用来引导光束的定位设备和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用来定位至少一个光学元件（22）的设备，其中所述设备（1）包括：用来保持所述光学元件（22）的至少一个可移动载体（20），用来支撑所述载体（20）的至少一个固定的支撑部分（10），用来连接所述载体和所述支撑部分的连接装置，和致动装置，所述致动装置用来产生力以影响所述载体（20）相对于所述支撑部分（10）的相对位置。所述设备（1）的特征在于，所述连接装置包括：至少一个保持装置（32），所述至少一个保持装置用来在所述载体（20）和所述支撑部分（10）之间施加张力；和至少一个支承装置（31），其中所述支承装置（31）包括：第一支承磁体（312），其中所述第一支承磁体（312）的表面（3121）的至少一部分具有部分球体的形状，和第二支承磁体（311），其中所述第二支承磁体（311）的表面（3111）的至少一部分具有部分空心球体的形状以便至少部分地接收所述第一支承磁体（312）的部分球体表面（3121），其中所述第一和第二支承磁体（311，312）是永久磁体并且布置成使得所述第一和第二支承磁体（311，312）的相对的磁极彼此面对。而且公开一种用来引导光束、特别地用来引导激光束的系统，该系统包括至少一个公开的定位设备。
【专利说明】用来引导光束的定位设备和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用来定位光学器件，特别地用来定位至少一个光学元件的定位设备，并且涉及一种使用定位设备用来引导光束，特别地用来引导激光束的系统。
【背景技术】
[0002]近年来，诸如激光束的电磁波光束的使用已经应用于各种【技术领域】。除了物体的扫描或标记，工具的机加工和医疗目前也使用电磁波。这些应用的每一个要求将光束精确地引导到指定的目标。光束的引导通常由偏转装置执行，该偏转装置包括一个或更多个偏转元件。在US2002/0181851A1中的现有技术中已经提出用来控制偏转装置的运动的一种方法，US2002/0181851A1公开一种用来控制元件的运动的设备。该设备包括可移动的构件和固定的构件。可移动的构件包括磁性元件并且固定的构件包括磁性可穿透定子元件。磁性牵引力跨越磁性元件和定子元件之间的空气间隙起作用并且因此将可移动的构件推向固定的构件。此外，定子电流线圈缠绕到定子的若干部分上。通过线圈的电流产生的电磁力作用在磁性元件上，从而以可控制的方式移动可移动的构件。
[0003]这种已知设备的一个缺点是，相当大的摩擦力出现在可移动的构件和固定的构件之间。因此，该设备的性能不是令人满意的。
【发明内容】
[0004]因此，本发明的问题是提供一种用来定位光学器件、特别地用来定位至少一个光学元件的设备，其中所述设备提供高的性能。
[0005]本发明基于以下发现:这个问题可以由一种设备解决，其中可移动的载体和固定的支撑部分之间的物理接触的区域被最小化。
[0006]根据本发明的第一方面，该问题通过一种用来定位至少一个光学元件的设备被解决，其中该设备包括:
[0007]用来保持光学元件的至少一个可移动载体，
[0008]用来支撑载体的至少一个固定的支撑部分，
[0009]用来连接载体和支撑部分的连接装置，和
[0010]致动装置，该致动装置用来产生力以影响载体对支撑部分的相对位置。
[0011]该设备的特征在于，该连接装置包括:
[0012]至少一个保持装置，所述至少一个保持装置用来在所述载体和所述支撑部分之间施加张力，和
[0013]至少一个支承装置，其中所述支承装置包括:
[0014]第一支承磁体,其中所述第一支承磁体的表面的至少一部分具有部分球体的形状，和
[0015]第二支承磁体，其中所述第二支承磁体的表面的至少一部分具有部分空心球体的形状以便至少部分地接收所述第一支承磁体的部分球体表面，[0016]其中所述第一和第二支承磁体是永久磁体并且布置成使得所述第一和第二支承磁体的相对的磁极彼此面对。
[0017]下面也将被称为设备的本发明的定位设备也可以称为马达。根据本发明的光学元件可以是光学装置的一部分。特别地，光学元件可以是反射且/或衍射偏转元件，诸如镜子、透镜等等。根据本发明的光学元件的定位包括光学元件绕至少一个、优选地至少两个轴线的旋转。此外，光学元件沿第三轴线的横向运动可以被光学元件的定位包括。光学元件的定位优选地为暂时定位。特别地，光学元件的位置可以被保持在设定位置且/或被该设备改变。光学元件的位置优选地为光学元件相对于光束(特别地为激光束)的相对位置。优选地，这个位置由光学元件的表面相对于光束的方向的角度限定。此外，该位置可以包括向着光束的源(特别地为激光源)或反射构件的光学元件的表面的距离，其中光束从该反射构件被反射向该发明的设备的光学元件。
[0018]根据本发明，该定位设备包括:用来保持光学元件的至少一个可移动载体，用来支撑载体的至少一个固定的支撑部分，用来连接载体和支撑部分的连接装置，和致动装置，该致动装置用来产生力以影响载体对支撑部分的相对位置。
[0019]可移动的载体优选地具有板的形状，特别地具有平面的板的形状。光学元件可以连接到该载体上或者可以插入到该载体中。在后者情况中，用来接收光学元件的凹陷优选地布置在该载体的一个表面中。而且，在这种情况中，光学元件将优选地连接(例如附着)到载体。该载体代表该设备的可移动的或倾斜部分。特别地，该载体可以相对于该设备的固定的支撑部分倾斜。这种倾斜是绕至少一个轴线、优选地绕至少两个或更多个轴线的旋转，所述轴线可以在光学元件的表面内沿穿过光学元件的单个中心点的任何方向延伸。通过该发明的定位设备的定位不预期绕垂直于光学元件的表面的轴线的旋转。
[0020]也可以被称为设备的基座的固定的支撑件可以具有各种形状。在优选实施例中，该支撑件包括厚板形状的主体，该支撑件的其它元件可以连接或形成到该主体上。该支撑件是固定的，这意味着定位设备的部件不引起支撑件的运动。该支撑件可以连接到其中使用该定位设备的系统的另外部件。根据本发明，支撑部分支撑该载体。根据本发明的支撑件优选地不包括载体和支撑件的直接物理接触或者至少在载体和支撑件的主体之间没有直接物理接触。
[0021]用来连接载体和支撑部分的连接装置使得可以执行载体的所需运动，特别地，可以执行载体相对于支撑部分的倾斜。
[0022]用来产生力以影响载体对支撑部分的相对位置的致动装置特别地可以确定载体相对于支撑部分的倾斜角度和/或距离。
[0023]根据本发明，至少一个支承装置被设置用于载体相对于固定部分的倾斜运动，其中该支承装置提供排斥力以便从固定的支撑部分排斥可移动载体。根据本发明的支承装置由至少两个部件制成，其中两个部件的物理接触被阻止。此外，该支承装置的两个部件的形状使得该支承装置的一个部件对该支承装置的另一个部件的相对运动可以被执行而两个部件不接触。特别地，在没有物理接触的情况下，达到一定倾斜角度的支承装置的一个部件在另一个部件中的倾斜将是可能的。此外，根据本发明由支承装置提供排斥力以便从固定的支撑部分排斥可移动的载体。排斥力优选地在两个支承部件之间起作用，其中一个部件部分地插入到另一个部件中。[0024]最后，设置至少一个保持装置，所述至少一个保持装置用来在所述载体和所述支撑部分之间施加张力。也将被称为保留装置的保持装置因此施加力，该力抵消支承装置的排斥力。因此，如下面将详细描述的，支撑件和载体之间的合力可以被调节以在支撑件和载体之间提供希望的距离。该保留装置可以是弹簧(诸如螺旋弹簧)或用来施加张力的任何其它柔性元件。
[0025]通过根据本发明的设备，因此将可以以快速且可靠的方式调节该载体的相对位置，并且因此调节光学元件的位置。该设备内的反作用力、特别地张力和排斥力可以被调节。例如，通过选择施加该力的相应装置的材料和/或尺寸和/或形状，可以实现该调节。由于可调节的反作用力存在于支撑部分和载体之间，因此这些两个部件之间的距离可以被调节以允许在没有摩擦力的情况下的载体的运动，特别地，载体的倾斜。由于可以快速且低能耗地实现位置改变，这种运动或倾斜因此提供该设备的高性能。在激光束偏转的应用中，高性能是特别重要的。
[0026]也将被称为球磁体的第一支承磁体成形为使得其表面的至少一部分具有部分球体(特别地，外部球体)的形状。第一支承磁体可以是实心的部分球体。然而，优选地，第一支承磁体具有碗的形状，其中外表面的至少一部分充当支承表面。这种形状的一个优点是磁体的重量较低，因此有助于定位设备的较低转动惯量。通过在第一支承磁体中提供狭槽或孔，可以进一步减小该磁体的重量。
[0027]也将被称为杯磁体的第二支承磁体成形为使得其表面的至少一部分具有部分空心球体的形状以便至少部分地接收该第一支承磁体的部分球体表面。该部分空心球体可以由实心块体中的腔或凹陷形成。替代地，第二支承磁体可以具有恒定壁厚的碗的形状，其中内表面的至少一部分充当支承表面。
[0028]第一和第二支承磁体的支承表面将不彼此物理接触。因此，磁体的支承表面表示两个磁体之间的距离最小处的磁体的表面。两个支承表面之间的距离也将被称为空气间隙。
[0029]第一和第二支承磁体的支承表面的形状优选地彼此对应。这意味着两个支承表面之间的距离在支承表面的表面区域上是相等的。因此，在运动时，特别地在其中一个磁体倾斜时，两个磁体之间的接触可以避免。此外，可以执行绕一个单个点(这意味着不限于载体的表面内的具体轴线)的载体的倾斜。
[0030]两个支承磁体之间，特别地磁体的支承表面之间的空气间隙由磁体的设计和布置引起。根据本发明，该磁体布置成使得第一和第二支承磁体的相对的磁极彼此面对。因此，两个磁体之间的排斥力存在并且可以产生且维持空气间隙。优选地，支承磁体的支承表面充当磁体的磁极。因此，两个磁体之间的排斥力可以被最大化。
[0031]根据本发明，第一和第二支承磁体是永久磁体。相对于使用电磁支承磁体，磁体的这种选择是有利的，这是由于促进支承装置的布局和操作。特别地，不必使用电流来产生磁排斥力。此外，由于不必提供电源和线圈来在支承磁体之间产生电磁场，该设备可以被设计成紧凑的形式。
[0032]根据优选实施例，定位设备的致动装置与支承装置分离。在这种情况下，分离的装置与支承的部位间隔并且被设置为分离的单元或分离的元件。在优选实施例中，在载体的垂直顶视图中，支承装置位于载体的中心并且致动装置位于该中心的外侧，特别地向着载体的边缘。通过在这种部位提供致动装置，由于到中心的距离将充当杠杆臂，用来改变载体的位置的、由致动装置产生的力可以较小。此外，通过这些部件的间隔的布置，可以避免由支承装置和致动装置产生的力的相互作用。通过将致动装置设置为与支承装置分离的单元或元件，也可以根据它们的希望功能独立地选择支承装置和致动装置的材料、形状和布局。
[0033]第一支承磁体可以与载体成一体地形成，并且第二支承磁体可以与支撑部分成一体地形成。然而，在优选实施例中，至少第一支承磁体是与载体分离的单元并且连接到载体。第一支承磁体特别地连接到载体的底部，这意味着连接到载体的侧部，该侧部与布置光学元件或光学元件的反射表面的载体的侧部相对。而且，第二支承磁体可以是与支撑部分分离的单元并且可以连接到支撑部分。
[0034]通过将第一和第二支承磁体设置为分别与载体和支撑部分分离的单元，载体和支撑部分的材料和布局可以根据它们的功能被选择。特别地，载体可以被设计为包括印刷电路板。第一支承磁体或球磁体可以被设计成使得其重量减小到最小。这可以通过在第一支承磁体中设置狭槽或孔被实现。这个第一支承磁体的重量的减小是有利的，这是由于它将连接到载体，该载体将在该设备内运动，特别地倾斜。
[0035]根据优选实施例，所述致动装置包括用来产生电磁通量以便影响所述载体相对于所述支撑部分的相对位置的装置。通过选择这种类型的致动装置，通过仅仅供应电流可以实现位置改变。此外，这种类型的致动装置是非常敏感的，使得可以快速且精确地实现位置改变。
[0036]用来产生磁场的线圈可以被布置在载体上或中且/或布置在支撑部分上或中。这些线圈可以与布置在另一部件，即支撑部分和/或载体上的相应的磁体一起起作用。在一个实施例中，载体可以例如是与布置在支撑部分上或中的线圈相互作用的磁体。
[0037]在优选实施例中，所述致动装置包括所述载体中或上的至少一个线圈和所述支撑部分中或上的至少一个致动磁体。优选地提供至少两个、并且更优选地至少四个线圈和四个致动磁体。线圈可以布置在正方形或矩形载体的边缘或角部区域上。通过将线圈布置在这些部位中并且相应地布置致动磁体，可以绕至少两个轴线执行载体相对于支撑部分的倾斜，这将在下面再详细描述。
[0038]优选地，所述载体包括至少一个印刷电路板。通过在载体中使用至少一个印刷电路板，用于致动装置的线圈可以被可靠地布置。此外，载体的重量在这个实施例中被最小化。该载体可以由印刷电路板组成。然而，也可能的是，该载体由多于一个印刷电路板组成，这些印刷电路板彼此堆叠。最后，也可以使用一个印刷电路板，该印刷电路板嵌在填埋材料中作为载体。
[0039]如果线圈和致动磁体被设置作为致动装置，则致动磁体优选地布置成穿过载体的线圈。该磁体优选地至少暂时穿过载体的线圈。这种布置是有利的，这是由于线圈和磁体之间的距离可以被保持在最小值，并且因此用来致动、特别地倾斜该载体的电流是小的。如果磁体要布置在相应的线圈下面，则磁体的每一个和它们的相应线圈之间的距离将随着该载体的任何倾斜运动而增加。此外，磁体布置成穿过线圈的实施例具有的优点是，可以从该载体上的光学元件上的单个或近单个旋转点反射到圆锥形或近圆锥形空间中而不受具体的线性轴线限制。
[0040]优选地，至少一个线圈布置在与光学元件间隔的载体的边缘区域中。特别优选的是，将线圈布置在正方形或矩形载体的角部区域。与光学元件间隔的线圈的布置是有利的，这是由于对应于线圈的磁体可以穿过线圈而不被光学元件阻碍。此外，光学元件和线圈之间的距离也防止穿过线圈的磁体的阴影投射到光学元件上。因此，要被该设备偏转的光束或激光束的路径不被磁体中断。
[0041]根据优选实施例，该设备包括位置检测器。通过在该设备中包括位置检测器，该检测器与该设备的其它部件的对齐不必由用户执行。
[0042]优选地，所述位置检测器包括至少一个发射单元和至少一个感测单元。然而，也可以使用其它类型的位置检测器，诸如电容检测器。
[0043]如果使用包括发射单元和感测单元的位置检测器，优选的是，发射单元布置在载体上或中或者布置在支承磁体的一个上或中，并且传感器单元布置在支撑部分上或中或下面或者布置在支承磁体的一个上或中或下面。
[0044]优选地，由载体保持的光学元件具有至少一个反射表面。光学元件可以是例如镜子。反射表面背离载体，使得达到光学元件的光束可以被光学元件反射。
[0045]优选地，背离所述载体的所述光学元件的表面的中心处于单个点而与所述载体相对于所述支撑部分的相对位置无关。因此，可以实现光束或激光束的精确偏转而不必调节光学元件到固定的支撑件的距离。通过该发明的设备将光学元件的中心保持在单个点是可能的，这是由于该支承装置允许载体的枢转而不增加光学元件的中心离固定的支撑部分的距离。
[0046]根据本发明的设备优选地为激光束偏转设备。通过激光束，本发明的优点，特别地，高的性能和紧凑的布局可以被高效地使用，这是由于在有限空间的部位处的激光束的快速且精确的偏转也是强制的。
[0047]根据另外方面，本发明涉及一种用来引导光束、特别地引导激光束的系统，其中该系统的特征在于，它包括根据本发明的至少一个定位设备和至少一个激光源。通过这种系统，可以以高的性能执行激光扫描和其它激光方法。
[0048]参考该发明的定位设备描述的特征和优点也适用于该发明的系统，并且反之亦然。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]下面将参考附图再描述本发明，其中:
[0050]图1示出定位设备的实施例的分解透视图；
[0051]图2示出第一位置中的根据图1的定位设备的实施例的透视图；
[0052]图3示出第一位置中的根据图1的定位设备的实施例的侧视图；
[0053]图4示出第一位置中的根据图1的定位设备的实施例的顶视图；
[0054]图5示出第二位置中的根据图1的定位设备的实施例的透视图；
[0055]图6示出第三位置中的根据图1的定位设备的实施例的透视图；并且
[0056]图7示出第四位置中的根据图1的定位设备的实施例的透视图。
【具体实施方式】
[0057]本发明不限于图中示出的实施例。图中示出的单个特征可以用于一不同的实施例而不必使用在该不同的实施例中的描绘实施例的所有特征。
[0058]根据图1的定位设备I的实施例包括支撑部分10，载体20以及连接装置30。
[0059]支撑部分10具有厚板形状的主体11。在主体11的上侧上，布置四个柱12，该四个柱垂直于主体11的上侧指向。此外，支撑部分10具有中心开口 14和布置在中心开口 14和柱12之间的四个通路13。
[0060]载体20具有薄板的形状，该薄板具有上和下表面。下表面面向支撑部分10。在上表面中，凹陷21被设置用来接收光学元件22。因此，凹陷21的形状对应于光学元件22的形状。在描绘的实施例中，光学元件22和凹陷21具有带圆角的伸长矩形的形状。光学元件22是平面的，具有上反射表面并且在下文也将被称为镜子。光学元件22的厚度对应于或略微大于凹陷21的深度。在凹陷21中，设置四个通路23。在载体20的每一个角部区域中，设置线圈孔24，该线圈孔延伸穿过载体的厚度。在载体20的厚度中，布置至少一个线圈(未示出)。线圈优选地被连接并且至少一个线圈围绕线圈孔24。线圈可以布置在所谓的印刷电路板上并且载体20可以由彼此堆叠的一个或更多个这种印刷电路板组成。
[0061]根据描绘的实施例的连接装置30包括支承装置31和保持装置32。支承装置31由第一支承磁体312和第二支承磁体311组成。在描绘的实施例中，第二支承磁体311是下支承部分并且第一支承磁体312是上支承部分。
[0062]也可以称为杯磁体的第二支承磁体311连接到支撑部分10。在支撑部分10的顶部上，布置缓冲器50，该缓冲器具有圆锥形环的形状。在缓冲器50中，设置中心开口 52和通路51。第二支承磁体311具有圆柱形外侧。在第二支承磁体311的中心，设置中心开口3110。从第二支承磁体311的周边到中心开口 3110，设置内部支承表面3111，该内部支承表面具有部分空心球体的形状。
[0063]也可以被称为球磁体的第一支承磁体312连接或联结到载体20的下表面。第一支承磁体312也具有中心开口 3120。也可以被称为其底侧的第一支承磁体312的外侧具有部分球体的形状。第一支承磁体312的壁厚度在其高度上是恒定的。因此，第一支承磁体312的上侧或内侧具有部分空心球体的形状。在第一支承磁体312的底部，在壁中设置狭槽。这些狭槽用来减小第一支承磁体312的重量。
[0064]图1中示出的实施例的保持装置32包括基座板321，该基座板可以为环形。在基座板321的顶部上，设置下锚固件322。此外，上锚固件320被设置作为保持装置32的一部分。这些上锚固件320被布置在载体20处并且通过载体20的凹陷21中的通路23向下面向。上锚固件320和下锚固件321由保留装置(未示出)连接，该保留装置可以为螺旋弹簧的形状。保留装置从上锚固件320通过缓冲器50中的通路51和支撑部分的主体11中的通路13延伸到下锚固件322。
[0065]定位设备I还包括致动装置。在描绘的实施例中，该装置包括致动磁体40,该致动磁体也将被称为磁体，连接到支撑部分10的柱12和载体20中的线圈(未示出)。致动磁体40布置在柱12的顶部，该致动磁体在定位设备I的安装状态中延伸通过载体20的线圈孔24。因此，磁体40具有管状或管道形状。
[0066]最后，定位设备I还包括位置检测器60。在图1中，仅仅示出作为位置检测器60的一部分的发射装置61。然而，这个实施例中的位置检测器60还包括位置传感器(未示出)，该位置传感器检测由发射装置61发射的检测光束D。传感器光束可以是激光束，但不同于到达光学元件22并且可以被定位设备I偏转的光束。位置传感器可以被布置在支撑部分10的中心开口 14的底部部分中或者在所述中心开口 14的下面。发射装置61理想地安装到载体20的印刷电路板中或者至少连接到载体20使得从发射装置61发射的、也可以被称为感测光束或感测激光束的检测光束D经过安装在支撑部分10下面或中或上的位置传感器或感测装置(未示出)从而感测载体20的精确倾斜。在替代实施例中，所述感测或检测光束或感测或检测激光束D (不是被设备I的所述光学元件22偏转的所述光束或激光束)从安装在支撑部分10下面或中或上的发射装置(未示出)向着安装在载体20的底部或下面的反射部件(未示出)或感测装置(未示出)被发射。在任一情况中，检测光束D经过相应的位置传感器(未示出)并且提供载体20的精确倾斜的位置信号。如下面将更详细地描述的，这种信号可以用于控制要被施加到载体20内的线圈以便倾斜载体20的电流。
[0067]现在将参考图2到7更详细地描述定位设备的操作。
[0068]图2、3和4以不同的视图示出组装的或安装的状态中的定位设备I。在这种状态中，磁体40布置在柱12的上部中并且延伸通过载体的线圈孔24。光学元件22被接收并且可能地连接到载体20中的凹陷21。第一支承磁体312连接到载体20的底表面，并且第一支承磁体312的支承表面3121被接收在第二支承磁体311的支承表面3111中。在这种布置中，第一和第二支承磁体311、312的磁极彼此相对。因此，内部支承表面3111和外部支承表面3121彼此排斥，因此在两个支承表面3111、3121之间产生空气间隙。保持装置32的上和下锚固件322、320之间的保留装置(未示出)在载体20和支撑部分10之间施加张力。这些张力与在两个支承磁体311和312之间起作用的排斥力相反。
[0069]也可以称为倾斜设备的载体20包括:光学元件22，该光学元件可以是镜子；和印刷电路板，该印刷电路板可以被包括在载体20中或者可以形成载体20。载体20浮在由相对的磁极产生的天然磁垫上，该相对的磁极来自于安装到载体20的下侧的部分球体或“球”磁体312和安装到支撑部分10的匹配的空心球体或“杯”磁体311，该支撑部分也可以被称为基座。
[0070]为了防止部分球体或“球”磁体312和匹配的空心球体或“杯”磁体311的相对的磁极迫使包括载体20的印刷电路板和光学元件22的载体20或倾斜设备离开支撑部分10，柔性保持装置(未示出)被固定在上保留锚固件320和下保留锚固件322之间。
[0071]上保留锚固件320在光学元件22下面被安装到载体20中或上，特别地被安装到形成载体20的印刷电路板中或上。下保留锚固件322被安装在支撑部分10下面或中或上，使得柔性保持装置(未示出)被不断施加应力，并且所述应力将随着浮在所述天然磁垫上的载体20的倾斜变松和变紧，在这个实施例中，所述天然磁垫由安装到所述载体20或印刷电路板的下侧的所述部分球体或“球”磁体312和安装在所述支撑部分10上的所述匹配的空心球体或“杯”磁体311的所述相对的磁极产生。
[0072]电流可以通过线圈(未示出)，该线圈被布置在载体20中，特别地被印刷到印刷电路板中，该印刷电路板形成或被包括在载体20中。因此，包围柱12上的固定的磁体40的线圈中的电流产生磁场。通过改变所述线圈的每一个中的电流力和方向，所述载体20可以沿所有方向倾斜以使得入射在载体20中的光学元件22上的光束或激光束转向。
[0073]在最佳实施例中，设备I能够沿所有方向倾斜，同时光学元件22或镜子的中心被保持在单个点，其中该设备包括光学元件22和载体20中的印刷电路板，该载体浮在磁垫上，该磁垫由部分球体或“球”磁体312和匹配的空心球体或“杯”磁体311的相对的磁极产生。
[0074]在替代实施例中，部分球体或“球”磁体312和匹配的空心球体或“杯”磁体311的相对的磁极产生的磁垫可以颠倒使得空气球体或“杯”磁体311安装到载体20的下侧并且匹配的部分球体或“球”磁体312安装到支撑部分10。
[0075]图2描绘平衡位置中的定位设备I的等距视图，其中相等的张力被施加到柔性保持装置(未示出)，并且相等的电流通过印刷到载体20中的印刷电路板中的所述线圈(未示出)。因此，包围所述固定的磁体40的所述线圈中的电流产生相等的磁场以保持包括光学元件22的载体20平行或几乎平行于支撑部分10。光束或激光束(未示出)可以指向光学元件22。进入的光束或激光束在这个实施例中因此理想地以45度角度到达光学元件22的反射表面，并且偏转的光束或激光束然后相对于进入的光束或激光束以45度角度和90度离开光学兀件22的反射表面。
[0076]图5描绘定位设备I的等距视图，其中载体20仅向前倾斜。这个图中的倾斜的方向将被称为X轴线或围绕I轴线倾斜。X轴线与指向光学元件22的进入的光束或激光束的轴线重合。因此，载体20与进入的光束沿相同的轴线倾斜。这种倾斜通过施加相等的电流通过载体20的光束或激光束离开侧上的两个线圈(未示出)被实现，在这个实施例中，该线圈被印刷到印刷电路板(未示出冲。描绘的实施例中的这两个线圈是包围图5中的两个前线圈孔24的线圈。沿相反方向的相等的电流通过载体20的光束或激光束进入侧上的两个线圈(未示出)，在这个实施例中，该线圈被印刷到印刷电路板(未示出冲。描绘的实施例中的这两个线圈是包围图5中的两个后线圈孔24的线圈。在这个实施例中，进入光束或激光束理想地以45度角度到达光学元件22，并且偏转的光束或激光束然后以45度加上设备I的载体20的机械倾斜角度的两倍离开所述光学元件22。
[0077]图6描绘设备I的等距视图，其中载体20仅沿进入光束的横轴线侧向倾斜，该横轴线也将被称为y轴线。该倾斜也可以被称为围绕X轴线的倾斜。这种倾斜通过施加相等的电流通过载体20处的光束或激光束的进入路径的一侧上的两个线圈(未示出)被实现，在这个实施例中，该线圈被印刷到印刷电路板(未示出)中。描绘的实施例中的这些两个线圈是包围图6中的两个左侧线圈孔24的线圈。沿相反方向的相等的电流通过在载体20的相对侧上并且与光束或激光束的进入路径平行的两个线圈(未示出)，在这个实施例中，该线圈被印刷到印刷电路板(未示出冲。描绘的实施例中的这些两个线圈是包围图6中的两个右侧线圈孔24的线圈。在这个实施例中，进入光束或激光束理想地以45度角度到达光学元件22，并且偏转的光束或激光束然后以包括设备I的载体20的横轴线角度的复合角度离开光学元件22。
[0078]图7描绘设备I的等距视图，其中载体20沿X轴线和y轴线的方向倾斜。因此，载体20沿进入光束的轴线并且沿横轴线倾斜。这种倾斜通过施加电流通过包围载体20的前右手侧线圈孔24的前右手侧上的线圈(未示出)被实现，在这个实施例中，该线圈被印刷至Ij印刷电路板(未示出)中。相反方向的电流被施加到后左手侧线圈，该后左手侧线圈包围载体20中的后左手侧线圈孔24。在这个实施例中，进入光束或激光束理想地以45度角度到达所述光学元件22，并以复合的45度加上沿平行于进入光束或激光束的第一轴线(X轴线)的设备I的载体20的机械倾斜角度的两倍和对应于沿垂直于进入光束或激光束的第二轴线(y轴线)的所述载体20的倾斜角度的角度。
[0079]如描绘的实施例中示出的，也可以被称为光束偏转马达的紧凑的定位设备I包括安装到载体20上或中的诸如镜子的光学元件22，该载体可以由印刷电路板(未示出)形成或包括印刷电路板。光学兀件22用于偏转和转向光束或激光束(未不出)的目的。为了这种偏转或转向，电流通过线圈(未示出)，该线圈被印刷到载体20的印刷电路板中或以另外方式布置在载体20中。该线圈包围固定的磁体40并且通过改变该线圈的每一个中的电流，载体20和光学元件22因此可以沿所有方向倾斜以转向所述光束或激光束。
[0080]本发明的布置的优点是，它是通过光束或激光束进入孔口尺寸的高速光束或激光束偏转的非常简洁的方法。此外，该设备仅需要单个镜子并且它不需要线圈绕组，这是由于线圈被包括到载体中，优选地被印刷到载体中的印刷电路板中。此外，用来在与传统单轴线旋转加尔瓦诺马达相同的速度下提供相同水平的偏转角度的该设备需要引起的电流大大减小。“球”和“杯”相反极性磁体支承装置将光学元件(特别地为镜子)的中心维持在单个点或附近，并且因为支承部分之间没有物理接触，因此它不提供共振或磨损。在生产和出厂后校准中，该设备组装简单得多；在安装到光束或激光束输送系统中，它不需要另外的对齐、调整和/或校准。
[0081]附图标记清单
[0082]I定位设备
[0083]10支撑部分
[0084]11 主体
[0085]12 柱
[0086]13 通路
[0087]14中心开口
[0088]20 载体
[0089]21 凹陷
[0090]22光学元件
[0091]23 通路
[0092]24线圈孔
[0093]30连接装置
[0094]31支承装置
[0095]311第二磁体(空心球体或杯)
[0096]3110 中心开口
[0097]3111内部支承表面
[0098]312第一磁体(空心球体或球)
[0099]3120 中心开口
[0100]3121外部支承表面
[0101]32保持装置
[0102]320上锚固件
[0103]321基座板
[0104]322下锚固件[0105]40致动磁体
[0106]50缓冲器
[0107]51通路
[0108]52中心开口[0109]60位置检测器
[0110]61发射装置
[0111]D检测光束
【权利要求】
1.用来定位至少一个光学元件(22)的设备，其中所述设备(I)包括: 用来保持所述光学元件(22)的至少一个可移动载体(20)， 用来支撑所述载体(20)的至少一个固定的支撑部分(10)， 用来连接所述载体和所述支撑部分的连接装置，和 致动装置，所述致动装置用来产生力以影响所述载体(20)相对于所述支撑部分(10)的相对位置， 其特征在于， 所述连接装置包括: 至少一个保持装置(32)，所述至少一个保持装置用来在所述载体(20)和所述支撑部分(10)之间施加张力，和 至少一个支承装置(31 )，其中所述支承装置(31)包括: 第一支承磁体(312)，其中所述第一支承磁体(312)的表面(3121)的至少一部分具有部分球体的形状，和 第二支承磁体(311)，其中所述第二支承磁体(311)的表面(3111)的至少一部分具有部分空心球体的形状以便至少部分地接收所述第一支承磁体(312)的部分球体表面(3121)， 其中所述第一和第二支承磁体(311，312)是永久磁体并且布置成使得所述第一和第二支承磁体(311，312)的相对的磁极彼此面对。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述致动装置与所述支承装置(31)分离。
3.根据权利要求1到2的任何一项的设备，其特征在于，所述第一支承磁体(312)连接到所述载体(20 )或者与所述载体(20 )成一体地形成，并且所述第二支承磁体(311)连接到所述支撑部分(10)或者与所述支撑部分(10)成一体地形成。
4.根据权利要求1到3的任何一项的设备，其特征在于，所述致动装置包括用来产生电磁通量以便影响所述载体(20)相对于所述支撑部分(10)的相对位置的装置。
5.根据权利要求1到4的任何一项的设备，其特征在于，所述致动装置包括所述载体(20)中或上的至少一个线圈和所述支撑部分(10)中或上的至少一个致动磁体(40)。
6.根据权利要求1到5的任何一项的设备，其特征在于，所述载体(20)包括至少一个印刷电路板。
7.根据权利要求5或6的任何一项的设备，其特征在于，所述致动磁体(40)被布置成穿过所述载体(20)的线圈。
8.根据权利要求5到7的任何一项的设备，其特征在于，所述至少一个线圈布置在与所述光学元件(22)间隔的所述载体(20)的边缘区域中。
9.根据权利要求1到8的任何一项的设备，其特征在于，所述设备(I)包括位置检测器(60)。
10.根据权利要求9的设备，其特征在于，所述位置检测器(60)包括至少一个发射单元(61)和至少一个感测单元。
11.根据权利要求10的设备，其特征在于，所述发射单元(61)布置在所述载体(20)上或中或者布置在所述支承磁体(311，312)的一个上或中，并且所述传感器单元布置在所述支撑部分(10)上或中或者布置在所述支承磁体(311，312)的一个上或中。
12.根据权利要求1到11的任何一项的设备，其特征在于，所述光学元件(22)具有至少一个反射表面。
13.根据权利要求1到12的任何一项的设备，其特征在于，所述光学元件(22)的背离所述载体(20)的表面的中心处于单个点而与所述载体(20)相对于所述支撑部分(10)的相对位置无关。
14.根据权利要求1到13的任何一项的设备，其特征在于，所述设备(I)是激光束偏转设备。
15.用来引导光束、特别地用来引导激光束的系统，其特征在于，它包括根据权利要求1到14的任何一项的至少一个定位设备(I)和至少一个激光源。`
【文档编号】G02B7/182GK103620467SQ201180071692
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2011年6月17日 优先权日:2011年6月17日
【发明者】S·哈斯廷斯 申请人:阿巴里斯肯有限公司