JPH01287525A - Deflecting or scanning device - Google Patents

Deflecting or scanning device

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JPH01287525A
JPH01287525A JP33081487A JP33081487A JPH01287525A JP H01287525 A JPH01287525 A JP H01287525A JP 33081487 A JP33081487 A JP 33081487A JP 33081487 A JP33081487 A JP 33081487A JP H01287525 A JPH01287525 A JP H01287525A
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JP
Japan
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reflecting
reflecting mirror
displacement
light
piezoelectric element
Prior art date
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Application number
JP33081487A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshitaka Katayama
片山 義啓
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To switch an optical path or scan light by simple constitution with high accuracy by setting the reflecting surfaces of two plane reflecting mirrors opposite each other, and displacing one reflecting mirror by a displacement generating means to and away from the other reflecting mirror. CONSTITUTION:When light is reflected repeatedly between a couple of reflecting surfaces 4 and 5 and one reflecting surface 5 is displaced to or from the other reflecting surface 4, the optical path of light which exits by being reflected finally by the reflecting surface 5 is increased in displacement quantity according to the number of times of reflection between the reflecting surfaces 4 and 5. At this time, only the increasing operation is obtained corresponding to the displacement quantity of the reflecting surface 5 and the deflection of the angle of incidence of the light which is incident first on the reflecting surface 4 is not increased. For the purpose, a piezoelectric element 10 which has high accuracy even if its displacement stroke is small is used as a displacement driving means which displaces the reflecting surface 5 to deflect and scan light with high accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電磁波、特に光の偏向または走査装置に関す
るもので、特定の製品分野に限定される事なく、電磁波
、光等を利用する分野、装置において、特に高速、高精
度で再現性に優れた光路の明り替えあるいは光の走査を
行う、偏向または走査装置として有用なるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to electromagnetic waves, particularly light deflection or scanning devices, and is not limited to any particular product field, but is applicable to fields and devices that utilize electromagnetic waves, light, etc. The present invention is particularly useful as a deflection or scanning device that performs optical path changing or light scanning at high speed, with high precision, and with excellent reproducibility.

従来の技術 光を利用する分野では、注性にして光ビームの光路の切
り替えの必要性が生じる。しかも、その光路の切り替え
の位置決め精度は十分に高く、また光路が一旦ある位置
に切り替えられたならば、その光路の1存置を安定して
維持し続けねばならない様な場合がある。
BACKGROUND OF THE INVENTION In fields that utilize light, there arises a need to selectively switch the optical path of a light beam. Moreover, the positioning accuracy for switching the optical path is sufficiently high, and once the optical path has been switched to a certain position, there are cases where it is necessary to continue stably maintaining one position of the optical path.

従来、この様な要望に対して、例えばガルバノ・メータ
によって反射鏡の姿勢を変化させて、光路の切り替えを
行う事が提案されている。これは、ガルバノ・メータに
よって反射鏡を回転させる事で、この反射鏡からの反射
光の光路を所望の経路位置に切り替えようとするもので
ある。この方法は、反射鏡をかなり広い角度で回転でき
ると言う1、ν徴を有してはいるものの、周知の通り、
ガルバノ・メータの剛性が小さいために、反射鏡の姿勢
は外部振動の影πを極めて受けやすく、光路を高度に安
定した状態で維持し続ける事が困難であった。
Conventionally, in response to such a request, it has been proposed to switch the optical path by changing the attitude of the reflecting mirror using, for example, a galvanometer. This is intended to switch the optical path of the reflected light from the reflecting mirror to a desired path position by rotating the reflecting mirror using a galvanometer. Although this method has the characteristic of being able to rotate the reflecting mirror over a fairly wide angle, as is well known,
Due to the low rigidity of the galvanometer, the posture of the reflector is extremely susceptible to external vibrations, making it difficult to maintain a highly stable optical path.

また、ガルバノ・メータは、それによって反射鏡を振動
させて、光の走査装置としても用いられる事がある。こ
の場合も上記の理由により外部振動の影響を受は易い事
は明白であるが、更に加えて、この場合は、典型的なバ
ネ・質量系の振動系を構成するので、特に固有振動の観
点から、数多くの現実上の問題があった。すなわち、走
査速度、走査の周波数、或は反射鏡の質量等について、
種々の制限が生じるのである。
A galvanometer may also be used as a light scanning device by vibrating a reflecting mirror. It is obvious that this case is also easily affected by external vibrations for the reasons mentioned above, but in addition, since this case constitutes a typical spring/mass vibration system, especially from the viewpoint of natural vibration. Since then, there have been many practical problems. In other words, regarding the scanning speed, scanning frequency, mass of the reflecting mirror, etc.
This results in various restrictions.

その他に、光路を切り替える方法としては、反射鏡を回
転型のアクチュエータ、例えばパルス・モータで姿勢制
御を行う方法が考えられる。しかし、この方法において
は、例えば、パルス・モータ自身、及びその駆動回路等
が高価であり、また装置が大型化する等の欠点がある。
Another possible method for switching the optical path is to control the attitude of the reflecting mirror using a rotary actuator, such as a pulse motor. However, this method has drawbacks, such as the fact that the pulse motor itself and its drive circuit are expensive, and the device becomes larger.

また、パルス・モータの1パルス当りの回転角は、小さ
なものでも、通常0.2度程度が限度であり、精密な姿
勢制御を行うに十分な分解能を有しているとは言い難い
。勿論、このlパルス当りの回転角は、特殊な駆動回路
あるいは適当なギヤ列に結合すること等で更に低下させ
る事が可能であるが、その場合には、装置が更に高価、
複雑な物となる。
Further, the rotation angle per pulse of a pulse motor is usually limited to about 0.2 degrees, even if it is small, and it cannot be said that it has sufficient resolution to perform precise attitude control. Of course, this rotation angle per 1 pulse can be further reduced by coupling to a special drive circuit or a suitable gear train, but in that case, the equipment would be more expensive,
It becomes complicated.

より小型で、高分解能を有した偏向装置もしくは走査装
置として、圧電素子を用いる方法が提案されている。第
図は、雑誌「エレクトロニク・セラミクス」の1987
年4月号の44頁に掲載された偏向もしくは走査装置で
ある。
A method using a piezoelectric element has been proposed as a smaller deflection device or scanning device with high resolution. The figure is from the magazine "Electronic Ceramics" in 1987.
This is a deflection or scanning device published on page 44 of the April issue.

図において、反射鏡50は、固定ボス51に固定され、
固定ボス51は、板バネ52を介して、きょう体53に
取り付けられている。そして、固定ボス51の一端部を
圧電素子54により変位させることで、反射鏡50はセ
ンタロッド55の支点を回転中心とした、微小量の回転
運動を行う。
In the figure, a reflecting mirror 50 is fixed to a fixed boss 51,
The fixed boss 51 is attached to the housing 53 via a leaf spring 52. Then, by displacing one end of the fixed boss 51 by the piezoelectric element 54, the reflecting mirror 50 performs a minute rotational movement about the fulcrum of the center rod 55.

この様にして、反射鏡50を振動させ、もしくは反射鏡
50の静止位置を制御させ、光の走査もしくは偏向を行
おうとするものである。また、56は鋼球である。
In this way, the reflecting mirror 50 is vibrated or the resting position of the reflecting mirror 50 is controlled to scan or deflect light. Further, 56 is a steel ball.

この従来例で用いられている積層型圧電素子は、伸縮量
の高精度な制御が容易で、高い周波数で駆動でき、また
大きな力を発生出来る等、高精度なアクチュエータとし
て優れた特性を持つものである。従って、この従来例に
おいては、光の高精度な偏向もしくは走査は可能である
ものの、しかしながら、圧電素子自身の伸縮量が、数十
μmと小さいので、反射鏡は、角度にして僅か0.5度
程度の範囲でしか位置を変化させる事が出来ず、実用に
用いるには、これは余りにも小さすぎる値である。
The laminated piezoelectric element used in this conventional example has excellent characteristics as a high-precision actuator, such as being able to easily control the amount of expansion and contraction with high precision, being able to drive at a high frequency, and generating large force. It is. Therefore, in this conventional example, although it is possible to deflect or scan light with high precision, the amount of expansion and contraction of the piezoelectric element itself is small, several tens of μm, and the angle of the reflecting mirror is only 0.5 μm. The position can only be changed within a range of degrees, which is too small for practical use.

発明が解決しようとする間M支、 以上に述べた様に、従来においては、簡単な構成でかつ
高精度に、光路の切り替えあるいは光の走査を行える、
信頼性に優れた偏向もしくは走査装置がなかった。本発
明は、この従来の問題を解決するものである。
As mentioned above, in the past, optical paths can be switched or light can be scanned with a simple configuration and with high precision.
There were no reliable deflection or scanning devices. The present invention solves this conventional problem.

問題点を解決するための手段 そして、上記面題点を解決するための手段は、2枚の平
面反射鏡の反射面を互いに対向させると共に、一方の反
射鏡は、変位発生手段によって他方の反射鏡ζご対して
変位させ、この様に構成された一対の反射面間で光を多
重反射させるものである。
Means for Solving the Problems The means for solving the above-mentioned surface problems is to make the reflecting surfaces of two plane reflecting mirrors face each other, and to move one reflecting mirror to the other by means of a displacement generating means. The mirror ζ is displaced, and light is multiple-reflected between a pair of reflective surfaces configured in this manner.

作用 上記手段の作用は以下の通りである。即ち、上記の様に
構成された一対の反射面間で、光を多重反射させるとと
もに、一方の反射面を他方の反射面に対して変位させる
と、上記反射面から最終的に反射されて出て来る光の光
路は、上記反射面間での反射回数に応じて、上記変位量
が増幅された形で変化されるのである。しかも、この増
幅作用は、反射面の変位量に対してだけ作用し、例えば
、上記反射面に最初に入射してくる入射光の入射角度の
振れを増幅させる事が無いのである。この様な優れた増
幅作用が得られるので、変位ストロークは小さくとも高
精度な駆動手段、例えば圧電素子等を反射面に変位を与
える変位駆動手段に用いる事で、上記従来例の問題が解
決出来るのである。
Effects The effects of the above means are as follows. That is, when light is multiple-reflected between a pair of reflective surfaces configured as described above and one reflective surface is displaced relative to the other, the light is finally reflected from the reflective surface and output. The optical path of the incoming light is changed in accordance with the number of reflections between the reflecting surfaces so that the amount of displacement is amplified. Furthermore, this amplification effect acts only on the amount of displacement of the reflecting surface, and does not amplify, for example, the fluctuation in the incident angle of the incident light that first enters the reflecting surface. Since such an excellent amplification effect can be obtained, the above-mentioned problem of the conventional method can be solved by using a high-precision drive means, such as a piezoelectric element, with a small displacement stroke as the displacement drive means for displacing the reflective surface. It is.

実施例 第1図に、本発明の一実施例の要部の構成を示先ず、構
成と基本的な特性に関して説明する。
Embodiment FIG. 1 shows the configuration of essential parts of an embodiment of the present invention. First, the configuration and basic characteristics will be explained.

l、2は、反射面4.5が互いに対向する一対の平面反
射鏡であり、反射5jL2は厚板金属板11に接着され
ている。金属板11は、その一端部7において板バネ8
を介して、反射鏡lが固定されるきょう体6aと実質的
に一体のきよう体6bに取り付けられている。積層型圧
電素子10の端部lObは、きょう体6aと実質的に一
体のきよう体6cに固定されている。原電素子lOの両
端部lOa、10b間に電圧を印加することにより、端
部10aは矢印A方向に伸縮する。この伸縮量は、変位
拡大機構12によって拡大されて反射鏡2に伝達される
。変位拡大機構12は、支持軸14で回転可能に支持さ
れており、この支持軸14から、2つの作用点15.1
6までの距離の比に応じた拡大率を有する。17は、反
射鏡を矢印B方向に付勢する引っ張りバネである。
Reference numerals 1 and 2 denote a pair of plane reflecting mirrors whose reflecting surfaces 4.5 face each other, and the reflecting surface 5jL2 is bonded to the thick metal plate 11. The metal plate 11 has a leaf spring 8 at one end 7 thereof.
It is attached to a housing 6b which is substantially integral with the housing 6a to which the reflecting mirror l is fixed. The end lOb of the laminated piezoelectric element 10 is fixed to a housing 6c that is substantially integral with the housing 6a. By applying a voltage between both ends lOa and 10b of the electrical element lO, the end 10a expands and contracts in the direction of arrow A. This amount of expansion and contraction is magnified by the displacement magnification mechanism 12 and transmitted to the reflecting mirror 2. The displacement magnifying mechanism 12 is rotatably supported by a support shaft 14, and two points of action 15.1 are provided from the support shaft 14.
It has an enlargement ratio according to the distance ratio up to 6. Reference numeral 17 denotes a tension spring that biases the reflecting mirror in the direction of arrow B.

周知の通り、圧電素子10の両端部10a、10b問に
印加する直流電圧値を変化させることで、積層方向(図
では矢印方向)の伸縮量を精密に制御できる。そして、
この伸縮量は、反射鏡2の端部9に伝えられ、この変位
によって、反射[2は、板バネの屈曲部8aを回転中心
とした円弧運動を行う。この円弧運動で、反射鏡lと反
射鏡2との交角(第1図に示す様に、両者が平行状態に
ある場合は、交角は0)は、反射SN2の回転角にほぼ
等しい値だけ変化する。
As is well known, by changing the DC voltage value applied to both ends 10a and 10b of the piezoelectric element 10, the amount of expansion and contraction in the stacking direction (in the direction of the arrow in the figure) can be precisely controlled. and,
This amount of expansion and contraction is transmitted to the end 9 of the reflecting mirror 2, and due to this displacement, the reflecting mirror 2 performs an arcuate motion with the bending portion 8a of the leaf spring as the center of rotation. Due to this arcuate movement, the intersection angle between reflecting mirror 1 and reflecting mirror 2 (as shown in Figure 1, when both are in a parallel state, the intersection angle is 0) changes by a value almost equal to the rotation angle of reflecting SN2. do.

さて、この様に構成された本実施例の装置の機能につい
て次に詳細に説明する。
Now, the functions of the apparatus of this embodiment configured as described above will be explained in detail below.

第2図に、第1図に示した装置に、光ビーA 20が入
射し、平面反射鏡l、2の反射面3.4の間で多重反射
して、最終的に装置から光ビーム21aが出射する状態
を示している。そして、圧電素子10により微小角αだ
け変位された状態の反射鏡2を破線で示す。そして、こ
の時の出射の光ビームを破線21bで示す。いま、反射
鏡2での反射回数をnとすると、ビーム21aと21b
とのなす角度βは β=2(n−1)α・・・・(1) となり、反射回数nに応じてαが増幅された形でβが得
られるのである。従って、nを必要に応じて適当に大き
くすれば、βも大となり、実用上、明確に分離された異
なる光路が得られるのである。
In FIG. 2, a light beam A 20 is incident on the device shown in FIG. This shows the state in which the beam is emitted. The reflecting mirror 2 in a state displaced by the small angle α by the piezoelectric element 10 is shown by a broken line. The emitted light beam at this time is indicated by a broken line 21b. Now, if the number of reflections on the reflecting mirror 2 is n, then the beams 21a and 21b
The angle β between the two is β=2(n-1)α (1), and β is obtained by amplifying α according to the number of reflections n. Therefore, if n is increased appropriately as required, β will also be increased, and in practice, clearly separated and different optical paths can be obtained.

即ち、光路の切り替えが行われるのである。In other words, the optical path is switched.

しかも、上述のαは、圧電素子により極めて精密に制御
されるので、この光路の切り替えも高精度で行うことが
出来るものである。
Moreover, since the above-mentioned α is extremely precisely controlled by the piezoelectric element, this switching of the optical path can also be performed with high precision.

次に、本発明の、優れた基本的な特性について説明する
Next, the excellent basic characteristics of the present invention will be explained.

原理的に重要な点は、 (1)式には、ビームの入射角
度γ(第2図参照)が含まれていないことである。これ
は、本発明の装置では、出射する光ビームの角度変位に
は、反射鏡の角度変位のみが拡大されて現れる事を表し
ている。換言すれば、入射角度γの振れが拡大されて現
れる事は無い、と言う本質的に重要な特徴を本発明は有
している事を意味している。本発明は、この本質的で優
れた特徴を原理的に有しているが故に、高精度で安定し
た制御が可能となるものである。
An important point in principle is that equation (1) does not include the beam incidence angle γ (see FIG. 2). This means that in the device of the present invention, only the angular displacement of the reflecting mirror appears as an enlarged angular displacement of the emitted light beam. In other words, this means that the present invention has the essentially important feature that the deviation of the incident angle γ does not appear magnified. Since the present invention has this essential and excellent feature in principle, it is possible to perform highly accurate and stable control.

更に、本発明の基本的に重要な他の特徴は、本発明では
、光学部品としては平面反射鏡しか用いておらず、従っ
て、光学的収差が原理的に全く発生しない事である。光
の偏向もしくは走査装置は、光学装置の中に組み込まれ
て使用されるものであるから、この特徴は、極めて有用
なものである。
Furthermore, another fundamentally important feature of the present invention is that the present invention uses only a flat reflecting mirror as an optical component, and therefore, in principle, no optical aberrations occur. This feature is extremely useful since light deflection or scanning devices are used integrated into optical devices.

さて、以下には、本実施例を具体的な数値と共に、詳細
に説明する。
Now, the present example will be described in detail below along with specific numerical values.

本実施例に用いた市販の積層型圧電素子10は、最大印
加電圧1000vにおいて、先端部10aでは約70μ
mの変位量が得られるものである。
The commercially available multilayer piezoelectric element 10 used in this example had a maximum applied voltage of 1000 V, and the tip portion 10a had approximately 70 μm.
A displacement amount of m can be obtained.

そして、この変位は、変位拡大機構12によって約3倍
に拡大されて、反射鏡2に伝達される。その結果、反射
鏡2は、板バネの屈曲部8aを回転中心とした円弧運動
を行う。この円弧運動で得られる、反042M 2の回
転角度は、拡大機構12から伝達される変位量を角度換
算したものである。すなわち、第1図において、回転中
心である板バネの屈曲部から作用点16までの距離は5
mm、そして、圧電素子10の先端部10aの変位量が
70μmであるから、反射鏡の回転角度θはθ= 0.
07mmX 3/ 5mm= 0−042(rad)=
 2.4(deg)となる。そして、この値は、最終的
には(1)式で示されるβの値にまで拡大される。本実
施例では、n=6と、しており、従って n=24(度) となり、光路の切り替えにおいては、実用上十分な値が
得られている。
This displacement is then magnified approximately three times by the displacement magnifying mechanism 12 and transmitted to the reflecting mirror 2. As a result, the reflecting mirror 2 performs an arcuate motion with the bending portion 8a of the leaf spring as the center of rotation. The rotation angle of 042M2 obtained by this circular arc movement is the displacement amount transmitted from the enlarging mechanism 12 converted into an angle. That is, in FIG. 1, the distance from the bending part of the leaf spring, which is the center of rotation, to the point of action 16 is 5.
mm, and since the amount of displacement of the tip 10a of the piezoelectric element 10 is 70 μm, the rotation angle θ of the reflecting mirror is θ=0.
07mmX 3/5mm= 0-042(rad)=
It becomes 2.4 (deg). Then, this value is finally expanded to the value of β shown in equation (1). In this embodiment, n=6, so n=24 (degrees), which is a practically sufficient value for switching the optical path.

次に、反射鏡2の位置決め精度について述べる。Next, the positioning accuracy of the reflecting mirror 2 will be described.

前述の通り、圧電素子10は、1000v印加時に、約
70μmの変位を生ずる。これは、印加する電圧をIv
単位で制御すれば、0.07μmという極めて高い分解
能が得られることを意味している。
As mentioned above, the piezoelectric element 10 generates a displacement of about 70 μm when 1000 V is applied. This changes the applied voltage to Iv
This means that if controlled in units, an extremely high resolution of 0.07 μm can be obtained.

これを、先はどと同じ計算により、角度に関する分解能
に換算すれば、(1)式でのnを6とした場合2.4X
10−3度であり、実用上、全く問題の無い高い精度が
得られる。
If we convert this into angular resolution using the same calculation as above, if n in equation (1) is 6, it will be 2.4X
It is 10-3 degrees, which is a high accuracy that poses no problem in practical use.

次に、圧電素子10の応答性能について説明を行う。第
3図は、圧電素子に電圧を印加してから、圧電素子の変
位が安定するまでの所要時間を示すものである。この特
性にも示される通り、圧電素子は通常100〜200μ
s程度の応答速度を有している。そして、積層型圧電素
子の固有振動数については、通常、30〜50KHz程
度にあるので、十分に高速な位置決め制御が可能である
Next, the response performance of the piezoelectric element 10 will be explained. FIG. 3 shows the time required from applying a voltage to the piezoelectric element until the displacement of the piezoelectric element becomes stable. As shown in this characteristic, piezoelectric elements usually have a thickness of 100 to 200μ.
It has a response speed of about 1.5 seconds. Since the natural frequency of the laminated piezoelectric element is usually about 30 to 50 KHz, sufficiently high-speed positioning control is possible.

また、積層型圧電素子は、数十Kgの力を発生するので
、反射鏡を確実に駆動することができる。
Furthermore, since the laminated piezoelectric element generates a force of several tens of kilograms, it is possible to reliably drive the reflecting mirror.

また、反射鏡の重量は、実質的に制限を受ける事がない
Further, the weight of the reflector is not substantially limited.

以下に、本実施例の特性を具体的な値で示す。The characteristics of this example will be shown below with specific values.

第4図は、本実施例装置の諸特性の測定系を示すもので
ある。aは、本実施例の装置であり、図を見やすくする
ために、反射鏡1.2のみを描いている。第4図におい
て、反射鏡2は、圧電素子10により、3箇所の位置2
a、2b、2cの位置に位置決めされる。2aは、圧電
素子10の変位量がほぼOに対応する位置であり、2c
は、圧電素子10の変位量が70μmに対応する位置で
ある。2bは、2aと2cとのちょうど中央位置である
。1本の入射レーザビーム20に対し、反射fjF2の
前記3つの位置に対応して、出射ビーム30a、30b
、30cが得られる。この場合も、図を見やすくするた
めに、反射面間の光の反射状況の描画は省略している。
FIG. 4 shows a measurement system for various characteristics of the device of this embodiment. A shows the device of the present example, and only the reflecting mirror 1.2 is drawn to make the figure easier to see. In FIG. 4, the reflecting mirror 2 is moved to three positions 2 by the piezoelectric element 10.
It is positioned at positions a, 2b, and 2c. 2a is a position where the displacement amount of the piezoelectric element 10 approximately corresponds to O, and 2c
is a position where the amount of displacement of the piezoelectric element 10 corresponds to 70 μm. 2b is exactly at the center position between 2a and 2c. For one incident laser beam 20, output beams 30a and 30b are generated corresponding to the three positions of reflection fjF2.
, 30c are obtained. In this case as well, in order to make the diagram easier to read, the state of light reflection between the reflective surfaces is omitted.

前述と同じく、本実施例装置での反射回数をn = 6
としているので、ビーム30aと30cとの角度は、約
24度である。
As mentioned above, the number of reflections in this example device is n = 6.
Therefore, the angle between the beams 30a and 30c is approximately 24 degrees.

なを、入射ビーム20は、集束レンズ系を通過させた後
のビームであり、図示の通り、集束点に向い集束しつつ
ある。31a、31b、31cは、それぞれ、ビーム3
0a、30b、30cの集束点の位置に、各ビームの光
軸が直角に当たる様に設けた2次元のCCDセンサであ
る。32.33は、それぞれ演算装置と表示装置である
。各CCDセンサ上には、第5図に示すように、強度分
布が正規分布で近似できるTEMesモードのレーザビ
ームが照射される。このビームは、各CCDセンサ上に
おいて複数個の画素にまたがる。例えば、ビーム30b
について言えば、ビーム30bの光軸が当たる画素を中
心として、その周りの複数個の画素にまたがる。演算装
置32は、各CCDセンサ毎に、一定なサンプリング時
間rr!1隔て、これら複数個の画素の中から、最も強
いレーザ強度を受けている画素を判断すると共に、各画
素がその様な判断を何回受けたかを積算してメモリする
The incident beam 20 is the beam after passing through the focusing lens system, and as shown in the figure, it is being focused towards the focusing point. 31a, 31b, and 31c are beam 3, respectively.
It is a two-dimensional CCD sensor provided so that the optical axis of each beam hits the focal point positions of 0a, 30b, and 30c at right angles. 32 and 33 are an arithmetic unit and a display device, respectively. As shown in FIG. 5, each CCD sensor is irradiated with a TEMes mode laser beam whose intensity distribution can be approximated by a normal distribution. This beam spans multiple pixels on each CCD sensor. For example, beam 30b
In other words, the optical axis of the beam 30b spans a plurality of pixels around the pixel as the center. The arithmetic unit 32 calculates a constant sampling time rr! for each CCD sensor. At intervals of one pixel, the pixel receiving the strongest laser intensity is determined from among the plurality of pixels, and the number of times each pixel has been subjected to such determination is accumulated and stored in memory.

そして、表示装置32は、各CCDセンサの各画素につ
いてのこの積算されたメモリ内容を2次元的に表示する
ものである。
The display device 32 two-dimensionally displays the accumulated memory contents for each pixel of each CCD sensor.

第6図、第7図、第8図に、それぞれ、センサ31a、
31b、31cに関しての表示装置の表示例を示す。こ
れは、反射鏡2を、20a→20b→20c→20aの
順で位置決めする1つのサイクルを、1秒間に10回の
割合すなわちlOH2で、約15分間繰り返した時に得
られたデータである。第6図〜第7図において、各々の
矩形は、CCDセンサ上の一つの画素を表しており、そ
の実際の寸法は、約30μm四方である。矩形内中央部
に表示された数値が前述の積算値である。る。
6, 7, and 8, the sensor 31a,
A display example of the display device regarding 31b and 31c will be shown. This is data obtained when one cycle of positioning the reflecting mirror 2 in the order of 20a → 20b → 20c → 20a was repeated 10 times per second, that is, at lOH2, for about 15 minutes. In FIGS. 6 and 7, each rectangle represents one pixel on the CCD sensor, and its actual size is approximately 30 μm square. The numerical value displayed in the center of the rectangle is the aforementioned integrated value. Ru.

なを、矩形の上部両隅の数値は各画素のCCDセンサ上
での座標情報を表すものである。第4図において、本実
施例装置のビーム出射端から各CCDセンサまでの距離
は約50mmである事と、前記の画素の大きさから、本
実施例装置での反射鏡2の位置決めの繰り返し精度は、
角度で、少なくとも0.8n+rad以下と言う高精度
であることが、この測定例により立証された事になる。
Furthermore, the numerical values at both upper corners of the rectangle represent the coordinate information of each pixel on the CCD sensor. In FIG. 4, the distance from the beam output end of the device of this embodiment to each CCD sensor is approximately 50 mm, and the repeatability of positioning of the reflecting mirror 2 in the device of this embodiment is based on the size of the pixels mentioned above. teeth,
This measurement example proves that the angle is highly accurate at least 0.8n+rad or less.

また、反射鏡2の上記位置決めサイクルを、1KHzで
行った場合についても、上記と全く同様の結果を得た。
Furthermore, even when the above-mentioned positioning cycle of the reflecting mirror 2 was performed at 1 KHz, results completely similar to those described above were obtained.

なお、この様に、本実施例は、高い周波数で動作可能で
あるので、光の走査装置としても使用することが可能で
ある。
In addition, since the present embodiment can operate at a high frequency in this way, it can also be used as an optical scanning device.

更に、第4図の測定装置を用いて、位置決め精度の時間
的安定性を調べた。すなわち、圧電素子lOへの印可電
圧を一定に維持した状態で、CCDセンサ31上のビー
ム中心がどの程度安定に静止しているかを調べた。その
結果、環境温度が22度〜33度の範囲において、24
時間の閏で、位置決め精度は約2.4mrad以下であ
った。これは、繰り返し精度に比べて精度的に若干低下
しているが、これは、半導体レーザ自身のモード及び出
力等の不安定さがかなり影響しているものと思われる。
Furthermore, using the measuring device shown in FIG. 4, the temporal stability of positioning accuracy was investigated. That is, it was investigated how stably the beam center on the CCD sensor 31 remained stationary while the voltage applied to the piezoelectric element IO was maintained constant. As a result, in the environmental temperature range of 22 degrees to 33 degrees, 24 degrees
With time leaps, the positioning accuracy was about 2.4 mrad or less. This is a slight decrease in accuracy compared to the repeatability, but this seems to be largely due to the instability of the mode, output, etc. of the semiconductor laser itself.

しかし、実用的には十分な精度を達成している。However, it achieves sufficient accuracy for practical use.

なお、本実施例では、反a・1鏡2は、変位拡大機構を
介して圧電素子により駆動したが、必要な変位機が角度
でlO度程度であれば圧電素子で直接に駆動することも
勿論可能である。
In this embodiment, the anti-a1 mirror 2 was driven by a piezoelectric element via a displacement magnifying mechanism, but if the required displacement device is about 10 degrees, it can also be driven directly by a piezoelectric element. Of course it is possible.

また、以上の説明では、光を例にとって説明したが、電
磁波についても上記の議論が成立することは勿論である
Further, in the above explanation, light was used as an example, but it goes without saying that the above discussion also holds true for electromagnetic waves.

発明の効果 以上に説明した通り、本発明は、簡単な構成で、従来で
は得られなかった高精度で安定した光の偏向、走査が行
えるものである。
Effects of the Invention As explained above, the present invention has a simple configuration and can perform highly accurate and stable light deflection and scanning that could not be achieved conventionally.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の実施例における偏向または走査装置
の構成図、第2図は、同装置の動作説明図、第3図は、
圧電素子の特性図、第4図は、本発明の実施例の特性測
定系の原理図、第6図〜第8図ば、実施例の特性の実測
データを示す図、第9図は、従来例の構成図である。 l、2−・・反射鏡、3.4・・・反射面、10・・・
圧電素子。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか1名第151f 1反射蜆 第2図 第3図 時間(nsec) 第5図 光輪詞の鼠鍬 第6図 第7図 第8図 第9図 手続補正書働式) %式% 2発明の名称 偏向または走査装置 3補正をする者 事件との関係      特  許  出  願  人
住 所  大阪府門真市大字門真1006番地名 称 
(582)松下電器産業株式会社代表者    谷  
井  昭  雄 4代理人 〒571 住 所  大阪府門真市大字門真1006番地松下電器
産業株式会社内 5補正命令の日付 7、補正の内容 明細書16ペ一ジ18行目の「原理図、」を「原理図、
第5図はTICMooモードのレーザビームの強度分布
図、」と補正します。
FIG. 1 is a block diagram of a deflection or scanning device in an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the same device, and FIG.
A characteristic diagram of a piezoelectric element, FIG. 4 is a principle diagram of a characteristic measurement system according to an embodiment of the present invention, FIGS. 6 to 8 are diagrams showing actual measurement data of characteristics of the embodiment, and FIG. It is a block diagram of an example. l, 2-... Reflecting mirror, 3.4... Reflecting surface, 10...
Piezoelectric element. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao (1 person) 151f 1 Reflection Figure 2 Figure 3 Time (nsec) Figure 5 Halo of the Rat Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 9 Procedure amendment % formula % 2 Relationship with the case of the person who makes the deviation of the name of the invention or the scanning device 3 Correction Patent application Address 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Name
(582) Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Representative Tani
Akio I 4 Agent 571 Address 1006 Oaza Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Date 7 of the amendment order, "Principle Diagram," on page 16, line 18 of the detailed statement of amendments. ``Principle diagram,
Figure 5 is a diagram of the intensity distribution of the laser beam in TICMoo mode.''

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)2枚の平面反射鏡の反射面を互いに対向させると
共に、一方の反射鏡は、変位発生手段によって他方の反
射鏡に対して変位され、この様に構成された一対の反射
面間で電磁波を多重反射させて、電磁波の偏向もしくは
走査を行う、偏向または走査装置。
(1) The reflecting surfaces of the two plane reflecting mirrors are made to face each other, and one reflecting mirror is displaced relative to the other reflecting mirror by a displacement generating means, and between the pair of reflecting surfaces configured in this way. A deflection or scanning device that deflects or scans electromagnetic waves by multiple reflections of electromagnetic waves.
(2)圧電素子を含んだ変位発生手段を有する、特許請
求の範囲第1項記載の偏向または走査装置。
(2) A deflection or scanning device according to claim 1, comprising displacement generating means including a piezoelectric element.
(3)変位される方の反射鏡は、少なくとも、その反射
鏡と他方の反射鏡との交角が変化するように変位される
、特許請求の範囲第1項または第2項記載の偏向または
走査装置。
(3) Deflection or scanning according to claim 1 or 2, wherein the displaced reflecting mirror is displaced such that at least the intersection angle between that reflecting mirror and the other reflecting mirror changes. Device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1131666A1 (en) * 1998-09-28 2001-09-12 T Squared G Incorporated Scanning head lens assembly
DE10347898A1 (en) * 2003-10-15 2005-05-19 Carl Zeiss Light source beam guiding system, e.g. for sensor, has variable spacing and/or angle of two mirrors for varying deflection of outgoing light beam
CN108155550A (en) * 2017-12-19 2018-06-12 北京理工大学 A kind of ring oscillator for obtaining high repetition frequency injection locking pure-tone pulse

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