具有非对称刚性结构的改变光线路径的调节器及驱动方法

摘要

具有非对称刚性结构的改变光线路径的调节器,包括:安装在机壳内的基板;用蒸发工艺安装在基板上表面的第一电极;安装于第一电极之间的驱动电极;分别安装在第一电极上的一对支撑板,用来得到第一电极的电压;安装在支撑板对之间的反射板,用于反射光源发出的入射光线;与反射板相连的非对称元件,用于调整入射光线的入射路径和反射光线相对于入射光线的倾斜角。本调节器仅有一个驱动电极,使得驱动电路简单、操作可靠。

说明书

本发明涉及一种具有非对称刚性结构的改变光线路径的调节器及其驱动方法。更特别的是，本发明涉及具有非对称刚性结构的改变光线路径的调节器及其驱动方法，用此调节器可以容易地调整入射光线的路径和反射光线与入射光线的倾斜角，其变化范围从锐角到钝角。

通常，光源发出的入射光线靠反射镜反射，再投射到屏幕上，使其长宽比达到16∶9。

在一种驱动用来反射入射光线的反射板的传统调节器中，如图1所示，投影透镜4装在机箱里(未示)，把来自图像投影部分的入射光线投射到屏幕2上。

图像投影部分包括：装在机壳22里面的光源10，用于发射彩色光线如红、绿、蓝；装在光源10前面的透镜12，用于聚焦光源10发射的彩色光线；分色镜14，用于反射通过透镜12的入射光线。

投影透镜4与分色镜相倾斜，它安装在某一位置用于接收来自分色镜14的光线。用调节器20调整双色透镜14的倾斜角和位移，如图2a所示，使透过透镜12的光线沿预定的路径投射到屏幕2上面。

调节器20包括：安装在机壳22上的支承板24；悬臂杆26，有一个与支承板24相连的固定端和一个自由端；压电元件28粘贴在杆26上表面的中心以产生压电现象。分色镜14安装在杆26的自由端。

在具有上述结构的传统调节器中，红、绿、蓝彩色入射光线是由光源10连续发出的，通过透镜12投射到分色镜14上。然后，调节器20驱动分色镜14使得入射光线按预定倾斜角和路径传输。这样，分色镜14把光线反射到屏幕2上。

当压电元件28加上电压时，杆26的自由端受到弯曲应力而弯曲，如图2b所示，由此根据入射到分色镜14的入射光线调整分色镜14的倾斜角。

由上所述，根据加在压电元件28上的电位差来调节分色镜14的倾斜角。入射光线的路径以及反射光线与入射光线的倾斜角随分色镜14的倾斜角而改变。反射光线投射到屏幕2上，因此产生有预定长宽比的彩色图像。

然而，因为入射光线的入射路径以及反射光线与入射光线的倾斜角依靠杆来改变，加在压电元件上的电位差不同而使杆弯曲，当调节器长期使用时杆会有滞后现象。因此，入射光线路径以及反射光线与入射光线的倾斜角不能精确调节，由此，也难于精确地把反射光线投射到屏幕上。

为了解决以上问题，提出了另一种传统的调节器40来改变光线路径。如图3所示，调节器40包括一对安装在机壳22内的支承板42，组成了图像投影部分，并且互相分开预定的距离。支承板42连接在基板41上。分色镜44安装于支承板42之间，用于反射从光源10透过透镜12的入射光线。金属板46两侧与每个扭杆48的一端相连接，反光镜44装在此金属板上。扭杆48的另一端铰接在各自的支承板42上。

金属板46下面安装有第一驱动电极50和第二驱动电极52，它们形成了一个垂直于扭杆48的轴线。驱动电极50和52安装在基板41上，使其能根据入射光线射到反光镜44的位置来调整反射光线与入射光线的入射路径的倾斜角，使得反射光线能够射入透镜4。

在具有以上结构的改变光线路径的调节器中，当光源10发出的入射光线通过透镜12射到分色镜44时，分色镜44靠反射入射光线使得入射光线达到预定的倾斜角和路径，并使光线反射在屏幕2上面。

当需要改变反射光线投射到屏幕2上的倾斜角和入射路径时，在第一和第二驱动电极50和52中的至少一个电极上加上电压，例如加在第一驱动电极50。那么，如图4a所示，由于静电感应，金属板46和第一电极50的电势差产生静电吸引力，使得金属板46向第一驱动电极50倾斜。

从而，由倾斜的分色镜44反射入射光线并且按预定的入射路径和倾斜角(锐角)投射到屏幕2上。这时固定在金属板46两端上的扭杆48还加上了一个扭矩。

另外，当需要分色镜44恢复到初始位置时，或如图4b所示，需要在反方向倾斜金属板46以产生钝角的倾斜角时，关掉加在第一驱动电极50上的电压以便去除第一驱动电极50和金属板46的电势差。然后，如果在第二驱动电极52和金属板46之间加上一个电势差，那么依靠扭杆48储存的扭矩和第二驱动电极52上的电压金属板46恢复到初始位置。同时，金属板46和电极52之间产生静电吸引力，装在金属板46上的分色镜44向相反方向倾斜，因此反射光线与入射光线形成了的钝角倾斜角。

然而，由于调节器靠静电力来改变入射光线路径和反射光线与入射光线的倾斜角，上面装有分色镜44的金属板会粘在第一或第二驱动电极上而不易分离。另外，由于当金属板倾向某一方向时扭杆承受扭矩，与承受弯曲应力相比扭杆容易疲劳。此外，调节器需要第一和第二两个驱动电极，因此电能被无谓的消耗而且电路结构也复杂。

本发明克服了上述的早期技术的问题。因此本发明的一个目的是提供一个具有非对称刚性结构的改变光线路径的调节器及其驱动方法，其中用于调整反射光线与入射光线倾斜角的平板是非对称倾斜的。此结构不仅防止分色镜粘附到驱动电极上，而且电路结构简单。

本发明的另一目的是提供具有承受弯曲应力的非对称刚性结构的调节器，从而改善调节器操作的可靠性和驱动调节器的方法。

为了达到以上目的，本发明包含非对称刚性结构的改变光线路径的调节器。调节器包括：安装在机壳内的基板；用蒸发工艺安装在基板上表面的第一电极；排列在第一电极之间的驱动电极；一对支承板，安装在第一电极上以接收第一电极的电压；反射板，用于反射光源发出的入射光线，安装在支承板之间；非对称元件，分别与支承板和反射板连接，用于调整入射光线路径和反射光线与入射光线的倾斜角。

根据本发明的优选实施例，非对称元件包括第一和第二弹簧，分别连接在反射板的两个相对的边上，并且它们的刚性系数各自不同。

由于第一弹簧的形状及刚性系数与第二弹簧的不同，当驱动电极和反射板产生静电时，能够任意调整入射光线的入射路径和反射光线的倾斜角。

为了更好地达到本发明达目的，本发明提供了驱动非对称刚性结构调节器的方法，以调整入射光线的路径和反射光线与入射光线的倾斜角，此方法包括几个步骤：在第一电极施加电压，第一电极是用蒸发工艺安装在基板上的，因此电压被传送到用于反射入射光线的反射板上；在排列于第一电极间的驱动电极上加上电压时，在反射板和驱动电极之间产生了静电力；反射板向第一非对称元件倾斜从而产生了倾斜角，第一非对称元件比第二非对称元件有更大的变形量；由于入射光线从反射板与第一非对称元件相连接触的一侧照射反射板上，从而以锐角投射反射光线；去除加在电极和驱动电极上的电压，消除了驱动电极和反射板之间的电势差；靠非对称元件的回复力使反射板恢复到水平位置。

根据本发明的优选实施例，产生钝角倾斜角时包括一个子步骤来改变与反射板相连接的非对称元件的相对位置，以便于使得光线从反射板和第二非对称元件相连接一侧入射，从而把反射板的倾斜角调整到钝角。

参照附图详细描述一个优选实施例，使本发明的以上目的和优点将更显然，附图为：

图1表示根据现有技术的光线投射到屏幕的光线路径；

图2a是一前视图，表示改变光线路径的传统调节器；

图2b是一前视图，表示图2a的调节器，其中的压电元件由于电势差而弯曲；

图3是透视图，表示改变光线路径的另一传统调节器；

图4a和4b是侧视图，表示图3所示调节器的分色镜，由驱动电极使其倾斜；

图5是透视图，表示本发明的调节器，它具有非对称刚性结构以改变光线路径；

图6a到6e表示根据本发明的改变光线路径的调节器的制造过程；

图7a和7b是调节器的工作图，它靠本发明的方法来驱动以改变光线路径。

下面，参照附图将详细描述本发明的优选实施例。在图纸中，相同元件有相同的标号。

图5表示本发明的改变光线路径的调节器70。调节器70安装在一个类似于图1所示的图象投射部件内，用来改变入射光线路径和反射光线相对于入射光线倾斜角，使光源(类似图1中的10)发出的彩色光线(红、绿、蓝)投向屏幕。

调节器70包括：一块安装在机壳上(相似于图1中的22)的基板72；一对安装在基板72上表面并且隔开预定间距的支撑板74。调节器70还包括布置在一对支撑板74之间的反射板76，用来按预定角度反射入射光线。反射板76由高反射率的金属制造。非对称元件与支撑板74和反射板76相连，以支撑反射板76。电极78安装在基板72的上表面，驱动电极80安在电极78之间。非对称元件包括第一弹簧82和第二弹簧84，分别与反射板的两侧相连，并且各自有不同的刚性系数。

调节器70根据图6a到6e所示的制造过程进行制造。如图6a所示，金属电极78安放在支撑板72的上表面，驱动电极80安在电极78之间。接着用离心涂敷的方法在基板72的上表面形成一层光致抗蚀剂或聚合物的掩膜层86。在此状态下，采用反应离子刻蚀或照相制板技术在掩膜层86中形成插入孔86a，支撑板74被插入在孔中。

然后，将支撑板74插入到插入孔86a中。把第一弹簧82、第二弹簧84以及用多晶硅或金属制成的反射板76安装在掩膜层86上。此后，固化掩膜层并且如图6e所示去除。以上元件的安装采用蒸发或溅射方法。第一弹簧82是平板形状，为的是具有比第二弹簧84更高的刚性系数，而第二弹簧84是波浪形，以便得到较低的刚性系数。

下面，参照图7a和7b说明改变光线路径调节器的驱动方法。

首先，连续从光源(相似于图1中的10)发出红、绿、蓝彩色光线，以便把彩色图象投射到屏幕(相似于图1中的2)上。然后彩色光线入射到透镜(相似于图1中的12)，同时，用反射板76将彩色光线按预定倾斜角反射。接着彩色光线通过投影透镜(如图1中的4)投射到屏幕上。因为电压不加在驱动电极80上，所以在驱动电极80和反射板76之间不产生电势差。因为没有电势差，所以与第一弹簧82和第二弹簧84相连的反射板76保持水平位置，如图6e所示。因此，照射到反射板76上的入射光线以直角反射。

另外，当需要把光线以锐角投射到屏幕上时，在电极78和驱动电极80上都加上电压，如图7a所示。然后，电压通过支撑板74、第一弹簧82、第二弹簧84传输到反射板76上，从而在驱动电极80和反射板76之间产生了电势差。其结果是，产生的静电力使得反射板76向第二弹簧84倾斜，这是因为第二弹簧84的变形比具有较大刚性系数的第一弹簧82的变形更大，由此来调整入射光线的反射路径。依靠改变加在驱动电极80上的电压和改变第二弹簧84的形状和刚性，就能够调整反射板76的倾斜角。

当需要使倾斜的反射板76恢复到初始位置时，关闭加在驱动电极80上的电压，使得驱动电极80和反射板76之间的电压消除。结果，靠第一弹簧82和第二弹簧84的回复力，使反射板76恢复到水平位置。从而可以防止非对称元件的损坏并且减少了电力损耗。

另外，当需要把光线以钝角投射到屏幕(相似于图1中的2)上时，如图7b所示，与反射板76相连的第一弹簧82和第二弹簧84的位置和图7a所示的位置相反。那么，如果电压加在驱动电极80上时，由电势差产生的静电力使得第二弹簧84的变形比具有高刚性系数的第一弹簧82的变形更大。从而反射板76向下倾斜，使入射光线路径和倾斜角变大。这时，如果反射板76的倾斜角比预定的倾斜角大，那么投射到屏幕(如图1中的2)上反射光线就消失。

为了能以锐角或以钝角反射入射光线，具有不同刚性系数的第一弹簧82和第二弹簧84相对于反射板光线入射一侧的位置能够改变，如图7a和7b所示。

如上所述，本发明的调节器具有用于改变光线路径的非对称刚性结构和包括驱动调节器的方法，使得用于调整入射光线路径和调整反射光线相对于入射光线倾斜角的反射板有非对称的倾斜，所以使电路结构简化。另外，由于调节器采用承受弯曲应力的刚性结构，因此调节器的操作可靠。

虽然参照本发明的优选实施例已经详细描述和说明了本发明，但是本领域技术人员会理解在形式和细节上的各种变化并不超出附加的权利要求书所确定的本发明的思想和范围。