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映维网
2021年07月27日

）数字微镜器件已广泛应用于图像投影系统之中。对于微镜阵列，一系列单独铰接和可控的微镜元件可用于控制反射光的方向以投射数字像素阵列。然而，这种设备通常需要利用不同颜色的色轮或三个单独的像素阵列来投影全色图像，并且通常需要较大的和较高强度的光源，从而限制了投影系统的紧凑性。

在日前由美国专利商标局公布的一份专利申请中，
Magic Leap
就上述问题提出了一种扫瞄镜系统。

所述发明主要介绍了一种二维扫描微镜系统及其在图像投影系统中的应用。专利描述的二维扫描微镜系统用于在两个方向驱动反射光，可以利用两个单独的单轴微镜组件在正交方向扫描光束。

专利描述的光学扫描系统可包括一个或多个用于投射和扫描光束的扫描微镜组件。在一个实施例中，可以依次使用两个扫描微镜组件，第一扫描微镜组件用于沿第一方向扫描，第二扫描微镜组件与第一扫描微镜组件进行光通信并用于沿第二方向扫描。任选地，可密封封装扫描微镜组件，以保持密封封装内的扫描微镜组件处的压力低于密封封装外的压力。在一个实施例中，光继电器可用于提供第一扫描微镜组件和第二扫描微镜组件之间的光通信。

专利描述的光学扫描系统可以包括光源，所述光源布置成将发射的光引导到所述第一扫描微镜组件的第一反射器。光源可调制以允许控制颜色和/或强度。

示例性扫描微镜组件包括通过多个第一支撑挠曲与第一基座耦合的第一平台，例如第一平台可围绕第一轴振动；位于所述第一平台第一侧的应力消除层；位于第一平台第一侧的第一反射器，例如应力消除层位于第一反射器和第一平台之间；位于与所述第一平台第一侧相对的第一平台第二侧的第一导电线圈，所述第一导电线圈布置成围绕所述第一轴向第一平台施加磁力；以及第一磁场源。所述第一磁场源布置成向第一平台施加第一磁场。扫描微镜组件包括但不限于具有1khz到10mhz的固有谐振频率的组件。

在一个实施例中，扫描微镜组件使用厚平台。厚平台可允许微镜组件的反射器坚固且具有出色的平坦度。在一个实施例中，第一平台可具有100μm到500μm的厚度。应力消除层的使用可以允许平台不同侧的应力彼此偏移，从而增强反射器的平坦度，从而产生出色的反射器平坦度。在一个实施例中，应力消除层在第一平台第一侧提供第一应力分布，而第一导电线圈在第一平台第二侧提供第二应力分布。所以，第一应力分布和第二应力分布可以彼此相对，并且导致至少部分地彼此偏移。

扫描微镜组件可以通过电磁驱动来驱动。例如，第一磁场源可布置成提供与第一轴正交定向的第一磁场。扫描微镜组件可进一步包括多个支撑挠曲上的多个导电迹线，例如用于提供与导电线圈的电通信。在一个实施例中，导电迹线可在支撑挠曲上施加应力，导电迹线的数量可布置在多个支撑挠曲上，其配置为在多个第一支撑挠曲的不同侧施加相反的应力，以用于避免、减少，或者限制非线性效应。

在一个实施例中，扫描微镜组件中可以包括附加组件，例如驱动组件或换能器组件。在一个示例中，扫描微镜组件可包括一个或多个压电致动器，所述压电致动器布置成施加力以使第一平台围绕第一轴振动或感测第一平台围绕第一轴的振动或位置。

在另一个实施例中，扫描微镜组件包括通过多个第二支撑挠曲连接到第二基座的第一框架，例如第一框架可围绕第二轴振动；耦合到所述第一框架的第二平台，例如其中所述第二平台与所述第一框架一起围绕所述第二轴振荡；位于第二平台的第二反射器；位于所述第一框架上的第二导电线圈，所述第二导电线圈布置成围绕所述第二轴向所述第一框架施加磁力；以及第二磁场源。所述第二磁场源布置成向所述第一框架施加第二磁场。

专利同时描述了投影图像的方法。一种示例方法包括提供二维光学扫描系统。所述二维光学扫描系统包括第一扫描微镜组件和与第一扫描微镜组件进行光通信的第二扫描微镜组件；以第一频率诱导第一扫描微镜组件的第一振荡；以第二频率诱导第二扫描微镜组件的第二振荡，例如其中第二频率任选地小于第一频率；以及用光源照射所述第一扫描微镜组件的第一反射器以产生反射光，所述反射光引导到所述第二扫描微镜组件，并且由所述第二扫描微镜组件的第二反射器反射，从而产生输出反射光。

第一和第二扫描微镜组件可独立地对应于发明所述的不同扫描微镜组件。任选地，专利描述的方法可进一步包括将来自第二扫描微镜组件的输出反射光定向到目镜。专利描述的方法同时可以包括同步控制第一扫描微镜组件的振荡、第二扫描微镜组件的振荡、以及从光源输出光的颜色和/或强度。

图2A和2B是示例性扫描微镜组件200的示意图。扫描微镜组件200可包括硅或其它材料，并允许根据已知微制造技术进行图案形成和制造。扫描微镜组件200包括基座205和平台210，所述基座205和平台210通过多个支撑挠曲215连接到基座205。支撑挠曲215的构造和布置允许平台210围绕轴220振荡，如箭头245示意图所示。支撑挠曲215通过相对于基座205的部分旋转来支撑平台210围绕轴220的振动。

扫描微镜组件200同时包括导电迹线230，其在平台210处形成导电线圈235。导电线圈235可用于向平台210施加力（例如，磁力/电磁力），以诱导平台210围绕轴220振荡。导电线圈235可具有任何适当的圈数。在一个实施例中，导电迹线230可增加支撑挠曲215的刚度。由于支撑挠曲215可在振动期间随着支撑挠曲215的旋转而挠曲和/或移动，导电迹线230施加的附加刚度可以是时间相关的，因为附加刚度可以取决于扫描角度，并且这可以导致平台210围绕轴220振荡的非线性。更窄和/或更薄的导电迹线230可以抵消或最小化非线性，但更小或更薄的导电迹线230同时会增加设备的电阻和功耗，所以在一些实施例中，导电迹线230更宽更为有利，例如在可行的情况下占据支撑挠曲215的尽可能大的表面。另外，导电迹线230可以定位在扫描微镜组件200的一侧以及相反一侧，从而抵消扰动。

在图2B中，轴220在平面内和平面外延伸，箭头245示意性地显示了平台210的振动。磁场可以与流过导电线圈235的电流相互作用，以便在平台210施加力以诱导振动，例如通过传导线圈235传递交流电。除了电磁驱动之外，可以使用其他形式的致动器，例如压电致动器或静电致动器。反射器225显示在平台210的另一侧。反射器225可包括金属反射器或介电反射器，或例如其组合。

相关专利

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Magic Leap Patent | Scanning mirror systems and methods of manufacture

名为“ Scanning mirror systems and methods of manufacture”的Magic Leap专利申请最初在2021年1月提交，并在日前由美国专利商标局公布。