DE2426331C2 - Piezoelektrisches Lichtstrahlablenksystem - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit trägheitsannen Ablenksystemen für Lichtstrahlen, welche mittels elektrisch gesteuerter Spiegel eine Änderung der Richtung eines Lichtstrahls bewirken. Solche Lichtstrahlablenkelemente werden vor allem in der Nachrichtenspeichertechnik benötigt, um Spuren optischer Merkmaie 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 Lichtsüahloszillografen bekannt, bei denen das elektrodynamische Prinzip, wie bei Galvanometer angewendet wird. 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 67 855 ist bereits ein piezoelektrisches System bekannt wie es in F i g. 1 der Zeichnungen dargestellt ist Es besteht aus zwei etwa in der Mitte eingespannten Quarzplatten 1,2, die durch Belegung 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 4 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 Wechselspannungen so eregt, daß die eine Platte sich in ihrer Längsrichtung kontrahiert, die andere ausdehnt, so werden die Spiegel 3 und 4 gleichzeitig gedreht und der Lichtstrahl erfahrt bei einer Drehung a jedes der Spiegel eine Gesamtablenkung von 4a. 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 Weiterbildung dieses Systems, und geht von der Aufgabe aus, eine piezoelektrische Ablenkeinrichtung zu schaffen, die relativ einfach herzustellen ist und eine hohe Ablenkempfindlichkeit besizt Diese Aufgabe wird etfindungsgemäß durch ein piezoelektrisches Ablenksystem gelöst, welches zwei an ihrem einen Ende eingespannte piezoelektrische Platten aufweist, zwischen derem anderen Ende die Achse des Spiegels so eingeklemmt s ist, daß sie bei entgegengesetztem Dehnungsverhalten der beiden Platten unter dem Einfluß einer angelegten Spannung längs der Oberflächen beider Platten abrollt Für den Durchtritt des Lichtstrahls und für den Bewegungsspielraum 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 des 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 Längsschwingunge;i aus, die bei Gegentaktbetrieb in entgegengesetzter Richtung verlaufen. Dadurch wird die Achse des Spiegels um einen Winkel 6 gedreht, der bei Längsausdehnung ±4 der Platten und bei einem Durchmeser der Achse d einen Betrag von

*i

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

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

In der F i g. 2 sind 6 und 7 die beiden Längsschwinger in Form von langgesteckten Platten, welche auf ihren Grundflächen mit Metallisierungen 15 zum Anlegen der Steuerspannung versehen sind. Die Platten sind an einem Ende durch ein Distanzstück 8 voneinander entfernt gehalten und in eine Armierung 9 eingespannt Am anderen Ende der Platten sind Aussparungen 10,11 vorgesehen, die genügend Raum für eine Bewegung des Spiegels 12 und für den Durchtritt des Lichtstrahls 13,14 bieten. Wenn man an die beiden Außenflächen der Platten 6,7 je einen Pol einer Wechselspannung anlegt und die beiden Innenflächen auf Erdpotential legt, so führen die Platten Längsschwingungen im Gegentakt aus, wobei die Spiegelachse 14, an welche der Spiegel 12 befestigt ist, in Drehung versetzt wird. Winkelgrade von Γ bis 5° lassen sich mit der Vorrichtung bei Frequenzen bis 30 kHz erreichen. Der Ablenkwinkel kann natürlich durch Hintereinanderschalten weiterer Platten bzw. weiterer Spiegel noch erheblich vervielfacht werden. Gegebenenfalls kann auch an Stelle eines Spiegels ein kleines Prisma als Reflektor verwendet werden. Bei sehr kleinem Strahlquerschnitt kann der Spiegel 12 auch durch einen verspiegelten Anschliff der Achse 14 ersetzt werden. Ferner können die Aussparungen 10, 11 im Falle sehr kleiner Spiegel weggelassen oder durch Abschrägungen der Platten ersetzt werden. Derartige Abwandlungen des Systems werden als im Rahmen der

Erfindung liegend betrachtet. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Piezoelektrisches Lichtstrahlablenkelement mit um eine Achse drehbarem Spiegel, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (14) zwischen den Enden zweier piezoelektrischer Platten (6, 7) gelagert ist, deren andere Enden fest eingespannt sind, derart daß bei einer gegenläufigen Längenänderung der beiden Platten infolge Anlegen elektrischer Spannungen die Achse (14) längs der Oberflächen der Platten (6, 7) abrollt

2. Piezoelektrisches Lichtstrahlablenkelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (6, 7) mit Aussparungen (10, 11) für den Durchtritt des Lichtstrahls und die Bewegungsfreiheit des Spiegels (12) versehen sind.