JP2022515827A - 光学画像化システムのための傾斜可能な折り返しミラー - Google Patents
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Abstract
Description
- 入射光を光学画像化システムに向けて反射するための、前面に平面反射層を備えた剛性ミラー基板、
- 前記ミラー基板がミラーフレーム内に傾斜可能に配置されているミラーフレーム、
- ミラーフレームに対して一次及び二次傾斜軸の周りでミラー基板を傾斜させるためのアクチュエータ。
Claims (49)
- 光学画像化システム(100)における光学画像安定化のための傾斜可能ミラー(1)であって、前記傾斜可能ミラー(1)は、
- 光学画像化システム(100)において入射光(500)を反射するためのミラー基板(1S)の前面に平面反射層(1R)を備えた堅固な前記ミラー基板(1S)、
- 前記ミラー基板(1S)がミラーフレーム(1F)内に傾斜可能に配置されている、前記ミラーフレーム(1F)、
- 前記ミラーフレーム(1F)に対して一次(x)及び二次(y)の傾斜軸の周りで前記ミラー基板(1S)を傾斜させるためのアクチュエータ(2)、
を含む、前記傾斜可能ミラー(1)。 - 前記アクチュエータは、圧電アクチュエータ、形状記憶合金アクチュエータ、ローレンツ力アクチュエータ、ボイスコイルアクチュエータ、又はリラクタンスアクチュエータである、請求項1に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記アクチュエータ(2)は、前記ミラー基板(1S)を傾斜させるためのローレンツ力を生成するように構成され、前記アクチュエータ(2)は、前記一次軸と二次軸(x、y)との周りで前記ミラー基板(1S)を傾斜させるための、前記反射層の反対側の前記ミラー基板(1S)の裏側に堅固に配置された少なくとも1つの永久磁石(210)、及び複数の作動コイル(201、202、203、204)、特に4つの作動コイル(201、202、203、204)を含む、請求項1又は2に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記少なくとも1つの磁石(1M)は、前記一次軸と二次軸(x、y)との交点に中心がある、請求項3に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記複数の作動コイル(201、202、203、204)は、少なくとも前記一次軸(x)の周りに前記ミラー基板(1S)を傾斜させるために配置された少なくとも第1の一次作動コイル(201)、及び少なくとも前記二次軸(y)の周りに前記ミラー基板(1S)を傾斜させるために配置された少なくとも第1の二次作動コイル(202)を含む、請求項3又は4に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記第1の一次コイル(201)は、前記ミラーフレーム(1F)上の前記一次軸(x)に対して横方向にシフトして配置され、かつ前記第1の二次作動コイル(202)は、前記ミラーフレーム(1F)上の前記二次軸(y)に対して横方向にシフトして配置される、請求項3~5のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記アクチュエータ(2)は、第2の一次作動コイル(203)及び第2の二次作動コイル(204)を含み、前記第2の一次作動コイル(203)は、前記ミラー基板(1S)を少なくとも前記一次軸(x)の周りに傾斜させるために配置され、かつ前記第2の二次作動コイル(204)は、前記ミラー基板(1S)を少なくとも前記二次軸の周り(y)に傾斜させるために配置され、前記第2の一次作動コイル(203)は、前記ミラーフレーム(1F)上の前記第1の一次作動コイル(201)の反対側に配置され、特に前記一次軸(x)から横方向にシフトして配置され、前記第2の二次作動コイル(204)は、前記第1の二次作動コイル(202)の反対側に配置され、かつ特に前記ミラーフレーム(1F)の前記二次軸(y)から横方向にシフトして配置される、請求項3~6のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記第1及び第2の一次作動コイル(201、203)は、前記二次軸及び一次軸(x、y)に平行に延びる平面にて対称に配置され、特に軸対称に、特に前記一次軸(x)の周りに対称に配置され、及び/又は前記第1及び第2の二次作動コイル(202、204)は、前記二次軸及び一次軸(x、y)に平行に延びる平面にて対称に配置され、特に軸対称に、特に前記二次軸(y)の周りに対称に配置される、請求項7に記載の傾斜可能ミラー。
- 前記作動コイル(2、201;202、203、204)は、前記ミラーフレーム(1F)の裏側に配置される、請求項3~8のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記作動コイル(201;202、203、204)は、前記作動コイル(201;202、203、204)が少なくとも1つの磁石(210)を少なくとも部分的に重ね合わせるように配置される、請求項3~9のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記傾斜可能ミラー(1)は、前記ミラー基板(1S)の裏側に堅固に配置された複数の磁石(211、212、213、214)を含み、前記磁石(211、212、213、214)は、ローレンツ力によって前記ミラー基板(1S)を作動させるように構成される、請求項3~10のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記複数の磁石(211、212、213、214)は、第1の一次磁石(211)及び第2の一次磁石(213)、並びに第1の二次磁石(212)及び第2の二次磁石(214)を含み、前記第1の一次磁石(211)は、前記ミラー基板(1S)上で前記一次軸(x)に対して横方向にシフトして配置され、前記第2の一次磁石(213)は、前記一次軸(x)に対して横方向にシフトし、かつ前記第1の一次磁石(211)の反対側に配置され、前記第1の二次磁石(212)は、前記ミラー基板(1S)上で前記二次軸(y)に対して横方向にシフトして配置され、前記第2の二次磁石(214)は、前記二次軸(y)に対して横方向にシフトし、かつ前記第1の二次磁石(212)の反対側に配置され、各磁石(211、212、213、214)は、特に前記ミラーフレーム(1F)の反対側に配置された対応する作動コイル(201、202、203、204)と関連付けられている、請求項11に記載の傾斜可能ミラー。
- 前記磁石(211、212、213、214)は、互いに対称に配置され、特に、前記第1及び第2の一次磁石(211、213)は、前記一次軸及び二次軸(x、y)に平行に延びる平面内で互いに軸対称に配置され、特に、前記第1及び第2の二次磁石(212、214)は、前記一次軸及び二次軸(x、y)に平行に延びる平面内で互いに軸対称に配置される、請求項11又は12に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- - 前記第1の一次作動コイル(201)は、前記ミラー基板(1S)上の前記第1の一次磁石(211)の反対側の前記ミラーフレーム(1F)に配置され、
- 前記第2の一次作動コイル(203)は、前記ミラー基板(1S)上の前記第2の一次磁石(213)の反対側の前記ミラーフレーム(1F)に配置され、
- 前記第1の二次作動コイル(202)は、前記ミラー基板(1S)上の前記第1の二次磁石(212)の反対側の前記ミラーフレーム(1F)に配置され、及び/又は
- 前記第2の二次作動コイル(204)は、前記ミラー基板(1S)上の前記第2の二次磁石(214)の反対側の前記ミラーフレーム(1F)に配置される、請求項12又は13に記載の傾斜可能ミラー(1)。 - 前記ミラー基板(1S)は、前記ミラーフレーム(1F)内の前記ミラー基板(1S)を前記一次軸及び二次軸(x、y)の周りに独立して傾斜させることができる、前記ミラーフレーム(1F)に接続された2軸ジンバル(5)に配置される、請求項1~14のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記2軸ジンバル(5)は、前記ミラー基板(1S)を含む中央部分(50)を含むばね手段(53、54)を含み、前記中央部分(50)は、前記中央部分(50)を囲む円周方向の第1の部分(51)に一体的に接続され、前記中央部分(50)が前記第1の部分(51)に対して前記一次軸(x)の周りに傾斜させることができるようにさせ、かつ前記第1の部分(51)は、前記第1の部分(51)を囲む円周方向の第2の部分(52)に一体的に接続され、その結果、前記中央部分(50)と共に前記第1の部分(51)は、前記第2の部分(52)に対して前記二次軸(y)の周りに傾斜させることができ、特に前記第2の部分(52)は、前記ミラーフレーム(1F)に特に接続されている、請求項15に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記ばね手段(53、54)は、4つのばねアーム(53、54)を含み、各アーム(53、54)は、トルクが前記ばねアーム(53、54)に適用される場合に、復元力を生成するように構成され、前記4つのばねアームのうちの2つの一次アーム(53)は、前記2軸ジンバル(5)の前記中央部分(50)を前記ジンバル(5)の前記第1の部分(51)に接続し、前記2つの一次アーム(53)は、一次軸(x)に沿って、かつその上に延在し、前記中央部分(50)を前記一次アーム(53)の周りで傾斜可能にさせ、前記4つのばねアームのうちの2つの二次アーム(54)は、前記第1の部分(51)を前記2軸ジンバル(5)の第2の部分(52)に接続し、前記2つの二次アーム(54)は、前記二次軸(y)に沿って、かつその上に延在し、前記第1及び中央の部分(51、50)を前記二次アーム(54)の周りで傾斜可能にさせる、請求項16に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記中央部分(50)、前記第1の部分(51)及び前記第2の部分(52)、及び特に前記4つのばねアーム(53、54)は、特に金属シートから互いに一体的に形成される、請求項16又は17のいずれかに記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記2軸ジンバル(5)は、金属化合物を含むか、又は金属化合物からなる、請求項15~18のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記ミラー(1)、特に前記2軸ジンバル(5)は、前記ミラー基板を移動させるために5Hz未満又は30Hzを超える共振周波数を含む、請求項15~19のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記2軸ジンバル(5)の前記中央部(50)は、円形の外周を有する、請求項16~20のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記第1の部分(51)は、楕円形、菱形又は長円形の外周を有し、特に、前記楕円、菱形又は長円形の外周の主軸は、前記一次及び二次のばねアーム(53、54)と整列し、特に、前記第1の部分(51)は、前記中央部分(50)が配置される円形領域を囲む、請求項16~21のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記ジンバル(5)の前記第2の部分(52)は、前記ミラーフレーム(1F)に取り付けられた長方形の外周を有する、請求項16~22のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記第2の部分(52)の前記長方形の外周は、長方形の円周の2つの平行な側面に沿って延びる長方形の延長の第1の軸(1001)、及び前記第1の軸(1001)に直交する第2の軸(1002)を有し、前記一次軸(x)及び二次軸(y)、及び特に前記2軸ジンバル(5)の前記4つのばねアーム(53、54)は、前記第1及び第2の軸(1001、1002)に対してある角度で配置される、請求項22又は23に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記第2の部分(52)の長方形の外周は、前記長方形の輪郭の2つの平行な側面に沿って延びる長方形の延長の第1の軸(1001)、及び前記第1の軸(1001)に直交する第2の軸(1002)を有し、前記一次軸及び二次軸(x、y)、及び特に前記ジンバル(5)の前記4つのばねアーム(53、54)は、前記第1及び第2の軸(x、y)に平行に延びている、請求項23に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記ミラー(1)は、第1及び第2の磁場センサー(61、62)、特に第1及び第2のホールセンサー(61、62)を含み、前記磁場センサー(61、62)は、前記ミラーフレーム(1F)に配置され、前記第1の磁場センサー(61)は、前記一次軸(x)に対して横方向にシフトして配置され、前記第2の磁場センサー(62)は、前記二次軸(y)に対してシフトされる、請求項1~25のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記第1及び第2の磁場センサー(61、62)は、前記作動コイル(201、202、203、204)に対して横方向にシフトして配置される、請求項3又は26に記載の傾斜可能ミラー(1)
- 前記第1及び第2の磁場センサー(61、62)はそれぞれ、前記少なくとも1つの磁石(210)及び前記作動コイル(201、202、203、204)に対して、前記第1及び/又は第2の磁場センサー(61、62)によって登録された磁場強度が前記少なくとも1つの磁石(210)から、特に前記4つの磁石(211、212、213、214)から、80%を超え、特に90%を超え、より特には95%を超えて発生するように配置され、特に、前記ミラー基板(1S)が前記一次軸又は二次軸(x、y)の周りの平衡位置に対して0.5°傾斜される場合に、20%未満、より特に10%未満、より特に5%未満の登録された磁場強度が前記作動コイル(201、202、203、204)から発生する、請求項27に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記第1の磁場センサー(61)は、前記一次軸(x)の周りの前記ミラーフレーム(1F)に対する前記ミラー基板(1S)の傾斜角を示すセンサーデータを提供するように構成され、前記第2の磁場センサー(62)は、前記二次軸(y)の周りの前記ミラーフレーム(1F)に対する前記ミラー基板(1S)の傾斜角を示すセンサーデータを提供するように構成される、
請求項26~28のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。 - 前記ミラー(1)は、前記ミラーフレーム(1F)に配置されたプリント回路基板(7)を含み、前記プリント回路基板(7)は、特に、前記作動コイル(201、202、203、204)、及び特に前記第1及び第2の磁場センサー(61、62)を含み、前記プリント回路基板(7)は、前記作動コイル(201、202、203、204)に提供される電流を制御し、かつ前記磁場センサー(61、62)からのセンサーデータを受信するように、かつ特に処理するように構成される、請求項1~29のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記反射層(1R)は、長方形である、請求項1~30のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記ミラー基板(1S)は、前記一次軸及び二次軸(x、y)に沿って延びる平面内の長方形の外側輪郭を有する、請求項1~31のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記ミラー基板(1S)の前記長方形の反射層(1R)及び/又は前記長方形の外側輪郭は、前記長方形の反射層及び/又は前記長方形の輪郭に沿った第1の側面に沿った第1の軸、及び前記第1の側面に直交する第2の側面に沿った第2の軸を有し、前記一次軸及び二次軸(x、y)は、前記一次軸及び二次軸に対してある角度で配置される、請求項1~32のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記ミラーフレーム(1F)は、ミラーハウジングとして形成され、前記ミラーフレーム(1F)は、光学システムによって登録される前記入射光(500)に面する側に入口アパーチャー(80A)を備えた入口壁部材(80)を有し、前記ミラーフレーム(1F)は、前記ミラー(1)の反射された入射光に面する側に出口アパーチャー(81A)を備えた出口壁部材(81)を有し、前記ハウジング(1F)は、前記入口及び出口の壁部材(80、81)を接続する2つの側壁(82)を含み、特に、前記反射層(1R)は、前記入口アパーチャー(80A)及び前記出口アパーチャー(81A)に対してある角度で配置され、特に、前記角度が30°~60°以内であり、より特に、前記角度が45°である、請求項1~33のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記ミラーフレーム(1F)の前記入口アパーチャー(80A)は、長方形の開口を形成する長方形の輪郭を有する、請求項34に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記ミラーフレーム(1F)の前記出口アパーチャー(81A)は、円形の開口を形成する円形の輪郭を有する、請求項34又は35に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記ミラーフレーム(1F)は、前記2軸ジンバル(5)が、突起及び/又は窪み(1G、1G’)によって規定される前記ミラーフレーム(1F)に対し、ある位置に取り付けられるように、前記2軸ジンバル(5)を前記ミラーフレーム(1F)に取り付けるための前記突起及び/又は窪み(1G、1G’)を含む、請求項15~36のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)
- 前記2軸ジンバル(5)を取り付けるための前記ミラーフレーム(1F)の少なくとも1つの突起(1G)は、ピン(1G)として形成され、特に前記突起は、前記一次軸及び二次軸(x、y)に対して垂直方向に沿って延びる4つのピン(1G)からなり、前記2軸ジンバル(5)は、前記ピン(1G)を受け取った少なくとも1つ、特に4つの対応する窪み又は穴(57)を含む、請求項37に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記ミラーフレーム(1F)は、前記プリント回路基板(7)を所定の位置で前記ミラーフレーム(1F)に取り付けるための突起及び/又は窪み(1P)を含む、請求項30に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記プリント回路基板(7)を取り付けるための前記ミラーフレームの前記突起(1P)の少なくとも1つは、ピン(1P)として形成され、特に、前記突起は、前記一次軸及び二次軸(x、y)に対して垂直方向に沿って延びる4つのピンからなり、前記プリント回路基板(7)は、前記ピンを受け取った少なくとも1つ、特に4つの対応する窪み及び/又は穴を含む、請求項39に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記ミラーフレーム(1F)は、前記ミラー基板(1S)の前記一次軸又は二次軸(x、y)の周りの傾斜角を制限するための少なくとも2つ、特に4つのハードストップ(1H)を含み、特に前記ハードストップ(1H)は、前記ミラーフレーム(1F)と一体的に形成される、請求項1~40のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 前記ミラーフレーム(1F)は、前記ミラー(1)が事前定義された位置及び向きで光学システム(100)に取り付けられるように、対応した窪みを有する前記光学システム(100)に前記ミラー(1)を取り付けるために、出口アパーチャー(81A)に突起(83)及び窪み(84)を含む、請求項34~41のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)。
- 光学画像化システム(100)であって、請求項1~42のいずれか一項に記載の傾斜可能ミラー(1)、画像センサー(2001)、及び画像化用のレンズシステム(2000)を含み、前記レンズシステム(2000)は、前記画像化システム(100)の光軸(300)を規定する光軸(300)を有し、前記レンズシステム(2000)は、第1の側面を用いて画像センサー(2001)の前に配置され、かつ前記傾斜可能ミラー(1)は、前記第1の側面の反対側の前記レンズシステム(2000)の第2の側面に配置され、前記画像化システム(100)の前記光軸(300)は、前記傾斜可能ミラー(1)によって折り返される、前記光学画像化システム(100)。
- 前記傾斜可能ミラー(1)は、入射光線(500)が、前記画像センサー(2001)上のその投影位置を維持し、それにより、前記光学画像化システム(100)に光学的画像安定化を提供するように、前記光学画像化システム(100)の動きに応答して前記反射層(1R)を傾斜させるように構成される、請求項43に記載の光学画像化システム(100)。
- 前記光学画像化システム(100)は、焦点距離が調整可能な少なくとも1つのレンズを含み、前記レンズは、透明な流体で満たされた容器を含み、前記容器は、前記容器の透明な底部に面する弾性変形可能かつ透明な膜を含む、請求項43又は44に記載の光学画像化システム(100)。
- 前記光学画像化システム(100)は、前記光学画像化システム(100)の動きを検出するための動き検出手段を含み、前記動き検出手段は、検出された動き及びその方向を示す動き信号を生成するように構成され、前記光学画像化システム(100)は、特に前記傾斜可能ミラー(1)の前記プリント回路基板(7)に配置された制御電子機器をさらに含み、前記制御電子機器は、前記傾斜可能ミラー(1)の前記反射層(1R)の傾斜位置を制御するための制御信号を生成するように構成され、前記制御信号は、動きに応答して、特に前記光学画像システム(100)の前記動き検出手段の受信された動き信号に応答して、前記反射層(1R)を傾斜させるように構成され、入射光線(500)が前記イメージセンサー(2001)上の投影位置を維持するようにさせ、光学画像安定化のために前記光学画像化システム(100)に能動的な制御を提供する、請求項43~45のいずれか一項に記載の光学画像化システム(100)。
- 前記制御電子機器は、前記傾斜可能ミラー(1)の前記磁場センサー(61、62)に接続され、かつ前記制御電子機器は、前記磁場センサー(61、62)からのセンサー信号を受信及び処理するように構成され、それによって、光学画像安定化のための前記光学画像システム(100)への閉ループ制御を提供する、請求項46に記載の光学画像化システム(100)。
- 前記光学システム(100)は、前記画像センサー(2001)へ画像化される視野を含み、前記視野は、70°よりも小さく、特に30°よりも小さい、請求項43~46のいずれか一項に記載の光学画像化システム(100)。
- 前記アクチュエータ(2)は、入射光線(500)が前記画像センサー(2001)上のその投影位置を維持し、それにより、特に閉ループ制御によって、前記光学画像化システム(100)に光学画像安定化を提供するように、前記光学画像化システム(100)の動きに応答して前記反射層(1R)を傾斜させるように構成される、請求項44~49のいずれか一項に記載の光学画像化システム(100)。
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