具有紧凑扫描镜的显示设备的制作方法

具有紧凑扫描镜的显示设备背景技术：1.显示设备可以利用扫描镜系统以扫描来自光源的光来产生可视图像。技术实现要素：2.公开了与针对显示设备的扫描镜系统有关的示例。一个示例提供了包括光源、支撑结构和扫描镜系统的显示设备。扫描镜系统包括镜、位于扫描镜系统的第一侧面处的第一锚、位于扫描镜系统的第二侧面处的第二锚和弯曲结构(flexure)。弯曲结构包括从第一锚向扫描镜系统的第一纵向端延伸并且转向以会合(meet)镜的第一端的第一部分，以及从第二锚向扫描镜系统的第二纵向端延伸并且转向以会合到镜的、与第一端相对的第二端的第二部分。扫描镜系统还包括致动器系统，该致动器系统被配置为致动弯曲结构，从而改变镜的扫描角度。3.提供该发明内容是为了以简化的形式介绍概念的选择，这些概念将在下面的具体实施方式中被进一步描述。本发明内容不旨在标识所请求保护的主题的关键特征或者必要特征，也不旨在被用以于限制所请求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决本公开的任何部分所提到的任何或者所有缺点的实现。附图说明4.图1示出了可以利用扫描镜系统的示例显示设备。5.图2示出了利用扫描镜系统以形成图像的示例显示设备的框图。6.图3示出了示例扫描镜系统。7.图4a‑4b图示了图3的扫描镜系统的致动。8.图5示出了另一示例扫描镜系统。9.图6示出了另一示例扫描镜系统。10.图7示出了另一示例扫描镜系统。具体实施方式11.在扫描显示系统中，来自光源的光可以通过改变扫描镜的角度被扫描，同时控制从一个或者多个光源所发射的光以产生可视图像。一些扫描镜系统被配置为以镜系统的谐振频率来扫描。在这样的示例中，扫描镜经由弯曲结构被耦合到致动器。致动器通过将扭转力应用到弯曲结构件来驱动扫描镜，从而扭曲弯曲结构以改变镜的扫描角度。然而，在一段时间内由弯曲结构所经历的重复张力可能降低弯曲结构并且因此影响整个扫描显示系统的寿命。12.一种缓解该张力的影响的方法是通过增加弯曲结构的纵横比来加强弯曲结构，诸如通过增加相对于弯曲结构厚度的弯曲结构的宽度。然而，增加弯曲结构纵横比可能造成各种缺点。例如，增加弯曲结构的宽度可能会增加弯曲结构的刚度。这可能会改变扫描镜系统设计的谐振频率并且使其他改变成为必要以保持所期望的谐振频率，诸如增加弯曲结构的长度。然而，较大的弯曲结构长度可能会增加扫描镜系统的总体尺寸，这针对优先考虑紧凑外形因素的显示设备(诸如，头戴式显示(hmd)设备)可能是不期望的。13.因此，公开了同具有相似谐振频率的其他设计相比，与包括具有紧凑几何形状的弯曲结构的谐振扫描镜系统有关的示例。本文中所公开的示例扫描镜系统可以被实现在任何合适的显示设备中。示例包括但不限于hmd设备和其他近眼显示设备，以及电视、显示器和移动设备显示器。图1示出了根据本文中所公开的示例的可以实现扫描镜系统的示例hmd设备100。hmd设备100包括被配置为向佩戴者显示近眼成像的显示系统。在一些实现中，显示系统包括基本上不透明的显示器102，将虚拟成像呈现为虚拟现实体验的部分，其中hmd设备100的佩戴者被完全沉浸在虚拟现实体验中。在其他实现中，显示系统包括至少部分透明的显示器102，允许用户来观察所呈现的虚拟成像连同通过显示器可视的真实世界背景以形成增强现实体验，诸如混合现实体验。在一些示例中，显示器102的不透明度是可调节的(诸如，经由调光过滤器)，使显示器能够工作为针对虚拟现实体验的基本不透明度显示器和作为针对增强现实体验的透明显示器两者。14.显示系统还包括扫描镜系统103，其被配置为扫描来自光源的光，以因此形成由hmd设备100的佩戴者可视的虚拟成像。hmd设备100可以包括任何合适的光学元件以显示，经由显示器102，由扫描镜系统103产生的虚拟成像，诸如一个或者多个光源、波导、全息光学元件、透镜、衍射光栅等。15.hmd设备100还包括被配置为执行包括生成用于在显示器102上显示的虚拟成像的各种计算功能的计算设备104。计算设备104可以包括任何合适的计算硬件，诸如包括处理器和存储子系统的逻辑子系统。逻辑子系统可以被配置为执行存储在存储子系统上的指令以实现任何合适的计算功能。在其他示例中，至少一些计算功能可以在板外被执行，例如经由一个或者多个网络可访问的计算系统。16.hmd设备100可以包括各种传感器以向计算设备104提供信息。这种传感器可以包括一个或者多个面向内的图像传感器(例如，用于眼睛跟踪)、一个或者多个面向外的图像传感器、惯性测量单元(imu)，和一个或者多个麦克风(例如，用于接收语音命令)。17.图2示意性地示出了包括扫描镜系统202的示例显示设备200。例如，hmd设备100的显示系统可以实现显示设备200的方面。显示设备200包括可操作地耦合到扫描镜系统202和光源206的控制器204。控制器204被配置为基于从视频源208(例如，计算设备104)所接收的视频图像数据来控制光源206以发射光。光源206可以包括任何合适的发光元件(诸如，一个或者多个激光器)。进一步地，光源206可以输出任何合适波长范围的光——例如，能够产生彩色图像的红色、绿色和蓝色波长范围。在其他示例中，光源206可以输出基本单色光。18.扫描镜系统202包括一个或者多个扫描镜210，其可控制地以改变来自光源206的光被反射的角度，以因此扫描图像。在一些示例中，扫描镜系统202可以包括被配置为在水平和垂直方向上扫描光的单个的镜，同时在其他示例中扫描镜系统可以包括用于在水平和垂直方向上扫描的分离的镜。19.通过扫描镜系统202所反射的光被引导向输出212用于显示所扫描的图像。输出212可以采用任何合适的形式，诸如投影光学、波导光学等。20.扫描镜系统202包括致动器系统214包括可控制(多个)致动扫描镜210的一个或者多个致动器216。通过下面参考图3的描述，(多个)致动器216可以通过驱动支撑扫描镜的弯曲结构来致动扫描镜210。(多个)致动器216可以采取任何合适的形式，包括但不限于压电的、静电的和电磁的形式。21.图3示出了包括扫描镜302的示例性扫描镜系统300，可控制扫描镜302以改变来自光源(例如，光源206)的光被反射的角度，以因此形成所显示的图像。例如，扫描镜系统300的方面可以在hmd设备100的显示系统和/或扫描镜系统202中被实现。22.反射镜302由包括第一部分304a和第二部分304b的弯曲结构304支撑。第一部分304a从位于扫描镜系统300的第一侧面308处的第一锚306向扫描镜系统的第一纵向端310延伸。第一部分304a然后转向以会合镜302的第一端312。第二部分304b从位于与第一侧面308相对的扫描镜系统300的第二侧面316处的第二锚314向扫描镜系统300的第二纵向端318延伸。第二部分304b然后转向以会合镜302的第二端320。如在本文中所使用的术语“转向”、“所转向的”、“曲线”、“曲线的”等指示其中弯曲结构沿着锚和镜之间的路径来改变方向的任何几何布置，包括平滑曲线的几何形状、角度的几何形状，和它们的组合。进一步地，如图3中所示，弯曲结构304可以包括统一结构(例如，包括与镜302会合的纵向部分和从锚延伸的曲线的部分)。在一些示例中，弯曲结构304可以与从弯曲结构延伸的锚相邻(例如，弯曲结构和锚可以是统一的)。相反地，其他扫描镜系统可以包括一个或者多个将致动器系统和/或锚连接到支撑扫描镜的弯曲结构的臂。23.扫描镜系统300还包括致动器系统，该致动器系统被配置为通过产生被施加到弯曲结构304以旋转镜302的扭转力来改变镜302的扫描角度。在所描绘的示例中，致动器系统包括沿弯曲结构304的各自部分所布置的两个致动器。所描绘的致动器采用压电材料的薄膜的形式，但在其他示例中可以使用任何其他合适的致动机制，包括静电和电磁致动器。更具体地，如下参考图4a至图4b所更详细地描述的，所描绘的致动器系统包括被配置为致动弯曲结构304的第一部分304a的第一致动器322和被配置为致动弯曲结构的第二部分304b的第二致动器324。虽然所示基本上包括三角形，在其他示例中第一和第二致动器322和324可以包括任何其他合适的几何形状。24.第一和第二锚306和314可以被配置为起枢轴作用以使第一和第二弯曲结构部分能够响应于驱动以类似杠杆方式移动。为此，第一和第二锚306和314可以被固定到下层的支撑结构上，如下文进一步所详细描述的。通过以类似杠杆方式移动，第一和第二弯曲结构部分304a和304b可以机械地放大由致动器系统所造成的运动，因此实现导致镜302的所放大运动的机械优势。25.弯曲结构部分的每个弯曲结构部分的几何形状限定了该弯曲结构部分和对应致动器之间相应的第一间隙，其中该间隙从扫描镜系统300的外周326向内地延伸。这参考第一弯曲结构部分304a作为示例来说明，第一间隙328从外周326向内地延伸。此外，每个弯曲结构部分限定第二间隙，该第二间隙将该弯曲结构部分的相邻的截面横向分隔开，针对第一弯曲结构部分被图示为第二间隙330。26.在图3中所描绘的示例中，每个弯曲部分的几何形状包括包含了一条或者多条曲线的曲折的、蛇形形状。例如，第一弯曲结构部分包括第一曲线332和第二曲线334。在所描绘的示例中，弯曲结构部分的曲率以连续方式变化。然而，其他弯曲结构部分几何形状可以被用于其他示例中。例如，弯曲结构部分可以包括一个或者多个角度部分，或者连续变化和角度的变化的组合。27.第一和第二弯曲结构部分304a和304b的曲折几何形状可以允许在相对于其他几何形状的紧凑空间中实现更大的弯曲结构长度。如图3中所看到的，在转向镜之前，每个弯曲结构部分的长度的显著片断向扫描镜系统300的第一和第二纵向端310和318并且在扫描镜系统的外周326内延伸。与弯曲结构从支撑结构(例如，臂或者将弯曲结构的端链接到镜系统的两个侧面的框架)线性延伸的设计相比，由曲折几何形状所提供的更大弯曲结构长度可以允许弯曲结构304对镜302的运动提供更大的机械放大。更大的弯曲部分长度也可以帮助来减少在致动期间由弯曲部分304所经历的总张力，因为由弯曲结构所接收的力可以贯穿这种更大的长度来分布。进一步地，更大的长度可以允许弯曲结构304被配置为具有相对较高的弯曲结构宽度与弯曲结构厚度纵横比，以因此增加弯曲结构的强度，而不用如上面所描述的过度地扩大扫描镜系统300的尺寸，同时支持扫描镜系统所期望的谐振频率。28.如上面所描述的，锚306和314可以通过被固定在下层支撑结构(诸如，电路板336)上起到针对臂的枢轴的作用。电路板336可以包括被配置为驱动致动器系统的驱动电路。在一些示例中，电路板336可以实现控制器204的至少一部分。29.任何合适的机制可以被采用以将锚306和314耦合到电路板336。在一些示例中，锚306和314经由丝焊被附接到电路板336，这两者都以机械地将扫描镜系统耦合到电路板并且还形成到扫描镜系统上的致动器和张力传感器的电连接。虽然锚306和314在图3中通常被描绘为矩形区域，但是锚在其他示例中可以展示任何其他合适的几何形状。30.电路板336可以包括用于接收来自传感器系统的输出的电路，该传感器系统被配置为感测扫描镜系统300中的张力。例如，来自传感器系统的输出可以被用作控制致动器系统的反馈信号。在图3所描绘的示例中，传感器系统包括位于第一锚306和第一致动器322之间的第一张力传感器338，和位于第二锚314和第二致动器324之间的第二张力传感器340。在其他示例中，第一和第二张力传感器338和340可以被布置在扫描镜系统300中的任何其他合适位置。第一和第二张力传感器338和340被配置为通过感测在对应的致动器和锚之间相应的位置处所经历的张力来感测弯曲结构304的张力。由于在镜302的致动期间第一和第二锚306和314凭借他们到电路板346的耦合可以相对于扫描镜系统300的其他区域经历所减少的张力，第一和第二张力传感器338和340也可以相对于扫描镜系统300的其他区域中的其他放置经历较少的张力。这可以帮助增加张力传感器的操作寿命并且因此增加扫描镜系统300的操作寿命。31.扫描镜系统300可以以任何合适的方式形成。在一些示例中，弯曲结构、镜，和锚通过合适的图形方法(例如，激光切割、物理或者化学蚀刻等)从单个基板342形成。在这种情况中，镜、锚，和弯曲结构可以是统一的。致动器系统和/或传感器系统可以包括安置在基板342上的一个或多个层。作为一个示例，其中致动器系统和/或传感器系统相应地包括(多个)压电致动器和(多个)压电传感器的，(多个)致动器和/或(多个)传感器可以包括第一电极层、包括压电材料的层，以及第二电极层。在该布置中，电压可以跨两个电极层来应用，以使压电材料的晶格中的改变，导致致动镜302的机械力。镜致动在一个或者多个传感器的压电材料中引起张力，因此跨每个传感器的两个电极层引起电压并且允许在弯曲结构304中感测张力。在一些示例中，所有传感器和致动器可以经由使用合适的图形过程的公共沉积步骤来形成。到传感器和致动器的电连接和来自传感器和致动器的电连接可以由与电极层相同的材料来形成，并且可以在与传感器和/或致动器的一个或者多个电极层相同的过程中被沉积。在又一示例中，致动器系统可以被配置为薄膜压电致动器系统，其中第一致动器322和第二致动器324包括公共薄膜的图形化的部分。32.图4a至图4b图示了扫描镜系统300的致动。在该示例中，镜302通过弯曲结构304的旋转在扫描方向中扫描光。为了旋转弯曲结构304，适当的电压跨致动器被应用(其中取决于所期望的镜位置，不同的电压可以跨每个致动器被应用)，从而使压电致动器材料改变形状。产生的张力使基板运动，该运动由弯曲结构304放大并且施加到镜302。图4a描绘了定向在第一扫描角度的镜302，同时图4b描绘了以与第一角度相对旋转地、定向在第二角度旋转的镜。如从图4a和4b中可以被看到的，经由弯曲结构304的镜302运动的机械放大使得镜的角度大于弯曲结构部分的相应角度。33.在一些示例中，镜302的旋转的轴可以相对于扫描镜系统300的纵向轴倾斜。其中镜302被配置为在所期望的方向中扫描光，这种倾斜可能导致镜扫描光在实际方向中与所期望的方向偏离。例如，镜302可以被配置为在水平方向上扫描，同时镜的实际扫描方向可以形成相对于水平方向的斜角度。为了补偿镜302的扫描方向中的这种偏离，可以使用椭圆形状的镜来代替。34.图5示出了包括镜502的示例扫描镜系统500，该镜502包括椭圆形状。在该示例中，镜502的纵向轴被定向在相对于扫描镜系统300的纵向轴的斜角度。该定向可以导致镜502的扫描方向与所期望的扫描方向(例如，水平线扫描方向)基本上对准。35.图6显示了包括由弯曲结构604支撑的镜602的另一示例扫描镜系统600，该弯曲结构604包括第一弯曲结构部分604a和第二弯曲结构部分604b。扫描镜系统600还包括位于扫描镜系统的第一侧面610处的第一锚606和第一致动器608，和位于与第一侧面相对的第二侧面616处的第二锚612和第二致动器614。与图3的扫描镜系统300相比，扫描镜系统600的锚和致动器所接近的纵向端是与扫描镜系统300的锚和致动器所接近的纵向端相对的。因此，弯曲结构604的长度相对大于弯曲结构304的长度。该相对较大的长度可以导致镜602的运动的机械放大的幅度相对较大，以及由弯曲结构304所经历的相对减小的压力程度。36.图7示出了包括由弯曲结构704支撑的镜702的另一示例扫描镜系统700。弯曲结构704包括从第一锚706延伸的第一弯曲结构部分704a和从第二锚708延伸的第二弯曲结构部分704b。扫描镜系统700缺少集成致动器系统。相反，外部致动器系统(图7中未示出)可以被可操作地被耦合到扫描镜系统700并且被配置为致动弯曲结构704以因此旋转镜702。任何合适类型的外部致动器系统可以被使用，包括但不限于电磁和静电致动器系统。37.另一示例提供了显示设备，该显示设备包括光源、支撑结构，和耦合到支撑结构的扫描镜系统，并且该扫描镜系统被配置为扫描来自光源的光以形成所显示的图像，扫描镜系统包括镜，第一锚和第二锚，第一锚位于扫描镜系统的第一侧面处，第二锚位于扫描镜系统的第二侧面处锚，第一锚和第二锚中的每个锚耦合到支撑结构，支撑镜的弯曲结构，弯曲结构包括：从第一锚向扫描镜系统的第一纵向端延伸并且转向以会合镜的第一端的第一部分，以及从第二锚向与第一纵向端相对的扫描镜系统的第二纵向端延伸并且转向以会合到镜的、与第一端相对的第二端的第二部分，以及被配置为致动弯曲结构从而以变化镜的扫描角度的致动器系统。在这样的示例中，致动器系统可以包括一个或者多个压电致动器。在这样的示例中，致动器系统可以备选地或附加地包括静电致动器和电磁致动器中的一项或多项。在这样的示例中，致动器系统备选地或附加地可以包括位于扫描镜系统第一侧面处的第一致动器和位于扫描镜系统第二侧面处的第二致动器。在这样的示例中，显示设备备选地或者附加地可以包括被配置为感测弯曲结构的张力的传感器，第一传感器位于第一锚。在这样的示例中，镜可以包括椭圆形状。在这样的示例中，支撑结构可以包括电路板，并且扫描镜系统可以经由一个或者多个丝焊被电耦合到电路板。在这样的示例中，弯曲结构的第一部分和第二部分中的每个部分备选地或附加地可以限定从扫描镜系统的外周向内延伸的相应的间隙。38.另一个示例提供了一种扫描镜系统，包括镜、位于扫描镜系统第一侧面处的第一锚和位于扫描镜系统第二侧面处的第二锚，以及支撑镜的弯曲结构，该弯曲结构包括从第一锚向扫描镜系统的第一纵向端延伸并且转向以会合镜的第一端的第一部分，以及从第二锚向与第一纵向端相对的扫描镜系统的第二纵向端延伸并且转向会合到镜的、与第一端相对的第二端的第二部分，以及被配置为致动弯曲结构从而以变化镜的扫描角度的致动器系统。在这样的示例中，致动器系统可以包括一个或者多个压电致动器。在这样的示例中，致动器系统可以备选地或者附加地包括静电致动器和电磁致动器中的一项或多项。在这样的示例中，致动器系统备选地或附加地可以包括位于扫描镜系统第一侧面处的第一致动器和位于扫描镜系统第二侧面处的第二致动器。在这样的示例中，扫描镜系统备选地或附加地可以包括被配置为感测弯曲结构的张力的传感器，第一传感器位于第一锚处。在这样的示例中，镜可以包括椭圆形状。在这样的示例中，弯曲结构的第一部分和第二部分中的每个部分备选地或附加地限定从扫描镜系统的外周向内延伸的相应间隙。39.另一示例提供了扫描镜系统，该扫描镜系统包括镜、位于扫描镜系统第一侧面处的第一锚和位于扫描镜系统第二侧面处的第二锚，以及支撑镜的弯曲结构，该弯曲结构包括从第一锚向扫描镜系统的第一纵向端延伸并且转向以会合镜的第一端的第一部分，以及从第二锚向与第一纵向端相对的扫描镜系统的第二纵向端延伸并且转向会合到镜的、与第一端相对的第二端的第二部分，以及薄膜压电致动器系统，该薄膜压电致动器系统被配置为驱动弯曲结构从而以变化镜的扫描角度。在这样的示例中，镜、第一锚、第二锚和弯曲结构可以是统一的。在这样的示例中，压电致动器系统可以包括位于扫描镜系统第一侧面处的第一致动器和位于扫描镜系统第二侧面处的第二致动器。在这样的示例中，第一致动器和第二致动器可以包括公共薄膜的图形化的部分。在这样的示例中，镜可以包括椭圆形状。40.应当理解，本文描述的配置和/或方法在本质上是示例性的，并且这些特定实施例或者示例不在限制意义上被考虑，因为许多变化是可能的。本文所描述的常规或者方法可以表示任意数目的处理策略中的一个或者多个处理策略。如此，可以以所图示的和/或所描述的序列、以其他序列、并行地或者省略地执行所图示的和/或所描述的各种动作。同样地，上面所描述的过程的顺序可以被改变。41.本公开的主题包括本文所公开的各种过程、系统和配置、以及其他特征、功能、行为和/或属性的所有新颖和不明显的组合和子组合，以及其任何和所有等同物。