JP2011521288A - 誘起共振櫛型駆動スキャナ - Google Patents

Abstract

要約すると、一以上の実施形態に従って、走査プラットフォーム（１１４）に基づくＭＥＭＳが、走査プラットフォームの第一のフレームに第一の湾曲部材（２１０）のねじれ回転を介した振動を行わせるために、第一のフレームに配置された一組の櫛型の指状部（２１４、２１６）に駆動電圧を印可することによって直接走査プラットフォームの第一のフレーム（１１６）を駆動することにより、また第二の湾曲部材を介した第一のフレームと第二のフレームの機械的な結合を介して、間接的に走査プラットフォームの第二のフレーム（２１２）を駆動することにより、更に効率を向上させるために配置されている。減衰損失と仕事容量については、一組の指状部が第二のフレームの上に配置されて直接的に駆動電圧によって駆動される場合よりも、走査ミラーの操作がより効率良くなる。走査プラットフォームは、一次元スキャナ、二次元スキャナまたは多次元のスキャナから構成することができる。
【選択図】図１

Description

（背景）
既存の櫛型駆動二軸スキャナは、典型的には、より弱い駆動トルク（回転モーメント）と、櫛型の部分がトルクを入力される限定されたスキャン領域（走査領域）とによって、共振と非常に類似した動作を行う。それでも、これらの二軸且つ双共振のスキャナは、例えば撮像や表示のような用途での使用が可能である。しかしながら一般に、低速走査の共振周波数を、ひとつの低速な走査フレーム（スキャンフレーム、走査枠）の中で全ての高速走査線を生成する走査パターンを許容するほど充分に低くすることは、困難である。その代わりに、単一の完全なフレームを生成するためにいくつかの低速走査の周期が利用されるところでは、リサジューパターンを生成することが可能である。しかしながら、このようなパターン構成は、脳に偏りのないフレームパターンを知覚させることを可能とする使用者の目の動きによって引き起こされるモーションアーティファクト（動きアーティファクト、動きの人為結果）につながる。この問題の一つの解決法は、低速走査の共振周波数を減じることである。既存の櫛型駆動スキャナにおいては、両方の軸が、ねじれた湾曲部材によって浮遊状態になる（一時停止状態となる）可能性がある。より低速な走査の共振を減じるために、設計者は湾曲部材を長くしたり、湾曲部材をより薄くしたり、動くフレームの重量を増加させる必要がある。このような選択は、スキャナが環境的な加速度の影響を受け易くする可能性がある。静的な加速度荷重ｇのもとでの変位量ｘは、共振周波数ωの二乗に反比例する。すなわち、

（数式）
ｘ＝ｇ／ω^２

この変位ゆえに、これらの加速度は、櫛型の部分に互いの衝突を引き起こさせる可能性がある。このような衝突は、指状部を詰まらせる可能性がある。その詰まりは、動きを妨害したり、及び／又は互いにかみ合った櫛型の指状部を通る電圧がかかった時にデバイスを損壊する恐れのある電気的なショートを発生させたりする。更にまた、より薄い湾曲部材及び／又はより長い湾曲部材の構成もまた、水平（横）方向のスキャナの動きの結果として生じる柔軟性によって、櫛型の部分に衝突をもたらす可能性がある。このように、低速走査のねじれた湾曲部材を、櫛型の部分の衝突を引き起こす水平方向の動きに抗することができる程度に充分堅牢にし、同時にそれらを所望されている、より低い周波数を達成できる程度に充分に柔軟に形成することは難しい。

より高い解像度のディスプレイへの適用のための、高い水平軸方向の走査角度と、走査する周波数とは、空気力学的な減衰を通じて高いエネルギー損失を引き起こす可能性がある。減衰力と減衰トルクとは、櫛型の指状部の周囲の空気の流れと、鏡自体の空気抵抗とによって発生する。共振システムにおいて、一周期当たりのエネルギー入力が一周期当たりのエネルギー損失と等しいときに安定した定常状態の走査ミラー（走査用ミラー、スキャニングミラー）の振動が存在するために、システムへのエネルギー入力の総量は、減衰エネルギー（制動エネルギー）の損失と釣り合うべきである。走査角度の増大に伴う急速な減衰の増加は、櫛型駆動走査用ミラーに基づく表示システムのための高いエネルギー入力の条件を課す。一例として、スーパービデオグラフィックスアレイ（ＳＶＧＡ）規格のディスプレイを３２ＫＨｚで走査するミラーの走査角度（ＭＳＡ）が１０°の場合の動力の大きさの概算量は、２７６Ｖである。このようなより高い電圧の振幅は、システムの統合と小型化の障害となる可能性がある。

請求項に記載の対象は、明細書の結論部分を特異的に指摘されており、且つ明確に述べられているものである。しかしながら、そのような記載された対象は、下記の添付された図面と共に解釈されれば、以下に記載の詳細な説明を参照することによって理解されるであろう。

図１は、一以上の実施形態に従った、走査線ディスプレイの図である。 図２は、一以上の実施形態に従った、二軸櫛型駆動走査プラットフォーム（基本構造）の図である。 図３は、一以上の実施形態に従った、第三の本体部材が低速走査駆動フレームで構成されていることを特徴とする、三つの本体部材からなる二次元走査プラットフォームのブロック図である。 図４は、一以上の実施形態に従った、走査プラットフォームの低速の走査軸の集中定数モデルの図である。 図５は、一以上の実施形態に従った、低周波数の固有モードをもたらす物体を加えた走査プラットフォームの図である。 図６は、一以上の実施形態に従った、走査プラットフォームの低速走査プレートの対数目盛での周波数応答曲線である。 図７は、一以上の実施形態に従った、走査プラットフォームの低速走査プレートの周波数応答の線形目盛のグラフである。 図８は、一以上の実施形態に従った、走査プラットフォームの外側の本体部材の傾斜角度の対数目盛での周波数応答曲線である。 図９は、一以上の実施形態に従った、走査プラットフォームの外側の本体部材の傾斜角度の周波数応答の線形目盛のグラフである。 図１０は、一以上の実施形態に従った、第三の本体部材が高速走査駆動フレームで構成されていることを特徴とする走査プラットフォームの、三つの本体部材でなる二次元走査プレートの図である。 図１１は、一以上の実施形態に従った、走査プラットフォームの高速走査駆動フレームに対する一周期あたりのエネルギー入力のグラフである。 図１２は、一以上の実施形態に従った、減衰エネルギー損失周期と走査角度との関係と、走査プラットフォームの駆動電圧の変化に伴う一周期あたりの駆動フレームの櫛型の部分のエネルギー入力と走査角度との関係とを示すグラフである。 図１３は、一以上の実施形態に従った、Ｙ軸若しくはＸ軸のまわりで回転する揺動モードにおける動作が可能な外側のフレームを示している一次元櫛型作動走査フレームの図である。 図１４は、一以上の実施形態に従った、三つの本体部材からなる二次元櫛型作動操作フレームの図である。

単純化、及び／又は図示の明確化のために、これらの図の中で示された要素は、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを留意していただきたい。例えば、いくつかの要素の寸法は、明確化のために、他の要素と比較すると拡大されている。更に、もし適切であると見なされるのであれば、図の中で関連する及び／又は類似する要素を示す参照番号は繰り返し使用されている。

（詳細な説明）
以下の詳細な説明において、多数の特定の詳細な内容は、請求項に記載の内容の完全な理解を提供するために記載されている。しかしながら、これらの特定の詳細な内容がなくとも、請求項に記載の内容が当業者によって実施可能であることは理解されるであろう。他の例では、周知の方法、手順、構成要素及び／又は回路は、詳細に記載していない。

以下の説明及び／又は請求項において、連結される及び／又は接続されるとの用語は、それらの派生語と同様に使用されている。特定の実施態様において、接続されるとは、二つ以上の要素が直接互いに物理的及び／又は電気的に接触することを示すために用いられる。連結されるとは、二つ以上の要素が直接物理的及び／又は電気的に接触していることを意味する。しかしながら、連結されるとは、二つ以上の要素が必ずしも直接互いに接触してはいないが、しかしなお協同し及び／又は互いに相互作用することを意味する場合がある。例えば、「連結される」とは、二つ以上の要素が互いに接触してはいないが、しかし他の要素又は中間の要素を介在させて間接的につながれていることを意味する場合がある。最後に、「の上に」、「を覆っている」、「の上方に」との用語は、以下の記載と特許請求の範囲に使用される。「の上に」、「を覆っている」、「の上方に」とは、二以上の要素が、直接、互いに物理的に接触していることを指し示すために使用される。しかし「の上方に」の用語は、２又はそれ以上の要素が、互いに直接接触してはいない状態を示すためにもまた使用される場合がある。例えば、「の上方に」とは、一つの要素がもう一つの要素の上にあるがしかし互いに接触していない場合であり、そしてもう一つの要素又は複数の要素が二つの要素の間にある場合を意味することがある。さらにまた、特許請求の範囲の記載がこの点で限定されるものではないが、「及び／又は」とは、「および」を意味する場合と、「または」を意味する場合と、「エクスクルーシブ＝オア（排他的なまたは、二つの内いずれか一方のみ）」を意味する場合と、「一つ」を意味する場合と、「いくらか、しかし全てではない」を意味する場合と、「どちらでもない」を意味する場合と、「両方」を意味する場合とがある。以下の明細書の記載及び／又は特許請求の範囲において、「構成される」と「含まれる」との用語は、その派生語と共に、互いに同義語と見なして（同義語を意図して）、使用される場合がある。

図１を参照し、本発明の一以上の実施形態に従った走査線ディスプレイ（走査される光線による表示装置）の図について解説する。図１は、解説のために走査線ディスプレイシステムを例示するが、バーコードスキャナのような走査線撮像システムが同様に一以上の実施形態に利用されることができる点に留意する必要がある。そして、請求項に記載の内容の範囲は、この点で制限されない。図１に示されるように、走査線ディスプレイ１００は、光源１１０を備えている。光源１１０は、レーザ又は同等のもののようなレーザ光源であってもよく、レーザ光線からなる光線１１２を放射することができる。光線１１２は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を搭載したスキャナ等で構成されることが可能な走査プラットフォーム１１４等に当たって、制御された出力光線１２４を生成するために、走査ミラー１１６で反射する。水平駆動回路１１８と垂直駆動回路１２０とは、出力光線１２４にラスタースキャン（ラスター走査）１２６を生成させるための、走査ミラー１１６を偏向させる方向を調整する。ラスタースキャン１２６は、例えば投影面上に、表示される画像１２８を作成する。表示制御部（ディスプレイコントローラ）１２２は、ラスターパターン１２６の中の出力光線１２４の位置に基づいて、並びに画像の中の対応する画素の対応する強さ及び／又は色の情報とに基づいて、表示される画像１２８としての画像情報を書き込むために、表示された画像の画素情報を走査プラットフォーム１１４に同期するレーザ変調に変換することによって、水平駆動回路１１８および垂直駆動回路１２０を制御する。表示制御部１２２は、走査線ディスプレイ１００の他のさまざまな機能を制御することもできる。

一以上の実施例において、高速走査の軸はラスタースキャン１２６の水平方向を基準とする。そして、低速走査の軸はラスタースキャン１２６の垂直方向を基準とする。走査ミラー１１６は、出力光線１２４を、相対的に高い周波数で水平方向に掃引（スイープ）し、且つ相対的に低い周波数で水平に掃引することができる。この結果、レーザ光線１２４の走査された軌跡は、ラスタースキャン１２８をもたらす。走査された結果としてなるである。しかしながら、特許請求の範囲の内容は、これらの点によって制限されない。櫛型駆動走査プラットフォーム１１４の例としての構造は、下記で図２に関して述べられる。

図２を参照し、一以上の実施例に従って、二軸櫛型駆動走査プラットフォームについて解説する。図２に示すように、走査プラットフォーム１１４は、走査本体部材２１２（走査を行う本体、スキャニングボディ）に連結する湾曲部材２１０によって概ねＹ軸に沿って懸架される走査ミラー１１６を備えている。走査ミラー１１６と走査本体部材とは、互いに噛み合わされた高速走査の櫛型の指状部２１４および２１６を備えている。指状部２１４および２１６は、湾曲部材のねじれ変形によって、湾曲部材２１０により定義されるＹ軸の回りで走査ミラー１１６を回転させるために、適切な駆動信号が供給可能（充電可能）となるように、それぞれが金属で被覆されるかさもなくば電気的に導電性となっている。一以上の実施形態においては、走査プラットフォーム１１４がシリコン技術を使用しているＭＥＭＳ装置で構成可能であるように、走査プラットフォームは、シリコン又は同種のもので構成されるが、特許請求の範囲の内容はこの点に限定されない。このように、一以上の実施例において、走査ミラー１１６は、湾曲部材が形成される材料のねじれ特性と共に、湾曲部材２１０により定義されるＹ軸の回りの走査ミラー１１６を回転運動の固有の共振特性を結果として生じさせることができる、特定の物体を備えるように設計されていてもよい。一以上の実施形態において、櫛型の指状部２１４と２１６に適用される駆動信号は、走査ミラー１１６をその設計された共振周波数の周辺値又はその値で駆動することが可能である。また一以上の代替的な実施形態では、駆動信号は、走査ミラー１１６の固有の共振周波数以外の周波数で、共振によらずに走査ミラー１１６を駆動することができるが、しかし特許請求の範囲の内容はこの点に限定されない。

一以上の実施形態において、走査本体部材２１２は、概ねＸ軸に沿って配置される湾曲部材２２０によって、固定フレーム２１８の内側に懸架されることが可能である。固定フレーム２１８は、通常は固定された本体部材又は他の支持用本体部材で構成されている。同様に、走査本体部材２１２と固定フレーム２１８とは、互いにかみ合わされた低速走査の櫛型の指状部２２４及び２２６を含む。指状部２２４および２２６もまた、それぞれが金属で被覆されており、且つ湾曲部材２２０のねじれ変形によって、湾曲部材２２０により定義されるＸ軸のまわりで走査本体部材２１２の全体の振動を引き起こすためのもう一つの駆動信号によって駆動されることができる。このように、一以上の実施例で、レーザ光線のような光の光線１１２は、走査ミラー１１６上に向かうよう方向付けられており、ラスタースキャン１２６または類似のパターンの出力光線１２４として、走査ミラー１１６で反射されることができる。このような構成に於いて、高速走査の櫛型の指状部２１４と２１６は、水平方向の高速走査をもたらす水平駆動回路１１８から受領する水平方向の駆動信号によって駆動されることができる。また低速走査の櫛型の指状部２２４と２２６は、全体として二次元のラスタースキャン１２６を発生させるための垂直方向の低速走査をもたらす垂直駆動回路１２０から受領する垂直方向の駆動信号によって駆動されることができる。但し特許請求の範囲の内容はこの点に限定されない。

図３を参照し、一以上の実施形態に従って、第三の本体部材が低速走査駆動フレーム（低速走査を駆動（励振）するフレーム）で構成されていることを特徴とする、三つの本体部材からなる二次元走査プラットフォームのブロック図について解説する。図３に示すように、図３の走査プラットフォーム１１４は図２の走査プラットフォーム１１４と実質的に類似している。しかしながら、走査本体部材２１２は、間に配置された外側の走査本体部材３１０を介して固定フレーム２１８に連結されている。走査本体部材２１２は、湾曲部材２２０を介して外側の走査本体部材３１０に連結されており、外側の走査本体部材３１２は、概ねＸ軸に沿って配置される外側湾曲部材３１２を介して固定フレーム２１８に連結されている。さらにまた、低速走査の櫛型の指状部２２４は、外側の本体部材３１０上に、固定フレーム２１８の低速走査の櫛型の指状部２２６と静電的に連結するように配置されている。このように、図３で示す走査プラットフォーム１１４の実施態様では、外側の本体部材３１０と走査本体部材２１２と走査ミラー１１６との全体が、好適な低速走査の駆動信号が低速走査の櫛型の指状部２２４と２２６とに適用された時に、本体部材外側の湾曲部材３１２によって定義されるＸ軸を中心として振動することができる。

一以上の実施形態において、図３で示す走査を予定しているプラットフォーム１１４の構成は、走査本体部材２１２から櫛型の部分を除去することによって、低速走査の櫛型の指状部２２４及び２２６の衝突を減少及び／又は除去することが可能である。その代わりに、低速の走査は、走査本体部材３１０の外側を固定フレーム２１８に連結する本体部材外側の湾曲部材３１２のねじれ変形を介して達成される。一以上の実施例において、本体部材外側の複数の湾曲部材は、他の場合であれば櫛型の指状部２２４と２２６とを互いに衝突させる横方向の動きを引き起こす傾向のある外側の振動及び／又は加速度が存在する中で、動きに抵抗することができる程度に充分に堅牢である。外側の本体部材３１０は、適切な櫛型駆動回路を経由して、６０ＨｚでトルクＴ_{ｄｒｉｖｅ}によって駆動可能である。一以上の実施例において、走査プラットフォームの力学系（動的システム）は、共振の二個の固有モードを有する可能性がある。このような動的なシステムの等価なバネ質量系が図４に示されており、以下に解説される。

これから、図４を参照し、一以上の実施形態に従った、走査プラットフォームの低速の走査軸の集中定数モデルを示す図について解説する。一以上の実施形態において、集中定数モデル４００は、図３に関連して図示されて解説されたような走査プラットフォーム１１４の力学系をモデル化しているが、但し特許請求の範囲の内容はこの点に限定されない。一以上の実施形態に於いて、走査プラットフォーム１１４のための実用的な設計は、湾曲部材２２０によって実現されるバネ（ｋ_ｓｓ）４１０と、外側の本体部材３１０によって実現される慣性（Ｊ_ｏｂ）４１２とによって定義される周波数にほぼ対応する、約６０Ｈｚ又はその近傍の第一の固有モードを有するであろう。第二の固有モードは、衝撃加速度による変位量が櫛型の指状部の破壊をもたらさないために、それよりも少々高い周波数を有している。このモードの周波数は、本体部材外側の湾曲部材３１２によって実現されるバネ（ｋ_ｏｂ）４１４と、慣性（Ｊ_ｏｂ）４１２とによって定義される周波数にほぼ対応する。慣性（Ｊ_ｍｉｒ＋Ｊ_ｓｓ）４１６は、走査ミラー１１６と走査本体部材２１２とのそれぞれの組み合わされた慣性によって実現される。支持面４１８は固定フレーム２１８によって実現される。この周波数を６０Ｈｚのモードよりも著しく高くし、且つ外側の本体部材３１０を支持する外側の湾曲部材３１２の妥当な大きさを維持するためには、慣性（Ｊ_ｏｂ）４１２を最小化或いは最小に近い値にする必要がある。一以上の実施形態において、Ｊ_ｓｓ＜Ｊ_ｓｓ且つｋ_ｏｂ＞ｋ_ｓｓとすることは理想的であるが、これを実際に実現可能とするためには種々の他の要因が影響する。このようなモードの周波数分離を得るために利用される一つの技術は、図５に示され、説明される。

これから、図５を参照し、一以上の実施形態に従って、低周波数の固有モードをもたらす質量の物体を加えた走査プラットフォームの図を解説する。走査プラットフォーム１１４は、薄型（低い位置）の等角図で図５に示されている。一つ以上の実施例において、追加された物体５２０は、外側の走査本体部材３１２に質量を追加することなく、より低い６０Ｈｚモードの周波数の達成を助けるために、走査本体部材２１２の背面に配置することができる。このような配置は、ねじれたバネに、それらの本来の堅牢さを残すことを許容する。しかしながら、増大された質量は、低速走査の本体部材２１２上に、外部の振動及び／又は加速度の入力の存在下で作用する増大された力をもたらすであろう。例えば、走査プラットフォームが携帯電話携帯型のデバイスとして採用されているときは、ユーザからの著しい衝撃の入力に適応することが可能でなければならない。しかしこれは、より低い６０Ｈｚモードの周波数を達成するための構成の単なる一例である。そして、特許請求の範囲の内容はこの点に限定されない。

図６，図７，図８，及び図９を参照し、一以上の実施形態に従って、外側の走査本体部材３１０と、走査プレート２１２とからなる力学系のための計算された周波数応答曲線について解説する。因子（パラメータ）は、連結された振動するもの（発信器）の２つのモードが、Ｑ値（品質係数）の値が約３０となる約６０Ｈｚと約１．０ＫＨｚの２つのモードとなるように選択された。図６は、外側の走査本体部材３１０に適用された周期的なトルクに応答した走査本体部材２１２の傾斜角度の対数プロットである。図６に示されるように、共振ピーク６１０が低速の走査モード約６０Ｈｚで発生しており、もう一つの共振ピーク６１２が約１ＫＨｚで発生している。図７は、６０Ｈｚ周辺の応答を線形目盛で示している。図７に示されるように、共振ピーク７１０が走査本体部材２１２の揺れの極大量に対応した低速の走査モードの約６０Ｈｚの周波数で発生している。図８は、外側の走査本体部材３１０の傾斜角度の周波数応答の対数プロットである。図８に示されるように、わずかな共振ピーク８１０が低速の走査モードの約６０Ｈｚで発生しており、非常に大きな共振ピーク８１２が約１ＫＨｚで発生している。図９は、６０Ｈｚ周辺の応答を線形目盛で示している。６０Ｈｚのモードは、走査本体部材２１２と外側の走査本体部材３１０の両方の振動からなり、ピーク９１０で示されている。しかし、例えば外側の走査本体部材３１０は０．２５°であり、走査本体部材２１２の７．４°と比較すると、外側の走査本体部材３１０の動きは相対的に小さい。走査本体部材２１２の共振応答は、外側の走査本体部材３１０の共振応答の約Ｑ倍である。

これから、図１０を参照し、一以上の実施形態に従った、第三の本体部材が高速走査駆動フレーム（高速走査を駆動（励振）するフレーム）で構成されていることを特徴とする走査プラットフォームの、三つの本体部材でなる二次元走査プレートの図について解説する。走査プラットフォーム１１４の減衰エネルギー損失に対処する一つの可能な解決策は、動いている部品の減衰を減少させることと、電気的信号の走査ミラー１１６の動きへの変換の効果を増加させることである。図１０に示す実施形態において、追加的な振動するフレームである高速走査フレーム１０１０は走査ミラー１１６の動きを励振する。一以上の実施形態において、高速走査の櫛型の指状部２１４と２１６は、走査ミラー１１６から除去されており、その結果、これらの走査ミラー１１６での減衰に対する寄与は取り除かれており、高速走査フレーム１０１０と固定フレーム２１８とに再配置されている。このような配置によって、櫛型の指状部２１４と２１６は、高速走査フレーム１０１０と固定フレーム２１８とに、走査ミラー１１６と走査本体部材２１２とに形成された場合よりも、増加した静電容量（より大きなキャパシタンス）を有するように形成することが可能である。この結果、走査プラットフォームの中の振動体に適用されるエネルギーは、いかなる駆動電圧を与えた時でも、その与えられた駆動電圧でより大きな駆動トルクを提供するように櫛型の指状部２１４と２１６のより大きな静電容量によって増加する。加えて、櫛型の指状部２１４と２１６は、高速走査フレーム１０１２の湾曲部材１０１２によって定義される軸からより大きな距離を離して配置されるために、回転軸からのそのより大きな距離を経由して得られる増加したトルクによって、与えられた駆動電圧でより大きな駆動トルクを得ることが可能となる。しかしながら、回転軸からのそのより大きな距離で配置された櫛型の指状部２１４と２１６によってもたらされるいかなる減衰もまた、増加される可能性がある。追加された減衰及び／又は追加された電気的な駆動トルクは、追加されている動く材料が配置されている回転軸からの距離Ｒで類似のスケール法則（変倍法則）に従う。それら両方とも、距離の平方Ｒ^２で増加する。一以上の実施形態において、櫛型の指状部２１４と２１６との形状、及び／又はもたらされる静電容量は、高速走査モードのための減衰の正味の減少をもたらすように選択されるが、特許請求の範囲の内容はこれらの点に限定されない。一以上の実施形態で、櫛型の指状部２１４と２１６との形状、及び／又はもたらされる静電容量は、減衰エネルギーの損失が増加することよりも多く、駆動信号によってなされる機械的な仕事の総量を増加させることによって、運用上の効率の正味の改善をもたらすように選択されるが、特許請求の範囲の内容はこれらの点に限定されない。

これから、図１１を利用し、一以上の実施形態に従って、走査プラットフォームの高速走査駆動フレームに対する一周期あたりのエネルギー入力のグラフを解説する。一以上の実施形態において、櫛型の指状部２１４は、概ね湾曲部材１０１２によって定義される低速の走査軸から約５ｍｍ離れて、高速走査フレーム１０１０の上に配置されていてもよく、そして櫛型の指状部２１４の寸法は約４００μｍである。種々の駆動電圧レベル（水準）のための一周期あたりの静電エネルギーの入力は、図１１のグラフにより示される。高速走査フレーム１０１０上の櫛型の指状部２１４は、エネルギーのグラフの中の明確な屈曲部分１１１０により表されるように、ほぼ０．６°のミラー走査角度（鏡走査角度、ＭＳＡ）で固定フレーム２１８上の櫛型の指状部２１６から離れる。高速走査駆動フレームの走査運動の必要量は、ミラー発振器の品質係数（Ｑ値）によって除算されたミラー走査角度にほぼ等しい。図１０の実施形態に示されている、櫛型の指状部を持たない約１ｍｍの鏡の直径を有する走査ミラー１１６のための、空気抵抗の減衰損失から計算される品質係数は、ＭＳＡが１０°の場合、約１３４である。また高速走査フレーム１０１０のための運動の必要量の概算量は、ほぼ１０／１３４ ＝ ０．０７°のＭＳＡである。しかしながら、これは、図１０で示されている走査プラットフォーム１１４の構成の単なる一つの例に過ぎない。そして、特許請求の範囲の内容はこれらの点に限定されない。

これから、図１２を利用し、一以上の実施形態に従って、減衰エネルギー損失周期と走査角度との関係と、走査プラットフォームの駆動電圧を変化させるための、一周期あたりの駆動フレームの櫛型の部分のエネルギー入力と走査角度との関係とを示すグラフを解説する。減衰エネルギー損失周期は曲線１２１０で示されており、また異なる駆動電圧レベルでの静電アクチュエーターによる一周期あたりのエネルギー入力変化に従った、ミラー走査角度に対してのグラフ化がなされている。図１２に示されるように、高速走査フレーム１０１０とそこに取り付けられている櫛型の指状部２１４に対する減衰がエネルギー損失に加えられている状態で、駆動エネルギーの入力は、相対的により少ない駆動電圧のレベルで、例えば走査ミラー１１６の１０°のミラー走査角度（ＭＳＡ）のための１７０Ｖでの減衰損失に一致する。そしてそれは、図２の中で一例として示した実施形態と比較すると１００Ｖ以上の減少である。言い換えれば、図１０に示した実施形態は、著しく減少した駆動電圧で、同一の量のミラー走査角度の偏向を得ることが可能である。しかしながら、特許請求の範囲の内容はこの点に限定されない。

これから、図１３を利用し、一以上の実施形態に従って、Ｙ軸若しくはＸ軸を中心として回転する揺動モードで動作が可能な外側のフレーム（外枠）を示している一次元櫛型作動走査フレームの図を解説する。一般に、一以上の実施形態では、櫛型の指状部１３１８及び１３２０が固定フレーム１３１２を基準として外側のフレーム１３１０を作動させるために利用され、且つ得られた駆動トルクは、機械的な結合を経由して走査ミラー１１６を備えている内側のフレーム（内枠）に連結されている場合に、走査プラットフォーム１１４のためのより少ない減衰を達成することができる。外側のフレーム１３１０は、湾曲部材１３１６のねじれ変形によってＹ軸を中心として回転することができる。且つ走査ミラー１１６は、外側のフレーム１３１４が湾曲部材１３１６を介して走査ミラー１１６に機械的に連結しているために、Ｙ軸を中心として回転する。もしも外側のフレーム１３１０が、図１３では湾曲部材１３１４のねじれを介して振動する走査ミラー１１６の共振周波数である、内側のフレームの共振周波数で励振された場合には、操作ミラー１１６の動作は、走査ミラー１１６の品質係数Ｑによって増幅される。櫛型の指状部及び／又は走査ミラー１１６へのいかなる電気的な入力も存在しないために、走査ミラー１１６の減衰はより低く、且つ結果として生じる品質係数はより高くなる。しかしながら、特許請求の範囲の内容はこの点に限定されない。

これから、図１４を利用し、一以上の実施形態に従って、三つの本体部材からなる二次元櫛型作動操作フレームの図を解説する。図１４、図２に示される走査プラットフォーム１１４の実施形態において、走査ミラー１１６を備えた内側のフレームは、高速の走査モードを提供するためにより高い周波数で共振する。そして、外側のフレーム１４１８は低速の走査モードを提供するためにより低い頻度で共振する。周波数応答の非線形的な特性のために、走査プラットフォームの櫛型の部分の駆動動作を操作可能な周波数の範囲は、制限されることができる。従って、走査ミラー１１６の共振周波数は、外側のフレーム１４１２のための操作の範囲であってもよい。一以上の別なる実施形態において、オフセット（食い違い）が櫛型の指状部の高さ方向にあるように、櫛型の指状部１４２４と櫛型の指状部１４２６、及び／又は櫛型の指状部１４２８と櫛型の指状部１４３０とを形成することができる。一以上の実施例において、この種の高さのずれた櫛型の指状部を形成することは、工程の中に追加的なマスク（マスキング工程）を含む可能性があるが、しかしながら櫛型の指状部のそれによってもたらされる構成は、直流電流（ＤＣ）を含む任意の周波数での走査プラットフォームの操作を許容することができる。このように、一以上の実施形態において、高速の走査駆動電圧は、フレーム１４１６を湾曲部材１ｓのねじれを介してフレーム１４１２に対してＹ軸のまわりで回転させるために、櫛型の指状部１４２８と１４３０とに適用されうる。フレーム１４１６は湾曲部材１４２２を介して走査ミラー１１６に機械的に連結し、これにより走査ミラー１１６に、高速の走査モードでの共振的にＹ軸を中心とした振動を引き起こす。同様に、低速の走査駆動電圧は、フレーム１４１２を湾曲部材１４１８のねじれを介してＸ軸のまわりで低速の走査モードで回転させるために、櫛型の指状部１４２４と１４２６とに適用されうる。しかしながらこれは、より低い減衰を備えた二次元の走査プラットフォームの単なる一例であって、特許請求の範囲の内容はこの点に限定されない。

請求項に記載された発明の内容についてある程度詳細に解説したが、本発明で利用されている要素は、専門家であれば本発明の精神及び／又は範囲から逸脱することなく変更が可能であることを理解するであろう。誘導共振櫛型駆動スキャナに関わる本発明の対象、及び／又はその多くの付随的利用性を提供する本発明の対象は、前述の説明により理解されるであろうが、本発明の範囲及び／又は精神から逸脱せずに、あるいはその使用材料の特性を犠牲にすることなく、使用部材の形態、構造及び／又は配置において種々の変更を施すことが可能であることは明らかであり、解説した本発明の実施形態はそれについての単なる例示的な態様、及び／又は更なる実質的な変化が提供されることない例示的な態様である。特許請求の範囲はこれら全ての変更を包含するものである。

１００ 走査線ディスプレイ
１１０ 光源
１１２ 光線
１１４ 走査プラットフォーム
１１６ 走査ミラー
１１８ 水平駆動回路
１２０ 垂直駆動回路
１２２ 画像制御部
１２４ 出力光線
１２６ ラスタースキャン
２１０ 湾曲部材
２１２ 走査本体部材
２１４，２１６，２２４，２２６ 櫛型の指状部

Claims (15)

1. 走査プラットフォームであって、
   走査本体部材の中に配置された走査ミラーと、
   第一の湾曲部材を介して前記走査本体部材と前記走査ミラーとを支持する外側のフレームであって、前記外側のフレームが第二の湾曲部材を介して固定された本体部材に支持されており、前記走査本体部材と前記外側のフレームとがそれらの上に配置された櫛型の指状部の第一のセットを備えており、前記櫛型の指状部の第一のセットが、前記櫛型の指状部の第一のセットに適用された第一の駆動電圧に応答して前記第一の湾曲部材のねじれ若しくは他の変形によって第一軸のまわりで前記走査本体部材の振動を引き起こすように配置されており、前記外側のフレームと前記固定されたフレームとがそれらの上に配置された櫛型の指状部の第二のセットを備えており、前記櫛型の指状部の第二のセットが、前記櫛型の指状部の第二のセットに適用された第二の駆動電圧に応答した前記第二の湾曲部材のねじれ若しくは他の変形によって第二軸のまわりりで前記外側のフレームの振動を引き起こすように配置されている外側のフレームと、を備えており、
   前記第一の駆動電圧と前記第二の駆動電圧とに由来する二次元の走査パターンをもたらすために、前記走査ミラーは、前記走査本体部材の振動によって前記第一軸のまわりで振動し、且つ前記走査ミラーは前記外側のフレームの振動によって前記第二軸のまわりで振動することを特徴とする走査プラットフォーム。
2. 前記走査ミラーが第三の湾曲部材を介して走査本体部材によって支持されていることを特徴とする請求項１に記載の走査プラットフォーム。
3. 与えられたレベルの前記第二の駆動電圧に対して前記外側のフレームの前記振動のためのより大きな駆動エネルギーをもたらすために、前記櫛型の指状部の第二のセットは、この櫛型の指状部が走査ミラーの上に配置された場合に発生すると考えられるよりも増加した静電容量を有していることを特徴とする請求項１に記載の走査プラットフォーム。
4. 前記外側のフレームの前記櫛型の指状部の第二のセットは、前記外側のフレームに適用される増加したトルクの量によって、与えられたレベルの前記第二の駆動電圧に対して前記櫛型の指状部が走査ミラーの上に配置された場合に発生すると考えられるよりも大きなミラー走査角度をもたらすことを特徴とする請求項１に記載の走査プラットフォーム。
5. 前記櫛型の指状部の第二のセットによってなされる仕事の総量若しくは前記櫛型の指状部の第二のセットからの減衰、又はこれらの組み合わせが、前記櫛型の指状部の第二のセットが前記走査ミラーの上に配置された場合よりも、走査効率の増大をもたらすことを特徴とする請求項１に記載の走査プラットフォーム。
6. 前記走査本体部材が約６０Ｈｚの周波数で振動し、前記外側のフレームが約３２ｋＨｚの周波数で振動することを特徴とする請求項１に記載の走査プラットフォーム。
7. 前記第一の湾曲部材若しくは前記第二の湾曲部材、又はこれらの組み合わせが、二以上の湾曲部材からなることを特徴とする請求項１に記載の走査プラットフォーム。
8. ＭＥＭＳ走査システムであって、
   光線を放射することができる光源と、
   ＭＥＭＳ走査プラットフォームと、
   前記ＭＥＭＳ走査プラットフォームを照射するように前記光源を制御する制御部と、を備えており、前記ＭＥＭＳ走査プラットフォームは、
   第一の湾曲部材を介して走査本体部材によって支持された走査ミラーを備えており、前記走査ミラーと前記走査本体部材とがそれらの上に配置された櫛型の指状部の第一のセットを備えており、前記櫛型の指状部の第一のセットが適用される第一の駆動電圧に応答した第一の湾曲部材のねじれによって第一軸のまわりで前記走査ミラーを振動させるように配置されており、
   且つ第二の湾曲部材を介して前記走査ミラーと前記走査本体部材とを支持する外側のフレームを備えており、前記外側のフレームが第三の湾曲部材を介して固定された本体部材に支持されており、前記外側のフレームと前記固定された本体部材とがそれらの上に配置された前記櫛型の指状部の第二のセットを備えており、前記櫛型の指状部の第二のセットが適用される第二の駆動電圧に応答した前記第三の湾曲部材のねじれによって第二軸のまわりで前記外側のフレームの振動を引き起こすように配置されており、
   前記第一の駆動電圧と前記第二の駆動電圧とに由来する二次元の走査パターンをもたらすために、前記走査ミラーは、前記走査本体部材を介した前記走査ミラーと前記外側のフレームとの結合によって前記第二軸のまわりで振動することを特徴とするＭＥＭＳ走査システム。
9. 操作の第一の固有モードが、前記第二の湾曲部材と前記走査本体部材の慣性とにより少なくとも一部が設定された周波数に対応しており、操作の第二の固有モードが、前記第三の湾曲部材と前記外側のフレームの慣性とにより少なくとも一部が設定された周波数に対応していることを特徴とする請求項８に記載のＭＥＭＳ走査システム。
10. 前記第三の湾曲部材のねじれ回転に対応するバネ定数が、前記第二の湾曲部材のねじれ回転に対応するバネ定数よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載のＭＥＭＳ走査システム。
11. 走査プラットフォームであって、
    外側のフレームと、外側のフレームに湾曲部材を介して結合された内側のフレームとを備えており、前記外側のフレームと前記内側のフレームとは、駆動電圧が適用された場合に外側のフレームに対して内側のフレームを駆動可能な櫛型の指状部の第一のセットを備えており、
    更に、前記内側のフレームに連結された走査ミラーを備えており、
    前記走査ミラーは、前記内側のフレームと前記走査ミラーとの機械的な結合を経由した駆動電圧に応答して振動することができることを特徴とする走査プラットフォーム。
12. 前記走査ミラーは、ねじれた湾曲部材を介して前記内側のフレームと機械的に連結されることを特徴とする請求項１１に記載の走査プラットフォーム。
13. 前記内側のフレームは、前記走査ミラーの振動の共振周波数の周辺値又はその値で駆動されることを特徴とする請求項１１に記載の走査プラットフォーム。
14. 前記内側のフレームを直接的に駆動することにより前記走査ミラーを間接的に駆動することによって、前記走査ミラーの振動の品質係数は、前記櫛型の指状部のセットが走査の上に配置されて駆動電圧によって直接駆動された場合よりも高くなることを特徴とする請求項１１に記載の走査プラットフォーム。
15. 前記外側のフレームの上に配置された前記櫛型の指状部が、前記櫛型の指状部が位置する前記内側のフレームの上に配置された平面の外側に少なくとも部分的に位置することを特徴とする請求項１１に記載の走査プラットフォーム。

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