专利名称：光学扫描仪的制作方法
技术领域：
本发明针对既具有固定磁铁又具有固定驱动线圈的光学扫描仪。
背景技术：
尽管光学共振扫描仪是公知的，但是它们通常不能以明显高于10kHz的频率维持工作，特别是在包括大孔径反射镜、大扫描角度和/或由厚材料组成的反射镜(以保持动态平直度)的情况下。大多数公知的磁性驱动共振扫描仪包括运动磁铁或运动线圈作为电磁电路部件，所述电磁电路用于产生并维持挠性元件的振荡运动。这些扫描仪中许多都具有与挠性元件有关的高转动惯量，因为电磁驱动部件是以某种方式实体连接到该元件的。因此，高转动惯量使得难以获得许多技术应用中渴望的高共振频率。
还有另一类光学共振扫描仪设计，它既不使用运动磁铁，也不使用运动线圈来产生和维持振荡运动。美国专利No.5,557,444(“’444设计”)体现了这种类型设计的一个例子。
‘444设计使用了两个永久磁铁来驱动反射镜。这些永久磁铁与铁磁性挠性件(ferromagnetic flexure)实体接触。永久磁铁的通量路径从两个磁铁中的每一个经过这段挠性件的长度、经过铁磁性定子并通过铁磁性基座回到磁铁。由于这种通量路径较长，所以有较大的可能性由于铁磁性材料发热而造成涡流产生和驱动效率损耗。
发明内容
本发明克服了现有共振光学扫描仪的若干缺点。本发明的光学扫描仪能够以设计频率或接近设计频率工作，所述设计频率的范围可以从很低到很高(例如超过10kHz)。与现有的共振光学扫描仪相比，它提供了更好的驱动效率而不产生多于的热量。它可以使较大孔径的反射镜或其他有效载荷在大的扫描角度范围上移动。它还可以移动由厚材料制成以保持动态平直度的反射镜。根据本发明制成的扫描仪可以具有多种不同的用途，例如投影显示、打印、光学目标捕获和测距、面照明、光栅图像数据获取、条码读取器、以及其他的医学、军事和消费应用。下面对本发明的优点和特征进行说明。
本发明提供了一种光学扫描仪，包括彼此分开并以铁磁性方式耦合在一起的第一和第二定子；磁铁，相对于定子定位成使得磁铁产生的磁场对称轴与定子基本等距并经过这些定子之间；以及挠性元件，相对于定子和磁铁定位成使得挠性元件的中心点大致与磁铁磁场的对称轴相交，其中挠性元件不与定子或磁铁实体接触。
本发明还提供了一种光学扫描仪，包括铁磁性基座，其上形成有第一和第二定子柱，第一定子柱与第二定子柱彼此基本平行；围绕第一定子柱以第一方向缠绕的第一电线圈；围绕第二定子柱以与第一方向相反的第二方向缠绕的第二电线圈；磁铁，布置在铁磁性基座上，并且位于定子柱之间并与定子柱等距；挠性件，具有第一支撑部分、第二支撑部分以及中心部分，第一支撑部分和第二支撑部分分别安装在第一支撑基座和第二支撑基座上，中心部分布置在定子柱和磁铁上方，中心部分的质心直接位于磁铁以及与定子柱等距的转轴上方；第一定子支撑基座和第二定子支撑基座由非铁磁性材料组成，并且对称地位于铁磁性基座外侧并安装到铁磁性基座，从而为扫描仪提供一体支撑结构；挠性元件，固定在挠性件的中心部分或由其直接制成，在交替驱动信号耦合到第一电线圈和第二电线圈时，挠性元件围绕转轴振荡。
本发明还提供了一种用于使扫描仪的挠性元件振荡的方法，包括使用布置在两个定子之间、挠性元件下方的磁铁产生第一磁路和第二磁路，第一磁路和第二磁路大体上对称并彼此共面，其中，部分磁路具有经过磁铁的共同磁路，磁路中剩余的经过定子的非共路部分彼此相对反向；通过电线圈向所述磁路中之一或二者施加电磁通量，使经过第一磁路的通量增强而使经过第二磁路的通量削弱，并使定子感应的经过磁铁的通量矢量保持不变；以及以规则的频率使定子感应电磁通量的极性逆转，以使挠性元件振荡。
根据下面的说明以及附图，可以更完整地理解本发明的这些以及其他的目的、优点和新颖特征，以及其示例实施例的详细内容。
图1是根据本发明的光学共振扫描仪第一实施例的立体图；图2是图1中光学扫描仪的分解立体图，为了清楚起见未示出挠性固定架；图3是图1中光学扫描仪的电磁驱动部件的分解立体图；图4是图1中光学扫描仪的电磁驱动部件的侧视图，示出了位于中心的磁铁所得的静态(DC)磁通量的磁力线方向。
具体实施例方式
(扫描仪)本发明的共振光学扫描仪100图示于图1-4中。参考图1-图2，扫描仪包括基座板1、2，它们通过公知装置(例如图2所示螺栓17)连接在一起，以对扫描仪100提供机械支撑。末端固定架3、4安装在基座板1、2的相反端。末端固定架也通过公知装置(例如图1-2中所示螺钉16和凹孔22)连接到基座板1、2。或者，基座板1、2和末端固定架3、4可以在一块或两块材料中(即基座板1与末端固定架3形成一块，而基座板2与末端固定架4形成另一块)一体形成。
参考图2，扫描仪100包括连接到末端固定架3、4的挠性件32。挠性件包括挠性元件11，挠性元件11具有磁性并用作扫描仪100的转动元件或振荡元件。挠性元件11包括光反射元件、光发射元件或光检测元件。这样的元件可以通过任何合适的公知方法来制造。例如，可以通过抛光；或者设置金属蒸发膜、多层薄膜反射器、衍射光栅、反射镜或反射表面、一个或多个光发射元件、和/或一个或多个光检测元件来制造。优选为使挠性元件11位于挠性件32的中心部分或其附近。还优选为使挠性件32中含有挠性元件11的中心部分相对于挠性件32长度方向的轴线向外横向突出，以产生大体上椭圆或圆形的俯视形状。
参考图1，挠性件32的优选实施例具有中心部分，所述中心部分经过两个沿转动轴线方向的元件18、19向外延伸。优选地，元件18、19大体上是薄矩形形状。这些元件18、19各自的末端终止于固定片(12、13)。固定片12、13通过合适的公知装置安装到末端固定架3、4。例如，固定片12、13可以由位于末端固定架3、4内提供支撑(未示出)的侧部(reveal)14、15收容，所述支撑卡到固定片12、13；或者，固定片12、13可以焊接或用螺钉连接到末端固定架3、4上。安装装置优选为这样的设计挠性件32刚性安装到末端固定架3、4而不对挠性件32中进行旋转运动的任何部件(例如挠性元件11)施加约束力。
参考图1-4，磁铁9布置在挠性元件11下方并与挠性件32的下侧由气隙隔开。这样的磁铁可以是任何公知磁铁，例如永久磁铁、电磁铁等。优选为将磁铁9直接布置在挠性元件11下方，并使磁铁9的一端25如图4所示面向挠性件32的下侧。还优选为使挠性件32与磁铁9之间的气隙较小，以使来自磁铁9的磁通量可以有效地经过气隙耦合到挠性件32。磁铁9可以是任何合适的公知形状。优选为使磁铁9大体上是柱形。
第一定子柱7和第二定子柱8布置在磁铁9的相对侧。定子电线圈5、6围绕其各自的定子柱7、8沿相反方向缠绕(即以相反方向极化)，形成彼此隔开的两个定子38、40。磁铁9相对于定子38、40定位成使得磁铁9所产生的磁场的对称轴与定子38、40基本上等距并从定子38、40的末端(即定子柱7、8的末端20、21)之间经过。定子柱7、8定位成与挠性件32的长度方向轴线或长轴大体上正交，并与磁铁9和挠性件32大体上等距。定子柱7、8在挠性元件11的位置处以正好达不到挠性件32边缘26、27的方式终止，使得定子柱7、8的末端20、21与挠性件32之间存在气隙。优选为将末端20、21斜切或形成为在它们自身与挠性件32的边缘26、27之间限定出延长的交叠。流经各个气隙的磁场中等大反向的扰动用于对挠性元件11施加扭转力，以使之围绕挠性件32的长度方向轴线转动。挠性元件11相对于定子38、40和磁铁9定位成使得其中心点与磁铁9的磁场对称轴基本相交，而挠性元件11不与定子38、40或磁铁9实体接触。
通量返回杆10布置在基座板1、2之间并优选为卡在它们之间或夹在它们之间。定子柱7、8固定在通量返回杆10上，在定子38、40之间形成磁路。这种设计使得定子38、40虽然彼此分开但如图4所示以铁磁性方式耦合在一起。图1-4示出的通量返回杆10和定子柱7、8是单独的零件。在本发明的可替换实施例中，通量返回杆10和定子柱7、8在一块材料中一体形成。
磁铁9通过公知装置安装到通量返回杆10。例如，参考图3，通量返回杆10中形成凹孔或空腔23用于安装磁铁9。或者，磁铁9和通量返回杆10一体形成于一块材料中。如果愿意，一体形成的零件还可以包括定子柱7、8。
扫描仪100可以根据情况包括合适的公知检测装置(未示出)用于检测挠性元件11的振荡。例如，检测装置可以是光学系统，该系统使光束与挠性件32的下侧相交，该光束反射离开挠性件32并照射到光学检测器上，所述光学检测器能够检测到光束中与挠性元件11的转动角成比例的调制。
挠性元件11、定子柱7和8、磁铁9以及通量返回杆10优选为由(多种)铁磁性材料构成。还优选为挠性件32(包括挠性元件11、元件18、19以及固定片12、13)由单块铁磁性材料构成。但是，本发明并不要求挠性件32的所有元件都由(多种)铁磁性材料构成和/或具有磁性。事实上，只有挠性元件11或者挠性件32中位于挠性元件11下方的中心部分需要由铁磁性材料组成。
任何合适的公知铁磁性材料都可以用于构成扫描仪100的上述部件和/或元件。不过，铁磁性材料优选为从下述成员构成的组中选择不锈钢、镍、钴、铁及其组合。更优选地，铁磁性材料是弹簧钢。例如，在一种优选实施例中，挠性件32由弹簧钢构成，并且是扭转型弹簧，其弹簧常数由其长度、宽度和厚度决定；而定子柱7、8以及通量返回杆10由软铁或烧结铁素体粉末、叠片铁磁性材料(例如有绝缘材料介入其间的多个铁磁性材料薄层)等构成。
在使用薄层结构的铁磁性材料时，薄层厚度的范围优选为每层约0.001英寸到约0.006英寸厚、总的堆叠厚度约为0.1英寸到约1英寸。还优选为通过由合适的公知绝缘材料(例如清漆等)组成的特别薄的层将各个薄层彼此分开。薄层结构的铁磁性材料将涡流形成减至最少，并提供了较高饱和通量密度。
扫描仪100的其余部件可以由(多种)非铁磁性材料构成，因为它们不需要维持或携带任何显著的电磁通量或涡流。基座板1、2以及末端固定架3、4可以由能够对挠性件32进行刚性支撑的任何合适公知材料组成。
(扫描仪的操作)如下面将要说明的，本发明提供了一种用于使共振光学扫描仪的挠性元件振荡的方法，该方法包括采用布置在两个定子之间、挠性元件下方的磁铁产生第一磁路和第二磁路，所述第一磁路和第二磁路大体上彼此对称且共面，其中，部分磁路共享经过磁铁的、共同的磁路，而经过定子的、磁路中剩余的非共同路径彼此反向；经过定子电线圈向两个磁路或其中之一施加电磁通量，从而增强经过第一磁路的通量，而削弱经过第二磁路的通量，并保持定子感应的经过磁铁的通量矢量不变；以规则的频率使定子感应的电磁通量极性逆转，以使挠性元件振荡。
在定子电线圈5、6中没有(多个)驱动信号时，磁铁9沿磁铁9主体限定的方向产生磁通量。如果磁铁9是永久磁铁，则产生的通量是恒定的。如果磁铁9是电磁铁，则流经第一和第二磁路的静态(DC)通量可以任意改变，因此不必改变对定子线圈5、6的驱动即可改变扫描角度范围。设磁铁9的极性方向使得正极(+)向上，则磁铁9产生的磁通量垂直向上行进，穿过挠性件32下方的气隙并进入挠性元件11。参考图4，通量分成基本对称、共面的两部分，即永久磁路30、31，各个磁路(30或31)相对于挠性件32的长度方向轴线沿相反的横向方向流动。除了磁铁9限定的共同磁路以及在某种程度上磁铁9紧挨着的上下方的少部分扫描仪结构之外，经过磁路30、31的永久磁铁通量方向是反向或逆向的。磁路30从磁铁9的顶部磁极25延伸到挠性元件11的近似质心，横向经过挠性元件11的边缘29，穿过气隙，经过定子柱8，然后经过通量返回杆10的一半返回磁铁9的底部磁极24。磁路31从磁铁9的顶部磁极25延伸到挠性元件11的近似质心，然后横向经过挠性元件11的边缘28，穿过气隙，经过定子柱7，然后经过通量返回杆10的另一半返回磁铁9的底部磁极24。因此，磁路30和31经过通量返回杆10在磁铁9的底部汇聚在一起。
上述通量结构在磁铁9的顶部磁极25与挠性元件11之间产生了净吸引力，它趋向于使挠性件32在正常情况下稳定在水平位置。它还产生了两个对称磁路30、31，二者通常是平衡的，但是在向线圈5、6施加(多个)驱动信号时这种平衡可以破坏。
当周期性驱动信号(例如方波)施加到线圈5、6时，产生使挠性元件11在转动轴线A-A附近来回振荡的交替磁场。线圈5、6通常是对称缠绕并对称驱动的。但是，它们的极性可以随着操作彼此相对逆转，使其施加到各自相应磁路的电磁作用不同。更具体地说，线圈6会产生将磁路30中的某些磁感应通量削弱或抵消的电磁通量，如图4中小箭头34所示。相反，在方波达到最大正幅值时，线圈5施加等大但反向的电磁通量，这种电磁通量加到磁路31中的磁感应通量上，如小箭头36所示。当方波向最大正幅值移动时，定子柱7中建立的磁场集中在末端20并穿过中间气隙流入挠性元件的边缘28。该磁场趋向于使磁铁9在边缘28处产生的静态磁通量增强。增强的通量密度使边缘28与末端20之间已有的吸引力增大。同时线圈6在定子柱8中建立相反极性的磁场，该磁场使末端21与挠性元件11的边缘29之间的吸引力减小。在挠性元件11与末端20、21之间造成的这种磁力不平衡产生了围绕中心线A-A的力矩，挠性元件11将沿转矩矢量方向围绕A-A旋转。当方波从最大正值向最大负值转变时，线圈5、6和定子柱7、8建立的电磁场极性逆转(即箭头34、36的方向逆转)，从而对挠性元件11产生符号相反的力矩。因此挠性元件11围绕A-A发生与前述情况方向相反的旋转。旋转频率与施加到线圈5、6的方波频率有关。
如上所述，与定子38、40相关的磁场具有经过磁铁9的共同路径。由于在挠性元件11处定子38、40对磁铁9所得静态磁通量的贡献是等大反向的，所以在磁铁9中定子38、40产生的净通量贡献彼此抵消。因此，由于磁铁9中实际上没有交替的磁通量成分，所以磁铁9中没有明显的涡流。应当注意，对于高频操作，每个线圈5、6的缠绕匝数应当减小，因为这种线圈5、6的电阻抗也随着操作频率而增大。
涡流损耗与用于形成磁路30、31的材料的体电阻率成反比。因此，通过降低定子柱7和8、挠性元件11以及通量杆10的体电阻率，可以减小高频操作时的涡流损耗。例如，可以通过在形成元件7、8、10和/或11时采用铁磁性材料的薄层或烧结粉末，来降低体电阻率。
在经过定子柱7、8的磁路中除了经过磁铁9的共同路径外的所有部分，磁通量的强度都在幅度和方向方面与线圈5、6产生的电磁通量成比例地增大或减小。但是，磁铁9产生的通量以及流经磁铁9的通量从不改变，因为来自定子柱7、8的通量贡献是大小相等、符号相反的，所以在磁铁9中彼此抵消了。因此，从不会与磁铁9的内矫顽磁力对抗，所以磁铁9在其去磁曲线上的工作点是固定的。无论磁铁9是永久磁铁还是具有可调内矫顽磁场强度的电磁铁都是如此。
本发明为基于磁铁的力矩发生器提供了最佳的驱动原理并使之区别于现有技术。例如，在’444设计中，用两个永久磁铁来驱动挠性元件，两个磁铁在挠性件的任一端实体接触。永久磁铁的通量路径方向从两个磁铁中每一个经过挠性件的长度方向，经过定子并通过扫描仪的铁磁性基座而返回对应的磁铁。这种长通量路径使得有较大的可能性由于铁磁性材料发热而造成涡流产生并因此造成驱动效率损耗。电能流经’444设计中公开的定子线圈，反向缠绕的线圈产生的磁通量必定对永久磁铁产生的通量造成对抗或增强，从而使磁铁去磁或重新磁化。尽管这样确实在挠性件上产生了净转矩，但是磁性工作点以扫描仪的频率反复运动，产生了热量、驱动效率损耗并可能对矫顽磁性造成不可逆转的损失。
在本发明中，与’444设计不同，扫描仪100具有静态(DC)磁通量，所述磁通量横向流过挠性件32的长轴方向，经过大致位于各个定子柱(7或8)质心与挠性元件11(优选为位于挠性件32的质心处)之间的很短距离。此外，与’444设计不同，挠性件32中有磁通量流过的元件只是挠性元件11，同时基座板1、2不必由铁磁性材料组成。这种短的通量流动路径以及这些路径的共面性质趋向于使涡流产生以及磁通量短路尽量减少，否则这两种情况都可能由于铁磁性材料发热以及使以磁性方式施加到挠性元件11的扭转力减少而限制驱动效率。
在本发明中，由力在挠性件32上产生转矩，所述力与发送到定子线圈5、6的电功率成比例。振荡的定子线圈功率产生了振荡运动。当功率振荡频率与挠性件32的固有频率匹配时，则可以以较低的驱动功率水平产生较大的角振荡。挠性振荡的性质可能很复杂，因为具有上述俯视形状的挠性件可能以多于一种模式振荡。也可能存在基模的谐振以及更高阶模。不过，可以用适当的数值方法来设计挠性件，以促进一种或谐振模式或另外的谐振模式，或者是模式的组合。在线性扫描仪的情况下，期望的是一阶扭转模式，可以将挠性件设计为使一阶扭转模式的幅度比其他所有模式的幅度至少高一个数量级。
尽管可以采用上述驱动方法来设计共振挠性件，使之对一个或多个期望模式具有期望的基频，但是可能难以精确地以该频率对挠性件进行电磁驱动。这与下述事实有关部分驱动功率，主要是通过装置中承受通量的铁磁性部件中产生的涡流形式，以热量形式损失掉了。涡流产生率与驱动频率的平方成比例，对于标准铁素体材料，驱动功率损耗对涡流发热的比例在10-15kHz范围内开始急剧上升，同时用于有效工作的功率趋近于某个极限。
此外，即使可以以设计频率来驱动共振挠性件，如果铁素体材料中的磁通量密度达到饱和极限(对于标准钢约为18kGauss)，则也可能难以在该频率处得到足够的幅度。对此，所有的基本磁矩(elementary magneticmoment)都定向到一个方向，驱动线圈的电流增大只对感应造成很小的增加或者不造成感应增加，因此只对振荡驱动造成很小的增加或不造成增加。
最后，即使可以以正确的频率、正确的振荡幅值对共振设计的挠性件进行驱动，在这些参数条件下工作也可能不具有足够的寿命(或平均失效时间)。这与选用的(多种)铁磁性材料的疲劳极限有关。大多数铁磁性材料是晶体性质的，反复变形(即使在其弹性极限以内)会造成微裂纹的形成和传播，这可能引起灾难性的失效。
为了解决上述问题，扫描仪100包括用于减少涡流产生的装置，该装置在构成承受可变通量的路径时，使用薄层结构的铁磁性材料而不是固态铁素体材料(纯铁)或晶体材料(钢)。铁磁性材料的薄层性质通过将电连续长度分断成较小的长度而减少了涡流的形成。
另外，扫描仪100包括用于减少磁饱和发生、以使可用的驱动功率包络最大的装置。用于构成可变通量路径的各个薄层由铁磁性材料构成，所述材料具有很高的磁导率，并因此具有很高的饱和通量密度。
最后，扫描仪100在结构上设计为使与边缘效应有关的不期望通量泄漏路径减少。特别是定子末端20、21经过了非常仔细的设计，使得经过气隙和挠性元件11传送的通量最大，而不是末端20、21与磁铁9的上部磁极25之间直接传送的或者在结构的其他任何部分传送的通量最大。单一的磁铁9与两个定子柱7、8彼此接近布置，并且基本上处于挠性件32长轴横向的一个平面内，得到了很短的通量路径，并减少了通量泄漏和涡流产生的可能性。
根据上述设计改进，申请人相信根据本发明制造的扫描仪会表现出很高性能。例如，具有5mm反射镜直径的扫描仪只用不到10W的驱动功率，就可以使光束以16kHz扫过22度(光学扫描角度)以上的角度。在不对上述设计参数进行很大改动的情况下，这种设计就可以扩展到24kHz甚至更高。
权利要求
1.一种光学扫描仪，包括第一定子和第二定子，它们彼此分开并以铁磁性方式耦合在一起；磁铁，所述磁铁相对于所述定子定位成使得所述磁铁产生的磁场的对称轴与所述定子基本等距并从所述定子之间穿过；以及挠性元件，所述挠性元件相对于所述定子和所述磁铁定位成使得所述挠性元件的中心点大体上与所述磁铁的磁场对称轴相交，其中，所述挠性元件不与所述定子或所述磁铁实体接触。
2.根据权利要求1所述的扫描仪，其中，所述挠性元件包括从下述内容构成的组中选择的元件抛光表面、金属蒸发膜、多层薄膜反射器、衍射光栅、反射镜、一个或多个光发射元件、一个或多个光检测元件、以及它们的组合。
3.根据权利要求1或2所述的扫描仪，其中，所述挠性元件中包括的所述元件一体形成于所述挠性件中。
4.根据权利要求1到3中任意一项所述的扫描仪，其中所述扫描仪能够以高于10kHz的频率工作。
5.根据权利要求1到4中任意一项所述的扫描仪，其中，所述第一定子包括第一定子柱和第一定子电线圈；所述第二定子包括第二定子柱和第二定子电线圈；并且所述定子通过通量返回杆以铁磁性方式耦合在一起，所述通量返回杆连接到所述定子和所述磁铁。
6.根据权利要求5所述的扫描仪，其中，所述挠性元件、所述定子柱以及所述通量返回杆由铁磁性材料构成。
7.根据权利要求6所述的扫描仪，其中所述铁磁性材料选自由下列内容构成的组中不锈钢、弹簧钢、镍钴合金、铁、以及它们的组合。
8.根据权利要求5所述的扫描仪，其中，所述定子柱和所述通量返回杆由铁磁性材料构成，所述铁磁性材料选自由下列内容构成的组中薄层结构铁磁性材料、烧结铁素体粉末、以及它们的组合。
9.根据权利要求5所述的扫描仪，还包括第一支撑基座和第二支撑基座，它们安装到所述通量返回杆；挠性件，具有安装到所述第一支撑基座的第一元件和安装到所述第二支撑基座的第二元件；其中，所述挠性件的中心部分包括所述挠性元件，在将交替驱动信号耦合到所述定子电线圈时，所述挠性元件围绕与所述定子等距的转动轴振荡。
10.根据权利要求9所述的扫描仪，其中，所述挠性元件的所述振荡由检测装置检测。
11.根据权利要求10所述的扫描仪，其中，所述检测装置由光学系统组成，藉此使光束与所述挠性件的下侧相交，所述光束反射离开所述下侧并照射到光学检测器上，所述光学检测器能够检测到所述光束的调制，所述调制与所述挠性元件的转角成比例。
12.一种光学扫描仪，包括铁磁性基座，所述铁磁性基座上形成有第一定子柱和第二定子柱，所述第一定子柱与所述第二定子柱彼此基本平行；围绕所述第一定子柱以第一方向缠绕的第一电线圈；围绕所述第二定子柱以与所述第一方向相反的第二方向缠绕的第二电线圈；磁铁，所述磁铁布置在所述铁磁性基座上，并且位于所述定子柱之间并与所述定子柱等距；挠性件，具有第一支撑部分、第二支撑部分以及中心部分，所述第一支撑部分和所述第二支撑部分分别安装在第一支撑基座和第二支撑基座上，所述中心部分布置在所述定子柱和所述磁铁上方，所述中心部分的质心直接位于所述磁铁以及与所述定子柱等距的转轴上方；所述第一定子支撑基座和第二定子支撑基座由非铁磁性材料组成，并且对称地位于所述铁磁性基座外侧并安装到所述铁磁性基座，从而为所述扫描仪提供一体支撑结构；挠性元件，固定在所述挠性件的所述中心部分或由其直接制成，在交替驱动信号耦合到所述第一电线圈和所述第二电线圈时，所述挠性元件围绕所述转轴振荡。
13.根据权利要求12所述的扫描仪，其中，所述磁铁与所述挠性元件之间存在气隙。
14.根据权利要求12或13所述的扫描仪，其中，所述挠性元件与所述第一定子柱之间存在气隙，所述挠性元件与所述第二定子柱之间存在气隙。
15.根据权利要求12到14中任意一项所述的扫描仪，其中，所述挠性元件、所述定子柱由铁磁性材料构成。
16.根据权利要求15所述的扫描仪，其中，所述铁磁性材料选自由下列内容组成的组中不锈钢、弹簧钢、镍钴合金、铁、以及它们的组合。
17.根据权利要求12到16中任意一项所述的扫描仪，其中，所述挠性元件包括从下述内容构成的组中选择的元件抛光表面、金属蒸发膜、多层薄膜反射器、衍射光栅、反射镜、一个或多个光发射元件、一个或多个光检测元件、以及它们的组合。
18.根据权利要求12到18中任意一项所述的扫描仪，其中，所述挠性元件的所述振荡由检测装置检测。
19.根据权利要求18所述的扫描仪，其中，所述检测装置由光学系统组成，藉此使光束与所述挠性件的下侧相交，所述光束反射离开所述下侧并照射到光学检测器上，所述光学检测器能够检测到所述光束的调制，所述调制与所述挠性元件的转角成比例。
20.一种用于使扫描仪的挠性元件振荡的方法，包括使用布置在两个定子之间、所述挠性元件下方的磁铁产生第一磁路和第二磁路，所述第一磁路和所述第二磁路大体上对称并彼此共面，其中，部分所述磁路具有经过所述磁铁的共同磁路，所述磁路中剩余的经过所述定子的非共路部分彼此相对反向；通过电线圈向所述磁路中之一或二者施加电磁通量，使经过所述第一磁路的通量增强而使经过所述第二磁路的通量削弱，并使定子感应的经过所述磁铁的通量矢量保持不变；以及以规则的频率使所述定子感应电磁通量的极性逆转，以使所述挠性元件振荡。
全文摘要
一种光学扫描仪(100)，包括彼此分开并以铁磁性方式耦合在一起的定子(38、40)；磁铁(9)，相对于定子(38、40)定位成使得磁铁(9)产生的磁场的对称轴与定子(38、40)基本等距并从定子(38、40)之间穿过；以及挠性元件(11)，相对于定子(38、40)和磁铁(9)定位成使其中心点大体上与磁铁(9)的磁场对称轴相交，其中，挠性元件(11)不与定子(38、40)或磁铁(9)实体接触。一种用于使扫描仪的挠性元件振荡的方法，包括使用布置在两个定子(38、40)之间、挠性元件(11)下方的磁铁(9)产生两个磁路(30、31)，这两个磁路大体上对称并彼此共面，其中，部分磁路具有经过磁铁(9)的共同磁路，而磁路(30、31)中剩余的经过定子(38、40)的非共路部分彼此相对反向；通过定子电线圈(5、6)向这些磁路(30、31)施加电磁通量，使经过一个磁路(30或31)的通量增强而使经过另一磁路(30或31)的通量削弱，并使定子感应的经过磁铁(9)的通量矢量保持不变；以及以规则的频率使定子感应电磁通量的极性逆转，以使挠性元件(11)振荡。
文档编号G02B26/10GK1977204SQ200580020348
公开日2007年6月6日 申请日期2005年6月28日 优先权日2004年6月29日
发明者尼古拉斯·勒贝尔, 安德里亚斯·罗斯, 马克·吉特林, 大卫·梅尔维尔 申请人:尼古拉斯·勒贝尔, 安德里亚斯·罗斯, 马克·吉特林, 大卫·梅尔维尔