一种磁场力驱动的二维光束扫描器件制造技术

一种磁场力驱动的二维光束扫描器件，主要由包括外置磁铁、导电弹簧、支撑架、金属线圈、反射镜、位置传感器、阻尼胶、控制驱动电路构成，导电弹簧为金属线圈供电。导电弹簧支撑着支撑架，支撑架上固定着反射镜与金属线圈；多个电磁铁在外置磁铁中受到磁场力作用与导电弹簧的弹性力共同作用，驱动支撑架及反射镜产生平移、扭转等动作,控制驱动电路控制金属线圈电磁铁的强度和方向，使反射镜上下移动及左右前后扭转,实现二维扫描功能。该二维光束扫描器件结构简洁、控制方便，在成本、性能、尺寸等方面为光学扫描功能实现与应用提供更多选择，该二维光束扫描器件能够应用到投影、摄像、测量等领域中。

A two-dimensional beam scanning device driven by a magnetic field force

The two-dimensional beam scanning device driving a magnetic force, mainly by including the external magnet, a conductive spring, a support frame, metal coil, mirror, position sensor, damping rubber, control drive circuit for power supply, conductive metal coil spring. The conductive spring support bracket, a reflector and a metal coil fixed on the support frame; the interaction of multiple electromagnets by magnetic force and elastic force of the conductive spring in the external magnet, produce a translation and torsion action support frame and mirror drive, control the strength and direction of the driving circuit control metal coil of the electromagnet, the the mirror moves up and down and around the front and reverse, the realization of two-dimensional scanning function. The two-dimensional beam scanning device is simple in structure, convenient control, and application to provide more choices for the optical scanning function in cost, performance, size and other aspects, the two-dimensional beam scanning device can be applied to the projector, camera, measurement etc..

【技术实现步骤摘要】
一种磁场力驱动的二维光束扫描器件
本专利技术涉及光线扫描领域，尤其涉及一种基于磁场力驱动的能够在二维方向上使光线进行扫描的器件。
技术介绍
使一束或多束光线在二维方向上进行扫描，在光学领域中有着非常广泛的应用，如激光投影、测量、摄像等。目前实现这一功能多用电动机转台或者MEMS器件，其中电动机转台略失轻灵，而MEMS器件成品率还需进一步提高。这些不足从尺寸、成本及性能等方面限制了对光学扫描器件的选择应用。
技术实现思路
本专利技术主要目的在于一种结构简洁、控制方便的光束扫描器件，该扫描器件由控制驱动电路控制在多个方向上实现扭转，使照射到其上光束的反射光线能够在二维方向上扫描。本专利技术的设计方案如下：一种磁场力驱动的二维光束扫描器件，主要由包括外置磁铁、导电弹簧、支撑架、金属线圈、反射镜、位置传感器、阻尼胶、控制驱动电路构成，导电弹簧与支撑架上固定的金属线圈连接，为金属线圈供电。导电弹簧支撑着支撑架，其弹性力同时是支撑架运动的作用力之一；支撑架上固定着反射镜与金属线圈；金属线圈中通以不同强度与方向的电流，形成不同强度与极性的电磁铁；多个电磁铁在外置磁铁中受到磁场力作用，该力与导电弹簧的弹性力共同作用，驱动支撑架及反射镜产生平移、扭转等动作；控制驱动电路通过改变导电弹簧中的电流，控制金属线圈电磁铁的强度和方向，使反射镜上下移动及左右前后扭转；扭转运动能够改变照射到其上光线的反射镜光线的出射方向，使反射光线在前后、左右两个角度上都能进行扫描，从而实现二维扫描功能；位置传感器测量出扫描出射光线的位置，反馈给驱动控制电路，驱动控制电路根据测量信息，调节金属线圈电流，使扫描器件位于更精确的位置上。外置磁铁采用永磁铁，它与支撑架保持一定距离，该距离保证支撑架正常工作时，不与外置磁铁接触；在保证互不接触前提条件下，该距离应尽可能小。金属线圈固定在支撑架上，金属线圈通电后形成电磁铁，该电磁铁受到外置磁铁磁场的作用力。导电弹簧固定在支撑架上，且在固定位置涂附有阻尼胶，能够改善其动力性能。位置传感器两个极板分别安装在外置磁铁与导电弹簧间。位置传感器采用电容式位置传感器或采用光学式位置传感器，光学式位置传感器采用位置敏感器件PSD（PositionSensitiveDevice）和图像传感器件CCD/CMOS。出射扫描光线的光路上安装有分光棱镜，部分扫描光线被分光棱镜反射到光学式位置传感器上，其出射角度就被光学式位置传感器测量出来，驱动控制电路根据该位置信号，调节金属线圈驱动电流的强度与方向，从而调节支撑架及出射扫描光线到更精确的位置。出射扫描光线的光路上安装有半透半反镜，部分扫描光线被半透半反镜反射到光学式位置传感器上，其出射角度就被光学式位置传感器测量出来，控制驱动电路根据该位置信号，调节金属线圈驱动电流的强度与方向，从而调节支撑架及出射扫描光线到更精确的位置。本专利技术的有益效果如下：该二维光束扫描器件结构简洁、控制方便，在成本、性能、尺寸等方面为光学扫描功能实现与应用提供更多选择，该二维光束扫描器件能够应用到投影、摄像、测量等领域中。附图说明图1．扫描器件基本结构金属线圈１０１０、导电弹簧１０２０、外置磁铁１０３０、反射镜１０４０、支撑架１０５０图2．导电弹簧的不同形状图3．线圈形成的电磁铁图4．螺旋型导电弹簧图5．直线型导电弹簧图6.外置磁场及磁力４个线圈１０２０Ａ、１０２０Ｂ、１０２０Ｃ、１０２０Ｄ、１０２０Ａ图7．电容式位置传感器电容式位置传感器１０９０图8．带电容式位置传感器的扫描器件图9．分束棱镜式位置传感器分束棱镜２０１０、光点位置传感器３０１０图10．半透半反镜式位置传感器半透半反镜２０２０具体实施方式：如图1所示，该磁场力驱动的二维光束扫描器件主要由导电弹簧1010、金属线圈1020、外置磁铁1030、反射镜1040、支撑架1050及控制驱动电路4000组成。导电弹簧支撑着支撑架、为支撑架上的金属线圈供电，其变形时的弹性力也是支撑架运动的作用力之一；支撑架上固定着反射镜与金属线圈；金属线圈上通以不同强度与方向的电流，形成极性与强度不同的电磁铁；多个电磁铁受到外置磁铁的磁场力与导电弹簧的弹性力相互作用，驱动支撑架及其上的反射镜产生平移、扭转等动作；控制驱动电路控制导电弹簧上的驱动电流，进而控制了线圈上电磁铁的强度和方向，使得反射镜上下移动及左右前后扭转；光线照射到反射镜表面，其反射光线角随着反射镜的扭转而变化，由于反射镜可以在两个角度方向上扭转，反射光线就可以在两个方向上扫描，实现二维扫描功能。支撑架及其上零件的重量完全由导电弹簧支撑，其运动摩擦阻力只有空气阻力，运动阻力很小，可以实现快速响应；因此金属线圈不需要提供大的驱动力，从而减小了金属线圈的体积与重量。工作时，控制驱动电路通过导电弹簧向金属线圈提供方向与大小不同的电流，形成电磁铁；在外置磁场作用下，电磁铁受磁场力，带动支撑架及反射镜运动；多个电磁铁受力的大小和方向都不相同，其组合作用就使支撑架及反射镜发生相应的平移及扭转；支撑架在磁场力作用下扭转或平移，引起导电弹簧形变；导电弹簧的弹性力与磁场力共同作用，使支撑架能够稳定到一定的位置上；在控制驱动电路作用下，反射镜的角度以从左到右、从上到下的顺序逐次偏转，使照射光束的反射光束产生相应的扫描动作，达到光束扫描效果。对各个线圈提供方向与大小不同的电流，各个线圈形成方向与大小不一样的电磁铁，各个线圈电磁铁与导电弹簧相互作用后的平衡位置就不一样，从而实现了扫描位置的单一性控制。为提高支撑架扫描位置的精度，可采用两种方式对支撑架的位置进行反馈控制。一种是采用位置传感器测量支撑架的位置状态：位置传感器测量出支撑架上特定点的位置，并将测量信号反馈给控制驱动电路，控制驱动电路根据反馈信号，与预先设定的信号进行比较后，通过改变线圈的电流强度，改变电磁铁磁场的大小，从而调整支撑架到设定的位置。另一种采用光路上的传感器，使用光学位置传感器，直接测量反射的扫描光束的方向和位置，根据该光束的实际位置，对线圈中通过的电流进行反馈调节。扫描器件的具体实施方案如下：导电弹簧支撑着支撑架为线圈供电、其弹性力也是支撑架运动的作用力。使用1根弹簧就可使支撑架具有前后偏转、左右偏转及上下移动三个自由度。由于导电弹簧要形成电流回流为金属线圈供电，故需使用多根导电弹簧。在本专利技术中，1组独立金属线圈对应2组导电弹簧，采用2组金属线圈需4根导电弹簧，同理，采用4组独立金属线圈需要采用8根导电弹簧，其它的情况以些类推。导电弹簧可以采用螺旋形，也可以采用具有一定弹性力的直线或其它曲线形状。为改善整个支撑架的动力性能，除导电弹簧外，在导电弹簧上增加其它部分，如阻尼胶、配重等等，能够改善导电弹簧的动力性能。如图2所示。反射镜用以将照射在其上的光束反射出去，根据需要，它采用平面或曲面。反射镜的材料根据需要反射的光线的波长的不同，采用银、铝、硅等金属或非金属材料。金属线圈主要用以形成电磁铁，作为支撑架动作时的驱动部件。根据反射镜需要自由度的不同，可使用不同数量的线圈－电磁铁。本专利技术以４个线圈、４个电磁铁为例来介绍该线圈的结构。线圈的数量与相应的外置磁场相配合，会有数量及缠绕方式的不同。如图3所示：４个线圈缠绕在支撑架上，形成４个独立的线圈组，需要８根导电弹簧对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁场力驱动的二维光束扫描器件，主要由外置磁铁、导电弹簧、支撑架、金属线圈、反射镜、位置传感器、阻尼胶、控制驱动电路构成，其特征是：导电弹簧与支撑架上固定的金属线圈连接，为金属线圈供电；导电弹簧支撑着支撑架， 其弹性力同时是支撑架运动的作用力之一；支撑架上固定着反射镜与金属线圈；金属线圈固定在支撑架上，金属线圈通电后形成电磁铁，该电磁铁受到外置磁铁磁场的作用力；金属线圈中通以不同强度与方向的电流，形成不同强度与极性的电磁铁；外置磁铁与 支撑架保持一定距离，该距离保证支撑架正常工作时，不与外置磁铁接触；在保证互不接触 前提条件下，该距离应尽可能小；多个电磁铁在外置磁铁中受到磁场力作用，该磁场力与导电弹簧的弹性力共同作用，驱动支撑架及反射镜产生平移、扭转动作；控制驱动电路通过改变导电弹簧中的电流，控制金属线圈电磁铁的强度和方向，使反射镜上下移动及左右前后扭转；扭转运动能够改变照射到其上光线的反射镜光线的出射方向，使反射光线在前后、左右两个角度上都能进行扫描，从而实现二维扫描功能；位置传感器测量出扫描出射光线的位置，反馈给驱动控制电路，驱动控制电路根据测量信息，调节金属线圈电流，使扫描器件位于更精确的位置上；位置传感器采用电容式位置传感器或采用光学式位置传感器，光学式位置传感器采用位置敏感器件 PSD和图像传感器件 CCD/CMOS。...

【技术特征摘要】
1.一种磁场力驱动的二维光束扫描器件，主要由外置磁铁、导电弹簧、支撑架、金属线圈、反射镜、位置传感器、阻尼胶、控制驱动电路构成，其特征是：导电弹簧与支撑架上固定的金属线圈连接，为金属线圈供电；导电弹簧支撑着支撑架，其弹性力同时是支撑架运动的作用力之一；支撑架上固定着反射镜与金属线圈；金属线圈固定在支撑架上，金属线圈通电后形成电磁铁，该电磁铁受到外置磁铁磁场的作用力；金属线圈中通以不同强度与方向的电流，形成不同强度与极性的电磁铁；外置磁铁与支撑架保持一定距离，该距离保证支撑架正常工作时，不与外置磁铁接触；在保证互不接触前提条件下，该距离应尽可能小；多个电磁铁在外置磁铁中受到磁场力作用，该磁场力与导电弹簧的弹性力共同作用，驱动支撑架及...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海峰，赵爱玲，董媛，张松，董芳，
申请(专利权)人：安阳工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41