可動小型プラットフォームを作動させるためのシステム、方法、及び装置
本明細書内において、小型の作動可能なプラットフォームシステムに関するシステム、方法、及び装置が提示される。一実施形態によれば、該システム、方法、及び装置は、小型ミラーを含む制御可能に作動させられる小型プラットフォームアセンブリに関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連特許出願の相互参照
本出願は、2005年12月16日にファイリングされた米国実用新案出願第１１／３０５，０５３号に対する優先権と、該出願の利益とを請求し、その開示全体が、参照により本明細書内に組み込まれる。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般には、制御可能に作動させることが可能な小型プラットフォームに関し、特に、様々な実施形態において、小型ミラーを含む制御可能に作動させられる小型プラットフォームアセンブリに関するシステム、方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
バーコードリーダ、カメラ、プロジェクションテレビ、内視鏡、及び腹腔鏡のような走査光学ビーム技術は、光学ビームを導くために、微小電気機械（ＭＥＭＳ）ミラーのような小型の電気的・機械的ミラーを頻繁に用いる。ＭＥＭＳミラーは、典型的には、高電圧の静電式のか、電熱式のか、圧電式のか、又は電磁式の操作を利用する。それら操作は全て、典型的には、該ミラーに取り付けられた電気的なワイヤを必要とする。これらワイヤは、光学ビームを遮断する可能性があり、ある特定の光学的設計を妨げる。更に、高電圧は、安全ではないと考えられ、医療装置のようなある特定用途の場合には信頼することが出来ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
医療用の従来の代替的な走査装置は、光ファイバを用いて、光を持ち込み、そのリターン信号を収集する。これらの装置は、典型的には、該装置内において光ファイバを回転させて、走査した画像を取得する。回転軸についての円形走査を形成するための１つの現在のアプローチは、光ファイバを回転させるために外部モータによって駆動させられた回転する機械式のリンク機構を用いる。このアプローチは、幾つかの欠点を被る。１つの欠点は、その回転する機械式リンク機構が、典型的には、光学ロータリーコネクタとして知られるような高価な構成要素を必要とすることである。別の欠点は、狭い口径（＜2ｍｍ）の走査機器の場合に、該機器の機械式の連結（トレイン）の剛性が、光ファイバの均一な回転を保証するには不十分であることである。光ファイバの不均一な回転は、不均一回転歪（Non-Uniform Rotation Distortion：ＮＵＲＤ）として知られる画像の歪みをまねく結果となる。更なる欠点は、このアプローチが、単軸走査を生じさせることである。
【０００５】
従って、小型の光学走査装置を提供するための改善されたアプローチが、必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の要約
本発明は、様々な実施形態において、複数軸に沿って制御可能に作動させられる小型プラットフォームに関する改善されたシステム、方法、及び装置を提供することによって、先行技術の欠陥（不備）に対処する。幾つかの実施形態によれば、小型ミラーを、そのようなプラットフォーム上に実装することができるか、そのようなプラットフォーム上に形成することができるか、そのようなプラットフォームに統合されるように形成することができるか、又はそのようなプットフォームから形成することができる。幾つかの構成によれば、本発明のプラットフォームを、回転するように作動可能にすることもできる。１つの利点によれば、本発明の小型の作動可能なプラットフォームは、磁性駆動を用い、（典型的には、約２ボルト未満の）低電圧を使用し、該プラットフォームに取り付けられる電気的ワイヤを必要としない。別の利点によれば、光ファイバの機械的な回転はもはや必要とせず、該光ファイバが静止したままとすることができる一方で、反射性の表面を有するプラットフォームが動かされる。
【０００７】
一態様によれば、本発明は、小型の操作可能に可動な支持構造を提供し、該支持構造は、プラットフォーム、支持エレメント、及び磁気ベアリングを含む。概して、磁気ベアリングは、プラットフォームと支持エレメントとの間に配置されて、支持エレメントとプラットフォームとの間において磁気的に高められたピボットインターフェースを提供する。幾つかの構成において、プラットフォームは、対向したほぼ円形の第１及び第２の表面を有する円筒形ディスクとして形づくられる。代替的には、プラットフォームと該第１及び第２の表面とは、任意の適合可能な形状を有することができる。一構成によれば、プラットフォームは、約0.3ｍｍ〜約5ｃｍの間の外側直径と、約0.02ｍｍ〜約5ｍｍの間の高さ／厚みとを有する。様々な他の構成において、可動プラットフォームは、約5ｃｍか、約2.5ｃｍか、1ｃｍか、500ｍｍか、250ｍｍか、100ｍｍか、50ｍｍか、10ｍｍか、１ｍｍか、0.5ｍｍか、0.3ｍｍか、又は0.1ｍｍ、未満の直径／幅を有する。更なる構成によれば、可動プラットフォームは、約5ｍｍか、2.5ｍｍか、1ｍｍか、0.5ｍｍか、0.25ｍｍか、0.1ｍｍか、50μｍか、25μｍか、10μｍか、又は5μｍ、未満の厚み／高さを有する。
【０００８】
プラットフォームには、該プラットフォームの第１の表面内に（例えば表面下に）形成されたキャビティを含めることができる。該キャビティは、内面を含む。該内面は、磁気ベアリングに接触する。該キャビティは、任意の適合可能な幾何学形状とすることができ、該幾何学形状は、半球形か、長方形か、円錐形か、又はｖ型形状を含む（但しこれらに限定されない）。追加的には、該キャビティを、中心に配置することができるか、又はプラットフォームの直径／幅の一部か又は全体に沿って延在させることができる。代替的には、プラットフォームを、いかなるキャビティも無く、設計することもできる。
【０００９】
１つの特徴によれば、キャビティの内面は、ほぼ平滑である。別の特徴によれば、キャビティの内面は、強磁性材料から形成されるか、又は磁気ベアリングの極性とは反対の極性で磁化され、その結果、該磁気ベアリングと、該キャビティの内面とが、互いに引き寄せ合うこととなる。一構成によれば、プラットフォームの全体か又はほぼ全体が、硬質磁性材料か又は強磁性材料から形成される。しかしながら、別の構成によれば、プラットフォームは、非磁性の引き寄せ材料から形成され、該プラットフォームに取り付けられたか又は該プラットフォーム内へと形成された１つか又は複数の磁石を有する。
【００１０】
１つの特徴によれば、プラットフォームとベアリングとの間における磁気的な引き寄せは、支持エレメントに対するプラットフォームの回転軸上に置かれる及び／又は回転させられる配向とは無関係に、キャビティの表面と磁気ベアリングとの間の接触を保つ。この特徴の結果として、プラットフォームと磁気ベアリングとの間の接触を失うこと無く、プラットフォームと、磁気ベアリングと、支持エレメントとの組み合わされた構成を、３次元空間に対する任意の所望の配向へと、回転させ且つ動かすことができる。更なる特徴によれば、プラットフォームと磁気ベアリングとの間の磁気的な相互作用は、支持エレメントのベアリング上のプラットフォームをセンタリングさせるように作用するバネ復元力を形成する。
【００１１】
別の特徴によれば、プラットフォームの第２の表面（例えば上面）は、反射性であるか、又は反射性である一部分を含む。代替的には、第２の表面は、反射性コーティングを含むことができるか、或いは反射性構成要素を第２の表面に実装することができる。一構成において、第２の表面が、ほぼ平坦である。しかしながら、別の構成では、第２の表面は、任意の適合可能な形状とすることができ、該形状は、凸形か、凹形か、又はファセットを含むか、或いは平坦、凸形、凹形、及び／又はファセット部分の任意の組み合わせを含む（但しこれらに限定されない）。
【００１２】
一実施形態によれば、支持エレメントは、非磁性体であり、円錐形に形づくられており、約0.1ｍｍ〜約100ｍｍの間の高さを有する。しかしながら、代替の実施形態において、支持エレメントは、任意の適合可能な形状を有することができる。１つの特徴によれば、磁気ベアリングを受容するために、凹形のゆりかごのようなレセプタクルを、一端部において支持エレメントが含む。磁気ベアリングは、該レセプタクル内において回転可能とすることができるか、又は該レセプタクル内において位置的に固定されることが可能である。他の構成によれば、磁気ベアリングは、任意の適合可能な幾何学形状とすることができ、該幾何学形状は、球形か、半球形か、又は円錐形状を含む（但しこれらに限定されない）。磁気ベアリングはまた、比較的軟質か又は硬質とすることができるか、或いは、比較的軟質か又は硬質な外殻を含むことができる。追加的には、支持エレメントの端部には、レセプタクルが無いものを含めることができ、その代りに、磁性材料を含めることができ、プラットフォームの第１の表面を引き寄せて接触するよう適合可能に形づくられる。例示を目的として、前記端部を、尖っていない先端か又は鋭い先端を有する円錐形に形づくることができる。
【００１３】
動作中、磁気ベアリングか、又は支持エレメントの先端は、ピボットとして作用し、該ピボットの周囲において、プラットフォームは、任意の方向に傾くことが自由である。幾つかの実施形態において、例えば支持エレメントの長手方向の軸の周りを、プラットフォームはまた回転することもできる。１つの特徴によれば、プラットフォームの付近の支持エレメントの幅と共に、該プラットフォーム内のキャビティの寸法及び形状が、該プラットフォームと該支持エレメントとの間における利用可能な偏向の最大角を決定する。
【００１４】
更なる一態様において、本発明は、磁気プラットフォームアクチュエータを含む。一実施形態において、磁気プラットフォームアクチュエータは、４つのコイルとベースとを備える。しかしながら、磁気プラットフォームアクチュエータには、任意の所望の数のコイルを含むめることもできる。一実施例によれば、該コイルは、プラットフォームを傾けるための制御された手法において駆動される。より具体的には、ある特定のコイルに電流を提供することが、磁界を形成させ、その磁界が、プラットフォームを引き寄せることにより、該プラットフォームが、該特定のコイルに向かうようにか又は離れるように傾斜させられる。より一般的には、個々のコイルか又はコイルの組み合わせに対して電流を提供することにより、プラットフォームが、所望の方向に傾斜させられる。例えば、コイルを、対（ペア）で動作させて、プッシュ・プル（押し・引き）のトルクを提供することができる。一実施形態によれば、プラットフォームは、反射性の表面を有し、例えば、光学ビームのステアリングか、撮像か、又は他の用途の場合に、コイルに対する電流駆動を調整することにより、該反射性の表面を、制御可能に位置付けることができる。
【００１５】
更なる一実施形態によれば、前記電流駆動が、連続的にコイルを掃引することができ、それにより、プラットフォームが、各連続的なコイルに向って連続的に傾斜させられて、円形の走査運動が形成される。追加的には、コイルの連続的な掃引ごとに、電流の強度を変化させることによって、任意の所望サイズの連続的なラスター走査を達成させることができる。走査中に電流の強度を変化させることによってもまた、任意の所望の形の走査を達成することができる。
【００１６】
一構成によれば、磁気プラットフォームアクチュエータは、プラットフォームのミラー側の付近に配置される。しかしながら、代替の一構成によれば、該磁気アクチュエータを、任意の適合可能な位置に配置することもできる。一構成によれば、コイルは、互いに平行に配置され、磁気プラットフォームアクチュエータのベースの周囲に沿って均等に隔置される。しかしながら、代替の構成において、該コイルを、ベース上のか又はベースに対する、任意の適合可能な配置に、位置付けることもできる。追加的には、用途に依存して、任意の所望パターンにおいてか、或いはランダムか又はほぼランダムなパターンにおいてコイルを掃引することができる。
【００１７】
別の態様によれば、本発明は、プラットフォーム、支持構成、ジンバル（回転台）、及び磁石を含む、小型のジンバルプラットフォームアセンブリを提供する。この態様によれば、単一ジンバルプレートを有するのでは無く、このアセンブリのジンバルは、第１、第２、及び第３のプレートを含み、同心のトロイドとして構成され、該第１のプレートが、最も内側のトロイドになっており、該第２のプレートが、次のトロイドになっており、最も外側の第３のプレートにより続けられる。
【００１８】
１つの特徴によれば、小型のジンバルプラットフォームアセンブリは、２対の回転たわみ部を含む。たわみ部の第１の対は、第１の軸（例えば、ｘ軸）に概して沿って延在し、ジンバルの最も内側のプレートを、ジンバルの中間プレートに対して、回転可能に相互接続する。同様に、回転たわみ部の第２の対は、第１の軸に垂直な第２の軸（例えば、ｙ軸）に概して沿って延在し、ジンバルの中間プレートを、ジンバルの最も外側のプレートに対して、回転可能に相互接続する。たわみ部の第１の対は、最も内側のプレートに対して、中間プレートが、ｘ軸の周りを回転することが可能となるように寸法が合わされて形づくられる。たわみ部の第２の対は、中間プレートと最も外側のプレートとが、互いに関連してｙ軸の周りを回転することが可能となるように寸法が合わされて形づくられる。
【００１９】
１つの特徴によれば、回転たわみ部は、約1μｍ〜10μｍの間の幅と、約10μｍ〜約100μｍの厚み／深さとを有して、そのような相対運動を可能にする。一構成において、たわみ部の幅は、約6μｍであり、たわみ部の厚み／深さは、約50μｍである。別の特徴によれば、回転たわみ部は、約250Ｈｚ〜約750Ｈｚの共振周波数を有する。一実施例において、回転たわみ部は、約500Ｈｚの共振周波数を有する。更なる特徴によれば、プレートは、約100μｍ〜約750μｍの間の厚みを有する。別の構成において、プレートは、約400μｍの厚みを有する。一構成において、たわみ部の両セットに沿った内側、中間、及び外側のプレートは、シリコンからの一枚に形成される。一構成によれば、ジンバルの最も外側のプレートは、約500μｍ〜約2ｍｍの間の、外側の直径を有する。
【００２０】
一実施形態によれば、本発明のこの態様の支持構成は、ベース、遷移部、及び支柱を備える。該遷移部は、ベース内の中心位置の外に軸方向に延在し、該遷移部がベースから離れるように延びるにつれてより小さく先細りにされる直径を有する。該支柱は、遷移部の外に軸方向に延在し、遷移部が、該支柱のための高められた構造上の支持を提供する。該支柱は、第１及び第２のセクションを含む。該支柱の第２のセクションは、第１のセクションに対して削減された直径を有し、第１のセクションと第２のセクションとの間の遷移において放射状に延在するショルダー部が形成されている。
【００２１】
更なる一実施形態によれば、最も内側のジンバルプレートは、中心に位置付けられたスルー開口部を有し、支柱における削減された直径セクション上に、滑らすことが可能な状態で嵌合し、これにより、プレートが、該支柱のショルダー部上に隣接させられ且つ設置させられる。支柱における削減された直径セクション上に、キャップが嵌合して、ジンバルを支柱上にロックさせる。幾つかの実施形態によれば、ジンバルは、支柱における削減された直径セクションの周囲を回転可能である。他の実施形態において、ジンバルは、削減された直径セクションに対して、回転するように固定される。
【００２２】
一実施形態によれば、本発明のこの態様の磁石はまた、トロイド形状にされており、放射状に内部に延びるショルダー部を有する内壁を含む。該磁石がジンバル上に実装され、これにより、ショルダー部が、最も外側のジンバルプレートの外側の周辺に隣接することとなり且つ該周辺によって支持されることとなる。一構成によれば、壁は、最も外側のジンバルプレートを支持ベースに向って通り越して、軸方向に延在する。
【００２３】
更なる実施形態によれば、小型ジンバルプラットフォームアセンブリのプラットフォームは、対向したほぼ円形の第１の表面（例えば上面）及び第２の表面（例えば底面）を有したほぼ円筒形のディスク形状を有する。一構成によれば、プラットフォームの第２の表面は、トロイド状の磁石の頂上に実装される。プラットフォームは、約0.3ｍｍ〜約5ｃｍの間の、外側の直径を有し、約0.3ｍｍ〜約5ｃｍの間の高さを有する。様々な他の構成において、可動プラットフォームは、約5ｃｍか、約2.5ｃｍか、1ｃｍか、500ｍｍか、250ｍｍか、100ｍｍか、50ｍｍか、10ｍｍか、１ｍｍか、0.5ｍｍか、0.3ｍｍか、又は0.1ｍｍ、未満の直径／幅を有する。更なる構成によれば、プラットフォームは、約5ｃｍか、約2.5ｃｍか、1ｃｍか、500ｍｍか、250ｍｍか、100ｍｍか、50ｍｍか、10ｍｍか、１ｍｍか、0.5ｍｍか、0.3ｍｍか、又は0.1ｍｍ、未満の高さを有する。１つの特徴によれば、プラットフォームの表面は、ほぼ円形になっているように示されているが、それらは、任意の適合可能な幾何学形状を有することもでき、任意の適合可能な多角形か又は卵形の形状を有することを含む（但しこれらに限定されない）。
【００２４】
別の特徴によれば、プラットフォームの第１の表面（例えば上面）は、反射性であるか、又は反射性である一部分を含む。代替的には、表面は反射性コーティングを含むことができるか、或いは、他の処置を含むことができる。追加的には、表面は、ほぼ平坦とすることができるか、又は任意の適合可能な形状とすることもできる。該形状は、凸形か、凹形か、又はファセットを含むか、或いは平坦、凸形、凹形、及びファセット部分の任意の適合可能な組み合わせを含む（但し、これらに限定されない）。代替的な構成において、ジンバル上に実装された磁石を用いるのでは無く、例えばプラットフォームの底面上において、ジンバル上に実装された磁石をアセンブリが含む。代替的には、磁性コーティングを、プラットフォームの底側に適用することができるか、或いは、この表面を、磁気的にチャージされた材料から形成することができる。
【００２５】
１つの特徴によれば、小型ジンバルアセンブリのプラットフォームは、ｘ及びｙ軸の周りの３次元空間内において制御可能に動かすことができる。追加的には、該プラットフォームは、ｚ軸の周りに回転させることができる。上述の磁気プラットフォームアクチュエータに類似するように、磁気プラットフォームアクチュエータを用いることによって、ジンバルプラットフォームアセンブリを作動させることができる。
【００２６】
別の態様によれば、本発明は、中心に配置された支柱に対してでは無く、静止した外側フレームに対して移動可能なプラットフォームを有する小型の作動可能に移動可能なジンバルプラットフォームアセンブリを提供する。この態様によれば、ジンバルプラットフォームアセンブリは、プラットフォーム、外側フレーム、少なくとも１対の回転たわみ部、及び支持構成を備える。
【００２７】
一構成によれば、プラットフォームが、フレーム内において、一対の回転たわみ部によってつるされる。一実施形態によれば、回転たわみ部は、プラットフォーム及びフレームの対向する側面上において、直径に沿って位置合わせされる。一実施形態において、プラットフォームは、回転たわみ部の周辺を回転するが、フレームは、静止したままである。しかしながら、他の実施形態において、フレームを、更なる支持構成に回転可能に結合することもまたできる。一構成において、フレームは、該フレームに対するプラットフォームの回転軸とは垂直な軸に沿って支持構成に対して回転する。
【００２８】
一実施形態によれば、前記アセンブリは、フレームに取り付けられたか又はフレームに統合されるように形成された２つのスピンドルを含む。一構成において、スピンドルが、支持構成上のレセプタクルに嵌合することにより、該支持構成に対してフレームが回転することが可能になる。代替的な一構成によれば、スピンドルは、支持構成上に配置され、レセプタクルは、フレーム上に配置される。別の実施形態によれば、フレームと支持構成とを回転可能に結合させるために、スピンドル及びレセプタクルでは無く、たわみ部の第２の対を使用することができる。
【００２９】
更なる実施形態によれば、前記アセンブリは、プラットフォームに取り付けられた磁石を含む。該磁石は、ほぼ平坦とすることができるか、又は任意の適合可能な形状とすることができる。追加的には、磁石は、プラットフォームの表面の一部分のみを覆うことができるか、又はプラットフォームの表面全体を覆うことができる。代替の一実施形態によれば、アセンブリには、プラットフォームの表面に取り付けられた複数の磁石を含めることができる。更なる実施形態によれば、プラットフォームにはまた、反射性構成要素を含めることもできる。
【００３０】
更なる一態様によれば、本発明は、任意の上述のプラットフォームの傾きに関するフィードバックを提供するために、プラットフォームの位置検知システムを提供する。プラットフォーム位置検知システムは、磁気センサを備える。一実施例によれば、該磁気センサは、磁界に基づいて、プラットフォームの２軸の傾きを測定することが可能なホール効果センサである。プラットフォームが、ｘ軸及びｙ軸の周りを回転すると、ホール効果センサが、プラットフォームの軸の傾きを測定する。一実施形態によれば、磁気センサは、２軸磁気センサである一方で、代替の一実施形態によれば、磁気センサは、３軸磁気センサである。
【００３１】
一実施例によれば、位置検知システムは、ラスター走査のためのターゲットポイントを、プラットフォームについての対応する傾斜角度に変換する。傾斜角度制御回路構成が、対応するコマンドを駆動回路に対して提供し、該駆動回路が、対応する駆動電流をプラットフォーム位置決めコイルに対して更に提供する。駆動電流を変更することが、該位置決めコイルの磁界を調整し、所望のプラットフォームの傾きが提供される。ホール効果センサは、傾けられたプラットフォームにより結果として形成された磁界を検知して、実際のプラットフォームの傾きを決定する。この情報は、傾斜角度制御回路構成にフィードバックされ、該傾斜角度制御回路構成が、次いで、駆動回路に対するコマンドを再調整する。
【００３２】
本発明の更なる態様、実施形態、構成、及び特徴が、様々な例示的な実施形態と、添付図面に対する参照とに関して後述される。
【実施例】
【００３３】
例示的な実施形態の説明
本発明の全体的な理解を提供するために、改善された制御可能に作動させることが可能な小型プラットフォームを提供するためのシステム、方法、及びデイバスを含むある例示的な実施形態が、次に説明される。
【００３４】
本発明の例示的な一実施形態による、小型の支持構成１００の断面図を図１は示す。図４に関して更に詳細に後述されるように、小型の制御可能に作動させられるミラーシステムを含む様々な用途において、該小型の支持構成１００を用いることができる。ミラー支持構成１００は、プラットフォーム１０２、支持エレメント１０４、及び球形の磁気ベアリング１０６を含む。概して、その例示的な実施形態によれば、支持エレメント１０４とプラットフォーム１０２との間において磁気的に高められたピボットを提供するために、磁気ベアリング１０６が、プラットフォーム１０２と支持エレメント１０４との間に配置される。
【００３５】
その例示的な実施形態によれば、プラットフォーム１０２は、対向したほぼ円形の表面１０８及び１１０を有したほぼ円筒形のディスク形状を有する。プラットフォーム１０２は、約0.3ｍｍ〜約5ｃｍの間の外側直径１１２と、約0.01ｍｍ〜約1ｃｍの間の高さ／厚み１２２とを有する。様々な他の構成において、その可動プラットフォームは、約5ｃｍか、約2.5ｃｍか、1ｃｍか、500ｍｍか、250ｍｍか、100ｍｍか、50ｍｍか、10ｍｍか、１ｍｍか、0.5ｍｍか、0.3ｍｍか、又は0.1ｍｍ、未満の直径／幅を有する。更なる例示的な構成によれば、プラットフォームは、約1ｃｍか、500ｍｍか、250ｍｍか、100ｍｍか、50ｍｍか、10ｍｍか、１ｍｍか、0.5ｍｍか、0.3ｍｍか、0.1ｍｍか、0.05ｍｍか、0.025ｍｍか、又は0.01ｍｍ、未満の高さ／厚みを有する。
【００３６】
プラットフォーム１０２は、表面１１０内へと形成された半球形のキャビティ１１４を含む。キャビティ１１４は、内面１１６を含む。該内面１１６は、磁気ベアリング１０６に、移動可能な状態で接触する。表面１０８及び１１０は、ほぼ円形になっているように示されているが、それらは、任意の適合可能な幾何学形状を有することもできる。該幾何学形状は、任意の適合可能な多角形か又は卵形の形状を含む（但しこれらに限定されない）。更に、キャビティ１１４は、ほぼ半球形になっているように図示されているが、該キャビティ１１４もまた、任意の適合可能な幾何学形状を有することができる。該幾何学形状は、長方形か、円錐形か、又はｖ型形状を含む（但しこれらに限定されない）。追加的には、キャビティ１１４を、中心に配置することができるか、又はプラットフォーム１０２の直径／幅の一部か又は全体に沿って延在させることができる。代替的には、プラットフォーム１０２を、いかなるキャビティ１１４も無く、設計することができる。
【００３７】
キャビティ１１４の内面１１６は、ほぼ平滑であり、その例示的な実施形態によれば、強磁性材料から形成されるか、又は幾つかのケースでは、磁気ベアリング１０６の極性とは反対の極性で磁化されて、その結果、該ベアリング１０６と、該内面１１６とが、互いに引き寄せ合う。図４に関して更に詳細に後述されるように、プラットフォーム１０２の表面１０８は、反射性とすることができるか、又は反射性である一部分を含むことができる。代替的には、表面１０８は反射性コーティングを含むことができるか、或いは、反射性構成要素が表面１０８に実装されることが可能である。表面１０８は、ほぼ平坦になっているように示されているが、該表面１０８は、任意の適合可能な形状とすることもできる。該形状は、凸形か、凹形か、又はファセットを含むか、或いは平坦、凸形、凹形、及び／又はファセット部分の任意の組み合わせを含む（但し、これらに限定されない）。
【００３８】
例示的な実施形態によれば、支持エレメント１０４は、非磁性体であり、円錐形に形づくられており、約0.2ｍｍ〜約1ｃｍの間の高さ１１８を有する。しかしながら、代替の例示的な実施形態において、支持エレメント１０４は、任意の適合可能な形状を有することもできる。支持エレメント１０４の１つの特徴は、磁気ベアリング１０６を受容するための、凹形のゆりかごのようなレセプタクル１２０を、端部１２１において該支持エレメント１０４が含むことである。幾つかの例示的な実施形態によれば、磁気ベアリング１０６は、該レセプタクル１２０内において回転可能である。他の例示的な実施形態において、磁気ベアリング１０６は、該レセプタクル内において位置的に固定される。磁気ベアリング１０６は、ほぼ球形になっているように図示されているが、該磁気ベアリング１０６は、任意の適合可能な幾何学形状とすることもできる。該幾何学形状は、半球形か、円錐形か、円筒形か、又はナイフエッジ形状を含む（但し、これらに限定されない）。磁気ベアリング１０６は、パーマロイか、ＣｏＦｅか、又は合金１０１０鋼のような軟質磁性材料を含むことができるか、或いは、磁気ベアリング１０６は、ＳｍＣｏか、ＮｄＦｅＢか、ＡｌＮｉＣｏか、又はフェライトのような硬質磁性材料を含むことができる。他の例示的な実施形態において、端部１２１には、レセプタクルが無い状態を含めることができ、その代りに、磁気的にチャージされ且つ適合可能に形づくられて、表面１１６を引き寄せて移動可能に該表面１１６に接触することが可能である。例示を目的として、端部１２１を、比較的尖っていない先端か又は鋭い先端を有する円錐形に形づくることができる。
【００３９】
プラットフォーム１０２は、磁気ベアリング１０６及びその支持エレメント１０４の頂上に置かれるように図示されている。磁気ベアリング１０６は、ピボットとして作用し、該ピボットの周囲において、プラットフォーム１０２は、任意の方向に自由に傾くことができる。更なる例示的な実施形態によれば、支持エレメント１０４の長手方向の軸（すなわち、ｙ軸）の周りを、プラットフォーム１０２はまた回転することもできる。
【００４０】
上述のように、キャビティ１１４の内面１１６は、磁気的に極性化されることが可能である。幾つかの例示的な実施形態において、プラットフォーム１０２の全体か又はほぼ全体を、磁化された材料から形成することができる。しかしながら、他の例示的な実施形態において、プラットフォーム１０２は、磁性体でないことが可能であるか、或いは、該プラットフォーム１０２に取り付けられたか又は該プラットフォーム１０２内へと形成された１つか又は複数の磁石を有する非磁性の引き寄せ材料から形成されることが可能である。
【００４１】
例示的な一実施形態によれば、プラットフォーム１０２と磁気ベアリング１０６とが、両方とも磁石として構成されて、例えば、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な硬質磁性材料から形成される。支持エレメント１０４は、非磁性体であり、該支持エレメント１０４を、例えば、チタンか、アルミニウムか、真鍮か、青銅か、プラスチックか、又は任意の他の適合可能な非磁性材料から構成することができる。
【００４２】
動作中（図４に関して更に詳細に説明されるように）、磁気ベアリング１０６がキャビティ１１４の内面１１６に接触する位置の周りの３次元空間内において、プラットフォーム１０２は、制御可能に回転軸上に置かれることが可能である。磁気ベアリング１０６は、磁気的にプラットフォーム１０２を引き寄せて、支持エレメント１０４に対するプラットフォーム１０２の回転軸上に置かれる及び／又は回転させられる配向とは無関係に、半球形の表面１１６と、磁気ベアリング１０６との間の接触を維持する。１つの例示的な実施形態によれば、プラットフォーム１０２とベアリング１０６とは、両方とも永久磁石を含み、プラットフォーム１０２とベアリング１０６との間の磁気的な相互作用が、支持エレメント１０４のベアリング１０６上のプラットフォーム１０２をセンタリングさせるように作用する磁気的なバネ復元力を形成する。
【００４３】
１つの特徴によれば、キャビティ１１４は、周辺エッジ１２４を有し、支持エレメント１０４は、外側表面１２６を有する。プラットフォーム１０２がｙ軸（すなわち、支持エレメント１０４の長手方向の軸）に垂直である時には、キャビティ１１４の周辺エッジ１２４と、支持エレメント１０４の外側表面１２６との間の距離が、プラットフォームの傾きの最大角、すなわちθｍａｘを画定する。θｍａｘを、様々なキャビティ１１４及び／又は支持エレメント１０４の形状寸法（ジオメトリ）を用いることによって調整することができる。θｍａｘを増大させるために、例えば、支持構成１０４の幅を狭めることができ、及び／又は、キャビティ１１４の幅／直径を拡大させることができる。
【００４４】
１つの特徴によれば、構成１００全体の配向とは無関係に、ベアリング１０６とプラットフォーム１０２との間の磁気的な引き寄せが、磁気ベアリング１０６とプラットフォーム１０２との間の接触を維持させるので、プラットフォーム１０２と、磁気ベアリング１０６と、支持エレメント１０４とが組み合わされた構成１００を、３次元空間に対して、任意の所望な配向に、回転させて動かすことができる。
【００４５】
図２は、本発明の別の例示的な一実施形態による、図１の支持構成１００に類似した小型の支持構成２００の断面図であるが、該支持構成２００は、円錐形のプラットフォームキャビティ２１４を有している。該小型の支持構成２００を、図４に関して更に詳細に後述されるように小型の制御可能に作動させられるミラーシステムを含む様々な用途において用いることができる。該小型の支持構成２００は、プラットフォーム２０２、支持エレメント２０４、及び球形の磁気ベアリング２０６を含む。その例示的な実施形態によれば、プラットフォーム２０２は、対向した表面２０８と２１０とを有したほぼ円筒形のディスク形状を有する。表面２０８は、ほぼ円形であるが、表面２１０は、ほぼ環状である。プラットフォーム２０２は、図１のプラットフォーム１０２に類似している。しかしながら、プラットフォーム２０２は、表面２１０内へと形成された円錐形のキャビティ２１４を含む。キャビティ２１４は、内面２１６を含む。内面２１６は、磁気ベアリング２０６に、移動可能な状態で接触する。内面２１６は、図１の内面１１６に類似している。追加的には、支持エレメント２０４及び磁気ベアリング２０６が、図１の支持エレメント１０４及び磁気ベアリング１０６に類似している。図１の構成１００に類似して、磁気ベアリング２０６は、ピボットとして作用し、該ピボットの周囲において、プラットフォーム２０２は、任意の方向に自由に傾くことができる。
【００４６】
キャビティ１１４の場合のように、キャビティ２１４は、周辺エッジ２２４を有しており、支持エレメント２０４は、外側表面２２６を有する。キャビティ２１４の周辺エッジ２２４と、支持エレメント２０４の外側表面２２６との間の距離が、プラットフォームの傾きの最大角、すなわちθｍａｘを画定する。θｍａｘを、キャビティ２１４のサイズを変更することによってか、或いは、キャビティ２１４及び／又は支持エレメント２０４の様々な形状寸法（ジオメトリ）を用いることによって、調整することができる。図２の例示的な実施形態の利点の１つは、円錐形のキャビティ２１４の頂点２２８内における磁気ベアリング２０６の動きが、半球形のキャビティ１１４の内面１１６に沿ったベアリング１０６の動きよりも制限されることである。この特徴が、構成２００に対して更なる安定性を提供する。
【００４７】
図３は、本発明の別の例示的な実施形態による、図２の実施形態２００に類似した支持構成３００の断面図であるが、該支持構成３００は、Ｖ型形状のプラットフォームキャビティ３１４とナイフエッジ磁気ベアリング３０６とを有している。その小型の支持構成３００を、図４に関して更に詳細に後述されるように小型の制御可能に作動させられるミラーシステムを含む様々な用途において用いることができる。該小型の支持構成３００は、プラットフォーム３０２、支持エレメント３０４、及び延長されたナイフエッジ形状の磁気ベアリング３０６を含む。その例示的な実施形態によれば、プラットフォーム３０２は、対向した表面３０８と３１０とを有したほぼ円筒形である。表面３０８は、ほぼ円形であるが、表面３１０は、ほぼ環状である。プラットフォーム３０２は、図１及び図２のプラットフォーム１０２及び２０２にそれぞれ類似している。しかしながら、中心に位置付けられた半球形１１４か又は円錐形２１４のキャビティを有するのではなく、プラットフォーム３０２は、表面３１０内へと形成された、直径に沿って延在するｖ型形状のキャビティ３１４を含む。キャビティ３１４は、２つの内面３１６ａと３１６ｂとを含み、それらが交差して、直径に沿って延在する頂点３２８を形成する。ナイフエッジ磁気ベアリング３０６は、直径に沿って延在する頂点３２８内において設置される。矢印３３０ａ及び３３０ｂによって示されているように、図３の実施形態３００と、図１及び図２の実施形態１００及び２００のそれぞれとの間の重要な動作上の差異は、プラットフォーム３０２の動きが、単一軸か、又は直径に沿って延在する頂点３２８の周囲の回転に、制限されることである。幾つかの実施形態において、ｖ型形状のキャビティ３１４は、３１０の直径全体を横切って延在する。しかしながら、他の実施形態において、ｖ型形状のキャビティは、直径の一部に沿ってのみ延在する。
【００４８】
ナイフエッジベアリング３０６とｖ型形状のキャビティ１１４によって課せられたピボット制限とは別の、支持構成３００の残りの特徴は、支持構成１００及び２００の特徴とほぼ同じである。具体的には、内面３１６ａ及び３１６ｂは、キャビティ１１４の内面１１６に類似している。支持エレメント３０４もまた、支持エレメント１０４とほぼ同じである。しかしながら、レセプタクルを含むのでなく、ナイフエッジベアリング３０６が、支持エレメント３０４上のほぼ平坦な表面３２０に実装される。先行する例におけるように、キャビティ３１４は、周辺エッジ３２４を有し、支持エレメント３０４は、外側表面３２６を有し、それらの形状寸法（ジオメトリ）が共にプラットフォームの傾きの最大角、すなわちθｍａｘを画定する。
【００４９】
図４は、本発明の例示的な一実施形態による、小型の作動可能なプラットフォームシステム４００の断面図である。システム４００は、特に、反射器／ミラーの位置決めに関して記されているが、任意の用途に関して該システム４００を使用することもできる。システム４００は、小型プラットフォーム４０２及び支持構成４１０と、磁気プラットフォームアクチュエータ４１２とを含む。システム４００はまた、反射器４０８も含む。該反射器４０８を、プラットフォーム４０２とは分離されるようにか、又はプラットフォーム４０２と統合されるように、形成することができる。
【００５０】
例示的な実施形態によれば、磁気プラットフォームアクチュエータ４１２は、４つのコイル４１４ａ〜４１４ｄと、ベース４１６とを備える。しかしながら、磁気プラットフォームアクチュエータ４１２には、任意の所望の数のコイルを含めることもできる。動作中、該コイル４１４ａ〜４１４ｄは、プラットフォーム２０２を動かすための制御された手法において電流によって駆動される。より具体的には、電流を、個々のコイル４１４ａ〜４１４ｄか又はコイルの組み合わせに提供することによって、プラットフォーム２０２が、所望の方向に傾斜させられる。例えば、コイルを、コイル４１４ａと４１４ｃのように、対で（ペアで）動作させて、プッシュ・プル（押し・引き）のトルクを提供することができる。
【００５１】
コイル４１４ａ〜４１４ｄに対する電流駆動を調整することにより、例えば、光学ビームのステアリングか、撮像か、又は他の用途の場合に、反射器４０８を、制御可能に配置することができる。例えば、電流駆動が、連続的にコイル４１４ａ〜４１４ｄを掃引することができ、それにより、プラットフォーム２０２が、各連続的なコイルに向って連続的に傾斜させられて、円形走査運動が形成される。代替的には、１つの軸に対して正弦波か又は矩形波を印加させる一方で、鋸歯状波形か又は三角波形によって第２の軸に対する電流をゆっくりと傾斜させることにより、ラスター走査を達成させることができる。コイル４１４ａ〜４１４ｄを、対で動作させて、２つの直交軸の周辺にトルクを生じさせることができる。正弦波と余弦波か、或いは９０度だけ位相シフトさせられた矩形波のような、９０度位相がずれた電流波形によって、これらの２つのコイル対を駆動させることにより、円形走査（全周走査）を達成させることができる。駆動電流の振幅を変化させて、円形走査のサイズか又は最大角を変更することができる。追加的には、コイル４１４ａ〜４１４ｄの連続的な掃引中、及び／又は連続的な掃引ごとに、電流の強度を変更することによって、任意の所望の形の連続的なラスター走査を、達成することができる。
【００５２】
磁気プラットフォームアクチュエータ４１２は、プラットフォーム４０２のミラー側４０８の付近に配置されているように示されているが、該磁気アクチュエータ４１２を、小型のミラー支持構成４１０のプラットフォーム４０２の支持側４０４の付近を含む任意の適合可能な位置に配置することもできる。同様に、コイル４１４ａ〜４１４ｄは、互いに平行に配置されており、ベース４１６の周辺に沿って均等に隔置されているが、該コイル４１４ａ〜４１４ｄを、ベース４１６上の任意の適合可能な配置に位置付けることもできる。例示的な実施形態によれば、コイル４１４ａ〜４１４ｄは、銅で構成される。しかしながら、それらを、任意の適合可能な導体から作ることもできる。追加的には、用途に依存して、任意の所望のパターンにおいてか、或いはランダムか又はほぼランダムなパターンにおいて、コイル４１４ａ〜４１４ｄを掃引することができる。
【００５３】
図５は、本発明の別の例示的な実施形態による、回転軸上に置かれている２つの軸プラットフォームのためのジンバルプラットフォームアセンブリ５００の断面図である。ジンバルミラーアセンブリ５００は、プラットフォーム５０２、支持構成５０４、ジンバル５０６、及び磁石５１０を備える。図６Ａ及び図６Ｂは、図５のジンバル５０６及び磁石５１０の概念的な上面斜視図である。図７Ａは、ジンバル５０６の上面図である。図５〜７Ａを参照すると、この例示的な実施形態によれば、（単一プラットフォーム１０２及び２０２に類似する）単一ジンバルプレートを有するのではなく、プラットフォームアセンブリ５００のジンバル５０６は、第１のプレート５２０ａ、第２のプレート５２０ｂ、及び第３のプレート５２０ｃを含み、同心のトロイドとして構成され、該第１のプレート５２０ａが、最も内側のトロイドになっており、該第２のプレート５２０ｂが、次のトロイドになっており、最も外側の第３のプレート５２０ｃによって続けられる。
【００５４】
図６Ａ〜図７Ａに示されるように、アセンブリ５００は、回転たわみ部の２つの対を含む。回転たわみ部５２２ａと５２２ｂとの第１の対は、ｘ軸に概して沿って延在して、最も内側のプレート５２０ａを、中間プレート５２０ｂに対して、回転可能に相互接続する。同様に、回転たわみ部５２４ａと５２４ｂとの第２の対は、ｙ軸に概して沿って延在して、中間プレート５２０ｂを、最も外側のプレート５２０ｃに対して、回転可能に相互接続する。例示的な実施形態によれば、プレート５２０ａ〜５２０ｃと、たわみ部５２２ａ、５２２ｂ、５２４ａ、及び５２４ｂとを含むジンバル５０６は、シリコンからの一枚に構築される。しかしながら、代替の例示的な実施形態によれば、任意の適合可能な材料を使用することもできる。
【００５５】
図７Ｂは、たわみ部５２４ａに類似した折り重ねられたたわみ部５４０の一部の拡大図である。たわみ部５４０は、部分的に組み立てられているだけであり、依然として基板に取り付けられている。追加的には、エッチングバッファ５４１及び側面ストップ５４２（これらは最終的には取り除かれることになる）と呼ばれる他のエッチングされた特徴（機能）を見ることができる。エッチングバッファ５４１は、ディープな反応のイオンエッチングのプラズマエッチング処理の均一性を改善するために使用される。側面ストップ５４２は、衝撃か又は振動に起因したプラットフォーム５４８及びたわみ部５４６の動きを制限するために使用される。様々な例示的な実施形態によれば、回転たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂは、約1μｍ〜約10μｍの間の幅と、約10μｍ〜約100μｍの厚み／深さとを有して、そのような相対運動を可能にする。図７Ｂ内に示されるように、一構成において、たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂの幅５３６は、約6μｍであり、たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂの厚み／深さ５３８は、約50μｍである。その例示的な実施形態によれば、回転たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂは、プラットフォーム５０２と磁石５１０とを支持している時には、約250Ｈｚ〜約750Ｈｚの共振周波数を有する。例示的な一構成において、回転たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂは、約500Ｈｚの共振周波数を有する。例示的なプレート５２０ａ〜５２０ｃは、約20μｍ〜約750μｍの間の厚みを有する。例示的な一構成において、プレート５２０ａ〜５２０ｃは、約400μｍの厚みを有する。一構成において、たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂの両セットに沿った内側プレート５２０ａ、中間プレート５２０ｂ、及び外側プレート５２０ｃは、シリコンからの一枚に形成される。一構成によれば、ジンバルの最も外側のプレート５２０ｃは、約500μｍ〜約2ｍｍの間の、外側の直径を有する。
【００５６】
支持構成５０４は、ベース５０５、遷移部５０７、及び支柱５０９を備える。例示的なベース５０５は、ほぼ円形であるが、これはそうである必要が無い。遷移部５０７は、ベース５０５内の中心位置の外に軸方向に延在し、該遷移部がベース５０５から離れるように延びるにつれてより小さく先細りにされる直径５０５ａを有する。支柱５０９は、遷移部５０７の外に軸方向に延在する。その先細りにされる遷移部５０７が、支柱５０９のための高められた構造上の支持を提供する。支柱５０９は、第１のセクション５１１と、第２のセクション５１３とを含む。第２のセクション５１３は、第１のセクション５１１に対して削減された直径を有し、第１のセクション５１１と第２のセクション５１３との間の遷移において放射状に延在するショルダー部５１６が形成されている。
【００５７】
最も内側のプレート５２０ａは、中心に配置されたスルー開口部５２１を有し、支持エレメント５０９における削減された直径セクション５１３上に、滑らすことが可能な状態で嵌合し、これにより、プレート５２０ａが、ショルダー部５１６上に隣接させられ且つ設置させられる。削減された直径セクション５１３上に、キャップ５２３が嵌合して、ジンバル５０６を支持エレメント５０９上にロックさせる。幾つかの例示的な実施形態によれば、ジンバル５０６は、支柱５０９における削減された直径セクション５１３の周囲を回転可能である。
【００５８】
しかしながら、図５〜図６Ｂの例示的な実施形態によれば、最も内側のプレート５２２ａは、支柱５０９上に位置的に固定されており、最も内側のプレート５２０ａに対して中間プレート５２０ｂがｘ軸の周りを回転することが可能となるように、たわみ部５２２ａ及び５２２ｂはサイズが合わされ且つ形づくられている（図６Ａ内に示されている）。同様に、中間プレート５２０ｂと最も外側のプレート５２０ｃとが互いに関連してｙ軸の周りを回転することが可能となるように、たわみ部５２４ａ及び５２４ｂはサイズが合わされ且つ形づくられている（図６Ｂ内に示されている）。
【００５９】
たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂに沿った中間プレート５２０ｂ及び最も外側のプレート５２０ｃの傾きを調整することにより、ジンバルプラットフォーム５０２を、制御可能に配置することができる。プラットフォーム５０２の走査運動を生じさせるために、たわみ部５２２ａ−５２２ｂの周りのｘ軸の周りの第１の位置にプラットフォーム５０２を傾けることができ、次いで、たわみ部５２４ａ−５２４ｂの周りのｙ軸に沿った複数の位置にプラットフォーム５０２を傾けることができる。プラットフォーム５０２を、次いで、ｘ軸の周りの第２の位置に傾けることができる。プラットフォーム５０２は、たわみ部５２２ａ−５２２ｂについての共振周波数を有することができ、これにより、その共振周波数の付近の駆動周波数において強調された動作が生じることとなる。同様に、プラットフォーム５０２は、たわみ部５２４ａ−５２４ｂについての共振周波数を有することができ、これにより、その共振周波数の付近の駆動周波数において強調された動作が生じることとなる。ジンバルプラットフォームアセンブリ５００の共振周波数は、約50Ｈｚ〜約20ｋＨｚとすることができ、第１のたわみ部の対５２２ａ−５２２ｂについての共振周波数は、第２のたわみ部の対５２４ａ−５２４ｂの共振周波数にほぼ類似したものとすることができるか、又は第２のたわみ部の対５２４ａ−５２４ｂの共振周波数とは実質的に異なるものとすることができる。他の可能性のある走査運動は、円形走査を含み、両軸に沿って傾くことを含む。プラットフォーム５０２の制御可能な動作は、図８に関して更に詳細に説明される。
【００６０】
図５の断面図内に示されるように、磁石５１０もまた、トロイド形状にされており、放射状に内部に延びるショルダー部５２６を有する内壁５２８を備える。磁石５１０がジンバル５０６の上に実装されていることにより、ショルダー部５２６は、最も外側のジンバルプレート５２０ｃの外側の周辺に隣接することとなり且つ該周辺によって支持されることとなる。図５のその特定の構成において、ショルダー部は、壁５２８に沿って軸方向に配置されており、その結果、壁５２８は、支持ベース５０５に向ってジンバル５０６を通り越して、軸方向に延在する。
【００６１】
プラットフォーム５０２は、対向したほぼ円形の表面５０８及び５１２を有したほぼ円筒形のディスク形状を有する。プラットフォーム表面５１２は、磁石５１０の最も上側の表面５３０上に実装される。プラットフォーム５０２は、約0.3ｍｍ〜約5ｃｍの間の、外側の直径５１４を有する。プラットフォーム１０２、２０２、及び３０２の場合のように、表面５０８と５１２とが、ほぼ円形になっているように示されているが、それらは、任意の適合可能な幾何学形状を有することもできる。該幾何学形状には、任意の適合可能な多角形か又は卵形の形状を有することも含まれる（但し、これらに限定されない）。
【００６２】
プラットフォーム１０２、２０２、及び３０２の場合のようにまた、プラットフォーム５０２の表面５０８は、反射性であるか、又は反射性である一部を含む。代替的には、表面５０８には、反射性コーティングか又は他の処置を含めることができる。該表面は、ほぼ平坦になっているように示されているが、該表面は、任意の適合可能な形状とすることができる。該形状は、凸形か、凹形か、又はファセットを含むか、或いは平坦、凸形、凹形、及びファセット部分の任意の適合可能な組み合わせを含む（但し、これらに限定されない）。
【００６３】
図５の例示的な実施形態によれば、プラットフォーム５０２を、シリコンか、プラスチックか、ガラスか、又は任意の他の適合可能な反射性材料から構築することができる。支持エレメント５０４は、非磁性体であり、例えば、チタンか、アルミニウムか、真鍮か、青銅か、プラスチックか、又は任意の他の適合可能な非磁性材料から構成される。好適な例示的な実施形態によれば、ジンバル５０６を、シリコンから構築することができる。しかしながら、任意の他の適合可能な材料を使用することもできる。磁石５１０を、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な磁性材料から構築することができる。
【００６４】
代替の構成において、ジンバル５０６上に実装されたトロイド状の磁石５１０を用いるのではなく、ジンバル５０６上に実装された１つか又は複数の磁石をアセンブリ５００が含む。一例において、そのような磁石は、プラットフォーム５０２の下側５１２上に実装される。代替的には、磁性コーティングを、プラットフォーム５０２の下側５１２に適用することができる。トロイド状の磁石５１０か、磁性コーティングか、或いはプラットフォーム５０２に実装された１つか又は複数の磁石を使用する例において、プラットフォーム５０２は、それ自体が強磁性材料から形成される必要がない。
【００６５】
プラットフォーム５０２は、ｘ及びｙ軸の周りの３次元空間内において制御可能に移動可能である。利点の１つによれば、キャップ５２３によってジンバル５０６の内側プレート５２０ａが支持エレメント５０４にしっかりと結合されるので、ジンバルプラットフォームアセンブリ５００を、ユニットとして、３次元空間に対する任意の所望の配向に、回転させ且つ移動させることができる。
【００６６】
図８Ａは、本発明の例示的な一実施形態による、図５〜７Ｂ内に図示されたタイプのジンバルアセンブリ８１０と、磁気プラットフォームアクチュエータ８１２とを含むシステム８００の概念図の断面図である。ジンバルアセンブリ８１０は、図５のジンバルアセンブリ５００に類似しており、プラットフォーム８０２、支持エレメント８０４、ジンバル８０６、及び磁石８０８を含む。例示的な支持エレメント８０４は、ジンバル８０６のほぼ中心に配置されている。
【００６７】
概して、磁気プラットフォームアクチュエータ８１２は、図８Ｂの上面斜視図内に示されているように、４つのコイル８１４１〜８１４ｄを含む。しかしながら、図８Ａの断面図８００内では、アクチュエータ８１２の２つのコイル８１４ａ−８１４ｂだけが示されている。他の例示的な実施形態によれば、磁気プラットフォームアクチュエータ８１２には、任意の所望の数のコイルを含めることができる。コイル８１４ａ及び８１４ｂは、コイル支持８１６ａ及び８１６ｂ上に実装されている。動作中、コイル８１４ａ〜８１４ｂは、図４に関して上述された手法とほぼ同じ手法で、制御される手法において駆動される。
【００６８】
磁気プラットフォームアクチュエータ８１２は、ジンバルミラーアセンブリ８１０のミラー側８０９の付近に配置されているように示されているが、磁気アクチュエータ８１２を、プラットフォーム８０２の支持ベース８０５側の付近を含む任意の適合可能な位置に配置することもできる。同様に、コイル８１４ａ及び８１４ｂは、互いに平行に配置されているが、図４に関して上記に説明された配置のように、コイル８１４ａ及び８１４ｂを、任意の適合可能な配置に位置付けることができる。例示的な実施形態によれば、コイル８１４ａ及び８１４ｂは、銅から構築される。しかしながら、それらを任意の適合可能な材料から作ることもできる。
【００６９】
例示的な一実施形態によれば、コイル支持８１６ａ−８１６ｂは、非磁性体とすることができる。一構成において、コイル支持８１６ａ−８１６ｂは、チタンか、アルミニウムか、真鍮か、青銅か、プラスチックか、又は任意の他の適合可能な非磁性材料から構築される。代替の例示的な一実施形態によれば、コイル支持８１６ａ−８１６ｂを、軟質磁性材料から構築することができる。該軟質磁性材料は、パーマロイか、ＣｏＦｅか、合金１０１０鋼か、又は任意の他の適合可能な軟質磁性材料などである。
【００７０】
図９Ａ〜９Ｅは、本発明の他の例示的な実施形態による、小型ジンバルミラーアセンブリを示す。以前に説明した静止した中心支持構成の実施形態とは対照的に、図９Ａ〜図９Ｅの例示的な実施形態は、静止したか又は回転するフレーム／支持に対して回転可能に実装された移動可能なプラットフォームを有する。より具体的には、図９Ａは、本発明の例示的な一実施形態による、移動可能な内部プラットフォームを有するジンバルミラーアセンブリ９００を示す。ジンバルミラーアセンブリ９００は、プラットフォーム９０２、フレーム９０４、及び回転たわみ部９０６ａ〜９０６ｂを含む。図９Ｂ〜９Ｄは、図９Ａのジンバルミラーアセンブリ９００の更なる例示的な実施形態を示す。
【００７１】
図９Ａ〜９Ｄを参照すると、フレーム９０４は、ほぼ八角形であり、大きな八角形のスルー開口部９１２を有している。プラットフォーム９０２は、概して長方形であり、フレーム９０４の開口部９１２内において配置されている。しかしながら、プラットフォーム９０２とフレーム９０４とは、任意の適合可能な形状を有することもできる。例示的な実施形態によれば、内部プラットフォーム９０２が、第１の回転たわみ部９０６ａと第２の回転たわみ部９０６ｂとによってフレーム９０４に取り付けられている。回転たわみ部９０６ａ−９０６ｂは、プラットフォーム９０２のほぼ対向する側面上に実装されている（又は形成されている）。これにより、回転たわみ部９０６ａ−９０６ｂが、プラットフォーム９０２の１つの軸（例えば、ｙ軸）に沿ってほぼ位置合わせされる。回転たわみ部９０６ａ及び９０６ｂは、図７Ａ及び７Ｂに関してその図面内に示され且つ説明された回転たわみ部５２４ａ及び５２４ｂにほぼ等しい。１つの特徴によれば、プラットフォーム９０２は、ｙ軸の周りを回転たわみ部９０６ａ及び９０６ｂを介して回転するが、外側フレーム９０４は、静止したままである。しかしながら、図１０及び図１１に関して更に詳細に下記において説明されるように、フレーム９０４を、支持構成に対して回転可能に実装することもできる。
【００７２】
その例示的な実施形態によれば、外側フレーム９０４は、第１のレセプタクル９０８ａと第２のレセプタクル９０８ｂとを含む。レセプタクル９０８ａ及び９０８ｂは、フレーム９０４のほぼ対向する側面内に形成される。これにより、レセプタクル９０８ａ及び９０８ｂは、ｘ軸に沿ってほぼ位置合わせされることとなる。レセプタクル９０８ａ及び９０８ｂは、内側部分９１４ａ及び９１４ｂと、外側部分９１６ａ及び９１６ｂとを有しており、内側部分９１４ａ及び９１４ｂは、外側部分９１６ａ及び９１６ｂの幅９２０よりも広い幅９１８を有した状態になっている。
【００７３】
図１０〜１１に関して更に詳細に説明されるように、フレーム９０４を支持構成に回転可能に実装するために、レセプタクル９０８ａ及び９０８ｂを用いることができる。１つの特徴によれば、支持構成に実装される時には、外側プラットフォーム９０４は、ｘ軸の周りを回転することができる。
【００７４】
図９Ａ及び９Ｄ内において最も明確に示されているように、プラットフォーム９０２は、表面９０９に取り付けられた磁石９１０を含む。磁石９１０は、ほぼ平坦になっているように示されているが、該磁石９１０は、任意の適合可能な形状とすることができ、及び任意の適合可能なサイズとすることができる。追加的には、磁石９１０は、表面９０９の一部だけを覆うことが可能である。代替的な一実施形態によれば、ジンバルプラットフォームアセンブリ９００は、表面９０９に取り付けられた複数の磁石９１０を含む。例示的な実施形態によれば、磁石９１０は磁性体であり、該磁石９１０を、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な磁性材料から構築することができる。
【００７５】
図９Ｃ内において最も明確に示されているように、プラットフォーム９０２はまた、表面９０９に対向する、プラットフォーム９０２の表面上に、反射性構成要素９１１も含む。例示的な一実施形態によれば、反射性構成要素９１１はミラーであり、該反射性構成要素９１１を、シリコンか、プラスチックか、ガラスか、又は任意の他の適合可能な材料から構築することができる。代替の例示的な一実施形態によれば、反射性構成要素９１１は、反射性コーティングとして形成される。追加的には、反射性構成要素９１１は、ほぼ平坦になっているように示されているが、該反射性構成要素９１１は、任意の適合可能な形状とすることができる。該形状は、凸形か、凹形か、又はファセットを含むか、或いは平坦、凸形、凹形、及び／又はファセット部分の任意の組み合わせを含む（但し、これらに限定されない）。
【００７６】
その例示的な実施形態によれば、プラットフォーム９０２、フレーム９０４、及び回転たわみ部９０６ａ−９０６ｂを備えるジンバルアセンブリ９００を、シリコンからの一枚に構築することができる。しかしながら、任意の他の適合可能な材料を用いることもできる。プラットフォーム９０２とフレーム９０４とは、非磁性体とすることができ、該プラットフォーム９０２とフレーム９０４とを、チタンか、アルミニウムか、真鍮か、青銅か、プラスチックか、又は任意の他の適合可能な材料から構築することができる。代替的には、プラットフォーム９０２とフレーム９０４とは、磁性体とすることができ、該プラットフォーム９０２とフレーム９０４とを、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な磁性材料から構築することができる。その例示的な実施形態によれば、磁石９１０を、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な磁性材料から構築することができる。
【００７７】
図９Ｂ〜９Ｄ内に示されるように、ジンバルアセンブリ９００にはまた、第１のスピンドル９３２ａと第２のスピンドル９３２ｂとを含めることができる。スピンドル９３２ａ−９３２ｂは、フレーム９０４に結合されるか、又はフレーム９０４に統合されるように形成されて、レセプタクル９０８ａ−９０８ｂ内へと嵌合するよう形づくられる。その例示的な実施形態によれば、スピンドル９３２ａ−９３２ｂは、内側部分９３４ａ−９３４ｂと、外側部分９３６ａ−９３６ｂとを有する。スピンドル９３２ａ−９３２ｂの内側部分９３４ａ及び９３４ｂは、スピンドル９３４ａ−９３４ｂの外側部分９３６ａ及び９３６ｂの幅９１８よりも広い幅９４０を有する。
【００７８】
例示的な一実施形態によれば、第１のスピンドル９３２ａと第２のスピンドル９３２ｂが、それぞれ、第１のレセプタクル９０８ａ内と第２のレセプタクル９０８ｂ内において位置的に固定される。しかしながら、代替の例示的な一実施形態によれば、スピンドル９３２ａ−９３２ｂは、レセプタクル９０８ａ−９０８ｂ内において回転可能に配置される。図９Ｃ及び９Ｄ内において最も明確に示されるように、外側部分９３６ａ及び９３６ｂは、ほぼ円筒形であり、図１１〜１２に関してより詳細に後述されるように、支持構成に対してフレーム９０４を回転可能に実装するのに適している。
【００７９】
スピンドル９３２ａ−９３２ｂを、フレーム９０４の残りのものと共に、シリコンからの１枚に構築することができるか、或いは、任意の適合可能なスピンドル材料を用いてフレーム９０４から分離するように構築することができる。スピンドル９３２ａ−９３２ｂは、非磁性体とすることができ、及び、スピンドル９３２ａ−９３２ｂを、チタンか、アルミニウムか、真鍮か、青銅か、プラスチックか、又は任意の他の適合可能な材料から構築することができる。代替的には、スピンドル９３２ａ−９３２ｂは、磁性体とすることができ、スピンドル９３２ａ−９３２ｂを、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な磁性材料から構築することができる。
【００８０】
図９Ｅは、図９Ａ〜９Ｄのアセンブリ９００に類似したジンバルアセンブリ９６０を示すが、フレーム９６４内に統合されるように形成されたスピンドル９６２ａ及び９６２ｂを含んでいる。この例示的な実施形態によれば、第１のスピンドル９６２ａ及び第２のスピンドル９６２ｂは、フレーム９６４のほぼ対向する側面上に形成されており、これにより、それらは、ｘ軸に沿ってほぼ位置合わせされることになる。スピンドル９６２ａ−９６２ｂは、ほぼ円筒形であるが、それらは、任意の適合可能な幾何学形状とすることもできる。スピンドル９３２ａ及び９３２ｂの場合におけるように、スピンドル９６２ａ−９６２ｂを、フレーム９６４を支持構成に回転可能に実装するために使用することができる。
【００８１】
その例示的な実施形態によれば、スピンドル９６２ａ−９６２ｂは、フレーム９６４と同じ材料から構築され、スピンドル９６２ａ−９６２ｂを、シリコンから、フレーム９６４と共に一枚に、形成することができる。しかしながら、任意の他の適合可能な材料を使用することもできる。フレーム９６４及びスピンドル９６２ａ−９６２ｂは、非磁性体とすることができ、フレーム９６４及びスピンドル９６２ａ−９６２ｂを、チタンか、アルミニウムか、真鍮か、青銅か、プラスチックか、又は任意の他の適合可能な材料から構築することができる。代替的には、フレーム９６４及びスピンドル９６２ａ−９６２ｂは、磁性体とすることができ、フレーム９６４及びスピンドル９６２ａ−９６２ｂを、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な磁性材料から構築することができる。
【００８２】
図９Ｆは、ラスター走査を生じさせるために、ミラーシステムを制御するための方法の例示的な一実施形態による、相対的なプラットフォームとフレームの位置を示すグラフ９８０である。グラフ９８０は、ある時間にわたる、例示的なラスター走査傾斜角度を示している。実線は、プラットフォーム９０２の傾斜角度を示しており、示されているように、正弦波曲線状に変化している。プラットフォーム９０２の動きの周波数は、プラットフォーム９０２と磁石９１０とを支持している回転たわみ部９０６ａ及び９０６ｂの共振周波数に対応する。点線は、フレーム９０４の傾斜角度を表しており、この実施例によれば、三角波の傾斜状に変化している。回転たわみ部９０６ａ及び９０６ｂの周囲において、典型的にはプラットフォーム９０２の動きよりも実質的に遅い周波数で、フレーム９０４はスピンドル９３２ａ及び９３２ｂに沿って前後に傾く。１つの特徴によれば、システム５００とは対照的に、回転たわみ部の第２の対の代りにスピンドル９３２ａ及び９３２ｂを用いることは、グラフ９８０内に示されている非共振の傾きを、より容易に可能にする。プラットフォーム９０２とフレーム９０４との組み合わされた動きは、２軸のラスター走査動作を生じさせる。
【００８３】
より具体的には、一構成によれば、図９Ｆ内に示されているように、ピーク傾斜角度は、各軸周辺のいずれかの方向におけるプラットフォーム９０２の機械的回転における１０度であり、これにより、各軸に沿って４０度の総合的な光学走査が生じる結果となる。図９Ｆ内において、例示を目的とするために、速軸の共振は20Ｈｚであり、傾斜期間は１秒である。他の実施例において、機械的回転のピーク角度は、約3度〜約45度の間とすることができ、これにより、各軸に沿って約12度と約180度の総合的な光学走査が生じる結果となる。速軸の共振は、プラットフォームと磁石とを加えた回転たわみ部の共振周波数にほぼ等しいものとすることができ、約100Ｈｚ〜約20kＨzの間とすることができる。傾斜期間は、約１／40秒〜約10秒の間とすることができる。
【００８４】
図１０は、本発明の例示的な一実施形態による、図９Ｂのジンバルプラットフォームアセンブリ９００と、磁気プラットフォームアクチュエータ１１１２とを含む小型の作動可能に移動可能なプラットフォームシステム１１００を示す。磁気プラットフォームアクチュエータ１１１２は、ｙ軸の周りにプラットフォーム９０２を回転させるための第１のｙ軸磁気コイル１１１４及び第２のｙ軸磁気コイル（図示せず）と、ｘ軸の周りにフレーム９０４を回転させるための第１のｘ軸磁気コイル１１１６ａ及び第２のｘ軸磁気コイル１１１６ｂとを含む。
【００８５】
その例示的な実施形態によれば、磁気コイル１１１４ａを含むｙ軸磁気コイルは、フレーム９０４のほぼ下に配置され、ｘ軸コイル１１１６ａと１１１６ｂとの間のｙ軸のいずれかの側の長手方向に延在し、ｘ軸コイル１１１６ａと１１１６ｂとが、互いにほぼ平行にとなり合う。第２のｙ軸磁気コイルは、ジンバルプラットフォームアセンブリ９００によって覆い隠されている。ｘ軸コイル１１１６ａ−１１１６ｂは、トロイド形状にされており、ｘ軸及びｚ軸から等しい距離の、フレーム９０４のいずれかの側に配置されている。動作中、ｘ軸コイル１１６ａ及び１１６ｂに電流を提供することにより、フレーム９０４が、スピンドル９３６ａ及び９３６ｂを介してｘ軸の周りに回転させられる。同様に、コイル１１１４ａを含むｙ軸コイルに電流を提供することにより、プラットフォーム９０２が、たわみ部９０６ａ及び９０６ｂを介してｙ軸の周りに回転させられる。
【００８６】
図１１は、本発明の別の例示的な実施形態による、磁気アクチュエータ１２１２内においてジンバルプラットフォームアセンブリ９００が回転可能に実装された代替の例示的な一実施形態を示す。磁気アクチュエータ１２１２は、支持構成１２１８と、ベース１２１６と、４つの磁気コイル支持１２１４ａ〜１２１４ｄとを備える。支持フレーム１２１８は、第１の支持エレメント１２２０ａと第２の支持エレメント１２２０ｂとを含む。支持エレメント１２２０ａ−１２２０ｂの各々は、プラットフォームアセンブリ９００のスピンドル９３６ａ−９３６ｂを受容するためのレセプタクル１２２２ａと１２２２ｂをそれぞれ含む。レセプタクル１２２２ａ及び１２２２ｂは、切り込み（ノッチ）として図示されている。しかしながら、それらは、回転可能にスピンドル９３６ａ−９３６ｂに嵌合させるための溝か、チャンネルか、トンネルか、又は任意の他の適合可能な形状とすることもできる。１つの例示的な特徴によれば、スピンドル９３６ａ及び９３６ｂをレセプタクル１２２２ａ及び１２２２ｂ内に確保するために、カバー１２２４ａと１２２４ｂを、レセプタクル１２２２ａ上と１２２２ｂ上にそれぞれ実装することができる。
【００８７】
磁気プラットフォームアクチュエータ１２１２は、４つのコイル支持１２１４ａ〜１２１４ｄと共に示されているが、任意の所望の数のコイル支持を用いることもできる。動作中には、図４内に示されたようなコイルが、コイル支持１２１４ａ〜１２１４ｄの周りに巻かれている。そのコイルを、図４に関連して上記に説明したような類似のやり方で、プラットフォーム９０２を動かすための、制御される手法において、駆動することができる。より具体的には、コイル１２１４ｂ及び１２１４ｄに対して駆動電流を供給することにより、フレーム９０４が、スピンドル９３６ａ及び９３６ｂの周りに回転させられることになる一方で、コイル１２１４ａ及び１２１４ｃに対して駆動電流を供給することにより、プラットフォームが、たわみ部９０６ａ及び９０６ｂの周りに回転させられることになる。利用可能なコイルに対して提供される駆動電流のパターンを変化させることにより、３次元空間に対するプラットフォーム９０２の所望の動きを達成することができる。上記に説明された用途におけるように、例えば、光学ビームのステアリングか、撮像か、又は他の用途の場合に、図１０及び図１１の構成を用いることができる。
【００８８】
図１２は、本発明の例示的な一実施形態による、プラットフォーム位置検知のための構成の概念図１４００である。概念図１４００は、プラットフォーム１４０２の位置を検知するための磁気センサ１４０４を含む。プラットフォーム１４０２は、磁性体であるか、又は該プラットフォーム１４０２に実装された１つか又は複数の磁石を含んでいるかのいずれかである。その例示的な実施形態によれば、磁気センサ１４０４は、プラットフォーム１４０２の磁界に基づき、該プラットフォーム１４０２の傾斜の角度を測定することが可能なホール効果センサである。プラットフォーム１４０２が、２つの軸の周りに傾くと、ホール効果センサ１４０４が、プラットフォーム１４０２の軸の傾きを測定する。
【００８９】
その例示的な実施形態によれば、概念図１４００は、プラットフォーム１４０２についての、θｘ及びθｙの２つの角度を示す。磁気センサ１４０４は、少なくとも２軸の磁気センサであり、少なくともＢｘ及びＢｙの電圧出力を有する。しかしながら、Ｂｘ、Ｂｙ、及びＢｚの電圧出力を有する３軸磁気センサ１４０４を用いることもできる。その例示的な実施形態によれば、Ｂｚ出力を用いて、Ｂｘ及びＢｙ出力を正規化することができる。磁気センサ１４０４は、プラットフォーム１４０２の傾きθｘ及びθｙの両角度を測定し、各角度θｘ及びθｙのサイン（正弦）に比例した電圧出力を有する。１つの特徴によれば、このことが、スムーズでほぼ線形な出力を生じる結果となり、図１３に関して更に詳細に説明されるように、これを、プラットフォーム１４０２の角度θｘ及びθｙを制御するために用いることができる。
【００９０】
例示的な一実施形態によれば、プラットフォーム１４０２の磁気特性によって生じさせられた磁界が、図１４００内に示されるように、半径ｒ方向とθ方向とに沿ったその構成要素によって提供される。式１〜４（下記）内において、ｒは、プラットフォーム１４０２の磁気ダイポールの中心１４０６から、磁気センサ１４０４への距離であり、θは、プラットフォーム１４０２のｚ軸と、磁気センサ１４０４の位置との間の傾きの角度である。
【００９１】
【数１】
ここで、θは、プラットフォーム１４０２の傾きの角度であり、ｒは、プラットフォーム１４０２の磁気ダイポールの中心から磁気センサ１４０４までの距離であり、μ０は、自由空間の透磁率（透過率）であり、ｍは、プラットフォーム１４０２内に含まれる磁気ダイポール磁石である。
【００９２】
別の例示的な実施形態によれば、式３〜４内に示されるような正規化定数ＢＸ０又はＢＹ０を使用せずに、３軸磁気センサ１４０４が用られて回転角が測定される。
【００９３】
【数２】
ここで、θｘ及びθｙは、それぞれｘ軸及びｙ軸におけるプラットフォーム１４０２の傾きであり、Ｂｘ、Ｂｙ、及びＢｚは、それぞれｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿ったセンサ１４０４における磁界成分であり、ＢＸ０又はＢＹ０は、正規化定数であり、９０度の回転における磁界を表す。
【００９４】
図１３は、プラットフォーム位置を制御するための、且つ、図１３内に示されたタイプのプラットフォーム検知構成を用いるための制御システムによって使用される処理を説明する流れ図１５００である。その方法は、設定ポイント、すなわちラスター走査のためのターゲットポイントにより開始する（ステップ１５０２）。該設定ポイントは、プラットフォームの角度を制御する角度制御回路構成に送られる（ステップ１５０４）。該角度制御回路構成は、プラットフォームの所望の傾きに関する情報を、駆動回路に送る（ステップ１５０６）。該駆動回路は、この情報を駆動コイル上に送り（ステップ１５０８）、磁界を調整する。これにより、プラットフォームが回転させられる（ステップ１５１０）。磁気センサが、プラットフォームにより結果として生成される磁界を検知し、実際のプラットフォームの傾きを決定する（ステップ１５１４）。この情報は、前記角度制御回路構成に戻すように送られ、該角度制御回路構成は、次いで、必要に応じてプラットフォームの傾きを再調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の例示的な一実施形態による、半球形のプラットフォームキャビティを有した磁気的に支援されたピボットインターフェースを有する支持構成の断面図である。
【図２】本発明の代替の例示的な一実施形態による、図１の実施形態に類似した支持構成であるが、円錐形のプラットフォームキャビティを有する支持構成の断面図である。
【図３】本発明の別の例示的な実施形態による、図１の実施形態に類似した支持構成であるが、ｖ型形状のプラットフォームキャビティを有する支持構成の断面図である。
【図４】本発明の例示的な一実施形態による、磁気プラットフォームアクチュエータと共に図２の支持構成を含むシステムの図である。
【図５】本発明の別の例示的な実施形態による、プラットフォームにおける複数軸の配置のためのジンバルアセンブリの断面図であり、該ジンバルアセンブリは、静止した中心支持構成を有している。
【図６Ａ】ｙ軸の周りを例示的に回転させられる図５のアセンブリと共に使用されるための例示的なジンバルプラットフォームアセンブリの上面斜視図である。
【図６Ｂ】ｘ軸の周りを例示的に回転させられる図６Ａのジンバルプラットフォームアセンブリの上面斜視図である。
【図７Ａ】本発明の例示的な一実施形態による、統合されるように形成された回転たわみ部を用いている、図５〜６Ｂ内において図示されたタイプのジンバルプラットフォームアセンブリの上面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの回転たわみ部に類似した、部分的に組み立てられた折り重ねられた回転たわみ部の拡大図である。
【図８Ａ】本発明の例示的な一実施形態による、図５〜７に図示されたタイプのジンバルプラットフォームアセンブリと、磁気プラットフォームアクチュエータとを含むシステムの断面概念図である。
【図８Ｂ】本発明の例示的な一実施形態による、磁気プラットフォームアクチュエータの断面概念図である。
【図９Ａ】本発明の様々な追加的な例示的な実施形態による、静止した外側フレームを有するプラットフォームにおける複数軸の配置のためのジンバルプラットフォームアセンブリを示す図である。
【図９Ｂ】本発明の様々な追加的な例示的な実施形態による、静止した外側フレームを有するプラットフォームにおける複数軸の配置のためのジンバルプラットフォームアセンブリを示す図である。
【図９Ｃ】本発明の様々な追加的な例示的な実施形態による、静止した外側フレームを有するプラットフォームにおける複数軸の配置のためのジンバルプラットフォームアセンブリを示す図である。
【図９Ｄ】本発明の様々な追加的な例示的な実施形態による、静止した外側フレームを有するプラットフォームにおける複数軸の配置のためのジンバルプラットフォームアセンブリを示す図である。
【図９Ｅ】本発明の様々な追加的な例示的な実施形態による、静止した外側フレームを有するプラットフォームにおける複数軸の配置のためのジンバルプラットフォームアセンブリを示す図である。
【図９Ｆ】本発明の例示的な一実施形態による、ある時間にわたる共振速軸と非共振遅軸の傾きについての例示的なラスター走査角度を示すグラフである。
【図１０】本発明の例示的な一実施形態による、磁気プラットフォームアクチュエータと共に図９Ｂのジンバルプラットフォームアセンブリを含む支持システムを示す図である。
【図１１】本発明の代替の例示的な一実施形態による、図１０内に示されたタイプの支持システムであるが、磁気プラットフォームアクチュエータを用いている支持システムを示す図である。
【図１２】本発明の例示的な一実施形態による、プラットフォーム位置検知のための構成の概念図である。
【図１３】プラットフォーム位置を制御するための、且つ、図１２内に示されたタイプのプラットフォーム検知構成を用いるための、制御システムを示すブロック図である。
【技術分野】
【０００１】
関連特許出願の相互参照
本出願は、2005年12月16日にファイリングされた米国実用新案出願第１１／３０５，０５３号に対する優先権と、該出願の利益とを請求し、その開示全体が、参照により本明細書内に組み込まれる。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般には、制御可能に作動させることが可能な小型プラットフォームに関し、特に、様々な実施形態において、小型ミラーを含む制御可能に作動させられる小型プラットフォームアセンブリに関するシステム、方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
バーコードリーダ、カメラ、プロジェクションテレビ、内視鏡、及び腹腔鏡のような走査光学ビーム技術は、光学ビームを導くために、微小電気機械（ＭＥＭＳ）ミラーのような小型の電気的・機械的ミラーを頻繁に用いる。ＭＥＭＳミラーは、典型的には、高電圧の静電式のか、電熱式のか、圧電式のか、又は電磁式の操作を利用する。それら操作は全て、典型的には、該ミラーに取り付けられた電気的なワイヤを必要とする。これらワイヤは、光学ビームを遮断する可能性があり、ある特定の光学的設計を妨げる。更に、高電圧は、安全ではないと考えられ、医療装置のようなある特定用途の場合には信頼することが出来ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
医療用の従来の代替的な走査装置は、光ファイバを用いて、光を持ち込み、そのリターン信号を収集する。これらの装置は、典型的には、該装置内において光ファイバを回転させて、走査した画像を取得する。回転軸についての円形走査を形成するための１つの現在のアプローチは、光ファイバを回転させるために外部モータによって駆動させられた回転する機械式のリンク機構を用いる。このアプローチは、幾つかの欠点を被る。１つの欠点は、その回転する機械式リンク機構が、典型的には、光学ロータリーコネクタとして知られるような高価な構成要素を必要とすることである。別の欠点は、狭い口径（＜2ｍｍ）の走査機器の場合に、該機器の機械式の連結（トレイン）の剛性が、光ファイバの均一な回転を保証するには不十分であることである。光ファイバの不均一な回転は、不均一回転歪（Non-Uniform Rotation Distortion：ＮＵＲＤ）として知られる画像の歪みをまねく結果となる。更なる欠点は、このアプローチが、単軸走査を生じさせることである。
【０００５】
従って、小型の光学走査装置を提供するための改善されたアプローチが、必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の要約
本発明は、様々な実施形態において、複数軸に沿って制御可能に作動させられる小型プラットフォームに関する改善されたシステム、方法、及び装置を提供することによって、先行技術の欠陥（不備）に対処する。幾つかの実施形態によれば、小型ミラーを、そのようなプラットフォーム上に実装することができるか、そのようなプラットフォーム上に形成することができるか、そのようなプラットフォームに統合されるように形成することができるか、又はそのようなプットフォームから形成することができる。幾つかの構成によれば、本発明のプラットフォームを、回転するように作動可能にすることもできる。１つの利点によれば、本発明の小型の作動可能なプラットフォームは、磁性駆動を用い、（典型的には、約２ボルト未満の）低電圧を使用し、該プラットフォームに取り付けられる電気的ワイヤを必要としない。別の利点によれば、光ファイバの機械的な回転はもはや必要とせず、該光ファイバが静止したままとすることができる一方で、反射性の表面を有するプラットフォームが動かされる。
【０００７】
一態様によれば、本発明は、小型の操作可能に可動な支持構造を提供し、該支持構造は、プラットフォーム、支持エレメント、及び磁気ベアリングを含む。概して、磁気ベアリングは、プラットフォームと支持エレメントとの間に配置されて、支持エレメントとプラットフォームとの間において磁気的に高められたピボットインターフェースを提供する。幾つかの構成において、プラットフォームは、対向したほぼ円形の第１及び第２の表面を有する円筒形ディスクとして形づくられる。代替的には、プラットフォームと該第１及び第２の表面とは、任意の適合可能な形状を有することができる。一構成によれば、プラットフォームは、約0.3ｍｍ〜約5ｃｍの間の外側直径と、約0.02ｍｍ〜約5ｍｍの間の高さ／厚みとを有する。様々な他の構成において、可動プラットフォームは、約5ｃｍか、約2.5ｃｍか、1ｃｍか、500ｍｍか、250ｍｍか、100ｍｍか、50ｍｍか、10ｍｍか、１ｍｍか、0.5ｍｍか、0.3ｍｍか、又は0.1ｍｍ、未満の直径／幅を有する。更なる構成によれば、可動プラットフォームは、約5ｍｍか、2.5ｍｍか、1ｍｍか、0.5ｍｍか、0.25ｍｍか、0.1ｍｍか、50μｍか、25μｍか、10μｍか、又は5μｍ、未満の厚み／高さを有する。
【０００８】
プラットフォームには、該プラットフォームの第１の表面内に（例えば表面下に）形成されたキャビティを含めることができる。該キャビティは、内面を含む。該内面は、磁気ベアリングに接触する。該キャビティは、任意の適合可能な幾何学形状とすることができ、該幾何学形状は、半球形か、長方形か、円錐形か、又はｖ型形状を含む（但しこれらに限定されない）。追加的には、該キャビティを、中心に配置することができるか、又はプラットフォームの直径／幅の一部か又は全体に沿って延在させることができる。代替的には、プラットフォームを、いかなるキャビティも無く、設計することもできる。
【０００９】
１つの特徴によれば、キャビティの内面は、ほぼ平滑である。別の特徴によれば、キャビティの内面は、強磁性材料から形成されるか、又は磁気ベアリングの極性とは反対の極性で磁化され、その結果、該磁気ベアリングと、該キャビティの内面とが、互いに引き寄せ合うこととなる。一構成によれば、プラットフォームの全体か又はほぼ全体が、硬質磁性材料か又は強磁性材料から形成される。しかしながら、別の構成によれば、プラットフォームは、非磁性の引き寄せ材料から形成され、該プラットフォームに取り付けられたか又は該プラットフォーム内へと形成された１つか又は複数の磁石を有する。
【００１０】
１つの特徴によれば、プラットフォームとベアリングとの間における磁気的な引き寄せは、支持エレメントに対するプラットフォームの回転軸上に置かれる及び／又は回転させられる配向とは無関係に、キャビティの表面と磁気ベアリングとの間の接触を保つ。この特徴の結果として、プラットフォームと磁気ベアリングとの間の接触を失うこと無く、プラットフォームと、磁気ベアリングと、支持エレメントとの組み合わされた構成を、３次元空間に対する任意の所望の配向へと、回転させ且つ動かすことができる。更なる特徴によれば、プラットフォームと磁気ベアリングとの間の磁気的な相互作用は、支持エレメントのベアリング上のプラットフォームをセンタリングさせるように作用するバネ復元力を形成する。
【００１１】
別の特徴によれば、プラットフォームの第２の表面（例えば上面）は、反射性であるか、又は反射性である一部分を含む。代替的には、第２の表面は、反射性コーティングを含むことができるか、或いは反射性構成要素を第２の表面に実装することができる。一構成において、第２の表面が、ほぼ平坦である。しかしながら、別の構成では、第２の表面は、任意の適合可能な形状とすることができ、該形状は、凸形か、凹形か、又はファセットを含むか、或いは平坦、凸形、凹形、及び／又はファセット部分の任意の組み合わせを含む（但しこれらに限定されない）。
【００１２】
一実施形態によれば、支持エレメントは、非磁性体であり、円錐形に形づくられており、約0.1ｍｍ〜約100ｍｍの間の高さを有する。しかしながら、代替の実施形態において、支持エレメントは、任意の適合可能な形状を有することができる。１つの特徴によれば、磁気ベアリングを受容するために、凹形のゆりかごのようなレセプタクルを、一端部において支持エレメントが含む。磁気ベアリングは、該レセプタクル内において回転可能とすることができるか、又は該レセプタクル内において位置的に固定されることが可能である。他の構成によれば、磁気ベアリングは、任意の適合可能な幾何学形状とすることができ、該幾何学形状は、球形か、半球形か、又は円錐形状を含む（但しこれらに限定されない）。磁気ベアリングはまた、比較的軟質か又は硬質とすることができるか、或いは、比較的軟質か又は硬質な外殻を含むことができる。追加的には、支持エレメントの端部には、レセプタクルが無いものを含めることができ、その代りに、磁性材料を含めることができ、プラットフォームの第１の表面を引き寄せて接触するよう適合可能に形づくられる。例示を目的として、前記端部を、尖っていない先端か又は鋭い先端を有する円錐形に形づくることができる。
【００１３】
動作中、磁気ベアリングか、又は支持エレメントの先端は、ピボットとして作用し、該ピボットの周囲において、プラットフォームは、任意の方向に傾くことが自由である。幾つかの実施形態において、例えば支持エレメントの長手方向の軸の周りを、プラットフォームはまた回転することもできる。１つの特徴によれば、プラットフォームの付近の支持エレメントの幅と共に、該プラットフォーム内のキャビティの寸法及び形状が、該プラットフォームと該支持エレメントとの間における利用可能な偏向の最大角を決定する。
【００１４】
更なる一態様において、本発明は、磁気プラットフォームアクチュエータを含む。一実施形態において、磁気プラットフォームアクチュエータは、４つのコイルとベースとを備える。しかしながら、磁気プラットフォームアクチュエータには、任意の所望の数のコイルを含むめることもできる。一実施例によれば、該コイルは、プラットフォームを傾けるための制御された手法において駆動される。より具体的には、ある特定のコイルに電流を提供することが、磁界を形成させ、その磁界が、プラットフォームを引き寄せることにより、該プラットフォームが、該特定のコイルに向かうようにか又は離れるように傾斜させられる。より一般的には、個々のコイルか又はコイルの組み合わせに対して電流を提供することにより、プラットフォームが、所望の方向に傾斜させられる。例えば、コイルを、対（ペア）で動作させて、プッシュ・プル（押し・引き）のトルクを提供することができる。一実施形態によれば、プラットフォームは、反射性の表面を有し、例えば、光学ビームのステアリングか、撮像か、又は他の用途の場合に、コイルに対する電流駆動を調整することにより、該反射性の表面を、制御可能に位置付けることができる。
【００１５】
更なる一実施形態によれば、前記電流駆動が、連続的にコイルを掃引することができ、それにより、プラットフォームが、各連続的なコイルに向って連続的に傾斜させられて、円形の走査運動が形成される。追加的には、コイルの連続的な掃引ごとに、電流の強度を変化させることによって、任意の所望サイズの連続的なラスター走査を達成させることができる。走査中に電流の強度を変化させることによってもまた、任意の所望の形の走査を達成することができる。
【００１６】
一構成によれば、磁気プラットフォームアクチュエータは、プラットフォームのミラー側の付近に配置される。しかしながら、代替の一構成によれば、該磁気アクチュエータを、任意の適合可能な位置に配置することもできる。一構成によれば、コイルは、互いに平行に配置され、磁気プラットフォームアクチュエータのベースの周囲に沿って均等に隔置される。しかしながら、代替の構成において、該コイルを、ベース上のか又はベースに対する、任意の適合可能な配置に、位置付けることもできる。追加的には、用途に依存して、任意の所望パターンにおいてか、或いはランダムか又はほぼランダムなパターンにおいてコイルを掃引することができる。
【００１７】
別の態様によれば、本発明は、プラットフォーム、支持構成、ジンバル（回転台）、及び磁石を含む、小型のジンバルプラットフォームアセンブリを提供する。この態様によれば、単一ジンバルプレートを有するのでは無く、このアセンブリのジンバルは、第１、第２、及び第３のプレートを含み、同心のトロイドとして構成され、該第１のプレートが、最も内側のトロイドになっており、該第２のプレートが、次のトロイドになっており、最も外側の第３のプレートにより続けられる。
【００１８】
１つの特徴によれば、小型のジンバルプラットフォームアセンブリは、２対の回転たわみ部を含む。たわみ部の第１の対は、第１の軸（例えば、ｘ軸）に概して沿って延在し、ジンバルの最も内側のプレートを、ジンバルの中間プレートに対して、回転可能に相互接続する。同様に、回転たわみ部の第２の対は、第１の軸に垂直な第２の軸（例えば、ｙ軸）に概して沿って延在し、ジンバルの中間プレートを、ジンバルの最も外側のプレートに対して、回転可能に相互接続する。たわみ部の第１の対は、最も内側のプレートに対して、中間プレートが、ｘ軸の周りを回転することが可能となるように寸法が合わされて形づくられる。たわみ部の第２の対は、中間プレートと最も外側のプレートとが、互いに関連してｙ軸の周りを回転することが可能となるように寸法が合わされて形づくられる。
【００１９】
１つの特徴によれば、回転たわみ部は、約1μｍ〜10μｍの間の幅と、約10μｍ〜約100μｍの厚み／深さとを有して、そのような相対運動を可能にする。一構成において、たわみ部の幅は、約6μｍであり、たわみ部の厚み／深さは、約50μｍである。別の特徴によれば、回転たわみ部は、約250Ｈｚ〜約750Ｈｚの共振周波数を有する。一実施例において、回転たわみ部は、約500Ｈｚの共振周波数を有する。更なる特徴によれば、プレートは、約100μｍ〜約750μｍの間の厚みを有する。別の構成において、プレートは、約400μｍの厚みを有する。一構成において、たわみ部の両セットに沿った内側、中間、及び外側のプレートは、シリコンからの一枚に形成される。一構成によれば、ジンバルの最も外側のプレートは、約500μｍ〜約2ｍｍの間の、外側の直径を有する。
【００２０】
一実施形態によれば、本発明のこの態様の支持構成は、ベース、遷移部、及び支柱を備える。該遷移部は、ベース内の中心位置の外に軸方向に延在し、該遷移部がベースから離れるように延びるにつれてより小さく先細りにされる直径を有する。該支柱は、遷移部の外に軸方向に延在し、遷移部が、該支柱のための高められた構造上の支持を提供する。該支柱は、第１及び第２のセクションを含む。該支柱の第２のセクションは、第１のセクションに対して削減された直径を有し、第１のセクションと第２のセクションとの間の遷移において放射状に延在するショルダー部が形成されている。
【００２１】
更なる一実施形態によれば、最も内側のジンバルプレートは、中心に位置付けられたスルー開口部を有し、支柱における削減された直径セクション上に、滑らすことが可能な状態で嵌合し、これにより、プレートが、該支柱のショルダー部上に隣接させられ且つ設置させられる。支柱における削減された直径セクション上に、キャップが嵌合して、ジンバルを支柱上にロックさせる。幾つかの実施形態によれば、ジンバルは、支柱における削減された直径セクションの周囲を回転可能である。他の実施形態において、ジンバルは、削減された直径セクションに対して、回転するように固定される。
【００２２】
一実施形態によれば、本発明のこの態様の磁石はまた、トロイド形状にされており、放射状に内部に延びるショルダー部を有する内壁を含む。該磁石がジンバル上に実装され、これにより、ショルダー部が、最も外側のジンバルプレートの外側の周辺に隣接することとなり且つ該周辺によって支持されることとなる。一構成によれば、壁は、最も外側のジンバルプレートを支持ベースに向って通り越して、軸方向に延在する。
【００２３】
更なる実施形態によれば、小型ジンバルプラットフォームアセンブリのプラットフォームは、対向したほぼ円形の第１の表面（例えば上面）及び第２の表面（例えば底面）を有したほぼ円筒形のディスク形状を有する。一構成によれば、プラットフォームの第２の表面は、トロイド状の磁石の頂上に実装される。プラットフォームは、約0.3ｍｍ〜約5ｃｍの間の、外側の直径を有し、約0.3ｍｍ〜約5ｃｍの間の高さを有する。様々な他の構成において、可動プラットフォームは、約5ｃｍか、約2.5ｃｍか、1ｃｍか、500ｍｍか、250ｍｍか、100ｍｍか、50ｍｍか、10ｍｍか、１ｍｍか、0.5ｍｍか、0.3ｍｍか、又は0.1ｍｍ、未満の直径／幅を有する。更なる構成によれば、プラットフォームは、約5ｃｍか、約2.5ｃｍか、1ｃｍか、500ｍｍか、250ｍｍか、100ｍｍか、50ｍｍか、10ｍｍか、１ｍｍか、0.5ｍｍか、0.3ｍｍか、又は0.1ｍｍ、未満の高さを有する。１つの特徴によれば、プラットフォームの表面は、ほぼ円形になっているように示されているが、それらは、任意の適合可能な幾何学形状を有することもでき、任意の適合可能な多角形か又は卵形の形状を有することを含む（但しこれらに限定されない）。
【００２４】
別の特徴によれば、プラットフォームの第１の表面（例えば上面）は、反射性であるか、又は反射性である一部分を含む。代替的には、表面は反射性コーティングを含むことができるか、或いは、他の処置を含むことができる。追加的には、表面は、ほぼ平坦とすることができるか、又は任意の適合可能な形状とすることもできる。該形状は、凸形か、凹形か、又はファセットを含むか、或いは平坦、凸形、凹形、及びファセット部分の任意の適合可能な組み合わせを含む（但し、これらに限定されない）。代替的な構成において、ジンバル上に実装された磁石を用いるのでは無く、例えばプラットフォームの底面上において、ジンバル上に実装された磁石をアセンブリが含む。代替的には、磁性コーティングを、プラットフォームの底側に適用することができるか、或いは、この表面を、磁気的にチャージされた材料から形成することができる。
【００２５】
１つの特徴によれば、小型ジンバルアセンブリのプラットフォームは、ｘ及びｙ軸の周りの３次元空間内において制御可能に動かすことができる。追加的には、該プラットフォームは、ｚ軸の周りに回転させることができる。上述の磁気プラットフォームアクチュエータに類似するように、磁気プラットフォームアクチュエータを用いることによって、ジンバルプラットフォームアセンブリを作動させることができる。
【００２６】
別の態様によれば、本発明は、中心に配置された支柱に対してでは無く、静止した外側フレームに対して移動可能なプラットフォームを有する小型の作動可能に移動可能なジンバルプラットフォームアセンブリを提供する。この態様によれば、ジンバルプラットフォームアセンブリは、プラットフォーム、外側フレーム、少なくとも１対の回転たわみ部、及び支持構成を備える。
【００２７】
一構成によれば、プラットフォームが、フレーム内において、一対の回転たわみ部によってつるされる。一実施形態によれば、回転たわみ部は、プラットフォーム及びフレームの対向する側面上において、直径に沿って位置合わせされる。一実施形態において、プラットフォームは、回転たわみ部の周辺を回転するが、フレームは、静止したままである。しかしながら、他の実施形態において、フレームを、更なる支持構成に回転可能に結合することもまたできる。一構成において、フレームは、該フレームに対するプラットフォームの回転軸とは垂直な軸に沿って支持構成に対して回転する。
【００２８】
一実施形態によれば、前記アセンブリは、フレームに取り付けられたか又はフレームに統合されるように形成された２つのスピンドルを含む。一構成において、スピンドルが、支持構成上のレセプタクルに嵌合することにより、該支持構成に対してフレームが回転することが可能になる。代替的な一構成によれば、スピンドルは、支持構成上に配置され、レセプタクルは、フレーム上に配置される。別の実施形態によれば、フレームと支持構成とを回転可能に結合させるために、スピンドル及びレセプタクルでは無く、たわみ部の第２の対を使用することができる。
【００２９】
更なる実施形態によれば、前記アセンブリは、プラットフォームに取り付けられた磁石を含む。該磁石は、ほぼ平坦とすることができるか、又は任意の適合可能な形状とすることができる。追加的には、磁石は、プラットフォームの表面の一部分のみを覆うことができるか、又はプラットフォームの表面全体を覆うことができる。代替の一実施形態によれば、アセンブリには、プラットフォームの表面に取り付けられた複数の磁石を含めることができる。更なる実施形態によれば、プラットフォームにはまた、反射性構成要素を含めることもできる。
【００３０】
更なる一態様によれば、本発明は、任意の上述のプラットフォームの傾きに関するフィードバックを提供するために、プラットフォームの位置検知システムを提供する。プラットフォーム位置検知システムは、磁気センサを備える。一実施例によれば、該磁気センサは、磁界に基づいて、プラットフォームの２軸の傾きを測定することが可能なホール効果センサである。プラットフォームが、ｘ軸及びｙ軸の周りを回転すると、ホール効果センサが、プラットフォームの軸の傾きを測定する。一実施形態によれば、磁気センサは、２軸磁気センサである一方で、代替の一実施形態によれば、磁気センサは、３軸磁気センサである。
【００３１】
一実施例によれば、位置検知システムは、ラスター走査のためのターゲットポイントを、プラットフォームについての対応する傾斜角度に変換する。傾斜角度制御回路構成が、対応するコマンドを駆動回路に対して提供し、該駆動回路が、対応する駆動電流をプラットフォーム位置決めコイルに対して更に提供する。駆動電流を変更することが、該位置決めコイルの磁界を調整し、所望のプラットフォームの傾きが提供される。ホール効果センサは、傾けられたプラットフォームにより結果として形成された磁界を検知して、実際のプラットフォームの傾きを決定する。この情報は、傾斜角度制御回路構成にフィードバックされ、該傾斜角度制御回路構成が、次いで、駆動回路に対するコマンドを再調整する。
【００３２】
本発明の更なる態様、実施形態、構成、及び特徴が、様々な例示的な実施形態と、添付図面に対する参照とに関して後述される。
【実施例】
【００３３】
例示的な実施形態の説明
本発明の全体的な理解を提供するために、改善された制御可能に作動させることが可能な小型プラットフォームを提供するためのシステム、方法、及びデイバスを含むある例示的な実施形態が、次に説明される。
【００３４】
本発明の例示的な一実施形態による、小型の支持構成１００の断面図を図１は示す。図４に関して更に詳細に後述されるように、小型の制御可能に作動させられるミラーシステムを含む様々な用途において、該小型の支持構成１００を用いることができる。ミラー支持構成１００は、プラットフォーム１０２、支持エレメント１０４、及び球形の磁気ベアリング１０６を含む。概して、その例示的な実施形態によれば、支持エレメント１０４とプラットフォーム１０２との間において磁気的に高められたピボットを提供するために、磁気ベアリング１０６が、プラットフォーム１０２と支持エレメント１０４との間に配置される。
【００３５】
その例示的な実施形態によれば、プラットフォーム１０２は、対向したほぼ円形の表面１０８及び１１０を有したほぼ円筒形のディスク形状を有する。プラットフォーム１０２は、約0.3ｍｍ〜約5ｃｍの間の外側直径１１２と、約0.01ｍｍ〜約1ｃｍの間の高さ／厚み１２２とを有する。様々な他の構成において、その可動プラットフォームは、約5ｃｍか、約2.5ｃｍか、1ｃｍか、500ｍｍか、250ｍｍか、100ｍｍか、50ｍｍか、10ｍｍか、１ｍｍか、0.5ｍｍか、0.3ｍｍか、又は0.1ｍｍ、未満の直径／幅を有する。更なる例示的な構成によれば、プラットフォームは、約1ｃｍか、500ｍｍか、250ｍｍか、100ｍｍか、50ｍｍか、10ｍｍか、１ｍｍか、0.5ｍｍか、0.3ｍｍか、0.1ｍｍか、0.05ｍｍか、0.025ｍｍか、又は0.01ｍｍ、未満の高さ／厚みを有する。
【００３６】
プラットフォーム１０２は、表面１１０内へと形成された半球形のキャビティ１１４を含む。キャビティ１１４は、内面１１６を含む。該内面１１６は、磁気ベアリング１０６に、移動可能な状態で接触する。表面１０８及び１１０は、ほぼ円形になっているように示されているが、それらは、任意の適合可能な幾何学形状を有することもできる。該幾何学形状は、任意の適合可能な多角形か又は卵形の形状を含む（但しこれらに限定されない）。更に、キャビティ１１４は、ほぼ半球形になっているように図示されているが、該キャビティ１１４もまた、任意の適合可能な幾何学形状を有することができる。該幾何学形状は、長方形か、円錐形か、又はｖ型形状を含む（但しこれらに限定されない）。追加的には、キャビティ１１４を、中心に配置することができるか、又はプラットフォーム１０２の直径／幅の一部か又は全体に沿って延在させることができる。代替的には、プラットフォーム１０２を、いかなるキャビティ１１４も無く、設計することができる。
【００３７】
キャビティ１１４の内面１１６は、ほぼ平滑であり、その例示的な実施形態によれば、強磁性材料から形成されるか、又は幾つかのケースでは、磁気ベアリング１０６の極性とは反対の極性で磁化されて、その結果、該ベアリング１０６と、該内面１１６とが、互いに引き寄せ合う。図４に関して更に詳細に後述されるように、プラットフォーム１０２の表面１０８は、反射性とすることができるか、又は反射性である一部分を含むことができる。代替的には、表面１０８は反射性コーティングを含むことができるか、或いは、反射性構成要素が表面１０８に実装されることが可能である。表面１０８は、ほぼ平坦になっているように示されているが、該表面１０８は、任意の適合可能な形状とすることもできる。該形状は、凸形か、凹形か、又はファセットを含むか、或いは平坦、凸形、凹形、及び／又はファセット部分の任意の組み合わせを含む（但し、これらに限定されない）。
【００３８】
例示的な実施形態によれば、支持エレメント１０４は、非磁性体であり、円錐形に形づくられており、約0.2ｍｍ〜約1ｃｍの間の高さ１１８を有する。しかしながら、代替の例示的な実施形態において、支持エレメント１０４は、任意の適合可能な形状を有することもできる。支持エレメント１０４の１つの特徴は、磁気ベアリング１０６を受容するための、凹形のゆりかごのようなレセプタクル１２０を、端部１２１において該支持エレメント１０４が含むことである。幾つかの例示的な実施形態によれば、磁気ベアリング１０６は、該レセプタクル１２０内において回転可能である。他の例示的な実施形態において、磁気ベアリング１０６は、該レセプタクル内において位置的に固定される。磁気ベアリング１０６は、ほぼ球形になっているように図示されているが、該磁気ベアリング１０６は、任意の適合可能な幾何学形状とすることもできる。該幾何学形状は、半球形か、円錐形か、円筒形か、又はナイフエッジ形状を含む（但し、これらに限定されない）。磁気ベアリング１０６は、パーマロイか、ＣｏＦｅか、又は合金１０１０鋼のような軟質磁性材料を含むことができるか、或いは、磁気ベアリング１０６は、ＳｍＣｏか、ＮｄＦｅＢか、ＡｌＮｉＣｏか、又はフェライトのような硬質磁性材料を含むことができる。他の例示的な実施形態において、端部１２１には、レセプタクルが無い状態を含めることができ、その代りに、磁気的にチャージされ且つ適合可能に形づくられて、表面１１６を引き寄せて移動可能に該表面１１６に接触することが可能である。例示を目的として、端部１２１を、比較的尖っていない先端か又は鋭い先端を有する円錐形に形づくることができる。
【００３９】
プラットフォーム１０２は、磁気ベアリング１０６及びその支持エレメント１０４の頂上に置かれるように図示されている。磁気ベアリング１０６は、ピボットとして作用し、該ピボットの周囲において、プラットフォーム１０２は、任意の方向に自由に傾くことができる。更なる例示的な実施形態によれば、支持エレメント１０４の長手方向の軸（すなわち、ｙ軸）の周りを、プラットフォーム１０２はまた回転することもできる。
【００４０】
上述のように、キャビティ１１４の内面１１６は、磁気的に極性化されることが可能である。幾つかの例示的な実施形態において、プラットフォーム１０２の全体か又はほぼ全体を、磁化された材料から形成することができる。しかしながら、他の例示的な実施形態において、プラットフォーム１０２は、磁性体でないことが可能であるか、或いは、該プラットフォーム１０２に取り付けられたか又は該プラットフォーム１０２内へと形成された１つか又は複数の磁石を有する非磁性の引き寄せ材料から形成されることが可能である。
【００４１】
例示的な一実施形態によれば、プラットフォーム１０２と磁気ベアリング１０６とが、両方とも磁石として構成されて、例えば、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な硬質磁性材料から形成される。支持エレメント１０４は、非磁性体であり、該支持エレメント１０４を、例えば、チタンか、アルミニウムか、真鍮か、青銅か、プラスチックか、又は任意の他の適合可能な非磁性材料から構成することができる。
【００４２】
動作中（図４に関して更に詳細に説明されるように）、磁気ベアリング１０６がキャビティ１１４の内面１１６に接触する位置の周りの３次元空間内において、プラットフォーム１０２は、制御可能に回転軸上に置かれることが可能である。磁気ベアリング１０６は、磁気的にプラットフォーム１０２を引き寄せて、支持エレメント１０４に対するプラットフォーム１０２の回転軸上に置かれる及び／又は回転させられる配向とは無関係に、半球形の表面１１６と、磁気ベアリング１０６との間の接触を維持する。１つの例示的な実施形態によれば、プラットフォーム１０２とベアリング１０６とは、両方とも永久磁石を含み、プラットフォーム１０２とベアリング１０６との間の磁気的な相互作用が、支持エレメント１０４のベアリング１０６上のプラットフォーム１０２をセンタリングさせるように作用する磁気的なバネ復元力を形成する。
【００４３】
１つの特徴によれば、キャビティ１１４は、周辺エッジ１２４を有し、支持エレメント１０４は、外側表面１２６を有する。プラットフォーム１０２がｙ軸（すなわち、支持エレメント１０４の長手方向の軸）に垂直である時には、キャビティ１１４の周辺エッジ１２４と、支持エレメント１０４の外側表面１２６との間の距離が、プラットフォームの傾きの最大角、すなわちθｍａｘを画定する。θｍａｘを、様々なキャビティ１１４及び／又は支持エレメント１０４の形状寸法（ジオメトリ）を用いることによって調整することができる。θｍａｘを増大させるために、例えば、支持構成１０４の幅を狭めることができ、及び／又は、キャビティ１１４の幅／直径を拡大させることができる。
【００４４】
１つの特徴によれば、構成１００全体の配向とは無関係に、ベアリング１０６とプラットフォーム１０２との間の磁気的な引き寄せが、磁気ベアリング１０６とプラットフォーム１０２との間の接触を維持させるので、プラットフォーム１０２と、磁気ベアリング１０６と、支持エレメント１０４とが組み合わされた構成１００を、３次元空間に対して、任意の所望な配向に、回転させて動かすことができる。
【００４５】
図２は、本発明の別の例示的な一実施形態による、図１の支持構成１００に類似した小型の支持構成２００の断面図であるが、該支持構成２００は、円錐形のプラットフォームキャビティ２１４を有している。該小型の支持構成２００を、図４に関して更に詳細に後述されるように小型の制御可能に作動させられるミラーシステムを含む様々な用途において用いることができる。該小型の支持構成２００は、プラットフォーム２０２、支持エレメント２０４、及び球形の磁気ベアリング２０６を含む。その例示的な実施形態によれば、プラットフォーム２０２は、対向した表面２０８と２１０とを有したほぼ円筒形のディスク形状を有する。表面２０８は、ほぼ円形であるが、表面２１０は、ほぼ環状である。プラットフォーム２０２は、図１のプラットフォーム１０２に類似している。しかしながら、プラットフォーム２０２は、表面２１０内へと形成された円錐形のキャビティ２１４を含む。キャビティ２１４は、内面２１６を含む。内面２１６は、磁気ベアリング２０６に、移動可能な状態で接触する。内面２１６は、図１の内面１１６に類似している。追加的には、支持エレメント２０４及び磁気ベアリング２０６が、図１の支持エレメント１０４及び磁気ベアリング１０６に類似している。図１の構成１００に類似して、磁気ベアリング２０６は、ピボットとして作用し、該ピボットの周囲において、プラットフォーム２０２は、任意の方向に自由に傾くことができる。
【００４６】
キャビティ１１４の場合のように、キャビティ２１４は、周辺エッジ２２４を有しており、支持エレメント２０４は、外側表面２２６を有する。キャビティ２１４の周辺エッジ２２４と、支持エレメント２０４の外側表面２２６との間の距離が、プラットフォームの傾きの最大角、すなわちθｍａｘを画定する。θｍａｘを、キャビティ２１４のサイズを変更することによってか、或いは、キャビティ２１４及び／又は支持エレメント２０４の様々な形状寸法（ジオメトリ）を用いることによって、調整することができる。図２の例示的な実施形態の利点の１つは、円錐形のキャビティ２１４の頂点２２８内における磁気ベアリング２０６の動きが、半球形のキャビティ１１４の内面１１６に沿ったベアリング１０６の動きよりも制限されることである。この特徴が、構成２００に対して更なる安定性を提供する。
【００４７】
図３は、本発明の別の例示的な実施形態による、図２の実施形態２００に類似した支持構成３００の断面図であるが、該支持構成３００は、Ｖ型形状のプラットフォームキャビティ３１４とナイフエッジ磁気ベアリング３０６とを有している。その小型の支持構成３００を、図４に関して更に詳細に後述されるように小型の制御可能に作動させられるミラーシステムを含む様々な用途において用いることができる。該小型の支持構成３００は、プラットフォーム３０２、支持エレメント３０４、及び延長されたナイフエッジ形状の磁気ベアリング３０６を含む。その例示的な実施形態によれば、プラットフォーム３０２は、対向した表面３０８と３１０とを有したほぼ円筒形である。表面３０８は、ほぼ円形であるが、表面３１０は、ほぼ環状である。プラットフォーム３０２は、図１及び図２のプラットフォーム１０２及び２０２にそれぞれ類似している。しかしながら、中心に位置付けられた半球形１１４か又は円錐形２１４のキャビティを有するのではなく、プラットフォーム３０２は、表面３１０内へと形成された、直径に沿って延在するｖ型形状のキャビティ３１４を含む。キャビティ３１４は、２つの内面３１６ａと３１６ｂとを含み、それらが交差して、直径に沿って延在する頂点３２８を形成する。ナイフエッジ磁気ベアリング３０６は、直径に沿って延在する頂点３２８内において設置される。矢印３３０ａ及び３３０ｂによって示されているように、図３の実施形態３００と、図１及び図２の実施形態１００及び２００のそれぞれとの間の重要な動作上の差異は、プラットフォーム３０２の動きが、単一軸か、又は直径に沿って延在する頂点３２８の周囲の回転に、制限されることである。幾つかの実施形態において、ｖ型形状のキャビティ３１４は、３１０の直径全体を横切って延在する。しかしながら、他の実施形態において、ｖ型形状のキャビティは、直径の一部に沿ってのみ延在する。
【００４８】
ナイフエッジベアリング３０６とｖ型形状のキャビティ１１４によって課せられたピボット制限とは別の、支持構成３００の残りの特徴は、支持構成１００及び２００の特徴とほぼ同じである。具体的には、内面３１６ａ及び３１６ｂは、キャビティ１１４の内面１１６に類似している。支持エレメント３０４もまた、支持エレメント１０４とほぼ同じである。しかしながら、レセプタクルを含むのでなく、ナイフエッジベアリング３０６が、支持エレメント３０４上のほぼ平坦な表面３２０に実装される。先行する例におけるように、キャビティ３１４は、周辺エッジ３２４を有し、支持エレメント３０４は、外側表面３２６を有し、それらの形状寸法（ジオメトリ）が共にプラットフォームの傾きの最大角、すなわちθｍａｘを画定する。
【００４９】
図４は、本発明の例示的な一実施形態による、小型の作動可能なプラットフォームシステム４００の断面図である。システム４００は、特に、反射器／ミラーの位置決めに関して記されているが、任意の用途に関して該システム４００を使用することもできる。システム４００は、小型プラットフォーム４０２及び支持構成４１０と、磁気プラットフォームアクチュエータ４１２とを含む。システム４００はまた、反射器４０８も含む。該反射器４０８を、プラットフォーム４０２とは分離されるようにか、又はプラットフォーム４０２と統合されるように、形成することができる。
【００５０】
例示的な実施形態によれば、磁気プラットフォームアクチュエータ４１２は、４つのコイル４１４ａ〜４１４ｄと、ベース４１６とを備える。しかしながら、磁気プラットフォームアクチュエータ４１２には、任意の所望の数のコイルを含めることもできる。動作中、該コイル４１４ａ〜４１４ｄは、プラットフォーム２０２を動かすための制御された手法において電流によって駆動される。より具体的には、電流を、個々のコイル４１４ａ〜４１４ｄか又はコイルの組み合わせに提供することによって、プラットフォーム２０２が、所望の方向に傾斜させられる。例えば、コイルを、コイル４１４ａと４１４ｃのように、対で（ペアで）動作させて、プッシュ・プル（押し・引き）のトルクを提供することができる。
【００５１】
コイル４１４ａ〜４１４ｄに対する電流駆動を調整することにより、例えば、光学ビームのステアリングか、撮像か、又は他の用途の場合に、反射器４０８を、制御可能に配置することができる。例えば、電流駆動が、連続的にコイル４１４ａ〜４１４ｄを掃引することができ、それにより、プラットフォーム２０２が、各連続的なコイルに向って連続的に傾斜させられて、円形走査運動が形成される。代替的には、１つの軸に対して正弦波か又は矩形波を印加させる一方で、鋸歯状波形か又は三角波形によって第２の軸に対する電流をゆっくりと傾斜させることにより、ラスター走査を達成させることができる。コイル４１４ａ〜４１４ｄを、対で動作させて、２つの直交軸の周辺にトルクを生じさせることができる。正弦波と余弦波か、或いは９０度だけ位相シフトさせられた矩形波のような、９０度位相がずれた電流波形によって、これらの２つのコイル対を駆動させることにより、円形走査（全周走査）を達成させることができる。駆動電流の振幅を変化させて、円形走査のサイズか又は最大角を変更することができる。追加的には、コイル４１４ａ〜４１４ｄの連続的な掃引中、及び／又は連続的な掃引ごとに、電流の強度を変更することによって、任意の所望の形の連続的なラスター走査を、達成することができる。
【００５２】
磁気プラットフォームアクチュエータ４１２は、プラットフォーム４０２のミラー側４０８の付近に配置されているように示されているが、該磁気アクチュエータ４１２を、小型のミラー支持構成４１０のプラットフォーム４０２の支持側４０４の付近を含む任意の適合可能な位置に配置することもできる。同様に、コイル４１４ａ〜４１４ｄは、互いに平行に配置されており、ベース４１６の周辺に沿って均等に隔置されているが、該コイル４１４ａ〜４１４ｄを、ベース４１６上の任意の適合可能な配置に位置付けることもできる。例示的な実施形態によれば、コイル４１４ａ〜４１４ｄは、銅で構成される。しかしながら、それらを、任意の適合可能な導体から作ることもできる。追加的には、用途に依存して、任意の所望のパターンにおいてか、或いはランダムか又はほぼランダムなパターンにおいて、コイル４１４ａ〜４１４ｄを掃引することができる。
【００５３】
図５は、本発明の別の例示的な実施形態による、回転軸上に置かれている２つの軸プラットフォームのためのジンバルプラットフォームアセンブリ５００の断面図である。ジンバルミラーアセンブリ５００は、プラットフォーム５０２、支持構成５０４、ジンバル５０６、及び磁石５１０を備える。図６Ａ及び図６Ｂは、図５のジンバル５０６及び磁石５１０の概念的な上面斜視図である。図７Ａは、ジンバル５０６の上面図である。図５〜７Ａを参照すると、この例示的な実施形態によれば、（単一プラットフォーム１０２及び２０２に類似する）単一ジンバルプレートを有するのではなく、プラットフォームアセンブリ５００のジンバル５０６は、第１のプレート５２０ａ、第２のプレート５２０ｂ、及び第３のプレート５２０ｃを含み、同心のトロイドとして構成され、該第１のプレート５２０ａが、最も内側のトロイドになっており、該第２のプレート５２０ｂが、次のトロイドになっており、最も外側の第３のプレート５２０ｃによって続けられる。
【００５４】
図６Ａ〜図７Ａに示されるように、アセンブリ５００は、回転たわみ部の２つの対を含む。回転たわみ部５２２ａと５２２ｂとの第１の対は、ｘ軸に概して沿って延在して、最も内側のプレート５２０ａを、中間プレート５２０ｂに対して、回転可能に相互接続する。同様に、回転たわみ部５２４ａと５２４ｂとの第２の対は、ｙ軸に概して沿って延在して、中間プレート５２０ｂを、最も外側のプレート５２０ｃに対して、回転可能に相互接続する。例示的な実施形態によれば、プレート５２０ａ〜５２０ｃと、たわみ部５２２ａ、５２２ｂ、５２４ａ、及び５２４ｂとを含むジンバル５０６は、シリコンからの一枚に構築される。しかしながら、代替の例示的な実施形態によれば、任意の適合可能な材料を使用することもできる。
【００５５】
図７Ｂは、たわみ部５２４ａに類似した折り重ねられたたわみ部５４０の一部の拡大図である。たわみ部５４０は、部分的に組み立てられているだけであり、依然として基板に取り付けられている。追加的には、エッチングバッファ５４１及び側面ストップ５４２（これらは最終的には取り除かれることになる）と呼ばれる他のエッチングされた特徴（機能）を見ることができる。エッチングバッファ５４１は、ディープな反応のイオンエッチングのプラズマエッチング処理の均一性を改善するために使用される。側面ストップ５４２は、衝撃か又は振動に起因したプラットフォーム５４８及びたわみ部５４６の動きを制限するために使用される。様々な例示的な実施形態によれば、回転たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂは、約1μｍ〜約10μｍの間の幅と、約10μｍ〜約100μｍの厚み／深さとを有して、そのような相対運動を可能にする。図７Ｂ内に示されるように、一構成において、たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂの幅５３６は、約6μｍであり、たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂの厚み／深さ５３８は、約50μｍである。その例示的な実施形態によれば、回転たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂは、プラットフォーム５０２と磁石５１０とを支持している時には、約250Ｈｚ〜約750Ｈｚの共振周波数を有する。例示的な一構成において、回転たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂは、約500Ｈｚの共振周波数を有する。例示的なプレート５２０ａ〜５２０ｃは、約20μｍ〜約750μｍの間の厚みを有する。例示的な一構成において、プレート５２０ａ〜５２０ｃは、約400μｍの厚みを有する。一構成において、たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂの両セットに沿った内側プレート５２０ａ、中間プレート５２０ｂ、及び外側プレート５２０ｃは、シリコンからの一枚に形成される。一構成によれば、ジンバルの最も外側のプレート５２０ｃは、約500μｍ〜約2ｍｍの間の、外側の直径を有する。
【００５６】
支持構成５０４は、ベース５０５、遷移部５０７、及び支柱５０９を備える。例示的なベース５０５は、ほぼ円形であるが、これはそうである必要が無い。遷移部５０７は、ベース５０５内の中心位置の外に軸方向に延在し、該遷移部がベース５０５から離れるように延びるにつれてより小さく先細りにされる直径５０５ａを有する。支柱５０９は、遷移部５０７の外に軸方向に延在する。その先細りにされる遷移部５０７が、支柱５０９のための高められた構造上の支持を提供する。支柱５０９は、第１のセクション５１１と、第２のセクション５１３とを含む。第２のセクション５１３は、第１のセクション５１１に対して削減された直径を有し、第１のセクション５１１と第２のセクション５１３との間の遷移において放射状に延在するショルダー部５１６が形成されている。
【００５７】
最も内側のプレート５２０ａは、中心に配置されたスルー開口部５２１を有し、支持エレメント５０９における削減された直径セクション５１３上に、滑らすことが可能な状態で嵌合し、これにより、プレート５２０ａが、ショルダー部５１６上に隣接させられ且つ設置させられる。削減された直径セクション５１３上に、キャップ５２３が嵌合して、ジンバル５０６を支持エレメント５０９上にロックさせる。幾つかの例示的な実施形態によれば、ジンバル５０６は、支柱５０９における削減された直径セクション５１３の周囲を回転可能である。
【００５８】
しかしながら、図５〜図６Ｂの例示的な実施形態によれば、最も内側のプレート５２２ａは、支柱５０９上に位置的に固定されており、最も内側のプレート５２０ａに対して中間プレート５２０ｂがｘ軸の周りを回転することが可能となるように、たわみ部５２２ａ及び５２２ｂはサイズが合わされ且つ形づくられている（図６Ａ内に示されている）。同様に、中間プレート５２０ｂと最も外側のプレート５２０ｃとが互いに関連してｙ軸の周りを回転することが可能となるように、たわみ部５２４ａ及び５２４ｂはサイズが合わされ且つ形づくられている（図６Ｂ内に示されている）。
【００５９】
たわみ部５２２ａ−５２２ｂ及び５２４ａ−５２４ｂに沿った中間プレート５２０ｂ及び最も外側のプレート５２０ｃの傾きを調整することにより、ジンバルプラットフォーム５０２を、制御可能に配置することができる。プラットフォーム５０２の走査運動を生じさせるために、たわみ部５２２ａ−５２２ｂの周りのｘ軸の周りの第１の位置にプラットフォーム５０２を傾けることができ、次いで、たわみ部５２４ａ−５２４ｂの周りのｙ軸に沿った複数の位置にプラットフォーム５０２を傾けることができる。プラットフォーム５０２を、次いで、ｘ軸の周りの第２の位置に傾けることができる。プラットフォーム５０２は、たわみ部５２２ａ−５２２ｂについての共振周波数を有することができ、これにより、その共振周波数の付近の駆動周波数において強調された動作が生じることとなる。同様に、プラットフォーム５０２は、たわみ部５２４ａ−５２４ｂについての共振周波数を有することができ、これにより、その共振周波数の付近の駆動周波数において強調された動作が生じることとなる。ジンバルプラットフォームアセンブリ５００の共振周波数は、約50Ｈｚ〜約20ｋＨｚとすることができ、第１のたわみ部の対５２２ａ−５２２ｂについての共振周波数は、第２のたわみ部の対５２４ａ−５２４ｂの共振周波数にほぼ類似したものとすることができるか、又は第２のたわみ部の対５２４ａ−５２４ｂの共振周波数とは実質的に異なるものとすることができる。他の可能性のある走査運動は、円形走査を含み、両軸に沿って傾くことを含む。プラットフォーム５０２の制御可能な動作は、図８に関して更に詳細に説明される。
【００６０】
図５の断面図内に示されるように、磁石５１０もまた、トロイド形状にされており、放射状に内部に延びるショルダー部５２６を有する内壁５２８を備える。磁石５１０がジンバル５０６の上に実装されていることにより、ショルダー部５２６は、最も外側のジンバルプレート５２０ｃの外側の周辺に隣接することとなり且つ該周辺によって支持されることとなる。図５のその特定の構成において、ショルダー部は、壁５２８に沿って軸方向に配置されており、その結果、壁５２８は、支持ベース５０５に向ってジンバル５０６を通り越して、軸方向に延在する。
【００６１】
プラットフォーム５０２は、対向したほぼ円形の表面５０８及び５１２を有したほぼ円筒形のディスク形状を有する。プラットフォーム表面５１２は、磁石５１０の最も上側の表面５３０上に実装される。プラットフォーム５０２は、約0.3ｍｍ〜約5ｃｍの間の、外側の直径５１４を有する。プラットフォーム１０２、２０２、及び３０２の場合のように、表面５０８と５１２とが、ほぼ円形になっているように示されているが、それらは、任意の適合可能な幾何学形状を有することもできる。該幾何学形状には、任意の適合可能な多角形か又は卵形の形状を有することも含まれる（但し、これらに限定されない）。
【００６２】
プラットフォーム１０２、２０２、及び３０２の場合のようにまた、プラットフォーム５０２の表面５０８は、反射性であるか、又は反射性である一部を含む。代替的には、表面５０８には、反射性コーティングか又は他の処置を含めることができる。該表面は、ほぼ平坦になっているように示されているが、該表面は、任意の適合可能な形状とすることができる。該形状は、凸形か、凹形か、又はファセットを含むか、或いは平坦、凸形、凹形、及びファセット部分の任意の適合可能な組み合わせを含む（但し、これらに限定されない）。
【００６３】
図５の例示的な実施形態によれば、プラットフォーム５０２を、シリコンか、プラスチックか、ガラスか、又は任意の他の適合可能な反射性材料から構築することができる。支持エレメント５０４は、非磁性体であり、例えば、チタンか、アルミニウムか、真鍮か、青銅か、プラスチックか、又は任意の他の適合可能な非磁性材料から構成される。好適な例示的な実施形態によれば、ジンバル５０６を、シリコンから構築することができる。しかしながら、任意の他の適合可能な材料を使用することもできる。磁石５１０を、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な磁性材料から構築することができる。
【００６４】
代替の構成において、ジンバル５０６上に実装されたトロイド状の磁石５１０を用いるのではなく、ジンバル５０６上に実装された１つか又は複数の磁石をアセンブリ５００が含む。一例において、そのような磁石は、プラットフォーム５０２の下側５１２上に実装される。代替的には、磁性コーティングを、プラットフォーム５０２の下側５１２に適用することができる。トロイド状の磁石５１０か、磁性コーティングか、或いはプラットフォーム５０２に実装された１つか又は複数の磁石を使用する例において、プラットフォーム５０２は、それ自体が強磁性材料から形成される必要がない。
【００６５】
プラットフォーム５０２は、ｘ及びｙ軸の周りの３次元空間内において制御可能に移動可能である。利点の１つによれば、キャップ５２３によってジンバル５０６の内側プレート５２０ａが支持エレメント５０４にしっかりと結合されるので、ジンバルプラットフォームアセンブリ５００を、ユニットとして、３次元空間に対する任意の所望の配向に、回転させ且つ移動させることができる。
【００６６】
図８Ａは、本発明の例示的な一実施形態による、図５〜７Ｂ内に図示されたタイプのジンバルアセンブリ８１０と、磁気プラットフォームアクチュエータ８１２とを含むシステム８００の概念図の断面図である。ジンバルアセンブリ８１０は、図５のジンバルアセンブリ５００に類似しており、プラットフォーム８０２、支持エレメント８０４、ジンバル８０６、及び磁石８０８を含む。例示的な支持エレメント８０４は、ジンバル８０６のほぼ中心に配置されている。
【００６７】
概して、磁気プラットフォームアクチュエータ８１２は、図８Ｂの上面斜視図内に示されているように、４つのコイル８１４１〜８１４ｄを含む。しかしながら、図８Ａの断面図８００内では、アクチュエータ８１２の２つのコイル８１４ａ−８１４ｂだけが示されている。他の例示的な実施形態によれば、磁気プラットフォームアクチュエータ８１２には、任意の所望の数のコイルを含めることができる。コイル８１４ａ及び８１４ｂは、コイル支持８１６ａ及び８１６ｂ上に実装されている。動作中、コイル８１４ａ〜８１４ｂは、図４に関して上述された手法とほぼ同じ手法で、制御される手法において駆動される。
【００６８】
磁気プラットフォームアクチュエータ８１２は、ジンバルミラーアセンブリ８１０のミラー側８０９の付近に配置されているように示されているが、磁気アクチュエータ８１２を、プラットフォーム８０２の支持ベース８０５側の付近を含む任意の適合可能な位置に配置することもできる。同様に、コイル８１４ａ及び８１４ｂは、互いに平行に配置されているが、図４に関して上記に説明された配置のように、コイル８１４ａ及び８１４ｂを、任意の適合可能な配置に位置付けることができる。例示的な実施形態によれば、コイル８１４ａ及び８１４ｂは、銅から構築される。しかしながら、それらを任意の適合可能な材料から作ることもできる。
【００６９】
例示的な一実施形態によれば、コイル支持８１６ａ−８１６ｂは、非磁性体とすることができる。一構成において、コイル支持８１６ａ−８１６ｂは、チタンか、アルミニウムか、真鍮か、青銅か、プラスチックか、又は任意の他の適合可能な非磁性材料から構築される。代替の例示的な一実施形態によれば、コイル支持８１６ａ−８１６ｂを、軟質磁性材料から構築することができる。該軟質磁性材料は、パーマロイか、ＣｏＦｅか、合金１０１０鋼か、又は任意の他の適合可能な軟質磁性材料などである。
【００７０】
図９Ａ〜９Ｅは、本発明の他の例示的な実施形態による、小型ジンバルミラーアセンブリを示す。以前に説明した静止した中心支持構成の実施形態とは対照的に、図９Ａ〜図９Ｅの例示的な実施形態は、静止したか又は回転するフレーム／支持に対して回転可能に実装された移動可能なプラットフォームを有する。より具体的には、図９Ａは、本発明の例示的な一実施形態による、移動可能な内部プラットフォームを有するジンバルミラーアセンブリ９００を示す。ジンバルミラーアセンブリ９００は、プラットフォーム９０２、フレーム９０４、及び回転たわみ部９０６ａ〜９０６ｂを含む。図９Ｂ〜９Ｄは、図９Ａのジンバルミラーアセンブリ９００の更なる例示的な実施形態を示す。
【００７１】
図９Ａ〜９Ｄを参照すると、フレーム９０４は、ほぼ八角形であり、大きな八角形のスルー開口部９１２を有している。プラットフォーム９０２は、概して長方形であり、フレーム９０４の開口部９１２内において配置されている。しかしながら、プラットフォーム９０２とフレーム９０４とは、任意の適合可能な形状を有することもできる。例示的な実施形態によれば、内部プラットフォーム９０２が、第１の回転たわみ部９０６ａと第２の回転たわみ部９０６ｂとによってフレーム９０４に取り付けられている。回転たわみ部９０６ａ−９０６ｂは、プラットフォーム９０２のほぼ対向する側面上に実装されている（又は形成されている）。これにより、回転たわみ部９０６ａ−９０６ｂが、プラットフォーム９０２の１つの軸（例えば、ｙ軸）に沿ってほぼ位置合わせされる。回転たわみ部９０６ａ及び９０６ｂは、図７Ａ及び７Ｂに関してその図面内に示され且つ説明された回転たわみ部５２４ａ及び５２４ｂにほぼ等しい。１つの特徴によれば、プラットフォーム９０２は、ｙ軸の周りを回転たわみ部９０６ａ及び９０６ｂを介して回転するが、外側フレーム９０４は、静止したままである。しかしながら、図１０及び図１１に関して更に詳細に下記において説明されるように、フレーム９０４を、支持構成に対して回転可能に実装することもできる。
【００７２】
その例示的な実施形態によれば、外側フレーム９０４は、第１のレセプタクル９０８ａと第２のレセプタクル９０８ｂとを含む。レセプタクル９０８ａ及び９０８ｂは、フレーム９０４のほぼ対向する側面内に形成される。これにより、レセプタクル９０８ａ及び９０８ｂは、ｘ軸に沿ってほぼ位置合わせされることとなる。レセプタクル９０８ａ及び９０８ｂは、内側部分９１４ａ及び９１４ｂと、外側部分９１６ａ及び９１６ｂとを有しており、内側部分９１４ａ及び９１４ｂは、外側部分９１６ａ及び９１６ｂの幅９２０よりも広い幅９１８を有した状態になっている。
【００７３】
図１０〜１１に関して更に詳細に説明されるように、フレーム９０４を支持構成に回転可能に実装するために、レセプタクル９０８ａ及び９０８ｂを用いることができる。１つの特徴によれば、支持構成に実装される時には、外側プラットフォーム９０４は、ｘ軸の周りを回転することができる。
【００７４】
図９Ａ及び９Ｄ内において最も明確に示されているように、プラットフォーム９０２は、表面９０９に取り付けられた磁石９１０を含む。磁石９１０は、ほぼ平坦になっているように示されているが、該磁石９１０は、任意の適合可能な形状とすることができ、及び任意の適合可能なサイズとすることができる。追加的には、磁石９１０は、表面９０９の一部だけを覆うことが可能である。代替的な一実施形態によれば、ジンバルプラットフォームアセンブリ９００は、表面９０９に取り付けられた複数の磁石９１０を含む。例示的な実施形態によれば、磁石９１０は磁性体であり、該磁石９１０を、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な磁性材料から構築することができる。
【００７５】
図９Ｃ内において最も明確に示されているように、プラットフォーム９０２はまた、表面９０９に対向する、プラットフォーム９０２の表面上に、反射性構成要素９１１も含む。例示的な一実施形態によれば、反射性構成要素９１１はミラーであり、該反射性構成要素９１１を、シリコンか、プラスチックか、ガラスか、又は任意の他の適合可能な材料から構築することができる。代替の例示的な一実施形態によれば、反射性構成要素９１１は、反射性コーティングとして形成される。追加的には、反射性構成要素９１１は、ほぼ平坦になっているように示されているが、該反射性構成要素９１１は、任意の適合可能な形状とすることができる。該形状は、凸形か、凹形か、又はファセットを含むか、或いは平坦、凸形、凹形、及び／又はファセット部分の任意の組み合わせを含む（但し、これらに限定されない）。
【００７６】
その例示的な実施形態によれば、プラットフォーム９０２、フレーム９０４、及び回転たわみ部９０６ａ−９０６ｂを備えるジンバルアセンブリ９００を、シリコンからの一枚に構築することができる。しかしながら、任意の他の適合可能な材料を用いることもできる。プラットフォーム９０２とフレーム９０４とは、非磁性体とすることができ、該プラットフォーム９０２とフレーム９０４とを、チタンか、アルミニウムか、真鍮か、青銅か、プラスチックか、又は任意の他の適合可能な材料から構築することができる。代替的には、プラットフォーム９０２とフレーム９０４とは、磁性体とすることができ、該プラットフォーム９０２とフレーム９０４とを、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な磁性材料から構築することができる。その例示的な実施形態によれば、磁石９１０を、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な磁性材料から構築することができる。
【００７７】
図９Ｂ〜９Ｄ内に示されるように、ジンバルアセンブリ９００にはまた、第１のスピンドル９３２ａと第２のスピンドル９３２ｂとを含めることができる。スピンドル９３２ａ−９３２ｂは、フレーム９０４に結合されるか、又はフレーム９０４に統合されるように形成されて、レセプタクル９０８ａ−９０８ｂ内へと嵌合するよう形づくられる。その例示的な実施形態によれば、スピンドル９３２ａ−９３２ｂは、内側部分９３４ａ−９３４ｂと、外側部分９３６ａ−９３６ｂとを有する。スピンドル９３２ａ−９３２ｂの内側部分９３４ａ及び９３４ｂは、スピンドル９３４ａ−９３４ｂの外側部分９３６ａ及び９３６ｂの幅９１８よりも広い幅９４０を有する。
【００７８】
例示的な一実施形態によれば、第１のスピンドル９３２ａと第２のスピンドル９３２ｂが、それぞれ、第１のレセプタクル９０８ａ内と第２のレセプタクル９０８ｂ内において位置的に固定される。しかしながら、代替の例示的な一実施形態によれば、スピンドル９３２ａ−９３２ｂは、レセプタクル９０８ａ−９０８ｂ内において回転可能に配置される。図９Ｃ及び９Ｄ内において最も明確に示されるように、外側部分９３６ａ及び９３６ｂは、ほぼ円筒形であり、図１１〜１２に関してより詳細に後述されるように、支持構成に対してフレーム９０４を回転可能に実装するのに適している。
【００７９】
スピンドル９３２ａ−９３２ｂを、フレーム９０４の残りのものと共に、シリコンからの１枚に構築することができるか、或いは、任意の適合可能なスピンドル材料を用いてフレーム９０４から分離するように構築することができる。スピンドル９３２ａ−９３２ｂは、非磁性体とすることができ、及び、スピンドル９３２ａ−９３２ｂを、チタンか、アルミニウムか、真鍮か、青銅か、プラスチックか、又は任意の他の適合可能な材料から構築することができる。代替的には、スピンドル９３２ａ−９３２ｂは、磁性体とすることができ、スピンドル９３２ａ−９３２ｂを、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な磁性材料から構築することができる。
【００８０】
図９Ｅは、図９Ａ〜９Ｄのアセンブリ９００に類似したジンバルアセンブリ９６０を示すが、フレーム９６４内に統合されるように形成されたスピンドル９６２ａ及び９６２ｂを含んでいる。この例示的な実施形態によれば、第１のスピンドル９６２ａ及び第２のスピンドル９６２ｂは、フレーム９６４のほぼ対向する側面上に形成されており、これにより、それらは、ｘ軸に沿ってほぼ位置合わせされることになる。スピンドル９６２ａ−９６２ｂは、ほぼ円筒形であるが、それらは、任意の適合可能な幾何学形状とすることもできる。スピンドル９３２ａ及び９３２ｂの場合におけるように、スピンドル９６２ａ−９６２ｂを、フレーム９６４を支持構成に回転可能に実装するために使用することができる。
【００８１】
その例示的な実施形態によれば、スピンドル９６２ａ−９６２ｂは、フレーム９６４と同じ材料から構築され、スピンドル９６２ａ−９６２ｂを、シリコンから、フレーム９６４と共に一枚に、形成することができる。しかしながら、任意の他の適合可能な材料を使用することもできる。フレーム９６４及びスピンドル９６２ａ−９６２ｂは、非磁性体とすることができ、フレーム９６４及びスピンドル９６２ａ−９６２ｂを、チタンか、アルミニウムか、真鍮か、青銅か、プラスチックか、又は任意の他の適合可能な材料から構築することができる。代替的には、フレーム９６４及びスピンドル９６２ａ−９６２ｂは、磁性体とすることができ、フレーム９６４及びスピンドル９６２ａ−９６２ｂを、ＮｄＦｅＢか、ＳｍＣｏか、フェライトか、Ｐｔ−Ｃｏか、ＡｌＮｉＣｏか、又は任意の他の適合可能な磁性材料から構築することができる。
【００８２】
図９Ｆは、ラスター走査を生じさせるために、ミラーシステムを制御するための方法の例示的な一実施形態による、相対的なプラットフォームとフレームの位置を示すグラフ９８０である。グラフ９８０は、ある時間にわたる、例示的なラスター走査傾斜角度を示している。実線は、プラットフォーム９０２の傾斜角度を示しており、示されているように、正弦波曲線状に変化している。プラットフォーム９０２の動きの周波数は、プラットフォーム９０２と磁石９１０とを支持している回転たわみ部９０６ａ及び９０６ｂの共振周波数に対応する。点線は、フレーム９０４の傾斜角度を表しており、この実施例によれば、三角波の傾斜状に変化している。回転たわみ部９０６ａ及び９０６ｂの周囲において、典型的にはプラットフォーム９０２の動きよりも実質的に遅い周波数で、フレーム９０４はスピンドル９３２ａ及び９３２ｂに沿って前後に傾く。１つの特徴によれば、システム５００とは対照的に、回転たわみ部の第２の対の代りにスピンドル９３２ａ及び９３２ｂを用いることは、グラフ９８０内に示されている非共振の傾きを、より容易に可能にする。プラットフォーム９０２とフレーム９０４との組み合わされた動きは、２軸のラスター走査動作を生じさせる。
【００８３】
より具体的には、一構成によれば、図９Ｆ内に示されているように、ピーク傾斜角度は、各軸周辺のいずれかの方向におけるプラットフォーム９０２の機械的回転における１０度であり、これにより、各軸に沿って４０度の総合的な光学走査が生じる結果となる。図９Ｆ内において、例示を目的とするために、速軸の共振は20Ｈｚであり、傾斜期間は１秒である。他の実施例において、機械的回転のピーク角度は、約3度〜約45度の間とすることができ、これにより、各軸に沿って約12度と約180度の総合的な光学走査が生じる結果となる。速軸の共振は、プラットフォームと磁石とを加えた回転たわみ部の共振周波数にほぼ等しいものとすることができ、約100Ｈｚ〜約20kＨzの間とすることができる。傾斜期間は、約１／40秒〜約10秒の間とすることができる。
【００８４】
図１０は、本発明の例示的な一実施形態による、図９Ｂのジンバルプラットフォームアセンブリ９００と、磁気プラットフォームアクチュエータ１１１２とを含む小型の作動可能に移動可能なプラットフォームシステム１１００を示す。磁気プラットフォームアクチュエータ１１１２は、ｙ軸の周りにプラットフォーム９０２を回転させるための第１のｙ軸磁気コイル１１１４及び第２のｙ軸磁気コイル（図示せず）と、ｘ軸の周りにフレーム９０４を回転させるための第１のｘ軸磁気コイル１１１６ａ及び第２のｘ軸磁気コイル１１１６ｂとを含む。
【００８５】
その例示的な実施形態によれば、磁気コイル１１１４ａを含むｙ軸磁気コイルは、フレーム９０４のほぼ下に配置され、ｘ軸コイル１１１６ａと１１１６ｂとの間のｙ軸のいずれかの側の長手方向に延在し、ｘ軸コイル１１１６ａと１１１６ｂとが、互いにほぼ平行にとなり合う。第２のｙ軸磁気コイルは、ジンバルプラットフォームアセンブリ９００によって覆い隠されている。ｘ軸コイル１１１６ａ−１１１６ｂは、トロイド形状にされており、ｘ軸及びｚ軸から等しい距離の、フレーム９０４のいずれかの側に配置されている。動作中、ｘ軸コイル１１６ａ及び１１６ｂに電流を提供することにより、フレーム９０４が、スピンドル９３６ａ及び９３６ｂを介してｘ軸の周りに回転させられる。同様に、コイル１１１４ａを含むｙ軸コイルに電流を提供することにより、プラットフォーム９０２が、たわみ部９０６ａ及び９０６ｂを介してｙ軸の周りに回転させられる。
【００８６】
図１１は、本発明の別の例示的な実施形態による、磁気アクチュエータ１２１２内においてジンバルプラットフォームアセンブリ９００が回転可能に実装された代替の例示的な一実施形態を示す。磁気アクチュエータ１２１２は、支持構成１２１８と、ベース１２１６と、４つの磁気コイル支持１２１４ａ〜１２１４ｄとを備える。支持フレーム１２１８は、第１の支持エレメント１２２０ａと第２の支持エレメント１２２０ｂとを含む。支持エレメント１２２０ａ−１２２０ｂの各々は、プラットフォームアセンブリ９００のスピンドル９３６ａ−９３６ｂを受容するためのレセプタクル１２２２ａと１２２２ｂをそれぞれ含む。レセプタクル１２２２ａ及び１２２２ｂは、切り込み（ノッチ）として図示されている。しかしながら、それらは、回転可能にスピンドル９３６ａ−９３６ｂに嵌合させるための溝か、チャンネルか、トンネルか、又は任意の他の適合可能な形状とすることもできる。１つの例示的な特徴によれば、スピンドル９３６ａ及び９３６ｂをレセプタクル１２２２ａ及び１２２２ｂ内に確保するために、カバー１２２４ａと１２２４ｂを、レセプタクル１２２２ａ上と１２２２ｂ上にそれぞれ実装することができる。
【００８７】
磁気プラットフォームアクチュエータ１２１２は、４つのコイル支持１２１４ａ〜１２１４ｄと共に示されているが、任意の所望の数のコイル支持を用いることもできる。動作中には、図４内に示されたようなコイルが、コイル支持１２１４ａ〜１２１４ｄの周りに巻かれている。そのコイルを、図４に関連して上記に説明したような類似のやり方で、プラットフォーム９０２を動かすための、制御される手法において、駆動することができる。より具体的には、コイル１２１４ｂ及び１２１４ｄに対して駆動電流を供給することにより、フレーム９０４が、スピンドル９３６ａ及び９３６ｂの周りに回転させられることになる一方で、コイル１２１４ａ及び１２１４ｃに対して駆動電流を供給することにより、プラットフォームが、たわみ部９０６ａ及び９０６ｂの周りに回転させられることになる。利用可能なコイルに対して提供される駆動電流のパターンを変化させることにより、３次元空間に対するプラットフォーム９０２の所望の動きを達成することができる。上記に説明された用途におけるように、例えば、光学ビームのステアリングか、撮像か、又は他の用途の場合に、図１０及び図１１の構成を用いることができる。
【００８８】
図１２は、本発明の例示的な一実施形態による、プラットフォーム位置検知のための構成の概念図１４００である。概念図１４００は、プラットフォーム１４０２の位置を検知するための磁気センサ１４０４を含む。プラットフォーム１４０２は、磁性体であるか、又は該プラットフォーム１４０２に実装された１つか又は複数の磁石を含んでいるかのいずれかである。その例示的な実施形態によれば、磁気センサ１４０４は、プラットフォーム１４０２の磁界に基づき、該プラットフォーム１４０２の傾斜の角度を測定することが可能なホール効果センサである。プラットフォーム１４０２が、２つの軸の周りに傾くと、ホール効果センサ１４０４が、プラットフォーム１４０２の軸の傾きを測定する。
【００８９】
その例示的な実施形態によれば、概念図１４００は、プラットフォーム１４０２についての、θｘ及びθｙの２つの角度を示す。磁気センサ１４０４は、少なくとも２軸の磁気センサであり、少なくともＢｘ及びＢｙの電圧出力を有する。しかしながら、Ｂｘ、Ｂｙ、及びＢｚの電圧出力を有する３軸磁気センサ１４０４を用いることもできる。その例示的な実施形態によれば、Ｂｚ出力を用いて、Ｂｘ及びＢｙ出力を正規化することができる。磁気センサ１４０４は、プラットフォーム１４０２の傾きθｘ及びθｙの両角度を測定し、各角度θｘ及びθｙのサイン（正弦）に比例した電圧出力を有する。１つの特徴によれば、このことが、スムーズでほぼ線形な出力を生じる結果となり、図１３に関して更に詳細に説明されるように、これを、プラットフォーム１４０２の角度θｘ及びθｙを制御するために用いることができる。
【００９０】
例示的な一実施形態によれば、プラットフォーム１４０２の磁気特性によって生じさせられた磁界が、図１４００内に示されるように、半径ｒ方向とθ方向とに沿ったその構成要素によって提供される。式１〜４（下記）内において、ｒは、プラットフォーム１４０２の磁気ダイポールの中心１４０６から、磁気センサ１４０４への距離であり、θは、プラットフォーム１４０２のｚ軸と、磁気センサ１４０４の位置との間の傾きの角度である。
【００９１】
【数１】
ここで、θは、プラットフォーム１４０２の傾きの角度であり、ｒは、プラットフォーム１４０２の磁気ダイポールの中心から磁気センサ１４０４までの距離であり、μ０は、自由空間の透磁率（透過率）であり、ｍは、プラットフォーム１４０２内に含まれる磁気ダイポール磁石である。
【００９２】
別の例示的な実施形態によれば、式３〜４内に示されるような正規化定数ＢＸ０又はＢＹ０を使用せずに、３軸磁気センサ１４０４が用られて回転角が測定される。
【００９３】
【数２】
ここで、θｘ及びθｙは、それぞれｘ軸及びｙ軸におけるプラットフォーム１４０２の傾きであり、Ｂｘ、Ｂｙ、及びＢｚは、それぞれｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿ったセンサ１４０４における磁界成分であり、ＢＸ０又はＢＹ０は、正規化定数であり、９０度の回転における磁界を表す。
【００９４】
図１３は、プラットフォーム位置を制御するための、且つ、図１３内に示されたタイプのプラットフォーム検知構成を用いるための制御システムによって使用される処理を説明する流れ図１５００である。その方法は、設定ポイント、すなわちラスター走査のためのターゲットポイントにより開始する（ステップ１５０２）。該設定ポイントは、プラットフォームの角度を制御する角度制御回路構成に送られる（ステップ１５０４）。該角度制御回路構成は、プラットフォームの所望の傾きに関する情報を、駆動回路に送る（ステップ１５０６）。該駆動回路は、この情報を駆動コイル上に送り（ステップ１５０８）、磁界を調整する。これにより、プラットフォームが回転させられる（ステップ１５１０）。磁気センサが、プラットフォームにより結果として生成される磁界を検知し、実際のプラットフォームの傾きを決定する（ステップ１５１４）。この情報は、前記角度制御回路構成に戻すように送られ、該角度制御回路構成は、次いで、必要に応じてプラットフォームの傾きを再調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の例示的な一実施形態による、半球形のプラットフォームキャビティを有した磁気的に支援されたピボットインターフェースを有する支持構成の断面図である。
【図２】本発明の代替の例示的な一実施形態による、図１の実施形態に類似した支持構成であるが、円錐形のプラットフォームキャビティを有する支持構成の断面図である。
【図３】本発明の別の例示的な実施形態による、図１の実施形態に類似した支持構成であるが、ｖ型形状のプラットフォームキャビティを有する支持構成の断面図である。
【図４】本発明の例示的な一実施形態による、磁気プラットフォームアクチュエータと共に図２の支持構成を含むシステムの図である。
【図５】本発明の別の例示的な実施形態による、プラットフォームにおける複数軸の配置のためのジンバルアセンブリの断面図であり、該ジンバルアセンブリは、静止した中心支持構成を有している。
【図６Ａ】ｙ軸の周りを例示的に回転させられる図５のアセンブリと共に使用されるための例示的なジンバルプラットフォームアセンブリの上面斜視図である。
【図６Ｂ】ｘ軸の周りを例示的に回転させられる図６Ａのジンバルプラットフォームアセンブリの上面斜視図である。
【図７Ａ】本発明の例示的な一実施形態による、統合されるように形成された回転たわみ部を用いている、図５〜６Ｂ内において図示されたタイプのジンバルプラットフォームアセンブリの上面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの回転たわみ部に類似した、部分的に組み立てられた折り重ねられた回転たわみ部の拡大図である。
【図８Ａ】本発明の例示的な一実施形態による、図５〜７に図示されたタイプのジンバルプラットフォームアセンブリと、磁気プラットフォームアクチュエータとを含むシステムの断面概念図である。
【図８Ｂ】本発明の例示的な一実施形態による、磁気プラットフォームアクチュエータの断面概念図である。
【図９Ａ】本発明の様々な追加的な例示的な実施形態による、静止した外側フレームを有するプラットフォームにおける複数軸の配置のためのジンバルプラットフォームアセンブリを示す図である。
【図９Ｂ】本発明の様々な追加的な例示的な実施形態による、静止した外側フレームを有するプラットフォームにおける複数軸の配置のためのジンバルプラットフォームアセンブリを示す図である。
【図９Ｃ】本発明の様々な追加的な例示的な実施形態による、静止した外側フレームを有するプラットフォームにおける複数軸の配置のためのジンバルプラットフォームアセンブリを示す図である。
【図９Ｄ】本発明の様々な追加的な例示的な実施形態による、静止した外側フレームを有するプラットフォームにおける複数軸の配置のためのジンバルプラットフォームアセンブリを示す図である。
【図９Ｅ】本発明の様々な追加的な例示的な実施形態による、静止した外側フレームを有するプラットフォームにおける複数軸の配置のためのジンバルプラットフォームアセンブリを示す図である。
【図９Ｆ】本発明の例示的な一実施形態による、ある時間にわたる共振速軸と非共振遅軸の傾きについての例示的なラスター走査角度を示すグラフである。
【図１０】本発明の例示的な一実施形態による、磁気プラットフォームアクチュエータと共に図９Ｂのジンバルプラットフォームアセンブリを含む支持システムを示す図である。
【図１１】本発明の代替の例示的な一実施形態による、図１０内に示されたタイプの支持システムであるが、磁気プラットフォームアクチュエータを用いている支持システムを示す図である。
【図１２】本発明の例示的な一実施形態による、プラットフォーム位置検知のための構成の概念図である。
【図１３】プラットフォーム位置を制御するための、且つ、図１２内に示されたタイプのプラットフォーム検知構成を用いるための、制御システムを示すブロック図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の端部を有する支持エレメント含む支持アセンブリであって、該第１の端部が、永久磁石を含むことからなる、支持アセンブリと、
第１及び第２の対向する側面を有するプラットフォームを含むプラットフォームアセンブリであって、該第１の側面が、前記支持エレメントの前記第１の端部に接触し且つ磁気的に結合されていることにより、該プラットフォームが、少なくとも第１の面と第２の面との間において自由に傾くことになり、前記第２の側面が反射器を含むことからなる、プラットフォームアセンブリ
とを備える、小型の作動可能なプラットフォームシステム。
【請求項２】
前記永久磁石を含めるために、前記支持エレメントの前記第１の端部に位置的に固定された磁気ベアリングを備える、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項３】
前記永久磁石を含めるために、磁気ベアリングを受容するため前記第１の端部においてレセプタクルを前記支持エレメントが備える、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項４】
前記磁気ベアリングが、前記レセプタクル内において位置的に固定されている、請求項３に記載のプラットフォームシステム。
【請求項５】
前記磁気ベアリングが、前記レセプタクル内において回転可能に設置されている、請求項３に記載のプラットフォームシステム。
【請求項６】
前記プラットフォームアセンブリが、永久磁石である少なくとも一部分を含む、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項７】
前記プラットフォームアセンブリの永久磁石が、前記支持エレメントの永久磁石と相互作用して、バネ復元力を形成する、請求項６に記載のプラットフォームシステム。
【請求項８】
前記バネ復元力が、前記支持エレメント上の前記プラットフォームをセンタリングするように作用する、請求項７に記載のプラットフォームシステム。
【請求項９】
前記プラットフォームアセンブリに取り付けられた、少なくとも１つの磁石を備える、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１０】
前記プラットフォームアセンブリが、前記第１の側面内に形成されたキャビティを含み、前記支持エレメントの前記第１の端部は、前記キャビティ内において、前記プラットフォームアセンブリの前記プラットフォームの第１の表面に接触していることからなる、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１１】
前記キャビティが半球形である、請求項１０に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１２】
前記キャビティが円錐形である、請求項１０に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１３】
前記キャビティが、ｖ型形状であり、及び前記プラットフォームアセンブリの直径の少なくとも一部に沿って延在する、請求項１０に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１４】
前記磁気ベアリングがある表面を有しており、該ある表面は、低摩擦係数のコーティングを有していることからなる、請求項３に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１５】
前記コーティングが、Ｃｒ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、及び、ダイヤモンドのような炭素のうちの１つである、請求項１４に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１６】
前記キャビティが、ある表面を有しており、該表ある面は、低摩擦係数のコーティングを有していることからなる、請求項１０に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１７】
前記コーティングが、Ｃｒ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、及び、ダイヤモンドのような炭素のうちの１つである、請求項１６に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１８】
前記キャビティが、強磁性材料から形成された表面を有している、請求項１０に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１９】
前記プラットフォームを制御可能に傾けるための磁界を提供するためのアクチュエータを備える、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項２０】
前記アクチュエータが、動作コイルを介して提供された電流駆動に応答して磁界を生成させるための該動作コイルを含む、請求項１９に記載のプラットフォームシステム。
【請求項２１】
少なくとも１つの軸に対する前記プラットフォームの傾きの角度を検知するための少なくとも１つの磁気センサを備える、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項２２】
第１、第２、及び第３のトロイド状のジンバルプレートを有するジンバルであって、該第１のジンバルプレートは、放射状に最も内側のプレートになっており、該第３のジンバルプレートは、放射状に最も外側のジンバルプレートになっており、及び、該第２のジンバルプレートは、該第１のジンバルプレートと該第３のジンバルプレートとの中間に放射状に配置されていることからなる、ジンバルと、
第１の軸に沿って前記第１のジンバルプレートと前記第２のジンバルプレートとの間に延在する回転たわみ部の第１の対と、
第２の軸に沿って前記第２のジンバルプレートと前記第３のジンバルプレートとの間に延在する回転たわみ部の第２の対と、
前記ジンバルを支持するために、前記第１のジンバルプレートに機械的に結合させるための支持アセンブリと、
前記ジンバル上に実装された磁石と、
前記磁石上に実装されたプラットフォーム
とを備える、小型の作動可能なプラットフォームアセンブリ。
【請求項２３】
前記第１、第２、及び第３のジンバルプレートと、前記たわみ部の第１及び第２の対とが、単一に形成されている、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記磁石が、ジンバルの周囲のうちの少なくとも一部の周りに延在する、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記プラットフォームの表面上において反射器を備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記磁石を引き寄せて、少なくとも第１の面から少なくとも第２の面に前記プラットフォームを傾けるための駆動電流に応答して、磁界を生成するための少なくとも１つのコイルを備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２７】
フレームと、
プラットフォームと、
前記フレーム内において前記プラットフォームを回転可能につるすための、一対の回転たわみ部であって、該回転たわみ部が、第１の軸に沿って配置されていることからなる、一対の回転たわみ部と、
前記フレームを回転可能に支持するための支持構成であって、前記第１の軸にほぼ直交する回転軸を有する、支持構成と、
前記フレームに対する前記プラットフォームの回転位置を制御するための少なくとも第１の磁気コイルと、
前記支持構成に対する前記フレームの回転位置を制御するための少なくとも第２の磁気コイル
とを備える、小型の作動可能なプラットフォームアセンブリ。
【請求項２８】
前記支持構成と前記フレームとを回転可能に結合させるための一対のスピンドルを備え、該スピンドルが、前記第１の軸にほぼ直交する第２の軸に沿って配置されていることからなる、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記プラットフォームの第１の表面上にミラーを備える、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記プラットフォームの第２の表面上に磁石を備える、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記プラットフォームの回転の角度を検知するためのプラットフォーム位置センサを備える、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３２】
前記フレームの回転の角度を検知するためのフレーム位置センサを備える、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
ラスター走査を生じさせる方法であって、
一対のたわみ部によってフレーム内において第１の軸の周りに回転するようにつるされたプラットフォーム上のミラーを、該第１の軸の周りの第１の位置に傾け、
回転する前記たわみ部の共振周波数において、第２の軸の周りを回転する前記フレームを共振させ、及び、
前記ミラーを、前記第１の軸の周りにおいて、該第１の軸の周りの第２の位置に傾ける
ことを含む、方法。
【請求項３４】
磁気センサによって、前記プラットフォーム及び前記フレームの傾きについてのフィードバックを提供することを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１の軸が、零のバネ復元力を有する、請求項３４に記載の方法。
【請求項１】
第１及び第２の端部を有する支持エレメント含む支持アセンブリであって、該第１の端部が、永久磁石を含むことからなる、支持アセンブリと、
第１及び第２の対向する側面を有するプラットフォームを含むプラットフォームアセンブリであって、該第１の側面が、前記支持エレメントの前記第１の端部に接触し且つ磁気的に結合されていることにより、該プラットフォームが、少なくとも第１の面と第２の面との間において自由に傾くことになり、前記第２の側面が反射器を含むことからなる、プラットフォームアセンブリ
とを備える、小型の作動可能なプラットフォームシステム。
【請求項２】
前記永久磁石を含めるために、前記支持エレメントの前記第１の端部に位置的に固定された磁気ベアリングを備える、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項３】
前記永久磁石を含めるために、磁気ベアリングを受容するため前記第１の端部においてレセプタクルを前記支持エレメントが備える、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項４】
前記磁気ベアリングが、前記レセプタクル内において位置的に固定されている、請求項３に記載のプラットフォームシステム。
【請求項５】
前記磁気ベアリングが、前記レセプタクル内において回転可能に設置されている、請求項３に記載のプラットフォームシステム。
【請求項６】
前記プラットフォームアセンブリが、永久磁石である少なくとも一部分を含む、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項７】
前記プラットフォームアセンブリの永久磁石が、前記支持エレメントの永久磁石と相互作用して、バネ復元力を形成する、請求項６に記載のプラットフォームシステム。
【請求項８】
前記バネ復元力が、前記支持エレメント上の前記プラットフォームをセンタリングするように作用する、請求項７に記載のプラットフォームシステム。
【請求項９】
前記プラットフォームアセンブリに取り付けられた、少なくとも１つの磁石を備える、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１０】
前記プラットフォームアセンブリが、前記第１の側面内に形成されたキャビティを含み、前記支持エレメントの前記第１の端部は、前記キャビティ内において、前記プラットフォームアセンブリの前記プラットフォームの第１の表面に接触していることからなる、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１１】
前記キャビティが半球形である、請求項１０に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１２】
前記キャビティが円錐形である、請求項１０に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１３】
前記キャビティが、ｖ型形状であり、及び前記プラットフォームアセンブリの直径の少なくとも一部に沿って延在する、請求項１０に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１４】
前記磁気ベアリングがある表面を有しており、該ある表面は、低摩擦係数のコーティングを有していることからなる、請求項３に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１５】
前記コーティングが、Ｃｒ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、及び、ダイヤモンドのような炭素のうちの１つである、請求項１４に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１６】
前記キャビティが、ある表面を有しており、該表ある面は、低摩擦係数のコーティングを有していることからなる、請求項１０に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１７】
前記コーティングが、Ｃｒ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、及び、ダイヤモンドのような炭素のうちの１つである、請求項１６に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１８】
前記キャビティが、強磁性材料から形成された表面を有している、請求項１０に記載のプラットフォームシステム。
【請求項１９】
前記プラットフォームを制御可能に傾けるための磁界を提供するためのアクチュエータを備える、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項２０】
前記アクチュエータが、動作コイルを介して提供された電流駆動に応答して磁界を生成させるための該動作コイルを含む、請求項１９に記載のプラットフォームシステム。
【請求項２１】
少なくとも１つの軸に対する前記プラットフォームの傾きの角度を検知するための少なくとも１つの磁気センサを備える、請求項１に記載のプラットフォームシステム。
【請求項２２】
第１、第２、及び第３のトロイド状のジンバルプレートを有するジンバルであって、該第１のジンバルプレートは、放射状に最も内側のプレートになっており、該第３のジンバルプレートは、放射状に最も外側のジンバルプレートになっており、及び、該第２のジンバルプレートは、該第１のジンバルプレートと該第３のジンバルプレートとの中間に放射状に配置されていることからなる、ジンバルと、
第１の軸に沿って前記第１のジンバルプレートと前記第２のジンバルプレートとの間に延在する回転たわみ部の第１の対と、
第２の軸に沿って前記第２のジンバルプレートと前記第３のジンバルプレートとの間に延在する回転たわみ部の第２の対と、
前記ジンバルを支持するために、前記第１のジンバルプレートに機械的に結合させるための支持アセンブリと、
前記ジンバル上に実装された磁石と、
前記磁石上に実装されたプラットフォーム
とを備える、小型の作動可能なプラットフォームアセンブリ。
【請求項２３】
前記第１、第２、及び第３のジンバルプレートと、前記たわみ部の第１及び第２の対とが、単一に形成されている、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記磁石が、ジンバルの周囲のうちの少なくとも一部の周りに延在する、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記プラットフォームの表面上において反射器を備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記磁石を引き寄せて、少なくとも第１の面から少なくとも第２の面に前記プラットフォームを傾けるための駆動電流に応答して、磁界を生成するための少なくとも１つのコイルを備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２７】
フレームと、
プラットフォームと、
前記フレーム内において前記プラットフォームを回転可能につるすための、一対の回転たわみ部であって、該回転たわみ部が、第１の軸に沿って配置されていることからなる、一対の回転たわみ部と、
前記フレームを回転可能に支持するための支持構成であって、前記第１の軸にほぼ直交する回転軸を有する、支持構成と、
前記フレームに対する前記プラットフォームの回転位置を制御するための少なくとも第１の磁気コイルと、
前記支持構成に対する前記フレームの回転位置を制御するための少なくとも第２の磁気コイル
とを備える、小型の作動可能なプラットフォームアセンブリ。
【請求項２８】
前記支持構成と前記フレームとを回転可能に結合させるための一対のスピンドルを備え、該スピンドルが、前記第１の軸にほぼ直交する第２の軸に沿って配置されていることからなる、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記プラットフォームの第１の表面上にミラーを備える、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記プラットフォームの第２の表面上に磁石を備える、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記プラットフォームの回転の角度を検知するためのプラットフォーム位置センサを備える、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３２】
前記フレームの回転の角度を検知するためのフレーム位置センサを備える、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
ラスター走査を生じさせる方法であって、
一対のたわみ部によってフレーム内において第１の軸の周りに回転するようにつるされたプラットフォーム上のミラーを、該第１の軸の周りの第１の位置に傾け、
回転する前記たわみ部の共振周波数において、第２の軸の周りを回転する前記フレームを共振させ、及び、
前記ミラーを、前記第１の軸の周りにおいて、該第１の軸の周りの第２の位置に傾ける
ことを含む、方法。
【請求項３４】
磁気センサによって、前記プラットフォーム及び前記フレームの傾きについてのフィードバックを提供することを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１の軸が、零のバネ復元力を有する、請求項３４に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図９Ｆ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図９Ｆ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２００９−５２０２２０（Ｐ２００９−５２０２２０Ａ）
【公表日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４５８５３（Ｐ２００８−５４５８５３）
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４７９６０
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０７５４４５
【国際公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【出願人】（５９１０４４４７４）ザ・チャールズ・スターク・ドレイパー・ラボラトリー・インコーポレイテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４７９６０
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０７５４４５
【国際公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【出願人】（５９１０４４４７４）ザ・チャールズ・スターク・ドレイパー・ラボラトリー・インコーポレイテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
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