专利名称：激光光束磁电振镜式偏转扫描装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于各类激光设备的偏转扫描装置。
背景技术：
目前，在各类激光设备如激光电视、激光投影仪、光刻机等产品中，对于激光光束的偏转扫描，从原理上有以下一些类型1、真空管振镜偏转它采用通电线圈在磁场中受力运动并带动偏转镜偏转光线，其结构由真空管玻璃壳、永久磁铁、偏转线圈、偏转反射镜、偏转轴、无磨损弹性振动轴承、支架、引线组成。这种装置偏转速度快、偏转角度大，性能可靠、工作稳定、偏转驱动功率小，但其结构复杂，周边装置的配合性较差，在固定方式上容易出现松动，其弧形表面易造成激光反射角的非线性失真。从制造工艺上看，这种结构的产品要求生产企业配备真空管生产线，设备投资成本很高，特别是现在半导体晶体管几乎全部替代了电子真空管的现实技术基础上，再组织生产这种结构的产品有较大的工艺难度。
2、电机驱动光学镜片旋转偏转扫描现有技术中，另一种处于实用状态的激光偏转装置是电机驱动光学镜片旋转而对入射激光束实现偏转的技术方案，这种方案可以产生很大的偏转角，只要电机转速足够高，也可以保证高速扫描的要求。其原理结构如图1所示由互相垂直的两套同样的单元组成，包括第一电机101和第一反射镜102、第二电机103和第二反射镜104，一个单元完成行偏转，一个单元完成场偏转。
但是镜片旋转到背部不反射激光时所占的时间间隔很长，无法与电视及投影仪等的高速回扫时间要求相适应，因此无法应用到这一领域。此外，这种方案还有两个难以完全克服的技术难点，一是必须保证电机和配套支架的精度以减少机械振动；二是采用互相垂直的两套同样的单元，一个单元完成行偏转，一个单元完成场偏转，实现行和场两个坐标向的偏转，入射激光31要经过二次折射，反射或折射角精度很难控制，在现实生产中对产品的调整难度很高；因此本方案的装置加工工艺要求非常高，往往难以实现或实现时的加工成本极高。
3、电机驱动多棱镜偏转装置还有一种多棱镜的偏转装置，原理与上述方案相似，是以多棱镜代替上述的平面镜，这种方案现已广泛应用在激光打印机中，原理结构如图2所示，由电机105驱动多棱镜41，对入射激光光束32进行折射，可以实现大角度的偏转和高速扫描，而且不用考虑消除回扫线的问题(因没有往返运动，不产生回扫线)。但其局限性主要有以下两点一是只能实现单一的行偏转或场偏转，如要同时实现行与场的偏转，也同样要采用两个单元，出现与前一方案相同的局限性，且折射光束更难以精确定位(两个单元的时间配合上要十分精确)，这就对电机转速控制提出了极高的要求且使整体结构十分复杂；同时，这种棱镜的制造精度要求极高，如稍有偏差就会造成反射光束不同行之间的相位偏离，使图像变形。此外，这种结构在采用高速电机运行时，还要考虑反射面离心变形给反射角带来的失真。
其他还有声光偏转、电光偏转等方法，但目前都仍然停留在理论研究和试验阶段，很难在现实中应用，且从原理上实现大偏转角还有很大的难度，很难产品化以应用在电视、投影仪这类要求大偏转角的设备中。
发明内容本实用新型的目的就是要克服上述现有技术中的不足之处，提供一种易于实现，生产工艺简单、制造成本低、易于控制的激光光束磁电振镜式偏转扫描装置。
为此本实用新型提出了一种激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，包括壳体9、磁电动圈组合体、振膜1、反射镜4；所述振膜罩设于所述壳体上，与所述壳体形成内腔，所述磁电动圈组合体设置于所述壳体上或壳体内，所述磁电动圈组合体具有振动端与所述振膜相连，所述反射镜片设置于所述振膜表面。
上述的激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，所述磁电动圈组合体优选四个，其振动端分别设置于所述反射镜的四角或四边对应边缘。
上述磁电动圈组合体包括动圈3、绕组12、定位支架7、磁体10、T铁15；所述绕组设置于所述动圈的下部；所述动圈通过所述定位支架固定于所述壳体上，其振动端与所述振膜相连；所述磁体绕设于所述绕组周围，并形成磁隙。所述每个磁电动圈绕组12包括行绕组和场绕组；同一行的两个磁电动圈的行绕组反向连接，不同行的两个磁电动圈的行绕组同向连接，所述各行绕组响应于同一行偏转驱动电流；同一场的两个磁电动圈的场绕组反向连接，不同场的两个磁电动圈的场绕组同向连接，所述各场绕组响应于同一场偏转驱动电流。所述磁隙为大于5mm的长行程线性磁隙。所述磁电动圈组合体的定位支架7包括定位支片71，所述定位支片具有双层结构，环绕支撑所述动圈3。
上述的激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，所述振膜开设有气压平衡孔2。所述气压平衡孔2开设于所述振膜与所述磁电动圈组合体的振动端相连接处和/或均匀对称分布于所述振膜上。
上述的激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，还包括前端密封玻璃5、抽真空口8和密封接线端子6；所述密封玻璃密封固接于所述壳体前端，所述抽真空口8和密封接线端子6开设于所述壳体上。所述前端密封玻璃5具有镀膜层。
本实用新型的有益效果是借鉴成熟的扬声器磁电动圈系统的原理，以简单的方式产生理想的振镜偏转效果，基本利用现有扬声器厂的工装设备，并减少了模具的种类和数量，其生产工艺简单，制造成本可以控制得很低，为激光光束的高速偏转扫描提供适于产品化的方案，为激光电视、投影仪和光刻机等设备提供扫描支持；在应用中，也便于作为一个简单整体部件进行低成本更换，方便维修，甚至可以做成用户可以自行简单更换的部件，大大降低维护难度和成本。
本实用新型把四个象限的动圈系统组合在一个整体里，利用四个象限最容易控制振镜的水平或垂直偏转时的虚拟中心的定位，使入射光束在振镜上产生均匀一致的偏转角，用单个装置就可以完成行和场偏转，即减小了偏转扫描装置的体积，又保证了行场偏转的精度；由于同时完成行和场偏转，减少了影响偏转精度的环节，可以提高偏转的精度；由于本装置基于成熟的磁电动圈系统原理，使工艺变得很简单，制造成本可以控制到很低的水平。
增设气压平衡孔、抽真空口等，对整个装置内腔作抽真空处理，可以减少空气的阻尼作用，保证动圈的高速振动，适度电视、投影仪等的高速扫描要求；同时也可以减少动圈振动噪声的传播，大大降低装置本身的噪声。
图1是现有技术中电机驱动光学镜片偏转扫描的结构示意图；图2是现有技术中电机驱动多棱镜偏转扫描装置的结构示意图；图3是本实用新型实施例一的偏转扫描装置正视图；图4是本实用新型实施例一的偏转扫描装置的侧面剖视示意图5是本实用新型实施例一的偏转扫描装置的磁电动圈组合体结构示意图；图6是本实用新型四个象限共8个绕组的串联接线方式；图7是本实用新型四个象限共8个绕组的并联接线方式。
具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
实施例一利用现已十分成熟的扬声器磁电动圈系统的原理，建立一个四象限组合的振镜偏转装置。每个象限的动圈中有两个绕组，分别输入行偏转和场偏转驱动电流，这样，每个象限两个绕组中的行场信号之间自动实时做出相加或相减的合成，带动该象限的振镜角处于与该时间输入电流要求相符的位置上。整个镜片在四个象限动圈的同时驱动下，形成以镜片物理中心为虚拟支点的行偏和场偏组合运动，最后使入射后反射出去的激光光束变成整体光栅。
如图3、图4所示的本例结构示意图，包括振膜1，优选橡胶膜；每个象限上的动圈3，采用具有一定强度的铝合金箔；激光束反射镜4，为有超高光洁度镀膜的铝片粘贴于橡胶膜上；前端密封玻璃5，做镀膜处理；各个动圈的密封接线端子6，通过编织引线11与各个绕组相连；每个动圈的定位支架7，与扬声器中的定位支架工艺要求相同；整个装置的壳体9，由低碳钢做成，其后部很厚的部分上分布四个孔，用于与T铁15、磁体10组成四个象限的磁隙；每个象限上的磁体10，用于形成每个磁隙的磁场。橡胶膜片上的气压平衡孔2；在图3中，在同一装置中设置有四个动圈绕组，分别处于反射镜4的四个顶角边缘上，形成四个象限的偏转驱动单元。每个动圈在受到行与场偏转电流的驱动时，即会做出与该合成电流值相对应的位移(出或进)，带动与其相连的橡胶膜片振动，从而拉动该象限的光学反射镜片的一角，使光学反射镜片出现偏转。在四个象限的四个动圈同时受到行和场驱动电流的驱动时，光学反射镜片就会根据行场电流做出的幅度要求，以镜片的虚拟中心为支点，做出行和场的合成动作，使入射激光束反射角随振镜的振动出现行和场的偏转，进而形成光栅。通过调整行或场驱动锯齿波电流的幅度，即可很容易地改变行或场的振幅，从而改变光栅的行幅或场幅。
采用四个象限控制光学振镜的四个角的振动，利用四个象限容易控制振镜的水平或垂直偏转时的虚拟中心的定位，使入射光束在振镜上产生均匀一致的偏转角，特别是当光源与振镜距离较近(为得到较大的偏转角时就要使光源与振镜距离更近些)时，失真容易得到放大，更不可忽视这种偏转角失真。振镜的虚拟中心的产生，依靠的是每对动圈一推一拉的推挽动作，在各磁电系统磁场强度基本一致且输入电流相同的情况下，两只动圈的推与拉的幅度基本一致，这样就保证了振镜以其物理中心为虚拟中心振动(扇动)。
每个磁电动圈组合体的结构如图5所示，包括定位支片71、极靴兼壳体9、磁体10、T铁15、密封接线端子6、编织引线11、动圈3、绕组12、支撑定位铝合金箔14。每个磁电动圈组合体都有自己单独的定位支片，动圈通过支撑定位铝合金箔片14与橡胶膜相连，构成每个动圈的支撑定位结构。四个单元都采用了大于5mm的长行程磁隙，以保证动圈绕组能在线性磁场区域中有足够的行程，进而保证光学振镜能有足够的偏转度，为入射的激光光束产生足够的折射偏转角。该行程小于5mm时，振镜偏转振幅不足，无法产生足够的偏转角，大于5mm时，一是振膜会在振幅过大时碰撞定位支片的边缘，造成振动失真，二是会对定位支片的工艺要求大幅度提高，要采用特殊造型、强度和弹性来保证振幅和定位，且还要保证动圈不受橡胶膜片的拉动而出现偏斜和擦圈。在对本装置的结构做进一步修改后，仍可以采用更大的磁隙行程，如采用高强度动圈，加大定位支片和橡胶振膜之间的距离，同时采用双层定位支片71支撑来防止橡胶膜对动圈的拉偏(两个定位支片间保有一定距离)，这样就可以实现更大的偏转角。此外，如果全部磁电系统采用内磁结构，使各动圈之间距离缩短，同样也可以很容易地实现大偏转角，但要对定位支片作相应技术和工艺的调整。
支撑振镜的橡胶膜片上事先留有气压平衡孔2，用于抽真空时装置内前后腔的气压平衡，并防止在有部分空气时对高速振动的橡胶膜片产生阻尼作用。全部装置制作完毕后，将从其后部的抽真空口8对整个装置做抽真空处理。抽真空的目的一是减少或消除装置内的空气阻尼，保证各个动圈的高速振动；二是由于按照PAL电视制式的规定，行扫描频率为15625Hz，场扫描频率为50Hz，均处在人耳可以听到的音频范围之内，而偏转驱动电流又是锯齿波，会产生很刺耳的噪音，所以通过抽真空就可以适当减少动圈振动时产生的机械噪音的直接传播。本装置在实际使用时，与机体结构之间还可以加装减震装置和隔音装置，进一步降低噪音。
每个动圈的两个绕组共4个线头均用编织软线11连接到壳体上的密封接线端子6上。每个接线端子均嵌封在壳体的出线孔上，出线孔四周要做良好的密封处理。
正面的前端密封玻璃5经镀膜处理，可以降低对入射激光束不必要的散射和折射。
整个装置由外部提供行偏转和场偏转所需的锯齿波电流。行消隐和场消隐则由激光调制线路提供，并与行偏和场偏信号同步。
以上结构在实际形成为产品时，还可以变动设计，便于用冲压模具批量加工，但四个象限驱动的原理不变。
图6为绕组的串联接法，111为行绕组接线端，112为场绕组接线端，113为公共端；图7为绕组的并联接法，121为行绕组接线，122为场绕组接线端，123为公共端。可以看到每个象限都有行和场驱动线圈，以1和2象限为例，同一行的两个行绕组做反向连接，因此在同一驱动电流下，两个绕组做相反方向的动作，从而带动镜片做行偏转。2象限与3象限的不同行的行绕组则同向连接，这样在同一行驱动电流下，这两个象限做同方向的振动，保证镜片做出正确的行偏转。同理，场绕组的接法为同一场的场绕组反向连接，不同场的场绕组同向连接，以保证镜片作出正确的场偏转。
绕组接线法旨在保证四个象限的绕组既能分别受到行或场驱动信号的调制，同时又能在每个象限上得到行场信号的加减合成，以确定该象限的偏转度(即动圈的振幅)。
在实际应用时，行扫描或场扫描的两对(四个绕组)也可以根据推动线路阻抗的要求改为并接，但须注意绕组的相位，必须保证每对动圈的推挽动作。
由于本装置是四个象限完全相同的结构，所以行和场绕组可互换方向，形成竖向光栅(图像倒下)；此外，在实际应用时需要改变行(或场)的扫描起始方向时，只要将行绕组(或场绕组)的两个接头互换即可。
这个装置采用了成熟的动圈扬声器的原理，因此能够稳定工作在高速振动状态，与驱动电流波形的跟随性很好，便于通过驱动波形来调整扫描幅度和线性。
实施例二；与实施例一的不同之处是采用三个动圈单元，也可以实现水平和垂直振动偏转。
实施例三采用两个动圈单元，也可以实现光束的偏转，但只能是水平或垂直偏转，为实现行场合成，采用两组本例的装置构成二次反射即可。
实施例四在本例中，与实施例一的不同之处是将光学振镜旋转45度粘贴，使四个动圈推动振镜的四个边，这样可以在较小的容积中安置面积更大些的振镜，但这时行场绕组的接线方式也要按调整45度后的要求重新连接，且接线原理有变，即每各对角的两个动圈互为一组，单独成为行绕组或场绕组，且均改为单绕组结构，不再存在行场信号合成。这种方案四个边的运动都将受到邻近边动圈的牵制，易产生动作变形。
实施例五与实施例一的不同之处在于本例的装置不为真空结构，即不采用抽真空口、前端密封玻璃、密封接线端子等结构，在动圈设计上，动圈3顶端完全开口，T铁底部钻通气孔，以消除空气阻力，这样动圈和橡胶膜片均处于低阻尼状态，借以保证光学反射镜片的高速振动偏转要求。
权利要求1.一种激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，其特征是包括壳体(9)、磁电动圈组合体、振膜(1)、反射镜(4)；所述振膜罩设于所述壳体上，与所述壳体形成内腔，所述磁电动圈组合体设置于所述壳体上或壳体内，所述磁电动圈组合体具有振动端与所述振膜相连，所述反射镜设置于所述振膜表面。
2.如权利要求1所述的激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，其特征是所述磁电动圈组合体包括动圈(3)、绕组(12)、定位支架(7)、磁体(10)、T铁(15)；所述绕组设置于所述动圈的下部；所述动圈通过所述定位支架固定于所述壳体上，其振动端与所述振膜相连；所述磁体绕设于所述绕组周围，并形成磁隙。
3.如权利要求2所述的激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，其特征是所述磁电动圈组合体为四个，其振动端分别设置于所述反射镜的四角或四边对应边缘。
4.如权利要求3所述的激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，其特征是所述每个磁电动圈组合体绕组(12)包括行绕组和场绕组；同一行的两个磁电动圈的行绕组反向连接，不同行的两个磁电动圈的行绕组同向连接，所述各行绕组响应于同一行偏转驱动电流；同一场的两个磁电动圈的场绕组反向连接，不同场的两个磁电动圈的场绕组同向连接，所述各场绕组响应于同一场偏转驱动电流。
5.如权利要求4所述的激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，其特征是所述磁隙为大于5mm的长行程线性磁隙。
6.如权利要求4所述的激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，其特征是所述磁电动圈组合体的定位支架(7)包括定位支片(71)，所述定位支片具有双层结构，环绕支撑所述动圈(3)。
7.如权利要求1-6中任一项所述的激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，其特征是所述振膜开设有气压平衡孔(2)。
8.如权利要求7所述的激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，其特征是所述气压平衡孔(2)开设于所述振膜与所述磁电动圈组合体的振动端相连接处和/或均匀对称分布于所述振膜上。
9.如权利要求7所述的激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，其特征是还包括前端密封玻璃(5)、抽真空口(8)和密封接线端子(6)；所述密封玻璃密封固接于所述壳体前端，所述抽真空口(8)和密封接线端(6)开设于所述壳体上。
10.如权利要求9所述的激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，其特征是所述前端密封玻璃(5)具有镀膜层。
专利摘要本实用新型公开了一种激光光束磁电振镜式偏转扫描装置，包括壳体(9)、磁电动圈组合体、振膜(1)、反射镜(4)；所述振膜罩设于所述壳体上，与所述壳体形成内腔，所述磁电动圈组合体设置于所述壳体上，所述磁电动圈组合体的振动端与所述振膜相连，所述反射镜片设置于所述振膜表面；借鉴成熟的扬声器磁电动圈系统的原理，以简单的方式产生理想的振镜偏转效果，生产工艺简单，制造成本可以控制得很低，为激光光束的高速偏转扫描提供适于产品化的方案。
文档编号G02B26/10GK2748939SQ20042009454
公开日2005年12月28日 申请日期2004年10月27日 优先权日2004年10月27日
发明者汤卓勋 申请人:汤卓勋