用于装有万向接头的扫描镜阵列的耦接方案制造技术

本发明专利技术公开了一种扫描设备(64,220,230)，该扫描设备包括基板(68)和围绕两个或更多个平行旋转构件(102)的万向支架(72,232)，其中该基板被蚀刻以限定旋转构件的阵列。第一铰链(106,234)将万向支架连接至基板并且限定第一旋转轴，该万向支架围绕该第一旋转轴相对于基板旋转。第二铰链(74)将旋转构件连接至支撑件并且限定旋转构件相对于支撑件的相应的第二相互平行的旋转轴，该相应的第二相互平行的旋转轴不平行于第一轴。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体涉及微机械系统，并且具体地涉及使用此类系统进行光学扫描。
技术介绍
在现有技术中已知用于光学3D测绘的各种方法，即通过处理对象的光学图像来生成对象的表面的3D轮廓。这种3D轮廓也被称为3D图、深度图或深度图像，并且3D测绘也被称为深度测绘。PCT国际公开WO2012/020380(其公开内容以引用方式并入本文)描述了用于测绘的包括照明模块的设备。该模块包括被配置为发射辐射束的辐射源以及被配置为在所选择的角度范围内接收和扫描光束的扫描器。照明光学器件被配置为投射所扫描的光束，以便产生在感兴趣的区域上延伸的点的图案。成像模块被配置为捕获被投射到感兴趣的区域中的对象上的图案的图像。处理器被配置为处理图像，以便构造对象的三维(3D)图。美国专利申请公开2011/0279648(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种用于构造受检对象的3D表示的方法，其包括利用相机来捕获受检对象的2D图像。该方法还包括在受检对象上扫描经调制的照明光束以一次一个地照射受检对象的多个目标区域，以及测量来自从每个目标区域反射的照明光束的光的调制方面。使用移动镜光束扫描器来扫描照明光束，并使用光电探测器来测量调制方面。该方法还包括基于针对每个目标区域所测量的调制方面来计算深度方面，以及将深度方面与2D图像的对应像素相关联。美国专利8,018,579(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种三维成像和显示系统，其中根据其相移通过测量调幅扫描光束的路径长度以光学方式在成像体积中检测用户输入。关于所检测的用户输入的视觉图像用户反馈被呈现。美国专利7,952,781(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种扫描光束的方法和一种制造微机电系统(MEMS)(可并入扫描设备中)的方法。美国专利申请公开2013/0207970(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种扫描深度引擎，其包括发出包含光的脉冲的光束的发射器以及被配置为在场景上在预定义的扫描范围内扫描光束的扫描器。该扫描器可包括使用微机电系统(MEMS)技术制备的微镜。接收器接收从场景反射的光并生成用于指示往返于场景中的点的脉冲的渡越时间的输出。耦接处理器以控制扫描器并处理接收器的输出，以便生成场景的3D图。使用MEMS技术的另一渡越时间扫描器为由FraunhoferInstituteforPhotonicMicrosystems(IPMS)(Dresden,Germany)制备的Lamda扫描器模块。该Lamda模块是基于由相同扫描镜元件组成的分段式MEMS扫描器设备而构造的。经校准的发射光束的单个扫描镜平行于接收器光学器件的分段式扫描镜设备而振荡。
技术实现思路
下文描述的本专利技术的实施方案提供了改进型扫描设备，以及使用这种设备进行3D测绘的设备与方法。因此，根据本专利技术的一个实施方案，提供了一种包括基板的扫描设备，该基板被蚀刻以限定两个或更多个平行旋转构件的阵列和围绕旋转构件的万向支架。第一铰链将万向支架连接至基板并且限定第一旋转轴，该万向支架围绕该第一旋转轴相对于基板旋转。第二铰链将旋转构件连接至万向支架并且限定旋转构件相对于万向支架的相应的第二相互平行的旋转轴，该相应的第二相互平行的旋转轴不平行于第一旋转轴。在一些实施方案中，该万向支架被配置为利用足以使旋转构件围绕相应第二轴的振荡同步的耦接强度来将两个或更多个平行旋转构件耦接在一起。通常，旋转构件、万向支架和铰链被蚀刻以便限定具有品质因数Q的振荡的模式，该品质因数Q和耦接强度γ满足关系：1/Q＜＜|γ|＜＜1，其中振荡的模式被限定成使得γ>0，并且旋转构件围绕相应第二轴同相旋转。除此之外或另选地，该设备包括耦接装置，该耦接装置连接至旋转构件以便使旋转构件围绕相应第二轴的振荡同步。在一个实施方案中，该耦接装置被配置为通过在旋转构件之间施加电磁力来使旋转构件的振荡同步。该耦接装置可包括被固定到旋转构件的永磁体。在另一个实施方案中，该耦接装置包括带子，该带子从基板蚀刻并具有分别附接到旋转构件中的第一旋转构件和第二旋转构件的第一端部和第二端部，以便使旋转构件围绕相应第二轴的振荡同步。在本专利技术所公开的实施方案中，该旋转构件包括板，并且该设备包括被施加于板上的基板的反射涂层，由此该板充当微镜。通常，基板是硅晶圆的一部分。在一些实施方案中，该设备包括电磁驱动器，该电磁驱动器被耦接以驱动万向支架和旋转构件分别围绕第一轴和第二轴旋转。根据本专利技术的一个实施方案，提供了一种扫描设备，该扫描设备包括基板，该基板被蚀刻以限定两个或更多个平行旋转构件的阵列、围绕旋转构件的支撑件，以及将旋转构件连接至支撑件的相应铰链，从而限定旋转构件相对于支撑件的相应平行旋转轴。耦接装置连接至旋转构件，以便使旋转构件围绕相应轴的振荡同步。在一个实施方案中，该耦接装置包括带子，该带子从基板蚀刻并具有分别附接到旋转构件中的第一旋转构件和第二旋转构件的第一端部和第二端部。在另一个实施方案中，该耦接装置被配置为通过在旋转构件之间施加电磁力来使旋转构件的振荡同步。该耦接装置可包括被固定到旋转构件的永磁体。该耦接构件可被配置为使得旋转构件同相振荡，使得旋转构件在振荡期间具有相同的角取向，或者以便使得旋转构件反相振荡。根据本专利技术的一个实施方案，还提供了一种用于制造扫描设备的方法。该方法包括蚀刻基板以便限定两个或更多个平行旋转构件的阵列、围绕该旋转构件的支撑件、以及将旋转构件连接至支撑件的相应的铰链，从而限定旋转构件相对于支撑件的相应平行旋转轴。向旋转构件施加耦接力，以便使旋转构件围绕相应轴的振荡同步。根据本专利技术的一个实施方案，还提供了一种用于制造扫描设备的方法。该方法包括蚀刻基板，以便限定两个或更多个平行旋转构件的阵列、围绕该旋转构件的万向支架、以及第一铰链，该第一铰链将万向支架连接至基板并限定第一旋转轴，万向支架围绕该第一旋转轴相对于基板旋转。蚀刻第二铰链，该第二铰链将旋转构件连接至万向支架并且限定旋转构件相对于万向支架的相应的第二相互平行的旋转轴，该相应的第二相互平行的旋转轴不平行于第一旋转轴。根据本专利技术的一个实施方案，还提供了一种用于扫描的方法，该方法包括提供基板，该基板被蚀刻以限定两个或更多个平行微镜的阵列以及围绕该微镜的万向支架。驱动微镜以围绕相应平行第一旋转轴相对于万向支架旋转，同时驱动万向支架以围绕第二轴相对于基板旋转。向微镜施加耦接力，以便使微镜围绕相应轴的振荡同步。在微镜和万向支架旋转的同时，向微镜阵列引导光束，以便使得微镜在场景上扫描该光束。在本专利技术所公开的实施方案中，引导光束包括朝微镜阵列引导光的脉冲，并且该方法包括通过来自微镜阵列的反射来接收从场景反射的光，并生成用于指示往返于该场景中的点的脉冲的渡越时间的输出。在光束扫描期间处理输出，以便生成场景的三维图。在一些实施方案中，基板被蚀刻以限定相应第一铰链，该相应第一铰链将微镜连接到万向支架，从而限定微镜相对于万向支架的相应平行第一旋转轴。一个或多个柔性耦接构件连接至微镜，以便使微镜围绕相应第一轴的振荡同步，并且第二铰链沿第二轴将万向支架连接至基板。在本专利技术所公开的实施方案中，驱动该镜包括向电磁驱动器施加电流，该电磁驱动器耦接到微镜阵列以便使微镜以第一频率围绕第一轴旋转，该第一频率为旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括基板的扫描设备，所述基板被蚀刻以限定：两个或更多个平行旋转构件的阵列；围绕所述旋转构件的万向支架；第一铰链，所述第一铰链将所述万向支架连接至所述基板并且限定第一旋转轴，所述万向支架围绕所述第一旋转轴相对于所述基板旋转；和第二铰链，所述第二铰链将所述旋转构件连接至所述万向支架并且限定所述旋转构件相对于所述万向支架的相应的第二相互平行的旋转轴，相应的第二相互平行的旋转轴不平行于第一轴，其中所述万向支架被配置为利用足以使所述旋转构件围绕相应第二轴的振荡同步的耦接强度来将所述两个或更多个平行旋转构件耦接在一起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.19 US 61/929,0711.一种包括基板的扫描设备，所述基板被蚀刻以限定：两个或更多个平行旋转构件的阵列；围绕所述旋转构件的万向支架；第一铰链，所述第一铰链将所述万向支架连接至所述基板并且限定第一旋转轴，所述万向支架围绕所述第一旋转轴相对于所述基板旋转；和第二铰链，所述第二铰链将所述旋转构件连接至所述万向支架并且限定所述旋转构件相对于所述万向支架的相应的第二相互平行的旋转轴，相应的第二相互平行的旋转轴不平行于第一轴，其中所述万向支架被配置为利用足以使所述旋转构件围绕相应第二轴的振荡同步的耦接强度来将所述两个或更多个平行旋转构件耦接在一起。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述旋转构件、万向支架和铰链被蚀刻，以便限定具有品质因数Q的振荡的模式，使得所述品质因数Q和所述耦接强度γ满足关系：1/Q＜＜|γ|＜＜1。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述振荡的模式被限定成使得γ>0，并且所述旋转构件围绕相应第二轴同相旋转。4.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述旋转构件包括板，并且所述设备包括在所述板上被施加于所述基板的反射涂层，由此所述板充当微镜。5.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述基板是硅晶圆的一部分。6.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，并且包括电磁驱动器，所述电磁驱动器被耦接以驱动所述万向支架和所述旋转构件分别围绕第一轴和第二轴旋转。7.一种扫描设备，包括：基板，所述基板被蚀刻以限定：两个或更多个平行旋转构件的阵列；围绕所述旋转构件的支撑件；和相应铰链，所述相应铰链将所述旋转构件连接到所述支撑件，从而限定所述旋转构件相对于所述支撑件的相应平行旋转轴；和耦接装置，所述耦接装置被连接至所述旋转构件并且被配置为在所述旋转构件之间施加电磁力，以便使所述旋转构件围绕所述相应轴的振荡同步。8.根据权利要求7所述的设备，其中所述耦接装置包括被固定到所述旋转构件的永磁体。9.根据权利要求7所述的设备，其中所述耦接装置被配置为使得所述旋转构件同相振荡，使得所述旋转构件在振荡期间具有相同的角取向。10.根据权利要求7所述的设备，其中所述耦接装置被配置，以便使得所述旋转构件反相振荡。11.根据权利要求7-10中任一项所述的设备，其中所述旋转构件包括板，并且所述设备包括在所述板上被施加于所述基板的反射涂层，由此所述板充当微镜。12.根据权利要求7-10中任一项所述的设备，其中所述基板是硅晶圆的一部分。13.根据权利要求7-10中任一项所述的设备，并且包括电磁驱动器，所述电磁驱动器被耦接以驱动所述旋转构件围绕相应平行轴振荡。14....

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·格尔森，N·查雅特，N·艾克斯罗德，A·施庞特，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国;US