具有邻近于扫描镜的相对侧而悬臂的致动器对的微机电系统（MEMS）扫描仪的制作方法

具有邻近于扫描镜的相对侧而悬臂的致动器对的微机电系统(mems)扫描仪

背景技术：

1.微机电系统(mems)扫描设备通过向被机械耦合到扫描镜的致动器施加驱动信号来调制扫描镜的位置。针对mems扫描设备的一个重要设计目标是减小形状因子，以辅助使向其安装mems扫描设备的产品小型化。例如，mems扫描设备通常被用在头戴式显示器(hmd)设备应用中，并且使hmd设备组件小型化是该行业内的主要目标。减小mems扫描设备的总体形状因子(例如，尺寸)明显地推进了该目标。针对mems扫描设备的另一重要设计目标是经由将驱动信号应用于致动器，使在扫描镜处可实现的角旋转量最大化。通常，在扫描镜内可实现的角旋转量与在致动器内可实现的可致动行程量直接相关。
2.遗憾的是，这两个设计目标往往彼此冲突，因为较大的致动器通常比较小的致动器产生更多的可致动行程。为了例示说明这一点，考虑在致动器中可实现的可致动行程的量倾向于与增加的致动器长度纵向和增加的薄膜面积(例如，在其上沉积压电材料)两者相关地增加。出于该原因，常规的mems扫描设备常常包括延伸远超过扫描镜的两个相对端的薄膜压电致动器，所述扫描镜被可旋转地耦合到框架结构。尽管这样的常规设计可以产生足够的致动器行程，并且因此产生扫描镜的角旋转，但是这些设计对于减小mems扫描设备的总体形状因子(例如，尺寸)的设计目标仍然存在很大的不足。
3.关于这些以及其他考虑，提出了在本文中所做的公开内容。

技术实现要素：

4.在本文中所描述的技术提供了一种微机电系统(mems)扫描设备(下文被称为“mems扫描仪”)，其包括邻近于扫描镜的侧面而悬臂的致动器对。概括地描述了，在本文中所公开的各种mems扫描仪实施例利用致动器对，所述致动器对沿着扫描镜的侧面延伸并且可以被激活以将致动器行程施加到被耦合到扫描镜的端部的扭转梁挠曲件处。所述扭转梁挠曲件从框架结构悬置所述扫描镜，并且促进扫描镜绕旋转轴的旋转。例如，每个扭转梁挠曲件可以包括延伸到致动器对的对应致动器的尖端的一个或多个杠杆臂。在mems扫描仪的操作期间，驱动信号可以被施加到所述致动器对，以使得所述致动器对中的每个个体致动器一致变形，由此生成一定程度的尖端偏转。由于所述扭转梁挠曲件经由杠杆臂被连接到所述致动器的尖端，所以该尖端偏转用作致动器行程，所述致动器行程向扭转梁挠曲件中诱发扭转变形——由此导致扫描镜绕旋转轴的旋转。如下文详细描述的，邻近于扫描镜的侧面而悬臂的致动器对显著降低了mems扫描仪的形状因子，而不会减小经由对驱动信号的施加能够向扫描镜中诱发的角旋转。因此，在本文中所描述的技术提供了优于常规mems扫描仪的优点，所述常规mems扫描仪包括向远处延伸超过从其悬置扫描镜的端部的薄膜压电致动器。
5.为了例示说明这一点，考虑能够向扫描镜中诱发的角旋转量随着能够在致动器尖端处诱发的可致动行程量的增加而增加。进一步考虑，在致动器尖端处可实现的可致动行程量倾向于与增加的致动器长度(例如，致动器板从框架结构悬臂的距离)和增加的薄膜面
积(例如，致动器的向其上沉积压电材料的总表面)两者相关地增加。因此，mems扫描仪的未被用于增加致动器长度或薄膜面积的区域不用于增加可致动行程，并且继而不用于增加可实现的角旋转。一些现有的mems扫描设备已经成熟，具有这种类型的所谓“死空间”的区域(例如，不被用于增加致动器长度或薄膜面积的区域)，所述区域邻近于扫描镜的侧面。与现有的mems扫描设备相反，在本文中所描述的各种mems扫描仪实施例包括邻近于扫描镜的一侧或两侧而定位的致动器对，从而有效地利用这些区域来有助于可实现的角旋转。以这种方式，能够显著降低mems扫描仪的总体形状因子，而不会对扫描镜的可实现角旋转方面的功能产生负面影响。
6.在示例性实施例中，mems扫描仪包括扫描镜，所述扫描镜通过被机械耦合到扫描镜的相对端的两个扭转梁挠曲件而从框架结构悬置。mems扫描仪还包括两对致动器(例如，组成四个个体致动器)，其从框架结构悬臂并且邻近于扫描镜的相对侧来定位。致动器可以通过扭转梁挠曲件而被直接或间接地耦合到扫描镜。例如，所述扭转梁挠曲件中的每个扭转梁挠曲件可以包括两个杠杆臂，其在彼此相反的方向上延伸，并且每个杠杆臂被机械地耦合到对应的致动器尖端。亦即，每个扭转梁挠曲件可以被耦合到两个致动器尖端，所述两个致动器尖端位于扫描镜的相对侧上并且对应于不同的致动器对。在一些实施例中，在扭转梁挠曲件中的这两个致动器可以被机械地耦合到框架结构。此外，在一些实施例中，框架结构可以完全包围(例如，环绕)扫描镜、扭转梁挠曲件和致动器对。以这种方式，框架结构的外周长可以定义mems扫描仪的总体形状因子(例如，就横截面尺寸/面积而言)。
7.个体致动器对可以经由控制器所提供的驱动信号被激活，以相对于被固定到两个扭转梁挠曲件中的第一扭转梁挠曲件中的每个的杠杆臂施加力。这些力导致被施加到所述扭转梁挠曲件中的每个扭转梁挠曲件上的力矩，这继而使这些扭转梁挠曲件中的每个扭转梁挠曲件产生一定程度的扭转变形。由于扫描镜经由扭转梁挠曲件从框架结构悬置，所以致动器对的激活导致扫描镜(围绕旋转轴并且相对于框架结构)的一定程度的角旋转，所述角旋转与所述扭转梁挠曲件的扭转变形程度相称。如在本文中详细描述的，在本文中所公开的(一个或多个)示例性mems扫描仪的目的是使布置各种功能组件的效率最大化，以便使mems扫描仪的总体形状因子小型化，而不妨碍能够向扫描镜中诱发的可实现的角度旋转量。
8.为了实现该目的，第一致动器对可以邻近于扫描镜的第一侧来定位。该第一致动器对可以包括：(i)第一致动器，其从框架结构延伸并且被机械耦合到第一扭转梁挠曲件，扫描镜的第一侧从第一扭转梁挠曲件悬置；以及(ii)第二致动器，其从框架结构延伸并且被机械耦合到第二扭转梁挠曲件，扫描镜的第二侧从第二扭转梁挠曲件悬置。因此，在该第一致动器对内的第一致动器和第二致动器中的每个致动器邻近于扫描镜的同一侧。类似地，第二致动器对可以邻近于扫描镜的第二侧(例如，其与扫描镜的第一侧相对)来定位。该第二致动器对可以包括：(i)第三致动器，其从框架结构延伸并且被机械耦合到第一扭转梁挠曲件，扫描镜的第一侧从第一扭转梁挠曲件悬置；以及(ii)第四致动器，其从框架结构延伸并且被机械耦合到第二扭转梁挠曲件，扫描镜的第二侧从第二扭转梁挠曲件悬置。因此，在该第二致动器对内的第三致动器和第四致动器中的每个致动器邻近于扫描镜的同一侧。
9.以这种方式，mems扫描仪的位于框架结构的外周长内并且邻近于扫描镜的任一侧的区域或区被有效地利用，以便有助于增加致动器长度，或者增加总薄膜面积，或者这两
者。与其中致动器从框架结构的远超出扫描镜端部的部分延伸到扫描镜的端部的现有mems扫描仪相比，在本文中所描述的mems扫描仪在长度方面显著更短，而在宽度方面基本相似。这导致显著改善的形状因子(例如，减小的长度和/或总面积)，同时仍然实现扫描镜的充分响应性和可致动的角旋转。
10.通过阅读下文的详细描述和回顾相关的附图，这些和各种其他特征将是显而易见的。提供本概要是为了以简化的形式引入概念的选择，这些概念在下文的详细描述中进一步描述。本概要不是为了识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不是为了使用本概要来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
11.参考附图来描述详细说明。在这些图中，参考数字最左边的(一个或多个)数字标识参考数字首次出现在其中的图。不同图中相同的参考数字表示相似或相同的项目。对多个项目中的个体项目的引用可以使用带有括号(和/或不带括号的字母)内包含的另一数字的参考数字来引用每个个体项目。对项目的一般引用可以使用特定的参考数字，而不使用字母序列。
12.图1图示了示例性现有技术mems扫描仪，其包括完全位于扫描镜的端部之外的致动器。
13.图2图示了示例性mems扫描仪，其包括邻近于扫描镜的相对侧而悬臂的两个致动器对。
14.图3图示了与图2的细节a有关的mems扫描仪的额外细节。
15.图4图示了图2的mems扫描仪的底视图，其示出了沿着致动器的底面而设置的加强肋。
16.图5a图示了图2的mems扫描仪的顶侧的等距视图。
17.图5b图示了图2的mems扫描仪的底侧的等距视图。
18.图6图示了示例性mems扫描仪的替代实施例，所述mems扫描仪包括个体地形成邻近于扫描镜的相对侧的孔径的致动器对。
19.图7图示了示例性显示系统，其中，经调制的光穿过在mems扫描仪的两个致动器之间形成的一个或多个孔径。
20.图8图示了与图6的细节b有关的mems扫描仪的额外细节。
21.图9图示了包括两个致动器对的示例性mems扫描仪的替代实施例，每个致动器对包括在其上沉积连续薄膜区域的两个个体致动器。
22.图10图示了示例性扫描光束显示系统，在其中可以部署在本文中所描述的mems扫描仪的各种实施例。
具体实施方式
23.本详细描述描述了一种微机电系统(mems)扫描仪，其包括邻近于扫描镜的侧面而定位的致动器。概括地说，在本文中所公开的mems扫描仪的各种实施例利用沿着扫描镜的一侧或两侧延伸的致动器对来向扫描镜中诱发角旋转(例如，经由向被耦合到扫描镜的端
部的扭转梁挠曲件施加大量致动器行程)。在mems扫描仪的操作期间，驱动信号被施加到致动器对，以使得致动器对中的每个个体致动器一致地变形，以生成一定程度的尖端偏转。在一些实施例中，扭转梁挠曲件经由杠杆臂被机械地耦合到致动器的尖端。以这种方式，在致动器处的尖端偏转用作致动器行程，所述致动器行程向扭转梁挠曲件中诱发扭转变形，所述扭转梁挠曲件继而导致扫描镜绕旋转轴的旋转。与现有的mems扫描设备(例如，其包括向远延伸超过从其悬置扫描镜的端部的致动器)相比，邻近于扫描镜的侧面而悬臂的致动器对进一步实现了使mems扫描仪小型化的目标，而不妨碍实现扫描镜充分的可致动角旋转的目标。
24.为了例示说明这一点，考虑能够向扫描镜中诱发的角旋转量趋向于随着能够在致动器尖端处诱发的可致动行程量的增加而增加。进一步考虑到在致动器尖端处可实现的可致动行程量倾向于与增加的致动器长度(例如，致动器板从框架结构悬臂的距离)和增加的薄膜面积(例如，致动器的向其上沉积压电材料的总表面)两者相关地增加。因此，能够意识到，mems扫描仪的未被用于增加致动器长度或薄膜面积的区域无助于增加可致动行程，并且继而无助于增加可实现的角旋转。一些现有的mems扫描设备已经成熟，具有这种类型的“死空间”区域，所述区域没有被用于增加致动器长度或薄膜面积。
25.图1图示了示例性现有技术mems扫描仪100，其包括完全位于扫描镜106的端部104之外的致动器102。扫描镜106通过第一扭转梁挠曲件110(1)和第二扭转梁挠曲件110(2)从框架结构108悬置。如在图1中所图示的，第一扭转梁挠曲件110(1)通过相对于旋转轴112横向延伸的杠杆臂被机械地耦合到第一致动器110(1)和第三致动器110(3)两者。类似地，第二扭转梁挠曲件110(2)也通过相对于旋转轴112横向延伸的杠杆臂被机械地耦合到第二致动器110(2)和第四致动器110(4)两者。为了例示说明的目的，扭转梁挠曲件110(包括其杠杆臂)以黑实线来图示，以充分地区别在扭转梁挠曲件110与其他系统组件(例如，扫描镜106、框架108和致动器102)之间的过渡。mems致动器设计领域的技术人员将意识到，扭转梁挠曲件110可以通过经由硅膜层被耦合到扫描镜106、致动器102和/或框架108，所述硅膜层在扭转梁挠曲件110与其他系统组件之间共用并且连续。此外，致动器102各自可以包括薄的(例如，三微米“3μm”)锆钛酸铅(pzt)层——示出显著的压电效应的材料。在本公开的各种图中，pzt的薄膜层被图示为菱形阴影图案。
26.如所图示的，mems扫描仪100包括被标记为102(1)至102(4)的四个致动器，并且这四个致动器中的每个致动器完全位于标记为超出扫描镜106的第一端104(1)或第二端104(2)的区域内。因此，mems扫描仪100的位于框架结构108的外周长114内并且邻近于扫描镜106的侧面105的区域无助于增加致动器长度或薄膜面积。因此，这些区域表示如上文所描述的“死空间”。关于mems扫描仪100的总体形状因子，长宽比大致在2比l的范围内。作为特定但非限制性的示例，mems扫描仪100的长度可以是11.8mm，而mems扫描仪100的宽度可以是5.3mm——导致总面积为62.54mm2。
27.现在转向图2，图示了示例性mems扫描仪200，其包括两个致动器对202，所述两个致动器对202邻近于扫描镜206的相对侧204而悬臂。具体而言，示例性mems扫描仪200包括邻近于扫描镜206的第一侧204(1)而设置的第一致动器对202(1)和邻近于扫描镜206的第二侧204(2)而设置的第二致动器对202(2)。第一致动器对包括从框架结构212延伸到第一扭转梁挠曲件214(1)的第一致动器210(1)和从框架结构212延伸到第二扭转梁挠曲件214
(2)的第二致动器210(2)。如所图示的，第一致动器210(1)和第二致动器210(2)各自从第一致动器支撑件216(1)突出，并且沿着扫描镜206的第一侧204(1)朝向对应的扭转梁挠曲件214在相反方向上延伸。类似地，第二致动器对包括从框架结构212延伸到第一扭转梁挠曲件214(1)的第三致动器210(3)和从框架结构212延伸到第二扭转梁挠曲件214(2)的第四致动器210(4)。如所图示的，第三致动器210(3)和第四致动器210(4)各自从第二致动器支撑件216(2)突出，并且沿着扫描镜206的第二侧204(2)朝向对应的扭转梁挠曲件214在相反方向上延伸。因此，如所图示的，个体致动器的至少一些部分邻近于扫描镜206的侧面204而设置。
28.如在本文中所使用的并且出于权利要求的目的，对邻近于扫描镜的侧面的组件(或者组件的特定部分)的描述和/或叙述是指该组件或其部分不在物理上位于从其机械悬置扫描镜的端部之外。因此，从2图中能够意识到，在示例性mems扫描仪200中，每个个体致动器210的总面积的大部分在物理上邻近于扫描镜206的侧面204来定位。致动器210至少部分地邻近于扫描镜206的侧面204来定位，使得mems扫描仪200的形状因子显著减小。例如，关于mems扫描仪200的总体形状因子，长宽比大致在1比l的范围内。作为特定但非限制性的示例，mems扫描仪200的长度可以是7.6mm，而mems扫描仪200的宽度可以是7.0mm——导致总面积为57.76mm2。此外，mems扫描仪200能够将角旋转到扫描镜206中，所述角旋转在响应性和可实现角位移方面与“现有技术”mems扫描仪100相比具有大约小8％的形状因子。
29.在操作期间，可以提供第一驱动信号以使得第一致动器210(1)和第二致动器210(2)一致地致动(例如，改变形状)，由此在第一扭转梁挠曲件214(1)和第二扭转梁挠曲件214(2)中的每个扭转梁挠曲件上诱发力矩。由第一致动器和第二致动器生成的力矩力可以绕旋转轴218沿相同方向(例如，顺时针或逆时针)。此外，可以提供第二驱动信号以使得第三致动器210(3)和第四致动器210(4)一致致动，以在第一扭转梁挠曲件214(1)和第二扭转梁挠曲件214(2)中的每个扭转梁挠曲件上诱发相反的力矩。第一驱动信号和第二驱动信号可以周期性地在不同的时间被施加，以使得扫描镜206绕旋转轴218来回振荡。
30.图3图示了mems扫描仪200相对于图2的细节a的额外细节。如在图3中所示的，在一些实施例中，致动器210中的个体致动器具有臂中线300，臂中线300从框架结构212在远离镜中线并且朝向扫描镜206的端部208的方向上延伸。如在本文中所使用的，术语“镜中线”可以被用于指代位于扫描反射镜206的第一端208(1)与第二端208(2)中间的线和/或平面。例如，如果扫描镜206的长度为5mm(即，在第一端208(1)与第二端208(2)之间的距离为5mm)，则镜中线将位于与两端208中的每一端距离2.5mm的位置。如在本文中所使用的，术语“臂中线”可以被用于指代从被机械耦合到框架结构212的致动器210的一部分延伸到致动器尖端302的线，并且该线直接位于致动器210的中间。例如，如在图3中所示的，第三致动器210(3)具有臂中线300(3)，臂中线300从第二致动器支撑件216(2)延伸到被耦合到第一扭转梁挠曲件214(4)的致动器尖端302(3)。
31.如在图3中所图示的，在本文中所描述的mems扫描仪的个体致动器210可以具有对应的臂中线300，臂中线300邻近于扫描镜206的特定侧204开始，并且沿着该特定侧206朝向超出扫描镜206的端部208的特定扭转梁挠曲件214延伸。此外，在一些实施例中，个体致动器210的臂中线300可以具有从沿着扫描镜206的侧面延伸改变为沿着扫描镜206的端部208延伸的曲率。例如，如在图3中所示的，第三致动器210(3)的臂中线300(3)在第二致动器支
撑件216(2)处开始并且朝向扫描镜206的第一端208(1)延伸。在臂中线300(3)逐渐远离镜中线时，臂中线300(3)也逐渐开始变为更朝向扫描镜206的旋转轴218。因此，在一些实施例中，用于个体致动器210的臂中线300可以被描述为具有与扫描镜206的外部轮廓相对应的轮廓。
32.现在转向图4，图示了mems扫描仪200的底视图，其示出了沿着致动器210的底表面而设置的多个加强肋400。如所图示的，这些加强肋400可以相对于对应致动器210的臂中线300横向定向，加强肋400从臂中线300突出。亦即，所述加强肋中的个体加强肋以跨臂中线300延伸的方式来定向。加强肋400的大致横向定向防止个体致动器210的转动惯量(“i”)由于驱动信号向致动器板中诱发的“横向”曲率而以特定方式无意地增加。
33.为了例示说明这一点，考虑当压电膜的激活导致在致动器板的表面处的机械应力时发生的组合弯曲模式。假定压电膜的行为是同位素的(isotopically)，使得机械应力包括纵向分量(例如，与臂中线300对齐/平行的分量)和横向分量(例如，与臂中线300横向/正交的分量)，将意识到这些纵向和横向应力分量将分别诱发与纵向曲率和横向曲率相关联的弯曲模式。还将意识到，与纵向曲率相关联的弯曲模式是期望的，因为纵向曲率越大，可致动行程就越大。亦即，向致动器板中诱发的纵向曲率越大，致动器板的尖端偏转就越远。遗憾的是，随着弯曲刚度沿着致动器的臂中线300增加，纵向曲率量将减小。由于沿臂中线的弯曲刚度将倾向于由于横向曲率而增加，因此减小或消除横向曲率可以用作增加可实现纵向曲率(并且因此可致动行程)量的有效手段。出于该原因，在本文中所描述的mems扫描仪的各种实施例包括基本上横向定向(例如，相对于臂中线300)的加强肋400，以通过在与臂中线正交的方向上增加致动器板的弯曲刚度的方式来减小(或者基本上消除)横向曲率。因此，减小该横向曲率倾向于防止弯曲刚度沿着臂中线(例如，其在致动器210的各个部分处限定纵向方向)增加，并且因此用作用于增加与纵向曲率相关联的弯曲模式(例如，期望的弯曲模式/曲率，因为其对应于致动器行程)的有效机制。
34.如在图4中所示的，示例性mems扫描仪200包括沿着每个个体致动器210的臂中线300设置并且相对于每个个体致动器210的臂中线300横向定向的多个加强肋400。此外，个体臂中线300具有环绕扫描镜206的曲率方向。例如，能够从图4中意识到，四个图示的臂中线300中的每个臂中线环绕扫描镜206的对应象限。
35.图5a和图5b(在本文中被统称为图5)分别图示了mems扫描仪200从顶视角和底视角的透视图。如所图示的，致动器支撑件216中的每个致动器支撑件邻近于扫描镜206的相应侧204而设置。具体地，第一致动器支撑件216(1)从框架结构212的第一侧向内朝向旋转轴线218突出，并且邻近于扫描镜206的第一侧204(1)而终止。类似地，第二致动器支撑件216(2)从框架结构212的第二侧向内朝向旋转轴218突出，并且邻近于扫描镜206的第二侧204(2)而终止。能够意识到，在扫描镜206的侧面204与致动器支撑件216之间存在微小的间隙。作为特定但非限制性的示例，在第一致动器支撑件216(1)与扫描镜206的第一侧204(1)之间可以存在0.33毫米的间隙。该微小的间隙允许扫描镜206绕旋转轴218来回振荡而不干扰致动器支撑件216。
36.图5图示了个体致动器210可以沿着扫描镜206延伸，并且可以从致动器支撑件216突出或延伸，致动器支撑件216自身从框架结构212的外部突出或延伸。图5还图示了构成致动器对202的个体致动器210可以被机械地耦合到相同的致动器支撑件216，并且可以在相
反的方向上从相同的致动器支撑件216突出。
37.现在转向图6，图示了示例性mems扫描仪600的替代实施例，mems扫描仪600包括致动器对602，致动器对602具有两个个体致动器604，个体致动器604形成邻近于扫描镜610的相对侧608的孔径606。如所图示的，示例性mems扫描仪600包括邻近扫描镜610的第一侧608(1)而设置的第一致动器对602(1)和邻近于扫描镜610的第二侧608(2)而设置的第二致动器对602(2)。
38.第一致动器对602(1)包括第一致动器604(1)和第二致动器604(2)，其各自从框架结构612的至少部分邻近于扫描镜610的第一侧608(1)的部分延伸。如所图示的，第一致动器604(1)和第二致动器604(2)具有面向镜中线的外部轮廓，所述外部轮廓共同形成在镜中线上对齐的第一孔径606(1)。在一些实施例中，第一致动器604(1)和第二致动器604(2)关于镜中线彼此对称，使得第一孔径606(1)基本上以镜中线为中心。
39.与第一致动器对602(1)相对，第二致动器对602(2)包括第三致动器604(3)和第四致动器604(4)，其各自从框架结构612的至少部分邻近于扫描镜610的第二侧608(2)的部分延伸。因此，第一致动器604(1)和第三致动器604(3)朝向彼此延伸，而第二致动器604(2)和第四致动器604(4)类似地朝向彼此延伸。如所图示的，第三致动器604(3)和第四致动器604(4)具有面向镜中线的外部轮廓，所述外部轮廓共同形成在镜中线上对齐的第二孔径606(2)。在一些实施例中，第一致动器和第二致动器关于镜中线对称，使得第二孔径606(2)基本上以镜中线为中心。
40.现在转向图7，图示了示例性显示系统700，其中，调制光702穿过一个或多个mems扫描仪600的一个或多个孔径606。如在图7中所图示的，调制光702的路径的各个部分被mems扫描仪600的组件遮蔽。然而，能够意识到，所述路径是连续的，并且由于显示系统700的视角和mems扫描仪600的不透明度，该路径的部分仅被示为被遮挡。
41.在此，调制光702从光源704发射，诸如，例如包括多个彩和/或红外激光器的光引擎。调制光702穿过与第一mems扫描仪600(1)的第一镜610(1)相邻的第一孔径606(1)。如所图示的，第一孔径606(1)形成在第一mems扫描仪600(1)的第一致动器604(1)与第二致动器604(2)之间。在通过第一孔径606(1)之后，调制光702入射到第二mems扫描仪600(2)的第二镜610(2)上。如所图示的，调制光702从第二镜610(2)反射到第一mems扫描仪600(1)的第一镜610(1)的反射表面上。调制光702从第一镜610(1)反射出去，并且然后穿过与第二镜610(2)相邻的第二孔径606(2)。如所图示的，第二孔径606(2)形成在第二mems扫描仪600(2)的第三致动器604(3)与第四致动器604(4)之间。最终，在通过一个或多个mems扫描仪600的一个或多个孔径606之后，调制光702以受控输出光束(诸如光栅扫描光束)的形式到达显示组件706。
42.因此，将意识到，显示系统700可以是扫描光束显示器，其中，每个镜610执行水平扫描功能或垂直扫描功能之一。例如，如所图示的，第一mems扫描仪600(1)被定向为使得第一镜610(1)的旋转轴基本上正交于第二镜610(2)的旋转轴。因此，第一mems扫描仪600(1)可以在第一方向上扫描调制光702，而第二mems扫描仪600(2)在与第一方向正交(或者至少部分与其偏离)的第二方向上扫描调制光702。
43.图8图示了mems扫描仪600相对于图6的细节b的额外细节。如在图8中所示的，在一些实施例中，诸如mems扫描仪600(或者在本文中所描述的任何其他mems扫描仪)的mems扫
描仪的个体致动器604可以经由杠杆臂800被耦合到扫描镜610，杠杆臂800直接连接到扫描镜610，而非经由扭转梁挠曲件802间接连接到扫描镜610。如在图8中进一步图示的，第一杠杆臂800(1)和第二杠杆臂800(2)中的每个杠杆臂包括相对于扫描镜610的旋转轴至少部分纵向地延伸以用于提供机械顺应性的对应的欧米茄(omega)区域804。
44.在一些实施例中，mems扫描仪600还包括应变传感器806，其被配置为测量在扭转梁挠曲件802和/或框架结构612的一部分内的机械应变量。该测量的机械应变量可以被用于向控制器提供反馈信号，所述控制器提供驱动信号以激活mems扫描仪600的致动器。示例性应变传感器806可以是压阻式(pzr)应变传感器，其包括被布置在桥接电路装置(例如，惠斯通电桥)中的多个pzr元件。所述桥接电路装置可以包括多个pzr元件，所述多个pzr元件经由节点被电耦合到一个或多个相邻pzr元件。这些节点中的个体节点可以被耦合到导电路径(例如，导线迹线)，所述导电路径被嵌入在扭转梁挠曲件802和/或框架结构612内和/或被铺设在其顶部上。
45.输入信号(或者偏置电压)v
in
可以跨一对节点来施加，以跨另一对节点来生成输出信号v
out
。输出信号v
out
与被施加到桥接电路装置的机械应变(包括扭转变形)成比例变化。因此，反馈信号指示扫描镜的真实角位置。控制器可以使用反馈信号以用于连续地校正驱动信号，以便提高调制扫描镜的角位置的准确度。
46.现在转向图9，图示了包括两个致动器对902的示例性mems扫描仪900的替代实施例，每个致动器对902包括两个个体致动器904，在其上沉积有连续的薄膜区域。如所图示的，第一薄膜区域由连续菱形阴影的第一区域来表示，所述第一区域从第一致动器904(1)延伸到第二致动器904(2)，这两个致动器一起形成第一致动器对902(1)。类似地，第二薄膜区域由连续菱形阴影的第二区域来表示，所述第二区域从第三致动器904(3)延伸到第四致动器904(4)，这两个致动器一起形成第二致动器对902(2)。
47.由于第一薄膜区域和第二薄膜区域中的每个是连续的，所以第一致动器对902(1)和第二致动器对902(2)中的每个能够经由单个相应的驱动信号906被激活。例如，如所图示的，可以将第一驱动信号906(1)施加到在第一致动器904(1)与第二致动器904(2)之间连续延伸的第一薄膜区域，以使得第一致动器904(1)和第二致动器904(2)中的每个一致地变形。类似地，可以将第二驱动信号906(2)施加到在第三致动器904(3)与第四致动器904(4)之间连续延伸的第二薄膜区域，以使得第三致动器904(3)和第四致动器904(4)中的每个一致地变形。
48.现在转向图10，其图示了示例性扫描光束显示系统1000，在其中可以部署在本文中所描述的mems扫描仪的各种实施例。如所图示的，扫描光束显示系统1000可以包括光引擎1002，光引擎1002可以包括能够向一个或多个扫描镜1006发射一个或多个光束1004的一个或多个光源。在一些实施例中，光引擎1002包括个体地能够发射特定波长和/或特定波长范围内的光的多个激光光源。如所图示的，(一个或多个)光束1004入射在mems平台1001上并且在一个或多个扫描镜1006上反射。在具体图示但非限制性的场景中，mems平台1001包括水平扫描镜1006(h)和垂直扫描镜1006(v)。如所图示的，(一个或多个)光束1004最初入射在水平扫描镜1006(h)上，并且然后入射在垂直扫描镜1006(v)上，并且然后最终作为指向显示器1100的受控输出光束1008从mems平台1001输出。在一个或多个替代实施例中，(一个或多个)光束1004可以最初入射在垂直扫描镜1006(v)上，然后反射到水平扫描镜1006
(h)，并且最后以受控输出光束1008的形式朝向显示器1100。在一个或多个替代实施例中，单个扫描镜1006可以在水平方向和垂直方向两者上扫描(一个或多个)光束1004。如上文关于图7所描述的，在各种实施例中，光束1004或受控输出光束1008中的一者或者这两者可以穿过mems扫描仪(诸如，例如mems扫描仪600)的多个孔径606中的一个孔径。
49.在所例示的实施例中，水平驱动信号1112(h)驱动一个或多个致动器210，而垂直驱动信号1112(v)驱动一个或多个致动器210，其可以不同于由水平驱动信号1112(h)驱动的那些致动器210。因此，通过提供水平驱动信号1112(h)和垂直驱动信号1112(v)，控制器1114使得mems平台1001偏转(一个或多个)扫描镜1006以使得输出光束1008生成双轴扫描1118，由此经由显示器1100来创建显示图像。例如，控制器1114可以将输入图像的像素信息转换为与mems平台1001的运动同步的激光调制，以基于输出光束1008在光栅图案中的位置和在图像中的对应像素处的对应强度和/或颜信息来将图像信息作为显示图像来写入。
50.控制器1114也可以控制扫描光束显示系统1000的其他各种功能。在一个或多个实施例中，水平轴可以指代双轴扫描1118的水平方向，而垂直轴可以指代双轴扫描1118的垂直方向。(一个或多个)扫描镜1006可以在扫描的一部分上以恒定速度以相对较高的频率水平地扫掠输出光束1008并且以相对较低的频率垂直地扫掠输出光束1008。结果是输出光束1008的扫描轨迹，以导致双轴扫描1118。快轴和慢轴也可以互换，使得快速扫描在垂直方向上，而慢速扫描在水平方向上。然而，所要求保护的主题的范围并不限于这些方面。
51.如所图示的，向mems平台1001的一个或多个致动器210提供驱动信号1112的相同控制器1114可以连续和/或周期性地接收反馈信号1116。反馈信号1116可以由应变传感器(诸如，例如应变传感器806)来提供。如在本文中进一步讨论的，示例性应变传感器可以包括压阻式(pzr)传感器，其将mems平台1001的特定部分的机械移动转换成电信号以生成反馈信号1116。
52.在一些实施例中，扫描光束显示系统1000可以是近眼显示设备的组件，以用于实现增强现实(ar)技术以生成包括被叠加在真实世界视图上的计算机生成的图像的复合视图。在这些实施例中，显示器1100可以是透明显示面板，诸如，例如波导显示器，其包括一个或多个衍射光学元件(doe)，以用于将入射光内耦合到波导中，在一个或多个方向上扩展入射光以用于出射光瞳扩展，和/或将入射光输出耦合到波导外(例如，朝向用户的眼睛)。
53.在前述概述和/或详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以在没有这些特定细节的情况下实践所要求保护的主题。在其他实例中，未详细描述公知的方法、过程、组件和/或电路。此外，术语“耦合”和/或“连接”连同其派生词可以在整个本公开中使用。在特定实施例中，“连接”可用于指示两个或更多个元件彼此直接物理和/或电接触。“耦合”可以表示两个或更多个元件直接物理和/或电接触。然而，“耦合”也可以表示两个或更多个元件可以不彼此直接接触，但仍然可以彼此合作和/或相互作用。例如，“耦合”可以表示两个或更多个元件彼此不接触，而是经由另一元件或中间元件间接连接在一起。最后，术语“在
…
上”、“覆盖”和“上方”可用于以下描述和权利要求中。可以使用“在
…
上”、“覆盖”和“上方”中的一个或多个来表示两个或更多个元件彼此直接物理接触。然而，“在
…
上”、“覆盖”和“上方”还可以描述彼此不直接接触的两个或更多个元件之间的位置关系。例如，“上方”可以表示一个元件在另一元件之上，但不一定与该另一元件直接接触(例如，另一个或多个元件可能在这两个元件之
间)。
54.示例性条款
55.示例性条款1、一种微机电系统(mems)扫描设备，包括：扫描镜，其包括：第一端和与所述第一端相对的第二端，以及第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；第一扭转梁挠曲件，其从框架结构机械地悬置所述扫描镜的所述第一端；第二扭转梁挠曲件，其从所述框架结构机械地悬置所述扫描镜的所述第二端；第一致动器对，其至少部分地邻近于所述扫描镜的所述第一侧来设置；以及第二致动器对，其至少部分地邻近于所述扫描镜的所述第二侧来设置。
56.示例性条款2、根据示例性条款1所述的微机电系统(mems)扫描设备，其中：所述第一致动器对包括：在所述框架结构与所述第一扭转梁挠曲件之间延伸的第一致动器，以及在所述框架结构与所述第二扭转梁挠曲件之间延伸的第二致动器臂；并且所述第二致动器对包括：在所述框架结构与所述第一扭转梁挠曲件之间延伸的第三致动器，以及在所述框架结构与所述第二扭转梁挠曲件之间延伸的第四致动器。
57.示例性条款3、根据示例性条款1所述的微机电系统(mems)扫描设备，还包括：第一压电膜，其跨所述第一致动器对连续地延伸；以及第二压电膜，其跨所述第二致动器对连续地延伸。
58.示例性条款4、根据示例性条款1所述的微机电系统(mems)扫描设备，其中，所述框架结构包括：朝向所述扫描镜的所述第一侧突出的第一致动器支撑件，以及朝向所述扫描镜的所述第二侧突出的第二致动器支撑件。
59.示例性条款5、根据示例性条款4所述的微机电系统(mems)扫描设备，其中：所述第一致动器在第一方向上从所述第一致动器支撑件延伸，所述第二致动器在第二方向上从所述第一致动器支撑件延伸，所述第三致动器在所述第一方向上从所述第二致动器支撑件延伸，并且所述第四致动器在所述第二方向上从所述第二致动器支撑件延伸。
60.示例性条款6、根据示例性条款1所述的微机电系统(mems)扫描设备，其中，在所述第一致动器对和所述第二致动器对内的个体致动器具有远离所述扫描镜的镜中线并且朝向所述扫描镜的所述第一端或所述第二端延伸的个体臂中线。
61.示例性条款7、根据示例性条款1所述的微机电系统(mems)扫描设备，还包括在所述第一致动器对的第一致动器与所述第一致动器对的第二致动器之间形成的孔径。
62.示例性条款8、根据示例性条款1所述的微机电系统(mems)扫描设备，其中，在所述第一致动器对内的个体致动器经由所述第一扭转梁挠曲件被耦合到所述扫描镜的所述第一端，并且其中，在所述第二致动器对内的其他个体致动器经由所述第二扭转梁挠曲件被耦合到所述扫描镜的所述第二端。
63.示例性条款9、根据示例性条款1所述的微机电系统(mems)扫描设备，其中，至少部分地邻近于所述扫描镜的所述第一侧而设置的所述第一致动器对至少部分地延伸超过所述扫描镜的所述第一端和所述第二端，并且其中，至少部分地邻近于所述扫描镜的所述第二侧设置的所述第二致动器对至少部分地延伸超过所述扫描镜的所述第一端和所述第二端。
64.示例性条款10、一种装置，包括：扫描镜；至少一个扭转梁挠曲件，其框架结构机械地悬置所述扫描镜的至少一端；至少一个致动器，其至少部分地邻近于所述扫描镜的至少
一侧来设置；以及控制器，其被配置为向所述至少一个致动器提供驱动信号，其中，所述驱动信号使得所述至少一个致动器变形以诱发所述扫描镜绕旋转轴的旋转。
65.示例性条款11、根示例性条款10所述的装置，其中，所述至少一个致动器的至少一部分从所述扫描镜的所述至少一侧延伸超过所述扫描镜的至少一端。
66.示例性条款12、根据示例性条款11所述的装置，其中，延伸超过所述扫描镜的至少一端的所述至少一部分包括至少一个致动器尖端，所述致动器尖端通过至少一个杠杆臂被机械地耦合到所述至少一个扭转梁挠曲件。
67.示例性条款13、根据示例性条款10所述的装置，其中，所述至少一个致动器的个体致动器具有远离所述扫描镜的镜中线而延伸的个体臂中线。
68.示例性条款14、根据示例性条款10所述的装置，其中，所述至少一个致动器包括薄膜压电致动器。
69.示例性条款15、根据示例性条款10所述的装置，其中，所述至少一个致动器包括邻近于所述扫描镜的单侧而设置的第一致动器和第二致动器。
70.示例性条款16、根据示例性条款15所述的装置，还包括压电膜，其跨所述第一致动器和所述第二致动器连续地延伸。
71.示例性条款17、根据示例性条款15所述的装置，还包括：在所述第一致动器与所述第二致动器之间形成的孔径，以及被配置为发射光通过所述孔径的光源。
72.示例性条款18、一种微机电系统(mems)扫描设备，包括：扫描镜，其包括：第一端和与所述第一端相对的第二端，以及第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；框架结构，其包围所述扫描镜，其中，所述框架结构包括：第一致动器支撑件，其邻近于所述扫描镜的所述第一侧来设置，以及第二致动器支撑件，其邻近于所述扫描镜的所述第二侧来设置；第一扭转梁挠曲件，其从所述框架结构机械悬置所述扫描镜的所述第一端；第二扭转梁挠曲件，其从所述框架结构机械地悬置所述扫描镜的所述第二端；第一致动器对，其从所述第一致动器支撑件悬臂，所述第一致动器对包括：在所述第一致动器支撑件与所述第一扭转梁挠曲件之间延伸的第一致动器臂，以及在所述第一致动器支撑件与所述第二扭转梁挠曲件之间延伸的第二致动器臂；以及第二致动器对，其从所述第二致动器支撑件悬臂，所述第二致动器对包括：在所述第二致动器支撑件与所述第一扭转梁挠曲件之间延伸的第三致动器臂，以及在所述第二致动器支撑件与所述第二扭转梁挠曲件之间延伸的第四致动器臂。
73.示例性条款19、根据示例性条款18所述的微机电系统(mems)扫描设备，还包括：形成在所述第一致动器与所述第二致动器之间的孔径，以及被配置为发射光通过所述孔径的光源。
74.示例性条款20、根据示例性条款18所述的微机电系统(mems)扫描设备，其中，在所述第一致动器对和所述第二致动器对内的个体致动器具有远离所述扫描镜的镜中线延伸的个体臂中线。
75.结论
76.最后，尽管已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了各种技术，但是应当理解，在所附表示中定义的主题不一定限于所描述的特定特征或动作。相反，特定特征和动作被公开为实现所要求保护的主题的示例性形式。

技术特征：

1.一种微机电系统(mems)扫描设备，包括：扫描镜，其包括：第一端和与所述第一端相对的第二端，以及第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；第一扭转梁挠曲件，其从框架结构机械地悬置所述扫描镜的所述第一端；第二扭转梁挠曲件，其从所述框架结构机械地悬置所述扫描镜的所述第二端；第一致动器对，其至少部分地邻近于所述扫描镜的所述第一侧来设置；以及第二致动器对，其至少部分地邻近于所述扫描镜的所述第二侧来设置。2.根据权利要求1所述的微机电系统(mems)扫描设备，其中：所述第一致动器对包括：在所述框架结构与所述第一扭转梁挠曲件之间延伸的第一致动器，以及在所述框架结构与所述第二扭转梁挠曲件之间延伸的第二致动器臂；以及所述第二致动器对包括：在所述框架结构与所述第一扭转梁挠曲件之间延伸的第三致动器，以及在所述框架结构与所述第二扭转梁挠曲件之间延伸的第四致动器。3.根据权利要求1所述的微机电系统(mems)扫描设备，还包括：第一压电膜，其跨所述第一致动器对连续地延伸；以及第二压电膜，其跨所述第二致动器对连续地延伸。4.根据权利要求1所述的微机电系统(mems)扫描设备，其中，所述框架结构包括：朝向所述扫描镜的所述第一侧突出的第一致动器支撑件，以及朝向所述扫描镜的所述第二侧突出的第二致动器支撑件。5.根据权利要求4所述的微机电系统(mems)扫描设备，其中：所述第一致动器在第一方向上从所述第一致动器支撑件延伸，所述第二致动器在第二方向上从所述第一致动器支撑件延伸，所述第三致动器在所述第一方向上从所述第二致动器支撑件延伸，以及所述第四致动器在所述第二方向上从所述第二致动器支撑件延伸。6.根据权利要求1所述的微机电系统(mems)扫描设备，其中，在所述第一致动器对和所述第二致动器对内的个体致动器具有远离所述扫描镜的镜中线并且朝向所述扫描镜的所述第一端或所述第二端延伸的个体臂中线。7.一种装置，包括：扫描镜；至少一个扭转梁挠曲件，其从框架结构机械地悬置所述扫描镜的至少一端；至少一个致动器，其至少部分地邻近于所述扫描镜的至少一侧来设置；以及控制器，其被配置为向所述至少一个致动器提供驱动信号，其中，所述驱动信号使得所述至少一个致动器变形以诱发所述扫描镜绕旋转轴的旋转。8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述至少一个致动器的至少一部分从所述扫描镜的所述至少一侧延伸超过所述扫描镜的至少一端。9.根据权利要求8所述的装置，其中，延伸超过所述扫描镜的至少一端的所述至少一部分包括至少一个致动器尖端，所述至少一个致动器尖端通过至少一个杠杆臂被机械地耦合
到所述至少一个扭转梁挠曲件。10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述至少一个致动器中的个体致动器具有远离所述扫描镜的镜中线而延伸的个体臂中线。11.根据权利要求7所述的装置，其中，所述至少一个致动器包括薄膜压电致动器。12.根据权利要求7所述的装置，其中，所述至少一个致动器包括邻近于所述扫描镜的单侧而设置的第一致动器和第二致动器。13.根据权利要求12所述的装置，还包括压电膜，其跨所述第一致动器和所述第二致动器连续地延伸。14.一种微机电系统(mems)扫描设备，包括：扫描镜，其包括：第一端和与所述第一端相对的第二端，以及第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；框架结构，其包围所述扫描镜，其中，所述框架结构包括：第一致动器支撑件，其邻近于所述扫描镜的所述第一侧来设置，以及第二致动器支撑件，其邻近于所述扫描镜的所述第二侧来设置；第一扭转梁挠曲件，其从所述框架结构机械地悬置所述扫描镜的所述第一端；第二扭转梁挠曲件，其从所述框架结构机械地悬置所述扫描镜的所述第二端；第一致动器对，其从所述第一致动器支撑件悬臂，所述第一致动器对包括：在所述第一致动器支撑件与所述第一扭转梁挠曲件之间延伸的第一致动器臂，以及在所述第一致动器支撑件与所述第二扭转梁挠曲件之间延伸的第二致动器臂；以及第二致动器对，其从所述第二致动器支撑件悬臂，所述第二致动器对包括：在所述第二致动器支撑件与所述第一扭转梁挠曲件之间延伸的第三致动器臂，以及在所述第二致动器支撑件与所述第二扭转梁挠曲件之间延伸的第四致动器臂。15.根据权利要求14所述的微机电系统(mems)扫描设备，还包括：在所述第一致动器与所述第二致动器之间形成的孔径，以及被配置为发射光通过所述孔径的光源。

技术总结

一种微机电系统(MEMS)扫描仪(200)，其具有与扫描镜(206)的侧面(204)相邻的致动器对(202)。致动器对(202)包括个体致动器(210)，其物理上邻近于所述扫描镜的相对侧(204)定位，并且在激活时，向扫描镜(206)中诱发角旋转。扭转梁挠曲件(214)从框架结构(212)悬置扫描镜(206)，并且促进扫描镜(206)绕旋转轴(218)的旋转。在MEMS扫描仪的操作期间，驱动信号可以被施加到致动器对(202)，以使得致动器对的每个个体致动器(210)一致变形，由此生成一定程度的尖端偏转。由于扭转梁挠曲件(214)经由杠杆臂被连接到致动器(210)的尖端，所以该尖端偏转用作致动器行程，所述致动器行程向扭转梁挠曲件(214)中诱发扭转变形——由此引起扫描镜(206)绕旋转轴(218)的旋转。镜(206)绕旋转轴(218)的旋转。镜(206)绕旋转轴(218)的旋转。