惯性驱动扫描装置和方法转让专利
申请号 : CN200480006678.5
文献号 : CN1759330B
文献日 : 2010-04-28
发明人 : F·F·伍德 , D·亚威德
申请人 : 讯宝科技公司
摘要 :
一种光扫描结构包括由惯性驱动器直接移动的框架，以便以高扫描率并以最小的电功耗振荡由框架上的铰链所支承的扫描元件。
权利要求 :
1.一种光扫描结构(20)，包括：
可振荡扫描元件(22)，用于反射入射到其上的光；
活动框架(24)，用于支承扫描元件(22)；
铰链(26，28)，沿铰链轴(30)延伸并连接于框架(24)和扫描元件(22)之间；
平面支承结构(48)；以及
惯性驱动器，用于直接移动框架(24)并且通过惯性绕铰链轴间接振荡扫描元件(22)以扫描入射光，所述惯性驱动器包括：垂直于平面支承结构(48)延伸的第一对压电装置(50，52)，且其包括与平面支承结构(48)相连的第一端区域和在铰链轴(30)的相对侧处与框架(24)相连的相对第二端区域，所述第一对压电装置(50，52)用于机械地支承框架(24)，所述第一对压电装置(50，52)沿着彼此平行的相对线性方向伸长和缩短，用于在由周期性驱动信号电激励时在绕铰链轴(30)的相反圆周方向上分别对框架(24)的相对侧进行推拉以振荡扫描元件(22)。
2.如权利要求1所述的结构(20)，其特征在于，扫描元件(22)、框架(24)和铰链(26，28)是一体式的平面硅基板。
3.如权利要求2所述的结构(20)，其特征在于，扫描元件(22)具有镜面涂层。
4.如权利要求1所述的结构(20)，其特征在于，铰链(26，28)包括沿铰链轴(30)延伸的两个铰链部分，每个铰链部分都具有与框架(24)相连的一端区域和与扫描元件(22)相连的相对端区域。
5.如权利要求1所述的结构(20)，其特征在于，框架(24)包围扫描元件(22)并在结构(20)的静止位置中与其共面。
6.如权利要求1所述的结构(20)，其特征在于，扫描元件(22)具有延伸通过扫描元件(22)质心的对称轴，其中铰链轴(30)与该对称轴共线，其中惯性驱动器用于直接振荡框架(24)。
7.如权利要求1所述的结构(20)，其特征在于，扫描元件(22)具有延伸通过扫描元件(22)质心的对称轴，其中铰链轴(30)沿横向与对称轴平行隔开，其中惯性驱动器用于在与所述横向垂直的驱动方向上直接线性移动框架(24)。
8.如权利要求1所述的结构(20)，其特征在于，驱动器用于以超过1kHz的频率并在±8度机械弧上振荡扫描元件(22)。
9.如权利要求1所述的结构(20)，其特征在于，一附加压电装置对(60，62)，其垂直于平面支承结构(48)延伸并具有与平面支承结构(48)相连的第一端区域、在铰链轴(30)的相对侧处与框架(24)相连的第二端区域，所述附加压电装置对(60，62)与所述第一对压电装置(50，52)一起用于机械地支承框架(24)，所述附加压电装置对(60，62)用于监控框架(24)的振荡运动并由此产生和传导电反馈信号。
说明书 :
技术领域
本发明一般涉及用于重复扫描诸如光代码的目标的光扫描装置和方法，尤其涉及在低电功率条件下以高扫描率操作这种扫描装置以使电功率使用最小化。
背景技术
迄今，已开发了各种光代码读取器来读取光代码，诸如应用于物体上的条形码符号，以便通过光读取其上的符号来识别每个物体。条形码符号本身是编码图案，其由一系列不同宽度和相互隔开各种宽度边界间隔的条纹构成，条纹和间隔具有不同的光反射性质。读取器将该编码图案电光解码成描述物体的多个数字表示。例如，美国专利No.4251798中揭示了普通型读取器。
如已知技术中所揭示的，这种读取器的特殊较佳实施例在于从光源(优选是气体激光器或激光二极管)发出的光束，尤其是激光束，并在于将激光束引导到要读取的符号。在到符号的途中，激光束被引导和反射离开扫描部件的光反射器。扫描部件按循环方式移动反射器并使该激光束重复扫描符号。符号反射其上入射的激光束。反射离开符号的一部分入射光由读取器的检测器部件(例如光电二极管)采集和检测。光电二极管具有一视场，且该视场上的检测光由电解码电路解码成描述符号的数据，用于后续处理。在以一定的扫描率进行扫描期间，可循环移动的反射器将激光束扫过符号和/或扫过视场。
本领域已知几种扫描部件。例如，美国专利No.4251798揭示了在其每个表面上都具有反射外表面的多边形多面轮。轮被安装用于旋转，以使每个反射外表面依次位于光路中，入射激光束沿着该光路被引导到要扫描的符号。美国专利No.4251798中揭示的其它扫描部件是双压电晶片或铁电型振荡元件，以及扬声器型振荡元件，它们都具有可振荡反射镜。
美国专利No.4387297和美国专利No.4496831揭示了一种扫描部件，它包括用于在相对于电动机的输出轴的相对圆周方向上往复振动反射器的电动机。美国专利No.4387297还揭示了一种五个双压电晶片的扫描部件。美国专利No.5099110揭示了一种节能扫描部件，其中通过释放铰链(hinge)中存储的能量来振荡扫描反射镜。
光反射器不一定是单个平面反射镜，而是如美国专利No.4760248中所述，可以是具有部分凹面和部分平面结构的光学部件。如美国专利No.4496831所述，反射器可以在小于360°的交替圆周方向上沿弧长由电动机驱动，或者在不同结构中，反射器可以完全绕轴旋转，如美国专利No.4816661中所述。
在另一种不同结构中，如美国专利No.5144120中所述，不用反射器来实现扫描动作，在所谓的“无反射镜”设计中完全除去反射器，其中一个或多个其它读取器部件彼此共同或分开地移动，以实现电动机驱动的往复扫描动作。其它读取器部件包括例如激光二极管的光源部件，和/或例如聚焦透镜的光学部件，和/或例如光电二极管的光电检测器部件。
在所有上述扫描部件中，扫描率相对较低，约小于100Hz。为了将扫描率提升到350Hz到1200Hz的范围，美国专利No.5412198揭示了一种共振不对称扫描元件，其中借助永磁体和电磁线圈之间的磁场相互作用来振荡扫描反射镜。
本领域已知将永磁体或电磁线圈直接安装于扫描反射镜上，以形成磁驱动可振荡反射镜组件。还已知，将电极直接安装于静电驱动可振荡反射镜组件中的扫描反射镜上。但是，这增加了可振荡组件的质量，从而需要更多电能来驱动组件并限制了扫描率。在由电池供电的手持型读取器中，高电能需求减少了电池的工作寿命。此外，不限于读取条形码符号，存在期望超过1200Hz甚至以超过20kHz的不可听频率的高扫描率的许多应用。
如已知技术中所揭示的，这种读取器的特殊较佳实施例在于从光源(优选是气体激光器或激光二极管)发出的光束，尤其是激光束，并在于将激光束引导到要读取的符号。在到符号的途中，激光束被引导和反射离开扫描部件的光反射器。扫描部件按循环方式移动反射器并使该激光束重复扫描符号。符号反射其上入射的激光束。反射离开符号的一部分入射光由读取器的检测器部件(例如光电二极管)采集和检测。光电二极管具有一视场，且该视场上的检测光由电解码电路解码成描述符号的数据，用于后续处理。在以一定的扫描率进行扫描期间，可循环移动的反射器将激光束扫过符号和/或扫过视场。
本领域已知几种扫描部件。例如，美国专利No.4251798揭示了在其每个表面上都具有反射外表面的多边形多面轮。轮被安装用于旋转，以使每个反射外表面依次位于光路中，入射激光束沿着该光路被引导到要扫描的符号。美国专利No.4251798中揭示的其它扫描部件是双压电晶片或铁电型振荡元件，以及扬声器型振荡元件，它们都具有可振荡反射镜。
美国专利No.4387297和美国专利No.4496831揭示了一种扫描部件，它包括用于在相对于电动机的输出轴的相对圆周方向上往复振动反射器的电动机。美国专利No.4387297还揭示了一种五个双压电晶片的扫描部件。美国专利No.5099110揭示了一种节能扫描部件，其中通过释放铰链(hinge)中存储的能量来振荡扫描反射镜。
光反射器不一定是单个平面反射镜，而是如美国专利No.4760248中所述，可以是具有部分凹面和部分平面结构的光学部件。如美国专利No.4496831所述，反射器可以在小于360°的交替圆周方向上沿弧长由电动机驱动，或者在不同结构中，反射器可以完全绕轴旋转，如美国专利No.4816661中所述。
在另一种不同结构中，如美国专利No.5144120中所述，不用反射器来实现扫描动作，在所谓的“无反射镜”设计中完全除去反射器，其中一个或多个其它读取器部件彼此共同或分开地移动，以实现电动机驱动的往复扫描动作。其它读取器部件包括例如激光二极管的光源部件，和/或例如聚焦透镜的光学部件，和/或例如光电二极管的光电检测器部件。
在所有上述扫描部件中，扫描率相对较低，约小于100Hz。为了将扫描率提升到350Hz到1200Hz的范围，美国专利No.5412198揭示了一种共振不对称扫描元件，其中借助永磁体和电磁线圈之间的磁场相互作用来振荡扫描反射镜。
本领域已知将永磁体或电磁线圈直接安装于扫描反射镜上，以形成磁驱动可振荡反射镜组件。还已知，将电极直接安装于静电驱动可振荡反射镜组件中的扫描反射镜上。但是，这增加了可振荡组件的质量，从而需要更多电能来驱动组件并限制了扫描率。在由电池供电的手持型读取器中，高电能需求减少了电池的工作寿命。此外，不限于读取条形码符号，存在期望超过1200Hz甚至以超过20kHz的不可听频率的高扫描率的许多应用。
发明内容
本发明的一个目的在于提升适用于电光读取诸如条形码符号的光代码的技术发展水平。
本发明的另一个目的在于最小化这种读取器的电功耗。
本发明的再一个目的在于提高这种读取器的扫描率。
本发明的又一个目的在于提供低功耗、高扫描率的结构，用于在不限于读取光代码的许多应用中扫描光，用于在显示表面上投影图像，或者用于从目标获取图像。
为了与以下将显见的这些和其它目的一致，本发明的一个特点在于光扫描结构和方法，其中活动框架支承可振荡扫描元件，用于反射入射其上的光。沿铰链轴延伸的铰链连接于框架和扫描元件之间。惯性驱动器用于直接移动框架，以及通过惯性，用于间接振荡扫描元件以扫描入射光。
根据本发明一方面，提供了一种光扫描结构，包括：可振荡扫描元件，用于反射入射到其上的光；活动框架，用于支承扫描元件；铰链，沿铰链轴延伸并连接于框架和扫描元件之间；平面支承结构；以及惯性驱动器，用于直接移动框架并且通过惯性绕铰链轴间接振荡扫描元件以扫描入射光，所述结构的特征在于：垂直于平面支承结构延伸的一对压电装置，且其包括与平面支承结构相连的第一端区域和在铰链轴的相对侧处与框架相连的相对第二端区域，所述压电装置用于机械地支承框架，所述压电装置沿着彼此平行的相对线性方向伸长和缩短，用于在由周期性驱动信号电激励时在绕铰链轴的相反圆周方向上分别对框架的相对侧进行推拉以振荡扫描元件。
根据本发明，扫描元件的质量较低。不存在安装于扫描元件上或与之连接的永磁体或电磁线圈或电极等的重量，因此，扫描元件能以超过1kHz且优选在约20kHz以上的高扫描率自由移动。
在较佳实施例中，框架、铰链和扫描元件制成为一体式结构的硅基板，通常是平面的。扫描元件上优选涂覆了镜面涂层。框架优选包围扫描元件并在静止位置中与其共面。扫描元件具有约150μ的厚度，且由于硅的高品质(Q)因数，扫描元件具有期望的较低衰减特性。
通过惯性力实现扫描元件的振荡。不直接驱动扫描元件。而是，直接驱动活动框架。在一个实施例中，框架可绕延伸通过扫描元件质心的铰链轴振荡。在另一个实施例中，铰链轴沿横向与通过质心的轴平行隔开，在这种情况中，在与横向垂直的线性方向上移动框架将使扫描元件绕铰链轴振荡。
较佳地，由与框架操作连接的一个或多个压电装置制成惯性驱动器。在被电激励时，每个装置产生机械力。在一个特殊较佳实施例中，两个压电装置在铰链轴的相对位置处连接到框架。操作中，一个装置在绕铰链轴的一个圆周方向上推动框架一侧，而另一个装置同时在相反圆周方向上拉动框架的相对侧。这些推拉力通过铰链交替传递到扫描元件。因此，处于静止状态的扫描元件开始接收来自移动框架的力，且扫描元件开始在与接收力相同的路径和方向上移动。如果以扫描元件的共振频率生成推拉力，则扫描元件以该频率振荡。框架所需的移动量与除以Q因数的扫描元件的期望移动量成比例。在较佳实施例中，框架摆动低于1μm，且扫描元件移动通过±8度机械弧。
本发明的另一个目的在于最小化这种读取器的电功耗。
本发明的再一个目的在于提高这种读取器的扫描率。
本发明的又一个目的在于提供低功耗、高扫描率的结构，用于在不限于读取光代码的许多应用中扫描光，用于在显示表面上投影图像，或者用于从目标获取图像。
为了与以下将显见的这些和其它目的一致，本发明的一个特点在于光扫描结构和方法，其中活动框架支承可振荡扫描元件，用于反射入射其上的光。沿铰链轴延伸的铰链连接于框架和扫描元件之间。惯性驱动器用于直接移动框架，以及通过惯性，用于间接振荡扫描元件以扫描入射光。
根据本发明一方面，提供了一种光扫描结构，包括：可振荡扫描元件，用于反射入射到其上的光；活动框架，用于支承扫描元件；铰链，沿铰链轴延伸并连接于框架和扫描元件之间；平面支承结构；以及惯性驱动器，用于直接移动框架并且通过惯性绕铰链轴间接振荡扫描元件以扫描入射光，所述结构的特征在于：垂直于平面支承结构延伸的一对压电装置，且其包括与平面支承结构相连的第一端区域和在铰链轴的相对侧处与框架相连的相对第二端区域，所述压电装置用于机械地支承框架，所述压电装置沿着彼此平行的相对线性方向伸长和缩短，用于在由周期性驱动信号电激励时在绕铰链轴的相反圆周方向上分别对框架的相对侧进行推拉以振荡扫描元件。
根据本发明，扫描元件的质量较低。不存在安装于扫描元件上或与之连接的永磁体或电磁线圈或电极等的重量，因此，扫描元件能以超过1kHz且优选在约20kHz以上的高扫描率自由移动。
在较佳实施例中，框架、铰链和扫描元件制成为一体式结构的硅基板，通常是平面的。扫描元件上优选涂覆了镜面涂层。框架优选包围扫描元件并在静止位置中与其共面。扫描元件具有约150μ的厚度，且由于硅的高品质(Q)因数，扫描元件具有期望的较低衰减特性。
通过惯性力实现扫描元件的振荡。不直接驱动扫描元件。而是，直接驱动活动框架。在一个实施例中，框架可绕延伸通过扫描元件质心的铰链轴振荡。在另一个实施例中，铰链轴沿横向与通过质心的轴平行隔开，在这种情况中，在与横向垂直的线性方向上移动框架将使扫描元件绕铰链轴振荡。
较佳地，由与框架操作连接的一个或多个压电装置制成惯性驱动器。在被电激励时，每个装置产生机械力。在一个特殊较佳实施例中，两个压电装置在铰链轴的相对位置处连接到框架。操作中，一个装置在绕铰链轴的一个圆周方向上推动框架一侧，而另一个装置同时在相反圆周方向上拉动框架的相对侧。这些推拉力通过铰链交替传递到扫描元件。因此，处于静止状态的扫描元件开始接收来自移动框架的力，且扫描元件开始在与接收力相同的路径和方向上移动。如果以扫描元件的共振频率生成推拉力，则扫描元件以该频率振荡。框架所需的移动量与除以Q因数的扫描元件的期望移动量成比例。在较佳实施例中，框架摆动低于1μm，且扫描元件移动通过±8度机械弧。
附图说明
图1是电光读取光代码的手持读取器的透视图；
图2是图1的读取器中使用的光扫描结构的较佳实施例的前透视图；
图3是图2实施例的后透视图；
图4是图2结构的细节的放大前视图；
图5是根据本发明的光扫描结构的另一个实施例的示意图；
图6是根据本发明的光扫描结构的另一个实施例的示意图；以及
图7是根据本发明的光扫描结构的进一步实施例的示意图。
图2是图1的读取器中使用的光扫描结构的较佳实施例的前透视图；
图3是图2实施例的后透视图；
图4是图2结构的细节的放大前视图；
图5是根据本发明的光扫描结构的另一个实施例的示意图；
图6是根据本发明的光扫描结构的另一个实施例的示意图；以及
图7是根据本发明的光扫描结构的进一步实施例的示意图。
具体实施方式
现在参考附图，标号10通常识别具有柱体11和把手12的手持枪形头部。手动操作扳机13位于柱体11下把手12的上方前面部分之上。如通过上述专利已知的，光源部件(通常是激光器，但非必要)安装于头部10内。光源部件沿通过窗口14向外延伸的发送路径发出光束，所述窗口14面对所要读取的标记，例如条形码符号。例如光电二极管的光电检测器部件也安装于头部内，其具有视场并用于采集经过窗口14沿来自符号的返回路径返回的反射光。
扫描部件安装于头部10内，并用于扫描符号和/或光电检测器的视场。扫描部件通常但非必要地包括设置于发送路径和/或返回路径中的至少一个扫描元件或光反射器。扫描元件由电驱动器在相对于轴的交替圆周方向上驱动。
光电检测器生成电模拟信号，指示反射光的可变强度。该模拟信号由模数转换器电路转换成数字信号。根据一个实施例，该数字信号沿电缆15传导到头部10外部的解码模块16。解码模块16将数字信号解码成描述符号的数据。通常为计算机的外部主机装置17主要用作数据存储装置，其中存储了解码模块16所产生的数据用于后续处理。
在其它实施例中，解码模块16安装于头部内，且板载存储器用于存储解码信号，用于通过有线或无线连接的后续下载。
使用中，每次用户希望读取符号时，用户将该头部对准符号并拉动扳机13以开始符号读取。以一定的扫描率每秒将符号重复扫描多次。一旦成功解码和读取符号，扫描动作自动终止，从而使扫描仪能按其各自顺序引导到要读取的下一个符号。
现在转到图2-4，示出了用于电光读取光代码的图1例示类型的系统中适于扫描光束和/或视场光扫描结构20。结构20包括可振荡的扫描元件22，特别是平面镜，用于反射入射其上的光。该光可以来自光源，用于反射要扫描和读取的代码，或者光可以来自视场上要扫描和成像的目标。
结构20还包括活动框架24，用于借助沿铰链轴30延伸的铰链支承扫描元件22。如图4最佳示出的，铰链包括扫描元件22的相对区域和框架的相对区域之间连接的一对共线铰链部分26、28。框架24不需要包围扫描元件，如图所示。
框架、铰链部分和扫描元件被制成为约150μ厚的一体式硅基板，通常是平面的。蚀刻硅以形成Ω形的沟槽32和34，其具有上平行沟槽部分36和38，下平行沟槽部分40和42，以及U形中心沟槽部分44和46。铰链部分26设置于沟槽部分36和38之间。铰链部分28设置于沟槽部分40和42之间。扫描元件22优选具有椭圆形并在沟槽部分44和46中自由移动。在较佳实施例中，沿椭圆形扫描元件的轴的尺寸测量为749μ×1600μ。每个铰链部分的宽度为27μ，长度为1130μ。框架具有3100μ宽和4600μ长的矩形形状。
惯性驱动器安装于通常平面的印刷电路板48上，并用于直接移动框架，或通过惯性，绕铰链轴30间接振荡扫描元件22。惯性驱动器的一个实施例包括一对压电换能器50和52，它们垂直于板48延伸并在铰链部分26的任一侧处与框架24的隔开部分接触。粘合剂用于确保每个换能器一端和每个框架部分间的持久接触。每个换能器的相对端突出板48的后部并通过线路54和56电连接到周期性交流电压源(未示出)。
使用中，周期性信号将周期性驱动电压施加到每个换能器，并使得各换能器在长度上交替伸展和收缩。当换能器50延伸时，换能器52收缩，反之亦然，从而同步推拉隔开的框架部分并使框架绕铰链轴30扭转。驱动电压的频率对应于扫描元件的共振频率。扫描元件从其初始静止位置移动，直到它以共振频率绕铰链轴振荡为止。在较佳实施例中，框架和扫描元件约150μ厚，且扫描元件具有高Q因数。每个换能器约1μ的移动可引起超过20kHz扫描率的扫描元件的振荡。
另一对压电换能器60和62垂直于板48延伸并与铰链部分28的任一处的框架24的隔开部分持久接触。换能器60和62用作反馈装置，监控框架的振荡移动并产生和引导电反馈信号沿着线路64和66到达反馈控制电路(未示出)。
尽管光反射离开扫描元件的外表面，期望用由金、银、铝等材料制成的镜面涂层涂覆元件22的表面。
如上所述，铰链轴30与延伸通过扫描元件质心的对称轴共线，从而形成在框架振荡时振荡的平衡的扫描元件。如图5和6的示意图所示，本发明还考虑重量不平衡的扫描元件22，其中铰链轴30与延伸通过扫描元件质心的对称轴70隔开一横向距离。图5中，铰链轴30与轴70水平隔开，而图6中，铰链轴30与轴70垂直隔开。如果图5中的框架24在双箭头72的方向上垂直移动，则扫描元件22将绕铰链轴30振荡。如果图6中的框架24在双箭头74的方向上水平移动，则扫描元件22将绕铰链轴30振荡。因此，图5和6呈现出扫描元件甚至可通过框架的线性移动振荡。
框架的移动不一定从压电换能器获得，而是可以采用其它驱动器。例如，图7示出了静电驱动器，其中电极76安装于框架24上，另一个电极67安装于板48上。间隔物82支持框架离开板48。通过使电极具有相反极性，就可以在双箭头80的方向上水平移动框架24，且扫描元件22按与结合图6所述相类似的方式振荡。也可使用磁驱动器。
这里所述的光扫描部件20并不限制涉及阅读编码标记的应用。另一种重要应用在于图像投影，其中在扫描线的光栅图形中将光束扫描通过观看表面，且其中沿每个扫描线，使光束仅在选定位置处可视。可参考2000年6月27日提交的美国专利申请09/604197和美国专利申请No.09/604197，其都转让给本申请的受让人，其中描述了这种图像投影显示器的细节。
专利证书期望保护的由所附权利要求书声明。
扫描部件安装于头部10内，并用于扫描符号和/或光电检测器的视场。扫描部件通常但非必要地包括设置于发送路径和/或返回路径中的至少一个扫描元件或光反射器。扫描元件由电驱动器在相对于轴的交替圆周方向上驱动。
光电检测器生成电模拟信号，指示反射光的可变强度。该模拟信号由模数转换器电路转换成数字信号。根据一个实施例，该数字信号沿电缆15传导到头部10外部的解码模块16。解码模块16将数字信号解码成描述符号的数据。通常为计算机的外部主机装置17主要用作数据存储装置，其中存储了解码模块16所产生的数据用于后续处理。
在其它实施例中，解码模块16安装于头部内，且板载存储器用于存储解码信号，用于通过有线或无线连接的后续下载。
使用中，每次用户希望读取符号时，用户将该头部对准符号并拉动扳机13以开始符号读取。以一定的扫描率每秒将符号重复扫描多次。一旦成功解码和读取符号，扫描动作自动终止，从而使扫描仪能按其各自顺序引导到要读取的下一个符号。
现在转到图2-4，示出了用于电光读取光代码的图1例示类型的系统中适于扫描光束和/或视场光扫描结构20。结构20包括可振荡的扫描元件22，特别是平面镜，用于反射入射其上的光。该光可以来自光源，用于反射要扫描和读取的代码，或者光可以来自视场上要扫描和成像的目标。
结构20还包括活动框架24，用于借助沿铰链轴30延伸的铰链支承扫描元件22。如图4最佳示出的，铰链包括扫描元件22的相对区域和框架的相对区域之间连接的一对共线铰链部分26、28。框架24不需要包围扫描元件，如图所示。
框架、铰链部分和扫描元件被制成为约150μ厚的一体式硅基板，通常是平面的。蚀刻硅以形成Ω形的沟槽32和34，其具有上平行沟槽部分36和38，下平行沟槽部分40和42，以及U形中心沟槽部分44和46。铰链部分26设置于沟槽部分36和38之间。铰链部分28设置于沟槽部分40和42之间。扫描元件22优选具有椭圆形并在沟槽部分44和46中自由移动。在较佳实施例中，沿椭圆形扫描元件的轴的尺寸测量为749μ×1600μ。每个铰链部分的宽度为27μ，长度为1130μ。框架具有3100μ宽和4600μ长的矩形形状。
惯性驱动器安装于通常平面的印刷电路板48上，并用于直接移动框架，或通过惯性，绕铰链轴30间接振荡扫描元件22。惯性驱动器的一个实施例包括一对压电换能器50和52，它们垂直于板48延伸并在铰链部分26的任一侧处与框架24的隔开部分接触。粘合剂用于确保每个换能器一端和每个框架部分间的持久接触。每个换能器的相对端突出板48的后部并通过线路54和56电连接到周期性交流电压源(未示出)。
使用中，周期性信号将周期性驱动电压施加到每个换能器，并使得各换能器在长度上交替伸展和收缩。当换能器50延伸时，换能器52收缩，反之亦然，从而同步推拉隔开的框架部分并使框架绕铰链轴30扭转。驱动电压的频率对应于扫描元件的共振频率。扫描元件从其初始静止位置移动，直到它以共振频率绕铰链轴振荡为止。在较佳实施例中，框架和扫描元件约150μ厚，且扫描元件具有高Q因数。每个换能器约1μ的移动可引起超过20kHz扫描率的扫描元件的振荡。
另一对压电换能器60和62垂直于板48延伸并与铰链部分28的任一处的框架24的隔开部分持久接触。换能器60和62用作反馈装置，监控框架的振荡移动并产生和引导电反馈信号沿着线路64和66到达反馈控制电路(未示出)。
尽管光反射离开扫描元件的外表面，期望用由金、银、铝等材料制成的镜面涂层涂覆元件22的表面。
如上所述，铰链轴30与延伸通过扫描元件质心的对称轴共线，从而形成在框架振荡时振荡的平衡的扫描元件。如图5和6的示意图所示，本发明还考虑重量不平衡的扫描元件22，其中铰链轴30与延伸通过扫描元件质心的对称轴70隔开一横向距离。图5中，铰链轴30与轴70水平隔开，而图6中，铰链轴30与轴70垂直隔开。如果图5中的框架24在双箭头72的方向上垂直移动，则扫描元件22将绕铰链轴30振荡。如果图6中的框架24在双箭头74的方向上水平移动，则扫描元件22将绕铰链轴30振荡。因此，图5和6呈现出扫描元件甚至可通过框架的线性移动振荡。
框架的移动不一定从压电换能器获得，而是可以采用其它驱动器。例如，图7示出了静电驱动器，其中电极76安装于框架24上，另一个电极67安装于板48上。间隔物82支持框架离开板48。通过使电极具有相反极性，就可以在双箭头80的方向上水平移动框架24，且扫描元件22按与结合图6所述相类似的方式振荡。也可使用磁驱动器。
这里所述的光扫描部件20并不限制涉及阅读编码标记的应用。另一种重要应用在于图像投影，其中在扫描线的光栅图形中将光束扫描通过观看表面，且其中沿每个扫描线，使光束仅在选定位置处可视。可参考2000年6月27日提交的美国专利申请09/604197和美国专利申请No.09/604197，其都转让给本申请的受让人，其中描述了这种图像投影显示器的细节。
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