DE60209119T2 - Einrichtung und verfahren zum ablenken von laserstrahlen - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ablenken eines Laserstrahls des Typs, die einen Spiegel aufweist und eine Einrichtung, die in der Lage ist, den Spiegel mittels Winkelrotation zu positionieren.
  • Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die zum Ablenken eines Laserstrahls geeignet ist, die einen Spiegel und eine Einrichtung zum Ausrichten des Spiegels aufweist, wobei der Spiegel von einer Achse so gelagert wird, dass sich der Spiegel um die Achse in einem Winkel auf der Basis des Elektromotorprinzips drehen kann.
  • STAND DER TECHNIK
  • Laser werden derzeit in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, in welchen es erforderlich ist, den Laserstrahl zu steuern. Ein Laserkopf, in welchem der Strahl durch die Reflektion von zwei Spiegeln abgelenkt wird, die durch zwei Galvanometer gesteuert werden, wird üblicherweise zur Markierung von Trägern, wie zum Beispiel Kunststoffen oder Metallen verwendet. Galvanometer sind bekannte Einrichtungen zum Steuern des Drehwinkels der Spiegel, wobei (Elektro-)Magnete innerhalb des Galvanometers in eine Rotationsbewegung gebracht werden. Jeder Spiegel wird in kontrollierter Weise zu einer Rotation um seine eigene Achse durch das entsprechende Galvanometer gebracht und die zwei Achsen sind im Allgemeinen in Bezug zueinander orthogonal positioniert. Auf diese Weise kann der austretende Strahl gemäß einem System von Koordinaten abgelenkt werden und dessen Pfad kann so gesteuert werden, dass die erforderliche Bearbeitung erzielt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ähnliche Vorrichtungen, in welchen zwei getrennte Spiegel in der Lage sind, einen Laserstrahl abzulenken, um alle möglichen Positionen innerhalb einer XY-Koordinatenebene zu erreichen. Die Erfindung ist insbesondere auf eine derartige Einzelvorrichtung gerichtet, die in der Lage ist, die Winkelrotation des Spiegels in einer genauen Weise zu steuern.
  • Ein weiteres herkömmliches bekanntes Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Winkelrotationsbewegung dieser Ablenkungsspiegel bestehen in der Verwendung mehrerer Elektromagnete, wodurch elastische Kräfte mit den auf einen Spiegel wirkenden Magnetkräften in Gleichgewicht stehen.
  • In dem vorliegenden Text bedeutet 'Winkelrotation' jede Rotationsbewegung über einen Winkelbereich, welcher positiv oder negativ sein kann und insgesamt kleiner als 180° ist.
  • Weitere Anwendungen für diese Vorrichtungen liegen beispielsweise auf dem medizinischen Gebiet, wobei für verschiedene Behandlungen von einem Laserstrahl Gebrauch gemacht wird, welcher mittels eines Paares von Galvanometern gesteuert wird, um eine Abtastbewegung auszuführen.
  • Die derzeit bekannten, durch entsprechende Galvanometer gesteuerten Ablenksysteme sind kompliziert, unhandlich und ungenau. Ferner ist deren Reaktionszeit langsam und wird unannehmbar. Ein weiteres Problem ist die hohe Impedanz der bestehenden Winkelrotationsvorrichtungen aufgrund einer hohen Anzahl von Stromdrähten innerhalb der Elektromagnete, welche benötigt werden, um ein vernünftig starkes Magnetfeld zu erzeugen.
  • Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Alternative für die üblicherweise verwendeten Galvanometer dergestalt, dass die vorliegende Erfindung eine Laserstrahlablenkvorrichtung bereitstellt, welche kompakter und genauer und leicht herzustellen ist, und welche eine genauere und schnellere Manipulation des Laserstrahls ermöglicht. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Winkelrotationsvorrichtung mit einer niedrigen Impedanz, welche demzufolge eine genauere und schnellere Reaktionszeit für die Rotationsbewegung bereitstellt.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ablenken eines Laserstrahls gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 16.
  • Im Wesentlichen machen die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung von einem Magnet und einem sich bewegenden geladenen Teilchen Gebrauch, wodurch eine Veränderung wenigstens eines Parameters zu einer Rotationsbewegung eines Spiegels führt. Der technische Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung ist die Nutzung der Lorentz-Kraft zum Erzeugen des den Spiegel drehenden Winkelbereichs. Ein Magnetfeld B übt eine Kraft auf sich bewegende geladene Teilchen aus. Die gesamte elektromagnetische Kraft auf ein geladenes Teilchen mit der Ladung q und der Geschwindigkeit v wird nach dem dänischen Physiker Hendrik A. Lorentz als die Lorentz-Kraft bezeichnet und ist gegeben durch: F = qE + qv·B.
  • Der erste Term ist dem elektrischen Feld zuzuordnen, welcher in den bevorzugten Ausführungsformen Null ist. Der zweite Term ist die magnetische Kraft und besitzt eine Richtung senkrecht sowohl zu der Geschwindigkeit v als auch zu dem Magnetfeld B. Die magnetische Kraft ist proportional zu der Ladung q und zu der Größe von v·B. In Form des Winkels α zwischen v und B ist die Größe der Kraft gleich qvB sinα. Demzufolge wirkt die Lorentz-Kraft auf das geladene Teilchen in einem gleichmäßig magnetischen Feld. Wenn v senkrecht B ist (das heißt, mit einem Winkel zwischen v und B von 90°) folgt das Teilchen einer Kreisbahn mit einem Radius von r = mv/qB. Wenn der Winkelbereich kleiner als 90° ist, folgt das Teilchen einer Spirale mit einer Achse parallel zu den Feldlinien. Wenn der Winkelbereich Null ist, wirkt keine magnetische Kraft auf das Teilchen, welches sich weiter unabgelenkt entlang den Feldlinien bewegt. Wenn ein Draht mit einem Strom i in einem externen Magnetfeld B platziert wird, hängt die Kraft auf den Draht von der Orientierung des Drahtes ab. Da ein Strom eine Bewegung von Ladungen in dem Pfad repräsentiert, wirkt die durch die vorstehende Gleichung gegebene Lorentz-Kraft auf die sich bewegenden Ladungen. Da diese Ladungen an den Leiter gebunden sind, werden die magnetischen Kräfte auf den sich bewegenden Ladungen auf den Draht übertragen. Die Kraft auf ein kleines Längenstück d) des Drahtes hängt von der Orientierung des Drahtes in Bezug auf das Feld ab. Die Größe der Kraft ist durch idlB sinw gegeben, wobei w die Winkelbereichsfläche zwischen B und dl ist. Es ist keine Kraft vorhanden, wenn w = σ oder 180° ist, was beides einem Strom entlang einer Richtung parallel zu dem Feld entspricht. Die Kraft befindet sich in einem Maximum, wenn der Strom und das Feld senkrecht zueinander sind. Die Kraft wird aus der vorstehenden Gleichung abgeleitet und ist gegeben durch: dF = idl·B. Wiederum bezeichnet das Kreuzprodukt eine Richtung senkrecht sowohl zu dl als auch B. Es ist klar, dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht nur auf die Ablenkung von Laserstrahlen, sondern auch zur Steuerung aller funktionellen Elemente, wie zum Beispiel Schneidewerkzeuge, Druckerköpfe angewendet werden kann, die mittels einer Achse auf einer Welle gelagert werden können.
  • Die Verwendung der Lorentz-Kraft als Folge der Wechselwirkung geladener Teilchen mit einer Ladung q und einer Geschwindigkeit v innerhalb eines Magnetfeldes B für die Steuerung der Winkelrotation bietet die vorstehend erläuterten Vorteile.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rotor innerhalb eines Magnetfeldes positioniert, das durch die diskreten Magnetpole erzeugt wird, wodurch jeder durch die Magnetpole definierte Winkelbereich eine räumliche Überlappung mit einem entsprechenden durch den Leiter definierten Winkelbereich hat, wodurch das Übermaß des Winkelbereichs, das heißt das Übermaß der Überlappung den Winkelbereich für die Ausrichtung des Spiegels definiert. Dieses Übermaß in der räumlichen Überlappung ist ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung und wird vollständig durch Bezugnahme auf die Zeichnungen verständlich.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Einrichtung für die Erzeugung eines Stroms bereitgestellt, die aus einer mit einem Leiter verbundenen elektrischen Quelle besteht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der Rotor aus einem Schaltkreisträger, auf welcher der Leiter mit der Achse verbunden vorgesehen ist und wobei der Leiter sich radial erstreckende Leiterteile aufweist. Dieser Leiter definiert einen Leiterwinkelbereich, das heißt, den Winkel zwischen dem sich am weitesten links und am weitesten rechts radial erstreckenden Leiterteil. In einer bevorzugten Ausführungsform beschreibt der Leiter ein Kreissegment. In einem Beispiel erstreckt sich der Leiter in einer oder mehreren Windungen oder Schleifen auf einer gedruckten Leiterplatte. Die radiale Bewegung des elektrischen oder geladenen Teilchens sorgt für eine Maximierung des sinα (sinα = 1) und daher für eine Maximierung des qvB sinα. In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Stromdrähte senkrecht zu dem Magnetfeldlinien. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Rotorvorrichtung an der Achse angebracht und der Rotor ist mit einem Stromdraht oder mit Stromdrähten versehen, von denen sich ein wesentlicher Teil radial erstreckt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat die durch den Leiter definierte Fläche die Form eines Kreissegmentes und die Anzahl der Leiterteile ist beispielsweise 2, 3, 4, 5, die in einer parallelen Ausrichtung auf der gedruckten Leiterplatte vorgesehen sind.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Magnetfeld durch eine Anzahl diskreter Permanentmagnetpole erzeugt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Permanentmagnetpole konzentrisch um die Achse herum positioniert.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Magnetfeldlinien senkrecht zu dem Rotor.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Winkelbereich der Magnetpole auf 180° und bevorzugt etwa 70° begrenzt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Rotor in einer Winkelbereichfläche von etwa 90° und bevorzugt senkrecht zu der Achse.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der Rotor bevorzugt aus einem gedruckten Schaltkreis auf einer Schaltkreisleiterplatte, die elektrisch mit den Achsen verbunden und darauf befestigt ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Leiterwinkelbereich durch einen Schaltkreis definiert, der einen elektrischen Leiter aufweist, der in einem spezifischen Muster auf der Schaltkreisträger beispielsweise in einem zusammenhängenden Kreissegmentmuster um die Achse herum mit wenigstens einer bevorzugt mehr als einer Schleife oder Windung vorgesehen ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine flexible Verbindungseinrichtung zum elektrischen Verbinden einer elektrischen Quelle mit dem Rotor vorgesehen.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Ablenken eines Laserstrahls gemäß Anspruch 16.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Laserstrahlablenkungsapparatur gemäß Anspruch 18, welche zwei Vorrichtungen zum Ablenken eines Laserstrahls aufweist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird deutlicher aus der nicht einschränkenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, welche die bevorzugteste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, verständlich. In den Zeichnungen ist bzw. zeigt:
  • 1 eine schematische dreidimensionale Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • 2 eine axiale Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 1;
  • 3 eine radiale Querschnittsansicht entlang der Linie B-B von 2;
  • 4 schematische detaillierte Ansichten des eingekreisten Bereichs von 2;
  • 5 eine ebene Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Rotors der vorliegenden Erfindung mit einem nicht-symmetrischen Muster.
  • 6 zwei Querschnittsansichten (links in radialer Richtung, rechts in Längsrichtung), welche das für einen Rotor von 5 geeignete Magnetfeld erläutern; und
  • 7 schematisch zwei ausgerichtete Vorrichtungen zum Ablenken eines Laserstrahls in den erforderlichen Richtungen.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Gemäß vorstehender Erläuterung und betrifft die Erfindung eine Winkelrotationseinrichtung für die genaue Winkelrotation einer einen Spiegel tragenden Achse. Die Winkelrotation gemäß der Erfindung basiert auf der Wechselwirkung eines elektrischen Stroms (geladene Teilchen mit einer Ladung q und Geschwindigkeit v) innerhalb des Magnetfeldes. Eine Veränderung in einem der Parameter kann zu einer Kraft, der Lorentz-Kraft, führen, welche zu einer genauen und schnellen Winkelrotation der Achse führen kann. Die sich ergebende Lorentz-Kraft ist ausreichend stark, dass eine Achse, auf welche diese Kraft einwirkt, in eine Rotation über einen den Parametern B, q und v entsprechenden spezifischen Winkelbereich gebracht wird.
  • In der vorliegenden Anmeldung ist die bevorzugte Ausführungsform eine Vorrichtung, in welcher ein Stromdraht direkt oder indirekt über einen Träger mit der im Winkel zu drehenden Achse verbunden ist. Wenn ein Strom während einer spezifischen Zeitintervalls durch diese elektrischen Drähte oder einen innerhalb des Magnetfeldes platzierten Schaltkreis angelegt wird, wirkt eine resultierende Lorentz-Kraft auf die Achse und dreht die Achse. Das Magnetfeld kann durch einen Permanentmagneten, einen Elektromagneten oder irgendeine andere Magnetfelderzeugungseinrichtung bereitgestellt werden. Die auf die Achse einwirkende Lorentz-Kraft führt zu einer Winkelrotation über eine Winkelbereichsfläche, die von dem Produkt B, q und v abhängt. Die Wechselwirkung dieser Parameter B, q und v und des Winkels α ergibt eine genaue Steuerung des Drehwinkels.
  • 1 stellt die Grundelemente der Vorrichtung gemäß der Erfindung dar, wobei ein Spiegel 1 auf dem Ende der Achse 3 mit einem Rotationsbereich 25 befestigt ist. Ein einen elektrischen Draht 16 tragender Träger 5 ist auf dieser Achse 3 angebracht und kann sich rückwärts und vorwärts drehen. Die Träger 5 ist zwischen zwei Paaren von Magnetankern 6a/6b und 6c/6d angebracht, die das Magnetfeld B erzeugen. Die Vorrichtung weist ferner auf dem Träger 5 vorgesehene elektrische Leiter oder Drähte 16 und eine Positionierungsmesseinrichtung 9 auf. Nach der Einführung eines Stroms und insbesondere eines geladenen Teilchens mit einer Geschwindigkeit v durch die Stromdrähte 16 wird der seiner Achse 3 zugeordnete Spiegel 1 zu einer Rotation aufgrund der sich ergebenden Lorentz-Kraft gezwungen. Dieser elektrische Strom kann durch einen Schaltkreisträger 5, der einen elektrischen Draht oder Leiter 16 in einer spezifischen Anordnung enthält, gesendet werden, wobei dieser Träger 5 starr mit der Achse 3 verbunden ist. Im Vergleich mit dem Prinzip eines Motors kann die Kombination der Achse 3 und der Schaltkreisträger 5 als einen Rotor ausbildend betrachtet werden. Der Rotor 3, 5 ist insbesondere in einem Magnetfeld B montiert, welches statisch oder dynamisch sein kann. Bevorzugt verläuft der Strom senkrecht zu dem Magnetfeld B gemäß Darstellung in den Figuren, um ein Maximum in der sich ergebenden Lorentz-Kraft zu erhalten. Ein Maximum in der sich aus dem Vorhandensein des Magnetfeldes B und des Stromes ergebenden Lorentz-Kraft wirkt auf die elektrischen Drähte des Schaltkreises 16 des Trägers 5 und somit auf die Rotorachse 3. Der Spiegel 1, welcher bevorzugt starr auf der Achse 3 montiert ist, wird somit zu einer Rotation gezwungen. Positionierungsmesssysteme, wie zum Beispiel unterschiedliche elektronische Regler, welche im Fachgebiet bekannt sind, garantieren, dass eine rechtwinklige Rotation des Rotors und des Spiegels eine korrekte Position des abgelenkten Laserstrahls, wenn dieser vorhanden ist, erzeugt.
  • Auf dem Rotor 5 wird ein Strom durch den (die) Leiter 16 erzeugt. Der Rotor 5 besteht im Wesentlichen aus einer gedruckten Leiterplatte, die elektrisch mit der Achse 3 verbunden ist. Der Leiter 16 beschreibt zwei Leiterwinkelbereichsflächen in der Form eines Segmentes. Der Leiter 16 ist daher in der Form von zwei Windungen oder Schleifen in einem zusammenhängenden Kreissegmentmuster auf der gedruckten Leiterplatte vorgesehen.
  • Die in 2 dargestellte Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Spiegel 1, welcher von einer Achse 3 so gelagert wird, dass der Spiegel 1 um die Achse 3 rotieren kann. Lager 2 können in dem Gehäuse 15 der Ablenkvorrichtung vorgesehen sein. Die Einrichtungen zum Ausrichten des Spiegels umfassen den in starrer Kombination mit der Achse 3 und dem Träger 5 befindlichen Rotor. Der Träger 5 ist mit einem und bevorzugt mit mehreren Strompfaden, Drähten oder Leitern 16 versehen, welche elektrisch mit einer einen Regler 12 enthaltenden elektrischen Quelle verbunden sind. Der Stator des Motorkonzepts besteht im Wesentlichen aus einem Magnetfeld und in einer bevorzugteren Ausführungsform im Wesentlichen aus einem oder mehreren Paaren von Magnetankern 6a und 6b (6c/d). Ferner ist eine Positionierungsmesseinrichtung 9 vorgesehen, um in einer genauen Weise die Position des Spiegels 1 zu steuern. Da diese Positionierungseinrichtungen in der herkömmlichen Technik bekannt sind, werden sie hier nicht im Detail erläutert.
  • 2 stellt die Basiselemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung, einschließlich des Gehäuses 15 und des Reglers 12 dar, wodurch der Spiegel 1 auf der Achse 3 befestigt ist, und das Gehäuse 15 mit Lagern 2 versehen ist, um die Achse 3 zu lagern und sich drehen zu lassen. Der Träger 5 ist auf der Achse 3 befestigt und dreht sich in dem Spalt 19 zwischen den Polen der zwei Paare von Magnetankern 6a/b und 7c/d rückwärts und vorwärts. Das statische Magnetfeld 7 ist zwischen den Polen eines Magnetankerpaares vorhanden. Die Vorrichtung besteht ferner aus elektrischen Leitern 10, welche den Rotor mit der gedruckten Leiterplatte 11 des Reglers verbinden, auf welcher der Regler 12 montiert ist. Die Regelung erfolgt durch den Vergleich eines Steuersignals 13 mit dem Signal 14 aus der Positioniermesseinrichtung 9, die beide Signale an den Regler (12) gesendet werden.
  • Die Magnetfeldlinien beschreiben in Querschnittsansicht eine segmentierte Fläche (gepunktete Linie in 3), welche sich mit dem Winkelbereich 23 des Leiters überlappt, oder anders ausgedrückt, die Winkelbereichsfläche 23 ist kleiner als der Winkelbereich 26.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Träger 5 als eine gedruckte Leiterplatte, bei der ihre Leiter darin eingebettet sind, oder eine leitende Metallplatte darauf vorgesehen ist, aufgebaut sein. Mehrere Möglichkeiten können für eine gedruckte Leiterplatte, wie zum Beispiel eine einseitig gedruckte Leiterplatte, eine doppelseitig gedruckte Leiterplatte oder eine mehrlagige gedruckte Leiterplatte verwendet werden. Die elektrischen Leiter 16 auf dieser gedruckten Leiterplatte sind in einem spezifischen Muster vorgesehen. Sie sind in geschlossenen Kreissegmentschleifen um die Achse 3 positioniert. Die Anzahl der Schleifen kann 1, 2, 3 oder mehr sein. Die Winkelbereichsfläche 23 zwischen dem Leiter 16 definiert den Rotationswinkelbereich 25 des Spiegels 1. Die Bedeutung des spezifischen Musters besteht in dem Erzeugen von soweit wie möglich sich radial erstreckenden Stromleiteranteilen (Strom senkrecht = qv) zum Magnetfeldes (= B).
  • Der Strom 17 durch diese Leiter 16 stammt aus dem und wird durch den Regler 12 geregelt. Der Träger 5 und der Spiegel 1 sind auf der Achse 3 montiert.
  • Der Spiegel 1 ist in der Lage, einen (nicht dargestellten) Laserstrahl auf ein (nicht dargestelltes) Werkstück zu reflektieren. Um den Laserstrahl einen bestimmten Weg beschreiben zu lassen, muss der Spiegel 1, geregelt durch ein von dem Regler 12 erzeugtes Regelsignal, rückwärts und vorwärts rotieren. Um rückwärts und vorwärts zu rotieren, ist der Spiegel 1 auf der Achse 3 befestigt. Die auf den Rotor 3, 5 einwirkende sich ergebende Kraft 18 dreht den Spiegel 1. Ein bevorzugter Rotationsbereich 25 des Spiegels 1 ist 2 × (rückwärts und vorwärts) 22,5°.
  • Der Stator 6 kann Permanentmagnete oder Elektromagnete aufweisen. Der Stator 6 besteht aus einem oder mehreren Ankerpaaren. In 1 sind zwei Ankerpaare 6a/b und 6c/d abgebildet. Die zwei Teile eines Ankerpaares sind Pol an Pol, getrennt durch einen dünnen Luftspalt 19 angeordnet, in welchem die Rotoranordnung (3, 5) frei rotieren kann. Ein Magnetfeld, in dem die Rotoranordnung (3, 5) rotieren kann, muss vorhanden sein. Die Richtung des Magnetfeldes 7 ist bevorzugt senkrecht zu dem Strom 17 durch die elektrischen Leiter 16 des Trägers 5, wie es in den 2 und 3 dargestellt ist, um die Lorentz-Kraft 18 zu erzeugen, welche der Rotation 21 der Achse 3 und der resultierenden Auslenkung des Spiegels 1 entspricht.
  • Der Winkelbereich der Anker ist bevorzugt größer, als der Rotationsbereich 5 des Trägers 5, um den Träger über diesen Bereich rotieren zu lassen. In dem Falle, dass der Rotationsbereich 2 × 22,5° ist, ist der Winkelbereich der Anker bevorzugt etwa 70°.
  • 1 stellt weitere Anker mit einem Spalt 20 dar, um die Magnetfeldlinien zu schließen. Der Stator 6 ist permanent in dem Gehäuse 15 befestigt. Die Höhe des Stators 6 bestimmt die innere Höhe der Motoranordnung. Bevorzugt hat sie eine Höhe 24 von 1 bis 10 cm. Das Steuersignal 17 wird durch den Regler 12 erzeugt. Neben dem Steuersignal 13 empfängt der Regler auch ein Signal 14 aus der Positionierungsmesseinrichtung 9.
  • 3 stellt schematisch die Kapazitätsmessung dar. Eine Seite des bzw. der Kondensatoren ist bzw. sind Teil des Trägers 5. Die andere Seite des bzw. der Kondensatoren ist (sind) Teil des Stators 6. Jede Position des Trägers entspricht einem anderen Kapazitätswert, da sich die Platten des Kondensators 9 gegeneinander bewegen.
  • Der Regler 12 ist auf einer gedruckten Leiterplatte (PCB) 11 montiert. Der Schaltkreis auf dieser PCB 11 regelt den Strom 17 durch die elektrischen Leiter der Rotoranordnung (3, 5) durch Vergleichen des Steuersignals 13 mit dem Signal 14 der Positioniermesseinrichtung 9.
  • 4 stellt unterschiedliche Möglichkeiten der elektrischen Verbindung zwischen dem Träger 5 und dem Regler 12 dar. Sie kann bevorzugt mittels flexibler leitender Drähte 10a, welche durch einen Spalt 22 verlaufen, welche in der Achse der Träger 3 ausgebildet ist, oder mittels flexibler leitender Drähte 10b, welche durch das Gehäuse 15 verlaufen oder mittels eines leitenden Federmaterials 10c, das durch einen Spalt 22 verläuft, welche in der Achse 3 des Träger 5 ausgebildet ist oder mittels eines leitenden Federmaterials 10d, welches durch das Gehäuse 15 verläuft, ausgeführt sein.
  • Der Träger 5, welcher in 3 dargestellt ist, besteht aus einer Basisplatte des Rotors, hier einer PCB, die auf der Achse 3 mit ihren elektrischen Leitern 16, hier zwei nebeneinander liegenden, durch welche ein Strom 17 fließt, befestigt ist. Die Richtung wird durch den Regler 12 bestimmt, jedoch fließt aufgrund der Position des Trägers 5 der Strom 17 in dem sich radial erstreckenden Teil senkrecht zu dem Magnetfeldvektor 7. Die sich ergebende Lorentz-Kraft 18 führt zu einer Rotation 21 des Rotors und eines Teils der Positionierungsmesseinrichtung 9 (nur ein Teil des Trägers 5 ist dargestellt). Der durch den Elektromagneten definierte Winkelbereich 26 weist ein Winkelübermaß auf, das heißt, einen Winkel 23a und einen Winkel 23b gegenüber dem Winkelbereich 23 des Leiters 16.
  • 5 stellt eine Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Rotors der vorliegenden Erfindung in einem nicht-symmetrischen Muster dar. Der schraffierte Anteil in den Zeichnungen definiert eine Leiterfläche, der dem Winkelbereich 23 entspricht.
  • 6 stellt zwei Querschnittsansichten (links in radialer Richtung und rechts in Längsrichtung) dar, welche das für einen Rotor von 5 geeignete Magnetfeld erläutern.
  • 7 stellt schematisch zwei wechselseitig orientierte Vorrichtungen zum Ablenken eines Laserstrahls 30a, 30b dar, die der Lage sind, einen Laserstrahl in den erforderlichen Richtungen abzulenken. Bevorzugt sind die Vorrichtungen 30a, 30b in einem Aluminiumgehäuse 31 untergebracht.
  • Es dürfte erkennbar sein, dass die Offenbarung und Lehren der vorliegenden Erfindung für den Fachmann auf diesem Gebiet alternative Konstruktionen nahe legen.

Claims (18)

  1. Vorrichtung zum Ablenken eines Laserstrahls, mit wenigstens einem einseitigen Spiegel (1), einer Einrichtung zum Ausrichten des Spiegels, einer Positionierungsmesseinrichtung (9) und einem Regler (12), wobei der einseitige Spiegel (1) an einem Ende einer Achse (3) angebracht ist und für eine Rotation um die Achse (3) eingerichtet ist, und wobei der Regler (12) zum Regeln des Stroms durch einen Leiter (16) dient, wobei der Leiter (16) sich radial erstreckende Leiterteile aufweist, die einen Leiterwinkelbereich (23) definieren, und wobei die Einrichtung zum Ausrichten des Spiegels (1) eine Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes und eine Einrichtung zum Erzeugen eines geladenen Teilchens mit einer Geschwindigkeit v aufweist, welches sich durch den Leiter (16) bewegt, der auf einem Rotor (5) angeordnet ist, welcher mit der Achse (3) verbunden ist, und wobei die Achse (3) dafür eingerichtet ist, eine Rotationsbewegung über weniger als 180° auszuführen, wodurch die Ausrichtung des Spiegels (1) durch die sich ergebenden Lorentz-Kräfte (18) gesteuert wird, und wodurch das Magnetfeld durch Magnetanker (6a, 6b, 6c, 6d) erzeugt wird, wodurch der durch jeden Magnetanker erzeugte Winkelbereich (26) eine räumliche Überlappung mit dem entsprechenden Winkelbereich (23) besitzt, der durch den Leiter (16) definiert ist, und wodurch das Übermaß des Winkelbereichs des Ankers (23a, 23b) dem Winkelbereich (25) für die Ausrichtung des Spiegels (1) entspricht.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Erzeugen eines Stroms aus einer mit dem Leiter (16) verbundenen elektrischen Quelle besteht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes aus einer Anzahl diskreter Magnetpole besteht und die Einrichtung für die Erzeugung eines geladenen Teilchens mit einer Geschwindigkeit v aus einer elektrischen Quelle besteht, die die Bewegung elektrischer Teilchen durch den auf dem Rotor (5) vorgesehenen Leiter (16) erzeugt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rotor (5) innerhalb eines durch einen oder mehrere Paare von Magnetankern (6a, 6b, 6c, 6d) erzeugten Magnetfeldes (7) positioniert ist, wodurch die zwei Teile von einem Ankerpaar von Pol zu Pol positioniert sind, und wobei die durch den Leiter (16) auf dem Rotor (5) sich bewegenden elektrischen Teilchen wenigstens eine Schleife aufweisen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Paare der Magnetanker (6a, 6b, 6c, 6d) auf die Schleife einwirken, und wobei jedes Paar der Magnetanker eine Lorentz-Kraft (18) in derselben Rotationsrichtung erzeugt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Rotor (5) aus einem Schaltkreisträger besteht, auf dem der mit der Achse (3) verbundene Leiter (16) vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die durch den Leiter (16) definierte Fläche die Form eines Kreissegmentes hat und die Anzahl der Leiterteile, beispielsweise 2, 3, 4, 5 oder 6 ist, die in einer parallelen Ausrichtung auf der gedruckten Leiterplatte angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wodurch das Magnetfeld (7) durch eine Anzahl diskreter Permanentmagnetpole erzeugt wird.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Permanentmagnetpole konzentrisch um die Achse (3) herum positioniert sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei sich die Magnetfeldlinien senkrecht zu dem Rotor (5) erstrecken.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, wobei der Winkelbereich (26) der Magnetanker auf 180° und bevorzugt auf etwa 70° beschränkt ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich der Rotor (5) in einer Winkelbereichszone von etwa 90° und bevorzugt senkrecht zu der Achse (3) erstreckt.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Rotor (5) im Wesentlichen aus einem auf eine Leiterplatte gedruckten Schaltkreis besteht und elektrisch mit der Achse (3) verbunden und darauf angebracht ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Leiterwinkelbereich (23) durch eine einen elektrischen Leiter (16) aufweisenden Schaltkreis definiert ist, der in einem spezifischen Muster auf dem Schaltkreisträger beispielsweise in einem zusammenhängenden Kreissegmentmuster um die Achse (3) mit wenigstens einer, bevorzugt mehr als einer Schleife oder Wicklung, definiert ist.
  15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 14, wodurch flexible Verbindungseinrichtungen zum elektrischen Verbinden einer elektrischen Quelle mit dem Rotor bereitgestellt werden.
  16. Verfahren zum Ablenken eines Laserstrahls unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, welche einen Einzelspiegel (1) aufweist, der durch eine Achse (3) so gelagert ist, dass der Spiegel (1) um die Achse (3) rotieren kann, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Erzeugen einer Lorentz-Kraft (18) durch Erzeugen eines Magnetfeldes (7) und durch Bereitstellen einer Einrichtung zum Erzeugen eines geladenen Teilchens mit einer Geschwindigkeit v und das sich durch einen Leiter (16) bewegt, der auf dem Rotor (5) vorgesehen ist, welcher mit der Achse (3) verbunden ist, und b) In-Rotation-Versetzen der Achse (3), auf welcher der Spiegel (1) gelagert ist, indem die Lorentz-Kraft (18) auf den Rotor (5) einwirkt, welcher auf der Achse (3) befestigt ist, wodurch die Achse (3) eine Rotationsbewegung über weniger als 180° ausführt.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Erzeugen einer Lorentz-Kraft (18) durch Erzeugen eines Magnetfeldes (7) und Bereitstellen einer Einrichtung zum Erzeugen eines geladenen Teilchens mit einer Geschwindigkeit v und das sich durch einen Leiter (16) bewegt, der auf einem Rotor (5) vorgesehen ist, welcher mit der Achse (3) verbunden ist, so dass die resultierende Lorentz-Kraft (18) erhalten wird, wodurch das Magnetfeld (7) diskrete Magnetpole aufweist und die Einrichtung für die Erzeugung eines geladenen Teilchens mit einer Geschwindigkeit v aus einer elektrischen Quelle besteht, die die Bewegung elektrischer Teilchen durch den auf dem Rotor (5) vorgesehenen Leiter (16) erzeugt, und wodurch der Rotor (5) innerhalb des Magnetfeldes (7) positioniert ist, das durch eines oder mehrere Paare von Magnetankern (6a, 6b, 6c, 6d) erzeugt wird, wodurch die zwei Teile eines Ankerpaares von Pol zu Pol positioniert sind, b) In-Rotation-Versetzen der Achse (3), auf welcher der Spiegel (1) gelagert ist, über eine spezifische Winkelbereichszone, indem die Lorentz-Kraft (18) auf den Rotor (5) einwirkt, welcher auf der Achse (3) befestigt ist, und (c) Definieren des Winkelbereichs (25) für die Orientierung des Spiegels (1) durch Steuern der Winkelrotation der Achse (3), wodurch der Bereich der Positionierung durch das Übermaß des Winkelbereichs (23a, 23b) der Anker so definiert ist, dass die Achse (3) in der Lage ist, eine Rotationsbewegung über weniger als 180° auszuführen.
  18. Laserstrahlablenkungsvorrichtung, bestehend aus zwei Vorrichtungen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 15, wobei sich deren Achse (3) in einer Winkelbereichszone in Bezug zueinander erstreckt und diese ferner so positioniert sind, dass ein Laserstrahl von dem Spiegel (1) der ersten Vorrichtung zu dem Spiegel (1) der zweiten Vorrichtung abgelenkt wird.
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