(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部（１４１）と偏向部（１５０）との間に延在する弾性支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）を有し、前記弾性支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）の捻れ（５０２）によって異なる角度（９０１、９０２）で、前記偏向部（１５０）において光（１８０）を偏向するように設定された、スキャン部（９９、９９−１、９９−２）と、
漂遊磁場を発生させるように設定された、磁石（６６０）と、
前記漂遊磁場中に配置され、前記捻れ（５０２）を示す信号を出力するように設定された、角度方向磁場センサ（６６２）と、
前記弾性支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）と一体的に形成され、前記偏向部（１５０）を固定するように設定された、インターフェース要素（１４２、１４２−１、１４２−２）と、を備え、
前記磁石（６６０）の磁気モーメントが、前記捻れ（５０２）の捻れ軸（２２０）に垂直に配向された成分を有し、
前記磁石（６６０）が、前記インターフェース要素（１４２）上に配置されるか中に埋め込まれる、スキャナ（９０）。
【請求項２】
前記スキャン部（９９、９９−１、９９−２）が、二対の弾性支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）を備え、各対の弾性支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）が対応するインターフェース要素（１４２、１４２−１、１４２−２）に割り当てられ、
前記二対の弾性支持要素に割り当てられた前記インターフェース要素（１４２、１４２−１、１４２−２）が、前記磁石（６６０）を介して互いに連結される、請求項１に記載のスキャナ（９０）。
【請求項３】
前記偏向部（１５０）が、前記光（１８０）を反射するように設定されたミラー表面（１５１）と、前記ミラー表面（１５１）の反対側の後面（１５２、１４２）とを有する、ミラーを備え、
前記後面（１５２、１４２）が、前記ミラー表面（１５１）と前記磁石（６６０）および前記角度方向磁場センサ（６６２）の少なくとも一方との間に配置される、請求項１または２に記載のスキャナ（９０）。
【請求項４】
前記弾性支持要素が、ロッドとして形成され、前記ミラー表面（１５１）から離れる方向に面する側から前記基部（１４１）まで延在し、
前記ロッドの長さが、オプションで前記ミラーの直径の２０％以上、更にオプションでは３００％以上である、請求項３に記載のスキャナ（９０）。
【請求項５】
前記磁石（６６０）の磁気モーメントが、前記捻れ（５０２）の前記捻れ軸（２２０）に対して対称的に配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載のスキャナ（９０）。
【請求項６】
前記角度方向磁場センサ（６６２）が面内感度を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のスキャナ（９０）。
【請求項７】
前記角度方向磁場センサ（６６２）が、前記捻れ（５０２）の前記捻れ軸（２２０）に対して偏心して配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載のスキャナ（９０）。
【請求項８】
前記磁石（６６０）が前記偏向部（１５０）にしっかりと連結され、前記角度方向磁場センサ（６６２）が前記基部（１４１）にしっかりと連結される、請求項１から７のいずれか一項に記載のスキャナ（９０）。
【請求項９】
基部（１４１）と更なる偏向部（１５０）との間に延在する更なる弾性支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）を有し、前記更なる弾性支持要素の更なる捻れ（５０２）によって異なる角度（９０１、９０２）で、前記偏向部（１５０）において光（１８０）を偏向するように設定された、更なるスキャン部（９９、９９−１、９９−２）と、
漂遊磁場を発生させるように設定された、更なる磁石（６６０）と、
更なる漂遊磁場中に配置され、前記更なる捻れ（５０２）を示す更なる信号を出力するように設定された、更なる角度方向磁場センサ（６６２）と、を更に備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のスキャナ（９０）。
【請求項１０】
前記磁石（６６０）の磁気モーメント（６６１）が、前記捻れ（５０２）の捻れ軸（２２０）と９０°±１０°の角度を形成し、前記捻れ（５０２）の間、第１の面内で回転し、
前記更なる磁石（６６０）の磁気モーメント（６６１）が、前記更なる捻れ（５０２）の前記捻れ軸（２２０）と９０°±１０°の角度を形成し、前記更なる捻れ（５０２）の間、第２の面内で回転し、
前記第１の面および前記第２の面が、互いに９０°±１０°の角度を形成する、請求項９に記載のスキャナ（９０）。
【請求項１１】
基部（１４１）と更なる偏向部（１５０）との間に延在する更なる弾性支持要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）を有し、前記更なる弾性支持要素の更なる捻れ（５０２）によって異なる角度（９０１、９０２）で、前記偏向部（１５０）において光（１８０）を偏向するように設定された、更なるスキャン部（９９、９９−１、９９−２）と、
前記漂遊磁場中に配置され、前記更なる捻れ（５０２）を示す更なる信号を出力するように設定された、更なる角度方向磁場センサ（６６２）とを更に備え、
オプションで、前記磁石（６６０）が前記基部（１４１）にしっかりと連結され、前記角度方向磁場センサ（６６２）が前記偏向部（１５０）にしっかりと連結され、前記更なる角度方向磁場センサ（６６２）が前記更なる偏向部（１５０）にしっかりと連結される、請求項１から８のいずれか一項に記載のスキャナ（９０）。
【請求項１２】
前記角度方向磁場センサ（６６２）が、前記漂遊磁場の配向を示す信号を出力するように設定される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のスキャナ（９０）。
【請求項１３】
前記角度方向磁場センサ（６６２）の高感度表面（６６２Ｚ）の中心（６６２Ｃ）が、前記捻れ軸（２２０）に沿って距離６６２Ｂだけ、前記磁石（６６０）に対してオフセットして配置される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１４】
前記角度方向磁場センサ（６６２）の高感度表面（６６２Ｚ）の中心（６６２Ｃ）が、前記基部（１４２）に面する前記磁石（６００）の縁部（６６０Ｃ）上で位置合わせされる、請求項１から１３のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１５】
制御変数としての移動の実際の振幅を含む閉ループ制御を実現するように設定され、前記移動の前記実際の振幅が、前記角度方向磁場センサ（６６２）の前記信号に基づいて決定される、コントローラを更に備える、請求項１から１４のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項１６】
更なる角度方向磁場センサを更に備え、
前記角度方向磁場センサ（６６２）および前記更なる角度方向磁場センサが、前記捻れ（５０２）に関して対応する信号を出力し、かつ前記弾性支持要素の横断方向偏向に関して補完的信号を出力するように配置される、請求項１から１５のいずれか一項に記載のスキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
様々な実施例は、全体として、光のスキャナに関する。特に、様々な実施例は、例えば、ＬＩＤＡＲ測定に使用することができる、レーザー光用のスキャナに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な技術分野において、物体の距離を測定することが望ましい。例えば、自動運転の用途と関連して、車両環境において、また特に物体までの距離を判定する際に、物体を検出することが望ましい。
【０００３】
物体の距離測定に関する１つの技術は、いわゆるＬＩＤＡＲ技術（光検出および測距、または場合によっては英語でＬＡＤＡＲとしても知られている）である。このプロセスでは、パルスレーザー光がエミッタから放射される。環境内の物体はレーザー光を反射する。そこで、これらの反射を測定することができる。レーザー光の移動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】
空間分解能を持つ環境内の物体を検出するために、レーザー光をスキャンすることが可能なことがある。レーザー光の放射角度に応じて、環境内の異なる物体をそれによって検出することができる。
【０００５】
様々な実施例では、特に高分解能のＬＩＤＡＲ測定を実施するのが望ましいことがある。そのため、例えば、ＬＩＤＡＲ測定の範囲内で二次元（２Ｄ）環境領域を記録するのが望ましいことがある。この目的のため、２Ｄスキャン領域が実現される。それに加えて、レーザー光を明確な角度で放射するのが望ましいことがある。例えば、ＬＩＤＡＲ測定の方位分解能は、かかる変数を用いて規定される。
【０００６】
例えば、参照実現例は、２Ｄスキャン領域を実現するために、垂直方向で離隔された複数のレーザーを使用する。しかしながら、かかる技術は高価であり、複数のレーザーのためにかなりの設置空間を要する。それに加えて、複数のレーザーの方向に沿った分解能は、一般的に、比較的制限される。例えば、参照実現例は、この方向で４〜６４ビットの分解能を有する。
【０００７】
それに加えて、高度に統合された参照実現例では、レーザー光の放射角度を監視するのは不可能である場合が多いか、または限定された程度でのみ可能である。したがって、方位分解能は比較的低いことがある。時間的なドリフトが起こる場合がある。
【発明の概要】
【０００８】
したがって、光のスキャンに関する改善された技術が必要とされている。特に、ＬＩＤＡＲ測定を実現するために、改善された技術が必要とされている。
【０００９】
この目的は独立請求項の特徴によって達成される。独立請求項の特徴は実施形態を定義する。
【００１０】
スキャナは第１のミラーを備える。第１のミラーは、反射前面と後面とを備える。スキャナは、第１の弾性サスペンションも備える。第１の弾性サスペンションは、第１のミラーの後面に面する面まで、例えば第１のミラーの後面から離れる方向で延在する。スキャナは第２のミラーも備える。第２のミラーは、反射前面と後面とを備える。スキャナは、第２の弾性サスペンションも備える。第２の弾性サスペンションは、第２のミラーの後面に面する面まで、例えば第２のミラーの後面から離れる方向で延在する。スキャナは、第１のミラーの前面上および第２のミラーの前面上で連続的に光を偏向するように設定される。
【００１１】
２つのミラーを使用することによって、最初に第１のミラーの反射前面上で、続いて第２のミラーの反射前面上で連続して反射される、光路を規定することができる。それにより、２Ｄスキャン領域を実現することができる。
【００１２】
場合によっては、少なくとも１つの弾性サスペンションはまた、例えば光を放射するように光源が配置されてもよい、基準座標系を規定する基部と、偏向部との間の弾性連結が、それによって提供されてもよいので、弾性支持要素またはスキャンモジュールとして特徴付けられてもよく、偏向部は、基準座標系と比べて移動する座標系を特徴付けてもよい。
【００１３】
第１の弾性サスペンションおよび第２の弾性サスペンションが、第１のミラーまたは第２のミラーそれぞれの後面から延在するという事実により、スキャナと両方のミラーとの特に高レベルの統合を達成することができる。特に、サスペンションが鏡面内で横方向に取り付けられる参照実現例と比較して、第１のミラーおよび第２のミラーを特に互いに近付けて配置するのが可能なことがある。またそれによって、第１のミラーおよび第２のミラーを用いる検出器に関して、特に大きい検出開口が達成されてもよい。例えば、第１のミラーの光路は、第１のミラーの顕著なスキャン角度がある場合、第２のミラーの中心には当たらなくなることがある。ミラー間の距離が遠いほど、この偏心は大きくなる。これによって検出開口が低減される。
【００１４】
スキャナは、少なくとも１つの弾性的に移動するスキャン部を備える。これは、第１の移動自由度および第２の移動自由度を用いて光を二度偏向するように設定される。スキャナはまた、少なくとも１つのアクチュエータを備える。スキャナはまた、コントローラ、例えばＦＰＧＡ、マイクロコントローラ、またはＡＳＩＣを備える。コントローラは、周期的振幅変調機能にしたがって第１の移動自由度を励起するために、少なくとも１つのアクチュエータを作動させるように設定される。振幅変調機能は、交互に配置された上昇側面（ａｓｃｅｎｄｉｎｇ  ｆｌａｎｋｓ）と下降側面とを有する。上昇側面の長さは、この場合、下降側面の長さのサイズの少なくとも二倍、オプションで少なくとも四倍、更にオプションでは少なくとも十倍である。あるいは、下降側面の長さは、この場合、やはり上昇側面の長さのサイズの少なくとも二倍、オプションで少なくとも四倍、更にオプションでは少なくとも十倍であることができる。
【００１５】
スキャナは、少なくとも１つの弾性的に移動するスキャン部を備える。これは、第１の移動自由度および第２の移動自由度を用いて光を二度偏向するように設定される。スキャナはまた、少なくとも１つのアクチュエータを備える。それは、周期的振幅変調機能にしたがって第１の移動自由度を励起するように設定される。振幅変調機能は、交互に配置された上昇側面と下降側面とを有する。
【００１６】
好ましくは、この場合、上昇側面の長さは、下降側面の長さのサイズの少なくとも二倍、オプションで少なくとも四倍、更にオプションでは少なくとも十倍である。あるいは、下降側面の長さは、この場合、やはり上昇側面の長さのサイズの少なくとも二倍、オプションで少なくとも四倍、更にオプションでは少なくとも十倍であることができる。
【００１７】
弾性スキャン部は、場合によっては、可撓性スキャン部（屈曲スキャン部）としても特徴付けられる。移動自由度は、可逆性変形、即ち弾性によってもたらすことができる。一般的に、移動自由度は共鳴的に励起される。
【００１８】
場合によっては、スキャナは、例えば、２つの弾性的に移動するスキャン部を備えることができる。２つの弾性的に移動するスキャン部はそれぞれ、この場合、反射前面および後面を備えたミラー、ならびにそれぞれに１つ割り当てられた弾性サスペンションを有することができる。
【００１９】
かかる技術を用いて、２Ｄスキャン領域を実現するために、第１の移動自由度にしたがった移動および第２の移動自由度にしたがった移動を重畳した形を実現することが可能である。そのため、特に短い下降側面により、スキャン中の不感時間を低減することができる。これによって、２Ｄスキャン領域を高時間分解能でスキャンすることができるようになる。つまり、複数の連続ＬＩＤＡＲ画像の反復率が特に高いことがあり得る。
【００２０】
プロセスは、少なくとも１つのアクチュエータを作動させることを含む。少なくとも１つのアクチュエータは、周期的振幅変調機能にしたがって、少なくとも１つの弾性的に移動するスキャン部の第１の移動自由度を励起するように設定される。周期的振幅変調機能は、交互に配置された上昇側面と下降側面とを含む。少なくとも１つの弾性的に移動するスキャン部は、更に、第２の移動自由度を含む。少なくとも１つの弾性的に移動するスキャン部は、第１の移動自由度および第２の移動自由度を用いて光を二度偏向する。上昇側面の長さは、下降側面の長さのサイズの少なくとも二倍、オプションで少なくとも四倍、更にオプションでは少なくとも十倍である。あるいは、下降側面の長さが、上昇側面の長さのサイズの少なくとも二倍、オプションで少なくとも四倍、更にオプションでは少なくとも十倍であることもできるであろう。
【００２１】
コンピュータプログラム製品は、コントローラによって実行することができる、プログラムコードを含む。プログラムコードを実行することは、コントローラがプロセスを実現することを意味する。プロセスは、少なくとも１つのアクチュエータを作動させることを含む。少なくとも１つのアクチュエータは、周期的振幅変調機能にしたがって、少なくとも１つの弾性的に移動するスキャン部の第１の移動自由度を励起するように設定される。周期的振幅変調機能は、交互に配置された上昇側面と下降側面とを含む。少なくとも１つの弾性的に移動するスキャン部は、更に、第２の移動自由度を含む。少なくとも１つの弾性的に移動するスキャン部は、第１の移動自由度および第２の移動自由度を用いて光を二度偏向する。上昇側面の長さは、下降側面の長さのサイズの少なくとも二倍、オプションで少なくとも四倍、更にオプションでは少なくとも十倍である。あるいは、下降側面の長さが、上昇側面の長さのサイズの少なくとも二倍、オプションで少なくとも四倍、更にオプションでは少なくとも十倍であることもできるであろう。
【００２２】
コンピュータプログラムは、コントローラによって実行することができる、プログラムコードを含む。プログラムコードを実行することは、コントローラがプロセスを実現することを意味する。プロセスは、少なくとも１つのアクチュエータを作動させることを含む。少なくとも１つのアクチュエータは、周期的振幅変調機能にしたがって、少なくとも１つの弾性的に移動するスキャン部の第１の移動自由度を励起するように設定される。周期的振幅変調機能は、交互に配置された上昇側面と下降側面とを含む。少なくとも１つの弾性的に移動するスキャン部は、更に、第２の移動自由度を含む。少なくとも１つの弾性的に移動するスキャン部は、第１の移動自由度および第２の移動自由度を用いて光を二度偏向する。上昇側面の長さは、下降側面の長さのサイズの少なくとも二倍、オプションで少なくとも四倍、更にオプションでは少なくとも十倍である。あるいは、下降側面の長さが、上昇側面の長さのサイズの少なくとも二倍、オプションで少なくとも四倍、更にオプションでは少なくとも十倍であることもできるであろう。
【００２３】
スキャナは、弾性要素を有するスキャン部を備える。弾性要素は、基部とガイド要素との間に延在する。スキャン部は、この場合、弾性要素の捻れによって異なる角度で、偏向部上で光を偏向するように設定される。スキャナは磁石も備える。磁石は、漂遊磁場を発生させるように設定される。スキャナはまた、漂遊磁場中に配置される、角度方向磁場センサを備える。角度方向磁場センサは、捻れを示す信号を出力するように設定される。
【００２４】
捻れは、弾性要素の対応する移動自由度に対応してもよい。捻れはまた、弾性要素の弾性的変形によってもたらされてもよい。
【００２５】
磁石と角度方向磁場センサとの組み合わせによって、捻れに基づいて偏向部の回転を正確に監視することが可能になる。それにより、光が偏向される角度を正確に監視することができる。それにより、光の放射角度を正確に監視することができる。それにより、例えば、ＬＩＤＡＲ測定の方位分解能を増加させることができる。これは、対応する弾性要素と、光の光路が連続的に偏向される偏向部とをそれぞれ有する、２つのスキャン部を備えるスキャナにおいて、特に望ましい可能性がある。放射角の不正確性が増大すること、つまり対応する監視がないことがあり得る。
【００２６】
上記の特徴、および以下に記載する特徴は、対応する明示的に示される組み合わせで使用されるだけではなく、本発明の保護範囲を越えることなく、更なる組み合わせまたは分離でも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】様々な実施例によるスキャン部を示す概略図である。
【図２】様々な実施例によるスキャン部を示す概略図である。
【図３】様々な実施例によるスキャン部を示す概略図である。
【図４】様々な実施例によるスキャン部を示す概略図である。
【図５】図１〜４によるスキャン部の移動自由度を励起するアクチュエータを示す概略図である。
【図６】図１〜４によるスキャン部の移動自由度を励起するアクチュエータを示す概略図である。
【図７】図１〜４によるスキャン部の移動自由度を励起するアクチュエータを示す概略図である。
【図８】様々な実施例によるスキャン部の移動自由度を励起するアクチュエータ対のアクチュエータの移動の時間曲線を示す概略図である。
【図９】様々な実施例によるスキャン部の移動自由度を励起するアクチュエータ対のアクチュエータの移動の時間曲線を示す概略図である。
【図１０】様々な実施例による１つの移動自由度の共鳴励起を示す概略図である。
【図１１】弾性要素の捻れの様々な実施例に対応する１つの移動自由度を示す概略図である。
【図１２】弾性要素の横断方向偏向の様々な実施例に対応する１つの移動自由度を示す概略図である。
【図１３】弾性要素の横断方向偏向の様々な実施例に対応する１つの移動自由度を示す概略図である。
【図１４】様々な実施例による２つの移動自由度の重畳励起および共鳴励起を示す概略図である。
【図１５】様々な実施例によるスキャン部を示す概略図である。
【図１６】様々な実施例による２つのスキャン部を備えたスキャナを示す概略図である。
【図１７】様々な実施例による２つのスキャン部を備えたスキャナを示す概略図である。
【図１８】様々な実施例による２つのスキャン部を備えたスキャナを示す概略図である。
【図１９】様々な実施例による２つのスキャン部を備えたスキャナを示す概略図である。
【図２０】様々な実施例による２つのスキャン部を備えたスキャナを示す概略図である。
【図２１】様々な実施例による２つのスキャン部を備えたスキャナを示す概略図である。
【図２２】様々な実施例による２つのスキャン部を備えたスキャナを示す概略図である。
【図２３】スキャン部の移動自由度を励起する、様々な実施例によるアクチュエータによってもたらされるアクチュエータ移動の時間曲線を示す概略図である。
【図２４】図２３の実施例によるアクチュエータ移動の時間曲線を用いて達成される、１つの移動自由度による移動の振幅を示す概略図である。
【図２５−２６】図２５は、スキャン部の移動自由度を励起する、様々な実施例によるアクチュエータによってもたらされるアクチュエータ移動の時間曲線を示す概略図であり、図２６は、図２５の実施例によるアクチュエータ移動の時間曲線を用いて達成される、１つの移動自由度による移動の振幅を示す概略図である。
【図２７】様々な実施例によるスキャナを用いた図２４および２６の実施例による移動の時間重畳によって実現される重畳図を示す概略図である。
【図２８】様々な実施例による磁石および角度方向磁場センサを含むスキャン部を示す概略図である。
【図２９Ａ】スキャン部の弾性要素の捻れ時における図２８の実施例による磁石の磁化の配向を示す概略図である。
【図２９Ｂ】様々な実施例による角度方向磁場センサに関連する磁石の配置を示す概略図である。
【図３０】様々な実施例によるＬＩＤＡＲシステムを示す概略図である。
【図３１】様々な実施例によるＬＩＤＡＲシステムを示す概略図である。
【図３２】例示の方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
上述した本発明の性質、特徴、および利点、ならびにそれらがどのように達成されるかに関するタイプおよび方式は、図面と関連して更に詳細に説明される、例示の実施形態の以下の説明の文脈において更に明白となり、顕著に理解可能となるであろう。
【００２９】
以下、図面を参照して好ましい実施形態を用いて、本発明について更に詳細に説明する。図面中、同じ参照番号は同等または類似の要素を指す。図面は、本発明の様々な実施形態の概略表現である。図面に示される要素は必ずしも縮尺通りではない。それよりもむしろ、図面に示される様々な要素は、それらの機能および汎用性が当業者には明白になるように示される。図面に示される機能的ユニットと要素との間の連結および接続は、直接連結または接続として実現することもできる。機能的ユニットは、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして実現されてもよい。
【００３０】
光をスキャンする様々な技術について、以下に記載する。続いて記載する技術によって、例えば、光の２Ｄスキャンを可能にすることができる。スキャンは、異なる放射角度での光の繰り返される放射を特徴付けてもよい。この目的のため、光は、偏向部を用いて一回または複数回偏向されてもよい。
【００３１】
偏向部は、例えば、ミラーによって、またオプションで、ミラーを弾性要素に固着するインターフェース要素によって形成されてもよい。偏向部はまた、ミラーの代わりにプリズムを備えてもよい。
【００３２】
スキャンは、光を用いて環境中の異なる点の繰り返されるスキャンを特徴付けてもよい。この目的のため、連続的な異なる放射角度を実現することができる。一連の放射角度は、例えば、スキャンのために２つの移動自由度が時間的に、またオプションで空間的に重畳されると、重畳図を用いて特定することができる。例えば、環境中の異なる点の量、および／または異なる放射角の量で、スキャン領域を規定することができる。様々な実施例では、光のスキャンは、少なくとも１つの弾性サスペンションの異なる自由度による、２つの移動の時間的重畳およびオプションで空間的重畳を用いて行うことができる。それにより、２Ｄスキャン領域が得られる。
【００３３】
場合によっては、重畳図はリサージュ図形としても特徴付けられる。重畳図は、支持要素の移動によって異なる放射角を実現するのに用いられる、シーケンスを説明してもよい。
【００３４】
様々な実施例においてレーザー光をスキャンすることが可能である。そのため、例えば、干渉性または非干渉性レーザー光を使用することができる。また、偏光または非偏光レーザー光を使用することも可能であろう。例えば、レーザー光をパルス化することが可能であろう。例えば、フェムト秒またはピコ秒またはナノ秒範囲のパルス幅を有する短レーザーパルスを使用することができる。例えば、パルス持続時間は０．５〜３ｎｓの範囲であることができる。レーザー光は、７００〜１８００ｎｍの範囲の波長を有することができる。単純にするため、主に以下のレーザー光を参照するが、本明細書に記載する様々な実施例は、他の光源、例えば広帯域光源またはＲＧＢ光源からの光をスキャンするのに使用されてもよい。一般に、本明細書において、ＲＧＢ光源は、色空間が複数の異なる色によって、例えば赤、緑、青またはシアン、マゼンタ、黄、黒の重畳によって網羅される、可視スペクトルの光源を特徴付ける。
【００３５】
様々な実施例では、形状および／または材料によって誘起される弾性を有する、少なくとも１つの支持要素が、光をスキャンするのに使用される。したがって、少なくとも１つの支持要素は、ばね要素または弾性サスペンションとして特徴付けることもできる。支持要素は移動端部を有する。そのため、少なくとも１つの支持要素の少なくとも１つの移動自由度を、例えば捻れおよび／または横断方向サスペンションを励起することができる。そのため、横モードの様々な次数を励起することができる。少なくとも１つの支持要素の移動端部に連結される偏向部は、かかる移動の励起を用いて移動させることができる。したがって、少なくとも１つの支持要素の移動端部はインターフェース要素を規定する。
【００３６】
また、例えば、単一よりも多くの支持要素が、例えば２つまたは３つまたは４つの支持要素が使用されることが可能であろう。それらは、選択肢として、互いに対して対称的に配置することができる。
【００３７】
様々な実施例では、ファイバーまたは複数のファイバーの移動端部は、レーザー光をスキャンするのに使用され、このことは、少なくとも１つの支持要素を１つまたは複数のファイバーによって形成できることを意味する。様々なファイバーを支持要素として使用することができる。例えば、ガラスファイバーとしても特徴付けられる、光ファイバーを使用することができる。しかしながら、この場合、必ずしもファイバーをガラスから製造しなくてもよい。ファイバーは、例えば、プラスチック、ガラス、または別の材料から製造することができる。例えば、ファイバーは石英ガラスから製造されてもよい。ファイバーは、例えば、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲、オプションで３．８ｍｍ〜７．５ｍｍの範囲の長さを有してもよい。例えば、ファイバーは７０ＧＰａの弾性率を有してもよい。このことは、ファイバーが弾性であってもよいことを意味する。例えば、ファイバーは最大４％の材料拡張が可能であってもよい。いくつかの実施例では、ファイバーはコアを有し、供給されたレーザー光がその中を伝播し、全反射によって縁部で封止される（光ファイバーケーブル）。しかしながら、ファイバーは必ずしもコアを有さなくてもよい。様々な実施例では、いわゆるシングルモード光ファイバーまたはマルチモード光ファイバーを使用することができる。本明細書に記載する様々なファイバーは、例えば、円形断面を有してもよい。例えば、本明細書に記載する様々なファイバーが、５０μｍ以上、オプションで１５０μｍ以上、更にオプションでは５００μｍ以上、更にオプションでは１以上の直径を有することが可能であろう。例えば、本明細書に記載する様々なファイバーは、屈折または湾曲するように、即ち可撓性または弾性であるように形成されてもよい。この目的のため、本明細書に記載するファイバーの材料は特定の弾性を有してもよい。ファイバーはコアを有してもよい。ファイバーは保護コーティングを有してもよい。いくつかの実施例では、保護コーティングは、例えばファイバーの端部において、少なくとも部分的に除去されてもよい。
【００３８】
他の実施例では、ＭＥＭＳ技術を用いて、即ち適切なリソグラフィプロセスステップを用いて、例えばエッチングによって、細長い要素をウェハから製造することも可能であろう。
【００３９】
例えば、支持要素の移動端部を、２つの移動自由度の時間的および空間的重畳を用いて、１つまたは２つの次元で移動させることができる。この目的のため、１つまたは複数のアクチュエータが使用されてもよい。例えば、移動端部を、少なくとも１つの支持要素の締着部に対して傾斜させることが可能であり、このことによって、少なくとも１つの支持要素の曲率がもたらされるであろう。これは、第１の移動自由度に対応することができ、横モードとして（または、場合によっては波形モード（ｗｉｇｇｌｅ  ｍｏｄｅ）としても）特徴付けることができる。別の方法として、またはそれに加えて、移動端部を支持要素の長手方向軸線に沿って歪ませることが可能であろう（捻れモード）。これは第２の移動自由度に対応してもよい。移動端部の移動によって、レーザー光を様々な角度で放射させることが可能になる。この目的のため、例えば、固定のための適切なインターフェースをオプションで有するミラーなど、偏向部が提供されてもよい。それによって、レーザー光を用いて環境をスキャンすることができる。移動端部の移動の強度に応じて、異なるサイズのスキャン領域を実現することができる。
【００４０】
本明細書に記載する様々な実施例では、横モードの代替または追加として捻れモードを励起することが可能であり、即ち、捻れモードと横モードとの時間的および空間的重畳が可能であろう。しかしながら、この時間的および空間的重畳を抑制することもできる。他の実施例では、他の移動自由度を実現することもできる。
【００４１】
例えば、偏向部はプリズムまたはミラーを備えてもよい。例えば、ミラーは、ウェハ、例えばシリコンウェハ、またはガラス基板を用いて実現することができる。例えば、ミラーは、０．０５μｍ〜０．１ｍｍの範囲の厚さを有することができる。例えば、ミラーは、２５μｍまたは５０μｍの厚さを有することができる。例えば、ミラーは、２５μｍ〜７５μｍの範囲の厚さを有することができる。例えば、ミラーは、正方形、長方形、または円形として形成することができる。例えば、ミラーは、３ｍｍ〜１２ｍｍ、または特に８ｍｍの直径を有することができる。
【００４２】
一般に、かかる技術は、様々な応用分野で光をスキャンするのに使用することができる。実施例は、内視鏡、ＲＧＢプロジェクタ、プリンタ、レーザー走査顕微鏡を含む。様々な実施例では、ＬＩＤＡＲ技術を使用することができる。ＬＩＤＡＲ技術は、空間分解能を有する環境中にある物体の距離測定を実現するのに使用することができる。例えば、ＬＩＤＡＲ技術は、ミラー、物体、および検出器の間でのレーザー光の移動時間測定を含んでもよい。一般に、かかる技術は、様々な応用分野で光をスキャンするのに使用することができる。実施例は、内視鏡、ＲＧＢプロジェクタ、プリンタを含む。様々な実施例では、ＬＩＤＡＲ技術を使用することができる。ＬＩＤＡＲ技術は、空間分解能を有する環境中にある物体の距離測定を実現するのに使用することができる。例えば、ＬＩＤＡＲ技術は、レーザー光の移動時間測定を含んでもよい。
【００４３】
様々な実施例は、放射角度に対して高い精度でレーザー光のスキャンを実現するのが望ましいことがあるという知識に基づく。例えば、ＬＩＤＡＲ技術と関連して、距離測定の空間分解能は、放射角度の不正確さによって制限される場合がある。一般的に、達成される空間分解能が高い（低い）ほど、判定できるレーザー光の放射角度がより高精度（より低精度）になる。
【００４４】
様々な実施例は、更に、２Ｄスキャン領域に関するレーザー光のスキャンを実現するのが望ましいことがあるという知識に基づく。そのため、２つの移動自由度の時間的重畳および対応する重畳図を用いて、２Ｄスキャン領域を実現するのが望ましい場合が多い。本明細書に記載する様々な実施例によって、高い精度で高分解能の二次元スキャン領域を実現することが可能になり、対応するスキャナによって、狭い設置空間への比較的大型の組込みが可能になる。
【００４５】
図１は、スキャン部９９に関する態様を示している。スキャン部９９は、スキャンモジュール１００を備える。スキャンモジュール１００は、基部１４１と、２つの支持要素１０１、１０２と、インターフェース要素１４２とを備える。支持要素１０１、１０２は面内（図１の描画面内）で形成される。スキャンモジュール１００はまた、弾性サスペンションとして特徴付けられてもよい。
【００４６】
この場合、基部１４１、支持要素１０１、１０２、ならびにインターフェース要素１４２は一体的に形成される。例えば、基部１４１、支持要素１０１、１０２、ならびにインターフェース要素１４２を、ＭＥＭＳプロセスを用いたシリコンウェハ（または別の半導体基板）のエッチング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、ならびにインターフェース要素１４２は、特に単結晶であるように形成されてもよい。しかしながら、他の実施例では、基部１４１、支持要素１０１、１０２、ならびにインターフェース要素１４２は、一体的に形成されなくてもよく、例えば、ファイバーを用いて支持要素を実現することができる。
【００４７】
また、スキャンモジュール１００が、単一の支持要素のみ、または２つを超える支持要素を有することが可能であろう。
【００４８】
スキャン部９９はまた、偏向部を実現するミラー１５０を備える。図１による実施例では、高反射性の前面（例えば、９５０μｍの波長で９５％超、オプションで９９％超、更にオプションで９９．９９９％超、例えば、厚さ８０〜２５０ｎｍのアルミニウムまたは金）に光１８０に対するミラー表面１５１を形成するミラー１５０は、基部１４１、支持要素１０１、１０２、ならびにインターフェース要素１４２とは一体的に形成されない。例えば、ミラー１５０はインターフェース要素１４２に結合することができる。インターフェース要素１４２は、つまり、ミラー１５０および／またはミラー表面１５１を固定するように設定されてもよい。例えば、インターフェース要素１４２は、対応するミラー１５０の接触面を固定するように設定される、この目的のための接触面を有してもよい。ミラー１５０をインターフェース要素１４２と連結するために、例えば、結合、はんだ付けの技術のうち１つまたは複数を使用することができる。ミラーは後面１５２も有する。
【００４９】
かかる技術を用いて、例えば１０ｍｍ２以上、オプションで１５ｍｍ２以上の、大きいミラー表面を実現することができる。ミラー表面１５１を検出器開口としても使用する、ＬＩＤＡＲ技術と関連して、高レベルの精度および範囲を達成することができる。
【００５０】
図１による実施例では、スキャンモジュール１００は、ミラー１５０の後面１５２から、即ち後面１５２に面するミラー１５０の面上から離れる方向で延在する。それによって、ミラーの一点サスペンションが実現される。
【００５１】
図１による実施例では、支持要素１０１、１０２はミラー表面１５１に垂直な延長を有し、この延長は、例えば、図１による実施例では、約２〜８ｍｍであることができる。支持要素１０１、１０２は、特に、対応する長手方向軸線１１１、１１２に沿ったロッド形状である。図１では、ミラー表面１５１の表面法線１５５が示されており、長手方向軸線１１１、１１２は、表面法線１５５に対して平行に配向され、即ち法線に対して０°の角度を形成する。
【００５２】
したがって、ミラー表面１５１に垂直な支持要素１０１、１０２の延長は、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、オプションで４ｍｍ以上、更にオプションでは６ｍｍ以上であることが可能であろう。例えば、支持要素１０１、１０２の長さは、２０ｍｍ以下、オプションで１２ｍｍ以下、更にオプションでは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、全て同じ長さを有してもよい。
【００５３】
一般に、支持要素１０１、１０２の長さ２１１は、ミラー１５０の直径１５３の２０％〜４００％の範囲であることができる。一般に、長さ２１１は、直径１５３の２０％以上、オプションで直径の２００％以上、更にオプションでは４００％以上であることができる。一方で、それによって良好な安定性を提供することができ、他方で、比較的大きいスキャン領域を実現することができる。
【００５４】
しかしながら、ミラー表面１５１に対する長手方向軸線１１１、１１２の相対配向に応じて、ミラー表面１５１に垂直な支持要素１０１、１０２の延長は、その長さ２１１未満であることが可能であろう（表面法線１５５に平行な突出のみが考慮されるため）。一般に、ミラー表面１５１に垂直な支持要素１０１、１０２の延長は、０．７ｍｍ以上であることが可能であろう。かかる値は、スキャンモジュール１００を製造するのに用いることができる、ウェハの一般的な厚さよりも大きい。それにより、光１８０に対して特に大きいスキャン角度を実現することができる。
【００５５】
支持要素１０１、１０２の材料は、支持要素１０１、１０２の材料によって誘起される弾性に影響することがある。更に、支持要素１０１、１０２の細長いロッド状の形状も、支持要素１０１、１０２の形状によって誘起される弾性に影響することがある。インターフェース要素１４２の、またしたがってミラー１５０の移動を誘発する弾性的変形は、支持要素１０１、１０２のかかる弾性を用いて達成することができる。例えば、支持要素１０１、１０２の捻れモードおよび／または横モードを使用して、インターフェース要素１４２を、またしたがってミラー１５０を移動させることができる。それにより、光のスキャンを実現することができる（図１は、支持要素１０１、１０２の待機状態を示している）。
【００５６】
図２は、スキャンモジュール１００に関する態様を示している。スキャンモジュール１００は、基部１４１と、２つの支持要素１０１、１０２と、インターフェース要素１４２とを備える。この場合、基部１４１、支持要素１０１、１０２、ならびにインターフェース要素１４２は一体的に形成される。
【００５７】
図２による実施例は、この場合、本質的に図１による実施例に対応している。しかしながら、図２による実施例では、ミラー１５０は、インターフェース要素１４２、または支持要素１０１、１０２、ならびに基部１４１と一体的に形成される。可能な最大のミラー表面１５１を達成するために、図２による実施例は、インターフェース要素１４２の中央領域の上方にあるオーバーハングを示している。
【００５８】
図３は、スキャンモジュール１００に関する態様を示している。スキャンモジュール１００は、基部１４１と、２つの支持要素１０１、１０２と、インターフェース要素１４２とを備える。この場合、基部１４１、支持要素１０１、１０２、ならびにインターフェース要素１４２は一体的に形成される。
【００５９】
図３による実施例は、この場合、本質的に図２による実施例に対応している。図３による実施例では、ミラー１５０およびインターフェース要素１４２は１つの同じ要素によって実現される。偏向部を実現するミラー表面１５１は、インターフェース要素１４２に直接適用される。これによって、特に単純な構造および単純な製造が可能になる。
【００６０】
図４は、スキャンモジュール１００に関する態様を示している。スキャンモジュール１００は、基部１４１と、２つの支持要素１０１、１０２と、インターフェース要素１４２とを備える。この場合、基部１４１、支持要素１０１、１０２、ならびにインターフェース要素１４２は一体的に形成される。
【００６１】
図４による実施例は、この場合、本質的に図１による実施例に対応している。しかしながら、図４による実施例では、支持要素１０１、１０２の長手方向軸線１１１、１１２は、ミラー表面１５１に対して垂直には配向されない。図４は、ミラー表面１５１の表面法線１５５と長手方向軸線１１１、１１２との間の角度１５９を示している。図４による実施例では、角度１５９は４５°であるが、一般に、−６０°〜＋６０°の範囲内であることができる。
【００６２】
長手方向軸線１１１、１１２に対するミラー表面１５１のかかる傾斜は、支持要素１０１、１０２の捻れモードがミラー１５０の移動を誘発するのに使用されるとき、特に有利なことがある。そのため、光１８０のペリスコープ様のスキャンを、スキャン部９９を用いて実現することができる。
【００６３】
図５は、スキャン部９９に関する態様を示している。スキャン部９９は、例えば、本明細書に記載する他の様々な実施例にしたがって構成することができる、スキャンモジュール１００を備える（しかしながら、図５は、単一の支持要素１０１のみを有するスキャンモジュール１００の一実施例を示している）。
【００６４】
図５は、圧電アクチュエータ３１０、３２０に関する特別な態様を示している。様々な実施例では、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０を使用して、支持要素１０１を励起することができる。圧電アクチュエータ３１０、３２０は、例えば適切なコントローラによって、例えばドライバを介して、作動させることができる。
【００６５】
例えば、一般に、第１および第２の圧電曲げアクチュエータを使用することができる。また、第１の圧電曲げアクチュエータおよび／または第２の圧電曲げアクチュエータは、ディスク形状で形成されることが可能であろう。一般に、圧電曲げアクチュエータの厚さは、例えば、２００μｍ〜１ｍｍの範囲、オプションで３００μｍ〜７００μｍの範囲である。例えば、第１の圧電曲げアクチュエータおよび／または第２の圧電曲げアクチュエータは、複数の圧電材料の交互の配置を含む層構造を有することが可能であろう。それらは様々な強度の圧電効果を有してもよい。それによって、温度変化中のバイメタルストリップに類似した影響を、屈曲に及ぼすことができる。例えば、第１の圧電曲げアクチュエータおよび／または第２の圧電曲げアクチュエータを定着点で固定することが可能であり、そのため、定着点とは反対側の端部を、第１の圧電曲げアクチュエータおよび／または第２の圧電曲げアクチュエータの屈曲または曲率に基づいて移動させることができる。
【００６６】
圧電曲げアクチュエータを使用することによって、特に効率良く強力な励起を達成することができる。圧電曲げアクチュエータは、つまり、少なくとも１つの支持要素の捻れモードを励起するのに、基部１４１を移動させ、特にそれを傾斜させることができる。それに加えて、励起のためにデバイスの高度な統合を達成することが可能であってもよい。これは、必要な設置空間が特に小さいサイズであり得ることを意味することがある。
【００６７】
特に、図５による実施例では、圧電アクチュエータ３１０、３２０は圧電曲げアクチュエータとして形成される。これは、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の電気接点で電圧を印加することが、その長手方向軸線３１９、３２９に沿った圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の曲率または屈曲に影響を及ぼすことを意味する。この目的のため、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０は、（図５には図示されない、描画面に垂直に配向された）層構造を有する。圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の端部３１５、３２５は、それぞれの長手方向軸線３１９、３２９に垂直な定着点３１１、３２１に対して偏向される（移動は、図５による実施例では、描画面に垂直に配向される）。屈曲に基づく圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の移動３９９（アクチュエータ移動）が、図６に示されている。
【００６８】
図７は、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の側面図を示している。図７は、例えば、ドライバ信号および／または張力／曲率がない、スキャン部９９の待機位置にある圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０を示している。
【００６９】
再び図５を参照する。例えば、定着点３１１、３２１は、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０とスキャン部９９（図５には図示なし）のハウジングとの間に強固な連結を確立することができ、基準座標系内で静止して配置することができる。
【００７０】
基部１４１は、長手方向軸線３１９、３２９に沿った圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の長さの２〜２０％の範囲、オプションで５〜１５％の範囲である、長手方向軸線３１９、３２９の長手方向延長を有してもよい。それにより、十分に強固な励起を達成することができ、そのため、基部１４１は、比較的弱くのみ、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の移動を減衰する。
【００７１】
図５による実施例では、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０は、実質的に互いに平行に配置される。互いに対する長手方向軸線３１９、３２９の傾斜も、特に１つの面内にある限り可能であろう。
【００７２】
図５による実施例は、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０と支持要素１０１との連結が、基部１４１の縁部範囲１４６を用いて実現されることを明らかに示している。これらの縁部範囲１４６は弾性を有するので、屈曲３９９に適応することができ、基部１４１の偏向に結び付く。それにより、インターフェース要素１０１の１つまたは複数の移動自由度を、基部１４１を介して相互連結的に励起することができる。特に、それにより、効率が良く省スペースの励起を達成することができる。
【００７３】
図５による実施例では、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０は、インターフェース要素１４２から離れる方向で延在する。また、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０は、それら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に向かって延在することが可能であろう。それにより、特にコンパクトな配置を達成することができる。これは図６に示されている。
【００７４】
図６による実施例は、この場合、本質的に図６による実施例に対応している。しかしながら、この場合、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０は、インターフェース要素１４２に向かって、または少なくとも１つの支持要素１０１の自由に移動する端部に向かって延在する。それにより、スキャン部９９の特にコンパクトな構造を達成することができる。
【００７５】
図８は、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の移動３９９−１、３９９−２に関する態様を概略的に示している。対応する移動３９９−１、３９９−２により、力の流れを支持要素１０１、１０２に伝達することができ、それによって１つまたは複数の移動自由度を励起することができる。
【００７６】
他の実施例では、他のタイプのアクチュエータが使用されてもよい。例えば、接触せずに励起を伝達するアクチュエータを使用することができる。そのため、移動３９９−１、３９９−２に対応する力の流れを、別の形で実現することもできる。
【００７７】
図８による実施例では、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の正弦曲線移動３９９−１、３９９−２が行われ、移動３９９−１、３９９−２の間には１８０°位相ずれがある（図８の実線および破線を参照）。これにより、（例えば、図１〜４の描画面に対する）基部１４１の傾斜がもたらされ、それによって捻れモードを特に効率的に励起することができる。
【００７８】
図８はまた、移動３９９−１、３９９−２に基づいた、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の端部３１５、３２５間の移動３９９−１、３９９−２の方向のシフトまたは距離として、相対アクチュエータ移動８３１を示している（図８の点線）。
【００７９】
図９は、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の移動３９９−１、３９９−２に関する態様を概略的に示している。対応する移動３９９−１、３９９−２により、力の流れを支持要素１０１、１０２に伝達することができ、それによって１つまたは複数の移動自由度を励起することができる。
【００８０】
図９による実施例は、本質的に図８による実施例に対応しており、移動３９９−１、３９９−２の間に位相シフトがない。これにより、（例えば、図１〜４の描画面に対する）基部１４１の上下移動がもたらされ、それによって横モードを特に効率的に励起することができる。
【００８１】
図９では、アクチュエータ移動８３１は０に等しい。
【００８２】
いくつかの実施例では、また、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の移動、即ち適切なアクチュエータの異なる形状の力の流れが、複数の移動自由度の時間的および空間的重畳を励起することが可能であろう。これは、例えば、図８および９の実施例による移動３９９−１、３９９−２の重畳によって行うことができる。したがって、移動３９９−１、３９９−２の位相内および位相外の重畳を使用することができる。
【００８３】
図１０は、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の移動３９９−１、３９９−２に関する態様を概略的に示している。特に、図１０は、周波数領域内の移動３９９−１、３９３−２を示している。図１０は、捻れモード５０２の共振曲線１３０２に対する移動３９９−１、３９９−２の周波数を示している。共振曲線１３０２は、半値全幅１３３２ならびに最大値１３１２によって特徴付けられる。図１０による実施例では、移動３９９−１、３９９−２の周波数は共振曲線１３０２内に配置されるので、共鳴励起が行われる。
【００８４】
図１１は、捻れモード５０２に関する態様を示している。図１１は、４つの支持要素１０１−１、１０１−２、１０２−１、１０２−２を用いたスキャン部９９の捻れモード５０２の偏向を概略的に示している（図１１は、偏向状態を実線で示し、待機状態は破線で示されている）。
【００８５】
図１１では、捻れモード２２０の捻れ軸は中心軸２２０と一致している。図１１による実施例では、支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２は、中心軸２２０に対して対称回転で配置されている。特に、４回回転対称性が存在する。回転対称性が存在するということは、例えば、支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２のシステム自体が回転によって転置し得ることを意味する。回転対称性のｎ次によって、支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２のシステム自体が３６０°の回転角度毎に何回転置できるかが特徴付けられる。一般に、回転対称性はｎ回であってもよく、ｎは使用される支持要素の数を特徴付ける。
【００８６】
高ｎ次の回転対称配置を使用して、以下の効果を達成することができる。捻れモード５０２の励起中における非線形性を低減または抑制することができる。この尤もらしさは次の例に見出すことができる。例えば、支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２を、長手方向軸線および中心軸２２０が全て１つの面内にあるように配置することができる。その場合、回転対称性は２回であろう（図１１による実施例のような４回ではない）。かかる一例では、直交横モード（中心軸２２０に垂直な異なる方向）は、異なる慣性モーメントにより、異なる周波数を有する。したがって、低周波数横モードの方向は、例えば、捻れモード５０２の励起の際の回転と一緒に回転する。それにより、自然周波数は回転角度の関数として、ならびに／またはしたがって時間の関数として変動するので、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様々な状態間でのエネルギーの転送によって、非線形性がもたらされる。パラメトリック発振器の形成は、高ｎ次の回転対称性を使用することによって防ぐことができる。好ましくは、支持要素は、捻れ角に対する自然周波数の依存が起こらないように配置されてもよい。
【００８７】
支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２の捻れモードの励起中、非線形性を回避することができるので、捻れモード５０２を用いて、特に大きい光のスキャン角度を達成することが可能である。
【００８８】
図１２は、スキャン部９９に関する態様を示している。図１２による実施例では、スキャン部９９は、任意の釣合い重り１３７１を有する単一の支持要素１０１を備える。したがって、横モード５０１の励起中にミラー表面１５１の傾斜が起こる。これは図１３に示されている。図１３は、特に、最も低次の横モード５０１を示している。他の実施例では、より高次の横モードが光１８０のスキャンに使用されることも可能であり、それにより、支持要素１０１の偏向は、支持要素１０１の長さ２１１に沿った特定の位置において、ゼロに等しくなるであろう（いわゆる偏向のノードまたはバルジ）。
【００８９】
図１４は、例えば、２Ｄスキャン領域の重畳図を実現するのに用いることができる、移動自由度５０１、５０２の共振曲線１３０１、１３０２に関する態様を示している。図１４は、ここでは、それぞれの移動自由度５０１、５０２の励起の振幅を示している。それにより、図１４の実施例による共鳴スペクトルは、少なくとも１つの支持要素１０１、１０２の様々な移動自由度５０１、５０２の時間的および空間的重畳が２Ｄスキャンにとって望ましいときに、特に望ましいことがある。
【００９０】
図１４による実施例では、例えば、単一のスキャン部９９が様々な移動自由度５０１、５０２を実現するのに使用されるという点で、２つの共振曲線１３０１、１３０２を、時間的および空間的に励起することができる。しかしながら、図１４の実施例では、２つの共振曲線１３０１、１３０２が、空間的重畳ではなく時間的重畳によって励起されることも可能であろう。この目的のため、共振曲線１３０１にしたがって移動自由度５０１、５０２を実現するために、第１のスキャン部９９が使用され、共振曲線１３０２にしたがって移動自由度５０１、５０２を実現するために、第２のスキャン部９９が使用されることが可能であろう。
【００９１】
横モード５０１の共振曲線１３０１は最大値１３１１（実線）を有する。図１４はまた、捻れモード５０２の共振曲線１３０２（破線）を示している。共振曲線１３０２は最大値１３１２を有する。
【００９２】
捻れモード５０２の最大値１３１２は、例えば、最低次の横モード５０１であり得る、横モード５０１の最大値１３１１よりも低周波数である。それにより、スキャンモジュールが、振動などの外部干渉に関して、特に堅牢であることを達成することができる。これは、かかる外部励起が一般的に、横モード５０１を特に効率的に励起するが、捻れモード５０２は特に効率的には励起しないためである。
【００９３】
例えば、共振曲線１３０１、１３０２はローレンツ型を有することができる。これは、対応する移動自由度５０１、５０２を調波発振器によって説明できる場合であろう。
【００９４】
最大値１３１１、１３１２は互いに対して周波数が変位される。例えば、最大値１３１１、１３１２間の周波数間隔は、５Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲内、オプションで１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲内、更にオプションでは３０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲内であることができる。
【００９５】
図１４はまた、共振曲線１３０１、１３０２の全幅半値１３２１、１３２２を示している。一般的に、全幅半値は、対応する移動自由度５０１、５０２を減衰することによって規定される。図１４による実施例では、全幅半値１３２１、１３２２は等しいが、一般に、全幅半値１３２１、１３２２は互いに異なる場合がある。
【００９６】
図１４による実施例では、共振曲線１３０１、１３０２は重複範囲１３３０（陰影によって示される）を有する。これは、横モード５０１および捻れモード５０２が縮退していることを意味する。重複範囲１３３０では、共振曲線１３０１および共振曲線１３０２の両方が著しい振幅を有する。例えば、共振曲線１３０１、１３０２の振幅は、重複範囲において、それぞれの最大値１３１１、１３１２の対応する振幅の１０％以上、オプションで５％以上、更にオプションでは１％以上であることが可能であろう。重複範囲１３３０は、２つの移動自由度５０１、５０２を相互連結的に、つまり同じ周波数で共鳴的に励起できることを意味する。周波数は２つの最大値１３１１、１３１２の間である。それによって、時間的および空間的重畳を達成することができる。しかしながら、他方で、２つの移動自由度５０１、５０２の接続によって、非線形効果を抑制または防止することができる。
【００９７】
異なる移動自由度５０１、５０２、図１４による実施例では、捻れモード５０２および横モード５０１を使用する代わりに、同じ移動自由度を二重使用することによって重畳図を達成することもできる。例えば、第１のスキャン部の捻れモード５０２、ならびに第２のスキャン部の捻れモード５０２を励起することができる。そのため、２つの異なるスキャン部９９が代わりに割り当てられてもよい、２つの捻れモードの空間的重畳はない。代替例として、例えば、第１のスキャン部の横モード５０１、ならびに第２のスキャン部の横モード５０１を励起することも可能であろう。異なるスキャン部の同じ移動自由度を二重使用する上述のような場合であっても、例えば、スキャン部間の製造公差または所望の構造上のばらつきなどに基づいて、特定の距離が共振曲線の最大値の間にもたらされる。
【００９８】
図１５は、スキャン部９９に関する態様を示している。図１５による実施例では、第１の対の支持要素１０１−１、１０２−１、ならびに第２の対の支持要素１０１−２、１０２−２を有する、スキャンモジュール１００が示されている。第１の対の支持要素１０１−１、１０２−１は１つの面内に配置され、第２の対の支持要素１０１−２、１０２−２も１つの面内に配置される。これらの面は互いに平行であり、互いに対してオフセットされて配置される。
【００９９】
図１５による実施例では、例えば、図４による実施例にしたがって、２つのスキャンモジュール１００を組み合わせることができる。支持要素の各対は、この場合、対応する基部１４１−１、１４１−２、ならびに対応するインターフェース要素１４２−１、１４２−２に割り当てられる。両方のインターフェース要素１４２−１、１４２−２は、この場合、ミラー１５０との連結を作り出す。このように、多数の支持要素を有する、特に安定したスキャンモジュール１００を提供できることを達成することができる。特に、スキャンモジュール１００は、異なる面内に配置された支持要素を有してもよい。これによって特に高い堅牢性を可能にすることができる。
【０１００】
図１５はまた、基部１４１−１が基部１４１−２と一体的に形成されていないことを明らかに示している。それに加えて、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も支持要素１０２−１、１０２−２と一体的に形成されていない。特に、様々な上述した部品を、ウェハの異なる範囲から製造し、続いて、例えば結合または陽極結合によって、互いに連結することが可能であろう。連結技術の他の例は、融着、融合、および／または直接結合、共融結合、熱圧着、および接着結合を含む。対応する連結表面１６０が図１５に示されている。かかる技術は、スキャンモジュール１００を特に単純な形で製造できることを意味する。特に、完全なスキャンモジュール１００を一体的に製造するか、またはウェハから統合する必要はない。代わりに、スキャンモジュール１００を二段階製造プロセスで製造することができる。しかしながら、同時に、これは堅牢性を少々低減させる可能性があるが、大きい連結表面１６０に基づいて、特に安定した連結を、基部１４１−１と基部１４１−２、および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の間にそれぞれ製造することができる。
【０１０１】
しかしながら、このプロセスでは、基部１４１−１、支持要素１０１−１、１０２−１、ならびにインターフェース要素１４２−１を、対称面（連結表面１６０も存在する）上の鏡映によって、基部１４１−２、支持要素１０２−１、１０２−２、ならびにインターフェース要素１４２−２上に描くことができる。それによって、高度に対称な構成を達成することができる。特に、回転対称構成を達成することができる。回転対称は、この場合、ｎ＝４の次数、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してもよい。中心軸２２０に関するかかる対称構成は、捻れモード５０２の励起に関して特定の利点を有してもよい。非線形性は回避することができる。
【０１０２】
例えば、図１５による実施例によるスキャン部９９は、図１１による実施例による捻れモード５０２に使用することができる。
【０１０３】
図１６は、スキャナ９０に関する態様を示している。スキャナ９０は、例えば、図１５の実施例にしたがってそれぞれ形成される、２つのスキャン部９９−１、９９−２を備える。したがって、スキャナ９０は、スキャン部９９−１、９９−２のミラー１５０の前面で光１８０を連続的に偏向するように設定される（対応する光路が、図１６に点線で示される）。図１６は、待機状態の、即ち、例えば圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０を用いて、スキャン部９９−１、９９−２を作動していない、スキャナを示している。
【０１０４】
例えば、重畳図にしたがって、２Ｄスキャン領域を規定する異なる放射角度を実現するために、スキャン部９９−１、９９−２の２つのスキャンモジュール１０１の捻れモード５０２が励起されることが可能であろう。しかしながら、他の移動自由度を使用することもできる。
【０１０５】
図１６は、スキャン部９９−１、９９−２のミラー１５０のサスペンションがそれぞれ、４つの弾性のロッド状要素１０１−１、１０１−２、１０２−１、１０２−２を備えることを明らかに示している。したがって、スキャン部９９−１、９９−２は、図１５による実施例にしたがって構成される。しかしながら、他の実施例では、ミラー１５０のサスペンションが、より少数または多数のロッド状要素（例えば、図５および６、ならびに１２および１３に示されるような、１つのみの弾性のロッド状要素）を有することも可能であろう。
【０１０６】
図１６による実施例では、スキャン部９９−１、９９−２のスキャンモジュール１００はそれぞれ、ミラー１５０の後面から異なる方向で離れるように延在することが明らかである。後面のサスペンションは、スキャンモジュール１０１によって実現される。スキャンモジュール１０１は、ミラー１５０の後面に面している側面まで延在する。スキャン部９９−１、９９−２のミラー１５０のミラー面には、サスペンションは存在しない。ミラー１５０の後面のかかる一点サスペンションにより、スキャン部９９−１、９９−２のミラー１５０を特に互いの近くに配置できることが可能である。スキャナ９０のかかる高度な統合によって、小さいハウジング設計を達成することができる。このことにより、スキャナ９０を、例えば、個人車両または空中無人機などに統合することが容易になる。それに加えて、反射光もミラー１５０を用いて検出される場合、実効検出器開口を特に大きい寸法にすることが可能である。したがってこのことが好ましいのは、ミラー縁部の著しいシフトが、大きいミラーまたは大きい偏向角度を有する参照実現例において起こるためである。したがって、ミラーは参照実現例におけるサスペンションと接触し、それによって最大開口および／または角度を制限することが可能である。
【０１０７】
例えば、図１６は、スキャン部９９−１のミラー表面１５１の中心と、スキャン部９９−２のミラー表面１５１の中心との間の距離７０を示している。この距離７０は特に短くてもよい。例えば、この距離７０は、ミラー表面１５１の直径の四倍以下、オプションで直径の三倍以下、更にオプションでは直径の１．８倍以下であることができる。
【０１０８】
図１６による実施例では、スキャンモジュール１００の中心軸２２０は、ミラー表面１５１の表面法線１５５に対して４５°の角度で傾斜される（図４を参照）。したがって、スキャン部９９−１のスキャンモジュール１００の捻れモード５０２、ならびにスキャン部９９−２のスキャンモジュール１００の捻れモード５０２の両方が励起されるのが望ましいことがある。これらは縮退することがあるが、その場合、異なる共鳴周波数および／または共振曲線の最大値が可能である。
【０１０９】
図１６による実施例では、スキャン部９９−１、９９−２の中心軸２２０の角度は９０°に等しい。この角度は、９０°変動することもあり、例えば９０°±２５°となる。かかる配置を用いて、特に大きいスキャン領域を実現することができる。
【０１１０】
例えば、横モード５０１がスキャン光に使用される場合、スキャン部９９−１、９９−２の中心軸２２０は、ほぼ１８０°の角度（図１６には図示なし）を形成し、つまりスキャン部９９−１、９９−２の線形配置（対面）が選択されることが望ましい場合がある。
【０１１１】
図１７〜２２は、図１６による実施例によるスキャナ９０の様々な表現である。この場合、異なる視点が示されている。
【０１１２】
図２３は、スキャンモジュール１００の作動に関する態様を示している。例えば、スキャナ９０のスキャンモジュール１００は、図１６〜２２による実施例にしたがって対応して作動させることができる。
【０１１３】
図２３は、アクチュエータ移動８３１の時間曲線を示している。図２３は、特に、アクチュエータ移動８３１としての、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の互いに対する相対偏向を示している（図８を参照）。例えば、図２３は、したがって、図５および６による実施例の圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の端部３１５、３２５の距離を示してもよい。しかしながら、アクチュエータ移動８３１の他の特性、例えば、圧電曲げアクチュエータ３１０の移動３９９−１、または圧電曲げアクチュエータ３９９−２の移動３９９−２も考慮することができる。アクチュエータ移動８３１は、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０によって提供される力の流れに比例する。これに関して、図２３は、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０を使用する一実施例を示しているが、他の実施例では、対応する力の流れが提供される場合、他のアクチュエータ、例えば、磁場などを使用するアクチュエータを使用することができる。
【０１１４】
アクチュエータ移動８３１の周波数は、選択された移動自由度５０１、５０２の共振曲線１３０１、１３０２に対して整合される（図１０および１４を参照）。移動自由度５０１、５０２はアクチュエータ移動を用いて励起される。図２４による実施例では、アクチュエータ移動８３１がスキャンモジュール１００の基部１４１の傾斜に影響するので、捻れモード５０２が励起される。これは、アクチュエータ移動８３１が、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の端部３１５、３２５の間の時間変動する距離に影響するためである。他の実施例では、横モード５０１は、適切なアクチュエータ移動を用いて励起することもできる。
【０１１５】
図２３による実施例では、アクチュエータ移動８３１は一定の振幅を有する。それにより、捻れモード５０２は一定の振幅８３２で励起される。これは図２４に示されている（図２４は、捻れモードの瞬間偏向を示していない）。
【０１１６】
図２５および２６は、実質的に図２３および２４に対応する。図２５および２６による実施例では、しかしながら、交互の上昇側面８４８および下降側面８４９を有する周期的振幅変調機能８４２にしたがって、捻れモード５０２を励起するために、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０が設定される。この目的のため、適切なアクチュエータ移動８３１が実現される。
【０１１７】
図２６は、特に、上昇側面８４８の長さ８４８Ａが下降側面８４９の長さ８４９Ａよりも実質的に長いことを示している。例えば、上昇側面８４８の長さは、下降側面８４９の長さのサイズの少なくとも二倍、オプションで少なくとも四倍、更にオプションでは少なくとも十倍であることができる。
【０１１８】
図２５による実施例では、下降側面８４９は十分に短いので、それらの長さは、共鳴的に作動させた捻れモード５０２の周波数、および／またはアクチュエータ移動８３１の周波数の周期の二倍以下である。一般に、振幅変調機能８４２の下降側面８４９の長さは、捻れモード５０２の周波数の時限の十倍以下、オプションで三倍以下、更にオプションでは二倍以下であることができる。
【０１１９】
下降側面８４９の長さ８４９Ａの特に短い寸法決めによって、最大振幅８４３まで完全に作動させた後（その際に別の作動があり得る）、対応する移動自由度５０１、５０２に関して、スキャンモジュール１００を待機状態８４４へと特に迅速に移行させることが可能になる。このことは、対応する移動自由度５０１、５０２にしたがって、移動のリセットを迅速に行うことができることを意味する。これは、対応する移動自由度を用いて重畳図が実現されるとき、特に有用であり得る。
【０１２０】
例えば、上昇側面８４８の間のみ画像化するため、ＬＩＤＡＲ測定が実施されることが可能であろう。時限８４８Ａの間に行われる全てのＬＩＤＡＲ測定の量は、この場合、特定の環境領域のＬＩＤＡＲ画像に対応してもよい。特定の画像反復周波数を有するＬＩＤＡＲ画像が提供されるように、リセット後に再び同じ環境領域をスキャンすることができる。長さ８４９Ａが短いほど、画像反復周波数が高くなる。
【０１２１】
下降側面８４９の長さの短い寸法決めは、下降側面８４９の間の捻れモード５０２による移動の低速化を用いて達成することができる。換言すれば、これは、捻れモード５０２による移動が能動的に減衰され、即ち、固有減衰および／または質量モーメントによって提供されるよりも強い減衰が行われることを意味する。この目的のため、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の適切なアクチュエータ移動８３１が使用される。
【０１２２】
捻れモード５０２の移動のかかる低速化は、特に、下降側面８４９の間のアクチュエータ移動８３１の振幅８３５の増加を用いて達成される。これは、例えば、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の個々の移動３９９−１、３９９−２の増加によって達成することができる。例えば、下降側面８４９の間におけるアクチュエータ移動８３１の平均振幅は、上昇側面８４８の間におけるアクチュエータ移動８３１の平均振幅のサイズの二倍、オプションで少なくとも四倍、更にオプションでは少なくとも十倍であることができる。下降側面８４９の間におけるアクチュエータ移動８３１の振幅の増加により、捻れモード５０２による移動の特に迅速な低速化を達成することができる。これは、スキャンモジュール１００に対する力の流れを増加させることができるためである。
【０１２３】
捻れモード５０２の移動の低速化はまた、アクチュエータ移動８３１における位相跳躍８４９を用いて達成することができる。これは、次いで、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の個々の移動３９９−１、３９９−２における位相跳躍を用いて達成することができる。図２５による実施例では、位相跳躍８４９は、２つの圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０それぞれの偏向における位相シフトを実現する。例えば、圧電曲げアクチュエータ３１０の個々の移動３９９−１は、上昇側面８４８と下降側面８４９との間で１８０°の位相シフトを有する。それに対応して、圧電曲げアクチュエータ３２０の個々の移動３９９−２も、上昇側面８４８と下降側面８４９との間に１８０°の位相シフトを有する。図２５に示される結果として得られるアクチュエータ移動８３１の位相跳躍８４９は、それにより、端部３１５、３２５間の距離として達成される。それにより、上昇側面８４８の時間枠と比較して、捻れモード５０２の逆位相励起も、下降側面８４９の時間枠で達成され、それにより、下降側面８４９の間の捻れモード５０２による移動の低速化がもたらされる。
【０１２４】
図２５による実施例では、アクチュエータ移動８３１は、上昇側面８４８の間の一定振幅８３５と、下降側面８４９の間の一定振幅８３５とを有するが、他の実施例では、アクチュエータ移動８３１が、上昇側面８４８の間の時間変動する振幅、および／または下降側面８４９の間の時間変動する振幅（図２５には図示なし）を有することも可能であろう。
【０１２５】
いくつかの実施例では、スキャナ９０の第１のスキャン部９９−１は、図２３および２４の実施例にしたがって動作させることができ、スキャナ９０の第２のスキャン部９９−２は、図２５および２６の実施例にしたがって動作させることができる。換言すれば、これは、例えば捻れモード５０２または２つの横モード５０１に対して、異なるように作動された移動自由度が、異なるスキャン部９９−１、９９−２と関連付けられてもよいことを意味する。そこから、二次元スキャン領域を可能にする重畳図を得ることができる。これは図２７に示されている。
【０１２６】
図２７は、重畳図９００に関する態様を示している。図２７は、重畳図９００によって規定される、２Ｄスキャン領域９１５（図２７の破線）に関する特定の態様を示している。図２７は、この場合、一定振幅８３２（図２３および２４を参照）で作動させられた捻れモード５０２を用いて、例えばスキャン部９９−１を用いて達成することができる、スキャン角度９０１を示している。図２７は、この場合、一定振幅８４３（図２５および２６を参照）で作動させられた捻れモード５０２を用いて、例えばスキャン部９９−２を用いて達成することができる、スキャン角度９０２を示している。２つのスキャン角度９０１、９０２を使用することで、２つの直交する空間方向で変動する放射角度を得ることができ、それにより、２Ｄ環境領域をスキャンすることができる。
【０１２７】
しかしながら、他の実施例では、一定振幅の横モード５０１および変調振幅の横モード５０１を使用することができる。更に他の実施例では、横モード５０１および捻れモード５０２を使用することができる。また、異なる次数の横モード５０１を使用することが可能であろう。また、異なる次数の捻れモード５０２を使用することが可能であろう。
【０１２８】
図２７による実施例による重畳図９００は、スキャン部９９−１、９９−２の捻れモード５０２が同じ周波数を有するときに得られる。別の方法では一般的にリサージュスキャンに関して生じるような、重畳図９００におけるノードは防止される。それに加えて、振幅変調機能８４２の上昇側面８４８の間に捻れモードの振幅が増加したとき、図２７による実施例による重畳図９００が得られる。これは、つまり、重畳図９００が一種の「開いた眼」として得られることを意味し、即ち、横モード５０１の振幅が増加するにつれて（図２７の垂直な点線の矢印によって示される）、より大きいスキャン角度９０１が得られる。それにより、スキャン線（図２７の水平な点線の矢印）を得ることができ、それを用いてレーザースキャナ９９の環境をスキャンすることができる。次に、繰り返される光パルスの放射によって、異なるピクセル９５１を得ることができる。多くのノードを有する重畳図を防止することができ、それにより、特に高い画像反復周波数を達成することができる。それに加えて、これは、ノード間の特定の領域がスキャンされないことを防止する。
【０１２９】
下降側面８４９の間の迅速な低速化によって、「開いた眼」を迅速に繰り返すことができ、即ち、重畳図９００を次々に迅速に実現することができる。むだ時間が低減される。
【０１３０】
上記に、「開いた眼」が使用される、即ち、重畳図９００のリセットが下降側面８４９を用いて実現される、技術について説明した。他の実施例では、「閉じた眼」も使用することができる。下降側面８４９は、上昇側面８４８の長さ８４８Ａよりも長い、長さ８４９Ａを有してもよい。ＬＩＤＡＲ撮像は、主にまたは排他的に、下降側面８４９の間に行われることが可能である。
【０１３１】
本明細書に記載する様々な実施例では、使用されるスキャン部９９、９９−１、９９−２のスキャン角度９０１、９０２を特に良好に判定するのが望ましいことがある。この目的のため、図２８の実施例による技術を使用することができる。
【０１３２】
図２８による実施例は、本質的に、図１による実施例に対応している。図２９Ａによる実施例では、磁石６６０が更に、インターフェース要素１４２上に配置されるかまたはそれに取り付けられる。図２８による実施例では、磁石６６０は強磁性コーティングとして形成される。他の実施例では、磁石６６０が、例えば、バルク材料または強磁性ピルとして形成されることも可能であろう。
【０１３３】
図２８による実施例では、角度方向磁場センサ６６２も提供され、磁石６６０の漂遊磁場内に配置される。角度方向磁場センサ６６２は、スキャンモジュール１００の捻れ５０２を示す、信号を出力する。例えば、信号は、アナログであってもよく、例えば、漂遊磁場の配向に応じて、最小値と最大値との間で０°〜３６０°の範囲で変動する、信号レベルを有してもよい。漂遊磁場の配向をデジタル的にコード化する、デジタル信号も出力されてもよい。信号は、例えばコントローラによって受信し、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の適切な作動に使用することができる。例えば、重畳図９００を正確に再現するために、制御回路を実装することができる。
【０１３４】
一般に、角度方向磁場センサ６６２の信号は、漂遊磁場の強度と共に変動することはない。
【０１３５】
それにより、捻れ５０２の移動を正確に監視することができる。そのため、それぞれのスキャン部９９によって実現される、対応する角度９０１、９０２を、正確に推論することができる。それにより、特に高い方位分解能をＬＩＤＡＲ測定に提供することができる。
【０１３６】
図２８による実施例では、ミラー１５０の後面１５２は、ミラー表面１５１と磁石６６０と角度方向磁場センサ１６２との間に配置される。このことは、磁石６６０および角度方向磁場センサ６６２の両方が、ミラー表面１５１に対して後側に配置されることを意味する。このことは、磁石６６０および角度方向磁場センサ６６２の両方が、ミラー１５０の後面１５２に面する側に配置されることを意味する。それによって、特に高レベルの統合を達成することができる。それに加えて、高い信号雑音比を達成できるように、角度方向磁場センサ１６２を、磁石６６０に特に近付けて配置することができる。それにより、対応する角度９０１、９０２も特に正確に決定することができる。特に、光１８０の光路はミラー１５０の前面１５１に面する側まで延在するので、光１８０の光路と角度方向磁場センサ６６２との構造上の分離を、特に単純に達成することができる。磁石６６０および角度方向磁場センサ６６２は、ミラー１５０に対して後側に配置されるので、複数のスキャン部９９のスキャナ９０との距離７０を、特に短く寸法決めすることができる。
【０１３７】
図２８による実施例では、磁石６６０の磁気モーメント６６１は、中心軸２２０および／または捻れモード５０２の捻れ軸（図２９Ａを参照）に対して垂直に配置される。一般に、磁石６６０は、捻れ軸に対して垂直な少なくとも１つの成分を有する、磁気モーメント６６１を有してもよい。例えば、それにより、図２９Ａの描画面において感度を有する、面内角度方向磁場センサ６６２を使用することができる。他の実施例では、面外感度を有する角度方向磁場センサ６６２も使用することができる。
【０１３８】
図２８および２９Ａによる実施例では、磁気モーメント６６１は更に、中心軸２２０および／または捻れ５０２の捻れ軸に対して対称に配置される。このことは、磁気モーメント６６１が中心軸および／または捻れ軸の両側に延長を有することを意味する。反射対称性は必須ではない。しかしながら、角度方向磁場センサ６６２は同時に、中心軸２２０に対して偏心的に配置される。これは、例えば、測定信号を低減することができるが、角度方向磁場センサ６６２の取付けに関して、より柔軟な選択が可能になる。例えば、角度方向磁場センサ６６２は、基部１４１に径方向で隣接して取り付けることができる。しかしながら、他の実施例では、角度方向磁場センサ６６２を磁石６６０に隣接させて、即ち磁石６６０に対して中心軸２２０に沿ってオフセットせずに、配置することも可能であろう。
【０１３９】
磁石６６０は中心軸２２０の近くに取り付けられる。磁石６６０は特に、中心軸２２０に対して対称的に取り付けられる。これは、移動部品の、即ちインターフェース要素１４２およびミラー１５０の質量慣性モーメントが、磁性材料を提供することによって過度に増加するのを防ぐ。それにより、捻れモードを高い固有周波数で達成することができる。対称的配置により、捻れモードに影響するであろう非対称性が防止される。
【０１４０】
図２８による実施例では、磁石６６０はミラー１５０にしっかりと連結され、即ち移動座標系内に配置されるが、角度方向磁場センサ６６２は、基部１４１の基準座標系内に配置される。このようにして、移動座標系から一般的にコントローラが配置される基準座標系への移動が不要なので、角度方向磁場センサ６６２の信号を、特に単純に読み出すことができる。しかしながら、他の実施例では、逆の配置が提供されること、即ち、角度方向磁場センサ６６２が移動座標系に配置され、磁石６６０が基部１４１の基準座標系に配置されることも可能であろう。例えば、そのため、角度方向磁場センサ６６２の信号を、例えば光変調を用いて、無線で転送することができる。あるいは、例えば金属コーティングまたはドーピングによる導体が、弾性要素１０１、１０２に沿って提供されてもよく、導体によって、角度方向磁場センサ６６２の信号の伝達ができるようになる。かかる実現例は、例えば、１つの同じ磁石６６０が、スキャナ９０の異なるスキャン部９９、９９−１、９９−２と関連付けられた、または異なるスキャン部９９、９９−１、９９−２の移動座標系内に配置された、複数の角度方向磁場センサ６６２に対して漂遊磁場を提供している場合に、有益なことがある。したがって、異なる角度方向磁場センサ６６２は、異なるスキャン部９９、９９−１、９９−２の偏向部にしっかりと連結されてもよい。例えば、磁石６６０は、大きい直線磁場が利用可能であるように、特に強力であってもよい。
【０１４１】
磁石６６０が移動座標系に取り付けられる、図２８による実施例では、異なるスキャン部９９−１、９９−２と関連付けられた磁石６６０からの漂遊磁場の単純な分離は、次のように行うことができる。角度方向磁場センサ６６２の面内感度および捻れ軸２２０（図１６を参照）の垂直配置を用いると、異なるスキャン部９９−１、９９−２と関連付けられた角度方向磁場センサ６６２は交差感度を全くまたはわずかしか有さない。これは、対応する漂遊磁場が、互いに垂直に配向された面内で回転するためである。
【０１４２】
図２９Ｂは、角度方向磁場センサ６６２に対する磁石６６０の配置に関する態様を示している。図２９Ｂによる実施例は、実質的に、図１５による実施例に対応する（図２９Ｂでは、明瞭にするためにミラー１５０は示されていないが、図２９による斜視図は、ミラー１５０も示されている図１５による斜視図に対応する）。
【０１４３】
磁石６６０はインターフェース要素１４２に取り付けられる。特に、磁石６６０はインターフェース要素１４２に埋め込まれる。例えば、これは、例えば図１５にしたがって、二部分のインターフェース要素１４２−１、１４２−２が使用されることで達成することができる。そのため、磁石６６０は、２つのインターフェース要素１４２−１、１４２−２の接触表面１６０の間のスペーサとして提供することができる。
【０１４４】
図２９Ｂでは、弾性要素はｚ軸に沿って延在する。したがって、捻れ軸および／または中心軸２２０はｚ軸に対して平行である。磁石６６０の磁化６６１は、ｚ軸に対して垂直に、ｙ軸に沿って配向される。磁化６６１は、捻れ軸および／または中心軸２２０に対して対称的に配置される。
【０１４５】
角度方向磁場センサ６６２は、中心軸２２０に対して偏心して、即ち図２９Ｂによる実施例のｘ軸に沿ってオフセットして配置される（一般に、角度方向磁場センサ６６２も、ｙ軸に沿ってオフセットして配置することができる）。磁石６６０と角度方向磁場センサ６６２の高感度表面６６２Ｚとの間の対応する距離６６２Ａが、図２９Ｂに示される。
【０１４６】
角度方向磁場センサ６６２は高感度表面６６２Ｚを有する。これはｙｚ面で延在する。角度方向磁場センサ６６２は面内感度を有し、したがって、角度方向磁場センサ６６２は、ｙｚ面内における磁化６６１の漂遊磁場の配向を示す信号を出力する。漂遊磁場の強度は信号を通らない。
【０１４７】
角度方向磁場センサ６６２は、磁石６６０の反対側に、ｚ軸に沿ってオフセットされて配置され、対応する距離６６２Ｂが概略的に示されている（例えば、距離６６２Ｂは、ｚ軸に沿って磁石６６０の中心に対して規定することができる）。図２９Ｂによる実施例では、角度方向磁場センサ６６２の高感度表面６６２Ｚの中心６６２Ｃは、磁石６６０の基部１４１に面する縁部６６０Ｃ上で、即ち、弾性要素１０１−１、１０１−２、１０２−１、１０２−２とインターフェース要素１４２との間の移行部（図２９Ｂのｘ方向で配向された破線によって示される）で、位置合わせされる。オフセット６６２Ｂは、磁石が捻れ５０２にしたがって歪むと、漂遊磁場が、ｙｚ面内で高感度表面６６２Ｚにおいて回転することを意味する。捻れ５０２と漂遊磁場の角度との非線形的関連は、サイズが限定されたオフセット６６２Ｂによって防止される。
【０１４８】
基部１４２の移動に関する角度方向磁場センサ６６２の感度について、以下に考察する。基部１４１の捻れがない、即ち待機状態では、磁化６６１は（図２９Ｂに示されるように）ｙ軸に沿って位置合わせされる。そのため、漂遊磁場もｙ軸に沿って高感度表面６６２Ｚ内で配向される。捻れ５０２が基部１４２を歪ませると、磁化６６１も歪む。例えば、捻れ角度９０°は、負のｘ軸に沿った磁化６６１の配向に対応するであろう。それにより、角度方向磁場センサ６６２の偏心配置によって、ｚ方向に沿った漂遊磁場の有効な配向がもたらされる。高感度表面６６２Ｚにおける漂遊磁場のこの歪みは、角度方向磁場センサ６６２によって測定される。
【０１４９】
基部１４２がｘ軸に沿って横断方向で偏向しているので、漂遊磁場の配向は、感受性面６６２Ｚ内で特に大幅に変化しない。したがって、測定信号は著しく歪まない。基部１４２のｙ軸に沿った横断方向の偏向によって、感受性面６６２Ｚ内における漂遊磁場の配向が、ｘ軸に沿った偏向よりも大幅に変化する。この効果を相殺するために、中心軸２２０（図２９Ｂに図示なし）に対して反転して配置される、２つの角度方向磁場センサを提供することが可能であろう。したがって、２つの角度方向磁場センサは、一度は正のｘ軸に沿って、一度は負のｘ軸に沿って、磁石６６０に対して同じ距離６６２Ａを有してもよい。距離６６２Ｂは同じであり得る。したがって、角度方向磁場センサは、捻れ５０２に関して対応する信号、つまり例えば、同じであるかまたは例えば正の相関を出力するために、また横断方向偏向に対して補完的信号を出力するために配置されてもよい。基部１４２のｙ軸に沿った横断方向偏向によって、２つの角度方向磁場センサの信号に対して反対方向の寄与がもたらされる。横断方向偏向は減算を使用して定量化することができる。それにより、制御は、捻れ５０２に加えて、例えば減衰、横断方向偏向も考慮することができる。このことは、対応する制御回路が、横断方向偏向の設定値振幅を本質的にゼロに指定することを意味する。
【０１５０】
図３０は、ＬＩＤＡＲシステム８０に関する態様を示している。ＬＩＤＡＲシステム８０は、例えば、本明細書に記載する様々な実現例にしたがって形成されてもよい、レーザースキャナ９０を備える。ＬＩＤＡＲシステムは光源８１も備える。例えば、光源８１はまた、ナノ秒範囲のパルス長を有する近赤外範囲のパルスレーザー光１８０を放射する、レーザーダイオードとして形成することができる。
【０１５１】
光源８１の光１８０は、次に、スキャナ９０の１つまたは複数のミラー表面１５１に衝突することができる。偏向部の配向に応じて、光は異なる角度９０１、９０２で偏向される。光源８１によって放射され、スキャナ９０のミラー表面によって偏向された光は、一次光と呼ばれる場合も多い。
【０１５２】
一次光は、次に、ＬＩＤＡＲシステム８０の環境物体に衝突することができる。このようにして反射した一次光は、二次光として特徴付けられる。二次光は、ＬＩＤＡＲシステム８０の検出器８２によって検出されてもよい。光源８１による一次光の放射と検出器８２による二次光の検出との間の時間遅延として判定することができる、移動時間に基づいて、光源８１または検出器８２と環境物体との間の距離を、コントローラ４００１を用いて判定することができる。
【０１５３】
場合によっては、エミッタ開口は検出器開口と同じであることができる。これは、同じスキャナを使用して検出器開口をスキャンできることを意味する。例えば、一次光を放射し、二次光を検出するために、同じミラーを使用することができる。次に、一次光と二次光を分割する、ビームスプリッタを提供することができる。かかる技術によって、特に高レベルの感度を達成することが可能になってもよい。これは、検出器開口を、二次光が到達する方向で位置合わせし限定することができるためである。検出器開口はより小さく寸法決めすることができるので、周囲光は空間フィルタリングによって低減される。
【０１５４】
この距離測定に加えて、環境物体の横方向位置も、例えばコントローラ４００１によって判定することができる。これは、レーザースキャナ９９の１つまたは複数の偏向部の位置および／または配向を監視することによって行うことができる。そのため、光１８０が衝突する瞬間における１つまたは複数の偏向部の位置および／または配向は、偏向角度９０１、９０２に対応してもよく、環境物体の横方向位置をそこから推論することができる。例えば、角度方向磁場センサ６６２の信号に基づいて、偏向部の位置および／または配向を判定することが可能であってもよい。
【０１５５】
角度方向磁場センサ６６２の信号は、環境物体の横方向位置を判定するときに考慮されるので、特に高い確度で、環境物体の横方向位置を判定することが可能であってもよい。特に、環境物体の横方向位置を判定する際に移動用のアクチュエータを作動するドライバ信号のみを考慮する技術と比較して、向上した確度をこの手法で達成することができる。
【０１５６】
図３１は、ＬＩＤＡＲシステム８０に関する態様を示している。ＬＩＤＡＲシステム８０は、例えば、マイクロプロセッサまたは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として実装することができる、コントローラ４００１を備える。コントローラ４００１はまた、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）として実装することもできる。コントローラ４００１は、制御信号をドライバ４００２に対して出力するように設定される。例えば、制御信号は、デジタルまたはアナログ形式で出力することができる。
【０１５７】
ドライバ４００２は、次いで、１つまたは複数の電圧信号を発生させ、それらを圧電アクチュエータ３１０、３２０の対応する電気接点に出力するように設定される。電圧信号の一般的な振幅は、５０Ｖ〜２５０Ｖの範囲である。
【０１５８】
圧電アクチュエータ３１０、３２０は、次に、例えば、上記で図５および６を参照して記載したものなど、スキャンモジュール１００と接続される。スキャンモジュール１００の１つまたは複数の移動自由度は、特にスキャンモジュール１００の１つまたは複数の支持要素１０１、１０２は、それによって励起することができる。偏向部はそれによって偏向される。それにより、レーザースキャナ９９の環境領域を光１８０でスキャンすることができる。特に、捻れモード５０２を励起することができる。
【０１５９】
コントローラ４００１は、２Ｄ環境領域をスキャンする重畳図を実現するために、圧電アクチュエータ３１０、３２０を適切に励起するように設定することができる。この目的のため、振幅変調機能８４２に関する技術を実現することができる。図３１による実施例では、コントローラ４００１は、特に、図２３および２５による実施例のアクチュエータ移動８３１にしたがって、ドライバ４００２および／または圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０を作動させるために、設定されてもよい。それにより、重畳図９００を実現することができる。
【０１６０】
図３１は、コントローラ４００１と角度方向磁場センサ６６２との間に接続があることを更に示している。コントローラ４００１は、角度方向磁場センサ６６２の信号に基づいて、１つまたは複数の圧電アクチュエータ３１０、３２０を作動させるために、設定することができる。コントローラ４００１によるミラー表面１５１の移動の監視は、かかる技術を用いて行うことができる。必要であれば、コントローラ４００１は、ミラー表面１５１の所望の移動とミラー表面１５１の観察される移動との間の偏差を低減するために、ドライバ４００２の作動を適合させることができる。
【０１６１】
例えば、閉ループ制御を実現することが可能であろう。例えば、閉ループ制御は、制御変数としての移動の設定点振幅を含んでもよい。例えば、閉ループ制御は、制御変数としての移動の実際の振幅を含んでもよい。そのため、移動の実際の振幅は、角度方向磁場センサ６６２の信号に基づくことができる。
【０１６２】
図３２は、例示の方法を示すフローチャートである。８００１で、アクチュエータ、例えば圧電曲げアクチュエータを作動させて、周期的振幅変調機能にしたがって、弾性的に移動するスキャン部の第１の移動自由度を励起する。このプロセスでは、周期的振幅変調機能は、交互に配置された上昇側面と下降側面とを有する。上昇側面の長さは、この場合、下降側面の長さのサイズの少なくとも二倍、オプションで少なくとも四倍、更にオプションでは少なくとも十倍であってもよい。
【０１６３】
本発明の上述した実施形態および態様の特徴を、互いに組み合わせることができることは明白である。特に、特徴は、記載した組み合わせだけではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせで、または独立して使用することもできる。
【０１６４】
例えば、短い下降側面と長い上昇側面とを有する重畳図が実現される、技術について上述してきた。したがって、例えば、比較的長い下降側面と比較的短い上昇側面とが使用されることも可能であり、かかる一実施例では、例えば、ＬＩＤＡＲ撮像が本質的に、比較的長い下降側面の間に行われることが可能であり得る。場合によっては、等しい長さの上昇側面および下降側面を使用することも可能であり、そのような場合、例えばいくつかのノードを有さないもしくは有する、重畳図の適切な実現によって、効率的なスキャンを確保することもできる。
【０１６５】
更に、２つの時間的に重複する移動自由度が同じ周波数で励起される、技術について上述してきた。場合によっては、例えば、第１の移動自由度が第１の周波数で励起され、第２の移動自由度が、第１の周波数とは異なる、例えば二倍の第２の周波数で励起されることも可能であろう。それにより、重畳図は、例えば、環境領域のスキャンの効率は低減される可能性があるが、同時に、移動自由度をより柔軟に選択することが可能になる、ノードを有してもよい。
【０１６６】
更に、第１のスキャン部と関連付けられた第１の捻れモードと、第２のスキャン部と関連付けられた第２の捻れモードとの時間的重畳を用いて説明される、重畳図に関する様々な実施例について上述してきた。しかしながら、例えば、異なるスキャン部と関連付けられた２つの横モードが使用される場合、対応する技術も実現されてもよい。
【０１６７】
更に、ＬＩＤＡＲ測定と関連付けられたスキャン部の移動に関する様々な技術について、上述してきた。しかしながら、他の用途において、例えばプロジェクタまたはレーザー走査顕微鏡等に対して、対応する技術も使用されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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２５−２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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