專利名稱：振動(dòng)設(shè)備、使用該振動(dòng)設(shè)備的光學(xué)掃描設(shè)備、圖像顯示裝置、和該振動(dòng)設(shè)備的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用可移動(dòng)結(jié)構(gòu)(其中對(duì)垂直梳施加脈沖電壓，以使可移動(dòng)板圍繞旋轉(zhuǎn)軸振動(dòng))的振動(dòng)設(shè)備、使用該振動(dòng)設(shè)備的光學(xué)掃描設(shè)備、使用該光學(xué)掃描設(shè)備的圖像顯示裝置、以及該振動(dòng)設(shè)備的控制方法。
背景技術(shù)：
通常， 一些可選設(shè)備(例如條形碼讀取器和圖像顯示裝置)例如裝有光學(xué)掃描設(shè)備，用于振動(dòng)配備有鏡子的可移動(dòng)板，以掃描進(jìn)入鏡子的光束。如
日本專利特開(kāi)No.2005-202321所示，例如，存在一種已知的光學(xué)掃描設(shè)備，其具有通過(guò)微機(jī)械加工技術(shù)形成的小型可移動(dòng)結(jié)構(gòu)。在可移動(dòng)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)由周邊框架支撐的柱狀彈簧保持可移動(dòng)板。在框架和可移動(dòng)板之間配置垂直梳，所述垂直梳由多個(gè)梳狀電極構(gòu)成，所述多個(gè)梳狀電極形成在框架和可移動(dòng)板上且彼此嚙合?？梢苿?dòng)板例如使用靜電力作為驅(qū)動(dòng)力以扭轉(zhuǎn)彈簧，并圍繞作為旋轉(zhuǎn)軸的彈簧振動(dòng)，所述靜電力是通過(guò)施加具有與可移動(dòng)板的諧振頻率相應(yīng)的頻率的脈沖電壓而在垂直梳中產(chǎn)生的。此時(shí)，當(dāng)可移動(dòng)板的旋轉(zhuǎn)使梳狀電極彼此接近時(shí)，電壓被施加到靜電梳；當(dāng)可移動(dòng)板的旋轉(zhuǎn)使梳狀電極彼此遠(yuǎn)離時(shí)，電壓不會(huì)被施加。將脈沖電壓的占空比調(diào)節(jié)為約50%，以便按照如上方式將與可移動(dòng)板的振動(dòng)角度同步的脈沖電壓施加到靜電梳。
當(dāng)可移動(dòng)板在上述光學(xué)掃描設(shè)備中實(shí)際振動(dòng)時(shí)，在脈沖電壓的相位和可移動(dòng)板的振動(dòng)相位之間常常產(chǎn)生相移。例如，當(dāng)與脈沖電壓同步的光進(jìn)入顯示圖像的光學(xué)掃描設(shè)備中時(shí)，所述相移常常引起由圖像顯示裝置顯示的圖像的投射位置的失準(zhǔn)，并且還引起投射圖像的質(zhì)量的下降。此外，當(dāng)發(fā)生相移時(shí)，在可移動(dòng)板的旋轉(zhuǎn)使梳狀電極彼此遠(yuǎn)離的周期中電壓被施加至垂直梳，并產(chǎn)生作用于控制可移動(dòng)板的旋轉(zhuǎn)的方向上的靜電力。當(dāng)產(chǎn)生這種靜電力時(shí)，可移動(dòng)板的振動(dòng)角相比脈沖電壓的幅值變小。因此，不能夠有效地顯示滿足所施加電壓的幅值的大圖像，而且，由于為控制橫向作用于垂直梳上的靜電力而限制施加到垂直梳的脈沖電壓的最大值，可移動(dòng)板的振動(dòng)角也變小了。存在一些可能方案，諸如調(diào)節(jié)脈沖電壓的相位、改變進(jìn)入光的時(shí)間控制
(timing)等，以解決上述問(wèn)題。然而，當(dāng)與脈沖電壓同步的光進(jìn)入光學(xué)掃描設(shè)備中時(shí)，需要進(jìn)行控制，以改變進(jìn)入光的時(shí)間控制和改變脈沖電壓的相位，使得控制過(guò)程變得復(fù)雜。
在日本專利特開(kāi)No.2005-202321中，公開(kāi)了一種光學(xué)掃描設(shè)備，其中提供兩種電極，以轉(zhuǎn)動(dòng)可移動(dòng)板，使得即使在諧振頻率改變時(shí)可移動(dòng)板也可以按預(yù)定頻率轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，當(dāng)采用這種配置的光學(xué)掃描設(shè)備解決上述問(wèn)題時(shí)，需要對(duì)兩種電極施加單獨(dú)的脈沖電壓以驅(qū)動(dòng)光學(xué)掃描設(shè)備，使得可移動(dòng)板的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，而且，光學(xué)掃描設(shè)備的配置和控制過(guò)程變得復(fù)雜，并且產(chǎn)品成本增加。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種振動(dòng)設(shè)備，其可通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)輕易地調(diào)節(jié)可移動(dòng)板的振動(dòng)角和相位，同時(shí)提供使用該振動(dòng)設(shè)備的光學(xué)掃描設(shè)備、使用該光學(xué)掃描設(shè)備的圖像顯示裝置、以及該振動(dòng)設(shè)備的控制方法。
根據(jù)本發(fā)明一方面的振動(dòng)設(shè)備(device)包括可移動(dòng)結(jié)構(gòu)，其包括可移動(dòng)板；扭轉(zhuǎn)彈簧，以旋轉(zhuǎn)地支撐所述可移動(dòng)板；框架，用以支撐所述扭轉(zhuǎn)彈簧；以及垂直梳，其具有多個(gè)梳齒，所述多個(gè)梳齒設(shè)置在所述可移動(dòng)板和所述框架的一部分上且彼此嚙合，所述框架與所述可移動(dòng)板相對(duì)(faces);以及電壓施加部(means)，將脈沖電壓施加給所述可移動(dòng)板上的垂直梳的梳狀電極和所述框架上的垂直梳的梳狀電極；其中所述電壓施加部包括占空比調(diào)節(jié)部，其調(diào)節(jié)對(duì)所述垂直梳施加的脈沖電壓的占空比。
根據(jù)本發(fā)明一方面的光學(xué)掃描設(shè)備，其包括上述振動(dòng)設(shè)備，以及在所述振動(dòng)設(shè)備中的可移動(dòng)板具有鏡子，以掃描進(jìn)入所述鏡子的光。
根據(jù)本發(fā)明一方面的圖像顯示裝置，其包括上述光學(xué)掃描設(shè)備和光源單元，其根據(jù)圖像信號(hào)將光輸入所述光學(xué)掃描設(shè)備，以及所述圖像顯示裝置通過(guò)使用所述光學(xué)掃描設(shè)備反射從所述光源單元進(jìn)入的光來(lái)顯示圖像；其中根據(jù)所述圖像信號(hào)的時(shí)間控制來(lái)控制所述占空比調(diào)節(jié)部，以便調(diào)節(jié)脈沖電壓的 占空比。
根據(jù)這種配置，當(dāng)驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)板時(shí)，可通過(guò)占空比調(diào)節(jié)部調(diào)節(jié)脈沖電壓
的占空比，使得當(dāng)振動(dòng)可移動(dòng)板時(shí)，能夠改變施加電壓的周期(period)。
因此，能夠調(diào)節(jié)在振動(dòng)設(shè)備中的可移動(dòng)板的振動(dòng)角和相位，并因此能夠例如 在光學(xué)掃描設(shè)備中輕易地改變光的掃描范圍。而且，能夠根據(jù)從圖像顯示裝 置中的光源單元輸出的光改變可移動(dòng)板的相位，并且能夠自動(dòng)振動(dòng)可移動(dòng)板 以合適地顯示圖像。此外，即使當(dāng)可移動(dòng)結(jié)構(gòu)不具有特殊結(jié)構(gòu)而具有簡(jiǎn)單配 置時(shí)，可通過(guò)改變脈沖電壓的占空比來(lái)調(diào)節(jié)可移動(dòng)板的振動(dòng)角和相位。 相反，根據(jù)本發(fā)明一方面的一種振動(dòng)設(shè)備的控制方法，所述振動(dòng)設(shè)備具
有可移動(dòng)結(jié)構(gòu)，其包括可移動(dòng)板；扭轉(zhuǎn)彈簧，以旋轉(zhuǎn)地支撐所述可移動(dòng) 板；框架，用以支撐所述扭轉(zhuǎn)彈簧；以及垂直梳，其具有多個(gè)梳齒，所述多 個(gè)梳齒設(shè)置在所述可移動(dòng)板和所述框架的一部分上且彼此嚙合，所述框架與 所述可移動(dòng)板相對(duì)；以及所述振動(dòng)設(shè)備通過(guò)將脈沖電壓施加給所述可移動(dòng)板 上的垂直梳的梳狀電極和所述框架上的垂直梳的梳狀電極來(lái)擺動(dòng)地 (swingably)驅(qū)動(dòng)所述可移動(dòng)板；其中通過(guò)調(diào)節(jié)所述脈沖電壓的占空比，當(dāng) 所述可移動(dòng)板被振動(dòng)時(shí)，施加給所述垂直梳的電壓的周期就發(fā)生改變，所述 可移動(dòng)板的振動(dòng)相位也發(fā)生改變。
根據(jù)這種振動(dòng)設(shè)備的控制方法，通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)垂直梳施加的脈沖電壓的占 空比來(lái)驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的可移動(dòng)板，使得當(dāng)振動(dòng)可移動(dòng)板時(shí)改變施加電壓的 周期，并且因此改變可移動(dòng)板的相位。因此，即使當(dāng)可移動(dòng)結(jié)構(gòu)不具有特殊 結(jié)構(gòu)而具有簡(jiǎn)單配置時(shí)，能夠通過(guò)改變脈沖電壓的占空比來(lái)調(diào)節(jié)可移動(dòng)板的 振動(dòng)角和相位。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖像顯示裝置的配置的框圖。 圖2是示出在圖1中的圖像顯示裝置的光學(xué)掃描設(shè)備中使用的鏡子元件 的透視圖。
圖3A是圖1中的鏡子元件的平面圖，并且圖3B是圖3A的沿著線A-A 的截面圖。
6圖4是示出圖2中的光學(xué)掃描設(shè)備的操作的實(shí)例的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)附圖描述將根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的振動(dòng)設(shè)備用作光學(xué)掃描設(shè)備 的圖像顯示裝置。圖1示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖像顯示裝置的配置實(shí) 例。圖像顯示裝置100包括鏡子元件l，其用作可移動(dòng)結(jié)構(gòu)；光學(xué)掃描設(shè) 備10，其用作具有控制電路(電壓施加部)14的振動(dòng)設(shè)備，所述控制電路 14施加電壓以驅(qū)動(dòng)鏡子元件1;光源單元30，其向鏡子元件l輸入光；光源 驅(qū)動(dòng)單元40，其驅(qū)動(dòng)光源單元30;電源單元，其提供電源并驅(qū)動(dòng)圖像顯示 裝置(未示出)中的各個(gè)單元；以及其他。例如，圖像顯示裝置100具有如 下功能在控制電路14的控制下根據(jù)從外部輸入的圖像數(shù)據(jù)從光源單元30 向鏡子元件1輸出光L;通過(guò)使鏡子元件1將光L反射到外部投射平面上來(lái) 掃描光1;以及將圖像S投射到外部投射平面上。
光學(xué)掃描設(shè)備10包括鏡子元件l、控制電路14、以及振動(dòng)檢測(cè)單元 (振動(dòng)檢測(cè)部)19?？刂齐娐?4具有頻率調(diào)節(jié)單元(控制部)15、電壓
調(diào)節(jié)單元(電壓控制部)16、以及占空比調(diào)節(jié)單元(占空比調(diào)節(jié)部)17。在 該優(yōu)選實(shí)施例中，將可二維地掃描光L的鏡子元件(即，雙軸元件)用作鏡 子元件l;然而，在如下描述中，將單軸鏡子元件1用作舉例，以便更加簡(jiǎn) 潔地描述其結(jié)構(gòu)和控制。
圖2、 3A和3B示出鏡子元件1。例如，鏡子元件1包括用微機(jī)械加 工技術(shù)由通過(guò)形成SOI襯底11而構(gòu)成的小型可移動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述SOI襯底11 包括例如導(dǎo)電硅層lla和lib以及絕緣氧化膜層llc。氧化膜層llc連接在 硅層lla和硅層lib之間，使得硅層lla和硅層lib彼此絕緣。鏡子元件1 大致上呈矩形并具有可移動(dòng)板2，該可移動(dòng)板2大致上呈矩形且位于鏡子元 件1的中心部分。類似柱狀的扭轉(zhuǎn)彈簧3分別位于可移動(dòng)板2的兩端的相同 軸上?？蚣?形成在可移動(dòng)板2的周圍，以圍繞可移動(dòng)板2。扭轉(zhuǎn)彈簧3由 框架4支撐。也就是說(shuō)，框架4經(jīng)由扭轉(zhuǎn)彈簧3可擺動(dòng)地支撐可移動(dòng)板2。 垂直梳5形成在可移動(dòng)板2的空閑(free)邊緣上和一部分與空閑邊緣相對(duì) 的框架4上，所述空閑邊緣位于可移動(dòng)板2的沒(méi)有形成扭轉(zhuǎn)彈簧3的一端上， 并因此在可移動(dòng)板振動(dòng)時(shí)是空閑的。垂直梳5呈類似梳狀以彼此嚙合，并且驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)板2。如圖3B所示，在硅層11a中形成可移動(dòng)板2、扭轉(zhuǎn)彈簧3、 以及垂直梳5?？蚣?包括硅層lla、氧化膜層llc、以及硅層llb。當(dāng)可移 動(dòng)板2未被驅(qū)動(dòng)而靜止時(shí)，可移動(dòng)板2、扭轉(zhuǎn)彈簧3、和垂直梳5大致是水 平布置的。
可移動(dòng)板2的重心位于其上設(shè)置有兩個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧3 (其設(shè)置在可移動(dòng)板 2的兩端)的軸的附近，并且當(dāng)按照如下方式驅(qū)動(dòng)垂直梳5時(shí)，可移動(dòng)板2 圍繞其上設(shè)置有扭轉(zhuǎn)彈簧3的軸振動(dòng)。例如，鏡膜(鏡子)2a形成在可移動(dòng) 板2的上表面上，以反射從外部進(jìn)入的光等。例如，鏡膜2a是金屬膜，由 根據(jù)從光源單元30輸出的光L的類型選擇的鋁、金等制成。
框架4包括支撐單元4a，其支撐扭轉(zhuǎn)彈簧3;兩個(gè)固定電極4b，其上 形成有垂直梳；以及檢測(cè)電極4c，其通過(guò)分隔一部分包含一部分垂直梳5的 固定電極4b而構(gòu)成。固定電極4b分別圍繞當(dāng)可移動(dòng)板2振動(dòng)時(shí)在該可移動(dòng) 板2中空閑的兩端邊緣。通過(guò)隔離槽9來(lái)電絕緣支撐單元4a、固定電極4b、 以及檢測(cè)電極4c，所述隔離槽9通過(guò)去除在支撐單元4a和固定電極4b之間 以及在固定電極4b和檢測(cè)電極4c之間的一部分硅層lla而構(gòu)成。電極墊7a 和7b分別形成在支撐單元4a和固定電極4b上，使得可單獨(dú)地改變支撐單 元4a和固定電極4b的電勢(shì)。例如，電極墊7a和7b通過(guò)與鏡膜2a相同的金 屬膜制成。
垂直梳5包括多個(gè)梳狀電極2b，其形成在可移動(dòng)板2的端部邊緣；以 及多個(gè)梳狀電極4d，其形成在面對(duì)可移動(dòng)板2的端部邊緣的一部分固定電極 4b和一部分檢測(cè)電極4c上。在垂直梳5中，例如，梳狀電極2b和4d被設(shè) 置為使它們保持例如幾微米的間隙而彼此嚙合。例如，當(dāng)可移動(dòng)板2上的梳 狀電極2b經(jīng)由框架4上的電極墊7a連接至地電勢(shì)時(shí)，在固定電極4b上的 梳狀電極4d的電勢(shì)改變并隨后對(duì)梳狀電極2b和4d施加脈沖電壓時(shí)，垂直 梳5被驅(qū)動(dòng)。由控制電路14通過(guò)電極墊7b改變梳狀電極4d的電勢(shì)。當(dāng)對(duì) 垂直梳5中的梳狀電極2b和4d施加電壓時(shí)，梳狀電極2b和4d之間產(chǎn)生靜 電力，使得梳狀電極2b和4d彼此相吸。當(dāng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)垂直梳5產(chǎn)生的力與可 移動(dòng)板2大致成直角地作用在可移動(dòng)板2的端部邊緣時(shí)，靜電扭矩被加給可 移動(dòng)板2，并可擺動(dòng)地驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)板2。
例如，按如下方式形成鏡子元件1。首先，當(dāng)通過(guò)所謂的體微機(jī)械加工技術(shù)(bulk micromachining technique)對(duì)SOI襯底11進(jìn)行加工時(shí)，在SOI 襯底ll中形成可移動(dòng)板2、扭轉(zhuǎn)彈簧3、框架4、垂直梳5、以及其他，并 由此形成多個(gè)可移動(dòng)結(jié)構(gòu)。隨后，通過(guò)使用濺射方法等在SOI襯底11中的 硅層lla的上表面上形成金屬膜。當(dāng)在金屬膜上執(zhí)行圖案化(patterning)時(shí)， 鏡膜2a形成在可移動(dòng)板2的上表面上，并且電極墊7a和7b形成在框架4 的上表面上。當(dāng)鏡膜2a和電極墊7a和7b形成之后，例如通過(guò)陽(yáng)極接合(anodic bonding)將SOI襯底11與支持該SOI襯底11的例如玻璃等的支持襯底彼 此連接。隨后，剪切并分離在SOI襯底11上形成的多個(gè)鏡子元件1。通過(guò)上 述的一系列處理，可一次制造多個(gè)鏡子元件1，因此能夠減少制造鏡子元件 1的成本。然而，鏡子元件1的制造工藝不限于此，例如可通過(guò)激光工藝或 超聲工藝形成鏡子元件l，或者也可一個(gè)一個(gè)地形成。
控制電路14對(duì)垂直梳5施加脈沖電壓，并且通過(guò)周期性改變鏡子元件1 的電極墊7b的電勢(shì)來(lái)驅(qū)動(dòng)鏡子元件1。頻率調(diào)節(jié)單元15、電壓調(diào)節(jié)單元16、 以及占空比調(diào)節(jié)單元17分別具有如下功能改變對(duì)鏡子元件1施加的脈沖 電壓的頻率，改變電壓值(即脈沖電壓的振幅)，以及改變脈沖電壓的占空 比。在本優(yōu)選實(shí)施例中，振動(dòng)檢測(cè)單元19通過(guò)例如布線接合技術(shù)與檢測(cè)電 極4c連接。當(dāng)可移動(dòng)板2振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)檢測(cè)單元19檢測(cè)在檢測(cè)電極4c的梳 狀電極4d和可移動(dòng)板2的梳狀電極2b之間的靜電電容，并將該靜電電容輸 入控制電路14。控制電路14通過(guò)使用振動(dòng)檢測(cè)單元19檢測(cè)可移動(dòng)板2的振 動(dòng)相位。也就是說(shuō)，例如，控制電路14適于確定由振動(dòng)檢測(cè)單元19檢測(cè)的 靜電電容何時(shí)達(dá)到其峰值，當(dāng)可移動(dòng)板2大致呈水平狀態(tài)并且檢測(cè)可移動(dòng)板 2的相位時(shí)，在梳狀電極2b和4d之間的"重疊部分"變成最大。
光源單元30由例如激光二極管元件、透鏡、以及其他構(gòu)成，并且被設(shè) 置為向光學(xué)掃描設(shè)備10的鏡膜2a輸出光L。當(dāng)光源驅(qū)動(dòng)單元40從控制電路 14接收?qǐng)D像信號(hào)(其基于來(lái)自外部的圖像數(shù)據(jù))時(shí)，光源驅(qū)動(dòng)單元40根據(jù) 該圖像信號(hào)對(duì)光源單元30施加電壓，并從該光源單元30向鏡子元件1輸出 光L。也就是說(shuō)，光源單元30根據(jù)控制電路14的控制從光源驅(qū)動(dòng)單元40 接收電壓，并輸出光L。在該優(yōu)選實(shí)施例中，控制電路14根據(jù)來(lái)自外部的圖 像數(shù)據(jù)產(chǎn)生與施加給鏡子元件l的脈沖電壓同步的圖像信號(hào)，并控制從光源 單元30輸出的光L的輸出。因此，根據(jù)鏡子元件1的可移動(dòng)板2的振動(dòng)而
9從光源單元30輸出光L，通過(guò)鏡子元件1將光L掃射(scanned)在外部投 射平面上，從而在外部投射平面上投射圖像S (參見(jiàn)圖l)。
隨后，參見(jiàn)圖4描述具有上述配置的圖像顯示裝置100的性能。圖4示 出當(dāng)鏡子元件1被穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)時(shí)，隨著時(shí)間推進(jìn)，相對(duì)水平表面的可移動(dòng)板2 的振動(dòng)角、脈沖電壓、由振動(dòng)檢測(cè)單元19檢測(cè)的靜電電容、以及當(dāng)光源驅(qū) 動(dòng)單元40驅(qū)動(dòng)光源單元30時(shí)的圖像信號(hào)之間的關(guān)系。在圖4的頂部示出在 各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的梳狀電極2b和4d的姿態(tài)改變(pose variations)。
當(dāng)從控制電路14對(duì)垂直梳5施加矩形波脈沖電壓時(shí)，垂直梳5按預(yù)定 驅(qū)動(dòng)頻率產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，并且鏡子元件l的可移動(dòng)板2被驅(qū)動(dòng)。此時(shí)，脈沖電 壓被設(shè)置為預(yù)定基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電壓(例如，幾十伏特)，同時(shí)垂直梳5中的兩個(gè) 梳狀電極4d的電勢(shì)變?yōu)榛鶞?zhǔn)驅(qū)動(dòng)電壓。通過(guò)上述過(guò)程產(chǎn)生的靜電力使得在 可移動(dòng)板2的端部邊緣設(shè)置的兩個(gè)梳狀電極2b同時(shí)被拉向與各個(gè)梳狀電極 2b相對(duì)的梳狀電極4d。
在許多情況下，上述可移動(dòng)板2通常(甚至在靜態(tài)條件下)并不處于水 平姿態(tài)(horizontal attitude)，而是具有非常微小地傾斜，這是因?yàn)樵谛纬煽?移動(dòng)板2時(shí)存在尺寸誤差等造成的。因此， 一旦垂直梳5被驅(qū)動(dòng)，甚至從靜 態(tài)狀態(tài)，與可移動(dòng)板2大致垂直的驅(qū)動(dòng)力被加給可移動(dòng)板2，可移動(dòng)板2圍 繞在其上設(shè)置有扭轉(zhuǎn)彈簧3的軸振動(dòng)。隨后，當(dāng)可移動(dòng)板2處于梳狀電極2b 和4d彼此重疊，停止對(duì)垂直梳5施加電壓以取消驅(qū)動(dòng)力時(shí)，可移動(dòng)板2扭 動(dòng)扭轉(zhuǎn)彈簧3，并通過(guò)慣性力繼續(xù)振動(dòng)。然后，當(dāng)可移動(dòng)板2在振動(dòng)方向的 慣性力變成等于扭轉(zhuǎn)彈簧3的恢復(fù)力時(shí)，可移動(dòng)板2停止在上述振動(dòng)方向的 振動(dòng)(參見(jiàn)圖4中的tl、 t3的時(shí)刻)。此時(shí)，再次驅(qū)動(dòng)垂直梳5，并且可移 動(dòng)板2通過(guò)扭轉(zhuǎn)彈簧3的恢復(fù)力和垂直梳5的驅(qū)動(dòng)力開(kāi)始從與先前方向相反 的方向振動(dòng)。隨后，當(dāng)可移動(dòng)板2再次處于梳狀電極2b和4d彼此重疊的位 置時(shí)，取消垂直梳5的驅(qū)動(dòng)力(參見(jiàn)圖4的t0、 t2、 t4時(shí)刻)，并且可移動(dòng) 板2通過(guò)慣性力繼續(xù)振動(dòng)。可移動(dòng)板2重復(fù)通過(guò)上述垂直梳5的驅(qū)動(dòng)力和扭 轉(zhuǎn)彈簧3的恢復(fù)力產(chǎn)生的振動(dòng)。對(duì)垂直梳5施加具有特定頻率的電壓，該特 定頻率的大小大致上是由可移動(dòng)板2和扭轉(zhuǎn)彈簧3構(gòu)成的諧振系統(tǒng)的諧振頻 率的兩倍，因此驅(qū)動(dòng)垂直梳5。根據(jù)上述配置，通過(guò)諧振現(xiàn)象驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)板 2，使得可移動(dòng)板2的振動(dòng)角變大。在該優(yōu)選實(shí)施例中，圖像信號(hào)適于(be adapted to)與脈沖信號(hào)同步，并 且使光與脈沖信號(hào)同步地從光源單元30輸出。也就是說(shuō)，例如，控制電路 14在可移動(dòng)板2的振動(dòng)的角加速度的變化變小時(shí)向光源驅(qū)動(dòng)單元40發(fā)出圖 像信號(hào)，并控制從光源單元30輸出的光L的輸出。在開(kāi)始對(duì)垂直梳5施加 電壓之后，向光源驅(qū)動(dòng)單元40發(fā)送預(yù)定時(shí)間量(即，在圖4中的tl、 t3…時(shí) 刻之后的預(yù)定時(shí)間量)的圖像信號(hào)。根據(jù)上述配置，圖像顯示裝置100適于 能夠?qū)⒁赃m當(dāng)大小將圖像S投射在外部投射平面上的適當(dāng)位置中。
此時(shí)，在該優(yōu)選實(shí)施例中，控制電路14根據(jù)由振動(dòng)檢測(cè)單元19檢測(cè)的 可移動(dòng)板2的振動(dòng)控制頻率調(diào)節(jié)單元15、電壓調(diào)節(jié)單元16、以及占空比調(diào) 節(jié)單元17，以調(diào)節(jié)對(duì)鏡子元件l施加的脈沖電壓的頻率、電壓和占空比。以 下描述在驅(qū)動(dòng)鏡子元件1時(shí)由控制電路14執(zhí)行的控制的實(shí)例。
如圖4中的t0、 t2、 t4時(shí)刻所示，當(dāng)可移動(dòng)板2的振動(dòng)角為0并且梳狀 電極2b和4d大致上彼此重疊時(shí)，控制電路14通過(guò)振動(dòng)檢測(cè)單元19檢測(cè)靜 電電容的峰值。以此方式，控制電路14能夠檢測(cè)到振動(dòng)可移動(dòng)板2的相位。 當(dāng)確定可移動(dòng)板2的相位背離使得圖像能夠被適當(dāng)投射的預(yù)定相位差(作為 與脈沖電壓的相位相比較的結(jié)果)時(shí)，控制電路14控制占空比調(diào)節(jié)單元17。 如圖4虛線所示，例如，通過(guò)增加和減少脈沖電壓的占空比來(lái)執(zhí)行控制，以 將可移動(dòng)板2和脈沖電壓之間的相位差校正為預(yù)定相位差。換句話說(shuō)，控制 電路14根據(jù)脈沖電壓的相位(即圖像信號(hào)的時(shí)間控制)和可移動(dòng)板2的相 位來(lái)控制占空比調(diào)節(jié)單元17，并且還調(diào)節(jié)脈沖電壓的占空比。此外，控制電 路14根據(jù)占空比的變化來(lái)控制電壓調(diào)節(jié)單元16，例如將脈沖電壓的電壓值 增加和減少預(yù)定量的校正。除了相位差之外，當(dāng)可移動(dòng)板2的振動(dòng)頻率也從 預(yù)定頻率改變時(shí)，控制電路14還控制頻率調(diào)節(jié)單元15，以改變除了占空比 和電壓之外的脈沖電壓的頻率，從而控制可移動(dòng)板2的振動(dòng)使其具有預(yù)定頻 率。
作為改變占空比等的結(jié)果，對(duì)垂直梳5施加電壓的時(shí)間控制、對(duì)垂直梳 5施加的電壓、以及其他的改變，使得可移動(dòng)板2的振動(dòng)相位改變。在該優(yōu) 選實(shí)施例中，檢測(cè)振動(dòng)可移動(dòng)板2的相位，并基于此，執(zhí)行反饋控制，以改 變脈沖電壓的占空比和電壓，使得上述相位差等于預(yù)定相位差。通過(guò)以此方 式執(zhí)行反饋控制，圖像信號(hào)的相位和可移動(dòng)板2的振動(dòng)相位可以彼此再次同步，使得可適當(dāng)?shù)仫@示圖像。
如果此時(shí)增加占空比，同樣地，在可移動(dòng)板2的振動(dòng)角為0之后(參見(jiàn)
在t2和t4時(shí)刻之后的周期，圖4中的陰影周期)，也在可移動(dòng)板2在梳狀 電極2b和4d彼此相離的方向上振動(dòng)的周期中對(duì)垂直梳5施加電壓。在這種 情況下，垂直梳5的驅(qū)動(dòng)力作用在阻止可移動(dòng)板的振動(dòng)的方向上，并且能夠 造成可移動(dòng)板2的振動(dòng)角減小。相反，如果減小占空比，在可移動(dòng)板2在梳 狀電極2b和4d彼此接近的方向上振動(dòng)的周期中(參見(jiàn)在t2和t4時(shí)刻之前 的周期)，取消對(duì)垂直梳5施加電壓。因此，作用在加速可移動(dòng)板2的振動(dòng) 的方向上的驅(qū)動(dòng)力減少，并且能夠造成可移動(dòng)板2的振動(dòng)角減小。在該優(yōu)選 實(shí)施例中，即使當(dāng)要校正的相位差較大，由此占空比需要改變很多時(shí)，只要 控制電路14也能夠以上述方式改變脈沖電壓的電壓，那么便能夠保持可移 動(dòng)板2的振動(dòng)角。例如，可試驗(yàn)性地評(píng)估與控制電路14改變占空比等同時(shí) 改變的脈沖電壓的數(shù)值，并且可預(yù)先設(shè)置，而且，還可適用通過(guò)用戶等指定 控制的程度。
如上所述，在本發(fā)明中描述了單軸鏡子元件1，然而，還可基本上和大 致上按上述方式，通過(guò)控制電路14控制在圖像顯示裝置100中實(shí)際使用的 雙軸鏡子元件。也就是說(shuō)，控制電路14適于能夠改變每個(gè)脈沖電壓的占空 比、電壓等，以使可移動(dòng)板2以上述方式圍繞旋轉(zhuǎn)軸振動(dòng)。因此，能夠?qū)?移動(dòng)板2圍繞每個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)調(diào)節(jié)相位和振動(dòng)角，從而能夠適當(dāng)?shù)仫@示圖 像。
如上所述，在該優(yōu)選實(shí)施例中，控制電路14能夠根據(jù)可移動(dòng)板2的實(shí) 際振動(dòng)調(diào)節(jié)脈沖電壓的占空比、電壓等，并且能夠根據(jù)可移動(dòng)板2的振動(dòng)改 變施加電壓的時(shí)間控制和電壓本身。能夠以期望的相位振動(dòng)可移動(dòng)板2，使 得能夠適當(dāng)?shù)胤瓷鋸墓庠磫卧?0輸出的光，從而能夠適當(dāng)?shù)仫@示圖像。而 且，鏡子元件1不需要特殊結(jié)構(gòu)，然而，控制電路14具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，僅 通過(guò)簡(jiǎn)單的控制以改變脈沖電壓的占空比和電壓，就能夠調(diào)節(jié)可移動(dòng)板2的 振動(dòng)角和相位。因此，能夠減少圖像顯示裝置100的成本。
本發(fā)明不限于上述優(yōu)選實(shí)施例的配置，然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可運(yùn)用 各種修改。例如，控制電路可適于根據(jù)來(lái)自用戶的與圖像大小設(shè)置等相關(guān)的 指令來(lái)控制占空比調(diào)節(jié)單元、電壓調(diào)節(jié)單元、以及頻率調(diào)節(jié)單元，并且還通過(guò)改變脈沖電壓的占空比、電壓等振動(dòng)可移動(dòng)板2以實(shí)現(xiàn)(reflect)上述指 令。而且，例如，占空比調(diào)節(jié)單元、電壓調(diào)節(jié)單元、和頻率調(diào)節(jié)單元不限于 具有在控制電路的控制下改變脈沖電壓的占空比等的配置，然而，當(dāng)從外部 任意改變電路的阻抗值等時(shí)，它們能夠具有改變了占空比、電壓等的配置。 在這種情況下，盡管檢測(cè)器實(shí)際顯示圖像，但是例如可調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的占空 比等，以在組裝圖像顯示設(shè)備的過(guò)程期間適當(dāng)?shù)仫@示圖像。因此，可通過(guò)該 配置提高圖像顯示裝置的質(zhì)量，該配置能夠相當(dāng)大地降低制造圖像顯示裝置 的成本。
此外，光學(xué)掃描設(shè)備的可移動(dòng)板不僅可以是矩形，而且還可以是例如圓 形等的其他形狀。除了檢測(cè)上述靜電電容的振動(dòng)檢測(cè)單元之外，例如使用光 電傳感器等檢測(cè)可移動(dòng)板的振動(dòng)角或在扭曲扭轉(zhuǎn)彈簧時(shí)檢測(cè)可移動(dòng)板的振 動(dòng)的單元也可適用。當(dāng)以上述方式檢測(cè)可移動(dòng)板的振動(dòng)角時(shí)，控制電路能夠 更加準(zhǔn)確地控制可移動(dòng)板，以通過(guò)改變脈沖電壓的占空比和電壓使該可移動(dòng) 板按預(yù)定振動(dòng)角振動(dòng)。此外，本發(fā)明不僅適用于光學(xué)掃描設(shè)備(其包括配備 有鏡膜的可移動(dòng)板)和適用光學(xué)掃描設(shè)備的圖像顯示裝置，而且，本發(fā)明還 可廣泛地適用于使用可移動(dòng)結(jié)構(gòu)(其包括通過(guò)垂直梳可擺動(dòng)地驅(qū)動(dòng)的可移動(dòng) 板)的振動(dòng)設(shè)備、安裝振動(dòng)設(shè)備的裝置等。
本發(fā)明基于日本專利申請(qǐng)No.2007-137195，結(jié)果，參見(jiàn)上述專利申請(qǐng)的 說(shuō)明書(shū)和附圖，主題可與本發(fā)明組合。
盡管參見(jiàn)附圖通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例完整地描述本發(fā)明，但是對(duì)本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員清楚地，各種改變和修改是適用的。因此，這些改變和修改不脫離本 發(fā)明的范圍，而是可包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
1.一種振動(dòng)設(shè)備，包括可移動(dòng)結(jié)構(gòu)，其包括可移動(dòng)板；扭轉(zhuǎn)彈簧，以轉(zhuǎn)軸地支撐所述可移動(dòng)板；框架，用以支撐所述扭轉(zhuǎn)彈簧；以及垂直梳，其具有多個(gè)梳齒，所述多個(gè)梳齒設(shè)置在所述可移動(dòng)板和所述框架的一部分上且彼此嚙合，所述框架與所述可移動(dòng)板相互面對(duì)；以及電壓施加部，將脈沖電壓施加給所述可移動(dòng)板上的垂直梳的梳狀電極和所述框架上的垂直梳的梳狀電極；其中所述電壓施加部包括占空比調(diào)節(jié)部，其調(diào)節(jié)對(duì)所述垂直梳施加的脈沖電壓的占空比。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)設(shè)備，還包括振動(dòng)檢測(cè)部，其檢測(cè)所述可移動(dòng)板的振動(dòng)；其中根據(jù)由所述振動(dòng)檢測(cè)部檢測(cè)的所述可移動(dòng)板的振動(dòng)，對(duì)所述占空比調(diào)節(jié)部執(zhí)行反饋控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動(dòng)設(shè)備，其中所述電壓施加部還包括控制部，其控制所述脈沖電壓的電壓和頻率。
4. 一種光學(xué)掃描設(shè)備，其包括在權(quán)利要求1至3之一中描述的振動(dòng)設(shè)備，其中在所述振動(dòng)設(shè)備中的可移動(dòng)板具有鏡子，以掃射進(jìn)入所述鏡子的光。
5. —種圖像顯示裝置，其包括光源單元和在權(quán)利要求4中描述的光學(xué)掃描設(shè)備，其中所述光源單元根據(jù)圖像信號(hào)將光輸入所述光學(xué)掃描設(shè)備，以及所述圖像顯示裝置通過(guò)使用所述光學(xué)掃描設(shè)備反射從所述光源單元進(jìn)入的光來(lái)顯示圖像；其中根據(jù)所述圖像信號(hào)的時(shí)間控制來(lái)控制所述占空比調(diào)節(jié)部，以便調(diào)節(jié)脈沖電壓的占空比。
6. —種振動(dòng)設(shè)備的控制方法，其中所述振動(dòng)設(shè)備具有可移動(dòng)結(jié)構(gòu)，其中所述可移動(dòng)結(jié)構(gòu)包括可移動(dòng)板；扭轉(zhuǎn)彈簧，轉(zhuǎn)軸地支撐所述可移動(dòng)板；框架，用以支撐所述扭轉(zhuǎn)彈簧；以及垂直梳，其具有多個(gè)梳齒，所述多個(gè)梳齒設(shè)置在所述可移動(dòng)板和所述框架的一部分上以彼此嚙合，所述框架與所述可移動(dòng)板相互面對(duì)，所述振動(dòng)設(shè)備通過(guò)將脈沖電壓施加給所述可移動(dòng)板上的垂直梳的梳狀電極和所述框架上的垂直梳的梳狀電極來(lái)擺動(dòng)地驅(qū)動(dòng)所述可移動(dòng)板，其中通過(guò)調(diào)節(jié)所述脈沖電壓的占空比，當(dāng)所述可移動(dòng)板被振動(dòng)時(shí)，施加給所述垂直梳的電壓的周期就發(fā)生改變，所述可移動(dòng)板的振動(dòng)相位也發(fā)生改變。
全文摘要
提供一種振動(dòng)設(shè)備，其可通過(guò)簡(jiǎn)單的構(gòu)成輕易地調(diào)節(jié)可移動(dòng)板振動(dòng)角和相位。用作振動(dòng)設(shè)備的光掃描設(shè)備(10)包括鏡子元件(1)，用于振動(dòng)具有鏡膜(2a)的可移動(dòng)板；控制電路(14)，具有占空比調(diào)節(jié)單元(17)和改變脈沖電壓的占空比的功能，從而施加脈沖電壓以驅(qū)動(dòng)鏡子元件(1)的垂直梳；以及振動(dòng)檢測(cè)單元(19)，用于檢測(cè)可移動(dòng)板的振動(dòng)?；谟烧駝?dòng)檢測(cè)單元(19)檢測(cè)的可移動(dòng)板振動(dòng)，控制電路(14)控制占空比調(diào)節(jié)單元(17)，以改變脈沖電壓的占空比。當(dāng)對(duì)鏡子元件(1)施加具有改變的占空比的脈沖電壓時(shí)，在可移動(dòng)板的振動(dòng)時(shí)刻改變對(duì)垂直梳施加電壓的周期，從而可改變移動(dòng)板的振動(dòng)的相位和振動(dòng)角。通過(guò)根據(jù)可移動(dòng)板的振動(dòng)對(duì)占空比的反饋控制，可控制可移動(dòng)板以在適當(dāng)?shù)南辔缓瓦m當(dāng)?shù)恼駝?dòng)角振動(dòng)。
文檔編號(hào)H02N1/00GK101682274SQ200880017140
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者上田英喜, 河野清彥, 野毛宏 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社