用來引導(dǎo)光束的定位設(shè)備和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用來定位至少一個光學(xué)元件（22）的設(shè)備，其中所述設(shè)備（1）包括：用來保持所述光學(xué)元件（22）的至少一個可移動載體（20），用來支撐所述載體（20）的至少一個固定的支撐部分（10），用來連接所述載體和所述支撐部分的連接裝置，和致動裝置，所述致動裝置用來產(chǎn)生力以影響所述載體（20）相對于所述支撐部分（10）的相對位置。所述設(shè)備（1）的特征在于，所述連接裝置包括：至少一個保持裝置（32），所述至少一個保持裝置用來在所述載體（20）和所述支撐部分（10）之間施加張力；和至少一個支承裝置（31），其中所述支承裝置（31）包括：第一支承磁體（312），其中所述第一支承磁體（312）的表面（3121）的至少一部分具有部分球體的形狀，和第二支承磁體（311），其中所述第二支承磁體（311）的表面（3111）的至少一部分具有部分空心球體的形狀以便至少部分地接收所述第一支承磁體（312）的部分球體表面（3121），其中所述第一和第二支承磁體（311，312）是永久磁體并且布置成使得所述第一和第二支承磁體（311，312）的相對的磁極彼此面對。而且公開一種用來引導(dǎo)光束、特別地用來引導(dǎo)激光束的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個公開的定位設(shè)備。
【專利說明】用來引導(dǎo)光束的定位設(shè)備和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用來定位光學(xué)器件，特別地用來定位至少一個光學(xué)元件的定位設(shè)備，并且涉及一種使用定位設(shè)備用來引導(dǎo)光束，特別地用來引導(dǎo)激光束的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，諸如激光束的電磁波光束的使用已經(jīng)應(yīng)用于各種【技術(shù)領(lǐng)域】。除了物體的掃描或標(biāo)記，工具的機(jī)加工和醫(yī)療目前也使用電磁波。這些應(yīng)用的每一個要求將光束精確地引導(dǎo)到指定的目標(biāo)。光束的引導(dǎo)通常由偏轉(zhuǎn)裝置執(zhí)行，該偏轉(zhuǎn)裝置包括一個或更多個偏轉(zhuǎn)元件。在US2002/0181851A1中的現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出用來控制偏轉(zhuǎn)裝置的運(yùn)動的一種方法，US2002/0181851A1公開一種用來控制元件的運(yùn)動的設(shè)備。該設(shè)備包括可移動的構(gòu)件和固定的構(gòu)件。可移動的構(gòu)件包括磁性元件并且固定的構(gòu)件包括磁性可穿透定子元件。磁性牽引力跨越磁性元件和定子元件之間的空氣間隙起作用并且因此將可移動的構(gòu)件推向固定的構(gòu)件。此外，定子電流線圈纏繞到定子的若干部分上。通過線圈的電流產(chǎn)生的電磁力作用在磁性元件上，從而以可控制的方式移動可移動的構(gòu)件。
[0003]這種已知設(shè)備的一個缺點是，相當(dāng)大的摩擦力出現(xiàn)在可移動的構(gòu)件和固定的構(gòu)件之間。因此，該設(shè)備的性能不是令人滿意的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的問題是提供一種用來定位光學(xué)器件、特別地用來定位至少一個光學(xué)元件的設(shè)備，其中所述設(shè)備提供高的性能。
[0005]本發(fā)明基于以下發(fā)現(xiàn):這個問題可以由一種設(shè)備解決，其中可移動的載體和固定的支撐部分之間的物理接觸的區(qū)域被最小化。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該問題通過一種用來定位至少一個光學(xué)元件的設(shè)備被解決，其中該設(shè)備包括:
[0007]用來保持光學(xué)元件的至少一個可移動載體，
[0008]用來支撐載體的至少一個固定的支撐部分，
[0009]用來連接載體和支撐部分的連接裝置，和
[0010]致動裝置，該致動裝置用來產(chǎn)生力以影響載體對支撐部分的相對位置。
[0011]該設(shè)備的特征在于，該連接裝置包括:
[0012]至少一個保持裝置，所述至少一個保持裝置用來在所述載體和所述支撐部分之間施加張力，和
[0013]至少一個支承裝置，其中所述支承裝置包括:
[0014]第一支承磁體,其中所述第一支承磁體的表面的至少一部分具有部分球體的形狀，和
[0015]第二支承磁體，其中所述第二支承磁體的表面的至少一部分具有部分空心球體的形狀以便至少部分地接收所述第一支承磁體的部分球體表面，[0016]其中所述第一和第二支承磁體是永久磁體并且布置成使得所述第一和第二支承磁體的相對的磁極彼此面對。
[0017]下面也將被稱為設(shè)備的本發(fā)明的定位設(shè)備也可以稱為馬達(dá)。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件可以是光學(xué)裝置的一部分。特別地，光學(xué)元件可以是反射且/或衍射偏轉(zhuǎn)元件，諸如鏡子、透鏡等等。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件的定位包括光學(xué)元件繞至少一個、優(yōu)選地至少兩個軸線的旋轉(zhuǎn)。此外，光學(xué)元件沿第三軸線的橫向運(yùn)動可以被光學(xué)元件的定位包括。光學(xué)元件的定位優(yōu)選地為暫時定位。特別地，光學(xué)元件的位置可以被保持在設(shè)定位置且/或被該設(shè)備改變。光學(xué)元件的位置優(yōu)選地為光學(xué)元件相對于光束(特別地為激光束)的相對位置。優(yōu)選地，這個位置由光學(xué)元件的表面相對于光束的方向的角度限定。此外，該位置可以包括向著光束的源(特別地為激光源)或反射構(gòu)件的光學(xué)元件的表面的距離，其中光束從該反射構(gòu)件被反射向該發(fā)明的設(shè)備的光學(xué)元件。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，該定位設(shè)備包括:用來保持光學(xué)元件的至少一個可移動載體，用來支撐載體的至少一個固定的支撐部分，用來連接載體和支撐部分的連接裝置，和致動裝置，該致動裝置用來產(chǎn)生力以影響載體對支撐部分的相對位置。
[0019]可移動的載體優(yōu)選地具有板的形狀，特別地具有平面的板的形狀。光學(xué)元件可以連接到該載體上或者可以插入到該載體中。在后者情況中，用來接收光學(xué)元件的凹陷優(yōu)選地布置在該載體的一個表面中。而且，在這種情況中，光學(xué)元件將優(yōu)選地連接(例如附著)到載體。該載體代表該設(shè)備的可移動的或傾斜部分。特別地，該載體可以相對于該設(shè)備的固定的支撐部分傾斜。這種傾斜是繞至少一個軸線、優(yōu)選地繞至少兩個或更多個軸線的旋轉(zhuǎn)，所述軸線可以在光學(xué)元件的表面內(nèi)沿穿過光學(xué)元件的單個中心點的任何方向延伸。通過該發(fā)明的定位設(shè)備的定位不預(yù)期繞垂直于光學(xué)元件的表面的軸線的旋轉(zhuǎn)。
[0020]也可以被稱為設(shè)備的基座的固定的支撐件可以具有各種形狀。在優(yōu)選實施例中，該支撐件包括厚板形狀的主體，該支撐件的其它元件可以連接或形成到該主體上。該支撐件是固定的，這意味著定位設(shè)備的部件不引起支撐件的運(yùn)動。該支撐件可以連接到其中使用該定位設(shè)備的系統(tǒng)的另外部件。根據(jù)本發(fā)明，支撐部分支撐該載體。根據(jù)本發(fā)明的支撐件優(yōu)選地不包括載體和支撐件的直接物理接觸或者至少在載體和支撐件的主體之間沒有直接物理接觸。
[0021]用來連接載體和支撐部分的連接裝置使得可以執(zhí)行載體的所需運(yùn)動，特別地，可以執(zhí)行載體相對于支撐部分的傾斜。
[0022]用來產(chǎn)生力以影響載體對支撐部分的相對位置的致動裝置特別地可以確定載體相對于支撐部分的傾斜角度和/或距離。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，至少一個支承裝置被設(shè)置用于載體相對于固定部分的傾斜運(yùn)動，其中該支承裝置提供排斥力以便從固定的支撐部分排斥可移動載體。根據(jù)本發(fā)明的支承裝置由至少兩個部件制成，其中兩個部件的物理接觸被阻止。此外，該支承裝置的兩個部件的形狀使得該支承裝置的一個部件對該支承裝置的另一個部件的相對運(yùn)動可以被執(zhí)行而兩個部件不接觸。特別地，在沒有物理接觸的情況下，達(dá)到一定傾斜角度的支承裝置的一個部件在另一個部件中的傾斜將是可能的。此外，根據(jù)本發(fā)明由支承裝置提供排斥力以便從固定的支撐部分排斥可移動的載體。排斥力優(yōu)選地在兩個支承部件之間起作用，其中一個部件部分地插入到另一個部件中。[0024]最后，設(shè)置至少一個保持裝置，所述至少一個保持裝置用來在所述載體和所述支撐部分之間施加張力。也將被稱為保留裝置的保持裝置因此施加力，該力抵消支承裝置的排斥力。因此，如下面將詳細(xì)描述的，支撐件和載體之間的合力可以被調(diào)節(jié)以在支撐件和載體之間提供希望的距離。該保留裝置可以是彈簧(諸如螺旋彈簧)或用來施加張力的任何其它柔性元件。
[0025]通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，因此將可以以快速且可靠的方式調(diào)節(jié)該載體的相對位置，并且因此調(diào)節(jié)光學(xué)元件的位置。該設(shè)備內(nèi)的反作用力、特別地張力和排斥力可以被調(diào)節(jié)。例如，通過選擇施加該力的相應(yīng)裝置的材料和/或尺寸和/或形狀，可以實現(xiàn)該調(diào)節(jié)。由于可調(diào)節(jié)的反作用力存在于支撐部分和載體之間，因此這些兩個部件之間的距離可以被調(diào)節(jié)以允許在沒有摩擦力的情況下的載體的運(yùn)動，特別地，載體的傾斜。由于可以快速且低能耗地實現(xiàn)位置改變，這種運(yùn)動或傾斜因此提供該設(shè)備的高性能。在激光束偏轉(zhuǎn)的應(yīng)用中，高性能是特別重要的。
[0026]也將被稱為球磁體的第一支承磁體成形為使得其表面的至少一部分具有部分球體(特別地，外部球體)的形狀。第一支承磁體可以是實心的部分球體。然而，優(yōu)選地，第一支承磁體具有碗的形狀，其中外表面的至少一部分充當(dāng)支承表面。這種形狀的一個優(yōu)點是磁體的重量較低，因此有助于定位設(shè)備的較低轉(zhuǎn)動慣量。通過在第一支承磁體中提供狹槽或孔，可以進(jìn)一步減小該磁體的重量。
[0027]也將被稱為杯磁體的第二支承磁體成形為使得其表面的至少一部分具有部分空心球體的形狀以便至少部分地接收該第一支承磁體的部分球體表面。該部分空心球體可以由實心塊體中的腔或凹陷形成。替代地，第二支承磁體可以具有恒定壁厚的碗的形狀，其中內(nèi)表面的至少一部分充當(dāng)支承表面。
[0028]第一和第二支承磁體的支承表面將不彼此物理接觸。因此，磁體的支承表面表示兩個磁體之間的距離最小處的磁體的表面。兩個支承表面之間的距離也將被稱為空氣間隙。
[0029]第一和第二支承磁體的支承表面的形狀優(yōu)選地彼此對應(yīng)。這意味著兩個支承表面之間的距離在支承表面的表面區(qū)域上是相等的。因此，在運(yùn)動時，特別地在其中一個磁體傾斜時，兩個磁體之間的接觸可以避免。此外，可以執(zhí)行繞一個單個點(這意味著不限于載體的表面內(nèi)的具體軸線)的載體的傾斜。
[0030]兩個支承磁體之間，特別地磁體的支承表面之間的空氣間隙由磁體的設(shè)計和布置引起。根據(jù)本發(fā)明，該磁體布置成使得第一和第二支承磁體的相對的磁極彼此面對。因此，兩個磁體之間的排斥力存在并且可以產(chǎn)生且維持空氣間隙。優(yōu)選地，支承磁體的支承表面充當(dāng)磁體的磁極。因此，兩個磁體之間的排斥力可以被最大化。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，第一和第二支承磁體是永久磁體。相對于使用電磁支承磁體，磁體的這種選擇是有利的，這是由于促進(jìn)支承裝置的布局和操作。特別地，不必使用電流來產(chǎn)生磁排斥力。此外，由于不必提供電源和線圈來在支承磁體之間產(chǎn)生電磁場，該設(shè)備可以被設(shè)計成緊湊的形式。
[0032]根據(jù)優(yōu)選實施例，定位設(shè)備的致動裝置與支承裝置分離。在這種情況下，分離的裝置與支承的部位間隔并且被設(shè)置為分離的單元或分離的元件。在優(yōu)選實施例中，在載體的垂直頂視圖中，支承裝置位于載體的中心并且致動裝置位于該中心的外側(cè)，特別地向著載體的邊緣。通過在這種部位提供致動裝置，由于到中心的距離將充當(dāng)杠桿臂，用來改變載體的位置的、由致動裝置產(chǎn)生的力可以較小。此外，通過這些部件的間隔的布置，可以避免由支承裝置和致動裝置產(chǎn)生的力的相互作用。通過將致動裝置設(shè)置為與支承裝置分離的單元或元件，也可以根據(jù)它們的希望功能獨立地選擇支承裝置和致動裝置的材料、形狀和布局。
[0033]第一支承磁體可以與載體成一體地形成，并且第二支承磁體可以與支撐部分成一體地形成。然而，在優(yōu)選實施例中，至少第一支承磁體是與載體分離的單元并且連接到載體。第一支承磁體特別地連接到載體的底部，這意味著連接到載體的側(cè)部，該側(cè)部與布置光學(xué)元件或光學(xué)元件的反射表面的載體的側(cè)部相對。而且，第二支承磁體可以是與支撐部分分離的單元并且可以連接到支撐部分。
[0034]通過將第一和第二支承磁體設(shè)置為分別與載體和支撐部分分離的單元，載體和支撐部分的材料和布局可以根據(jù)它們的功能被選擇。特別地，載體可以被設(shè)計為包括印刷電路板。第一支承磁體或球磁體可以被設(shè)計成使得其重量減小到最小。這可以通過在第一支承磁體中設(shè)置狹槽或孔被實現(xiàn)。這個第一支承磁體的重量的減小是有利的，這是由于它將連接到載體，該載體將在該設(shè)備內(nèi)運(yùn)動，特別地傾斜。
[0035]根據(jù)優(yōu)選實施例，所述致動裝置包括用來產(chǎn)生電磁通量以便影響所述載體相對于所述支撐部分的相對位置的裝置。通過選擇這種類型的致動裝置，通過僅僅供應(yīng)電流可以實現(xiàn)位置改變。此外，這種類型的致動裝置是非常敏感的，使得可以快速且精確地實現(xiàn)位置改變。
[0036]用來產(chǎn)生磁場的線圈可以被布置在載體上或中且/或布置在支撐部分上或中。這些線圈可以與布置在另一部件，即支撐部分和/或載體上的相應(yīng)的磁體一起起作用。在一個實施例中，載體可以例如是與布置在支撐部分上或中的線圈相互作用的磁體。
[0037]在優(yōu)選實施例中，所述致動裝置包括所述載體中或上的至少一個線圈和所述支撐部分中或上的至少一個致動磁體。優(yōu)選地提供至少兩個、并且更優(yōu)選地至少四個線圈和四個致動磁體。線圈可以布置在正方形或矩形載體的邊緣或角部區(qū)域上。通過將線圈布置在這些部位中并且相應(yīng)地布置致動磁體，可以繞至少兩個軸線執(zhí)行載體相對于支撐部分的傾斜，這將在下面再詳細(xì)描述。
[0038]優(yōu)選地，所述載體包括至少一個印刷電路板。通過在載體中使用至少一個印刷電路板，用于致動裝置的線圈可以被可靠地布置。此外，載體的重量在這個實施例中被最小化。該載體可以由印刷電路板組成。然而，也可能的是，該載體由多于一個印刷電路板組成，這些印刷電路板彼此堆疊。最后，也可以使用一個印刷電路板，該印刷電路板嵌在填埋材料中作為載體。
[0039]如果線圈和致動磁體被設(shè)置作為致動裝置，則致動磁體優(yōu)選地布置成穿過載體的線圈。該磁體優(yōu)選地至少暫時穿過載體的線圈。這種布置是有利的，這是由于線圈和磁體之間的距離可以被保持在最小值，并且因此用來致動、特別地傾斜該載體的電流是小的。如果磁體要布置在相應(yīng)的線圈下面，則磁體的每一個和它們的相應(yīng)線圈之間的距離將隨著該載體的任何傾斜運(yùn)動而增加。此外，磁體布置成穿過線圈的實施例具有的優(yōu)點是，可以從該載體上的光學(xué)元件上的單個或近單個旋轉(zhuǎn)點反射到圓錐形或近圓錐形空間中而不受具體的線性軸線限制。
[0040]優(yōu)選地，至少一個線圈布置在與光學(xué)元件間隔的載體的邊緣區(qū)域中。特別優(yōu)選的是，將線圈布置在正方形或矩形載體的角部區(qū)域。與光學(xué)元件間隔的線圈的布置是有利的，這是由于對應(yīng)于線圈的磁體可以穿過線圈而不被光學(xué)元件阻礙。此外，光學(xué)元件和線圈之間的距離也防止穿過線圈的磁體的陰影投射到光學(xué)元件上。因此，要被該設(shè)備偏轉(zhuǎn)的光束或激光束的路徑不被磁體中斷。
[0041]根據(jù)優(yōu)選實施例，該設(shè)備包括位置檢測器。通過在該設(shè)備中包括位置檢測器，該檢測器與該設(shè)備的其它部件的對齊不必由用戶執(zhí)行。
[0042]優(yōu)選地，所述位置檢測器包括至少一個發(fā)射單元和至少一個感測單元。然而，也可以使用其它類型的位置檢測器，諸如電容檢測器。
[0043]如果使用包括發(fā)射單元和感測單元的位置檢測器，優(yōu)選的是，發(fā)射單元布置在載體上或中或者布置在支承磁體的一個上或中，并且傳感器單元布置在支撐部分上或中或下面或者布置在支承磁體的一個上或中或下面。
[0044]優(yōu)選地，由載體保持的光學(xué)元件具有至少一個反射表面。光學(xué)元件可以是例如鏡子。反射表面背離載體，使得達(dá)到光學(xué)元件的光束可以被光學(xué)元件反射。
[0045]優(yōu)選地，背離所述載體的所述光學(xué)元件的表面的中心處于單個點而與所述載體相對于所述支撐部分的相對位置無關(guān)。因此，可以實現(xiàn)光束或激光束的精確偏轉(zhuǎn)而不必調(diào)節(jié)光學(xué)元件到固定的支撐件的距離。通過該發(fā)明的設(shè)備將光學(xué)元件的中心保持在單個點是可能的，這是由于該支承裝置允許載體的樞轉(zhuǎn)而不增加光學(xué)元件的中心離固定的支撐部分的距離。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備優(yōu)選地為激光束偏轉(zhuǎn)設(shè)備。通過激光束，本發(fā)明的優(yōu)點，特別地，高的性能和緊湊的布局可以被高效地使用，這是由于在有限空間的部位處的激光束的快速且精確的偏轉(zhuǎn)也是強(qiáng)制的。
[0047]根據(jù)另外方面，本發(fā)明涉及一種用來引導(dǎo)光束、特別地引導(dǎo)激光束的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)的特征在于，它包括根據(jù)本發(fā)明的至少一個定位設(shè)備和至少一個激光源。通過這種系統(tǒng)，可以以高的性能執(zhí)行激光掃描和其它激光方法。
[0048]參考該發(fā)明的定位設(shè)備描述的特征和優(yōu)點也適用于該發(fā)明的系統(tǒng)，并且反之亦然。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]下面將參考附圖再描述本發(fā)明，其中:
[0050]圖1示出定位設(shè)備的實施例的分解透視圖；
[0051]圖2示出第一位置中的根據(jù)圖1的定位設(shè)備的實施例的透視圖；
[0052]圖3示出第一位置中的根據(jù)圖1的定位設(shè)備的實施例的側(cè)視圖；
[0053]圖4示出第一位置中的根據(jù)圖1的定位設(shè)備的實施例的頂視圖；
[0054]圖5示出第二位置中的根據(jù)圖1的定位設(shè)備的實施例的透視圖；
[0055]圖6示出第三位置中的根據(jù)圖1的定位設(shè)備的實施例的透視圖；并且
[0056]圖7示出第四位置中的根據(jù)圖1的定位設(shè)備的實施例的透視圖。
【具體實施方式】
[0057]本發(fā)明不限于圖中示出的實施例。圖中示出的單個特征可以用于一不同的實施例而不必使用在該不同的實施例中的描繪實施例的所有特征。
[0058]根據(jù)圖1的定位設(shè)備I的實施例包括支撐部分10，載體20以及連接裝置30。
[0059]支撐部分10具有厚板形狀的主體11。在主體11的上側(cè)上，布置四個柱12，該四個柱垂直于主體11的上側(cè)指向。此外，支撐部分10具有中心開口 14和布置在中心開口 14和柱12之間的四個通路13。
[0060]載體20具有薄板的形狀，該薄板具有上和下表面。下表面面向支撐部分10。在上表面中，凹陷21被設(shè)置用來接收光學(xué)元件22。因此，凹陷21的形狀對應(yīng)于光學(xué)元件22的形狀。在描繪的實施例中，光學(xué)元件22和凹陷21具有帶圓角的伸長矩形的形狀。光學(xué)元件22是平面的，具有上反射表面并且在下文也將被稱為鏡子。光學(xué)元件22的厚度對應(yīng)于或略微大于凹陷21的深度。在凹陷21中，設(shè)置四個通路23。在載體20的每一個角部區(qū)域中，設(shè)置線圈孔24，該線圈孔延伸穿過載體的厚度。在載體20的厚度中，布置至少一個線圈(未示出)。線圈優(yōu)選地被連接并且至少一個線圈圍繞線圈孔24。線圈可以布置在所謂的印刷電路板上并且載體20可以由彼此堆疊的一個或更多個這種印刷電路板組成。
[0061]根據(jù)描繪的實施例的連接裝置30包括支承裝置31和保持裝置32。支承裝置31由第一支承磁體312和第二支承磁體311組成。在描繪的實施例中，第二支承磁體311是下支承部分并且第一支承磁體312是上支承部分。
[0062]也可以稱為杯磁體的第二支承磁體311連接到支撐部分10。在支撐部分10的頂部上，布置緩沖器50，該緩沖器具有圓錐形環(huán)的形狀。在緩沖器50中，設(shè)置中心開口 52和通路51。第二支承磁體311具有圓柱形外側(cè)。在第二支承磁體311的中心，設(shè)置中心開口3110。從第二支承磁體311的周邊到中心開口 3110，設(shè)置內(nèi)部支承表面3111，該內(nèi)部支承表面具有部分空心球體的形狀。
[0063]也可以被稱為球磁體的第一支承磁體312連接或聯(lián)結(jié)到載體20的下表面。第一支承磁體312也具有中心開口 3120。也可以被稱為其底側(cè)的第一支承磁體312的外側(cè)具有部分球體的形狀。第一支承磁體312的壁厚度在其高度上是恒定的。因此，第一支承磁體312的上側(cè)或內(nèi)側(cè)具有部分空心球體的形狀。在第一支承磁體312的底部，在壁中設(shè)置狹槽。這些狹槽用來減小第一支承磁體312的重量。
[0064]圖1中示出的實施例的保持裝置32包括基座板321，該基座板可以為環(huán)形。在基座板321的頂部上，設(shè)置下錨固件322。此外，上錨固件320被設(shè)置作為保持裝置32的一部分。這些上錨固件320被布置在載體20處并且通過載體20的凹陷21中的通路23向下面向。上錨固件320和下錨固件321由保留裝置(未示出)連接，該保留裝置可以為螺旋彈簧的形狀。保留裝置從上錨固件320通過緩沖器50中的通路51和支撐部分的主體11中的通路13延伸到下錨固件322。
[0065]定位設(shè)備I還包括致動裝置。在描繪的實施例中，該裝置包括致動磁體40,該致動磁體也將被稱為磁體，連接到支撐部分10的柱12和載體20中的線圈(未示出)。致動磁體40布置在柱12的頂部，該致動磁體在定位設(shè)備I的安裝狀態(tài)中延伸通過載體20的線圈孔24。因此，磁體40具有管狀或管道形狀。
[0066]最后，定位設(shè)備I還包括位置檢測器60。在圖1中，僅僅示出作為位置檢測器60的一部分的發(fā)射裝置61。然而，這個實施例中的位置檢測器60還包括位置傳感器(未示出)，該位置傳感器檢測由發(fā)射裝置61發(fā)射的檢測光束D。傳感器光束可以是激光束，但不同于到達(dá)光學(xué)元件22并且可以被定位設(shè)備I偏轉(zhuǎn)的光束。位置傳感器可以被布置在支撐部分10的中心開口 14的底部部分中或者在所述中心開口 14的下面。發(fā)射裝置61理想地安裝到載體20的印刷電路板中或者至少連接到載體20使得從發(fā)射裝置61發(fā)射的、也可以被稱為感測光束或感測激光束的檢測光束D經(jīng)過安裝在支撐部分10下面或中或上的位置傳感器或感測裝置(未示出)從而感測載體20的精確傾斜。在替代實施例中，所述感測或檢測光束或感測或檢測激光束D (不是被設(shè)備I的所述光學(xué)元件22偏轉(zhuǎn)的所述光束或激光束)從安裝在支撐部分10下面或中或上的發(fā)射裝置(未示出)向著安裝在載體20的底部或下面的反射部件(未示出)或感測裝置(未示出)被發(fā)射。在任一情況中，檢測光束D經(jīng)過相應(yīng)的位置傳感器(未示出)并且提供載體20的精確傾斜的位置信號。如下面將更詳細(xì)地描述的，這種信號可以用于控制要被施加到載體20內(nèi)的線圈以便傾斜載體20的電流。
[0067]現(xiàn)在將參考圖2到7更詳細(xì)地描述定位設(shè)備的操作。
[0068]圖2、3和4以不同的視圖示出組裝的或安裝的狀態(tài)中的定位設(shè)備I。在這種狀態(tài)中，磁體40布置在柱12的上部中并且延伸通過載體的線圈孔24。光學(xué)元件22被接收并且可能地連接到載體20中的凹陷21。第一支承磁體312連接到載體20的底表面，并且第一支承磁體312的支承表面3121被接收在第二支承磁體311的支承表面3111中。在這種布置中，第一和第二支承磁體311、312的磁極彼此相對。因此，內(nèi)部支承表面3111和外部支承表面3121彼此排斥，因此在兩個支承表面3111、3121之間產(chǎn)生空氣間隙。保持裝置32的上和下錨固件322、320之間的保留裝置(未示出)在載體20和支撐部分10之間施加張力。這些張力與在兩個支承磁體311和312之間起作用的排斥力相反。
[0069]也可以稱為傾斜設(shè)備的載體20包括:光學(xué)元件22，該光學(xué)元件可以是鏡子；和印刷電路板，該印刷電路板可以被包括在載體20中或者可以形成載體20。載體20浮在由相對的磁極產(chǎn)生的天然磁墊上，該相對的磁極來自于安裝到載體20的下側(cè)的部分球體或“球”磁體312和安裝到支撐部分10的匹配的空心球體或“杯”磁體311，該支撐部分也可以被稱為基座。
[0070]為了防止部分球體或“球”磁體312和匹配的空心球體或“杯”磁體311的相對的磁極迫使包括載體20的印刷電路板和光學(xué)元件22的載體20或傾斜設(shè)備離開支撐部分10，柔性保持裝置(未示出)被固定在上保留錨固件320和下保留錨固件322之間。
[0071]上保留錨固件320在光學(xué)元件22下面被安裝到載體20中或上，特別地被安裝到形成載體20的印刷電路板中或上。下保留錨固件322被安裝在支撐部分10下面或中或上，使得柔性保持裝置(未示出)被不斷施加應(yīng)力，并且所述應(yīng)力將隨著浮在所述天然磁墊上的載體20的傾斜變松和變緊，在這個實施例中，所述天然磁墊由安裝到所述載體20或印刷電路板的下側(cè)的所述部分球體或“球”磁體312和安裝在所述支撐部分10上的所述匹配的空心球體或“杯”磁體311的所述相對的磁極產(chǎn)生。
[0072]電流可以通過線圈(未示出)，該線圈被布置在載體20中，特別地被印刷到印刷電路板中，該印刷電路板形成或被包括在載體20中。因此，包圍柱12上的固定的磁體40的線圈中的電流產(chǎn)生磁場。通過改變所述線圈的每一個中的電流力和方向，所述載體20可以沿所有方向傾斜以使得入射在載體20中的光學(xué)元件22上的光束或激光束轉(zhuǎn)向。
[0073]在最佳實施例中，設(shè)備I能夠沿所有方向傾斜，同時光學(xué)元件22或鏡子的中心被保持在單個點，其中該設(shè)備包括光學(xué)元件22和載體20中的印刷電路板，該載體浮在磁墊上，該磁墊由部分球體或“球”磁體312和匹配的空心球體或“杯”磁體311的相對的磁極產(chǎn)生。
[0074]在替代實施例中，部分球體或“球”磁體312和匹配的空心球體或“杯”磁體311的相對的磁極產(chǎn)生的磁墊可以顛倒使得空氣球體或“杯”磁體311安裝到載體20的下側(cè)并且匹配的部分球體或“球”磁體312安裝到支撐部分10。
[0075]圖2描繪平衡位置中的定位設(shè)備I的等距視圖，其中相等的張力被施加到柔性保持裝置(未示出)，并且相等的電流通過印刷到載體20中的印刷電路板中的所述線圈(未示出)。因此，包圍所述固定的磁體40的所述線圈中的電流產(chǎn)生相等的磁場以保持包括光學(xué)元件22的載體20平行或幾乎平行于支撐部分10。光束或激光束(未示出)可以指向光學(xué)元件22。進(jìn)入的光束或激光束在這個實施例中因此理想地以45度角度到達(dá)光學(xué)元件22的反射表面，并且偏轉(zhuǎn)的光束或激光束然后相對于進(jìn)入的光束或激光束以45度角度和90度離開光學(xué)兀件22的反射表面。
[0076]圖5描繪定位設(shè)備I的等距視圖，其中載體20僅向前傾斜。這個圖中的傾斜的方向?qū)⒈环Q為X軸線或圍繞I軸線傾斜。X軸線與指向光學(xué)元件22的進(jìn)入的光束或激光束的軸線重合。因此，載體20與進(jìn)入的光束沿相同的軸線傾斜。這種傾斜通過施加相等的電流通過載體20的光束或激光束離開側(cè)上的兩個線圈(未示出)被實現(xiàn)，在這個實施例中，該線圈被印刷到印刷電路板(未示出沖。描繪的實施例中的這兩個線圈是包圍圖5中的兩個前線圈孔24的線圈。沿相反方向的相等的電流通過載體20的光束或激光束進(jìn)入側(cè)上的兩個線圈(未示出)，在這個實施例中，該線圈被印刷到印刷電路板(未示出沖。描繪的實施例中的這兩個線圈是包圍圖5中的兩個后線圈孔24的線圈。在這個實施例中，進(jìn)入光束或激光束理想地以45度角度到達(dá)光學(xué)元件22，并且偏轉(zhuǎn)的光束或激光束然后以45度加上設(shè)備I的載體20的機(jī)械傾斜角度的兩倍離開所述光學(xué)元件22。
[0077]圖6描繪設(shè)備I的等距視圖，其中載體20僅沿進(jìn)入光束的橫軸線側(cè)向傾斜，該橫軸線也將被稱為y軸線。該傾斜也可以被稱為圍繞X軸線的傾斜。這種傾斜通過施加相等的電流通過載體20處的光束或激光束的進(jìn)入路徑的一側(cè)上的兩個線圈(未示出)被實現(xiàn)，在這個實施例中，該線圈被印刷到印刷電路板(未示出)中。描繪的實施例中的這些兩個線圈是包圍圖6中的兩個左側(cè)線圈孔24的線圈。沿相反方向的相等的電流通過在載體20的相對側(cè)上并且與光束或激光束的進(jìn)入路徑平行的兩個線圈(未示出)，在這個實施例中，該線圈被印刷到印刷電路板(未示出沖。描繪的實施例中的這些兩個線圈是包圍圖6中的兩個右側(cè)線圈孔24的線圈。在這個實施例中，進(jìn)入光束或激光束理想地以45度角度到達(dá)光學(xué)元件22，并且偏轉(zhuǎn)的光束或激光束然后以包括設(shè)備I的載體20的橫軸線角度的復(fù)合角度離開光學(xué)元件22。
[0078]圖7描繪設(shè)備I的等距視圖，其中載體20沿X軸線和y軸線的方向傾斜。因此，載體20沿進(jìn)入光束的軸線并且沿橫軸線傾斜。這種傾斜通過施加電流通過包圍載體20的前右手側(cè)線圈孔24的前右手側(cè)上的線圈(未示出)被實現(xiàn)，在這個實施例中，該線圈被印刷至Ij印刷電路板(未示出)中。相反方向的電流被施加到后左手側(cè)線圈，該后左手側(cè)線圈包圍載體20中的后左手側(cè)線圈孔24。在這個實施例中，進(jìn)入光束或激光束理想地以45度角度到達(dá)所述光學(xué)元件22，并以復(fù)合的45度加上沿平行于進(jìn)入光束或激光束的第一軸線(X軸線)的設(shè)備I的載體20的機(jī)械傾斜角度的兩倍和對應(yīng)于沿垂直于進(jìn)入光束或激光束的第二軸線(y軸線)的所述載體20的傾斜角度的角度。
[0079]如描繪的實施例中示出的，也可以被稱為光束偏轉(zhuǎn)馬達(dá)的緊湊的定位設(shè)備I包括安裝到載體20上或中的諸如鏡子的光學(xué)元件22，該載體可以由印刷電路板(未示出)形成或包括印刷電路板。光學(xué)兀件22用于偏轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向光束或激光束(未不出)的目的。為了這種偏轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)向，電流通過線圈(未示出)，該線圈被印刷到載體20的印刷電路板中或以另外方式布置在載體20中。該線圈包圍固定的磁體40并且通過改變該線圈的每一個中的電流，載體20和光學(xué)元件22因此可以沿所有方向傾斜以轉(zhuǎn)向所述光束或激光束。
[0080]本發(fā)明的布置的優(yōu)點是，它是通過光束或激光束進(jìn)入孔口尺寸的高速光束或激光束偏轉(zhuǎn)的非常簡潔的方法。此外，該設(shè)備僅需要單個鏡子并且它不需要線圈繞組，這是由于線圈被包括到載體中，優(yōu)選地被印刷到載體中的印刷電路板中。此外，用來在與傳統(tǒng)單軸線旋轉(zhuǎn)加爾瓦諾馬達(dá)相同的速度下提供相同水平的偏轉(zhuǎn)角度的該設(shè)備需要引起的電流大大減小。“球”和“杯”相反極性磁體支承裝置將光學(xué)元件(特別地為鏡子)的中心維持在單個點或附近，并且因為支承部分之間沒有物理接觸，因此它不提供共振或磨損。在生產(chǎn)和出廠后校準(zhǔn)中，該設(shè)備組裝簡單得多；在安裝到光束或激光束輸送系統(tǒng)中，它不需要另外的對齊、調(diào)整和/或校準(zhǔn)。
[0081]附圖標(biāo)記清單
[0082]I定位設(shè)備
[0083]10支撐部分
[0084]11 主體
[0085]12 柱
[0086]13 通路
[0087]14中心開口
[0088]20 載體
[0089]21 凹陷
[0090]22光學(xué)元件
[0091]23 通路
[0092]24線圈孔
[0093]30連接裝置
[0094]31支承裝置
[0095]311第二磁體(空心球體或杯)
[0096]3110 中心開口
[0097]3111內(nèi)部支承表面
[0098]312第一磁體(空心球體或球)
[0099]3120 中心開口
[0100]3121外部支承表面
[0101]32保持裝置
[0102]320上錨固件
[0103]321基座板
[0104]322下錨固件[0105]40致動磁體
[0106]50緩沖器
[0107]51通路
[0108]52中心開口[0109]60位置檢測器
[0110]61發(fā)射裝置
[0111]D檢測光束
【權(quán)利要求】
1.用來定位至少一個光學(xué)元件(22)的設(shè)備，其中所述設(shè)備(I)包括: 用來保持所述光學(xué)元件(22)的至少一個可移動載體(20)， 用來支撐所述載體(20)的至少一個固定的支撐部分(10)， 用來連接所述載體和所述支撐部分的連接裝置，和 致動裝置，所述致動裝置用來產(chǎn)生力以影響所述載體(20)相對于所述支撐部分(10)的相對位置， 其特征在于， 所述連接裝置包括: 至少一個保持裝置(32)，所述至少一個保持裝置用來在所述載體(20)和所述支撐部分(10)之間施加張力，和 至少一個支承裝置(31 )，其中所述支承裝置(31)包括: 第一支承磁體(312)，其中所述第一支承磁體(312)的表面(3121)的至少一部分具有部分球體的形狀，和 第二支承磁體(311)，其中所述第二支承磁體(311)的表面(3111)的至少一部分具有部分空心球體的形狀以便至少部分地接收所述第一支承磁體(312)的部分球體表面(3121)， 其中所述第一和第二支承磁體(311，312)是永久磁體并且布置成使得所述第一和第二支承磁體(311，312)的相對的磁極彼此面對。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述致動裝置與所述支承裝置(31)分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1到2的任何一項的設(shè)備，其特征在于，所述第一支承磁體(312)連接到所述載體(20 )或者與所述載體(20 )成一體地形成，并且所述第二支承磁體(311)連接到所述支撐部分(10)或者與所述支撐部分(10)成一體地形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3的任何一項的設(shè)備，其特征在于，所述致動裝置包括用來產(chǎn)生電磁通量以便影響所述載體(20)相對于所述支撐部分(10)的相對位置的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4的任何一項的設(shè)備，其特征在于，所述致動裝置包括所述載體(20)中或上的至少一個線圈和所述支撐部分(10)中或上的至少一個致動磁體(40)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5的任何一項的設(shè)備，其特征在于，所述載體(20)包括至少一個印刷電路板。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的任何一項的設(shè)備，其特征在于，所述致動磁體(40)被布置成穿過所述載體(20)的線圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求5到7的任何一項的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個線圈布置在與所述光學(xué)元件(22)間隔的所述載體(20)的邊緣區(qū)域中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8的任何一項的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備(I)包括位置檢測器(60)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，所述位置檢測器(60)包括至少一個發(fā)射單元(61)和至少一個感測單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)射單元(61)布置在所述載體(20)上或中或者布置在所述支承磁體(311，312)的一個上或中，并且所述傳感器單元布置在所述支撐部分(10)上或中或者布置在所述支承磁體(311，312)的一個上或中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11的任何一項的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)元件(22)具有至少一個反射表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12的任何一項的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)元件(22)的背離所述載體(20)的表面的中心處于單個點而與所述載體(20)相對于所述支撐部分(10)的相對位置無關(guān)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13的任何一項的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備(I)是激光束偏轉(zhuǎn)設(shè)備。
15.用來引導(dǎo)光束、特別地用來引導(dǎo)激光束的系統(tǒng)，其特征在于，它包括根據(jù)權(quán)利要求1到14的任何一項的至少一個定位設(shè)備(I)和至少一個激光源。`
【文檔編號】G02B7/182GK103620467SQ201180071692
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月17日
【發(fā)明者】S·哈斯廷斯 申請人:阿巴里斯肯有限公司