[发明专利]共振扫描反射镜的偏转控制

说明书

技术领域

大体而言，本发明涉及扭转铰链MEMS(微机电系统)装置，例如，扫描反射镜；且更具体而言，涉及用于在启动时将扫描装置迅速带到所选偏转振幅及谐振频率的方法及设备。

背景技术

众所周知，在激光打印机中使用旋转式多边形扫描反射镜在光敏媒介(例如，旋转鼓膜)提供对调制光源的图像的光束扫射或扫描。遗憾地，旋转式多边形反射镜必须制造到非常高的公差并以精确的速度进行旋转，以使所述多边形反射镜的每一个小面均以一致的方式来反射扫描激光光束。这些严格的要求会导致反射镜系统笨重、昂贵且在操作期间使用大量的电力。

最近，人们已熟知，使用在已知共振频率下振荡的扭转铰接平坦反射镜来替代昂贵的旋转式多边形反射镜驱动引擎。目前，Texas仪器公司制造MEMS反射镜装置，例如，所述MEMS反射镜装置是通过单件式材料(例如，硅)使用半导体制造工艺来制作。所述反射镜具有约为数微米的尺寸且由两个硅扭转铰链来支撑。此种装置或反射镜的铰链充当扭转弹簧，其可工作以便在所述装置绕铰链偏转或旋转的情况下使其返回到中心位置。然而，当所述装置或反射镜返回到其中心位置时，其会超过该中心位置并沿相反方向继续运动。所述扭转铰链会起到使所述装置返回到中心位置的作用。该序列会在称为共振频率的特定频率下重复多次。

如果以其共振频率或在其共振频率附近连续地驱动所述装置，则偏转振幅可增加到非常宽的角度。在某种程度上，此是有益的，因为此使得一低功率驱动信号能够使所述装置在大的角度范围内振荡。遗憾地，如果偏转振幅太大，则可使铰链受到过大的应力以致其会粉碎及摧毁振荡装置或反射镜。

于2004年2月12日出版的美国专利公开申请案第2004-0027449A1号阐述数种用于产生反射镜装置绕扭转铰链的枢转式共振的技术。因此，通过将反射镜铰链设计成在选定频率下共振，就可制作出能提供扫描光束的扫射的扫描引擎，其中维持共振振动仅需要非常少的能量。

正如所属技术领域的技术人员所了解的，枢转式振荡装置或反射镜绕扭转铰链的共振频率会根据沿铰链轴线所负载的应力而改变。这些应力是由于组装过程以及环境条件变化(诸如(例如，所包装装置的温度变化))所引起的铰链残余应力而形成。例如，硅的杨氏模量会随温度改变，因此对于由硅制成的MEMS类枢转式振荡装置(该装置夹持在包装中以使其限制在铰链方向上)，随着温度变化，将会导致铰链内的应力。此本身也将会导致枢转式振荡的共振频率的漂移。

由于使用光束扫描图案的应用(例如，激光印刷及投影成像)需要稳定及精确的驱动来提供信号频率及扫描速度，故由温度改变所致的枢转式共振反射镜的共振频率及扫描速度的变化可限制或甚至无法在激光打印机及扫描显示器中使用所述装置。此外，如上所提及，如果对于指定旋转角度，应力负载增加高出最大的可接收水平，则所述装置的可靠性和操作寿命会降低到无法接收的地步或因铰链破碎而突然性地终结。

发明内容

通过提供一种枢转式振荡反射镜或其他振荡共振结构或装置，本发明解决了上文讨论的难题及问题，其包括用于将所述装置迅速带到其操作偏转振幅及共振频率的电路系统。所述振荡装置是包含由一对扭转铰链所支撑的功能性表面(例如，反射表面或反射镜)的MEMS。该对扭转铰链可使所述功能性表面或反射镜作枢转式振荡，且每一铰链均从所述功能性表面延伸到一支座。所述支座可包括单个支撑框架或一对支撑垫，且被安装到一支撑结构。

所述振荡装置或反射镜及所述方法还包括用于产生及施加能量驱动脉冲到所述振荡结构或反射镜以起始并维持所述装置或反射镜的振荡的电路系统。通常，所述能量驱动脉冲是驱动穿过驱动线圈以产生磁场的电脉冲。所述线圈的磁场与安装到所述扭转铰接结构的永久磁铁相互作用以致使所述结构振荡。此外，还包括用于确定偏转振幅的传感器，且当所述振荡装置为扭转铰接反射镜时，可使用光传感器来确定偏转振幅或光束扫射。