DE102010039762A1 - Arrangement for influencing the power consumption of an optical scanner - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Beeinflussen der Leistungsaufnahme eines optischen Scanners, bei dem ein ebener Spiegel (1) mit um eine Drehlachse (4) schwingt und. dabei ein einfallendes Strahlenbündel ablenkt. Ein Magnetfeld (6), das sich in der Ebene des Spiegels (1) ausbreitet, wirkt dabei auf eine von einem Strom I1 durchflossene Spule (5), so dass sich mit der Stärke des Stromes I1 ändernde, den Spiegel (1) antreibende und dabei die Leistungsaufnahme des Scanners bestimmende Lorentzkräfte erzeugt werden. Der Scanner ist bevorzugt als MEMS-Scanner ausgeführt. Erfindungsgemäß ist neben der von einem Strom I1 durchflossenen Spule (5) mindestens eine zweite, von einem Strom I2 durchflossene Spule (7) vorgesehen, und es ist eine Ansteuerschaltung vorhanden, die zur Beaufschlagung der zweiten Spule (7) mit einem Strom I2 ausgebildet ist, wobei mit der Vorgabe von Richtung und/oder Stärke des Stromes I2 die Beeinflussung der Lorentzkräfte und damit die Beeinflussung der Leistungsaufnahme des Scanners erfolgt.The invention relates to an arrangement for influencing the power consumption of an optical scanner, in which a plane mirror (1) also oscillates about a rotation axis (4) and. thereby deflecting an incident beam. A magnetic field (6), which spreads in the plane of the mirror (1), acts on a coil (5) through which a current I1 flows, so that changing with the strength of the current I1, driving the mirror (1) and Lorentz forces that determine the power consumption of the scanner are generated. The scanner is preferably designed as a MEMS scanner. According to the invention, in addition to the coil (5) through which a current I1 flows, at least one second coil (7) through which a current I2 flows is provided, and a control circuit is provided which is designed to apply a current I2 to the second coil (7) , with the specification of the direction and / or strength of the current I2 influencing the Lorentz forces and thus influencing the power consumption of the scanner.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnung zum Beeinflussen der Leistungsaufnahme eines optischen Scanners, bei dem ein ebener Spiegel mit einer vorgegebenen Frequenz um eine Drehlagerung schwingt und einen einfallenden Strahl ablenkt. Dabei wirkt ein Magnetfeld, das sich in der Ebene des Spiegels ausbreitet, so auf eine von einem sich ändernden Strom I1 durchflossene Spule ein, dass sich mit der Stärke des Stromes I1 ändernde, den Spiegel antreibende und dabei die Leistungsaufnahme des Scanners bestimmende Lorentzkräfte erzeugt werden.The invention relates to an arrangement for influencing the power consumption of an optical scanner, wherein a plane mirror oscillates at a predetermined frequency about a pivot bearing and deflects an incident beam. In this case, a magnetic field propagating in the plane of the mirror acts as a through which a varying current I 1 coil one that changing with the strength of the current I 1, the mirror driving, thereby determining the power consumption of the scanner Lorentz forces be generated.

Optische Scanner, im Wesentlichen aus einem schwingenden, einen Lichtstrahl ablenkenden Spiegel und relativ dazu ruhenden Komponenten bestehend, in denen der Spiegel drehbar gelagert ist, sind an sich bekannt.Optical scanners, consisting essentially of a vibrating, a light beam deflecting mirror and relative thereto resting components in which the mirror is rotatably mounted, are known per se.

Darunter auch als Optical MEMS(Micro-Electro-Mechanical-Systems)-Scanner oder MOEMS (Micro-Opto-Mechanical-Systems)-Scanner bezeichnete Strahlablenksysteme, bei denen ein Mikrospiegel über dünne Stege, die meist aus Silizium bestehen, mit einem relativ zum Spiegel ruhenden Rahmen verbunden ist. Die Stege bilden die Drehlagerung; in den Stegen liegt die Drehachse des Spiegels.Among them also referred to as Optical MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) scanner or MOEMS (Micro-Opto-Mechanical-Systems) scanners beam deflection systems in which a micromirror on thin webs, which consist mostly of silicon, with a relative to Mirror dormant frame is connected. The webs form the pivot bearing; in the webs lies the axis of rotation of the mirror.

Es ist weiterhin bekannt, den Spiegel elektro-magnetisch anzutreiben. Meist ist zu diesem Zweck eine elektrisch leitende Spule oder Schleife, in der Fachsprache als „coil” bezeichnet, auf dem Spiegel ausgebildet, durch die ein Strom fließen kann. Ein in der Ebene der Drehachse des Spiegels verlaufendes magnetisches Feld und der durch die Spule fließende Strom erzeugen Lorentzkräfte, die den Spiegel auslenken. Die Stärke des Stromes bestimmt dabei das Maß der Auslenkung und damit den Ablenkwinkel für das Strahlenbündel. Die Stege haben zugleich die Funktion von Federn. Sie erzeugen bei Auslenkung des Spiegels eine Rückstellkraft, die den Spiegel in seine Ausgangslage zurück stellt, wenn die Lorentzkräfte nicht mehr wirken.It is also known to drive the mirror electro-magnetically. Mostly for this purpose an electrically conductive coil or loop, in technical language called "coil", formed on the mirror through which a current can flow. A magnetic field extending in the plane of the axis of rotation of the mirror and the current flowing through the coil generate Lorentz forces that deflect the mirror. The strength of the current determines the degree of deflection and thus the deflection angle for the beam. The webs also have the function of springs. Upon deflection of the mirror, they generate a restoring force which returns the mirror to its initial position when the Lorentz forces no longer act.

Ein wesentlicher Parameter eines solchen Scanners ist die Resonanzfrequenz f = 1 / 2π√J/D wobei J das Trägheitsmoment des Spiegels ist und D die von den Stegen ausgeübte Rückstellkraft. MEMS-Scanner werden häufig in einem resonanten Modus betrieben, wobei die Spule von einem sich ändernden Strom durchflossen wird, in der Regel mit einer Frequenz, die der Resonanzfrequenz des Systems entspricht.An essential parameter of such a scanner is the resonance frequency f = 1 / 2π√ J / D where J is the moment of inertia of the mirror and D is the restoring force exerted by the webs. MEMS scanners are often operated in a resonant mode, with the coil flowing through a changing current, usually at a frequency corresponding to the resonant frequency of the system.

Problematisch beim Betreiben derartiger Scanner ist, dass mit jedem Einschalten des durch die Spule fließenden Stromes der Spiegel und die Stege aufgrund der eintretenden Verlustleistung erwärmt werden. Mit zunehmender Miniaturisierung der Komponenten und der damit einhergehenden Erhöhung des Eigenwiderstandes R der Spule erhöht sich die Verlustleistung P entsprechend der Funktion P = R·I2. Sie wächst also quadratisch mit dem Strom I, der die Spule durchfließt.The problem with operating such scanners is that each time the current flowing through the coil is switched on, the mirror and the webs are heated due to the power loss occurring. With increasing miniaturization of the components and the concomitant increase in the intrinsic resistance R of the coil, the power loss P increases according to the function P = R · I 2 . So it grows square with the current I, which flows through the coil.

Nachteilig dabei ist, dass jeder Ein- bzw. Ausschaltvorgang sowie jede Änderung der Stromstärke eine Änderung der Temperatur des Scanners zur Folge hat. Da sich mit zunehmender und abklingender Erwärmung auch die Federkonstante D ändert, folgt daraus eine unmittelbare Verschiebung der Resonanzfrequenz. Dies kann mehrere unerwünschte Folgen haben:
Entspricht die Resonanzfrequenz nicht mehr der Frequenz des antreibenden Stroms, so wird der Scanner nicht mehr ”in Resonanz” betrieben und die Auslenkungsamplitude verringert sich drastisch. Dies führt z. B. zu Verzeichnungen, wenn der Scanner für eine 2D-Bildgebung genutzt wird.A disadvantage is that each switching on or off and each change in the current has a change in the temperature of the scanner result. As the spring constant D changes with increasing and decreasing warming, an immediate shift of the resonant frequency follows. This can have several undesirable consequences:
If the resonance frequency no longer corresponds to the frequency of the driving current, then the scanner will no longer be operated "in resonance" and the deflection amplitude will decrease drastically. This leads z. B. distortions when the scanner is used for 2D imaging.

Eine Änderung der Resonanzfrequenz macht es ferner unmöglich, die Funktion von Komponenten, wie Detektoren oder Lichtquellen, mit der Auslenkung des Spiegels zu synchronisiert. Dies trifft wiederum insbesondere bei der 2D-Strahlablenkung zu.A change in the resonant frequency also makes it impossible to synchronize the function of components such as detectors or light sources with the displacement of the mirror. This again applies in particular to the 2D beam deflection.

Weiterhin kann es mit wechselnder Temperatur zu Verformungen des in der Regel sehr dünnen Spiegels kommen, was ebenfalls die optische Qualität des Systems beeinträchtigt und unerwünschte Wellenfrontfehler im Strahlengang erzeugt, wenn der Scanner als Teil eines optischen Systems verwendet wird. Auch dieses Problem verstärkt sich zunehmend mit der Miniaturisierung.Furthermore, deformations of the usually very thin mirror may occur with changing temperature, which also affects the optical quality of the system and produces unwanted wavefront errors in the beam path when the scanner is used as part of an optical system. This problem is increasingly compounded by miniaturization.

Um diese Nachteile zu umgehen, sind im Stand der Technik folgende Verfahrensweisen bekannt:
Es wird die Frequenz des antreibenden Stromes in Abhängigkeit von der sich ändernden Resonanzfrequenz des Scanners nachgeregelt. Diese Umgehung erfordert zusätzlichen Mess- und Regelaufwand, löst aber nicht das Problem bezüglich der Synchronisierung der Funktion von Komponenten und verhindert nicht die Verformung des Spiegels.In order to avoid these disadvantages, the following methods are known in the prior art:
The frequency of the driving current is readjusted as a function of the changing resonance frequency of the scanner. This bypass requires additional measurement and control overhead, but does not solve the problem of synchronizing the function of components and does not prevent the deformation of the mirror.

Bei einer anderen Verfahrensweise ist ein zusätzliches Heizelement vorgesehen, das beim Abschalten des Scanners bzw. bei so genannter ”non-scanning”-Betriebsweise nachheizt und die Temperatur der einflussreichsten Komponenten auf konstantem Niveau hält. Das erfordert ebenfalls zusätzlichen Mess- und Regelaufwand und erhöht außerdem die Leistungsaufnahme des Gesamtsystems unnötig. Eine derartige Verfahrensweise ist in EP 0 428 100 A2 beschrieben.In another procedure, an additional heating element is provided which reheats when switching off the scanner or in so-called "non-scanning" mode and keeps the temperature of the most influential components at a constant level. This also requires additional measurement and control effort and also increases the power consumption of the entire system unnecessarily. Such a procedure is in EP 0 428 100 A2 described.

In diesem Zusammenhang ist auch das Heizen des Systems mittels der bestehenden Spule bekannt, die zu diesem Zweck mit Wechselstrom einer Frequenz fernab der Resonanzfrequenz des Systems beaufschlagt wird. Die dadurch entstehende hohe Dämpfung des Systems soll eine unzulässige Änderung der Auslenkung des Spiegels vermeiden. In this context, the heating of the system by means of the existing coil is known, which is acted upon for this purpose with alternating current of a frequency far from the resonant frequency of the system. The resulting high damping of the system should avoid an impermissible change in the deflection of the mirror.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Betreiben eines Scanners der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die zur Umgehung der genannten Nachteile des Standes der Technik geeignet ist.Based on this, the present invention seeks to provide an arrangement for operating a scanner of the type described above, which is suitable for circumventing the aforementioned disadvantages of the prior art.

Erfindungsgemäß ist neben der von einem Strom I1 durchflossenen Spule mindestens eine zweite, von einem Strom I2 durchflossene Spule vorgesehen, und es ist eine Ansteuerschaltung vorhanden, die zur Beaufschlagung der zweiten Spule mit einem Strom I2 ausgebildet ist, wobei mit der Vorgabe von Richtung und/oder Stärke des Stromes I2 die Beeinflussung der Lorentzkräfte und damit die Beeinflussung der Leistungsaufnahme des Scanners erfolgt.According to the invention, in addition to the coil through which a current I 1 flows, at least one second coil, through which a current I 2 flows, is provided, and there is a drive circuit, which is designed to act on the second coil with a current I 2 , with the specification of Direction and / or strength of the current I 2 influencing the Lorentz forces and thus influencing the power consumption of the scanner takes place.

Dabei erfolgt bei gleichsinniger Richtung der Ströme I1 und I2 eine Addition der durch beide Spulen generierten Lorentzkräfte und bei gegensinniger Richtung der Ströme I1 und I2 eine Subtraktion der durch beide Spulen generierten Lorentzkräfte. Mit der Vorgabe der Stärke des Stromes I2 wird die Größe der Lorentzkräfte bestimmt, die mit der zweiten Spule generiert werden.In this case, in the same direction of the currents I 1 and I 2, an addition of the Lorentz forces generated by both coils and in the opposite direction of the currents I 1 and I 2, a subtraction of the Lorentz forces generated by both coils. The magnitude of the current I 2 determines the magnitude of the Lorentz forces generated by the second coil.

Des Weiteren liegt es im Rahmen der Erfindung, die mit Vorzeichen „plus” oder „minus” behaftete Summe aus beiden Strömen I1 und I2 zeitlich so vorzugeben, dass die Leistungsaufnahme des Scanners entweder zu jedem Zeitpunkt oder über einen vorgegebenen Zeitraum konstant ist.Furthermore, it is within the scope of the invention to predetermine the sign of "plus" or "minus" summed from both currents I 1 and I 2 in such a way that the power consumption of the scanner is constant either at any time or over a predetermined period of time.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die vorzeichenbehaftete Summe der Ströme I1 und I2 eine Leistungsaufnahme P des Scanners nach der Funktion P = R1I1 2 + R2I2 2 bewirkt, mit dem Eigenwiderstand R1 der ersten Spule, dem durch die erste Spule fließenden Strom I1, dem Eigenwiderstand R2 der zweiten Spule und dem durch die zweite Spule fließenden Strom I2.It is particularly advantageous if the signed sum of the currents I 1 and I 2 causes a power consumption P of the scanner according to the function P = R 1 I 1 2 + R 2 I 2 2 , with the intrinsic resistance R 1 of the first coil, the current I 1 flowing through the first coil, the self-resistance R 2 of the second coil and the current I 2 flowing through the second coil.

Vom Erfindungsgedanken eingeschlossen sind weiterhin Ausgestaltungen, bei denen entweder

  • – beide Spulen auf dem Spiegel angeordnet sind und außerhalb des Spiegels ein das Magnetfeld erzeugender Permanentmagnet vorgesehen ist, oder
  • – beide Spulen außerhalb des Spiegels angeordnet sind und auf dem Spiegel ein das Magnetfeld erzeugender Permanentmagnet vorgesehen ist.
Included in the concept of the invention are further embodiments in which either
  • - Both coils are arranged on the mirror and outside of the mirror, a magnetic field generating permanent magnet is provided, or
  • - Both coils are arranged outside the mirror and on the mirror, a magnetic field generating permanent magnet is provided.

Die letztgenannte Ausführung hat zusätzlich den Vorteil, dass ein Einfluss durch Verlustwärme nicht unmittelbar auf dem Spiegel entsteht.The latter embodiment has the additional advantage that an influence caused by heat loss does not arise directly on the mirror.

In weiterführenden Ausgestaltungen der Erfindung kann

  • – der Spiegel um zwei orthogonale Drehachsen auslenkbar und der Scanner somit als 2D-Scanner verwendbar sein,
  • – mindestens eine der Spulen kann mit mehr als einer Windung ausgeführt sein, und
  • – die Auslenkung des Spiegels kann, bezogen auf die Resonanzfrequenz des Scanners, wahlweise im resonanten oder im nicht-resonanten Modus vorgesehen sein.
In further embodiments of the invention
  • The mirror can be deflected around two orthogonal axes of rotation and thus the scanner can be used as a 2D scanner,
  • - At least one of the coils can be designed with more than one turn, and
  • - The deflection of the mirror, based on the resonant frequency of the scanner, be provided either in the resonant or non-resonant mode.

Der Scanner ist besonders bevorzugt als MEMS-Scanner ausgeführt, bei dem ein Mikrospiegel um eine in Form von Stegen ausgebildete Drehlagerung schwingend angeordnet ist. Die Stege verbinden den Mikrospiegel mit einem relativ dazu ruhenden Rahmen und erzeugen bei Auslenkung des Mikrospiegels aus seiner Ausgangslage eine Rückstellkraft, die ihn in die Ausgangslage zurückstellt, wenn der Strom I1 nicht mehr fließt und somit die Lorentzkräfte aufhören zu wirken.The scanner is particularly preferably embodied as a MEMS scanner, in which a micromirror is arranged so as to oscillate about a pivot bearing designed in the form of webs. The webs connect the micromirror with a relatively resting frame and generate upon deflection of the micromirror from its initial position a restoring force, which restores it to the starting position when the current I 1 no longer flows and thus the Lorentz forces stop acting.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, dass eine temperaturbedingte Verschiebung der Resonanzfrequenz verhindert wird.The arrangement according to the invention has the advantage that a temperature-induced shift of the resonance frequency is prevented.

Auch können mit der vorliegenden Erfindung, im Gegensatz zu der Verfahrensweise nach EP 0 428 100 A2 , nicht nur komfortabel Temperaturunterschiede zwischen dem ein- und ausgeschalteten Zustand kompensiert werden, sondern auch Temperaturunterschiede, die aufgrund verschieden starker Auslenkungsamplituden durch unterschiedliche Beaufschlagung mit Strom verursacht werden, so dass auch diesbezüglich eine Änderung der Leistungsaufnahme kompensiert und damit die Auslenkung in der Resonanzfrequenz stabilisiert wird.Also, with the present invention, in contrast to the procedure according to EP 0 428 100 A2 , Not only comfortable temperature differences between the on and off state can be compensated, but also temperature differences caused due to different strong Auslenkungsamplituden by different application of power, so that in this respect a change in power consumption compensated and thus the deflection is stabilized in the resonant frequency ,

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass im Gegensatz zum Stand der Technik auf zusätzliche Heizelemente verzichtet wird, die zwangsläufig an einer anderen Stelle als der Spule des Scanners Wärme zuführen, so eine andere Temperaturverteilung erzeugen und damit nur ungenügend die Resonanzfrequenz stabilisieren können. Auch der für derartige Lösungen zusätzliche Bauraum ist bei der Erfindung nicht erforderlich.Another advantage of the invention is that in contrast to the prior art is dispensed with additional heating elements, which inevitably perform heat at a location other than the coil of the scanner, so produce a different temperature distribution and thus insufficiently can stabilize the resonant frequency. Also, the space for such solutions additional space is not required in the invention.

Während bei der in EP 0 428 100 A2 beschriebenen Leistungszufuhr im ausgeschalteten Zustand durch eine Bestromung abseits der Resonanzfrequenz immer irgendeine Kraftwirkung im Magnetfeld erzeugt wird, die den Scanner unerwünscht bewegt, tritt dieser Effekt bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht auf.While at the in EP 0 428 100 A2 described power supply in the off state by energization away from the resonant frequency always any force in the magnetic field is generated, which moves the scanner undesirable, this effect does not occur in the inventive arrangement.

Auch die Möglichkeit der Kompensation der unterschiedlichen Leistungsaufnahme bei unterschiedlichen Betriebsmodi, zum Beispiel bei resonantem oder nicht resonantem Scannen, ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung. The possibility of compensating the different power consumption in different operating modes, for example in resonant or non-resonant scanning, is a significant advantage of the invention.

In diesem Zusammenhang ist es denkbar und liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, eine Einrichtung zur laufenden Messung der während des Scannens eintretenden Verlustleistung vorzusehen und in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Messung die Richtung und/oder Stärke des Stromes I2 für die zweite Spule so vorzugeben, dass die Verlustleistung konstant gehalten wird.In this context, it is conceivable and also within the scope of the invention to provide a device for the continuous measurement of the power loss occurring during the scanning and, depending on the result of this measurement, to specify the direction and / or magnitude of the current I 2 for the second coil. that the power loss is kept constant.

Zu diesem Zweck können die Ansteuerschaltung zur Beaufschlagung der zweiten Spule mit einem Strom I2 und die Messeinrichtung für die Verlustleistung in einen Regelkreis zur Konstanthaltung der Verlustleistung eingebunden sein.For this purpose, the drive circuit for acting on the second coil with a current I 2 and the measuring device for the power loss can be integrated into a control circuit for keeping the power loss constant.

Mit dieser Regelung werden der Wechsel von Erwärmung und Abkühlung bei jedem Ausschalten und die sich daraus ergebenden, eingangs beschriebenen unerwünschten Folgen vermieden.With this regulation, the change of heating and cooling at each switching off and the resulting undesirable consequences described above are avoided.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. in den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. in the accompanying drawings show:

1 die Prinzipdarstellung eines optischen Scanners nach Stand der Technik, 1 the schematic diagram of an optical scanner according to the prior art,

2 die Prinzipdarstellung eines optischen Scanners, im Unterschied zu 1 erfindungsgemäß ausgestattet mit einer zweiten stromdurchflossenen Spule. 2 the schematic representation of an optical scanner, in contrast to 1 equipped according to the invention with a second current-carrying coil.

1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines eindimensionalen optischen Scanners nach Stand der Technik, der ein Strahlenbündel in X- oder Y-Richtung ablenkt. Der Scanner ist vorzugsweise als MEMS-Scanner ausgebildet. 1 shows the basic structure of a prior art one-dimensional optical scanner, which deflects a beam in the X or Y direction. The scanner is preferably designed as a MEMS scanner.

Symbolisch angedeutet ist ein Spiegel 1, der über Stege 2 mit einem Rahmen 3 verbunden ist. Spiegel 1, Stege 2 und Rahmen 3 sind in der Zeichenebene liegend dargestellt. Die Stege 2 sind als Drehgelenke ausgebildet mit einer gemeinsamen Drehachse 4, um die das Auslenken des Spiegels 1 aus der Zeichenebene heraus relativ zum Rahmen 3 möglich ist.Symbolically indicated is a mirror 1 , over the bridges 2 with a frame 3 connected is. mirror 1 , Footbridges 2 and frame 3 are shown lying in the drawing plane. The bridges 2 are designed as hinges with a common axis of rotation 4 to the deflection of the mirror 1 out of the drawing plane relative to the frame 3 is possible.

Auf dem Spiegel 1 ist eine Spule 5 angeordnet, hier der Übersichtlichkeit halber durch nur eine einzelne Windung dargestellt. Ebenfalls in der Zeichenebene verläuft ein beispielsweise von einem (zeichnerisch nicht dargestellten) Permanentmagneten ausgehendes Magnetfeld 6.On the mirror 1 is a coil 5 arranged here, for the sake of clarity represented by only a single turn. Also in the plane of an example of a (not shown in the drawing) permanent magnet extending magnetic field 6 ,

Wird die Spule 5 von einem Strom I1 durchflossen, entstehen im Zusammenwirken mit dem Magnetfeld 6 Kräfte im Sinne von Lorentzkräften, die den Spiegel 1 auslenken. Die Stärke des Stromes I1 bestimmt dabei das Maß der Auslenkung. Die Steg 2 sind federsteif ausgebildet und erzeugt eine Rückstellkraft, die den Spiegel 1 in die der Zeichenebene entsprechende Ausgangslage zurückstellt, sobald der Strom I1 nicht mehr fließt und somit die Lorentzkräfte aufhören zu wirken.Will the coil 5 flows through a current I 1 , arise in cooperation with the magnetic field 6 Forces in the sense of Lorentz forces, the mirror 1 deflect. The magnitude of the current I 1 determines the degree of deflection. The jetty 2 are designed spring stiff and generates a restoring force, which is the mirror 1 returns to the initial level corresponding to the drawing level, as soon as the current I 1 no longer flows and thus the Lorentz forces stop acting.

Wird die Spule 5 von einem Strom I1 durchflossen, entstehen mit der Stärke des Stromes I1 ihre Stärke und Richtung ändernde Lorentzkräfte, die den Spiegel 1 um die Drehachse 4 schwingend antreiben. Ein so angetriebener Spiegel 1 ist zur Ablenkung eines einfallenden Strahlbündels nutzbar.Will the coil 5 flows through a current I 1 , arise with the strength of the current I 1 their strength and direction changing Lorentz forces, the mirror 1 around the axis of rotation 4 swinging. A so driven mirror 1 is usable for the deflection of an incident beam.

Wie eingangs bereits beschrieben, erweist es sich beim Betreiben derartiger Scanner als problematisch, dass mit jedem Einschalten des durch die Spule 5 fließenden Stromes I1 insbesondere der Spiegel 1 und die Stege 2 aufgrund der eintretenden Verlustleistung P erwärmt werden und bei jedem Ausschalten wieder abkühlen, was die ebenfalls bereits beschriebenen Nachteile zur Folge hat.As already described, it proves to be problematic in operating such scanners that each time the device is switched on by the coil 5 flowing current I 1 in particular the mirror 1 and the footbridges 2 be heated due to the incoming power loss P and cool down each time you turn off, which has the disadvantages already described result.

Um dem abzuhelfen, ist erfindungsgemäß, wie in 2 dargestellt, eine zweite von einem Strom I2 durchflossene Spule 7 auf dem Spiegel 1 angeordnet, und es ist eine (zeichnerisch nicht dargestellte) Ansteuerschaltung vorgesehen, die zur Beaufschlagung der zweiten Spule 7 mit einem Strom I2 ausgebildet ist.To remedy this is according to the invention, as in 2 represented, a second of a current I 2 through coil 7 on the mirror 1 arranged, and there is provided a (not shown in the drawing) drive circuit, which is for acting on the second coil 7 is formed with a current I 2 .

Mit der Vorgabe von Richtung und/oder Stärke des Stromes I2 erfolgen die Beeinflussung der Lorentzkräfte und damit die Beeinflussung der Leistungsaufnahme des Scanners.With the specification of direction and / or strength of the current I 2 influencing the Lorentz forces and thus influencing the power consumption of the scanner.

Die Spule 7 wird unabhängig von der Spule 5 mit dem Strom I2 beaufschlagt. Erfolgt die Beaufschlagung gleichsinnig zu dem durch die Spule 5 fließenden Strom I1, das heißt mit gleichem Vorzeichen, so addieren sich die von beiden Spulen 5, 7 erzeugten Lorentzkräfte. Werden beide Spulen 5, 7 gegensinnig bestromt, haben also die Ströme I1, I2 verschiedene Vorzeichen, subtrahieren sich die Lorentzkräfte und werden bei entsprechender Wahl der Stromstärken sogar vollständig kompensiert.The sink 7 becomes independent of the coil 5 supplied with the current I 2 . If the application in the same direction to that by the coil 5 flowing current I 1 , that is with the same sign, so add the two coils 5 . 7 generated Lorentz forces. Be both coils 5 . 7 energized in opposite directions, so have the currents I 1 , I 2 different signs, subtract the Lorentz forces and are even fully compensated with appropriate choice of currents.

Damit lässt sich die Auslenkung des Spiegels aufgrund der proportional zu den Strömen I1, I2 entstehenden Lorentzkräfte unabhängig von der Leistungsaufnahme des Scanners, die proportional zu I1 2, I2 2, ist, bei Bedarf so einstellen, dass die Leistungsaufnahme wahlweise entweder zu jedem Zeitpunkt oder im Mittel konstant gehalten wird.Thus, the deflection of the mirror due to the proportional to the currents I 1 , I 2 Lorentz forces regardless of the power consumption of the scanner, which is proportional to I 1 2 , I 2 2 , adjust if necessary so that the power either kept constant at any time or on average.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Spiegelmirror
22
StegeStege
33
Rahmenframe
44
Drehachseaxis of rotation
55
SpuleKitchen sink
66
Magnetfeldmagnetic field
77
SpuleKitchen sink

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0428100 A2 [0011, 0023, 0025] EP 0428100 A2 [0011, 0023, 0025]

Claims (10)

Anordnung zum Beeinflussen der Leistungsaufnahme eines optischen Scanners, bei dem – ein ebener Spiegel (1) um eine Drehlagerung schwingt und dabei ein einfallendes Strahlenbündel ablenkt, wobei – ein Magnetfeld (6), das sich in der Ebene des Spiegels (1) ausbreitet, auf eine von einem Strom I1 durchflossene Spule (5) so einwirkt, dass sich mit der Stärke des Stromes I1 ändernde, den Spiegel (1) antreibende und dabei die Leistungsaufnahme des Scanners bestimmende Lorentzkräfte erzeugt werden, gekennzeichnet durch – mindestens eine zweite, von einem Strom I2 durchflossene Spule (7), und durch – eine Ansteuerschaltung, die ausgebildet ist zur Beaufschlagung der zweiten Spule (7) mit einem Strom I2, wobei – mit der Vorgabe von Richtung und/oder Stärke des Stromes I2 die Beeinflussung der Lorentzkräfte und damit gleichzeitig eine Beeinflussung der Leistungsaufnahme des Scanners vorgesehen ist.Arrangement for influencing the power consumption of an optical scanner, in which - a plane mirror ( 1 ) oscillates about a pivot bearing while deflecting an incident beam, wherein - a magnetic field ( 6 ) located in the plane of the mirror ( 1 ) spreads, on a current flowing through a current I 1 coil ( 5 ) acting so that, with the magnitude of the current I 1 changing, the mirror ( 1 ) driving and thereby determining the power consumption of the scanner Lorentz forces are generated, characterized by - at least a second coil, traversed by a current I 2 ( 7 ), and by - a drive circuit, which is designed to act on the second coil ( 7 ) with a current I 2 , wherein - with the specification of direction and / or strength of the current I 2 influencing the Lorentz forces and thus simultaneously influencing the power consumption of the scanner is provided. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher die Vorgabe von Richtung und Stärke des Stromes I2 in Abhängigkeit von der mit den Lorentzkräften beabsichtigten Auslenkung des Spiegels (1) vorgesehen ist, wobei – bei gleichsinniger Richtung der Ströme I1 und I2 eine Addition der durch beide Spulen (5, 7) generierten Lorentzkräfte erfolgt, – bei gegensinniger Richtung der Ströme I1 und I2 eine Subtraktion der durch beide Spulen (5, 7) generierten Lorentzkräfte erfolgt, und wobei – mit der Vorgabe der Stärke des Stromes I2 die Größe der mit der zweiten Spule (7) generierten Lorentzkräfte bestimmt wird.Arrangement according to Claim 1, in which the specification of the direction and magnitude of the current I 2 as a function of the deflection of the mirror intended with the Lorentz forces ( 1 ) is provided, wherein - in the same direction of the currents I 1 and I 2, an addition by both coils ( 5 . 7 Lorentz forces are generated, - in the opposite direction of the currents I 1 and I 2, a subtraction of the by both coils ( 5 . 7 Lorentz forces are generated, and wherein - with the specification of the magnitude of the current I 2, the size of the second coil ( 7 ) generated Lorentz forces is determined. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Vorgabe einer vorzeichenbehafteten Summe der Ströme I1 und I2 so vorgesehen ist, dass die Leistungsaufnahme des Scanners entweder zu jedem Zeitpunkt oder über einen vorgegebenen Zeitraum konstant ist.Arrangement according to claim 1 or 2, wherein the specification of a signed sum of the currents I 1 and I 2 is provided so that the power consumption of the scanner is constant either at any time or over a predetermined period. Anordnung nach Anspruch 3, bei welcher die Vorgabe der vorzeichenbehaftete Summe der Ströme I1 und I2 nach der Funktion P = R1I1 2 + R2I2 2 vorgesehen ist, mit der Leistungsaufnahme P des Scanners, dem Eigenwiderstand R1 der ersten Spule (5), dem durch die erste Spule (5) fließenden Wechselstrom I1, R2 dem Eigenwiderstand R2 der zweiten Spule (7), und dem durch die zweite Spule (7) fließenden Strom I2.Arrangement according to claim 3, wherein the specification of the signed sum of the currents I 1 and I 2 according to the function P = R 1 I 1 2 + R 2 I 2 2 is provided with the power consumption P of the scanner, the intrinsic resistance R 1 of first coil ( 5 ) through which the first coil ( 5 ) flowing alternating current I 1 , R 2 the intrinsic resistance R 2 of the second coil ( 7 ), and by the second coil ( 7 ) flowing current I 2 . Anordnung nach einem vorgenannten Ansprüche, bei der mindestens die beiden Spulen (5, 7) – auf dem Spiegel (1) angeordnet sind und außerhalb des Spiegels (1) ein das Magnetfeld erzeugender Permanentmagnet vorgesehen ist, oder – außerhalb des Spiegels (1) angeordnet sind und auf dem Spiegel (1) ein das Magnetfeld erzeugender Permanentmagnet vorgesehen ist.Arrangement according to one of the preceding claims, in which at least the two coils ( 5 . 7 ) - on the mirror ( 1 ) and outside the mirror ( 1 ) a magnetic field generating permanent magnet is provided, or - outside of the mirror ( 1 ) and on the mirror ( 1 ) is provided a magnetic field generating permanent magnet. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei welcher der Spiegel (1) um zwei orthogonale Drehachsen (4) auslenkbar ist.Arrangement according to one of the preceding claims, in which the mirror ( 1 ) around two orthogonal axes of rotation ( 4 ) is deflectable. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei der mindestens eine der Spulen (5, 7) mit einer oder mehr als einer Windung ausgeführt ist.Arrangement according to one of the preceding claims, in which at least one of the coils ( 5 . 7 ) is executed with one or more than one turn. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei der die Auslenkung des Spiegels (1), bezogen auf die Resonanzfrequenz des Scanners, wahlweise im resonanten oder im nicht-resonanten Modus vorgesehen ist.Arrangement according to one of the preceding claims, in which the deflection of the mirror ( 1 ), based on the resonant frequency of the scanner, is provided either in resonant or non-resonant mode. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei welcher – der Scanner als MEMS-Scanner ausgeführt ist, und – der Spiegel (1) um eine in Form von Stegen (2) ausgebildete Drehlagerung schwingend angeordnet ist, wobei – der Spiegel (1) über die Stege (2) mit einem relativ dazu ruhenden Rahmen (3) verbunden ist.Arrangement according to one of the preceding claims, in which - the scanner is designed as a MEMS scanner, and - the mirror ( 1 ) in the form of bars ( 2 ) formed pivot bearing is arranged, wherein - the mirror ( 1 ) over the bridges ( 2 ) with a frame resting relatively thereto ( 3 ) connected is. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, ausgestattet mit einer Einrichtung zur Messung der während des Scannens eintretenden Verlustleistung, wobei diese Messeinrichtung und die Ansteuerschaltung zur Beaufschlagung der zweiten Spule (7) vorzugsweise in einen Regelkreis zur Konstanthaltung der Verlustleistung eingebunden sind.Arrangement according to one of the preceding claims, equipped with a device for measuring the power loss occurring during scanning, this measuring device and the drive circuit for acting on the second coil ( 7 ) are preferably incorporated in a control circuit for keeping the power loss constant.
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