Beschreibung
Titel
SPIEGELANORDNUNG UND PROJEKTIONSEINRICHTUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spiegelanordnung und eine entsprechende Projektionseinrichtung. Stand der Technik
Heute werden Projektoren in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise können Projektoren zu Präsentationszwecken genutzt werden oder, um z.B. einen Film zu projizieren.
Um Bilder oder Videos zu projizieren, werden unterschiedliche Technologien eingesetzt. Beispielsweise können Lichtquellen hinter einem oder mehreren LCD-Displays angeordnet werden, durch welche das Licht fällt. So kann das auf dem LCD-Display dargestellt Bild z.B. auf eine Leinwand projiziert werden.
Alternativ kann z.B. ein Bildaufbau mit Hilfe von Mikrospiegeln erfolgen. Ein auf Mikrospiegeln basierender Projektor weist einen oder eine Vielzahl von Mikrospiegeln auf, die von einer Lichtquelle, z.B. einem Laser, angestrahlt werden. Um unterschiedliche Bildinhalte zu projizieren werden diese Mikrospiegel zu einer Schwingung angeregt. Je nach Amplitude der Schwingung bzw. Lage des Spiegels wird der Laserstrahl auf die Projektionsfläche reflektiert oder nicht.
Üblicherweise werden solche Mikrospiegel resonant zu einer Schwingung angeregt. Dabei erfolgt die Anregungen des Spiegels z.B. in schwingender Drehbewegung.
Die schwingende Drehbewegung ist vorteilhaft, da man hier mit Licht z.B. einen Laserstrahl über kleine Winkel weiträumig ablenken kann. Dabei wird zur Anregung ein rotatorisch schwingendes System genutzt. Vernachlässigt werden üblicherweise die Auskopplung der Vibrationsenergie und die damit einhergehende hohe Dämpfung des schwingenden Systems, die zu einem erhöhten
Energiebedarf führt. Vernachlässigt wird außerdem die Anregung durch äußere Schwingungen.
Wird z.B. ein solches System in einem mobilen Telefon als Ablenkeinheit zur Bilderzeu- gung eingesetzt, und ist in diesem mobilen Telefon gleichzeitig eine Lautsprecher aktiv (z.B. beim Abspielen von Videofilmen), so kann der Lautsprecher durch Übertragung von Körperschallschwingungen (evtl. auch durch Luftschwingungen) die Spiegelablenkeinheit in einer seiner Eigenmoden anregen und damit den Bildaufbau stören. Ein Projektionssystem mit einem resonant angeregten Spiegel offenbart z.B. die US 2013 250388 A1.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Spiegelanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Projektionsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Spiegelanordnung mit einem Spiegel, der schwingend gelagert ist, mit einer Spule und mit mindestens einer ersten Feder, die den Spiegel und die Spule derart miteinander koppelt, dass die Spule als Gegengewicht zu dem schwingenden Spiegel angeordnet ist.
Ferner ist vorgesehen:
Eine Projektionseinrichtung mit einer Lichtquelle, mit mindestens einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung und mit einer Steuerung zur Ansteuerung der mindestens einen Spiegelanordnung.
Vorteile der Erfindung Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass bekannte Spiegelanordnungen systembedingt eine hohe Dämpfung aufweisen, was einen
hohen Energiebedarf zur Folge hat. Ferner sind übliche Spiegelanordnungen empfindlich gegenüber äußeren Störungen.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Er- kenntnis Rechnung zu tragen und eine neue Spiegelanordnung vorzusehen, welche einen geringen Energiebedarf aufweist und unempfindlich gegen äußere Störungen ist.
Dazu sieht die vorliegende Erfindung eine Spiegelanordnung vor, die einen Spiegel aufweist. An diesen Spiegel wird über eine erste Feder eine Spule gekoppelt. Dabei dient die Spule als Gegengewicht zu dem Spiegel.
Der Spiegel und die Spule, die durch die erste Feder miteinander gekoppelt werden, bilden ein einfach resonantes System, bei welchem Spule und Spiegel mit der gleichen Frequenz schwingen.
Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass eine resonante Entkopplung des einfach resonanten Systems zur umgebenden Aufbau- und Verbindungstechnik (abgekürzt AVT) oder auch„Packaging", möglich wird. Gegenüber z.B. bekannten doppelt resonanten Systemen ist das einfach resonante System der vorliegenden Erfindung unempfindlich gegenüber Federtoleranzen.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
In einer Ausführungsform ist der Spiegel dazu ausgebildet, rotatorisch zu schwingen. Ferner koppelt die mindestens eine erste Feder den Spiegel und die Spule derart, dass die Spule entgegen der Bewegungsrichtung des Spiegels schwingt. Dadurch wird auf sehr einfache Weise ein einfach resonantes System bereitgestellt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Spiegelanordnung einen Rahmen und mindestens eine zweite Feder, insbesondere eine in mindestens einer Richtung biegeschwache oder weiche Feder, auf, die den Rahmen mit dem Spiegel und/oder der Spule und/oder der mindestens einen ersten Feder koppelt. Wird der Spiegel und/oder die Spule und/oder die mindestens eine erste Feder, also das einfach resonante System, mit dem Rahmen über eine zweite Feder gekoppelt, wird insbesondere bei einer weichen Feder
das einfach resonante System von äußeren mechanischen Bedingungen entkoppelt. Ferner wird lediglich eine sehr geringe Menge an Schwingungsenergie in die umgebende AVT ausgekoppelt. In einer Ausführungsform ist die zweite Feder so weich, dass sie den Spiegel und die Spule in ihrer Lage hält, aber nur einen unwesentlichen Einfluss auf die Resonanzfrequenz des einfach resonanten Systems hat.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Spule einen Spulenkörper, insbesondere ei- nen Spulenkörper mit einer Kavität, und eine Spulenwicklung auf, die an dem Spulenkörper angeordnet ist. Die Kavität ermöglicht es, die Masse des Spulenkörpers zu reduzieren, wodurch die Bewegungsamplitude des Spulenkörpers erhöht werden kann. Dies steigert die Antriebseffizienz. In einer weiteren Ausführungsform weist die Kavität Wände oder Rippen auf. Die Wände oder Rippen verleihen der Kavität mechanische Stabilität, falls die jeweilige Anwendung dies erfordert.
In einer Ausführungsform kann die Kavität am Ende des Spulenkörpers entfallen. Je nach Anordnung des einfach resonanten Systems kann so eine Ausgleichsmasse gebildet werden, welche die Kippbewegung des Spulenkörpers reduziert, falls dieser eine lineare Bewegung vollziehen soll.
In einer weiteren Ausführungsform sind die mindestens eine erste Feder und die Spule in einer ersten Ebene angeordnet. Ferner ist der Spiegel über der ersten Ebene in einer zweiten Ebene angeordnet, die parallel zu der ersten Ebene liegt, wobei der Spiegel insbesondere über einen Steg einer vorgegebenen Länge mit der mindestens einen ersten Feder gekoppelt ist. Wird der Spiegel in der zweiten Ebene angeordnet, während die Spule in der ersten Ebene liegt, und wird der Abstand zwischen den zwei Ebenen durch den Steg eingestellt, kann die Bewegung des Spiegels sehr exakt definiert werden. Beispiels weise wird es so möglich, den Spiegel in eine rotatorische Bewegung zu versetzen, während die Spule lediglich eine annähernd lineare Bewegung vollzieht.
In einer weiteren Ausführungsform weist die mindestens eine erste Feder vier Federarme auf, welche mäanderförmig ausgebildet sind und welche an deren einem Ende mit dem Steg gekoppelt sind.
In einer weiteren Ausführungsform weist die mindestens eine erste Feder zwei Federarme auf, welche kreisförmig ausgebildet sind und welche an deren einem Ende mit dem Steg gekoppelt sind.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Federarme an deren nicht mit dem Steg gekoppeltem Ende mit einem Verbindungselement gekoppelt, welches die mindestens eine erste Feder mit der Spule koppelt. Alternativ sind die Federarme an deren nicht mit dem Steg gekoppeltem Ende direkt mit der Spule gekoppelt.
Die genannten Ausbildungen der ersten Feder ermöglichen eine variable anwendungsspezifische Gestaltung des einfach resonanten Systems.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Feder als Blattfeder ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Spiegelanordnung ein Gehäuse auf, welches zumindest den Spiegel und die Spule und die mindestens eine erste Feder umschließt, wobei das Gehäuse insbesondere einen geringeren Luftdruck, insbesondere ein Vakuum, aufweist, als die Umgebung des Gehäuses und hermetisch dicht verschlossen ist. Der ge- ringe Luftdruck begünstigt die Bewegung des Spiegels und der Spule.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse über dem Spiegel zumindest teilweise durchlässig für Laserstrahlen. Alternativ weist das Gehäuse über dem Spiegel ein Fenster, insbesondere ein gegenüber der ersten Ebene oder der zweiten Ebene schräg ge- stelltes Fenster, auf, welches durchlässig für Laserstrahlen ist. Dadurch wird es möglich die erfindungsgemäße Spiegelanordnung mit einer externen Lichtquelle, z.B. einem Laser, zu verwenden. Ferner verhindert das schräg gestellte Fenster Reflektionen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Spiegelanordnung einen Magneten, insbe- sondere einem Dauermagneten, auf, welcher an dem Gehäuse derart angeordnet ist, dass die Spule in dem Magnetfeld des Magneten liegt. Dadurch kann ohne physischen Kontakt eine Bewegung der Spule angeregt werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Spiegelanordnung ein Flussleitblech auf, welches derart an dem Magneten angeordnet ist, dass das Magnetfeld des Magneten die erste Ebene im Bereich der Spule annähernd senkrecht oder annähernd waagrecht
durchdringt. So kann in Abhängigkeit von der gewünschten Bewegungsrichtung der Spule die Effizienz der Spiegelanordnung optimiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Spiegelanordnung mindestens eine erste Messvorrichtung, insbesondere mindestens einen piezoresistiven Widerstand, auf, welche dazu ausgebildet ist, die Spiegelauslenkung des Spiegels zu erfassen, und welche insbesondere auf der mindestens einen ersten Feder angeordnet ist. Dies ermöglicht es, die Bewegung des Spiegels exakt zu erfassen. In einer Ausführungsform sind auf der zweiten Feder Versorgungsleitungen angeordnet, die die Spule mit elektrischer Energie versorgen. Dies ermöglicht eine einfache Verbindung der Spule mit einer Steuereinrichtung oder einer elektrischen Energiequelle.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Spiegelanordnung mindestens eine zweite Messvorrichtung, insbesondere mindestens einen piezoresistiven Widerstand, auf, welche dazu ausgebildet ist, die Auslenkung der Gruppe aus dem Spiegel und/oder der Spule und/oder der mindestens einen ersten Feder zu erfassen, und welche insbesondere auf der mindestens einen zweiten Feder angeordnet ist. Dies ermöglicht es, die Bewegung des einfach resonanten System der vorliegenden Erfindung zu erfassen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Spiegelanordnung eine Steuereinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, basierend auf den Messwerten der mindestens einen zweiten Messvorrichtung die Spule derart anzusteuern, dass die Gruppe aus dem Spiegel und/oder der Spule und/oder der mindestens einen ersten Feder mit einer vorgegebenen Frequenz angeregt wird, oder die Spule derart anzusteuern, dass von außen auftretenden Anregungen aktiv entgegengesteuert wird. So kann z.B. ein Speckein des Bildes sehr variabel verringert werden. Ferner können von außen auftretende Anregungen aktiv gedämpft werden. In einer weiteren Ausführungsform weist der Spiegel eine Basisplatte auf, auf deren
Oberseite die Spiegelfläche angeordnet ist und auf deren Unterseite ein Versteifungselement angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, den Spiegel mechanisch zu stabilisieren. So wird sichergestellt, dass der Spiegel auch bei hochdynamischen Bewegungen durch Beschleunigungskräfte nicht zu stark verformt wird.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 1 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 13 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 14 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 16 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 17 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 18 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 19 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 20 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung;
Fig. 21 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung; und
Fig. 22 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S.
Die Spiegelanordnung S weist eine Spiegel Sp auf, der über eine Feder F mit einer Spule Su gekoppelt ist.
Dabei ist die Spule Su derart angeordnet, dass sie ein Gegengewicht zu dem Spiegel Sp bildet. Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung P.
Die Projektionseinrichtung P weist eine Spiegelanordnung S auf, die mit einer Steuerung SE gekoppelt ist. Ferner ist eine Lichtquelle L vorgesehen, die die Spiegelanordnung S bestrahlt. Der Lichtstrahl der Lichtquelle L wird von der Spiegelanordnung S reflektiert.
Über die Steuerungseinrichtung SE wird auch der Laser gesteuert, so dass abhängig vom Kippwinkel des Spiegels ein Laser gesteuert werden kann. So dass z.B. mit einem zweiten eine Bildprojektion generiert werden kann. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S.
Die Spiegelanordnung S weist einen Rahmen 1 für die Verbindung der Spiegelanordnung S z.B. mit einem Gehäuse und der äußeren Aufbau- und Verbindungstechnik auf. In dem Rahmen 1 ist eine Spule 20 angeordnet, die einen Spulenkörper 2 und eine Spulenwicklung 7 aufweist. Ferner ist in dem Rahmen 1 ein Spiegel 3 angeordnet, der über die erste Feder F und ein Verbindungselement 14 mit der Spule 20 gekoppelt ist.
Die Feder F ist nicht separat dargestellt. Vielmehr sind die vier Federarme 4a, 4b, 4c und 4d der Feder F dargestellt, welche den Spiegel 3 über einen Steg 41 (siehe Fig. 4) und dessen Bereich 40 mit dem Verbindungselement 14 koppeln. Der Steg 41 ist dabei lediglich in dem Bereich 40 mit den vier Federarmen 4a, 4b, 4c und 4d gekoppelt. Ferner sind in Fig. 3 Verbindungsstege 45a, 45b vorgesehen, die jeweils die Federarme 4a und 4b und die Federarme 4c und 4d miteinander koppeln. Die Verbindungsstege sind optional.
Das einfach resonante System aus Spule 20, Spiegel 3 und den Verbindungselementen 14 und Federarmen 4a - 4d ist über vier weiche Federn 5, die ebenfalls mäanderförmig ausgebildet sind, mit dem Rahmen 1 gekoppelt. Zwei der Federn 5 sind mit dem Spulenkörper 2 gekoppelt. Zwei weitere der Federn 5 sind mit den Enden des U-förmigen Ver- bindungselements 14 gekoppelt, welches die Federarme 4a - 4d umgibt.
Die Federn 5 sind so weich, dass sie den Spiegel 3 und die Spule 20 in ihrer Lage halten aber nur einen unwesentlichen Einfluss auf die Resonanzfrequenz der Schwingung des einfach resonanten Systems haben.
In Fig. 3 ist die zweite Ebene, in welcher der Spiegel 3 angeordnet ist, unter der ersten Ebene, in welcher die Spule 20 und die Federarme 4a - 4d angeordnet sind, angeordnet. Der Spiegel 3 liegt also unter der Spule 20 und den Federarmen 4a - 4d. Die Federarme 4a, 4b, 4c und 4d der Fig. 3 sind mäanderförmig ausgebildet und erstrecken sich von dem Steg 40, der in der Mitte der vier Federarme 4a, 4b, 4c und 4d liegt zu dem Verbindungselement 14, welches den Steg 40 und die Federarme 4a - 4d u-förmig umschließt. In der Mitte der Spiegelanordnung S der Fig. 3 von oben nach unten ist eine Schnittachse A angedeutet, die die Spiegelanordnung symmetrisch in deren Mitte trennt.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S in einer Seitenansicht gemäß der Schnittachse A der Fig. 3. In Fig. 4 ist ersichtlich, wie der Steg 41 den Spiegel in einer zweiten Ebene anordnet, die über der ersten Ebene der Federarme 4a, 4b, 4c und 4d und der Spule 20 liegt.
In Fig. 4 sind ferner die Bewegungsrichtungen 100a und 100b des Spiegels 3 sowie die Bewegungsrichtungen 101 a und 101 b des Bereichs 40 und Bewegungsrichtungen 102a, 102b und 103a, 103b der Spule 20 dargestellt.
Die Bewegungsrichtungen 100a und 100b des Spiegels 3 zeigen eine rotatorische Bewegung um das Zentrum des Spiegels 3 an. Der Spiegel 3 schwingt also resonant um seine Längsachse. Die Bewegungsrichtungen 101 a und 101 b zeigen eine Linearbewegung des Bereichs 40 in der ersten Ebene an. Die Bewegungsrichtungen 102a, 102b zeigt eine Linearbewegung der Spule 20 in der ersten Ebene in Richtung des Spiegels 3 an. Schließlich zeigen die Bewegungsrichtungen 103a und 103b eine Linearbewegung an, die senkrecht zu den Bewegungsrichtungen 102a und 102b aus der ersten Ebene herauszeigt. Im Folgenden soll die Funktionsweise der Spiegelanordnung S erläutert werden.
Schwingt der Spiegel in Richtung 100a bewegt sich der untere Bereich des Stegs 41 und damit der Bereich 40 durch den Abstand des Spiegels zu den Federarmen 4a bis 4d hauptsächlich linear in Richtung 101 a. Die Spule 20 macht dazu eine Ausgleichsbewe- gung in entgegengesetzter Richtung 102a. Dadurch, dass die Spule 20 weit entfernt von der Rotationsachse 100a, 100b angeordnet ist vollführt diese im Wesentlichen eine Linearbewegung 102a, 102b und nur noch eine kleine Kippbewegung 103a, 103b.
Die Kavität 6, die in Fig. 4 in dem Spulenkörper 2 angeordnet ist, dient zur Verringerung der Spulenkörpermasse, wodurch die Bewegungsamplitude des Spulenkörpers 2 erhöht wird, wodurch wiederum die Antriebseffizienz erhöht wird.
Auch die Verbindungsstege 45a und 45b dienen zur Erhöhung der Antriebseffizienz und begünstigen die Umsetzung der rotatorischen Schwingbewegung des Spiegels 3 in die li- neare Antriebsbewegung der Spule 20 oder umgekehrt.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S in einer Draufsicht. Im Gegensatz zu Fig. 3 liegt die zweite Ebene, in der der Spiegel 3 liegt, also über der ersten Ebene, in der die Spule 20 und die Federarme 4a - 4d liegen.
In Fig. 5 ist zu erkennen, dass der Spiegel 3 oval ausgebildet ist. In weiteren Ausführungsformen sind weitere Ausgestaltungen des Spiegels 3 möglich.
In dem Spulenkörper 2 kann sich in einer Ausführungsform eine Kavität 6 zur Verringe- rung der Masse des Spulenkörpers befinden. Die Kavität 6 kann beliebig ausgeführt werden. Die stehenden bleibenden Kavitätswände 16 dienen zur Stabilisierung und können in einer Ausführungsform verrippt werden, oder falls die Stabilisierung nicht notwendig ist auch ganz entfallen. Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S, welche auf der Spiegelanordnung der Fig. 5 basiert.
In Fig. 6 weist die Spule 20 lediglich an drei Seiten des Spulenkörpers 2 die Kavität 6 auf. Diejenige Seite des viereckigen Spulenkörpers 2, die am weitesten entfernt von dem Spiegel 3 angeordnet ist, weist keine Kavität 6 auf.
Durch den Entfall der Kavität 6 am Ende des Spulenkörpers 2 kann eine Ausgleichsmasse gebildet werden, welche die Kippbewegung in Bewegungsrichtung 103a, 103b des Spulenkörpers 2 reduziert.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S, welche auf der Spiegelanordnung der Fig. 3 basiert.
Das Verbindungselement 14, welches in Fig. 3 die Federarme 4a - 4d mit der Spule 20 koppelt, ist in Fig. 7 entfallen. Die Federarme 4a - 4d werden von dem Bereich 40 direkt zum Spulenkörper 2 geführt.
In einer Variante können die in Bild 7 gezeigten Federarme 4a - 4d z.B. durch eine Blattfeder ersetzt werden.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S, welche auf der Spiegelanordnung der Fig. 3 basiert.
Im Gegensatz zur Fig. 3 sind keine zweiten Federn 5 vorgesehen, die mäanderförmig von dem Spulenkörper 2 bzw. den Enden des Verbindungselements 14 direkt an den Rahmen 1 führen.
Vielmehr weist der Rahmen 1 in Fig. 8 weitere Federelemente 500 auf, die derart ausgebildet sind, dass eine Bewegung des einfach resonanten Systems in der Bewegungsrich- tung 102a, 102b möglichst wenig behindert wird. Ferner blockieren die Federelemente aber eine Bewegung in Querrichtung zu Bewegungsrichtung 102a, 102b.
Dies geschieht durch die spezielle Gestaltung der Federnelemente 500, welche möglichst weich in Richtung 102a, 102b sind und in allen anderen Richtung aber möglichst steif.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S, welche auf der Spiegelanordnung der Fig. 3 basiert.
Die in Bild 3 gezeigte Spiegelanordnung S wird in Fig. 9 mit einem Gehäuse G, welches aus zwei Kappen 50, 51 besteht, versehen. Kappen 50, 51 sind so gestaltet, dass der Spiegel 3 hermetisch dicht verschlossen ist und optional das Gehäuse einen geringen Innendruck gegenüber dem Umgebungsdruck aufweist, bzw. ein Vakuum aufweist.
Die Kappe 50 ist außerdem laserstrahldurchlässig oder besitzt ein Fenster 50a, das op- tional auch schräggestellt ist um Reflektion im Bildstrahlengang zu vermeiden.
Unter der Kappe 50 befindet sich ein Kunststoff-Kleber 52 mit welchem die Spiegelanordnung S auf einem Substrat fixiert werden kann. Die Spulenanordnung S der Fig. 9 weist ferner einen Magneten 200 auf, der z.B. ebenfalls mit Kleber 53 auf der dem Spiegel 3 abgewandten Seite des Gehäuses G befestigt sein kann.
Kleber 52 und 53 sowie das Substrat können eine hohe Dämpfungen besitzen. Mit den gezeigten weichen Federn 5 (bzw. Federn 500 in Fig. 8) sind diese Dämpfungen aber irre-
levant, da das System durch die weichen Federn 5 entkoppelt ist und im System selber der Spulenkörper 2 als Gegenmasse zur Bewegung des Spiegels 3 dient.
Der Antrieb des einfach resonanten Systems erfolgt über die Spulenwindungen 7, die in einem Dauermagnetfeld des Magneten 200 liegen.
An dem Dauermagneten 200 der Fig. 9 ist ferner ein Flussleitblech 201 angeordnet, so dass die Magnetfeldlinien des Magnetfeldes des Dauermagneten 200 möglichst senkrecht durch den Spulenkörper 20 bzw. die Spulenzweige 7a, 7b laufen.
Das unter dem Pol des Magneten 200 austretende Feld muss so geführt werden, dass sich eine Kraft in der in Fig. 8 mit 102a bzw. 102b bezeichneten Richtung ergibt. Hierfür kann das Feld des Dauermagneten mit Hilfe des Flussleitblechs 201 geführt werden. Damit ergibt sich im Bereich der Spule die in Fig. 9 dargestellte Magnetfeldrichtung 70. In Verbindung mit der Stromfeldrichtung der Spulenzweige 7a, 7b ergibt sich dann die Kraft in Richtung 102a, 102b. Spulenzweig 7a hat dabei naturgemäß die entgegengesetzte Stromrichtung des Spulenzweigs 7b.
Um den Spiegel 3 in Schwingung zu versetzen, wechselt die Stromfeldrichtung der Spule 20 oder wird impulsförmig angesteuert.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S, welche auf der Spiegelanordnung der Fig. 9 basiert. Die Spiegelanordnung S der Fig. 10 weist kein Flussleitblech 201 auf.
In dieser Variante ist es hauptsächlich der Spulenzweig 7b, der die Kräfte in die Bewegungsrichtung 102a, 102b erzeugt. Zusätzlich können auch senkrechte Bewegungen des äußeren Spulenzweiges (103a und 103b) genutzt werden. Die Feldform der Fig. 10 kann auch mit einem Flussleitblech realisiert werden.
Fig. 1 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S, gesehen von der Spiegelabgewandten Seite.
Die Feder F ist in Fig. 1 1 als Spiralfeder 400 ausgebildet.
Aufgrund der Spiralfeder 400 bewegt sich der Spulenkörper 2 in einer anderen Form als in Fig. 3.
Schwingt der Spiegel 3 in Richtung 100a, 100b bewegt sich der Bereich 40 wie gehabt in Richtung 101 a, 101 b. Das Ende des Spulenkörpers 2 selber beschreibt an dessen Ende eine Bewegung im Wesentlichen senkrecht zur Ausdehnung des Spulenkörpers 2, Bewegungsrichtung 1002a und 1002b in Fig. 12, so dass die rotatorische Bewegung des Spiegels 3 durch eine Kippbewegung der Spule 20 kompensiert wird. Die zu Fig. 4 unterschiedliche Bewegung ergibt sich aus der geringen Steifheit der Spiralfeder in Richtung 101 a, 101 b.
Die Aufhängung muss durch torsionsschwache aber in allen linearen Raumrichtungen möglichst steife zweite Federn erfolgen. Gezeigt ist dies in Figuren 1 1 und 13. Hier wird der Spiegel 3 durch Torsionsfedern 44a in der Spiegelebene selber mit den äußeren
Rahmen 1 verbunden, und die Spule 20 in Ihrem Drehpunkt durch die Federn 44b mit den äußeren Rahmen 1 verbunden. Natürlich kann das System auch wie in Figuren 3 - 5 mit beliebigen weichen Federn angebunden werden, die
Anregbarkeit durch Schwingungen von außen wird dadurch aber erhöht.
In Fig. 1 1 ist ebenso, wie in Fig. 3 eine Schnittlinie A in der Mitte der Spiegelanordnung S eingezeichnet.
Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemä- ßen Spiegelanordnung S der Fig. 1 1 in einer Schnittansicht an der Schnittlinie A.
Die Bewegung in Richtung 1002a und 1002b ist eine Bewegung des hinteren, von dem Spiegel 3 am weitesten entfernten Teils der Spule 20, senkrecht zu der ersten Ebene und kann für den Antrieb des Spiegels 3 z.B. durch ein dauermagneterzeugtes Feld in Rich- tung 75 in Kombination mit einem Wechselstrom in dem Spulenzweig 7a genutzt werden. Eine entsprechende Anordnung des Magneten 200 wird in Fig. 14 gezeigt.
Der Spulenzweig 7b bleibt unwirksam in Richtung 1002a, 1002b, da das Magnetfeld nur senkrecht zur Richtung 1002a, 1002b wirkt und damit unwirksam für die resonante Anre- gung des Systems ist.
Zu bemerken bleibt außerdem, dass dieses System einen zweiten Drehpunkt mit den Drehrichtungen 1 10a, 1 10b besitzt. Der zweite Drehpunkt befindet sich an dem dem Spiegel 3 am nächsten gelegenen Teil der Spule 20. Wird das System der Figs. 1 1 und 12 an den Drehpunkten 100a,b und 1 10a, b
aufgehängt, also durch zweite Federn 5 mit dem Rahmen 1 gekoppelt, so wird auch eine Anregbarkeit durch Schwingungseinwirkung von außen minimiert.
In allen Ausführungsformen der Spiegelanordnung S können über die weichen Federn 5 bzw. 500, bzw. 44a und 44b sowohl die Stromzuleitung zur Spule 20 als auch Signalleitungen geführt werden, die z.B. durch den piezoresistiven Effekt die Spiegelauslenkung sensieren.
Das Sensieren der Größe der Schwingspiegelauslenkung kann durch als piezoresistive Widerstände ausgeführte erste Messvorrichtung M1 auf den Federn 4a bis 4d bzw. 400 realisiert werden.
Auch auf den weichen Federn 5, 500 bzw. 44a, 44b können als piezoresistive Widerstände ausgeführte erste Messvorrichtungen M1 für die Sensierung der Schwingspiegelaus- lenkung genutzt werden. Diese ersten Messvorrichtungen M1 sind vorzugsweise in den Federbereichen, die dem Spulenkörper 2 oder dem Verbindungselement 14 nahe sind, angeordnet.
Zusätzlich können in den weichen Federn 5, 500, bzw. 44a, 44b als piezoresistive Wider- stände ausgebildete zweite Messvorrichtungen M1 eingebracht werden, um die Auslenkung des weich aufgehängten einfach resonanten Systems zu messen. Diese zweiten Messvorrichtungen sind vorzugsweise in der Nähe des äußeren Rahmens 1 angebracht. Mit solchen Messwiderständen ist es möglich das Magnet-/Spulensystem nicht nur zur Anregung des Spiegels 3 zu nutzen sondern auch aktiv das weich aufgehängte Spiegel- /Spulensystem in der Auslenkung zu beeinflussen.
Beispielsweise kann in einer Ausführungsform neben der höherfrequenten Schwingspiegelschwingung das weiche System mit einer niedrigen Frequenz angeregt werden. Damit kann man die Bildqualität also z.B. das Speckein des Bildes variabel beeinflussen.
Durch die leichte niederfrequente Bewegung des Spiegels 3 können Laserinterferenzen die in der Bildbetrachtung störend wirken, vermindert werden. Zudem kann das
Entspeckeln des Bildes variabel abhängig von dem Bildinhalt erfolgen. So können zum Beispiel Videosequenzen anders entspeckelt werden als statische Bildinhalte. Statische Bildinhalte könnten auch unterschiedlich entspeckelt werden, je nachdem ob sie Text enthalten oder nicht.
In einer Ausführungsform kann einer von außen auftretenden Anregung durch ein Regelsystem aktiv entgegengewirkt werden. Z.B. damit Stöße auf oder ein Schallquelle in der Nähe des Spiegels 3 keinen Einfluss auf die Schwingung des Spiegels 3 und damit auf die Bildqualität haben.
Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S der Figs. 1 1 und 12 in einer Draufsicht.
In Fig. 13 ist zu erkennen, dass das einfach resonante System aus Spulenkörper 2 und Spiegel 3 einmal an der Schwingachse des Spiegels 3 über Federn 44a und einmal an dem Ende des Spulenkörpers 2, welches dem Spiegel 3 am nächsten ist über Federn 44b aufgehängt wird.
Fig. 14 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S.
In der Spiegelanordnung S der Fig. 14 sind der Magnet 200 und das Flussleitblech 201 derart angeordnet, dass dasjenige Ende des Spulenkörpers 2, welches den Spulenzweig 7a aufweist, von dem Magnetfeld des Magneten 200 quer durchdrungen wird. Dies ermögliche eine Bewegung dieses Endes des Spulenkörpers in Bewegungsrichtung 1002a und 1002b bei Bestromung des Spulenzweigs 7a.
Fig. 15 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Spiegels 3 einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S.
Damit der Spiegel 3 sich bei dynamischer Schwingspiegelbewegung durch Beschleunigungskräfte nicht zu stark verformt, kann er speziell gestaltet sein. Fig. 15 zeigt eine Rippenstruktur, die auf der Unterseite des Spiegels 3 angebracht werden kann.
In den Figuren 4 und 12 ersetzen die Rippen 601 teilweise den Steg 41 , der auch als Abstandshalter zu der ersten Federn F oder den Federarmen 4a - 4d dient.
Die Rippen erstrecken sich vom Zentrum des Spiegels 3 sternförmig nach außen.
Fig. 16 zeigt eine schematische Querschnitts-Darstellung des Spiegels 3 der Fig. 15.
In Fig. 16 ist zu sehen, dass lediglich der Steg 41 den Abstand des Spiegels zu der ersten Feder 5 bestimmt. Die einzelnen Rippen 601 sind kürzer und lediglich derart stark bzw. tief ausgeführt, dass sie die gewünschte mechanische Stabilität gewährleisten.
Fig. 17 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Spiegels 3 einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S von unten, also der der Spiegelfläche abgewandten Seite des Spiegels 3.
In Fig. 17 ist die Rippenstruktur anders als in Figs. 15 und 16 ausgeführt. Die Rippenstruktur weist im Wesentlichen einen zentralen Balken 602 in T-Träger-Form auf, der bis nahezu ans Ende des Spiegels 3 geht und der parallel zur rotatorischen Achse des Spiegels 3 geht. Dadurch wird zum einen eine kleine rotatorische Trägheit erreicht, zum ande- ren wird der Spiegel 3 weiter stabilisiert, da jetzt die Höhe im Zentralbereich weiter erhöht wird.
Fig. 18 zeigt eine schematische Darstellung des Spiegels 3 der Fig. 17 in einer Schnittansicht.
Der als Abstandshalter fungierende Steg 41 in Fig. 18 weist eine kleinere Bauhöhe als in Fig. 16 auf, da der Spiegel 3 sich im Zentralbereich nur wenig bewegt, so dass die Gesamtbauhöhe mit der Bauhöhe des Spiegels 3 in Fig. 16 vergleichbar ist. Allerdings ist der Spiegel 3 in Fig. 18 besser stabilisiert gegenüber Verformungen.
Da der T-Träger 602 auch nahe der Rotationsachse liegt, verändert sich das rotatorische Trägheitsmoment zwischen den Spiegeln 3 der Fig. 16 und der Fig. 18 nur unwesentlich.
Da die Rippe 602 nur im zentralen Bereich der Rotationsachse angebracht ist, müssen noch Rippen 601 nach außen geführt werden um auch die außen liegenden Teil des
Spiegels 3 zu stabilisieren. Die Anzahl und die Ausführung der Rippen 601 hängt von der
konkreten Ausführung ab. Die optimale Lage und Form kann z.B. mit Berechnungsprogrammen ermittelt werden.
Fig. 19 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsge- mäßen Spiegelanordnung S.
In Fig. 19 ist der Spiegel in der Mitte der Spule 20, also über der Spule 20 angeordnet. Im Inneren des quadratischen Spulenkörpers 2 befinden sich in der ersten Ebene die Federarme 4a - 4d, die den Bereich 40 des Stegs 41 kontaktieren, um den Spiegel 3 mit dem Spulenkörper 2 zu verbinden. Der Spulenkörper 2 ist mit zwei zweiten Federn 5 mit dem Rahmen 1 gekoppelt.
Fig. 20 zeigt eine schematische Darstellung der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S der Figur 19 in eine Schnittansicht.
In der Ausführungsform der Figs. 19 und 20 schwingt der Spulenkörper 2
gegen rotatorisch zum Spiegel 3 und ermöglicht so eine Vermeidung der AVT- Auskopplung der Schwingungsenergie. Die Bewegung des Spiegels 3 ist wie zuvor rotatorisch in Bewegungsrichtungen 100a, 100b und der Bereich 40 des Stegs 41 bewegt sich wie zuvor in Richtung 101 a, 101 b linear. Bewegt sich der Spiegel in Richtung 100a schwingt der Spulenkörper 2 in entgegengesetzter Richtung 1003a, 1004a. Eine leichte Bewegung des Spulenkörpers in Richtung 1010a, 1010b ist möglich.
Fig. 21 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S.
Das Verbindungselement 14, welches in Fig. 3 die Federarme 4a - 4d mit der Spule 20 koppelt, ist in Fig. 21 entfallen. Die Federarme 4a - 4d werden von dem Bereich 40 direkt zum Spulenkörper 2 geführt.
In einer Variante können die in Bild 21 gezeigten Federarme 4a - 4d z.B. durch eine Blattfeder ersetzt werden.
Fig. 22 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung S, welche auf der Spiegelanordnung S der Fig. 1 basiert.
Die Spiegelanordnung S weist ferner zwei zweite Federn 5 auf, die die Spule mit der AVT verbinden. An der ersten Spule F ist eine erste Messvorrichtung M1 angeordnet, welche die Bewegung des Spiegels Sp erfasst. Ferner ist an einer der zweiten Spulen 5 eine zweite Messvorrichtung M2 angebracht, welche die Dehnung bzw. die Bewegung der zweiten Spule und damit die Bewegung des einfach resonanten Systems aus Spule Su, Feder F und Spiegel Sp erfasst. Die erste und die zweite Messvorrichtung M1 , M2 sind mit einer Steuereinrichtung ST gekoppelt, welche basierend auf den Messwerten der ersten und zweiten Messvorrichtung M1 , M2 die Spule Su ansteuern.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.