CN117170087A - 热致动的悬臂梁光学扫描仪 - Google Patents

热致动的悬臂梁光学扫描仪 Download PDF

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Abstract

描述了光学扫描仪、光学投射***、和扫描光波导和投射图像的方法的实施例。所公开的装置、***和方法有利地通过实现用于引起光学扫描仪和光学投射***内的悬臂的振荡的热驱动致动器提供对光学扫描仪和光学投射***的紧凑性、鲁棒性、简单性和可靠性的改进。光学扫描仪和光学投射***的稳定性和准确度使用本文所描述的电容感测、反馈和相位校正技术进一步增强。

Description

热致动的悬臂梁光学扫描仪
本申请是国际申请号为PCT/US2018/062095、国际申请日为2018年11月20日、中国国家申请号为201880075177.4、标题为“热致动的悬臂梁光学扫描仪”的专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年11月22日提交的美国临时申请号62/590,073的权益，其内容通过引用整体并入本文。
背景技术
自从智能手机的出现，具有能够通用计算和多媒体通信的通用且始终可用的装置的巨大的实用性已普遍由公众实现。然而，智能手机的显著缺点是相对小的屏幕尺寸。智能手机显示屏是更小的膝上型计算机屏幕的尺寸的小部分。
现在应当预期，智能手机将最终由增强现实眼镜代替或不可缺少地补充，该增强现实眼镜除了其他方面将有效地向用户提供无论出于商业还是娱乐目的对用户可任意访问的相对大视场的3D影像输出***。
发明内容
除了仅超过由膝上型电脑提供的屏幕尺寸并且没有携带膝上型电脑的累赘之外，增强现实眼镜将提供无缝集成现实世界和虚拟内容的新的混合现实应用。这不仅保持用户与现实世界的接合，而且使能新类型的物理世界的增强，诸如例如：重叠在自动识别的现实世界对象上的自动生成的上下文相关信息；通过每一方在另一方的地点(location)呈现的3D维度化身在远程坐落的人之间的通信；以及包括表现现实的虚拟内容的混合现实游戏，例如，关于现实世界中的物理对象的边界。
一种形式的增强现实包括一组透明目镜，该透明目镜被配置为将来自成影像的调制光的左和右源的光耦合到用户的眼睛。因此，用户可观看现实世界，同时观看虚拟影像。可提供立体正确的分离的左影像和右影像。此外，携带影像的光的波前的曲率可基于包括在虚拟影像中的虚拟对象距用户的预期距离来控制。上述这两种措施归因于观看的影像是三维的用户的感知。基本上缩小形式的增强现实眼镜可向每只眼睛提供小视场的虚拟影像。
将增强现实眼镜的尺寸和重量降低到接近典型眼镜的尺寸和重量的值将是期望的。这样做的障碍常常是成影像的调制光源。甚至基于2D焦平面阵列光调制器(如硅上液晶(LCoS)或者数字微镜器件(DMD))的高度小型化的投影仪将通常占用几立方厘米的体积和几克的重量。成影像的调制光的一个高度紧凑源是光纤扫描仪。光纤扫描仪包括延伸通过压电驱动管的光纤。光纤扫描仪的构造涉及艰苦的手工组装和环氧树脂结合程序，这将是大量生产的产品的成本问题。关于光纤扫描仪的另一问题可能是压电驱动管的显著的单元间变化。关于光纤扫描仪的另一问题在于，光纤扫描仪产生的影像稍微失真，并且失真从一个视频帧到下一个视频帧变化。失真被认为是可部分归因于压电扫描仪管中的变化和可能起因于光纤和压电扫描仪管的组装的变化。
因此，在本领域中需要一种紧凑的光学扫描仪，该紧凑的光学扫描仪适合于能够大量生产并且包括用于扫描图案控制的提供的紧凑增强现实眼镜。
本申请涉及光学扫描和投射***和投射图像的方法。更具体地，并且非限制性地，本申请涉及热驱动的基于微悬臂的光学扫描仪和投射***和投射图像的相关联的方法。所公开的基于微悬臂的光学扫描仪和投射***包括悬臂梁，该悬臂梁具有一组电阻加热元件，用于引起悬臂梁中的可控制的热膨胀以便使悬臂梁以期望的方式振动来允许投射二维图像。
在一方面中，描述了光学扫描装置。例如，光学扫描装置可包括：底座；悬臂梁，其从底座延伸，诸如包括远端和附接到底座(例如，自由或无支持远端)的近端的悬臂梁；至少一个光波导，其定位在底座和悬臂梁上并且从底座沿着悬臂梁从近端延伸到远端；以及多个加热器，其设置在悬臂梁上。
各种加热器配置对于本文所描述的光学扫描装置是有用的。例如，可选地，多个加热器设置在接近近端的悬臂梁上。在特定实施例中，多个加热器包括四个加热器。可选地，多个加热器关于悬臂梁隔开。例如，悬臂梁可具有顶侧和底侧，并且可选地，多个加热器包括第一加热器、第二加热器、第三加热器、和第四加热器。在一个布置中，第一加热器和第二加热器设置在顶侧上，并且第三加热器和第四加热器设置在底侧上。可选地，加热器设置在悬臂梁的角上，诸如其中，悬臂梁具有矩形剖面。
悬臂梁、底座、和/或其他组件可使用微制造的技术制造，包括图案化、掩蔽、光刻、蚀刻、沉积、剥离、牺牲层或衬底等。可使用各种材料和构造。例如，悬臂梁和底座可以可选地是单片的并且整体地形成，诸如由单晶体或多晶体材料形成。可选地，悬臂梁和/或底座可包括碳化硅、硅、或金刚石。在实施例中，这些材料可能是有用的，因为这些材料展现出大的热导率，该热导率可显著地大于其他材料，诸如二氧化硅或氮化硅。可选地，加热器可包括电阻材料，诸如铂或硅，例如，掺杂硅。可选地，加热器在悬臂梁上的特定地点被图案化以提供用于引入热的精确地点，引入热用于引起悬臂梁中的热膨胀以使得振动发生，这通过悬臂梁的重复和交替加热并跟随有从悬臂梁到底座的热传导造成的热弛豫。在实施例中，光学扫描装置还可包括在底座上独立地延伸到多个加热器的多个电气迹线。
光学扫描装置可包括允许通过光学扫描装置投射光的一个或多个光学元件。例如，光学扫描装置可以可选地还包括定位在底座上的至少一个激光二极管，诸如光学地耦合到至少一个光波导的至少一个激光二极管。可选地，至少一个激光二极管可远离底座定位。例如，光学扫描装置还可包括与底座机械啮合的光纤，诸如光学地耦合到至少一个光波导的光纤。以这种方式，光纤可提供至少一个激光二极管与光波导之间的光学通信以允许来自至少一个激光二极管的光由光波导接收并且从光波导透射或者投射。在实施例中，至少一个光波导具有小于或等于10微米的剖面尺寸。例如，光波导可选地具有包括的1微米与10微米之间的剖面宽度。可选地，光波导具有包括的1微米与10微米之间的剖面高度。
在一些实施例中，提供了一种光学扫描***。该光学扫描***可包括：可共振振荡的光学扫描构件；第一导体，其设置在可共振振荡的光学扫描构件上；第二导体，其邻近可共振振荡的光学扫描构件设置；以及电容感测电路。该电容感测电路可耦合到第一导体和第二导体并且可以被配置为生成由第一导体与第二导体之间的变化的电容调制的电容调制信号。该光学扫描***还可包括电信号机械力换能器，该电信号机械力换能器耦合到可共振振荡的光学扫描构件。该电信号机械力换能器可包括电信号输入。
在一些实施例中，光学扫描***还可包括相位校正电路，该相位校正电路耦合到电容感测电路和电信号机械力换能器。在一些实施例中，光学扫描***还可包括定时信号发生器，该定时信号发生器通过相位校正电路耦合到电信号机械力换能器。该相位校正电路可以被配置为至少部分地基于电容调制信号来调节从定时信号发生器接收的定时信号的相位以生成相位调节定时信号。该相位调节定时信号可传递到电信号机械力换能器。在一些实施例中，光学扫描***还可包括光学耦合到可共振振荡的光学扫描构件的光源，以及用于驱动光源的电路。该用于驱动光源的电路可电耦合到定时信号发生器。在一些实施例中，相位校正电路可包括耦合到相移电路的相位检测电路。该相位检测电路可耦合到电容感测电路。该相移电路可包括耦合到定时信号发生器的输入和耦合到电信号机械力换能器的输出。
在一些实施例中，成影像的调制光的源可包括本文所描述的光学扫描***并且还可包括帧缓冲器、用于生成定时信号的定时信号发生器、读取电路、和相位校正电路。该读取电路可耦合到帧缓冲器和定时信号发生器。该读取电路可以被配置为在由定时信号发生器确定的时间处以螺旋图案从帧缓冲器读出像素数据。该相位校正电路可耦合到定时信号发生器和读取电路并且还可耦合到电容感测电路。该相位校正电路可以被配置为基于电容调制信号来调节定时信号。
在一些实施例中，提供了一种投射图像的方法。该方法包括致动光学扫描装置的多个加热器以引起光学扫描装置的悬臂梁的远端的振荡。该光学扫描装置可包括底座、悬臂梁、光波导、和设置在悬臂梁上的多个加热器。该悬臂梁可从底座延伸并且包括附接到底座的近端和远端。该光波导可定位在底座和悬臂梁上并且可从底座延伸到悬臂梁的远端。该方法还包括致动一个或多个激光二极管来生成激光。该一个或多个激光二极管可光学耦合到光波导。该激光可从悬臂梁的远端处的光波导透射以投射图像。
在一些实施例中，致动多个加热器可增加悬臂梁的多个区域的温度并且可引起悬臂梁的多个区域的热膨胀。该悬臂梁的多个区域的热膨胀可引起对应于振荡的悬臂梁的远端的偏转。在一些实施例中，悬臂梁的多个区域对应于象限部分。
在一些实施例中，一个或多个激光二极管可经由一个或多个光纤光学耦合到光波导，该一个或多个光纤光学耦合到一个或多个激光二极管和光波导。在一些实施例中，光学扫描装置还可包括设置在悬臂梁上的第一电容感测电极和邻近悬臂梁设置的第二电容感测电极。该方法还可包括检测对应于第一电容感测电极与电容感测电极之间的电容的电容信号。该方法还可包括使用参考定时信号和参考定时信号与电容信号之间的相移生成相位校准定时信号。在一些实施例中，多个加热器可根据相位校准定时信号来致动，并且一个或多个激光二极管可根据参考定时信号来致动。可替代地，多个加热器可根据参考定时信号来致动，并且一个或多个激光二极管可根据相位校准定时信号来致动。
在一些实施例中，振荡可对应于以螺旋图案偏转悬臂梁的远端并且图像可对应于二维图像。在一些实施例中，致动一个或多个激光二极管可包括从帧缓冲器获得螺旋图案像素数据；将螺旋图案像素数据转换为一个或多个驱动信号；以及将一个或多个驱动信号电耦合到一个或多个激光二极管。
在一些实施例中，提供了一种图像投射***。图像投射***包括可共振振荡的光学扫描构件，该光学扫描构件包括用于传输可见光的光波导。该***还包括设置在可共振振荡的光学扫描构件上的第一导体。该***还包括邻近可共振振荡的光学扫描构件设置的第二导体。该***还包括耦合到第一导体和第二导体的电容感测电路。该电容感测电路可以被配置为生成由第一导体与第二导体之间的变化的电容调制的电容调制信号。该***还包括电信号机械力换能器，该电信号机械力换能器耦合到可共振振荡的光学扫描构件以引起可共振振荡的光学扫描构件的振荡。该***还包括定时信号发生器，该定时信号发生器被配置为输出定时信号。该***还包括相位校正电路，该相位校正电路耦合到电容感测电路和定时信号发生器。该相位校正电路可以被配置为至少部分地基于电容调制信号来调节定时信号的相位以生成相位调节定时信号。
在一些实施例中，该***还包括光学耦合到光波导的光源和用于驱动光源的电路。该用于驱动光源的电路可电耦合到定时信号发生器来接收定时信号。可替代地，用于驱动光源的电路可电耦合到相位校正电路来接收相位调节定时信号。在一些实施例中，电信号机械力换能器可电耦合到用于根据定时信号来引起可共振振荡的扫描构件的振荡的定时信号发生器。可替代地，电信号机械力换能器可电耦合到用于根据相位调节定时信号引起可共振振荡的扫描构件的振荡的相位校正电路。
本文所描述的光学扫描装置可以以各种配置使用。例如，光学扫描装置可用作增强现实装置的组件，诸如增强现实眼镜包括光学扫描装置并且还包括光学耦合到光学扫描装置的透明目镜。例如，透明目镜可以被配置为将从光学扫描装置接收的光耦合到相对于透明目镜限定的眼睛位置(pisition)，同时还允许环境光穿过透明目镜到眼睛位置。
在实施例中，所公开的光学扫描装置可包括其他组件。例如，光学扫描装置还可以可选地包括从底座延伸并且邻近悬臂梁的第一侧的一个或多个侧臂。可选地，一个或多个电容感测电极可并入光学扫描装置中。例如，光学扫描装置可选地还包括设置在悬臂梁上的第一电容感测金属(metallization)和设置在侧臂上的第二电容感测金属。电容感测金属可对应于电容感测电极，诸如设置在悬臂梁上的第一电容感测电极，以及邻近悬臂梁设置的第二电容感测电极。
电容感测金属或者电极可用于诸如在包括光学扫描装置的光学扫描***中提供反馈。可选地，光学扫描***包括：光学扫描装置，其包括第一电容感测电极和第二电容感测电极；耦合到第一电容感测电极和第二电容感测电极的电容感测电路；定时信号发生器；耦合到定时信号发生器和电容感测电路的相位检测电路，诸如被配置为接收来自定时信号发生器的定时信号、接收来自电容感测电路的变化的电容调制信号、和在相移控制信号输出处输出相移控制信号的相位检测电路；相移电路，其具有耦合到定时信号发生器的定时信号输入、耦合到相移控制信号输出的相位控制输入、和相位调节信号输出，诸如被配置为根据相移控制信号将定时信号相移一定量以产生相位校准定时信号的相移控制电路；耦合到相移电路的多相加热功率信号发生器，诸如包括耦合到多个加热器的多个加热信号输出的多相加热功率信号发生器，该多个加热器被设置在悬臂梁上并且被配置为接收来自相移电路的相位校准定时信号以及在多个加热信号输出处输出基于校准的定时信号定时的多个加热功率信号。
应当理解，电容感测技术通常可用于其他光学扫描或者投射***中。例如，在一个实施例中，光学扫描***包括：可共振振荡的光学扫描构件；第一导体，其设置在可共振振荡的光学扫描构件上；第二导体，其邻近可共振振荡的光学扫描构件设置；电容感测电路，其耦合到第一导体和第二导体并且被配置为生成由第一导体与第二导体之间的变化的电容调制的电容调制信号；以及电信号机械力换能器，其耦合到可共振振荡的光学扫描构件，电信号机械力换能器包括电信号输入。
可选地，光学扫描***还可包括：相位校正电路，其耦合到电容感测电路和电信号机械力换能器；以及定时信号发生器，其通过相位校正电路耦合到电信号机械力换能器。可选地，相位校正电路被配置为至少部分地基于电容调制信号调节从定时信号发生器接收的定时信号的相位以生成相位调节定时信号。可选地，相位调节定时信号被传递到电信号机械力换能器。
有用的光学扫描***包括还包括以下各项的光学扫描***：光学耦合到可共振振荡的光学扫描构件的光源，以及用于驱动光源的电路，诸如用于驱动电耦合到定时信号发生器的光源的电路。可选地，相位校正电路包括耦合到相移电路的相位检测电路，诸如耦合到电容感测电路的相位检测电路；以及包括耦合到定时信号发生器的输入和耦合到电信号机械力换能器的输出的相移电路。
在实施例中，光学扫描***和光学扫描装置作为成影像的调制光的源可能有用。例如，成影像的调制光的源可对应于投射***。可选地，成影像的调制光的源包括：光学扫描***；帧缓冲器；定时信号发生器，其用于生成定时信号；读取电路，其耦合到帧缓冲器和定时信号发生器，该读取电路被配置为在由定时信号发生器确定的时间处以螺旋图案从帧缓冲器读出像素数据；相位校正电路，其耦合到定时信号发生器和读取电路并且进一步耦合到电容感测电路，诸如被配置为基于电容调制信号来调节定时信号的相位校正电路。
在本文中还公开了诸如操作光学扫描***、光学扫描装置、或者投射一个或多个图像的方法的方法。该方面的方法可以可选地包括：致动光学扫描装置的多个加热器以引起光学扫描装置的悬臂梁的远端的振荡，诸如光学扫描装置包括底座、悬臂梁，诸如从底座延伸并且包括附接到底座的近端和远端的悬臂梁、定位在底座和悬臂梁上并且从底座延伸到悬臂梁的远端的光波导、以及设置在悬臂梁上的多个加热器；以及致动一个或多个激光二极管以生成激光。可选地，一个或多个激光二极管光学耦合到光波导。可选地，激光从悬臂梁的远端处的光波导透射以投射图像。
应当理解，致动多个加热器可增加悬臂梁的多个区域的温度并且引起悬臂梁的多个区域的热膨胀。例如，悬臂梁的多个区域的热膨胀可引起对应于振荡的悬臂梁的远端的偏转。可选地，悬臂梁的多个区域对应于象限部分。应当理解，一个或多个激光二极管可以可选地经由一个或多个光纤光学耦合到光波导，该一个或多个光纤光学耦合到一个或多个激光二极管和光波导，或者可选地定位在底座上并且直接光耦合到光波。
如上文所描述的，电容感测电极可用作反馈机构，以控制加热元件和光源(例如，激光二极管)的致动。可选地，光学扫描装置还包括设置在悬臂梁上的第一电容感测电极和邻近悬臂梁设置的第二电容感测电极。例如，该方面的方法还可包括：检测对应于第一电容感测电极与第二电容感测电极之间的电容的电容调制信号；以及使用参考定时信号和参考定时信号与电容信号之间的相移生成相位校准的定时信号。可使用不同的致动配置，包含参考定时信号和相位调节定时信号。例如，多个加热器可选地根据相位校准定时信号来致动，而一个或多个激光二极管根据参考定时信号来致动。可选地，多个加热器根据参考定时信号来致动，并且一个或多个激光二极管根据相位校准定时信号来致动。
如上文所描述的，振荡可对应于以螺旋图案偏转悬臂梁的远端。投射的图像可对应于二维图像。为了适当地投射图像，可使用各种细节。例如，致动一个或多个激光二极管可选地包括：从帧缓冲器获得螺旋图案像素数据；将螺旋图案像素数据转换为一个或多个驱动信号；以及将一个或多个驱动信号电耦合到一个或多个激光二极管。
本文所描述的光学扫描***和光学扫描装置也可用于图像投射***中。本文所描述的各方面通常可用于图像投射***中。例如，图像投射***可包括：可共振振荡的光学扫描构件，其包括用于传送可见光的光波导；第一导体，其设置在可共振振荡的光学扫描构件上；第二导体，其邻近可共振振荡的光学扫描构件设置；电容感测电路，其耦合到第一导体和第二导体并且被配置为生成由第一导体与第二导体之间的变化的电容调制的电容调制信号；电信号机械力换能器，其耦合到可共振振荡的光学扫描构件以引起可共振振荡的光学扫描构件的振荡；定时信号发生器，其被配置为输出定时信号；以及相位校正电路，其耦合到电容感测电路和定时信号发生器，诸如被配置为至少部分地基于电容调制信号来调节定时信号的相位以生成相位调节定时信号的相位校正电路。
有用的图像投射***包括包含以下各项的图像投射***：光学耦合到光波导的光源；以及用于驱动光源的电路，诸如用于驱动电耦合到定时信号发生器以接收定时信号的光源的电路或者用于驱动电耦合到相位校正电路以接收相位调节的定时信号的光源的电路。
有用的可共振振荡的光学扫描构件包括支撑光波导和悬臂光纤的悬臂梁。有用的电信号机械力换能器包括定位在结构上以通过加热该结构来引起热膨胀和偏转的加热器以及可通过使压电结构暴露于电压来引起物理膨胀和偏转的压电结构。可选地，电信号机械力换能器电耦合到定时信号发生器，以用于根据定时信号来引起可共振振荡的扫描构件的振荡。可选地，电信号机械力换能器电耦合到相位校正电路，以用于根据相位调节定时信号来引起可共振振荡的扫描构件的振荡。
在参考以下描述、权利要求和附图之后，前述内容连同其他特征和实施例一起将变得更明显。
附图说明
图1提供了可佩戴增强现实***实施例的示意图。
图2提供了根据一些实施例的描绘包括光学扫描装置的光学投射***的细节的可佩带光学装置的示意图。
图3提供了根据一些实施例的光学扫描装置配置的示意图。
图4提供了根据一些实施例的提供各种装置元件的细节的光学扫描装置的透视示意图。
图5提供了根据一些实施例的光学扫描装置的顶平面示意图。
图6提供了根据一些实施例的光学扫描装置的一部分的缩放示意图。
图7提供了根据一些实施例的光学扫描装置的底平面示意图。
图8提供了根据一些实施例的光学扫描装置的顶平面示意图。
图9提供了根据一些实施例的光学装置的组件的平面示意图。
图10提供了在实施例中用于驱动光学扫描装置的四个分离的加热元件的图形概览。
图11提供了提供给四个加热元件以在实施例中用于以圆形或螺旋配置驱动光学扫描装置的加热功率信号的代表图。
图12提供了示出用于光学扫描装置中的悬臂端的示例螺旋路径的图。
图13提供了示出沿着螺旋路径的相等时间间隔的像素位置的示例的图。
图14提供了重叠在彼此上的图12和图13的图。
图15提供了根据一些实施例的表示用于驱动光学扫描装置的***的组件的框图。
图16提供了根据一些实施例的表示用于驱动光学扫描装置的***的组件的框图。
图17提供了描绘光学投射方法的各方面的流程图。
图18提供了根据一些实施例的光学扫描装置的透视示意图。
具体实施方式
本文中所描述的是光学扫描仪、光学投射***和扫描光学波导和投射图像的方法的实施例。所公开的装置和***有利地通过实现用于引起光学扫描仪和光学投射***内的悬臂的振荡的热驱动致动器来提供对光学扫描仪和光学投射***的紧凑性、鲁棒性、简单性和可靠性的改进。
所公开的装置可包括微尺度光学扫描元件，该微尺度光学扫描元件可以例如例示为微悬臂，在本文中也被称为悬臂、悬臂梁等。悬臂可指仅在单个端(在本文中被称为近端)由底座支撑而相对端(在本文中被称为远端)未被支撑的平台、梁、或其他部分悬挂结构。光学扫描元件的组件可通过从微制造的领域借用的技术制造，包括图案化、光刻、掩蔽、蚀刻、剥离、沉积、和其他技术。
有利地，光学扫描元件可包括晶体和/或多晶材料。在一些实施例中，光学扫描元件的组件(诸如微悬臂和支撑底座)可由具有相对高热导率的材料制造，诸如硅、碳化硅、金刚石等。示例的有用热导率包括大于约50W/m·K的导热率，其选自50W/m·K到2500W/m·K的范围或者选自100W/m·K到500W/m·K的范围。具有高导热率的材料的使用可以对于迅速地耗散由热致动器引入的热是有利的。
在本文所描述的光学扫描元件中有用的材料还可展现出非零热膨胀系数以允许当悬臂梁的区域被加热时悬臂梁偏转。对于各种实施例有用的示例的线性热膨胀系数包括具有大于1×10-6/K的值的线性热膨胀系数，其选自1×10-6/K到50×10-6/K的范围或者选自1×10-6/K到10×10-6/K的范围。
出于各种目的，其他材料可并入本文所描述的光学扫描元件中。例如，金属可并入作为例如导电元件或者电阻加热元件。例如，铜、铝、金、和/或银可用作导电材料。其他低电阻率材料可能类似地有用，诸如掺杂硅、掺杂碳化硅等。某些材料可用作加热元件，诸如铂、低掺杂硅、氧化硅、氮化硅、金属氧化物等。在实施例中，这些材料可展现出合适的电阻率以允许通过使电流穿过材料在特定地点有用地生成热。
所公开的光学扫描元件可展现出悬臂梁中的任何合适的特征共振频率，诸如在20kHz与250kHz之间，这取决于装置的应用和构造。在一些实施例中，可使用约62kHz的特征共振频率。悬臂梁扫描仪组件的尺寸可指示特征共振频率。悬臂梁的合适的尺寸可包括在50μm与250μm之间的厚度、在50μm与250μm之间的宽度、和500μm到2000μm的长度。针对悬臂梁的示例尺寸包括约100μm的宽度、约100μm的厚度、和约1000μm的长度。
例如，本文所描述的光学扫描仪和光学投射***可用于可佩带增强现实***中，诸如包含透明目镜以允许来自环境的光和由光学投射***生成的光到达用户的眼睛的增强现实眼镜。图1提供了包括框架105的可佩带增强现实***100的示意图。由光学投射***(在图1中未示出)生成的光由输入光学元件110接收，该输入光学元件110通过第一光瞳扩展光学元件115和第二光瞳扩展光学元件120引导光以将投射的光的至少一部分引导到用户眼睛位置125。输入光学元件110、第一光瞳扩展光学元件115、和第二光瞳扩展光学元件120是目镜117的组件。目镜117可包括透明材料和输入光学元件110，第一光瞳扩展光学元件115和第二光瞳扩展光学元件120可采取表面浮雕或体积微光学元件的形式，诸如光栅。应当理解，眼睛位置125表示用户的眼睛的近似地点以便用户的眼睛从框架105并且从环境接收光，因为光瞳扩展光学元件115和120在可见光谱区域内是至少部分透射的。在于2016年8月22日提交的美国临时专利申请号62/377,831和于2017年8月22日提交的美国非临时专利申请号15/683,412、15/683,624、15/683,638、15/683,644、15/683,702、和15/683,706中进一步描述了可佩带增强现实***和相关联的组件的配置的细节。这些申请以整体内容通过引用并入本文。
在图2中示意性地描绘了增强现实***100的进一步的细节，图2描绘了框架105、光纤230、一个或多个机械支撑件235、悬臂光学扫描仪240、准直和耦合光学器件245、和包括输入光学元件110和光瞳扩展光纤元件115和120的各种光学元件。
图3提供了悬臂光学扫描仪240的示意图。悬臂光学扫描仪240包括底座305和悬臂梁310。可选地，底座305和悬臂梁310整体并且单片形成并且表示单个装置元件的不同部分。例如，底座305可附接到另一个衬底或者支撑组件，而悬臂梁310可在近端位置处附接到底座305并且在远端位置处独立(即，无支撑)。悬臂梁310在图3中被描绘为支撑光波导315以将来自输入元件的光耦合到准直和耦合光学器件245，该准直和耦合光学器件245可允许准直和重引导入射光。底座305可支撑或者被构造为包括V型槽320，该V型槽320可对应于机械耦合元件以将光纤定位在将光纤的纤芯光耦合到光波导315的地点处。来自光波导315的光被引导到耦合光学器件245，其中，来自光波导315的光被准直并引导到其他光学组件，诸如增强现实***100的输入光学元件110。来自光波导315的线偏振光进入耦合光学器件245的输入表面325，透射通过偏振分束器(PBS)330并且到达四分之一波片(QWP)335。根据可替代的实施例，光可以是如在入射在PBS 330上时判断的s偏振或者p偏振。在穿过QWP 335时，光的偏振状态从线偏振被转换为圆偏振光(例如，根据可替代的实施例，取决于QWP的取向，圆偏振光可以是RHCP或LHCP)。光然后由凹面镜340反射。在反射时，光的圆偏振状态被反转(即，从RHCP切换为LHCP或者反之)。此后，在再一次穿过QWP 335时，光将被改变到垂直于初始线偏振状态的线偏振状态并且因此将朝向出射表面345由PBS 330向下反射。在穿过出射表面345时，现在准直的光将进入输入光学元件110。准直光将由输入光学元件和光瞳扩展光学元件115和120重引导到用户眼睛位置125。进入输入光学元件110的光采取光束的形式，该光束的角度根据光波导315的远端的瞬时位置来变化。该束的每个角度对应于以角坐标定义的图像像素。第一光瞳扩展元件115朝向第二光瞳扩展光学元件120向下(在图1的视角上)增量地重引导光，从而增加束的水平宽度。第二光瞳扩展光学元件120大体朝向用户眼睛位置向外增量地重引导光，从而增加束的垂直高度。应当理解，一些光还可远离用户眼睛位置向外引导。水平宽度和垂直高度的扩展填充眼盒，这为用户的瞳孔的运动提供容差同时维持输出影像的可见性。
图4提供了光学扫描装置400的透视示意图。光学扫描装置400包括底座405和悬臂梁410。底座405包括用于将光纤420(诸如透镜化光纤)定位在用于光纤420的纤芯与光波导425之间的光通信的位置处的V型槽415。底座405还包括与其他元件电气通信布置的电气接触430，包括设置在悬臂梁410上的加热元件435。底架440围绕其他组件并且可用于支撑底座405和光学元件445并且确保光学元件445相对于悬臂梁410和光波导425的适当的定位。光学扫描装置400在图4中被示出为包括位置感测接触450和465，该位置感测接触450和465可用于感测悬臂梁410与位置感测接触450之间的距离，诸如通过位置感测接触450与位置感测接触465之间的时间相关电容测量，以提供针对悬臂梁410的位置信息。
图5提供了光学扫描装置500的顶平面示意图。光学扫描装置500类似于和/或可对应于图4中所描绘的光学扫描装置400。在一个示例中，光学扫描装置500可以是62kHz MEMS共振螺旋光学扫描仪。光学扫描装置500包括底座505和悬臂梁510。底座505包括用于将光纤定位在用于光纤520的纤芯与光波导525之间的光通信的位置处的V型槽515。底座505还包括与其他元件(诸如设置在悬臂梁510上的加热元件535)电气通信布置的电气接触530。光学扫描装置500在图5中被示出为包括邻近悬臂梁510定位的延伸545，其中，延伸545包括感测电极550，该感测电极550可用于时间相关电容测量，如上文和下文参考图5所描述的。
图6提供了光学扫描装置600的缩放透视图。光学扫描装置600类似于和/或可对应于图4和图5中所描绘的光学扫描装置400和500。光学扫描装置600被示出有光纤620的末端，该光纤620的末端啮合在V型槽615中并且与光波导625对准定位和/或光耦合到光波导625。示出了向定位在悬臂梁610上的加热元件635提供电气连接的电气迹线630。
图7提供了光学扫描装置700的底平面示意图。光学扫描装置700类似于和/或可对应于图4-6中所描绘的光学扫描装置400、500、和600。光学扫描装置700包括底座705和悬臂梁710。光学扫描装置700在图7中被示出为包括感测接触750，该感测接触750可用于识别悬臂梁710与延伸745的顶面上的位置感测接触(在图7中不可见的)之间的距离，诸如借助时间相关电容测量，以提供针对悬臂梁710的位置信息。示出了向定位在悬臂梁710上的加热元件735和感测接触750提供电气连接的电气迹线730。
图8提供了光学扫描装置800的顶平面示意图。光学扫描装置800类似于图4-7中所描绘的光学扫描装置400、500、600、和700，但是，光学扫描装置800包括局部光源。光学扫描装置800包括底座805和悬臂梁810。取代V型槽和光纤，光纤扫描装置800包括底座805上的多个光源815A、815B、和815C，该多个光源815A、815B、和815C可例如对应于不同颜色(例如，红色、绿色、和蓝色)激光二极管。可替代地，光源的数量可增加超过三个来增加亮度，或者，在提供超过三个发射波长的情况下，来增加色域。应当理解，在一些实施例中，光纤和局部光源可并入光学扫描装置中。
光学扫描装置800在图8中被示出为包括定位感测接触845，该感测接触845可用于识别悬臂梁810与悬臂梁810的底侧的位置感测接触(在图8中不可见的)之间的距离，诸如通过时间相关电容测量，以提供针对悬臂梁810的位置信息。示出了向加热元件835和感测接触845提供导电性的电气接触830。在图8中描绘了多个波导825A、825B和825C。波导825A被定位在光学扫描装置800上并且从底座805延伸到悬臂梁810的远端，并且与光源815A直接光通信。波导825B和825C被示出为定位在底座805上并且分别与光源815B和815C直接光通信。可选地，类似于波导825A，波导825B和825C可从底座805延伸到悬臂梁810的远端。然而，在图8中所描绘的配置中，采用定向光耦合，其中，在光波导825A与825B之间和在光波导825A与825C之间的邻近部分的间隔和长度被选择以便将光波导825B中的光传送到光波导825A并且将光波导825C中的光传送到光波导825A，例如通过消散波耦合。
图9提供了可用作例如图1中所描绘的配置的替代方案的目镜布置900的示意图。在布置900中，光学扫描装置905将光910直接投射到第一光学元件915上，该第一光学元件915可将来自光学扫描装置905的光910的至少一部分引导到用户眼睛位置920。第二光学元件925可允许来自环境的光930直接传递到用户眼睛位置920以允许来自光学扫描装置的投射光910看起来重叠在环境光930上和/或在环境光930内以用于增强现实观看。来自光学扫描装置905的光在第一光学元件915与第二光学元件925之间的间隙935处经历全内反射(TIR)，而由于其不同的入射角范围，来自环境的光穿过间隙935并且到达用户眼睛位置920。
应当理解，多个独立加热元件被包括在图4-8中所描绘的光学扫描装置中。可选地，四个加热元件被包括在光学扫描装置中，诸如悬臂梁的顶面上两个加热元件和悬臂梁的底面上两个加热元件。图10提供了用于引起光学扫描装置中的振荡的四个加热元件的电气配置的图形概览。在图10中，加热元件1005、1015、1015、和1020被定位为与正交(quadrature)加热功率信号源1025独立电气通信。
图11提供了提供给四个加热元件用于以圆形或螺旋图案驱动光学扫描装置的加热功率信号1105、1110、1115、和1120的代表图。加热功率信号被示出具有特征重复率和幅度，该特征重复率和幅度可取决于期望给予的振荡的幅度来变化。加热功率信号1105、1110、1115、和1120的相位移动90度，这可提供生成悬臂梁的偏转的连续进展以例如生成总体圆形或螺旋运动。
应当理解，图11中所描绘的加热功率信号的幅度和持续时间是代表性的和出于说明的目的，并且加热功率信号可与图11中的加热功率信号相同或者不同。通常，加热功率信号可大体对应于具有匹配悬臂梁的共振频率的重复频率的形式。例如，加热功率信号可各自对应于如图11所示的重复周期的持续时间的1/4的方波，或者对应于大于或小于重复周期的持续时间的1/4的方波。可选地，加热功率信号可对应于脉冲(例如，高斯型脉冲)、三角波、或其他非方波。此外，加热功率信号的幅度可根据时间变化以引起悬臂梁中的变化的偏转，该变化的偏转可用于生成悬臂梁的远端的螺旋或其他偏转图案。此外，不变幅度的信号可在连续脉冲周期期间将能量添加到悬臂梁，由此，螺旋图案的径向坐标从一个波形周期逐渐增加到下一个波形周期，直到摩擦损失等于脉冲信号将能量添加到螺旋振荡的速率。一旦达到预定最大径向坐标，则驱动信号的相位可偏移180°以使悬臂梁返回其中心位置。可替代地，悬臂梁的轨道可被允许衰减回到零。
本文所公开的光学扫描装置可用于投射***中，诸如以生成和投射图像或者图像序列来表示动画或电影。通过重复螺旋振荡和输出不同的图像，可生成逐帧图像投射。投射***的各种实现方式对于本文所描述的光学扫描装置是有用的，并且通过根据扫描装置的位置来控制由光学扫描装置输出和投射的光，可投射任何期望的图像。
例如，图12描绘了样本螺旋扫描图案，该样本螺旋扫描图案可表示悬臂梁的远端的位置或者从悬臂梁的远端处的光波导出射的投射束的地点。应注意，所描绘的螺旋扫描图案仅是示例性的，并且其他扫描图案可以对于各种实施例是有用的。例如，螺旋扫描图案可表示中心到边缘扫描方向或者边缘到中心扫描方向。此外，这样的扫描图案可以是顺时针方向或者逆时针方向。图13描绘了根据图12中所描绘的螺旋扫描图案振荡的悬臂梁的远端的相等时间间隔的地点的位置或者从悬臂梁上的光波导投射的光束的位置。图12和图13中的描绘在图14中示出重叠在彼此上。这样的扫描图案和投射位置的使用可允许在螺旋扫描图案重复时投射图像或者图像序列。
应当理解，图13中所描绘的位置点可对应于像素输出地点。注意，耦合光学器件245将每个位置映射到由耦合光学器件245输出的准直束的特定角度，使得每个像素通过由目镜117产生的视场中的角坐标描述。组成数字图像和视频的数字帧的像素通常存储在光栅图形结构中的像素的矩形栅格中，该像素的矩形栅格可能与图13中所描绘的像素输出地点不直接兼容并且可能要求首先读取靠近图像的中心的特定像素并且稍后读取靠近边缘的像素。另外，光栅图形结构中的像素的像素插值和操控可能对于以螺旋扫描图案投射的图像是必要的，以看起来与存储在光栅图形结构中的图像相同。例如，需要由像本文所公开的那些螺旋扫描投射***输出的像素的x-y地址可通过使用螺旋扫描地址序列发生器来获得。随机访问读取电路可有助于从将像素存储在光栅图形结构中的帧缓冲器获得对应的像素信息。数字像素信息可转换为一个或多个模拟值，该一个或多个模拟值然后可以放大以用于驱动一个或多个光源(诸如激光二极管)，以为输出提供适当的强度。
为了正确地投射图像，像素信息和输出光强度将需要与输出光的投射地点适时匹配，该输出光的投射地点由光学投射***中的悬臂梁的远端的位置指示。应当理解，由于光学投射***的组件，可能遇到源定时信号之间的一个或多个相位延迟。例如，可在根据螺旋扫描地址序列读取像素信息、数字像素到模拟激光驱动信号的转换和激光驱动信号放大的过程中的一者或多者中引入相位延迟。附加相位延迟可在使悬臂梁震荡的过程期间引入，这可能起因于与生成加热功率信号或者与加热悬臂梁的部分以生成悬臂梁的偏转的过程相关联的驱动电子装置。因此，如下文进一步描述的，诸如通过电容测量跟踪悬臂梁的位置可以允许可引入的所有各种相位延迟的校正和/或补偿。
图15和图16描绘了表示用于驱动光学扫描装置的***的组件的框图，光学扫描装置并入了相位校正电路以补偿图像的投射期间引入的相位延迟。在图15中，相位延迟在机械侧被校正，其中，相位调节信号被提供到耦合到悬臂梁的机械力换能器(即，与悬臂梁热通信的加热元件)。在图16中，相位延迟在光学侧被校正，其中，相位调节信号被提供到用于获得用于投射的像素信息的像素序列地址发生器。
在图15中，***1500包括向螺旋扫描地址序列发生器1510提供定时信号的定时信号发生器1505。由螺旋扫描地址序列发生器1510生成的地址序列被提供到随机访问读取电路1515，该随机访问读取电路1515根据地址序列从帧缓冲器1520获得像素信息。帧缓冲器1520可选地驻留在图形处理单元1525内。随机访问读取电路1515将针对三种颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的数字像素信息提供到数字模拟转换器1530A、1530B、和1530C，该数字模拟转换器1530A、1530B、和1530C向激光驱动放大器1535A、1535B、和1535C提供模拟输出以向激光二极管1540A、1540B、和1540C提供电流/电压。激光二极管输出耦合到热驱动的悬臂支撑的波导扫描仪1545以用于投射。应当理解，除了悬臂支撑的波导扫描仪之外，可使用其他可共振振荡的光学扫描构件，诸如自由端光纤。
为了将悬臂定位到用于输出特定像素值的适当的位置，正交相控加热功率信号发生器1550输出用于驱动热驱动的悬臂支撑的波导扫描仪1545上的加热元件1555的加热信号。应当理解，其他电信号到机械力的换能器可代替热驱动的悬臂来使用，诸如基于压电的***或者基于电磁的***。
电容感测电路1560被定位以检测表示悬臂的位置的电容值。应当理解，位置感测电路和组件可代替电容感测电路来使用，诸如基于压敏电阻器或应变传感器的电路。来自电容感测电路1560的电容值被提供到相位校正电路1570的相位检测电路1565，该相位检测电路还接收来自定时信号发生器1505的源定时信号。相位校正电路1570的相移电路1575还接收来自定时信号发生器1505的源定时信号并且生成提供到正交相控加热功率信号发生器1550以适当地定位悬臂的相位调节定时信号。
在图16中，***1600包括定时信号发生器1605，该定时信号发生器1605向驱动信号发生器1610提供定时信号，以用于生成提供给一个或多个电信号机械力换能器1615的一个或多个电信号，以用于使可共振振荡的光学扫描构件1620机械振荡。应当理解，电信号机械力换能器1615可对应于用于引起可共振振荡的光学扫描构件1620的振荡的电阻加热元件，如上文所描述的，并且可使用其他电信号机械力换能器，诸如压电或者电磁元件。另外，应当理解，可共振振荡的光学扫描构件1620可对应于其上具有一个或多个光波导的悬臂梁，如上文所描述的，并且可使用其他可共振振荡的光学扫描构件，诸如自由端(悬臂)光纤。
位置感测电路1625用于识别可共振振荡的光学扫描构件的位置并且向相位校正电路1635的相位检测电路1630提供位置反馈，该相位检测电路1630还接收来自定时信号发生器1605的源定时信号。应再次理解，位置感测电路1625可对应于电容感测电路，如上文所描述的，并且可使用其他位置感测电路，诸如基于压敏电阻器或应变传感器的位置感测电路。相位校正电路1635的相移电路1640也接收来自定时信号发生器1605的源定时信号以生成相位调节定时信号。
相位调节定时信号被提供到用于适当地驱动光学元件以基于可共振振荡的光学扫描构件1620的位置来输出合适的像素值的附加电路。如图所示，相位调节定时信号被提供到螺旋扫描地址序列发生器1645。由螺旋扫描地址序列发生器1645生成的地址序列被提供到随机访问读取电路1650，该随机访问读取电路1650根据地址序列从帧缓冲器1655获得像素信息。帧缓冲器1655可选地驻留在图形处理单元1660内。随机访问读取电路1650将针对三种颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的数字像素信息提供到数字模拟转换器1665A、1665B、和1665C，该数字模拟转换器1530A、1530B、和1530C向激光驱动放大器1670A、1670B、和1670C提供模拟输出以向激光二极管1675A、1675B、和1675C提供电流/电压。激光二极管输出耦合到可共振振荡的光学扫描构件1620以用于投射的光。
图17提供了投射图像的方法1700的综述的流程图。应当理解，图17中所标识的框可对应于方法的操作并且可以以图17中所标识的特定顺序或者以任何其他顺序执行。可选地，图17中的框可同时或者顺序执行。此外，图17中的框中的每一个可以可选地并且独立地重复一次或多次。
在框1705处，提供了光学扫描装置，诸如光学扫描装置包括底座、从底座延伸并包括附接到底座的近端和自由远端的悬臂梁、定位在底座和悬臂梁上并从底座延伸到悬臂梁的远端的光波导，以及设置在悬臂梁上的多个加热器。应当理解，光学扫描装置可包括除上文指定的组件之外的其他组件，包括光源，该光源可对应于与例如激光二极管光通信定位的光纤，或者与光波导直接光通信的激光二极管。另外，电气迹线或者电极可包括在光学扫描装置中，诸如以向多个加热器提供电连接。可选地，光学扫描装置可包括在悬臂梁上或者邻近悬臂梁(诸如在侧臂上)设置的一个或多个电容感测金属。
在框1710处，多个加热器被致动以引起光学扫描装置的悬臂梁的远端的振荡。如上文所描述的，多个加热器可各自按顺序致动以引起期望的振荡。例如，加热器可使用类似于图11中描绘的电信号的电信号致动来引起螺旋型振荡。应当理解，致动多个加热器可增加悬臂梁的多个区域的温度以引起多个区域(诸如象限部分)的热膨胀，并且引起悬臂梁的远端的偏转。具有高热导率的材料(诸如硅、碳化硅、或金刚石)的使用可对允许一旦产生期望的偏转所生成的热通过热传导迅速地耗散有用。可引起任何期望频率的振荡，尽管具有与悬臂梁的自然共振频率匹配的频率的振荡可能是最期望的。
在框1715处，一个或多个激光二极管被致动以生成光耦合到光学扫描装置的光波导以用于从其投射的激光。如上文所描述的，一个或多个激光二极管可直接包括在光学扫描装置的底座上。可选地，一个或多个激光二极管远离光学扫描装置的底座定位，但是与光波导光通信，诸如通过一个或多个中间光波导和/或光纤。
应当理解，框1710和1715可根据期望按顺序生成多次投射而重复。例如，一个或多个激光二极管可以当悬臂梁振荡以生成投射光的空间序列时致动多次。类似地，多个加热器可致动多次来以期望的图案维持悬臂梁的振荡，诸如允许多个螺旋振荡按顺序发生。在一些实施例中，振荡被允许阻尼，使得悬臂梁可在开始下一次振荡之前返回自然位置。
如上所述，光学扫描装置可包括多个电容感测金属，其在本文中也可被称为电容感测电极。如在框1720中所描绘的，方法可以可选地包括检测对应于电容感测电极之间的电容的电容信号。针对设置在悬臂梁上的第一电容感测电极与邻近悬臂梁设置的第二电容感测电极之间的电容，电容可随着悬臂梁振荡来调制并且可表示电容感测电极和/或悬臂梁的位置之间的接近度。电容可通过耦合第一电容感测电极与第二电容感测电极之间的AC电压信号以及感测通过其耦合的信号的幅度来感测。第一电容感测电极与第二电容感测电极之间的电容可包括在与固定阻抗串联的分压器中。感测信号的频率可以被选择为远离悬臂梁的共振频率。相位检测电路(图15的1565、或者图16的1630)可包括包络检测器或者解调器以处理第一电容感测电极与第二电容感测电极之间耦合的信号以便获得具有对应于悬臂梁的振荡的频率的电容调制信号。
如上文所描述的，激光二极管可在悬臂梁振荡时输出光，并且悬臂梁的位置可指示投射光的方向和位置。为了投射光正确定位以显示图像(例如，投射像素的序列)，悬臂梁的位置必须适当地与对应的光输出(例如，颜色和强度分布)匹配。针对螺旋的悬臂梁的振荡，螺旋图案像素数据信息可从帧缓冲器获得，并且像素数据可转换为提供给一个或多个激光二极管的一个或多个驱动信号。如果多个加热器和激光二极管使用同一定时信号致动，则悬臂梁和光输出的位置可能由于***中产生的一个或多个延迟而失序。具有关于悬臂梁的位置信息(诸如通过电容信号)可允许该延迟被调节。因此，可以可选地使用电容信号，诸如在框1725处所示，来生成相位校准定时信号，诸如通过识别电容信号与参考定时信号之间的相移。
可使用相位校准定时信号与参考定时信号的两个不同的配置。例如，多个加热器可根据参考定时信号来致动，而一个或多个激光二极管根据相位校准定时信号来致动。可替代地，一个或多个激光二极管可根据参考定时信号来致动，而多个加热器根据相位校准定时信号来致动。在这些方式中的任一个中，延迟可以被调节以允许图像的正确投射，其中，悬臂梁的位置和激光的生成正确定时。
预期了悬臂梁和光学扫描装置的其他配置和特征。例如，图18描绘了另一个光学扫描装置1800的透视示意图。光学扫描装置1800包括底座1805和悬臂梁1810。底座1805包括V型槽1815，其用于将光纤1820(诸如透镜化光纤)定位在用于光纤1820的纤芯与支撑在悬臂梁1810的顶面上的光波导1825之间的光通信的位置处。底座1805还包括与其他元件电气通信布置的电气接触1830，包括设置在悬臂梁1810的顶侧的加热元件1835。附加加热元件1835(在图18中不可见的)可定位在悬臂梁1810的底侧。附加电气接触1830(在图18中不可见的)也可定位在底座1805的底侧，诸如以向定位在悬臂梁1810的底侧的加热元件1835和位于悬臂梁1810的远端附近的位置感测接触1840提供电气连接。
如图所示，加热元件1835位于靠近底座1805的悬臂梁1810的近端处，而光波导1825从底座1805和悬臂梁1810的近端延伸到悬臂梁1810的远端。另外，悬臂梁1810具有锥形宽度和/或厚度。例如，悬臂梁1810的近端具有大于远端处的悬臂梁1810的厚度的厚度。类似地，悬臂梁1810的近端具有大于远端处的悬臂梁1810的厚度的宽度。应当理解，通过以这种方式减小悬臂梁1810的宽度和/或厚度尺寸使悬臂梁的剖面尺寸逐渐减少可允许悬臂梁1810的共振频率的增加。增加悬臂梁1810的共振频率可能是有用的，例如，增加在悬臂梁1810中发生的共振的速率。在实施例中，这样的增加的共振频率可允许采用光学扫描装置1800的光投影仪具有更高的帧速率。
光学扫描装置1800在图18中被示出为包括延伸1845上的位置感测接触1840和悬臂梁1810上的位置感测接触1850，其对感测悬臂梁1810与位置感测接触1840之间的距离有用，诸如通过位置感测接触1840与位置感测接触1850之间的时间相关电容测量，以提供针对悬臂梁1810的位置信息。如图18所示，位置感测接触1840定位在靠近延伸1845的远端的侧面和顶面上。可选地，除了或替代定位在顶面，位置感测接触1840可定位在延伸1845的底面。位置感测接触1850被描绘为定位在悬臂梁1810的侧面上并且可进一步定位在悬臂梁1810的底面上。
本文中已经采用的术语和表达被用作描述而非限制的术语，并且这样的术语和表达的使用不存在排除所示和所描述的特征或其部分的任何等效物的意图，但是应认识到，各种修改在要求保护的本发明的范围内是可能的。因此，应当理解，虽然已经通过优选的实施例和可选的特征具体地公开本发明，但是在本文中所公开的概念的修改和变型可以诉诸于本领域的技术人员，并且这样的修改和变型被认为是在如由随附的权利要求限定的本发明的范围之内。

Claims (19)

1.一种方法，包括：
提供光学扫描装置，所述光学扫描装置包括底座、从所述底座延伸的悬臂梁和设置在所述悬臂梁上的多个加热器；
致动所述多个加热器以引起所述悬臂梁的震荡；以及
致动光源以产生光，所述光被耦合到位于所述底座和所述悬臂梁上并从所述底座沿所述悬臂梁延伸的光波导。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述悬臂梁包括附接到所述底座的近端和远端，并且其中，致动所述多个加热器引起所述悬臂梁的所述远端的震荡。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多个加热器设置在所述悬臂梁上靠近所述近端处。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光学扫描装置包括一个或多个电容感测电极，所述一个或多个电容感测电极设置在所述悬臂梁上或所述悬臂梁附近。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
检测对应于所述电容感测电极之间的电容的电容信号，其中，所述电容代表所述悬臂梁的位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光源为激光二极管，并且其中，所述光为激光。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个加热器包括四个加热器。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个加热器关于所述悬臂梁隔开。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述悬臂梁具有顶侧和底侧。
10.一种非暂时性计算机可读介质，包括指令，当所述指令被一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行包括以下步骤的操作：
致动多个加热器以引起光学扫描装置的悬臂梁的振荡，其中，所述光学扫描装置包括底座、从所述底座延伸的所述悬臂梁和设置在所述悬臂梁上的所述多个加热器；以及
致动光源以产生光，所述光被耦合到位于所述底座和所述悬臂梁上并从所述底座沿所述悬臂梁延伸的光波导。
11.根据权利要求10所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述悬臂梁包括附接到所述底座的近端和远端，并且其中，致动所述多个加热器引起所述悬臂梁的所述远端的震荡。
12.根据权利要求10所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述光学扫描装置包括一个或多个电容感测电极，所述一个或多个电容感测电极设置在所述悬臂梁上或所述悬臂梁附近。
13.根据权利要求12所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述操作进一步包括：
检测对应于所述电容感测电极之间的电容的电容信号，其中，所述电容代表所述悬臂梁的位置。
14.根据权利要求10所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述光源为激光二极管，并且其中，所述光为激光。
15.一种***，包括
一个或多个处理器；以及
计算机可读介质，所述计算机可读介质包含指令，当所述指令由一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行包括以下步骤的操作：
致动多个加热器以引起光学扫描装置的悬臂梁的振荡，其中，所述光学扫描装置包括底座、从所述底座延伸的所述悬臂梁和设置在所述悬臂梁上的所述多个加热器；以及
致动光源以产生光，所述光被耦合到位于所述底座和所述悬臂梁上并从所述底座沿所述悬臂梁延伸的光波导。
16.根据权利要求15所述的***，其中，所述悬臂梁包括附接到所述底座的近端和远端，并且其中，致动所述多个加热器引起所述悬臂梁的所述远端的震荡。
17.根据权利要求15所述的***，其中，所述光学扫描装置包括一个或多个电容感测电极，所述一个或多个电容感测电极设置在所述悬臂梁上或所述悬臂梁附近。
18.根据权利要求17所述的***，其中，所述操作进一步包括：
检测对应于所述电容感测电极之间的电容的电容信号，其中，所述电容代表所述悬臂梁的位置。
19.根据权利要求15所述的***，其中，所述光源为激光二极管，并且其中，所述光为激光。
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