JPH0248631A - Method and device for scanning light beam - Google Patents
Method and device for scanning light beamInfo
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- JPH0248631A JPH0248631A JP19968988A JP19968988A JPH0248631A JP H0248631 A JPH0248631 A JP H0248631A JP 19968988 A JP19968988 A JP 19968988A JP 19968988 A JP19968988 A JP 19968988A JP H0248631 A JPH0248631 A JP H0248631A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、各種の測定機器や電子機器に用いられる光
ビーム走査方法及びその装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a light beam scanning method and apparatus used in various measuring instruments and electronic devices.
表面検査装置1例えば被測定物の形状(距離)を測定す
る光ビーム走査装置では、バーコードリーダ、レーザプ
リンタあるいはファクシミリ等に用いられる光ビーム走
査機構を応用して光ビームを照射するようにし、その光
ビームにより被測定物上に光スポットを生じさせ、この
光スポットを受光レンズにより半導体装置検出器の受光
面上に結像させることにより、被測定物までの距離を測
定する方法を用いることが考えられる。Surface inspection device 1 For example, in a light beam scanning device for measuring the shape (distance) of an object to be measured, a light beam scanning mechanism used in a barcode reader, laser printer, facsimile, etc. is applied to irradiate a light beam, A method is used in which the distance to the object to be measured is measured by creating a light spot on the object to be measured using the light beam, and focusing this light spot on the light receiving surface of the semiconductor device detector using a light receiving lens. is possible.
第16図はレーザプリンタの光学系を応用した光ビーム
走査装置の概略を示すもので、半導体レーザ101で発
生して投光レンズ102を通ったレーザビームは、シリ
ンドリカルレンズ103を通って回転するポリゴンミラ
ー104の反射により走査され、球面レンズ105.f
θレンズ106を通って被測定物107の表面に光ビー
ムを走査する。FIG. 16 schematically shows a light beam scanning device that applies the optical system of a laser printer. A laser beam generated by a semiconductor laser 101 and passed through a projection lens 102 passes through a cylindrical lens 103 and rotates into a polygon. Scanned by reflection from mirror 104, spherical lens 105. f
A light beam is scanned over the surface of the object to be measured 107 through the θ lens 106 .
また、第17図はガルバノメータを用いた光ビーム走査
装置を示すもので、ガルバノメータ111の回転軸にミ
ラー112を固設し、このガルバノメータ111の振れ
によりミラー112を回動させて、図示しない光源から
の光ビームを走査している。FIG. 17 shows a light beam scanning device using a galvanometer, in which a mirror 112 is fixed to the rotating shaft of the galvanometer 111, and the mirror 112 is rotated by the vibration of the galvanometer 111, and the light beam is scanned from a light source (not shown). scanning the light beam.
このように、従来考えられる光ビーム走査装置は、半導
体レーザ101.投光レンズ102.シリンドリカルレ
ンズ103.ポリゴンミラー104またはガルバノメー
タ111のミラー1129球面レンズ105.fθレン
ズ106等で構成される光ビーム走査機構を用いるのが
普通であった。In this way, conventionally considered light beam scanning devices use a semiconductor laser 101. Light projection lens 102. Cylindrical lens 103. Polygon mirror 104 or mirror 1129 of galvanometer 111 spherical lens 105. It was common to use a light beam scanning mechanism composed of an fθ lens 106 or the like.
しかしながら、このような光ビーム走査装置では、いず
れもミラーの回転により光ビームを走査するので、光ビ
ームを高速かつ高精度で走査制御するのに限界があるば
かりか、立上り時間も遅いという問題点があった。However, in all of these light beam scanning devices, the light beam is scanned by rotating a mirror, so there is a problem that not only is there a limit to scanning and controlling the light beam at high speed and with high precision, but also the rise time is slow. was there.
さらに、機構が複雑であり、光源とミラー等の光軸や角
度を合わせるためのユニットの組付けを高精度で行なう
ことが難しく、多大な組付は工数がかかるのでコスト高
になるという問題がある。Furthermore, the mechanism is complex, and it is difficult to assemble the unit for aligning the optical axis and angle of the light source and mirror with high precision, and a large amount of assembly requires many man-hours, resulting in high costs. be.
この発明はこのような問題点を解決し、簡単な機構で高
速かつ高精度な光ビーム走査が可能な光ビーム走査装置
を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve these problems and provide a light beam scanning device that is capable of high-speed and highly accurate light beam scanning with a simple mechanism.
(課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、この発明による光ビーム走
査方法は、光ビームを発する光源ユニットを揺動自在に
支持し、この光源ユニットの揺動中心から外れた点に、
印加電圧に応じて寸法歪を発生する電歪素子を有する一
端固定の変位部材の他端を圧接させ、電歪素子にその単
位変位量に対応する電圧を所定の変位量に達するまで所
定の時間間隔で積算して印加するものである。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, a light beam scanning method according to the present invention supports a light source unit that emits a light beam in a swingable manner, To the point,
The other end of a displacement member fixed at one end, which has an electrostrictive element that generates dimensional distortion according to an applied voltage, is pressed into contact with the other end, and a voltage corresponding to a unit displacement of the electrostrictive element is applied for a predetermined time until a predetermined displacement is reached. It is integrated and applied at intervals.
また、この発明による光ビーム走査装置は、上記の方法
を実施するための装置であって、光ビームを発する光源
ユニットと、この光源ユニットを照射方向可変に揺動自
在に支持する支持部材と、この支持部材と光源ユニット
との間に介在して印加電圧に応じて寸法歪を発生する電
歪素子と、光源ユニットを電歪素子に押圧する付勢手段
とを有し、電歪素子の変位により光源ユニットを揺動さ
せて光ビームを走査するようにする。Further, a light beam scanning device according to the present invention is a device for implementing the above method, and includes a light source unit that emits a light beam, a support member that swingably supports the light source unit while changing the irradiation direction. It has an electrostrictive element that is interposed between the support member and the light source unit and generates dimensional distortion according to an applied voltage, and a biasing means that presses the light source unit against the electrostrictive element, and the displacement of the electrostrictive element is The light source unit is swung to scan the light beam.
さらに、一端に頚部を介して接続した頭部を、他端に尾
部を有する支持部材と、この支持部材の頭部と尾部との
間に介在して印加電圧に応じて寸法歪を発生する電歪素
子と、頭部の先端に接合した光ビームを発する光源ユニ
ットとを有し、電歪素子の変位により頚部を支点として
光源ユニットを揺動させて光ビームを走査するようにす
ることも可能である。Furthermore, a support member having a head connected to one end via the neck, a tail at the other end, and an electric current interposed between the head and the tail of the support member to generate dimensional distortion according to the applied voltage. It has a strain element and a light source unit that emits a light beam attached to the tip of the head, and it is also possible to scan the light beam by swinging the light source unit using the neck as a fulcrum by displacement of the electrostrictive element. It is.
上記のように構成することにより、電歪素子に電圧を印
加すると、その電圧に応じて電歪素子が変位し、光源ユ
ニットが接動して光ビームの照射方向が変化する。With the above configuration, when a voltage is applied to the electrostrictive element, the electrostrictive element is displaced in accordance with the voltage, the light source unit is brought into contact, and the irradiation direction of the light beam is changed.
電歪素子の寸法は印加する電圧の大きさによって正確に
変化するので、この印加電圧を制御することにより光ビ
ームを所要の範囲で高速かつ高精度に走査することがで
きる。Since the dimensions of the electrostrictive element change accurately depending on the magnitude of the applied voltage, the light beam can be scanned over a desired range at high speed and with high accuracy by controlling this applied voltage.
そして、この電歪素子として積層圧電素子を用いること
により、応答性が早く無騒音で電力消費が少ない光ビー
ム走査装置を得ることができる。By using a laminated piezoelectric element as the electrostrictive element, it is possible to obtain a light beam scanning device with quick response, no noise, and low power consumption.
以下、添付図面の第1図乃至第6図を参照してこの発明
の詳細な説明するが、これに先立ち。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6 of the accompanying drawings, but prior to this.
この発明の使用する電歪素子について第7図を用いて簡
単に説明する。The electrostrictive element used in this invention will be briefly explained using FIG. 7.
印加電圧に応じて寸法歪を発生する電歪素子としてバイ
モルフ圧電素子と積層圧電素子の2種類のものが実用化
されている。Two types of electrostrictive elements, bimorph piezoelectric elements and laminated piezoelectric elements, have been put into practical use as electrostrictive elements that generate dimensional distortion in response to applied voltage.
前者は第7図(a)に示すように、表裏両面に電極1a
、ibを形成した圧電板2a、2bを接合し、各111
極1a、lb間に電圧を印加するようにしたものであり
、低電圧で比較的大きな歪を発生することができるが、
応答速度が遅く1発生する力が小さく、かつ入力電気エ
ネルギーの機械エネルギーへの変換効率が小さいという
欠点がある。The former has electrodes 1a on both the front and back sides, as shown in FIG. 7(a).
, ib formed thereon, the piezoelectric plates 2a and 2b each formed with 111
A voltage is applied between the poles 1a and lb, and a relatively large strain can be generated with a low voltage.
The drawbacks are that the response speed is slow, the generated force is small, and the conversion efficiency of input electrical energy into mechanical energy is low.
一方、後者は同図(b)に示すように、両面に電極3a
、5bを形成した多数の圧電体4を接着剤等で積層して
接合し、各圧電体4の両側の各電極3a、”)b間に電
圧を印加するようにしたものである。On the other hand, the latter has electrodes 3a on both sides, as shown in FIG.
, 5b are stacked and bonded together using an adhesive or the like, and a voltage is applied between the electrodes 3a, ``)b'' on both sides of each piezoelectric body 4.
この積層圧電素子はバイモルフ圧電素子に比して歪の大
きさは小さいが、その精度が高く発生応力が大きくて応
答性も早く、熱や騒音の発生が極めてiJsさく、かつ
入力電気エネルギーの機械エネルギーへの変換効率が大
きいので消費電力も小さくてすむという長所があり、さ
らに電極間距離を小さくすることにより駆動電圧を低く
することが可能である。したがって、以下に述べる実施
例においても電歪素子としてこの積層圧電素子を用いる
のが望ましい。This laminated piezoelectric element has a smaller strain than a bimorph piezoelectric element, but its accuracy is high, the generated stress is large, the response is fast, the generation of heat and noise is extremely small, and the input electrical energy is very low. Since the energy conversion efficiency is high, the power consumption is low, and furthermore, by reducing the distance between the electrodes, it is possible to lower the driving voltage. Therefore, it is desirable to use this laminated piezoelectric element as the electrostrictive element also in the embodiments described below.
第1図及び第2図はこの発明の一実施例を示すものであ
る。FIGS. 1 and 2 show an embodiment of the present invention.
この光ビーム走査装置は、支持部材11にフレーム11
8.11aを互いに平行して突設し、フレーム11a、
11aの先端部に端板12を固設すると共に、フレーム
11a、llaの先端部近くの対応する位置に軸孔13
.13を設け、この軸孔13,13に第2図の矢示方向
がら尖端部15aを持っ回動軸15,15を回動自在に
嵌装し、尖端部15aを光ビームを発生する光源ユニッ
ト14の外筒14cの側面に設けた軸受部14dで軸支
すると共に、回動軸15.15をフレームlla、l?
aの外側面において弾性のあるEリング150等で係着
して、回動軸の遊びを防止している。This light beam scanning device has a frame 11 mounted on a support member 11.
8.11a are provided protrudingly in parallel to each other, and the frames 11a,
An end plate 12 is fixed to the tip of the frame 11a, and a shaft hole 13 is provided at a corresponding position near the tip of the frame 11a, lla.
.. 13, rotary shafts 15, 15 are rotatably fitted into the shaft holes 13, 13 with pointed ends 15a in the direction of the arrow in FIG. 2, and the pointed ends 15a form a light source unit that generates a light beam. The rotating shaft 15.15 is supported by a bearing portion 14d provided on the side surface of the outer cylinder 14c of No. 14, and the rotating shaft 15.15 is attached to the frame lla, l?
It is engaged with an elastic E-ring 150 or the like on the outer surface of a to prevent play of the rotation shaft.
また、光源ユニット14と端板12との間に圧縮ばね1
6を係着(後述する変位部材10の軸線上に設けるのが
好ましい)して、光源ユニット14を第1図で右旋方向
に付勢している。ここで。Further, a compression spring 1 is provided between the light source unit 14 and the end plate 12.
6 (preferably provided on the axis of the displacement member 10, which will be described later), the light source unit 14 is biased in the right rotation direction in FIG. here.
圧縮ばね16は板ばねでも良く、または変位部材10方
向に付勢するコイルばねでもよい。The compression spring 16 may be a leaf spring or a coil spring that biases the displacement member 10.
また、支持部材11には外部電極17a、17bを有す
る電歪素子17の一端を受台18′を介して固設し、そ
の他端には受台18を介して駆動部材19を一体とし、
この駆動部材1日の先端部に球状部19aを形成し、球
状部19aを光源ユニット14の側面に半径方向から当
接させ、電歪素子17の変位により光源ユニット14が
回動軸15を中心として揺動し得るようにしている。Further, one end of an electrostrictive element 17 having external electrodes 17a and 17b is fixed to the support member 11 via a pedestal 18', and a driving member 19 is integrated with the other end via a pedestal 18.
A spherical part 19a is formed at the tip of this driving member, and the spherical part 19a is brought into contact with the side surface of the light source unit 14 from the radial direction, and the light source unit 14 is moved around the rotation axis 15 by the displacement of the electrostrictive element 17. It is designed so that it can be swayed as it is.
支持部材11は例えば高強度なインバーのように極めて
強靭で剛性が大きく電歪素子17と同水準の熱膨張係数
を持つ材質を用い、取付孔11bにより図示しない固定
部に位置決め部11cをガイドとして固設することによ
り、さらにその剛性を高め得る。The support member 11 is made of a material such as high-strength Invar, which is extremely strong, rigid, and has the same coefficient of thermal expansion as the electrostrictive element 17, and is attached to a fixed part (not shown) through the mounting hole 11b using the positioning part 11c as a guide. By fixing it, its rigidity can be further increased.
実際の組付けに際しては、まず電歪素子17の長手方向
の両端部に断面コの字状の受台18゜18′の平面側を
接着により一体とし、治具を用いて一方の受台18′を
受け、他方の受台18の溝部18aに、角柱状の駆動部
材19の他端を嵌入し、予圧をかけながら駆動部材19
を受台18に雄付けして電歪素子17と一体化して変位
部材10を構成している。When actually assembling, first, the flat sides of the pedestals 18° 18', each having a U-shaped cross section, are attached to both ends of the electrostrictive element 17 in the longitudinal direction by gluing, and then one pedestal 18 is attached using a jig. ', fit the other end of the prismatic drive member 19 into the groove 18a of the other pedestal 18, and while applying preload, drive the drive member 19.
is attached to the pedestal 18 and integrated with the electrostrictive element 17 to form the displacement member 10.
このような構成からなる変位部材10を適当な治具によ
り支持部材11に対して位置決めし、受台18′の溝部
18a を支持部材11の突出部11dに嵌入し、駆動
部材19側から予圧をがけて受台18′を支持部材11
に鑞付けする。The displacement member 10 having such a configuration is positioned with respect to the support member 11 using an appropriate jig, the groove 18a of the pedestal 18' is fitted into the protrusion 11d of the support member 11, and a preload is applied from the drive member 19 side. cradle 18' and support member 11.
to braze.
次に支持部材11のフレームlla、11aの軸孔15
,15に光源ユニット14の回動軸15゜15を回動自
在に嵌装し、光源ユニット14と端板12との間に圧縮
ばね1Bを係着して光源ユニット14の側面を駆動部材
19の先端球面部19aに圧接させる。Next, the frame lla of the support member 11, the shaft hole 15 of 11a
, 15, the rotation shaft 15° 15 of the light source unit 14 is rotatably fitted, a compression spring 1B is engaged between the light source unit 14 and the end plate 12, and the side surface of the light source unit 14 is attached to the drive member 19. is brought into pressure contact with the tip spherical surface portion 19a.
なお、光源ユニット14は、例えば第3図に示すように
半導体レーザ14aとそれから放射される発散光を集束
する投光レンズ14b、及びこれらを一体に保持する外
筒14Gとからなり、この外筒14cの側面に軸受部1
4d、14dを設けている。The light source unit 14 includes, for example, a semiconductor laser 14a, a projection lens 14b that focuses divergent light emitted from the semiconductor laser 14a, and an outer cylinder 14G that holds these together, as shown in FIG. Bearing part 1 on the side of 14c
4d and 14d are provided.
また、駆動部材1日は、環境の温度変化による各構成要
素の熱膨張を考慮してその材質を選定することが必要で
ある。Further, it is necessary to select the material of the drive member in consideration of thermal expansion of each component due to changes in environmental temperature.
すなわち、変位部材10の単位温度当りの伸びが、支持
部材11の変位部材取付面から軸孔13までの距離Xに
対する伸びにほぼ等しくなるような熱膨張係数を有する
材質(例えばインバー)を選ぶようにすれば、温度変化
による影響を除去することができる。In other words, a material (for example, invar) having a coefficient of thermal expansion such that the elongation of the displacement member 10 per unit temperature is approximately equal to the elongation of the support member 11 with respect to the distance X from the displacement member mounting surface to the shaft hole 13 is selected. By doing so, the influence of temperature changes can be removed.
第4図はこの実施例の制御手段を含む全体のブロック図
を示すもので、マイクロコンピュータ(CPU)20に
設けた発光信号出力ポート21に半導体レーザ駆動回路
22を介して半導体レーザ14aを接続し、所定のタイ
ミングでレーザ光を照射し得るようにしている。FIG. 4 shows an overall block diagram including the control means of this embodiment, in which a semiconductor laser 14a is connected to a light emission signal output port 21 provided in a microcomputer (CPU) 20 via a semiconductor laser drive circuit 22. , laser light can be irradiated at predetermined timing.
また、設定部23で設定された走査指令値を入力ポート
24からCPU20に入力し、その出力ポート25から
の出力データをD/A変換器2Bでアナログ信号に変換
し、電歪素子駆動回路27によって電歪素子17の電極
17a、17bに電圧を印加することにより、変位部材
10の電歪素子17にその印加電圧に対応する伸びを与
えて、光源ユニット14から発する光ビームを所要範囲
走査し得るようにしている。Further, the scanning command value set by the setting unit 23 is inputted to the CPU 20 from the input port 24, and the output data from the output port 25 is converted into an analog signal by the D/A converter 2B, and the electrostrictive element drive circuit 27 By applying a voltage to the electrodes 17a and 17b of the electrostrictive element 17, the electrostrictive element 17 of the displacement member 10 is given an elongation corresponding to the applied voltage, and the light beam emitted from the light source unit 14 is scanned over a required range. I'm trying to get it.
第5図及び第6図はこの発明の他の実施例を示すもので
、この光ビーム走査装置の支持部材31はインバーのよ
うな強靭な材質からなり、その胴部31aは上部に頭部
31c2尾部31dを設けてあり、胴部31aと頭部3
1cとの間に頚部318を形成し、頭部31cが頚部3
1eを支点として弾性範囲内で拭動し得るようにしてい
る。5 and 6 show another embodiment of the present invention, in which a support member 31 of this light beam scanning device is made of a strong material such as invar, and a body portion 31a has a head portion 31c2 at the top. A tail portion 31d is provided, and a body portion 31a and a head portion 3
A neck 318 is formed between the head 31c and the neck 31c.
It is designed to be able to wipe within an elastic range using 1e as a fulcrum.
胴部31aには下部に複数の取付孔31fを設け、図示
しない固定部に強固に固設し得るようにし1頭部31c
と足部31dとの間には、前述の実施例と同様に電歪素
子17.受台18.18’及び駆動部材3日(頭部31
cと一体がよい)とからなる変位部材30を架設し、頭
部”tIQの先端部には光源ユニット14の側面を龜付
は等により一体に固設している。A plurality of mounting holes 31f are provided in the lower part of the body part 31a so that the head part 31c can be firmly fixed to a fixed part (not shown).
An electrostrictive element 17. is provided between the leg portion 31d and the foot portion 31d as in the previous embodiment. cradle 18, 18' and drive member 3 days (head 31
A displacement member 30 is constructed, and the side surface of the light source unit 14 is integrally fixed to the tip of the head "tIQ" with a hook or the like.
これ番こより、電歪素子17の変位により頭部E51Q
が拭動することにより、光源ユニット14が頚部31e
を支点に拭動して光ビームを走査することができる。From this point on, the head E51Q is caused by the displacement of the electrostrictive element 17.
By wiping the light source unit 14, the neck 31e
The light beam can be scanned by wiping using the fulcrum.
第9図はこの発明による光ビーム走査装置の光路図を示
すものである。FIG. 9 shows an optical path diagram of the optical beam scanning device according to the present invention.
ここで、
W:光ビームを走査しようとする平面物体A:光源ユニ
ット14の搗動中心
θ:光源ユニット14の振れ角
D:光源ユニット14の搗動中心Aから変位部材10ま
での垂直距離
Δd:自然長dの変位部材10の変位量Q:光スポット
の振れ幅
L:搗動中心Aから平面物体Wまでの距離とし、変位部
材10が自然長dである時の光ビームが平面物体Wに直
交するものとし、かつ角θが充分に小さいとすると1次
式が成立する。Here, W: Planar object A to be scanned with the light beam: Center of oscillation θ of the light source unit 14: Deflection angle D of the light source unit 14: Vertical distance Δd from the center of oscillation A of the light source unit 14 to the displacement member 10 : Displacement amount Q of the displacement member 10 with natural length d: Swing width L of the light spot: Distance from the center of vibration A to the flat object W, and the light beam when the displacement member 10 has the natural length d is the flat object W. Assuming that the angle θ is perpendicular to the angle θ and that the angle θ is sufficiently small, a linear equation holds true.
Δd
=tan θ#θ
Q Δd
D
Δd
Ω= ・ L
いま、例えばd ”= 20 m mの電歪素子17に
電圧150Vを印加して
Δd=20μm
を得ることができ。Δd = tan θ#θ Q Δd D Δd Ω= ・L Now, for example, by applying a voltage of 150 V to the electrostrictive element 17 with d”=20 mm, it is possible to obtain Δd=20 μm.
D=1mmの時
L=l OOmmとすると Q=2mmL=200mm
とすると Q =4 mmL=400mmとすると Q
=8mm
となり、距MLを変化させることにより、変位部材10
の僅かな変位量により光スポットの振れ幅。When D=1mm, L=l OOmm, then Q=2mmL=200mm
Then, Q = 4 mmL = 400 mm, then Q
=8mm, and by changing the distance ML, the displacement member 10
The fluctuation width of the light spot is determined by the slight displacement of the light spot.
即ち走査範囲を任意に設定できることが分る。That is, it can be seen that the scanning range can be set arbitrarily.
次に、第10図乃至第12図を参照して実際の光ビーム
走査手順を詳細に説明する。Next, the actual light beam scanning procedure will be explained in detail with reference to FIGS. 10 to 12.
平面物体W上の光ビームの振れ幅Qをn個の光スポット
S1*S2+・・・・・・+5ffl−□、Snで走査
するようにし、これに対応する電歪素子17の変位を単
位変位量Δd / nを基準として、Δd / n 。The amplitude Q of the light beam on the planar object W is scanned by n light spots S1*S2+...+5ffl-□, Sn, and the corresponding displacement of the electrostrictive element 17 is expressed as a unit displacement. With reference to the amount Δd/n, Δd/n.
2Δd / n + ”’ ”’ !Δd(第11図(
d)参照)とする。Δd、nは、第4図のブロック図に
示す設定部23であらかじめ設定される設定値であり。2Δd/n + ”'”'! Δd (Fig. 11 (
d)). Δd and n are set values that are set in advance by the setting unit 23 shown in the block diagram of FIG.
11024を介してイニシャアル時にCPU20に読み
込まれる。11024, and is read into the CPU 20 at the time of initialization.
一方、CPUの20の中では変位Δd / n 。On the other hand, within the CPU 20, the displacement Δd/n.
2Δd / n 、・・・・・・、Δdは位置情報Pt
e pz +・・・・・・、Pk、・・・・・・、P
nとして認識されている。2Δd/n, ..., Δd is position information Pt
e pz +..., Pk,..., P
It is recognized as n.
この位置情報Pi+Pz+・・・・・・、Pnは、デジ
タル量であり、一般に整数値である。そして、例えばこ
の位置情報Pkから変位(k・Δd / n )を得る
には次のようにしている。This positional information Pi+Pz+...,Pn is a digital quantity and is generally an integer value. For example, the displacement (k·Δd/n) can be obtained from this position information Pk as follows.
まず、CPU20より位置情報PkをI/○25を介し
て出力し、D/A変換器2日でデジタル量からアナログ
量に変換する。このアナログ量を電歪素子駆動回路27
への入力信号とし、電歪素子17を駆動する。First, position information Pk is output from the CPU 20 via the I/O 25, and converted from a digital amount to an analog amount using a D/A converter. This analog quantity is transferred to the electrostrictive element drive circuit 27.
The electrostrictive element 17 is driven as an input signal to the electrostrictive element 17.
D/A変換器2日の出力電圧すなわち電歪素子駆動回路
27の入力電圧をvl kとし、電歪素子17の駆動電
圧をVzkとすると、電歪素子駆動回路27は入力電圧
Vl kから出力電圧Vzkを得る電力増幅回路である
。こうして電歪素子17は、VZ kの電圧で駆動され
、所定変位k・Δd/nを得る。If the output voltage of the D/A converter 2nd, that is, the input voltage of the electrostrictive element drive circuit 27 is vl k, and the driving voltage of the electrostrictive element 17 is Vzk, then the electrostrictive element driving circuit 27 outputs from the input voltage Vl k. This is a power amplifier circuit that obtains voltage Vzk. In this way, the electrostrictive element 17 is driven with a voltage of VZ k to obtain a predetermined displacement k·Δd/n.
ところで、電歪素子17はヒステリシスを持っており、
電歪素子17に加わる電圧と変位との関係は第8図(a
)に示される通りである。By the way, the electrostrictive element 17 has hysteresis,
The relationship between the voltage applied to the electrostrictive element 17 and the displacement is shown in FIG.
) as shown.
すなわち、所定の変位k・Δd / nを得るには、印
加電圧V2 kとVZ k’の場合があるが、たとえこ
のヒステリシスを有していても、第8図(a)から分る
ように、電歪素子17を印加電圧v2を上げる方向、す
なわち充電しながら位置を決める場合と、印加電圧V2
を下げる方向、すなわち電歪素子17の電荷を放電しな
がら位置を決める場合とに区別することにより、印加電
圧と変位とを1対1に対応させることが可能となる。That is, in order to obtain a predetermined displacement k・Δd/n, there are cases where the applied voltages V2 k and VZ k' are required, but even with this hysteresis, as can be seen from Fig. 8(a), , when positioning the electrostrictive element 17 in the direction of increasing the applied voltage v2, that is, while determining the position while charging;
By distinguishing between the direction in which the voltage is lowered, that is, the position is determined while discharging the charge of the electrostrictive element 17, it becomes possible to make the applied voltage and displacement correspond one-to-one.
そのため、CPU20のでは位置情報として2つの系を
持ち、一つは充電しながら位置を決゛める系であり、も
う一つは放電しながら位置を決める系である。Therefore, the CPU 20 has two systems for position information; one system determines the position while charging, and the other system determines the position while discharging.
充電しながら位置を決める系の位置情報をPL+P2+
・・・・・・、Pk、・・・・・・、Pnとすると、位
置情報Pkはpi + P2 *・・・・・・の順にl
1025を介して出力され、電歪素子17にはV 21
+ V 22 r・・・・・・Vzk・・・・・・、
VZ nの順に徐々に電圧が上がる向きに印加され、変
位量Δd/n、2Δd / n 、・・・・・・、にΔ
d / n 、・・・・・・、Δdが決まる。PL+P2+ location information for determining location while charging
......, Pk, ......, Pn, the position information Pk is l in the order of pi + P2 *......
1025, and the electrostrictive element 17 receives V 21
+ V 22 r...Vzk...,
The voltage is applied in a direction that gradually increases in the order of VZ n, and the displacement amount Δd/n, 2Δd/n, ......, Δ
d/n, ..., Δd is determined.
一方、放電しながら位置を決める系の位置情報をPt
’ y P2 ’ ”・・・・HPk’ ・=−、
Pn’とすると、位置情報Pk’はPn’、Pn−1’
・・・・・・の順にl1025を介して出力され、電歪
素子17の印加電圧v2はV 2 n ’ (= V
2 n LV2 n −1’ 、・・・・・・、VZ
k’ と低下しながら変位量Δd、(n t)Δd、
・・・・・・、にΔdn、・・・・・・Δdnに対応し
た位置が決まる。On the other hand, the position information of the system that determines the position while discharging is Pt
'y P2'”...HPk' ・=-,
If Pn', position information Pk' is Pn', Pn-1'
The voltage v2 applied to the electrostrictive element 17 is V2n' (=V
2 n LV2 n −1' , ..., VZ
Displacement Δd, (nt) Δd, while decreasing as k'.
. . . , Δdn, . . . The position corresponding to Δdn is determined.
以下、位置情報はPkとして充電する向きで説明してい
るが、放電する方向でも同じことが言える。Hereinafter, the position information will be described as Pk in terms of the direction of charging, but the same can be said of the direction of discharging.
こうして、位置情報Pkと変位にΔdnの間の関係は決
められるが、位置情報Pkと変位量にΔdnを直接結ぶ
関係式は下記の手順で求めることができる。In this way, the relationship between the position information Pk and the displacement Δdn is determined, but a relational expression that directly connects the position information Pk and the displacement amount Δdn can be obtained by the following procedure.
第8図(b)において、領域〔■〕は印加電圧v2と変
位量Δdとの関係を表わす特性図である。ここで、電歪
素子17は電圧v2が印加され、光源ユニット14が振
動するが、支持部材、変位部材の熱膨張率、ヤング率、
電歪素子17の印加電圧変位特性などにより、本装置の
印加電圧■2と変位量Δdの関係が決まる。In FIG. 8(b), the area [■] is a characteristic diagram showing the relationship between the applied voltage v2 and the displacement amount Δd. Here, voltage v2 is applied to the electrostrictive element 17, and the light source unit 14 vibrates.
The relationship between the applied voltage (2) and the amount of displacement Δd of this device is determined by the applied voltage displacement characteristics of the electrostrictive element 17 and the like.
第8図(b)の領域(m)は入力電圧Vl と印加電圧
v2の関係を示す電歪素子駆動回路27の特性である。Region (m) in FIG. 8(b) is the characteristic of the electrostrictive element drive circuit 27 showing the relationship between the input voltage Vl and the applied voltage v2.
V2/Vlが電歪素子駆動回路27の増幅率であり、一
般には■1とv2とは非線型関係にある。V2/Vl is the amplification factor of the electrostrictive element drive circuit 27, and in general, 1 and v2 have a nonlinear relationship.
第8図(b)の領域(IV)はD/A変換器26の特性
を示すものである。デジタルの位置情報Pを入力として
電圧v1が得られる。位置情報Pと電圧V!との特性は
D/A変換器2日の分解能、直線性などで決まる。第8
図(b)の領域(1)が最終的に知りたい位置情報Pk
と変位にΔd / nの関係式となる。Region (IV) in FIG. 8(b) shows the characteristics of the D/A converter 26. A voltage v1 is obtained by inputting digital position information P. Position information P and voltage V! The characteristics are determined by the resolution, linearity, etc. of the D/A converter. 8th
Area (1) in figure (b) is the location information Pk that you ultimately want to know.
The relational expression is Δd/n for displacement.
第8図(b)(II)、 Cm)、 (IV)で示され
る特性はそれぞれ実験により求められる。それらの特性
から位置情報Pkと変位量にΔd / nを得るには、
例えば、第8図(b)において、変位量Δdを任意に複
数等分して第8図(b)の変位量の軸上にとり、図の矢
印の向きに特性図を使用し、印加電圧v2を決める。The characteristics shown in FIG. 8(b) (II), Cm), and (IV) are determined through experiments. To obtain position information Pk and displacement amount Δd/n from those characteristics,
For example, in FIG. 8(b), the displacement amount Δd is arbitrarily divided into multiple equal parts and taken on the axis of the displacement amount in FIG. 8(b), the characteristic diagram is used in the direction of the arrow in the figure, and the applied voltage v2 decide.
同様にして、印加電圧v2から矢印の向きにプロットす
ることにより、入力電圧v1を求め、さらに、これに対
応する位置情報Pを求める。Similarly, input voltage v1 is obtained by plotting from applied voltage v2 in the direction of the arrow, and position information P corresponding to this is also obtained.
こうして求められた位置情報Pと変位量Δdとの関係を
、第8図(b)の領域[1)上でプロットすることがで
き、求める特性が得られる6なお、変位量Δd/n、2
Δd / n 、・・・・・・kΔd / n 、・・
・・・・、Δdは説明の都合上等間隔にとったが、n個
のうち必要なスポットのみを細かくとることも可能であ
る。The relationship between the position information P and the displacement Δd thus obtained can be plotted on the area [1) in FIG. 8(b), and the desired characteristics can be obtained.
Δd/n,...kΔd/n,...
. . . .DELTA.d is set at equal intervals for convenience of explanation, but it is also possible to set only the necessary spots finely among the n spots.
第11図(a )、(b )、(c )、(d )に、
光スポット51tS2y・・・・・・、SnをQ /
nずつ等間隔で移動する時の位置情報P1+P2+・・
・・・・、Pnの出力タイミングを示す(各曲線は第8
図(a)においてO→aの時の波形を示し、a→O時の
波形は省略しである)。ここで工は電歪素子17への充
電電流である。In Figure 11 (a), (b), (c), (d),
Light spot 51tS2y..., Q/
Position information P1+P2+ when moving at equal intervals by n
..., shows the output timing of Pn (each curve is the 8th
In Figure (a), the waveform when O→a is shown, and the waveform when a→O is omitted). Here, Δ is the charging current to the electrostrictive element 17.
第12図は電歪素子駆動回路27の一具体例を示すもの
で、駆動電源vBとアース間に直列に接続された2個の
トランジスタスイッチ41.42と、そのオン・オフを
それぞれ制御する2個のコンパレータ43,44と、入
力電圧v1をコンパレータ43又は44に切り換えて印
加する切換スイッチ45と、抵抗46.47等からなる
。FIG. 12 shows a specific example of the electrostrictive element drive circuit 27, which includes two transistor switches 41 and 42 connected in series between the drive power supply vB and the ground, and two transistor switches 41 and 42 that control their on/off, respectively. It consists of comparators 43 and 44, a changeover switch 45 that switches and applies the input voltage v1 to the comparator 43 or 44, resistors 46 and 47, and the like.
そして、切換スイッチ45をa側に切り換えると、#!
動電源VBによりトランジスタ41を介して電歪素子1
7を入力電圧v1に応じた電圧V2で充電して駆動する
ことができる。Then, when the selector switch 45 is switched to the a side, #!
The electrostrictive element 1 is connected via the transistor 41 by the dynamic power source VB.
7 can be charged and driven with a voltage V2 corresponding to the input voltage v1.
また、切換スイッチ45をb側へ切り換えると、トラン
ジスタスイッチ42及び抵抗46.47を介して電歪素
子17の電荷を放電させて駆動することができる。Furthermore, when the selector switch 45 is switched to the b side, the electrostrictive element 17 can be driven by discharging the charge through the transistor switch 42 and the resistors 46 and 47.
ところで、光スポットを等間隔で移動するには、に分割
する必要がある。そして、電歪素子17の印加電圧v2
対変位量Δdは第8図(a)で求められている。By the way, in order to move the light spot at equal intervals, it is necessary to divide it into parts. Then, the applied voltage v2 of the electrostrictive element 17
The displacement amount Δd is determined in FIG. 8(a).
一方、前にも述べたように電歪素子としては積層圧電素
子を用いた方が望ましいが、この積層圧電素子は電気的
にはコンデンサに相当し、1層されているので容量が大
きい。On the other hand, as mentioned above, it is preferable to use a laminated piezoelectric element as the electrostrictive element, but this laminated piezoelectric element electrically corresponds to a capacitor and has a large capacity because it is made of one layer.
その変位量は電歪素子に蓄積される電荷量にほぼ比例し
、容量の時間変化はコンデンサの充電曲線と似ている。The amount of displacement is approximately proportional to the amount of charge stored in the electrostrictive element, and the change in capacitance over time is similar to the charging curve of a capacitor.
変位量かにΔd / nから(k+1)Δd / nに
変化し、光スポットが移動するためには、印加電圧Vz
をVzkからVz(k+IH,−上げなければならない
。In order for the displacement amount to change from Δd/n to (k+1)Δd/n and the light spot to move, the applied voltage Vz
must be increased from Vzk to Vz(k+IH,-).
第8図(a)から変位量がΔdに近づくにつれ、引き上
げるべき印加電圧v2は小さくてすむことが分る。した
がって、電歪素子17に流れる電流もそれにともない、
始めは大電流が流れ、変位量がΔdに近づくにつれて小
さくなる。It can be seen from FIG. 8(a) that as the amount of displacement approaches Δd, the applied voltage v2 that should be raised becomes smaller. Therefore, the current flowing through the electrostrictive element 17 also becomes
At first, a large current flows, and as the amount of displacement approaches Δd, it becomes smaller.
このような関係を求めたものが、第11図(a)。Figure 11(a) shows such a relationship.
(b)、(c)、(d)に示すものである。出力電圧v
1と印加電圧v2とは第8図(b)の領域[IIr)に
示す特性図から分る様にその大部分の範囲が線型関係に
あり、出力電圧Vz と印加電圧v2との波形はほぼ同
様な曲線となる。These are shown in (b), (c), and (d). Output voltage v
1 and the applied voltage v2 have a linear relationship in most of their ranges, as can be seen from the characteristic diagram shown in the region [IIr) of FIG. 8(b), and the waveforms of the output voltage Vz and the applied voltage v2 are approximately The curve will be similar.
この発明の実施例ではcpu20を使用し、D/A変換
器26の出力電圧Vlは連続に変化せず。In the embodiment of the present invention, the CPU 20 is used, and the output voltage Vl of the D/A converter 26 does not change continuously.
ステップ状に変化させている。It changes in steps.
そして、印加電圧v2と充電電流■の波形は電歪素子1
7がコンデンサとして電気的に近似できるため、第11
図(c)、(d)に示すように指数関数状となる。The waveforms of the applied voltage v2 and the charging current ■ are the waveforms of the electrostrictive element 1.
7 can be electrically approximated as a capacitor, so the 11th
As shown in Figures (c) and (d), it becomes an exponential function.
すなわち、第11図(a)、(b)、(c)、(d)に
示すように、光スポットを等間隔で移動させるには、時
間jl +j2 +・・・・・・、tnの順で時間間隔
が徐々に増加する時点において、位置情報P1eP2t
・・・・・・、Pnをl1025を介して出力すること
により実現させることができる。That is, as shown in FIGS. 11(a), (b), (c), and (d), in order to move the light spot at equal intervals, the order of time jl + j2 +..., tn is required. At the point in time when the time interval gradually increases, the position information P1eP2t
. . . can be realized by outputting Pn via l1025.
以上、第1図に示す実施例(光源ユニット14の搗中心
A)について説明したが、第5図に示す実施例のように
光源ユニット14が頚部31aを支点として揺動する場
合でも、上記と同様に第8図(b)に示すような各相関
曲線を実験的に求めて、これよりcpu20の位置情報
をl1025を介して出力するようにすればよい。The embodiment shown in FIG. 1 (center A of the light source unit 14) has been described above, but even when the light source unit 14 swings about the neck 31a as a fulcrum as in the embodiment shown in FIG. Similarly, each correlation curve as shown in FIG. 8(b) may be obtained experimentally, and the position information of the CPU 20 may be outputted from this through the l1025.
第13図は、第4図の実施例による光スポツト走査時の
CPU20の処理を示すフローチャートであり、半導体
レーザ駆動回路22(第4図)により半導体レーザ14
aを発光させ(ステップ■)。FIG. 13 is a flowchart showing the processing of the CPU 20 during optical spot scanning according to the embodiment of FIG. 4, in which the semiconductor laser drive circuit 22 (FIG. 4)
Let a emit light (step ■).
光スポットSの位置を定め(ステップ■)、その位置に
応じた電圧を電歪素子17に印加する(ステップ■)。The position of the light spot S is determined (step ■), and a voltage corresponding to the position is applied to the electrostrictive element 17 (step ■).
さらに、印加電圧が予め定めた電圧に達したかどうかに
よって走査を続けるか否かを判断しくステップ■)、走
査を続ける場合はステップ■〜■を繰り返し、走査を終
了する場合には半導体レーザ14aの発光を停止させる
(ステップ■)。Furthermore, it is determined whether or not to continue scanning depending on whether the applied voltage has reached a predetermined voltage (Step 2). To continue scanning, steps 2 to 3 are repeated, and to end scanning, the semiconductor laser 14a to stop emitting light (step ■).
このようにして、上述した各実施例によれば、極めて簡
単な構成で、電歪素子17に印加する電圧に応じて自由
にその変位量を制御することができ、それによって光源
ユニット14を揺動させて高速(数KHz程度)かつ高
精度な光スポットの走査及び位置決めが可能になる。In this way, according to each of the embodiments described above, the amount of displacement of the electrostrictive element 17 can be freely controlled in accordance with the voltage applied to the electrostrictive element 17 with an extremely simple configuration, and thereby the light source unit 14 can be oscillated. It becomes possible to scan and position the optical spot at high speed (on the order of several KHz) and with high accuracy by moving the optical fiber.
なお、上記各実施例においては、光ビームを同一平面内
において走査する場合について説明したが、光源ユニッ
トを互いに直交してそれぞれ独立して揺動し得るように
し、各回転軸線に直交して2個の変位部材を設けるよう
にすれば、光ビームをx−y方向に走査することができ
る。In each of the above embodiments, a case has been described in which the light beam is scanned in the same plane, but the light source units are designed to be able to swing independently and perpendicular to each other, and to scan two light beams perpendicular to each rotation axis. By providing two displacement members, the light beam can be scanned in the x-y direction.
また、光ij!14aは半導体レーザに限るものではな
く、LED等の発光素子を用いても差支えない。Also, light ij! 14a is not limited to a semiconductor laser, and a light emitting element such as an LED may be used.
次に、第14図及び第15図を参照してこの発明による
光ビーム走査装置を光学式距離測定装置に適用した応用
例を説明する。Next, an application example in which the light beam scanning device according to the present invention is applied to an optical distance measuring device will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
第16図において、14は半導体レーザ14aと投光レ
ンズ14bとを外筒140で一体に保持した光源ユニッ
トであり、投光レンズ14bの主点Aを揺動中心として
揺動可能であり、揺動中心Aから間隔りを置いて設けら
れた自然長dの変位部材10の変位により駆動される。In FIG. 16, reference numeral 14 denotes a light source unit in which a semiconductor laser 14a and a light projecting lens 14b are integrally held by an outer cylinder 140, and is swingable around the principal point A of the light projecting lens 14b. It is driven by the displacement of a displacement member 10 having a natural length d and spaced apart from the center of motion A.
40は揺動中心Aから真横の距1IiCの位置に主点B
を有する受光レンズ、41は受光レンズ40の主点Bか
ら距離Fの位置に水平に設けた半導体装置検出器(以下
rPsDJ と略称する)であり。40 is the principal point B located at a distance of 1IiC directly to the side from the swing center A.
41 is a semiconductor device detector (hereinafter abbreviated as rPsDJ) provided horizontally at a distance F from the principal point B of the light receiving lens 40.
図示の都合上受光面のみを示している。For convenience of illustration, only the light-receiving surface is shown.
いま、変位部材10の電歪素子に電圧を印加しない状態
で光源ユニット14から垂直に光ビームが照射するよう
にし、その光ビームが被測定物W上に光スポットP1を
生じ、この光スポットP1を受光レンズ40によりPS
D41の受光面上の点Q1に結像させた時、受光レンズ
40の光軸とPSD41の受光面とが交わる定点QOか
ら点Q1までの距離をxlとすると、第17図にも示す
ように、揺動中心Aから被測定物Wまでの距離Llは次
式で表わされる。Now, with no voltage applied to the electrostrictive element of the displacement member 10, a light beam is vertically irradiated from the light source unit 14, and the light beam generates a light spot P1 on the object W to be measured. PS by the light receiving lens 40
When an image is formed on point Q1 on the light receiving surface of D41, if the distance from the fixed point QO where the optical axis of the light receiving lens 40 intersects with the light receiving surface of PSD 41 to point Q1 is xl, then as shown in FIG. , the distance Ll from the swing center A to the object W to be measured is expressed by the following equation.
すなわち、PSD41上の点Q1の位置を知ることによ
って被測定物Wまでの距離を測定することができる。That is, by knowing the position of point Q1 on PSD 41, the distance to object W can be measured.
また、この状態から電歪素子に電圧を印加して変位部材
10を変位量Δdだけ伸長させ、光源ユニット14を揺
動中心Aの回りに揺動させ、光ビームを角θだけ振った
状態で、被測定物W上の点P1から距離Qの点に光スポ
ットP2を生じ、この光スポットP2の像が受光レンズ
40によりPSD41の受光面上の定点QOから距離X
2の点Q2に結像したとすると、第17図からとなり、
この(2)、(3)式から点P2までの距tlLzは次
式で表わされる。Further, from this state, a voltage is applied to the electrostrictive element to extend the displacement member 10 by the displacement amount Δd, and the light source unit 14 is swung around the oscillation center A, with the light beam being swung by an angle θ. , a light spot P2 is generated at a distance Q from point P1 on the object W to be measured, and the image of this light spot P2 is projected by the light receiving lens 40 at a distance X from a fixed point QO on the light receiving surface of the PSD 41.
If the image is focused on point Q2 of 2, then from Fig. 17,
From these equations (2) and (3), the distance tlLz to point P2 is expressed by the following equation.
C・F
X2+
ここで、変位部材10の変位量Δdは電歪素子への印加
電圧によって一義的に決まるので1点Q2の位置を知れ
ば点P2までの距離L2を求めることができる。C·F
すなわち、電歪素子に第11図(a)に示した各電圧を
印加して光ビームを走査することにより。That is, by applying each voltage shown in FIG. 11(a) to the electrostrictive element and scanning the light beam.
被測定物Wの表面形状を認識することが可能になる。It becomes possible to recognize the surface shape of the object W to be measured.
以上述べたように、この発明による光ビーム走査装置は
、光ビームを発生する光源ユニットとこの光源ユニット
を揺動自在に支持する支持部材との間に電歪素子を介在
させるだけの極めて簡単な構造なので、生塵性良好で製
造コストも安く1組立ても容易である。As described above, the light beam scanning device according to the present invention is an extremely simple device that only requires an electrostrictive element to be interposed between a light source unit that generates a light beam and a support member that swingably supports this light source unit. Due to its structure, it has good dust resistance, low manufacturing cost, and is easy to assemble.
また、光ビームの走査を光源ユニットの揺動により行な
うようにしたので、電歪素子の微少な変位により光スポ
ットの大きな振れ幅を得ることができ、高速かつ高精度
な光ビーム走査が可能になる。In addition, since scanning of the light beam is performed by swinging the light source unit, a large amplitude of the light spot can be obtained by slight displacement of the electrostrictive element, making it possible to scan the light beam at high speed and with high precision. Become.
なお、電歪素子に積層圧電素子を用いるようにすれば、
熱の発生が少なく無騒音で応答性が良く、かつ入力電気
エネルギーの機械エネルギーへの変換効率が良いので電
力消費が少ない光ビーム走査装置を得ることができる。Note that if a laminated piezoelectric element is used as the electrostrictive element,
It is possible to obtain a light beam scanning device that generates little heat, is noiseless, has good responsiveness, and has good efficiency in converting input electrical energy into mechanical energy, so it consumes little power.
第1図はこの発明の一実施例を示す正面図、第2図は同
じくその平面図、
第3図は光源ユニットの構成を示す断面図、第4図はこ
の実施例の全体の植成を示すブロック図、
第5図はこの発明の他の実施例を示す正面図、第6図は
同じくその平面図。
第7図(a)、(b)はそれぞれ異なる電歪素子の構造
を示す斜視図、
第8図(a)は電歪素子の印加電圧と変位量との関係を
示す線図、(b)はCPUの位置情報と変位量との関係
を示す相関曲線図、
第9図は第1図〜第4図に示した実施例の光路図。
第10図はこの実施例による光ビームの走査方法を例示
する説明図。
第11図(a)はD/A変換器の出力電圧を経過時間と
の関係で示す線図、(b)は電歪素子へ供給すべき電流
を経過時間との関係で示す線図、(C)は電歪素子へ印
加すべき電圧を経過時間との関係で示す線図、(d)は
電歪素子の変位量を経過時間との関係で示す線図、
第12図は第4図の電歪素子開動回路の一例を示す電気
回路図、
第13図は第4図の実施による光ビーム走査時における
CPU20の処理を示すフロー図、第14図はこの発明
による光ビーム走査装置の応用例を示す斜視図、
第15図はその光路図。
第18図及び第17図は従来の光ビーム走査装置のそれ
ぞれ異なる例を示す説明図である。
10.50・・・変位部材 11.31・・・支持部材
14・・・光源ユニット
1日・・・圧縮はね(付勢手段)
17・・・電歪素子 19,39・・・駆動部材
20・・・マイクロコンピュータ(CPU)22・・・
半導体レーザ駆動回路
26・・・D/A変換器 27・・・電歪素子駆動回
路第1
図
第5
図
第6
図
第7
図
(Q)
(b)
第9
図
ヒ1−+
第10図
第11図
第12図
駆動電源
V口
第13図
第16図Fig. 1 is a front view showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a plan view thereof, Fig. 3 is a sectional view showing the structure of the light source unit, and Fig. 4 shows the entire planting of this embodiment. FIG. 5 is a front view showing another embodiment of the invention, and FIG. 6 is a plan view thereof. Figures 7(a) and (b) are perspective views showing the structures of different electrostrictive elements, Figure 8(a) is a diagram showing the relationship between applied voltage and displacement of the electrostrictive element, and (b) 9 is a correlation curve diagram showing the relationship between CPU position information and displacement amount, and FIG. 9 is an optical path diagram of the embodiment shown in FIGS. 1 to 4. FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a light beam scanning method according to this embodiment. FIG. 11 (a) is a diagram showing the output voltage of the D/A converter in relation to the elapsed time, (b) is a diagram showing the current to be supplied to the electrostrictive element in relation to the elapsed time, ( C) is a diagram showing the voltage to be applied to the electrostrictive element in relation to the elapsed time, (d) is a diagram showing the amount of displacement of the electrostrictive element in relation to the elapsed time, and Figure 12 is the diagram shown in Figure 4. 13 is a flow diagram showing the processing of the CPU 20 during light beam scanning according to the implementation of FIG. 4, and FIG. 14 is an application of the light beam scanning device according to the present invention. A perspective view showing an example, and FIG. 15 is an optical path diagram. FIGS. 18 and 17 are explanatory diagrams showing different examples of conventional light beam scanning devices. 10.50...Displacement member 11.31...Support member 14...Light source unit 1 day...Compression spring (biasing means) 17...Electrostrictive element 19,39...Driving member 20... Microcomputer (CPU) 22...
Semiconductor laser drive circuit 26...D/A converter 27...Electrostrictive element drive circuit 1 Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 7 (Q) (b) Fig. 9 H1-+ Fig. 10 Figure 11 Figure 12 Drive power supply V port Figure 13 Figure 16
Claims (1)
、該光源ユニットの揺動中心から外れた点に、印加電圧
に応じて寸法歪を発生する電歪素子を有する一端固定の
変位部材の他端を圧接させ、前記電歪素子にその単位変
位量に対応する電圧を所要の変位量に達するまで所定の
時間間隔で積算して印加することを特徴とする光ビーム
操作方法。 2 光ビームを発する光源ユニットと、該光源ユニット
を照射方向可変に揺動自在に支持する支持部材と、該支
持部材と前記光源ユニットとの間に介在して印加電圧に
応じて寸法歪を発生する電歪素子と、前記光源ユニット
を前記電歪素子に押圧する付勢手段とを有し、前記電歪
素子の変位により前記光源ユニットを揺動させて光ビー
ムを走査するようにしたことを特徴とする光ビーム走査
装置。 3 一端に頚部を介して接続した頭部を、他端に尾部を
有する支持部材と、該支持部材の頭部と尾部との間に介
在して印加電圧に応じて寸法歪を発生する電歪素子と、
前記頭部の先端に接合した光ビームを発する光源ユニッ
トとを有し、前記電歪素子の変位により前記頚部を支点
として前記光源ユニットを揺動させて光ブームを走査す
るようにしたことを特徴とする光ビーム走査装置。[Scope of Claims] 1. One end that swingably supports a light source unit that emits a light beam, and has an electrostrictive element that generates dimensional distortion in accordance with an applied voltage at a point away from the center of swing of the light source unit. A light beam operation characterized in that the other end of a fixed displacement member is brought into pressure contact with the electrostrictive element, and a voltage corresponding to the unit displacement of the electrostrictive element is integrated and applied at predetermined time intervals until the required displacement is reached. Method. 2. A light source unit that emits a light beam, a support member that swingably supports the light source unit in a variable irradiation direction, and a support member that is interposed between the support member and the light source unit and generates dimensional distortion according to the applied voltage. and an urging means for pressing the light source unit against the electrostrictive element, and the light source unit is oscillated by displacement of the electrostrictive element to scan the light beam. Features a light beam scanning device. 3. A support member having a head connected via a neck at one end and a tail at the other end, and an electrostrictive member that is interposed between the head and tail of the support member and generates dimensional distortion according to applied voltage. Motoko and
A light source unit that emits a light beam is attached to the tip of the head, and the light boom is scanned by swinging the light source unit using the neck as a fulcrum by displacement of the electrostrictive element. A light beam scanning device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19968988A JPH0248631A (en) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | Method and device for scanning light beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19968988A JPH0248631A (en) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | Method and device for scanning light beam |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0248631A true JPH0248631A (en) | 1990-02-19 |
Family
ID=16411976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19968988A Pending JPH0248631A (en) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | Method and device for scanning light beam |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0248631A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003089180A (en) * | 2001-09-18 | 2003-03-25 | Shibuya Kogyo Co Ltd | Irradiation position regulator for laser module |
| WO2013118506A1 (en) * | 2012-02-08 | 2013-08-15 | パナソニック株式会社 | Three-dimensional pointer device |
-
1988
- 1988-08-10 JP JP19968988A patent/JPH0248631A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003089180A (en) * | 2001-09-18 | 2003-03-25 | Shibuya Kogyo Co Ltd | Irradiation position regulator for laser module |
| WO2013118506A1 (en) * | 2012-02-08 | 2013-08-15 | パナソニック株式会社 | Three-dimensional pointer device |
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