JP2000338430A

JP2000338430A - ミラー傾動機構

Info

Publication number: JP2000338430A
Application number: JP14967399A
Authority: JP
Inventors: Masatake Tabata; 真毅田畑
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】外形寸法の過大化なしに広範囲な変位縮小率
又は拡大率を選択でき、反力モーメントの漏洩を防止
し、精度確保も容易なミラー傾動機構を提供する。【解決手段】ミラー１と、ミラー１背面においてミラ
ー面に垂直な中心軸３周りに均等配置された複数の第１
ジョイント２と、第１ジョイント２により一端をミラー
１に結合され中心軸３に対して放射状に均等配列された
複数のレバー４と、中心軸３から等距離にあるレバー４
の各他端に結合された複数の第２ジョイント６と、同じ
く等距離にあるレバー４の中間部分の各１点を支持する
複数の第１ピボット５と、第２ジョイント６により各レ
バー４に結合されるカウンタプレート７と、中心軸３に
関してレバー４と同一位相又は任意の位相ずれて中心軸
から等距離に配置され、カウンタプレート７に中心軸方
向の移動及び中心軸３に垂直かつ相互に直交する２軸回
りの傾動をさせる複数のアクチュエータ８と、を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信アンテナや
光学望遠鏡、あるいは光ビーム偏向装置などにおいて、
光ビーム指向方向を精密に制御するための反射ミラー傾
動機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のミラー傾動機構として、例えば特
開平８−１５２５７５号公報に示された光ビーム偏向器
のミラー傾動機構がある。図９はこの従来技術によるミ
ラー傾動機構を示すもので、図において、５１は反射ミ
ラー、５４は反射板、５５はピエゾ素子、５６、５７、
５８はそれぞれ弾性ヒンジ部、６３は支持台、６４は伝
達部、６５はアーム、６６はダンパ、６７は基板、６８
は台である。台６８、弾性ヒンジ部５６および反射板５
４により偏向部が構成され、また、支持台６３、伝達部
６４、弾性ヒンジ部５７、５８、アーム６５により変位
拡大・伝達機構部が構成される。

【０００３】光ビームを反射させるミラー５１は、前記
偏向部の台６８と弾性ヒンジ部５６を介して連結された
反射板５４上に固着されている。ここでは、反射ミラー
５１を固着した反射板５４の片方の端（図では右端部）
で、支持台６３と弾性ヒンジ部５７を介して回動可能に
連結されたアーム６５が支持点６０で支持され、前記ア
ーム６５の駆動により反射ミラー５１が変位し、弾性ヒ
ンジ部５６を支点にして反射ミラー５１が回動するよう
になっている。

【０００４】アーム６５の先端部は、Ｌ字型に整形され
る。そして、伝達部６４、アーム６５、弾性ヒンジ部５
７、５８は、支持台６３と一体部品となっており、これ
によって前記変位拡大・伝達機構部が構成されている。
また、前記偏向部の台６８と、前記変位拡大・伝達機構
部の支持台６３との間に、電圧を印加すると長手方向に
伸縮する圧電アクチュエータであるピエゾ素子５５が設
けられ、このピエゾ素子５５の上端部に前記アーム６５
に弾性ヒンジ部５８を介して連結された伝達部６４が、
前記ピエゾ素子５５の伸びまたは収縮の変形に応じて変
位するように接続されている。

【０００５】ここで、ピエゾ素子５５に電圧を印加し、
ピエゾ素子５５が長手方向に伸縮すると、その変位は、
伝達部６４から弾性ヒンジ部５８を介してアーム６５に
伝達される。すると、ピエゾ素子５５の伸縮による変位
は、弾性ヒンジ部５７両側のアーム長さに比例して拡大
され、アーム６５は弾性ヒンジ部５７を支点として回動
し、支持点６０で接続された反射板５４に固着された反
射ミラー５１が、弾性ヒンジ部５６を支点として回動
し、光ビームを偏向する。

【０００６】しかし、以上のようなミラー傾動機構で
は、変位拡大比を大きくとろうとすると、弾性ヒンジ部
５７とアーム６５の先端までの距離を長くする必要が生
じて全体としての寸法が過大になったり、あるいは、全
体寸法を一定以内に保ったままで変位拡大比を大きくと
ろうとすると、弾性ヒンジ部５７と５８との間の距離を
極端に短くしなければならず、アクチュエータ５５がこ
の寸法内に実装できなくなるという問題があった。また
逆に変位拡大比を１よりかなり小さく（すなわち縮小）
しようとしても、同様にアーム長さを長くしなければな
らず、全体寸法を小型化できないという問題があった。

【０００７】また、このような構成のミラー傾動機構で
は、反射板５４に固着されたミラー５１が傾動する場合
に生ずる反力モーメント（トルク）がそのまま基板６７
に伝達され、この傾動機構（偏向器）の外部に漏洩する
ので、―般に高精度を保たねばならない傾動機構が取り
つけられた光学装置に外乱力をおよぼし、悪影響を与え
るという間題点があった。

【０００８】従来技術によるミラー傾動機構の別の実施
例として、ＳＰＩＥＶｏｌ．１９２０、ｐｐ３５３−
３６３に示されたミラー傾動機構がある。これを図１０
に模式的に示す。図で８０はリアクションマスである。
この実施例においては、ピエゾアクチュエータ７５は、
弾性ヒンジ７９を介して支持台に結合されたミラーセル
７２（ミラー７１はミラーセル７２に固着されている）
と、リアクションマス８０との相互間に配設されてお
り、ミラー７１とミラーセル７２を傾動させることによ
って発生する反力モーメント（トルク）は、リアクシヨ
ンマス８０が同じアクチュエータによって反対方向に傾
動されることにより吸収されるため、上記のような反力
モーメント（トルク）の外部への漏洩という問題は発生
しないようにできる。

【０００９】しかしながらこの実施例では、ミラー７１
の傾動量は概ねアクチュエータ７５のストロークと取付
け位置のみによって決定されてしまい、全体としての大
きさとアクチュエータが決定されてしまうと、傾動量あ
るいはその分解能を自由に設計することができないとい
う問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点を解決するためになされたものであり、外形寸法を過
大にすることなく変位縮小率あるいは拡大率を広い範囲
で選ぶことができ、また反力モーメントの漏洩を防止す
ることができ、精度確保もしやすいという、優れたミラ
ー傾動機構を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明が提供する手段は以下のとおりである。ちな
わち、請求項１に記載の本発明にかかるミラー傾動機構
は、光反射面を有する概略平板形状のミラーと、そのミ
ラー背面あるいは側面において、ミラー面に垂直な軸
（以下、中心軸と呼ぶ）を中心とした円周上に均等間隔
に配置された傾動自在な複数の第１ジョイントと、その
各第１ジョイントを介して一端を前記ミラーに結合さ
れ、前記中心軸に対して放射状に均等間隔に配列された
複数のレバーと、前記中心軸から等距離にある前記各レ
バーの他端に結合された傾動自在な複数の第２ジョイン
トと、前記中心軸から等距離にある前記各レバーの中間
部分のある１点を傾動自在に支持する複数の第１ピボッ
トと、前記各第２ジョイントを介して前記各レバーに結
合されるカウンタプレートと、前記中心軸に関して前記
レバーと同一位相もしくは任意の位相ずれて前記中心軸
から等距離に配置され、前記カウンタプレートの前記中
心軸方向の移動及び前記中心軸に垂直でかつ相互に直交
する２軸回りの傾動を行うための複数のアクチュエータ
と、を備えたことを特徴としている。

【００１２】請求項２に記載の本発明にかかるミラー傾
動機構は、前記構成要素の内、各「複数の」が全て「４
つの」、もしくは全て「３つの」であることを特徴とし
ている。すなわち、中心軸を囲んでレバーが１２０゜対
向で３本配設されており、あるいは、中心軸を囲んでレ
バーが９０゜対向で４本配設されており、レバーに結合
されているジョイントはいずれも中心軸に垂直な２軸ま
わりに傾動可能、ピボットはレバーの長手方向に垂直な
軸まわりに１軸傾動可能とし、アクチュエータは中心軸
を囲んで１２０゜対向で３本、あるいは、中心軸を囲ん
で９０゜対向で４本配設されているようにしたものであ
る。

【００１３】請求項３に記載の本発明にかかるミラー傾
動機構は、前記構成要素の内、各「複数の」が全て「２
つの」であり、前記アクチュエータは、前記中心軸に関
して前記レバーと同一位相に配置され、前記カウンタプ
レートに前記中心軸方向の移動及び前記中心軸に垂直な
軸回りの傾動をさせるものであることを特徴としてい
る。

【００１４】請求項４に記載の本発明にかかるミラー傾
動機構は、前記アクチュエータが剛性の高い変位拘束型
アクチュエータであって、そのアクチュエータを前記カ
ウンタプレートに連結して用いることを特徴としてい
る。

【００１５】請求項５に記載の本発明にかかるミラー傾
動機構は、前記カウンタプレートの傾動中心を傾動自在
な第２ピボットで支持し、前記アクチュエータが非接触
型のアクチュエータであることを特徴としている。すな
わち、アクチュエータの作用点と同等の位置において、
カウンタプレートに対しＺ軸方向（中心軸方向）の前後
進力を作用させる力アクチュエータを用いるものであ
る。カウンタプレートの傾動中心位置において、Ｚ軸方
向の動きを拘束し、カウンタプレートの傾動のみをさせ
るための構成である。

【００１６】請求項６に記載の本発明にかかるミラー傾
動機構は、前記各ピボットおよび各ジョイントの一部も
しくは全部が、弾性変形を利用して傾動自由度を実現す
る弾性ヒンジであることを特徴としている。

【００１７】請求項７に記載の本発明にかかるミラー傾
動機構は、前記中心軸に垂直な方向の距離に関し、前記
中心軸と前記第１ジョイントとの間をＲ１、前記第１ジ
ョイントと前記第１ピボットとの間をＲ２、前記第１ピ
ボットと前記第２ジョイントとの間をＲ３、前記第２ジ
ョイントと前記中心軸との間をＲ４、前記カウンタプレ
ートに対する前記アクチュエータの作用点と上記中心軸
との間をＲ５、とそれぞれしたとき、これらの間にＲ１＞Ｒ４、Ｒ５＞Ｒ４、Ｒ３＞Ｒ２の関係が成り立つように構成したことを特徴としてい
る。この構成は、アクチュエータの移動量を縮小してミ
ラーを傾動させるためのものである。

【００１８】請求項８に記載の本発明にかかるミラー傾
動機構は、前記請求項７に定義したものと同一の定義に
よるＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４，Ｒ５において、Ｒ１＜Ｒ４、Ｒ５＜Ｒ４、Ｒ３＜Ｒ２の関係が成り立つように構成したことを特徴としてい
る。この構成は、アクチュエータの移動量を拡大してミ
ラーを傾動させるためのものである。

【００１９】請求項９に記載の本発明にかかるミラー傾
動機構は、前記ミラーの傾動軸まわりの慣性モーメント
をＬ１、前記カウンタプレートの傾動軸まわりの慣性モ
ーメントをＬ２としたとき、前記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ
４との間に、Ｌ１／Ｌ２＝（Ｒ３／Ｒ２）×（Ｒ１／Ｒ４）の関係が成り立つように構成したことを特徴としてい
る。このように構成することによって、ミラーの傾動に
よって生ずる反力モーメント（トルク）と、カウンタプ
レートの傾動によって生ずる反力モーメントとを相殺す
るものである。

【００２０】そして、請求項１０に記載の本発明にかか
るミラー傾動機構は、前記カウンタプレートの傾動角を
計測するための傾動センサを更に備えていることを特徴
としている。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる各種実施
の形態について説明する。＜実施の形態１＞図１は、本発明にかかるミラー傾動機
構の第１の実施の形態を示した模式断面図である。図に
おいて、１は光反射面を有する概略平板形状のミラー、
２は傾動自在な第１ジョイントで３の中心軸に関して対
称位置に配置されている。４は第１ジョイント２を介し
て一端でミラーに結合され、上記中心軸３に関して対称
に配置されたレバー、５は上記中心軸３に関して対称に
位置する上記各レバー４の中間部分のある１点を傾動自
在に支持する第１ピボット、６は上記各レバー４の他端
に結合された傾動自在な第２ジョイント、７は上記第２
ジョイント６を介してレバー４に結合されるカウンタプ
レート、８は上記カウンタプレートを上記中心軸に対し
て垂直な軸回り（この図では紙面に垂直な軸回り）に傾
動させるアクチュエータ、９は上記アクチュエータ８お
よび第１ピボット５を一体的に保持するベース、１０は
与圧ばね、である。本実施の形態では、説明容易化のた
め、レバー４を対称位置に２つ配して、ミラー１を上記
のように紙面に垂直な１軸回りに傾動させる構成を示し
たものである。

【００２２】ここで、前記アクチュエータ８は、中心軸
３に平行な方向に伸縮動作可能なリニアアクチュエータ
である。一例としてモータとボールネジを組み合せた伸
縮アクチュエータを用いたものを示すが、同等の機能を
有するものであれば原理を問わずアクチュエータ８とし
て利用できることは言うまでもない。アクチュエータ８
の先端には、曲げモーメントを開放するために先端が半
球面状に加工された１１のトップピースが具備されてい
る。また、与圧ばね１０は、前記アクチュエータ８に常
時圧縮力を加えておき、前記アクチュエータ８のバック
ラッシュを抑圧するためのものである。

【００２３】なお、本実施の形態では、ピボットおよび
ジョイントはすべて弾性変形を利用して回転動作を実現
する弾性ヒンジで構成されている。また、上記ジョイン
ト２と６、ピボット５、レバー４の配置は、すべて中心
軸３に関して対称な配置となっている。

【００２４】図２は、図１の各部の寸法を模式的に示し
たものである。図において、Ｒ１からＲ４は、全て中心
軸３に垂直な方向の距離を示したもので、Ｒ１は中心軸
３と第１ジョイント２との間の距離、Ｒ２は第１ジョイ
ント２と第１ピボット５との間の距離、Ｒ３は第１ピボ
ット５と第２ジョイント６との間の距離、Ｒ４は第２ジ
ョイント６と中心軸３との間の距離、Ｒ５は上記カウン
タプレート７に対するアクチュエータ８の作用点と上記
中心軸との間の距離であり、これらの間に、Ｒ１＞Ｒ４、Ｒ５＞Ｒ４、Ｒ３＞Ｒ２（式１）の関係が成り立つように構成されている。

【００２５】ここで、ミラーの傾動軸まわりの慣性モー
メントをＬ１，カウンタプレートの傾動軸まわりの慣性
モーメントをＬ２としたとき、Ｌ１／Ｌ２＝（Ｒ３／Ｒ２）×（Ｒ１／Ｒ４）（式２）の関係が成り立つように、ミラー１およびカウンタプレ
ート７の傾動軸まわりの慣性モーメントは構成されてい
る。また、レバー４の慣性モーメントは、ミラー１およ
びカウンタプレート７の慣性モーメントに比べて十分に
小さいように構成されている。

【００２６】本実施の形態において、アクチュエータ８
は、図示しない駆動制御装置からの司令により伸縮動作
させられ、カウンタプレート７に作用してこれを傾動さ
せる。図３は、この時の様子を図示したものである。図
において、８ａ、８ｂは、中心軸に関して対称に配置さ
れたアクチュエータで、８ａはある量Ｚａだけ変位し
（伸ばされ）、同時に８ｂは−Ｚａだけ変位した（Ｚａ
だけ縮められた）状態を示している。θ２はこの状態で
のカウンタプレートの傾動角であり、θ１は同じくミラ
ーの傾動角である。傾動角は図３上で反時計回りを正と
する。

【００２７】いま、上述のように、アクチュエータ８ａ
がＺａだけ変位し、同時に８ｂが−Ｚａだけ変位して、
カウンタプレート７が角度θ２傾動したとき、 θ２＝Ｚａ／Ｒ５（式３）なる関係がある。このとき、レバー４ａはピボット５ａ
を支点とし、ジョイント６ａを力点、ジョイント２ａを
作用点とみなせる「てこ」として動作し、ジョイント２
ａは図上で−Ｚ方向に変位する。このときのジョイント
２ａの変位量をＺ _2aとすると、Ｚ_2a＝−{（Ｒ２×Ｒ４）／（Ｒ３×Ｒ５）}×Ｚａ（式４）となる。

【００２８】同じく、ジョイント２ｂもレバー４ｂのて
こ動作によって変位し、その変位量をＺ_2bとするとＺ_2b＝｛（Ｒ２×Ｒ４）／（Ｒ３×Ｒ５）｝×Ｚａ（式５）となる。従って、ミラー１はジョイント２ａ，２ｂの互
いに逆方向の変位によって傾動し、その傾動角θ１は、 θ１＝（Ｚ_2a−Ｚ_2b）／（２×Ｒ１）＝−｛（Ｒ２×Ｒ４）／（Ｒ３×Ｒ５）｝×（Ｚａ／Ｒ１）（式６）となる。

【００２９】従って、傾動角比θ１とθ２の比は、 θ１／θ２＝−{（Ｒ２×Ｒ４）／（Ｒ３×Ｒ５）}×（Ｒ５／Ｒ１）＝−（Ｒ２×Ｒ４）／（Ｒ３×Ｒ１）（式７）となる。すなわち、ミラーの傾動角θ１とカウンタプレ
ートの傾動角θ２は方向が逆で、絶対値の比が｜θ１／θ２｜＝（Ｒ２×Ｒ４）／（Ｒ３×Ｒ１）（式８）となる。

【００３０】ここで、ミラーの傾動軸まわりの慣性モー
メントをＬ１，カウンタプレートの傾動軸まわりの慣性
モーメントをＬ２としたとき、式２に示したとおり、Ｌ１／Ｌ２＝（Ｒ３／Ｒ２）×（Ｒ１／Ｒ４）（式２）の関係が成り立つように、ミラー１およびカウンタプレ
ート７の傾動軸周まわりの慣性モーメントは構成されて
いる。従って、ミラーの傾動角θ１とカウンタプレート
の傾動角θ２、およびミラーの傾動角まわりの慣性モー
メントＬ１とカウンタプレートの傾動角まわりの慣性モ
ーメントＬ２の間に、 θ１／θ２＝−Ｌ２／Ｌ１の関係が成り立つ。

【００３１】さらに、レバー４の慣性モーメントはミラ
ー１およびカウンタプレート７の慣性モーメントに比べ
て十分に小さいように構成されているので、結局、上記
の傾動動作において、カウンタプレート７が傾動するこ
とによって発生する反力モーメント（トルク）と、ミラ
ー１が傾動することによって発生する反力モーメント
（トルク）とが釣り合って互いにキャンセルする。従っ
て、本傾動機構は、ミラー１の傾動動作によって発生す
る反力モーメント（トルク）を、本機構の外部に漏洩す
ることがなくなり、本機構を搭載した光通信アンテナや
望遠鏡などに外乱をおよぼさない、優れたミラー傾動機
構を提供することができる。

【００３２】さらにここで、本実施の形態においては、Ｒ２＜Ｒ３、Ｒ４＜Ｒ１、Ｒ５＞Ｒ４としているので、上記式８の値は非常に小さい値とする
ことができる。具体的な数値例として、たとえば、Ｒ１＝２７、Ｒ２＝３、Ｒ３＝１８、Ｒ４＝６、Ｒ５＝
１８とすれば、｜θ１／θ２｜＝（Ｒ２×Ｒ４）／（Ｒ３×Ｒ１）＝
（３×６）／（８×２７）＝１／２７となり、このような非常に小さい傾動角比率を無理なく
実現することができる。

【００３３】従って、アクチュエータ８として、分解能
の粗いアクチュエータを用いたとしても、上記傾動角比
率によって傾動角が縮小されるため、機構全体としては
分解能の高い微細なミラー傾動角制御が可能となる。一
般に分解能の粗いアクチュエータは、高分解能を持つも
のに比較して安価であるため、本発明を利用することに
より、高分解能のミラー傾動機構を安価に提供すること
ができる。また、何らかの環境条件によって、使用でき
るアクチュエータが限られており、使用できるアクチュ
エータの分解能が単体では不足しているような場合であ
っても、上記機構によって分解能を高めて使用すること
ができる。

【００３４】上記のような傾動角比率について、たとえ
ば、カウンタプレートが具備されずアクチュエータ８が
第２ジョイント６を直接押すような機構や、あるいはレ
バー４がなく第２ジョイント６が直接にミラー１に接合
されているような機構で同様の傾動角比率を達成しよう
とすると、アクチュエータの実装スペースが極端な制約
を受け事実上実現困難になったり、ミラーを支えるジョ
イントが近接しすぎて取付けが不安定になるなどの障害
が生じる。

【００３５】また、第１ピボット５を、第１ジョイント
２よりも中心軸３から遠い側に設置してレバー４を同じ
く遠い側に長くすることも考えられるが、その場合には
全体としての包絡域が大きくなり小型化には適さない。
本発明によれば、同じ傾動角比率に対して、レバー４の
てこ比や、第２ジョイント位置とカウンタプレート７の
大きさの組み合わせを適切に選ぶことができるので、ア
クチュエータの実装スペースをアクチュエータの大きさ
に合わせて無理なく設定することができ、設計の自由度
が大きく、機構の実現性が高い。また、ミラー１の支持
点間隔も広くとることができるので構造的にも安定であ
る。また、全体としてミラー１の外径と同じ程度の領域
内に全機構を収納することができるので、小型化にも適
する。

【００３６】また、上記において、ジョイントおよびピ
ボットとして、弾性変形を利用して回転動作を実現する
弾性ヒンジを用いたので、ピンジョイント等を用いた場
合に比較して、機構的なガタやヒステリシスの影響が無
くなり、より高精度の傾動機構を得ることができる。

【００３７】なお、上記傾動の説明においては、左右の
アクチュエータ８ａ，８ｂを、符号を異にした同一量そ
れぞれ伸・縮することによりミラー１を傾動するものと
したが、これを同一符号での移動、もしくは片方のみの
伸縮や左右間での異なる移動量の伸縮などにより、中心
軸３の方向、すなわち図面上でＺ方向へのミラー１の前
進、後退を加えることができ、例えば傾動と同時にミラ
ー面１を前後進移動させて、このミラー傾動機構を組み
入れた光学系の焦点位置調整などの目的にも供すること
ができる。

【００３８】＜実施の形態２＞図４は、本発明にかかる
第２の実施の形態を示す図で、前記実施の形態１のミラ
ーに相当する部分を、ミラー上面（Ｚ方向）から見た模
式図である。本実施の形態においては、中心軸３を囲ん
でレバー１４が１２０゜対向で３本配設されており、こ
れに結合されているジョイント１２、１６はいずれも中
心軸３に垂直な２軸まわりに傾動可能、ピボット１５は
レバーの長手方向に垂直な軸まわりに１軸傾動可能とな
っている。アクチュエータ１８は中心軸３を囲んで１２
０゜対向で３本配設されている。その他の構成は先の実
施の形態１と同様である。

【００３９】このような配置構成とすることにより、カ
ウンタプレート７を、３本のアクチュエータ１８を協調
動作させて２軸回転させ、さらにはＺ方向に前後進させ
ることもできる。従って、ミラー面１を２軸まわりに傾
動させて光ビーム方向を傾動させることが可能になり、
更にはミラー面１を前後に移動させて、このミラー傾動
機構を組み入れた光学系の焦点位置調整などの目的にも
供することができる。このとき重要なことは、先の（式
８）において、傾動角θ１とθ２の比が、Ｒ１、Ｒ２、
Ｒ３、Ｒ４によって決定されており、結果的にはＲ５の
値には直接に依存しないことである。すなわち、傾動角
比は、アクチュエータの取り付け位置に直接には依存せ
ず、カウンタプレートに接合された複数のアクチュエー
タを適切に協調させてカウンタプレートをθ２だけ傾動
させるようにできる構成であれば、アクチュエータの取
り付け位置にかかわらず、望ましい傾動角比が得られる
ことを示している。アクチュエータが３本以上の場合、
先の説明におけるＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の長さは、あ
る所望の傾動軸に対し垂直な平面への各長さの投影にな
るが、いずれにせよカウンタプレートの傾動角とミラー
の傾動角の比はこれらの４つのパラメータによって規定
されるので、カウンタプレートに接合された複数のアク
チュエータを適切に協調させてカウンタプレートを所望
量だけ傾動させるようにできる構成であれば、アクチュ
エータの取り付け位置にかかわらず、望ましい傾動角比
を得ることができる。これらの傾動及び前後進移動のた
めに必要な各アクチュエータ１８の伸縮移動量は，前記
図示しない駆動制御装置により計算され、各アクチュエ
ータ１８毎に司令される。

【００４０】なお、図４では、アクチュエータ１８の取
付け位置とレバー１４の取付け位置とを、中心軸３回り
に半位相、すなわち６０゜位相をずらした配置とした例
を図示しているが、アクチュエータ１８の取付け位置
と、レバー１４の取付け位置とは同位相であっても、更
にはある一定の位相ずらした配置であっても差し支えな
い。このような構成によっても同等の効果を発揮するこ
とができるが，例えばミラー１を同一角度傾動させる場
合の各アクチュエータ１８の伸縮移動量は、これらの各
構成間では異なるものとなる。これはカウンタプレート
７とレバー１４を結ぶ第２ジョイント１６に対するアク
チュエータ１８の位置関係が異なることによるもので、
この場合にも各必要なそれぞれのアクチュエータ１８の
伸縮移動量は、前記駆動制御装置で計算されアクチュエ
ータに司令される。

【００４１】また、本実施の形態のようにレバー１４を
３本、あるいはそれ以上設けることによりミラー１を２
軸方向に傾動させる場合においても、先の実施の形態と
同様にミラー１の傾動によって生ずる反力モーメント
（トルク）を、カウンタプレート７の傾動による反力モ
ーメント（トルク）で相殺することができるが、そのた
めには、先の実施の形態で定義した内容において、Ｌ１／Ｌ２＝（Ｒ３／Ｒ２）×（Ｒ１／Ｒ４）（式２）の関係が成立するようにしなければならない。図４に示
す例においては、ミラー１及びカウンタプレート７とも
円形平面形状となっているが、上記式２を満足するもの
は円形に限定されるものではない。すなわち、ミラー平
面形状として、例えば楕円、矩形なども考えられるが、
これら形状の場合においてもそのミラーが２軸方向に傾
動する場合に、その任意の傾動軸において上記式２を満
足させるためには、カウンタプレートの平面形状を一般
にミラー平面形状の相似形とすることが対応上好ましい
ものとなる。

【００４２】＜実施の形態３＞図５は、本発明にかかる
第３の実施の形態を示す図で、前記実施の形態１のミラ
ーに相当する部分をミラー上面（Ｚ方向）から見た模式
図である。本実施の形態においては、中心軸３を囲んで
レバー２４が９０゜対向で４本配設されており、またア
クチュエータ２８は、中心軸３を囲んで９０゜対向で４
本、上記レバー２４と同位相で配設されている。その他
の構成は実施の形態１と同様である。

【００４３】このような配置構成によっても、上記実施
の形態２と同様、４本のアクチュエータ２８を協調動作
させてカウンタプレート７を２軸回転させ、さらにはＺ
方向に前後進もさせることができる。従って、上記実施
の形態２と同様、ミラ一面を２軸まわりに傾動させて光
ビーム方向を傾動させることが可能になり、さらには、
ミラー面を前後に移動させて、このミラー傾動機構を組
み入れた光学系の焦点位置調整などの目的にも供するこ
とができる。また、ミラー１の傾動によって生ずる反力
モーメント（トルク）を、カウンタプレート７の傾動に
よる反力モーメント（トルク）によって相殺することが
できる。なお，本実施の形態においても、アクチュエー
タ２８と各レバー２４とを半位相ずらして配置したり、
あるいは任意の中間位置に位相をずらして配置すること
も可能であり、その場合の各アクチュエータ２８伸縮移
動量が変化する点も，先の実施の形態２と同様である。
その際複数のアクチュエータは、軸３を中心とする同一
円周上に均等に配置することが制御上好ましいが、これ
に限定するものではない。又、先の実施の形態２及び本
実施の形態３において、レバーとアクチュエータとをそ
れぞれ３本もしくは４本として両者の数を一致させてい
るが、これを例えばレバーは３本でアクチュエータは４
本という組合せにするなど、異なる本数のレバーとアク
チュエータを任意に組合せることも可能である。

【００４４】＜実施の形態４＞図６は、本発明にかかる
第４の実施の形態を示す断面模式図で、図において、３
２はカウンタプレート７の中心軸上を傾動自在に支持す
る第２ピボットである。３８と３９とは、カウンタプレ
ート７に対し、前記実施の形態１におけるアクチュエー
タ８の作用点と同等の位置においてＺ方向の移動力を作
用させる力アクチュエータである。たとえばここでは、
電磁石３８が鉄片３９と対向することにより吸引力を発
生する非接触の磁気アクチュエータを例示している。

【００４５】本実施の形態においては、上記第２ピボッ
ト３２を具備することにより、カウンタプレート７のＺ
方向の移動変位が拘束され、従ってミラー１のＺ方向の
前後進変位が拘束される。すなわち、ミラー１の傾動動
作だけが必要で、ミラー１のＺ方向の移動動作は不必要
である場合に、このような構成とすることにより確実に
前後進動作が生じないように拘束することができる。上
記ピボット３２の存在によって、傾動動作には何ら障害
は生じないことは言うまでもない。

【００４６】なおこのとき、アクチュエータ３８，３９
として、アクチュエータ８と同様の高剛性の変位拘束型
アクチュエータを用いると、第２ピボット３２のＺ方向
拘束とアクチュエータによるＺ方向拘束が干渉しあっ
て、第２ピボット３２に過大な負荷荷重が作用して壊れ
る場合がある。しかし、本実施の形態のように力アクチ
ュエータ３８及び３９を用いることで、上記干渉の問題
は生じないようにすることができる。

【００４７】＜実施の形態５＞図７は、本発明にかかる
第５の実施の形態を示す図で、図面上で示す中心軸３に
垂直な方向の各距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は、
それぞれ実施の形態１と同様で、すなわちＲ１は中心軸
３と第１ジョイント２との間の距離、Ｒ２は第１ジョイ
ント２と第１ピボット５との間の距離、Ｒ３は第１ピボ
ット５と第２ジョイント６との間の距離、Ｒ４は第２ジ
ョイント６と中心軸３との間の距離、Ｒ５は上記カウン
タプレート７に対するアクチュエータ８の作用点と上記
中心軸との間の距離であり、本実施の形態においては、
これらの間で、Ｒ１＜Ｒ４、Ｒ５＜Ｒ４、Ｒ３＜Ｒ２となるように構成されている。その他の構成は、実施の
形態１ないし４と同様である。したがって、上記の傾動
動作において、カウンタプレート７が傾動することによ
って発生する反力モーメント（トルク）と、ミラー１が
傾動することによって発生する反力モーメント（トル
ク）とが釣り合い、ミラー１の傾動動作によって発生す
る反力モーメント（トルク）を、本機構の外部に漏洩す
ることがなくなるという利点があるばかりでなく、本構
成によれば、式８の値を非常に大きい値とすることがで
きる。具体的な数値例として、たとえば、Ｒ１＝６、Ｒ２＝１８、Ｒ３＝３、Ｒ４＝２７、Ｒ５＝
６とすれば、｜θ１／θ２｜＝（Ｒ２×Ｒ４）／（Ｒ３×Ｒ１）＝
（１８×２７）／（３×６）＝２７／１すなわち、２７倍という非常に大きな傾動角比率を無理
なく実現することができる。

【００４８】従って、アクチュエータ８として、ストロ
ークの小さいアクチュエータを用いたとしても、上記傾
動角比率によって傾動角が拡大されるため、広いストロ
ークのミラー傾動角制御が可能となる。ストロークの小
さいアクチュエータは一般に小型軽量であるため、本発
明により、小型軽量で広ストロークのミラー傾動機構を
提供することができる。また、何らかの環境条件によっ
て、使用できるアクチュエータが限られており、使用で
きるアクチュエータのストロークが単体では不足してい
るような場合であっても、上記機構によってストローク
を広げて使用することができる。ここでアクチュエータ
８として、たとえば圧電素子を用いることができる。

【００４９】＜実施の形態６＞図８は、本発明にかかる
第６の実施の形態を示す図で、図において、４５はカウ
ンタプレートのベースに対する相対的な傾動角を計測す
る傾動センサ、４６はカウンタプレート上でその傾動角
センサ４５を保持するステイである。この実施の形態で
は、傾動角センサ４５によって、カウンタプレート７の
傾動角を計測することができ、ミラー１の傾動角は、先
の式６あるいは式７によりカウンタプレートの傾動角か
ら推定できるので、より高精度のミラー傾動角制御が可
能となる。

【００５０】このとき、傾動角比が式７によって適宣設
定できるので、必要なミラー１の傾動角精度と、使用で
きるセンサー４５の計測精度の組み合わせを適宣選択す
ることができ、たとえば、非常に高分解能のミラー傾動
角制御を行う場合でも、センサ４５は比較的粗い安価な
センサを用いたり、あるいは逆に、非常に広いストロー
クのミラー傾動角制御が必要な場合でも、センサ４５と
して比較的小さいレンジの小型のものを用いるなどの組
み合わせが可能となる。

【００５１】なお、図８は、レバー４が対称位置に２つ
配置された例を示しているが、レバー４を３つもしくは
それ以上の数として２軸傾動させる場合でも、同様に傾
動角の測定が可能である。その場合には前記ステイ４６
を少なくとも３本設けることが望ましく、また傾動角セ
ンサ４５は２軸測定が可能なものとする必要がある。前
記ミラー傾動角制御は，このセンサ４５からの信号を前
記駆動制御装置に入力し、必要な各アクチュエータ８の
伸縮移動量を算出することにより行われる。

【００５２】

【発明の効果】以上のように構成される本発明により、
以下に記載するような各種効果を得ることができる。ま
ず、本発明の実施により、自在な傾動角比率を無理なく
実現することができる。従って、大きい傾動角比を実現
した場合には、その傾動角比率によって傾動角が縮小さ
れるため、分解能の粗いアクチュエータを用いたとして
も、機構全体として高い分解能のミラー傾動角制御が可
能となり、したがって高分解能のミラー傾動機構を安価
に提供することができる。また、何らかの環境条件によ
って、使用できるアクチュエータが限られており、使用
できるアクチュエータの分解能が単体では不足している
ような場合であっても、上記機構によって分解能を高め
て使用することができる。

【００５３】また、小さい傾動角比率を実現した場合に
は、その傾動角比率によって傾動角を拡大することがで
きるため、ストロークの小さいアクチュエータを用いた
としても、機構全体として広いストロークのミラー傾動
角制御が可能となり、小型軽量で広ストロークのミラー
傾動機構を提供することができる。また、何らかの環境
条件によって、使用できるアクチュエータが限られてお
り、使用できるアクチュエータのストロークが単体では
不足しているような場合であっても、上記機構によって
ストロークを広げて使用することができる。

【００５４】また、上記の構成によって、同じ傾動角比
率に対して、レバーのてこ比や、第２ジョイント位置と
カウンタプレートの大きさの組み合わせを適切に選ぶこ
とができるので、アクチュエータの実装スペースをアク
チュエータの大きさに合わせて無理なく設定することが
でき、設計の自由度が大きく、機構の実現性が高い。

【００５５】また、ミラーの支持点間隔も広くとること
ができるので構造的にも安定である。

【００５６】また、全体としてミラーの外径と同じ程度
の領域内に全機構を収納することができるので、小型化
にも適する。

【００５７】また、ミラーの傾動角θ１とカウンタプレ
ートの傾動角θ２、およびミラーの傾動軸まわりの慣性
モーメントＬ１とカウンタプレートの傾動軸まわりの慣
性モーメントＬ２の間に、 θ１／θ２＝−Ｌ２／Ｌ１の関係が成り立ち、さらに、レバー４の慣性モーメント
はミラー１およびカウンタプレート７の慣性モーメント
に比べて十分に小さいように構成したので、カウンタプ
レートが傾動することによって発生する反力モーメント
（トルク）と、ミラーが傾動することによって発生する
反力モーメント（トルク）とが釣り合って互いにキャン
セルし、ミラーの傾動動作によって発生する反力モーメ
ント（トルク）を、本機構の外部に漏洩することがなく
なり、本機構を搭載する光通信アンテナや望遠鏡などに
外乱をおよぼさない優れたミラー傾動機構を得ることが
できる。

【００５８】また、ジョイントおよびピボットとして、
弾性変形を利用して回転動作を実現する弾性ヒンジを用
いたので、ピンジョイント等を用いた場合に比較して、
機構的なガタやヒステリシスの影響が無くなり、より高
精度の傾動機構を得ることができる。

【００５９】また、中心軸を囲んでレバーが複数本均等
に配設されており、これに結合されているジョイントは
いずれも中心軸に垂直な２軸まわりに傾動可能、ピボッ
トはレバーの長手方向に垂直な軸まわりに１軸傾動可能
とし，アクチュエータは中心軸を囲んで均等にレバーと
同数本配設されているようにしたので、そのアクチュエ
ータを協調動作させてカウンタプレートを２軸回転さ
せ、さらにはＺ方向に前後進もさせることができる。従
って、ミラー面を２軸まわりに傾動させて光ビーム方向
を傾動させることが可能になり、さらには、ミラ一面を
Ｚ軸方向に前後に移動させて、このミラー傾動機構を組
み入れた光学系の焦点位置調整などの目的にも供するこ
とができる。

【００６０】また、カウンタプレートの中心軸上を傾動
自在に支持する第２ピボットを具備したので、カウンタ
プレートのＺ方向の移動変位が拘束され、従ってミラー
のＺ方向の前後進変位が拘束されるので、ミラーの傾動
動作だけが必要で、ミラーのＺ方向の移動動作は不必要
である場合に、確実に前後進動作を生じないように拘束
することができる。またこのとき、アクチュエータの作
用点と同等の位置においてＺ方向の前後進力を作用させ
る力アクチュエータを用いたので、ピボットのＺ方向拘
束とアクチュエータによるＺ方向拘束が干渉しあってピ
ボットに過大な負荷荷重が作用して壊れるという問題を
生じないようにすることができる。

【００６１】また、カウンタプレートのベースに対する
相対的な傾動角を計測する傾動センサを設けたので、カ
ウンタプレートの傾動角を計測することができ、ミラー
の傾動角を推定できるので、より高精度のミラー傾動角
制御が可能となる。またこのとき、傾動角比が式７によ
って適宣設定できるので、必要なミラーの傾動角精度
と、使用できるセンサーの計測精度の組み合わせを適宣
選択することができ、たとえば、非常に高分解能のミラ
ー傾動角制御を行う場合でも、センサは比較的粗い安価
なセンサを用いたり、あるいは逆に、非常に広いストロ
ークのミラー傾動角制御が必要な場合でも、センサとし
て比較的小さいレンジの小型のものを用いるなどの組み
合わせが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるミラー傾動機構の実施の形態
を示した模式断面図である。

【図２】図１に示すミラー傾動機構の各部寸法を示す
模式図である。

【図３】図１に示すミラー傾動機構の動作状態を示す
模式図である。

【図４】本発明にかかるミラー傾動機構の他の実施の
形態を示す模式図である。

【図５】本発明にかかるミラー傾動機構の他の実施の
形態を示す模式図である。

【図６】本発明にかかるミラー傾動機構の他の実施の
形態を示す模式断面図である。

【図７】本発明にかかるミラー傾動機構の他の実施の
形態を示す模式断面図である。

【図８】本発明にかかるミラー傾動機構の他の実施の
形態を示す模式断面図である。

【図９】従来の技術によるミラー傾動機構を示す模式
図である。

【図１０】従来の技術による他のミラー傾動機構を示
す模式図である。

【符号の説明】

１：ミラー、２：第１ジョイント、３：中心軸、
４：レバー、５：第１ピボット、６：第２ジョイン
ト、７：カウンタプレート、８：アクチュエータ、
９：ベース、１０：与圧ばね、１２：第１ジョイ
ント、１４：レバー、１５：第１ピボット、１
６：第２ジョイント、１８：アクチュエータ、２
２：第１ジョイント、２４：レバー、２５：第１ピ
ボット、２６：第２ジョイント、２８：アクチュエ
ータ、３２：第２ピボット、３８：電磁石、３
９：鉄片、４５：傾動センサ、４６：ステイ、 θ
１：ミラーの傾動角、 θ２：カウンタプレートの傾動
角。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光反射面を有する概略平板形状のミラー
と、前記ミラー背面あるいは側面において、前記ミラー面に
垂直な軸（中心軸）を中心とした円周上に均等間隔に配
置された傾動自在な複数の第１ジョイントと、前記各第１ジョイントを介して一端を前記ミラーに結合
され、前記中心軸に対して放射状に均等間隔に配列され
た複数のレバーと、前記中心軸から等距離にある前記各レバーの他端に結合
された、傾動自在な複数の第２ジョイントと、前記中心軸から等距離にある前記各レバーの中間部分の
ある１点を傾動自在に支持する複数の第１ピボットと、前記各第２ジョイントを介して前記各レバーに結合され
るカウンタプレートと、前記中心軸に関して前記レバーと同一位相もしくは任意
の位相ずれて前記中心軸から等距離に配置され、前記カ
ウンタプレートの前記中心軸方向の移動及び前記中心軸
に垂直でかつ相互に直交する２軸回りの傾動を行うため
の複数のアクチュエータと、を備えたことを特徴とする
ミラー傾動機構。
【請求項２】前記構成要素にある各「複数の」の数
が、全て「４つの」であること、もしくは全て「３つ
の」であることを特徴とする、請求項１に記載のミラー
傾動機構。
【請求項３】前記構成要素にある各「複数の」の数
が、全て「２つの」であり、前記アクチュエータは、前
記中心軸に関して前記レバーと同一位相に配置されて前
記カウンタプレートの前記中心軸方向の移動及び前記中
心軸に垂直な１軸回りの傾動を行うことを特徴とする、
請求項１に記載のミラー傾動機構。
【請求項４】前記アクチュエータが剛性の高い変位拘
束型アクチュエータであって、そのアクチュエータを前
記カウンタプレートに連結して用いることを特徴とす
る、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のミラー
傾動機構。
【請求項５】前記カウンタプレートの傾動中心を傾動
自在な第２ピボットで支持し、前記アクチュエータが非
接触型のアクチュエータであることを特徴とする、請求
項１ないし請求項３のいずれかに記載のミラー傾動機
構。
【請求項６】前記各ピボットおよび各ジョイントの一
部もしくは全部が、弾性変形を利用して傾動自由度を実
現する弾性ヒンジであることを特徴とする、請求項１な
いし請求項５のいずれかに記載のミラー傾動機構。
【請求項７】前記中心軸に垂直な方向の距離に関し、
前記中心軸と前記第１ジョイントとの間をＲ１、前記第
１ジョイントと前記第１ピボットとの間をＲ２、前記第
１ピボットと前記第２ジョイントとの間をＲ３、前記第
２ジョイントと前記中心軸との間をＲ４、前記カウンタ
プレートに対する前記アクチュエータの作用点と上記中
心軸との間をＲ５、とそれぞれしたとき、これらの間にＲ１＞Ｒ４、Ｒ５＞Ｒ４、Ｒ３＞Ｒ２の関係が成り立つように構成したことを特徴とする、請
求項１ないし請求項６のいずれかに記載のミラー傾動機
構。
【請求項８】前記中心軸に垂直な方向の距離に関し、
前記中心軸と前記第１ジョイントとの間をＲ１、前記第
１ジョイントと前記第１ピボットとの間をＲ２、前記第
１ピボットと前記第２ジョイントとの間をＲ３、前記第
２ジョイントと前記中心軸との間をＲ４、前記カウンタ
プレートに対する前記アクチュエータの作用点と上記中
心軸との間をＲ５、とそれぞれしたとき、これらの間にＲ１＜Ｒ４、Ｒ５＜Ｒ４、Ｒ３＜Ｒ２の関係が成り立つように構成したことを特徴とする、請
求項１ないし請求項６のいずれかに記載のミラー傾動機
構。
【請求項９】前記ミラーの傾動軸まわりの慣性モーメ
ントをＬ１、前記カウンタプレートの傾動軸まわりの慣
性モーメントをＬ２としたとき、前記Ｒ１、Ｒ２、Ｒ
３、Ｒ４とこのＬ１、Ｌ２との間において、Ｌ１／Ｌ２＝（Ｒ３／Ｒ２）×（Ｒ１／Ｒ４）の関係が成り立つように構成したことを特徴とする、請
求項７もしくは請求項８に記載のミラー傾動機構。
【請求項１０】前記ミラー傾動機構が、前記カウンタ
プレートの傾動角を計測するための傾動センサを更に備
えていることを特徴とする、請求項１ないし請求項９の
いずれかに記載のミラー傾動機構。