JP2006276738A - 鏡アライメントシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 鏡を駆動する駆動機構とは別に、鏡を支持する機構を別に設けることによって、駆動機構への負荷を軽減したアライメントシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】 鏡１の外枠となる鏡支持フレーム２に連結したアクチュエータ３ａ〜３ｆを有するパラレルリンク機構３と、パラレルリンク機構３を取り付けた固定側フレーム４と、固定側フレーム４に対してスライド自在な直動機構９と、鏡１及び鏡支持フレーム２の合計重量と釣り合う重量を有するカウンタウェイト６と、梃子機構５を備えている。梃子機構５は、直動機構９と連結した支点５ａと、鏡支持フレーム２と連結した作用点５ｃと、カウンタウェイト６を固定した力点５ｂを有している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鏡を支持し、その位置と姿勢を調整する鏡アライメントシステムに関するものである。

従来のアライメントステムでは、被駆動物（本システムの場合は鏡）が、リンク機構やアクチュエータによって支持されている。そのため、リンク機構やアクチュエータには、被駆動物を支持しつつ、駆動することを可能とする強度や剛性、推力が要求される。従って、被駆動物である鏡が大型化して重量が増えると、リンク機構やアクチュエータも大型化する必要が生じる。

また、鏡のような重量物を支持する目的ではないものの、梃子とパラレルリンクを利用した医療用マニピュレータが提供されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２５４８７６号公報

従来の鏡アライメントシステムは、以上のように構成されていたので、被駆動物である鏡の大型化、重量増加に伴い、それを支持するリンク機構やアクチュエータも大型化する必要があった。しかし、一般的にリンク機構やアクチュエータを大型化すると、鏡の駆動精度や分解能が低下してしまうという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、鏡を駆動する駆動機構とは別に、鏡を支持する機構を別に設けることによって、駆動機構への負荷を軽減したアライメントシステムを提供することを目的とする。

この発明に係る鏡アライメントシステムは、鏡の外枠となる鏡支持フレームに連結した少なくとも１つ以上のアクチュエータを有する駆動機構と、前記駆動機構を取り付けた固定側フレームと、前記固定側フレームに対してスライド自在な直動機構と、前記鏡及び前記鏡支持フレームの合計重量と釣り合う重量を有するカウンタウェイトと、前記直動機構と連結した支点と、前記鏡支持フレームと連結した作用点と、前記カウンタウェイトを固定した力点とを有する梃子機構とを備えている。

この発明によれば、駆動機構に採用されるアクチュエータは、アクチュエータ自身で鏡の重量を支持する必要がなくなることから、小型で高精度なアクチュエータを採用することができる。その結果、高精度で高分解能の鏡アライメントシステムを得られる効果がある。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１に係る鏡アライメントシステムの側面図である。図１において、鏡１の外周及び背面には外枠となる鏡支持フレーム２が取り付けられている。鏡支持フレーム２は、アクチュエータ３ａ〜３ｆの６つのアクチュエータで構成されるパラレルリンク機構（駆動機構）３によって、固定側フレーム４と連結されている。アクチュエータ３ａ〜３ｆの各々を駆動することによって、鏡１の位置と姿勢を変位させることができる。

固定側フレーム４の上方には、直動案内機構９を介して梃子機構５が取り付けられている。梃子機構５の支点５ａには、２軸ジンバル機構８が取り付けられている。固定側フレーム４の上部には案内部１２が設けられ、直動案内機構９が、案内部１２上を梃子フレーム５ｄの長さ方向（前後）にスライドする。更に、２軸ジンバル機構８が、直動案内機構９に取り付けられているので、支点５ａが鏡１の光軸方向（前後方向）に動くことが可能である。従って、梃子機構５が固定側フレーム４に対して、支点５ａを中心として２軸方向（上下、左右）に揺動可能である。

梃子フレーム５ｄの後部には梃子機構５の力点５ｂが配置される。力点５ｂには、鏡１及び支持フレーム２の合計重量と釣り合う重量を有するカウンタウェイト６が固定されている。梃子機構５の作用点５ｃは、梃子フレーム５ｄの先端部に設けられ、球面軸受７を介して、鏡支持フレーム２の上方に取り付けられている。

上記のように構成することによって、梃子機構５は鏡１の動きに追従することができる。その結果、鏡１の位置や姿勢によらず、鏡１及び鏡支持フレーム２の合計重量の大部分を、梃子機構５を用いて、カウンタウェイト６と釣り合わせることによって、鏡１を支持することができる。

また、鏡１及び鏡支持フレーム２の合計重量の大部分が、梃子機構５を介したカウンタウェイト６との釣り合いによって支持されるため、パラレルリンク機構３を構成するアクチュエータ３ａ〜３ｆは、アクチュエータ自身で鏡１及び鏡支持フレーム２の合計重量を支持する必要がなくなる。従って、アクチュエータ３ａ〜３ｆには小型で高精度なのものを使用することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、アクチュエータ３ａ〜３ｆを小型化及び高精度化することができる。その結果、高精度で高分解能の鏡アライメントシステムを得られる効果がある。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について説明する。図２は、実施の形態２に係る鏡アライメントシステムの側面図である。実施の形態１と同様に、鏡１の外周及び背面には外枠となる鏡支持フレーム２が取り付けられている。鏡支持フレーム２は、アクチュエータ３ａ〜３ｆの６つのアクチュエータによって構成されるパラレルリンク機構３によって固定側フレーム４と連結されている。アクチュエータ３ａ〜３ｆの各々を駆動することによって、鏡１の位置及び姿勢を変位させることができる。

固定側フレーム４の上方には、直動案内機構を介して梃子機構５が取り付けられている。梃子機構５の支点５ａには、球面軸受７が取り付けられている。固定側フレーム４の上部には案内部１２が設けられ、直動案内機構９が、案内部１２上を梃子フレーム５ｄの長さ方向（前後）にスライドする。更に、球面軸受７が、直動案内機構９に取り付けられているので、支点５ａが鏡１の光軸方向（前後）に動くことが可能である。従って、梃子機構５が固定側フレーム４に対して、支点５ａを中心として２軸方向（上下、左右）に揺動可能である。

梃子フレーム５ｄの後部には梃子機構５の力点５ｂが配置される。力点５ｂには、鏡１及び鏡支持フレーム２の合計重量と釣り合う圧縮力を有するバネ機構１０が、その上部を球面軸受７を介して取り付けられている。また、バネ機構１０の下部は球面軸受７を介して固定側フレーム４の後部に取り付けられている。従って、バネ機構１０も２軸（前後、左右）に揺動可能である。梃子機構５の作用点５ｃは、梃子フレーム５ｄの先端部に設けられ、球面軸受７を介して、鏡支持フレーム２の上方に取り付けられている。

以下、バネ機構１０について説明する。円筒状のケース１０ｆ内部に、上端を球面軸受７に取り付けた軸１０ａを挿通している。軸１０ａの周囲には、圧縮バネ１０ｂを垂直方向に複数段に渡って配置し、それぞれの圧縮バネ１０ｂの中心を軸１０ａが挿通している。上下に隣接する２つの圧縮バネ１０ｂの間には、軸１０ａに取り付けた仕切り板１０ｃを配設している。ケース１０ｆの上端には、最上段の圧縮バネ１０ｂの上端と接する、上部ストッパ１０ｄが取り付けられ、軸１０ａの下端には、最下段の圧縮バネ１０ｂの下端と接する、下部ストッパ１０ｅが取り付けられている。軸１０ａは、上部ストッパ１０ｄの中央部を貫通している。

次に、バネ機構１０の動作について説明する。鏡１と鏡支持フレーム２の合計重量が軸１０ａに伝達されると、軸１０ａが下部ストッパ１０ｅ及び仕切り板１０ｃと共に上昇する。その結果、上部ストッパ１０ｄ、仕切り板１０ｃ及び下部ストッパ１０ｅの間で挟持された、各段の圧縮バネ１０ｂが圧縮される。また、圧縮バネ１０ｂは、その両端を仕切り板１０ｃまたは上部ストッパ１０ｄ、或いは下部ストッパ１０ｅで挟持されているので、各段で均等に圧縮される。

上記のように構成することによって、梃子機構５は鏡１の動きに追従することができる。その結果、鏡１の位置や姿勢によらず、鏡１及び鏡支持フレーム２の合計重量の大部分を、梃子機構５を用いて、バネ機構１０の圧縮力と釣り合わせることによって、鏡１を支持することができる。

鏡１及び鏡支持フレーム２の合計重量の大部分が、梃子機構５を介したバネ機構１０の圧縮力との釣り合いによって支持されるため、パラレルリンク機構３を構成するアクチュエータ３ａ〜３ｆは、アクチュエータ自身で鏡１及び鏡支持フレーム２の合計重量を支持する必要がなくなる。従って、アクチュエータ３ａ〜３ｆには小型で高精度なのものを使用することができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、アクチュエータ３ａ〜３ｆを小型化及び高精度化することができる。その結果。高精度で高分解能の鏡アライメントシステムを得られる効果がある。

実施の形態２では、バネ機構１０に圧縮バネ１０ｂを用いているが、圧縮バネではなく引張りバネを用いてもよい。例えば、垂直方向に連結した複数個の引張りバネの最上端を軸１０ａに連結し、最下端をケース１０に連結する。また、各段には仕切り板１０ｃを配置して、均等に引張りバネが伸長するようにする。以上のように構成することで、バネ機構１０と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３について説明する。図３は、実施の形態３に係る鏡アライメントシステムの側面図である。図３において、鏡１の外周及び背面には外枠となる鏡支持フレーム２が取り付けられている。鏡支持フレーム２は、アクチュエータ１１ａ〜１１ｅの５つのアクチュエータによって構成される５軸（３軸直動＋２軸傾動）駆動機構１１によって固定側フレーム４と連結されている。アクチュエータ１１ａ〜１１ｅの各々を駆動することによって、鏡１の位置及び姿勢を変位させることができる。

固定側フレーム４の上部には、直動案内機構９を介して梃子機構５が取り付けられている。更に、梃子機構５の上部に５軸駆動機構１１が設置されている。梃子機構５の支点５ａには、２軸ジンバル機構８が取り付けられている。固定側フレーム４の上部には案内部１２が設けられ、直動案内機構９が、案内部１２上を梃子フレーム５ｄの長さ方向（前後）にスライドする。更に、２軸ジンバル機構８が、直動案内機構９に取り付けられているので、支点５ａが鏡１の光軸方向（前後）に動くことが可能である。従って、梃子機構５が固定側フレーム４に対して、支点５ａを中心として２軸方向（上下、左右）に揺動可能である。

梃子フレーム５ｄの後部には梃子機構５の力点５ｂが配置される。力点５ｂには、鏡１及び鏡支持フレーム２の合計重量と釣り合う重量を有するカウンタウェイト６が取り付けられている。梃子機構５の作用点５ｃは、梃子フレーム５ｄの先端部に設けられ、球面軸受７を介して、鏡支持フレーム２の下方に取り付けられている。

上記のように構成することによって、梃子機構５は鏡１の動きに追従することができる。その結果、鏡１の位置や姿勢によらず、鏡１及び鏡支持フレーム２の合計重量の大部分を、梃子機構５を用いて、カウンタウェイと６と釣り合わせることによって、鏡１を支持することができる。

鏡１及び鏡支持フレーム２の合計重量の大部分が、梃子機構５を介したカウンタウェイト６との釣り合いによって支持されるため、５軸（３軸直動＋２軸傾動）駆動機構１１を構成するアクチュエータ１１ａ〜１１ｅは、アクチュエータ自身で鏡１及び鏡支持フレーム２の合計重量を支持する必要がなくなる。従って、アクチュエータ１１ａ〜１１ｅには小型で高精度なのものを使用することができる。

以上のように、この実施の形態３によれば、アクチュエータ１１ａ〜１１ｅを小型化及び高精度化することができる。その結果、高精度で高分解能の鏡アライメントシステムを得られる効果がある。

実施の形態１〜３に係る鏡アライメントシステムは支持対象が鏡の場合について説明したが、梃子機構５とカウンタウェイ６またはバネ機構１０との組合せ等を、他の対象物のアライメントシステムに適用することもできる。

本発明の実施の形態１に係る鏡アライメントシステムの側面図である。 本発明の実施の形態２に係る鏡アライメントシステムの側面図である。 本発明の実施の形態３に係る鏡アライメントシステムの側面図である。

符号の説明

１ 鏡、２ 鏡支持フレーム、３ パラレルリンク機構、３ａ〜３ｆ アクチュエータ、４ 固定側フレーム、５ 梃子機構、５ａ 支点、５ｂ 力点、５ｃ 作用点、５ｄ 梃子フレーム、６ カウンタウェイト、７ 球面軸受、８ ２軸ジンバル機構、９ 直動案内機構、１０ バネ機構、１０ａ 軸、１０ｂ 圧縮バネ、１０ｃ 仕切り板、１０ｄ 上部ストッパ、１０ｅ 下部ストッパ、１０ｆ ケース、１１ ５軸駆動機構、１１ａ〜１１ｅ アクチュエータ、１２ 案内部。

Claims (5)

1. 鏡の外枠となる鏡支持フレームに連結した少なくとも１つ以上のアクチュエータを有する駆動機構と、
   前記駆動機構を取り付けた固定側フレームと、
   前記固定側フレームに対してスライド自在な直動機構と、
   前記鏡及び前記鏡支持フレームの合計重量と釣り合う重量を有するカウンタウェイトと、
   前記直動機構と連結した支点と、前記鏡支持フレームと連結した作用点と、前記カウンタウェイトを固定した力点とを有する梃子機構とを備えた鏡アライメントシステム。
2. 鏡の外枠となる鏡支持フレームに連結した少なくとも１つ以上のアクチュエータを有する駆動機構と、
   前記駆動機構を取り付けた固定側フレームと、
   前記固定側フレームに対してスライド自在な直動機構と、
   前記鏡及び前記鏡支持フレームの合計重量と釣り合う伸縮力を有するバネ機構と、
   前記直動機構と連結した支点と、前記鏡支持フレームと連結した作用点と、前記バネ機構と連結した力点とを有する梃子機構とを備えた鏡アライメントシステム。
3. 前記バネ機構が、
   前記力点に一端を連結された軸と、
   前記軸の周囲に配置され、内部に少なくとも１つ以上の圧縮バネを有し、一端を固定側フレームに連結されたケースとを備えることを特徴とする請求項２記載の鏡アライメントシステム。
4. 前記支点が、球面軸受またはジンバル機構によって前記直動機構がと連結されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の鏡アライメントシステム。
5. 前記作用点が、球面軸受またはジンバル機構によって前記鏡支持フレームと連結されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の鏡アライメントシステム。
   

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