CN102834765A - 磁力驱动装置、光学扫描装置和图像显示装置 - Google Patents

磁力驱动装置、光学扫描装置和图像显示装置 Download PDF

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CN102834765A CN2011800152403A CN201180015240A CN102834765A CN 102834765 A CN102834765 A CN 102834765A CN 2011800152403 A CN2011800152403 A CN 2011800152403A CN 201180015240 A CN201180015240 A CN 201180015240A CN 102834765 A CN102834765 A CN 102834765A
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Abstract

本发明公开了一种磁力驱动装置(7)，包括：第一移动部件(100)和第一驱动单元(200)。第一移动部件(100)具有第一移动板(111)和沿与第一移动板(111)大致平行的方向磁化的永磁体(120)，并且由第一框架体(112)和第一对梁部件(113)支撑，以便能够绕与第一移动板(111)大致平行且与永磁体(120)磁化的方向大致垂直的Y轴振动。第一驱动单元(200)具有磁轭(120)和对磁轭(210)进行磁化的线圈(220)。磁轭(210)具有第一端部(211a)以及放置在第一端部(211a)的大致相对一侧上、与永磁体(120)的一个磁极相对的第二端部(212a)。第一端部(211a)和第二端部(212a)被磁化为相互不同的极性，并且沿相同的振动方向驱动第一移动部件(100)。

Description

磁力驱动装置、光学扫描装置和图像显示装置
技术领域
本发明涉及一种磁力驱动装置、光学扫描装置和图像显示装置。
背景技术
诸如投影型显示器之类的图像显示装置通常使用对光进行扫描的光学扫描装置。传统上，这种类型的光学扫描装置使用电机驱动多边形反射镜、电流反射镜(galvano mirror)等等。
同时，伴随着近年来微机械加工技术的进步，应用MEMS技术的光学扫描装置已经显著地发展。其中，通过使用梁部件作为旋转轴使得光学扫描镜往复振动来对光进行扫描的光学扫描装置已经吸引了关注。与传统的电机驱动多形反射镜等相比，这种类型的光学扫描镜构造简单，并且可以通过半导体工艺形成为一个整体，从而存在以下优势：这种光学扫描镜可以较低成本微型化，另外这种微型化使得更高速度成为可能，等等。
根据MEMS技术的光学扫描镜通常通过将该结构的谐振频率和驱动频率相匹配来予以驱动，以便增加偏转角(谐振驱动)。
假设梁部件的扭转弹性模量是k，并且光学扫描镜的惯性力矩是Im，则由以下等式(1)给出光学扫描镜的谐振频率fr：
fr＝1/(2π)·(k/Im)1/2    ...(1)
假设向光学扫描镜施加的驱动力是T，则由以下等式2给出谐振驱动的光学扫描镜的偏转角θ：
θ＝QT/k    ...(2)
在等式(2)中，Q是系统的品质因子，典型地在空气中具有约100的值，并且典型地在真空中具有约1000的值。
因此，可以通过比较小的驱动力使得谐振驱动的光学扫描镜摆动较大。
另一方面，根据一种类型的光学扫描装置，上述光学扫描镜在并不将该结构的谐振频率和驱动频率进行匹配的情况下来予以驱动(非谐振驱动)。
由以下等式(3)给出非谐振驱动的光学扫描镜的偏转角θ：
θ＝T/k    ...(3)
根据等式(3)，不能够采用品质因子Q，并且因此与等式2相比，光学扫描镜的偏转角θ较小。因此为了增加光学扫描镜的偏转角θ，需要增加驱动力T或者降低梁部件的扭转弹性模量k。然而，从等式1可知，使梁部件的扭转弹性模量k变小将会使得光学扫描镜的谐振频率fr降低。于是，还存在这样的情况：当光学扫描镜的谐振频率fr接近非谐振驱动的驱动频率(通常是60Hz)时，谐振模式与光学扫描镜的振荡波形交迭。为了防止这种情况，典型地需要将光学扫描镜的谐振频率fr设置到1kHz周围。因此，为了增加光学扫描镜的偏转角θ，优选地是增加驱动力T，而不是降低梁部件的扭转弹性模量k。
作为这种非谐振类型的光学扫描装置，使用磁力驱动装置的光学扫描装置是已知的。
例如，专利文献1和2公开了使用移动线圈型(MC型)磁力驱动装置的光学扫描装置。这些光学扫描装置将线圈安装到放置于多个永磁体之间的光学扫描镜中，并且利用向该线圈施加电流而产生的洛伦兹力来驱动光学扫描镜。
此外，专利文献3和4公开了使用移动磁体型(MM型)磁力驱动装置的光学扫描装置。这些光学扫描装置将永磁体安装到光学扫描镜上，并且通过利用向放置在光学扫描镜附近的线圈施加电流而产生的磁相互作用来驱动光学扫描镜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：未审日本专利申请公开公报No.2007-014130
专利文献2：未审日本专利申请公开公报No.2008-122955
专利文献3：未审日本专利申请公开公报No.2005-169553
专利文献4：未审日本专利申请公开公报No.2007-094109
发明内容
本发明要解决的问题
利用专利文献1和2的光学扫描装置，为了增加向光学扫描镜施加的驱动力，需要增加向线圈施加的电流或者增加线圈的匝数。然而，由于线圈产生的热，增加向线圈施加的电流增加了损坏光学扫描镜的光学性能的问题。此外，根据光学扫描镜的尺寸对线圈中的匝数存在限制，例如，难以在约1平方毫米的反射镜上安装100匝或以上的线圈。因此，难以增加向光学扫描镜施加的驱动力。
此外，专利文献3的光学扫描装置例如添加这样的技巧：按照一定角度放置两个线圈，其设置在永磁体下方，使得即使在光学扫描镜倾斜的状态下，也可以向永磁体施加足够的磁场。然而，因为两个线圈的端部之间的间隔较大，难以增加向永磁体施加的磁场，并且例如难以将磁场设置为约100[Oe]或更大。因此，难以增加向光学扫描镜施加的驱动力。
此外，利用专利文献4的光学扫描装置，可以通过放置磁轭夹住永磁体，使得向永磁体施加的磁场比较大。然而，放置在光学扫描镜下方的支柱是非磁性体，因此对于向光学扫描镜施加的驱动力没有贡献。此外，为了增加驱动力，需要在磁轭外部以及磁轭内部放置线圈。因此，难以在减小光学扫描装置尺寸的同时增加向光学扫描镜施加的驱动力。
也就是说，利用传统的磁力驱动装置，难以增加驱动力并且增加移动部件的偏转角。因此，利用使用磁力驱动装置的光学扫描装置，难以增加在移动部件中安装的光学扫描镜的偏转角。此外，利用使用光学扫描装置的图像显示装置，难以增加光的扫描范围以及实现更薄的装置和更大的屏幕。
考虑到以上背景，本发明的目的是提供一种其中移动部件的偏转角较大的磁力驱动装置，具有这种装置的光学扫描装置和图像显示装置。
解决问题的手段
为了实现以上目的，根据本发明第一方面的磁力驱动装置包括：
第一移动部件，具有：第一移动板，通过非磁性材料形成所述第一移动板；以及永磁体，将所述永磁体固定到所述第一移动板，并且沿与第一移动板的主表面实质上平行的方向磁化所述永磁体；
第一框架体，将所述第一框架体形成为包围所述第一移动部件的轮缘；
第一对梁部件，所述第一梁部件连接在所述第一框架体和所述第一移动板之间，并且所述第一梁部件支撑所述第一移动部件能够绕第一轴旋转，所述第一轴与所述第一移动板的主表面实质上平行，并且与将永磁体磁化的方向实质上垂直；以及
第一驱动单元，具有磁轭和对所述磁轭进行磁化的线圈，并且在该磁力驱动装置中：
所述磁轭具有第一磁轭单元和第二磁轭单元，所述第一磁轭单元具有放置在所述永磁体附近的第一端部，所述第二磁轭单元具有放置在所述第一端部的相对一侧上、抵靠所述永磁体的一个磁极；以及
沿相互不同的极性对所述第一端部和所述第二端部进行磁化，以便沿相同的振动方向驱动所述第一移动部件。
同样，根据本发明第二方面的光学扫描装置包括：
上述磁力驱动装置；以及
反射镜，所述反射镜设置在所述第一移动部件中，并且反射入射光。
同样，根据本发明第三方面的图像显示装置包括：
光通量产生装置，其产生调制的光通量；以及
上述光学扫描装置，其反射和扫描所述光通量。
根据本发明，可以提供一种其中移动部件的偏转角较大的磁力驱动装置，以及具有这种装置的光学扫描装置和图像显示装置。
附图说明
图1是示出了根据本发明第一实施例的图像显示装置的方框图；
图2A是示出了图1所示光学扫描装置的顶视图，而图2B是图2A的I-I线截面图；
图3A是示出了图2B所示的光学扫描装置的左极化状态的截面图；
图3B是示出了图2B所示的光学扫描装置的右极化状态的截面图；
图4A是示出了根据本发明第二实施例的光学扫描装置的截面图；
图4B是示出了图4A所示的停止部(stopper)的顶视图；
图4C是示出了图4A所示隔离部的顶视图；
图5A是示出了根据本发明第三实施例的光学扫描装置的截面图；
图5B是示出了图5A中所示的第一移动板的顶视图；
图6是示出了根据本发明第四实施例的光学扫描装置的截面图；
图7是示出了根据本发明第四实施例的光学扫描装置的截面图；
图8是示出了根据本发明第四实施例的光学扫描装置的截面图；
图9是示出了根据本发明第四实施例的光学扫描装置的截面图；
图10A是示出了根据本发明第五实施例的光学扫描装置的截面图；
图10B是示出了图10A中所示的第一移动部件、第二移动部件和第二驱动单元的顶视图；以及
图10C是图10B的II-II线截面图。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的实施例。
(第一实施例)
首先，将参考图1描述根据第一实施例的图像显示装置1。注意：图像显示装置1具有利用随后将描述的磁力驱动装置7(参见图2)形成的非谐振型光学扫描装置5，并且通过基于从外部装置8作为输入而接收的图像信号S1产生、合成和扫描调制的红光(R)、绿光(R)和蓝光(B)光通量，来在屏幕9上显示视频。
图像显示装置1由光通量产生装置10、准直光学系统20、合成光学系统30、水平扫描单元40和垂直扫描单元50形成。
光通量产生装置10主要由信号处理电路11、红光激光器12、绿光激光器13、蓝光激光器14、红光激光器驱动电路15、绿光激光器驱动电路16和蓝光激光器驱动电路17形成。
信号处理电路11产生红色、绿色和蓝色视频信号S2R、S2G和S2B，用于产生根据从外部装置8作为输入接收的图像信号S1而调制的红光、绿光和蓝光光通量，并且向红光、绿光和蓝光激光器驱动电路15、16和17输出所产生的红色、绿色和蓝色视频信号S2R、S2G和S2B。此外，信号处理电路11产生水平和处置同步信号SH和SV，用于同步水平扫描单元40和垂直扫描单元50的操作和光通量产生装置10的操作，并且向随后将描述的水平同步电路45和垂直同步电路55输出所产生的水平同步信号SH和垂直同步信号SV。
红光、绿光和蓝光激光器驱动电路15、16和17根据从信号处理电路11作为输入而接收的红色、绿色和蓝色视频信号S2R、S2G和S2B，驱动红光、绿光和蓝光激光器12、13和14。
红光、绿光和蓝光激光器12、13和14例如由半导体激光器、具有谐波产生机制(SHG)的固体激光器等形成，根据红色、绿色和蓝色视频信号S2R、S2G和S2B产生调制的红光、绿光和蓝光光通量，并且向准直光学系统20输出所产生的红光、绿光和蓝光光通量。
准直光学系统20由三个准直透镜21、22和23形成，并且使得从光通量产生装置10入射的红光、绿光和蓝光光通量成为平行光，并且将这些平行光输出至合成光学系统30。
合成光学系统30由三个分色镜31、32和33形成(分色镜按照波长选择方式反射或者透射光通量)，对从准直光学系统20入射的红光、绿光和蓝光光通量进行合成，并且向随后将描述的水平扫描单元40的光学扫描镜41输出合成结果。
水平扫描单元40由谐振型的光学扫描装置4、用于驱动光学扫描装置4的水平扫描驱动电路42以及用于调节光学扫描装置4的谐振频率的谐振频率调节电路43形成，其中光学扫描装置4具有光学扫描镜41，用于沿水平方向来扫描从合成光学系统30入射的光通量。
垂直扫描单元50由非谐振型的光学扫描装置5以及用于驱动光学扫描装置5的垂直扫描驱动电路52形成，其中光学扫描装置5具有光学扫描镜(下文中的“反射镜”)51，用于扫描从水平扫描单元40入射的光通量。
水平同步电路45基于从信号处理电路11作为输入而接收的水平同步信号SH，来控制水平扫描驱动电路42和谐振频率调节电路43，使得水平扫描单元40的操作与光通量产生装置10的操作同步。
垂直同步电路55基于从信号处理电路11作为输入而接收的垂直同步信号SV，来控制垂直扫描驱动电路52，使得垂直扫描单元50的操作与光通量产生装置10的操作同步。
接下来，将参考图2和图3详细描述上述光学扫描装置5。
如图2A和图2B所示，光学扫描装置5由用于反射入射光的上述反射镜51和用于驱动反射镜51的磁力驱动装置7形成。
磁力驱动装置7由第一移动板111、第一框架体112、第一对梁部件113(参见图2A)、永磁体120(参见图2B)、磁轭210和线圈220形成。注意：如图2B所示，第一移动板111、永磁体120和反射镜51形成第一移动部件100。此外，磁轭210和线圈220形成第一驱动单元200。
图2A所示的第一移动板111、第一框架体112和第一对梁部件113例如是具有适当刚性(stiffness)的非磁性材料基板，例如单晶硅基板、不锈钢和其他金属基板等，并且形成为一体。第一移动板111形成为具有预定宽度、深度和厚度的矩形板形状。第一框架体112形成为矩形框架形状以围绕第一移动板111的边缘，并且由随后将描述的支撑部件230支撑。第一对梁部件113沿与第一移动板111的平坦表面(上表面和下表面)实质上平行的Y轴(第一轴)延伸，并且连接在第一移动板111和第一框架体112之间。
图2B所示的永磁体120例如由钐-钴磁体、钕磁体等形成，形成为具有与第一移动板111实质上相同的宽度和深度的矩形板形状，并且通过粘合剂等固定到第一移动板111的下表面。然后，沿与第一移动板111的平坦表面(上表面和下表面)实质上平行、并且与Y轴实质上垂直的方向对永磁体120磁化，如箭头M所示。
反射镜51例如是银合金、铝合金等，形成为具有与第一移动板111实质上相同的宽度和深度的矩形板形状，并且通过粘合剂等固定到第一移动板111的上表面。注意：同样可以在第一移动板111的上表面上形成薄膜形式的反射镜51，例如使用溅射方法等。然后，将反射镜51的上表面形成为足够平坦，以便对于入射光具有足够的反射率。
磁轭210由磁性材料形成，例如钢材料、铁氧体材料、坡莫合金材料等，并且由第一磁轭单元211、第二磁轭单元212、第三磁轭单元213和第四磁轭单元214形成。第一磁轭单元211的一个端部(下文中的“第一端部”)211a放置为面对永磁体120的下表面。第二磁轭单元212的一个端部(下文中的“第二端部”)212a放置为在第一端部211a的相对一侧上面对永磁体120的N极。第三磁轭单元213的一个端部(下文中的“第三端部”)213a放置为在第一端部211a的相对一侧上面对永磁体120的S极。第四磁轭单元214将第一磁轭单元211的相对端部211b、第二磁轭单元212的相对端部212b和第三磁轭单元213的相对端部213b磁耦合。也就是说，第一至第四磁轭单元211至214彼此磁耦合，并且形成一个磁路。注意：支撑上述第一框架体112的一对支撑部件230设置在第四磁轭单元214中。
线圈220缠绕在第一磁轭单元211上，并且相对于宽度方向和厚度方向放置在磁轭210的内侧。当向线圈220施加电流时，磁轭210被磁化，并且在第一端部211a、第二端部212a和第三端部213a的每一个中出现磁极。这里，在第一端部211a中出现的磁极具有与在第二端部212a和第三端部213a中出现的磁极不同的极性。
接下来将描述上述光学扫描装置5的操作。
在图2A中，当向线圈220施加右旋电流时，如图3A所示，从第一磁轭211朝着第二磁轭212和第三磁轭213产生磁场线，并且在第一端部211a中产生S极，而在第二端部212a和第三端部213a中产生N极。于是，在第一端部211a和第二端部212a之间产生的磁场作用于永磁体120的N极，并且在第一端部211a和第三端部213a之间产生的磁场作用于永磁体120的S极，使得第一移动部件100绕Y轴向左倾斜(左极化状态)，同时引起第一对梁部件103的扭矩。
此外，在图2A中，当向线圈220施加左旋电流时，如图3B所示，从第二磁轭212和第三磁轭213朝着第一磁轭211产生磁场线，并且在第一端部211a中出现N极，而在第二端部212a和第三端部213a中出现S极。于是，在第一端部211a和第二端部212a之间产生的磁场作用于永磁体120的N极，并且在第一端部211a和第三端部213a之间产生的磁场作用于永磁体120的S极，使得第一移动部件100绕Y轴向右倾斜(右极化状态)，同时引起第一对梁部件103的扭矩。
注意：为了减小第一移动部件100的惯性力矩，并且通过这种措施增加第一移动部件100的偏转角，优选地将永磁体120设计为约1mm厚或更薄。此外，在向线圈220施加的电流具有预定频率(例如60Hz)的情况下，为了防止在第一移动部件100中感应谐振模式，优选地将第一对梁部件113设计为使得所述第一移动部件100的谐振频率是约1kHz。
利用以上配置的磁力驱动装置7，通过将磁轭210的第一端部211a和第二端部212a设置为以将永磁体120的一个磁极(N极)夹于之间的方式彼此相对，并且对磁轭210的第一端部211a和第二端部212a进行磁化以具有相互不同的磁极，从而与传统的磁力驱动装置相比可以增加向永磁体120施加的磁场。因此，可以增加向第一移动部件100施加的驱动力，并且增加第一移动部件100的偏转角。
另外，通过将磁轭210的第一端部211a和第三端部213a设置为以将永磁体的另一个磁极(S极)夹于之间的方式彼此相对，并且对磁轭210的第一端部211a和第三端部213a进行磁化以具有相互不同的磁极，从而可以增加向永磁体120施加的磁场。因此，可以进一步增加向第一移动部件100施加的驱动力，并且进一步增加第一移动部件100的偏转角。
此外，可以容易地减小夹着永磁体120而彼此相对的第一端部211a和第二端部212a之间的间隙以及第一端部211a和第三端部213a之间的间隙。通过这种措施，向永磁体120施加的磁场增加，并且向第一移动部件100施加的驱动力增加，使得可以容易地增加第一移动部件100的偏转角。此外，在对于第一移动部件100的偏转角存在裕度的情况下，例如可以微型化磁力驱动装置7，并减小磁力驱动装置7的功耗。
此外，通过将第一至第三磁轭211至213彼此磁耦合并且形成一个磁路，可以更加容易地形成第一驱动单元200。更具体而言，通过只将线圈220缠绕在第一磁轭211上并且控制向线圈220施加的电流的幅度和方向，可以驱动第一移动部件100。此外，通过采用线圈220只放置在磁轭210内侧的配置，可以减小驱动单元200的尺寸，并且微型化磁力驱动装置7。
此外，通过将反射镜51安装在磁力驱动装置7的第一移动部件100上，可以配置光学扫描装置5具有反射镜51的大偏转角，也就是说具有大的光扫描范围。
于是，利用具有光学扫描装置5的图像显示装置1，光的扫描范围较大，使得可以减小空间(微型化和减薄)，使得屏幕更大等等。
现在，将基于实施示例，更加详细地描述根据第一实施例的上述光学扫描装置5。
光学扫描装置5的第一移动部件100例如可以如下配置。
第一移动板111由单晶硅形成，并且其宽度、深度和厚度分别是2[mm]、6[mm]和100[μm]。
永磁体120以钕磁体制成，并且其宽度、深度和厚度分别是2[mm]、6[mm]和300[μm]。
反射镜51的宽度、深度和厚度分别是2[mm]、6[mm]和50[μm]。注意：通过粘合剂将反射镜51固定到第一移动板111的上表面。
第一对梁部件113由单晶硅形成，并且其尺寸根据构成第一移动部件的第一移动板111、永磁体120和反射镜51的尺寸来确定，使得第一移动部件100的谐振频率变成约800Hz。
此外，光学扫描装置5的第一驱动单元200例如可以如下配置。
磁轭210的第一端部211a和第二端部212a之间的间隙以及磁轭210的第一端部211a和第三端部213a之间的间隙是2[mm]。
线圈220中的匝数是200。此外，向线圈220施加的电流是200[mA]。
如果线圈220的匝数是N，向线圈220施加的电流是I[A]，并且磁轭210中磁极之间的间隙是g[m]，则在磁轭210中的磁极之间产生的磁场H[A/m]近似由以下等式(4)给出：
H＝NI/g    ...(4)
利用本实施例，根据等式(4)，在磁轭210中的第一端部211a和第二端部212a之间以及在磁轭210中的第一端部211a和第三端部213a之间产生的磁场H近似为
Figure BDA00002173595500101
此外，假设第一移动部件100(第一移动板111、永磁体120和反射镜51)的惯性力矩是I，向永磁体120施加的磁场是H(t)(为了便于解释，假设磁场是均匀的)，第一移动部件100的磁矩是M(水平向左)，第一对梁部件113中的扭转弹性模量是Kθ，磁场H(t)(向上)和垂直方向之间形成的角度是θ0(顺时针)，相对于第一移动部件100的静止位置(水平)的倾斜是θ(t)(顺时针)，则由以下等式(5)给出第一移动部件100的运动方程：
I·(d2/dt2)θ(t)+Kθ·θ(t)-M·H(t)·cos(θ0-θ(t))＝0...(5)
利用本实施例，根据等式(5)，第一移动部件100的偏转角θ约为±20[°]。因此，光的扫描范围变成约±40[°]。
此外，利用本发明实施例，假设要求的磁场幅度相当低，近似250[Oe]，则线圈220的功耗也相当低。在向线圈220施加的电流具有预定频率(例如，60[Hz])的情况下，尽管除了线路阻抗之外在线圈220中产生了匹配电感L的阻抗，但是利用本实施例，在线圈220中产生的阻抗是近似1[Ω]。因此，在向线圈220施加的电流是200[mA]的情况下，线圈220的功耗是近似40[mW]，相当的低。
如上所述，根据本实施例，可以使得磁轭210的第一端部211a与第二、第三端部212a、213a之间的间隙是毫米的量级，使得在它们之间的间隙中产生的磁场增加，并且在第一移动部件100上安装的永磁体120和磁轭210之间的磁相互作用也增加。因此，可以增加向第一移动部件100施加的驱动力，并且增加在第一移动部件100中安装的反射镜51的偏转角。
(第二实施例)
接下来将描述根据第二实施例的图像显示装置和光学扫描装置5A。第二实施例的图像显示装置具有与第一实施例的图像显示装置1相同的基本配置，但是与第一实施例的图像显示装置1的不同之处在于光学扫描装置5A的配置。因此，利用本实施例，将描述光学扫描装置5A，而不再描述图像显示装置。此外，与光学扫描装置5共同的配置分配有相同的代码，而不再另外解释。
如图4A所示，光学扫描装置5A与第一实施例的光学扫描装置5的不同之处在于：具有放置在第一磁轭单元211和永磁体120之间的停止部231A，以及放置在停止部230A和第一框架体112之间的隔离部232A。
停止部231A由非磁性材料形成，并且如图4B所示，形成为具有圆孔231a的矩形板形状。如图4A所示，停止部231A由第一磁轭单元211支撑，并且通过粘合剂等固定到第一磁轭单元211，并且起到在预定角度强制停止第一移动部件100振动的作用。注意：停止部231A由非磁性材料形成，因此不影响向永磁体120施加的磁场的幅度。注意：形成圆孔231a，以便在发生光学扫装置5A的故障时，利用眼睛检查是否将永磁体120正确地粘合到第一移动板111上。
隔离部232A由非磁性材料形成，并且如图4C所示，形成为矩形框架形状。如图4A所示，隔离部232A由停止部231A支撑，通过粘合剂、螺钉等固定到停止部231A，并且起到支撑第一框架体112的作用。第一框架体112由隔离部232A支撑，并且通过粘合剂、螺钉等固定到停止部231A。因此，利用本实施例的光学扫描装置5A，省略了第一实施例的光学扫描装置5中设置的支撑部件230。
注意：为了防止反射镜51、第一对梁部件103等的损坏，优选地，将第一移动部件100(第一移动板111、永磁体120和反射镜51)、第一框架体112和第一对梁部件103与隔离部232A和停止部231A装配成一个整体，并且随后附着到第一驱动单元200。
根据上述配置的光学扫描装置5A，通过提供停止部231A，例如可以防止移动部件100免于过度摇摆并损坏第一对梁部件113。因此，可以改善光学扫描装置5A的可靠性。
第一移动板111的宽度、深度和厚度例如可以分别是2[mm]、6[mm]和100[μm]。此外，永磁体120的宽度、深度和厚度例如可以分别是2[mm]、6[mm]和300[μm]。此外，反射镜51的宽度、深度和厚度例如可以分别是2[mm]、6[mm]和50[μm]。于是，隔离部232A的厚度例如可以是500[μm]。通过这种措施，可以在±10[°]周围的位置处停止第一移动部件100的倾斜。
(第三实施例)
接下来将描述根据第三实施例的图像显示装置和光学扫描装置5B。第三实施例的图像显示装置具有与第一实施例的图像显示装置1相同的基本配置，但是与第一实施例的图像显示装置1的不同之处在于光学扫描装置5B的配置。因此，利用本实施例，将描述光学扫描装置5B，而不再描述图像显示装置。此外，与第一和第二实施例中的光学扫描装置5和5A共同的配置分配有相同的代码，而不再另外解释。
如图5A所示，光学扫描装置5B与第二实施例的光学扫描装置5A的不同之处主要在于将第一移动板111B和永磁体120接合。
如图5B所示，第一移动板111B具有孔洞部111a，并且形成为矩形框架形状。如图5A所示，将永磁体120插入并且装配到第一移动板111B的孔洞部111a中，并且通过粘合剂等固定。此外，通过粘合剂等将反射镜51固定到永磁体120的上表面。通过这种措施，可以设置第一移动板111B、永磁体120和反射镜51，使得第一移动部件100的重心实质上匹配作为其振荡轴的Y轴。
利用上述配置的光学扫描装置5B，可以通过使第一移动部件100的重心和作为其振荡轴的Y轴实质上匹配，来减小第一移动部件100的惯性力矩。因此，可以减小第一对梁部件103的扭转弹性模量，并且也进一步增加了反射镜51的偏转角。
(第四实施例)
接下来将描述根据第四实施例的图像显示装置和光学扫描装置5C至5F。第四实施例的图像显示装置具有与第一实施例的图像显示装置1相同的基本配置，但是与第一实施例的图像显示装置1的不同之处在于光学扫描装置5C至5F的配置。因此，将描述本实施例的光学扫描装置5C至5F，而不再描述图像显示装置。此外，与第一至第三实施例中的光学扫描装置5、5A和5B共同的配置分配有相同的代码，而不再另外解释。
如图6至图9所示，光学扫描装置5C至5F与第二实施例的光学扫描装置5A的不同之处：使磁轭210C至210F的第一、第二和第三端部211a、212a和213a中的至少一个变尖锐。
利用图6所示的光学扫描装置5C，使得磁轭210C的第二和第三端部212a和213a朝着永磁体120的一个和另一个磁极(N极和S极)变尖锐。
利用图7所示的光学扫描装置5D，使得磁轭210D的第一端部211a近似朝着永磁体120的一个和另一个磁极的中心变尖锐。
在图8所示的扫描装置5E中，分别朝着永磁体120的一个和另一个磁极(N极和S极)在磁轭210的第一端部211a中形成两个尖锐的突起211c和211d。
利用图9所示的光学扫描装置5F，使得磁轭210F的第一至第三端部211a至231a变尖锐。
注意：利用图6至图9所示的光学扫描装置5D至5F，因为磁轭210D至210F的第一端部211a形成为尖锐的，为了支撑停止部231，提供了在第一实施例中所示的支撑部件230。
利用上述配置的光学扫描装置5C至5F，通过使得磁轭210C至210F的第一、第二和第三端部211a、212a和213a中的至少一个变尖锐，可以增加该端部中的磁通密度，并且增加向永磁体120的磁极施加的磁场。由此，可以增加向第一移动部件100施加的驱动力，并且增加反射镜51的偏转角。
注意：尽管利用第四实施例的第一、第二和第三端部211a、212a和213a之一具有尖锐的截面，本发明的第一、第二和第三端部并不局限于此，并且可以形成为例如具有不均匀和不规则的截面，只要截面的面积越靠近永磁体变得越小。
(第五实施例)
接下来将描述根据第五实施例的图像显示装置和光学扫描装置5G。尽管第一实施例的图像显示装置1已经描述为包括分别在水平和垂直扫描单元40和50中设置的光学扫描装置4和5，第五实施例的图像显示装置与第一实施例的图像显示装置1的不同之处在于用单独的两轴型光学扫描装置5G来代替图像显示装置1的光学扫描装置4和5。因此，将描述本实施例的光学扫描装置5G，而不再描述图像显示装置。此外，与第一至第四实施例中的光学扫描装置5、5A至5F共同的配置分配有相同的代码，而不再另外解释。
如图10A所示，除了第一移动部件100G的配置之外，光学扫描装置5G与第四实施例的光学扫描装置5C相同。
第一移动部件100G具有第一移动板111G、永磁体120、第二移动部件300G和第二驱动单元400G。第二移动部件300G形成为具有第二移动板311G和反射镜51G，如图10B所示。此外，第一移动部件100G还具有第二框架体312G和第二对梁部件313G。
第二移动板311G、第二框架体312G和第二对梁部件313G由允许微机械加工并且具有适当刚性的非磁性材料基板例如单晶硅基板形成，并且形成为一体。此外，这些结构可以由诸如不锈钢之类的金属基板代替单晶硅基板来形成。第二移动板311G形成为椭圆板形状，具有预定的长边和短边。第二框架体312G形成为矩形框架结构以围绕第二移动板311G的边缘。第二对梁部件313G沿与第二移动板311G的平坦表面(上表面和下表面)实质上平行、且与Y轴实质上垂直的X轴(第二轴)延伸，并且连接在第二移动板311G和第二框架体312G之间。然后，将第二框架体312G层压到第一移动板111G的上表面上，如图10C所示。注意：将第一移动板111G形成为矩形框架形状，使得容许第二移动部件的振动。
反射镜51G例如是银合金、铝合金等，形成为具有与第二移动板311G实质上相同的长边和短边的椭圆板形状，如图10B所示，并且通过粘合剂等固定到第二移动板311G的上表面。注意：同样可以在第二移动板311G的上表面上形成薄膜形式的反射镜51G，例如使用溅射方法等。然后，将反射镜51的上表面形成为足够平坦，以便对于入射光具有足够的反射率。
将第二移动部件300G(第二移动板311G和反射镜51G)和第二对梁部件313G设计为使得第二移动部件300G具有预定的谐振频率。
如图10C所示，第二驱动单元400G由下电极410G、压电元件420G和上电极420G的层压体形成，并且经由氧化膜(未示出)形成于第二框架体312G的上表面上。将压电元件420G定向为通过施加电压而沿与X轴实质上平行的方向扭曲。注意：例如通过Al(铝)薄膜形成的电极焊盘(未示出)形成于上电极430G的上表面上。例如，使用溅射方法将电极焊盘形成为遮蔽膜。此外，下电极410G形成为具有并未层压有压电元件420G的部分(未示出)，并且像上电极430G那样，电极焊盘(未示出)形成于其上表面上。注意：电极焊盘不局限于Al，并且可以形成为是诸如Pt(铂)之类的其他材料的膜，只要可以实现与硅基板的足够粘合性和导电性。此外，溅射方法也不是限制性的，也可以通过其他方法形成膜。
接下来，将描述光学扫描装置5G的操作。
当经由电极焊盘在下电极410G和上电极430G之间施加交流电压时，压电元件420G沿与X轴实质上平行的方向产生振动。于是，将压电元件420G设置为适当的形状和结构，使得在第二对梁部件313G中感应扭转振动。通过这种措施，可以使第二移动部件300G绕X轴振动。另外，通过将交流电压的频率(驱动频率)与第二移动部件300G的谐振频率相匹配，可以在第二移动部件300G中导致谐振模式，并且增加第二移动部件300G的偏转角。
此外，像第一实施例那样，安装了第二移动部件300G的第一移动部件100G能够通过向第一驱动单元200的线圈220施加电流来绕Y轴驱动。
利用上述配置的光学扫描装置5G，可以绕彼此垂直的X轴和Y轴驱动安装有反射镜51G的第二移动部件300G。因此，可以使用单独的反射镜51G二维地扫描光。
于是，与具有两个光学扫描装置4和5的第一实施例的图像显示装置1相比较，具有光学扫描装置5G的图像显示装置可以低成本地微型化。
注意：尽管将第二驱动单元400G配置为利用压电元件420G的压电效应驱动第二移动部件300G，本发明的第二驱动单元不局限于此，并且例如可以配置为利用电磁力或者静电力驱动第二移动部件300G。
本发明不局限于上述实施例和示例，并且清楚和明显的是以上每一个实施例和示例均可以在本发明的技术范围内适当地进行修改。
以上实施例的一部分或全部可以在以下补充注释中描述，但是并不局限于以下补充注释：
(补充注释1)
一种磁力驱动装置，包括：
第一移动部件，具有：第一移动板，由非磁性材料形成；以及永磁体，固定到第一移动板，并且沿与第一移动板的主表面实质上平行的方向磁化；
第一框架体，形成为围绕第一移动部件的边缘；
第一对梁部件，连接在第一框架体和第一移动板之间，并且支撑第一移动部件以便能够绕第一轴旋转，所述第一轴与第一移动板的主表面实质上平行，并且与永磁体磁化的方向实质上垂直；以及
第一驱动单元，具有磁轭和对磁轭进行磁化的线圈，
其中：
磁轭具有第一磁轭单元和第二磁轭单元，所述第一磁轭单元具有放置在永磁体附近的第一端部，所述第二磁轭单元具有放置在第一端部的相对一侧上、与永磁体的一个磁极相对的第二端部；以及
第一端部和第二端部被磁化为相互不同的极性，以便沿相同的振动方向驱动第一移动部件。
(补充注释2)
根据补充注释1所述的磁力驱动装置，其中：
磁轭还包括第三磁轭单元，第三磁轭单元具有放置在第一端部的实质上相对一侧上、与永磁体的另一个磁极相对的第三端部；以及
第一端部和第三端部被磁化为相互不同的极性，以便沿相同的振动方向驱动第一移动部件。
(补充注释3)
根据补充注释1所述的磁力驱动装置，其中第一和第二磁轭单元彼此磁耦合，并且构成磁路。
(补充注释4)
根据补充注释2所述的磁力驱动装置，其中第一、第二和第三磁轭单元彼此磁耦合，并且构成磁路。
(补充注释5)
根据补充注释1和3中任一项所述的磁力驱动装置，其中第一端部和第二端部中的至少一个形成为朝着永磁体是尖锐的。
(补充注释6)
根据补充注释2和4中任一项所述的磁力驱动装置，其中第一端部、述第二端部和第三端部中的至少一个形成为朝着永磁体是尖锐的。
(补充注释7)
根据补充注释1至6中任一项所述的磁力驱动装置，其中第一端部形成为包括多个突起。
(补充注释8)
根据补充注释1至7中任一项所述的磁力驱动装置，其中
在第一移动板中形成用来放置永磁体的孔洞部，以及
永磁体放置在孔洞部中，使得第一移动部件的重心实质上匹配第一轴。
(补充注释9)
根据补充注释1至8中任一项所述的磁力驱动装置，其中板状的停止部放置在第一端部和第一移动部件之间，所述停止部由非磁性材料形成并且按照预定的角度限制第一移动部件的振动。
(补充注释10)
根据补充注释9所述的磁力驱动装置，其中由非磁性材料形成的隔离部放置在停止部和第一框架体之间。
(补充注释11)
根据权补充注释1至10中任一项所述的磁力驱动装置，其中线圈只绕第一磁轭单元缠绕。
(补充注释12)
根据补充注释1至11中任一项所述的磁力驱动装置，其中第一移动板、第一框架体和第一对梁部件通过单晶硅基板而形成为一体。
(补充注释13)
根据补充注释1至11中任一项所述的磁力驱动装置，其中第一移动板、第一框架体和第一对梁部件通过金属基板而形成为一体。
(补充注释14)
根据补充注释1至11中任一项所述的磁力驱动装置，其中第一移动板、第一框架体和第一对梁部件通过不锈钢基板而形成为一体。
(补充注释15)
根据补充注释1至14中任一项所述的磁力驱动装置，其中永磁体的厚度是1mm以下。
(补充注释16)
根据补充注释1至15中任一项所述的磁力驱动装置，其中永磁体由钐-钴磁体形成。
(补充注释17)
根据补充注释1至15中任一项所述的磁力驱动装置，其中永磁体由钕磁体形成。
(补充注释18)
根据补充注释1至17中任一项所述的磁力驱动装置，其中磁轭形成为包含钢材料。
(补充注释19)
根据补充注释1至17中任一项所述的磁力驱动装置，其中磁轭形成为包含铁氧体材料。
(补充注释20)
根据补充注释1至17中任一项所述的磁力驱动装置，其中磁轭形成为包含坡莫合金材料。
(补充注释21)
一种光学扫描装置，包括：
根据补充注释1至20中任一项所述的磁力驱动装置；以及
反射镜，设置在第一移动部件中，并且反射入射光。
(补充注释22)
根据补充注释21所述的光学扫描装置，其中：
所述第一移动部件还包括：
第二移动部件，具有由非磁性材料形成的第二移动板；
第二框架体，固定到第一移动板，并且形成为包围第二移动部件的边缘；
第二对梁部件，连接在第二框架体和第二移动板之间，并且支撑第二移动部件以便能够绕第二轴旋转，所述第二轴与第一轴实质上垂直并且与第二移动板的主表面实质上平行；以及
反射镜设置在第二移动部件中。
(补充注释23)
根据补充注释22所述的光学扫描装置，还包括第二驱动单元，所述第二驱动单元与第二对梁部件相连并且驱动第二移动部件。
(补充注释24)
根据补充注释23所述的光学扫描装置，其中第二驱动单元具有压电材料。
(补充注释25)
根据补充注释21至24任一项所述的光学扫描装置，其中反射镜由银合金形成。
(补充注释26)
根据补充注释21至24中任一项所述的光学扫描装置，其中反射镜由铝合金形成。
(补充注释27)
一种图像显示装置，包括：
光通量产生装置，产生调制的光通量；以及
根据补充注释21至26中任一项所述的光学扫描装置，反射和扫描所述光通量。
本申请是基于2010年3月24日递交的日本专利申请No.2010-067877，日本专利申请No.2010-067877的内容，包括说明书、权利要求和附图，全部结合在此作为参考。
工业应用性
本发明适用于诸如投影型显示器之类的图像显示装置。
参考数字的描述
1 图像显示装置
4 光学扫描装置
5、5A至5G 光学扫描装置
7、7A至7G 磁力驱动装置
8 外部装置
9 屏幕
10 光通量产生装置
11 信号处理电路
12 红光激光器
13 绿光激光器
14 蓝光激光器
15 红光激光器驱动电路
16 绿光激光器驱动电路
17 蓝光激光器驱动电路
20 准直光学系统
21、22、23 准直透镜
30 合成光学系统
31，32，33 分色镜
40 水平扫描单元
41 光学扫描镜
42 水平扫描驱动电路
43 谐振频率调节电路
45 水平扫描同步电路
50 垂直扫描单元
51、51G 光学扫描镜(反射镜)
52 垂直扫描驱动电路
55 垂直扫描同步电路
100、100G 第一移动部件
111、111B、111G 第一移动板
111a 孔洞部
112 第一框架体
113 第一对梁部件
120 永磁体
200 第一驱动单元
210、210C至210F 磁轭
211 第一磁轭单元
211a 第一端部
211b 相对端部
211c、211d 突起
212 第二磁轭单元
212a 第二端部
212b 相对端部
213 第三磁轭单元
213a 第三端部
213b 相对端部
214 第四磁轭单元
220 线圈
230 支撑部件
231a 圆孔
232A 隔离部
300G 第二移动部件
311G 第二移动板
312G 第二框架体
313G 第二对梁部件
400G 第二驱动单元
410G 下电极
420G 压电元件
430G 上电极

Claims (10)

1.一种磁力驱动装置，包括：
第一移动部件，具有：第一移动板，由非磁性材料形成；以及永磁体，固定到所述第一移动板，并且沿与所述第一移动板的主表面实质上平行的方向磁化；
第一框架体，形成为围绕所述第一移动部件的边缘；
第一对梁部件，连接在所述第一框架体和所述第一移动板之间，并且支撑所述第一移动部件以便能够绕第一轴旋转，所述第一轴与所述第一移动板的主表面实质上平行，并且与所述永磁体磁化的方向实质上垂直；以及
第一驱动单元，具有磁轭和对所述磁轭进行磁化的线圈，
其中
所述磁轭具有第一磁轭单元和第二磁轭单元，所述第一磁轭单元具有放置在所述永磁体附近的第一端部，所述第二磁轭单元具有放置在所述第一端部的相对一侧上、与所述永磁体的一个磁极相对的第二端部；以及
所述第一端部和所述第二端部被磁化为相互不同的极性，以便沿相同的振动方向驱动所述第一移动部件。
2.根据权利要求1所述的磁力驱动装置，其中
所述磁轭还包括第三磁轭单元，所述第三磁轭单元具有放置在所述第一端部的实质上相对一侧上、与所述永磁体的另一个磁极相对的第三端部；以及
所述第一端部和所述第三端部被磁化为相互不同的极性，以便沿相同的振动方向驱动所述第一移动部件。
3.根据权利要求1所述的磁力驱动装置，其中所述第一端部和所述第二端部中的至少一个形成为朝着所述永磁体是尖锐的。
4.根据权利要求2所述的磁力驱动装置，其中所述第一端部、所述第二端部和所述第三端部中的至少一个形成为朝着所述永磁体是尖锐的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁力驱动装置，其中所述第一端部形成为包括多个突起。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁力驱动装置，其中
在所述第一移动板中形成用来放置所述永磁体的孔洞部，以及
所述永磁体放置在所述孔洞部中，使得所述第一移动部件的重心实质上匹配第一轴。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的磁力驱动装置，其中板状的停止部放置在所述第一端部和所述第一移动部件之间，所述停止部由非磁性材料形成并且按照预定的角度限制所述第一移动部件的振动。
8.一种光学扫描装置，包括：
根据权利要求1-7中任一项所述的磁力驱动装置；以及
反射镜，设置在所述第一移动部件中，并且反射入射光。
9.根据权利要求8所述的光学扫描装置，其中
所述第一移动部件还包括：
第二移动部件，具有由非磁性材料形成的第二移动板；
第二框架体，固定到所述第一移动板，并且形成为包围所述第二移动部件的边缘；
第二对梁部件，连接在所述第二框架体和所述第二移动板之间，并且支撑所述第二移动部件以便能够绕第二轴旋转，所述第二轴与所述第一轴实质上垂直并且与所述第二移动板的主表面实质上平行；以及
所述反射镜设置在所述第二移动部件中。
10.一种图像显示装置，包括：
光通量产生装置，产生调制的光通量；以及
根据权利要求8和9中任一项所述的光学扫描装置，反射和扫描所述光通量。
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