CN1982939A

CN1982939A - 双轴扫描仪

Info

Publication number: CN1982939A
Application number: CNA2006101593989A
Authority: CN
Inventors: 姜锡镇
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2007-06-20
Also published as: KR100718143B1; US20080013132A1; EP1798585A3; JP2007164170A; EP1798585A2

Abstract

本发明提供一种双轴扫描仪，其包括：基底、置于基底上的平台、以及置于基底与平台之间并沿两个轴移动平台的平台致动器。平台致动器包括：第一静止部件；围绕第一静止部件的水平可移动框架，第一水平可形变扭转弹簧置于第一静止部件和水平可移动框架之间；致动水平可移动框架的水平驱动器；围绕水平可移动框架的辅助框架，第一垂直可形变扭转弹簧置于水平可移动框架和辅助框架之间；围绕辅助框架的垂直可移动框架，第二水平可形变扭转弹簧置于辅助框架与垂直可移动框架之间；位于垂直可移动框架沿两侧的第二静止部件，第二垂直可形变扭转弹簧置于垂直可移动框架和第二静止部件之间；以及垂直致动垂直可移动框架的垂直驱动器。平台置于辅助框架上。

Description

双轴扫描仪

技术领域

本发明涉及使用微机电系统(MEMS)的双轴扫描仪，特别涉及可以以往复(seesaw)方式致动并防止垂直及水平扫描之间干扰的双轴扫描仪。

背景技术

双轴扫描仪可有效地用于大的显示装置。在这种情形中，重要的是以特定的方式移动扫描仪的平台(stage)，使得当该双轴扫描仪在沿垂直方向和水平方向均进行扫描时可以防止水平扫描与垂直扫描之间的干扰。在传统双轴扫描仪中，为了防止扫描干扰，应当致动用于水平扫描的静止梳状电极应当与用于水平扫描的可移动梳状电极一起被驱动。然而这增大了致动负载。

传统的双轴扫描仪还需要双层扭转弹簧(torsion spring)或该扭转弹簧处的复杂电隔离部分，从而将电压施加到与可移动梳状电极一起移动的静止梳状电极。

发明内容

本发明提供了一种在双轴扫描时可以防止扫描干扰的双轴扫描仪。

本发明还提供了一种双轴扫描仪，其通过将水平致动器的静止梳状电极与该致动器分离而减小了驱动器上的负载，且允许容易地安装电线。

根据本发明一个方面，提供了一种双轴扫描仪，所述双轴扫描仪包括：基底、置于该基底上方的平台、以及置于该基底与平台之间并沿两个轴移动该平台的平台致动器。该平台致动器包括：具有预定形状的第一静止部件；围绕该第一静止部件的水平可移动框架，其中第一水平可形变扭转弹簧置于该第一静止部件和该水平可移动框架之间；沿水平扫描方向致动该水平可移动框架的水平驱动器；围绕该水平可移动框架的辅助框架，其中第一垂直可形变扭转弹簧置于该水平可移动框架和该辅助框架之间；围绕该辅助框架的垂直可移动框架，其中第二水平可形变扭转弹簧置于该辅助框架与该垂直可移动框架之间；位于该垂直可移动框架沿第一方向的两侧上的第二静止部件，其中第二垂直可形变扭转弹簧置于该垂直可移动框架以及该第二静止部件之间；以及垂直致动该垂直可移动框架的垂直驱动器。该平台置于辅助框架上。

该水平驱动器包括从第一静止部件沿第一方向的任意一侧延伸的第一静止梳状电极，以及相对于该第一静止梳状电极以交错方式从该水平可移动框架延伸的第一可移动梳状电极。

该双轴扫描仪进一步包括置于该垂直可移动框架沿第二方向的两侧的第三静止部件。该垂直驱动器包括从该垂直可移动框架沿第二方向的任意一侧向外延伸的第二可移动梳状电极以及相对于该第二可移动梳状电极以交错方式从第三静止部件延伸的第二静止梳状电极。

该基底包括分别固定第一至第三静止部件的第一至第三固定器。第一固定器的高度不同于第二及第三固定器的高度。

该第一静止部件呈矩形形状，而该水平可移动框架、辅助框架以及垂直可移动框架具有矩形框架形状。该扭转弹簧为高度大于宽度的梁(beam)。

该第一静止部件具有电隔离部分，该电隔离部分沿第二方向伸长并隔离置于该第一静止部件任意一侧的第一静止梳状电极。

可通过图形化硅衬底而形成该平台致动器。该平台可通过连接部分在该辅助框架之上分开，从而不接触旋转的水平可移动框架。

根据本发明的另一个实施例，该双轴扫描仪包括：基底、置于该基底上的平台、以及置于该基底与平台之间并沿两个轴移动该平台的平台致动器。该平台致动器包括：沿第二方向伸长的第一静止部件；在该第一静止部件的任意一侧上沿第二方向伸长的第一部分；围绕该第一静止部件和该第一部分的水平可移动框架，其中第一水平可形变扭转弹簧置于该第一静止部件和该水平可移动框架之间；沿水平扫描方向致动该水平可移动框架的水平驱动器；围绕该水平可移动框架的辅助框架，其中第一垂直可形变扭转弹簧置于该水平可移动框架和该辅助框架之间；围绕该辅助框架的垂直可移动框架，其中第二水平可形变扭转弹簧置于该辅助框架与该垂直可移动框架之间；位于该垂直可移动框架沿第一方向的两侧上的第二静止部件，其中第二垂直可形变扭转弹簧置于该垂直可移动框架以及该第二静止部件之间；以及垂直致动该垂直可移动框架的垂直驱动器。该平台置于辅助框架上。

附图说明

通过参考附图而详细地描述本发明的示例实施例，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显，在附图中：

图1为根据本发明实施例的双轴扫描仪的透视图；

图2为图1的平面图；

图3为沿图2线III-III截取的剖面图；

图4为沿图2线IV-IV截取的剖面图；

图5为图1的扭转弹簧的透视图；

图6为用于解释根据本发明实施例的图1双轴扫描仪的初始致动的图1平台致动器的剖面图；

图7为用于解释根据本发明实施例的双轴扫描仪的电学路径的图1双轴扫描仪的平面图；

图8为根据本发明另一个实施例的双轴扫描仪的平面图；以及

图9和图10为沿图8的线IX-IX和X-X截取的剖面图。

具体实施方式

现在参考附图描述根据本发明优选实施例的双轴扫描仪。在附图中，为了表述清楚而放大了部分元件或者为了避免复杂化而省略了部分元件，从而有助于理解本发明。但这并非旨在限制本发明的技术范围。

图1为根据本发明实施例的双轴扫描仪的示意性透视图。图2为图1的平面图，图3和图4分别为沿图2的线III-III以及线IV-IV截取的剖面图。出于方便的原因，在图2中使用虚线表示该双轴扫描仪的平台30。

参考图1至4，该双轴平台包括基底100、置于基底100上的平台致动器200、以及置于平台致动器200上的平台300。

光线扫过平台300的表面，该平台300连接到连接部分310并置于将在稍后描述的辅助框架240上。连接部分310提供了将在下文描述的水平可移动框架进行旋转的空间320。通过下面的平台致动器200沿两个方向移动平台300。

基底100可为派热克斯(Pyrex)玻璃衬底。第一固定器110置于基底100的中心部分上。第二固定器120置于第一固定器110沿第一方向(X)的任意一侧上，而第三固定器130形成于第一固定器110沿第二方向(Y)的任意一侧上。第一至第三固定器110、120及130可与基底100形成一整体。第一和第二方向(X)及(Y)分别指扫描仪水平和垂直扫描光线的方向。

平台致动器200包括第一至第三静止部件210、270及280、水平可移动框架220、辅助框架240和垂直可移动框架260。通过图形化单个硅衬底而形成该平台致动器200，该衬底为将对其施加外部电压导电衬底。用于旋转水平可移动框架220、辅助框架240以及垂直可移动框架260的空间140形成于第一固定器110与第二及第三固定器120及130之间。

第一静止部件210被连接并粘附到第一固定器110。第一静止梳状电极212从第一静止部件210的相对两侧向外沿第一方向(X)延伸。

水平可移动框架220具有围绕第一静止部件210的矩形形状。水平可移动框架220包括平行于第一方向(X)的两个第一部分220X以及平行于第二方向(Y)的两个第二部分220Y。第一平行可形变扭转弹簧225置于水平可移动框架220的第一部分220X与第一静止部件210之间。第一水平可形变扭转弹簧225为一梁，其沿第一方向(X)比沿第二方向(Y)容易形变。第一可移动梳状电极222从面向第一静止梳状电极212的水平可移动框架220的第二部分220Y相对于第一静止梳状电极212以交错的方式延伸。

辅助框架240具有围绕水平可移动框架220的矩形形状。辅助框架240包括平行于第一方向(X)的两个第一部分240X和平行于第二方向(Y)的两个第二部分240Y。第一垂直可形变扭转弹簧245置于辅助框架240的第二部分240Y与水平可移动框架220的第二部分220Y之间。第一垂直可形变扭转弹簧245为一梁，其沿第二方向(Y)比沿第一方向(X)容易形变。

垂直可移动框架260具有围绕辅助框架240的矩形形状。垂直可移动框架260包括平行于第一方向(X)的两个第一部分260X以及平行于第二方向(Y)的两个第二部分260Y。第二水平可形变扭转弹簧265置于垂直可移动框架260的第一部分260X与辅助框架240的第一部分240X之间。第二水平可形变扭转弹簧265为一梁，其沿第一方向(X)比沿第二方向(Y)容易形变。第二可移动梳状电极262从垂直可移动框架260的第一部分260X向外延伸。

第二静止部件270在垂直可移动框架260第二部分260Y的任意一侧被固定粘附到第二固定器120上。第二垂直可形变扭转弹簧275置于第二静止部件270和垂直可移动框架260之间。

第三静止部件280在垂直可移动框架260的第一部分260X的任意一侧被固定粘附到第三固定器130上。第二静止梳状电极282从面向第二可移动梳状电极262的第三静止部件280相对于第二可移动梳状电极262以交错的方式延伸。

扭转弹簧225、245、265及275可为梁，其高度h₀大于宽度b₀，如图5所示。即，扭转弹簧225、245、265及275应设计成使得平台300仅沿预定方向旋转。为了有效地实现这一点，扭转弹簧225、245、265及275抗沿旋转轴方向弯曲的弯曲刚度应大于沿扭转轴方向的扭转刚度。

第一可移动梳状电极222和第一静止梳状电极212形成一水平驱动器，该驱动器沿第一方向(X)旋转水平可移动框架220。当该水平驱动器沿第一方向(X)旋转水平可移动框架220时，通过第一垂直可形变扭转弹簧245耦合到水平可移动框架220的辅助框架240也沿第一方向(X)旋转，由此导致平台300沿第一方向(X)旋转。这种情况下，由于第一垂直可形变扭转弹簧245具有高的弯曲刚度，水平可移动框架220和辅助框架240沿第一方向(X)共同绕第一及第二水平可形变扭转弹簧225及265旋转。

第二可移动梳状电极262和第二静止梳状电极282形成一垂直驱动器，该驱动器沿第二方向(Y)旋转垂直可移动框架260。当该垂直驱动器沿第二方向(Y)旋转垂直可移动框架260时，通过第二水平可形变扭转弹簧265耦合到垂直可移动框架260的辅助框架240也沿第二方向(Y)旋转，由此导致平台300沿第二方向(Y)旋转。这种情况下，由于第二水平可形变扭转弹簧265具有高的弯曲刚度，垂直可移动框架260和辅助框架240沿第二方向(Y)共同绕第一及第二垂直可形变扭转弹簧245及275旋转。另外，由于第一垂直可形变扭转弹簧245容易形变，辅助框架240的旋转力不会被传递到水平可移动框架220。因此，根据本实施例的双轴扫描仪可以独立地执行水平和垂直扫描。

图6为用于解释根据图1所示实施例的双轴扫描仪的初始致动的剖面图。参考图6，当第一固定器110低于第二固定器120及第三固定器130且基底100被阳极键合到平台致动器200时，第一静止梳状电极212和第一可移动梳状电极222之间存在高度差。因此，当在第一静止梳状电极212和第一可移动梳状电极222之间施加预定电压时，第一可移动梳状电极222向下移动。第二可移动梳状电极262和第二静止梳状电极282同样也是如此。电极之间的垂直高度差有利于使用由单个衬底制成的平台致动器200对双轴扫描仪的初始致动。

在本实施例中，水平驱动器和垂直驱动器分别需要用于平台300的双轴移动的三个电学路径。当接地保持在相同电势时，需要五个电学路径。图7为用于解释根据本发明实施例的图1双轴扫描仪的电学路径的平面图。黑色部分290表示电隔离部分，参考字符P1至P5表示用于连接到外部电路的电极焊盘。参考数字284表示用于将电极焊盘P4和P5与第一静止梳状电极212连接的导线。

参考图7，电极焊盘P1置于第二静止部件270上，并将施加于电极焊盘P1的电压，例如接地电压，通过扭转弹簧245、265和275以及框架220、240及260而施加到第一及第二可移动梳状电极222和262。电极焊盘P2和P3置于第三静止部件280上，并分别电耦合到第二静止梳状电极282。电极焊盘P4和P5通过电导线284在第一静止部件210的任意一侧电连接到第一静止梳状电极212。电导线284置于基底100上。电隔离部分290防止第一水平可形变扭转弹簧225被电连接到第一静止部件210。

现在更加详细地描述根据本发明的本实施例的双轴扫描仪的操作。首先，当将接地电压施加到电极焊盘P1并将预定电压施加于电极焊盘垫P4时，在第一静止梳状电极212和第一可移动梳状电极222之间产生静电力，由此导致水平可移动框架220沿正X方向旋转。当撤除施加于电极焊盘P4的电压时，由第一及第二水平可形变扭转弹簧265产生的恢复力导致水平可移动框架220返回到原始位置。这样，连接到水平可移动框架220的辅助框架240和平台300发生旋转。相反，对电极焊盘P5施加电压会导致平台300沿负X方向旋转。由于平台300的水平致动并不影响垂直可移动框架260，第二可移动梳状电极262和第二静止梳状电极282之间不会出现沿第一方向(X)的位移。

另外，当对电极焊盘P2施加预定电压时，在第二可移动梳状电极262和第二静止梳状电极282之间产生静电力，由此导致垂直可移动框架260沿正Y方向旋转。相反，对电极焊盘P3施加电压会导致垂直可移动框架260沿负Y方向旋转。这样，连接到水平可移动框架220的辅助框架240和平台300被垂直致动。由于平台300的垂直致动不会影响水平可移动框架220，第一可移动梳状电极222和第一静止梳状电极212之间不会出现沿第二方向(Y)的位移。

图8为根据本发明另一个实施例的双轴扫描仪的平面图，图9和图10为沿图8的线IX-IX和X-X截取的剖面图。图1至图7以及图8至图10中的相同参考数字表示相同元件，省略了对其的重复描述。

参考图8至10，根据本实施例的双轴致动扫描仪包括基底100’、置于基底100’上的平台致动器200’以及置于平台致动器200’上的平台300。

基底100’包括第一至第三固定器110’、120’和130’。第一固定器110’包括沿第二方向(Y)伸长的中心部分131以及从中心部分131两侧形成至预定深度的两个横向部分132。

第一静止部件210’置于中心部分131上，第一水平可形变扭转弹簧225连接到第一静止部件210’。用于固定第一静止梳状电极212的第一部分214形成于两个横向部分132上。和横向部分132相似，第三固定器130’可以低于第一固定器110’的中心部分131。因此，粘附到第三静止部件280(该静止部件280被固定在第三固定器130’上)的第二静止梳状电极282的高度不同于第二可移动梳状电极262的高度。第二固定器120’的高度等于第一固定器110’的中心部分131的高度。

在本实施例中，由于第一静止梳状电极212和第二静止梳状电极282的高度不同于第一可移动梳状电极222和第二可移动梳状电极262的高度，基于静电力可容易地实现初始致动。

另外，由于第一静止部件210’与第一部分214被物理隔离，施加于第一及第二可移动梳状电极222及262的电压并不被施加于第一静止梳状电极212。

由于本实施例的双轴扫描仪的其余结构和操作基本上和前一个实施例相同，将不对其进行详细描述。

如前所述，根据本发明的双轴扫描仪包括置于垂直可移动框架和水平可移动框架之间的辅助框架，由此防止垂直可移动框架与水平可移动框架之间的干扰。因此，在双轴扫描期间，用于水平致动和垂直致动的梳状电极之间不会出现干扰。

本发明还提供了一种高精度扫描仪，因为通过图形化单个硅衬底而形成了平台致动器。另外，由于静止梳状电极被固定到置于平台致动器下方的基底，因此减小了致动器负载，从而增大了致动功率。

该双轴扫描仪可有效地用作需要高速水平和垂直扫描的显示器件的光学扫描仪。

尽管参照本发明的示例实施例对本发明进行了上述具体图示和描述，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离由权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行形式和细节上的各种修改。

Claims

1.一种双轴扫描仪，包括：

基底；

置于所述基底上的平台；以及

置于所述基底与所述平台之间并沿两个轴移动所述平台的平台致动器，

其中所述平台致动器包括：

具有预定形状的第一静止部件；

围绕所述第一静止部件的水平可移动框架，其中第一水平可形变扭转弹簧置于所述第一静止部件和所述水平可移动框架之间；

沿水平扫描方向致动所述水平可移动框架的水平驱动器；

围绕所述水平可移动框架的辅助框架，其中第一垂直可形变扭转弹簧置于所述水平可移动框架和所述辅助框架之间；

围绕所述辅助框架的垂直可移动框架，其中第二水平可形变扭转弹簧置于所述辅助框架与所述垂直可移动框架之间；

位于所述垂直可移动框架沿第一方向的两侧上的第二静止部件，其中第二垂直可形变扭转弹簧置于所述垂直可移动框架以及所述第二静止部件之间；以及

垂直致动所述垂直可移动框架的垂直驱动器，且

其中所述平台置于所述辅助框架上。

2.如权利要求1所述的扫描仪，其中所述水平驱动器包括：

从第一静止部件的任意一侧沿第一方向延伸的第一静止梳状电极；以及

相对于所述第一静止梳状电极以交错方式从所述水平可移动框架延伸的第一可移动梳状电极。

3.如权利要求1所述的扫描仪，进一步包括置于所述垂直可移动框架沿第二方向的两侧的第三静止部件，

其中所述垂直驱动器包括：

从所述垂直可移动框架任意一侧沿第二方向向外延伸的第二可移动梳状电极；以及

相对于所述第二可移动梳状电极以交错方式从第三静止部件延伸的第二静止梳状电极。

4.如权利要求1所述的扫描仪，其中所述基底包括分别固定第一至第三静止部件的第一至第三固定器。

5.如权利要求4所述的扫描仪，其中第一固定器的高度不同于第二及第三固定器的高度。

6.如权利要求1所述的扫描仪，其中所述第一静止部件呈矩形形状，而所述水平可移动框架、辅助框架以及垂直可移动框架具有矩形框架形状。

7.如权利要求1所述的扫描仪，其中所述扭转弹簧为高度大于宽度的梁。

8.如权利要求1所述的扫描仪，其中所述第一静止部件具有电隔离部分，该电隔离部分沿第二方向伸长并隔离置于所述第一静止部件任意一侧的第一静止梳状电极。

9.如权利要求1所述的扫描仪，其中可通过图形化硅衬底而形成所述平台致动器。

10.如权利要求1所述的扫描仪，其中所述平台通过连接部分在所述辅助框架之上被分开，从而不接触旋转的水平可移动框架。

11.一种双轴扫描仪，包括：

基底；

置于所述基底上的平台；

以及置于所述基底与所述平台之间并沿两个轴移动所述平台的平台致动器，

其中所述平台致动器包括：

沿第二方向伸长的第一静止部件；

在所述第一静止部件的任意一侧上沿第二方向伸长的第一部分；

围绕所述第一静止部件和所述第一部分的水平可移动框架，其中第一水平可形变扭转弹簧置于所述第一静止部件和所述水平可移动框架之间；

沿水平扫描方向致动所述水平可移动框架的水平驱动器；

垂直致动所述垂直可移动框架的垂直驱动器，且

其中所述平台置于辅助框架上。

12.如权利要求11所述的扫描仪，其中所述水平驱动器包括：

从第一静止部件的任意一侧沿第一方向向外延伸的第一静止梳状电极；以及

13.如权利要求11所述的扫描仪，进一步包括沿第二方向置于所述垂直可移动框架两侧的第三静止部件，

其中所述垂直驱动器包括：

14.如权利要求11所述的扫描仪，其中所述基底包括分别固定第一至第三静止部件的第一至第三固定器。

15.如权利要求14所述的扫描仪，其中第一固定器具有固定所述第一静止部件的中心部分以及固定该第一部分的两个横向部分，该中心部分高于该两个横向部分，

其中第二固定器的高度等于第一固定器的高度，且

其中固定所述第三静止部件的第三固定器低于第一固定器的中心部分。

16.如权利要求11所述的扫描仪，其中所述第一静止部件和所述第一部分呈矩形形状，所述水平可移动框架、辅助框架以及垂直可移动框架具有矩形框架形状。

17.如权利要求11所述的扫描仪，其中所述扭转弹簧为高度大于宽度的梁。

18.如权利要求11所述的扫描仪，其中通过图形化硅衬底而形成所述平台致动器。

19.如权利要求11所述的扫描仪，其中所述平台通过连接部分在所述辅助框架之上被分开，从而不接触旋转的水平可移动框架。