DE2951593A1

DE2951593A1 - High speed scanning mirror - has close spaced yoke support and has electrostatic drive for pivoted permanent magnet unit

Info

Publication number: DE2951593A1
Application number: DE19792951593
Authority: DE
Inventors: Georg 6901 Dossenheim Kurotschka; Gerhard 6900 Heidelberg Raubinger
Original assignee: Eltro GmbH and Co
Current assignee: Eltro GmbH and Co
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1981-07-02
Also published as: DE2951593C2

Abstract

The scanning mirror (2) has a hollow structure support with crossed spring axes (4) about which it pivots. The mirror operates at the resonant frequency and with a minimum of distortion. The axle supports are fitted alongside a permanent magnet (9) and the plate is driven electrostatically. The hollow structure is cellular using horizontal and vertical bores (14). Lightweight alloy casting provides a low inertial mass with a strong mounting. A reflection sensor (15) monitors the amount of deflection and operates the drive.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abtastspiegel, der elek-The invention relates to a scanning mirror, the elec-

tromagnetisch angetrieben in eigener Resonanz schwingt, die durch seine Befestigung an Kreuzfedergelenken sowie deren Vcrwendung als Achslagerung bestimmt ist, und bei dem die jcveilige Schwingungslage mit hilfe eines kapazitiven Wegaufnehmers eingestellt wird.tromagnetically driven in its own resonance that oscillates through its attachment to cross-spring joints and their use as axle bearings is determined, and in which the jcveilige vibration position with the help of a capacitive Displacement transducer is set.

Ein solcher Abtastspiegel ist aus der DE-AS 27 15 908 bekannt.Such a scanning mirror is known from DE-AS 27 15 908.

Dieser ansonsten durchaus brauchbare Spiegel schwingt bedarfsweise auch noch in einer anderen Ebene, so daß dadurch der Aufwand der Spiegel aufhängung und die Baulänge ungünstig beeinflußt werden. Die DE-PS 25 57 814 zeigt und beschreibt einen Abtastspiegel mit Wabenstruktur. Dadurch ergibt sich eine zar leichte Bauweise, die aber nach verschiedenen Richtungen hin eine unterschiedliche Stabilität aufweist.This otherwise perfectly usable mirror oscillates as required also in another plane, so that the effort of the mirror suspension and the overall length are adversely affected. DE-PS 25 57 814 shows and describes a honeycomb scanning mirror. This results in a very light construction, but which has a different stability in different directions.

Die Aufgabe der Erfindung wird in der Vergrößerung des Drehwinkels bei gleichbleibender Schwingfrequenz gesehen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Paare, bestehend aus jeweils zwei fluchtend miteinander verbundenen Kreuzfedergelenken, in geringem Abstand voneinander angeordnet einenends am Gestell und anderenends am Spiegelkörper befestigt sind. Durch diese Koppelung zweier Gelenke läßt sich der Drehwinkel gegenüber der Verlfendung von nur einem Kreuzfedergelenk pro Lagerstelle in einfacher Weise verdoppeln.The object of the invention is to increase the angle of rotation seen at constant oscillation frequency. This object is achieved according to the invention solved in that two pairs, each consisting of two in alignment with one another connected cross spring joints, arranged at a small distance from one another at one end are attached to the frame and at the other end to the mirror body. Through this coupling two joints can be the angle of rotation compared to the Verfendung of only one Easily double the universal spring joint per bearing point.

In vorstehendem Zusammcnhang ist cs von Vorteil, daß die Kreuzfedergelenke eines Paares über Hülsen zu einer Baucinheit miteinander verbunden sind. Hierbei ist es vorteilhaft, daß die einander zugekehrten Enden der Gelenkpaare in umaittelbar hinter der Spiegelfläche im Spiegelkörper eingearbeiteten Festsitzen befestigt sind. Dadurch, daß die Federgelenke im Spiegel körper integriert sind bzw. scine Drehachse bilden, erhält man eine verkürzte Baulänge der gesamten Vorrichtung. Außerdem ergibt die Unterbringung der Drehachse nahe der Spiegelflächc ein günstiges Elassenträgheitsmoment.In the above context, it is advantageous that the cross spring joints of a pair are connected to one another via sleeves to form a building unit. Here It is advantageous that the mutually facing ends of the pairs of joints in umaittelbar are fixed behind the mirror surface in the mirror body incorporated. The fact that the spring joints are integrated in the mirror body or scine axis of rotation form, one obtains a shortened overall length of the entire device. aside from that results the accommodation of the axis of rotation near the mirror surface a favorable moment of inertia.

Bezüglich der konstruktiven Lösung ist es vorteilhaft, daß der Spiegelkörper im Bereich der Festsitze radial gewölbt um die Kreuzfedergelenke herumgezogen ist. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn an dem radial gewölbten Teil des Spiegelkörpers ein dieser Wölbung angepaßtes Rotorsegment des Wegaufnehmers angeformt ist, das beim Schwingvorgang mit einer entsprechend geformten und im Gestell befestigten Statorplatte zusammenwirkt.With regard to the structural solution, it is advantageous that the mirror body is drawn radially arched around the cross spring joints in the area of the tight fit. It can be useful here if on the radially curved part of the mirror body a rotor segment of the displacement transducer adapted to this curvature is formed during the swing process with a suitably shaped and fixed in the frame Stator plate cooperates.

Diese gleichsam konzentrische Ausbildung von Wegaufnehmer und Drehachse bewirkt eine geringere Mikrophonie, d.h. die hinsichtlich der Vibration des Systems nachteiligen hohen Überlagerungsfrequenzen werden weitgehend vermieden.This, as it were, concentric training of displacement transducer and axis of rotation causes less microphony, i.e. that with regard to the vibration of the system disadvantageous high superposition frequencies are largely avoided.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, daß an dem radial gewölbten Teil des Spiegelkörpers neben dem Rotorsegment ein Permanentmagnet des Antriebs in einem eingearbeiteten Sitz befestigt ist. Um die Schwingamplitude registrieren zu können, ist es zweckmäßig, an dem Gestell in Richtung Spiegelkörper-Kante einen Reflexionssensor zu befestigen.Another feature of the invention provides that on the radially curved Part of the mirror body next to the rotor segment is a permanent magnet of the drive is fixed in a built-in seat. To register the vibration amplitude to be able to, it is useful to have one on the frame in the direction of the mirror body edge To attach the reflection sensor.

Eine Weiterbildung der Erfindung wird darin gesehen, daß der Spiegelkörper von mehreren zueinander parallelen, in wenigstens einer Lage verlaufenden sowie dicht nebeneinander angeordneten Kanälen gleichen Querschnitts durchsetzt ist, die sich mit ebensolchen in Querrichtung verlaufenden Kanälen schnciden,und daß die Schnittpunkte dieser Kanäle von in senkrechter Richtung zu ihnen verlaufenden und in ihrer halben Höhe vor der Spiegelfläche endenden weiteren Kanälen derselben Art durchstoßen sind. Eine solche Bauweise, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumiegierung, ist leicht und in ihrer Struktur außerordentlich stabil. Letztere Eigenschaft ist hierbei - im Gegensatz zu derjenigen des bekannten Wabenmusters - in allen drei durch den Verlauf der Kanäle vorgegebenen Richtungen gleich groß. Fertigungsteciinisch bietet es sich hierbei an, die Kanäle zu bohren, so daß sie einen runden Querschnitt besitzen.A further development of the invention is seen in the fact that the mirror body of several mutually parallel, running in at least one position and closely spaced channels of the same cross-section is penetrated, the intersect with the same channels running in the transverse direction, and that the Points of intersection of these channels in a direction perpendicular to them and Further channels of the same type ending at half their height in front of the mirror surface are pierced. Such a construction, preferably made of aluminum or an aluminum alloy, is light and its structure is extremely stable. The latter property is here - in contrast to that of the well-known honeycomb pattern - in all three directions given by the course of the channels are the same. Manufacturing technology it makes sense here, to drill the channels so that they one have a round cross-section.

Im folgenden wird an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander entsprechenden Teile dieselben Bezugszahlen aufweisen. Es zeigt Fig. 1 den erfindungsgemäßen Spiegel, dessen Spiegelkörper zur Kenntlichmachung seiner Lagerelemente nur teilweise voll dargestellt ist, Fig. 2 einen Schnitt A-A durch den Spiegel gemäß Fig. 1 - in Antriebsebene, Fig. 3 einen Schnitt B-B durch den Spiegel gemäß Fig. 1 - in Wegaufnehmerebene, Fig. 4 eine schematische Darstellung eines hinsichtlich der Bohrungen einlagigen Spiegelkörpers und Fig. 5 einen Teil des Spiegelkörpers in perspektivischer Ansicht und in vergrößertem Maßstab mit angedeutetem Verlauf der ihn durchziehenden Bohrungen.In the following, an exemplary embodiment of the Invention explained in more detail, the corresponding in the individual figures Parts have the same reference numbers. It shows Fig. 1 the mirror according to the invention, whose mirror body is only partially full to identify its bearing elements Fig. 2 shows a section A-A through the mirror according to Fig. 1 - in the drive plane, 3 shows a section B-B through the mirror according to FIG. 1 - in the plane of the displacement sensor, 4 shows a schematic representation of a single-layer with regard to the bores Mirror body and FIG. 5 a part of the mirror body in a perspective view and on an enlarged scale with the indicated course of the holes running through it.

In Fig. 1 ist vom Spiegelkörper 2 - in Blickrichtung gesehen -die linke Hälfte dargestellt, währcnd die rechte zum Sichtbarmachen seiner Lagerung durch eine strichpunktierte Linie nur angedeutet ist. Wie den Fig. 2 und 3 zu entnelimen, besitzt der Spiegelkörper an seiner Rückseite einen zu seiner Drehachse konzentrischen runden Querschnitt, in dem die Sitze 3 zur Befestigung der Kreuzfedorgelenke 4 gesehen sind. Hierbei sind jeweils zwei Federgelenke in einer gemeinsamen Hülse 5 bzw. 5' zu einer Einheit zusammengefaßt. Jede dieser Einheiten ist einenends in dem Gestell 1 bzw. den dort vorgesehenen Festsitzen 7 und anderenends im riickseitigen Bcrcich des Spiegels 2 zwischen der Fläche 11 und der hierzu parallelen Fläche 12 in den in diesem Spiegelbercich eingearbeiteten Festsitzen 6 befestigt, so daß diese beiden Einheiten insgesamt eine federnde Lagerung um die Drehachse bilden. Ihre resultierende Federkonstante in Verbindung mit dem Trägheitsmoment des Spiegelkörpers 2 bestimmen die Frequenz der Eigenresonanz des erfindungsgemäßen Abtastspiegels.In Fig. 1 is from the mirror body 2 - seen in the direction of view -the left half shown, while the right half to make its position visible is only indicated by a dash-dotted line. How to remove Figs. 2 and 3, the mirror body has a concentric to its axis of rotation on its rear side round cross-section in which the seats 3 for fastening the cross spring joints 4 are seen are. Here are two spring joints in a common sleeve 5 or 5 ' combined into one unit. Each of these units is at one end in the frame 1 or the stuck positions provided there 7 and at the other end in the back Bcrcich of the mirror 2 between the surface 11 and the surface 12 parallel thereto in the incorporated in this Spiegelbercich fixed seats 6 so that these both units form a total of a resilient mounting around the axis of rotation. Her resulting spring constant in connection with the moment of inertia of the mirror body 2 determine the frequency of the natural resonance of the scanning mirror according to the invention.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der Kreuzfedergelenke 4 größer als die Höhe des Spiegelkörpers 2, so daß die Gelenke an der Unterseite über den eigentlichen Spiegelkörper hinausragen. Dieser Bereich der Gelenke kann entweder frei liegen oder der Spiegelkörper kann - wie dies hier der Fall ist - um die Gelenke bzw. deren llülsen 5, 5', die gegenüber der Halterung im Gestell 1 drehbar angeordnet sind, herumgezogen sein. An diesem radial gewölbten Teil 13 des Spiegelkörpers 2 ist das Rotorsegment 10 des Wegaufnehmers 10, 10' angeformt. Beim Schwingvorgang wirkt es mit der entsprechend geformten und im Gestell 1 befestigten Sektorplatte 10' zusammen.In the present embodiment, the diameter of the cross spring joints is 4 greater than the height of the mirror body 2, so that the joints on the underside protrude beyond the actual mirror body. This area of the joints can either lie free or the mirror body can - as is the case here - around the joints or their llülsen 5, 5 ', which are opposite the bracket in the frame 1 are rotatably arranged to be pulled around. On this radially curved part 13 of the mirror body 2, the rotor segment 10 of the displacement transducer 10, 10 'is integrally formed. During the swinging process, it acts with the correspondingly shaped and fixed in the frame 1 Sector plate 10 'together.

Mit der Bezugszahl 8 ist die am Gestell 1 befestigte, den Antrieb des Spiegels bewirkende magnetische Spule und mit 9 der zugehörige Permanentmagnet bezeichnet. Letzterer ist als Sitz in dem Material des radial gewölbten Teils 13 neben dem Rotorsegment 10 befestigt. Um die Schwingamplitude registrieren zu können, ist an dem Gestell 1 - in Richtung Spiegelkörper-Kante blickend - des Reflexionssensor 15 befestigt.The reference number 8 is attached to the frame 1, the drive the mirror effecting magnetic coil and with 9 the associated permanent magnet designated. The latter is a seat in the material of the radially curved part 13 attached next to the rotor segment 10. To be able to register the vibration amplitude, is on the frame 1 - looking in the direction of the mirror body edge - the reflection sensor 15 attached.

Wie die Fig. 4 und 5 erkennen lassen, wird der Spiegelkörper 2 von mehreren parallelen, in einer Ebene verlaufenden und dicht nebeneinander angeordneten Kanälen 14 durchzogen. Diese schneiden sich mit ebenso ausgebildeten Kanälen 14', die zu ersteren in Querrichtung verlaufen. Durch den Schnittpunkt der Kanäle 14 und 14' stoßen - zu ihnen senkrecht verlaufende - weitere Kanäle 14 ' ' derselben Art. Die Pfeile in Fig. 4 deuten an, daß mit den Bezugszahlen 14, 14' und 1422 Bohrungen und nicht etwa nur Kreise gemeint sind. Dan es sich um echte" Bohrungen handelt, kann man in dieser Fig. nur an den - in Blickrichtung -hintersten Kanälen 14 und 14'' erkennen.As can be seen in FIGS. 4 and 5, the mirror body 2 is from several parallel, in one plane and arranged close to one another Channels 14 traversed. These intersect with channels 14 'which are also designed, which run transversely to the former. Through the intersection of channels 14 and 14 'butt - further channels 14 "of the same - perpendicular to them Art. The arrows in Fig. 4 indicate that with the reference numbers 14, 14 'and 1422 holes and not just circles are meant. Because they are real " Drilling is, you can in this figure. Only at the - in the direction of view - the rearmost Recognize channels 14 and 14 ''.

In den Fig. 2 bis 5 ist jeweils ein Spiegelkörper 2 oder ein Teil desselben dargestellt, der immer nur eine einzige Lage von Kanälen 14, 14' enthält. Bei anderen, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist es denkbar, daß in ein und demselben Spiegelkörper auch mehrere Lagen der Kanäle 14 und 14' in zueinander parallelen Ebenen übereinandergeschichtet sind.In FIGS. 2 to 5, a mirror body 2 or a part is in each case the same shown, which always contains only a single layer of channels 14, 14 '. In other exemplary embodiments not shown in the drawing, it is conceivable that in one and the same mirror body several layers of the channels 14 and 14 ' are stacked in mutually parallel planes.

In beiden Fällen - bei nur einer oder bei mehreren Lagen -enden die hierzu senkrechten Kanäle 14'' in halber Höhe der letzten vor der Spiegelfläche 11 vorgesehenen Kanallage 14, 14'.In both cases - with only one or more layers - the ends to this, vertical channels 14 ″ at half the height of the last one in front of the mirror surface 11 provided channel position 14, 14 '.

Alle diese Kanäle besitzen vorzugsweise einen runden Querschnitt Für diese Ausbildung des Spiegelkörpers ird auch Elementenschutz beantragt.All of these channels preferably have a round cross-section For this design of the mirror body is also applied for element protection.

Insgesamt gesehen erhält man durch die vorgeschlagene Lösung eine Möglichkeit, mittels handelsijblicher Federelemente einen Abtastspiegel zu erstellen, dessen Drehwinkel sich - bei vergleichsweise großer Federkonstante und günstigem Massenträgheitsmoment - den individuellen Anforderungen in einfacher Weise anpassen läßt und der trotzdem eine besonders stabilc Struktur aufweist.Overall, the proposed solution gives one Possibility to create a scanning mirror using commercially available spring elements, whose angle of rotation is - with a comparatively large spring constant and favorable Mass moment of inertia - easily adapt to individual requirements and which nevertheless has a particularly stable structure.

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Claims

Scanning mirror PATENT CLAIMS Scanning mirror, the electromagnetic Driven by its own resonance, it oscillates through its attachment to cross-spring joints solid whose use is intended as an axle bearing, and in which the respective The vibration position is adjusted with the aid of a capacitive displacement transducer, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that two pairs, each consisting of two cross spring joints (4) connected in alignment with one another, at a small distance from one another arranged cinenends attached to the frame (1) and the other end to the mirror body (2) are.

2. scanning mirror according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the cross spring joints (4) of a pair via sleeves (5; 5 ') to a structural unit are connected to each other.

3. scanning mirror according to claim 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, dan the mutually facing ends of the joint pairs in immediately stuck (6) built into the mirror body (2) behind the mirror surface (11) are attached.

4. scanning mirror according to one of the preceding AnsDrüchc, d a d u r c h g c k e n n z c i c h n e t, 1 that the mirror body (2) is in the area of the tight fit (6) is drawn radially arched around the cross spring joints (4) (Fig. 2 and 3).

5. scanning mirror according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that on the radially curved part (13) of the mirror body (2) one of these Curvature-adapted rotor segment (10) of the displacement transducer (10, 10 ') is integrally formed, that during the swing process with a suitably shaped and fixed in the frame (1) Stator plate (10 ') cooperates (Fig. 3).

6. scanning mirror according to one of the preceding claims, d a -d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that on the radially curved part (13) of the Mirror body (2) next to the rotor segment (10) a permanent magnet (9) of the drive (8) is fixed in an incorporated seat (Fig. 2).

7. scanning mirror according to one of the preceding claims d a d u r c h g e k e n n n n z e i c h n e t that on the frame (1) in the direction of the mirror body edge a reflection sensor (ins) recording the vibration amplitude is attached (Fig. 1 and 3).

8. Scanning mirror according to one of the preceding claims, d a -d u r c h g e k c n n z e i c h ii t that the mirror body (2) of several to each other parallel and running in at least one layer as well as directly next to each other arranged channels (14) of the same cross-section is penetrated, which deal with the same intersect transverse channels (14 '), and that the points of intersection of these channels running perpendicular to them and in their half Pierce the height in front of the mirror surface (11) ending further channels (14 ″) of the same type are (Figs. 4 and 5).

9. scanning mirror according to claim 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the channels (14 to 14 ") have a round cross-section.