WO1990002354A1 - Laser scanner - Google Patents

Description

明 細 書 レ ー ザ ス キ ャ ナ -装 置 技 術 分 野

こ の 発 明 は レ ー ザ加工機等 に 用 い ら れ、 入射 さ れ た レ 一ザ光 を 偏 光 ミ ラ 一/の 回 転 に よ り 偏 光 し て レ ー ザ光 の 位 置合 わせ を 行 う 回 転型 レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置 に 関 し 、 特 に そ の 面 転 の た め の 駆動 や 検 出 機構 を 改良 し た レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置 に 閬 す る 。 、 背 景 技 術

レ ー ザ 光 は 、 レ ー ザ マ 一 力 、 レ ー ザ ト リ ミ ン グ 等 の 半 導体分野 の 他 に 、 光学事務機器 あ る い は 映像機器等 の 各 種広 範 な 分野 に 利 用 さ れ て い る 。 レ ー ザ 光 を 使用 す る 際 に は 、 レ ー ザ 光 の 位置合 わ せ 、 す な わ ち レ ー ザ の 偏 光 ' 走査 が必要 と な り 、 従来 か ら ガ ル バ ノ メ ー タ 式 の レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置 が使用 さ れ て る こ と が多 い 。

こ の ガ ル バ ノ メ ー タ 式 の 装置 で は 、 例 え ば特 開昭 5 3 一 1 3 9 1 0 号公報 に 示 す 如 く 、 固定子 お よ び有限 回 転 す る 回 転子 を 有 す る 電動 機 の 回 転軸 に ミ ラ ー を 取 り 付 け 、 電動 機 に 力 Π え る 指 令 '信号 に 対 し 回 転蚰 の 周 り に 配 し た 静 電容量型位置 セ ン サ の 出 力 を フ ィ 一 ド ノ ッ ク す る こ と に よ り ミ ラ 一 の 位 置決 め を 行 う よ う に し て い る 。 し 力、 し 、 か か る 従来装置 で は、

① 環境温度 の 変化 に 伴 な い 6 0 0 u r a d / 'C 程度 の 位置 ド リ フ ト が発生す る 。

② 磁力 に よ る 回 転 で あ る の で 応答性 が悪 く 、 特 に 面'転 の 立 ち 上が り が遅 い （ 3 〜 4 m s e c ) 。

と い う 問題が あ つ た 。

ま た 、 上記 の よ う な レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置で は 、 ミ ラ 一 の 位置決 め を 行 う た め に 行 わ れ る 回 転角 検出 装置 と し て 第 1 図 に 示 し た よ う に ミ ラ ー 回 転軸 a の 周囲 に 静電容量 形 セ ン サ b を 配置 し た 低 ィ ナ.一 シ ャ タ イ プ の も の が あ る し か し 、 こ の 種 の 回転検 出 手段 で は検 出 分解能 が 0 . 0 0 5 度 と 小 さ い 点 は 優 れて い る が、 温度 ド リ フ ト が 0 . 0 3 ° / •C と 大 き い欠点が あ る 。 ま た 、 ミ ラ ー の 位置決 め の た め 回 転角 検 出 手段 と し て 、 第 2 図 に 示 し た よ う に 、 ミ ラ ー 回転軸 c か ら 離れ た 位置 に 投光素子 d と 受光素子 e と を 配置 し 、 前記 回 転軸 c の 変位角 度を 受光素子 e で 検知 す る よ う に し た も の が知 ら れ て い る 。 し か し 、 こ れ も 低 ィ ナ ー シ ャ の タ ィ プ で 検出 分解能 が高 い 点 は優れて い る が 検出 範囲 が狭 く 、 直線性が悪 い 欠点が あ る 。 発 明 の 開 示

こ の 発 明 は、 上記 よ う 'な 事情 に 鑑み て な さ れ た も の で 第一 の 目 的 は、 立 ち 上力 り の よ い 高速応答を な し 得 る と と も に 、 位置決 め 精度を 温度 の 変化 に 関係 な く 常 に 一定 力、 つ 高水 準 に す る こ と が で き る レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置 を 提 供 し ょ う と す る も の で あ る 。 ま た 、 第 二 の 目 的 は 、 前記 レ ー ザ ス キ ャ ナ 装 置 に お け る 出 力 蚰検 出 で の 回 転角 検 出 出 力 の 直線性 を 向 上 さ せ る こ と が で き る レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置 を 提供 す る こ と に あ る 。

上記 目 的 を 達成 す る た め に 、 本 発 明 に 係 る レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置 は 、 入力 さ れ た 駆動信号 に 対応 す る 直勳変位 を 発生 す る 圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ と 、 圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ の 直動変位 を 回 転 変 位 に 変 換 す る 直動 回 転変 換 部 材 と 、 そ の 出 力 蚰 に 前記偏光 ミ ラ ー の 面'転軸 が連結 さ れ、 前記 直 動 回 転変 換部材 の 回 転変 位 を 増幅 す る 変位 増幅 機構 と 、 前記圧電 ァ ク チ ユ エ 一 タ に 偏光 ミ ラ 一 を 回 転 Μ動 す る 駆 動信号を 入力 す る 制御手段 と か ら 構成 し た 。 す な わ ち 、 本発 明 は従来 の 磁力 に よ る 回 転入力 に 代 え て 、 応 答 性 に 優 れ た 圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ を 用 い 、 こ の 圧 電 ァ ク チ ユ エ ー タ の 直動変位 を 直動 回 転 変換部材 に よ っ て 回 転変位 に 変 換 し て ミ ラ ー の 偏 光 を 行 わ せ る よ う に し た も の で あ る こ の 場合 に お い て 、 圧電 ァ ク チ ュ エ ー タ は ジ ノレ コ ン チ タ ン 酸鉛等 の 圧電素 子材料 の 薄扳 を 積層 し て 形 成 し た も の で 、 ミ ラ ー 回 転量 に 応 じ た 制 御電圧 を 印 加 し 、 制御 量 に 応 じ た 直動変 位 を 生 じ さ せ る 'よ う に す る 。 ま た 、 直動 回 転変換部材 と し て は 、 ミ ラ ー 回 転軸 あ る い は こ れ に 連動 す る 回転蚰 に 対 し て 取 り 付 け ら れ る レ バ一部 材 に よ っ て 構成 す れ ば よ い が、 こ の レ バ 一 部材 の一 a而 前記圧電 ァ ク チ ユ エ一タ を 当 接 さ せ て 直動変位 が面転軸 の 正転方向 と な る よ う に し 、 ま た レ パ ―部材 の 他.端 に は圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ に よ る 面 転方 向 と 逆方 向 に 回 転作用 を 生 じ さ せ る 弾性体 を 当 接 さ せ る よ う に す る 。 こ の よ う に す る こ と に よ り 、 圧電 ァ ク チ ュ エ ー タ と レ バ 一 部材 と を 密着保持 さ せ る こ と がで き 、 両者 の 間 に 遊び が な く な つ て圧電 ァ ク チ ユ エ一タ の 直動量 と 回 転軸 の 回 転量 と を 確実 に 1 対

1 に 対応 さ せ る こ と がで き る 。 ま た 、 圧電 ァ ク チ ユ エ一 タ の 直動変位量 は比較的小 さ い の で 、 こ の 発 明 で は変位 増幅機構 を 設 け て い る 。 こ の 変位増 幅機構 は 、 楕円 状 の カ ム お よ び 当 該.力 ム の 外周 に 取 り 付 け ら れ た ボー ル ベ ア リ ン グを有す る 第 1 の 軸 と 、 当 該第 1 の 軸 の ボ ー ノレ ベ ア -リ ン グが 内 周 面 に 当 接 さ れ外周面 に 歯が形成 さ れ た 弾性 体か ら な る 第 2 の 軸 と 、 前記.第 2 の 軸 に形成 さ れ た 歯数 と 異 な る 齒数 を 有 し 、 第 2 の 軸 の 歯 と it み 合 わ れ る 1 が 内 周面 に 形成 さ れ た 翻体 か ら な る 第 3 の 軸 と を 備 え た 構成 と す る こ と が で き る 。 こ の 変位増幅機構 に お い て 、 第 3 の 軸 を 固定 し て 第 2 の 軸 を 入力 I& と し 、 第 1 の 出 力 軸 と す る よ う に 構成 す れ ば、 そ の 差動機構 に よ っ て 1 0 0 倍程度 の 大 き な 増幅率 を 得 と がで き 、 圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ に よ る 小 さ い 変位 も 支 障な く 適正 に フ ^_ feu t に適用 す る こ と がで き る 。

ま た 、 上記 レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置 に お い て 、 回 転軸 の 回 転変位検 出 は 、 回 転軸 に 取 り 付 け ら れ た レ 一部材 の 回 動量 を 検知 す る こ と で 可能 と、な る の で 、 こ の レ バ ー 部材 に ブ ラ ケ ッ ト を 取 り 付 け て レ バ 一 部材 と と も に 回 転 す る よ う に し ， ブ ラ ケ ッ 卜 の 回 転前方位置 に 対面 し て 非 接触 式 の 距離 セ ン サ 本体 を 固定配 置 し た 構成 と す る こ と 力 で き る 。 こ の セ ン サ は 渦電流型 の 非接触式 リ ニ ァ セ ン サ と し 、 前 記 ブ ラ ケ ッ ト と セ ン サ 本体 の 間隔に比例した センサコイルのイ ンピーダンス変化 を 検 出 す る こ と に よ り 回 転変位 を 検知 す る こ と が で き る 。 こ の よ う な 回 転 検 出 手段 は 上 記 の よ う に 圧 電 ァ ク チ ユ エ ー タ に よ り 回 転 さ れ る 入力 軸 に 付帯 さ せ る こ と が で き る が、 こ れ は 偏 光 ミ ラ ー が取 り 付 け ら れ る 出 力 軸 で あ る 変位増幅機構 の 第 1 の 軸 に 付帯 さ せ て も よ い 。 こ の 場 合、 特 に β カ 蚰 に ビ 二 オ ン を 取 り 付 け る と と も に 、 こ れ に 嚙 み 合 う ラ ッ ク を 設 け て ビ ニ オ ン ラ ッ ク 機構 を 構成 し 、 ラ ッ ク の 直動 変位 を 検知 し て ミ ラ ー の 回 転変位 を 検 出 す る よ う に す る こ と が で き る 。 こ の 場 合 に も 、 ラ ッ ク の 端部 に 非接触式 の リ ユ ア セ ン サ を 配 置 し 、 センサ本体との間隔をセンサコイルの ィンピ一ダンスの変化として検知すればよい。

そ し て 、 上 記 の 方法 に よ り 検知 さ れ た ミ ラ ー の 回 転変 位 は 前記偏光 ミ ラ ー を 画 転駆動 す る 指 令信号 を 発生 す る 指令手段 の 出 力 に フ ィ ー ド バ ッ ク し 、 偏差 を 捕正信号 と し て 圧電 ァ ク チ ユ エ 一 タ 'に 入力 す る よ う に れ ば、 正確 な ミ ラ 一 偏 光 制御 を 行 わ せ る こ と が で き る 。

上記構成 に よ れ ば、 圧電 ァ ク チ ュ ヱ ー タ の 微小 直動 変 位 は 直勖回 転変換部材 に よ っ て 面転変位 に 変換 さ れ、 こ の 回 転変位 は さ ら に 変位増幅機構 に よ っ て 増幅 さ れ、 該 増幅 さ れ た 回 転 に よ っ て 偏光 ミ ラ ー が面 転 さ れ、 ミ ラ ー の 画転量 は 回 転検知機構 に よ つ て 検知 さ れつ つ 入力 信号 に フ ィ ー ド ノ ' ッ ク さ れて 補正 さ れ る の で 、 非常 に 高応答 特性で 、 高 い 精度の レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置 と す る こ と が で き る 。

す な わ ち 、 本発 明 に よ れ ば、 圧電 ァ ク チ ユ エ 一 夕 の 直 動変位 を 面転変位 に 変換か つ 拡大 し て 偏光 ミ ラ ー を 面転 動 ·す る よ う に し た の で 、 立 ち 上が り の よ い 高速応答 を な し 得 る と と も に 、 位 s決 め 精度 を 温度 に 関係 な く 常 に 一定 で き 、 さ ら に 高精度 の レ ー ザ加工を な し 得 る 。 よ つ て レ ーザ加工機.と し て の 生産性 お よ び加工対象 を 拡大す る こ と が で き る 。 図面 の 簡単 な 説 明

第 1 図 ば レ ー.ザ ス キ ャ ナ 装置 に 適用 さ れて い る 従来 の 偏光 ミ ラ ー の HI 転検知機構 の 説 明 用 側面図、 第 2 図 は 同 他 の 従来例 に 係 る 回 転検知 機構 の 斜視図、 第 3 図 は こ の 発明 の 実施例 に つ い て 機構 部分 の 構成 を 示す縦断面図、 第 4 図 は そ の 横断面図、 第 5 図 は差動増 速機 の 内 部機構 を 示す 断面図 、 第 6 図 は差動 增速機 の 駆動態様 の 一例 を 示す 図 、 第 7 図 は実施例 の 制御 系 部分 の 構成例 を 示す ブ ロ ッ ク 図、 第 8 図 は直動 一 回 転変換式を 説 明 す る た め の 図、 第 9 図 は実施例 の 動 作を 説 明 す る た め の フ ロ ー チ ヤ ー ト 、 第 1 0 図 は ミ ラ ー 偏光 軸 の 回 転検 出 機構 の 横断面 図、 第 1 1 図 は 同 回 転検 出 機構 を 組 み 込 ん だ レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置 の 全体構成 ブ ロ ッ ク 図、 第 1 2 図 は 同 回 転検 出 機構 の 動作 フ ロ ー チ ヤ 一 ト で あ る 。 発 明 を 実 施 す る た め の 最良 の 形 態

以下、 こ の 発 明 を 添付図 面 に 示 す 実施例 に し た が っ て 詳細 に 説 明 す る 。

第 3 図 は こ の 発 明 に か か る レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置 の 機構 部 の 一実施例 を 示 す 縦断面図 、 第 4 図 は そ の 横断面図 で あ る 。

. こ の ス キ ャ ナ 装置 は ミ ラ 一 1 、 変位 増 幅機構 と し て の 差動增速機 2 、 レ ノ、'一 3 、 圧 電 ァ ク チ ユ エ ー タ 4 、 反 カ ノ ネ 5 、 位置 セ ン サ 6 、 ブ ラ ケ ッ ト 7 等 か ら 構成 さ れ て い る 。

圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ 4 は 、 後述す る 制御 回 路 3 0 に よ つ て 作動 さ れ る も の で 、 入力 さ れ た 駆動 信号 に 対応 す る 直動変位 （ 矢 印 A 方 向 ） を 発 生 す る 。 こ の 圧 電 ァ ク チ ュ エ ー タ 4 は他 の ァ ク チ ユ エ 一 タ に 比 べ て 大 き な 駆動力 お よ び高速応答 （ 1 K H _Z 以上 ） が得 ら れ る と い う 利 点 を も っ て い る 。 圧 電 ァ ク チ ユ エ ー タ 4 は 、 ピ ン 8 を 介 し て レ ノ、 '一 3 に 当 接 し て い る 。

レ ノ 一 3 は 、 軸 9 に 固定 さ れ、 蚰 9 を 中 心 に 回 転 自 在 一 - 一

と な つ て お り 、 そ の 側面 に L 字状 の ブ ラ ケ ッ ト 7 が取 り 付 け ら れて い る 。 軸 9 は後述す る 差勳増速機 2 の 入力 軸 ( 低速軸 ） と な つ て い る 。 ま た 、 レ ノ、 '一 3 に は ピ ス ト ン 1 0 を 介 し て 反力 バ % 5 の 力 が矢印 B 方向 に 作用 し て お

¾ 、 レ バ一 3 は圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ 4 の 変位 に よ っ て 反 時計方 向 に 回 転す る 力 を 受 け る と と も に 、 ノ ネ 5 の 反力 に よ つ て 時計方 向 に 面 転す る 力 を 受 け て い る 。

す な わ ち 、 レ ノヾ一 3 は圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ 4 の 直動変 厶 z を 回 転変位 Δ 0 に 変換 す る も の で あ る 。 第 8 図 に 示す よ う に 、 軸 9 の 中心か ら 圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ 4 の 中 心線 ま で の 距離を L と す る と 、 回 転変位 厶 は以下 の 閡 係式 で 表 さ れ る _β

Δ = 厶 % / L

非接触式 の h セ ン サ 6 は、 前記 レ ノ 一 3 に 取 り 付 け ら れ た ブ ラ ケ 'ン 卜 7 ま で の 距離 △ X を 計測 し 、 該検出 し た 距離 Δ X に 対応 す る 信号 V s ( = k , Δ X ) を 後述す る 制櫛 面 路 3 0 ( 第 7 図 ） に 入力 す る 。

次 に差動增速機 2 は、 レ バ ー 3 の 微小 画 動変位を 増幅 す る も の で 、 第 5 図 に 示 す よ う に 、 内 輪軸 2 0 、 中 間輪 ス プ ラ イ ン 2 1 お よ び外輪 ス プ ラ イ ン 2 2 で 構成 さ れて い る 。 内 輪軸 2 0 ば楕 円 状 の カ ム 2 3 と 、 そ の 外周 に 固 定 さ れ た ボ一ル ベ ア リ ン グ 2 4 に よ っ て 構成 さ れて い る 中間輪 ス プ ラ イ ン 2 1 は薄 い 肉 厚 の 円 柱状 の 金属製弾性 体 そ の外周 に は 、 齒数 ) が形成 さ れて い る 。 外輪 ス プ ラ イ ン 2 2 は リ ン グ 状 の 剛 体 で あ り 、 そ の 内 周 に は 中 間輪 ス プ ラ イ ン 2 1 と 同 ピ ッ チ の 歯 （ 歯数 Z ₂ ) が形 成 さ れ て い る 。 外 輪 ス プ ラ イ ン 2 2 と 中 間輪 ス プ ラ イ ン 2 1 の 歯数 の 閔係 は Z ₂ = Z 1 + ri と な っ て お り 、 両 者 に は n 個 の 齒数差 が設 け ら れ て い る 。

力ヽ カヽ る 勳増速機 2 の 原理 を 減速 の 場合 に つ い て 簡単 に 説 明 す る と 、 外輪/ス プ ラ イ ン 2 2 を 固定 し た 状態 で 内 輪軸 2 0 を 回 す と 中 間輪 ス プ ラ イ ン 2 1 が弾性変形 し 、 中 間輪 ス プ ラ イ ン 2 1 と 外輪—ス プ ラ イ ン 2 2 と の 歯 合位 置 が順 次移動 し て い く 。 中 間輪 ス プ ラ イ ン 2 1 は 外輪 ス フ ' ラ イ ン 2 2 よ り 歯数 が n 個少 な い の で 、 内 輪軸 2 0 が 1 回 転 し た と き 中 間輪 ス フ ' ラ イ ン 2 1 は そ の 歯数 n に 対 応す る 角 度 だ け 、 内 輪軸 2 0 の 回 転 方 向 と は 逆方 向 に 回 転 す る 。 す な わ ち 、 外輪 ス プ ラ イ ン 2 2 を 固定 し 、 内 輪 軸 2 0 を 入力 軸 と し 、 中 間輪 ス プ ラ イ ン 2 1 を 出 力 す る と 、 減速比 i = - ( Z 2 . — τ、 — η / Ζ , の 減速 を な し 得 る 。

増速 の 場合 は 、 上記 と は 逆 で あ り 、 第 6 図 に 示 す よ う に 、 外輪 ス フ' ラ イ ン 2 2 を 固 定 し 、 中 間輪 ス フ' ラ イ ン 2

1 を 入力 軸 と し 、 内 輪軸 2 0 を 出 力 蚰 と す る こ と に よ り 増 速比 i = - Z ノ n の 増速 を な し 得 る 。

第 3 図 に 示 し た 差動増速機 2 は 第 6 図 に 示 し た も の と 同 様 の 增幅構成 を と つ て お り 、 外輪 ス プ ラ イ ン 2 2 を 固 定 し 、 中 間 輪 ス フ' ラ イ ン 2 1 を 低速 入 力 蚰 9 に 結 合 し 、 内 輪軸 2 0 を 高速 出 力 1 1 に 結 合 し て あ る 。 し た 力く つ て 、 レ ノ ー 3 が 厶 0 回 転変位す る と 、 こ の 回 転変位 Δ Θ が低速入力 軸 9 を 回 転差動增速機 2 に 伝 え ら れ る こ と に よ り 、 差動増速機 2 の 高速 出 力 軸 1 1 は、 前記 面 転変'位 厶 Θ と は逆方 向 に

Θ = ( Δ 5 X Z t / n )

だ け増幅 回転 さ れ る こ と に な る 。 こ の 差勳増速機 2 に よ れ ば 1 0 0 倍程度 の大 き な増 幅率 を 簡単 に 得 る こ と がで き る

差動増連機 2 の 高速 出 力軸 1 1 に は、 偏光 ミ ラ 一 1 が 取 り 付 け ら れて お り 、 該偏光 ミ ラ ー 1 の 回 転 に よ っ て 図 示 し な い レ ー ザ発生源か.ら 入射 さ れ た レ ー ザ 光が偏光走 查 さ れ る 。

第 7 図 は 制 m系 の 構成 を 示す も の で 、 前述 し た 位置 セ ン サ 6 の 検岀 出 力 V s ( = Κ , Δ X ) は比較器 4 0 に 入力 さ れ て い る 。 比較器 4 0 に は 、 指令部 5 0 か ら 偏光 ミ ラ 一 1 を 面転 す る た め の 指 令信号 V c が入力 さ れて お り 、 比較器 4 0 は こ れ ら の 偏差 Δ ν ( = V c - V s ) を と つ て 、 こ れ を 制御回路 3 0 に 入力 す る 。 制御 面 路 3 0 は入 力 さ れ た 偏差信号 Δ V を 圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ 4 の 躯動信 号 と し て ハ ' ヮ 一ア ン プ 6 0 に 入力 す る 。 パ ヮ — ァ ン フ' 6

0 で 增幅 さ れ た 信号 K 2 は圧電 ァ ク チ ュ エ ー タ 4 に 入力 さ れ る 。

か か る 実施例構成 の 作用 を 第 9 図 の フ ロ ー チ ヤ 一 ト を 参 照 し て 説 明 す る 。

レ一ザ ス キ ャ ナ 装置 の 駆勖 開始 に 伴 い 、 指 令 部 5 0 か ら 百 標 回 転 角 Θ に 対 応 す る 指令信号 V c が比較.器 4 0 に 入力 さ れ 、 比較器 4 0 で 求 め ら れ位 置 セ ン サ 6 の 検 出 出 力 V s と の ίϊ差信号 Δ V ( = V c - V s ) が、 制御 回 路

3 0 力、 ら ノヾ ヮ — ア ン プ 6 0 に 入力 さ れ る （ ス テ ツ フ · 1 0 ひ 、 1 1 0 ) 。 パ ワ ー マ ン プ 6 0 は こ の 偏 差信号 A V を 増幅 し 、 該増 幅 し た 出 力 Κ ζ Δ ν を 圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ

4 に 入 力 す る ( ス テ ッ プ 1 2 0 )

の 駆勳倌号 Κ ₂ Δ V の 入力 に よ り 、 圧電 ァ ク チ ユ エ 一タ 4 は該信号 Κ ₂ Δ V に 対応 す る 矢 印 Α 方 向 に 沿 つ た

'直動変位 Δ χ を 発生 す る ( ス テ ッ プ 1 3 0 ) 。 そ し て こ の 変位 厶 ； t に. よ っ て レ ノ — 3 が 厶 ( = Δ % / L ) だ け 回 転 す る （ ス テ ツ プ 1 4 0 ) - 。 さ ら に 、 こ の レ ノ 一 3 の 回 転差動增速機 2 に よ つ て 変 位拡大 さ れ、 該拡大 さ れ た 回 転変位 に よ つ て 偏光 ミ ラ 一 1 が 面 転 さ れ る （ ス テ ッ プ 1 5 0 ) 。

方、 上記 力作 に 伴 つ て 位置 セ ン サ 6 は レ ノ 一 3 に 取 り 付 け ら れ た フ' ラ ケ ッ ト 7 ま で の 距離 △ X を 計測 し て お

¾ 、 該計測値△ X に 対応 す る 信号 V s ( = K , 厶 X ) を 比較器 4 0 を 介 し て 制 御 回 路 3 0 に 入 力 し て い る （ ス テ ッ プ 1 6 0 ) 。 制御 回 路 '3 0 は 、 指令信号 V c と フ ィ 一 ド バ ッ ク is TJ V s と の 偏差 △ V が零 に な つ た か否 か を 判 定 し て お り （ ス テ ッ プ 1 7 0 ) 、 厶 V が零 に な る ま で 偏 差 万 Δ V を 圧電 ァ ク チ ュ ェ 一 タ 4 に 入力 す る （ ス テ ツ ブ 1 9 0 ) 。 そ し て、 Δ V = 0 に な つ た 時点 で 今面 の 位 置決 め 制御 を 終了 す る （ ス テ ツ ブ 1 8 0 )

かか る 実施例構成 に よ れ ば、、 髙速応答性 を 実現す る た め に 圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ 4 を 駆動源 と し て 使用 す る よ う に し た の で 、 大 き な II動力 と 最高 2 0 0 H z 程度 の 高速 応答が実現 で き る と と も に 、 面転 の 立 ち 上が り が同一 ス キ ヤ ナ 角 の 比較 に お い て 従来装置 よ り 2 〜 3 倍速 く な る ま た 、 レ バ ー 3 と 差動増速機 2 に よ っ て 圧電 ァ ク チ ュ エ ー タ の 直動変位を 面転変位に 変換か つ 増幅 す る よ う に し た の で 大 き な 増幅率 （ 1 0 0 倍程度 ） を得 ら れ る 。 さ ら に 、 レ バ一 3 に 取 り 付 け た ブ ラ ケ y 卜 1 の 変位を 非接 触式 の 位置 セ ン サ 6 よ つ て 検出 す る よ う に し た の で 、 ス キ ヤ ナ 機構 の 動特性 に何 の 影響を 与 え る こ と な く 変位 を 検出 で き 、 さ ら に 、 こ の 変位 を 指 令信号 に フ ィ 一 ド バ ッ ク す る よ う に し た の で 、 髙速か つ ド リ フ ト の な い 、 再 現性 の よ い ( ± 0 . 0 2 mm ) 位置決 め 制御 を な し 得 る 。

な お、 本発明 は前述 し た 実施例 に 適宜 の 変更 を 加 え 得 る も の で あ り 、 例 え ば直動変位 を 回 転変位 に 変換が拡大 す る 機構 と し て 他 に ボ一ル ス ク リ ュ 一 等 を 用 い る よ う に し て も よ い

さ ら に 、 差動 増 速機 2 ·の 増速 の た め の 構成 も 、 第 6 図 に 示 し た も の の 他 に 、 例 え ば 内輪軸 2 0 を 固定 と し て 、 外輪 ス プ ラ ィ ン 2 2 を 入力 と し 、 中間輪 ス フ' ラ イ ン 2 1 を 出 力 と す る も. の 等、 種 々 の 変更 が で き 、 実施例 に 限 定 さ れ る も の で な い 。

ま た 、 位 置 セ ン サ 6 の 変位 検 出 の た め の 構成 も 実施 例 に 限定 さ れ る も の で な く 、 ミ ラ ー の 回転角 に 対応 す る'値 を 検 出 す る も の で あ れ ば、 他 の 任意 の 構成 を と つ て も よ い 。 こ の 例 を 第 1 0 図 〜 第 1 2 図 に よ っ て 説 明 す る 。 第 1 0 図 は こ の 実施例 の 回 転検 出 機構 を 示 す 平面図 で ミ ラ 一 1 が取 り 付 け ら れて い る 出 力 軸 1 1 に は 小歯車 7 1 が 固定 さ れ 、 更 に こ の 小歯 車 7 1 と 嚙 み合 っ て 直線運動 す る ラ ッ ク プ ラ ン ジ ャ 7 2 力く設 け ら れ て い る 。 ラ ッ ク フ' ラ ン ジ ャ 7 2 の 先端 に は 非接触式 リ ニ ア セ ン サ. 7 4 が固定 位置 で 対 面配 置 さ れ、 ミ ラ ー 1 の 回 転 に よ っ て 直動 す る ラ ッ ク ブ ラ ン ジ ャ 7 2 と の 間隔が 回 転量 に 比例 し て 変化 す.る も の と な っ て い る 。 第 1 1 図 は 第 1 0 図 に 示 す 検 出 機構 の 側面 図 に 入 出 力 回 路 を 組 み 合 わ せ た 図 で あ る 。

前記 ラ ッ ク フ ' ラ ン ジ ャ 7 2 に は 予 圧 ス プ リ ン グ 7 5 が 介装 さ れ、 小歯車 7 1 と の 嚙 み 合 い 部 で の ノ ッ ク ラ ッ シ ュ の 発生 を 防止 す る と と も に 、 適正 な 回 転追 随性 を も た せ て い る 。 ま た ラ ッ ク フ' ラ ン ジ ャ 7 2 に は ボ ー ノレ べ ァ リ ン グ 7 6 が装着 さ れ て 摺動 抵抗 が な い よ う に 調整 し て い る 。 な お 、 図 中 2 は 差 力増 幅機、 4 は 圧電 ァ ク チ ユ エ 一 タ 、 5 0 は 指 令 部、 4 0 'は 比 較器 、 3 0 は 制御 部、 6 0 は パ ワ ー ア ン プ で あ る 。 小歯車 7 1 は ミ ラ ー 1 の 出 力 蚰 1 1 に 同 蚰 固 定 さ れ、 ま た ラ ッ ク フ' ラ ン ジ ャ 7 2 と 嚙 み 合 っ て い る の で 、 小歯車 7 1 の 面 転角 △ S は、 小歯車 7 1 の ピ ッ チ 円 半径 を R と す れ ば、 厶 5 と し て 回 転角 厶 を 直線化 し て 検 出 で き る

こ の 例 の 回 転検出 機構 で は 、 ラ ッ ク ブ ラ ン ジ ャ 7 2 の 直動変位 Δ L を 非接触 セ ン サ 7 4 で 検出 す る 。 第 1 2 図 は指令部 8 1 か ら の 指令電圧入力 を V 。 （ ス テ ッ プ 2 0 0 ) と し た と き の ス キ ャ ナ 本体及 び 制御部 に お け る 入力 お よ び そ の 変換過程 （ ス テ ッ プ 2 1 0 〜 ス テ ッ プ 2 3 0 ) と 、 回路検出系 に お け る そ の 変換過程 と （ ス テ ッ プ 2 4 0 〜 ス テ ッ プ 2 5 0 ) . と を 示 し た も の で あ る 。 す な わ ち 、 最初指 令電圧 V 。 を 入力 し （ ス テ ッ プ 2 0 0 ) 、 パ ワ ー ア ン プ 6 0 か ら 圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ 4 に ノ、' ヮ 一 ァ ン フ · 6 0 の ゲ イ ン ( V Z V ) を 考慮 し て k t V 。 を 入力 す る （ ス テ ッ プ 2 1 0 ) 。 圧電 ァ ク チ ユ エ 一 タ 4 は こ の 入力 に よ り 変位 k ₂ V 。 を 発生す る （ ス テ ツ プ 2 2 0 ) 。 こ の 場合、 k ₂ は 圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ ゲ イ ン （ / m ノ V ) で あ る 。 こ れ に よ り 、 直動 面転変換 部材お よ び変位增幅機構 を 介 し て 出 力 回 転角 Δ 0 は、 Δ Θ = ₁ k ₂ k 3 V 。 と し て ミ ラ 一 の 回 転 に変換 さ れ る

( ス テ ッ プ 2 3 0 ) 。 k ₃ は 変換率 （ r a d / / m ) で あ る 。 回転検 出 機構で は、 回 転角 厶 6 を ラ ッ ク プ ラ ン ジ ャ 7 2 に よ っ て 直線移動 に 変換 し 、 こ れ は Δ L = R 厶 0 と し て 現 れ る （ ス テ ッ プ 2 4 0 ) 。 R は小歯車 7 1 の ピ ツ チ 半径で あ る 。 そ し て 、 非接触式 リ ニ ア セ ン サ 7 4 に 一 Γ 5

よ り 直勳変位 厶 L を 、 V _f = k 4 A L と し て 検 出 し て 出 力 す る （ ス テ ッ プ 2 5 0 ) 。 k ₄ は 非接触式 リ ニ ア セ ン サ 7 4 の ゲ イ ン （ V Z // m ) で あ る 。 最終 的 に リ ニ ャ セ ン サ 7 4 の 出 力 V _f と 指令入力 V 。 と が下 記 の よ う に 線 形 化 （ ス テ ツ フ' 2 6 0 ) さ れ る 。

V _f = k , - k z - k ₃ - k 4 · R V o 産業上 の 利 用 可能 性

以上 の よ う に 本発 明 に よ れ ば、 レ ー ザ光学 機器 を 使用 す る レ ー ザ 加 工 機 や 、 レ ー ザ マ 一 力 、 レ ー ザ ト リ ミ ン グ 等 の 半導体分野 、 あ る い は光 学事務機器、 そ の た 映像機 器等 の 光 偏光 に 有効 で あ り 、 そ の 高速応答 性 が要求 さ れ る ひ ろ い 分野 に 適用 す る こ と 力く で き る 。

Claims

請求 の 範囲

ω、 偏光 ミ ラ ー の 回 転駆動 に よ り レ バ 一 光 を 偏光走查 す る レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置 に お い て 、 入 力 さ れ た 駆動信号 に 対応す る 直動変位 を 発生す る 圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ と-、 圧電 ァ ク チ ュ エ ー タ の 直動変位 を 回 転変位 に 変換す る 直動面 転変換部材 と 、

そ の 出 力 軸 に前記偏光 ミ ラ ー の 回 転軸 が結合 さ れ、 前 記 直動 面転変換部材 の 回 転変位を増幅 す る 変位増幅機構 と 、

偏光 ミ ラ ー を 面転駆動 す る 馬区勳信号を 前記圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ に 入力 す る 制御 手段 と 、

を 備 え る レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置。

(2)、 前記変位増幅機構 は .

楕円 状 の カ ム 及び 該 カ ム の 外周 に取 り 付 け ら れ た ボ ー ル ベ ア リ ン グ を 有す る 第 1 の 軸 と 、

該第 1 の 軸 の ボ ー ル べ ァ リ ン グ が 内 周面 に 当 接 さ れ、 外周 面 に 歯が形成 さ れ た 弾性体 か ら 成 る 第 2 の 軸 と 、 前記第 2 の 軸 に 形成 さ れた 歯数 と 異 な る 歯数を 有 し 、 第 2 の 蚰 の 歯 と 歯 合 す る 歯 が 内 周面 に 形成 さ れ た 剛体 か ら な る 第 3 の 蚰 と 、

を 備え た 差勳增速機で あ る 請求項（1)記載 の レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置。

(3)、 前記差 動增 速機 は、 第 3 の 軸 が固定 さ れ、 第 2 の 敏が入力 軸 と な り 、 第 1 の 軸が 出 力 蚰 と な る 請求項（2)記 載 の レ ー ザ ス キ ャ ナ 装 置 。

(4)、 前記 直 動 回 転変換部材 は 、 正転方 向 に 前記圧電 ァ ク チ ユ エ ー タ の 力 が作用 さ れ、 逆転方 向 に 所定 の 弾性体 の 力 が作用 す る よ う 軸支 さ れ た レ バ 一 部材 で あ る 請求 項 (1)記載 の レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置。

(5)、 前記 制御手段 は、

前記 直動 回 転変換 .部材 の 面 転変位 を 検 出 す る 検 出 手段 と 、

前記 偏光 ミ ラ ー を 回 転駆動 す る 指 令信号 を 発生 す る 指 令手段 と 、

前記指令手段 の 出 力 と 前記検 出 手段 の 出 力 の 偏差 を 求 め 、 該偏差 を 前記 駆動信号 と し て 圧電 ァ ク チ ユ エ 一 夕 に 入力 す る 手段 と 、

を 備 え る 請 求 項（1)記載 の レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置。

(6)、 前記 制御手段 に お け る 回 転変位検 出 手段 は 、 圧電 ァ ク チ ユ エ 一 タ が 当 接 さ れ る 前記 レ バ 一 と 、 前記 レ バ ー の 回 転方 向 前方 に 位 置 し て そ の 対面間 距離 を 検 出 す る 非接触式 リ ニ ァ セ ン サ と 、

か ら 構成 さ れ て な る 請'求項（5) 記載 の レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置

(7)、 前記 制御手段 に お け る 回 転変位検 出 手段 は 、 偏光 ミ ラ ー が取 り 付 け ら れ る 回 転 軸 に 固定 し た 歯車 と 前記歯車 に 嚙 み 合 い 直線変位 に 変換 す る ラ ッ ク プ ラ ン ジ ャ と 、

前記， ラ ッ ク プ ラ ン ジ ャ の 直 動変位 を 検 出 す る 非接触式 リ ニ ア セ ン サ と 、

か ら 構成 さ れて な る 請求項（5)記載 の レ ー ザ ス キ ャ ナ 装置