JP2985871B2 - レーザポインティング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザポインティ
ング装置に関し、更に詳しくは、小型かつ軽量で、高精
度に位置決め制御できるレーザポインティング装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工装置やレーザ表示装置やレー
ザスキャン装置などには、一般に、レーザの射出角度又
は進入角度を制御するレーザポインティング装置が用い
られている。レーザポインティング装置は、２枚の回転
ミラーを立体的に組み合わせて２次元平面上をレーザ光
で走査することが多かったが、近年、装置の小型・低価
格化の要請に伴い、占有空間が小さく、かつ、光軸合わ
せや位置合わせが容易なレーザポインティング装置が要
望されている。この要望に応えるために、例えば、特開
平７−１８５８６６に記載されたように、ミラーの法線
軸回りに回転可能な回転支持部材と、その支持部材に支
持されるミラー揺動機構とを備え、１枚のミラーで２次
元平面上を自由にレーザ光で走査できる装置が提案され
ている。以下、例を挙げ、図面を参照して、従来のレー
ザポインティング装置を説明する。

【０００３】図１１は、従来のレーザポインティング装
置の構成を示す側面断面図である。図１１に示すレーザ
ポインティング装置は、ミラー１０１と、ミラー１０１
を揺動する電磁加振器１０５と、これらを支持する回転
支持部材１０６と、この回転支持部材１０６を回転する
モータ１０９とからなる。ミラー１０１は、モータ１０
９による回転支持部材１０６の回転に伴ってＺ軸まわり
に偏角するとともに、電磁加振器１０５によって揺動軸
心１０３まわりに偏角する。これにより、２次元平面内
の任意の位置に１枚のミラーでレーザ光を走査できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のレーザ
ポインティング装置では、以下の問題が生じていた。第
１の問題点は、装置が大型になることである。その理由
は、ミラーの揺動や回転のための駆動源として、体積の
大きな電磁加振器やモータを使っているためである。第
２の問題点は、装置の重量が高いことである。その理由
は、回転支持部材が比較的高い支持強度を必要とするの
で、重くなり、また、これに伴い、回転支持部材を回転
させるモータもそれに応じて重くなるためである。第３
の問題点は、消費電力が多いことである。その理由は、
ミラーを法線軸まわりに回転する際、ミラーだけでな
く、電磁加振器や回転支持部材などから構成されて、大
きな質量を有する揺動機構をモータにより回転させるた
めである。第４の問題点は、ポインティング位置を高精
度に制御することが困難なことである。その理由は、回
転駆動がモータ及びベルトによって行われているため、
モータのトルクリップルやベルトの伸縮といった非線形
要素が制御系に混在するためである。

【０００５】以上のような事情に照らして、本発明の目
的は、小型かつ軽量で、消費電力が低く、高精度に位置
決め制御できるレーザポインティング装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る第１発明のレーザポインティング装置
は、所定の位置にレーザ光をポインティングするレーザ
ポインティング装置であって、Ｘ−Ｙ平面に延在して、
レーザ光を反射するミラー面を有するミラーと、ミラー
を保持するミラーホルダ本体と、ミラーホルダ本体の周
縁から外方に向けて少なくとも３方向に延びるアームと
を有していて、変位可能なミラーホルダと、ミラー面と
対向する側で、かつ、ミラー中心を通りＸ−Ｙ平面に直
交するＺ軸上の点を中心にして、ミラーホルダ本体をミ
ラーホルダの変位に応じて支持する弾性支持機構と、弾
性支持機構を支える台座と、Ｚ軸方向に磁力線を発生さ
せる向きにして各アームに取り付けられたコイル式の電
磁石（以下、コイル磁石と言う）と、各コイル磁石に対
向して台座上に設けられ、Ｚ軸方向に向けて磁力線を発
生する永久磁石とを備え、永久磁石とコイル磁石との間
で作用する磁力により、ミラーホルダをＺ軸方向に位置
変位自在かつミラー中心回りに角度変位自在にして支持
することを特徴としている。

【０００７】また、本発明に係る第２発明のレーザポイ
ンティング装置は、所定の位置にレーザ光をポインティ
ングするレーザポインティング装置であって、Ｘ−Ｙ平
面に延在して、レーザ光を反射するミラー面を有するミ
ラーと、ミラーを保持するミラーホルダ本体と、ミラー
ホルダ本体の周縁から外方に向けて少なくとも３方向に
延びるアームとを有していて、変位可能なミラーホルダ
と、ミラー面と対向する側で、かつ、ミラー中心を通り
Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ軸上の点を中心にして、ミラー
ホルダ本体をミラーホルダの変位に応じて支持する弾性
支持機構と、弾性支持機構を支える台座と、Ｚ軸方向に
磁力線を発生させる向きにして各アームに取り付けられ
た永久磁石と、各コイル磁石に対向して台座上に設けら
れ、Ｚ軸方向に向けて磁力線を発生するコイル磁石とを
備え、永久磁石とコイル磁石との間で作用する磁力によ
り、ミラーホルダをＺ軸方向に位置変位自在かつミラー
中心回りに角度変位自在にして支持することを特徴とし
ている。

【０００８】本発明により、ミラーの駆動源はコイル磁
石と永久磁石のみであるので、装置は小型かつ軽量であ
る。また駆動対象はミラーとミラーホルダ、アーム、コ
イル磁石のみであり、軽量なので、駆動に要する消費電
力は従来に比べて著しく少ない。また、駆動源であるコ
イル磁石と永久磁石とには、従来のように駆動機構に摩
擦力等が発生しない、すなわち駆動源には非線形要素が
存在しないので、高精度な位置決めができる。

【０００９】第１、第２発明では、Ｚ軸方向に位置変位
することが防止されていてもよい。第１、第２発明で
は、好適には、弾性支持機構が、Ｘ−Ｙ平面のＸ軸及び
Ｙ軸回りにミラーホルダを回転可能に支持している。こ
の場合、弾性支持機構が、Ｚ軸上に設けられてミラーホ
ルダの背面を支えるピボットと、先端がピボット先端に
付けられた板バネとから構成されることが好ましい。上
記の構成を有するレーザポインティング装置は、コイル
磁石に電流を流すことで永久磁石との間に発生する力に
より、ミラー平面上で互いに直交するＸ、Ｙの２軸まわ
りに回転モーメントを生成し、ミラーを２方向に同時に
角度変位させ、２次元平面内の任意の位置をレーザ光で
走査できる。

【００１０】また、第１、第２発明では、好適には、各
アームの基準点について、定常位置からのＺ軸方向の位
置変位を検出する距離変位センサと、距離変位センサか
らの信号を受信して、ミラーが定常位置から回転した角
度（以下、角度変位と言う）を算出し、永久磁石とコイ
ル磁石との関係に基づいてコイル磁石に通電するコイル
電流を調節することにより、角度変位を制御する制御装
置とを備えている。この場合、制御装置は、例えば、距
離変位センサが検出した位置変位から角度変位を算出す
る角度算出手段と、目標とする角度変位（以下、目標角
度変位と言う）を設定する角度設定部と、算出された角
度変位を目標角度変位にするコイル電流の調整値を各コ
イル磁石について算出し、各コイル磁石のコイル電流値
をその値にする旨を指令するコイル電流指令信号を作成
する角度制御手段と、コイル電流指令信号に基づいて、
各コイル磁石に通電するコイル磁石ドライバ回路とを備
えている。アームの基準点とは、Ｚ軸方向の位置変位に
よりミラーの角度変位を充分に検出できる測定点であ
る。

【００１１】更に、この場合、弾性支持機構はミラーホ
ルダをＺ軸方向に移動可能であって、かつ、制御装置
は、更に、各アームのＺ軸方向の位置変位の平均値を求
め、ミラーのＺ軸方向の平均移動距離（以下、並進移動
量と言う）を算出する並進量算出手段と、ミラーの目標
とする並進移動量（以下、目標並進量と言う）を設定す
る並進量設定部と、並進移動量を目標並進量にするコイ
ル電流の第２の調整値を算出し、コイル電流調整信号を
作成する並進量制御手段と、コイル電流指令信号とコイ
ル電流調整信号とを加算して新たなコイル電流指令信号
を作成し、コイル磁石ドライバ回路に伝達する並進量調
整部とを備えていてもよい。これにより、ミラーのＺ軸
方向の変位も制御できる。従って、レーザ光の照射ポイ
ントの意図しない移動を防止したレーザポインティング
装置が実現される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつより
詳細に説明する。なお、各実施形態例では、コイル磁
石、永久磁石、アーム、及び、距離変位センサの個数を
全て４としたが、３以上の任意の個数とすることも可能
である。実施形態例１ 図１および図２は、本実施形態例のレーザポインティン
グ装置の構成を示す平面図および側面断面図である。図
１及び図２では、簡単のため後述の制御装置を描いてい
ない。本実施形態例のレーザポインティング装置４は、
レーザ光を反射するミラー１と、ミラー１を保持するミ
ラーホルダ２とを備えている。ミラーホルダ２は、ミラ
ーホルダ本体２Ａと、ミラーホルダ本体２Ａの周縁に結
合して、外方に向けて四方に腕を伸ばしたアーム３とか
ら構成される。また、レーザポインティング装置４は、
各アームの先端に取り付けられた４個のコイル磁石１１
〜１４と、コイル磁石１１〜１４にそれぞれ対向する４
個の永久磁石２１〜２４とを備えている。更に、レーザ
ポインティング装置４は、変形可能で復元力を有する弾
性支持機構であって、ミラー面に直交してミラー中心を
通るＺ軸に平行なＸ−Ｙ平面のＸ軸及びＹ軸回りにミラ
ー１が回転可能なように、ミラー面に対向する側でミラ
ーホルダ本体２Ａを支持する弾性支持機構を備えてい
る。また、レーザポインティング装置４は、アーム３の
定常位置からのＺ軸方向の位置変位を測定する４個の距
離変位センサ３１〜３４と、距離変位センサ３１〜３４
からの計測信号を受信してミラー１の角度変化を算出
し、コイル磁石１１〜１４に通電する電流値をフィード
バック制御する制御装置５０（図３）とを備えている。

【００１３】弾性支持機構６，７は、ミラーホルダ本体
２Ａの中心９を台座８に対して一定位置に保ち、その点
を回転中心とするもので、具体的には例えばピボットや
板バネが用いられる。このうち、ピボット６と板バネ７
の組み合わせが著しく優れている。これは、ピボット６
によりミラーホルダ２の中心位置がＺ軸方向へ並進移動
するのを抑え、また板バネ７によってミラーホルダ本体
２Ａの中心位置がＸ軸，Ｙ軸方向へ並進移動するのを抑
えられるためである。アーム３が長くなると、永久磁石
２１〜２４とコイル磁石１１〜１４との間で発生する力
の作用点が、支点となる中心から遠くなるため、発生す
る回転モーメントが大きくなりその点では有利である
が、これに応じてモーメントイナーシャ、すなわちアー
ムの慣性モーメントも大きくなる。このため、アーム長
は回転モーメントとモーメントイナーシャとの間のトレ
ードオフで決まる。レーザ光を反射し、２次元平面の任
意の位置にポインティングするミラー１は、例えば平面
ミラーや、一定の曲率を有する曲面ミラーである。曲率
は、用途に応じて決定する。距離変位センサ３１〜３４
は、アーム３の位置の変化を測定することで、間接的に
ミラー１の角度変化を検出するセンサである。小型の距
離センサとしては、作動トランス、インダクトシンなど
の接触式のセンサもあるが、ミラー動作の際に外乱とな
らない非接触式のセンサが望ましい。具体的には、渦電
流式変位センサ、レーザ干渉型変位センサなどが挙げら
れる。このうち、センサ部が小型かつ軽量である点で、
渦電流式変位センサが最も好ましい。

【００１４】図３は、本実施形態例のレーザポインティ
ング装置の構成を示すブロック図である。制御装置５０
は、距離変位センサ３１〜３４のセンサアンプ回路５１
と、センサアンプ回路５１により出力された位置変位
（距離変位）をミラー１の角度変位（変位角）に変換し
て算出する変位−角度変換手段５２と、ミラー１の角度
を指定する角度設定部５３と、ミラー１の設定角（指定
した角度変位）と変位角との差からコイル磁石１１〜１
４に流す電流を調整する指令を出力する角度制御手段５
４と、角度制御手段５４からの信号を受け、コイル磁石
に通電する電流値を調節するコイル磁石ドライバ回路５
５とを備えている。

【００１５】次に、図３を参照して、本実施の形態の動
作について詳細に説明する。永久磁石２１〜２４により
コイル磁石１１〜１４の周囲には磁界が生じる。コイル
磁石ドライバ回路５５によってコイル磁石１１〜１４に
電流が流れると、永久磁石２１〜２４によって生じた磁
界とコイル磁石１１〜１４を流れる電流とによってフレ
ミングの法則による力が発生し、これが回転中心９まわ
りの回転モーメントとなる。この回転モーメントの方向
にミラーが角度変位し、弾性支持機構６，７が有するね
じりバネ特性による回転モーメントと釣り合った位置で
静止する。例えば、Ｙ軸（図２では、紙面に垂直な方向
である）まわりにミラー１の角度変位を行いたい場合、
コイル磁石１２又は１４に電流を流す。さらに、コイル
磁石１２及び１４に、相互に逆相の電流を同時に流せ
ば、２つのコイル磁石を作用点とした同方向の回転モー
メントが発生して、ミラー１の角度を効率よく変位する
ことができる。ミラー１の角度調節は、制御装置５０に
より、距離変位センサ３１〜３４からの信号を変換して
変位角を検出し、これををもとにコイル磁石１１〜１４
に流す電流を調整することで行う。

【００１６】図４は、制御装置５０によるミラー変位角
の算出動作を説明するブロック図である。距離変位セン
サ３１〜３４で得られたセンサ信号は、それぞれ、制御
装置５０のセンサアンプ回路５１で距離変位信号ΔＬ1
〜ΔＬ４に変換され、変位−角度変換手段５２に伝達さ
れる。変位−角度変換手段５２は、これらの距離変位信
号ΔＬ1〜ΔＬ４から、ミラーの角度変位を示すミラー
変位角信号を算出し、角度制御手段５４に出力する。角
度制御手段５４において、ミラーホルダの回転中心９と
距離変位センサのターゲット中心との距離をＬとすれ
ば、Ｘ軸まわりのミラー変位角信号θｘは、 θｘ＝（ΔＬ１−ΔＬ３）／２Ｌ により導出される。ここで、ΔＬ１及びΔＬ３はそれぞ
れ距離変位センサ３１及び３３からの位置変位を示す距
離変位信号である。同様に、Ｙ軸まわりのミラー変位角
信号θｙは、 θｙ＝（ΔＬ２−ΔＬ４）／２Ｌ により導出される。ここで、ΔＬ２とΔＬ４はそれぞれ
距離変位センサ３２と３４からの距離変位信号である。
本実施形態例では、図４に示すように、これらの演算を
２つの加算器と４つの乗算器により実現している。

【００１７】図５は、制御装置５０によりコイル電流を
調整する動作を説明するブロック図である。ミラー１の
角度を設定する角度設定部５３からは、ミラーのＸ軸ま
わり及びＹ軸回りの変位角度を設定するためのミラー設
定角信号Ｒθｘ及びＲθｙが、角度制御手段５４に伝達
される。また、前述のように、変位−角度変換手段５２
からは、検出されたＸ軸およびＹ軸まわりのミラー変位
角信号θｘ、θｙが、角度制御手段５４に伝達される。
角度制御手段５４は、これらのミラー設定角信号Ｒθ
ｘ，Ｒθｙとミラー変位角信号θｘ，θｙとに基づい
て、コイル磁石１１〜１４に流すコイル電流を調整する
信号として、コイル磁石１１〜１４に対応したコイル電
流指令信号Ｒｃ１〜Ｒｃ４をコイル磁石ドライバ回路５
５に出力する。コイル磁石ドライバ回路５５は、コイル
磁石１１〜１４を流れる電流の電流値が、コイル電流指
令信号Ｒｃ１〜Ｒｃ４により伝達された電流値に一致す
るようにコイル電流を制御する。以下、コイル電流指令
信号Ｒｃ１〜Ｒｃ４の算出手順について詳しく説明す
る。

【００１８】角度制御手段５４においては、まず、ミラ
ー設定角信号とミラー変位角信号とからミラー角度偏差
信号を導出する。Ｘ軸まわりのミラー角度偏差信号Δθ
ｘは、 Δθｘ＝Ｒθｘ−θｘ により導出される。同様にＹ軸まわりのミラー角度偏差
信号Δθｙは、 Δθｙ＝Ｒθｙ−θｙ により導出される。続いて、ミラー角度偏差信号に基づ
いてコイル電流調整のための制御演算が実施され、必要
となるコイル電流（以下、必要コイル電流と言う）が算
出される。更に、必要コイル電流が、Ｘ軸及びＹ軸まわ
りのコイル磁石に対して均等に分配されてコイル電流指
令信号となる。Ｘ軸まわりのコイル磁石１１及び１３に
それぞれ対応するコイル電流指令信号Ｒｃ１及びＲｃ３
は、それぞれ Ｒｃ１＝Ｃθｘ＊Δθｘ／２ Ｒｃ３＝−Ｃθｘ＊Δθｘ／２ の式により導出される。ここで、ＣθｘはＸ軸まわりの
角度変位を制御演算処理する回路（以下、制御演算回路
と言う）の伝達関数である。制御演算回路には、例えば
ＰＩＤ制御回路やリードラグフィルタ（位相進み遅れ回
路）などが用いられる。Ｙ軸まわりのコイル磁石１２及
び１４に対応するコイル電流指令信号Ｒｃ２及びＲｃ４
は、それぞれ Ｒｃ２＝Ｃθｙ＊Δθｙ／２ Ｒｃ４＝−Ｃθｙ＊Δθｙ／２ の式により導出される。ここで、Ｃθｙは、Ｙ軸回りの
角度変位の制御演算回路の伝達関数である。本実施形態
例では、図５に示すように、以上の演算を２つの加算器
と２つの乗算器、および２つの制御演算回路により実現
している。

【００１９】なお、本実施形態例では、距離変位センサ
３１〜３４を、回転中心９からみて永久磁石２１〜２４
よりも内側に取り付けたが、設置スペースが許すなら
ば、アームの先端位置を各永久磁石の外側に至るまで伸
ばして、距離変位センサの取付位置を永久磁石の外側に
してもよい。これにより、ミラーの角度変化に対応する
センサの計測値が大きくなるので、より高い角度分解能
を得ることが可能になる。

【００２０】実施形態例２ 図６は、本実施形態例のレーザポインティング装置の構
成を示すブロック図である。本実施形態例のレーザポイ
ンティング装置７８は、レーザポインティング装置４に
比べ、ミラーのＸ軸，Ｙ軸まわりの角度の制御だけでな
く、Ｚ軸方向の並進移動をも制御して行うことが異な
る。本実施形態例では、実施形態例１と同じものには同
じ符号を付してその説明を省略する。レーザポインティ
ング装置７８は、制御装置５０と同様の構成と並進量調
整部７０とを有する制御装置８０と、ミラー１のＺ軸方
向の並進量をフィードバック制御する並進量制御装置６
０とを備えている。並進量制御装置６０は、センサアン
プ回路５１が出力したＺ軸方向の距離変位をミラー１の
並進量に変換する変位−並進量変換手段６２と、ミラー
１の並進量を指定する並進量設定部６３と、ミラー１の
設定並進量と変位並進量からコイル磁石１１〜１４に流
す電流を調整する並進量制御手段６４とを備えている。
並進量調整部７０は、角度制御手段５４から伝達された
コイル電流指令信号に、並進量制御手段６４から伝達さ
れたコイル電流調整信号を加えて新たなコイル電流指令
信号を作成し、コイル磁石ドライバ５５に伝達する。角
度制御手段５４は、本実施形態例では、コイル磁石ドラ
イバ回路５５ではなく並進量調整部７０にコイル電流指
令信号を伝達する。

【００２１】以下、レーザポインティング装置７８の動
作を図面を参照して詳細に説明する。図７は、並進量制
御装置６０によりミラー並進量を検出する動作を説明す
るブロック図である。変位−並進量変換手段６２は、距
離変位信号ΔＬ１〜ΔＬ４（実施形態例１参照）により
Ｚ軸方向の変位距離信号Ｌｚを検出（算出）し、並進量
制御手段６４に出力する。Ｚ軸方向の変位距離信号Ｌｚ
は、 Ｌｚ＝（ΔＬ1＋ΔＬ２＋ΔＬ３＋ΔＬ４）／４ により導出される。本実施形態例では、図７に示すよう
に、これらの演算を１個の加算器と１個の乗算器により
実現している。

【００２２】図８は、並進量制御装置６０によりコイル
電流を調整する動作を説明するブロック図である。並進
量設定部６３は、Ｚ軸方向の設定並進量信号ＲＬｚを並
進量制御手段６４に伝達する。並進量制御手段６４は、
Ｚ軸方向の設定並進量信号ＲＬｚと変位並進量信号Ｌｚ
に基づいて、コイル磁石１１〜１４に流すコイル電流を
調整し、コイル電流調整信号Ｒｚ１〜Ｒｚ４として、並
進量調整部７０に出力する。並進量制御手段６４で、ま
ず、Ｚ軸方向の設定並進量信号ＲＬｚと変位並進量信号
Ｌｚとから、Ｚ軸方向の並進量偏差信号ΔＬｚを ΔＬｚ＝ＲＬｚ−Ｌｚ により導出する。続いて、この並進量偏差信号に基づい
て、コイル電流調整のための制御演算が実施され、必要
となるコイル電流が導出される。更に、制御演算された
必要なコイル電流を、すべてのコイル磁石に対して均等
に分配し、コイル電流調整信号を作成する。コイル磁石
１１〜１４に対するコイル電流調整信号Ｒｚ１〜Ｒｚ４
は、それぞれ、 Ｒｚ１＝ＣＬｚ＊ΔＬｚ／４ Ｒｚ２＝ＣＬｚ＊ΔＬｚ／４ Ｒｚ３＝ＣＬｚ＊ΔＬｚ／４ Ｒｚ４＝ＣＬｚ＊ΔＬｚ／４ により導出される。ここで、ＣＬｚは、Ｚ軸方向位置変
位の制御演算回路の伝達関数である。本実施形態例で
は、図８に示すように、以上の演算を１個の加算器と１
個の乗算器および１個の制御演算回路により実現してい
る。

【００２３】図９は、並進量調整部７０によりコイル電
流を調整する動作を説明するブロック図である。並進量
調整部７０は、角度制御手段５４から伝達されたコイル
電流指令信号Ｒｃ１〜Ｒｃ４とコイル電流調整信号Ｒｚ
１〜Ｒｚ４とから、新たなコイル電流指令信号を作成
し、コイル磁石ドライバ５５に伝達する。並進量調整部
７０において、コイル磁石１１〜１４に対する新たなコ
イル電流指令信号Ｒｃ１’〜Ｒｃ４’は、それぞれ、 Ｒｃ１’＝Ｒｃ１＋Ｒｚ１ Ｒｃ２’＝Ｒｃ２＋Ｒｚ２ Ｒｃ３’＝Ｒｃ３＋Ｒｚ３ Ｒｃ４’＝Ｒｃ４＋Ｒｚ４ により導出される。本実施形態例では、図９に示すよう
に、これらの演算を４つの加算器により実現している。

【００２４】実施形態例３ 人工衛星をはじめとする宇宙構造物にレーザポインティ
ング装置を搭載する場合、装置で発生する熱が大きな問
題となる。本実施形態例は、この点についてさらに工夫
したレーザポインティング装置の例である。図１０は、
本実施形態例のレーザポインティング装置の構成を示す
側面断面図である。図１０に示すように、本実施形態例
では、実施形態例１に比べ、コイル磁石１１〜１４と永
久磁石２１〜２４の配置が入れ替わっている。実施形態
例１では、台座８によりレーザポインティング装置４を
宇宙構造物に取り付けると、コイル磁石１１〜１４で発
生した熱が熱伝導によって逃げる経路は、弾性支持機構
６，７から逃げる経路のみである。しかし、弾性支持機
構６，７の熱抵抗が構造上大きいため、熱がアーム３や
ミラーホルダ２に蓄積し、ミラー１が熱変形などを引き
起こす可能性があった。一方、本実施形態例のレーザポ
インティング装置７８では、永久磁石はコイル磁石に比
べ質量が大きいためモーメントイナーシャが増すという
点では不利であるものの、ミラーホルダに接触して伝熱
する熱源が弾性支持機構６，７以外にないため、ミラー
１が熱変形する可能性は実施形態例１に比べて格段に低
下する。また、熱の発生源であるコイル磁石１１〜１４
を台座８に取り付けたことで、宇宙構造物の本体側に発
生した熱が容易に逃げられるようになる。また、本実施
形態例では、可動部に電流を流す必要がなくなるので、
配線が容易になるという効果も得られる。本実施形態例
のレーザポインティング装置は、衛星間、又は、地上と
衛星との間でレーザ光を使って通信する際、通信対象に
指向性御して、通信相手にレーザ光を送信する、あるい
は通信相手からのレーザ光を受信するアンテナとして特
に有用である。

【００２５】以上、本発明に係るレーザポインティング
装置の好適な実施形態例を説明したが、本発明に係るレ
ーザポインティング装置は、上記実施形態例の構成にの
み限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から
種々の修正及び変更を施したものも本発明の範囲に含ま
れる。

【００２６】

【発明の効果】第１発明によれば、ミラーを保持するミ
ラーホルダの周縁から少なくとも３方向に延びて、ミラ
ーホルダを支持するアームと、各アームに取り付けられ
たコイル式の電磁石と、各コイル磁石に対向して設けら
れた永久磁石とを備えている。これにより、以下の効果
が得られる。第１の効果は、レーザポインティング装置
が小型になることである。その理由は、ミラーの回転や
揺動のための駆動源として、体積の小さなコイル磁石と
永久磁石の組み合わせを使っているためである。第２の
効果は、レーザポインティング装置が軽量になることで
ある。その理由は、回転や揺動する可動部がミラー、ミ
ラーホルダ、アーム、及び、コイル磁石のみなので軽量
であり、またこれに応じて、可動部を駆動する永久磁石
や弾性支持機構も軽量にできるためである。第３の効果
は、消費電力が少ないことである。その理由は、ミラー
を回転や揺動する際、ミラー、ミラーホルダ、アーム、
及び、コイル磁石のみの軽量な可動部だけを駆動すれば
よく、永久磁石や弾性支持機構といった大きな質量を有
する物体を駆動する必要がないためである。第４の効果
は、反射したレーザ光の位置を高精度に制御することが
可能なことである。その理由は、コイル磁石と永久磁石
という線形かつ非接触の駆動源によって回転や揺動の駆
動が行われ、また弾性支持機構が線形バネ要素のみから
なるため制御系に非線形要素が混在しないからである。

【００２７】また、本発明の第２発明によれば、第１発
明に比べ、コイル磁石と永久磁石との配置が入れ替わっ
ている。これにより、コイル磁石により発生する熱がミ
ラーホルダを介してミラーに与える影響が低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１のレーザポインティング装置の構
成を示す平面図である。

【図２】実施形態例１のレーザポインティング装置の構
成を示す側面断面図である。

【図３】実施形態例１のレーザポインティング装置の構
成を示すブロック図である。

【図４】実施形態例１で、制御装置によるミラー変位角
の算出動作を説明するブロック図である。

【図５】実施形態例１で、制御装置によりコイル電流を
調整する動作を説明するブロック図である。

【図６】実施形態例２のレーザポインティング装置の構
成を示すブロック図である。

【図７】実施形態例２で、並進量制御装置によりミラー
並進量を検出する動作を説明するブロック図である。

【図８】実施形態例２で、並進量制御装置によりコイル
電流を調整する動作を説明するブロック図である。

【図９】実施形態例２で、並進量調整部によりコイル電
流を調整する動作を説明するブロック図である。

【図１０】実施形態例３のレーザポインティング装置の
構成を示す側面断面図である。

【図１１】従来のレーザポインティング装置の構成を示
す側面断面図である。

【符号の説明】

１ ミラー ２Ａ ミラーホルダ本体 ２ ミラーホルダ ３ アーム ４ レーザポインティング装置 ６ 弾性支持機構（ピボット） ７ 弾性支持機構（板バネ） ８ 台座 ９ 中心 １１〜１４ コイル磁石 ２１〜２４ 永久磁石 ３１〜３４ 距離変位センサ ５０ 制御装置 ５１ センサアンプ回路 ５２ 変位−角度変換手段 ５３ 角度設定部 ５４ 角度制御手段 ５５ コイル磁石ドライバ回路 ６０ 並進量制御装置 ６２ 変位−並進量変換手段 ６３ 並進量設定部 ６４ 並進量制御手段 ７０ 並進量調整部 ７８ レーザポインティング装置 ８０ 制御装置 １０１ ミラー １０５ 電磁加振器 １０６ 回転支持部材 １０９ モータ

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の位置にレーザ光をポインティング
   するレーザポインティング装置であって、 Ｘ−Ｙ平面に延在して、レーザ光を反射するミラー面を
   有するミラーと、 ミラーを保持するミラーホルダ本体と、ミラーホルダ本
   体の周縁から外方に向けて少なくとも３方向に延びるア
   ームとを有していて、変位可能なミラーホルダと、 ミラー面と対向する側で、かつ、ミラー中心を通りＸ−
   Ｙ平面に直交するＺ軸上の点を中心にして、ミラーホル
   ダ本体をミラーホルダの変位に応じて支持する弾性支持
   機構と、 弾性支持機構を支える台座と、 Ｚ軸方向に磁力線を発生させる向きにして各アームに取
   り付けられたコイル式の電磁石（以下、コイル磁石と言
   う）と、 各コイル磁石に対向して台座上に設けられ、Ｚ軸方向に
   向けて磁力線を発生する永久磁石とを備え、永久磁石と
   コイル磁石との間で作用する磁力により、ミラーホルダ
   をＺ軸方向に位置変位自在かつミラー中心回りに角度変
   位自在にして支持することを特徴とするレーザポインテ
   ィング装置。
2. 【請求項２】 所定の位置にレーザ光をポインティング
   するレーザポインティング装置であって、 Ｘ−Ｙ平面に延在して、レーザ光を反射するミラー面を
   有するミラーと、 ミラーを保持するミラーホルダ本体と、ミラーホルダ本
   体の周縁から外方に向けて少なくとも３方向に延びるア
   ームとを有していて、変位可能なミラーホルダと、 ミラー面と対向する側で、かつ、ミラー中心を通りＸ−
   Ｙ平面に直交するＺ軸上の点を中心にして、ミラーホル
   ダ本体をミラーホルダの変位に応じて支持する弾性支持
   機構と、 弾性支持機構を支える台座と、 Ｚ軸方向に磁力線を発生させる向きにして各アームに取
   り付けられた永久磁石と、 各コイル磁石に対向して台座上に設けられ、Ｚ軸方向に
   向けて磁力線を発生するコイル磁石とを備え、永久磁石
   とコイル磁石との間で作用する磁力により、ミラーホル
   ダをＺ軸方向に位置変位自在かつミラー中心回りに角度
   変位自在にして支持することを特徴とするレーザポイン
   ティング装置。
3. 【請求項３】 弾性支持機構が、Ｘ−Ｙ平面のＸ軸及び
   Ｙ軸回りにミラーホルダを回転可能に支持していること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のレーザポインティ
   ング装置。
4. 【請求項４】 弾性支持機構が、Ｚ軸上に設けられてミ
   ラーホルダの背面を支えるピボットと、先端がピボット
   先端に付けられた板バネとから構成されることを特徴と
   する請求項３に記載のレーザポインティング装置。
5. 【請求項５】 各アームの基準点について、定常位置か
   らのＺ軸方向の位置変位を検出する距離変位センサと、 距離変位センサからの信号を受信して、ミラーが定常位
   置から回転した角度（以下、角度変位と言う）を算出
   し、永久磁石とコイル磁石との関係に基づいてコイル磁
   石に通電するコイル電流を調節することにより、角度変
   位を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする
   請求項１から４のうち何れか１項に記載のレーザポイン
   ティング装置。
6. 【請求項６】 制御装置は、距離変位センサが検出した
   位置変位から角度変位を算出する角度算出手段と、 目標とする角度変位（以下、目標角度変位と言う）を設
   定する角度設定部と、 算出された角度変位を目標角度変位にするコイル電流の
   調整値を各コイル磁石について算出し、各コイル磁石の
   コイル電流値をその値にする旨を指令するコイル電流指
   令信号を作成する角度制御手段と、 コイル電流指令信号に基づいて、各コイル磁石に通電す
   るコイル磁石ドライバ回路とを備えていることを特徴と
   する請求項５に記載のレーザポインティング装置。
7. 【請求項７】 弾性支持機構はミラーホルダをＺ軸方向
   に移動可能であって、 かつ、制御装置は、更に、各アームのＺ軸方向の位置変
   位の平均値を求め、ミラーのＺ軸方向の平均移動距離
   （以下、並進移動量と言う）を算出する並進量算出手段
   と、 目標とする並進移動量（以下、目標並進量と言う）を設
   定する並進量設定部と、 並進移動量を目標並進量にするコイル電流の第２の調整
   値を算出し、コイル電流調整信号を作成する並進量制御
   手段と、 コイル電流指令信号とコイル電流調整信号とを加算して
   新たなコイル電流指令信号を作成し、コイル磁石ドライ
   バ回路に伝達する並進量調整部とを備えていることを特
   徴とする請求項６に記載のレーザポインティング装置。