激光束扫描器制造技术

一种用于投影显示的二维扫描装置，包括至少由两个扭转元件（５５）（它们确定扭转轴线（Ｂ））悬挂的表面（５３），和使该表面（５３）绕扭转轴线转动的第一致动器（６０、６１）。此扫描器还包含一个悬臂梁（５１），梁的一端相对于该表面固定，相反一端安置成绕不与扭转轴线（Ｂ）平行的弯曲轴线（Ａ）弯曲。此悬臂梁（５１）上有一反射表面，且第二致动器（５８）使该悬臂梁以其谐振频率振动。一个慢扭转扫描器和一个较快的悬臂扫描器的组合提供一个二维扫描器，它能按光栅模式扫描激光束，以投影一个图象。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于投影显示的二维扫描装置，它包括由至少两个扭转元件(它们限定了扭转轴线)悬挂的表面，和使该表面绕扭转轴线转动的第一致动器。
技术介绍
近来有人建议开发带有图象投影器的小型手持电子装置，比如移动电话或PDA。这种能在比目前显示器大得多的显示面积上显示信息的能力，将为观看实时视频、玩游戏和共享图象等活动扫清道路。这类投影显示装置必须是小型、廉价、重量轻、功耗小而且结实。为了显示视频信息，图象的刷新速度必须高于或等于50Hz。行频与图象速度、显示行数、以及图象是逐行还是隔行扫描有关。粗略估计这类扫描器所需的频率为16kHz。业内对于以激光扫描为基础的视频显示原理都非常熟悉，它通常包括一个激光二极管和两个单独的扫描镜，其中一个一般是旋转多角镜。这种原理的缺点是光栅畸变很严重，因为水平和垂直方向偏转点不在同一点上。不象CRT中产生的光栅畸变，这种畸变没有四重对称性，因而电子校正比较困难。此外还有一些实际问题。扫描镜的反射面积约为5*5mm2，用在小型手持电子装置中显得太大。另外，用于快速扫描方向的镜必须激励在其谐振频率以上，这将使扫描器需要过大的输入功率。另一些试图克服这些问题的扫描器的例子有扭转扫描器(例如见US5,629,790)和悬臂扫描器(例如见EP875,780)。扭转扫描器包括一个由两个扭杆(弹簧)悬挂在底座凹坑上的镜。工作时此镜绕扭杆的轴线转动。悬臂扫描器包含一个在悬臂梁上的镜，此梁固定在其一个短端内的底座上。工作时悬臂梁弯曲，且其自由端将因而绕垂直于其长度方向的轴线旋转。在两种情况下，都设置一个致动器来使镜及其机械安装座以谐振频率振动。此致动器例如可以是静电的(在镜和底座之间加上电压差)，双晶致动器，或压电致动器。将两种扭转扫描器结合起来可以获得一种二维扫描器，如US5,629,790中所示。美国专利申请2001/0022682中介绍了一种带静电致动器的二维扭转扫描器。所提出的这些扫描器具有较大的反射表面，因而质量较大。大的质量结合刚性的扭杆或悬臂，可使镜在快速扫描方向上的谐振频率满足视频应用的要求。但是，对于刚性的悬臂或扭杆，镜的光学扫描角典型值约为5度，这对近距离应用的投影显示来说是太小了。此外，为避免空气的阻尼，这些扫描器都工作在真空内，因而要求昂贵的封装步骤。若采用较弱的扭杆或悬臂，光学扫描角度可以增大，但与此同时，谐振频率对于以适于视频应用的图象速度进行的扫描来说就太低了。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是克服上述问题，并提供适于投影显示的改进型二维扫描装置。按照本专利技术，上述和其它一些目标是通过引言中所述的那类扫描装置来实现的，此装置还包括悬臂梁，它的一端相对于上述表面固定，而相反一端安置成围绕一条不平行于扭转轴线的轴线弯曲；在该悬臂梁上还提供了反射表面；第二致动器使该悬臂梁以其谐振频率振动。此表面和第一致动器形成一个扭转扫描器，它工作在第一频率范围，此频率包含但决不只限于扭转扫描器的谐振频率。然后在这个扫描器的表面上安放悬臂型第二扫描器，后者在远高于第一扫描器频率的谐振频率上振动。因为第二扫描器的反射表面可以绕两条不同的轴线旋转，故它可以用作二维扫描器。慢扭转扫描器和较快的悬臂扫描器相组合可提供一个二维扫描器，它能按光栅方式扫描激光束以投影图象。优选地，悬臂梁具有这样的质量和尺寸，使得其谐振频率在10kHz-100kHz的范围，最好是在15kHz-35kHz范围。这对实现视频投影是一个适当的频率范围。实际上，在用硅或氮化硅做的悬臂梁上提供100μm*100μm量级尺寸的反射表面，就可以达到此要求。另外，悬臂的厚度最好能允许弯曲至少10度的范围，最好是大于25度的范围，以提供一个两倍于此范围的光学扫描角，即最好大于50度。按照本专利技术的一个实施例，悬臂梁具有两个支脚(每个相对于此表面固定)，且反射表面延伸至将两个支脚相连。在这种结构中，反射区域比臂更不易弯曲。因而弯曲区域或多或少是与反射区域分开的。另外，悬臂在扭转方向上(即沿长度方向的旋转)做得更坚固。因此杠杆的弯曲不太受扭转造成的梁位移的影响。反射区域的形状最好是矩形，使得孔阑形状因子较小，从而减小反射束内的角向分散。优选地，扭转扫描器的悬臂梁和表面用一个衬底做成，悬臂梁从该表面内开口的一侧伸出。这种设计不需要将两个分离的扫描装置对准。扭转扫描器的表面和扭杆可通过刻蚀硅或氮化硅衬底而形成。第二致动器是压电致动器。它可以直接安置在枢轴转动的表面上，或与此表面分开。压电致动器的机械激励将引起悬臂的振动。第一致动器可以是各种类型，如电流致动器或静电致动器。或者第一致动器也可以包括权利要求8，这类致动器本身对本领域是一种新技术，并能很好地用于各种类型的扭转扫描器，包括与本申请所述不同的其它类型的扭转扫描器。根据本专利技术的第二方面，上述目标是用一种包含上述扫描装置的投影装置来实现。附图说明现在参照展示本专利技术目前的一些优选实施例的附图，来详细说明本专利技术的这些和其它一些方面。图1是适合实施本专利技术扫描装置的一种投影装置示意图。图2是按本专利技术第一实施例的一种悬臂扫描器透视图。图3a和3b分别是按本专利技术第二和第三实施例的悬臂扫描器顶视图。图4是按本专利技术第一实施例的扫描装置剖视图。图5是按本专利技术第二实施例的扫描装置顶视图。具体实施例方式图1是实施本专利技术的一种扫描器的投影装置1的示意图。该装置能将激光束2投影到一个表面(如壁，未示出)上，装置的尺寸可用于移动应用中，如移动电话或PDA。这意味着尺寸一般为10mm*10mm量级。在图1所示的投影装置1中，通过按视频信号确定的比来组合红、蓝和绿激光束3a、3b、3c，可以得到所需的颜色。然后让组合后的激光束2射向扫描装置13，并在屏14上扫描而得到彩色图象。优选利用分别发射红和蓝波长区光线的激光二极管4a、4b来产生红和蓝色激光束。虽然目前已有商用红和蓝色激光二极管，但眼下还没有绿色二极管(虽然预期将来会有)。因此在图示的投影器中，绿光是通过一个二极管泵5产生的，它将红外光送到晶体6，后者将两个红外光子转换成一个绿光光子。另一种选择(未示出)是利用升频转换纤维，它在被UV激光二极管泵浦时起激光器的作用。还有一种选择是利用产生绿(和蓝)光的光泵浦半导体激光器(OPSL)。若绿光不能通过调制二极管泵5而以视频调制，则可在绿色束光路中引入一个光调制器7。驱动器8用来接收包含视频信息的视频信号，并按此信息调制激光束3a、3b、3c。此装置还包括一组安置在分色镜11附近的透镜10a、10b、10c，及安置在分色镜和本专利技术扫描装置13之间的另一个透镜12。分色镜11可以是大家熟知的LCD投影器内的一种分色立方体，其优点是小巧而便宜。通过透镜10a、10b、10c、12和分色镜11后，激光束3a、3b、3c相会合并被准直为一个平行束2供给扫描装置13。例如，从红激光二极管4a来的光由第一透镜10a聚焦，然后会合在分色镜11内并由小透镜12准直。透镜的详细结构、它们的相互距离和光焦度可由专业技术人员确定。为了在两个方向工作，扫描装置13包含两个一维扫描器，一个第一(慢)扫描器，和一个第二(快)扫描器。第一扫描器是一个扭转扫描器，且包含一个平板形区域，该平板形区域由两根杆或弹簧悬挂在周围材料上。用适当的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于投影显示的二维扫描装置，包括表面（４３；５３）和第一致动器（４５、４６、４７；６０、６１），该表面（４３；５３）由至少两个扭转元件（４９、５５）悬挂，所述至少两个扭转元件（４９；５５）限定了扭转轴线（Ｂ），第一致动器（４５、４６、４７；６０、６１）用于使所述表面（４３、５３）围绕扭转轴线（Ｂ）旋转，其特征在于：－悬臂梁（４１；５１），其一端相对于所述表面固定，相反一端安置成绕不与扭转轴线（Ｂ）平行的弯曲轴线（Ａ）弯曲；－提供在该悬臂梁（４１；５１）上的 反射表面（３１；３４）；及－第二致动器（４８；５８），用来使该悬臂梁以其谐振频率振动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：OH威伦森，AHM霍尔特斯拉，WL伊扎曼，ST德兹瓦特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]