DE602004005803T2

DE602004005803T2 - Zweidimensionaler optischer Ablenker

Info

Publication number: DE602004005803T2
Application number: DE602004005803T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi c/o Olympus Corporation Miyajima; Masanori c/o Olympus Corporation Ogata; Akihiro c/o Olympus Corporation Kitahara; Yoshitaka c/o Olympus Corporation Kamiya
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2024-11-23
Also published as: JP2005156976A; US7155081B2; EP1536267A1; JP4262583B2; EP1536267B1; DE602004005803D1; US20050111787A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Ablenkeinrichtung.
Eine zweidimensionale optische Ablenkeinrichtung, die zweidimensional Licht ablenkt, beinhaltet zwei Galvano-Ablenkeinrichtungen, die orthogonal angeordnet sind und von denen jede über einen Spiegel verfügt. Wenn eine solche zweidimensionale optische Ablenkeinrichtung physisch einen Lichtstrahl ablenkt, verzerrt sich der geometrische Ort des Lichtstrahls auf einer Bildebene.
Das US-Patent Nr. 4 838 632 offenbart eine zweidimensionale optische Ablenkeinrichtung, die eine solche Verzerrung verringert. 29 und 30 zeigen die im US-Patent Nr. 4 838 632 gezeigte zweidimensionale optische Ablenkeinrichtung. 29 ist eine Ansicht der zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung, betrachtet entlang einer Linie XXIX-XXIX in 30. 30 ist eine Ansicht der zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung, betrachtet entlang einer Linie XXX-XXX in 29.
Wie in 29 und 30 gezeigt ist, umfasst eine zweidimensionale optische Ablenkeinrichtung 500 eine erste Ablenkeinrichtung 510 und eine zweite Ablenkeinrichtung 520. Die erste Ablenkeinrichtung 510 umfasst einen bewegbaren Abschnitt 512 mit einer Reflexionsfläche und einem Bügel 514, der den bewegbaren Abschnitt 512 trägt, damit er um eine erste Achse A1 schwingen kann. Die zweite Ablenkeinrichtung 520 lässt die erste Ablenkeinrichtung 510 um eine zweite Achse A2 schwingen, die senkrecht zu ersten Achse A1 liegt. Die erste Ablenkeinrichtung 510 ist an der zweiten Ablenkeinrichtung 520 so fixiert, dass im ablenkungsfreien Zustand die Reflexionsfläche des bewegbaren Abschnitts 512 einen Winkel von 45° bezüglich der zweiten Achse A2 bildet.
Ein einfallender Lichtstrahl LB1, der abgelenkt werden soll, fällt so auf die erste Ablenkeinrichtung 510, dass er parallel zu der zweiten Achse A2 ist. Ein Lichtstrahl LB2, der von der Reflexionsfläche des bewegbaren Abschnitts 512 reflektiert wird, fällt durch eine Linse 532 auf eine Bildebene 534.
Die zweidimensionale optische Ablenkeinrichtung 500 erzielt eine Verringerung der Verzerrung des geometrischen Ortes eines Lichtstrahls auf der Bildebene, trotz der Tatsache, dass die Ablenkeinrichtung einfach aufgebaut und sehr kompakt ist.
Bei der zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung 500 lässt die zweite Ablenkeinrichtung 520 die erste Ablenkeinrichtung 510 in einem Stück um eine Schwingachse schwingen, die parallel zum einfallenden Lichtstrahl ist. Aus diesem Grund sind die Größe, die Masse und das Trägheitsmoment der ersten Ablenkeinrichtung 510 wichtige Faktoren bei der Realisierung einer kompakten zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung mit einem einfachen Aufbau.
Die Beschreibung des US-Patents Nr. 4 838 632 liefert jedoch keine Lehre und auch keinen Vorschlag zur spezifischen Anordnung der ersten Ablenkeinrichtung. Darüber hinaus liefert die Beschreibung weder eine Lehre noch einen Vorschlag bezüglich eines Verfahrens zur Fixierung der ersten Ablenkeinrichtung 510 an der zweiten Ablenkeinrichtung 520, so dass die Reflexionsfläche des bewegbaren Abschnitts 512 im ablenkungsfreien Zustand einen Winkel von 45° bezüglich der zweiten Achse A2 bildet.
Eine zweidimensionale optische Ablenkeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste Ablenkeinrichtung zum Ablenken eines Lichtstrahls um eine erste Achse bei einer hohen Geschwindigkeit, einen zweite Ablenkeinrichtung zum Ablenken eines Lichtstrahls um eine zur ersten Achse senkrecht liegende, zweite Achse bei einer geringen Geschwindigkeit, und einen Fixiermechanismus zum Fixieren der ersten Ablenkeinrichtung an der zweiten Ablenkeinrichtung. Die erste Ablenkeinrichtung umfasst ein Ablenkeinrichtungsplättchen und eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen des Ablenkeinrichtungsplättchens. Das Ablenkeinrichtungsplättchen umfasst einen bewegbaren Abschnitt mit einer Reflexionsfläche, ein außerhalb des bewegbaren Abschnitts angeordnetes Auflageteil und einen Verbindungsabschnitt, der den bewegbaren Abschnitt mit dem Auflageteil verbindet. Der Verbindungsabschnitt erstreckt sich entlang der ersten Achse und ist dazu in der Lage, sich um die erste Achse zu verwinden, so dass der bewegbare Abschnitt bezügliche des Auflageteils um die erste Achse schwingen kann. Die zweite Ablenkeinrichtung umfasst eine Drehwelle, die sich um die zweite Achse drehen kann. Der Fixiermechanismus umfasst ein Fixierelement mit einer Drehwellenfixieröffnung, an der die Drehwelle der zweiten Ablenkeinrichtung im Wesentlichen ohne Spiel angreift, und einer Befestigungseinrichtung zum Verkleinern eines Durchmessers der Drehwellenfixieröffnung des Fixierelements. Der Durchmesser der Drehwellenfixieröffnung des Fixierelements wird durch die Befestigungseinrichtung verkleinert, so dass das Fixierelement an der Drehwelle der zweiten Ablenkeinrichtung fixiert ist. Das Fixierelement umfasst darüber hinaus eine erste Ablenkeinrichtungs-Anbrin gungsfläche, auf der die erste Ablenkeinrichtung angebracht ist. Die erste Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche bildet einen Winkel von im Wesentlichen 45° bezüglich der zweiten Achse, wenn das Fixierelement an der Drehwelle der zweiten Ablenkeinrichtung fixiert ist. Der Fixiermechanismus umfasst darüber hinaus eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der ersten Ablenkeinrichtung am Fixierelement, so dass die Reflexionsfläche des bewegbaren Abschnitts in einem betätigungsfreien Zustand im Wesentlichen parallel zur ersten Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche des Fixierelements liegt.
Diese Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht unbedingt alle erforderlichen Merkmale, so dass die Erfindung auch eine Teilkombination dieser beschriebenen Merkmale sein kann.
Die Erfindung lässt sich durch die folgende ausführliche Beschreibung umfassender verstehen, wenn sie in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird:
1 ist eine Seitenansicht einer zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Vorderansicht der in 1 gezeigten zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der in 1 und 2 gezeigten MEMS-Resonanzablenkeinrichtung zeigt;
4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel der in 1 und 2 gezeigten MEMS-Resonanzablenkeinrichtung zeigt;
5 ist eine perspektivische Ansicht eines in 4 gezeigten Metallsockels und Ablenkeinrichtungsplättchens, die bezüglich 4 umgedreht ist;
6 ist eine in ihre Einzelteile zerlegte, perspektivische Ansicht der in 4 gezeigten MEMS-Resonanzablenkeinrichtung;
7 ist eine perspektivische Ansicht, die den in 1 und 2 gezeigten Adapter zeigt;
8 ist eine Seitenansicht des in 7 gezeigten Adapters;
9 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie IX-IX des Adapters in 8;
10 ist eine Seitenansicht des Adapters wie 8, die einen Zustand zeigt, in dem der Adapter an einer Galvano-Ablenkeinrichtung fixiert ist und eine MEMS-Ablenkeinrichtung am Adapter angebracht ist;
11 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, bevor die MEMS-Ablenkeinrichtung am Adapterkörper befestigt wird, wobei die MEMS-Ablenkeinrichtung am Adapterkörper befestigt wird, indem ein Raumeinstellelement verwendet wird;
12 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die MEMS-Ablenkeinrichtung am Adapterkörper befestigt wird, wobei die MEMS-Ablenkeinrichtung am Adapterkörper befestigt wird, indem das Raumeinstellelement verwendet wird;
13 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Einstellmechanismus für den Raum zwischen der MEMS-Ablenkeinrichtung und dem Adapterkörper zeigt;
14 ist eine Ansicht, die einen weiteren Adapter zeigt, der anstelle des in 7 bis 9 gezeigten Adapters verwendet werden kann;
15 ist eine Ansicht, die einen Halter zum Halten der in 1 und 2 gezeigten Galvano-Ablenkeinrichtung zeigt;
16 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, bevor der Außenflächenabschnitt der in 1 und 2 gezeigten Galvano-Ablenkeinrichtung in eine Befestigungsöffnung für die Galvano-Ablenkeinrichtung in dem in 15 gezeigten Haltekörper eingepasst wird;
17 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Außenflächenabschnitt der in 1 und 2 gezeigten Galvano-Ablenkeinrichtung in die Befestigungsöffnung für die Galvano-Ablenkeinrichtung in dem in 15 gezeigten Haltekörper eingepasst ist;
18, die ähnlich der Ansicht von 17 ist, zeigt einen Halter, an dem vorab ein Verdrahtungsfixierelement befestigt ist;
19 ist eine perspektivische Ansicht einer zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20 ist eine perspektivische Ansicht des Hauptteils der in 19 gezeigten MEMS-Resonanzablenkeinrichtung (Abschnitte ohne einen Magnetkreis, d.h. einen Metallsockel, ein Ablenkeinrichtungsplättchen und eine flexible Platine);
21 ist eine Seitenansicht des Metallsockels, des Ablenkeinrichtungsplättchens und der flexiblen Platine, die in 20 gezeigt sind;
22 ist eine perspektivische Ansicht einer Modifikation des Metallsockels und einer starren Platine;
23 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetkreises in der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
24 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XXIV-XXIV des Magnetkreises von 23;
25 ist eine Unteransicht des in 23 gezeigten Magnetkreises;
26, die eine Schnittansicht ähnlich der in 24 ist, zeigt den Magnetkreis in der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
27 ist eine Ansicht, die eine Modifikation des in 23 bis 25 gezeigten Magnetkreises zeigt;
28 ist eine perspektivische Ansicht der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform in einem zusammengebauten Zustand;
29 ist eine Ansicht der im US-Patent Nr. 4 838 632 veröffentlichten zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung, entlang einer Linie XXIX-XXIX in 30 betrachtet; und
30 ist eine Ansicht der im US-Patent Nr. 4 838 632 veröffentlichten zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung, entlang einer Linie XXIX-XXIX in 29 betrachtet.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Ansichten der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In dieser Beschreibung umfasst der Begriff „Ablenkeinrichtung" einen Scanner und einen Schalter.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Seitenansicht einer zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Vorderansicht der in 1 gezeigten zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst die zweidimensionale optische Ablenkeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform eine Galvano-Ablenkeinrichtung 110, eine MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 und einen Adapter 120 zum Fixieren der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 an der Galvano-Ablenkeinrichtung 110.
Die Galvano-Ablenkeinrichtung 110 dient dazu, einen einfallenden Lichtstrahl LB1 mit relativ geringer Geschwindigkeit um die X-Achse abzulenken. Die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 dient dazu, den einfallenden Lichtstrahl LB1 mit relativ hoher Geschwindigkeit um eine zur X-Achse senkrecht liegende Y-Achse abzulenken.
Die Galvano-Ablenkeinrichtung 110 umfasst eine Drehwelle 112, die sich um die X-Achse drehen kann. Die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 ist an der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 durch den Adapter 120 fixiert.
Obwohl dies später ausführlich beschrieben werden wird, hat die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 eine Reflexionsfläche 240 zur Reflexion des einfallenden Lichtstrahls LB1. Die Reflexionsfläche 240 kann um die Y-Achse schwingen. Der Adapter 120 fixiert die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 an der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110, so dass in einem betätigungsfreien Zustand (neutralen Zustand) die Reflexionsfläche der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 einen Winkel von im Wesentlichen 45° bezüglich der X-Achse bildet.
Bei dieser zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung wandert der einfallende Lichtstrahl LB1 auf einer Verlängerung der Mittelachse der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110, d.h. auf der X-Achse, und wird durch die Reflexionsfläche 240 der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 reflektiert.
Ein reflektierter Lichtstrahl LB2 wird um die Y-Achse abgelenkt, und zwar in Entsprechung mit dem Schwingen der Reflexionsfläche 240 der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 um die Y-Achse, wie in 1 gezeigt ist. Der reflektierte Lichtstrahl LB2 wird auch um die X-Achse abgelenkt, und zwar in Entsprechung mit dem Schwingen der Reflexionsfläche 240 der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 um die X-Achse, wobei das Schwingen der Reflexionsfläche 240 durch das Drehen der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 um die X-Achse verursacht wird, wie in 2 gezeigt ist.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels der in 1 und 2 gezeigten MEMS-Resonanzablenkeinrichtung.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 einen Magnetkreis 210, der ein Magnetfeld erzeugt, ein Ablenkeinrichtungsplättchen 230 und einen Metallsockel 248, der das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 hält. Die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 umfasst auch eine flexible Verdrahtungsplatine 246 für die Eingang und Ausgang elektrischer Signale in die bzw. aus der externen Einheit.
Das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 umfasst eine bewegbare Platte 232, zwei Auflageteile 236, die sich außerhalb der bewegbaren Platte 232 befinden, und zwei Torsionsstäbe 234, die die bewegbare Platte 232 mit den Auflageteilen 236 verbinden. Die beiden Torsionsstäbe 234 erstrecken sich beide auf einer im Wesentlichen geraden Linie entlang der Y-Achse. Die Torsionsstäbe 234 sind in der Lage, sich um die Y-Achse zu verwinden und ermöglichen, dass die bewegbare Platte 232 bezüglich der Auflageteile 236 um die Y-Achse schwingen kann. Die Auflageteile 236 sind mit einem Klebstoff am Metallsockel angebracht.
Die Reflexionsfläche 240 ist an der Oberseite der bewegbaren Platte 232 gebildet. Die bewegbare Platte 232 hat an der Unterseite eine Antriebsspule 242, die nahe des Randes der bewegbaren Platte 232 verläuft. 3 zeigt die Antriebsspule 242 zum Zwecke der Veranschaulichung, obwohl man die Spule tatsächlich nicht sieht, da sie sich an der Unterseite der bewegbaren Platte 232 befindet. Die zwei Endabschnitte der Antriebsspule 242 verlaufen durch einen Torsionsstab 234 und sind elektrisch jeweils mit einem Elektrodenfeld 244 verbunden, die sich auf dem Auflageteil 236 befinden. 3 zeigt auch die Elektrodenfelder 244 zum Zwecke der Veranschaulichung, obwohl man sie tatsächlich nicht sieht, da sie sich an der Unterseite der bewegbaren Platte 232 befinden.
Das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 wird einstückig aus einem Einkristall-Siliziumsubstrat durch Ätzen unter Verwendung des MEMS-Verfahrens gebildet, das sich durch Anwendung eines Halbleiter-Herstellungsprozesses etabliert hat.
Der Magnetkreis 210 umfasst zwei Permanentmagnete 212 und ein Magnetjoch 214, an dem die Permanentmagnete 212 fixiert sind. Die beiden Permanentmagnete 212 sind an den beiden Seiten der bewegbaren Platte 232 angeordnet. In diesem Fall sind die beiden Permanentmagnete 212 so angeordnet, dass ihre Magnetisierungsrichtungen in einem betätigungsfreien Zustand im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung sind, in die sich die Torsionsstäbe 234 erstrecken, und im Wesentlichen parallel zur Reflexionsfläche des bewegbaren Abschnitts. Das heißt, der Magnetkreis 210 erzeugt ein Magnetfeld, das in einem betätigungsfreien Zustand im Wesentlichen parallel zur Reflexionsfläche 240 der bewegbaren Platte 232 und im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung (Erstreckungsrichtung) der Torsionsstäbe 234 ist.
Wenn in der Antriebsspule 242 ein Strom fließt, wirken nach der 3-Finger-Regel in einem betätigungsfreien Zustand entgegengesetzte Kräfte auf die beiden Abschnitte der Antriebsspule 242, die parallel zu den Torsionsstäben 234 liegen, und zwar in eine Richtung senkrecht zur Reflexionsfläche 240 der bewegbaren Platte 232. Das heißt, es wird ein Kräftepaar um die X-Achse erzeugt. Das Kräftepaar verleiht der bewegbaren Platte 232 ein Drehmoment. Die bewegbare Platte 232 kippt um die Y-Achse, in Entsprechung mit dem Verhältnis zwischen dem Drehmoment und der Reaktionskraft der Torsionsstäbe 234.
Die Größe der Kraft, die auf die Antriebsspule 242 wirkt, hängt von der Stärke des Stroms ab, der in der Antriebsspule 242 fließt. Darüber hinaus hängt die Richtung der Kraft, die auf die Antriebsspule 242 wirkt, von der Richtung des Stroms ab, der in der Antriebsspule 242 fließt. Wenn somit der Strom, der in der Antriebsspule 242 fließt, ein Wechselstrom ist, kippt die bewegbare Platte 232 innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs wiederholt im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn. Das heißt, die bewegbare Platte 232 schwingt um die Y-Achse.
Wie vorstehend beschrieben, bilden der Magnetkreis 210 und die Antriebsspule 242 eine Betätigungseinrichtung bzw. einen Aktuator, der die bewegbare Platte 232 schwingen lässt.
Die Resonanzfrequenz des Ablenkeinrichtungsplättchens 230 hängt von dem Trägheitsmoment der bewegbaren Platte 232 und der Torsionssteifigkeit der Torsionsstäbe 234 ab. Die Zuführung eines Wechselstroms mit einer dieser Resonanzfrequenz entsprechenden Frequenz zur Antriebsspule 232 macht es möglich, mit einem niedrigen Betätigungsstrom einen großen Ablenkwinkel zu erzielen.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel der in 1 und 2 gezeigten MEMS-Resonanzablenkeinrichtung zeigt. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Metallsockels und Ablenkeinrichtungsplättchens, die in 4 gezeigt sind. Diese Ansicht ist bezüglich 4 umgedreht. 6 ist eine in ihre Einzelteile zerlegte, perspektivische Ansicht der in 4 gezeigten MEMS-Resonanzablenkeinrichtung. In den 4 bis 6 stellen Elemente, die mit der gleichen Bezugszahl versehen sind wie in 3, die gleichen Elemente wie in 3 dar, und eine ausführliche Beschreibung derselben unterbleibt.
Da die Einzelheiten der in 4 bis 6 gezeigten MEMS-Resonanzablenkeinrichtung in der Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. US 2002/0060830 A1 offenbart sind, wird hier nur ein Überblick von dieser gegeben. Der Aufbau und die Betriebsweise der in 4 bis 6 gezeigten MEMS-Resonanzablenkeinrichtung sind im Wesentlichen gleich denen der in 3 gezeigten MEMS- Resonanzablenkeinrichtung. Bei der folgenden Beschreibung liegt der Schwerpunkt auf den Unterschieden zwischen diesen Ablenkeinrichtungen.
Wie in 4 bis 6 gezeigt ist, ist bei der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 so an einem Metallsockel 250 fixiert, dass die Reflexionsfläche 240 dem Metallsockel 250 zugewandt ist. Der Metallsockel 250 hat eine Öffnung 252. Wie z. B. in 4 gezeigt ist, liegt die Reflexionsfläche 240 über die Öffnung 252 des Metallsockels 250 frei.
Noch genauer, wie in 5 gezeigt, verfügt der Metallsockel 250 über Vorsprünge 264, an dem die Auflageteile 236 des Ablenkeinrichtungsplättchens 230 fixiert sind. Die Auflageteile 236 sind mit einem Klebstoff so an den Vorsprüngen fixiert, dass die zu den Flächen, auf denen die Elektrodenfelder 244 gebildet sind, entgegengesetzten Flächen der Auflageteile 236, d.h. dieselbe Fläche auf der bewegbaren Platte 232 wie die, auf der die Reflexionsfläche 240 gebildet ist, mit den Oberseiten der Vorsprünge in Kontakt sind.
Bei dem Ablenkeinrichtungsplättchen 230 der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 befinden sich die beiden Elektrodenfelder 244 jeweils auf den beiden Auflageteilen 236. Ein Verdrahtungselement 260, das eine starre Platine 262 und die flexible Verdrahtungsplatine 246 umfasst, ist auf dem Metallsockel 250 angebracht. Die beiden Endabschnitte der starren Platine 262 sind jeweils in der Nähe der beiden Auflageteile 236 angebracht und durch Drahtbondstellen 266 elektrisch mit den Elektrodenfeldern 244 auf den Auflageteilen 236 verbunden. Die flexible Verdrahtungsplatine 246 ist elektrisch mit einem Mittelabschnitt der starren Platine 262 verbunden.
Der Montagevorgang für das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 auf dem Metallsockel 250 ist zum Beispiel in der Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. US 2002/0060830 A1 offenbart. Gemäß dem in dieser Referenz dargelegten Montagevorgang wird zuerst das Verdrahtungselement 260 mit dem Metallsockel 250 verbunden. Dann wird das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 mit dem Metallsockel 250 verbunden. Zu diesem Zeitpunkt verfügt das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 über einen Auflagerahmen, der die bewegbare Platte 232 umgibt, obwohl dies in 5 nicht dargestellt ist. Die Abschnitte des Auflagerahmens, die nicht mit den Vorsprüngen 264 in Kontakt sind, werden durch Abschneiden entfernt und die verbleibenden Abschnitte werden zu den Auflageteilen 236, die in 5 gezeigt sind.
Der Montagevorgang ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel kann, wenn das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 mit dem Metallsockel 250 verbunden ist und der Auflagerahmen teilweise entfernt wurde, das Verdrahtungselement 260 mit dem Metallsockel 250 verbunden werden.
Das Verdrahtungselement 260 ist vorzugsweise ein Element, das erhalten wird, indem die starre Platine 262 und die flexible Verdrahtungsplatine 246 in einem Stück gebildet werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Das Verdrahtungselement 260 kann zum Beispiel eine Anordnung haben, bei der flexible Anschlussleitungen mit der starre Platine 262 verlötet sind. Für das Löten ist es erforderlich, eine bestimmte Fläche auf der starren Platine 262 zu gewährleisten. Im Gegensatz dazu ist bei Verwendung des Verdrahtungselements 260, das erhalten wird, indem man die starre Platine 262 und die flexible Verdrahtungsplatine 246 in einem Stück bildet, ein spezieller Bereich für den Verbindungsabschnitt zwischen der starren Platine 262 und der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 nicht mehr erforderlich; die Verwendung des Verdrahtungselements ist somit dahingehend geeignet, die Gesamtfläche der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 zu verringern. Dies trägt zu einer Verringerung der Fläche des Metallsockels 250 in 5 bei, d.h. zu einer Verringerung der Gesamtgröße und des Gesamtgewichts der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200.
Die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 ist fertiggestellt, wenn der Metallsockel 250, auf dem das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 und das Verdrahtungselement 260 angebracht sind, wie in 6 gezeigt, mit dem Magnetkreis 210 verbunden werden. Bei der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 umfasst der Magnetkreis 210 zusätzlich zu dem Magnetjoch 214 ein Mitteljoch 218, an dem die Permanentmagnete 212 fixiert sind.
Der Metallsockel 250 und der Magnetkreis 210 sind miteinander z. B. durch drei nichtmagnetische oder schwach magnetische Schrauben 254 (siehe 4) verbunden, die durch drei Magnetkreis-Fixieröffnungen 256, die in dem Metallsockel 250 gebildet sind, hindurchgehen. Der Metallsockel 250 hat zum Beispiel drei externe Fixieröffnungen 258 zusätzlich zu den Magnetkreis-Fixieröffnungen 256. Die externen Fixieröffnungen 258 werden dazu verwendet, die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 am Adapter 120 zu fixieren.
Wie vorstehend beschrieben, macht es die Verwendung der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 als Hochgeschwindigkeits-Resonanzablenkeinrich tung möglich, verglichen mit dem Stand der Technik eine starke Verringerung der Größe zu erzielen.
7 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 und 2 gezeigten Adapters. 8 ist eine Seitenansicht des in 7 gezeigten Adapters. 9 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie IX-IX des Adapters in 8; 10 ist eine Seitenansicht des Adapters wie 8 und zeigt einen Zustand, in dem der Adapter an der Drehwelle der Galvano-Ablenkeinrichtung fixiert ist, und am Adapter eine MEMS-Ablenkeinrichtung angebracht ist.
Wie in 10 gezeigt ist, umfasst der Adapter 120, der einen Fixiermechanismus für die Fixierung der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 an der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 umfasst, einen Adapterkörper 122, Schrauben 140 zur Fixierung des Adapterkörpers 122 an der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110, und Schrauben 142 zur Fixierung der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 am Adapterkörper 122.
Wie in 7 gezeigt ist, umfasst der Adapterkörper 122 eine Drehwellen-Fixieröffnung 132, die an der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 im Wesentlichen ohne Spiel angreift und eine MEMS-Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche 124, an der die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 angebracht ist.
Wie in 8 gezeigt, verfügt der Adapterkörper 122 über einen Drehwellen-Befestigungsabschnitt 130, bei dem der Durchmesser der Drehwellen-Fixieröffnung 132 verringert werden kann. Wie in 8 und 9 gezeigt, sind nahe dem Drehwellen-Befestigungsabschnitt 130 Schlitze 134 und 128 gebildet. Der Schlitz 134 ermöglicht eine Verringerung des Durchmessers der Drehwellen-Fixieröffnung 132. Der Schlitz 128 erleichtert eine Verringerung des Durchmessers der Drehwellen-Fixieröffnung 132 des Drehwellen-Befestigungsabschnitts 130 und verhindert effektiv, dass eine Verformung des Drehwellen-Befestigungsabschnitts 130 die MEMS-Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche 124 beeinträchtigt.
Wie in 9 gezeigt, verfügt der Drehwellen-Befestigungsabschnitt 130 über zwei Schraubenöffnungen 136 und 138, die bezüglich der Drehwellen-Fixieröffnung 132 symmetrisch sind. Die Schraubenöffnung 136 nimmt eine Schraube 140 auf, die vor allem dazu beiträgt, den Drehwellen-Befestigungsabschnitt 130 an der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 anzubringen. Die Schraubenöffnung 138 nimmt eine Schraube 140 auf, die für eine symmetrische Gewichtsverteilung bezüglich der Drehwellen-Fixieröffnung 132 verwendet wird.
Der Adapterkörper 122 wird auf folgende Weise an der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 fixiert. Die Schraube 140 wird in der Schraubenöffnung 136 befestigt, wobei die Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 in die Drehwellen-Fixieröffnung 132 eingeführt ist. Bei diesem Vorgang verringert sich der Durchmesser der Drehwellen-Fixieröffnung 132 des Drehwellen-Befestigungsabschnitts 130, so dass der Abstand zwischen der Drehwellen-Fixieröffnung 132 und der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 verschwindet. In der Folge ist der Adapterkörper 122 zuverlässig an der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 fixiert.
Eine weitere Schraube 140 wird in der Schraubenöffnung 138 befestigt. Bei diesem Vorgang befindet sich der Schwerpunkt G im Wesentlichen auf der Drehachse, sogar wenn die Schrauben 140 in den Schraubenöffnungen 136 und 138 in einem Zustand befestigt sind, in dem die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 am Adapter 120 fixiert ist und ein Schwerpunkt G im Wesentlichen auf einer zentralen Achse 132a liegt. In diesem Zustand wird die Massenkraft (Zentrifugalkraft), die beim Schwingen der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 erzeugt wird, im Wesentlichen zu Null, wodurch eine unnötige Resonanz unterdrückt wird.
Wie vorstehend beschrieben, dient die Schraube 140 als Befestigungseinrichtung oder Verbindungselement zur Verringerung des Durchmessers der Drehwellen-Fixieröffnung 132 des Adapterkörpers 122. Der Durchmesser der Drehwellen-Fixieröffnung 132 des Fixierelements wird durch die Schraube 140 verringert, so dass der Adapterkörper 122 an der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 fixiert ist.
Wie in 8 gezeigt, bildet die auf dem Adapterkörper 122 gebildete MEMS-Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche 124 einen Winkel von im Wesentlichen 45° bezüglich der Mittelachse 132a der Drehwellen-Fixieröffnung 132. Somit bildet die MEMS-Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche 124 in einem Zustand, in dem der Adapter 120 an der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 fixiert ist, einen Winkel von im Wesentlichen 45° bezüglich der Mittelachse der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110, d.h. bezüglich der X-Achse.
Zum Beispiel verfügt der Adapterkörper 122 über drei Gewinde 126 an der MEMS-Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche 124. Die in 4 bis 6 gezeigte MEMSResonanzablenkeinrichtung 200 wird am Adapter 120 beispielsweise dadurch fixiert, dass die in die Gewinde 126 eingreifenden Schrauben 142, die sich durch die in dem Metallsockel 250 gebildeten externen Fixieröffnungen 258 erstre cken, festgezogen werden. Die Schrauben 142 sind vorzugsweise nichtmagnetisch oder schwach magnetisch. Die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 in 3 wird am Adapter 120 durch Verwendung der externen Fixieröffnungen (nicht gezeigt), die im Metallsockel 248 gebildet sind, fixiert.
Genauer gesagt wird die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 so am Adapterkörper 122 fixiert, dass die Reflexionsfläche 240 der bewegbaren Platte 232 in einem betätigungsfreien Zustand im Wesentlichen parallel zur MEMS-Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche 124 des Adapterkörpers 122 liegt.
Wie vorstehend beschrieben, dienen die Schrauben 142 als Fixiereinrichtung oder Fixiermittel zur Fixierung der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 am Adapterkörper 122 und ermöglichen, dass die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 am Adapterkörper 122 so fixiert werden kann, dass die Reflexionsfläche 240 der bewegbaren Platte 232 in einem betätigungsfreien Zustand im Wesentlichen parallel zur MEMS-Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche 124 des Adapterkörpers 122 liegt.
Wie in 10 gezeigt ist, liegt, während der Adapter 120 und die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 aneinander fixiert sind, der Gesamtschwerpunkt G des Adapters 120 und der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 vorzugsweise im Wesentlichen auf der Mittelachse 132a der Drehwellen-Fixieröffnung 132 des Adapterkörpers 122. In diesem Fall liegt der Gesamtschwerpunkt G des Adapters 120 und der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 im Wesentlichen auf der Mittelachse der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110, d.h. auf der X-Achse, während der Adapter 120 an der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 fixiert ist.
Der Adapterkörper 122 verfügt vorzugsweise über eine zylindrische Seitenfläche. Der Adapterkörper 122 wird hergestellt, indem zum Beispiel ein zylindrisches Element unter 45° bezüglich der Mittelachse 132a zerschnitten wird. Wenn das zylindrische Element einfach unter 45° zerschnitten wird, weicht der Schwerpunkt G von der Mittelachse 132a ab. Wenn das Element jedoch in eine Form wie in 10 gezeigt geschnitten wird (eine so genannte "D-Schnitt-Form" in 9), kann dafür gesorgt werden, dass die Position des Schwerpunkts G mit der Mittelachse 132a zusammenfällt.
Mit anderen Worten und unter Bezugnahme auf 10 hat der Adapterkörper 122 als MEMS-Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche 124 eine Stirnfläche, die so geformt ist, dass sie einen Winkel von 45° bezüglich der Mittelachse 132a bildet, und das andere Ende (an der Seite der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110) hat eine Form, die gebildet wird, indem ein Teilbereich des Adapterkörpers 122 von einer Seitenfläche zur Mitte hin abgeschnitten wird, so dass der abgeschnittene Abschnitt einen Teil der Seitenfläche des Adapterkörpers 122 enthält, der die größte Länge entlang der Mittelachse 132a enthält.
Damit die Form des Adapterkörpers leicht verstanden wird, wurde das Verfahren zu dessen Herstellung aus dem zylindrischen Element gegeben. Ein Adapterkörper kann jedoch durch ein anderes Verfahren hergestellt werden. Bei der vorstehenden Beschreibung werden die Begriffe „schneiden" und „entfernen" verwendet, um die Form des fertigen Produkts im Vergleich zu dem zylindrischen Element vor der Verarbeitung zu erklären und stellen keine Einschränkung bezüglich des zu verwendenden Herstellungsverfahrens dar. Ein Adapterkörper kann durch ein anderes Herstellungsverfahren hergestellt werden, wie zum Beispiel Spritzgießen, so lange die Form am Schluss ähnlich der oben beschriebenen Form ist.
Das heißt, der Adapterkörper 122 ist im Allgemeinen zylindrisch, hat als MEMS-Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche 124 eine Stirnfläche mit einem Winkel von 45° bezüglich der Mittelachse 132a, und hat einen Ausschnitt in der Nähe der anderen Stirnfläche, die zu der um 45° geneigten Stirnseite entgegengesetzt ist, wobei der Ausschnitt einen Teil der Seitenfläche umfasst, die die größte Länge entlang der Mittelachse 132a des Adapterkörpers 122 hat.
11 und 12 zeigen, wie die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung am Adapterkörper fixiert ist, indem ein Raumeinstellelement verwendet wird. 11 zeigt einen Zustand, bevor die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung am Adapterkörper fixiert wird. 12 zeigt einen Zustand, nachdem die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung am Adapterkörper fixiert wurde.
Wie in 11 und 12 gezeigt, kann, wenn die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 am Adapterkörper 122 zu fixieren ist, ein Abstandshalter 144 zwischen die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 und den Adapterkörper 122 eingefügt werden, um den Winkel der Reflexionsfläche 240, die auf der bewegbaren Platte 232 der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 vorgesehen ist (Neutralstellung), in einem betätigungsfreien Zustand einer vorbestimmten Neigung (z. B. 45°) der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 bezüglich der Drehwelle 112 anzugleichen. Wenn der Abstandshalter 144 in der Nähe von mindestens einer der drei Schrauben 142 eingefügt wird, wenn die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 am Adapterkörper 122 mit den drei Schrauben 142 angebracht ist, kann die Reflexionsfläche 240 der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 bezüglich der Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung genau positioniert werden. Es ist festzuhalten, dass die Anbringungsposition des Abstandshalters 144 nicht auf die Position in der Nähe der Schraube 142 beschränkt ist.
Die relative Stellungsanpassung für die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 und den Abstandshalter 144 ist nicht auf das Verfahren beschränkt, das den Abstandshalter 144 auf diese Weise verwendet. Zum Beispiel kann ein Einstellmechanismus für den Adapter 120 oder die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 vorgesehen werden.
13 zeigt ein Beispiel für einen Einstellmechanismus für den Raum zwischen der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung und dem Adapterkörper. Wie in 13 gezeigt ist, wird durch diesen Einstellmechanismus den Raum zwischen der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 und dem Adapterkörper 112 eingestellt, indem ein Schraubenpaar verwendet wird (eine MEMS-Fixierschraube 146 und eine Einstellschraube 148). Die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 hat eine Durchgangsöffnung 272, durch die sich die MEMS-Fixierschraube 146 erstreckt, und ein Gewinde 274, in das die Einstellschraube 148 eingreift. Wenn die Einstellschraube 148 in das Gewinde geschraubt wird, steht die Einstellschraube 148 von der Rückseite (der unteren linken Seite in 13) der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 vor. Dies hat die gleiche Wirkung wie das Einfügen eines Abstandshalters 144 zwischen die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 und den Adapterkörper 122. Durch Anziehen der MEMS-Fixierschraube 146, wobei ein vorbestimmter Betrag des Überstands erzielt wird, werden die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 und der Adapterkörper 122 aneinander fixiert, wobei ein vorbestimmter Abstand zwischen ihnen gewährleistet wird. Dies ermöglicht, eine relative Stellung in einem vorbestimmten Zustand zu halten. Die Bereitstellung eines solchen Einstellmechanismus anstelle mindestens einer der drei Schrauben 142 zur Fixierung der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung macht es möglich, die Stellung anzupassen.
Die Zahl der vorstehenden Abstandshalter 144 oder Einstellmechanismen ist nicht auf eins beschränkt; zwei oder drei solcher Abstandshalter oder Mechanismen können verwendet werden.
Gemäß dem Adapter 120 in der oben genannten Anordnung ist es, da der Adapterkörper 122 aus einem Bauteil gebildet wird, d.h. der Drehwellen-Befestigungsabschnitt 130 eine integrale Struktur hat, einfach, eine maßbezogene Ein flussnahme auf die Komponenten (insbesondere den Durchmesser der Galvano-Ablenkeinrichtungs-Fixieröffnung) und den Zusammenbau auszuüben.
Die Anordnung des Adapters 120 ist nicht auf die vorstehende Anordnung beschränkt. 14 zeigt einen weiteren Adapter, der anstelle des Adapters 120 verwendet werden kann. Wie in 14 gezeigt, umfasst ein Adapter 150 einen Adapterkörper 152, einen separaten Andrückfuß 154, der am Adapterkörper 152 angreift, und zwei Schrauben 156, die den Adapterkörper und den Andrückfuß fixieren.
15 zeigt einen Halter zum Halten der in 1 und 2 gezeigten Galvano-Ablenkeinrichtung.
Im Allgemeinen ist der Außenflächenabschnitt der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 zylindrisch und seine Mittelachse stimmt mit einer Mittelachse der Drehwelle 112 überein. Wie in 15 gezeigt, umfasst ein Halter 160 einen Haltekörper 162 und eine Schraube 168. Der Haltekörper 162 hat eine Halterungsöffnung 164 für die Galvano-Ablenkeinrichtung, die einen kleinen Abstand zum Außenflächenabschnitt der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 hat. Mit anderen Worten verfügt der Haltekörper 162 über die Halterungsöffnung 164 für die Galvano-Ablenkeinrichtung, an der der Außenflächenabschnitt der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 im Wesentlichen ohne Spiel angreift. Darüber hinaus ist in dem Haltekörper 162 ein Schlitz 166 gebildet. Der Schlitz 166 ermöglicht, den Durchmesser der Halterungsöffnung 164 für die Galvano-Ablenkeinrichtung des Haltekörpers 162 zu verringern.
Obwohl dies nicht im Einzelnen gezeigt ist, verfügt der Haltekörper 162 über eine Durchgangsöffnung, durch die sich die Schraube 168 erstreckt, und ein Gewinde, in das Schraube 168, die sich durch die Durchgangsöffnung erstreckt, eingreift. Die Schraube 168 erstreckt sich durch die Durchgangsöffnung im Haltekörper 162, kreuzt den Schlitz 166 und greift in das Gewinde des Haltekörpers 162 ein. Die Schraube 168 ist am Haltekörper 162 befestigt, um die Halterungsöffnung 164 für die Galvano-Ablenkeinrichtung des Haltekörpers 162 zu verengen.
Der Haltekörper 162 hat zum Beispiel über die Erscheinungsform eines rechtwinkligen Quaders. Eine Anbringungsfläche 162a, die an einer externen Einheit anzubringen ist, liegt im Wesentlichen parallel zu einer Mittelachse 164a der Halterungsöffnung 164 für die Galvano-Ablenkeinrichtung. Indem die Anbringungsfläche 162a als Bezugsfläche festgelegt wird, kann die Stellung der zweidimensionalen Ablenkeinrichtung innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs gehalten werden.
16 und 17 zeigen die Schritte des Einpassens des Außenflächenabschnittes der Galvano-Ablenkeinrichtung der in 1 und 2 gezeigten zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung in die in 15 gezeigte Halterungsöffnung für die Galvano-Ablenkeinrichtung. 16 zeigt einen Zustand, bevor der Außenflächenabschnitt der Galvano-Ablenkeinrichtung in die Halterungsöffnung für die Galvano-Ablenkeinrichtung eingepasst ist. 17 zeigt einen Zustand, in dem der Außenflächenabschnitt der Galvano-Ablenkeinrichtung in die Halterungsöffnung für die Galvano-Ablenkeinrichtung eingepasst ist.
Wie in 16 gezeigt, wird die zweidimensionale optische Ablenkeinrichtung in die Halterungsöffnung 164 für die Galvano-Ablenkeinrichtung des Haltekörpers 162 von der Seite der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 her eingepasst, wie durch den Pfeil angezeigt ist. Wie in 16 gezeigt, wird der Außenflächenabschnitt der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 in die Öffnung eingepasst. Dabei ist es vorzuziehen, dass die flexible Verdrahtungsplatine 246, die an die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 angeschlossen ist, wie in 16 gezeigt zeitweise gebogen wird, um den Zusammenbau nicht zu beeinträchtigen. Wenn die in 15 gezeigte Schraube angezogen wird, während der Außenflächenabschnitt der in 17 gezeigten Galvano-Ablenkeinrichtung 110 in die Halterungsöffnung für die Galvano-Ablenkeinrichtung des Haltekörpers eingepasst wird, ist die Galvano-Ablenkeinrichtung 110 zuverlässig am Halter 160 gehalten.
Ein Endabschnitt der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 wird danach am Halter 160 angebracht, um den Zusammenbau abzuschließen. Genauer gesagt wird, wie in 18 gezeigt ist, zum Beispiel ein Verdrahtungsfixierelement 172 vorab am Halter 160 fixiert, und ein Endabschnitt der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 wird am Verdrahtungsfixierelement 172 fixiert. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist es zu bevorzugen, ein Verfahren zur Verbindung eines Verbindungselements mit dem Endabschnitt der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 vorab zu verwenden und das Verbindungselement am Verdrahtungsfixierelement 172 zu fixieren. Das zu verwendende Verbindungsverfahren ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein Verbindungselement, das mit einer Verdrahtung verbunden ist, direkt am Halter 160 anstatt am Verdrahtungsfixierelement 172 fixiert werden. Anstatt an einem Verbindungselement kann eine Verdrahtung alternativ direkt am Verdrahtungsfixierelement 172 oder Halter 160 fixiert werden.
Das in 16 und 17 gezeigte Montageverfahren kann nur für eine Anordnung verwendet werden, bei sich der sowohl die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 als auch der Adapter 120 vollständig in dem Bereich befinden, der durch das Hervorstehen des Außenflächenabschnitts der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 in Richtung ihrer Drehachse definiert wird. Darüber hinaus ist es erforderlich, dass die Verdrahtung, die mit der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 verbunden ist, ein flexibles Verdrahtungselement ist (die flexible Verdrahtungsplatine 246) ist und sich zum Zeitpunkt der Montage wenigstens vorübergehend innerhalb des oben genannten Bereichs befindet. Darüber hinaus wird bei der zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform, da die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 und der Adapter 120 sich in dem oben genannten Bereich befinden, das Trägheitsmoment, das als Last auf die Galvano-Ablenkeinrichtung 110 wirkt, auf einen niedrigen Wert gedrückt. Das ermöglicht die Durchführung eines direkten Betätigungsvorgangs durch Verwendung der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 anstelle der Durchführung eines Betätigungsvorgangs durch ein Untersetzungsgetriebe gemäß dem Stand der Technik.
Die Funktionen und Wirkungen dieser Ausführungsform werden wie folgt aus der vorstehenden Beschreibung zusammengefasst:
Zuerst wird wie in 1 und 2 gezeigt die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 an der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 mit einem Neigewinkel von 45° angebracht. Dann wird von der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 ein Ablenken bei einer geringen Geschwindigkeit und von der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 ein Ablenken bei einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt, um eine zweidimensionale Ablenkung mit einer geringen Verzerrung durchzuführen. Dabei kann die Last auf die Galvano-Ablenkeinrichtung 110 im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verringert werden, indem die in 3 und 4 bis 6 gezeigte MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 verwendet wird. Darüber hinaus kann durch die Verwendung der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 als MEMS-Ablenkeinrichtung eine weitere Verringerung der Größe erreicht werden. Somit kann eine Erhöhung der Ablenkgeschwindigkeit durch die Galvano-Ablenkeinrichtung 110 oder eine Verringerung der Größe der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 erreicht werden.
Wie in 7 bis 13 gezeigt, sind die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 und die Galvano-Ablenkeinrichtung 110 durch den Adapter 120 aneinander fixiert. In diesem Fall ist die Form des Adapters 120 so ausgelegt, dass, wenn der Adapter 120 und die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 aneinander fixiert sind, sich der Schwerpunkt G im Wesentlichen auf der Mittelachse der Fixieröffnung für den Adapter 120 und die Galvano-Ablenkeinrichtung 110 befindet. Darüber hinaus befin det sich, da die beiden Schrauben 140 zur Befestigung des Adapters 120 an der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 so angeordnet sind, dass die hinsichtlich der Mittelachse symmetrisch sind, die Position des Gesamtschwerpunkts G der Abschnitte, die an der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 angebracht sind, im Wesentlichen auf der Drehachse der Galvano-Ablenkeinrichtung 110. Die obige Anordnung kann deshalb die Zentrifugalkraft einschränken, die erzeugt wird, wenn die Galvano-Ablenkeinrichtung 110 schwingt, und somit eine unnötige Resonanz unterdrücken.
Darüber hinaus sind die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 und der Adapter 120 aneinander an drei Positionen fixiert, wobei vorzugsweise nichtmagnetische oder schwach magnetische Schrauben verwendet werden; sie werden aneinander durch das Anziehen der Schrauben von der Seite der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 zum Adapter 120 fixiert. Darüber hinaus werden der Abstandshalter 144, der Einstellmechanismus (die MEMS-Fixierschraube 146 und Einstellschraube 148) oder dergleichen verwendet, um den Abstand zwischen der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 und dem Adapter 120 einzustellen, und die Montage wird so durchgeführt, dass die Reflexionsfläche 240 der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 eine vorbestimmte Stellung bezüglich des Adapters 120 einnimmt. Der obige Vorgang ermöglicht eine relativ leichte und hochgenaue Montage.
Wie in 15 bis 18 gezeigt, wird, wenn die zweidimensionale optische Ablenkeinrichtung gemäß der zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung dieser Ausführungsform am Halter 160 anzubringen ist, da sich sowohl die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 als auch der Adapter 120 vollständig in dem Bereich befinden, der durch das Hervorstehen des Außenflächenabschnitts der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 in die Richtung ihrer Drehachse gebildet wird, die Montagearbeit erleichtert, und das Trägheitsmoment der Abschnitte, die an der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 angebracht sind, kann auf einen niedrigen Wert gedrückt werden.
Die vorstehende Beschreibung betrifft nur die Ausführungsform, die die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung verwendet. Es kann jedoch eine resonanzfreie Ablenkeinrichtung verwendet werden, so lange es sich um eine Ablenkeinrichtung basierend auf der MEMS-Technologie handelt, und eine Ablenkeinrichtung kann sowohl im Resonanzmodus als auch im resonanzfreien Modus betätigt werden.
Zweite Ausführungsform
19 ist eine perspektivische Ansicht einer zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die gleichen Bezugszahlen wie in 19 bezeichnen die gleichen Elemente der zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Obwohl diese grundlegende Anordnung der zweiten Ausführungsform die gleiche wie die der ersten Ausführungsform ist, unterscheidet sich die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform in der Art der Führung der flexiblen Verdrahtungsplatine, die mit einer MEMS-Resonanzablenkeinrichtung verbunden ist. Bei der folgenden Beschreibung wird der Schwerpunkt auf die Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform gelegt.
Wie in 19 gezeigt, ist eine flexible Verdrahtungsplatine 246 von einer MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 in eine Richtung parallel zur Y-Achse geführt, erstreckt sich, wenn man sie in Richtung der X-Achse betrachtet, im Wesentlichen in U-Form, und ist an einem Verdrahtungsfixierelement 172 fixiert, das bezüglich der X-Achse auf der entgegengesetzten Seite des Abschnitts, der von der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 hergeführt wird, liegt. Das heißt, der durch die Luft geführte Abschnitt der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 erstreckt sich zwischen der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 und dem Verdrahtungsfixierelement 172, wobei er sich um eine Drehwelle 112 einer Galvano-Ablenkeinrichtung 110 krümmt und sich entlang einer Ebene erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zu der Drehwelle 112 ist. Darüber hinaus ist die flexible Verdrahtungsplatine 246 durch die Luft geführt, während ihre Oberfläche, auf der eine Verdrahtungsstruktur gebildet ist, immer im Wesentlichen parallel zur X-Achse gehalten wird. Das heißt, die Oberfläche mit der gebildeten Struktur auf dem durch die Luft geführten Abschnitt liegt im Wesentlichen parallel zur Drehwelle 112 der Galvano-Ablenkeinrichtung 110.
Aus diesem Grund verformt sich die flexible Verdrahtungsplatine 246 leicht, wenn die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 um die X-Achse schwingt (durch die Betätigung der Galvano-Ablenkeinrichtung 110), und die Reaktionskraft der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 während der Verformung ist gering. Darüber hinaus ist es, da die auf die flexible Verdrahtungsplatine 246 wirkende Spannung zu einer Biegespannung in Richtung der Dicke wird, in der die Steifigkeit der Platine gering ist, leicht, eine hohe Beständigkeit der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 zu gewährleisten.
Die vorstehend beschriebene Art der Führung der flexible Verdrahtungsplatine 246 ist nicht auf eine ungefähre U-Form beschränkt und kann nach Bedarf aus Gründen bezüglich des Aufbaus eines jeden Elements oder des Gesamtaufbaus verändert werden. Es ist jedoch zu bevorzugen, dass die Richtung der Oberfläche mit der gebildeten Struktur so weit wie möglich parallel zur X-Achse bleibt. Eine Verbindungsplatine (starre Platine) 182 ist mit dem Endabschnitt der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 verbunden, der am Verdrahtungsfixierelement 172 fixiert ist, wodurch die Fixierung der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 erleichtert wird. Darüber hinaus wird, da die Verdrahtung der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 elektrisch mit einem Verbindungselement 184 (siehe 20) der Verbindungsplatine 182 verbunden ist, die Verbindung erleichtert, wenn ein Verlängerungskabel (nicht gezeigt) für die elektrische Verbindung zwischen dem Verbindungselement 184 und einem Betätigungsschaltkreis der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung (nicht gezeigt) verwendet werden soll.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Abstandshalter 116 verwendet, um die Galvano-Ablenkeinrichtung 110 bezüglich eines Halters 160 in der X-Richtung zu positionieren. Weitere Abschnitte sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform. Das heißt, es kann ein XY-Ablenkmuster (zweidimensionales Ablenkmuster) ohne Verzerrung gebildet werden, indem die Ablenkung in Richtung der X-Achse mittels der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 durchgeführt wird, und die Ablenkung in Richtung der Y-Achse mittels der Galvano-Ablenkeinrichtung 110 durchgeführt wird, wie in der ersten Ausführungsform.
20 ist eine perspektivische Ansicht des Hauptteils (die Abschnitte enthalten keinen Magnetkreis, aber einen Metallsockel, ein Ablenkeinrichtungsplättchen und eine flexible Platine) der in 19 gezeigten MEMS-Resonanzablenkeinrichtung. 21 ist eine Seitenansicht des Metallsockels, des Ableineinrichtungsplättchens und der flexiblen Platine, die in 20 gezeigt sind. Da die grundlegende Anordnung der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 dieser Ausführungsform gleich der in 4 bis 6 gezeigten ersten Ausführungsform ist, werden nur die Abschnitte beschrieben, in denen sich die beiden unterscheiden.
Wie in 20 gezeigt, ist bei dieser Ausführungsform eine starre Platine 262 der Verdrahtungsplatine (bestehend aus der starren 262 und der flexiblen Verdrahtungsplatine 246, die miteinander verbunden sind) in U-Form auf einem Metallsockel 250 platziert, und die beiden Endabschnitte der U-Form, die über Drahtbondstellen 266 verbunden sind, befinden sich in der Nähe der Verlängerungen der Torsions stäbe 234. Mit dieser Struktur wird eine Breite W des Metallsockels 250 (die Länge entlang der Erstreckungsrichtung der Torsionsstäbe 234) auf den Wert gedrückt, der erhalten wird, indem man einen Montagespielraum zur Summe der Länge des Ablenkeinrichtungsplättchens 230 (die Abmessung entlang der Erstreckungsrichtung der Torsionsstäbe 234) addiert und die Breiten der beiden Endabschnitte der starren Platine 262 (die Abmessungen entlang der Erstreckungsrichtung der Torsionsstäbe 234) addiert.
Bei dieser Ausführungsform wird, um die in 19 gezeigte Führung der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 zu erzielen, der durch die Luft geführte Abschnitt der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 verändert. Zusammen mit dieser Veränderung wird auch die Form der Verdrahtungsplatine selbst verändert. Genauer gesagt hat der geführte Abschnitt der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 eine Form der Verdrahtungsplatine, die parallel zu den Torsionsstäben 234 ist. Wie in 21 im Einzelnen gezeigt ist, befindet sich auf dem Metallsockel 250 darüber hinaus ein Führungsabschnitt 282 für die flexible Platine. Der Führungsabschnitt 282 für die flexible Platine hat einen Winkel von etwa 45° bezüglich einer Reflexionsfläche 240 des Ablenkeinrichtungsplättchens 230, das sich auf der hinteren, seitlich orientierten Fläche einer bewegbaren Platte 232 in 20 befindet. Mit dieser Struktur hat die durch die Verdrahtung gebildete Oberfläche der flexiblen Verdrahtungsplatine 246, die am Führungsabschnitt 282 für die flexible Platine fixiert ist, einen Winkel von etwa 45° bezüglich der Reflexionsfläche 240 des Ablenkeinrichtungsplättchens 230. Die Bildung des Metallsockels 250 in der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 auf diese Weise und die Führung der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 kann die in 19 gezeigte Führung der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 bewirken. Darüber hinaus ist ein abgeschrägter Abschnitt 284 so auf dem Metallsockel 250 vorgesehen, dass er dem Führungsabschnitt 282 für die flexible Platine zugewandt ist, so dass eine Erhöhung der Masse des Metallsockels 250 verhindert wird.
Es ist festzuhalten, dass das Verbindungselement 184 so auf der Verbindungsplatine 182 angebracht ist, wie in 20 gezeigt ist. Darüber hinaus sind Halterungsöffnungen 186 in der Verbindungsplatine 182 gebildet, um diese am Verdrahtungsfixierelement 172 zu fixieren.
22 ist eine perspektivische Ansicht einer Modifikation der Metallbasis und der starren Platine. Wie in 22 gezeigt, ist bei dieser Modifikation die Platzierungsposition der starren Platine 262 auf eine Position abgeändert, bei der sie nicht über das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 in Erstreckungsrichtung der Torsionsstä be 234 hervorsteht. Das heißt, die Gesamtlänge der starren Platine 262 ist auf eine Länge abgeändert, die im Wesentlichen gleich der Länge des Ablenkeinrichtungsplättchens 230 ist. Die starre Platine 262 ist neben den Auflageteilen 236 des Ablenkeinrichtungsplättchens 230 platziert, und zwar in einer Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Torsionsstäbe 234. Die Drahtbondstellen 266, die das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 mit der starren Platine 262 elektrisch verbinden, erstrecken sich in eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Torsionsstäbe 234 ist. Dies drückt die Breite W des Metallsockels 250 auf einen noch geringeren Wert. Mit dieser Anordnung werden die Größe und das Gewicht des Metallsockels 250 verringert und somit kann eine Verringerung der Gesamtgröße und des Gesamtgewichts der MEMS-Ablenkeinrichtung erreicht werden.
In dem Fall der in 22 gezeigten Halterungsform sind das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 und die starre Platine 262 nebeneinander in einer Richtung angeordnet, die senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Torsionsstäbe 234 liegt. Deshalb kann die starre Platine 262, wenn das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 mit dem Metallsockel 250 verbunden ist und die Auflageteile 236 gebildet sind, indem der Auflagerahmen teilweise entfernt wurde, mit dem Metallsockel 250 verbunden werden. In diesem Fall werden die vorstehenden Elemente vorzugsweise miteinander verbunden, nachdem die Auflageteile 236 des Ablenkeinrichtungsplättchens 230 in die Nähe der starren Platine 262 gebracht wurden.
23 ist eine perspektivische Ansicht des Magnetkreises in der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform. 24 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XXIV-XXIV des Magnetkreises in 23. 25 ist eine Unteransicht des in 23 gezeigten Magnetkreises.
Wie in 23 gezeigt, ist ein Magnetkreis 210 der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 ähnlich dem Magnetkreis 210 (siehe 6) in der ersten Ausführungsform. Wie in 24 und 25 gezeigt, umfasst ein Magnetjoch 214 jedoch hintere Jochteile 216, die sich außerhalb der Permanentmagnete 212 befinden, und untere Jochteile 220, die sich unter den Permanentmagneten 212 befinden. Ein oberer Abschnitt eines jeden Permanentmagnets 212 steht vom Magnetjoch 214 hervor. Die Permanentmagnete 212 sind am Magnetjoch 214 vor allem an den Kontaktflächen zwischen den Permanentmagneten 212 und den hinteren Jochteilen 216 fixiert, aber auch an den Kontaktflächen zwischen den Permanentmagneten 212 und den unteren Jochteilen 220.
Es wird Bezug auf 24 genommen. Da die oberen Abschnitte der Permanentmagneten 212 vom Magnetjoch 214 hervorstehen, versuchen die Magnete immer, sich in vertikaler Richtung in eine Neutralposition bezüglich des Magnetjochs 214 zu bewegen (der stabilste Zustand im Hinblick auf die Energie). Aus diesem Grund wird in 24 eine nach unten wirkende Kraft erzeugt. Im Allgemeinen wirkt die Kraft in die Scherrichtung auf die fixierten Flächen zwischen den Permanentmagneten 212 und dem Magnetjoch 214. Eine solche Kraft in Scherrichtung setzt die Anhaftung zwischen den Permanentmagneten 212 und dem Magnetjoch 214 herab.
Bei dieser Ausführungsform werden, mit Bezug auf 24, die Permanentmagnete 212, auf die eine nach unten wirkende Kraft wirkt, durch die unteren Jochteile 220 des Magnetjochs 214 unterstützt. Dies verhindert eine Verringerung der Anhaftung aufgrund der Kraft in Scherrichtung und verbessert somit die Stabilität und Beständigkeit der Haftabschnitte.
Dies kann auch die Möglichkeit einer mangelnden Anhaftung verhindern, zu der es kommt, wenn die Trägheitskraft zwischen den Permanentmagneten 212 und den hintere Jochteilen 216 wirkt, nachdem die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 durch die Galvano-Ablenkeinrichtung 110 betätigt wurde. Nur als Hinweis zeigt 26, die ähnlich 24 ist, eine Schnittansicht des Magnetkreises 210 der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die vorstehend beschriebene Anordnung des Magnetkreises 210 ist nicht nur bei der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 der zweidimensionalen optischen Ablenkeinrichtung dieser Ausführungsform wirksam, sondern auch bei einer MEMS-Resonanzablenkeinrichtung, die alleine verwendet wird.
Die Anordnung des Magnetkreises 210 ist nicht auf die vorstehende Beschreibung beschränkt. 27 zeigt eine Modifikation des Magnetkreises 210. Wie in 27 beschrieben, umfasst bei dieser Modifikation das Magnetjoch 214 Aussparungen 224 (ausgeklinkte Abschnitte) auf den beiden Seiten eines Mitteljochs 218. Die Aussparungen 224 dienen dazu, zu verhindern, dass sich die Drahtbondstellen 266 und das Magnetjoch 214 in die Quere kommen, wenn der Magnetkreis 210 und der Metallsockel 250 montiert werden.
28 ist eine perspektivische Ansicht der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform in einem montierten Zustand. Wie in 28 gezeigt, sind der Metallsockel 250 und der Magnetkreis 210 aneinander mit drei Schrauben 254 (vorzugsweise nichtmagnetische oder schwach magnetische Schrauben) befestigt, und um die Öffnungen herum befinden sich Einsenkungen 288, durch die sich die Schrauben 254 erstrecken, um zu verhindern, dass die Köpfe der Schrauben 254 von der obersten Fläche des Metallsockels 250 hervorstehen.
Diese Anordnung ist geeigneter dafür, eine transparente, staubdichte Abdeckung auf der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 oder eine Schutzabdeckung während der Montage zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus kann die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200, wenn sie alleine verwendet und unter Verwendung der oberen Fläche in 28 als Bezugsfläche an einer externen Einheit angebracht werden soll, auf der externen Einheit angebracht werden, ohne dass die Köpfe der Schrauben austreten.
Die in 28 gezeigte Anordnung kann nicht nur bei der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 dieser Ausführungsform angewendet werden, sondern auch bei der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform oder bei der einzelnen MEMS-Ablenkeinrichtung, die in der Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. US 2002/0060830 A1 offenbart ist.
Die Funktionen und Wirkungen dieser Ausführungsform werden wie folgt aus der vorstehenden Beschreibung zusammengefasst.
Wie in 19 gezeigt ist, ermöglicht die Führung der flexiblen Verdrahtungsplatine 246, die mit der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 so verbunden ist, dass die Oberfläche mit der gebildeten Struktur immer parallel zur X-Achse liegt, dass die flexible Verdrahtungsplatine 246 sich leicht verformt, wenn die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 um die X-Achse schwingt, und verringert die Reaktionskraft der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 bei deren Verformung. Darüber hinaus ist es, da die Spannung, die auf die flexible Verdrahtungsplatine 246 wirkt, zu einer Biegespannung in Richtung der Dicke wird, bei der die Steifigkeit der Platine gering ist, leicht, eine hohe Beständigkeit der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 zu gewährleisten.
Wie in 20 bis 22 gezeigt, ist bei der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 die flexible Verdrahtungsplatine 246 in einer Richtung parallel zu den Torsionsstäben 234 geführt und ist auch von der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 in einer Richtung geführt, in der die durch die Verdrahtung gebildete Oberfläche der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 einen Winkel von etwa 45° bezüglich der Reflexi onsfläche 240 hat, so dass die in 19 gezeigte Führung der flexiblen Verdrahtungsplatine 246 erzielt wird.
Wie in 23 bis 25 und 27 gezeigt, wird bei dem Magnetkreis 210 der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 die Langzeitstabilität des fixierten Abschnitts verbessert, indem jeder Permanentmagnet 212 mit dem Magnetjoch 214 an zwei Oberflächen in Kontakt gebracht wird, die im Wesentlichen senkrecht zueinander sind, und genauer gesagt dadurch, dass für den Permanentmagneten 212 zusätzlich zum hinteren Joch 216 das untere Joch 220 vorgesehen wird, und diese an deren beiden Flächen befestigt werden.
Wie in 28 gezeigt, ist bei der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 die Fläche des Metallsockels 250, an dem das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 fixiert ist (die Fläche auf der zu der Fläche entgegengesetzten Seite, auf der das Ablenkeinrichtungsplättchen 230 fixiert ist) in eine flache oder konkave Fläche gebracht, wobei die Köpfe der Fixierschrauben und dergleichen nicht von der Fläche hervorstehen. Dies erleichtert das Anbringen eines weiteren Elements an dieser Fläche oder erleichtert die Fixierung der MEMS-Resonanzablenkeinrichtung an einer externen Einheit an dieser Fläche.
Bei dieser Ausführungsform ist die MEMS-Resonanzablenkeinrichtung 200 wie bei der ersten Ausführungsform nicht auf eine Resonanzablenkeinrichtung beschränkt und kann auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben modifiziert werden.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorstehend mit Bezug auf die Ansichten der beigefügten Zeichnungen beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und kann auf verschiedene Arten im Rahmen der Erfindung modifiziert und verändert werden.

Claims

Zweidimensionale optische Ablenkeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: eine erste, MEMS-Resonanzablenkeinrichtung (200) zum Ablenken eines Lichtstrahls um eine erste Achse (Y) bei einer hohen Geschwindigkeit; eine zweite, Galvano-Ablenkeinrichtung (110) zum Ablenken eines Lichtstrahls um eine zur ersten Achse (Y) senkrecht liegende, zweite Achse (X) bei einer geringen Geschwindigkeit; und einen Fixiermechanismus (120; 150) zum Fixieren der ersten Ablenkeinrichtung (200) an der zweiten Ablenkeinrichtung (110), wobei die erste Ablenkeinrichtung (200) ein Ablenkeinrichtungsplättchen (230) und eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen des Ablenkeinrichtungsplättchens (230) umfasst, wobei das Ablenkeinrichtungsplättchen (230) einen bewegbaren Abschnitt (232) mit einer Reflexionsfläche (240), ein außerhalb des bewegbaren Abschnitts (232) angeordnetes Auflageteil (236) und einen Verbindungsabschnitt (234) umfasst, der den bewegbaren Abschnitt (232) mit dem Auflageteil (236) verbindet, wobei sich der Verbindungsabschnitt (234) entlang der ersten Achse (Y) erstreckt und dazu in der Lage ist, sich um die erste Achse (Y) zu verwinden, so dass der bewegbare Abschnitt (232) bezüglich des Auflageteils (236) um die erste Achse (Y) schwingen kann, wobei die zweite Ablenkeinrichtung (110) eine Drehwelle (112) umfasst, die sich um die zweite Achse (X) drehen kann, und der Fixiermechanismus (120; 150) ein Fixierelement (122; 152, 154) mit einer Drehwellenfixieröffnung (132) umfasst, an der die Drehwelle (112) der zweiten Ablenkeinrichtung (110) im Wesentlichen ohne Spiel angreift, und einer Befestigungseinrichtung zum Verkleinern eines Durchmessers der Drehwellenfixieröffnung (132) des Fixierelements (122; 152, 154), wobei der Durchmesser der Drehwellenfixieröffnung (132) des Fixierelements (122; 152, 154) durch die Befestigungseinrichtung verkleinert wird, so dass das Fixierelement (122; 152, 154) an der Drehwelle (112) der zweiten Ablenkeinrichtung (110) fixiert ist, wobei das Fixierelement (122; 152, 154) darüber hinaus eine erste Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche (124) umfasst, auf der die erste Ablenkeinrichtung (200) angebracht ist, wobei die erste Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche (124) einen Winkel von im Wesentlichen 45° bezüglich der zweiten Achse (X) bildet, wenn das Fixierelement (122; 152, 154) an der Drehwelle (112) der zweiten Ablenkeinrichtung (110) fixiert ist, und der Fixiermechanismus (120; 150) darüber hinaus eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der ersten Ablenkeinrichtung (200) am Fixierelement (122; 152, 154) umfasst, so dass die Reflexionsfläche (240) des bewegbaren Abschnitts (232) in einem betätigungsfreiem Zustand im Wesentlichen parallel zur ersten Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche (124) des Fixierelements (122; 152, 154) liegt.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position eines Gesamtschwerpunkts (G) der ersten Ablenkeinrichtung (200) und des Fixiermechanismus (120; 150), die aneinander fixiert sind, im Wesentlichen auf einer Mittelachse der Drehwellenfixieröffnung (132) des Fixierelements (122; 152, 154) liegt, um, wenn das Fixierelement (122; 152, 154) an der Drehwelle (112) der zweiten Ablenkeinrichtung (110) fixiert ist, im Wesentlichen auf der zweiten Achse (X) zu liegen, die eine Mittelachse der Drehwelle (112) der zweiten Ablenkeinrichtung (110) ist.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (122; 152, 154) allgemein zylindrisch ist, als erste Ablenkeinrichtungs-Anbringungsfläche (124) eine Stirnfläche mit einem Winkel von 45° bezüglich seiner Mittelachse hat, und entgegengesetzt zur um 45° geneigten Stirnfläche eine Aussparung nahe der anderen Stirnfläche hat, wobei die Aussparung einen Teil der Seitenfläche umfasst, die die größte Länge entlang der Mittelachse des zylindrischen Elements aufweist.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (122) ein Element umfasst, und die Befestigungseinrichtung zwei im Wesentlichen identische Befestigungshilfsmittel (140) umfasst, wobei die beiden Befestigungshilfsmittel (140) im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der zweiten Achse (X) angeordnet sind, und vor allem eines der Befestigungshilfsmittel (140) dazu verwendet wird, das Fixierelement (122) an der Drehwelle (112) der zweiten Ablenkeinrichtung (110) zu fixieren.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung drei Fixierhilfsmittel (142, 146) umfasst, um die erste Ablenkeinrichtung (200) am Fixierelement (122; 152, 154) von der Seite der ersten Ablenkeinrichtung her zu fixieren, und wenigstens ein Abstandseinstellelement zum Einstellen ei nes Abstands zwischen der ersten Ablenkeinrichtung (200) und dem Fixierelement (122; 152, 154).
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung drei Abstandseinstellelemente umfasst, wobei die drei Abstandseinstellelemente Schrauben (148) umfassen, die jeweils nahe den drei Fixierhilfsmitteln (146) vorgesehen sind.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ablenkeinrichtung (200) in der Bauart mit elektromagnetischer Betätigung vorliegt, und die Betätigungseinrichtung eine Antriebsspule (242) umfasst, die an einer bewegbaren Platte vorgesehen ist, und einen Magnetkreis (210), der ein die Antriebsspule (242) durchsetzendes Magnetfeld erzeugt, wobei der Magnetkreis (210) einen Permanentmagneten (212) und ein Magnetjoch (214) umfasst, an dem der Permanentmagnet (212) fixiert ist, wobei der Permanentmagnet (212) so angeordnet ist, dass eine Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten (212) in einem betätigungsfreien Zustand im Wesentlichen senkrecht zur ersten Achse (Y) und im Wesentlichen parallel zur Reflexionsfläche (240) des bewegbaren Abschnitts (232) liegt, wobei der Permanentmagnet (212) vom Magnetjoch (214) zu einer Seite hin entlang einer Richtung vorsteht, die im Wesentlichen sowohl zur Magnetisierungsrichtung als auch zur ersten Achse (Y) senkrecht ist, wobei der Permanentmagnet (212) und das Magnetjoch (214) hauptsächlich an einer Fläche fixiert sind, die im Wesentlichen senkrecht zur Magnetisierungsrichtung liegt, und zumindest ein Teil einer Oberfläche des Permanentmagneten (212), die nicht vom Magnetjoch (214) vorsteht und im Wesentlichen sowohl zur Magnetisierungsrichtung als auch zur ersten Achse (Y) senkrecht liegt, auch am Magnetjoch (214) fixiert ist.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie darüber hinaus einen Haltemechanismus (160) zum Halten der zweiten Ablenkeinrichtung (110) umfasst, und dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ablenkeinrichtung (110) einen im Wesentlichen zylindrischen Außenflächenabschnitt mit einer Mittelachse hat, die im Wesentlichen mit der zweiten Achse (X) zusammenfällt, wobei der Haltemechanismus (160) ein Halteelement (162) mit einer Halterungsöffnung (164) hat, an der der im Wesentlichen zylindrische Außenflächenabschnitt der zweiten Ablenkeinrichtung (110) im Wesentlichen ohne Spiel angreift, und ein Befestigungshilfsmittel (168), das einen Durchmesser der Halterungsöffnung (164) des Halteelements (162) verkleinert, wobei der Durchmesser der Halterungsöffnung (164) des Halteelements (162) durch das Befestigungshilfsmittel (168) verkleinert wird, so dass die zweite Ablenkeinrichtung (110) am Halteelement (162) gehalten ist, und in einer Projektion auf eine Ebene, die senkrecht zur zweiten Achse (X) liegt und durch die Halterungsöffnung (164) hindurch läuft, die erste Ablenkeinrichtung (200) und der Fixiermechanismus (120; 150) sich innerhalb der Halterungsöffnung (164) befinden.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie darüber hinaus ein flexibles Verdrahtungselement umfasst, das elektrisch und mechanisch mit der ersten Ablenkeinrichtung (200) verbunden ist, und dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt des Verdrahtungselements, der sich an einer entgegengesetzten Seite an einem Anschlussabschnitt zur ersten Ablenkeinrichtung (200) befindet, mechanisch am Halteelement (162) fixiert ist.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Luft geführter bzw. frei verlegter Abschnitt des Verdrahtungselements, der sich zwischen der ersten Ablenkeinrichtung (200) und dem Haltemechanismus (160) erstreckt, entlang einer Ebene verläuft, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehwelle (112) der zweiten Ablenkeinrichtung (110) liegt.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verdrahtungselement in einer Biegung um die Drehwelle (112) der zweiten Ablenkeinrichtung (110) erstreckt.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrahtungselement eine flexible Verdrahtungsplatine (246) umfasst, und eine Verdrahtungsstruktur-Ausbildungsfläche des frei verlegten Abschnitts im Wesentlichen parallel zur Drehwelle (112) der zweiten Ablenkeinrichtung (110) liegt.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrahtungsstruktur-Ausbildungsfläche der flexiblen Verdrahtungsplatine (246) einen Winkel von im Wesentlichen 45° bezüglich der Reflexionsfläche (240) der ersten Ablenkeinrichtung (200) am Anschlussabschnitt zur ersten Ablenkeinrichtung (200) bildet.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie darüber hinaus einen Haltemechanismus (160) zum Halten der zweiten Ablenkeinrichtung (110) umfasst, und dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ablenkeinrichtung (110) einen im Wesentlichen zylindrischen Außenflächenabschnitt mit einer Mit telachse hat, die im Wesentlichen mit der zweiten Achse (X) zusammenfällt, wobei der Haltemechanismus (160) ein Halteelement (162) mit einer Halterungsöffnung (164) hat, an der der im Wesentlichen zylindrische Außenflächenabschnitt der zweiten Ablenkeinrichtung (110) im Wesentlichen ohne Spiel angreift, und ein Befestigungshilfsmittel (168), das einen Durchmesser der Halterungsöffnung (164) des Halteelements (162) verkleinert, wobei der Durchmesser der Halterungsöffnung (164) des Halteelements (162) durch das Befestigungshilfsmittel (168) verkleinert wird, so dass die zweite Ablenkeinrichtung (110) am Halteelement (162) gehalten ist, und in einer Projektion auf eine Ebene, die senkrecht zur zweiten Achse (X) liegt und durch die Halterungsöffnung (164) hindurch läuft, die erste Ablenkeinrichtung (200) und der Fixiermechanismus (120; 150) sich innerhalb der Halterungsöffnung (164) befinden.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie darüber hinaus ein flexibles Verdrahtungselement umfasst, das elektrisch und mechanisch mit der ersten Ablenkeinrichtung (200) verbunden ist, und dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt des Verdrahtungselements, der sich an einer entgegengesetzten Seite an einem Anschlussabschnitt zur ersten Ablenkeinrichtung (200) befindet, mechanisch am Halteelement (162) fixiert ist.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein frei verlegter Abschnitt des Verdrahtungselements, der sich zwischen der ersten Ablenkeinrichtung (200) und dem Haltemechanismus (160) erstreckt, entlang einer Ebene verläuft, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehwelle (112) der zweiten Ablenkeinrichtung (110) liegt.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verdrahtungselement in einer Biegung um die Drehwelle (112) der zweiten Ablenkeinrichtung (110) erstreckt.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrahtungselement eine flexible Verdrahtungsplatine (246) umfasst, und eine Verdrahtungsstruktur-Ausbildungsfläche des frei verlegten Abschnitts im Wesentlichen parallel zur Drehwelle (112) der zweiten Ablenkeinrichtung (110) liegt.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrahtungsstruktur-Ausbildungsfläche der flexiblen Verdrahtungsplatine (246) einen Winkel von im Wesentlichen 45° bezüglich der Reflexionsfläche (240) der ers ten Ablenkeinrichtung (200) am Anschlussabschnitt zur ersten Ablenkeinrichtung (200) bildet.