TWI656373B

TWI656373B - Suspension system for two-axis optical actuator

Info

Publication number: TWI656373B
Application number: TW107108304A
Authority: TW
Inventors: 趙金生; 葉世博; 莊清軒; 賴韋龍
Original assignee: 銘異科技股份有限公司
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-04-11
Also published as: TW201939086A

Abstract

一種雙軸光學致動器之懸吊系統，包含設有一電路基座及一擺動件，該擺動件在中間置有光學鏡片；另設一懸吊彈片，係與擺動件相結合，且該懸吊彈片在四個角落分別設有一彈力單元突伸於擺動件之外，該彈力單元配合支柱使懸吊彈片及擺動件被架設在基座的上方，又在擺動件的四周各設有一磁力裝置，當四個磁力裝置採取輪流間隔的開啟與關閉磁力時，承載著光學鏡片的擺動件即分別以懸吊彈片的虛擬軸線(此虛擬軸線對應至兩兩相對的磁力裝置連線作為旋轉軸線)，使擺動件進行固定時間差及精準二軸擺動的動作，而讓投影光線快速產生四個不同位置的光點，使投影的解析度大幅提昇。

Description

雙軸光學致動器之懸吊系統

本發明係關於一種雙軸光學致動器之懸吊系統，特別關於一種適用在投影設備的光學致動器上之懸吊系統，具有雙軸方向的擺動特性，能使致動器的擺動更為穩定而準確，大幅提高投影的解析度與穩定性。

較先進的光學投影系統不但被要求體積要精簡，而且投影的解析度要佳，同時成本要降低，在這三個前題之下，目前較為先進的光學投影系統的設計，請配合參看第11、12圖所示，將微型晶片面板92(例如：DMD)的影像，經稜鏡91、致動器80、鏡頭90投射至投影布幕(圖中未示)；其中，投影光線行進中會穿過致動器80內的鏡片，並且經由致動器80進行快速的反覆振動(改變投射位置)，藉由不斷的改變影像的所在位置，以增加解析度。

然而習用致動器80的一種常用結構，如第13、14、15圖所示，係具有一基座81，並在基座81的中央設有一方形組裝槽801，而該組裝槽801的相對位置則又各設有一軸承82及轉軸83；在該二轉軸83間則設有一擺動件84；該擺動件84係由一載台841及鏡片842所構成，故當致動器在受周側的電磁作用下(圖中未示)，能帶動擺動件84以兩軸承82及轉軸83間的軸線L1為基線，使動擺動件84兩側進行上下的規律擺動，以改變投影的位置，這是最常用的使用方法。

該習用的致動器80結構之缺點，本發明人在台灣專利申請第105135962號(即美國專利申請第15/415891號、大陸專利第201611099292.4號)已有充分說明，在此不再贅述；惟此等結構仍皆屬於以單一軸線L1為基線的兩點式擺動，若欲提高解析度，勢必要設計出多點式的攞動光點，才能將投影的解析度再上一層樓，光學致動器提高多個光點擺動時，除了結構的巧思之外，更要維持多點移動光點的精確性與穩定性，這技術上在以往是有困難，且是業界一直極欲突破之處。

本發明之主要目的，包含設有一電路基座及一擺動件，該擺動件在中間置有光學鏡片；另設一懸吊彈片，係與擺動件相結合，且該懸吊彈片在四個角落分別設有一彈力單元突伸於擺動件之外，該彈力單元配合支柱使懸吊彈片及擺動件被架設在基座的上方，又在擺動件的四周各設有一磁力裝置，當四個磁力裝置採取輪流間隔的開啟與關閉磁力時，承載著光學鏡片的擺動件即分別以懸吊彈片的四個邊長中央平分線所構成的虛擬軸線(此虛擬軸線對應至兩兩相對的磁力裝置連線)作為旋轉軸線，使擺動件進行固定時間差及精準擺動的動作，而讓投影光線快速產生四個不同位置的光點，使投影的解析度大幅提昇，較習用二點式光點的光學致動器可讓解析度大幅上昇。

為達到上述的目的，本發明可以用下列的方式來達成：設一基座，該基座於中央設有一透光孔；一電路板，於中央設有一與基座相對應的透光孔；一擺動件，為一環形結構體，在中間形成有一方形中孔，該中孔周邊形成有階梯狀的嵌鏡槽，並供一光學鏡片置入；一懸吊彈片，具有一框本體，且在該框本體中央形成透光孔，另在該框本體的四個角落各設有一彈力單元，而該彈力單元最外環設有彎折的外環框，在其中央形成有支柄，而外環框自該支柄循著框本體的二側延伸而形成第一懸臂，且在該第一懸臂的末端再向內彎各設有一彎折部，再平行於第一懸臂形成有第二懸臂，而在該第二懸臂的末端則向內設有接臂，該接臂再與框本體相連接；四個磁力裝置設於擺動件的四個外側邊之中央位置處，可以電磁力近距離控制擺動件的運動；該懸吊彈片係與擺動件結合，並以第一鎖固組件將懸吊彈片與擺動件結合；另再以第二鎖固組件穿過懸吊彈片最外端的支柄，同時穿過電路板及一支柱再固定於基座上，而使該懸吊彈片能帶動擺動件，在受到磁力裝置的作動而進行多點而精確定位的擺動。

〔本發明〕

10‧‧‧基座

11‧‧‧透光孔

12‧‧‧容磁孔

20‧‧‧電路板

21‧‧‧透光孔

22‧‧‧容磁孔

30‧‧‧擺動件

30’‧‧‧擺動件

31‧‧‧上座

311‧‧‧中孔

312‧‧‧容磁槽

32‧‧‧下座

321‧‧‧中孔

322‧‧‧容磁槽

33‧‧‧中孔

34‧‧‧嵌鏡槽

35‧‧‧容磁槽

40‧‧‧懸吊彈片

40A‧‧‧彈力單元

401‧‧‧外環框

402‧‧‧支柄

4021‧‧‧固定孔

403‧‧‧第一懸臂

404‧‧‧彎折部

405‧‧‧第二懸臂

406‧‧‧接臂

41‧‧‧框本體

42‧‧‧透光孔

43‧‧‧容磁槽

44‧‧‧鎖孔

50‧‧‧光學鏡片

60‧‧‧磁力裝置

70‧‧‧第一鎖固組件

71‧‧‧第二鎖固組件

711‧‧‧支柱

800‧‧‧致動器

D1‧‧‧寛度

D2‧‧‧寛度

D3‧‧‧寛度

D4‧‧‧寛度

L2‧‧‧長度

L3‧‧‧長度

Lx‧‧‧軸線

Ly‧‧‧軸線

Lt‧‧‧光線

〔習用〕

80‧‧‧致動器

801‧‧‧組裝槽

81‧‧‧基座

82‧‧‧軸承

83‧‧‧轉軸

84‧‧‧擺動件

841‧‧‧載台

842‧‧‧鏡片

90‧‧‧鏡頭

91‧‧‧稜鏡

92‧‧‧微型晶片面板

L1‧‧‧軸線

第1圖係本發明之應用實施例分解圖。

第2圖係本發明之應用實施例組合圖。

第3圖係本發明之懸吊系統分解圖。

第4圖係本發明之懸吊彈片平面結構圖。

第5圖係本發明之懸吊彈片作動示意圖。

第6-1圖係本發明之懸吊彈片帶動承載座擺動示意圖1。

第6-2圖係本發明之懸吊彈片帶動承載座擺動示意圖2。

第7-1圖係本發明應用實施例之整體動作示意圖1。

第7-2圖係本發明應用實施例之整體動作示意圖2。

第7-3圖係本發明應用實施例之整體動作示意圖3。

第7-4圖係本發明應用實施例之整體動作示意圖4。

第8圖係本發明懸吊彈片與承載座結合之另一實施例圖。

第9圖係本發明之應用實施例圖1。

第10圖係本發明之應用實施例圖2。

第11圖係光學致動器應用說明示意圖1。

第12圖係光學致動器應用說明示意圖2。

第13圖係一種習用單軸光學致動器立體結構圖。

第14圖係第11圖之平面結構圖。

第15圖係第12圖之A-A剖面圖。

請參看第1、2圖所示，為本發明雙軸光學致動器之懸吊系統應用的實施例，至少包含有：一基座10，該基座10於中央設有一方形透光孔11，並在該透光孔11的四周邊的中央平分點上，各設有一個容磁孔12。

一電路板20，於中央設有一透光孔21，該透光孔21具有四個周邊，並與前述基座10的透光孔11的周邊相對應，並在該透光孔21的四周邊的中央平分點上，各設有一個容磁孔22；該電路板20上另設有數個貫穿孔23，而該貫穿孔23是用來避開其他零件(例如：鎖固螺絲)貫穿所設，而本實施例揭示之貫穿孔23是沿著透光孔11的四個方形對角沿伸而成；該電路板20係置於該基座10的承載面上。

一擺動件30，請配合參看第1、3圖所示，係由一上座31及一下座32所構成，該上座31及一下座32為一環形結構體，在中間形成有一方形中孔311,321，並在該中孔311,321四周邊的中央平分點上，各設有一個容磁槽312,322；該上座31的中孔311是較下座32的中孔321略大，並使該二中孔311,321間構成(如第1、8圖所示)階梯狀的嵌鏡槽34，並供一光學鏡片50置入。

請參看第3、4圖所示，一懸吊彈片40，具有一框本體41，該框本體41上設有數個鎖孔44，並且在四個側邊的中央平分線上各設有一容磁槽43；該框本體41在中央形成透光孔42，另在該框本體41的四個角落各設有一彈力單元40A，而該彈力單元40A最外環設有九十度的外環框401，在中央形成有支柄402，且該支柄402上設有固定孔4021，而外環框401自該支柄402循著框本體41的二側延伸而形成第一懸臂403，且在該第一懸臂403的末端再向內彎九十度各設有一彎折部404，再平行於第一懸臂403形成有第二懸臂405，而在該第二懸臂405的末端則向內設有接臂406，該接臂406再與框本體41相連接。

承上述，該第一懸臂403的長度L2是比該第二懸臂405的長度L3更長，以更具有彈性；在本發明的較佳實施例中，該第一懸臂403的寛度D1和第二懸臂405的寛度D2為相同，且該整條第一懸臂403的寛度D1和整條第二懸臂405的寛度D2均是保持相同，即第一懸臂403及第二懸臂405為等徑的懸臂，但若是在受力的需要時，該第一懸臂403及第二懸臂405也可以設計成不同寛度或不等徑，惟此等係屬受力的變化所做的等效變更，與結構特徵無關，即不予贅述；另該彎折部404及該接臂406的寛度D3,D4若比該第一懸臂403和該第二懸臂405的寛度D1,D2更寛時，能得到更好的支撐及承受疲勞強度，反之，若該彎折部404及該接臂406的寛度D3,D4比該第一懸臂403和該第二懸臂405的寛度D1,D2更窄時，則能得到最佳的彈性，惟此亦需配合材料之特性而予以調整，惟此等係屬材料受力的變化所做的必然變更，與結構特徵無關，則不再贅述。

請參看第1、2、3、4圖所示，四個磁力裝置60設於擺動件30的四個外側邊之中央位置處，且該擺動件30的容磁槽312,322、基座10的容磁孔12、電路板20的容磁孔22、懸吊彈片40的容磁槽43皆為相對設置，可供四個磁力裝置60恰能容置其中，用以電磁力控制近距離擺動件30的運動；由於該四個磁力裝置60設於擺動件30的四個外側邊之中央位置，因此在懸吊彈片40外側邊長中央位置的相對虛擬連線(亦即兩兩相對磁力裝置60平分點間的連線)，即為擺動件30的二條虛擬旋轉軸線Lx,Ly。

請參看第1、2、3圖所示，該懸吊彈片40置於擺動件30的上座31及一下座32之間，並以第一鎖固組件70將懸吊彈片40與擺動件30結合；另再以第二鎖固組件71穿過懸吊彈片40最外端(即四個角落)的支柄402，同時穿過電路板20的貫穿孔23及一支柱711再固定於基座10上，而使該懸吊彈片40能帶動擺動件30進行擺動。

本發明在使用時，請參看第1、5、6-1、7圖所示，由於該懸吊彈片40的四個彈力單元40A是突伸於擺動件30之外，並且以最外端的支柄402為支點，配合支柱711使懸吊彈片40及擺動件30被架設在基座10及電路板20的上方，故當四個磁力裝置60以不同的時間差進行磁力吸引時，其中被吸引端的動作說明，請先參看第6-1圖所示，若以旋轉軸線Ly為中心，向順時針方向旋動時，能使該處(如第6-1圖之白色箭頭處)被磁力裝置60向下吸引的兩側彈力單元40A中，最外圍二端側的第二懸臂405及接臂406受到磁力而向下位移，並與彎折部404及第一懸臂403產生相對的彈力，此時在對側(黑色箭頭處)的磁力裝置60，則是向上吸引，使其二側的彈力單元40A中，最外圍二端側的第二懸臂405及接臂406受到磁力而向上位移，並與彎折部404及第一懸臂403產生相對的彈力；反之，若以旋轉軸線Ly為中心，向逆時針方向旋動時，則使第6-2圖之左側端(白色箭頭處)被磁力裝置60向下吸引，受磁力裝置60向下吸引的兩側彈力單元40A中，最外圍二端側的第二懸臂405及接臂406受到磁力而向下位移，並與彎折部404及第一懸臂403產生相對的彈力，此時在對側(黑色箭頭處)的磁力裝置60，則是向上吸引，使其二側的彈力單元40A中，最外圍二端側的第二懸臂405及接臂406受到磁力而向上位移，並與彎折部404及第一懸臂403產生相對的彈力。

因此本發明的整體動作說明的實施例，可分解為四，即(1)如第7-1圖所示的旋轉軸線Ly以順時針方向旋動時，能讓擺動件30承載著光學鏡片50朝旋轉軸線Ly右側的磁力裝置60處向下偏轉定位；(2)如第7-2圖所示的旋轉軸線Lx以順時針方向旋動時，能讓擺動件30承載著光學鏡片50朝旋轉軸線Lx右側的磁力裝置60處向下偏轉定位；(3)如第7-3圖所示的旋轉軸線Ly以逆時針方向旋動時，能讓擺動件30承載著光學鏡片50朝旋轉軸線Ly左側的磁力裝置60處向下偏轉定位；(4)又如第7-4圖所示的旋轉軸線Lx以逆時針方向旋動時，能讓擺動件30承載著光學鏡片50朝旋轉軸線Lx左側的磁力裝置60處向下偏轉定位；此即，當四個磁力裝置60採取輪流間隔的改變磁力方向時，能使懸吊彈片40、擺動件30承載著光學鏡片50分別以該二旋轉軸線Lx,Ly為軸，在四個位置進行特定時間差、固定位移的動作，以使投影光線在致動器的調控之下，快速產生有四個不同位置的光點，使投影的解析度大幅提昇。

在本發明的第3圖所示的實施例，是擺動件30係由一上座31及一下座32所構成，且懸吊彈片40恰嵌設於中央；但在等效取代的應用上，該擺動件30的上座31及一下座32也可以一體成形，而懸吊彈片40係被嵌設於擺動件30的中央平面上；再則如第8圖所示則是一較簡易之方式，即為一體成型的擺動件30’，中央設有具嵌鏡槽34的中孔33以承載光學鏡片50，並且在四個周邊同樣設有容磁槽35，而懸吊彈片40即被第一鎖固組件70鎖固在該擺動件30’的下方，也是一種較簡便之組合方式。

本發明可廣泛應用在如第11、12圖之場合之外，對於第9圖形式的場合，前述本發明所構成的致動器800，在影像光線Lt分別穿過稜鏡91、微型晶片面板92(例如：DMD)後，經過本發明構成的致動器800將光線快速以多角度偏轉，直接投射至鏡頭90的投影布幕(圖中未示)中；或者如第10圖所示形式的場合，在影像光線Lt分別穿過稜鏡91、微型晶片面板92(例如：DMD)後，經過本發明構成的致動器800將光線以多角度偏轉，先再經由稜鏡91的反射後再至鏡頭90的投影布幕(圖中未示)中；這多種形式的投影都十分適合本發明的應用。

由於本發明案的設計具有巧思，故在使用及製造上具有如下的優點：

1.由於本發明是應用在雙軸式的光學致動器上，較習用的單軸式兩點位移，在解析度上更大幅提昇，為本發明主要的優點。

2.由於本發明的懸吊系統設計上，以大片的懸吊彈片在四個角落設置結構巧妙的彈力單元，能使光學致動器進行十分精確的四角度位移，是本發明另一優點。

3.由於本發明的懸吊彈片是一大片的金屬沖製而成，不但製造上更為簡單，同時整體的組裝亦更為確實而方便，而擺動件間的搭配更為簡易，更換亦能確實定位，不佔空間，有利倉儲的管控，為本發明之再一優點。

唯，以上所述之結構，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本創作實施之範圍；故當熟習此技藝所作出等效或輕易的變化者，在不脫離本創作之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，例如：大致改變元件之形狀或尺寸，或懸吊彈片形狀的些微改變，或使用不同的材質，或應用在不同的投影場合等，但係運用本發明之特徵者，皆應涵蓋於本發明之特徵內。

Claims

一種雙軸光學致動器之懸吊系統，至少包含有；一基座，該基座於中央設有一透光孔；一電路板，於中央設有一與基座相對應的透光孔；一擺動件，為一環形結構體，在中間形成有一方形中孔，該中孔周邊形成有階梯狀的嵌鏡槽，並供一光學鏡片置入；一懸吊彈片，具有一框本體，且在該框本體中央形成透光孔，另在該框本體的四個角落各設有一彈力單元，而該彈力單元最外環設有彎折的外環框，在其中央形成有支柄，而外環框自該支柄循著框本體的二側延伸而形成第一懸臂，且在該第一懸臂的末端再向內彎各設有一彎折部，再平行於第一懸臂形成有第二懸臂，而在該第二懸臂的末端則向內設有接臂，該接臂再與框本體相連接；四個磁力裝置設於擺動件的四個外側邊，並以電磁力控制擺動件的運動，且該兩兩相對磁力裝置間的連線構成擺動件的旋轉軸線；該懸吊彈片係與擺動件相互結合，並以第一鎖固組件將懸吊彈片與擺動件結合；另再以第二鎖固組件穿過懸吊彈片最外端的支柄，同時穿過電路板及一支柱再固定於基座上，而使該懸吊彈片能帶動擺動件，在受到磁力裝置的作動而進行多點定位的擺動。
根據申請專利範圍第1項所述之雙軸光學致動器之懸吊系統，該彈力單元第一懸臂的長度大於第二懸臂的長度。
根據申請專利範圍第1項所述之雙軸光學致動器之懸吊系統，該彈力單元第一懸臂的寛度和第二懸臂的寛度為相同。
根據申請專利範圍第1項所述之雙軸光學致動器之懸吊系統，該彈力單元的第一懸臂及第二懸臂為等徑的懸臂。
根據申請專利範圍第1項所述之雙軸光學致動器之懸吊系統，該彈力單元的第一懸臂及第二懸臂為不等徑的懸臂。
根據申請專利範圍第1項所述之雙軸光學致動器之懸吊系統，該彈力單元的彎折部及接臂的寛度是大於該第一懸臂及第二懸臂的寛度。
根據申請專利範圍第1項所述之雙軸光學致動器之懸吊系統，該彈力單元的彎折部及接臂的寛度是不大於該第一懸臂及第二懸臂的寛度。
根據申請專利範圍第1項所述之雙軸光學致動器之懸吊系統，該擺動件係由一上座及一下座所構成，且懸吊彈片恰被夾設於上座及一下座之間。
根據申請專利範圍第1項所述之雙軸光學致動器之懸吊系統，該擺動件為一體成形，且懸吊彈片係被嵌設於擺動件的中央平面上。
根據申請專利範圍第1項所述之雙軸光學致動器之懸吊系統，該擺動件為一體成形，且懸吊彈片係被固定於擺動件的下方。
根據申請專利範圍第1項所述之雙軸光學致動器之懸吊系統，該彈力單元外環框的彎折是呈九十度。
根據申請專利範圍第1項所述之雙軸光學致動器之懸吊系統，該彈力單元由外環框二側延伸的第一懸臂、彎折部、第二懸臂、接臂間均呈九十度彎折且相接。
根據申請專利範圍第1項所述之雙軸光學致動器之懸吊系統，該四個磁力裝置係相對設於擺動件的四個外側邊之中央位置。