[发明专利]振镜扫描器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及通过反射物反射光束，更具体地涉及在振镜扫描器(galvanometer scanner)中使用稳定的旋转光学元件。

背景技术

如图1所示，常规振镜扫描器通常包括电动马达110，电动马达110具有附接到反射光学元件120的输出轴111。传感器130检测该输出轴的旋转角。传感器的输出信号与轴的旋转角成比例。

由于为了动态平衡而将光学元件的质量中心与旋转轴线对准非常困难，因而由于扫描运动围绕该轴的X轴线旋转，从而扫描运动可以引起沿Y轴线和Z轴线的有害的振动，对于高速光学扫描应用尤其如此。

因此，希望使光学元件在其旋转时稳定。

发明内容

根据本发明的振镜扫描器包括：机械支撑单元，其与光学元件的远端接合。该光学元件的近端连接到旋转电动马达的输出轴。机械支撑单元保持光学元件的旋转轴线与旋转电动马达的旋转轴线的对准。

附图说明

图1是现有技术振镜扫描器的示意图；

图2是根据本发明实施方式的包括机械支撑单元(MSU)的振镜扫描器的示意图；

图3是机械支撑单元与扫描仪的旋转轴线之间的对准误差的示意图；

图4是作为刚度的函数的弯曲模式的图；

图5是扭转模式的简化模型的示意图；

图6是弯曲模式的模型的示意图；

图7是根据本发明实施方式的轴承支撑结构的立体图；和

图8是光学元件的机械安装工具(mechanical mount)的立体图。

具体实施方式

图2示出了根据实施方式的振镜扫描器。该扫描仪包括旋转电动马达210，旋转电动马达210具有附接到光学元件220的近端的输出轴211。该光学元件可以是反射光的反射镜、使光偏振的波片(waveplate)、或者使光透射或折射反射的透镜。

光学元件的远端与机械支撑单元(MSU)250接合。该MSU相对于电动马达的X轴线是固定的。MSU限制光学元件沿Y轴线和Z轴线的移位，同时允许旋转。因此，显著地降低了光学元件的机械振动，这使得与常规的不受限制的振镜扫描器相比具有更高的定位精度。

传感器230检测角速度231，该角速度231被输出到控制器240。

基准生成模块260生成针对控制器的基准信号261。该控制器生成针对驱动器270的控制信号241。该驱动器生成电动马达的输入信号271。该驱动器还为控制器提供反馈信号272。

图6示出了弯曲模式(bending mode)(如沿Y轴线的运动)的简化模型。本发明使用的光学元件的振动为

My··+(Kb+KMSUy)y=0]]>

其中M是弯曲模式模态惯量610，y是光学元件在y方向上的位移，K_b是弯曲模式模型刚度，K_MSUy是MSU在y方向上的刚度，并且“...”表示二阶导数。弯曲模式的谐振频率为

ωb=Kb+KMSUyM.]]>

如图4所示，弯曲模式谐振频率随着K_MSUy增加而增加。

弯曲模式较少受到扫描运动(即围绕X轴线的旋转)的影响，因此，提高了光束222的扫描精度或定位精度。类似的分析和结论可以针对在Z方向上的振动做出。