KR20180025904A

KR20180025904A - 레이저 빔을 편향시키는 장치

Info

Publication number: KR20180025904A
Application number: KR1020187002415A
Authority: KR
Inventors: 파비오 주치
Original assignee: 트룸프 슈바이츠 아게
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2018-03-09
Also published as: JP2018521364A; WO2017005588A1; CN107924055B; US20180130586A1; CN107924055A; EP3115826A1; KR102123167B1

Abstract

본 발명은 레이저 빔을 편향시키는 장치(1)에 관한 것으로서, 미러(2); 상기 미러(2)가 피벗 가능하게 연결되는 프레임(6); 상기 미러(2)에 강성으로(rigidly) 연결되고, N극 및 S극이 자석 축(9)을 한정하는 영구 자석(8); 코일 권선이 주위에 권취되는 권취 축(12; 13)을 갖는, 상기 영구 자석(8)에 자기 편향력을 가하기 위한 적어도 하나의 코일(10; 10'; 14; 14')을 포함하고, 상기 코일(10; 10'; 14; 14')은 상기 프레임(6)에 강성으로 연결되고 상기 영구 자석(8)은 상기 코일(10; 10'; 14; 14')의 자기장 내에 배치되고, 상기 코일(10; 10'; 14; 14')의 상기 권취 축(12; 13) 및 상기 자석 축(9)은 평행하게 연장되지 않고, 상기 미러(2)의 피벗 축(A; B) 및 상기 권취 축(12; 13)에 수직인 방향으로 보았을 때, 상기 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 상기 코일 단면의 높이(h)의 2배 이하이고, 상기 영구 자석(8) 및 코일(10; 10'; 14; 14')의 단면은 적어도 부분적으로 중첩되는 것인 장치에 있어서, 상기 영구 자석(8)은 상기 미러(2)를 향한 방향으로 상기 코일(10; 10'; 14; 14')에 대한 중심 위치에 대해 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 빔을 편향시키는 장치

본 발명은 레이저 빔을 편향시키는 장치로서, 미러; 상기 미러가 피벗 가능하게 연결되는 프레임; 상기 미러에 강성으로(rigidly) 연결되고, N극 및 S극이 자석 축을 한정하는 영구 자석; 코일 권선이 주위에 권취되는 권취 축을 갖는 영구 자석에 자기 편향력을 가하기 위한 적어도 하나의 코일을 포함하고, 상기 코일은 프레임에 강성으로 연결되고 영구 자석은 코일의 자기장 내에 배치되고, 상기 코일의 권취 축 및 자석 축은 평행하게 연장되지 않고, 상기 미러의 피벗 축 및 상기 권취 축에 수직인 방향으로 보았을 때, 상기 영구 자석의 단면의 높이는 코일 단면의 높이의 2배 이하이고, 상기 영구 자석 및 코일의 단면은 적어도 부분적으로 중첩되는 것인 레이저 빔을 편향시키는 장치에 관한 것이다.

레이저 빔을 편향시키기 위한 이러한 장치는 예를 들어 DE 27 18 532 A1호에 공지되어 있다. 이러한 공지된 편향 장치에서, 미러의 피벗 축 및 권취 축에 수직인 방향에서 볼 때, 영구 자석은 코일에 대해 중심에 배치되고, 영구 자석의 단면의 높이는 코일 단면의 높이의 대략 3분의 1이다.

또한, 전자기 액추에이터를 포함하며 MEMS 기술에 기초하는, 레이저 빔을 편향시키기 위한 장치는, 예를 들어 아타만 등의 J. Micromech. Microeng. 23 (2013) 025002 (13 페이지) 또는 티. 이세키 등의 옵티칼 리뷰 13권, 4호 (2006) 189-194로부터 공지되어 있다.

특히 레이저 재료 가공을 위한 장치에서 레이저 빔을 편향시키는 장치는 각속도 및 각가속도에 대해 높은 동적 응답을 제공해야 하고, 또한 각도 설정 및 재현성에 대해 높은 정확성을 제공해야 한다. 동시에, 사용되는 레이저 빔은 지속적으로 더 높은 전력이 되고 있고, 설치 공간은 점점 더 작아지고 있다. MEMS(마이크로 전자 기계 시스템) 기반의 스캐너 및 특히 전자기 액추에이터를 기반으로 하는 장치는 여기서 관심의 대상이 되는 기술을 제공한다.

아타만 등은 액추에이터의 코일이 플랫 코일로서 설계된 MEMS 스캐너를 기술한다.

이세키 등은 전자기 액추에이터가 영구 자석과 코일 장치의 상호 작용에 기초하는 짐벌 장착 편향 미러를 기술한다.

그러나, 이러한 공지된 편향 장치에서, 달성 가능한 각가속도 및 각속도는 레이저 가공을 위한 용례에서 비용 효율적인 처리 속도를 달성하기에 충분히 높지 않다. 이것은 처리가 미러의 일정한 각속도뿐만 아니라 다양한 각속도 사이의 급격한 변화를 필요로 하는 경우 특히 그러하다. 레이저 빔 편향의 설정 및 반복 정확도는 처리 결과의 품질 및 처리 프로세스의 프로세스 신뢰성을 결정적으로 결정한다. 또한 알려진 개념은 여기서 산업 용도의 요구 사항을 충족하지 못한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 각속도 및 각가속도에 대해 동적 응답이 증가되도록 그리고 또한 각도 설정 및 재현성에 대해 정확성이 향상되도록 서두에 언급된 유형의 장치를 개량하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은, 영구 자석이 미러를 향한 방향으로 코일에 대한 중심 위치에 대해 오프셋되어 배치됨으로써 달성된다.

전류가 서두에 언급된 코일을 통해 흐를 때, 전류는 자기장(

)을 발생시키며, 상기 자기장은 전계 라인이 코일 축에 평행하게 배향된 단부면에 근접한 높은 전계 강도의 영역을 갖는다. 코일 단부면으로부터 더 멀리 떨어지면, 전계 라인은 그 방향을 변화시키고 전계 강도는 감소한다. 균일한 자기장에서 자기 모멘트(

)를 갖는 자석에 작용하는 토크(

)에 대해 다음 방정식이 적용된다.

및

여기서 θ는 2개의 벡터 간의 각도를 나타낸다. 영구 자석은 이제 바람직하게는 높은 전계 강도의 영역에 배치되어, 코일과 영구 자석의 단면이 적어도 부분적으로 중첩되도록 한다. 이러한 경우에 코일의 권취 축 및 자석 축은 평행하게 연장되지 않는 것이 보장된다. 이때,

는 또한 평행하지 않고 sinθ ≠ 0이 된다.

영구 자석은 예를 들어 SmCo 또는 NdFeB로 이루어진다. 이러한 재료는 높은 밀도를 갖는다. 장치의 가동 부분의 관성 모멘트를 낮게 유지하기 위해, 영구 자석의 체적은 유리하게는, 영구 자석의 자기 모멘트가 상당한 외부 자기장과 상호 작용할 수 있는 영역에 집중된다. 이는, 영구 자석의 단면의 높이가 코일 단면의 높이의 2배로 제한되고 영구 자석이 코일의 자기장 내에 배치되어 코일과 영구 자석의 단면이 적어도 부분적으로 중첩되도록 함으로써 달성된다. 작동의 큰 힘 및/또는 큰 토크는 본 발명에 따른 편향 장치의 높은 동적 응답에 기여할 수 있다.

본 발명에 따르면, 영구 자석은 코일에 대한 중심 위치에 대해 오프셋되어 배치된다. 따라서, 하부의 외부 자기장은 불균일하기 때문에 미러의 방향으로 오프셋된 위치에서 영구 자석에 작용하므로, 영구 자석에 작용하는 토크는 감소된다. 그러나, 토크 이외에 영구 자석에 작용하는 힘 성분이 자기장으로 인해 발생하는데, 이때 상기 자기장은 불균일하다. 본 발명에 따르면, 영구 자석은 미러를 향한 방향으로 오프셋되어 배치된다. 따라서 관성 모멘트는 반대 방향으로 위치하는 편심에 대해 감소된다. 전체적으로, 회전축에서 미러 상에 작용하는 토크의 증가가 발생하여, 더 높은 각속도 및 각가속도를 달성할 수 있게 한다.

자석 축과 권취 축은 바람직하게는 서로 교차하고 서로 0이 아닌 각도를 둘러싼다. 이러한 경우에, 동적 응답은 자기 모멘트 및 코일 축에 의해 뻗어있는 평면에서 작용하기 때문에, 본 발명에 따른 편향 장치는 작동에 대해 긍정적인 특성을 갖는다. 0이 아닌 각도는 특히 바람직하게는 90°이다. 이러한 특별한 경우에, 전류가 코일을 통해 흐를 때 자석에 작용하는 토크의 절대값이 최대가 된다.

영구 자석의 단면의 높이는 코일 단면의 높이의 0.3배와 0.6배 사이인 것이 바람직하다. 이러한 구성은 영구 자석 및 적어도 하나의 코일의 단면의 가능한 최대 중첩을 가능하게 한다.

또한 영구 자석의 단면의 높이는 코일 단면의 높이보다 작은 것이 바람직하다. 이는 코일과 영구 자석의 단면의 중첩이 감소되지 않는 상태에서, 높은 전계 강도의 영역에서 영구 자석의 최적화된 위치 설정을 가능하게 한다.

영구 자석과 코일의 단면의 중첩은 코일의 자기장에서 영구 자석에 작용하는 토크의 크기에 영향을 미친다. 따라서, 코일과 영구 자석의 단면의 높이 중첩은 바람직하게는 2개의 높이 중 작은 것의 50% 이상이다. 코일과 영구 자석의 단면의 높이 중첩은 특히 바람직하게는 2개의 높이 중 작은 것의 100%와 동일하다.

이상의 설명으로부터, 코일의 자기장에서의 영구 자석의 적절한 위치 설정은 발생될 수 있는 토크의 크기에 대해 그리고 이에 따라 레이저 빔의 편향 시 달성 가능한 각가속도 및 각속도에 대해 중요한 역할을 한다는 것은 명확하다. 또한, 영구 자석의 크기를 선택함에 있어서 상기 장치의 가동 부분의 관성 질량에 대한 영향을 고려해야 한다는 것도 명백하다. 따라서, 그 길이를 통해 영구 자석의 중심점과 적어도 하나의 코일의 권취 축 사이의 간격이 한정될 수 있는 비강자성 재료로 제조된 스페이서(spacer)가 바람직하게는 영구 자석과 연결 요소 사이에 배치되며, 이에 따라 미러는 프레임에 피벗 가능하게 장착된다.

상기 장치는 각각 권취 축을 갖는 복수의 코일을 포함하는 것이 바람직하다. 코일의 권취 축들은 예를 들어, 동일선 상에 있지 않을 수 있어서, 힘은 영구 자석에 다양한 방향으로부터 작용할 수 있고, 미러는 2개 이상의 방향으로 피벗 가능하다. 동일한 권취 방향을 갖는 적어도 2개의 코일이 바람직하게는 권취 축 상에 제공되고, 영구 자석은 적어도 2개의 코일 사이에 배치된다. 이러한 경우, 인력 및 반발력 모두가 토크에 기여할 수 있다. 바람직하게는, 상기 장치는 서로에 대해 그리고 자석 축에 대해 수직인 코일들을 갖는 2개의 권취 축을 포함한다. 이러한 실시예는 다양한 피벗 축에 대한 미러의 편향 중의 간단한 작동과 관련하여 특히 유리하다.

전류 전도성 코일이 자기장에서 영구 자석 상에 가할 수 있는 힘은 코일의 인덕턴스(L)에 따라 증가한다. 코일의 인덕턴스는 강자성 재료의 코어를 코일에 도입함으로써 증가될 수 있다. 코일에 전압이 가해지면, 반대 유도 전압으로 인해 코일의 전류가 우선 서서히 발생하는데, 이때 코일의 인덕턴스에 따라 시간 상수가 증가한다. 그 결과, 적어도 하나의 코일의 보다 높은 인덕턴스는 사양 신호의 변경 시 레이저 빔의 편향에 대한 장치의 보다 느린 반응을 초래하고, 따라서 달성 가능한 편향 속도 및 각가속도에 부정적인 영향을 미친다. 강자성 코일 코어의 도입을 통한 인덕턴스의 증가는 또한 이동하는 영구 자석의 일시적으로 변화 가능한 필드(field)에서 코일 코어의 반복된 재-자화로 인한 추가적인 손실을 야기한다. 또한, 강자성 코일 코어는 히스테리시스까지 코일에서의 전류 세기의 변화에 대한 비선형 응답을 나타낸다. 따라서, 각도 설정의 정밀도 및 빔 편향을 위한 장치의 각도 설정의 반복 정밀도가 감소된다. 본 발명에 따른 장치의 특히 바람직한 실시예에서, 영구 자석 및 적어도 하나의 코일의 치수 및 배치에 의해, 토크는 충분히 크고 관성 모멘트는 충분히 작아서 비강자성 재료로 제조된 코일 코어가 적어도 하나의 코일에 대해 제공되고, 적어도 하나의 코일의 인덕턴스는 충분히 작아서 예를 들어 선형의 간단한 조절을 사용하는 작동에 의해 충분한 정확성이 달성된다.

편향 장치의 작동 중 피할 수 없는 전력 손실은, 예를 들어, 적어도 하나의 코일의 옴 저항 때문에 발생하고, 더 이상의 측정 없이, 적어도 국부적인 온도 상승을 초래한다. 이러한 온도 증가는 미러의 정확하고 재현 가능한 편향의 의미에서 바람직하지 않다. 따라서, 예를 들어, 발생하는 전력 손실의 프레임에 대한 방전이 유리하다. 적어도 하나의 코일은 코일 코어 주위에 권취되는 것이 바람직하고, 상기 코일 코어는 구리 합금, 알루미늄 합금, 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 질화물로 이루어지는 것이 특히 바람직하다. 이러한 재료들은 열전도 특성이 매우 양호하다. 자석 축과 권취 축이 평행하지 않은 본 발명에 따른 특징으로 인해, 코일 코어에 작용하는 자기장 세기가 평행한 자기장 및 권취 축의 경우보다 실질적으로 작기 때문에, 전기 전도성 코일 코어에서 와전류의 발생이 실질적으로 감소된다. 따라서, 전기 전도성 코일 코어의 손실이 감소되고, 편향 장치의 작동 능력이 향상되는데, 왜냐하면 와전류 유도가 추가적인 감쇠와 같이 작용하기 때문이다. 알루미늄 산화물 및 알루미늄 질화물로 제조된 코일 코어는, 특히, 와전류에 의한 손실이 그 안에 유도되지 않기 때문에 유리하다.

온도 상승의 경우 미러의 변형을 상쇄하기 위해, 미러에는 바람직하게는 양 측면에 동일한 두께의 코팅이 제공된다. 이 코팅은 특히 바람직하게는 금속-유전체 하이브리드 코팅이다.

영구 자석은 바람직하게는 코일보다 미러에 더 가깝게 이격되고, 영구 자석의 높이의 50% 내지 100%만큼 코일의 단면과 중첩된다.

본 발명은 또한 상술된 바와 같은 편향 장치, 상기 평향 장치를 작동시키는 제어기, 및 미러의 피벗 각도를 측정하고 상기 제어기에 대한 입력 신호를 생성하는 센서를 포함하는 장치에 관한 것으로서, 상기 제어기는 출력 신호를 통해 상기 장치의 적어도 하나의 코일을 통해 흐르는 전류를 설정하고, 상기 출력 신호는 시스템의 설정값 및 전달 함수를 사용하여 결정된다. 본 발명에 따른 장치의 하나의 바람직한 실시예는 양호한 근사로 선형인 특성 곡선을 나타내는데, 즉, 미러의 피벗 각도 및 사양 신호의 값은 양호한 근사로 서로 선형적으로 의존한다. 따라서 현대의 레이저 가공의 요구는, 선형 시스템 이론의 원리에 기초한 간단한 조절을 사용하여 본 발명에 따른 장치에 의해 충족될 수 있다.

본 발명의 주제의 다른 장점들 및 유리한 실시예들은 상세한 설명, 청구범위 및 도면으로부터 개시된다. 전술한 특징들 및 이후에 설명될 특징들은 각각 그 자체로 또는 임의의 조합으로 함께 사용될 수 있다. 도시되고 기술된 실시예는 완전한 목록으로 이해되어서는 안 되며, 오히려 본 발명의 설명을 위한 예시적인 특성을 갖는다.

본 발명의 바람직한 예시적인 실시예가 도면에 개략적으로 도시되어 있으며, 도면을 참조하여 이하 더 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 레이저 빔의 1차원 편향을 위한 본 발명에 따른 제1 장치의 종단면도를 도시한다.
도 2는 레이저 빔의 2차원 편향을 위한 본 발명에 따른 제2 장치의 저면도를 도시한다.
도 3 및 도 4는 각각 도 1과 유사한 종단면도로, 레이저 빔의 2차원 편향을 위한 본 발명에 따른 제3 장치 및 제4 장치를 도시한다.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명에 따른 다양한 실시예에 대한 영구 자석 및 적어도 하나의 코일의 단면을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 장치를 포함하는 장비를 도시한다.

도면에 대한 이하의 설명에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 또는 기능적으로 동일한 구성 요소에 대해 사용된다.

도 1은 동일한 두께의 반사 코팅(4)이 예를 들어 반도체 재료로 제조된 미러 기판(3)에 대해 양면에 적용되는 미러(2)에 의한 레이저 빔의 1차원 편향을 위한 본 발명에 따른 장치(1)를 도시한다. 반사 코팅(4)은 예를 들어, 금속 층, 유전체 층 또는 금속-유전체 하이브리드 층일 수 있으며, 여기에는 층 스택 또는 층 시스템이 또한 포함된다. 미러(2)는 도시된 바와 같이 솔리드 스테이트 조인트(solid state joint)로 형성될 수 있는 연결 요소(5)의 상부 측면 상에 고정되고, 따라서 축(A)을 중심으로 프레임(6) 내에서 피벗 가능하게 장착된다.

영구 자석(8)은 예를 들어 비강자성 재료로 제조된 스페이서(spacer; 7)를 통해 연결 요소(5)의 하부측에 연결되며, 따라서 연결 요소(5) 상에 배치된 미러(2)에 또한 강성으로 연결된다. 영구 자석(8)은 N극 및 S극을 갖는 원통형으로 설계되고, 이들 자극은 원통형의 상부측 및 하부측에 배치되고, 영구 자석(8)의 대칭축 및/또는 원통형 축과 일치하는 자석 축(9)을 한정한다. 영구 자석은 또한 다른 기하학적 구조를 가질 수도 있다.

영구 자석(8)은, 코일 코어(coil core; 11)(예를 들어, 비강자성 재료로 제조됨)를 통해 각각 프레임(6)에 강성으로 연결되고 코일 권선이 주위에 권취되는 공통 권취 축(12)을 갖는 2개의 코일(10; 10') 사이에 배치된다. 이들은 코일(10, 10')에서의 전류 흐름에 대해 동일한 권취 방향을 갖는다. 자석 축(9) 및 권취 축(12)은 평행하게 연장되지 않고, 단지 예로서, 제로(0)와 동일하지 않은 각도, 즉 도 1에서 90°의 각도로 교차한다. 스페이서(7)의 길이는 영구 자석(8)의 중심점과 권취 축(12) 사이의 간격을 한정한다. 코일(10, 10')에 전류가 흐르면, 영구 자석(8)은 코일에 의해 발생된 자기장 내에 배치되고, 따라서 연결 요소(5)의 복원력에 대항하여 축(A)을 중심으로 편향된다. 따라서, 영구 자석(8)에 강성으로 연결된 미러(2)는 일차원적으로 편향된다.

예를 들어, 코일(10, 10')의 옴 저항으로 인한 열 손실은 프레임(6)에 대한 코일 코어(11)의 접촉을 통해 소산된다. 열 전도성이 높은 재료, 예를 들어 알루미늄 합금, 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 질화물로 제조된 코일 코어(11)가 이 목적에 특히 적합하다.

도 2는 도시된 바와 같이 솔리드 스테이트 조인트로서 설계될 수 있고 프레임(6)에서 서로에 대해 수직인 2개의 축(A, B)에 대해 피벗 가능하도록 장착되는 십자형 연결 요소(5)의 상부측에 고정된 미러(2)에 의한 레이저 빔의 2차원 편향을 위한 본 발명에 따른 장치(1)를 도시한다. 도시된 십자형 연결 요소 대신에, 다른 실시예들, 예를 들어 나선형 만곡 스포크(spoke)를 갖는 솔리드 스테이트 조인트로서 구현된 다이어프램 스프링이 또한 사용될 수도 있다.

영구 자석(8)은 각각 코일 코어(11)(예를 들어, 비강자성 재료로 제조됨)를 통해 프레임(6)에 강성으로 연결되는 2개의 코일 쌍(10, 10' 및 14, 14') 사이에 배치된다. 각각의 코일 쌍은 공통 권취 축(12, 13)을 가지며, 그 주위로 코일 권선이 권취된다. 각 코일 쌍의 코일은 코일 쌍에서의 전류 흐름에 대해 동일한 권취 방향을 갖는다. 2개의 권취 축(12, 13)은 동일선 상에 있지 않고, 오히려 서로에 대해 그리고 영구 자석(8)의 자석 축(9)에 대해 각각 수직이다. 코일(10, 10' 및 14, 14')에 전류가 흐르면, 영구 자석(8)은 각각의 경우에 코일에 의해 발생된 자기장 내에 배치되고, 따라서 연결 요소(5)의 복원력에 대항하여 축(A, B)을 중심으로 편향된다. 따라서, 영구 자석(8)에 강성으로 연결된 미러의 편향은 축(A, B)에 대한 편향의 중첩으로부터 발생된다.

레이저 빔의 2차원 편향을 위한, 도 3에 도시된 장치(1)에서, 스페이서(7)는 비자성 미러(2)의 포스트(post; 7a) 또는 미러 홀더에 의해 그리고 비강자성 포스트 부분(7b)에 의해 형성된다. 영구 자석(8)은 미러(2)를 향한 방향으로 코일(10, 10', 14, 14')에 대한 중심 위치에 대해 오프셋되어 배치되고, 높이(H)의 50% 내지 100%만큼, 또한 여기에 도시된 바와 같이 100%만큼, 코일(10, 10', 14, 14')의 단면과 중첩된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 영구 자석(8)의 높이(H)는 약 0.9 내지 1 mm이고, 코일(10, 10', 14, 14')의 높이(h)는 약 2.3 mm이고, 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 코일 단면의 높이(h)의 약 0.39배이다.

레이저 빔의 2차원 편향을 위한, 도 4에 도시된 장치(1)에서, 스페이서(7)는 비자성 미러 홀더의 필러(pillar)(7a)에 의해 형성된다. 도 3과는 달리, 영구 자석(8)은 스페이서(7)의 필러(7a)에 고정된 상부 부착 필러(8a)를 갖는 계단형 단면을 갖는다. 영구 자석(8)은 미러(2)의 방향으로 코일(10, 10', 14, 14')에 대한 중심 위치에 대해 오프셋되어 배치되고, 높이(H)의 50% 내지 100%만큼, 또한 여기에 도시된 바와 같이 대략 80%만큼 코일(10, 10', 14, 14')의 단면과 중첩된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 영구 자석(8)의 높이(H)는 약 1.1mm이고, 코일(10, 10', 14, 14')의 높이(h)는 약 2.3mm이고, 영구 자석(8)은 코일(10, 10', 14, 14')의 단면과 0.9 mm만큼 중첩되고, 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 코일 단면의 높이(h)의 대략 0.48배이다. 따라서 영구 자석(8)은 코일(10, 10', 14, 14')보다 미러(2)에 더 가깝게 이격되어 있다.

도 5a 내지 도 5i는 본 발명에 따른 다양한 실시예에 대한 영구 자석(8) 및 코일(10)의 다양한 단면을 도시하며, 단면은 관련된 권취 축(12)에 수직인 단면으로 이해되어야 한다. 단면의 높이는 미러(2)의 피벗 축(A) 및 권취 축(12)에 수직인 방향의 단면의 최대 연장으로서 이해된다. 이러한 정의는 각각 영구 자석(8)의 아이들 위치(idle position), 즉 코일(10)을 통해 전류가 흐르지 않는 상태에 관한 것이다.

도 5a는, 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)가 코일 단면의 높이(h)의 2배보다 작고 영구 자석(8)과 코일(10)의 단면이 부분적으로 중첩되는 것인 본 발명에 따른 실시예를 도시한다.

도 5b는 본 발명에 따른 실시예를 도시하며, 여기서 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 코일 단면의 높이(h)의 2배보다 작고, 영구 자석(8)과 코일(10)의 단면의 높이 중첩(Δ)은 코일(10)의 단면의 높이(h)의 50% 이상이다.

도 5c는 본 발명에 따른 실시예를 도시하며, 여기서 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 코일 단면의 높이(h)의 2배보다 작고, 영구 자석(8)과 코일(10)의 단면의 높이 중첩(Δ)은 코일(10)의 단면의 높이(h)와 동일하다.

도 5d는 본 발명에 따른 실시예를 도시하며, 여기서 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 코일 단면의 높이(h)의 0.9배와 1.1배 사이이고, 특히 코일 단면의 높이(h)와 동일하고, 영구 자석(8)과 코일(10)의 단면은 부분적으로 중첩된다.

도 5e는 본 발명에 따른 실시예를 도시하며, 여기서 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 코일 단면의 높이(h)의 0.9배와 1.1배 사이이고, 특히 코일 단면의 높이와 동일하고, 영구 자석(8)과 코일(10)의 단면의 높이 중첩(Δ)은 2개의 높이(h, H) 중 작은 것의 50% 이상이다.

도 5f는 본 발명에 따른 실시예를 도시하며, 여기서 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 코일 단면의 높이(h)의 0.9배와 1.1배 사이이고, 특히 코일 단면의 높이(h)와 동일하고, 영구 자석(8)과 코일(10)의 단면의 높이 중첩(Δ)은 2개의 높이(h, H) 중 작은 것의 100%와 동일하다.

도 5g는 본 발명에 따른 실시예를 도시하며, 여기서 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 코일 단면의 높이(h)보다 작고, 영구 자석(8)과 코일(10)의 단면은 부분적으로 중첩된다.

도 5h는 본 발명에 따른 실시예를 도시하며, 여기서 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 코일 단면의 높이(h)보다 작고, 영구 자석(8)과 코일(10)의 단면의 높이 중첩(Δ)은 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)의 50% 이상이다.

도 5i는 본 발명에 따른 실시예를 도시하며, 여기서 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 코일 단면의 높이(h)보다 작고, 영구 자석(8)과 코일(10)의 단면의 높이 중첩(Δ)은 영구 자석(8)의 높이(H)와 동일하다. 도 5h와는 대조적으로, 영구 자석(8)의 단면은 완전히 코일(10)의 단면 내부에 놓여있다.

도 6은 편향 장치(1), 편향 장치(1)를 작동시키기 위한 제어기(16), 및 미러(2)의 피벗 각도를 측정하기 위한 센서(17)를 포함하는 장치(15)를 도시한다. 센서(17)는 제어기(16)에 대한 입력 신호(18)를 생성하고, 제어기(16)는 출력 신호(19)를 통해 편향 장치(1)의 적어도 하나의 코일을 통해 흐르는 전류를 설정한다. 이러한 경우, 출력 신호(19)는 시스템의 설정값(20) 및 전달 함수를 사용하여 결정되고, 상기 전달 함수는 개방 제어 루프의 입력 신호와 출력 신호 사이의 관계를 반영한다.

Claims

레이저 빔을 편향시키는 장치(1)로서,
미러(2),
상기 미러(2)가 피벗 가능하게 연결되는 프레임(6),
상기 미러(2)에 강성으로(rigidly) 연결되고, N극 및 S극이 자석 축(9)을 한정하는 영구 자석(8), 및
코일 권선이 주위에 권취되는 권취 축(12; 13)을 갖는, 상기 영구 자석(8)에 자기 편향력을 가하기 위한 적어도 하나의 코일(10; 10'; 14; 14')
을 포함하고,
상기 코일(10; 10'; 14; 14')은 상기 프레임(6)에 강성으로 연결되고, 상기 영구 자석(8)은 상기 코일(10; 10'; 14; 14')의 자기장 내에 배치되고,
상기 코일(10; 10'; 14; 14')의 상기 권취 축(12; 13) 및 상기 자석 축(9)은 평행하게 연장되지 않고, 상기 미러(2)의 피벗 축(A; B) 및 상기 권취 축(12; 13)에 수직인 방향으로 보았을 때, 상기 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 상기 코일 단면의 높이(h)의 2배 이하이고, 상기 영구 자석(8) 및 코일(10; 10'; 14; 14')의 단면은 적어도 부분적으로 중첩되며,
상기 영구 자석(8)은 상기 미러(2)를 향한 방향으로 상기 코일(10; 10'; 14; 14')에 대한 중심 위치에 대해 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 상기 코일 단면의 높이(h)의 0.3배와 0.6배 사이인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 영구 자석(8)의 단면의 높이(H)는 상기 코일 단면의 높이(h)보다 작은 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석(8) 및 코일(10; 10'; 14; 14')의 단면의 높이 중첩(Δ)은 2개의 높이(h, H) 중 작은 것의 50% 이상인 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서,
상기 영구 자석(8) 및 코일(10; 10'; 14; 14')의 단면의 높이 중첩(Δ)은 2개의 높이(h, H) 중 작은 것의 100%와 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미러(2)는 연결 요소(5)에 의해 상기 프레임(6)에 피벗 가능하게 장착되고, 상기 영구 자석(8)과 상기 연결 요소(5) 사이에 스페이서(spacer; 7)가 배치되고, 스페이서의 길이는 상기 영구 자석(8)의 중심점과 상기 적어도 하나의 코일(10; 10'; 14; 14')의 상기 권취 축(12; 13) 사이의 간격을 한정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 코일(10; 10'; 14; 14')은 비강자성 재료로 제조된 코일 코어(coil core; 11)를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서,
상기 적어도 하나의 코일(10; 10'; 14; 14')의 상기 코일 코어(11)는 구리 합금, 알루미늄 합금, 알루미늄 산화물, 또는 알루미늄 질화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미러(2)에는 양 측면에 동일한 두께의 금속-유전체 하이브리드 코팅이 마련되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석(8)은 상기 코일(10; 10'; 14; 14')보다 상기 미러(2)에 더 가깝게 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석(8)은 영구 자석의 높이(H)의 50% 내지 100%만큼 상기 코일(10; 10'; 14; 14')의 단면과 중첩되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 편향 장치(1), 상기 편향 장치(1)를 작동시키는 제어기(16), 및 미러(2)의 피벗 각도를 측정하고 상기 제어기(16)에 대한 입력 신호(18)를 생성하는 센서(17)를 포함하는 장치(15)에 있어서,
상기 제어기(16)는, 출력 신호(19)를 통해, 상기 편향 장치(1)의 적어도 하나의 코일(10; 10'; 14; 14')을 통해 흐르는 전류를 설정하고, 상기 출력 신호(19)는 시스템의 설정값 및 전달 함수를 사용하여 결정되는 것인 장치.