DE2656115C2 - Schwenkspiegel-Strahlsteuervorrichtung - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwenkspiegel- Schwenksoiegel-Strahlsteuervorrichtung zu schaffen, Strahlsteuervorrichtung der im Oberbegriff des An- 40 die eine hohe Spiegelauslenkgeschwindigkeit bzw. Spruches 1 angegebenen Art. Bandbreite, einen großen optischen Ablenkbereich so-

Strahlsteuervorrichtungen dieser Art sind bekannt, wie eine hohe Kapazität, d. h. eine hohe Anzahl an auf- und zwar beispielsweise bei Vorrichtungen zur Informa- lösbaren Stellungen aufweist, wobei die Masse und das tionsspeicherung und -wiedergewinnung. Es wurden be- Trägheitsmoment des bewegten Spiegels bzw. der Aufreits verschiedene Lager- und Antriebs-Anordnungen in 45 hängung möglichst klein gehalten werden soll. Betracht gezogen, um die gewünschten Steuereigen- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im

schäften zu erreichen. In der US-PS 37 58 199 sind im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen einzelnen zwei wichtige Eigenschaften der Strahlsteuer- Merkmalen gelöst.

vorrichtungen diskutiert, nämlich die Geschwindigkeit Die hier vorliegende Strahlsteuervorrichtung weist

(Bandbreite) und die Kapazität (Anzahl der auflösbaren 50 mindestens einen flexiblen Spiegelträger auf, welcher im Stellungen). Ein oftmals verwendeter Parameter zur ganzen die Form des großen griechischen Buchstaben Angabe der Gesamtleistungsfähigkeit ist das Produkt »Lambda« besitzt. Jeder derartige Träger besitzt dabei aus Geschwindigkeit und Kapazität. ein Paar von flexiblen Schenkeln, die bezüglich einander

Eine bekannte Möglichkeit zur Verbesserung der Lei- unter einem Winkel angeordnet sind und an einem Verstungsfähigkeit von Strahlsteuervorrichtungen besteht 55 bindungsabschnitt abgestumpft sind. In den erfindungsin der Verminderung der Trägheit der anzutreibenden gemäßen Strahlsteuervorrichtungen sind die divergie-Last (hauptsächlich des Spiegels und der Lagerung), auf renden Enden der Schenkelabschnitte festgelegt, und welche Weise die maximale Spiegelablenkgeschwindig- der Abtastspiegel der Steuervorrichtung ist am Verbinkeit erhöht wird. Beispielsweise kann die Dicke (und dungsabschnitt befestigt. Durch diese Anordnung ergibt somit auch die Masse) des Spiegels vermindert werden, 60 sich eine »virtuelle Verschwenkung« am Schnitt der wobei sich aber in der Praxis dafür Grenzen ergeben, Schenkelabschnittsachsen (obwohl sich die Schenkelabwenn die bauliche Integrität des Spiegels aufrechterhal- schnitte selbst nicht schneiden) und das zur Ablenkung ten werden soll. Es ist auch möglich, die Spiegelgröße des Spiegels angelegte Antriebsdrehmoment hat im wezur Verringerung der Spiegelmasse zu verkleinern, wo- sentlichen eine Drehbewegung um die virtuelle bei aber die Verkleinerung der Reflexionsoberfläche 65 Schwenkachse zur Folge. Die erfindungsgemäße Steuden unerwünschten Effekt nach sich zieht, daß die An- eivorrichtung erreicht somit eine schwenkbare Spiegezahl der auflösbaren Punkte vermindert wird. Dies liegt !anordnung, ohne zu Verbindungen der Bauart Zuflucht an Beugungswirkungen, welche die Auflöskraft des Ab- nehmen zu müssen, welche eine Relativbewegung (bei-

spielsweise Gelenkverbindungen der Stiftbauart) erforderlich machen, wobei diese Verbindungen die Tendenz besitzen. Spiel und Lockerheit aufzuweisen.

Gemäß den Merkmalen des Anspruches 2 ist der Spiegel derart angeordnet,daß die Schwenkachse durch den Schwerpunkt des Spiegels verläuft Da die Schwenkachse eine virtuelle Achse ist, ergibt sich keine körperliche Behinderung, wie beispielsweise bei einem Schwenkstift an der Schwenkachse, was das Durchbohren des Spiegels erfordern würde oder eine Kantenhalterung nötig machen könnte. Vielmehr kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Rückseite des Spiegels für Befestigungszwecke benutzt werden, obwohl die Schwenkachse zum Verlauf durch den Spiegel angeordnet ist.

Durch diese Anordnung des relativ schweren Spiegels wird eine minimale Trägheitslast auf die Spiegelantriebsvorrichtung ausgeübt, da die Lastmasse bestrebt ist, um die Schwenkachse herum angeordnet zu sein mit der Folge, daß eine vergrößerte Steuervo.-richtungsleistungsfähigkeit möglich wird (d. h. eine niedrigere Trägheitslast gestattet im allgemeinen ein schnelleres Ansprechen und eine größere Sandbreite). In diesem Zusammenhang sei, wie oben erwähnt, bemerkt, daß für die meisten Arten der Hochleistungs-Strahlsteuervorrichtungen die Steuervorrichtungsgestalt in inhärenter Weise die Auswahl einer Spiegelablenkachse diktiert, die sich außerhalb des Spiegels befindet und die daher vom Schwerpunkt des Spiegels entfernt angeordnet ist.

In der Tat befindet sich für Steuervorrichtungen, wo der Spiegel quer an der Spitze einer als Spiegelantriebsvorrichtung dienenden Biegevorrichtung angeordnet ist, die effektive Achse für die Spiegelablenkung halbwegs unterhalb der Biegevorrichtung.

Zur Erzeugung einer außerordentlich stabilen Schwenkachse für den Spiegel sind gemäß Anspruch 3 zwei erfindungsgemäß ausgebildete Träger vorgesehen, die an entgegengesetzten Enden des Spiegels angeordnet sind. Die Träger sind ausgerichtet, um eine gemeinsame Schwenkachse zu besitzen, wobei der Schwerpunkt oder das schwere Zentrum des Spiegels auf dieser Achse angeordnet ist. Diese Anordnung, die etwas wie ein Sägebock aussieht, wobei ein Spiegel auf der Querstange angeordnet ist, bietet eine größere Schwenkachsenstabilität dadurch, daß Tragkräfte an jedem Ende des Spiegels vorgesehen sind, wobei diese Konstruktion ferner die Verwendung schlanker hochflexibler Schenkelabschnitte gestattet, ohne daß eine unerwünscht große Empfindlichkeit gegenüber seitlichem Schwanken auftritt.

Der Vorteil einer Ausführungsform gemäß Anspruch 5 besteht insbesondere in ihrer Brauchbarkeit zur Erzeugung eines großen Strahlablenkbereichs. Bei der bevorzugten Antriebsvorrichtung-Schwenkanordnung ergibt sich eine Hebelwirkung, weiche die Antriebsbewegung in eine Spiegelverdrehung umformt, und der Abstand zwischen der Schwenkachse und der Wirkungslinie für die Antriebsvorrichtungskraft kann derart eingestellt werden, daß man einen gewünschten Winkelablenkbereich erhält. Mit der derzeit bevorzugten unten beschriebenen Ausbildungsform der Erfindung wurden optische Ablenkbereiche von ungefähr 20° mit einer Bandbreite von 1 KHz erreicht.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines flexiblen Tragglieds;

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Strahlsteuervorrichtung mk einem flexiblen Tragglied;

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Strahlsteuervorrichtung mit zwei flexiblen Traggliedern;

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht einer derzeit bevorzugten Ausführung der Erfindung;

ίο F i g. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 4. Fig. 1 zeigt einen flexiblen Spiegelträger 10 nachfolgend auch flexibles Tragglied genannt, zur Verwendung in einer Strahlsteuervorrichtung und besitzt zwei flexible Schenkel 12 und 14, die aufeinanderzu geneigt sind, und zwar vorzugsweise unter einem Winkel χ von 45° gegenüber der Horizontalen. Bevor die konvergierenden Enden der Schenkel einen Scheitel erreichen, sind sie durch einen Verbindungsabschnitt 16 (stumpfartig) abgeschnitten. Ansätze 18 und 20 an den divergierenden Enden der Schenkel 12 bzw. 14 sind befestigt und geben dem Träger 10 ein Maß an Starrheit, um einer Translationsbewegung Widerstand entgegenzusetzen. Bei dieser Anordnung zeigt das Tragglied 10 eine Tendenz, sich um den Schnitt der longitudinalen Schenkelachsen herum zu verschwenken (der Schnitt ist mit »virtuelle Schwenkachse« in F i g. 1 bezeichnet), wenn ein Drehmoment auf das Tragglied ausgeübt wird. Ein geringer Widerstand gegenüber der Verschwenkung um die virtuelle Schwenkachse wird bei derartigen Gliedern durch die Verwendung langer schlanker Schenkel aus einem flexiblen Material, wie beispielsweise Federstahl, erreicht.

In F i g. 2 ist eine Strahlsteuervorrichtung 22 dargestellt, die ein einziges flexibles Tragglied 10 der oben beschriebenen Art verwendet. Ein Spiegel 24 ist am Verbindungsabschnitt 16 des Gliedes 10 durch Mittel, die ein Abstandsstück 28 aufweisen, befestigt. Vorzugsweise ist der Spiegel durch einen Kleber am Abstandsstück 28 befestigt, welches seinerseits mit dem Verbindungsabschnitt 16 des Gliedes 10 verbunden ist.

Durch die Größenbemessung des Abstandsstücks 28 derart, daß der Schwerpunkt nahe der virtuellen Schwenkachse des Gliedes 10 angeordnet ist, wie dies erfindungsgemäß bevorzugt wird, wird das Trägheitsmoment des Spiegels minimiert. Dies ist deshalb der Fall, weil die Lastmasse, die hauptsächlich die Masse des Spiegels ist, veranlaßt wird, mehr um die Schwenkachse herum konzentriert zu sein. Wenn die Masse des Abstandsstücks 28 signifikant ist, dann ist es der Schwerpunkt der Zusammensetzung aus Abstandsstück und Spiegel, der auf der virtuellen Schwenkachse angeordnet sein sollte, um das Trägheitsmoment zu minimieren. Die oben erwähnte Tatsache, daß es sich um eine virtuelle Schwenkachse handelt, gestattet, daß die Rückseite des Spiegels zu Befestigungszwecken verwendet werden kann, wobei noch immer der erfindungsgemäße Verlauf der Schwenkachse durch den Spiegel gestattet ist. Man erkennt, daß bei den beschriebenen Trägern keine körperliche Versperrung (wie beispielsweise durch einen Angelstift) längs der Schwenkachse auftritt. Eine Antriebsvorrichtung ist zum Anlegen eines Drehmoments zur Drehung des Spiegels angekuppelt. Vorzugsweise wird eine Antriebsvorrichtung der Biegebauart verwendet, und die Kupplung wird mittels einer flexiblen Angel (Scharnier) 32 erreicht, die die Antriebsvorrichtung 30 mit dem Abstandsstück 28 verbindet.

F i g. 3 zeigt eine besonders stabile Spiegeltraganordnung unter Verwendung von zwei flexiblen Tragglie-

dem 10' und 10", die voneinander mit Abstand angeordnet sind und die gleiche virtuelle Schwenkachse besitzen. Eine Abstandsstange 40 erstreckt sich zwischen den Gliedern 10' und 10" und trägt einen Spiegel 42. Die Dicke der Abstandsstange 40 ist derart ausgewählt, daß der Schwerpunkt für die Zusammensetzung aus Abstandsstange und Spiegel an der gemeinsamen virtuellen Schwenkachse der Tragglieder 10' und 10" liegt. Zum Antrieb des Spiegels zur Ablenkung einfallender Lichtstrahlen ist eine Antriebsvorrichtung 44 mit der Abstandsstange 40 durch ein Antriebsgelenk wie beispielsweise eine flexible Angel 46 gekuppelt.

In Fig.4 ist eine bevorzugte Anordnung zur Ankupplung des Drehmoments an die Strahlsteuervorrichtungen der unter Bezugnahme auf F i g. 3 beschriebenen Art dargestellt, und zwar unter Verwendung von einem oder mehreren flexiblen Metallantriebsgliedern 50, die an der Spiegelseite der Abstandsstange 40 (im einzelnen in F i g. 5 gezeigt) befestigt sind. Bei dieser Anordnung können die Antriebsglieder 50 eine Wirkungslinie senkrecht zu den Verbindungsabschnitten der Glieder 10' und 10" besitzen, während sie im wesentlichen tangential zu Kreisen verläuft, die auf der virtuellen Schwenkachse zentriert sind. Die Bedeutung dieser Ausrichtung besteht darin, daß die gesamte Antriebskraft zur gewünschten Drehbewegung beiträgt Anders ausgedrückt, ergibt sich für eine Wirkungslinie tangential zu einem auf der virtuellen Schwenkachse zentrierten Kreis keine Kraftkomponente in der Richtung der Schwenkachse. Eine Kraft in dieser Richtung ist unzweckmäßig, weil sie zur Translationsbewegung der Schwenkachse beiträgt.

Es sei bemerkt, daß durch die beschriebenen Antriebsanordnungen eine Hebelwirkung erzeugt wird, um eine Translations-Antriebsvorrichtungsbewegung in eine Rotations-Spiegelablenkung umzuwandeln. Durch Einstellung des Abstandes zwischen der Wirkungslinie der Antriebskraft und der virtuellen Schwenkachse kann der Winkelbereich der Steuervorrichtungsablenkung in entsprechender Weise eingestellt werden. Durch die derzeit bevorzugte Ausbildung unter Verwendung einer bimorphen Biegeantriebsvorrichtung werden optische Ablenkungen über einen Bereich von 20° erreicht.

Zusammen mit der Erfindung können verschiedene Arten von Antriebsvorrichtungen verwendet werden, und zwar einschließlich magnetostriktiver Antriebsvorrichtungen. Es kann ebenfalls eine Vielzahl flexibler Materialien Verwendung finden, um die flexiblen Tragglieder herzustellen, wobei diese Glieder nicht als ein Stück hergestellt zu sein brauchen.

Zusammenfassend kann man sagen, daß durch die erfindungsgemäße Anordnung eine »virtuelle Verschwenkung« an der Schenkelabschnittachse auftritt (obwohl sich die Schenkel selbst nicht schneiden), wobei angelegte zur Ablenkung des Spiegels dienende Drehmomentkomponenten eine Verdrehung des Spiegels um die virtuelle Schwenkachse hervorrufen. Bevorzugt ist der Schwerpunkt des Spiegels auf der virtuellen Schwenkachse angeordnet, wodurch der Trägheitswiderstand gegenüber der Verdrehung reduziert und die Ansteuervorrichtungs-Leistungsfähigkeit verbessert wird. Die Erfindung löst also das beim Stand der Technik vorhandene Probleme von Strahlsteuervorrichtungen dadurch, daß der Spiegel an einem Punkt verdreht wird, der nahe dem Schwerpunkt liegt, ohne daß die effektive Masse des Spiegels durch die Verwendung von Spezialträgern ansteigt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 tastsystems begrenzen. Patentansprüche: Es ist eine Befestigungs- oder Lageranordnung bekannt, welche zwei Schwenklager ausgerichtet an ent-

1. Schwenkspiegel-Strahlsteuervorrichtung mit ei- gegengesetzten Kanten eines Spiegels verwendet Die nein biegsamen Spiegelträger, dadurch ge- 5 Schwenkachse verläuft infolgedessen durch den Spiegel kennzeichnet, daß der Träger (10, 10', 10") selbst Dabei ist ein Rahmen um den Spiegel herum zwei nach Art der Seiten eines gleichschenkeligen angeordnet, und zwar offensichtlich zur Erzeugung ei-Trapezes angeordnete flexible Schenkel (12,14) auf- ner Halterung zur Vermeidung der direkten Verbinweist, wobei ein die kürzere Grundlinie des Trape- dung der Schwenklager mit dem Spiegel. Obwohl eine zes bildender Verbindungsabschnitt (16) den Spiegel 10 derartige Anordnung für Anwendungsfälle unter er-(24,42) trägt schwerten Bedingungen geeignet ist so wird jedoch

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- durch den Rahmen eine beträchtliche Masse hereingezeichnet daß ein Abstandsstück (28) den Spiegel (42) bracht Darüber hinaus würde es sich als schwierig hervom Verbindungsabschnitt (16) um einen Betrag ausstellen, die beschriebenen Schwenklager in kleinen trennt, der derart vorgewählt ist daß der Schwer- 15 Größen herzustellen.

punkt des Spiegels (42), ggf. einschließlich des Ab- Es ist auch eine Steuervorrichtung mit zwei Paaren

Standsstückes (28), im wesentlichen auf dem Scheitel, von Antriebsvorrichtungen der Biegebauart vorbe-

d. h. auf der gedachten Schnittlinie der Verlängerun- schrieben, wobei jedes dieser Paare in der Form eines X

gen der flexiblen Schenkel (12,14) angeordnet ist ausgebildet ist An den Spitzen der Biegepaare angeord-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- 20 nete V-förmige Bügel sind mit ihren Scheitelpunkten an zeichnet durch zwei Träger (10', 10"), die an entge- der effektiven Schwenkachse der Antriebsvorrichtungengesetzt liegenden Seiten des Spiegels (42) ange- gen angeordnet Durch die Befestigung des Steuerspieordnet sind. gels an einer Welle, die mit diesen Scheiteln verbunden

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- ist, ist der Spiegel eng mit der Schwenkachse ausgerichzeichnet, daß eine Abstandsstange (40) vorgesehen 25 tet und es kann infolgedessen ein niedrigeres Niveau ist die am Spiegel (42) befestigt und an den Verbin- des Trägheitswiderstandes gegenüber Rotation oder dungsabschnitten (16) der beiden Träger (10', 10") Trägheitsmoment erreicht werden. Da jedoch die Rotaangeordnet ist. tionsmasse groß zusätzlich zum Spiegel ist, so ist das

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Trägheitsmoment nicht so gering, als die zweckmäßig zeichnet, daß eine Antriebsvorrichtung (44) der Bie- 30 wäre.

gebauart mit der Abstandstange (40) durch wenig- Obwohl also ein beträchtlicher Entwicklungsaufwand

stens ein Antriebsgelenk (50) verbunden ist, welches zur Verbesserung der Strahlsteuervorrichtungs-Leirechtwinklig zur Ebene des Spiegels angeordnet und stungsfähigkeit getrieben wurde, besteht noch immer benachbart zum Spiegel gelenkverbunden ist. das Bedürfnis, Speicher- und Entnahmevorrichtung an-

35 zugeben, welche eine höhere Informationskapazität

handhaben, ohne dabei die Nachteile des Standes der

Technik aufzuweisen.