DE1280284B

DE1280284B - Arrangement for generating a sawtooth-shaped mechanical vibration of a component and method for operating the arrangement

Info

Publication number: DE1280284B
Application number: DE1967T0033265
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Hermann E Dipl-Phys
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1967-02-22
Filing date: 1967-02-22
Publication date: 1968-10-17

Description

Anordnung zur Erzeugung einer sägezahnförmigen mechanischen Schwingung eines Bauteils und Verfahren zum Betrieb der Anordnung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung einer sägezahnförmigen mechanischen Schwingung eines Bauteils, insbesondere eines optischen Spiegels, das starr mit einer elektrischen Drehspule verbunden ist, die in einem homogenen Magnetfeld angeordnet ist.Arrangement for generating a sawtooth-shaped mechanical vibration of a component and method for operating the arrangement The invention relates to a Arrangement for generating a sawtooth-shaped mechanical vibration of a component, in particular an optical mirror that is rigidly attached to a rotating electrical coil is connected, which is arranged in a homogeneous magnetic field.

Es ist bereits bekannt, eine optische Bildabtastung mit Hilfe eines sogenannten Schwingspiegels vorzunehmen. Man bedient sich dabei eines vorzugsweise ebenen, um eine Achse drehbaren Spiegels, der mechanisch in Schwingung versetzt wird. Um eine möglichst sägezahnförmige Schwingungskurve zu erzielen, verwendet man z. B. als Mechanik eine Kurvenscheibe, durch welche der Bzwegungsablauf des Spiegels gesteuert wird. Aus der USA.-Patentschrift 2 320 380 ist ein starr mit einer Drehspule gekoppelter Schwingspiegel bekannt, dessen Rücklauf durch mechanische Mittel bewirkt wird. Solche bekannten Schwingspiegelanordnungen sind entweder infolge der umfangreichen Mechanik verhältnismäßig verschleißanfällig und geräuschvoll, oder aber sie erfordern zusätzliche Energie für die Rückstellkraft.It is already known to carry out an optical image scanning with the aid of a so-called oscillating mirror. One uses a preferably flat mirror which is rotatable about an axis and which is made to vibrate mechanically. In order to achieve an oscillation curve that is as sawtooth as possible, one uses z. B. as mechanics a cam through which the Bzwegungsvorgang the mirror is controlled. From USA. Patent 2,320,380 is rigidly coupled with a spinning reel oscillating mirror is known whose return is effected by mechanical means. Such known oscillating mirror arrangements are either relatively susceptible to wear and noisy as a result of the extensive mechanics, or they require additional energy for the restoring force.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Anordnung anzugeben, die eine verringerte Verschleißanfälligkeit besitzt, geräuscharm ist, die einfach herzustellen ist und die sich besonders zur Verwendung als Bildabtaster eignet.The present invention is based on the object of an initially indicate the arrangement mentioned, which has a reduced susceptibility to wear, is quiet, easy to manufacture and especially useful suitable as an image scanner.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Drehspule derart gelagert ist, daß auf sie keine mechanischen Rückstellkräfte einwirken und daß an die Drehspule eine alternierend die Polung und die Größe wechselnde elektrische Gleichspannung angelegt ist.According to the invention it is proposed that the moving coil be mounted in this way is that no mechanical restoring forces act on them and that on the moving coil an alternating polarity and size changing electrical direct voltage is created.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird ein bevorzugtes Verfahren zum Betrieb einer solchen An-,ordnung vorgeschlagen.In a further development of the invention, a preferred method proposed to operate such an arrangement.

Der wesentliche Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, daß nur sehr wenige mechanisch bewegte Teile erforderlich sind und daß in einfacher Weise die Schwingungsdauer, die Schwingungsamplitude und die Schwingungsforin beeinflußbar sind. Eine besondere Bedeutung kommt der Tatsache zu, daß die ' Drehspule mit dem daran befestigten Bauteil, das bevorzugt ein Spiegel ist, derart gelagert ist, daß keinerlei Rückstellkraft auf die Drehspule einwirkt. Das aus Drehspule und Bauteil bestehende System besitzt also keine mechanisch- definierte Ruhelage. Durch einen in der Drehspule fließenden Strom wird dieser eine Bewegung vermittelt, die bei Voraussetzung eines honiogenen Magnetfeldes und einer konstant an der Spule anliegenden Gleichspannung eine konstante Winkelgeschwindigkeit besitzt. Es stellt sich nämlich ein Gleichgewichtszustand ein, der dadurch definiert ist, daß durch die Bewegung in der Drehspule eine Gegenspannung induziert wird, die gleich der an der Spule angelegten Gleichspannung ist. Dieser Effekt wird für die beschriebene Anordnung ausgenutzt. Man erhält dadurch bei entsprechend angelegten Gleichspannungen einen sägezahnförmi-gen Schwingungsablauf der Drehspule mit verhältnismäßig großen linearen Bereichen.The main advantage of the described arrangement is that only very few mechanically moving parts are required and that the oscillation duration, the oscillation amplitude and the oscillation shape can be influenced in a simple manner. Of particular importance is the fact that the ' moving coil with the component attached to it, which is preferably a mirror, is mounted in such a way that no restoring force acts on the moving coil. The system consisting of moving coil and component does not have a mechanically defined rest position. A current flowing in the moving coil gives it a movement that has a constant angular velocity, assuming a honiogenic magnetic field and a constant DC voltage applied to the coil. This is because a state of equilibrium is established which is defined by the fact that the movement in the moving coil induces a counter-voltage which is equal to the DC voltage applied to the coil. This effect is used for the described arrangement. With appropriately applied DC voltages, a sawtooth-shaped oscillation sequence of the moving coil with relatively large linear areas is obtained.

An Hand des in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend näher erklärt.On the basis of the FIG. 1 to 5 illustrated embodiment, the invention is explained in more detail below.

Die F i g. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht auf die wesentlichen Teile der beschrieben-en Anordnung. Diese besteht aus einem Dauermagnetkörper 1 und einem weichmagnetischen Kein 2. Zwischen dem weichinagnetischen Kein 2 und dem Dauermagnetkörper 1 befinden sich zwei Luftspalte, die Ausschnitte eines Ringspaltes sind. In dies-en beiden, Luftspalten bewegt sich eine Drehspule 5, die mit Hilfe von Halteteilen 6 an einen Spiegel 3 starr befestigt ist. Der Spiegel 3 ist um eine Achse 4, die gleichzeitig auch die Drehachse für die Drehspule 5 ist, drehbar gelagert.The F i g. 1 shows a perspective view of the essential parts of the arrangement described. This consists of a permanent magnet body 1 and a soft magnetic no 2. Between the soft magnetic no 2 and the permanent magnet body 1 there are two air gaps which are sections of an annular gap. A rotating coil 5, which is rigidly attached to a mirror 3 with the aid of holding parts 6 , moves in these two air gaps. The mirror 3 is mounted rotatably about an axis 4, which is at the same time also the axis of rotation for the moving coil 5.

Es wurde bereits eingangs darauf hingewiesen, daß das aus Drehspule und Spiegel bestehende System keine mechanisch defmierte Ruhelage besitzt. Um eine Bezugslage dieses drehbaren Systems festzusetzen, wird bei einer -ganz bestimmten Lage des Systems ein elektrischer Impuls ausgelöst, der den Spannungsumschalter betätigt.It was already pointed out at the outset that the moving coil and mirror existing system does not have a mechanically defined rest position. To a Establishing the reference position of this rotatable system is determined by a very specific Location of the system triggered an electrical impulse that switches the voltage switch actuated.

- Eine Vorrichtung zur Herstellung einer optischen Kontaktgabe ist in F i g. 2 dargestellt. Sie läßt sich auf einfache Weise mit dem Abtastspiegel kombinieren und arbeitet wegen des langen Lichtwegs sehr genau. Als Lichtquelle für den Fotokontakt dient ein Spalt 26, der von einer Glühlampe 21 beleuchtet wird. Dieser Spalt wird durch den Hohlspiegel 22 abgebildet, wobei die Strahlen zweimal an der Oberfläche des Schwingspiegels reffektiert werden. In, einer ganz bestimmten Stellung des Spiegels fällt das Bild des beleuchteten Spaltes 26 durch den zweiten Spalt 27 auf das lichtempfindliche Element 23 und betätigt dadurch einen elektrischen Kontakt. - An apparatus for manufacturing an optical switching is g i in F. 2 shown. It can be easily combined with the scanning mirror and works very precisely because of the long light path. A gap 26, which is illuminated by an incandescent lamp 21, serves as the light source for the photo contact. This gap is imaged by the concave mirror 22, the rays being reflected twice on the surface of the oscillating mirror. In a very specific position of the mirror, the image of the illuminated gap 26 falls through the second gap 27 onto the light-sensitive element 23 and thereby actuates an electrical contact.

An Hand der in den F i g. 3 bis 5 gezeigten Diagramme wird nachfolgend die, Funktionsweise des Erfind'ungsgegenstandes beschrieben. Die horizontale Achse ist jeweils die Zeitachse wobei r eine als Zeiteinheit gewählte Zeitkonstante ist, die für das ' betregende System eigentümlich ist.On the basis of the FIGS. 3 to 5 , the functional principle of the subject matter of the invention is described below. The horizontal axis is the time axis where r is chosen as a unit time, time constant, which is specific to the 'betregende system.

In F i g. 3 ist über dieser Zeitachse die auf das lichtempfindliche Element 23 fallende Lichtmenge als Ordinate aufgetragen.In Fig. 3 , the amount of light falling on the photosensitive element 23 is plotted as the ordinate over this time axis.

In F i g. 4 Ut über der Zeitachse als Abs-zissie die' an der Drehspule anliegende Gleichspannung U" als Ordinate aufgetragen.In Fig. 4 Ut plotted on the time axis as the abs-zissie, the DC voltage U applied to the moving coil as the ordinate.

In F i g. 5 ist über der Zeitachse die Winkelstellung des Spiegels aufgetragen, wobei A eine Konstante des Systems ist.In Fig. 5 is the angular position of the mirror over the time axis plotted, where A is a constant of the system.

Der Zeitmaßstab in F i g. 3 bis 5 beginnt in dem Augenblick, in dem das schwingende System beim Rücklauf den Kontakt auslöst. Dadurch wird an die Drehspule die sogenannte Vorwärtsspannung U, angelegt. Diese bremst das System ab und beschleunigt es in Vorwärtsrichtung. Beim Durchgang durch die Bezugslage wird-wieder ein Kontakt ausgelöst, der aber diesmal keinen Einfluß auf,das System hat. Nach einer einstellbaren Zeit (im Bild wird die Spannung umgepolt, und es wird eine Rücklaufspannung U2 angelegt, deren absoluter Wert beispielsweise fünfmal so groß ist wie der Absolutwert von Ul. Davon ausgehend, daß die Spannung U:, positiv ist, ist die Spannung U, negativ. Diese erhöhte Rücklaufspannung bewirkt wieder eine Umkehrung der Bewegung der Drehspule - und einen beschleunigten Rücklauf des mit der Spule starr verbundenen Spiegels. BeimDurchlauf des Systems durch dieBezugslage wird wieder ein Kontakt ausgelöst, der wieder die Vorwärtsspannung U, einschaltet. Als Folge davon wird die Drehrichtung des Spiegels wieder geändert, und der Vorgang beginnt von neuem.The time scale in FIG . 3 to 5 begins at the moment in which the oscillating system triggers the contact when it returns. As a result, the so-called forward voltage U is applied to the moving coil. This brakes the system and accelerates it in the forward direction. When passing through the reference position, a contact is triggered again, but this time it has no influence on the system. After an adjustable time (in the picture the polarity of the voltage is reversed and a return voltage U2 is applied, the absolute value of which is, for example, five times the absolute value of Ul. Assuming that the voltage U :, is positive, the voltage U, is negative. This increased return voltage causes a reversal of the movement of the moving coil - and an accelerated return of the mirror rigidly connected to the coil. During the passage of the system through dieBezugslage a contact is triggered again, which reflects the forward voltage U turns. As a result, the direction of rotation of the mirror is changed again and the process starts all over again.

Da unter der Voraussetzung des Vorliegens eines konstanten Magnetfeldes die Winkelgeschwindigkeit der Drelispule proportional der an der Drehspule angelegten Spannung ist, kann die Winkelgeschwindigkeit in beide Richtungen in weiten Grenzen durch die Wahl der angelegten Spannung variiert werden. Zur Erzielungeiner sägezahnförmigen Schwingbewegung wird man also, wie in der Figur dargestellt, für den Rücklauf des Spiegels eine negative Spannung anlegen, deren absoluter Wert höher ist als der Spannungswert für den Vorlauf. Selbstverständlich ist dann die Zeitdauer der anliegenden Rücklaufspannung kürzer als die Zeitdauer der anliegenden Vorlaufspannung. Die. Schwingungskarve des Spiegels nach F i-g. 5 besitzt keine exakte Sägezahnform, sondern die Umkehrpunkte des Spiegels sind- verschliffen. Dies liegt in der Masseträgheit des Schwingsystems begründet. Da man aber bei dererfindungsgemäßen Anordnung die Masseträgheit -sehr klein halten kann', können diese unerwünschten Erscheinungen in den Umkehrpunkten verhältnismäßig klein gehalten werden, so daß sie weitgehend vernachlässigt werden können. Wie aus der F i g. 5 zu ersehen ist, ergibt sich während des Vorlaufs eine Kurvenform, deren größter Teil geradlinig und somit linear verläuft.Since, assuming the presence of a constant magnetic field, the angular speed of the three-way coil is proportional to the voltage applied to the moving coil, the angular speed can be varied in both directions within wide limits by the choice of the applied voltage. In order to achieve a sawtooth-shaped oscillating movement, as shown in the figure, a negative voltage is applied for the return movement of the mirror, the absolute value of which is higher than the voltage value for the advance movement. Of course, the duration of the applied return voltage is then shorter than the duration of the applied forward voltage. The. Oscillation curve of the mirror according to Fig. 5 does not have an exact sawtooth shape, but the reversal points of the mirror are ground. This is due to the inertia of the oscillating system. But since one can keep the inertia very small in the arrangement according to the invention, these undesirable phenomena at the reversal points can be kept relatively small, so that they can largely be neglected. As shown in FIG. 5 , there is a curve shape during the advance, the largest part of which is straight and therefore linear.

Da zur Erzielung einer Sägezahnkurve, eine erhöhte Rücklaufspannung angelegt wird, ergibt sich auch in dem Umkehrpunkt vom Vorlauf zum Rücklauf eine wesentlich geringere Auswirkung der Masseträghei#t des Schwipgsystems im Vergleich zum Umk#lizpunkt vom Rücklauf -zum Vorlauf. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Auswirkung der, Masseträgheit an dem Umkehrpunkt vom Rücklauf zum Vorlauf dadurch verringert worden, daß bei Umpolung der Spannung von der Rücklaufspannung -auf die Vorlaufspannung anfänglich eine erhöhte Vorlaufspannung an die Drehspule angelegt wird, die sich dann abklingend auf den Wert der vorgesehenen Vorlaufspannung U:, reduziert. Durch den bei der Umpolung angelegten kurzzeitig erhöhten Stromstoß wird die Drehbewegung des Spiegels beschleunigt umgekehrt.Since an increased return voltage is applied to achieve a sawtooth curve, there is also a significantly lower effect of the inertia of the swaying system at the reversal point from the flow to the return compared to the reversal point from the return to the flow. According to a development of the invention the effect of, inertia can been from the return reduces the flow thereby to the turning point, that when reversing the polarity of voltage from the flyback voltage - an increased forward voltage is applied to the spinning reel on the supply voltage initially, which then decaying on the Value of the anticipated forward voltage U :, reduced. Due to the briefly increased current surge applied during polarity reversal, the rotational movement of the mirror is reversed at an accelerated rate.

Claims

Claims: -1-. Arrangement for generating a sawtooth mechanical vibration of a component, in particular an optical mirror, which is rigidly connected to an electrical rotary spindle which is arranged in a homogeneous magnetic field, characterized in that the. Moving coil (5) is mounted in such a way that no mechanical restoring forces act on it and that an alternating polarity and magnitude alternating electrical direct voltage (U "U.) is applied to the moving coil.

2. Arrangement according to claim 1, characterized by the design as an image scanner, in which an optical image is converted into an electrical signal sequence using an optical projection device and light-sensitive electrical elements. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that for fixing a reference position of the moving coil (5) means (21, 22, 26, 27) are provided, each of which then has a galvanic ' capacitive, inductive or optical contact (23) trigger when the moving coil is in a certain position. 4. A method for operating an arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that to achieve an accelerated deflection of the direction of movement of the moving coil (5) after reversing the polarity of the moving coil - applied DC voltage (U1, U2) briefly a increased voltage is applied. References considered: U.S. Patent No. 2,320,380 .