驅動器和二維掃描儀的製作方法
2023-06-01 20:39:31
專利名稱：驅動器和二維掃描儀的製作方法
技術領域：
本發明所述設備涉及驅動器和二維掃描儀，更為特別的是涉及由在磁體和線圈之間作用的電磁力操作的驅動器，和二維掃描儀。
背景技術：
驅動器和二維掃描儀是用於掃描和顯示如條型碼之類的一維光信號，或如移動的可視圖像之類的二維光信號的顯示裝置。驅動器和二維掃描儀已經以各種方式使用，如用於讀取裝置，該讀取裝置讀取設置在一直線上的一維光信號，或者設置在一平面上的二維光信號，以提供二進位數據。在這方面，驅動器和掃描儀用於各種裝置，如定向保護器(beamprotector)、便攜投影儀、光纖陀螺儀、圖像識別器和其他顯示裝置。
二維裝置，例如驅動器和二維掃描儀可以包括用於反射光的反射鏡部分，該反射鏡部分設置在水平和垂直方向上，並掃描光信號，從而在特定平面上的幀單元(frame unit)中產生可視圖像。當反射鏡部分以水平頻率和垂直頻率迴轉，並在水平和垂直方向上掃描光信號時，每單位時間都掃多個單位幀(例如，通過在反射鏡部分的垂直方向上迴轉一個周期實現單位幀)，從而可以實現具有高解析度的移動圖像(例如，通過對應於反射鏡部分的水平和垂直頻率迴轉實現該移動圖像)。
在美國專利No.5912608中公開了附圖1中所示的掃描儀。參照附圖1，掃描儀本體10在磁體4和5的對角方向上設置在一對磁體4和5之間。該掃描儀本體10包括基板11；繞著連接到基板11上的第一扭杆13A迴轉的外可移動板12A；繞著第二扭杆13B迴轉的內可移動板12B，該第二扭杆連接到外可移動板上並垂直於第一扭杆13A；設置在外可移動板12A上的外線圈15A；設置在內可移動板12B上的內線圈15B；設置在外線圈15A的兩端處的外線圈端子14A；設置在內線圈15B的兩端處的內線圈端子14B；和設置在內可移動板12B上並反射光的反射鏡部分16。
然而，由於通過同時控制施加到內線圈15B和外線圈15A上的功率，不獨立控制施加到內線圈15B和外線圈15A中的任意一個上的功率，可能進行內可移動板12B的一個軸控制(例如內可移動板12B繞著平行於磁力的方向的迴轉控制)，所以存在用於以期望頻率迴轉內可移動板12B的控制操作較複雜的問題。
兩軸控制期間的控制操作(內可移動板12B繞著平行於磁力方向和與之垂直方向的迴轉控制)更加複雜。也就是，必須通過同時控制內線圈15B和外線圈15A控制平行於磁力方向上瞬時力的總和，並且垂直於磁力方向上的瞬時力的總和必須獨立控制。
另外，掃描儀本體10的傾斜設置導致尺寸問題，並且彼此間隔開的磁體4和5與掃描儀本體10之間的距離增大，從而浪費瞬時力的分量。於是，輸入(分別施加到內線圈15B和外線圈15A上的功率)相對輸出(內可移動板12B的迴轉角度)減小導致了效率降低。
發明內容
本發明的示例性實施例提供了一種驅動器，其中防止或減小了磁場的洩漏或擾動，並且有效地進行可移動板的迴轉控制，從而使得晶片最小化，並提高了效率。
本發明的示例性實施例提供一種電磁驅動器，包括基板；與該基板聯接的可移動板；及一對磁體，它們在從其中一個磁體延伸到另一磁體的方向上產生磁力，該可移動板設置在這對磁體之間。該可移動板繞著與磁力方向平行的軸線迴轉。設置連接基板和可移動板的支承構件。
該可移動板包括驅動線圈構造，並且該驅動線圈構造關於可移動板的中心點對稱。輔助軸線在與磁力方向垂直的方向上延伸，並通過該可移動板的中心，並且驅動線圈具有設置在該輔助軸線的一側上的一部分和設置在該輔助軸線的相對側上的另一部分，從而驅動線圈關於該輔助軸線不對稱。該支承構件可以在平行於磁力方向的方向上從可移動板延伸，並當可移動板迴轉時扭轉變形。
根據另一示例性實施例，電磁驅動器包括基板；可移動板；從該可移動板延伸到基板的支承構件；及一對磁體，它們在從其中一個磁體到另一磁體延伸的方向上產生磁力，該可移動板設置在這對磁體之間。該可移動板可以包括驅動線圈構造。第一軸線在與磁力方向垂直的方向上延伸，並通過可移動板的中央，並且第二軸線在與磁力方向平行的方向上延伸，從而驅動線圈具有設置在第一軸線的一側上的第一部分和設置在第一軸線的相對側上的第二部分，並且該第一部分和第二部分關於第一軸線不對稱。
該支承構件可以包括分別從可移動板的相對側在與磁力方向垂直的方向上延伸的兩部分，從而當可移動板迴轉時，該支承構件扭轉變形。
也考慮到，該驅動線圈具有驅動力(driving power)，並且該驅動力重疊地包括第一頻率和與可移動板的固有頻率一致的第二頻率，從而該可移動板以第一頻率繞著第一軸線迴轉，並以第二頻率繞著第二軸線共振迴轉。該驅動線圈構造可以還包括以橢圓形式繞著第一和第二部分延伸的外線圈部分。該第一部分、第二部分和外部包括單個驅動線圈。另一方面，外線圈部分可以包括與第一部分和第二部分分離的驅動線圈。
另一示例性實施例提供一種電磁驅動器，包括基板；外可移動板；從外可移動板延伸到基板的第一組支承構件；內可移動板；和從內可移動板延伸到外可移動板的第二組支承構件。該內可移動板包括內驅動線圈構造，並且外可移動板包括外驅動線圈構造。第一軸線延伸穿過第一組支承構件，並且第二軸線延伸穿過第二組支承構件，從而該內驅動線圈構造具有設置在第一軸線的一側上的一部分，和設置在第一軸線的相對側上的另一部分，並且該內驅動線圈構造關於第一軸線不對稱。
一對磁體設置成在從其中一個磁體延伸到另一磁體的方向上產生磁力，並且內可移動板和外可移動板設置在這對磁體之間。也考慮到，內驅動線圈構造和外驅動線圈構造包括驅動力，該驅動力重疊地具有第一頻率和與該內可移動板的固有頻率一致的第二頻率，從而內可移動板和外可移動板以第一頻率繞著第一軸線迴轉，並且內可移動板以第二頻率繞著第二軸線共振迴轉。外驅動線圈構造以橢圓形式繞著內驅動線圈構造延伸。
根據另一示例性實施例，電磁驅動器包括基板；外可移動板；從該外可移動板延伸到基板的第一組支承構件；內可移動板；從內可移動板延伸到外可移動板的第二組支承構件；及設置在外可移動板上的第一驅動線圈構造。第一軸線延伸穿過第一組支承構件，並且第二軸線延伸穿過第二組支承構件，從而外可移動板的第一驅動線圈構造具有設置在第一軸線的一側上的一部分，和設置在第一軸線的相對側上的另一部分，並且第一驅動線圈構造關於第一軸線不對稱。第一組支承構件可以在與磁力方向垂直的方向上從外可移動板延伸，並且第二組支承構件可以在與磁力方向平行的方向上從內可移動板延伸。
還考慮到，第一驅動線圈構造包括驅動力，該驅動力重疊地具有第一頻率和與外可移動板的固有頻率一致的第二頻率，從而外可移動板以第一頻率繞著第一軸線迴轉，並以第二頻率繞著第二軸線共振迴轉，並且外可移動板的共振移動傳遞給內可移動板。還可以設置第二驅動線圈構造，它以橢圓形式繞著第一驅動線圈構造延伸。抑制振動板可以設置在外可移動板和內可移動板之間，其中第一驅動線圈構造包括具有重疊的第一頻率和第二頻率的驅動力，並且抑制振動板抑制第二頻率的迴轉分量。
通過參照附圖詳細描述其示例性實施例，本發明的上述和其他方面將變得更加明確，其中附圖1是普通掃描儀的透視圖；附圖2A至2C說明了本發明的示例性實施例所述的二維掃描方法；附圖3是根據本發明的示例性實施例的磁場產生部分的平面圖；附圖4是根據本發明的示例性實施例的驅動器的主體部分的平面圖，該驅動器具有與第二軸線同軸定位的支承構件；附圖5是根據本發明另一示例性實施例的驅動器的主體部分的平面圖，該驅動器具有與第一軸線同軸定位的支承構件；附圖6是具有第二驅動線圈部分的示例性實施例的驅動器的主體部分的平面圖；附圖7是示例性實施例的驅動器的主體部分的平面圖，其中第一驅動線圈部分和第二驅動線圈部分包括具有不同導線束的線圈；附圖8是根據本發明另一示例性實施例的驅動器的主體部分的平面圖；附圖9是根據本發明另一示例性實施例的二維掃描儀的主體部分的平面圖；附圖10是根據本發明另一示例性實施例的具有抑制振動板的二維掃描儀的主體部分的平面圖；及附圖11是說明對應於示例性實施例的掃描儀的透視圖。
具體實施例方式
現在將參照附圖更加完整地描述本發明，其中示出了本發明的示例性實施例。
附圖2A至2C說明了本發明的示例性實施例所述的二維掃描方法。在附圖2A中，垂直軸表示水平掃描角度，並且水平軸表示時間。參照將在後面描述的附圖4，反射鏡部分320設置在可移動板300的中央部分上，並反射光信號。此處，水平掃描角度是可移動板(參見附圖4的300)繞著第二軸線的迴轉角度。施加水平頻率，該水平頻率是可移動板300繞著第二軸線的轉動頻率，並高於垂直頻率。例如，該可移動板300在向前方向和相反方向上以25kHz的水平頻率在-15°～15°的水平掃描角度範圍中周期迴轉。
在附圖2B中，垂直軸表示垂直掃描角度，並且水平軸表示時間。此處，垂直掃描角度是可移動板300繞著第一軸線的迴轉角度。施加垂直頻率，該垂直頻率是可移動板300繞著第一軸線的迴轉頻率，並且低於水平頻率。例如，該可移動板300在向前方向和相反方向上以60Hz的垂直頻率在0°～7°的垂直掃描角度範圍中周期迴轉。
在附圖2C中，垂直軸表示可移動板300的垂直掃描角度，並且水平軸表示可移動板300的水平掃描角度。當可移動板同時迴轉水平掃描角度和垂直掃描角度時，一個幀中的可視圖像形成。可能刪除了幀的邊緣，從而只將有效幀區域用作顯示區域，該邊緣中存在掃描線的扭曲。當水平頻率為25kHz，並且垂直頻率為60Hz時，一個有效幀包括大約400或25000/60根掃描線，該掃描線每秒鐘顯示60次，從而提供具有高解析度的可視圖像。此處，為了便於解釋，水平掃描角度、垂直掃描角度、水平頻率和垂直頻率的詳細數值(size)都是示例性的，並不限制本發明的示例性實施例。
附圖3是根據本發明的示例性實施例的磁場產生部分200。參照附圖3，該磁場產生部分200包括一對磁體210a和210b。該磁場產生部分200還包括磁軛220。下文中，第一軸線指的是垂直於磁力線的方向，它與x軸方向重合，並且以直角與第一軸交叉的第二軸線指的是平行於磁力線的方向，它與y軸方向重合。
該磁場產生部分200在沿著第一軸線的位置處具有最小的磁力，同時也在平行於第二軸線的方向上產生磁力。磁軛220防止磁力洩漏，並感應y軸方向上的磁力。磁力的尺寸沿著第一軸線在第一軸線和第二軸線的交叉點處具有最小值Bmin，沿著第二軸線在朝向磁體210a和210b的方向上增大，並在磁體210a和210b的表面上具有最大值Bmax。
附圖4是根據本發明的示例性實施例的驅動器的主體部分的平面圖，該驅動器具有與第二軸線同軸定位的支承構件152。在附圖4中還示出了基板100、可移動板300、磁體210a和210b，以及驅動線圈部分400。下文中，為了便於解釋，省略了設置在磁體210a和210b周圍的磁軛(附圖3中的220)。基板100固定在驅動器主體(未示出)上。端子部分110設置在基板100上，驅動線圈部分400的末端連接到該端子部分上，並且驅動信號通過該端子部分輸入和輸出。一對磁體210a和210b設置在可移動板300周圍，從而磁場產生部分(附圖3中的200)和平行於第二軸方向上的磁力作用在可移動板300上。磁力的大小在第一軸線和第二軸線的交叉點80處具有最小值，並在磁體210a和210b的表面上具有最大值。
可移動板300可以繞著第一軸線和第二軸線中的至少一個迴轉。在附圖4的可移動板300的情況下，該可移動板300繞著第二軸線迴轉，從而可移動板300可以是一維驅動器。儘管關於附圖4討論了一維實施例，但並不局限於此，並可以實現為在下面詳細討論的二維構造。如果可移動板300同時繞著第一軸線和第二軸線迴轉，則可移動板300是二維驅動器。支承構件152與第二軸線同軸設置，並且是可移動板300的迴轉軸。支承構件152根據可移動板300的迴轉方向扭轉變形，並可以用具有彈性的材料製成。
驅動線圈部分400包括同軸部分420、間隔部分410和連接部分430。驅動線圈部分400設置在可移動板300上，從而具有相對於第一軸線和第二軸線的交叉點80的點對稱或原點對稱形狀。可移動板300的驅動力施加到驅動線圈部分400上。同軸部分420與第一軸線同軸地設置，並且間隔部分410與同軸部分420沿著第二軸線的方向間隔預定尺寸。該同軸部分420和間隔部分410可以具有線性形狀，其中同軸部分420和間隔部分410彼此間隔開，以彼此平行。連接部分430將同軸部分420和間隔部分410連接。該連接部分430可以具有彎曲形狀並將同軸部分420和間隔部分410連接，並且尤其是，該連接部分430可以具有帶有預定曲率的圓弧形狀。
間隔部分410可以平行於第一軸線從一位置處延伸，間隔部分410在該位置處在第二軸線的方向上與第一軸線和第二軸線的交叉點80間隔開，並且從間隔部分410的末端開始，連接部分430可以以圓弧形狀延伸，直到到達第一軸線為止。同軸部分420可以具有和間隔部分410相同的長度，並朝第一軸線和第二軸線的交叉點80延伸，同時從連接部分430的末端開始。於是，驅動線圈部分400可以包括多個間隔部分410、多個連接部分430和多個同軸部分420，它們彼此連接，從而驅動線圈部分400設置成閉合彎曲形狀，形成關於第一軸線和第二軸線的交叉點80點對稱。
可移動板300繞著平行於磁力方向的第二軸線迴轉。也就是，如果磁力的方向和電流的方向(如附圖4中所示，順時針)如附圖4中所示，則在分別定位在第一象限I和第二象限II上的間隔部分410和連接部分430中產生正z軸方向上的電磁力431，並且也在與負x軸同軸定位的同軸部分420中產生正z軸方向上的電磁力。在定位在第三象限III和第四象限IV上的間隔部分410和連接部分430中產生負z軸方向上的電磁力421，並且在與正x軸同軸定位的同軸部分420中也產生負z軸方向上的電磁力421。
現在將參照定位在第一象限I和第四象限IV上的間隔部分410、同軸部分420和連接部分430描述繞著第二軸線的瞬時力(moment force)Ty。因沿著第二軸線的磁力大小梯度(size gradient)和驅動線圈部分400的設置形狀而產生的轉矩使得可移動板300繞著第二軸線迴轉。
也就是，由於磁力的大小在同軸部分420的位置處最小，同軸部分420中產生的電磁力小於在間隔部分410中產生的電磁力。由於施加到定位在第一象限I上的連接部分430上的磁力的大小輪廓基本與第四象限IV上的相等，所以定位在第一象限I上的連接部分430中產生的電磁力基本與第四象限IV上的相等。然而，定位在第一象限I上的連接部分430比定位在第四象限IV上的連接部分430離第二軸線更遠。於是，第一象限I和第四象限IV中產生的磁力的轉矩總和作用在正z軸方向上，並且第二象限和第三象限中產生的電磁力的轉矩總和作用在負z軸方向上，可移動板300繞著第二軸線從右到左迴轉。
如果驅動線圈部分400的形狀如附圖4中所示，則繞著第二軸線的瞬時力Ty的大小根據磁力的大小梯度(size gradient)改變。
附圖5是根據本發明的另一示例性實施例的驅動器的主體部分的平面圖，該驅動器具有與第一軸同軸定位的支承構件151。在附圖4中使用的相同附圖標記表示附圖5中的相同元件。當繞著第一軸線迴轉時，附圖5的可移動板300是一維驅動器。另外，當同時繞著第一軸線和第二軸線迴轉時，附圖5的可移動板300是二維驅動器。附圖5的支承構件151支承第一軸線，並與第一軸線同軸設置，以將基板100和可移動板300彈性連接。支承構件151作為可移動板300的迴轉軸。當可移動板300繞著第二軸線迴轉時，第一軸線支承構件151彎曲變形，並且當可移動板300繞著第一軸線迴轉時，扭曲變形。
在同軸部分420中產生的電磁力不影響繞著第一軸線的瞬時力Tx。由於根據Fleming的左手定律，間隔部分410和連接部分430中產生的電磁力關於第一軸線對稱，所以自然地產生繞著第一軸線的瞬時力Tx。
可移動板300可以通過共振繞著第一軸線和第二軸線中的一個迴轉，從而以不同頻率繞著第一軸線和第二軸線迴轉。用於迴轉可移動板300的驅動力施加到驅動線圈部分400上。驅動力重疊地具有第一頻率，並且第二頻率(該第二頻率相對於可移動板300的第二軸線迴轉與固有頻率重合)施加到驅動線圈部分400上，從而可移動板300以第一頻率繞著第一軸線迴轉，並通過共振以第二頻率繞著第二軸線迴轉。
如果具有單一頻率的驅動力輸入到由線圈401以相同導線束形成的驅動線圈部分400上，則可移動板300以相同頻率繞著第一軸線和第二軸線迴轉。如果重疊地具有兩個或多個頻率的驅動力輸入到驅動線圈部分400上，則可移動板300可以以不同頻率繞著第一軸線和第二軸線迴轉。例如，當第一頻率和第二頻率在驅動力中重疊，並且相對於繞著可移動板300的第二軸線迴轉的固有頻率與第二頻率一致時，可移動板300以第一頻率繞著第一軸線迴轉，並通過共振以第二頻率繞著第二軸線迴轉。由於驅動力的頻率重疊，所以存在第二頻率繞著第一軸線的迴轉分量，但是作為較高頻率的第二頻率的迴轉分量可以作為相對於第一頻率的噪音忽略。第一頻率繞著第二軸線的迴轉分量存在，但是由於繞著第二軸線的共振，第一頻率的振幅(稱為在向前方向和相反方向上的迴轉角)小於第二頻率的振幅，從而可以忽略。
當驅動線圈部分400由具有兩根導線束的線圈401形成時，儘管不局限於此，但是可能具有一實施例，其中具有第一頻率的驅動力輸入到一個驅動線圈部分中，具有第二頻率的驅動力輸入到另一線圈部分中。即使在此情況下，如上所述，可移動板300繞著第一軸線和第二軸線的移動也可以是相同的。
附圖6是類似於附圖5的示例性實施例的示例性驅動器的主體部分的平面圖，同時還具有第二驅動線圈部分500。與附圖5中相同的附圖標記表示附圖6中相同的元件，於是將省略構造和操作的重複描述。附圖6的驅動器還包括第二驅動線圈部分500。該第二驅動線圈500設置在第一驅動線圈部分400』周圍，也就是環繞第一軸線和第二軸線的交叉點80設置成橢圓形。如果順時針電流施加到第二驅動線圈部分500上，則基於第一軸線的一側的電磁力作用在正z軸方向上，並且基於第一軸線的另一側的電磁力作用在負z軸方向上，並與所述一側的電磁力形成x軸對稱，並且該可移動板300從向上到向下方向繞著第一軸線迴轉。
如果第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500用具有相同導線束的線圈401製成，則第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500的末端連接到相同的端子部分110上。另外，重疊具有第一頻率和第二頻率(該第二頻率關於可移動板300的第二軸迴轉與固有頻率一致)的驅動力施加到第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈500上，從而該可移動板300以第一頻率繞著第一軸線迴轉，並通過共振以第二頻率繞著第二軸線迴轉。由於第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500產生繞著第一軸線的瞬時力Tx，所以第二驅動線圈部分500增大第一軸線瞬時力Tx。繞著第二軸線的瞬時力Ty只由第一驅動線圈部分400』產生。
附圖7是附圖6的驅動器的主體部分的平面圖，其中驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500用具有不同導線束的線圈401和402製成。與附圖6相同的附圖標記表示附圖7中的相同元件，於是將省略構造和操作的重複描述。第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500可以用由不同導線束形成的線圈401和402製成，從而具有不同頻率的驅動力可以獨立地施加到第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈500上。
分別地，具有第一頻率的驅動力施加到第二驅動線圈部分500上，而具有第二頻率(關於可移動板300的第二軸線迴轉與固有頻率一致)的驅動力施加到第一驅動線圈部分400』上，從而可移動板300以第一頻率繞著第一軸線迴轉，並通過共振以第二頻率繞著第二軸線迴轉。
在基板100上，可以設置端子部分110，第一驅動線圈部分400』的兩端連接到該端子部分上，並且可以設置第二端子部分120，第二驅動線圈部分500的兩端連接到該第二端子部分上。
附圖8是根據本發明的另一示例性實施例的驅動器的主體部分的平面圖，該驅動器具有第二可移動板600。與附圖7相同的附圖標記表示附圖8中相同的元件，於是將省略構造和操作的重複描述。附圖8的驅動器包括基板100、一對磁體210a和210b、第二可移動板600、第一可移動板300』、第一驅動線圈部分400』、第二驅動線圈部分500和第一軸線支承構件151。該第二可移動板600繞著第一軸線支承構件151迴轉。該第一軸線支承構件151將基板100和第二可移動板600彈性連接，並起到第二可移動板600的迴轉軸的作用。該第一可移動板300』定位在第二可移動板600內側，並繞著第二軸線支承構件152迴轉。該第二軸線支承構件152將第二可移動板600和第一可移動板300』彈性連接，並起到第一可移動板300』的迴轉軸的作用。該第一軸線支承構件151和第二軸線支承構件152可以根據第二可移動板600和第一可移動板300』的迴轉方向獨立地扭曲變形。也就是，當第二可移動板600和第一可移動板300』繞著第一軸線迴轉時，第一軸線支承構件151可以彎曲變形，並且第一軸線支承構件151可以抑制第二可移動板600的第二軸線迴轉，並且當第一可移動板300』繞著第二軸線迴轉時，第二軸線支承構件152可以扭曲變形。
第一驅動線圈部分400』設置在第一可移動板300』上，並包括同軸部分420、間隔部分410和連接部分430。該第二驅動線圈部分500設置在第二可移動板600上，也就是它圍繞第一軸和第二軸的交叉點80設置成橢圓形。
因沿著第二軸的磁力的大小梯度和第一驅動線圈部分300』的設置形狀而產生的轉矩使得第一可移動板300』在第二軸線上迴轉。在第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500中產生的電磁力使得第二可移動板600和第一可移動板300』繞著第一軸線迴轉。
第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500可以包括具有相同導線束的線圈401。如果具有單一頻率的驅動力施加到第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500上，則第二可移動板600和第一可移動板300』將以相同頻率迴轉。重疊具有第一頻率和第二頻率(該第二頻率相對於第一可移動板300』的第二軸線迴轉與固有頻率重合)的驅動力施加到第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈500上，第二可移動板600和第一可移動板300』以第一頻率繞著第一軸線迴轉，並且第一可移動板300』通過共振以第二頻率繞著第二軸線迴轉。基板100可以包括將功率施加到第一驅動線圈部分400』上的端子部分110。
第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500可以用具有不同導線束的線圈401和402製成，從而具有不同頻率的驅動力可以獨立地施加到第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500上。分別地，具有第一頻率的驅動力施加到第二驅動線圈部分500上，並且具有與第一可移動板300』的固有頻率一致的第二頻率的驅動力施加到第一驅動線圈部分400』上，從而第二可移動板600和第一可移動板300』以第一頻率繞著第一軸線迴轉，並且第一可移動板300』通過共振以第二頻率繞著第二軸線迴轉。基板100還可以包括將功率施加到第二驅動線圈部分500上的第二端子部分120。
反射鏡部分320可以設置在第一可移動板300』上。例如，第二可移動板600在0°～7°的垂直掃描角度範圍內以60Hz的垂直頻率在向前方向和相反方向上周期迴轉。該垂直頻率稱為第一頻率。相對於第一可移動板300』的第二軸線迴轉的固有頻率為25kHz。該第一可移動板300』通過共振在-15°～15°的水平掃描角度範圍內以25kHz的水平頻率在向前方向和相反方向上迴轉。該水平頻率稱為第二頻率。第二可移動板600和第一可移動板300』以垂直頻率迴轉，並且第一可移動板300』以水平頻率迴轉。在這種情況下，如附圖2A至2C中所示，一個有效幀包括每秒鐘顯示60次的大約400(也就是25000/60)根掃描線，從而提供具有高解析度的可視圖像。該第一可移動板300』可以用於除上述二維掃描儀裝置之外的各種場合(field)中。
附圖9是根據本發明的示例性實施例的二維掃描儀的主體部分的平面圖。與附圖8相同的附圖標記表示附圖9中相同的元件，於是將省略構造和操作的重複描述。附圖9的二維掃描儀可以包括0基板100、一對磁體210a和210b、第二可移動板600、第一可移動板300』、第二驅動線圈部分500和設置在第二可移動板600上的第一驅動線圈部分400』。
該第二可移動板600繞著與第一軸線同軸連接到基板100上的第一軸線支承構件151迴轉。該第一可移動板300』定位在第二可移動板600內側，並包括反射鏡部分320，該反射鏡部分反射光，並繞著與第二軸線同軸連接到第二可移動板600上的第二軸線支承構件152迴轉。該第一驅動線圈部分400』設置成相對於第一軸線和第二軸線的交叉點80點對稱，並包括與第一軸線同軸設置的同軸部分420、在第二軸線方向上與同軸部分420間隔開的間隔部分410，和連接同軸部分420和間隔部分410的連接部分430。可以設置第二驅動線圈部分500，它設置在第一驅動線圈部分400』周圍，也就是它在第一軸線和第二軸線的交叉點80周圍設置成橢圓形。
第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500的構造和操作與上述相同。第一可移動板300』相對於垂直掃描角度和垂直頻率的移動，和第一可移動板300』相對於水平掃描角度和水平頻率的移動也與上述相同。附圖9和附圖8之間的差別在於，在附圖9中，第一驅動線圈部分400』設置在第二可移動板600上。由於該差別，所以與附圖8相比，可以減小第一可移動板300』的尺寸和轉動慣性，並可以增大第一可移動板300』的固有頻率。
如上所述，重疊具有第一頻率和第二頻率的同樣驅動力可以輸入到第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500，或者各自具有第一頻率和第二頻率的獨立驅動力可以輸入第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500，並且第一可移動板300』可以不同頻率繞著第一軸線和第二軸線迴轉。
例如，當第一可移動板300』相對於第一可移動板300』的第二軸線迴轉的固有頻率與第二頻率一致，並且第一軸線支承構件151和第二軸線支承構件152隻可以扭轉變形時，第二可移動板600和第一可移動板300』以第一頻率繞著第一軸線迴轉，並通過共振以第二頻率繞著第二軸線迴轉。由於驅動力的頻率重疊，存在第二頻率繞著第一軸線的迴轉分量，但是作為較高頻率的第二頻率的分量相對於第一頻率可以忽略為噪音。第一頻率繞著第二軸線的迴轉分量存在，但是第一頻率的振幅小於通過共振繞著第二軸線的第二頻率的振幅，從而可以忽略。
附圖10是根據本發明的另一示例性實施例的具有抑制振動板700的二維掃描儀的主體部分的平面圖。該抑制振動板700定位在第二可移動板600內側，並繞著與第一軸同軸地連接到第二可移動板600上的中間支承構件153迴轉。第一可移動板300』定位在抑制振動板700內側，並包括反射光的反射鏡部分320。該可移動板300』繞著第二軸線支承構件152迴轉，該第二軸線支承構件與第二軸同軸地連接到抑制振動板700上。第一驅動線圈部分400』設置在第二可移動板600上。
在附圖9之前的實施例中，當具有第一頻率(為附圖6的垂直頻率，例如60Hz)和第二頻率(為附圖6的水平頻率，例如25kHz)的驅動力施加到第一驅動線圈部分400』和第二驅動線圈部分500上時，存在第二頻率(25kHz)繞著第一軸線的迴轉分量，但是作為較高頻率的第二頻率的分量相對於第一頻率忽略為噪音。
第二頻率繞著第一軸線的迴轉分量作用在第二可移動板600上，可以忽略。然而，優選地，但不是必須地，去除作用在第一可移動板300』上的分量。光信號的垂直分量不受第二可移動板600的迴轉影響，但是受到第一可移動板300』的迴轉影響。當第一可移動板300』繞著第一軸線以第一頻率(例如，60Hz)和第二頻率(例如，25kHz)迴轉時，通過使用抑制振動板700去除與垂直頻率重疊的25kHz的分量，可以極大地提高掃描質量。也就是，相對於在第一頻率和第二頻率重疊狀態下繞著第一軸線迴轉的第一可移動板300』，抑制振動板700抑制第二頻率的迴轉分量。
根據本發明的示例性實施例的驅動器或二維掃描儀可以具有非常小的阻尼比率。基本上，一頻率(為了便於解釋，稱為臨界頻率)為Wn，其中當阻尼比率ξ接近0時，該頻率響應的大小為1。當普通振動系統的激勵頻率大於該臨界頻率時，頻率響應的大小小於1。於是，可以期待抑制振動效果。通過將抑制振動板700添加到第一可移動板300』和第二可移動板600，本發明的示例性實施例使得整個系統的臨界頻率小於普通振動系統的激發頻率，這將進行詳細描述。
抑制振動板700相對於繞著第一軸線的迴轉的固有頻率ωn可以大於第一頻率，並可以小於第二頻率。此處，抑制振動板700相對於繞著第一軸線迴轉的固有頻率可以等於或小於第二頻率的70％(也就是，1/)。
這是由於添加抑制振動板700的整個系統的臨界頻率應當小於如上所述的第二頻率，從而抑制第二頻率的頻率響應的振幅，該第二頻率為激勵頻率。這意味著，忽略第一可移動板300』的質量慣性矩，從而抑制振動板700的固有頻率(對應於臨界頻率的70％)等於或小於第二頻率的70％。並且，抑制振動板700的固有頻率大於第一頻率，從而防止第一可移動板300』的頻率響應衰減。
例如，抑制振動板700的固有頻率可以是8kHz，該固有頻率大於60Hz並等於或小於作為第二頻率的25kHz的70％。於是，抑制振動板700是低通濾波器，它相對於第一可移動板300』繞著第一軸線的迴轉通過第一頻段的迴轉，並抑制第二頻段中的振動。
在附圖11中說明了根據示例性實施例的驅動器系統700。該系統包括驅動器704，如上述示例性實施例描述的那些驅動器那樣。可操作帶有調節器708的小型雷射器，以向微型光學裝置(micro-optic device)提供RGB光710。該光由微型光學裝置712組合，並指向驅動器704。該驅動器704以上述關於示例性實施例討論的方式工作，從而光710在屏幕720上掃描。
如上所述，由於可以設置一對磁體和磁軛，所以本發明的示例性實施例所述的驅動器和二維掃描儀可以防止磁場的洩漏和擾動，頻率重疊功率或具有不同頻率的獨立驅動功率施加到驅動線圈部分和第二驅動線圈部分上，從而很容易進行可移動板的迴轉控制，創新地改進驅動線圈部分的形狀或第二可移動板和可移動板的設置，從而可能使晶片小型化，並減小能量消耗，並且通過抑制振動板抑制可移動板的第二頻率的迴轉分量，從而極大地提高掃描質量。
儘管已經參照其示例性實施例特別圖示和描述了本發明的示例性實施例，但是本領域技術人員將理解的是，在不脫離由所附權利要求限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以在其中進行形式和細節的各種改變。例如，驅動器和二維掃描儀非常適合於實現為使用微機電系統(MEMS)工藝的半導體晶片形的微掃描儀。
權利要求
1.一種電磁驅動器，包括基板；與該基板連接的可移動板；及一對磁體，它們在從其中一個磁體到另一磁體延伸的方向上產生磁力，該可移動板設置在這對磁體之間，其中，該可移動板繞著平行於磁力方向的軸線迴轉。
2.如權利要求1所述的電磁驅動器，還包括將基板和可移動板連接的支承構件。
3.如權利要求1所述的電磁驅動器，其中，該可移動板包括驅動線圈構造。
4.如權利要求3所述的電磁驅動器，其中，該驅動線圈構造關於可移動板的中心點對稱。
5.如權利要求3所述的電磁驅動器，其中，輔助軸線在垂直於磁力的方向上延伸並通過可移動板的中心，並且所述驅動線圈具有設置在該輔助軸線的一側上的部分和設置在該輔助軸線的相對側上的另一部分，使得該驅動線圈關於該輔助軸線不對稱。
6.如權利要求2所述的電磁驅動器，其中，該支承構件從可移動板開始在平行於磁力的方向上延伸。
7.如權利要求2所述的電磁驅動器，其中，當可移動板迴轉時，該支承構件扭轉變形。
8.如權利要求1所述的電磁驅動器，其中，反射器設置在該可移動板上。
9.一種電磁驅動器，包括，基板；可移動板；從該可移動板延伸到基板的支承構件；及一對磁體，它們在從其中一個磁體延伸到另一磁體的方向上產生磁力，該可移動板設置在這對磁體之間，其中，該可移動板包括驅動線圈構造，且其中，第一軸線在與磁力的方向垂直的方向上延伸，並通過可移動板的中間，並且第二軸線在與磁力的方向平行的方向上延伸，使得驅動線圈具有設置在第一軸線的一側上的第一部分和設置在該第一軸線的相對側上的第二部分，並且該第一部分和第二部分關於該第一軸線不對稱。
10.如權利要求9所述的電磁驅動器，其中，該支承構件包括分別從可移動板的相對側延伸的兩部分。
11.如權利要求9所述的電磁驅動器，其中，該驅動線圈關於可移動板的中心點對稱。
12.如權利要求9所述的電磁驅動器，其中，該支承構件在與磁力的方向垂直的方向上從可移動板延伸。
13.如權利要求9所述的電磁驅動器，其中，當所述可移動板迴轉時，該支承構件扭轉變形。
14.如權利要求9所述的電磁驅動器，其中，該驅動線圈具有驅動力，並且該驅動力重疊地包括第一頻率和與可移動板的固有頻率一致的第二頻率，使得可移動板以第一頻率繞著第一軸線迴轉，並以第二頻率繞著第二軸線共振迴轉。
15.如權利要求9所述的電磁驅動器，其中，該驅動線圈構造還包括以橢圓方式繞著第一和第二部分延伸的外線圈部分。
16.如權利要求15所述的電磁驅動器，其中，所述第一部分、第二部分和外部包括單個驅動線圈。
17.如權利要求15所述的電磁驅動器，其中，該外線圈部分包括與第一部分和第二部分分開的驅動線圈。
18.如權利要求9所述的電磁驅動器，其中，反射器設置在該可移動板上。
19.一種電磁驅動器，包括，基板；外可移動板；從外可移動板延伸到基板的第一組支承構件；內可移動板；及從內可移動板延伸到外可移動板的第二組支承構件；其中，該內可移動板包括內驅動線圈構造，並且外可移動板包括外驅動線圈構造，及其中第一軸線延伸穿過第一組支承構件，並且第二軸線延伸穿過第二組支承構件，使得內驅動線圈構造具有設置在第一軸線的一側上的一部分，和設置在第一軸線的相對側上的另一部分，並且內驅動線圈構造關於該第一軸線不對稱。
20.如權利要求19所述的電磁驅動器，還包括一對磁體，它們在從其中一個磁體到另一磁體延伸的方向上產生磁力，該內可移動板和外可移動板設置在這對磁體之間。
21.如權利要求19所述的電磁驅動器，其中，該內驅動線圈構造關於內可移動板的中心點對稱。
22.如權利要求20所述的電磁驅動器，其中，該第一組支承構件在與磁力的方向垂直的方向上從外可移動板延伸。
23.如權利要求22所述的電磁驅動器，其中，該第二組支承構件在與磁力的方向平行的方向上從內可移動板延伸。
24.如權利要求19所述的電磁驅動器，其中，當外可移動板和內可移動板迴轉時，該第一組支承構件和第二組支承構件扭轉變形。
25.如權利要求19所述的電磁驅動器，其中，內驅動線圈構造和外驅動線圈構造包括驅動力，該驅動力重疊地具有第一頻率和與內可移動板的固有頻率一致的第二頻率，從而內可移動板和外可移動板以第一頻率繞著第一軸線迴轉，並且內可移動板以第二頻率繞著第二軸線共振迴轉。
26.如權利要求19所述的電磁驅動器，其中，該外驅動線圈構造以橢圓方式繞著內驅動線圈構造延伸。
27.如權利要求19所述的電磁驅動器，其中，內驅動線圈構造和外驅動線圈構造包括單個驅動線圈。
28.如權利要求19所述的電磁驅動器，其中，內驅動線圈構造包括驅動線圈，並且外驅動線圈構造包括單獨的驅動線圈。
29.如權利要求19所述的電磁驅動器，其中，反射器設置在內可移動板上。
30.一種電磁驅動器，包括，基板；外可移動板；從外可移動板延伸到基板的第一組支承構件；內可移動板；從內可移動板延伸到外可移動板的第二組支承構件；及設置在外可移動板上的第一驅動線圈構造，其中，第一軸線延伸穿過第一組支承構件，並且第二軸線延伸穿過第二組支承構件，使得外可移動板的第一驅動線圈構造具有設置在第一軸線的一側上的部分，和設置在第一軸線的相對側上的另一部分，並且該第一驅動線圈構造關於該第一軸線不對稱。
31.如權利要求30所述的電磁驅動器，還包括一對磁體，它們在從其中一個磁體到另一磁體延伸的方向上產生磁力，該內可移動板和外可移動板設置在這對磁體之間。
32.如權利要求30所述的電磁驅動器，其中，第一驅動線圈構造關於內可移動板的中心點對稱。
33.如權利要求31所述的電磁驅動器，其中，第一組支承構件在與磁力的方向垂直的方向上從外可移動板延伸。
34.如權利要求33所述的電磁驅動器，其中，第二組支承構件在與磁力的方向平行的方向上從內可移動板延伸。
35.如權利要求30所述的電磁驅動器，其中，當外可移動板和內可移動板迴轉時，第一組支承構件和第二組支承構件扭轉變形。
36.如權利要求30所述的電磁驅動器，其中，該第一驅動線圈構造包括驅動力，該驅動力重疊地具有第一頻率和與外可移動板的固有頻率一致的第二頻率，從而外可移動板以第一頻率繞著第一軸線迴轉，並以第二頻率繞著第二軸線共振迴轉，並且外可移動板的共振移動傳遞給內可移動板。
37.如權利要求30所述的電磁驅動器，還包括以橢圓方式繞著第一驅動線圈構造延伸的第二驅動線圈構造。
38.如權利要求37所述的電磁驅動器，其中，該第一驅動線圈構造和第二驅動線圈構造包括單個驅動線圈。
39.如權利要求37所述的電磁驅動器，其中，該第一驅動線圈構造包括驅動線圈，並且第二驅動線圈構造包括單獨的驅動線圈。
40.如權利要求30所述的電磁驅動器，還包括設置在外可移動板和內可移動板之間的抑制振動板，其中，該第一驅動線圈構造包括具有重疊的第一頻率和第二頻率的驅動力，及該抑制振動板抑制第二頻率的迴轉分量。
41.如權利要求40所述的電磁驅動器，其中，該第二頻率高於第一頻率。
42.如權利要求30所述的電磁驅動器，其中，反射器設置在內可移動板上。
43.如權利要求40所述的電磁驅動器，其中，該第二頻率與內可移動板的固有頻率一致，並且關於內可移動板繞著第一軸的迴轉，該抑制振動板抑制第二頻率的迴轉分量。
44.如權利要求40所述的電磁驅動器，其中，該內可移動板以第二頻率繞著第二軸線共振迴轉。
45.如權利要求40所述的電磁驅動器，其中，抑制振動板的固有頻率高於第一頻率，並低於第二頻率。
46.如權利要求40所述的電磁驅動器，其中，抑制振動板的固有頻率小於第二頻率的70％，使得抑制振動板起到抵抗內可移動板繞著第一軸線迴轉的低通濾波器的作用。
全文摘要
一種驅動器和二維掃描儀。該驅動器和二維掃描儀包括基板、可移動板、磁場產生部分、支承構件和驅動線圈部分，其中，該可移動板繞著彼此垂直的第一虛軸線或第二虛軸線中的至少一個迴轉，該磁場產生部分形成在平行於第二軸線的方向上作用並在第一軸線的一位置處具有最小值的磁力，該支承構件與第一軸線和第二軸線的至少其中一個同軸設置，連接基板和可移動板，並形成可移動板的迴轉軸，可移動板的驅動力施加到該驅動線圈部分上，並且該驅動線圈部分設置在可移動板上，從而關於第一軸線和第二軸線的交叉點具有點對稱形狀。
文檔編號G02B7/18GK101075772SQ200710088549
公開日2007年11月21日 申請日期2007年3月16日 優先權日2006年5月18日
發明者鄭喜文, 申聖浩, 李振鎬, 趙鎮佑, 高泳哲 申請人:三星電子株式會社