(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光スキャナ（９９）用の走査モジュール（１００）であって、
−基部（１４１、１４１−１、１４１−２）と、
−鏡面（１５１）を固定するように構成されたインターフェース要素（１４２、１４２−１、１４２−２）と、
−互いの間に１°以下の角度を形成する、少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）であって、前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）はそれぞれ、弾性的であるように設計され、前記基部（１４１、１４１−１、１４１−２）と前記インターフェース要素（１４２、１４２−１、１４２−２）との間を延伸し、前記鏡面（１５１）に直交して０．７ ｍｍ以上の延長部を有し、前記鏡面（１５１）に直交する成分を有する長手方向軸（１１１、１１２）に沿った棒状であるように設計された、前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）と、を具備する、走査モジュール（１００）において、
前記基部（１４１、１４１−１、１４１−２）、前記インターフェース要素（１４２、１４２−１、１４２−２）及び前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）は一体的に形成され、
前記少なくとも２つの支持要素の最も低い横モードの固有振動数は、最も低い捻れモードの固有振動数よりも大きい、走査モジュール（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）の長さ（２１１）は、２ ｍｍ以上である、請求項１に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項３】
前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）のそれぞれの長手方向軸（１１１、１１２）が、前記鏡面（１５１）の面法線（１５５）との間に、−６０°〜+６０°の範囲の角度（１５９）を形成する、請求項１又は２に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項４】
前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）は、一平面に配置された少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）を具備する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項５】
−前記基部（１４１、１４１−１、１４１−２）に接続されるが一体的に形成されることはない追加の基部（１４１、１４１−１、１４１−２）と、
−前記インターフェース要素（１４２、１４２−１、１４２−２）に接続されるが一体的に形成されることはなく、前記鏡面（１５１）を固定するように構成された追加のインターフェース要素（１４２、１４２−１、１４２−２）と、
−弾性的であるように設計された少なくとも１つの追加の支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）であって、前記追加の基部（１４１、１４１−１、１４１−２）と前記追加のインターフェース要素（１４２、１４２−１、１４２−２）との間を延伸する、追加の支持要素と、をさらに具備する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項６】
前記基部（１４１、１４１−１、１４１−２）は基部スペーサ（４０１）を介して前記追加の基部（１４１、１４１−１、１４１−２）に接続され、及び／又は
前記少なくとも１つのインターフェース要素（１４２、１４２−１、１４２−２）はインターフェーススペーサ（４０２）を介して前記少なくとも１つの追加のインターフェース要素（１４２、１４２−１、１４２−２）に接続される、請求項５に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項７】
前記少なくとも２つの支持要素は２つの支持要素（１０１−１、１０１−２）を具備し、
前記少なくとも１つの追加の支持要素は２つの追加の支持要素（１０２−１、１０２−２）を具備し、
前記２つの支持要素及び前記２つの追加の支持要素は、中心軸（２２０）に対して４回回転対称で配置される、請求項５又は６に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項８】
前記基部（１４１、１４１−１、１４１−２）は中央領域（１４５）及び縁部領域（１４６）を具備し、
前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）は前記中央領域（１４５）から離れて延伸し、
前記縁部領域（１４６）は、前記中央領域（１４５）の形状誘起弾性よりも大きい形状誘起弾性を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項９】
前記縁部領域（１４６）は凹部（１４９）を有する、請求項８に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項１０】
−前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）に付与され、前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）の捻れモードを励起するように構成される圧電層（３１０、３２０）をさらに具備する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項１１】
−前記インターフェース要素（１４２、１４２−１、１４２−２）に接続されるが一体的に形成されることはない前記鏡面（１５１）をさらに具備する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項１２】
−前記鏡面（１５１）と、前記鏡面に対向する裏側（１５２）とを有する鏡（１５０）をさらに具備する、請求項１１に記載の走査モジュール（１００）であって、
前記インターフェース要素は前記鏡（１５０）の前記裏側（１５２）に取り付けられる、走査モジュール（１００）。
【請求項１３】
前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）の隣接する２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）の間の距離が、前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）の少なくとも１つの長さの２%〜５０%の範囲である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項１４】
前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）は、鏡（１５０）の前記鏡面（１５１）に対向する裏側（１５２）から離れて延伸する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）はｎ個の支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）を具備し、
ｎは２以上であり、
前記ｎ個の支持要素はｎ回回転対称で配置される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項１６】
前記基部、前記インターフェース要素及び前記少なくとも２つの支持要素はいずれも、前記少なくとも２つの支持要素の長手方向軸（１１１、１１２）に直交して同一の厚さ（１９９８、１９９９）を有する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項１７】
前記少なくとも２つの支持要素の長手方向軸に直交する、前記基部及び前記インターフェース要素は、前記少なくとも２つの支持要素の厚さ（１９９９）よりも厚い厚さ（１９９８）を有する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の走査モジュール（１００）。
【請求項１８】
−請求項１〜１７のいずれか１項に記載の走査モジュール（１００）と、
−前記鏡面（１５１）と、
−前記少なくとも２つの支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）の捻れモード（５０２）又は前記少なくとも２つの支持要素の横モード（５０１）を励起するように構成された少なくとも２つのアクチュエータ（３１０、３２０）と、を具備する、光スキャナ（９９）。
【請求項１９】
前記少なくとも２つのアクチュエータ（３１０、３２０）は、前記基部（１４１、１４１−１、１４１−２）を傾斜させることによって前記捻れモード（５０２）を励起するように構成される、請求項１８に記載の光スキャナ（９９）。
【請求項２０】
前記少なくとも２つのアクチュエータ（３１０、３２０）は前記基部の縁部領域（１４６）に取り付けられる、請求項１９に記載の光スキャナ（９９）。
【請求項２１】
前記少なくとも２つのアクチュエータ（３１０、３２０）は第１の圧電屈曲アクチュエータと第２の圧電屈曲アクチュエータとを具備し、
前記基部は前記第１の圧電屈曲アクチュエータと前記第２の圧電屈曲アクチュエータとの間を延伸する、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の光スキャナ（９９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スキャナ用の走査モジュールに概ね関する。特に、本発明は、鏡面を固定するために基部とインターフェース要素との間に延在し、鏡面に直交する０．７ｍｍ以上の延長部を有する少なくとも１つの弾性支持要素を備える走査モジュールに関する。これは共鳴走査を可能にする。
【背景技術】
【０００２】
物体の距離測定はさまざまな技術分野にて望ましい。例えば、自動運転用途の場合、車両の周囲の物体を検出すること、特に物体までの距離を判定することが望ましい場合がある。
【０００３】
物体の距離測定のための技術の１つには、いわゆるＬＩＤＡＲ技術（光検出及び測距、ＬＡＤＡＲとも呼ばれる）が挙げられる。ここでは、パルスレーザ光がエミッタによって放出される。周囲の物体はレーザ光を反射する。このような反射はその後測定することができる。レーザ光の伝播時間を判定することによって、物体までの距離を判定することができる。
【０００４】
周囲の物体の空間的に分解された検出のために、レーザ光を走査することが可能である。それにより、レーザ光の放射角度に応じて、周囲のさまざまな物体を検出することができる。
【０００５】
レーザスキャナを実装するために、微小電気機械（ＭＥＭＳ）構成要素をこの目的のために使用することができる。例えば、特許文献１（ドイツ国特許出願公開第１０  ２０１３  ２２３  ９３７  Ａ１号明細書）を参照されたい。ここで、典型的には、横方向ばね要素を介して鏡を基板に接続する。鏡及びばね要素は基板と一体的に形成されるか一体化される。鏡は、適切なエッチングプロセスによってウェハから解除される。
【０００６】
しかし、そのような技術にはある種の不利益及び制限がある。例えば、走査角度は比較的制限されることが多く、例えば、２０°〜６０°の大きさである。さらに、使用可能な鏡領域は制限されていることが多い。典型的な鏡は一辺の長さが１ｍｍ〜３ｍｍであることがある。このため、ＬＩＤＡＲ技術では、検出器の開口部を制限することがある。これは、比較的近い対象物のみを確実に測定することができるという結果をもたらす。
【０００７】
このような欠点を改善するために、同期して複数の鏡を操作することが知られている。例えば、非特許文献１（Ｓａｎｄｎｅｒ、Ｔｈｉｌｏらの「３Ｄ距離測定用の大口径ＭＥＭＳ走査モジュール」 ＭＯＥＭＳ−ＭＥＭＳ、国際光学・フォトニクス学会、２０１０）を参照されたい。ただし、同期は比較的複雑であることがある。さらに、二次元走査を実行することは不可能である可能性があるか、限定的に可能であるにすぎないことがある。ここでも、走査角度は制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ドイツ国特許出願公開第１０ ２０１３ ２２３ ９３７ Ａ１号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｓａｎｄｎｅｒ、Ｔｈｉｌｏらの「３Ｄ距離測定用の大口径ＭＥＭＳ走査モジュール」 ＭＯＥＭＳ‐ＭＥＭＳ、国際光学・フォトニクス学会、２０１０
【発明の概要】
【００１０】
このため、装置の周囲の物体の距離を測定するための改良された技術が必要とされる。特に、上記の制限及び不利益のうちの少なくともいくつかを改善するような技術に対する必要性がある。
【００１１】
この目的は独立請求項の特徴によって達成される。従属請求項は実施形態を定義する。
【００１２】
一例では、光スキャナ用の走査モジュールは、基部とインターフェース要素とを備える。インターフェース要素は、鏡面を固定するように構成される。走査モジュールはこのほか、基部とインターフェース要素との間に延在し、鏡面に直交する０．７ｍｍ以上の延長部を有する少なくとも１つの弾性支持要素を備える。基部、インターフェース要素及び少なくとも１つの支持要素は一体的に形成される。
【００１３】
少なくとも１つの支持要素は弾力性があるように設計されるため、ばね要素とも呼ぶことができる。それによって、少なくとも１つの支持要素の少なくとも１つの運動自由度を共鳴的に励起することができる。これは、光スキャナー（共鳴スキャナ）の共鳴動作に対応する。これは、例えば、一定の回転運動をするためのボールベアリング又はステップモータを備えた非共鳴型の光スキャナと区別するためのものである。
【００１４】
例えば、少なくとも１つの支持要素が、基部に直交する１ｍｍ以上、場合によっては３．５ｍｍ以上、さらに場合によっては７ｍｍ以上の延長部を有することが可能であろう。
【００１５】
少なくとも１つの支持要素は、鏡面に直交する重要な延長部を有するため、従来技術の横方向ばね要素とは対照的に、垂直配向支持要素とも呼ぶことができる。このような配置により、例えば、１２０°〜１８０°の範囲で、特に大きな走査角を生成することができる。
【００１６】
いくつかの例では、走査モジュールが少なくとも２つの支持要素を有することが可能であろう。走査モジュールは少なくとも３つの支持要素、場合によっては少なくとも４つの支持要素を備えることができる。それによって、振動に対して感受性の低い、特に頑強な走査モジュールを製造することができる。
【００１７】
例えば、少なくとも２つの支持要素の長手方向軸がそれぞれ対をなして４５°以下、場合によっては１０°以下、さらに場合によっては１°以下の角度を形成することが可能である。これは、少なくとも２つの支持要素を互いに平行又は実質的に平行に配置することができることを意味する。
【００１８】
少なくとも２つの支持要素は、中心軸に対して回転対称に配置してもよい。ここでは、回転対称性をｎ回にすることが可能であり、ここでｎは少なくとも２つの支持要素の数を指す。それによって、光スキャナの共鳴動作中の非線形効果を回避することが可能である。
【００１９】
光スキャナの共鳴動作のために、少なくとも１つの支持要素の少なくとも１つの運動自由度を励起することができる。
【００２０】
少なくとも１つの運動自由度は、横モード及び捻れモードを含んでもよく、ここで、最も低い横モードの固有振動数は、最も低い捻れモードの固有振動数よりも大きい。
【００２１】
少なくとも１つの運動自由度は、横モード及び捻れモードを含んでもよく、ここで、最も低い横モードは、最も低い捻れモードによって縮退する。それによって、走査モジュールが外部励起に対して特に頑強であることを達成することができる。
【００２２】
捻れモードは、２つの支持要素の捻れに対応することができる。捻れモードは、対応する長手方向軸に沿った各個々の支持要素の捻れを示すことができる。場合によっては、捻れモードはこのほか、複数の支持要素を互いに捻ることを示すことできる。
【００２３】
少なくとも２つの支持要素のうちの２つの隣接する支持要素間の距離が、少なくとも２つの支持要素のうちの少なくとも１つの長さの２％〜５０％の範囲内、場合によって１０％〜４０％の範囲内、さらに場合によっては１２〜２０％の範囲内であるようにすることができるであろう。これにより、コンパクトな設計及び捻れモードに振動数を適合させることが可能になる。
【００２４】
少なくとも２つの支持要素は、１０％以下、場合によっては２％以下、さらに場合によっては０．１％以下だけ互いに異なる長さを有することが可能であろう。
【００２５】
例えば、走査モジュールが釣合重りを有することが可能であろう。釣合重りは、少なくとも１つのインターフェース要素の少なくとも１つに取り付けることができる。釣合重りは、特に、少なくとも１つのインターフェース要素と一体的に形成することができる。例えば、釣合重りは、少なくとも１つのインターフェース要素の長手方向軸に沿った断面積の変化によって実装することが可能であろう。釣合重りにより、慣性モーメントを変えることができる。それによって、少なくとも１つのインターフェース要素の捻れモードの振動数は、少なくとも１つのインターフェース要素の横モードの振動数に適合させることができる。釣合重りの設計に応じて、例えば、少なくとも１つのインターフェース要素の直交横モードの固有振動数の縮退を排除することが可能であろう。
【００２６】
一例では、走査モジュールは、第１の圧電屈曲アクチュエータと、第２の圧電屈曲アクチュエータと、第１の圧電屈曲アクチュエータと第２の圧電屈曲アクチュエータとの間に配置された基部とを備える。圧電屈曲アクチュエータは、このようにして、基部を介して連動して少なくとも１つの支持要素を励起してもよい。
【００２７】
ここで、第１の圧電屈曲アクチュエータは、第１の長手方向軸に沿って細長い形状を有することができ、第２の圧電屈曲アクチュエータは、第２の長手方向軸に沿って細長い形状を有することができるであろう。第１の長手方向軸及び第２の長手方向軸は、２０°未満、場合によっては１０°未満、さらに場合によっては１°未満の角度を互いに形成してもよい。
【００２８】
第１の長手方向軸及び／又は第２の長手方向軸は、少なくとも１つの支持要素の長手方向軸との間に２０°未満、場合によっては１０°未満、さらに場合によっては１°未満の角度を形成してもよい。これとは別に、第１の長手方向軸及び／又は第２の長手方向軸が、少なくとも１つの支持要素の長手方向軸との間に９０°±２０°の範囲内、場合によっては９０°±１０°の範囲内、さらに場合によっては９０°±１°の範囲内の角度を形成することも可能であろう。基部は、第１の圧電屈曲アクチュエータの第１の長手方向軸に沿った長手方向延長部を有してもよい。この延長部は、第１の長手方向軸に沿った第１の圧電屈曲アクチュエータの長さの２〜２０％の範囲内、場合によっては５〜１５％の範囲内である。このようにして、特に大きな走査角を達成することができ、少なくとも１つの支持要素のさまざまな運動自由度の効率的な励起を達成することができる。
【００２９】
基部は、第２の圧電屈曲アクチュエータの第２の長手方向軸に沿った長手方向延長部を有してもよい。この延長部は、第２の長手方向軸に沿った第２の圧電屈曲アクチュエータの長さの２〜２０％の範囲内、場合によっては５〜１５％の範囲内にある。それによって、圧電屈曲アクチュエータは、少なくとも１つの支持要素のさまざまな運動自由度の効率的な励起のために十分に強い力を基部に付加することができるようにすることができる。
【００３０】
第１の圧電屈曲アクチュエータは、第１の長手方向軸に沿って細長い形状を有してもよい。第２の圧電屈曲アクチュエータはこのほか、第２の長手方向軸に沿って細長い形状を有してもよい。第１の圧電屈曲アクチュエータは第１の長手方向軸に沿って延び、第２の圧電屈曲アクチュエータは少なくとも１つの支持要素の長手方向軸に沿う第２の長手方向軸に沿って少なくとも１つの支持要素の自由可動端まで延びてもよい。
【００３１】
装置はこのほか、第１の信号形式で第１の圧電屈曲アクチュエータを制御し、第２の信号形式で第２の圧電屈曲アクチュエータを制御するように構成されたドライバを備えてもよい。ここで、第１の信号形式及び第２の信号形式は、異相信号の寄与を有してもよい。
【００３２】
場合によっては、第２の信号形式が、任意に振幅変調された追加の同相信号の寄与を有することも可能であろう。例えば、走査領域の走査に必要な持続時間の間の同相信号の寄与の振幅（リフレッシュレートと相関する）は、単調に増加又は減少し得る。包絡線の線形時間依存性が可能になるであろう。
【００３３】
ここで、信号の寄与は第１の振動数を有してもよい。ここで、追加の信号の寄与は第２の振動数を有する。ここで、第１の振動数は第２の振動数の９５〜１０５％の範囲又は第２の振動数の４５〜５５％の範囲にある。
【００３４】
第１の信号形式及び／又は第２の信号形式がＤＣ部分を有することが可能であろう。
【００３５】
方法には、ウェハ上にリソグラフィによってエッチングマスクを形成するステップが含まれる。方法はこのほか、走査モジュールを形成する少なくとも１つのエッチングされた構造体を得るためにエッチングマスクによってウェハをエッチングするステップを含む。方法はさらに、走査モジュールのインターフェース要素上に鏡を鏡面によって固定するステップを含む。
【００３６】
この方法は、本明細書に記載されるさまざまな例による走査モジュールを製造するために使用することができる。走査モジュールはウェハ、例えば、シリコンウェハ又はシリコン・オン・インシュレータウェハ（ＳＯＩウェハ）から製造されるため、そのような技術はＭＥＭＳ技術とも呼ばれることがある。
【００３７】
インターフェース要素上へ鏡を固定するステップは、接着、陽極接合、直接接合、共晶接合、熱圧着接合、接着接合の技術のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００３８】
例えば、接着剤として、エポキシ樹脂又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を使用してもよい。
【００３９】
この方法はさらに、鏡を固定する前に走査モジュールを形成するいくつかのエッチングされた構造体を接続するステップを含んでもよい。鏡の固定、即ち、接着、陽極接合、直接接合、共晶接合、熱圧着接合、接着接合に照らして、上記のエッチングされた構造体を接続するために対応する技術を使用することができる。
【００４０】
一般に、各ウェハごとに多数の構造体を形成ことができ、その結果、各ウェハごとに多数の走査モジュールを得ることができる。このため、並列ウェハレベル処理を用いて、個々の走査モジュールの個々の処理を回避することができる。処理の特定の段階では、個々の構造体の解除は、例えば、ウェハを切断又は鋸引きすることによって実施することができる。その後、走査モジュールレベルの処理を実施することができる。一般に、走査モジュールを形成する複数のエッチングされた構造体の接続は、ウェハレベル、即ち、個々の走査モジュールを解除する前に実施することが可能であろう。しかし、複数のエッチングされた構造体の接続は、走査モジュールレベル、即ち、個々の走査モジュールを解除した後に実施することも可能であろう。
【００４１】
複数のエッチングされた構造体のそれぞれは、基部と、インターフェース要素と、それぞれの基部とそれぞれのインターフェース要素との間に延びる少なくとも１つの支持要素とを備えることができる。次に、複数のエッチングされた構造体を基部と、複数のエッチングされた構造体のインターフェース要素とに接続することができる。
【００４２】
接続は直接に実施するかスペーサを介して実施することができる。
【００４３】
共鳴光スキャナ用の走査モジュールが鏡を備える。鏡は鏡面を有する。鏡はこのほか、裏側を有する。裏側は鏡面の反対側に位置づけられる。走査モジュールはこのほか、裏側から延びる少なくとも１つの弾性支持要素を有する。少なくとも１つの弾性支持要素は、ＭＥＭＳ技術によって製造される。
【００４４】
これは、少なくとも１つの弾性支持要素が、シリコンウェハ又はＳＯＩウェハからウェハエッチング及びリソグラフィによって製造されることを意味することがある。これは、例えば、少なくとも１つの弾性支持要素が単結晶材料から形成され、このため特に強い張力に耐えることができることを意味することがある。
【００４５】
上記で説明した特徴及び以下で説明する特徴は、本発明の保護範囲を逸脱することなく、対応する明示的に表された組み合わせだけでなく他の組み合わせ又は単独でも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１Ａ】さまざまな例による光スキャナ用の走査モジュールを概略的に示す図であって、図１Ａの例の走査モジュールは、互いに平行に配置された２つの支持要素と、一体的に形成されていない鏡とを有する図。
【図１Ｂ】さまざまな例による光スキャナ用の走査モジュールを概略的に示す図であって、図１Ｂの例の走査モジュールは、互いに平行に配置された２つの支持要素と、一体的に形成された鏡とを有する図。
【図１Ｃ】さまざまな例による光スキャナ用の走査モジュールを概略的に示す図であって、図１Ｃの例の走査モジュールは、互いに平行に配置された２つの支持要素と、走査モジュールのインターフェース要素に適用された鏡面とを有する図。
【図２】さまざまな例による光スキャナ用の走査モジュールを概略的に示す図であって、走査モジュールは、互いに平行に配置された２つの支持要素と、一体的に形成されておらず、支持要素の長手方向軸に対して傾斜することができる鏡とを有する図。
【図３】基部と、インターフェース要素と、基部とインターフェース要素との間に延在する２つの支持要素とを有する、さまざまな例による走査モジュールの概略斜視図。
【図４】基部と、インターフェース要素と、基部とインターフェース要素との間に延在する２つの支持要素とを有する、さまざまな例による走査モジュールの概略斜視図であって、基部は、圧電アクチュエータに接続されるように構成される２つの縁部領域を有する概略斜視図。
【図５Ａ】さまざまな例による走査モジュールの概略上面図であって、基部は２つの圧電屈曲アクチュエータに接続される概略上面図。
【図５Ｂ】さまざまな例による走査モジュールの概略上面図であって、基部は２つの圧電屈曲アクチュエータに接続される概略上面図。
【図６Ａ】さまざまな例による圧電屈曲アクチュエータの概略側面図。
【図６Ｂ】さまざまな例による走査モジュールの概略上面図であって、基部は２つの圧電屈曲アクチュエータに接続される概略上面図。
【図７】さまざまな例による光スキャナを概略的に示す図。
【図８】さまざまな例による圧電屈曲アクチュエータを動作させるために使用することができる異相信号形式を概略的に示す図。
【図９】さまざまな例による圧電屈曲アクチュエータを動作させるために使用することができる同相信号形式を概略的に示す図。
【図１０】ＤＣ部分を有する異相信号形式であって、さまざまな例による圧電屈曲アクチュエータを動作させるために使用することができる信号形式を概略的に示す図。
【図１１】ＤＣ部分を有する同相信号形式であって、さまざまな例による圧電屈曲アクチュエータを動作させるために使用することができる信号形式を概略的に示す図。
【図１２】さまざまな例による時間の関数として同相信号形式の振幅変調を概略的に示す図。
【図１３】少なくとも１つの支持要素の２自由度の運動に関する重ね合わせ図形と、さまざまな例による重ね合わせ図形によって画定される走査領域とを概略的に示す図。
【図１４】少なくとも１つの支持要素の励起のスペクトルを示す図であって、さまざまな例による捻れモードと横モードとの間の縮退を表す図。
【図１５】少なくとも１つの支持要素の励起のスペクトルを示す図であって、さまざまな例による捻れモードと横モードとの間の排除された縮退を表す図。
【図１６】さまざまな例による光スキャナ用走査モジュールを概略的に示す図であって、図１５の例の走査モジュールは、それぞれの釣合重りで互いに平行に配置された２つの支持要素を有する図。
【図１７】さまざまな例による光スキャナ用走査モジュールの斜視図であって、走査モジュールは異なる平面内に２対の支持要素を有する図。
【図１８】図１７の例による走査モジュールの捻れモードを概略的に示す図。
【図１９】さまざまな例による別個の支持要素を有する走査モジュールの横モードを概略的に示す図。
【図２０】さまざまな例による別個の支持要素を有する走査モジュールの横モードを概略的に示す図。
【図２１】さまざまな例による２つの平行支持要素を有する走査モジュールの横モードを概略的に示す図。
【図２２】さまざまな例による２つの平行支持要素を有する走査モジュールの横モードを概略的に示す図。
【図２３】さまざまな例による光スキャナ用走査モジュールを概略的に示す図であって、図２３の走査モジュールは、それぞれの圧電材料を用いて互いに平行に配置された２つの支持要素を有する図。
【図２４】走査モジュールの製造方法の一例のフローチャート。
【図２５】さまざまな実施例による走査モジュールの製造を概略的に示す図。
【図２６】図２５による走査モジュールの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明の上記の特徴、特性及び利点並びに上記の特徴、特性及び利点が達成される方法は、図面を参照してさらに詳細に説明される実施例の以下の説明に基づいて明らかにされ、さらに良好に理解することができる。
【００４８】
以下、本発明を、図面を参照しながら好適な実施形態に基づいてさらに詳細に説明する。図面では、同一の参照番号は同一又は類似の要素を示す。図面は、本発明のさまざまな実施形態の概略図である。図面に表される要素は必ずしも縮尺通りに表されていない。代わりに、図面に表されたさまざまな要素は、そのような要素の機能及び一般的な目的が当業者には理解可能であるような方法で再現される。図面に表される機能ユニットと要素との間の接続及び結合はこのほか、間接的な接続又は結合として実施することができる。機能ユニットは、ハードウェア、ソフトウェア又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして実装することができる。
【００４９】
以下に、光を走査するさまざまな技術を説明する。以下に記載される技術は、例えば、光の二次元走査を可能にすることができる。走査は、異なる放射角度での光の繰り返し放射を意味することがある。この目的のために、光は偏向ユニットによって偏向することができる。走査は、光を用いて周囲の異なる点を繰り返し走査することを指すことがある。例えば、周囲の異なる点の数及び／又は異なる放射角の数は走査領域を確立することができる。
【００５０】
さまざまな例では、光の走査は、少なくとも１つの可動支持要素のさまざまな自由度に従って、２つの共鳴駆動運動の時間的重ね合わせ、場合によっては空間的重ね合わせによって実施することができる。それによって、さまざまな例では、重ね合わせ図形を追跡することができる。 時々、重ね合わせ図形はリサジュー（Ｌｉｓｓａｊｏｕｓ）図形とも呼ばれる。重ね合わせ図形は、支持要素の運動によってさまざまな放射角が実現される順序を記述することができる。
【００５１】
さまざまな例では、レーザ光を走査することが可能である。ここでは、例えば、コヒーレント又はインコヒーレントなレーザ光を使用することができる。偏光又は非偏光のレーザ光を使用することが可能であろう。例えば、レーザ光をパルス状に使用することが可能であろう。例えば、フェムト秒、ピコ秒又はナノ秒の範囲のパルス幅を有する短いレーザーパルスを使用することができる。例えば、パルス幅が０．５〜３ナノ秒の範囲内であることがある。レーザ光は７００〜１８００ｎｍの範囲の波長を有することがある。簡潔にするために、以下では主にレーザ光について言及する。しかし、本明細書に記載のさまざまな例はこのほか、他の光源、例えば、広帯域光源又はＲＧＢ光源からの光の走査に使用することができる。ここで、ＲＧＢ光源は可視スペクトルの光源を一般に意味し、色空間はいくつかの異なる色、例えば、赤、緑、青又はシアン、マゼンタ、黄色、黒の重ね合わせによって覆われる。
【００５２】
さまざまな例では、形状誘起弾性又は材料誘起弾性を有する少なくとも１つの支持要素が光の走査のために使用される。このため、少なくとも１つの支持要素はこのほか、ばね要素と呼ばれてもよい。次いで、少なくとも１つの支持要素の少なくとも１つの運動自由度、例えば、捻れモード及び／又は横モードを励起することができる。即ち、対応するモードの共鳴励起が起こる。それによって、少なくとも１つの支持要素の可動端部に接続される鏡を移動させることができる。このため、少なくとも１つの支持要素の可動端部はインターフェース要素を形成する。それによって、光を走査することができる。例えば、２つ以上の単一支持要素、例えば、２つ又は３つ又は４つの支持要素を使用することが可能であろう。このような支持要素は場合によっては互いに対称的に配置することができる。
【００５３】
例えば、可動端部は一次元又は二次元で移動してもよい。この目的のために、１つ又は複数のアクチュエータを使用することができる。例えば、少なくとも１つの支持要素の固定手段に対して可動端部を傾けることが可能であろう。これにより、少なくとも１つの支持要素の湾曲が生じる。これは第１の運動自由度に対応する可能性がある。この自由度は、横モードと呼ぶことができる（あるいはウィグルモードと呼ぶことがある）。これとは別に、あるいはこれに加えて、支持要素の長手方向軸に沿って可動端部を捻ることが可能であろう（捻れモード）。これは、第２の運動自由度に対応する可能性がある。可動端部の運動によって、レーザ光を異なる角度で放射することを達成することが可能である。この目的のために、例えば、鏡のような偏向ユニットを設けることができる。これにより、周囲をレーザ光で走査することができる。可動端部の運動の程度に応じて、さまざまなサイズのスキャン領域を実装できる。
【００５４】
ここに記載されたさまざまな例では、それぞれの場合にて、横モードの代わり、あるいは横モードに加えて捻れモードを励起することが可能である。即ち、捻れモードと横モードの時間的かつ空間的な重ね合わせが可能である。しかし、この時間的かつ空間的な重ね合わせも排除することができる。他の例ではこのほか、他の運動自由度を実装してもよい。
【００５５】
例えば、偏向ユニットはプリズム又は鏡として実装することができる。例えば、鏡は、ウェハ、例えば、シリコンウェハ又はガラス基板によって実装してもよい。例えば、鏡は、０．０５μｍ〜０．１ｍｍの範囲の厚さを有してもよい。例えば、鏡は２５μｍ又は５０μｍの厚さを有してもよい。例えば、鏡は２５μｍから７５μｍの範囲の厚さを有してもよい。例えば、鏡は正方形、長方形又は円形になるように設計されてもよい。例えば、鏡は、３ｍｍ〜１２ｍｍ又は特に８ｍｍの直径を有してもよい。
【００５６】
一般に、光を走査するそのような技術を多種多様な応用分野で使用することができる。例としては、内視鏡及びＲＧＢプロジェクタ並びにプリンタが挙げられる。さまざまな例では、ＬＩＤＡＲ技法を使用することができる。ＬＩＤＡＲ技術は、周囲の物体の空間的に分解された距離測定を実施するために使用することができる。例えば、ＬＩＤＡＲ技術は、鏡と物体と検出器との間のレーザ光の伝播時間の測定を含むことができる。一般に、光を走査するそのような技術を多種多様な応用分野で使用することができる。例としては、内視鏡及びＲＧＢプロジェクタ並びにプリンタが挙げられる。さまざまな例では、ＬＩＤＡＲ技術を使用することができる。ＬＩＤＡＲ技術は、周囲の物体の空間的に分解された距離測定を実施するために使用することができる。例えば、ＬＩＤＡＲ技術は、レーザ光の伝播時間の測定を含むことができる。
【００５７】
さまざまな例は、放射角に関して高精度でレーザ光の走査を実施することが望ましい可能性があるという発見に基づくものである。例えば、ＬＩＤＡＲ技術の文脈では、距離測定の空間分解能が放射角の不正確さによって制限される可能性がある。典型的には、達成される空間分解能が高くなる（低くなる）ほど、レーザ光の放射角度を判定する正確性が増大する（低下する）ことがある。
【００５８】
以下では、特に堅牢なレーザスキャナを提供するための技術について説明する。さまざまな例では、これは、支持要素を備える走査モジュールが提供されることで達成される。ここで、支持要素は、基部と、鏡面を固定するように構成されたインターフェース要素と一体的に形成される。
【００５９】
一体的に形成された設計のために、基部を介して特に強い力の束を支持要素に伝達することを達成することが可能である。それによって、支持要素の１つ又は複数の運動自由度を特に効率的に励起することができる。それによって、支持要素が特に大きな振幅で運動を実施することを次に達成することができる。それによって、大きな走査角を実現することができる。さらに、例えば、非一体的に形成された設計にて使用する必要があるであろう接着剤をはじめとする接続手段が裂けるか撓み、それによって走査モジュールを損傷することが回避される。
【００６０】
走査モジュールのさまざまな部分を一体的に形成するために、ＭＥＭＳ技術を使用することができる。例えば、走査モジュールは、ウェハからエッチング技術によって製造してもよい。ウェハは、例えば、５００μｍの厚さを有することができる。例えば、湿式化学エッチング又は乾式エッチングの技術、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、例えば、乾式ＲＩＥ（ＤＲＩＥ）を使用してもよい。ウェハは、例えば、シリコンウェハ又はシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハとすることができる。絶縁体は、ウェハの表面下約１００μｍに配置してもよい。ここで、絶縁体は、例えば、エッチングストップとして作用することができる。ここで、走査モジュールのさまざまな部分を解放するために、前面エッチング及び／又は背面エッチングを使用することが可能である。例えば、リソグラフィによってウェハ上にエッチングマスクを形成することが可能であろう。このようにして、特に、走査モジュールのさまざまな部分は、単一片を形成するように／一体的に形成されるように設計することができ、場合によっては単結晶になるようにも形成されるように設計することができる。
【００６１】
以下では、このほか、特に大きな走査角を実現することができるレーザスキャナを提供するための技術が説明される。これは、支持要素が、鏡面に直交する０．７ｍｍ以上の延長部を有するという点でさまざまな例で達成される。このため、支持要素は、従来のＭＥＭＳベースのマイクロミラーと比較して、鏡面の平面内に延在するだけではなく、鏡面に直交する重要な延長部を有する。例えば、支持要素は、長手方向軸に沿って棒状になるように設計されてもよい。ここで、長手方向軸は鏡面に直交する成分を有する。ここで、支持要素は、釣合重りを実装するために断面積の局所的な変化を有してもよい。
【００６２】
そのような技術によって、鏡面が特に自由に動くことができることを達成することが可能である。それによって、大きな振幅の運動を達成することができ、それによって次に大きな走査角度が可能になる。
【００６３】
図１Ａは、走査モジュール１００に関する態様を図示する。走査モジュール１００は、基部１４１、２つの支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２を備える。ここで、基部１４１、支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２は一体的に形成される。支持要素１０１、１０２は、１つの平面（図１Ａの紙面）内に設計される。図１Ａの例では、支持要素１０１、１０２は直線状に設計される。即ち、静止状態では、支持要素１０１、１０２は湾曲も屈曲もしていない。本明細書に記載のさまざまな例では、対応する直線状の棒状構成の支持要素を使用することができる。
【００６４】
例えば、基部１４１、支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２は、シリコンウェハ（又は別の半導体基板）をエッチングすることによるＭＥＭＳプロセスによって得ることが可能であろう。そのような場合、基部１４１、支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２は、特に単結晶であるように設計することができる。
【００６５】
２つの隣接する支持要素１０１、１０２間の距離は、少なくとも２つの支持要素のうちの少なくとも１つの長さ２１１の２％〜５０％の範囲内、場合によっては１０％〜４０％の範囲内、さらに場合によっては１２％〜２０％の範囲内であることが可能であろう。少なくとも２つの支持要素は、１０％以下、場合によっては２％以下、さらに場合によっては０．１％以下だけ互いに異なる長さ２１１を有することが可能であろう。それによって、特に大きな振幅の対応する運動自由度を達成することができる。例えば、支持要素１０１、１０２の長手方向軸１１１、１１２が、それぞれ対をなして、４５°以下、場合によっては１０°以下、さらに場合によっては１°以下の角度を形成することが可能であろう。支持要素１０１、１０２は、中心軸２２０に関して回転対称に配置される。図１Ａの例では、これは２回回転対称である。
【００６６】
このほか、走査モジュール１００が、単一の支持要素のみ、あるいは３つ以上の支持要素を有することが可能であろう。
【００６７】
図１Ａはこのほか、レーザスキャナ９９に関する態様を図示する。レーザスキャナ９９は、走査モジュール１００と鏡１５０とを備える。図１Ａの例では、鏡１５０は、光１８０の高い反射率（例えば、厚さ８０〜２５０ｎｍのアルミニウム又は金にて、例えば、波長９５０μｍで＞９５％、場合によっては＞９９％、さらに場合によっては＞９９．９９９％）を有する鏡面１５１を前面に形成し、基部１４１、支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２と一体的には形成されない。例えば、鏡１５０はインターフェース要素１４２に接着してもよい。インターフェース要素１４２は、実際には鏡面１５１を固定するように構成することができる。この目的のために、例えば、インターフェース要素１４２は、鏡１５０の対応する接触面を固定するように構成される接触面を有してもよい。鏡１５０をインターフェース要素１４２に接続するために、例えば、接着、はんだ付けなどの技術のうちの１つ以上を使用することができるであろう。
【００６８】
インターフェース要素１４２と鏡面１５１との間には、鏡１５０の裏側１５２が配置される。インターフェース要素１４２は、鏡１５０の裏側１５２に配置される。図１から、支持要素が鏡１５０の裏側１５２から基部１４１まで延びていることがわかる。それによって、従来のＭＥＭＳアタッチメントと同じような空間集約的なフレーム様構造体を回避することができる。このため、鏡１５０は、インターフェース要素１４２を介して支持要素１０１、１０２に接続することができる。それによって、ツーピース製造が可能であり、その結果、従来のＭＥＭＳアタッチメントと同じような複雑な一体化された裏側構造化が必ずしも生じない。
【００６９】
そのような技術によって、例えば、１０ｍｍ2以上、場合によっては１５ｍｍ2以上の大きい鏡面を実装することができる。それによって、鏡面１５１を検出器開口としても使用するＬＩＤＡＲ技術の文脈にて、高い精度及び範囲を達成することができる。
【００７０】
図１Ａの例では、支持要素１０１、１０２は鏡面１５１に直交する延長部を有する。この延長部は、図１Ａの例では、例えば、約２〜８ｍｍであってもよい。支持要素は、対応する長手方向軸１１１、１１２に沿って特に棒状になるように設計される。図１Ａでは、鏡面１５１の面法線１５５が表される。長手方向軸１１１、１１２は、面法線１５５に対して平行に配向される、即ち、この面法線と０°の角度を形成する。
【００７１】
このため、鏡面１５１に直交する支持要素１０１、１０２の延長部は、支持要素１０１、１０２の長さ２１１に等しい。一般に、支持要素１０１、１０２の長さ２１１は、２ｍｍ以上、場合によっては４ｍｍ以上、さらに場合によっては６ｍｍ以上になることが可能であろう。例えば、支持要素１０１、１０２の長さが２０ｍｍ以下、場合によっては１２ｍｍ以下、さらに場合によっては７ｍｍ以下であることが可能であろう。複数の支持要素が使用される場合、支持要素はすべて同じ長さを有することができる。
【００７２】
鏡面１５１に対する長手方向軸１１１、１１２の相対的な向きに応じて、（面法線１５５に平行な投影だけが考慮されることから、）鏡面１５１に直交する支持要素１０１、１０２の延長部を長さ２１１よりも短くすることも可能であろう。一般に、鏡面１５１に直交する支持要素１０１、１０２の延長部が０．７ｍｍ以上にすることが可能であろう。そのような値は、走査モジュール１００を製造することができるウェハの典型的な厚さよりも大きい。これにより、光１８０に対する特に大きな走査角度を実現することができる。
【００７３】
支持要素１０１、１０２は、例えば、長方形の断面を有してもよい。支持要素１０１、１０２はこのほか、正方形の断面を有してもよい。しかし、例えば、円形、三角形などの他の断面形状も可能であろう。支持要素１０１、１０２の断面の典型的な一辺の長さは、５０μｍ〜２００μｍの範囲内とすることができ、場合によっては約１００μｍとすることができる。一般に、断面の短辺は、断面の長辺の５０％以上であってもよい。これは、支持要素１０１、１０２が平坦な要素として設計されていなくてもよいことを意味する。このようにして、支持要素１０１、１０２の領域内の材料が、損傷を受けることなく十分に強い張力を吸収することができることが確実なものになる。しかし、同時に、支持要素１０１、１０２の領域の材料の形状誘起弾性は、基部１４１に対するインターフェース要素１４２の動きを可能にするのに十分なほど高い値をとることができる。
【００７４】
例えば、インターフェース要素１４２、ひいては鏡１５０を移動させるために、支持要素１０１、１０２の捻れモード及び／又は横モードを使用することができる。それによって、光の走査を実施することができる（図１Ａでは、支持要素１０１、１０２の静止状態が表される）。
【００７５】
図１Ａの例では、走査モジュール１０２は、１つの平面（図１Ａの紙面）に配置された支持要素１０１、１０２を備える。２つの支持要素１０１、１０２を使用することによって、走査モジュール１００は特に高い堅牢性を備えた状態で実装することができる。特に、それによって、各支持要素１０１、１０２の張力は減少することがある。一方、単一の支持要素の場合、光１８０の二次元走査を特に十分に可能にすることが可能であることがある。
【００７６】
図１Ｂは、走査モジュール１００に関する態様を図示する。走査モジュール１００は、基部１４１、２つの支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２を備える。ここで、基部１４１、支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２は一体的に形成される。
【００７７】
図１Ｂの例はここでは基本的に図１Ａの例に対応する。しかし、図１Ｂの例では、鏡１５０は、インターフェース要素１４２又は支持要素１０１、１０２及び基部１４１と一体的に形成される。可能な限り最大の鏡面１５１を達成するために、図１Ｂの例では、インターフェース要素１４２の中央領域を超えた突出部が設けられる。それによって、走査モジュール１００と鏡１５０との間の力の束を接着剤を介して伝達する必要がないことを達成することができる。
【００７８】
図１Ｃは、走査モジュール１００に関する態様を図示する。走査モジュール１００は、基部１４１、２つの支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２を備える。ここで、基部１４１、支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２は一体的に形成される。
【００７９】
図１Ｃの例はここでは基本的に図１Ｂの例に対応する。図１Ｃの例では、鏡１５０及びインターフェース要素１４２は、全く同一の要素によって実装される。鏡面１５１はインターフェース要素１４２に直接取り付けられる。これは特に簡単な設計を可能にする。
【００８０】
図２は、走査モジュール１００に関する態様を図示する。走査モジュール１００は、基部１４１、２つの支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２を備える。ここで、基部１４１、支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２は一体的に形成される。
【００８１】
図２の例はここでは基本的に図１Ａの例に対応する。しかし、図２の例では、支持要素１０１、１０２の長手方向軸１１１、１１２は鏡面１５１に直交するように配向されていない。図２では、鏡面１５１の面法線１５５と長手方向軸１１１、１１２との間の角度１５９が表される。図２の例では、角度１５９は４５°であるが、一般には、−６０°〜＋ ６０°の範囲内、あるいは場合によっては−４５°±１５°の範囲内、あるいは＋４５°±１５°の範囲内、即ち、実質的に４５°であってもよい。
【００８２】
特に、図２では、光１８０の１つのビーム経路が支持要素１０１、１０２の長手方向軸１１１〜１１２に平行に延び、鏡面１５１による偏向の前後に光１８０の追加のビーム経路が長手方向軸１１１〜１１２に直交して延びる。一般に、光１８０のビーム経路は中心軸２２０と平行に延びることができる。
【００８３】
長手方向軸１１１、１１２に対する鏡面１５１のそのような傾斜は、支持要素１０１、１０２の捻れモードが鏡１５０を移動させるために使用されるときに特に有利であることがある。次いで、光１８０の潜望鏡のような走査を実施することができる。
【００８４】
捻れモードによる潜望鏡のような走査は、鏡１５０が検出器開口としても使用される限りは、検出器開口の大きさが走査角度に依存しないという利点を有する。入射光と鏡１５０との間の角度は実際には走査角度には依存しない。これは、鏡の傾斜に起因して、検出器開口の大きさ、ひいては測定の感度が、走査角度の関数として変化する参照実装とは異なる。
【００８５】
図３は、走査モジュール１００に関する態様を図示する。走査モジュール１００は、基部１４１、２つの支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２を備える。ここで、基部１４１、支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２は一体的に形成される。図３は走査モジュール１００の斜視図である。
【００８６】
特に、図３では、前面エッチングの方向１９０１と背面エッチングの方向１９０２とがどのように配向しているかが示される。例えば、走査モジュール１００は、方向１９０１、１９０２に沿ってＳＯＩウェハを適切に２段階エッチングすることによって製造されてもよい。絶縁体とシリコンとの間の境界面は、支持要素１０１、１０２を形成してもよい。
【００８７】
例えば、ここで、ウェハ表面は方向１９０１、１９０２に直交して配向されてもよい。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図２と図３との比較から、鏡面１５１はウェハ面に直交して配向されていないことがわかる。それによって、少なくとも１つの支持要素１０１、１０２の特に大きな長さ２１１を可能にすることができる。次いで、これにより、大きな走査角度が可能になる。
【００８８】
図３の例では、基部１４１及びインターフェース要素１４２の厚さ１９９８は、支持要素１０１、１０２の厚さ１９９９とは異なる。他の例では、基部１４１、インターフェース要素１４２及び支持要素１０１、１０２が同じ厚さを有するのは可能であろう。これは、ＭＥＭＳ構造化のエッチング方向、即ち、方向１９０１、１９０２での前面構造化及び背面構造化に関するウェハ法線に直交する方向での厚さ１９９８、１９９９に関するものである。ウェハ法線は通常、特定の結晶方向と相関している。
【００８９】
図４は、走査モジュール１００に関する態様を図示する。走査モジュール１００は、基部１４１、２つの支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２を備える。ここで、基部１４１、支持要素１０１、１０２及びインターフェース要素１４２は一体的に形成される。図４は走査モジュール１００の斜視図である。
【００９０】
図４の例は基本的に図３の例に対応する。図４の例では、基部１４１は、中央領域１４５と、中央領域１４５の両側に配置された２つの縁部領域１４６と、を備える。支持要素１０１、１０２は中央領域１４５に接続される。中央領域１４５及び縁部領域１４６はいずれも一体的に形成される。
【００９１】
図３の例では、縁部領域１４６は、中央領域１４５よりも実質的に薄い厚さを有する。例えば、縁部領域１４６の厚さは、中央領域１４５の厚さの３０％以下であってもよい。縁部領域１４６の厚さが減少しているため、縁部領域が中央領域１４５よりも大きな形状誘起弾性を有することを達成することができる。一般に、縁部領域１４６が中央領域１４５よりも大きな形状誘起弾性を達成するために他の手段を採用してもよい。例えば、弾力性を提供する凹部又は溝を設けてもよい。
【００９２】
縁部領域１４６は、圧電アクチュエータとの接続を確立するために使用することができる。ここで、中央領域１４５は支持要素１０１、１０２との接続を確立する。
【００９３】
図５Ａはレーザスキャナ９９に関する態様を図示する。レーザスキャナ９９は、例えば、本明細書に記載されるさまざまな他の例に従って構成され得る走査モジュール１００を備える（ただし、図５Ａでは、単一の支持要素１０１のみを有する走査モジュール１００が例として表される）。
【００９４】
図５Ａは、圧電アクチュエータ３１０、３２０に関する特定の態様を図示する。さまざまな例では、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０を支持要素１０１の励起に使用することができる。
【００９５】
例えば、一般に、第１及び第２の圧電屈曲アクチュエータを使用することができる。第１の圧電屈曲アクチュエータ及び／又は第２の圧電屈曲アクチュエータをプレート形状の設計とすることが可能であろう。一般に、圧電屈曲アクチュエータの厚さを、例えば、２００μｍ〜１ｍｍの範囲内、場合によっては３００μｍ〜７００μｍの範囲内とすることができる。例えば、第１の圧電屈曲アクチュエータ及び／又は第２の圧電屈曲アクチュエータが、複数の圧電材料の交互配置を含む層構造体を有することが可能であろう。圧電屈曲アクチュエータは、さまざまな強度の圧電効果を有することができる。それによって、温度変化中のバイメタル板の屈曲と同じように、屈曲を引き起こすことができる。例えば、第１の圧電屈曲アクチュエータ及び／又は第２の圧電屈曲アクチュエータを固定位置に固定することが可能である。次いで、固定位置の反対側の端部を、第１の圧電屈曲アクチュエータ及び／又は第２の圧電式屈曲アクチュエータの屈曲又は湾曲の結果として移動させることができる。
【００９６】
圧電屈曲アクチュエータを使用することによって、特に効率的で強力な励起を達成することができる。圧電屈曲アクチュエータは、実際には、基部１４１を移動させることができ、特に、少なくとも１つの支持要素の捻れモードを励起するために、この基部を傾けることができる。さらに、励起のための装置の高集積化を達成することが可能であり得る。これは、必要な設置スペースを特に小さくなるように寸法設定できることを意味し得る。
【００９７】
特に、図５Ａの例では、圧電アクチュエータ３１０、３２０は圧電屈曲アクチュエータとして設計される。これは、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０の電気接点に張力を付与することによって、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０の屈曲又は湾曲がその長手方向軸３１９、３２９に沿って生じることを意味する。この目的のために、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０は層構造体を有する（図５Ａには示されていないが、紙面に直交して配向される）。このようにして、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０の端部３１５、３２５を、長手方向軸３１９、３２９にそれぞれ直交する固定部位３１１、３２１に対して偏向させる（図５Ａの例では、偏向は紙面に直交するように方向付けられる）。圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０の偏向３９９は、図６Ａに表される屈曲の結果としてのものである。
【００９８】
図６Ａは圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０の側面図である。図６Ａは、例えば、駆動信号又は張力／湾曲を受けることなく静止位置にある圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０を示す。
【００９９】
再び図５Ａに関して、例えば、３１１、３２１の固定部位は、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０とレーザスキャナ９９の（図５Ａには示されていない）ハウジングとの間に堅固な接続を確立してもよい。
【０１００】
基部１４１は、長手方向軸３１９、３２９の長手方向延長部を有してもよい。この延長部は長手方向軸３１９、３２９に沿って圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０の長さの２〜２０％の範囲内であり、場合によっては５〜１５％の範囲内である。それによって、十分に強い励起を達成することができる。このとき、基部１４１は、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０の動きを比較的わずかしか減衰させない。
【０１０１】
図５Ａの例では、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０は互いに実質的に平行に配置される。このほか、長手方向軸３１９、３２９の互いに対する傾斜が、特にその傾斜が１つの平面内で生じる限り、可能であろう。
【０１０２】
図５Ａの例から、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０と支持要素１０１との接続が、基部１４１の縁部領域１４６を介して実施されることが分かる。このような縁部領域１４６は弾性を有しているため、屈曲３９９は、吸収することができ、基部１４１の偏向を招く。それによって、基部１４１を介して結合方式でインターフェース要素１０１の１つ又は複数の運動自由度を励起することができる。それによって、特に効率的で省スペースの励起が達成される。
【０１０３】
図５Ａの例では、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０はインターフェース要素１４２から離れる方向に延びる。しかし、このほか、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０を、その長さの少なくとも５０％に沿ってインターフェース要素１４２に向かって延ばすことが可能であろう。それによって、特にコンパクトな構成を達成することができる。これは図５Ｂに示される。
【０１０４】
図５Ｂは、レーザスキャナ９９に関する態様を図示する。レーザスキャナ９９は、例えば、本明細書に記載の他のさまざまな例に従って構成され得る走査モジュール１００を備える（ただし、図５Ｂでは、単一の支持要素１０１のみを有する走査モジュール１００が表される）。
【０１０５】
図５Ｂの例はここでは基本的に図５Ａの例に対応する。しかし、ここで、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０は、インターフェース要素１４２に向かって、あるいは少なくとも１つの支持要素１０１の自由に移動可能な端部に向かって延びる。それによって、光スキャナ９９の特にコンパクトな構造体を達成することができる。
【０１０６】
図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａと図４との比較から、縁部領域１４６を介した励起の場合、複数の支持要素１０１、１０２の結合励起が生じることがわかる。例えば、圧電屈曲アクチュエータが、基部１４１を通って導かれる力の束を介して全支持要素１０１、１０２を共に励振することを達成することができる。これに対応して、これは、磁場コイルの共通の磁場によって全支持要素１０１、１０２に接続された磁性材料に力の束が付与される点で、達成されてもよい。結合励起のそのような技術は、エネルギー効率が良好であって省スペースの励起が可能になるという利点を有する。さらに、結合により、さまざまなアクチュエータを位相コヒーレンスで動作させる必要がある状態を防止することができ、これは実施を単純化する。結合励起により、特に結合捻れモード及び／又は結合横モードを励起することができる。
【０１０７】
アクチュエータは、運動の自由度を励起する直接的な力作用のために構成することができる、即ち、例えば、静電櫛歯構造体を有する参照実装の場合と同じように、パラメトリック励起の使用を回避することができる。
【０１０８】
一方、図５Ａ、図５Ｂ及び図６Ａの例では、長手方向軸３１９、３２９は支持要素１０１の長手方向軸と平行に配向される。このほか、他の例では、圧電屈曲アクチュエータの長手方向軸３１９、３２９を支持要素１０１の長手方向軸に直交して配置することが可能であろう。これは図６Ｂに表される。一般に、長手方向軸３１９、３２９は、少なくとも１つの支持要素の長手方向軸と９０°±２０°、場合によっては９０°±５°、さらに場合によっては９０°±１°の角度を形成してもよい。
【０１０９】
図７は、レーザスキャナ９９に関する態様を図示する。レーザスキャナ９９は、例えば、マイクロプロセッサ又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として実装され得る制御ユニット４００１を備える。制御ユニット４００１はこのほか、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）として実装してもよい。制御ユニット４００１は、ドライバ４００２に制御信号を出力するように構成される。例えば、制御信号はデジタル形式又はアナログ形式で出力されてもよい。
【０１１０】
ドライバ４００２は、次に、１つ又は複数の電圧信号を生成し、圧電アクチュエータ３１０、３２０の対応する電気接点に電圧信号を出力するように構成される。電圧信号の典型的な振幅は５０Ｖから２５０Ｖの範囲内にある。
【０１１１】
圧電アクチュエータ３１０、３２０は、次に、例えば図５及び図６に関して上記したように、走査モジュール１００に結合される。それによって、走査モジュール１００、特に走査モジュール１００の１つ又は複数の支持要素１０１、１０２の１つ又は複数の運動自由度を励起することができる。それによって、鏡面１５１が偏向される。それによって、レーザスキャナ９９の周囲領域は光１８０によって走査することができる。
【０１１２】
図８は、本明細書に記載のさまざまな例に従って圧電アクチュエータ３１０、３２０を制御するために使用することができる信号形式８００に関する態様を図示する。例えば、信号形式８００はドライバ４００２によって出力することができる。図８は、特に信号形式８００の振幅を時間の関数として描画している。
【０１１３】
図８の例では、圧電屈曲アクチュエータ３１０を制御するのに使用される信号寄与８１１（実線）が表される。さらに、図８の例では、圧電屈曲アクチュエータ３２０を制御するのに使用される信号寄与８２１（破線）が表される。図８の例から、信号寄与８１１、８２１は、位相がずれているように構成されることがわかる。図８の例では、これは、信号寄与８１１、８２１が同一振動数のほか、１８０°の位相シフトを有することを意味する。
【０１１４】
それによって、圧電屈曲アクチュエータ３１０が湾曲するか上方へ移動（湾曲するか下方へ移動）するのに対し、圧電屈曲アクチュエータ３２０が湾曲するか下方へ移動（湾曲するか上方へ移動）することを達成することができる。それによって、基部１４１が（１つ又は複数の支持要素１０１、１０２の中心軸２２０に対して）左及び右に交互に傾斜することを次に達成することができる。このため、そのような信号形式８００の構成により、１つの支持要素又は支持要素１０１、１０２の捻れモードの特に効率的な励起を達成することができる。
【０１１５】
図９は、本明細書に記載のさまざまな例に従って圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０を制御するのに使用することができる信号形式８００に関する態様を図示する。図９は、特に信号形式８００の振幅を時間の関数として描画している。
【０１１６】
図９の例では、圧電屈曲アクチュエータ３１０を制御するのに使用される信号寄与８１２（実線）が表される。さらに、図９の例では、圧電屈曲アクチュエータ３２０を制御するのに使用される信号寄与８２２（破線）が表される。図９の例から、信号寄与８１２、８２２は同相であるように構成されることがわかる。図９の例では、これは、信号寄与８１２、８２２が同一振動数と０°の位相シフトを有することを意味する。いくつかの例では、同相信号寄与８１２、８２２が振幅変調を有することが可能であろう。
【０１１７】
同相信号寄与８１２、８２２により、圧電屈曲アクチュエータ３１０が湾曲するか上方へ移動（湾曲するか下方へ移動）するのに対し、圧電屈曲アクチュエータ３２０が湾曲するか上方へ移動（湾曲するか下方へ移動）することを達成することができる。その結果、次に、（中心軸２２０に対して）基部１４１を上下に交互に移動させることを達成することができる。このため、信号形式８００のそのような構成によって、１つの支持要素又は支持要素１０１、１０２の横モードの特に効率的な励起が生じることがある。
【０１１８】
いくつかの例では、信号寄与８１１、８２１を、８１２、８２２にて信号寄与と時間的に重ね合わせて適用することが可能であろう。これは、単一の支持要素のみが使用される場合に特に望ましい可能性がある。次いで、少なくとも１つの支持要素の捻れモードと横モードとの時間的かつ空間的重ね合わせを得ることができる。それによって、二次元走査領域が走査され、光が単一の鏡面で偏向されることを達成することができる。これにより、レーザスキャナ９９を特に省スペースで統合することができる。
【０１１９】
他の例では、このほか、異相信号寄与８１１、８２１又は同相信号寄与８１２、８２２のいずれかを適用することが可能であろう。これは、複数の支持要素が使用される場合、特に望ましい可能性がある。次に、少なくとも１つの支持要素の捻れモード又は横モードのいずれかを励起することができる。それによって、鏡面での偏向により、一次元走査領域を走査することができる。それにもかかわらず、二次元走査領域を走査するために、例えば、２つのレーザスキャナが光を順次偏向することが可能であろう。ここでは、２つのレーザスキャナは同期して動作させることができる。
【０１２０】
しかし、以下では、少なくとも１つの支持要素のさまざまな運動自由度の時間的かつ空間的な重ね合わせが二次元走査領域を走査するために使用されるシナリオを主に参照する。
【０１２１】
信号寄与８１１、８１２、８２１、８２２の典型的な振動数が、例えば、５０Ｈｚ〜１．５ｋＨｚの範囲、場合によっては２００Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲、さらに場合によっては５００Ｈｚ〜７００Ｈｚの範囲である。このようにして、適切な走査振動数を達成することができる。
【０１２２】
図８及び図９の例では、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０の励起に対して、異相信号寄与８１１、８２１が同相信号寄与８１２、８２２とほぼ同じ振動数を有するシナリオが図示される。一般に、異相信号寄与８１１、８２１が同相信号寄与８１２、８２２の第２の振動数の９５〜１０５％の範囲の第１の振動数を有することが可能であろう。信号形式８００の振動数のそのような実施によって、少なくとも１つの支持要素１０１、１０２のさまざまな運動自由度の特に効率的な重ね合わせ図形を達成することができる。
【０１２３】
特に、重ね合わせ図形の結節点によって走査領域の特定の領域を複数回走査することなく、高いリフレッシュレートを達成することができる。特に、信号形式８００の振動数のそのような実施は、振動数空間での少なくとも１つの支持要素１０１、１０２のさまざまな励起運動自由度の縮退が存在するという事実を利用することができる。例えば、少なくとも１つの支持要素１０１、１０２の捻れモードの振動数及び少なくとも１つの支持要素１０１、１０２の横モードの振動数の縮退を、少なくとも１つの支持要素１０１、１０２の長さ２１１、少なくとも１つの支持要素１０１、１０２及び／又は少なくとも１つの支持要素１０１、１０２に取り付けられた釣合重りの慣性モーメント並びにインターフェース要素１４２及び／又は鏡１５０の慣性モーメントといったパラメータのうちの１つ以上の適切な構成によって達成することができる。
【０１２４】
しかし、他の例では、同相信号寄与８１２、８２２の第２の振動数以外の第１の振動数を異相信号寄与８１１、８２１が有することが可能であろう。例えば、異相信号寄与８１１、８２１の第１の振動数は、同相信号寄与８１２、８２２の第２の振動数の４５〜５５％の範囲、即ち、第２の振動数の約半分であってもよい。他の例では、第１の振動数はこのほか、第２の振動数の２倍であってもよく、全く異なる値であってもよい。少なくとも１つの支持要素１０１、１０２のさまざまな運動自由度であって、異相信号寄与８１１、８２１と同相信号寄与８１２、８２２によって励起される運動自由度間の縮退のそのような排除によって、対応する運動自由度間の非線形相互作用を回避することができる。例えば、横モード及び／又は捻れモードによるパラメトリック発振器の形成を回避することができる。それによって、少なくとも１つの支持要素１０１、１０２の特に標的を定めた励起を達成することができる。
【０１２５】
異相信号寄与８１１、８２１と同相信号寄与８１２、８２２とを重ね合わせることによって、圧電屈曲アクチュエータ８１０上の信号形式８００が、圧電屈曲アクチュエータ８２０上の信号形式８００に対する特定の位相シフトを有することを達成することができる。この位相シフトは、例えば、互いに対する同相信号寄与８１１、８２１及び異相信号寄与８１２、８２２の相対振幅の関数として変化させることができる。言い換えれば、実際の信号形式８００は、同相信号寄与８１１、８２１と、異相信号寄与８１２、８２２とに分解することができる。いくつかの例では、信号形式８００を生成するのに使用されるドライバが、同相信号寄与８１１、８２１と異相信号寄与８１２、８２２との重ね合わせを既に生成していることがある。
【０１２６】
図１０は、本明細書で説明されたさまざまな例に従って圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０を制御するのに使用することができる信号形式８００に関する態様を図示する。図１０は、特に信号形式８００の振幅を時間の関数として描画している。
【０１２７】
図１０の例は基本的に図８の例に対応する。ただし、図１０の例では、信号寄与８１１、８２１はそれぞれ、ＤＣ部分８０１を有する。いくつかの例では、このほか、信号寄与８１１、８２１のうちの１つのみがＤＣ部分８０１（図１０の水平方向の破線）を有することが可能であろう。いくつかの例では、このほか、例えば、大きさ及び／又は表示の観点から、２つの信号寄与８１１、８２１が異なる寸法のＤＣ部分８０１を有することが可能であろう。
【０１２８】
ＤＣ部分８０１を設けることにより、少なくとも１つの支持要素１０１、１０２のバイアス、即ち、少なくとも１つの支持要素１０１、１０２のＤＣ偏向が達成されることを達成することができる。それによって、例えば、少なくとも１つの支持要素のオフセット及び／又は対応するスキャナの視野の特定を補償するか考慮に入れることができる。
【０１２９】
図１１は、本明細書で説明されるさまざまな例に従って圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０を制御するのに使用することができる信号形式８００に関する態様を図示する。図１１は、特に信号形式２００の振幅を時間の関数として描画している。
【０１３０】
図１１の例は基本的に図９の例に対応する。ただし、図１１の例では、信号寄与８１２、８２２はそれぞれ、ＤＣ部分８０１を有する。一般に、信号寄与８１２、８２２のうちのいくつかのみがＤＣ部分８０１を有することが可能である。このほか、さまざまな信号寄与がさまざまなＤＣ部分を有することがある。
【０１３１】
図１２は、信号寄与８１２、８２２の振幅変調に関する態様を図示する。特に、図１２は信号寄与８１２、８２２の振幅を時間の関数として図示する。
【０１３２】
図１２の例では、重ね合わせ図形を走査するのに必要な期間８６０が表される。これは、期間８６０がレーザスキャナ９９のリフレッシュレートに対応し得ることを意味する。
【０１３３】
図１２から、同相信号寄与８１２、８２２の振幅は、期間８６０の間、時間の関数として単調に連続的に増加することがわかる。しかし、振幅はこのほか、段階的に増加する可能性がある。振幅はこのほか、単調に減少する可能性がある。
【０１３４】
図１２はこのほか、信号寄与８１１、８２１の振幅変調に関する態様を図示する。図１２から、異相信号寄与８１１、８２１の振幅は変化しないことがわかる。
【０１３５】
そのような技術によって、レーザ光の特に効率的な走査を実施することができる。特に、結節点を持たないか、少なくともいくつかの結節点しか持たない重ね合わせ図形が得られる可能性がある。それによって、広い走査領域を高いリフレッシュレートで走査することができる。
【０１３６】
急上昇なしの連続振幅変調が選択された場合に特に良好な結果が達成され得ることが観察された。特に正弦波又は余弦波の振幅変調の場合、特に良好な結果を達成することができる。次に、特に、非線形効果が特に十分に抑制される。特に明確に定義された重ね合わせ図形を得ることができる。
【０１３７】
図１３は重ね合わせ図形９００に関する態様を図示する。図１３は、重ね合わせ図形９００によって画定される走査領域９１５（図１３の点線）に関する特定の態様を図示する。図１３はここで、少なくとも１つの支持要素１０１、１０２の第１の運動自由度５０１によって達成することができる走査角度９０１を示す。図１３はこのほか、少なくとも１つの支持要素１０１、１０２の第２の運動自由度５０２によって達成することができる走査角度９０２を示す（走査角度は、例えば、図１にも示される）。
【０１３８】
例えば、第１の運動自由度５０１が、少なくとも１つの支持要素１０１、１０２の横モードに対応することが可能であろう。次に、横モード５０１を同相信号寄与８１２、８２２によって励起することが可能であろう。これに対応して、運動自由度９０２が少なくとも１つの支持要素１０１、１０２の捻れモードに対応することが可能であろう。次に、捻れモード５０２を異相信号寄与８１１、８２１によって励起することが可能であろう。
【０１３９】
図１３の例による重ね合わせ図形９００は、横モード５０１と捻れモード９０２が同一振動数である場合に得られる。さらに、図１３の例による重ね合わせ図形９００は、次に、期間８６０の間に横モード５０１の振幅が同相信号寄与８１２、８２２の振幅変調（図１２と比較）によって増大される場合に得られる。それによって、実際には、「開いた眼」の形態の重ね合わせ図形９００が得られる。即ち、横モード５０１の振幅が増大するほど、走査角度９０１が大きくなる（図１３の垂直の点線矢印で表される）。それによって、走査線を得ることができ（図１３の水平の点線矢印）、走査線によってレーザスキャナ９９の周囲を走査することができる。光パルスを繰り返し放射することによって、さまざまな像点９５１を次に得ることができる。複数の結節点を有する重ね合わせ図形が避けられ、これによって特に高いリフレッシュレートを達成することができる。さらに、結節点間の特定の領域が走査されない状態が回避される。
【０１４０】
図１４は、運動自由度５０１、５０２の共鳴曲線１３０１、１３０２に関する態様を図示する。共鳴曲線は、例えば、図１３の例による重ね合わせ図形９００を実現することができる。図１４はここでは、それぞれの運動自由度５０１、５０２の励起振幅を図示する。少なくとも１つの支持要素１０１、１０２のさまざまな運動自由度５０１、５０２の時間的かつ空間的な重ね合わせが二次元走査のために望まれる場合、図１４の例による共鳴スペクトルが特に望ましい可能性がある。
【０１４１】
横モード５０１の共鳴曲線１３０１は最大値１３１１（実線）を有する。図１４ではこのほか、捻れモード５０２の共鳴曲線１３０２が表される（破線）。共鳴曲線１３０２は最大値１３１２を有する。
【０１４２】
捻れモード５０２の最大値１３１２は、横モードの最大値１３１１よりも低い振動数にあり、これは、例えば、最低次数の横モード５０１であってもよい。このため、捻れモード５０２はシステムの基本モードを形成することができる。それによって、走査モジュールが振動などのような外部の干渉の影響に対して特に頑強であることを達成することができる。これは、そのような外部励起が、典型的には横モード５０１を特に効率的に励起するが、一方で、捻れモード５０２を特に効率的に励起しないためである。
【０１４３】
例えば、共鳴曲線１３０１、１３０２はローレンツ型であってもよい。これは、対応する運動自由度５０１、５０２が調和振動子によって記述できる場合に当てはまるであろう。
【０１４４】
最大値１３１１、１３１２は、振動数に関して互いに移行される。例えば、最大値１３１１、１３１２間の振動数間隔は５Ｈｚから２０Ｈｚの範囲内であってもよい。
【０１４５】
図１４ではこのほか、共鳴曲線１３０１、１３０２の半値全幅１３２１、１３２２が表される。典型的には、半値全幅は、対応する運動自由度５０１、５０２の減衰によって定義される。図１４の例では、半値全幅１３２１、１３２２は同一である。しかし、一般に、半値全幅１３２１、１３２２は互いに異なってもよい。いくつかの例では、半値全幅１３２１、１３２２を増大させるためにさまざまな技術を使用することができる。例えば、対応する接着剤を提供してもよい。接着剤を提供した部位のうちの特定の部位は、例えば、圧電屈曲アクチュエータ３１０、３２０と基部１４１との間に配置される。
【０１４６】
図１４の例では、共鳴曲線１３０１、１３０２は、（斜線で示す）重複領域１３３０を有する。これは、横モード５０１と捻れモード５０２が縮退していることを意味する。重複領域１３３０では、共鳴曲線１３０１と共鳴曲線１３０２の両方が有意な振幅を有する。例えば、重複領域での共鳴曲線１３０１、１３０２の振幅が、それぞれの場合にそれぞれの最大値１３１１、１３１２での対応する振幅の１０％以上、場合によってはそれぞれ５％以上、さらに場合によってはそれぞれ１％以上であることが可能であろう。重複領域１３３０によって、２つの運動自由度５０１、５０２を結合方式で励起することができる、即ち、それぞれの場合に振動数１３９９にて半共鳴方式で励起することができることを達成することができる。振動数１３９９は２つの最大値１３１１、１３１２の間である。それによって、時間的かつ空間的な重ね合わせを達成することができる。しかし、その一方で、２つの運動自由度５０１、５０２の間を結合することによって非線形効果を抑制するか回避することができる。
【０１４７】
図１５は、運動自由度５０１、５０２の共鳴曲線１３０１、１３０２に関する態様を図示する。図１５の例では、２つの運動自由度５０１、５０２には重複領域がない。退縮が除去されている。このため、励起振動数１３９９が用いられる場合、捻れモード５０２のみが励起される。これは、走査モジュールが一次元走査のみを実施することになる場合、望ましいことである可能性がある。これは、特に２つ以上の支持要素が用いられる場合に望ましいことである可能性がある。
【０１４８】
例えば、運動自由度５０２は捻れモードに対応することがある。捻れモード５０２は、運動学的システムの基本モードを形成することができ、即ち、この運動自由度より小さな固有振動数を有する追加の運動自由度が存在しないようにすることが可能である。
【０１４９】
最大値１３１２の側部への半共鳴励起により、非線形効果を防止することができる。
【０１５０】
共鳴曲線１３０１、１３０２を調整するか移行するために、例えば、少なくとも１つの支持要素１０１、１０２と一体的に形成することができる１つ又は複数の釣合重りを設けることができる。対応する例を図１６に表す。
【０１５１】
図１６の例は基本的に図１の例に対応する。ただし、図１６の例では、支持部材１０１、１０２には釣合重り１３７１、１３７２が設けられる。釣合重り１３７１、１３７２は支持要素１０１、１０２と一体的に形成される。捻れモード５０２の振動数は、釣合重り１３７１、１３７２により変えることができる。釣合重り１３７１、１３７２は、棒状支持要素１０１、１０２の断面の局所的拡大に対応する。
【０１５２】
図１７は、レーザスキャナ９９に関する態様を図示する。図１７の例では、第１の対の支持要素１０１-１、１０２-１及び第２の対の支持要素１０２-１、１０２-２を備える走査モジュール１００が表される。第１の対の支持要素１０１-１、１０２-１は平面内に配置される。このほか、第２の対の支持要素１０１-１、１０２-２が別の平面内に配置される。このような平面は互いに平行に配置され、互いにずれている。
【０１５３】
支持要素の各対はここでは対応する基部１４１-１、１４１-２及び対応するインターフェース要素１４２-１、１４２-２に連動する。２つのインターフェース要素１４２−１、１４２−２はここでは鏡１５０との接続を確立する。このようにして、複数の支持要素を有し、特に安定した走査モジュール１００が提供されることを達成することができる。特に、走査モジュール１００は、さまざまな平面に配置される支持要素を備えることができる。これにより、特に高い堅牢性を実現することができる。
【０１５４】
図１７からこのほか、基部１４１-１は基部１４１-２と一体的に形成されていないことがわかる。さらに、インターフェース要素１４２-１はインターフェース要素１４２-２と一体的に形成されていない。支持要素１０１-１、１０２-１は、支持要素１０２-１、１０２-２と一体になるようには設計されていない。特に、上記のさまざまな部品がウェハの異なる領域から製造され、その後に例えば、接着又は陽極接合によって互いに接続されることが可能である。接続技術の他の例には、融着、融着又は直接接着、共晶接着、熱圧着及び接着剤接着が挙げられる。対応する接続面１６０に図１７にて印を付けている。そのような技術によって、走査モジュール１００を特に簡単に製造することができることを達成することが可能である。特に、走査モジュール１００が全体的に、単一片の形態で製造されるか、ウェハから一体的に製造されることは必要ではない。代わりに、走査モジュール１００は二段階の製造工程で製造することができる。しかし、同時に、これは堅牢性を著しく低下させる可能性はない。接続面１６０の面積が大きいことにより、基部１４１-１と基部１４１-２との間と、インターフェース要素１４２-１とインターフェース要素１４２-２との間とのそれぞれの特に安定した接続を生じさせることができる。
【０１５５】
図１７の例では、基部１４１-１は基部１４１-２に直接接続される。さらに、インターフェース要素１４２-１はインターフェース要素１４２-２に直接接続される。これは、支持要素１０１-１、１０１-２、１０２-１、１０２-２とは厚さが異なることによって可能になる（図３と比較）。他の例では、基部１４１-１、基部１４１-２、インターフェース要素１４２-１、インターフェース要素１４２-２及び支持要素１０１-１、１０１-２、１０２-１、１０２-２はいずれも、同一の厚さを有する。その結果、スペーサを介した接続が実施されてもよい（図１７には示されていない）。
【０１５６】
図１７のシナリオでは、基部１４１-１、支持要素１０１-１、１０２-１及びインターフェース要素１４２-１を、対称面（接続面１６０も配置される面）での基部１４１-２、支持要素１０２-１、１０２-２及びインターフェース要素１４２-２上へのミラーリングによって再現することが可能である。それによって、対称性の高い構造体を実現することができる。特に、回転対称構造体を達成することができる。回転対称性は次数ｎ＝４、即ち、使用される支持要素１０１-１、１０１-２、１０２-１、１０２-２の数に等しい次数を有することができる。中心軸２２０に対するそのような対称的な構造体は、捻れモード５０２の励起に関して特に利点を有することがある。非線形性を回避することができる。
【０１５７】
図１８は、捻れモード５０２に関する態様を図示する。図１８は、図１７の例による走査モジュール１００に対する捻れモード５０２の偏向を概略的に図示する（図１８では、偏向した状態を実線で表し、休止状態を破線で表している）。
【０１５８】
図１８では、捻れモード５０２の回転軸２２０が表される。回転軸２２０は、基部１４１-１を基部１４１-２上に再現するか、支持要素１０１-１、１０１-２を支持要素１０２-１、１０２-２上に再現する対称面２２１内にある。
【０１５９】
このため、複数の支持要素１０１−１、１０１−２、１０２−１、１０２−２は、両方が中心軸２２０に沿って互いに対して捻られ（Ｉ）、また、それぞれの場合でその長手方向軸に沿って個々に捻られる（ＩＩ）。このため、捻れモード５０２はこのほか、支持要素１０１-１、１０１-２、１０２-１、１０２-２の結合捻れモード５０２と呼ばれる。これは、支持要素１０１-１、１０１-２、１０２-１、１０２-２の互いに対する幾何学的配置、即ち、特に支持要素１０１-１、１０１-２、１０２−１、１０２−２の互いに対する平行配置によって促進される。即ち、支持要素１０１−１、１０１−２、１０２−１、１０２−２の各々の長さと比較して各々の間の距離が非常に小さいものになることによって促進される。この結合捻れモード５０２は、支持要素１０１-１、１０１-２、１０２-１、１０２-２の平行運動学と呼ぶことができる。
【０１６０】
図１８の例では、支持要素１０１-１、１０２-１、１０１-２、１０２-２は、中心軸２２０に関して回転対称に配置される。特に、４回回転対称が存在する。回転対称の存在は、例えば、支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２のシステムを回転によってシステム自体と重ね合わせることができることを意味する。回転対称の次数は、３６０°の回転角当たり支持要素１０１-１、１０２-１、１０１-２、１０２-２のシステムをシステム自体と重ね合わせることができる頻度を示す。一般に、回転対称性はｎ回であり、ここでｎは使用される支持要素の数を示してもよい。
【０１６１】
高次の回転対称配置によって、以下の効果を達成することができる。捻れモード５０２の励起の場合、非線形性を低減するか抑制することができる。このことの妥当性は、次の例によって示すことができる。例えば、支持要素１０１-１、１０２-１、１０１-２、１０２-２は、長手方向軸と中心軸２２０がいずれも一平面にあるように配置してもよい。そのとき、回転対称性は２回になるであろう（図１８の例のように４回にはならない）。そのような場合、直交横モード５０１（中心軸２２０に直交する異なる方向）は、異なる慣性モーメントのために異なる振動数を有する。このため、例えば、低振動数の横モードの方向は、捻れモード５０２が励起されるときの回転と共に回転する。それによって、固有振動数が回転角の関数として、即ち、時間の関数として変化するため、パラメトリック発振器が形成される。パラメトリック発振器の異なる状態間のエネルギー移動は非線形性をもたらす。高次の回転対称性が用いられるという点で、パラメトリック発振器の形成を防ぐことができる。好ましくは、支持要素は、捻れ角に対する固有振動数の依存性がないように配置される。
【０１６２】
支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２の捻れモードの励起での非線形性を回避することによって、光の特に大きな走査角が捻れモード５０２によって達成され得ることを達成することができる。
【０１６３】
支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２の中心軸２２０に沿った互いに対する捻れと、支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２の各々の長手方向軸に沿った捻れとは、基部１４１までの距離が増大するにつれて増大するほか、捻れ角が増大するにつれて増大する。例えば、捻れモード５０２の捻れ角が支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２間の角距離（図１８の例では、４回回転対称のため９０°）より大きい場合、支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２が互いに長手方向に重なり合って完全に捻れる。このため、一般に、捻れモード５０２の捻れ角は、３６０°／ｎよりも大きくすることができ、ここでｎは回転対称の次数を表す。それによって、支持要素１０１-１、１０２-１、１０１-２、１０２-２の互いに対する捻れが促進される。この平行運動学は、同時に非線形効果が軽微であり、特に空間要求が低い状態で走査角度を大きくすることができる。
【０１６４】
図１９は、走査モジュール１００に関する態様を図示する。図１９の例では、走査モジュール１０１は、任意の釣合重り１３７１を有する単一の支持要素１０１を備える。このため、横モード５０１が励起されると、鏡面１５１の傾斜が生じる。これは図２０に表される。図２０では、特に最低次の横モード５０１が表される。他の例ではこのほか、光１８０の走査にさらに高次の横モードを使用することが可能であろう。その場合、支持要素１０１の長さ２１１に沿った特定の位置での支持要素１０１の偏向はゼロに等しくなるであろう（いわゆる偏向の結節点又は膨らみ）。
【０１６５】
図２１は、走査モジュール１００に関する態様を図示する。図２１の例では、走査モジュール１０１は一対の支持要素１０１、１０２を備える。支持要素は一平面（図２１の紙面）内に配置される。横モード５０２がこの平面内で偏向して励起されると、鏡面１５１の傾斜は生じない。このため、光１８０の偏向は横モード５０２の励起による影響を受けない。これは図２２に表される。それによって、振動に関するシステム固有の安定化を達成することができる。例えば、いずれも同一平面内にない３つ以上の支持要素が使用される場合、特に強い安定化を達成することができる。これは、例えば、図１７の例による走査モジュール１００の場合であろう。
【０１６６】
図２３は、走査モジュール１００に関する態様を図示する。図２３の例では、圧電アクチュエータ３１０、３２０は、例えば、蒸着プロセスによって支持要素１０１、１０２に直接付着される。それによって、運動自由度５０１、５０２の励起が基部１４１を介して生じないことを達成することができる。その代わりに、この励起は支持要素１０１、１０２の領域にて直接生じる。これは特に効率的で省スペースの励起を可能にすることができる。
【０１６７】
励起とは別に、あるいは励起に加えて、対応する圧電層を用いて支持要素の曲率を検出することもできる。それによって、偏向角度９０１、９０２は特に正確に判定することができる。例えば、湾曲のさまざまな方向を検出するために、支持要素１０１、１０２の異なる側面に複数の圧電層を取り付けることができる。
【０１６８】
図２４は、走査モジュールの製造方法の一例のフローチャートである。例えば、図２４による方法によって、本明細書に記載のさまざまな例による走査モジュール１００を製造してもよい。
【０１６９】
まず、ステップ５００１では、ウェハ、例えば、Ｓｉウェハ又はＳＯＩウェハ上に、リソグラフィによってエッチングマスクが形成される。ウェハは、例えば、５００μｍの厚さを有することができる。
【０１７０】
次に、ステップ５００２では、ウェハがエッチングされる。ここで、エッチングは、例えば、ウェハの前面及び／又は背面から実施することができる。このようにして、走査モジュール又は走査モジュールの一部（エッチングされた構造体）は、一体の自立構造体の形態で得られる。
【０１７１】
ステップ５００２では、エッチングはウェハの１つ又は複数の側面から実施することができる。例えば、まず、前面エッチングは、例えば、ＳＯＩエッチングストップと共に実施してもよい。次いで、例えば、基部の縁部領域に凹部を形成するために、背面エッチングを実施してもよい。それによって、縁部領域は高い形状誘起弾性を得ることができる。
【０１７２】
場合によっては、その後に複数のエッチングされた構造体を接着又は陽極接合によって互いに接続してもよい（図１７と図２５を比較されたい）。それによって、走査モジュールは、ステップ５００２にて部品のみが製造される程度まで完成させることができる。例えば、走査モジュールを得るためのエッチングされた構造体の接続の前に、接続されるエッチングされた構造体の解除がこの目的のために実施されてもよく、ウェハは切断されるか鋸引きされてもよい。
【０１７３】
ステップ５００３では、鏡面は走査モジュール１００に固定される。鏡面は、エッチングされていないウェハ面と、例えば、-６０°〜＋ ６０°の範囲、場合によっては４５°又は０°の角度を形成してもよい。例えば、鏡面は、エッチングされていないウェハ面と４５°±１５°の角度を形成してもよい。
【０１７４】
簡素な例では、鏡面の固定は、走査モジュール１００又はインターフェース要素１４２の対応する表面上へのアルミニウム又は金の堆積を含んでもよい。他の例では、例えば、接着剤によって、鏡１５０をインターフェース要素１４２に接着してもよい。鏡１５０はこのほか、半導体材料又はガラスから製造してもよい。鏡１５０を固定するために陽極接合も可能であろう。接続技術の他の例には、融着、融着又は直接接着、共晶接着、熱圧着及び接着剤接着が挙げられる。このため、一般に、鏡１５０は走査モジュール１００上に固定することができる。
【０１７５】
ステップ５００４では、原則的には任意選択のステップにて、アクチュエータを走査モジュール１００に固定することができる。簡素な例では、これは支持要素１０１、１０２上への圧電材料の堆積を含んでもよい（図２３と比較）。他の例では、例えば、圧電屈曲アクチュエータを基部１４１に固定することも可能であろう。
【０１７６】
図２５は、走査モジュール１００の製造に関する態様を図示する。特に、図２５は、複数のエッチングされた構造体４１１、４１２の接続に関する態様を図示する。
【０１７７】
図２５では、同一にエッチングされた２つの構造体４１１、４１２がウェハ処理によって得られることが表される。それぞれのエッチングされた構造体は、対応する基部１４１-１、１４１-２、対応するインターフェース要素１４２-１、１４２-２及び支持要素１０１-１、１０２-１及び１０１-２、１０２-２をそれぞれ形成する。
【０１７８】
図２５の例では、基部１４１-１、インターフェース要素１４２-１及び支持要素１０１-１、１０２-１はいずれも（図３のシナリオとは対照的に）同じ厚さ１９９８、１９９９を有する。図２５の例では、基部１４１-２、インターフェース要素１４２-２及び支持要素１０１-２、１０２-２はいずれも（図３のシナリオとは対照的に）同じ厚さ１９９８、１９９９を有する。
【０１７９】
２つのエッチングされた構造体４１１、４１２は、例えば、接着、例えば、エポキシ接着剤又はＰＭＭＡなどによる接着によって互いに接続される。これは、破線の矢印によって図２５に示される。
【０１８０】
図２５のシナリオでは、エッチングされた構造体は互いに直接接続されていない。代わりに、スペーサ４０１、４０２が使用される。スペーサは、エッチングされた構造体４１１、４１２と一体的には形成されていない。詳細には、エッチングされた構造体４１１の基部１４１-１は、間に配置された基部スペーサ４０１によって、エッチングされた構造体４１２の基部１４１-２に接続される。さらに、エッチングされた構造体４１１のインターフェース要素１４２-１は、インターフェーススペーサ４０２を介してエッチングされた構造体４１２のインターフェース要素１４２-２に接続される。このため、各スペーサ４０１、４０２に対して、例えば、接着剤などが塗布された２つの接続面があり、それぞれが２つの構造体４１１、４１２のうちの１つに連動している。
【０１８１】
このほか、対称面が図２５に表される。この対称面は、ミラーリングによって２つの構造体４１１、４１２を共に担持し、ひいては特に支持要素１０１-１、１０２-２を支持要素１０１-２、１０２-２に複製する。スペーサ４０１、４０２の厚さを適切に寸法設定することによって、４回回転対称の配置を達成することができる（図１８と比較）。
【０１８２】
スペーサ４０１、４０２はこのほか、ウェハのリソグラフィ加工によって得ることができる。スペーサ４０１、４０２はこのほか、例えば、シリコンから製造することができる。図２５の例では、スペーサ４０１、４０２は、形状誘起弾性が低い嵩高い部品である。これにより、走査モジュール１００を形成する２つの構造体４１１、４１２の強い結合がもたらされる。
【０１８３】
スペーサ４０１、４０２を使用することによって、特に支持要素１０１-１、１０２-１と１０１-２、１０２-２との間の距離は柔軟に調整することができる。さらに、エッチングされた構造体は、横方向の厚さを変動させる必要がない、即ち、基部１４１-１、１４１-２、インターフェース要素１４２-１、１４２-２及び支持要素１０１−１、１０１-２、１０２-１、１０２-２はいずれも同じ厚さ１９９８、１９９９を有することができることを可能にすることができる。これにより、特に簡単でエラーの少ないウェハの処理が可能になる。さらに、材料には圧力が加えられていない。例えば、複数のエッチングストップが必要ないため、ＳＯＩウェハを省くことができる。これにより、プロセスのコストを削減できる。
【０１８４】
縁部領域１４６の形状誘起弾性は、縁部領域１４６の幾何学的形状によって可能になる。図２５の例では、基部１４１-１、１４１-２の縁部領域１４６はＵ字型に設計される。中央領域１４５と縁部領域１４６とは同じ厚さ１９９８を有する。捻れモード５０２の励起のために基部１４１-１、１４１-２の傾斜を促進するために、基部１４１-１、１４１-２の縁部領域１４６は増大した形状誘起弾性を有する。図２５の例では、これはこのほか、中央領域１４５に面する部位の縁部領域１４６に配置された凹部によって達成される（図２５では破線で描かれた円で強調表示される）。対応する詳細を図２５に関連して説明する。
【０１８５】
図２６は、走査モジュール１００に関する態様を図示する。図２６は、図２５のＡ-Ａ’断面図である。図２６は、特に、基部１４１-１、１４１-２の縁部領域１４６の形状誘起弾性に関する態様を図示する。
【０１８６】
図２６の例では、基部１４１-１、１４２-２は、中央領域１４５と縁部領域１４６とを備える（図４とも比較）。ここで、縁部領域１４６はそれぞれ、凹部１４９又は溝／ノッチ／テーパを有する。凹部１４９はそれぞれ、支持要素の長手方向軸１１１、１１２にそれぞれ直交（図２６の紙面に直交）して配置された軸１４８に沿って配置される。
【０１８７】
ここで、凹部１４９は、中央領域１４５に面する基部１４１-１、１４１-２の側に配置される。凹部１４９は、中央領域１４５に隣接して配置することができる。それによって、傾斜軸を中心とした基部１４１-１、１４１-２の傾斜が生じ、傾斜軸は支持要素の長手方向軸１１１、１１２と平行（図２６の紙面に垂直）に配置される（図２６の傾斜は点線の矢印で表される）。そのような傾斜は、縁部領域１４６に、例えば、凹部１４９から離れたところに配置された圧電屈曲アクチュエータによって生じることがある（図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂとも比較）。
【０１８８】
凹部は対応するウェハの背面構造化によって生成してもよい。ここで、支持要素は前面構造化によって生成することができる。それによって、ウェハ材料の機械的切除の間、前面構造化の後で背面構造化の前に、凹部の領域では、材料の破裂又は材料の過度の加圧の発生を防止することができる。
【０１８９】
当然、本発明の上記の実施形態及び態様の特徴は互いに組み合わせることができる。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、記載された組み合わせだけでなく、他の組み合わせ又は単独で特徴を使用することができる。
【０１９０】
例えば、一定数の支持要素を有する走査モジュールに関してさまざまな技術をこれまでに挙げてきた。しかし、さまざまな技術はこのほか、さまざまな数の支持要素を有する走査モジュールのために使用することができる。
【０１９１】
例えば、レーザスキャナに関してさまざまな技術をこれまでに説明してきたが、一般に、レーザ光以外の光を走査することも可能であろう。
【０１９２】
横モードと捻れモードの時間的かつ空間的な重ね合わせに関してさまざまな例を説明してきた。他の例ではこのほか、他の運動自由度を時間的かつ空間的に重ね合わせること、例えば、異なる方向の横モード及び／又は異なる次数の横モードを重ね合わせることが可能であろう。一般に、このほか、異なる運動自由度の時間的かつ空間的な重ね合わせを実施することは必要ではない。例えば、異なるシナリオでは、異なるモード間の縮退が排除され、個々のモードが標的を定めて励起される可能性があるであろう。
【０１９３】
例えば、ドイツ国特許出願公開第ＤＥ１０  ２０１６  ０１０  ４４８．１号のファイバ系スキャナのための空間的及び時間的重ね合わせの技術が考察されてきた。対応する開示内容、例えば、重ね合わせ図形及び励起の振幅変調に関する開示内容は、参照により本明細書に含まれる。対応する技術はこのほか、一体型ＭＥＭＳスキャナに使用することができる。
【０１９４】
例えば、鏡面の傾斜を抑制するための技術がドイツ国特許出願公開第ＤＥ１０  ２０１６  ０１３  ２２７．２号に関して説明されてきた。対応する開示内容、例えば、複数のファイバの回転対称配置に関する開示内容は、参照により本明細書に含まれる。対応する技術はこのほか、ＭＥＭＳスキャナに使用することができる。
【０１９５】
さらに、上記の例は、圧電駆動装置に関して説明されてきた。しかし、本明細書に記載の技術はこのほか、他の駆動形態、例えば、磁気駆動装置又は静電駆動装置と共に使用することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
0006933401.tif 000004
【図２】
0006933401.tif 000005
【図３】
0006933401.tif 000006
【図４】
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【図５Ａ】
0006933401.tif 000008
【図５Ｂ】
0006933401.tif 000009
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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