CN118011621A - 一种两倍像素倍增装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种两倍像素倍增装置，用于解决现有两倍像素倍增装置的实际运动轴线易发生偏斜，导致两倍像素倍增装置偏转稳定性和一致性降低的技术问题。本发明提供的两倍像素倍增装置，将悬臂梁分为内梁和外梁，通过设置在运动轴线两侧对称的第一内梁和第一外梁限定运动轴线，并通过第二外梁、第三外梁、第二内梁以及第三内梁的设置，增强悬臂梁抵抗紧固螺钉扭矩产生变形的能力，使悬臂梁不易沿扭矩产生变形；同时，第一外梁和第一内梁平行于运动轴线，第三外梁和第三内梁垂直于运动轴线，使得扭矩施加在第一外梁和第一内梁上的力作用在运动轴线方向，抑制了因紧固螺钉扭矩带来的运动轴线偏斜，有效保证了运动件运动的稳定性和一致性。

Description

一种两倍像素倍增装置

技术领域

本发明属于光学成像领域，尤其涉及一种两倍像素倍增装置。

背景技术

两倍像素倍增装置通过驱动光学镜片快速地在两个偏转位置上切换，将入射的两个子帧的成像光束一一对应地折射到成像面的两个位置上，而两个位置上的子帧叠加形成一帧图像，其像素数为子帧的像素数的两倍，在不增加投影芯片像素数目的基础上，实现两倍像素倍增的效果。

由于两倍像素倍增装置用量大，为了降低成本，其多为开环工作，因此，对两倍像素倍增装置偏转位置的稳定性和一致性提出了更高的要求。此外，为兼容更多的应用场景，两倍像素倍增装置的小型化要求也更加迫切，特别是薄化，可以有效缩短光路，利于投影装置的小型化和轻量化。

目前，现有的两倍像素倍增装置的像素倍增效果大多通过绕对角运动的光学镜片实现，例如在中国发明专利CN111190281B和中国发明专利CN110750024B中，其均在两倍像素倍增装置的对角位置设置悬臂扭转轴，使光学镜片绕悬臂扭转轴实现转动，悬臂梁通过螺丝连接在支撑件上。不同的是第一个专利中采用沿运动轴线布置的悬臂梁限定运动轴线，第二个专利采用弯折悬臂梁的挠曲点限定运动轴线。采用沿运动轴线布置的悬臂梁限定运动轴线时，沿运动轴线布置的悬臂梁在通过螺丝连接时，会受到扭矩T₁的作用，导致悬臂梁向垂直于运动轴线的方向发生偏斜，从而使实际的运动轴线发生偏斜，进而降低了两倍像素倍增装置的偏转稳定性和一致性。而采用弯折悬臂梁的挠曲点限定运动轴线时，弯折悬臂梁通过螺丝连接时，同样会受到扭矩T₁的作用，导致弯折悬臂梁沿扭矩T₁的箭头方向向内发生变形，限定运动轴线的挠曲点产生应力，且两个弯折悬臂梁的挠曲点的应力分布很难一致，从而使实际运动轴线发生偏斜，进而降低了两倍像素倍增装置的偏转稳定性和一致性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有两倍像素倍增装置的实际运动轴线易发生偏斜，导致两倍像素倍增装置偏转稳定性和一致性降低的技术问题，从而提供一种两倍像素倍增装置。

为了实现上述发明目的，本发明的技术解决方案如下：

一种两倍像素倍增装置，包括弹片、光学镜片以及电路板，其特殊之处在于，所述弹片包括运动件、两个悬臂梁；定义平行于运动件任一侧边的轴为X轴，定义经运动件中心点且与X轴呈40°~50°夹角的轴为运动轴线；

所述运动件对应运动轴线的两处外侧壁上分别设置有垂直于运动轴线的切边；两个悬臂梁关于运动件的中心点对称设置；

所述悬臂梁包括内梁和外梁；内梁包括一端与切边连接且垂直于切边的第一内梁、一端与第一内梁另一端连接且平行于X轴的第二内梁以及一端与第二内梁另一端连接且平行于切边的第三内梁；外梁包括一端与切边连接且垂直于切边的第一外梁、一端与第一外梁另一端连接且平行于X轴的第二外梁以及一端与第二外梁另一端连接且平行于切边的第三外梁；第三内梁和第三外梁的另一端设置有固定锚点；

所述第一内梁和第二内梁之间、第一外梁和第二外梁之间的内夹角均为钝角；

所述第一内梁和第一外梁之间设置有第一间隙，第二内梁和第二外梁之间设置有第二间隙，第三内梁和第三外梁之间设置有第三间隙，第一间隙、第二间隙、第三间隙之间依次连通，且运动轴线与第一间隙长度方向的中心线重合设置；

所述运动件的中心位置开设有第一通光孔，所述光学镜片固定设置在运动件下表面正对第一通光孔的位置；

所述电路板位于运动件的下方，电路板上正对第一通光孔的位置开设有第二通光孔；两个固定锚点通过紧固件与电路板固连，且使光学镜片容置于第二通光孔内并与第二通光孔侧壁之间保持间隙；所述电路板与运动件之间设置有电磁驱动装置，用于驱动运动件运动，从而带动光学镜片偏转。

进一步地，所述运动轴线为经运动件中心点且与X轴呈45°夹角的轴，可以使紧固螺钉产生的扭矩施加在悬臂梁长度方向的力和垂直于悬臂梁长度方向的力相等，进而使应力在整个悬臂梁上均布，避免应力不均带来的运动轴线偏斜。

进一步地，所述第一间隙为直线型间隙，其两个侧壁均平行于第一外梁；所述第三间隙为直线型间隙，其两个侧壁均平行于第三外梁；

所述第二间隙为直线型间隙，其两个侧壁均平行于第二外梁，或者所述第二间隙为弧形间隙，且与第一间隙和第三间隙之间分别实现平滑连接。

进一步地，所述第一内梁与第一外梁宽度相等，第二内梁与第二外梁宽度相等，第三内梁与第三外梁宽度相等；

所述第一间隙、第二间隙以及第三间隙的宽度相等。

进一步地，所述电磁驱动装置包括永磁体和线圈；

所述永磁体设置在运动件下表面，线圈设置在电路板上正对永磁体的位置，用于通过线圈和永磁体形成电磁驱动。

进一步地，所述运动件的一侧侧边上延伸设置有固定座；

所述电路板上对应固定座的一侧开设有凹槽；

所述永磁体设置在固定座下表面，线圈设置于电路板的凹槽内，可以对两倍像素倍增装置进行有效薄化。

进一步地，所述紧固件包括两个紧固螺钉；

所述固定锚点上开设有固定通孔，电路板上表面对应两个固定通孔的位置分别设置有贴片铜螺母；

两个所述紧固螺钉的一端分别穿过两个固定通孔与相应的贴片铜螺母连接。

进一步地，还包括设置在电路板下表面的加强板；

所述加强板上正对第二通光孔的位置开设有第三通光孔；

所述电路板的外周设置有至少两个第一定位孔；加强板上对应第一定位孔的位置开设有第二定位孔，用于与第一定位孔实现定位配合。

进一步地，所述第一间隙、第二间隙以及第三间隙大于0.5mm；

所述光学镜片外侧壁与第二通光孔侧壁之间的间隙大于等于0.5mm。

进一步地，所述第一间隙、第二间隙以及第三间隙大于1mm。

本发明相比于现有技术的有益效果如下：

1、本发明提供的一种两倍像素倍增装置，将悬臂梁分为内梁和外梁，通过设置在运动轴线两侧对称的第一内梁和第一外梁限定运动轴线，并通过第二外梁、第三外梁、第二内梁以及第三内梁的设置，增强悬臂梁抵抗紧固螺钉扭矩产生变形的能力，使悬臂梁不易沿扭矩产生变形；同时，第一外梁和第一内梁垂直于切边设置，第三外梁和第三内梁平行于切边设置，即第一外梁和第一内梁平行于运动轴线设置，第三外梁和第三内梁垂直于运动轴线设置，使得扭矩施加在第一外梁和第一内梁上的力作用在运动轴线方向，抑制了因紧固螺钉扭矩带来的运动轴线偏斜，有效保证了运动件运动的稳定性和一致性。

2、本发明提供的一种两倍像素倍增装置，在第一外梁和第三外梁之间设置第二外梁，在第一内梁和第三内梁之间设置第二内梁，增强悬臂梁抵抗紧固螺钉扭矩产生变形能力的同时，避免了紧固螺钉产生的应力集中在一个位置，且运动轴线与X轴之间的夹角为45°，即第二外梁、第二内梁与运动轴线的夹角为45°，使紧固螺钉产生的扭矩施加在悬臂梁长度方向的力和垂直于悬臂梁长度方向的力相等，进一步使应力可以在整个悬臂梁上均布，避免了应力不均带来运动轴线偏斜。

3、本发明提供的一种两倍像素倍增装置，第一内梁与第一外梁宽度相等，第二内梁与第二外梁宽度相等，第三内梁与第三外梁宽度相等，同时，第一间隙、第二间隙以及第三间隙的宽度也相等，可以使紧固螺钉固定时带来的应力在内梁和外梁上均布。

4、本发明提供的一种两倍像素倍增装置，在电路板上设置凹槽，并将线圈设置于凹槽中，同时将光学镜片容置于电路板的第二通光孔中，有效地对两倍像素倍增装置进行了薄化，同时结构简单，易于组装。

附图说明

图1为本发明一种两倍像素倍增装置实施例的爆炸图；

图2为本发明实施例中弹片的结构示意图；

图3为本发明实施例中线圈与永磁体相互作用，使永磁体向上运动的原理示意图（未显示弹片）。

具体附图标记如下：

1-紧固螺钉；2-弹片，21-运动件，211-第一通光孔，212-切边，213-固定座，22-悬臂梁，221-内梁，2211-第一内梁，2212-第二内梁，2213-第三内梁，222-外梁，2221-第一外梁，2222-第二外梁，2223-第三外梁，23-固定锚点，231-固定通孔；3-光学镜片；4-永磁体；5-线圈；6-电路板，61-第二通光孔，62-第一定位孔，63-贴片铜螺母，64-连接器，65-凹槽；7-加强板，71-第三通光孔，72-第二定位孔。

具体实施方式

为使本发明的优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、图2所示，一种两倍像素倍增装置，包括弹片2、光学镜片3、电路板6、加强板7以及两个紧固螺钉1。

弹片2包括运动件21、两个悬臂梁22以及两个固定锚点23。运动件21为薄片型矩形结构，其中心位置开设有第一通光孔211，光学镜片3粘附在运动件21下表面正对第一通光孔211的位置。

定义平行于运动件21任一侧边的轴为X轴，定义经过运动件21中心点且与X轴呈40°~50°夹角的轴为运动轴线A。优选的，本实施例中定义平行于运动件21较长一侧侧边的轴为X轴，定义经过运动件21中心点且与X轴呈45°夹角的轴为运动轴线A。

运动件21对应运动轴线A的两处外侧壁上分别设置有垂直于运动轴线A的切边212，即在运动件21与运动轴线A相交的两处外侧壁上分别设置一个切边212。两个悬臂梁22关于运动件21的中心点对称设置。

具体的，悬臂梁22包括内梁221和外梁222。内梁221包括一端与切边212连接且垂直于切边212的第一内梁2211、一端与第一内梁2211另一端连接且平行于X轴的第二内梁2212以及一端与第二内梁2212另一端连接且平行于切边212的第三内梁2213。外梁222包括一端与切边212连接且垂直于切边212的第一外梁2221、一端与第一外梁2221另一端连接且平行于X轴的第二外梁2222以及一端与第二外梁2222另一端连接且平行于切边212的第三外梁2223。同时，需要保证第一内梁2211和第二内梁2212之间、第一外梁2221和第二外梁2222之间的内夹角均为钝角。固定锚点23设置在第三内梁2213和第三外梁2223的另一端，且固定锚点23上开设有固定通孔231。

本发明在第一内梁2211和第一外梁2221之间设置有第一间隙，第二内梁2212和第二外梁2222之间设置有第二间隙，第三内梁2213和第三外梁2223之间设置有第三间隙，第一间隙、第二间隙、第三间隙之间依次连通，且运动轴线A与第一间隙长度方向的中心线重合设置。本实施例中第一间隙、第二间隙、第三间隙均为直线型间隙，第一间隙的两个侧壁分别平行于第一外梁2221，第二间隙的两个侧壁分别平行于第二外梁2222，第三间隙的两个侧壁分别平行于第三外梁2223。在本发明的其它实施例中，第二间隙也可以设置为其它形状，如弧形间隙，且弧形间隙与第一间隙和第三间隙之间分别实现平滑连接。

优选的，第一内梁2211与第一外梁2221宽度相等，第二内梁2212与第二外梁2222宽度相等，第三内梁2213与第三外梁2223宽度相等，同时，第一间隙、第二间隙以及第三间隙的宽度也相等，可以使紧固螺钉1固定时带来的应力在内梁和外梁上均布。其中，第一间隙、第二间隙以及第三间隙需大于0.5mm，以便于冲压成型，具体的值可以根据内梁221和外梁222的尺寸进行确定。优选的，第一间隙、第二间隙以及第三间隙大于1mm。同时，第三内梁2213和固定锚点23应与运动件21之间保持间隙。本实施例中弹片2整体由蚀刻或冲压工艺制作。

电路板6为PCB电路板，其位于运动件21的下方，两个固定锚点23与电路板6上表面固连。具体的，电路板6上表面对应两个固定通孔231的位置分别焊接有贴片铜螺母63；两个紧固螺钉1的一端分别穿过两个固定通孔231与相应的贴片铜螺母63螺纹连接，用于将弹片2紧固在电路板6上。

电路板6上正对第一通光孔211的位置开设有第二通光孔61。同时，光学镜片3应容置于第二通光孔61内并与第二通光孔61侧壁之间保持间隙，优选的，光学镜片3外侧壁与第二通光孔61侧壁之间的间隙大于等于0.5mm，为光学镜片3提供足够的活动空间。

运动件21较长一侧的侧边上延伸设置有固定座213，固定座213下表面粘附有永磁体4。电路板6上正对永磁体4的位置设置有凹槽65，凹槽65内设置有线圈5，用于通过线圈5和永磁体4形成电磁驱动，驱动光学镜片3偏转。在本发明的其它实施例中，也可以将线圈5设置在固定座213下表面，将永磁体4设置在电路板6上，以形成电磁驱动，同时，线圈5和永磁体4可以根据电路板6和运动件21具体空间进行布置。另外，电路板6上设置连接器64，用于实现线圈5与外部投影控制系统之间的电连接。

加强板7粘附在电路板6下表面，其正对第二通光孔61的位置开设有第三通光孔71，用于加强两倍像素倍增装置的强度。本实施例中优选将加强板7设置为金属材料，其具有较高的尺寸精度。电路板6的外周设置有至少两个第一定位孔62，加强板7上对应第一定位孔62的位置开设有第二定位孔72，用于使第二定位孔72与第一定位孔62实现定位配合，提高两倍像素倍增装置在投影系统中的定位精度。

在本实施例中，将悬臂梁22分为内梁221和外梁222，通过设置在运动轴线A两侧对称的第一内梁2211和第一外梁2221限定运动轴线A，同时通过第二外梁2222、第三外梁2223、第二内梁2212以及第三内梁2213的设置，增强悬臂梁22抵抗紧固螺钉1扭矩产生变形的能力，使悬臂梁22不易沿扭矩T1产生变形。同时，第一内梁2211和第一外梁2221平行于运动轴线A，第三内梁2213和第三外梁2223垂直于运动轴线A，使得扭矩T1施加在第一内梁2211和第一外梁2221上的力F1作用在运动轴线方向，抑制了因紧固螺钉1扭矩带来的运动轴线偏斜，有效保证了运动件21运动的稳定性和一致性。

本发明两倍像素倍增装置的工作原理如下：

如图3所示，向线圈5内通入电流，此时线圈5产生的电磁场与永磁体4的永磁场相互作用，使永磁体4向上运动，从而带动运动件21向上运动，使光学镜片3到达第一个偏转位置。

改变线圈5的电流方向，此时线圈5产生的电磁场与永磁体4的永磁场相互作用，使永磁体4向下运动，从而带动运动件21向下运动，使光学镜片3到达第二个偏转位置，实现两倍像素倍增。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对上述实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种两倍像素倍增装置，包括弹片（2）、光学镜片（3）以及电路板（6）；其特征在于：

所述弹片（2）包括运动件（21）、两个悬臂梁（22）；定义平行于运动件（21）任一侧边的轴为X轴，定义经运动件（21）中心点且与X轴呈40°~50°夹角的轴为运动轴线；

所述运动件（21）对应运动轴线的两处外侧壁上分别设置有垂直于运动轴线的切边（212）；两个悬臂梁（22）关于运动件（21）的中心点对称设置；

所述悬臂梁（22）包括内梁（221）和外梁（222）；内梁（221）包括一端与切边（212）连接且垂直于切边（212）的第一内梁（2211）、一端与第一内梁（2211）另一端连接且平行于X轴的第二内梁（2212）以及一端与第二内梁（2212）另一端连接且平行于切边（212）的第三内梁（2213）；外梁（222）包括一端与切边（212）连接且垂直于切边（212）的第一外梁（2221）、一端与第一外梁（2221）另一端连接且平行于X轴的第二外梁（2222）以及一端与第二外梁（2222）另一端连接且平行于切边（212）的第三外梁（2223）；第三内梁（2213）和第三外梁（2223）的另一端设置有固定锚点（23）；

所述第一内梁（2211）和第二内梁（2212）之间、第一外梁（2221）和第二外梁（2222）之间的内夹角均为钝角；

所述第一内梁（2211）和第一外梁（2221）之间设置有第一间隙，第二内梁（2212）和第二外梁（2222）之间设置有第二间隙，第三内梁（2213）和第三外梁（2223）之间设置有第三间隙，第一间隙、第二间隙、第三间隙之间依次连通，且运动轴线与第一间隙长度方向的中心线重合设置；

所述运动件（21）的中心位置开设有第一通光孔（211），所述光学镜片（3）固定设置在运动件（21）下表面正对第一通光孔（211）的位置；

所述电路板（6）位于运动件（21）的下方，电路板（6）上正对第一通光孔（211）的位置开设有第二通光孔（61）；两个固定锚点（23）通过紧固件与电路板（6）固连，且使光学镜片（3）容置于第二通光孔（61）内并与第二通光孔（61）侧壁之间保持间隙；所述电路板（6）与运动件（21）之间设置有电磁驱动装置，用于驱动运动件（21）运动，从而带动光学镜片（3）偏转。

2.根据权利要求1所述的一种两倍像素倍增装置，其特征在于：

所述运动轴线为经运动件（21）中心点且与X轴呈45°夹角的轴。

3.根据权利要求2所述的一种两倍像素倍增装置，其特征在于：

所述第一间隙为直线型间隙，其两个侧壁均平行于第一外梁（2221）；所述第三间隙为直线型间隙，其两个侧壁均平行于第三外梁（2223）；

所述第二间隙为直线型间隙，其两个侧壁均平行于第二外梁（2222），或者所述第二间隙为弧形间隙，且与第一间隙和第三间隙之间分别实现平滑连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种两倍像素倍增装置，其特征在于：

所述第一内梁（2211）与第一外梁（2221）宽度相等，第二内梁（2212）与第二外梁（2222）宽度相等，第三内梁（2213）与第三外梁（2223）宽度相等；

所述第一间隙、第二间隙以及第三间隙的宽度相等。

5.根据权利要求4所述的一种两倍像素倍增装置，其特征在于：

所述电磁驱动装置包括永磁体（4）和线圈（5）；

所述永磁体（4）设置在运动件（21）下表面，线圈（5）设置在电路板（6）上正对永磁体（4）的位置，用于通过线圈（5）和永磁体（4）形成电磁驱动。

6.根据权利要求5所述的一种两倍像素倍增装置，其特征在于：

所述运动件（21）的一侧侧边上延伸设置有固定座（213）；

所述电路板（6）上对应固定座（213）的一侧开设有凹槽（65）；

所述永磁体（4）设置在固定座（213）下表面，线圈（5）设置于电路板（6）的凹槽（65）内。

7.根据权利要求6所述的一种两倍像素倍增装置，其特征在于：

所述紧固件包括两个紧固螺钉（1）；

所述固定锚点（23）上开设有固定通孔（231），电路板（6）上表面对应两个固定通孔（231）的位置分别设置有贴片铜螺母（63）；

两个所述紧固螺钉（1）的一端分别穿过两个固定通孔（231）与相应的贴片铜螺母（63）连接。

8.根据权利要求7所述的一种两倍像素倍增装置，其特征在于：

还包括设置在电路板（6）下表面的加强板（7）；

所述加强板（7）上正对第二通光孔（61）的位置开设有第三通光孔（71）；

所述电路板（6）的外周设置有至少两个第一定位孔（62）；加强板（7）上对应第一定位孔（62）的位置开设有第二定位孔（72），用于与第一定位孔（62）实现定位配合。

9.根据权利要求8所述的一种两倍像素倍增装置，其特征在于：

所述第一间隙、第二间隙以及第三间隙大于0.5mm；

所述光学镜片（3）外侧壁与第二通光孔（61）侧壁之间的间隙大于等于0.5mm。

10.根据权利要求9所述的一种两倍像素倍增装置，其特征在于：

所述第一间隙、第二间隙以及第三间隙大于1mm。