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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei einem
Bildverschiebemechanismus zum äquivalenten
Erhöhen
einer Auflösung
durch Verschieben des von einem Gegenstand auf eine Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
einfallenden Lichts und bei einer Bilderzeugungsvorrichtung mit
einem Mittel zum Treiben des Bildverschiebemechanismus.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Herkömmlicherweise
wurde ein Bildverschiebemechanismus, wie in
16 gezeigt, verwendet, um die Auflösung einer
Festkörperbilderzeugungsvorrichtung,
wie beispielsweise einer CCD (ladungsgekoppelte Vorrichtung), die
für einen
Photoapparat und eine Videokamera verwendet wird, äquivalent
zu erhöhen.
Wenn eine flache Brechungsplatte
1 um θ mit Bezug auf die optische
Achse
2 des einfallenden Lichts
3 geneigt ist, wie
es durch die abwechselnd langen und kurzen gestrichelten Linien
gezeigt ist, wird das einfallende Licht
3, das durch die
Brechungsplatte
1 gelaufen ist, von der optischen Achse
2 des
einfallenden Lichtes
3 um einen Verschiebungsbetrag Δ verschoben,
der durch eine nachstehend beschriebene Formel (1) dargestellt wird:
wobei t die Dicke der Brechungsplatte
1 und
n den Brechungsindex des die Brechungsplatte
1 bildenden
Materials darstellt. Im Allgemeinen wird die Auflösung der
Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
fast grundsätzlich durch
die Anzahl der auf der Lichtempfangsoberfläche der Vorrichtung gebildeten
Pixel bestimmt. Obwohl eine hohe Auflösung durch Erhöhen der
Anzahl von Pixeln der Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
erhalten werden kann, ist eine Erhöhung der Anzahl von Pixeln
zu einem gewissen Ausmaß unter
Berücksichtigung
von Technologie und Kosten begrenzt. Wenn ein in
16 gezeigter Bilderzeugungsmechanismus
verwendet wird, kann ein Bild mit einer relativ hohen Auflösung mittels
einer Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
mit einer begrenzten Anzahl von Pixeln erhalten werden. Ein typischer
Stand der Technik, bei dem die Auflösung durch Bildverschiebung
erhöht
wird, wurde beispielsweise von der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
JP-A 60-54576(1985)
offenbart. Bei diesem Stand der Technik wird das von dem Gegenstand
auf die Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
einfallende Licht allmählich
durch Ändern
des Neigungswinkels der Brechungsplatte
1 verschoben. Durch
Zusammensetzen einer Mehrzahl der somit erhaltenen Bilder kann die
Anzahl von Pixeln der Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
künstlich
erhöht
und die Auflösung äquivalent
erhöht werden.
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17 zeigt das Betriebsprinzip
eines verbesserten Systems eines derartigen Stands der Technik, wie
dasjenige, das von der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
JP-A 63-284980(1988)
vorgeschlagen wurde. Das von einem Gegenstand 5 einfallende
Licht wird von einer Linse 6 gesammelt und läuft durch
eine Brechungsplatte 1. Der Neigungswinkel der Brechungsplatte 1 kann
durch ein piezoelektrisches Element 7 elektrisch gesteuert
werden. Das durch die Brechungsplatte 1 gelaufene Licht
tritt in die Lichtempfangsoberfläche
einer Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 8 ein.
Durch Einstellen der Neigungsrichtung der Brechungsplatte 1 auf
45 Grad mit Bezug auf die Anordnungsrichtung von Pixeln 9 auf
der Lichtempfangsoberfläche
der Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 8 kann
das von dem Gegenstand 5 auf die Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 8 einfallende
Licht um einen kleinen Abstand in einer Richtung von 45 Grad mit
Bezug auf die Anordnungsrichtung der Pixel 9 der Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 8 verschoben
werden. Die tote Zone der Vorrichtung wird durch Bildverarbeitung
interpoliert, wodurch die Auflösung
der Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 8 künstlich
sowohl in der horizontalen als auch der senkrechten Richtung erhöht werden kann.
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Außerdem wurde
ein Stand der Technik zum künstlichen
Erhöhen
der Auflösung
einer Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
von der japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung
JP-A 5-276452 (1993)
und der USP 4 920 418 offenbart. Außerdem wurde im Gegensatz zu
dem Bildverschiebesystem ein Stand der Technik, bei dem piezoelektrische
Elemente vom bimorphen Typ als Mittel zum Ändern des optischen Pfads verwendet
werden, von der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen
JP-A 1-276114(1989) und JP-A 6-214175(1994) offenbart.
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Die
oben erwähnten
Stände
der Technik weisen jedoch die folgenden Probleme auf. D.h., dass,
obwohl ein piezoelektrisches Element als ein Aktuator zum Neigen
einer Brechungsplatte bei der JP-A 60-54576, der JP-A 63-284980
und der JP-A 5-276452 verwendet wird, werden die Strukturen, die
Ausgestaltung und die Treiberverfahren ihrer Ausführungsformen
nicht spezifisch erläutert.
Nur die Betriebsprinzipien zum Erhöhen der Auflösung werden
durch diesen Stand der Technik erläutert, wobei jedoch spezifische
Aktuator-Konfigurationsverfahren nicht offenbart werden.
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Ferner
ist, obwohl der Aufbau eines derartigen Aktuators spezifisch von
der JP-A 1-276114, der JP-A 6-214175 und der USP 4 920 418 offenbart
wurde, der Aktuator größer als
die angetriebenen Elemente, wie beispielsweise eine Glasplatte,
ein optisches System und ein Spiegel. Daher verursacht der Aktuator
einen Flasdhenhals für
die Miniaturisierung, die erforderlich ist, wenn versucht wird,
den Aktuator beispielsweise für eine
tragbare Videorecordervorrichtung (VTR-Vorrichtung) zu verwenden,
die manchmal als eine Filmeinheit bezeichnet wird. Außerdem wird
nichts über
das Verfahren zum Erhöhen
der Bewegungsgeschwindigkeit der Brechungsplatte bei allen oben
erwähnten
Ständen
der Technik spezifisch erläutert.
Wenn ein Versuch durchgeführt
wird, die Auflösung
durch das Bildverschiebeverfahren zu erhöhen, erhöht sich im Fall, dass eine
Zeit zum Nehmen einer Mehrzahl von Bildern durch Neigen der Brechungsplatte
lang ist, die Auflösung
nach der Bildzusammensetzung aufgrund der Bewegung der Hände des
Bedieners oder der Bewegung des Gegenstands nicht. Demgemäß ist es
notwendig, die Antriebsgeschwindigkeit des Aktuators zu erhöhen.
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Die
vorliegende Erfindung ist bestimmt, die obenerwähnten Probleme zu lösen. Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Bildverschiebemechanismus
bereitzustellen, der auf tragbare Bilderzeugungsvorrichtungen anwendbar
ist, bei denen ein miniaturisierter Aktuator zum Neigen einer Brechungsplatte
verwendet werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht
darin, eine Bilderzeugungsvorrichtung bereitzustellen, auf das ein
Verfahren zum Erhöhen
der Geschwindigkeit des Aktuators und ein Verfahren zum Verbessern
der Genauigkeit unter Berücksichtigung
der Eliminierung der an externe Vorrichtungen übertragenen Schwingung und Änderungen
mit der Zeit angewendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Bildverschiebemechanismus zum
Verschieben der optischen Achse von auf eine Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung
einfallendem Licht durch Neigen einer flachen Brechungsplatte und äquivalentes
Erhöhen
der Auflösung
eines Bildes bereit, wobei der Bildverschiebemechanismus angeordnet
ist, um zwischen einem optischen System zum Kondensieren von Licht
von einem Gegenstand und einer Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
zur Bilderzeugung des Gegenstands angeordnet zu sein, der dadurch
gekennzeichnet ist, dass der Bildverschiebemechanismus ein Paar
von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ umfasst, wobei
eines entlang einer jeweiligen Seite der flachen Brechungsplatte
angeordnet ist, so dass die Oberflächen der Elemente nahezu parallel
zu einer Oberfläche
der flachen Brechungsplatte sind; wobei ein Ende der flachen Brechungsplatte
mit den freien Enden der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ verbunden ist, um getragen zu werden, so dass sich das andere
Ende der Brechungsplatte zu den festen Enden der piezoelektrischen
Element vom bimorphen Typ hin erstreckt und die flache Brechungsplatte
winkelmäßig um ein
imaginäres
Rotationszentrum in der flachen Brechungsplatte aufgrund der Verschiebung
des Paars von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ verschiebbar
ist.
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Erfindungsgemäß ist die
flache Brechungsplatte zwischen dem optischen System zum Kondensieren von
Licht von dem Gegenstand und der Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
zur Abbildung des Gegenstands angeordnet, und die Auflösung des
Bildes kann äquivalent
durch Verschieben der optischen Achse des einfallenden Lichts zu
der Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
erhöht
werden. Die Neigung der Brechungsplatte kann elektrisch von außen durch
Verschieben des Paars von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen
Typ gesteuert werden, die an beiden Seiten der Brechungsplatte angeordnet
sind, so dass die Oberflächen
der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ nahezu parallel
mit der Oberfläche
der Brechungsplatte sind. Ein Ende der Brechungsplatte ist an den
Seiten der freien Enden des Paars von piezoelektrischen Elementen vom
bimorphen Typ verbunden, um getragen zu werden, so dass sich das
andere Ende der Brechungsplatte zu den Seiten der festen Enden der
piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ erstreckt. Da die Brechungsplatte
winkelmäßig um das
imaginäre
Rotationszentrum in der Brechungsplatte verschiebbar ist, kann, wenn
die piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ verschoben werden,
der gesamte Aufbau einschließlich
der Brechungsplatte geneigt werden, und die piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ können
kleiner ausgeführt
und in einer tragbaren Filmeinheit oder dergleichen angebracht werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
werden Spezifikationen der flachen Brechungsplatte und der Elemente
vom bimorphen Typ festgelegt, so dass das als das Neigungszentrum
der flachen Brechungsplatte verwendete Rotationszentrum durch den
Schwerpunkt des Bildverschiebemechanismus läuft.
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Erfindungsgemäß kann,
da der Schwerpunkt eines durch das Paar von piezoelektrischen Elementen vom
bimorphen Typ gebildeten Aktuators mit dem als das Neigungszentrum
der Brechungsplatte verwendeten imaginären Rotationszentrum ausgerichtet
ist, die für
das Antreiben und Verschieben der Brechungsplatte erforderliche
Schubkraft minimiert werden, und die Brechungsplatte kann vorteilhaft
mit hoher Geschwindigkeit angetrieben werden. Da das Rotationszentrum
der Brechungsplatte mit dem Schwerpunkt der sich bewegenden Abschnitte
ausgerichtet ist, kann eine externe Schwingung während der Bildverschiebung
verhindert werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Spezifikationen der flachen Brechungsplatte und der piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ festgelegt, so dass eine Formel von
zwischen dem Trägheitsmoment
Ic um das als das Neigungszentrum der flachen Brechungsplatte verwendete Rotationszentrum
und dem Trägheitsmoment
Ig um den Schwerpunkt der sich bewegenden Abschnitte des Bildverschiebemechanismus
festgelegt werden kann.
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Erfindungsgemäß werden
die Spezifikationen der Brechungsplatte und der piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ auf der Grundlage der Formel (2) bestimmt.
Daher kann die Wirkung auf die Bildauflösung aufgrund der Schwingung,
die durch die Verlagerung zwischen dem Rotationszentrum der Brechungsplatte
und dem Schwerpunkt der sich bewegenden Abschnitte während der
Bildverschiebung verursacht wurde, verringert werden. Außerdem können die
für die
Brechungsplatte und die piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ zu bestimmenden Spezifikationen weitere Bereiche umfassen und
ohne weiteres erreicht werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die freien Enden des Paars von piezoelektrischen Elementen
vom bimorphen Typ und das eine Ende der flachen Brechungsplatte
zwischen einem Paar von Halteplatten von den Seiten der oberen und
unteren Oberflächen
der flachen Brechungsplatte angeordnet.
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Erfindungsgemäß werden
beide Oberflächen
der Brechungsplatte zwischen dem Paar von Halteplatten an den freien
Enden des Paares von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ
angeordnet, um ein Ende der Brechungsplatte zu halten. Mit diesem
Aufbau können
die sich bewegenden Abschnitte der Bildverschiebemechanismus kompakt
ausgeführt
werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfassen die piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ jeweils
einen jeweiligen eines Paars von parallelen Abschnitten einer nahezu
U-förmigen
Zwischenelektrode, und die flache Brechungsplatte ist mit einem
Verbindungsabschnitt der Zwischenelektrode verbunden, wobei der
Verbindungsabschnitt das Paar von parallelen Abschnitten der Zwischenelektrode
verbindet.
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Erfindungsgemäß wird das
Paar von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ jeweils an
dem Paar von parallelen Abschnitten der nahezu U-förmigen Zwischenelektrode
jeweils ausgebildet, wobei der Verbindungsabschnitt zum Verbinden
des Paars von parallelen Abschnitten der nahezu U-förmigen Zwischenelektrode
an der Seite des freien Endes ausgebildet und die Brechungsplatte
mit dem Verbindungsabschnitt mittels eines Klebstoffs oder dergleichen
verbunden ist. Folglich können
die sich bewegenden Abschnitte der Bildverschiebemechanismus mit
leichtem Gewicht ausgeführt
werden. Außerdem
kann das Produktionsverfahren des Mechanismus verkürzt und
die Herstellungskosten können
verringert werden.
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Die
Erfindung stellt ferner eine Bilderzeugungsvorrichtung bereit mit:
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- einem wie oben definierten Bildverschiebemechanismus,
- einem Treibermittel zum Treiben des Paars von piezoelektrischen
Elementen vom bimorphen Typ,
- einem Erfassungsmittel zum Erfassen des Neigungswinkels der
Brechungsplatte,
- einem Vergleichsmittel zum Vergleichen einer Ausgabe des Erfassungsmittels
mit einem vorbestimmten Zielwert und zum Ausgeben des quantitativen
Fehlers zwischen dem Ausgabe- und dem Zielwert, und
- einem Steuermittel zum Steuern einer Ausgabe des Treibermittels
als Antwort auf die Ausgabe des Vergleichsmittels,
- wobei das Paar von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen
Typ angetrieben wird, so dass der Neigungswinkel der Brechungsplatte
mit dem vorbestimmten Zielwert koinzidiert.
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Erfindungsgemäß wird bei
der Brechungsplatte, deren beide Seiten mit dem Paar von piezoelektrischen
Elementen vom bimorphen Typ ausgestattet sind, ein Ende der flachen
Brechungsplatte mit den Seiten der freien Enden des Paares von piezoelektrischen
Elementen vom bimorphen Typ verbunden, um getragen zu werden, so
dass sich das andere Ende der flachen Brechungsplatte zu den Seiten
der festen Enden des Paars von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen
Typ hin erstreckt. Durch die Verschiebung des Paars von piezoelektrischen
Elementen vom bimorphen Typ kann die Brechungsplatte um das imaginäre Neigungszentrum
im Innern der Brechungsplatte geneigt werden. Durch Neigen der Brechungsplatte
mit einem vorbestimmten Winkel kann die optische Achse des von dem
optischen System, das Licht von dem Gegenstand sammelt, auf die
Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
für die
Bilderzeugung des Gegenstands einfallenden Lichts verschoben werden,
und die Bildverschiebung zum äquivalenten
Erhöhen
der Auflösung
kann erzielt werden.
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Um
den Neigungswinkel der Brechungsplatte auf einen vorbestimmten Winkel
einzustellen, erfasst das Erfassungsmittel den Neigungswinkel der
Brechungsplatte, und das Vergleichsmittel vergleicht den vorbestimmten
Wert mit dem von dem Erfassungsmittel erfassten Neigungswinkel und
gibt den quantitativen Fehler aus. Basierend auf dem quantitativen
Fehler steuert das Steuermittel die Ausgabe des Treibermittels,
um das Paar von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ anzutreiben.
Daher kann durch Neigen der Brechungsplatte auf den vorbestimmten
Winkel die optische Achse des von dem optischen System, das Licht
von dem Gegenstand sammelt, auf die Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
für die
Bilderzeugung des Gegenstands einfallenden Lichts verschoben werden,
und die Bildverschiebung zum äquivalenten
Erhöhen
der Auflösung
kann erzielt werden.
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Die
Erfindung stellt ferner eine Bilderzeugungsvorrichtung bereit mit:
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- einem wie oben definierten Bildverschiebemechanismus,
- einem Paar von Treibermitteln zum jeweiligen Treiben des Paars
von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ und
- einem Verstärkungseinstellmittel,
das in mindestens einem Paar des Treibermittels vorgesehen ist,
- wobei eine Neigungsrichtung der flachen Brechungsplatte durch
Steuern des Verstärkungseinstellmittels und
Korrigieren individueller Unterschiede der piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ eingestellt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird bei
der Brechungsplatte, deren beide Seite mit dem Paar von piezoelektrischen Elementen
vom bimorphen Typ ausgestattet sind, ein Ende der flachen Brechungsplatte
mit den Seiten der freien Enden des Paars von piezoelektrischen
Elementen vom bimorphen Typ verbunden, um derart getragen zu werden,
dass sich das andere Ende der flachen Brechungsplatte zu den Seiten
der festen Enden des Paars von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen
Typ erstreckt. Durch die Verschiebung des Paars von piezoelektrischen
Elementen vom bimorphen Typ kann die Brechungsplatte winkelmäßig um das
imaginäre
Neigungszentrum im Innern der Brechungsplatte verschoben werden.
Durch Neigen der Brechungsplatte kann die optische Achse des von
dem optischen System, das Licht von dem Gegenstand sammelt, auf
die Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
zur Bilderzeugung einfallende Licht verschoben werden, und die Bildverschiebung zum äquivalenten
Erhöhen
der Auflösung
kann erzielt werden.
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Durch
Hinzufügen
des Verstärkungseinstellmittels
zu zumindest einem Paar des Treibermittels kann die Verschiebung
der Neigungsrichtung der Brechungsplatte aufgrund der individuellen
Unterschiede und der Unterschiede in der Eigenschaft der piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ korrigiert werden. Daher kann die Genauigkeit
des Bildverschiebemechanismus verbessert und stabilisiert werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Bilderzeugungsvorrichtung ferner:
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- ein Erfassungsmittel zum Erfassen des Neigungswinkels
der flachen Brechungsplatte,
- ein Vergleichsmittel zum Vergleichen einer Ausgabe des Erfassungsmittels
mit einem vorbestimmten Zielwert und zum Ausgeben des quantitativen
Fehlers zwischen der Ausgabe und dem Zielwert, und
- ein Steuermittel zum Steuern des Paars der Treibermittel als
Antwort auf die Ausgabe des Vergleichsmittels,
- wobei das Paar von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen
Typ getrieben wird, so dass der Neigungswinkel der flachen Brechungsplatte
mit dem vorbestimmten Zielwert koinzidiert.
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Erfindungsgemäß erfasst,
um den Neigungswinkel der Brechungsplatte auf einen vorbestimmten
Zielwert einzustellen, das Erfassungsmittel den Neigungswinkel der
Brechungsplatte, und das Vergleichsmittel vergleicht den vorbestimmten
Zielwert mit dem von dem Erfassungsmittel erfassten Neigungswinkel
und gibt den quantitativen Fehler aus. Basierend auf dem quantitativen
Fehler steuert das Steuermittel das Paar von Treibermitteln, um
das Paar von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ zu treiben.
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Folglich
kann der Neigungswinkel der Brechungsplatte auf den vorbestimmten
Zielwert eingestellt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Neigungswinkel der flachen Brechungsplatte durch Erfassen
des Betrags der Verschiebung des Paars von piezoelektrischen Elementen
vom bimorphen Typ erfasst.
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Erfindungsgemäß wird der
Neigungswinkel der Brechungsplatte durch Erfassen der Verschiebungsbeträge der piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ anstatt eines direkten Erfassens des
Neigungswinkels der Brechungsplatte erfasst. Da es nicht notwendig
ist, das Erfassungsmittel in der Neigungsrichtung der Brechungsplatte
anzuordnen, kann der Aufbau daher kompakt ausgeführt werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Bilderzeugungsvorrichtung ferner eine Bildverarbeitungsschaltung
zum Vergleichen von Bilddaten, die an dem Neigungswinkel der flachen
Brechungsplatte vor der Bildverschiebung erhalten wurden, mit Bilddaten,
die an dem Neigungswinkel der flachen Brechungsplatte nach der Bildverschiebung
erhalten wurden, zum Berechnen des Bewegungsvektors des Bildes,
das während
der Bildverschiebung bewegt wurde, und zum Korrigieren des Neigungswinkels
der flachen Brechungsplatte auf der Grundlage der berechneten Ergebnisse.
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Erfindungsgemäß kann,
da der Neigungswinkel der Brechungsplatte durch den Bewegungsvektor
des von den Bilddaten vor und nach der Bildverschiebung erhaltenen
Bildes korrigiert werden kann, die Genauigkeit des Bildverschiebemechanismus
verbessert und Wirkungen von Änderungen
mit der Zeit auf den Bildverschiebemechanismus können vermieden werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Bilderzeugungsvorrichtung ferner ein Korrekturmittel
mit einem Temperaturerfassungselement zum Korrigieren eines Ausgangswertes
des Erfassungsmittels als Antwort auf Erfassungsergebnisse des Temperaturerfassungselements.
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Erfindungsgemäß wird das
Erfassungsmittel beispielsweise von einem Photounterbrecher gebildet. Wenn
eine Temperaturänderung
in der mit dem Erfassungsmittel ausgestatteten Bilderzeugungsvorrichtung aufgrund
von Änderungen
in Umgebungsbedingungen oder dergleichen auftritt, wird der Ausgangswert
des Erfassungsmittels abhängig
von der Temperaturcharakteristik des Erfassungsmittels selber geändert, und
ordnungsgemäße Ausgangswerte
können
nicht erhalten werden. Das Korrekturmittel verhindert die Änderung
in dem Ausgangsmittel des Erfassungsmittels in Übereinstimmung mit der von
dem Temperaturerfassungselement erfassten Temperatur, um ordnungsgemäße Ausgangswerte
zu erhalten. Daher kann, sogar wenn eine Temperaturänderung
auftritt, das Erfassungsmittel ordnungsgemäße Ausgangswerte ausgeben,
wodurch eine hoch zuverlässige
Bilderzeugungsvorrichtung erzielt werden kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Temperaturerfassungselement ein zweites Erfassungsmittel,
das die gleichen Erfassungsmerkmale wie das Erfassungsmittel aufweist
und an einer Position angeordnet ist, die durch die Verschiebung
der sich bewegenden Abschnitte des Bildverschiebemechanismus nicht
beeinflusst wird.
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Erfindungsgemäß ist das
Temperaturerfassungselement das zweite Erfassungsmittel mit der
gleichen Erfassungscharakteristik des ersten Erfassungsmittels,
und die Erfassungsergebnisse werden nicht durch die Verschiebungen
der sich bewegenden Abschnitte des Bildverschiebemechanismus beeinflusst.
Daher kann das zweite Erfassungsmittel die Änderung in dem Ausgangswert
des Erfassungsmittels aufgrund der Änderung in der Temperatur in
der Bilderzeugungsvorrichtung genau erfassen, wodurch das Korrekturmittel
ohne weiteres den Ausgangswert des Erfassungsmittels korrigieren
kann.
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Erfindungsgemäß kann,
da das Paar von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ an
beiden Seiten der zu neigenden Brechungsplatte angeordnet und ein
Ende der Brechungsplatte mit den freien Enden der piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ verbunden ist, um von der Seite des freien
Endes zu der Seite des festen Endes der piezoelektrischen Elementen
vom bimorphen Typ verlängert
zu werden, wie es oben beschrieben ist, der Bildverschiebemechanismus
kompakt ausgeführt
und mit hoher Geschwindigkeit angetrieben werden, wodurch der Mechanismus
ohne weiteres in einer tragbaren Filmeinheit oder dergleichen installiert
werden kann, um die Bildauflösung
zu verbessern.
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Ferner
kann erfindungsgemäß durch
Ausrichten des Schwerpunkts des Aktuators, der das Paar von piezoelektrischen
Elementen vom bimorphen Typ umfasst, mit dem imaginären Rotationszentrum
der Neigung der Brechungsplatte, die Schubkraft zum Antreiben minimiert
werden, und der Hochgeschwindigkeitsantrieb der Brechungsplatte
kann vorteilhaft erzielt werden. Wenn der Hochgeschwindigkeitsantrieb
der Brechungsplatte erzielt ist, kann eine Mehrzahl von Bildern
in einer kurzen Zeitspanne genommen werden, wodurch die Bildauflösung weniger
durch die Bewegung der Hände
des Bedieners oder dergleichen beeinflusst wird. Da der Schwerpunkt
der sich bewegenden Abschnitte des Bildverschiebemechanismus geringfügig bewegt
wird, kann die Schwingung an externen Vorrichtungen aufgrund des
Hochgeschwindigkeitsantriebs verringert werden, wodurch verhindert
werden kann, dass sich die Auflösung
verschlechtert.
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Ferner
beeinflusst erfindungsgemäß, da die
Spezifikationen der Brechungsplatte und der piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ auf der Grundlage der Formel (2) festgelegt werden,
die Schwingung an externen Vorrichtungen aufgrund der Verlagerung
der sich bewegenden Abschnitte zwischen dem Rotationszentrum und
dem Schwerpunkt während
der Bildverschiebung kaum die Auflösung. Außerdem können die Spezifikationen der
Brechungsplatte und des piezoelektrischen Elements vom bimorphen
Typ breitere Bereiche umfassen, wodurch die Brechungsplatte und
die piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ ohne weiteres erzielt
werden können.
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Ferner
können
erfindungsgemäß die sich
bewegenden Abschnitte des Bildverschiebemechanismus kompakt ausgeführt werden.
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Ferner
wird erfindungsgemäß die nahezu
U-förmige
Zwischenelektrode üblicherweise
für das
Paar von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ verwendet,
wobei der zentrale Abschnitt der Zwischenelektrode an den freien
Enden der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ angeordnet
und die Brechungsplatte mit dem zentralen Abschnitt der Zwischenelektrode
mittels Klebstoff oder dergleichen verbunden ist. Daher können die
sich bewegenden Abschnitte des Bildverschiebemechanismus kompakt
ausgeführt
werden. Außerdem
kann der Herstellungsprozess des Mechanismus abgekürzt und
die Fertigungskosten können ebenfalls
verringert werden.
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Ferner
können
erfindungsgemäß, da die
optische Achse des Lichts, das von dem optischen System zum Sammeln
des Lichtes von dem Objekt auf die Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
zur Bilderzeugung einfällt,
durch Neigen der Brechungsplatte auf einen vorbestimmten Winkel
verschoben werden, die Bildverschiebung zum äquivalenten Verbessern der
Auflösung
erzielt werden.
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Ferner
kann erfindungsgemäß, da die
Verschiebung der Brechungsplatte in einer Neigungsrichtung der Brechungsplatte,
die durch die individuellen Unterschiede in den Eigenschaften verursacht
wird, und Charakteristika des Paars von piezoelektrischen Elementen
vom bimorphen Typ, die während
des Betriebs des Bildverschiebemechanismus verursacht werden, korrigiert
werden können,
die Genauigkeit des Bildverschiebemechanismus verbessert und stabilisiert
werden.
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Ferner
erfasst erfindungsgemäß das Erfassungsmittel
den Neigungswinkel der Brechungsplatte durch Erfassen der Verschiebungsbeträge der piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ. Daher ist es nicht notwendig, das Erfassungsmittel
in der Neigungsrichtung der Brechungsplatte anzuordnen, wodurch
der Aufbau kompakt ausgeführt
werden kann.
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Ferner
kann erfindungsgemäß, da die
Neigung der Brechungsplatte auf der Grundlage des von den Bilddaten
vor und nach der Bildverlagerung erhaltenen Bewegungsvektors korrigiert
werden kann, die Betriebsgenauigkeit des Bildverschiebemechanismus
verbessert werden und wird nicht durch irgendeine Änderung
mit der Zeit oder dergleichen beeinflusst.
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Ferner
führt erfindungsgemäß das Korrekturmittel
eine Korrektur durch, um ordnungsgemäße Ausgangswerte zu erhalten,
während
die Änderung
in dem Ausgangswert des Erfassungsmittels als Antwort auf eine von
dem Temperaturerfassungselement erfassten Temperaturänderung
verhindert wird. Daher kann ein Bildverschiebemechanismus mit einer
hohen Stabilität
erhalten werden, sogar wenn eine Temperaturänderung auftritt.
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Ferner
werden erfindungsgemäß, da das
Temperaturerfassungselement die gleichen Erfassungscharakteristika
wie diejenigen des Erfassungsmittels aufweist, die Erfassungsergebnisse
des Elements nicht von den Verschiebungen der sich bewegenden Abschnitte
des Bildverschiebemechanismus beeinflusst. Daher kann, da nur die Änderung
in der Ausgabe des Erfassungsmittels aufgrund der Änderung
in der Temperatur in der Bilderzeugungsvorrichtung genau erfasst
werden können,
der Ausgangswert des Erfassungsmittels ohne weiteres korrigiert
werden.
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Andere
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen deutlicher, in denen
zeigen:
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1 ein schematisches optisches
Systemdiagramm einer Bilderzeugungsvorrichtung mit einem Bildverschiebemechanismus
einer Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine perspektivische Ansicht,
die den Bildverschiebemechanismus 10 der Ausführungsform
von 1 zeigt;
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3 eine explodierte perspektivische
Ansicht des Bildverschiebemechanismus 10 von 2;
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4 eine Seitenschnittansicht
der in 2 gezeigten piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b;
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5A eine vereinfachte Seitenansicht
des Bildverschiebemechanismus 10 von 2 in einem Zustand vor dem Betrieb;
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5B eine vereinfachte Seitenansicht
des Bildverschiebemechanismus von 2 in
einem Zustand nach dem Betrieb;
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6 eine perspektivische Ansicht
eines Bildverschiebemechanismus 100 einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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7 eine explodierte perspektivische
Ansicht des Bildverschiebemechanismus 100 von 6;
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8 eine graphische Darstellung,
die Ergebnisse von Messungen zeigt, die zum Bestimmen von Wirkungen
auf die Auflösung
durchgeführt
wurden, wenn der Schwerpunkt g eines als ein sich bewegender Abschnitt
des Bildverschiebemechanismus verwendeter Aktuator von dem Rotationszentrum
O einer Brechungsplatte verlagert wird;
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9 eine Schnittansicht, die
den Aufbau eines experimentellen Modells 300 einschließlich eines Bildverschiebemechanismus 400 zeigt,
dessen Messergebnisse sind, wie es in 8 gezeigt
ist;
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10A ist eine Draufsicht
des Bildverschiebemechanismus 400 von 9, die von seiner oberen Seite genommen
ist;
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10B ist eine Seitenansicht
des Bildverschiebemechanismus 400 von 10A, die von der Seite seines freien
Endes genommen ist;
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10C ist eine Seitenansicht
des Bildverschiebemechanismus 400 von 10A, die von der Seite seines festen
Endes genommen ist;
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10D ist eine Seitenansicht
des Bildverschiebemechanismus 400 von 10A, die von seiner rechten Seite genommen
ist;
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11 ein Blockdiagramm, das
die Steuerkonfiguration einer Treiberschaltung 19 einer
Bilderzeugungsvorrichtung einer Ausführungsform zeigt;
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12 ein Blockdiagramm, das
die Steuerkonfiguration einer Treiberschaltung 19a einer
Bilderzeugungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform zeigt;
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13 ein Blockdiagramm, das
die Steuerkonfiguration einer Bilderzeugungsvorrichtung einer noch weiteren
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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14 ein Blockdiagramm, das
die elektrische Konfiguration einer in 7 gezeigten Korrekturschaltung 37 zeigt;
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15 die elektrische Konfiguration
von Positionssensoren 27a und 27b, die als ein
Mittel zur Erfassung bei dem Steuersystem einer Bilderzeugungsvorrichtung
verwendet werden;
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16 eine schematische Seitenansicht,
die ein Bildverschiebeprinzip zeigt; und
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17 eine perspektivische
Ansicht, die den Aufbau eines Bildverschiebemechanismus eines Stands der
Technik zeigt.
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Mit
Bezug nun auf die Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung nachstehend beschrieben.
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1 zeigt einen schematischen
Aufbau einer Ausführungsform
der Erfindung. Ein Bildverschiebemechanismus 10 ist an
der Verlängerung
der optischen Achse 15 des Lichts von einem Gegenstand
(nicht gezeigt) angeordnet und vorgesehen, um die Position der optischen
Achse 15 zu verschieben, entlang derselben das durch eine
Linse 16 gelaufene Licht in die Lichtempfangsoberfläche einer Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 18,
wie beispielsweise einer CCD, eintritt. Der Bildverschiebemechanismus 10 wird
elektrisch angetrieben, so dass die optische Achse 15 um einen vorbestimmten
Winkel durch eine Treiberschaltung 19 in Übereinstimmung
mit Befehlen von einem externen Steuerabschnitt verschoben wird.
Eine Mehrzahl von Pixeln ist in zwei Dimensionen auf der Lichtempfangsoberfläche der
Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 18 angeordnet.
Ein Bild mit einer äquivalenten
hohen Auflösung
kann mittels einer Bildverarbeitungsschaltung 20 erhalten
werden, um eine Mehrzahl von Bildern zusammenzusetzen, die durch
Verschieben des einfallenden Lichts nacheinander um einen winzigen
Abstand, der kleiner als die Beabstandung der Anordnung ist, genommen
wird. Der oben erwähnte
Steuerabschnitt kann ebenfalls bei der Bildverarbeitungsschaltung 20 vorgesehen
werden. Da das Betriebsprinzip des Bildverschiebemechanismus 10 selber
demjenigen des oben erwähnten
Stands der Technik ähnlich
ist, wird das Betriebsprinzip hier nicht ausführlich behandelt. Außerdem wird, da
das Verfahren zum Zusammensetzen von Bildern ebenfalls demjenigen
für den
Stand der Technik ähnlich ist,
die Erläuterung
des Verfahrens weggelassen.
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2 und 3 zeigen den detaillierten Aufbau des
in 1 gezeigten Bildverschiebemechanismus 10. 2 ist eine perspektivische
Ansicht, die den Aktuatorabschnitt des Bildverschiebemechanismus 10 zeigt. 3 ist eine explodierte perspektivische
Ansicht, die den Aktuatorabschnitt zeigt. Bei diesen Figuren ist
eine Brechungsplatte 21 eine rechtwinklige Platte und wird
mit einem Paar von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ 22a und 22b ausgestattet,
die an beiden Seiten der Brechungsplatte 21 in der Längsrichtung der
Platte angeordnet sind. Jedes der piezoelektrischen Elemente vom
bimorphen Typ 22a und 22b weist eine freitragende
Struktur auf, und die freien Enden der piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ 22a und 22b sind zwischen einer
oberen Halteplatte 23 und einer unteren Halteplatte 24 angeordnet.
Das feste Ende jedes der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ 22a und 22b ist mit einer Stufe 25 verbunden.
Die Brechungsplatte 21 ist aus einem durchsichtigen Material,
wie beispielsweise Glas, hergestellt. Die Brechungsplatte 21 sollte
vorzugsweise im Gewicht leichter sein, um die Trägheit zu verringern. Anschlussdrähte 26a und 26b werden
von den festen Enden der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ 22a bzw. 22b verlängert. Durch Alllegen einer
Spannung an die Anschlussdrähte
können
die piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b parallel
zu der optischen Achse 15, d.h. in der z-Richtung, verschoben
werden.
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Die
oberen und unteren Halteplatten 23 und 24 sind
aus einem leichten Material, wie beispielsweise Kunststoff, hergestellt
und weisen eine ungefähre
Form eines Streifens auf. Dickwandige Abschnitte sind an beiden
Enden jeder der Platten in der Längsrichtung
ausgebildet. Die Platte ist nahezu Uförmig, wenn sie von der Seite
der Platte betrachtet wird. Die dickwandigen Abschnitte der oberen
Halteplatte 23 und der unteren Halteplatte 24 sind
entgegengesetzt zueinander angeordnet, um eine sandwichartige Verbindungsstruktur
zu bilden, wodurch die dickwandigen Abschnitte das Paar von piezoelektrischen
Elementen vom bimorphen Typ 22a und 22b dazwischen
und die Zwischenabschnitte die Brechungsplatte 21 dazwischen
anordnen. Folglich kann der Bildverschiebemechanismus 10 kompakt
ausgeführt
werden. Die Längsrichtung
der oberen Halteplatte 23 und der unteren Halteplatte 24 wird
als die x-Richtung angenommen, und die Längsrichtung des Paars von piezoelektrischen
Elementen vom bimorphen Typ 22a und 22b wird als
die y-Richtung angenommen. Ein filmähnlicher Epoxidharzklebstoff
kann beispielsweise zum gemeinsamen Bonden verwendet werden.
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Grob
gesagt sind, wie es in 2 gezeigt
ist, die Brechungsplatte 21, die piezoelektrischen Elemente vom
bimorphen Typ 22a und 22b und die oberen und unteren
Halteplatten 23, 24 in der Auf-und-ab-Richtung symmetrisch.
Die piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b arbeiten
als freitragende Elemente, wie es oben beschrieben ist, und ein
Ende der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ, das das freie
Ende ist, ist mit den oberen und unteren Halteplatten 23, 24 verbunden.
Die freien Enden der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b sind
frei, sich zu verschieben, und die Bewegungen der freien Enden werden
durch andere Elemente nicht eingeschränkt. Die anderen Enden, d.h.
die Basisenden, der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b werden
gebondet und an der Stufe 25 befestigt. Alternativ können die
Stufe 25 und ein Element mit einer Form, die der der Stufe 24 nahezu
gleich ist, verwendet werden, um die piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ 22a und 22b mit Schrauben oder
dergleichen dazwischen anzuordnen und zu befestigen. Die Stufe 25 trägt die piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b und ist
an der vorbestimmten Position des Gehäuses einer Bilderzeugungsvorrichtung
(nicht gezeigt) befestigt. Das optische System ist in dem Gehäuse angeordnet,
so dass alle Lichtstrahlen von dem Gegenstand durch die Brechungsplatte 21 laufen.
Außerdem
werden Positionssensoren 27a und 27b, die als
Mittel zum Erfassen der Positionen der piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ 22a und 22b in der optischen
Richtung verwendet werden, angeordnet, um den Neigungswinkel der
Brechungsplatte 21 zu erhalten. Die Positionssensoren 27a und 27b werden
beispielsweise mittels Photounterbrechern vom Reflexionstyp implementiert
und erfassen direkt die Verschiebung der unteren Halteplatte 24, um
die Verschiebungen der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ 22a und 22b zu erfassen. Die untere Oberfläche der
unteren Halteplatte 24 ist hochglanzpoliert, um das Licht
von den Positionssensoren 27a und 27b, wie beispielsweise
Photounterbrechern, ordnungsgemäß zu reflektieren,
obwohl diese Hochglanzpolitur nicht gezeigt ist.
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4 zeigt eine Schnittstruktur
der in 2 und 3 gezeigten piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b. Wie es
oben beschrieben ist, werden die piezoelektrischen Elemente 22a und 22b vom bimorphen
Typ als eine freitragende Struktur verwendet; ein Ende ist frei
und das andere Ende ist direkt an der Stufe 25 befestigt
und wird als ein Basisende verwendet. Zweischichtige piezoelektrische
Keramiken 28a und 28b werden beispielsweise aus
PZT hergestellt. Elektroden 29a, 29b und 29c werden
an der oberen Oberfläche,
der Zwischenoberfläche
und der unteren Oberfläche
der zweischichtigen piezoelektrischen Keramiken 28a bzw. 28b ausgebildet.
Anschlussdrähte 26a und 26b werden
von den Elektroden 29a und 29c an den oberen und
unteren Oberflächen
und von der gemeinsamen Elektrode 29b an der Zwischenoberfläche verlängert. Durch
Anlegen einer Spannung können
die piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b in der
z-Richtung verschoben werden. Die auf diese Art und Weise gebildeten
piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b neigen
dazu, individuelle Unterschiede in den Eigenschaften und Charakteristika abhängig von
der Festigkeit und den Dickenwerten der Übergangsoberflächen zu
entwickeln.
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Der
Betrieb des in 1 gezeigten
Bildverschiebemechanismus 10, bei dem die in 4 gezeigten piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b als Aktuatoren
verwendet werden, wird nachstehend mit Bezug auf 5A und 5B erläutert. 5A zeigt einen stationären Zustand
der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b,
und 5B zeigt einen verschobenen
Zustand der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b,
wenn eine vorbestimmte Spannung daran angelegt wird. Die piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b werden
als Drehpunkte verwendet und kontinuierlich von den an der Stufe 25 befestigten
Basisabschnitten 25a und 25b zu den freien Enden
gebogen, um eine verschobene Form anzunehmen. Die Brechungsplatte 21,
deren eines Ende mit den freien Enden der piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ 22a und 22b über die oberen und unteren
Halteplatten 23, 24 verbunden ist, ist mit einem
Winkel von θ geneigt.
Durch Ändern
der an die piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b angelegten
Spannung wird die Brechungsplatte 21 um die Mitte O, einer
durch die Brechungsplatte 21 laufenden imaginären Mitte,
geneigt. Der Bildverschiebemechanismus 10 mit dieser Art
von Aufbau ist nur geringfügig
größer als
die Brechungsplatte 21 als Ganzes, wie es in 2 gezeigt ist, während die
Charakteristika, wie beispielsweise die gewünschte Neigung und der Hochgeschwindigkeitsantrieb,
beibehalten werden. Folglich kann die Gesamtgröße des Mechanismus 10 kompakt
ausgeführt
werden.
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Da
die Brechungsplatte 21, die piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ 22a und 22b sowie die oberen
und unteren Halteplatten 23, 24 nahezu symmetrisch
in der Auf-und-ab-Richtung
sind, wie es oben beschrieben ist, kann der Schwerpunkt g dieser
sich bewegenden Abschnitte mit dem Rotationszentrum O der Brechungsplatte 21 ausgerichtet
sein, wie es in 5 gezeigt
ist. Mit diesem Aufbau kann die Rotationsträgheit, d.h. das Trägheitsmoment,
um die Rotationsmitte O der Brechungsplatte 21 des Bildverschiebemechanismus 10 minimiert
werden, und die Schubkraft, die erforderlich ist, um die Brechungsplatte 21 zu
neigen, d.h. die von den piezoelektrischen Elementen vom bimorphen
Typ 22a und 22b erzeugten Kräfte, können ebenfalls minimiert werden;
dies ist deutlich vorteilhaft, um einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb
zu erzielen. Da der Schwerpunkt g und das Rotationszentrum O der
sich bewegenden Abschnitte miteinander ausgerichtet sind, und der
Schwerpunkt nicht bewegt wird, wenn die Brechungsplatte 21 angetrieben
wird, kann außerdem Schwingung
an einer Bilderzeugungsvorrichtung (nicht gezeigt) verhindert werden.
Das Verfahren zum Ausrichten des Rotationszentrums O der Brechungsplatte 21 mit
dem Schwerpunkt g der sich bewegenden Abschnitte des Bildverschiebemechanismus 10 wird
nachstehend beschrieben. Der Bildverschiebemechanismus 10 wird
mittels verschiedener, für
CAE (Computergestütztes
Ingenieurwesen) vorgesehene Werkzeuge modelliert, die erhaltenen
Daten werden eingegeben, die piezoelektrischen Konstanten der piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b werden
als physikalische Konstanten eingegeben und die Verformungscharakteristik
der Brechungsplatte 21 wird simuliert, wodurch das Rotationszentrum 0 der
Brechungsplatte 21 erhalten werden kann. Um das Rotationszentrum 0 mit
dem Schwerpunkt g des Bildverschiebemechanismus 10 auszurichten,
sollten die Spezifikationen, wie beispielsweise Dicken-, Längen- und
Breitenwerte der Hauptbestandteile der sich bewegenden Abschnitte,
nämlich
der Brechungsplatten 21 und der piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ 22a und 22b, selektiv bestimmt
werden, um die Formen der Bestandteile zu optimieren.
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6 ist eine perspektivische
Ansicht, die einen Bildverschiebemechanismus 100 einer
weiteren Ausführungsform
zeigt. 7 ist eine explodierte
perspektivische Ansicht, die den in 6 gezeigten
Bildverschiebemechanismus 100 zeigt. Die Bestandteile,
die die gleichen Strukturen wie die in 2 und 3 gezeigten aufweisen,
werden durch die gleichen Bezugscodes gekennzeichnet und hier nicht
erläutert.
Eine Brechungsplatte 121 ist aus einem durchsichtigen Material,
wie beispielsweise Glas, hergestellt und weist eine Form eines Rechtecks
auf. Die Brechungsplatte 121 ist mit einem Paar von piezoelektrischen
Elementen vom bimorphen Typ 122a und 122b ausgestattet,
die an beiden Seiten der Brechungsplatte 121 in der Längsrichtung
der Platte angeordnet sind. Jede der piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ 122a und 122b weist eine freitragende
Struktur auf. An den freien Enden der piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ 122a und 122b wird der zentrale
Abschnitt einer nahezu U-förmigen
Zwischenelektrode 129b, die gewöhnlicherweise für beide
Elemente des Paars von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen
Typ 122a und 122b verwendet wird, positioniert.
Im Gegensatz dazu werden die festen Enden an einer Stufe 25 mittels
eines Klebstoffs oder dergleichen verbunden. Alternativ können die
Stufe 25 und ein Element mit einer Form, die derjenigen
der Stufe 25 nahezu ähnlich
ist, verwendet werden, um die piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ 122a und 122b dazwischen anzuordnen und mit
Schrauben oder dergleichen zu befestigen. Mit diesem Aufbau ist
das Paar von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ 122a und 122b zueinander
in der Längsrichtung parallel.
Anschlussdrähte 26a und 26b werden
von den festen Enden der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ 122a bzw. 122b verlängert. Durch Anlegen einer
Spannung an die Anschlussdrähte
werden die piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 122a und 122b in
der z-Richtung, d.h. in der Richtung parallel zu der optischen Achse 15,
verschoben.
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Die
nahezu U-förmige
Zwischenelektrode 129b wird als eine Zwischenelektrode
für das
Paar von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ 122a und 122b verwendet
und mit einem gemeinsamen Potential versorgt. Piezoelektrische Keramiken 28a und 28b mit
einer Form einer flachen Platte werden über bzw. unter dem Paar von
parallelen Abschnitten der nahezu U-förmigen Zwischenelektrode 129b bereitgestellt.
Ferner werden die Elektroden 129a und 129c über und
unter den piezoelektrischen Keramiken 28a bzw. 28b bereitgestellt,
um das Paar von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ 122a und 122b zu
bilden. Außerdem
wird ein dünnwandiger
Abschnitt 121c an einem Ende der Brechungsplatte 121 in
deren Längsrichtung
gebildet und an dem Verbindungsabschnitt zum Bonden des zentralen
Abschnitts der Zwischenelektrode 129b, d.h. dem Paar von
parallelen Abschnitten der Zwischenelektrode 129b, mittels
eines Klebstoffes oder dergleichen verbunden.
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Rechtwinklige
Reflexionsplatten 160a und 160b mit einer gleichmäßigen Lichtreflexionsintensität sind an
den freien Enden des Paars von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen
Typ 122a und 122b vorgesehen. Eines der Enden
der Reflexionsplatten 160a und 106b wird in der
Längsrichtung
derselben mit den oberen Oberflächen
der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 122a bzw. 122b mittels
eines Klebstoffs oder dergleichen verbunden. Die unteren Oberflächen an
den anderen Enden der Reflexionsplatten 160a und 160b in
deren Längsrichtung
sind Reflexionsoberflächen
und hochglanzpoliert. Außerdem
werden die Positionssensoren 27a und 27b in dem
Gehäuse
einer Bilderzeugungsvorrichtung (nicht gezeigt) unter den Reflexionsplatten 160a und 160b angeordnet.
Die Positionssensoren 27a und 27b sind Mittel
zum Erfassen der Positionen der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ 122a und 122b in der Richtung der optischen Achse 15 und
erfassen die Verschiebungen der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ 122a und 122b durch Erfassen der Verschiebungen
der Reflexionsplatten 160a und 160b.
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Erfassungsfehler
können
mittels der Reflexionsplatten 160a und 160b anstatt
mittels der Oberflächen der
piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 122a und 122b als
Reflexionsplatten aus den folgenden Gründe verringert werden. Da die
Oberflächen
der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 122a und 122b rau
sind, wird die Reflexionscharakteristik aufgrund der Streuung des
auf die Oberflächen
einfallenden Lichtes ungleichmäßig. Als
Ergebnis wird die Menge des von den Positionssensoren 27a und 27b erfassten Lichtes
ohne Rücksicht
auf die Positionen der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ 122a und 122b geändert. Im Gegensatz dazu sind,
da die Reflexionsoberflächen
der Reflexionsplatten 160a und 160b hochglanzpoliert
sind, die Reflexionscharakteristika gleichmäßig, und die Beträge des von
der Positionssensoren 27a und 27b erfassten Lichtes
werden nur abhängig
von den Verschiebungen der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ geändert.
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Außerdem ist
es mit dem oben erwähnten
Aufbau nicht erforderlich, dass die Positionssensoren 27a und 27b unter
der Reflexionsplatte 121 und den piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ 122a und 122b angeordnet sind,
wodurch die Bildverschiebemechanismus 100 in der z-Richtung,
d.h. in der Richtung parallel zu der optischen Achse 15,
kleiner ausgeführt
werden kann.
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Wie
es oben mit Bezug auf 5A und 5B beschrieben ist, wird,
wenn der Schwerpunkt g des Aktuators mit dem Rotationszentrum O
der Reflexionsplatte ausgerichtet ist, die Rotationsträgheit um
das Rotationszentrum O der Brechungsplatte 21, d.h. das
Trägheitsmoment,
minimiert. Daher kann die Schubkraft zum Neigen der Brechungsplatte 21 ebenfalls
minimiert werden, und die Brechungsplatte 21 kann ordnungsgemäß mit hoher
Geschwindigkeit angetrieben werden. Außerdem kann, da der Schwerpunkt
der Brechungsplatte 21 nicht bewegt wird, wenn sie angetrieben
wird, Schwingung an der Bilderzeugungsvorrichtung verhindert werden.
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Andererseits
unterscheiden sich in dem Fall, dass das Rotationszentrum O mit
dem Schwerpunkt g fehlausgerichtet ist, die Werte des Trägheitsmoments
um diese Mittelpositionen voneinander, und die Brechungsplatte 21 kann
nicht ordnungsgemäß mit hoher
Geschwindigkeit angetrieben werden. Da ferner der Schwerpunkt bewegt
wird, wenn die Brechungsplatte 21 angetrieben wird, tritt
Schwingung an der Bilderzeugungsvorrichtung auf, und die optische
Achse wird querversetzt, wodurch sich die Auflösung verschlechtert. Daher
ist es vorzuziehen, den Schwerpunkt g des Aktuators mit dem Rotationszentrum
O der Brechungsplatte 21 in dem Bildverschiebemechanismus 10 auszurichten.
Es ist jedoch manchmal schwierig, den oben erwähnten Aufbau zu erhalten, sogar
wenn die Spezifikationen, wie beispielsweise die Dicken-, Längen- und
Breitenwerte der Hauptbestandteile des Aktuators, d.h. der Brechungsplatte 21 und
der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b,
ordnungsgemäß ausgewählt werden.
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8 ist eine graphische Darstellung,
die die Ergebnisse von Messungen hinsichtlich der Auswirkungen auf
die Auflösung
zeigt, wenn der Schwerpunkt g des Aktuators, der als der sich bewegende
Abschnitt des Bildverschiebemechanismus verwendet wird, mit dem
Rotationszentrum O der Brechungsplatte fehlausgerichtet ist. Die
Abszisse der graphischen Darstellung stellt das Verhältnis Ic/Ig
dar, wobei Ic das Trägheitsmoment um
das Rotationszentrum O und Ig das Trägheitsmoment um die durch den
Schwerpunkt g laufende Achse ist. Die Ordinate stellt ein Auflösungsverhältnis dar.
Das Auflösungsverhältnis ist
ein normierter Wert der Auflösung,
der für
einen gegebenen Wert von Ic/Ig unter der Annahme gemessen wird,
dass die Auflösung 1 ist, wenn
das Rotationszentrum O mit dem Schwerpunkt g ausgerichtet ist. Für die Messung
wurde ein Bildverschiebemechanismus hergestellt, bei dem die Größe der Brechungsplatte
abhängig
von Art der handelsüblich verfügbaren optischen Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
geändert
wurde: es wurden eine optische Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
von 1/2 Zoll, eine optische Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
von 1/3 Zoll oder eine optische Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
von 1/4 Zoll und ein experimentelles Modell, das den Bildverschiebemechanismus
aufnimmt, tatsächlich
hergestellt. Durch Durchführen
einer Bildverschiebung wurden Auflösungswerte mittels eines Auflösungsdiagramms
gemessen. Der Wert von 1/2 Zoll in der handelsüblich verfügbaren optischen Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
von einem 1/2 Zoll stellt einen Bilderzeugungsbereich, nämlich etwa
6,4 mm in der Breite und etwa 4,8 mm in der Höhe dar. Die Werte des Bilderzeugungsbereichs
unterscheiden sich geringfügig
von Hersteller zu Hersteller.
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9 ist eine Schnittansicht,
die den Aufbau eines experimentellen Modells 300 zeigt,
die einen Bildverschiebemechanismus 400 auf der Grundlage
der bei der graphischen Darstellung von 8 gezeigten Messergebnisse aufnimmt.
Das experimentelle Modell 300 umfasst einen Linsenabschnitt 301,
einen Bildverschiebemechanismus-Montageabschnitt 302,
einen Festkörperbilderzeugungsvorrichtungs-Montageabschnitt 303 und
einen Schaltungsabschnitt 304. Bei dem experimentellen
Modell 300 sind der Linsenabschnitt 301, der Bildverschiebemechanismus-Montagemechanismus 302,
der Festkörperbilderzeugungsvorrichtungs-Montageabschnitt 303 in
dieser Reihenfolge in Reihe parallel mit der optischen Achse 15 von
einem lichtankommenden Loch (nicht gezeigt) angeordnet, durch das
Licht demgemäß für ein optisches
System eintritt. Der Schaltungsabschnitt 304 umfasst einen
Signalverarbeitungsabschnitt und einen Bildzusammensetzungsverarbeitungsabschnitt
für eine
Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 401 (nicht
gezeigt), eine Schaltung zum Steuern des Bildverschiebemechanismus 400,
etc. und ist an der Seite angeordnet, wo das optische System der
Festkörperbilderzeugungsvorrichtungs-Montageabschnitt 303 nicht
angeordnet ist.
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Der
Linsenabschnitt 301 umfasst eine 1/2-Zoll-Linse 307,
VCL712BX hergestellt von Fujinon, und die 1/2-Zoll-Linse 307 ist
angeordnet, so dass die Mitte der 1/2-Zoll-Linse 307 mit
der optischen Achse 15 ausgerichtet ist.
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Der
Bildverschiebemechanismus 400 ist angeordnet, so dass die
optische Achse 15 durch die Brechungsplatte des Bildverschiebemechanismus 400 läuft. Obere
und untere Trägerplatten 308a und 308b für die piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ, die als die festen Enden der Bildverschiebemechanismus 400 ausgebildet
sind, sind an einer Bildverschiebemechanismus-Trägerplatte 309, die
die Form einer Platte mit einem Durchmesser von 60 mm und einer
Dicke von 2 mm aufweist, mittels Schrauben (nicht gezeigt) befestigt.
Die Bildverschiebemechanismus-Trägerplatte 309 ist
an der Oberfläche
eines tragenden Abschnitts 330, der an einem nahezu kreisförmigen Bildverschiebemechanismus-Montageabschnitt 302 gesichert
ist, an der Seite des Lichthereinkommenden Loches durch Befestigen
einer Mehrzahl (zwei Stück
in der Figur) von Sicherungsabschnitten 310a und 310b mit
Schrauben befestigt. Daher können
Bildverschiebemechanismen mit unterschiedlichen Spezifikationen
durch Entfernen der Schrauben und durch Austauschen der Bildverschiebemechanismus-Trägerplatte 309 verwendet
werden.
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Die
Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 401 ist
angeordnet, so dass ihre Mitte mit der optischen Achse 15 ausgerichtet
und mit einer Festkörperbilderzeugungsvorrichtungs-Trägerplatte 311 verbunden
ist, um getragen zu werden. Die Festkörperbilderzeugungs-Trägerplatte 311 ist
mit Schrauben (nicht gezeigt) mit der Oberfläche eines Befestigungsabschnitts 312,
der von dem tragenden Abschnitt 330 in der Richtung der optischen
Achse 15 herausragt, an der dem Licht-hereinkommenden Loch
entgegengesetzten Seite gesichert. Daher können Festkörperbilderzeugungsvorrichtungen 401 mit
unterschiedlichen Größen in dem
Bereich von 1/2 bis 1/4 Zoll verwendet werden, indem die Schrauben
entfernt werden und die Festkörperbilderzeugungsvorrichtungs-Trägerplatte 311 ausgetauscht
wird.
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Mit
diesem Aufbau des experimentellen Modells 300 wird der
Gegenstand abgebildet, eine Mehrzahl durch Bildverschiebung erhaltene
Bilder werden an dem Speicher des Bildzusammensetzungsverarbeitungsabschnitts
zusammengesetzt, das zusammengesetzte Bild wird an einen Monitor
oder einen Drucker ausgegeben, um die Auflösung des Bildes in Übereinstimmung
mit dem Zustand des experimentellen Modells 300, d.h. den
Zuständen
der Festkörperbilderzeugungsvorrichtungen 401 für die optischen
Systeme in dem Bereich von 1/2 bis 1/4 Zoll zu messen. Wenn die
Bildverschiebung in diesem Fall durchgeführt wird, wird während des Vorgangs
auftretende Schwingung von dem Bildverschiebemechanismus 400 zu
der Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 401 übertragen.
Die in der Figur gezeigten Pfeile zeigen die Schwingungsübertragungspfade.
Die in dem Bildverschiebemechanismus 400 aufgetretene Schwingung
wird von der Bildverschiebemechanismus-Trägerplatte 309 an den
tragenden Abschnitt 330 über die Befestigungsabschnitte 310a und 310b und ferner
von den Befestigungsabschnitt 312 zu der Festkörperbilderzeugungsvorrichtungs-Trägerplatte 311 und Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 401 übertragen.
Da die Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
auf der Bildempfangsseite selber durch die Schwingung in Schwingung
versetzt wird, wird eine Wirkung auf die Auflösung des Bildes, das genommen
und zusammengesetzt wurde, ausgeübt.
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10A, 10B, 10C und 10D zeigen den detaillierten
Aufbau des in 9 gezeigten
Bildverschiebemechanismus 400. 10A ist eine Draufsicht, die von oberhalb
des Bildverschiebemechanismus 400 genommen wurde. 10B ist eine Seitenansicht,
die von der Seite des freien Endes des in 10A gezeigten Bildverschiebemechanismus 400 genommen
wurde. 10C ist eine
Seitenansicht, die von der Seite des festen Endes des in 10A gezeigten Bildverschiebemechanismus
genommen wurde. 10D ist
eine Seitenansicht, die von der rechten Seite des in 10A gezeigten Bildverschiebemechanismus 400 genommen
wurde. Der Bildverschiebemechanismus 400 ist angepasst,
um mit der optischen Festkörperbilderzeugungsvorrichtung
von 1/2 Zoll verwendet zu werden, und Ic/Ig wird auf 1,6 eingestellt.
Die Abmessungen des Bildverschiebemechanismus 400 und die
Spezifikationen seiner Bestandteile werden nachstehend beschrieben.
Der Aufbau des Bildverschiebemechanismus 400 wird hier
jedoch nicht beschrieben, da der Aufbau der gleiche wie derjenige
des in 3 und 2 gezeigten Bildverschiebemechanismus 10 ist.
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Eine
Brechungsplatte 300 ist hauptsächlich aus Glas (BK7) hergestellt
und misst 19 mm in der Höhe (die
Einheit der Länge
wird hier nachstehend durch Millimeter angegeben, und die Beschreibung
der Einheit wird manchmal weggelassen), 14 in Breite und 1,2 in
Dicke (W1). Da die Brechungsplatte 305 zwischen den oberen
und unteren Halteplatten 307a und 307b angeordnet
ist, beträgt
der tatsächlich
von dem Bildverschiebemechanismus 400 verwendete Bereich
14 mm sowohl in der Höhe
X1 als auch in der Breite X2. Piezoelektrische Elemente vom bimorphen
Typ 306 sind hauptsächlich
aus einem Material mit einer piezoelektrischen Konstante von ungefähr 300 × 10-12 m/V und einem spezifischen Gewicht von
7,8 hergestellt und messen eine Höhe (L1) von 28, eine Breite
(L2) von 3 und eine Dicke (W2) von 0,8. Die oberen und unteren Halteplatten sind
aus von Yuka Electronics Co. Ltd. hergestelltem HYPERSITE C1000
hergestellt und messen eine Höhe (L3)
von 5 und eine Breite (L4) von 22. Wenn die oberen und unteren Halteplatten 307a und 307b von
der Seite betrachtet werden, sind sie nahezu U-förmig. Die Dicke (W4) der dickwandigen
Abschnitte an beiden Enden beträgt
1,1 und die Dicke (W5) an dem zentralen Abschnitt beträgt 0,9.
Die oberen und unteren Trägerplatten 308a und 308b der
piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ werden aus von YUKA
ELECTRONICS CO., LTD., hergestelltem HYPERSITE C1000 hergestellt
und messen eine Höhe
(L5) von 4 und eine Breite (L6) von 30. Die Dicke (W6) der oberen
Trägerplatte 308a des
piezoelektrischen Elements vom bimorphen Typ beträgt 2, und
die Dicke (W7) der unteren Trägerplatte 308b des
piezoelektrischen Elements vom bimorphen Typ beträgt 1. Da
die oberen und unteren Trägerplatten 308a und 308b des
piezoelektrischen Elements vom bimorphen Typ als die festen Enden
des Bildverschiebemechanismus 400 verwendet werden, werden
drei Schraubenlöcher 313,
die zum Sichern der Bildverschiebemechanismus-Trägerplatte 309 verwendet
werden, an beiden Enden und dem zentralen Abschnitt der Trägerplatten 308a und 308b bereitgestellt.
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Der
die oben erwähnten
Bestandteile umfassende Bildverschiebemechanismus 400 misst
eine Höhe (L1)
von 28, eine Breite von (L6) von 30, eine Dicke (W8) von 3 an der
Seite des festen Endes und eine Dicke (W3) von 3 an der Seite des
freien Endes.
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Außerdem kann
der Wert von Ic/Ig des Bildverschiebemechanismus 400 wie
gewünscht
durch Einstellen der Länge
oder anderer Dimensionen des piezoelektrischen Elements vom bimorphen
Typ 306 geändert werden.
Die Größe der Brechungsplatte 305 wird
linear abhängig
von der Größe der an
der Festkörperbilderzeugungsvorrichtungs-Trägerplatte 311 des
experimentellen Modells 300 angebrachten Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 401 geändert. In Übereinstimmung
mit dieser Änderung
werden die Größen des
piezoelektrischen Elements vom bimorphen Typ 306 und die
anderer Bestandteile ebenfalls geändert.
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Ein
von Murakami Color Technology Laboratory Ltd. zum Auswerten der
Auflösungen
von handelsüblich
verfügbaren
Fernsehkameras hergestelltes Auflösungsdiagramm (Typ A-1) wurde
verwendet, um die Auflösung
zu messen. Dieses Auflösungsdiagramm
wird mit einer Mehrzahl von parallelen Linien versehen, die senkrecht
zu unterschiedlichen Intervallen angeordnet sind. Beispielsweise
sind die Intervalle kleiner in der Auf-und-ab-Richtung ausgeführt, und
ein jeder Linie entsprechender Auflösungswert wird zugewiesen.
Um die Auflösung
zu messen, wird dieses Auflösungsdiagramm
durch das oben erwähnte
experimentelle Modell 300 abgebildet, wobei eine Mehrzahl
durch Bildverschiebung erhaltene Bilder zusammengesetzt werden,
und das zusammengesetzte Bild des Auflösungsdiagramms wird von einem
Monitor reproduziert, und das Bild wird von einer für die Messung
verantwortlichen Position beobachtet. Die Person beobachtet das
Bild, das eine Mehrzahl von parallelen Linien umfasst und von dem
Monitor reproduziert wurde. Der für die beiden parallelen Linien
gerade vor den beiden parallelen Linien, deren Intervall unerkennbar
wird, zugewiesene Auflösungswert, wird
als das Ergebnis der Messung verwendet.
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Wie
es in 8 gezeigt ist,
wird die Auflösung
kaum beeinflusst, bis der Wert von Ic/Ig nicht größer als
1,6 ist. Wenn der Wert von Ic/Ig beginnt, 1,6 zu überschreiten,
verschlechtert sich die Auflösung
erheblich.
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Dies
kann wie folgt erläutert
werden. Da die Masse des optischen Systems selbst groß ist, ist
der Betrag der Schwingung winzig, bis der Wert von Ic/Ig nicht größer als
1,6 ist, sogar wenn die Brechungsplatte angetrieben wird. Somit
ist der Ausschlag der optischen Achse klein, wodurch eine geringere
Auswirkung auf die Auflösung
verursacht wird.
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Ferner
sind die erhaltenen Ergebnisse mit der Größe des optischen Systems aus
dem folgenden Grund nicht eng verknüpft. Sogar wenn der gleiche
Wert von Ic/Ig verwendet wird, wird, wenn die Größe des optischen Systems ansteigt,
die Schubkraft zum Antreiben der Brechungsplatte größer. Im
Verhältnis
dazu steigt die Masse des optischen Systems ebenfalls an, wodurch
der Betrag der Schwingung konstant gemacht wird. Demgemäß sollten,
obgleich es ideal ist, dass das Rotationszentrum O mit dem Schwerpunkt
g ausgerichtet ist, die Spezifikationen, wie beispielsweise die
Dicken-, Längen-
und Breitenwerte der Hauptbestandteile des Aktuators, wie beispielsweise
der Brechungsplatte und der piezoelektrischen Elemente von bimorphen Typ,
ausgestaltet sein, so dass der oben erwähnte Wert von Ic/Ig mindestens
1,6 oder kleiner ist.
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11 zeigt die Konfiguration
des Steuersystems für
die Treiberschaltung 19 der Bildverschiebemechanismen 10, 100.
Der Zielwert 30 des Neigungswinkels der Brechungsplatten 21, 121 der
Bildverschiebemechanismen 10, 100 ist ein Neigungswinkel
der Brechungsplatten 21, 121, der für die Bildverschiebung
erforderlich ist und von einem derartigen Steuerabschnitt angeboten
wird, wie demjenigen, der in der in 1 gezeigten
Bildverarbeitungsschaltung 20 aufgenommen ist. Eine Vergleichsschaltung 31 vergleicht
den Zielwert 30 mit dem Neigungswinkel der Bildverschiebe-Brechungsplatten 21, 121,
der den Positionen der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ 22a und 22b; 122a und 122b entsprecht,
die von dem Positionssensor 27a erfasst wurden, und gibt
ein Differenzsignal aus. Das Differenzsignal wird an eine Verstärkerschaltung 32 geliefert.
Die Verstärkerschaltung 32 umfasst
eine Servosteuer-Verstärkungseinstelleinrichtung,
ein Sperrfilter zum Verhindern der Resonanz der sich bewegenden
Abschnitte der Bildverschiebemechanismen 10, 100,
ein Tiefpassfilter (hier nachstehend als TFP bezeichnet) zum Schneiden
von Bändern
verschieden von dem Servosteuerband, etc.. Die Verstärkerschaltung 32 gibt
ein Signal, das auf der Grundlage des Differenzsignals verarbeitet
wurde, an einen Spannungsverstärker 34 aus.
Der Spannungsverstärker 34 erzeugt einen
vorbestimmten Spannungswert, um die piezoelektrischen Elemente vom
bimorphen Typ 22a und 22b; 122a und 122b über die
Anschlussdrähte 26a und 26b zu
treiben.
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Auf
der Grundlage der Verschiebungen der piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ 22a und 22b; 122a und 122b,
die von dem Positionssensor 27a erfasst wurden, erhält eine
Neigungswinkelberechnungsschaltung 35 den Neigungswinkel
der Brechungsplatten 21, 121 durch Berechnen und
gibt den Winkelwert an die Vergleichsschaltung 31 aus.
Anstatt der Ausgabe von dem Positionssensor 27a kann ebenfalls
die Ausgabe von dem Positionssensor 27b oder der Mittelwert
der Ausgangswerte von den Positionssensoren 27a und 27b verwendet
werden.
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12 zeigt die Konfiguration
des Steuersystems für
eine andere Treiberschaltung 19a der Bildverschiebemechanismen 10, 100.
Da die Konfiguration der Treiberschaltung 19a der in 11 gezeigten Treiberschaltung 19 ähnlich ist,
werden die gleichen Bezugscodes zugewiesen, um die gleichen Bestandteile
zu kennzeichnen, und derartige Bestandteile werden hier nicht erläutert. Der
Zielwert 30 des Neigungswinkels der Brechungsplatten 21, 121 der
Bildverschiebemechanismen 10, 100 ist ein Neigungswinkel,
der für
die Bildverschiebung erforderlich ist und wird von einem derartigen
Steuerabschnitt, wie demjenigen, der in der in 1 gezeigten Bildverarbeitungsschaltung 30 aufgenommen
ist, angeboten. Eine Vergleichsschaltung 31 vergleicht
den Zielwert 30 mit dem Neigungswinkel der Brechungsplatten 21, 121,
der den Positionen der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ 22a und 22b oder den piezoelektrischen Elementen
vom bimorphen Typ 122a und 122b entsprecht, die
von den Positionssensoren 27a und 27b erfasst
wurden, und gibt ein Differenzsignal aus. Ein Verstärker 132 umfasst
eine Sperrschaltung zum Verhindern der Resonanz der sich bewegenden
Abschnitte des Bildverschiebemechanismus, ein TFP zum Abschneiden
von Bändern
verschieden von dem Servosteuerband, etc.. Die Ausgabe des Verstärkers 32 wird
an Verstärkungseinstellschaltungen 33a bzw. 33b geliefert,
die jeweils für
die piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b und die
piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 122a und 122b bereitgestellt
werden. Die Verstärkungseinstellschaltungen 33a und 33b stellen
die Verstärkungen
abhängig
von den individuellen Unterschieden in den piezoelektrischen Konstanten
der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b oder
der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 122a und 122b ein,
um die Unterschiede in den Eigenschaften und Charakteristika der
piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b oder
den piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ 122a und 122b zu
korrigieren. Spannungsverstärkerschaltungen 34a und 34b erzeugen
vorbestimmte Spannungswerte abhängig
von den Eingangssignalen, um die piezoelektrischen Elemente vom
bimorphen Typ 22a und 22b oder die piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ 122a und 122b über die
Anschlussdrähte 26a bzw. 26b zu
treiben. Der Neigungswinkel der Brechungsplatte 21 wird
durch eine Neigungswinkelberechnungsschaltung 35 auf der
Grundlage der von den Positionssensoren 27a und 27b erfassten
Verschiebungen erhalten, die durch die Verschiebungen der piezoelektrischen
Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b oder der
piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 122a und 122b verursacht
wurden. Die Ausgabe von der Neigungswinkelberechnungsschaltung 35 wird
in die oben erwähnte
Vergleichsschaltung 31 über
einen Auswahlschalter 36 eingegeben und mit dem Zielwert 30 des
Neigungswinkels der Brechungsplatte 21 oder 121 verglichen.
Der Auswahlschalter 36 wird während des Normalbetriebes eingeschaltet
und während
des später
beschriebenen Korrekturbetriebs abgeschaltet.
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Während des
Normalbetriebs, wobei der Auswahlschalter 36 eingeschaltet
ist, wird die oben erwähnte Servosteuerschleife
gebildet, und die Brechungsplatte 21 oder 121 wird
abhängig
von dem Signal des Zielwertes 30 geneigt. Da jedoch die
piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b oder
die piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 122a und 122b im
Allgemeinen individuelle Unterschiede aufweisen, sogar wenn das
Paar von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen Typ 22a und 22b; 122a und 122b an beiden
Seiten der Brechungsplatte 21, genau wie im Fall der vorliegenden
Ausführungsform,
angeordnet ist, sind die tatsächlichen
Verschiebungen der piezoelektrischen Elemente 22a und 22b; 122a und 122b vielfach unterschiedlich,
obwohl der gleiche Zielwert eingestellt wurde.
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Daher
wird in dem Fall, dass die piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ 22a und 22b; 122a und 122b,
die derartige Unterschiede in den Eigenschaften und Charakteristika
aufweisen, verwendet werden, sogar wenn ein Versuch durchgeführt wird,
die Brechungsplatte 21 um die x-Achse zu neigen, wie es
in 2 gezeigt ist, die
Brechungsplatte 21 zusätzlich
um die y-Achse geneigt, wodurch der Bildverschiebemechanismus nicht
genau arbeiten kann.
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Als
eine Korrekturmaßnahme
zum Lösen
dieses Problems wird der Auswahlschalter 36 abgeschaltet, um
die Servosteuerschleife auszuschalten. Als nächstes wird der vorbestimmte
Zielwert 30 von einem Steuerabschnitt (nicht gezeigt) geliefert,
so dass eine Änderung
in einer tatsächlich
zu verwendenden Antriebsgeschwindigkeit stattfindet. Die Ausgaben
der Positionssensoren 27a und 27b werden von einem
Oszilloskop oder dergleichen überwacht.
Die Verstärkungseinstellschaltungen 33a und 33b werden
eingestellt, so dass die Signalausgaben der überwachten Positionssensoren 27a und 27b den
gleichen Amplitudenwert aufweisen. Durch die oben erwähnte Korrektur
können
die Beträge
der Verformungen des Paars von piezoelektrischen Elementen vom bimorphen
Typ 22a und 22b; 122a und 122b,
die an beiden Seiten der Brechungsplatten 21, 121 angeordnet
sind, mit Bezug auf den Zielwert 30 vereinheitlicht werden,
und die Brechungsplatten 21, 121 können am
Neigen in unpassenden Richtungen gehindert werden. Folglich werden
die Verformungen der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ 22a und 22b; 122a und 122b nicht
durch die einzelnen Unterschiede in ihren Verformungscharakteristika
beeinflusst, und die Richtungen der Rotationsachsen der Brechungsplatte 21, 121 können genau
festgelegt werden. Es ist nicht immer notwendig, die beiden Verstärkungseinstellschaltungen 33a und 33b zu
installieren, wobei jedoch mindestens eine von ihnen verwendet werden kann.
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13 zeigt die Konfiguration
eines Steuersystems in Übereinstimmung
mit noch einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung. Die Konfiguration dieser Ausführungsform ist der in 12 gezeigten ähnlich.
Die Bestandteile, die den in 12 gezeigten
entsprechen, werden durch die gleichen Bezugscodes gekennzeichnet,
und die Erläuterung
der Bestandteile wird weggelassen. Die Ausgabe von der Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 18 wird
an die Bildverarbeitungsschaltung 20 geliefert und einer
vorbestimmten Bildverarbeitung unterzogen, genauso wie es in 1 gezeigt ist, um eine Bild
mit höherer
Auflösung
zu erhalten. Die Ausgabe von der Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 18 wird
ebenfalls an eine Korrekturschaltung 37 geliefert und korrigiert,
um den Bildverschiebebetrag der Bildverschiebemechanismen 10, 100 jederzeit
genau zu sichern. Die Ausgabe von der Korrekturschaltung 37 wird
als der Zielwert 30 verwendet. Die nachfolgenden Vorgänge sind
die gleichen wie diejenigen, die mit Bezug auf 12 beschrieben wurden.
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14 zeigt die detaillierte
elektrische Konfiguration der in 13 gezeigten
Zielwertkorrekturschaltung 37. Das Signal von der Festkörperbilderzeugungsvorrichtung 18 wird
an eine Vorverarbeitungsschaltung 40 zur Analog/Digital-Wandlung, Gamma-Korrektur,
etc. geliefert. Die von der Vorverarbeitungsschaltung 40 verarbeitete
Ausgabe wird von einem Bildspeicher 41a zum Speichern von
Bilddaten vor der Bildverschiebung und von einem Bildspeicher 41b zum
Speichern von Bilddaten nach der Bildverschiebung gespeichert. Eine Bewegungsvektorberechnungsschaltung 42 berechnet
einen Bewegungsvektor zwischen den Bilddaten vor der Bildverschiebung
und den Bilddaten nach der Bildverschiebung, die von dem Bildspeicher 41a und 41b gespeichert
werden, und vergleicht den Vektor mit einem Bewegungsvektor, der
von einem ursprünglichen Zielwert 43 angenommen
wurde, der von einem externen Steuerabschnitt geliefert wurde. Wenn
es einen Unterschied zwischen den beiden gibt, wird ein neu korrigierter
Zielwert 30 aus dem Unterschied erhalten. Das Übereinstimmungsverfahren
des repräsentativen
Punkts, das optische Strömungsverfahren
oder dergleichen wird im Allgemeinen als ein Bewegungsberechnungsverfahren
verwendet, und ein derartiges Verfahren kann ebenfalls für die Konfiguration
der vorliegenden Ausführungsform
verwendet werden.
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Da
der Zielwert 30 immer auf der Grundlage der Bilddaten korrigiert
wird, wie es oben beschrieben ist, kann die Bildverschiebung genau
durchgeführt
werden. Ferner findet aus dem gleichen Grund selbstverständlich keine Änderung
mit der Zeit statt, und die Bildverschiebemechanismen 10, 100 können einen
stabilen Betrieb für
einen verlängerten
Zeitraum durchführen.
Obwohl die oben erwähnte
Korrektur jedes Mal, wenn eine Bilderzeugungsvorrichtung verwendet
wird, beispielsweise als ein Anfangsvorgang durchgeführt werden
kann, kann die Korrektur ebenfalls bei vorbestimmten Intervallen
oder bei einem beliebigen Zeitpunkt durch manuellen Betrieb durchgeführt werden,
vorausgesetzt, dass die Änderung
mit der Zeit klein ist.
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15 ist ein Schaltbild, das
die elektrische Konfiguration eines Mittels zur Erfassung bei dem
Steuersystem einer Bilderzeugungsvorrichtung zeigt. Der Positionssensor 27a des
Erfassungsmittels wird hier erläutert.
Der Positionssensor 27b wird jedoch nicht erläutert, da
er im Aufbau der gleiche wie der Positionssensor 27a ist.
Das Erfassungsmittel umfasst den Positionssensor 27a und
eine Kompensationsschaltung 159. Der Positionssensor 27a umfasst
einen Photounterbrecher 150, eine Verstärkerschaltung 152 und
einen Widerstand R2 und einen Ausgangsanschluss 155. Die
Kompensationsschaltung 159 umfasst einen Photounterbrecher 151,
einen npn-Transistor 154 und Widerstände R1, R3.
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Die
Photounterbrecher 150, 151 umfassen lichtemittierende
Dioden (hier nachstehend als LEDs bezeichnet) 160, 162 bzw.
Phototransistoren 161, 163. Wenn Strom durch die
LED 160 in den Positionssensor 27a fließt, emittiert
die LED 160 sichtbares oder infrarotes Licht. Das Licht
wird von den Reflexionsplatten 160a und 160b oder
dergleichen reflektiert, die in den piezoelektrischen Elementen
vom bimorphen Typ 22a und 22b oder den piezoelektrischen
Elementen vom bimorphen Typ 122a und 122b vorgesehen
sind, und an den Phototransistor 161 gespeist. Durch 'das Licht findet
eine Leitung zwischen dem Kollektor und Emitter des Phototransistors 161 statt,
und der Phototransistor 161a gibt ein Signal aus, das der
Lichtmenge entspricht. Das ausgegebene Signal wird an den invertierenden
Eingangsanschluss geliefert, mit dem der Widerstand R2 verbunden
ist, und invertiert und von der Verstärkerschaltung 152 verstärkt und
dann von dem Ausgangsanschluss 155 ausgegeben. Folglich
kann die Verschiebung der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen
Typ 22a und 22b oder der piezoelektrischen Elemente
vom bimorphen Typ 122a und 122b erfasst werden.
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Der
Ausgangswert des Photounterbrechers kann sich abhängig von
der Änderung
in der externen Temperatur ändern.
Der Photounterbrecher 151 wird bereitgestellt, um den Ausgangswert
des Photounterbrechers 150 daran zu hindern, durch die
Temperaturänderung
beeinflusst zu werden. Der Photounterbrecher 151 weist
die gleiche Charakteristik wie diejenige des Photounterbrechers 150 auf,
der an einer Position angeordnet ist, die von den sich bewegenden Abschnitten
des Bildverschiebemechanismus in der Bilderzeugungsvorrichtung unbeeinflusst
wird, und erfasst nicht die Positionen der Reflexionsplatte, Brechungsplatte,
etc.. D.h., dass der Photounterbrecher 151 als eine Temperaturkompensationsschaltung
bereitgestellt wird, so dass der Photounterbrecher 150 normale
Ausgangswerte ausgeben kann.
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Die
LED 162 des Photounterbrechers 151 ist mit der
LED 160 des Photounterbrechers 150 und ferner mit
dem Kollektor des Transistors 154 in Reihe geschaltet.
Der Emitteranschluss des Transistors 154 ist mit dem Massepotential über den
Widerstand R3 verbinden. Die Ausgabe des Phototransistors 163 des
Photounterbrechers 151 wird an den invertierenden Eingangsanschluss
der Verstärkerschaltung 153 geliefert,
mit dem der Widerstand R1 verbunden ist, und invertiert und von
der Verstärkerschaltung 153 verstärkt und
dann an den Basisanschluss des Transistors 154 geliefert.
Da die Ausgabe des Phototransistors 163 invertiert und
von der Verstärkerschaltung 153 verstärkt wird,
wird, wenn die Ausgabe des Phototransistors 163 ansteigt,
das an den Basisanschluss des Transistors 154 gelieferte
Signal kleiner, und der zwischen dem Kollektor und Emitter des Transistors 163 fließende Strom
nimmt ab. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Ausgabe des Phototransistors 163 abnimmt,
das an den Basisanschluss des Transistors 154 gelieferte
Signal größer, und
der zwischen dem Kollektor und Emitter des Transistors 163 fließende Strom
steigt an.
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Aus
diesem Grund steigt, wenn die Ausgabe des Phototransistors 163 aufgrund
der Änderung
in der Temperatur ansteigt, die Ausgabe des Photounterbrechers 151 an,
und ein invertiertes und verstärktes
Ausgangssignal wird an den Transistor 154 geliefert. Daher
nimmt der zwischen dem Kollektor und Emitter des Transistors 154 fließende Strom
ab, und die in den LEDs 160, 162 fließenden Ströme werden
demgemäß ebenfalls
verringert. Folglich nehmen die von den LEDs 160, 162 emittierten
Lichtmengen ab, und die Ausgabe des Photounterbrechers 150 nimmt
ebenfalls ab.
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Andererseits
nimmt, wenn die Ausgabe des Phototransistors 163 abnimmt,
die Ausgabe des Photounterbrechers 150 ebenfalls ab, und
ein invertiertes und verstärktes
Ausgangssignal wird an den Transistor 154 geliefert. Daher
steigt der zwischen dem Kollektor und Emitter des Transistors 154 fließende Strom
an, und die durch die LEDs 160, 162 fließenden Ströme steigen
dementsprechend an. Folglich erhöhen
sich die von den LEDs 160, 162 emittierten Lichtmengen,
und die Ausgabe des Photounterbrechers 150 steigt ebenfalls
an.
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Als
Ergebnis kann die Änderung
in dem Ausgangssignal des Photounterbrechers 150 aufgrund
der Temperaturänderung
in der Bilderzeugungsvorrichtung verringert werden, und ein Erfassungssignal
mit einem passenden Pegel kann ausgegeben werden. Daher können die
Positionen der piezoelektrischen Elemente vom bimorphen Typ genau
erfasst werden, und die Konfiguration mit minimaler Verschlechterung
in der Auflösung
kann sogar erzielt werden, wenn die Temperaturänderung durch die Änderung
in Umgebungen außerhalb
der Vorrichtung verursacht wird. Obwohl Photounterbrecher für die Kompensationsschaltung
bei der vorliegenden Ausführungsform
verwendet werden, um eine Temperaturkompensation des Positionssensors 27a oder 27b durchzuführen, kann
ein Temperaturerfassungselement, wie beispielsweise ein Thermistor,
ebenfalls verwendet werden.
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Die
Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ohne Abweichung von
ihren wesentlichen Charakteristika verkörpert sein. Die vorliegenden
Ausführungsformen
sind daher in allen Beziehungen als veranschaulichend und nicht
einschränkend
zu betrachten, wobei der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und
nicht durch die vorhergehende Beschreibung angegeben wird, und alle Änderungen, die
innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalenz der Ansprüche fallen,
sind daher bestimmt, darin eingeschlossen zu sein.