DE4334267C2 - Torsionsvibrator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Torsionsvibrator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartiger Torsionsvibrator als Lichtablenkvorrichtung wird beispielsweise bei Abtastvorrichtungen in optischen Geräten, wie einem elektrophotographischen Kopiergerät, einem Laserdrucker- Bilderzeugungsgerät oder einer Strichcode-Lesevorrichtung, verwendet.

Der Stand der Technik einer derartigen Vorrichtung ist in den Fig. 8A und 8B gezeigt, die der Lehre der US 4 317 611 entspricht.

In Fig. 8A ist mit der Bezugszahl 51 ein Vibrator bezeichnet, der einstückig mit Spannbändern oder Haltestreifen 52a sowie 52b und einem Ablenkspiegel 53, die beispielsweise aus einer Siliziumplatte gefertigt sind, ausgebildet ist. Der Ablenkspiegel 53 ist mit einem Vorsprung oder einer Rippe 55 eines aus Glas gefertigten Substrats 54 in Anlage, dessen beide Seiten mittels einer Vertiefung 56 durch einen Spalt getrennt sind. Am Substrat 54 sind Elektroden 57a und 57b angeordnet. Wenn von einer äußeren Quelle eine Spannung parallel an die eine der Elektroden und den Spiegel 53 angelegt wird, wird der Spiegel 53 durch eine elektrostatische Anziehungskraft angezogen und geneigt. Ein auf den Spiegel 53 gerichtetes Licht wird abgetastet, wie durch den Pfeil in Fig. 1B angedeutet ist. Wenn der Spiegel 53 sich zur einen Seite um Φ neigt, wird folglich das Licht mit 2Φ abgelenkt. Die Vorrichtung ist insofern mittels weniger Teile konstruiert, so daß sie sehr kompakt ist.

Wenn bei der in den Fig. 8A und 8B gezeigten Vorrichtung der Abstand zwischen den Elektroden vergrößert wird, um den Spiegel-Ablenkungswinkel (den Licht-Abtastwinkel) zu vergrößern, ist jedoch eine hohe Spannung notwendig, so daß die Vorrichtung oft kaum verwendbar ist. Insofern weist die Vorrichtung einen Abtastwinkel mit normalerweise nur einem oder zwei Graden auf.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der US 4 317 611 zeigt die Verwendung von zwei nebeneinander liegenden Ablenkspiegeln, die gemeinsam zur Lichtführung eingesetzt werden.

Folglich wurde eine Bilderzeugungsvorrichtung, wie sie in den Fig. 9A und 9B gezeigt ist, vorgeschlagen, die der JP 63-82 165 A entsprechen. Die Fig. 9A zeigt ein Licht- Ablenkelement 310 in der Draufsicht, die Fig. 9B ist eine perspektivische Ansicht einer Licht-Ablenkvorrichtung 300 als Gesamtkonstruktion. Diese Licht-Ablenkvorrichtung besitzt das Licht-Ablenkelement, das aus einem Galvanometerspiegel besteht, welcher aus einem Ablenkspiegel 312 und einer Treiberspule 311 gefertigt ist. Das Licht-Ablenkelement 310 ist in einem äußeren Magnetfeld angeordnet, welches durch ein Joch 328 und eine Spule 329 erzeugt wird, und ein mit der Resonanzfrequenz des Licht-Ablenkelements 310 übereinstimmender Wechselstrom fließt in die Spule 311, um eine Spiegelverlagerung zu erzielen, die dem Strom proportional ist. Dieser Galvanometerspiegel kann den Verlagerungswinkel im Ablenkspiegel 312 auf einfache Weise vergrößern, indem der angelegte Strom erhöht wird, was eine Vergrößerung des Lichtabtastwinkels erlaubt.

Die auf demselben Substrat wie der Ablenkspiegel 312 angeordnete Treiberspule 311 benötigt einen großen Strom, was zu einer Verformung des Spiegels aufgrund von Erwärmung führen kann, wodurch eine Verzerrung am reflektierten optischen Bild hervorgerufen werden kann.

Es ist oft notwendig, einen aus Kupfer oder Silber gefertigten Leiter an dem Bändchen 313 anzuordnen, das als eine Torsionsfeder wirkt. Wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, ändert sich die Resonanzfrequenz und sie kann wegen des Unterschiedes in den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Federelements sowie des elektrischen Leiters unstabil werden.

Ein gattungsgemäßer Torsionsvibrator ist aus der US 36 66 974 bekannt. Dieser herkömmliche Torsionsvibrator weist einen ersten Torsionsschwinger auf, welcher ein Plattenelement und eine erste Feder aufweist und drehend in Schwingung versetzbar ist. Ferner weist der herkömmliche Torsionsvibrator einen zweiten Torsionsschwinger mit einer zweiten Feder auf, der drehend in Schwingung versetzbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Torsionsvibrator mit zwei drehend in Schwingung versetzbaren Torsionsschwingern, von denen einer ein Plattenelement aufweist, so weiterzubilden, daß ein kostengünstiger, kompakter Torsionsvibrator mit einem großen Auslenkwinkel geschaffen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

Erfindungsgemäß wird ein zweiter Torsionsschwinger mit einem in Schwingung erregbaren Teil sowie einer zweiten Torsionsfeder an der äußeren Seite eines ersten Torsionsschwingers mit einem Paar von Torsionsfedern sowie einem Plattenelement (oder einem Paar von Torsionsfedern sowie einem Spiegel) ausgebildet, wobei die zweite Torsionsfeder fest ist. Ferner wird eine Resonanzfrequenz des ersten Torsionsschwingers höher als diejenige des zweiten Torsionsschwingers festgesetzt, und das in Schwingung erregbare Teil im zweiten Torsionsschwinger wird durch eine eine elektromagnetische oder elektrostatische Anziehungskraft erzeugende Einrichtung mit im wesentlichen der ersten Resonanzfrequenz betrieben. Bei einer derartigen Konstruktion erreicht der Winkelausschlag oder die Winkelamplitude am zweiten Torsionsschwinger bei dessen Resonanzfrequenz ein Maximum, wogegen bei einer höheren Frequenz die Amplitude abnimmt, während die Treiberfrequenz zunimmt.

Mit anderen Worten ausgedrückt, ist es möglich, die Amplitude am zweiten Torsionsschwinger zu vermindern und die Amplitude am ersten Torsionsschwinger zu vergrößern, indem der zweite Torsionsschwinger mit der ersten Resonanzfrequenz betrieben wird.

Die auf das in Schwingung erregbare Teil aufgebrachte Kraft bildet ein Kräftepaar. Bei einer derartigen Konstruktion kann die Amplitude auf der Seite des zweiten Torsionsschwingers, die mit der Treibereinrichtung erzeugt wird, klein sein, so daß der Abstand zwischen der Treibereinrichtung und dem zweiten Torsionsschwinger kürzer festgesetzt werden kann, was es möglich macht, einen großen Ablenk- oder Abtastwinkel mit einer sehr kleinen Energie zu erhalten.

Da ferner eine Antriebseinrichtung, die das Plattenelement oder den Ablenkspiegel nicht berührt, verwendet wird, ist es möglich, weil eine auf Erwärmung zurückzuführende thermische Verzerrung nicht vorliegt, stabile Arbeitsvorgänge einschließlich einer Lichtabstrahlabtastung durchzuführen.

Die obige Aufgabe sowie Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung deutlich.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den in Fig. 3 gezeigten Vibrator;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips dieser Erfindung;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform als ein Beispiel eines Vibrators mit drei Freiheitsgraden;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsfom gemäß der Erfindung, bei der ein elektrostatisches Kräftepaar zur Anwendung gelangt;

Fig. 7A eine perspektivische Darstellung einer fünften Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei ein elektromagnetisches Kräftepaar zur Anwendung kommt;

Fig. 7B eine Querschnittsdarstellung der in Fig. 9A gezeigten fünften Ausführungsform;

Fig. 8A eine perspektivische Darstellung eines Beispiels eines Vibrators nach dem einleitend abgehandelten Stand der Technik;

Fig. 8B eine Querschnittsdarstellung des Vibrators der Fig. 8A;

Fig. 9A eine Ansicht eines Beispiels eines Licht-Ablenkelements nach dem einleitend abgehandelten Stand der Technik;

Fig. 9B eine perspektivische Ansicht der gesamten Konstruktion einer Licht-Ablenkvorrichtung nach dem einleitend abgehandelten Stand der Technik.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Vibrator 1 mit zwei Freiheitsgraden gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist aus einem magnetischen Material gefertigt und umfaßt einen ersten Torsionsschwinger 2 mit einem Plattenelement 21 sowie einem Paar von ersten Torsionsfedern 22, einen zweiten Torsionsschwinger 3 mit einem äußeren Rahmen 31 sowie einem Paar von zweiten Torsionsfedern 32 und Befestigungsglieder 4. Die ersten Torsionsfedern 22 und die zweiten Torsionsfedern 32 fluchten längs der Mittelachse des Plattenelements 21.

Wenn das Plattenelement 21 durch einen Ablenkspiegel ersetzt oder ein Ablenkspiegel an dem Plattenelement 21 angebracht wird, kann eine Licht-Ablenkvorrichtung erlangt werden. Die Ausführungsformen werden im folgenden in erster Linie unter Bezugnahme auf Beispiele eines Licht- Ablenkelements erläutert.

Das Plattenelement 21, das einen Ablenkspiegel bildet, und der äußere Rahmen 31 sind so konstruiert, daß sie sich um die erste sowie zweite Torsionsfeder 22 und 32 drehen. Zwei elektromagnetische Treibereinrichtungen, von denen die eine ein erstes Joch 61 sowie eine erste Spule 71 und die andere ein zweites Joch 62 sowie eine zweite Spule 72 besitzt, sind mit einem geringen Abstand zwischen diesen Treibereinrichtungen und dem äußeren Rahmen 31 in der Nähe dieses äußeren Rahmens sowie an der rechten und linken Seite der ersten bzw. zweiten Torsionsfeder 22 und 32 angeordnet. Da der äußere Rahmen 31 ansprechend auf die Treibereinrichtungen wirkt, wird er im folgenden als in Schwingung versetzbares Teil bezeichnet. Die Befestigungsglieder 4 sind durch Halteplatten 8 fest an einem Substrat 5 gehalten.

Wenn bei einer derartigen Ausgestaltung ein Stom in die Spulen 71 und 72 geführt wird, wird ein magnetischer Fluß von der einen der Spulen 71 und 72 zu der anderen der Spulen 71 und 72 über den äußeren Rahmen 31 erzeugt, so daß eine Kraft hervorgerufen wird, um den äußeren, aus magnetischem Material gefertigten Rahmen 31 in die Nähe der Joche 61 und 62 zu ziehen. Durch Zufuhr eines Stroms abwechselnd zu den Spulen 71 und 72 können sich deshalb jeweils die Torsionsschwinger 2 und 3 um die Drehachsen der ersten und zweiten Torsionsfedern 22 und 32 drehen.

Die Fig. 3 zeigt das prinzipielle Modell dieses Vibrators, der zwei Freiheitsgrade hat.

In Fig. 3 ist der erste Torsionsschwinger 2 durch eine gestrichelte Linie dargestellt, und das Modell besitzt einen Vibrator mit einem Trägheitsmoment I₁, eine Feder mit einer Torsionsfederkonstanten C₁ und eine Dämpfung D. Der zweite Torsionsschwinger 3 wird durch das gezeigte Modell substituiert, das einen Vibrator mit einem Trägheitsmoment I₂ und einer Feder mit einer Torsionsfederkonstanten C₂ besitzt. Da die Dämpfung, die den zweiten Torsionsschwinger beeinflußt, recht klein ist, wird sie hier vernachlässigt.

Die Amplitude (x) des zweiten Torsionsschwingers 3, an dem eine harmonische Schwingungskraft Fe^{j ω t} aufgebracht wird, und eine Verlagerung (y) des ersten Torsionsschwingers 2, werden durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt, wobei ω eine Schwingungswinkelfrequenz ist.

|x| = F · {(C₁ - I₁ω²)² + (Dω)²}^1/2/|Δ(ω)| (1)

y = F · {C₁² + (Dω)²}^1/2/|Δ(ω)| (2)

|Δ(ω)| = [{(C₁ - I₂ω²) (C₁ - I₁ω²) -I₁C₁ω²}² + (Dω)² {C₂ - (I₁ + I₂) ω²}²]^1/2 (3)

Wenn angenommen wird, daß die Dämpfung, die den ersten Torsionsschwinger beeinflußt, so klein wie die Dämpfung im zweiten Torsionsschwinger ist und vernachlässigt werden kann, ist die Amplitude (x) für den zweiten Torsionsschwinger durch die folgende Gleichung, wenn D=0 ist, gegeben:

|x| = F|C₁ - I₁ω²|/|(C₂ - I₂ω²) (C₁ - I₁ω²) - I₁C₁ω²| (4)

Wenn der zweite Torsionsschwinger mit der Resonanzfrequenz des ersten Torsionsschwingers f=2πω=2π (C₁/I₁)^1/2, also der Eigenfrequenz betrieben bzw. erregt wird, dann ist

|x| = 0.

Andererseits ist die Amplitude (y) des ersten Torsionsschwingers durch die folgende Gleichung gegeben:

|y| = F|C₁|/|(C₂ - I₂ω²) (C₁ - I₁ω²) - I₁C₁ω²| = F/|C₁|.

Auf diese Weise kann die Amplitude (y), die der Antriebskraft F proportional ist, erhalten werden.

Bei dieser Ausführungsform wird die Resonanzfrequenz des ersten Torsionsschwingers 2 viel höher festgesetzt als die Resonanzfrequenz des zweiten Torsionsschwingers 3. Als Ergebnis ist es möglich, die Amplitude des zweiten Torsionsschwingers 3, selbst wenn der Schwinger mit einer Frequenz betrieben wird, die geringfügig von der Resonanzfrequenz des ersten Torsionsschwingers 2 abweichend ist, zu unterdrücken. Als Ergebnis kann die Amplitude des Plattenelements (Ablenkspiegels) 21 vergrößert werden, selbst wenn der Abstand zwischen dem zweiten Torsionsschwinger 3 und den Jochen 61 sowie 62 klein ist. Das heißt mit anderen Worten, daß die Antriebskraft für den Treiberstrom, weil der Spaltabstand klein ist, vergrößert werden kann, wodurch eine große Amplitude für ein großes Plattenelement (einen großen Ablenkspiegel) mit einer kleinen Antriebsenergie gewährleistet wird.

Die Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine zweite Ausführungsform.

Bei dieser Ausführungsform sind auf entgegengesetzten Seiten des äußeren Rahmens (des in Schwingung erregbaren Teils) 31 feste Elektroden 91 und 92 angeordnet. Während der äußere Rahmen 31 über das Befestigungsglied 4 geerdet ist, wird abwechselnd eine Spannung an die feste Elektrode 91 oder 92 mittels eines Schalters SW gelegt, so daß die zwischen den beiden Elektroden erzeugte elektrostatische Kraft v erwendet wird. Bei dieser Ausführungsform wird der zwei Freiheitsgrade besitzende Vibrator drehend in derselben Weise wie bei der Ausführungsform von Fig. 1 und Fig. 2 im wesentlichen bei der Resonanzfrequenz des ersten Torsionsschwingers in Schwingungen versetzt.

Die elektrostatische Kraft F kann ausgedrückt werden als:

F = ε · ε₀ · F · U/d²,

worin d ein Spaltabstand, F die Elektrodenfläche, U die angelegte Spannung, ε die spezifische Dielektrizitätskonstante und ε₀ das Dielektrizitätskonstantenvakuum sind.

Das bedeutet, daß eine sehr kleine Spannung ausreichend ist, um eine große Kraft zu erhalten, wenn ein kleiner Spaltwert festgesetzt werden kann. Das heißt mit anderen Worten, daß durch die Verwendung eines oben beschriebenen Torsionsschwingers eine große Schwingungsamplitude des Plattenelements (des Ablenkspiegels) mit einer niedrigen Spannung verwirklicht werden kann. Zusätzlich bietet ein derartiges elektrostatisches Antriebssystem den Vorteil, daß eine kompaktere Konstruktion wegen weniger Teilen als bei einem elektromagnetischen Antriebssystem, das eine Mehrzahl von Jochen und Spulen hat, erleichtert wird, weil es ausreichend ist, lediglich die festen Elektroden in dem elektrostatischen Antriebssystem anzuordnen.

Bei den obigen Ausführungsformen können die Freiheitsgrade drei oder mehr sein.

Die Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Vibrators mit drei Freiheitsgraden.

Ein in Schwingung erregbares Teil 41 in Fig. 5 entspricht dem in Fig. 2 gezeigten äußeren Rahmen 31. Da alle anderen Bauteile zu denjenigen der Fig. 2 identisch sind, werden deren Erläuterungen hier weggelassen. Mit dem derart konstruierten Vibrator ist es möglich, ein relativ großes Plattenelement oder relativ großen Ablenkspiegel zu fertigen, selbst wenn die Abmessung der äußeren Gestalt kleiner gemacht wird.

Weil die Ausführungsformen der Fig. 1 und Fig. 4 eine in einer Richtung wirkende Antriebskraft verwenden, kann des weiteren eine am Vibrator aufgebrachte große Kraft eine Biegeschwingung in den lagernden Teilen erzeugen, wodurch ein Wackeln oder Flattern des Abtastlichts in anderen Richtungen als der geforderten Richtung hervorgerufen wird. Da zusätzlich die Kraft zum Quadrat des festgesetzten Spaltabstandes umgekehrt proportional ist, kann die Erzeugung einer übermäßigen Kraft dazu führen, daß bewegbare Teile am festen Bauteil haften bleiben, wodurch sie außer Funktion geraten.

Eine vierte Ausführungsform, die eine derartige Möglichkeit ausschließt, ist in Fig. 6 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Sätze von Elektroden 91 sowie 92 und Elektroden 93 sowie 94 in einer Weise angeordnet, daß sie den Front- und Rückflächen des äußeren Rahmens 31 gegenüberliegen und vom äußeren Rahmen 31 (vom in Schwingung erregbaren Teil) im Vibrator 1 mit zwei Freiheitsgraden gleich beabstandet sind. Eine Spannung wird abwechseln an die Elektroden auf der rechten und linken Seite in einer solchen Weise gelegt, daß die Spannung an den Elektroden auf der Front- und Rückfläche mit umgekehrter Phase aufgebracht wird, so daß die durch dieses Anlegen der Spannung erzeugte elektrostatische Kraft als eine Antriebskraft verwendet wird.

Da die bei dieser vierten Ausführungsform erzeugte elektrostatische Kraft bezüglich der zweiten Torsionsfeder in dem Vibrator mit zwei Freiheitsgraden als dessen Mitte ein Kräftepaar erzeugt, ist eine niedrige Spannung ausreichend, um die gleiche Amplitude zu erlangen, und wirkt keine andere Kraft als die Drehkraft auf die Feder, wodurch sich ein stabiler Lichtabtastvorgang ergibt.

Die Fig. 7A und 7B zeigen eine fünfte Ausführungsform in einer perspektivischen bzw. geschnittenen Darstellung. Bei dieser Ausführungsform wird ein Vibrator 10 mit zwei Freiheitsgraden in der Weise gefertigt, daß der erste Torsionsschwinger 15 aus Silizium, der mittels einer Mikrobearbeitungstechnik beispielsweise unter Anwendung von Photolithographie hergestellt wird, mit einem metallischen zweiten Torsionsschwinger 16 verklebt wird. Die Bezugszahl 11 bezeichnet ein Plattenelement (einen Ablenkspiegel), während die Bezugszahlen 12A und 12B erste Torsionsfedern bezeichnen. Ein äußerer Rahmen (ein in Schwingung erregbares Teil) ist mit 13 bezeichnet, und zweite Torsionsfedern sind mit 14A sowie 14B bezeichnet.

Ein erster Permanentmagnet 41A und ein zweiter Permanentmagnet 41B sind mit dem äußeren Rahmen (dem in Schwingung erregbaren Teil) 13 an dessen rechter sowie linker Seite verklebt, eine erste Spule 25A und eine zweite Spule 25B sind an einem Substrat 20 befestigt sowie in der Nähe der Magnete 41A und 41B angeordnet, und zwei Ströme, die in entgegengesetzten Richtungen fließen, werden den Spulen 25A und 25B zugeführt. Die daraus resultierende elektromagnetische Kraft wird nutzbar gemacht. Bei dieser Ausführungsform werden die Richtungen der magnetischen Flüsse in den Magneten 41A und 41B gleichgerichtet festgesetzt, und die Ströme, die zueinander entgegengesetzte Richtungen haben, werden den Spulen 25A sowie 25B zugeführt, so daß die erzeugte Kraft zu einem Kräftepaar wird, wodurch sich dieselbe Wirkung wie im Fall der Fig. 6 ergeben. Auch wenn die Magnetfelder in den angeklebten Permanentmagneten in den entgegengesetzten Richtungen verlaufen und die Richtungen der Ströme, die durch die Spulen fließen, einander gleich sind, bietet diese Anordnung die gleiche Wirkung.

Gemäß den Ausführungsformen werden ein erster Torsionsschwinger, der ein Plattenelement oder einen Ablenkspiegel besitzt, und ein Paar von ersten Torsionsfedern mit einem zweiten Torsionsschwinger, der ein in Schwingung erregbares Teil sowie eine zweite Torsionsfeder hat, verbunden, um einen Vibrator mit zwei Freiheitsgraden zu bilden, und es wird eine Antriebskraft eines Kräftepaars auf das in Schwingung erregbare Teil des zweiten Torsionsschwingers aufgebracht, um den Vibrator mit der Resonanzfrequenz des ersten Torsionsschwingers zu betreiben, so daß die Amplitude des zweiten Torsionsschwingers viel kleiner als diejenige des ersten Torsionsschwingers gemacht werden kann.

Für die Antriebseinrichtung ist erforderlich, daß sie einen kleinen Spalt zwischen der Antriebseinrichtung und dem Vibrator gleich einer elektromagnetischen oder elektrostatischen Antriebseinrichtung hat, welche eine Antriebskraft erzeugt, indem der Vibrator in Gegenüberlage zu Jochen oder festen Elektroden angeordnet wird. Im Gegensatz hierzu kann gemäß den Ausführungsbeispielen die Amplitude des Plattenelements oder des Ablenkspiegels vergrößert werden. Demzufolge wird ein erhaltener großer Abtastwinkel bei einem Licht-Ablenkelement bewirkt.

Bei einer Vorrichtung, die ein Kräftepaar verwendet, wird keine andere Kraft als die Drehkraft auf das tragende oder lagernde Teil aufgebracht, so daß die Biegeverformung in den Federn eliminiert wird. Das bedeutet, daß im Lichtabtastvorgang nur ein geringes Wackeln oder Schwanken vorhanden ist, so daß eine stabile Abtastung verwirklicht wird.

Wenn in den Vibratoren des elektromagnetischen Systems ein magnetisches Material verwendet wird, so ist es darüber hinaus nicht erforderlich, am Vibrator eine Spule und einen Zuleitungsdraht auszubilden. Folglich wird ein stabiler Lichtstrahl-Abtastvorgang ohne irgendeine thermische Verformung des Spiegels ermöglicht, die durch den Spulen zugeführten elektrischen Strom hervorgerufen wird.

Ferner ist es in dem elektrostatischen System ausreichend, lediglich feste Elektroden in Gegenüberlage zu den Vibratoren anzuordnen, so daß die Anzahl der verwendeten Teile vermindert werden kann, wodurch die Vorrichtung kompakter herzustellen ist. Weil auch in diesem System die Vibratoren, solange sie aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt sind, verwendet werden können, wird ein erweiterter Bereich einer Materialauswahl möglich gemacht.

Gemäß den Ausführungsformen wird ein zeiter Torsionsschwinger mit einem äußeren Rahmen und einer zweiten Torsionsfeder an der äußeren Seite eines ersten Torsionsschwingers mit einem Paar von Torsionsfedern sowie einem Plattenelement (Ablenkspiegel) ausgebildet, wobei der zweite Torsionsschwinger durch ein Befestigungsglied festgelegt wird. Die Resonanzfrequenz für den ersten Torsionsschwinger wird höher als diejenige für den zweiten Torsionsschwinger festgesetzt. Der äußere Rahmen des zweiten Torsionsschwingers wird im wesentlichen mit der Resonanzfrequenz des ersten Torsionsschwingers durch eine elektromagnetische oder elektrostatische Kraft betrieben. Als Ergebnis ist es möglich, einen stabilen und großen Abtastwinkel unter Verwendung von lediglich einer kleinen Antriebskraft zu erhalten.

Claims (10)

1. Torsionsvibrator mit mindestens zwei Freiheitsgraden mit einem ersten Torsionsschwinger (2; 15), der ein Plattenelement (21; 11) und eine erste Feder (22; 12A, 12B) aufweist und drehend in Schwingung versetzbar ist, und einem zweiten Torsionsschwinger (3; 16), der eine zweite Feder (32; 14A, 14B) aufweist und drehend in Schwingung versetzbar ist, wobei ein in Schwingung erregbares Teil (31; 41; 13) des zweiten Torsionsschwingers (3; 16) mit dem ersten Torsionsschwinger über die erste Feder (22; 12A, 12B) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das in Schwingung erregbare Teil (31; 41; 13) im wesentlichen mit der Eigenfrequenz des ersten Torsionsschwingers (2; 15) so erregt wird, daß die Amplitude des zweiten Torsionsschwingers (3; 16) im wesentlichen gleich Null ist.

2. Torsionsvibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattenelement (21; 11) ein Ablenkspiegel ist.

3. Torsionsvibrator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in Schwingung versetzbare Teil (31; 41; 13) des zweiten Torsionsschwingers (3; 16) mit einem Kräftepaar als Antriebskraft beaufschlagbar ist, wobei die zweite Feder (32; 14A, 14B) als Drehmittelpunkt dient.

4. Torsionsvibrator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskraft elektromagnetisch aufbringbar ist.

5. Torsionsvibrator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskraft elektrostatisch aufbringbar ist.

6. Torsionsvibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Feder (22; 12A, 12B) ein Paar Federn längs der Mittelachse des Plattenelements (21; 11) und die zweite Feder (32; 14A, 14B) ein Paar dazu fluchtende Federn aufweist, wobei das in Schwingung versetzbare Teil (31; 41; 13) des zweiten Torsionsschwingers (2; 15) außerhalb um den ersten Torsionsschwinger (2; 15) vorgesehen ist.

7. Torsionsvibrator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß feste Bauteile (4) des Torsionsvibrators durch ein Substrat (5; 5A, 5B, 20) gelagert sind und eine elektrostatische Antriebsvorrichtung durch ein Paar fester Elektroden (91, 92; 93, 94) gebildet ist, die dem in Schwingung versetzbaren Teil (31; 41; 13) gegenüberliegend beidseitig der Mittelachse des Plattenelements (21; 11) angeordnet sind.

8. Torsionsvibrator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch zwei Paare von festen Elektroden (91, 92, 93, 94), die der Ober- und Unterseite des in Schwingung versetzbaren Teils (31; 41; 13) gegenüberliegend angeordnet sind.

9. Torsionsvibrator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß feste Bauteile des Torsionsvibrators durch ein Substrat (20) gelagert sind und eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung durch ein Paar Magnete (41A, 41B) gebildet ist, die an dem in Schwingung versetzbaren Teil (31; 41; 13) beidseitig der Mittelachse des Plattenelements (21; 11) befestigt sind und mit Spulen (25A, 25B) zusammenwirken, die an dem Substrat (20) in Gegenüberlage zu den Magneten (41A, 41B) befestigt sind.

10. Torsionsvibrator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattenelement einen Ablenkspiegel (11) bildet.