專利名稱：致動器、防護罩、制造方法、光偏轉器、掃描儀及投影儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種致動器、致動器防護罩、致動器制造方法、包含致動器的光偏轉器、二維光掃描儀、以及包含光掃描儀的圖像投影儀。
背景技術：
微機械技術(MEMQ制造的致動器在節約能源、微型化、高速操作等方面有很大提升。由硅晶片制成的致動器的驅動器能通過半導體微制造技術大規模且低成本地生產。圖1是這樣的致動器的示例。在圖1中致動器30包括矩形框架元件31、一對作為旋轉軸線的橫梁元件(扭力桿)32，和可移動元件33。所述一對橫梁元件連接于框架元件 31，而可移動元件33由框架元件31通過橫梁元件32支撐。例如鏡面33a設置在可移動元件33上。在致動器30上，可移動元件33通過橫梁元件的扭力轉動，如圖2、3所示。該致動器30可使用諧振小能量產生大幅度、高速的旋轉振蕩。此外，日本專利申請No. 2003-181800中公開的致動器30包括由折回部分3 和直線部分34b組成的彎折橫梁元件34、以及在該彎折橫梁元件上形成的壓電膜，如圖4、5所示。通過在相反方向上可選地彎折橫梁元件32的相鄰直線部分34b，該具有低彈性剛度的致動器可大大傾斜(incline)。也就是說，通過在框架元件31上安裝彎折橫梁元件，該致動器30可具有彈性系統，該彈性系統相當于在框架元件31大小沒變的情況下由長直線扭力形成的彈性系統。因此，可降低橫梁元件的彈性剛度并且在低速操作下降低彈性系統的諧振頻率。甚至不使用諧振，該致動器也可由小驅動力產生很大的旋轉。另外，日本專利申請No. 2010-148265公開了另一致動器，例如，該機構包括彎折振蕩器上的驅動器元件，來提高對驅動器元件的能量提供效率。另外，日本專利申請No. 2004-304856公開了一致動器，例如，該機構包括可移動元件，彎折橫梁元件、以及梳狀元件，其中該彎折橫梁元件相對于框架元件搖擺支撐可移動元件，并且該梳狀元件被固定在當可移動元件移動時與彎折橫梁元件嚙合的位置處。該類致動器，作為一種由易碎材料的硅制成的MEMS設備，當受到與旋轉軸線垂直方向的力時容易出現故障。此外，將該類致動器作為利用光束二維掃描物體成像的光掃描儀，優選彈性系統的低剛度以便降低副掃描方向上的諧振頻率，甚至由于支撐彈性系統的諧振頻率相對于期望的振蕩頻率過高而造成不產生諧振時，仍能通過小能量驅動致動器。然而，由于低彈性剛度，該致動器的機械強度降低從而很可能受到損壞或出現故障。并且，上面文獻中公開的彎折橫梁元件在有限空間內獲得低彈性剛度，但受到碰撞時產生問題，即與直線橫梁元件相比較，它可能發生很大移動，從而容易出現故障。例如，圖6示出了可移動元件33繞著旋轉軸線0正常旋轉。可移動元件33被設計成當旋轉時可移動元件33的移動區域被限制且致動器30不容易發生故障。
同時，在圖7和8中，由于對可移動元件33產生預想不到的力使其偏離旋轉軸線 0，橫梁元件32 (彎折橫梁元件34)發生變形和扭曲。存在移動元件33碰到在致動器30附近布置的電路元件等并且致動器30可能發生故障的可能性。

發明內容
本發明的目的是提供一種致動器，當受到碰撞時，該致動器能防止故障或損壞，同時提供該致動器的防護罩、致動器制造方法、包含致動器的光偏轉器、二維光掃描儀、以及包含光偏轉器的圖像投影儀。根據本發明的一方面，一種致動器包括框架元件；一對橫梁元件；可移動元件， 由所述框架元件通過所述橫梁元件旋轉地支撐；驅動器，用于使所述可移動元件相對于所述框架元件并圍繞作為旋轉軸的所述橫梁元件旋轉；以及在所述橫梁元件的旋轉軸線上設置的阻尼元件。


本發明的特征、實施例和優點，將參照附圖在以下詳細描述。圖1是傳統的致動器的結構示例的示意性立體圖；圖2是當以一方向旋轉時圖1中的可移動元件的立體圖；圖3是當以另一方向旋轉時圖1中的可移動元件的立體圖；圖4是另一傳統致動器的立體圖，該致動器包括連接可移動元件和框架元件的彎折橫梁元件；圖5示出了圖4中的彎折橫梁元件的另一示例；圖6示出了當可移動元件如設計那樣沿著旋轉軸線旋轉時的正常狀態下的彎折橫梁元件；圖7示出了當可移動元件偶然旋轉離開軸線時變形的彎折橫梁元件；圖8示出了當可移動元件偶然旋轉離開軸線時另一變形的彎折橫梁元件；圖9是根據本發明第一實施例的致動器的立體圖，示出了可移動元件的前面；圖10是圖9中的致動器的立體圖，示出了可移動元件的后面；圖11是根據本發明第二實施例的包括彎折橫梁元件的致動器的立體圖；圖12是圖11中的彎折橫梁元件的另一示例的立體圖；圖13是示出了施加的電壓的驅動頻率和角度幅值之間的關系的圖表；圖14是根據本發明第二實施例的致動器的示例的立體圖，該致動器在偏離旋轉軸線的位置處包括將彎折橫梁元件連接到可移動元件的第一連接軸和將彎折橫梁元件連接到框架元件的第二連接軸；圖15示出了在圖14中的致動器的旋轉軸線上非連續布置的用來橫跨直線部分的阻尼元件；圖16是根據本發明第三實施例的致動器的立體圖，該致動器包括在圖11中的彎折橫梁元件上連續形成的阻尼元件；圖17是包括在圖12中的彎折橫梁元件上連續形成的阻尼元件的致動器的立體圖18示出了在圖14中的致動器的旋轉軸線上連續布置的用來橫跨直線部分的阻尼元件；圖19是根據本發明第四實施例的致動器的立體圖，其中壓電膜形成在致動器橫梁元件的直線部分上；圖20示出了當橫梁元件移動時施加了電壓的圖19中的致動器；圖21是根據第五實施例的致動器的立體圖，該致動器包括在圖19中的致動器的平板部分的四個角處的碰撞減弱元件；圖22是根據第六實施例的致動器的前面的立體圖；圖23示出了圖22中的致動器的后面；圖M是根據第七實施例的致動器的立體圖，該致動器在后面包括用于容置排放單元的排出針腳的凹部；圖25示出了如何根據本發明的一個實施例的致動器制造方法在橫梁元件上形成阻尼元件的示例；圖沈示出了相互分離的模具和致動器；圖27示出了圖沈中的模具與框架元件裝配；圖觀示出了相互分離的模具和致動器的另一示例；圖四示出了圖觀中的模具與框架元件裝配；圖30示出了如何將阻尼材料附接在橫梁元件上；圖31示出了用于旋轉軸線模式識別的、彎折橫梁元件的旋轉軸線上形成的位置標記；圖32示出了在彎折橫梁元件的旋轉軸線上的間隙中布置的棒狀元件；圖33是在兩者之間提供了阻尼元件的棒狀元件和彎折橫梁元件的部分放大視圖；圖34示出了裝在圖19中的致動器上的致動器防護罩；圖35是圖34中的防護罩的放大立體圖；圖36是圖35中的致動器和防護罩的剖視圖；圖37是在彎折橫梁元件的旋轉軸線的橫向方向上的裝有防護罩的致動器的放大橫截面圖，示出了在壁中保持的彎折橫梁元件；圖38是圖37的壁中保持的彎折橫梁元件的另一個放大橫截面圖；圖39是圖37的壁中保持的彎折橫梁元件的另一個放大橫截面圖；圖40是裝有防護罩的致動器的平面圖，示出了阻尼元件的位置的另一例子；圖41是致動器阻尼元件的位置的另一例子的平面圖；圖42是裝有防護罩的致動器的后面的立體圖；圖43是包含根據本發明的致動器的光偏轉器致動器的例子的立體圖，該光偏轉器包括具有反射表面的平板部分；圖44是二維光掃描儀的平面視圖，其中內部嵌套有根據本發明的致動器；圖45是致動器的平面視圖，其中利用在彎折橫梁元件上的布線形成位置標記；圖46是圖45布線的一部分的放大視圖；圖47是圖像投影儀的結構的立體圖，該圖像投影儀包含圖44中的二維光掃描儀；以及圖48是圖像投影儀的另一示例的立體圖，該圖像投影儀包含圖44中的二維光掃描儀。
具體實施例方式接下來，將結合附圖進行詳細描述本發明的實施例。只要可能，在整個附圖中，相同的附圖標記將指示相同的部件。第一實施例圖9示出了根據本發明第一實施例的作為MEMS設備的致動器的實例。在圖9中， 致動器30包括矩形框架元件1，正方形可移動元件2和一對橫梁元件3。矩形框架元件1 包括長框架部分Ia和短框架部分lb，而可移動元件2通過橫梁元件3被保持在短框架部分 Ib當中。如圖9和10所示，可移動元件2包括前面的平板部分加和后面的加強壁2b。一對橫梁元件3在平行于長框架部分Ia的方向上延伸，并起到環繞框架元件1的縱向方向旋轉地支撐可移動元件2的功能。一對橫梁元件3被配置為細長形來減弱彈性剛度，由此橫梁元件3可以小的驅動力按預定的幅值和低頻率旋轉。在橫梁元件3的旋轉軸線上形成有阻尼元件4，延伸穿過短框架部分Ib到平板部分加的邊緣2a’處。阻尼元件需要由具有與形成橫梁元件3的硅相比非常小的彈性、衰減特性和力吸收特性的材料制成。它們還要能抵抗橫梁元件3的變形和旋轉速度。這樣的材料可是具有足以能夠保持阻尼元件4的形狀的高粘性的膠狀材料或橡膠材料。眾所周知，膠狀材料由硅制成，當紫外線照射或加熱時，一些膠狀材料具有粘性增加的特性。另外的膠狀材料可由兩種低粘性材料在經過預定長的時間后變為具有高粘性而得到。利用這種材料，通過迅速地將兩種低粘性材料混合并將其涂覆在需要的表面，可以有效地且精確地在需要的地方形成高粘性部分。本實施例的阻尼元件4由紫外線固化的膠狀材料制成。圖9中的致動器30包括未示出的驅動元件。該驅動元件可是電磁、靜電或壓電型元件等。阻尼元件4具有和速度成比例的抵抗，旋轉軸在該速度下發生變形以防止橫梁元件在受到碰撞或沖擊力時發生大變形。由此，可防止致動器30發生損壞或出現故障。同時，根據致動器30，阻尼元件4在正常旋轉時只有很小的移位。另外，阻尼元件的存在不增加對旋轉振蕩的抵抗。因此，具有低彈性剛度的作為旋轉軸的細長形橫梁元件3不增加對旋轉振蕩的抵抗，在受到碰撞時不會發生很大的變形。這可防止致動器30發生損壞。第二實施例圖11示出了橫梁元件3作為彎折橫梁元件3c的另一示例，彎折橫梁元件3c由折回部分3a和直線部分北組成。折回部分3a平行于長框架部分Ia延伸，同時直線部分北平行于短框架部分Ib延伸。
彎折橫梁元件3c包括連接軸3d、3e，其將可移動元件2旋轉地連接于框架元件1。 直線部分北在與旋轉軸線0正交的方向延伸并將連接軸3d和3e連接。本實施例的阻尼元件4不連續地布置在彎折橫梁元件3c的旋轉軸線0。本實施例的阻尼元件4由連接連接軸3d和直線部分北的阻尼元件如，連接在直線部分北之間的阻尼元件4b，以及連接直線部分北和連接軸!Be的阻尼元件如組成。因此，在旋轉軸線0上，阻尼元件沿著彎折橫梁元件3c的不連續空間橫向延伸。圖12示出了彎折橫梁元件3c的另一示例，彎折橫梁元件3c包括平行于短框架部分Ib的折回部分3a，和平行于長框架部分Ia的直線部分北。直線部分北也平行于旋轉軸線0。阻尼元件4由連接連接軸3d和折回部分3a的阻尼元件4a’，和連接折回部分3a 和連接軸3e的阻尼元件4b’組成。包括彎折形狀的橫梁元件的圖11至12中示出的致動器30可降低扭力方向上的彈性系數，且移動元件2可以小的驅動力低頻率振蕩。對于阻尼元件4使用具有低粘性的材料，該粘性可由紫外線照射增加從而防止阻尼元件松垂(sag)。對于阻尼元件4使用熱固化的膠狀材料，它的粘性可通過加熱而增加。阻尼元件4通過自施加微小彈性來防止橫梁元件因承受可移動元件2的重量而彎曲。根據本實施例，橫梁元件3被彎折來減少彈性剛度，以便利用很小的驅動力以低頻率旋轉，且在橫梁元件3的移位很小的旋轉軸線上安排阻尼元件4。因此，阻尼元件4不會增加對旋轉振蕩的抵抗，并且它們可阻止橫梁元件3在受到碰撞時發生大的變形，同第一實施例。由此，可防止該致動器30發生損壞。本發明的發明人在具有阻尼元件4或沒有阻尼元件4的情況下使用相同的碰撞測試機器對圖11中的致動器30進行碰撞-抵抗測試。已證實，具有阻尼元件4的致動器30 產生的加速度抵抗是沒有阻尼元件4的致動器30的兩倍。另外，為了檢查阻尼元件是否會不利地影響旋轉振蕩，測量具有壓電膜的可移動元件2 (例如，圖19所示)相對于驅動頻率的角度幅值，同時對于該壓電膜施加具有不變幅值的電壓并且該施加電壓的驅動頻率由小到大變化。圖13是施加電壓相對于驅動頻率的角度幅值的曲線圖。在圖13中，Ql是沒有阻尼元件的4致動器30的角度幅值的特性曲線，Q2是具有阻尼元件4的致動器30的角度幅值的特性曲線。沒有阻尼元件4，在高驅動頻率f0處發生銳諧振(sharp resonance) Pl，而在驅動頻率f l、f2處發生諧振P2、P3分別是在頻率f0處的諧振的大約一半和三分之一，如角度幅值特性曲線Ql所示。相反，具有阻尼元件4，高于頻率fO的驅動頻率fO’處發生諧振P4，而諧振P4的峰值比諧振Pl的峰值低很多。另外，具有阻尼元件4的致動器30的幅值敏感度(每單位電壓的角度幅值)在低驅動頻率范圍內不降低，這與不具有阻尼元件4的致動器30不同。另外，頻率f l、f2處的諧振P2、P3不出現在具有阻尼元件4的致動器30的角度幅值特性曲線Q2。因此，具有阻尼元件4的致動器30在低頻率范圍內不降低幅值敏感度，而在頻率Π、f2處也不產生諧振P2、P3。相應地，如果包含致動器30的電子設備在頻率fl和f2處振蕩，其角度幅值將不會超出設計的角度幅值。接著，圖14示出了包括彎折橫梁元件3c的連接軸3d、;3e的框架元件1的另一示例，連接軸3d、;3e裝在偏離旋轉軸線0的方向，而不是圖11、12所示的沿著旋轉軸線0的延伸方向。在圖14中，一對連接軸3d對稱布置在正方形可移動元件2的對角線中心Ox相對的角部。一對連接軸3e對稱布置在矩形框架元件1的對角線中心Ox(與可移動元件2的對角線中心一致)相對的角部。阻尼元件如”至4i”形成在旋轉軸線0上，如圖15所示。它們被不連續地布置在旋轉軸線ο上，延伸跨越直線部分北。包括如上配置的框架元件1的致動器30能獲得與圖 11中的致動器30相同的效果。成對的連接軸3d、3e能代替圖14_15的方式任意布置。第三實施例圖16示出了圖11中具有阻尼元件4的致動器30的另一示例，該阻尼元件4被配置為連續地延伸跨越旋轉軸線0上的直線部分北。圖17示出了圖12中具有阻尼元件4的致動器30的另一示例，該阻尼元件4被配置為平行于旋轉軸線0上的直線部分北連續地延伸。如圖16-17所示，將阻尼元件4連續地形成在彎折橫梁元件3c上，橫梁元件3c和阻尼元件4的接觸區域被擴大，且可防止阻尼元件從橫梁元件3分離從而保證緊固。此外， 阻尼元件4可很容易地應用到橫梁元件3上。此外，圖18示出了致動器30的另一示例，該致動器30的阻尼元件4連續布置以延伸跨越框架元件1的直線部分北，其中成對的連接軸3d、;3e對稱布置在圖14中的對角線中心Ox的相對的角部。這樣結構中的致動器30可獲得與圖11-12和圖14中的致動器30 相同的效果。第四實施例圖19示出了致動器30的另一示例，致動器30的壓電膜5形成在彎折橫梁元件3c 的直線部分北上。對該壓電膜施加一電壓，可移動元件2以圖19中箭頭所示方向K旋轉。 改變壓電膜5的彎曲方向，每個直線部分北可輕微移動。每次移動的累加能很大改變可移動元件2的幅值。阻尼元件4布置在連接軸3d、;3e之間以延伸跨越旋轉軸線上的直線部分北。圖 20示出了當可移動元件傾斜時，從旋轉軸線看去的直線部分北的虛擬傾斜。可看出由于累加各直線部分北的移動量造成可移動元件2很大傾斜于框架元件1。該阻尼元件被施加扭力，但拉力或壓力并不大。由此，在正常操作期間不會產生很大抵抗且不增加對正常旋轉振蕩的抵抗，它們能防止橫梁元件受到碰撞時發生大的變形并能防止致動器30損壞。另外，由于壓電膜直接布置于橫梁元件3上，因此致動器30不會增加尺寸。第五實施例圖21示出了致動器30的另一示例，該致動器30包括位于圖19中的可移動元件 2的平板部分加上的碰撞減弱元件6。碰撞減弱元件6用于減弱可移動元件2’發生很大移動時和碰到另外元件時的碰撞。碰撞減弱元件6是由與阻尼元件4相同的材料制成的。由易碎材料(例如硅樹脂)制成的可移動元件2和橫梁元件3受碰撞會受到損壞。 將柔性的碰撞減弱元件6設置在偏離連接軸3d、;3e的平板部分加上，可減弱由于任何原因造成可移動元件2碰到另外元件時的碰撞。使用同樣的材料，碰撞減弱元件6和阻尼元件4可通過紫外線照射、加熱等的單個制造處理而連續地形成在致動器30上，這會有助于縮短制造致動器30的工作時間。第六實施例圖22-23示出了致動器30的另一示例，在該致動器30中阻尼元件4位于橫梁元件3的背面。在圖19和21中，阻尼元件4于框架元件1的表面向外突出，由此減少在設計包含致動器30的未示出元件的自由度。根據本實施例，阻尼元件4形成在提供了可移動元件2的加強壁2b和框架元件1 的壁Ia的背面上。這可提高在設計包含致動器30的元件的自由度。第七實施例現在，參考圖M描述用于使得阻尼元件4形成在圖23所示的橫梁元件的背面上的排放元件，如下。排放元件7包括圓柱體7a和排出針腳7b。圓柱體7a內裝有膠狀材料。排放元件7用于從圓柱體7a排出膠狀材料。它控制圓柱體7a中包含的膠狀材料的量、圓柱體壓力、以及排出時間長度，以便從排出針腳7b排出恒定量的膠狀材料。通過使用排放元件7，框架元件1的壁la’和可移動元件2的加強壁2b妨礙排出針腳7b，這影響排放元件7將膠狀材料應用于加強壁2b上的連接軸3d和壁la’上的連接軸3e的預期位置。為了解決上述問題，根據本實施例的致動器30，具有分別位于框架元件1的壁la’ 和可移動元件2的加強壁2b的凹部8、9，用于引導排出針腳7b。由于凹部8、9，阻尼元件4 可精確地形成在連接軸3d和3e的預期位置處。第八實施例接下來，介紹阻尼元件的制造方法的示例。由膠狀材料被紫外線照射或加熱而制成的阻尼元件4在固化處理的初始狀態具有低粘性。由此，當應被用到橫梁元件3時，膠狀材料可能流出旋轉軸線并流下去，這阻礙了致動器30的正常旋轉。基于本實施例，在橫梁元件3上應用阻尼元件4，使得致動器30傾斜以造成阻尼元件4沿著旋轉軸線流動，如圖25所示。然后，阻尼元件4通過紫外線照射或加熱而固化在橫梁元件3的預期位置處。由此，通過傾斜(tilt)框架元件1的同時將膠狀材料應用到橫梁元件3上，在旋轉軸線上形成細長形的阻尼元件4。第九實施例圖沈示出了用于在橫梁元件3上使用低粘性膠狀材料形成阻尼元件4的模具10。 利用紫外線固化的膠狀材料制成阻尼元件的模具10由紫外線或光照可透過材料制成。模具10包括開口 10a、10b，沿旋轉軸線向延伸并引導排出針腳7b。如圖27所示， 排放元件7將膠狀材料施加于橫梁元件3上，同時模具10安置在框架元件1上。而后，阻尼元件4的膠狀材料由紫外線照射而固化。用熱固化膠狀材料作為阻尼元件4，模具10由熱導材料形成并被直接地照射以固化膠狀材料來形成阻尼元件4。第十實施例圖觀示出了模具10的另一示例，該模具10包括用于容納致動器30的凹部11，以便利用非常低粘性的膠狀材料形成阻尼元件4。凹部11成型為與彎折橫梁元件對應的形狀并包括用于容置阻尼元件4的膠狀材料的兩個凹陷。膠狀材料注入凹陷12并將致動器30裝配在模具10上，由此致動器30的前面正對著凹部11，如圖四所示。模具10由紫外線可穿透的膠狀材料制成，利用來自下方的紫外線照射固化凹陷中的膠狀材料以便在彎折橫梁元件3C的表面上形成阻尼元件4。此外，通過設置柔性的碰撞減弱元件6于偏離連接軸3d、3e的平板部分加上，用于形成碰撞減弱元件6的凹陷13能被形成在平板部分加的凹部11中，如圖28所示。第—^一實施例圖30示出了制造致動器30的另一示例，其中預先地將膠狀材料由紫外線照射而固化成期望形狀和大小來形成阻尼元件。阻尼元件4’可利用粘合劑連接到連接軸3d、3e， 該粘合劑可是阻尼元件4’的膠狀材料。使用熱可固化材料，阻尼元件4’通過熱固化連接到彎折橫梁元件3c。這能促進阻尼元件的制造處理。第十二實施例圖31是描繪了如何在彎折橫梁元件的旋轉軸線0上形成位置標記用以旋轉軸線 0的模式識別的示意圖。在本實施例中，通過應用類似涂料等于彎折橫梁元件3c的旋轉軸線0而形成位置標記Ma，例如橫跨橫梁元件3的直線部分北。阻尼元件4安置在位置標記Ma的方向來覆蓋位置標記Ma。因此，在旋轉軸線0上形成位置標記Ma用以旋轉軸線0的模式識別，當通過顯微鏡觀察到彎折橫梁元件3c的部分放大區域時可以識別旋轉軸線0的位置來形成阻尼元件 4。在應用處理中可不改變顯微鏡的放大倍數就獲知旋轉軸線0的位置，從而可準確地且快速地將阻尼元件4應用于彎折橫梁元件3c。另外，還可容易地檢查阻尼元件4是否恰當地安置于旋轉軸線0的正確位置或它們正確地延伸到彎折橫梁元件3c的空間。并且，通過利用圖像識別手段來識別位置標記 Ma，可方便地實現將阻尼元件4自動應用到彎折橫梁元件3c上。第十三實施例圖32-33示出了用于防止阻尼元件4擴散和滑落的棒狀元件Mz。棒狀元件Mz利用彎折橫梁元件3c的旋轉軸線0的間隙通過張力延伸。保持元件Mi用來保持住棒狀元件 Mz的兩端。當膠狀材料注入彎折橫梁元件3c和棒狀元件Mz之間時，阻尼元件的膠狀材料被表面張力拉到棒狀元件Mz并沿著該棒狀元件流動。這可防止膠狀材料在紫外線照射的固化處理中從彎折橫梁元件3c的直線部分北的空間中滑落。另外，膠狀材料可通過表面張力聚集在棒狀元件Mz上和彎折橫梁元件3c的旋轉軸線0上。換句話說，可防止膠狀材料從旋轉軸線0擴散到周邊位置。在膠狀材料固化成阻尼元件4以后，從阻尼元件4移除棒狀元件Mz。
第十四實施例圖34至36示出了根據上述任一實施例的致動器30的防護罩。圖34_35是將防護罩40安裝于致動器30上的的立體圖。防護罩40由矩形周邊壁40a和底壁40b組成。40c是由周邊壁40a圍繞出的空間，在該空間中設置致動器30，如圖36所示。空間40d在與可移動元件2相對的位置處的底壁40b上形成，以便允許可移動元件2旋轉。一對支撐壁40e在底壁40b上沿相反方向延伸，空間40d夾在它們中間。周邊壁 40a的長邊包括用來引導柔性印刷板41的缺口部40f。防護罩40由塑料制成，例如透明聚乙烯樹脂。在致動器30設置有防護罩40之前， 對周邊壁40e的頂部40g涂覆阻尼元件4的膠狀材料。阻尼元件4保持在支持壁40e和彎折橫梁元件3c之間，如圖37所示。阻尼元件4使用紫外線可固化膠狀材料，該材料通過對直線部分北的空間3c”照射紫外線而固化。防護罩40使用紫外線可透射材料，紫外線通過防護罩40的底壁40b的表面照射該材料。由此，阻尼元件4的粘性作用在彎折橫梁元件3c和支撐壁40e兩者，阻尼元件4 可容易地設置并防止在使用致動器30的過程中致動器30從旋轉軸線0移位。支撐壁40e的頂部40g可是用來防止阻尼元件4脫落的凹陷40h，如圖38所示。另外，為了防止支撐壁40e在使用中受損，可從頂部40g到底壁40b將支撐壁40e 設置為具有從窄到寬的寬度變化的形狀，如圖39所示。可選的，頂部40g的邊緣可做倒角(隆起線40i)來調整頂部40g的寬度，如圖37 中虛線所示。為了將支撐壁40e形成上述分離的兩部分的形狀，制備支撐壁40e和底壁40b， 在加工支持壁40e之后將支撐壁40e和底壁40b接合起來形成防護罩40。另外，彎折橫梁元件3c通過阻尼元件4柔軟地保持在防護罩40的支撐壁40e上， 由此在彎折橫梁元件的直線部分北之間的所有空間3c”不需由阻尼元件4相互連接，如圖 15-18所示。相反，如圖40所示，例如僅將阻尼元件4間隔地布置在旋轉軸線0上直線部分 3b和支持壁40e的交叉點40 j處。另外，阻尼元件4可根據可移動元件2的重量或形狀不布置在交叉點40j處。例如，可將它們僅布置在可移動元件2和彎折橫梁元件3c之間的連接軸3d上，如圖41所示， 或僅布置在可移動元件2附近的連接軸3d或這些連接軸附近的直線部分北與支撐壁40e 之間的交叉點40 j處。另外，防護罩40可設置在如圖42所示的致動器30的背面，而不是如圖35所示的前面。因此，致動器的防護罩40配置有環繞致動器30的周邊壁40a和用于阻尼元件4 的支撐壁40e。由此，可防止阻尼元件4在致動器30的使用過程中從旋轉軸線0移位。第十五實施例圖43示出了將致動器30作為光偏轉器的示例，該光偏轉器還包括位于可移動元件2的平板部分加上的反射鏡14’。反射鏡14’例如由平板部分加上的真空蒸發鋁形成。 反射鏡14’通過可移動元件2的旋轉而移動來反射不同方向的入射光線。由此，致動器30 可用作光偏轉器或光掃描儀。
由于在連接軸3d、;3e的旋轉軸線0上具有阻尼元件4，可防止橫梁元件3受到碰撞或沖擊力時發生很大變形。提供了一種可靠的光偏轉器或致動器30。第十六實施例圖44示出了應用了致動器30的二維光掃描儀的示例。二維光掃描儀3Q包括矩形外框元件1和可移動元件2，該可移動元件2包括由長框架部分1 和短框架部分14b組成的矩形內框元件14。長框架元件Ha在平行于短框架元件Ib的方向延伸，而短框架部分14b在平行于長框架部分Ia的方向延伸。內框元件14包括盤狀的可移動平板15，用于安裝反射鏡14’。可移動平板15由在直徑方向延伸的橫梁元件16a支撐。橫梁元件16a的延伸方向定義為Y軸。橫梁元件的端部集成有4個懸臂支架(cantilever) 17a至17d。4個懸臂支架17a至17d在與橫梁元件16a正交的方向延伸，懸臂支架的端部與長框元件Ha集成。懸臂支架17a至17d可由雙壓電晶片、單壓電晶片或形狀記憶合金制成。 在本實施例中，壓電膜5用于懸臂支架17a至17d。由懸臂支架17a至17d產生的彎曲力傳輸到橫梁元件16a，從而環繞作為Y軸方向上的旋轉軸線的橫梁元件16a旋轉可移動平板15。彎折橫梁元件3c被設置在長框架部分1 和短框架部分Ib之間，并包括折回部分3a和直線部分北。壓電膜5，布置在直線部分北上。折回部分3a在平行于長框架部分Ia的方向延伸，直線部分北在平行于短框架部分Ib的方向延伸。彎折橫梁元件3c包括連接彎折橫梁元件3c至短框架部分Ib的連接軸 3e，，和連接彎折橫梁元件3c至長框架部分14a的連接軸3d’。連接連接軸3d’和!Be’的直線平行于長框架部分Ia并正交于Y軸。直線的延伸方向定義為X軸。直線為X軸方向上的旋轉軸線。阻尼元件4被設置在該旋轉軸線上。當驅動直線部分北上的壓電膜5時，每個直線部分北被有限地移動并累加所有的直線部分北的移動，從而在X軸方向上很大程度地旋轉可移動元件2。隨著可移動元件2環繞X軸的旋轉，入射光束被反射到Y軸方向。隨著可移動元件15在Y軸方向上的旋轉，入射光束被反射到X軸方向。由此，光束在二維掃描。這樣，可移動元件2被置于嵌套的狀態，可通過高彈性剛度的懸臂支架17a至17d 的諧振環繞Y軸高速旋轉，并通過低彈性剛度的彎折橫梁元件3c的諧振以低諧振頻率環繞 X軸旋轉。因此，二維光掃描儀3Q可由小能量光束產生光柵圖像，該小能量可從Y軸旋轉和 X軸旋轉之間的諧振頻率的大差異產生，或當不使用諧振特性時的小彈性剛度力產生。阻尼元件4以如下方式使用位置標識安排于二維光掃描儀3Q。例如，位置標識Ma 可使用布線Mx的一部分與布線Mx同時形成。布線Mx位于彎折橫梁元件3c上，該彎折橫梁元件3c連接外框元件1和作為可移動元件2的內框元件14，用于給懸臂支架17a至17d 上的壓電膜5提供驅動能量，如圖45所示。圖46是圖45中的彎折橫梁元件3c上的布線Mx的部分放大視圖，該布線Mx由第一鋁線Mxl和第二鋁線Mx2組成。通過第一和第二布線，間隔線Mx3和標識線Mx4如下方式形成間隔線Mx3沿著彎折橫梁元件3c的連接軸3d’和3e，的旋轉軸線0延伸，而標識線Mx4在與直線部分北的長度方向正交的方向上延伸。
根據本實施例，利用布線Mx，在彎折橫梁元件3c上高效地同時形成旋轉軸線的位置標識Ma和硅表面上的布線Mx，以便例如向驅動器裝置提供電能。本實施例為利用布線Mx形成位置標識Ma的示例。然而，在本發明中，位置標識Ma 可以任意地形成，并不局限于本示例。第十七實施例圖47示出了包含圖46中的二維光掃描儀3Q的圖像投影儀。該圖像投影儀包括用于發射紅光束的第一光源1R，用于發射綠光束的第二光源1G，用于發射藍光束的第三光源1B，交叉二色棱鏡(crossdichroic prism) 2Q,以及用來掃描從交叉二色棱鏡2Q輸出的光束以便在投影屏幕4Q上投影圖像的二維光掃描儀3Q。圖像投影儀可與投影屏幕4Q集成
在一起。第一光源IR是中心波長大約為630nm的半導體激光二極管發出，第三光源IB與大約為430nm的中心波長相同，而第二光源IG是中心波長大約為540nm的激光設備。二維光掃描儀3Q可被配置為能夠環繞兩個軸線旋轉來將激光束反射到投影屏幕 4Q上。二維光掃描儀3Q的反射鏡可在兩個方向振蕩來垂直和水平掃描激光束到投影屏幕 4Q上。相應地，圖像投影儀根據投影位置通過調整三色激光束的光量在屏幕上顯示希望的圖像。可選的，該圖像投影儀可被配置為第一至第三光源1R、1G、1B的光通道沒有整合在一起，如圖48所示。本實施例將彩色圖像投影儀作為示例，然而二維光掃描儀3Q還可是單色圖像投影儀。另外，二維光掃描儀3Q可與圖43所示的致動器30配置為嵌套形式。然而，圖9 至24所示的致動器30可以任意地方式整合來形成嵌套結構。基于本發明的一個實施例，由于阻尼元件形成在連接可移動元件至框架元件的兩個橫梁元件的旋轉軸線上，它們不影響可移動元件的正常旋轉，使得橫梁元件在受到碰撞時不會變形很大。結果，該致動器可防止被損壞。例如，即使橫梁元件為了在小的驅動力作用下低頻率旋轉而被設計為細長形，也可在受到碰撞時不會變形很大。基于本發明的一個實施例，橫梁元件上形成的壓電膜可使橫梁元件變形，從而即使向該可移動元件給出旋轉振蕩，該致動器也可在受到碰撞時不會被損壞。基于本發明的一個實施例，在可移動元件上安裝碰撞減弱元件，該碰撞減弱元件可吸收出于任何原因造成可移動元件碰到其他元件的碰撞。因此，能防止致動器30發生故障。基于本發明的一個實施例，阻尼元件形成于橫梁元件的背面，在前面不突出。這可提高設計和后續處理工作的自由度。基于本發明的一個實施例，引導排出針腳的凹部形成于框架元件和可移動元件的壁上，能使阻尼元件形成于橫梁元件的背面，而不會擴大致動器的尺寸。基于本發明的一個實施例，阻尼元件可利用膠狀材料準確地形成于橫梁元件上。基于本發明的一個實施例，可提供在小的驅動力下低頻率振蕩的光偏轉器。基于本發明的一個實施例，可防止二維光掃描儀由于低頻率驅動的元件受到碰撞而發生故障。也不需要很大空間來防止故障，可提高二維光掃描儀在設計方面的自由度。基于本發明的一個實施例，包含可靠、小尺寸的光掃描儀的圖像投影儀也可減少尺寸并提高性能。 盡管給出一些實施例，但本發明并不限于此。本領域技術人員基于本發明實施例所作出的任何變形、修改，都不會背離本發明所限定的權利要求的范圍。
權利要求
1.一種致動器，包括 框架元件；一對橫梁元件；可移動元件，由所述框架元件通過所述橫梁元件旋轉地支撐； 驅動器，用于使所述可移動元件相對于所述框架元件并圍繞作為旋轉軸的所述橫梁元件旋轉；以及在所述橫梁元件的旋轉軸線上設置的阻尼元件。
2.如權利要求1所述的致動器，其中所述橫梁元件形成為彎折形狀并包括折回部分、直線部分、連接所述框架元件的第一連接軸、以及連接所述可移動元件的第二連接軸；和所述阻尼元件布置在連接作為旋轉軸線的所述第一連接軸和所述第二連接軸的直線上以便連接彎折的橫梁元件的不連續空間。
3.如權利要求2所述的致動器，進一步包括分別形成在所述直線部分上的壓電膜和電極，所述壓電膜用于彎曲所述直線部分，而所述電極用于給所述壓電膜提供驅動電壓，其中，所述可移動元件根據由所提供的驅動電壓產生的各個直線部分的累加的彎曲而旋轉。
4.如權利要求1所述的致動器，其中所述可移動元件包括碰撞減弱元件，所述碰撞減弱元件由與所述阻尼元件相同的材料制成。
5.如權利要求1所述的致動器，其中所述可移動元件由平板部分和加強壁組成，并且所述平板部分包括由與所述阻尼元件相同的材料制成的所述碰撞減弱元件。
6.如權利要求1所述的致動器，其中所述阻尼元件形成于所述橫梁元件的背面。
7.如權利要求6所述的致動器，其中所述框架元件和所述可移動元件中的每一個包括壁部分中的凹部，用于提供形成所述阻尼元件的空間。
8.如權利要求2所述的致動器，其中所述彎折的橫梁元件中的每一個在旋轉軸線的位置處包括用于所述旋轉軸線的模式識別的位置標識。
9.如權利要求8所述的致動器，其中所述位置標識利用在所述彎折的橫梁元件上布置的并向驅動器提供驅動能量的布線形成。
10.一種防護罩，用于如權利要求1所述的致動器，所述防護罩包括 用于圍繞所述致動器的周邊壁和用于支撐所述阻尼元件的支撐壁。
11.一種用于如權利要求1所述的致動器的制造方法，包括如下步驟當所述框架元件相對于水平平板傾斜時，在所述橫梁元件上形成所述阻尼元件。
12.一種用于如權利要求1所述的致動器的制造方法，包括如下步驟將所述阻尼元件的模具裝入所述框架元件內，并向所述模具內注入膠狀材料；和在所述膠狀材料固化來在所述橫梁元件上形成所述阻尼元件后從所述框架元件分離所述模具。
13.一種用于如權利要求1所述的致動器的制造方法，包括如下步驟 固化膠狀材料以形成阻尼材料；和應用所述阻尼材料于所述橫梁元件上以形成阻尼元件。
14.一種用于如權利要求2所述的致動器的制造方法，包括如下步驟 通過張力并通過彎折的橫梁元件的旋轉軸線上的間隙來延伸棒狀元件； 放入膠狀材料以與所述彎折的橫梁元件和所述棒狀元件相接觸； 固化所述膠狀材料來形成阻尼元件；以及將棒狀元件從所述阻尼元件分離。
15.一種包括如權利要求1所述的致動器的光偏轉器，其中， 所述可移動元件包括反射面，并且旋轉所述可移動元件來在不同方向反射入射光束。
16.一種包括如權利要求1所述的致動器的二維光掃描儀，其中， 所述致動器具有嵌套結構；所述可移動元件包括反射面；并且所述可移動元件在相互正交的兩個軸向上旋轉，以便在不同方向反射入射光束，從而在相互正交的兩個不同方向進行掃描。
17.一種圖像投影儀，包括如權利要求16所述的二維光掃描儀，利用所述二維光掃描儀在投影平面上形成圖像。
全文摘要
公開了致動器、防護罩、制造方法、光偏轉器、掃描儀及投影儀。一種致動器，具有框架元件、一對橫梁元件、由所述框架元件通過所述橫梁元件旋轉支撐的可移動元件、用于使所述可移動元件相對于所述框架元件并圍繞作為旋轉軸的所述橫梁元件旋轉的驅動器、以及在所述橫梁元件旋轉軸線上設置的阻尼元件。
文檔編號G02B26/08GK102464292SQ201110372138
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月10日 優先權日2010年11月16日
發明者北澤智文, 藤井光美, 赤沼悟一 申請人:株式會社理光