本發(fā)明整體涉及微機(jī)械系統(tǒng)，并且具體地涉及使用此類系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)掃描。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中已知用于光學(xué)3D測(cè)繪的各種方法，即通過處理對(duì)象的光學(xué)圖像來生成對(duì)象的表面的3D輪廓。這種3D輪廓也被稱為3D圖、深度圖或深度圖像，并且3D測(cè)繪也被稱為深度測(cè)繪。

PCT國(guó)際公開WO 2012/020380(其公開內(nèi)容以引用方式并入本文)描述了用于測(cè)繪的包括照明模塊的設(shè)備。該模塊包括被配置為發(fā)射輻射束的輻射源以及被配置為在所選擇的角度范圍內(nèi)接收和掃描光束的掃描器。照明光學(xué)器件被配置為投射所掃描的光束，以便產(chǎn)生在感興趣的區(qū)域上延伸的點(diǎn)的圖案。成像模塊被配置為捕獲被投射到感興趣的區(qū)域中的對(duì)象上的圖案的圖像。處理器被配置為處理圖像，以便構(gòu)造對(duì)象的三維(3D)圖。

美國(guó)專利申請(qǐng)公開2011/0279648(其公開內(nèi)容以引用方式并入本文)描述了一種用于構(gòu)造受檢對(duì)象的3D表示的方法，其包括利用相機(jī)來捕獲受檢對(duì)象的2D圖像。該方法還包括在受檢對(duì)象上掃描經(jīng)調(diào)制的照明光束以一次一個(gè)地照射受檢對(duì)象的多個(gè)目標(biāo)區(qū)域，以及測(cè)量來自從每個(gè)目標(biāo)區(qū)域反射的照明光束的光的調(diào)制方面。使用移動(dòng)鏡光束掃描器來掃描照明光束，并使用光電探測(cè)器來測(cè)量調(diào)制方面。該方法還包括基于針對(duì)每個(gè)目標(biāo)區(qū)域所測(cè)量的調(diào)制方面來計(jì)算深度方面，以及將深度方面與2D圖像的對(duì)應(yīng)像素相關(guān)聯(lián)。

美國(guó)專利8,018,579(其公開內(nèi)容以引用方式并入本文)描述了一種三維成像和顯示系統(tǒng)，其中根據(jù)其相移通過測(cè)量調(diào)幅掃描光束的路徑長(zhǎng)度以光學(xué)方式在成像體積中檢測(cè)用戶輸入。關(guān)于所檢測(cè)的用戶輸入的視覺圖像用戶反饋被呈現(xiàn)。

美國(guó)專利7,952,781(其公開內(nèi)容以引用方式并入本文)描述了一種掃描光束的方法和一種制造微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)(可并入掃描設(shè)備中)的方法。

美國(guó)專利申請(qǐng)公開2013/0207970(其公開內(nèi)容以引用方式并入本文)描述了一種掃描深度引擎，其包括發(fā)出包含光的脈沖的光束的發(fā)射器以及被配置為在場(chǎng)景上在預(yù)定義的掃描范圍內(nèi)掃描光束的掃描器。該掃描器可包括使用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)制備的微鏡。接收器接收從場(chǎng)景反射的光并生成用于指示往返于場(chǎng)景中的點(diǎn)的脈沖的渡越時(shí)間的輸出。耦接處理器以控制掃描器并處理接收器的輸出，以便生成場(chǎng)景的3D圖。

使用MEMS技術(shù)的另一渡越時(shí)間掃描器為由Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems(IPMS)(Dresden,Germany)制備的Lamda掃描器模塊。該Lamda模塊是基于由相同掃描鏡元件組成的分段式MEMS掃描器設(shè)備而構(gòu)造的。經(jīng)校準(zhǔn)的發(fā)射光束的單個(gè)掃描鏡平行于接收器光學(xué)器件的分段式掃描鏡設(shè)備而振蕩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

下文描述的本發(fā)明的實(shí)施方案提供了改進(jìn)型掃描設(shè)備，以及使用這種設(shè)備進(jìn)行3D測(cè)繪的設(shè)備與方法。

因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，提供了一種包括基板的掃描設(shè)備，該基板被蝕刻以限定兩個(gè)或更多個(gè)平行旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的陣列和圍繞旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的萬向支架。第一鉸鏈將萬向支架連接至基板并且限定第一旋轉(zhuǎn)軸，該萬向支架圍繞該第一旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于基板旋轉(zhuǎn)。第二鉸鏈將旋轉(zhuǎn)構(gòu)件連接至萬向支架并且限定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對(duì)于萬向支架的相應(yīng)的第二相互平行的旋轉(zhuǎn)軸，該相應(yīng)的第二相互平行的旋轉(zhuǎn)軸不平行于第一旋轉(zhuǎn)軸。

在一些實(shí)施方案中，該萬向支架被配置為利用足以使旋轉(zhuǎn)構(gòu)件圍繞相應(yīng)第二軸的振蕩同步的耦接強(qiáng)度來將兩個(gè)或更多個(gè)平行旋轉(zhuǎn)構(gòu)件耦接在一起。通常，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件、萬向支架和鉸鏈被蝕刻以便限定具有品質(zhì)因數(shù)Q的振蕩的模式，該品質(zhì)因數(shù)Q和耦接強(qiáng)度γ滿足關(guān)系：1/Q＜＜|γ|＜＜1，其中振蕩的模式被限定成使得γ>0，并且旋轉(zhuǎn)構(gòu)件圍繞相應(yīng)第二軸同相旋轉(zhuǎn)。

除此之外或另選地，該設(shè)備包括耦接裝置，該耦接裝置連接至旋轉(zhuǎn)構(gòu)件以便使旋轉(zhuǎn)構(gòu)件圍繞相應(yīng)第二軸的振蕩同步。在一個(gè)實(shí)施方案中，該耦接裝置被配置為通過在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間施加電磁力來使旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的振蕩同步。該耦接裝置可包括被固定到旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的永磁體。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該耦接裝置包括帶子，該帶子從基板蝕刻并具有分別附接到旋轉(zhuǎn)構(gòu)件中的第一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和第二旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的第一端部和第二端部，以便使旋轉(zhuǎn)構(gòu)件圍繞相應(yīng)第二軸的振蕩同步。

在本發(fā)明所公開的實(shí)施方案中，該旋轉(zhuǎn)構(gòu)件包括板，并且該設(shè)備包括被施加于板上的基板的反射涂層，由此該板充當(dāng)微鏡。

通常，基板是硅晶圓的一部分。

在一些實(shí)施方案中，該設(shè)備包括電磁驅(qū)動(dòng)器，該電磁驅(qū)動(dòng)器被耦接以驅(qū)動(dòng)萬向支架和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件分別圍繞第一軸和第二軸旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，提供了一種掃描設(shè)備，該掃描設(shè)備包括基板，該基板被蝕刻以限定兩個(gè)或更多個(gè)平行旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的陣列、圍繞旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的支撐件，以及將旋轉(zhuǎn)構(gòu)件連接至支撐件的相應(yīng)鉸鏈，從而限定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對(duì)于支撐件的相應(yīng)平行旋轉(zhuǎn)軸。耦接裝置連接至旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，以便使旋轉(zhuǎn)構(gòu)件圍繞相應(yīng)軸的振蕩同步。

在一個(gè)實(shí)施方案中，該耦接裝置包括帶子，該帶子從基板蝕刻并具有分別附接到旋轉(zhuǎn)構(gòu)件中的第一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和第二旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的第一端部和第二端部。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，該耦接裝置被配置為通過在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間施加電磁力來使旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的振蕩同步。該耦接裝置可包括被固定到旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的永磁體。

該耦接構(gòu)件可被配置為使得旋轉(zhuǎn)構(gòu)件同相振蕩，使得旋轉(zhuǎn)構(gòu)件在振蕩期間具有相同的角取向，或者以便使得旋轉(zhuǎn)構(gòu)件反相振蕩。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，還提供了一種用于制造掃描設(shè)備的方法。該方法包括蝕刻基板以便限定兩個(gè)或更多個(gè)平行旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的陣列、圍繞該旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的支撐件、以及將旋轉(zhuǎn)構(gòu)件連接至支撐件的相應(yīng)的鉸鏈，從而限定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對(duì)于支撐件的相應(yīng)平行旋轉(zhuǎn)軸。向旋轉(zhuǎn)構(gòu)件施加耦接力，以便使旋轉(zhuǎn)構(gòu)件圍繞相應(yīng)軸的振蕩同步。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，還提供了一種用于制造掃描設(shè)備的方法。該方法包括蝕刻基板，以便限定兩個(gè)或更多個(gè)平行旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的陣列、圍繞該旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的萬向支架、以及第一鉸鏈，該第一鉸鏈將萬向支架連接至基板并限定第一旋轉(zhuǎn)軸，萬向支架圍繞該第一旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于基板旋轉(zhuǎn)。蝕刻第二鉸鏈，該第二鉸鏈將旋轉(zhuǎn)構(gòu)件連接至萬向支架并且限定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對(duì)于萬向支架的相應(yīng)的第二相互平行的旋轉(zhuǎn)軸，該相應(yīng)的第二相互平行的旋轉(zhuǎn)軸不平行于第一旋轉(zhuǎn)軸。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，還提供了一種用于掃描的方法，該方法包括提供基板，該基板被蝕刻以限定兩個(gè)或更多個(gè)平行微鏡的陣列以及圍繞該微鏡的萬向支架。驅(qū)動(dòng)微鏡以圍繞相應(yīng)平行第一旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于萬向支架旋轉(zhuǎn)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)萬向支架以圍繞第二軸相對(duì)于基板旋轉(zhuǎn)。向微鏡施加耦接力，以便使微鏡圍繞相應(yīng)軸的振蕩同步。在微鏡和萬向支架旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，向微鏡陣列引導(dǎo)光束，以便使得微鏡在場(chǎng)景上掃描該光束。

在本發(fā)明所公開的實(shí)施方案中，引導(dǎo)光束包括朝微鏡陣列引導(dǎo)光的脈沖，并且該方法包括通過來自微鏡陣列的反射來接收從場(chǎng)景反射的光，并生成用于指示往返于該場(chǎng)景中的點(diǎn)的脈沖的渡越時(shí)間的輸出。在光束掃描期間處理輸出，以便生成場(chǎng)景的三維圖。

在一些實(shí)施方案中，基板被蝕刻以限定相應(yīng)第一鉸鏈，該相應(yīng)第一鉸鏈將微鏡連接到萬向支架，從而限定微鏡相對(duì)于萬向支架的相應(yīng)平行第一旋轉(zhuǎn)軸。一個(gè)或多個(gè)柔性耦接構(gòu)件連接至微鏡，以便使微鏡圍繞相應(yīng)第一軸的振蕩同步，并且第二鉸鏈沿第二軸將萬向支架連接至基板。

在本發(fā)明所公開的實(shí)施方案中，驅(qū)動(dòng)該鏡包括向電磁驅(qū)動(dòng)器施加電流，該電磁驅(qū)動(dòng)器耦接到微鏡陣列以便使微鏡以第一頻率圍繞第一軸旋轉(zhuǎn)，該第一頻率為旋轉(zhuǎn)的諧振頻率，同時(shí)使萬向支架以第二頻率圍繞第二軸旋轉(zhuǎn)，該第二頻率低于第一頻率。

在一個(gè)實(shí)施方案中，施加耦接力包括蝕刻基板以限定被連接在微鏡之間的一個(gè)或多個(gè)柔性耦接構(gòu)件。在另一個(gè)實(shí)施方案中，施加耦接力包括使得電磁力被施加于微鏡之間。除此之外或另選地，該基板被蝕刻使得萬向支架以足以使振蕩同步的耦接強(qiáng)度向微鏡施加耦接力。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，還提供了一種掃描設(shè)備，該掃描設(shè)備包括基板，該基板被蝕刻以限定兩個(gè)或更多個(gè)平行旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的陣列、圍繞旋 轉(zhuǎn)構(gòu)件的支撐件、以及將旋轉(zhuǎn)構(gòu)件連接至支撐件的相應(yīng)鉸鏈，從而限定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對(duì)于支撐件的相應(yīng)平行旋轉(zhuǎn)軸。耦接裝置連接至旋轉(zhuǎn)構(gòu)件并且被配置為在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間施加電磁力以便使旋轉(zhuǎn)構(gòu)件圍繞相應(yīng)軸的振蕩同步。

在一個(gè)實(shí)施方案中，該耦接裝置包括被固定到旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的永磁體。

結(jié)合附圖從下文中對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案的詳細(xì)描述將更完全地理解本發(fā)明，在附圖中：

附圖說明

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的光學(xué)掃描頭的示意性圖示；

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的MEMS掃描器的示意性圖示；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的裝有萬向接頭的微鏡陣列的示意性后視圖；

圖4是示出圖3的微鏡陣列元件的示意性詳細(xì)視圖；

圖5是圖3的微鏡陣列工作中的示意性前視圖；

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的裝有萬向接頭的微鏡陣列的工作原理的示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的另選實(shí)施方案的裝有萬向接頭的微鏡陣列的示意性后視圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的裝有萬向接頭的微鏡陣列的示意性前視圖。

具體實(shí)施方式

上述美國(guó)專利申請(qǐng)公開2013/0207970描述了通過測(cè)量掃描光束的渡越時(shí)間來生成3D測(cè)繪數(shù)據(jù)的深度引擎。光發(fā)射器諸如激光器朝掃描鏡引導(dǎo)短的光脈沖，該掃描鏡在感興趣的場(chǎng)景上掃描光束。接收器諸如敏感高速光電二極管(例如，雪崩光電二極管)接收經(jīng)由同一掃描鏡從場(chǎng)景返回的光。處理電路測(cè)量在掃描中的每個(gè)點(diǎn)處的所發(fā)射的光和所接收得光脈沖之間的時(shí)間延遲。該延遲指示光束行進(jìn)的距離，從而指示該點(diǎn)處的對(duì)象的深度。處理電路使用在產(chǎn)生場(chǎng)景的3D圖時(shí)如此提取的深度數(shù)據(jù)。

為了實(shí)現(xiàn)緊湊性、低成本和低功耗，可使用MEMS技術(shù)來生產(chǎn)這種掃描系統(tǒng)中的掃描鏡(可能借助上述美國(guó)專利7,952,781中描述的各種技術(shù))。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的靈敏性，有利的是，鏡盡可能大(通常具有在5mm²-25mm²范圍內(nèi)的有源區(qū)域)。同時(shí)，為了進(jìn)行3D測(cè)繪以及其他掃描應(yīng)用，希望鏡在大角度上(通常為±10°-25°)以高頻(通常為2kHz-25kHz)圍繞至少一個(gè)軸進(jìn)行機(jī)械掃描。(圍繞第二掃描軸的掃描范圍可更大，但掃描頻率通常更低。)對(duì)高掃描頻率和范圍的需求與增大鏡尺寸的需要有沖突，并且在制造掃描器的材料(諸如硅晶圓)有限制的情況下，制造期望尺寸、范圍和頻率能力的單個(gè)掃描鏡可能是不可行的。

本文描述的一些實(shí)施方案尋求通過使用多個(gè)相鄰鏡的陣列克服這些設(shè)計(jì)約束。鏡相互同步地進(jìn)行掃描，從而在光學(xué)上的行為好像它們是尺寸等于整個(gè)陣列的尺寸的單個(gè)鏡一樣。術(shù)語“同步”在常規(guī)意義上用于本描述和權(quán)利要求，以表示鏡在相同頻率下一致地進(jìn)行掃描。通常，鏡掃描的相位和幅度也相同。當(dāng)然，完美絕對(duì)的同步在現(xiàn)實(shí)的機(jī)械系統(tǒng)中是無法實(shí)現(xiàn)的。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，聲明鏡利用相同頻率、幅度和/或相位進(jìn)行掃描意味著其相應(yīng)的振蕩之間的任何差異小于陣列用于其中的系統(tǒng)的總角公差。

在一些實(shí)施方案中，陣列中的鏡之間的耦接裝置對(duì)鏡的振蕩進(jìn)行耦接，從而保持它們之間的同步。該耦接裝置可包括任何合適類型的聯(lián)接件，諸如鏡之間的機(jī)械耦接件或電磁力所施加的聯(lián)接件，該聯(lián)接件可在鏡之間沒有機(jī)械接觸的情況下工作。通常，只要耦接裝置施加弱耦接力以便產(chǎn)生所需的同步便足夠，尤其是在驅(qū)動(dòng)鏡以其旋轉(zhuǎn)諧振頻率或近似旋轉(zhuǎn)諧振頻率進(jìn)行掃描的情況下。此外，如果陣列中的鏡被單個(gè)驅(qū)動(dòng)，則可調(diào)節(jié)施加于各個(gè)鏡的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相對(duì)幅度和相位，以便補(bǔ)償鏡旋轉(zhuǎn)的幅度和相位上的任何差異。

另選地，可使用一個(gè)鏡來反射和掃描發(fā)射光束，而另一鏡(或更大陣列中的兩個(gè)或更多個(gè)鏡)反射從朝接收器的場(chǎng)景所接收的光。這樣，可使獨(dú)立的發(fā)射鏡和接收鏡同步，例如在于2014年11月26日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)14/554,086中所描述的，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文。

在下述實(shí)施方案中，將鏡同時(shí)安裝在支撐件中，該支撐件從與鏡自身相同的基板(諸如半導(dǎo)體晶片)蝕刻的。該支撐件自身可被配置作為旋轉(zhuǎn) 萬向支架。該萬向支架通常由限定第一旋轉(zhuǎn)軸的鉸鏈連接至基板，其中支架圍繞該第一旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于基板旋轉(zhuǎn)。該鏡由第二鉸鏈連接至萬向支架(或其他支撐件)，該第二鉸鏈限定鏡相對(duì)于萬向支架的相應(yīng)第二相互平行的旋轉(zhuǎn)軸。通常，該第二軸垂直于(或以其他方式非平行于)第一軸。因此，例如可在MEMS工藝中制備微型裝有萬向接頭的鏡陣列。這種裝有萬向接頭的陣列結(jié)構(gòu)不僅可被應(yīng)用于鏡，而且還可被應(yīng)用于其他類型的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，諸如微機(jī)械旋轉(zhuǎn)元件。

在一些本發(fā)明所公開的實(shí)施方案中，該支撐件自身被配置為利用足以使鏡圍繞相應(yīng)軸的振蕩同步的耦接強(qiáng)度來將兩個(gè)或更多個(gè)平行旋轉(zhuǎn)構(gòu)件耦接在一起。為此，在這些實(shí)施方案中，通常將支撐件設(shè)計(jì)成具有足夠的柔韌性和適當(dāng)?shù)臋C(jī)械特性，以實(shí)現(xiàn)期望的同步程度。例如，可選擇支撐件的機(jī)械特性以便利用品質(zhì)因數(shù)和高至足以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的期望的同步的耦接強(qiáng)度來限定系統(tǒng)振蕩模式和諧振頻率。下文將詳細(xì)說明此類萬向支架的特定屬性和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

在大多數(shù)圖中所示的實(shí)施方案中，同步的鏡陣列包括同相工作并被安裝于裝有萬向接頭的基部上以用于進(jìn)行兩軸掃描的兩個(gè)微鏡。(本文使用術(shù)語“微鏡”僅表示非常小的鏡，其通常不超過幾毫米，盡管可將本發(fā)明的某些原理應(yīng)用于更大的鏡。)可替代地，這種鏡陣列可包括更大數(shù)量的鏡，并且可部署有或不部署萬向支架。作為另外一種選擇或除此之外，可通過鏡和它們之間的耦接的適當(dāng)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)其他形式的同步，諸如陣列中鏡的反相旋轉(zhuǎn)。

出于清晰性和完整性考慮，盡管下文所述的實(shí)施方案具體涉及微鏡，但這些實(shí)施方案的原理可被加以必要的變更類似地應(yīng)用于根據(jù)這些原理制備并配置的其他類型的微機(jī)械旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。在本發(fā)明所公開的實(shí)施方案中，這些旋轉(zhuǎn)構(gòu)件具有從基板蝕刻的板的形式，在該基板上涂覆反射涂層以便形成微鏡。然而，利用本文所述的技術(shù)來同步具有其他形狀和形式的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的包括裝有萬向接頭的微鏡陣列100的光學(xué)掃描頭40的元件。除了微鏡陣列自身之外，光學(xué)掃描頭40類似于上述美國(guó)專利申請(qǐng)公開2013/0207970中描述的光學(xué)掃描頭。發(fā)射器44朝偏振分束器60發(fā)射光脈沖。通常，分束器中的位于發(fā)射器44的光 路正下方的小區(qū)域被涂布用于反射，而分束器的其余部分在所發(fā)射波長(zhǎng)范圍中完全透明(或甚至針對(duì)其具有抗反射涂層)，以允許所返回的光通過，以到達(dá)接收器48。來自發(fā)射器44的光從分束器60反射回來，然后從折疊式反射鏡62朝微鏡陣列100反射。MEMS掃描器64以期望的掃描頻率和幅度在X方向和Y方向上掃描微鏡陣列。在以下圖中示出了微鏡陣列和掃描器的詳情。

從場(chǎng)景返回的光脈沖入射到微鏡陣列100上，該微鏡陣列經(jīng)由折疊式反射鏡62通過分束器60反射光。為了限制到達(dá)接收器48的不必要的環(huán)境光的量，可在接收器路徑中可能在與分束器60相同的基板上結(jié)合帶通濾波器(未示出)。接收器48感測(cè)所返回的光脈沖并生成對(duì)應(yīng)的電脈沖?？刂破?0驅(qū)動(dòng)發(fā)射器44和掃描器64，并分析發(fā)射脈沖和來自接收器48的對(duì)應(yīng)脈沖之間的時(shí)間延遲，以便測(cè)量每個(gè)脈沖的渡越時(shí)間。基于該渡越時(shí)間，控制器計(jì)算場(chǎng)景中的被掃描頭40掃描的每個(gè)點(diǎn)的深度坐標(biāo)，從而生成場(chǎng)景的深度圖。

為了提高檢測(cè)的靈敏度，分束器60和接收器48孔徑的總面積顯著大于發(fā)射束的面積。還希望微鏡陣列100中的微鏡在由掃描器施加的慣性約束內(nèi)盡可能大。例如，每個(gè)微鏡的面積大約可為5mm²-15mm²，并且微鏡陣列的總面積大約可為10mm²-30mm²。

在此以舉例的方式描述圖1中所示的光學(xué)頭的特定機(jī)械和光學(xué)設(shè)計(jì)，并且實(shí)施類似原理的替代設(shè)計(jì)被視為在本發(fā)明范圍內(nèi)。如前所述，在一些另選的設(shè)計(jì)中，陣列100中的不同微鏡可用于發(fā)射和接收。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的MEMS掃描器64的示意性圖示。以類似于上述美國(guó)專利7,952,781中所述的那些原理制造并操作這種掃描器，但啟用微鏡陣列100的二維掃描。通過適當(dāng)蝕刻半導(dǎo)體基板68以從支撐件72分開陣列中的微鏡102并從基板68的其余部分分開支撐件來制造微鏡陣列。在蝕刻之后，微鏡102(在其上涂布適當(dāng)?shù)姆瓷渫繉?能夠相對(duì)于鉸鏈106上的支撐件72在Y方向上旋轉(zhuǎn)，而支撐件72相對(duì)于鉸鏈74上的基板68在X方向上旋轉(zhuǎn)，該鉸鏈74耦接到支撐件72的翼104。(此類鉸鏈還可被稱為主軸或樞軸。)

在支撐件72自身能夠諸如以上述方式旋轉(zhuǎn)的情況下，支撐件也可被稱為萬向支架。然而，本描述和權(quán)利要求中所使用的術(shù)語“支撐件”和“萬 向支架”并不完全是可互換的：可將本文所述實(shí)的施方案的各個(gè)方面應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)元件的陣列，諸如被安裝在非旋轉(zhuǎn)支撐件中的微鏡102?？蓪⒈景l(fā)明的實(shí)施方案的其他方面應(yīng)用于裝有萬向接頭的旋轉(zhuǎn)元件陣列，其中萬向支架自身或萬向支架的至少某些元件未必是從與旋轉(zhuǎn)元件相同的基板蝕刻的。

微鏡102和支撐件72被安裝在包括永磁體的一對(duì)轉(zhuǎn)子76上。(在此圖中轉(zhuǎn)子中的僅一個(gè)轉(zhuǎn)子可見。)轉(zhuǎn)子76懸浮于磁芯78的相應(yīng)氣隙中。磁芯78利用導(dǎo)電線的相應(yīng)線圈80纏繞，從而產(chǎn)生電磁定子組件。盡管為了簡(jiǎn)單起見，在圖2中示出每個(gè)磁芯具有單個(gè)線圈，但可另選地在每個(gè)磁芯上纏繞兩個(gè)或更多個(gè)線圈；可將線圈纏繞在磁芯上的不同位置處；并且還可使用不同的磁芯形狀。例如，于2013年7月25日提交的PCT專利申請(qǐng)PCT/IB2013/056101中示出了另選的磁芯和線圈設(shè)計(jì)，其以引用方式并入本文。

驅(qū)動(dòng)電流通過線圈80在氣隙中生成磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子76的磁化進(jìn)行交互，從而使得轉(zhuǎn)子在氣隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)或以其他方式移動(dòng)。具體地，利用高頻差動(dòng)電流來驅(qū)動(dòng)線圈80，從而導(dǎo)致微鏡46以高頻(如上所述，通常在2kHz-25kHz的范圍內(nèi))圍繞鉸鏈70往復(fù)諧振旋轉(zhuǎn)。這種諧振旋轉(zhuǎn)生成來自引擎22的輸出束的高速Y方向光柵掃描。同時(shí)，以較低頻率同時(shí)驅(qū)動(dòng)線圈80以通過圍繞鉸鏈74通過期望的掃描范圍旋轉(zhuǎn)支撐件72來驅(qū)動(dòng)X方向掃描。另選地，可將其他定子配置和驅(qū)動(dòng)方案用于這些目的，例如如上述PCT專利申請(qǐng)PCT/IB2013/056101中所述的。X旋轉(zhuǎn)和Y旋轉(zhuǎn)一起生成微鏡46的總體光柵掃描圖案。

如圖1中所示的，從離散的光學(xué)和機(jī)械部件組裝光學(xué)頭40需要精確的對(duì)準(zhǔn)，并且可能費(fèi)用昂貴。在另選的實(shí)施方案中，可在硅光具座(SiOB)上的單個(gè)集成封裝中組合需要精確放置和對(duì)準(zhǔn)的所有部分(諸如光發(fā)射器、接收器和相關(guān)聯(lián)的光學(xué)器件)。這種方法可節(jié)省成本并且可使得深度引擎更易于處理。這些種類的各種替代設(shè)計(jì)在上述美國(guó)專利申請(qǐng)公開2013/0207970中被示出，并且也可被調(diào)整以與微鏡陣列一起使用。

除此之外或另選地，如上所述，該光學(xué)頭可被配置有獨(dú)立的發(fā)射通道和接收通道，例如上述美國(guó)專利申請(qǐng)14/554,086中所述的。在這種情況下，可使用一個(gè)微鏡102來反射和掃描發(fā)射器44的光束輸出，而另一微鏡 (或更大陣列中的兩個(gè)或更多個(gè)微鏡)反射從朝向接收器48的場(chǎng)景所接收的光。

本發(fā)明的原理可加以必要的變更在其他類型的掃描器(包括基于其他MEMS設(shè)計(jì)和其他類型的驅(qū)動(dòng)器的掃描器)中類似地被實(shí)現(xiàn)。例如，可修改Hah等人在“Theory and Experiments of Angular Vertical Comb-Drive Actuators for Scanning Micromirrors”(IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 10:3(2004年5月/6月)，505-513頁)中描述的微鏡和致動(dòng)器，以在微鏡陣列的上下文中工作。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的裝有萬向接頭的微鏡陣列100的示意性后視圖。圖3中所示的陣列100在形狀和取向的一些細(xì)節(jié)上與圖1和圖2中所示的微鏡陣列不同，但其元件和工作原理相同。如前所述，陣列100包括兩個(gè)平行的微鏡102，該兩個(gè)平行的微鏡通過相應(yīng)的鉸鏈106連接到支撐件72。磁性轉(zhuǎn)子76附接到支撐件72的翼104，該翼通過鉸鏈74耦接到基板68并垂直于鉸鏈106。在工作時(shí)，轉(zhuǎn)子76懸浮于磁芯78的氣隙內(nèi)，如圖2中所示并如上文所述。通過包括帶子108形式的柔性耦接構(gòu)件的耦接裝置將鏡102彼此機(jī)械地鏈接，如將在下文中說明的。

圖4是示出了帶子108中的一個(gè)帶子的詳情的微鏡102的放大詳細(xì)視圖。以從基板68蝕刻分離鏡及其鉸鏈相同的光刻工藝來生產(chǎn)這種帶子。因此帶子108包括通常大約為10μm-100μm寬的薄硅條，該薄硅條由從一側(cè)上的支撐件72并且從另一側(cè)上的微鏡102蝕刻通過基板的溝槽分開。帶子的厚度(即垂直于晶片表面的維度)可以是晶片的完整厚度。可替代地，可減薄帶子108以改變帶子連接剛度并實(shí)現(xiàn)帶子的除圖5中所示的扭轉(zhuǎn)模式之外的彎曲模式和展寬模式。帶子108的每一端連接至微鏡中的相應(yīng)一個(gè)微鏡。任選地，可在中心樞轉(zhuǎn)點(diǎn)110處將帶子錨定到支撐件72。

在圖4和5中所示的實(shí)施方案中，帶子108在垂直于鉸鏈106的方向上在微鏡102之間徑直延伸。在其他實(shí)施方案中，帶子和其他耦接裝置可在不同點(diǎn)處被附接，和/或在相對(duì)于微鏡和鉸鏈的不同方向上延伸。例如，帶子的端部可附接至鉸鏈自身，而非附接至如圖4所示的微鏡。除此之外或另選地，該帶子可變成以S構(gòu)型或X構(gòu)型在微鏡之間的空間內(nèi)延伸。盡管在附圖中未詳細(xì)示出這些替代配置，但在閱讀本發(fā)明的具體實(shí)施方式之 后，它們對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的并被視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

圖5是由如上所述的MEMS掃描器推動(dòng)的工作中的陣列100的示意圖。該MEMS掃描器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)微鏡102，以同時(shí)圍繞X軸旋轉(zhuǎn)(如圖2中定義的那樣)。由帶子108施加的彈性力將兩個(gè)微鏡的運(yùn)動(dòng)耦接到一起，使得它們同相同步旋轉(zhuǎn)并在振蕩期間具有相同的角取向(如上所述，在系統(tǒng)公差的限制范圍內(nèi))。即使由帶子施加的實(shí)際的力很小，也足以維持機(jī)械鎖相，從而使具有大致相同諧振頻率的兩個(gè)相鄰振子(即微鏡)同步。因此，陣列100的光學(xué)行為如同是其中尺寸等于兩個(gè)微鏡102在一起的組合尺寸的單個(gè)振蕩鏡一樣。

從物理上講，鉸鏈106充當(dāng)扭轉(zhuǎn)彈簧，并且?guī)ё?08向系統(tǒng)添加第三彈簧，從而將大量的微鏡102耦接到一起。在經(jīng)由該第三彈簧使大量微鏡耦接的情況下，可能出現(xiàn)兩種運(yùn)動(dòng)模式：一種是大量微鏡在相同方向上移動(dòng)，并且另一種是大量微鏡在相反方向上移動(dòng)。(與沒有耦接構(gòu)件時(shí)兩個(gè)鏡的單獨(dú)頻率相反，每種模式具有由兩個(gè)鏡共享的其自身的頻率。)可調(diào)節(jié)第三彈簧的剛度，甚至到達(dá)帶子108為基本彈簧的點(diǎn)，從而施加比樞軸106更大的力。

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的裝有萬向接頭的微鏡陣列200的工作原理的示意圖。該圖示出了如何可將上述原理擴(kuò)展到三個(gè)微鏡202,204,206(標(biāo)記為M1、M2和M3)或更多微鏡的陣列。被表示為彈簧K3、K4、K5的鏡M1、M2和M3B被安裝于樞軸208(諸如上述種類的鉸鏈)上。如上所述，鏡M1、M2和M3或彈簧K3、K4和K5(或兩者)由被表示為彈簧K1和K2的耦接裝置210鏈接。可使用這種布置，以與上述兩個(gè)鏡的實(shí)施方案相同的方式使三個(gè)鏡的旋轉(zhuǎn)同步。三個(gè)(或更多個(gè))鏡可同樣地一起被安裝于裝有萬向接頭的支撐件上。

不論陣列包括兩個(gè)、三個(gè)還是更多鏡，均可將彈簧實(shí)現(xiàn)為前面圖中所示種類的樞軸和帶子，或使用可通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何適用技術(shù)制造的其他種類的耦接裝置。此類耦接裝置可包括例如柔性機(jī)械元件、彈性機(jī)械元件，諸如帶子108或萬向支架自身的部件。另選地或除此之外，該耦接裝置可包括電磁部件。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的另選實(shí)施方案的裝有萬向接頭的微鏡陣列220的示意性后視圖。在上述實(shí)施方案中，陣列220可代替陣列100來使用。該陣列220的機(jī)械元件類似于之前實(shí)施方案中的機(jī)械元件，并且這些元件標(biāo)記有與前附圖中相同的標(biāo)號(hào)。

然而，在陣列220中，相比于在前實(shí)施方案，該耦接裝置通過在微鏡102之間施加電磁力而工作。為此，該耦接裝置包括固定到微鏡102的永磁體222，但另選地，其他電氣元件和/或磁性元件也可用于此目的。磁體222之間的電磁力使旋轉(zhuǎn)微鏡102的振蕩同步。此力可包括以類似于由帶子108所施加的機(jī)械彈力的方式工作的磁引力。該磁引力產(chǎn)生可被視為相當(dāng)于連接在微鏡之間的彈簧的力。

可通過陣列220的適當(dāng)設(shè)計(jì)來調(diào)節(jié)微鏡102之間的磁力，以便賦予期望的同步屬性。此力取決于包括磁體222的尺寸和極性以及它們之間距離等因素。此外，磁體222之間的力將由這些磁體距磁性轉(zhuǎn)子76和磁芯78的距離，以及它們與磁性轉(zhuǎn)子76和磁芯78、與組件的其他磁致激活元件(諸如被施加于磁芯的驅(qū)動(dòng)電流)的相互作用來調(diào)整。

在其他實(shí)施方案中(在附圖中未示出)，在陣列中的微鏡之間工作的耦接裝置可施加其他類型的電磁力以使微鏡同步。在該上下文中，術(shù)語“電磁力”在廣義上使用，該術(shù)語在物理學(xué)中被理解為涉及來源于電磁場(chǎng)的任何力。因此，除了永磁體之間的引力和/或斥力，該耦接裝置還可使用例如帶電體之間的電磁力或載流導(dǎo)體之間的感應(yīng)磁力。所有這些替代具體實(shí)施被視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的裝有萬向接頭的微鏡陣列230的示意性前視圖。在上述實(shí)施方案中，陣列230同樣可代替陣列100來使用。陣列230的類似于之前實(shí)施方案中的機(jī)械元件標(biāo)記有與前附圖中相同的標(biāo)號(hào)。

陣列230中的微鏡102通過鉸鏈234連接至萬向支架232，該鉸鏈限定微鏡的旋轉(zhuǎn)軸。萬向支架232包括橫梁236，鉸鏈234的兩端連接到該橫梁。對(duì)萬向支架232的包括橫梁236的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，使得柔性、彈性的萬向支架自身以足以使它們圍繞相應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸的振蕩同步的耦接強(qiáng)度來將微鏡102的運(yùn)動(dòng)耦接在一起。設(shè)計(jì)并蝕刻陣列230的部件以便限定陣列230 (同時(shí)包括萬向支架232和鏡102)的總體振蕩的諧振模式，從而具有高至足以使鏡以諧振頻率同步地旋轉(zhuǎn)的品質(zhì)因數(shù)Q。

將橫梁236結(jié)合到萬向支架234中僅為提供期望耦接的柔性萬向支架結(jié)構(gòu)的類型的一個(gè)示例，在閱讀本公開之后，具有類似屬性的其他結(jié)構(gòu)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的。在MEMS設(shè)計(jì)的現(xiàn)有技術(shù)中已知的工具和技術(shù)諸如有限元分析可用于優(yōu)化陣列230的特征結(jié)構(gòu)以達(dá)目標(biāo)振蕩頻率和幅度。

在設(shè)計(jì)MEMS系統(tǒng)諸如具有N個(gè)微鏡102的陣列230時(shí)，每個(gè)微鏡被視為振蕩器i，該振蕩器具有圍繞其鉸鏈振蕩的其自身的諧振頻率ω_i0和品質(zhì)因數(shù)Q_i。通常，

其中K_i為鉸鏈的機(jī)械剛度，并且J_i為微鏡的慣性矩。將各個(gè)振蕩器(微鏡)機(jī)械地設(shè)計(jì)成以相互接近的諧振頻率并以相同幅度和相位旋轉(zhuǎn)-盡管由于制造公差，各個(gè)諧振頻率之間幾乎總是存在一定差值。

每個(gè)振蕩器i通過機(jī)械耦接常數(shù)r_ij耦接至每個(gè)其他振蕩器j，該機(jī)械耦接常數(shù)可為正值或負(fù)值。一些這種類型的系統(tǒng)可利用r_ij＝1來設(shè)計(jì)，在這種情況下振蕩器將以相同幅度、頻率和相位完全同步。然而，這樣的設(shè)計(jì)在本文所述類型的MEMS微鏡陣列中可能很難實(shí)現(xiàn)或無法實(shí)現(xiàn)。因此，為了保持低慣性并支持以這種陣列中微鏡的各個(gè)諧振頻率的振蕩，在一些實(shí)施方案中使用弱耦接，即|γ_ij|＜＜1。

松耦接振蕩器的這種系統(tǒng)將具有系統(tǒng)諧振頻率ω₀，其由以下公式給出：

和總體品質(zhì)因數(shù)Q，其由以下公式給出：

為了所有微鏡在沒有嚴(yán)重阻尼的情況下以系統(tǒng)諧振頻率ω₀共同可靠地振蕩，共有諧振模式的總體Q因數(shù)必須足夠高并且微鏡之間的耦接必須足夠強(qiáng)以克服各個(gè)諧振頻率ω_i0和系統(tǒng)頻率ω₀之間的差值。Q因數(shù)和耦接強(qiáng)度也應(yīng)足夠高以將期望的共有諧振模式與其他系統(tǒng)模式分開，否則可能具有寄生效應(yīng)。

上述條件可由以下關(guān)系來表示，對(duì)于每個(gè)微鏡i滿足：

其中|γ_i|＝max{|γ_ij|，j＝1，N}。對(duì)于兩個(gè)微鏡的陣列的情況，如在陣列230中，該關(guān)系變?yōu)椋?/p>

其中Δω₁₂＝ω₁₀-ω₂₀為兩個(gè)微鏡的各個(gè)本征頻率之間的差值，并且γ≡γ₁₂。在這種情況下，選擇γ為正值對(duì)應(yīng)于施加于一個(gè)微鏡的靜態(tài)扭矩導(dǎo)致兩個(gè)微鏡圍繞它們的軸同相旋轉(zhuǎn)使得旋轉(zhuǎn)微鏡在振蕩期間具有相同的角取向的模式。當(dāng)γ為負(fù)值時(shí)，被施加于一個(gè)微鏡的靜態(tài)扭矩導(dǎo)致另一微鏡在相反方向上旋轉(zhuǎn)，即微鏡反相旋轉(zhuǎn)。

必要條件在以共有振蕩模式的阻尼為代價(jià)的情況下可放寬，使得該模式寬至足以克服頻率分隔Δω₁₂。在這種情況下，系統(tǒng)諧振通過系數(shù)Q/q進(jìn)行減幅，其中q＝ω₀/Δω₁₂，這意味著需要更多的外部能量來保持給定振蕩幅度。

盡管上文主要在光學(xué)頭40和3D測(cè)繪的上下文中描述了微鏡陣列100,220和230的操作，但可針對(duì)需要緊湊高頻諧振掃描器的基本任何應(yīng)用來在其他類型的光學(xué)掃描器中類似地應(yīng)用這些陣列的原理?？赏ㄟ^磁性方式來驅(qū)動(dòng)此類掃描器，如上述實(shí)施方案中那樣，或者使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何其他適當(dāng)種類的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如包括各種磁性驅(qū)動(dòng)器和靜電驅(qū)動(dòng)器。此外，如上所述，可耦接并驅(qū)動(dòng)該鏡，使得在以相同頻率旋轉(zhuǎn)時(shí)，鏡在其相應(yīng)掃描期間以不同角度進(jìn)行取向。該后一種操作模式可能在同步的多束掃描系統(tǒng)中是有用的。盡管陣列100,220和230中的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件被涂覆以便充當(dāng)鏡，但此類涂覆并非本發(fā)明的必要部分，并且本文所述的原理可類似地被應(yīng)用于針對(duì)其他目的形成旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的陣列。

因此，應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施方案以舉例的方式進(jìn)行引用，并且本發(fā)明并不限于上文具體示出并描述的內(nèi)容。相反，本發(fā)明的范圍包括上文所述的各種特征、以及本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀以上描述之后會(huì)想到的在現(xiàn)有技術(shù)中沒有公開的其變型形式和修改形式的組合和子組合。

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種包括基板的掃描設(shè)備，所述基板被蝕刻以限定：

兩個(gè)或更多個(gè)平行旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的陣列；

圍繞所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的柔性、彈性萬向支架；

第一鉸鏈，所述第一鉸鏈將所述萬向支架連接至所述基板并且限定第一旋轉(zhuǎn)軸，所述萬向支架圍繞所述第一旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于所述基板旋轉(zhuǎn)；和

第二鉸鏈，所述第二鉸鏈將所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件連接至所述萬向支架并且限定所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對(duì)于所述萬向支架的相應(yīng)的第二相互平行的旋轉(zhuǎn)軸，相應(yīng)的第二相互平行的旋轉(zhuǎn)軸不平行于第一軸，

其中所述萬向支架自身被蝕刻，以便限定包括所述萬向支架和所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的設(shè)備的總體振蕩的諧振模式，所述總體振蕩具有諧振頻率；并且以便利用足以使所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件以所述諧振頻率圍繞相應(yīng)第二軸的振蕩同步的耦接強(qiáng)度來將所述兩個(gè)或更多個(gè)平行旋轉(zhuǎn)構(gòu)件耦接在一起。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件、萬向支架和鉸鏈被蝕刻，以便限定具有品質(zhì)因數(shù)Q的振蕩的模式，使得所述品質(zhì)因數(shù)Q和所述耦接強(qiáng)度γ滿足關(guān)系：1/Q＜＜|γ|＜＜1。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述振蕩的模式被限定成使得γ>0，并且所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件圍繞相應(yīng)第二軸同相旋轉(zhuǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件包括板，并且所述設(shè)備包括在所述板上被施加于所述基板的反射涂層，由此所述板充當(dāng)微鏡。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述基板是硅晶圓的一部分。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，并且包括電磁驅(qū)動(dòng)器，所述電磁驅(qū)動(dòng)器被耦接以驅(qū)動(dòng)所述萬向支架和所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件分別圍繞第一軸和第二軸旋轉(zhuǎn)。

7.一種掃描設(shè)備，包括：

基板，所述基板被蝕刻以限定：

兩個(gè)或更多個(gè)平行旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的陣列；

圍繞所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的支撐件；和

相應(yīng)鉸鏈，所述相應(yīng)鉸鏈將所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件連接到所述支撐件，從而限定所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對(duì)于所述支撐件的相應(yīng)平行旋轉(zhuǎn)軸；和

永磁體，所述永磁體被固定到所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件并且被配置成使得所述永磁體之間的電磁力使所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件圍繞相應(yīng)軸的振蕩同步。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中使所述振蕩同步的所述電磁力包括被固定到所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的所述永磁體之間的磁引力。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述耦接裝置被配置為使得所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件同相振蕩，使得所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件在振蕩期間具有相同的角取向。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述耦接裝置被配置，以便使得所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件反相振蕩。

11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件包括板，并且所述設(shè)備包括在所述板上被施加于所述基板的反射涂層，由此所述板充當(dāng)微鏡。

12.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述基板是硅晶圓的一部分。

13.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，并且包括電磁驅(qū)動(dòng)器，所述電磁驅(qū)動(dòng)器被耦接以驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件圍繞相應(yīng)平行軸振蕩。

14.一種用于制造掃描設(shè)備的方法，所述方法包括：

蝕刻基板以便限定：

兩個(gè)或更多個(gè)平行旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的陣列；

圍繞所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的支撐件；和

相應(yīng)鉸鏈，所述相應(yīng)鉸鏈將所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件連接到所述支撐件，從而限定所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對(duì)于所述支撐件的相應(yīng)平行旋轉(zhuǎn)軸；和

將永磁體固定到所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，使得所述永磁體之間的電磁力使所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件圍繞相應(yīng)軸的振蕩同步。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述基板是硅晶圓的一部分。

16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中使所述振蕩同步的所述電磁力包括被固定到所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的所述永磁體之間的磁引力。

17.一種用于制造掃描設(shè)備的方法，所述方法包括：

蝕刻基板以便限定：

兩個(gè)或更多個(gè)平行旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的陣列；

圍繞所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的柔性、彈性萬向支架；和

第一鉸鏈，所述第一鉸鏈將所述萬向支架連接至所述基板并且限定第一旋轉(zhuǎn)軸，所述萬向支架圍繞所述第一旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于所述基板旋轉(zhuǎn)；和

第二鉸鏈，所述第二鉸鏈將所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件連接至所述萬向支架并且限定所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對(duì)于所述萬向支架的相應(yīng)的第二相互平行的旋轉(zhuǎn)軸，相應(yīng)的第二相互平行的旋轉(zhuǎn)軸不平行于第一軸，

其中蝕刻所述基板包括形成所述萬向支架自身，以便限定包括所述萬向支架和所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的設(shè)備的總體振蕩的諧振模式，所述總體振蕩具有諧振頻率；并且以便利用足以使所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件以所述諧振頻率圍繞相應(yīng)第二軸的振蕩同步的耦接強(qiáng)度來將所述兩個(gè)或更多個(gè)平行旋轉(zhuǎn)構(gòu)件耦接在一起。

18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件、萬向支架和鉸鏈被蝕刻，以便限定具有品質(zhì)因數(shù)Q的振蕩的模式，使得所述品質(zhì)因數(shù)Q和所述耦接強(qiáng)度γ滿足關(guān)系：1/Q＜＜|γ|＜＜1。

19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述振蕩的模式被限定成使得γ>0，并且所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件圍繞相應(yīng)第二軸同相旋轉(zhuǎn)。

20.根據(jù)權(quán)利要求14-19中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件包括板，并且所述方法包括在所述板上向所述基板施加反射涂層，由此所述板充當(dāng)微鏡。

21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，并且包括：

驅(qū)動(dòng)所述微鏡圍繞相應(yīng)第二旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于所述萬向支架旋轉(zhuǎn)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述萬向支架圍繞第一軸相對(duì)于所述基板旋轉(zhuǎn)；以及

在所述微鏡和所述萬向支架旋轉(zhuǎn)時(shí)，朝所述微鏡引導(dǎo)光束，以便使得所述微鏡在場(chǎng)景上掃描所述光束。

22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中引導(dǎo)所述光束包括朝所述微鏡引導(dǎo)光脈沖，并且其中所述方法包括：

通過來自所述微鏡的反射來接收從所述場(chǎng)景反射的光；

生成用于指示往返于所述場(chǎng)景中的點(diǎn)的所述脈沖的渡越時(shí)間的輸出；以及

在光束掃描期間處理所述輸出，以便生成所述場(chǎng)景的三維圖。

23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中驅(qū)動(dòng)所述微鏡包括向電磁驅(qū)動(dòng)器施加電流，所述電磁驅(qū)動(dòng)器耦接到所述陣列，以便使得所述微鏡以第一頻率圍繞第一軸旋轉(zhuǎn)，所述第一頻率為旋轉(zhuǎn)的諧振頻率，同時(shí)使得所述萬向支架以第二頻率圍繞第二軸旋轉(zhuǎn)，所述第二頻率低于所述第一頻率。