MEMS扫描显示设备制造技术

公开了与扫描图像显示系统有关的示例。在一个示例中，一种扫描头戴式显示系统包括光源、运动传感器、被配置为沿着至少一个维度扫描来自光源的光以形成图像的扫描镜系统、以及控制器，控制器被配置为控制扫描镜系统扫描光以形成图像，从运动传感器接收头部运动数据，并且基于头部运动数据调节扫描速率和图像的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项。

MEMS scanning display device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MEMS扫描显示设备
技术介绍
一些显示设备采用光源扫描来产生可视图像。在一个示例中，激光被扫描镜系统以不同角度反射以在投射图像的像素上扫描激光。控制每个像素处的光的颜色和/或强度允许图像被投射。
技术实现思路
公开了与头戴式扫描图像显示系统有关的示例。在一个示例中，一种扫描头戴式显示系统包括光源、运动传感器、被配置为沿着至少一个维度扫描来自光源的光以形成图像的扫描镜系统、以及控制器，控制器被配置为控制扫描镜系统扫描光以形成图像，从运动传感器接收头部运动数据，并且基于头部运动数据调节扫描速率和图像的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项。提供本“
技术实现思路
”是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的“具体实施方式”中进一步描述。本“
技术实现思路
”不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任何部分中提到的任何或所有缺点的实现。附图说明图1示出了示例MEMS扫描头戴式显示设备的框图。图2示出了示例激光轨迹图。图3示出了另一示例激光轨迹图。图4示出了处于第一旋转定向的示例激光器裸片。图5示出了处于第二旋转定向的图4的示例激光器裸片。图6示出了另一示例激光轨迹图。图7示出了另一示例激光轨迹图。图8示出了说明动态地调节扫描头戴式显示设备的一个或多个操作参数的示例方法的流程图。图9示出了另一示例扫描头戴式显示设备的框图。图10示出了另一示例扫描头戴式显示设备的框图。图11示出了示例计算设备的框图。具体实施方式如上所述，一些显示设备采用光源扫描来产生可视图像。在一个示例中，激光被镜系统以不同角度反射以在整个视场(FOV)中投射反射激光。为了实现一系列反射角，诸如微机电系统(MEMS)致动器等合适致动器可以旋转镜系统。MEMS致动器可以在水平和竖直方向上旋转镜系统以在二维FOV中产生可视图像。为此，镜系统可以包括在水平和竖直方向两者上驱动的单个镜、或者在水平和竖直方向上分开驱动的两个镜。可以在水平和竖直方向上采用不同的扫描速率。例如，在双镜系统中，水平扫描的镜可以以相对较快的速率(例如，～10kHz)驱动，而竖直扫描的镜可以以相对较慢的速率(例如，～60Hz)驱动。水平和竖直扫描速率可以至少部分确定以这些速率生成的图像的分辨率、以及诸如镜孔径(例如，直径)和扫描角度等其他因素。然而，当前的MEMS技术对镜扫描速率设置了上限，进而限制了显示分辨率。作为示例，27kHz水平扫描速率与60Hz竖直扫描速率相结合可以产生720p的竖直分辨率。可能需要明显更高的竖直分辨率(例如，1440p、2160p)，特别是对于近眼显示器实现，其中720p和类似的竖直分辨率可能看起来模糊和分辨率很低。虽然水平和/或竖直扫描速率的增加会增加显示分辨率，但前者在技术上可能不可行，而后者增加了功耗。此外，高扫描速率可能至少部分约束镜扫描角度和孔径，其中还期望更大的值。另外，由于与较小“像素”尺寸相关联的衍射极限，支持较高分辨率也可能需要较大的镜尺寸。使用这种较大的镜可能进一步增加用扫描显示器实现更高分辨率的难度，因为较大的镜导致较低的扫描频率。因此公开了用于被配置用于高分辨率输出的基于激光的MEMS扫描显示设备的示例。如下所述，操作多个激光器的交织图案可以与可变扫描速率和/或交织帧之间的相位偏移组合以实现激光输出之间的期望间距，进而产生期望的图像像素间距和分辨率。多个激光器的使用允许每个镜周期扫描多个行，从而允许在不增加镜扫描频率的情况下实现更高的分辨率，并且还允许使用更大的镜，这可以帮助避免由衍射极限施加的像素尺寸的问题。此外，公开了一些示例，其中来自眼睛跟踪传感器的输出用于根据用户注视方向动态地改变激光输出间距。图1示出了被示出为基于激光的MEMS扫描显示设备的示例显示设备100的框图。显示设备100包括光源102，如下面参考图4和5进一步详细描述的，光源102可以采用任何合适的形式(例如，一个或多个固态激光器)，并且可以输出一个或多个波长的光(例如，红色、绿色和/或蓝色波长范围内的光)。光源102输出光以供第一镜104接收，第一镜104将从光源接收的光反射向第二镜106。第一镜104可以被配置为在水平(例如，x轴)方向上扫描，而第二镜106可以被配置为在竖直(例如，y轴)方向上扫描，使得光最终在整个二维FOV中投射并且形成可视图像。在其他示例中，第一镜可以竖直扫描，而第二镜可以水平扫描。图1示出了来自第二镜106的光向输出108的反射，在输出108处形成可视图像。输出108可以采用任何合适的形式，诸如显示表面、投射光学器件、波导光学器件等。作为示例，显示设备100可以被配置为虚拟现实头戴式显示器(HMD)设备，其输出108被配置为不透明表面，或者显示设备100可以被配置为混合现实HMD设备，其输出被配置为部分透明表面，通过该部分透明表面可以传输与周围物理环境相对应的图像并且将其与激光组合。显示设备100可以采用其他合适的形式，诸如抬头显示器、移动设备屏幕、监视器、电视等。为了能够生成期望图像，致动器110分开驱动第一镜104和第二镜106。在一个示例中，致动器110以第一相对更快的速率(例如，27kHz、35kHz)在水平方向上旋转第一镜104，以第二相对较慢的速率(例如，60Hz、120Hz)在竖直方向上旋转第二镜106。第二速率可以固定，使得第二镜106以连续方式竖直扫描，而在其他示例中，竖直扫描可以逐步执行，使得第二镜在水平扫描行完成之前具有基本等于零的竖直速度，并且在水平扫描行完成之后非零，从而转换到随后的水平扫描行。镜104和106可以采用任何合适的形式，诸如MEMS致动的镜(例如，谐振压电致动的)。在一些实现中，显示设备100还可以包括可操作以检测显示设备的用户的注视方向的眼睛跟踪传感器112。注视方向可以被映射到显示空间中的区域以确定输出108处用户注视所指向的位置。如下面参考图3进一步详细描述的，可以响应于所确定的注视位置来改变显示设备100的一个或多个操作参数(例如，竖直扫描速率、相位偏移)。传感器112可以采用任何合适的形式。作为示例，传感器112可以包括被配置为引起闪烁的光从用户的每只眼睛的角膜反射的一个或多个光源(例如，红外光源)、以及捕获用户眼睛的图像(包括(多个)闪光)的一个或多个图像传感器。在一些示例中，显示设备100还可以包括可操作以检测显示设备的运动(例如，由用户头部的移动引起的)的运动传感器113。如下面参考图8进一步详细描述的，可以响应于检测到的运动来改变显示设备100的一个或多个操作参数(例如，竖直扫描速率、相位偏移)。运动传感器113可以采用任何合适的形式。作为示例，运动传感器113可以包括一个或多个加速度计、陀螺仪和/或磁力计。显示设备100还包括用于实现本文中描述的方法的控制器114。控制器114可以控制激光器102(例如，频率、强度、占空比)和/或第一镜104和/或第二镜106的操作。控制器114可以从眼睛跟踪传感器112和/或运动传感器113接收输出，并且还可以基于眼睛跟踪传感器输出和/或运动传感器输出调节激光器、第一镜和/或第二镜的操作。显示设备100可以包括图1中未示出的替代或附加元件。例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扫描头戴式显示系统，包括：光源；运动传感器；扫描镜系统，被配置为沿着至少一个维度扫描来自所述光源的光以形成图像；以及控制器，被配置为：控制所述扫描镜系统扫描所述光以形成所述图像，从所述运动传感器接收头部运动数据，以及基于所述头部运动数据调节扫描速率和所述图像的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.03 US 62/467,086;2017.06.15 US 15/624,477;1.一种扫描头戴式显示系统，包括：光源；运动传感器；扫描镜系统，被配置为沿着至少一个维度扫描来自所述光源的光以形成图像；以及控制器，被配置为：控制所述扫描镜系统扫描所述光以形成所述图像，从所述运动传感器接收头部运动数据，以及基于所述头部运动数据调节扫描速率和所述图像的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项。2.根据权利要求1所述的扫描头戴式显示系统，其中所述扫描镜系统包括被配置为在第一方向上扫描所述光的第一镜和被配置为在第二方向上扫描所述光的第二镜。3.根据权利要求2所述的扫描头戴式显示系统，其中所述控制器被配置为通过相对于所述第一方向上的所述光的所述扫描调节所述扫描镜系统发起所述第二方向上的所述光的所述扫描的时间，来调节所述第一帧与所述第二帧之间的所述相位偏移。4.根据权利要求1所述的扫描头戴式显示系统，其中所述控制器被配置为基于所述图像中的区域处的期望行间距，来调节所述第一帧与所述第二帧之间的所述相位偏移。5.根据权利要求4所述的扫描头戴式显示系统，其中所述区域是所述图像中的多个区域之一，并且其中所述控制器被配置为将相应的相位偏移与所述多个区域中的每个区域相关联。6.根据权利要求1所述的扫描头戴式显示系统，还包括被配置为检测用户的注视方向的眼睛跟踪传感器，并且其中所述控制器还被配置为将所述注视方向映射到所述图像中的区域，并且基于所述图像中的所述区域来调节所述扫描速率和所述相位偏移中的一项或多项。7.根据权利要求6所述的扫描头戴式显示系统，其中所述区域是所述图像的中央凹区域，所述图像包括非中央凹区域，并且其中所述控制器还被配置为增加所述非中央凹区域中的所述扫描速率并且降低所述中央凹区域中的所述扫描速率。8.根据权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·塔迪夫，J·O·米勒，J·N·马格里斯，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US