JP5421771B2 - ティルティング装置 - Google Patents

Description

この発明は，一般にティルティング装置（tilting devices）に関し，具体的には三次元位置決め装置（three-dimensional positioners）に関する。

ティルティング装置はさまざまな用途において用いられる。ティルティング装置のひとつの典型的な用途は，唯一の用途ではないが，入射するレーザ・ビームが偏向される方向を急速に変化させるために用いられる高速ステアリング・ミラーである。

この発明の目的は，改良されたティルティング装置を提供することである。

この発明の一実施例にしたがって，低慣性平面ティルティング装置（low-inertia flat surface tilting device）を提供する。この装置は，平面を規定する平面要素（flat surface element）と該平面に対してほぼ（実質的に）中心に配置されるピボット位置部分（pivot location portion）とを有する選択的に位置決め（配置）可能な平面要素アセンブリ（selectably positionable flat surface element assembly），前記ピボット位置部分に枢支可能（旋回可能）（pivotably）に係合（係止）するピボット支持要素（pivot support element），前記ピボット支持要素に固定され，前記平面に対してほぼ（実質的に）垂直な方向に磁力を働かせ，これによって前記平面要素を前記ピボット支持要素のまわりに傾かせる（旋回させる）（pivot）ように配置される少なくとも１個の電磁石，前記平面要素の位置を検知する少なくとも１個のセンサ，および前記の少なくとも１個のセンサの少なくとも１つの出力に応答して動作して少なくとも１個の前記電磁石の作用を制御するフィードバック回路を備える。

この発明の実施例は，他の態様において，以下の特徴のひとつ以上を含むことがあり，またはいずれをも含まないことがある。

前記ピボット位置部分は，前記平面要素内に凹部を含む。

前記ピボット支持要素は，ピボット点（ポイント）（pivot point）を有するシャフトを含む。

前記ピボット点は，ほぼ（実質的に）球状の形状を有する。

前記装置は，平面要素の裏側（下側）に設けられる回転保持磁石を含み，この回転保持磁石は，前記平面要素が前記ピボット点のまわりにおいて回転するのに逆らう作用をするよう磁化される。この回転保持磁石は，たとえばリング状磁石を含む。

前記装置は，前記シャフト上に設けられかつ前記平面要素に固定される少なくとも１個の圧縮ばねを含む。この少なくとも１個の圧縮ばねは，平面要素がピボット点のまわりにおいて回転することを防ぐ作用をする。

前記ピボット支持要素は，前記方向に対して垂直に延びる第１の軸に沿って配置される球状体（球体）の第１の対（第１の対の球状体）を含む。この球状体の第１の対は，相互に接触する，または非接触の構成とされうる。

前記ピボット位置部分は，平面要素の裏側（下側）に取付けられる球状体（球体）の第２の対（第２の対の球状体）を含み，この球状体の第２の対は，球状体の前記第１の対とピボット可能に係合する（pivotably engaging）とともに，前記第１の軸および前記方向に対してほぼ（実質的に）垂直に延びる第２の軸に沿って配置される。球状体の第２の対は，相互に接触する構成とされるか，または非接触の構成とされる。

前記第１の対の球状体（球体）および前記第２の対の球状体（球体）のうちの少なくとも１対は，炭化タングステンにより形成される。

前記装置はさらに，平面要素をピボット支持要素とのピボット可能な係合（係止）状態（pivotable engagement）に保持するよう働く保持磁石，たとえば環状磁石を含む。

前記少なくとも１個の電磁石は，ピボット位置部分に関して対称に分布する複数の電磁石を含む。

前記装置は，ピボット位置部分に関して少なくとも１個の前記電磁石の反対側に配置される少なくとも１個のばねを含む。

少なくとも１個の前記センサは容量型センサを含む。

フィードバック回路は，単一の軸のまわりにおける平面要素のティルト（傾き，傾斜）（tilting）を制御し，これによって平面要素の二次元位置決め（配置）を達成する（二次元位置を実現する）。加えて，またはこれに代えて，前記フィードバック回路は，少なくとも２つの軸のまわりにおける平面要素のティルトを制御し，これによって平面要素の三次元位置決め（配置）を達成する（三次元位置を実現する）。

前記フィードバック回路は，第１の位置決め軸のまわりにおける平面要素の配置（位置，位置決め）を制御する作用をする第１の制御回路と，前記第１の位置決め軸に対して垂直に延びる第２の位置決め軸のまわりにおける平面要素の配置（位置，位置決め）を制御する作用をする第２の制御回路とを含む。

前記平面要素は，ミラー要素用のベースを含む。

さらに，この発明の他の実施例にしたがって低慣性平面ティルト装置（low-inertia flat surface tilting device）が提供される。この装置は，平面を有する平面要素と，前記平面に平行に延びる第１の軸に沿って配置される球状体（球体）の第１の対であって前記平面に対してほぼ中心に配置される球状体の前記第１の対を含むピボット位置要素とを含む選択的に配置可能な平面要素アセンブリ（selectably positionable flat surface element assembly），前記第１の軸に対して垂直に延びる第２の軸に沿って配置される球状体（球体）の第２の対であって球状体の前記第１の対にピボット可能に係合（係止）する球状体の第２の対により形成されるピボット支持要素，前記ピボット支持要素に対して固定されるとともに前記平面に磁力を働かせ，それによって前記平面要素を前記ピボット支持要素のまわりにおいてピボットさせる（傾かせる，傾斜させる）（pivot）ように配置される少なくとも１個の電磁石，前記平面要素の位置を検知する少なくとも１個のセンサ，および少なくとも１個の前記センサの少なくとも１つの出力に応答して少なくとも１個の前記電磁石の動作を制御するフィードバック回路を含む。

この発明の実施例は，代替的および追加的に，上に詳述された特徴の１つ以上を含むか，またはいずれをも含まない。

この発明は，図面を参照した以下の詳細な説明により，より完全に理解され，かつ認識されよう。

この発明の実施例にしたがって構成されかつ動作する低慣性（low-inertia）ティルティング装置の一部切欠概略図である図１と，それぞれ中間の姿勢（傾き，傾斜，角度，配向，傾きに関する姿勢）（intermediate orientation），第１の極端な姿勢（extreme orientation）および第２の極端な姿勢にある図１のティルティング装置のそれぞれの側面図である図２Ａ，２Ｂおよび２Ｃとを参照する。

図１〜２Ｃには，一般に約1.5mmの直径の球状の形状の支持点（support point）１４を有する中心シャフト（central shaft）１２がその上に設けられる（立設される）ベース（base）１０を典型的に有する三次元位置決め装置（three-dimensional positioner）などのティルティング装置が図示されている。環状磁石（annular magnet）１６は，中心シャフト１２に取付けられ，その上面１８が支持点１４の先端の垂直下方に離隔するように中心軸上に配置される。磁石１６は，少なくとも部分的に強磁性材料により適宜に形成され，平板２０などの位置決め対象物に磁気吸引力を作用させるように働く。

典型的には平板２０の裏側（下側）に取付けられるとともにこの発明の実施例ではリング状の磁石である追加の磁石２２は，適切に磁化されている場合は，平板２０がシャフト１２の縦方向軸のまわりに回転することを防ぐ働きをする。平板２０は，ミラー２４のベースとして適宜に機能するとともに，シャフト１２の支持点１４を受ける中央凹部（central recess）２６が形成されている。これに代えて，平板２０は，他の適切な機能を備えうるとともに，作動装置（アクチュエータ）または位置決め装置の一部分となりうる。

支持シャフト１２から径方向外方に離隔して，作動したときに平板２０を吸引する好適には電磁石である複数の変位装置（displacers）が配置される。図示されている実施例では，４個のそのような変位装置２８，３０，３２および３４が設けられ，通常は互いに等間隔に配置されている。これに代えて，用途によっては，より多数の，もしくは少数の変位装置が，または他の適切な配置が用いられ得ることがわかる。第１の軸（axis）３５は，変位装置３０と３４の間を延びており，第１の軸３５と平行ではなく好適には垂直である第２の軸３６は，変位装置２８と３２の間において延びていることがわかる。

図２Ａ〜２Ｃに最もわかりやすく示されているように，図２Ａに示されるように板２０がほぼ水平な姿勢（holizontal orientation）にある場合には，変位装置２８，３０，３２および３４の上面は，支持点１４よりも垂直下方に，したがって，板２０の底より下に離隔している。変位装置２８，３０，３２および３４の動作は，図９において参照符号３７および３８により示されるとともに以下に図９を参照してより詳細に説明される制御回路によって制御される。

この発明の実施例によれば，好適には４個の容量型センサである複数の近接センサ（propinquity sensors）４０が，ベース１０に平行である支持部（サポート（support））４２上において，平板２０の垂直下方でかつ支持点１４に関して径方向外方に取付けられている。近接センサ４０は板２０の三次元姿勢（傾き）（three-dimensional orientation）の出力指示（output indication）を制御回路に共に供給し，この出力指示は，制御回路が変位装置２８，３０，３２および３４の動作を制御するのを補助するフィードバック指示としての役割を果たす。近接センサ４０は，変位装置２８，３０，３２および３４に対して方位角的に約４５度ずれていることがわかる。このずれは，平板２０の三次元位置を決定するときに制御回路により考慮される。

図２Ａ，２Ｂおよび２Ｃは，それぞれ中間の姿勢，第１の極端な姿勢および第２の極端な姿勢にある図１のティルティング装置のそれぞれの側面図である。図１〜２Ｃの装置は，図２Ａ〜２Ｃに図示されている限度内において，板２０をいかなる三次元位置にも位置決め可能であることがわかる。

次に，この発明の他の実施例にしたがって構成されかつ動作するティルティング装置の一部切欠概略図である図３と，それぞれ中間の姿勢，第１の極端な姿勢および第２の極端な姿勢にある図３のティルティング装置のそれぞれの側面図である図４Ａ，４Ｂおよび４Ｃとを参照する。

図３〜４Ｃに，一般に直径約1.5mmの好適には球状の形状を有する支持点１１４を備える中心シャフト１１２がその上に取付けられるベース１１０を含む三次元位置決め装置などのティルティング装置が図示されている。

平板１２０などの位置決め対象物は，少なくとも部分的に強磁性材料により好適に形成され，ミラー１２４のベースとして機能するとともに，典型的にはシャフト１１２の支持点１１４を受ける中央凹部１２６が形成されている。これに代えて，平板１２０は，他の適切な機能を備えうるとともに，作動装置または位置決め装置の一部分となりうる。

支持シャフト１１２から径方向外方に離隔して，作動すると板１２０を吸引する１対の能動的変位装置（active displacers）１２８および１３０と，典型的にはばねを含む１対の受動的変位装置（passive displacers）１３２および１３４とを含む複数の変位装置が配置される。図示されている実施例において，これらの変位装置は，通常互いに等間隔に配置される。用途に応じて，より多数の，または少数の受動的および能動的変位装置が用いられ得ることがわかる。

能動的変位装置１２８および１３０は電磁石を備え，受動的変位装置１３２および１３４は，それぞれ変位装置１２８および１３０の反対側に配置される。受動的変位装置１３２および１３４のそれぞれは，引張コイルばね（tension coil spring）１３６を含み，これは固定構造（anchoring structure）によりベース１１０に固定される第１の端部と取付ディスク１３７により板１２０の下側に固定される第２の端部とを有する。受動的変位装置１３２および１３４は，電磁石１２８および１３０により平板１２０に加えられる力とは反対方向の力を与える。第１の軸１３８は変位装置１３０と１３４との間を延びており，第１の軸１３８とは平行ではなく，好適には垂直である第２の軸１３９は変位装置１２８と１３２と間において延びていることがわかる。

図４Ａ〜４Ｃに最もわかりやすく示されているように，変位装置１２８および１３０の上面は，図４Ａに示されているように板１２０が水平姿勢にあるときに，支持点１１４の垂直下方に離隔されており，したがって板１２０の底より下に離隔している。電磁石１２８および１３０の動作は，図９において参照符号３７および３８により示されるとともに，図９を参照して以下により詳細に説明される制御回路により制御される。

この発明の実施例によれば，好適には４個の容量型センサである複数の近接センサ１４０が，ベース１１０に平行である支持部１４２上において，平板１２０の垂直下方でかつ支持点１１４に関して径方向外方に取付けられている。近接センサ１４０は板１２０の三次元姿勢の出力指示を制御回路に共に供給し，この出力指示は，制御回路が変位装置１２８および１３０の動作を制御するのを補助するフィードバック指示としての役割を果たす。近接センサ１４０は，変位装置１２８，１３０，１３２および１３４に対して方位角的に約４５度ずれていることがわかる。このずれは，平板１２０の三次元位置を決定するときに制御回路により考慮される。

図４Ａ，４Ｂおよび４Ｃは，それぞれ中間の姿勢，第１の極端な姿勢および平衡姿勢（equilibrium orientation）である第２の極端な姿勢にある図３のティルティング装置のそれぞれの側面図である。

図４Ａに示される姿勢において，電磁石１２８および１３０により加えられる吸引力は，ばね１３６により加えられる力と等しく，したがって平板１２０をベース１１０に平行な水平な中間の姿勢に維持する。

図４Ｂに示される第１の極端な姿勢において，電磁石１２８および１３０により加えられる吸引力は，ばね１３６により加えられる力より大きく，したがってばね１３６を伸長させるとともに，平板１２０をベース１１０に対して第１の方向に傾斜（ティルト）させる。電磁石１２８および１３０が作動しない場合には，ばね１３６はその弛緩状態（relaxed state）まで圧縮され，したがって平板１２０を図４Ｃに示される平衡姿勢にすることがわかる。

図３〜４Ｃの装置は，図４Ａ〜４Ｃに図示されている限度内において，板１２０をいかなる三次元位置にも位置決め可能であることがわかる。

次に，この発明のさらに他の実施例にしたがって構成されかつ動作する低慣性ティルティング装置の一部切欠概略図である図５と，それぞれ中間の姿勢，第１の極端な姿勢および第２の極端な姿勢にある図５のティルティング装置のそれぞれの側面図である図６Ａ，６Ｂおよび６Ｃとを参照する。

図５〜６Ｃに，典型的には支持点１５４を有する中心シャフト１５２がその上に取付けられるベース１５０を含む三次元位置決め装置などのティルティング装置が図示されている。図５〜６Ｃに示される実施例において，支持点１５４は，約1.5mmの直径を有する球状の形状を有するが，このことは必須ではない。圧縮ばね１５６はシャフト１５２の周囲に取付けられ，ばね１５６の下端部はシャフト１５２に固定され（anchored），ばね１５６の上端部は取付ディスク１５８に固定される。取付ディスク１５８は，好適には少なくとも部分的に強磁性材料により形成される平板１６０などの位置決め対象物の下側に固定される。取付ディスク１５８を平板１６０に固定することは，平板１６０をシャフト１５２とピボット（傾動）可能な接触状態（pivotal contact）に保つとともに平板１６０がシャフト１５２の縦軸のまわりを回転することを防ぐ作用をする。

平板１６０は，ミラー１６４のベースとして適切に機能するとともに，典型的にはシャフト１５２の支持点１５４を受ける中央凹部１６６が形成されている。適切には，中央凹部は，角錐状（pyramidal）の形状を有する。これに代えて，平板１６０は，他の適切な機能を有しうるとともに，作動装置または位置決め装置の一部分になりうる。

支持シャフト１５２から径方向外方に離隔して，作動すると平板１６０を吸引する好適には電磁石である複数の変位装置が配置される。図示されている実施例では，４個のこのような変位装置１６８，１７０，１７２および１７４が設けられ，これらは互いに等間隔に配置されている。これに代えて，用途に応じて，より多数のまたは少数の，そして好適な構成の変位装置を用いうることがわかる。第１の軸１７５は変位装置１７０と１７４の間を延びており，前記第１の軸１７５と好適には平行でなく，かつほぼ垂直である第２の軸１７６は，変位装置１６８と１７２の間において延びていることがわかる。

図６Ａ〜６Ｃに最もわかりやすく示されているように，変位装置１６８，１７０，１７２および１７４の上面は，図６Ａに示されているように板１６０が水平姿勢にある場合には，支持点１５４の垂直下方に離隔してあり，したがって，板１６０の底より下に離隔している。変位装置１６８，１７０，１７２および１７４の動作は，図９において参照符号３７および３８により示されるとともに以下に図９を参照してより詳細に説明される制御回路によって制御される。

この発明の実施例によれば，好適には４個の容量型センサである複数の近接センサ１８０が，ベース１５０に平行である支持部１８２上において，平板１６０の垂直下方でかつ支持点１５４に関して径方向外方に取付けられている。近接センサ１８０は板１６０の三次元姿勢の出力指示を制御回路に共に供給し，この出力指示は，制御回路が変位装置１６８，１７０，１７２および１７４の動作を制御するのを補助するフィードバック指示としての役割を果たす。近接センサ１８０は，変位装置１６８，１７０，１７２および１７４に対して方位角的に約４５度ずれていることがわかる。このずれは，平板１６０の三次元位置を決定するときに制御回路により考慮される。

図６Ａ，６Ｂおよび６Ｃは，それぞれ中間の姿勢，第１の極端な姿勢および第２の極端な姿勢にある図５のティルティング装置のそれぞれの側面図である。図５〜６Ｃの装置は，図６Ａ〜６Ｃに図示されている限度内において，板１６０をいかなる三次元位置にも位置決め可能であることがわかる。

次に，典型的には中心シャフト２１２がその上に取付けられる水平面上に位置するベース２１０を備える三次元位置決め装置などのティルティング装置が図示されている図７を参照する。中心シャフト２１２の上面にはピボット支持アセンブリ（pivot support assembly）２１４が設けられており，それは図示されている実施例では好適には炭化タングステン（tungsten carbide）により形成される１対の球体（球状体）２１５を備え，それらはベース２１０に平行な第２の軸２１６に沿って配置されている。球体２１５は，相互に接触する構造にて配置されるが，このことは必須ではない。

環状磁石２１７は，中心シャフト２１２上に取付けられる。磁石２１７は，好適には少なくとも部分的に強磁性材料により形成される平板２２０などの位置決め対象物に対して吸引磁力を働かせる作用をする。平板２２０の下側にはピボット位置アセンブリ（pivot location assembly）２２１が取付けられており，それは図示される実施例では，好適には炭化タングステンにより形成される１対の球体（球状体）２２２を備え，これらは第１の軸２２３に沿って配置されている。球体２２２は，相互に接触する構造にて配置されるが，このことは必須ではない。第１の軸２２３は，第２の軸２１６に対して垂直であり，板２２０の平面に平行である。

それぞれの軸２１６および２２３に沿って球体２１５および２２２を配置することは，平板２２０がベース２１０に対して垂直に延びるシャフト２１２の縦軸のまわりに回転することを防ぎ易い。平板２２０は，好適にはミラー２２４のベースとして機能する。これに代えて，平板２２０は，他の適切な機能を有しうるとともに，作動装置または位置決め装置の一部分となりうる。

支持シャフト２１２から径方向外方に離隔して，作動すると平板２２０を吸引する好適には電磁石である複数の変位装置が配置される。図示されている実施例では，４個のこのような変位装置２２８，２３０，２３２および２３４が設けられ，これらは互いに等間隔に配置されている。これに代えて，用途に応じてより多数の，または少数の，そして他の構成が用いられうることがわかる。第１の軸２３６は，変位装置２３０と２３４の間を延びており，前記第１の軸２３６と平行ではなく，かつ好適には垂直である第２の軸２３８は，変位装置２２８と２３２の間において延びていることがわかる。軸２３６および２３８は，必ずしも軸２１６および２２３と関係がなくてもよいことがわかる。

図２Ａ〜２Ｃを参照して既に示し，かつ説明したものと同様に，変位装置２２８，２３０，２３２および２３４の上面は，板２２０が水平姿勢にある場合には，板２２０の垂直下方に離隔している。変位装置２２８，２３０，２３２および２３４の動作は，図９において参照符号３７および３８により示されるとともに以下に図９を参照してより詳細に説明される制御回路と同様の制御回路によって制御される。

この発明の実施例によれば，好適には４個の容量型センサである複数の近接センサ２４０が，ベース２１０に平行である支持部２４２上において，平板２２０の垂直下方でかつ支持シャフト２１２に関して径方向外方に取付けられている。近接センサ２４０は板２２０の三次元姿勢の出力指示を制御回路に共に供給し，この出力指示は，制御回路が変位装置２２８，２３０，２３２および２３４の動作を制御するのを補助するフィードバック指示としての役割を果たす。近接センサ２４０は，変位装置２２８，２３０，２３２および２３４に対して方位角的に約４５度ずれていることがわかる。このずれは，平板２２０の三次元位置を決定するときに制御回路により考慮される。

図７の装置は，少なくとも部分的に変位装置２２８，２３０，２３２および２３４の高さと配置とにより定められる所定の限度内において，板２２０をいかなる三次元位置にも位置決め可能であることがわかる。

次に，典型的には好適には中心シャフト３１２がその上に取付けられる水平面上に位置するベース３１０を備える三次元位置決め装置などのティルティング装置が図示されている図８を参照する。中心シャフト３１２の上面にはピボット支持アセンブリ３１４が取付けられており，それは好適には炭化タングステンにより形成される１対の球体３１５を備え，それらはベース３１０に対して平行な第２の軸３１６に沿って配置されている。それらは好適には相互に接触する構成であるが必ずしもそうでなくてもよい。

平板３２０などの位置決め対象物は，少なくとも部分的に強磁性材料により形成され，その下側面には，好適には１対の球体３２２を備えるピボット位置アセンブリ３２１が取付けられている。球体３２２は，炭化タングステンにより適宜に形成され，第１の軸３２３に沿って，好適には相互に接触する構成であるが必ずしもそうでなくてもよい構成で配置される。第１の軸３２３は，第２の軸３１６に対して垂直であるとともに，板３２０の平面に対して平行である。

それぞれの軸３１６および３２３に沿って球体３１５および３２２を配置することは，平板３２０が，ベース３１０に対して垂直に延びるシャフト３１２の縦軸のまわりに回転することを防ぎ易い。平板３２０は，ミラー３２４のベースとして適宜に機能する。これに代えて，平板３２０は，他の適切な機能を有しうるとともに，作動装置または位置決め装置の一部分をなりうる。

支持シャフト３１２から径方向外方に離隔して，作動すると板３２０を吸引する１対の能動的変位装置３２８および３３０と，典型的にはばねを含む１対の受動的変位装置３３２および３３４とを含む複数の変位装置が配置される。図示されている実施例において，これらの変位装置は，互いに等間隔に配置されている。これに代えて，用途に応じて他の構成の，そしてより多数の，または少数の能動的および受動的変位装置が用いられうることがわかる。

能動的変位装置３２８および３３０は電磁石を備え，受動的変位装置３３２および３３４は，それぞれ変位装置３２８および３３０の反対側に配置される。受動的変位装置３３２および３３４は，好適には引張コイルばね３３６を含み，それは固定構造によりベース３１０に固定される第１の端部と取付ディスク３３７により平板３２０の下側に固定される第２の端部とを有する。受動的変位装置３３２および３３４は，電磁石３２８および３３０により平板３２０に加えられる力とは反対方向の力を与える。第１の軸３３８は変位装置３３０と３３４の間を延び，第１の軸３３８に対して平行でなく，かつ好適には垂直である第２の軸３３９は変位装置３２８と３３２の間において延びていることがわかる。軸３３８および３３９は，必ずしも軸３１６および３２３と関係がなくてもよいことがわかる。

図４Ａ〜４Ｃを参照して既に示されかつ説明されたものと同様に，平板３２０が水平姿勢にある場合には，変位装置３２８および３３０の上面は，板３２０の底の垂直下方に離隔する。電磁石３２８および３３０の動作は，図９において参照符号３７および３８により示されるとともに以下に図９を参照してより詳細に説明される制御回路と同様の制御回路によって制御される。

この発明の実施例によれば，好適には４個の容量型センサである複数の近接センサ３４０が，ベース３１０に平行である支持部３４２上において，平板３２０の垂直下方でかつシャフト３１２に関して径方向外方に取付けられている。近接センサ３４０は板３２０の三次元姿勢の出力指示を制御回路に共に供給し，この出力指示は，制御回路が変位装置３２８および３３０の動作を制御するのを補助するフィードバック指示としての役割を果たす。近接センサ３４０は，変位装置３２８，３３０，３３２および３３４に対して方位角的に約４５度ずれていることがわかる。このずれは，平板３２０の三次元位置を判断するときに制御回路により考慮される。

図８の装置は，少なくとも部分的に変位装置３２８，３３０，３３２および３３４の高さと配置とにより定められる所定の限度内において，板３２０をいかなる三次元位置にも位置決め可能であることがわかる。

次に，図９を参照する。これは図１〜８のティルティング装置，および図１〜８のティルティング装置の動作を制御するように動作する，図１〜８に示される制御回路などのような制御回路の簡易ブロック図である。

図９に示されているように，変位装置２８と３２（図１）とを結ぶ軸３６（図１）などのような第１の軸のまわりにおける，平板２０，１２０，２２０および３２０（図１〜８）などのような位置決め可能要素（positional element）４００の傾斜（姿勢）（tilting）は，Ｘ軸制御システムなどの第１の制御システム３７により制御され，変位装置３０と３４（図１）を結ぶ軸３５（図１）などのような第２の軸のまわりにおける，前記要素４００の傾斜（姿勢）は，Ｙ軸制御システムなどの第２の制御システム３８により制御される。

制御システム３７は，第１の軸に沿った要素４００の必要な姿勢（傾き）変更を示す指令（コマンド）信号（command signal），たとえば誤差信号（error signal）を受け取る。Ｘ軸に関する指令信号は，外部制御システム（図示略）から与えられる所望の傾き（姿勢）信号（orientation signal）のＸ軸部分を，要素４００の検知されたＸ軸位置と比較し，要素４００の検知されたＸ軸位置と該要素の所望のＸ軸位置との差を算出する加算回路４０８から供給され，第１の軸に沿った要素４００の必要とされる姿勢（傾き）変更を指示する。

第１の制御フィルタ４１０は指令信号を受信し，この指令信号をたとえば増幅により処理して，要素４００の位置の少しずつ増大する適切な変更が達成されうるようにする。制御フィルタ４１０の出力は第１のプリドライバ制御回路４１２に入力として送られる。このプリドライバ制御回路４１２は，図１に示される変位装置３０および３４などのようなＸ軸変位装置４１８および４２０が位置決め可能要素４００のＸ軸に沿った所望の変位を達成（実現）するために必要な動力（power）を算出する。プリドライバ制御回路４１２は，それぞれＸ軸変位装置４１８および４２０が必要とするそれぞれの所要動力を示す信号を，ドライバ４１４および４１６に出力し，ドライバ４１４および４１６は，これらの変位装置に適宜に増幅された信号を供給し，要素４００のＸ軸位置決めを達成（実現）する。

同様の態様で，制御システム３８は，要素４００の第２の軸に沿った必要な姿勢（傾き）変更を示す指令信号，たとえば誤差信号を受け取る。Ｙ軸に関する指令信号は，外部制御システム（図示略）から与えられる所望の傾き（姿勢）信号のＹ軸部分を，要素４００の検知されたＹ軸位置と比較し，要素４００の検知されたＹ軸位置と該要素の所望のＹ軸位置との差を算出する加算回路４２８から供給され，第２の軸に沿った要素４００の必要とされる姿勢（傾き）変更を指示する。

第２の制御フィルタ４３０は指令信号を受信し，この指令信号をたとえば増幅により処理して，要素４００の位置の少しずつ増大する適切な変更が達成されうるようにする。制御フィルタ４３０の出力は第２のプリドライバ制御回路４３２に入力として送られる。このプリドライバ制御回路４３２は，図１に示される変位装置２８および３２などのようなＹ軸変位装置４３８および４４０が位置決め可能要素４００のＹ軸に沿った所望の変位を達成（実現）するために必要な動力を算出する。プリドライバ制御回路４３２は，それぞれＹ軸変位装置４３８および４４０が必要とするそれぞれの所要動力を示す信号を，ドライバ４３４および４３６に出力し，ドライバ４３４および４３６は，これらの変位装置に適宜に増幅された信号を供給し，要素４００のＹ軸位置決めを達成（実現）する。

選択された時間間隔で，要素４００の位置が，Ｘ軸センサ４２３および４２４ならびにＹ軸センサ４４３および４４４，たとえばセンサ４０（図１〜２Ｃ）により検知され，制御回路３７および３８にフィードバックされる。これらのセンサからの出力はセンサ処理装置（センサ・プロセッサ）（sensor processor）４５０に送られる。このセンサ処理装置は，対応する変位装置４１８および４２０ならびに４３８および４４０により規定される，センサ４２３，４２４，４４３および４４４のそれぞれの軸に関する角度方位（rotational orientation）を考慮に入れて，要素４００のＸ軸の傾き（姿勢）（orientation）およびＹ軸の傾き（姿勢）をそれぞれ計算する。センサ処理装置４５０は，制御回路３７により用いられるＸ軸の傾き（姿勢）信号を第１の加算回路４０８に出力し，制御回路３８により用いられるＹ軸の傾き（姿勢）信号を第２の加算回路４２８に出力する。制御ループは，このようにしてＸおよびＹ軸のいずれについても閉ループとなる。

図１〜８に示される実施例において，図１〜８の平板２０，１２０，１６０，２２０，３２０などのような要素４００の２つの直交軸に沿った位置検知と変位とにより，三次元空間における多数の姿勢（傾き）が達成されうることがわかる。さらに，図３〜４Ｃおよび８に示される実施例においては，制御回路３８は，変位装置１３０（図３）などの単一の変位装置を制御するだけであるが，１対のセンサからフィードバックを受け取ることがわかる。

この発明が上に具体的に示されかつ説明されたものに制限されないことは当業者には明らかであろう。むしろ，この発明の範囲には，上に説明されかつ示された特徴の組合せおよび部分的な組合せ（サブコンビネーション）だけではなく，上の説明および図を参照することにより当業者が思いつくであろう，そして従来技術に含まれない変形態様も含まれる。

この発明の実施例にしたがって構成されかつ動作するティルティング装置の一部切欠概略図である。 中間の姿勢にある図１のティルティング装置の側面図である。 第１の極端な姿勢にある図１のティルティング装置の側面図である。 第２の極端な姿勢にある図１のティルティング装置の側面図である。 この発明の他の実施例にしたがって構成されかつ動作するティルティング装置の一部切欠概略図である。 中間の姿勢にある図３のティルティング装置の側面図である。 第１の極端な姿勢にある図３のティルティング装置の側面図である。 第２の極端な姿勢にある図３のティルティング装置の側面図である。 この発明のさらに他の実施例にしたがって構成されかつ動作するティルティング装置の一部切欠概略図である。 中間の姿勢にある図５のティルティング装置の側面図である。 第１の極端な姿勢にある図５のティルティング装置の側面図である。 第２の極端な姿勢にある図５のティルティング装置の側面図である。 この発明のさらに他の実施例にしたがって構成されかつ動作するティルティング装置の一部切欠概略図である。 この発明のさらなる別の実施例にしたがって構成されかつ動作するティルティング装置の一部切欠概略図である。 図１〜８のティルティング装置およびそのティルティング装置で用いられる制御回路の簡易ブロック図である。

Claims (15)

1. 平面を有する平面要素と，前記平面に平行に延びる第１の軸に沿って配置される球状体の第１の対であって前記平面に対してほぼ中心に配置される球状体の前記第１の対を含むピボット位置要素とを含む，選択的に位置決め可能な平面要素アセンブリ，
   前記第１の軸に対して垂直に延びる第２の軸に沿って配置される球状体の第２の対であって，球状体の前記第１の対にピボット可能に係合する球状体の前記第２の対により形成されるピボット支持要素，
   前記平面に磁力を働かせて前記平面要素を前記ピボット支持要素のまわりにおいてピボットさせるように配置される少なくとも２個の電磁石変位装置，
   前記平面要素の位置を検知する少なくとも１個のセンサ，および
   少なくとも１個の前記センサの少なくとも１つの出力に応答して少なくとも２個の前記電磁石変位装置の動作を制御するように働くフィードバック回路を備え，
   前記ピボット位置要素は前記平面要素の下面に取付けられ，前記ピボット支持要素は前記平面に対して垂直に延びるシャフトの上面に設けられ，前記平面要素が前記シャフトの縦軸のまわりに回転するのを，球状体の前記第１の対と球状体の前記第２の対が防いでいる，平面ティルティング装置。
2. 球状体の前記第１の対は相互に接触する構成である，請求項１に記載の平面ティルティング装置。
3. 球状体の前記第２の対は相互に接触する構成である，請求項１に記載の平面ティルティング装置。
4. 球状体の前記第１の対および球状体の前記第２の対のうちの少なくとも一方は炭化タングステンにより形成される，請求項１に記載の平面ティルティング装置。
5. 前記ピボット位置要素が前記ピボット支持要素とピボット可能に係合した状態で前記平面要素を保持するように働く保持磁石をさらに備える，請求項１に記載の平面ティルティング装置。
6. 前記保持磁石は環状磁石を備える，請求項５に記載の平面ティルティング装置。
7. 少なくとも２個の前記電磁石変位装置は，前記ピボット位置部分に関して対称に分布する複数の電磁石を備える，請求項１に記載の平面ティルティング装置。
8. 少なくとも１個の前記センサは容量型センサを備える，請求項１に記載の平面ティルティング装置。
9. 前記フィードバック回路は，単一の軸のまわりにおいて前記平面要素がティルトするのを制御し，それによって前記平面要素の二次元位置に影響を及ぼす，請求項１に記載の平面ティルティング装置。
10. 前記フィードバック回路は，２つの軸のまわりにおける前記平面要素のティルトを制御し，それによって前記平面要素の三次元位置に影響を及ぼす，請求項１に記載の平面ティルティング装置。
11. 前記平面要素はミラー要素用のベースを備える，請求項１に記載の平面ティルティング装置。
12. 前記フィードバック回路は，第１の位置決め軸のまわりにおける前記平面要素の位置決めを制御する働きをする第１の制御回路と，前記第１の位置決め軸に対して垂直に延びる第２の位置決め軸のまわりにおける前記平面要素の位置決めを制御する働きをする第２の制御回路とを備える，請求項１に記載の平面ティルティング装置。
13. 前記平面要素が少なくとも部分的に強磁性材料により形成される，請求項１に記載の平面ティルティング装置。
14. 少なくとも１個の前記センサが前記平面素子の下に配置される，請求項１に記載の平面ティルティング装置。
15. 前記フィードバック回路は，少なくとも２個の前記電磁石変位装置の前記動作によって，前記平面要素を位置決めするように働く，請求項１に記載の平面ティルティング装置。

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