JP2016521872A - 極低温環境のための可変アパーチャ機構及び方法 - Google Patents

Abstract

デバイス（１０）が、超高真空において並びに極低温環境において動作可能である。デバイスは、アパーチャ（１５）を定めるシャッタアセンブリ（１２）を駆動するように構成される双安定ソレノイドモータ（１８）を有し、アパーチャは各々のモータがそれぞれの第１の位置に配置されるときに第１の形状を有し、アパーチャは、各々のモータがそれぞれの第２の位置に配置されるときに第２の形状を有する。モータがシャッタアセンブリを位置付けてアパーチャの形状を変更するときを除き、モータに応答するアクチュエータ（３０）が、シャッタアセンブリから熱的に隔離される。デバイスは、ＦＬＩＲ及び他の熱的に敏感なデバイスにおける使用に適する。

Description

本開示は、可変アパーチャ(開口部)(aperture)を有し且つ温度変動に極めて敏感な超高真空環境において超低温で動作可能であるシャッタを含む、赤外線（ＩＲ）撮像機構に概ね向けられている。

超高真空環境において極低温で動作するように構成される撮像デバイスは、温度変動に極めて敏感である。幾つかの撮像デバイスは、異なる大きさのアパーチャを構築するように構成される、可変に位置付けられるシャッタを有し、それにより、シャッタは、２つ又はそれよりも多くのアパーチャを有して異なる視野及び波長をサポートするように機械的に構成される。機械的設定(configuration)の間、シャッタの温度は、ドライブ機構（駆動機構）から移転される熱及び摩擦の故に増大する。高解像度ＩＲセンサが正しく働くために、シャッタの温度は作動中に１０ケルビンよりも多く上昇し得ない。シャッタの熱的安定性をもたらさないことは、撮像性能を低下させる。例えば、シャッタの温度が１０Ｋよりも多く上昇するとき、撮像デバイスを効果的に用い得るまでの待機時間は、シャッタ温度変動が増大するに応じて増大する。従来技術の撮像デバイスがシャッタ設定後に１０分を越える待機時間を有することは希ではない。

従来技術デバイスは、超高真空及び極低温環境に適さない圧電駆動装置（圧電ドライブ）を利用する。何故ならば、圧電駆動装置は粒子を生成する摩擦を有し、そのような条件において不安定であるからである。インターリーブされるアイリス設計(iris design)を有する従来技術デバイスは、一緒に押されて熱を移転する４つのブレードのような多数のブレードを有する。これらのインターリーブされるブレードは、典型的には、セラミック塗工され、よって、不十分な熱導体である。結果的に、シャッタは各々の位置変更中に大きな温度変化を受け、シャッタ温度が安定化する間に有意な待機時間を招く。

従来技術の上記欠陥の１つ又はそれよりも多くに取り組むために、この開示において記載する１つの実施態様は、超高真空において並びに極低温環境において動作可能であるシャッタアセンブリを含む。

１つの実施態様では、デバイスが、モータ部材を有する双安定ソレノイドモータを含み、双安定ソレノイドモータは、モータ部材を第１の位置と第２の位置との間で駆動するように構成される。アクチュエータが、第１の位置から第２の位置へのモータ部材の移動に応答し、シャッタアセンブリが、アクチュエータに応答的に連結され、シャッタアセンブリは、モータ部材が第１の位置に配置されるときに第１の形状を有するアパーチャを定め、アパーチャは、モータ部材が第２の位置に配置されるときに第２の形状を有し、シャッタアセンブリは、極低温環境において動作するように構成される。特定の実施態様において、アクチュエータは、モータ部材が第１の位置から第２の位置に移動するときを除き、シャッタアセンブリから熱的に隔離される。アクチュエータは、モータ部材が第１の位置から第２の位置に前進させられるときにのみシャッタアセンブリと係合するように構成される凹部を有するアームを含む。特定の実施態様において、シャッタアセンブリは、空洞内に配置される第１の端を有する第１のシャッタ部材と、空洞内に配置される第２の端を有する第２のシャッタ部材とを含む。第１の端は、第２の端に対向し、第１の端は、第１の位置に配置されるときに第１の形状を有するアパーチャをそれらの間に定めるよう、選択的に第２の端に向かって前進させられ且つ第２の端から後退させられるように構成され、アパーチャは、第１の端が第２の位置に配置されるときに第２の形状を有する。特定の実施態様において、アクチュエータは、凹部を有するアームを含み、第１のシャッタ部材は、アームの凹部に配置される駆動部材を有する。駆動部材は、モータ部材が第１の位置から第２の位置に前進させられるときにのみアームによって係合されるように構成される。特定の実施態様において、シャッタアセンブリは、空洞を定めるハウジングを含み、第１のシャッタ部材及び第２のシャッタ部材は、全ての位置において、ハウジングとの熱接触を維持する。ハウジングは、少なくとも１つのレールを含み、第１のシャッタ部材及び第２のシャッタ部材は、全てのシャッタ位置において、少なくとも１つのレールとの熱接触を維持する。ハウジングは、空洞を定めるスリーブを含み、スリーブは、一対の対向する平面的な部材を有し、一対の対向する平面的な部材は、少なくとも１つのスペーサ部材によって、それぞれの平面的な部材の中央部分の周りで互いに熱的に連結され、少なくとも１つのスペーサ部材は、アパーチャが第１の形状を有するときに、第１のシャッタ部材の第１の端及び第２のシャッタ部材の第２の端に熱的に連結されるように構成されるストップを含む。他の実施態様では、コントローラが、モータ部材が第２の位置に接近するときに、ソレノイドモータを制御し且つモータ部材の速度を制御するように構成される。コントローラは、モータ部材を第１の位置から第２の位置に駆動する前に、ソレノイドモータの少なくとも１つのパラメータを測定するように構成される。ソレノイドモータは、コイルを有してよく、コントローラは、コイルの抵抗を測定し且つ測定されるコイル抵抗の関数としてモータ部材の速度を制御するように構成される。コントローラは、コイルのインダクタンスを測定し且つ測定されるコイルインダクタンスの関数としてモータ部材の速度を制御するように構成されてもよい。特定の実施態様において、コントローラは、測定される少なくとも１つのパラメータの関数としてモータ部材の速度を制御するように構成されるフィードバックループを有する。コントローラは、モータ部材を第１の位置から第２の位置に駆動する直前にコイル抵抗を測定するように構成されてよく、ソレノイドモータの逆起電力を測定してコイル抵抗を決定するように構成されてよい。

他の実施態様では、デバイスが、第１のモータ部材を有する第１の双安定ソレノイドモータと、第２のモータ部材を有する第２の双安定ソレノイドモータとを含み、第１及び第２の双安定ソレノイドモータの各々は、それぞれのモータ部材を第１の位置と第２の位置との間で駆動するように構成される。第１のアクチュエータが、第１の位置から第２の位置への第１のモータ部材の移動に応答し、第２のアクチュエータが、第１の位置から第２の位置への第２のモータ部材の移動に応答する。シャッタアセンブリが、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータに応答的に連結され、シャッタアセンブリは、第１のモータ部材及び第２のモータ部材の各々がそれぞれの第１の位置に配置されるときに第１の形状を有するアパーチャを定め、アパーチャは、第１のモータ部材及び第２のモータ部材の各々がそれぞれの第２の位置に配置されるときに第２の形状を有し、シャッタアセンブリは、極低温環境において動作するように構成される。特定の実施態様において、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータは、第１のモータ部材及び第２のモータ部材の各々がそれぞれの第１の位置からそれぞれの第２の位置に移動するときを除き、シャッタアセンブリから熱的に隔離される。第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータの各々は、第１のモータ部材及び第２のモータ部材の各々がそれぞれの第１の位置からそれぞれの第２の位置に移動するときにのみシャッタアセンブリと係合するように構成される凹部を有するアームを含む。特定の実施態様において、シャッタアセンブリは、第１のアクチュエータのアームに応答的に連結させられる第１のシャッタ部材と、第２のアクチュエータのアームに応答的に連結させられる第２のシャッタ部材とを含み、第１のシャッタ部材及び第２のシャッタ部材の各々は、第１及び第２のソレノイドモータの各々が第１の位置に配置されるときに、第１の形状を有するアパーチャをそれらの間に定めるよう、選択的に互いに向かって前進させられ且つ互いから後退させられるように構成され、アパーチャは、第１及び第２のソレノイドモータの各々が第２の位置に配置されるときに、第１の形状よりも大きい第２の形状を有する。他の実施態様において、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータの各々は、凹部を有するアームを含み、第１のシャッタ部材は、第１のアクチュエータのアームの凹部内に配置される第１の駆動部材を有し、第２のシャッタ部材は、第２のアクチュエータのアームの凹部内に配置される第２の駆動部材を有し、第１及び第２の駆動部材の各々は、それぞれのモータ部材がそれぞれの第１の位置からそれぞれの第２の位置に前進させられるときにのみ、それぞれの第１及び第２のアクチュエータのアームによって係合されるように構成される。特定の実施態様において、シャッタアセンブリは、空洞を定めるハウジングを含み、第１のシャッタ部材及び第２のシャッタ部材は、全ての位置において、ハウジングとの熱接触を維持する。ハウジングは、空洞を定めるスリーブを含み、スリーブは、一対の対向する平面的な部材を有し、一対の対向する平面的な部材は、少なくとも１つのスペーサ部材によって、それぞれの平面的な部材の中央部分の周りで互いに熱的に連結される。少なくとも１つのスペーサ部材は、アパーチャが第１の形状を有するときに、第１のシャッタ部材及び第２のシャッタ部材に熱的に連結させられる。特定の実施態様では、コントローラが、第１及び第２のソレノイドモータを制御し、第１及び第２のモータ部材がそれぞれの第２の位置に接近するときに、第１及び第２のモータ部材の速度を制御するように構成される。コントローラは、それぞれの第１及び第２のモータ部材を第１の位置から第２の位置に駆動する前に、第１及び第２のソレノイドモータの少なくとも１つのパラメータを測定するように構成される。コントローラは、測定される少なくとも１つのパラメータの関数として第１及び第２のモータ部材の速度を制御するように構成されるフィードバックループを有する。

特定の利点を上に列挙したが、様々な実施態様は列挙した利点の全部又は一部を含んでよく、全く含まなくてもよい。加えて、後述の図面及び記述の考察の後、他の技術的利点が当業者に直ちに明らかになることがある。

本開示及びその利点のより完全な理解のために、添付の図面と共に後続の記述を今や参照する。図面中、同等の参照番号は同等の部品を提示する。

本開示の実施態様に従ったシャッタとシャッタ位置付けるように構成される熱的に隔離された駆動システムとを含む熱撮像デバイスを示す図である。

図１の熱的に隔離された駆動システムを示す図であり、シャッタは取り外されている。

１つのドライブ機構を示す斜視図である。

駆動システムの部分を示す分解図であり、シャッタスライダ部材のローラと駆動ピンとを受け入れる開口として構成される細長い凹部を有する駆動アームを示している。

第１の「完全開放」位置にある駆動アームを示す図であり、シャッタスライダ部材は対応する第１の位置にある。

第２の「完全閉塞」位置にある駆動アームを示す図であり、シャッタスライダ部材は対応する第２の位置にある。

第１及び第２の位置においてスライダピン及びローラを受け入れる細長い開口とアームとを示す頂面図であり、細長い開口はスライダピン及びローラから物理的及び熱的に分離されている。

スライダピン及びローラからのアームの非対称的な隙間を示す第１の位置にあるアームを示す頂面図であり、第１の位置はこの隙間と比較されるアクチュエータの径方向の遊びを含む。

アームを含む駆動クランクを示す斜視図である。

ドライブアセンブリを制御するように構成されるコントローラ回路を示す図である。

シャッタアセンブリを示す頂部斜視図である。

シャッタアセンブリを示す分解図である。

シャッタアセンブリを示す異なる図である。 シャッタアセンブリを示す異なる図である。 シャッタアセンブリを示す異なる図である。 シャッタアセンブリを示す異なる図である。

シャッタアセンブリの下方プレートを示す頂面図である。 シャッタアセンブリの下方プレートを示す底面図である。

頂部プレートの下方表面を示すように裏返された頂部プレートを示す斜視図である。

頂部プレートの下方表面を示す図である。

例示的な実施態様を以下に例示するが、現時点で知られていようがいまいが、任意の数の技術を用いて本発明を実施してよいことが最初に理解されなければならない。本発明は、例示的な実施、図面、及び以下に例示する技法に如何様にも限定されてはならない。加えて、図面は必ずしも原寸通りに描かれていない。

図１は、超高真空及び極低温で動作可能な可変アパーチャ機構（ＶＡＭ）を含むＩＲ熱画像(thermal imaging)シャッタ装置１０の頂部斜視図を例示している。装置１０は、一対の摺動アパーチャブレード１４を含む、概ね１２で示すシャッタアセンブリを含む。摺動アパーチャブレード１４は、シャッタアパーチャ１５を一緒に定め、各々のブレード１４は、１６Ａ及び１６Ｂで概ね示すそれぞれのドライブ機構（駆動機構）によって駆動させられて、アパーチャ１５の形状を選択的に構築するように構成される。アパーチャブレード１４は、各々、スリーブを定める一対の熱伝導部材の間に定められる空洞内に入れられ、各々のアパーチャブレード１４は、まもなく図４及び図１１−１５に関連してより詳細に記載するように、アパーチャ１５が少なくとも２つの異なる視野を有する撮像デバイス（図示せず）と協働するように構成されるよう、２つの位置、即ち、図１に示すようなより小さい形状を有するアパーチャ１５を定める閉塞位置と、より大きい形状のアパーチャ１５（図示せず）を定める後退位置とを有する。シャッタアセンブリ１２は、高真空環境において極低温で動作するように有利に構成され、それにより、ブレード１４は、休止時及び位置間の移行中の両方で熱安定的な温度を維持し、ブレード１４は、まもなく図４及び図１１−１５に関連して記載するように、有意な待機時間を伴わずにアパーチャ形状及び直径変更後に撮像デバイスを直ちに用い得るよう、ドライブ機構１６Ａ及び１６Ｂのような非冷却装置１０要素及び重要である周囲から熱的に絶縁される。

各々のドライブ機構１６Ａ及び１６Ｂは、回転モータ１８（図３を参照）を含み、好ましくは、双安定ソレノイドを含む。双安定ソレノイドは、従来的な圧電駆動装置（圧電ドライブ）に対する重大な利点をもたらす。何故ならば、それは超高真空環境において真空安定であり、例えば、前方監視赤外線（ＦＬＩＲ）装置における使用のために、極めて信頼性がある。双安定ソレノイドは、受動衝撃及び振動安定性をもたらす内部保持磁石を有するのに対し、圧電駆動装置は、摩擦保持を有する。その上、双安定ソレノイドは、その駆動電流を増大させることによって、より多くの電力出力が可能であるのに対し、圧電駆動装置は、単一の力出力をもたらす。加えて、双安定ソレノイドは、圧電駆動装置よりも１０Ｘ速く、動作中に望ましくなく粒子を創り出す摩擦を有する圧電駆動装置と異なり、異物破片（ＦＯＤ）を生成しない。双安定ソレノイドを装置１０内に装着するのは容易であり、減少された材料及労働コストを必要とする。可変アパーチャシャッタアセンブリと共に極低温で動作可能な双安定ソレノイドは、有意な技術的利点をもたらす。

各駆動機構１６Ａ及び１６Ｂは、均衡させられた回転可能な駆動クランク２２に連結され且つそれを駆動する、回転可能なアクチュエータピン２０を有する。各々の駆動クランク２２は、まもなく議論する図５及び図６に示す第１の「完全開放」位置と第２の「完全閉塞」位置との間でアーム２４を選択的に回転させるように構成される、径方向に延びる細長いアーム２４（図２を参照）を有する。各々のアーム２４は、図２に示すような凹部２６を有する遠位端を有し、凹部２６は、図示のような１つの好適な実施態様において、細長い開口を含むのが好ましい。凹部２６は、所望であれば、スロット又は他の開放端構造も含み得る。開口に対する限定は推定されない。

各々のアーム凹部２６は、それぞれの位置決め部材３０及びそれについて回転可能に配置されるローラ３４（図４を参照）を受け入れるように構成されるが、それらから離間する。各々の位置決め部材３０は、図４に示すように、アパーチャ１５を定めるブレード端の反対側に三角形として形成されるアパーチャブレード１４の１つのそれぞれの端に固定され且つそれと熱的に連結されるシャッタピンを含むのが好ましい。それぞれの位置決め部材３０に近接するアパーチャブレード１４のこの三角形の形状、及び反対側のブレード端からの各々の部材３０の分離は、撮像デバイスに近接するブレードアパーチャ端からのアパーチャ位置決め中に部材３０上で創り出される如何なる熱をも隔離するのを助け、そのような熱に起因する撮像劣化を減少させる。各々の部材３０は下向きに延び、それぞれの磁性戻止めラッチ３２より上に物理的及び熱的に分離された状態にある磁石３１に接続される。各々の戻止めラッチ３２は、フレーム３６に定められるそれぞれのスロット３５（図３を参照）内に安全に(securingly)且つ摺動可能に受け入れられる。各々の戻止めラッチ３２は、フレーム３６の対応するスロット３５の内側で線形に摺動するように構成されるプラグから成るのが好ましく、止めネジ３７によって最終的な所望の場所に位置付けられるときに所定の位置に係止され、プラグをスロット３５内に上向きに押し込んで、アクセス可能な係止特徴をもたらしながら、最小の追加的な線形運動を誘発する。アーム２４の回転後、それぞれの開口２６は、それぞれのシャッタピン３０を取り囲むそれぞれのローラ３４と係合して、アパーチャブレード１４を第１の完全開放位置と第２の完全閉塞位置との間で線形に移動させ、ローラ３４は、移行中に開口２６内で回転し、次に、移行の終わりに、そこから離間する。

図２は、シャッタ装置１２が取り外された状態の装置１０を描写しており、開口２６を有するそれぞれのアーム２４と、シャッタピンのない磁性戻止めラッチ３２と、好ましくはホール効果センサから成る、各々のそれぞれのアーム２４の最終位置を示す二対の近接センサ４０（図３を参照）とを含む、ドライブ機構１６Ａ及び１６Ｂを例示している。各々の駆動クランク２２は、近接性表示アーム４２を有し、近接性表示アーム４２は、その遠位端に配置され且つアーム２４位置の関数として近接センサ４０のうちの１つに亘って選択的に延びる磁石４４を含む。アーム２４が図５に示すような第１の完全開放位置にあるとき、第１の近接センサ４０は、駆動クランク２２が開放位置で所定の場所にあることを示し、アーム２４が図６に示すような第２の完全閉塞位置にあるとき、第２の近接センサ４０は、駆動クランク２２が閉塞位置で所定の場所にあることを示す。戻止め磁性ラッチ３２内で並びにアクチュエータ１８の内部で創り出される磁性コギング(magnetic cogging)は、アーム４２及び４６をストップ５０及び５２内の止めネジ５４に押し付けて、進行の端での如何なる遊びをも防止する。

図３は、例えば、２４度であってよい、アームの進行経路を例示する、第２の位置に位置付けられたアーム２４を備える１つのドライブ機構１６の斜視図を描写しているが、この経路への限定は推定されない。戻止め磁性ラッチ３２は、ステンレス鋼のような非磁性金属から成り、凹部５５と一対のエンドストップ５６とを有するように見られ、１つのエンドストップ５６が凹部５５の各々の端に定められる。磁石５７がエンドストップ５６の対向面に取り付けられ或いは埋め込まれる。磁石３１がアーム２４によって磁石５７に近接するように前進させられるとき、磁石５７は、それぞれの磁石３１、よって、ピン３０及び関連するローラ３４（図４）を、磁気的に引くようにそれぞれ構成される。アーム２４が第１の位置（図５）から第２の位置（図６）に前進させられるとき、ストップ５０はアーム２４の更なる移動を防止するが、ピン３０、磁石３１、ローラ３４、及び関連するシャッタブレード１４の運動量が許容されて、図１４Ａに示すように並びにまもなくより詳細に記載するように、ブレード１４が完全に閉塞してシャッタアセンブリ１２の一対のストップ部材８６と係合するまで移動し続ける。しかしながら、磁石３１は、それぞれの磁石５７と物理的な接触を行わず、磁石３１に近接近して磁石３１に磁気的に引き付けられた状態であり、磁性ラッチをもたらす。基本的には、アーム２４は標的に達せず、ピン３０、磁石３１、及びローラ３４は前進して、開口２６から離れ、アーム２４から熱的に隔離された状態であり、ストップ部材８６は、ピン３０の進行が行き過ぎて、開口２６の他のエッジ（縁）と係合するのを制限する。同様に、アーム２４が第２の位置から第１の位置に前進するとき、ストップ５２は、アーム２４の更なる移動を防止するが、ピン３０、磁石３１、ローラ３４、及び関連するブレード１４の運動量が許容されて、図１４Ａに示すように、ブレード１４が完全に開放して一対の側壁７８と係合するまで移動し続ける。しかしながら、磁石３１は、それぞれの磁石５７と物理的な接触を行わず、磁石３１に近接近して磁石３１に磁気的に引き付けられる状態であり、磁性ラッチをもたらす。

図４は、１つのドライブ機構１６とドライブ機構位置の関数として位置付けられるように構成される１つのシャッタブレード１４の一端との分解図を描写している。各々のシャッタブレード１４は極めて薄く軽量であり、摩擦を減少させるのを助ける。シャッタピン３０は、遠位スロット２６に沿う摺動を防止するブッシュを含むローラ３４を捉える円筒形ポストから成り、ローラ３４は、スロット２６のエッジに対して転動して摩擦及び摩耗を防止する。磁石３１は、シャッタピン３０より下に設けられ、磁石３１が戻止め磁性ラッチ３２のアームに近接近するが接触せずアームから熱的に隔離されるときに、磁性戻止め引張りをもたらす。各々のシャッタブレード１４は、閉塞位置においてアパーチャ１５のより小さい直径を定めるように構成される半円形ノッチ３８を有する。各々のノッチ３８は、図示のような丸いアパーチャを定めるように構成されてよいが、六角形、長方形、楕円形、及び他の形状のような、異なるアパーチャ形状を定めるよう、異なる形状を有してもよい。

各々の駆動クランク２２は、径方向に延びるアーム４６を更に含み、アーム４２及び４６の各々は、図５及び６並びに図９に示すように、細長いアーム２４よりも短い。駆動クランク２２がそれぞれのアクチュエータピン２０に連結されるときに、駆動クランク２２の重心が均衡させられるよう、アーム２４、４２、及び４６の各々は、駆動クランク２２の中心について均衡させられる。これはシステム１０が極めて高い衝撃要件に対してより一層少ない感受性を有するようにさせる。各々のアーム４２及び４６は、ストップ部材５０及び５２をそれぞれ含む進行ストップ限界（リミット）を有し、それらの各々は、調節可能な進行リミット設定ネジ５４を含む。次に、ストップ部材リミットネジ５４は、精密な進行経路及びアームの限界、よって、駆動させられるシャッタプレート１４の精密な限界位置を構築する。再び、アーム４２を感知する近接センサ４０は、駆動クランク２２、よって、アーム２４及びシャッタプレート１４が、２つの位置のうちの１つにあるか否かを示す。

シャッタプレート１４が完全開放位置にあるとき、ドライブ機構１６Ａのアーム２４は完全開放位置にあり、ドライブ機構１６Ａのシャッタピン３０は、図５に示すように、プレート１２の一端に定められるスロット６０の遠位端に位置付けられる。相応して、ドライブ機構１６Ｂのアーム２４は完全開放位置にあり、ドライブ機構１６Ｂのシャッタピン０は、プレート１２の反対端に定められる反対側のスロット６０内で外向きに前進させられる。図１及び図６中に見ることができるように、シャッタプレート１４が閉塞位置にあるときには、逆が当て嵌まる。

有利には、図７及び図８に例示するように、各々のシャッタピン３０及び対応するローラ３４は、第１の位置及び第２の位置にあるとき、それらの位置の間に創り出される空間の故に、それぞれのアーム２４から物理的及び熱的に分離した状態であり、よって、熱絶エッジとも呼ぶ熱障壁を創り出す。アーム２４は、１つの位置から他の位置へのシャッタプレート１４の移動／作動中の極めて短い時間期間に亘って、シャッタピン３０について配置されるローラ３４と係合するに過ぎない。よって、ドライブ機構１６Ａ及び１６Ｂ並びにそれらの全ての部品は、動作可能な完全開放又は完全閉塞位置にあるとき、駆動させられるシャッタプレート１４から熱的に隔離される。プレート１２とシャッタプレート１４とを含むシャッタ機構は、真正なＩＲデューア極低温環境を有する真空中で構成されるのが好ましい。その上、ローラ３４からのアーム２４の間隔は、モータ１８、よって、それぞれのアーム２４に、それぞれの第１の休止位置又は第２の休止位置から加速する時間をもたらし、それはそれぞれのローラ３４と係合してローラ３４を駆動する前にアーム２４内に運動量を有利に構築し、作動機構をエネルギのトルク移転から運動量移転に変換する。この追加的な運動量は、シャッタピン３０に対して作用する磁性戻止めラッチ３２の磁性戻止め力を克服するのを助け、アーム２４又は４６をストップポスト５０又は５２に対して保持する。回転中にローラ３４と係合するアーム２４の衝撃は、存在する場合があるあらゆるスティクション（静止摩擦力）を克服するのも助ける。この間隔は、所要の力限界(force margin)を２５％〜９００％増大させる。その間隔は、比較的大きな量の遊びを有し、よって、アーム２４を直接的に駆動するのに余り適さない、より少ない精度のソレノイドモータ１８の使用も可能にする。モータの緩い遊びがシャッタアパーチャの動作を損なわないよう、各々のアーム開口２６は、それぞれのシャッタピン３０及びローラ３４についての緩い適合をもたらす。逆に、アーム開口２６の緩い公差は、偶発的な跳ね返り（リバウンド）の危険性を緩和する。アパーチャブレード１４は、保持アーム４２又は４６がそれらのそれぞれのストップと接触する前に係合する内部ストップを有する。シャッタピン３０は遠位スロット２６内にしっかりと係合されないので、アーム４２又は４６がストップ止めネジ５４と接触して跳ね返る前に、アパーチャブレードは跳ね返り得る。アームはアパーチャブレードよりもずっと高い慣性を有し、相応してよりゆっくり跳ね返るという事実によって、追加的な限界(margin)がもたらされる。１８内のアクチュエータ軸受（図３）内の高いレベルの減衰が、アーム跳ね返りの大きさを減少させる。これらの特徴は、跳ね返るアーム２４が反対方向を走行中にシャッタピン３０及びローラ３４に衝撃を与える状況を防止する。そのような衝撃は、アームのよい一層高い慣性の故に、シャッタピン３０に対して極めて高い力を加え得る。

図８に示すように、それぞれのローラ３４とアーム開口２６との間の隙間は僅かに非対称的であるが、所望であれば、それは対称的であってよい。１つの好適な実施では、約０．０１１インチ（０．０２７９４センチメートル）の隙間と等しい、デッドゾーンとも呼ぶ約１．４度の隙間があるが、この角度間隔又は隙間に対する限定は推定されない。ネジ５４によって構築されるアーム進行リミット設定ストップは、デッドゾーンの１／５、約０．２８度内に周り止めされるように設定されるのが好ましい。

１つの好適な実施態様では、回転ソレノイドは一貫した信頼性及び調整可能なストロークを提供するので、Ridgefield, ConnecticutのBrandstrom Instrumentsによって製造されるような回転ソレノイドがモータ１８として用いられる。静止モータマウントストップリミット部材５０及び５２における進行リミットネジ５４を用いた駆動クランク２２の微調節特徴は、このストロークを構築するのを助ける。この設計は、機能的に許容できるが本質的に信頼性できない圧電駆動モータよりも優れている。回転モータはＤＣステッピングモータを含み得るが、特定の回転モータに対する限定は推定されない。この発明は、駆動させられる部品に過度の応力を加えることがあるモータオーバートラベルを許容することがあるモータ及びリンク機構に対する利点を有する。

図９は、４つの均衡させられたアームを含む駆動クランク２２の斜視図を例示している。

図１０は、モータ１８の各々を選択的に駆動して、アーム２４の位置付けを制御し、それにより、シャッタプレート１４を第１の位置と第２の位置との間で駆動させるように構成される、制御回路６０を例示している。制御回路６０は、ドライブ機構１６Ａ及び１６Ｂのアーム２４が完全開放位置のモータ１８とインターフェース接続する駆動エレクトロニクス６４を制御するように構成されるプロセッサを有するコントローラ６２を含む。

図１１を今や参照すると、シャッタアセンブリ１２の頂部斜視図が示されている。図１２は、シャッタアセンブリ１２の分解図を示している。図１３Ａは、シャッタアセンブリ１２の頂面図を示しており、図１３Ｂは、シャッタアセンブリ１２の底面図を示しており、図１３Ｃは、シャッタアセンブリ１２の側面図を示しており、図１３Ｄは、シャッタアセンブリ１２の端面図を示している。シャッタアセンブリ１２は、互いに平行であり且つそれぞれのフランジ開口７６を通じて延びるネジとして示される複数の締結具７４によって固定される、頂部プレート７０及び底部プレート７２を含む。頂部プレート７０及び底部プレート７２が、それらの間に空洞８０を有するスリーブを共に定めるよう、底部プレート７２は、その全周について４つの上向きに延びる側壁７８を有する。空洞８０は、シャッタブレード１４を収容するように構成され、且つ２つの位置の間のシャッタブレード１４の摺動を可能にして、アパーチャの２つの異なる直径を定めるように構成される。頂部プレート７０及び底部プレート７２の各々は、前述のような対向するスロット６０を有して、シャッタピン３０がその内に選択的に位置付けられ且つアパーチャ１５設定を構築するのを可能にする。頂部プレート７０及び底部プレート７２は、ベリリウム銅のような熱伝導性材料から成り、シャッタアセンブリ１２が極低温に維持されるときに、あらゆる生成される熱がシャッタアセンブリ１２を通じて移転し且つシャッタアセンブリ１２の周りで均等になるように構成される。例えば、アパーチャ１５設定を変更するブレード１４の位置決め中にシャッタピン３０又はローラ３４内に生成されるあらゆる熱は、他の部材に素早く広がって、安定的な温度を維持し、それは高解像度赤外線（ＩＲ）センサ（図示せず）が設定後に即座に用いられるのを可能にすることにとって重要である。

シャッタブレード１４の各々は、ベリリウム銅のような極めて薄い金属材料から成り、追加的に、金メッキされる。有利には、金メッキは、極低温での使用に適さない油又はグリースを用いることなく、ブレード１４に自己潤滑をもたらす。金メッキは、撮像システムによってアパーチャ１５で生成されるような熱も反射する。金メッキは極めて柔らかいので、それは異物破片（ＦＯＤ）も防止する。

各々のブレード１４は、底部プレート７２のそれぞれの側壁７８と係合するように構成された、丸められた拡張部又は結節１０４(nub)をそのエッジに有し、結節１０４は側壁７８との唯一の接点をもたらして、位置決め中の摩擦を減少させるが、熱経路も有利にもたらす。摺動ブレード１４は、多数地点の高熱伝導経路の故に、移行中を含めて常に、上方部材７０及び下方部材７２との熱伝導を維持する。再び、ブレード１４の金メッキは、これらの接点で潤滑をもたらす。シャッタアセンブリ１２の全ての材料は、取り囲まれた環境内で真空安定である。

図１４Ａは、底部プレート７２の頂部斜視図を例示しており、図１４Ｂは、底部プレート７２の底部斜視図を例示している。底部プレート７２の頂部表面８２は、粒子トラップとして動作するように構成される複数のＸ形状凹部８４を含むように見られる。各々の凹部８４は、成形中に又はエッチングによって形成され、ブレード１４が長期に亘って位置付けられるときに生成されることがある粒子を集め且つ捉えるように構成される。加えて、シャッタピン３０に連結される磁石３１は、シャッタピン３０を磁化して、生成されることがある如何なる粒子をも集める。

底部プレート７２は、開口８８の各々の側に対向させられる一対のポスト８６を含むように更に見られ、開口８８は、ブレード１４が後退位置にあるときに、より大きな形状のアパーチャ１５をもたらす。頂部プレート７０は、より大きな直径を有する開口９０（隙間穴）を有するのに対し、開口８８は制御されたアパーチャの穴を有する。ブレード１４の各々は、図１２に示すように、対向するノッチ９４を含むエッジを形成する対向する遠位端９２を有するように見られる。ブレード１４の対向するノッチ９４は、閉塞位置においてそれぞれのポスト８６と機械的に及び熱的に係合するように構成され、ポスト８６はブレード１４のためのストップ限界（リミット）として作動し、図３に関連して前述したシャッタピン３０及びローラ３４のためのストップ限界（リミット）としても作動する。その上、ポスト８６は、ブレード１４がそれらと係合するときに、シャッタアセンブリ１２を熱的に均衡させるのを助け、対向する頂部プレート７０と底部プレート７２との間のあらゆる熱を均衡させるのも助ける。側壁７８は、開放位置にあるブレード１４のためのストップ限界（リミット）をもたらし、図３に関連して前述したシャッタピン３０及びローラ３４のためのストップ限界（リミット）としても作動する。

シャッタピン３０内で生成されるあらゆる熱が可能な限り対向する遠位端９２からであり、撮像システムの性能を減少させ得る遠位端９２での熱変動を最小限化させるよう、各々のブレード１４は、それぞれのシャッタピン３０に機械的に及び熱的に連結されるテーパ状の三角形の端９６を有する。遠位端９２は、各々、面取りされ、閉塞位置において互いに僅かに重なり合って、如何なる光も閉塞位置においてブレード１４の界面（インターフェース）を横断して通るのを防止する。面取りされる遠位端９２は、一方のブレード遠位端が閉塞位置において他方の上に僅かに乗ることも可能にし、それはシャッタアセンブリ１２の動作中に時間の経過と共に起こることがある。

底部プレート７２は、図１４Ｂに示すように、シャッタアセンブリ１２を極低温に維持するように構成される極低温ハウジングを受け入れるように構成される複数の半円形の拡張部９８を有する。

図１５Ａを参照すると、頂部プレート７０の斜視図が示されており、頂部プレート７０は反転させられて、頂部プレート７０の下方表面１００を示している。図１５Ｂは、裏返された頂部プレート７０の頂面図を示している。下方表面１００は、開口８８の各々の側に一対の平行な側方レール１０２を有するように見られ、各々のレール１０２は上向きに延び、対向する金メッキされたブレード１４の頂部表面と係合するように構成される。有利には、金メッキは、比較的柔らかく、自己潤滑表面をもたらすので、移行中に極めて低い摩擦がレール１０２とブレード１４の表面との間に生成される。その上、柔らかい金メッキは、如何なる顕著な金粒子をも生成しない。

シャッタアセンブリ１２は、１００ケルビンより下の極低温で動作するように構成される。シャッタアセンブリ１２は、ドライブ機構部品を含む非冷却部品からの少なくとも２００ケルビンの温度差を維持する。有利には、シャッタアセンブリ１２は、ブレード１４が熱的に安定であり、特にエッジ９２で、１０ケルビンよりも多い温度を変更しないように構成され、それは１つのアパーチャ設定から他のアパーチャ設定へのブレード１４の移行後に直ちに高解像度赤外線（ＩＲ）撮像システムを用い得るために重要である。摺動ブレード１４は、摩擦を増大させることなく、継続的な熱接触を維持する。この例外的な性能は、極低温で自己潤滑低摩擦表面をもたらすブレードの金メッキ、アパーチャから遠いブレード１４の端でブレードの三角形のテーパ状の端に連結されるピン３０、移行中を除くシャッタアセンブリ１２からのピン３０及びローラ３４の分離によって達成されるシャッタアセンブリ１２からのドライブ機構の隔離、及び摩擦を最小限化し且つあらゆる熱を反射する薄いブレード１４を含む、多数の重要な特徴によって達成される。

本発明の範囲から逸脱せずに、ここに記載するシステム、装置、及び方法に、変更、追加、又は省略を行ってよい。システム及び装置のコンポーネント（構成部品）を統合してよく或いは分離してよい。その上、システム及び装置の動作を、より多くの、より少ない、又は他のコンポーネントによって行ってよい。方法は、より多くの、より少ない、又は他のステップを含んでよい。加えて、ステップを任意の適切な順序において行ってよい。この文書において用いられるとき、「各々」は、ある組（セット）の各々の部材又はある組（セット）の部分組（サブセット）の各々の部材を指す。

特許庁及びこの出願に対して発行されるいずれかの特許の読者が、この出願に付属する請求項を解釈するのを助けるために、本出願人は、「〜のための手段」又は「〜のためのステップ」という用語が特定の請求項において明示的に用いられない限り、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．セクション１１２の第６パラグラフが出願日に存在するとき、付属する請求項又は請求項の要素のいずれも、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．セクション１１２の第６パラグラフを発動することを欲しない。

Claims (27)

1. モータ部材を有する双安定ソレノイドモータであって、前記モータ部材を第１の位置と第２の位置との間で駆動するように構成される、双安定ソレノイドモータと、
   前記第１の位置から前記第２の位置への前記モータ部材の移動に応答するアクチュエータと、
   該アクチュエータに応答的に連結され、前記モータ部材が前記第１の位置に配置されるときに第１の形状を有するアパーチャを定める、シャッタアセンブリとを含み、
   前記アパーチャは、前記モータ部材が前記第２の位置に配置されるときに第２の形状を有し、前記シャッタアセンブリは、極低温環境において動作するように構成される、
   デバイス。
2. 前記アクチュエータは、前記モータ部材が前記第１の位置から前記第２の位置に移動するときを除き、前記シャッタアセンブリから熱的に隔離される、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記アクチュエータは、前記モータ部材が前記第１の位置から前記第２の位置に前進させられるときにのみ前記シャッタアセンブリと係合するように構成される凹部を有するアームを含む、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記シャッタアセンブリは、空洞内に配置される第１の端を有する第１のシャッタ部材と、前記空洞内に配置される第２の端を有する第２のシャッタ部材とを含み、前記第１の端は、前記第２の端に対向し、前記第１の端は、第１の位置に配置されるときに第１の形状を有する前記アパーチャをそれらの間に定めるよう、選択的に前記第２の端に向かって前進させられ且つ前記第２の端から後退させられるように構成され、前記アパーチャは、前記第１の端が第２の位置に配置されるときに前記第２の形状を有する、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記アクチュエータは、凹部を有するアームを含み、前記第１のシャッタ部材は、前記アームの凹部に配置される駆動部材を有し、該駆動部材は、前記モータ部材が前記第１の位置から前記第２の位置に前進させられるときにのみ前記アームによって係合されるように構成される、請求項４に記載のデバイス。
6. 前記シャッタアセンブリは、前記空洞を定めるハウジングを含み、前記第１のシャッタ部材及び前記第２のシャッタ部材は、全ての位置において、前記ハウジングとの熱接触を維持する、請求項４に記載のデバイス。
7. 前記ハウジングは、少なくとも１つのレールを含み、前記第１のシャッタ部材及び前記第２のシャッタ部材は、全てのシャッタ位置において、前記少なくとも１つのレールとの熱接触を維持する、請求項６に記載のデバイス。
8. 前記ハウジングは、前記空洞を定めるスリーブを含み、該スリーブは、一対の対向する平面的な部材を有し、該一対の対向する平面的な部材は、少なくとも１つのスペーサ部材によって、前記それぞれの平面的な部材の中央部分の周りで互いに熱的に連結される、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記少なくとも１つのスペーサ部材は、前記アパーチャが前記第１の形状を有するときに、前記第１のシャッタ部材の第１の端及び前記第２のシャッタ部材の第２の端に熱的に連結されるように構成されるストップを含む、請求項８に記載のデバイス。
10. 前記ソレノイドモータを制御し且つ前記モータ部材が前記第２の位置に接近するときに前記モータ部材の速度を制御するように構成される、コントローラを更に含む、請求項１に記載のデバイス。
11. 前記コントローラは、前記モータ部材を前記第１の位置から前記第２の位置に駆動する前に、前記ソレノイドモータの少なくとも１つのパラメータを測定するように構成される、請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記ソレノイドモータは、コイルを有し、前記コントローラは、前記コイルの抵抗を測定し且つ該測定されるコイル抵抗の関数として前記モータ部材の前記速度を制御するように構成される、請求項１１に記載のデバイス。
13. 前記ソレノイドモータは、コイルを有し、前記コントローラは、前記コイルのインダクタンスを測定し且つ該測定されるコイルインダクタンスの関数として前記モータ部材の速度を制御するように構成される、請求項１１に記載のデバイス。
14. 前記コントローラは、前記測定される少なくとも１つのパラメータの関数として前記モータ部材の速度を制御するように構成されるフィードバックループを有する、請求項１１に記載のデバイス。
15. 前記コントローラは、前記モータ部材を前記第１の位置から前記第２の位置に駆動する直前に前記コイル抵抗を測定するように構成される、請求項１２に記載のデバイス。
16. 前記コントローラは、前記ソレノイドモータの逆起電力を測定して前記コイル抵抗を決定するように構成される、請求項１１に記載のデバイス。
17. 第１のモータ部材を有する第１の双安定ソレノイドモータ及び第２のモータ部材を有する第２の双安定ソレノイドモータであって、前記第１及び第２の双安定ソレノイドモータの各々は、前記それぞれのモータ部材を第１の位置と第２の位置との間で駆動するように構成される、第１の双安定ソレノイドモータ及び第２の双安定ソレノイドモータと、
    前記第１の位置から前記第２の位置への前記第１のモータ部材の移動に応答する第１のアクチュエータ及び前記第１の位置から前記第２の位置への前記第２のモータ部材の移動に応答する第２のアクチュエータと、
    前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータに応答的に連結されるシャッタアセンブリとを含み、
    該シャッタアセンブリは、前記第１のモータ部材及び前記第２のモータ部材の各々が前記それぞれの第１の位置に配置されるときに第１の形状を有するアパーチャを定め、該アパーチャは、前記第１のモータ部材及び前記第２のモータ部材の各々が前記それぞれの第２の位置に配置されるときに第２の形状を有し、前記シャッタアセンブリは、極低温環境において動作するように構成される、
    デバイス。
18. 前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータは、前記第１のモータ部材及び前記第２のモータ部材の各々が前記それぞれの第１の位置から前記それぞれの第２の位置に移動するときを除き、前記シャッタアセンブリから熱的に隔離される、請求項１７に記載のデバイス。
19. 前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータの各々は、前記第１のモータ部材及び前記第２のモータ部材の各々が前記それぞれの第１の位置から前記それぞれの第２の位置に移動するときにのみ前記シャッタアセンブリと係合するように構成される凹部を有するアームを含む、請求項１８に記載のデバイス。
20. 前記シャッタアセンブリは、前記第１のアクチュエータのアームに応答的に連結させられる第１のシャッタ部材と、前記第２のアクチュエータのアームに応答的に連結させられる第２のシャッタ部材とを含み、前記第１のシャッタ部材及び前記第２のシャッタ部材の各々は、前記第１及び第２のソレノイドモータの各々が前記第１の位置に配置されるときに、前記第１の形状を有する前記アパーチャをそれらの間に定めるよう、選択的に互いに向かって前進させられ且つ互いから後退させられるように構成され、前記アパーチャは、前記第１及び第２のソレノイドモータの各々が前記第２の位置に配置されるときに、前記第１の形状よりも大きい前記第２の形状を有する、請求項１９に記載のデバイス。
21. 前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータの各々は、凹部を有するアームを含み、前記第１のシャッタ部材は、前記第１のアクチュエータのアームの凹部内に配置される第１の駆動部材を有し、前記第２のシャッタ部材は、前記第２のアクチュエータのアームの凹部内に配置される第２の駆動部材を有し、前記第１及び第２の駆動部材の各々は、前記それぞれのモータ部材が前記それぞれの第１の位置から前記それぞれの第２の位置に前進させられるときにのみ、前記それぞれの第１及び第２のアクチュエータのアームによって係合されるように構成される、請求項２０に記載のデバイス。
22. 前記シャッタアセンブリは、前記空洞を定めるハウジングを含み、前記第１のシャッタ部材及び前記第２のシャッタ部材は、全ての位置において、前記ハウジングとの熱接触を維持する、請求項１７に記載のデバイス。
23. 前記ハウジングは、前記空洞を定めるスリーブを含み、該スリーブは、一対の対向する平面的な部材を有し、該一対の対向する平面的な部材は、少なくとも１つのスペーサ部材によって、前記それぞれの平面的な部材の中央部分の周りで互いに熱的に連結される、請求項２２に記載のデバイス。
24. 前記少なくとも１つのスペーサ部材は、前記アパーチャが前記第１の形状を有するときに、前記第１のシャッタ部材及び前記第２のシャッタ部材に熱的に連結させられる、請求項２３に記載のデバイス。
25. 前記第１及び第２のソレノイドモータを制御し、前記第１及び第２のモータ部材が前記それぞれの第２の位置に接近するときに、前記第１及び第２のモータ部材の速度を制御するように構成される、コントローラを更に含む、請求項１７に記載のデバイス。
26. 前記コントローラは、前記それぞれの第１及び第２のモータ部材を前記第１の位置から前記第２の位置に駆動する前に、前記第１及び第２のソレノイドモータの少なくとも１つのパラメータを測定するように構成される、請求項２５に記載のデバイス。
27. 前記コントローラは、前記測定される少なくとも１つのパラメータの関数として前記第１及び第２のモータ部材の前記速度を制御するように構成されるフィードバックループを有する、請求項２６に記載のデバイス。

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