CN1612064A - 驱动装置 - Google Patents

驱动装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1612064A
CN1612064A CNA2004100859914A CN200410085991A CN1612064A CN 1612064 A CN1612064 A CN 1612064A CN A2004100859914 A CNA2004100859914 A CN A2004100859914A CN 200410085991 A CN200410085991 A CN 200410085991A CN 1612064 A CN1612064 A CN 1612064A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mass fraction
drive unit
pair
elastic joint
unit according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2004100859914A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100401131C (zh
Inventor
与田光宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN1612064A publication Critical patent/CN1612064A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100401131C publication Critical patent/CN100401131C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/002—Electrostatic motors
    • H02N1/006—Electrostatic motors of the gap-closing type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

一种采用两个自由度振动系统的驱动装置100，所述驱动装置包括：一对第一质量部分(1、11)；第二质量部分(2)，其设置在所述一对第一质量部分(1、11)之间；一对支撑部分(3、3)，用于支撑所述一对第一质量部分(1、11)和第二质量部分(2)；至少一对第一弹性连接部分(4、4)，其分别将第一质量部分(1、11)连接到支撑部分(3、3)，以便每一第一质量部分(1、11)可相对支撑部分(3、3)转动；以及至少一对第二弹性连接部分(5、5)，其分别将第二质量部分2连接到第一质量部分(1、11)，以便第二质量部分(2)可相对第一质量部分(1、11)转动。每一第一质量部分(1、11)通过施加交变电压被驱动，引起第二质量部分(2)转动。

Description

驱动装置
技术领域
本发明涉及一种驱动装置，尤其涉及一种采用两个自由度振动系统的驱动装置。
背景技术
例如，人们已知一种光学多面体(旋转多面体)用作设置在激光打印机中的驱动装置。在这种打印机中，为了实现高分辨率和高质量打印输出以及高速度打印，有必要高速转动光学多面体。目前，空气轴承被用来高速、稳定地转动光学多面体。然而，问题在于很难以比目前能得到的速度更高的速度来转动光学多面体。而且，尽管需要较大的电动机以便以较高速度转动光学多面体，使用这种较大的电动机引起下述问题，即很难最小化其中使用光学多面体的仪器的尺寸。而且，使用这种光学多面体引起的另一问题是：仪器结构变得不必要地复杂，从而导致制造成本的增加。
另一方面，从驱动装置领域的早期研究阶段开始，已提出了一种如图10所示的单自由度扭转振动器。由于这种振动器使用互相平行设置的扁平电极，所以，其具有相当简单的结构(例如，参见K.E.Petersen：“SiliconTorsional Scanning Mirror”，IBM J.Res.Develop.，Vol.24(1980)，P.631)。而且，还提出了一种通过改进上述扭转振动器所得到的单自由度静电驱动式振动器，以便具有悬臂结构(例如，参见Kawamura et al.：“Research inmicromechanics using Si”，Proceedings of the Japan Society for PrecisionEngineering Autumn Conference(1986)，P.753)。
图10示出了这种单自由度静电驱动式扭转振动器。在图10所示的扭转振动器中，由单晶硅制成的可动电极板300在其端部固定部分300a处通过隔离物200被固定到玻璃衬底1000的两端。可动电极板300包括可动电极部分300c，其通过窄扭转条300b由固定部分300a支撑。而且，固定电极400被设置在玻璃衬底1000上，以便通过预定的电极间隙与可动电极部分300c相对。具体而言，固定电极400与可动电极部分300c通过其间的电极间隙平行设置。固定电极400通过开关600和电源500被连接到可动电极板300上。
在具有上述结构的扭转振动器中，当在可动电极部分300c和固定电极400之间施加电压时，可动电极部分300c因静电引力绕扭转条300b的轴线转动。由于静电引力与电极间隙的平方成反比，对于这种静电驱动装置，优选在可动电极部分300c和固定电极400之间具有较小的电极间隙。然而，在上述的这种单自由度扭转振动器中，在用作可动部分的可动电极部分300c上还设置有电极。因此，若电极间隙太小，可动电极部分300c的可动范围(转动角度)必然受到限制。另一方面，为了扩大可动电极部分300c的可动范围，必然扩宽电极间隙，这反过来又需要较大的驱动电压。也就是说，上述的这种单自由度扭转振动器具有这样的问题，即很难既实现低压驱动，又具有较大位移。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种既能在低压下操作，又能实现较大位移(即，较大转动角或较大偏转角)的驱动装置。
为了实现上述目的，本发明着眼于采用两个自由度振动系统的驱动装置。本发明的驱动装置包括：
一对第一质量(mass)部分；
第二质量部分，其设置在所述一对第一质量部分之间；
一对支撑部分，用于支撑所述一对第一质量部分和第二质量部分；
至少一对第一弹性连接部分，其分别将第一质量部分连接到支撑部分，以便每一第一质量部分可相对支撑部分转动；和
至少一对第二弹性连接部分，其分别将第二质量部分连接到第一质量部分，以便第二质量部分可相对第一质量部分转动；
其中，每一第一质量部分通过施加交变电压而被驱动，从而引起第二质量部分转动。
根据上述本发明，有可能提供一种能够在低压下操作并实现较大转动角(即，较大偏转角)的驱动装置。
在根据本发明的驱动装置中，优选的是，当沿着与第一质量部分之一的转动中心轴线大体垂直的方向在该转动中心轴线和该第一质量部分的端部之间的长度被定义为L1，并且沿着与另一第一质量部分的转动中心轴线大体垂直的方向在该转动中心轴线与该另一第一质量部分的端部之间的长度被定义为L2，以及沿着与第二质量部分的转动中心轴线大体垂直的方向在该转动中心轴线和第二质量部分的端部之间的长度被定义为L3时，则L1、L2和L3满足关系：L1＜L3和L2＜L3。
这就有可能提供一种能够更容易地和更可靠地低压操作和实现较大转动角(即，偏转角)的驱动装置。
在根据本发明的驱动装置中，优选的是，长度L1大体上与长度L2相同。
这就有可能更容易地控制驱动装置，因此提供一种能够更容易地和更可靠地在低压下操作和实现较大转动角(即，偏转角)的驱动装置。
在根据本发明的驱动装置中，优选的是，交变电压的频率被设置为与两个自由度振动系统的共振频率的较低共振频率大体上相同，在所述共振频率处，所述一对第一质量部分和第二质量部分发生共振。
这就有可能提供一种能够在低压下操作和实现较大转动角(即，偏转角)的驱动装置。而且，还有可能在抑制第一质量部分的振动(振幅)的同时增加第二质量部分的转动角(偏转角)。
在根据本发明的驱动装置中，优选的是，所述驱动装置还包括：
相对衬底，其被设置为通过预定距离与所述一对支撑部分相对，所述相对衬底具有面对支撑部分的表面；
在对应第一质量部分之一的位置上设置在相对衬底的所述表面上的至少一对电极；和
在对应另一第一质量部分的位置上设置在相对衬底的所述表面上的至少一对电极；
其中，每一第一质量部分由每一第一质量部分和对应电极之间所产生的静电力驱动。
这就有可能提进一步增加第二质量部分的转动角(偏转角)。
在根据本发明的驱动装置中，优选的是，所述相对衬底在对应第二质量部分的位置上包括开口。
这种驱动装置有可能在第二质量部分转动时，防止第二质量部分和相对衬底相接触，结果，有可能进一步增加第二质量部分的转动角(偏转角)。
在根据本发明的驱动装置中，优选的是，第二质量部分包括光反射部分。
这种驱动装置当用于如光学扫描器时，有可能容易地改变光学(光)通路。
在根据本发明的驱动装置中，优选的是，在第一弹性连接部分的弹簧常数被定义为k1，第二弹性连接部分的弹簧常数被定义为k2时，k1和k2满足关系：k1＞k2。
这就可能在抑制第一质量部分的振动(振幅)的同时，进一步增加第二质量部分的转动角(偏转角)。
在根据本发明的驱动装置中，优选的是，当所述一对第一质量部分的惯性矩被定义为J1，第二质量部分的惯性矩被定义为J2时，J1和J2满足关系：J1≤J2。
这就可能在抑制第一质量部分的振动(振幅)的同时，进一步增加第二质量部分的转动角(偏转角)。
在根据本发明的驱动装置中，优选的是，所述一对第一弹性连接部分和所述一对第二弹性连接部分中的至少一对包括压敏电阻元件。
这就有可检测如转动角和转动频率。而且，还有可能利用检测结果来控制第二质量部分的方位角。
通过结合附图，对本发明的优选实施例进行下面的详细说明，本发明的上述和其它目的、特点和优点将变得更加明显。
附图说明
图1示出了根据本发明的驱动装置的第一实施例的平面图；
图2示出了根据本发明的驱动装置的第一实施例的剖面图；
图3示出了第一实施例的相对衬底和电极的平面图；
图4示出了施加到图1所示的驱动装置上的交变电压的例子的视图；
图5示出了所施加的交变电压的频率、第一质量部分和第二质量部分的共振曲线图；
图6示出了用来制造根据本发明的驱动装置的方法的一个例子的步骤图；
图7示出了根据本发明驱动装置的第二实施例的平面图；
图8示出了根据本发明驱动装置的第三实施例的平面图；
图9示出了根据本发明驱动装置的第四实施例的平面图；
图10示出了传统驱动装置的透视图。
具体实施方式
下面将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细描述。
(第一实施例)
首先描述根据本发明驱动装置的第一实施例。图1示出了根据本发明的驱动装置的第一实施例的平面图。图2示出了根据本发明的驱动装置的第一实施例的剖面图。图3示出了第一实施例的相对衬底和电极的平面图。图4示出了施加到图1所示的驱动装置上的交变电压的例子的投影图。图5示出了所施加的交变电压的频率、第一质量部分和第二质量部分的共振曲线图。在下面的描述中，应该注意到，图1至3中的上侧、下侧、右侧和左侧将分别表示“上侧”、“下侧”、“右侧”和“左侧”。
图1所示的驱动装置100包括第一质量部分(即，驱动部分)1、第二质量部分(即，可动部分)2和一对支撑部分3。在驱动装置100中，第二质量部分2位于驱动装置100的中央，并且第一质量部分1、11分别被设置在第二质量部分2的一端侧(图1中的右侧)和另一端侧(图1中的左侧)。而且，一个支撑部分3被设置在图1中的第一质量部分1的右侧，而另一支撑部分3被设置在图1的第一质量部分11的左侧。
在本实施例中，如图1所示，第一质量部分1、11大体上具有相同的形状和尺寸，并相对于第二质量部分2对称设置。例如，第一质量部分1和11、第二质量部分2和支撑部分3、3中的每一个由硅或类似物制成。在本实施例的第二质量部分2的表面(即，不是面对相对衬底6的第二质量部分2的表面，将在后面描述所述相对衬底6)上设置有光反射部分21。
而且，如图1所示，驱动装置100包括一对第一弹性连接部分4、4和一对第二弹性连接部分5、5。一对第一弹性连接部分4、4分别将第一质量部分1、11连接到支撑部分3、3，以便每一第一质量部分1、11相对对应的支撑部分3转动。一对第二弹性连接部分5、5分别将第二质量部分2连接到第一质量部分1、11，以便第二质量部分2可相对第一质量部分1、11转动。换句话说，第二质量部分2通过第二弹性连接部分5、5被分别连接到第一质量部分1、11，以及第一质量部分1、11通过第一弹性连接部分4、4被分别连接到支撑部分3、3。在这种情况下，第一弹性连接部分4、4和第二弹性连接部分5、5被同轴设置以构成第一和第二质量部分1、11、2的转动中心轴线(即，转动轴线)41。
如图2所示，支撑部分3、3通过绝缘部分8、8被分别连接到隔离物9上。每一绝缘部分8例如由硅氧化物或硅氮化物制成，以及每一隔离物9例如由硅制成。而且，如图2所示，本实施例的驱动装置100包括相对衬底6。相对衬底6与支撑部分3、3通过预定的距离相对设置。相对衬底6例如由各种玻璃材料或硅制成。
如图2所示，支撑部分3、3通过隔离物9、9和绝缘部分8、8分别被支撑在相对衬底6上。如图2和3所示，相对衬底6在对应第二质量2的位置处有一开口61。而且，在相对衬底6上，在对应第一质量部分1、11的位置上分别设置有两对电极7。这两对电极7被设置为每对大体上相对于下述平面对称，所述平面包括转动中心轴线41(即第一质量部分1、11的转动轴)并垂直于相对衬底6。
这两对电极7通过电源(图中没有示出)被连接到第一质量部分1、11，以便交变电压(驱动电压)被分别施加到第一质量部分1、11和这两对电极7之间。就这点而言，绝缘膜(图中没有示出)被分别设置在第一质量部分1、11表面上(即面对电极7的第一质量部分1、11的表面)以防止短路。在具有如上所述结构的这种两个自由度振动式驱动装置中，第一质量部分1、11和第一弹性连接部分4、4构成第一振动系统，第二质量部分2和第二弹性连接部分5、5构成第二振动系统。
例如，正弦波(交变电压)或类似波被施加到每一第一质量部分1、11和对应的电极7之间。具体而言，例如，当第一质量部分1、11被连接到地，并且每一具有图4A和4B所示波形的电压信号被分别施加到图3上侧的两个电极7、7上和图3下侧的两个电极7、7上时，在第一质量部分1、11和对应的电极7之间产生静电力。因所产生的静电力将第一质量部分1、11朝向电极7吸引的力根据每一波形的相位而变化，以便第一质量部分1、11绕转动中心轴线41(第一弹性连接部分4、4的轴线)转动(即，第一质量部分1、11因所施加的交变电压而振动)。每一第一质量部分1、11的振动使第二质量部分2绕转动中心轴线41(第二弹性连接部分5、5的轴线)转动(即，第二质量部分2也振动或被偏转)，所述第二质量部分2通过第二弹性连接部分5、5被连接到两个第一质量部分1、11。
这里，第一质量部分1的转动中心轴线41与第一质量部分1的端部之间的长度(距离)沿与转动中心轴线41大体上相垂直的方向被定义为L1，第一质量部分11的转动中心轴线41与第一质量部分11的端部之间的长度(距离)沿与转动中心轴线41大体上相垂直的方向上被定义为L2，以及第二质量部分2的转动中心轴线与第二质量部分2的端部之间的长度(距离)沿与转动中心轴线41大体上相垂直的方向上被定义为L3。由于第一质量部分1、11被彼此独立地设置，第一质量部分1、11不会妨碍第二质量部分2。因此，有可能不考虑第二质量部分2的尺寸，使长度L1和L2更小。这就有可能扩大每一第一质量部分1、11的转动角度(即，相对与下述表面平行的方向第二质量部分2的偏转角，在所述平面上设置有相对衬底6的电极7)，因此，有可能扩大第二质量部分2的转动角。
而且，由于可使长度L1和L2更小，有可能使各个第一质量部分1、11和每一相对应的电极7之间的距离更小。这就有可能扩大静电力，因此，可减小施加到每一第一质量部分1、11和每一第一电极7之间的交变电压。在这一点上，优选的是，长度L1、L2和L3(即，第一质量部分1、11和第二质量部分2的尺寸)被设置为满足如下关系(L1＜L3和L2＜L3)。
由于满足上述关系，有可能使长度L1、L2进一步减小。这就有可能扩大第一质量部分1、11的转动角，并因此有可能进一步扩大第二质量部分2的偏转角。在这种情况下，优选的是，第二质量部分2的最大偏转角被设置为20°或更大。
而且，由于使长度L1、L2进一步减小，有可能进一步减小每一第一质量部分1、11和每一对应电极7之间的距离，从而有可能进一步减小施加在每一第一质量部分1、11和每一对应电极7之间的交变电压。因此，有可能实现(得到)第一质量部分1、11的低压驱动和第二质量部分2的较大位移。例如，当上述驱动装置被应用到诸如激光打印机、共焦扫描激光显微镜等仪器中的光扫描器上时，有可能使仪器更易于小型化。
在这点上，如上所述，尽管在本实施例中长度L1、L2被设置有大体上相同的尺寸，但长度L1可与长度L2不同。应该注意到，这种两个自由度振动式驱动装置在第一质量部分1、11和第二质量部分2的振幅(振动)和所施加的交变电压的频率之间具有如图5所示的频率特性。
也就是说，由第一质量部分1、11、第一弹性连接部分4、4、第二质量部分2和第二弹性连接部分5、5所构成的两个自由度振动系统具有两个共振频率fm1(KHz)和fm3(KHz)(这里fm1＜fm3)和一个反共振频率fm2(KHz)，在所述共振频率fm1(KHz)和fm3(KHz)处，第一质量部分1、11和第二质量部分2的振幅变大，在所述反共振频率fm2(KHz)处，第一质量部分1、11的振幅大体上为零。
在这种驱动装置100中，优选的是，施加到每一第一质量部分1、11和电极7之间的交变电压的频率F被设置为大体与两个共振频率的较低共振频率相同，即，频率F被设置为大体与fm1相等。由于所施加的交变电压的频率F(KHz)大体与fm1(KHz)相等，在抑制第一质量部分1、11的振动的同时，有可能增加第二质量部分2的转动角(偏转角)。从这点来看，应该注意到，在本说明书中，F(KHz)大体与fm1(KHz)相等意味着F与fm1满足关系：(fm1-1)≤F≤(fm1+1)。
优选的是，每一第一质量部分1、11的平均厚度范围为1至1，500μm，更优选的是，该平均厚度范围为10至300μm。同样，优选的是，第二质量部分2的平均厚度范围为1至1500μm，更优选的是，该平均厚度范围为10至300μm。
优选的是，每一第一弹性连接部分4、4的弹簧常数(k1)的范围为1×10-4至1×104Nm/rad，更优选的是，弹簧常数的范围为1×10-2至1×103Nm/rad，更进一步优选的是，弹簧常数的范围为1×10-1至1×102Nm/rad。由于每一第一弹性连接部分4、4的弹簧常数(k1)被设置为上述范围内的值，有可能进一步增加第二质量部分2的转动角(偏转角)。
同样，优选的是，每一第二弹性连接部分5、5的弹簧常数(k2)的范围为1×10-4至1×104Nm/rad，更优选的是，弹簧常数的范围为1×10-2至1×103Nm/rad，更进一步优选的是，弹簧常数的范围为1×10-1至1×102Nm/rad。由于每一第一弹性连接部分5、5的弹簧常数(k2)被设置为上述范围内的值，有可能在抑制每一第一质量部分1、11的振动的同时，进一步增加第二质量部分2的转动角(偏转角)。
当每一第一弹性连接部分4、4的弹簧常数被定义为k1，每一第二弹性连接部分5、5的弹簧常数被定义为k2时，优选的是，k1和k2满足k1＞k2。这就有可能在抑制每一第一质量部分1、11的振动的同时，进一步增加第二质量部分2的转动角(偏转角)。
而且，当每一第一质量部分1、11的惯性矩被确定为J1，并且第二质量部分2的惯性矩被确定为J2时，优选的是，J1和J2满足J1≤J2，更优选它们满足关系J1＜J2。这就有可能在抑制每一第一质量部分1、11的振动的同时，进一步增加第二质量部分2的转动角(偏转角)。
现在，当J1表示每一第一质量部分1、11的惯性矩、k1表示每一第一弹性连接部分4、4的弹簧常数时，第一振动系统的固有频率ω1可由下式确定：ω1＝(k1/J1)1/2。当J2表示第二质量部分2的惯性矩、k2表示每一第二弹性连接部分5、5的弹簧常数时，第二振动系统ω2的固有频率可由下式确定：ω2＝(k2/J2)1/2。
优选的是，以上述方法所确定的第一振动系统的固有频率ω1和第二振动系统的固有频率ω2满足关系：ω1＞ω2。这就有可能在抑制每一第一质量部分1、11的振动的同时，进一步增加第二质量部分2的转动角(偏转角)。
从这点来看，在本实施例的驱动装置100中，优选的是，驱动装置100在一对第一弹性连接部分4、4和一对第二弹性连接部分5、5中的至少一对弹性连接部分中具有压敏电阻元件。这就有可能检测例如转动角和转动频率。而且，还有可能利用检测结果来控制第二质量部分2的方位角(attitude)。
接着，将参考附图来描述图1和图2所示的制造驱动装置100的方法的一个例子。图6示出了用来制造驱动装置100的方法的一个例子的步骤。在这个例子中，通过下述三个步骤来制造驱动装置100。
(第一步骤)
如图6A所示，首先制备由第一Si层40、SiO2层8′和第二Si层9′构成的SOI衬底50。接着，如图6B所示，对第一Si层40进行蚀刻以形成第一质量部分1、11、第二质量部分2、支撑部分3、3、第一弹性连接部分4、4和第二弹性连接部分5、5。下一步，如图6C所示，对第二Si层9′进行蚀刻以形成隔离物9、9。接着，如图6D所示，通过真空蒸发方法或类似的方法在第二质量部分2上形成光反射部分21，以得到上部衬底60。
(第二步骤)
如图6E所示，首先制备玻璃衬底6′。接着如图6F所示，对玻璃衬底6′进行蚀刻以形成具有开口61的相对衬底6。接着，如图6G所示，通过真空蒸发方法或类似的方法在相对衬底6上形成电极7，以得到下部衬底70。
(第三步骤)
如图6H所示，在第一步骤60得到的上部衬底60和在第二步骤得到的下部衬底70例如通过阳极焊接被连接起来。接着，如图6I所示，除了夹在支撑部分3、3和隔离物9、9之间的部分之外，一部分SiO2层8′通过蚀刻被除去，以便形成绝缘部分8、8。用这种方法就制成了驱动装置100。从这方面来看，应该注意到，第二步骤与第一步骤可同时执行，或先于第一步骤执行。
(第二实施例)
接着，将描述根据本发明的驱动装置的第二实施例。图7示出了根据本发明驱动装置的第二实施例的平面图。在下文中，针对第一和第二实施例之间的不同来描述图7所示的驱动装置100A，从而省略对相同部分的描述。
如图7所示，本实施例的驱动装置100A包括两对第一弹性连接部分4′和两对第二弹性连接部分5′。两对第一弹性连接部分4′分别将第一质量部分1、11连接到支撑部分3、3，以便每一第一质量部分1、11可相对对应的支撑部分3、3转动。两对第二弹性连接部分5′分别将第二质量部分2连接到第一质量部分1、11，以便第二质量部分2可相对第一质量部分1、11转动。
利用上述结构，有可能更可靠地控制第二质量部分2的转动角(偏转角)。应该注意到，在这种情况下，即当如本实施例所示驱动装置100A包括两对第一弹性连接部分4′和两对第二弹性连接部分5′时，其弹簧常数k1和k2根据下述假设来确定：连接在支撑部分3之一和第一质量部分1、11之一之间的两个弹性连接部分4′与第一实施例的单个弹性连接部分4等价，所述第一实施例的单个弹性连接部分4与第二实施例的两个弹性连接部分4′被设置的位置大体上相同。
(第三实施例)
接着将描述根据本发明的驱动装置的第三实施例。图8示出了根据本发明驱动装置的第三实施例的平面图。在下文中，针对第一和第三实施例之间的不同来描述图8所示的驱动装置100B，从而省略对相同部分的描述。本实施例的驱动装置100B由电磁力(即洛伦兹力)来驱动。
具体而言，如图8所示，驱动装置100B包括：四个端子10，端子10通过绝缘膜(图8中没有示出)设置在支撑部分3、3上；两个线圈20，其分别设置在第一质量部分1、11的表面上(即，不面对相对衬底6的第一质量部分1、11的表面)；一对永久磁铁30、30，设置在第一质量部分1、11的两侧，以便第一质量部分1、11被设置在其间。
一对永久磁铁30、30被设置为：一个磁铁30的S极和另一磁铁30的N极互相相对。两个线圈20、20中的每一个线圈的端部被分别连接到对应的两个端子10、10。而且，每一端子10被连接到电源(图中未示出)上，以便交变电压被施加到每一线圈20、20上。在本实施例中，当给每一线圈20、20施加交变电压时，在每一线圈20(第一质量部分1、11)和永久磁铁30之间产生洛伦兹力，所产生的洛伦兹力驱动驱动装置100B。
(第四实施例)
接着将描述根据本发明的驱动装置的第四实施例。图9示出了根据本发明驱动装置的第四实施例的平面图。在下文中，针对第一和第四实施例之间的不同来描述图9所示的驱动装置100C，从而省略对相同部分的描述。本实施例的驱动装置100C由两个压电驱动器31、31(即，每一驱动器具有压电元件)来驱动，所述两个压电驱动器31、31分别设置在第一质量部分1、11的表面上(即，与其上设置有相对衬底6的表面相对的表面)。
具体而言，如图9所示，驱动装置100C包括一对压电驱动器31、31，其设置在每一第一质量部分1、11的一个端部(一部分)上。在本实施例的驱动装置100C中，通过压电驱动器31、31的驱动在第一质量部分1、11上产生变形(膨胀和收缩)，以便驱动第二质量部分2。
在本实施例中，由于分别将压电驱动器31、31设置在第一质量部分1、11上，没有必要设置电极(驱动电极)7，因此有可能减少其制造成本。而且，由于不需要驱动电极7，有可能将开口61设置在对应第一质量部分1、11的位置上。这就有可能扩大每一第一质量部分1、11的转动角。
而且，在本实施例中，一个(或一层)压电驱动器31被设置在每一第一质量部分1、11上，然而，本发明并不限于这种结构。例如，可设置诸如双压电晶片式压电驱动器的两个或多个(或两层-或-多层)压电驱动器。双压电晶片式压电驱动器为具有两层结构压电驱动器(即，两个压电驱动器)的驱动器，所述两层结构压电驱动器可产生弯曲摆动，其中，两个压电驱动器之一沿其压缩方向振动，与此同时，另一个沿其膨胀方向振动。
在这方面，在本实施例中，压电驱动器31、31被分别设置在第一质量部分1、11的表面的端部，但本发明并不限于这种结构。例如，压电驱动器31可设置在每一第一质量部分1、11的整个表面区域上。或者说，压电驱动器31可设置在面对相对衬底6的每一第一质量部分1、11的表面的端部或整个表面上。
基于第一至第四实施例的上述驱动装置可优选应用到如在激光打印机、条形码阅读器、共焦扫描激光显微镜及其类似的仪器中所使用的光扫描器中，或应用到图像显示器中。
尽管参照附图中的实施例描述了根据本发明的驱动装置，但本发明并不限于此。例如，只要实现了相同或相似的功能，本发明驱动装置的每一部分有可能有各种变化和扩充。另外，每一上述实施例中的驱动装置具有一对或两对第一弹性连接部分4或4′，但根据本发明的驱动装置并不限于此，例如，可以有如三对或更多对第一弹性连接部分4。
同样，每一上述实施例中的驱动装置具有一对或两对第二弹性连接部分5或5′，但根据本发明的驱动装置并不限于此，例如，可以有如三对或更多对第二弹性连接部分5或5′。
而且，在每一上述实施例的驱动装置中，光反射部分21设置在不面对相对衬底6的第二质量部分2的表面上，但在根据本发明的驱动装置中，例如，光反射部分21可设置在第二质量部分2的相反表面上，或可设置在第二质量部分2的两个表面上。
更进一步，在每一上述的第一和第二实施例中的驱动装置中，电极7被设置在相对衬底6上，但在根据本发明的驱动装置中，电极7可被设置在第一质量部分1上，或可分别设置在相对衬底6和第一质量部分1两者上。而且，在每一上述的第一和第二实施例的驱动装置中，两对电极7被分别设置在对应第一质量部分1、11的位置上，但根据本发明的驱动装置并不限于此。例如，一个或三个或更多电极7可设置在每一对应位置上。
在这点上，当一个电极7被设置在与第一质量部分1、11相对应的每一位置上时，优选的是，例如，正弦波(交变电压)被施加到所述一个电极7上，其中，偏移电压被加到所述正弦波(交变电压)上，并且在所述正弦波(交变电压)中，最小电位成为地电位。
而且，在每一上述实施例的驱动装置中，第一弹性连接部分4或4′和第二弹性连接部分5或5′具有如图所示的形状，但在根据本发明的驱动装置中，其形状并不限于此，它们可以为如曲柄形状或分枝形状。
更进一步，在每一上述第一和第二实施例的驱动装置中，绝缘膜被设置在面对电极7的每一第一质量部分1、11的表面上，以防止短路，但在根据本发明驱动装置中，绝缘膜例如可被设置在如电极7的表面上或被设置在第一质量部分1、11和电极7两者的表面上。
更进一步，在每一上述第三实施例的驱动装置中，线圈20被设置在不面对相对衬底6的每一第一质量部分1、11的表面上，但在根据本发明的驱动装置中，例如，线圈20可被设置在每一第一质量部分1、11的相对表面上，或被设置在每一第一质量部分1、11的内部。
而且，在上述驱动装置的制造方法的例子中，上部衬底60一体地形成，但上部衬底60并不限于一体地形成。例如，通过一体地形成第一质量部分1、11、第二质量部分2、支撑部分3、3、第一弹性连接部分4、4和第二弹性连接部分5、5所得到的衬底可通过由玻璃或类似物所形成的隔离物9、9粘结(或焊接)到下部衬底70上。作为选择，这些部分中的每一部分可分别形成，这样所得到的各部分可通过粘结(或焊接)进行装配。

Claims (10)

1.一种采用两个自由度振动系统的驱动装置，所述驱动装置包括：
一对第一质量部分；
第二质量部分，其设置在所述一对第一质量部分之间；
一对支撑部分，用于支撑所述一对第一质量部分和该第二质量部分；
至少一对第一弹性连接部分，其分别将第一质量部分连接到支撑部分，以便每一第一质量部分可相对支撑部分转动；和
至少一对第二弹性连接部分，其分别将第二质量部分连接到第一质量部分，以便第二质量部分可相对第一质量部分转动；
其中，每一第一质量部分通过施加交变电压而被驱动，从而引起第二质量部分转动。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，当第一质量部分之一的转动中心轴线和该第一质量部分的端部之间的长度在与所述转动中心轴线大体垂直的方向上被定义为L1，并且另一第一质量部分的转动中心轴线和该另一第一质量部分的端部之间的长度在与所述转动中心轴线大体垂直的方向上被定义为L2，以及第二质量部分的转动中心轴线和第二质量部分的端部之间的长度在与所述转动中心轴线大体垂直的方向上被定义为L3时，则L1、L2和L3满足关系：L1＜L3和L2＜L3。
3.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，长度L1大体上与长度L2相同。
4.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，交变电压的频率被设置为与两个自由度振动系统的共振频率的较低共振频率大体上相同，在所述共振频率处，所述一对第一质量部分和所述第二质量部分发生共振。
5.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还包括：
相对衬底，其被设置为通过预定距离与所述一对支撑部分相对，所述相对衬底具有面对支撑部分的表面；
在对应第一质量部分之一的位置上设置在相对衬底的所述表面上的至少一对电极；和
在对应另一第一质量部分的位置上设置在相对衬底的所述表面上的至少一对电极；
其中，每一第一质量部分由每一第一质量部分和对应电极之间产生的静电力驱动。
6.根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，所述相对衬底在对应第二质量部分的位置上包括开口。
7.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，第二质量部分包括光反射部分。
8.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，当第一弹性连接部分的弹簧常数被定义为k1，第二弹性连接部分的弹簧常数被定义为k2时，k1和k2满足关系：k1＞k2。
9.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，当所述一对第一质量部分的惯性矩被定义为J1，第二质量部分的惯性矩被定义为J2时，J1和J2满足关系：J1≤J2。
10.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述一对第一弹性连接部分和所述一对第二弹性连接部分中的至少一对包括压敏电阻元件。
CNB2004100859914A 2003-10-29 2004-10-27 驱动装置 Expired - Fee Related CN100401131C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003369545 2003-10-29
JP2003369545A JP3759598B2 (ja) 2003-10-29 2003-10-29 アクチュエータ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1612064A true CN1612064A (zh) 2005-05-04
CN100401131C CN100401131C (zh) 2008-07-09

Family

ID=34616051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100859914A Expired - Fee Related CN100401131C (zh) 2003-10-29 2004-10-27 驱动装置

Country Status (3)

Country Link
US (2) US7095156B2 (zh)
JP (1) JP3759598B2 (zh)
CN (1) CN100401131C (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103299520A (zh) * 2011-01-07 2013-09-11 佳能电子株式会社 振动元件和光扫描装置以及使用该光扫描装置的图像形成装置和图像投影装置
CN110892306A (zh) * 2017-06-13 2020-03-17 三菱电机株式会社 光扫描装置以及光扫描装置的调整方法
CN112532009A (zh) * 2020-09-16 2021-03-19 常州富兴机电有限公司 一种新型微特电机

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4385937B2 (ja) 2004-12-15 2009-12-16 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータ
JP4385938B2 (ja) 2004-12-15 2009-12-16 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータ
JP4691704B2 (ja) * 2005-04-13 2011-06-01 独立行政法人産業技術総合研究所 光走査装置
JP4581847B2 (ja) * 2005-05-27 2010-11-17 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータ
JP4427006B2 (ja) 2005-05-31 2010-03-03 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータおよびその製造方法
JP4193817B2 (ja) * 2005-06-22 2008-12-10 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータ
US7573625B2 (en) * 2005-07-07 2009-08-11 Lexmark International, Inc. Multiharmonic galvanometric scanning device
US7538928B1 (en) 2005-10-31 2009-05-26 Advanced Numicro Systems, Inc. MEMS mirror with parallel springs and arched support for beams
US7301689B2 (en) * 2005-10-31 2007-11-27 Advanced Numicro Systems, Inc. MEMS mirror with parallel springs and arched support for beams
JP4984690B2 (ja) * 2006-07-05 2012-07-25 セイコーエプソン株式会社 アクチュエータ
JP2008040353A (ja) * 2006-08-09 2008-02-21 Seiko Epson Corp 光学デバイス、光スキャナおよび画像形成装置
US8411343B2 (en) * 2006-09-27 2013-04-02 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Optical scanning device
US7821693B1 (en) * 2006-12-06 2010-10-26 Advanced Numicro Systems, Inc. MEMS mirror with rotation amplification and electromagnetic drive
JP2009042322A (ja) * 2007-08-07 2009-02-26 Canon Inc 揺動体装置、光偏向器、及びそれを用いた光学機器
WO2013168264A1 (ja) * 2012-05-10 2013-11-14 パイオニア株式会社 駆動装置
JP6914124B2 (ja) * 2017-07-10 2021-08-04 日本信号株式会社 駆動装置
JP2019061181A (ja) 2017-09-27 2019-04-18 日本信号株式会社 アクチェータ
US10895713B2 (en) * 2018-10-18 2021-01-19 Microsoft Technology Licensing, Llc Actuator frame for scanning mirror

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4421381A (en) * 1980-04-04 1983-12-20 Yokogawa Hokushin Electric Corp. Mechanical vibrating element
US5268784A (en) * 1991-02-05 1993-12-07 Canon Kabushiki Kaisha Pivotable mirror device for tracking
JP3003429B2 (ja) * 1992-10-08 2000-01-31 富士電機株式会社 ねじり振動子および光偏向子
JP2849697B2 (ja) 1993-03-12 1999-01-20 工業技術院長 ２自由度振動型マイクロアクチュエータ
JPH0792409A (ja) 1993-09-27 1995-04-07 Canon Inc 光スキャナー
US5629790A (en) * 1993-10-18 1997-05-13 Neukermans; Armand P. Micromachined torsional scanner
US5488862A (en) * 1993-10-18 1996-02-06 Armand P. Neukermans Monolithic silicon rate-gyro with integrated sensors
JPH0823685A (ja) * 1994-07-04 1996-01-23 Canon Inc 静電アクチュエータ
US5914801A (en) 1996-09-27 1999-06-22 Mcnc Microelectromechanical devices including rotating plates and related methods
US6175443B1 (en) * 1999-05-01 2001-01-16 Lucent Technologies, Inc. Article comprising a deformable segmented mirror
US6388789B1 (en) * 2000-09-19 2002-05-14 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Multi-axis magnetically actuated device
US6831765B2 (en) * 2001-02-22 2004-12-14 Canon Kabushiki Kaisha Tiltable-body apparatus, and method of fabricating the same
JP2003015064A (ja) * 2001-07-04 2003-01-15 Fujitsu Ltd マイクロミラー素子
US6882455B2 (en) * 2001-09-19 2005-04-19 Olympus Corporation Movable structure, and deflection mirror element, optical switch element and shape variable mirror including the movable structure
WO2004013893A2 (en) * 2002-08-01 2004-02-12 Georgia Tech Research Corporation Piezo electric on seminconductor on- insulator resonator
US6924915B2 (en) * 2002-08-26 2005-08-02 Canon Kabushiki Kaisha Oscillation device, optical deflector using the oscillation device, and image display device and image forming apparatus using the optical deflector, and method of manufacturing the oscillation device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103299520A (zh) * 2011-01-07 2013-09-11 佳能电子株式会社 振动元件和光扫描装置以及使用该光扫描装置的图像形成装置和图像投影装置
US9024992B2 (en) 2011-01-07 2015-05-05 Canon Denshi Kabushiki Kaisha Vibrating element, optical scanning device, and image forming device and image projection device using same
CN103299520B (zh) * 2011-01-07 2015-11-25 佳能电子株式会社 振动元件和光扫描装置以及使用该光扫描装置的图像形成装置和图像投影装置
CN110892306A (zh) * 2017-06-13 2020-03-17 三菱电机株式会社 光扫描装置以及光扫描装置的调整方法
CN112532009A (zh) * 2020-09-16 2021-03-19 常州富兴机电有限公司 一种新型微特电机
CN112532009B (zh) * 2020-09-16 2024-03-15 常州富兴机电有限公司 一种新型微特电机

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005137102A (ja) 2005-05-26
US20060226734A1 (en) 2006-10-12
JP3759598B2 (ja) 2006-03-29
US7161275B2 (en) 2007-01-09
CN100401131C (zh) 2008-07-09
US20050116551A1 (en) 2005-06-02
US7095156B2 (en) 2006-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1612064A (zh) 驱动装置
CN1592069A (zh) 致动器
CN1790181A (zh) 致动器
CN1885091A (zh) 执行机构
US6949996B2 (en) Actuator
KR101306847B1 (ko) 광주사장치
KR100682958B1 (ko) 2축 마이크로 스캐너
US7420315B2 (en) Actuator
US7190507B2 (en) Deflection mirror, a deflection mirror manufacturing method, an optical writing apparatus, and an image formation apparatus
JP5319939B2 (ja) 光偏向器および光学装置
JP6278130B2 (ja) 微小光学電気機械デバイスおよびその製造方法
JP2005128147A (ja) 光偏向器及び光学装置
JP2008304553A (ja) アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置
JP2005128551A (ja) 周波数変調可能な共振型光スキャナ
CN1690766A (zh) 微振荡元件
CN1710459A (zh) 一种微机电系统(mems)二维振镜及其制作方法
JP2008111882A (ja) アクチュエータ、光スキャナおよび画像形成装置
JP4123133B2 (ja) アクチュエータ
JP2005279863A (ja) アクチュエータの製造方法およびアクチュエータ
JP2001264676A (ja) 光スキャナ
JP2005326464A (ja) マイクロ揺動体
JP2006064901A (ja) 光偏向素子と光偏向器と光走査装置及び画像形成装置
JP2005287199A (ja) アクチュエータ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080709

Termination date: 20171027