DE19823725A1 - Optische Ablenkvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Ablenkvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche optische Ablenkvorrichtung zum Ablenken eines Lichtstrahls, z. B. eines Laserstrahls, wird beispielsweise als Element eines opti­ schen Systems verwendet, das zum Aufzeichnen von digitalen Daten auf eine op­ tische Platte oder optomagnetische Platte und zum Lesen der aufgezeichneten Daten von der Platte bestimmt ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine opti­ sche Ablenkvorrichtung mit einem darin eingebauten elektromagnetischen Antrieb zum Drehen eines optischen Ablenkelementes, das einen auftreffenden Lichtstrahl ablenkt.

Als repräsentative optische Ablenkvorrichtung ist eine Galvanospiegelvorrichtung wohlbekannt. Die Galvanospiegelvorrichtung enthält ein Jochelement, ein be­ wegliches Element, das von dem Jochelement unter Zwischenschaltung eines Paares elastischer Elemente drehbar gehalten wird, ein sicher an dem bewegli­ chen Element angebrachtes optisches Ablenkelement wie ein Prisma, einen Spiegel oder dergleichen und einen elektromagnetischen Antrieb zum Drehen des beweglichen Spiegels bezüglich des Jochelementes.

Der elektromagnetische Antrieb enthält ein Paar an dem Jochelement vorgese­ hener Permanentmagneten und eine elektromagnetische Spule, die an dem be­ weglichen Element vorgesehen und zwischen den Permanentmagneten angeord­ net ist. Die elektromagnetische Spule ist in einem von dem Paar Permanentma­ gnete erzeugten Magnetfeld angeordnet, und das das optische Ablenkelement tragende bewegliche Element wird gemäß der Fleming-Regel gedreht, wenn die elektromagnetische Spule mit elektrischer Energie gespeist wird.

Im allgemeinen ist es wünschenswert, daß die Konstruktion der optischen Ablenk­ vorrichtung kompakt ist und das bewegliche Element und somit das optische Ablenkelement eine Hochgeschwindigkeitsantriebsfähigkeit zeigen. Die Hoch­ geschwindigkeitsantriebsfähigkeit des optischen Ablenkelementes hängt vom Produkt BxL der magnetischen Flußdichte (B) eines von den Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes und der Drahtlänge (L) der elektromagnetischen Spule ab. Ein Anstieg in der magnetischen Flußdichte (B) hat die Sperrigkeit der opti­ schen Ablenkvorrichtung zur Folge. Folglich sollte die Drahtlänge (L) der elektro­ magnetischen Spule erhöht werden, um die Hochgeschwindigkeitsantriebsfä­ higkeit des optischen Ablenkelementes zu verbessern.

Je größer jedoch die Drahtlänge (L) der elektromagnetischen Spule ist, desto größer ist der Widerstand und die Selbstinduktivität der elektromagnetischen Spule. Deshalb ist es schwierig, die Hochgeschwindigkeitsantriebsfähigkeit des optischen Ablenkelementes allein durch Vergrößern der Drahtlänge (L) der elektromagnetischen Spule zu verbessern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Ablenkvorrichtung mit einem darin eingebauten und zum Drehen eines optischen Ablenkelementes bestimmten elektromagnetischen Antrieb anzugeben, bei dem die Hochgeschwindigkeitsan­ triebsfähigkeit des optischen Ablenkelementes effizient und wirkungsvoll verbes­ sert werden kann, ohne den Raumbedarf der optischen Ablenkvorrichtung we­ sentlich zu erhöhen.

Die erfindungsgemäße optische Ablenkvorrichtung enthält eine Basis (Basiselement), ein bewegliches Element mit einem optischen Ablenkelement wie einem Prismenelement, einem Reflexionsspiegelelement, einem Hologramm­ element zum Ablenken eines Lichtstrahls oder dergleichen, einen Satz an den Seiten des beweglichen Elementes und zwischen diesem und der Basis angeordneter elastischer Halteelemente, die das bewegliche Element relativ zur Basis elastisch und beweglich halten, und einen elektromagnetischen Antrieb, der das bewegliche Element relativ zur Basis dreht. Der elektromagnetische Antrieb enthält einen ersten Satz Permanentmagnete, die an der Basis zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes vorgesehen sind, und einen zweiten Satz Permanentmagnete, die an der Basis zum Erzeugen eines zweiten Magnetfeldes vorgesehen sind. Der erste Satz Permanentmagnete und der zweite Satz Per­ manentmagnete sind umgekehrt zueinander angeordnet, so daß das erste Ma­ gnetfeld auf das zweite Magnetfeld entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind. Der elektromagnetische Antrieb enthält weiterhin eine an dem beweglichen Element vorgesehene und in dem ersten Magnetfeld angeordnete erste elektro­ magnetische Spule und eine an dem beweglichen Element vorgesehene und in dem zweiten Magnetfeld angeordnete zweite elektromagnetische Spule. Die erste und die zweite elektromagnetische Spule werden in dem ersten und dem zweiten magnetischen Feld derart mit elektrischer Energie gespeist, daß elektrische Ströme in entgegengesetzten Richtungen durch die erste und die zweite elektro­ magnetische Spule fließen, wobei auf die erste und die zweite elektromagnetische Spule Rotationskräfte in derselben Drehrichtung wirken.

Vorzugsweise enthält das bewegliche Element einen Halteabschnitt zum Auf­ nehmen des optischen Ablenkelementes, so daß sich ein einfacher und kompak­ ter Aufbau der optischen Ablenkvorrichtung ergibt. In diesem Fall können die er­ ste und die zweite elektromagnetische Spule an dem Halteabschnitt symmetrisch um eine vertikale Ebene angeordnet sein, die den Schwerpunkt (Massenzentrum) des Halteabschnittes enthält. Der Halteabschnitt des beweglichen Elementes kann zylinderförmig sein.

Vorzugsweise sind die Permanentmagnete in dem ersten Satz sektorförmig aus­ gebildet und so einander zugeordnet, daß sie die erste elektromagnetische Spule umgeben. Analog sind die Permanentmagnete in dem zweiten Satz sektorförmig ausgebildet und so einander zugeordnet, daß sie die zweite elektromagnetische Spule umgeben. In diesem Fall sind die sektorförmigen Permanentmagnete in je­ dem Satz so angeordnet, daß die ungleichnamigen magnetischen Pole einander gegenüberliegen.

Damit das bewegliche Element stabil, zuverlässig elastisch und beweglich gehal­ ten werden kann, kann jedes elastische Halteelement eine Blattfederanordnung enthalten, die von mehreren an gleichmäßigen Winkelintervallen um eine elasti­ sche Hauptachse des beweglichen Elementes ausgebildeten Blattfederelementen gebildet wird.

Die elastische Hauptachse des beweglichen Elementes kann mit einer Hauptträg­ heitsachse des beweglichen Elementes übereinstimmen, um eine stabile und zu­ verlässige Drehbewegung des beweglichen Elementes sicherzustellen. Alternativ kann die elastische Hauptachse des beweglichen Elementes mit dessen Haupt­ schubachse zusammenfallen, um eine stabile und zuverlässige Drehung des be­ weglichen Elementes zu gewährleisten. Vorzugsweise fällt die elastische Haupt­ achse des beweglichen Elementes sowohl mit dessen Hauptträgheitsachse als auch mit dessen Hauptschubachse zusammen, so daß sich eine größere Stabili­ tät und Zuverlässigkeit der Drehbewegung des beweglichen Elementes ergibt. Vorzugsweise können die Blattfederelemente auch identisch miteinander sein.

In der optischen Ablenkvorrichtung kann weiterhin ein Satz lösbarer Kopplungs­ vorrichtungen (Kupplungen) enthalten sein, die an den Seiten des beweglichen Elementes vorgesehen sind und ein Ende der entsprechenden Blattfederanord­ nung mit dem beweglichen Element verbinden, so daß eine einfache und korrekte Montage der Blattfeder zwischen der Basis und dem beweglichen Element möglich ist.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zei­ gen:

Fig. 1 die perspektivische Explosionsansicht einer optischen Ablenkvor­ richtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die perspektivische Explosionsansicht eines beweglichen Elementes der optischen Ablenkvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 die perspektivische Explosionsansicht einer Blattfederanordnung der optischen Ablenkvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 die perspektivische Explosionsansicht einer Kopplungsvorrichtung für die Blattfederanordnung nach Fig. 3,

Fig. 5 die Vorderansicht der Kopplungsvorrichtung nach Fig. 4,

Fig. 6 den Längsschnitt des beweglichen Elementes nach Fig. 1, wobei zwei elektromagnetische Spulen zusammen mit zwei diesen zuge­ ordneten Sätzen sektorförmiger Permanentmagnete gezeigt sind,

Fig. 7 eine schematische Ansicht entsprechend Fig. 6, in der das bewegli­ che Element mit den beiden elektromagnetischen Spulen gezeigt und symbolisch eine Richtung angegeben ist, in der ein elektrischer Strom durch die elektromagnetischen Spulen fließt

Fig. 8 einen Längsschnitt ähnlich der Fig. 6 mit einem Vergleichsbeispiel,

Fig. 9 eine schematische Ansicht entsprechend Fig. 8, in der das bewegli­ che Element mit den beiden elektromagnetischen Spulen gezeigt und symbolisch eine Richtung angegeben ist, in der ein elektrischer Strom durch die elektromagnetischen Spulen fließt, und

Fig. 10 die perspektivische Ansicht der Blattfederanordnung nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße optische Ablenkvorrichtung, die eine Basis 10 aus einem geeigneten Material, z. B. Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen hat. Die Basis 10 enthält einen Fußabschnitt 10A und einen sich als Einheit von diesem in vertikaler Richtung erstreckenden Rahmenabschnitt 10B mit einer kreisförmigen Öffnung 10C. Während des Zusammenbaus wird der Fußabschnitt 10A verwendet, die optische Ablenkvorrichtung an dem optischen System anzubringen. Beim Betrieb zeichnet das optische System digitale Daten auf eine optische Platte oder eine optomagnetische Platte auf und liest die aufge­ zeichneten Daten von der Platte.

Die optische Ablenkvorrichtung enthält weiterhin ein bewegliches Element 12 mit einer zylindrischen Form. Das bewegliche Element 12 ist als Teil der optischen Ablenkvorrichtung ausgebildet und in der kreisförmigen Öffnung 10C der Basis 10 in einer Weise aufgenommen, die im folgenden im Detail erläutert wird.

Die optische Ablenkvorrichtung enthält weiterhin eine im wesentlichen rechteckige Abdeckung 14, die an der Vorderseite der Basis 10 angebracht ist, und eine Magnethalterung 16, die an der Rückseite der Basis 10 angebracht ist. In der im wesentlichen rechteckigen Abdeckung 14 ist eine kreisförmige Öffnung 14A ausgebildet. Die Magnethalterung 16 enthält einen ringförmigen Halteabschnitt 16A und zwei Befestigungslaschen 16B, die sich einstückig von den Seiten des Halteabschnittes 16A aus in entgegengesetzter Richtung erstrecken. Vorzugs­ weise sind die Abdeckung 14 und die Magnethalterung 16 aus demselben Material hergestellt wie die Basis 10.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der Halteabschnitt 16A einen Teil der Basis 10 bildet und einstückig mit dieser ausgebildet sein kann, falls dies notwendig ist.

In dem Halteabschnitt 16A sind zwei Sätze sektorförmiger Permanentmagnete 18 ₁, 18 ₂ und 20 ₁, 20 ₂ angeordnet. Die Permanentmagnete 18 ₁, 18 ₂ und 20 ₁, 20 ₂ in jedem Satz sind so angeordnet, daß ihre ungleichnamigen magnetischen Pole in einer Weise einander gegenüberliegen, die im folgenden im Detail be­ schrieben wird. In der Fig. 1 ist einer der Permanentmagnete 20 ₁ und 20 ₂ nicht sichtbar, nämlich der mit 20 ₁ bezeichnete. Die Befestigungslaschen 16B werden verwendet, die Magnethalterung 16 an der Basis 10 anzubringen. Die Befestigung erfolgt, indem der Halteabschnitt 16A in die kreisförmige Öffnung 10C des Rahmenabschnittes 10B untergebracht wird.

Wie am besten in Fig. 2 zu sehen, enthält das bewegliche Element 12 einen zy­ lindrischen Halteabschnitt 12A zum Aufnehmen eines Prismenelementes 12B, das als optisches Ablenkelement dient. In diesem Ausführungsbeispiel kann das Prismenelement 12B durch einen anderen Typ eines optischen Ablenkungsele­ mentes ersetzt werden, z. B. durch ein Reflexionsspiegelelement, ein Hologrammelement zum Ablenken eines Laserstrahls oder dergleichen.

Der zylindrische Halteabschnitt 12A enthält einen polygonförmigen Zentralflansch 12A₁, zwei von den jeweiligen Seiten des Zentralflansches 12A₁ überstehende Ringelemente 12A₂ und 12A₃ und zwei an den Ringelementen 12A₂ bzw. 12A₃ angebrachte elektromagnetische Spulen 12C und 12D. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die elektromagnetischen Spulen 12C und 12D, wenn sie an den Ring­ elementen 12A₂ und 12A₃ angebracht sind, an dem Halteabschnitt 12A symme­ trisch um eine vertikale Ebene angeordnet, die den Schwerpunkt des Halteab­ schnittes 12A enthält und im folgenden als neutrale Ebene bezeichnet wird. Die elektromagnetischen Spulen 12C und 12D arbeiten mit den zwei Sätzen der sek­ torförmigen Permanentmagnete 18 ₁, 18 ₂ und 20 ₁, 20 ₂ zusammen und bilden da­ bei den Rotationsantrieb für das bewegliche Element 12 und damit für das Pris­ menelement 12B.

Obgleich die elektromagnetischen Spulen 12C und 12D in Fig. 2 nur als Ringele­ ment dargestellt sind, sind sie tatsächlich durch einen ringförmig gewickelten Draht gegeben.

Ist die optische Ablenkvorrichtung zusammengesetzt, so sind die sektorförmigen Permanentmagnete 18 ₁ und 18 ₂ so einander zugeordnet, daß sie die elektroma­ gnetische Spule 12C umgeben, und die sektorförmigen Permanentmagnete 20 ₁ und 20 ₂ sind so einander zugeordnet, daß sie elektromagnetische Spule 12D um­ geben. Eine elektromagnetische Beziehung zwischen den beiden Sätzen der sektorförmigen Permanentmagnete 18 ₁, 18 ₂ und 20 ₁, 20 ₂ und den elektroma­ gnetischen Spulen 12C und 12D ist bei der vorliegenden Erfindung sehr bedeut­ sam. Diese Beziehung wird später im Detail an Hand der Fig. 6 und 7 erläutert.

Das bewegliche Element 12 ist weiterhin mit zwei Kopplungsvorrichtungen 12E versehen, die diametral zueinander an dem Mittelflansch 12A₁ befestigt sind. Je­ de Kopplungsvorrichtung 12E enthält einen unbeweglichen Kopplungsteil 12E₁ und einen lösbar mit diesem verbundenen beweglichen Kopplungsteil 12E₂. Ins­ besondere hat der Mittelflansch 12A₁ zwei schmale, diametral gegenüberliegende Seitenflächen, in denen jeweils eine Gewindebohrung 12A₄ ausgebildet ist. Jeder unbewegliche Kopplungsteil 12E₁ hat eine einstückig ausgebildete, überstehende Schraube 13, die fest in die Gewindebohrung 12A₄ eingeschraubt wird. In Fig. 2 ist nur eine der Kopplungsvorrichtungen 12E gezeigt.

Jede Kopplungsvorrichtung 12E ist jeweils mit einer Blattfederanordnung 22 ver­ bunden, und zwar mit deren einem Ende. Die Blattfederanordnung 22 ist aus zwei H-förmigen Federplatten 23 zusammengesetzt, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Die H-förmigen Federplatten 23 sind identisch zueinander und haben jeweils einen in Längsrichtung ausgebildeten Zentralschlitz, so daß zwei Blattfederelemente 22A darin festgelegt sind. Die Blattfederanordnung 22 erhält man aus den beiden H-förmigen Federplatten 23 durch kreuzweises miteinander verbinden über deren Zentralschlitze 24. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird also die Blattfederan­ ordnung 22 von den vier Blattfederelementen 22A gebildet, die um gleichmäßige Winkelintervalle um eine Längsmittelachse der Blattfederanordnung 22 vonein­ ander beabstandet sind, so daß der Winkel zwischen zwei benachbarten Blattfe­ derelementen 22A 90° beträgt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das andere Ende der Blattfederanordnung 22 mit einer anderen Kopplungsvorrichtung 26 verbunden, die einen unbeweglichen Kopp­ lungsteil 26 ₁ und einen mit diesem lösbar verbundenen beweglichen Kopplungs­ teil 26 ₂ enthält. Die Kopplungsvorrichtung 26 ist im wesentlichen identisch mit der Kopplungsvorrichtung 12E, abgesehen davon, daß der unbewegliche Kopp­ lungsteil 26 ₁ anstelle der Schraube 13 des unbeweglichen Kupplungsteils 12E₁ ein einstückig ausgebildetes Blockelement 28 hat. Das Blockelement 28 hat eine Durchgangsbohrung 28A und wird verwendet, den unbeweglichen Kopplungsteil 26 ₁ sicher an der Basis 10 anzubringen.

Wie am besten in Fig. 4 zu sehen, hat der unbewegliche Kopplungsteil 26 ₁ ein Kronenelement 26A, das sich einheitlich von dem Blockelement 28 aus erstreckt. Vier Zinkenelemente 26B stehen aus der vorstehenden Endfläche des Kronen­ elementes 26A hervor. Die vier Zinkenelemente 26B sind um gleichmäßige Win­ kelintervalle um eine Längsmittelachse des Kronenelementes 26A voneinander beanstandet, so daß der Winkel zwischen den neutralen Ebenen zweier benach­ barter Zinkenelemente 26B 90° beträgt. Auch die vier Zinkenelemente 26B sind zueinander identisch und haben jeweils einen sektorförmigen Querschnitt. An dem Kronenelement 26A ist ein Satz ebener Flächen 26C ausgebildet, die diame­ tral voneinander abgewandt sind. In Fig. 4 ist nur eine der ebenen Flächen 26C sichtbar.

Der bewegliche Kopplungsteil 26 ₂ der Kopplungsvorrichtung 26 enthält ein rohr­ förmiges Kronenelement 26D, dessen Durchmesser größer ist als der des Kro­ nenelementes 26A, so daß das Kronenelement 26A des unbeweglichen Kupp­ lungsteils 26 ₁ verschiebbar und drehbar in dem rohrförmigen Kronenelement 26D des beweglichen Kupplungsteils 26 ₂ aufgenommen ist. Das Kronenelement 26D hat vier Zinkenelemente 26E, die um gleichmäßige Winkelintervalle um eine Längsmittelachse des Kronenelementes 26D voneinander beabstandet sind, so daß zwischen den neutralen Ebenen zweier benachbarter Zinkenelemente 26E ein Winkel von 90° eingeschlossen ist.

Ähnlich den Zinkenelementen 26B des unbeweglichen Kupplungsteils 26 ₁ sind die vier Zinkenelemente 26E identische Elemente und haben jeweils einen sek­ torförmigen Querschnitt. An dem Kronenelement 26D sind zwei Sätze ebener Flä­ chen 26F und 26G ausgebildet. Die ebenen Flächen 26F, 26G eines jeden Sat­ zes sind diametral voneinander abgewandt. In jeder der ebenen Flächen 26F ist eine Gewindebohrung 26H und in jeder der ebenen Flächen 26G eine Durch­ gangsbohrung 26I ausgebildet. In Fig. 4 ist nur eine der ebenen Flächen 26F so­ wie nur eine der ebenen Flächen 26G sichtbar.

Wie am besten in Fig. 5 zu sehen, sind die Gewindebohrungen 26H und 26I nicht in der Mitte der entsprechenden ebenen Fläche 26F, 26G angeordnet. Die Durchgangsbohrungen 26H und 26I eines jeden Satzes sind insbesondere aus der Mitte der entsprechenden ebenen Fläche 26F, 26G unter Beibehaltung ihrer diametral voneinander abgewandten Anordnung versetzt. Mit anderen Worten, sind die Gewindebohrungen 26H und 26I so angeordnet, daß sie jeweils in Ge­ genuhrzeigerrichtung nach Fig. 5 von der Mitte der ebenen Fläche 26F bzw. 26G versetzt sind.

Nachdem das Kronenelement 26A des unbeweglichen Kupplungsteils 26 ₁ ver­ schiebbar und drehbar in dem rohrförmigen Kronenelement 26D des beweglichen Kupplungsteils 26 ₂ aufgenommen ist, werden wie in Fig. 5 gezeigt, zwei Schrauben 30 (Fig. 4) in zwei diametral voneinander abgewandte Bohrungen 26H oder 26I geschraubt, abhängig von der Orientierung des rohrförmigen Kronen­ elementes 26D gegenüber den ebenen Flächen 26C des Kronenelementes 26A, bis die jeweiligen Spitzen der Schrauben 30 an den ebenen Flächen 26C anlie­ gen. Der bewegliche Kopplungsteil 26 ₂ wird dabei einer im Uhrzeigersinn wir­ kenden Rotationskraft unterworfen, wobei jedes Zinkenelement 26E des bewegli­ chen Kupplungsteils 26 ₂ gegen das entsprechende Zinkenelement 26B des un­ beweglichen Kupplungsteils 26 ₁ gedrückt wird.

Nachdem ein kreuzweise ausgebildetes Ende der Blattfederanordnung 22 in Ein­ griff mit der Kopplungsvorrichtung 26 gebracht ist, so daß die vier jeweiligen En­ den der Blattfederelemente 22A zwischen den Zinkenelementen 26B und 26E plaziert und eingeklemmt sind, kann durch Einschrauben der Schrauben 30 in die diametral voneinander abgewandten Bohrungen 26H oder 26I die Blattfeder­ anordnung 22 sicher mit der Kopplungsvorrichtung 26 verbunden werden.

Eine sichere Verbindung zwischen der Kopplungsvorrichtung 12E und dem ande­ ren kreuzweise ausgebildeten Ende der Blattfederanordnung 22 kann in dersel­ ben Weise erfolgen wie für die Kopplungsvorrichtung 26, da der Aufbau der Kopplungsvorrichtung 12E identisch mit dem der Kopplungsvorrichtung 26 ist, wie schon oben erwähnt wurde.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird jede Kopplungsvorrichtung 26 dadurch an dem Rahmenabschnitt 10B der Basis 10 sicher angebracht, daß ein Bolzenelement 32 in die Durchgangsbohrung 28A des Blockelementes 28 eingebracht und dann in eine entsprechende in dem Rahmenbereich 10B ausgebildete Gewindebohrung 10D eingeschraubt wird. Die Gewindebohrungen 10D sind in zwei diametral zueinander ausgebildeten Vertiefungen in dem Rahmenabschnitt 10B ange­ ordnet, wobei jede Kopplungsvorrichtung 26 in der entsprechenden Vertiefung untergebracht ist. Das bewegliche Element 12 wird so von dem Rahmenabschnitt 10B unter Zwischenschaltung eines Satzes von Blattanordnungen 22 gehalten.

Kurz gesagt erlaubt die Verwendung des Satzes lösbarer Kopplungsvorrichtungen 12E und 26 die einfache und korrekte Montage der Blattfederanordnungen 22 zwischen der Basis 10 und dem beweglichen Element 12.

Wie schon oben erwähnt, sind die sektorförmigen Permanentmagnete 18 ₁, 18 ₂ und 20 ₁ und 20 ₂ so angeordnet, daß ungleichnamige magnetische Pole einander gegenüberliegen, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Aus dieser Figur geht nämlich hervor, daß der innere Pol des Permanentmagneten 18 ₁ der N-Pol ist, während der innere Pol des Permanentmagneten 20 ₁ der S-Pol ist. Analog ist der innere Pol des Permanentmagneten 18 ₂ der S-Pol, während der innere Pol des Perma­ nentmagneten 20 ₂ der N-Pol ist. Kurz gesagt sind die jeweiligen von den Sätzen der sektorförmigen Permanentmagnete 18 ₁, 18 ₂ und 20 ₁, 20 ₂ erzeugten Ma­ gnetfelder umgekehrt zueinander ausgerichtet.

Andererseits werden beim Betrieb der optischen Ablenkvorrichtung die jeweiligen elektromagnetischen Spulen 12C und 12D in den von den beiden Sätzen der Permanentmagnete 18 ₁, 18 ₂ und 20 ₁, 20 ₂ erzeugten Magnetfelder so mit elektri­ scher Energie gespeist, daß die elektrischen Ströme in entgegengesetzten Rich­ tungen durch die elektromagnetischen Spulen 12C und 12D fließen, wie symbo­ lisch in Fig. 7 angedeutet ist. Auf die elektromagnetischen Spulen 12C und 12D wirken deshalb die Rotationskräfte F gemäß der Fleming-Regel in derselben Richtung, wobei das bewegliche Element 12 in die durch die Kräfte F angezeigte Drehrichtung gedreht wird. Natürlich hängt die Drehrichtung des beweglichen Elementes 12 von der Richtung ab, in der der elektrische Strom durch jede elektromagnetische Spule 12C und 12D fließt.

Bei der Erfindung sind die elektromagnetischen Spulen 12C und 12D während ih­ rer elektrischen Speisung keiner wechselseitigen Induktion ausgesetzt, da die elektrischen Ströme in entgegengesetzten Richtungen durch die Spulen 12C und 12D fließen, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Es ist deshalb möglich, die Hochgeschwin­ digkeitsantriebsfähigkeit des beweglichen Elementes 12 zu steigern, ohne den Raumbedarf der optischen Ablenkvorrichtung zu vergrößern.

Die der Fig. 6 ähnliche Fig. 8 zeigt ein Vergleichsbeispiel der Erfindung. Elemente in Fig. 8, die identisch mit solchen der Fig. 6 sind, sind durch mit einem Strich versehene Bezugszeichen gekennzeichnet. Dieses Vergleichsbeispiel leitet sich aus der Entwicklung einer optischen Ablenkvorrichtung gemäß der Erfindung ab.

Obgleich die sektorförmigen Permanentmagnete 18 _1', 18 _2' und 20 _1', 20 _2' in je­ dem Satz wie in Fig. 8 gezeigt so angeordnet sind, daß ungleichnamige magneti­ sche Pole einander gegenüberliegen, sind bei dem Vergleichsausführungsbei­ spiel die inneren Pole der Permanentmagneten 18 _1' und 20 _1' dieselben (N) und auch die inneren Pole der Permanentmagnete 18 _2' und 20 _2' dieselben (S). Bevor das bewegliche Element 12A' in eine der Drehrichtungen gedreht werden kann, werden folglich die jeweiligen elektromagnetischen Spulen 12C' und 12D' in den von den beiden Sätzen der Permanentmagnete 18 _1', 18 _2' und 20 _1', 20 _2' derart mit elektrischer Energie gespeist, daß die elektrischen Ströme in derselben Richtung durch die elektromagnetischen Spulen 12C' und 12D' fließen, wie in Fig. 9 symbolisch angedeutet ist.

Nichtsdestoweniger wird in jeder der elektromagnetischen Spulen 12C' und 12D' eine wechselseitige Induktion erzeugt, so daß es unmöglich ist, die Hochge­ schwindigkeitsantriebsfähigkeit des beweglichen Elementes 12A und folglich des optischen Ablenkungselementes oder Prismas 12B' effektiv zu verbessern.

Beim Antrieb der optischen Ablenkvorrichtung wird das bewegliche Element 12 um eine Längsmittelachse der Blattfederanordnung 22 gedreht, da die Blattfe­ deranordnungen 22 eine hohe Nachgiebigkeit um diese Längsmittelachse haben.

Definiert man wie in Fig. 10 gezeigt ein dreidimensionales Koordinatensystem be­ züglich einer jeden Blattfederanordnung 22 so, daß jeweils eine H-förmige Fe­ derplatte 23 in der X-Z-Ebene und eine in der Y-Z-Ebene des Koordinatensy­ stems enthalten ist und die Längsmittelachse der Blattfederanordnung 22 mit der Z-Achse des Koordinatensystems übereinstimmt, so ist die Nachgiebigkeit (Federung) (durch das Bezugszeichen o: angezeigt) um die X-Achse des Koordi­ natensystems im wesentlichen gleich der Nachgiebigkeit (durch das Bezugszei­ chen β angezeigt) um die Y-Achse des Koordinatensystems, die beträchtlich geringer ist als die Nachgiebigkeit (durch das Bezugszeichen γ angezeigt) um die Z-Achse des Koordinatensystems.

Wird das bewegliche Element den Drehkräften F ausgesetzt, so wird folglich das bewegliche Element 12 um die Rotationsachse gedreht, die durch die Längsmittelachse (Z-Achse) des Satzes der Blattfederanordnungen 22 gegeben ist und im folgenden als elastische Hauptachse des beweglichen Elementes 12 bezeichnet wird.

Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich, sind die Blattfederanordnungen 22 weniger empfänglich für strukturgekoppelte Oszillationen und schubgekoppelte (druck-, axialschubgekoppelte) Oszillationen, da sie eine hohe Nachgiebigkeit nur um ihre Längsmittelachse zeigen. Die strukturgekoppelten Oszillationen sind definiert als gekoppelte Oszillationen, die in den Blattfederanordnungen 22 auf­ grund von auf die optische Ablenkvorrichtung wirkenden äußeren Kräften erzeugt werden, und die schubgekoppelten Oszillationen als gekoppelte Oszillationen, die in den Blattfederanordnungen 22 aufgrund von Rotationskräften des beweglichen Elementes 12 erzeugt werden. Kurz gesagt kann die Drehbewegung des beweglichen Elementes 12 stabiler und zuverlässiger durchgeführt werden.

Die Massenverteilung des beweglichen Elementes 12 ist so gewählt, daß der Schwerpunkt des beweglichen Elementes 12 auf seiner Rotationsachse angeord­ net ist. Die elastische Hauptachse (Z-Achse) des beweglichen Elementes 12 kann nämlich mit einer Hauptträgheitsachse des beweglichen Elementes 12 zusam­ menfallen, die durch seinen Schwerpunkt verläuft. Bei Anwendung dieses Konzeptes kann die Erzeugung von strukturgekoppelten Oszillationen in den Blattfederanordnungen 22 weiter unterdrückt werden.

Die Massenverteilung des beweglichen Elementes 12 kann weiterhin so konfigu­ riert sein, daß ein Rotationszentrum des beweglichen Elementes 12 auf dessen Rotationsachse angeordnet ist. Die elastische Hauptachse (Z-Achse) des beweg­ lichen Elementes 12 kann im wesentlichen mit einer Hauptschubachse (Druck-, Axialschubachse) des beweglichen Elementes 12 zusammenfallen, die durch das Rotationszentrum des beweglichen Elementes 12 verläuft. Mit diesem Konzept kann die Erzeugung der schubgekoppelten Oszillationen in den Blattfederanord­ nungen 22 weiter unterdrückt werden.

Vorzugsweise sollten natürlich die elastische Hauptachse, die Hauptträgheitsach­ se und die Hauptschubachse des beweglichen Elementes 12 zusammenfallen, um eine stärkere Unterdrückung der strukturgekoppelten Oszillationen und der schubgekoppelten Oszillationen in den Blattfederanordnungen 22 sicherzustellen, so daß die Stabilität und Zuverlässigkeit der Rotationsbewegung des beweglichen Elementes 12 erhöht werden.

Claims (10)

1. Optische Ablenkvorrichtung mit einer Basis (10), einem beweglichen Ele­ ment (12) mit einem optischen Ablenkelement, einem Satz an den Seiten des beweglichen Elementes und zwischen diesem und der Basis (10) ange­ ordneter elastischer Halteelemente (22), die das bewegliche Element (12) elastisch und beweglich bezüglich der Basis (10) halten, und einem elektro­ magnetischen Antrieb zum Drehen des beweglichen Elementes (12) relativ zur Basis (10), dadurch gekennzeichnet, daß in dem elektromagnetischen Antrieb enthalten sind ein erster Satz an der Basis (10) vorgesehener Per­ manentmagnete (18 ₁, 18 ₂) zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes und ein zweiter Satz an der Basis (10) vorgesehener Permanentmagnete (20 ₁, 20 ₂) zum Erzeugen eines zweiten Magnetfeldes, wobei die beiden Sätze Permanentmagnete (18 ₁, 18 ₂ und 20 ₁, 20 ₂) gegenpolig zueinander ange­ ordnet sind, so daß das erste Magnetfeld und das zweite Magnetfeld einan­ der entgegengesetzt sind, sowie eine erste an dem beweglichen Element (12) vorgesehene und in dem ersten Magnetfeld angeordnete elektromagne­ tische Spule (12C) und eine zweite an dem beweglichen Element (12) vorgesehene und in dem zweiten Magnetfeld angeordnete elektromagneti­ sche Spule (12D), die in dem ersten bzw. in dem zweiten Magnetfeld derart mit elektrischer Energie gespeist werden, daß durch die beiden Spulen (12C, 12D) elektrische Ströme in entgegengesetzten Richtungen fließen.

2. Optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (12) einen Halteabschnitt (12A) hat, in dem das optische Ablenkelement (12B) aufgenommen ist und an dem die erste und die zweite elektromagnetische Spule (12C, 12D) symmetrisch bezüglich einer neutralen Ebene des Halteabschnittes (12A) angeordnet sind.

3. Optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (18 ₁, 18 ₂) in dem ersten Satz sektorförmig aus­ gebildet und derart zueinander angeordnet sind, daß sie die erste elektro­ magnetische Spule (12C) umgeben, daß die Permanentmagnete (20 ₁, 20 ₂) in dem zweiten Satz sektorförmig ausgebildet und derart zueinander ange­ ordnet sind, daß sie die zweite elektromagnetische Spule (12D) umgeben, und daß die sektorförmigen Permanentmagnete (18 ₁, 18 ₂ und 20 ₁, 20 ₂) in jedem Satz so angeordnet sind, daß sich ihre ungleichnamigen magneti­ schen Pole gegenüberliegen.

4. Optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Halteabschnitt (12A) des beweglichen Elementes (12) zy­ linderförmig ist.

5. Optische Ablenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elastischen Halteelemente jeweils eine Blattfeder­ anordnung (22) enthalten, die von mehreren an gleichmäßigen Winkelinter­ vallen um eine elastische Hauptachse des beweglichen Elementes (12) an­ geordneten Blattfederelementen (23) gebildet wird.

6. Optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die elastische Hauptachse des beweglichen Elementes (12) mit einer Hauptträgheitsachse des beweglichen Elemente (12) zusammenfällt.

7. Optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die elastische Hauptachse des beweglichen Elementes (12) mit einer Hauptschubachse des beweglichen Elementes (12) zusammenfällt.

8. Optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Hauptachse des beweglichen Elementes sowohl mit einer Hauptträgheitsachse als auch mit einer Hauptschubachse des beweglichen Elementes (12) zusammenfällt.

9. Optische Ablenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß alle Blattfederelemente miteinander identisch sind.

10. Optische Ablenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekenn­ zeichnet durch einen Satz lösbarer Kopplungsvorrichtungen (12E), die an den Seiten des beweglichen Elementes (12) angeordnet sind und von denen eine jede ein Ende der entsprechenden Blattfederanordnung (22) mit dem beweglichen Element (12) verbindet.