專利名稱：具有中心脊部和周界棘狀突起以減少撓曲的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001本發(fā)明涉及在扭轉(zhuǎn)鉸接鏡的操作期間保持平反射表面，更具體地，涉及高速旋轉(zhuǎn)或振蕩的鉸接鏡。
背景技術(shù)：
0002在打印機(jī)或某些類型的顯示器中，轉(zhuǎn)動(dòng)或振蕩扭轉(zhuǎn)鉸接鏡提供了非常有效且便宜的替代旋轉(zhuǎn)多角形鏡的替代品。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所意識(shí)到的，扭轉(zhuǎn)鉸接鏡可以是MEMS型鏡，其使用類似于半導(dǎo)體器件制造工藝的工藝從硅襯底蝕刻獲得。用于提供打印機(jī)或顯示器光柵型掃描的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡的早期形式通常在大約3KHz或更低的旋轉(zhuǎn)速度下工作。在3KHz或更低速度下工作的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡可被制造得足夠厚，以使它們的反射表面沒有嚴(yán)重的平面度問題。然而，隨著對(duì)更高打印速度和更好分辨率要求的提高，鏡反射表面的平面度目前已成為非常嚴(yán)重的問題。在鏡繞著軸線連續(xù)振蕩期間，隨著鏡連續(xù)地前后撓曲和彎曲，在撓曲鏡的尖端或端產(chǎn)生了最大的變形。目前可買到的鏡通過使用鉸接板而基本緩解了這一問題，所述鉸接板包含中心脊部，其沿著橢圓形鏡的長(zhǎng)軸線延伸至鏡的每個(gè)尖端或端。不利的是，在更大的旋轉(zhuǎn)速度及更薄更小的鏡的情況下，在操作期間邊緣處的新的撓曲模式影響了鏡的平面度。
0003更具體地說(shuō)，參考圖12A和12B，這里圖解說(shuō)明了鏡層24的邊緣20和22是如何撓曲的。作為鉸接板28的一部分形成的中心脊部26幾乎延伸到橢圓形鏡的尖端30，并且在其以高速繞旋轉(zhuǎn)軸線32旋轉(zhuǎn)時(shí)極大減少了鏡的撓曲。盡管可能夸大，但可見的是鏡部分24的邊緣20在沒有被中心脊部26加固的區(qū)域內(nèi)發(fā)生撓曲。在較高鏡速度時(shí)，這種類型的邊緣撓曲已經(jīng)變得不能接受。
0004因此，提供具有在鏡邊緣處減少撓曲的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡是有優(yōu)勢(shì)的。

發(fā)明內(nèi)容
0005通過本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，這些和其它問題被一般地解決或策略性避免，并且已經(jīng)一般性地獲得了技術(shù)優(yōu)勢(shì)，該優(yōu)選實(shí)施例提供了在鏡邊緣具有被減少的撓曲的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件(torsional hingedmirror assembly)。該鏡組件包括鏡構(gòu)件，該鏡構(gòu)件包含前層，所述前層限定具有選擇的周界邊緣的反射表面。鏡的第一維度沿鏡的第一軸線在第一端和第二端之間延伸。第二維度與所述第一維度正交，并沿著第二軸線延伸。
0006背層附著于所述前層，并且背層包含中心區(qū)和第一和第二端區(qū)。第一和第二端區(qū)的每一個(gè)限定中心脊部(central spine)，它們沿著所述第一軸線從所述中心區(qū)分別朝向第一端和第二端延伸。這里還包括一對(duì)周界棘狀突起(perimeter ridge)，其沿著所述前層的周界邊緣從所述背層的中心區(qū)分別朝向所述第一和第二端延伸。
0007根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，前層和背層包含單個(gè)整體件或整片材料，諸如，例如硅襯底。當(dāng)從整片或單片硅來(lái)形成時(shí)，例如，中心脊部和周界棘狀突起可通過使用典型的MEMS半導(dǎo)體制造工藝來(lái)形成。
0008具有鏡側(cè)和背側(cè)的鉸接板粘合到所述鏡構(gòu)件的背層，其限定類似于所述鏡構(gòu)件的周界邊緣。該鉸接板還包括中心區(qū)，其支撐一對(duì)扭轉(zhuǎn)鉸接件，該對(duì)扭轉(zhuǎn)鉸接件沿著第二軸線延伸遠(yuǎn)離中心區(qū)。類似于鏡構(gòu)件的背層，鉸接板還包含第一和第二端區(qū)。鉸接層的每個(gè)端區(qū)限定中心脊部，其沿著所述第一軸線延伸遠(yuǎn)離中心區(qū)。該鏡構(gòu)件的中心區(qū)和中心脊部與所述鉸接板的中心區(qū)和中心脊部對(duì)齊。然后，對(duì)齊的中心區(qū)和中心脊部通常被粘合在一起以形成鏡組件。
0009根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，鉸接板的第一和第二端區(qū)進(jìn)一步包括一對(duì)周界棘狀突起，其從鉸接板的所述中心區(qū)沿著外部或周界邊緣延伸，其延伸方式類似于周界棘狀突起在鏡構(gòu)件的背層上的延伸方式。鉸接層和鏡構(gòu)件的對(duì)應(yīng)的周界棘狀突起也優(yōu)選地粘合在一起。在上述任意一個(gè)實(shí)施例中，可在鉸接板的背側(cè)安放永磁體，以為鏡組件提供樞軸或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(pivotal motion)，或者作為傳感和監(jiān)控鏡運(yùn)動(dòng)的電路的一部分。
0010根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，類似于上文所討論的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件可包含平衡板，而不是包含永磁體。類似于鉸接板，該平衡板包含中心區(qū)、第一端區(qū)和第二端區(qū)。第一和第二端區(qū)的每一個(gè)還限定外部或周界邊緣和中心脊部。類似于已經(jīng)討論的鉸接板的中心脊部，平衡板的中心脊部從所述平衡板的所述中心區(qū)沿著所述第一軸線延伸，并粘合到所述鉸接板的所述中心脊部。該平衡板還可包含一對(duì)周界棘狀突起，其從所述平衡板的所述中心區(qū)沿著平衡板的周界或外部邊緣延伸。所述平衡板的所述周界棘狀突起還可粘合到所述鉸接板的周界棘狀突起。


0011圖1圖解說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件的局部視圖；0012圖2圖解說(shuō)明了與圖1類似的另一個(gè)實(shí)施例，但其進(jìn)一步包含永久驅(qū)動(dòng)/傳感磁體及其相應(yīng)的線圈；0013圖3是類似于圖1和2的鏡組件的分解視圖，其進(jìn)一步圖解說(shuō)明了鏡構(gòu)件、鉸接板及永磁體的結(jié)構(gòu)；0014圖4圖解說(shuō)明了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例；0015圖4A是合適比例的圖1的鏡的完整透視圖；0016圖5是圖4的鏡排列的分解視圖；0017圖6圖解說(shuō)明了類似于圖1的鏡組件的實(shí)施例，其進(jìn)一步包含了平衡板；0018圖7是圖6的分解視圖；0019圖8是類似于圖6的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，但其包含具有周界棘狀突起的鉸接板；0020圖9是圖8的分解視圖；0021圖10是本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例；0022圖11是圖10的分解視圖；以及0023圖12A和12B圖解說(shuō)明了現(xiàn)有技術(shù)的鏡結(jié)構(gòu)的撓曲問題，其通過本發(fā)明獲得解決。
具體實(shí)施例方式
0024現(xiàn)參考圖1，這里顯示了本發(fā)明的鏡組件40的第一實(shí)施例的局部后視圖。如所顯示的，鏡構(gòu)件42附著或粘合到鉸接層或盤44。圖2類似與圖1，只是還包括了結(jié)合到鉸接板44背面44b的永磁體46。如將在下文中更詳細(xì)描述的，永磁體46可以是將繞樞軸線48的振蕩旋轉(zhuǎn)傳給鏡組件的驅(qū)動(dòng)磁體。在一個(gè)實(shí)施例中，該鏡組件以其諧振或共振頻率振蕩?？商鎿Q地，永磁體46可以用作監(jiān)控或傳感磁體，以提供有關(guān)鏡組件40樞軸運(yùn)動(dòng)的信息。
0025此外，優(yōu)選地選擇永磁體46以使其具有大致等于鏡構(gòu)件42轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這樣就使得鏡組件的質(zhì)量中心位于樞軸線48上。圖2的實(shí)施例還包括了磁性線圈50，其和永磁體46交互作用以向鏡組件40提供轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，或可選擇地如在前文所述的，提供關(guān)于鏡組件40的運(yùn)動(dòng)信息，鏡組件40的運(yùn)動(dòng)是隨著永磁體位置變化磁通量的變化所引起的。
0026圖3是類似于圖1和2的實(shí)施例中所圖解說(shuō)明的鏡組件的分解視圖，只是減少了鉸接板44的中心區(qū)以及更多的材料從鏡構(gòu)件42的背層42b上去除，以減少重量。
0027再參考圖1和2，特別是圖3，可見的是鏡構(gòu)件42包含前層42a和背層42b，前層42a具有以雙箭頭54標(biāo)識(shí)的選定厚度，背層42b包含中心脊部68a和一對(duì)周界棘狀突起70a和70b。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，包含鏡構(gòu)件42的前層42a和背層42b的鏡構(gòu)件是單個(gè)或整體硅片，其具有蝕刻在該硅中的背層42b的支撐脊部68a和周界棘狀突起70a和70b。根據(jù)圖1、2和3的實(shí)施例，鏡構(gòu)件42的前層42a限定反射前表面56和周界邊緣58。鏡構(gòu)件42的第一軸線60在第一端或尖端62a和第二端或尖端62b(示于圖2和3)之間延伸。第二軸線64垂直于所述第一軸線延伸。第二軸線64平行于樞軸線48。形成鏡構(gòu)件42的背層42b以限定一中心區(qū)66，并且中心脊部68a(68b)從中心區(qū)66平行于第一軸線60朝向第一和第二端或尖端62a和62b延伸。一對(duì)周界棘狀突起70a和70b也從中心區(qū)66朝向第一和第二端延伸。然而，周界棘狀突起70a和70b沿著鏡構(gòu)件42的周界邊緣58延伸。如示于圖2和3中的，鉸接板44具有鏡側(cè)44a，其粘合到鏡構(gòu)件42的背層42b。鉸接板44包括一中心區(qū)72和一對(duì)扭轉(zhuǎn)鉸接件74a和74b，所述扭轉(zhuǎn)鉸接件從中心區(qū)72沿著平行于上述第二軸線的樞軸線48延伸。該鉸接板還包括第一和第二端區(qū)。第一和第二端區(qū)的每一個(gè)定義了中心脊部78a(78b)，其沿著第一軸線60延伸。還是如示于圖2和3以及如上文所討論的，永磁體46可以粘合到鉸接板44的背側(cè)44b，以提供繞著樞軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？蛇x擇地，永磁體46可被用來(lái)提供關(guān)于鏡組件運(yùn)動(dòng)的信息。再參考圖1和3，這里示出了鏡的另一個(gè)實(shí)施例，其被顯示具有放大的區(qū)域80a，其作為扭轉(zhuǎn)鉸接件74a的一部分而形成。永磁體82a結(jié)合或粘合到放大的區(qū)域80a以向該鏡組件提供樞軸旋轉(zhuǎn)，該樞軸旋轉(zhuǎn)提供的方式是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到類似的放大區(qū)域和第二永磁體可作為扭轉(zhuǎn)鉸接件74b(未示出)的一部分而形成。再參考圖3，應(yīng)該意識(shí)到放大的區(qū)域80a和永磁體82a可被用來(lái)向該鏡組件40提供運(yùn)動(dòng)，而永磁體46和傳感線圈50提供關(guān)于鏡組件樞軸運(yùn)動(dòng)的反饋信息。當(dāng)然應(yīng)當(dāng)意識(shí)到本發(fā)明覆蓋了具有和不具有放大區(qū)域80和永磁體82的實(shí)施方式。此外，其它驅(qū)動(dòng)技術(shù)可被用來(lái)向鏡組件提供旋轉(zhuǎn)或樞軸運(yùn)動(dòng)。例如，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到的，一對(duì)壓電元件可被用來(lái)向鏡組件輸入諧振或共振運(yùn)動(dòng)。
0028圖4圖解說(shuō)明了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其類似于圖1、2和3中的實(shí)施例，只是鉸接板84還包含周界棘狀突起86a和86b，它們對(duì)應(yīng)于鏡構(gòu)件42的周界棘狀突起70a和70b，并與之對(duì)齊。由此，該對(duì)齊的周界棘狀突起為鏡構(gòu)件42的邊緣提供了更強(qiáng)的支撐。圖5圖解說(shuō)明了圖4的實(shí)施例的分解視圖。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，圖解說(shuō)明本發(fā)明的附圖并不必須是按照比例的，其可有意地失真以強(qiáng)調(diào)和幫助解釋本發(fā)明的細(xì)節(jié)。圖4A提供了本發(fā)明鏡裝置的真實(shí)比例的更好的視圖，其顯示了圖4的鏡組件的完整的透視圖。
0029現(xiàn)參考圖6，這里圖解說(shuō)明了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。圖6類似于圖1、2和3的實(shí)施例，只是并沒有如參照?qǐng)D2和3論述的那樣將永磁體粘合到鉸接板44的背側(cè)44b，圖6是將平衡板90結(jié)合到鉸接板44的背側(cè)。選擇平衡板90以提供大致等于鏡構(gòu)件42轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并且提供平衡板90以平衡鏡構(gòu)件42，這樣可使得組裝的鏡構(gòu)件42、鉸接板44和平衡板90的質(zhì)量中心位于沿著扭轉(zhuǎn)鉸接件74a和74b延伸的樞軸線48上。如所顯示的，平衡板90還包含中心區(qū)92和中心脊部94a和94b，脊部94a和94b從中心區(qū)92沿著第一軸線60延伸。
0030圖7是類似于圖6的鏡組件的分解視圖，除了更多的材料被從鉸接板44和平衡板90去除。
0031圖8也類似于圖6和7，只是其還包含如圖4和5所描述的周界棘狀突起86a和86b。在圖8的實(shí)施例中，平衡板90包括中心脊部94a，并與示于圖6中的平衡板相同。圖9是圖8的鏡組件的分解視圖。
0032圖10類似于圖8的實(shí)施例，只是平衡板90還包括周界棘狀突起96a和96b。平衡板90的周界棘狀突起96a和96b還與鏡構(gòu)件42和鉸接板44的周界棘狀突起對(duì)齊，以對(duì)鏡反射表面的邊緣提供更多的支撐。
0033從前所述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，如本發(fā)明中所教導(dǎo)的那樣使用中心脊部和周界棘狀突起，其優(yōu)勢(shì)在于可在依賴于鏡層厚度的任何速度下，減少振蕩鏡(oscillating mirror)的撓曲。僅僅作為實(shí)例，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明對(duì)于20KHz的操作速度而設(shè)計(jì)的鏡以及對(duì)于大于30KHz(例如32KHz)的操作速度而設(shè)計(jì)的鏡，都可受益于本發(fā)明的教導(dǎo)。當(dāng)然，如果鏡層被制作得更薄，本發(fā)明在比現(xiàn)有技術(shù)低得多的速度下也將具有優(yōu)勢(shì)。
0034盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)當(dāng)理解，這里可以進(jìn)行各種改變、替換和轉(zhuǎn)換或變更而不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其具有第一軸線和與所述第一軸線正交的第二軸線，所述扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件包括鏡構(gòu)件，其包含前層，其限定具有周界邊緣的反射表面、沿著所述第一軸線在第一和第二端之間延伸的第一維度、和沿著所述第二軸線延伸的第二維度；背層，其附著于所述前層，包含中心區(qū)、第一及第二端區(qū)以及一對(duì)周界棘狀突起，所述第一和第二端區(qū)的每一個(gè)限定沿著所述第一軸線從所述中心區(qū)分別朝向所述第一和第二端延伸的中心脊部，所述一對(duì)周界棘狀突起從所述中心區(qū)靠近所述前層的所述周界邊緣分別朝向所述第一和第二端延伸；鉸接板，其具有粘合到所述鏡構(gòu)件的所述背層的鏡側(cè)以及背側(cè)，所述鉸接板包含中心區(qū)，沿著樞軸線延伸遠(yuǎn)離所述中心區(qū)的一對(duì)扭轉(zhuǎn)鉸接件，所述樞軸線平行于所述第二軸線，以及第一和第二端區(qū)，其限定沿著所述第一軸線延伸遠(yuǎn)離所述中心區(qū)的中心脊部；以及所述鏡構(gòu)件的所述中心區(qū)和所述中心脊部與所述鉸接板的所述中心區(qū)和所述中心脊部對(duì)齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其中所述鉸接板的所述第一和第二端區(qū)進(jìn)一步包含一對(duì)周界棘狀突起，所述一對(duì)周界棘狀突起從所述鉸接板的所述中心區(qū)延伸，并且其中所述鉸接板的所述一對(duì)周界棘狀突起與所述鏡構(gòu)件的所述一對(duì)周界棘狀突起對(duì)齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，進(jìn)一步包含安裝在所述鉸接板的背側(cè)的永磁體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，進(jìn)一步包括磁性線圈，其與所述永磁體交互作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其中所述永磁體和所述磁性線圈向所述鏡構(gòu)件提供轉(zhuǎn)動(dòng)能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其中所述鏡構(gòu)件以其諧振頻率振蕩。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其中所述永磁體和所述磁性線圈作為傳感裝置工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其中所述一對(duì)扭轉(zhuǎn)鉸接件的至少一個(gè)鉸接件進(jìn)一步限定一放大的區(qū)域，并進(jìn)一步包含附著到該放大區(qū)域的永磁體，用于使所述鏡組件產(chǎn)生振蕩運(yùn)動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，進(jìn)一步包含平衡板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其中所述平衡板包含中心區(qū)；第一和第二端區(qū)，所述第一和第二端區(qū)的每一個(gè)限定從所述平衡板的所述中心區(qū)沿著所述第一軸線延伸的中心脊部；以及所述平衡板的所述中心區(qū)和所述中心脊部粘合到所述鉸接板的所述中心區(qū)和所述中心脊部。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其中所述平衡板的所述第一和第二端區(qū)進(jìn)一步包含一對(duì)周界棘狀突起，其從所述平衡板的所述中心區(qū)延伸，所述平衡板的所述一對(duì)周界棘狀突起與所述鉸接板的所述一對(duì)周界棘狀突起對(duì)齊并與之粘結(jié)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其中所述鏡構(gòu)件的所述前層和所述背層從一整片材料形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其中所述鏡以大于20KHz的速度旋轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其中所述鏡以大約32KHz的速度旋轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，進(jìn)一步包含驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其用于使所述鏡組件產(chǎn)生振蕩運(yùn)動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其中所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包含壓電元件，以使所述扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件產(chǎn)生振蕩運(yùn)動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其中所述鏡以大于20KHz的速度旋轉(zhuǎn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡組件，其中所述鏡以其諧振頻率旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種減少撓曲的扭轉(zhuǎn)鉸接鏡設(shè)計(jì)。除了具有阻止或減少尖端(62a、62b)撓曲的中心脊部(46)以外，鏡層還包含周界棘狀突起(70a、70b)，以減少或阻止鏡邊緣的撓曲或扭曲。為了以最小的重量提供更加堅(jiān)硬的鏡，鉸接板(44)和平衡板之一或兩者全部也可包含周界棘狀突起，其與所述鏡層的周界棘狀突起對(duì)齊。
文檔編號(hào)G02B26/08GK1957283SQ200580016530
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月24日
發(fā)明者J·W·奧克特 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司