JPH10253907A

JPH10253907A - スキャナ

Info

Publication number: JPH10253907A
Application number: JP9059296A
Authority: JP
Inventors: Naozumi Tsuda; 直純津田; Satoshi Komada; 聡駒田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 1998-09-25
Also published as: CN1193726A; FR2760832A1; CN1118718C; US6124961A

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、所定の回動軸のまわりに回動自在に
備えられた回動体の回動を利用して被走査体を走査する
スキャナに関し、角度分解能の向上と軽量化を図る。【解決手段】走査鏡１１を一本の支持軸１３で支持し、
駆動モータ１５Ａ，１５Ｂの回転力をクランク機構１６
Ａ，１６Ｂにより往復運動に変換して走査鏡１１を回動
させる。走査鏡１１の回動角度は干渉計の原理を応用し
て検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の回動軸のま
わりに回動自在に備えられた回動体の回動を利用して被
走査体を走査するスキャナに関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のようなスキャナが様々な分野で用
いられている。例えば低軌道周回衛星で稼働する地球観
測センサでは、１回の視野に入る地球表面の部分画像を
数千枚つなぎ合わせて地球の画像が生成されるが、その
際、周回軌道方向の回動軸のまわりで回動可能な走査鏡
をカメラの前面に設置し、その走査鏡を微小角度ずつそ
の向きを変えるように駆動することにより地球表面を走
査し、軌道を周回方向に移動することで副走査して撮影
が行なわれる。また、上記のようなスキャナの他の例と
して静止衛星で稼働す地球観測センサでは、１回の視野
に入る地球表面の部分画像を数枚〜数十枚つなぎ合わせ
て地球の画像が生成されるが、その際、互いに直交する
２本の回動軸それぞれのまわりで回動可能な走査鏡をカ
メラの前面に設置し、その走査鏡を微小角度ずつその向
きを変えるように駆動することにより地球を走査しなが
ら、１枚１枚の画像の撮影が行なわれる。

【０００３】図１２は、従来の走査鏡スキャナの概略斜
視図である。このスキャナ１００には、楕円形の走査鏡
１０１と、支持軸１０６を介して走査鏡１０１を矢印Ａ
−Ａ’方向に回動させる駆動モータ１０２と、走査鏡１
０１を矢印Ｂ−Ｂ’方向に回動させる駆動モータ１０３
を備えている。駆動モータ１０２，１０３にはそれぞれ
ロータリエンコーダ１０４，１０５が取り付けられてお
り、それらのロータリエンコーダ１０４，１０５によ
り、走査鏡１０１の、それぞれ矢印Ａ−Ａ’方向、矢印
Ｂ−Ｂ’方向の回動角度が検出される。

【０００４】このスキャナは、人工衛星に搭載され、走
査鏡１０１で地球の各部分を反射、するとともに、その
回動により地球上を２次元的に走査し、その画像位置に
設置された図示しないカメラに地球各部分の画像が撮影
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような低軌道周
回衛星は高分解能（例えば地表の５０ｍ四方を単位とす
る分解能）が得られる反面、撮影したい場所に衛星が周
回してくるまで撮影できず、災害時の状況を即座に撮影
するといったリアルタイム性が無かった。一方上記のよ
うな静止衛星では、走査線を走査するのみで、走査可能
な範囲のどこでも撮影可能であり、リアルタイム性が良
いが、低分解能（例えば地表の１ｋｍ四方を単位とする
分解能）しか得られないために、撮影対象が大きい雲で
あるといった気象情報を得る程度にしか利用できず、災
害時の状況を得るといった細かな状況を撮影することが
できなかった。

【０００６】上記従来の走査鏡スキャナ１００には、図
１２に示すように、走査鏡１０１のほか、駆動モータ１
０３およびロータリエンコーダ１０５を支持する頑強
な、太く重い支持軸１０６を備える必要があり、また駆
動モータ１０２は、走査鏡１０１のほか、駆動モータ１
０３およびロータリエンコーダ１０５、さらに支持軸１
０６をも支持して回動させる必要があり、したがって大
きな駆動力を発生する大型な重い駆動モータを備える必
要があり、この走査鏡スキャナ全体が大きく重くなるこ
とが避けられず、搭載重量に制限がある人工衛星に搭載
するセンサとしてはあまり良い構造であるとは言えない
ものである。

【０００７】また、図１２に示す走査鏡スキャナ１００
の場合、ロータリエンコーダ１０４，１０５により走査
鏡１０１の回動角度の検出を行なっているが、一般にロ
ータリエンコーダは、発光素子と受光素子との間にスリ
ット板を設けてそのスリット板の回転により生じる光の
パルスを計数する方式であるため、分解能を高めようと
するとスリットのピッチを詰める必要がある。しかし、
３６０００ｋｍ上空から１ｋｍの分解能を得るためのス
リットの半径を５ｃｍとすると、単純計算で約１．４μ
ｍのスリット幅とする必要があり、スリット板の施行精
度上の問題からスリットのピッチをこれ以上詰めるにも
限界がある。また、ロータリエンコーダはスリット板の
３６０°全周にわたってスリットが設けられているが、
走査鏡の回動角度はその一部のみであり、３６０°にわ
たって角度を計測することができるというロータリーエ
ンコーダの特徴を十分に生かし切れておらず無駄が多
い。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑み、回動体の必要
な回動範囲について高分解能の回動角度検出を行なうこ
とのできるスキャナを提供することを目的とする。ま
た、本発明は、軽量なスキャナを提供することも目的の
１つである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のスキャナのうちの第１のスキャナは、所定の回動軸
のまわりに回動自在な回動体と、その回動体を、上記回
動軸のまわりに回動させる回動機構と、可干渉光を出射
する光源、上記回動体に、上記回動軸の方向とは交わる
方向に互いに所定距離離れて並ぶように固定された、入
射光を反射して、その回動体の回動位置によらず、その
入射光の入射方向とは逆の方向に向けて出射する２つの
反射光学部材を含み、上記光源から出射した可干渉光を
二分し上記２つの反射光学部材それぞれに入射してその
２つの反射光学部材それぞれで反射した可干渉光を互い
に重畳することにより、これらの可干渉光が干渉した干
渉光を生成する干渉光学系、および上記干渉光を受光す
る受光器とを有する、上記回動体の、上記回動軸のまわ
りの回動角度を検出する角度検出手段を備えたものであ
ることを特徴とする。

【００１０】ここで、上記受光器が、上記回動体の上記
回動軸のまわりの回動により受光器の受光面での干渉光
の干渉縞が空間的に移動する方向に、その干渉縞のピッ
チとは異なる間隔に配列された２つの受光素子を備えた
ものであることが好ましい。さらに、上記本発明の第１
のスキャナにおいて、上記回動機構が、上記回動体を回
動させる動力を発生するモータと、モータの回転運動を
往復運動に変換してそのモータの動力を上記回動体に伝
達するクランク機構とを備えたものであることが好まし
い。

【００１１】また、上記目的を達成する本発明のスキャ
ナのうちの第２のスキャナは、互いに交わる第１および
第２の回動軸それぞれのまわりに回動自在な回動体と、
上記回動体を、上記第１および第２の回動軸それぞれの
まわりに回動させる第１および第２の回動機構と、可干
渉光を出射する第１の光源、上記回動体に、上記第２の
回動軸の方向に互いに所定距離離れて並ぶように固定さ
れた、入射光を反射して、その回動体の回動位置によら
ずその入射光の入射方向とは逆の方向に向けて出射する
２つの第１の反射光学部材を含み、上記第１の光源から
出射した可干渉光を二分し上記２つの第１の反射光学部
材それぞれに入射してその２つの第１の反射光学部材そ
れぞれで反射した可干渉光を互いに重畳することによ
り、これらの可干渉光が干渉した第１の干渉光を生成す
る第１の干渉光学系、および上記第１の干渉光を受光す
る第１の受光器とを有し、上記回動体の、上記第１の回
動軸のまわりの回動角度を検出する第１の角度検出手段
と、可干渉光を出射する、上記第１の光源と共用されて
なる、あるいは、上記第１の光源とは別に用意されてな
る第２の光源、上記回動体に、上記第１の回動軸の方向
に互いに所定距離離れて並ぶように固定された、入射光
を反射して、その回動体の回動位置によらず入射光の入
射方向とは逆の方向に向けて出射する２つの第２の反射
光学系を含み、上記第２の光源から出射した可干渉光を
二分し上記２つの第２の反射光学部材それぞれに入射し
てその２つの第２の反射光学部材それぞれで反射した可
干渉光を互いに重畳することにより、これらの可干渉光
が干渉した第２の干渉光を生成する第２の干渉光学系、
および上記第２の干渉光を受光する第２の受光器を有
し、上記回動体の、上記第２の回動軸のまわりの回動角
度を検出する第２の角度検出手段とを備えたことを特徴
とする。

【００１２】ここで、上記第２のスキャナにおいても、
前述した第１のスキャナと同様に、上記第１の受光器
が、回動体の第１の回転軸のまわりの回動により第１の
受光器の受光面上での第１の干渉光の干渉縞が空間的に
移動する方向に、第１の干渉縞のピッチとは異なる間隔
に配列された２つの第１の受光素子を備えたものであ
り、上記第２の受光器が、回動体の第２の回動軸のまわ
りの回動により第２の受光器の受光面上での第２の干渉
光の干渉縞が空間的に移動する方向に、その第２の干渉
縞のピッチとは異なる間隔に配列された２つの第２の受
光素子とを備えたものであることが好ましい。

【００１３】また、上記第２のスキャナにおいて、これ
も前述した第１のスキャナと同様に、上記第１の回動機
構が、回動体を回動させる動力を発生する第１のモータ
と、第１のモータの回転運動を往復運動に変換して第１
のモータの動力を回動体に伝達する第１のクランク機構
とを備えたものであり、上記第２の回動機構が、回動体
を回動させる動力を発生する第２のモータと、第２のモ
ータの回転運動を往復運動に変換して第２のモータの動
力を回動体に伝達する第２のクランク機構とを備えたも
のであることが好ましい。

【００１４】さらに、上記第２のスキャナにおいて、上
記２つの第１の反射光学部材それぞれが、上記回動体
の、上記第２のの回動軸上であって上記第１の回動軸か
ら互いに反対方向に等距離離れた位置それぞれに設置さ
れたものであり、上記２つの第２の反射光学部材それぞ
れが、上記回動体の、上記第１の回動軸上であって上記
第２の回動軸から互いに等距離離れた位置それぞれに設
置されたものであることが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明のスキャナの一実施形態であ
る走査鏡スキャナの一構成例を示す模式斜視図、図２
は、その側面図である。但し、走査鏡の回動角度を検出
するための角度検出機構については図示省略されてい
る。

【００１６】この走査鏡スキャナ１０には、楕円形の走
査鏡１１が備えられており、この走査鏡１１は、基盤１
２上に立設された支持軸１３に、互いに交わる２本の回
動軸２１Ａ，２１Ｂのまわりの走査鏡１１の回動を許容
する２自由度ユニバーサルジョイント１４（図２参照）
を介して、取り付けられている。また、基盤１２上には
２台の駆動モータ１５Ａ，１５Ｂが設置されており、こ
れら駆動モータ１５Ａ，１５Ｂと走査鏡１１は、それぞ
れ、駆動モータ１５Ａ，１５Ｂの回転運動を往復運動に
変換する各クランク機構１６Ａ，１６Ｂ、各接続リンク
１７Ａ，１７Ｂ、および各２自由度ユニバーサルジョイ
ント１８Ａ，１８Ｂ（図２参照）を介して連結されてい
る。但し、図２には２組設置される駆動機構を代表して
駆動機構を１つのみ図示し、添字Ａ，Ｂを省略した符号
を示してある。駆動モータ１５Ａ，１５Ｂが回転する
と、走査鏡１１がそれぞれ矢印Ａ−Ａ’，矢印Ｂ−Ｂ’
方向に往復回動し、その回動に伴って、被写体である地
球の各部分の画像を受像素子３０上に導く。

【００１７】本実施形態の走査鏡スキャナ１０は、図
１，図２に示すような駆動機構を採用しているため、走
査鏡１１のみを駆動すればよく、すなわち、図１２に示
す従来型のように駆動モータ１０４で走査鏡１０１のみ
でなく駆動モータ１０３や支持軸１０６等を含めた全体
を駆動する必要はなく、全体として軽量化、消費エネル
ギーの低減化が実現する。

【００１８】図３は、図１に示す走査鏡スキャナの角度
検出機構の一構成例を示す模式斜視図である。但し、図
３には、２組設置される角度検出機構のうち一方の角度
検出機構のみ図示されている。図３に示す角度検出機構
４０は、走査鏡１１の回動軸２１Ｂのまわりの、矢印Ｂ
−Ｂ’方向の回動角度を検出するものであり、２つのコ
ーナキューブ４６，４７の頂点が、もう一本の回動軸２
１Ａ上であって、かつ回動軸２１Ｂから互いに反対方向
に等距離に位置とするように走査鏡１１の裏面に固定さ
れている。それらのコーナキューブ４６，４７は、互い
に直交する３枚の反射鏡の組合せから成り、走査鏡１１
が２本の回動軸２１Ａ，２１Ｂのうちのいずれの回動軸
のまわりに回動しても、入射光を反射して、その入射光
の入射方向に対し逆方向に出射する性質を有している。

【００１９】図３に示す角度検出機構４０は、上述の２
つのコーナキューブ４６，４７を含み、以下のように構
成されている。レーザ光源４１から出射したレーザ光４
１ａは、ビームスプリッタ４２により、そのビームスプ
リッタ４２を透過した第１のレーザ光４１ｂとそのビー
ムスプリッタ４２で反射した第２のレーザ光４１ｃとに
二分され、そのうちの一方の第１のレーザ光４１ｂは、
直角プリズム４４で反射し、コーナキューブ４６で反射
して平行に戻り、再度直角プリズム４４で反射し、さら
にビームスプリッタ４２で反射する。一方、ビームスプ
リッタ４２により第１のレーザ光４１ｂとに二分された
もう一方の第２のレーザ光４１ｃは、直角プリズム４３
でそれぞれ反射し、さらにもう１つの直角プリズム４５
で反射し、コーナキューブ４７で反射して平行に戻り、
再度２つの直角プリズム４５，４３で反射し、ビームス
プリッタ４２を透過することにより、そのビームスプリ
ッタ４２で反射した第１のレーザ光４１ｂと重畳され、
それら２本のレーザ光４１ｂ，４１ｃが干渉した干渉光
４１ｄとなって受光器４８に入射する。

【００２０】図４は、受光器４８の前面に形成される、
干渉光４１ｄによる干渉縞のパターンおよび受光器４８
の概略構成を示した図、図５は、受光器４８の前面にス
リット板４９を配置した状態を示す図である。受光器４
８の前面には、干渉光４１ｄ（図３参照）のビーム内に
おいて図６に示すような所定のピッチで明暗を繰り返す
干渉縞５０が形成され、図３に示す走査鏡１１が、回動
軸２１Ｂを中心として矢印Ｂ−Ｂ’方向に回動すると、
その干渉縞５０は矢印Ｃ−Ｃ’方向に移動する。

【００２１】ここで、受光器４８には、走査鏡１１の回
動により干渉縞５０が移動する矢印Ｃ−Ｃ’方向に配列
された２つの受光素子４８ａ，４８ｂが備えられてお
り、しかもそれら２つの受光素子４８ａ，４８ｂの間隔
は、干渉縞５０のピッチとは異なる間隔である。このた
め、これら２つの受光素子４８ａ，４８ｂでは、移動す
る干渉縞を互いに異なる位相で受光することができる。
図５に示すように受光器４８の前面に、２つの受光素子
４８ａ，４８ｂの配置位置に対応した位置に２つのスリ
ット４９ａ，４９ｂが穿設されたスリット板４９を配置
すると、各受光素子４８ａ，４８ｂでは、干渉縞５０
の、一層シャープな位相部分のみを受光することができ
る。

【００２２】図６は、走査鏡１１の動きと、２つの受光
素子４８ａ，４８ｂで得られる各受光信号Ｓ１，Ｓ２の
変化との対応を示す図である。図６（Ａ）〜（Ｄ）に示
すように走査鏡１１が矢印Ｂ方向に回動している間、例
えば受光信号Ｓ１よりも受光信号Ｓ２の方の位相が進ん
でいるものとすると、走査鏡１１の回動が一方の端に達
し今度はその回動方向が反転してＢ’方向に回動を開始
すると、図６（Ｅ）に示すように、２つの受光信号Ｓ
１，Ｓ２の位相関係が逆転し、今度は受光信号Ｓ１の方
が受光信号Ｓ２よりも位相が進んだ状態となる。図６
（Ｆ），（Ｇ）に示すように走査鏡１１が矢印Ｂ’方向
に回動している間は、２つの受光信号Ｓ１，Ｓ２は同じ
位相関係を維持する。したがって受光素子を２つ設け、
それら２つの受光素子で得られる２つの受光信号の位相
を調べることにより、走査鏡１１がどちらの方向に回動
しているかを知ることができる。また、これら２つの受
光信号Ｓ１，Ｓ２のいずれか一方もしくは双方を用い
て、走査鏡１１の回動に伴う干渉縞の移動量（いずれか
一方もしくは双方の受光素子で得られる受光信号の繰り
返しのパルスの数）を計測することにより、走査鏡１１
の回動角度を知ることができる。また、受光信号を逓倍
して計数すると逓倍数に応じて、もともとの受光信号の
繰り返しパルスの数を計数するよりも角度検出分解能を
さらに高めることができる。

【００２３】尚、角度の原点は以下のようにして定め
る。すなわち、２つの受光信号Ｓ１，Ｓ２の位相関係を
検知し、図６（Ｄ）から図６（Ｅ）の状態へ移ったタイ
ミング、すなわち走査鏡１１が矢印Ｂ方向への回動から
矢印Ｂ’方向への回動に変化した第１のタイミングと、
これとは逆に、走査鏡１１が矢印Ｂ方向から矢印Ｂ’方
向へと回動方向を変えた第２のタイミングとの間の角度
を検出し、その検出角度の中央をもって角度の原点と
し、その原点角度から矢印Ｂ方向（プラス方向）に何
度、あるいは矢印Ｂ’方向（マイナス方向）に何度回動
したかを求める。あるいは、上記の第１のタイミングに
おける走査鏡１１の回動位置あるいは第２のタイミング
における走査鏡１１の回動位置を回動角度の原点とし、
回動角度を、プラス、マイナスの符号のつかない数値で
表現してもよい。

【００２４】図７は、走査鏡１１へのコーナキューブの
固定位置の模式図である。これまでは、走査鏡１１の回
動軸２１Ｂのまわりの回動角度を検出する、２つのコー
ナキューブ４６，４７を含む角度検出機構について説明
したが、ここで説明している走査鏡スキャナには、この
角度検出機構と同一機構の、走査鏡１１の、回動軸２１
Ａのまわりの回動角度を検出する、２つのコーナーキュ
ーブミラー５６，５７を備えたもう１つの角度検出機構
も備えられている。

【００２５】回動軸２１Ｂのまわりの走査鏡１１の回動
角度を検出する角度検出機構を構成する２つのコーナキ
ューブ４６，４７は、各頂点４６ａ，４７ａが回動軸２
１Ｂ上であって、しかも回動軸２１Ｂに対し互いに反対
方向かつ互いに等距離の位置に固定されており、これと
同様に、回動軸２１Ａのまわりの走査線１１の回動角度
を検出する角度検出機構を構成する２つのコーナキュー
ブ５６，５７は、各頂点５６ａ，５７ａが回動軸２１Ｂ
上であって、しかも回動軸２１Ａに対し互いに反対方向
かつ互いに等距離の位置に固定されている。

【００２６】４つのコーナキューブ４６，４７；５６，
５７をこのような位置に固定すると、走査鏡１１にコー
ナキューブを固定しても、走査鏡１１の各回動軸２１
Ａ，２１Ｂのまわりのモーメントのバランスがそのまま
保たれることになる。しかもコーナキューブ４６，４
７；５６，５７を上記の位置に固定すると、回動軸２１
Ｂのまわりの回動角度は、コーナキューブ４６，４７を
用いた角度検出機構のみにその影響があらわれ、回動軸
２１Ａのまわりの回動角度は、コーナキューブ５６，５
７を用いた角度検出機構のみにその影響があらわれる。
すなわち、それぞれの角度検出機構により、回動軸２１
Ｂのまわりの回動角度、回動軸２１Ａのまわりの回動角
度を互いに独立に計測することができる。

【００２７】尚、上記２つの角度検出機構において、レ
ーザ光源４１（図３参照）はそれら２つの角度検出機構
で共用してもよく、別々のレーザ光源を備えてもよい。
また、それら２つの角度検出機構で、図３に示す各光学
部品の一部を共用してもよい。以下、具体例について説
明する。

【００２８】ここでは、走査鏡は、表１に示す形状、重
量を有する楕円鏡であるものとする。

【００２９】

【表１】

【００３０】ここでは、この走査鏡を表２に示す目標仕
様を満たすように駆動、検出する走査鏡スキャナを構成
する。

【００３１】

【表２】

【００３２】図８，図９は角度検出機構（一方のみ）
の、それぞれ、回動前の状態、回動後の状態を示す側面
図である。但し、図３に示す２つの直角プリズム４４，
４５は図示省略されている。走査鏡１１が図８に示す状
態から角度θだけ回動して図９に示す状態に至ったもの
とする。

【００３３】このとき、図９に示すように、２つの光路
の光路差は、レーザ光の往路と復路でそれぞれＬｓｉｎ
θずつ、合計２Ｌｓｉｎθだけ変化する。受光素子上で
はこの光路差の増加にともなって、干渉縞による明部と
暗部が繰り返し発生し、明部のカウントをＮ、使用して
いるレーザ光線の波長をλとすると、２Ｌｓｉｎθ＝Ｎλ となるので、回動角度は、 θ＝ｓｉｎ^-1（Ｎλ／２Ｌ）となる。

【００３４】明部の数をカウントすることにより、１波
長単位で光路差が検出できるので、角度の分解能は、 θ＝ｓｉｎ^-1（λ／２Ｌ）となる。さらに、干渉縞を検出する受光素子を、明暗信
号の位相差が９０［ｄｅｇ］程度となるように２つ並べ
て配置することにより、さらに分解能を２倍もしくは４
倍にあげることができる。

【００３５】表３に、本検出原理の理論的分解能を示
す。ただし、光源の波長λ、コーナキューブ４６，４７
間距離Ｌは次に示す値を使用する。 λ＝７８０ｎｍＬ＝１５０ｍｍ

【００３６】

【表３】

【００３７】図１０は、クランク機構（一方のみ）の模
式側面図である。図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、走査鏡１１
が、それぞれ、矢印Ｂ方向に最大限回動した状態、中間
位置にある状態、および矢印Ｂ’方向に最大限回動した
状態を示す図である。ここでは、図１０（Ａ）に示すよ
うに、クランク機構の回転駆動中心Ｏ１から接続リンク
１７との接続点Ａまでの距離をｒ、接続リンク１７と走
査鏡１１との接続点Ｂと、走査鏡１１の回動中心Ｏ２と
の間の距離をＲとする。また、ここでは、クランク機構
１６と走査鏡１１との取り付け位置関係は、Ｏ１、Ａ、
Ｂが一直線上に並んだ状態のとき、走査鏡１１がその回
動範囲の極値となるように配置する。

【００３８】（回転駆動部の必要分解能）走査範囲の目
標走査角は±５．２［ｄｅｇ］であるので、ｒとＲとの
間には以下の関係がある。ｓｉｎ^-1（ｒ／Ｒ）＞５．２［ｄｅｇ］ここでは、Ｒの値は１５０ｍｍとしているので、ｒ＞Ｒｓｉｎ（５．２）＝１３．６ｍｍとなる。ここではｒ＝１４ｍｍとする。

【００３９】クランク機構１６を駆動する駆動モータの
単位回転量あたりの走査鏡１１の回動量が最大となる走
査鏡の回動位置は、図１０（Ｂ）に示すように、走査鏡
１１が水平位置にあるときである。この水平位置にある
走査鏡１１が目標制御分解能である７０［μｒａｄ］回
動したとき、接続リンク１７は、走査鏡１１のＢ点を、 Δｔ＝１５０ｓｉｎ（７０×１０^-6）＝０．０１ｍｍだけ押し下げる。このΔｔがＡ点にもそのまま反映され
るものとすると、走査鏡１１を目標制御分解能を維持し
た状態回動させるために必要なクランク機構１６の回転
量は、 θ２＝ｓｉｎ^-1（０．０１／１４）＝７００［μｒａ
ｄ］となる。そこで、駆動モータとして基本ステップ角０．
４５［ｄｅｇ］のステッピングモータを使用し、減速比
１００のハーモニックドライブギアで減速してクランク
機構を駆動するものとすると、クランクの駆動分解能
は、（０．４５／１００）（π／１８０）＝７９μｒａｄとなる。これは走査鏡１１の回動角度に換算すると、
７．４μｒａｄとなり、目標制御分解能を十分達成でき
る結果となる。

【００４０】（走査範囲）クランク機構１６のアームの
長さｒ＝１４ｍｍと、走査鏡中心Ｏ２から接続リンク１
７との接続点Ｂまでの距離Ｌ＝１５０ｍｍとから、走査
角は、ｓｉｎ^-1（１４／１５０）＝５．４［ｄｅｇ］となり、目標走査角を満たしている。

【００４１】（駆動モータの必要トルク）図１１は、駆
動モータが走査鏡を駆動するときの駆動速度パターンを
示す図である。目標駆動速度は隣接シーン（０．８９
［ｍｒａｄ］）に１秒以内で移動することであるから、
駆動速度パターンは、図１１の様になる。よって、駆動角速度ω ：１．７８［ｍｒａｄ／ｓ］以上駆動角加速度ω：３．５６［ｍｒａｄ／ｓ² ］以上である。一方、走査鏡の慣性モーメントＩ_s は、その走
査鏡の楕円の長軸半径をＲ、質量をＭとすると、Ｉ_s ＝（Ｒ² ／４）Ｍとなり、Ｒ＝０．３１［ｍ］、Ｍ＝７［ｋｇ］を代入す
ると、Ｉ_s ＝０．１７［ｋｇｍ² ］となる。またコーナキューブの慣性モーメントＩ_c は、
コーナキューブの１個あたりの質量を０．２５［ｋ
ｇ］、取り付け半径を０．１５［ｍ］として、Ｉ_c ＝０．００５６［ｋｇｍ² ］となる。よって走査鏡全体の慣性モーメントＩは、Ｉ＝Ｉ_s ＋Ｉ_c ＝０．１７５６［ｋｇｍ² ］となる。

【００４２】また、走査鏡の軸受け部のガタを無くすた
めに、走査鏡の中心から０．１５［ｍ］のところをバネ
で引っ張ることとする。そのバネのバネ定数が１．４
［ｋｇ／ｍ］で、伸び量が最大０．０２５１［ｍ］であ
るとすると、バネによる発生トルクは、０．０５１６
［Ｎｍ］となる。いま、次のようにパラメータを定め
る。

【００４３】Ｔ_m ：モータトルク η₁ ：減速機効率 η₂ ：機械系効率Ｔ_s ：バネによる発生トルクＴ_o ：減速機起動トルクＧ：減速比とすると、モータトルクは次式を満たさなければならな
い。

【００４４】Ｔ_m ＞｛（Ｉω＋Ｔ_s ）／（Ｇη₁ η₂ ）｝＋Ｔ_o パラメータに次の値を代入する。Ｇ＝１００ η₁ ＝０．６ η₂ ＝０．６Ｔ_o ＝０．０３［Ｎｍ］Ｔ_s ＝０．０５１６［Ｎｍ］ ω ＝３．５６×１０^-3［ｒａｄ／ｓ² ］すると、Ｔｍは次式を満たさなければならない。

【００４５】Ｔ_m ＞２．６×１０^-2［Ｎｍ］すなわち、２．６×１０^-2［Ｎｍ］以上のトルクを発生
するモータを選定すればよい。（ジョイント部）図１２に示す従来型の走査鏡スキャナ
に比較して軽量化を図るために、ここでは、ユニバーサ
ルジョイントを用い、走査鏡１１を中心の１点で保持す
る機構が採用されている。また走査鏡１１を駆動するク
ランク機構１６の接続リンク１７と走査鏡１１との接続
部にもユニバーサルジョイントが用いられている。

【００４６】ミラーの荷重を受けるのは中央のユニバー
サルジョイント１４（図２参照）であり、駆動リンク１
７と走査鏡１１との接続に用いるユニバーサルジョイン
ト１８には負荷はほとんどかからない。中央のユニバー
サルジョイント１４には、走査鏡１１が、この走査鏡ス
キャナを搭載した人工衛星の打ち上げ時の換算荷重であ
る２５Ｇ静荷重を受けたときにも耐えられる様にしなけ
ればならない。仮に、ユニバーサルジョイント１４が軸
受けを４個使用したものであるとすると、１個あたりの
荷重は、走査鏡とコーナキューブ４６，４７とを合わせ
た重量を８ｋｇとして、Ｌｄ＝｛（８×９．８×２５）／４｝＝４９０［Ｎ］となる。これに耐え得る軸受けとしては、例えば、基本
静定格荷重と基本動定格荷重がそれぞれ７１５［Ｎ］、
１６１０［Ｎ］の、内径８ｍｍの玉軸受けを採用するこ
とができる。ただし、宇宙対応とするために固体潤滑等
を施した場合は、もう少し耐荷重のある軸受けを採用す
ることが好ましい。

【００４７】尚、以上に説明した走査鏡スキャナは、互
いに直交する２本の回動軸２１Ａ，２１Ｂを有し二次元
的な走査を行なうものであるが、走査鏡１１を各回動軸
２１Ａ，２１Ｂのまわりに回動させる各回動機構は互い
に独立した構造を有しており、また走査鏡１１の、各回
動軸２１Ａ，２１Ｂまわりの回動角度を検出する角度検
出機構も互いに独立した機構を有しており、したがっ
て、上述の実施形態は、回動機構、角度検出機構をそれ
ぞれ１つずつ備えた、走査鏡を１本の回動軸のまわりに
回動させる一次元的なスキャナにも単純に応用すること
ができる。

【００４８】一次元的なスキャナの場合、二次元的な回
動は考慮する必要はないため、コーナキューブに代えて
互いに直角に配置された２枚のミラー等からなる反射光
学部材を採用してもよい。また、上記実施形態は、走査
鏡を回動させることにより被走査体（地球を想定してい
る）を走査する形態のものであるが、走査鏡１１の代わ
りに直接にカメラを配置したカメラ固定ブロック等を本
発明にいう回動体としてもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回動体の回動範囲について高分解能の回動角度検出を行
なうことができる。また、本発明によればスキャナ全体
の軽量化を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスキャナの一実施形態である走査鏡ス
キャナの一構成例を示す模式斜視図である。

【図２】図１に示す走査鏡スキャナの側面図である。

【図３】図１に示す走査鏡スキャナの角度検出機構の一
構成例を示す模式斜視図である。

【図４】受光器の前面に形成される、干渉光による干渉
縞のパターンおよび受光器の概略構成を示した図であ
る。

【図５】受光器の前面にスリット板を配置した状態を示
す図である。

【図６】走査鏡の動きと、２つの受光素子で得られる各
受光信号Ｓ１，Ｓ２の変化との対応を示す図である。

【図７】走査鏡へのコーナキューブの固定位置の模式図
である。

【図８】角度検出機構の回動前の状態を示す側面図であ
る。

【図９】角度検出機構の回動後の状態を示す側面図であ
る。

【図１０】クランク機構の模式側面図である。

【図１１】駆動モータが走査鏡を駆動するときの駆動速
度パターンを示す図である。

【図１２】従来の走査鏡スキャナの概略斜視図である。

【符号の説明】

１０走査鏡スキャナ１１走査鏡１２基盤１３支持軸１４２軸ユニバーサルジョイント１５Ａ，１５Ｂ駆動モータ１６，１６Ａ，１６Ｂクランク機構１７，１７Ａ，１７Ｂ接続リンク１８Ａ，１８Ｂ２軸ユニバーサルジョイント２１Ａ，２１Ｂ回動軸３０受像素子４１レーザ光源４２ビームスプリッタ４３，４４，４５直角プリズム４６，４７コーナキューブ４８受光器４８ａ，４８ｂ受光素子４９スリット板４９ａ，４９ｂスリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の回動軸のまわりに回動自在な回動
体と、前記回動体を、前記回動軸のまわりに回動させる回動機
構と、可干渉光を出射する光源、前記回動体に、前記回動軸の
方向とは交わる方向に互いに所定距離離れて並ぶように
固定された、入射光を反射して、該回動体の回動位置に
よらず、該入射光の入射方向とは逆の方向に向けて出射
する２つの反射光学部材を含み、前記光源から出射した
可干渉光を二分し前記２つの反射光学部材それぞれに入
射して該２つの反射光学部材それぞれで反射した可干渉
光を互いに重畳することにより、これらの可干渉光が干
渉した干渉光を生成する干渉光学系、および前記干渉光
を受光する受光器を有する、前記回動体の、前記回動軸
のまわりの回動角度を検出する角度検出手段とを備えた
ことを特徴とするスキャナ。
【請求項２】前記受光器が、前記回動体の前記回動軸
のまわりの回動により該受光器の受光面での前記干渉光
の干渉縞が空間的に移動する方向に、該干渉縞のピッチ
とは異なる間隔に配列された２つの受光素子を備えたも
のであることを特徴とする請求項１記載のスキャナ。
【請求項３】前記回動機構が、前記回動体を回動させる動力を発生するモータと、前記モータの回転運動を往復運動に変換して該モータの
動力を前記回動体に伝達するクランク機構とを備えたも
のであることを特徴とする請求項１記載のスキャナ。
【請求項４】互いに交わる第１および第２の回動軸そ
れぞれのまわりに回動自在な回動体と、前記回動体を、前記第１および第２の回動軸それぞれの
まわりに回動させる第１および第２の回動機構と、可干渉光を出射する第１の光源、前記回動体に、前記第
２の回動軸の方向に互いに所定距離離れて並ぶように固
定された、入射光を反射して、該回動体の回動位置によ
らず該入射光の入射方向とは逆の方向に向けて出射する
２つの第１の反射光学部材を含み、前記第１の光源から
出射した可干渉光を二分し前記２つの第１の反射光学部
材それぞれに入射して該２つの第１の反射光学部材それ
ぞれで反射した可干渉光を互いに重畳することにより、
これらの可干渉光が干渉した第１の干渉光を生成する第
１の干渉光学系、および前記第１の干渉光を受光する第
１の受光器を有し、前記回動体の、前記第１の回動軸の
まわりの回動角度を検出する第１の角度検出手段と、可干渉光を出射する、前記第１の光源と共用されてな
る、あるいは、前記第１の光源とは別に用意されてなる
第２の光源、前記回動体に、前記第１の回動軸の方向に
互いに所定距離離れて並ぶように固定された、入射光を
反射して、該回動体の回動位置によらず該入射光の入射
方向とは逆の方向に向けて出射する２つの第２の反射光
学系を含み、前記第２の光源から出射した可干渉光を二
分し前記２つの第２の反射光学部材それぞれに入射して
該２つの第２の反射光学部材それぞれで反射した可干渉
光を互いに重畳することにより、これらの可干渉光が干
渉した第２の干渉光を生成する第２の干渉光学系、およ
び前記第２の干渉光を受光する第２の受光器を有し、前
記回動体の、前記第２の回動軸のまわりの回動角度を検
出する第２の角度検出手段とを備えたことを特徴とする
スキャナ。
【請求項５】前記第１の受光器が、前記回動体の前記
第１の回動軸のまわりの回動により該第１の受光器の受
光面上での前記第１の干渉光の干渉縞が空間的に移動す
る方向に、該第１の干渉縞のピッチとは異なる間隔に配
列された２つの第１の受光素子を備えたものであり、前記第２の受光器が、前記回動体の前記第２の回動軸の
まわりの回動により該第２の受光器の受光面上での前記
第２の干渉光の干渉縞が空間的に移動する方向に、該第
２の干渉縞のピッチとは異なる間隔に配列された２つの
第２の受光素子とを備えたものであることを特徴とする
請求項４記載のスキャナ。
【請求項６】前記第１の回動機構が、前記回動体を回動させる動力を発生する第１のモータ
と、前記第１のモータの回転運動を往復運動に変換して該第
１のモータの動力を前記回動体に伝達する第１のクラン
ク機構とを備えたものであり、前記第２の回動機構が、前記回動体を回動させる動力を発生する第２のモータ
と、前記第２のモータの回転運動を往復運動に変換して該第
２のモータの動力を前記回動体に伝達する第２のクラン
ク機構とを備えたものであることを特徴とする請求項４
記載のスキャナ。
【請求項７】前記２つの第１の反射光学部材それぞれ
が、前記回動体の、前記第２の回動軸上であって前記第
１の回動軸から互いに反対方向に等距離離れた位置それ
ぞれに設置されたものであり、前記２つの第２の反射光学部材それぞれが、前記回動体
の、前記第１の回動軸上であって前記第２の回動軸から
互いに等距離離れた位置それぞれに設置されたものであ
ることを特徴とする請求項４記載のスキャナ。