(57)【要約】【課題】少ない消費電力で外力を必要とせずに傾斜させた状態で保持させることができる光偏向装置及びそれに用いられる半球体の傾斜方法を提供する。【解決手段】お椀型の半球体２と、半球体２の上部を覆うようにして形成された平坦な反射面３と、半球体２内に収納した金属球３と、半球体２を所定の角度に傾斜させる駆動装置６と、からなる。また、上部を覆うようにして反射面３が形成された半球体２内に金属球３を収納し、半球体２を所定の角度に傾斜させて、その状態を保持する際、半球体２の中心部の周りの回転モーメントよりも前記回転モーメントに抗して発生する最大摩擦力の回転モーメントを大きくする。【選択図】　　　図１
2004125896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
椀型の半球体と、前記半球体の上部を覆うようにして形成された平坦な反射面と、前記半球体内に収納した金属球、液体又は粉体と、前記半球体を所定の角度に傾斜させる駆動装置と、からなることを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
上部を覆うようにして反射面が形成された椀型の半球体内に金属球、液体又は粉体を収納し、前記半球体を所定の角度に傾斜させて、その状態を保持する光偏向装置に用いられる半球体の傾斜方法において、
前記半球体の中心部の周りの回転モーメントよりも前記回転モーメントに抗して発生する最大摩擦力の回転モーメントが大きいことを特徴とする半球体の傾斜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意の多点間を光波によって自由接続する光インターコネクション等に好適に用いられ、傾斜した状態で維持する光偏向装置及びそれに用いられる半球体の傾斜方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光偏向装置は、特開平１１−３２６７９４号公報に開示されている。
即ち、特開平１１−３２６７９４号公報には、一方の面に半円形状に形成された凹部を有する２つの支持体が互いに凹部側を対向させて貼り合わされ、この凹部により囲まれた球状中空部内にこの球状中空部の径よりも小さい半径を有する内部に中空部を有する球体と、前記球体と前記球状中空部との間に封入された液体と、この中空部内にあって、前記球体の中心部を通り、前記球体に保持された平面部と、中空部内に収納された帯電特性が異なる材料からなる２つの帯電領域と、前記球体に電界を印加する駆動電極とからなり、前記球体に前記駆動電極により電界を印加して球体を所定の傾斜角で安定に保持して、前記平面部へ入射した入射光を所望の方向に反射光として反射させることができる光偏向装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３２６７９４号公報（第５−６頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反射光は、前記球体と前記球状中空部との間に封入された液体によって偏向角が異なるので、平面部に入射した入射光を同一方向に偏向させるためには光学設計が非常に複雑になってしまうといった問題点があった。
この対策として、赤道面が入反射面であり、球面を底部とする半球体を用いた光偏向装置が考えられた。この装置によれば、大気中で入反射を行うことができるため前記した問題が解決される。
しかし、半球体を傾けた際に重心が移動することにより、重力による回転モーメントが発生し、半球体を所定の傾斜角で保持させるための回転モーメントに釣り合う外力を作用させ続ける必要があった。このため、消費電力も大きかった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、少ない消費電力で外力を必要とせずに傾斜させた状態で保持させることができる光偏向装置及びその傾斜方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発明は、お椀型の半球体と、前記半球体の上部を覆うようにして形成された平坦な反射面と、前記半球体内に収納した金属球、液体又は粉体と、前記半球体を所定の角度に傾斜させる駆動装置と、からなることを特徴とする光偏向装置を提供する。
第２の発明は、上部を覆うようにして反射面が形成されたお椀型の半球体内に金属球、液体又は粉体を収納し、前記半球体を所定の角度に傾斜させて、その状態を保持する光偏向装置に用いられる半球体の傾斜方法において、前記半球体の中心部の周りの回転モーメントよりも前記回転モーメントに抗して発生する最大摩擦力の回転モーメントが大きいことを特徴とする光偏向装置に用いられる半球体の傾斜方法を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の光偏向装置の実施形態について図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本発明の光偏向装置の実施形態を示す図であり、（Ａ）は、静止した状態の断面図を示し、（Ｂ）は、底面から見た底面図である。図２は、本発明の光偏向装置の実施形態の所定の角度に傾斜した状態を示す断面図である。図１及び図２中、鉛直上向をＺ軸とし、このＺ軸に直交する平面内に互いに直交するＸＹ軸をとることにする。
【０００８】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本発明の実施形態の光偏向装置１は、お椀型の半径ｒの半球体２と、この上部を覆うようにして形成された平坦な反射面３と、この半球体２内にあって、この底部４に載置されて収納された金属球５と、この半球体２を傾斜させる駆動装置６と、からなる。駆動装置６は、Ｘ軸及びＹ軸回転駆動装置８、９及び支持接触部１０からなる。なお、この半球体２は、球面側を下方に向けて、載置台７上に載置されている。
【０００９】
ここで、半球体２を所定の角度に傾斜させた状態で固定できる原理について説明する。
以下では、半球体２の半径をｒ、その質量をｍ１とし、この半球体２を１５°傾けた場合を考える。金属球５の質量は、ｍ０とする。また、半球体２を傾斜させない場合には、金属球５を収納した半球体２の重心は、鉛直方向における中心部Ｏを通る半径上の位置Ｍ１に存在する。
【００１０】
図２に示すように、半球体２を１５°傾けた状態では、金属球５の重心の位置Ｍ０は、移動しないが、半球体２の重心の位置は、Ｍ１からＭ２に移動する。この状態では、金属球５を収納しない状態での半球体２の重心に作用する力は、ｍ１ｇ（ｇ：重力）である。中心部Ｏと重心の位置Ｍ１を結ぶ直線と重心Ｍ２を鉛直方向に延長した直線との距離をｈとすると、半球体２の中心部Ｏの周りの回転モーメントＬ１は、ｍ１ｇ×ｈである。
【００１１】
また、回転モーメントＬ１に抗して発生する最大摩擦力は、半球体２の載置台７に対する最大摩擦係数をμとして、μ（ｍ０＋ｍ１）ｇとなり、半球体２の中心部Ｏの周りの回転モーメントＬ２は、μ（ｍ０＋ｍ１）ｇ×ｒである。
この時、Ｌ２＞Ｌ１であれば、半球体２は１５°傾けた状態で保持される。
【００１２】
実際に、半球体２にポリエチレン、金属球５にタングステンを用いた場合には以下のようになる。
金属球５と半球体２の外郭の体積を等しいとした場合に、タングステンの比重は、１９．４、ポリエチレンの比重は、０．９４であるので、ｍ０≒２０ｍ１である。また、ｒ≒６ｈである。この結果、半球体２の中心部Ｏの周りの摩擦力による回転モーメントＬ２＝μ×２１ｍ１ｇ×６ｈとなるので、Ｌ１＝ｍ１ｇと比較すると、
μ＞１／１２６で容易にＬ２＞Ｌ１の関係を満たせることがわかる。
同様に、半球体２を１５°以上傾けて静止させることができるが、４５°以下である方が望ましい。
【００１３】
次に、金属球５を収納した半球体２を所定の角度に傾斜させる方法について説明する。
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、半球体２の球面の底面には、Ｘ軸方向に配置され、Ｘ軸方向に中心軸を有し、この周りに回転させる駆動部を含む円柱状のＸ軸回転駆動装置８、Ｙ軸方向に配置され、Ｙ軸方向に中心軸を有し、この周りに回転させる駆動部を含む円柱状のＹ軸回転駆動装置９、ＸＹ軸方向の斜め方向に配置され、方向自在に回転する球状の支持接触部１０が配置され、半球体２を支持している。
【００１４】
例えば、Ｘ軸方向に沿って傾ける場合には、Ｘ軸回転駆動装置８は、駆動させずに、Ｙ軸方向に配置されたＹ軸回転駆動装置９を中心軸の周りに回転させると、支持接触部１０は、方向自在に回転するので、半球体２をＸ軸方向に沿って所定の角度に傾けることができる。
Ｙ軸方向に沿って傾ける場合も同様に、Ｙ軸回転駆動装置９は、駆動させずに、Ｘ軸方向に配置されたＸ軸回転駆動装置８を中心軸の周りに回転させると、支持接触部１０は、方向自在に回転するので、半球体２をＹ軸方向に沿って傾けることができる。
このように、Ｘ軸及びＹ軸回転駆動装置８、９を調節して、所定の角度に傾斜させることができる。
【００１５】
以上のように本発明の実施形態によれば、椀型の半球体２と、この上部に形成された平坦な反射面３と、この半球体２に収納した金属球５と、半球体２を所定の角度に傾斜させる駆動装置６と、からなるので、外力を必要とせずに傾斜させた状態で保持することができる光偏向装置１を得ることができる。
【００１６】
また、Ｘ軸及びＹ軸回転駆動装置８、９を調節することにより、半球体２の中心部の周りの回転モーメントよりも前記回転モーメントに抗して発生する最大摩擦力の回転モーメントが大きいので、少ない消費電力で所定の角度で傾斜した状態を保持することができる。
なお、金属球５の代りに液体又は粉体を用いても良い。また、半球体２を回転制御する装置は、本発明の実施形態に限られないことはいうまでもない。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、椀型の半球体と、前記半球体の上部に形成された平坦な反射面と、前記半球体に収納した金属球、液体又は粉体と、前記半球体を所定の角度に傾斜させる駆動装置と、からなるので、外力を必要とせずに傾斜させた状態で保持させることができる。また、半球体の中心部の周りの回転モーメントよりも前記回転モーメントに抗して発生する最大摩擦力の回転モーメントが大きいので、少ない消費電力で所定の角度で傾斜させることができ、その状態を保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光偏向装置の実施形態を示す図であり、（Ａ）は、静止した状態の断面図を示し、（Ｂ）は、底面から見た底面図である。
【図２】本発明の光偏向装置の実施形態の所定の角度に傾斜した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…光偏向装置、２…半球体、３…反射面、４…底部、５…金属球、６…駆動装置、７…載置台、８…Ｘ軸回転駆動装置、９…Ｙ軸回転駆動装置、１０…支持接触部
【図１】
2004125896.tif 000003
【図２】
2004125896.tif 000004