专利名称：致动器、防护罩、制造方法、光偏转器、扫描仪及投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种致动器、致动器防护罩、致动器制造方法、包含致动器的光偏转器、二维光扫描仪、以及包含光扫描仪的图像投影仪。
背景技术：
微机械技术(MEMQ制造的致动器在节约能源、微型化、高速操作等方面有很大提升。由硅晶片制成的致动器的驱动器能通过半导体微制造技术大规模且低成本地生产。图1是这样的致动器的示例。在图1中致动器30包括矩形框架元件31、一对作为旋转轴线的横梁元件(扭力杆)32，和可移动元件33。所述一对横梁元件连接于框架元件 31，而可移动元件33由框架元件31通过横梁元件32支撑。例如镜面33a设置在可移动元件33上。在致动器30上，可移动元件33通过横梁元件的扭力转动，如图2、3所示。该致动器30可使用谐振小能量产生大幅度、高速的旋转振荡。此外，日本专利申请No. 2003-181800中公开的致动器30包括由折回部分3 和直线部分34b组成的弯折横梁元件34、以及在该弯折横梁元件上形成的压电膜，如图4、5所示。通过在相反方向上可选地弯折横梁元件32的相邻直线部分34b，该具有低弹性刚度的致动器可大大倾斜(incline)。也就是说，通过在框架元件31上安装弯折横梁元件，该致动器30可具有弹性系统，该弹性系统相当于在框架元件31大小没变的情况下由长直线扭力形成的弹性系统。因此，可降低横梁元件的弹性刚度并且在低速操作下降低弹性系统的谐振频率。甚至不使用谐振，该致动器也可由小驱动力产生很大的旋转。另外，日本专利申请No. 2010-148265公开了另一致动器，例如，该机构包括弯折振荡器上的驱动器元件，来提高对驱动器元件的能量提供效率。另外，日本专利申请No. 2004-304856公开了一致动器，例如，该机构包括可移动元件，弯折横梁元件、以及梳状元件，其中该弯折横梁元件相对于框架元件摇摆支撑可移动元件，并且该梳状元件被固定在当可移动元件移动时与弯折横梁元件啮合的位置处。该类致动器，作为一种由易碎材料的硅制成的MEMS设备，当受到与旋转轴线垂直方向的力时容易出现故障。此外，将该类致动器作为利用光束二维扫描物体成像的光扫描仪，优选弹性系统的低刚度以便降低副扫描方向上的谐振频率，甚至由于支撑弹性系统的谐振频率相对于期望的振荡频率过高而造成不产生谐振时，仍能通过小能量驱动致动器。然而，由于低弹性刚度，该致动器的机械强度降低从而很可能受到损坏或出现故障。并且，上面文献中公开的弯折横梁元件在有限空间内获得低弹性刚度，但受到碰撞时产生问题，即与直线横梁元件相比较，它可能发生很大移动，从而容易出现故障。例如，图6示出了可移动元件33绕着旋转轴线0正常旋转。可移动元件33被设计成当旋转时可移动元件33的移动区域被限制且致动器30不容易发生故障。
同时，在图7和8中，由于对可移动元件33产生预想不到的力使其偏离旋转轴线 0，横梁元件32 (弯折横梁元件34)发生变形和扭曲。存在移动元件33碰到在致动器30附近布置的电路元件等并且致动器30可能发生故障的可能性。
发明内容
本发明的目的是提供一种致动器，当受到碰撞时，该致动器能防止故障或损坏，同时提供该致动器的防护罩、致动器制造方法、包含致动器的光偏转器、二维光扫描仪、以及包含光偏转器的图像投影仪。根据本发明的一方面，一种致动器包括框架元件；一对横梁元件；可移动元件， 由所述框架元件通过所述横梁元件旋转地支撑；驱动器，用于使所述可移动元件相对于所述框架元件并围绕作为旋转轴的所述横梁元件旋转；以及在所述横梁元件的旋转轴线上设置的阻尼元件。
本发明的特征、实施例和优点，将参照附图在以下详细描述。图1是传统的致动器的结构示例的示意性立体图；图2是当以一方向旋转时图1中的可移动元件的立体图；图3是当以另一方向旋转时图1中的可移动元件的立体图；图4是另一传统致动器的立体图，该致动器包括连接可移动元件和框架元件的弯折横梁元件；图5示出了图4中的弯折横梁元件的另一示例；图6示出了当可移动元件如设计那样沿着旋转轴线旋转时的正常状态下的弯折横梁元件；图7示出了当可移动元件偶然旋转离开轴线时变形的弯折横梁元件；图8示出了当可移动元件偶然旋转离开轴线时另一变形的弯折横梁元件；图9是根据本发明第一实施例的致动器的立体图，示出了可移动元件的前面；图10是图9中的致动器的立体图，示出了可移动元件的后面；图11是根据本发明第二实施例的包括弯折横梁元件的致动器的立体图；图12是图11中的弯折横梁元件的另一示例的立体图；图13是示出了施加的电压的驱动频率和角度幅值之间的关系的图表；图14是根据本发明第二实施例的致动器的示例的立体图，该致动器在偏离旋转轴线的位置处包括将弯折横梁元件连接到可移动元件的第一连接轴和将弯折横梁元件连接到框架元件的第二连接轴；图15示出了在图14中的致动器的旋转轴线上非连续布置的用来横跨直线部分的阻尼元件；图16是根据本发明第三实施例的致动器的立体图，该致动器包括在图11中的弯折横梁元件上连续形成的阻尼元件；图17是包括在图12中的弯折横梁元件上连续形成的阻尼元件的致动器的立体图18示出了在图14中的致动器的旋转轴线上连续布置的用来横跨直线部分的阻尼元件；图19是根据本发明第四实施例的致动器的立体图，其中压电膜形成在致动器横梁元件的直线部分上；图20示出了当横梁元件移动时施加了电压的图19中的致动器；图21是根据第五实施例的致动器的立体图，该致动器包括在图19中的致动器的平板部分的四个角处的碰撞减弱元件；图22是根据第六实施例的致动器的前面的立体图；图23示出了图22中的致动器的后面；图M是根据第七实施例的致动器的立体图，该致动器在后面包括用于容置排放单元的排出针脚的凹部；图25示出了如何根据本发明的一个实施例的致动器制造方法在横梁元件上形成阻尼元件的示例；图沈示出了相互分离的模具和致动器；图27示出了图沈中的模具与框架元件装配；图观示出了相互分离的模具和致动器的另一示例；图四示出了图观中的模具与框架元件装配；图30示出了如何将阻尼材料附接在横梁元件上；图31示出了用于旋转轴线模式识别的、弯折横梁元件的旋转轴线上形成的位置标记；图32示出了在弯折横梁元件的旋转轴线上的间隙中布置的棒状元件；图33是在两者之间提供了阻尼元件的棒状元件和弯折横梁元件的部分放大视图；图34示出了装在图19中的致动器上的致动器防护罩；图35是图34中的防护罩的放大立体图；图36是图35中的致动器和防护罩的剖视图；图37是在弯折横梁元件的旋转轴线的横向方向上的装有防护罩的致动器的放大横截面图，示出了在壁中保持的弯折横梁元件；图38是图37的壁中保持的弯折横梁元件的另一个放大横截面图；图39是图37的壁中保持的弯折横梁元件的另一个放大横截面图；图40是装有防护罩的致动器的平面图，示出了阻尼元件的位置的另一例子；图41是致动器阻尼元件的位置的另一例子的平面图；图42是装有防护罩的致动器的后面的立体图；图43是包含根据本发明的致动器的光偏转器致动器的例子的立体图，该光偏转器包括具有反射表面的平板部分；图44是二维光扫描仪的平面视图，其中内部嵌套有根据本发明的致动器；图45是致动器的平面视图，其中利用在弯折横梁元件上的布线形成位置标记；图46是图45布线的一部分的放大视图；图47是图像投影仪的结构的立体图，该图像投影仪包含图44中的二维光扫描仪；以及图48是图像投影仪的另一示例的立体图，该图像投影仪包含图44中的二维光扫描仪。
具体实施例方式接下来，将结合附图进行详细描述本发明的实施例。只要可能，在整个附图中，相同的附图标记将指示相同的部件。第一实施例图9示出了根据本发明第一实施例的作为MEMS设备的致动器的实例。在图9中， 致动器30包括矩形框架元件1，正方形可移动元件2和一对横梁元件3。矩形框架元件1 包括长框架部分Ia和短框架部分lb，而可移动元件2通过横梁元件3被保持在短框架部分 Ib当中。如图9和10所示，可移动元件2包括前面的平板部分加和后面的加强壁2b。一对横梁元件3在平行于长框架部分Ia的方向上延伸，并起到环绕框架元件1的纵向方向旋转地支撑可移动元件2的功能。一对横梁元件3被配置为细长形来减弱弹性刚度，由此横梁元件3可以小的驱动力按预定的幅值和低频率旋转。在横梁元件3的旋转轴线上形成有阻尼元件4，延伸穿过短框架部分Ib到平板部分加的边缘2a’处。阻尼元件需要由具有与形成横梁元件3的硅相比非常小的弹性、衰减特性和力吸收特性的材料制成。它们还要能抵抗横梁元件3的变形和旋转速度。这样的材料可是具有足以能够保持阻尼元件4的形状的高粘性的胶状材料或橡胶材料。众所周知，胶状材料由硅制成，当紫外线照射或加热时，一些胶状材料具有粘性增加的特性。另外的胶状材料可由两种低粘性材料在经过预定长的时间后变为具有高粘性而得到。利用这种材料，通过迅速地将两种低粘性材料混合并将其涂覆在需要的表面，可以有效地且精确地在需要的地方形成高粘性部分。本实施例的阻尼元件4由紫外线固化的胶状材料制成。图9中的致动器30包括未示出的驱动元件。该驱动元件可是电磁、静电或压电型元件等。阻尼元件4具有和速度成比例的抵抗，旋转轴在该速度下发生变形以防止横梁元件在受到碰撞或冲击力时发生大变形。由此，可防止致动器30发生损坏或出现故障。同时，根据致动器30，阻尼元件4在正常旋转时只有很小的移位。另外，阻尼元件的存在不增加对旋转振荡的抵抗。因此，具有低弹性刚度的作为旋转轴的细长形横梁元件3不增加对旋转振荡的抵抗，在受到碰撞时不会发生很大的变形。这可防止致动器30发生损坏。第二实施例图11示出了横梁元件3作为弯折横梁元件3c的另一示例，弯折横梁元件3c由折回部分3a和直线部分北组成。折回部分3a平行于长框架部分Ia延伸，同时直线部分北平行于短框架部分Ib延伸。
弯折横梁元件3c包括连接轴3d、3e，其将可移动元件2旋转地连接于框架元件1。 直线部分北在与旋转轴线0正交的方向延伸并将连接轴3d和3e连接。本实施例的阻尼元件4不连续地布置在弯折横梁元件3c的旋转轴线0。本实施例的阻尼元件4由连接连接轴3d和直线部分北的阻尼元件如，连接在直线部分北之间的阻尼元件4b，以及连接直线部分北和连接轴!Be的阻尼元件如组成。因此，在旋转轴线0上，阻尼元件沿着弯折横梁元件3c的不连续空间横向延伸。图12示出了弯折横梁元件3c的另一示例，弯折横梁元件3c包括平行于短框架部分Ib的折回部分3a，和平行于长框架部分Ia的直线部分北。直线部分北也平行于旋转轴线0。阻尼元件4由连接连接轴3d和折回部分3a的阻尼元件4a’，和连接折回部分3a 和连接轴3e的阻尼元件4b’组成。包括弯折形状的横梁元件的图11至12中示出的致动器30可降低扭力方向上的弹性系数，且移动元件2可以小的驱动力低频率振荡。对于阻尼元件4使用具有低粘性的材料，该粘性可由紫外线照射增加从而防止阻尼元件松垂(sag)。对于阻尼元件4使用热固化的胶状材料，它的粘性可通过加热而增加。阻尼元件4通过自施加微小弹性来防止横梁元件因承受可移动元件2的重量而弯曲。根据本实施例，横梁元件3被弯折来减少弹性刚度，以便利用很小的驱动力以低频率旋转，且在横梁元件3的移位很小的旋转轴线上安排阻尼元件4。因此，阻尼元件4不会增加对旋转振荡的抵抗，并且它们可阻止横梁元件3在受到碰撞时发生大的变形，同第一实施例。由此，可防止该致动器30发生损坏。本发明的发明人在具有阻尼元件4或没有阻尼元件4的情况下使用相同的碰撞测试机器对图11中的致动器30进行碰撞-抵抗测试。已证实，具有阻尼元件4的致动器30 产生的加速度抵抗是没有阻尼元件4的致动器30的两倍。另外，为了检查阻尼元件是否会不利地影响旋转振荡，测量具有压电膜的可移动元件2 (例如，图19所示)相对于驱动频率的角度幅值，同时对于该压电膜施加具有不变幅值的电压并且该施加电压的驱动频率由小到大变化。图13是施加电压相对于驱动频率的角度幅值的曲线图。在图13中，Ql是没有阻尼元件的4致动器30的角度幅值的特性曲线，Q2是具有阻尼元件4的致动器30的角度幅值的特性曲线。没有阻尼元件4，在高驱动频率f0处发生锐谐振(sharp resonance) Pl，而在驱动频率f l、f2处发生谐振P2、P3分别是在频率f0处的谐振的大约一半和三分之一，如角度幅值特性曲线Ql所示。相反，具有阻尼元件4，高于频率fO的驱动频率fO’处发生谐振P4，而谐振P4的峰值比谐振Pl的峰值低很多。另外，具有阻尼元件4的致动器30的幅值敏感度(每单位电压的角度幅值)在低驱动频率范围内不降低，这与不具有阻尼元件4的致动器30不同。另外，频率f l、f2处的谐振P2、P3不出现在具有阻尼元件4的致动器30的角度幅值特性曲线Q2。因此，具有阻尼元件4的致动器30在低频率范围内不降低幅值敏感度，而在频率Π、f2处也不产生谐振P2、P3。相应地，如果包含致动器30的电子设备在频率fl和f2处振荡，其角度幅值将不会超出设计的角度幅值。接着，图14示出了包括弯折横梁元件3c的连接轴3d、;3e的框架元件1的另一示例，连接轴3d、;3e装在偏离旋转轴线0的方向，而不是图11、12所示的沿着旋转轴线0的延伸方向。在图14中，一对连接轴3d对称布置在正方形可移动元件2的对角线中心Ox相对的角部。一对连接轴3e对称布置在矩形框架元件1的对角线中心Ox(与可移动元件2的对角线中心一致)相对的角部。阻尼元件如”至4i”形成在旋转轴线0上，如图15所示。它们被不连续地布置在旋转轴线ο上，延伸跨越直线部分北。包括如上配置的框架元件1的致动器30能获得与图 11中的致动器30相同的效果。成对的连接轴3d、3e能代替图14_15的方式任意布置。第三实施例图16示出了图11中具有阻尼元件4的致动器30的另一示例，该阻尼元件4被配置为连续地延伸跨越旋转轴线0上的直线部分北。图17示出了图12中具有阻尼元件4的致动器30的另一示例，该阻尼元件4被配置为平行于旋转轴线0上的直线部分北连续地延伸。如图16-17所示，将阻尼元件4连续地形成在弯折横梁元件3c上，横梁元件3c和阻尼元件4的接触区域被扩大，且可防止阻尼元件从横梁元件3分离从而保证紧固。此外， 阻尼元件4可很容易地应用到横梁元件3上。此外，图18示出了致动器30的另一示例，该致动器30的阻尼元件4连续布置以延伸跨越框架元件1的直线部分北，其中成对的连接轴3d、;3e对称布置在图14中的对角线中心Ox的相对的角部。这样结构中的致动器30可获得与图11-12和图14中的致动器30 相同的效果。第四实施例图19示出了致动器30的另一示例，致动器30的压电膜5形成在弯折横梁元件3c 的直线部分北上。对该压电膜施加一电压，可移动元件2以图19中箭头所示方向K旋转。 改变压电膜5的弯曲方向，每个直线部分北可轻微移动。每次移动的累加能很大改变可移动元件2的幅值。阻尼元件4布置在连接轴3d、;3e之间以延伸跨越旋转轴线上的直线部分北。图 20示出了当可移动元件倾斜时，从旋转轴线看去的直线部分北的虚拟倾斜。可看出由于累加各直线部分北的移动量造成可移动元件2很大倾斜于框架元件1。该阻尼元件被施加扭力，但拉力或压力并不大。由此，在正常操作期间不会产生很大抵抗且不增加对正常旋转振荡的抵抗，它们能防止横梁元件受到碰撞时发生大的变形并能防止致动器30损坏。另外，由于压电膜直接布置于横梁元件3上，因此致动器30不会增加尺寸。第五实施例图21示出了致动器30的另一示例，该致动器30包括位于图19中的可移动元件 2的平板部分加上的碰撞减弱元件6。碰撞减弱元件6用于减弱可移动元件2’发生很大移动时和碰到另外元件时的碰撞。碰撞减弱元件6是由与阻尼元件4相同的材料制成的。由易碎材料(例如硅树脂)制成的可移动元件2和横梁元件3受碰撞会受到损坏。 将柔性的碰撞减弱元件6设置在偏离连接轴3d、;3e的平板部分加上，可减弱由于任何原因造成可移动元件2碰到另外元件时的碰撞。使用同样的材料，碰撞减弱元件6和阻尼元件4可通过紫外线照射、加热等的单个制造处理而连续地形成在致动器30上，这会有助于缩短制造致动器30的工作时间。第六实施例图22-23示出了致动器30的另一示例，在该致动器30中阻尼元件4位于横梁元件3的背面。在图19和21中，阻尼元件4于框架元件1的表面向外突出，由此减少在设计包含致动器30的未示出元件的自由度。根据本实施例，阻尼元件4形成在提供了可移动元件2的加强壁2b和框架元件1 的壁Ia的背面上。这可提高在设计包含致动器30的元件的自由度。第七实施例现在，参考图M描述用于使得阻尼元件4形成在图23所示的横梁元件的背面上的排放元件，如下。排放元件7包括圆柱体7a和排出针脚7b。圆柱体7a内装有胶状材料。排放元件7用于从圆柱体7a排出胶状材料。它控制圆柱体7a中包含的胶状材料的量、圆柱体压力、以及排出时间长度，以便从排出针脚7b排出恒定量的胶状材料。通过使用排放元件7，框架元件1的壁la’和可移动元件2的加强壁2b妨碍排出针脚7b，这影响排放元件7将胶状材料应用于加强壁2b上的连接轴3d和壁la’上的连接轴3e的预期位置。为了解决上述问题，根据本实施例的致动器30，具有分别位于框架元件1的壁la’ 和可移动元件2的加强壁2b的凹部8、9，用于引导排出针脚7b。由于凹部8、9，阻尼元件4 可精确地形成在连接轴3d和3e的预期位置处。第八实施例接下来，介绍阻尼元件的制造方法的示例。由胶状材料被紫外线照射或加热而制成的阻尼元件4在固化处理的初始状态具有低粘性。由此，当应被用到横梁元件3时，胶状材料可能流出旋转轴线并流下去，这阻碍了致动器30的正常旋转。基于本实施例，在横梁元件3上应用阻尼元件4，使得致动器30倾斜以造成阻尼元件4沿着旋转轴线流动，如图25所示。然后，阻尼元件4通过紫外线照射或加热而固化在横梁元件3的预期位置处。由此，通过倾斜(tilt)框架元件1的同时将胶状材料应用到横梁元件3上，在旋转轴线上形成细长形的阻尼元件4。第九实施例图沈示出了用于在横梁元件3上使用低粘性胶状材料形成阻尼元件4的模具10。 利用紫外线固化的胶状材料制成阻尼元件的模具10由紫外线或光照可透过材料制成。模具10包括开口 10a、10b，沿旋转轴线向延伸并引导排出针脚7b。如图27所示， 排放元件7将胶状材料施加于横梁元件3上，同时模具10安置在框架元件1上。而后，阻尼元件4的胶状材料由紫外线照射而固化。用热固化胶状材料作为阻尼元件4，模具10由热导材料形成并被直接地照射以固化胶状材料来形成阻尼元件4。第十实施例图观示出了模具10的另一示例，该模具10包括用于容纳致动器30的凹部11，以便利用非常低粘性的胶状材料形成阻尼元件4。凹部11成型为与弯折横梁元件对应的形状并包括用于容置阻尼元件4的胶状材料的两个凹陷。胶状材料注入凹陷12并将致动器30装配在模具10上，由此致动器30的前面正对着凹部11，如图四所示。模具10由紫外线可穿透的胶状材料制成，利用来自下方的紫外线照射固化凹陷中的胶状材料以便在弯折横梁元件3C的表面上形成阻尼元件4。此外，通过设置柔性的碰撞减弱元件6于偏离连接轴3d、3e的平板部分加上，用于形成碰撞减弱元件6的凹陷13能被形成在平板部分加的凹部11中，如图28所示。第—^一实施例图30示出了制造致动器30的另一示例，其中预先地将胶状材料由紫外线照射而固化成期望形状和大小来形成阻尼元件。阻尼元件4’可利用粘合剂连接到连接轴3d、3e， 该粘合剂可是阻尼元件4’的胶状材料。使用热可固化材料，阻尼元件4’通过热固化连接到弯折横梁元件3c。这能促进阻尼元件的制造处理。第十二实施例图31是描绘了如何在弯折横梁元件的旋转轴线0上形成位置标记用以旋转轴线 0的模式识别的示意图。在本实施例中，通过应用类似涂料等于弯折横梁元件3c的旋转轴线0而形成位置标记Ma，例如横跨横梁元件3的直线部分北。阻尼元件4安置在位置标记Ma的方向来覆盖位置标记Ma。因此，在旋转轴线0上形成位置标记Ma用以旋转轴线0的模式识别，当通过显微镜观察到弯折横梁元件3c的部分放大区域时可以识别旋转轴线0的位置来形成阻尼元件 4。在应用处理中可不改变显微镜的放大倍数就获知旋转轴线0的位置，从而可准确地且快速地将阻尼元件4应用于弯折横梁元件3c。另外，还可容易地检查阻尼元件4是否恰当地安置于旋转轴线0的正确位置或它们正确地延伸到弯折横梁元件3c的空间。并且，通过利用图像识别手段来识别位置标记 Ma，可方便地实现将阻尼元件4自动应用到弯折横梁元件3c上。第十三实施例图32-33示出了用于防止阻尼元件4扩散和滑落的棒状元件Mz。棒状元件Mz利用弯折横梁元件3c的旋转轴线0的间隙通过张力延伸。保持元件Mi用来保持住棒状元件 Mz的两端。当胶状材料注入弯折横梁元件3c和棒状元件Mz之间时，阻尼元件的胶状材料被表面张力拉到棒状元件Mz并沿着该棒状元件流动。这可防止胶状材料在紫外线照射的固化处理中从弯折横梁元件3c的直线部分北的空间中滑落。另外，胶状材料可通过表面张力聚集在棒状元件Mz上和弯折横梁元件3c的旋转轴线0上。换句话说，可防止胶状材料从旋转轴线0扩散到周边位置。在胶状材料固化成阻尼元件4以后，从阻尼元件4移除棒状元件Mz。
第十四实施例图34至36示出了根据上述任一实施例的致动器30的防护罩。图34_35是将防护罩40安装于致动器30上的的立体图。防护罩40由矩形周边壁40a和底壁40b组成。40c是由周边壁40a围绕出的空间，在该空间中设置致动器30，如图36所示。空间40d在与可移动元件2相对的位置处的底壁40b上形成，以便允许可移动元件2旋转。一对支撑壁40e在底壁40b上沿相反方向延伸，空间40d夹在它们中间。周边壁 40a的长边包括用来引导柔性印刷板41的缺口部40f。防护罩40由塑料制成，例如透明聚乙烯树脂。在致动器30设置有防护罩40之前， 对周边壁40e的顶部40g涂覆阻尼元件4的胶状材料。阻尼元件4保持在支持壁40e和弯折横梁元件3c之间，如图37所示。阻尼元件4使用紫外线可固化胶状材料，该材料通过对直线部分北的空间3c”照射紫外线而固化。防护罩40使用紫外线可透射材料，紫外线通过防护罩40的底壁40b的表面照射该材料。由此，阻尼元件4的粘性作用在弯折横梁元件3c和支撑壁40e两者，阻尼元件4 可容易地设置并防止在使用致动器30的过程中致动器30从旋转轴线0移位。支撑壁40e的顶部40g可是用来防止阻尼元件4脱落的凹陷40h，如图38所示。另外，为了防止支撑壁40e在使用中受损，可从顶部40g到底壁40b将支撑壁40e 设置为具有从窄到宽的宽度变化的形状，如图39所示。可选的，顶部40g的边缘可做倒角(隆起线40i)来调整顶部40g的宽度，如图37 中虚线所示。为了将支撑壁40e形成上述分离的两部分的形状，制备支撑壁40e和底壁40b， 在加工支持壁40e之后将支撑壁40e和底壁40b接合起来形成防护罩40。另外，弯折横梁元件3c通过阻尼元件4柔软地保持在防护罩40的支撑壁40e上， 由此在弯折横梁元件的直线部分北之间的所有空间3c”不需由阻尼元件4相互连接，如图 15-18所示。相反，如图40所示，例如仅将阻尼元件4间隔地布置在旋转轴线0上直线部分 3b和支持壁40e的交叉点40 j处。另外，阻尼元件4可根据可移动元件2的重量或形状不布置在交叉点40j处。例如，可将它们仅布置在可移动元件2和弯折横梁元件3c之间的连接轴3d上，如图41所示， 或仅布置在可移动元件2附近的连接轴3d或这些连接轴附近的直线部分北与支撑壁40e 之间的交叉点40 j处。另外，防护罩40可设置在如图42所示的致动器30的背面，而不是如图35所示的前面。因此，致动器的防护罩40配置有环绕致动器30的周边壁40a和用于阻尼元件4 的支撑壁40e。由此，可防止阻尼元件4在致动器30的使用过程中从旋转轴线0移位。第十五实施例图43示出了将致动器30作为光偏转器的示例，该光偏转器还包括位于可移动元件2的平板部分加上的反射镜14’。反射镜14’例如由平板部分加上的真空蒸发铝形成。 反射镜14’通过可移动元件2的旋转而移动来反射不同方向的入射光线。由此，致动器30 可用作光偏转器或光扫描仪。
由于在连接轴3d、;3e的旋转轴线0上具有阻尼元件4，可防止横梁元件3受到碰撞或冲击力时发生很大变形。提供了一种可靠的光偏转器或致动器30。第十六实施例图44示出了应用了致动器30的二维光扫描仪的示例。二维光扫描仪3Q包括矩形外框元件1和可移动元件2，该可移动元件2包括由长框架部分1 和短框架部分14b组成的矩形内框元件14。长框架元件Ha在平行于短框架元件Ib的方向延伸，而短框架部分14b在平行于长框架部分Ia的方向延伸。内框元件14包括盘状的可移动平板15，用于安装反射镜14’。可移动平板15由在直径方向延伸的横梁元件16a支撑。横梁元件16a的延伸方向定义为Y轴。横梁元件的端部集成有4个悬臂支架(cantilever) 17a至17d。4个悬臂支架17a至17d在与横梁元件16a正交的方向延伸，悬臂支架的端部与长框元件Ha集成。悬臂支架17a至17d可由双压电晶片、单压电晶片或形状记忆合金制成。 在本实施例中，压电膜5用于悬臂支架17a至17d。由悬臂支架17a至17d产生的弯曲力传输到横梁元件16a，从而环绕作为Y轴方向上的旋转轴线的横梁元件16a旋转可移动平板15。弯折横梁元件3c被设置在长框架部分1 和短框架部分Ib之间，并包括折回部分3a和直线部分北。压电膜5，布置在直线部分北上。折回部分3a在平行于长框架部分Ia的方向延伸，直线部分北在平行于短框架部分Ib的方向延伸。弯折横梁元件3c包括连接弯折横梁元件3c至短框架部分Ib的连接轴 3e，，和连接弯折横梁元件3c至长框架部分14a的连接轴3d’。连接连接轴3d’和!Be’的直线平行于长框架部分Ia并正交于Y轴。直线的延伸方向定义为X轴。直线为X轴方向上的旋转轴线。阻尼元件4被设置在该旋转轴线上。当驱动直线部分北上的压电膜5时，每个直线部分北被有限地移动并累加所有的直线部分北的移动，从而在X轴方向上很大程度地旋转可移动元件2。随着可移动元件2环绕X轴的旋转，入射光束被反射到Y轴方向。随着可移动元件15在Y轴方向上的旋转，入射光束被反射到X轴方向。由此，光束在二维扫描。这样，可移动元件2被置于嵌套的状态，可通过高弹性刚度的悬臂支架17a至17d 的谐振环绕Y轴高速旋转，并通过低弹性刚度的弯折横梁元件3c的谐振以低谐振频率环绕 X轴旋转。因此，二维光扫描仪3Q可由小能量光束产生光栅图像，该小能量可从Y轴旋转和 X轴旋转之间的谐振频率的大差异产生，或当不使用谐振特性时的小弹性刚度力产生。阻尼元件4以如下方式使用位置标识安排于二维光扫描仪3Q。例如，位置标识Ma 可使用布线Mx的一部分与布线Mx同时形成。布线Mx位于弯折横梁元件3c上，该弯折横梁元件3c连接外框元件1和作为可移动元件2的内框元件14，用于给悬臂支架17a至17d 上的压电膜5提供驱动能量，如图45所示。图46是图45中的弯折横梁元件3c上的布线Mx的部分放大视图，该布线Mx由第一铝线Mxl和第二铝线Mx2组成。通过第一和第二布线，间隔线Mx3和标识线Mx4如下方式形成间隔线Mx3沿着弯折横梁元件3c的连接轴3d’和3e，的旋转轴线0延伸，而标识线Mx4在与直线部分北的长度方向正交的方向上延伸。
根据本实施例，利用布线Mx，在弯折横梁元件3c上高效地同时形成旋转轴线的位置标识Ma和硅表面上的布线Mx，以便例如向驱动器装置提供电能。本实施例为利用布线Mx形成位置标识Ma的示例。然而，在本发明中，位置标识Ma 可以任意地形成，并不局限于本示例。第十七实施例图47示出了包含图46中的二维光扫描仪3Q的图像投影仪。该图像投影仪包括用于发射红光束的第一光源1R，用于发射绿光束的第二光源1G，用于发射蓝光束的第三光源1B，交叉二色棱镜(crossdichroic prism) 2Q,以及用来扫描从交叉二色棱镜2Q输出的光束以便在投影屏幕4Q上投影图像的二维光扫描仪3Q。图像投影仪可与投影屏幕4Q集成
在一起。第一光源IR是中心波长大约为630nm的半导体激光二极管发出，第三光源IB与大约为430nm的中心波长相同，而第二光源IG是中心波长大约为540nm的激光设备。二维光扫描仪3Q可被配置为能够环绕两个轴线旋转来将激光束反射到投影屏幕 4Q上。二维光扫描仪3Q的反射镜可在两个方向振荡来垂直和水平扫描激光束到投影屏幕 4Q上。相应地，图像投影仪根据投影位置通过调整三色激光束的光量在屏幕上显示希望的图像。可选的，该图像投影仪可被配置为第一至第三光源1R、1G、1B的光通道没有整合在一起，如图48所示。本实施例将彩色图像投影仪作为示例，然而二维光扫描仪3Q还可是单色图像投影仪。另外，二维光扫描仪3Q可与图43所示的致动器30配置为嵌套形式。然而，图9 至24所示的致动器30可以任意地方式整合来形成嵌套结构。基于本发明的一个实施例，由于阻尼元件形成在连接可移动元件至框架元件的两个横梁元件的旋转轴线上，它们不影响可移动元件的正常旋转，使得横梁元件在受到碰撞时不会变形很大。结果，该致动器可防止被损坏。例如，即使横梁元件为了在小的驱动力作用下低频率旋转而被设计为细长形，也可在受到碰撞时不会变形很大。基于本发明的一个实施例，横梁元件上形成的压电膜可使横梁元件变形，从而即使向该可移动元件给出旋转振荡，该致动器也可在受到碰撞时不会被损坏。基于本发明的一个实施例，在可移动元件上安装碰撞减弱元件，该碰撞减弱元件可吸收出于任何原因造成可移动元件碰到其他元件的碰撞。因此，能防止致动器30发生故障。基于本发明的一个实施例，阻尼元件形成于横梁元件的背面，在前面不突出。这可提高设计和后续处理工作的自由度。基于本发明的一个实施例，引导排出针脚的凹部形成于框架元件和可移动元件的壁上，能使阻尼元件形成于横梁元件的背面，而不会扩大致动器的尺寸。基于本发明的一个实施例，阻尼元件可利用胶状材料准确地形成于横梁元件上。基于本发明的一个实施例，可提供在小的驱动力下低频率振荡的光偏转器。基于本发明的一个实施例，可防止二维光扫描仪由于低频率驱动的元件受到碰撞而发生故障。也不需要很大空间来防止故障，可提高二维光扫描仪在设计方面的自由度。基于本发明的一个实施例，包含可靠、小尺寸的光扫描仪的图像投影仪也可减少尺寸并提高性能。 尽管给出一些实施例，但本发明并不限于此。本领域技术人员基于本发明实施例所作出的任何变形、修改，都不会背离本发明所限定的权利要求的范围。
权利要求
1.一种致动器，包括 框架元件；一对横梁元件；可移动元件，由所述框架元件通过所述横梁元件旋转地支撑； 驱动器，用于使所述可移动元件相对于所述框架元件并围绕作为旋转轴的所述横梁元件旋转；以及在所述横梁元件的旋转轴线上设置的阻尼元件。
2.如权利要求1所述的致动器，其中所述横梁元件形成为弯折形状并包括折回部分、直线部分、连接所述框架元件的第一连接轴、以及连接所述可移动元件的第二连接轴；和所述阻尼元件布置在连接作为旋转轴线的所述第一连接轴和所述第二连接轴的直线上以便连接弯折的横梁元件的不连续空间。
3.如权利要求2所述的致动器，进一步包括分别形成在所述直线部分上的压电膜和电极，所述压电膜用于弯曲所述直线部分，而所述电极用于给所述压电膜提供驱动电压，其中，所述可移动元件根据由所提供的驱动电压产生的各个直线部分的累加的弯曲而旋转。
4.如权利要求1所述的致动器，其中所述可移动元件包括碰撞减弱元件，所述碰撞减弱元件由与所述阻尼元件相同的材料制成。
5.如权利要求1所述的致动器，其中所述可移动元件由平板部分和加强壁组成，并且所述平板部分包括由与所述阻尼元件相同的材料制成的所述碰撞减弱元件。
6.如权利要求1所述的致动器，其中所述阻尼元件形成于所述横梁元件的背面。
7.如权利要求6所述的致动器，其中所述框架元件和所述可移动元件中的每一个包括壁部分中的凹部，用于提供形成所述阻尼元件的空间。
8.如权利要求2所述的致动器，其中所述弯折的横梁元件中的每一个在旋转轴线的位置处包括用于所述旋转轴线的模式识别的位置标识。
9.如权利要求8所述的致动器，其中所述位置标识利用在所述弯折的横梁元件上布置的并向驱动器提供驱动能量的布线形成。
10.一种防护罩，用于如权利要求1所述的致动器，所述防护罩包括 用于围绕所述致动器的周边壁和用于支撑所述阻尼元件的支撑壁。
11.一种用于如权利要求1所述的致动器的制造方法，包括如下步骤当所述框架元件相对于水平平板倾斜时，在所述横梁元件上形成所述阻尼元件。
12.一种用于如权利要求1所述的致动器的制造方法，包括如下步骤将所述阻尼元件的模具装入所述框架元件内，并向所述模具内注入胶状材料；和在所述胶状材料固化来在所述横梁元件上形成所述阻尼元件后从所述框架元件分离所述模具。
13.一种用于如权利要求1所述的致动器的制造方法，包括如下步骤 固化胶状材料以形成阻尼材料；和应用所述阻尼材料于所述横梁元件上以形成阻尼元件。
14.一种用于如权利要求2所述的致动器的制造方法，包括如下步骤 通过张力并通过弯折的横梁元件的旋转轴线上的间隙来延伸棒状元件； 放入胶状材料以与所述弯折的横梁元件和所述棒状元件相接触； 固化所述胶状材料来形成阻尼元件；以及将棒状元件从所述阻尼元件分离。
15.一种包括如权利要求1所述的致动器的光偏转器，其中， 所述可移动元件包括反射面，并且旋转所述可移动元件来在不同方向反射入射光束。
16.一种包括如权利要求1所述的致动器的二维光扫描仪，其中， 所述致动器具有嵌套结构；所述可移动元件包括反射面；并且所述可移动元件在相互正交的两个轴向上旋转，以便在不同方向反射入射光束，从而在相互正交的两个不同方向进行扫描。
17.一种图像投影仪，包括如权利要求16所述的二维光扫描仪，利用所述二维光扫描仪在投影平面上形成图像。
全文摘要
公开了致动器、防护罩、制造方法、光偏转器、扫描仪及投影仪。一种致动器，具有框架元件、一对横梁元件、由所述框架元件通过所述横梁元件旋转支撑的可移动元件、用于使所述可移动元件相对于所述框架元件并围绕作为旋转轴的所述横梁元件旋转的驱动器、以及在所述横梁元件旋转轴线上设置的阻尼元件。
文档编号G02B26/08GK102464292SQ201110372138
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月10日 优先权日2010年11月16日
发明者北泽智文, 藤井光美, 赤沼悟一 申请人:株式会社理光