JPH1130758A - ミラー偏角機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】震動に対して安定でかつ位置精度に優れた高速
のミラー偏角機構を提供する。 【解決手段】ミラー１の反射面の角度偏位により光ビー
ムＬの方向を制御するミラー偏角機構において、角度偏
位に対するミラー１の復元力をトーションバー４、５に
より生じさせるように構成し、さらにミラー１の偏角を
カム９、１１により付与するようにした。また、ミラー
偏角機構により取り付けられるミラー１のビーム反射面
上の一点が両トーションバー４、５の回転（捩れ）中心
軸の交点にくるようにミラー１とトーションバー４、５
との関係を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ビームの出射方
向を制御するミラー偏角機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のミラー偏角機構はコイルバネ等に
よりミラーの角度偏位に対する復元力を得ており、また
偏角の制御はネジのねじ込み量の調整により行ってい
る。

【０００３】図５は従来の代表的なミラー偏角機構の構
成を示しているが、ミラー３１を保持した方形の第一の
傾斜ステージ３２がＸ軸３３の回りに回動可能に支承さ
れ、Ｘ軸３３は第二の傾斜ステージ３４上に固定した１
対の支柱３５、３６により支持されている。

【０００４】第一の傾斜ステージ３２の左右端部の一方
は圧縮コイルバネ３７を介して支柱３８により支持され
ている。傾斜ステージ３２の左右端部の他方には、モー
タ３９、ギア送り機構４０及びリニアガイド４１を設
け、モータ３９の回転によりリニアガイド４１に沿って
Ｚ方向に褶動する従動ブロック４２によりボール４３を
介して傾斜ステージ３２を支持している。

【０００５】第二の傾斜ステージ３４は、基台４４上に
固定された左右１対の支柱４５、４６により支持される
軸によりＹ軸のまわりに回動可能に保持されるととも
に、第一の傾斜ステージ３２の場合と同様の偏角駆動機
構（モータ、ギア送り機構、リニアガイド、従動ブロッ
ク、ボール等）により、Ｙ軸のまわりに傾斜駆動され
る。なお、上記の他に「キネマチックミラーマウント」
とよばれるものがあり、これは調整駆動スクリュウを手
動で操作して±５度程度の範囲でミラーの方向を調整す
ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５の従来のミラー偏
角機構では、コイルバネ３７の復元力に限界があり、十
分な剛性が得られないことから、震動に対して極端に弱
く、さらに偏角調整がネジ４０のねじ込みによることか
ら、高速動作は不可能である。

【０００７】さらに、ミラーの偏角を変えると、ミラー
上のビーム反射位置Ｐが３次元的に移動し、ビームの出
射位置が定まらず、この機構を２枚のレンズ間におく
と、実質的にレンズの調整が常にずれる結果になる。

【０００８】本発明は、震動に安定でかつ位置精度に優
れた高速のミラー偏角機構を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のミラー偏角機構は、ミラーの反射面の角度
偏位により光ビームの方向を制御するミラー偏角機構に
おいて、角度偏位に対するミラーの復元力をトーション
バーにより生じさせるように構成したものである。

【００１０】これにより、トーションバーによる復元力
はコイルバネによる復元力よりはるかに大きいので、高
い剛性が得られ、耐震性が著しく向上する。

【００１１】本発明の第２の発明のミラー偏角機構は、
上記発明において、ミラーの偏角をカムにより付与する
ように構成したものであり、これにより、僅かな回転で
十分な偏角を得ることができ、高速動作が可能になる。

【００１２】上記目的を達成するため、本発明の第３の
発明のミラー偏角機構は、同軸に配置した２個の円筒状
部材の内筒にミラーを保持すると共に、内筒と外筒との
間及び外筒と固定部との間を結合する２組のトーション
バーの回転軸を直交するように配置することにより、２
軸方向にミラーの偏角の復元力を生じさせるように構成
したものである。

【００１３】これにより、２軸方向に復元力が大きく耐
震性が著しく向上したミラー偏角機構が得られる。

【００１４】本発明の第４の発明は、上記第３の発明に
おいて、２組のトーションバーの交点がミラーの光反射
面上に来るように配置したものであり、ミラー上の光反
射ポイントをトーションバーの回転軸の交点と一致させ
ることにより、ミラーの偏角機構が変わっても光の反射
点が移動しない。

【００１５】これにより、この機構を２枚のレンズ間に
挿入して、レンズの調整がずれることを防ぐことが可能
となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明では、ミラー偏角機構にも
たせる復元力をトーションバーにより得た上で、カムに
より偏角を与えるように構成する。また各トーションバ
ーの回転（捩れ）中心軸の交点がミラーの反射面上にく
るようにし、反射させる光ビームをその交点に当てるよ
うに調整する。以下に図面に基づいて具体的な実施形態
について説明する。

【００１７】図１は、本発明の実施例のミラー偏角機構
の要部の斜視図であり、水平面（ＸＹ平面）に垂直な方
向に基準状態の軸を持つ内外２個の円筒（リング）が設
けられ、内側円筒には水平にミラーが保持され、内外の
円筒間は例えばＸ軸方向のトーションバーで結合され、
外側円筒は例えばＹ軸方向のトーションバーにより装置
の固定部に保持されている。

【００１８】１は偏角制御対象のミラーであり、例えば
円板状に構成され、図１では上側面に薄い金属板、金属
膜等により光反射面が形成されている。ミラー１は、基
準状態では水平に配置され、その反射面がＸＹ平面内に
あるように構成される。２はミラー保持用内側リングで
あり、浅い円筒形に形成され、内面にはミラー１がその
反射面がリング２の円筒軸と直交しかつ円筒のほぼ１／
２の深さに位置する状態に納められ、嵌合、接着等によ
り固定保持されている。ミラー１と内側リング２との全
体の質量はできるだけ小さく構成することが望ましい。

【００１９】３は内側リング２を保持するための浅い円
筒状の外側リングであり、基準状態では内側リング２と
同軸関係になるように構成される。外側リング３は、図
に示すように、内側リング２に比べて十分大きい質量に
構成される。

【００２０】４（４ａ、４ｂ）は、内側リング２を外側
リング３に対してＸ軸のまわりに回動可能に支承させる
ためのトーションバーで、Ｙ軸方向の厚みは比較的薄
く、上下方向（Ｚ軸方向）には適度の幅を有し、基準の
状態で内側リング２と外側リング３とが同軸の関係にな
るような相対位置関係で、２、３を結合する。トーショ
ンバーは、回転による捩れ変位に対して、大きな復元力
と、高い剛性を有しているので、ミラー１は大きな耐震
性がえられる。

【００２１】５（５ａ、５ｂ）は外側リング３を装置の
固定部６にＹ軸の回りに回動可能に支承するためのトー
ションバーである。トーションバー５はトーションバー
４よりも十分大きい剛性を有するようにＸ軸方向の厚み
はトーションバー４より厚く構成され、内側リング２が
回動する際、外側リング３にトーションバー４の捩れ力
が作用しても、外側リング３に偏位が生じないように構
成される。７は、ミラー１及び内側リング２をトーショ
ンバー４の中心軸（Ｘ軸に平行）の回りに回動させるた
めの第一の偏角駆動手段であり、８は外側リング３をミ
ラー１、内側リング２等と共にトーションバー５の中心
軸（Ｙ軸に平行）の回りに回動させるための第二の偏角
駆動手段を示している。

【００２２】上記の構成において、トーションバー４、
５の回転（捩れ）の中心軸は、つねに同一平面（ＸＹ平
面）内にあって基準角度位置でのミラー１の反射面と一
致するとともに両軸はミラー１の反射面の中心を通るよ
うに構成されている。この両軸の交点が光ビームの反射
点として用いられ、ミラー１がトーションバー４、５の
回転（捩れ）の中心軸のまわりに回転（図１のＢ−Ｃの
回転）しても光ビームの反射点は移動しない。図４は、
この状況を示し、内側リング２がトーションバー４の中
心軸（Ｘ軸に平行）の回りに回転した場合、ミラー１の
反射面は基準状態のＳからＳｒに傾斜するが、反射点Ｒ
は移動しない。Ｌ２は当初の出射光、Ｌ２ｒは回転後の
出射光を示す。外側リング３がトーションバー５の中心
軸（Ｙ軸に平行）の回りに回転（図１のＤ−Ｅの回転）
した場合も、同様に反射点Ｒは移動しない。

【００２３】これらの偏角駆動手段は、例えばカム及び
モータで構成されるが、この構成を図２、図３に示す具
体例にしたがって説明する。図２は、本発明の実施形態
のミラー偏角機構の具体的な構成の平面図を示し、図３
は同じく構成の右側面図を示しており、両図において同
じ要素は共通の番号、記号で示されている。

【００２４】図２、図３において、９は内側リング２と
係合するカム、１０はカム９を回動駆動するためのモー
タである。カム９はＹＺ平面内に配置されて．そのカム
面が内側リング２の或る面（図２では下面、図３では右
側面）に係合し、Ｘ軸方向の軸Ａｘのまわりに回動して
ミラー１の偏角を変化させることができる。すなわち、
カム９のカム面が後退した基準の状態（曲線イ）では内
側リング２は外側リング３と同軸の関係にありミラー１
の反射面は水平（外側リング３の表面と平行）である
が、カム９のカム面が前進した状態（例えば曲線ロ）で
は内側リング２及びミラー１が例えば図のように傾斜
し、ミラー１に偏角を生じることになる。なお、所要の
ミラー偏角を生じさせるためのカム９の回転角度は僅か
で十分であり、ネジ送り機構の場合のように大きな回転
角度を要しないから、偏角駆動を高速で行うことができ
る。このカム９及びモータ１０は、図１で述べた第一の
偏角駆動手段を構成する。なお、カム９は図２と図３で
は円形のカム面を有し軸を偏心させた偏心カムを示して
いるが、非円形のカム面を有するカムを用いてもよい。
また、この偏角の制御は、使用目的に応じた任意のパタ
ーンで行うよう構成することができ、例えば一定の周期
で、またはプログラムされた任意の時間波形で、または
受信信号あるいは検出信号に応答して、任意に制御する
ことができる。

【００２５】図３において、１１は外側リング３の下面
に係合し外側リング３の偏角を制御するカム、１２はカ
ム１１を駆動するためのモータであり、両者は上述の第
二の偏角駆動手段を構成する。なお、トーションバー５
（５ａ、５ｂ）はトーションバー４（４ａ、４ｂ）より
剛性が大きいから、モータ１２はモータ１０よりも大き
な出力を要する。

【００２６】なお、上記実施形態では、偏角駆動手段と
してカムを用いたが、他の駆動手段を用いてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、ミラ
ーの角度偏位の復元にトーションバーによる復元力を用
いたので、コイルバネによる復元力よりはるかに大きい
復元力と高い剛性が得られ、耐震性が著しく向上する。
さらにミラーの偏角をカムにより付与するように構成す
ることにより僅かな回転で十分な偏角を得ることがで
き、高速動作が可能になる。さらに、ミラー偏角機構に
より取り付けられるミラーのビーム反射面上の一点が各
トーションバーの回転（捩れ）中心軸の交点にくるよう
にミラーを取り付けることにより、光ビームの反射点が
一定となることにより、この機構を２枚のレンズ間に挿
入して、レンズの調整がずれることを防ぐことが可能と
なる。

【００２８】さらに、同軸に配置した２個の円筒状部材
の内筒にミラーを保持すると共に、内筒と外筒との間及
び外筒と固定部との間を結合する２組のトーションバー
の回転軸を直交するように配置し、これによって２軸方
向にミラーの偏角の復元力を生じさせるように構成する
ことにより、２軸方向に復元力が大きく耐震性が著しく
向上したミラー偏角機構が得られる。

【００２９】これらの特徴、特に耐震性が高く、高速動
作が可能でかつビーム反射ポイントが一定の光ビーム偏
角機構が得られることから、本発明のミラー偏角機構
は、ヘリコプタを始めとする航空機上や、その他の震動
の多い環境での使用にきわめて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態のミラー偏角機構の要部を
示す斜視図。

【図２】本発明の１実施形態のミラー偏角機構の具体的
構成の平面図。

【図３】本発明の１実施形態のミラー偏角機構の具体的
構成の側面図。

【図４】本発明のミラー偏角機構の動作説明用図。

【図５】従来のミラー偏角機構の代表的構成例図。

【符号の説明】

１ ミラー ２ ミラーホルダ用内側リング ３ 外側リング ４（４ａ、４ｂ） トーションバー ５（５ａ、５ｂ） トーションバー ６ 装置固定部 ７ 偏角駆動手段 ８ 偏角駆動手段 ９、１１ カム １０、１２ モータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ミラーの反射面の角度偏位により光ビーム
   の方向を制御するミラー偏角機構において、角度偏位に
   対するミラーの復元力をトーションバーにより生じさせ
   るように構成したことを特徴とするミラー偏角機構。
2. 【請求項２】ミラーの偏角をカムにより付与するように
   構成したことを特徴とする請求項１記載のミラー偏角機
   構。
3. 【請求項３】同軸に配置した２個の円筒状部材の内筒に
   ミラーを保持すると共に、内筒と外筒との間及び外筒と
   固定部との間を結合する２組のトーションバーの回転軸
   を直交するように配置することにより、２軸方向にミラ
   ーの偏角の復元力を生じさせるように構成したことを特
   徴とするミラー偏角機構。
4. 【請求項４】２組のトーションバーの交点がミラーの光
   反射面上に来るように配置することを特徴とする請求項
   ３記載のミラー偏角機構。