[发明专利]压电式电机驱动电路和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于驱动压电式电机使反射镜振动的装置和方法，尤其是用于在投影彩色二维图像的同时又保持低功耗、高分辨率、小型化、静音操作和最小振动的彩色图像投影系统中的装置和方法。

背景技术

众所周知，基于在相互正交的方向上振动以使激光束在光栅图案上进行扫描的一对扫描反射镜(scan mirror)，将二维图像投影在屏幕上。然而，已知图像投影系统投影的图像具有有限的分辨率，其通常比视频图形阵列(VGA)质量640×480像素的四分之一小，并不是真彩色。

此外，还知道，如2004年10月27日递交的美国专利申请序列No.10/975,888和2003年3月13日递交的美国专利申请序列No.10/387,878(二者都被转让于临时申请的受让人，并且通过引用将二者合并于此)所描述的，通过将包括一对压电换能器的压电式电机与框架在枢纽的相对侧处相连接，通过惯性力使扫描反射镜之一振动，其中，扫描反射镜围绕该枢纽可自由振动。对两个换能器施加周期驱动信号，以使得一个换能器伸展并推压框架的一侧，而同时使另一换能器接触并拉动框架的相对一侧，反之亦然。通过框架交替传导推拉力，以使得扫描反射镜以机械谐振频率围绕枢纽振动。使入射到反射镜上的光束如一个或多个扫描线那样在空间中扫过。

用于生成周期性驱动信号的驱动电路通常需要较高的AC电压，例如，50伏的峰峰值，且将驱动频率或基频精确调谐到电机的机械谐振频率。一种已知的驱动电路使用高DC电压，例如，50伏，然后使该电压经受线性控制。然而，该驱动电路导致较高的功率损耗，且效率较低。

其它已知的驱动电路涉及使用能量再循环技术。例如，压电换能器具有固有电容，且具有电感的感应器与换能器相连，以形成谐振电路。以谐振电路产生的电谐振频率，对低DC驱动电压(例如，5伏)进行开关，并将该低DC驱动电压用于产生到大约50伏AC的驱动电压的电压提升。因此。驱动频率必须与电谐振频率相匹配，以便实现大约10倍的驱动电压提升。

然而，经验表明，这样的能量再循环驱动电路实际并不令人满意。压电换能器的电容因部件不同而不同，此外，也会受温度和老化的影响。感应器的电感也因部件不同而不同，也会受温度和老化的影响。例如，对于40℃的温度变动，电容可变化20％；电感可变化5％；电谐振频率可变化12％。

为解决这样不期望的电谐振频率的变化，现有技术提出了精密复杂的补偿电路，用于补偿这样的电容和电感变化。该补偿电路使用附加电容、附加感应器、开关和逻辑控制，所有这些都使得整体装置的成本和尺寸增大，还使用其阻抗也依赖于容限、温度和老化程度的附加部件。

其它已知的驱动电路使用人工调节对电谐振频率进行调谐。一般而言，对机械可调的感应器进行调节。然而，该驱动电路并不令人满意，这是由于仅凭人工调节不能在容限、温度和老化变化的全部范围进行合适补偿。

发明内容

因此，本发明的一般目的在于，提供一种用于电驱动压电式电机的装置和方法，尤其是用于在距其更长距离范围内投影尖锐清晰的二维彩色图像的图像投影装置中振动反射镜的装置和方法。

本发明的另一目的在于，驱动压电式电机，以便补偿温度、容限和老化变化。

本发明的又一目的在于，将电谐振频率与机械谐振频率分离，从而允许电谐振频率在较宽容限范围上变化。

本发明的再一目的在于，消除使用附加阻抗调节温度、容限和老化变化的现有技术要求。

又一目的在于提供用于驱动在便携式彩色图像投影装置中的压电式电机的小型、轻便和便宜的驱动电路，所述便携式彩色图像投影装置可用于具有不同外形因素的多个设备中。

为实现这些目的以及此后将变得显而易见的其它目的，简而言之，本发明的一个特征在于：用于电驱动压电换能器以便以机械谐振频率机械振动反射镜的装置和方法。在优选实施例中，反射镜是用于沿一般相互正交的方向，且最好是以不同扫描速率和不同扫描角，扫动激光束以便将光束从该装置投影到远处的扫描反射镜对中的一个。

根据本发明，具有电感的感应器与具有固有电容的换能器电连接，以形成具有电谐振频率的谐振电路。由于在现有技术中，电感和电容随温度、老化以及随感应器以及换能器不同而不同的容限值的变化而变化，从而导致电谐振频率在较宽范围(例如，大约12％)上变化。