JP4291509B2 - 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

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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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物質は機械的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、
【数１】
Ｋ_parallel＝ｎ³／Ｅ〔μｐ₁₂−ｐ₁₁／２〕または
Ｋ_{perpendicular}＝ｎ³／２Ｅ〔μｐ₁₁−（μ−１）ｐ₁₂〕
ここで、Ｋ_parallelは適用されるストレスに平行なＳ−Ｏ係数、Ｋ_{perpendicular}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。
【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。ＡＳ₂Ｓ₃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。
【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（ＳＦ５７）、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。
【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。
【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。
【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、９７００ｐｓｉ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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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３２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。
【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。
【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。
【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１０１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。
【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。
【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５０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６２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６５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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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

Claims (11)

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）面および光ビームを受け入れる窓と屈折された光ビームを伝達する出口窓を有し、機械的力を受けるときに誘起される応力勾配により屈折率勾配が変化する透光性の応力−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応力−光物質と、
   （ｃ）該応力−光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応力−光物質に加える手段と、
   （ｄ）伝達された屈折されたビームを受け入れるターゲット手段と
   を備えることを特徴とする応力−光ビームスキャナシステム。
2. 前記の機械的力を加える手段が、応力−光物質の１または複数の面に設けられる圧電物質より成り、そしてさらに前記圧電物質に制御された量の電気信号を供給し、監視するマイクロプロセッサ手段を備え、該マイクロプロセッサ手段を制御するため、ターゲット手段から応力−光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１記載の応力−光ビームスキャナシステム。
3. 二次元（Ｘ，Ｙ）走査システムを提供するため、ＸおよびＹＡ／ＤコンバータおよびＸおよびＹ増幅器を備える請求項２記載の応力−光ビームスキャナシステム。
4. 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。
5. 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。
6. （ａ）目的物を走査するための光ビームを提供し、
   （ｂ）機械的力を受けるときに誘起される応力勾配により屈折率勾配が変化して光ビームを約５°より大きい角度にわたり、あるいは１ｋＨｚより速い速度で走査することを可能にする性質を有する応力−光物質の入口窓から出口窓に屈折された光ビームを伝達して、伝達された走査ビームを提供し、
   （ｃ）応力−光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、応力−光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上に提供する
   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法。
7. （ａ）走査されるべき光ビームを提供する光ビーム源と、
   （ｂ）面および光ビームを受け入れる入口窓と屈折された光ビームを伝達する出口窓を有し、機械的力を受けるときに誘起される応力勾配により屈折率勾配が変化する透光性の応力−光物質であって、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して、光物質を走査せしめる応力−光物質と、
   （ｃ）応力−光物質に該応力−光物質内において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と方向の機械的力を加える手段と、
   （ｄ）伝達された屈折されたビームを受け取るターゲット手段と
   を備えることを特徴とする応力−光スキャナシステム。
8. 前記の機械的力の方向が、応力−光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、かつ応力−光物質内の光ビームに対してほぼ垂直であり、応力−光物質の１または複数の面に設けられる圧電物質であり、そしてさらに前記圧電物質に制御された量の電気信号を供給し監視するマイクロプロセッサ手段を備え、該マイクロプロセッサ手段を制御するため、ターゲット手段から応力−光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。
9. 二次元（Ｘ，Ｙ）走査システムを提供するため、ＸおよびＹＡ／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。
10. 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７記載の応力−光ビームスキャナシステム。
11. （ａ）目的物を走査するための光ビームを提供し、
    （ｂ）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、機械的力を受けるときに誘起される応力勾配により屈折率勾配が変化する応力−光物質の入口窓から前記光ビームを入射させて該物質の出口窓に屈折された光ビームを伝達し、
    （ｃ）応力−光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、応力−光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法。

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