[发明专利]混合MEMS扫描模块

说明书

本发明公开了一种扫描设备(20)，该扫描设备包括基座(44)，该基座包含沿着万向支架轴线设置的一个或多个旋转轴承(32)。万向支架(30)包括适配到旋转轴承中的轴(70)，使得万向支架围绕万向支架轴线相对于基座旋转。反射镜组件(60)包括半导体衬底，该半导体衬底已被蚀刻和涂覆以限定固定到万向支架的支座(26)；包含在支座内的至少一个反射镜(24)，以及将至少一个反射镜连接到支座并且限定至少一个反射镜轴线的连接构件(28)，该至少一个反射镜围绕该至少一个反射镜轴线相对于支座旋转。

技术领域

本发明整体涉及微机械系统，并且具体地涉及使用此类系统的光学扫描。

背景技术

微机电系统(MEMS)是使用改进的半导体器件制造技术(诸如光刻、蚀刻和薄膜沉积)制造的非常小的机器(在几微米至约10毫米的范围内)。目前的MEMS器件特别包括用于光学投影和感测的微型扫描镜。

例如，公开内容以引用方式并入本文的美国专利7,952,781描述了扫描光束的方法和制造微机电系统(MEMS)的方法，所述方法可结合到扫描设备中。在PCT国际公布WO2014/064606中描述了用于制造MEMS扫描设备的其他方法，其也通过引用方式并入本文。

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方在预定义的扫描范围内扫描光束的扫描器。扫描器可包括使用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。处理器被耦合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Fraunhofer Institute for PhotonicMicrosystems(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。

PCT国际公布WO 2014/016794(其公开内容以引用方式并入本文)描述了用于此类反射镜的双轴MEMS扫描镜和磁驱动布置。在所公开的实施方案中，微镜安装在微型万向支架基座上，使得基座相对于支撑结构在低频(慢)扫描方向上旋转，同时微镜本身相对于基座在高频(快)扫描方向上旋转。通过适当地蚀刻半导体衬底以将微镜与基座分离并将基座与用作支撑结构的剩余衬底分离来制备微镜组件。同一磁驱动器可用于为快扫描和慢扫描提供动力。

美国专利申请公布2014/0153001(其公开内容以引用方式并入本文)描述了万向扫描镜阵列，其中衬底被蚀刻以限定两个或更多个平行微镜的阵列以及围绕所述微镜的支座。相应主轴将微镜连接到支座，从而限定微镜相对于支座的相应平行旋转轴。一个或多个柔性耦合构件连接到微镜，以便同步微镜围绕相应轴的振荡。

发明内容

下文描述的本发明的实施方案提供改进的基于MEMS的扫描模块。

因此，根据本发明的实施方案，提供了一种包括基座的扫描设备，该基座包含沿着万向支架轴线设置的一个或多个旋转轴承。万向支架包括适配到旋转轴承中的轴，使得万向支架围绕万向支架轴线相对于基座旋转。反射镜组件包括半导体衬底，其已被蚀刻和涂覆以限定固定到万向支架的支座；包含在支座内的至少一个反射镜，以及将至少一个反射镜连接到支座并且限定至少一个反射镜轴线的连接构件，所述至少一个反射镜围绕所述至少一个反射镜轴线相对于所述支座旋转。

在所公开的实施方案中，轴承包括滚动元件轴承，其包括固定到基座的外座圈和固定到万向支架的轴的内座圈。通常，一个或多个旋转轴承包括设置在万向支架轴线的相对端处的一对轴承，其中至少一个反射镜轴线垂直于万向支架轴线。