JPS62184434A

JPS62184434A - 光ビ−ム偏向器

Info

Publication number: JPS62184434A
Application number: JP61025864A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Honma; 本間　則秋; Yoshitoshi Ito; 嘉敏伊藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1986-02-10
Publication date: 1987-08-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は光ビームの偏光に係り、特に光ビームの２次元
偏向に好適な光ビームの偏光器に関する。

〔発明の背景〕

従来、光ビームの２次元偏向のためには、互いに直交す
る方向に偏向する２個の振動鏡（あるいは回転多面体）
によって行なわれている光学技術］ンタクト１２巻（１
９７４）　２３頁。このためにはレンズなどの高額部品
を多く必要とし、光学系が複雑で大型化し、かつ光軸調
整も面倒になるなどの問題があった。このため、多くの
場合光ビームを一次元方向のみ偏向し、それに直交する
方向には被照射物体の方をステージに載せて移動するこ
とにより、被照射物体を２次元照射することが採用され
る。しかしながら、ステージの移動を高速で行なう事は
困難であり、特に重量のある被照射物体に対しては装置
も大型化し、高速化も困難なるなどの問題点がある。こ
のため、１個のミラーで２次元偏向する方法（アプライ
ド　オプティックス　１０巻（１９７１）　８５８頁、
　Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓＶｏｌ　　１０　　（
１９７１）　８５８）が報告されているが、石英ファイ
バー、ミラーと永久磁石から構成される振動回転体の共
振現象を利用している。このため、ミラーの大きさや偏
向スピードに制限が生じ、汎用性に欠ける欠点があった
。また石英ファイバーを一方の回転軸に使用し、そのね
じれを繰り返し利用するので、ファイバーの破損による
事故の危険性も高いといった問題点もある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、１枚のミラーで光ビームを２次元偏向
するに好適な、２次元光ビーム偏向器を提供することに
ある。

（発明の概要〕第１図に１本発明の原理説明図を示す。反射鏡１はホル
ダー２に設置される。ホルダー２はｙ軸方向に回転軸３
−３′を持っている０回転軸３−３′は、その軸受を持
つホルダー支持枠４に結合している。ホルダー支持枠４
は、回転軸３−３′と直交するＸ軸方向に回転軸５を持
っている。従って、ホルダー支持枠４がＸ軸方向の回転
軸５を中心に振動回転し、そのホルダー支持枠に軸受を
持つ反射鏡ホルダー２がｙ軸方向の回転軸３−３′を中
心に振動回転すれば、反射鏡１は直交する２本の回転軸
３−３′と５のまわりに振動回転可能となる。ここで１
反射鏡の反射表面は、２本の回転軸３−３　’　と５の
中心が交差する位置になるように設置される。そうすれ
ば２次元の振動回転に対し、交点に位置する反射面上の
１点は不動である。この不動点を反射鏡の反射面の中心
に一致させるのが通常であることは言うまでもない。

次に、２本の回転軸のまわりに振動回転させる方法が重
要となる。特に、第１図において、反射鏡ホルダーを回
転軸３−３′を中心に振動回転させる方法が大切である
。第２図にホルダーを振動回転させる部分の具体例を示
す。反射鏡ホルダーの周囲には電線からなるコイル１０
が巻き付けである。コイル１０は金属バネ１１および１
１′を通してリード線１３．１３’にそれぞれ接続され
ている。ここで、コイル１０と金属バネ１１および１１
′との接続点と、金属バネ１１．１１’　とリード線１
３．１３’の接続点は絶縁ターミナル１２によって土台
である２、７および９とは絶縁されている。

一方、金属バネ１１は金属バネ１１′とは互いに反対方
向に、反射鏡ホルダー２を押すことにより、反射面が正
面を向く位置で平衡を保つようになっている。

さて、第１図のホルダー支持枠４は、第２図に示すよう
に、２本の棒状永久磁石７．９を持っている。また、枠
４は対面が強磁性体でかつ軟磁性体である６、８から構
成されている。ここで、６がＮ極、８がＳ極とすると、
枠内を磁力線が左右に走ることになる。今、枠内を左右
に走る磁力線が上下方向に一様であるとすると、コイル
１０に、１３および１３′から電流を流せば、コイルは
電磁作用により回転軸３−３′のまわりの回転トルクを
受ける。電流を逆向きにすれば、逆向きの回転力を受け
る。従って、コイルに適当な交流電流を流せば、反射鏡
は振動回転することになる。このように、電流計の原理
を用いて、反射鏡を振動回・転させることができる。こ
れから、交流電流の大きさ、波形および周波数の制御に
より、光ビームの偏向制御が可能である。

次に、２本の回転軸を別の構成で回転させるための基本
原理を第５図で説明する。この構成は、ジンバルとも呼
ばれる。

ミラー１０’　をマラントしたホルダー１０’は回転軸
２０’　、２０’を中心として振動回転する。

次に、ミラーホルダーの回転軸受である４０は、回転軸
２−２′の向きと直交する向きを持つ回転軸５０．５０
’　を中心に振動回転する。すなわち、ミラーは、回転
軸２０’　、２０′のためにｙ軸を中心に、そして回転
軸５０．５０’　によりＸ軸を中心に振動回転する。

従って、第６図に示すように１本発明からなる２次元光
ビーム偏向器１０００を用いることにより、入射平行ビ
ーム１０１を、−次元のときと同じ簡単な構成で２次元
的にビーム偏向ができる。

以上のように、ミラーを２次元振動回転させるには、第
５図の３０又は３０’そして５ｏ又は５０′に、ピスト
ン往復振動を加えれば良い、この場合のミラー１０’の
最大回転角θ１は、ｓｉｎθ、〜θ、が近似的に成立す
る程度とする。この場合、中間軸受４０の振動印加部６
０又は６０’　を−次元的振動することは容易である。

しかし、ミラーホルダー１０′の振動印加部３０又は３
０′の方は、２次元的な動きを伴うので複雑となる。

第７図は、１０′を２次元振動回転したときの振動印加
部３０又は３０′の動きを示す。図中、（Ｂ）のように
中間軸受４０が振動回転の中心にある場合、３０および
３０’の振動は左右方向のみである。しかし、（Ａ）や
（Ｃ）のように４０が傾斜すると３０又は３０′は左右
のみならず上下方向にも振動成分が加わることになる。

振動の印加は固定台から、ある一方向のみに印加するこ
とが必要である。このため、ここでは、第７図における
左右方向に振動伝達板８０又は８０′を振動を印加する
。従って、（Ａ）又は（Ｃ）の場合は３０又は３０′は
上下にも振動するが、その振動幅よりも振動伝達板８０
又は８０’の３０（又は３０′）との接触面を大きくと
り、３０（又は３０′）がその面上をなめらかに移動で
きるようにする。このための−例を第８図に示す、３０
′には振動伝達板８０の片側のみが接触するようになっ
ており、振動の時３０′の受ける摩擦抵抗を片面のみに
している。また、３０′は球形でホルダーからの軸を中
心として回転できる。そして３０′が常に８０と接触す
るように、振動伝達棒９０の途中から直角に出た支柱１
００と３０’のホルダーからの軸との間は、バネ１１に
よって引力を受けるようになっている。振動は、ボイス
コイルなどの加振器１２０から伝達される。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の第一の実施例を第３図により説明する。

第３図は、第２図に示した振動回転鏡に、直角方向に回
転軸５を設けて、第２図の振動鏡全体を振動回転装置１
８で駆動可能にした装置である。２１は、市販の振動回
転装置である。

この場合、回転をスムーズにするため、枠の一辺７は永
久磁石と同じ重さのものを用いて、左右のバランスをと
る。また１反射鏡の上下の振動回転を得るため第２図の
原理に従って、リード線１３．１３’に交流電流を流す
必要がある。このため、電気ブラシ１４．１５を用いて
、入力端子１６．１７より交流電気信号を入力させる。

また、左右方向の振動回転を与える１８への電流入力信
号は端子１９．２０から入力する。

このように、端子１６．１７に電気信号を入力すること
により１反射鏡１は上下方向に振動回転し、端子１９．
２０に電気信号を入力することによって反射鏡１は左右
に振動回転できることになる。上下、左右の振動回転の
組合せにより、所望の２次元方向の光ビーム偏向が可能
となる。

第４図は第２の実施例を説明する図である。第３図の実
施例では、コイルに電流を流すために電気ブラシが必要
である。第４図の実施例は電気ブラシが不要とするもの
である。第４図では反射鏡の裏面に太陽電池２１が設け
られており１発生した電力はコイル８に供給されるよう
に接続されている。ここで、太陽電池に例えば１００％
強度変調された光２２を照射する。すると太陽電池には
変調周波数に対応する周波数の交流状電力が発生し、コ
イル８に交流状電流を流すことになる。従って、反射鏡
は、光の強さに応じて３−３′を中心に振動回転する。

ここで、太陽電池には強度変調された脈流状電圧が発生
するが、極性が変化する。いわゆる交流電圧ではない、
このため、脈流の平均値に相当する直流分がオフセット
として加わることになる。従って、このオフセット分を
バネ１１と１１′でキャンセルするように調整しておく
事が必要である。

次に、本発明の第３の実施例を第９図により説明する。

ミラー１０′の光反射面は、その中心が２本の回転軸２
０’−２０’および５０−５０’の交点に位置するよう
にホルダー１０′に設置される。

これにより、ミラー１０′の表面の中心は振動回転に対
して不動点となる。ホルダー１０’はｙ軸方向の回転軸
２０’−２０’を中心に振動回転する６回転軸２０’−
２０’の中間軸受け４ｏは、Ｘ軸方向の回転軸５０−５
０’　を中心に振動回転する。従って、ミラー１０′は
、ｙ軸とＸ軸の双方の回転軸を中心に振動回転できる。

それぞれの振動回転の駆動源は、ｙ軸中心の振動回転に
対しては加振器１２０．ｘ軸中心の振動回転に対しては
加振器１３０である。それぞれの加振器１２０゜１３０
は、固定板１５０に固定しである。固定板１５０は支柱
１４０を通して、ホルダー支持台７０に固定されている
。加振器の往復振動は、第８図に示した構成からなる振
動伝達棒９０、振動伝達板８０により、振動印加部３０
′　（又は３０）および６０（又は６０′）に伝達され
る。加振器は、例えばボイスコイル振動器や、ＰＺＴな
どの圧電素子など、電気的に振動制御可能な特性を持つ
。ミラー１０′の光反射面は、下方を向いており、例え
ば、Ｘ軸の斜め方向から平行光ビーム１０１が入射すれ
ば、’Ｋｅ　ｙ方向の２次元の光ビーム走査が可能とな
る。

第１０図は、本発明の第４の実施例である。同図におい
て、往復振動源には、振動ミラー用の振動回転源１６０
，１７０が用いられている。振動回転源１６０の振動回
転運動は、滑車１８０゜１９０およびバネ２００が直列
に挿入されたひも２１０によって、往復運動として３０
および３０′に接続される。同様に、１７０の振動回転
も、往復運動として６ｏおよび６０’　に伝達される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、振動ミラーを通常の２個から１個に減
らすことができるので、光学系の構成が簡単、小型化で
き、かつ、光軸調整も容易となる。

かつ、使用可能な反射鏡の大きさに対する適用範囲が広
くとれ、偏向のスピードの変化も容易に行なえる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は光偏向の原理説明のための図、第２図は振動回
転法の説明図で、（イ）は正面図、（ロ）はｂ−ｂ’で
の断面図、第３図は第１の実施例の正面図である。第４
図は第２の実施例を説明する図で、（イ）はその正面図
、（ロ）は正面図におけるｂ−ｂ’での断面図である。第５図は本発明間の別の構成の原理説明図、第６図は第
５図の原理を利用した２次元光ビーム走査を示す図、第
７図はミラーの振動駆動を説明するための図、第８図は
ミラーの振動駆動機構を示した図、第９図は本発明の第
３の実施例を示す構成図、第１０図は本発明の第４の実
施例を示す図である。１・・・反射鏡、２・・・反射鏡ホルダー、３・・・反
射鏡ホルダーの回転軸、４・・・枠、５・・・枠の回転
軸、６゜８・・・磁性体からなる枠の一辺、７・・・非
磁性体からなる枠の一辺、９・・・永久磁石、１０・・
・導線コイル。１１．１１’・・・バネ、１２・・・絶縁端子、１３゜
１３′・・・リード線、１４．１５・・・電気ブラシ。１６．１７，１９．２０・・・電気信号入力端子。１８・・・振動回転駆動装置、２１・・・太陽電池、２
２・・・強度変調された光、１０′・・・ミラー、１０
′・・・ミラーホルダー、２０’　、２０’　、５０．
５０’・・・回転軸、３０．３０’　、６０，６０’・
・・振動印加部、７０・・・支持台、８０．８０’・・
・振動伝達板、９０・・・振動伝達棒、１００・・・バ
ネ支柱、１１０・・・引張りバネ、１２０，１３０・・
・加振器、１４０・・・支柱、１５０・・・加振器固定
板、１６０，１７０・・・振動回転源、１８０，１９０
・・・滑車、２００・・・コイルバネ、２１０・・・ひ
も。

Claims

【特許請求の範囲】１、互いに直交し、独立に回転する２本の回転中心軸を
持つホルダーと、該２本の回転中心軸と交点に反射面の
中心が位置するように該ホルダーに設置された光ビーム
反射鏡と、該反射鏡を２本の回転軸のまわりに振動回転
させる手段とを設けたことを特徴とする光ビーム偏向器
。２、特許請求の範囲第１項記載の光ビーム偏向器におい
て、該振動回転させる手段が、電磁力による回転振動直
接駆動装置であることを特徴とする光ビーム偏向器。３、特許請求の範囲第１項記載の光ビーム偏向器におい
て、該振動回転させる手段が、往復振動を伝達する手段
と、該振動伝達手段を駆動するために電気信号により振
動運動を発生する手段とからなることを特徴とする光ビ
ーム偏向器。