(57)【要約】  スキャナ（９０）は、反射前面（１５１）と後面（１５２）とを有する第１のミラー（１５０）と、第１のミラー（１５０）の後面（１５２）に面する側を延在する第１の弾性取付具（１００）と、反射前面（１５１）と後面（１５２）とを有する第２のミラー（１５０）と、第２のミラー（１５０）の後面（１５２）に面する側を延在する第２の弾性取付具（１００）とを備える。スキャナ（９０）は、第１のミラー（１５０）の前面（１５１）および第２のミラー（１５０）の前面（１５１）で連続的に光（１８０）を偏向するように構成される。【選択図】図１６
2020515916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射前面（１５１）と後面（１５２）とを有する第１のミラー（１５０）と、
前記第１のミラー（１５０）の後面（１５２）から離れる方向で、前記第１のミラー（１５０）の前記後面（１５２）に面する側を延在する、第１の弾性取付具（１００）と、
反射前面（１５１）と後面（１５２）とを有する第２のミラー（１５０）と、
前記第２のミラー（１５０）の後面（１５２）から離れる方向で、前記第２のミラー（１５０）の前記後面（１５２）に面する側を延在する、第２の弾性取付具（１００）と、
前記第１の弾性取付具（１００）の移動自由度を励起するように構成された、第１のアクチュエータ（３１０、３２０）と、
前記第２の弾性取付具（１００）の移動自由度を励起するように構成された、第２のアクチュエータ（３１０、３２０）とを備え、
前記第１の弾性取付具（１００）の前記移動自由度が捻れモード（５０２）を含み、
前記第２の弾性取付具（１００）の前記移動自由度が捻れモード（５０２）を含み、
スキャナ（９０）が、前記第１のミラー（１５０）の前記前面（１５１）および前記第２のミラー（１５０）の前記前面（１５１）で連続的に光（１８０）を偏向するように構成された、スキャナ（９０）。
【請求項２】
前記第１の弾性取付具（１００）が、少なくとも１つの弾性のロッド状要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）を備える、ならびに／あるいは、
前記第２の弾性取付具（１００）が、少なくとも１つの弾性のロッド状要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）を備える、請求項１に記載のスキャナ（９０）。
【請求項３】
前記第１の弾性取付具（１００）の前記少なくとも１つの弾性のロッド状要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）の長手方向軸線（１１１、１１２）が、前記第１のミラー（１５０）の前記反射前面（１５１）の表面法線と４５°±１５°の角度（１５９）を有する、ならびに／あるいは、
前記第２の弾性取付具（１００）の前記少なくとも１つの弾性のロッド状要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）の長手方向軸線（１１１、１１２）が、前記第２のミラー（１５０）の前記反射前面（１５１）の表面法線と４５°±１５°の角度（１５９）を有する、請求項２に記載のスキャナ（９０）。
【請求項４】
前記第１の弾性取付具の前記捻れモード（５０２）の第１の捻れ軸が、前記第１の弾性取付具（１００）の前記少なくとも１つの弾性のロッド状要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）の中心軸（２２０、１１１、１１２）に平行であり、
前記第２の弾性取付具の前記捻れモード（５０２）の第２の捻れ軸が、前記第２の弾性取付具（１００）の前記少なくとも１つの弾性のロッド状要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）の中心軸（２２０、１１１、１１２）に平行である、請求項２または３に記載のスキャナ（９０）。
【請求項５】
前記第１のミラー（１５０）がペリスコープ様にスキャンされ、
前記第２のミラー（１５０）がペリスコープ様にスキャンされる、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】
光源（８１）と、
検出器（８２）とを更に備え、
前記光（１８０）が、前記光源（８１）からの一次光を含み、検出器（８２）に対する二次光を更に含み、
前記第１のミラーおよび前記第２のミラーが、前記一次光の放射および前記二次光の検出の両方を行うように構成された、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】
前記第１のミラー（１５０）および前記第２のミラー（１５０）によって規定され、前記光源（８１）と関連付けられるエミッタ開口が、前記第１のミラー（１５０）および前記第２のミラー（１５０）によって規定され、前記検出器（８２）と関連付けられる検出器開口に等しい、請求項６に記載のスキャナ（９０）。
【請求項８】
前記第１のミラー（１５０）が、前記第２のミラー（１５０）と前記検出器（８２）との間で前記二次光のビーム経路に配置され、
前記第１のアクチュエータ（３１０、３２０）が、第１の最大振幅で前記第１の移動自由度の前記捻れモード（５０２）を励起するように構成され、
前記第２のアクチュエータ（３１０、３２０）が、第２の最大振幅で前記第２の移動自由度の前記捻れモード（５０２）を励起するように構成され、
前記第１の振幅が前記第２の振幅よりも小さい、請求項６または７に記載のスキャナ（９０）。
【請求項９】
前記スキャナ（９０）が、前記第１のミラー（１５０）を用いて、前記スキャナ（９０）の周囲を垂直（９０２）にスキャンするように構成され、
前記スキャナ（９０）が、前記第２のミラー（１５０）を用いて、前記スキャナ（９０）の周囲を水平（９０１）にスキャンするように構成された、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】
前記第１の弾性取付具（１００）が、前記スキャナ（９０）のアイドル状態では、第１の軸線（２２０）に沿って延在し、
前記第２の弾性取付具（１００）が、前記スキャナ（９０）の前記アイドル状態では、第２の軸線（２２０）に沿って延在し、
前記第１の軸線が、９０°±２５°、任意に９０°±１°、更に任意には９０°±０．１°の角度で、前記第２の軸線に接合する、請求項１から９のいずれか一項に記載のスキャナ（９０）。
【請求項１１】
前記第１の弾性取付具（１００）が、前記スキャナ（９０）のアイドル状態では、第１の軸線（２２０）に沿って延在し、
前記第２の弾性取付具（１００）が、前記スキャナ（９０）の前記アイドル状態では、第２の軸線（２２０）に沿って延在し、
前記第１の軸線が、１８０°±２５°、任意に１８０°±１°、更に任意には１８０°±０．１°の角度で、前記第２の軸線に接合する、請求項１から９のいずれか一項に記載のスキャナ（９０）。
【請求項１２】
前記第１の弾性取付具（１００）の長さが、前記第１のミラー（１５０）の前記反射前面（１５１）の直径の２０％〜４００％の範囲である、ならびに／あるいは、
前記第２の弾性取付具（１００）の長さが、前記第２のミラー（１５０）の前記反射前面（１５１）の直径の２０％〜４００％の範囲である、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】
前記第１のミラー（１５０）の前記反射前面（１５１）の中心と前記第２のミラー（１５０）の前記反射前面（１５１）の中心との間の距離（７０）が、前記スキャナ（９０）のアイドル状態では、前記第１のミラー（１５０）の前記反射前面（１５１）の直径（１５３）の四倍以下、任意に前記直径の三倍以下、更に任意には前記直径の１．８倍以下である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のスキャナ（９０）。
【請求項１４】
前記第１のミラー（１５０）の前記後面（１５２）から離れる方向に面して、前記第１の弾性取付具（１００）の端部（１４１）に装着された、第１の対の圧電アクチュエータ（３１０、３２０）、ならびに／あるいは、
前記第２のミラー（１５０）の前記後面（１５２）から離れる方向に面して、前記第２の弾性取付具（１００）の端部（１４１）に装着された、第２の対の圧電アクチュエータ（３１０、３２０）を更に備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載のスキャナ（９０）。
【請求項１５】
前記第１の弾性取付具（１００）が、一点取付けとして前記第１のミラー（１５０）を基部に固定する、ならびに／あるいは、
前記第２の弾性取付具（１００）が、一点取付けとして前記第２のミラー（１５０）を前記基部に固定する、請求項１から１４のいずれか一項に記載のスキャナ（９０）。
【請求項１６】
前記第１のアクチュエータ（３１０、３２０）が、前記第１の弾性取付具（１００）の前記移動自由度を共鳴的に励起するように構成され、
前記第２のアクチュエータ（３１０、３２０）が、前記第２の弾性取付具（１００）の前記移動自由度を共鳴的に励起するように構成された、請求項１から１５のいずれか一項に記載のスキャナ（９０）。
【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、いくつかの実施例は、例えば、ＬＩＤＡＲ測定に使用されてもよい、レーザー光スキャナに関する。
【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、自動運転の用途においては、車両の環境物体を検出すること、特に物体までの距離を判定するのが望ましいことがある。
【０００３】
物体の距離を測定する１つの技術は、いわゆるＬＩＤＡＲ技術（光検出および測距、場合によってはＬＡＤＡＲとも言う）である。この目的のため、例えば、パルスレーザー光がエミッタによって放射される。環境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】
空間分解された環境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、異なる環境物体を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。例えば、ＬＩＤＡＲ測定において二次元（２Ｄ）の周囲環境を捕捉するのが望ましいことがある。この目的のため、２Ｄスキャン範囲が実現される。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。かかるパラメータによって、例えば、ＬＩＤＡＲ測定の方位分解能が設定される。
【０００６】
例えば、参照実現例は、２Ｄスキャン範囲を実現するのに、複数の垂直方向で離隔された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、比較的限定されるが、参照実現例は、例えばこの方向で４〜６４ド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ことは、多くの場合不可能であるか、または限定された範囲でのみ可能である。したがって、方位分解能は比較的小さい場合がある。時間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解決される。従属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の弾性取付具も備える。第１の弾性取付具は、第１のミラーの後面に面する側を、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の弾性取付具も備える。第２の弾性取付具は、第２のミラーの後面に面する側を、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のミラーの前面および第２のミラーの前面で連続的に光を偏向するように構成される。
【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で、次に第２のミラーの反射前面で連続して偏向される、光路を規定することができる。これによって２Ｄスキャン範囲を実現することが可能になる。
【００１２】
場合によっては、少なくとも１つの弾性取付具はまた、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接続を提供するので、弾性支持要素またはスキャンモジュールと呼ばれてもよく、偏向部は、基準座標系に対して移動する座標系を指定してもよい。
【００１３】
第１のミラーおよび第２のミラーそれぞれの後面からそれぞれ延在する、第１の弾性取付具および第２の弾性取付具によって、スキャナと２つのミラーとの特に高度な統合を達成することができる。特に、取付具がミラー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。結果として、検出器に対して特に大きい検出開口を、第１のミラーおよび第２のミラーによって達成することもできる。例えば、第１のミラーの顕著なスキャン角度では、光路は第２のミラーの中心に当たらなくなっていることがある。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。このスキャン部は、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ように構成される。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、ＦＰＧＡ、マイクロコントローラ、またはＡＳＩＣなどのコントローラを備える。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、少なくとも１つのアクチュエータを駆動するように構成される。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、下降側面の長さの少なくとも二倍、任意に少なくとも四倍、更に任意には少なくとも十倍である。あるいは、下降側面の長さは、上昇側面の長さの少なくとも二倍、任意に少なくとも四倍、更に任意に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。このスキャン部は、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ように構成される。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。このアクチュエータは、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構成される。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、上昇側面の長さは、下降側面の長さの少なくとも二倍、任意に少なくとも四倍、更に任意には少なくとも十倍である。あるいは、下降側面の長さは、上昇側面の長さの少なくとも二倍、任意に少なくとも四倍、更に任意に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、屈曲スキャン部と呼ばれる場合がある。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】
例えば、いくつかの実施例では、スキャナは、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、反射前面および後面を備えたミラーを有することができ、またそれぞれの場合において、関連する弾性取付具を有することができる。
【００１９】
かかる技術を用いて、２Ｄスキャン範囲を実現する、第１の自由度にしたがった移動および第２の自由度にしたがった移動を重畳した形の実現を達成することができる。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。このことによって、２Ｄスキャン範囲を高い時間分解能でスキャンすることが可能になる。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】
１つの方法は、少なくとも１つのアクチュエータを制御することを含む。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構成される。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、下降側面の長さの少なくとも二倍、任意に少なくとも四倍、更に任意には少なくとも十倍である。あるいは、下降側面の長さが、上昇側面の長さの少なくとも二倍、任意に少なくとも四倍、更に任意には少なくとも十倍であることも可能であろう。
【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。プログラムコードの実行によって、コントローラが方法を実施する。方法は、少なくとも１つのアクチュエータを制御することを含む。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構成される。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、下降側面の長さの少なくとも二倍、任意に少なくとも四倍、更に任意には少なくとも十倍である。あるいは、下降側面の長さが、上昇側面の長さの少なくとも二倍、任意に少なくとも四倍、更に任意には少なくとも十倍であることも可能であろう。
【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。プログラムコードの実行によって、コントローラが方法を実施する。方法は、少なくとも１つのアクチュエータを制御することを含む。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構成される。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、下降側面の長さの少なくとも二倍、任意に少なくとも四倍、更に任意には少なくとも十倍である。あるいは、下降側面の長さが、上昇側面の長さの少なくとも二倍、任意に少なくとも四倍、更に任意には少なくとも十倍であることも可能であろう。
【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、基部と偏向要素との間に延在する。スキャン部は、偏向部における異なる角度での弾性要素の捻れによって、光を偏向するように構成される。スキャナは磁石も備える。この磁石は、漂遊磁場を発生させるように構成される。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構成される。
【００２４】
捻れは、弾性要素の対応する移動自由度に対応することができる。捻れは、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、捻れによる偏向部の回転を緊密に監視することが可能である。結果として、光が偏向される角度を緊密に監視することができる。結果として、光の放射角度を緊密に監視することができる。結果として、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、スキャナが、関連する弾性要素と、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場合に、特に望ましいことがある。対応する監視がなければ、放射角度の不正確さが増大することがある。
【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、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせまたは単独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におけるアクチュエータの移動の時間経過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におけるアクチュエータの移動の時間経過を示す概略図である。
【図１０】様々な実施例による移動自由度の共鳴励起を示す概略図である。
【図１１】様々な実施例による、弾性要素の捻れに対応する移動自由度を示す概略図である。
【図１２】様々な実施例による、弾性要素の横断方向偏向に対応する移動自由度を示す概略図である。
【図１３】様々な実施例による、弾性要素の横断方向偏向に対応する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経過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経過によって達成される、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経過を示す概略図である。図２６は、図２５の実施例によるアクチュエータ移動の時間経過によって達成される、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２９】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】一例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】
上述した本発明の特性、特徴、および利点、ならびにそれらが達成される方法については、図面と関連して詳細に記載される、例示の実施形態の以下の説明と併せて更に明白となり、より明確に理解されるであろう。
【００２９】
以下、本発明について、図面を参照して好ましい実施形態に関連して更に詳細に記載する。図面中、類似の参照符号は同じまたは同様の要素を指す。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に描かれていない。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理解されるような形で再現される。図面に示される機能的ユニットと要素との間の接続および連結は、間接的な接続または連結として実現されることもある。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することができる。
【００３０】
以下、光をスキャンする様々な技術について記載する。例えば、以下に記載する技術によって、光の２Ｄスキャンが可能になることがある。スキャンは、異なる放射角度で繰り返される光の放射を指すことがある。この目的のため、偏向によって一回または複数回、光を偏向させることができる。
【００３１】
偏向部は、例えば、ミラーによって、また任意に、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することができる。偏向部はまた、ミラーの代わりにプリズムを備えることができる。
【００３２】
スキャンは、光を用いて周囲環境の異なる点を繰返しサンプリングすることを指してもよい。この目的のため、異なる放射角度を連続的に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使用され、また任意に空間的に重畳された場合、重畳図によって決定することができる。例えば、周囲環境の異なる点の量、および／または異なる放射角度の量が、スキャン範囲を規定してもよい。様々な実施例では、光のスキャンは、少なくとも１つの弾性取付具の異なる自由度に対応する、２つの移動の時間的重畳および任意に空間的重畳を用いて行うことができる。このように、２Ｄスキャン範囲が得られる。
【００３３】
場合によっては、重畳図はリサージュ図形とも呼ばれる。重畳図は、支持要素の移動によって異なる放射角度を実現するのに用いられる、シーケンスを説明することができる。
【００３４】
様々な実施例では、レーザー光をスキャンすることが可能である。この場合、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。偏光または非偏光レーザー光を使用することが可能であろう。例えば、パルスレーザー光を使用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０．５〜３ナノ秒の範囲であることができる。レーザー光は、７００〜１８００ｎｍの範囲の波長を有してもよい。単純にするため、以下では主に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も使用されてもよい。本明細書のＲＧＢ光源は、一般に、可視スペクトルの光源を指し、色空間は、赤、緑、青またはシアン、マゼンタ、黄、黒など、いくつかの異なる色を重ね合わせることによって網羅される。
【００３５】
様々な実施例では、少なくとも１つの支持要素が、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つの支持要素を、ばね要素または弾性取付具と呼ぶこともできる。支持要素は可動端部を有する。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／または横断方向偏向を、励起することができる。この目的のため、横モードの異なる次数を励起することができる。かかる移動の励起によって、少なくとも１つの支持要素の可動端部に接続される偏向部を移動させることができる。したがって、少なくとも１つの支持要素の可動端部はインターフェース要素を規定する。
【００３６】
例えば、単一を超える支持要素、例えば２つ、または３つ、または４つの支持要素を使用することが可能であろう。これらの支持要素は、任意に、互いに対して対称的に配置されてもよい。
【００３７】
様々な実施例では、１つまたは複数のファイバーの可動端部は、レーザー光をスキャンするための支持要素として使用され、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も呼ばれる、光ファイバーを使用してもよい。しかしながら、この場合、ファイバーがガラスで作られることは必須でない。ファイバーは、例えば、プラスチック、ガラス、または他の材料で作られてもよい。例えば、ファイバーは石英ガラスで作られてもよい。ファイバーは、例えば、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲、任意に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り得ることを意味する。例えば、ファイバーは最大４％の材料拡張が可能であり得る。いくつかの実施例では、ファイバーはコアを有し、射出されるレーザー光がその中を伝播し、全反射によって縁部で拘束される（光ファイバー）。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ファイバーまたはマルチモードファイバーが使用されてもよい。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、任意に１５０μｍ以上、更に任意には５００μｍ以上、更に任意には１ｍｍ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、曲げ可能、即ち可撓性であってもよい。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何らか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、細長い要素を、ＭＥＭＳ技術を用いて製造すること、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、ウェハから製造することも可能であろう。
【００３９】
例えば、支持要素の可動端部を、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。１つまたは複数のアクチュエータをこの目的で使用することができる。例えば、可動端部を、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してもよく、この第１の移動自由度は、横モードと（または、場合によっては波形モード（wiggle mode）と）呼ぶことができる。別の方法として、またはそれに加えて、可動端部を支持要素の長手方向軸線に沿ってねじ曲げ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。可動端部を移動させることによって、レーザー光を異なる角度で放射するのを達成することができる。この目的のため、固着のための適切なインターフェースを任意に有するミラーなどの偏向部を提供することができる。これによって、レーザー光を用いて周囲環境をスキャンすることが可能になる。可動端部の移動の強度に応じて、異なるサイズのスキャン範囲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のそれぞれにおいて、横モードの代わりにまたはそれに加え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。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、シリコンウェハなどのウェハ、またはガラス基板によっ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、または円形であることができる。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、多種多様な応用例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、環境物体の空間分解距離測定を実施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、多種多様な応用例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、環境物体の空間分解距離測定を実施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施するのが望ましいことがあるという発見に基づく。例えば、ＬＩＤＡＲ技術に関して、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ことがある。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スキャン範囲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発見に基づく。この目的のため、多くの場合、２つの移動自由度の時間的重畳および対応する重畳図によって、２Ｄスキャン範囲を実現するのが望ましいことがある。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範囲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は弾性取付具とも呼ばれることがある。
【００４６】
この場合、基部１４１、支持要素１０１、１０２、および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、およびインターフェース要素１４２が、ＭＥＭＳプロセスにより、シリコンウェハ（または他の半導体基板）をエッチングすることによって得られ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い場合があり、例えば、ファイバーによっ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を有すること、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の実施例では、光１８０に対して前面に高い反射率（例えば、９５０μｍの波長で９５％超、任意に９９％超、更に任意には９９．９９９％超、例えば、厚さ８０〜２５０ｎｍのアルミニウムまたは金）を有するミラー表面１５１を形成するミラー１５０は、基部１４１、支持要素１０１、１０２、およ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、ミラー１５０はインターフェース要素１４２に接着することができる。即ち、インターフェース要素１４２は、ミラー１５０およびミラー表面１５１をそれぞれ固着するように構成されてもよい。例えば、この目的のため、インターフェース要素１４２は、ミラー１５０の対応する当接面を固着するように構成された、当接面を有することができる。例えば、ミラー１５０およびインターフェース要素１４２を接合するため、接着、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、任意に１５ｍｍ２以上の、大きいミラー表面を実現することができる。結果として、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、高い精度および範囲を達成することができる。
【００５０】
図１の実施例では、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、ミラーの一点取付けが実現される。
【００５１】
図１の実施例では、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の実施例では、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、任意に４ｍｍ以上、更に任意には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、任意に１２ｍｍ以下、更に任意には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、全て同じ長さであることができる。
【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％の範囲であってもよい。一般に、長さ２１１は、直径１５３の２０％以上、任意に直径の２００％以上、更に任意には４００％以上であることができる。結果として、一方で、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範囲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、それらの長さ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を作製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。結果として、特に大きい光１８０の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。支持要素１０１、１０２のかかる弾性によって、インターフェース要素１４２の移動、またしたがってミラー１５０の移動に対する弾性変形を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。結果として、光のスキャンを実現することができる（図１では、支持要素１０１、１０２のアイドル状態が示される）。
【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、およびインターフェース要素１４２は一体的に形成される。
【００５７】
図２の実施例は、基本的に、図１の実施例に対応している。しかしながら、図２の実施例では、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、および基部１４１と一体的に形成される。可能な最大限のミラー表面１５１を達成するために、図２の実施例では、インターフェース要素１４２の中央範囲に突出が提供される。
【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。基部１４１、支持要素１０１、１０２、およびインターフェース要素１４２は一体的に形成される。
【００５９】
図３の実施例は、基本的に、図２の実施例に対応している。図３の実施例では、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。基部１４１、支持要素１０１、１０２、およびインターフェース要素１４２は一体的に形成される。
【００６１】
図４の実施例は、基本的に、図１の実施例に対応している。しかしながら、図４の実施例では、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では、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が示されている。図４の実施例では、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、特に、ミラー１５０を移動させるのに支持要素１０１、１０２の捻れモードが使用される場合に、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が、スキャン部９９によって実現されてもよい。前記ペリスコープ様のスキャンによって、単一のミラー１５０に対する開口が、つまり、いくつかの実施例では、同じミラー１５０を介して光が放射され受け取られる場合、特に検出器開口が、スキャン角度に依存することを、回避することができる。２つのスキャン部（図１６の９９−１、９９−２）を使用するときの２つの連続するミラー１５０（図１６以下を参照）の場合、開口は実際にスキャン角度に依存し、より大きいスキャン角度およびミラー１５０間のより長い距離に対して、より小さい開口が得られる。しかしながら、全体として、個々のミラー１５０のペリスコープ様のスキャンによる、この依存は、単一のミラー１５０でさえも開口がスキャン角度に応じて変動するようにしてスキャンされる、従来技術の同等のシステムよりも低い。特に、ペリスコープ様のスキャンは、第１のスキャン部の第１のミラー１５０のミラー表面１５１を、第２のスキャン部の第２のミラー１５０のミラー表面１５１に対して傾斜させない。
【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を例示している）。
【００６４】
図５は、特に、圧電アクチュエータ３１０、３２０に関する態様を示している。様々な実施例では、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０は、支持要素１０１を励起するのに使用されてもよい。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、制御することができる。
【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が使用されてもよい。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、プレート形状であ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、任意に３００μｍ〜７００μｍの範囲であることができる。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。これらの材料は、異なる大きさの圧電効果を有することができる。結果として、バイメタルストリップと同様に、温度変化によって屈曲をもたらすことができる。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着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よっ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、特に効率的で強力な励起を達成することができる。つまり、圧電曲げアクチュエータは、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、必要な設置空間を特に小さく寸法決めできることを意味する場合がある。
【００６７】
特に、図５の実施例では、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設計される。これは、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の電気接点に電圧を印加することが、それらの長手方向軸線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。このように、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の一端３１５、３２５は、定着点３１１、３２１に対してそれぞれの長手方向軸線３１９、３２９に垂直に偏向される（移動は、図５の実施例では、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、ドライバ信号または張力／曲率がない、スキャン部９９のアイドル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】
図５を再び参照する。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のハウジング（図５には図示なし）との間に強固な接続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、任意に５〜１５％の範囲である、長手方向軸線３１９、３２９の長手方向範囲を有することができる。結果として、十分な大きさの励起を達成することができ、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の実施例では、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の実施例から、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０と支持要素１０１との接続が、基部１４１の縁部領域１４６を介して実現されることが分かる。これらの縁部領域１４６は弾性を有するので、屈曲部３９９を受け入れることができ、基部１４１の偏向をもたらす。これによって、基部１４１を介して連結された、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、励起することが可能になる。これにより、特に効率的で省スペースの励起がもたらされる。
【００７３】
図５の実施例では、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。しかしながら、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０が、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に向かって延在することも可能であろう。結果として、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の実施例は、基本的に、図６の実施例に対応している。しかしながら、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の自由に移動可能な端部に向かって延在する。このように、スキャン部９９の特にコンパクトな設計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、磁場を用いて接触することなく励起を伝達する、アクチュエータを使用することが可能であろう。次に、移動３９９−１、３９９−２に対応する力の流れも異なる形で実現することができる。
【００７７】
図８の実施例では、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の正弦形状の移動３９９−１、３９９−２が、移動３９９−１、３９９−２の間に１８０°の位相オフセット（図８の実線および破線）を有して行われる。結果として、基部１４１は傾斜され（例えば、図１〜４の描画面に対して）、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では、移動３９９−１、３９９−２による、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の方向におけるオフセットまたは距離として、相対アクチュエータ移動８３１も示される（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の実施例は、基本的に図８の実施例に対応しており、移動３９９−１、３９９−２の間に位相オフセットがない。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、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ように設計された力の流れが、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、同相および位相外の移動３９９−１、３９９−２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の実施例では、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では、偏向状態は実線で示され、アイドル状態は破線で示されている）。
【００８５】
図１１では、捻れモード５０２の捻れ軸は、中心軸２２０と一致するか、または支持要素１０１−１、１０１−２、１０２−１、１０２−２の軸線に平行である。図１１の実施例では、支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２は、中心軸２２０に対して回転対称で構成される。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換され得ることを意味する。回転対称性の程度は、３６０°の回転角度当たりどの程度の頻度で、支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２のシステム自体を転換し得るかを指定する。一般に、回転対称性はｎ回であることができ、ｎは使用される支持要素の数を指す。
【００８６】
高度な回転対称性を有する配置により、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。このことは次の例によって尤もらしくすることができる。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。そのため、（図１１の実施例のような４回ではなく）２回回転対称性が存在するであろう。かかる例では、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。結果として、自然周波数は回転角度の関数として、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。高度な回転対称性を使用することによって、パラメトリック発振器の形成を防止することができる。好ましくは、支持要素は、自然周波数が捻れ角度に依存しないように配置することができる。
【００８７】
支持要素１０１−１、１０２−１、１０１−２、１０２−２の捻れモードの励起における非線形性を回避することによって、捻れモード５０２を通した光の特に大きいスキャン角度を達成することができる。
【００８８】
図１２は、スキャン部９９に関する態様を示している。図１２の実施例では、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を励起する際に、ミラー表面１５１の傾斜が生じる。これは図１３に示されている。図１３では、特に、最小次数の横モード５０１が示されている。他の実施例では、より高次の横モードを使用して光１８０をスキャンすることも可能であり、その場合、支持要素１０１の長さ２１１に沿った特定の位置における支持要素１０１の偏向はゼロであろう（いわゆる偏向のノード）。
【００８９】
図１４は、例えば、２Ｄスキャン範囲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、それぞれの移動自由度５０１、５０２の励起の振幅を示している。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場合に、特に望ましいことがある。
【００９０】
図１４の実施例では、例えば、単一のスキャン部９９を使用して異なる移動自由度５０１、５０２を実現することによって、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、空間的に重畳されるのではなく時間的に重畳されるときに励起されることも可能であろう。この目的のため、第１のスキャン部９９を使用して、共振曲線１３０１にしたがって移動自由度５０１、５０２を実現し、第２のスキャン部９９を使用して、共振曲線１３０２にしたがって移動自由度５０１、５０２を実現す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では、捻れモード５０２の共振曲線１３０２（破線）も示されている。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。このように、スキャンモジュールが、振動などの外乱に対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はローレンツ型であることができる。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の間で周波数シフトが存在する。例えば、最大値１３１１、１３１２間の周波数間隔は、５Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲内、任意に１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲内、更に任意には３０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲内であることができる。
【００９５】
図１４では、共振曲線１３０１、１３０２の半値全幅１３２１、１３２２も示されている。一般的に、半値全幅は、対応する移動自由度５０１、５０２の減衰によって規定される。図１４の実施例では、半値全幅１３２１、１３２２は等しいが、一般に、半値全幅１３２１、１３２２は互いに異なる場合がある。
【００９６】
図１４の実施例では、共振曲線１３０１、１３０２は重複領域１３３０（暗部で示される）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。重複領域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、重複領域の共振曲線１３０１、１３０２の振幅がそれぞれ、それぞれの最大値１３１１、１３１２における対応する振幅の１０％以上、任意にそれぞれ５％以上、更に任意にはそれぞれ１％以上であることが可能であろう。重複領域１３３０により、２つの移動自由度５０１、５０２を連結された形で、即ちいずれの場合も同じ周波数で共鳴的に励起できることを達成することができる。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。他方で、２つの移動自由度５０１、５０２の連結によって、非線形効果を抑制または回避することができる。
【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、むしろ異なるスキャン部９９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。あるいは、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。上述した異なるスキャン部の同じ移動自由度を二重使用する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標的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ことがある。
【００９８】
図１５は、スキャン部９９に関する態様を示している。図１５の実施例では、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、互いからオフセットされる。
【００９９】
図１５の実施例では、例えば、図４の実施例による２つのスキャンモジュール１００が組み合わされてもよい。支持要素の各対は、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と関連付けられる。両方のインターフェース要素１４２−１、１４２−２は、ここでは、ミラー１５０との接続を確立する。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、特に高い堅牢性が可能になり得る。
【０１００】
図１５から、基部１４１-１が基部１４１-２と一体的に形成されていないことも分かる。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。また、支持要素１０１−１、１０２−１は、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、次に、例えば接着または陽極結合によって、互いに接続することが可能であろう。接合技術の他の例としては、融着、融合または直接結合、共融結合、熱圧着、および接着結合が挙げられる。対応する接続表面１６０が図１５に示されている。かかる技術を用いて、スキャンモジュール１００を特に簡単に製造できることを達成することができる。特に、完全なスキャンモジュール１００を一個片で製造するか、または１つのウェハから統合する必要はない。それよりもむしろ、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、接続表面積１６０が大きいこと、基部１４１−１と基部１４１−２との間、またはインターフェース要素１４２−１およびインターフェース要素１４２−２との間に特に安定した接続を作成できることにより、これによって堅牢性が大幅に低減される可能性はない。
【０１０１】
しかしながら、この場合、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（接続表面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上にマッピングすることができる。結果として、非常に対称的な構造を達成することができる。特に、回転対称構造を達成することができる。回転対称度は、ｎ＝４、即ち、使用される支持要素１０１−１、１０１−２、１０２−１、１０２−２の数に等しいことができる。中心軸２２０に対するかかる対称構造は、特に、捻れモード５０２の励起に関して利点を有してもよい。非線形性を回避することができる。
【０１０２】
例えば、図１５の実施例によるスキャン部９９は、図１１の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、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の前面で連続的に光１８０を偏向するように構成される（図１６では、対応する光路が点線で示されている）。図１６は、アイドル状態の、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、２Ｄスキャン範囲を規定する重畳図にしたがって、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から、スキャン部９９−１、９９−２のミラー１５０の取付具がそれぞれ、４つの弾性のロッド状要素１０１−１、１０１−２、１０２−１、１０２−２を備えることが分かる。したがって、スキャン部９９−１、９９−２は、図１５の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の取付具が、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つのみのロッド状要素）を有することも可能であろう。
【０１０６】
図１６の実施例から、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の後面から離れる異なる方向で延在することが分かる。後部取付具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の後面に面する側に向かって延在する。スキャン部９９−１、９９−２のミラー１５０のミラー面には、取付具は存在しない。ミラー１５０のかかる後面の一点取付けにより、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を達成することができる。スキャナ９０のかかる高度な統合によって、小さいハウジングの設計を達成することができる。これにより、例えば、乗用車または空中無人機などにおけるスキャナ９０の統合が促進される。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を達成することができる。参照実現例における大きいミラーおよび大きい回転角度によって、ミラー縁部の大幅なシフトが行われるため、このことが好ましい。そのため、参照実現例のミラーが取付具に当接し、それによって最大開口または角度が限定されることが起こり得る。
【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は特に短く寸法決めすることができる。例えば、この距離７０は、ミラー表面１５１の直径の四倍以下、任意に直径の三倍以下、更に任意には直径の１．８倍以下であることができる。
【０１０８】
図１６の実施例では、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、およびスキャン部９９-２のスキャンモジュール１００の捻れモード５０２の両方を励起す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、異なる共鳴周波数、または共振曲線の最大値が可能である。
【０１０９】
図１６の実施例では、スキャン部９９−１、９９−２の中心軸２２０間の角度は９０°に等しい。これらの角度は９０°付近で変動する場合もあり、例えば９０°±２５°である。かかる配置によって、特に大きいスキャン範囲を実現することができる。
【０１１０】
例えば、横モード５０１が光のスキャンに使用される場合、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）で接合するのがやはり望ましいことがあり、即ち、スキャン部９９−１、９９−２の向かい合った配置が選択される。
【０１１１】
図１７〜２２は、図１６の実施例によるスキャナ９０の様々な表現である。異なる透視図が示される。
【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、図１６〜２２の実施例によるスキャナ９０のスキャンモジュール１００を、適宜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の時間経過を示している。図２３では、特に、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の互いに対する相対偏向が、アクチュエータ移動８３１（図８を参照）として示されている。例えば、図２３は、したがって、図５および６の実施例における圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の端部３１５、３２５の距離を示すことができる。しかしながら、アクチュエータ移動８３１の他のパラメータ、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、磁場を使用するアクチュエータなど、他の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に対して調整される（図１０および１４を参照）。アクチュエータ移動は、移動自由度５０１、５０２を励起する。図２４の実施例では、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の傾斜をもたらすので、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の互いに対する時間変動する距離をもたらすためである。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の実施例では、アクチュエータ移動８３１は一定の振幅を有する。結果として、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では、捻れモードの瞬間的偏向は示されていない）。
【０１１６】
図２５および２６は、基本的に図２３および２４に対応する。しかしながら、図２５および２６の実施例では、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を励起するように、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０が構成される。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から、特に、上昇側面８４８の長さ８４８Ａは、下降側面８４９の長さ８４９Ａよりも大幅に長いことが分かる。例えば、上昇側面８４８の長さは、下降側面８４９の長さの少なくとも二倍、任意に少なくとも四倍、更に任意には少なくとも十倍であるように寸法決めすることができる。
【０１１８】
図２５の実施例では、下降側面８４９は、それらの長さが、共鳴的に作動させた捻れモード５０２の周波数またはアクチュエータ移動８３１の周波数の持続期間の二倍以下であるように、短く寸法決めされる。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の周波数の持続期間の十倍以下、任意に持続期間の三倍以下、更に任意には持続期間の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り、最大振幅８４３までの作動が行われた後に（その後すぐに別の作動を行うことができる）、対応する移動自由度５０１、５０２に対して、スキャンモジュール１００をアイドル状態８４４へと非常に迅速に変換できることを達成することができる。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を実現するとき、特に有用なことがある。
【０１２０】
例えば、上昇側面８４８の間のみ、ＬＩＤＡＲ撮像測定を実施することが可能であろう。時間期間８４８Ａの間に記録される全てのＬＩＤＡＲ測定の量は、特定の周辺範囲のＬＩＤＡＲ画像に対応することができる。特定のリフレッシュ周波数でＬＩＤＡＲ画像が提供されるように、リセット後に再び同じ周辺範囲をスキャンすることができる。長さ８４９Ａが短いほど、リフレッシュ周波数が高くなる。
【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によって達成されてもよい。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、固有減衰または慣性質量モーメントによって提供されるよりも更に減衰さ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を使用することができる。
【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を増加することによって達成される。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を増加すること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の平均振幅の二倍、任意に少なくとも四倍、更に任意に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の振幅を増加することによって、捻れモード５０２による移動の特に速い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によって達成することができる。やはり、この位相跳躍は、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０の個々の移動３９９−１、３９９−２における位相跳躍によって達成することができる。図２５の実施例では、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オフセットを実現する。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°の位相オフセットを有する。同様に、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°の位相オフセットを有する。それにより、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、端部３１５、３２５間の距離として達成される。それにより、上昇縁部８４８の時間期間と比較した、下降縁部８４９の時間期間における捻れモード５０２の位相外励起も達成され、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の実施例では、上昇側面８４８の間のアクチュエータ移動８３１は、それぞれの場合において一定振幅８３５を有し、下降側面４８９の間、それぞれの場合において一定振幅８３５を有するが、他の実施例では、上昇側面８４８の間のアクチュエータ移動８３１が時間で変動する振幅を有すること、および／または下降側面８４９の間、時間で変動する振幅を有することも可能であろう（図２５には図示なし）。
【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、異なるように作動された移動自由度、例えば２つの捻れモード５０２または２つの横モード５０１を異なるスキャン部９９−１、９９−２と関連付けることができることを意味する。これにより、二次元スキャン範囲を可能にする重畳図がもたらされてもよい。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、特に、重畳図９００によって規定される、２Ｄスキャン範囲９１５（図２７の破線）に関する態様を示している。図２７は、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によって、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はまた、振幅変調機能８４２（図２５および２６を参照）で作動させられた捻れモード５０２によって、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を使用することによって、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、それによって２Ｄ周辺範囲をスキャンすることができる。
【０１２７】
この目的のため、例えば、（ｉ）スキャン部９９−１と（ｉｉ）検出器および光源との間の光１８０のビーム経路に、スキャン部９９−２を配置することができる。これは、捻れモード５０２のより小さい最大振幅が、内側のスキャン部９９−２および内側のミラー１５０それぞれによって実現され、捻れモード５０２のより大きい最大振幅が、外側のスキャン部９９−１および外側のミラー１５０それぞれによって実現されることを意味する。
【０１２８】
しかしながら、他の実施例では、一定振幅の横モード５０１および振幅変調された横モード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。
【０１２９】
図２７の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。これにより、別の方法ではリサージュスキャンの場合に一般的である、重畳図９００におけるノードが回避される。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の実施例による重畳図９００が得られる。つまり、重畳図９００が「開いた眼」として得られ、つまり横モード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が得られることが達成される。結果として、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の周囲環境をサンプリングすることができる。次に、光パルスを繰返し放射することによって、異なるピクセル９５１を得ることができる。多くのモードを有する重畳図が回避され、これは、特に高いリフレッシュ周波数を達成できることを意味する。それに加えて、ノード間の特定の範囲がスキャンされないことが回避される。
【０１３０】
下降側面８４９の間の速い低速化によって、「開いた眼」を迅速に繰り返すことができ、即ち、重畳図９００を連続して迅速に実現することができる。むだ時間が低減される。
【０１３１】
上記では、「開いた眼」を使用する技術について、即ち重畳図９００のリセットが下降側面８４９によって実現されることについて説明してきた。他の実施例では、「閉じた眼」も使用することができる。この場合、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。そのため、ＬＩＤＡＲ撮像は、主にまたは排他的に、下降側面８４９の間に行われてもよい。
【０１３２】
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。
【０１３３】
図２８の実施例は、基本的に、図１の実施例に対応している。図２９の実施例では、更に、磁石６６０がインターフェース要素１４２に適用される。図２８の実施例では、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。
【０１３４】
図２８の実施例では、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、アナログ信号であってもよく、例えば、最小と最大との間で０°〜３６０°の範囲で、漂遊磁場の配向に応じて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することができる。例えば、信号は、コントローラによって受信されてもよく、圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０を適切に制御するのに使用されてもよい。例えば、重畳図９００を正確に再現するため、ループが実装されてもよい。
【０１３５】
これによって、捻れ５０２の移動を緊密に監視することが可能になる。結果として、次いで、それぞれのスキャン部９９によって実現される、正確な角度９０１、９０２を推論することが可能である。結果として、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の実施例では、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。これによって、特に高い統合を達成することが可能になる。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。結果として、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に面する側を延在するので、光１８０の光路と角度方向磁場センサ６６２との物理的分離を、特に簡単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に対して後方に配置されるので、複数のスキャン部９９を備えるスキャナ９０の場合の距離７０も、特に小さく寸法決めすることができる。
【０１３７】
図２８の実施例では、磁石６６０の磁気モーメント６６１は、中心軸２２０に対して、また捻れモード５０２の捻れ軸それぞれに対して垂直に配置される（図２９を参照）。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。その結果、例えば、図２９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２９の実施例では、磁気モーメント６６１は依然として、中心軸２２０および捻れ５０２の捻れ軸それぞれに対して対称に配置されている。しかしながら、同時に、角度方向磁場センサ６６２は中心軸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あるが、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を可能にする。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られてもよい。
【０１３９】
図２８の実施例では、磁石６６０はミラー１５０に固く接続され、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、移動座標系から、コントローラが一般的に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の信号を特に簡単に読み出すことができる。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、角度方向磁場センサ６６２の信号の伝達を可能にする、例えば金属コーティングまたはドーピングによって、弾性要素１０１、１０２に沿って導体トラックを提供することも可能であろう。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、有用なことがある。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の偏向部に固く接続されてもよい。例えば、磁石６６０は、大きい漂遊磁場が利用可能であるように、特に強力にすることができる。
【０１４０】
磁石６６０が移動座標系に取り付けられる、図２８の実施例では、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）の垂直配置では、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、交差感度をほとんど有さないかまたは全く有さない。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。
【０１４１】
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構成されてもよい、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、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。
【０１４２】
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に衝突してもよい。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が多い。
【０１４３】
一次光は、次に、ＬＩＤＡＲシステム８０の環境物体に衝突してもよい。このようにして反射した一次光は、二次光と呼ばれる。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オフセット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が、コントローラ４００１を用いて判定されてもよい。
【０１４４】
いくつかの実施例では、エミッタ開口は検出器開口に等しくてもよい。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。そのため、一次光および二次光を分離するのに、ビームスプリッタが提供されてもよい。かかる技術によって、特に高レベルの感度を達成するのを可能にすることができる。これは、検出器開口を、二次光が来る方向で配向し制限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。
【０１４５】
かかる実施例は、ペリスコープ様のスキャンに関して特に利点を有してもよい。そのため、大きいスキャン角度の場合であっても、特に大きい検出器開口を寸法決めすることが可能である。これについては、検出された二次光に関して以下で詳細に説明される。
【０１４６】
ペリスコープ様のスキャンでは、上述したような単一のミラーによって規定される検出器開口は、スキャン角度に依存しない。捻れ軸がミラー軸に対して約４５°傾斜した捻れモードを使用することによって（図４および１６以下を参照）、スキャンの間、光が収集され次に検出器に向かって転送される、ミラーの実効範囲は変化しない。これは、ミラーが傾斜した参照実現例とは異なる。例えば、米国特許第５，６１４，７０６号、図２を参照のこと。
【０１４７】
２つのミラーが、二次光を偏向させるように前後に配置された場合（図１６以下を参照）、この組み合わせによって、検出器開口がスキャン角度に依存する。これは特に、比較的小さい、米国特許第５，６１４，７０６号による参照実現例と比較される。これは次いで、以下のように動機づけすることができる。二次光のビーム経路に対して検出器から離れて配置された外側ミラーは、特定の方向からの二次光を収集し、外側ミラーよりも検出器の近くに配置された内側ミラーの方向で偏向する。したがって、内側ミラーは、外側ミラーと検出器との間で二次光のビーム経路に配置される。内側ミラーもスキャンされる。大きい捻れ角度、即ち内側ミラーの大きいスキャン角度では、内側ミラーは、外側ミラーに対してねじ曲げられ、コサイン関数によって説明されるように、外側ミラーに向かう対応する突出にしたがって、より小さい有効範囲を有する。したがって、内側ミラーのスキャン角度が大きいほど、検出器開口がより低減される。検出器開口は、外側ミラーのスキャン角度に対する依存を示さないか、またはほんのわずかな依存しか示さない。これにより、外側ミラーのスキャン角度ではなく、実質的に内側ミラーのスキャン角度のみが、検出器開口の低減に寄与するので、スキャン角度による検出器開口の依存度は比較的低くなる。
【０１４８】
この依存度は、外側ミラーおよび内側ミラーの最大スキャン振幅が適切に調節された場合、更に低減することができる。内側ミラーの最大スキャン振幅を、例えば、外側ミラーの最大スキャン振幅と比較して限定することによって、比較的大きい検出器開口を一貫して有する、楕円形の重畳図９００を得ることができる（垂直スキャン部９９−２のミラー１５０の最大スキャン振幅が、水平スキャン部９９−１のミラー１５０よりも小さい、図２７を参照）。特に、内側ミラーのスキャン角度に対する検出器開口の依存度は、コサイン関数によって十分に説明されるので、特に小さいスキャン角度において、検出器開口の大幅な減少は観察されない（コサイン関数の「フラットトップ」）。したがって、内側ミラーを励起するのに用いられる移動自由度の捻れモードよりも大きい最大振幅を有する、外側ミラーを励起するのに用いられる移動自由度の捻れモードを励起するのが望ましいことがある。
【０１４９】
したがって、一般的な用途では、例えば十分にスキャンされる外側ミラーは、車両内など、水平方向においてスキャナの適切な位置付けでスキャンすることができ（図２７の角度９０１を参照）、十分にスキャンされない内側ミラーは、垂直方向でスキャンすることができる（図２７の角度９０２を参照）。一般的に、例えば物体を車両の側でも検出するため、水平方向で比較的大きいスキャン角度が必要とされ、垂直方向では、関心の物体を空中および地上で検出する必要がないので、大きいスキャン角度は不要である。
【０１５０】
また、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つもしくは複数の偏向部の位置または配向を監視することによって行うことができる。この場合、光１８０の衝突時における１つもしくは複数の偏向部の位置または配向は、偏向角度９０１、９０２に対応することができ、ここから、環境物体の横方向位置に関する結論を引き出すことができる。例えば、角度方向磁場センサ６６２の信号に基づいて、偏向部の位置または配向を判定することが可能であってもよい。
【０１５１】
角度方向磁場センサ６６２の信号を、環境物体の横方向位置を判定する際に考慮に入れることによって、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のアクチュエータを制御する駆動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ように達成することができる。
【０１５２】
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、制御部４００１を備える。制御部４００１は、フィールドプログラマブルアレイ（ＦＰＧＡ）として実装することもできる。制御部４００１は、制御信号をドライバ４００２に対して出力するように構成される。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。
【０１５３】
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構成される。電圧信号の一般的な振幅は、５０Ｖ〜２５０Ｖの範囲である。
【０１５４】
圧電アクチュエータ３１０、３２０は、次いで、図５および６を参照して上述したものなど、スキャンモジュール１００に連結される。結果として、スキャンモジュール１００の、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の、１つまたは複数の移動自由度を励起することができる。結果として、偏向部が偏向される。結果として、レーザースキャナ９９の周辺範囲を光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。
【０１５５】
コントローラ４００１は、２Ｄ周辺範囲をスキャンする重畳図を実現するため、圧電アクチュエータ３１０、３２０を適切に励起するように構成されてもよい。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の実施例では、制御部４００１は、特に、図２３および２５の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または圧電曲げアクチュエータ３１０、３２０を駆動するように構成されてもよい。それにより、重畳図９００を実現することができる。
【０１５６】
図３１では、制御部４００１と角度方向磁場センサ６６２との間に連結があることが更に示される。制御部４００１は、角度方向磁場センサ６６２の信号に基づいて、圧電アクチュエータ３１０、３２０を駆動するように構成されてもよい。かかる技術によって、制御部４００１によるミラー表面１５１の移動が監視されてもよい。必要であれば、制御部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、ドライバ４００２の制御を調節してもよい。
【０１５７】
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標的の振幅を含むことができる。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むことができる。この場合、移動の実際の振幅は、角度方向磁場センサ６６２の信号に基づいて判定することができる。
【０１５８】
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などを制御して、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。この場合、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、下降側面の長さの少なくとも二倍、任意に少なくとも四倍、更に任意には少なくとも十倍であることができる。
【０１５９】
概して、特に以下の実施例について上記に記載してきた。
【実施例１】
【０１６０】
反射前面（１５１）と後面（１５２）とを有する第１のミラー（１５０）と、
第１のミラー（１５０）の後面（１５２）に面する側を延在する第１の弾性取付具（１００）と、
反射前面（１５１）と後面（１５２）とを有する第２のミラー（１５０）と、
第２のミラー（１５０）の後面（１５２）に面する側を延在する第２の弾性取付具（１００）とを備え、
スキャナ（９０）が、第１のミラー（１５０）の前面（１５１）および第２のミラー（１５０）の前面（１５１）で連続的に光（１８０）を偏向するように構成された、スキャナ（９０）。
【実施例２】
【０１６１】
第１の弾性取付具（１００）が、少なくとも１つの弾性のロッド状要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）を備える、ならびに／あるいは、
第２の弾性取付具（１００）が、少なくとも１つの弾性のロッド状要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２-１、１０２−２）を備える、実施例１によるスキャナ（９０）。
【実施例３】
【０１６２】
第１の弾性取付具（１００）の少なくとも１つの弾性のロッド状要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）の長手方向軸線（１１１、１１２）が、第１のミラー（１５０）の反射前面（１５１）の表面法線と４５°±１５°の角度（１５９）を有する、ならびに／あるいは、
第２の弾性取付具（１００）の少なくとも１つの弾性のロッド状要素（１０１、１０１−１、１０１−２、１０２、１０２−１、１０２−２）の長手方向軸線（１１１、１１２）が、第２のミラー（１５０）の反射前面（１５１）の表面法線と４５°±１５°の角度（１５９）を有する、実施例２によるスキャナ（９０）。
【実施例４】
【０１６３】
第１の弾性取付具（１００）が、スキャナ（９０）のアイドル状態では、第１の軸線（２２０）に沿って延在し、
第２の弾性取付具（１００）が、スキャナ（９０）のアイドル状態では、第２の軸線（２２０）に沿って延在し、
第１の軸線が、９０°±２５°、任意に９０°±１°、更に任意には９０°±０．１°の角度で、第２の軸線に接合する、実施例１から３のいずれか１つによるスキャナ（９０）。
【実施例５】
【０１６４】
第１の弾性取付具（１００）が、スキャナ（９０）のアイドル状態では、第１の軸線（２２０）に沿って延在し、
第２の弾性取付具（１００）が、スキャナ（９０）のアイドル状態では、第２の軸線（２２０）に沿って延在し、
第１の軸線が、１８０°±２５°、任意に１８０°±１°、更に任意には１８０°±０．１°の角度で、第２の軸線に接合する、実施例１から４のいずれか１つによるスキャナ（９０）。
【実施例６】
【０１６５】
第１の弾性取付具（１００）の長さが、第１のミラー（１５０）の反射前面（１５１）の直径の２０％〜４００％の範囲である、ならびに／あるいは、
第２の弾性取付具（１００）の長さが、第２のミラー（１５０）の反射前面（１５１）の直径の２０％〜４００％の範囲である、実施例１から５のいずれか１つによるスキャナ（９０）。
【実施例７】
【０１６６】
第１のミラー（１５０）の反射前面（１５１）の中心と第２のミラー（１５０）の反射前面（１５１）の中心との間の距離（７０）が、スキャナ（９０）のアイドル状態では、第１のミラー（１５０）の反射前面（１５１）の直径（１５３）の四倍以下、任意に直径の三倍以下、更に任意には直径の１．８倍以下である、実施例１から６のいずれか１つによるスキャナ（９０）。
【実施例８】
【０１６７】
第１の弾性取付具（１００）の移動自由度を励起するように構成された、第１のアクチュエータ（３１０、３２０）と、
第２の弾性取付具（１００）の移動自由度を励起するように構成された、第２のアクチュエータ（３１０、３２０）とを更に備え、
第１の弾性取付具（１００）の移動自由度が捻れモード（５０２）を含み、
第２の弾性取付具（１００）の移動自由度が捻れモード（５０２）を含む、実施例１から７のいずれか１つによるスキャナ（９０）。
【実施例９】
【０１６８】
第１のミラー（１５０）の後面（１５２）から離れる方向に面して、第１の弾性取付具（１００）の端部（１４１）に装着された、第１の対の圧電アクチュエータ（３１０、３２０）、ならびに／あるいは、
第２のミラー（１５０）の後面（１５２）から離れる方向に面して、第２の弾性取付具（１００）の端部（１４１）に装着された、第２の対の圧電アクチュエータ（３１０、３２０）を更に備える、実施例１から８のいずれか１つによるスキャナ（９０）。
【実施例１０】
【０１６９】
第１の弾性取付具（１００）が、一点取付けとして第１のミラー（１５０）を基部に固定する、ならびに／あるいは、
第２の弾性取付具（１００）が、一点取付けとして第２のミラー（１５０）を基部に固定する、実施例１から９のいずれか１つによるスキャナ（９０）。
【０１７０】
当然ながら、本発明の上述した実施形態および態様の特徴は組み合わされてもよい。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それ自体で使用されてもよい。
【０１７１】
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を使用することも可能であり、例えば、かかる一実施例では、ＬＩＤＡＲ撮像が実質的に、比較的長い下降側面の間に行われることが可能であろう。いくつかの実施例では、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、そのような場合であっても、例えばノードを有さないもしくはいくつかのノードのみを有する、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ができる。
【０１７２】
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。しかしながら、いくつかの実施例では、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、重畳図はノードを有することができるが、それは例えば、周辺範囲のスキャンの効率を低減することがあるが、同時に、移動自由度の選択をより柔軟にすることができる。
【０１７３】
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によって説明される、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にも、対応する技術が実現されてもよい。
【０１７４】
更に、ＬＩＤＡＲ測定と関係する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。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などに対しても、対応する技術を用いることができる。
【図１】
2020515916.tif 000003
【図２】
2020515916.tif 000004
【図３】
2020515916.tif 000005
【図４】
2020515916.tif 000006
【図５】
2020515916.tif 000007
【図６】
2020515916.tif 000008
【図７】
2020515916.tif 000009
【図８】
2020515916.tif 000010
【図９】
2020515916.tif 000011
【図１０】
2020515916.tif 000012
【図１１】
2020515916.tif 000013
【図１２】
2020515916.tif 000014
【図１３】
2020515916.tif 000015
【図１４】
2020515916.tif 000016
【図１５】
2020515916.tif 000017
【図１６】
2020515916.tif 000018
【図１７】
2020515916.tif 000019
【図１８】
2020515916.tif 000020
【図１９】
2020515916.tif 000021
【図２０】
2020515916.tif 000022
【図２１】
2020515916.tif 000023
【図２２】
2020515916.tif 000024
【図２３】
2020515916.tif 000025
【図２４】
2020515916.tif 000026
【図２５−２６】
2020515916.tif 000027
【図２７】
2020515916.tif 000028
【図２８】
2020515916.tif 000029
【図２９】
2020515916.tif 000030
【図３０】
2020515916.tif 000031
【図３１】
2020515916.tif 000032
【図３２】
2020515916.tif 000033
【国際調査報告】
2020515916.tif 000034
2020515916.tif 000035
2020515916.tif 000036
2020515916.tif 000037
2020515916.tif 000038
2020515916.tif 000039