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JP3589784B2 - Control device for optical distortion element - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光歪素子の制御装置に係り、特に光エネルギを供給されて駆動する強誘電体セラミックスである光歪素子へのエネルギ供給制御に適した光歪素子の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年マイクロマシンの研究が盛んに行われているが、マイクロマシンを駆動するアクチュエータにエネルギを供給する際にリード線などを用いることは困難である。従って、このようなアクチュエータには遠方から非接触でエネルギを供給して、精密に制御することが望まれる。
【0003】
PLZTセラミックス(以下PLZTという):(Pb,La)(Zr,Ti)Oは、光を吸収すると伸びるという「光歪効果」を有する強誘電体セラミックスであり、光歪素子として光エネルギを直接機械エネルギに変換することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このように、PLZTに光を照射し、非接触でエネルギを供給して、PLZTの駆動を制御することができ、PLZTをマイクロマシンのアクチュエータとして利用することが期待されている。
【0005】
ここで、光歪素子であるPLZTの応答性は、供給した光の単位面積あたりのエネルギ量(エネルギ密度)に依存し、供給する光のエネルギ密度が大きければ大きい程、応答性が向上する傾向がある。
また、光歪素子が吸収した光エネルギは、光歪効果によって微小な伸びを生じさせることに使われる他に、熱エネルギにも変換され、光歪素子の温度が上昇する。この熱により、光歪素子の残留分極が減少させられ、光歪素子は収縮したり、熱膨張によって伸びたりしてその結果伸び量の制御が難しくなる。なお、光歪素子の温度は供給する光のエネルギ密度が大きい程その温度の上昇は大きいものとなる。
【0006】
そして、光歪素子をマイクロマシンのアクチュエータとして使用する場合には、光歪素子を小型化しなければならず、光歪素子自体の熱容量が小さくなって光照射による素子の熱変化の影響が大きくなるので、素子の温度上昇、下降をも考慮して制御を行なう必要がある。
【0007】
そこで、本願発明は、光歪素子を駆動するに際して、光歪素子の熱による膨張を考慮し、精密な制御を行なうことができる光歪素子の制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
ここで、光歪素子に光を照射した場合における素子の伸びの要因は、
a.光歪効果による伸び
b.熱影響による伸び
の2つがあり、光歪素子の全体としての伸び量は、上記aの伸び量と、bの伸び量との和に略等しいことがわかっている。
発明者は、後述する実験の結果、この2つの伸び量と光歪素子に照射される光のエネルギ密度Eとのあいだには以下の関係があることを見いだした。
【0009】
▲1▼ 光歪効果による伸びの総量は、光のエネルギ密度Eとは無関係である。光のエネルギ密度が高いと伸びる速さが大きくなるだけである。即ち、図3に示すようにエネルギ密度Ed1,Ed2,Ed3(Ed1>Ed2>Ed3)の光の照射を同一の光歪素子に行った場合、全ての場合光歪素子の伸び量はlSmaxに収束する。
【0010】
▲2▼ 熱影響による伸びは、図4に示すように光のエネルギ密度Eが大きくなるほど大きい。
即ち、光のエネルギ密度が大きいほど光歪素子で、光エネルギから熱エネルギに変換される量が大きくなり、温度上昇が大きくなり、熱影響による伸びが大きくなる。
したがって、光のエネルギ密度Eが照射途中で下がると、光歪素子の温度が下がり、この結果熱影響による伸び量が減少することとなる。
即ち、熱影響による伸び量は素子の温度を何らかの手段で調節すれば、制御できる。
【0011】
▲3▼ 図5に示すように、エネルギ密度Eが大きいほど熱平衡状態の素子の温度は高い。
また、図6に示すように、光歪効果による伸びは、熱影響による伸びよりも速く止まる。
【0012】
発明者は以上の事実から、「光の照射密度を制御することにより光歪素子の伸び量を任意の値に調整するためには、光歪効果による伸びが飽和に達し、熱影響による伸びのみとなった後、熱影響による伸びにより、光歪素子の伸び量が所望の値になったとき、光のエネルギ密度を下げればよい。この時、切換の前後で温度変化が生じないようににし、熱影響による伸び量が変化しないようにする。即ち、光のエネルギ密度を下げた後も、光歪素子を熱平衡状態に保つ必要がある。」ことをつきとめた。
【0013】
ここで、熱平衡状態とは、照射光により光歪素子が得る熱エネルギと、光歪素子から放出される熱エネルギとが等しく、光歪素子に温度変化が生じないことをいう。
【0014】
以下、上記実験について簡単に説明する。
上記実験については、本出願の発明者の発明に係る先の特許出願(特願平7−251430号)に詳しく説明している。
【0015】
〔試料〕
試料15である光歪素子、PLZTは,La:Zr:Ti=3:52:48のモル比の組成を有するペロブスカイト構造の強誘電体である。
また、試料15は、図7に示すように、縦t=14.5mm、横幅w=6mm、厚さd=3.3mmに切断し、t×w(14.5mm×6mm)の面を光照射面とした。また、w×d(6mm×3.3mm)の両面にAg焼き付けによって電極21を設け、t(14.5mm)方向に150℃のシリコンオイル中で10kV/cmの電界(矢印Pで示した)をかけ、40分の分極処理を行った。
【0016】
〔加熱試験〕
試料15を電気炉で直接加熱し、試料15の分極方向(t=14.5mm方向)の熱による伸縮を測定した。
【0017】
〔光照射試験〕
本実験では、光源として500Wの超高圧水銀ランプを用い、赤外カットフィルターと2つのバンドパスフィルターで中心波長365nm、バンド幅6nmの平行光を光歪圧電素子であるPLZTで形成した試料に垂直に照射した。
【0018】
ここで、中心波長を365nmとしたのは、このPLZTに対しては、光歪効果が最も良く現れるとの報告に基づく(K.Uchino et al., Photostrictive effect in (Pb, La)(Zr,Ti)O3. Ferroelectristics,64,pp.199−208.(1985) )
【0019】
試料の伸び量は、電気マイクロメータを用いて測定し、x−yプロッタ、パーソナルコンピュータであるデータ表示装置で表示した。
【0020】
また、試料の温度は、赤外線の非接触温度計(放射温度計)で測定した。尚、光のエネルギ密度は50mW/cm、120mW/cmとした2つの条件で測定を行った。
【0021】
上記実験の結果から、このPLZTである結果試料に上記の傾向があることが判明したものである。
【0022】
上記の結果に基づいて、本発明において上記の課題を解決するため以下の手段を採用した。
【0023】
本発明において、上記の課題を解決するための手段は、光歪効果を生じる光歪素子1に光を照射する光源2と、光源2からの光を前記光歪素子1に投影する照明光学系3と、前記光歪素子の温度を測定する温度測定手段4と、光歪素子1に投影される光の光量を制御する制御手段5とからなり、上記制御手段5は、光歪効果による光歪素子1の伸びが止まった後の熱影響による光歪素子の伸び量を加えた光歪素子1の伸び量が所望の値となったとき、切替の前後で光歪素子1に温度変化が生じないように光歪素子1に照射させる光のエネルギ密度Eを低下させて切り換える光歪素子の制御装置である。
【0024】
本発明に係る光歪素子の制御装置は、光歪素子1の伸び量を測定する伸び量測定手段6を有し、制御手段5は、伸び量測定手段6の測定値が光歪素子の伸びが所望の値となったときに、光歪素子1に照射させる光のエネルギ密度Eを切り換えるものとすることができる。
【0025】
また、本発明に係る光歪素子の制御装置は、光照射前の光歪素子1の温度を記憶するメモリ7を有し、制御手段5は、光歪効果による光歪素子1の伸びが止まった後、光歪素子の伸びが所望の値となったときに、温度測定手段4が測定した光歪素子1の温度とメモリ7が格納している温度との温度差ΔTを求め、該温度差ΔTから切換前と切換後で光歪素子に温度変化が生じないエネルギ密度を決定するものとすることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光歪素子の制御装置の実施の形態を説明する。
【0027】
〔第1の実施の形態〕
図1及び図2は本発明に係る光歪素子の制御装置の実施の形態を示すものである。本実施の形態は上記請求項1、請求項2及び請求項3に相当する。
本実施の形態に係る光歪素子の制御装置は、アクチュエータとして使用する光歪素子として上述したPLZTを使用し、図1に示すように、この光歪素子1に光を照射する光源2と、前記光源2からの光を前記光歪素子1に投影する照明光学系3と、光歪素子1の温度を測定する温度測定手段である放射温度計4と、光歪素子1に投影される光の光量を制御する制御手段5と、伸び量測定手段である電気マイクロメータ6と、光照射前の光歪素子1の温度を記憶するメモリ7とからなる。
【0028】
光源2は上述したフィルタを有した超高圧水銀灯を使用する。また、その他の光源、例えば紫外線レーザ等を使用できる。また、光歪素子1の種類の違い等に基づいて他の波長域の光源を使用することも可能である。
また、照明光学系3は、レンズ、光ファイバ等で構成された光学系で、光を上記光歪素子1に照射する。
【0029】
制御手段5は、光歪効果による光歪素子1の伸びが止まった後、電気マイクロメータ6の測定値が光歪素子の伸びが所望の値となったときに、光歪素子に照射される光のエネルギー密度を低下させるものである。また、その切換は、切換前と切換後で光歪素子に温度変化が生じないように光のエネルギ密度を切り換えるものである。
【0030】
本例では制御手段5は前記光源2に供給する電力の電圧を変更して、光源の消費電力を制御することにより、光源の光量を制御する。
【0031】
制御装置5は以下の手順で光歪素子1の制御を行なう。
まず、照射開始から、図2(3)に示すようにエネルギ密度Ed1で光を照射し続ける。このとき、照射開始直前の光歪素子の温度Tを計測しメモリ7に記憶する。
【0032】
このエネルギ密度Ed1の光照射による光歪効果による伸びは、図2(1)に示すように、比較的早い時間tにとまる。この時点で生じている伸びは、図2(1)に示すように、光歪効果による伸びlSMAXと、熱影響による伸びlH1との和に等しい。
【0033】
その後、エネルギ密度Ed1で光照射を続け電気マイクロメータ7の測定により、光歪素子1の伸び量が所望の伸び(lSMAX+lH2)となったとき、光のエネルギ密度Ed2に下げる。
【0034】
光のエネルギ密度Ed2は、その時点で放射温度計4で測定した光歪素子の温度と、メモリ7に記憶された光照射前の光歪素子の温度Tとの温度差ΔT(即ち、測定した光歪素子1の温度がT+ΔTとなった)の値により定める。
即ち、この場合熱平衡状態時の光歪素子の温度がT+ΔTとなるようなエネルギ密度Ed3の光に切り換えるのである。
【0035】
この設定されるエネルギ密度の値は、図4に示すように、様々なエネルギ密度(この図ではエネルギ密度Ed1,Ed2,Ed3(Ed1>Ed2>Ed3)について示している)に対する熱影響による伸びについて予め測定を行い、この値を制御手段5内にテーブルとして格納し、光歪素子が維持されるべき熱による伸び量が維持されるエネルギ密度Ed3を得るものとすればよい。
【0036】
これにより、熱影響による伸びは、温度変化ΔTにおいて熱平衡状態が保たれるため熱影響による伸びはlH2に保たれることとなる。
また、光歪効果による伸びは、光のエネルギ密度と無関係であるため、照射光のエネルギ密度がEd1からEd3に下がっても伸び量には影響しない。
また、所望の伸び量がlsmax+lH3の時には同様に、Ed1からEd2に下げるようにする。
【0037】
以上のように、光歪素子の伸び量を任意の値に調整するためには、光歪効果による伸びがおわってから熱影響による伸びとなった後、熱影響による伸びにより、光歪素子の伸び量が所望の値になったとき、光のエネルギ密度を下げ、この時、切換の前後で温度変化が生じないようにし、熱影響による伸び量が変化しないように、即ち、光のエネルギ密度を下げた後も、光歪素子を熱平衡状態に保つように制御することにより、素子の伸び量を所望の値に制御することができる。
【0038】
〔他の実施の形態〕
上記の実施の形態では、制御手段5は、光源2に供給する電力の電圧を変更して、光源の消費電力を制御することにより、光源の光量を制御した。
しかし、制御手段5の制御方法は他の手段によって、光歪素子1照射される光のエネルギ密度を変化させてもよい。
【0039】
即ち、照明光学系を構成する光学素子である集光レンズ(凸レンズ)の位置を制御手段5に設けた直動機構等で、光歪素子1に対して前後に移動することにより、光歪素子に投影される光の光量を変化させるものでもよい。
【0040】
また、光歪素子1に光を照射する光源2をパルス状の光を照射するものとして制御手段5は該パルス状の光の周波数、パルス幅デューティ、または強度を変えることにより、前記光歪素子1に投影される光の光量を変化させるようにしてもよい。
例えば、当初光源2が光歪素子1に、供給光パルスの周波数、供給光パルスののパルス幅や光パルスのパルス強度デューティを変化させ、若しくはこれらを組み合わせて光歪素子に照射する光量を調節することができる。
【0041】
さらに、制御手段5は、照明光学系3の光路中に入射光の光量を減少させるフィルターであるND(Neutral Density Filter)フィルタ5を挿入することにより、前記光歪素子1に投影される光の光量を変化させるようにしてもよい。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によれば、光歪素子を駆動するに際して、光歪素子の伸び量の制御を精密に行なうことができる。
従って、光歪素子をマイクロマシン等のアクチュエータとして使用するに際して、光歪素子の駆動制御を精密に行なうことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光歪素子の制御装置の原理及び第1実施の形態を示す図である。
【図2】本発明に係る光歪素子の制御装置の制御の状態を示すグラフであり、(1)は時間に対する素子の伸び量、(2)は時間に対する素子の温度変化、(3)は時間に対する素子に照射する光のエネルギ密度を示すグラフである
【図3】光照射時の時間に対する光歪素子の伸びを示すグラフである。
【図4】時間に対する熱影響による光歪素子の伸びを示すグラフである。
【図5】光歪素子の照射する光のエネルギ密度に対する温度変化を示すグラフである。
【図6】異なるエネルギ密度の光を照射した光歪素子の温度変化を示すグラフである。
【図7】実験に使用したPLZTを示す斜視図である。
【符号の説明】
1 光歪素子
2 光源
3 照明光学系
4 温度測定手段
5 制御手段
6 伸び量測定手段
7 メモリ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a photostrictive element, and more particularly to a control device for a photostrictive element suitable for controlling the supply of energy to a photostrictive element which is a ferroelectric ceramic driven by being supplied with light energy.
[0002]
[Prior art]
In recent years, micromachines have been actively studied, but it is difficult to use a lead wire or the like when supplying energy to an actuator that drives the micromachine. Therefore, it is desired to supply energy to such an actuator from a distance in a non-contact manner and to precisely control it.
[0003]
PLZT ceramics (hereinafter referred to as PLZT): (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 is a ferroelectric ceramic having an “optical distortion effect” that expands when light is absorbed, and directly transmits light energy as an optical distortion element. It can be converted to mechanical energy.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, the PLZT can be irradiated with light and supplied with energy in a non-contact manner to control the driving of the PLZT, and it is expected that the PLZT is used as an actuator of a micromachine.
[0005]
Here, the responsiveness of PLZT, which is an optical distortion element, depends on the amount of energy per unit area (energy density) of the supplied light, and the responsiveness tends to improve as the energy density of the supplied light increases. There is.
In addition, the light energy absorbed by the photostrictive element is used not only for generating minute elongation by the photostrictive effect but also converted to thermal energy, and the temperature of the photostrictive element increases. Due to this heat, the residual polarization of the optical strain element is reduced, and the optical strain element contracts or expands due to thermal expansion. As a result, it becomes difficult to control the amount of expansion. The temperature of the optical distortion element increases as the energy density of the supplied light increases.
[0006]
When the optical strain element is used as an actuator of a micromachine, the size of the optical strain element must be reduced, and the heat capacity of the optical strain element itself becomes small, so that the influence of heat change of the element due to light irradiation increases. It is necessary to perform control in consideration of the rise and fall of the temperature of the element.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a control device for an optical distortion element that can perform precise control in consideration of expansion of the optical distortion element due to heat when driving the optical distortion element.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Here, the factors of the expansion of the element when the light distortion element is irradiated with light are:
a. Elongation due to light distortion effect b. There are two types of elongation due to thermal effects, and it is known that the total amount of elongation of the photostrictive element is substantially equal to the sum of the above-mentioned elongation amount and b.
Inventors, the results of the experiments described below, the between the energy density E d of the light irradiated to the two elongation of the Hikariibitsu element was found that there is a following relationship.
[0009]
▲ 1 ▼ total elongation by the optical distortion effects is independent of the energy density E d of light. If the energy density of light is high, the speed of elongation only increases. That is, as shown in FIG. 3, when irradiation with light having energy densities E d1 , E d2 , and E d3 (E d1 > E d2 > E d3 ) is performed on the same optical distortion element, The amount of elongation converges to l Smax .
[0010]
{Circle around (2)} As shown in FIG. 4, the elongation due to the thermal effect increases as the light energy density Ed increases.
That is, the larger the energy density of light, the greater the amount of light energy converted to heat energy in the optical distortion element, the greater the temperature rise, and the greater the elongation due to thermal effects.
Therefore, when the energy density E d of the light falls on the way radiation, lowered temperature of the optical strain element, the elongation amount according to the results thermal effect is reduced.
That is, the amount of elongation due to thermal influence can be controlled by adjusting the temperature of the element by some means.
[0011]
▲ 3 ▼ As shown in FIG. 5, the temperature of the element of the thermal equilibrium larger the energy density E d is high.
In addition, as shown in FIG. 6, the elongation due to the optical distortion effect stops faster than the elongation due to the heat effect.
[0012]
From the above facts, the inventor stated, "In order to adjust the amount of elongation of the photostrictive element to an arbitrary value by controlling the light irradiation density, the elongation due to the photostriction effect reaches saturation, and only the elongation due to heat effect is obtained. Then, when the amount of elongation of the optical strain element reaches a desired value due to elongation due to thermal influence, the energy density of light may be reduced, so that the temperature does not change before and after switching. In this case, it is necessary to keep the amount of elongation due to thermal effects unchanged, that is, to keep the photostrictive element in a thermal equilibrium state even after reducing the energy density of light. "
[0013]
Here, the thermal equilibrium state means that the heat energy obtained by the photostrictive element by the irradiation light is equal to the heat energy emitted from the photostrictive element, and no temperature change occurs in the photostrictive element.
[0014]
Hereinafter, the experiment will be briefly described.
The above experiment is described in detail in a previous patent application (Japanese Patent Application No. 7-251430) relating to the invention of the present inventor.
[0015]
〔sample〕
The photostrictive element, PLZT, which is the sample 15, is a ferroelectric substance having a perovskite structure having a composition of La: Zr: Ti = 3: 52: 48.
Further, as shown in FIG. 7, the sample 15 was cut into a length t = 14.5 mm, a width w = 6 mm, and a thickness d = 3.3 mm, and the surface of t × w (14.5 mm × 6 mm) was irradiated with light. Irradiated surface. Further, electrodes 21 were provided on both sides of w × d (6 mm × 3.3 mm) by baking Ag, and an electric field of 10 kV / cm (indicated by arrow P) in silicon oil at 150 ° C. in the t (14.5 mm) direction. And a polarization treatment was performed for 40 minutes.
[0016]
(Heating test)
Sample 15 was directly heated in an electric furnace, and the expansion and contraction of sample 15 due to heat in the polarization direction (t = 14.5 mm direction) was measured.
[0017]
(Light irradiation test)
In this experiment, a 500 W ultra-high pressure mercury lamp was used as a light source, and parallel light having a central wavelength of 365 nm and a bandwidth of 6 nm was perpendicularly applied to a sample formed by PLZT, which is a photostrictive piezoelectric element, using an infrared cut filter and two band-pass filters. Irradiation.
[0018]
Here, the reason why the center wavelength is set to 365 nm is based on a report that the optical distortion effect appears best for this PLZT (K. Uchino et al., Photostrictive effect in (Pb, La) (Zr, Ti) O 3. Ferroelectrics, 64, pp. 199-208. (1985))
[0019]
The elongation of the sample was measured using an electric micrometer, and displayed on a xy plotter and a data display device such as a personal computer.
[0020]
The temperature of the sample was measured with an infrared non-contact thermometer (radiation thermometer). Incidentally, the energy density of the light was measured in two conditions was 50mW / cm 2, 120mW / cm 2.
[0021]
From the results of the above experiments, it has been found that the PLZT result sample has the above tendency.
[0022]
Based on the above results, the following means have been adopted in the present invention in order to solve the above problems.
[0023]
In the present invention, means for solving the above-mentioned problems include a light source 2 for irradiating light to a photostrictive element 1 that produces a photostrictive effect, and an illumination optical system for projecting light from the light source 2 onto the photostrictive element 1. 3, a temperature measuring means 4 for measuring the temperature of the optical distortion element, and a control means 5 for controlling the amount of light projected on the optical distortion element 1. When the amount of elongation of the optical strain element 1 obtained by adding the amount of expansion of the optical strain element due to thermal influence after the expansion of the strain element 1 has stopped reaches a desired value, the temperature of the optical strain element 1 changes before and after switching. caused not to lower the energy density E d of light to be irradiated to Hikariibitsu element 1 as a control apparatus for an optical strain element switched.
[0024]
The control device for an optical strain element according to the present invention has an elongation amount measuring means 6 for measuring the elongation amount of the optical strain element 1, and the control means 5 determines whether the measured value of the elongation amount measuring means 6 is the elongation of the optical strain element. There can be made to switch when it becomes a desired value, the light to be irradiated to the optical distortion device 1 the energy density E d.
[0025]
Further, the control device for a photostrictive element according to the present invention has a memory 7 for storing the temperature of the photostrictive element 1 before light irradiation, and the control means 5 stops the expansion of the photostrictive element 1 due to the photostrictive effect. Thereafter, when the elongation of the optical strain element reaches a desired value, a temperature difference ΔT between the temperature of the optical strain element 1 measured by the temperature measuring means 4 and the temperature stored in the memory 7 is obtained. From the difference ΔT, it is possible to determine an energy density at which a temperature change does not occur in the optical distortion element before and after switching.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a control device for a photostrictive element according to the present invention will be described.
[0027]
[First Embodiment]
1 and 2 show an embodiment of a control device for a photostrictive element according to the present invention. This embodiment corresponds to claims 1, 2 and 3 above.
The control device for a photostrictive element according to the present embodiment uses the above-described PLZT as a photostrictive element used as an actuator, and, as shown in FIG. An illumination optical system 3 for projecting light from the light source 2 onto the optical distortion element 1; a radiation thermometer 4 as a temperature measuring means for measuring the temperature of the optical distortion element 1; It comprises a control means 5 for controlling the amount of light, an electric micrometer 6 as an elongation amount measuring means, and a memory 7 for storing the temperature of the optical strain element 1 before light irradiation.
[0028]
The light source 2 uses an ultra-high pressure mercury lamp having the above-described filter. Further, other light sources, for example, an ultraviolet laser or the like can be used. Further, it is possible to use a light source in another wavelength range based on a difference in type of the optical distortion element 1 or the like.
The illumination optical system 3 is an optical system including a lens, an optical fiber, and the like, and irradiates light to the optical distortion element 1.
[0029]
After the elongation of the optical strain element 1 due to the optical distortion effect is stopped, the control means 5 irradiates the optical distortion element with the measured value of the electric micrometer 6 when the elongation of the optical distortion element becomes a desired value. It reduces the energy density of light. The switching is performed by switching the energy density of light so that the temperature of the optical distortion element does not change before and after the switching.
[0030]
In this example, the control unit 5 controls the light amount of the light source by changing the voltage of the power supplied to the light source 2 and controlling the power consumption of the light source.
[0031]
The control device 5 controls the optical distortion element 1 in the following procedure.
First, from the start of irradiation, light irradiation is continued at an energy density Ed1 as shown in FIG. At this time, the temperature T 0 of the optical distortion element immediately before the start of irradiation is measured and stored in the memory 7.
[0032]
Elongation by light distortion effect by light irradiation of the energy density E d1, as shown in FIG. 2 (1), it stops at a relatively early time t 1. The elongation occurring at this time is equal to the sum of the elongation l SMAX due to the optical distortion effect and the elongation l H1 due to the thermal influence, as shown in FIG.
[0033]
Thereafter, light irradiation is continued at the energy density E d1 , and when the amount of elongation of the optical strain element 1 reaches a desired elongation (l SMAX + l H2 ) as measured by the electric micrometer 7, the energy is reduced to the light energy density E d2 .
[0034]
The energy density E d2 of the light is a temperature difference ΔT between the temperature of the optical strain element measured by the radiation thermometer 4 at that time and the temperature T 0 of the optical strain element before light irradiation stored in the memory 7 (ie, (The measured temperature of the optical strain element 1 became T 0 + ΔT).
That is, the switch to light energy density E d3 such that the temperature of the optical strain element in this case when thermal equilibrium is T 0 + ΔT.
[0035]
As shown in FIG. 4, the values of the set energy densities are various energy densities (energy densities Ed1 , Ed2 , and Ed3 ( Ed1 > Ed2 > Ed3 ) are shown in FIG. 4). Is preliminarily measured for the elongation due to the thermal influence on the optical distortion element, and this value is stored as a table in the control means 5 to obtain the energy density E d3 at which the amount of elongation due to the heat to maintain the optical strain element is obtained. Good.
[0036]
Thus, elongation due to thermal effects, elongation due to thermal effects because the thermal equilibrium state is maintained in the temperature change ΔT becomes be kept l H2.
Further, elongation due to light distortion effects are independent of the energy density of light energy density of the irradiation light does not affect the amount of elongation down from E d1 to E d3.
Similarly, when the desired amount of elongation is l smax + l H3 , E d1 is reduced to E d2 .
[0037]
As described above, in order to adjust the amount of elongation of the optical strain element to an arbitrary value, after the elongation due to the optical distortion effect ends, the elongation due to heat influences, and then the elongation due to heat influence, Is reduced to a desired value, the energy density of the light is reduced. At this time, the temperature does not change before and after the switching, and the amount of elongation due to the heat does not change, that is, the energy density of the light is reduced. After that, the elongation of the element can be controlled to a desired value by controlling the optical distortion element so as to keep it in a thermal equilibrium state.
[0038]
[Other embodiments]
In the above-described embodiment, the control unit 5 controls the light amount of the light source by changing the voltage of the power supplied to the light source 2 and controlling the power consumption of the light source.
However, the control method of the control means 5 may change the energy density of the light applied to the photostrictive element 1 by another means.
[0039]
That is, the position of the condenser lens (convex lens), which is an optical element constituting the illumination optical system, is moved back and forth with respect to the optical distortion element 1 by a linear motion mechanism or the like provided in the control means 5, so that the optical distortion element May be used to change the amount of light projected on the surface.
[0040]
The control means 5 changes the frequency, pulse width duty, or intensity of the pulsed light assuming that the light source 2 that irradiates the light to the light distortion element 1 irradiates the light with the pulsed light. The light quantity of the light projected on the light source 1 may be changed.
For example, the light source 2 initially changes the frequency of the supply light pulse, the pulse width of the supply light pulse, and the pulse intensity duty of the light pulse, or adjusts the amount of light applied to the light distortion element 1 by combining them. can do.
[0041]
Further, the control means 5 inserts an ND (Neutral Density Filter) filter 5 which is a filter for reducing the amount of incident light into the optical path of the illumination optical system 3, so that the light projected onto the optical distortion element 1 is reduced. The light amount may be changed.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to precisely control the amount of expansion of the optical distortion element when driving the optical distortion element.
Therefore, when the optical distortion element is used as an actuator of a micromachine or the like, there is an effect that the drive control of the optical distortion element can be precisely performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a principle and a first embodiment of a control device for a photostrictive element according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a control state of a control device for a photostrictive element according to the present invention, wherein (1) is an elongation amount of the element with respect to time, (2) is a temperature change of the element with respect to time, and (3) is a graph. FIG. 3 is a graph showing the energy density of light applied to the element with respect to time. FIG. 3 is a graph showing the elongation of the photostrictive element with respect to time during light irradiation.
FIG. 4 is a graph showing elongation of a photostrictive element due to thermal influence over time.
FIG. 5 is a graph showing a change in temperature with respect to an energy density of light emitted from a photostrictive element.
FIG. 6 is a graph showing a temperature change of a photostrictive element irradiated with light having different energy densities.
FIG. 7 is a perspective view showing PLZT used in the experiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical distortion element 2 Light source 3 Illumination optical system 4 Temperature measuring means 5 Control means 6 Expansion amount measuring means 7 Memory

Claims (3)

光歪効果を生じる光歪素子(1)に光を照射する光源(2)と、
光源(2)からの光を前記光歪素子(1)に投影する照明光学系(3)と、
前記光歪素子(1)の温度を測定する温度測定手段(4)と、
光歪素子(1)に投影される光の光量を制御する制御手段(5)とからなり、
上記制御手段(5)は、光歪効果による光歪素子(1)の伸びが止まった後の熱膨張による光歪素子の伸び量を加えた光歪素子(1)の伸び量が所望の値となったとき、切替の前後で光歪素子に温度変化が生じないように光素子(1)に照射させる光のエネルギ密度(E)を低下させて切り換える光歪素子の制御装置。
A light source (2) for irradiating light to a photostrictive element (1) that produces a photostrictive effect;
An illumination optical system (3) for projecting light from the light source (2) to the optical distortion element (1);
Temperature measuring means (4) for measuring the temperature of the optical strain element (1);
Control means (5) for controlling the amount of light projected on the optical distortion element (1),
The control means (5) determines that the expansion amount of the optical strain element (1) obtained by adding the expansion amount of the optical distortion element due to thermal expansion after the expansion of the optical distortion element (1) due to the optical distortion effect has stopped is a desired value. A control device for a photostrictive element that switches by lowering the energy density (E d ) of light applied to the optical element (1) so that the temperature does not change in the photostrictive element before and after switching.
光歪素子(1)の伸び量を測定する伸び量測定手段(6)を有し、
上記制御手段(5)は、伸び量測定手段(6)の測定値が光歪素子の伸びが所望の値となったときに、光素子(1)に照射させる光のエネルギ密度(E)を切り換える請求項1記載の光歪素子の制御装置。
An elongation amount measuring means (6) for measuring an elongation amount of the optical strain element (1);
When the elongation of the optical strain element reaches a desired value as measured by the elongation amount measuring means (6), the control means (5) controls the energy density (E d ) of light applied to the optical element (1). The control device for an optical distortion element according to claim 1, wherein the control is performed.
光照射前の光歪素子(1)の温度を記憶するメモリ(7)を有し、
上記制御手段(5)は、光歪み効果による光歪素子(1)の伸びが止まった後、光歪素子の伸びが所望の値となったときに、温度測定手段(4)が測定した光歪素子(1)の温度とメモリ(7)が格納している温度との温度差(ΔT)を求め、該温度差(ΔT)から切替前と切換後で光歪素子に温度変化が生じないエネルギ密度を決定する請求項1または請求項2記載の光歪素子の制御装置。
A memory (7) for storing the temperature of the photostrictive element (1) before light irradiation,
After the elongation of the optical distortion element (1) due to the optical distortion effect stops, when the elongation of the optical distortion element reaches a desired value, the control means (5) controls the light measured by the temperature measurement means (4). A temperature difference (ΔT) between the temperature of the distortion element (1) and the temperature stored in the memory (7) is obtained, and no temperature change occurs in the optical distortion element before and after switching based on the temperature difference (ΔT). 3. The control device for a photostrictive element according to claim 1, wherein the energy density is determined.
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