JPH11218719A

JPH11218719A - アンギュラティルティング機構および画像走査装置

Info

Publication number: JPH11218719A
Application number: JP33084698A
Authority: JP
Inventors: Grahame Bradburn; グラハム・ブラッドバーン
Original assignee: FFEI Ltd
Current assignee: FFEI Ltd
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】光学ミラーのティルト調整を制御するための
アンギュラティルティング機構を提供する。【解決手段】アンギュラティルティング機構は、第１
の曲面（３）を備えた第１の部材（２）と、対応する第
２の曲面または少なくとも３つの係合点（４−６）を規
定する第２の部材（８）とを含む。第１および第２の部
材は互いに支え合い、第１の部材の曲面が第２の部材の
対応する曲面または係合点と係合する。少なくとも１つ
のねじアジャスタ（１２，１３）が第１および第２の部
材のうちの一方と係合し、第１および第２の部材の間に
相対的な滑り、よって傾斜運動を起こすように調整でき
る。傾けられるミラー（１）は、アジャスタにより動か
される第１および第２の部材のうちの一方から形成され
るか、またはこれに装着される。第１の曲面の曲率半径
の中心はミラーの中心から間隔がおかれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】この発明は、光学ミラーのティルト調整
を制御するためのアンギュラティルティング機構（angu
lar tilting mechanism ）に関する。

【０００２】

【先行の技術の説明】わずかな角度だけミラーを傾斜さ
せることが必要な場合がある。これは、ミラー上の適切
な点に微細なマイクロメータねじを装着し、これを用い
てミラー上を押し、その周りを物体が自由に回転する固
定旋回点を中心として回転するようにすることにより達
成することができる。この公知の機構の一例はＥＰ−Ａ
−０３９０９２６に記載されている。これは溶接機械の
状況下で関節ロボットに使用するためのレーザビームベ
ンダーを提供することにかかわる。この状況において発
明者は、ミラーが傾斜すると反射角だけでなくミラーホ
ルダもが線形に移動し、これにより反射ミラーの中心も
また移動するという、公知のレーザビームベンダの問題
を認識した。これは不利である。このため発明者は、ミ
ラーが部材上に取付けられ、支持部材の、対応する曲面
を係合する曲面を有する機構を考案している。この曲面
の曲率半径は、その中心がミラーの中心と実質的に一致
するように選択されているため、ミラーが傾斜しても反
射点が線形にシフトしない。

【０００３】本件の発明者が関心を持つ重要な用途は、
画像走査装置であって、非常に微細な角調整を行ない、
露光された記録媒体上での非常に微細な合焦スポット位
置の制御を達成し、記録媒体に対する画像出力の十分な
位置合わせを達成するようにすることが必要であるもの
における用途である。典型的に、位置合わせ精度は合焦
ビームの角度が約２０マイクロラジアンの解像度に制御
されることを要求する。これにはミラーを傾斜する解像
度がこの値の半分、すなわち１０μラジアンでなければ
ならない。典型的な例では行ピッチは１／５０ｍｍであ
る。ＥＰ−Ａ−０３９０９２６の機構の使用には、実際
には達成できない非常に微細なピッチを有するマイクロ
メータの使用が必要であろう。

【０００４】公知のティルト機構の別の例はＵＳ−Ａ−
３５８８０２５に記載されているが、これは支持面の曲
率の中心がミラーの中心と実質的に一致するＥＰ−Ａ−
０３９０９２６の開示に類似している。

【０００５】この状況を改善するための１つの方法は、
てこアームをミラーに装着し、調整ねじの所与の回転に
対する調整感度を有効に下げ、安価な調整ねじの使用を
可能にするか、より精密で感度の低い調整方法を可能に
するか、またはそれらの両方を可能にする。この方法の
問題は、機械的なてこの力をかなり高めようとする場
合、付加的なアームの長さがミラー自体によって与えら
れる元の調整てこ長さよりも実質的に長くなければなら
ないことであろう。てこアームのための余分なスペース
が要求されるためこの解決策は必ずしも実用的ではな
い。

【０００６】

【発明の概要】この発明の１つの局面によると、アンギ
ュラティルティング機構は、ある曲率半径を有する第１
の曲面をもたらす第１の部材と、対応する第２の曲面ま
たは少なくとも３つの係合点を規定する第２の部材とを
含み、第１および第２の部材は、第１の部材の第１の曲
面が第２の部材の対応する第２の曲面または係合点を係
合した状態で、互いの上に支持される。上記アンギュラ
ティルティング機構は少なくとも１つのアジャスタをさ
らに含み、このアジャスタは第１および第２の部材のう
ち一方を係合し、第１および第２の部材の相対的な摺動
および傾斜移動を引き起こすように調整することができ
る。上記アンギュラティルティング機構はさらに、傾斜
されるミラーを含み、このミラーはアジャスタによって
移動する第１および第２の部材のうちの一方によって形
成されるか、またはそれに装着され、第１の曲面の曲率
半径の中心はミラーの中心から隔てられる。

【０００７】先行技術の場合よりもはるかに微細な非常
に微細な傾斜角が要求される画像走査装置の場合は特
に、ミラーがごくわずかな線形シフトを経験することは
許容できることを認識した。したがって、我々は曲面の
曲率半径の中心がミラーの中心と実質的に一致すること
を要求しない。実際には、曲率半径の中心は好ましくは
ミラーの前部から隔てられ、典型的にはかなりの距離を
おいてミラーから隔てられるであろう。

【０００８】各アジャスタはマイクロメータねじを含み
得る。なぜならこれによりごくわずかな調整が達成でき
るからである。これに代えて、圧電トランスデューサな
どの何らかの形態の機械電気式デバイスを使用してもよ
い。これはフィードバック機構を介するか、または予め
定められた移動プログラムによって制御され得る。これ
はおそらく「適応光学」の分野にいつくかの付加的な用
途を見出すであろう。

【０００９】この発明の第２の局面によると、アンギュ
ラティルティング機構は、ある曲率半径を有する第１の
曲面をもたらす第１の部材と、対応する第２の曲面また
は少なくとも３つの係合点を規定する第２の部材とを含
み、第１および第２の部材は、第１の部材の第１の曲面
が、第２の部材の、対応する曲面または係合点を係合し
た状態で、互いの上に支持される。上記アンギュラティ
ルティング機構はさらに少なくとも１つのねじアジャス
タを含み、これは第１および第２の部材のうちの一方を
係合し、かつ第１および第２の部材の相対的な摺動と、
したがって傾斜移動とを引き起こすように調整すること
ができる。上記アンギュラティルティング機構はさら
に、傾斜されるミラーを含み、これはアジャスタによっ
て移動する第１および第２の部材の一方によって形成さ
れるか、またはそれに装着され、第１の曲面の曲率半径
は少なくとも、通常のミラーマウントに直接作用する調
整ねじによって達成できる最大てこ距離よりも大きい。

【００１０】発明のこの局面では、より微細なねじピッ
チを達成しようとする代わりに、我々は曲面の曲率半径
をミラー寸法よりもはるかに大きくする。こうすると同
じねじピッチではるかに微細な調整角を得ることができ
る。最も好ましい例では、曲率半径は少なくとも１メー
トルであり、実質的に０．０１ｍｍのねじ設定解像度に
関して用いられる。

【００１１】１つの面上においてのみ傾斜することが要
求される場合、部材は接触する２つの円筒面を与え得
る。自由度をさらに高めるために、曲面は部分的に球状
である面を含み、面の曲面により調整の感度が規定され
る。第２の部材が曲面を規定する場合、これは第１の部
材の曲面と同じであるが符号が反対である曲率半径を有
し得る。有効には、曲率半径の長さはてこアームの長さ
に等しい。しかしながら曲面は必ずしも部分的に球状で
ある必要はなく、特に３つの係合点と組合せると他のタ
イプの曲面もまた許容範囲である。たとえば、所与の調
整量に対して非線形のティルト応答を与えるように非球
状の面を設計することもできる。

【００１２】１つの構成において、第１および第２の部
材の両方は類似した曲面を規定し、一方は凸状であり、
他方は凹状である。好ましい構成において、第１の部材
によって規定される曲面は凸状であり、第２の部材は少
なくとも３つの係合点を規定する。これらの係合点は、
対応する曲面上のそれぞれの場所を規定し得る。

【００１３】場合によっては、第１および第２の部材は
重力によって互いの上に置かれる。しかしながら、好ま
しい例では第１および第２の部材を係合状態に保持する
ための手段が設けられる。この手段はガイド部材などを
含み得るが、好都合には、第１および第２の部材を互い
に係合状態に押付けるための手段が設けられる。これは
板ばねまたは引張ばねなどを含み得る。このような押付
け手段の利点は、２つの部材を違いに押付け続けたまま
でそれらの相対的な移動に対処することができる点であ
る。

【００１４】第２の部材が係合点を含む場合、これらは
玉軸受などの軸受によって与えることができる。

【００１５】典型的にはこのような３つの係合点が与え
られるが、場合によっては３つよりも多い数の係合点を
設けることも可能である。

【００１６】典型的には、１つより多い方向において調
整を行なうことができるようにするために１つより多い
数のアジャスタが設けられる。

【００１７】第１の部材によって与えられる曲面は好都
合には適切な凸レンズまたはミラーによって与えられ
る。なぜならこれらは非常に高い精度で製造できるから
である。また、光学的に研磨された表面により、スムー
ズな調整と高い設定解像度とが可能になる。

【００１８】傾斜されるミラーは、アジャスタによって
移動する第１または第２の部材のうちの一方によって規
定されるか、またはその部材に装着され得る。この発明
の重要な用途は平面ミラーの傾斜角の制御にある。この
場合、平面ミラーは第１または第２の部材に取付けられ
ることとなる。典型的な用途において、ミラーは基板に
応力が導入されることのない態様で熱的に安定化されて
取付けられるべきであり、さもなくばミラーの反射面が
変形し、反射ビームに収差がもたらされる。これを達成
するための１つの可能な方法は、ミラーを２つの半分の
部分に分けて製造することであり、前半分は反射面を含
み、後の半分は曲面を含む。２つの半分の部分はコンプ
ライアント材料（compliant material）によって接合さ
れ、これは曲がった第２の半分の部分をしっかりと取付
けることによって生じる反射面の応力を軽減することが
できる。コンプライアント材料はまた反射する半分の部
分の熱膨張を考慮に入れる。

【００１９】この種のティルティングミラーアセンブリ
が有用である一つの適用例は画像走査装置であり、この
画像走査装置は、記録媒体支持部と、画像情報によって
変調された放射ビームを発生するための放射ビーム源
と、放射ビームを記録媒体支持部に案内するためのビー
ムガイドアセンブリとを含む。記録媒体支持部およびビ
ームガイドアセンブリは、ビームが支持部を走査するよ
うに相対的に移動可能であり、ビームガイドアセンブリ
はこの発明に従うアンギュラティルティング機構を含
む。

【００２０】この適用例において、第１の曲面の曲率半
径は好ましくは、画像位置合わせ要件に従う、記録媒体
上での要求される合焦スポット位置解像度精度と、最終
的な合焦レンズの焦点距離と、調整ねじ設定解像度とを
考慮することにより確立される。これにより、正確で最
もレベルの高い微調整制御を達成することができる。一
例において、第１の曲面の曲率半径はミラーから記録媒
体支持部までの光学距離に実質的に等しい。

【００２１】このような画像走査装置の例は内部ドラム
スキャナである。たとえば音響光学変調器を用いて源の
下流で放射ビームを変調するか、または変調ビームを発
生するためにビーム源自体を制御してもよい。

【００２２】以下に、この発明に従うアンギュラティル
ティング機構のいくつかの例を添付の図面を参照して説
明する。

【００２３】

【詳細な説明】図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示される
例では、その背面が硅素ベースの接着剤で平凸レンズ２
の平面に接着されている平面ミラー１が示される。この
場合、レンズ２は凸状で部分的に球状である面３をもた
らすためだけに用いられる。一例では、ミラー１の直径
は５０ｍｍであり、面３の曲率半径は約１ｍである。こ
の面３は、レンズ２の下にほぼ等角に位置する３つの玉
軸受４−６上に載っている。各玉は、高さを調整してミ
ラー位置の荒調整を行なうことのできる六角穴付止めね
じ７上に置かれる。止めねじ７は支持ハウジング８のそ
れぞれのねじ山の切られた開口の中に装着され、支持ハ
ウジング８はキャビティ９を規定し、キャビティ９内に
ミラー１が位置づけられる。

【００２４】ミラー１およびレンズ２を玉軸受６に接し
た状態で維持するため、１組の３つの板ばね１０が支持
ハウジング８の前面に固定されており、それぞれ対応の
玉４−６と整列してミラー１の前を部分的に覆って延在
する。各板ばねはミラー１に対して約１０Ｎの力を働か
せる。各板ばねとミラー１との間にはそれぞれ対応の鋼
球１１が備えられる。

【００２５】レンズ２の部分的に球状である面３が３つ
の玉軸受４−６に係合するため、これらの軸受は、面３
とほぼ同じ曲率を有する面にあるそれぞれ対応の係合点
を規定することに注目されたい。

【００２６】一方ではミラー１とレンズ２との間で、他
方ではミラー１と支持ハウジング８との間で相対的な滑
り運動を達成するために、マイクロメータねじの形であ
る１対のアジャスタ１２，１３が支持ハウジング８に装
着され、ミラー１の側面と係合するように延在する（図
１Ａ）。各アジャスタ１２，１３は、玉軸受４−６によ
り規定される曲面に直交しその中心を通過する軸と整列
している。アジャスタ１２，１３とミラー１との係合を
維持するため、（約１０Ｎの力を働かせる）ばね押しプ
ランジャ１４がアジャスタ１２，１３の反対側にハウジ
ング８に装着される。

【００２７】アジャスタ１２，１３のうちの一方が調整
されると、ミラー１はそのアジャスタから離れるように
強いられるため、ミラー１は玉軸受４−６に関して摺動
し、このためわずかに傾く。ｄが調整ねじにより移動さ
せられる距離であり、Ｒが面３の曲率半径である場合、
ミラー１はそのマウントの上でｄ／Ｒラジアンの角度だ
け回転することとなり、小さい調整を行なう。好ましい
例では、マイクロメータねじの解像度は約０．０１ｍｍ
である。

【００２８】ティルティング機構の第２の例は図２
（Ａ）および図２（Ｂ）に示される。これは図１（Ａ）
および図１（Ｂ）に示される例と類似しており、双方の
図面で同じである構成部品には同じ参照番号を付してい
る。主な違いはミラー１の支持される態様である。この
場合、ミラー１は、支持ハウジング８のキャビティ９内
に部分的に位置づけられるアルミニウムホルダ２０に装
着される。ホルダ２０の後壁２１は部分的に球状であ
り、（約１５Ｎの力を働かせる）引張ばね２２を介して
玉軸受４−６に押付けられており、引張ばね２２は支持
ハウジング８上のアンカリッジ（anchorage ）２３およ
びホルダ２０内のアンカリッジ２４から延びる。

【００２９】前の例と同様、ミラー１の傾斜はマイクロ
メータねじ１２，１３を調整することによって調整でき
る。

【００３０】図３には、図１（Ａ）および図１（Ｂ）ま
たは図２（Ａ）および図２（Ｂ）のいずれかに示される
タイプのミラーアセンブリを組込んだ内部ドラム画像ス
キャナが概略的に示される。スキャナはレーザなどの光
源５０を含み、これは源（図示せず）に制御されて変調
されコリメートされたレーザビーム５１を生じる。変調
されコリメートされたレーザビーム５１は図１（Ａ）お
よび図１（Ｂ）または図２（Ａ）および図２（Ｂ）のい
ずれかに従って構成されるミラーアセンブリ５２上に突
き当たる。ビーム５１はミラー１により、使用中の記録
媒体（図示せず）を支持する円筒形ドラム５３の軸に沿
って反射する。その軸はミラー５４の回転軸と一致す
る。ビームは焦点合わせレンズ５５を透過しミラー５４
に突き当たり、そこでドラム５３上の記録媒体上へ再び
向けられる。ミラー５４はモータ５６によって回転す
る。図３に示される装置はミラーアセンブリ５２を除い
ては従来のものであり、ミラーアセンブリ５２は、上述
のとおり微細な傾斜を達成して、コリメートされた光ビ
ーム５１と回転するミラー５４の軸との小さい整列誤差
を補正するのに用いることができる。このため、記録媒
体上の焦点ビームの位置誤差（すなわち、最終的には画
像位置合わせ誤差）を減じることができる。

【００３１】面３の曲率半径は、合焦スポット位置解像
度精度、レンズ５５の焦点距離および調整ねじ設定解像
度を考慮することから定められる。この場合、約６ミク
ロンという、記録媒体上のスポット位置の微細な調整が
達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の例の平面図（Ａ）と、（Ａ）のＢ−Ｂ線
に沿った断面図（Ｂ）である。

【図２】図１と類似した、第２の例の図である。

【図３】図１および図２に示される例のいずれかによる
ミラーアセンブリを組込んだ画像走査装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１平面ミラー、２平凸レンズ、３凸状で部分的に
球状である面、４−６玉軸受、７六角穴付止めねじ、
８支持ハウジング、９キャビティ、１０板ばね、１
１鋼球、１２，１３アジャスタ、１４ばね押しプ
ランジャ、２０アルミニウムホルダ、２１背壁、２
２引張ばね、２３，２４アンカリッジ、５０光
源、５１変調されコリメートされたレーザビーム、５
２ミラーアセンブリ、５３円筒形ドラム、５４ミ
ラー、５５焦点合わせレンズ、５６モータ。

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年１月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【図１】

【図２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンギュラティルティング機構であっ
て、曲率半径を有する第１の曲面を備えた第１の部材
と、対応する第２の曲面または少なくとも３つの係合点
を規定する第２の部材とを含み、前記第１および第２の
部材は互いに支え合っており、前記第１の部材の前記第
１の曲面が前記第２の部材の前記対応する第２の曲面ま
たは係合点と係合しており、前記機構はさらに、前記第
１および第２部材のうちの一方と係合し、前記第１およ
び第２の部材の間に相対的な滑り、よって傾斜運動を起
こすように調整できる少なくとも１つのアジャスタを含
み、傾けられるミラーは、前記アジャスタにより動かさ
れる前記第１および第２の部材のうちの一方から形成さ
れるか、またはこれに装着されており、前記第１の曲面
の曲率半径の中心は前記ミラーの中心から間隔がおかれ
ている、機構。
【請求項２】前記第１の曲面の前記曲率半径は前記ミ
ラーの前に位置する、請求項１に記載の機構。
【請求項３】前記アジャスタはマイクロメータねじを
含む、請求項１または請求項２に記載の機構。
【請求項４】アンギュラティルティング機構であっ
て、曲率半径を有する第１の曲面を備えた第１の部材
と、対応する第２の曲面または少なくとも３つの係合点
を規定する第２の部材とを含み、前記第１および第２の
部材は互いに支え合っており、前記第１の部材の前記第
１の曲面が前記第２の部材の前記対応する第２の曲面ま
たは係合点と係合しており、前記機構はさらに、前記第
１および第２部材のうちの一方と係合し、前記第１およ
び第２の部材の間に相対的な滑り、よって傾斜運動を起
こすように調整できる少なくとも１つのねじアジャスタ
を含み、傾けられるミラーは、前記アジャスタにより動
かされる前記第１および第２の部材のうちの一方から形
成されるか、またはこれに装着されており、前記第１の
曲面の前記曲率半径は、少なくとも、通常のミラーマウ
ントに直接作用する調整ねじにより達成可能である最大
てこ距離より大きい、機構。
【請求項５】前記第１の曲面の前記曲率半径は、前記
アジャスタねじの解像度設定値の少なくとも１０⁵倍で
ある、請求項４に記載の機構。
【請求項６】前記第１の部材は凸曲面を有し、前記第
２の部材は少なくとも３つの係合点をもたらす、請求項
１から５のいずれかに記載の機構。
【請求項７】前記アジャスタは前記第１の部材に係合
する、請求項６に記載の機構。
【請求項８】前記第１および第２の部材を係合状態で
保持する手段をさらに含む、請求項１から７のいずれか
に記載の機構。
【請求項９】前記保持する手段は前記第１および第２
の部材を互いに押付ける、請求項８に記載の機構。
【請求項１０】前記保持する手段は１つ以上の板ばね
および／または引張ばねを含む、請求項９に記載の機
構。
【請求項１１】前記係合点は、たとえば玉軸受などの
それぞれの軸受により規定される、請求項１から１０の
いずれかに記載の機構。
【請求項１２】前記ミラーは平面である、請求項１か
ら１１のいずれかに記載の機構。
【請求項１３】前記第１および第２の曲面は部分的に
球状である、請求項１から１２のいずれかに記載の機
構。
【請求項１４】画像走査装置であって、記録媒体支持
部と、画像情報で変調される放射のビームを発生するた
めの放射ビーム源と、放射ビームを前記記録媒体支持部
の方へ案内するビームガイドアセンブリとを含み、前記
記録媒体支持部および前記ビームガイドアセンブリは相
対的に可動であるため前記ビームは前記支持部にわたっ
て走査し、前記ビームガイドアセンブリは請求項１から
１３のいずれかに記載のアンギュラティルティング機構
を含む、装置。
【請求項１５】前記第１の曲面の前記曲率半径は、前
記ミラーから前記記録媒体支持部までの光学距離にほぼ
等しい、請求項１４に記載の装置。