CN101031839A - 二维微扫描器 - Google Patents

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Abstract

一种二维扫描器，包括可围绕第一轴(4)旋转的第一反射镜(1)和可围绕第二轴(5)旋转的第二反射镜(2)，所述第一和第二反射表面形成于同一衬底(3)上，其旋转轴(4，5)在公共平面上不平行；以及反射表面(6)，布置为使得所述第一反射镜(1)所反射的光束随后被所述表面(6)反射，并最终被所述第二反射镜(2)反射。因此，根据本发明，第一反射镜能够在第一方向上扫描光束，第二反射镜能够在第二方向上扫描光束。其结果是非常小型化的二维扫描器，其中，两个单个反射镜相互独立，但是相互之间仍然能够非常接近，消除了或者至少减少了图像失真。

Description

二维微扫描器
技术领域
本发明涉及包含至少两个采用可围绕轴旋转的反射镜形式的一维扫描器的二维扫描器。
背景技术
在传统的用于激光投影系统的二维扫描器中，小型的高频率MEMS(微电子机械系统)反射镜常常与较慢且较大的传统反射镜结合在一起。通常，高频是在kHz量级的，低频是在Hz量级的。然而，这种系统太大，不能满足在大多数商业产品中所需要的尺寸减小要求。
因此，希望用第二MEMS扫描器(或者任何其他同等尺寸的扫描器)来替代传统的反射镜。然而，将像MEMS扫描器这样小的两个独立扫描器对准极其困难，使得这种解决方案非常难以实现。
我们的解决方案是2D MEMS扫描器，其中，在较大的扭转扫描器的表面上形成较小的扫描器。因而较小扫描器的反射面能够执行2D扫描。将两个扭转扫描器合并的2D扫描器的实例在US 5,629,790中示出。这种2D扫描器的问题在于，两个反射镜的特征是彼此紧密相关的。换而言之，不能相互独立地选择尺寸和频率。这就是为什么目前没有具有所需要的尺寸(mm量级)并满足所需要的频率(10kHz/100Hz量级)组合的2D MEMS反射镜的原因。
因此，希望使用两个独立的1D扫描器。然而，由于MEMS扫描器的包装通常体积很大，因此这两个扫描器相互之间的距离将较远。如果不对图像进行补偿，则该距离会造成图像的失真。这种失真补偿的实例包括在美国申请2004/0027641中示出的复杂的弯曲反射镜系统。
发明内容
本发明的目的是克服上述问题，并提供适合于在微型激光投影系统中使用的2D扫描器。
该目的和其他目的是采用通过介绍方式而描述的类型的扫描器来实现的，其中，在同一衬底上形成两个反射镜，它们的旋转轴在公共平面上不平行，并且其中，将反射表面布置为使得由第一反射镜反射的光束随后被反射表面反射，并最终被第二反射镜反射。
根据本发明，第一镜面因而能够在第一方向上扫描所述光束，第二镜面能够在第二方向上扫描所述光束。其结果是非常小型化的二维扫描器，其中，两个单个反射镜相互独立，但是相互之间仍然能够非常接近，消除了或者至少减少了图像失真。
反射面优选地相对于第一和第二轴固定。这就得到了简单并鲁棒的设计，其中，对于两个可旋转反射镜的给定位置而言，给定的进入扫描器的入射角度得到相同输出。根据优选实施例，反射平面与第一和第二反射镜的公共平面平行。
第一和第二轴能够相互垂直，导致简单的2D扫描，其中，第一反射镜在x轴上扫描，而第二反射镜在y轴上扫描。
有利的是，能够用MEMS反射镜形成第一和第二反射镜，MEMS反射镜能够容易地制造为具有合适的特征。通过在同一衬底上提供两个MEMS，能够实现根据本发明的2D扫描器。
例如，在衬底上所形成的两个独立MEMS扭转扫描器的旋转部分上，能够分别形成第一和第二反射镜。这种扭转扫描器在现有技术中是已知的，我们认为可以在同一衬底上制造几个这种扫描器。衬底可以是硅的。
第一可旋转反射镜能够调节为采用第一谐振频率振荡，第二可旋转反射镜能够调节为采用第二谐振频率振荡，其中，第一频率与第二频率不同。这在将所述扫描器用于显示设备中时是有用处的，其中，低频能够对应于范围扫描(sweep)(每帧一次)，而高频对应于线扫描(在每帧中每行一次)。如所述，较低的频率通常是Hz量级的，而高频通常是kHz量级的。
附图说明
现在将参考示出本发明的当前优选实施例的附图，对本发明的该方面和其他方面进行详细描述，其中：
图1是包含根据本发明的扫描器的投影系统的第一实施例的透视图；
图2是包含根据本发明的扫描器的投影系统的第二实施例的透视图；以及
图3是适合于图1中扫描器的可旋转反射镜的透视图。
具体实施方式
图1中的扫描器包括在公共衬底3(例如硅衬底)上形成的两个可旋转反射镜1和2。每个反射镜可以分别围绕轴4、5旋转，在此轴4、5基本上相互垂直。
提供了另一反射表面6，其与这两个一维扫描器1和2有一段距离。在所示出的实施例中，表面6是平坦的，并且相对于扫描器1、2固定，并且基本上与轴4、5的平面平行。这并不是必须的，可以采用几种可替换方案来布置反射表面6。
除了包含反射镜1、2和反射表面6的扫描器之外，图1还示出了调制光源7和屏幕8。来自光源7的光束9射到第一扫描器1上，并在垂直于轴4的方向上进行扫描。然后，反射表面6将所扫描的光束反射到第二扫描器2，并在垂直于第二轴5的第二方向上进行扫描。从而，在二维区域中扫描单一光束9。
在图1中，使用图像数据(振幅和/或者颜色调制)调制光源，从而使得当在屏幕8上对光束进行扫描时生成所希望的图像。该屏幕可以是用户所观看的屏幕，或者是反射屏幕或者是透射屏幕，或者该屏幕之前有合适的投影系统(未示出)。
可替换的，如图2所示，光源是未调制光源7’，并且布置空间光调制器10来将所扫描的光束转换为图像。例如，该调制器可以是光阀阵列，例如液晶光阀。然后，将所调制的光投影到屏幕10上，其也可以是投影系统形式的。
每个反射镜1、2可以是本身已知的一种微扫描器(也称为MEMS扫描器)，例如图2中所示的扭转扫描器。扭转扫描器11包括平面形状的区域12，其通过两个扭力杆14或者弹簧从周围基板13悬挂。可以通过对层18蚀刻来形成该平面，层18沉积在其上已经形成凹槽的另一个层19上。布置促动器15、16，使得平面12以谐振频率进行振荡。在此，促动器可以是静电的，带有用于提供平面12与基板13之间的电压差的两个线圈15、16。可替换的，其可以是双压电晶片促动器，或者压电式促动器。通过使用合适的促动器来促动平面，使得平面12能够围绕由杆14所确定的轴转动。该平面还具有反射表面17，使得旋转平面12充当一维扫描器。
能够在同一衬底上形成两个该类型的MEMS扭转扫描器。这使用基本传统的制造工艺就能够实现。如果需要，各个扫描器的促动器能够相互隔离，以便防止串话。由于扫描器1、2是在衬底3上相互独立地形成的，因此其可以设计为具有不同特性，例如不同的谐振频率。因此，反射镜1、2中的一个能够具有kHz量级的较高谐振频率，而反射镜1、2中的另一个能够具有Hz量级的较低谐振频率。
本领域技术人员认识到，本发明决不限于上述优选实施例。相反，在附带的权利要求范围内，可以有很多改进和变体。例如，两个反射镜1、2的轴不需要是垂直的。只要它们不是平行的，就能够通过对反射镜的适当控制来实现2D扫描器。此外，可以为扫描器添加额外的反射镜或者其他光学元件，例如用于将光束从光源7引导到第一反射镜1，或者用于将所扫描的光束从扫描器2引导到平面8上。
在此已经联系显示设备描述了扫描器。当然，可以想象在显示领域中以及在其他领域中对于在此所公开的扫描器的很多其他应用。

Claims (8)

1、一种二维扫描器，包括：
可以围绕第一轴(4)旋转的第一反射镜(1)和可以围绕第二轴(5)旋转的第二反射镜(2)，所述第一和第二反射表面形成于同一衬底(3)上，其旋转轴(4，5)在公共平面上不平行；以及
反射表面(6)，其布置为使得所述第一反射镜(1)所反射的光束随后被所述表面(6)反射，并最终被所述第二反射镜(2)反射。
2、如权利要求1所述的二维扫描器，其中，所述反射表面(6)相对于所述第一和第二轴固定。
3、如权利要求2所述的二维扫描器，其中，所述反射表面(6)平行于所述公共平面。
4、如上述任意一个权利要求所述的二维扫描器，其中，所述第一和第二轴(4、5)相互垂直。
5、如上述任意一个权利要求所述的二维扫描器，其中，所述第一和第二反射镜由MEMS扫描器形成。
6、如权利要求5所述的二维扫描器，其中，所述第一和第二反射镜(1、2)分别由在所述衬底(3)中形成的两个独立扭转扫描器(11)的可旋转平面(12)形成。
7、如权利要求5或6所述的二维扫描器，其中，所述衬底是硅的。
8、如上述任意一个权利要求所述的二维扫描器，其中，所述第一反射镜(1)调节为采用第一谐振频率进行振荡，所述第二反射镜(2)调节为采用第二谐振频率进行振荡，所述第一谐振频率与所述第二谐振频率不同。
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