JP5818981B2 - 位置決め装置及びビームを方向付けるためのシステム - Google Patents

Description

本発明は、光学機械のレンズ、特には少なくとも１つの光学要素を位置決めするための位置決め装置、及び位置決め装置を用いる、ビーム、特にはレーザービームを方向付けるためのシステムに関する。

近年、レーザービーム等の電磁波ビームの利用が、各種技術分野でなされている。対象物のスキャニングやマーキングに加えて、最近では、工具の機械加工や医学的処置にも電磁波が用いられている。ビームの方向付けは、通常１又は２以上の反射要素を含む偏向装置によって行われる。反射デバイスの移動を制御する１つの方法が米国2002/0181851号公報 A1（特許文献１）の先行文献において提案されており、該文献は要素の移動を制御するための装置を開示している。該装置は、可動部材及び固定部材を含んでいる。該可動部材は磁気要素を含み、該固定部材は磁気透過性のステータ要素を含んでいる。該磁気要素と該ステータ要素の間にある空隙を超えて磁気牽引力が作用し、それにより、該可動部材を該固定部材の方に駆動させる。さらに、ステータ電流コイルがステータの部分上に巻かれている。コイルを通る電流によって生じる電磁力は磁気要素に作用して、制御可能なやり方で可動部材を移動させる。

この公知の装置の１つの欠点は、可動部材と固定部材の間にかなりの摩擦力が発生するということである。そのため、該装置の性能は満足できるものではない。

米国2002/0181851号公報

したがって、本発明が解決せんとする課題は、光学機械のレンズ、特には少なくとも１つの光学要素を位置決めするための装置であって、高性能な装置を提供することである。

本発明は、この課題は、可動キャリアと固定支持部の間の物理的接触する領域を最小化する装置によって解決できるという発見に基づいている。

該課題は、本発明の第１の態様、すなわち、少なくとも１つの光学要素を位置決めするための装置であって、
前記光学要素を保持するための少なくとも１つの可動キャリアと、
前記キャリアを支持するための少なくとも１つの固定支持部と、
前記キャリアと前記支持部とを接続するための接続手段と、
前記支持部に対する前記キャリアの相対的な位置に影響を及ぼすように力を生成するための作動手段とを備える装置によって解決される。

前記装置は、前記接続手段が、
前記キャリアと前記支持部との間に張力を加えるための少なくとも１つの保定デバイスと、
少なくとも１つの軸受とを備え、
前記軸受が、第１の軸受磁石を備え、前記第１の軸受磁石の表面の少なくとも一部が、部分球の形状を有し、
前記軸受がさらに、第２の軸受磁石を備え、前記第２の軸受磁石の表面の少なくとも一部が、前記第１の軸受磁石の前記部分球表面を少なくとも部分的に受け入れるための中空の部分球の形状を有し、
前記第１の軸受磁石と前記第２の軸受磁石が永久磁石であり、前記第１の軸受磁石と前記第２の軸受磁石の対向する磁極が互いに向かい合うように配置されることを特徴とする。

本発明の位置決め装置（以後、「装置」と表記することもある。）は、「モータ」と表記することもある。本発明で述べる光学要素は、光学的構成の一部でありうる。光学要素は、特に、鏡、レンズ等のように、反射要素及び／又は回折偏向要素でありうる。本発明において、光学要素の位置決めには、少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つの軸を中心とする光学要素の回転が含まれる。さらに、光学要素の位置決めには、第３の軸に沿った光学要素の横の移動が含まれる。光学要素の位置決めは、好ましくは一時的な位置決めである。特に、光学要素の位置は、本装置によって、セットポジションに保持及び／又は変更される。光学要素の位置は、ビーム、特にレーザービームに対する、光学要素の相対的な位置である。好ましくは、この位置は、ビームの方向に対する光学要素の角度によって規定される。さらに、該位置には、ビーム、特にレーザー源、又は本発明装置の光学要素に向かってビームを反射する反射部材の表面への光学要素の表面からの距離を含みうる。

本発明の位置決め装置は、光学要素を保持するための少なくとも１つの可動キャリアと、該キャリアを支持するための少なくとも１つの固定支持部と、前記キャリアと前記支持部とを接続するための接続手段と、前記支持部に対する前記キャリアの相対的な位置に影響を及ぼすように力を生成するための作動手段とを備える。

該可動キャリアは、板状、特に平板状の形状であることが好ましい。光学要素は、上記キャリアに取り付けるか、上記キャリアに挿入することができる。後者のケースでは、光学要素を収容するための凹部は、前記キャリアの１つの表面に設けることが好ましい。また、このケースにおいては、光学要素を該キャリアに取り付けること、例えば、付着させることが好ましい。該キャリアは、本装置の可動又は傾斜部分を表す。特に、該キャリアは、本装置の固定支持部に対して傾斜させることができる。この傾斜は、少なくとも１つの軸、好ましくは少なくとも２つ又はそれ以上の軸を中心とする回転であり、該軸は、該光学要素の中心の単一の点を遮るあらゆる方向に光学要素内に延びることができる。該光学要素の表面に対して垂直方向の軸を中心とする回転は、本発明の位置決め装置を用いた位置決めを意味するものではない。

本装置の基部でもある固定支持部は、各種形状をとることができる。好ましい態様においては、固定支持部は、その上に該固定支持部の他の要素を取り付け又は形成することができる厚板の形状をもつ本体を含む。該固定支持部は固定されており、このことは、位置決め装置の構成部材によって該固定支持部の運動が生じないことを意味する。該固定支持部は、位置決め装置が使用されるシステムの他の構成部材に取り付けることができる。本発明においては、該支持部は、前記キャリアを支持する。本発明においては、該支持部は、好ましくは、該キャリアと該支持部の直接的な物理的接触、あるいは、少なくとも該キャリアと該支持部の本体の間の直接的な物理的接触を含まない。

前記キャリアと前記支持部を接続するための前記接続手段は、該キャリアの必要な運動、特には該支持部に対して該キャリアが傾斜できるような構成をもつ。

前記支持部に対する前記キャリアの相対的な位置に影響を及ぼすように力を生成するための作動手段は、特に該支持部に対する該キャリアの傾斜の角度及び／又は距離を決定することができる。

本発明においては、少なくとも１つの軸受が、前記固定支持部に対する前記キャリアの傾斜運動のために設けられ、該固定支持部から可動キャリアを反発させるために、軸受によって反発力（repelling forces）が付与される。本発明における軸受は、少なくとも２つの部分からなり、該２つの部分の物理的接触は妨げられる。さらに、該軸受の２つの部分の形状は、該軸受の一方の部分から他方の部分への相対的運動が、該２つの部分が接触することなく行うことができるものである。特に、該軸受の一方の部分は、物理的に接触することなく、他方の部分に対してある一定の角度まで傾くことが可能である。さらに、本発明においては、該固定支持部から可動キャリアを反発させるために、軸受によって反発力が付与される。反発力は、２つの軸受部分の一方の部分が他方の部分に部分的に挿入している２つの軸受部分の間に作用することが好ましい。

前記キャリアと前記固定支持部との間に張力を加えるための少なくとも１つの保定デバイスが設けられる。保持デバイスとも称する保定デバイスは、軸受による反発力に対抗する力を加える。これにより、前記キャリアと前記固定支持部との間の力が調節され、詳細に後述するように、前記固定支持部との間を所望する距離とする。保持デバイスは、つる巻きバネ等のバネ、又は張力を加えるための他のあらゆる可撓性要素でありうる。

このように、本発明に係る装置を用いることにより、前記キャリアの相対的な位置、光学要素の位置を迅速かつ高い信頼性で調節することができる。本装置内の反作用力、特に張力と反発力が調節される。例えば、それらの力を加える個々のデバイスの材料及び／又はサイズ及び／又は形状を選択することにより調節が行われる。前記キャリアと前記固定支持部との間に調節可能な反作用力が存在するため、これら２つの構成部材の間の距離が調節され、移動、特に摩擦力を生じることなく、前記キャリアの傾斜が可能となる。このような移動又は傾斜は、位置の変化が迅速かつ低エネルギーの消費でもたらされるため、本装置は高性能である。高性能であることは、レーザービームを偏向する点において特に重要である。

ボール（ball）磁石とも称する第１の軸受磁石は、その表面の少なくとも一部が、部分球、特には外球の形状を有する。第１の軸受磁石は、固形の部分球でありうる。しかしながら、第１の軸受磁石は、ボウル（bowl）の形状を有し、その少なくとも外表面の一部が軸受表面として作用することが好ましい。この形状の１つの利点は、磁石が軽量になることであり、それにより位置決め装置の慣性モーメントを低下させることに寄与する。第１の軸受磁石にスロット又は孔を設けることにより磁石の重量を低減することができる。

カップ（cup）磁石とも称する第２の軸受磁石は、第２の軸受磁石の表面の少なくとも一部が、前記第１の軸受磁石の前記部分球表面を少なくとも部分的に受け入れるための中空の部分球の形状を有する。該部分球は、固形ブロックのキャビティ又は凹部によって形成することができる。前記第２の軸受磁石は、内表面の少なくとも一部が軸受表面として作用する、一定の壁厚をもつボウル形にすることもできる。

前記第１の軸受磁石と第２の軸受磁石の軸受表面は、互いに物理的接触をしない。それゆえ、該磁石の軸受表面は、該２つの磁石の間の距離が最小である磁石の表面を意味する。該２つの軸受表面の間の距離はエアギャップ（air gap）とも称する。

前記第１の軸受磁石と第２の軸受磁石の軸受表面は、互いに対応することが好ましい。このことは、該２つの軸受表面間の距離が軸受表面の表面領域にわたって等しいことを意味する。これにより、移動する際、特に前記磁石の１つが傾斜する際に、前記磁石間の接触を回避することができる。さらに、単一の点を中心とした前記キャリアの傾斜を達成することができる。該傾斜は、前記キャリアの表面内の特定の軸に限定されることを意味しない。

該２つの軸受磁石間、特に該磁石の軸受表面間のエアギャップは、該磁石の設計及び配置によってもたらされる。本発明においては、該磁石は、前記第１の軸受磁石と第２の軸受磁石の対向する磁極が互いに向かい合うように配置される。これにより、該２つの磁石間に反発力が存在することになり、エアギャップを生じ、維持することができる。該軸受磁石の軸受表面は、磁極のように作用することが好ましい。これにより、該２つの磁石間の反発力を最大にすることができる。

本発明においては、前記第１の軸受磁石と前記第２の軸受磁石は永久磁石である。この磁石の選択は、電磁石の軸受磁石よりも、軸受の設計及び操作が容易になるので有利である。特に、磁気的反発力を発生するのに電流を必要としない。さらに、軸受磁石間に電磁気を発生させるための電流の供給やコイルが必要ないので、本装置をコンパクトな構成に設計することができる。

前記位置決め装置の前記作動手段は、前記軸受とは別個であることが好ましい。この場合において別個とは、軸受の位置から離隔されており、別ユニット又は別要素として設けられることを意味する。好ましい態様においては、前記キャリアの垂直平面図において、前記軸受は前記キャリアの中心に位置しており、前記作動手段は中心の外に、特に前記キャリアの端部に向かって位置している。前記作動手段をそのような位置に設けることにより、前記キャリアの位置を変えるための前記作動手段によって発生される力を小さくすることができる。前記中心への距離がレバーアーム（lever arm）として作用するからである。さらに、前記作動手段を離隔された位置に置くことで、前記軸受と前記作動手段によって発生される力の相互作用を避けることができる。前記作動手段を前記軸受に対して別ユニット又は別要素として設けることにより、材料、形状、及び所望する機能に応じて前記軸受と前記作動手段の設計を独立して選択することも可能となる。

前記第１の軸受磁石は、前記キャリアと一体に形成することができ、また、前記第２の軸受磁石は、前記支持部と一体に形成することができる。しかしながら、好ましい態様においては、少なくとも１つの第１の軸受磁石は前記キャリアに対して別ユニットであり、前記キャリアに取り付けられる。特に前記第１の軸受磁石は、前記キャリアの底部に取り付けられる。該底部は、光学要素又は光学要素の反射面を設ける前記キャリアの面に対向する前記キャリアの面を意味する。また、前記第２の軸受磁石は前記支持部に対して別ユニットとし、前記支持部に取り付けることができる。

前記第１の軸受磁石と前記第２の軸受磁石を前記キャリア及び前記支持部に対してそれぞれ分離したユニットとして設けることにより、前記キャリア及び前記支持部の材料及び設計をそれらの機能に応じて選択することができる。特に、前記キャリアは、プリント回路基板を備えるものとして設計することができる。前記第１の軸受磁石又はボール磁石は、その重量が最小となるように設計することができる。これは、第１の軸受磁石にスロット又は孔を設けることにより達成される。この第１の軸受磁石の重量の減少は、第１の軸受磁石が本装置内で移動する、特に傾斜する前記キャリアに取り付けられることから利益をもたらす。

好ましい態様においては、前記作動手段は、前記支持部に対する前記キャリアの相対的な位置に影響を及ぼすための電磁束を生成するための手段を備える。このタイプの作動手段を選択することにより、単に電流を供給することにより位置の変更がもたらされる。さらに、このタイプの作動手段は応答性であるため、位置の変更が迅速かつ正確にもたらされる。

前記作動手段は、前記キャリアの中又は上、及び／又は前記支持部の中又は上に磁場を形成するためのコイルを設けることができる。これらのコイルは、他の構成部材、すなわち、前記支持部及び／又は前記キャリア上に設けられる個々の磁石とともに作用することができる。１つの態様としては、前記キャリアは例えば前記支持部の中又は上に設けたコイルと相互作用する磁石にすることができる。

好ましい態様においては、前記作動手段は、前記キャリアの中又は上に少なくとも１つのコイルを備え、かつ前記支持部の中又は上に少なくとも１つの作動磁石を備える。好ましくは少なくとも２つ、さらに好ましくは少なくとも４つのコイルと４つの作動磁石を備える。正方形又は矩形の端部又は角部の領域にコイルを配置することができる。これらの場所にコイルを設け、作動磁石をそれに合わせて配置することにより、後に詳述される少なくとも２つの軸を中心とする、前記支持部に対する前記キャリアの傾斜が達成される。

前記キャリアは、少なくとも１つのプリント回路基板を備えることが好ましい。前記キャリアに少なくとも１つのプリント回路基板を使用することにより、前記作動手段のためのコイルを確実に配置することができる。さらに、この態様においては、前記キャリアの重量が最小化される。該キャリアはプリント回路基板で構成することができる。しかしながら、該キャリアを、積み重ねた２以上のプリント回路基板で構成することもできる。さらに、キャリアとしての埋め込み材料に埋め込んだプリント回路基板を使用することも可能である。

コイルと作動磁石を作動手段として設ける場合は、前記作動磁石は、前記キャリアの前記コイルを通過するように配置することが好ましい。前記作動磁石は、前記キャリアの前記コイルを少なくとも一時的に通過することが好ましい。この構成は、該コイルと該磁石の間の距離を最小に保持することができ、したがって、特に該キャリアを傾斜させるための電流が小さくなるため有利である。該磁石を個々のコイルの下に配置すると、個々の該磁石とそれらの個々のコイルの間の距離は該キャリアの傾斜運動に伴って増大する。さらに、該磁石が前記コイルを通過するように配置される態様は、特定の直線軸によって制限されることなく、該キャリア上の光学要素上の単一の回転点又は略単一の回転点から円錐空間又は略円錐空間に反射させることが可能になる。

前記少なくとも１つのコイルは、前記光学要素から離隔された前記キャリアの縁部領域に配置されることが好ましい。正方形又は矩形のキャリアの角部に該コイルを配置することが特に好ましい。前記光学要素から離隔されたコイルの配置は、光学要素によって妨害されることなく、コイルに対応する磁石がコイルを通過するため好ましい。さらに、光学要素とコイルの間の距離は、コイルを通過する磁石の光学要素上への投影を防止する。それゆえ、本装置によって偏向されるビーム、又はレーザービームの経路は磁石によって妨害されない。

好ましい態様においては、本装置は位置検出器を備える。本装置に位置検出器を含めることにより、該検出器と本装置の他の構成部材との位置合わせをユーザーが行う必要がなくなる。

前記位置検出器は、少なくとも１つの放出ユニットと、少なくとも１つの感知ユニットとを備えることが好ましい。しかしながら、静電容量検出器のような他のタイプの位置検出器も使用することができる。

放出ユニットと感知ユニットとを備える位置検出器を使用するときは、前記放出ユニットは、前記キャリアの上もしくは中、又は前記軸受磁石の一方の上もしくは中に配置され、前記センサユニットは、前記支持部の上もしくは中、又は前記軸受磁石の一方の上もしくは中に配置されることが好ましい。

前記キャリアによって保持される前記光学要素は、少なくとも１つの反射面を有することが好ましい。該光学要素は、例えば鏡とすることができる。該反射面は前記キャリアとは反対側に面している。それにより、該光学要素に達するビームは該光学要素によって反射させることができる。

前記キャリアとは反対側に面する前記光学要素の表面の中心は、前記支持部に対する前記キャリアの相対的な位置に関係なく、単一の点にあることが好ましい。それにより、前記固定支持部に対する前記光学要素の距離を調節する必要がなく、ビーム又はレーザービームの正確な偏向が達成される。前記光学要素の表面の中心を単一の点に維持することは本発明の装置で可能である。前記固定支持部から前記光学要素の中心の距離を増大させることなく、軸受が前記キャリアの回転を可能にするからである。

本発明の装置はレーザービーム偏向装置であることが好ましい。レーザービームを用いることにより、本発明の利点、特に高性能とコンパクトな設計を効率的に享受することができる。限定された空間の位置においてもレーザービームの迅速かつ正確な偏向が必須だからである。

他の態様においては、本発明は、本発明に係る少なくとも１つの位置決め装置と、少なくとも１つのレーザー源とを備えることを特徴とする、ビーム、特にレーザービームを方向付けるためのシステムである。このシステムを用いることで、レーザースキャニングと他のレーザー方法を高性能で実施することができる。

本発明に係る位置決め装置に関する特徴及び利点は本発明に係るシステムにも当てはまり、逆も同様である。

本発明は、図面を参照しつつ後に再び説明される。

本位置決め装置の１態様の斜視、分解図である。 第１の位置における、図１に示した位置決め装置の態様の斜視図である。 第１の位置における、図１に示した位置決め装置の態様の側面図である。 第１の位置における、図１に示した位置決め装置の態様の平面図である。 第２の位置における、図１に示した位置決め装置の態様の斜視図である。 第３の位置における、図１に示した位置決め装置の態様の斜視図である。 第４の位置における、図１に示した位置決め装置の態様の斜視図である。

本発明は図面に示した態様に限定されるものではない。図面に示された個々の特徴は、異なる態様において用いることができる。その場合、異なる態様において示された全ての特徴を用いる必要はない。

図１に示した位置決め装置１の態様は、支持部１０、キャリア２０及び接続手段３０を含む。支持部１０は、厚い板状の本体１１を有する。本体１１の上面には、４つの柱１２が配置され、それらは本体１１の上面から垂直方向に向いている。さらに、支持部１０は中央開口部１４及び、中央開口部１４と柱１２の間に配置された４つの通路１３を有する。

キャリア２０は上面及び下面を備えた薄い板状である。下面は支持部１０の方に面している。上面には光学要素２２を収容するための凹部２１が設けてある。それゆえ、凹部２１の形状は光学要素２２の形状に対応する。図示した態様においては、光学要素２２と凹部２１は、丸い角部をもつ伸長した矩形の形状である。光学要素２２は平面状であり、上部反射面を有し、以下、鏡とも称する。光学要素２２の厚さは、凹部２１の深さに対応するか、わずかに大きい。凹部２１には、４つの通路２３が設けられている。キャリア２０の各角部には、該キャリアの厚さを貫いて延びるコイル孔２４が設けられている。キャリア２０の厚さ内に少なくとも１つのコイル（図示せず）が設けられる。該コイルは接続され、少なくとも１つのコイルはコイル孔２４を囲むことが好ましい。該コイルはいわゆるプリント回路基板上に設けることができ、キャリア２０はそのようなプリント回路基板を１つの又はそれ以上積層したもので構成することができる。

図示された態様の接続手段３０は軸受３１と保定手段３２を含む。軸受３１は第１の軸受磁石３１２と第２の軸受磁石３１１を備えている。図示された態様においては、第２の軸受磁石３１１は下部の軸受部分であり、第１の軸受磁石３１２は上部の軸受部分である。

カップ磁石とも称する第２の軸受磁石３１１は支持部１０に接続される。支持部１０の上には、円錐リング形状のバンパー５０が設けられている。バンパー５０には、中央開口部５２と通路５１が設けられている。第２の軸受磁石３１１は円筒外面を有する。第２の軸受磁石３１１の中央には中央開口部３１１０が設けられている。第２の軸受磁石３１１の円周から中央開口部３１１０まで、部分的な中空球の形状をもつ内部軸受表面３１１１が設けられている。

ボール磁石とも称する第１の軸受磁石３１２は、キャリア２０の下面に接続されるか、又は取り付けられる。第１の軸受磁石３１２も、中央開口部３１２０を有する。第１の軸受磁石３１２の外側（該軸受磁石の底面とも称する）は、部分球の形状を有する。第１の軸受磁石３１２の壁厚は高さに対し一定である。それゆえ、第１の軸受磁石３１２の上面又は内面は部分中空球の形状を有する。第１の軸受磁石３１２の底部には、壁にスロットが設けられている。これらのスロットは第１の軸受磁石３１２の重量を低減するのに役立つ。

図１に示した態様における保定デバイス３２は、リングの形状をもつベースプレート３２１を含む。ベースプレート３２１の上には、下位アンカー３２２が設けられている。さらに、保定デバイス３２の一部として、上位アンカー３２０が設けられている。これらの上位アンカー３２０はキャリア２０に設けられ、キャリア２０の凹部２１内の通路２３を通って下方に向いている。上位アンカー３２０及び下位アンカー３２２は、つる巻きバネの形状でありうる保持デバイス（図示せず）により接続している。該保持デバイスは上位アンカー３２０からバンパー５０の通路５１と支持部の本体１１の経路１３を通って下位アンカー３２２に延びている。

さらに、位置決め装置１は作動手段を含む。図示された態様においては、該作動手段は、作動磁石４０（磁石とも称する）を備え、これは支持部１０の柱１２及びキャリア２０のコイル（図示せず）に取り付けられている。作動磁石４０は柱１２の上部に配置され、位置決め装置１が据え付けられた状態において、該柱はキャリア２０のコイル孔２４を通って延びる。それゆえ、磁石４０は、管状又はパイル状の形状である。

さらに、位置決め装置１は位置検出器６０を含む。図１において、位置検出器６０の一部として放出デバイス６１のみが示されている。しかしながら、この態様においては、位置検出器６０はさらに位置センサ（図示せず）を含む。該位置センサは、放出デバイス６１によって放出された検出ビームＤを検出する。該センサビームはレーザービームでありうるが、光学要素２２に達し、位置決め装置１により偏向されうるビームとは異なる。該位置センサは、支持部１０の中央開口部１４の底部又は中央開口部１４の下に配置することができる。放出デバイス６１は、理想的にはキャリア２０のプリント回路基板に配置するか、又は少なくともキャリア２０に取り付け、その結果、放出デバイス６１から放出される検出ビームＤ（感知ビーム又は感知センサビームとも称する）は、支持部１０の下、上又は中に配置された位置センサ又は感知デバイス（図示せず）を通って、次いでキャリア２０の正確な傾斜を感知する。別の態様においては、位置決め装置１の光学要素２２によって偏向されるビーム又はレーザービームではない該感知ビームＤ、検出ビームＤ、感知レーザービームＤ、又は検出レーザービームＤが、支持部１０の下、上又は中に配置された放出デバイス（図示せず）から、キャリア２０の底部又は下に配置された反射部材（図示せず）又は感知デバイス（図示せず）に向かって放出される。いずれのケースにおいても、それぞれの位置センサ（図示せず）を通過する検出ビームＤは、キャリア２０の正確な傾斜についての位置信号を提供する。この信号は後に詳細に説明するように、キャリア２０を傾斜させるために、キャリア２０内のコイルに印加する電流を調整するために使用できる。

位置決め装置の操作については図２〜７を参照してより詳細に述べる。

図２、３、４は、組み立てた又は載置した状態の位置決め装置１を示している。この状態においては、磁石４０は柱１２の上部に位置しており、キャリアのコイル孔２４を通って延びている。光学要素２２はキャリア２０の凹部２１に収容され、場合によっては取り付けられる。第１の軸受磁石３１２はキャリア２０の底面に取り付けられ、第１の軸受磁石３１２の軸受表面３１２１は第２の軸受磁石３１１の軸受表面３１１１に収容される。この構成においては、第１と第２の軸受磁石３１１、３１２は互いに対向する磁極をもつ。それゆえ、内部軸受表面３１１１及び外部軸受表面３１２１は互いに反発し、それにより、２つの軸受表面３１１１、３１２１の間にエアギャップを生じさせる。

キャリア２０（傾斜装置とも称する）は、鏡でありうる光学要素２２を含み、また、プリント回路基板を含めてもよく、プリント回路基板がキャリア２０を形成してもよい。キャリア２０は、キャリア２０の下側に載置された部分球又はボール磁石３１２と、それに適合する、支持部１０（ベースとも称する）に載置された中空球又はカップ磁石３１１の対向する磁極によって形成される自然の磁気クッション上を浮動する。

部分球又はボール磁石３１２と、それに適合する中空球又はカップ磁石３１１の反対磁極が、光学要素２２とキャリア２０のプリント回路基板を含むキャリア２０すなわち傾斜装置を動かし、支持部１０から離れることを防止するために、可撓性の保持デバイス（図示せず）を上位保持アンカー３２０と下位保持アンカー３２２の間に固定する。

上位保持アンカー３２０はキャリア２０の中又は上に載置される。特には、光学要素２２の下のキャリア２０を形成するプリント回路基板の中又は上に載置される。下位保持アンカー３２２は、支持部１０の下又は中又は上に載置され、その結果、可撓性の保持デバイス（図示せず）は負荷が連続的に加えられ、この態様においては、キャリア２０又はプリント回路基板の下側に載置された部分球又はボール磁石３１２と、それに適合する、支持部１０に載置された中空球又はカップ磁石３１１の対向する磁極によって形成される自然の磁気クッション上を浮動するキャリア２０の傾斜に伴って、該負荷は緩められたり、強められたりする。

キャリア２０に設けられたコイル（図示せず）、特にはキャリア２０を形成する又はキャリア２０に含まれるプリント回路基板にプリントされたコイル（図示せず）に電流を印加することができる。それにより、柱１２２上の固定磁石４０を囲むコイル内の電流は磁場を発生させる。各コイルの電流の強さ及び方向を変えることにより、キャリア２０は全ての方向に傾斜して、キャリア２０の光学要素２２に衝突するビーム又はレーザービームに向けることができる。

最適な態様においては、光学要素２２と、部分球又はボール磁石３１２とそれに適合する中空球又はカップ磁石３１１の対向する磁極によって形成される磁気クッション上を浮動するキャリア２０のプリント回路基板とを含む装置１は、光学要素２２又は鏡の中心を単一の点に維持しつつ、全ての方向に傾斜することができる。

別の態様においては、部分球又はボール磁石３１２とそれに適合する中空球又はカップ磁石３１１の対向する磁極によって形成される磁気クッションは、中空球又はカップ磁石３１１がキャリア２０の下側に載置され、適合する部分球又はボール磁石３１２が支持部１０に載置されるように上下逆にすることができる。

図２は、可撓性の保持デバイス（図示せず）に適用された張力が等しく、キャリア２０のプリント回路基板にプリントされたコイル（図示せず）を流れる電流が等しい均衡状態をもつ位置における位置決め装置１の等角図を示している。これにより、固定磁石４０を囲むコイルを通る電流は等しい磁場を発生させて、支持部１０に平行又は略平行である光学要素２２を含むキャリア２０を保持する。光学要素２２に向けてビーム又はレーザービーム（図示せず）を方向付けることができる。入射ビーム又はレーザービームはこの態様においては光学要素２２の反射面に対して４５度の角度で到達し、次に、偏向したビーム又はレーザービームは入射ビーム又はレーザービームから４５度の角度及び９０度で光学要素２２の反射面を出ることが理想的である。

図５は、キャリア２０が前方にのみ傾斜した状態の位置決め装置１の等角図を示している。この図の傾斜方向は、ｘ軸、又はｙ軸を中心とした傾斜と称される。ｘ軸は、光学素子２２に向かって方向付けられる入射ビーム又はレーザービームの軸に一致する。キャリア２０はしたがって、入射ビームと同じ軸に傾斜する。この傾斜は、キャリア２０のビーム又はレーザービームの出口側にある、この実施形態ではプリント回路基板（図示せず）にプリントされている２つのコイル（図示せず）に等しい電流を印加することによって行われる。図示の実施形態のこれらの２つのコイルは、図５では２つの前方のコイル孔２４を囲むコイルである。逆方向の等しい電流が、この実施形態ではキャリア２０のビーム又はレーザービームの入射側においてプリント回路基板（図示せず）にプリントされている２つのコイル（図示せず）に通される。図示の実施形態のこれらの２つのコイルは、図５では２つの後方のコイル孔２４を囲むコイルである。この実施形態では、入射ビーム又はレーザービームは、理想的には、光学素子２２に対して４５度の角度で到達し、次に、偏向したビーム又はレーザービームが、上記光学素子２２を、４５度に、装置１のキャリア２０の機械的な傾斜角度の２倍を足した角度で出る。

図６は、キャリア２０が、ｙ軸とも称される入射ビームの交差軸において横向きにのみ傾斜した状態の、装置１の等角図を示している。この傾斜は、ｘ軸を中心とした傾斜とも称することができる。この傾斜は、キャリア２０のビーム又はレーザービームの入射経路の一方の側にある、この実施形態ではプリント回路基板（図示せず）にプリントされている２つのコイル（図示せず）に等しい電流を印加することによって行われる。図示の実施形態のこれらの２つのコイルは、図６では２つの左側のコイル孔２４を囲むコイルである。逆方向の等しい電流が、この実施形態ではキャリア２０のビーム又はレーザービームの入射経路の反対側にあるとともに入射経路に平行な、プリント回路基板（図示せず）にプリントされている２つのコイル（図示せず）に通される。図示の実施形態のこれらの２つのコイルは、図６では２つの右側のコイル孔２４を囲むコイルである。この実施形態では、入射ビーム又はレーザービームは、理想的には、光学素子２２に対して４５度の角度で到達し、次に、偏向したビーム又はレーザービームが、光学素子２２を、装置１のキャリア２０の交差軸角度を含む合成角で出る。

図７は、キャリア２０がｘ軸及びｙ軸の双方の方向に傾斜している状態の装置１の等角図を示している。したがって、キャリア２０は、入射ビームと同じ軸及び交差軸の双方に傾斜している。この傾斜は、キャリア２０の右前側のコイル孔２４を囲む、この実施形態ではプリント回路基板（図示せず）にプリントされている右前側にあるコイル（図示せず）に電流を印加することによって行われる。逆方向の電流が、キャリア２０の左後側のコイル孔２４を囲む左後側のコイルに印加される。この実施形態では、入射ビーム又はレーザービームは、理想的には、上記光学素子２２に対して４５度の角度で到達し、４５度の合成角に、入射する入口ビーム又はレーザービームに対して平行な第１の軸（ｘ軸）における装置１のキャリア２０の機械的な傾斜角度の２倍、及び、入射する入口ビーム又はレーザービームに対して垂直な第２の軸（ｙ軸）における上記キャリア２０の傾斜角度に相当する角度を足した角度で出る。

図示した態様において示したように、コンパクトな位置決め装置１（ビーム偏向モータとも称する）は、キャリア２０の上又は中に据え付けられた鏡等の光学要素２２を含む。該キャリアはプリント回路基板（図示せず）により形成し、又はプリント回路基板を含めることができる。光学要素２２はビーム又はレーザービーム（図示せず）を偏向又は操作するのに役立つ。この偏向又は操作のために、キャリア２０のプリント回路基板にプリントされたコイル（図示せず）に、電流が通されるか、そうでなければ、キャリア２０に供給される。該コイルは固定磁石４０を囲み、各コイル内の電流を変化させることにより、キャリア２０と光学要素２２は全ての方向に傾いて、ビーム又はレーザービームが操作される。

本発明の構成の利点は、それがビーム又はレーザービームエントリーアパチャーサイズにより、高速ビーム又はレーザービームを偏向する非常にコンパクトな手段であるということである。さらに、本発明装置は、１つの鏡だけを必要とし、前記キャリアにコイルが含まれるため、コイル巻線が必要ない。コイルは好ましくはキャリアのプリント回路基板にプリントされる。さらに、従来の一軸回転ガルバノモータと同じ速度で同じレベルの偏向角度をもたらすのに必要な電流は大幅に低減される。反対の磁極のボール及びカップの軸受磁石は、光学要素、特に鏡の中心が単一の点にあること、又は略単一の点にあることを維持させる。なぜならば、軸受部分間に物理的接触がなく、共振や摩耗をもたらさないからである。本装置は組み立てて製造し、製造後にキャリブレーションすること、及びビーム又はレーザービームデリバリーシステムにモンタージュすることが非常に簡単であり、付加的なアラインメント、チューニング及び／又はキャリブレーションを必要としない。

１ 位置決め装置
１０ 支持部
１１ 本体
１２ 柱
１３ 通路
１４ 中央開口部
２０ キャリア
２１ 凹部
２２ 光学要素
２３ 通路
２４ コイル孔
３０ 接続手段
３１ 軸受
３１１ 第２の磁石（中空球又はカップ）
３１１０ 中央開口部
３１１１ 内部軸受表面
３１２ 第１の磁石（中空球又はボール）
３１２０ 中央開口部
３１２１ 外部軸受表面
３２ 保定デバイス
３２０ 上位アンカー
３２１ ベースプレート
３２２ 下位アンカー
４０ 作動磁石
５０ バンパー
５１ 通路
５２ 中央開口部
６０ 位置検出器
６１ 放出デバイス
Ｄ 検出ビーム

Claims (15)

1. 少なくとも１つの光学要素（２２）を位置決めするための装置であって、
   前記光学要素（２２）を保持するための少なくとも１つの可動キャリア（２０）と、
   前記キャリア（２０）を支持するための少なくとも１つの固定支持部（１０）と、
   前記キャリアと前記支持部とを接続するための接続手段と、
   前記支持部（１０）に対する前記キャリア（２０）の相対的な位置に影響を及ぼすように力を生成するための作動手段と
   を備える装置において、
   前記接続手段が、
   前記キャリア（２０）と前記支持部（１０）との間に張力を加えるための少なくとも１つの保定デバイス（３２）と、
   少なくとも１つの軸受（３１）とを備え、
   前記軸受（３１）が、第１の軸受磁石（３１２）を備え、前記第１の軸受磁石（３１２）の表面（３１２１）の少なくとも一部が、部分球の形状を有し、
   前記軸受（３１）がさらに、第２の軸受磁石（３１１）を備え、前記第２の軸受磁石（３１１）の表面（３１１１）の少なくとも一部が、前記第１の軸受磁石（３１２）の前記部分球表面（３１２１）を少なくとも部分的に受け入れるための中空の部分球の形状を有し、
   前記第１の軸受磁石（３１１）と前記第２の軸受磁石（３１２）が永久磁石であり、前記第１の軸受磁石（３１１）と前記第２の軸受磁石（３１２）の対向する磁極が互いに向かい合うように配置されており、それにより前記２つの磁石の間には反発力が存在していることを特徴とする装置。
2. 前記作動手段が、前記軸受（３１）とは別個であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の軸受磁石（３１２）が、前記キャリア（２０）に取り付けられるか、又は前記キャリア（２０）と一体に形成され、前記第２の軸受磁石（３１１）が、前記支持部（１０）に取り付けられるか、又は前記支持部（１０）と一体に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記作動手段が、前記支持部（１０）に対する前記キャリア（２０）の相対的な位置に影響を及ぼすための電磁束を生成するための手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記作動手段が、前記キャリア（２０）の中又は上に少なくとも１つのコイルを備え、かつ前記支持部（１０）の中又は上に少なくとも１つの作動磁石（４０）を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記キャリア（２０）が、少なくとも１つのプリント回路基板を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記作動磁石（４０）が、前記キャリア（２０）の前記コイルを通過するように配置されることを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
8. 前記少なくとも１つのコイルが、前記光学要素（２２）から離隔された前記キャリア（２０）の縁部領域に配置されることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 位置検出器（６０）を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記位置検出器（６０）が、少なくとも１つの放出ユニット（６１）と、少なくとも１つの感知ユニットとを備えることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記放出ユニット（６１）が、前記キャリア（２０）の上もしくは中、又は前記軸受磁石（３１１、３１２）の一方の上もしくは中に配置され、前記センサユニットが、前記支持部（１０）の上もしくは中、又は前記軸受磁石（３１１、３１２）の一方の上もしくは中に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記光学要素（２２）が、少なくとも１つの反射面を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記キャリア（２０）とは反対側に面する前記光学要素（２２）の表面の中心が、前記支持部（１０）に対する前記キャリア（２０）の相対的な位置に関係なく、単一の点にあることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. レーザービーム偏向装置であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載の少なくとも１つの位置決め装置（１）と、少なくとも１つのレーザー源とを備えることを特徴とする、ビーム、特にレーザービームを方向付けるためのシステム。

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