(57)【要約】【課題】ジンバル機構等の複雑な機構部品や、電磁モータの機構を有するアクチュエータ等を用いることなく、構成が簡素化され、製造の容易化、装置構成の小型化、軽量化が図られた傾斜偏向器を提供する。【解決手段】凹球面状の凹部１を有する支持体２と、凹部１の内壁面に沿って移動可能な可動体３とにより構成する。凹部１の内壁面と可動体３との間の空隙部に電界共役流体５を充填し、この電界共役流体５中に浸潰させて電極６ａ，６ｂを設ける。可動体３には光学素子を取付ける。電極６ａ，６ｂ間に高電圧を印加すると、電界共役流体５において動力が発生し、可動体３が凹部１の内壁面に沿って移動操作される。【選択図】図１
2005258072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹球面状の凹部を有する支持体と、
前記支持体の凹部内に配置され、この凹部の内壁面に沿って移動可能となされた可動体と、
前記可動体に取付けられた光学素子と、
前記支持体の凹部の内壁面と前記可動体との間の空隙部に充填された電界共役流体と、
前記電界共役流体中に浸潰された少なくとも１対の電極と
を備え、
対となる電極は、これら電極間に高電圧が印加されると、前記電界共役流体において動力を発生させて、前記可動体を前記支持体の凹部の内壁面に沿って移動させること
を特徴とする傾斜偏向器。
【請求項２】
前記電界共役流体において発生する動力は、この電界共役流体が前記一対の電極のうちの一方から他方に向かう方向に相対的に移動して噴流を形成することにより発生し、前記可動体に対して、当該方向に作用するものであること
を特徴とする請求項１記載の傾斜偏向器。
【請求項３】
前記可動体は、前記支持体の凹部に略々対応した大きさの凸球面部を有する略々半球体状に形成され、この凸球面部を前記支持体の凹部内に進入させて設置されており、
前記電界共役流体中に浸潰された電極を２対以上有すること
を特徴とする請求項１、または、請求項２記載の傾斜偏向器。
【請求項４】
前記２対の電極は、それぞれにおいて一方の電極から他方の電極に至る線分が互いに略々直交する位置に配置されており、前記可動体を、直交する２軸を中心として回動操作すること
を特徴とする請求項３記載の傾斜偏向器。
【請求項５】
前記可動体の凸球面部の表面部には、微小な凹凸部、または、微小な毛状突起が多数形成されていること
を特徴とする請求項３、または、請求項４記載の傾斜偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視カメラやレーザ光を用いた送受信装置等において使用され、回動操作可能な光反射部材によって光束を反射させることにより、この光束を偏向させる傾斜偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、監視カメラやレーザ光を用いた送受信装置等においては、入射光や出射光を任意の方向に偏向させることが必要となる場合がある。そして、このように光束を偏向させるためには、回動操作可能な光反射部材を有する偏向器が用いられている。すなわち、光反射部材により反射された光束は、この光反射部材が回動操作されることにより、この光反射部材の回動角度の２倍の角度をもって偏向される。
【０００３】
従来の偏向器としては、特許文献１に記載されているように、互いに直交する２軸によって可動体を回動可能に支持し、この可動体を電磁力によって移動操作するように構成されたものが知られている。
【０００４】
図５は、従来の偏向器である２軸アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【０００５】
この偏向器は、図５に示すように、基台１０１と、この基台１０１により回動可能に支持された外枠１０２と、この外枠１０２により回動可能に支持された可動体となる内板１０３とを有して構成されたものがある。
【０００６】
基台１０１は、略コの字型をしており、互いに対向する両端側部分に一対の挿入孔１０１ａ，１０１ｂを有している。この基台１０１の一端側部分には、第１アクチュエータ１０５が取付けられている。この第１アクチュエータ１０５は、電磁モータの機構を内蔵して構成されている。
【０００７】
外枠１０２は、枠形状をしており、対向する一組の辺の一方には、外枠シャフト１０２ａが設けられ、他方には、第１アクチュエータシャフト固定部１０２ｄが設けられている。外枠シャフト１０２ａは、基台１０１の挿入孔１０１ａに挿入されて支持されている。この挿入孔１０１ａには、ボールベアリング等の軸受１０１ｃが挿入され、この軸受け１０１ｃに外枠シャフト１０２ａが貫通されている。第１アクチュエータシャフト固定部１０２ｄには、第１アクチュエータ１０５の出力軸が、挿入孔１０１ｂを介して取付けられている。すなわち、外枠１０２は、第１のアクチュエータ１０５の出力軸とともに、基台１０１に対して、外枠シャフト１０２ａの軸周りに回転可能に支持されている。
【０００８】
また、外枠１０２の他の対向する一組の辺の一方には、取り付け孔１０２ｂが設けられ、他方には、第２のアクチュエータシャフト貫通孔１０２ｅが設けられている。そして、この外枠１０２には、取り付け板１０７を介して、第２のアクチュエータ１０６が取付けられている。この第２アクチュエータ１０６は、電磁モータの機構を内蔵して構成されている。
【０００９】
この第２のアクチュエータ１０６は、第２のアクチュエータシャフト貫通孔１０２ｅを介して、出力軸を外枠１０２の内方側に進入させている。この第２のアクチュエータ１０６の出力軸には、内板１０３が固定されている。
【００１０】
この内板１０３は、第２のアクチュエータ１０６の出力軸に固定された側の反対側に、出力軸と同軸のシャフト１０４を有しており、このシャフト１０４を、取り付け孔１０２ｂに挿通させている。すなわち、内板１０３は、第２のアクチュエータ１０６の出力軸とともに、外枠１０２に対して、シャフト１０４の軸周りに回転可能に支持されている。
【００１１】
そして、内板１０３には、中央部分に光反射部材（鏡）１０８が取付けられている。
【００１２】
この偏向器において、内板１０３のシャフト１０４及び第２のアクチュエータ１０６の出力軸を結ぶ仮想的な軸をＸ軸とし、外枠１０２の外枠シャフト１０２ａ及び第１のアクチュエータ１０５の出力軸を結ぶ仮想的な軸をＹ軸とすると、これら両軸は、互いに直交している。この偏向器においては、外枠１０２と内板１０３とは、ジンバル機構を形成している。
【００１３】
この偏向器においては、第１のアクチュエータ１０５により、光反射部材（鏡）１０８のＹ軸まわりの回転偏向が行われ、第２のアクチュエータ１０６により、光反射部材（鏡）１０８のＸ軸まわりの回転偏向が行われる。そして、これら各アクチュエータ１０５，１０６による回転偏向を同時に行うことにより、光反射部材（鏡）１０８を所望の方向に回転偏向させることが可能である。
【特許文献１】特開２００２−３５４７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、前述したような従来の偏向器においては、光反射部材を支持するためのジンバル機構や、この光反射部材を移動操作するための動力源となる電磁モータの機構を有するアクチュエータなどを備えなければならないため、構成が複雑であり、構成部品点数も多く、製造が煩雑、困難である。また、このような偏向器においては、光反射部材の面積に対して、装置全体の構成が大きくなってしまい、小型化、軽量化が困難である。
【００１５】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、ジンバル機構等の複雑な機構部品や、電磁モータの機構を有するアクチュエータ等を用いることなく、構成が簡素化され、製造の容易化、装置構成の小型化、軽量化が図られた傾斜偏向器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の課題を解決するため、本発明に係る傾斜偏向器は、凹球面状の凹部を有する支持体と、この支持体の凹部内に配置されこの凹部の内壁面に沿って移動可能となされた可動体と、この可動体に取付けられた光学素子と、支持体の凹部の内壁面と可動体との間の空隙部に充填された電界共役流体と、この電界共役流体中に浸潰された少なくとも１対の電極とを備え、対となる電極は、これら電極間に高電圧が印加されると、電界共役流体において動力を発生させて、可動体を支持体の凹部の内壁面に沿って移動させることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明は、前記傾斜偏向器において、電界共役流体において発生する動力は、この電界共役流体が一対の電極のうちの一方から他方に向かう方向に相対的に移動して噴流を形成することにより発生し、可動体に対して、当該方向に作用することを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、本発明は、前記傾斜偏向器において、可動体は、支持体の凹部に略々対応した大きさの凸球面部を有する略々半球体状に形成され、この凸球面部を支持体の凹部内に進入させて設置されており、電界共役流体中に浸潰された電極を２対以上有することを特徴とするものである。
【００１９】
そして、本発明は、前記傾斜偏向器において、２対の電極は、それぞれにおいて一方の電極から他方の電極に至る線分が互いに略々直交する位置に配置されており、可動体を、直交する２軸を中心として回動操作することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明は、前記傾斜偏向器において、可動体の凸球面部の表面部には、微小な凹凸部、または、微小な毛状突起が多数形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る傾斜偏向器においては、支持体の凹部の内壁面と可動体との間の空隙部に充填された電界共役流体に高電圧を印加することにより、この電界共役流体において発生する噴流（ジェット流）を駆動源として、可動体が移動操作されるので、ジンバル機構等の複雑な機構部品や、電磁モータの機構を有するアクチュエータ等を用いる必要がなく、必要な光学素子の面積に対して、全体の装置構成を小型化、軽量化することが可能となる。
【００２２】
すなわち、本発明は、ジンバル機構等の複雑な機構部品や、電磁モータの機構を有するアクチュエータ等を用いることなく、構成が簡素化され、製造の容易化、装置構成の小型化、軽量化が図られた傾斜偏向器を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る傾斜偏向器の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る傾斜偏向器の構成を示す縦断面図である。
【００２５】
この傾斜偏向器は、図１に示すように、凹球面状の凹部１を有する支持体２を備えて構成される。この支持体２の凹部１内には、この凹部１の内壁面に沿って移動可能となされた可動体３が配置されている。この可動体３は、支持体２の凹部１に略々対応した大きさの凸球面部を有する略々半球体状に形成され、この凸球面部を下方側に向け、支持体２の凹部１内に進入させて設置されている。
【００２６】
すなわち、この可動体３は、凸球面部を、支持体２の凹部１の内壁面に沿わせた状態で、移動可能に支持されている。
【００２７】
そして、可動体３の上面側の平面部４には、図示しない光学素子が取付けられている。なお、この光学素子は、光反射部材（鏡）であってもよく、その他のプリズム等の光学部品や、発光素子や受光素子などの光電素子であってもよい。
【００２８】
また、支持体２の凹部１の内壁面と可動体３の凸球面部との間の空隙部には、電界共役流体（Electro-Conjugate Fluid）５が充填されている。そして、この電界共役流体５中には、少なくとも１対の電極６ａ，６ｂが浸潰されて配置されている。
【００２９】
この傾斜偏向器において用いる電界共役流体５は、電極６ａ，６ｂ間の印加電圧に応じて、これら電極６ａ，６ｂ間に移動流を形成することが可能な液体である。また、この電界共役流体５は、移動流を形成することができる使用温度において液体であり、実質的に絶縁性を有している。
【００３０】
このような特性を有する電界共役流体５の例としては、デカン二酸ジブチル、ドデカン二酸ジブチル（ＤＢＤＤ）、ドコサン二酸ジブチル、モノブチルマレエート（ＭＢＭ）、トリエチレングリコールジアセテート、フマル酸ジブチル（ＤＢＦ）、２−エチルヘキシルパルミテート（商品名：「エキセパールＥＨ−Ｐ」）、及び、２−エチルヘキシルベンジルフタレート（商品名：「プラサイザーＢ−８」）などのような有機化合物が挙げられる。
【００３１】
また、これらの有機化合物を複数を組み合わせて混合液として使用することもできる。なお、これらは電界共役流体５の一例であり、電界共役流体５は、これらの有機化合物や混合物のみに限定されるものではない。
【００３２】
図２は、可動体の形状を示す斜視図である。
【００３３】
可動体３は、図２に示すように、凸球面部を有する略々半球体状に形成されており、中心０を含む上面側の平面部４が、光反射部材やその他の各種光学素子などが搭載される面となっている。そして、この可動体３は、凸球面部の表面部と支持体２の凹部１の内壁面との間を等間隔に保ちながら、平面部４上の光学素子を回転偏向させる。
【００３４】
支持体２の凹部１内には、周縁部分に位置して、円環状突起７が形成されている。また、この凹部１内には、略々中心底部に位置して、突起状の中心支持部８が突設されている。
【００３５】
可動体３は、円環状突起７の内周側に位置する電界共役流体５によって支持されているとともに、中心支持部８により、鉛直方向について位置決めされて支持されている。支持体２の凹部１内において円環状突起７に囲まれた内壁面は、可動体３の凸球面部との間の空隙が一定の距離に保たれる球面となっている。
【００３６】
そして、支持体２の凹部１内には、電界共役流体収容部９が形成されている。この電界共役流体収容部９は、円柱形状を有する凹部であり、電界共役流体５が充填されている。すなわち、電界共役流体５は、支持体２の凹部１内における円環状突起７に囲まれた領域において、この凹部１の内壁面と可動体３の凸球面部との間の空隙部に充填させるとともに、電界共役流体収容部９内に充填されている。
【００３７】
これら可動体３及び支持体２は、例えば、ともに「テフロン（登録商標）」（商品名）によって形成することができる。この実施の形態においては、可動体３の直径を１５ｍｍとし、電界共役流体５として、デカン二酸ジブチルを使用した。また、ここでは、可動体３の平面部４の中心０から、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸を、それぞれ直交する座標として設定する（図１は、ｙ−ｚ面での断面図を示している）。
【００３８】
電界共役流体収容部９の形状は、円柱の一部をなす形状を有しており、この円柱の軸方向を、ｘ軸方向として形成されている。そして、一対の電極６ａ，６ｂは、この電界共役流体収容部９の両端部において、互いに対向して配置されている。これら電極６ａ，６ｂとしては、例えば、φ１ｍｍ程度の被覆付銅線を用いることができ、電極となる部分のみ、被覆を剥がして銅線を露出させた状態で使用する。
【００３９】
この傾斜偏向器においては、これら電極６ａ，６ｂ間に、１ｋＶ乃至３ｋＶ程度の高電圧（Ｖ）を印加すると、正極から負極に向かって、電界共役流体５の噴流（ジェット）が生じる。このように噴流を生じている電界共役流体５と、可動体３との間に生ずる摩擦力は、可動体３に対し、一対の電極６ａ，６ｂのうちの一方から他方に向かう方向に作用し、この可動体３をｘ軸まわりに回動させる駆動力となる。したがって、可動体３は、ｘ軸周りに回転駆動される。また、電界の向きを逆にすることにより、可動体３は、逆向きの駆動力により、逆方向に回転駆動される。このとき、電界共役流体５は、電界共役流体収容部９内において、この電界共役流体収容部９がなす円柱形状の軸を中心として環流する。
【００４０】
そして、ｘ−ｚ面での断面においても、図１と同様の構成となるように、電界共役流体収容部９を形成することにより、可動体３を、ｙ軸回りの正逆２方向に回転駆動させることが可能となる。このようなｘ軸回りの正逆２方向への回転駆動及びｙ軸回りの正逆２方向への回転駆動を組合わせることにより、可動体３を、任意の方向へ傾斜させることが可能とある。なお、電界共役流体収容部９以外の構成物は、ｚ軸に対して回転対称体となっている。
【００４１】
このように、可動体３を、ｘ軸回り及びｙ軸回りに回転駆動させるには、電界共役流体５中に浸潰して設ける電極を２対以上とする。また、これら２対の電極は、それぞれにおいて一方の電極から他方の電極に至る線分が互いに略々直交する位置に配置することが望ましい。このように各電極を配置することにより、可動体３を、直交する２軸を中心として効率よく回動駆動することができる。
【００４２】
図３は、支持体２をｚ軸正方向から見た平面図である。
【００４３】
すなわち、図３に示すように、電界共役流体収容部９及び対をなす電極６ａ，６ｂを、互いに直交させて２組設けることにより、可動体３に対するｙ軸回り及びｘ軸回りの駆動力を発生させることができる。
【００４４】
図４は、支持体２の他の構成例をｚ軸正方向から見た平面図である。
【００４５】
また、図４に示すように、電界共役流体収容部９及び対をなす電極６ａ，６ｂを、互いに直交させて２組ずつ、計４組を設けることにより、可動体３に対するｙ軸回り及びｘ軸回りの駆動力を増加させることができる。この図４に示す構成においては、電界共役流体収容部９及び対をなす電極６ａ，６ｂが２組設けられている図３に示した構成に比較して、可動体３に対する駆動力を２倍にすることができる。
【００４６】
さらに、可動体３の凸球面部の表面部には、微小な凹凸部や、または、微小な毛状突起を多数形成することが望ましい。このような微小な凹凸部や微小な毛状突起により、電極６ａ，６ｂの正極から負極に向かって生じる電界共役流体５の噴流による駆動力が、効率良く可動体３の回転動作に変換される。これは、可動体３の凸球面部の表面部の流体抵抗が増加することにより実現される効果である。
【００４７】
また、可動体３と、この可動体３上に配置された光学素子とを総計した質量の重心が、この可動体３の中心に一致しない場合には、この可動体３を回転させる回転モーメントが発生してしまう。しかし、このような回転モーメントよりも、円環状突起７及び中心支持部８と可動体３との間の最大静止摩擦力によるモーメントの方を大きくしておけば、自己保持することが可能である。このように、円環状突起７及び中心支持部８と可動体３との間の最大静止摩擦力を大きくすることも、可動体３の凸球面部の表面部に微小な凹凸部や微小な毛状突起を多数形成することによって実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る傾斜偏向器の構成を示す縦断面図である。
【図２】前記傾斜偏向器における可動体の形状を示す斜視図である。
【図３】前記傾斜偏向器における支持体の構成を示す平面図である。
【図４】前記傾斜偏向器における支持体の構成の他の例を示す平面図である。
【図５】従来の偏向器である２軸アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  凹部
２  支持体
３  可動体
５  電界共役流体
６ａ，６ｂ  電極
７  円環状突起
８  中心支持部
９  電界共役流体収容部
【図１】
2005258072.tif 000003
【図２】
2005258072.tif 000004
【図３】
2005258072.tif 000005
【図４】
2005258072.tif 000006
【図５】
2005258072.tif 000007