TWI795836B

TWI795836B - 三軸微機電鏡面元件

Info

Publication number: TWI795836B
Application number: TW110125178A
Authority: TW
Inventors: 發明人放棄姓名表示權
Original assignee: 千石科技股份有限公司
Priority date: 2021-07-08
Filing date: 2021-07-08
Publication date: 2023-03-11
Also published as: TW202303221A

Abstract

本發明係一種三軸微機電鏡面元件，其鏡面座係以二快軸致動件連接至一內框，該內框以二第一慢快軸致動件分別連接至二慢軸致動組，各該慢軸致動組包含有一第二慢軸致動件；因此，本發明三軸微機電鏡面元件係可以利薩如掃描模式驅動該二慢軸致動件及該二第一快軸致動件，或以光柵掃描模式驅動該二慢軸致動件及該二第二快軸致動件，增加使用彈性。

Description

三軸微機電鏡面元件

本發明係關於一種微機電鏡面元件，尤指一種三軸微機電鏡面元件。

目前部分微投影裝置使用二個單軸微機電掃描鏡元件，並以其轉軸線呈正交方向設置此二單軸微機電掃描鏡元件，再配合一控制電路驅動該二微機電掃描鏡元件，將影像光源向外投射後顯像。

目前單軸微機電掃描鏡元件的致動結構形式很多，如圖5A所示，係為一種電磁致動型的單軸微機電掃描鏡元件50，其於一框體51的二相對側511分別以二個扭桿52連接一座體53，該座體53上設置有一鏡面54及一線圈55，該線圈55係圍繞在該鏡面54四周，供一控制電路(圖中未示)電連接，又該框體51的另二相對側係分別間隔設置二永久磁鐵56。該控制電路係透過輸出予該線圈55的電流方向，使其產生不同方向的電場，與該二永久磁鐵56的磁場作用後，可決定該座體53及其上的鏡面54相對該框體51往特定方向轉動。

如圖5B所示，係為一種壓電致動型的單軸微機電掃描鏡元件60，其於一框體61的二相對側611分別以二個S型壓電件62連接一座體63，該座體63上設置有一鏡面64；其中該二S型壓電件62係同樣供一控制電路(圖中未示) 電連接，由該控制電路的依據其電壓與形變特性輸出不同電壓，控制其形變方向，進而使該座體63及其上的鏡面64相對該框體61往特定方向轉動。

如圖6所示，為一種靜電式雙軸微機電掃描鏡元件70，其包含有一外框體71、一內框體72及一鏡座73；其中該鏡座73係以二個第一軸件731連接於該內框體72位在y軸上的二相對側721，該內框體72以二個第二軸件722連接於該外框體71位在x軸上的二相對側711；其中各該第一軸件731及各該第二軸件722為一梳狀電極；如此，可由一控制電路控制該二第一軸件731，以控制該鏡座73沿著該y軸相對該內框體72轉動；同理，該控制電路亦可控制該二第二軸件722，使該內框體72沿著該x軸相對該外框體71轉動，即可由該鏡座73完成影像光源的投射。

至於上述控制電路欲控制該雙軸微機電掃描鏡元件，概可採光柵掃描模式(Raster scan)及利薩如掃描模式(Lissajous Scan)，惟雙軸微機電掃描鏡元件一次只能供其中一種掃描模式用，無法相容此二種掃描模式，減少雙軸微機電掃描鏡元件的使用廣度，有必要進一步改良之。

有鑑於上述雙軸微機電掃描鏡元件僅能供單一掃描模式控制，故本發明的主要目的係提供一種三軸微機電鏡面元件。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該三軸微機電鏡面元件包含：一鏡面座，係包含：一座體；一鏡面，係設置於該座體上；以及二快軸致動件，係分別連接該座體在位於y軸上的二相對外側，以沿著y軸轉動；一內框，係圍繞在該鏡面座外，並與該二快軸致動件連接，且該內框包含有二第一慢軸致動件；其中該二第一慢軸致動件係分別連接在該內框位於x軸的二相對連接處，以沿著x軸轉動；以及二慢軸致動組，係分別間隔設置在該內框的該二相對連接處外且位在x軸上，且各該慢軸致動組包含：一第一支撐件，係間隔設置在對應的連接處外，以與該內框的對應第一慢軸致動件連接；一第二支撐件，係間隔設置在該第一支撐件外；以及一第二慢軸致動件，係設置在該第一及第二支撐件之間，以沿著x軸轉動。

如上所述，本發明的三軸微機電鏡面元件的一鏡面座係以二快軸致動件連接至一內框，該內框以二第一快軸致動件分別連接至二慢軸致動組，各該慢軸致動組包含有二第二快軸致動件；因此，本發明三軸微機電鏡面元件係可以利薩如掃描模式驅動該二慢軸致動件及該二第一快軸致動件，或以光柵掃描模式驅動該二慢軸致動件及該二第二快軸致動件，提高整體的使用彈性。

10:三軸微機電鏡面元件

11:鏡面座

111:座體

112:鏡面

113:快軸致動件

12:內框

121:第一慢軸致動件

122:第二側

123:第三側

13:慢軸致動組

131:第一支撐件

132:第二支撐件

133:第二慢軸致動件

134:第三支撐件

135:第四支撐件

50:單軸微機電掃描鏡元件

51:框體

511:側

52:扭桿

53:座體

54:鏡面

60:單軸微機電掃描鏡元件

61:框體

611:側

62:S型壓電件

63:座體

64:鏡面

圖1A：本發明三軸微機電鏡面元件的一實施例的一立體示意圖。

圖1B：圖1A的一俯視平面圖。

圖2A：本發明三軸微機電鏡面元件的另一實施例的一側視圖。

圖2B：圖2A的一動作示意圖。

圖3：本發明採用利薩如掃描模式進行驅動的一控制訊號示意圖。

圖4：本發明採用光柵掃描模式進行驅動的一控制訊號示意圖。

圖5A：既有一電磁致動型的單軸微機電掃描鏡元件的一立體圖。

圖5B：既有一壓電致動型的單軸微機電掃描鏡元件的一立體圖。

圖6：既有一雙軸微機電掃描鏡元件的一立體圖。

本發明係提供一種三軸微機電鏡面元件，以下配合多個實施例及圖式詳加說明技術內容。

首先請參閱圖1A及圖1B所示，本發明三軸微機電鏡面元件10的一實施例，其由內到外包含有一鏡面座11、一內框12及二慢軸致動組13。

上述鏡面座11係包含有一座體111、一鏡面112及二快軸致動件113；該鏡面112係設置於該座體111的頂面，且該二快軸致動件113係分別連接在該座體111位在y軸上的二相對外側，以沿著y軸轉動。於本實施例，該座體111呈一矩形，但亦可為圓形或其它形狀；該鏡面112呈一圓形，亦可為與座體111形狀匹配的矩形，但不以為限。此外，各該快軸致動件113係為一電磁致動器，如圖5A所示，該電磁致動器包含有一線圈及二永久磁鐵，亦可為圖5B所示的壓電致動器，即該壓電致動器係包含有一S型壓電件，或如圖6所示之靜電致動器，即該靜電致動件係包含有一梳狀電極。

上述內框12係圍繞在該鏡面座11外，以與該鏡面座11的該二快軸致動件113連接，該內框12係主要包含有二第一慢軸致動件121，以分別連接在該內框12位於x軸的二相對連接處，並沿著x軸轉動；於本實施例，該內框12係呈一矩形，以該鏡面座11同軸設置，該內框12包含有二第二側122及二第三側123；其中該二第二側122係相對地位在y軸上，故可與上述鏡面座11的該二快軸致動件113連接，該二第三側123係相對地位在x軸上，即作為上述該二連接處，以分別與該二第一慢軸致動件121連接。於本實施例，該內框12亦可為圓形，但均不以此為限。此外，該二第一慢軸致動件121係為電磁致動器，即如圖5A所示，該電磁致動器包含有一線圈及二永久磁鐵，亦可為圖5B所示的壓電致動器，即該壓電致動器係為一S型壓電件，或如圖6所示之靜電致動器，即該靜電致動件係為一梳狀電極。

上述二慢軸致動組13係分別間隔設置在該內框12的該二第二側122外且位在x軸上，且各該慢軸致動組13包含一第一支撐件131、一第二支撐件132及一第二慢軸致動件133；其中該第一支撐件131係間隔設置在對應的該第二側122外，以與對應該內框12的第一慢軸致動件121連接，該第二支撐件132係間隔設置在該第一支撐件131外，該第二慢軸致動件133則設置在該第一及第二支撐件132之間，以沿著x軸轉動；又各該第二支撐件132的厚度均大於各該第一支撐件131厚度、各該第二側122的厚度、各該第三側123的厚度及該鏡面座11之該座體111與鏡面112的總厚度。於本實施例，如圖1B所示，該二第一支撐件131可進一步與位在y軸上的二相對第三支撐件134，以構成一第一方框，並與該內框12同軸設置，又該二第二支撐件132係進一步連接位在y軸上的二相對第四支撐件135，以構成一第二方框，並與該第一方框同軸設置，且該第二支撐件132係與對應的該第一支撐件131平行，但不以此為限。

上述二慢軸致動組13的該二第二慢軸致動件133可係為如圖5A所示之電磁致動器，或圖5B所示的壓電致動器，或如圖6所示之靜電致動器等類似致動器，亦可採用如圖2A所示的電熱伸縮致動件，如形狀記憶合金(Shape memory alloy；SMA)，即各該第二慢軸致動件133可包含至少一條電熱伸縮致動件，或如圖2A所示包含二條電熱伸縮致動件，以分別連接於該第一支撐件131的頂面與底面；再如圖2B所示，該電熱伸縮致動件可施加電壓升溫後形變，進而調整鏡面座11的角度。

由上述說明可知，本發明的三軸微機電鏡面元件10的三軸係包含一快軸及二慢軸，故可供不同掃描模式進行驅動，即如圖3所示，為一利薩如掃描模式，在此模式下，該二快軸致動件113由一第一弦波訊號驅動，且該二第一慢軸致動件121由一第二弦波訊號驅動；其中該第一弦波訊號的頻率高於該第二弦波訊號；再如圖4所示，為一光柵掃描模式，而在此模式下，該二快軸致動件113由一第三弦波訊號驅動，且該二第二慢軸致動件133由一鋸齒波訊號驅動；其中該第三電壓弦波訊號的頻率高於該鋸齒波訊號。因此，本發明的三軸微機電鏡面元件可支援利薩如掃描模式及光柵掃描模式，具有更佳的使用彈性。

以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10:三軸微機電鏡面元件 11:鏡面座 111:座體 112:鏡面 113:快軸致動件 12:內框 121:第一慢軸致動件 122:第二側 13:慢軸致動組 131:第一支撐件 132:第二支撐件 133:第二慢軸致動件

Claims

一種三軸微機電鏡面元件，包括：一鏡面座，係包含：一座體；一鏡面，係設置於該座體上；以及二快軸致動件，係分別連接該座體在位於y軸上的二相對外側，以沿著y軸轉動；一內框，係圍繞在該鏡面座外，並與該二快軸致動件連接，且該內框包含有二第一慢軸致動件；其中該二第一慢軸致動件係分別連接在該內框位於x軸的二相對連接處，以沿著x軸轉動；以及二慢軸致動組，係分別間隔設置在該內框的該二相對連接處外且位在x軸上，且各該慢軸致動組包含：一第一支撐件，係間隔設置在對應的該連接處外，以與該內框的對應該第一慢軸致動件連接；一第二支撐件，係間隔設置在該第一支撐件外；以及一第二慢軸致動件，係設置在該第一及第二支撐件之間，係沿著x軸轉動。
如請求項1所述之三軸微機電鏡面元件，其中該內框係呈一方框，包含有位於y軸上的二相對第二側及位於x軸上的二相對第三側；其中該二相對第二側係與該鏡面座的該二快軸致動件連接，而該二第三側則與該二第一慢軸致動件連接。
如請求項2所述之三軸微機電鏡面元件，其中各該第二支撐件的厚度均大於各該第一支撐件厚度、各該第二側的厚度、各該第三側的厚度及該鏡面座之該座體與鏡面的總厚度。
如請求項1至3中任一項所述之三軸微機電鏡面元件，其中：於一利薩如掃描模式下，該二快軸致動件由一第一弦波訊號驅動，且該二第一慢軸致動件由一第二弦波訊號驅動；其中該第一弦波訊號的頻率高於該第二弦波訊號；以及於一光柵掃描模式下，該二快軸致動件由一第三弦波訊號驅動，且該二第二慢軸致動件由一鋸齒波訊號驅動；其中該第三電壓弦波訊號的頻率高於該鋸齒波訊號。
如請求項4所述之三軸微機電鏡面元件，其中各該快軸致動件、各該第一慢軸致動件及各該第二慢軸致動件均為電磁致動器，該電磁致動器係包含有一線圈及二永久磁鐵。
如請求項4所述之三軸微機電鏡面元件，其中各該快軸致動件、各該第一慢軸致動件及各該第二慢軸致動件均為一壓電致動器，而該壓電致動器係包含有一S型壓電件。
如請求項4所述之三軸微機電鏡面元件，其中各該快軸致動件、各該第一慢軸致動件及各該第二慢軸致動件均為一靜電致動器，而該靜電致動器係包含有一梳狀電極。
如請求項4所述之三軸微機電鏡面元件，其中：各該快軸致動件及各該第一慢軸致動件均為一電磁致動器，該電磁致動器係包含有一線圈及二永久磁鐵；以及各該第二慢軸致動件為一壓電致動器，而該壓電致動器係包含有一S型壓電件。
如請求項4所述之三軸微機電鏡面元件，其中：各該快軸致動件及各該第一慢軸致動件均為一靜電致動器，而該靜電致動器係包含有一梳狀電極；以及該二第二慢軸致動件為均為電磁致動結構，該電磁致動件係包含有一線圈及二永久磁鐵。
如請求項4所述之三軸微機電鏡面元件，其中：各該快軸致動件及各該第一慢軸致動件均為一靜電致動器，而該靜電致動器係包含有一梳狀電極；以及各該第二慢軸致動件為一電熱伸縮致動件。
如請求項4所述之三軸微機電鏡面元件，其中：各該快軸致動件及各該第一慢軸致動件均為一壓電致動器，而該壓電致動器係包含有一S型壓電件；以及各該第二慢軸致動件為一電熱伸縮致動件。
如請求項4所述之三軸微機電鏡面元件，其中：各該快軸致動件及各該第一慢軸致動件均為一壓電致動器，而該壓電致動器係包含有一S型壓電件；以及各該第二快慢軸動件為一電磁致動器，該電磁致動器係包含有一線圈及二永久磁鐵。
如請求項3所述之三軸微機電鏡面元件，其中：該二第一支持件係進一步連接位在y軸上的二相對第三支撐件，以構成一第一方框，並與該內框同軸設置；以及該二第二支撐件係進一步連接位在y軸上的二相對第四支撐件，以構成一第二方框，並與該第一方框同軸設置。