JP2020522758A - 調整装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、基部本体と、駆動運動を実現する少なくとも２つの駆動素子と、基部本体に対して可動のプラットフォームとを有する調整装置に関し、駆動素子の各々は、前者と関連付けられているレバー伝達装置に当接し、レバー伝達装置で伝達される駆動素子の駆動運動を、レバー伝達装置およびプラットフォームに接続された接合素子を介してプラットフォームに伝えることができ、これによって、プラットフォームは、プラットフォームを通る軸の周りの傾斜運動の形態で、および／または、プラットフォームによって規定されるプラットフォーム平面に対して垂直に配置される軸と平行な並進運動の形態で、規定された調整運動を基部本体に対して実行可能であり、接合素子は、少なくとも１つの傾斜軸の周りのみのプラットフォームの傾斜運動を可能にし、調整運動を誘導するために用いられ、かつ基部本体に堅固に接続されるばね素子がプラットフォームにさらに配置され、ばね素子は、調整運動に起因する、プラットフォーム平面内の寄生並進運動、および／または、プラットフォーム平面に対して垂直に配置される回転軸の周りのプラットフォームの寄生回転運動を抑制する。本発明はさらに、傾斜ミラーユニットにおける調整装置の使用に関する。

Description

本発明は、請求項１から１７に記載の調整装置、および傾斜ミラーユニットにおけるそのような調整装置の使用に関する。
光学素子のための調整装置がＤＥ １０３ ４４ １７８ Ｂ４から知られており、光学素子はマニピュレータユニットによって基部本体に装着されている。マニピュレータユニットはここで線形調整素子および可動マニピュレータ部材を含み、線形調整素子および可動マニピュレータ部材はたわみヒンジ構成によって互いに接続されている。可動マニピュレータ部材自体はさらなるたわみヒンジによってマニピュレータヘッドに接続されており、マニピュレータヘッドの上に光学素子がフレームリングによって配置されている。
たわみヒンジ構成は、たわみヒンジ構成がレバー減速機として作用することによって、線形調整素子の既に小さい調整運動が光学素子のさらに低い高精度の調整運動に変換され得るように構成されている。
ＤＥ １０３ ４４ １７８ Ｂ４から知られている調整装置の主な欠点は、調整運動範囲が非常に限られていることである。
したがって、本発明の目的は、高精度の調整運動でより大きい調整範囲を可能にする調整装置を提供することである。
この目的は請求項１に記載の調整装置によって達成され、それに続く従属請求項には少なくとも有利なさらなる展開が記載されている。
角度、寸法、位置、向きまたは方向などの幾何学的データの仕様に関連して説明の以下の部分に何度か使用している「実質的に」という用語は、対応する幾何学的データがそれぞれ指定された幾何学的データと比べて＋／−５％の偏差を有し得ることを意味していると理解されるものとする。この偏差は、たとえば製造公差またはアセンブリ公差に起因する。
本発明に係る調整装置は、基部本体と、基部本体に対して可動のプラットフォームとを含み、動かされるまたは位置決めされる素子、好ましくは光学素子がプラットフォームに取付けられ得る。プラットフォームまたは位置決めされる素子の動きは少なくとも２つの駆動素子によって実現し、少なくとも２つの駆動素子の各々は、その専用の関連付けられたレバー伝達装置において係合する。
当該レバー伝達装置を用いて、一般に用いられる駆動素子の非常に小さい駆動運動を、たとえばピエゾアクチュエータの形態の駆動素子の場合は、結果として生じる比較的大きい運動に変換することができる。
それぞれのレバー伝達装置によって伝達される、関連付けられた駆動素子の駆動運動は、レバー伝達装置およびプラットフォームに接続された接合素子を介してプラットフォームに摩擦なしで伝えられ、これによって、プラットフォームは、プラットフォームを通る軸の周りの傾斜運動の形態で、および／または、プラットフォームによって規定されるプラットフォーム軸に対して垂直に配置される軸と平行な並進運動の形態で、規定された調整運動を基部本体に対して実行可能である。接合素子は、少なくとも１つの傾斜軸の周りのみのプラットフォームの傾斜運動を可能にする。
ばね素子がプラットフォームに接続され、調整運動を誘導するために用いられる。当該ばね素子も同様に基部本体に接続され、プラットフォーム平面内の寄生並進運動、および／またはプラットフォーム平面に対して垂直に配置される回転軸の軸の周りのプラットフォームの寄生回転運動を抑制する。上記寄生運動は調整運動に起因する。しかし同時に、ばね素子によって、回転軸と平行に配置された軸内の並進運動が可能になる。ばね素子は好ましくは、金属材料、特にばね鋼からなる薄板ばねまたは膜である。
プラットフォームは２つの部分からなり、調整装置によって動かされる素子をその上に取付け可能なプラットフォーム上部と、プラットフォーム下部とを含むこと、および、ばね素子は、ばね素子の形状に対応したプラットフォーム下部の凹部内に配置されて好ましくは下部に接着接合されることが有利であり得る。接合素子の近くのまたはプラットフォームの旋回点の近くのばね素子の配置がこうして得られることによって、とりわけ、変形可能な部品内の機械的応力が低下する。プラットフォームの望ましくない寄生振り子運動をそれぞれ防止するまたは可能な限り防止するように、移動質量の質量中心はプラットフォームの旋回点と一致することが理想的である。さらに、ばね素子をプラットフォーム下部の凹部内に配置することによって設置空間が小さく減少し、接着接合プロセスによる取付けによってさらなる部品の使用が省略され、したがって設置労力が軽減する。接着接合プロセスによってばね素子をプラットフォーム下部に接続することに加えて、半田付けまたは溶接などの他の種類の接続も考えられる。さらに、たとえば、ばね素子がプラットフォーム下部のたとえばスロットなどの凹部内に静止するまたは装着される、純粋に機械的な取付けも考えられる。
また、ばね素子は、中央部と、中央部から延びる少なくとも２つのアーム部とを含むことが有利であり得る。これによって高い誘導精度が簡単に可能になり、同時に、対応するばね素子によって、調整装置に対する機械的応力が低い状態で比較的大きい調整範囲が可能になる。
さらに、接合素子をたわみヒンジとして形成することが有利であり得る。たわみヒンジは摩擦なしで動作し、たわみヒンジの変形に伴うヒステリシスは非常に小さい。また、たわみヒンジによって高度に動的なそれぞれの調整運動が可能になり、それらの効率の程度は高い。したがって、たわみヒンジを使用することは、特に本発明に係る調整装置の精度および速度についての高い要求に関して有利である。
また、接合素子を、互いに対して実質的に垂直に配置される１対の重ね板ばねとして構成することが有利であり得る。互いに対して実質的に垂直に配置される重ね板ばねによって、複雑な力に晒された際の調整装置内の機械的負荷または応力が低下する。特に、それぞれ互いに対して垂直に配置されるまたは互いに交差する重ね板ばねは、すべてのそれぞれの調整または傾斜軸について同等の動力学および同等の調整運動についての要求を満たすことができる。
また、プラットフォームを基部本体に解放可能に接続することが有利であり得る。これは、本発明に係る調整装置のより簡単な、したがってより経済的な製造に関して有利である。さらに、これによって、プラットフォームまたはプラットフォームと関連付けられている位置決めされる素子を簡単に交換する可能性が提供される。交換は、接合素子がプラットフォームに永続的に接続されるように構成されている場合に、またはプラットフォームと一体化して形成されている場合に特に有利である。なぜなら、接合素子は高い機械的負荷を受け、動作時にそれぞれが故障する可能性があるためである。
さらに、レバー伝達装置は相互に作用する少なくとも２つのレバー部を含むことが有利であり得る。これによって所望の伝達率を実現することができる。レバー伝達装置の全レバー伝達は５から７、特に好ましくは６．２５であることが特に有利である。
相互に作用する少なくとも２つのレバー部を互いに入れ子式に配置することが有利であり得る。これによって比較的大きい伝達率が可能になり、同時に必要な設置空間が小さくて済む。すなわち、非常にコンパクトなレバー伝達装置がこうして実現可能である。
また、レバー部を少なくとも１つのたわみヒンジによって互いに接続することが有利であり得る。これによって、摩擦なしの高度に動的なレバー伝達装置動作が可能になる。
また、レバー伝達装置を基部本体と一体化して形成することが有利であり得る。これによって、非常に低い製造公差を維持しつつ調整装置のさらにコンパクトな設計が可能になる。
また、プラットフォームは、互いに直角に交差してプラットフォームを通る２本の傾斜軸の周りを傾斜可能であること、および、調整装置は、４つの駆動素子と、プラットフォームに取付けられるたわみヒンジの形態の４つの接合素子とを有することが有利であり得る。これによって本発明に係る調整装置の応用分野が拡大する。
特に、たわみヒンジをプラットフォームと一体化して接続することが有利であり得る。これによって設置労力が大幅に軽減する。
また、ばね素子は、環状の中央部と、中央部から星形に延びる４つのアーム部とを含むことが有利であり得る。これによって高い誘導精度が簡単に可能になり、同時に、対応するばね素子によって、調整装置に対する機械的応力が低い状態で比較的大きい調整範囲が可能になる。中央部から星形に延びる３つの、または４つよりも多いアーム部を有するばね素子も考えられる。
さらに、旋回点を規定する２本の傾斜軸の交差点は、プラットフォームへの接合素子の４つの取付点によって規定される同一平面内に実質的にあることが有利であり得る。これによってアーム部および接合素子内の機械的負荷が低下する。
また、調整装置の包絡線の体積が５５から６０ｃｍ3である場合は、傾斜運動は５×１０Ｅ−６から１度の傾斜角を中心として起こること、および／または並進運動は１ｎｍから２００μｍの範囲内で起こることが有利であり得る。調整装置の寸法が小さく、調整装置の体積または調整装置の包絡線の体積がそれに対応して小さい場合でも、本発明に係る調整装置によって比較的大きい傾斜角、および／またはプラットフォームの比較的大きい並進運動もしくは偏向が可能になる。
また、プラットフォームは、最大で２００Ｈｚの周波数で、最小傾斜角と最大傾斜角との切換え、および／または最小並進偏向と最大並進偏向との切換えを実行可能であることが有利であり得る。本発明に係る調整装置はこうして調整運動に関して高い動力学を提供する。
本発明はさらに、傾斜ミラーユニットおける調整装置の使用に関する。そして、光学装置のコンパクトな傾斜ミラーユニット内部のビーム経路の高度に動的な偏向が達成される。
以下に、添付の図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る調整装置１を斜視分解図で示す。チタンＴｉ６Ａｌ４Ｖ（グレード５）からなる基部本体２は、圧電線形アクチュエータの形態の駆動素子３をそれぞれが受けるための合計４つの基部本体凹部１００を含む。圧電線形アクチュエータは、前負荷装置１２０による圧電線形アクチュエータの長手方向の延在方向における圧縮応力によって作動される。前負荷装置１２０は、実質的にＴ字形の前負荷素子１２１と、２つの圧縮ばね１２２および軸受部１２３とを含む。調整装置を組立てた状態では、各圧縮ばね１２２は前負荷素子１２１の対応する凹部に部分的に挿入され、その２つの遠端の一方で前負荷素子１２１に当接するか、または前負荷素子１２１に接して支持される。それぞれの圧縮ばねの他方の遠端は、それぞれ関連付けられた軸受部１２３に当接するか、または軸受部１２３に接して支持され、軸受部もそれぞれの凹部を含み、その中に圧縮ばねが部分的に突き出る。前負荷素子および軸受部が凹部内にそれぞれ部分的に突き出ることによって、圧縮ばね１２２の軸受または誘導が達成される。
基部本体２と一体化してまたは一体に、合計４つのレバー伝達装置５が形成されている。レバー伝達装置５の各々は、互いに入れ子になった２つのレバー部１０を含み、レバー部１０は、たわみヒンジ１１によって互いに接続されているかまたは互いに作動的に接続されている。
プラットフォーム４はプラットフォーム上部４１およびプラットフォーム下部４２を含む。合計４つの接合素子６がプラットフォーム上部と一体化してまたは一体に形成されているが、図１にはそのうちの２つしか見えない。プラットフォーム上部４１とプラットフォーム下部４２との間には、ばね鋼からなるばね素子７が配置されている。ばね素子７は、環状の中央部８と、中央部８から星形に延びる４つのアーム部９とを含む。組立てた状態または装着した状態では、ばね素子７はプラットフォーム下部４２の相補的な、したがって同様に星形の凹部４３内に静止するか、または好ましくは接着接合によって凹部４３に接続される。
ばね素子７は、組立てた状態または装着した状態では、図１には示されていない取付素子、好ましくはねじによって基部本体に接続されている。取付素子はここで基部本体２の取付部材１６０と共に作用する。ばね素子７が基部本体２に取付けられるため、プラットフォーム４全体も、ばね素子７とプラットフォーム下部４２との間の堅固な接続、およびプラットフォーム下部４２とプラットフォーム上部４１との間の堅固な接続によって基部本体２に接続されている。
調整装置を組立てた状態では、接合素子６はさらにプラットフォーム下部４２の対応する貫通通路を通って突き出て、それぞれ対向するレバー部１０の対応する凹部内に突き出て、そこで接合素子６の各々は取付素子１４０によって対応するレバー部１０に接続される。
図２は、組立てた状態の図１に係る調整装置を側面図で示す。図１には示されていない、取付部材１６０の対応するねじ山と相互に作用するねじの形態の取付素子１５０をここに見ることができる。ねじ１５０の頭部は、図２では確認できないが、ここでばね素子７に当接するのに対して、ねじまたはねじ山軸はばね素子７の環状開口部８を通って突出する。取り付素子１５０のねじ山にねじを螺合することによって、ばね素子、したがってプラットフォーム全体がそれぞれ基部本体に接続されるかまたは基部本体に取付けられる。
さらに、図２からは、確認できる２つの線形アクチュエータ３の各々が、その遠端の一方で前負荷装置１２０のそれぞれの軸受部１２３に当接するのに対して、前負荷素子１２１は基部本体に接続され、圧縮ばね１２２は、それぞれの部分が前負荷素子および軸受部の凹部内に静止するように前負荷素子１２１とそれぞれの軸受部１２３との間に配置されていることが分かる。前負荷素子は基部本体に堅固に接続されているため、圧縮ばねは、次にレバー伝達装置５の当接部１０１と一体にまたは一体化して形成される軸受部１２３がそれぞれの線形アクチュエータ上への方向に押されるように作用する。したがって、当接部１０１もそれぞれの線形アクチュエータの方向に押され、それぞれの線形アクチュエータの反対側に配置された遠端の堅固な支持のために、後者はしたがって圧縮応力を受ける。
２つのレバー部１０は線形アクチュエータの長手方向の延在方向に交互に配置され、線形アクチュエータを向くレバー部は線形アクチュエータと反対側を向くレバー部よりも短い。短い方のレバー部を用いると約２のレバー伝達が可能であるが、長い方のレバー部を用いると約３のレバー伝達を得ることができる。全レバー伝達は約６．２５である。
図３は、図１および図２に係る調整装置の上部を詳細に示しているが、ここでは明確にするために前負荷装置１２０が省略されている。
それぞれの線形アクチュエータの上側遠端は前負荷装置１２０の軸受部１２３にそれぞれ当接するかまたはその内部に係合し、軸受部１２３はレバー伝達装置の当接部１０１と一体にまたは一体化して形成されている。
それぞれの線形アクチュエータと反対側を向く方向において、レバー伝達装置の第１のたわみヒンジ１１が当接部１０１に隣接している。
それぞれの線形アクチュエータと反対側を向く方向において、第１のレバー部１０が先に説明したたわみヒンジに隣接している。この第１のレバー部は、第１に、さらなるたわみヒンジ１１によって基部本体に接続されており、第２に、付加的なたわみ素子１１によって、第１のレバー部の後ろのそれぞれの線形アクチュエータと反対側を向く方向に配置されている第２のレバー部に接続されている。
第１のレバー部は約８ｍｍの長さにわたって延在し、この長手方向の延在方向は、それぞれ関連付けられた線形アクチュエータの延在方向に対して実質的に垂直に配置されている。
第２のレバー部は、第１のレバー部とは異なり、角度のある形状を有しており、有効レバー長は約１０ｍｍである。第２のレバー部はさらなるたわみヒンジによって基部本体に接続されている。
レバー伝達装置のすべてのたわみヒンジの長さは１ｍｍであり、幅は０．４ｍｍである。
第２の長い方のレバー部と、プラットフォーム下部４２と一体化して形成されたそれぞれの接合素子６と間の接続は、ねじの形態の取付素子１４０によって確立される。
図４は、調整装置の上部の図１から３に基づく詳細図である。ここでは軸受部１２３が省略されており、接合素子６はそれに続く図３と比べて切離されている。
図４からは、示されている２つの接合素子６の各々が１対の重ね板ばね６１および６２から形成されており、２つの重ね板ばねは互いに対して実質的に垂直に配置されているため、それぞれの運動における、または互いに対して実質的に垂直に配置された傾斜方向における必要な自由度が可能になることが分かる。
上述のように、接合素子の各々は、図４では明確にするために省略されている取付素子１４０によって、それぞれ関連付けられたレバー伝達装置に接続または結合されているため、レバーによって伝達される線形アクチュエータの偏向をプラットフォーム４に伝えることができる。これは、先の図１から４に関するさらなる詳細からの図５から生じる。取付素子１４０はここではグラブねじとして構成されている。
図６は、図１から図５に係る調整装置の上部の斜視詳細図をプラットフォーム下部４２の断面とともに示しており、当該断面図はプラットフォーム平面と平行に走っている。プラットフォーム下部４２の凹部４３内のばね素子７の配置をこうして詳細に見ることができる。
十字形のばね素子７は、環状の中央部８と、中央部から延びる４つのアーム部９とを含み、隣接するアーム部の各々は互いに実質的に９０°の角度をなす。
ばね素子はそれぞればね鋼シートまたはばね鋼からなり、厚みまたは材料の厚みは０．１５ｍｍである。各アーム部の長さは円形中央部の中央から測定して７．５ｍｍであり、各アーム部の幅は最も狭い点で１．５ｍｍであり、すなわちこの位置は一定の幅を有している。
十字形のばね素子７は相補的な凹部４３内にそれぞれ配置されるかまたはその中に挿入され、それぞれのアーム部のより幅広の端部はプラットフォーム下部４２に接着接合される。
図７は、図１から図６に係る調整装置におけるプラットフォーム平面に対して垂直な断面図を示す。ここでもプラットフォーム上部４１とプラットフォーム下部４２との間のばね素子７の配置を明確に確認することができ、ばね素子の環状の中央部８は取付部材１６０に当接している。
図８は主に図７に対応するが、ここでは第１に、ねじの形態の取付素子１５０と、第２に、同様に取付部材１６０を基部本体２に接続するねじとして構成される取付素子１７０とが示されている。
図９は、計算によってシミュレートした図１から図８に係る調整装置の偏向または位置決めの状況を斜視図で示す。図９に示されるレバー伝達装置は左前部で偏向しており、斜め反対側に配置されており図９では確認できないレバー伝達装置は右後部で偏向している。左前部に配置されたレバー伝達装置と関連付けられた線形アクチュエータは伸長運動を実行するのに対して、斜め反対側に配置された線形アクチュエータは収縮運動を実行する。全体として、これによって２本の傾斜軸の周りの規定された傾斜プロセスが生じる。
図９の例示では、示されている偏向または変形は実際の偏向または変形よりもはるかに大きいことに留意すべきである。これは、図９に係る偏向状況に関する側面図である図１０の例示にも当てはまる。
図１０では、関連付けられた線形アクチュエータが伸長すると、左前部におけるレバー伝達装置が上向きに、すなわちプラットフォームに向かう方向に、対応する拡大運動を実行するのに対して、斜め反対側に配置された線形アクチュエータが収縮すると、レバー伝達装置の下向きの、すなわちプラットフォームと反対側を向く方向における運動が生じることが明らかに確認できる。また、図１０には、作動された２つのレバー伝達装置の対応する偏向に起因する重ね板ばね６１の曲げ変形も明らかに確認できる。
参照番号のリスト
１ 調整装置
２ 基部本体
３ 駆動素子
４ プラットフォーム
５ レバー伝達装置
６ 接合素子
７ ばね素子
８ 中央部
９ アーム部
１０ レバー部
１１ たわみヒンジ
４１ プラットフォーム上部
４２ プラットフォーム下部
４３ （プラットフォーム４の）凹部
６１ 重ね板ばね
６２ 重ね板ばね
１００ 基部本体凹部
１０１ 当接部
１２０ 前負荷装置
１２１ 前負荷素子
１２２ 圧縮ばね
１２３ 軸受部
１４０ 取付素子
１５０ 取付素子
１６０ 取付素子
１７０ 取付素子
本発明は、請求項１から１７に記載の調整装置、および傾斜ミラーユニットにおけるそのような調整装置の使用に関する。
光学素子のための調整装置がＤＥ １０３ ４４ １７８ Ｂ４から知られており、光学素子はマニピュレータユニットによって基部本体に装着されている。マニピュレータユニットはここで線形調整素子および可動マニピュレータ部材を含み、線形調整素子および可動マニピュレータ部材はたわみヒンジ構成によって互いに接続されている。可動マニピュレータ部材自体はさらなるたわみヒンジによってマニピュレータヘッドに接続されており、マニピュレータヘッドの上に光学素子がフレームリングによって配置されている。
たわみヒンジ構成は、たわみヒンジ構成がレバー減速機として作用することによって、線形調整素子の既に小さい調整運動が光学素子のさらに低い高精度の調整運動に変換され得るように構成されている。
ＤＥ １０３ ４４ １７８ Ｂ４から知られている調整装置の主な欠点は、調整運動範囲が非常に限られていることである。
したがって、本発明の目的は、高精度の調整運動でより大きい調整範囲を可能にする調整装置を提供することである。
この目的は請求項１に記載の調整装置によって達成され、それに続く従属請求項には少なくとも有利なさらなる展開が記載されている。
角度、寸法、位置、向きまたは方向などの幾何学的データの仕様に関連して説明の以下の部分に何度か使用している「実質的に」という用語は、対応する幾何学的データがそれぞれ指定された幾何学的データと比べて＋／−５％の偏差を有し得ることを意味していると理解されるものとする。この偏差は、たとえば製造公差またはアセンブリ公差に起因する。
本発明に係る調整装置は、基部本体と、基部本体に対して可動のプラットフォームとを含み、動かされるまたは位置決めされる素子、好ましくは光学素子がプラットフォームに取付けられ得る。プラットフォームまたは位置決めされる素子の動きは少なくとも２つの駆動素子によって実現し、少なくとも２つの駆動素子の各々は、その専用の関連付けられたレバー伝達装置において係合する。
当該レバー伝達装置を用いて、一般に用いられる駆動素子の非常に小さい駆動運動を、たとえばピエゾアクチュエータの形態の駆動素子の場合は、結果として生じる比較的大きい運動に変換することができる。
それぞれのレバー伝達装置によって伝達される、関連付けられた駆動素子の駆動運動は、レバー伝達装置およびプラットフォームに接続された接合素子を介してプラットフォームに摩擦なしで伝えられ、これによって、プラットフォームは、プラットフォームを通る軸の周りの傾斜運動の形態で、および／または、プラットフォームによって規定されるプラットフォーム軸に対して垂直に配置される軸と平行な並進運動の形態で、規定された調整運動を基部本体に対して実行可能である。接合素子は、少なくとも１つの傾斜軸の周りのみのプラットフォームの傾斜運動を可能にする。
ばね素子がプラットフォームに接続され、調整運動を誘導するために用いられる。当該ばね素子も同様に基部本体に接続され、プラットフォーム平面内の寄生並進運動、および／またはプラットフォーム平面に対して垂直に配置される回転軸の軸の周りのプラットフォームの寄生回転運動を抑制する。上記寄生運動は調整運動に起因する。しかし同時に、ばね素子によって、回転軸と平行に配置された軸内の並進運動が可能になる。ばね素子は好ましくは、金属材料、特にばね鋼からなる薄板ばねまたは膜である。
プラットフォームは２つの部分からなり、調整装置によって動かされる素子をその上に取付け可能なプラットフォーム上部と、プラットフォーム下部とを含むこと、および、ばね素子は、ばね素子の形状に対応したプラットフォーム下部の凹部内に配置されて好ましくは下部に接着接合されることが有利であり得る。接合素子の近くのまたはプラットフォームの旋回点の近くのばね素子の配置がこうして得られることによって、とりわけ、変形可能な部品内の機械的応力が低下する。プラットフォームの望ましくない寄生振り子運動をそれぞれ防止するまたは可能な限り防止するように、移動質量の質量中心はプラットフォームの旋回点と一致することが理想的である。さらに、ばね素子をプラットフォーム下部の凹部内に配置することによって設置空間が小さく減少し、接着接合プロセスによる取付けによってさらなる部品の使用が省略され、したがって設置労力が軽減する。接着接合プロセスによってばね素子をプラットフォーム下部に接続することに加えて、半田付けまたは溶接などの他の種類の接続も考えられる。さらに、たとえば、ばね素子がプラットフォーム下部のたとえばスロットなどの凹部内に静止するまたは装着される、純粋に機械的な取付けも考えられる。
また、ばね素子は、中央部と、中央部から延びる少なくとも２つのアーム部とを含むことが有利であり得る。これによって高い誘導精度が簡単に可能になり、同時に、対応するばね素子によって、調整装置に対する機械的応力が低い状態で比較的大きい調整範囲が可能になる。
さらに、接合素子をたわみヒンジとして形成することが有利であり得る。たわみヒンジは摩擦なしで動作し、たわみヒンジの変形に伴うヒステリシスは非常に小さい。また、たわみヒンジによって高度に動的なそれぞれの調整運動が可能になり、それらの効率の程度は高い。したがって、たわみヒンジを使用することは、特に本発明に係る調整装置の精度および速度についての高い要求に関して有利である。
また、接合素子を、互いに対して実質的に垂直に配置される１対の重ね板ばねとして構成することが有利であり得る。互いに対して実質的に垂直に配置される重ね板ばねによって、複雑な力に晒された際の調整装置内の機械的負荷または応力が低下する。特に、それぞれ互いに対して垂直に配置されるまたは互いに交差する重ね板ばねは、すべてのそれぞれの調整または傾斜軸について同等の動力学および同等の調整運動についての要求を満たすことができる。
また、プラットフォームを基部本体に解放可能に接続することが有利であり得る。これは、本発明に係る調整装置のより簡単な、したがってより経済的な製造に関して有利である。さらに、これによって、プラットフォームまたはプラットフォームと関連付けられている位置決めされる素子を簡単に交換する可能性が提供される。交換は、接合素子がプラットフォームに永続的に接続されるように構成されている場合に、またはプラットフォームと一体化して形成されている場合に特に有利である。なぜなら、接合素子は高い機械的負荷を受け、動作時にそれぞれが故障する可能性があるためである。
さらに、レバー伝達装置は相互に作用する少なくとも２つのレバー部を含むことが有利であり得る。これによって所望の伝達率を実現することができる。レバー伝達装置の全レバー伝達は５から７、特に好ましくは６．２５であることが特に有利である。
相互に作用する少なくとも２つのレバー部を互いに入れ子式に配置することが有利であり得る。これによって比較的大きい伝達率が可能になり、同時に必要な設置空間が小さくて済む。すなわち、非常にコンパクトなレバー伝達装置がこうして実現可能である。
また、レバー部を少なくとも１つのたわみヒンジによって互いに接続することが有利であり得る。これによって、摩擦なしの高度に動的なレバー伝達装置動作が可能になる。
また、レバー伝達装置を基部本体と一体化して形成することが有利であり得る。これによって、非常に低い製造公差を維持しつつ調整装置のさらにコンパクトな設計が可能になる。
また、プラットフォームは、互いに直角に交差してプラットフォームを通る２本の傾斜軸の周りを傾斜可能であること、および、調整装置は、４つの駆動素子と、プラットフォームに取付けられるたわみヒンジの形態の４つの接合素子とを有することが有利であり得る。これによって本発明に係る調整装置の応用分野が拡大する。
特に、たわみヒンジをプラットフォームと一体化して接続することが有利であり得る。
これによって設置労力が大幅に軽減する。
また、ばね素子は、環状の中央部と、中央部から星形に延びる４つのアーム部とを含むことが有利であり得る。これによって高い誘導精度が簡単に可能になり、同時に、対応するばね素子によって、調整装置に対する機械的応力が低い状態で比較的大きい調整範囲が可能になる。中央部から星形に延びる３つの、または４つよりも多いアーム部を有するばね素子も考えられる。
さらに、旋回点を規定する２本の傾斜軸の交差点は、プラットフォームへの接合素子の４つの取付点によって規定される同一平面内に実質的にあることが有利であり得る。これによってアーム部および接合素子内の機械的負荷が低下する。
また、調整装置の包絡線の体積が５５から６０ｃｍ3である場合は、傾斜運動は５×１０Ｅ−６から１度の傾斜角を中心として起こること、および／または並進運動は１ｎｍから２００μｍの範囲内で起こることが有利であり得る。調整装置の寸法が小さく、調整装置の体積または調整装置の包絡線の体積がそれに対応して小さい場合でも、本発明に係る調整装置によって比較的大きい傾斜角、および／またはプラットフォームの比較的大きい並進運動もしくは偏向が可能になる。
また、プラットフォームは、最大で２００Ｈｚの周波数で、最小傾斜角と最大傾斜角との切換え、および／または最小並進偏向と最大並進偏向との切換えを実行可能であることが有利であり得る。本発明に係る調整装置はこうして調整運動に関して高い動力学を提供する。
本発明はさらに、傾斜ミラーユニットおける調整装置の使用に関する。そして、光学装置のコンパクトな傾斜ミラーユニット内部のビーム経路の高度に動的な偏向が達成される。
本発明に係る調整装置１の斜視分解図である。 組立てた状態の図１に係る調整装置の側面図である。 図１および図２に係る調整装置の上部を詳細に示す図であるが、明確にするために前負荷装置１２０が省略されている。 調整装置の上部の図１から図３に基づく詳細図であり、軸受部１２３が省略されており、接合素子６はそれに続く図３と比べて切離されている。 先の図１から図４に関するさらなる詳細を示す図であり、接合素子の各々は、取付素子１４０によって、それぞれ関連付けられたレバー伝達装置に接続または結合されているため、レバーによって伝達される線形アクチュエータの偏向をプラットフォーム４に伝えることができる。 図１から図５に係る調整装置の上部の斜視詳細図をプラットフォーム下部４２の断面図とともに示しており、当該断面図はプラットフォーム平面と平行に走っている。プラットフォーム下部４２の凹部４３内のばね素子７の配置をこうして詳細に見ることができる。 図１から図６に係る調整装置におけるプラットフォーム平面に対して垂直な断面図である。 主に図７に対応する図であるが、ここでは第１に、ねじの形態の取付素子１５０と、第２に、同様に取付部材１６０を基部本体２に接続するねじとして構成される取付素子１７０とが示されている。 計算によってシミュレートした図１から図８に係る調整装置の偏向または位置決めの状況の斜視図であり、図９に示されるレバー伝達装置は左前部で偏向しており、斜め反対側に配置されており図９では確認できないレバー伝達装置は右後部で偏向している。 図９に係る偏向状況に関する側面図である。
以下に、添付の図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る調整装置１を斜視分解図で示す。チタンＴｉ６Ａｌ４Ｖ（グレード５）からなる基部本体２は、圧電線形アクチュエータの形態の駆動素子３をそれぞれが受けるための合計４つの基部本体凹部１００を含む。圧電線形アクチュエータは、前負荷装置１２０による圧電線形アクチュエータの長手方向の延在方向における圧縮応力によって作動される。前負荷装置１２０は、実質的にＴ字形の前負荷素子１２１と、２つの圧縮ばね１２２および軸受部１２３とを含む。調整装置を組立てた状態では、各圧縮ばね１２２は前負荷素子１２１の対応する凹部に部分的に挿入され、その２つの遠端の一方で前負荷素子１２１に当接するか、または前負荷素子１２１に接して支持される。それぞれの圧縮ばねの他方の遠端は、それぞれ関連付けられた軸受部１２３に当接するか、または軸受部１２３に接して支持され、軸受部もそれぞれの凹部を含み、その中に圧縮ばねが部分的に突き出る。前負荷素子および軸受部が凹部内にそれぞれ部分的に突き出ることによって、圧縮ばね１２２の軸受または誘導が達成される。
基部本体２と一体化してまたは一体に、合計４つのレバー伝達装置５が形成されている。レバー伝達装置５の各々は、互いに入れ子になった２つのレバー部１０を含み、レバー部１０は、たわみヒンジ１１によって互いに接続されているかまたは互いに作動的に接続されている。
プラットフォーム４はプラットフォーム上部４１およびプラットフォーム下部４２を含む。合計４つの接合素子６がプラットフォーム上部と一体化してまたは一体に形成されているが、図１にはそのうちの２つしか見えない。プラットフォーム上部４１とプラットフォーム下部４２との間には、ばね鋼からなるばね素子７が配置されている。ばね素子７は、環状の中央部８と、中央部８から星形に延びる４つのアーム部９とを含む。組立てた状態または装着した状態では、ばね素子７はプラットフォーム下部４２の相補的な、したがって同様に星形の凹部４３内に静止するか、または好ましくは接着接合によって凹部４３に接続される。
ばね素子７は、組立てた状態または装着した状態では、図１には示されていない取付素子、好ましくはねじによって基部本体に接続されている。取付素子はここで基部本体２の取付部材１６０と共に作用する。ばね素子７が基部本体２に取付けられるため、プラットフォーム４全体も、ばね素子７とプラットフォーム下部４２との間の堅固な接続、およびプラットフォーム下部４２とプラットフォーム上部４１との間の堅固な接続によって基部本体２に接続されている。
調整装置を組立てた状態では、接合素子６はさらにプラットフォーム下部４２の対応する貫通通路を通って突き出て、それぞれ対向するレバー部１０の対応する凹部内に突き出て、そこで接合素子６の各々は取付素子１４０によって対応するレバー部１０に接続される。
図２は、組立てた状態の図１に係る調整装置を側面図で示す。図１には示されていない、取付部材１６０の対応するねじ山と相互に作用するねじの形態の取付素子１５０をここに見ることができる。ねじ１５０の頭部は、図２では確認できないが、ここでばね素子７に当接するのに対して、ねじまたはねじ山軸はばね素子７の環状開口部８を通って突出する。取り付素子１５０のねじ山にねじを螺合することによって、ばね素子、したがってプラットフォーム全体がそれぞれ基部本体に接続されるかまたは基部本体に取付けられる。
さらに、図２からは、確認できる２つの線形アクチュエータ３の各々が、その遠端の一方で前負荷装置１２０のそれぞれの軸受部１２３に当接するのに対して、前負荷素子１２１は基部本体に接続され、圧縮ばね１２２は、それぞれの部分が前負荷素子および軸受部の凹部内に静止するように前負荷素子１２１とそれぞれの軸受部１２３との間に配置されていることが分かる。前負荷素子は基部本体に堅固に接続されているため、圧縮ばねは、次にレバー伝達装置５の当接部１０１と一体にまたは一体化して形成される軸受部１２３がそれぞれの線形アクチュエータ上への方向に押されるように作用する。したがって、当接部１０１もそれぞれの線形アクチュエータの方向に押され、それぞれの線形アクチュエータの反対側に配置された遠端の堅固な支持のために、後者はしたがって圧縮応力を受ける。
２つのレバー部１０は線形アクチュエータの長手方向の延在方向に交互に配置され、線形アクチュエータを向くレバー部は線形アクチュエータと反対側を向くレバー部よりも短い。短い方のレバー部を用いると約２のレバー伝達が可能であるが、長い方のレバー部を用いると約３のレバー伝達を得ることができる。全レバー伝達は約６．２５である。
図３は、図１および図２に係る調整装置の上部を詳細に示しているが、ここでは明確にするために前負荷装置１２０が省略されている。
それぞれの線形アクチュエータの上側遠端は前負荷装置１２０の軸受部１２３にそれぞれ当接するかまたはその内部に係合し、軸受部１２３はレバー伝達装置の当接部１０１と一体にまたは一体化して形成されている。
それぞれの線形アクチュエータと反対側を向く方向において、レバー伝達装置の第１のたわみヒンジ１１が当接部１０１に隣接している。
それぞれの線形アクチュエータと反対側を向く方向において、第１のレバー部１０が先に説明したたわみヒンジに隣接している。この第１のレバー部は、第１に、さらなるたわみヒンジ１１によって基部本体に接続されており、第２に、付加的なたわみ素子１１によって、第１のレバー部の後ろのそれぞれの線形アクチュエータと反対側を向く方向に配置されている第２のレバー部に接続されている。
第１のレバー部は約８ｍｍの長さにわたって延在し、この長手方向の延在方向は、それぞれ関連付けられた線形アクチュエータの延在方向に対して実質的に垂直に配置されている。
第２のレバー部は、第１のレバー部とは異なり、角度のある形状を有しており、有効レバー長は約１０ｍｍである。第２のレバー部はさらなるたわみヒンジによって基部本体に接続されている。
レバー伝達装置のすべてのたわみヒンジの長さは１ｍｍであり、幅は０．４ｍｍである。
第２の長い方のレバー部と、プラットフォーム下部４２と一体化して形成されたそれぞれの接合素子６と間の接続は、ねじの形態の取付素子１４０によって確立される。
図４は、調整装置の上部の図１から３に基づく詳細図である。ここでは軸受部１２３が省略されており、接合素子６はそれに続く図３と比べて切離されている。
図４からは、示されている２つの接合素子６の各々が１対の重ね板ばね６１および６２から形成されており、２つの重ね板ばねは互いに対して実質的に垂直に配置されているため、それぞれの運動における、または互いに対して実質的に垂直に配置された傾斜方向における必要な自由度が可能になることが分かる。
上述のように、接合素子の各々は、図４では明確にするために省略されている取付素子１４０によって、それぞれ関連付けられたレバー伝達装置に接続または結合されているため、レバーによって伝達される線形アクチュエータの偏向をプラットフォーム４に伝えることができる。これは、先の図１から４に関するさらなる詳細からの図５から生じる。取付素子１４０はここではグラブねじとして構成されている。
図６は、図１から図５に係る調整装置の上部の斜視詳細図をプラットフォーム下部４２の断面とともに示しており、当該断面図はプラットフォーム平面と平行に走っている。プラットフォーム下部４２の凹部４３内のばね素子７の配置をこうして詳細に見ることができる。
十字形のばね素子７は、環状の中央部８と、中央部から延びる４つのアーム部９とを含み、隣接するアーム部の各々は互いに実質的に９０°の角度をなす。
ばね素子はそれぞればね鋼シートまたはばね鋼からなり、厚みまたは材料の厚みは０．１５ｍｍである。各アーム部の長さは円形中央部の中央から測定して７．５ｍｍであり、各アーム部の幅は最も狭い点で１．５ｍｍであり、すなわちこの位置は一定の幅を有している。
十字形のばね素子７は相補的な凹部４３内にそれぞれ配置されるかまたはその中に挿入され、それぞれのアーム部のより幅広の端部はプラットフォーム下部４２に接着接合される。
図７は、図１から図６に係る調整装置におけるプラットフォーム平面に対して垂直な断面図を示す。ここでもプラットフォーム上部４１とプラットフォーム下部４２との間のばね素子７の配置を明確に確認することができ、ばね素子の環状の中央部８は取付部材１６０に当接している。
図８は主に図７に対応するが、ここでは第１に、ねじの形態の取付素子１５０と、第２に、同様に取付部材１６０を基部本体２に接続するねじとして構成される取付素子１７０とが示されている。
図９は、計算によってシミュレートした図１から図８に係る調整装置の偏向または位置決めの状況を斜視図で示す。図９に示されるレバー伝達装置は左前部で偏向しており、斜め反対側に配置されており図９では確認できないレバー伝達装置は右後部で偏向している。左前部に配置されたレバー伝達装置と関連付けられた線形アクチュエータは伸長運動を実行するのに対して、斜め反対側に配置された線形アクチュエータは収縮運動を実行する。全体として、これによって２本の傾斜軸の周りの規定された傾斜プロセスが生じる。
図９の例示では、示されている偏向または変形は実際の偏向または変形よりもはるかに大きいことに留意すべきである。これは、図９に係る偏向状況に関する側面図である図１０の例示にも当てはまる。
図１０では、関連付けられた線形アクチュエータが伸長すると、左前部におけるレバー伝達装置が上向きに、すなわちプラットフォームに向かう方向に、対応する拡大運動を実行するのに対して、斜め反対側に配置された線形アクチュエータが収縮すると、レバー伝達装置の下向きの、すなわちプラットフォームと反対側を向く方向における運動が生じることが明らかに確認できる。また、図１０には、作動された２つのレバー伝達装置の対応する偏向に起因する重ね板ばね６１の曲げ変形も明らかに確認できる。
参照番号のリスト
１ 調整装置
２ 基部本体
３ 駆動素子
４ プラットフォーム
５ レバー伝達装置
６ 接合素子
７ ばね素子
８ 中央部
９ アーム部
１０ レバー部
１１ たわみヒンジ
４１ プラットフォーム上部
４２ プラットフォーム下部
４３ （プラットフォーム４の）凹部
６１ 重ね板ばね
６２ 重ね板ばね
１００ 基部本体凹部
１０１ 当接部
１２０ 前負荷装置
１２１ 前負荷素子
１２２ 圧縮ばね
１２３ 軸受部
１４０ 取付素子
１５０ 取付素子
１６０ 取付素子
１７０ 取付素子

Claims (18)

  1. 基部本体（２）と、駆動運動を実現する少なくとも２つの駆動素子（３）と、前記基部本体に対して可動のプラットフォーム（４）とを有する調整装置（１）であって、前記駆動素子（３）の各々は、前者と関連付けられているレバー伝達装置（５）に当接し、前記レバー伝達装置（５）で伝達される駆動素子（３）の前記駆動運動を、前記レバー伝達装置および前記プラットフォーム（４）に接続された接合素子（６）を介して前記プラットフォーム（４）に伝えることができ、これによって、前記プラットフォーム（４）は、前記プラットフォームを通る軸の周りの傾斜運動の形態で、および／または、前記プラットフォームによって規定されるプラットフォーム平面に対して垂直に配置される軸と平行な並進運動の形態で、規定された調整運動を前記基部本体に対して実行可能であり、前記接合素子は、少なくとも１つの傾斜軸の周りのみの前記プラットフォームの傾斜運動を可能にし、前記調整運動を誘導するために用いられ、かつ前記基部本体に堅固に接続されるばね素子（７）が前記プラットフォームにさらに配置され、前記ばね素子（７）は、前記調整運動に起因する、前記プラットフォーム平面内の寄生並進運動、および／または、前記プラットフォーム平面に対して垂直に配置される回転軸の周りの前記プラットフォームの寄生回転運動を抑制する、調整装置。
  2. 前記プラットフォーム（４）は２つの部分からなり、前記調整装置によって動かされる素子をその上に取付け可能なプラットフォーム上部（４１）と、プラットフォーム下部（４２）とを備え、前記ばね素子（７）は、前記ばね素子の形状に対応する前記プラットフォーム下部の凹部（４３）内に配置され、好ましくは前記プラットフォーム下部に接着接合されることを特徴とする、請求項１に記載の調整装置。
  3. 前記ばね素子（７）は、中央部（８）と、前記中央部から延びる少なくとも２つのアーム部（９）とを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の調整装置。
  4. 前記接合素子（６）はたわみヒンジとして形成されることを特徴とする、前述の請求項のいずれか１項に記載の調整装置。
  5. 前記接合素子（６）の各々は、互いに対して実質的に垂直に配置される１対の重ね板ばね（６１，６２）として形成されることを特徴とする、請求項４に記載の調整装置。
  6. 前記プラットフォーム（４）は前記基部本体（２）に解放可能に接続されることを特徴とする、前述の請求項のいずれか１項に記載の調整装置。
  7. 前記レバー伝達装置（５）は相互に作用する少なくとも２つのレバー部（１０）を備えることを特徴とする、前述の請求項のいずれか１項に記載の調整装置。
  8. 前記相互に作用する少なくとも２つのレバー部（１０）は互いに入れ子式に配置されることを特徴とする、請求項７に記載の調整装置。
  9. 前記レバー部は少なくとも１つのたわみヒンジ（１１）によって互いに接続されることを特徴とする、請求項７または８に記載の調整装置。
  10. 前記レバー伝達装置（５）は前記基部本体（２）と一体化して形成されることを特徴とする、請求項７から９のいずれか１項に記載の調整装置。
  11. 前記レバー伝達装置（５）の全レバー伝達は５から７であることを特徴とする、請求項７から１０のいずれか１項に記載の調整装置。
  12. 前記プラットフォーム（４）は、互いに直角に交差して前記プラットフォームを通る２本の傾斜軸の周りに傾斜可能であり、前記調整装置は、４つの駆動素子（３）と、前記プラットフォームに取付けられるたわみヒンジの形態の４つの接合素子（６）とを備えることを特徴とする、前述の請求項のいずれか１項に記載の調整装置。
  13. 前記たわみヒンジは前記プラットフォームと一体化して接続されることを特徴とする、請求項１２に記載の調整装置。
  14. 前記ばね素子は、環状の中央部（８）と、前記中央部から星形に延びる４つのアーム部（９）とを備えることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の調整装置。
  15. 旋回点を規定する前記２本の傾斜軸の交差点は、前記プラットフォームへの前記接合素子の４つの取付点によって規定される同一平面内に実質的にあることを特徴とする、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の調整装置。
  16. 前記調整装置の包絡線の体積が５５から６０ｃｍ3である場合は、傾斜運動は５×１０Ｅ−６°から１°の傾斜角を中心として起こり得、および／または前記並進運動は１ｎｍから２００μｍの範囲内で起こり得ることを特徴とする、前述の請求項のいずれか１項に記載の調整装置。
  17. 前記プラットフォームは、最大で２００Ｈｚの周波数で、最小傾斜角と最大傾斜角との切換え、および／または最小並進偏向と最大並進偏向との切換えを実行可能であることを特徴とする、請求項１６に記載の調整装置。
  18. 傾斜ミラーユニットにおける、前述の請求項のいずれか１項に記載の前記調整装置の使用。
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