DE69129202T2

DE69129202T2 - Kreisender programmierbarer scanner

Info

Publication number: DE69129202T2
Application number: DE69129202T
Authority: DE
Inventors: George A. Media Pa 19063 Plesko
Original assignee: Gap Technologies Inc
Current assignee: Geo Acquisition Corpc/opsc inc Webster Ny U
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1991-11-12
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: EP0557443A4; EP0557443A1; US6101017A; WO1992009133A3; CA2096023C; AU9090491A; US5469291A; DE69129202D1; CA2096023A1; JPH06502755A; US20020163701A1; US5187612A; US5959757A; US6377380B1; EP0557443B1; JP3263072B2; WO1992009133A2; US5596442A; US6768569B2

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die eine Bewegung auf einer Achse in wenigstens einer Richtung, die aus der Drehrichtung und der X- oder Y-Richtung ausgewählt ist, liefert. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die zur Steuerung der Bewegung eines Lichtstrahles, wie desjenigen eines Lasers, geeignet ist, um zweidimensionale, sich wiederholende Lichtmuster zu erzeugen. Eine Ausführungsform der Erfindung eignet sich als Scanner zum Bewegen eines kleinen Lichtpunktes über Strichcodierungen, um diese zu lesen.

Technischer Hintergrund

Scanner sind Vorrichtungen, die verwendet werden, die Bewegung eines Lichtstrahles, wie desjenigen eines Lasers, zu steuern. Die Scanner werden zur Ausrichtung optischer Elemente, wie Spiegel, Linsen und von ähnlichem, verwendet, um Licht zu reflektieren, zu sammeln und zu fokussieren. Scanner haben in der Strichcodeindustrie weite Anwendung gefunden. Strichcodierungen bestehen aus abwechselnd hellen und dunklen Balken, die zur Wiedergabe eines Preises oder anderer Informationen verwendet werden. Ein übliches Verfahren zum Lesen derselben besteht darin, einen fukussierten Lichtstrahl in einer Linie über den gesamten Code zu scannen. Wird Licht von den Balken absorbiert und gestreut, kann die resultierende Lichtmodulation beispielsweise mittels einer Fotodiode festgestellt und von einer elektronischen Registrierkasse oder einem Computerterminal verarbeitet werden.
Bei einer von Hand gehaltenen Strichcodeleseeinrichtung sind Kompaktheit und Einfachheit des Scanmechanismus wesentlich, damit die Einrichtung tragbar ist. Abtastungen in einer einzelnen, geraden Linie sind am einfachsten zu erzeugen und werden daher in solchen Einrichtungen häufig verwendet.
Es ist jedoch eine Ausrichtung des Scanstrahles in Bezug auf den Strichcode erforderlich, was den Lesevorgang sowohl bei tragbaren als auch bei fest montierten Scannern verlangsamen kann. Man hat daher verschiedene Systeme erdacht, die einen Strahl automatisch in mehreren Richtungen scannen, um das Erfordernis einer langwierigen Ausrichtung zu öberwinden.
Das US-Patent Nr.4,387,297 offenbart ein tragbares Abtastsystem, bei dem ein Paar von Motoren und mehrere Antriebsmittel verwendet werden, um ein rundumgerichtetes Muster zu erzeugen. Verbesserungen dieser Vorrichtung haben bisher noch nicht die inhärente Unförmigkeit und Größe der Vorrichtung, die auf den vielen Antriebsmitteln und anderer Ausstattung beruht, überwunden. Eine weitere Strahlabtastungsvorrichtung, dargestellt in dem US-Patent Nr.4,639,070, verwendet zum Drehen verschiedener Elemente der Vorrichtung ein darin aufgenommenes Zahnradsystem. Dieses ist ebenfalls ziemlich kompliziert herzustellen.
Das US-Patent Nr.4,041,322 beschreibt eine Vorrichtung, bei der eine Winkelverschiebung eines Spiegels in einer einzigen Ebene und mit einer konstanten Geschwindigkeit stattfindet. Es werden mehrere Spiegel verwendet, um das Abtastsignal unter verschiedenen Winkeln vorzusehen.
Das US-Patent Nr. 4,494,024 beschreibt einen mittels einer Feder angetriebenen Motor, jedoch handelt es sich dabei um einen federgetriebenen Ein-Schritt-Motor, bei dem Wärme verwendet wird, um durch Trennung eines Gurtes ein Drehmoment freizusetzen. Das US- Patent Nr.3,631,274 beschreibt eine Stromversorgung, bei der eine Feder einen Spannungsimpuls in der Spule induziert.
Das US-Patent Nr. 4,388,651 beschreibt die Nachteile des Standes der Technik, wobei herausgestellt wird, daß dieser allgemein durch erhebliche Kompliziertheit oder begrenzte Leistung gekennzeichnet ist. Dieses Patent schlägt vor, das Problem zu lösen, indem man einen einzelnen, rotierenden, polygonalen Spiegel mit kleinem Durchmesser verwendet, von dem beschrieben ist, daß er eine höhere Abtasteffizienz habe, da ein Strahl zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten von den Facetten des polygonalen Spiegels reflektiert wird. Beispiele anderer Systeme sind in dem US-Patent Nr.4,794,237 wiedergegeben, bei dem eine Vielzahl von Spiegeln und eine rotierende Scheibe verwendet werden, und in dem US-Patent Nr. 4,795,224, das mehrere Motoren und einen relativ komplizierten Prismenring, der Licht bricht, erfordert.
Die EP-A-0 051 331 beschreibt eine Vorrichtung mit einem Spiegel, der über eine oder mehrere Drehachsen drehbar gelagert ist. Die Drehbewegung wird durch Wechselwirkung zwischen einer Vielzahl von Permanentmagneten und zusammenwirkenden Spulen vermittelt.
Kein Stand der Technik war bisher in der Lage, ein geeignetes optisches Muster von Linien zum Lesen von Strichcodierungen in jeder Ausrichtung zu erzeugen. Weiterhin hat man im Stand der Technik keine Vorrichtung gefunden, die mit einem einzigen optischen Element rundumgerichtete Abtastmuster erzeugt. Idealerweise wäre eine solche Vorrichtung klein, sehr schnell und könnte in einer Hand gehalten werden, wenn sie als eine Raster- oder rundumgerichtete Vorrichtung aufgebaut wäre. Es ist wünschenswert, daß die Vorrichtung so programmierbar ist, daß sie ein oder mehr als ein Lichtmuster mit den wenigst möglichen Bauteilen anbietet.
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für eine Bewegung auf einer Achse in der Weise vorzusehen, daß ein Spiegel an der Achse befestigt werden kann, um Kombinationen aus Rotations- und X- oder Y-Bewegungen zu vermitteln. Vorzugsweise vermittelt die Vorrichtung beide Bewegungen, um ein zweidimensionales Abtastmuster zu erzeugen, das von Licht, welches auf dem Spiegel zurückreflektiert wird, erzeugt wird.
Eine spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Laserabtastmuster zu erzeugen, die das Erfordernis für eine bestimmte Ausrichtung entweder der Strichcodierung oder des Scanners in einer Strichcodeleseeinrichtung erheblich vermindert oder ausschaltet.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Scanner vorzusehen, der programmierbar und weiterhin klein und kompakt ist und der mit niedriger Energie arbeitet.
Im weitesten Sinne besteht die Aufgabe dieser Erfindung darin, zu Zwecken der Informationsaufnahme, -darstellung oder zur Unterhaltung eine Einrichtung zur Ausrichtung oder Anordnung eines optischen Elementes in Synchronisation mit elektronischen Signalen, die von Oszillatoren, Computern, Musik, Stimme und ähnlichem erzeugt werden können, vorzusehen.
Weitere Aufgaben werden sich nachfolgend zeigen.

Offenbarung der Erfindung

Man hat jetzt herausgefunden, daß die vorgenannten und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise erreicht wurden. Speziell betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, deren Merkmale aus dem anhängenden unabhängigen Patentanspruch 1 hervorgehen. Weiterhin werden bevorzugte Ausführungsformen durch die anhängenden abhängigen Patentansprüche offenbart.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung und die verschiedenen Merkmale und Einzelheiten von deren Betrieb und Aufbau werden im folgenden ausführlicher unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen erläutert, in denen:
Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform, die zusammen mit einer Laserquelle und einem Spiegel dargestellt ist und auch ein Austrittsmuster zeigt.
Figur 2 ist eine Explosionsdarstellung einer Vorrichtung ähnlich der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung.
Figur 3 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten Antriebsmechanismus, in der magnetische Kraftfeldlinien für einen Ring und einen magnetischen Kern der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung gezeigt sind.
Figur 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 aus Figur 3, in der die Richtung des Stromes in der Spule um den Ring dargestellt ist.
Figur 5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer weiteren einfacheren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 6 ist eine Explosionsdarstellung der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung.
Figur 7 ist eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung der in Figur 6 dargestellten Art, in der die zusammengesetzte Vorrichtung geschnitten ist.
Figur 8 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Vorrichtung.
Figur 9 ist eine perspektivische Darstellung, welche die Anordnung des Schaftes und der Federn unter verschiedenen Kräften, die durch Strom mit unterschiedlichen Frequenzen in der Spule bewirkt werden, zeigt.
Figur 10 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Wie in Figur 1 dargestellt, wird von einer Laserquelle 11 ein Laserstrahl erzeugt und von einem Spiegel 13 reflektiert, der sich, wie nachfolgend noch beschrieben wird, in wenigstens einer oder zwei Dimensionen bewegt, um zu bewirken, daß ein Muster 15 von dem Spiegel 13 reflektiert wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung vortrefflich zur Verwendung als Scanner mit einer Laserquelle und ähnlichem geeignet ist, sind diese Komponenten nicht dargestellt. Die Erfindung betrifft die Bewegung der Achse eines Schaftes in wenigstens der X-Y-Richturig oder der Drehrichtung. Speziell weist der Schaft 17 eine Achse 19 auf und wird durch die vorliegende Erfindung dazu gebracht, sich in der Drehrichtung, dargestellt durch Pfeil 21, und in der X-Y- Ebene, dargestellt durch Pfeile 23 und 24, zu drehen.
Schaft 17 bewirkt, daß sich der Spiegel 13 durch die magnetische Rotor- und Spulenanordnung, die in dem Rahmen 25 untergebracht sind, in der Drehrichtung oder der X-Y-Ebene bewegt. Die Stellung des Magneten wird durch die Feder 27 wieder hergestellt, wenn sich der Magnet aufgrund einer Wechselwirkung mit Strom unterschiedlicher Frequenzen in der Spule bewegt. Idealerweise bewirkt die Frequenz des Stromes in der Spule eine Drehung sowohl in der Drehrichtung als auch in den X-Y-Richtungen. In Figur 1 ist ein sich drehendes Ellipsenmuster dargestellt, jedoch ist eine fast unbegrenzte Anzahl von Mustern möglich. Obwohl die Feder 27 in dieser Ausführungsform bevorzugt wird, können auch andere Befestigungsmittel zur flexiblen Aufhängung eines Kerns verwendet werden. Unter diesen werden flache Federn, flexible, elastische Teile und Membranen bevorzugt.
In Figur 2 ist eine Vorrichtung, ähnlich der aus Figur 1, dargestellt. Die Vorrichtung ist mit ihren Hauptbestandteilen durch eine in axialer Richtung explodierte Darstellung gezeigt. An dem Schaft 17 ist ein Magnet 29 befestigt, wobei ein Pfeil 30 in Richtung der Magnetisierung zeigt.
Das untere Ende 31 von Schaft 17 wird in dem Aufbaurahmen 25, wie in Figur 5 dargestellt, gehalten. Radial zu dem Magneten 29 ist ein torischer Ring 35 angeordnet, der wenigstens eine Windung 37 aufweist, so daß der Ring 35 als eine Spule für das Zusammenwirken mit dem Magneten 29 wirkt. Die Feder 27 ist auf dem Ring 35 über ein Paar von Zapfen 32, die in die Löcher 34 in der Feder passen, befestigt. Der innere Bereich der Feder 27 weist eine geformte Öffnung 36 auf, die über das mittige, zusammenwirkende Teil 38 des Magneten 29 paßt. Eine Bewegung des Magneten 29 gegenüber dem Kemring 35 bewirkt eine Rückstell kraft in der Feder 27, da Zapfen 32 und Loch 34 eine Bewegung der Feder hemmen, während die geformte Öffnung 36 und der zentrale Kern 38 bewirken, daß sich der innere Bereich der Feder 27 zusammen mit dem Magneten 29 bewegt.
In Figur 3 ist der Magnet 29 mit einem Nord- und einem Südpol dargestellt, der ein magnetisches Feld mit einem Fluß 39 erzeugt, so daß der ferromagnetische Ring 35 für das Feld 39 von dem Nordpol zu dem Südpol einen Weg geringen magnetischen Widerstandes liefert. Flußlinien 39 erstrecken sich über den Spalt 41 zwischen dem magnetischen Kern 29 und dem ferromagnetischen Ring 35 und treten auch in Wechselwirkung mit Strom, der von der Windung 37 geführt wird.
Wird Strom durch die Windung 37 geleitet, so ist die Richtung des Stromes in dem Abschnitt der Windung 37 um die Außenseite des torischen Ringes 35 herum der Stromrichtung an der inneren Wand des Ringes 35 entgegengesetzt gerichtet. Es ist anzumerken, daß das Feld 39 nicht durch den Teil der Windungen 37 am äußeren Durchmesser des ferromagnetischen Rings 35 verläuft und ermöglicht, daß zwischen dem magnetischen Kern und der Windung ein Drehmoment erzeugt wird. Das von dieser Windung 37 erzeugte magnetische Feld wird auch durch das ferromagnetische Material des Rings 35 aufgenommen und gerichtet. Strom in der Spule 37 darf nicht eine solche Höhe erreichen, die bewirken würde, daß der Kern 35 einen Zustand magnetischer Sättigung erreicht.
Wird der Permanentmagnetrotor 29 in die Mitte des Ringes 35 eingeführt, so wird das Feld durch den Luftspalt 41 hindurchtreten und in die innere Wand von Ring 35 eindringen. Das Feld 39 wird anschließend, wie durch die Pfeile dargestellt, um den Umfang herum gerichtet, durch den Luftspalt in der Nähe des entgegengesetzten Magnetpols zurückgeführt und dabei schließlich seinen Weg vollenden. Das Feld des Permanentmagneten 29 dringt nicht wesentlich über die äußere Wand des Ringes 35 hinaus. Würde das Feld des Magneten 29 die äußere Wand des Ringes 35 und damit die außenliegenden Spulenwindungen 37 durchdringen, würden die Ablenkkräfte aufgehoben werden und der Rotor 29 kein Drehmoment erfahren. Das magnetische Material bzw. der Weg des geringen magnetischen Widerstandes des Ringes 35 richten jedoch das magnetische Feld 39 des Magneten 29 aus, nehmen es auf und schirmen die Spulenwindungen 37, die an der äußeren Wand des Ringes 35 nach oben verlaufen, vom Feld des Magneten 29 ab. Das magnetische Feld des Magneten 29 erstreckt sich nur durch eine Seite der Windung. Wird ein stromführender Leiter in einem magnetischen Feld, das senkrecht zur Richtung des Stromflusses verläuft, angeordnet, wird zwischen dem Strom und dem Feld eine Kraft erzeugt, die senkrecht bezüglich beider sowohl der Richtung des Stromes als auch des magnetischen Feldes gerichtet ist. Wie in Figur 3 dargestellt ist, wird daher zwischen einem Feld 39 und dem Strom in der Spule 37 eine Kraft erzeugt. Als Folge wird der Magnet 29 ein Drehmoment erfahren, das ihn in Drehung versetzt. Dieses Drehmoment ist proportional zur Anzahl der Drahtwindungen, dem Strom, der von der Spule geführt wird, und der Größe des magnetischen Flusses von dem Magneten, der den auf der Innenseite angeordneten Abschnitt der Windung durchdringt. Das Einleiten eines Wechselstromes in die Spule 37 bewirkt, daß der Magnet 29 oszilliert.
Wendet man sich wieder Figur 2 zu, stellt man fest, daß der Magnet 29 über den mittigen Abschnitt 38 des Magneten 29 in die geformte Öffnung 36 an der Feder 27 eingepaßt ist, so daß, wenn sich der Magnet 29 um die Achse 19 des Schaftes 17 bewegt oder vibriert, die Feder 27 dieser Bewegung entgegenwirkt. Wird in die Spule 37 ein Wechselstrom mit einer Resonanzfrequenz in der Drehrichtung für die Feder 27 eingeleitet, so bewirkt dies, daß eine Bewegung des Spiegels 13 in der Drehrichtung auftritt. Gleichfalls wird, wenn der Strom in der Spule 37 eine Frequenz für eine Bewegung der Feder 27 in der X-Y-Ebene hat oder nahe bei der Resonanzfrequenz liegt, ebenfalls eine Bewegung in dieser Richtung erreicht. Es ist anzumerken, daß bei dem Spiegel 13 sein Befestigungsloch für den Schaft 17 außerhalb der Mitte dargestellt ist, wodurch eine leicht unausgeglichene Belastung des Schaftes 17 erzeugt wird. Diese unausgeglichene Belastung bewirkt, daß eine oszillierende Bewegung in den X-Y- Richtungen angeregt und aufrechterhalten wird, wenn in die Spule 37 geeignete Resonanzfrequenzen für solche Schwingungsmoden eingeleitet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, dargestellt in Figur 2, ist eine zweite Feder 49 ebenfalls mit Zapfen 51 durch Löcher 53 in der gleichen Art und Weise, wie Feder 27 durch Löcher 34 auf Zapfen 32 gehalten wird, befestigt. Einer Anregung des Magneten 29 durch Strom in der Spule 37 wird dadurch, wie zuvor beschrieben, sowohl von Feder 27 als auch von Feder 49 entgegengewirkt, wodurch die für eine Oszillation erforderlichen Rückstellkräfte geliefert werden. Eine Auswahl geeigneter Frequenzen des Stromes für eine Resonanz mit den Federn 27 und 29 ermöglicht sogar eine größere Vielfalt bei der eigentlichen Bewegung des Spiegels 13 sowohl in der Drehrichtung als auch in der X-Y-Ebene.
Figur 6 zeigt die bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung, bei der die erste Spule 37 und der Ring 35 durch eine zweite Spule ergänzt sind. Eine ringförmige Spule 45 ist so um eine Haspel 47 gewunden, daß sie eine ringförmige Windung in der Ebene des magnetischen Feldes des Magnetkerns 29 darstellt. Die Haspel 47 ist so bemessen, daß sie in den Raum 41 paßt, der in Figur 3 leer und in Figur 7 mit der Haspel 47 ausgefüllt dargestellt ist.
Die zweite Spule, die ringförmige Spule 45, ist ebenfalls mit einer elektrischen Stromquelle, die nicht dargestellt ist, verbunden, so daß in die Spule 45 ein unterschiedlicher Strom eingeleitet werden kann. Wiederum bewirken verschiedene Frequenzen und Wellenformen eine relative Bewegung zwischen dem magnetischen Kern 29 und der Haspel 47 in erster Linie, jedoch nicht ausschließlich in der X- und Y-Ebene.
Werden sowohl die erste Spule 37 und die ringförmige Spule 45 mit Strom verschiedener unabhängiger Frequenzen angeregt, kann der magnetische Kern 29 dazu gebracht werden, sich in Kombinationen aus Dreh- und X-Y-Richtungen zu bewegen, die keine Resonanzfrequenzen des Systems sind. Dieses Merkmal der Erfindung macht diese Ausführungsform besonders vielseitig.
Es wird in Erwägung gezogen, daß die ringförmige Spule 45 bei wenigstens einer Ausführungsform die einzige Spule in der Vorrichtung dieser Erfindung sein kann. Spule 37 wäre dann bei der Vorrichtung aus Figur 6 nicht vorhanden, obwohl der Ring 35 oder irgendein anderes Halteteil benötigt würden, um die Haspel 47 an ihrem Ort zu halten. Auf diese Weise wird der Kern 29, der an den Federn 27 und 49 aufgehängt ist, bewirken, daß der Spiegel 13, wie zuvor beschrieben, oszilliert.
In Figur 7 ist ein vollständiger Aufbau sowohl mit Spule 37 als auch mit Spule 45 in ihrer Position dargestellt. Dieser Aufbau optimiert die Möglichkeit, für einen Spiegel oder andere optische Einrichtungen an einer Achse eine Bewegung vorzusehen. Abdeckungen 59 und 61 bieten in erster Linie Schutz gegen übermäßige Deformation der Federn 27 und 49, damit diese ihre Elastizitätsgrenze nicht überschreiten.
Die in Figur 7 dargestellte Vorrichtung ist so aufgebaut, daß sie den Spiegel 13 in der in Figur 1 dargestellten Art und Weise bewegt, wobei beispielsweise ein Laser 11 ein zweidimensionales Muster 15 für eine Verwendung als Scanner erzeugt. Figur 8 zeigt im wesentlichen die gleiche Vorrichtung mit der Ausnahme, daß der Schaft 17 entfernt und der Spiegel 67 direkt über der Mitte 38 des Kerns 29 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung kann ein Laserstrahl oder anderes Licht eher entlang der Achse der Vorrichtung als allgemein senkrecht zu der Achse auf die Vorrichtung gerichtet werden. Diese Modifikation erlaubt sogar eine größere Flexibilität bei der Gestaltung einer Abtasteinrichtung oder irgendeiner der vielen Anwendungen für die Vorrichtung dieser Erfindung. In beiden Fällen wird durch Stromfluß in Spulen, die sich in dem magnetischen Feld des Kerns befinden, um eine relative Bewegung zwischen Kern und Spule oder Spulen zu bewirken, wobei diese an Federn oder ähnlichem aufgehängt sind, eine Bewegung auf der Achse der Vorrichtung geliefert.
In Figur 9 sind die Torsionsfedern 27 und 49 flache Torsionsfedern mit zwei symmetrisch so angeordneten Spiralen, daß die Anordnung vier Federkonstanten besitzt. Eine Federkonstante liegt in der Z-Richtung, dargestellt entlang der Achse 19, während eine andere Federkonstante in der Drehrichtung liegt, dargestellt durch Pfeil 21. Weiterhin gibt es zwei Federkonstanten, von denen jede in einer der X- und Y-Richtungen liegt. Die X- und Y-Richtungen liegen senkrecht zueinander, stellen tatsächlich jedoch Winkelverschiebungen um den Mittelpunkt des Schaftes 17 oder 31 zwischen den zwei Federn bei Punkt A dar, der in der Mitte zwischen den zwei Federn 27 und 49 liegt. Ist ein Spiegel an dem Ende von Schaft 17 befestigt, kann er daher dazu gebracht werden, oszillierende Drehbewegungen in Richtung R als auch eine Pendel- oder Präzessionsbewegung in den X- oder Y-Richtungen durchzuführen. Durch Einstellen der Federeigenschaften, wie Steifigkeit, der Anzahl der Spiraiwindungen, der Gesamtlänge der Spiralen, sowie der Trägheit des Spiegelschaftsystems und ähnlichem ist es einfach, eine erwünschte Drehbewegung zu erzielen, die durch die Resonanzfrequenz der einen Richtung in Drehrichtung bei einer bestimmten Frequenz als auch der Resonanzbewegungen in den X- und Y-Dimensionen bewirkt wird. Diese resonante Rotationsfrequenz kann um ein Mehrfaches höher eingestellt sein, als die Resonanzfrequenz zum Pendeln in X- oder Y-Richtung. Die Bewegung des Spiegels auf dem Schaft 17 erzeugt somit ein rasterähnliches Muster, das sich selbst so lange nochmals zeichnet, wie der Strom, der durch die Windungen 37 gefiihrt wird, bei Resonanzen, wie sie hierin beschrieben sind, aufrechterhalten bleibt.
In Figur 10 ist eine weitere Version der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei welcher der Spiegel 13 von dem Schaft 17 bewegt wird und eine zweite Spule 71 um den Kern 35a gewunden ist. Der Kern 35a umfaßt einen nichtmagnetischen Abstandshalter, der zwei konduktive Ringhälften voneinander trennt. Wird die Spule 37 als eine Antriebsspule verwendet, so funktioniert die zweite Spule 71 als Sensorspule. Eine Bewegung des Rotors 29, wie sie zuvor beschrieben wurde, induziert eine signifikante, zurück in die zweite Spule 71 gerichtete EMF, und diese EMF kann festgestellt werden. Dies ermöglicht eine Rückkopplungskontrolle dieser Antriebsspule 37, um die Bewegung des Kerns 29 zu verändern.
Obwohl hier bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, ist nicht beabsichtigt, die Erfindung hierauf zu beschränken und es können daran Veränderungen innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Patentansprüche vorgenommen werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Winkelverschiebung einer Achse in einer Richtung, die unter einer X- Richtung, einer Y-Richtung, Drehbewegung um eine Z-Richtung und Verschiebung in eine Richtung, die die Vektorsumme zweier dieser X- und Y-Richtungen sowie dieser Drehbewegung ist, ausgewählt ist, wobei diese X-, Y- und Z-Richtungen eine orthogonale Dreiergruppe bilden, mit

einem Magnetkernelement (29) zur Erzeugung eines Magnetfeldes in einer Ebene, die durch die X- und Y-Richtungen definiert ist und eine Drehachse (19) entsprechend der Z-Richtung hat, wobei diese Achse in jeder der X- und Y-Richtungen und der Drehbewegung um die Z-Richtung verschiebbar ist,

einer Spuleneinrichtung (37, 45), die in dem Magnetfeld für eine Wechselwirkung mit diesem angeordnet ist, um eine Kraft auf das Kernelement (29) in wenigstens einer, der X-Richtung, der Y-Richtung und um die Z-Richtung, wie erwünscht, auszuüben,

einer Einrichtung zur Einführung eines variabel wechselnden elektrischen Stromes in die Spuleneinrichtung und

einer flexiblen Befestigungseinrichtung (27, 49) zur Aufhängung des Kernelementes (29) in bezug auf die Spuleneinrichtung (37, 45), um eine Relativbewegung zwischen ihnen als Reaktion auf die Kraft zu gestatten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Befestigungseinrichtung (27) eine Feder mit

einem Außenteil,

einem mittigen Nabenteil und

einer flexiblen Einrichtung, die das Außenteil und das Nabenteil so verbindet, daß eine Bewegung zwischen ihnen erlaubt ist, umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die flexible Einrichtung wenigstens zwei flexible Verbindungsteile umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die flexible Einrichtung ein Paar im Abstand voneinander angeordneter flexibler spiralförmiger Verbindungsteile umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Befestigungseinrichtung (27) eine Feder umfaßt, die auf einem Ende des Kernelementes (29) und auf einem Ende der Spuleneinrichtung (45) befestigt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Befestigungseinrichtung ein Paar von Federn umfaßt, von denen jede an einem Ende des Kernelementes und an einem Ende der Spuleneinrichtung befestigt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Kernelement eine axiale Halterung einschließt, die entlang der Z-Achse ausgerichtet und so positioniert ist, daß sie sich in Reaktion auf eine Bewegung des Kernelementes bewegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die axiale Halterung einen Spiegel einschließt, der darauf für eine Bewegung in Reaktion auf die Kraft befestigt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Spiegel in einer Ebene allgemein senkrecht zu der Z-Achse ausgerichtet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Spiegel in einer Ebene allgemein parallel zu der Z-Achse ausgerichtet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin einen ferromagnetischen Ring enthält, der das Kernelement umgibt, und die Spuleneinrichtung eine um einen Teil des Umfangs des Ringes gewundene Wicklung einschließt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Spuleneinrichtung eine Ringspule einschließt, die die Z-Achse umgibt und im Abstand von dem Kernelement angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Halterungseinrichtung wenigstens ein Paar von Federn umfaßt, von denen jede an entgegengesetzten Enden des Magnetkerns befestigt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Ring einen auf der Achse zentrierten Ring umfaßt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Befestigungseinrichtung einen äußeren Umfangsabschnitt zur Befestigung dieses Umfangsabschnittes der Befestigungseinrichtung in fixierter Beziehung bezüglich der Spuleneinrichtung umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, weiterhin mit einem Spulenträger zum Halten der Spuleneinrichtung.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Befestigungseinrichtung wenigstens eine im wesentlichen flache Feder umfaßt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Feder wenigstens zwei flexible gekrümmte Aufhängungsarme umfaßt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der die Arme in einer Ebene angeordnet sind, die durch die X- und Y-Richtungen definiert ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Befestigungseinrichtung weiterhin einen Spiegel umfaßt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der der Spiegel senkrecht zu der Z-Richtung ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der der Spiegel parallel zu der Z-Richtung ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Spuleneinrichtung wenistens teilweise von einem Magnetring umgeben ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die flexible Befestigungseinrichtung wenigstens zwei verschiedene Resonanzfrequenzen entlang unterschiedlichen Richtungen zur Bewegung jeweils in unterschiedlichen Richtungen hat.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der die Befestigungseinrichtung wenigstens eine Resonanzfrequenz, die eine niederige Resonanzfrequenz ist, und wenigstens eine Resonanzfrequenz, die eine hohe Resonanzfrequenz ist, hat, so daß eine der niedrigeren oder höheren Resonanzfrequenzen angeregt werden kann, um eine entsprechende Bewegung der Befestigungseinrichtung im wesentlichen unabhängig von der anderen der Resonanzfrequenzen zu bewirken.

26. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem ferromagnetischen Ring (35), der das Kernelement (29) umgibt, wobei dieser Ring die Spuleneinrichtung (37) ringförmig darauf aufgewickelt hat, der Ring so angeordnet ist daß er einen kurzen magnetischen Widerstandsweg für das magnetische Feld ergibt, worin das Magnetfeld nur eine Seite der Spule (37) durchdringt und die Spuleneinrichtung eine Einrichtung zum selektiven Variieren der Stromrichtung und -frequenz einschließt, um die Bewegung selektiv zu erzeugen.