【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于将电磁辐射投影到、特别是利萨如投影到观察场的微型扫描器，以及一种配备这种微型扫描器的光束偏转系统，用于投影图像序列、特别是具有特定的恒定图像刷新频率的图像序列。
技术介绍
1、微型扫描器，在技术语言中特别地被称为“mems扫描器”、“mems镜”或“微型镜”，或者在英语中被特别地称为“微型扫描器”或“微型扫描镜”或“mems镜”，是微型机电系统(mems)，或者更准确地说是用于电磁辐射、特别是可见光的动态调制的微型镜致动器类型的微型光-电-机系统(moems)。根据结构，单个镜的调制运动可以平移地或者围绕至少一个轴旋转地进行。第一种情况实现了相移效应，第二种情况实现了入射电磁辐射的偏转。另外还要考虑的是微型扫描器，其中单个镜的调制运动是旋转进行的。相比于镜阵列中通过多个镜的协同作用来调制入射光，在微型扫描器中调制是通过单个镜实现。
2、微型扫描器可以特别用于偏转电磁辐射，以便借助于偏转元件(“镜”)对入射于其上的电磁波束相对于其偏转方向进行调制。这可以特别用于引起波束在观测场或投影场中的利萨茹投影。例如，可以完成成像感测任务或者实现显示功能。此外，这种微型扫描器也可以用于以有利的方式照射材料并因此能够处理材料。其它可能的应用是在使用电磁辐射照明或照亮某些开放或封闭空间或空间区域的领域中，例如在使用前照灯的环境下。
3、在许多情况下，微型扫描器由镜板(偏转板)组成，镜板侧向悬挂在可弹性拉伸的弹簧上。人们将优选仅围绕单一轴可移动悬挂的单轴镜与双轴镜和多轴镜区分开来。
4、无论
5、微型扫描器通常采用硅技术的方法来制造。基于硅晶片基板，使用层沉积、光刻和蚀刻技术在硅中形成微型结构，并由此实现具有可移动mems镜的微型扫描器，特别是作为芯片。也可以使用半导体材料代替硅。
6、通常使用静电、电磁、压电、热和其它致动器原理作为驱动。在此，镜运动可以特别是准静态地(＝非谐振地)或者谐振地进行，后者特别是为了实现更大的振幅、更大的偏转和更高的光学分辨率。此外，在谐振操作中，原则上还可以使能耗最小化，或者特别是在稳定性、鲁棒性、产量等方面有优势。扫描频率通常从0hz(准静态)直至超过100khz(谐振)。
7、尽管这里描述的根据本专利技术的微型扫描器原则上可以在许多不同的领域中有意义且成功地使用，但是下文中将特别讨论其激光投影显示器领域中的应用。
8、在许多已知的情况下，基于微型扫描器的激光投影显示器是所谓的光栅扫描显示器，其中第一光束偏转轴在高频(通常为15khz至30khz)下谐振地运行(快轴)，以产生水平偏转，并且第二轴在低频(通常30hz至60hz)下准静态地运行，以产生垂直偏转。在此，固定设定的格栅状线形图案(轨迹)通常每秒再现(reproduziert)30到60次。
9、另一种方式是应用在所谓的利萨如微型扫描器中，特别是还应用在利萨如扫描显示器中。在那里，两个轴通常谐振运行并在此创建利萨如图形式的扫描路径。通过这种方式，可以在两个轴上实现大振幅。特别是垂直偏转可以因此比光栅扫描器大很多。相应地，在利萨如微型扫描器、特别是利萨如扫描显示器中，通常可以实现比光栅扫描显示器明显更高的光学分辨率，特别是在垂直方向上。
10、由专利文献ep2514211b1已知一种用于将利萨茹图形投影到观测场的投影系统的偏转装置，其被设计成使波束围绕至少一个第一偏转轴和一个第二偏转轴偏转，以产生利萨茹图形。
11、通常针对基于微型扫描器的利萨如激光束偏转系统提出以下要求中的一项或多项：
12、-高扫描频率，例如最小10khz和最大80khz之间，以便能够特别是每秒投影尽可能多的扫描行，并且能够实现高轨迹重复率，并在此基础上实现高图像刷新率；
13、-优选地，两个光束偏转轴(振动轴)就其扫描频率而言不相差太多并因此代表有两个快轴，以便通过这种方式针对观察者产生特别是非常有利的轨迹、对投影区域的良好且非常快速的覆盖、以及在显示器的情况下尽可能少的或仅稍微明显的闪烁伪像(flacker-artefakte)。关于相应(振动)轴的术语“快”和“慢”在此分别是指在微型扫描器的偏转元件(镜)在其运行期间围绕相关轴振动的振动频率。该术语特别是被相对地用于区分“较快的”轴和“较慢的”轴。始终有利的是，较快轴的频率f1与较慢轴的频率f2的频率比接近整数比，使得该比值f1/f2例如相应地接近1、2、3、4等。在此，各个频率相对于该整数比的失谐扮演了重要的角色，因为频率的这种失谐决定了利萨如轨迹在空间上继续移动的有多快。在整数比的情况下，失谐等于零，并且轨迹是固定的并以该形式不断重现。相反，如果频率的失谐大于零，则轨迹开始游移，更确切地说，在一定的间隔内，频率相对于整数比的失谐越大，游移就越快。轨迹继续移动的前进速度可以有利地选择为建立特定的轨迹重复率，例如30hz、40hz、...、100hz，轨迹以该轨迹重复率重现或者说在理想的无干扰条件下更精确地重现。
14、(需要说明的是：由于相位调节回路和其它调节回路的干预，精确重现通常是不可能的。尽管如此，适宜选择的失谐和相关适宜的前进速度的优点仍然存在)；
15、-大的镜直径，特别是为了能够实现小光斑尺寸和高光学像素分辨率。特别是与光波导(英语：wave guide)的相互配合中，为了能够实现大的所谓“眼盒”(eyebox)和低衍射损失以及尽可能少的伪影，大的镜直径是非常有利的；
16、-大的光束偏转角度，特别是为了能够实现尽可能高的像素分辨率和大的投影或观察场(视场(field-of-view)，fov)；
17、-尽可能小的结构空间或尽可能小的芯片尺寸，特别是为了能够使电子终端设备(例如智能眼镜(例如增强现实(ar)眼镜)、智能手机或平板电脑)的基于微型扫描器的激光投影仪能够几乎不可见地消失在眼镜腿中或智能手机或平板电脑的壳体中，但同时还能够实现低制造成本；
18、-最小的功耗，特别为了能够使终端设备实现低发热和尽可能长的电池寿命。
19、但是，这些要求往往会涉及到相反的作用，如以下示例所示：
20、-为了能够更好地满足紧凑性要求而减小其结构的微型扫描器通常会损失致动器面积，从而损失驱动力或驱动转矩，并由此损失最大偏转，进而特别是损失(像素)分辨率和性能(例如，视域尺寸、可实现的轨迹重复率以及取决于此的可用图像重复率)。
21、-结构减本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于将电磁射束投影到观察场上的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述微型扫描器(200；300；400)具有：
2.根据权利要求1所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述曲流部(210b)的其中之一具有：直线形的第一曲流支路和第二曲流支路，所述第一曲流支路和所述第二曲流支路分别沿着关于所述微型镜的几何中心点(M)的相应径向方向延伸；以及第三曲流支路，所述第三曲流支路连接所述第一曲流支路和所述第二曲流支路并在此补充所述曲流部(210b)。
3.根据权利要求2所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述第第一曲流支路和所述第二曲流支路分别具有沿关于所述微型镜的中心点(M)的方位角方向确定的结构宽度，所述结构宽度位于最小0.05°和最大5.00°的范围内或者在该范围内伸展。
4.根据权利要求2或3所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述第三曲流支路沿着所述方位角方向被弧形地引导。
5.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述偏转元件(205)具有
6.根据权利要求5所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述偏转元件(205)的周边至少在一周向区段中圆弧形地延伸，并且所述弹簧区段(210a)以其纵向方向(210d)沿着至少部分平行于所述偏转元件(205)的该周向区段的圆弧形路线延伸的线被引导。
7.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述微型扫描器(200；300；400)的以下功能元件中的至少两个是至少成比例地由相同的板形基板制成：所述弹簧装置，所述偏转元件，所述支撑结构。
8.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述弹簧装置的弹簧(210)的数量为2、3、4、5或6个。
9.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(200；300；400)，还具有用于直接或间接驱动所述微型扫描器(200；300；400)围绕两个振动轴振荡的驱动装置。
10.根据权利要求9所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述驱动装置具有至少一个带有压电致动器的驱动元件(230)，所述压电致动器被布置在所述弹簧(210)的其中一个上以使该弹簧置于振动中。
11.根据权利要求9或10所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述驱动装置被配置为，其能够使所述偏转元件处于相对于所述第一振动轴和所述第二振动轴的双谐振振动中。
12.根据权利要求11所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述驱动装置被配置为，其能够使所述偏转元件处于相对于所述第一振动轴和所述第二振动轴的双谐振振动中，使得两个振动轴中较快的振动轴的振动频率f1与两个振动轴中较慢的振动轴的振动频率f2的频率比适合于：f1/f2＝F+v，其中F是自然数，并且失谐v适合于：v＝(f1-f2)/f2，其中(f1-f2)<200Hz，其中v不是整数。
13.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(200；300；400)，所述微型扫描器被设计为，使所述偏转元件(205)能够同时围绕两个彼此正交的振动轴(A1，A2)以各自的特定于相应轴的独有谐振频率自由地振动。
14.根据权利要求13所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述第一和第二振荡的谐振频率中较大的谐振频率与这些振荡中较小的谐振频率之比对应于一整数值，或者与最接近的整数值的比率相差最大10％，优选最大5％。
15.根据权利要求13或14所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述弹簧装置具有偶数N个结构相同的弹簧(210)，用于将所述偏转元件(205)悬挂在所述支撑结构(215)上，但是所述N个弹簧的整体布置偏离相对于与两个振动轴(A1，A2)正交的对称轴的N重旋转对称而被选择为，使所述弹簧装置的由该N个弹簧(210)整体引起的弹簧刚性和/或所述偏转元件(205)连同所述弹簧(210)一起的振动性布置的有效惯性力矩对于两个振动轴(A1，A2)是不同的。
16.根据权利要求12或13所述的微型扫描器(200；300；400)，其中：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于将电磁射束投影到观察场上的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述微型扫描器(200；300；400)具有：
2.根据权利要求1所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述曲流部(210b)的其中之一具有：直线形的第一曲流支路和第二曲流支路，所述第一曲流支路和所述第二曲流支路分别沿着关于所述微型镜的几何中心点(m)的相应径向方向延伸；以及第三曲流支路，所述第三曲流支路连接所述第一曲流支路和所述第二曲流支路并在此补充所述曲流部(210b)。
3.根据权利要求2所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述第第一曲流支路和所述第二曲流支路分别具有沿关于所述微型镜的中心点(m)的方位角方向确定的结构宽度，所述结构宽度位于最小0.05°和最大5.00°的范围内或者在该范围内伸展。
4.根据权利要求2或3所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述第三曲流支路沿着所述方位角方向被弧形地引导。
5.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述偏转元件(205)具有弯曲的周向区段，并且所述弹簧区段(210a)沿其纵向延伸至少部分地平行于所述偏转元件(205)的该周向区段的路线被引导。
6.根据权利要求5所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述偏转元件(205)的周边至少在一周向区段中圆弧形地延伸，并且所述弹簧区段(210a)以其纵向方向(210d)沿着至少部分平行于所述偏转元件(205)的该周向区段的圆弧形路线延伸的线被引导。
7.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述微型扫描器(200；300；400)的以下功能元件中的至少两个是至少成比例地由相同的板形基板制成：所述弹簧装置，所述偏转元件，所述支撑结构。
8.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(200；300；400)，其中，所述弹簧装置的弹簧(210)的数量为2、3、4、5或6个。
9.根据前述权利要求中任一项所述的微型扫描器(200；300；400)，还具有用于直接或间接驱动所述微型扫描器(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：U·霍夫曼，F·施瓦兹，T·范万托克，
申请(专利权)人：奥克门特有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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