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具有反射面的微机械光学元件及其应用

阅读：275发布：2021-03-01

IPRDB可以提供具有反射面的微机械光学元件及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及具有反射面的微机械光学元件，其可以在公知的形式中静电地或电磁地偏转，且可以用于许多应用。本发明的任务是，提供这种元件，其成本低廉，并具有改善的动态变形特性可用。在此，根据本发明的具有反射面的元件通过弹性元件来支承，其中该可偏转元件在相对侧以分别至少两个相互独立的弹性元件而支承。，下面是具有反射面的微机械光学元件及其应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.具有反射面的微机械光学元件，其是借助静电的或电磁的力可偏转的可偏转元件，且借助弹性元件被支承，其特征在于，所述可偏转元件(1)在彼此相对侧上分别以至少两个相互独立的弹性元件(2)而支承；并且考虑到弹性元件(2)的相应作用点与所述可偏转元件(1)的旋转轴的距离，弹性元件(2)具有不同的弹性常数。

2.如权利要求1的元件，其特征在于，所述弹性元件(2)的至少一个作用在所述可偏转元件(1)上的相互间隔的至少两个点上。

3.如权利要求1的元件，其特征在于，分别一个弹性元件(2)以轴向作用在所述可偏转元件(1)上，且至少两个另外的弹性元件以与其恒定的距离作用在所述可偏转元件(1)上。

4.如权利要求1至3中任一项所述的元件，其特征在于，所述可偏转元件(1)可绕着一个轴摆动。

5.如权利要求1至3中任一项所述的元件，其特征在于，提供静电梳形驱动以便于偏转。

6.如权利要求1至3中任一项所述的元件，其特征在于，弹性元件(2)的所述作用点彼此等距离地设置。

7.如权利要求1至3中任一项所述的元件，其特征在于，弹性元件(2)的所述作用点对称地设置。

8.如权利要求1至3中任一项所述的元件，其特征在于，弹性元件(2)的作用点分布在所述可偏转元件(1)的整个环周上而设置。

9.如权利要求1至3中任一项所述的元件，其特征在于，弹性元件(2)的作用点作用在所述可偏转元件(1)的背面的加固元件上。

10.如权利要求1至3中任一项所述的元件，其特征在于，所述弹性元件(2)被构建为弯曲弹簧和/或弯曲扭转弹簧。

11.如权利要求1至3中任一项所述的元件，其特征在于，全部弹性元件(2)的作用点都不设置在所述可偏转元件(1)的所述旋转轴上。

12.如权利要求1至3中任一项所述的元件，其特征在于，相对地设置的弹性元件(2)中的两个彼此相连接。

13.如权利要求1至12之一所述的元件的用途，用于条形码阅读器、投影显示器、视网膜扫描显示器、图案和图像的读取装置、测试装置、激光打印机或直接曝光机中的激光或光束的偏转单元。

说明书全文

具有反射面的微机械光学元件及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及具有反射面的微机械光学元件，其在公知的形式中可以借助静电的或电磁的力被偏转，使得入射的电磁辐射可以根据元件的相应的偏转而被反射。根据本发明的元件可以有利地用于条形码阅读器、投影显示器、视网膜扫描显示器、用于图案和图像的读取装置、测试装置、激光打印机或直接曝光机的激光或光束的偏转单元中。 [0002] 背景技术

[0003] 在此，这种微镜不仅被平移地偏移，而且被旋转地偏转，因此被称为“泵浦镜或倾斜镜”。在此，偏转以很高的频率来进行，使得产生相应的加速。因为被偏转的元件通常被以不同环周几何尺寸板状地构建，由于其惯性和有限的强度及刚度引起动态的变形，其又导致反射表面的扭曲。但是，在通常给待偏转的元件确定尺寸时，在纳米范围内的扭曲已经导致不理想的对反射性能的影响。

[0004] 这种不利的影响在相应的摆动频率提高时变大。虽然它可以通过提高可偏转元件的强度和刚度而被抵消。但是，质量的提高在此具有这样的结果，即至少必须增加用于偏转所必需的力。

[0005] 在此，图1中示出常规的解决方案，其中板状元件以两个相对设置的扭转弹簧被支承，且该元件可以绕着扭转弹簧被设置在其中的旋转轴来回地摆动。下面的图中示意性地示出在摆动运动的换向点处该元件的动态变形。在此，该反射面局部地凹凸扭曲，使得入射光相应于该扭曲被不同地反射。

[0006] 然而该动态变形也可以通过解决方案，如其在图2中被示出，只是被略微地减小。这基本上相应于在US 2005/0045727 A1中所说明的扫描器镜。在此，应该在该镜的多个点处固定扭转杆弹簧(Torsionsbalkenfeder)，其中在具体情况下实施根据图2的解决方案，其仅仅具有两个固定点。而此外另外的弹性元件应该沿着其纵轴在该扭转杆上构建并被设置在那里。这需要巨大的制造开销，因为必须给这些弹性元件非常小地定尺寸。因此对于在被加速的镜上惯性条件下局部不同地起作用的力和力矩、特别是通过扭转弹簧而发动的回复力和回复力矩的有目的的补偿同样是不可能的。

[0007] 发明内容

[0008] 因此本发明的任务是，提供一种可用的微机械光学元件，其可成本低廉地制造，并实现改善的动态变形特性。

[0009] 根据本发明，该任务通过具有反射面的微机械光学的元件来解决，其中其借助静电的或电磁的力可偏转，且借助弹性元件被支承，所述可偏转元件在彼此相对侧上分别以至少两个相互独立的弹性元件而支承。该元件应用于条形码阅读器、投影显示器、视网膜扫描显示器、图案和图像的读取装置、测试装置、激光打印机或直接曝光机中的激光或光束的偏转单元。可通过在从属权利要求中所标明的特征来实现本发明的那些扩展方案和改进方案。

[0010] 在本发明中，借助静电的或电磁的力以公知的方式进行的摆动可偏转元件，在彼此相对侧分别以至少两个相互独立的弹性元件而支承。该偏转可以偏移地，但优选的是在可预定的摆动角范围内旋转地进行。在最后提到的情况下，这可借助公知的梳形驱动(Kammantrieb)来静电地进行。

[0011] 在此，这些弹性元件中的至少一个应该作用在至少两个相互间隔地设置的点上。但是也可以在所有的弹性元件中都是这样。

[0012] 而在一种实施形式中，分别一个弹性元件可以在轴向上-其于是可以是旋转轴-作用在可旋转的元件上，并且至少两个另外的弹簧元件可以在至少两个相互间隔地设置的点上作用在可旋转的元件上。

[0013] 也可以有利的是，弹性元件的那些作用点等距离地和/或对称地设置。 [0014] 而这些作用点也可以在整个外环周上分布地设置，使得弹性元件也设置在可以被最大程度地摆动的可偏转元件的端面区域中。因此，附加在被增加的回复力之外，该力矩例如可以有助于改善可偏转元件的反射面的平面性或平坦性。

[0015] 而弹性元件也可以作用在可偏转元件的背面上所构建的加固元件上，使得可以充分地利用在结合中的相应有利的效果。

[0016] 弹性元件的选择并不限于扭转弹簧，尤其完全不限于扭转杆弹簧。也可以单独地或组合地使用纯粹的弯曲弹簧和扭转弯曲弹簧。

[0017] 考虑到相应的杠杆关系，即在可偏转元件上的作用点与弹性元件的相应的距离，单个弹性元件也可以具有不同的、相应匹配的弹性常数。

[0018] 在一种替代形式中，全部作用点也可以这样设置，使得没有弹性元件的作用点设置在该旋转轴上。

[0019] 通过根据本发明可实现的、以在可偏转元件上的弹性元件来起作用的力和力矩的局部分布，总力矩和特别是与所使用的弹性元件的弹性常数或弹簧刚度的匹配相关联的动态变形可以被明显地减少。

[0020] 此外已经证实，在根据本发明的元件中，在旋转轴上所连接的弹性元件对总回复力矩仅仅做出小的贡献。因此也可以省去这种构造，于是应该选择具有到旋转轴更小的距离的弹性元件的作用点。

附图说明

[0021] 随后将示例性地更详细地阐述本发明。

[0022] 其中：

[0023] 图1在示意图中示出根据现有技术的一个实例；

[0024] 图2示出根据现有技术的另一个实例；

[0025] 图3示出本发明的一个实例的示意图；

[0026] 图4示出另一个实例的示意图；

[0027] 图5在示意图中示出根据本发明的另一个实例；

[0028] 图6示出根据本发明的另一实例的示意图；以及

[0029] 图7示出根据本发明的元件的一个实例。

具体实施方式

[0030] 在图1和2中所示的根据现有技术的实例，也正如在图3中所示的根据本发明的实例，其中下面的示图清楚地示出由于摆动而偏转的元件1的相应的动态变形。 [0031] 在按照图3的根据本发明的实例中，在待偏转的元件1的两个相对侧—这里具有矩形的构型—分别有五个弹性元件2。一个在中间设置的弹性元件2被设置在旋转轴上，围绕该旋转轴，元件1可以在可预定的角度范围内被来回地摆动。该弹性元件被构建为纯粹的扭转弹簧，且分别仅仅作用在元件1上的一个点上。

[0032] 每四个其它的弹性元件2以相应的距离和杠杆臂作用在元件1上的每两个点上，其中保持关于旋转轴的对称关系。

[0033] 在下面的视图中清楚地示出减少的动态变形。

[0034] 在图4中所示的实例中，在可偏转元件1的两个相对的侧，分别设置了三个弹性元件2。其中，在中间设置的元件2在可偏转元件1上有两个作用点，而外面的两个元件2分别在可偏转元件1有一个作用点，其中没有作用点位于旋转轴上，而是都与其间隔地设置。外面的弹性元件2的作用点分别以到旋转轴的相等的距离来设置。

[0035] 在图5中所示的实例中，分别在可偏转元件1的两侧设置了五个弹性元件2。在旋转轴上，在其它的弹簧元件2之间中间地设置的弹簧元件2仅仅是一个简单的具有唯一的作用点的扭转弹簧。

[0036] 类似于根据图4已经涉及的说明，每四个另外的弹性元件2以相应的距离又仅仅分别作用在元件2的一个点上。

[0037] 在图6中所示的实例中，又设置了一个中央的、在该旋转轴上对准的弹性元件2，其分别作用在元件1上的两个与该轴间隔地设置的点上。

[0038] 两个另外的弹性元件2形成了准半圆，或者相对的弹性元件2彼此相连接，且在其外缘上包围这个可偏转元件1。在此，在元件1上分别有两个作用点，其以与旋转轴垂直地对准的轴而对称地设置。而在未示出的形式中，也可以在该轴向上仅仅设置一个作用点。 [0039] 在图7中所示的实例无疑落在权利要求3的范围之内。在此，弹性元件2作为扭转弹簧设置在旋转轴上。附加地，在该实例中有六个作为弯曲弹簧的弹性元件2′，其在可偏转元件1上的作用点分别以彼此间相等的角度距离来设置，且分别关于旋转轴或元件1的垂直于旋转轴而对准的中间轴对称地设置。

[0040] 图7中也示出用于这种弹性元件2′的可能的构型形式，然而其中其它的几何结构也是可能的。

[0041] 在本发明的该实例中，例如在未示出的形式中也可以省去弹性元件2，并且于是进行元件1的振荡的平移偏移。

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