用于光扫描仪的MEMS扫描模块制造技术

本发明专利技术涉及一种用于光扫描仪(99)的扫描模块(100)，包括基座(141)和被配置成用于固定镜面(151)的界面元件(142)。扫描模块(100)还包括至少一个支撑元件(101，102)，该支撑元件在基座(141)和界面元件(142)之间垂直于镜面延伸，并且具有不小于0.7毫米的延伸量。该基座(141)、界面元件(142)和至少一个该支撑元件(101)制成一个整体。

MEMS Scanning Module for Optical Scanner

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光扫描仪的MEMS扫描模块
本专利技术一般涉及一种用于光扫描仪的扫描模块。特别是，本专利技术涉及一种扫描模块，该扫描模块具有至少一个弹性支撑元件，该弹性支撑元件在基座和用于固定镜面的界面元件之间延伸，并且具有不小于0.7毫米的垂直于镜面的延伸部。这实现了共振扫描。
技术介绍
物体的距离测量在各
中都有所期望。例如，期望与自动驾驶的应用相结合，以识别机动车周围的物体，特别是确定到物体的距离。用于物体的距离测量技术即所谓的LIDAR技术(lightdetectionandranging，有时也作LADAR)。其中，脉冲激光从发射器发出。周围的物体反射激光。随后可以测量这些反射。可以通过确定激光的传播时间来确定到物体的距离。为了以空间分辨的方式识别周围的物体，扫描激光是可能的。借此可以根据激光的辐射角度来识别周围不同的物体。微机电系统(MEMS)组件可用于此目的，以便实现激光扫描仪。参见，例如，DE102013223937A1。这里，典型地，反射镜通过侧面(lateral)弹簧元件连接到基板。反射镜和弹簧元件与基板一体形成或集成。反射镜通过适当的蚀刻工艺从晶片释放。然而，这种技术有某些缺点和局限性。例如，扫描角度通常相对有限，例如在20°-60°的数量级。另外，可用的镜面面积通常有限；典型反射镜可以具有1毫米-3毫米的边长。因此，在LIDAR技术中，探测器孔径受限；这导致只能可靠地测量相对接近的物体。为了弥补这些缺点，已知以同步方式操作多个反射镜。参见，例如，Sandner，Thilo等人的“用于三维距离测量的大孔径MEMS扫描仪模块”("LargeapertureMEMSscannermodulefor3Ddistancemeasurement.")MOEMS-MEMS.国际光学和光子学学会，2010年。然而，同步可能相对复杂。另外，不可能或仅有限地实现二维扫描。在这里也是，扫描角度也是有限的。
技术实现思路
因此，需要用于测量设备周围物体距离的改进技术。具体来说，需要至少改善或消除一些上述限制和缺点的技术。该目的是通过独立权利要求的特征来实现的。从属权利要求限定实施例。在一个示例中，用于光扫描仪的扫描模块包括基座和界面元件。界面元件被配置成用于固定镜面。该扫描模块还包括至少一个弹性支撑元件，该弹性支撑元件在基座和界面元件之间延伸，并且具有不小于0.7毫米的垂直于镜面的延伸部。该基座、界面元件和至少一个支撑元件一体形成。由于该至少一个支撑元件被设计成弹性的，因此其也可以被称为弹簧元件。由此，该至少一个支撑元件的至少一个运动自由度能够以共振方式被激励。这对应于光扫描仪(共振扫描仪)的共振操作。这是为了将其与非共振光扫描仪区分开来，例如，具有用于恒定旋转运动的滚珠轴承或步进电机的扫描仪。例如，有可能至少一个支撑元件具有垂直于基座的延伸部，该延伸部不小于1毫米、可选地不小于3.5毫米、进一步的，可选地不小于7毫米的。由于该至少一个支撑元件具有垂直于镜面的显著延伸部，与现有技术中的横向弹簧元件相对，该元件也可以被称为垂直定向的支撑元件。通过这种布置，可以产生特别大的扫描角度，例如，在120-180°的范围内。在一些示例中，扫描模块可能具有至少两个支撑元件。该扫描模块可以包括至少三个支撑元件，可选地至少四个支撑元件。由此，可以制造对振动敏感度低的特别鲁棒的扫描模块。例如，在每种情况下，该至少两个支撑元件的纵轴成对地围成的角度不大于45°，可选地不大于10°，进一步的，可选地不大于1°。这意味着该至少两个支撑元件可以彼此平行或基本平行地布置。该至少两个支撑元件可以具有相对于中心轴旋转对称的布置。这里，旋转对称性可能是n重的，其中n指所述至少两个支撑元件的数量。由此，可以避免光扫描仪在谐振操作期间的非线性效应。对于光扫描仪的谐振操作，可以激励所述至少一个支撑元件的至少一个运动自由度。该至少一个运动自由度可以包括横向模式和扭转模式，其中最低横向模式的固有频率大于最低扭转模式的固有频率。该至少一个运动自由度可以包括横向模式和扭转模式，其中最低横向模式以最低扭转模式退化。由此，可以实现扫描模块对于外部激励特别鲁棒。该扭转模式可以对应于两个支撑元件的扭转。扭转模式可以表示每个单独的支撑元件沿着相应的纵轴的扭转。可选地，扭转模式也可以表示多个支撑元件相互扭转。该至少两个支撑元件的两个相邻支撑元件之间的距离也可能在至少两个支撑元件中的至少一个的长度的2％-50％的范围内，可选地在10％-40％的范围内，进一步可选地在12％-20％的范围内。这可以实现紧凑的设计和扭转模式的适配频率。该至少两个支撑元件的长度彼此可能相差不超过10％，可选地不超过2％，进一步的，可选地不超过0.1％。例如，扫描模块可能具有平衡配重。该平衡配重可以附接到所述至少一个界面元件中的至少一个上。特别是，该平衡配重可以与所述至少一个界面元件一体形成。例如，该平衡配重可以通过沿着至少一个界面元件的纵轴的横截面改变来实现。通过平衡配重，可以改变惯性矩。借此，该至少一个界面元件的扭转模式的频率可以适应于所述至少一个界面元件的横向模式的频率。根据平衡配重的设计，例如，可以消除至少一个界面元件的正交横向模式的固有频率的退化。在一个示例中，所述扫描模块包括第一压电弯曲致动器、第二压电弯曲致动器以及设置在第一压电弯曲致动器和第二压电弯曲致动器之间的基座。压电弯曲致动器因此可以以耦合方式经由基座激励至少一个支撑元件。这里，所述第一压电弯曲致动器可以沿着第一纵轴具有拉长形式，第二压电弯曲致动器可以沿着第二纵轴具有拉长形式。该第一纵轴和第二纵轴可以彼此围成的角度小于20°，可选地小于10°，进一步的，可选地小于1°。该第一纵轴和/或第二纵轴可以与至少一个支撑元件的纵轴围成的角度小于20°，可选地小于10°，进一步的，可选地小于1°。可选地，第一纵轴和/或第二纵轴也可以与至少一个支撑元件的纵轴围成一个角度，该角度在90°±20°的范围内，可选地在90°±10°的范围内，进一步的，可选地在90°±1°的范围内。该基座可以具有沿着第一弯曲压电致动器的第一纵轴的纵向延伸部，该延伸部在沿着第一纵轴的第一压电弯曲致动器的长度的2-20％的范围内，可选地在5-15％的范围内。以这种方式，可以实现特别大的扫描角度，并且可以实现至少一个支撑元件的不同运动自由度的有效激励。该设备还可以包括驱动器，该驱动器被配置成以第一信号形式控制第一弯曲压电致动器，并且以第二信号形式控制第二弯曲压电致动器。这里，第一信号形式和第二信号形式可以具有异相信号贡献。可选地，该第二信号形式也可能具有附加的可选地是幅度调制的同相信号贡献。例如，在扫描区域所需的持续时间内(与刷新率相关)，同相信号贡献的幅度可以单调增加或减少。包络曲线的线性时间依赖性是可能的。此处，所述信号贡献可以具有第一频率，其中附加信号贡献具有第二频率，其中第一频率在第二频率的95-105％范围内，或在第二频率的45-55％范围内。第一信号形式和/或第二信号形式可能具有DC部分。一种方法包括通过在晶片上光刻的方式定义蚀刻掩模。该方法还包括通过蚀刻掩模蚀刻晶片，以获得形成扫描模块的至少一个蚀刻结构。该方法还包括将具有镜面的反射镜固定在扫描模块的界面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光扫描仪(99)的扫描模块(100)，包括:基座(141，141‑1，141‑2)，界面元件(142，142‑1，142‑2)，其被配置成用于固定镜面(151)，以及至少一个支撑元件(101，101‑1，101‑2，102，102‑1，102‑2)，其被设计成弹性的，在所述基座(141，141‑1，141‑2)和所述界面元件(142，142‑1，142‑2)之间垂直于所述镜面延伸，并且具有不小于0.7毫米的延伸量，其中所述基座(141，141‑1，141‑2)、所述界面元件(142，142‑1，142‑2)和所述至少一个支撑元件(101，101‑1，101‑2，102，102‑1，102‑2)一体形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.23 DE 102016014001.11.一种用于光扫描仪(99)的扫描模块(100)，包括:基座(141，141-1，141-2)，界面元件(142，142-1，142-2)，其被配置成用于固定镜面(151)，以及至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)，其被设计成弹性的，在所述基座(141，141-1，141-2)和所述界面元件(142，142-1，142-2)之间垂直于所述镜面延伸，并且具有不小于0.7毫米的延伸量，其中所述基座(141，141-1，141-2)、所述界面元件(142，142-1，142-2)和所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)一体形成。2.根据权利要求1所述的扫描模块(100)，其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)被设计成沿着纵轴(111，112)呈杆状，所述纵轴具有垂直于所述镜面(151)的分量，其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)的长度(211)不小于2mm，可选地不小于4mm，进一步的，可选地不小于6mm。3.根据权利要求1或2所述的扫描模块(100)，其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)的纵轴(111，112)与镜面(151)的表面法线(159)围成一个角(159)，所述角在-60°至+60°的范围内，可选地在-45°±15°的范围内，或+45°±15°的范围内。4.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)包括至少两个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)，其中在每种情况下，所述至少两个支撑元件的纵轴(111，112)成对地彼此围成角度，该角度不大于45°，可选地不大于10°，进一步的，可选地不大于1°。5.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)包括布置在平面中的至少两个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)。6.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，还包括:附加基座(141，141-1，141-2)，其连接到所述基座(141，141-1，141-2)，并且不与其一体形成，附加界面元件(142，142-1，142-2)，其连接到所述界面元件(142，142-1，142-2)，不与其一体形成，并且被配置成用于固定所述镜面(151)，以及至少一个被设计成弹性的附加支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)，其在所述附加基座(141，141-1，141-2)和所述附加界面元件(142，142-1，142-2)之间延伸。7.根据权利要求6所述的扫描模块(100)，其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)可以通过在所述至少一个附加支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)上的对称平面上的反射被复制。8.根据权利要求6或7所述的扫描模块(100)，其中所述基座(141，141-1，141-2)通过基座间隔部(401)连接到所述附加基座(141，141-1，141-2)，和/或其中所述至少一个界面元件(142，142-1，142-2)经由所述界面间隔件部(402)连接到所述至少一个附加界面元件(142，142-1，142-2)。9.根据权利要求6-8中任一项所述的扫描模块(100)，其中所述至少一个支撑元件包括两个支撑元件(101-1，101-2)，其中所述至少一个附加支撑元件包括两个附加支撑元件(102-1，102-2)，其中所述两个支撑元件和两个附加支撑元件相对于中心轴线(220)以四重旋转对称布置。10.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，其中所述基座(141，141-1，141-2)包括中心区域(145)和边缘区域(146)，其中所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)远离所述中心区域(145)延伸，并且其中所述边缘区域(146)的形状诱导弹性大于所述中心区域(145)的形状诱导弹性。11.根据权利要求10所述的扫描模块(100)，其中所述边缘区域(146)具有凹槽(149)。12.根据前述权利要求中任一项所述的扫描模块(100)，还包括:压电层(310，320)，其被施加到所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)，并且可选地被配置为激励所述至少一个支撑元件(101，101-1，101-2，102，102-1，102-2)的扭转模式。13.根据前述权利要求中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗洛里安·佩蒂特，
申请(专利权)人：布莱克菲尔德公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE