DE2426331A1 - Piezoelektrisches lichtstrahlablenksystem - Google Patents

Description

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Anlage zur Patent- Zh 2.Ό ο o\

und Gebrauehsmusterliilfoanmoldurig

ROBERT BOSCH .GMBH, 7 Stuttgart 1

Piezoelektrisches Lichtstrahlablenksystem.

Die Erfindung befaßt sich mit trägheitsarmen Ablenksystemen für Lichtstrahlen, welche mittels elektrisch gesteuerter Spiegel eine Änderung der Richtung eines Lichtstrahls bewirken. Solche Lichtstrahlablenkelemente v/erden vor allem in der Nachrichtenspeichertechnik benötigt, um Spuren optischer Merkmale auf ein optisch empfindliches Medium aufzuzeichnen oder von diesem abzutasten. Ein Anwendungsgebiet ist die Speichertechnik der Videoplatten. Die Verwendung von elektrisch gesteuerten Spiegeln ist u.a. bei Lichtstrahloszillograf en bekannt, bei denen das elektrodynamische Prinzip, wie bei Galvanometern angewendet \/ird. Die Trägheit solcher. Systeme ist allerdings relativ groß, außerdem sind die Systeme stoßempfindlich und beanspruchen relativ viel Raum.

Einen wesentlich unkomplizierteren Aufbau bei einer beträchtlich höheren Grenzfrequenz erhält man aber durch Verwendung von piezoelektrischen Antriebselementen' für den Spiegel. Durch die amerikanische Patentschrift 35&7Ü55 ist bereits ein piezoelektrisches System bekannt'wie es in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt ist. Es besteht aus zwei etwa in der Mitte eingespannten Quarzplatten 1, 2, die durch Belegungesi auf den Flächen a, b und der gegenüberliegenden Flächen, elektrisch erregt werden. Die "Enden, der Platten 1 und 2 sind abgeschrägt und es sind zwei Spiegel 3 und '+ an die Schrägungen angeklebt, welche einen Lichtstrahl 5 zweimal ablenken. Für den Durchtritt der Lichtstrahlen sind Öffnungen in den Platten a und b vorgesehen. Werden nun die beiden Platten durch VJechselspannungen so erregt, daß die eine Platte sich in ihrer Längsrichtung kontrahiert, die andere ausdehnt, so werden die Spie-

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gel 3 und k gleichzeitig gedreht und cer Lichtstrahl erfährt bei einer Drehung a jedes der Spiegel eine Gesamtablenkung von h a. Bei dieser bekannten Einrichtung ist der Ablenkwinkel noch für manche Zwecke zu klein und die Einspannung der Platten ist etwas kritisch.

Die Erfindung befaßt sich mit der V/eiterbildung dieses Systems, und geht von der Aufgabe aus, eine piezoelektrische Ablenkeinrichtung zu schaffen, die relativ einfach herzustellen ist und eine hohe Ablenkempfindlichkeit besitzt* Diese Aufgabe wird erfindungsgernäß durch ein piezoelektrisches Ablenksystem gelöst, welches zwei an ihrem einen Ende eingespannte piezoelektrische Platten aufweist, zwischen derera anderen Ende die Achse des Spiegels so eingeklemmt ist, daß sie bei entgegengesetztem Dchnungsverhalten der beiden Platten unter dem Einfluß einer angelegten Spannung längs der Oberflächen beider Platten abrollt. Für den Durchtritt des Lichtstrahls und für den Bewegungsspielraura des Spiegels können Aussparungen an den beiden Platten vorgesehen sein.

Die Vorteile dieser Erfindung bestehen u.a. in der hohen Ablenkempfindlichkeit, die durch Verwendung einer sehr dünnen Achse erheblich gesteigert werden kann, in der Robustheit dos Systems gegenüber Stoßen und Erschütterungen und in der einfachen Herstellung. Zur Herstellung des Systems legt man die eine Platte auf eine ebene Unterlage, klebt an dem Ende die Achse des Spiegels mit wenig Klebstoff an, legt dann die zweite Platte unter Verwendung eines Distanzstücks über die erste und verbindet die Platten und die Berührungsstellen der Spiegelachse mit den Platten durch einen geeigneten Klebstoff. Wenn nun das untere Ende mechanisch fest eingespannt ist, so führen die Platten bei Anlegen von Spannungen an ihre Oberflächen Längsschwingungen aus, die bei Gegentaktbetrieb in entgegengesetzter Richtung

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verlaufen. Dadurch wird die Achse des Spiegels um einen Winkel 6 gedreht, der bei Längsausdehungen -A &er Platten und bei einem Durchmesser der Achse d einen Betrag von

ausmacht. Die Platten können aus Quarz oder Piezokeramik bestehen, die Spiegelachse aus Stahl oder aus Quarz.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist aus der Fig. 2 zu ersehen, die im folgenden besprochen wird.

In der Fig. 2 sind 6 und 7 die beiden Langoschwinger in Form von langgestreckten Platten, welche auf ihren Grundflächen mit Metallisierungen 15 zum Anlegen der Steuerspannung versehen sind- Die Platten sind an einen Ende durch ein Distanzstück 8 voneinander entfernt gehalten und in eine Armierung eingespannt. Am anderen Ende der Platten Find Aussparungen 10, 11· vorgesehen, die genügend Raum für eine Bewegung des Spiegels 12 und für den Durchtritt des Lichtstrahls 13, Ik bieten. Wenn man an. die beiden Außenflächen der Platten 6, je einen Pol einer Wechselspannung anlegt und die beiden Innenflächen auf Erdpotential legt, so führen die Platten Längsschwingungen im Gegentakt aus, wobei die Spiegelachse 1*f, an Vielehe der Spiegel 12 befestigt ist, in Drehung versetzt wird. Winkelgrade von 1° bis 5° lassen eich mit der Vorrichtung bei Frequenzen bis JO KHz erreichen. Der Ablenk-

winkel kann natürlich durch Hintereinanderschalten weiterer Platten bzw. v/eiterer Spiegel noch erheblich vervielfacht werden. Gegebenenfalls kann auch anstelle eines Spiegels ein kleines Prisma als Reflektor verwendet werden. Bei sehr kleinem Strahlquerschnitt kann der Spiegel 12 auch durch einen verspiegelten Anschliff der Achse 1*f ersetzt werden. Ferner können die Aussparungen 10, 11 im Falle sehr kleiner Spiegel weggelassen oder durch Abschrägungen der Platten

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ersetzt werden. Derartige Abwandlungen des Systems werden als im Rahmen der Erfindung liegend betrachtet.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   ι 1.!Piezoelektrisches Lichtstrahlablenkelement mit um eine Achse drehbarem Spiegel, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (1*0 zwischen den Enden zweier piezoelektrischer Platten (6, 7) gelagert ist, deren andere Enden fest eingespannt sind, derart daß bei einer gegenläxtfige-n Längenänderung der beiden Platten infolge Anlegen elektrischer Spannungen die Achse (1'+) längs der Oberflächen der Platten (6, 7) abrollt.
2. 2. Piezoelektrisches Lichtstrahlablenkelement nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (6, 7) Mit Aussparungen (10, 11) für den Durchtritt des Lichtstrahls und die Bewegungsfreiheit des Spiegels (12) vereinen sind.

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