專利名稱：拉緊、扭轉(zhuǎn)變曲部和利用該彎曲部掃描光的緊湊驅(qū)動(dòng)器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及拉緊、扭轉(zhuǎn)彎曲部和利用該彎曲部掃描光的緊湊驅(qū)動(dòng)器和方法，尤其是用于在保持低功耗、高分辨率、微小緊湊尺寸、 安靜工作和最小振動(dòng)的同時(shí)有效投影彩色二維圖像的彩色圖像投影裝置。
背景技術(shù)：
人們通常知道，基于一對(duì)掃描鏡將二維圖像投影在屏幕上，該掃 描鏡在相互垂直方向通過各個(gè)驅(qū)動(dòng)器振蕩，以在光柵圖案上掃描激光 束。然而，已知的圖像投影裝置投影有限分辨率的圖像， 一般小于640x480象素的視頻圖形陣列(VGA)質(zhì)量的四分之一，消耗相當(dāng)大 量的電力，重量相當(dāng)重并且占據(jù)相當(dāng)大的體積，從而使它們?cè)谖⑿汀?手持、電池工作的應(yīng)用中不實(shí)用。例如，用于一個(gè)掃描鏡的驅(qū)動(dòng)器包括與反射鏡聯(lián)動(dòng)的永磁體。磁 體和反射鏡安裝在允許繞軸線振蕩的彎曲部。電磁線圏被周期驅(qū)動(dòng)信 號(hào)激勵(lì)并產(chǎn)生與磁體的永磁場(chǎng)相互作用的電磁場(chǎng)，以將彎曲部彎曲， 使得磁體和由此使得掃描鏡繞軸線振蕩。上述電磁驅(qū)動(dòng)器盡管一般滿足預(yù)期目的，但對(duì)于微型、手持、電 池工作的應(yīng)用不理想。例如，彎曲部必須拉緊到拉緊狀態(tài)，以更好地 承受環(huán)境溫度變化和產(chǎn)生可重復(fù)的振蕩。這種拉緊通過附加的分立元 件來提供，諸如，夾子、銷子和螺釘，所有這些元件增加了驅(qū)動(dòng)器的 重量、體積和能量消耗。此外，這些附加元件的組裝增加驅(qū)動(dòng)器的加 工成本和復(fù)雜性，以及增加一個(gè)或多個(gè)這些附加元件松動(dòng)或出故障的可能性，從而影響彎曲部的張緊，最終導(dǎo)致不可靠的、不可重復(fù)的、 溫度敏感的掃描。例如，入射到用這種受影響的彎曲部支撐的反射鏡 上的激光束不會(huì)準(zhǔn)確地照射到圖像的預(yù)定像素上，結(jié)果，投影圖像的分辨率降低。 發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明總的目的是提供一種用于掃描光的緊湊驅(qū)動(dòng)器的拉 緊、扭轉(zhuǎn)彎曲部，尤其是，用于在遠(yuǎn)離投影裝置的擴(kuò)展范圍上投影清 晰、清楚的二維彩色圖像的圖像投影裝置。本發(fā)明的另一目的是最小化該驅(qū)動(dòng)器的重量、體積、復(fù)雜性和能耗。本發(fā)明的又一目的是簡(jiǎn)化該彎曲部的張緊。本發(fā)明的又一目的是提供用于圖像投影裝置的可靠的、可重復(fù)的、 與溫度無關(guān)的光掃描。另一目的是提供一種小型、緊湊、重量輕、高能效和便攜的彩色 圖像投影裝置，其用于許多不同形式因素的儀器，尤其是，手持儀器。在下文中將顯而易見地保持這些目的和其它目的，簡(jiǎn)而言之，本 發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)在于，用于掃描光的驅(qū)動(dòng)器和掃描光的方法。彎曲部 安裝在支撐上。彎曲部具有一對(duì)沿軸線延伸的扭轉(zhuǎn)部分。反射光掃描 鏡安裝在與其聯(lián)動(dòng)的彎曲部上。彎曲部沿相反的圓周方向繞軸線彎曲， 用于繞軸線振蕩掃描鏡。根據(jù)本發(fā)明，提供的裝置與彎曲部構(gòu)成一體，用于自動(dòng)沿軸線將 彎曲部張緊到拉緊狀態(tài)，在該拉緊狀態(tài)中彎曲部被彎曲。不用附加的 分立元件，諸如，夾子、銷子和螺釘，實(shí)現(xiàn)拉緊的彎曲部。不用訂購(gòu)、 存儲(chǔ)、組裝、出故障或松動(dòng)的附加元件。驅(qū)動(dòng)器比以前的更緊湊，并 且重量更輕、體積更小，而且因?yàn)榫哂懈〉馁|(zhì)量振蕩，能耗更小。 在此獲得的張緊可重復(fù)、可靠且抗環(huán)境溫度變化。入射到掃描鏡上的 光束準(zhǔn)確地反射到它的目標(biāo)，例如，通過圖像投影裝置投影要被投影 的圖像的象素，圖像投影裝置中的這種緊湊驅(qū)動(dòng)器是有用的。在另一應(yīng)用中，光束不用于圖像投影，而是用于在機(jī)器可讀標(biāo)記 上掃描光束，機(jī)器可讀標(biāo)記諸如一維或二維條形碼符號(hào)。在又一應(yīng)用 中，光束不掃描，而是在符號(hào)上掃描光檢測(cè)器的視場(chǎng)，符號(hào)散射的光 被振蕩反射鏡反射并照射到檢測(cè)器上。在優(yōu)選實(shí)施例中，彎曲部通過磁場(chǎng)相互作用彎曲。永久磁體安裝 在彎曲部上，電磁線圏安裝在支撐上。響應(yīng)施加給線圏的周期驅(qū)動(dòng)信 號(hào)，產(chǎn)生周期電磁場(chǎng)，周期電磁場(chǎng)與磁體的永久磁場(chǎng)相互作用，從而 彎曲彎曲部并振蕩磁體與掃描鏡。磁體和掃描鏡優(yōu)選安裝在扭轉(zhuǎn)部分中間的彎曲部的支撐部分上。 彎曲部具有沿軸線間隔開的端部。
一個(gè)端部錨固在支撐上。另一端部 具有張緊彎曲部的裝置。優(yōu)選地，在另一端部形成彈性舌片。該舌片 彈性地壓靠支撐并且沿軸向?qū)⒍瞬繌南嗷ミh(yuǎn)離狀態(tài)推到拉緊狀態(tài)。在操作時(shí)，磁體通過如上所述的磁場(chǎng)相互作用振蕩，這樣使彎曲部的支撐部分和掃描鏡沿相反的圓周方向運(yùn)動(dòng)，因此，首先，沿一個(gè) 圓周方向扭曲扭轉(zhuǎn)部分，然后，沿相反的圓周方向扭曲扭轉(zhuǎn)部分。彎曲部在這些扭曲運(yùn)動(dòng)期間通過舌片持續(xù)地張緊，從而確保沒有不穩(wěn)定 的、非故意的彎曲運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。振動(dòng)阻尼器可以用于衰減不理想的振動(dòng)。 在緊湊驅(qū)動(dòng)器中的拉緊、扭轉(zhuǎn)的彎曲部的使用特別有利于投影二維彩色圖像的圖像投影裝置。該裝置包括支撐；分別發(fā)射紅色、藍(lán)色、 和綠色激光束的多個(gè)紅色、藍(lán)色和綠色激光器；共線排列激光束以形 成混合光束的光學(xué)組件；在距離支撐一定工作距離處掃描作為間隔掃 描線圖案的混合光束的掃描器，每根掃描線具有許多象素；和通過激 光束使選擇的象素照亮并變?yōu)檎樟量梢娨孕纬刹噬珗D像的控制器。在優(yōu)選實(shí)施例中，掃描器包括一對(duì)振蕩掃描鏡，用于沿一般相互 垂直方向以不同掃描速度和不同掃描角度掃描混合光束。至少一種掃 描速度超過聲頻，例如，超過18kHz，以減小噪音。至少一個(gè)掃描鏡 用慣性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，以使功耗最小。另一掃描鏡用本發(fā)明的緊湊驅(qū)動(dòng) 器驅(qū)動(dòng)。圖像分辨率優(yōu)選超過l/4的VGA質(zhì)量，但是， 一般等于或超 過VGA質(zhì)量。支撐、激光器、掃描器、控制器和光學(xué)組件優(yōu)選占據(jù) 小于30立方厘米的體積。裝置可互換地安裝在不同形式因素的殼體中，包括但不限于筆形、 槍形或手電筒形的儀器，個(gè)人數(shù)字助理，掛件，手表，計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)而 言之，緊湊和小型尺寸的任何形狀。投影的圖像可以用于廣告或標(biāo)志的目的，或用于電視或計(jì)算機(jī)顯示屏，簡(jiǎn)而言之，用于想要顯示的任何目的。


圖l是在一定工作距離投影圖像的手持儀器的透視圖；圖2是安裝在圖1的儀器中的圖像投影裝置的放大、俯視的透視圖；圖3是圖2的裝置的頂面圖；圖4是用于圖2的裝置中所用的慣性驅(qū)動(dòng)器的正透視圖； 圖5是圖4的慣性驅(qū)動(dòng)器的后透視圖； 圖6是圖2的裝置的實(shí)際設(shè)備的透視圖； 圖7是表示圖2的裝置的操作的電氣示意框圖； 圖8是根據(jù)本發(fā)明用作圖6的裝置的緊湊驅(qū)動(dòng)器的分解透視圖； 圖9是圖8的驅(qū)動(dòng)器的組裝圖；和 圖IO是沿圖9的剖面線10-10剖開的放大剖面圖。
具體實(shí)施方式
圖1中的附圖標(biāo)記IO—般表示為手持儀器，例如，個(gè)人數(shù)字助理， 其中安裝了重量輕、緊湊的圖像投影裝置20,如圖2所示，用于在離 儀器的可變距離處投影二維彩色圖像。例如，圖像18位于相對(duì)于儀器 10的工作距離范圍內(nèi)。如圖1所示，圖像18沿圖像水平方向擴(kuò)展的光學(xué)水平掃描角A 上擴(kuò)展，在沿圖像垂直方向的光學(xué)垂直掃描角B上擴(kuò)展。如下所述， 圖像由裝置20中的掃描器掃描的掃描線的光柵圖案上的照亮的和未 照亮的像素組成。儀器10的平行六面體形狀只是表示殼體的一種形式因素，裝置 20在殼體中執(zhí)行操作。儀器可以形成為筆、移動(dòng)電話、蛤殼或手表， 例如，如2002年3月4日申請(qǐng)的序列號(hào)為No.10/090， 653的美國(guó)專 利申請(qǐng)所示，其作為臨時(shí)申請(qǐng)轉(zhuǎn)讓給相同受讓人，并且在此并入作為 參考。在優(yōu)選實(shí)施例中，裝置20的測(cè)量體積小于大約30立方厘米。這種緊湊、小型的尺寸讓裝置20可以安裝在許多不同形狀的大的或小的 便攜的或固定的殼體中，該殼體也包含具有板顯示器12、鍵盤14和 投影圖像的窗口 16的殼體。參照?qǐng)D2和圖3，裝置20包括半導(dǎo)體激光器22，其被激勵(lì)時(shí)發(fā)射 大約635-655納米的亮紅色激光束。透鏡24是具有正焦距的雙球面凸 透鏡，并且用于實(shí)際聚集紅色光束的全部能量和用于產(chǎn)生受衍射限制 的光束。透鏡26是具有負(fù)焦距的凹透鏡。透鏡24、 26用分別固定在 儀器10內(nèi)部的支撐(為了清楚起見，在圖2中未示出)上的未圖示的 各個(gè)透鏡保持器保持。透鏡24、 26在工作距離形成紅色光束輪廓。另一半導(dǎo)體激光器28安裝在支撐上，當(dāng)被激勵(lì)時(shí)發(fā)射大約 475-505納米的受衍射限制的藍(lán)色激光束。另一雙球面凸透鏡30和凹 透鏡32用于與透鏡24、 26類似的方式形成藍(lán)色光束輪廓。波長(zhǎng)在530納米級(jí)的綠色激光束不用半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生，而是用 輸出光束是1060納米的紅外二極管泵浦YAG晶體激光器的綠色模塊 34代替。非線性倍頻晶體包含在兩個(gè)激光反射鏡之間的紅外激光腔 中。因?yàn)樵谇粌?nèi)的紅外激光功率遠(yuǎn)大于在腔外的功率，倍頻器在腔內(nèi) 產(chǎn)生雙頻綠光更有效。激光器的輸出反射鏡反射1060納米的紅外輻射 并能傳送雙倍的530納米綠色激光束。因?yàn)楣虘B(tài)激光器和倍頻器的正 確操作要求精確的溫度控制，半導(dǎo)體器件，諸如，依靠珀耳帖效應(yīng)的 熱電冷卻器，用于控制綠色激光模塊的溫度。熱電冷卻器可以根據(jù)施 加的電流極性加熱或者冷卻器件。熱調(diào)節(jié)器是綠色激光模塊的一部分， 以監(jiān)視其溫度。熱調(diào)節(jié)器的讀數(shù)反饋給控制器，從而由控制器調(diào)整給 熱電冷卻器的控制電流。如下所述，激光器在工作中以lOOMHz級(jí)的頻率脈動(dòng)。紅色和藍(lán) 色半導(dǎo)體激光器22、 28能夠以這樣的高頻脈動(dòng)，但是，當(dāng)前可獲得的 綠色固態(tài)激光器不能。結(jié)果，綠色模塊34射出的綠色激光束隨著在晶 體內(nèi)產(chǎn)生聲學(xué)駐波的聲光調(diào)制器(AOM) 36而脈動(dòng)，用于衍射綠色 光束。然而，AOM36產(chǎn)生零級(jí)非衍射光束38和第一級(jí)脈動(dòng)衍射光束 40。光束38、 40相互之間有差異是為了將它們分開以消除不理想的零級(jí)光束38，光束38、 40沿具有折疊式反射鏡42的長(zhǎng)而彎折的路徑傳 遞。另外，AOM既能夠從外部也能夠從內(nèi)部用于綠色激光模塊，以 脈動(dòng)綠色激光束。其它可能調(diào)制綠色激光束的方式包括電吸收調(diào)制或 Mach-Zender干涉儀。AOM在圖2中示意性地示出。
光束38、 40通過正透鏡44和負(fù)透鏡46傳遞。然而，只允許衍射 的綠色光束40撞擊到折疊式反射鏡48上并反射。非衍射光束38被優(yōu) 選安裝在反射鏡48上的吸收器50吸收。
裝置包括布置的一對(duì)分色濾光片52、 54，以使綠色、藍(lán)色和紅色 光束在到達(dá)掃描組件60之前盡可能地共線。濾光片52允許綠色光束 40通過，但是，來自藍(lán)色激光器28的藍(lán)色光束56被干涉效應(yīng)反射。 濾光片54允許綠色光束40和藍(lán)色光束56通過，但是，來自紅色激光 器22的紅色光束58被干涉效應(yīng)反射。
近似共線的光束40、 56、 58照射到固定反射鏡62上并反射。掃 描組件60包括第一掃描鏡64和第二掃描鏡68，第一掃描鏡64被慣 性驅(qū)動(dòng)器66 (在圖4-5中單獨(dú)示出)以第一掃描速度振蕩，以在第一 水平掃描角A的范圍內(nèi)掃描反射鏡62反射的激光束，第二掃描鏡68 被電磁驅(qū)動(dòng)器70以第二掃描速度振蕩，以在第二垂直掃描角B的范 圍內(nèi)掃描第一掃描鏡64反射的激光束。在不同的結(jié)構(gòu)中，掃描鏡64、 68可以用單個(gè)雙軸鏡來代替。
慣性驅(qū)動(dòng)器66是高速、低電功耗的元件。慣性驅(qū)動(dòng)器的詳細(xì)情況 可以在2003年3月13日申請(qǐng)的序列號(hào)為No.l0/387，878的美國(guó)專利中 獲得，其作為臨時(shí)申請(qǐng)轉(zhuǎn)讓給相同受讓人，并且在此引入作為參考。 慣性驅(qū)動(dòng)器的使用將掃描組件60的功耗降低到小于1瓦特，在如下所 述的投影彩色圖像的情況下，降低到小于10瓦特。
驅(qū)動(dòng)器66包括通過鉸鏈支撐掃描鏡64的可移動(dòng)支架74,鉸鏈包 括沿鉸鏈軸線延伸并在掃描鏡64的相對(duì)區(qū)域和支架的相對(duì)區(qū)域之間 連接的一對(duì)共線鉸鏈部分76、 78。支架74不需要包圍掃描鏡64，如 圖所示。
支架、鉸鏈部分和掃描鏡由大約為150jt厚、整塊的、 一般是平面的硅襯底加工而成的。硅被蝕刻以形成具有上平行槽部分、下平行槽
部分和U形中心槽部分的H形槽。掃描鏡64優(yōu)選具有橢圓形狀并且 在槽部分內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)。在優(yōu)選實(shí)施例中，沿橢圓形掃描鏡的軸線的尺 寸測(cè)量為749pxl60(Hi。每個(gè)鉸鏈部分寬度測(cè)量為27n，長(zhǎng)度測(cè)量為 1130n。支架是矩形形狀，測(cè)量的寬度為3100^1，測(cè)量的長(zhǎng)度為4600p。
慣性驅(qū)動(dòng)器安裝在一般是平面的印刷電路板80上，并且有效地用 于直接移動(dòng)支架和通過慣性間接地繞鉸鏈軸線振蕩掃描鏡64。慣性驅(qū) 動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例包括沿垂直于板80延伸并且在鉸鏈部分76的任一 邊與支架74間隔開的部分接觸的一對(duì)壓電傳感器82、 84。粘接劑可 以用于確保每個(gè)傳感器的一端與每個(gè)支架部分永久接觸。每個(gè)傳感器 的相對(duì)端從板80的背面突出并且通過電線86、 88與周期變化的電壓 源(未示出)電連接。
在使用時(shí)，周期信號(hào)將周期驅(qū)動(dòng)電壓施加給每個(gè)傳感器，并且使 各個(gè)傳感器在長(zhǎng)度上交替地伸長(zhǎng)和縮短。當(dāng)傳感器82伸長(zhǎng)時(shí)，傳感器 84縮短，反之亦然，從而同時(shí)推動(dòng)和拉動(dòng)間隔開的支架部分并且使支 架繞鉸鏈軸線扭轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電壓具有對(duì)應(yīng)于掃描鏡的共振頻率的頻率。 掃描鏡從其初始靜止位置移動(dòng)，直到它也以共振頻率繞鉸鏈軸線振蕩。 在優(yōu)選實(shí)施例中，支架和掃描鏡厚度大約為150n，掃描鏡具有高的Q 因子。每個(gè)傳感器以lp級(jí)的移動(dòng)能夠使掃描鏡以超過20kHz的掃描 速度振蕩。
另一對(duì)壓電傳感器90、 92垂直于板80延伸并且在鉸鏈部分78 每一邊與支架74的間隔開的部分永久接觸。傳感器90、 92用作反饋 器件，以監(jiān)視支架的振蕩移動(dòng)和產(chǎn)生電反饋信號(hào)并沿電線94、 96將電 反饋信號(hào)傳輸給反饋控制電路(未示出)。
可替換地，不使用壓電傳感器90、 92來反饋，可以使用磁反饋， 其中磁體安裝在高速鏡的背面，外部線圏用于拾取通過振蕩磁體產(chǎn)生 的變化磁場(chǎng)。
雖然光可以在掃描鏡的外表面反射出去，理想的是，用金、銀、 鋁或特殊設(shè)計(jì)的高反射電介涂層制成的鏡面涂層涂敷反射鏡64的表面。
電磁驅(qū)動(dòng)器70(在圖8的分解圖和圖9的裝配圖中示出)包括聯(lián) 接安裝在彎曲部200上和在第二掃描鏡68后面的永久磁體71，和用 于響應(yīng)接收的周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生周期磁場(chǎng)的電磁線團(tuán)72。線圏72鄰 接磁體71，從而周期磁場(chǎng)與永久磁場(chǎng)相互發(fā)生磁感應(yīng)，使磁體和由此 使第二掃描鏡68振蕩，如下面詳細(xì)的描述。
慣性驅(qū)動(dòng)器66優(yōu)選以大于5kHz更特別地以18kHz或更高的級(jí)的 高速掃描速度振蕩掃描鏡64,這種高掃描速度的頻率是聽不見的，從 而使噪音和振動(dòng)最小化。電磁驅(qū)動(dòng)器70以40Hz級(jí)的較低掃描速度振 蕩掃描鏡68,該速度快到足夠讓圖像在人眼視網(wǎng)膜上持續(xù)存在，而沒 有過度的閃爍。
較快的反射鏡64掃描水平掃描線，較慢的反射鏡68垂直地掃描 水平掃描線，從而形成構(gòu)成圖像的大致平行的掃描線的柵格或序列的 光柵圖案。每根掃描線有大量象素。圖像分辨率優(yōu)選XGA質(zhì)量的 1024x768像素。在限制的工作范圍內(nèi)，我們可以顯示以720p、1270x720 像素表示的高清晰電視標(biāo)準(zhǔn)。在有些應(yīng)用中， 一半VGA質(zhì)量(320x480 像素)或四分之一 VGA質(zhì)量(320x240像素)就夠了 。最少，希望分 辨率為160x160像素。
反射鏡64、 68的功能可以反過來。反射鏡68是較快的反射鏡， 反射鏡64是較慢的反射鏡。反射鏡64也可以設(shè)計(jì)成掃描垂直掃描線， 在這種情況下，反射鏡68掃描水平掃描線。同樣，慣性驅(qū)動(dòng)器可以用 于驅(qū)動(dòng)反射鏡68。實(shí)際上，任一反射鏡可以用電子機(jī)械驅(qū)動(dòng)器、電驅(qū) 動(dòng)器、機(jī)械驅(qū)動(dòng)器、靜電驅(qū)動(dòng)器、磁驅(qū)動(dòng)器、或電磁驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。
慢反射鏡在顯示圖像期間以恒速掃描模式工作。在反射鏡返回期 間，反射鏡以其非常高的固有頻率掃描回到初始位置。在反射鏡的返 回途中，激光器可以降低功率，以便降低器件的功耗。
圖6是與圖2的透視圖相同的裝置20的實(shí)際設(shè)備。上述元件安裝 在包括頂蓋100和支撐板102的支撐上。保持器104、 106、 108、 110、 112分別相互對(duì)準(zhǔn)地保持折疊式反射鏡42、 48、濾光片52、 54和反彈鏡62。每個(gè)保持器具有用于容納固定安裝在支撐上的定位桿的多個(gè)定 位槽。因此，反射鏡和濾光片被正確地定位。如圖所示，有三個(gè)桿， 從而允許兩個(gè)角度調(diào)整和一個(gè)橫向調(diào)整。每個(gè)保持器能夠在其最終位 置粘牢。通過選擇性地照亮 一行或多行掃描線的像素來構(gòu)成圖像。如下面 參照?qǐng)D7更詳細(xì)地描述，控制器114通過三束激光束使所選擇的光柵 圖案的像素被照明并且可看見。例如，紅色、藍(lán)色和綠色功率控制器 116、 118、 120分別將電流傳給紅色、藍(lán)色和綠色激光器22、 28、 34， 以激勵(lì)后者以每個(gè)選擇的像素發(fā)射各種光束，和不將電流傳給紅色、 藍(lán)色和綠色激光器，以讓后者斷電而不照明其它未選擇的像素。被照 明的像素和沒有被照明的像素形成的圖案構(gòu)成人或機(jī)器可讀的信息或 圖形的任何顯示的圖像。參照?qǐng)D1的放大圖中示出光柵圖案。開始，在一個(gè)端點(diǎn)，激光束 用慣性驅(qū)動(dòng)器沿水平方向以水平掃描速度向相對(duì)端點(diǎn)掃描以形成掃描 線。隨即，激光束用電磁驅(qū)動(dòng)器70沿垂直方向以垂直掃描速度向相對(duì) 端點(diǎn)掃描形成第二掃描線。以相同的方式繼續(xù)進(jìn)行形成連續(xù)掃描線。在微處理器114的控制下，通過以選定的時(shí)間激勵(lì)或脈動(dòng)激光器 接通和斷開、或通過操作功率控制器116、 118、 120控制電路，在光 柵圖案中形成圖像。激光器產(chǎn)生可見光并且只有在想要看見想要的圖 像的像素時(shí)接通。每個(gè)像素的顏色通過一束或多束光束的顏色來確定。 通過紅色、藍(lán)色、和綠色激光的一束或多束的選擇性疊加可以形成可 見光鐠中的任何顏色。光柵圖案是由每行和多行的多個(gè)像素形成的柵 格。圖像是選擇像素的位圖。每個(gè)字母或數(shù)字、任何圖形設(shè)計(jì)或標(biāo)志、 甚至機(jī)械可讀條形碼符號(hào)可以形成位像。如圖7所示，在微處理器114的控制下，具有垂直和水平同步數(shù) 據(jù)、以及像素和時(shí)鐘數(shù)據(jù)的輸入視頻信號(hào)發(fā)送到紅色、藍(lán)色和綠色緩 沖器122, 124, 126。 一個(gè)全VGA幀的存儲(chǔ)需要許多千字節(jié)，理想的 是，在緩沖器中具有足夠兩個(gè)全幀的存儲(chǔ)器，能使一幀被寫入，而另 一幀被處理和投影。在速度剖析器130的控制下，緩沖器數(shù)據(jù)發(fā)送到格式器128和紅色、藍(lán)色和綠色查詢表(LUT) 132、 134、 136，以校 正由掃描造成的固有內(nèi)部變形，以及由投影圖像的顯示角度造成的幾 何變形。形成的紅色、藍(lán)色和綠色數(shù)字信號(hào)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)138、 140、 142轉(zhuǎn)換成紅色、藍(lán)色和綠色模擬信號(hào)。紅色和藍(lán)色模擬信號(hào)反 饋到也連接紅色和藍(lán)色功率控制器116、 118的紅色和藍(lán)色激光驅(qū)動(dòng)器 (LD) 144、 146。綠色模擬信號(hào)依次反饋到AOM射頻(RF )驅(qū)動(dòng)器 150和綠色激光器34，綠色激光器34還連接綠色LD148的和綠色功 率控制器120。在圖7中還示出反饋控制器，包括紅色、藍(lán)色和綠色光電二極管 放大器152、 154、 156，其依次連接紅色、藍(lán)色和綠色模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn) 換器158、 160、 162和微處理器114。熱通過依次連接A/D轉(zhuǎn)換器166 和微處理器的電熱調(diào)節(jié)器放大器164來監(jiān)視。掃描鏡64、 68被驅(qū)動(dòng)器168、 170驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器168、 170纟皮饋送 有來自依次連接到微處理器的DAC 172、 174的模擬驅(qū)動(dòng)信號(hào)。反饋 放大器176、 178檢測(cè)掃描鏡64、 68的位置并且依次連接到反饋A/D 180、 182和微處理器上。電源管理電路184有效地使功率最小化同時(shí)快速準(zhǔn)時(shí)，優(yōu)選地在 整個(gè)時(shí)間保持綠色激光和保持紅色激光和藍(lán)色激光的電流正好低于產(chǎn) 生激光的閾值。如果掃描鏡64、 68的任意一個(gè)被檢測(cè)到不在正確位置，激光安全 停止電路186有效地切斷激光器?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖8-9的電磁驅(qū)動(dòng)器70,上述彎曲部200包括平面支 撐部分202， 一對(duì)平面共線扭曲部分204、 206，和一對(duì)平面端部208、 210。彎曲部是彈性材料的單個(gè)拉長(zhǎng)件，優(yōu)選厚度在0.027mm級(jí)的回 火不銹鋼。扭曲部分的寬度在0.122mm級(jí)，盡管可能加工這種尺寸的 彎曲部，出于這個(gè)目的，優(yōu)選化學(xué)蝕刻彎曲部。扭曲部分是如下所述 的起扭力桿作用的細(xì)長(zhǎng)、線狀的鋼絲。驅(qū)動(dòng)器70包括模制的塑料支撐，該支撐具有上板212和下板214， 線圏72夾在兩板之間。上板具有拉長(zhǎng)的凹室216,該凹室具有頂部開口 ，安裝在淺的近似矩形凹槽222中的一對(duì)直立圓柱定位銷218、 220, 和安裝在另一淺凹槽226中的直立突起224。彎曲部200安裝在上板212上并且縱向跨過凹室216的頂部開口 。 磁體71安裝在支撐部分202的底面并且至少部分地位于凹室216內(nèi)， 從而將磁體71的定位比以前更靠近線圏，縮短驅(qū)動(dòng)器要求的整個(gè)垂直 高度。端部區(qū)域208為E形并且具有用于緊密地容納銷子202、 218的 一對(duì)切口 228和230。注入孔232、 234允許液體膠進(jìn)入，以牢固地錨 固淺凹槽222中的端部區(qū)域208。端部區(qū)域210的形狀為矩形并且在內(nèi)部形成兩個(gè)縱向切口 236、 238和橫向切口 240,從而構(gòu)成和形成矩形舌片242。舌片242與端部 區(qū)域210位于同一平面。然而，出于圖示清楚的目的，為了更好地顯 示在拉緊狀態(tài)的端部區(qū)域210的平面上面的自由邊緣244,在圖8中 的舌片242示出其如下所述的彎曲、壓縮或扭彎狀態(tài)。舌片242在與 自由邊244平行的鉸接邊緣246處鉸接到端部區(qū)域210上。當(dāng)端部區(qū)域210安裝在上板212上時(shí)，上述突起224的頂面250 與鄰接自由邊緣244的舌片242的下面接合并且推動(dòng)舌片，使其呈現(xiàn) 圖示的彎曲形狀。當(dāng)舌片彎曲時(shí)，其空出端部區(qū)域210中的矩形切口 248。突起224還有一般用于補(bǔ)償彎曲舌片242的彎曲輪廓的曲面252。 實(shí)際上，曲面252設(shè)計(jì)成保證彎曲舌片242在組裝過程中的彎曲不超 過其屈服點(diǎn)，即使彎曲部借助諸如鑷子的工具手工安裝。換言之，施 加給舌片的永久彎曲是不理想的，因?yàn)檫@種永久變形使舌片不能給彎 曲部提供如下所述的必要扭曲。此外，萬一在跌落的情況下，也就是 說，當(dāng)在裝置經(jīng)歷突然振動(dòng)和減速力的情況下，偶然撞擊地面或其它 硬表面時(shí)，曲面252和彎曲的舌片242之間的有限間隙保證永久彎曲 不施加給舌片。一旦端部區(qū)域210平放在上板212上，如圖9的組裝圖所示，自 由邊緣244在突起250的直立垂直面256和曲面154之間形成的角254 處獲得彈壓式動(dòng)作。突起224協(xié)同彈性舌片242施加彎曲部的縱向張緊力，即，推動(dòng)端部區(qū)域210遠(yuǎn)離端部區(qū)域208。這種張緊不是通過 現(xiàn)有技術(shù)中的附加分立元件來實(shí)現(xiàn)，而是通過與彎曲部成一體的舌片 來實(shí)現(xiàn)。舌片的壓縮或彎曲產(chǎn)生反作用力，以張緊彎曲部的扭轉(zhuǎn)部分。 張緊的彎曲部用作針對(duì)安裝在其上的掃描鏡68的復(fù)位彈簧。在用 周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)線圏72期間，傳播周期電磁場(chǎng)，其與磁體71的永 久磁場(chǎng)相互作用，從而使磁體在相反的圓周方向沿扭轉(zhuǎn)部分204、 206 延伸的軸線振蕩。振蕩磁體振蕩支撐部分202和掃描鏡68，并且沿一 個(gè)圓周方向繞軸線相對(duì)固定端部208、 210將扭曲部分204、 206扭曲 到端部限制掃描位置。因此，存儲(chǔ)在扭曲的張緊部分的能量被釋放， 從而移動(dòng)支撐部分202和掃描鏡68，以及沿相反的圓周方向繞軸線相 對(duì)固定端部208、 210解開扭曲部分。這種能量釋放可以或可不借助互 相作用的磁場(chǎng)。無論如何，支撐部分202和掃描鏡繼續(xù)移動(dòng)同時(shí)扭轉(zhuǎn) 部分204、 206沿相反的圓周方向扭曲到另一端部限制掃描位置。重復(fù) 這種循環(huán)，從而在端部限制掃描位置之間振蕩掃描鏡68和掃描入射到 掃描鏡68的光束。通過保證彎曲部張緊，使反射鏡的掃描移動(dòng)是可重 復(fù)的、可靠的，并且不受使金屬?gòu)澢慨a(chǎn)生膨脹和收縮的環(huán)境溫度變 化的影響。一對(duì)振動(dòng)阻尼器258、 260粘接在端部區(qū)域210和上板212上。阻 尼器用作粘彈性阻尼器，其設(shè)計(jì)成能衰減一定頻率范圍的振動(dòng)。阻尼 器還用作端部區(qū)域210的附加機(jī)械錨具，以在跌落事故發(fā)生時(shí)阻止彎 曲部離開突起224。如上所述，在形成光柵圖案時(shí)，本發(fā)明的緊湊驅(qū)動(dòng)器用于優(yōu)選實(shí) 施例作為垂直驅(qū)動(dòng)器或Y驅(qū)動(dòng)器。意味著入射到掃描鏡的光束是長(zhǎng)度 沿光柵圖案的水平方向或X方向擴(kuò)展的掃描線。為了適應(yīng)掃描線的整 個(gè)長(zhǎng)度，如圖8-9所示，掃描鏡68在長(zhǎng)度上長(zhǎng)和在高度上短。然而， 長(zhǎng)掃描鏡增加驅(qū)動(dòng)器的總長(zhǎng)度，因此，為了減小總長(zhǎng)度以實(shí)現(xiàn)緊湊結(jié) 構(gòu)，掃描鏡設(shè)計(jì)成至少部分地與扭曲部分204、 206重疊。為此，如圖 IO所示，掃描鏡68的背面具有縱向凹槽262，使得扭曲部分204、 206 在其重疊區(qū)域不接觸掃描鏡。如圖10所示，掃描鏡68具有T形橫截面并且優(yōu)選是塑料擠壓件 或玻璃拉伸件，在上面涂敷反射鏡涂層?？梢约庸らL(zhǎng)的擠壓件，然后， 拋光、涂敷和切割以用于驅(qū)動(dòng)器。聲稱的新的權(quán)利要求并且想要通過專利證書保護(hù)的內(nèi)容在附加的 權(quán)利要求中闡述。
權(quán)利要求
1.一種用于掃描光的驅(qū)動(dòng)器，包括a)支撐；b)彎曲部，其在支撐上并且具有沿軸線延伸的扭轉(zhuǎn)部分；c)光反射掃描鏡，其在彎曲部上，與彎曲部聯(lián)動(dòng)；d)用于沿相反的圓周方向繞軸線將彎曲部彎曲的裝置，用于繞軸線振蕩掃描鏡；和e)與彎曲部為一體、用于沿軸線將彎曲部張緊到彎曲部被彎曲的拉緊狀態(tài)的裝置。
2. 如權(quán)利要求l所述的驅(qū)動(dòng)器，其中彎曲裝置包括在彎曲部上的 永久磁體和在支撐上的電磁線圏，電磁線圏用于響應(yīng)周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn) 生周期電磁場(chǎng)，周期電磁場(chǎng)與磁體的永久磁場(chǎng)相互作用，以將彎曲部 彎曲和振蕩磁體并由此振蕩掃描鏡。
3. 如權(quán)利要求2所述的驅(qū)動(dòng)器，其中彎曲部具有在扭轉(zhuǎn)部分中間 的支撐部分，其中磁體和掃描鏡安裝在支撐部分上。
4. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其中彎曲部具有沿軸線分開的端 部，其中一個(gè)端部錨固到支撐上，其中張緊裝置在彎曲部的另一端部 與彎曲部為一體。
5. 如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動(dòng)器，其中支撐具有至少一個(gè)銷子，彎 曲部的一個(gè)端部具有至少一個(gè)切口 ，用于將至少一個(gè)銷子定位于切口 中。
6. 如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動(dòng)器，其中支撐具有突起，張緊裝置包 括在彎曲部的另一端部形成的彈性舌片，舌片彈性地壓靠突起并且在拉緊狀態(tài)推動(dòng)彎曲部的端部相互遠(yuǎn)離。
7. 如權(quán)利要求6所述的驅(qū)動(dòng)器，其中舌片在拉緊狀態(tài)為彎曲形狀， 突起具有與彎曲舌片輪廓互補(bǔ)的曲面。
8. 如權(quán)利要求6所述的驅(qū)動(dòng)器，其中舌片具有自由邊緣，突起具 有用于接合自由邊緣的脊。
9. 如權(quán)利要求6所述的驅(qū)動(dòng)器，其中另一端部位于狹窄通道中并 且構(gòu)成矩形切口，舌片具有對(duì)應(yīng)于矩形切口的矩形形狀，舌片在拉緊 狀態(tài)具有相對(duì)平面升高的自由邊緣和連接到平面另一端部的鉸接邊 緣。
10. 如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動(dòng)器，其中支撐部分沿軸線伸展預(yù)定 距離，掃描鏡沿軸線伸展的距離大于所述預(yù)定距離，至少部分地伸出 扭轉(zhuǎn)部分。
11. 如權(quán)利要求IO所述的驅(qū)動(dòng)器，其中掃描鏡具有安裝在彎曲部 的支撐部分的背部，背部凹陷以在將彎曲部彎曲時(shí)提供扭轉(zhuǎn)部分扭曲 的機(jī)械間隙。
12. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，至少一個(gè)振動(dòng)阻尼器在彎曲部 和支撐上。
13. 如權(quán)利要求2所述的驅(qū)動(dòng)器，其中支撐具有彎曲部橫跨的凹 室，磁體至少部分地容納在凹室中。
14. 一種可張緊、可扭轉(zhuǎn)的彎曲部，能夠使掃描鏡振蕩，包括a) 用于支撐掃描鏡的支撐部分；b) 沿軸線伸展的一對(duì)扭轉(zhuǎn)部分；c) 沿軸線分開的一對(duì)端部，端部之一具有與之一體的張緊舌片， 該舌片通過沿軸線強(qiáng)迫端部離開以將彎曲部張緊到拉緊狀態(tài)，在拉緊 狀態(tài)掃描鏡被支撐用于振蕩。
15. 如權(quán)利要求14所述的彎曲部，其中所有的部分由單片彈性材 料構(gòu)成。
16. 如權(quán)利要求14所述的彎曲部，其中一個(gè)端部具有限制舌片的 大致平面結(jié)構(gòu)，舌片在拉緊狀態(tài)為彎曲形狀。
17. —種掃描光的方法，包括以下步驟a) 將光反射掃描鏡安裝在具有沿軸線伸展的扭轉(zhuǎn)部分的彎曲部上；b) 沿相反的圓周方向繞軸線將彎曲部彎曲，用于繞軸線振蕩掃 描鏡；和C)通過沿軸線張緊彎曲部以將彎曲部自張緊到拉緊狀態(tài)，在拉緊 狀態(tài)彎曲部被彎曲。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中通過在彎曲部的一個(gè)端部區(qū) 外面形成與彎曲部端部區(qū)成一體的舌片，進(jìn)行自張緊步驟。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，包括防止彎曲部振動(dòng)的步驟。
20. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中通過在彎曲部上安裝永久磁 體使其與掃描鏡聯(lián)動(dòng)振蕩，通過施加周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)給電磁線圏產(chǎn)生周 期電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)與磁體的永久磁場(chǎng)相互作用并且使磁體和掃描鏡繞 軸線振蕩，來進(jìn)行彎曲步驟。
全文摘要
一種掃描光的緊湊驅(qū)動(dòng)器上使用的拉緊、扭轉(zhuǎn)彎曲部并且有利地用于重量輕、緊湊的圖像投影模塊，特別是安裝在具有透光窗口的殼體中的模塊，該模塊用于使光柵圖像中要被照明的選擇象素形成彩色高分辨率的VGA質(zhì)量的圖像。
文檔編號(hào)G02B26/08GK101233528SQ200680026809
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者C·維坦伯格, P·E·布魯克斯 申請(qǐng)人:訊寶科技公司