CN215769307U - 致动器驱动装置、扩展像素分辨率致动器系统和投影系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种致动器驱动装置、扩展像素分辨率致动器系统和投影系统，涉及投影系统技术领域。致动器驱动装置可以包括线圈和第一磁体。线圈包括首尾相连的线圈臂，第一磁体沿第一方向间隔设置于线圈的一侧，第一磁体位于线圈的绕线平面内，且与线圈并排设置。扩展像素分辨率致动器系统包括基座组件及致动器驱动装置。致动器驱动装置围绕基座组件的中心轴成对设置于基座组件上，每对致动器驱动装置中的第一磁体均位于靠近中心轴的一侧。投影系统包括扩展像素分辨率致动器系统。该扩展像素分辨率致动器系统厚度较薄，驱动效率较好，有利于推广至微型、超微型的投影系统中。

Description

致动器驱动装置、扩展像素分辨率致动器系统和投影系统

技术领域

本申请属于投影系统技术领域，更具体地，涉及一种致动器驱动装置、扩展像素分辨率致动器系统和投影系统。

背景技术

扩展像素分辨率(Extended Pixel Resolution,简称XPR)是指在投影系统中，可以通过两帧连续图像彼此偏移且交错的方式来生成比空间光调制器(SLM)像素数量更高分辨率的图像。

XPR致动器通常使用音圈电机(Voice Coil Motor,简称VCM)周期性地驱动玻片实现图像的偏移。

然而，现有的XPR致动器的厚度较厚，难以应用于微型投影系统中。

实用新型内容

本申请的目的包括，例如，提供了一种致动器驱动装置、扩展像素分辨率致动器系统和投影系统，以改善至少部分上述问题。

本申请的实施例可以这样实现：

第一方面，提供一种致动器驱动装置，包括线圈和第一磁体。线圈包括首尾相连的线圈臂，第一磁体沿第一方向间隔设置于线圈的一侧，第一磁体位于线圈的绕线平面内，且与线圈并排设置。

进一步地，还包括第二磁体，第二磁体沿第一方向设置，且第二磁体与第一磁体之间具有至少一条线圈臂，第一磁体的磁感应强度大于第二磁体的磁感应强度，第一磁体包括靠近于线圈的第一磁极，第二磁体包括靠近于第一磁体的第二磁极，第一磁极的极性与第二磁极的极性相同。

进一步地，第二磁体和第一磁体均位于线圈的绕线平面内，且第二磁体、线圈及第一磁体并排设置。

进一步地，第二磁体设置于线圈的另一侧，以使第一磁体和第二磁体分别位于线圈的两侧。

进一步地，线圈臂包括近磁臂和远磁臂，近磁臂相对于远磁臂靠近于第一磁体，第二磁体设置于近磁臂和远磁臂之间。

第二方面，提供一种扩展像素分辨率致动器系统，包括致动器驱动装置。

进一步地，扩展像素分辨率致动器系统还包括基座组件，致动器驱动装置围绕基座组件的中心轴成对设置于基座组件上，每对致动器驱动装置中的第一磁体均位于靠近中心轴的一侧。

进一步地，基座组件包括底板和振镜框，振镜框的数量为多个，振镜框固定连接于底板且依次间隔设置，相邻两个振镜框形成第一安装部，致动器驱动装置一一对应的固定连接于振镜框的第一安装部。

进一步地，基座组件还包括玻片，多个振镜框围合成第二安装部，玻片与振镜框固定连接且位于第二安装部。

进一步地，全部致动器驱动装置围设于玻片的周向，且同一对致动器驱动装置分别位于玻片相对的两侧。

第三方面，提供一种投影系统，包括扩展像素分辨率致动器系统。

本申请实施例提供的致动器驱动装置，通过将线圈和第一磁体沿第一方向间隔设置，且使得第一磁体位于线圈的绕线平面内，有利于减薄致动器驱动装置的厚度，可以应用于微型投影系统中。

本申请实施例提供的扩展像素分辨率致动器系统，由于采用了上述的致动器驱动装置，可以实现较薄的厚度尺寸，有利于在微型投影系统中推广，且能够进一步发展超微型光机产品。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有的U型磁缸-线圈驱动的结构示意图；

图2为现有的永磁体-PCB绕线驱动的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的致动器驱动装置一结构的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的致动器驱动装置一结构中磁缸磁场分布示意图；

图5为本申请实施例提供的致动器驱动装置另一种结构的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的致动器驱动装置另一种结构中磁缸磁场分布示意图；

图7为本申请实施例提供的致动器驱动装置又一种结构的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的扩展像素分辨率致动器系统一结构的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的扩展像素分辨率致动器系统另一结构的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。

在投影系统中，由于DMD提供的镜数量会限制像素分辨率，为了提供超过DMD上的镜数量的像素分辨率，产生高分辨率的图像。可以采用扩展像素分辨率(Extended PixelResolution,简称XPR)的显示方案。

具体地，XPR是指通过使两帧连续图像彼此偏移且交错的方式，生成比空间光调制器(Spatial Light Modulator，简称SLM)像素数量更高分辨率的图像。通常是采用XPR致动器将DMD生成的图像进行移位。例如，由DMD生成的两个连续图像，在XPR致动器作用下可以彼此偏移且交错，以生成更高分辨率的图像。

目前，致动器大致可以包括两种类型：U型磁缸-线圈驱动和永磁体-PCB绕线驱动。

如图1，所示为U型磁缸-线圈驱动的结构示意图。

U型磁缸-线圈驱动的磁场方向垂直于U型磁缸001的上下两臂，线圈003电流方向垂直于纸面，磁缸001对通电线圈003产生水平方向的力，并以此驱动玻片振动。其中，U型磁缸001的一个臂内侧设置有永磁体005，可以采用钕铁硼和钐钴，永磁体005在磁缸001内产生磁感应强度。线圈003为铜线，线圈003的几何形状近似于椭圆环柱状。U型磁缸001绕线的法向垂直于中心玻片，由于磁缸001的厚度尺寸需要大于玻片的厚度尺寸，且线圈003的绕线厚度越厚，所能够提供的驱动力F越大。在该结构下，整个XPR致动器的厚度较厚，难以应用于微型的投影系统中。

如图2，所示为永磁体-PCB绕线驱动的结构示意图。

永磁体005位于PCB板007的上方，PCB板007内设置有多层回字形走线的线圈003。当PCB板007内线圈003通有正负电流时，PCB板007将受到安培力。当固定PCB板007，则永磁体005会受到安培力的反作用力。

在投影系统中，该结构的XPR致动器，线圈003和永磁体005沿光轴方向排布，整个XPR致动器厚度受到永磁体005、线圈003以及空气隙的厚度之和限制，厚度较大，难以应用于微型投影系统中。

基于上述问题，本申请实施例提供了一种致动器驱动装置100。

请参照图3，致动器驱动装置100可以包括线圈110和第一磁体120，第一磁体120沿第一方向009设置于线圈110的一侧，且第一磁体120与线圈110间隔设置。

其中，线圈110可以包括首尾相连的线圈臂，第一磁体120位于线圈110的绕线平面内，且第一磁体120与线圈110并排设置。线圈臂为长条形，第一磁体120的磁感应方向是沿第一磁体120的中心与线圈110中心的连线，这种并排设置的方式能够减小致动器驱动装置100的厚度，以使得该致动器驱动装置100具有较薄的厚度尺寸，可以应用于微型光机中。

请参照图4，所示为磁缸中磁场分布的示意图。

线圈110的线圈臂为两个，且分别为近磁臂1102和远磁臂1104，如图3。其中，近磁臂1102相对于远磁臂1104靠近于第一磁体120，即靠近于第一磁体120的线圈臂为近磁臂1102，远离于第一磁体120的线圈臂为远磁臂1104。由于近磁臂1102和远磁臂1104的磁场方向相同，但是磁感应强度不同。根据第一磁体120周围的磁场表现出随着空间距离变远而快速衰减的特性，线圈110的近磁臂1102位置处的磁感应强度远强于线圈110的远磁臂1104位置处的磁感应强度，即B_近>B_远。

线圈110匝数为N，当线圈110通有电流I时，由于线圈110的串联绕线关系，近磁臂1102和远磁臂1104中的总电流N×I的大小相等，方向相反。

由于近磁臂1102的磁感应强度B_近大于远磁臂1104的磁感应强度B_远。因此，近磁臂1102所受到的电磁力F_近大于远磁臂1104所受到的电磁力F_远，即F_近>F_远。

电磁力合力与近磁臂1102受到的电磁力方向相同，电磁力合力的大小为NIL(B_近-B_远)。

由于线圈110与第一磁体120沿第一方向009排布，可以减薄致动器驱动装置100的厚度。然而，由于远磁臂1104受到的电磁力方向与电磁力合力的方向相反，导致致动器驱动装置100的驱动效率不高。

请参照图5，所示为致动器驱动装置100另一结构的结构示意图。

为了提高致动器驱动装置100的驱动效率，进一步地，致动器驱动装置100还可以包括第二磁体130。

第二磁体130沿第一方向009设置，且第二磁体130与第一磁体120之间具有至少一条线圈臂。第一磁体120的磁感应强度大于第二磁体130的磁感应强度，第一磁体120和第二磁体130均包括相反的两个磁极(N极和S极)，如图6，其中，第一磁体120中靠近线圈110一侧的磁极为第一磁极，第二磁体130中靠近第一磁体120一侧的磁极为第二磁极，则第一磁极的极性与第二磁极的极性相同。其中，第二磁体130和第一磁体120均位于线圈110的绕线平面内，且第二磁体130、线圈110及第一磁体120并排设置。

可选地，在另一种实施例中，如图5，第二磁体130设置于线圈110的另一侧，以使第一磁体120和第二磁体130分别位于线圈110的两侧。

如图6，当第一磁体120中靠近近磁臂1102一侧的第一磁极为S极，远离近磁臂1102一侧的磁极为N极，则第二磁体130中靠近近磁臂1102一侧的第二磁极为S极，远离近磁臂1102一侧的磁极为N极。根据同性相吸、异性相斥的原理，和永磁体中电荷方向是从N极到S极。第二磁体130中S极与第一磁体120中S极相斥，且第二磁体130可以改变线圈110的远磁臂1104处的磁感应强度B的方向，从而使得线圈110的近磁臂1102和远磁臂1104的磁感应强度B的方向相反。

在可选的另一实施例中，如图7，第二磁体130连接于近磁臂1102和远磁臂1104之间，第一磁体120位于近磁臂1102的外侧。同理，第二磁体130的磁极与第一磁体120的磁极方向相反设置，第一磁体120和第二磁体130相互靠近的一侧设置为一种磁极，相互远离的一侧设置为另一种磁极。

可选地，第二磁体130可以为铁磁性材料，例如永磁体、电工软铁等。第二磁体130设置于线圈110的中心位置，用于引导线圈110的近磁臂1102处的磁场分布情况。

本申请实施例提供的致动器驱动装置100，通过采用第二磁体130调控线圈110的近磁臂1102和远磁臂1104处的磁场，以增强线圈110近磁臂1102位置处的磁场B_近，或者降低线圈110远磁臂1104位置处的磁场B_远，从而提高致动器驱动装置100的驱动效率。

本申请实施例还提供了一种扩展像素分辨率致动器系统200，扩展像素分辨率致动器系统200可以包括上述的致动器驱动装置。

如图8，所示为扩展像素分辨率致动器系统200一结构的结构示意图。

扩展像素分辨率致动器系统200还可以包括基座组件210。其中，基座组件210可以为长方体、正方体等规则图形，基座组件210具有中心轴。致动器驱动装置100围绕基座组件210的中心轴成对设置于基座组件210上，且每对致动器驱动装置100中的第一磁体120均位于靠近中心轴的一侧。

成对设置是指致动器驱动装置100的数量为偶数个，例如2个、4个、6个、8个等。当致动器驱动装置100的数量为多对时，全部的致动器驱装置100依次围绕基座组件210的中心轴设置；当致动器驱动装置100的数量为两个时，两个致动器驱动装置100关于基座组件210的中心轴对称设置。

具体地，基座组件210可以包括底板212和振镜框214。振镜框214的数量可以为多个，振镜框214固定连接于底板212上，且多个振镜框214依次间隔设置，相邻两个振镜框214之间形成第一安装部。致动器驱动装置100一一对应的固定连接于振镜框214的第一安装部。

由于XPR致动器通常是采用音圈电机(Voice Coil Motor，简称VCM)周期性地驱动玻片，以实现图像的偏移。

进一步地，基座组件210还可以包括玻片216。多个振镜框214围合成第二安装部，玻片216与振镜框214固定连接且位于第二安装部。全部致动器驱动装置100围设于玻片216的周向，且同一对致动器驱动装置100分别位于玻片216相对的两侧，同一对致动器驱动装置100作用于玻片216，且用于控制玻片216的翻转方向。当玻片216的周向间隔设置有多对致动器驱动装置100，通过不同对致动器驱动装置100通电，以控制玻片216根据需求沿不同方向进行翻转。

在XPR致动器中，对于确定的结构，电磁驱动力的大小决定了玻片216翻转的速度，进而决定了XPR致动器的最大工作频率。由于XPR致动器中玻片216的尺寸越大，质量就越重。在相同频率下翻转工作时，所需要提供的电磁驱动力也越大。

当线圈110的匝数为N，流经每匝线圈110的电流为I，磁感应强度为B，且线圈110所处于均匀磁场中的长度为L，则线圈110所受到的电磁力Fem为：

Fem＝NIBL

线圈110的总截面积为S，则每匝线圈110的截面积为S/N，导线的电阻率为ρ，则线圈110的电阻为：

R＝(N·L·ρ)*(S/N)

则线圈110中处于磁场内部分的热功耗Q为：

即，当线圈110的电阻率ρ、磁感应强度B、磁场中线圈110长度L、线圈110总截面积S固定时，线圈110上的热功耗Q与电磁力F_em的平方成正比。

可选地，第一磁体120可以采用粘胶方式粘接于玻片216上，玻片216采用粘胶方式粘接于振镜框214上，振镜框214固定在底板212上，线圈110和第二磁体130均固定于底板212上。

如图8，当致动器驱动装置100的数量为四个且分别为A、B、C及D，其中，致动器驱动装置A和C沿横向相对设置形成一对，致动器驱动装置B和D沿竖向相对设置形成一对。则致动器驱动装置A中的第一磁体120和致动器驱动装置C中的第一磁体120相向设置，线圈110或第二磁体130朝向外侧设置。以横向设置的致动器驱动装置A、C对为例，对致动器驱动装置A和C中的线圈110分别通正负电流，则致动器驱动装置A中的第一磁体120和致动器驱动装置C中的第一磁体120分别受到垂直于玻片216面向上和向下的电磁力驱动，进而带动玻片216和振镜框214发生偏转，实现像素的偏移。

可以理解的是，需要使得扩展像素分辨率致动器系统沿某一方向进行翻转，以实现沿某一方向的像素偏移，就在相对应位置的致动器驱动装置上通正负电流。

在可选的另一种实施方式中，如图9，第二磁体130设置于线圈110的中心位置。对同一对致动器驱动装置100中的线圈110分别通正负电流，则同一对致动器驱动装置100中的第一磁体120分别受到垂直于玻片216面向上和向下的电磁力。

在如图8和如图9的两种结构下，采用相同的参数，分别计算两种结构下第一磁体120受到的电磁驱动力。

其中，线圈110的匝数为82匝，线径为60um，材质为铜，总电阻约为4.5Ω。线圈110的近磁臂1102与第一磁体120之间的距离为0.5mm；第一磁体120为钕铁硼，其表面剩磁为1.25T，第一磁体120的尺寸为4.6mm×1.2mm×0.7mm。第一磁体120与第二磁体130相对的面表现出相同的磁极性，线圈110中通有120mA大小电流。

在图8结构中，第二磁体130为钕铁硼或铝镍钴，表面剩磁0.8T，第二磁体130的尺寸为4.6mm×0.6mm×0.7mm，设置于线圈110的另一侧，使得第一磁体120和第二磁体130分别位于线圈110的两侧。第一磁体120受到的垂直于玻片216面方向的驱动力为0.0058N。

在图9结构中，当第二磁体130为铁氧体，表面剩磁0.1T，第二磁体130的尺寸为2mm×0.6mm×0.7mm时，第二磁体130设置于线圈110的中心，第一磁体120受到的垂直于玻片216面方向的驱动力为0.0042N。当第二磁体130为电工软铁，尺寸为2mm×0.6mm×0.7mm时，第二磁体130设置于线圈110的中心，第一磁体120受到的垂直于玻片216面方向的驱动力为0.0013N。

本申请实施例提供的扩展像素分辨率致动器系统200，可以实现较薄的厚度尺寸和较高的制动效率，有利于在微型投影系统中推广，有利于进一步发展超微型光机产品。

本申请实施例还提供了一种投影系统，包括上述的扩展像素分辨率致动器系统200。

该扩展像素分辨率致动器系统200能够实现高分辨率投影，可以应用于4K投影系统产品中。且该扩展像素分辨率致动器系统200的厚度较薄，驱动效率较好，相比现有的XPR驱动，具有近似驱动效率的前提下，可以实现更薄的厚度，为发展超微型的投影产品提供可行方案，有利于推广至微型、超微型的投影系统中。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，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，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种致动器驱动装置，其特征在于，包括：

线圈，所述线圈包括首尾相连的线圈臂；以及

第一磁体，所述第一磁体沿第一方向间隔设置于所述线圈的一侧，所述第一磁体位于所述线圈的绕线平面内，且与所述线圈并排设置。

2.根据权利要求1所述的致动器驱动装置，其特征在于，还包括第二磁体，所述第二磁体沿所述第一方向设置，且所述第二磁体与所述第一磁体之间具有至少一条线圈臂，所述第一磁体的磁感应强度大于所述第二磁体的磁感应强度，所述第一磁体包括靠近于所述线圈的第一磁极，所述第二磁体包括靠近于所述第一磁体的第二磁极，所述第一磁极的极性与所述第二磁极的极性相同。

3.根据权利要求2所述的致动器驱动装置，其特征在于，所述第二磁体和所述第一磁体均位于所述线圈的绕线平面内，且所述第二磁体、所述线圈及所述第一磁体并排设置。

4.根据权利要求2所述的致动器驱动装置，其特征在于，所述第二磁体设置于所述线圈的另一侧，以使所述第一磁体和所述第二磁体分别位于所述线圈的两侧。

5.根据权利要求2所述的致动器驱动装置，其特征在于，所述线圈臂包括近磁臂和远磁臂，所述近磁臂相对于所述远磁臂靠近于所述第一磁体，所述第二磁体设置于所述近磁臂和所述远磁臂之间。

6.一种扩展像素分辨率致动器系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的致动器驱动装置。

7.根据权利要求6所述的扩展像素分辨率致动器系统，其特征在于，还包括基座组件，所述致动器驱动装置围绕所述基座组件的中心轴成对设置于所述基座组件上，每对所述致动器驱动装置中的所述第一磁体均位于靠近中心轴的一侧。

8.根据权利要求7所述的扩展像素分辨率致动器系统，其特征在于，所述基座组件包括底板和振镜框，所述振镜框的数量为多个，所述振镜框固定连接于所述底板且依次间隔设置，相邻两个所述振镜框形成第一安装部，所述致动器驱动装置一一对应的固定连接于所述振镜框的第一安装部。

9.根据权利要求8所述的扩展像素分辨率致动器系统，其特征在于，所述基座组件还包括玻片，所述多个振镜框围合成第二安装部，所述玻片与所述振镜框固定连接且位于所述第二安装部。

10.根据权利要求9所述的扩展像素分辨率致动器系统，其特征在于，全部所述致动器驱动装置围设于所述玻片的周向，且同一对所述致动器驱动装置分别位于所述玻片相对的两侧。

11.一种投影系统，其特征在于，包括权利要求6-10任一项所述的扩展像素分辨率致动器系统。

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