JPH0968661A - ティルトミラー構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミラーが少なくともほぼ固定した回転中心を
有し且つミラーを支持する本体が相対的に大きい傾斜角
（＞０．５°）にもかかわらずミラー表面より広くなら
ないような構成を可能にするティルトミラー構造を提供
すること。 【解決手段】 本発明は、少なくとも１つのティルトミ
ラーと、１つの本体と、ティルトミラーと本体との間に
少なくともほぼ固定された回転中心を有する少なくとも
１つのミラー支承部とを有するティルトミラー構造に関
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、少なくとも１つの
ティルトミラーと、本体と、ティルトミラーと本体との
間に少なくともほぼ固定された回転中心を有するミラー
支承部とを有するティルトミラー構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】このようなティルトミラー構造は周知の
技術の中で多数知られている。この種のティルトミラー
構造は、入射した光線を規定の通りにある角度で偏向す
るために利用される。ティルトミラーは特に１軸ティル
トミラーと、２軸ティルトミラーとに区別される。

【０００３】今日、１軸ティルトミラーは技術的な面で
多数の種類がある市販の製品となっているが、現在、同
様に普通の技術として見られ、市販もされている２軸テ
ィルトミラーは技術上の重大な制約を受けている。それ
らの制約は、特に、ｘ軸又はｙ軸に関する傾斜角度が、
通常、１°未満の角度に限られていること、大きさが限
られていること（この場合、ある一定の傾斜角を得るた
めには、ある一定の最小サイズが必要であり、最大サイ
ズも要求されることがあり、いずれも、不都合であ
る。）、ティルトミラー構造のサイズが特に小型ティル
トミラーの場合にミラー面の後でミラー面より明らかに
大きくなること（すなわち、周知の技術に従ったミラー
の場合、高い実装密度を実現することはできない）、周
知の２軸ティルトミラーの製造技法が複雑であることで
ある。

【０００４】米国特許第４，７０８，４２０号からは、
走査用として使用されるティルトミラー構造が知られて
いる。この場合、走査用ミラーを曲げ継手を介して、ミ
ラー面と平行に配列された圧電セラミック駆動要素と結
合している。圧電セラミック駆動要素がミラーを大きい
角度で傾斜できるようにするためには、ミラー構造を非
常に大型にしなければならない。これは、圧電セラミッ
ク駆動要素がそれらの長さに比例してわずかしか曲がら
ないために起こる。従って、ティルトミラーの背後の駆
動機構をミラー面の寸法に限定すべきである場合には、
この構造は小型ミラーを大きい角度範囲にわたって傾斜
させるのには適していない。

【０００５】米国特許第４，３８３，７６３号からは、
ミラーを傾斜中心で支承し且つ圧電セラミックを介して
運動させるティルトミラー構造が知られている。この場
合にも、ティルトミラーを少なくとも１°傾斜させるべ
きであるならば、ミラーを非常に大型にしなければなら
ない。

【０００６】米国特許第４，６６０，９４１号から知ら
れているティルトミラー保持部においては、圧電素子に
よってティルトミラーを運動させ、その場合、圧電素子
はミラーに対してレバーを介して作用する。この構造も
小型のミラーを少なくとも１°傾斜させるのには適して
いない。

【０００７】米国特許第５，１７０，２７７号からは、
ミラー自体が圧電素子に直接に固定された圧電光線反射
鏡が知られている。これは、傾斜時にミラーが規定され
た回転中心をもたないという欠点を有する。米国特許第
４，６９１，２１２号からは、走査構造の中で使用する
圧電光線反射鏡が知られている。この構造の欠点は、回
転中心を固定して位置させるべき場合に所定の偏向角度
を固定保持することができないという点である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ミラ
ーが少なくともほぼ固定した回転中心を有し且つミラー
を支持する本体が相対的に大きい傾斜角（＞０．５°）
にもかかわらずミラー表面より広くならないような構成
を可能にするティルトミラー構造を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、この課
題は特許請求の範囲第１項の特徴部分、すなわち少なく
とも１つのティルトミラーと、本体と、ティルトミラー
と本体との間に少なくともほぼ固定された回転中心を有
する少なくとも１つのミラー支承部とを有するティルト
ミラー構造において、特性長さが４０mmと、ミラー面が
狭いとき、ティルトミラー、支承部及びケースから成る
構造全体の大きさは、ミラー平面をそのまま投影したと
きにその大きさを越えないか又はティルトミラーを偏向
したときにごくわずかしか突き出さないように定められ
て、ミラー表面の下方に配列されていることを特徴とす
るティルトミラー構造によって解決される。

【００１０】本発明の特別の利点は、ティルトミラーを
支持する本体がミラー表面より広くならないように本発
明によるティルトミラーが構成されていることである。

【００１１】この場合、上記のような構成にもかかわら
ず傾斜角θを相対的に大きくすることができる（θ＞
０．５°）。傾斜角θは１°＜θ＜５°の範囲にあると
有利である。回転中心に関して自ら中心位置を規定する
ミラー支承部により、少なくとも１つのほぼ固定した回
転中心が得られる。ティルトミラーを容易に調整でき、
１つの位置から別の所望の位置へ容易に動かすことがで
きるように、さらにミラー支承部の摩擦を少なくすべき
であろう。

【００１２】本発明によれば、ミラー対角線と土台対角
線が４cmより短いティルトミラー構造の構成が可能にな
る。さらに、０．５°より大きい傾斜角θを実現するこ
とが可能である（本発明では、一辺の長さが１０mmより
短いという大きさの構成であっても、５°〜１０°の傾
斜角が実現可能である）。

【００１３】空間の中でティルトミラー構造について可
能などの位置をも可能にするために、力作用点と本体と
の間に保持装置が取り付けられていると有利である。最
も単純なケースでは、この保持装置はばねとして構成さ
れている。

【００１４】空間の中でティルトミラー構造が傾斜位置
をとるとき、ティルトミラー構造の傾斜角に従ってティ
ルトミラーを基本位置から動かす力がティルトミラーに
作用する。ティルトミラーの使用中にティルトミラー構
造の傾斜が認知される場合、ティルトミラー構造の少な
くとも１つの所定の好適傾斜位置を得るためにティルト
ミラーの重量平衡手段を取り付けるか又は作用させると
有利である。

【００１５】ティルトミラー構造の中に、力の作用が可
変である力発生手段が配置されていると有利である。こ
の力発生手段は外部から制御されて、傾斜角θの変化を
生じさせることができる。これにより、傾斜角のすぐれ
たダイナミックスが得られると共に、反応時間は非常に
短くなる。

【００１６】そこで、ティルトミラーの下面に、力が可
変である力発生手段がティルトミラーを調整するために
引張り及び／又は押圧によって作用を及ぼすことができ
る延長部分が装着されていると有利である。延長部分の
長さに応じて、作用力を異なるように転換又は変換され
る。てこの法則に従って、この「変換」を、それぞれの
ティルトミラーを必要な調整精度に応じて寸法規定する
ために利用することができる。

【００１７】この場合、延長部分の少なくとも１つの点
又は１つの面を傾斜軸に対し垂直に向けるべきであろ
う。この点又はこの面は力作用点又は力作用面として使
用可能である。これにより、力発生手段を対称に構成す
ることができる。

【００１８】ティルトミラー構造をコンパクトに構成す
るためには、少なくとも１つの力発生手段を側方に配置
すると有利である。これにより、中心は自由なままであ
り、その他の機能を実現するためにこの中心を利用でき
る。

【００１９】下端部で本体に固定され、傾斜軸に対して
垂直に曲がる部材として、力発生手段を構成できると有
利であり、この曲がり部材とティルトミラーとの間には
結合要素が設けられている。これにより、力発生手段を
非常に狭いスペースの中でコンパクトに実現することが
できる。

【００２０】結合手段を相対的に剛性の部材として構成
すれば、力発生手段によりティルトミラーに圧力のみな
らず、引張り力をも加えることができる。

【００２１】力発生手段を曲げ圧電アクチュエータ又は
条片形圧電アクチュエータにより実現すると有利であ
る。それらの圧電アクチュエータはそれ自体の幅は狭い
のであるが、その動きによってティルトミラー構造の中
で広いスペースを必要とすることなく、ティルトミラー
を調整するのに十分な力の作用を発生させる。

【００２２】力発生手段は、可変磁界強度をもつ少なく
とも１つの手段であっても良く、この手段はティルトミ
ラーと堅固に結合された磁石に圧力を加える。

【００２３】本体に対するティルトミラーの位置を検出
するために、ティルトミラーの下面に、本体に対する、
従って、検出器に対するティルトミラーの位置によって
測定値が決まる少なくとも１つの検出器を傾斜軸の軸か
らはずして配置することができる。これにより、ティル
トミラーの動きを１本の軸に沿って検出できる。傾斜軸
に対してはずれた位置にある２つの検出器を使用すれ
ば、土台に対する２軸ティルトミラーの位置を検出する
ことができる。

【００２４】本発明によるティルトミラー構造を１つの
アレイとして配列すると特に有利である。その構造形態
によって非常に幅の狭い構造が得られる。

【００２５】このアレイは、別の同様のアレイをあらゆ
る側に接合できるように構成されていると有利である。
これは、広い面を照射する場合に、照射すべき面を部分
面ごとに活用することができるという利点を有する。

【００２６】部分的に望まれる高い実装密度を維持する
ためには、ティルトミラー構造から成るアレイを六角形
のパターンを描くように配置すると有利である。これに
より、被覆領域にできる限り数多くのミラーを取り付け
るか、あるいは相応して形成された面に継ぎ目なしに１
つの平面として継ぎ足せる面を形成することが可能にな
る。

【００２７】本体に支え部材を取り付けると有利である
が、その場合、支え部材の保持部分はティルトミラーの
下面の中心まで突出している。保持部分の上面には、円
錐形（開き角β）又は球形の開口を設けることができ
る。この開口はティルトミラーの下部（たとえば、開き
角αを有する下向きの円錐又は半球）に対する自己中心
位置合わせ手段として働く。

【００２８】ミラーの下部を開き角αを有する円錐とし
て形成し且つ開口を開き角βをもつ円錐の形に形成する
場合、円錐が開口の中で障害なく動くことができるよう
に、角度βの値は角度αの値より大きくなければならな
い。

【００２９】以下、図面を参照して本発明を例示しつつ
さらに説明する。その中では、本発明の概念のその他の
本質的な特徴並びに本発明をさらに良く理解するのに有
用な説明及び発明の構成の可能性を説明する。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１，図２ａ及び図２ｂに示すテ
ィルトミラー構造１は、反射ミラー面２ａを有するティ
ルトミラー２から構成されている。ティルトミラー２の
下面の中心には、開き角αを有する下向きの円錐形部材
３があり、この円錐形部材の先端は本体６の方を向いて
いる。

【００３１】円錐形部材３の脇には２つの支え部材４
ａ，４ｂが配置され、それらの支え部材は第３の支え部
材４ｃによって互いに結合されている。支え部材４ｃの
下方には、支え部材４ｃと一体に形成されているか又は
それに取り付けられている保持部材５ａがある。３つの
支え部材４ａ〜４ｃの大きさは、本体６の中心から突出
する部分６ｃを十分に広い遊びをもって囲むように定め
られている。ミラー２が動けるようにするために、この
遊びは不可欠である。２つの支え部材４ａ〜４ｂの代わ
りに、スリットの形成された管状スリーブを使用するこ
とも可能である。

【００３２】円錐形部材３の丸形の先端は開き角βをも
つ先端が丸い円錐形の開口９の中に入っており、この円
錐形の開口９は本体６の中心突出部分６ｃの表面に位置
している。開口９の開き角βは円錐形部材３の開き角α
より大きいので、円錐形部材３は開口９の中でミラー２
の所望の角度範囲θの全てにわたって自在に動くことが
できる。

【００３３】したがって、ティルトミラー２は３つの回
転自由度をもって支承されることになる。円錐形部材３
の先端と円錐形開口９の先端は、ティルトミラー２がｘ
軸又はｙ軸を中心として回転するときに円錐形部材３が
開口９に沿ってころがり運動を行うように、適正に規定
された半径を有する。

【００３４】この種の支承は点状で、自ら中心位置を合
わせるもので、不安定であり、ティルトミラー２の回転
中心を明確に確定する。この場合の傾斜角度は＋／−５
°以上となる。このような潤滑剤を使用しない支承に適
する材料は、たとえば、円錐形開口９の丸形の土台又は
円錐形部材３の丸形の先端としてのガラス，サファイ
ヤ，ダイアモンド，窒化ホウ素硬化鋼などである。

【００３５】本体６の中心に突出する部分６ｃは側方で
Ｌ字形支持体６ｂにより支持され、この支持体は土台部
分６ａと結合している。土台部分６ａの下部には２つの
側方凹部（６ａ′及び６ａ″）がある。さらに、上部に
は別の２つの側方凹部（６ｂ′及び６ｂ″）が配置され
ている。本体６の第２の側方凹部（６ｂ′及び６ｂ″）
の高さには、別の保持部材５ｂが当接する平坦な隆起面
６ｄが形成されている。

【００３６】２つの側方凹部（６ａ′及び６ｂ′）又は
（６ａ″及び６ｂ″）の間の側面には、それぞれ条片形
の圧電アクチュエータ７ａ，７ｂが固定されている。そ
れらの条片形圧電アクチュエータ（７ａ，７ｂ）は曲げ
圧電アクチュエータとも呼ばれる。この構成を実現する
に際しては、外部からの制御を受けて自ら湾曲する周知
のあらゆる縦長素子が適している。

【００３７】条片形圧電アクチュエータ（７ａ，７ｂ）
はその下端部で本体６に直接に当接すると共に、凹部
（６ａ′，６ａ″）の面６′の上に載っており、土台６
の縁部までさらにある距離が残っている。Ｌ字形支持体
６ｂと条片形圧電アクチュエータ（７ａ，７ｂ）との間
にも、条片形圧電アクチュエータ（７ａ，７ｂ）の対応
する間隔６″が存在する。

【００３８】それらの間隔は、電圧が印加されたとき
に、条片形圧電アクチュエータ（７ａ，７ｂ）が本体６
の面から側方へ飛び出さずに湾曲できるようにするため
に不可欠である。これにより、最大必要幅が本体６の底
面積によって確実に規定されることになり、ミラーの面
２ａよりそれほど大きくはならない（傾斜が５°である
とき、約５％）。

【００３９】曲げ圧電アクチュエータ、すなわち、条片
形圧電アクチュエータ（７ａ，７ｂ）は保持部材５ｂの
高さまで、すなわち、２つの凹部（６ａ′及び６ｂ′）
又は（６ａ″及び６ｂ″）の間で本体６の２つの側面に
固定（たとえば、接着、はんだ付けなど）されている。
条片形圧電アクチュエータ（７ａ，７ｂ）は細い結合要
素（８ａ，８ｂ）によって上部保持部材５ａとそれぞれ
結合されている。この実施形態では、結合要素８は引張
り力と圧力の双方を与えるので、ある程度の剛さを有し
ていなければならない（たとえば、ある直径以上、ある
長さまでの鋼製ワイヤ）。

【００４０】２つの保持部材（５ａ及び５ｂ）の間に
は、ティルトミラー２の支持装置として働くばね５ｃが
ある。

【００４１】そこで、２つの条片形圧電アクチュエータ
の一方７ａに電圧を印加すると、その圧電アクチュエー
タは電圧の符号に従って決まる方向７ａ′に曲がる（暖
房時のバイメタル条片に似た動きである）。結合要素８
ａの力結合を経て保持部材５ａは一方向７ａ′に動き、
その結果、ティルトミラー２も動く。条片形圧電アクチ
ュエータ（７ａ，７ｂ）の偏向は印加される電圧にほぼ
比例するので、１つ又は２つのアクチュエータ（７ａ，
７ｂ）に対する印加電圧を変化させることにより、ティ
ルトミラー２のｘ軸又はｙ軸に関する被制御運動が可能
になる。これに対し、電圧を変化させない場合には、ミ
ラー２は所望の位置にとどまる（電圧ドリフトを無視又
は補正したとき）。

【００４２】条片形圧電アクチュエータ７ａに逆の符号
の電圧を印加すると、そのアクチュエータは先に述べた
方向７ａ′とは逆の方向に動き、それに伴って保持部材
５ａが動き、ティルトミラー２も動く。

【００４３】このようにして、ティルトミラー２を１つ
の軸に関して角度θだけ動かすことができる。第２の条
片形圧電アクチュエータ７ｂはティルトミラー２をその
軸に対し垂直な軸に対して（方向７ｂ′に）動かすこと
が可能である。

【００４４】尚、ティルトミラー構造１は支承構成と、
力発生手段（７ａ，７ｂ）とを伴って実現されており、
ミラー本体２は２つの互いに垂直な軸に関して運動自在
である。この場合、角度θを数秒から±１０°の範囲で
設定できる。

【００４５】円錐形部材３又は円錐形開口９の寸法を規
定する場合、ティルトミラー２の動きが開口９により妨
げられないように、角度βを角度αより大きくすると非
常に有利である。さらに、円錐形部材３の円錐の先端を
丸形にすると共に、円錐形開口９の底面も、円錐の先端
が開口の底面に沿ってころがり運動し、ミラー２を何度
も利用した後でも円錐の先端が開口の表面に「穴をあけ
てめり込む」ことのないように、ボウル状の丸底である
と非常に有利である。

【００４６】図１に示す構造の特別の利点は、ミラー平
面から後の構造の大きさがミラー面２ａの大きさを越え
てはならないか又はそれをごくわずかしかはみ出さない
ことである。この場合、２軸ティルトミラー構造１のミ
ラー面２ａは狭く、ミラー面の１辺の長さは３mmより大
きく、４０mmよりは短い。

【００４７】さらに、このティルトミラー構造は、各軸
に関する傾斜角が少なくとも約＋／−５°と相対的に大
きいということを顕著な特徴としている。そこで、ティ
ルトミラー構造のコンパクトな構成様式を利用して、多
数の同様のティルトミラー構造を一体に組立て、セグメ
ントに分割された広い面状のミラー又は円錐形ミラーを
形成することが可能であり、しかも、低コストの大量生
産で製造できる。

【００４８】図３及び図４には、図１，図２ａ及び図２
ｂに示した実施形態と非常に良く似ている本発明による
ティルトミラー構造１１の第２の実施形態を示す。

【００４９】この場合にも、ティルトミラー１２は片面
に反射ミラー表面１２ａを有し、反対側の面には開き角
αをもつ円錐形部材１３がある。円錐形部材１３の周囲
には、第３の支え部材１４ｃにより互いに結合された２
つの支え部材（１４ａ，１４ｂ）が取り付けられてい
る。第３の支え部材１４ｃの下面には保持部材１５ａが
ある。このように、３つの支え部材（１４ａ〜ｃ）はＵ
字形の部材１４を形成しており、この部材に力発生手段
が作用し、てこの法則に従ってティルトミラー１２の運
動を生じさせる。

【００５０】円錐形部材１３の丸形の先端は開き角βを
もつ円錐形の開口１９の中に位置している。この開き角
βは角度αより大きく、円錐形開口の下部の面は丸くな
っている。円錐形開口は上部本体部分１６ｃの上面にあ
る。この上部本体部分１６ｃは図４にさらに詳細に示さ
れている。このように、図３及び図４に示すミラー支承
部は図１，図２ａ及び図２ｂに示したミラー支承部に対
応するものであるので、ここではその具体的な構成につ
いての説明を省く。詳細については先の説明を参照のこ
と。

【００５１】保持部材１５ａには４本の細い結合要素
（１８ａ，１８ｂ；残る２つの結合要素は図には示され
ていない）が取り付けられており、それらの結合要素は
はんだ付け箇所（１７ａ′，１７ｂ′；残る２つのはん
だ付け箇所は図には示されていない）でそれぞれ１つの
条片形圧電アクチュエータ（１７ａ，１７ｂ；残る２つ
の条片形圧電アクチュエータは図には示されていない）
に固定されている。この実施形態では、結合要素１８は
引張り力のみを伝達できなければならない。それは、軸
ごとに２つずつ、合わせて４つの条片形圧電アクチュエ
ータ１７が設けられているためである。従って、圧電ア
クチュエータは弾性材料（たとえば、ある一定の直径ま
で、ある一定の長さ以上の鋼製ワイヤ）でも製造できる
し、あるいは剛性であっても良い。

【００５２】これらの条片形圧電アクチュエータ（１７
ａ，１７ｂ；残る２つの条片形圧電アクチュエータは図
には示されていない）は、本体１６ａの下部に固定取り
付けされており、ティルトミラー１２を１本の軸に関し
て角度θだけ動かす働きをする。それぞれ９０°の角度
をとって２つの別の条片形圧電アクチュエータ（１７
ｃ，１７ｄ）（図示せず）が取り付けられている。それ
らの圧電アクチュエータも結合要素１８によって保持部
材に固定されている。４本の結合要素１８によりティル
トミラー１２は空間的に固定される。

【００５３】上部保持部材１５ａには引張りばね１５ｃ
がさらに設けられている。引張りばねはその他端部で、
下部本体１６ａの上面１６ｄにある下部保持部材１５ｂ
に固定されている。このばね１５ｃは支持装置として働
き、ティルトミラー１２の固定を付加的に確保するの
で、ミラー１２を「倒立状態」でも、すなわち、任意の
空間的向きで動かすことができる。

【００５４】図には、２つの条片形圧電アクチュエータ
（１７ａ，１７ｂ）の電気端子（１７ａａ，ｂｂ）も示
されている。９０°ずつずれて配列されている条片形圧
電アクチュエータ（１７ｃ，１７ｄ）の電気端子は図３
には示されていない。

【００５５】図４からわかるように、上部本体部分１６
ｃは正方形の部品から構成され、その部品の中に２つの
矩形の凹部がフライス削りで形成されており、凹部の間
にある中央のつながった部分に円錐形開口１９が設けら
れている。上部本体部分１６ｃの下方には本体支持部分
１６ｂがそれぞれあり、上部本体部分１６ｃを下部本体
部分１６ａの上に支承している。

【００５６】図５には、第３の実施形態を示す。この実
施形態の特徴は、本体２６の上面に少なくとも２つの傾
斜位置検出器（２１ａ，２１ｂ）（たとえば、接近セン
サ）が配置されていることである。力発生手段（２７
ａ，２７ｂ）、円錐形開口２９、中央に突出する本体２
６の部分２６ｃ及び結合要素２８は先の図で既に説明し
た通りである。さらに、ここでは図を見やすくするため
に図示しなかったティルトミラーのミラー支承部におけ
る位置についても、先に詳細に説明した。このように、
図５の構造は図１，図２ａ及び図２ｂの構造と全く同じ
であるが、この場合には、本体２６上にある位置検出器
がティルトミラー（図示せず）の瞬時位置を検出するの
である。

【００５７】これは、本体２６に対するティルトミラー
の反射ミラー表面の空間的位置を検出でき、従来の技術
で知られている制御回路を使用して、ミラーを所望の空
間的位置に設定できるという利点を有する。

【００５８】ティルトミラーを制御する場合、目標の動
きを制御用コンピュータに入力し、コンピュータは制御
電圧を発生する。この制御電圧は条片形圧電アクチュエ
ータに到達し、アクチュエータの動きがティルトミラー
に伝達される。傾斜位置検出器はこの傾斜運動を検出し
て測定電圧を発生し、測定電圧は制御用コンピュータに
到達する。そこで、コンピュータは目標値と現在値との
比較から修正電圧を計算し、それに従って制御電圧が修
正される。

【００５９】従って、本発明により、ｘ−ｙ方向の構造
の大きさがミラー板（１０mmより小さくなることもあ
る）を越えず、製造技術の上で単純であり、それに伴っ
て（相対的に）低コストで製造でき、＋／−５°以上の
傾斜角を有することができる位置制御２軸ティルトミラ
ー構造を提供することが可能である。

【００６０】この場合、回転中心は相対的にミラー表面
の付近に位置しているので、傾斜時のティルトミラーの
側方へのずれを小さく保つことができる（たとえば、図
３に示すティルトミラーでは、傾斜角が５°のときの側
方への偏向は最大でも土台の辺の長さの５％である）。
ミラーの回転中心の位置はティルトミラーの厚さと、テ
ィルトミラーの下方の支え部材の大きさとによって決ま
る。

【００６１】図６に示すティルトミラー構造の第４の実
施形態３１は駆動素子、すなわち、力発生手段として、
条片形圧電アクチュエータをもたない。このティルトミ
ラー３２も下面に円錐形部材３３を有する。この円錐形
部材３３の側方には、第３の支え部材３４ｃにより互い
に結合された２つの支え部材３４ａ，３４ｂが配置され
ている。ここまでは、第４の実施形態は図１から図５ま
での実施形態と同じである。

【００６２】横方向支え部材３４ｃの下方には別の保持
部材３４ｄがあり、この保持部材の側面には４つの永久
磁石（３８ａ〜３８ｄ）が互いに対向するように取り付
けられている。保持部材３４ｄの下方にある保持部材３
５ａには、ばね３５ｃの上端部が取り付けられている。
ばね３５ｃの下端部は、本体の面の１つにある下部保持
部材３５ｂに取り付けられている。本体３６は４つの側
方支え部材３６ｂを有し、支え部材の間にはそれぞれ１
つのコイル（３７ａ〜３７ｄ）が取り付けられている。
この場合、コイル（３７ａ〜３７ｄ）は永久磁石（３８
ａ〜３８ｄ）と同じ高さに位置している。

【００６３】たとえば、コイル３７ａに電流を通すと、
コイル３７ａは永久磁石３８ａがコイル３７ａから離れ
るように作用する。その結果、ティルトミラー３２は動
く。コイル（３７ａ〜３７ｄ）に流れる電流が多いか、
少ないかに従って、ティルトミラー３２は様々に異なる
傾斜方向に動く。

【００６４】本体３６の四角に配置されている支え部材
３６ｂは、ティルトミラー３２の円錐形部材３３を支承
するための円錐形開口３９を有する本体３６の中心へ突
出する支え部材３６ｃを支持する。

【００６５】傾斜角検出器の使用を見合わせる場合に
は、反射光の位置を検出するように制御回路を構成する
こともできる。これは、たとえば、ティルトミラー構造
の背後にビームスプリッタを取り付け、そのビームスプ
リッタにより入射した光線の一部を光学測定装置（たと
えば、面検出器アレイ）へ偏向させることによって可能
である。そこで、現在値の所望の目標値からの偏差が検
出されたならば、ティルトミラー３２が所望の位置に達
するまで、光学測定装置はティルトミラー構造３１を制
御するための信号を出力する。

【００６６】図５で傾斜角を検出するために使用可能で
ある組込み自在のセンサは、たとえば、１５００ Ｇａ
ｒｄｅｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｏｄｓ Ｒｏａｄ，Ｃｏｌ
ｏｒａｄｏ Ｓｐｒｉｎｇｓ，Ｃｏｌｏｒａｄｏ ８０
９０７ ＵＳＡのＫａｍａｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔ
ｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓより，Ｄ
ｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｙｓ
ｔｅｍｓ ＫＤ２３００−．５ＳＵ又は製品シリーズＫ
Ｄ−２３００／２３１０／２３５０ の別のセンサとし
て入手可能であるか、又はＫｏｎｉｇｂａｃｈｅｒ Ｓ
ｔｒａβｅ １５，Ｄ−８３５９ Ｏｒｔｅｎｂｕｒｇ
−Ｄｏｒｆｂａｃｈ，ＤｅｕｔｓｈｌａｎｄのＭｉｃｒ
ｏ−Ｅｐｓｉｌｏｎ Ｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ Ｇｍｂ
Ｈ ＆ Ｃｏ．，ＫＧよりＵ０５．０８又はＵ０５．１
０又はＵ０５．１２の製品名で入手可能である。

【００６７】図１〜図５の条片形圧電アクチュエータ
は、たとえば、ドイツのＨｏｅｃｈｓｔ ＣｅｒａｍＴ
ｅｃより入手可能であり、モノリシック多層アクチュエ
ータ又は圧電湾曲素子とも呼ばれる。

【００６８】本発明は、ティルトミラーを本体の上に点
で支承する構造に限定されるべきではない。ただ重要で
あるのは、支承部にできる限り摩擦がなく、運動が始ま
ったときに急激な動きが全く起こらないということであ
る。

【００６９】従って、ティルトミラー自体の土台に向い
た面が本体に対応して形成された球形凹部に当接する球
形部分であるように、本体に対するティルトミラーの支
承を構成することも可能である。そこで、それら２つの
球形部分を磁性材料から製造し、反発し合う磁極（すな
わち、ＮとＮ又はＳとＳ）が互いに対向するようにすれ
ば、本体の上でティルトミラーを「浮遊状態で」、すな
わち、全く摩擦なしに支承することができる。角度調整
力をティルトミラーに到達させることができるように、
たとえば、ティルトミラーの下方の本体に１つ又は複数
の開口を設け、力発生手段から１つ又は複数の調整要素
をその開口を通してティルトミラーに作用させることが
可能である。

【００７０】ティルトミラーの支承部をティルトミラー
と本体との間の立体継手から構成することもできる。こ
の場合、ティルトミラーが２つの軸の方向に同じ量だけ
動けるように立体継手を構成しなければならない（たと
えば、ティルトミラーの回転中心で相応して細くなって
いる丸棒）。

【００７１】本発明を実施するに際しては、他の数多く
の支承部も考えられる。重要であるのは、ミラー支承が
摩擦なしであるか又は少なくとも摩擦がごく少ないとい
うことのみである。

【００７２】力発生手段は曲げ圧電アクチュエータ、す
なわち、条片形圧電アクチュエータから構成されていて
も良いが、コイルと磁石から構成されていても良い。適
切なコンパクトな構造とすることができ且つ力の発生の
結果として運動を発生させるようなあらゆる力発生手段
が力発生手段として適している（たとえば、電気リニア
モータ、気体作動式ピストン、液体作動式ピストン又は
その他の方式により作動されるピストンなど）。

【００７３】支持装置は、ばね、又はティルトミラーを
どの傾斜位置にあっても無統制に本体から離脱させない
ように作用できる別の要素から構成されていれば良い。
たとえば、支え力を場（磁場など）によって発生させる
支持装置も考えられる。

【００７４】ティルトミラー構造を規定された傾斜位置
で可動させる場合、回転中心に対する重量平衡のための
手段は重要である。この手段は、そのような状況で発生
し、ティルトミラーを休止位置以外の位置へ動かしてし
まう重力を受け入れて、力発生手段によりその重力を吸
収する必要をなくすように作用する。図６の実施形態で
は、ティルトミラー構造の相対位置に従って１つ又は２
つのコイルがある一定のバイアス電圧を永久に維持する
ことにより、この重量平衡手段を実現できる。

【００７５】傾斜位置検出器として、距離測定を実行す
る検出器の他にも使用可能である。本発明を具体的なテ
ィルトミラー構造で具体的にどのように構成するかに応
じて、ティルトミラーから発生する場（たとえば、磁
場）の強さが傾斜角によって決まるのであれば、その場
を検出する位置検出用のセンサも使用可能である。

【００７６】複数のティルトミラー構造を並列させたア
レイとしては、それらのティルトミラー構造が最終的に
適用される機器には不可欠であるどのような立体的アレ
イでも使用できる。この場合、ミラー面は必ずしも直接
に隣接しなくても良く、ミラー平面に対して垂直にずら
して配置することもできる。また、本体は必ずしも正方
形でなくて良い。本体、従って、ティルトミラーの形状
を決定するときには、本発明によるティルトミラー構造
の特別の利点が発揮されるように、ティルトミラー構造
のアレイの実装密度を高くすることに注意すべきであろ
う。

【００７７】互いに隣接して接合されるティルトミラー
構造の全てが同じ大きさを有している必要はない。個々
のティルトミラー構造を個別に制御できるためである。
たとえば、互いにある間隔をもって離間した平行でない
光束（拡散光束又は収束光束）を使用する場合、空間内
におけるミラー反射面の空間的位置を変化させることに
よって何らかのズーム効果を実現できる。この目的のた
めに不可欠な位置変更手段は周知の技術に従って構成で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるティルトミラー構造の第２の実
施形態を立体的に示す図。

【図２】 図１に示すティルトミラー構造のミラー支承
部のＹ−Ｚ平面、Ｘ−Ｚ平面における断面図。

【図３】 本発明によるティルトミラー構造の第１の実
施形態の側面図。

【図４】 図３のミラー側本体を立体的に示す図。

【図５】 図３の本発明によるティルトミラー構造に位
置センサを設けた第３の実施形態を示す図。

【図６】 別の力発生手段を有する本発明によるティル
トミラー構造の第４の実施形態を示す側面図と断面図。

【符号の説明】

１，１１，２１，３１…ティルトミラー構造、２，１
２，２２，３２…ティルトミラー、３，１３，３３…円
錐形部材、４ａ〜４ｃ，１４ａ〜１４ｃ，３４ａ〜３４
ｃ…支え部材、５ａ，５ｂ，１５ａ，１５ｂ，３５ａ，
３５ｂ…保持部材、５ｃ，１５ｃ，３５ｃ…ばね、６，
１６，２６，３６…本体、７ａ，７ｂ，１７ａ〜１７
ｄ，２７ａ，２７ｂ…条片形圧電アクチュエータ、８
ａ，８ｂ，１８ａ，１８ｂ，２８…結合要素、９，１
９，２９，３９…円錐形開口、２１ａ，２１ｂ…傾斜位
置検出器、３８ａ〜３８ｄ…永久磁石、３７ａ〜３７ｄ
…コイル。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つのティルトミラーと、本
   体と、ティルトミラーと本体との間に少なくともほぼ固
   定された回転中心を有する少なくとも１つのミラー支承
   部とを有するティルトミラー構造において、特性長さが
   ４０mmと、ミラー面が狭いとき、ティルトミラー、支承
   部及びケースから成る構造全体の大きさは、ミラー平面
   をそのまま投影したときにその大きさを越えないか又は
   ティルトミラーを偏向したときにごくわずかしか突き出
   さないように定められて、ミラー表面の下方に配列され
   ていることを特徴とするティルトミラー構造。
2. 【請求項２】 ミラー支承部は回転中心に関して自ら中
   心位置決めされることを特徴とする請求項１記載のティ
   ルトミラー構造。
3. 【請求項３】 ミラー対角線及び本体対角線は１５mmよ
   り短いことを特徴とする請求項１及び２のいずれか１項
   に記載のティルトミラー構造。
4. 【請求項４】 傾斜角度θは０．５°より大きいことを
   特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のティ
   ルトミラー構造。
5. 【請求項５】 ティルトミラーと本体との間に支持装置
   が取り付けられていることを特徴とする請求項１から４
   のいずれか１項に記載のティルトミラー構造。
6. 【請求項６】 支持装置はばねとして構成されているこ
   とを特徴とする請求項５記載のティルトミラー構造。
7. 【請求項７】 ティルトミラー構造の少なくとも１つの
   事前に確定された好適傾斜位置に関して、ティルトミラ
   ーの重量平衡手段が装着されているか又は作用している
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載
   のティルトミラー構造。
8. 【請求項８】 ティルトミラー構造の中に、外部から制
   御されて傾斜角度θを変化させる、力作用が可変である
   力発生手段が配置されていることを特徴とする請求項１
   から７のいずれか１項に記載のティルトミラー構造。
9. 【請求項９】 ティルトミラーの下面に、力作用が可変
   である力発生手段が作用する延長部分が装着されている
   ことを特徴とする請求項８記載のティルトミラー構造。
10. 【請求項１０】 延長部分の少なくとも１つの点又は１
    つの面は傾斜軸に対し垂直に向いていることを特徴とす
    る請求項９記載のティルトミラー構造。
11. 【請求項１１】 少なくとも１つの力発生手段がティル
    トミラーの下方側部に配置されていることを特徴とする
    請求項１０記載のティルトミラー構造。
12. 【請求項１２】 力発生手段は、下端部で本体に固定さ
    れており、傾斜軸に対し垂直に湾曲する部材であり、本
    体とティルトミラーとの間に機械的結合部が取り付けら
    れていることを特徴とする請求項８から１１のいずれか
    １項に記載のティルトミラー構造。
13. 【請求項１３】 ミラー支承部は少なくとも摩擦の少な
    いものであることを特徴とする請求項１から１２のいず
    れか１項に記載のティルトミラー構造。
14. 【請求項１４】 力発生手段は曲げ圧電アクチュエータ
    又は条片形圧電アクチュエータであることを特徴とする
    請求項８から１３のいずれか１項に記載のティルトミラ
    ー構造。
15. 【請求項１５】 力発生手段は磁界強度が可変である少
    なくとも１つの手段であり、ティルトミラーの、磁石を
    動かすことができるコイルの高さに、堅固に固定された
    磁石が配置されていることを特徴とする請求項８から１
    ３のいずれか１項に記載のティルトミラー構造。
16. 【請求項１６】 ティルトミラーの下面の下方に傾斜位
    置検出器が傾斜軸からはずれて配置されていることを特
    徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のティ
    ルトミラー構造。
17. 【請求項１７】 多数のティルトミラー構造が１列に配
    列されていることを特徴とする請求項１から１６のいず
    れか１項に記載のティルトミラー構造。
18. 【請求項１８】 ティルトミラー構造の列は同様の別の
    アレイをあらゆる側面に追加できるように構成されてい
    ることを特徴とする請求項１７記載のティルトミラー構
    造。
19. 【請求項１９】 複数のティルトミラー構造から成るア
    レイは六角形のパターンを描いて配置されていることを
    特徴とする請求項１７記載のティルトミラー構造。
20. 【請求項２０】 本体に支え部材が取り付けられ、支え
    部材の保持部分はティルトミラーの下面の中心の下方ま
    で突出し、保持部分の上面に開き角βをもつ円錐形の開
    口が設けられ、ティルトミラーの下方に開き角αを有す
    る下向きの円錐形部材が取り付けられ、角度αの値は角
    度βの値より小さいことを特徴とする請求項１から１９
    のいずれか１項に記載のティルトミラー構造。