KR20120120497A

KR20120120497A - 매칭된 열 팽창 계수 및 교환 가능 미러를 갖는 저 워블 와이드 스캔 앵글 타우트 밴드 공진 스캐너

Info

Publication number: KR20120120497A
Application number: KR1020127021291A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 씨 브라운
Original assignee: 캠브리지 테크놀로지 인코포레이티드
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-11-01
Also published as: WO2011091093A1; US20110181932A1; CN102884473A; EP2526453A1; JP2013518297A; US8654423B2

Abstract

긴 밴드(10) 및 서브 어셈블리(12)를 포함하는 타우트 밴드 공진 스캐너가 개시된다. 긴 밴드는 길이 방향의 길이와, 길이 방향에 대해 직각인 폭 방향의 폭, 및 폭 방향 및 길이 방향 모두에 직각인 두께방향의 두께를 갖고, 두께는 폭보다 작고 및 폭 방향 및 길이 방향은 밴드 폭/길이 면을 규정한다. 서브 어셈블리는 밴드의 부분에 부착되고, 및 2개의 절반부(14, 16)를 포함한다. 밴드의 열 팽창 계수는 하우징 내에 장착 구조물의 그것과 같다.

Description

매칭된 열 팽창 계수 및 교환 가능 미러를 갖는 저 워블 와이드 스캔 앵글 타우트 밴드 공진 스캐너{LOW WOBBLE WIDE SCAN ANGLE TAUT-BAND RESONANT SCANNERS WITH MATCHED COEFFICIENTS OF THERMAL EXPANSION AND INTERCHANGEABLE MIRRORS}

본 발명은 2010년 1월 22일 제출된 미국 가특허 출원 일련번호 제61/297,534호에 우선권을 주장하고, 그 전체 명세서는 참조로 여기에 통합된다.

본 발명은 일반적으로 공진 스캐너에 관한 것이고, 그리고 구체적으로 스캐너에 공진 진동수를 제공하도록 장력으로 보유된 길이 강성 밴드를 포함하는 타우트 밴드(taut-band) 공진 스캐너에 관한 것이다.

그러나, 종래의 타우트 밴드 공진 스캐너는, 일반적으로 많은 결점을 갖는다. 첫 번째, 많은 종래의 타우트 밴드 공진 스캐너는 사용 중 임의의 양의 소망하지 않은 워블(wobble)을 포함한다. 두 번째, 밴드 상에 응력은 밴드가 미러 장착 구조물 및/또는 밴드 클램핑 구조물에 부착하는 곳에 일반적으로 집중되고, 그러한 집중된 응력은 그 위치에서 밴드의 고장에 이르게 할 수 있다.

세 번째, 밴드 부하 콤비네이션(band load combination)이 고정되어, 미러 치수 및 또는 작동 진동수의 소망된 변경이 일반적으로 미러의 교체를 요구하고, 그것은 제조 및 수리에서 비용을 초과하게 만드는 존재한다면 카운트 매스, 밴드 및 흔히 전체 구조물이다. 네 번째, 작동 중 온도 변화는 개별적인 컴포넌트의 변경된 열 팽창 때문에 작동시 현저한 부정적인 영향을 주고, 그것은 장치의 작동 고유 진동수의 동반 변경에 이르게 한다.

추가로, 환경적인 부식도 작동에 부정적인 영향을 준다. 예를 들면, 많은 종래의 타우트 밴드 공진 스캐너는 밴드에 대해 클록 스프링 스틸(clock spring steel)을 사용했지만, 이 재료는 사용 중 응력 부식 크래킹 뿐만 아니라 일반적으로 녹이 발생하고, 그것은 설계 수명이 다하기 훨씬 이전에 밴드의 고장을 야기한다.

따라서, 적어도 상기 결점을 회피하거나 최소화하는 타우트 밴드 공진 스캐너에 대한 필요성이 존재한다.

본 실시형태에 의하면, 본 발명은 긴 밴드 및 서브 어셈블리를 포함하는 타우트 밴드 공진 스캐너를 제공한다. 긴 밴드는 길이 방향의 길이와, 길이 방향에 대해 직각인 폭 방향의 폭 및 폭 방향 및 길이 방향 모두에 대해 직각인 두께 방향의 두께를 갖고, 두께는 폭보다 실질적으로 얇고 폭 방향 및 길이 방향은 밴드 폭/길이 면을 규정한다. 서브 어셈블리는 밴드의 부분에 부착되고, 적어도 하나의 장착 구조물을 포함한다.

다른 실시형태에 의하면, 본 발명은 긴 밴드와, 서브 어셈블리 및 하우징을 포함하는 타우트 밴드 공진 스캐너를 제공한다. 긴 밴드는 제 1 열 팽창 계수를 갖는 재료로 형성된다. 서브 어셈블리는 밴드의 부분에 부착되고, 절반부 사이에 밴드를 캡춰링(capturing)하는 2개의 절반부로 형성된다. 하우징은 밴드가 하우징 내부에 장력으로 고정된 장착 구조물을 포함한다. 장착 구조물은 제 2 열 팽창 계수를 갖는 재료로 형성되고, 제 1 열 팽창 계수는 제 2 열 팽창 계수와 실질적으로 동일하다.

추가의 실시형태에 의하면, 본 발명은 임의의 복수의 미러와 사용하기 위한 그리고 복수의 작동 진동수에서 사용하기 위한 타우트 밴드 공진 스캐너를 제공한다. 타우트 밴드 공진 스캐너는 긴 밴드 및 서브 어셈블리를 포함한다. 긴 밴드는 길이 방향의 길이와, 길이 방향에 대해 직각인 폭 방향의 폭 및 폭 방향과 길이 방향 모두에 대해 직각인 두께 방향의 두께를 갖고, 두께는 폭보다 실질적으로 얇고, 폭 방향 및 길이 방향은 밴드 폭/길이 면을 규정한다. 서브 어셈블리는 밴드의 부분에 부착되고, 절반부 사이에서 밴드를 캡춰링하는 2개의 절반부로 형성된다. 서브 어셈블리는 미러 및 카운터 웨이트 매스가 부착될 수 있는 서브 어셈블리의 대향 단부 상에 장착 피쳐(feature)를 포함하고, 밴드 폭/길이 면과 실질적으로 평행한 면 내에 노출된 면을 갖는 적어도 하나의 자석을 포함한다.

이하에 설명은 첨부된 도면을 참조하면 추가로 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 시스템 내에 밴드 및 미러 장착 구조물의 예시적인 등축도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 밴드 및 미러 장착 구조물의 예시적인 평면도를 도시한다.
도 3은 그 3-3선을 따라 취한 도 2에 도시된 밴드 및 미러 장착 구조물의 예시적인 평면도를 도시한다.
도 4는 그 4-4선을 따라 취한 도 2에 도시된 밴드 및 미러 장착 구조물의 예시적인 단부도를 도시한다.
도 5는 그 5-5선을 따라 취한 도 2에 도시된 밴드 및 미러 장착 구조물의 예시적인 단면도를 도시한다.
도 6은 미러 장착 구조물 없이 도 2에 도시된 밴드의 예시적인 평면도를 도시한다.
도 7은 도 1에 도시된 밴드 및 미러 장착 구조물을 포함하는 본 발명의 실시형태에 의한 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 등축 평면도를 도시한다.
도 8은 도 7에 도시된 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 등축 측면도를 도시한다.
도 9는 도 7에 도시된 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 평면도를 도시한다.
도 10은 도 7에 도시된 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 하부도를 도시한다.
도 11은 제 1 포지션 내에 미러를 갖는 도 7에 도시된 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 측면도를 도시한다.
도 12는 제 2 포지션 내에 미러를 갖는 도 7에 도시된 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 측면도를 도시한다.
도 13은 그 13-13선을 따라 취한 도 12에 도시된 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 단면도를 도시한다.
도 14는 다른 미러 및 카운터 웨이트 매스가 사용되는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 단면도를 도시한다.
도 15는 도 1에 도시된 밴드 및 미러 장착 구조물을 포함하는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 등축 평면도를 도시한다.
도 16은 도 15에 도시된 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 등축 측면도를 도시한다.
도 17은 도 15에 도시된 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 평면도를 도시한다; 및
도 18은 도 15에 도시된 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 하부도를 도시한다.

도면들은 예시적인 목적을 위해서만 도시된다.

상기 많은 결점은 공진 스캐너의 그 자체 설계 결함으로부터 기인한다는 것이 발견되었고, 그리고 그러한 결점이 타우트 밴드 공진 스캐너의 개선된 설계를 통해서 최소화되거나 제거될 수 있다는 것이 추가로 발견되었다.

구체적으로, 워블이 적어도 밴드의 폭 치수와 평행한 미러를 부착하는 것에 적어도 부분적으로 기인한다는 것이 발견되었다. 이는 그러한 부착이 미러의 소망된 틸트(tilt)에 대해 직각인 방향으로 미러의 과도한 틸팅을 초래하기 때문이다. 이는 소망된 플렉셔(flexure)에 대해 수직인 가공된 라이트 빔(light beam)의 미관상 좋지않고 바람직하지 못한 편차의 원인이 되어 워블을 발생시킨다. 밴드의 폭 치수의 면에 대해 수직인 면 내에 미러를 부착하는 것은 이러한 워블을 회피한다는 것이 발견되었다.

두 번째로, 응력 받기 쉬운 특성을 최소화하는 방식으로 밴드의 능동부로부터 밴드의 클래핑부로 전이하는 것은 종래 기술에서 제공되지 않았다. 이들 전이 위치에서 응력이 설계에 의해 최소화될 수 있다는 것이 발견되었다. 세 번째, 종래의 스캐너의 밴드 로드 콤비네이션은 고정되므로, 미러 면적 또는 작동 진동수에서 소망된 변경으로써 미러의 교체가 요구되고, 그것은 존재한다면 카운터 매스(counter mass), 밴드 그리고 흔히 전체 구조물이다. 이것은 제조 및 수리의 비용의 초과에 이르게 한다. 또한, 스캐너의 전체 치수에 변경을 요구함으로, 스캐너 패밀리(그곳에서 모든 부재가 호환성 형태 적합성 및 기능성임)의 개발이 방해받게 된다. 타우트 밴드 공진 스캐너는 이 문제를 회피하도록 개발될 수 있다는 것이 발견되었다.

네 번째, 작동 중 열 드리프트는 재료 및 설계가 유사한 열 팽창 계수를 갖도록 선택된다면 회피될 수 있다는 것이 발견되었다. 환경적인 부식 및 마모의 효과도 재료 및 설계의 적절한 선택을 통해 회피될 수 있다는 것이 추가로 발견되었다. 따라서, 싱글 스캐너 설계 모델에 종래 기술 분야의 이러한 몇몇 결점을 처리하고 교정하는 것이 본 발명의 주 목적이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 타우트 밴드 공진 스캐너 밴드(10) 및 서브 어셈블리의 예시적인 설계를 도시한다. 서브 어셈블리는 밴드(10) 상에 장착된 미러 장착 구조물(12)을 포함한다. 미러 장착 구조물(12)은 밴드(10)가 그 사이에 수용되도록 결합된 2개의 절반부(14 및 16)를 포함한다. 절반부(14 및 16)는 스크류(22 및 24)에 의해 함께 고정된다. 미러 장착 구조물(12)은 조립될 때 스캐너 유닛 내의 코일 근처에 개별적으로 포지션되는 노출된 단부(18 및 20)를 갖는 자석(19)을 포함한다. 예를 들면, 자석은 각 단부(18 및 20)에 북극 및 남극 모두를 제공하는 짧은 치수에서 극성을 갖는 막대 자석일 수 있다. 그러한 자석의 사용은 비용 감소 뿐만 아니라 제조 효율성을 제공하고, 질량에서도 상대적으로 작다. 미러 장착 구조물(12)도 상부 및 하부 측면상에 스레드(thread) 장착 피쳐(26, 도 3 및 도 5에 도시됨 및 28)를 포함한다. 카운터 웨이트 매스가 대향 장착 피쳐(예를 들면 28)에 장착될 수 있는 한편 미러는 장착 피쳐(26) 중 하나에 장착될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 밴드(10)는 하나의 단부(40)에 장착 구멍(30 및 32)을 포함하고, 다른 단부(42)에 스캐너 유닛(도 7에 도시됨) 내부에 포지션될 때 밴드(10)상의 장력이 조정되는 것을 허용하도록 장력 조정 개구(38) 뿐만 아니라 장착 구멍(34 및 36)을 포함한다. 장착 구멍(34 및 36)은 이러한 조정을 수용하도록 각각 형성(약간 타원형)될 수 있다. 도 3은 도 2의 서브 어셈블리의 평면도를 도시하고, 도 4는 우측으로부터의 도 2의 서브 어셈블리의 측면도를 도시한다. 도 5는 장착 피쳐(26 및 28)가 노출된 도 2의 5-5선을 따라 취한 단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 밴드(10)의 중앙 영역(44)은 미러 장착 구조물(12)의 스크류(22 및 24)와 맞물리기 위한 중앙 장착 구멍(46 및 48)을 포함한다. 또한 개구(50)는 단부(18 및 20)를 갖는 자석을 수용하기 위한 밴드(10)의 중앙 영역(44)의 중앙에서 제공된다. 또한 개구(50)는 중앙 영역(44)에서 증가되는 폭의 유효 질량을 감소시킨다.

밴드(10)는 스테인레스 강 또는 베릴륨 구리 같은 높은 응력 및 내부식성 재료로 만들어진 예를 들면 0.100인치(2.54mm)의 폭 및 0.006인치(0.1524mm)의 두께의 큰 가로 세로 비율의 단면 치수를 갖는 얇고 납작한 밴드가 바람직하다. 밴드는 도 6에서 도시된 클램핑 영역(40, 42, 및 44)을 포함한다. 영역(40 및 44) 사이 그리고 영역(42 및 44) 사이에 밴드의 구역(52 및 54)은, 사용 중 비틀림 운동을 받는 능동 영역이다. 밴드의 중앙에 도시된 장착 블록 절반부(14, 16)는 설치될 때 밴드의 중앙 섹션을 실질적으로 강성으로 만든다. 스캐너 유닛 내부의 프레임 상에 지지되고 막대 클램프 및 스크류에 의해 제 위치에 보유될 때(도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이), 단부도 실질적으로 강성이다.

따라서, 두 개의 긴 감소된 폭 구역(52 및 54)은 타우트 밴드의 능동 부분이고, 그리고 폭 전이 영역을 완만하게 변화시키고 순조롭게 만드는 역할을 하는 전이 피쳐(예를 들면 60, 62, 64, 및 66에 도시된 바와 같은 반경)에 의해 강성 섹션에 결합된다. 반면에, 종래의 타우트 밴드 스캐너는 일반적으로 직각 코너 전이부를 사용한다. 반경(60, 62, 64, 및 66)은 전이부에서 발생하는 응력 집중 경향을 줄이거나 제거하고, 종래 기술에서의 이 영역 내에서 크랙킹 및 플렉셔 파괴의 경향을 줄이거나 제거한다.

상기 언급됨된 바와 같이, 미러 및 그 각각의 카운터 매스는 스레드 장착 피쳐(26 및 28)의 대향 단부 상에서 나사 결합함으로써 장착 구조물(12)에 부착하므로, 그들은 밴드의 폭 치수에 대해 수직이다. 종래의 타우트 밴드 공진 스캐너에서 미러, 자석, 장착 블럭, 및 카운터 매스는 존재한다면, 밴드의 폭 치수에 대해 일반적으로 평행하게 장착된다. 고유 진동수의 관점 및 밴드의 비틀림 모션으로부터, 두 방법은 동일한 진동수를 제공한다. 그러나, 밴드(10)도 밴드 상에 집중된 직각 면 내에서 공진 모션의 영향을 받기 쉽다.

밴드의 강성은 두께 치수에서보다 폭 치수에서 대단히 크고, 따라서 두께 치수 내에서의 공진으로 기인한 불가피한 작은 모션이 폭 치수 내의 그 모션보다 훨씬 더 크다. 그 결과로서, 미러가 폭 치수와 평행하게 장착되면, 미러 표면에서 바람직하지 못한 모션의 진폭은 매우 크다. 이 모션은 소망된 틸팅(tilting) 모션에 대해 직각인 방향으로 미러의 티핑(tipping)으로서 주로 나타나고, 그리고 일반적으로 워블로서 칭해진다. 미러가 폭 치수에 대해 직각일 때, 이러한 방향에서 플렉셔 강성은 매우 커서 워블 모션이 무시할만한 값으로 감소되거나 또는 전체적으로 제거된다. 다른 직각 모션은 틸트보다 미러의 회전으로서 즉시 나타나고, 그리고 일반적으로 중요하지 않다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시형태에 의한 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 등축 평면도 및 측면도를 도시하고, 그리고 도 9 및 도 10은 도 7 및 도 8의 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 평면도 및 하부도를 도시한다. 구체적으로, 미러 표면(71)을 갖는 미러(70)는 스캐너 하우징(74) 내부에 미러 장착 구조물(12)의 하나의 단부 상에[예를 들면, 피쳐(26)] 장착된다. 카운터 웨이트 매스(72)는 하우징(74) 내부에 미러 장착 구조물(12)의 대향 단부에[예를 들면 피쳐(28)]에 장착된다. 하우징(74)은 스크류(84, 86, 88, 및 90)에 의해 함께 보유된 2개의 하우징부(80 및 82)로써 형성된다. 밴드(10)의 장착 구멍(30 및 32)은 스크류(92 및 94)에 의해 하우징부(80)에 고정되고, 그리고 밴드(10)의 장착 구멍(34 및 36)은 스크류(96 및 98)에 의해 하우징부(80)에 고정된다. 장력 조정 개구(38)는 밴드(10)의 장력의 조정[스크류(96 및 98)가 느슨해질 경우]을 허용하도록 노출된다.

도 11 에 추가로 도시된 바와 같이, 하우징(74)도 대향 코일(100 및 102)(도 13에 도시됨)이 포지션될 수 있는 개구를 포함한다. 도 12는 밴드가 휘어져 있고 미러(70)의 표면(71)이 보일 때의 미러(70)를 도시한다. 도 13은 도 12의 13-13선을 따라 취한 단면도를 도시하고, 그리고 도 13 및 14에 도시한 바와 같이, 2개의 코일(100 및 102)은 하우징의 대향 측면 상의 구멍 내에 장착되고 그리고 자석(19)은 상기 설명된 바와 같이 움직이는 구조물에 장착된다. 도 14에 도시된 바와 같이, 도 13의 미러(70) 및 카운터 웨이트 매스(72)는 공진 스캐너의 남아있는 요소의 모두를 동일하게 유지하면서 다른 미러(110) 및 다른 카운터 웨이트 매스(112)로 교체될 수 있다. 이는 스캐너의 전체 패밀리가 동일한 스캐너 유닛을 사용하도록 제공되게 허용한다.

따라서, 본 발명의 공진 스캐너 서브 어셈블리 및 스캐너 유닛은 예를 들면, 하나는 50Hz의 고유 공진 진동수에서 작동하는 20mm 직경 미러이고 및 다른 하나는 200Hz의 고유 공진 진동수에서 작동하는 8mm 직경 미러인 다양한 다른 미러/진동수 버전을 허용한다. 모든 스캐너는 미러 그 자체 및 그 각각의 카운터 매스를 제외하고는 동일한 부분을 포함한다. 모두 0도부터 52도까지 광학 피크 투 피크의 스캔 각도상에서 작동한다. 호환성 미러는 각각의 카운터 매스가 장착 구조물(12)의 대향 단부 상에 나사 결합하는 한편, 장착 구조물(12)의 하나의 단부 상에 간단히 나사 결합한다.

장착부(14 및 16)는 알루미늄 같은 경량의 재료로 형성될 수 있고, 그리고 자석(19) 뿐만 아니라 밴드 플렉셔를 지지하는 역할을 할 수 있다. 밴드의 단부는 스테인레스강 바 및 스크류로써 프레임에 클램핑된다. 조정 개구(38)에는 토크가 제공되고 그리고 조정 개구(38)는 밴드가 소망된 정확한 고유 진동수를 확립도록 조립 중 장력을 가질 수 있도록 밴드 장력 레버(도시되지 않음)를 위한 부착 포인트서 역할을 한다.

조립 공정은 밴드의 단부(40)를 견고히 그리고 장력 단부(42)를 타이트하지 않게 딱 맞게 클램핑해야 하고 레버 암의 비율에 의해 증가된 웨이트(weight)가 밴드(10) 상에 요구된 힘을 전개시킬 경우 웨이트가 소망된 장력을 제공하도록 선택된 장력 레버(도시되지 않음)로부터 웨이트를 매달아야 한다. 그 후 고유 진동수는 측정되고, 그리고 허용 오차 이내에 있다면, 클램프 스크류는 완전히 조여지고 그리고 웨이트 및 레버는 제거된다. 고유 공진 진동수가 처음에 허용 오차 내에 있지 않으면, 웨이트는 펄크럼(fulcrum)을 향하거나 또는 그로부터 멀어지게 슬라이딩하고, 이는 고유 진동수가 허용 오차 이내 일때까지 반복적으로 요구되고, 클램프 스크류는 요구된 장력으로 밴드를 지지하도록 완전히 조여진다. 베릴륨 구리 같은 열 팽창 재료의 다른 매칭된 계수의 밴드 및 다른 프레임 부품을 만드는 것이 물론 가능하다.

도 15 및 도 16은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 등축 평면도 및 측면도를 도시하고, 그리고 도 17 및 도 18은 도 15 및 도 16의 타우트 밴드 공진 스캐너의 예시적인 평면도 및 하부도를 도시한다. 구체적으로, 미러 면(171)을 갖는 미러(170)는 스캐너 하우징(174) 내부에 미러 장착 구조물의 하나 단부 상에 장착되고, 그리고 카운터 웨이트 매스는 종래의 실시형태를 참조하여 상기 설명된 하우징(174) 내부에 미러 장착 구조물의 대향 단부에 장착된다.

하우징(174)은 스크류(184, 186, 188, 및 190)에 의해 함께 보유되는 2개의 하우징부(180 및 182)로써 형성된다. 밴드(10)(도 1 내지 도 6)의 장착 구멍(30 및 32)은 스크류(192 및 194)에 의해 하우징부(180)에 고정되고, 밴드(10)(도 1 내지 도 6)의 장착 구멍(34 및 36)은 스크류(196 및 198)에 의해 하우징부(180)에 고정된다. 하우징(174)은 대향 코일(예를 들면 그 하나가 200이고 및 다른 것은 도시 생략)이 종래의 실시형태를 참조하여 상기 설명된 바와 같이 포지션될 수도 있는 개구도 포함한다. 또한, 미러 장착부는 알루미늄 같은 경량 재료로 형성될 수 있고, 그리고 자석(예를 들면 상기 설명된 바와 같은 19) 뿐만 아니라 밴드 플렉셔를 지지하는 역할을 한다. 밴드의 단부는 스테인레스강 막대 및 스크류에 의해 프레임에 클램핑된다.

장력 조정 개구(138)는 밴드의 장력의 조정[스크류(196 및 198)가 느슨해질 경우]을 허용하도록 노출된다. 구체적으로, 그리고 도 15 내지 도 18의 실시형태에 의하면 하우징부(180)는 플렉셔 길이 또는 장력 방향을 따라 장착 프레임 내에 컴플라이언스(compliance)를 제공하는 플렉셔 힌지(hinge)(204)를 포함한다. 플렉셔 힌지(204)는 튜닝 중 플렉셔의 면 내에서 변경을 최소화하도록 가능한 한 플렉셔 밴드에 가까이 포지션된다. 스크류(206)는 하우징부(180)의 조정 가능한 부분(208) 내에 제공되고, 그리고 밴드는 스크류(196 및 198)를 거쳐 조정 가능한 부분(208)에 장착된다. 또한 도 15 내지 도 18에 도시된 실시형태는 모터를 제어하기 위한 그리고 포지션 피드백 신호를 수신하기 위한 커플링 와이어(212)를 포함한다.

스크류(206)가 조여질 때, 조정 가능한 부분은 플렉셔 힌지(204)에 대하여 피봇하여, 밴드가 스트레칭(장력 상태)되게 한다. 스크류(206)가 느슨해 질 경우, 조정 가능한 부분은 플렉셔 힌지(204)에 대해 뒤쪽으로 피봇하여, 밴드를 밴드 상에서 이완(장력을 감소시킴) 시키게 한다. 그 최종 토크로 스크류(192 및 194)를 조이는 것을 포함하는 조립 이후, 클램프 블록(210)은 2 in-oz(0.01412N·m)와 같은 낮은 토크 레벨로 스크류(196 및 198)를 조임으로써 딱 맞게 그러나 타이트 하지 않게 조정된다. 그 후 스캐너의 진동수는 바이브레이션의 고유 진동수가 허용 오차 이내일 때까지 스크류(206)를 조임으로써 보다 더 미세하게 튜닝되고, 그 후 스크류(196 및 198)는 그 최종 토크로 조여진다. 소망된 진동수가 스크류(206)를 조이는 공정에서 초과하면, 스크류 방향을 간단히 리버스함으로써 플렉셔 밴드가 완화되므로 튜닝 공정이 반복될 수 있다. 또한, 밴드 및 프레임 부분은 베릴륨 구리 같은 다양한 매칭된 계수의 열 팽창 재료로 형성될 수 있다.

각각의 상기 실시형태에 의하면, 코일 중 하나는 구동 코일로서 역할을 하고, 다른 것은 전기 서보 드라이버(도시 생략)로 속도 피드백을 제공하도록 속도 픽업 코일로서 역할을 한다. 스캐닝하도록 취해진 시간이 모든 스캔 각에 대해 동일한 것은 하모닉 모션의 특성이다. 그 결과, 모션의 속도는 각에 비례해서 증가해야 한다. 속도 코일은 전압이 자석의 순간 속도에 비례하여 그 안에서 유도되는 방식으로 자석의 하나의 단부 상의 필드와 상호 작용한다. 따라서 정현파 전압은 자석(및 따라서 거울)의 모션과 로킹되는 상을 갖는 코일을 거쳐 나타나고, 그 모션의 진폭은 속도에 비례하고, 그 속도 자체는 스캔 각의 진폭에 비례하므로, 정현파 전압은스캔의 진폭을 설정하고 유지하도록 신뢰성 있는 피드백을 제공한다.

다른 코일은 스캐너를 구동하도록 사용된다. 스캐너는 그 고유 진동수에서 작동하기 때문에, Q는 매우 높고, 따라서 구동 코일은 단지 시스템 내에 로스를 보충하기 위해서만 필요하다. 일반적으로, 공진 스캐너용 서보 드라이버는 자체 진동한다. 즉, 작은 펄스가 스캐너 운동을 시작하도록 제공되고, 그 후 속도 신호는 증폭되고 구동 코일로 피드백 된다. 이와 같은 방법으로 스캐너는 항상 그 고유 진동수로 구동되고, 그리고 구동 신호는 상이 미러의 모션과 구동 전압 사이에서 로킹 되기 위한 피드백 신호의 클론이다. 상기 지적된 바와 같이, 속도 코일의 진폭은 스캔 진폭을 설정하고 유지하도록 사용된다. 이는 일반적으로 그 기준 전압과 교정된 속도 신호를 비교함으로써 달성된다.

스캐너의 전체 크기는 미러의 크기와 작동의 진동수에 의해 구별되는 형태 맞춤 기능 호환성 스캐너의 특정 패밀리 내에 가장 큰 미러의 직경으로 평가된다. 미러 및 이와 관련된 카운터 매스를 제외하고, 스캐너 부품은 각각 다른 타입의 스캐너와 동일할 수 있다. 추가의 실시형태에서 긴 밴드 그 자체는 예를 들면 밴드 및/또는 밴드가 만들어진 재료의 두께를 변경함으로써 스캐너의 작동 특징들을 변경하도록 교체될 수 있다.

따라서, 8mm 직경 크기 이하로 그리고 20mm 직경 치수 이상으로 뿐만 아니라 20mm 직경 크기와 8mm 직경 크기 사이에 제공될 수 있는 무한한 수의 미러/밴드/진동수 조합이 존재한다는 것이 본 기술 분야에 숙련된자라면 이해될 것이다. 특정 패밀리에서 미러 크기의 극단은 적용 요구치에 따라 소망되는 바와 같이 무한 수명보다 낮은 범위일 수 있는 소망된 수명에 대해 선택된 특정 플렉셔 디자인의 피로 응력 제한에 의해 상부 단상에서 그리고 미러 질량의 부가된 부하 없이 타우트 밴드/장착 블록/자석 어셈블리의 작동 고유 진동수에 의해 하부 단부 상에서 제한된다. 또한 무한한 수의 스캐너의 그러한 패밀리가 존재하고, 각각의 패밀리는 바람직하게 가장 큰 미러 직경으로 평가된다.

종래 기술 분야의 결점이 본 발명에 의해 모두 처리되고 개선된다. 첫째, 밴드의 폭 치수에 대해 수직으로 미러를 장착함으로써 워블은 감소되거나 제거된다. 둘째, 밴드의 클램핑된 영역과 능동 영역 사이에 전이는 치수에서 부드럽고 완만히 변하므로, 응력 집중이 제거된다. 셋째, 미러의 패밀리는 동일한 형태 맞춤 및 기능성으로써 큰 범위의 크기 및 진동수 모두에 걸쳐 제공되고 미러 및 카우터 매스를 제외한 모든 부품을 공유한다. 넷째, 구성 재료가 열 팽창 계수에 매칭되므로 열 드리프트가 감소되거나 제거된다. 추가로, 밴드는 부식 파괴도 줄거나 제거되도록, 응력 부식에 대해 높은 저항용으로 선택된 재료로 구성된다.

본 기술 분야에 숙련된 자라면 다양한 변형과 변경이 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고 상기 개시된 실시형태에 대해 실시될 수 있다는 것을 알 것이다.

Claims

길이 방향의 길이와, 상기 길이 방향에 대해 직각인 폭 방향의 폭과, 상기 폭 방향과 상기 길이 방향 모두에 직각인 두께 방향의 두께를 갖는 긴 밴드로서, 상기 두께가 상기 폭 보다 실질적으로 작고, 상기 폭 방향 및 길이 방향이 밴드 폭/길이 면을 규정하는 긴 밴드와;
상기 밴드의 일부에 부착되는 서브 어셈블리로서, 미러가 상기 밴드 폭/길이 면과 평행하지 않은 면 내에 위치된 미러 면을 갖도록 미러가 상기 서브 어셈블리에 부착될 수 있는 적어도 하나의 장착 구조물을 포함하는 서브 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 1 항에 있어서,
상기 미러 면은 밴드 폭/길이 면에 대해 직각인 미러 면 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 1 항에 있어서,
상기 서브 어셈블리는 절반부 사이에 상기 밴드를 캡춰링하는 2개의 절반부로 형성되는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 1 항에 있어서,
상기 밴드가 하우징 내부의 장착 구조물에서 하우징 내부에 장력으로 고정되고, 상기 밴드 및 장착 구조물이 실질적으로 동일한 열 팽창 계수를 갖는 재료로 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 1 항에 있어서,
상기 밴드 및 상기 서브 어셈블리는 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 1 항에 있어서,
상기 밴드는 밴드가 스캐너 하우징에 고정되는 적어도 하나의 고정 영역과 적어도 하나의 능동 영역을 포함하고, 적어도 하나의 전이 피쳐는 상기 고정 영역과 상기 능동 영역 사이의 응력 집중을 감소시키도록 제공되는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 1 항에 있어서,
상기 밴드 및 상기 서브 어셈블리는 상이한 진동수에서 다양한 상이한 미러와 함께 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 1 열 팽창 계수를 갖는 재료로 형성된 긴 밴드와;
상기 밴드의 일부에 부착되고, 절반부 사이에 밴드를 캡춰링하는 2개의 절반부로 형성되는 서브 어셈블리, 및
상기 밴드가 하우징 내부에서 장력으로 고정되는 장착 구조물을 포함하는 하우징으로서, 상기 장착 구조물이 제 2 열 팽창 계수를 갖는 재료로 형성되고, 상기 제 1 열 팽창 계수가 제 2 열 팽창 계수와 실질적으로 동일한 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 8 항에 있어서,
상기 밴드 및 상기 서브 어셈블리는 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 8 항에 있어서,
상기 밴드는 밴드가 스캐너 하우징에 고정되는 적어도 하나의 고정 영역과, 적어도 하나의 능동 영역을 포함하고, 상기 고정 영역과 상기 능동 영역 사이의 응력 집중을 감소시키는 적어도 하나의 전이 피쳐가 제공되는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 10 항에 있어서,
상기 전이 피쳐는 반경 코너를 포함하는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 8 항에 있어서,
상기 하우징은 플렉셔 힌지 및 긴 밴드 상에서 장력을 조정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 8 항에 있어서,
상기 긴 밴드는 상기 길이 방향의 길이와, 상기 길이 방향에 대해 직각인 폭 방향의 폭과, 상기 폭 방향 및 상기 길이 방향 모두에 직각인 방향의 두께를 갖고, 상기 두께는 상기 폭 보다 실질적으로 작고, 및 상기 폭 방향 및 길이 방향은 밴드 폭/길이 면을 규정하고; 그리고
상기 서브 어셈블리는 미러가 상기 밴드 폭/길이 면과 평행하지 않은 면 내에 위치된 미러 면을 갖도록 미러가 서브 어셈블리에 부착될 수 있는 적어도 하나의 장착 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 13 항에 있어서,
상기 미러 면은 상기 밴드 면에 대해 직각인 면 내에 위치된 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 13 항에 있어서,
상기 밴드 및 서브 어셈블리는 상이한 진동수의 다양한 상이한 미러와 함께 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
임의의 복수의 미러와 함께 사용하고 복수의 작동 진동수에서 사용하기 위한 타우트 밴드 공진 스캐너로서:
길이 방향의 길이와, 상기 길이 방향에 대해 직각인 폭 방향의 폭과, 상기 폭 방향 및 상기 길이 방향 모두에 직각인 두께 방향의 두께를 갖는 긴 밴드로서, 상기 두께가 상기 폭 보다 실질적으로 작고, 상기 폭 방향 및 길이 방향이 밴드 폭/길이 면을 규정하는 긴 밴드와;
상기 밴드의 일부에 부착되는 서브 어셈블리로서, 절반부 사이에 밴드를 캡춰링하는 2개의 절반부로 형성되고, 미러 및 카운터 웨이트 매스가 부착될 수 있는 서브 어셈블리의 대향 단부 상에 장착 피쳐를 포함하고, 밴드 폭/길이 면과 실질적으로 평행인 면 내에 노출된 면을 갖는 적어도 하나의 자석을 포함하는 서브 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 16 항에 있어서,
상기 밴드는 하우징 내부의 장착 구조물에서 하우징 내부에 장력으로 고정되고, 상기 밴드 및 장착 구조물은 실질적으로 동일한 열 팽창 계수를 갖는 재료로 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 16 항에 있어서,
상기 밴드 및 상기 장착 구조물은 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 16 항에 있어서,
상기 밴드는 밴드가 스캐너 하우징에 고정되는 적어도 하나의 고정 영역과 적어도 하나의 능동 영역을 포함하고, 고정 영역과 능동 영역 사이의 응력 집중을 감소시키는 적어도 하나의 전이 피쳐가 제공되는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.
제 19 항에 있어서,
상기 스캐너 하우징은 플렉셔 힌지 및 상기 긴 밴드 상에서 장력을 조정하는 조정 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타우트 밴드 공진 스캐너.