WO2009141022A1 - Umlenkeinrichtung für elektromagnetische strahlen mit magnetischem antrieb - Google Patents

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WO2009141022A1
WO2009141022A1 PCT/EP2008/066806 EP2008066806W WO2009141022A1 WO 2009141022 A1 WO2009141022 A1 WO 2009141022A1 EP 2008066806 W EP2008066806 W EP 2008066806W WO 2009141022 A1 WO2009141022 A1 WO 2009141022A1
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WO
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deflection device
reflection
flux
magnetic
elements
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PCT/EP2008/066806
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Inventor
Michael Krueger
Robert Sattler
Joerg Muchow
Florian Grabmaier
Christoph Friese
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/18—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with coil systems moving upon intermittent or reversed energisation thereof by interaction with a fixed field system, e.g. permanent magnets
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    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors

Definitions

  • the invention is in the field of optics and micromechanics, in particular in the field of controllable steering of electromagnetic radiation, for example for applications in scanners and beamers.
  • the invention relates to a micromechanical device with reflection elements that can, for example, direct a laser beam in the desired manner.
  • an electromagnetic beam such as a laser beam, an incoherent light beam or a UV beam in its direction controlled by a targeted single or multiple reflection or controlled to influence.
  • Application examples are scanners in which a laser beam can be moved one or two-dimensionally or image projection devices that work with a laser beam such as projectors or head-up displays, for example for the automotive or aviation industry.
  • Deflection devices for such beams must be very precisely controllable because of the high angular sensitivity of the beam.
  • a two-dimensional deflection as is necessary, for example, in a surface detection by a scanner or a two-dimensional image transmission, thereby requires several deflection axes for the beam. Accordingly, reflection elements with the corresponding reflection surfaces must be pivotable in several directions.
  • Cardanic mirror suspensions are particularly widespread, in which a mirror is suspended rotatably in an opening of a plate by means of torsion bars and the plate is in turn rotatable in a larger opening about an axis directed differently.
  • a mirror is suspended rotatably in an opening of a plate by means of torsion bars and the plate is in turn rotatable in a larger opening about an axis directed differently.
  • Such an arrangement is known for example from EP 0778657 Al, where a corresponding mirror has been realized by micromechanical manufacturing techniques.
  • the entire assembly is positioned between two magnets to move the mirror by means of a Lorentz force.
  • different current-carrying windings are arranged perpendicular to each other in the corresponding wafer, which are subject to a Lorenzkraft in the field of magnets and thus generate deflection forces for the mirror in different pivot directions.
  • one operates with a single magnetic field which, in order to be able to interact with mutually perpendicular windings, runs at an angle of 45 ° to the corresponding winding parts.
  • the present invention has for its object to provide a deflection device which allows a multi-dimensional deflection of an electromagnetic beam in a structurally simple form and with the lowest possible magnetic drive means.
  • the invention solves the problem by means of a pivotable about several axes reflection element or two independent reflection elements, which are pivotable about at least partially independent axes and are traversed by the beam in the light path successively. Due to the pivoting of the reflection elements is thus given the sweeping of a two-dimensional angular space through the beam.
  • the drive of the reflection elements succeeds with minimal magnetic means in that a magnet is connected to flux-conducting elements which close the magnetic circuit outside the actual magnet and thereby guide with different directions.
  • leakage fluxes are coupled out in differently oriented flow regions of the magnetic flux, which are likewise directed differently.
  • magnetic drive forces can be generated at the different points, which also have different directions.
  • air gap is to be understood in the context of the present description either a complete interruption of a Flußleitides or interruption, which is interrupted by a body with lower permeability or a, change in cross section, notch or sharp change in direction in a flux guide, the corresponding one of the Element generated leakage flux generated. Combinations of the above-mentioned singularities should be taken under the term air gap.
  • an air gap may also be formed such that in an interruption of a flux-conducting element, an unconnected flux-conducting body is arranged on both sides. This can be particularly favorable if a leakage flux in a certain elongated shape is desired.
  • an electrical conductor is provided in the region of each of the two air gaps, which is mechanically coupled to one of the reflection elements and can be acted upon by a controllable current.
  • a driving force is generated in the form of the Lorentz force, which undergoes an electric current flowing through a conductor in a magnetic field.
  • the conductors may be parts of turns that have one or more windings, so that, if necessary, current forces can also add up.
  • the corresponding conductors are then directly connected, for example, with a reflection element, so that the force as
  • Deflection force is transmitted to the reflection element.
  • the corresponding turns are incorporated in the reflection element, for example if this is formed as part of a wafer or as a printed circuit board.
  • the deflection force can be controlled very accurately and almost instantaneously. This has advantages over an electrostatic drive, which requires a higher driving expenses.
  • the conductors which are perpendicular to one another in the case of different reflection elements result in the corresponding drive forces being directed differently, so that the reflection elements can be pivoted about different axes Beam deflection in mutually independent directions to allow.
  • the invention can be further advantageously configured in that a magnetic leakage flux in the region of the first air gap at an angle greater than 45 °, in particular runs substantially perpendicular to the leakage flux in the region of the second air gap.
  • the magnetic leakage fluxes can thus be directed at the various locations so that in each case the desired orientation of the Lorentz force is achieved in connection with the orientation of the windings.
  • an approximation to a rectangular arrangement of the leakage fluxes is advantageous because typically the pivot planes of the reflection elements are also perpendicular to each other.
  • each conductor is applied in the form of a winding on one of the reflection elements and extends in the reflection surface.
  • windings can be etched into a wafer as conductor tracks, and the reflection element can in this case be formed by an additionally mirrored region of the wafer.
  • the corresponding reflection element is provided with a reflection surface in the form of a plane mirror.
  • a reflection surface in the form of a plane mirror.
  • non-planar, for example, spherical or parabolic mirror surfaces are conceivable.
  • reflection element is incorporated in a wafer, it can be provided according to the invention that one, in particular both reflection elements with a
  • Both reflection elements can be part of the same wafer according to the invention. They are then typically spaced apart on the wafer side by side. It is then further advantageous that the reflection surfaces of the two Reflection elements are both facing a fixed reflector, which lies in the light path between the two reflection elements.
  • This arrangement in which a beam first falls on a first reflection body, is reflected back from its reflection surface to a fixed reflector and is directed by this to a second reflection element, is called "W-mirror arrangement" because of the characteristic shape of the beam path.
  • the axis of rotation of the first reflection element can lie in the plane of incidence of the incident beam.
  • the first reflection element is used for the deflection, which requires a faster mirror movement, that is, for example, in an image display for the line deflection.
  • a mirror can be operated particularly favorably in the natural frequency mode, for example at an oscillation frequency close to 20 kHz. This frequency is more difficult for the second mirror, which has to be made larger for the above reasons, and can only be achieved by using larger forces.
  • the second mirror could be moved more slowly and pivoted in a pivoting plane which is perpendicular to the pivoting plane of the first reflecting element, for example, to effect the movement of a beam from line to line in an image (vertical deflection).
  • Range of 7 ° can be achieved.
  • the axis of rotation of the first reflection element is perpendicular to the incidence plane of the incident beam.
  • the beam reflected by the first mirror remains in the plane of incidence, so that the second beam, which is reached after reflection on the fixed reflecting element, should also have its greatest extent in the direction of the plane of incidence.
  • the corresponding magnetic field is advantageously provided in a device according to the invention by a permanent magnet, in particular exclusively a single permanent magnet. It would be conceivable to also use an electromagnet, but this would require a precise control of the current, which can be avoided when using a permanent magnet.
  • the corresponding permanent magnet can for example be magnetized only after installation in the deflection suitable to facilitate assembly.
  • the corresponding flux guide elements are made of very soft magnetic materials with low remanence, such as Permalloy, which has an extremely high permeability and can be produced in a variety of forms.
  • the invention relates to except the described deflection also on a
  • the deflection of the reflection elements can be controlled very precisely and tracked very quickly, especially since the corresponding correlations between the Lorenzkraft and the current are largely linear.
  • Figure 1 shows two reflection elements, which are integrated on a chip
  • FIG. 2 shows a beam path through a deflection device
  • FIG. 3 shows a further wafer arrangement with two integrated reflection elements
  • FIG. 4 shows a typical stray flux profile in a magnetic circuit
  • Figure 5 shows the interaction of a leakage flux with a reflection element
  • FIG. 6 shows a winding course on a reflection element
  • FIG. 7 shows a three-dimensional arrangement of flux-conducting elements
  • FIG. 8 shows a further three-dimensional arrangement of flux-conducting elements
  • FIG. 9 shows an arrangement of flow elements in several levels
  • FIG. 10 a leakage flux at a magnetic gap with a change in cross section of the flux-conducting elements
  • FIG. 11 shows schematically a production method for the magnet arrangement
  • FIG. 12 schematically shows a further production method for a magnet arrangement
  • FIG. 13 shows an overall structure with flux-conducting elements and a functional substrate
  • FIG. 14 Arrangement of flux-conducting elements for a large number of deflection devices in mass production:
  • FIG. 15 shows the installation of flux-conducting elements with a functional substrate in a magnet yoke.
  • FIG. 1 schematically shows a functional substrate 1 in the form of a wafer, from which reflection elements 4, 5 in the form of plane mirrors are produced by etching slits 2, 3.
  • connections from the reflection elements 4, 5 to the rest of the functional substrate 1 in the form of torsion bars 6, 7 are left, which position the reflection elements and apply a torsional reaction force when pivoting about the respective axis 8, 9 in a first approximation linearly depends on the swing angle.
  • the pivot axes 8, 9 of the two reflection elements shown are perpendicular to each other, so that a successive falling on the elements light beam can be deflected in different directions.
  • a drive of the pivoting movement takes place via a Lorentz force by current-carrying conductor windings on the reflection elements 4, 5 each interact with a magnetic leakage flux, the magnetic leakage flux in the x and y direction by arrows 10, 11 are shown in the figure.
  • the electrical conductors extend in the x-direction in the case of the first reflection element 4, in the y direction in the case of the second reflection element, so that the respective leakage flux is perpendicular to the conductor direction.
  • the conductor windings can be introduced, for example, by micromechanical etching into the surface of the reflection elements 4, 5 and are selectively applied via not shown electrical connections by means of a drive means with a current through which the force on the respective reflection element 4, 5 and thus the deflection is controlled ,
  • the pivot axes of the reflection elements 4, 5 are shown in dashed lines in FIG. 2 for the first reflection element and point-shaped for the second reflection element 5.
  • the first reflection element 4 deflects the incident beam 12 out of the plane of incidence during a pivoting movement. There is thus a fanning of the beam in the y direction.
  • the second reflection element 5 must therefore be made larger in the y direction in order to be able to completely reflect the beam fanned out by the first reflection element. This results in the second reflection element 5, a larger mass and thus in principle a larger power requirement to allow a correspondingly high acceleration for a quick control.
  • the magnetic field strength of the leakage flux 10 should be at least 0.3 Tesla there.
  • the pivot axis of the first reflection element 4 is rotated by 90 °, so that this causes a fanning / deflection of the beam within the plane of incidence.
  • the second reflection element 5 must also be rotated by 90 °, so that its longest axis is aligned with the first reflection element.
  • the width b of the corresponding wafer Ia can be selected smaller than in the embodiment shown in FIG. To generate the magnetic fields required for the drive is advantageous
  • Permanent magnet 15 which consists of a hard magnetic material and whose magnetic flux via a yoke with two legs 16, 17 and additional flux guide elements 18, 19 at least for the most part is closed.
  • FIG. 4 shows a magnetic gap which exists between the flux guide elements 18, 19 and which is bridged by a leakage flux 20.
  • a reflection element 4 is arranged, with a pivot axis 9 and electrical conductors 21, 22, which are in opposite directions flowed through by electricity.
  • FIG. 6 shows a typical conductor guide on the surface of the reflection element 4, wherein a plurality of winding turns is typically provided.
  • FIG. 7 shows an arrangement with a single permanent magnet 15, the magnetic flux of which at different air gaps generates leakage fluxes with different directions.
  • a first flux guide 19 in the form of a flat plate and a second flux guide 18 are also connected in the form of a plate to the legs 16, 17, between which a first air gap 26 is formed with a corresponding leakage flux 27.
  • a high-permeability bar 28 is arranged without connection to a flux guide, which leads to an extension of the leakage flux 27.
  • part of the flow is branched off via a beam 29 and forwarded at right angles over the beam limb 30 and up to the pole shoe 31. From this, the second air gap 32 connects to the bar 33, which is bridged by a leakage flux perpendicular to the plane of the drawing. This is indicated by arrows 34.
  • the two leakage fluxes 27, 34 are thus substantially perpendicular to each other and can be utilized to drive different reflection elements or to drive a reflection element at different locations.
  • a wafer can be placed on the planar flux guide element arrangement, which is penetrated by the corresponding leakage flux 27, 34.
  • FIG. 8 shows a further arrangement of flux-conducting elements, wherein a first air gap 35 is formed between a plate 36 and a bar 37, while a second air gap 38 is formed between a bar 39 and another bar 40.
  • the two air gaps 35, 38 are bridged by leakage flux, which are substantially parallel to the plane and parallel to each other.
  • the mentioned leakage fluxes are partial flows, which are connected in parallel to one another in the course of the total flux of the magnet 15.
  • a third air gap 41 is provided which leads from the beam 42 to the beam 43 and generates a leakage flux perpendicular to the plane of the drawing.
  • FIG. 9 shows a configuration with different flux-guiding elements which are not distributed in a common plane but distributed three-dimensionally.
  • the permanent magnet 15 is provided with two yoke legs 16, 17, wherein a plate-shaped flux guide element 44 extends from the yoke leg 17. Above the flux guide 44, a beam 45 is provided, which is connected to the yoke leg 16. As a result, an air gap 46 is formed, wherein the stray flux 47 bridging this extends substantially vertically in the direction of the arrow 48.
  • a further plate-shaped flux guide 49 is provided on the yoke leg 16, which is opposite to the flux guide 44 and with respect to this parallel upward from the permanent magnet 15 is moved away. This results in an air gap 50 which extends through a leakage flux 51 in a slightly oblique, almost horizontal direction, indicated by the arrow 52.
  • a wafer with integrated reflection elements can be placed on the plate-shaped flux-conducting element 44 in the region of the air gap 46 in order to utilize the leakage flux 47.
  • the stray flux 51 in the region of the air gap 50 which runs almost perpendicular to the stray flux 47, can also be used.
  • other configurations of flux guides in several dimensions are conceivable.
  • FIG. 10 illustrates an embodiment of an air gap 53 between a flux guide element 54 and a flux guide element 55, wherein the flux guide element 55 has a substantially smaller cross sectional area in the region of its end than the flux guide element 54.
  • a parameter jump can also be achieved, for example, by the combination of differently permeable materials for different flux-conducting elements or parts of flux-conducting elements.
  • FIG. 11 schematically shows, in a cross-section, a body 57 which, for example, consists of a plastic, for example of an epoxy resin, and has recesses 58 for flux-conducting elements.
  • the corresponding flux guide elements 59, 60 can be arranged, for example, by casting in the recesses 58. After casting, the resulting compound body can be smoothed by grinding.
  • FIG. 12 shows a further method for producing corresponding bodies with flux-conducting bodies, wherein initially high-permeability granules 61 are placed in the corresponding recesses of the body 57 and then reflowed with a reflow.
  • Process is liquefied. As indicated at 57a, it may result in a body with irregular contours that can be ground to a smooth one
  • Figure 13 shows in cross section a combination of a functional substrate lmit
  • Reflection elements which is placed on a body 57 with interrupted flux guide elements 58,59, so that the decoupled stray field with the conductors on the
  • Reflecting elements can interact.
  • the body 57 has prepared separation points 60 for singulation.
  • FIG. 14 a plurality of similar magnet arrangements are shown in the form of a cell, wherein in the middle cell 62 the cover by a functional substrate has been omitted for the sake of clarity.
  • FIG. 15 shows a module 63 consisting of an arrangement of flux-conducting elements and a functional substrate applied thereto with reflection elements 4, 5, which is brought in total between the legs of a magnet arrangement.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Umlenkeinrichtung für elektromagnetische Strahlen, insbesondere Licht, mit wenigstens einem Reflektionselement (4,5) sowie einem ersten und einem zweiten gesonderten Antrieb eines Reflektionselementes zur Umlenkung eines Strahls, bei der durch eine magnetische Antriebseinrichtung mit einem Magneten (15) und mit Flussleitelementen (18, 19, 28, 29, 30, 31, 33, 36, 37, 39, 40, 42, 43, 44, 45, 49, 54, 55, 59, 60) die an wenigstens zwei räumlich getrennten Positionen einen ersten und einen zweiten Luftspalt (26, 32, 35, 38, 41) in unterschiedlich gerichteten Flussbereichen des magnetischen Flusses des Magneten (15) aufweisen in einfacher Weise unterschiedlich gerichtete Antriebskräfte erzeugt werden können.

Description

Beschreibung
Titel
UMLENKEINRICHTUNG FÜR ELEKTROMAGNETISCHE STRAHLEN MIT MAGNETISCHEM ANTRIEB
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Optik und Mikromechanik, insbesondere auf dem Gebiet der steuerbaren Lenkung von elektromagnetischen Strahlen, beispielsweise für Anwendungen in Scannern und Beamern.
Genauer bezieht sich die Erfindung auf eine mikromechanische Einrichtung mit Reflektionselementen, die beispielsweise einen Laserstrahl in gewünschter Weise lenken können.
In der Technik ergeben sich vielfältige Aufgaben, einen elektromagnetischen Strahl wie beispielsweise einen Laserstrahl, einen inkoherenten Lichtstrahl oder auch einen UV- Strahl in seiner Richtung durch eine gezielt ein- oder mehrfache Reflektion gesteuert oder geregelt zu beeinflussen.
Anwendungsbeispiele sind Scanner, in denen ein Laserstrahl ein- oder zweidimensional zu bewegen ist oder Bildprojektionsgeräte, die mit einem Laserstrahl arbeiten wie Beamer oder Head-up-Displays, beispielsweise für die Automobil- oder Flugbranche.
Umlenkeinrichtungen für derartige Strahlen müssen wegen der hohen Winkelempfindlichkeit des Strahls sehr genau steuerbar sein.
Eine zweidimensionale Ablenkung, wie sie beispielsweise bei einer Flächenerfassung durch einen Scanner oder einer zweidimensionalen Bildübertragung notwendig ist, erfordert dabei mehrere Ablenkungsachsen für den Strahl. Dementsprechend müssen auch Reflektionselemente mit den entsprechenden Reflektionsflächen in mehreren Richtungen schwenkbar sein.
STAND DER TECHNIK Aus dem Stand der Technik sind hierzu mehrere mikromechanische Lösungen für gesteuerte Spiegelanordnungen bekannt.
Besonders verbreitet sind dabei kardanische Spiegelaufhängungen, bei denen ein Spiegel in einer Öffnung einer Platte drehbar mittels Torsionsbalken aufgehängt ist und die Platte ihrerseits in einer größeren Öffnung, um eine anders gerichtete Achse drehbar ist. Man spricht in diesem Zusammenhang von einer inneren und einer äußeren Drehachse, die, wenn sie zueinander orthogonal sind, in besonders einfacher Weise die Drehung des inneren Spiegels um beide Achsen erlauben.
Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der EP 0778657 Al bekannt, wo ein entsprechender Spiegel durch mikromechanische Fertigungstechniken realisiert wurde. Die gesamte Anordnung wird zwischen zwei Magneten positioniert, um mittels einer Lorenzkraft den Spiegel zu bewegen. Dazu sind senkrecht zueinander in dem entsprechenden Wafer verschiedene stromdurchflossene Wicklungen angeordnet, die im Feld der Magneten einer Lorenzkraft unterliegen und somit Auslenkungskräfte für den Spiegel in verschiedenen Schwenkrichtungen erzeugen.
In dem genannten Beispiel wird mit einem einzigen Magnetfeld operiert, das, um mit senkrecht zueinander stehenden Wicklungen interagieren zu können, in einem Winkel von 45° zu den entsprechenden Wicklungsteilen verläuft.
Hierdurch ergibt sich eine gegenüber der optimalen Lorenzkraft um 1//2 verringerte erzielbare Auslenkungskraft für den Spiegel. Die benötigte Auslenkungskraft erweist sich als kritische Größe, da einerseits für geforderte Auslenkung relativ hohe Kräfte erforderlich sind. Eine zusätzliche Schwierigkeit ergibt sich aus diesem Stand der Technik bei der
Montage mehrerer Magnete, da diese aufgrund der magnetischen Anziehungs- beziehungsweise Abstoßungskräfte schwierig gegeneinander zu positionieren und zu fixieren sind. Im automatischen Fertigungsprozess stellt dies erhöhte Anforderungen.
Eine andere Lösung ist aus der Internationalen Patentanmeldung WO 2005078509 A2 bekannt. Dort ist ebenfalls ein kardanisch aufgehängter Spiegel vorgesehen, der mittels einer einzigen Spule in einem um 45° gegenüber den Drehachsen gedrehten Magnetfeld angetrieben wird. Drehungen um die verschiedenen Achsen werden durch Anregungen von gekoppelten Schwingungsvorgängen um mehrere Achsen realisiert (rocking mode). Auch bei dieser Ausführungsform ist jedoch das Magnetfeld wegen der Schrägstellung und der Verwendung für mehrere Achsen nur in seiner jeweils auf die angesteuerte Drehachse projizierten Größe nutzbar.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umlenkeinrichtung zu schaffen, die eine mehrdimensionale Ablenkung eines elektromagnetischen Strahls in konstruktiv einfacher Form und mit möglichst reduzierten magnetischen Antriebsmitteln erlaubt.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung löst die Aufgabe mittels eines um mehrere Achsen schwenkbaren Reflektionselementes oder zweier unabhängiger Reflektionselemente, die um wenigstens teilweise voneinander unabhängige Achsen schwenkbar sind und von dem Strahl im Lichtweg nacheinander durchlaufen werden. Durch die Schwenkbarkeit der Reflektionselemente ist damit das Überstreichen eines zweidimensionalen Winkelraums durch den Strahl gegeben. Der Antrieb der Reflektionselemente gelingt mit minimalen magnetischen Mitteln dadurch, dass ein Magnet mit Flussleitelementen verbunden ist, die den magnetischen Kreis außerhalb des eigentlichen Magneten schließen und dabei mit verschiedenen Richtungen führen.
Dadurch, dass an räumlich getrennten Positionen Luftspalte vorgesehen sind, werden in unterschiedlich gerichteten Flussbereichen des magnetischen Flusses Streuflüsse ausgekoppelt, die entsprechend ebenfalls unterschiedlich gerichtet sind. Mittels der unterschiedlich gerichteten Streuflüsse können an den verschiedenen Stellen magnetische Antriebskräfte erzeugt werden, die ebenfalls unterschiedliche Richtungen aufweisen.
Unter dem Begriff Luftspalt soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung entweder eine vollständige Unterbrechung eines Flussleitelementes verstanden werden oder eine Unterbrechung, die durch einen Körper mit geringerer Permeabilität unterbrochen ist oder eine, Querschnittsänderung, Einkerbung beziehungsweise scharfe Richtungsänderung in einem Flussleitelement, die einen entsprechenden aus dem Element austretenden Streufluss erzeugt. Auch Kombinationen aus den genannten Singularitäten sollen unter dem Begriff Luftspalt gefasst werden. Beispielsweise kann ein Luftspalt auch so gebildet sein, dass in einer Unterbrechung eines Flussleitelementes ein zu beiden Seiten mit diesem unverbundener Flussleitkörper angeordnet ist. Dies kann insbesondere dann günstig sein, wenn ein Streufluss in einer bestimmten verlängerten Form gewünscht ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich jedes der beiden Luftspalte ein elektrischer Leiter vorgesehen, der mit je einem der Reflektionselemente mechanisch gekoppelt und mit einem steuerbaren Strom beaufschlagbar ist.
In diesem Fall wird eine Antriebskraft in Form der Lorenzkraft erzeugt, die ein von einem elektrischen Strom durchflossener Leiter in einem Magnetfeld erfährt. Die Leiter können Teile von Windungen sein, die eine oder mehrere Wicklungen aufweisen, so dass sich gegebenenfalls Stromkräfte auch addieren können. Die entsprechenden Leiter sind dann beispielsweise mit einem Reflektionselement direkt verbunden, so dass die Kraft als
Auslenkungskraft auf das Reflektionselement übertragen wird. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die entsprechenden Windungen in das Reflektionselement eingearbeitet sind, beispielsweise wenn dieses als Teil eines Wafers oder als Leiterplatte ausgebildet ist.
Über die Stromstärke in dem Leiter kann die Auslenkungskraft sehr genau und nahezu verzögerungsfrei gesteuert werden. Dies bringt Vorteile gegenüber einem elektrostatischen Antrieb, der einen höheren Ansteuern ngsaufwand erfordert.
Die Erfindung kann weiter vorteilhaft dadurch ausgestaltet sein, dass der oder die Leiter im Bereich des ersten Luftspaltes im wesentlichen senkrecht zu dem oder den Leitern im
Bereich des zweiten Luftspaltes verlaufen.
Da sich die Lorenzkraft aus dem Vektorprodukt zwischen dem fließenden Strom und dem Magnetfeld ergibt, haben die bei verschiedenen Reflektionselementen senkrecht zueinander verlaufenden Leiter zur Folge, dass die entsprechenden Antriebskräfte unterschiedlich gerichtet sind, so dass hierüber die Reflektionselemente um verschiedene Achsen geschwenkt werden können, um die Strahlablenkung in voneinander unabhängigen Richtungen zu ermöglichen.
Die Erfindung kann weiterhin vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass ein magnetischer Streufluss im Bereich des ersten Luftspaltes in einem Winkel größer als 45°, insbesondere im wesentlichen senkrecht zu dem Streufluss im Bereich des zweiten Luftspaltes verläuft.
Die magnetischen Streuflüsse können somit an den verschiedenen Stellen so gerichtet werden, dass jeweils die gewünschte Ausrichtung der Lorenzkraft in Verbindung mit der Ausrichtung der Wicklungen erzielt wird. Dabei ist eine Annäherung an eine rechtwinklige Anordnung der Streuflüsse vorteilhaft, da typischerweise die Schwenkebenen der Reflektionselemente ebenfalls senkrecht aufeinander stehen.
Es kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, dass je ein Leiter in Form einer Wicklung auf eines der Reflektionselemente aufgebracht ist und in der Reflektionsfläche verläuft.
Dies kann beispielsweise durch die Integration der Windungen als Oberflächenkaschierungen bei Wafern beziehungsweise Leiterplatten geschehen, die die entsprechenden Reflektionselemente bilden oder tragen. In einen Wafer können beispielsweise derartige Windungen als Leiterbahnen eingeätzt sein und das Reflektionselement kann in diesem Fall durch einen zusätzlich verspiegelten Bereich des Wafers gebildet sein.
Vorteilhaft ist das entsprechende Reflektionselement mit einer Reflektionsfläche in Form eines ebenen Spiegels versehen. Grundsätzlich sind jedoch auch nicht ebene, beispielsweise sphärische oder parabolische Spiegelflächen denkbar.
Ist ein derartiges Reflektionselement in einen Wafer eingearbeitet, so kann gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass ein, insbesondere beide Reflektionselemente mit einem
Wafer einstückig über wenigstens einen Torsionsbalken zusammenhängen.
Bei der mikromechanischen Herausarbeitung der Reflektionselemente werden diese durch Grabenätzung vom Rest eines Wafers getrennt, wobei ausschließlich Torsionsbalken stehen bleiben, die das Reflektionselement mit dem Rest des Wafers verbinden und gegen den Widerstand des Torsionsbalkens eine gewisse Schwenkbewegung erlauben.
Beide Reflektionselemente können gemäß der Erfindung Teil desselben Wafers sein. Sie sind dann typischerweise auf dem Wafer nebeneinander mit Abstand angeordnet. Es ist dann weiter vorteilhaft vorgesehen, dass die Reflektionsflächen der beiden Reflektionselemente beide einem festen Reflektor zugewandt sind, der im Lichtweg zwischen den beiden Reflektionselementen liegt.
Diese Anordnung, bei der ein Strahl zunächst auf einen ersten Reflektionskörper fällt, von dessen Reflektionsfläche zu einem festen Reflektor zurück reflektiert und von diesem zu einem zweiten Reflektionselement gelenkt wird, wird wegen der charakteristischen Form des Strahlenwegs „W-Spiegel-Anordnung" genannt.
Dabei kann die Drehachse des ersten Reflektionselementes in der Einfallebene des einfallenden Strahls liegen. Durch das erste Reflektionselement wird dann der Strahl seitwärts aus der Einfallebene heraus aufgefächert, so dass das zweite Reflektionselement eine gewisse Mindestgröße haben muss, um den aufgefächerten Strahl aufzufangen und weiter zu lenken.
Vorteilhaft wird das erste Reflektionselement für die Umlenkrichtung verwendet, die eine schnellere Spiegelbewegung verlangt, das heißt beispielsweise bei einer Bilddarstellung für die Zeilenablenkung. Ein solcher Spiegel kann besonders günstig im Eigenfrequenzmode betrieben werden, beispielsweise bei einer Schwingungsfrequenz nahe 20 kHz. Diese Frequenz ist für den zweiten Spiegel, der aus oben genannten Gründen größer ausgeführt werden muss, schwieriger und nur unter Anwendung größerer Kräfte zu erreichen.
In dem ausgeführten Beispiel könnte der zweite Spiegel langsamer bewegt werden und in einer Schwenkebene geschwenkt werden, die zu der Schwenkebene des ersten Reflektionselementes senkrecht steht, um beispielsweise bei einem Bild die Weiterbewegung eines Strahls von Zeile zu Zeile zu bewirken (Vertikalablenkung).
Für die beschriebene Ablenkung der Reflektionselemente können beispielsweise bei dem ersten Spiegel im resonanten Betrieb bei einer Frequenz von 20 kHz Feldstärken von 0,1 Tesla ausreichen, wenn der entsprechende Leiter durch 3 Windungen gebildet ist und der Strom 70 mA pro Windung beträgt. Es können dann beispielsweise Auslenkungen im
Bereich von 7° erreicht werden.
Für die langsamere Achse ist beim Magnetantrieb im nichtresonanten Mode unter den genannten Bedingungen ein stärkeres Magnetfeld von wenigstens 0,3 Tesla erforderlich. Bei diesen Magnetfeldstärken erweist es sich jedenfalls als vorteilhaft, wenn die entsprechenden Windungen/Wicklungen senkrecht zur Magnetfeldrichtung, das heißt senkrecht zur Ausrichtung des Streuflusses an der jeweiligen Stelle, verlaufen.
Als besonders vorteilhaft kann es sich auch erweisen, wenn die Drehachse des ersten Reflektionselementes senkrecht zur Einfallebene des einfallenden Strahles liegt.
In diesem Fall bleibt der durch den ersten Spiegel reflektierte Strahl in der Einfallsebene, so dass der zweite Strahl, der nach einer Reflektion an dem festen Reflektionselement erreicht wird, seine größte Ausdehnung ebenfalls in der Richtung der Einfallsebene haben sollte.
Damit ergibt sich, dass der gesamte Chip beziehungsweise der Körper, an dem die beiden Reflektionselemente angeordnet sind, insgesamt besonders schmal in Richtung der Einfallsebene sein kann. Die Herstellung auf einem Chip erlaubt reduzierte Kosten für die Montage.
Das entsprechende Magnetfeld wird bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung vorteilhaft durch einen Permanentmagneten, insbesondere ausschließlich einen einzigen Permanentmagneten, geliefert. Es wäre denkbar, auch einen Elektromagneten zu verwenden, jedoch wäre hierzu eine genaue Steuerung des Stroms erforderlich, die sich bei Verwendung eines Permanentmagneten vermeiden lässt. Der entsprechende Permanentmagnet kann beispielsweise auch erst nach dem Einbau in die Umlenkeinrichtung passend magnetisiert werden, um die Montage zu erleichtern.
Die entsprechenden Flussleitelemente bestehen aus sehr weichmagnetischen Werkstoffen mit geringer Remanenz, beispielsweise Permalloy, das eine extrem hohe Permeabilität aufweist und in verschiedensten Formen hergestellt werden kann.
Die Erfindung bezieht sich außer auf die beschriebene Umlenkeinrichtung auch auf ein
Verfahren zum Betrieb einer Umlenkeinrichtung, bei dem die Stromstärken durch auf den Reflektionselementen angeordnete Spulen derart gesteuert werden, dass die sich aus dem magnetischen Streufeld der jeweiligen Luftspalte ergebende Lorenzkraft die gewünschte Winkelauslenkung des jeweiligen Reflektionselementes ergibt.
Mittels der Stromstärke durch die entsprechenden Leiter lässt sich die Auslenkung der Reflektionselemente sehr genau regeln und sehr schnell nachführen, insbesondere da die entsprechenden Zusammenhänge zwischen der Lorenzkraft und dem Strom weitgehend linear sind.
ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.
Dabei zeigt
Figur 1 zwei Reflektionselemente, die auf einem Chip integriert sind;
Figur 2 einen Strahlengang durch eine Umlenkeinrichtung;
Figur 3 eine weitere Waferanordnung mit zwei integrierten Reflektionselementen;
Figur 4 einen typischen Streuflussverlauf in einem magnetischen Kreis;
Figur 5 die Wechselwirkung eines Streuflusses mit einem Reflektionselement;
Figur 6 einen Windungsverlauf auf einem Reflektionselement;
Figur 7 eine dreidimensionale Anordnung von Flussleitelementen;
Figur 8 eine weitere dreidimensionale Anordnung von Flussleitelementen
Figur 9 eine Anordnung von Flusselementen in mehreren Ebenen;
Figur 10 einen Streufluss an einem Magnetspalt mit Querschnittsänderung der Flussleitelemente;
Figur 11 schematisch ein Herstellungsverfahren für die Magnetanordnung;
Figur 12 schematisch ein weiteres Herstellungsverfahren für eine Magnetanordnung;
Figur 13 einen Gesamtaufbau mit Flussleitelementen und einem Funktionssubstrat; Figur 14 Anordnung von Flussleitelementen für eine Vielzahl von Umlenkeinrichtungen in der Massenherstellung:
Figur 15 den Einbau von Flussleitelementen mit einem Funktionssubstrat in ein Magnetjoch.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Figur 1 zeigt schematisch ein Funktionssubstrat 1 in Form eines Wafers, aus dem durch Ätzen von Schlitzen 2, 3 Reflektionselemente 4, 5 in Form von ebenen Spiegeln herausgearbeitet sind. Beim Ätzen der Schlitze 2, 3 werden Verbindungen von den Reflektionselementen 4, 5 zum Rest des Funktionssubstrats 1 in Form von Torsionsbalken 6, 7 stehen gelassen, die die Reflektionselemente positionieren und bei einer Schwenkbewegung um die jeweilige Achse 8, 9 eine Torsionsgegenkraft aufbringen, die in erster Näherung linear vom Schwenkwinkel abhängt.
Die Schwenkachsen 8, 9 der beiden dargestellten Reflektionselemente stehen senkrecht aufeinander, so dass ein nacheinander auf die Elemente fallender Lichtstrahl in unterschiedliche Richtungen abgelenkt werden kann.
Ein Antrieb der Schwenkbewegung findet über eine Lorentzkraft statt, indem stromdurchflossene Leiterwindungen auf den Reflektionselementen 4, 5 jeweils mit einem magnetischen Streufluss interagieren, wobei die magnetischen Streuflüsse in x- und y- Richtung durch Pfeile 10, 11 in der Figur dargestellt sind. Die elektrischen Leiter verlaufen bei dem ersten Reflektionselement 4 in x- Richtung, bei dem zweiten Reflektionselement in y- Richtung, so dass der jeweilige Streufluss senkrecht auf der Leiterrichtung steht.
Die Leiterwindungen können beispielsweise durch mikromechanisches Ätzen in die Oberfläche der Reflektionselemente 4, 5 eingebracht sein und werden über nicht dargestellte elektrische Anschlüsse mittels einer Ansteuereinrichtung gezielt mit einem Strom beaufschlagt, über den die Kraftwirkung auf das jeweilige Reflektionselement 4, 5 und damit die Auslenkung gesteuert wird.
In der Figur 2 ist ein typischer Strahlengang durch eine erfindungsgemäße
Umlenkeinrichtung mit einem einfallenden Strahl 12 und einem ausfallenden Strahl 13 dargestellt, wobei der Strahl im wesentlichen eine W- Form durchläuft und nach Passieren des ersten Reflektionselementes 4 von einem feststehenden Reflektor 14 auf das zweite Reflektionselement 5 und von dort weiter reflektiert wird.
Die Schwenkachsen der Reflektionselemente 4, 5 sind in der Figur 2 für das erste Reflektionselement gestrichelt, für das zweite Reflektionselement 5 punktförmig dargestellt.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Strahlengang ergibt sich im Zusammenhang mit der Anordnung aus der Figur 1, dass das erste Reflektionselement 4 bei einer Schwenkbewegung den einfallenden Strahl 12 aus der Einfallsebene heraus ablenkt. Es findet somit eine Auffächerung des Strahls in y- Richtung statt. Das zweite Reflektionselement 5 muss daher in y- Richtung größer ausgeführt sein, um den durch das erste Reflektionselement aufgefächerten Strahl vollständig reflektieren zu können. Dadurch ergibt sich bei dem zweiten Reflektionselement 5 eine größere Masse und damit grundsätzlich ein größerer Kraftbedarf, um eine entsprechend hohe Beschleunigung für eine schnelle Ansteuerung zu ermöglichen. Bei einem Strom von 70 mA und 12 Windungen sollte die magnetische Feldstärke des Streuflusses 10 dort wenigstens 0,3 Tesla betragen.
Für das kleinere erste Reflektionselement 4 kann, insbesondere wenn dies in einem resonanten Mode betrieben wird, 0,1 Tesla bei entsprechender Strombeaufschlagung ausreichen.
Die Figur 3 zeigt eine Variante, bei der die Schwenkachse des ersten Reflektionselementes 4 um 90° gedreht ist, so dass dies eine Auffächerung/Ablenkung des Strahls innerhalb der Einfallsebene bewirkt. In der Folge muss das zweite Reflektionselement 5 ebenfalls um 90° gedreht werden, so dass dessen längste Achse mit dem ersten Reflektionselement fluchtet. Damit kann die Breite b des entsprechenden Wafers Ia kleiner gewählt werden als bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Zur Erzeugung der für den Antrieb benötigten Magnetfelder wird vorteilhaft ein
Permanentmagnet 15 eingesetzt, der aus einem hartmagnetischen Material besteht und dessen magnetischer Fluss über ein Joch mit zwei Schenkeln 16, 17 und zusätzlichen Flussleitelementen 18, 19 wenigstens größtenteils geschlossen ist. In der Figur 4 ist ein magnetischer Spalt dargestellt, der zwischen den Flussleitelementen 18, 19 besteht und der von einem Streufluss 20 überbrückt ist. In der Figur 5 ist weiter dargestellt, dass in dem Streufluss 20 ein Reflektionselement 4 angeordnet ist, mit einer Schwenkachse 9 und elektrischen Leitern 21, 22, die gegensinnig von Strom durchflössen sind. Durch die Komponente des Streuflusses in Richtung des Pfeiles 23, das heißt in der Verlängerungsrichtung zwischen den Flussleitelementen 18, 19 und der Stromrichtung in den Leitern 21, 22, ergibt sich eine Lorentzkraft, die in der Figur durch die Pfeile 24, 25 dargestellt ist und die zu einer Schwenkbewegung des Reflektionselementes 4 führt.
In der Figur 6 ist eine typische Leiterführung auf der Oberfläche des Reflektionselementes 4 dargestellt, wobei typischerweise eine Mehrzahl von Wicklungswindungen vorgesehen ist.
In der Figur 7 ist eine Anordnung mit einem einzigen Permanentmagneten 15 dargestellt, dessen magnetischer Fluss an verschiedenen Luftspalten Streuflüsse mit unterschiedlichen Richtungen erzeugt.
Dazu sind an die Schenkel 16, 17 ein erstes Flussleitelement 19 in Form einer ebenen Platte und ein zweites Flussleitelement 18 ebenfalls in Form einer Platte angeschlossen, wobei zwischen diesen ein erster Luftspalt 26 mit einem entsprechenden Streufluss 27 gebildet ist.
Innerhalb des Luftspaltes 26 ist ein hochpermeabler Balken 28 ohne Verbindung zu einem Flussleitelement angeordnet, der zu einer Verlängerung des Streuflusses 27 führt.
Im Bereich des plattenförmigen Flussleitelements 19 ist ein Teil des Flusses über einen Balken 29 abgezweigt und rechtwinklig über den Balkenschenkel 30 und bis zu dem Polschuh 31 weitergeleitet. Von diesem aus schließt sich der zweite Luftspalt 32 zu dem Balken 33 an, der durch einen Streufluss senkrecht zur Zeichenebene überbrückt ist. Dieser ist mit Pfeilen 34 bezeichnet.
Die beiden Streuflüsse 27, 34 stehen damit im wesentlichen senkrecht aufeinander und können zum Antrieb verschiedener Reflektionselemente oder zum Antrieb eines Reflektionselementes an verschiedenen Stellen ausgenutzt werden. Dazu kann ein Wafer auf die ebene Flussleitelementanordnung aufgelegt werden, der von den entsprechenden Streuflüssen 27, 34 durchsetzt ist. In der Figur 8 ist eine weitere Anordnung von Flussleitelementen gezeigt, wobei ein erster Luftspalt 35 zwischen einer Platte 36 und einem Balken 37 gebildet ist, während ein zweiter Luftspalt 38 zwischen einem Balken 39 und einem weiteren Balken 40 gebildet ist. Die beiden Luftspalte 35, 38 sind durch Streuflüsse überbrückt, die im wesentlichen parallel zur Zeichenebene verlaufen und parallel zueinander sind.
Die genannten Streuflüsse sind Teilflüsse, die im Zuge des Gesamtflusses des Magneten 15 zueinander parallel geschaltet sind.
Zudem ist ein dritter Luftspalt 41 vorgesehen, der von dem Balken 42 zu dem Balken 43 führt und einen Streufluss senkrecht zur Zeichenebene erzeugt.
Mit dieser Anordnung lassen sich an drei verschiedenen Stellen magnetische Antriebe mit teilweise unterschiedlichen Antriebsrichtungen realisieren.
In Figur 9 ist eine Konfiguration mit verschiedenen Flussleitelementen dargestellt, die nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen sondern dreidimensional verteilt sind.
Der Permanentmagnet 15 ist mit zwei Jochschenkeln 16, 17 versehen, wobei sich von dem Jochschenkel 17 aus ein plattenförmiges Flussleitelement 44 erstreckt. Oberhalb des Flussleitelementes 44 ist ein Balken 45 vorgesehen, der mit dem Jochschenkel 16 verbunden ist. Hierdurch wird ein Luftspalt 46 gebildet, wobei der diesen überbrückende Streufluss 47 sich im Wesentlichen vertikal in Richtung des Pfeils 48 erstreckt.
Zudem ist an dem Jochschenkel 16 ein weiteres plattenförmigen Flussleitelement 49 vorgesehen, das dem Flussleitelement 44 gegenüber steht und gegenüber diesem parallel nach oben von dem Permanentmagneten 15 weg verschoben ist. Es ergibt sich ein Luftspalt 50, der durch einen Streufluss 51 in leicht schräger, nahezu horizontaler Richtung, angedeutet durch den Pfeil 52, erstreckt.
Bei der beschriebenen Konstellation von Flussleitelementen kann beispielsweise ein Wafer mit integrierten Reflektionselementen auf das plattenförmige Flussleitelement 44 im Bereich des Luftspaltes 46 aufgelegt werden, um den Streufluss 47 zu nutzen. Gleichzeitig kann auch der Streufluss 51 im Bereich des Luftspaltes 50, der nahezu senkrecht zu dem Streufluss 47 verläuft, genutzt werden. Zudem sind andere Konfigurationen von Flussleitelementen in mehreren Dimensionen denkbar.
In der Figur 10 ist eine Ausbildung eines Luftspaltes 53 zwischen einem Flussleitelement 54 und einem Flussleitelement 55 dargestellt, wobei das Flussleitelement 55 im Bereich seines Endes eine wesentlich geringere Querschnittsfläche aufweist als das Flussleitelement 54. Damit ergibt sich im Bereich des Luftspaltes 53 außer der Unterbrechung der Flussleitelemente zudem ein Parametersprung, wodurch der Streufluss 56 gezielt beeinflusst werden kann. Ein derartiger Parametersprung kann beispielsweise auch durch die Kombination verschieden permeabler Materialien für verschiedene Flussleitelemente oder Teile von Flussleitelementen erreicht werden.
Es ist im übrigen auch denkbar, lediglich eine Einschnürung an einem Flussleitelement vorzusehen, um einen entsprechenden Luftspalt zu schaffen, der den benötigten Streufluss erzeugt.
In der Figur 11 ist schematisch in einem Querschnitt ein Körper 57 gezeigt, der beispielsweise aus einem Kunststoff, zum Beispiel aus einem Epoxidharz besteht und der Ausnehmungen 58 für Flussleitelemente aufweist. Die entsprechenden Flussleitelemente 59, 60 können beispielsweise durch Gießen in den Ausnehmungen 58 angeordnet werden. Nach dem Gießen kann der so entstandene Compoundkörper durch Schleifen geglättet werden.
In der Figur 12 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung entsprechender Körper mit Flussleitkörpern gezeigt, wobei zunächst hochpermeables Granulat 61 in die entsprechenden Ausnehmungen des Körpers 57 platziert und dann mit einem Reflow-
Verfahren verflüssigt wird. Es kann sich, wie mit 57a bezeichnet, ein Körper mit unregelmäßigen Konturen ergeben, der geschliffen werden kann, um ein glattes
Endprodukt 57b zu erhalten.
Es ist auch denkbar, die Flussleitelemente in die Ausnehmungen 58 einzuprägen und/oder dort unter Druck zu sintern.
Figur 13 zeigt im Querschnitt eine Kombination aus einem Funktionssubstrat lmit
Reflektionselementen, das auf einen Körper 57 mit unterbrochenen Flussleitelementen 58,59 aufgesetzt ist, so dass das ausgekoppelte Streufeld mit den Leitern auf den
Reflektionselementen wechselwirken kann. Der Körper 57 weist vorbereitete Trennstellen 60 zur Vereinzelung auf.
In der Figur 14 ist eine Mehrzahl von gleichartigen Magnetanordnungen zellenartig dargestellt, wobei bei der mittleren Zelle 62 die Abdeckung durch ein Funktionssubstrat der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist.
In der Figur 15 ist ein Modul 63 , bestehend aus einer Anordnung von Flussleitelementen und einem auf diese aufgebrachten Funktionssubstrat mit Reflektionselementen 4,5 dargestellt, das insgesamt zwischen die Schenkel einer Magnetanordnung gebracht wird.
Durch eine modulare Bauweise sowohl der Flussleitelemente als auch im Zuge der Waferherstellung des Funktionssubstrates lässt sich die Herstellung von Umlenkeinrichtungen stark rationalisieren und damit sehr kostengünstig gestalten.

Claims

Ansprüche
1. Umlenkeinrichtung für elektromagnetische Strahlen, insbesondere Licht, mit mindestens zwei beweglichen und einem fixen Reflektionselementen (4,5) sowie einem ersten und einem zweiten gesonderten Antrieb eines Reflektionselementes zur Umlenkung eines Strahls gekennzeichnet durch eine magnetische Antriebseinrichtung mit einem Magneten (15) und mit
Flussleitelementen
(18,19,28,29,30,31,33,36,37,39,40,42,43,44,45,49,54,55,59,60) die an wenigstens zwei räumlich getrennten Positionen einen ersten und einen zweiten Luftspalt (26,32,35,38,41) in unterschiedlich gerichteten Flussbereichen des magnetischen
Flusses des Magneten (15) aufweisen.
2. Umlenkeinrichtung nach Anspruch lmit einem ersten und einem zweiten gesonderten jeweils gesteuert bewegbaren Reflektionselement (4,5) zur Umlenkung eines beide Reflektionselemente nacheinander passierenden Strahls.
3. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich jedes der beiden Luftspalte (26,32,35,38,41) ein elektrischer Leiter (21,22) vorgesehen ist, der mit einem Reflektionselement (4,5) mechanisch gekoppelt und mit einem steuerbaren Strom beaufschlagbar ist.
4. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Leiter im Bereich des ersten Luftspaltes im wesentlichen senkrecht zu dem oder den Leitern im Bereich des zweiten Luftspaltes verlaufen.
5. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetischer Streufluss im Bereich des ersten Luftspaltes (26) in einem
Winkel größer als 45°, insbesondere im wesentlichen senkrecht zu dem Streufluss im Bereich des zweiten Luftspaltes (32) verläuft.
6. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden , dadurch gekennzeichnet, dass je ein Leiter (21,22) in Form einer Wicklung auf eines der Reflektionselemente (4,5) aufgebracht ist und in der Reflektionsfläche verläuft.
7. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden , dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektionselemente (4,5) ebene Spiegel sind.
8. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere beide Reflektionselemente mit einem Wafer (1,1a) einstückig über wenigstens einen Torsionsbalken (6,7) zusammenhängen.
9. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beide Reflektionselemente jeweils Teil des selben Chips (1,1a) sind.
10. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektionsflächen der beiden Reflektionselemente (4,5) beide einem festen Reflektor (14) zugewandt sind, der im Lichtweg zwischen den beiden
Reflektionselementen liegt.
11. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (9) des ersten Reflektionselementes (4) in der Einfallebene des einfallenden Strahles liegt.
12. Umlenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des ersten Reflektionselementes (4) senkrecht zur Einfallebene des einfallenden Strahles liegt.
13. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Antriebseinrichtung einen Permanentmagneten (15), insbesondere ausschließlich einen Permanentmagneten, aufweist.
14. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitelemente
(18,19,28,29,30,31,33,36,37,39,40,42,43,44,45,49,54,55,59,60) eine hohe Permeabilität aufweisen und mit einem Material geringerer Permeabilität zu einem festen Körper (57) verbunden sind.
15. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitelemente
(18,19,28,29,30,31,33,36,37,39,40,42,43,44,45,49,54,55,59,60) derart geformt sind, dass der magnetische Fluss sich auf mehrere magnetisch parallel geschaltete
Flussleitelemente aufteilt.
16. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Flüsse im Bereich der Luftspalte (26,32,35,38,41) in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.
17. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Flüsse im Bereich der Luftspalte (26,32,35,38,41) zueinander windschief verlaufen.
18. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 14 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Luftspalte (26,32,35,38,41) von demselben magnetischen Teilfluss überbrückt werden.
19. Umlenkeinrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Luftspalte (26,32,35,38,41) von verschiedenen, parallel geschalteten magnetischen Teilflüssen überbrückt werden.
20. Verfahren zum Betrieb einer Umlenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärken durch auf den Reflektionselementen angeordnete Spulen derart gesteuert werden, dass die sich aus dem magnetischen Streufeld der jeweiligen Luftspalte (26,32,35,38,41) ergebende Lorenzkraft die gewünschte Winkelauslenkung des jeweiligen Reflektionselementes (4,5) ergibt.
21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Reflektionselemente (4,5), insbesondere das schneller zu bewegende, im Resonanzbereich betrieben wird.
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