图像投影的振动反射镜的制作方法

专利名称：图像投影的振动反射镜的制作方法
技术领域：
本申请一般地涉及振动反射镜，以及使用这种振动反射镜的装置和方法。
背景技术：
本部分对有助于更好理解本发明的方面进行介绍。因此，据此阅读本部分的陈述， 并且不应将本部分理解为承认什么是现有技术或者什么不是现有技术。小的图像投影系统可以提供在诸如蜂窝电话和PDA等小的便携式电子设备中包 括投影能力的可能性。一些这样的设备可以使用激光来产生图像。但是来自于激光器的光 束的相干性会导致劣化图像质量的图像伪影。

发明内容
一个方面提供了一种包括衬底和反射镜在内的装置。反射镜经由弹簧附着至衬 底。机电驱动器可操作为导致反射镜以不同的第一和第二频率围绕第一和第二非共线轴旋 转振动。另一方面提供了一种方法。该方法包括利用入射光束照射反射镜。在执行照射步 骤的同时，以机械方式驱动反射镜，使得该反射镜以第一频率围绕第一轴旋转振动，并且以 不同的第二频率围绕第二非共线轴旋转振动。


当结合附图阅读时，根据以下详细描述更好地理解本公开。不需要按比例绘制图 中的各个特征。为了讨论的清楚起见，可以增加或减小各个特征的尺寸。在一些附图中出 现的坐标轴为讨论提供参考。一个附图中的坐标轴不必与另一附图中的坐标轴对准。在所 有附图中，类似的附图标记表示类似的元件。现在参照结合附图的以下描述，在附图中图1示出了本公开的图像投影系统；图2示出了例如在图1的图像投影系统中可使用的反射器；图3A-3C示出了照射空间光调制器(SLM)(例如，图1系统的SLM)的光束；图4A-4C示出了例如在图1的图像投影系统中可使用的反射镜和致动器；图5A和5B示出了图4的反射镜围绕非共线轴的旋转；图6示出了振动反射镜(例如，图2的反射镜)的本征频率；图7A-7C示出了例如在图1的图像投影系统中可使用的反射器的备选实施例；图8A-8C示出了围绕两个轴旋转的反射镜(例如，图1的系统中图2的反射镜) 的振动激发；
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图9A-9C示出了例如在图1的系统中可使用的反射器的实施例，其中，向安装到反 射镜上的致动器元件提供电源；图10示出了例如在图1的系统中可使用的反射器的实施例，其中，弹簧施加轴向 不对称恢复力；图11示出了例如在图1的系统中可使用的反射器的实施例，其中，使用压电元 件；图12A-12C示出了例如在图1的系统中可使用的反射器的实施例，其中，使用位于 与旋转轴偏离位置处的致动器；图13A和13B示出了例如在图1的系统中可使用的反射器(图13A)以及这种反 射器的阵列(图13B)的实施例。
具体实施例方式通过激光束照射观察屏典型地导致其上某种程度的散斑。这里散斑是指小的图 像缺陷，例如，由相干光波的干涉所产生的伪随机空间强度图案。例如，这样的干涉可以发 生在在其上投影有图像的屏幕处产生图像的光束中，或者发生在从这样的屏幕漫反射的光 中。例如，散斑可以由分离的光波的干涉产生，分离的光波是观察表面的粗糙性的反射而产 生。在使用激光器来照射空间光调制器(SLM)的图像投影仪中，散斑可以在投影图像中引 入缺陷，对于观察者而言这种缺陷会降低图像的质量。在激光图像投影仪中，散斑减少可以包括在低于检测器(例如人眼)分辨率的空 间区域和/或时间段内对两个或更多个独立散斑配置进行平均。对于人眼，可以从被称作 闪光融合(flicker fusion)阈值或闪光融合率的生理参数中推导出平均时间。更具体地， 以低于闪光融合率的速率波动的光被人们感知为闪烁。相反，以高于闪光融合率的速率波 动的光被感知在时间上是恒定的。闪光融合率因人而异，并且还取决于个人的疲劳程度、光 源的亮度、以及视网膜中用于观察光源的区域。然而，极少人感知到高于大约75每秒(s—1) 的速率的闪光。实际上，在电影和电视中，帧传输速率在大约16s—1与60s—1之间，通常使用 24-30S—1。对于绝大多数人而言，这些帧传输速率高于它们的闪光融合率。发明人已经认识到，利用从被驱动以围绕两个轴振动旋转的平面、凸面或凹面反 射镜反射的光来照射SLM能够产生多个不相关的散斑图案。在一些实施例中，选择反射镜 的这种振动模式的本征频率，以相差大于典型人眼的闪光融合率。以下定义和描述本征频 率。图1示出了成像系统100的实施例。这里描述的成像系统的一些元件以及使用 所述元件来产生投影图像的方法在以下中的一个或多个中描述美国专利7440158 ；均在 2008 年 1 月 22 日提交的美国专利申请 12/017984、12/017440 (，440 申请)、12/009991、 以及12/009851 ；均在2007年3月2日提交的美国专利申请11/713155、11/681376、以及 11/713483 ；以及 Gang Chen 等人于 2009 年 1 月 22 日提交的题为 “A Light Modulator
forOptical Image Pro jection，，的美国专利申请 No._(代理案号 No.CHEN
17-10-27)。以上所列美国专利和以上所列美国专利申请的全部内容通过引用合并于此。成像系统100包括光源110、漫射/散射光学透镜系统120、反射器130、偏振分束 器(PBS) 140以及SLM 150。在所示实施例中，光源110包括相干光源112a、112b、112c (共同被称作光源112)，例如分别可以是红、绿和蓝激光器。颜色组合器(也被称作“χ-立方 体”)114可以组合相干光源112a、112b、112c的输出以产生单个光束115。光束115通过 漫射/散射光学透镜系统120，以例如增加光束115的截面积，并且使所获得的光束准直。 光束115然后以反射光束135从反射器130反射。PBS 140引导反射光束135来照射SLM 150。SLM 150例如可以是液晶像素(例如，硅上液晶(LCoS))的平面阵列，或MEMS操作的 微反射镜阵列。例如，可以配置SLM 150作为空间幅度调制器。在所示实施例中，例如，反射光束135通过所使用的补偿波片155来增强投影图像 的对比度。当SLM 150是LCoS设备时，例如，可以对其各个单独像素进行激活或非激活，使 得光从分别具有相反或相同偏振态的像素反射，作为反射光束135。根据系统100的配置， 垂直或水平偏振光中的一个从像素反射，并且通过PBS 140至投影光学器件(未示出)，从 而提供投影图像的明视场像素。水平或垂直偏振光中的另一个沿着与投影光学器件正交的 方向通过PBS 140，从而提供图像的暗视场像素。被配置为形成图像像素的SLM 150的像素 共同产生输出光束160。空间滤波器(未示出)对输出光束160进一步操作，以形成产生投 影图像的光束。为了减少对由激光散斑所产生的图像伪影的感知，可以减小光束的离轴分量的空 间相位和/或强度相关性。在‘440申请中公开了用于减小这种相关性的一种技术。在该 技术中，在反射器130的位置处的反射器包括安装在轴上的平面、凸面、或凹面反射镜。相 对于反射镜的表面的法线，以较小角度将该轴固定至该表面。例如，该轴被配置为旋转使得 反射镜的表面经历摇摆运动，使得从反射镜反射的光的方向随时间略微变化，从而导致这 样的反射光变得时间较不相关。轴的旋转速率可以大于观察者的闪光融合率。尽管‘440申请中描述的方法减少了感知到的散斑效应，但是例如，机电复杂性和 这种旋转器件的成本是不期望的。因此，需要其他反射镜来减小散斑的时间或空间相关性。图2示出了反射器130，并且还示出了用于参考的x、y和ζ坐标轴。在反射器130 中，平面、凸面或凹面反射镜210通过弹簧230附着至衬底220。反射镜210包括高反射表 面。在一些实施例中，反射镜210包括形成以具有高反射表面的金属板。例如，可以由抛光 的金属板形成反射镜210，或者可以通过传统手段将例如银或铝的层沉积在抛光的金属衬 底上。在一些实施例中，反射镜210包括通过传统手段沉积在平板玻璃或诸如Si的半导体 衬底上的平滑反射金属层(例如，Al)。在一些实施例中，玻璃或硅衬底大约为0. 5mm或更 厚，以提供足够刚度，从而避免下述机械致动方法所产生的应力之下的过度变形。在其他实 施例中，反射镜210包括电介质反射镜。本领域技术人员应理解，电介质反射镜包括不同折 射率(例如，交替折射率)的多个电介质层，以在窄范围波长上提供高反射率，例如，作为布 拉格反射器。可以通过传统沉积技术在例如玻璃或硅衬底上形成电介质反射镜。反射镜210具有与其相关联的表面法线N。在反射镜210的未偏转状态下(也是 指平衡或静止位置)，光束115从反射镜210反射，以形成反射光束135。例如，光束115、 135的方向可以分别由坡印亭矢量Sin和S-来表示。在偏转状态下(也被称作不平衡位 置)，指定为210’的反射镜具有与其相关联的表面法线N’。反射镜的偏转是由于如下详述 在x-y平面中施加的驱动力而导致的。反射光束135’具有由坡印亭矢量S’ _表示的方 向。驱动力随时间而变化，从而S’。ut的方向同样随时间而变化。图2示出了反射镜210的倾斜是由于反射镜210围绕y轴旋转而导致的情况。表
5面法线N因此在所示的参考框架的x-z平面中旋转。反射镜210还可以围绕χ-轴旋转，使 得N在y-z平面中旋转。因此，反射镜210可以响应于反射镜210的驱动力，绕两个非共线 轴倾斜。这种倾斜导致S’。ut的方向在两个维度中随时间而变化。图3A示出了平面图，图3B和3C示出了 SLM 150在被光束135 (包括光束135，) 照射时的示例的截面图。这里，以与图2的χ、y和ζ坐标轴不同的方式定向χ、y和ζ坐标 轴。在所示的实施例中，SLM 150其上具有像素310的规则二维阵列。像素310可以被控制 为，在其上以幅度的期望横向图案进行反射，从而例如产生具有期望颜色的一帧图像的光 束。可以通过对所选颜色序列(例如，红、绿和蓝)的单色帧序列进行时间交织(temporally interleave)，来形成多色图像。图3B和3C示出了反射光束135、135’。反射光在由差值S’。ut_S。ut表示的范围 内动态移动，因此随着反射镜210围绕两个非共线轴旋转，在SLM 150的表面上进行扫描。 S'-的定向可以在例如通过反射镜210围绕χ和y轴的最大旋转而确定的锥体内变化。在 图3B中，随着反射镜210围绕图2的y轴从其静止位置偏转至其偏转极限，光束135沿着 y方向在表面上扫描距离320。在图3C中，随着反射镜210从其静止位置偏转至其偏转极 限，光束135沿着χ方向在表面上扫描距离330。距离320可以等于距离330，但不必然等 于距离330。当反射镜210同时围绕两个非共线轴旋转时，光束135沿着两个维度在SLM上 扫描。在系统100的一些实施例中，像素310具有大约5μπι的间距。在一些实施例中，反 射光135方向变化1°，导致扫描距离320、330大约为200 μ m或大约为40个像素。相信， 反射光135以描述的方式扩散有利地降低了散斑的空间和/或时间相关性，获得了投影图 像质量的提高。在其他实施例中，例如，由于系统100的元件的不同配置，扫描距离大于或 小于200 μ m。如下进一步所述，光束135以振动的方式沿着χ和y方向在SLM 150上扫描。振 动以超过典型观察者的闪光融合率的频率的频率而发生。在一些实施例中，沿着χ和y轴 的振动可以具有IOOHz至IkHz范围内的频率。转向图4A至4C，示出了被指定为400的机械驱动反射器的实施例。图4A是平面 图，图4B和4C是反射器400的截面图。平面、凸面或凹面反射镜410的背面通过弹簧430 附着至衬底420。如下所述，致动器440、450被配置为对反射镜410施加扭矩。将施加在反 射镜上的扭矩传送至弹簧430，弹簧430弹性弯曲，并向反射镜410提供恢复力。弹簧430 例如可以具有弯曲梁弹簧、螺旋弹簧、以及扭转弹簧中的任何形式。典型地，形成的反射镜 410具有足够刚度，以致于在机电致动器440、450所施加的扭矩下不会显著变形。致动器440、450在反射镜410上产生力，并且由于它们的偏心位置产生导致反射 镜410从平衡定向旋转的扭矩。致动器440、450可以是机电驱动器，并可以提供引力或斥 力。例如，这些力可以由沿着所施加的电场改变其长度的电容器、电磁体、或压电元件来产 生。在非限制示例中，致动器440、450包括垂直面对磁元件，该元件可以被操作于彼 此吸引或排斥。更具体地，致动器440可以包括致动器元件440a、440b，例如，永磁体440a 和电磁体440b。致动器440、450可操作为导致反射镜410以第一和第二频率围绕第一和第 二非共线轴旋转振动。永磁体440a与电磁体440b之间的力预期为，大约与永磁体440a的 磁矩M与电磁体440b的磁场B的点积成比例。正如所示的，永磁体440a可以位于反射镜410与衬底420之间，或者在反射镜410上。在各个实施例中，永磁体包括能够保持强磁偶 极子的材料，例如，稀土磁材料，Nd2Fe14B, SmCo5和Sm2Co17。可以用传统的粘合剂将这样的 磁体粘接至反射镜410。在反射镜410的元件尺寸较小(例如线性反射镜尺寸< Imm)的实施例中，本领域 技术人员已知的微机械加工技术可以用于形成反射镜410、弹簧430以及致动器440、450。 例如，这样的技术可以包括光刻图案形成和刻蚀、材料的CVD和溅射、以及通过湿刻蚀去除 牺牲附着层释放可移动元件。可以使用常规技术来对一些磁材料(例如，坡莫合金(Ni/ Fe))进行沉积、形成图案、以及刻蚀。当受到来自于控制器(未示出)的控制电流的控制时，可以使电磁体440b磁化， 从而沿着ζ方向相对于永极磁体440a产生吸力和斥力。这种力导致扭矩，该扭矩使得反射 镜在所指示的参考框架中围绕χ轴旋转。类似地，致动器440可以包括永磁体450a和电磁 体450b。当激励致动器450时，反射镜410由于致动器450所施加的扭矩而围绕y轴旋转。致动器400和/或450可以由交流(AC)源驱动。例如，AC源可以连接在致动器 440或致动器450中的电容器的两端。即，反射镜410根据驱动频率共振或非共振地旋转振 动。在一些实施例中，AC源可以向致动器440、450提供连续变化的交流电。在其他实施例 中，AC源提供周期准数字脉冲。在共振振动的情况下，反射镜410、弹簧430和附着至反射 镜410的任何致动器元件形成机械滤波器。刚性移动元件(例如，反射镜410和所附着的 致动器元件)具有与其相关联的惯性矩，致动器440、450提供力和关联扭矩，并且弹簧430 提供恢复力和扭矩。滤波器具有与其相关联的Q值。当Q足够大时，例如，> 10，如果致动 器440、450中的任一个所施加的AC力以共振频率施加，则可以使反射镜的运动共振。作为 滤波器，刚性反射镜410以不同于共振频率的频率强衰减机械旋转。在一些情况下，衰减非 共振驱动运动的这种能力可以简化一些系统设计。在一些实施例中，反射镜410的旋转振动是非共振的，这是由于AC驱动力具有远 离共振频率的频率。在一些情况下，共振频率可以不存在，或者移动组件的Q可以过低(高 衰减的)而不能提供纯共振。在非共振实施例中，可以将反射镜410的定向设置为受控制 器(未示出)控制的值。控制器还可以提供被配置为使反射镜410例如以协同方式围绕χ 和y轴旋转的信号，这种协同方式导致期望的围绕轴的振动旋转。这样的控制器一般需要 独立控制围绕非平行轴的振动旋转的分离通道，并且还控制绕两个轴的旋转的相对相位。图5A和5B示出了偏转配置的反射器400。图5A与图4B相对应，图5B与图4C相 对应。与反射镜410和弹簧430相结合的致动器元件450a、450b可以具有与围绕y轴的旋 转振动相关联的机械共振频率ω θ。期望频率ω θ主要依赖于反射镜410的质量、反射镜 沿着χ方向的长度、以及弹簧430所提供的使得反射镜410围绕y轴旋转的恢复力。在致 动器440包括电磁体的情况下，例如，可以以大约ω0的频率来驱动该电磁体，从而以频率 ω θ激发共振模式。类似地，反射镜410可以具有与围绕χ轴旋转振动相关联的机械共振频率ω 。期 望频率ω φ依赖于反射镜410的质量、反射镜沿着y方向的长度、以及弹簧430所提供的 使得反射镜410围绕χ轴旋转的恢复力。围绕χ轴的恢复力不必等于围绕y轴的恢复力。 对于致动器450包括电磁体的情况，例如，可以大约(O41的频率激励该电磁体，从而以频率 ω $激发共振模式。因此，反射镜410可以具有围绕χ轴旋转的第一共振振动频率(本征
7频率)，并且具有围绕y轴旋转的不同的第二共振振动频率(本征频率)。反射器400可以被操作为，使得同时激发ω0和ω 共振模式。当以这种方式 操作时，从反射镜410反射的光束可以掠过复杂的时间路径，例如，李萨如图(Lissajous figure)。有利地，这样的操作可以在时间上平均掉导致散斑的空间相关。在示例实施例中，所形成的反射镜410长度为8mm，并且宽度大约为5mm。使用直 径大约为Imm并且长度大约为2mm的螺旋弹簧来形成弹簧430。这种配置可以获得大约 200s"1至大约300^之间的共振频率ω 0和ω ρ在其他实施例中，例如，反射镜侧面的长 度可以是一个厘米量级。认为，较大的反射镜(> l_2mm)通常最好由电磁体来致动，这是 由于静电致动器通常比电磁体需要更接近的致动器元件(例如，电容器极板)之间的间隔， 从而限制了反射镜410的旋转振动的范围。大约Imm或更小的反射镜可以由磁或静电驱动 器来驱动，虽然例如在一些情况下，使用用于这些小尺寸的已知技术，可以更容易制造静电 驱动器。图6定性地示出了根据驱动频率的反射镜410的角位移(以任意单位)的幅度的 大小。在反射镜410非旋转对称的所示实施例中，在共振驱动频率ω 0和ω 处可以存在 两个峰值幅度。峰值幅度的频率ω 0和ω 在这里被称作反射镜的驱动力或扭矩的本征频 率。本征频率与反射镜410围绕其两个驱轴的共振振动相关联。共振模式可以是基模或基 模的谐波。当以ω 0和ω 本征频率同时驱动反射器400时，可以获得等于ω ^ω 0的大小 的拍频Δω。当Δ ω小于观察者的闪光融合率时，一些观察者可以感知到散斑峰的运动。 因此，在一些实施例中，选择本征频率以获得大于人眼的闪光融合率的拍频，例如，16s—1。这 样，期望实质上减少对由反射镜41的共振机械驱动所导致的散斑峰的横向运动和/或变形 的感知。返回图4，反射器400可以是围绕其反射表面的中心处的法向矢量非旋转对称的。 在这样的配置中，反射镜410以及与其附着的机械元件可以使得存在两个不同的本征频 率，以驱动反射镜410围绕两个不同的非共线轴旋转振动。如果如所示出的那样反射镜410 为矩形，并且弹簧430 (例如，具有环形截面的弹簧430)提供沿着反射镜410的旋转轴的对 称力，则反射镜410具有与围绕χ轴(反射镜410的长轴)旋转振动相关联的第一本征频 率，并且具有与围绕y轴(反射镜410的短轴)旋转振动相关联的不同的第二本征频率。当AC驱动反射镜410执行围绕非共线轴的旋转振动时，反射器400的机械特性的 其他变型也可以获得两个不同的本征频率。在一些实施例中，弹簧430可以被形成为，产生 用于围绕不同旋转轴的旋转振动的不同恢复力。例如，所形成的这种弹簧具有矩形截面，或 者采用具有轴向非对称机械属性的材料成分形成。致动器440、450可以通过常规技术(例如，粘合或焊接)附着至反射镜410和衬 底420。致动器配置的其他方面通常依赖于所采用的致动器的类型。例如，永磁体仅需要 机械附着至反射镜410或衬底420。然而，电磁体还需要电连接以激励磁体。类似地，电容 式致动器的两个极板需要电连接，使得能够在极板之间施加电压。因此，例如，可以在衬底 420和/或弹簧430内向致动器元件440b、450b中的一个或两个提供电流路径。在一些实施例中，致动器440、450可以提供吸引或排斥静电力。因此，例如，控制 器可以对致动器元件440a、450a施加静电压和/或周期交流电压，以在致动器元件440a、450a之间产生静电势和/或交流电势。在一些实施例中，去除致动器元件440a、450a，并且 反射镜410直接用作致动器440、450的一个电容器极板。图7A、7B和7C示出了反射器700的实施例。图7A是反射器700的截面图。平面、 凸面或凹面反射镜710通过弹簧730附着至衬底720。磁体740x刚性附着至反射镜710。 线圈750位于衬底720上。线圈750可以以电流I来激励，以沿着坐标参考框架的ζ轴产 生磁场B。期望磁场B产生大约MxXB的扭矩，该扭矩使反射镜710围绕旋转轴760偏转了 角度θ，该旋转轴760平行于坐标参考框架(图7Β)的y轴。图7B是穿过磁体740x的平面图。在所示的实施例中，磁体740y刚性附着至反射 镜710，并且平行于y轴定向(垂直于磁体740x)。期望磁场B产生扭矩MyXB,该扭矩使反 射镜710围绕旋转轴770偏转了角度Φ，该旋转轴770平行于坐标参考框架的χ轴。转向图8Α，示出了 AC源的时域表示的非限制示例，AC源用于驱动电磁体产生图 7A、7B、7C的B磁场，以激发平面、凸面、或凹面反射镜710的两个共振频率。图8B示出了 AC源的频域表示。第一本征频率ω θ具有大约lOmsdOOs—1)的周期。将周期为1/ω θ的 脉冲串指定为7900。第二本征频率ω。具有大约7ms (146^)的周期。将周期为1/ω 的 脉冲串指定为790$。当反射镜710和磁体740x、740y被配置为反射镜710具有ω 0和ω小 的共振频率时，反射镜710以这些频率围绕χ和y轴共振旋转振动(即，摆动)。图8C示出了以示例方式驱动的反射镜710的一个示例的偏转期间时间上扫过的 Φ和θ的轨迹。该轨迹示出了参数空间的覆盖是密集的。在各个实施例中，当反射镜和 /或其恢复弹簧不是轴向对称的，期望获得类似于李萨如曲线的轨迹，例如，密集李萨如曲 线。对于具有如图8C的密集覆盖的轨迹，期望从反射镜710反射的相干光束在反射镜710 的偏转极限内被统一重定向，从而降低观察者对散斑的感知。通常优选地，选择ω θ和ω ，使得这些频率不具有例如小整数倍关系。例如，在 ωθ = ωφ时，例如，图8C中Φ和θ的轨迹可以为圆形或椭圆形。尽管在这样的情况下 有利地减小了散斑的空间和/或时间相关性，但是当Φ和θ的轨迹被更均勻地分布在图 8C的示例中所示的参数Φ、θ空间中，期望获得更大益处。转回至图7C，示出了反射镜700的备选实施例。在该实施例中，用磁体780来代替 磁体740x、740y，磁体780具有不与旋转轴760、770平行定向的磁矩Mxy。被如所示的那样 配置时，期望磁场B产生沿着χ和y轴均具有分量的扭矩。当B磁场被配置为包括χ和y 轴的共振模式的本征频率时，期望反射镜710以类似于图8B所示的情况动作，例如当运动 组件的Q值大于大约10时，组件可以以不同于共振频率的频率高效衰减运动。因此，例如 单个电磁体可以用于激发两个共振频率，而不会产生以其他频率的不期望振动。通常，与图7B相比，期望在图7C的配置中反射镜710的共振频率是不同的，例如 这是由于反射镜/磁体组件的质量的不同分布。即，反射镜和刚性附着的组件具有围绕非 平行旋转轴的不同惯性矩，围绕该非平行旋转轴驱动反射镜。本领域技术人员将认识到，磁 体780的其他配置可以用于导致激发反射镜710的两种共振模式。在另一示例实施例中，图9示出了向其电磁体致动器元件提供电源的反射器900。 致动器910包括两个致动器元件910a、910b，例如，可以是电磁体910a、910b。致动器920 包括两个致动器元件920a、920b，例如，可以是电磁体920a、920b。利用弹簧950在衬底420 上支撑平面、凸面或凹面反射镜930。可以经由相应导线960、970提供对电磁体910a、910b的供电。在一些实施例中，导线960、970附着至弹簧950和反射镜930，以提供来自于控制 器(未示出)的AC控制信号。在其他实施例中，弹簧950提供通过其连接至导线960、970 的导电路径。经由附着至或嵌入在衬底420中的导线(未示出)来给电磁体910b、920b供 H1^ ο电磁体910a、910b、920a、920b典型地不具有与其相关联的永磁偶极子。因此，当 未激励时，期望电磁体910a、910b、920a、920b不具有与来自于在反射器90的外部的源的磁 场显著的互作用。因此，期望外部磁场导致比采用永磁体的实施例更少的反射镜930位置 扰动。现在转向图10，示出了统一由1000指示的平面、凸面或凹面反射器的实施例。反 射器1000包括沿着X和y方向具有不同恢复力的弹簧1010。有致动器但未示出。非限制 性地，所示的弹簧1010具有矩形截面。由于弹簧1010施加轴向非对称恢复力，因此平面、凸 面、凹面反射镜1020可以是轴向对称的，并仍具有围绕χ和y轴的旋转振动的两个不同本 征频率。在光束115具有方形或圆形截面的情况下，这样的配置是期望的，例如，在所示的 实施例中，期望弹簧1010在y方向上比在χ方向上更坚硬。因此，与围绕χ方向相比，反射 器1000具有与围绕y方向旋转振动相关联的更高的本征频率。如前所述，弹簧1010可以 被配置为使得与两个共振振动模式相关联的本征频率之间的差值的大小大于闪光融合率。图11示出了反射器1100的实施例，其中致动器1110、1120是压电元件。平面、凸 面或凹面反射镜1130通过弹簧1150附着至衬底420。致动器1110、1120可以是传统的压 电元件，并且可以受本领域技术人员已知的方法的控制。如关于反射器400所述，致动器 1110、1120可以受控制器(未示出)的控制，使得反射镜1130以不同的本征频率共振地执 行围绕两个非共线方向地旋转振动。在该实施例中，期望反射镜1130的本征频率除了取决于之前所描述的因素以外， 还取决于压电致动器1110、1120的机械特性。因此，通常不期望反射器1100的本征频率与 反射器400的那些本征频率相同，虽然反射镜1130的尺寸和惯性矩可以与反射镜410的尺 寸和惯性矩相同。在一些情况下，压电致动器1110、1120可以提供优于磁致动元件(例如， 致动器440、450)的优点，这是由于周围磁场较不可能导致不受控的反射镜410的偏转。此 外，压电致动器1110、1120可以刚性附着至衬底420和反射镜1130，从而反射镜1130围绕 旋转轴振动的频率不需要是反射镜1130和弹簧1150的共振频率。现在转向图12，示出了统一表示为1200的反射器的实施例，该反射器包括被配置 为激发反射镜1220的两个本征频率的致动器1210。致动器1210可以是本公开范围内的 任何致动器，所示的致动器不限于包括致动器元件1210a、1210b。平面、凸面或凹面反射镜 1220通过弹簧1240附着至衬底420。反射镜1220和弹簧1240不限于分别具有方向和矩 形截面。因此，反射镜1220可以具有与围绕χ轴共振旋转振动相关联的本征频率，该本征 频率大于与围绕y轴共振旋转振动相关联的本征频率。致动器1210位于偏离平面、凸面、或凹面反射镜1220的χ和y轴的位置。在所示 实施例中，致动器1210位于方形反射镜1220的对角线上，但是也无需如此。类似于图7C 的实施例，控制信号由控制器(未示出)提供给致动器1210，该控制器被配置为导致致动器 同时以反射镜1220的两个本征频率来驱动反射镜1220。例如，控制信号可以包括与要激发 的每个本征频率相对应的频率分量。相对于使用分离的致动器来激发反射镜的各个旋转振动模式的实施例，反射器1200的配置有利地减少了元件的数目。最后转向图13A和13B，示出了 MEMS反射镜1300 ( S卩，平面、凸面、或曲面反射 镜)的实施例。MEMS反射镜1300可配置为沿着两个轴重定向入射光束。本领域技术 人员应理解，MEMS是指微机电系统，典型地包括具有微米或毫米量级的特征尺寸的元 件。这种MEMS反射镜的非限制示例是由Alcatel-lucent USA, Inc.，Murray Hill, NJ, USA 制造的 ffavestar Lambda router 中的 MEMS 反射镜。例如在 Dennis Greywall 等 AW "Crystalline Silicon Tilting Mirrors for Optical Cross-ConnectSwitches", Journal of Microelectromechanical System, Vol. 12, NO. 5, IEEE October 2003 中描述 了在绝缘体上硅(SOI)衬底上制造类似的反射镜组件，其全部内容通过引用合并于此。在图13A所示的实施例中，平面、凸面、凹面反射镜1310经由扭转弹簧1330附着 至常平架(gimbal) 1320，并且常平架1320经由扭转弹簧1350附着至环1340。反射镜1320、 常平架1320和环1340附着至底层衬底。反射镜1310在常平架1320内相对于第一轴自由 旋转，常平架1320在环1340内相对于不同的第二轴自由旋转。MEMS反射镜1300可控制为围绕第一轴倾斜，而与其围绕第二轴的倾斜无关。因 此，在由反射镜1310的倾斜极限所限定的锥体内，MEMS反射镜1300可以任意反射入射光 束。控制器(未示出)可以被配置为产生期望的时间偏转图案，该偏转图案被确定为减少 由来自于反射镜1300的输出光束160所产生的图像上的散斑效应。在一些实施例中，驱动 反射镜1310来执行以第一频率ω θ的围绕第一轴的振动倾斜，以及执行以不同的第二频率 Q41的围绕第二轴的振动倾斜。选择频率，使得差值《「ω θ的大小大于闪光融合阈值，或 者大于大约16s—1。通常，反射镜1310不以共振频率工作，这是由于运动倾向于例如被空气 阻力严重衰减。因此，在一些实施例中，正如针对反射镜400所述的那样，MEMS反射镜1300 被配置为以两个旋转轴独立控制的方式操作。反射镜130被配置为以具有被设计为提供对 投影图像中的视觉伪影的有效抑制的图案的周期旋转位移的方式移动。在一些实施例中， 该图案是伪随机图案，或设计为减小空间相关性在人类感知阈值以下的准李萨如图案。图13B示出了 MEMS反射镜1300的阵列1360，其中的每个MEMS反射镜如上配置。 在一些实施例中，MEMS反射镜同时被控制为沿着相同方向偏转入射光束。然而，阵列1360 的操作不限于这样的耦合运动。例如，当这样的控制被确定为减少散斑的感知，可以彼此独 立地控制MEMS反射镜1300。在一些实施例中，期望以不同旋转振动操作MEMS反射镜1300， 其中，这样的操作有利地降低散斑感知。与本申请相关的领域的技术人员将认识到，可以对所描述的实施例进行其他和进 一步添加、删除、替换和修改。
1权利要求
一种装置，包括衬底；机电驱动器；弹簧；以及反射镜，经由所述弹簧附着至所述衬底，所述驱动器可操作为导致所述反射镜以不同的第一和第二频率围绕第一和第二非共线轴旋转振动。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，反射镜具有围绕所述第一轴的旋转的第一共振 振动频率，并且具有围绕所述第二轴的旋转的不同的第二共振振动频率。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述驱动器包括电磁体、压电元件或电容器。
4.根据权利要求1所述的装置，还包括一个或多个交流源，连接为导致所述驱动器同 时以第一和第二频率旋转振动反射镜。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括空间光调制器和被配置为产生照射光束的相 干光源，其中所述反射镜被配置为将所述照射光束引向所述空间光调制器。
6.一种方法，包括以入射光束照射反射镜；以及在执行照射步骤的同时机械驱动所述反射镜，使得反射镜以第一频率围绕第一轴旋转 振动，并且以不同的第二频率围绕第二非共线轴振动。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，由电磁体、压电元件或电容器来执行驱动。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，反射镜围绕轴成非轴向对称，所述轴位于反射镜 的反射面的中心并垂直于所述反射面。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述驱动导致所述反射镜以其机械共振频率振动。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述照射包括利用来自于相干光源的入射光 来照射反射镜；以及其中，所述反射镜被配置为将所述照射光反射至空间光调制器。
全文摘要
一种装置，包括衬底和反射镜。反射镜经由弹簧附着至衬底。机电驱动器可操作为导致反射镜以不同的第一和第二频率围绕第一和第二非共线轴旋转振动。
文档编号G02B26/08GK101925845SQ200980102712
公开日2010年12月22日 申请日期2009年1月22日 优先权日2008年1月22日
发明者玛丽亚·埃利娜·西蒙, 罗兰·里夫, 陈刚 申请人:阿尔卡特朗讯美国公司