JPH06214175A - レーザビーム走査装置 - Google Patents
レーザビーム走査装置Info
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- JPH06214175A JPH06214175A JP5307220A JP30722093A JPH06214175A JP H06214175 A JPH06214175 A JP H06214175A JP 5307220 A JP5307220 A JP 5307220A JP 30722093 A JP30722093 A JP 30722093A JP H06214175 A JPH06214175 A JP H06214175A
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/10—Scanning systems
- G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0825—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a flexible sheet or membrane, e.g. for varying the focus
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 簡単な構成で、小型化の可能な2次元レーザ
ビーム走査装置を提供すること。 【構成】 2次元レーザビーム走査装置40は支持台42に
自由端が振動可能に取付けられた可撓性フィルム状の圧
電バイモルフ44を有する。この圧電バイモルフ44の自由
端54にミラー60を取付け、電極46a 、46b 、48a 、48b
に駆動手段64、66からの発振信号電圧を印加して、ミラ
ー60を直交2方向A、Bへ同時に振動させる。このミラ
ー60への入射レーザビーム88を2次元的に走査される。
ビーム走査装置を提供すること。 【構成】 2次元レーザビーム走査装置40は支持台42に
自由端が振動可能に取付けられた可撓性フィルム状の圧
電バイモルフ44を有する。この圧電バイモルフ44の自由
端54にミラー60を取付け、電極46a 、46b 、48a 、48b
に駆動手段64、66からの発振信号電圧を印加して、ミラ
ー60を直交2方向A、Bへ同時に振動させる。このミラ
ー60への入射レーザビーム88を2次元的に走査される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザビーム走査装置、
特にレーザビームを同時に2方向に走査(スキャン)す
る2次元レーザビーム走査装置に関する。
特にレーザビームを同時に2方向に走査(スキャン)す
る2次元レーザビーム走査装置に関する。
【0002】
【従来の技術とその問題点】圧電(ピエゾエレクトリッ
ク)材料は業界で周知であり、広い分野で多用されてい
る。例えば鉛ジルコン酸チタン(PZT)等のセラミッ
ク製圧電材料は極めて硬質であり、多くの用途には不適
当である。圧電ポリマーは低密度でありセラミック圧電
材料より可撓性に富んでいる。多くの用途にセラミック
圧電材料に置換可能な圧電ポリマーの1つに塩化ポリビ
ニリデン(PVDF)がある。このPVDFはセラミッ
ク圧電材料とは著しく異なる特性を有する。例えば、P
VDFの荷電係数はPZTの約1/10である。更に、減
極(デポーラライズ)することなくPVDFに印加可能
な交流電界強度はセラミック圧電材料の約50倍である。
ク)材料は業界で周知であり、広い分野で多用されてい
る。例えば鉛ジルコン酸チタン(PZT)等のセラミッ
ク製圧電材料は極めて硬質であり、多くの用途には不適
当である。圧電ポリマーは低密度でありセラミック圧電
材料より可撓性に富んでいる。多くの用途にセラミック
圧電材料に置換可能な圧電ポリマーの1つに塩化ポリビ
ニリデン(PVDF)がある。このPVDFはセラミッ
ク圧電材料とは著しく異なる特性を有する。例えば、P
VDFの荷電係数はPZTの約1/10である。更に、減
極(デポーラライズ)することなくPVDFに印加可能
な交流電界強度はセラミック圧電材料の約50倍である。
【0003】PVDFは一般に厚さ5乃至100 μm (ミ
クロン)のフィルムとして製造される。図1A乃至図1Bは
斯るフィルムの周知の特性を図示する。典型的なPVD
Fフィルム10は、その上下面に被着された電極層12を有
し、このフィルム10の厚さ方向に電圧を印加可能にす
る。製造工程中に、フィルム10は図1Aに矢印で示す方向
に張力を加えてストレッチする。フィルム10の厚さ方向
に電圧を印加すると、その厚さ方向に電界が生じる。フ
ィルム10の分極方向(太い矢印)と電界の方向(細い矢
印)を図1に示す。図1Aに示す如く、フィルム10の分極
方向と同じであるとき、フィルム10はストレッチ方向に
伸び、逆に図1Bに示す如く電界と分極方向が反対である
と、電界によりフィルム10はストレッチ方向に縮められ
る。
クロン)のフィルムとして製造される。図1A乃至図1Bは
斯るフィルムの周知の特性を図示する。典型的なPVD
Fフィルム10は、その上下面に被着された電極層12を有
し、このフィルム10の厚さ方向に電圧を印加可能にす
る。製造工程中に、フィルム10は図1Aに矢印で示す方向
に張力を加えてストレッチする。フィルム10の厚さ方向
に電圧を印加すると、その厚さ方向に電界が生じる。フ
ィルム10の分極方向(太い矢印)と電界の方向(細い矢
印)を図1に示す。図1Aに示す如く、フィルム10の分極
方向と同じであるとき、フィルム10はストレッチ方向に
伸び、逆に図1Bに示す如く電界と分極方向が反対である
と、電界によりフィルム10はストレッチ方向に縮められ
る。
【0004】圧電ポリマーフィルム、特にPVDFフィ
ムはバイモルフとして魅力的な材料である。バイモルフ
は2枚の圧電フィルムを相互に接着又は固着させたもの
であり、これらフィルムに電界を印加すると、分極方向
が一方のフィルムでは電界方向と同じであり、他方のフ
ィルムでは反対方向となるようにしている。その結果、
一方のフィルムは伸び他方のフィルムは縮むので、バイ
モルフは一方向に曲がる(反る)こととなる。発振信号
をフィルム10に印加すると、フィルム10は交互に伸び縮
みしてバイモルフを発振(振動)させる。PVDFはそ
の可撓性故にバイモルフ用途に好適である。
ムはバイモルフとして魅力的な材料である。バイモルフ
は2枚の圧電フィルムを相互に接着又は固着させたもの
であり、これらフィルムに電界を印加すると、分極方向
が一方のフィルムでは電界方向と同じであり、他方のフ
ィルムでは反対方向となるようにしている。その結果、
一方のフィルムは伸び他方のフィルムは縮むので、バイ
モルフは一方向に曲がる(反る)こととなる。発振信号
をフィルム10に印加すると、フィルム10は交互に伸び縮
みしてバイモルフを発振(振動)させる。PVDFはそ
の可撓性故にバイモルフ用途に好適である。
【0005】図2は従来の典型的な圧電バイモルフ14の
構造及び動作を示す。図示の如く、バイモルフ14は支持
部材18に固定された片持ち梁端16と自由端20を有する。
バイモルフ14は第1圧電フィルム22と第2圧電フィルム
24を有し、相互にエポキシ等の適当な材料で接着され、
各フィルム22、24の接着面の電極層26は両フィルム22、
24間に共通接続されている。電圧源28が各フィルム22、
24の外面の電極層と共通電極層26間に結合され、各フィ
ルム22、24の厚さ方向に電圧を印加する。上述した如
く、これらフィルムは一方のフィルムでは電界方向と分
極方向が同じであり、他方のフィルムでは電界方向と分
極方向とが逆になるように配置して接着されている。交
流電圧が両フィルム22、24に印加されると、上下フィル
ム22、24を交互に伸長及び収縮を生じさせ、バイモルフ
14の自由端26をバイモルフ14の中心線を含む面Pに対し
て略法線方向Aに振動させる。この振動周波数は印加さ
れた電圧信号の周波数と等しい。
構造及び動作を示す。図示の如く、バイモルフ14は支持
部材18に固定された片持ち梁端16と自由端20を有する。
バイモルフ14は第1圧電フィルム22と第2圧電フィルム
24を有し、相互にエポキシ等の適当な材料で接着され、
各フィルム22、24の接着面の電極層26は両フィルム22、
24間に共通接続されている。電圧源28が各フィルム22、
24の外面の電極層と共通電極層26間に結合され、各フィ
ルム22、24の厚さ方向に電圧を印加する。上述した如
く、これらフィルムは一方のフィルムでは電界方向と分
極方向が同じであり、他方のフィルムでは電界方向と分
極方向とが逆になるように配置して接着されている。交
流電圧が両フィルム22、24に印加されると、上下フィル
ム22、24を交互に伸長及び収縮を生じさせ、バイモルフ
14の自由端26をバイモルフ14の中心線を含む面Pに対し
て略法線方向Aに振動させる。この振動周波数は印加さ
れた電圧信号の周波数と等しい。
【0006】最近、小売店等でしばしば見られるバーコ
ード読取装置の如き光走査装置の出現により、レーザビ
ームを比較的高速で走査することのできる小型且つ安価
なレーザビーム走査装置の必要性が生じた。上述した如
きバイモルフはレーザビーム走査装置に好適である。例
えば、ミラー(図示せず)がバイモルフ14の自由端26に
取付けられる。このミラーに入射するレーザビームはバ
イモルフ14の自由端26の振動方向に走査される。従っ
て、典型的な従来の片持ち梁状バイモルフはレーザビー
ムを一方向に走査するために使用可能である。しかし、
バーコード読取器(リーダ)は並列に配置された複数の
異なるバーコードを順次読取る為に、直交する2方向に
同時にレーザビームを走査することのできる装置が必要
となる。図2に示した如き片持ち梁状の圧電バイモルフ
では斯る用途には不適当である。
ード読取装置の如き光走査装置の出現により、レーザビ
ームを比較的高速で走査することのできる小型且つ安価
なレーザビーム走査装置の必要性が生じた。上述した如
きバイモルフはレーザビーム走査装置に好適である。例
えば、ミラー(図示せず)がバイモルフ14の自由端26に
取付けられる。このミラーに入射するレーザビームはバ
イモルフ14の自由端26の振動方向に走査される。従っ
て、典型的な従来の片持ち梁状バイモルフはレーザビー
ムを一方向に走査するために使用可能である。しかし、
バーコード読取器(リーダ)は並列に配置された複数の
異なるバーコードを順次読取る為に、直交する2方向に
同時にレーザビームを走査することのできる装置が必要
となる。図2に示した如き片持ち梁状の圧電バイモルフ
では斯る用途には不適当である。
【0007】レーザビームを走査する種々の装置が周知
である。例えば、米国特許第3,757,199 号は一端が支持
体に片持ち梁状に形成された1対の圧電フィルムトラン
スデューサ(変換器)より成るレーザビーム走査装置を
開示している。この他端は離間してミラーの裏面にヒン
ジ固定され、ミラーをトランスデューサに対して回動可
能にしている。この米国特許の走査装置は、圧電フィル
ムが曲がらず一方の伸びと他方の縮みによりヒンジ結合
されたミラーをその面の中心軸の回りで回転させる点で
バイモルフと異なる。この走査装置は1次元のレーザビ
ーム走査には好適であるが、2次元走査は不可能であ
る。
である。例えば、米国特許第3,757,199 号は一端が支持
体に片持ち梁状に形成された1対の圧電フィルムトラン
スデューサ(変換器)より成るレーザビーム走査装置を
開示している。この他端は離間してミラーの裏面にヒン
ジ固定され、ミラーをトランスデューサに対して回動可
能にしている。この米国特許の走査装置は、圧電フィル
ムが曲がらず一方の伸びと他方の縮みによりヒンジ結合
されたミラーをその面の中心軸の回りで回転させる点で
バイモルフと異なる。この走査装置は1次元のレーザビ
ーム走査には好適であるが、2次元走査は不可能であ
る。
【0008】米国特許第4,778,233 号は反射面が取付け
られた延長部材に旋回可能に取付けられているレーザビ
ーム走査装置を開示している。圧電結晶がこの延長部材
に当接し、印加電圧による結晶の変形が延長部材を旋回
させるように構成されている。しかし、先の米国特許第
3,757,199 号と同様に、この装置にあっても2次元走査
が不可能である。
られた延長部材に旋回可能に取付けられているレーザビ
ーム走査装置を開示している。圧電結晶がこの延長部材
に当接し、印加電圧による結晶の変形が延長部材を旋回
させるように構成されている。しかし、先の米国特許第
3,757,199 号と同様に、この装置にあっても2次元走査
が不可能である。
【0009】また、米国特許第4,775,815 号及び同第4,
917,484 号は高エネルギーのレーザビームがかじ取りミ
ラーのダイナミックマウント及びアクチュエータ(駆動
装置)を開示している。これら米国特許の装置は航空機
又は宇宙衛星に使用されるミリラジアンという極めて高
精度のミラー運動用に設計されている。この複雑な装置
は3個の圧電シアモータを筒状マウントに120 °の角度
おきに取付けられている。この装置では2次元走査は可
能であるが、バーコード読取り等の用途を念頭に設計さ
れておらず、極めて複雑且つ大型であって、これらの用
途には不適切である。
917,484 号は高エネルギーのレーザビームがかじ取りミ
ラーのダイナミックマウント及びアクチュエータ(駆動
装置)を開示している。これら米国特許の装置は航空機
又は宇宙衛星に使用されるミリラジアンという極めて高
精度のミラー運動用に設計されている。この複雑な装置
は3個の圧電シアモータを筒状マウントに120 °の角度
おきに取付けられている。この装置では2次元走査は可
能であるが、バーコード読取り等の用途を念頭に設計さ
れておらず、極めて複雑且つ大型であって、これらの用
途には不適切である。
【0010】更に、米国特許第4,251,798 号はバーコー
ド読取装置に使用する2次元レーザビーム走査ヘッドを
開示している。このヘッドは回転多角形車輪を使用し、
各車輪の各面にミラーを有し、レーザビームをX軸方向
に走査する。単一のバイモルフを使用してY軸走査を行
う。更に、この米国特許第ではバイモルフをX軸及びY
軸走査に使用可能であり且つ所定機械設計の単一のバイ
モルフが使用でき、両軸方向に電気的に駆動されると述
べている。しかし、この米国特許のどこにも斯る単一又
は2個のバイモルフ実施例の設計につき開示又は説明が
ない。且つこの米国特許はPVDFポリマー圧電フィル
ム等の使用を教示していない。
ド読取装置に使用する2次元レーザビーム走査ヘッドを
開示している。このヘッドは回転多角形車輪を使用し、
各車輪の各面にミラーを有し、レーザビームをX軸方向
に走査する。単一のバイモルフを使用してY軸走査を行
う。更に、この米国特許第ではバイモルフをX軸及びY
軸走査に使用可能であり且つ所定機械設計の単一のバイ
モルフが使用でき、両軸方向に電気的に駆動されると述
べている。しかし、この米国特許のどこにも斯る単一又
は2個のバイモルフ実施例の設計につき開示又は説明が
ない。且つこの米国特許はPVDFポリマー圧電フィル
ム等の使用を教示していない。
【0011】米国特許第4,387,297 号及び同第4,496,83
1 号にはペンタバイモルフ走査素子(図15図) を開示し
ている。これら米国特許は、1個のペンタバイモルフ走
査素子をX軸走査に、他の素子をY軸走査に使用すると
記載している。ペンタバイモルフ素子は印加電圧に応じ
て反復的に振動する1対の振動素子から構成されてい
る。各バイモルフは一端を支持体に固定し、それらの上
端に45°の角度をなすようにミラーが取付けられてい
る。バイモルフは音叉と同様方法で同一面で振動する。
2個のバイモルフを使用して一方向への走査角を増加す
る。その理由は、1個のバイモルフは大きな偏向角が得
られない為である。よって、第2ミラーは第1ミラーと
同一方向に偏向させて単に走査角度を増大する作用をす
るのみである。単一のペンタバイモルフでは2次元走査
が行えず、むしろ、説明によると2次元走査を行うには
2個のペンタバイモルフを使用しなければならない。よ
って、2次元走査は可能であるが、2個のペンタバイモ
ルフが必須であるので、2次元走査装置を得るには高
価、複雑且つ大型となるという欠点がある。
1 号にはペンタバイモルフ走査素子(図15図) を開示し
ている。これら米国特許は、1個のペンタバイモルフ走
査素子をX軸走査に、他の素子をY軸走査に使用すると
記載している。ペンタバイモルフ素子は印加電圧に応じ
て反復的に振動する1対の振動素子から構成されてい
る。各バイモルフは一端を支持体に固定し、それらの上
端に45°の角度をなすようにミラーが取付けられてい
る。バイモルフは音叉と同様方法で同一面で振動する。
2個のバイモルフを使用して一方向への走査角を増加す
る。その理由は、1個のバイモルフは大きな偏向角が得
られない為である。よって、第2ミラーは第1ミラーと
同一方向に偏向させて単に走査角度を増大する作用をす
るのみである。単一のペンタバイモルフでは2次元走査
が行えず、むしろ、説明によると2次元走査を行うには
2個のペンタバイモルフを使用しなければならない。よ
って、2次元走査は可能であるが、2個のペンタバイモ
ルフが必須であるので、2次元走査装置を得るには高
価、複雑且つ大型となるという欠点がある。
【0012】従って、小型且つ簡単な構成でレーザビー
ムを同時に2方向に走査することができるレーザビーム
走査装置を提供することを本発明の目的とする。
ムを同時に2方向に走査することができるレーザビーム
走査装置を提供することを本発明の目的とする。
【0013】
【課題解決の為の手段及び作用】上述した課題を解決
し、且つ上述の目的を達成する為に本発明は特にPVD
Fを可とする圧電フィルムの優れた特性を最大限に活用
してレーザビームを2方向に走査する走査装置を実現す
る。
し、且つ上述の目的を達成する為に本発明は特にPVD
Fを可とする圧電フィルムの優れた特性を最大限に活用
してレーザビームを2方向に走査する走査装置を実現す
る。
【0014】1実施例にあっては、本発明のレーザビー
ム走査装置は支持ベースと、この支持ベースに配置した
連続的に接着した4枚の圧電層を有する圧電バイモルフ
構体とより成る。各層は支持ベースの長手方向の長さ、
それに直交方向の幅、及び支持ベースの幅方向の厚さを
有する。バイモルフ構体の外側の2層は内側の2層より
も長さが短く、固着された内外層が4層のバイモルフ部
を形成し、内側の2層が長さ方向に外側の2層を超えて
延び自由端を有する2層バイモルフ部を構成するように
外側2層を内側2層に固着している。4層部は支持ベー
スに第1長手縁に沿って固定されている。4層部の第2
長手縁は自由端縁を形成する。2層部の自由端は略90°
曲げて、2層部の自由端が支持ベースの幅方向に延びる
ようにする。
ム走査装置は支持ベースと、この支持ベースに配置した
連続的に接着した4枚の圧電層を有する圧電バイモルフ
構体とより成る。各層は支持ベースの長手方向の長さ、
それに直交方向の幅、及び支持ベースの幅方向の厚さを
有する。バイモルフ構体の外側の2層は内側の2層より
も長さが短く、固着された内外層が4層のバイモルフ部
を形成し、内側の2層が長さ方向に外側の2層を超えて
延び自由端を有する2層バイモルフ部を構成するように
外側2層を内側2層に固着している。4層部は支持ベー
スに第1長手縁に沿って固定されている。4層部の第2
長手縁は自由端縁を形成する。2層部の自由端は略90°
曲げて、2層部の自由端が支持ベースの幅方向に延びる
ようにする。
【0015】ミラーを2層バイモルフ部の自由端に取付
け、入射先を反射するようにする。4圧電層に電極手段
が接続され、バイモルフ構体に電気信号を印加し、4層
部の自由縁を支持ベースの幅方向に振動させ、曲げられ
た2層部の自由端を4層部の自由端の振動方向に直交方
向に振動させる。4層部の自由縁と2層部の自由端の直
交振動はミラーに機械的に伝達される。従って、ミラー
への入射光は直交する2方向に同時に走査される。
け、入射先を反射するようにする。4圧電層に電極手段
が接続され、バイモルフ構体に電気信号を印加し、4層
部の自由縁を支持ベースの幅方向に振動させ、曲げられ
た2層部の自由端を4層部の自由端の振動方向に直交方
向に振動させる。4層部の自由縁と2層部の自由端の直
交振動はミラーに機械的に伝達される。従って、ミラー
への入射光は直交する2方向に同時に走査される。
【0016】好ましくは、2層及び4層バイモルフ部は
異なる共振周波数を有する。斯る場合、印加信号は好ま
しくは第1及び第2周波数成分を有する。第1周波数成
分は一方のバイモルフ部の共振周波数と略等く、第2周
波数成分は他のバイモルフ部の共振周波数と略等しい。
好ましくは、4層バイモルフ部の共振周波数は2層バイ
モルフ部の共振周波数より大きい。2層バイモルフ部は
更にそれを貫通する穴を含み、2層部の共振周波数を低
減するようにする。
異なる共振周波数を有する。斯る場合、印加信号は好ま
しくは第1及び第2周波数成分を有する。第1周波数成
分は一方のバイモルフ部の共振周波数と略等く、第2周
波数成分は他のバイモルフ部の共振周波数と略等しい。
好ましくは、4層バイモルフ部の共振周波数は2層バイ
モルフ部の共振周波数より大きい。2層バイモルフ部は
更にそれを貫通する穴を含み、2層部の共振周波数を低
減するようにする。
【0017】他の実施例では、本発明の2次元レーザビ
ーム走査装置は直交面に配置された第1及び第2自由端
部を有する圧電バイモルフより成る。第1ミラーがバイ
モルフの第1自由端部に固定的に取付けられており、光
路に配置され、光を第1ミラーから反射する。第2ミラ
ーがバイモルフの第2自由端部に固定され、第1ミラー
から反射された光路に配置されている。また、第1及び
第2ミラーは直交面となるように配置されている。バイ
モルフには電極手段が接続され、発振信号が印加され、
第1及び第2自由端部を同時に振動させる。各自由端部
は自由端が存する面に法線方向に振動して、第1及び相
2自由端部が直交方向に振動するようにする。その結
果、バイモルフの直交する第1及び第2自由端部の振動
は夫々第1及び第2ミラーに伝達される。よって、これ
らミラーへの入射光は同時に直交方向に走査される。
ーム走査装置は直交面に配置された第1及び第2自由端
部を有する圧電バイモルフより成る。第1ミラーがバイ
モルフの第1自由端部に固定的に取付けられており、光
路に配置され、光を第1ミラーから反射する。第2ミラ
ーがバイモルフの第2自由端部に固定され、第1ミラー
から反射された光路に配置されている。また、第1及び
第2ミラーは直交面となるように配置されている。バイ
モルフには電極手段が接続され、発振信号が印加され、
第1及び第2自由端部を同時に振動させる。各自由端部
は自由端が存する面に法線方向に振動して、第1及び相
2自由端部が直交方向に振動するようにする。その結
果、バイモルフの直交する第1及び第2自由端部の振動
は夫々第1及び第2ミラーに伝達される。よって、これ
らミラーへの入射光は同時に直交方向に走査される。
【0018】第1端部と第2端部とは各々の共振周波数
を有する。先の実施例と同様に、印加された発振周波数
は第1及び第2周波数成分を有する。好ましくは、第1
周波数成分は端部の共振周波数の1つと略等しく、第2
周波数成分は他方の端部の共振周波数と略等しい。第1
及び第2端部の共振周波数は異なるのが好ましい。
を有する。先の実施例と同様に、印加された発振周波数
は第1及び第2周波数成分を有する。好ましくは、第1
周波数成分は端部の共振周波数の1つと略等しく、第2
周波数成分は他方の端部の共振周波数と略等しい。第1
及び第2端部の共振周波数は異なるのが好ましい。
【0019】一実施例では、圧電バイモルフは可撓性バ
イモルフより成り、第1及び第2自由端部は相互にねじ
られており、両者が直交面上に配置されるようにする。
この実施例では、装置は更に可撓性バイモルフにクラン
プされた支持手段を有し、第1及び第2端部を直交面に
維持する。第1及び第2端部は支持手段から遠ざかるよ
うに長手方向に延びており、また直交方向或いは平行方
向に延びていてもよい。しかし、いずれの場合にも、ミ
ラーは直交面に配置されるようにする。
イモルフより成り、第1及び第2自由端部は相互にねじ
られており、両者が直交面上に配置されるようにする。
この実施例では、装置は更に可撓性バイモルフにクラン
プされた支持手段を有し、第1及び第2端部を直交面に
維持する。第1及び第2端部は支持手段から遠ざかるよ
うに長手方向に延びており、また直交方向或いは平行方
向に延びていてもよい。しかし、いずれの場合にも、ミ
ラーは直交面に配置されるようにする。
【0020】他の実施例では、圧電バイモルフはL字状
圧電バイモルフであり、直交ストレッチ方向の相互に接
着された上下L字状圧電層より成る。このL字状バイモ
ルフは相互に直交方向に延びる第1及び第2アームを有
する。各アームは自由端部を有し、少なくとも一方の自
由端部は他の自由端に対して折曲げられ、両自由端部が
相互に略直交面となるようにする。
圧電バイモルフであり、直交ストレッチ方向の相互に接
着された上下L字状圧電層より成る。このL字状バイモ
ルフは相互に直交方向に延びる第1及び第2アームを有
する。各アームは自由端部を有し、少なくとも一方の自
由端部は他の自由端に対して折曲げられ、両自由端部が
相互に略直交面となるようにする。
【0021】本発明の2次元レーザビーム走査装置の各
実施例において、使用される圧電材料は好ましくはPV
DFである。本発明の更に詳細は添付図を参照して以下
の説明を読めば明らかとなろう。
実施例において、使用される圧電材料は好ましくはPV
DFである。本発明の更に詳細は添付図を参照して以下
の説明を読めば明らかとなろう。
【0022】
【実施例】以下、添付図特に図3乃至図14を参照して本
発明のレーザビーム走査装置の好適実施例を詳述する。
発明のレーザビーム走査装置の好適実施例を詳述する。
【0023】図中、同様素子には類似参照符号を附して
いる。図3乃至図5は本発明による2次元レーザビーム
走査装置40の第1実施例を示す。この第1実施例では、
レーザビーム走査装置40は支持台(ベース)42と、この
支持台42上に配置された圧電バイモルフ構体44より成
る。バイモルフ構体44は4つの圧電層46a 、46b 、48
a、48b より成る。各圧電層はベース42の長手方向に細
長く、幅はベース42と平行方向であり、厚さはベース42
の幅方向である。この好適実施例では、各層はPVDF
フィルム製である。しかし、当業者に理解される如く、
本発明の要旨を逸脱することなく他の圧電ポリマーを使
用してもよい。例えば、ポリビニリデンフロライドート
リフロロエチレン(PVDF−TrFE)を各圧電層46
a 、46b 、48a 、48b に使用してもよい。
いる。図3乃至図5は本発明による2次元レーザビーム
走査装置40の第1実施例を示す。この第1実施例では、
レーザビーム走査装置40は支持台(ベース)42と、この
支持台42上に配置された圧電バイモルフ構体44より成
る。バイモルフ構体44は4つの圧電層46a 、46b 、48
a、48b より成る。各圧電層はベース42の長手方向に細
長く、幅はベース42と平行方向であり、厚さはベース42
の幅方向である。この好適実施例では、各層はPVDF
フィルム製である。しかし、当業者に理解される如く、
本発明の要旨を逸脱することなく他の圧電ポリマーを使
用してもよい。例えば、ポリビニリデンフロライドート
リフロロエチレン(PVDF−TrFE)を各圧電層46
a 、46b 、48a 、48b に使用してもよい。
【0024】この実施例で、外側の2層46a 、46b は内
側の2層48a 、48b よりも短く、図示の如く接着され、
接着された内層及び外層は4層バイモルフ部50を形成
し、内層48a 、48b は外層46a 、46b の端を超えて長手
方向の一方向へ延びて自由端54を有する2層バイモルフ
部52を形成する。2層バイモルフ部52の自由端54は図示
の如く曲げられ、自由端54が支持台42の幅方向に延びる
ようにする。4層バイモルフ部50の第1長手端56は支持
台42に固定されている。外側長手端は4層バイモルフ部
50の自由端58となる。
側の2層48a 、48b よりも短く、図示の如く接着され、
接着された内層及び外層は4層バイモルフ部50を形成
し、内層48a 、48b は外層46a 、46b の端を超えて長手
方向の一方向へ延びて自由端54を有する2層バイモルフ
部52を形成する。2層バイモルフ部52の自由端54は図示
の如く曲げられ、自由端54が支持台42の幅方向に延びる
ようにする。4層バイモルフ部50の第1長手端56は支持
台42に固定されている。外側長手端は4層バイモルフ部
50の自由端58となる。
【0025】ミラー60が、2層バイモルフ部52の自由端
54に取付けられている。電極手段62が4PVDF層46a
、46b 、48a 、48b に図3に示す如く接続され、夫々
高及び低周波信号源64、66から信号電圧を受けるように
する。信号源64、66は平並接続され、第1周波数成分及
び第2周波数成分を有する発振信号電圧を発生するよう
にする。この信号電圧は電極手段62を介して4層46a 、
46b 、48a 、48b に印加され、図3に示す如く、各層の
厚さを横切る相対信号極性を生じる。
54に取付けられている。電極手段62が4PVDF層46a
、46b 、48a 、48b に図3に示す如く接続され、夫々
高及び低周波信号源64、66から信号電圧を受けるように
する。信号源64、66は平並接続され、第1周波数成分及
び第2周波数成分を有する発振信号電圧を発生するよう
にする。この信号電圧は電極手段62を介して4層46a 、
46b 、48a 、48b に印加され、図3に示す如く、各層の
厚さを横切る相対信号極性を生じる。
【0026】当業者には容易に理解される如く、電極手
段62を介して4層46a 、46b 、48a、48b に印加される
発振信号電圧は4層バイモルフ部50の自由端58を図3中
に矢印Aで示す方向に振動させる。方向Aは4層バイモ
ルフ部50の幅と長さに略直交方向であり、支持台42の幅
方向に平行である。2層部52は4層バイモルフ部50に直
交方向に曲げられているので、自由端58の振動は図示の
方向A’に自由端54の振動を伝える。更に、48a 、48b
に印加された発振信号は、2層バイモルフ部52の自由端
54に方向A’と直交する方向Bへの振動を生じる。その
結果、ミラー60は直交するA’及びB方向へ同時に振動
する。ミラー60に入射するレーザビーム(図示せず)に
従って直交する2方向へ同時に走査される。
段62を介して4層46a 、46b 、48a、48b に印加される
発振信号電圧は4層バイモルフ部50の自由端58を図3中
に矢印Aで示す方向に振動させる。方向Aは4層バイモ
ルフ部50の幅と長さに略直交方向であり、支持台42の幅
方向に平行である。2層部52は4層バイモルフ部50に直
交方向に曲げられているので、自由端58の振動は図示の
方向A’に自由端54の振動を伝える。更に、48a 、48b
に印加された発振信号は、2層バイモルフ部52の自由端
54に方向A’と直交する方向Bへの振動を生じる。その
結果、ミラー60は直交するA’及びB方向へ同時に振動
する。ミラー60に入射するレーザビーム(図示せず)に
従って直交する2方向へ同時に走査される。
【0027】各バイモルフ部50、52は共振周波数を有す
る。本実施例によると、高周波数源64は4層バイモルフ
部50の共振周波数に同調する高周波成分を発生する。他
方、低周波数源66は2層バイモルフ部52の共振周波数に
同調する低周波成分を発生する。当業者には理解される
如く、圧電バイモルフは印加信号のうち共振周波数によ
りよく応答する。従って、4層バイモルフ部50は高周波
成分に最も応答し、、2層バイモルフ部52は印加信号の
低周波成分に最も応答する。好ましくは、4層バイモル
フ部50の共振周波数は例えば5対1の比で2層バイモル
フ部の共振周波数よりも大きい。この大きな比で、各バ
イモルフ部50、52の振動の振幅は印加される信号電圧の
高及び低周波成分の相対振幅を調整することにより独立
に制御できる。2層バイモルフ部52を貫通する穴68は2
層バイモルフ部52の共振周波数を下げて大きな比が一層
容易に得られるように動作する。
る。本実施例によると、高周波数源64は4層バイモルフ
部50の共振周波数に同調する高周波成分を発生する。他
方、低周波数源66は2層バイモルフ部52の共振周波数に
同調する低周波成分を発生する。当業者には理解される
如く、圧電バイモルフは印加信号のうち共振周波数によ
りよく応答する。従って、4層バイモルフ部50は高周波
成分に最も応答し、、2層バイモルフ部52は印加信号の
低周波成分に最も応答する。好ましくは、4層バイモル
フ部50の共振周波数は例えば5対1の比で2層バイモル
フ部の共振周波数よりも大きい。この大きな比で、各バ
イモルフ部50、52の振動の振幅は印加される信号電圧の
高及び低周波成分の相対振幅を調整することにより独立
に制御できる。2層バイモルフ部52を貫通する穴68は2
層バイモルフ部52の共振周波数を下げて大きな比が一層
容易に得られるように動作する。
【0028】図4は図3の2次元レーザビーム走査装置
の正面図であり、振動方向A’及びBの直交性を正確に
示す。図5は図3の2次元レーザビーム走査装置の側面
図である。図5に最もよく示す如く、2層バイモルフ部
52を貫通する穴68は好ましくは長方形であるが、丸形そ
の他の所望形状であってもよい。
の正面図であり、振動方向A’及びBの直交性を正確に
示す。図5は図3の2次元レーザビーム走査装置の側面
図である。図5に最もよく示す如く、2層バイモルフ部
52を貫通する穴68は好ましくは長方形であるが、丸形そ
の他の所望形状であってもよい。
【0029】後述する実施例に使用されるバイモルフは
PVDFフィルムの接着した2層で形成される。当業者
には理解される如く所望の圧電フィルムが本発明の要旨
を逸脱することなく使用可能である。例えばPVDF−
TrFEのコーポリマーであってもよい。
PVDFフィルムの接着した2層で形成される。当業者
には理解される如く所望の圧電フィルムが本発明の要旨
を逸脱することなく使用可能である。例えばPVDF−
TrFEのコーポリマーであってもよい。
【0030】図6は本発明の2次元レーザービーム走査
装置70の第2実施例を示す。この第2実施例によると、
レーザービーム走査装置70は支持台71及び第1及び第2
圧電バイモルフ72、74より成る。第1バイモルフ72は支
持台71に固定されている片持ち梁端80及びこの支持台71
からバイモルフ72の長さ方向に延びる自由端82を有す
る。同様に、第2バイモルフ74は支持台71に取付けられ
た片持ち梁端84及びこの支持台71からバイモルフ74の長
手方向に延びる自由端86を有する。第1ミラー76は第1
バイモルフ72の自由端82に結合され、入射レーザービー
ム88の光路に配置されている。第2ミラー78は第2バイ
モルフ74の自由端86に結合され、第1ミラー76から反射
されたレーザービームの光路に第1ミラー76に関連して
配置されている。
装置70の第2実施例を示す。この第2実施例によると、
レーザービーム走査装置70は支持台71及び第1及び第2
圧電バイモルフ72、74より成る。第1バイモルフ72は支
持台71に固定されている片持ち梁端80及びこの支持台71
からバイモルフ72の長さ方向に延びる自由端82を有す
る。同様に、第2バイモルフ74は支持台71に取付けられ
た片持ち梁端84及びこの支持台71からバイモルフ74の長
手方向に延びる自由端86を有する。第1ミラー76は第1
バイモルフ72の自由端82に結合され、入射レーザービー
ム88の光路に配置されている。第2ミラー78は第2バイ
モルフ74の自由端86に結合され、第1ミラー76から反射
されたレーザービームの光路に第1ミラー76に関連して
配置されている。
【0031】図6の実施例では、第1バイモルフ72は第
1面PA にあり、且つ第2バイモルフ74は面PA に直交
する第2面PB にある。再に第1バイモルフ72の自由端
82と第2バイモルフ74の自由端86は図示の如く直交方向
に延びている。
1面PA にあり、且つ第2バイモルフ74は面PA に直交
する第2面PB にある。再に第1バイモルフ72の自由端
82と第2バイモルフ74の自由端86は図示の如く直交方向
に延びている。
【0032】第1発振電圧源98が第1電極94を介して第
1バイモルフ72に結合されている。電極94は図2に示す
如く前述した従来方法でバイモルフに結合される。電圧
源98は第1発振信号電圧を第1バイモルフ72に印加して
自由端82を図6に示す如く面PA に略法線方向Aに振動
させる。バイモルフ72は第1発振信号の周波数と同じ振
動数で振動する。好ましくは、第1発振信号の周波数は
第1バイモルフ72の共振周波数と略等しい。その理由
は、前述した如くバイモルフはその共振周波数で最大振
動振幅になるからである。
1バイモルフ72に結合されている。電極94は図2に示す
如く前述した従来方法でバイモルフに結合される。電圧
源98は第1発振信号電圧を第1バイモルフ72に印加して
自由端82を図6に示す如く面PA に略法線方向Aに振動
させる。バイモルフ72は第1発振信号の周波数と同じ振
動数で振動する。好ましくは、第1発振信号の周波数は
第1バイモルフ72の共振周波数と略等しい。その理由
は、前述した如くバイモルフはその共振周波数で最大振
動振幅になるからである。
【0033】第2発振電圧源100 は第2電極96を介して
第2バイモルフ74に結合されている。再度、電源96は図
2に示す如く前述の方法でバイモルフ74に結合されてい
る。電圧源100 は第2発振信号電圧を第2バイモルフ74
に印加し、自由端86を図6に示す如く面PB に略法線方
向である方向Bに振動する。よって、第2バイモルフ74
の振動方向Bは第1バイモルフ72の振動方向Aに直交す
る。第2バイモルフ74は第2発振信号の周波数と等しい
振動数で振動する。第1バイモルフ72と同様に、第2発
振信号の周波数は好ましくは第2バイモルフ74の共振周
波数と略等しい。
第2バイモルフ74に結合されている。再度、電源96は図
2に示す如く前述の方法でバイモルフ74に結合されてい
る。電圧源100 は第2発振信号電圧を第2バイモルフ74
に印加し、自由端86を図6に示す如く面PB に略法線方
向である方向Bに振動する。よって、第2バイモルフ74
の振動方向Bは第1バイモルフ72の振動方向Aに直交す
る。第2バイモルフ74は第2発振信号の周波数と等しい
振動数で振動する。第1バイモルフ72と同様に、第2発
振信号の周波数は好ましくは第2バイモルフ74の共振周
波数と略等しい。
【0034】説明した如く、第1及び第2バイモルフ7
2、74及び第1及び第2ミラー76、78は直交方向に振動
する。その結果、レーザービーム88は第1ミラーに入射
し、そこから第2ミラーに反射されて2つの直交方向に
同時に走査される。従って、各バイモルフ72、74は異な
る共振周波数を有し、第1及び第2発振信号が異なって
もよい。これにより、レーザービーム88がA方向には1
つの周波数で走査され、B方向には異なる周波数で走査
可能になる。これに代って、各バイモルフ72、74の共振
周波数は同じであってもよい。当業者には周知の如く、
バイモルフの長さ、幅、厚さ並びに質量等の種々の変数
が圧電バイモルフの共振周波数に影響する。取付けられ
たミラーの質量も共振周波数に影響する。これら変数の
うち1つ以上を調節することにより、各バイモルフ72、
74の共振周波数が制御可能である。
2、74及び第1及び第2ミラー76、78は直交方向に振動
する。その結果、レーザービーム88は第1ミラーに入射
し、そこから第2ミラーに反射されて2つの直交方向に
同時に走査される。従って、各バイモルフ72、74は異な
る共振周波数を有し、第1及び第2発振信号が異なって
もよい。これにより、レーザービーム88がA方向には1
つの周波数で走査され、B方向には異なる周波数で走査
可能になる。これに代って、各バイモルフ72、74の共振
周波数は同じであってもよい。当業者には周知の如く、
バイモルフの長さ、幅、厚さ並びに質量等の種々の変数
が圧電バイモルフの共振周波数に影響する。取付けられ
たミラーの質量も共振周波数に影響する。これら変数の
うち1つ以上を調節することにより、各バイモルフ72、
74の共振周波数が制御可能である。
【0035】図7は本発明の2次元レーザービーム走査
装置73の第3実施例を示す斜視図である。図7に示す如
く、この第3実施例は図6の第2実施例と類似であり、
相違点は第1及び第2バイモルフ72、74の自由端82、86
が支持台81から相互に長手方向に延び、図6の如く直角
方向でないということである。図7に示す如く、第1及
び第2バイモルフ72、74は夫々直交面PA'、PB'に配置
される。従って、第1バイモルフ72の自由端82は面PA'
に略法線方向に振動する。同様に、第2バイモルフ74の
自由端86は面PB'に略法線方向Bに振動する。その結
果、第2実施例(図6)と同様に、第1及び第2ミラー
76、78は相互に直交方向に振動する。ミラー76、78は第
1ミラーに入射するレーザービーム88が第2ミラーにて
反射されるよう相互に配置される。従って、第1及び第
2ミラー76、78の直交振動により、レーザービーム88は
図示の如く、2つの直交方向に同時に走査される。
装置73の第3実施例を示す斜視図である。図7に示す如
く、この第3実施例は図6の第2実施例と類似であり、
相違点は第1及び第2バイモルフ72、74の自由端82、86
が支持台81から相互に長手方向に延び、図6の如く直角
方向でないということである。図7に示す如く、第1及
び第2バイモルフ72、74は夫々直交面PA'、PB'に配置
される。従って、第1バイモルフ72の自由端82は面PA'
に略法線方向に振動する。同様に、第2バイモルフ74の
自由端86は面PB'に略法線方向Bに振動する。その結
果、第2実施例(図6)と同様に、第1及び第2ミラー
76、78は相互に直交方向に振動する。ミラー76、78は第
1ミラーに入射するレーザービーム88が第2ミラーにて
反射されるよう相互に配置される。従って、第1及び第
2ミラー76、78の直交振動により、レーザービーム88は
図示の如く、2つの直交方向に同時に走査される。
【0036】図8は本発明の2次元レーザービーム走査
装置107 の第4実施例を示す。この第4実施例による
と、走査装置107 は第1端部112 及び第2端部114 を有
する単一の可撓性圧電バイモルフで構成される。図8に
示す如く、第1及び第2端部112 、114 は相互にねじら
れ、第1端部112 は面PA'上に、第2端部114 は面PA
と直交する面PB 上となるようにする。支持手段116 が
バイモルフ110 にクランプされ、端部112 、114 を夫々
直交面PA 、PB 上に維持する。第1端部112 は支持手
段116 から長手方向に延び、ねじれバイモルフ110 の第
1自由端118 を定める。第2端部114 は支持手段116 か
ら長手方向に延び、第2自由端120 を定める。この第4
実施例よると、第1及び第2自由端118 、120 は支持手
段116 から直交方向に延びる。
装置107 の第4実施例を示す。この第4実施例による
と、走査装置107 は第1端部112 及び第2端部114 を有
する単一の可撓性圧電バイモルフで構成される。図8に
示す如く、第1及び第2端部112 、114 は相互にねじら
れ、第1端部112 は面PA'上に、第2端部114 は面PA
と直交する面PB 上となるようにする。支持手段116 が
バイモルフ110 にクランプされ、端部112 、114 を夫々
直交面PA 、PB 上に維持する。第1端部112 は支持手
段116 から長手方向に延び、ねじれバイモルフ110 の第
1自由端118 を定める。第2端部114 は支持手段116 か
ら長手方向に延び、第2自由端120 を定める。この第4
実施例よると、第1及び第2自由端118 、120 は支持手
段116 から直交方向に延びる。
【0037】第1ミラー122 は第1自由端118 に固定さ
れ、入射レーザビーム88の光路に配置される。第2ミラ
ー124 は第2自由端120 に固定され、第1ミラー122 か
ら反射されたレーザビーム88の光路に第1ミラー122 に
対して配置される。電極手段126 がバイモルフ110 に接
続され、信号源128 、130 から発振信号が印加され、バ
イモルフ110 に発振信号を印加する。当業者には理解さ
れる如く、発振信号電圧はねじれバイモルフ110 に印加
されると、第1及び第2自由端118 、120 を支持手段11
6 に対して同時に振動する。第1自由端118 は面PA と
略直交するA方向に振動し、第2自由端120 は面PB と
略直交するB方向に振動する。従って、第1及び第2自
由端118 、120 は相互に直交方向に振動する。その結
果、レーザビーム88は直交2方向に同時に走査される。
れ、入射レーザビーム88の光路に配置される。第2ミラ
ー124 は第2自由端120 に固定され、第1ミラー122 か
ら反射されたレーザビーム88の光路に第1ミラー122 に
対して配置される。電極手段126 がバイモルフ110 に接
続され、信号源128 、130 から発振信号が印加され、バ
イモルフ110 に発振信号を印加する。当業者には理解さ
れる如く、発振信号電圧はねじれバイモルフ110 に印加
されると、第1及び第2自由端118 、120 を支持手段11
6 に対して同時に振動する。第1自由端118 は面PA と
略直交するA方向に振動し、第2自由端120 は面PB と
略直交するB方向に振動する。従って、第1及び第2自
由端118 、120 は相互に直交方向に振動する。その結
果、レーザビーム88は直交2方向に同時に走査される。
【0038】当業者には明らかな如く、第1自由端118
から支持手段116 への間隔(距離)は、第1端部112 の
共振周波数に影響する。同様に、第2自由端120 から支
持手段116 までの距離は第2端部114 の共振周波数に影
響する。従って、バイモルフ110 の各自由端118 、120
に対しクランプされた支持手段116 の位置を調節するこ
とにより、各端部112 、114 の共振周波数が別個に調節
可能である。また、各部の質量と取付けられたミラーの
質量も共振周波数に影響する。この実施例において、支
持手段116 は自由端118 、120 に対してクランプされ、
第1端部112 の共振周波数は第2端部114 の共振周波数
と異なるようにする。しかし、このことは必須でなく、
両端部112 、114 は必要あれば同じ共振周波数であって
もよい。
から支持手段116 への間隔(距離)は、第1端部112 の
共振周波数に影響する。同様に、第2自由端120 から支
持手段116 までの距離は第2端部114 の共振周波数に影
響する。従って、バイモルフ110 の各自由端118 、120
に対しクランプされた支持手段116 の位置を調節するこ
とにより、各端部112 、114 の共振周波数が別個に調節
可能である。また、各部の質量と取付けられたミラーの
質量も共振周波数に影響する。この実施例において、支
持手段116 は自由端118 、120 に対してクランプされ、
第1端部112 の共振周波数は第2端部114 の共振周波数
と異なるようにする。しかし、このことは必須でなく、
両端部112 、114 は必要あれば同じ共振周波数であって
もよい。
【0039】信号源128 、130 は並列接続される。信号
源128 は印加発振信号の低周波成分を発生し、また信号
源130 は印加発振信号の高周波成分を発生する。この実
施例によると、高周波成分は端部112 、114 の一方の共
振周波数に同調され、低周波成分は他方の共振周波数に
同調される。これにより、各端部の振動振幅が印加され
る発振信号の高及び低周波成分の相対振幅を変化するこ
とにより独立して制御可能にする。
源128 は印加発振信号の低周波成分を発生し、また信号
源130 は印加発振信号の高周波成分を発生する。この実
施例によると、高周波成分は端部112 、114 の一方の共
振周波数に同調され、低周波成分は他方の共振周波数に
同調される。これにより、各端部の振動振幅が印加され
る発振信号の高及び低周波成分の相対振幅を変化するこ
とにより独立して制御可能にする。
【0040】図9は本発明の第5実施例による2次元レ
ーザビーム走査装置108 を示す。図示の如く、第5実施
例は図8の第4実施例と類似し、相違点は第1自由端11
8 と第2自由端120 が支持手段116 から平行に延びてい
る点である。バイモルフ112、114 は夫々直交面PA'及
びPB'に配置される。また、第1及び第2ミラー122、1
24 は第1ミラー122 で反射されたレーザビーム88が第
2ミラー124 上で反射されるように相対配置される。夫
々直交方向A、Bを向いている第1及び第2自由端118
、120 が同時に振動することにより、レーザビーム88
は直交2方向に走査される。
ーザビーム走査装置108 を示す。図示の如く、第5実施
例は図8の第4実施例と類似し、相違点は第1自由端11
8 と第2自由端120 が支持手段116 から平行に延びてい
る点である。バイモルフ112、114 は夫々直交面PA'及
びPB'に配置される。また、第1及び第2ミラー122、1
24 は第1ミラー122 で反射されたレーザビーム88が第
2ミラー124 上で反射されるように相対配置される。夫
々直交方向A、Bを向いている第1及び第2自由端118
、120 が同時に振動することにより、レーザビーム88
は直交2方向に走査される。
【0041】図10は下側圧電フィルム154 に接着された
上側圧電フィルム152 より成る。2層矩形圧電構造150
の斜視図を示す。上下フィルム152 、154 は好ましくは
PVDF製である。しかし、上下フィルム152 、154 の
ストレッチ方向は図10に示す如く接着構造150 中で相互
に直交しており、実線は上側フィルム152 のストレッチ
方向を示し、破線は下側フィルム154 のストレッチ方向
を示す。各圧電フィルム152 、154 は、その外面に被着
された電極材料(図示せず)と、両フィルム152 、154
の接着面に配置された共通電極材料(図示せず)とを有
する。電極156が両フィルム152 、154 に接続されてい
る。
上側圧電フィルム152 より成る。2層矩形圧電構造150
の斜視図を示す。上下フィルム152 、154 は好ましくは
PVDF製である。しかし、上下フィルム152 、154 の
ストレッチ方向は図10に示す如く接着構造150 中で相互
に直交しており、実線は上側フィルム152 のストレッチ
方向を示し、破線は下側フィルム154 のストレッチ方向
を示す。各圧電フィルム152 、154 は、その外面に被着
された電極材料(図示せず)と、両フィルム152 、154
の接着面に配置された共通電極材料(図示せず)とを有
する。電極156が両フィルム152 、154 に接続されてい
る。
【0042】図11A、図11Bは図10の矩形構造体150 が
電極156 間の印加電圧に応答する状況を図示する。矢印
で示す如く、各フィルム152 、154 内の電界(細線矢
印)と分極(太線矢印)方向の関係は電極156 間に印加
した電圧により一方のフィルムは伸び、他方のフィルム
は縮むよう構成されている。しかし、上下フィルム15
2、154 のストレッチ方向は従来のバイモルフの如く平
行ではなく、直交関係であるので、矩形構造体150 は印
加電圧により球面となるよう変形する。球面状の変形方
向は図11A、図11Bに示す印加信号電圧の極性に依存す
る。
電極156 間の印加電圧に応答する状況を図示する。矢印
で示す如く、各フィルム152 、154 内の電界(細線矢
印)と分極(太線矢印)方向の関係は電極156 間に印加
した電圧により一方のフィルムは伸び、他方のフィルム
は縮むよう構成されている。しかし、上下フィルム15
2、154 のストレッチ方向は従来のバイモルフの如く平
行ではなく、直交関係であるので、矩形構造体150 は印
加電圧により球面となるよう変形する。球面状の変形方
向は図11A、図11Bに示す印加信号電圧の極性に依存す
る。
【0043】図12はL字状2軸バイモルフ158 の製造を
示す。破線で示す如く、2軸バイモルフ158 は矩形2層
構造体150 を切断して得る。このL字状バイモルフ158
は第1端部162 を有する第1アーム160 と、第2端部16
6 を有する第2アーム164 とを具えている。図12に示す
如く、L字状バイモルフ158 は上側フィルム168 のスト
レッチ方向が第2アーム164 の長手方向と平行であり、
下側フィルム170 のストレッチ方向が2軸バイモルフ15
8 の第1アーム160 の長手方向と平行であるように矩形
構造体150 から切断される。図示の如く、第1アーム16
0 は長さLA と幅WA を有し、同様に第2アーム164 は
長さLB と幅WB を有する。
示す。破線で示す如く、2軸バイモルフ158 は矩形2層
構造体150 を切断して得る。このL字状バイモルフ158
は第1端部162 を有する第1アーム160 と、第2端部16
6 を有する第2アーム164 とを具えている。図12に示す
如く、L字状バイモルフ158 は上側フィルム168 のスト
レッチ方向が第2アーム164 の長手方向と平行であり、
下側フィルム170 のストレッチ方向が2軸バイモルフ15
8 の第1アーム160 の長手方向と平行であるように矩形
構造体150 から切断される。図示の如く、第1アーム16
0 は長さLA と幅WA を有し、同様に第2アーム164 は
長さLB と幅WB を有する。
【0044】図13は本発明の第6実施例による2次元レ
ーザビーム走査装置180 を示し、上述した片持ち梁状
(図6及び図7)及びねじれ(図8及び図9)バイモル
フの代りに図12のバイモルフ158 の如くL字状2軸バイ
モルフを使用している。図示の如く、2軸バイモルフ15
8 の第1アーム160 は第2アーム164 に対して曲げら
れ、各アーム自由端部162 、166 が夫々直交面PA 、P
B 上に位置するようにする。第1ミラー167 が第1アー
ム160 の自由端部162 に取付けられ、第2ミラー169 が
第2アーム164 の自由端部166 に取付けられる。電極17
2 が図示の如く、2軸バイモルフ158 に接続され、信号
源、174 、176 の発振信号が印加されるようにする。信
号源174 、176 は並列接続される。電極172 は図11に示
したのと、同様方法でバイモルフ158 に接続される。従
って、バイモルフ158 の上下フィルム168 、170 の外面
の電極層(図示せず)は各信号源174 、176 の一端に結
合され、バイモルフ158 の上下フィルム168 、170 間の
共通電極層(図示せず)は各信号源174 、176 の他端に
結合されている。
ーザビーム走査装置180 を示し、上述した片持ち梁状
(図6及び図7)及びねじれ(図8及び図9)バイモル
フの代りに図12のバイモルフ158 の如くL字状2軸バイ
モルフを使用している。図示の如く、2軸バイモルフ15
8 の第1アーム160 は第2アーム164 に対して曲げら
れ、各アーム自由端部162 、166 が夫々直交面PA 、P
B 上に位置するようにする。第1ミラー167 が第1アー
ム160 の自由端部162 に取付けられ、第2ミラー169 が
第2アーム164 の自由端部166 に取付けられる。電極17
2 が図示の如く、2軸バイモルフ158 に接続され、信号
源、174 、176 の発振信号が印加されるようにする。信
号源174 、176 は並列接続される。電極172 は図11に示
したのと、同様方法でバイモルフ158 に接続される。従
って、バイモルフ158 の上下フィルム168 、170 の外面
の電極層(図示せず)は各信号源174 、176 の一端に結
合され、バイモルフ158 の上下フィルム168 、170 間の
共通電極層(図示せず)は各信号源174 、176 の他端に
結合されている。
【0045】2軸バイモルフ158 に印加された発振信号
電圧は第1及び第2自由端162 、166 を同時に振動させ
る。上下フィルム168 、170 のストレッチ方向が直交す
るので、第1自由端部162 は面PA と略直交する方向A
に振動し、この面PA に第1自由端部162 が位置され
る。他方、第2自由端部166 は面PB に略直交方向Bへ
振動する。従って、第1及び第2自由端部162 、166 は
相互に直交方向に振動する。上下フィルム169 、170 の
ストレッチ方向(即ち各アーム160 、164 の長手に平行
方向) の直交性により、自由端部162 、166 が他の方向
へ振動するのを阻止する。しかし、第1及び第2アーム
160 、164 の長さLA 、LB は各自由端部162 、166 が
効果的に振動する為に、幅WA 、WB より大きくなけれ
ばならない。先の実施例と同様に、第1ミラー167 に入
射し、第2ミラー169 で反射されるレーザビーム(図示
せず)は直交方向に同時に走査される。
電圧は第1及び第2自由端162 、166 を同時に振動させ
る。上下フィルム168 、170 のストレッチ方向が直交す
るので、第1自由端部162 は面PA と略直交する方向A
に振動し、この面PA に第1自由端部162 が位置され
る。他方、第2自由端部166 は面PB に略直交方向Bへ
振動する。従って、第1及び第2自由端部162 、166 は
相互に直交方向に振動する。上下フィルム169 、170 の
ストレッチ方向(即ち各アーム160 、164 の長手に平行
方向) の直交性により、自由端部162 、166 が他の方向
へ振動するのを阻止する。しかし、第1及び第2アーム
160 、164 の長さLA 、LB は各自由端部162 、166 が
効果的に振動する為に、幅WA 、WB より大きくなけれ
ばならない。先の実施例と同様に、第1ミラー167 に入
射し、第2ミラー169 で反射されるレーザビーム(図示
せず)は直交方向に同時に走査される。
【0046】当業者には明らかな如く、第1アーム160
の長さLA と幅WA は第1アーム160 の共振周波数に影
響する。アームと第1ミラー167 の質量もまた同様の効
果を生じる。同様に、第2アーム164 の長さLB と幅W
B 及びミラーの質量も第2アーム164 の共振周波数に影
響する。従って、各アーム160 、164 の長さと幅の寸法
及び/又はミラーの質量を変化することにより、各アー
ム160 、164 の共振周波数を個別に決定することができ
る。本実施例では、第1アーム160 の共振周波数は第2
アーム164 の共振周波数と異なる。しかし、これは必須
要件ではなく、両アーム160 、164 は必要に応じて同じ
共振周波数としてもよい。
の長さLA と幅WA は第1アーム160 の共振周波数に影
響する。アームと第1ミラー167 の質量もまた同様の効
果を生じる。同様に、第2アーム164 の長さLB と幅W
B 及びミラーの質量も第2アーム164 の共振周波数に影
響する。従って、各アーム160 、164 の長さと幅の寸法
及び/又はミラーの質量を変化することにより、各アー
ム160 、164 の共振周波数を個別に決定することができ
る。本実施例では、第1アーム160 の共振周波数は第2
アーム164 の共振周波数と異なる。しかし、これは必須
要件ではなく、両アーム160 、164 は必要に応じて同じ
共振周波数としてもよい。
【0047】上述した如く、信号源174 、176 を並列接
続する。信号源174 は印加発振信号の低周波成分を発生
し、信号源176 は印加発振信号の高周波成分を発生す
る。この実施例によると、高周波成分はアーム160 、16
4 の一方の共振周波数に同調し、低周波成分は他方の共
振周波数に同調している。自由端部162 、166 は共振周
波数で駆動されたとき、印加共振周波数に対して最大応
答をする。従って、各アーム160 、164 の共振周波数が
十分異なると(例えば5対1の比であると)、各自由端
部162 、166 の振動振幅もまた印加する発振信号の高及
び低周波成分の相対振幅を変化することにより独立して
制御可能である。
続する。信号源174 は印加発振信号の低周波成分を発生
し、信号源176 は印加発振信号の高周波成分を発生す
る。この実施例によると、高周波成分はアーム160 、16
4 の一方の共振周波数に同調し、低周波成分は他方の共
振周波数に同調している。自由端部162 、166 は共振周
波数で駆動されたとき、印加共振周波数に対して最大応
答をする。従って、各アーム160 、164 の共振周波数が
十分異なると(例えば5対1の比であると)、各自由端
部162 、166 の振動振幅もまた印加する発振信号の高及
び低周波成分の相対振幅を変化することにより独立して
制御可能である。
【0048】図14は本発明の第7実施例による2次元レ
ーザビーム走査装置181 を示す。図示の如く、第7実施
例は第6実施例(図13)と同じ2軸バイモルフ158 より
成るが、この第7実施例では第1アーム160 の第1自由
端部162 と第2アーム164 の第2自由端部166 は共に曲
げられて自由端部162 、166 が夫々直交面PA'、PB'を
形成するようにする。ここでも、第1及び第2ミラー16
7 、169 は第1ミラー167 で反射さたレーザビーム188
が第2ミラー169 に入射するよう相互に配置さされる。
当業者には明らかな如く、図14(即ち第7実施例)のレ
ーザビーム走査装置181 の動作は図13(即ち第6実施
例)の動作と実質的に同じである。第1及び第2端部16
2 、166 は夫々直交方向A、Bに同時に振動する。その
結果、レーザビーム(図示せず)は直交する2方向へ走
査される。
ーザビーム走査装置181 を示す。図示の如く、第7実施
例は第6実施例(図13)と同じ2軸バイモルフ158 より
成るが、この第7実施例では第1アーム160 の第1自由
端部162 と第2アーム164 の第2自由端部166 は共に曲
げられて自由端部162 、166 が夫々直交面PA'、PB'を
形成するようにする。ここでも、第1及び第2ミラー16
7 、169 は第1ミラー167 で反射さたレーザビーム188
が第2ミラー169 に入射するよう相互に配置さされる。
当業者には明らかな如く、図14(即ち第7実施例)のレ
ーザビーム走査装置181 の動作は図13(即ち第6実施
例)の動作と実質的に同じである。第1及び第2端部16
2 、166 は夫々直交方向A、Bに同時に振動する。その
結果、レーザビーム(図示せず)は直交する2方向へ走
査される。
【0049】上述した詳細説明から理解される如く、本
発明のレーザビーム走査装置はPVDFバイモルフを使
用する2次元レーザビーム走査装置である。当業者には
明らかな如く、本発明のレーザビーム走査装置は本発明
の要旨を逸脱することなく上述の実施例に種々の変形変
更が可能である。従って、本発明は上述した実施例のみ
に限定するものではなく、それらの変形変更例をも包含
するものと解釈されるべきである。
発明のレーザビーム走査装置はPVDFバイモルフを使
用する2次元レーザビーム走査装置である。当業者には
明らかな如く、本発明のレーザビーム走査装置は本発明
の要旨を逸脱することなく上述の実施例に種々の変形変
更が可能である。従って、本発明は上述した実施例のみ
に限定するものではなく、それらの変形変更例をも包含
するものと解釈されるべきである。
【0050】
【発明の効果】上述の説明から明らかな如く、本発明の
レーザビーム走査装置によると、相互に直交関係に配置
された1対の可撓性圧電バイモルフに反射鏡(ミラー)
を取付け、相互に直交方向に同時にレーザビームを走査
することが可能である。各バイモルフ又はミラーは印加
信号の周波数により適宜調節可能であって、所望の2次
元レーザビーム走査装置を小型且つ安価に得ることが可
能であるので、実用上の顕著な効果を有する。
レーザビーム走査装置によると、相互に直交関係に配置
された1対の可撓性圧電バイモルフに反射鏡(ミラー)
を取付け、相互に直交方向に同時にレーザビームを走査
することが可能である。各バイモルフ又はミラーは印加
信号の周波数により適宜調節可能であって、所望の2次
元レーザビーム走査装置を小型且つ安価に得ることが可
能であるので、実用上の顕著な効果を有する。
【図1A及び図1B】従来の圧電フィルムの特性を説明
する図。
する図。
【図2】従来の片持ち梁状圧電バイモルフの側面図。
【図3】本発明の2次元レーザビーム走査装置の第1実
施例を示す図。
施例を示す図。
【図4】図3の2次元レーザビーム走査装置の正面図。
【図5】図3の2次元レーザビーム走査装置の側面図。
【図6】本発明の第1及び第2片持ち梁状バイモルフよ
り成る2次元レーザビーム走査装置の第2実施例を示す
図。
り成る2次元レーザビーム走査装置の第2実施例を示す
図。
【図7】本発明の第1及び第2片持ち梁状バイモルフよ
り成る2次元レーザビーム走査装置の第3実施例を示す
図。
り成る2次元レーザビーム走査装置の第3実施例を示す
図。
【図8】本発明の2次元レーザビーム走査装置の第4実
施例を示す図。
施例を示す図。
【図9】本発明の単一圧電バイモルフより成る2次元レ
ーザビーム走査装置の第5実施例を示す図。
ーザビーム走査装置の第5実施例を示す図。
【図10】直交方向にストレッチされた第1及び第2圧
電フィルムより成る2次元矩形圧電構造体の斜視図。
電フィルムより成る2次元矩形圧電構造体の斜視図。
【図11A、図11B】図10の2次元構造体の特性を説
明する図。
明する図。
【図12】図10の2フィルム構造体からL字状2軸バイ
モルフを製造する説明図。
モルフを製造する説明図。
【図13】本発明のL字状2軸バイモルフより成る2次
元レーザビーム走査装置の第6実施例を示す図。
元レーザビーム走査装置の第6実施例を示す図。
【図14】本発明のL字状2軸バイモルフより成る2次
元レーザビーム走査装置の第7実施例を示す図。
元レーザビーム走査装置の第7実施例を示す図。
42、71、81、116 支持台 44、72、74、112 、114 、158 圧電バ
イモルフ 60、76、78、122 、124 、167 、169 ミラー 64、66、98、100 、128 、130 、174 、176 駆動手
段 88 レーザビーム 40、70、73、107 、108 、180 、181 レーザ
ビーム走査装置
イモルフ 60、76、78、122 、124 、167 、169 ミラー 64、66、98、100 、128 、130 、174 、176 駆動手
段 88 レーザビーム 40、70、73、107 、108 、180 、181 レーザ
ビーム走査装置
Claims (2)
- 【請求項1】 支持台と、 該支持台に自由端が振動可能に取付けられた可撓性フィ
ルム状の圧電バイモルフと、 該圧電バイモルフの自由端に取付けられ入射レーザビー
ムを反射するミラーと、 前記圧電バイモルフの電極に発振信号電圧を印加して前
記ミラーを同時に直交方向に振動させる駆動手段とを具
えることを特徴とするレーザビーム走査装置。 - 【請求項2】 略直交面に配置した第1及び第2自由端
部を有する圧電バイモルフと、 該圧電バイモルフの前記第1及び第2自由端部に取付け
られ入射レーザビームを順次反射する第1及び第2ミラ
ーとを具え、 前記圧電バイモルフの電極に夫々共振周波数の発振信号
電圧を印加して前記圧電バイモルフの前記第1及び第2
ミラーを相互に直交方向に同時に振動することを特徴と
するレーザビーム駆動装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/975,396 US5295014A (en) | 1992-11-12 | 1992-11-12 | Two-dimensional laser beam scanner using PVDF bimorph |
US07/975396 | 1992-11-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06214175A true JPH06214175A (ja) | 1994-08-05 |
Family
ID=25522986
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5307220A Pending JPH06214175A (ja) | 1992-11-12 | 1993-11-12 | レーザビーム走査装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5295014A (ja) |
JP (1) | JPH06214175A (ja) |
DE (1) | DE4338578A1 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5786901A (en) * | 1995-05-30 | 1998-07-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Image shifting mechanism and imaging device |
JPH10325935A (ja) * | 1997-05-01 | 1998-12-08 | Rockwell Internatl Corp | 一体的な光共振器、光スキャナエンジンおよびそれにおける使用に適した走査光線を発生するための方法 |
JP2002107652A (ja) * | 2000-09-29 | 2002-04-10 | Miyachi Technos Corp | レーザマーキング装置 |
JP2004504617A (ja) * | 2000-07-14 | 2004-02-12 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 分割されたリトロレフレクタを有する共焦点形結像システム |
JP2020515916A (ja) * | 2017-03-24 | 2020-05-28 | ブリックフェルト ゲーエムベーハー | 2つの連続したスキャン部を備えたスキャナ |
Families Citing this family (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5477043A (en) * | 1989-10-30 | 1995-12-19 | Symbol Technologies, Inc. | Scanning arrangement for the implementation of scanning patterns over indicia by driving the scanning elements in different component directions |
GB2282906B (en) | 1993-10-13 | 1996-11-06 | Dataquill Ltd | Data enty systems |
JPH07303174A (ja) * | 1994-04-28 | 1995-11-14 | Canon Inc | 原稿走査装置 |
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