JPS5823605B2 - 光学的走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学的走査装置、とくに光学系をねじり振動を
なす振動子により駆動して走査を行なう光学的走査装置
に関するものである。

赤外線映像装置は周知のごとく狭い瞬時視野で対象物を
光学的に走査し、走査系通過後の赤外線を赤外線検知器
に入射させて光電変換することにより映像信号を得てい
る。

この光学的走査は通常平面鏡の回転運動によって行なわ
れる。

従来赤外線映像装置の光学的走査系においては平面鏡の
駆動は電気モータを原動力とし、伝達機構を介して行な
われていた。

しかしながらこのような走査系では電気モータの回転不
均一に基因する平面鏡の運動不規則、伝達機構の磨滅に
よる故障等が生じ易い欠点があった。

本発明は前述の点に鑑みなされたもので、ねじり振動を
行なう振動系によって光学系を駆動し、振動系の振動エ
ネルギーを該振動系の固有振動周期に強制同期せしめら
れるパルス発生回路から供給し、かつ該パルス発生回路
の出力パルス幅を帰還によって制御する新規なる光学的
走査装置を提供せんとするものである。

以下図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明に係る光学的走査装置の一実施例を系統
図として示したもので、１は一端を固定されてねじり振
動を行なう金属棒で、以下振動子と呼ぶことにする。

振動子１の振動に伴い、振動子１に固定された平面鏡２
が回転して光学的走査を行なう。

さらに振動子１には鉄片３が固定されているが、この鉄
片３は電気エネルギーを振動子１の駆動エネルギーに変
換する役割をなすが、詳細な動作は次のように行なわれ
る。

振動子１に対する振動エネルギーは、ソレノイドコイル
４に流れる電流によって供給される。

すなわち、ソレノイドコイル４に電流が流れると鉄片３
を吸引し、該鉄片３が取り付けられている振動子１にね
じり応力を与え、電流が断たれると弾性によって復元す
る。

それゆえ図の実施例においてはソレノイドコイル４に周
期的パルス電圧を供給して、振動子１を該パルス電圧の
周期と等しい周期で駆動する。

このパルスの周期はパルス発生回路５によって決定され
るが、本実施例ではパルス発生回路５には、外部からの
入力信号により強制同期せしめられる自走マルチバイブ
レークを発振源として用いる。

このようなマルチバイブレータはオシロスコープの掃引
回路に用いられていて周知である。

該マルチバイブレークの自走発振の周期は、振動子１の
固有振動の周期より僅かに低く設定しておく。

上記パルス発生回路５の出力パルス列は、波形整形回路
６を通ってのちパルス幅変調回路７にトリガ信号として
加えられ、該出力パルス列と等しい繰返し周期を有する
パルス幅変調信号を発生させる。

この変調されたパルスは、増幅器８により波形を変えず
に増幅されて、ソレノイドコイル４に供給され、前述し
たように振動子１を駆動する。

以上で駆動信号発生回路が構成される。

パルス幅変調回路７に加える変調用信号、即ちパルス幅
を変えるための信号としては比較回路１２の出力信号を
用いる。

次に本発明の重要な特徴の一つであるところの帰還制御
による反射鏡の運動の安定化について説明する。

第１図の実施例装置においては反射鏡２の運動を検出系
により電気信号に変換し、この電気信号をパルス発生回
路５及びパルス幅変調回路７へ負帰還する方式によって
上記の安定化を行ない、２つの帰還ループによって振動
子１の振動周期及び振幅を安定化している。

まず振動子１に固定された反射鏡２の運動状態を、運動
検出系９により検出して該反射鏡２（従って振動子１）
の運動と等しい繰返し周期を有する電気信号を得る。

運動検出系９としては、運動物体の変位にほぼ比例する
電圧又は電流を発生する変換器を用いればよく、このよ
うな変換器としては電磁方式、圧電方式、光電変換方式
等多種のものがすでに周知であって、これらのうち適当
なものを選んで用いればよい。

運動検出系９の出力信号は、一旦増幅器１０で増幅後、
２路に分岐されて、パルス発生回路５及びパルス幅変調
回路７へそれぞれ帰還される。

ゆえに後述する２つの帰還ループが形成されることにな
る。

なおソレノイドコイルにつながる増幅器８と、運動検出
系９の出力を増幅する増幅器１０とを区別するために、
以後前者を第１増幅器、後者を第２増幅器と呼ぶことに
する。

さて、前述のごとく２分された第２増幅器１０の出力の
片方は検波回路１１に入れられてエンベロープ検波され
、さらに比較回路１２の片側端子に印加されて、基準電
圧源１３の電圧と比較される。

比較回路１２は検波回路１１の出力電圧と基準電圧源１
３の電圧との差に比例する出力電圧を生じ、該出力電圧
部ち比較出力がパルス幅変調回路７に、パルス幅を変調
するために印加される。

このようにすれば、パルス幅変調回路７の出力パルス列
の波形は、上記の比較出力によってパルス幅が変調され
た波形即ちＰＷＭ波形となる。

該ＰＷＭ波形は第１増幅器により波形を変えずに増幅さ
れてソレノイドコイル４に印加される。

上記第２増幅器出力の他力は波形整形回路１４を通った
後同期信号としてパルス発生回路５に加えられる。

該波形整形回路を以後第２波形整形回路と呼び、これに
対しパルス発生回路５の出力パルスを整形する波形整形
回路６を以後第１波形整形回路と呼ぶことにする。

上述した、第２波形整形回路１４の出力のパルス発生回
路５への印加により、運動検出系９−第２増幅器１〇−
第２波形整形回路１４−パルス発生回路５−・・・・・
・という第２帰還ループが形成される。

該第２帰還ループは振動子１の振動周期を安定化する役
割をなし、該振動周期は反射鏡２、鉄片１等を含めた系
、即ち振動子１によって振動を行なう部分（以下振動系
という）の振動周期を、この系の固有振動の周期に引き
込み、安定に保持する。

このようにして振動系の行なう振動は、その周期と振幅
との双方が２つのループによる帰還制御を受けて安定化
される。

振幅のみを安定化すればよい場合には、もちろん不要の
帰還ループを省いてよい。

第２図は第１図に示した実施例装置中において電気回路
系の各部に現われる電気信号の波形を、時間幅を揃えて
示したものであって、第２図中ににおてＡは第１波形整
形回路６の出力に該当するスパイク波形、Ｂは比較回路
１２の出力で、主として低い周波数成分から成っている
。

Ｃはパルス幅変調回路７の出力即ちＰＷＭ波形であって
、波形Ｂの瞬時電圧が高いときはパルス幅が広く、逆の
ときはパルス幅が狭くなっている。

Ｄは変位検出系９の出力に該当し、はぼ正弦波に近い波
形であって、この波形りのエンベロープは、直流分を除
き波形Ｂと同形である。

Ｅは第２波形整形回路１４の出力波形であって、波形Ａ
とほぼ同様のスパイクである。

但し各波形の極性については一例を示したに過ぎず、回
路構成によって変わるものである。

本発明は、以上説明した実施例以外に種々の変形が可能
である。

例えば振動系の駆動は、ソレノイド励磁力式に限らず、
パルスで制御可能であれば良い。

電気回路中の増幅器、波形整形回路等は回路構成のいか
んにより省略し得る場合もある。

また光路を変える手段は平面鏡に限らず、プリズムまた
はレンズ系等を用いてもよい。

以上説明した本発明によれば、ねじり振動を行なう振動
系と、駆動エネルギーを供給する電気回路系とを総合し
た負帰還により、振動系の振動を容易に安定化すること
ができる基本的利点があるのみならず、パルス幅制御で
あるため電力利用効率が高いという利点をも有する。

ゆえに高精度の光学的走査装置に適用してきわめて有利
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学的走査装置の一実施例構成を
示す系統図、第２図は前図中の電気回路系の要部に現わ
れる電気信号の波形を示す図である。 １・・・ねじり振動子、２・・・反射鏡、３・・・鉄片
、４・・・ソレノイドコイル、５・・・パルス発生回路
、６・・・第１波形整形回路、７・・・パルス幅変調回
路、９・・・変位検出系、１２・・・比較回路、１４・
・・第２波形整形回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ねしり振動を行なう振動系と、該振動系に固定され
   た光偏向系と、上記振動系の固有振動周期と整数比をな
   す周期に近い周期で自励的に単極性方形パルス列を発振
   する発振回路を有する駆動信号発生回路と、該発生回路
   の出力を上記振動系に対する機械的駆動力に変える電気
   −機械変換系と、振動系の振動を検出して電気信号に変
   換する運動検出系と、該検出系の出力電気信号を上記発
   振回路に負帰還して駆動信号発生回路の出力のパルス幅
   を制御する帰還ループとを具え、上記の負帰還により上
   記パルス幅に依存する上記振動系の振動の振幅を安定化
   し、以って上記光偏向系の運動の振幅を安定化したこと
   を特徴とする光学的走査装置。 ２ 駆動信号の繰返し周期が、別の帰還ループにより振
   動系の固有振動の周期に実質上等しくなるように制御さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した
   光学的走査装置。