(57)【要約】  リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置が開示される。リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置は、ベースと、ベースに可動的に結合されたステアリング可能プラットフォームと、ベースに可動的に結合されたリアクションマスとを含むことができる。リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置はまた、ステアリング可能プラットフォーム及びベースに結合されてステアリング可能プラットフォームの動きを発生させる主アクチュエータを含むことができる。リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置は更に、リアクションマス及びベースに結合されてリアクションマスの動きを発生させる補助アクチュエータを含むことができる。さらに、リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置はまた、ステアリング可能プラットフォームの動きによって支持構造上に誘起される荷重を補償するようにリアクションマスが動くよう、補助アクチュエータの作動のためのフィードバックを提供するように構成された荷重センサを含むことができる。
2019514036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
前記ベースに可動的に結合されたステアリング可能プラットフォームと、
前記ベースに可動的に結合されたリアクションマスと、
前記ステアリング可能プラットフォーム及び前記ベースに結合され、前記ステアリング可能プラットフォームの動きを発生させる主アクチュエータと、
前記リアクションマス及び前記ベースに結合され、前記リアクションマスの動きを発生させる補助アクチュエータと、
前記ステアリング可能プラットフォームの前記動きによって支持構造上に誘起される荷重を補償するように前記リアクションマスが動くよう、前記補助アクチュエータの作動のためのフィードバックを提供するように構成された荷重センサと、
を有するリアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置。
【請求項２】
前記荷重センサは、ロードセル及び加速度計のうちの少なくとも一方を有する、請求項１に記載のリアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置。
【請求項３】
前記荷重センサは、前記ベースと前記支持構造との間に結合可能である、請求項１に記載のリアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置。
【請求項４】
前記ベースへの前記ステアリング可能プラットフォームの結合、及び前記ベースへの前記リアクションマスの結合の各々が、２の回転自由度での相対運動を支援する、請求項１に記載のリアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置。
【請求項５】
前記ベースへの前記ステアリング可能プラットフォームの結合、及び前記ベースへの前記リアクションマスの結合の各々が、並進自由度での相対運動を支援する、請求項４に記載のリアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置。
【請求項６】
前記主アクチュエータは、少なくとも３つの主アクチュエータを有する、請求項１に記載のリアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置。
【請求項７】
前記補助アクチュエータは、少なくとも３つの補助アクチュエータを有する、請求項１に記載のリアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置。
【請求項８】
前記ステアリング可能プラットフォームは、たわみピボット、ベアリング、ブッシング、又はこれらの組み合わせによって、前記ベースに可動的に結合される、請求項１に記載のリアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置。
【請求項９】
前記リアクションマスは、たわみピボット、ベアリング、ブッシング、又はこれらの組み合わせによって、前記ベースに可動的に結合される、請求項１に記載のリアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置。
【請求項１０】
支持構造と、
リアクション補償式ステアリング可能プラットフォームであり、
前記支持構造に結合されたベースと、
前記ベースに可動的に結合されたステアリング可能プラットフォームと、
前記ベースに可動的に結合されたリアクションマスと、
前記ステアリング可能プラットフォーム及び前記ベースに結合され、前記ステアリング可能プラットフォームの動きを発生させる主アクチュエータと、
前記リアクションマス及び前記ベースに結合され、前記リアクションマスの動きを発生させる補助アクチュエータと、
前記ステアリング可能プラットフォームの前記動きによって前記支持構造上に誘起される荷重を補償するように前記リアクションマスが動くよう、前記補助アクチュエータの作動のためのフィードバックを提供するように構成された荷重センサと、
を有するリアクション補償式ステアリング可能プラットフォームと、
を有するリアクション補償式ステアリング可能プラットフォームシステム。
【請求項１１】
前記支持構造は人工衛星の一部を有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記荷重センサは、前記ベースと前記支持構造との間に配置される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記荷重センサは、ロードセル及び加速度計のうちの少なくとも一方を有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ベースへの前記ステアリング可能プラットフォームの結合、及び前記ベースへの前記リアクションマスの結合の各々が、２の回転自由度での相対運動を支援する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ベースへの前記ステアリング可能プラットフォームの結合、及び前記ベースへの前記リアクションマスの結合の各々が、並進自由度での相対運動を支援する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記主アクチュエータは、少なくとも３つの主アクチュエータを有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ステアリング可能プラットフォームは、たわみピボット、ベアリング、ブッシング、又はこれらの組み合わせによって、前記ベースに可動的に結合される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
ステアリング可能プラットフォーム装置におけるリアクションの補償を支援する方法であって、
ステアリング可能プラットフォーム装置を取得することであり、該ステアリング可能プラットフォーム装置は、
ベースと、
前記ベースに可動的に結合されたステアリング可能プラットフォームと、
前記ベースに可動的に結合されたリアクションマスと、
前記ステアリング可能プラットフォーム及び前記ベースに結合され、前記ステアリング可能プラットフォームの動きを発生させる主アクチュエータと、
前記リアクションマス及び前記ベースに結合され、前記リアクションマスの動きを発生させる補助アクチュエータと
を有する、取得することと、
前記ステアリング可能プラットフォームの前記動きによって支持構造上に誘起される荷重の感知を支援し、前記リアクションマスが前記荷重を補償するように動くよう、前記補助アクチュエータの作動のためのフィードバックを提供することと、
を有する方法。
【請求項１９】
前記荷重の感知を支援することは、荷重センサを配設することを有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記荷重センサは、ロードセル及び加速度計のうちの少なくとも一方を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記荷重センサは、前記ベースと前記支持構造との間に結合可能である、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
高性能電気光学センサ又はレーザシステムにおいて、レーザビームを向ける又は光センサの視線（ラインオブサイト）を安定化させるために、高速移動ステアリングミラー（Fast  moving  steering  mirror；ＦＳＭ）（“ビームステアリングミラー”としても知られる）が広く使用されている。多くの用途において、ＦＳＭはあまりに大きいので（例えば、約２インチから約２０インチの開口のミラー）、ミラーが持ち出す（エクスポートする）リアクション荷重（例えば、“キックバック”トルク、及び／又はミラーの加速度に起因する力）がミラーとは反対方向に移動するマス（質量体）によって補償されるようにミラーの運動が遂行されなければならない。効果的であるためには、持ち出される荷重が最小化されることを保証するようにミラーとの位相誤差が極めて小さいようにして、リアクションマスを駆動しなければならない。これは、専用の別セットのアクチュエータ及び傾斜位置センサを用いてリアクションマスを能動的に駆動することによって達成されることが多い。
【図面の簡単な説明】
【０００２】
一緒になって本発明の特徴を例として示す添付図面とともに以下の詳細な説明を検討することで、本発明の特徴及び利点が明らかになる。
【図１】本開示の一例に従った、二軸リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置の概略図である。
【図２】図１の二軸リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置が傾斜することを例示している。
【図３Ａ】本開示の一例に従った二軸リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置の概略上面図である。
【図３Ｂ】本開示の他の一例に従った二軸リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置の概略上面図である。
【図４】本開示の一例に従った、三軸リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置の概略図である。
【図５】本開示の一例に従った三軸リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置の概略上面図である。  以下、図示した例示的な実施形態を参照するとともに、ここでは特定の言葉を用いてそれを記述する。そうとはいえ、理解されるように、それによる本発明の範囲の限定は意図していない。
【発明を実施するための形態】
【０００３】
ここで使用されるとき、用語“実質的に”は、完全又は略完全な範囲又は程度の動作、特性、性質、状態、構造、品目又は結果を表す。例えば、“実質的に”包囲されている物体は、その物体が完全に包囲されているか、あるいは略完全に包囲されているかの何れかを意味する。絶対的な完全性からの逸脱の正確な許容可能な程度は、一部の場合において、具体的な文脈に依存し得る。しかしながら、一般的に言えば、完全に近いことは、あたかも絶対的且つ総合的な完全さが得られるかのように全体として同じ結果を有するようなものである。“実質的に”の用法は、動作、特性、性質、状態、構造、品目又は結果の完全又は略完全な欠如を表す否定的な含意で使用されるときにも等しく当てはまる。
【０００４】
ここで使用されるとき、“隣接”は、２つの構造又は要素の近接を表す。特に、“隣接”しているとして特定される要素は、接しているか接続されているかの何れかであり得る。そのような要素はまた、必ずしも互いに接触しなくてもよく、互いに近いか接近するかであってもよい。近接性の正確な程度は、一部の場合において、具体的な文脈に依存し得る。
【０００５】
以下では、最初に技術実施形態の概説を提供し、その後に具体的な技術実施形態を更に詳細に説明する。この最初の概要は、より迅速に技術を理解する上で読者を助けることを意図したものであり、技術の重要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、また、特許請求に係る事項の範囲を限定することを意図したものでもない。
【０００６】
典型的な能動的（アクティブ）なリアクション補償式ステアリングミラーは、ミラーをステアリングすることによって生成されるリアクション荷重の大部分を相殺又は除去するのに有効であるが、このような構成は依然として、リアクションマスによって補償されないままの残留荷重又は持ち出し荷重に悩まされる。能動的なシステムでの持ち出し荷重の大きさは、かなりの費用なしでは低減又は最小化することが困難なものであるミラーとリアクションマスとのバランス及びアライメント（例えば、不完全性及び／又は公差）に大きく依存する。故に、典型的な能動的なリアクション補償式ステアリングミラーを上回る性能改善のための低コストソリューションを提供することが望ましい。
【０００７】
従って、一例において、リアクションマスの動きによって生成される持ち出し荷重を測定して直接的に補償することができ、それにより、ステアリング可能プラットフォームとリアクションマスとの間のバランス及びアライメントにおける不一致を受け入れることができるリアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置が開示される。リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置は、ベースと、ベースに可動的に結合されたステアリング可能プラットフォームと、ベースに可動的に結合されたリアクションマスとを含むことができる。リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置はまた、ステアリング可能プラットフォーム及びベースに結合されてステアリング可能プラットフォームの動きを発生させる主（プライマリ）アクチュエータを含むことができる。リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置は更に、リアクションマス及びベースに結合されてリアクションマスの動きを発生させる補助（セカンダリ）アクチュエータを含むことができる。さらに、リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置はまた、ステアリング可能プラットフォームの動きによって支持構造上に誘起される荷重を補償するようにリアクションマスが動くよう、補助アクチュエータの作動のためのフィードバックを提供するように構成された荷重センサを含むことができる。
【０００８】
他の一例において、支持構造と、リアクション補償式ステアリング可能プラットフォームとを含むことができるリアクション補償式ステアリング可能プラットフォームシステムも開示される。リアクション補償式ステアリング可能プラットフォームは、支持構造に結合されたベースと、ベースに可動的に結合されたステアリング可能プラットフォームと、ベースに可動的に結合されたリアクションマスとを含むことができる。リアクション補償式ステアリング可能プラットフォームはまた、ステアリング可能プラットフォーム及びベースに結合されてステアリング可能プラットフォームの動きを発生させる主アクチュエータを含むことができる。リアクション補償式ステアリング可能プラットフォームは更に、リアクションマス及びベースに結合されてリアクションマスの動きを発生させる補助アクチュエータを含むことができる。さらに、リアクション補償式ステアリング可能プラットフォームは、ステアリング可能プラットフォームの動きによって支持構造上に誘起される荷重を補償するようにリアクションマスが動くよう、補助アクチュエータの作動のためのフィードバックを提供するように構成された荷重センサを含むことができる。
【０００９】
図１は、本開示の一例に従ったリアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置１００の概略図を例示している。装置１００は、ここに記載されるようなリアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置１００の様々なコンポーネントを支持し得るベース１１０を含むことができる。装置１００はまた、例えば、１つ以上のピボットコネクタを含み得るものであるピボットコネクタアセンブリによってなどでベースに可動的に結合されたステアリング可能プラットフォーム１２０を含むことができる。装置１００は、ステアリング可能プラットフォーム１２０の動きを発生させる１つ以上の主アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂ（例えば、力アクチュエータ）を含むことができる。ステアリング可能プラットフォームの動きによって生成される荷重は、ステアリング可能プラットフォーム装置から当該装置のための支持構造へと“持ち出し（エクスポート）”されることがあり、このことは、より高い速さ又は周波数で明らかになり得る。例えば、ステアリング可能プラットフォーム装置は、人工衛星の支持構造に取り付けられるものであるＦＳＭの一部を形成することがある。ステアリング可能プラットフォームの動きによって生成されるＦＳＭからの荷重が人工衛星の支持構造に持ち出され、それが、例えば構造的な振動モードを励起して望ましくない構造的振動を発生させることなどによって、人工衛星の他のコンポーネント及びシステムと干渉してしまい得る。故に、装置１００はまた、ステアリング可能プラットフォーム１２０の動きによって生成される荷重（例えば、トルク及び／又は力）の相殺を提供するようにベース１１０に可動的に結合されたリアクションマス１５０を含むことができる。リアクションマス１５０は、１つ以上のコネクタ１４２を含み得るものであるコネクタアセンブリによって、ベース１１０に可動的に結合され得る。装置１００は更に、リアクションマス１５０の動きを発生させる１つ以上の補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂを含むことができる。コネクタ１４０、１４２は、例えばフレキシブルコネクタ（例えば、ピボットフレクシャ）、ベアリングコネクタ（例えば、ボールベアリング）、ブッシングコネクタなど、枢動又は回転運動を提供するのに好適な任意のタイプのコネクタを含み得る。故に、ここで参照されるコネクタは、技術的に知られた如何なる好適タイプの枢動又は回転コネクタをも含み得る。
【００１０】
図１に示すように、主アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂは、主アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂの作動がステアリング可能プラットフォーム１２０を動かすように、ベース１１０及びステアリング可能プラットフォーム１２０に結合されることができる。同様に、補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂは、補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂの作動がリアクションマス１５０を動かすように、ベース１１０及びリアクションマス１５０に結合されることができる。このような構成は、補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂが能動的に、主アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂによって動かされるものであるステアリング可能プラットフォーム１２０とは反対にリアクションマス１５０を動かすことから、一般的に、“能動的（アクティブ）”リアクションマス荷重相殺構成として参照される。
【００１１】
主アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂ、及び補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂは、それぞれ、ステアリング可能プラットフォーム１２０及びリアクションマス１５０の動きを生じさせるように伸長／後退することができるものであるボイスコイル又は同様の力アクチュエータを有することができる。例えば、図１の例示は、コネクタ１４０の両側の主アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂを示している。一方の主アクチュエータ１３０ａが伸長する（すなわち“押す”）とともに、他方の主アクチュエータ１３０ｂが後退する（すなわち“引く”）ことで、例えば図２に示すｙ軸の周りなどでのステアリング可能プラットフォーム１２０の回転を発生させることができる。コネクタ１４２の両側の補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂも示されている。一方の補助アクチュエータ１３２ａが伸長する（すなわち“押す”）とともに、他方の補助アクチュエータ１３２ｂが後退する（すなわち“引く”）ことで、例えば図２に示すｙ軸の周りなどでのリアクションマス１５０の回転を発生させることができる。例えばｘ軸などの他の軸の周りでのステアリング可能プラットフォーム１２０及びリアクションマス１５０の回転を支援するために、同様の構成の主アクチュエータ及び補助アクチュエータ並びにコネクタ（図示せず）を含めることができる。故に、主アクチュエータ及び補助アクチュエータ並びにコネクタは、２次元又は２自由度でステアリング可能プラットフォーム１２０及びリアクションマス１５０を傾けることを提供するように構成されることができる。
【００１２】
装置１００は、ベース１１０及び／又はステアリング可能プラットフォーム１２０に取り付けられてベース１１０に対するステアリング可能プラットフォーム１２０の位置（例えば、角度位置）を監視するために使用され得る１つ以上の位置センサ１６０ａ、１６０ｂを含むことができる。装置１００は、補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂの作動のためのフィードバックを提供するように構成された荷重センサ１６２ａ、１６２ｂ（例えば力センサ及び／又はトルクセンサなど）を含むことができる。荷重センサ１６２ａ、１６２ｂは、それにベース１１０が結合される装置１００のための支持構造（１１２での固定結合によって指し示す）にベース１１０が結合されるところに位置する又は配置されることができる（例えばベース１１０と支持構造との間に結合されるなど）。支持構造（例えば、人工衛星又はその一部）に結合された装置１００は、本開示に従ったリアクション補償式ステアリング可能プラットフォームシステムを形成することができる。主アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂは、ステアリング可能プラットフォーム１２０（例えば、ステアリング可能プラットフォーム１２０とベース１１０との間の位置センサ１６０ａ、１６０ｂ）からの位置フィードバックを使用するサーボ又は制御ループ１７０によって制御されることができる。補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂは、ベースマウント（例えばベース１１０と装置１００を支持する支持構造との間であり、１１２で指し示す）の位置の荷重センサ１６２ａ、１６２ｂからの力及び／又はトルクフィードバックを使用するサーボ又は制御ループ１７２によって制御されることができる。故に、補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂは、ステアリング可能プラットフォームの動きによって誘起される荷重を直接的に測定して、該荷重を相殺する又は打ち消すようにリアクションマス１５０を動かすために、ベース１１０（ベースと、ベースによって支持される全ての物とを含む）の力及び／又はトルクフィードバックを利用することができる制御ループ１７２にて動作する。換言すれば、荷重センサ１６２ａ、１６２ｂは、ステアリング可能プラットフォーム１２０の動きによって誘起される荷重を補償するようにリアクションマス１５０を動かすための、補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂの作動のための力及び／又はトルクフィードバックを提供することができる。
【００１３】
持ち出し荷重を直接的に感知する荷重センサ１６２ａ、１６２ｂからのフィードバックを使用することは、持ち出し荷重を直接的に打ち消す又は排除するように、リアクションマス１５０が補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂによって独立に制御されることを可能にする。荷重センサ１６２ａ、１６２ｂからのフィードバックを使用することは、故に、単に動き及び位置に基づいてトルクを相殺しようと試みることに代えて、ステアリング可能プラットフォーム１２０の動きによって生成される実際の荷重を能動的に相殺して打ち消すようにリアクションマス１５０が動くことを可能にする。故に、装置１００は、典型的な能動的リアクション補償式ステアリングミラーにおいては不具にされないことになるステアリング可能プラットフォーム１２０とリアクションマス１５０との間のバランス及びアライメントの不一致を受け入れることができる。
【００１４】
二軸装置では、主アクチュエータの動作を制御するために２つの制御ループを使用することができる。例えば、各軸に１つの制御ループが、ベース１１０に対するステアリング可能プラットフォーム１２０の位置フィードバックを使用する。さらに、二軸装置は、補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂの動作を制御するために２つの制御ループを含むことができる。例えば、各軸に１つの制御ループが、支持構造とのベースマウント位置１１２での荷重フィードバックを使用する。一態様において、補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂの作動のための制御又はサーボループは、振動に敏感な望ましい境界面又は位置に配置された１つ以上の加速度計からの情報を使用することができる。
【００１５】
サーボループを使用して、各自由度でのステアリング可能プラットフォーム１２０の動きのための主アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂの作動を制御することができる。同様に、サーボループを使用して、各自由度でのリアクションマス１５０の動きのための補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂの作動を制御することができる。一態様において、主アクチュエータ及び／又は補助アクチュエータの作動のための制御又はサーボループは、ステアリング可能プラットフォーム１２０及び／又はリアクションマス１５０を測定又は感知する光学センサ（例えば、クワッドセル、フォトポットなど）からの外部フィードバックを使用することができる。
【００１６】
認識されるべきことには、如何なる好適数の主アクチュエータが使用されてもよいが、典型的には、リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置は、２つの直交する軸の周りでのステアリング可能プラットフォームの回転運動又は角度運動を支援するように３つ又は４つの主アクチュエータを含むことになる。例えば、図３Ａに例示するように、３つの主アクチュエータ２３０ａ−ｃが、（主アクチュエータは任意の角度構成で配置され得るが）例えば１２０度などの好適な角度だけ互いに角度的に離間されて使用され得る。他の一例では、図３Ｂに例示するように、例えば回転自由度当たり２つの主アクチュエータなどとして、４つの主アクチュエータ３３０ａ−ｄが使用され得る。図３Ａ及び３Ｂに示すアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置の概略上面図では、さもなければ不明瞭となるコンポーネントを図示するよう、明瞭さのためにステアリング可能プラットフォームが省略されている。
【００１７】
一態様において、コネクタ１４０は、１以上の自由度での動きの自由をなおも可能にしながらステアリング可能プラットフォーム１２０を制御することができるようにする柔軟なやり方で、ステアリング可能プラットフォーム１２０の位置を制約することができる。コネクタ１４０は、或る程度の機械的剛性と組み合わせて、或る一定程度の機械的柔軟性を持つことができる。例えば２つの直交する軸の周りでの回転自由度など、１以上の自由度でのステアリング可能プラットフォームの動きを支援するために、任意の好適数のコネクタ１４０を任意の好適構成で使用し得る。例えば、個々のコネクタ２４０が、例えば２つの軸の周りでの回転などの２自由度での動き（図３Ａ及び３Ｂ）を提供するように構成され得る。他の一例では、１つ以上のコネクタを使用して、単一回転自由度での動きを支援することができる。この場合、個々のコネクタ（例えば、クロスブレードフレクシャピボット、又はピボットフレックスベアリング）は、例えば或る軸の周りでの回転などの１自由度のみでの動きを提供するように構成され得る。更なる一例では、３つのコネクタが、（コネクタは任意の角度構成で配置され得るが）例えば１２０度などの好適な角度だけ互いに角度的に離間されて使用され得る。この場合、更に後述するように、個々のコネクタが、２自由度（例えば、２つの回転）又は３自由度（例えば、２つの回転及び１つの並進）での動きを提供するように構成され得る。
【００１８】
故に、コネクタ１４０及びアクチュエータ１３０ａ、１３０ｂを使用することで、ｘ−ｚ平面内及び／又はｙ−ｚ平面内でのステアリング可能プラットフォーム１２０の傾斜角度を調節することができる。ｘ−ｚ平面内及びｙ−ｚ平面内で傾けることは、それぞれ、ｙ軸周りの回転及びｘ軸周りの回転として参照され得る。ステアリング可能プラットフォーム１２０の動きによって誘起される荷重を補償するためにリアクションマス１５０がステアリング可能プラットフォーム１２０とは反対に動くことができるよう、リアクションマス１５０は、同様の自由度で動きを提供するように、ステアリング可能プラットフォーム１２０と同様の手法で、ベース１１０に可動的に（すなわち、好適なコネクタ１４２によって）結合されることができる。
【００１９】
例えば２つの直交する軸の周りでの回転自由度など、１以上の自由度でのステアリング可能プラットフォーム１２０の位置を決定することには、如何なる好適数の位置センサ１６０ａ、１６０ｂが如何なる好適構成で使用されてもよい。例えば、図３Ａに例示するように、３つの位置センサ２６０ａ−ｃが、（位置センサは任意の角度構成で配置され得るが）例えば１２０度などの好適な角度だけ互いに角度的に離間されて使用され得る。他の一例では、図３Ｂに例示するように、例えば回転自由度当たり２つの位置センサなどとして、４つの位置センサ３６０ａ−ｄが使用され得る。ここに開示される位置センサは、例えば干渉式位置センサ、誘導式位置センサなど、如何なる好適タイプの位置センサともし得る。一態様において、位置センサは、１以上の次元におけるステアリング可能プラットフォームの位置を決定するように構成されることができる。大きいダイナミックレンジを持つ位置センサが望ましい。何故なら、そのようなセンサは、大きい距離範囲にわたって正確な位置情報を提供することができるからである。
荷重センサは、一般に、力及び／又はトルクを測定することができるセンサとして参照され、力及び／又はトルクは、如何なる好適手法で測定又は感知されてもよい。例えば、荷重センサは、力又はトルクを導出するために使用され得る１つ以上の量を測定又は感知することができる。特定の一例において、荷重センサは、トルクを導出するために力を測定し得る。
【００２０】
例えば２つの直交する軸の周りでの回転自由度など、１以上の自由度での荷重を決定することには、如何なる好適数の荷重センサ１６２ａ、１６２ｂが如何なる好適構成で使用されてもよい。例えば、図３Ａに例示するように、３つの荷重センサ２６２ａ−ｃが、（荷重センサは任意の角度構成で配置され得るが）例えば１２０度などの好適な角度だけ互いに角度的に離間されて使用され得る。他の一例では、図３Ｂに例示するように、例えば回転自由度当たり２つの荷重センサなどとして、４つの荷重センサ３６２ａ−ｄが使用され得る。荷重センサは、一般に、力及び／又はトルクを測定することができるセンサ（例えば、ロードセル）として参照され、力及び／又はトルクは、如何なる好適手法で測定又は感知されてもよい。例えば、荷重センサは、例えば加速度計を使用することなどで、力又はトルクを導出するために使用され得る１つ以上の量を測定又は感知することができる。特定の一例において、荷重センサは、トルクを導出するために力を測定し得る。
【００２１】
装置１００は、ここに記載されるような主アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂ、及び補助アクチュエータ１３２ａ、１３２ｂを任意の好適数だけ含み得る。例えば、３つの補助アクチュエータが、（補助アクチュエータは任意の角度構成で配置され得るが）例えば１２０度などの好適な角度だけ互いに角度的に離間されて使用され得る。他の一例では、例えば回転自由度当たり２つの補助アクチュエータなどとして、４つの補助アクチュエータが使用され得る。リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置１００は、二軸装置（例えば、２つの直交する軸の周りの回転）の一例である。
【００２２】
ここに開示されるアクチュエータは、例えばボイスコイルアクチュエータ、ローレンツ力アクチュエータ、電流モードアクチュエータ、電歪アクチュエータ、圧電アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、電気機械バネジャッキアクチュエータなどの、如何なる好適タイプのアクチュエータともし得る。一例において、斥力を提供するバネと引力を提供するソレノイドとを用いて製造された可動支持部材を使用することができる。
【００２３】
一部の実施形態において、ステアリング可能なミラー（例えば、ＦＳＭ）を提供するために、ステアリング可能プラットフォーム１２０に光学アセンブリ（図示せず）が取り付けられる。例として、ステアリング可能ミラーは、例えばカセグレン式望遠鏡と広く呼ばれる望遠鏡に見られるような環帯（アニュラス）の形状をしたものなどの、反射面を有することができる。リアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置１００は、例えば航空機又は宇宙船の望遠鏡、レーザシステム、レーザレーダシステム、及びこれらに類するものなどの、他の用途にも同様に使用されることができる。この技術は、視線の走査及び安定化又はその他の精密ポインティング用途のためにミラーを支持するプラットフォームとして特に有効であることが見出されている。従って、一態様において、ステアリング可能プラットフォーム１２０及び／又はベース１１０は、光学アセンブリのための固定的な支持体を提供するように構成されることができる。
【００２４】
図４は、本開示の他の一例に従ったリアクション補償式ステアリング可能プラットフォーム装置４００の概略図を例示している。装置４００は、例えば、ベース４１０と支持構造（４１２の位置）との間の荷重センサ４６２ａ、４６２ｂからのフィードバックによってリアクションマス４５０を制御するための補助アクチュエータ４３２ａ、４３２ｂとともに能動的リアクションマス構成を使用することなどの、数多くの点で、装置１００と同様である。
【００２５】
このケースでは、ベース４１０へのステアリング可能プラットフォーム４２０のコネクタ４４０ａ、４４０ｂ、及びベース４１０へのリアクションマス４５０のコネクタ４４２ａ、４４２ｂが、１以上の回転自由度に加えて並進自由度における相対運動を支援するように構成されている。また、主アクチュエータ４３０ａ、４３０ｂ及び補助アクチュエータ４３２ａ、４３２ｂは、１以上の回転自由度に加えて並進自由度におけるステアリング可能プラットフォーム４２０及びリアクションマス４５０の動きを提供するために“ピストン”（例えば、直線ストローク）運動するように構成されることができ、故に、三軸装置を提供する。従って、装置４００の位置センサ４６０ａ、４６０ｂは、３自由度（２の回転及び１の並進）での位置を感知して、主アクチュエータ４３０ａ、４３０ｂのための位置フィードバックを提供するように構成されることができる。アクチュエータのピストン動作は、装置４００から持ち出され得るリアクション力及びトルクをもたらすステアリング可能プラットフォーム４２０の動きを発生させ得る（例えば、仮想的なピボット点の周りでの枢動を与える）。従って、装置４００の荷重センサ４６２ａ、４６２ｂは、３自由度（２の回転及び１の並進）での荷重を感知して、補助アクチュエータ４３２ａ、４３２ｂのための荷重フィードバックを提供するように構成されて、３自由度でのリアクション荷重を打ち消す又は相殺することを支援することができる。
【００２６】
一例において、コネクタは、Ｃフレクシャ、Ｕフレクシャ、Ｊフレクシャ、又はこれらに類するものを有することができる。この例におけるコネクタは、ｚ方向における柔軟性を提供するよう、文字“Ｃ”、“Ｕ”、又は“Ｊ”の形状で形成され得る。このようなコネクタは、ステアリング可能プラットフォーム４２０又はリアクションマス４５０の位置に対する制約として作用することができながら、なおもｚ方向において柔軟であることができ、支持構造がｚ方向に並進することを可能にすることができる。コネクタはまた、例えばｘ軸及び／又はｙ軸の周りなど、１つ以上の回転軸の周りで枢動又は回転することができる。コネクタは、例えばリンケージ機構又はリニアベアリングなど、並進自由度における動きを提供する如何なる好適な装置又は機構をも含み得る。
【００２７】
他の例と同様に、三軸装置５００は、アクチュエータ５３０ａ−ｃ（補助アクチュエータは視界から見えていない）、位置センサ５６０ａ−ｃ、荷重センサ５６２ａ−ｃ、及びコネクタ５４０ａ−ｃを有することができ、これらは、例えば図５に例示するように互いに対して１２０度の位置に配置された各タイプ３つのコンポーネントを有するなど、任意の好適な数で含められることができる。
【００２８】
本発明の一実施形態によれば、ステアリング可能プラットフォーム装置におけるリアクションの補償を支援する方法が開示される。当該方法は、ステアリング可能プラットフォーム装置を取得することを含むことができ、ステアリング可能プラットフォーム装置は、ベースと、ベースに可動的に結合されたステアリング可能プラットフォームと、ベースに可動的に結合されたリアクションマスと、ステアリング可能プラットフォーム及びベースに結合され、ステアリング可能プラットフォームの動きを発生させる主アクチュエータと、リアクションマス及びベースに結合され、リアクションマスの動きを発生させる補助アクチュエータとを有する。さらに、当該方法は、ステアリング可能プラットフォームの動きによって支持構造上に誘起される荷重の感知を支援し、リアクションマスが荷重を補償するように動くよう、補助アクチュエータの作動のためのフィードバックを提供することを含むことができる。なお、この方法では特定の順序は要求されないが、一実施形態においては概して、これらの方法ステップは順次に実行されることができる。
【００２９】
方法の一態様において、荷重の感知を支援することは、荷重センサを取得することを有することができる。方法の他の一態様において、荷重センサは、ロードセル及び加速度計のうちの少なくとも一方を有することができる。方法の更なる他の一態様において、荷重センサは、ベースと支持構造との間に結合可能にされ得る。
【００３０】
理解されるべきことには、開示された本発明の実施形態は、ここに開示された特定の構造、処理工程、又は材料に限定されず、当業者によって認識されるその均等範囲に拡張される。やはり理解されるべきことには、ここで使用されている用語は、単に特定の実施形態を説明する目的で使用されており、限定の意図はない。
【００３１】
本明細書の全体を通じての“１つの実施形態”又は“一実施形態”の参照は、その実施形態に関連して記載される特定の機構、構造、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。故に、本明細書の全体の様々な箇所で“１つの実施形態において”又は“一実施形態において”という言い回しが現れることは、必ずしも全てが同じ実施形態に言及しているわけではない。
【００３２】
ここで使用されるとき、複数の品目、構造要素、組成要素、及び／又は材料が、便宜上、共通のリストにて提示され得る。しかしながら、それらのリストは、そのリストの各メンバーが別個の独特のメンバーとして個々に特定されているかのように解釈されるべきである。故に、そのようなリストの何れの個々メンバーも、反することの示唆がない限り、単に共通のグループにて提示されていることに基づいて、同じリスト内のその他のメンバーの事実上の等価物として解釈されるべきでない。さらに、ここでは、本発明の様々な実施形態及び例が、その様々な構成要素に関する代替とともに言及されることがある。理解されるように、それらの実施形態、例、及び代替は、互いに事実上の等価物と見なされるべきでなく、本発明の別個の自立した表現と見なされるべきである。
【００３３】
また、記載された機構、構造、又は特性は、１つ以上の実施形態において好適に組み合わされ得る。説明においては、本発明の実施形態の十分な理解を提供するため、例えば長さ、幅、形状の例など、数多くの具体的詳細事項が提供されている。しかしながら、当業者が認識するように、本発明は、これらの具体的詳細事項のうちの１つ以上を用いずに実施されてもよいし、あるいは、他の方法、構成要素、材料などを用いて実施されてもよい。また、周知の構造、材料、又は処理については、本発明の態様を不明瞭にすることがないよう、詳細に示したり説明したりしていない。
【００３４】
以上の例は、１つ以上の特定の用途において本発明の原理を例示したものであり、当業者には明らかなように、発明能力の発揮なしで、本発明の原理及び概念を逸脱することなく、実装の形態、用法、及び細部における数多くの変更が為され得る。従って、以下に記載される請求項によるものを除いて、本発明を限定する意図はない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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