具有可扩展运动范围的动圈式致动器制造技术

一种动圈式致动器，包括一可移动来移转线圈的运动范围的磁体组。该磁体组沿着与线圈的往复运动的行进路径相平行的行进路径在两个或更多位置间移动。有了该特征，被固定到线圈的扫描头扫描的区域的宽度可以被增加多次，从而使得能将简单的动圈式致动器用于任意扫描宽度。

Moving coil actuator with an extensible motion range

A moving coil actuator includes a magnet set that moves the range of motion of the coil. The magnet group moves along two or more positions in parallel with the traveling path of the reciprocating path of the coil. With this feature, the width of the scanned region of the scan head fixed to the coil can be increased several times, allowing the simple moving coil actuator to be used at any scanning width.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可扩展运动范围的动圈式致动器
技术介绍
1. 专利
本专利技术涉及扫描系统，该扫描系统用于诸如核酸或蛋白质等生物种的微阵 列，并用于其中在排列于空间阵列中的大量单独位点处执行超快速的照明、观察和/或检测的任意类型的过程或分析。特别地，本专利技术涉及动圈式致动器，并 且其尤其关心这种致动器作为移动光学系统的驱动机构的使用。2. 现有技术的描述微阵列是其上执行化学或生化实验的位点的二维阵列，每个位点通常都具 有微观尺寸，采用独立的实验，并且在每个位点上通常具有不同的分子类型。 这些阵列形成于各种衬底上，其中包括载玻片、微量滴定板和薄膜。微阵列的 最广泛用途之一是在结合实验中用于辨认或表征未知生物种，或者分析样品以 确定该样品在何处包含具有某种结合亲和力的种类。微阵列中的各个位点的大 小、数量和间隔可以取决于单个种类的特性以及要执行的过程而显著变化。这些位点可以是标准微量滴定板内的阱，该标准微量滴定板具有位于12X8的阵 列中的96个阱，各个阱之间具有9mm的间隔。在另一极端，微阵列可以形成 于仅具有25mm宽度的单片载玻片上，并可将位点通过自动化微印刷技术印刷 到该载玻片上。通过这种方式，可以将多达10,000个基因印刷到一片载玻片上。 对微阵列中的实验过程的监控以及对实验结果的检测通常包括通过令各 个位点暴露于入射辐射来激励，接着或同时，对响应于该激励从位点发射出的 辐射进行检测和测量。这些功能通常是由具有通常配备有激光器的扫描头的光 学系统来执行的。扫描系统通常结合有动圈式致动器，以移动扫描头经过该阵 列，由于这些致动器可以高速运行，并且简单而且制造成本较低，因此可以很 容易地满足性能要求，并且易于控制。扫描头是由致动器传送的"有效载荷"， 它可以包括镜子和透镜组以及夹持器和支座，或者它可以是具有光学检测器的激光器。动圈式致动器利用公知的洛伦兹力来以高速驱动线圈，并使用较高程 度的控制来满足精度规范。通常为扫描头所使用的动圈式致动器是音圈致动 器，它是直接驱动的运动受限设备，其利用永磁场和电线圈来生成与施加到该 线圈上的电流成正比的力。当前使用的音圈致动器的示例包括产自美国加利福尼亚州圣马可斯市的BEIKimco磁分割(Magenetics Divison)技术有限公司及 美国加利福尼亚州巴伦西亚市的H2W技术有限公司的各种产品。有关音圈致 动器的公开内容可在专利号为6,894,408、 6,870,285、 6,815,846禾卩6,787,943的美国专利中找到。为了实现高速扫描，运动部件必须局限于那些低惯性部件，并且这通常可 通过使线圈移动并使磁体和磁体外壳固定来实现。然而，线圈行进的长度会或 者受线圈长度或者受磁体长度的限制。结果，典型的微阵列扫描仪只能够扫描 大约l英寸(近似为25mm)的宽度。而无法有效地使用相同的扫描仪来扫描 更宽的阵列，诸如形成于微量滴定板上的阵列。相反，如果要将致动器用于扫 描其宽度比针对其设计致动器的宽度窄的阵列，则要么该线圈要行进比扫描该 微阵列需要行进的距离更大的距离，要么该系统需要昂贵的传感器和控制器来 将该线圈的行进距离局限于一较小的宽度，同时还会增加附加质量的负荷。专利技术概述本专利技术可解决现有技术的这些及其它限制，这归功于这样一种动圈式致动 器，其中的磁体组是可移动的，以便移转线圈的运动范围。因此，本专利技术所述 致动器包括螺线电导体以及磁体组，其中该磁体组的磁极被大到足以容纳该螺 线导体并使该导体能以往复(来回)的方式移动的间隙隔开。该线圈被安装在 一载体上，并被连接到产生通过该线圈的交变方向的电流信号的电源。该磁体 组沿着与线圈的往复运动的行进路径相平行的行进路径在两个或更多位置间 移动。结果是线圈的扫描范围能够被移转等于磁体组的各个位置间的间隔的距 离。线圈和磁体组是独立运动的，且两者都是在另一方保持静止的时候工作的。 因此，在各种运动序列和扫描方案的任一种中，磁体组首先被放置在使线圈能 够运动经过微阵列的一部分的位置上，然后该线圈可在该部分内移动。随后， 该磁体组被移转到对应于微阵列的另一个部分的不同位置，然后令线圈在该部 分内移动。在一些应用中，磁体组的两个位置足以覆盖微阵列的整个宽度，然而在其它应用中可能需要三个或更多位置。 一般而言，磁体组会被移转足够数 量的次数，以覆盖微阵列的整个宽度。在一些应用中，磁体组在占用第二或后 续位置后，可以返回到其原始位置以便被线圈进一步扫描。因此，通过本专利技术的实践， 一种动圈式致动器可以用于或者被编程为用于 扫描具有各种宽度中的任何一宽度的微阵列，从而提供了具有通用性和效率两 者的扫描系统。通过下面的描述，本专利技术更进一步的优点、实施例、特征和目 的将是显而易见的。附图简述图la是构成本专利技术的动圈式致动器的一部分的磁体组的剖面图lb是构成本专利技术的动圈式致动器的其它部分的线圈和线圈载体的剖面图2是图la和图lb的装配后的部件的剖面图，其中交变电流流经线圈以 用于扫描微阵列宽度的第一部分；图3a是图2的单元的剖面图，其中流经线圈的电流被切断，并且磁体组 移动以使其肩部接触线圈来准备移动到第二位置；图3b是前面各附图中的单元的剖面图，其中磁体组使得线圈和载体在第 二位置处停止；图4是前面各附图中的单元的剖面图，其中磁体组位于第二位置，但略微 向回移动以使得线圈可在不接触磁体组的情况下摆动； 一交变电流流经该线 圈，用于扫描微阵列宽度的第二部分。图5是前面各附图中的单元的剖面图，其中流经线圈的电流被切断，且磁 体组准备好返回到图2所示的位置；图6是要由其沿着一个轴的位置和运动可以受前面各图中的单元控制的 扫描头扫描的二维微阵列的表示。本专利技术及优选实施例的详细描述尽管限定本专利技术的特征能够用各种动圈式致动器设计来实现，但是本专利技术 作为整体将通过对一具体实施例的详细审阅而被最好地理解。在附图中示出了 一个这样的实施例。图la和图lb示出了根据本专利技术的动圈式致动器的各个组件。图la示出 了在线圈移动期间保持静止的致动器的组件以及同样保持静止的光学系统的 相关联组件，而图lb则示出了线圈本身、线圈载体及附连到该线圈载体的组 件。图la中的致动器组件即是磁体组11的组件，该磁体组本身由磁体12和 极靴13、 14组成，极靴形成间隙15并施加经过该间隙的磁通量。每个极靴都 是由传导磁通量的材料制成的，其中铁是这种材料的一个示例。磁体12和磁 靴13、 14是绕公共轴16旋转的主体，并且图la所示的视图是沿着包括该轴 的平面的剖面。也可以使用不同于旋转主体的形状。间隙15是包围磁体12和 极靴中的一个13的环形空间。图lb示出了巻绕在线圈载体22周围的线圈21。在本实施例中，线圈21 是由被一低巻绕密度区域25隔开的两个高巻绕密度区域23、 24组成的复杂线 圈。高巻绕密度是通过多个巻绕层来实现的，而低巻绕密度是通过单个巻绕层 来实现的。两个高巻绕密度区域23、 24的宽度与通过令在间隙15开口端附近 的间隙15变窄所形成的磁通量聚磁区域17的宽度相匹配。这种巻绕密度和磁 通量聚集的安排的功能和优点以及相似的安排在其内容作为参考合并在此的 申请号为11/265,000、申请日为2005年11月1日、专利技术人为Paul J. Patt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于扫描扫描区域的动圈式致动器，所述致动器包括：向其安装了螺线电导体的载体；连接到所述螺线电导体以产生通过所述导体的在方向上周期性交变的电流的电源；磁体组，所述磁体组包括由间隙隔开的磁极，所述间隙的大小能容纳所述螺线电导体，并允许所述载体和所述螺线电导体响应于所述电流沿着相对于所述磁体组的线性方向的往复运动的范围；以及用于在沿着平行于所述线性方向的行进路径的各个位置之间移动所述磁体组、并且在如此移动所述磁体组时将所述载体和螺线电导体沿着所述行进路径的所述往复运动的范围移转等于所述各位置间的间隔的距离的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DY楚，
申请(专利权)人：生物辐射实验室股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]