Magic Leap专利提出MEMS扫描投影显示系统

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光学扫描仪的总厚度可以是大约100微米

映维网 2021年07月27日)AR头显是一种涉及众多元件的复杂设备。如果大家有关注映维网的专利分享,你应该有留意到Magic Leap一直有针对各种元器件申请专利发明。日前,美国专利商标局又公布了一份名为“Raster scanned projector with microelectromechanical system scanner”的Magic Leap专利申请,其主要描述了一种带微机系统扫描仪的光栅扫描投影仪。

这份发明主要描述了一种包括悬臂梁组件的光学扫描仪。所述悬臂梁组件包括:静止部分;具有悬臂梁的枢转部分,所述悬臂梁的尺寸确定为以第一频率在平面中以弯曲模式共振;将枢转部分耦合到静止部分的至少一个扭转挠曲,所述至少一个扭转挠曲配置成允许悬臂梁以第二频率绕由扭转挠曲限定的轴旋转;以及用于以扫描模式操纵悬臂梁的换能器。

在一个实施例中,换能器包括设置在枢转部分的第一磁性元件和设置在静止部分的第二磁性元件,所述第一和第二磁性元件配置成产生磁场,所述磁场相互作用以围绕由第一扭转挠曲和第二扭转挠曲限定的轴相对于静止部分旋转枢转部分。

在一个实施例中,光学扫描仪同时可以包括第一光纤和配置成将光从第一光纤传送到悬臂梁远端的第一波导,以及第二光纤和配置成将光从第二光纤传送到悬臂梁远端的第二波导。

图4A和4B是光学扫描仪202的透视图,其包括根据光纤206和磁换能器组件400。磁换能器组件400包括耦合到悬臂梁组件404的永磁体402。悬臂梁组件404由单晶硅衬底形成,单晶硅衬底经历一个或多个制造过程以形成悬臂梁406,波导408和挠曲410。单晶硅衬底的厚度可以是大约100微米。挠曲410将悬臂梁组件404的枢转部分412耦合到悬臂梁组件404的固定部分414。挠曲410允许枢转部分412相对于固定部分414绕旋转轴416旋转。在一个实施例中,挠曲410是扭转挠曲。波导408配置成将光纤202提供的光传送到悬臂梁406的远端。

磁换能器组件400包括布置在永磁体402上方和下方的电磁铁418、420、422和424。永磁体402和电磁铁418-420的极性由P1和P2表示。应当理解,在一个实施例中,可以通过反转通过电磁铁418-424的电流来反转电磁铁418-424的极性,这样不仅可以产生排斥磁场,同时可以产生吸引磁场。由电磁铁418-424发射的磁场可配置成与永磁体402相互作用,以使悬臂梁组件404的枢转部分412围绕由挠曲410限定的垂直旋转轴416旋转。

由于电磁铁418-424与永磁体402偏移,磁场可以产生横向力,并通过永磁体402作用在悬臂梁组件404。可以控制所述横向力,以便悬臂梁406能够以固有频率横向振动。在一个实施例中,悬臂梁的尺寸确定为在平面中以选定频率和以弯曲模式共振。这样,悬臂梁406的垂直和水平平移产生能够产生期望输出的光栅扫描。可设置由电磁铁418-424发射的磁场改变的速率,使得悬臂梁406的垂直旋转基本上慢于悬臂梁406水平旋转的固有频率,对于悬臂梁406的每个垂直横向,允许悬臂梁406的多个水平扫掠。

Magic Leap表示,所述光学扫描仪配置具有众多优点。特别地,通过从单晶硅层形成悬臂梁组件的静止和枢转部分,可以进一步小型化光学扫描仪。这样,光学扫描仪的总厚度可以是大约100微米。另外,波导可以沿着悬臂梁组件的静止和转动部分的上表面形成,从而消除了涉及单独波导结构的附加组装步骤的需要。

相关专利Magic Leap Patent | Raster scanned projector with microelectromechanical system scanner

名为“Raster scanned projector with microelectromechanical system scanner”的Magic Leap专利申请最初在2020年12月提交,并在日前由美国专利商标局公布。

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