JPH0248631A - 光ビーム走査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

〔従来の技術〕

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。

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。

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。

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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

〔作　用〕

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。

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。

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。

〔実施例〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

即ち走査範囲を任意に設定できることが分る。

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。

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　。

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。

１１０２４を介してイニシャアル時にＣＰＵ２０に読み
込まれる。

一方、ＣＰＵの２０の中では変位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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

このような関係を求めたものが、第１１図（ａ）。

（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。

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。

ステップ状に変化させている。

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。

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。

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。

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■）。

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■）。

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■）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図示の都合上受光面のみを示している。

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。

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。

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。

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。

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。

被測定物Ｗの表面形状を認識することが可能になる。

〔発明の効果〕

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光ビームを発する光源ユニットを揺動自在に支持し
   、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。