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HINTERGRUND
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1. Gebiet
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Die beschriebene Technik betrifft allgemein ein optisches Modul zum Schütteln eines Laserstrahls.
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2. Erörterung des Standes der Technik
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Ein Laser wird in verschiedenen Industriezweigen zu verschiedenen Zwecken eingesetzt. Zum Beispiel kann Polysilizium, das in einem Dünnfilmtransistor einer organischen lichtemittierenden Dioden (OLED)-Anzeige verwendet wird, durch Kristallisieren von amorphem Silizium durch ein Glühverfahren mittels eines Lasers ausgebildet werden. Darüber hinaus wird der Laser in einem Laserstrahldrucker, einem Scanner oder einer Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp verwendet. In der
DE 10 2005 023 985 A1 wird eine Laserscannervorrichtung beschrieben, welche hinsichtlich der erzielbaren Geschwindigkeit des Fokuspunkts auf der Werkstückoberfläche weiter verbessert werden und in welcher ein Spiegel durch zwei lineare Motoren schwenkbar ist. In der
DE 101 15 914 A1 wird eine Vorrichtung zur Lagerung eines optischen Spiegels beschrieben, in welcher Lagereinrichtungen aus einem Parallelogramm aus vier Seiten eines Zwischenglieds mit Aktuatorgliedern versehen sind. In der
DE 25 42 233 B2 ist eine Vorrichtung zur Lageeinstellung eines Ablenkspiegels beschrieben.
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Eine Laserlichtquelle und ein linienförmiger Laserstrahl (nachfolgend Linienstrahl genannt), der von einem optischen System erzeugt wird, weisen eine Verteilung der Lichtmenge auf, die in einem vorgegebenen Bereich nicht gleichmäßig ist. Dadurch wird ein Spiegel im optischen System in Vibration versetzt, um den Linienstrahl zum Zweck einer gleichmäßigen Verteilung der Lichtmenge entlang einer Längsachse zu schütteln.
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Die in diesem Abschnitt über den Hintergrund offenbarten Informationen dienen lediglich dem besseren Verständnis des Hintergrunds der beschriebenen Technik und können daher Angaben enthalten, die nicht Bestandteil des Standes der Technik sind, der einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die beschriebene Technik wurde im Bestreben konzipiert, ein optisches Modul zum Schütteln eines Laserstrahls bereitzustellen. Das optische Modul gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die maximale Amplitude eines Spiegels vergrößern, eine Eigenfrequenz leicht ändern und eine Betriebseigenschaft davon je nach dem Zweck der Anwendung und den Leistungsanforderungen leicht ändern.
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Eine Vorrichtung oder ein optisches Modul zum Schütteln eines Laserstrahls ist ausgebildet gemäß Anspruch 1.
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Die Reflexionsfläche kann eine Rechteckform aufweisen und ist zur Reflexion eines Linienstrahls konfiguriert, und eine Längsrichtung der Reflexionsfläche kann mit einer Längsachsenrichtung des Linienstrahls übereinstimmen. Die erste Richtung kann allgemein perpendikulär zum Boden sein, während die zweite Richtung allgemein perpendikulär zur Reflexionsfläche sein kann.
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Das optische Modul kann ein Schwenkelement, das mit der Spiegelhalterung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um als Scharnier zu dienen, und ein Stützelement, das in einer Rückseite der Spiegelhalterung angeordnet ist und mit dem Schwenkelement gekoppelt ist, aufweisen. Alternativ weist die Vorrichtung ein Schwenkelement, das mit der Spiegelhalterung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um als Scharnier zu fungieren, und ein Stützelement, das mit dem Schwenkelement gekoppelt ist, auf. Die Vielzahl der Blöcke kann aufweisen: einen ersten und zweiten Block, die einander gegenüberliegen und entlang der ersten Richtung angeordnet sind; einen dritten und vierten Block, die einander gegenüberliegen und entlang der zweiten Richtung angeordnet sind; und eine Vielzahl von Verbindungsblöcken, die den ersten bis vierten Block miteinander verbinden.
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Jedes der flexiblen Gelenke kann eine Dicke aufweisen, die kleiner als die Dicke jedes aus der Vielzahl der Blöcke ist. Das Verformungsglied kann zumindest eines von rostfreiem Stahl und Aluminium aufweisen, und laterale Seitenflächen der flexiblen Gelenke können eine Halbkreisform aufweisen.
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Der Aktor kann einen festen Abschnitt, der am ersten Block befestigt ist, und einen Arbeitsabschnitt, der am zweiten Block befestigt ist und konfiguriert ist, um sich wiederholt bezüglich des festen Abschnitts hin und her zu bewegen, aufweisen. Der dritte Block kann am Stützelement befestigt sein, während der vierte Block an einem Ende der Spiegelhalterung befestigt sein kann, und wobei das Verformungsglied derart konfiguriert sein kann, dass ein Abstand zwischen dem vierten Block und dem dritten Block verändert werden kann, wenn das flexible Gelenk entlang der Bewegung des zweiten Blocks gebogen wird.
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Der dritte Block und der vierte Block können hinsichtlich der Länge größer als der erste Block und der zweite Block ausgebildet sein, so dass eine Verschiebung des vierten Blocks größer als eine Verschiebung des zweiten Blocks werden kann.
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Das Schwenkelement kann ein Scharnierelement sein. Das Scharnierelement kann einen ersten Teil, der am Stützelement befestigt ist, einen zweiten Teil, der an der Spiegelhalterung befestigt ist, und ein flexibles Gelenk, das den ersten Teil und den zweiten Teil einstückig miteinander verbindet, aufweisen.
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Die Dicke des flexiblen Gelenks des Scharnierelements kann kleiner als der erste Teil und der zweite Teil sein, und das Scharnierelement kann derart konfiguriert sein, dass sich der zweite Teil drehen kann, um die Drehung der Spiegelhalterung zu unterstützen, wenn das flexible Gelenk des Scharnierelements gebogen wird. Das Scharnierelement kann zumindest eines von rostfreiem Stahl und Aluminium aufweisen, und das flexible Gelenk des Scharnierelements kann laterale Seitenflächen aufweisen, die eine Halbkreisform aufweisen.
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Alternativ kann das Schwenkelement zumindest eine Drehwelle, die an der Spiegelhalterung befestigt ist, und zumindest ein Rollenlager, das zum Stützen der Drehwelle konfiguriert ist, aufweisen.
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Das optische Modul kann weiterhin ein Gehäuse aufweisen, das eine obere Abdeckung gegenüber einer Oberseite der Spiegelhalterung und einen unteren Abschnitt gegenüber einer Unterseite des Spiegelhalterung aufweist. Die zumindest eine Drehwelle weist ein Paar Wellen auf, die jeweils in der Oberseite und der Unterseite der Spiegelhalterung angeordnet sind, und das zumindest eine Rollenlager weist Lager auf, die in der oberen Abdeckung und im unteren Abschnitt bereitgestellt werden. Das Rollenlager kann als Kreuzrollenlager vom Außenringrotationstyp ausgebildet sein.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines optischen Moduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
- 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil des optischen Moduls aus 1.
- 3 zeigt ein schematisches Diagramm zur Beschreibung des Betriebs des optischen Moduls aus 1.
- 4 zeigt ein schematisches Diagramm, in dem die Stärke des Lichts gemäß einer Längsachsenrichtung eines Linienstrahls dargestellt ist.
- 5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Aktors und eines Verformungsglieds im optischen Modul aus 1.
- 6 zeigt eine Seitenansicht des Verformungsglieds aus 5.
- 7 zeigt eine Draufsicht auf ein Scharnierelement in dem in 1 gezeigten optischen Modul.
- 8 zeigt ein Diagramm, in dem eine Simulation der Änderung der Eigenfrequenz des optischen Moduls dargestellt ist.
- 9 zeigt eine perspektivische Darstellung eines optischen Moduls gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
- 10 zeigt eine perspektivische Darstellung, in der das optische Modul aus 9 teilweise dargestellt ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlicher beschrieben werden, wobei in den Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
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Falls es nicht ausdrücklich anders beschrieben ist, sind in der Patentschrift und den Ansprüchen das Wort „aufweisen“ und Variationen wie „aufweist“ oder „aufweisend“ so zu verstehen, dass sie die genannten Elemente einschließen, andere Elemente aber nicht ausschließen. Wenn zudem ein Element, wie eine Schicht, ein Film, eine Region oder ein Substrat, als „auf“ einem anderen Element befindlich bezeichnet wird, so kann es sich unmittelbar auf dem anderen Element befinden oder es können dazwischen befindliche Elemente vorhanden sein. Weiterhin bedeutet in der Patentschrift das Wort „auf“ das Positionieren auf oder unter dem Abschnitt eines Gegenstands, bedeutet jedoch nicht grundsätzlich das Positionieren auf der Oberseite des Abschnitts eines Gegenstands basierend auf einer Richtung der Schwerkraft.
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In einem Beispiel eines optischen Moduls zum Schütteln des Linienstrahls, weist das Modul einen Spiegel, eine Stützstruktur, die den Spiegel stützt, und einen Aktor, der ein Ende des Spiegels in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung in Vibration versetzt, auf. In diesem Beispiel kann eine Feder zwischen dem gegenüberliegenden Ende des Spiegels und der Stützstruktur bereitgestellt werden.
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Da der Linienstrahl groß dimensioniert ist, lässt sich die Leistung zum Vergleichmäßigen der Verteilung der Lichtmenge durch Erhöhen einer Antriebsfrequenz und der Amplitude verbessern. Betriebseigenschaften des optischen Moduls werden durch den Aktor und die Feder bestimmt, die Eigenschaften lassen sich indes nicht leicht verändern und das optische Modul unterliegt einer Leistungsgrenze. Zum Beispiel sollte die Antriebsfrequenz niedriger als eine Eigenfrequenz des optischen Moduls sein. Allerdings lässt sich die Eigenfrequenz des optischen Moduls gemäß dem eben genannten Beispiel nicht leicht verändern. Ferner kann die maximale Amplitude des Spiegels, die durch den Aktor bestimmt ist, eine vorbestimmte Grenze nicht überschreiten, die zum Beispiel bei etwa 100 µm liegt.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines optischen Moduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, während 2 eine Draufsicht, in der das optische Modul aus 1 teilweise dargestellt ist, zeigt.
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Ein optisches Modul 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird in einem optischen System bereitgestellt, das von einer Laserquelle erzeugte Laserstrahlen zu einem Substrat überträgt, und weist einen Spiegel 10, der den Laserstrahl reflektiert, und mechanische Vorrichtungen, die den Laserstrahl dadurch schütteln, dass der Spiegel 10 in Vibration versetzt wird, auf. Das optische Modul 100 kann zum Vergleichmäßigen der Verteilung der Lichtmenge von linienförmigen Laserstrahlen (nachfolgend Linienstrahlen genannt) eingesetzt werden.
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3 zeigt ein schematisches Diagramm, das zur Beschreibung des Betriebs des optischen Moduls bereitgestellt wird, während 4 ein schematisches Diagramm der Lichtstärke gemäß einer Längsachsenrichtung des Linienstrahls zeigt. Gemäß einer Ausführungsform verläuft die Längsachsenrichtung perpendikulär zur ersten und zweiten Richtung.
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Gemäß 3 und 4 vibrieren laterale Enden des Spiegels 10 oder führen wiederholt eine Teildrehung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bezüglich eines Schwenkelements oder Scharnierelements 15 aus. Dadurch wird ein vom Spiegel 10 reflektierter Linienstrahl LB entlang der Längsachsenrichtung geschüttelt und wird dementsprechend die Verteilung der Lichtmenge des Linienstrahls LB entlang der Längsachsenrichtung gleichmäßig gestaltet.
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Gemäß dem oben angeführten Verfahren wird die Verteilung der Lichtmenge des Linienstrahls LB weiterhin effizient gleichmäßig gestaltet, wenn die Amplitude an den Enden des Spiegels 10 und eine Antriebsfrequenz erhöht werden. Auf diese Weise kann die Vorrichtung 100 gemäß der Erfindung die Ungleichmäßigkeit der Lichtstärke eines linienförmigen Laserstrahls reduzieren oder beseitigen und kann bewirken, dass die Lichtstärke eines linienförmigen Laserstrahls gleichmäßig wird. Ferner sollte eine Betriebseigenschaft des optischen Moduls 100, die eine Antriebsfrequenz und eine Amplitude aufweist, entsprechend dem Zweck und der Leistungsanforderung der optischen Einrichtung, für die das optische Modul 100 verwendet wird, leicht veränderbar sein.
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Gemäß 1 und 2 vergrößert das optische Modul 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Verschiebung gemäß der Arbeit eines Aktors 20 und überträgt die vergrößerte Verschiebung zum Spiegel 10, um dadurch die maximale Amplitude zu vergrößern, und eine Eigenfrequenz kann mittels eines Verformungsglieds 30 (das als Vibrationsverstärker bezeichnet werden kann) und eines Scharnierelements 40 einfach gesteuert werden. Daher kann das optische Modul 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Antriebsfrequenz erhöhen und durch Erhöhen der Eigenfrequenz einen anwendbaren Antriebsfrequenzbereich erweitern.
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Das optische Modul 100 weist den Spiegel 10, eine Spiegelhalterung 16, den Aktor 20, das Verformungsglied 30, das Scharnierelement 40 und ein Stützelement 50 auf. Im optischen Modul 100 des ersten Ausführungsbeispiels fungiert das Scharnierelement 40 als Schwenkelement 15 (siehe 3) des Spiegels 10, das eine Achse zum Schwenken bereitstellt.
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Der Spiegel 10 kann eine rechteckförmige Reflexionsfläche 11 ausbilden. Die Reflexionsfläche 11 kann eine vorbestimmte Länge und eine vorbestimmte Breite aufweisen. Eine Längsrichtung der Reflexionsfläche 11 fällt mit der Längsachse des Linienstrahls LB zusammen. Der Spiegel 10 kann in einer horizontalen Richtung angeordnet sein, so dass, bezogen auf 1, eine Längsrichtung der Reflexionsfläche 11 parallel zum Boden ist.
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Die Spiegelhalterung 16 ist am Spiegel 10 zum Stützen des Spiegel 10 befestigt, und das Scharnierelement 40 und das Stützelement 50 werden in einer Rückseite der Spiegelhalterung 16 bereitgestellt. Der Zweckmäßigkeit halber wird, bezogen auf die Spiegelhalterung 16, eine Richtung, in der die Reflexionsfläche angeordnet ist, Vorderseite genannt, während die entgegengesetzte Richtung Rückseite genannt wird.
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Der Aktor 20 ist in einem Abstand von einem Ende der Spiegelhalterung 16 angeordnet und führt wiederholt ein Ausdehnen und Zusammenziehen entlang der ersten Richtung aus, um Vibration zu erzeugen. Das Verformungsglied 30 ist mit dem Aktor 20 gekoppelt und wird entsprechend der Arbeit des Aktors 20 verformt, so dass eine Verschiebung entlang der ersten Richtung stattfindet. Zudem ist das Verformungsglied 30 mit der Spiegelhalterung 16 gekoppelt, und die Verschiebung entlang der ersten Richtung ändert sich in eine Verschiebung entlang einer zweiten Richtung und vergrößert gleichzeitig die Verschiebung. Das Verformungsglied 30 überträgt die vergrößerte Verschiebung zur Spiegelhalterung 16.
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Dabei kann die erste Richtung eine Richtung sein, die allgemein perpendikulär zum Boden ist, während die zweite Richtung eine Richtung sein kann, die perpendikulär zur ersten Richtung ist und parallel mit einer Richtung sein kann, die die Vorderseite und die Rückseite des optischen Moduls 100 kreuzt. Gemäß Ausführungsformen kann die zweite Richtung allgemein perpendikulär zur Spiegelfläche oder zur Reflexionsfläche sein.
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Der Aktor 20 und das Verformungsglied 30 bewirken, dass der Spiegel 10 und ein Ende der Spiegelhalterung 16 entlang der zweiten Richtung geschüttelt werden. Weiterhin ist das Scharnierelement 40 an der Spiegelhalterung 16 und dem Stützelement 50 dazwischen befestigt und fungiert dadurch als Schwenkelement der Spiegelhalterung 16, um eine Schwenkachse bereitzustellen. In 1 und 2 sind eine Vibrationsrichtung des Endes des Spiegels 10 und die Drehrichtung des Scharnierelements 40 durch Pfeile markiert.
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5 zeigt eine perspektivische Darstellung des Aktors des Verformungsglieds des optischen Moduls aus 1, während 6 eine Seitenansicht des Verformungsglieds aus 5 zeigt.
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Gemäß 5 und 6 weist das Verformungsglied 30 eine Vielzahl von Blöcken 31 bis 35 auf, die jeweils durch flexible Gelenke 36 miteinander verbunden sind, um eine Ringform auszubilden. Das flexible Gelenk 36 ist dünner als jeder der Blöcke 31 bis 35 und neigt dazu, gebogen zu werden, wenn es mit Kraft von außen beaufschlagt wird. Anders ausgedrückt, wird das flexible Gelenk 36 leichter verformt als die Blöcke 31 bis 35, wenn eine äußere Kraft oder eine Vibration, zum Beispiel die Vibration vom Aktor 20, auf das Vibrationsverstärkungsglied 30 einwirkt. Dadurch weisen zwei Blöcke, die so angeordnet sind, dass das flexible Gelenk 36 zwischen ihnen eingefügt ist, einen jeweiligen Winkel auf, der je nach der Flexibilität des flexiblen Gelenks 36 variiert.
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Das Verformungsglied 30 kann zumindest acht der Blöcke 31 bis 35 und zumindest 8 flexible Gelenke 36, die immer jeweils zwei benachbarte Blöcke einstückig miteinander verbinden, aufweisen. Das Verformungsglied 30 kann aus einem Metall wie Aluminium oder rostfreiem Stahl ausgebildet sein, und die Vielzahl der Blöcke 31 bis 35 und die Vielzahl der flexiblen Gelenke 36 ist derart einstückig miteinander verbunden, dass ein einziges Verformungsglied 30 ausgebildet wird.
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Genauer, weist die Vielzahl der Blöcke einen ersten und zweiten Block 31 und 32, die einander gegenüberliegen und entlang der ersten Richtung angeordnet sind, und einen dritten und vierten Block 33 und 34, die einander gegenüberliegen und entlang der zweiten Richtung angeordnet sind, auf. Weiterhin weist die Vielzahl der Blöcke vier Verbindungsblöcke 35 auf, die jeweils zwischen dem ersten und dritten Block 31 und 33, dem dritten und zweiten Block 33 und 32, dem zweiten und vierten Block 32 und 34 und dem vierten und ersten Block 34 und 31 angeordnet sind.
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Der dritte Block 33 und der vierte Block 34 können länger als der erste Block 31 und der zweite Block 32 sein, und der Verbindungsblock 35 kann kürzer als der erste Block 31 und der zweite Block 32 sein. Zudem weisen laterale Seitenflächen jedes flexiblen Gelenks 36 eine vertiefte Halbkreisform auf, um Flexibilität des flexiblen Gelenks 36 bereitzustellen.
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Der Aktor 20 weist einen festen Abschnitt 21 und einen Arbeitsabschnitt oder beweglichen Abschnitt 22 auf, der sich bezüglich des festen Abschnitts 21 wiederholt vor und zurück bewegt, wenn der Aktor wiederholt ein Ausdehnen und Zusammenziehen ausführt, und ist parallel zur ersten Richtung im Verformungsglied 30 angeordnet. Ein erstes Ende des festen Abschnitts 21 ist am ersten Block 31 befestigt und ein erstes Ende des Arbeitsabschnitts 22 ist am zweiten Block 32 befestigt. Dadurch führt der am Arbeitsabschnitt befestigte zweite Block 32 durch das Ausdehnen und Zusammenziehen des Arbeitsabschnitts 22 eine wiederholte Aufwärts- und Abwärtsbewegung entlang der ersten Richtung aus. Das heißt, dass der zweite Block 32 aufgrund der Arbeit des Aktors 20 eine Verschiebung in die erste Richtung aufweist.
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Der Aktor 20 kann als piezoelektrischer Aktor ausgebildet sein, der eine präzise Arbeit in einem engen Verschiebungsabschnitt durchführen und eine große Leistung bereitstellen kann. Der Aktor 20 ist jedoch nicht auf piezoelektrische Aktoren beschränkt, sondern jeder Typ, der am Verformungsglied 30 befestigt werden kann und eine Richtung (d.h., die erste Richtung) mit Kraft beaufschlagen kann, ist einsetzbar.
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Der dritte Block 33 ist am Stützelement 50 befestigt und der vierte Block 34 ist an einem Ende der Spiegelhalterung 16 befestigt. Ein Befestigungsbügel 17 (siehe 1) kann zwischen dem vierten Block 34 und dem Ende der Spiegelhalterung 16 bereitgestellt werden, um den vierten Block 34 und die Spiegelhalterung 16 miteinander zu koppeln.
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Führt der Arbeitsabschnitt 22 ein Ausdehnen durch, vergrößert sich die gesamte vertikale Länge des Verformungsglieds 30 maximal und verkleinert sich die gesamte horizontale Länge auf ihr Minimum. Das heißt, dass ein Abstand zwischen dem dritten Block 33 und dem vierten Block 34 auf ein Minimum verkleinert wird. Führt der Arbeitsabschnitt 22 ein Zusammenziehen durch, so verkleinert sich die gesamte vertikale Länge des Verformungsglieds 30 auf ihr Minimum, während sich die gesamte horizontale Länge maximal vergrößert. Das heißt, dass sich ein Abstand zwischen dem dritten Block 33 und dem vierten Block 34 maximal vergrößert.
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Wie beschrieben, wird das flexible Gelenk 36 des Verformungsglieds 30 gebogen, wenn sich der zweite Block 32 bewegt, und dadurch bewegt sich der vierte Block 34 entlang der zweiten Richtung vor und zurück. Das heißt, dass sich die Verschiebung des zweiten Blocks 32 entlang der ersten Richtung in die Verschiebung des vierten Blocks 34 entlang der zweiten Richtung ändert und dann zur Spiegelhalterung 16 übertragen wird.
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Dabei sind der dritte Block 33 und der vierte Block 34 länger als der erste Block 31 und der zweite Block 32, so dass die Verschiebung des vierten Blocks 34 größer als die Verschiebung des zweiten Blocks 32 ist. Das heißt, dass es zu einer Vergrößerung der Verschiebung kommt, wenn sich die Verschiebung des zweiten Blocks 32 in die Verschiebung des vierten Blocks 34 ändert. Daher vergrößert das Verformungsglied 30 die maximale Verschiebung des Arbeitsabschnitts 22 und überträgt die vergrößerte maximale Verschiebung zur Spiegelhalterung 16, derart dass sich die maximale Amplitude des Spiegels 10 vergrößern kann.
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Im Verformungsglied 30 kann die Verschiebung des vierten Blocks 34 je nach der Länge jedes der Blöcke 31 bis 35, der Dicke des flexiblen Gelenks 36 und des Materials des Verformungsglieds 30 einfach gesteuert werden.
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7 zeigt eine Draufsicht auf das Scharnierelement des optischen Moduls aus 1.
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Gemäß 1 und 7 weist das Scharnierelement 40, ebenso wie das Verformungselement 30, ein flexibles Gelenk 43 auf und weist eine Struktur auf, in der durch das flexible Gelenk 43 eine Verformung leicht eintreten kann. Genauer, ist das Scharnierelement 40 aus einem ersten Teil 41, der am Stützelement 50 befestigt ist, einem zweiten Teil 42, der an der Rückseite der Spiegelhalterung 16 befestigt ist, und dem flexiblen Gelenk 43, das den ersten Teil 41 und den zweiten Teil 42 einstückig miteinander verbindet, ausgebildet. Gemäß Ausführungsformen wird das flexible Gelenk 42 leichter verformt als die anderen Teile 41 und 42.
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Das flexible Gelenk 43 ist dünner als der erste Teil 41 und der zweite Teil 42, und laterale Seitenflächen des flexiblen Gelenks 43 sind gerundet, so dass sie eine Halbkreisform zum Bereitstellen von Flexibilität aufweisen. Der erste Teil 41 und der zweite Teil 42 können im Wesentlichen in Form einer Platte ausgebildet sein, und das flexible Gelenk 43 ist im Wesentlichen in Form einer Stange ausgebildet und kann parallel zur zweiten Richtung angeordnet sein.
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Das Scharnierelement 40 kann aus einem Metall, wie Aluminium oder rostfreiem Stahl, ausgebildet sein, und der erste Teil 41, der zweite Teil 42 und das flexible Gelenk 43 sind einstückig miteinander verbunden, so dass ein einziges Scharnierelement 40 ausgebildet wird. Das Scharnierelement 40 unterstützt die Drehung der Spiegelhalterung 16, während der erste Teil 41 am Stützelement 50 befestigt ist und der zweite Teil 42 sich bezüglich des flexiblen Gelenks 43 dreht.
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Gemäß 1 und 2 ist das Stützelement 50 mit einem Gehäuse 51 gekoppelt und in einem vorbestimmten Winkel bezüglich einer Höhenrichtung (d.h., einer zum Boden perpendikulären Richtung) derart geneigt, dass ein Neigungswinkel (d.h., ein bezüglich der Höhenrichtung schräger Winkel der Reflexionsfläche) für die Reflexionsfläche 11 verwendet werden kann.
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Das oben genannte optische Modul 100 vergrößert eine kleine Verschiebung des Aktors 20 mittels des Verformungsglieds 30, so dass die maximale Amplitude des Spiegels 10 vergrößert werden kann. Zudem wird das optische Modul 100 mit dem Scharnierelement 40 als Schwenkelement bereitgestellt, so dass andere richtungsgebende Arbeitselemente des Spiegels 10, die ein Nicken durchführen, bezüglich des flexiblen Gelenks 43 begrenzt werden können.
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Zum Beispiel kann das optische Modul 100 das Auftreten von Gieren verhindern, so dass verhindert werden kann, dass die lateralen Enden des Spiegels 10 auf und ab geneigt werden, und kann eine stabile Arbeitsleistung sicherstellen.
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Zudem kann das optische Modul 100 eine Eigenfrequenz in Abhängigkeit von den Materialien des Scharnierelements 40 und des Verformungsglieds 30 und von Formeigenschaften des Scharnierelements 40 und des Verformungsglieds 30 (d.h., der Dicke des flexiblen Gelenks 43 des Scharnierelements 40, der gesamten vertikalen Länge des Verformungsglieds 30) und der Dicke des flexiblen Gelenks 36 des Verformungsglieds 30, der Größe jedes der Blöcke 31 bis 35 usw.) leicht steuern. Stimmt die Eigenfrequenz mit einer externen Frequenz (d.h., der Antriebsfrequenz) überein, kommt es zu einer starken Verformung, und daher wird die Antriebsfrequenz des optischen Moduls 100 in einem Bereich gewählt, der niedriger als die Eigenfrequenz ist.
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8 zeigt ein Diagramm, in dem eine Simulation der Änderung der Eigenfrequenz des optischen Moduls dargestellt ist. Im Diagramm gibt die vertikale Achse die maximale Amplitude unter einer Bedingung von 10 Hz an. In Tabelle 1 ist P1 bis P20 aus
8 ausführlich dargestellt. [Tabelle 1]
| Nr. | P1 | P2 | P3 | P4 | P5 | P6 | P7 | P8 | P9 | P10 |
| Dicke (mm) des flexiblen Gelenks des Scharnier-elements | 1,0 | 2,2 | 2,2 | 2,0 | 2,0 | 2,2 | 2,0 | 2,2 | 2,0 | 1,0 |
| Dicke (mm) des flexiblen Gelenks des Verformungs-glieds | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 |
| Gesamte vertikale Länge des Verformungsglieds | 131 | 131 | 161 | 131 | 161 | 131 | 131 | 161 | 161 | 161 |
| Material des Verformungs-glieds | SUS | SUS | SUS | SUS | SUS | AI | AI | AI | AI | AI |
| Nr. | P11 | P12 | P13 | P14 | P15 | P16 | P17 | P18 | P19 | P20 |
| Dicke (mm) des flexiblen Gelenks des Scharnier-elements | 2,2 | 2,2 | 1,0 | 2,0 | 2,0 | 1,0 | 2,0 | 2,0 | 2,2 | 2,2 |
| Dicke (mm) des flexiblen Gelenks des Verformungs-glieds | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 2,8 | 1,6 | 2,8 | 2,8 | 1,6 |
| Gesamte vertikale Länge des Verformungs-glieds | 131 | 131 | 131 | 131 | 131 | 161 | 161 | 161 | 161 | 161 |
| Material des Verformungs-glieds | Al | SUS | SUS | Al | SUS | Al | SUS | Al | Al | SUS |
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In Tabelle 1 bezeichnen die flexiblen Gelenke 43 und 36 des Scharnierelements 40 und des Verformungsglieds 30 die kleinste Dicke der Mitte der flexiblen Gelenke 43 und 36, und die gesamte vertikale Länge des Verformungsglieds 30 bezeichnet die Länge, die gemessen wird, wenn der Arbeitsabschnitt oder der Aktorabschnitt 22 des Aktors 20 ein Ausdehnen durchführt. Zudem ist ein Material des Scharnierelements 40 in der Simulation rostfreier Stahl, und in Tabelle 1 bezeichnen Al und SUS jeweils Aluminium und rostfreien Stahl.
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Gemäß 8 ist im Fall von P1 bis P15 die Dicke des flexiblen Gelenks 36 des Verformungsglieds 30 in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 3 mm enthalten und weisen die Eigenfrequenz und die Amplitude ein umgekehrt proportionales Verhältnis auf. Das heißt, dass, wenn sich die Dicke des flexiblen Gelenks 36 des Verformungsglieds 30 vergrößert, sich die Eigenfrequenz vergrößert und sich die maximale Amplitude verkleinert. Die Eigenfrequenz des optischen Moduls 100 kann je nach der Dicke des flexiblen Gelenks 36 des Verformungsglieds 30 leicht gesteuert werden.
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Zudem können die Eigenfrequenz und die maximale Amplitude durch Ändern der Länge sowohl des ersten Blocks 31 als auch des zweiten Blocks 32 des Verformungsglieds 30 gleichzeitig vergrößert werden. Im Fall von P1 bis P15 betragen die Länge des ersten Blocks 31 und die Länge des zweiten Blocks 32 jeweils 50 mm, während im Fall von P16 bis P20 die Länge des ersten Blocks 31 und die Länge des zweiten Blocks 32 jeweils 42 mm betragen. Im Fall von P16 bis P20 können die Eigenfrequenz und die maximale Amplitude im Vergleich zum Fall von P1 bis P15 gleichzeitig vergrößert werden.
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Das optische Modul 100 des ersten Ausführungsbeispiels kann die Eigenfrequenz von 110 Hz, die Antriebsfrequenz von 50 Hz bis 100 Hz, und die maximale Amplitude von über 300 µm mit der oben genannten Struktur realisieren.
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9 zeigt eine perspektivische Darstellung eines optischen Moduls gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, während 10 eine perspektivische Darstellung eines Teils des in 9 gezeigten optischen Moduls zeigt. Der Zweckmäßigkeit halber ist in 10 kein Spiegel dargestellt.
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Gemäß 9 und 10 ist ein optisches Modul 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gleich dem optischen Modul 100 des ersten Ausführungsbeispiels, abgesehen davon, dass anstelle eines Scharnierelements eine Drehwelle 61 und ein Rollenlager 62 als Schwenkelement 15 (siehe 2) des Spiegels 10 bereitgestellt werden. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente wie im ersten Ausführungsbeispiel.
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Die Drehwelle 61 kann als Paar bereitgestellt werden, also jeweils in einer oben gelegenen Mitte und einer unten gelegenen Mitte einer Spiegelhalterung 16 bereitgestellt werden. Ein Gehäuse 51 weist eine obere Abdeckung 52 gegenüber der Oberseite der Spiegelhalterung 16 und einen unteren Abschnitt 53 gegenüber der Unterseite der Spiegelhalterung 16 auf. Das Rollenlager 62 wird sowohl in der oberen Abdeckung 52 als auch im unteren Abschnitt 53 zum Unterstützen der Drehung der Drehwelle 61 bereitgestellt.
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Das Rollenlager 62 kann als Kreuzrollenlager ausgebildet sein. Zum Beispiel kann das Rollenlager 62 als Kreuzrollenlager vom Außenringrotationstyp bereitgestellt werden, wobei ein innerer Laufring 622 des Rollenlagers 62 an der oberen Abdeckung 52 und dem unteren Abschnitt 53 befestigt ist und sich ein äußerer Laufring 622 dadurch dreht, dass er mit der Drehwelle 61 gekoppelt ist.
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Das optische Modul zum Schütteln eines Laserstrahls gemäß der vorliegenden Erfindung vergrößert eine Verschiebung gemäß der Arbeit des Aktors und überträgt die vergrößerte Verschiebung zum Spiegel, um dadurch die maximale Amplitude des Spiegels zu vergrößern, und kann die Eigenfrequenz leicht steuern, so dass sich die maximale Antriebsfrequenz erhöhen kann und gleichzeitig ein anwendbarer Antriebsfrequenzbereich erweitert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 200
- optisches Modul
- 10
- Spiegel
- 11
- Reflexionsfläche
- 15
- Schwenkelement
- 16
- Spiegelhalterung
- 17
- Befestigungsbügel
- 20
- Aktor
- 30
- Verformungsglied
- 40
- Scharnierelement
- 50
- Stützelement
- 51
- Gehäuse
- 61
- Drehwelle
- 62
- Rollenlager
