DE19548217A1

DE19548217A1 - Optisches Strahlablenkungssystem

Info

Publication number: DE19548217A1
Application number: DE1995148217
Authority: DE
Inventors: Dirk Meyer; Martin Harz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1996-06-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Strahl-Ablenkung auf der Grundlage eines in alle Raumrichtungen gezielt verkippbaren Spiegels.

Nach dem Stand der Technik sind neben den bekannten optischen Strahl-Ablenkvorrichtungen auf der Grundlage von Spiegeln, die durch Piezo-Stellelemente (auch bimorphe Konstruktionen) bewegt werden (DE 43 38 578), vor allem Systeme mit rotierenden polygonalen oder oszillierenden Spiegeln bekannt (US-PS 4251798). Alle bekannten Verfahren erfordern eine mechanische Kopplung zur Halterung der Spiegel und zum Übertragen der Stellkraft. Dies führt zu Einschränkungen in Bezug auf die maximal mögliche Frequenz der Strahl-Ablenkung und die Beeinflußbarkeit der Ablenkfunktion.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Strahl-Ablenkung mit einer hohen maximalen Frequenz der Strahl-Ablenkung und einer in großen Bereichen frei wählbaren Ablenkfunktion bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird dies durch eine elektromagnetische Kopplung zwischen den stationären Komponenten des Ablenksystems und dem beweglichen Ablenkspiegel, auch in Kombination mit anderen physikalischen Feldern (z. B. elektrostatischen Feldern) gelöst. Dadurch wird eine hinsichtlich aller Raumrichtungen freie Ablenkung des Strahls ermöglicht, wobei der Spiegel ohne mechanische Verbindung zu den stationären Komponenten des Ablenksystems gehalten und bewegt wird.

Die Erfindung stützt sich auf die bekannte Wirkung von Magnetfeldern, die sich um stromdurchflossene elektrische Leiter oder Permanentmagneten bilden, auf andere elektrische Leiter (z. B. Probespulen) oder Permanentmagneten (Probemagneten) die sich in diesen Feldern befinden. Dabei sind zwei grundlegende Prinzipien nutzbar:

1. Die Kraft, die ein äußeres Magnetfeld auf einen magnetischen Dipol ausübt, wird im Sinne der Erfindung zur Kompensation der Schwerkraft des beweglichen Spiegels genutzt (Spiegel ist mechanisch gekoppelt mit mindestens einem Permanentmagneten). Jeder freie magnetische Dipol richtet sich entlang der Feldlinien eines äußeren Magnetfeldes aus, dieses Prinzip wird im Sinne der Erfindung zur Ablenkung genutzt (das äußere Magnetfeld wird entsprechend der Ablenkfunktion eingestellt).
2. Eine elektrische Leiterschleife, die von elektrischem Strom durchflossen ist, kann als magnetischer Dipol betrachtet werden. Dabei ist es gleichgültig, ob der Stromfluß durch eine angelegte äußere elektrische Spannung hervorgerufen oder durch ein äußeres Magnetfeld induziert wird. Damit können Leiterschleifen im Sinne von 1.) zur Kompensation der Schwerkraft und zur Ablenkung des beweglichen Spiegels genutzt werden (Spiegel ist mechanisch gekoppelt mit mindestens einer elektrischen Leiterschleife). Induzierte Ströme haben den Vorteil, daß keine elektrischen Verbindungen zum beweglichen Spiegel notwendig sind.

Die für die Umsetzung dieser Prinzipien erforderlichen Voraus setzungen sollen anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.

Durch ein bezüglich der stationären Komponenten des Ablenksystems festes Spulensystem (Fig. 1) müssen geeignete Magnetfelder erzeugt werden, die den in alle Raumrichtungen gezielt verkippbaren Körper (1) (Detailskizze s. Fig. 2), der mit mindestens einem Spiegel (3) mechanisch gekoppelt ist, halten und steuern.

Dabei wechselwirkt ein erstes Magnetfeld (Steuerfeld) mit einem Permanentmagneten (2), der mit dem Spiegel (3) mechanisch gekoppelt ist, derart (s. Prinzip 1), daß der Spiegel in alle Raumrichtungen gekippt werden kann. Die Zeit- und Richtungscharakteristik dieses Magnetfeldes wird durch die Ablenkfunktion bestimmt, es wird durch regelbare elektrische Ströme im o.g. festen Spulensystem erzeugt.

Ein zweites, dem ersten überlagertes Magnetfeld (Haltefeld) wechselwirkt mit einer geeignet gestalteten Struktur von elektrischen Leiterschleifen (4), die mit dem beweglichen Spiegel (3) mechanisch gekoppelt sind, derart (s. Prinzip 2), daß der Spiegel an einem Ort der Anordnung (Halteort) ohne mechanische Verbindung zu den stationären Komponenten des Ablenksystems gehalten wird. Dieses erste Magnetfeld wird durch elektrische Wechselströme im o.g. festen Spulensystem erzeugt.

Die zur Erzeugung der Magnetfelder erforderlichen Ströme können in den selben Spulen überlagert werden, womit durch ein und dasselbe System Halte- und Steuerfeld erzeugt werden können. Die Halterung des Spiegels erfolgt ohne mechanische Kopplung zu den stationären Komponenten des Ablenksystems, womit eine hohe maximale Frequenz der Strahl-Ablenkung und eine in großen Bereichen frei wählbare Charakteristik der Ablenkfunktion möglich sind, mechanischer Verschleiß ist praktisch ausgeschlossen.

Claims

1. Verfahren und Vorrichtung zur optischen Strahl-Ablenkung, dadurch gekennzeichnet, daß ein in alle Raumrichtungen gezielt verkippbarer Körper (1), der Träger mindestens eines Spiegels (3) ist, aufgrund seiner elektromagnetischen Eigenschaften durch elektromagnetische Kopplung mit geeignet gewählten und steuerbaren äußeren Magnetfeldern gehalten und gesteuert wird, wobei der Spiegel den Strahl durch Reflexion ablenkt.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetfeld mit einem Permanentmagneten (2), der mit einem in alle Raumrichtungen gezielt verkippbaren Körper (1) (Träger mindestens eines Spiegels (3)) mechanisch gekoppelt ist, derart wechselwirkt, daß dieser Körper (1) und damit der Spiegel (3) gezielt in jede beliebige Raumrichtung geneigt werden kann.

3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetfeld mit einer geeignet gestalteten Struktur von elektrischen Leiterschleifen (4), die mit einem in alle Raumrichtungen gezielt verkippbaren Körper (1) (Träger mindestens eines Spiegels (3)) mechanisch gekoppelt ist, derart wechselwirkt, daß dieser Körper (1) und damit der Spiegel (3) an einem Ort der Anordnung ohne mechanische Verbindung zu den stationären Komponenten des Ablenksystems gehalten und gesteuert wird.

4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Aufgaben der elektro magnetischen Kopplung durch Wechselwirkung mit anderen physikalischen Feldern (z. B. elektrostatischen Feldern) gelöst wird.

5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Spiegel (3) des in alle Raum richtungen gezielt verkippbaren Körpers (1) durch ein optisches Element ersetzt ist, welches Licht an Stelle der Reflexion durch Brechung (einschließlich Totalreflexion) ablenkt.