TWI438486B - 微振鏡裝置 - Google Patents
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Description
本發明係為一種微振鏡技術，由其是指一種利用複合波驅動使反射鏡進行二維轉動之一種微振鏡裝置。
目前微型投影機是相當熱門的技術，相關的廠商以及研發單位已經投入相當大的資金，積極佈局，企圖搶這塊領域，可見微型投影機的市場極為受到矚目。微型投影機可與各種電子裝置(如：手機或筆記型電腦)結合。以手機為例，藉由投影模組的組裝，使手機具有投影功能，提供簡報的便利性，也增加消費者的購買的動機。目前市售的微型投影機，外觀上呈現扁平型，其元件的組成也以降低厚度方向的尺寸設計為主，這樣不僅容易達到可攜式目的，而且也易於跟其他產品結合。
微型投影機的關鍵技術之一是反射鏡的旋轉角度要大，以及旋轉頻率要高，以XGA解析度800x600來看，要達到一秒30個畫面，則快軸需要有18kHz以上的速度，越大越好。習用技術中，微型投影機的反射鏡驅動方式，主要分電磁式、靜電式和壓電式三種，因應各種驅動方式而改變反射鏡的設計。
例如：美國專利US.Pat.No.7,442,918，則揭露一種微機電裝置，其係利用微機電(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)製程技術同時在鏡面快軸與外環慢軸上，電鑄雙層平面線圈(Electroplating double layer planar coil)，當線圈通電後與兩側永久磁鐵反應生成勞倫玆力，而可分別致動快慢軸。另外，美國專利US.Pat.No.7,659,918則揭露一種單軸掃描裝置，其係利用壓電材料使中間的反射鏡往復轉動；或是在反射鏡兩邊產生振動，讓中間反射鏡產生旋轉。此外，又如美國專利US.Pat.No.7,446,919則教導一種單軸掃描元件，其係利用四個壓電驅動器使中間的反射鏡轉動。
本發明提供一種微振鏡裝置，其係具有低耗能、高頻驅動和薄型化之設計，該微振鏡裝置利用兩種複合電訊號來分別驅動兩個振動結構，每一個複合電訊號具有兩種不同頻率的訊號。該兩個振動結構接收複合電訊號而分別產生具有兩種不同振動模態的複合波至具有快軸反射鏡與慢軸反射鏡的基板上，使得快慢軸反射鏡可以共振產生轉動，其中低頻振動模態會讓慢軸的反射鏡相對扭轉，高頻振動模態會讓快軸的反射鏡快速扭轉。藉由雙軸反射鏡的轉動可以完成二維掃描，以達到投影的效果。
在一實施例中，本發明提供一種微振鏡裝置，包括：一基板，具有一第一反射鏡以及一第二反射鏡；以及一振動部，具有一固定板、一第一振動結構以及一第二振動結構；該第一振動結構以及該第二振動結構分別設置於該固定板上且與該基板相耦接；該第一振動結構係接收一第一驅動訊號以產生具有一第一振動模態以及一第二振動模態之第一複合振動波；該第二振動結構係接收一第二驅動訊號，以產生具有一第三振動模態以及一第四振動模態之一第二複合振動波；該第一振動模態與該第三振動模態係同頻同相，該第二振動模態與該第四振動模態係同頻反向，該第一複合振動波與該第二複合振動波驅動該第一反射鏡產生一第一軸轉動以及驅動該第二反射鏡產生一第二軸轉動。
在另一實施例中，本發明更提供一種微振鏡裝置，包括有：一基板，其內具有一第一反射鏡以及一第二反射鏡，該基板上具有一開槽；以及一振動部，其係具有一第一振動結構以及一第二振動結構，該第一振動結構與該第二振動結構係分別設置於該基板上且位於該開槽之兩側，該第一振動結構係接收一第一驅動訊號以產生具有一第一振動模態以及一第二振動模態之第一複合振動波，該第二振動結構係接收一第二驅動訊號，以產生具有一第三振動模態以及一第四振動模態之一第二複合振動波，該第一振動模態與該第三振動模態係同頻同相，該第二振動模態與該第四振動模態係同頻反向，該第一複合振動波與該第二複合振動波驅動該第一反射鏡產生一第一軸轉動以及驅動該第二反射鏡產生一第二軸轉動。
為使 貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，下文特將本發明之裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得審查委員可以了解本發明之特點，詳細說明陳述如下：請參閱圖一所示，該圖係為本發明之微振鏡裝置第一實施例示意圖。在本實施例中，該微振鏡裝置2包括有一基板20以及一振動部21。該基板20，其內具有一第一開口200，該第一開口200內設置有一第一反射鏡201，該第一反射鏡201之兩端具有第一樞軸202，其係分別連接於該第一開口200之邊緣。在該第一反射鏡201內也開設有一第二開口203，其內具有一第二反射鏡204，該第二反射鏡204之兩側邊緣也具有一第二樞軸205，其係分別連接於該第二開口203之邊緣。本實施例中，該第一樞軸202係為X軸向之樞軸，第二樞軸205則為Y軸向之樞軸。
另外，如請參閱圖二A所示，在本實施例中，該第一反射鏡201之第一樞軸202係為Y軸向之樞軸，而第二反射鏡204之第二樞軸205則為X軸向之樞軸。在圖一與圖二A中，該第二樞軸205係為通過該第二反射鏡204之中心之實施態樣，另外，如圖二B所示，在本實施例中，該第二樞軸係與該第二反射鏡之中心92相距一距離d。再回到圖一所示，該基板20上面具有一第一開槽206，其係開設於該基板20相對於第一開口200之另一側。該第一開槽206將該基板20分成第一區塊207與第二區塊208。該第一開槽206係可以在垂直方向(Z方向)貫穿整個基板20，或者是沒有貫穿整個基板20。另外，如圖三A所示，該第一開槽206也可以有一部份之開槽結構2060貫穿基板20，而另一部分之開槽結構2061沒有貫穿的實施方式。此外，要說明的是，圖一中之該第一開槽206在本實施例中，並非為必要之元件，使用者可以根據基板20之材質，而選擇是否要開設該第一開槽206。開設第一開槽206之目的，在於讓振動部21所傳遞的振動能量更容易讓第一反射鏡201與該第二反射鏡204接收而因振動而轉動。
再回到圖一所示，該振動部21其係具有一固定板210、一第一振動結構211以及一第二振動結構212。該第一振動結構211與該第二振動結構212之一端係設置於該固定板210上，該第一振動結構211與第二振動結構212之另一端則藉由該固定板210耦接於該基板20上。該第一振動結構211與該第二振動結構212分別耦接於該第一開槽206兩側之第一區塊207與第二區塊208上。在本實施例中，該第一振動結構211與第二振動結構212係為壓電材料，其係可以接收電訊號之後產生振動。如圖三B所示，該圖係為本發明之固定板實施例立體示意圖。為了提升第一振動結構211與第二振動結構212振動的效果，本實施例中，該固定板上具有一第二開槽213。該第一振動部211以及該第二振動部212則分別設置於該第二開槽213之兩側。要說明的是，該第二開槽213，在本發明中並非為必要之元件，使用者可以根據固定板21之材質，而選擇是否要開設該第二開槽。
如圖四A與圖四B所示，該圖係分別為本發明之微振鏡裝置第二與第三實施例示意圖。在圖四A中，基本上與圖一類似，差異的是，本實施例中的該第一振動結構211以及該第二振動結構212係直接連接於該基板20上，且該固定板210之一側面214係抵靠於該基板20之一側面209上。此外，如圖四B所示，其係與圖四A纇似，差異的是，本實施例中之該固定板210之一側面214係與該基板20之一側面209保持一間隙215。要說明的是，雖然在圖四A與圖四B中的基板沒有如圖一所示之第二開槽213，但是熟悉此項技術之人可以根據需要而在圖四A與圖四B的實施例中開設該第二開槽213之結構。另外，如圖三B所示之固定板210結構，其亦可以在第二開槽213兩側固定板210上再形成具有缺口的結構，再將第一振動結構211以及該第二振動結構212設置於該固定板210上。
接下來說明本發明驅動第一振動結構與第二振動結構產生振動的方式。本發明係分別利用一驅動電訊號給該第一振動結構以及該第二振動結構，其中該第一振動結構所接收的驅動電訊號係為藉由頻率產生器將高頻電訊號與低頻電訊號所結合的複合電訊號；同樣地，該第二振動結構所接收的驅動電訊號也是藉由頻率產生器將高頻電訊號與低頻電訊號所結合的複合電訊號。請參閱圖一與圖五A所示，其中圖五A係為該第一振動結構與第二振動結構所接收之複合電訊號示意圖。在本實施例中，複合電訊號90用以驅動該第一振動結構211；而複合電訊號91則驅動該第二振動結構212。在圖五A所示之複合電訊號90與91中所含有的高頻電訊號所具有的相位係為同相位；而所含有的低頻電訊號所具有的相位係為相反之相位。該第一振動結構211與該第二振動結構212具有共用的接地極22，以節省訊號線數。藉由訊號線23與24為訊號輸入端，將複合電訊號90與91分別提供給第一振動結構210與第二振動結構211，使其產生振動。要說明的是，本實施例中所位之高頻與低頻之頻率係為一相對用語，高頻電訊號與低頻電訊號的大小係根據使用者驅動的需求而定。另外，除了圖五A之驅動電訊號態樣外，如圖五B所示，該圖係為該第一振動結構與第二振動結構所接收之複合電訊號另一實施例示意圖。在圖五B中，的複合電訊號為高頻反相，低頻同相之實施態樣。
如圖一，當該第一振動結構211係接收複合電訊號90後，會產生具有一第一振動模態以及一第二振動模態之第一複合振動波，該第二振動結構212係接收複合電訊號91後，會產生具有一第三振動模態以及一第四振動模態之一第二複合振動波。在本實施例中所用到的複合電訊號為如圖五A所示之態樣，因此該第一振動模態與該第二振動模態則屬於高頻的振動模態，亦即，該第一振動模態與該第三振動模態係同頻同相；同樣地，該第二振動模態與該第四振動模態係屬於低頻的振動模態，亦即同頻反向。藉由圖五A之驅動複合電訊號90與91的驅動，該第一複合振動波與該第二複合振動波驅動該第一反射鏡201產生一第一軸轉動，此即為慢軸轉動，以及驅動該第二反射鏡204產生一第二軸轉動，此即為快軸轉動。要說明的是，本實施例中，該第一振動模態與該第三振動模態之頻率係大於15KHz；該第二振動模態與該第四振動模態之頻率係小於1.5KHz，但不以此為限制。接下來說明驅動反射鏡之原理，首先說明第一反射鏡之驅動方式，在說明之前，先以第一與第三振動模態代表高頻振動，而第二與第四振動模態代表低頻振動，驅動的複合電訊號係為如圖五A所示之態樣。如圖六A所示，當第一與第二振動結構211與212中所含有的第二與第四振動模態傳遞至該基板20時，由於第二與第四振動模態為低頻反相的模態，因此第一與第二振動結構211與212中，低頻相反相位所產生之相對運動會造成基板20與該第一與第二振動結構211與212耦接之位置以第一開槽206為界兩側有相反相位之相對位移，此位移造成扭轉第一樞軸202，進而使第一樞軸202上之第一反射鏡201轉動，此微慢軸轉動。當第一反射鏡201達共振頻率時，會得到較大的扭轉角度。
至於第二樞軸205的轉動能量係由第一與第二振動結構211與212中的第一與第三振動模態所提供的高頻振動提供，如圖六B所示，高頻振動能量會傳遞至第二樞軸205，而使得第二樞軸205扭轉，進而使第二樞軸205上之第二反射鏡204轉動，此為快軸轉動。當第二反射鏡204達到共振頻率時，可以得到較大的扭轉角度。藉由第一與第二振動結構211與212所提供的振動能量，可以控制第一樞軸202與第二樞軸205扭轉，而改變第一反射鏡201與第二反射鏡204之角度，進而達到掃瞄功能。要說明的是，雖然圖六A與圖六B都是個別以第一樞軸202以及第第二樞軸205轉動，但是也可以是第一樞軸202與第二樞軸205都有轉動，至於轉動的角度大小以及第一反射鏡與第二反射鏡間轉動角度的差異，端視驅動的複合波訊號之高低頻電壓訊號而定。
請參閱圖七A與圖七B所示，該圖係為本發明之微振鏡裝置第四實施例示意圖。在本實施例中，該微振鏡裝置2基本上與圖一所示之結構類似，差異的是，微振鏡裝置2上的振動部25，其係由第一振動結構250與第二振動結構251所構成，該第一振動結構250與該第二振動結構251係分別直接設置於第一開槽206上兩側的第一區塊207以及第二區塊208上。因此，在圖七A的實施例中，並沒有如圖一所示之固定板210的結構。此外，該第一振動結構250與該第二振動結構251具有共用的接地極22，以節省訊號線數。至於驅動該第一振動結構250與該第二振動結構251產生振動的驅動方式，係為利用低頻反相，高頻同相的複合電訊號，來使該第一振動結構250與第二振動結構251產生復合的振動模態，其係如第一實施例所述，在此不作贅述。
此外，雖然在圖七A中，該第一振動結構250與該第二振動結構251與該基板20係為分開的結構，但在另一實施例中，該第一振動結構250、該第二振動結構251以及該基板20係為一體成型的結構。如圖七B所示之微振鏡裝置，其係與圖七A之結構類似，差異的是，圖七B中的第一樞軸202與第二樞軸205之配置與圖七A不同。此外，在圖七B中，驅動該第一振動結構250與該第二振動結構251產生振動的驅動方式，係為利用低頻同相，高頻反相的複合電訊號，來使該第一振動結構250與第二振動結構251產生復合的振動模態。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例，當不能以之限制本發明範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
2．．．微振鏡裝置
20．．．基板
200．．．第一開口
201．．．第一反射鏡
202．．．第一樞軸
203．．．第二開口
204．．．第二反射鏡
205．．．第二樞軸
206．．．第一開槽
2060、2061．．．開槽結構
207．．．第一區塊
208．．．第二區塊
209．．．側面
21．．．振動部
210．．．固定板
211．．．第一振動結構
212．．．第二振動結構
213．．．第二開槽
214．．．側面
215．．．間隙
22．．．接地極
23、24．．．訊號線
25．．．振動部
250．．．第一振動結構
251．．．第二振動結構
90、91．．．複合電訊號
92．．．中心
圖一係為本發明之微振鏡裝置第一實施例示意圖。
圖二A係為第一反射鏡與第二反射鏡之樞軸配置另一實施例示意圖。
圖二B係為第二反射鏡之旋轉軸配置另一實施例示意圖。
圖三A係為本發明之基板上之第一開槽另一實施例示意圖。
圖三B係為本發明之固定板實施例立體是示意圖。
圖四A與圖四B係為本發明之微振鏡裝置第二與第三實施例示意圖。
圖五A係為該第一振動結構與第二振動結構所接收之複合電訊號示意圖。
圖五B係為該第一振動結構與第二振動結構所接收之複合電訊號另一實施例示意圖。
圖六A與圖六B係為分別為第一反射鏡與第二反射鏡扭轉示意圖。
圖七A與圖七B係為本發明之微振鏡裝置第四實施例示意圖。
2．．．微振鏡裝置
20．．．基板
200．．．第一開口
201．．．第一反射鏡
202．．．第一樞軸
203．．．第二開口
204．．．第二反射鏡
205．．．第二樞軸
206．．．第一開槽
207．．．第一區塊
208．．．第二區塊
21．．．振動部
210．．．固定板
211．．．第一振動結構
212．．．第二振動結構
213．．．第二開槽
22．．．接地極
23、24．．．訊號線
Claims (18)
- 一種微振鏡裝置，包括：一基板，具有一第一反射鏡以及一第二反射鏡；以及一振動部，具有一固定板、一第一振動結構以及一第二振動結構；該第一振動結構以及該第二振動結構分別設置於該固定板上且與該基板相耦接；該第一振動結構係接收一第一驅動訊號以產生具有一第一振動模態以及一第二振動模態之第一複合振動波；該第二振動結構係接收一第二驅動訊號，以產生具有一第三振動模態以及一第四振動模態之一第二複合振動波；該第一振動模態與該第三振動模態係同頻同相，該第二振動模態與該第四振動模態係同頻反向，該第一複合振動波與該第二複合振動波驅動該第一反射鏡產生一第一軸轉動以及驅動該第二反射鏡產生一第二軸轉動；其中該基板具有一第一開口，該第一反射鏡兩側邊上分別具有一第一樞軸與該第一開口邊緣相連接，該第一反射鏡內具有一第二開口，該第二反射鏡兩側邊分別具有一第二樞軸與該第二開口之邊緣相連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之微振鏡裝置，其中該第二樞軸係通過該第二反射鏡之中心或者是與該第二反射鏡之中心相距一距離。
- 如申請專利範圍第1項所述之微振鏡裝置，其中該基板上更具有一第一開槽，該第一振動結構以及該第二振動 結構係耦接於該第一開槽之兩側的該基板上。
- 如申請專利範圍第1項所述之微振鏡裝置，其中該固定板更具有一第二開槽，該第一振動結構以及該第二振動結構係設置於該第二開槽之兩側。
- 如申請專利範圍第1項所述之微振鏡裝置，其中該第一振動結構與該第二振動結構之材料係為一壓電材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之微振鏡裝置，其中該第一振動結構與該第二振動結構係共用一接地極。
- 如申請專利範圍第1項所述之微振鏡裝置，其中該第一振動模態與該第三振動模態之頻率係大於15KHz。
- 如申請專利範圍第1項所述之微振鏡裝置，其中該第二振動模態與該第四振動模態之頻率係小於1.5KHz。
- 如申請專利範圍第1項所述之微振鏡裝置，其中該第一振動結構以及該第二振動結構係藉由該固定板連接於該基板上。
- 如申請專利範圍第1項所述之微振鏡裝置，其中該第一振動結構以及該第二振動結構係直接連接於該基板上，且該固定板之一側面係抵靠於該基板之一側面上。
- 如申請專利範圍第1項所述之微振鏡裝置，其中該第一振動結構以及該第二振動結構係直接連接於該基板上，且該固定板之一側面係與該基板之一側面保持一間隙。
- 一種微振鏡裝置，包括：一基板，其內具有一第一反射鏡以及一第二反射鏡，該基板上具有一開槽；以及 一振動部，其係具有一第一振動結構以及一第二振動結構，該第一振動結構與該第二振動結構係分別設置於該基板上且位於該開槽之兩側，該第一振動結構係接收一第一驅動訊號以產生具有一第一振動模態以及一第二振動模態之第一複合振動波，該第二振動結構係接收一第二驅動訊號，以產生具有一第三振動模態以及一第四振動模態之一第二複合振動波，該第一振動模態與該第三振動模態係同頻同相，該第二振動模態與該第四振動模態係同頻反向，該第一複合振動波與該第二複合振動波驅動該第一反射鏡產生一第一軸轉動以及驅動該第二反射鏡產生一第二軸轉動；其中該基板具有一第一開口，該第一反射鏡兩側邊上分別具有一第一樞軸與該第一開口邊緣相連接，該第一反射鏡內具有一第二開口，該第二反射鏡兩側邊分別具有一第二樞軸與該第二開口之邊緣相連接。
- 如申請專利範圍第12項所述之微振鏡裝置，其中該第二樞軸係通過該第二反射鏡之中心或者是與該第二反射鏡之中心相距一距離。
- 如申請專利範圍第12項所述之微振鏡裝置，其中該第一振動結構與該第二振動結構之材料係為一壓電材料。
- 如申請專利範圍第12項所述之微振鏡裝置，其中該第一振動結構與該第二振動結構係共用一接地極。
- 如申請專利範圍第12項所述之微振鏡裝置，其中該第 一振動模態與該第三振動模態之頻率係大於15KHz。
- 如申請專利範圍第12項所述之微振鏡裝置，其中該第二振動模態與該第四振動模態之頻率係小於1.5KHz。
- 如申請專利範圍第12項所述之微振鏡裝置，其中該第一振動結構、第二振動結構係與該基板係為一體成型。
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