DE19823725B4

DE19823725B4 - Optische Ablenkvorrichtung

Info

Publication number: DE19823725B4
Application number: DE19823725A
Authority: DE
Inventors: Akihiro Yokohama Tanaka; Masataka Nishiyama
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2018-05-28
Also published as: JPH10333071A; GB9811392D0; DE19823725A1; JP3315893B2; GB2327131B; US6266300B1; GB2327131A

Abstract

Optische Ablenkvorrichtung mit einer Basis (10), einem beweglichen Element (12) mit einem optischen Ablenkelement (12B), einem Satz an den Seiten des beweglichen Elementes (12) und zwischen diesen und der Basis (10) angeordneter elastischer Halteelemente (22), die das bewegliche Element (12) elastisch und beweglich bezüglich der Basis (10) halten, und einem elektromagnetischen Antrieb zum Drehen des beweglichen Elementes (12) relativ zur Basis (10),
wobei in dem elektromagnetischen Antrieb enthalten sind ein erster und ein zweiter Satz Permanentmagnete (18₁, 18₂; 20₁, 20₂), die parallel zueinander an der Basis (10) angeordnet sind und jeweils aus zwei sektorförmigen Permanentmagneten (18₁, 18₂; 20₁, 20₂) bestehen, deren innere, einander zugewandte Pole entgegengesetzte Polarität aufweisen, wobei auch die inneren Pole der jeweils benachbarten Sektoren der beiden Sätze entgegengesetzte Polarität aufweisen,
sowie eine erste an dem beweglichen Element (12) vorgesehene und in dem ersten Satz angeordnete, elektromagnetische Spule (12C) und eine zweite an dem beweglichen Element...

Description

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

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

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

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

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

Aus der DE 41 00 358 A1 ist eine Schwingspiegelanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Diese Anordnung umfaßt einen beweglichen Halbleiterspiegel, zwei Permanentmagnete sowie zwei auf der Rückseite des Halbleiterspiegels integrierte elektromagnetische Spulen. Wird an die Spulen eine Wechselspannung angelegt, so wird über Torsionsarme eine Schwingbewegung des Schwingspiegels verursacht. Weitere optische Ablenkvorrichtungen sind aus der US 5 606 447 A , der DE 39 17 724 A1 , der US 5 099 352 A der US 5 009 473 und der US 4 389 101 bekannt.

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

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße optische Ablenkvorrichtung enthält eine Basis (Basiselement), ein bewegliches Element mit einem optischen Ablenkelement wie einem Prismenelement, einem Reflexionsspiegelelement, einem Hologrammelement zum Ablenken eines Lichtstrahls oder dergleichen, einen Satz an den Seiten des beweglichen Elementes und zwischen diesem und der Basis angeordneter elastischer Halteelemente, die das bewegliche Element relativ zur Basis elastisch und beweglich halten, und einen elektromagnetischen Antrieb, der das bewegliche Element relativ zur Basis dreht. Der elektromagnetische Antrieb enthält einen ersten und einen zweiten Satz Permanentmagnete, die parallel zueinander an der Basis angeordnet sind. Der erste und der zweite Satz bestehen jeweils aus zwei sektorförmigen Permanentmagneten, deren innere, einander zugewandte Pole entgegengesetzte Polarität aufweisen. Auch die inneren Pole der jeweils benachbarten Sektoren der beiden Sätze weisen entgegengesetzte Polarität auf. Der elektromagnetische Antrieb enthält weiterhin eine an dem beweglichen Element vorgesehene und in dem ersten Magnetfeld angeordnete erste elektromagnetische Spule und eine an dem beweglichen Element vorgesehene und in dem zweiten Magnetfeld angeordnete zweite elektromagnetische Spule. Die erste und die zweite elektromagnetische Spule werden in dem ersten und dem zweiten magnetischen Feld derart mit elektrischer Energie gespeist, daß elektrische Ströme in entgegengesetzten Richtungen durch die erste und die zweite elektromagnetische Spule fließen, wobei auf die erste und die zweite elektromagnetische Spule Rotationskräfte in derselben Drehrichtung wirken.

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

Vorzugsweise sind die Permanentmagnete in dem ersten Satz so einander zugeordnet, daß sie die erste elektromagnetische Spule umgeben. Analog sind die Permanentmagnete in dem zweiten Satz so einander zugeordnet, daß sie die zweite elektromagnetische Spule umgeben. Die sektorförmigen Permanentmagnete sind in jedem Satz so angeordnet, daß die ungleichen magnetischen Pole einander gegenüberliegen.

Damit das bewegliche Element stabil, zuverlässig elastisch und beweglich gehalten werden kann, kann jedes elastische Halteelement eine Blattfederanordnung enthalten, die von mehreren in gleichmäßigen Winkelabständen um eine elastische Hauptachse des beweglichen Elementes ausgebildeten Blattfederelementen gebildet wird.

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

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

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

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
1 die perspektivische Explosionsansicht einer optischen Ablenkvorrichtung gemäß der Erfindung,
2 die perspektivische Explosionsansicht eines beweglichen Elementes der optischen Ablenkvorrichtung nach 1,
3 die perspektivische Explosionsansicht einer Blattfederanordnung der optischen Ablenkvorrichtung nach 1,
4 die perspektivische Explosionsansicht einer Kopplungsvorrichtung für die Blattfederanordnung nach 3,
5 die Vorderansicht der Kopplungsvorrichtung nach 4,
6 den Längsschnitt des beweglichen Elementes nach 1, wobei zwei elektromagnetische Spulen zusammen mit zwei diesen zugeordneten Sätzen sektorförmiger Permanentmagnete gezeigt sind,
7 eine schematische Ansicht entsprechend 6, in der das bewegliche Element mit den beiden elektromagnetischen Spulen gezeigt und symbolisch eine Richtung angegeben ist, in der ein elektrischer Strom durch die elektromagnetischen Spulen fließt,
8 einen Längsschnitt ähnlich der 6 mit einem Vergleichsbeispiel,
9 eine schematische Ansicht entsprechend 8, in der das bewegliche Element mit den beiden elektromagnetischen Spulen gezeigt und symbolisch eine Richtung angegeben ist, in der ein elektrischer Strom durch die elektromagnetischen Spulen fließt, und
10 die perspektivische Ansicht der Blattfederanordnung nach 1.
1 zeigt eine erfindungsgemäße optische Ablenkvorrichtung, die eine Basis 10 aus einem geeigneten Material, z. B. Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen hat. Die Basis 10 enthält einen Fußabschnitt 10A und einen sich als Einheit von diesem in vertikaler Richtung erstreckenden Rahmenabschnitt 10B mit einer kreisförmigen Öffnung 10C. Während des Zusammenbaus wird der Fußabschnitt 10A verwendet, die optische Ablenkvorrichtung an dem optischen System anzubringen. Beim Betrieb zeichnet das optische System digitale Daten auf eine optische Platte oder eine optomagnetische Platte auf und liest die aufgezeichneten Daten von der Platte.
Die optische Ablenkvorrichtung enthält weiterhin ein bewegliches Element 12 mit einer zylindrischen Form. Das bewegliche Element 12 ist als Teil der optischen Ablenkvorrichtung ausgebildet und in der kreisförmigen Öffnung 10C der Basis 10 in einer Weise aufgenommen, die im folgenden im Detail erläutert wird.
Die optische Ablenkvorrichtung enthält weiterhin eine im wesentlichen rechteckige Abdeckung 14, die an der Vorderseite der Basis 10 angebracht ist, und eine Magnethalterung 16, die an der Rückseite der Basis 10 angebracht ist. In der im wesentlichen rechteckigen Abdeckung 14 ist eine kreisförmige Öffnung 14A ausgebildet. Die Magnethalterung 16 enthält einen ringförmigen Halteabschnitt 16A und zwei Befestigungslaschen 16B, die sich einstückig von den Seiten des Halteabschnittes 16A aus in entgegengesetzter Richtung erstrecken. Vorzugsweise sind die Abdeckung 14 und die Magnethalterung 16 aus demselben Material hergestellt wie die Basis 10.
Es ist darauf hinzuweisen, daß der Halteabschnitt 16A einen Teil der Basis 10 bildet und einstückig mit dieser ausgebildet sein kann, falls dies notwendig ist.
In dem Halteabschnitt 16A sind zwei Sätze sektorförmiger Permanentmagnete 18₁ , 18₂ und 20₁ , 20₂ angeordnet. Die Permanentmagnete 18₁ , 18₂ und 20₁ , 20₂ in jedem Satz sind so angeordnet, daß ihre ungleichen magnetischen Pole in einer Weise einander gegenüberliegen, die im folgenden im Detail beschrieben wird. In der 1 ist einer der Permanentmagnete 20₁ und 20₂ nicht sichtbar, nämlich der mit 20₁ bezeichnete. Die Befestigungslaschen 16B werden verwendet, die Magnethalterung 16 an der Basis 10 anzubringen. Die Befestigung erfolgt, indem der Halteabschnitt 16A in der kreisförmigen Öffnung 10C des Rahmenabschnittes 10B untergebracht wird.
Wie am besten in 2 zu sehen, enthält das bewegliche Element 12 einen zylindrischen Halteabschnitt 12A zum Aufnehmen eines Prismenelementes 12B, das als optisches Ablenkelement dient. In diesem Ausführungsbeispiel kann das Prismenelement 12B durch einen anderen Typ eines optischen Ablenkungselementes ersetzt werden, z.B. durch ein Reflexionsspiegelelement, ein Hologrammelement zum Ablenken eines Laserstrahls oder dergleichen.
Der zylindrische Halteabschnitt 12A enthält einen polygonförmigen Zentralflansch 12A1, zwei von den jeweiligen Seiten des Zentralflansches 12A₁ überstehende Ringelemente 12A₂ und 12A₃ und zwei an den Ringelementen 12A₂ bzw. 12A₃ angebrachte elektromagnetische Spulen 12C und 12D. Wie aus 2 ersichtlich, sind die elektromagnetischen Spulen 12C und 12D, wenn sie an den Ringelementen 12A₂ und 12A₃ angebracht sind, an dem Halteabschnitt 12A symme trisch um eine vertikale Ebene angeordnet, die den Schwerpunkt des Halteabschnittes 12A enthält und im folgenden als neutrale Ebene bezeichnet wird. Die elektromagnetischen Spulen 12C und 12D wirken mit den zwei Sätzen der sektorförmigen Permanentmagnete 18₁ , 18₂ und 20₁ , 20₂ zusammen und bilden dabei den Rotationsantrieb für das bewegliche Element 12 und damit für das Prismenelement 12B.
Obgleich die elektromagnetischen Spulen 12C und 12D in 2 nur als Ringelement dargestellt sind, sind sie tatsächlich durch einen ringförmig gewickelten Draht gegeben.
Ist die optische Ablenkvorrichtung zusammengesetzt, so sind die sektorförmigen Permanentmagnete 18₁ und 18₂ so einander zugeordnet, daß sie die elektromagnetische Spule 12C umgeben, und die sektorförmigen Permanentmagnete 20₁ und 20₂ sind so einander zugeordnet, daß sie elektromagnetische Spule 12D umgeben. Die elektromagnetische Beziehung zwischen den beiden Sätzen der sektorförmigen Permanentmagnete 18₁ , 18₂ und 20₁ , 20₂ und den elektromagnetischen Spulen 12C und 12D ist bei der vorliegenden Erfindung sehr bedeutsam. Diese Beziehung wird später im Detail an Hand der 6 und 7 erläutert.
Das bewegliche Element 12 ist weiterhin mit zwei Kopplungsvorrichtungen 12E versehen, die diametral zueinander an dem Zentralflansch 12A₁ befestigt sind. Jede Kopplungsvorrichtung 12E enthält einen unbeweglichen Kopplungsteil 12E₁ und einen lösbar mit diesem verbundenen beweglichen Kopplungsteil 12E₂ . Insbesondere hat der Zentralflansch 12A₁ zwei schmale, diametral gegenüberliegende Seitenflächen, in denen jeweils eine Gewindebohrung 12A₄ ausgebildet ist. Jeder unbewegliche Kopplungsteil 12E₁ hat eine einstückig ausgebildete, überstehende Schraube 13, die fest in die Gewindebohrung 12A₄ eingeschraubt wird. In 2 ist nur eine der Kopplungsvorrichtungen 12E gezeigt.
Jede Kopplungsvorrichtung 12E ist jeweils mit einer Blattfederanordnung 22 verbunden, und zwar mit deren einem Ende. Die Blattfederanordnung 22 ist aus zwei H-förmigen Federplatten 23 zusammengesetzt, wie in 3 gezeigt ist. Die H-förmigen Federplatten 23 sind identisch zueinander und haben jeweils einen in Längsrichtung ausgebildeten Zentralschlitz, so daß zwei Blattfederelemente 22A darin festgelegt sind. Die Blattfederanordnung 22 erhält man aus den beiden H-förmigen. Federplatten 23 durch kreuzweises miteinander verbinden über deren Zentralschlitze 24. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird also die Blattfederanordnung 22 von den vier Blattfederelementen 22A gebildet, die in gleichmäßigen Winkelabständen um eine Längsmittelachse der Blattfederanordnung 22 voneinander beabstandet sind, so daß der Winkel zwischen zwei benachbarten Blattfederelementen 22A 90° beträgt.
Wie in 2 gezeigt, ist das andere Ende der Blattfederanordnung 22 mit einer anderen Kopplungsvorrichtung 26 verbunden, die einen unbeweglichen Kopplungsteil 26₁ und einen mit diesem lösbar verbundenen beweglichen Kopplungsteil 26₂ enthält. Die Kopplungsvorrichtung 26 ist im wesentlichen identisch mit der Kopplungsvorrichtung 12E, abgesehen davon, daß der unbewegliche Kopplungsteil 26₁ anstelle der Schraube 13 des unbeweglichen Kopplungsteils 12E₁ ein einstückig ausgebildetes Blockelement 28 hat. Das Blockelement 28 hat eine Durchgangsbohrung 28A und wird verwendet, den unbeweglichen Kopplungsteil 261 sicher an der Basis 10 anzubringen.
Wie am besten in 4 zu sehen, hat der unbewegliche Kopplungsteil 261 ein Kronenelement 26A, das sich einheitlich von dem Blockelement 28 aus erstreckt. Vier Zinkenelemente 26B stehen aus der vorstehenden Endfläche des Kronenelementes 26A hervor. Die vier Zinkenelemente 26B sind in gleichmäßigen Winkelabständen um eine Längsmittelachse des Kronenelementes 26A voneinander beanstandet, so daß der Winkel zwischen den neutralen Ebenen zweier benachbarter Zinkenelemente 26B 90° beträgt. Auch die vier Zinkenelemente 26B sind zueinander identisch und haben jeweils einen sektorförmigen Querschnitt. An dem Kronenelement 26A ist ein Satz ebener Flächen 26C ausgebildet, die diametral voneinander abgewandt sind. In 4 ist nur eine der ebenen Flächen 26C sichtbar.
Der bewegliche Kopplungsteil 26₂ der Kopplungsvorrichtung 26 enthält ein rohrförmiges Kronenelement 26D, dessen Durchmesser größer ist als der des Kronenelementes 26A, so daß das Kronenelement 26A des unbeweglichen Kopplungsteils 26₁ verschiebbar und drehbar in dem rohrförmigen Kronenelement 26D des beweglichen Kopplungsteils 26₂ aufgenommen ist. Das Kronenelement 26D hat vier Zinkenelemente 26E, die in gleichmäßigen Winkelabständen um eine Längsmittelachse des Kronenelementes 26D voneinander beabstandet sind, so daß zwischen den neutralen Ebenen zweier benachbarter Zinkenelemente 26E ein Winkel von 90° eingeschlossen ist.
Ähnlich den Zinkenelementen 26B des unbeweglichen Kupplungsteils 26₁ sind die vier Zinkenelemente 26E identische Elemente und haben jeweils einen sektorförmigen Querschnitt. An dem Kronenelement 26D sind zwei Sätze ebener Flächen 26F und 26G ausgebildet. Die ebenen Flächen 26F, 26G eines jeden Satzes sind diametral voneinander abgewandt. In jeder der ebenen Flächen 26F ist eine. Gewindebohrung 26H und in jeder der ebenen Flächen 26G eine Gewindebohrung 26I ausgebildet. In 4 ist nur eine der ebenen Flächen 26F sowie nur eine der ebenen Flächen 26G sichtbar.
Wie am besten in 5 zu sehen, sind die Gewindebohrungen 26H und 26I nicht in der Mitte der entsprechenden ebenen Fläche 26F, 26G angeordnet. Die Durchgangsbohrungen 26H und 26I eines jeden Satzes sind insbesondere aus der Mitte der entsprechenden ebenen Fläche 26F, 26G unter Beibehaltung ihrer diametral voneinander abgewandten Anordnung versetzt. Mit anderen Worten, sind die Gewindebohrungen 26H und 26I so angeordnet, daß sie jeweils in Gegenuhrzeigerrichtung nach 5 von der Mitte der ebenen Fläche 26F bzw. 26G versetzt sind.
Nachdem das Kronenelement 26A des unbeweglichen Kupplungsteils 26₁ verschiebbar und drehbar in dem rohrförmigen Kronenelement 26D des beweglichen Kopplungsteils 26₂ aufgenommen ist, werden, wie in 4 gezeigt, zwei Schrauben 30 in zwei diametral voneinander abgewandte Bohrungen 26H oder 26I geschraubt, abhängig von der Orientierung des rohrförmigen Kronenelementes 26D gegenüber den ebenen Flächen 26C des Kronenelementes 26A, bis die jeweiligen Spitzen der Schrauben 30 an den ebenen Flächen 26C anliegen. Der bewegliche Kopplungsteil 26₂ wird dabei einer im Uhrzeigersinn wirkenden Rotationskraft unterworfen, wobei jedes Zinkenelement 26E des beweglichen. Kopplungsteils 26₂ gegen das entsprechende Zinkenelement 26B des unbeweglichen Kopplungsteils 26₁ gedrückt wird.
Nachdem ein kreuzweise ausgebildetes Ende der Blattfederanordnung 22 in Eingriff mit der Kopplungsvorrichtung 26 gebracht ist, so daß die vier jeweiligen Enden der Blattfederelemente 22A zwischen den Zinkenelementen 26B und 26E plaziert und eingeklemmt sind, kann durch Einschrauben der Schrauben 30 in die diametral voneinander abgewandten Bohrungen 26H oder 26I die Blattfederanordnung 22 sicher mit der Kopplungsvorrichtung 26 verbunden werden.
Eine sichere Verbindung zwischen der Kopplungsvorrichtung 12E und dem anderen kreuzweise ausgebildeten Ende der Blattfederanordnung 22 kann in derselben Weise erfolgen wie für die Kopplungsvorrichtung 26, da der Aufbau der Kopplungsvorrichtung 12E identisch mit dem der Kopplungsvorrichtung 26 ist, wie schon oben erwähnt wurde.
Wie aus 1 ersichtlich, wird jede Kopplungsvorrichtung 26 dadurch an dem Rahmenabschnitt 10B der Basis 10 sicher angebracht, daß ein Bolzenelement 32 in die Durchgangsbohrung 28A des Blockelementes 28 eingebracht und dann in eine entsprechende in dem Rahmenbereich 10B ausgebildete Gewindebohrung 10D eingeschraubt wird. Die Gewindebohrungen 10D sind in zwei diametral zueinander ausgebildeten Vertiefungen in dem Rahmenabschnitt 10B angeordnet, wobei jede Kopplungsvorrichtung 26 in der entsprechenden Vertiefung untergebracht ist. Das bewegliche Element 12 wird so von dem Rahmenabschnitt 10B unter Zwischenschaltung eines Satzes von Blattfederanordnungen 22 gehalten.
Kurz gesagt erlaubt die Verwendung des Satzes lösbarer Kopplungsvorrichtungen 12E und 26 die einfache und korrekte Montage der Blattfederanordnungen 22 zwischen der Basis 10 und dem beweglichen Element 12.
Wie schon oben erwähnt, sind die sektorförmigen Permanentmagnete 18₁ , 18₂ und 20₁ und 20₂ so angeordnet, daß ungleiche magnetische Pole einander gegenüberliegen, wie in 6 gezeigt ist. Aus dieser Figur geht nämlich hervor, daß der innere Pol des Permanentmagneten 18₁ der N-Pol ist, während der innere Pol des Permanentmagneten 20₁ der S-Pol ist. Analog ist der innere Pol des Permanentmagneten 18₂ der S-Pol, während der innere Pol des Permanentmagneten 20₂ der N-Pol ist. Kurz gesagt sind die jeweiligen von den Sätzen der sektorförmigen Permanentmagnete 18₁ , 18₂ und 20₁ , 20₂ erzeugten Magnetfelder entgegengesetzt zueinander ausgerichtet.
Andererseits werden beim Betrieb der optischen Ablenkvorrichtung die jeweiligen elektromagnetischen Spulen 12C und 12D in den von den beiden Sätzen der Permanentmagnete 18₁ , 18₂ und 20₁ , 20₂ erzeugten Magnetfelder so mit elektrischer Energie gespeist, daß die elektrischen Ströme in entgegengesetzten Richtungen durch die elektromagnetischen Spulen 12C und 12D fließen, wie symbolisch in 7 angedeutet ist. Auf die elektromagnetischen Spulen 12C und 12D wirken deshalb die Rotationskräfte F gemäß der Fleming-Regel in derselben Richtung, wobei das bewegliche Element 12 in die durch die Kräfte F angezeigte Drehrichtung gedreht wird. Natürlich hängt die Drehrichtung des beweglichen Elementes 12 von der Richtung ab, in der der elektrische Strom durch jede elektromagnetische Spule 12C und 12D fließt.
Bei der Erfindung sind die elektromagnetischen Spulen 12C und 12D während ihrer elektrischen Speisung keiner Gegeninduktivität (wechselseitige Induktion) ausgesetzt, da die elektrischen Ströme in entgegengesetzten Richtungen durch die Spulen 12C und 12D fließen, wie in 7 gezeigt ist. Es ist deshalb möglich, die Hochgeschwindigkeitsantriebsfähigkeit des beweglichen Elementes 12 zu steigern, ohne den Raumbedarf der optischen Ablenkvorrichtung zu vergrößern.
Die der 6 ähnliche 8 zeigt ein Vergleichsbeispiel der Erfindung. Elemente in 8, die identisch mit solchen der 6 sind, sind durch mit einem Strich versehene Bezugszeichen gekennzeichnet. Dieses Vergleichsbeispiel leitet sich aus der Entwicklung einer optischen Ablenkvorrichtung gemäß der Erfindung ab.
Obgleich die sektorförmigen Permanentmagnete 18_1' , 18_2' und 20_1' , 20_2' in jedem Satz wie in 8 gezeigt so angeordnet sind, daß ungleiche magnetische Pole einander gegenüberliegen, sind bei dem Vergleichsausführungsbeispiel die inneren Pole der Permanentmagnete 18_1' und 20_1' die gleichen (N) und auch die inneren Pole der Permanentmagnete 18_2' und 20_2' die gleichen (S). Bevor das bewegliche Element 12A' in eine der Drehrichtungen gedreht werden kann, werden folglich die jeweiligen elektromagnetischen Spulen 12C' und 12D' in den von den beiden Sätzen der Permanentmagnete 18_1' , 18_2' und 20_1' , 20_2' derart mit elektrischer Energie gespeist, daß die elektrischen Ströme in derselben Richtung durch die elektromagnetischen Spulen 12C' und 12D' fließen, wie in 9 symbolisch angedeutet ist.
Nichtsdestoweniger wird in jeder der elektromagnetischen Spulen 12C' und 12D' eine Gegeninduktivität (wechselseitige Induktion) erzeugt, so daß es unmöglich ist, die Hochgeschwindigkeitsantriebsfähigkeit des beweglichen Elementes 12A und folglich des optischen Ablenkungselementes oder Prismas 12B' effektiv zu verbessern.

Claims

Optische Ablenkvorrichtung mit einer Basis (10), einem beweglichen Element (12) mit einem optischen Ablenkelement (12B), einem Satz an den Seiten des beweglichen Elementes (12) und zwischen diesen und der Basis (10) angeordneter elastischer Halteelemente (22), die das bewegliche Element (12) elastisch und beweglich bezüglich der Basis (10) halten, und einem elektromagnetischen Antrieb zum Drehen des beweglichen Elementes (12) relativ zur Basis (10), wobei in dem elektromagnetischen Antrieb enthalten sind ein erster und ein zweiter Satz Permanentmagnete (18₁ , 18₂ ; 20₁ , 20₂ ), die parallel zueinander an der Basis (10) angeordnet sind und jeweils aus zwei sektorförmigen Permanentmagneten (18₁ , 18₂ ; 20₁ , 20₂ ) bestehen, deren innere, einander zugewandte Pole entgegengesetzte Polarität aufweisen, wobei auch die inneren Pole der jeweils benachbarten Sektoren der beiden Sätze entgegengesetzte Polarität aufweisen, sowie eine erste an dem beweglichen Element (12) vorgesehene und in dem ersten Satz angeordnete, elektromagnetische Spule (12C) und eine zweite an dem beweglichen Element (12) vorgesehene und in dem zweiten Satz angeordnete, elektromagnetische Spule (12D), die derart mit elektrischer Energie gespeist werden, daß durch die beiden Spulen (12C, 12D) elektrische Ströme in entgegengesetzten Richtungen fließen.
Optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (12) einen Zentralteil (12A₁ ), ein von einem Ende des Zentralteils (12A₁ ) überstehendes erstes Element (12A₂ ) und ein von dem anderen Ende des Zentralteils (12A₁ ) überstehendes zweites Element (12A₃ ) umfaßt, daß die erste elektromagnetische Spule (12C) an dem ersten Element (12A₂ ) und die zweite elektromagnetische Spule (12D) an dem zweiten Element (12A₃ ) angeordnet ist und daß die Permanentmagnete (18₁ , 18₂ ) des ersten Satzes die erste elektromagnetische Spule (12C) und die Permanentmagnete (20₁ , 20₂ ) des zweiten Satzes die zweite elektromagnetische Spule (12D) umgeben.
Optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralteil (12A₁ ), das erste Element (12A₂ ) und das zweite Element (12A₃ ) einen Halteabschnitt (12A) bilden, in dem das optische Ablenkelement (12B) aufgenommen ist und an dem die erste und die zweite elektromagnetische Spule (12C, 12D) symmetrisch bezüglich einer neutralen Ebene des Halteabschnittes (12A) angeordnet sind, die den Schwerpunkt des Halteabschnitts (12A) enthält.
Optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halteabschnitt (12A) des beweglichen Elementes (12) zylinderförmig ist.
Optische Ablenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Halteelemente (22) jeweils eine Blattfederanordnung (22) enthalten, die von mehreren in gleichmäßigen Winkelabständen um eine elastische Hauptachse des beweglichen Elementes (12) angeordneten Blattfederelementen (23) gebildet wird.
Optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Hauptachse des beweglichen Elementes (12) mit einer Hauptträgheitsachse des beweglichen Elemente (12) zusammenfällt.
Optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Hauptachse des beweglichen Elementes (12) mit einer Hauptschubachse des beweglichen Elementes (12) zusammenfällt.
Optische Ablenkvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Hauptachse des beweglichen Elementes sowohl mit einer Hauptträgheitsachse als auch mit einer Hauptschubachse des beweglichen Elementes (12) zusammenfällt.
Optische Ablenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfederelemente identische Elemente sind.
Optische Ablenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch einen Satz lösbarer Kopplungsvorrichtungen (12E), die an den Seiten des beweglichen Elementes (12) angeordnet sind und von denen eine jede ein Ende der entsprechenden Blattfederanordnung (22) mit dem beweglichen Element (12) verbindet.