JP2002502053A - 応力−光ビームスキャナ、スキャナを採用するシステムおよび走査方法 - Google Patents
応力−光ビームスキャナ、スキャナを採用するシステムおよび走査方法Info
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- G02F1/0128—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on electro-mechanical, magneto-mechanical, elasto-optic effects
- G02F1/0131—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on electro-mechanical, magneto-mechanical, elasto-optic effects based on photo-elastic effects, e.g. mechanically induced birefringence
Abstract
(57)【要約】
本発明の応力−光ビームスキャナ（２３）およびそれを採用するシステムは、普通５°より大きい走査角度にわたりターゲット（２７）上における光ビーム（１）の走査を可能にするように選択された応力−光物質（２４）を備える。システムは、応力−光物質に加えられる機械的応力を制御するためにマイクロプロセッサ（３１）により制御される圧電要素を備える。
Description
【０００１】 〔発明の背景〕 光ビームスイッチおよび光ビームスイッチを採用するシステムは、１９９１年
５月２１日付発行の米国特許第5,016,957号および１９９２年３月１０日付で発 行された米国特許第5,095,515号に記載されている。それゆえ、この特許も参照 されたい。
５月２１日付発行の米国特許第5,016,957号および１９９２年３月１０日付で発 行された米国特許第5,095,515号に記載されている。それゆえ、この特許も参照 されたい。
【０００２】 ここに記述される光スイッチは、ストレスビーム位置と非ストレス位置間におい
て透光性の光弾性物質の出口窓から出る光ビームの経路を約０．０５ｍｍ変更す
る。光スイッチは、屈折率が機械的応力とともに変化する透光性の光弾性物質と
、光物質の表面に平行かつ光ビームに垂直な機械的力を賦与するため光男性物質
に固定された圧電板を含み近接する二つの予定位置間においてスループット角度
の変化だけ光ビーム路を変更する手段とを備える。
て透光性の光弾性物質の出口窓から出る光ビームの経路を約０．０５ｍｍ変更す
る。光スイッチは、屈折率が機械的応力とともに変化する透光性の光弾性物質と
、光物質の表面に平行かつ光ビームに垂直な機械的力を賦与するため光男性物質
に固定された圧電板を含み近接する二つの予定位置間においてスループット角度
の変化だけ光ビーム路を変更する手段とを備える。
【０００３】 光ビームを連続的に走査するための新規な光ビームスキャナ、応用システムおよ
び光学的スキャナを使用して、広い走査角度にわたり高速度にて一次元または多
次元の走査を行う方法を提供することが望ましい。
び光学的スキャナを使用して、広い走査角度にわたり高速度にて一次元または多
次元の走査を行う方法を提供することが望ましい。
【０００４】 〔発明の概要〕 本発明は、応力−光（ストレス−オプティック、Ｓ−Ｏ）ビームスキャナ、こ
のスキャナを採用するシステムおよびスキャナ方法を含む。
のスキャナを採用するシステムおよびスキャナ方法を含む。
【０００５】 応力−光（Ｓ−Ｏ）ビームスキャナは、走査されるべき光ビームを提供するた
めの光ビーム源と、光ビームを受け入れる入口窓および走査された光ビームを伝
達する出口窓を有する透光性のＳ−Ｏ物質であって、約５°より大きい走査角度
にわたり光ビームを走査せしめる性質を有するＳ−Ｏ物質と、Ｓ−Ｏ物質の屈折
率勾配に変化を与えるに十分の所与の量と方向の機械的力をＳ−Ｏ物質に与える
手段と、伝達される走査ビームを受け入れるターゲット手段とを備える。
めの光ビーム源と、光ビームを受け入れる入口窓および走査された光ビームを伝
達する出口窓を有する透光性のＳ−Ｏ物質であって、約５°より大きい走査角度
にわたり光ビームを走査せしめる性質を有するＳ−Ｏ物質と、Ｓ−Ｏ物質の屈折
率勾配に変化を与えるに十分の所与の量と方向の機械的力をＳ−Ｏ物質に与える
手段と、伝達される走査ビームを受け入れるターゲット手段とを備える。
【０００６】 一つの具体例において、本発明は、限定されるものではないがパルス化レーザ
ビームのような光ビームの連続的または非連続的走査のための、ソリッドステー
ト高速度様式の光ビームスキャナより成る。光ビームスキャナは、入口窓と出口
窓を有する選択された性質の透光性のＳ−Ｏ物質を備える。しかして、このＳ−
Ｏ物質は機械適応力を受けるとき屈折率が変化して、約５度より大きい角度で走
査（掃引）する出力光ビームを出す。光スキャナは、所定の力を適用しかつそれ
を連続的に変化させて、応力を創出しかつ屈折率勾配に選択された変化を生じさ
せそして一次元または二次元光ビームを発生するため、Ｓ−Ｏ物質に固定された
圧電物質のような機械的応力を誘起する手段を備える。機械的応力を誘起する手
段は、例えば光ビームを１ｋＨｚよりも速い速度で走査せしめるような手段であ
る。光スキャナは、光ビームを、二つの近接する選択された内部位置間で切り替
えるのでなく、大きな角度にわたり走査されることを可能にする。圧電物質の使
用は、圧電効果のＭｈｚ応答能力に起因して高速度の走査を可能にする。
ビームのような光ビームの連続的または非連続的走査のための、ソリッドステー
ト高速度様式の光ビームスキャナより成る。光ビームスキャナは、入口窓と出口
窓を有する選択された性質の透光性のＳ−Ｏ物質を備える。しかして、このＳ−
Ｏ物質は機械適応力を受けるとき屈折率が変化して、約５度より大きい角度で走
査（掃引）する出力光ビームを出す。光スキャナは、所定の力を適用しかつそれ
を連続的に変化させて、応力を創出しかつ屈折率勾配に選択された変化を生じさ
せそして一次元または二次元光ビームを発生するため、Ｓ−Ｏ物質に固定された
圧電物質のような機械的応力を誘起する手段を備える。機械的応力を誘起する手
段は、例えば光ビームを１ｋＨｚよりも速い速度で走査せしめるような手段であ
る。光スキャナは、光ビームを、二つの近接する選択された内部位置間で切り替
えるのでなく、大きな角度にわたり走査されることを可能にする。圧電物質の使
用は、圧電効果のＭｈｚ応答能力に起因して高速度の走査を可能にする。
【０００７】 従来の光スイッチは、従来の光学ガラスを採用した。しかしながら、約５°よ
りも大きな角度で走査を行うためには、Ｓ−Ｏ物質は、高屈折率例えば約２.４ またはそれ以上の屈折率または低いヤング率、例えば約３.２×１０+6ｐｓｉよ り低いヤング率、または高い応力−光（Ｓ−Ｏ）係数例えば約０.２×１０-6／ ｐｓｉより大きいＳ−Ｏ係数、あるいはこのような性質の組合せを有するように
選択される。Ｓ−Ｏ係数は、下式に基づく。すなわち、
りも大きな角度で走査を行うためには、Ｓ−Ｏ物質は、高屈折率例えば約２.４ またはそれ以上の屈折率または低いヤング率、例えば約３.２×１０+6ｐｓｉよ り低いヤング率、または高い応力−光（Ｓ−Ｏ）係数例えば約０.２×１０-6／ ｐｓｉより大きいＳ−Ｏ係数、あるいはこのような性質の組合せを有するように
選択される。Ｓ−Ｏ係数は、下式に基づく。すなわち、
【数１】 Ｋparallel＝ｎ3／Ｅ〔μｐ12−ｐ11／２〕または Ｋperpendicular＝ｎ3／２Ｅ〔μｐ11−（μ−１）ｐ12〕 ここで、Ｋparallelは適用されるストレスに平行なＳ−Ｏ係数、Ｋperpendicu lar は適用されるストレスに垂直なＳ−Ｏ係数、μはポアソン比、ｎは屈折率、 Ｐ12およびＰ11は力および方向に関するポッケル係数、そしてＥはヤング率であ
る。
る。
【０００８】 許容できるＳ−Ｏ物質は、限定されるものではないが、三硫化砒素（ＡＳ2Ｓ3 ）およびセレン化砒素（ＡｓＳｅ）のような砒素化合物を含むであろう。ＡＳ2 Ｓ3のようなＳ−Ｏ物質の場合、従来使用された物質に比し、屈折率は１．４倍 大きく、ヤング率は３．２倍小さく、そしてポッケル係数は１．３倍小さく、式
（１）においてＳ−Ｏ係数に１０倍の増加をもたらす。ビーム偏向は、応力勾配
、光路長およびＳ−Ｏ係数に正比例するから、これらの新しいＳ−Ｏ物質の使用
によりビーム偏向の1０倍の増加がもたらされる。
（１）においてＳ−Ｏ係数に１０倍の増加をもたらす。ビーム偏向は、応力勾配
、光路長およびＳ−Ｏ係数に正比例するから、これらの新しいＳ−Ｏ物質の使用
によりビーム偏向の1０倍の増加がもたらされる。
【０００９】 光スキャナ内のＳ−Ｏ物質は、負荷される曲げ勾配の下で物理的長さからの光
路長の変化および屈折率変化が相互に増大し合うように、応力に関して正の屈折
率変化を有し得る。この種のＳ−Ｏ物質の適当な例は、二酸化テルル（平行偏光
に関して）、二酸化チタン（平行偏光に関して）、および砒化ガリウム（適用さ
れる応力に対して平行かつ垂直な偏光に関して）である。圧縮応力勾配が使用さ
れる場合、Ｓ−Ｏ物質は、これらの条件下で長さからの光路長変化および屈折率
変化が相互に増大し合うように、応力に関して負の屈折率変化を有するように選
ばれる。この種のＳ−Ｏ物質の適当な例として、濃密なフリントガラス（ＳＦ５
７）、モリブデン酸鉛、三硫化砒素およびセレン化砒化ゲルマニウムが挙げられ
る。
路長の変化および屈折率変化が相互に増大し合うように、応力に関して正の屈折
率変化を有し得る。この種のＳ−Ｏ物質の適当な例は、二酸化テルル（平行偏光
に関して）、二酸化チタン（平行偏光に関して）、および砒化ガリウム（適用さ
れる応力に対して平行かつ垂直な偏光に関して）である。圧縮応力勾配が使用さ
れる場合、Ｓ−Ｏ物質は、これらの条件下で長さからの光路長変化および屈折率
変化が相互に増大し合うように、応力に関して負の屈折率変化を有するように選
ばれる。この種のＳ−Ｏ物質の適当な例として、濃密なフリントガラス（ＳＦ５
７）、モリブデン酸鉛、三硫化砒素およびセレン化砒化ゲルマニウムが挙げられ
る。
【００１０】 光スキャナおよびシステム内で採用される光ビームは、走査されるべきターゲ
ットに依存して変化し得、特にパルス化またはまたは持続波レーザまたはその他
の光ビームを含むことになろう。例えば、バーおよびマトリクスコード走査に普
通使用されるＣＷビームおよび光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）目的に使用され
るパルス化レーザビームの場合約６３０ｎｍないし約２０００ｎｍのレーザビー
ムのごとくである。平行化“ホワイト”または白熱光ビームは、光センサの応用
分野に採用出来る。
ットに依存して変化し得、特にパルス化またはまたは持続波レーザまたはその他
の光ビームを含むことになろう。例えば、バーおよびマトリクスコード走査に普
通使用されるＣＷビームおよび光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）目的に使用され
るパルス化レーザビームの場合約６３０ｎｍないし約２０００ｎｍのレーザビー
ムのごとくである。平行化“ホワイト”または白熱光ビームは、光センサの応用
分野に採用出来る。
【００１１】 光スキャナおよびシステムにより提供される走査ビームのターゲットは、値段
付けカードのような物品上の一または多次元のバーまたはその他のコード類を含
んでよい。スキャナは、Ｃｏｄｅ−１、ＰＤＦ−４１７、ＭＡＸＩＣＯＤＥおよ
びＩＤＭＡＴＲＩＸ ＣＯＤＥとして知られる商業的な２次元マトリクスコード
をコンベヤベルト速度で読み取るのに使用できる。これらのコードは、１ｋｈｚ
またはそれ以上の走査速度を必要とし、現在の機械的バーコードスキャナでは得
ることができないものである。スキャナはまた、コンピユータチップや薬剤製品
上のような非常に小さなマトリクスコード上でも使用できる。ビーム直径は、こ
の種の小さなマトリクスコード例えば２〜６ｍｍに対してはより大径となり、ス
キャナの正面約２〜６インチの点に０．１ｍｍまたはそれより小さなスポット直
径にビームを焦点調節するために出口窓の後に焦点調節レンズを必要とする。よ
り大直径のビームは、より厚い物質Ｓ−Ｏ物質の使用または入口レンズの使用に
より、ビームがＳ−Ｏ物質および出口窓の焦点調節レンズを通過するときビーム
の直径を減ずることにより、同様に複数の並行Ｓ−Ｏ物質およびビームの使用に
より達成し得る。ターゲットにはまた、１または複数の人工衛星またはミサイル
、宇宙の破片またはスペースステーションが含まれ、光学的スキャナは、このよ
うなターゲット上または地球またはその他の惑星上に設置してよい。
付けカードのような物品上の一または多次元のバーまたはその他のコード類を含
んでよい。スキャナは、Ｃｏｄｅ−１、ＰＤＦ−４１７、ＭＡＸＩＣＯＤＥおよ
びＩＤＭＡＴＲＩＸ ＣＯＤＥとして知られる商業的な２次元マトリクスコード
をコンベヤベルト速度で読み取るのに使用できる。これらのコードは、１ｋｈｚ
またはそれ以上の走査速度を必要とし、現在の機械的バーコードスキャナでは得
ることができないものである。スキャナはまた、コンピユータチップや薬剤製品
上のような非常に小さなマトリクスコード上でも使用できる。ビーム直径は、こ
の種の小さなマトリクスコード例えば２〜６ｍｍに対してはより大径となり、ス
キャナの正面約２〜６インチの点に０．１ｍｍまたはそれより小さなスポット直
径にビームを焦点調節するために出口窓の後に焦点調節レンズを必要とする。よ
り大直径のビームは、より厚い物質Ｓ−Ｏ物質の使用または入口レンズの使用に
より、ビームがＳ−Ｏ物質および出口窓の焦点調節レンズを通過するときビーム
の直径を減ずることにより、同様に複数の並行Ｓ−Ｏ物質およびビームの使用に
より達成し得る。ターゲットにはまた、１または複数の人工衛星またはミサイル
、宇宙の破片またはスペースステーションが含まれ、光学的スキャナは、このよ
うなターゲット上または地球またはその他の惑星上に設置してよい。
【００１２】 システムは、より大きな、例えば３０度より大きな走査角度を必要とする応用
を可能とする。この種の応用においては、小面積の重なりをもって異なるセクシ
ョンを走査する二つの別個の走査ビームを使用できる。走査は、１ｋＨｚより速
い速度でなすことができるが、これは、従来技術の機械的走査技術で達成し得る
よりも速い。
を可能とする。この種の応用においては、小面積の重なりをもって異なるセクシ
ョンを走査する二つの別個の走査ビームを使用できる。走査は、１ｋＨｚより速
い速度でなすことができるが、これは、従来技術の機械的走査技術で達成し得る
よりも速い。
【００１３】 本発明の他の具体例においては、Ｓ−Ｏ物質上に加わる力は、従来技術におけ
るように面に平行かつ光ビームにほぼ垂直な力、あるいは面に垂直かつ光ビーム
にほぼ垂直な力から変化させてよい。これは例えば、圧電物質をＳ−Ｏ物質の異
なる面に適用して、圧縮応力および圧縮応力勾配を創出することによって行える
。溶融シリカガラスのような光学ガラスは、約７１００ｐｓｉの張力、９７００
ｐｓｉの曲げおよび１,６６０,０００ｐｓｉの圧縮に抗し得る。圧縮剪断応力は
この高い圧縮限界に達することができないけれども、圧縮剪断力の使用は、曲げ
応力限界に関して４倍の増加を達成し得、それゆえ、同じ物質およびサイズの変
調器に対してより大きなビーム偏向を創出し得る。かくして、面および光路に垂
直な圧縮力の適用は、張力よりも圧縮力においてずっと大きな強度の光物質を開
発出来る。
るように面に平行かつ光ビームにほぼ垂直な力、あるいは面に垂直かつ光ビーム
にほぼ垂直な力から変化させてよい。これは例えば、圧電物質をＳ−Ｏ物質の異
なる面に適用して、圧縮応力および圧縮応力勾配を創出することによって行える
。溶融シリカガラスのような光学ガラスは、約７１００ｐｓｉの張力、９７００
ｐｓｉの曲げおよび１,６６０,０００ｐｓｉの圧縮に抗し得る。圧縮剪断応力は
この高い圧縮限界に達することができないけれども、圧縮剪断力の使用は、曲げ
応力限界に関して４倍の増加を達成し得、それゆえ、同じ物質およびサイズの変
調器に対してより大きなビーム偏向を創出し得る。かくして、面および光路に垂
直な圧縮力の適用は、張力よりも圧縮力においてずっと大きな強度の光物質を開
発出来る。
【００１４】 本発明の他の具体例においては、例えば光スキャナは、二つの一次元光スキャ
ナを直列にかつ相互に約９０°のような角度で採用することによって、２または
それ以上の次元において高速度で走査でき、それにより、光ビームは二次元（Ｘ
，Ｙ）で走査できる。力は、Ｓ−Ｏ物質の４面のごとくＳ−Ｏ物質の複数の側面
に適用してよく、それにより単一のスキャナにおいて二次元の走査を可能にする
。二次元スキャナもＳ−Ｏ物質から構成しえるが、この場合、曲げモーメント勾
配は一方向に適用され、圧縮応力勾配は単一Ｓ−Ｏ物質内の曲げモーメント勾配
にほぼ垂直な方向に適用される。力は、Ｓ−Ｏ物質に固定された圧電物質の使用
により適用、監視され、所望の力と方向を生ずるようにマイクロプロセッサによ
り制御される。
ナを直列にかつ相互に約９０°のような角度で採用することによって、２または
それ以上の次元において高速度で走査でき、それにより、光ビームは二次元（Ｘ
，Ｙ）で走査できる。力は、Ｓ−Ｏ物質の４面のごとくＳ−Ｏ物質の複数の側面
に適用してよく、それにより単一のスキャナにおいて二次元の走査を可能にする
。二次元スキャナもＳ−Ｏ物質から構成しえるが、この場合、曲げモーメント勾
配は一方向に適用され、圧縮応力勾配は単一Ｓ−Ｏ物質内の曲げモーメント勾配
にほぼ垂直な方向に適用される。力は、Ｓ−Ｏ物質に固定された圧電物質の使用
により適用、監視され、所望の力と方向を生ずるようにマイクロプロセッサによ
り制御される。
【００１５】 他の具体例においては、Ｓ−Ｏ物質内の光ビーム路は、スキャナのＳ−Ｏ物質
の長さを物理的に増すことによって、あるいは、好ましくは、ビーム反射手段に
より、Ｓ−Ｏ物質内において光ビームを必要に応じて数度または複数回前後に反
射して所与のＳ−Ｏ物質サイズに対する光ビーム偏向を増すことによって、長さ
を増すことができる。路長を増すための光ビームの反射は、Ｓ−Ｏ物質の入力お
よび出力窓の端部の内部部分を鏡面化し、光ビームを反射せしめることによって
行える。
の長さを物理的に増すことによって、あるいは、好ましくは、ビーム反射手段に
より、Ｓ−Ｏ物質内において光ビームを必要に応じて数度または複数回前後に反
射して所与のＳ−Ｏ物質サイズに対する光ビーム偏向を増すことによって、長さ
を増すことができる。路長を増すための光ビームの反射は、Ｓ−Ｏ物質の入力お
よび出力窓の端部の内部部分を鏡面化し、光ビームを反射せしめることによって
行える。
【００１６】 本発明の光スキャナは、Ｓ−Ｏ物質に固定される板のような圧電物質によりＳ
−Ｏ物質内において賦課される機械力の大きさ応力勾配およびその方向を制御す
るためのマイクロプロセッサとの組合で種々のシステムで採用し得る。システム
は、通常、走査用ビームに対するターゲットを含むことになるが、このターゲッ
トとしては、一次または二次元のバーコード、または商業的コード、または人工
衛星、またはその他の光ビームターゲットが含まれよう。
−Ｏ物質内において賦課される機械力の大きさ応力勾配およびその方向を制御す
るためのマイクロプロセッサとの組合で種々のシステムで採用し得る。システム
は、通常、走査用ビームに対するターゲットを含むことになるが、このターゲッ
トとしては、一次または二次元のバーコード、または商業的コード、または人工
衛星、またはその他の光ビームターゲットが含まれよう。
【００１７】 かかるシステムは、ＸおよびＹ電圧信号Ａ／Ｄコンバータ、ＸおよびＹ電圧信
号増幅器、光反射帰還ビーム検出、反射帰還ビームの一部を検出器に戻すビーム
スプリッタ、およびフィードバックおよびベースライン制御目的のためのマイク
ロプロセッサのような種々の追加の部品を必要に応じて含んでよい。システムは
、固定または携帯用（手保持の）ハウジング内に合体し、光ビームの伝達のため
のための光ファイバを使用し、光センサ、Ｘ−Ｙスキャナ、レンズ、Ｘ−Ｙ検出
器、およびその他の組合せをシステム内に設けてよい。
号増幅器、光反射帰還ビーム検出、反射帰還ビームの一部を検出器に戻すビーム
スプリッタ、およびフィードバックおよびベースライン制御目的のためのマイク
ロプロセッサのような種々の追加の部品を必要に応じて含んでよい。システムは
、固定または携帯用（手保持の）ハウジング内に合体し、光ビームの伝達のため
のための光ファイバを使用し、光センサ、Ｘ−Ｙスキャナ、レンズ、Ｘ−Ｙ検出
器、およびその他の組合せをシステム内に設けてよい。
【００１８】 特定の具体例において、本発明の一次または二次元スキャナシステムは、光ビ
ームを連続的に走査し、ついで任意的にコマンド時に設定されたターゲットまた
は位置に光ビームを固定するスキャナを備える。システムは、屈折率が機械的応
力とともに変化を受け、５°より大きい角度での走査を任意的に可能にし、かつ
入口窓および出口窓を有する透光性のＳ−Ｏ物質を含む。システムは、パルス化
レーザビームのような光ビームを入力窓に送る光ビーム源を備える。システムは
、Ｓ−Ｏ物質上の選択された位置に固定されかつ、屈折率勾配を変化し、出口窓
から企画されるターゲット上への一次または二次元（ＸおよびＹ）ビーム走査を
可能にする電気信号の連続的コマンドを受ける圧電板のような機械的な力とその
方向をＳ−Ｏ物質に提供する手段を含む。
ームを連続的に走査し、ついで任意的にコマンド時に設定されたターゲットまた
は位置に光ビームを固定するスキャナを備える。システムは、屈折率が機械的応
力とともに変化を受け、５°より大きい角度での走査を任意的に可能にし、かつ
入口窓および出口窓を有する透光性のＳ−Ｏ物質を含む。システムは、パルス化
レーザビームのような光ビームを入力窓に送る光ビーム源を備える。システムは
、Ｓ−Ｏ物質上の選択された位置に固定されかつ、屈折率勾配を変化し、出口窓
から企画されるターゲット上への一次または二次元（ＸおよびＹ）ビーム走査を
可能にする電気信号の連続的コマンドを受ける圧電板のような機械的な力とその
方向をＳ−Ｏ物質に提供する手段を含む。
【００１９】 システムは、好ましくは、ターゲットから反射された光ビームをＳ−Ｏ物質を
介してマイクロプロセッサに戻すフィードバック手段を含むのがよく、そしてこ
のマイクロプロセッサが圧電板への電気信号と、Ｓ−Ｏ物質の機械的応力を制御
する。システムはまた、上述のように、マイクロプロセッサにより制御されかつ
圧電板に制御信号を提供するＸおよびＹアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバ
ータと、関連する増幅器を備えてよい。システムは、約５°より大きな角度にわ
たり光ビームで連続的に企画されるターゲットを高速度で走査するように屈折率
勾配の制御された変調により光物質内において一次元または二次元で屈折率の連
続的変調を行う。
介してマイクロプロセッサに戻すフィードバック手段を含むのがよく、そしてこ
のマイクロプロセッサが圧電板への電気信号と、Ｓ−Ｏ物質の機械的応力を制御
する。システムはまた、上述のように、マイクロプロセッサにより制御されかつ
圧電板に制御信号を提供するＸおよびＹアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバ
ータと、関連する増幅器を備えてよい。システムは、約５°より大きな角度にわ
たり光ビームで連続的に企画されるターゲットを高速度で走査するように屈折率
勾配の制御された変調により光物質内において一次元または二次元で屈折率の連
続的変調を行う。
【００２０】 種々の具体例が、システム内において種々の組合せで適合され、使用され得る
。本発明は、新規な機能、Ｓ−Ｏ物質および機械的応力の賦課および検出の態様
、光学路形態、二次元ビームの動きおよび走査、マイクロプロセッサによる一次
および二次元光ビームの制御とともにスキャナおよびシステムを包含する。
。本発明は、新規な機能、Ｓ−Ｏ物質および機械的応力の賦課および検出の態様
、光学路形態、二次元ビームの動きおよび走査、マイクロプロセッサによる一次
および二次元光ビームの制御とともにスキャナおよびシステムを包含する。
【００２１】 以上、本発明を、特定の例示の具体例と関連してのみ例示の目的で記述される
が、技術に精通したものであれば、当本発明の技術思想から逸脱することなく種
々の変更、追加、改善をなし得ることが認められよう。
が、技術に精通したものであれば、当本発明の技術思想から逸脱することなく種
々の変更、追加、改善をなし得ることが認められよう。
【００２２】 〔具体例の説明〕 以下図面を参照して、本発明をその好ましい具体例について説明する。 本願は１４の図面を含み、そのうち図１から図６が本発明の独特の新機軸を示
す。すなわち、大走査角度のための応力−光（Ｓ−Ｏ）走査および偏向、圧縮力
および応力勾配の使用、二次元走査および偏向、およびＳ−Ｏ走査および偏向の
一体部分としてのマイクロプロセッサの使用である。図７〜図９はビーム走査角
度の拡大を示し、基本的新機軸のシステムおよび応用を示す。
す。すなわち、大走査角度のための応力−光（Ｓ−Ｏ）走査および偏向、圧縮力
および応力勾配の使用、二次元走査および偏向、およびＳ−Ｏ走査および偏向の
一体部分としてのマイクロプロセッサの使用である。図７〜図９はビーム走査角
度の拡大を示し、基本的新機軸のシステムおよび応用を示す。
【００２３】 図１は、本発明の基本的な応力−光（Ｓ−Ｏ）大角度連続スキャナおよびオン
コマンド偏向器を示す。光ビーム１は、入口窓３を介して高Ｓ−Ｏ係数を有する
光学物質２に入り、出口窓４を介して入口方向に対して角度φでビーム６として
光物質を出て受信器７に入る。力手段８が、ビームに対して垂直にかつＳ−Ｏ物
質２に対して角度αで加えられ、かくして変調器２内に応力および屈折率勾配を
創出し、ビーム６を角度φで受信器７に向けて偏向ないし走査せしめる。受信器
７は、バーコード、２−Ｄマトリクスコード、人工衛星受信器、空中ターゲット
、ミサイル、光ファイバコア等とし得る。
コマンド偏向器を示す。光ビーム１は、入口窓３を介して高Ｓ−Ｏ係数を有する
光学物質２に入り、出口窓４を介して入口方向に対して角度φでビーム６として
光物質を出て受信器７に入る。力手段８が、ビームに対して垂直にかつＳ−Ｏ物
質２に対して角度αで加えられ、かくして変調器２内に応力および屈折率勾配を
創出し、ビーム６を角度φで受信器７に向けて偏向ないし走査せしめる。受信器
７は、バーコード、２−Ｄマトリクスコード、人工衛星受信器、空中ターゲット
、ミサイル、光ファイバコア等とし得る。
【００２４】 図２は、圧縮力９を適用し、Ｓ−Ｏ物質１０内にその結果としての圧縮応力お
よび屈折率勾配を創出する手段を示す線図である。圧縮力９は、物質１０の軸線
に沿うアンビル１１にかつ変調器１０内を横切るビーム１の丁度側面に加えられ
る。かくしてビーム１は、アンビル１１により創出される水平応力および屈折率
勾配内を横切り、そして入口方向に対して水平角度βのビームとして出口から出
る。
よび屈折率勾配を創出する手段を示す線図である。圧縮力９は、物質１０の軸線
に沿うアンビル１１にかつ変調器１０内を横切るビーム１の丁度側面に加えられ
る。かくしてビーム１は、アンビル１１により創出される水平応力および屈折率
勾配内を横切り、そして入口方向に対して水平角度βのビームとして出口から出
る。
【００２５】 図３、４、５は、ビーム伝達Ｓ−Ｏ変調器に対する二次元（２−Ｄ）ビーム走
査および偏向を創出する三つの手段を示す。
査および偏向を創出する三つの手段を示す。
【００２６】 図３においては、１−Ｄスキャナ１２が、第２の１−Ｄスキャナ１３に対して
直列にかつ垂直に配置されており、その結果スキャナを伝播するビーム１は、そ
の入口方向に対して水平角度β、垂直角度αのビーム１４として出口から出る。
直列にかつ垂直に配置されており、その結果スキャナを伝播するビーム１は、そ
の入口方向に対して水平角度β、垂直角度αのビーム１４として出口から出る。
【００２７】 図４においては、２−Ｄの偏向が単一変調器１５内で行われる。光ビーム１は
、変調器１５に入り、圧電フィルム１６により創出される応力フィールドにより
垂直に偏向され、圧電フィルム１７の応力フィールドにより水平に偏向され、ビ
ーム１８を垂直角度φ、水平角度βにて変調器１５から送出する。圧電フィルム
１６および１７は、変調器１５の一側面または対向する二側面に付着してよく、
印加電圧により独立的に命令されて、膨張、収縮し、変調器１５内に応力勾配と
その結果の屈折率勾配を賦課し、それによりビーム１８の垂直偏向または走査を
独立的に創出する。
、変調器１５に入り、圧電フィルム１６により創出される応力フィールドにより
垂直に偏向され、圧電フィルム１７の応力フィールドにより水平に偏向され、ビ
ーム１８を垂直角度φ、水平角度βにて変調器１５から送出する。圧電フィルム
１６および１７は、変調器１５の一側面または対向する二側面に付着してよく、
印加電圧により独立的に命令されて、膨張、収縮し、変調器１５内に応力勾配と
その結果の屈折率勾配を賦課し、それによりビーム１８の垂直偏向または走査を
独立的に創出する。
【００２８】 図５は、単一の変調器内における２−Ｄ偏向、走査を示すが、一次元の偏向は
、外部圧縮力とその内部応力勾配により引き起こされる。ビーム１は変調器１９
に入り、圧縮力２０により創出される水平圧縮応力および屈折率勾配により水平
に偏向され、圧電フィルム２１により賦課される曲げモーメントにより創出され
る垂直応力および屈折率勾配により垂直に偏向される。ビーム１は、ビームの入
口方向に関して水平角度β、垂直角度φのビーム２２として出口から出る。
、外部圧縮力とその内部応力勾配により引き起こされる。ビーム１は変調器１９
に入り、圧縮力２０により創出される水平圧縮応力および屈折率勾配により水平
に偏向され、圧電フィルム２１により賦課される曲げモーメントにより創出され
る垂直応力および屈折率勾配により垂直に偏向される。ビーム１は、ビームの入
口方向に関して水平角度β、垂直角度φのビーム２２として出口から出る。
【００２９】 図６は、Ｓ−Ｏ物質による偏向および走査の本発明の一体部分としてのマイク
ロプロセッサの使用、詳しく言うと、帰還信号によるフィードバックで光ビーム
のオンコマンド追跡および指向を提供することを示す。前述のように、光ビーム
１は、Ｓ−Ｏ変調器２３には入り、アクチュエータ２４により創出される応力お
よび屈折率勾配により垂直に偏向され、アクチュエータ２５により創出される応
力および屈折率により水平に偏向され、最終的に受信器ターゲット２７に向い水
平角度βおよび垂直角度φのビーム２６として変調器２３から出る。受信器／タ
ーゲット２７からの反射された光信号は、ビーム６に沿って同一線上で戻り、ビ
ームスプリッタ２８により分離され、センサ２９により検出され、帰還信号３０
をマイクロプロセッサ３１に提供する。マイクロプロセッサ３１は、外部入力３
２またはそれ自身の内部メモリおよびプログラムにより命令され、ディジタル信
号をディジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ３３および３５に供給する。デ
ィジタル−アナログコンバータは、アナログ電圧信号を垂直軸増幅器３４および
水平軸増幅器３６に提供する。これらの増幅器は、垂直偏向器２４および水平偏
向器２５を駆動する。
ロプロセッサの使用、詳しく言うと、帰還信号によるフィードバックで光ビーム
のオンコマンド追跡および指向を提供することを示す。前述のように、光ビーム
１は、Ｓ−Ｏ変調器２３には入り、アクチュエータ２４により創出される応力お
よび屈折率勾配により垂直に偏向され、アクチュエータ２５により創出される応
力および屈折率により水平に偏向され、最終的に受信器ターゲット２７に向い水
平角度βおよび垂直角度φのビーム２６として変調器２３から出る。受信器／タ
ーゲット２７からの反射された光信号は、ビーム６に沿って同一線上で戻り、ビ
ームスプリッタ２８により分離され、センサ２９により検出され、帰還信号３０
をマイクロプロセッサ３１に提供する。マイクロプロセッサ３１は、外部入力３
２またはそれ自身の内部メモリおよびプログラムにより命令され、ディジタル信
号をディジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ３３および３５に供給する。デ
ィジタル−アナログコンバータは、アナログ電圧信号を垂直軸増幅器３４および
水平軸増幅器３６に提供する。これらの増幅器は、垂直偏向器２４および水平偏
向器２５を駆動する。
【００３０】 図７〜図９には、その物理的サイズを一定に保ちながら、本発明のＳ−Ｏスキ
ャナの走査および偏向角度を増す三つの方法を示す。第１の方法は変調器内にお
ける感知ビームの複数回の内部反射の使用により、第２の方法は入力および出力
光学系の使用により、第３の方法は複数の走査ビームの使用と、被走査領域の複
数の一部重畳のセクションへの区画化による。
ャナの走査および偏向角度を増す三つの方法を示す。第１の方法は変調器内にお
ける感知ビームの複数回の内部反射の使用により、第２の方法は入力および出力
光学系の使用により、第３の方法は複数の走査ビームの使用と、被走査領域の複
数の一部重畳のセクションへの区画化による。
【００３１】 図７においては、ビーム１は入口窓８０からＳ−Ｏ変調器７９には入り、鏡面
８１および８２から反射され、ビーム１の方向に関して角度φのビーム８４とし
て窓８３から出る。角度φは、変調器中に１経路のみがあった場合に比して約３
倍大きい。
８１および８２から反射され、ビーム１の方向に関して角度φのビーム８４とし
て窓８３から出る。角度φは、変調器中に１経路のみがあった場合に比して約３
倍大きい。
【００３２】 図８においては、ビーム１はレンズ８５により焦点調節され、変調器８７を介
し、凹レンズ８９を越えて焦点に向かう。ビーム８６は、Ｓ−Ｏ変調器８７によ
り偏向され、ビーム方向１に関して角度φのビーム８８として変調器を出、さら
にレンズ８９により偏向され、ビーム１の方向に関してθの角度のビーム９０と
してそのレンズを出る。角度φは角度θに比例し、それよりも大きい。
し、凹レンズ８９を越えて焦点に向かう。ビーム８６は、Ｓ−Ｏ変調器８７によ
り偏向され、ビーム方向１に関して角度φのビーム８８として変調器を出、さら
にレンズ８９により偏向され、ビーム１の方向に関してθの角度のビーム９０と
してそのレンズを出る。角度φは角度θに比例し、それよりも大きい。
【００３３】 図９においては、ビーム１ａおよび１ｂがビームスプリッタを通過して、それ
ぞれ相互に若干異なる角度でＳ−Ｏ変調器セクション９２および９３に入る。上
部ビームは、ビーム９４として変調器９２から出、受信器セクション９６を横切
って偏向または走査され、下部ビームは、ビーム９５として変調器９３から出、
受信器セクション９７を横切って偏向走査される。これらの二つのセクションは
領域９８を横切って部分的に重複する。受信器９６および９７は、別個の帰還信
号を送出し、これがビームスプリッタ９１により検出器９９および１００にそれ
ぞれ分離される。検出器９９および１００は、応答して、この情報を電気信号１
０１および１０２としてマイクロプロセッサ１０３に送り、このマイクロプロセ
ッサが、この情報を解読して、それを一緒に「スティッチ」する。マイクロプロ
セッサは、解読、記憶および表示に加えて、外部命令およびプログラミングを受
け入れ、電気電圧信号１０４および１０５により水平および垂直偏向器に指令す
る。これらのコマンドは、例えば、ビームを新位置に移動させたり、単一の新し
いセクション走査を開始させたり、あるいは連続の走査パターンを開始させたり
する。
ぞれ相互に若干異なる角度でＳ−Ｏ変調器セクション９２および９３に入る。上
部ビームは、ビーム９４として変調器９２から出、受信器セクション９６を横切
って偏向または走査され、下部ビームは、ビーム９５として変調器９３から出、
受信器セクション９７を横切って偏向走査される。これらの二つのセクションは
領域９８を横切って部分的に重複する。受信器９６および９７は、別個の帰還信
号を送出し、これがビームスプリッタ９１により検出器９９および１００にそれ
ぞれ分離される。検出器９９および１００は、応答して、この情報を電気信号１
０１および１０２としてマイクロプロセッサ１０３に送り、このマイクロプロセ
ッサが、この情報を解読して、それを一緒に「スティッチ」する。マイクロプロ
セッサは、解読、記憶および表示に加えて、外部命令およびプログラミングを受
け入れ、電気電圧信号１０４および１０５により水平および垂直偏向器に指令す
る。これらのコマンドは、例えば、ビームを新位置に移動させたり、単一の新し
いセクション走査を開始させたり、あるいは連続の走査パターンを開始させたり
する。
【００３４】 図１０〜図１４は、Ｓ−Ｏ走査および偏向の本発明を合体した独特のシステム
および方法を示す。
および方法を示す。
【００３５】 図１０は、地球の周りの軌道内の人工衛星との地上通信、軌道内の人工衛星間
の通信のような遠隔ステーションとのレーザ通信のための本発明の特定の応用を
示す。レーザビーム１は、変調器３７には入り、水平および垂直（ｘ−ｙ）アク
チュエータ３８の作用により偏向され、人工衛星受信器４０ａに向うビーム３９
として変調器３９を出る。人工衛星４０は、連続基準ビーム４１を放出し、これ
がレーザステーションにて検出器４２により受信される。帰還信号４３により、
マイクロプロセッサ４４は、人工衛星４０がレーザ１の走査フィルド内のどこに
位置するかを決定することができ、ｘ−ｙアクチュエータ３８に指令してビーム
３９を偏向して検出器４０ａにおいて受信される信号強度を最大化し、それによ
り人工衛星４０を追跡し指向し続ける。
の通信のような遠隔ステーションとのレーザ通信のための本発明の特定の応用を
示す。レーザビーム１は、変調器３７には入り、水平および垂直（ｘ−ｙ）アク
チュエータ３８の作用により偏向され、人工衛星受信器４０ａに向うビーム３９
として変調器３９を出る。人工衛星４０は、連続基準ビーム４１を放出し、これ
がレーザステーションにて検出器４２により受信される。帰還信号４３により、
マイクロプロセッサ４４は、人工衛星４０がレーザ１の走査フィルド内のどこに
位置するかを決定することができ、ｘ−ｙアクチュエータ３８に指令してビーム
３９を偏向して検出器４０ａにおいて受信される信号強度を最大化し、それによ
り人工衛星４０を追跡し指向し続ける。
【００３６】 図１１は、手保持の装置でバーコードおよび２−Ｄマトリクスコードを読み取
るためのＳ−Ｏ走査および指向の本発明の応用を示す。レーザビーム１は、変調
器４６には入り、アクチュエータ４７により偏向され、レーザビーム４８として
変調器から出て、バーコードまたは２−Ｄコード４９を横切って角度φにわたり
走査する。コード４９により反射されるビームは、ビームスプリッタ／検出器５
０により検出され、ビームスプリッタ／検出器５０が、この情報を電気信号５１
としてマイクロプロセッサ５２に送る。マイクロプロセッサはこれを検出し、そ
れをメモリ５３に記憶し、それを窓５４に表示する。ハンドル５５は、手保持の
携帯用電子機器に給電するための電池を含む。
るためのＳ−Ｏ走査および指向の本発明の応用を示す。レーザビーム１は、変調
器４６には入り、アクチュエータ４７により偏向され、レーザビーム４８として
変調器から出て、バーコードまたは２−Ｄコード４９を横切って角度φにわたり
走査する。コード４９により反射されるビームは、ビームスプリッタ／検出器５
０により検出され、ビームスプリッタ／検出器５０が、この情報を電気信号５１
としてマイクロプロセッサ５２に送る。マイクロプロセッサはこれを検出し、そ
れをメモリ５３に記憶し、それを窓５４に表示する。ハンドル５５は、手保持の
携帯用電子機器に給電するための電池を含む。
【００３７】 図１２は、アライメントが老化したときあるいは衝撃に起因して乱されたとき
レーザダイオードを単一モードファイバのコアに再結合するのにＳ−Ｏ偏向の本
発明を適用することを示す。レーザビーム１は、レンズ５７により焦点調節され
、２−Ｄ偏向器５８を介して単一モードファイバ５９のコア中に送られる。セン
サ６０は、恒久的でも一時的でもよいが、ファイバクラッディングを介してスル
ープット光パワーを検出し、これを電気的信号６１としてマイクロプロセッサ６
２に搬送する。マイクロプロセッサ６２は、この値を記憶された値と比較し、偏
向器５８への電圧６３を調節し、それによりセンサ６０におけるスループット光
パワーを最大化する。
レーザダイオードを単一モードファイバのコアに再結合するのにＳ−Ｏ偏向の本
発明を適用することを示す。レーザビーム１は、レンズ５７により焦点調節され
、２−Ｄ偏向器５８を介して単一モードファイバ５９のコア中に送られる。セン
サ６０は、恒久的でも一時的でもよいが、ファイバクラッディングを介してスル
ープット光パワーを検出し、これを電気的信号６１としてマイクロプロセッサ６
２に搬送する。マイクロプロセッサ６２は、この値を記憶された値と比較し、偏
向器５８への電圧６３を調節し、それによりセンサ６０におけるスループット光
パワーを最大化する。
【００３８】 図１３は、レーザまたはレーザダイオードパッケージの構造体へＳ−Ｏ偏向の
本発明を合体することを示す。Ｓ−Ｏ偏向器１１０はレーザ装置６４と一体であ
り、両者間にレンズを有しても有さなくてもよい。レーザビーム１は、変調器６
５中を伝播し、水平アクチュエータ６６および垂直アクチュエータ６７の作用化
で走査または偏向され、垂直角度φおよび水平角度βのビーム６９として変調器
を出る。圧縮保持リング６８により、アクチュエータ６７は、変調器６５内に圧
縮力および圧縮勾配を賦課する。
本発明を合体することを示す。Ｓ−Ｏ偏向器１１０はレーザ装置６４と一体であ
り、両者間にレンズを有しても有さなくてもよい。レーザビーム１は、変調器６
５中を伝播し、水平アクチュエータ６６および垂直アクチュエータ６７の作用化
で走査または偏向され、垂直角度φおよび水平角度βのビーム６９として変調器
を出る。圧縮保持リング６８により、アクチュエータ６７は、変調器６５内に圧
縮力および圧縮勾配を賦課する。
【００３９】 図１４は、天体望遠鏡やＬＡＤＡＲのような装置の一次ミラーにおいて、到来
または出力波面に適応光修正を施す複セグメント化ビーム傾斜修正器としてＳ−
Ｏ偏向器の本発明を適用することを示す。このシステムは、大気の乱れや装置振
動のようなこの種の波面および全ビーム擾乱を修正し、そして特に、レーザ通信
の場合、信号シンチレーションおよびフェードおよびプラットフォーム振動の問
題に特に有用である。到来放射７０は、一次ミラー７１により、したがって本発
明のそのＳ−Ｏマイクロ偏向器により反射、修正される。しかして、その以前の
出口窓７３を有するマイクロ偏向器は、ここでは鏡面化される。一次焦点調節ミ
ラーからの放射７０は二次ミラー７４により三次ミラーおよびビームスプリッタ
７５へと折り曲げられる。三次ミラーおよびビームスプリッタ７５は、エネルギ
ーの大部分をＣＣＤイメージャ７６に通すが、サンプル部分が波面センサ７７に
反射される。波面センサ７７は、その情報を電気信号としてマイクロプロセッサ
７８に送り、そしてこのマイクロプロセッサ７８は、波面７０の平面性からの離
脱を決定し、この情報をここのマイクロ偏向器の圧電フィルム７９に傾斜修正値
として送る。一次ミラー７１の複数のセグメント７２は、これらの圧電フィルム
７９の作用によりビームセグメントを傾斜させて、波面を平坦な状態に修正する
。出レーザ通信の逆の場合には、ＣＣＤイメージャ７６は送信レーザ７６となり
、これがビームスプリッタ７５により全体的に伝送され、到来放射は、人工衛星
またはターゲット帰還ビームからの基準ビームとなり、これがここではビームス
プリッタ７５により波面センサ７７に全体的に反射される。
または出力波面に適応光修正を施す複セグメント化ビーム傾斜修正器としてＳ−
Ｏ偏向器の本発明を適用することを示す。このシステムは、大気の乱れや装置振
動のようなこの種の波面および全ビーム擾乱を修正し、そして特に、レーザ通信
の場合、信号シンチレーションおよびフェードおよびプラットフォーム振動の問
題に特に有用である。到来放射７０は、一次ミラー７１により、したがって本発
明のそのＳ−Ｏマイクロ偏向器により反射、修正される。しかして、その以前の
出口窓７３を有するマイクロ偏向器は、ここでは鏡面化される。一次焦点調節ミ
ラーからの放射７０は二次ミラー７４により三次ミラーおよびビームスプリッタ
７５へと折り曲げられる。三次ミラーおよびビームスプリッタ７５は、エネルギ
ーの大部分をＣＣＤイメージャ７６に通すが、サンプル部分が波面センサ７７に
反射される。波面センサ７７は、その情報を電気信号としてマイクロプロセッサ
７８に送り、そしてこのマイクロプロセッサ７８は、波面７０の平面性からの離
脱を決定し、この情報をここのマイクロ偏向器の圧電フィルム７９に傾斜修正値
として送る。一次ミラー７１の複数のセグメント７２は、これらの圧電フィルム
７９の作用によりビームセグメントを傾斜させて、波面を平坦な状態に修正する
。出レーザ通信の逆の場合には、ＣＣＤイメージャ７６は送信レーザ７６となり
、これがビームスプリッタ７５により全体的に伝送され、到来放射は、人工衛星
またはターゲット帰還ビームからの基準ビームとなり、これがここではビームス
プリッタ７５により波面センサ７７に全体的に反射される。
【図１】 本発明の基本的な光スキャナの概略線図である。
【図２】 圧縮力および応力を利用する光スキャナの概略線図である。
【図３】 ２スキャナを直列で利用する二次元光りスキャナの概略線図である。
【図４】 光物質の４側面の各々に応力が圧電フィルムで独立的に加えられる二次元光ス
キャナの概略線図である。
キャナの概略線図である。
【図５】 曲げ勾配のための圧電フィルムと圧縮勾配のための圧電アクチュエータで応力
が互いに独立的にかつ同一線上で適用される二次元光スキャナの概略線図である
。
が互いに独立的にかつ同一線上で適用される二次元光スキャナの概略線図である
。
【図６】 マイクロプロセッサと帰還信号検出器がコマンド時ビーム指向とフィードバッ
クを行う二次元光スキャナシステムの概略線図である。
クを行う二次元光スキャナシステムの概略線図である。
【図７】 入力および出力窓を部分的に鏡面化して光ビームの複数パスを提供することに
よって、光スキャナの偏向を増幅するための手段を示す概略線図である。
よって、光スキャナの偏向を増幅するための手段を示す概略線図である。
【図８】 適当な入力および出力レンズにより光スキャナの偏向を増幅する手段を示す概
略線図である。
略線図である。
【図９】 二つの別個の走査ビームが部分的に重なる二つの別個のセクションを走査する
ように非常に大きな走査角度を提供するための光走査スキャナシステムの概略線
図である。
ように非常に大きな走査角度を提供するための光走査スキャナシステムの概略線
図である。
【図１０】 人工衛星のような遠隔の目的物とのレーザ通信およびこのような遠隔目的物間
のレーザ通信において使用するための二次元光スキャナおよびマイクロプロセッ
サの概略線図である。
のレーザ通信において使用するための二次元光スキャナおよびマイクロプロセッ
サの概略線図である。
【図１１】 バーおよびマトリクスコードの読取りのような応用における携帯、手保持動作
のための光スキャナの概略図である。
のための光スキャナの概略図である。
【図１２】 レーザと単一モードファイバとの結合の連続的かつ恒久的再整列のための二次
元光偏向システムの概略線図である。
元光偏向システムの概略線図である。
【図１３】 単一ユニットとしての一体型二次元光スキャナおよびレーザヘッドの概略線図
である。
である。
【図１４】 多くのセグメント化波面センサに基づき多セグメント化傾斜修正を行うことに
よって到来放射に対する大気ひずみを修正するため天体望遠鏡の一次ミラーに使
用される二次元マイクロ偏向器の概略線図である。
よって到来放射に対する大気ひずみを修正するため天体望遠鏡の一次ミラーに使
用される二次元マイクロ偏向器の概略線図である。
１ 光ビーム ２ 光物質または変調器 ３ 入口窓 ４ 出口窓 ６、１８、２２、２６ ビーム ７ 受信器 ８ 力手段 ９ 圧縮力 １０ Ｓ−Ｏ物質 １１ アンビル １２、１３ １−Ｄスキャナ １５ 変調器 １９ 変調器 ２０ 圧縮力 ２１ 圧電フィルム ２３ Ｓ−Ｏ変調器 ２４、２５ アクチュエータ ２８ ビームスプリッタ ２９ センサ ３１ マイクロプロセッサ ３２ 外部入力 ３３、３５ ディジタル−アナログコンバータ ３４ 垂直増幅器 ３６ 水平増幅器
【手続補正書】
【提出日】平成１２年８月１日（２０００．８．１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H045 AF03 BA12 2K002 AA07 AB07 AB08 BA06 BA20 CA01 HA01 5B072 AA01 LL01 LL07 5C072 AA01 BA03 HA02 HA04 HA11 HB15 XA10
Claims (26)
- 【請求項１】 （ａ）走査されるべき光ビームを提供する光ビーム源と、 （ｂ）光ビームを受け入れる窓と走査された光ビームを伝達する出口窓を有する
透光性のＳ−Ｏ（応力−光）物質であって、約５度よりも大きい走査角度にわた
り光ビームの走査を可能にする透光性のＳ−Ｏ物質と、 （ｃ）該Ｓ−Ｏ物質内に屈折率勾配とその方向に変化を生じさせるに十分の選択
された大きさおよび方向の機械的力をＳ−Ｏ物質に適用する手段と、 （ｄ）伝達された被走査ビームを受け入れるターゲット手段と を備えることと特徴とする応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項２】 前記Ｓ−Ｏ物質が、下記の性質、すなわち、約２.４または それより大きい屈折率、約３．２×１０+6ｐｓｉより小さいヤング率、および約
０．２×１０-6／ｐｓｉより大きい応力−光係数、の一つまたは複数の性質を有
する物質を含む請求項１記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項３】 前記Ｓ−Ｏ物質が砒素化合物を含む請求項１記載の応力−光
ビームスキャナシステム。 - 【請求項４】 前記ビーム源が約６３０ｎｍ〜２０００ｎｍのレーザビーム
源より成る請求項１記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項５】 前記の機械的力を適用する手段が、Ｓ−Ｏ物質の面にほぼ垂
直であり、それにより前記物質の一部を圧縮し、かつＳ−Ｏ物質内の光ビームに
対してほぼ垂直である請求項１記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項６】 前記の機械的力を適用する手段が、Ｓ−Ｏ物質の１または複
数の面に適用される圧電物質である請求項１記載の応力−光ビームスキャナシス
テム。 - 【請求項７】 前記圧電物質に制御された量の電気信号を適用し監視するマ
イクロプロセッサを備える請求項６記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項８】 前記マイクロプロセッサを制御するため、ターゲット手段か
らＳ−Ｏ物質を介して反射された光ビームを受信するフィードバック制御手段を
備える請求項７記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項９】 二次元（Ｘ,Ｙ）走査システムを提供するため、ＸおよびＹ Ａ／ＤコンバータおよびＸおよびＹ増幅器を備える請求項８記載の応力−光ビー
ムスキャナシステム。 - 【請求項１０】 前記ターゲット手段が、物品上のバーコードまたは二次元
マトリクスコードより成る請求項１記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項１１】 前記ターゲット手段が人工衛星またはミサイルより成る請
求項１記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項１２】 二次元スキャナシステムを構成し、前記の機械的力を適用
する手段がＸ、Ｙ次元走査を行うため、Ｓ−Ｏ物質の複数の側面に設けられる請
求項１記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項１３】 二次元スキャナシステムを構成し、二つのＳ−Ｏ物質が相
互にある角度で直列に配置され、前記の機械的力を適用する手段が、各次元（Ｘ
,Ｙ）に対して走査を行うため、各Ｓ−Ｏ物質に力を適用する請求項１記載の応 力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項１４】 前記Ｓ−Ｏ物質が、該Ｓ−Ｏ物質内において光ビームを複
数行程で反射するため、内部入口窓と内部出口窓の選択された部分に鏡面物質を
含み、それにより光ビーム路長を増し、その結果として偏向角度を増大する請求
項１記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項１５】 二次元スキャナシステムを構成し、前記の機械的力を適用
する手段が、同じＳ−Ｏ物質の一次元において曲げモーメント勾配を適用し、か
つ他の次元において圧縮応力勾配を適用する請求項１記載の応力−光ビームスキ
ャナシステム。 - 【請求項１６】 前記ターゲット手段が１または複数の人工衛星より成り、
システムが人工衛星上にある請求項１記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項１７】 前記ターゲット手段がバーコードまたは二次元マトリクス
コードであり、バーコードまたはマトリクスコードにより反射される走査ビーム
を検出し検出信号を提供する検出手段と、検出信号を受信し、信号を解読し、こ
の信号を記憶するマイクロプロセッサおよびメモリ手段と、解読され記憶された
信号を表示するための受信手段を備える請求項１記載の応力−光ビームスキャナ
システム。 - 【請求項１８】 各走査ビームおよび被走査領域の若干の重畳を可能としか
つ組み合わされた伝達されたビームの総走査角度を増すように配置された複数の
応力光物質を備える請求項１記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項１９】 光ビームを焦点調節する入口レンズと、伝達された光ビー
ムの偏向角度を拡大する出口レンズを備える請求項１記載の応力−光ビームスキ
ャナシステム。 - 【請求項２０】 前記光ビーム源がコヒレントレーザビームを提供するパル
ス化レーザ源より成り、前記のＳ−Ｏ物質に機械的力を適用する手段がＳ−Ｏ物
質上の１または複数の圧電板から成り、そしてさらに、ターゲット手段のオンコ
マンド走査のため１ｋＨｚより速い走査速度にて光ビームの方向およびパターン
を制御するために、圧電板に電気信号を提供するマイクロプロセッサ制御手段を
備える請求項１記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項２１】 光ビーム源がレーザビームを提供するコヒーレントパルス
化レーザ源より成る請求項１記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項２２】 ターゲット手段として単一モードファイバを備える請求項
１記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項２３】 前記光ビーム源がパルス化レーザ源より成り、そしてさら
に、伝達されるパルス化レーザビームを単一モードファイバコアに連続的および
制御可能に整合させるように機械的力を適用する手段を制御するマイクロプロセ
ッサ制御手段を備える請求項２２記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項２４】 光ビーム源がレーザ源より成り、Ｓ−Ｏ物質が単一レーザ
源から二次元でのレーザビーム走査を可能にするため、レーザ源の正面上に合体
されている請求項１記載の応力−光ビームスキャナシステム。 - 【請求項２５】 （ａ）光ビームを提供するレーザビーム源と、 （ｂ）光ビームを受け入れる入口窓と走査された光ビームを伝達する出口窓を有
する単一の透光性のＳ−Ｏ物質であって、約５度よりも大きい走査角度にわたり
光ビームの走査を可能にする単一の透光性のＳ−Ｏ物質と、 （ｃ）Ｓ−Ｏ物質にＸおよびＹ方向において選択された大きさの独立の機械的力
を与えかつＳ−Ｏ物質の屈折率勾配に二次元の変化を生じさせるため、Ｓ−Ｏ物
質の複数の側面に被着された圧電物質と、 （ｄ）出口窓からターゲット上に伝達される二次元(Ｘ,Ｙ)走査ビームを提供す るために圧電手段に選択された制御態様で電力を加えるマイクロプロセッサと を備えることを特徴とする応力−光二次元ビームスキャナシステム。 - 【請求項２６】 （ａ）目的物を走査するための光ビームを提供し、 （ｂ）光ビームを約５°より大きい角度にわたり走査することを可能にする性質
を有するＳ−Ｏ物質の入口窓から出口窓に光ビームを伝達して、走査されたビー
ムを伝達し、 （ｃ）Ｓ−Ｏ物質に選択された大きさおよび二つの異なる次元で機械的力を加え
て、Ｓ−Ｏ物質内の屈折率勾配に二次元（Ｘ,Ｙ）の変化を与えかつ伝達された 二次元（Ｘ,Ｙ）走査ビームをターゲットに提供する 諸ステップを含むことを特徴とする二次元走査ビームをターゲットに提供する方
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