CN101075772A - 驱动器和二维扫描仪 - Google Patents

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CN101075772A CNA2007100885490A CN200710088549A CN101075772A CN 101075772 A CN101075772 A CN 101075772A CN A2007100885490 A CNA2007100885490 A CN A2007100885490A CN 200710088549 A CN200710088549 A CN 200710088549A CN 101075772 A CN101075772 A CN 101075772A
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李振镐
赵镇佑
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Abstract

一种驱动器和二维扫描仪。该驱动器和二维扫描仪包括基板、可移动板、磁场产生部分、支承构件和驱动线圈部分，其中，该可移动板绕着彼此垂直的第一虚轴线或第二虚轴线中的至少一个回转，该磁场产生部分形成在平行于第二轴线的方向上作用并在第一轴线的一位置处具有最小值的磁力，该支承构件与第一轴线和第二轴线的至少其中一个同轴设置，连接基板和可移动板，并形成可移动板的回转轴，可移动板的驱动力施加到该驱动线圈部分上，并且该驱动线圈部分设置在可移动板上，从而关于第一轴线和第二轴线的交叉点具有点对称形状。

Description

驱动器和二维扫描仪
技术领域
本发明所述设备涉及驱动器和二维扫描仪，更为特别的是涉及由在磁体和线圈之间作用的电磁力操作的驱动器，和二维扫描仪。
背景技术
驱动器和二维扫描仪是用于扫描和显示如条型码之类的一维光信号，或如移动的可视图像之类的二维光信号的显示装置。驱动器和二维扫描仪已经以各种方式使用，如用于读取装置，该读取装置读取设置在一直线上的一维光信号，或者设置在一平面上的二维光信号，以提供二进制数据。在这方面，驱动器和扫描仪用于各种装置，如定向保护器(beamprotector)、便携投影仪、光纤陀螺仪、图像识别器和其他显示装置。
二维装置，例如驱动器和二维扫描仪可以包括用于反射光的反射镜部分，该反射镜部分设置在水平和垂直方向上，并扫描光信号，从而在特定平面上的帧单元(frame unit)中产生可视图像。当反射镜部分以水平频率和垂直频率回转，并在水平和垂直方向上扫描光信号时，每单位时间都扫多个单位帧(例如，通过在反射镜部分的垂直方向上回转一个周期实现单位帧)，从而可以实现具有高分辨率的移动图像(例如，通过对应于反射镜部分的水平和垂直频率回转实现该移动图像)。
在美国专利No.5912608中公开了附图1中所示的扫描仪。参照附图1，扫描仪本体10在磁体4和5的对角方向上设置在一对磁体4和5之间。该扫描仪本体10包括：基板11；绕着连接到基板11上的第一扭杆13A回转的外可移动板12A；绕着第二扭杆13B回转的内可移动板12B，该第二扭杆连接到外可移动板上并垂直于第一扭杆13A；设置在外可移动板12A上的外线圈15A；设置在内可移动板12B上的内线圈15B；设置在外线圈15A的两端处的外线圈端子14A；设置在内线圈15B的两端处的内线圈端子14B；和设置在内可移动板12B上并反射光的反射镜部分16。
然而，由于通过同时控制施加到内线圈15B和外线圈15A上的功率，不独立控制施加到内线圈15B和外线圈15A中的任意一个上的功率，可能进行内可移动板12B的一个轴控制(例如内可移动板12B绕着平行于磁力的方向的回转控制)，所以存在用于以期望频率回转内可移动板12B的控制操作较复杂的问题。
两轴控制期间的控制操作(内可移动板12B绕着平行于磁力方向和与之垂直方向的回转控制)更加复杂。也就是，必须通过同时控制内线圈15B和外线圈15A控制平行于磁力方向上瞬时力的总和，并且垂直于磁力方向上的瞬时力的总和必须独立控制。
另外，扫描仪本体10的倾斜设置导致尺寸问题，并且彼此间隔开的磁体4和5与扫描仪本体10之间的距离增大，从而浪费瞬时力的分量。于是，输入(分别施加到内线圈15B和外线圈15A上的功率)相对输出(内可移动板12B的回转角度)减小导致了效率降低。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种驱动器，其中防止或减小了磁场的泄漏或扰动，并且有效地进行可移动板的回转控制，从而使得芯片最小化，并提高了效率。
本发明的示例性实施例提供一种电磁驱动器，包括基板；与该基板联接的可移动板；及一对磁体，它们在从其中一个磁体延伸到另一磁体的方向上产生磁力，该可移动板设置在这对磁体之间。该可移动板绕着与磁力方向平行的轴线回转。设置连接基板和可移动板的支承构件。
该可移动板包括驱动线圈构造，并且该驱动线圈构造关于可移动板的中心点对称。辅助轴线在与磁力方向垂直的方向上延伸，并通过该可移动板的中心，并且驱动线圈具有设置在该辅助轴线的一侧上的一部分和设置在该辅助轴线的相对侧上的另一部分，从而驱动线圈关于该辅助轴线不对称。该支承构件可以在平行于磁力方向的方向上从可移动板延伸，并当可移动板回转时扭转变形。
根据另一示例性实施例，电磁驱动器包括基板；可移动板；从该可移动板延伸到基板的支承构件；及一对磁体，它们在从其中一个磁体到另一磁体延伸的方向上产生磁力，该可移动板设置在这对磁体之间。该可移动板可以包括驱动线圈构造。第一轴线在与磁力方向垂直的方向上延伸，并通过可移动板的中央，并且第二轴线在与磁力方向平行的方向上延伸，从而驱动线圈具有设置在第一轴线的一侧上的第一部分和设置在第一轴线的相对侧上的第二部分，并且该第一部分和第二部分关于第一轴线不对称。
该支承构件可以包括分别从可移动板的相对侧在与磁力方向垂直的方向上延伸的两部分，从而当可移动板回转时，该支承构件扭转变形。
也考虑到，该驱动线圈具有驱动力(driving power)，并且该驱动力重叠地包括第一频率和与可移动板的固有频率一致的第二频率，从而该可移动板以第一频率绕着第一轴线回转，并以第二频率绕着第二轴线共振回转。该驱动线圈构造可以还包括以椭圆形式绕着第一和第二部分延伸的外线圈部分。该第一部分、第二部分和外部包括单个驱动线圈。另一方面，外线圈部分可以包括与第一部分和第二部分分离的驱动线圈。
另一示例性实施例提供一种电磁驱动器，包括基板；外可移动板；从外可移动板延伸到基板的第一组支承构件；内可移动板；和从内可移动板延伸到外可移动板的第二组支承构件。该内可移动板包括内驱动线圈构造，并且外可移动板包括外驱动线圈构造。第一轴线延伸穿过第一组支承构件，并且第二轴线延伸穿过第二组支承构件，从而该内驱动线圈构造具有设置在第一轴线的一侧上的一部分，和设置在第一轴线的相对侧上的另一部分，并且该内驱动线圈构造关于第一轴线不对称。
一对磁体设置成在从其中一个磁体延伸到另一磁体的方向上产生磁力，并且内可移动板和外可移动板设置在这对磁体之间。也考虑到，内驱动线圈构造和外驱动线圈构造包括驱动力，该驱动力重叠地具有第一频率和与该内可移动板的固有频率一致的第二频率，从而内可移动板和外可移动板以第一频率绕着第一轴线回转，并且内可移动板以第二频率绕着第二轴线共振回转。外驱动线圈构造以椭圆形式绕着内驱动线圈构造延伸。
根据另一示例性实施例，电磁驱动器包括基板；外可移动板；从该外可移动板延伸到基板的第一组支承构件；内可移动板；从内可移动板延伸到外可移动板的第二组支承构件；及设置在外可移动板上的第一驱动线圈构造。第一轴线延伸穿过第一组支承构件，并且第二轴线延伸穿过第二组支承构件，从而外可移动板的第一驱动线圈构造具有设置在第一轴线的一侧上的一部分，和设置在第一轴线的相对侧上的另一部分，并且第一驱动线圈构造关于第一轴线不对称。第一组支承构件可以在与磁力方向垂直的方向上从外可移动板延伸，并且第二组支承构件可以在与磁力方向平行的方向上从内可移动板延伸。
还考虑到，第一驱动线圈构造包括驱动力，该驱动力重叠地具有第一频率和与外可移动板的固有频率一致的第二频率，从而外可移动板以第一频率绕着第一轴线回转，并以第二频率绕着第二轴线共振回转，并且外可移动板的共振移动传递给内可移动板。还可以设置第二驱动线圈构造，它以椭圆形式绕着第一驱动线圈构造延伸。抑制振动板可以设置在外可移动板和内可移动板之间，其中第一驱动线圈构造包括具有重叠的第一频率和第二频率的驱动力，并且抑制振动板抑制第二频率的回转分量。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例性实施例，本发明的上述和其他方面将变得更加明确，其中：
附图1是普通扫描仪的透视图；
附图2A至2C说明了本发明的示例性实施例所述的二维扫描方法；
附图3是根据本发明的示例性实施例的磁场产生部分的平面图；
附图4是根据本发明的示例性实施例的驱动器的主体部分的平面图，该驱动器具有与第二轴线同轴定位的支承构件；
附图5是根据本发明另一示例性实施例的驱动器的主体部分的平面图，该驱动器具有与第一轴线同轴定位的支承构件；
附图6是具有第二驱动线圈部分的示例性实施例的驱动器的主体部分的平面图；
附图7是示例性实施例的驱动器的主体部分的平面图，其中第一驱动线圈部分和第二驱动线圈部分包括具有不同导线束的线圈；
附图8是根据本发明另一示例性实施例的驱动器的主体部分的平面图；
附图9是根据本发明另一示例性实施例的二维扫描仪的主体部分的平面图；
附图10是根据本发明另一示例性实施例的具有抑制振动板的二维扫描仪的主体部分的平面图；及
附图11是说明对应于示例性实施例的扫描仪的透视图。
具体实施方式
现在将参照附图更加完整地描述本发明，其中示出了本发明的示例性实施例。
附图2A至2C说明了本发明的示例性实施例所述的二维扫描方法。在附图2A中，垂直轴表示水平扫描角度，并且水平轴表示时间。参照将在后面描述的附图4，反射镜部分320设置在可移动板300的中央部分上，并反射光信号。此处，水平扫描角度是可移动板(参见附图4的300)绕着第二轴线的回转角度。施加水平频率，该水平频率是可移动板300绕着第二轴线的转动频率，并高于垂直频率。例如，该可移动板300在向前方向和相反方向上以25kHz的水平频率在-15°～15°的水平扫描角度范围中周期回转。
在附图2B中，垂直轴表示垂直扫描角度，并且水平轴表示时间。此处，垂直扫描角度是可移动板300绕着第一轴线的回转角度。施加垂直频率，该垂直频率是可移动板300绕着第一轴线的回转频率，并且低于水平频率。例如，该可移动板300在向前方向和相反方向上以60Hz的垂直频率在0°～7°的垂直扫描角度范围中周期回转。
在附图2C中，垂直轴表示可移动板300的垂直扫描角度，并且水平轴表示可移动板300的水平扫描角度。当可移动板同时回转水平扫描角度和垂直扫描角度时，一个帧中的可视图像形成。可能删除了帧的边缘，从而只将有效帧区域用作显示区域，该边缘中存在扫描线的扭曲。当水平频率为25kHz，并且垂直频率为60Hz时，一个有效帧包括大约400或25000/60根扫描线，该扫描线每秒钟显示60次，从而提供具有高分辨率的可视图像。此处，为了便于解释，水平扫描角度、垂直扫描角度、水平频率和垂直频率的详细数值(size)都是示例性的，并不限制本发明的示例性实施例。
附图3是根据本发明的示例性实施例的磁场产生部分200。参照附图3，该磁场产生部分200包括一对磁体210a和210b。该磁场产生部分200还包括磁轭220。下文中，第一轴线指的是垂直于磁力线的方向，它与x轴方向重合，并且以直角与第一轴交叉的第二轴线指的是平行于磁力线的方向，它与y轴方向重合。
该磁场产生部分200在沿着第一轴线的位置处具有最小的磁力，同时也在平行于第二轴线的方向上产生磁力。磁轭220防止磁力泄漏，并感应y轴方向上的磁力。磁力的尺寸沿着第一轴线在第一轴线和第二轴线的交叉点处具有最小值Bmin，沿着第二轴线在朝向磁体210a和210b的方向上增大，并在磁体210a和210b的表面上具有最大值Bmax。
附图4是根据本发明的示例性实施例的驱动器的主体部分的平面图，该驱动器具有与第二轴线同轴定位的支承构件152。在附图4中还示出了基板100、可移动板300、磁体210a和210b，以及驱动线圈部分400。下文中，为了便于解释，省略了设置在磁体210a和210b周围的磁轭(附图3中的220)。基板100固定在驱动器主体(未示出)上。端子部分110设置在基板100上，驱动线圈部分400的末端连接到该端子部分上，并且驱动信号通过该端子部分输入和输出。一对磁体210a和210b设置在可移动板300周围，从而磁场产生部分(附图3中的200)和平行于第二轴方向上的磁力作用在可移动板300上。磁力的大小在第一轴线和第二轴线的交叉点80处具有最小值，并在磁体210a和210b的表面上具有最大值。
可移动板300可以绕着第一轴线和第二轴线中的至少一个回转。在附图4的可移动板300的情况下，该可移动板300绕着第二轴线回转，从而可移动板300可以是一维驱动器。尽管关于附图4讨论了一维实施例，但并不局限于此，并可以实现为在下面详细讨论的二维构造。如果可移动板300同时绕着第一轴线和第二轴线回转，则可移动板300是二维驱动器。支承构件152与第二轴线同轴设置，并且是可移动板300的回转轴。支承构件152根据可移动板300的回转方向扭转变形，并可以用具有弹性的材料制成。
驱动线圈部分400包括同轴部分420、间隔部分410和连接部分430。驱动线圈部分400设置在可移动板300上，从而具有相对于第一轴线和第二轴线的交叉点80的点对称或原点对称形状。可移动板300的驱动力施加到驱动线圈部分400上。同轴部分420与第一轴线同轴地设置，并且间隔部分410与同轴部分420沿着第二轴线的方向间隔预定尺寸。该同轴部分420和间隔部分410可以具有线性形状，其中同轴部分420和间隔部分410彼此间隔开，以彼此平行。连接部分430将同轴部分420和间隔部分410连接。该连接部分430可以具有弯曲形状并将同轴部分420和间隔部分410连接，并且尤其是，该连接部分430可以具有带有预定曲率的圆弧形状。
间隔部分410可以平行于第一轴线从一位置处延伸，间隔部分410在该位置处在第二轴线的方向上与第一轴线和第二轴线的交叉点80间隔开，并且从间隔部分410的末端开始，连接部分430可以以圆弧形状延伸，直到到达第一轴线为止。同轴部分420可以具有和间隔部分410相同的长度，并朝第一轴线和第二轴线的交叉点80延伸，同时从连接部分430的末端开始。于是，驱动线圈部分400可以包括多个间隔部分410、多个连接部分430和多个同轴部分420，它们彼此连接，从而驱动线圈部分400设置成闭合弯曲形状，形成关于第一轴线和第二轴线的交叉点80点对称。
可移动板300绕着平行于磁力方向的第二轴线回转。也就是，如果磁力的方向和电流的方向(如附图4中所示，顺时针)如附图4中所示，则在分别定位在第一象限I和第二象限II上的间隔部分410和连接部分430中产生正z轴方向上的电磁力431，并且也在与负x轴同轴定位的同轴部分420中产生正z轴方向上的电磁力。在定位在第三象限III和第四象限IV上的间隔部分410和连接部分430中产生负z轴方向上的电磁力421，并且在与正x轴同轴定位的同轴部分420中也产生负z轴方向上的电磁力421。
现在将参照定位在第一象限I和第四象限IV上的间隔部分410、同轴部分420和连接部分430描述绕着第二轴线的瞬时力(moment force)Ty。因沿着第二轴线的磁力大小梯度(size gradient)和驱动线圈部分400的设置形状而产生的转矩使得可移动板300绕着第二轴线回转。
也就是，由于磁力的大小在同轴部分420的位置处最小，同轴部分420中产生的电磁力小于在间隔部分410中产生的电磁力。由于施加到定位在第一象限I上的连接部分430上的磁力的大小轮廓基本与第四象限IV上的相等，所以定位在第一象限I上的连接部分430中产生的电磁力基本与第四象限IV上的相等。然而，定位在第一象限I上的连接部分430比定位在第四象限IV上的连接部分430离第二轴线更远。于是，第一象限I和第四象限IV中产生的磁力的转矩总和作用在正z轴方向上，并且第二象限和第三象限中产生的电磁力的转矩总和作用在负z轴方向上，可移动板300绕着第二轴线从右到左回转。
如果驱动线圈部分400的形状如附图4中所示，则绕着第二轴线的瞬时力Ty的大小根据磁力的大小梯度(size gradient)改变。
附图5是根据本发明的另一示例性实施例的驱动器的主体部分的平面图，该驱动器具有与第一轴同轴定位的支承构件151。在附图4中使用的相同附图标记表示附图5中的相同元件。当绕着第一轴线回转时，附图5的可移动板300是一维驱动器。另外，当同时绕着第一轴线和第二轴线回转时，附图5的可移动板300是二维驱动器。附图5的支承构件151支承第一轴线，并与第一轴线同轴设置，以将基板100和可移动板300弹性连接。支承构件151作为可移动板300的回转轴。当可移动板300绕着第二轴线回转时，第一轴线支承构件151弯曲变形，并且当可移动板300绕着第一轴线回转时，扭曲变形。
在同轴部分420中产生的电磁力不影响绕着第一轴线的瞬时力Tx。由于根据Fleming的左手定律，间隔部分410和连接部分430中产生的电磁力关于第一轴线对称，所以自然地产生绕着第一轴线的瞬时力Tx。
可移动板300可以通过共振绕着第一轴线和第二轴线中的一个回转，从而以不同频率绕着第一轴线和第二轴线回转。用于回转可移动板300的驱动力施加到驱动线圈部分400上。驱动力重叠地具有第一频率，并且第二频率(该第二频率相对于可移动板300的第二轴线回转与固有频率重合)施加到驱动线圈部分400上，从而可移动板300以第一频率绕着第一轴线回转，并通过共振以第二频率绕着第二轴线回转。
如果具有单一频率的驱动力输入到由线圈401以相同导线束形成的驱动线圈部分400上，则可移动板300以相同频率绕着第一轴线和第二轴线回转。如果重叠地具有两个或多个频率的驱动力输入到驱动线圈部分400上，则可移动板300可以以不同频率绕着第一轴线和第二轴线回转。例如，当第一频率和第二频率在驱动力中重叠，并且相对于绕着可移动板300的第二轴线回转的固有频率与第二频率一致时，可移动板300以第一频率绕着第一轴线回转，并通过共振以第二频率绕着第二轴线回转。由于驱动力的频率重叠，所以存在第二频率绕着第一轴线的回转分量，但是作为较高频率的第二频率的回转分量可以作为相对于第一频率的噪音忽略。第一频率绕着第二轴线的回转分量存在，但是由于绕着第二轴线的共振，第一频率的振幅(称为在向前方向和相反方向上的回转角)小于第二频率的振幅，从而可以忽略。
当驱动线圈部分400由具有两根导线束的线圈401形成时，尽管不局限于此，但是可能具有一实施例，其中具有第一频率的驱动力输入到一个驱动线圈部分中，具有第二频率的驱动力输入到另一线圈部分中。即使在此情况下，如上所述，可移动板300绕着第一轴线和第二轴线的移动也可以是相同的。
附图6是类似于附图5的示例性实施例的示例性驱动器的主体部分的平面图，同时还具有第二驱动线圈部分500。与附图5中相同的附图标记表示附图6中相同的元件，于是将省略构造和操作的重复描述。附图6的驱动器还包括第二驱动线圈部分500。该第二驱动线圈500设置在第一驱动线圈部分400’周围，也就是环绕第一轴线和第二轴线的交叉点80设置成椭圆形。如果顺时针电流施加到第二驱动线圈部分500上，则基于第一轴线的一侧的电磁力作用在正z轴方向上，并且基于第一轴线的另一侧的电磁力作用在负z轴方向上，并与所述一侧的电磁力形成x轴对称，并且该可移动板300从向上到向下方向绕着第一轴线回转。
如果第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500用具有相同导线束的线圈401制成，则第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500的末端连接到相同的端子部分110上。另外，重叠具有第一频率和第二频率(该第二频率关于可移动板300的第二轴回转与固有频率一致)的驱动力施加到第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈500上，从而该可移动板300以第一频率绕着第一轴线回转，并通过共振以第二频率绕着第二轴线回转。由于第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500产生绕着第一轴线的瞬时力Tx，所以第二驱动线圈部分500增大第一轴线瞬时力Tx。绕着第二轴线的瞬时力Ty只由第一驱动线圈部分400’产生。
附图7是附图6的驱动器的主体部分的平面图，其中驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500用具有不同导线束的线圈401和402制成。与附图6相同的附图标记表示附图7中的相同元件，于是将省略构造和操作的重复描述。第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500可以用由不同导线束形成的线圈401和402制成，从而具有不同频率的驱动力可以独立地施加到第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈500上。
分别地，具有第一频率的驱动力施加到第二驱动线圈部分500上，而具有第二频率(关于可移动板300的第二轴线回转与固有频率一致)的驱动力施加到第一驱动线圈部分400’上，从而可移动板300以第一频率绕着第一轴线回转，并通过共振以第二频率绕着第二轴线回转。
在基板100上，可以设置端子部分110，第一驱动线圈部分400’的两端连接到该端子部分上，并且可以设置第二端子部分120，第二驱动线圈部分500的两端连接到该第二端子部分上。
附图8是根据本发明的另一示例性实施例的驱动器的主体部分的平面图，该驱动器具有第二可移动板600。与附图7相同的附图标记表示附图8中相同的元件，于是将省略构造和操作的重复描述。附图8的驱动器包括基板100、一对磁体210a和210b、第二可移动板600、第一可移动板300’、第一驱动线圈部分400’、第二驱动线圈部分500和第一轴线支承构件151。该第二可移动板600绕着第一轴线支承构件151回转。该第一轴线支承构件151将基板100和第二可移动板600弹性连接，并起到第二可移动板600的回转轴的作用。该第一可移动板300’定位在第二可移动板600内侧，并绕着第二轴线支承构件152回转。该第二轴线支承构件152将第二可移动板600和第一可移动板300’弹性连接，并起到第一可移动板300’的回转轴的作用。该第一轴线支承构件151和第二轴线支承构件152可以根据第二可移动板600和第一可移动板300’的回转方向独立地扭曲变形。也就是，当第二可移动板600和第一可移动板300’绕着第一轴线回转时，第一轴线支承构件151可以弯曲变形，并且第一轴线支承构件151可以抑制第二可移动板600的第二轴线回转，并且当第一可移动板300’绕着第二轴线回转时，第二轴线支承构件152可以扭曲变形。
第一驱动线圈部分400’设置在第一可移动板300’上，并包括同轴部分420、间隔部分410和连接部分430。该第二驱动线圈部分500设置在第二可移动板600上，也就是它围绕第一轴和第二轴的交叉点80设置成椭圆形。
因沿着第二轴的磁力的大小梯度和第一驱动线圈部分300’的设置形状而产生的转矩使得第一可移动板300’在第二轴线上回转。在第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500中产生的电磁力使得第二可移动板600和第一可移动板300’绕着第一轴线回转。
第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500可以包括具有相同导线束的线圈401。如果具有单一频率的驱动力施加到第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500上，则第二可移动板600和第一可移动板300’将以相同频率回转。重叠具有第一频率和第二频率(该第二频率相对于第一可移动板300’的第二轴线回转与固有频率重合)的驱动力施加到第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈500上，第二可移动板600和第一可移动板300’以第一频率绕着第一轴线回转，并且第一可移动板300’通过共振以第二频率绕着第二轴线回转。基板100可以包括将功率施加到第一驱动线圈部分400’上的端子部分110。
第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500可以用具有不同导线束的线圈401和402制成，从而具有不同频率的驱动力可以独立地施加到第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500上。分别地，具有第一频率的驱动力施加到第二驱动线圈部分500上，并且具有与第一可移动板300’的固有频率一致的第二频率的驱动力施加到第一驱动线圈部分400’上，从而第二可移动板600和第一可移动板300’以第一频率绕着第一轴线回转，并且第一可移动板300’通过共振以第二频率绕着第二轴线回转。基板100还可以包括将功率施加到第二驱动线圈部分500上的第二端子部分120。
反射镜部分320可以设置在第一可移动板300’上。例如，第二可移动板600在0°～7°的垂直扫描角度范围内以60Hz的垂直频率在向前方向和相反方向上周期回转。该垂直频率称为第一频率。相对于第一可移动板300’的第二轴线回转的固有频率为25kHz。该第一可移动板300’通过共振在-15°～15°的水平扫描角度范围内以25kHz的水平频率在向前方向和相反方向上回转。该水平频率称为第二频率。第二可移动板600和第一可移动板300’以垂直频率回转，并且第一可移动板300’以水平频率回转。在这种情况下，如附图2A至2C中所示，一个有效帧包括每秒钟显示60次的大约400(也就是25000/60)根扫描线，从而提供具有高分辨率的可视图像。该第一可移动板300’可以用于除上述二维扫描仪装置之外的各种场合(field)中。
附图9是根据本发明的示例性实施例的二维扫描仪的主体部分的平面图。与附图8相同的附图标记表示附图9中相同的元件，于是将省略构造和操作的重复描述。附图9的二维扫描仪可以包括0基板100、一对磁体210a和210b、第二可移动板600、第一可移动板300’、第二驱动线圈部分500和设置在第二可移动板600上的第一驱动线圈部分400’。
该第二可移动板600绕着与第一轴线同轴连接到基板100上的第一轴线支承构件151回转。该第一可移动板300’定位在第二可移动板600内侧，并包括反射镜部分320，该反射镜部分反射光，并绕着与第二轴线同轴连接到第二可移动板600上的第二轴线支承构件152回转。该第一驱动线圈部分400’设置成相对于第一轴线和第二轴线的交叉点80点对称，并包括与第一轴线同轴设置的同轴部分420、在第二轴线方向上与同轴部分420间隔开的间隔部分410，和连接同轴部分420和间隔部分410的连接部分430。可以设置第二驱动线圈部分500，它设置在第一驱动线圈部分400’周围，也就是它在第一轴线和第二轴线的交叉点80周围设置成椭圆形。
第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500的构造和操作与上述相同。第一可移动板300’相对于垂直扫描角度和垂直频率的移动，和第一可移动板300’相对于水平扫描角度和水平频率的移动也与上述相同。附图9和附图8之间的差别在于，在附图9中，第一驱动线圈部分400’设置在第二可移动板600上。由于该差别，所以与附图8相比，可以减小第一可移动板300’的尺寸和转动惯性，并可以增大第一可移动板300’的固有频率。
如上所述，重叠具有第一频率和第二频率的同样驱动力可以输入到第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500，或者各自具有第一频率和第二频率的独立驱动力可以输入第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500，并且第一可移动板300’可以不同频率绕着第一轴线和第二轴线回转。
例如，当第一可移动板300’相对于第一可移动板300’的第二轴线回转的固有频率与第二频率一致，并且第一轴线支承构件151和第二轴线支承构件152只可以扭转变形时，第二可移动板600和第一可移动板300’以第一频率绕着第一轴线回转，并通过共振以第二频率绕着第二轴线回转。由于驱动力的频率重叠，存在第二频率绕着第一轴线的回转分量，但是作为较高频率的第二频率的分量相对于第一频率可以忽略为噪音。第一频率绕着第二轴线的回转分量存在，但是第一频率的振幅小于通过共振绕着第二轴线的第二频率的振幅，从而可以忽略。
附图10是根据本发明的另一示例性实施例的具有抑制振动板700的二维扫描仪的主体部分的平面图。该抑制振动板700定位在第二可移动板600内侧，并绕着与第一轴同轴地连接到第二可移动板600上的中间支承构件153回转。第一可移动板300’定位在抑制振动板700内侧，并包括反射光的反射镜部分320。该可移动板300’绕着第二轴线支承构件152回转，该第二轴线支承构件与第二轴同轴地连接到抑制振动板700上。第一驱动线圈部分400’设置在第二可移动板600上。
在附图9之前的实施例中，当具有第一频率(为附图6的垂直频率，例如60Hz)和第二频率(为附图6的水平频率，例如25kHz)的驱动力施加到第一驱动线圈部分400’和第二驱动线圈部分500上时，存在第二频率(25kHz)绕着第一轴线的回转分量，但是作为较高频率的第二频率的分量相对于第一频率忽略为噪音。
第二频率绕着第一轴线的回转分量作用在第二可移动板600上，可以忽略。然而，优选地，但不是必须地，去除作用在第一可移动板300’上的分量。光信号的垂直分量不受第二可移动板600的回转影响，但是受到第一可移动板300’的回转影响。当第一可移动板300’绕着第一轴线以第一频率(例如，60Hz)和第二频率(例如，25kHz)回转时，通过使用抑制振动板700去除与垂直频率重叠的25kHz的分量，可以极大地提高扫描质量。也就是，相对于在第一频率和第二频率重叠状态下绕着第一轴线回转的第一可移动板300’，抑制振动板700抑制第二频率的回转分量。
根据本发明的示例性实施例的驱动器或二维扫描仪可以具有非常小的阻尼比率。基本上，一频率(为了便于解释，称为临界频率)为Wn，其中当阻尼比率ξ接近0时，该频率响应的大小为1。当普通振动***的激励频率大于该临界频率时，频率响应的大小小于1。于是，可以期待抑制振动效果。通过将抑制振动板700添加到第一可移动板300’和第二可移动板600，本发明的示例性实施例使得整个***的临界频率小于普通振动***的激发频率，这将进行详细描述。
抑制振动板700相对于绕着第一轴线的回转的固有频率ωn可以大于第一频率，并可以小于第二频率。此处，抑制振动板700相对于绕着第一轴线回转的固有频率可以等于或小于第二频率的70％(也就是，1/)。
这是由于添加抑制振动板700的整个***的临界频率应当小于如上所述的第二频率，从而抑制第二频率的频率响应的振幅，该第二频率为激励频率。这意味着，忽略第一可移动板300’的质量惯性矩，从而抑制振动板700的固有频率(对应于临界频率的70％)等于或小于第二频率的70％。并且，抑制振动板700的固有频率大于第一频率，从而防止第一可移动板300’的频率响应衰减。
例如，抑制振动板700的固有频率可以是8kHz，该固有频率大于60Hz并等于或小于作为第二频率的25kHz的70％。于是，抑制振动板700是低通滤波器，它相对于第一可移动板300’绕着第一轴线的回转通过第一频段的回转，并抑制第二频段中的振动。
在附图11中说明了根据示例性实施例的驱动器***700。该***包括驱动器704，如上述示例性实施例描述的那些驱动器那样。可操作带有调节器708的小型激光器，以向微型光学装置(micro-optic device)提供RGB光710。该光由微型光学装置712组合，并指向驱动器704。该驱动器704以上述关于示例性实施例讨论的方式工作，从而光710在屏幕720上扫描。
如上所述，由于可以设置一对磁体和磁轭，所以本发明的示例性实施例所述的驱动器和二维扫描仪可以防止磁场的泄漏和扰动，频率重叠功率或具有不同频率的独立驱动功率施加到驱动线圈部分和第二驱动线圈部分上，从而很容易进行可移动板的回转控制，创新地改进驱动线圈部分的形状或第二可移动板和可移动板的设置，从而可能使芯片小型化，并减小能量消耗，并且通过抑制振动板抑制可移动板的第二频率的回转分量，从而极大地提高扫描质量。
尽管已经参照其示例性实施例特别图示和描述了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节的各种改变。例如，驱动器和二维扫描仪非常适合于实现为使用微机电***(MEMS)工艺的半导体芯片形的微扫描仪。

Claims (46)

1.一种电磁驱动器，包括：
基板；
与该基板连接的可移动板；及
一对磁体，它们在从其中一个磁体到另一磁体延伸的方向上产生磁力，该可移动板设置在这对磁体之间，
其中，该可移动板绕着平行于磁力方向的轴线回转。
2.如权利要求1所述的电磁驱动器，还包括将基板和可移动板连接的支承构件。
3.如权利要求1所述的电磁驱动器，其中，该可移动板包括驱动线圈构造。
4.如权利要求3所述的电磁驱动器，其中，该驱动线圈构造关于可移动板的中心点对称。
5.如权利要求3所述的电磁驱动器，其中，辅助轴线在垂直于磁力的方向上延伸并通过可移动板的中心，并且所述驱动线圈具有设置在该辅助轴线的一侧上的部分和设置在该辅助轴线的相对侧上的另一部分，使得该驱动线圈关于该辅助轴线不对称。
6.如权利要求2所述的电磁驱动器，其中，该支承构件从可移动板开始在平行于磁力的方向上延伸。
7.如权利要求2所述的电磁驱动器，其中，当可移动板回转时，该支承构件扭转变形。
8.如权利要求1所述的电磁驱动器，其中，反射器设置在该可移动板上。
9.一种电磁驱动器，包括，
基板；
可移动板；
从该可移动板延伸到基板的支承构件；及
一对磁体，它们在从其中一个磁体延伸到另一磁体的方向上产生磁力，该可移动板设置在这对磁体之间，
其中，该可移动板包括驱动线圈构造，且
其中，第一轴线在与磁力的方向垂直的方向上延伸，并通过可移动板的中间，并且第二轴线在与磁力的方向平行的方向上延伸，使得驱动线圈具有设置在第一轴线的一侧上的第一部分和设置在该第一轴线的相对侧上的第二部分，并且该第一部分和第二部分关于该第一轴线不对称。
10.如权利要求9所述的电磁驱动器，其中，该支承构件包括分别从可移动板的相对侧延伸的两部分。
11.如权利要求9所述的电磁驱动器，其中，该驱动线圈关于可移动板的中心点对称。
12.如权利要求9所述的电磁驱动器，其中，该支承构件在与磁力的方向垂直的方向上从可移动板延伸。
13.如权利要求9所述的电磁驱动器，其中，当所述可移动板回转时，该支承构件扭转变形。
14.如权利要求9所述的电磁驱动器，其中，该驱动线圈具有驱动力，并且该驱动力重叠地包括第一频率和与可移动板的固有频率一致的第二频率，使得可移动板以第一频率绕着第一轴线回转，并以第二频率绕着第二轴线共振回转。
15.如权利要求9所述的电磁驱动器，其中，该驱动线圈构造还包括以椭圆方式绕着第一和第二部分延伸的外线圈部分。
16.如权利要求15所述的电磁驱动器，其中，所述第一部分、第二部分和外部包括单个驱动线圈。
17.如权利要求15所述的电磁驱动器，其中，该外线圈部分包括与第一部分和第二部分分开的驱动线圈。
18.如权利要求9所述的电磁驱动器，其中，反射器设置在该可移动板上。
19.一种电磁驱动器，包括，
基板；
外可移动板；
从外可移动板延伸到基板的第一组支承构件；
内可移动板；及
从内可移动板延伸到外可移动板的第二组支承构件；
其中，该内可移动板包括内驱动线圈构造，并且外可移动板包括外驱动线圈构造，及
其中第一轴线延伸穿过第一组支承构件，并且第二轴线延伸穿过第二组支承构件，使得内驱动线圈构造具有设置在第一轴线的一侧上的一部分，和设置在第一轴线的相对侧上的另一部分，并且内驱动线圈构造关于该第一轴线不对称。
20.如权利要求19所述的电磁驱动器，还包括一对磁体，它们在从其中一个磁体到另一磁体延伸的方向上产生磁力，该内可移动板和外可移动板设置在这对磁体之间。
21.如权利要求19所述的电磁驱动器，其中，该内驱动线圈构造关于内可移动板的中心点对称。
22.如权利要求20所述的电磁驱动器，其中，该第一组支承构件在与磁力的方向垂直的方向上从外可移动板延伸。
23.如权利要求22所述的电磁驱动器，其中，该第二组支承构件在与磁力的方向平行的方向上从内可移动板延伸。
24.如权利要求19所述的电磁驱动器，其中，当外可移动板和内可移动板回转时，该第一组支承构件和第二组支承构件扭转变形。
25.如权利要求19所述的电磁驱动器，其中，内驱动线圈构造和外驱动线圈构造包括驱动力，该驱动力重叠地具有第一频率和与内可移动板的固有频率一致的第二频率，从而内可移动板和外可移动板以第一频率绕着第一轴线回转，并且内可移动板以第二频率绕着第二轴线共振回转。
26.如权利要求19所述的电磁驱动器，其中，该外驱动线圈构造以椭圆方式绕着内驱动线圈构造延伸。
27.如权利要求19所述的电磁驱动器，其中，内驱动线圈构造和外驱动线圈构造包括单个驱动线圈。
28.如权利要求19所述的电磁驱动器，其中，内驱动线圈构造包括驱动线圈，并且外驱动线圈构造包括单独的驱动线圈。
29.如权利要求19所述的电磁驱动器，其中，反射器设置在内可移动板上。
30.一种电磁驱动器，包括，
基板；
外可移动板；
从外可移动板延伸到基板的第一组支承构件；
内可移动板；
从内可移动板延伸到外可移动板的第二组支承构件；及
设置在外可移动板上的第一驱动线圈构造，
其中，第一轴线延伸穿过第一组支承构件，并且第二轴线延伸穿过第二组支承构件，使得外可移动板的第一驱动线圈构造具有设置在第一轴线的一侧上的部分，和设置在第一轴线的相对侧上的另一部分，并且该第一驱动线圈构造关于该第一轴线不对称。
31.如权利要求30所述的电磁驱动器，还包括一对磁体，它们在从其中一个磁体到另一磁体延伸的方向上产生磁力，该内可移动板和外可移动板设置在这对磁体之间。
32.如权利要求30所述的电磁驱动器，其中，第一驱动线圈构造关于内可移动板的中心点对称。
33.如权利要求31所述的电磁驱动器，其中，第一组支承构件在与磁力的方向垂直的方向上从外可移动板延伸。
34.如权利要求33所述的电磁驱动器，其中，第二组支承构件在与磁力的方向平行的方向上从内可移动板延伸。
35.如权利要求30所述的电磁驱动器，其中，当外可移动板和内可移动板回转时，第一组支承构件和第二组支承构件扭转变形。
36.如权利要求30所述的电磁驱动器，其中，该第一驱动线圈构造包括驱动力，该驱动力重叠地具有第一频率和与外可移动板的固有频率一致的第二频率，从而外可移动板以第一频率绕着第一轴线回转，并以第二频率绕着第二轴线共振回转，并且外可移动板的共振移动传递给内可移动板。
37.如权利要求30所述的电磁驱动器，还包括以椭圆方式绕着第一驱动线圈构造延伸的第二驱动线圈构造。
38.如权利要求37所述的电磁驱动器，其中，该第一驱动线圈构造和第二驱动线圈构造包括单个驱动线圈。
39.如权利要求37所述的电磁驱动器，其中，该第一驱动线圈构造包括驱动线圈，并且第二驱动线圈构造包括单独的驱动线圈。
40.如权利要求30所述的电磁驱动器，还包括设置在外可移动板和内可移动板之间的抑制振动板，
其中，该第一驱动线圈构造包括具有重叠的第一频率和第二频率的驱动力，及
该抑制振动板抑制第二频率的回转分量。
41.如权利要求40所述的电磁驱动器，其中，该第二频率高于第一频率。
42.如权利要求30所述的电磁驱动器，其中，反射器设置在内可移动板上。
43.如权利要求40所述的电磁驱动器，其中，该第二频率与内可移动板的固有频率一致，并且关于内可移动板绕着第一轴的回转，该抑制振动板抑制第二频率的回转分量。
44.如权利要求40所述的电磁驱动器，其中，该内可移动板以第二频率绕着第二轴线共振回转。
45.如权利要求40所述的电磁驱动器，其中，抑制振动板的固有频率高于第一频率，并低于第二频率。
46.如权利要求40所述的电磁驱动器，其中，抑制振动板的固有频率小于第二频率的70％，使得抑制振动板起到抵抗内可移动板绕着第一轴线回转的低通滤波器的作用。
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