(57)【要約】本発明は、光学素子切換機構を提供する。切換機構は、平衡腕を使用する。光学素子は平衡腕の一端に取り付けられる。平衡腕は、第１位置から第２位置まで平衡腕を回転させる軸上に懸架される。平衡腕は、この移動中に低力外乱を与えるように平衡にされる。平衡腕を動かすように回転エネルギを与えるスプリングが、平衡腕に連結される。スプリングは、その中立位置が第１位置と第２位置との間にあるように連結され、従ってスプリングは第１位置から第２位置まで及びその逆に平衡腕を動かすようにエネルギを与える。ラッチ機構が、平衡腕を第１位置又は第２位置に選択的に保持するように設けられる。更に、ラッチ機構は、平衡腕を捕らえ且つ最終位置へ動かすのに必要な追加のエネルギを与えることができる。
2005521097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子切換機構であって、
回転軸と、
前記回転軸に連結され、第１光学素子を含む第１端を有する第１腕と、
前記第１腕に連結され、前記第１光学素子を光学通路内に置いた状態の第１位置から第２位置まで且つ前記第２位置から前記第１位置まで前記第１腕を前記回転軸上で回転させるように回転エネルギを与えるスプリング機構と、並びに
前記第１腕を前記第１位置又は前記第２位置に保持し且つ前記第１腕を選択的に解放するラッチ機構とを含み、
前記第１腕が前記第１位置から解除されたとき、前記スプリング機構が前記第１腕を前記第２位置に向けて回転させ、また、前記第１腕が前記第２位置から解除されたとき、前記スプリング機構が前記第１腕を前記第１位置に向けて回転させる、光学素子切換機構。
【請求項２】
前記回転軸は柔軟な旋回軸を含む、請求項１に記載の光学素子切換機構。
【請求項３】
前記スプリング機構は前記回転軸の周りに螺旋捩れスプリングを含む、請求項１に記載の光学素子切換機構。
【請求項４】
前記回転軸及び前記スプリング機構は捩れ棒を含む、請求項１に記載の光学素子切換機構。
【請求項５】
前記光学素子はフィルタ、ミラー、又はソースから選択された光学素子を含む、請求項１に記載の光学素子切換機構。
【請求項６】
前記ラッチ機構は磁気保持機構を含む、請求項１に記載の光学素子切換機構。
【請求項７】
前記ラッチ機構は前記第１腕を解放する磁気解除機構を更に含む、請求項５に記載の光学素子切換機構。
【請求項８】
前記ラッチ機構は前記第１腕を保持する永久磁石と、及び該永久磁石に打ち克って前記第１腕を解放する電磁石とを含む、請求項１に記載の光学素子切換機構。
【請求項９】
前記ラッチ機構は前記第１位置及び前記第２位置への腕回転を完成させる追加の回転エネルギを更に与える、請求項１に記載の光学素子切換機構。
【請求項１０】
前記第１位置及び前記第２位置への腕回転を完成させる追加の回転エネルギを与える回転エネルギ機構を更に含む、請求項１に記載の光学素子切換機構。
【請求項１１】
前記回転エネルギ機構は電動機を含む、請求項１０に記載の光学素子切換機構。
【請求項１２】
光学素子切換装置であって、
第１切換機構及び第２切換機構を含み、
前記第１切換機構は、
第１回転軸と、
前記第１回転軸に連結されていて、第１光学素子を含む第１端を有する第１腕と、
前記第１腕に連結されていて、前記第１光学素子を光学通路内に置いた状態の第１位置から第２位置まで且つ前記第２位置から前記第１位置まで前記第１腕を前記第１回転軸上で回転させるように回転エネルギを与える第１スプリング機構と、並びに
前記第１腕を前記第１位置又は前記第２位置に保持し且つ前記第１腕を選択的に解放する第１ラッチ機構とを含み、
前記第２切換機構は、
第２回転軸と、
前記第２回転軸に連結されていて、第２光学素子を含む第１端を有する第２腕と、
前記第２腕に連結されていて、前記第２光学素子を光学通路内に置いた状態の第１位置から第２位置まで且つ前記第２位置から前記第１位置まで前記第２腕を前記第２回転軸上で回転させるように回転エネルギを与える第２スプリング機構と、並びに
前記第２腕を前記第１位置又は前記第２位置に保持し且つ前記第２腕を選択的に解放する第２ラッチ機構とを含み、
前記第１ラッチ機構が前記第１腕を前記第１位置から解除し且つ前記第２ラッチ機構が前記第２腕を前記第２位置から解除したとき、前記第１スプリング機構が前記第１腕を前記第２位置に向けて回転させ且つ前記第２スプリング機構が前記第２腕を前記第１位置に向けて回転させ、また、前記第１ラッチ機構が前記第１腕を前記第２位置から解除し且つ前記第２ラッチ機構が前記第２腕を前記第１位置から解除したとき、前記第１スプリング機構が前記第１腕を前記第１位置に向けて回転させ且つ前記第２スプリング機構が前記第２腕を前記第２位置に向けて回転させる、光学素子切換装置。
【請求項１３】
前記第１腕及び前記第２腕が同一面内にある、請求項１２に記載の光学素子切換装置。
【請求項１４】
前記第１腕及び前記第２腕が異なる面内にある、請求項１２に記載の光学素子切換装置。
【請求項１５】
前記第１ラッチ機構は前記第１位置及び前記第２位置への第１腕回転を完成させる追加の回転エネルギを与える回転エネルギを更に与え、また、前記第２ラッチ機構は前記第１位置及び前記第２位置への第２腕回転を完成させる追加の回転エネルギを更に与える、請求項１２に記載の光学素子切換装置。
【請求項１６】
前記第１ラッチ機構は前記第１腕を保持する第１永久磁石と、及び該第１永久磁石に打ち克って前記第１腕を解放する第１電磁石とを含み、また、前記第２ラッチ機構は前記第２腕を保持する第２永久磁石と、及び該第２永久磁石に打ち克って前記第２腕を解放する第２電磁石とを含む、請求項１２に記載の光学素子切換装置。
【請求項１７】
前記第１腕は前記第１位置から前記第２位置まで第１回転方向に回転し、前記第２腕は前記第２位置から前記第１位置まで第２回転方向に回転し、前記第１方向及び前記第２方向は運動量相殺を与えるように逆向きである、請求項１２に記載の光学素子切換装置。
【請求項１８】
前記第１腕及び前記第２腕は互いに平衡にされて、実質的に等しい慣性及び変位を有する、請求項１２に記載の光学素子切換装置。
【請求項１９】
前記第１光学素子及び前記第２光学素子はフィルタ、ミラー、又はソースから選択された光学素子を含む、請求項１２に記載の光学素子切換装置。
【請求項２０】
光学素子切換機構であって、
回転軸と、
前記回転軸に連結されていて、第１光学素子を含む第１端を有する第１腕と、
前記第１腕に連結されていて、前記第１光学素子を光学通路内に置いた状態の第１位置から第２位置まで且つ前記第２位置から前記第１位置まで前記第１腕を前記回転軸上で回転させるように回転エネルギを与えるスプリング機構と、並びに
前記第１腕を前記第１位置又は前記第２位置に保持し且つ前記第１位置及び前記第２位置への前記第１腕回転を完成させるように追加の回転エネルギを与える第１永久磁石を有するラッチ機構とを含み、該ラッチ機構は前記第１永久磁石に打ち克って前記第１腕を解放する第１電磁石を更に含む、光学素子切換機構。
【請求項２１】
前記第１光学素子はフィルタ、ミラー、又はソースから選択された光学素子を含む、請求項２０に記載の光学素子切換機構。
【請求項２２】
第２切換機構を更に含む請求項２０に記載の光学素子切換機構であって、
前記第２切換機構は、
第２回転軸と、
前記第２回転軸に連結されていて、第２光学素子を含む一端を有する第２腕と、
前記第２腕に連結されていて、前記第２光学素子を光学通路内に置いた状態の第１位置から第２位置まで且つ前記第２位置から前記第１位置まで前記第２腕を前記第２回転軸上で回転させるように回転エネルギを与える第２スプリング機構と、並びに
前記第２腕を前記第１位置又は前記第２位置に保持し且つ前記第１位置及び前記第２位置への前記第２腕回転を完成させるように追加の回転エネルギを与える第２永久磁石を有するラッチ機構とを含み、該第２ラッチ機構は前記第２永久磁石に打ち克って前記第２腕を解放する第２電磁石を更に含む、光学素子切換機構。
【請求項２３】
前記第１腕及び前記第２腕は同一面内にある、請求項２２に記載の光学素子切換装置。
【請求項２４】
前記第１腕及び前記第２腕は異なる面内にある、請求項２２に記載の光学素子切換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光学素子（optical elements）に関し、更に詳しくは光学素子の高速切換機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学機器においては、光学素子をアパーチャまたは光学ビームに迅速に挿入・離脱させる能力の要請が多くの異なる用途においてある。従来、この切換（スイッチング）はアパーチャの内外で種々の素子を回転させるホイール機構の使用によって達成されていた。ホイール機構においては、光学素子はホイールの周囲に配置される。異なる素子が要求されるので、モータ又はその他の駆動機がホイールを回転し、所望の素子が光学経路に入ったときに停止する。これは、異なる光学素子が必要なときに光学経路に挿入されるようにする。
【０００３】
不幸にして、ホイール機構はいくつかの重大な欠点を持つ。例えば、ある素子から他の素子に切り換えるために使用される時間及びエネルギの量は、多くの用途にとって受け容れ難い。このことは、ホイールがある素子からホイールの反対側にある別の素子に切り換えるとき、特に顕著な問題点となる。ある場合には、ホイールの一方の側から他方の側へホイールを切り換えるのに十分に速くホイールを回転させることは困難である。更に、他方の端からホイールを動かすための動力の量は、過剰になる。これらの制約は、従来のホイールがホイールの縁における素子に不規則接近するよりはむしろ順次接近を与えると言うことからすべて起こる。
【０００４】
従来のホイール解決策を用いる際の別の困難は、ホイールの急速移動がイメージを不鮮明にする外乱を装置に引き起こすことである。これは、人工衛星のような光学装置を精密制御することを要求する用途において特に顕著である。急速移動ホイールによって生じた力の外乱を補償するために、従来の対策は、ホイール移動後の長い処理期間、又は信頼性を減少させながら装置の複雑性を顕著に増加させる合成力補償及び／又は絶縁機構の使用を許すように強制されていた。これらの機構は、装置の熱的安定性に否定的に衝撃を与えながら、供給及び消散されなければならない大きな動力を要求する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようにして、要請されていることは、改善された切換速度、低動力消費、低減された外乱を与える改善された光学素子切換機構である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0007]本発明は、従来技術に見られた欠点の多くを克服する光学素子切換機構（optical element switching mechanism）を提供する。切換機構は、平衡腕（balanced arm）を使用する。光学素子は平衡腕の一端に取り付けられる。平衡腕は、第１位置から第２位置まで平衡腕を回転させる軸上に懸架（suspend）される。平衡腕は、この移動中に低力外乱（low force disturbance）を提供するように平衡にされる。平衡腕を動かすように回転エネルギを与えるスプリングが、平衡腕に連結される。スプリングは、その中立位置が第１位置と第２位置との間にあるように連結され、従ってスプリングは第１位置から第２位置まで及びその逆に平衡腕を動かすようにエネルギを与える。
【０００７】
ラッチ機構が、平衡腕を第１位置又は第２位置に選択的に保持するように設けられる。更に、ラッチ機構は、平衡腕を捕らえ且つ最終位置へ動かすのに必要な追加のエネルギを与えることができる。[0008]ラッチ機構が解除されたとき、スプリングによって与えられた平衡腕にかかる張力が平衡腕の軸周りの回転移動を反対位置に向かって開始する。平衡腕が反対位置に接近するとき、ラッチ機構は新たな位置への回転を完成するように追加のエネルギを与え、平衡腕を新位置に捕らえ且つ保持する。[0009]切換機構は、限られた動力で伝送経路の内外に光学素子を急速に動かす能力を与える。
【０００８】
[0010]追加の実施例においては、多数切換機構が一体に結合されて、切換装置に光学経路の内外に多数光学素子を切り換える能力を与える。切換機構は、一方の腕が光学経路から外れて揺動したとき、他方の腕が光学経路内に揺動させるように構成されている。動作中に、現在伝送経路内にある光学素子のためのラッチ機構及び所望の光学素子のためのラッチ機構が共に解除される。切換機構のスプリングは、現在の光学素子を光学経路から外れて揺動させ且つ所望の光学素子を光学経路内に揺動させる。所望の光学素子のためのラッチ機構は、所望の光学素子を光学経路内に入れた状態で平衡腕を捕らえ且つ保持する。他の光学素子のためのラッチ機構は、平衡腕を反対位置に捕らえ且つ保持する。平衡腕の反対移動は、そうでない場合に腕移動から生じるであろう外乱移動を相殺する。
【０００９】
[0011]このようにして、２つの切換機構は、一体となって限られた動力消費及び装置外の力外乱で、ある光学素子を別の光学素子に迅速に入れ換える。[0012]本発明の上述した目的、その他の目的、特徴、及び利点は、添付図面に示されるように、本発明の好適実施例の下記の更に詳細な記載から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
[0019]本発明は、従来技術に見られる欠点の多くを克服する光学素子切換機構を提供する。切換機構は、平衡腕を使用する。光学素子は平衡腕の一端に取り付けられる。平衡腕は、第１位置から第２位置まで平衡腕を回転させる軸上に懸架される。平衡腕は、この移動中に低力外乱を与えるように平衡にされる。平衡腕を動かすように回転エネルギを与えるスプリングが、平衡腕に連結される。スプリングは、その中立位置が第１位置と第２位置との間にあるように連結され、従ってスプリングは第１位置から第２位置まで及びその逆に平衡腕を動かすようにエネルギを与える。ラッチ機構が、平衡腕を第１位置又は第２位置に選択的に保持するように設けられる。更に、ラッチ機構は、平衡腕を捕らえ且つ最終位置へ動かすのに必要な追加のエネルギを与えることができる。
【００１１】
[0020]図１において、代表的な光学素子切換機構１００が示される。切換機構１００は、腕１０２、軸１０４、腕に連結されたスプリング１０５、光学素子１０６、２つのラッチ機構１０８ａ、１０８ｂを含む。腕１０２は、光学素子を受けるように設計された任意の構造部材でもよい。腕は、好ましくは光学素子１０６の位置を有効に制御するのに十分な剛性に造られる。光学素子１０６は、光学経路に選択的に挿入するために望ましい任意の素子または素子の組合せでもよい。光学素子１０６として使用されうる共通の素子は、フィルタ、ミラー、黒体ソース（black body sources）のような光学ソースの様々な形式及び組合せを含む。軸１０４は、腕１０２の位置決め及び回転移動を与える任意の軸でよい。適切な軸１０４の例は、適切な回転移動を与える柔軟な旋回軸、ベアリング、又は曲げ要素を含む。腕１０２に連結されたスプリング１０５は、腕１０２を光学経路の内外に動かすための回転エネルギを与える。
【００１２】
スプリング１０５は、所望の時間拘束内で腕を動かすのに十分なエネルギを与える任意の適切なスプリング構造でもよい。スプリング１０５は、腕が光学経路と外側位置との間にある状態で、スプリングの中立位置がほぼ中心にあるように、連結される。このようにして、スプリング１０５は、腕１０２を両方向に動かすことができる。スプリング１０５として用いられ得るスプリングの例は、コイル、螺旋、若しくは捩れ棒、又は並進引張若しくは圧縮スプリングのような回転スプリングを含む。
【００１３】
ラッチ機構１０８ａ、１０８ｂは、腕を両位置に選択的に保持する能力を与える。各ラッチ機構１０８は、腕１０２を定位置に捕らえ且つ保持する任意の適切な機構を含むことができる。ラッチ機構１０８として用いられ得る機構の例は、腕１０２を選択的に保持する能力を与える磁気装置を含む。更に、ラッチ機構１０８は、腕を回転中に捕らえ且つ最終位置まで動かすのに要する任意の追加エネルギを与えるように構成されることができる。代案として、別個の回転機構が、回転を完成するのに要する回転エネルギを与えるように加えられてもよい。
【００１４】
[0021]切換機構１００の動作中、切換が所望の状態になるまで、ラッチ機構１０８は腕１０２を定位置に保持する。ラッチ機構１０８（１０８ａのような）が解除されたとき、スプリング１０５によって与えられた腕１０２に掛かる張力が軸１０４上の腕１０２の回転移動を反対位置に向けて開始する。腕１０２が反対位置に接近したとき、反対のラッチ機構１０８（１０８ｂのような）が新位置への回転を完成するように追加のエネルギを与え、そして、腕１０２を新位置で捕らえ且つ保持する。切換機構１００は、このようにして限られた動力消費及び限られた物理的外乱で光学経路内外に光学素子１０６を急速に動かす能力を与える。
【００１５】
[0022]図２において、多数光学素子１０６を光学経路内外に切り換える能力を与えるように一体に組み合わされた光学素子切換装置２００が示される。図示例では、３つの切換機構装置１００が３つの異なる光学素子１０６を選択されるようにする。勿論、これは単なる一例であり、光学素子切換装置は空間の許す限度内で任意の数の切換機構１００を設けることができる。
【００１６】
[0023]光学素子切換装置２００は、１つの光学素子１０６が光学経路から外れたときに、別の光学素子１０６が光学経路へ入ることが望まれる。動作中、現在光学経路内にある光学素子１０６のためのラッチ機構１０８及び所望の光学素子１０６のためのラッチ機構１０８が共に解放される。切換機構１００のスプリング１０５が現在の光学素子１０６を光学経路から外し且つ所望の光学素子１０６を光学経路内へ入れる。
【００１７】
[0024]図３において、光学素子切換装置２００は、現在光学経路内にある光学素子１０６のためのラッチ機構１０８及び所望の光学素子１０６のためのラッチ機構１０８が解除された後で、且つ、腕１０２が各切換機構１００のスプリング１０５によって回転されつつある状態を示す。特に、古い光学素子１０６のためのスプリング１０５が古い光学素子１０６を光学経路外に動かすための回転エネルギを与えつつある。同様に、新しい光学素子１０６のためのスプリング１０５が新しい光学素子１０６を光学経路内に動かすための回転エネルギを与えつつある。腕は反対方向に同時に動かされつつあり、従って腕移動から生じるであろう外乱力の相殺を共に与えることに注目されたい。個々に整合された平衡腕、整合スプリング、等しい偏向角度によって、切換装置は外力、モーメント、不平衡運動量を生じない。
【００１８】
[0025]図４において、光学素子切換装置２００は、古い光学素子１０６を光学経路外にある状態で、古い光学素子１０６のためのラッチ機構１０８が腕１０２を新位置に捕らえ且つ保持した後の状態を示す。同様に、新しい光学素子１０６を光学経路内にある状態で、新しい光学素子１０６のためのラッチ機構１０８が腕１０２を新位置に捕らえ且つ保持する。このようにして、光学素子切換装置は、限られた動力消費及び装置外の力外乱である光学素子を別の光学素子に迅速に入れ換える能力を与える。
【００１９】
[0026]図５において、第１位置から第２位置まで及び第１位置に戻る移動中の腕の位置を作図したタイミング・グラフが示される。時刻Ｔ１において、ラッチ機構は解除され、且つスプリングが腕の移動を開始する。スプリングに貯えられたポテンシャル・エネルギがスプリングを動かすための一次エネルギを与えるので、スプリングは通常の正弦曲線移動に追従する。正弦曲線移動のパラメータは、ばね定数、回転強さ、並びに腕、光学素子、ラッチ機構、及び任意平衡ウエイトの慣性のような装置の固有のパラメータによって決定される。通常、これらの要素及びばね定数は、合成振動の自然周期が要求される切換速度の２倍になるように、第１回転モード機械的共振を有するように選定される。例えば、光学素子が２５ミリ秒で切り換えられなければならないならば、装置の第１モードは少なくとも２０Ｈｚに要請され、いくらかの追加安定時間及び余裕が２０Ｈｚをわずかに超えたモードに増加させることによって通常与えられる。
【００２０】
[0027]時刻Ｔ２において、腕はスプリングの自然中心（natural center）を通過する。スプリング上のこの点から、もはや腕に追加のエネルギを与えず、スプリングはその代わりに腕を減速し次の切換のためのポテンシャル・エネルギを貯えるように作用する。時刻Ｔ３において、スプリングによって与えられた運動エネルギはほぼ消費されてしまう。しかし、装置内の不可避摩擦のために、腕は第２位置まで完全にまだ動かされない。従って、時刻Ｔ３において、ラッチ機構は腕に係合して、腕を第２位置までの途中の残りを動かすのに要する追加エネルギを与える。このようにして、時刻Ｔ４において、腕は第２位置で休止する。
【００２１】
[0028]このようにして、第１位置から第２位置までの移動の１サイクルが完了する。ラッチ機構は必要なだけ長く腕をこの位置に保持する。腕が再び動かされるべき場合には、時刻Ｔ５において、ラッチ機構が再び解除し、行程が再開する。時刻Ｔ６において、腕はスプリングの自然中心を通過する。時刻Ｔ７において、スプリングによって与えられた運動エネルギはほぼ消費され、そして、ラッチ機構が再び係合されて、第１位置への戻りを完成するのに要する追加エネルギを与える。時刻Ｔ８において、腕は第１位置に休止する。
【００２２】
[0029]光学素子切換装置は、多くの異なる形態に実施され得る。例えば、多数腕が同一面内（同一面内の光学素子が異なる時刻においてのみ挿入されなければならないが）で動くように配置され得る。追加の光学素子が第１面のいずれかの側に追加の面を加えることによって、この点を超えて加えられ得る。追加の面がわずかにずらされて第１面との間隙をつくり、且つ、追加面がビームの周りにわずかに回転されてスプリングに対する非干渉を与える。
【００２３】
[0030]図６において、第２グループの３つの切換機構１００が最初の３つのグループと異なる面内に加えられた光学素子切換装置が図示される。[0031]食い違い面に収容され得る光学素子の合計数は多分限定されないが、代表的設計配置は各面内に３つの光学素子を設けた３つの面の光学素子を含む。この配置を用いることは、９つの光学素子にいつでも不規則接近することを許す。この配置は１つのみの光学素子が一度に光学経路内にあるように構成され得るが、異なる面から異なる光学素子が同時に光学経路内に置かれることを許すように構成され得ることを注意されたい。
【００２４】
[0032]合理的に可能な限り腕の移動の効果を相殺することが一般に望ましい。この理由のために、腕は好ましくは同一偏向角度、慣性、スプリング、及び自然周波数に設計される。これは、例えば、剛性において類似したスプリングを選択し、次いで各腕を同じ自然周波数に変えることによっていくつかの仕方で達成され得る。装置は、あるフィルタが取り除かれたとき、別のフィルタが挿入される場合に作動される。２つの合成モーメント、力、運動量が本質的に相殺される。各腕を平衡にすることによって、腕モーメントによって発生された外力が最小化される。
【００２５】
[0033]ラッチ機構は好ましくは腕保持を与え且つ腕に追加の運動エネルギを与えるように設計される。各腕は、その調和運動の限度が光学経路内への完全な位置及び光学経路外の完全な位置である場合に、腕自体の自然共振を介して（光学経路内外に）切り換えられる。切換をできるだけ少ない動力消費にするために、低い減衰（高いＱ）をこの共振が持つことが望ましい。これを有用にするために、ラッチ機構は腕を各極端で保持するように用いられる。ラッチ機構なしでは、腕は、運動エネルギ（運動）とポテンシャル・エネルギ（ばね力）が切り換えられる場合に、２つの極端間で自然調和運動を介して単に振動するだけである。ラッチ機構は、構造上の減衰、風損等によって装置内の損失を補償するのに要する余分な運動エネルギを与える。
【００２６】
[0034]ラッチ機構は、機械的又は磁気的のいずれでもよく、その目的はスプリングの力に抗して運動のいずれかの極端に腕を保持することである。この機構は動力消費を伴わずに腕を保持することができることが、望ましいが必要ではない。この機構が損失を補償するように装置にエネルギを加えることは有利ではあるが、要求はされない。
【００２７】
[0035]ラッチ機構の好適実施は、磁石が腕を保持し且つ電磁コイルが永久磁石に対抗し、腕を解放するように、電磁コイルと共に永久磁石を使用することである。平衡錘が光学フィルタを平衡させるのに通常は必要であるので、好適実施は光学素子から腕の反対側に鉄を置くことである。図７において、好適ラッチ機構１０８の頂部断面が示される。ラッチ機構１０８は、永久磁石７０８を包囲する電磁コイル７０６を含む。磁束路を完成する鉄製ケース７０４が、磁石を包囲する。鉄７０２は、腕１０２の端に含められる。この実施例においては、鉄７０２は、磁気吸引を腕に加えるように働き且つ腕を平衡にする平衡錘としても作用できる。鉄が好ましいが、その他の適切な強磁性材料が使用され得ることに注意されたい。
【００２８】
動作中、永久磁石７０８は腕を定位置に保持するように働き、動力の消費を必要とせずにそれを行う。腕１０２が解除されるべきとき、パルスが電磁石７０６に与えられる。これは、電磁石７０６を一時的にオンに変え、永久磁石７０８の磁力を圧倒し、従って腕１０２を解放する。電磁石７０６がオフに変えられる前に、ばね力が腕１０２を離れさせる。腕１０２が他の位置に揺動したとき、腕がラッチ機構によって解除されるまで、他のラッチ機構上にある永久磁石７０８は腕１０２を最終位置に回転させるのに必要な追加のエネルギを与える。
【００２９】
[0036]ラッチ機構の第２の実施は、電磁コイルを再びストップ上に配置した状態にして、永久磁石を腕に配置することである。これは、運動の両極端に動力切り保持を許し、より洗練された制御技術の使用を許す。例えば、腕は解除時に押されて装置にエネルギを加え、腕が到達し且つ停止するまで、捕獲磁石が遮断する。一端停止されると、対抗コイルは減勢され、永久磁石が腕を定位置に保持する。この種のラッチ装置の利点は、外乱を最少にし、腕により高い構造上のモードを与え、スプリングを十分な時間安定にすることである。即ち、押込みは過渡期に安定する腕を励起し、次いでそれが単純な調和運動によって停止し、保持されるので、ストップ内に打ち付けることによって再励起される。これらの制御は、開放ループ（タイミングのみに基づく）又は位置センサの追加を伴う閉ループであってもよい。
【００３０】
[0037]このように実施されたラッチ機構は、腕を中央零エネルギ位置に安定させるならば、腕を再開始させる方法を与える追加の利点を有することができる。特に、腕の自然共振周波数で交互に付勢されるように電磁石を制御することによって、腕の振幅が腕を再掛止するのに十分に高くなるまで、腕の自然調和運動が確立され得る。
【００３１】
[0038]好適実施例においては、腕を定位置に保持するラッチ機構が損失を補償するのに必要な追加の運動エネルギを与えるように用いられるが、代わりにエネルギがその他の回転エネルギ機構によって与えられ得ることに注意されたい。その他の機構の例は、トルク・モータ及びその他のこの種の装置を含む。追加のエネルギを与えるためにモータを使用することは、機械的ラッチのような装置にエネルギを加えない交番ラッチ機構の使用を許す。
【００３２】
[0039]本発明は、従来技術に見られた欠点の多くを克服する光学素子切換機構を提供する。切換機構は、平衡腕を使用する。光学素子は平衡腕の一端に取り付けられる。平衡腕は、第１位置から第２位置まで平衡腕を回転させる軸上に懸架される。平衡腕は、この移動中に低力外乱を与えるように平衡にされる。平衡腕を動かすように回転エネルギを与えるスプリングが、平衡腕に連結される。スプリングは、その中立位置が第１位置と第２位置との間にあるように連結され、従ってスプリングは第１位置から第２位置まで及びその逆に平衡腕を動かすようにエネルギを与える。
【００３３】
ラッチ機構が、平衡腕を第１位置又は第２位置に選択的に保持するように設けられる。更に、ラッチ機構は、平衡腕を捕らえ且つ最終位置へ動かすのに必要な追加のエネルギを与えることができる。ラッチ機構が解除されたとき、スプリングによって与えられた腕に掛かる張力が腕の軸周りの回転移動を反対方向に向けて開始する。腕が反対位置に接近したとき、ラッチ機構は新位置への回転を完成させるように追加のエネルギを与え、腕を新位置に捕らえ且つ保持する。
【００３４】
[0040]このようにして、切換機構は、限られた動力消費及び限られた物理的外乱で伝送経路の内外に光学素子を急速に動かす能力を与える。[0041]本発明は好適実施例を参照して特別に示され且つ記載されてきたが、形体及び詳細の様々な変形が本発明の精神を逸脱せずになされ得ることを、当業者であれば理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】光学素子切換機構の斜視図である。
【図２】光学素子切換装置の概略上面図である。
【図３】光学素子切換装置の概略上面図である。
【図４】光学素子切換装置の概略上面図である。
【図５】光学素子切換装置の腕位置表す位置グラフである。
【図６】光学素子切換装置の概略上面図である。
【図７】ラッチ機構の断面上面図である。
【図１】
2005521097.tif 000003
【図２】
2005521097.tif 000004
【図３】
2005521097.tif 000005
【図４】
2005521097.tif 000006
【図５】
2005521097.tif 000007
【図６】
2005521097.tif 000008
【図７】
2005521097.tif 000009
【国際調査報告】
2005521097.tif 000010
2005521097.tif 000011
2005521097.tif 000012