传感器(662)，其设置在所述另一杂散磁场中，并且设置为输出指示另一扭转(502)的另一信号。

12.根据权利要求11所述的扫描仪(90)，

其中，所述磁体(660)的磁矩(661)与所述扭转(502)的所述扭转轴(220)形成90°±10°的角度，并且在所述扭转(502)期间在第一平面中旋转；

其中，所述另一磁体(660)的磁矩(661)与所述另一扭转(502)的所述扭转轴(220)形成90°±10°的角度，并且在所述另一扭转(502)期间在第二平面中旋转；

其中，所述第一平面和所述第二平面彼此形成90°±10°的角度。

13.根据权利要求1-10中任一项所述的扫描仪(90)，还包括：

具有另一弹性元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)的另一扫描单元(99，99-1，99-2)，其在基座(141)和另一偏转单元(150)之间延伸，其中，所述另一扫描单元(99，99-1，99-2)设置成通过所述另一弹性元件的另一扭转(502)，以使所述偏转单元(150)处的光(180)以不同的角度(901，902)偏转；

另一角磁场传感器(662)，其设置在所述杂散磁场中，并且设置为输出指示另一扭转(502)的另一信号；

其中，可选地，所述磁体(660)刚性连接到所述基座(141)，所述角磁场传感器(662)刚性连接到所述偏转单元(150)，所述另一角磁场传感器(662)刚性连接到所述另一偏转单元(150)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的扫描仪(90)，其中，

所述角磁场传感器(662)设置为输出指示所述杂散磁场的方向的信号。

15.根据前述权利要求中任一项所述的扫描仪(90)，还包括：

至少一个致动器，其设置成通过扭转模式的共振激励，并根据周期性调幅函数激发扭转，该周期性调幅函数具有交替布置的上升侧翼和下降侧翼。

16.根据前述权利要求中任一项所述的扫描仪，其中，

所述角磁场传感器(662)的敏感表面(662Z)的中心(662)相对于所述磁体(660)沿所述扭转轴(220)偏移距离(662B)。

17.根据前述权利要求中任一项所述的扫描仪，其中，

所述角磁场传感器(662)的敏感表面(662Z)的中心(662C)在所述磁体(600)的面向所述基座(142)的边缘(660C)上对齐。

18.根据前述权利要求中任一项所述的扫描仪，还包括：

控制器，其设置为实现闭环控制，其包括作为控制变量的所述运动的实际振幅，其中，根据所述角磁场传感器(662)的信号确定所述运动的实际幅度。

19.根据前述权利要求中任一项所述的扫描仪，还包括：

另一角磁场传感器，其中，

所述角磁场传感器(662)和另一角磁场传感器布置成输出相对于所述扭转(502)的相应信号，并且输出与所述弹性元件的横向偏转相关的互补信号。

20.根据权利要求18和19所述的扫描仪，

其中，所述控制器设置成通过减去所述角磁场传感器的信号和所述另一角磁场传感器的信号来确定所述横向偏转；

其中，闭环控制可选地规定横向偏转的设定点振幅为零。