携帯用および固定用ビデオカメラの小型低コストパン／チルト磁気作動
【課題】本発明は、ＰＴＺビデオカメラ等の画像形成システム用のパン／チルト機構の改良する、パン／チルト機器を提供することを目的とする。
【解決手段】画像キャプチャリングシステム用のパン／チルト機器は、基部と、基部に回転可能に接続され、基部に対して第１の軸を中心にして回転可能であるステージと、ステージに装着された光学機器と、基部に対してステージの回転位置を制御するパン手段と、磁気構造物に加えられた磁場を変えるチルト手段と、を備える。
【解決手段】画像キャプチャリングシステム用のパン／チルト機器は、基部と、基部に回転可能に接続され、基部に対して第１の軸を中心にして回転可能であるステージと、ステージに装着された光学機器と、基部に対してステージの回転位置を制御するパン手段と、磁気構造物に加えられた磁場を変えるチルト手段と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＺビデオカメラ等の画像形成システム用のパン／チルト機構の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
最も一般的な小型化パン／チルトカメラシステムは、一般にドーム型ＰＴＺ（パン／チルトズーム用）カメラと称され、複雑な歯車列およびドーム形状の保護カバーを有するモータオンモータジンバル搭載パン／チルト機構を使用する。従来のＰＴＺカメラの問題は、カメラ（すなわち、レンズおよび画像キャプチャリング装置を含む）およびチルトモータの両方が、パンモータによって駆動される回転プラットフォーム上に支持されていることである。典型的な従来のＰＴＺビデオカメラシステムの全体的なサイズは、依然として直径数インチである。そのようなシステムがさらに小型化されていない１つの可能な理由は、パンおよびチルト角度要件が非常に大きいことである（典型的に、パンは１８０度より大きく、チルトは＋／−４５度より大きい）。加えて、カメラ全体がチルトモータによって動かされなければならないため、且つ、カメラおよびチルトモータの両方がパンモータによって動かされなければならないため、携帯電話の最新小型静止カメラでさえその運動質量は、ＭＥＭＳ等の小型化技術が従来動かすことができる荷重に比較して、非常に大きい。大きな質量は、パン／チルト操作スピードを減少し、パンモータの小型化を制限し、ＰＴＺパン／チルト機構のモータオンモータジンバル構造物のため交差軸トラッキングエラーを生じる可能性がある。
【０００３】
パン／チルト機構技術の現在の状態を要約では、巨視的モータ系パン／チルト機構の主な利点は、パンおよびチルト位置が、簡単なパルス駆動ＤＣモータかまたは保持位置でほとんどまたはまったく消費電力がないステッピングモータを使用して、位置決めされ維持することができることである。より大きな視野を構築する必要なく、即座に大きな画像を取ることができる。ＭＥＭＳ系アプローチの主な利点は、小型でおそらくより低いコスト設計である。しかし、ＭＥＭＳシステムは、普通、一定の消費電力を必要とし、そのため、自立用途またはリモートワイヤレス用途では有用ではない。
【０００４】
必要なことは、携帯用および固定用のビデオカメラ装置とともに使用される低コストパン／チルト作動プラットフォームであり、それは、上述の様々な従来のパン／チルト機構に関連した問題を回避する。特に、必要なことは、マイクロミラー系小型パン／チルトシステムであり、これは、保持状態で理想的に低い電力消費で、高い帯域幅および広い範囲のパンおよびチルト運動を達成することができる。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５９４５８９８号
【特許文献２】米国特許第６３５６３０８号
【特許文献３】米国特許第６４６１０２１号
【特許文献４】米国特許第３４８２１８９号
【特許文献５】米国特許第５６１３８６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ＰＴＺビデオカメラ等の画像形成システム用のパン／チルト機構の改良する、パン／チルト機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】
【０００７】
本発明の第１実施形態は、画像キャプチャリングシステム用のパン／チルト機器であって、基部と、前記基部に回転可能に接続され、前記基部に対して第１の軸を中心にして回転可能であるステージと、前記ステージに装着された光学機器であって、フレームと、前記フレームに接続され、第２の軸を中心にして旋回可能である磁気構造物と、前記磁気構造物に固定して接続される光学要素であって、入射軸に沿って方向づけられた画像を受け取り且つ前記画像を前記第１の軸に沿って方向づける手段を含む前記光学要素と、を含む前記光学機器と、前記基部に対して前記ステージの回転位置を制御するパン手段であって、前記光学要素に、前記第１の軸に対して選択されたパン角度を取らせる前記パン手段と、前記磁気構造物に加えられた磁場を変えるチルト手段であって、前記磁場の選択された変化が、前記磁気構造物を前記第２の軸を中心にして旋回させ、前記光学要素に、前記第２の軸に対して選択されたチルト角度を取らせる前記チルト手段と、を備えるパン／チルト機器である。
【０００８】
本発明の第２実施形態は、画像キャプチャリングシステムであって、光学軸を有する画像キャプチャリング装置と、パン／チルト画像形成システムであって、前記画像キャプチャリング装置に固定して接続された基部と、前記基部に回転可能に接続され、前記光学軸を中心にして回転可能であるステージと、前記ステージに装着された光学機器であって、フレームと、前記フレームに接続され、チルト軸を中心にして旋回可能である磁気構造物と、前記磁気構造物に固定して接続されるミラーであって、入射軸に沿って方向づけられた画像を受け取り、前記画像を前記光学軸に沿って方向づけるように配置されるミラーと、を含む前記光学機器と、前記基部に対して前記ステージの回転位置を制御するパン機構であって、前記光学要素に、前記光学軸に対して選択されたパン角度を取らせる前記パン機構と、前記磁気構造物に加えられた磁場を変えるチルト機構であって、前記磁場の選択された変化が、前記磁気構造物を前記チルト軸を中心にして旋回させ、前記ミラーに、前記チルト軸に対して選択されたチルト角度を取らせる前記チルト機構と、を備える前記パン／チルト画像形成システムと、を備える画像キャプチャリングシステムである。
【０００９】
本発明の第３実施形態は、光学システム用の非接触チルト機器であって、チルト軸を中心にして回転するように旋回可能に支持される磁気構造物と、前記磁気構造物に固定して接続されるミラーと、を含む光学機器と、永久磁石と、前記永久磁石を前記磁気構造物に対して位置決めする手段と、を含むチルト機構であって、前記永久磁石によって生成され且つ前記磁気構造物に加えられた磁場の選択された変化が、前記磁気構造物に、前記チルト軸を中心にして旋回させ、それによって、前記ミラーに、前記チルト軸に対して選択されたチルト角度を取らせるチルト機構と、を備える非接触チルト機器である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
下記の説明は、当業者が、特定の用途およびその要件のコンテクストで提供されるように、本発明を作り使用することができることを呈する。本願で使用されるように、「上部」、「上方に」、「下部」、「下方に」、「前部」、「後部」等の方向用語は、説明目的のために相対位置を提供するように意図され、絶対的な座標系を示すことは意図していない。加えて、「一体的に接続された」および「一体的に成形された」および「に一体的に形成された」というフレーズは、本願では、単一成形された構造物かまたは機械加工された構造物の２つの部分の間の接続関係を説明するのに使用され、「接続された」または「連結された」（「一体的に」という修飾語がない）という用語とは区別され、これらは、たとえば、接着剤、締結具、クリップまたは可動ジョイントによって結合される２つの別個の構造物を示す。好適な実施形態への様々な修正が、当業者には明らかであり、ここで規定された一般原則が、他の実施形態に適用されてもよい。したがって、本発明は、示され説明された特定の実施形態に限定されることを意図せず、本願に開示される原則および新規特徴に一致する最も広い範囲に合致するものである。
【００１１】
図１は、本発明の汎用実施形態にしたがってカメラ１０１およびパン／チルト機器１１０を含む画像キャプチャリングシステム１００を示す分解斜視図である。
【００１２】
カメラ１０１は、画像キャプチャリング装置１０３（たとえば、電荷結合素子（ＣＣＤ）またはＣＭＯＳ画像形成チップ）と、光学軸Ｚに沿って進む光を画像キャプチャリング装置１０３に方向づけるように配列されるレンズ１０５と、を含む。１つの実施形態において、カメラ１０１は、基部１１１の下部表面に固定して接続され、カメラ１０１によってキャプチャされた光が、基部１１１を通って画成された開口１１５を通って進む。代替の実施形態（図示せず）において、カメラ１０１は、基部１１１の上部表面に装着されてもよい。カメラ１０１の特定のタイプは、本発明には重要ではないが、本発明は、比較的小さいフォームファクタのカメラ（たとえば、およそ１／３”（インチ）から１／４”の直径の開口部よりも小さい画像キャプチャリング装置を有する）に特に適している。
【００１３】
パン／チルト機器１１０は、基部１１１と、基部１１１に装着された回転ステージ（回転部材）１２０であって、ステージ１２０が光学軸Ｚ（図面では基部１１１に対して垂直に整列配置される）を中心にして回転可能な回転ステージ（回転部材）１２０と、パン機構１４０と、チルト機構１５０と、を含む。
【００１４】
回転ステージ１２０は、中心開口１２５を画成する上部表面１２２を含み、基部の開口１１５上に装着される低プロファイル中空シャフト軸受１２７によって基部１１１に回転可能に支持され、点線矢印Ａによって示されるように、回転ステージ１２０が光学軸Ｚを中心にして回転可能であるようにする。
【００１５】
光学機器１３０は、ステージ１２０に装着され、光を、ステージの中心開口１２５および基部の開口１１５を通ってカメラ１０１へ下方に方向づけるように作用する。本発明の態様にしたがって、光学機器１３０は、フレーム１３２と、フレーム１３２に接続される磁気構造物１３４であって、磁気構造物１３４がフレーム１３２に対してチルト（水平）軸Ｔを中心にして旋回可能であるようにする（点線矢印Ｂによって示される）磁気構造物１３４と、磁気構造物１３４の前側部に固定して接続されるミラー（光学要素）１３５と、を含む。フレーム１３２は、図１には一般化された形態で描かれ、様々なタイプのフレームが、下記に開示される実施形態を参照して説明される。磁気構造物１３４は、所定のパターンに形成され、かつフレーム１３２に固定される磁性金属を含む。磁性金属材料は、たとえば、ニッケル、鉄、コバルト等の強磁性元素を含んでもよく、または、他の添加剤または少量の他の元素を含む不純物と共にこれら３つの磁性元素のいずれの組み合わせを含む金属合金もよい。最も望ましい磁性材料は、ソフトパーマロイ（たとえば、ＮｉＦｅ）、ＮｉＣｏ合金、または、パーメンジュール（典型的に少量のバナジウムを含むＦｅＣｏ合金）を含む。そのような軟強磁性合金は、数種類の望ましい特質を共有する。第１に、最小ボウ（ｂｏｗ）を有する少なくとも１つの光学的に平らな表面で、数百ミクロンの範囲の厚さに非常に低い応力で容易に電気めっきされる。第２に、これらの合金は、軟強磁性材料であるため、磁気保磁力（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ）が低く、外部から加えられた磁界の極性および大きさを切り換えるときに、誘発磁気ヒステリシス（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を最小限にするようにする。ミラー１３５は、公知の技術を使用して形成され、入射軸Ｉに沿って方向づけられるキャプチャされた画像に連結した光ビームを受け取り、光ビーム（画像）を、光学軸Ｚに沿ってカメラ１０１へ再方向づける。ミラー１３５は、磁気構造物１３４に一体的に接続されるかまたは別のやり方で装着される。従って、トーションバー１３６（フレーム１３２の２本のレッグの間に吊されている）によってチルト軸Ｔを中心にして磁気構造物１３４が旋回（チルト）することは、結果として、対応してチルト軸Ｔを中心にしてミラー１３５が旋回することになり、それは、トーションバー１３６によって画成される。代替の実施形態では、ミラー１３５は、１つまたはそれ以上の他の光学要素（たとえば、レンズ）に取って代わられてもよい。
【００１６】
本発明の別の態様にしたがって、パン機構１４０は、基部１１１に対するステージ１２０（および、したがって、ミラー１３５）の回転位置Ａを制御するように提供され、それによって、光学要素に、光学軸Ｚに対して選択されたパン角度を取らせる。一般化された実施形態において、パン機構１４０は、回転ステージ１２０に配置された動力構造物（たとえば、ウォームギア歯）１２９に係合するモータ１４５（たとえば、簡単な歯車付ＤＣモータまたはステッピングモータ）を含み、ステージ１２０が軸Ｚを中心にして選択された量を回転するように、動力構造物１２９を操作する。図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、１つの特定の実施形態において、パンモータ１４５は、基部１１１に固定して装着され、外部の源（図示せず）から制御されて回転力を加え、これが、ミラー１３５を光学軸Ｚを中心にして選択されたパン角度へ選択的にパン（回転）する。これらの図面に示されるように、パン操作は、入射光ビームＩの角度を変え、これが、ミラー１３５によって光学軸Ｚに沿って再方向づけられる。たとえば、図２Ａに示された第１のパン位置Ａ１（すなわち、任意に選択された基点Ｏからおよそ９０度）から図２Ｂに示された第２のパン位置Ａ２（すなわち、任意の基点Ｏからおよそ１３５度）へ動かすために、モータ１４５は、ステージ１２０をおよそ４５度回転するように制御される。代替の実施形態では、パンモータ１４５は、基部１１１以外の構造物に装着されてもよいことに注意されたい。
【００１７】
本発明のさらに別の態様にしたがって、チルト機構１５０は、磁気構造物１３４に加えられる磁場Ｈを選択的に変え、それによって、磁気構造物１３４はチルト軸Ｔを中心にして選択的に旋回し、それによってミラー１３５に、ステージ１２０に対して選択されたチルト角度Ｂを取らせる。１つの実施形態において、チルト機構１５０は、永久磁石１５２を含み、これは、磁気構造物１３４に加えられるように、磁場Ｈを変える（たとえば、強さおよび／または場勾配を調整する）ために、線状アクチュエータ１５５によってトラック１５４に沿って動くことができる。上述のように、ミラー１３５および磁気構造物１３４は、チルト軸Ｔを中心にして回転可能（旋回可能）であり、磁石１５２の強さおよび／または場勾配の調整が、磁気構造物１３４に磁気トルクを誘発し、それがミラー１３５を所望のチルト位置内に回転させるようにする。図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、１つの特定の実施形態において、モータ１５５は、基部１１１に固定して装着され、外部の源（図示せず）から制御されて平行移動力を加え、これが、磁石１５２を基部１１１に対して選択的に動かし、それによって、磁気構造物１３４に加えられる磁気トルクを変える。このようにして、ミラー１３５を、チルト軸Ｔを中心にして選択されたチルト角度へ選択式に回転する。磁石１５２の少量の線状運動を閉鎖空間で実現するために、多くの異なるタイプの低コストの小型線状アクチュエータを使用してもよい（たとえば、圧電効果に基づいた線状超音波モータまたは形状記憶合金線状アクチュエータ）。これらの図面に示されるように、チルト操作は、入射光ビームＩの角度を変え、これは、ミラー１３５によって任意の水平軸Ｏに対して再方向づけられる。たとえば、図３Ａに示された第１のチルト角度Ｂ１（すなわち、任意の基点Ｏの下およそ３０度）から図３Ｂに示された第２のチルト角度Ｂ２（すなわち、任意の基点Ｏの上およそ３０度）へ動くために、モータ１５５が駆動され、磁石１５２を、磁気構造物１３４下で所定の距離Ｘだけ動かす。
【００１８】
チルト機構１５０のモデリングは、業界で公知の技術を使用して達成される。チルト軸Ｔのまわりのトルクは、磁石１５２によってかけられた外部磁場Ｈと、磁気構造物１３４の誘発された磁化との相互作用によって生成される。磁気構造物１３４／１３５は、相対的にディスク状の形状であるため、強力量の形状異方性エネルギがあり、これは、誘発された磁化を、磁気構造物の表面に沿って整列配置して保つ傾向がある。磁気構造物１３４／１３５の誘発された磁化と外部磁場Ｈとの間の相対角度のため、誘発されたトルクがあり、これは、磁化構造物１３４／１３５をチルト軸Ｔのまわりによじらせる傾向があり、そのため、磁化構造物１３４／１３５内の誘発された磁化は、外部磁場Ｈに再整列配置することができる。誘発されたトルクは、結果として、磁気構造物／ミラー１３４／１３５のねじれ運動になり、これは、トーションバー１３６によってフレーム１３２によって提供された機械的復元トルクによってバランスを取られる。所望のチルト角度Ｔを達成するために、所与のパン角度Ａ用に、磁気構造物／ミラー１３４／１３５に対する永久磁石１５２の位置の間の関係は、公知の技術を使用して決定することができる。簡単で合理的な一次近似および推定値は、（ａ）外側場Ｍが均一であると想定することによって、（ｂ）永久磁石１５２が強力であり且つ磁気構造物／ミラー１３４／１３５に十分に近く、磁気構造物／ミラーの飽和保磁力よりも大きい場強さを提供し、それによって、磁気構造物／ミラー１３４／１３５の磁化は大きさが一定であると想定することができると想定することによって、（ｃ）簡単なトーションバーの等価物を使用してミラーが吊されていることによって、達成することができる。理想的には、磁気構造物１３４／１３５に磁化を誘発するために使用される永久磁石１５２は、永久磁石の磁束密度と称されることが多い非常に高い残留磁場Ｈを備えた硬強磁性材料から構成される。そのような強磁性材料の例は、焼結サマリウムコバルト、焼結ネオジム鉄ボロン、または、アルニコを含むが、それらに限定されない。
【００１９】
上述のように、パン／チルト機器１１０は、パンモータ１４５および回転ステージ１２０によって３６０度のパンを容易にし、磁石１５２、チルトモータ１５５および磁気構造物１３４によって非常に広い範囲のチルト撓みを容易にする。非接触磁気作動を利用してチルト操作を行うことによって、パン／チルト機器１１０は、チルトモータ１５５を回転ステージ１２０に装着する必要なく、チルト位置決めを呈し、それによって、回転ステージ１２０に担持される重量を減少し、このようにして、パン作動モータ１４５の必要なサイズを減少する。さらに、永久磁石を使用して磁石１５２が実施されるときには、チルトモータ１５５は、所望のチルト角度が達成されたときにオフにすることができ、スタティック電力コストを発生しない（すなわち、パン／チルト機器１１０に供給されるすべての電力は、ひとたび所望のパン／チルト位置が達成されたときに、オフにされてもよい）。磁気作動の別の重要な利点は、その頑健さである。すなわち、磁場を使用してチルト作動を達成し、そのため、静電場は加えられず、したがって、装置パッケージングに厳しい要件はない。
【００２０】
下記の特定の実施形態は、用途の特定の分野を参照して、本発明のさらなる詳細および特徴を述べ、それは、ビデオカメラ、ロボット工学、軍事偵察、医療用生体内画像形成システム、顕微鏡下カテーテル手術、および、相互ビデオテレビ会議用途を含む。ただし、それらに限定されない。
【００２１】
図４は、本発明の第２の実施形態にしたがって、小型化された画像キャプチャリング装置の小型パン／チルトユニット用に設計されるパン／チルト機器２１０を示す斜視図である。汎用実施形態に類似して、パン／チルト機器２１０は、基部（たとえば、プリント基板）２１１と、基部２１１に装着された回転ステージ２２０と、回転ステージ２２０に装着された光学機器２３０と、双方とも基部２１１に装着されるパン機構２４０およびチルト機構２５０と、を含む。
【００２２】
汎用実施形態に類似して、回転ステージ２２０は、中心開口２２５を画成し、それを通って光が、上述のやり方で、光学機器によって画像キャプチャリング装置（図示せず）へ方向づけられる。回転ステージ２２０は、上述のやり方で、基部開口上に装着される低プロファイルの中空シャフト軸受スピンドル２２７によって基部２１１に回転可能に支持される。軸受スピンドル２２７は、その周辺縁のまわりに配置された歯車２２７を含む。そのような小型中空シャフト軸受スピンドルは、ポータブルディスクドライブ用途に一般に使用される低コスト大量生産部品として販売されており、または、射出成形プラスチックからより安い価格でさえ販売されている。
【００２３】
光学機器２３０は、上述のやり方で、回転ステージ２２０に装着され、光を下方へ、ステージの中心開口２２５を通ってカメラまたは他の画像キャプチャリング装置へ方向づけるように作用する。本発明の態様にしたがって、光学機器２３０は、フレームサポート２３１と、金属フレーム２３２と、を含む。金属フレーム２３２は、下記にさらに詳細に説明され、実質的に平らな部材であり、磁気構造物２３４およびミラー２３５を有し、これらは、トーションバー２３６によってフレーム２３２の側部部分に接続される。よって、磁気構造物２３４が、フレーム２３２に対してトーションバー２３６によって画成されるチルト（水平）軸を中心にして旋回可能であるようにする。磁気構造物２３４（および場合によってはミラー２３５）は、磁性材料を使用して形成される。フレームサポート２３１は、フレーム２３２を、回転ステージ２２０の上部表面に対しておよそ４５度の角度で維持し、それによって、汎用実施形態で上述したものに類似したやり方で、ミラー２３５の操作を容易にする。
【００２４】
本発明の新規態様にしたがって、フレームサポート２３１および金属フレーム２３２は、透明な容器２３８内部に装着され、それは、減衰流体（図示せず）で満たされてもよい。ミラー２３５の運動質量は小さいため、振動には敏感であると予測され、１００Ｈｚから１ｋＨｚの範囲の共鳴振動数を有し、外側テーピング振動に敏感であってもよい。振動を減衰し可能性のある行き過ぎを排除するために、透明な容器２３８を誘電性流体たとえば鉱油またはシリコーン油で満たすことができる。この減衰流体がミラー２３５の共鳴振動数を低下する一方、６０Ｈｚより上の共鳴振動数が依然として適切であるが、それは、大半のパン／チルトシステムの設定時間が、数秒の範囲であるからである。代替の減衰制御として、減衰流体がない場合には、ミラーと周辺フレームとの間の切り欠き領域をできるだけ小さく作り、したがって、それらの間の気流を限定し、抗力を増大する。加えて、磁気構造物の誘発された磁化と永久磁石の外部磁場との間に磁気減衰効果があることを経験的実験が示している。
【００２５】
パン機構２４０は、中空シャフト軸受スピンドル２２７によって基部２１１に対してミラー２３５のパン角度を制御するために設けられる。パン機構２４０は、スピンドル２２７の歯車２２９に係合するウォームギア２４８を有するモータ２４５（たとえば、小型ステッピングモータまたはパルス式ＤＣブラシまたはブラシレスモータ）を含み、ステッピングモータ２４５によるウォームギア２４８の回転が、回転ステージ２２０の選択された量の回転を生成する。
【００２６】
本発明の実施形態の新規態様にしたがって、チルト機構２５０は、小型ステッピングモータ２５５の出力シャフトに装着された外側硬強磁性体（永久）２５２を含み、それは、基部２１１の下部表面に固定して装着される。チルト作動は、ステッピングモータ２５５を駆動することによって達成され、基部２１１の下で外側強磁性体２５２を回転する。外側強磁性体２５２の回転は、ニッケルまたは軟強磁性材料から形成される磁気構造物２３４の角度を、ねじれ梁（ヒンジ）２３６によって画成されたチルト軸を中心にして回転させる。上述の実施形態のように、磁気構造物２３４の回転は、ミラー２３５の表面を旋回（チルト）させる。この配列で、従来のパン／チルト機構に利用されるモータオンモータ形状が排除され、簡略化の観点で設計空間を劇的に広げ、フォームファクタを減少し、コストを減少する。
【００２７】
このようにして、パン機構２４０の正確な詳細および使用されるモータの正確なタイプ（超音波またはインチウォーム系、ＤＣブラシまたはブラシレス、ステッピング、ＭＥＭＳ静電気マイクロドライブ、または、ボイスコイルモータも使用することができる）とは無関係に、パンおよびチルトを作動させるために使用されるモータ２４５および２５５は、劇的にサイズを縮小することができるが、それは、これらのモータが駆動する必要がある荷重が、サイズおよび重量を劇的に減少するからである。加えて、従来のパン／チルト機構ではそうであるが、もはやモータオンモータ形状に一緒に連結されないため、相対配置には、かなり柔軟性がある。従来のＭＥＭＳアプローチとは異なり、パンモータ２４５および中空シャフト軸受スピンドル２２７は、完全３６０度パン範囲を提供し、チルトモータ２５５は、非常に小さい電力で広い角度のチルトを提供する。加えて、運動質量が小さいため、高スピードパンおよびチルトを達成することができる。パン／チルト機器２１０は、おそらく１立方インチ内に嵌ることができるが、依然として、主にカメラおよびディスクドライブ中空シャフト軸受に使用される既存の非常に低コストのモータから作ることができ、したがって、パン／チルト機器２１０を、多くの現在の且つ実現された小型高帯域低コストパン／チルトカメラ用途に適切にする。
【００２８】
図５Ａから図５Ｆは、上述の特定の実施形態に利用されたものに類似したミラーフレーム３００を製造するための方法を示す。プロセスは、厚さが１２から５００ミクロンの範囲である磁気ホイル３０１の滑らかなシートで開始する（図５Ａ）。図５Ｂに示されるように、ホイル３０１は、次いで、公知の技術を使用して光化学エッチングを受け、外側フレーム部分３１０および中心ミラー部分３２０を画成する。光化学エッチングは、磁気構造物の質量の中心を通って進む線に沿ってねじれヒンジを位置決めするために、前側部および後側部の両方に同時に行うことができる。図５Ｃは、その後のレーザカッティングプロセスを示す上面図であり、それを使用して、外側フレーム部分３１０と中心ミラー部分３２０との間にトーションバー（ヒンジ）３３０を画成する。ホイル３０１は、次いで、任意に、電解研磨を受け（図５Ｄ）、表面粗さを減少する。次に、反射金属層がトーションバー（ヒンジ）３３０に置かれ、それによって、ミラー表面３３５を形成する（図５Ｅ）。高い反射金属層は業界では公知であり、銀、アルミニウム、金、または、これらの合金の薄層を含むことができ、さらに、下にある磁気構造物に反射層が接着するのを高めるために、反射層の下に配置された薄い接着層（たとえば、クロム）を含むことができる。最後に、ホイル３０１は次いで、個別のミラーフレーム（ダイ）３００に分断され（ｓｉｎｇｕｌａｔｅ）（図５Ｆ）、クリーニングされる。このプロセスは、ミラーフレームを製造するためのコスト効果的な方法を提供し、より高い容量の磁化を確実にする。電鋳および／または電気めっき技術を使用してパターン化された厚さの磁気フィルムを構築することによって、そのような一体化磁気構造物を形成することもまた可能である。加えて、ヒンジは、材料の弾性率を減少し高い歪の降伏変形を排除することによって運動の範囲を上げるために、磁気金属以外の異なる材料から作られてもよい。このようにして、薄いポリイミドのパターン化された層を使用して、ねじれヒンジを形成することができ、薄い磁気材料の２つの層の間にラミネートされることができる。上述の同一の光化学エッチング技術を使用して、ミラー品質表面を備えた磁気構造物を両側面に形成することができる。
【００２９】
図６は、パン／チルト機器の一部、本発明の代替の実施形態にしたがって形成された光学要素４３０を示す図である。光学要素４３０は、たとえば、図４を参照して上述されたパン／チルト機器２１０の光学要素２３０の代わりに使用されてもよい。光学要素４３０は、簡単な低コストの応力金属プロセスを利用して、フレーム４３２を形成する。フレーム４３２は、ねじれヒンジ４３６を経由してフレーム４３２に取り付けられた磁気構造物４３４および小型ミラー４３５を上げ、そこで、高い光学平坦性のミラー４３５が、磁気構造物４３４の後ろの反対側（図示せず）に形成される。フレーム４３２は、数本の吊り梁を含み、それらは、固定端でガラス基板４３１に取り付けられ、磁気構造物／ミラー４３４／４３５は、ねじれヒンジ４３６を経由してこれらの梁の自由端に一体的に接続される。後述のように、フレーム４３２は、ガラス基板４３１から部分的に剥離され、梁内の内部応力が、磁気構造物／ミラー４３４／４３５を基板４３１から離れて上げる。先の実施形態と同様に、磁気構造物／ミラー４３４／４３５は、次いで、磁気構造物／ミラー４３４／４３５から１から２０ｍｍ距離に配置された１つまたはそれ以上の小さな永久磁石（図示せず）を調整することによって、広い角度範囲上にチルトされることができる。図６は、基板４３１によって画成された平面からおよそ４５度上げられた磁気構造物／ミラー４３４／４３５を示す。１つの実施形態において、磁気構造物／ミラー４３４／４３５は、薄い（１ミクロン）サポート層の頂部に形成された８ミクロン厚のニッケル層から構成される。フレーム４３２を形成する吊り梁は、公知の技術にしたがって、応力をかけられた金属が配置される区域を有する。磁気構造物／ミラー４３４／４３５および吊り梁の一部は、次いで、二フッ化キセノン剥離エッチングを使用して犠牲アモルファスシリコン層を除去（エッチング）することによって、基部から剥離される。磁気構造物４３４が電気めっきされるため、かなり粗い頂部表面を有し、この表面をミラーとして使用するために製作プロセスに研磨ステップを追加することを必要とすることに注意されたい。しかし、ミラー４３５は、磁気構造物４３４の後側部に位置しており、光学的に滑らかになり、剥離前に、高い反射性金属たとえば金でコーティングされることができ、したがって、たとえば、透明な基板４３１と組み合わせて使用されることができる。
【００３０】
図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、小型でディスクタイプの希土類金属永久磁石（ＮｄＦｅＢ）が磁気構造物／ミラー４３４／４３５の近辺（数ｍｍ）にもたらされ且つ基板の表面に平行な軸に沿って平行移動されたときの、光学要素４３０の拡大写真（顕微鏡画面例）である。磁石は、磁気構造物／ミラー４３４／４３５を構築する軟強磁性ニッケル層に力をかけ、ミラーの本体の平面を、磁石を囲繞する磁場線に整列配置させる傾向がある。図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、磁石（図示せず）の運動に応答した磁気構造物／ミラー４３４／４３５の作動を描く。図７Ａは、およそ７０度のチルド角度の磁気構造物／ミラー４３４／４３５を示し、図７Ｂは、およそ５３度のチルド角度の磁気構造物／ミラー４３４／４３５を示し、図７Ｃは、およそ０度のチルド角度の磁気構造物／ミラー４３４／４３５を示す（すなわち、基板４３１の上部表面に対して押圧される）。
【００３１】
図８Ａから図８Ｇは、内視鏡用途およびボロスコープ用途におそらくより良好に適しているマイクロミラーを有する光学要素４３０を作るための別のプロセスを描く。磁気構造物／ミラー４３４／４３５の厚さは、厚フィルムフォトレジスト／ＳＵ８に限定されるため且つ均一にめっきすることによって、このプロセスは、直径およそ１．５ｍｍまたはそれ以下のサイズまでの小さなミラーにほぼ限定される。
【００３２】
図８Ａを参照すると、プロセスは、アニールされていないガラス基板４３１で開始し、公知のＰＥＣＶＤ技術を使用してａ−Ｓｉ剥離材料層５１０を配置することを含む。図８Ｂに示されるように、剥離材料層５１０は次いで、パターン化されドライエッチングされて、ビア（開口）５１５を提供し、これは、基板４３１の上部表面の一部を露出する。薄い接着およびミラー層５１７が配置される。そのような層は、接着のためにクロムまたはチタン、および、反射のために金、アルミニウムまたは銀から構成されることができる。
【００３３】
図８Ｃを参照すると、マスク５２０が次いで剥離材料層５１０上でパターン化され、ニッケルがマスク５２０のウインドウを通って電気めっきされる。電気めっきされたニッケルを使用してミラー４３５を形成し、マスク５２０は開口５１５に整列配置され、支持梁支柱（固定端）５３０の形成を容易にし、それは、基板４３１の上部表面に実質的に延出する（すなわち、接着材料による）。
【００３４】
図８Ｄに示されるように、支持梁マスク５４０が次いでミラー４３５上でパターン化され、トレンチ状ウインドウ（図示せず）が画成され、それが支持梁支柱５３０の上部表面からミラー４３５に隣接して位置する領域へ（すなわち、図６のフレーム４３２を形成するサポートアームの形状に）延出するようにする。ばねフィルム５５０が、次いで、制御されたやり方で、支持梁マスク５４０に形成されたトレンチ状ウインドウを通って形成され、支持梁支柱５３０からミラー４３５へ延出する支持梁を形成する。図９に示されるように、ばねフィルム５５０は、最も低い部分５５０Ｌ（すなわち、剥離材料層５１０に最も近くに位置するフィルム材料）が、最も高い部分５５０Ｕ（すなわち、剥離材料層５１０から最も遠くに位置するフィルム材料）よりも高い内部圧縮応力を有するように形成され（たとえば、スパッタリングされるかまたはめっきされ）、それによって、成長方向に内部応力変動を形成する（たとえば、応力勾配Δσ＋、これは、基板４３１の上部表面に垂直な方向に増加する）。ばねフィルム５５０の厚さは、部分的には、選択されたばね材料、形成技術、所望のばね定数、および、最終ばね構造物の形状によって決定される。
【００３５】
適切な応力勾配Δσ＋（図９参照）を有するようにばねフィルム５５０を形成するためのスパッタリング系の方法は、たとえば、米国特許第３，８４２，１８９号（個となる内部応力を有する２つの金属を配置する）、および、米国特許第５，６１３，８６１号（たとえば、プロセスパラメータを変えながら単一の金属がスパッタリングされる）に教示されており、双方とも、その全体が参照してここに組み込まれる。１つの実施形態において、応力工学的なばね材料フィルム５５０は、ばね構造物を形成するのに適切な１つまたはそれ以上の金属を含む（たとえば、１つまたはそれ以上のモリブデン（Ｍｏ）、「モリクロム（ｍｏｌｙ−ｃｈｒｏｍｅ）」合金（ＭｏＣｒ）、タングステン（Ｗ）、チタン−タングステン合金（Ｔｉ：Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）およびニッケルジルコニウム合金（ＮｉＺｒ））。
【００３６】
別の実施形態にしたがって、ばねフィルム５５０（たとえば、Ｎｉ、Ｃｕ、合金）は、電気めっきまたは無電解めっき技術を使用して、シード層（たとえば、Ａｕ、Ｎｉ）に置かれる。上述のスパッタリング実施形態に類似して、１つの実施形態において、プロセスパラメータはめっき中に変わり、適切な応力勾配Δσ＋を生成するが、プロセスパラメータを変えずに適切なフィルムを形成することは可能である。本実施形態の態様にしたがって、めっきの化学的性質が使用されて、少なくとも２つの要素をフィルム内に置き、その後、たとえば、本願に記載されたアニーリングプロセスを使用して金属間層に変形されることができ、結果として得られたばね構造物を曲げて、その先端が、下にある基板表面から離れた目標距離に位置決めされるようにする。１つの特定の実施形態において、Ａｕシード層は、リソグラフ的にパターン化され、次いで、順次、Ｎｉ3Ｐ（第１）溶液に露出され、これは、比較的圧縮性の下部ばね層部分を剥離層に形成し、次いで、Ｎｉ3Ｂ（第２）溶液に露出され、これは、比較的張力のある上部ばね層部分を下部ばね層部分に形成する。他のめっきされたばねタイプは、加えられた様々な硬化材料を備えたＣｕを含んでもよく、それらは、無電解めっきまたは電気めっきのいずれかを使用して形成される。Ｃｕめっきプロセスは、たとえば、めっきプロセス中にパラメータを変えることによって（たとえば、めっきしながら現在の密度を変える）、または、異なる応力特性を備えた２つの異なるめっき槽を使用することによって、のいずれかで、応力勾配がめっきされた材料にめっき方向に形成されるように（すなわち、スパッタリング実施形態で上述されたものに類似して）、実行される。さらに別の代替の実施形態において、めっきは、電気めっき技術を使用して実行されてもよい（すなわち、適切なシード材料（たとえば、Ａｕ、図示せず）を剥離材料の上部表面に置いた後に）。剥離層２１０は、電気めっきを行うために、たとえばＴｉ等の導電性材料でなければならないことに注意されたい。めっきされた材料は、連続層として形成され、次いで、後述のようにエッチングされて、個別のばね構造物を形成するか、または、ハードマスクを通ってめっきすることによって個別のばね構造物が直接形成されてもよいことにもまた注意されたい。
【００３７】
図８Ｅを参照すると、支持梁マスクおよびその上に形成されたばね材料が、次いで、公知のリフトオフ技術を使用して除去され、厚いフォトレジスト磁気構造マスク５６０が、磁気構造物４３４を形成するために使用されるミラー４３５上でパターン化される。１つの実施形態において、磁気構造物４３４は、マスク５６０の開口を通ってＮｉを電気めっきすることによって形成される。
【００３８】
図８Ｆに示されるように、すべての残っているマスク材料およびＴｉ／Ａｕの一部が、次いで、除去され、吊りレッグおよび磁気構造物／ミラー４３４／４３５を囲繞するａ−Ｓｉ犠牲剥離材料層５１０の上部表面部分５１２を露出する。次いで、ＸｅＦ2エッチャントを使用して剥離材料層５１０を除去し、それによって、フレーム４３２の吊りレッグおよび磁気構造物／ミラー４３４／４３５を基板４３１から部分的に剥離し、図８Ｇに示されるように、ばね材料内の内部応力に、磁気構造物／ミラー４３４／４３５を基板４３１から離れて上げさせる。基板４３１は、次いで、ＸｅＦ2剥離ステップ前にまたは後に、ダイスカットされて個別光学機器４３０を形成してもよいことに注意されたい。
【００３９】
図１０は、ＧＲＩＮレンズ６６０へ且つこれから光を方向づけるために光学機器４３０を利用するパン／チルト機構６１０を含む内視鏡的用途用の画像キャプチャリングシステム６００の一部を示す斜視図である。光学機器４３０の基板４３１は、パンマイクロモータ６４５によって回転されるステージ６２０に装着される。チルト操作（すなわち、磁気構造物／ミラー４３４／４３５の撓み）は、ＧＲＩＮレンズ６６０を囲繞する非常に高いＮターンコイル６５０によって容易にされ、非常に局所的な磁場勾配を生成し、これを調整して、上述のやり方でミラー４３５のチルトを生成する。光信号は、光バンドル６７０によってＧＲＩＮレンズ６６０へ且つこれから伝達される。内視鏡用途を容易にするために、パンモータ６４５およびコイル６５０は、非常に小さい直径の円筒形軸に沿って配列される。コイル６５０の電界強度は永久磁石の電界強度に近づかないが、コイル６５０は、絶縁ガラスＧＲＩＮレンズのまわりに置くことができるか、または、金属化ＧＲＩＮレンズにらせんコイル形状をレーザエッチングすることによって一体的に形成されることができる。ＧＲＩＮレンズおよびコイルアセンブリは、応力をかけられた金属マイクロミラーのすぐ隣に置かれ、生成された電界の強さを最大限にするようにし、応力をかけられた金属磁気マイクロミラーは、磁気構造物／ミラー４３４／４３５のわずかな質量のため減少したねじり剛性で作ることができる。装置６００のパン／チルト機器全体は、困難な非平面ワイヤ結合を必要とせず、マイクロミラー基板４３１をステージ６２０にグルー接着する単一ステップのみであり、２．０ｍｍ未満の直径を有するシリンダ内に嵌ることができる。
【００４０】
本発明は組み合わせパン／チルト機器を参照して述べられているが、本発明の新規非接触ラッチ可能（すなわち、いずれの保持位置で消費電力なし）ミラーチルト機構は、上述のパン／チルト配列とは無関係に利用されてもよい。たとえば、光ファイバの分野において、電力が止められたときでさえミラーの位置を維持するためのラッチ可能手段は、用途を切り換えるかルートづけるために望ましいが、小さなフォームファクタの装置で実施するのは非常に困難である。図１１は、光学システム（たとえばトランシーバ）７０５およびチルト機構７１０を含む簡略化された光学切換機器７００を描き、その中で、光学トランシーバ７０５によって生成された入射光ビームＩINがチルト機構７１０の光学機器７３０に方向づけられ、光学機器７３０によって反射された脱出光ビームＩOUTが光学装置７０５（または別の光学装置）へ戻るように方向づけられる。先の実施形態に類似して、光学機器７３０は、磁気構造物７３４と、軸Ｔ（端図で示される）を中心にしてチルト可能でありフレーム（図示せず）によって支持されるミラー表面７３５と、を含む。描かれたように、ミラー７３５のチルト角度は、出力ビームＩOUTの場所を決定し、それによって、たとえば２つまたはそれ以上の出力光ファイバケーブルの間の選択的な切換を可能にする。先の実施形態と同様に、磁気構造物７３４およびミラー表面７３５のチルトは、チルト機構７５０によって達成され、それは、永久磁石７５２と、制御可能な線状式にまたは回転式に磁石７５２を動かすように作用的に配置されるモータ７５５と、を含む。この非接触チルト配列は非常に望ましいが、それは、光学機器７３０が、密封されてもよいエンクロージャ７６０によって囲繞されるかまたは部分的に囲繞されることを可能にし、一方、モータ７５５は、密封と不適合な材料を有することが多く、エンクロージャ７６０の内部または外部に位置してもよいからである。磁気構造物７３４に加えられた局所磁場を変えるために、多くの異なるタイプの小型モータを使用して永久磁石７５２を動かすことができる。特に、モータ７５５は、磁石７５２の線状平行移動用に小型圧電インチウォーム装置から構成されることができ、または、磁石７５２のポール（ｐｏｌｌ）の角度回転用に精密ステッピングモータから構成されることができる。磁気構造物／ミラーのチルトの位置の精密な制御が必要な場合には、低コストの小さなフォームファクタの磁気ホール（ｈａｌｌ）位置センサを使用して、磁気構造物のチルト角度の精密な調整を確実にするためにエンクロージャの内部または外部のいずれかにフィードバック信号を提供することができる。そのような非接触ラッチ可能チルト機構は、光の１つまたはそれ以上の入射または出力光線を備えた光ファイバ切換用途には非常に望ましいことがある。
【００４１】
本発明は一定の特定の実施形態を参照して述べてきたが、本発明の発明的特徴は他の実施形態にも同様に適用可能であることは当業者には明らかであり、それらの実施形態はすべて、本発明の範囲内に入ることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態にしたがったカメラおよびパン／チルト機器を含む画像キャプチャリングシステムを示す分解斜視図である。
【図２Ａ】図１のパン／チルト機器のパン操作を示す上部平面図である。
【図２Ｂ】図１のパン／チルト機器のパン操作を示す上部平面図である。
【図３Ａ】図１のパン／チルト機器のチルト操作を示す側立面図である。
【図３Ｂ】図１のパン／チルト機器のチルト操作を示す側立面図である。
【図４】本発明の別の実施形態にしたがったパン／チルト機器を示す斜視側面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態にしたがったパン／チルト機器の磁気ミラー構造物を形成する方法を示す簡略化された断面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態にしたがったパン／チルト機器の磁気ミラー構造物を形成する方法を示す簡略化された断面図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態にしたがったパン／チルト機器の磁気ミラー構造物を形成する方法を示す簡略化された立面図である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態にしたがったパン／チルト機器の磁気ミラー構造物を形成する方法を示す簡略化された断面図である。
【図５Ｅ】本発明の実施形態にしたがったパン／チルト機器の磁気ミラー構造物を形成する方法を示す簡略化された断面図である。
【図５Ｆ】本発明の実施形態にしたがったパン／チルト機器の磁気ミラー構造物を形成する方法を示す簡略化された立面図である。
【図６】湾曲した応力（ｓｔｒｅｓｓｙ）金属系レッグを使用して支持基板の平面から上げられ、このようにして、磁気構造物に、ねじれ軸に沿った大きな程度のよじれおよびチルト方向に沿った撓みを可能にするねじれヒンジを備えた磁気構造物を示す斜視図である。
【図７Ａ】操作中の応力金属系光学要素を示す図面である。
【図７Ｂ】操作中の応力金属系光学要素を示す図面である。
【図７Ｃ】操作中の応力金属系光学要素を示す図面である。
【図８Ａ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図８Ｂ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図８Ｃ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図８Ｄ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図８Ｅ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図８Ｆ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図８Ｇ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図９】図８Ａから図８Ｇの製作方法中に応力金属系光学要素の支持梁が形成されるのを示す断面図である。
【図１０】本発明の特別の実施形態にしたがった内視鏡画像キャプチャリングシステムを示す斜視図である。
【図１１】本発明の別の実施形態にしたがった光学システム用の非接触チルト機器を示す簡略化された図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００ 画像キャプチャリングシステム
１０１ カメラ
１０３ 画像キャプチャリング装置
１０５ レンズ
１１０ パン／チルト機器
１１１ 基部
１１５ 開口
１２０ 回転ステージ
１２２ 上部表面
１２５ 中心開口
１２７ 低プロファイル中空シャフト軸受
１２９ 動力構造物
１３０ 光学機器
１３２ フレーム
１３４ 磁気構造物
１３５ ミラー
１３６ トーションバー
１４０ パン機構
１４５ モータ、パンモータ
１５０ チルト機構
１５２ 永久磁石
１５４ トラック
１５５ モータ、チルトモータ、線状アクチュエータ
２１０ パン／チルト機器
２１１ 基部
２２０ 回転ステージ
２２５ 中心開口
２２７ 中空シャフト軸受スピンドル、歯車
２２９ 歯車
２３０ 光学機器
２３１ フレームサポート
２３２ 金属フレーム
２３４ 磁気構造物
２３５ ミラー
２３６ トーションバー、ねじれ梁（ヒンジ）
２３８ 透明な容器
２４０ パン機構
２４５ モータ、パンモータ、ステッピングモータ
２４８ ウォームギア
２５０ チルト機構
２５２ 外側強磁性体
２５５ モータ、チルトモータ、小型ステッピングモータ
３００ ミラーフレーム
３０１ 磁気ホイル
３１０ 外側フレーム部分
３２０ 中心ミラー部分
３３０ トーションバー（ヒンジ）
４３０ 光学要素、光学機器
４３１ ガラス基板
４３２ フレーム
４３４ 磁気構造物
４３５ ミラー
４３６ ねじれヒンジ
５１０ 剥離材料層
５１２ 上部表面部分
５１５ ビア（開口）
５１７ 接着およびミラー層
５２０ マスク
５３０ 支持梁支柱（固定端）
５４０ 支持梁マスク
５５０ ばねフィルム
５６０ 磁気マスク
６００ 画像キャプチャリングシステム
６１０ パン／チルト機構
６２０ ステージ
６４５ パンモータ
６５０ コイル
６６０ ＧＲＩＮレンズ
６７０ 光バンドル
７００ 光学切換機器
７０５ 光学システム、光学トランシーバ、光学装置
７１０ チルト機構
７３０ 光学機器
７３４ 磁気構造物
７３５ ミラー表面、ミラー
７５２ 永久磁石
７５５ モータ
７６０ エンクロージャ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＴＺビデオカメラ等の画像形成システム用のパン／チルト機構の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
最も一般的な小型化パン／チルトカメラシステムは、一般にドーム型ＰＴＺ（パン／チルトズーム用）カメラと称され、複雑な歯車列およびドーム形状の保護カバーを有するモータオンモータジンバル搭載パン／チルト機構を使用する。従来のＰＴＺカメラの問題は、カメラ（すなわち、レンズおよび画像キャプチャリング装置を含む）およびチルトモータの両方が、パンモータによって駆動される回転プラットフォーム上に支持されていることである。典型的な従来のＰＴＺビデオカメラシステムの全体的なサイズは、依然として直径数インチである。そのようなシステムがさらに小型化されていない１つの可能な理由は、パンおよびチルト角度要件が非常に大きいことである（典型的に、パンは１８０度より大きく、チルトは＋／−４５度より大きい）。加えて、カメラ全体がチルトモータによって動かされなければならないため、且つ、カメラおよびチルトモータの両方がパンモータによって動かされなければならないため、携帯電話の最新小型静止カメラでさえその運動質量は、ＭＥＭＳ等の小型化技術が従来動かすことができる荷重に比較して、非常に大きい。大きな質量は、パン／チルト操作スピードを減少し、パンモータの小型化を制限し、ＰＴＺパン／チルト機構のモータオンモータジンバル構造物のため交差軸トラッキングエラーを生じる可能性がある。
【０００３】
パン／チルト機構技術の現在の状態を要約では、巨視的モータ系パン／チルト機構の主な利点は、パンおよびチルト位置が、簡単なパルス駆動ＤＣモータかまたは保持位置でほとんどまたはまったく消費電力がないステッピングモータを使用して、位置決めされ維持することができることである。より大きな視野を構築する必要なく、即座に大きな画像を取ることができる。ＭＥＭＳ系アプローチの主な利点は、小型でおそらくより低いコスト設計である。しかし、ＭＥＭＳシステムは、普通、一定の消費電力を必要とし、そのため、自立用途またはリモートワイヤレス用途では有用ではない。
【０００４】
必要なことは、携帯用および固定用のビデオカメラ装置とともに使用される低コストパン／チルト作動プラットフォームであり、それは、上述の様々な従来のパン／チルト機構に関連した問題を回避する。特に、必要なことは、マイクロミラー系小型パン／チルトシステムであり、これは、保持状態で理想的に低い電力消費で、高い帯域幅および広い範囲のパンおよびチルト運動を達成することができる。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５９４５８９８号
【特許文献２】米国特許第６３５６３０８号
【特許文献３】米国特許第６４６１０２１号
【特許文献４】米国特許第３４８２１８９号
【特許文献５】米国特許第５６１３８６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ＰＴＺビデオカメラ等の画像形成システム用のパン／チルト機構の改良する、パン／チルト機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】
【０００７】
本発明の第１実施形態は、画像キャプチャリングシステム用のパン／チルト機器であって、基部と、前記基部に回転可能に接続され、前記基部に対して第１の軸を中心にして回転可能であるステージと、前記ステージに装着された光学機器であって、フレームと、前記フレームに接続され、第２の軸を中心にして旋回可能である磁気構造物と、前記磁気構造物に固定して接続される光学要素であって、入射軸に沿って方向づけられた画像を受け取り且つ前記画像を前記第１の軸に沿って方向づける手段を含む前記光学要素と、を含む前記光学機器と、前記基部に対して前記ステージの回転位置を制御するパン手段であって、前記光学要素に、前記第１の軸に対して選択されたパン角度を取らせる前記パン手段と、前記磁気構造物に加えられた磁場を変えるチルト手段であって、前記磁場の選択された変化が、前記磁気構造物を前記第２の軸を中心にして旋回させ、前記光学要素に、前記第２の軸に対して選択されたチルト角度を取らせる前記チルト手段と、を備えるパン／チルト機器である。
【０００８】
本発明の第２実施形態は、画像キャプチャリングシステムであって、光学軸を有する画像キャプチャリング装置と、パン／チルト画像形成システムであって、前記画像キャプチャリング装置に固定して接続された基部と、前記基部に回転可能に接続され、前記光学軸を中心にして回転可能であるステージと、前記ステージに装着された光学機器であって、フレームと、前記フレームに接続され、チルト軸を中心にして旋回可能である磁気構造物と、前記磁気構造物に固定して接続されるミラーであって、入射軸に沿って方向づけられた画像を受け取り、前記画像を前記光学軸に沿って方向づけるように配置されるミラーと、を含む前記光学機器と、前記基部に対して前記ステージの回転位置を制御するパン機構であって、前記光学要素に、前記光学軸に対して選択されたパン角度を取らせる前記パン機構と、前記磁気構造物に加えられた磁場を変えるチルト機構であって、前記磁場の選択された変化が、前記磁気構造物を前記チルト軸を中心にして旋回させ、前記ミラーに、前記チルト軸に対して選択されたチルト角度を取らせる前記チルト機構と、を備える前記パン／チルト画像形成システムと、を備える画像キャプチャリングシステムである。
【０００９】
本発明の第３実施形態は、光学システム用の非接触チルト機器であって、チルト軸を中心にして回転するように旋回可能に支持される磁気構造物と、前記磁気構造物に固定して接続されるミラーと、を含む光学機器と、永久磁石と、前記永久磁石を前記磁気構造物に対して位置決めする手段と、を含むチルト機構であって、前記永久磁石によって生成され且つ前記磁気構造物に加えられた磁場の選択された変化が、前記磁気構造物に、前記チルト軸を中心にして旋回させ、それによって、前記ミラーに、前記チルト軸に対して選択されたチルト角度を取らせるチルト機構と、を備える非接触チルト機器である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
下記の説明は、当業者が、特定の用途およびその要件のコンテクストで提供されるように、本発明を作り使用することができることを呈する。本願で使用されるように、「上部」、「上方に」、「下部」、「下方に」、「前部」、「後部」等の方向用語は、説明目的のために相対位置を提供するように意図され、絶対的な座標系を示すことは意図していない。加えて、「一体的に接続された」および「一体的に成形された」および「に一体的に形成された」というフレーズは、本願では、単一成形された構造物かまたは機械加工された構造物の２つの部分の間の接続関係を説明するのに使用され、「接続された」または「連結された」（「一体的に」という修飾語がない）という用語とは区別され、これらは、たとえば、接着剤、締結具、クリップまたは可動ジョイントによって結合される２つの別個の構造物を示す。好適な実施形態への様々な修正が、当業者には明らかであり、ここで規定された一般原則が、他の実施形態に適用されてもよい。したがって、本発明は、示され説明された特定の実施形態に限定されることを意図せず、本願に開示される原則および新規特徴に一致する最も広い範囲に合致するものである。
【００１１】
図１は、本発明の汎用実施形態にしたがってカメラ１０１およびパン／チルト機器１１０を含む画像キャプチャリングシステム１００を示す分解斜視図である。
【００１２】
カメラ１０１は、画像キャプチャリング装置１０３（たとえば、電荷結合素子（ＣＣＤ）またはＣＭＯＳ画像形成チップ）と、光学軸Ｚに沿って進む光を画像キャプチャリング装置１０３に方向づけるように配列されるレンズ１０５と、を含む。１つの実施形態において、カメラ１０１は、基部１１１の下部表面に固定して接続され、カメラ１０１によってキャプチャされた光が、基部１１１を通って画成された開口１１５を通って進む。代替の実施形態（図示せず）において、カメラ１０１は、基部１１１の上部表面に装着されてもよい。カメラ１０１の特定のタイプは、本発明には重要ではないが、本発明は、比較的小さいフォームファクタのカメラ（たとえば、およそ１／３”（インチ）から１／４”の直径の開口部よりも小さい画像キャプチャリング装置を有する）に特に適している。
【００１３】
パン／チルト機器１１０は、基部１１１と、基部１１１に装着された回転ステージ（回転部材）１２０であって、ステージ１２０が光学軸Ｚ（図面では基部１１１に対して垂直に整列配置される）を中心にして回転可能な回転ステージ（回転部材）１２０と、パン機構１４０と、チルト機構１５０と、を含む。
【００１４】
回転ステージ１２０は、中心開口１２５を画成する上部表面１２２を含み、基部の開口１１５上に装着される低プロファイル中空シャフト軸受１２７によって基部１１１に回転可能に支持され、点線矢印Ａによって示されるように、回転ステージ１２０が光学軸Ｚを中心にして回転可能であるようにする。
【００１５】
光学機器１３０は、ステージ１２０に装着され、光を、ステージの中心開口１２５および基部の開口１１５を通ってカメラ１０１へ下方に方向づけるように作用する。本発明の態様にしたがって、光学機器１３０は、フレーム１３２と、フレーム１３２に接続される磁気構造物１３４であって、磁気構造物１３４がフレーム１３２に対してチルト（水平）軸Ｔを中心にして旋回可能であるようにする（点線矢印Ｂによって示される）磁気構造物１３４と、磁気構造物１３４の前側部に固定して接続されるミラー（光学要素）１３５と、を含む。フレーム１３２は、図１には一般化された形態で描かれ、様々なタイプのフレームが、下記に開示される実施形態を参照して説明される。磁気構造物１３４は、所定のパターンに形成され、かつフレーム１３２に固定される磁性金属を含む。磁性金属材料は、たとえば、ニッケル、鉄、コバルト等の強磁性元素を含んでもよく、または、他の添加剤または少量の他の元素を含む不純物と共にこれら３つの磁性元素のいずれの組み合わせを含む金属合金もよい。最も望ましい磁性材料は、ソフトパーマロイ（たとえば、ＮｉＦｅ）、ＮｉＣｏ合金、または、パーメンジュール（典型的に少量のバナジウムを含むＦｅＣｏ合金）を含む。そのような軟強磁性合金は、数種類の望ましい特質を共有する。第１に、最小ボウ（ｂｏｗ）を有する少なくとも１つの光学的に平らな表面で、数百ミクロンの範囲の厚さに非常に低い応力で容易に電気めっきされる。第２に、これらの合金は、軟強磁性材料であるため、磁気保磁力（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ）が低く、外部から加えられた磁界の極性および大きさを切り換えるときに、誘発磁気ヒステリシス（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を最小限にするようにする。ミラー１３５は、公知の技術を使用して形成され、入射軸Ｉに沿って方向づけられるキャプチャされた画像に連結した光ビームを受け取り、光ビーム（画像）を、光学軸Ｚに沿ってカメラ１０１へ再方向づける。ミラー１３５は、磁気構造物１３４に一体的に接続されるかまたは別のやり方で装着される。従って、トーションバー１３６（フレーム１３２の２本のレッグの間に吊されている）によってチルト軸Ｔを中心にして磁気構造物１３４が旋回（チルト）することは、結果として、対応してチルト軸Ｔを中心にしてミラー１３５が旋回することになり、それは、トーションバー１３６によって画成される。代替の実施形態では、ミラー１３５は、１つまたはそれ以上の他の光学要素（たとえば、レンズ）に取って代わられてもよい。
【００１６】
本発明の別の態様にしたがって、パン機構１４０は、基部１１１に対するステージ１２０（および、したがって、ミラー１３５）の回転位置Ａを制御するように提供され、それによって、光学要素に、光学軸Ｚに対して選択されたパン角度を取らせる。一般化された実施形態において、パン機構１４０は、回転ステージ１２０に配置された動力構造物（たとえば、ウォームギア歯）１２９に係合するモータ１４５（たとえば、簡単な歯車付ＤＣモータまたはステッピングモータ）を含み、ステージ１２０が軸Ｚを中心にして選択された量を回転するように、動力構造物１２９を操作する。図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、１つの特定の実施形態において、パンモータ１４５は、基部１１１に固定して装着され、外部の源（図示せず）から制御されて回転力を加え、これが、ミラー１３５を光学軸Ｚを中心にして選択されたパン角度へ選択的にパン（回転）する。これらの図面に示されるように、パン操作は、入射光ビームＩの角度を変え、これが、ミラー１３５によって光学軸Ｚに沿って再方向づけられる。たとえば、図２Ａに示された第１のパン位置Ａ１（すなわち、任意に選択された基点Ｏからおよそ９０度）から図２Ｂに示された第２のパン位置Ａ２（すなわち、任意の基点Ｏからおよそ１３５度）へ動かすために、モータ１４５は、ステージ１２０をおよそ４５度回転するように制御される。代替の実施形態では、パンモータ１４５は、基部１１１以外の構造物に装着されてもよいことに注意されたい。
【００１７】
本発明のさらに別の態様にしたがって、チルト機構１５０は、磁気構造物１３４に加えられる磁場Ｈを選択的に変え、それによって、磁気構造物１３４はチルト軸Ｔを中心にして選択的に旋回し、それによってミラー１３５に、ステージ１２０に対して選択されたチルト角度Ｂを取らせる。１つの実施形態において、チルト機構１５０は、永久磁石１５２を含み、これは、磁気構造物１３４に加えられるように、磁場Ｈを変える（たとえば、強さおよび／または場勾配を調整する）ために、線状アクチュエータ１５５によってトラック１５４に沿って動くことができる。上述のように、ミラー１３５および磁気構造物１３４は、チルト軸Ｔを中心にして回転可能（旋回可能）であり、磁石１５２の強さおよび／または場勾配の調整が、磁気構造物１３４に磁気トルクを誘発し、それがミラー１３５を所望のチルト位置内に回転させるようにする。図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、１つの特定の実施形態において、モータ１５５は、基部１１１に固定して装着され、外部の源（図示せず）から制御されて平行移動力を加え、これが、磁石１５２を基部１１１に対して選択的に動かし、それによって、磁気構造物１３４に加えられる磁気トルクを変える。このようにして、ミラー１３５を、チルト軸Ｔを中心にして選択されたチルト角度へ選択式に回転する。磁石１５２の少量の線状運動を閉鎖空間で実現するために、多くの異なるタイプの低コストの小型線状アクチュエータを使用してもよい（たとえば、圧電効果に基づいた線状超音波モータまたは形状記憶合金線状アクチュエータ）。これらの図面に示されるように、チルト操作は、入射光ビームＩの角度を変え、これは、ミラー１３５によって任意の水平軸Ｏに対して再方向づけられる。たとえば、図３Ａに示された第１のチルト角度Ｂ１（すなわち、任意の基点Ｏの下およそ３０度）から図３Ｂに示された第２のチルト角度Ｂ２（すなわち、任意の基点Ｏの上およそ３０度）へ動くために、モータ１５５が駆動され、磁石１５２を、磁気構造物１３４下で所定の距離Ｘだけ動かす。
【００１８】
チルト機構１５０のモデリングは、業界で公知の技術を使用して達成される。チルト軸Ｔのまわりのトルクは、磁石１５２によってかけられた外部磁場Ｈと、磁気構造物１３４の誘発された磁化との相互作用によって生成される。磁気構造物１３４／１３５は、相対的にディスク状の形状であるため、強力量の形状異方性エネルギがあり、これは、誘発された磁化を、磁気構造物の表面に沿って整列配置して保つ傾向がある。磁気構造物１３４／１３５の誘発された磁化と外部磁場Ｈとの間の相対角度のため、誘発されたトルクがあり、これは、磁化構造物１３４／１３５をチルト軸Ｔのまわりによじらせる傾向があり、そのため、磁化構造物１３４／１３５内の誘発された磁化は、外部磁場Ｈに再整列配置することができる。誘発されたトルクは、結果として、磁気構造物／ミラー１３４／１３５のねじれ運動になり、これは、トーションバー１３６によってフレーム１３２によって提供された機械的復元トルクによってバランスを取られる。所望のチルト角度Ｔを達成するために、所与のパン角度Ａ用に、磁気構造物／ミラー１３４／１３５に対する永久磁石１５２の位置の間の関係は、公知の技術を使用して決定することができる。簡単で合理的な一次近似および推定値は、（ａ）外側場Ｍが均一であると想定することによって、（ｂ）永久磁石１５２が強力であり且つ磁気構造物／ミラー１３４／１３５に十分に近く、磁気構造物／ミラーの飽和保磁力よりも大きい場強さを提供し、それによって、磁気構造物／ミラー１３４／１３５の磁化は大きさが一定であると想定することができると想定することによって、（ｃ）簡単なトーションバーの等価物を使用してミラーが吊されていることによって、達成することができる。理想的には、磁気構造物１３４／１３５に磁化を誘発するために使用される永久磁石１５２は、永久磁石の磁束密度と称されることが多い非常に高い残留磁場Ｈを備えた硬強磁性材料から構成される。そのような強磁性材料の例は、焼結サマリウムコバルト、焼結ネオジム鉄ボロン、または、アルニコを含むが、それらに限定されない。
【００１９】
上述のように、パン／チルト機器１１０は、パンモータ１４５および回転ステージ１２０によって３６０度のパンを容易にし、磁石１５２、チルトモータ１５５および磁気構造物１３４によって非常に広い範囲のチルト撓みを容易にする。非接触磁気作動を利用してチルト操作を行うことによって、パン／チルト機器１１０は、チルトモータ１５５を回転ステージ１２０に装着する必要なく、チルト位置決めを呈し、それによって、回転ステージ１２０に担持される重量を減少し、このようにして、パン作動モータ１４５の必要なサイズを減少する。さらに、永久磁石を使用して磁石１５２が実施されるときには、チルトモータ１５５は、所望のチルト角度が達成されたときにオフにすることができ、スタティック電力コストを発生しない（すなわち、パン／チルト機器１１０に供給されるすべての電力は、ひとたび所望のパン／チルト位置が達成されたときに、オフにされてもよい）。磁気作動の別の重要な利点は、その頑健さである。すなわち、磁場を使用してチルト作動を達成し、そのため、静電場は加えられず、したがって、装置パッケージングに厳しい要件はない。
【００２０】
下記の特定の実施形態は、用途の特定の分野を参照して、本発明のさらなる詳細および特徴を述べ、それは、ビデオカメラ、ロボット工学、軍事偵察、医療用生体内画像形成システム、顕微鏡下カテーテル手術、および、相互ビデオテレビ会議用途を含む。ただし、それらに限定されない。
【００２１】
図４は、本発明の第２の実施形態にしたがって、小型化された画像キャプチャリング装置の小型パン／チルトユニット用に設計されるパン／チルト機器２１０を示す斜視図である。汎用実施形態に類似して、パン／チルト機器２１０は、基部（たとえば、プリント基板）２１１と、基部２１１に装着された回転ステージ２２０と、回転ステージ２２０に装着された光学機器２３０と、双方とも基部２１１に装着されるパン機構２４０およびチルト機構２５０と、を含む。
【００２２】
汎用実施形態に類似して、回転ステージ２２０は、中心開口２２５を画成し、それを通って光が、上述のやり方で、光学機器によって画像キャプチャリング装置（図示せず）へ方向づけられる。回転ステージ２２０は、上述のやり方で、基部開口上に装着される低プロファイルの中空シャフト軸受スピンドル２２７によって基部２１１に回転可能に支持される。軸受スピンドル２２７は、その周辺縁のまわりに配置された歯車２２７を含む。そのような小型中空シャフト軸受スピンドルは、ポータブルディスクドライブ用途に一般に使用される低コスト大量生産部品として販売されており、または、射出成形プラスチックからより安い価格でさえ販売されている。
【００２３】
光学機器２３０は、上述のやり方で、回転ステージ２２０に装着され、光を下方へ、ステージの中心開口２２５を通ってカメラまたは他の画像キャプチャリング装置へ方向づけるように作用する。本発明の態様にしたがって、光学機器２３０は、フレームサポート２３１と、金属フレーム２３２と、を含む。金属フレーム２３２は、下記にさらに詳細に説明され、実質的に平らな部材であり、磁気構造物２３４およびミラー２３５を有し、これらは、トーションバー２３６によってフレーム２３２の側部部分に接続される。よって、磁気構造物２３４が、フレーム２３２に対してトーションバー２３６によって画成されるチルト（水平）軸を中心にして旋回可能であるようにする。磁気構造物２３４（および場合によってはミラー２３５）は、磁性材料を使用して形成される。フレームサポート２３１は、フレーム２３２を、回転ステージ２２０の上部表面に対しておよそ４５度の角度で維持し、それによって、汎用実施形態で上述したものに類似したやり方で、ミラー２３５の操作を容易にする。
【００２４】
本発明の新規態様にしたがって、フレームサポート２３１および金属フレーム２３２は、透明な容器２３８内部に装着され、それは、減衰流体（図示せず）で満たされてもよい。ミラー２３５の運動質量は小さいため、振動には敏感であると予測され、１００Ｈｚから１ｋＨｚの範囲の共鳴振動数を有し、外側テーピング振動に敏感であってもよい。振動を減衰し可能性のある行き過ぎを排除するために、透明な容器２３８を誘電性流体たとえば鉱油またはシリコーン油で満たすことができる。この減衰流体がミラー２３５の共鳴振動数を低下する一方、６０Ｈｚより上の共鳴振動数が依然として適切であるが、それは、大半のパン／チルトシステムの設定時間が、数秒の範囲であるからである。代替の減衰制御として、減衰流体がない場合には、ミラーと周辺フレームとの間の切り欠き領域をできるだけ小さく作り、したがって、それらの間の気流を限定し、抗力を増大する。加えて、磁気構造物の誘発された磁化と永久磁石の外部磁場との間に磁気減衰効果があることを経験的実験が示している。
【００２５】
パン機構２４０は、中空シャフト軸受スピンドル２２７によって基部２１１に対してミラー２３５のパン角度を制御するために設けられる。パン機構２４０は、スピンドル２２７の歯車２２９に係合するウォームギア２４８を有するモータ２４５（たとえば、小型ステッピングモータまたはパルス式ＤＣブラシまたはブラシレスモータ）を含み、ステッピングモータ２４５によるウォームギア２４８の回転が、回転ステージ２２０の選択された量の回転を生成する。
【００２６】
本発明の実施形態の新規態様にしたがって、チルト機構２５０は、小型ステッピングモータ２５５の出力シャフトに装着された外側硬強磁性体（永久）２５２を含み、それは、基部２１１の下部表面に固定して装着される。チルト作動は、ステッピングモータ２５５を駆動することによって達成され、基部２１１の下で外側強磁性体２５２を回転する。外側強磁性体２５２の回転は、ニッケルまたは軟強磁性材料から形成される磁気構造物２３４の角度を、ねじれ梁（ヒンジ）２３６によって画成されたチルト軸を中心にして回転させる。上述の実施形態のように、磁気構造物２３４の回転は、ミラー２３５の表面を旋回（チルト）させる。この配列で、従来のパン／チルト機構に利用されるモータオンモータ形状が排除され、簡略化の観点で設計空間を劇的に広げ、フォームファクタを減少し、コストを減少する。
【００２７】
このようにして、パン機構２４０の正確な詳細および使用されるモータの正確なタイプ（超音波またはインチウォーム系、ＤＣブラシまたはブラシレス、ステッピング、ＭＥＭＳ静電気マイクロドライブ、または、ボイスコイルモータも使用することができる）とは無関係に、パンおよびチルトを作動させるために使用されるモータ２４５および２５５は、劇的にサイズを縮小することができるが、それは、これらのモータが駆動する必要がある荷重が、サイズおよび重量を劇的に減少するからである。加えて、従来のパン／チルト機構ではそうであるが、もはやモータオンモータ形状に一緒に連結されないため、相対配置には、かなり柔軟性がある。従来のＭＥＭＳアプローチとは異なり、パンモータ２４５および中空シャフト軸受スピンドル２２７は、完全３６０度パン範囲を提供し、チルトモータ２５５は、非常に小さい電力で広い角度のチルトを提供する。加えて、運動質量が小さいため、高スピードパンおよびチルトを達成することができる。パン／チルト機器２１０は、おそらく１立方インチ内に嵌ることができるが、依然として、主にカメラおよびディスクドライブ中空シャフト軸受に使用される既存の非常に低コストのモータから作ることができ、したがって、パン／チルト機器２１０を、多くの現在の且つ実現された小型高帯域低コストパン／チルトカメラ用途に適切にする。
【００２８】
図５Ａから図５Ｆは、上述の特定の実施形態に利用されたものに類似したミラーフレーム３００を製造するための方法を示す。プロセスは、厚さが１２から５００ミクロンの範囲である磁気ホイル３０１の滑らかなシートで開始する（図５Ａ）。図５Ｂに示されるように、ホイル３０１は、次いで、公知の技術を使用して光化学エッチングを受け、外側フレーム部分３１０および中心ミラー部分３２０を画成する。光化学エッチングは、磁気構造物の質量の中心を通って進む線に沿ってねじれヒンジを位置決めするために、前側部および後側部の両方に同時に行うことができる。図５Ｃは、その後のレーザカッティングプロセスを示す上面図であり、それを使用して、外側フレーム部分３１０と中心ミラー部分３２０との間にトーションバー（ヒンジ）３３０を画成する。ホイル３０１は、次いで、任意に、電解研磨を受け（図５Ｄ）、表面粗さを減少する。次に、反射金属層がトーションバー（ヒンジ）３３０に置かれ、それによって、ミラー表面３３５を形成する（図５Ｅ）。高い反射金属層は業界では公知であり、銀、アルミニウム、金、または、これらの合金の薄層を含むことができ、さらに、下にある磁気構造物に反射層が接着するのを高めるために、反射層の下に配置された薄い接着層（たとえば、クロム）を含むことができる。最後に、ホイル３０１は次いで、個別のミラーフレーム（ダイ）３００に分断され（ｓｉｎｇｕｌａｔｅ）（図５Ｆ）、クリーニングされる。このプロセスは、ミラーフレームを製造するためのコスト効果的な方法を提供し、より高い容量の磁化を確実にする。電鋳および／または電気めっき技術を使用してパターン化された厚さの磁気フィルムを構築することによって、そのような一体化磁気構造物を形成することもまた可能である。加えて、ヒンジは、材料の弾性率を減少し高い歪の降伏変形を排除することによって運動の範囲を上げるために、磁気金属以外の異なる材料から作られてもよい。このようにして、薄いポリイミドのパターン化された層を使用して、ねじれヒンジを形成することができ、薄い磁気材料の２つの層の間にラミネートされることができる。上述の同一の光化学エッチング技術を使用して、ミラー品質表面を備えた磁気構造物を両側面に形成することができる。
【００２９】
図６は、パン／チルト機器の一部、本発明の代替の実施形態にしたがって形成された光学要素４３０を示す図である。光学要素４３０は、たとえば、図４を参照して上述されたパン／チルト機器２１０の光学要素２３０の代わりに使用されてもよい。光学要素４３０は、簡単な低コストの応力金属プロセスを利用して、フレーム４３２を形成する。フレーム４３２は、ねじれヒンジ４３６を経由してフレーム４３２に取り付けられた磁気構造物４３４および小型ミラー４３５を上げ、そこで、高い光学平坦性のミラー４３５が、磁気構造物４３４の後ろの反対側（図示せず）に形成される。フレーム４３２は、数本の吊り梁を含み、それらは、固定端でガラス基板４３１に取り付けられ、磁気構造物／ミラー４３４／４３５は、ねじれヒンジ４３６を経由してこれらの梁の自由端に一体的に接続される。後述のように、フレーム４３２は、ガラス基板４３１から部分的に剥離され、梁内の内部応力が、磁気構造物／ミラー４３４／４３５を基板４３１から離れて上げる。先の実施形態と同様に、磁気構造物／ミラー４３４／４３５は、次いで、磁気構造物／ミラー４３４／４３５から１から２０ｍｍ距離に配置された１つまたはそれ以上の小さな永久磁石（図示せず）を調整することによって、広い角度範囲上にチルトされることができる。図６は、基板４３１によって画成された平面からおよそ４５度上げられた磁気構造物／ミラー４３４／４３５を示す。１つの実施形態において、磁気構造物／ミラー４３４／４３５は、薄い（１ミクロン）サポート層の頂部に形成された８ミクロン厚のニッケル層から構成される。フレーム４３２を形成する吊り梁は、公知の技術にしたがって、応力をかけられた金属が配置される区域を有する。磁気構造物／ミラー４３４／４３５および吊り梁の一部は、次いで、二フッ化キセノン剥離エッチングを使用して犠牲アモルファスシリコン層を除去（エッチング）することによって、基部から剥離される。磁気構造物４３４が電気めっきされるため、かなり粗い頂部表面を有し、この表面をミラーとして使用するために製作プロセスに研磨ステップを追加することを必要とすることに注意されたい。しかし、ミラー４３５は、磁気構造物４３４の後側部に位置しており、光学的に滑らかになり、剥離前に、高い反射性金属たとえば金でコーティングされることができ、したがって、たとえば、透明な基板４３１と組み合わせて使用されることができる。
【００３０】
図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、小型でディスクタイプの希土類金属永久磁石（ＮｄＦｅＢ）が磁気構造物／ミラー４３４／４３５の近辺（数ｍｍ）にもたらされ且つ基板の表面に平行な軸に沿って平行移動されたときの、光学要素４３０の拡大写真（顕微鏡画面例）である。磁石は、磁気構造物／ミラー４３４／４３５を構築する軟強磁性ニッケル層に力をかけ、ミラーの本体の平面を、磁石を囲繞する磁場線に整列配置させる傾向がある。図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、磁石（図示せず）の運動に応答した磁気構造物／ミラー４３４／４３５の作動を描く。図７Ａは、およそ７０度のチルド角度の磁気構造物／ミラー４３４／４３５を示し、図７Ｂは、およそ５３度のチルド角度の磁気構造物／ミラー４３４／４３５を示し、図７Ｃは、およそ０度のチルド角度の磁気構造物／ミラー４３４／４３５を示す（すなわち、基板４３１の上部表面に対して押圧される）。
【００３１】
図８Ａから図８Ｇは、内視鏡用途およびボロスコープ用途におそらくより良好に適しているマイクロミラーを有する光学要素４３０を作るための別のプロセスを描く。磁気構造物／ミラー４３４／４３５の厚さは、厚フィルムフォトレジスト／ＳＵ８に限定されるため且つ均一にめっきすることによって、このプロセスは、直径およそ１．５ｍｍまたはそれ以下のサイズまでの小さなミラーにほぼ限定される。
【００３２】
図８Ａを参照すると、プロセスは、アニールされていないガラス基板４３１で開始し、公知のＰＥＣＶＤ技術を使用してａ−Ｓｉ剥離材料層５１０を配置することを含む。図８Ｂに示されるように、剥離材料層５１０は次いで、パターン化されドライエッチングされて、ビア（開口）５１５を提供し、これは、基板４３１の上部表面の一部を露出する。薄い接着およびミラー層５１７が配置される。そのような層は、接着のためにクロムまたはチタン、および、反射のために金、アルミニウムまたは銀から構成されることができる。
【００３３】
図８Ｃを参照すると、マスク５２０が次いで剥離材料層５１０上でパターン化され、ニッケルがマスク５２０のウインドウを通って電気めっきされる。電気めっきされたニッケルを使用してミラー４３５を形成し、マスク５２０は開口５１５に整列配置され、支持梁支柱（固定端）５３０の形成を容易にし、それは、基板４３１の上部表面に実質的に延出する（すなわち、接着材料による）。
【００３４】
図８Ｄに示されるように、支持梁マスク５４０が次いでミラー４３５上でパターン化され、トレンチ状ウインドウ（図示せず）が画成され、それが支持梁支柱５３０の上部表面からミラー４３５に隣接して位置する領域へ（すなわち、図６のフレーム４３２を形成するサポートアームの形状に）延出するようにする。ばねフィルム５５０が、次いで、制御されたやり方で、支持梁マスク５４０に形成されたトレンチ状ウインドウを通って形成され、支持梁支柱５３０からミラー４３５へ延出する支持梁を形成する。図９に示されるように、ばねフィルム５５０は、最も低い部分５５０Ｌ（すなわち、剥離材料層５１０に最も近くに位置するフィルム材料）が、最も高い部分５５０Ｕ（すなわち、剥離材料層５１０から最も遠くに位置するフィルム材料）よりも高い内部圧縮応力を有するように形成され（たとえば、スパッタリングされるかまたはめっきされ）、それによって、成長方向に内部応力変動を形成する（たとえば、応力勾配Δσ＋、これは、基板４３１の上部表面に垂直な方向に増加する）。ばねフィルム５５０の厚さは、部分的には、選択されたばね材料、形成技術、所望のばね定数、および、最終ばね構造物の形状によって決定される。
【００３５】
適切な応力勾配Δσ＋（図９参照）を有するようにばねフィルム５５０を形成するためのスパッタリング系の方法は、たとえば、米国特許第３，８４２，１８９号（個となる内部応力を有する２つの金属を配置する）、および、米国特許第５，６１３，８６１号（たとえば、プロセスパラメータを変えながら単一の金属がスパッタリングされる）に教示されており、双方とも、その全体が参照してここに組み込まれる。１つの実施形態において、応力工学的なばね材料フィルム５５０は、ばね構造物を形成するのに適切な１つまたはそれ以上の金属を含む（たとえば、１つまたはそれ以上のモリブデン（Ｍｏ）、「モリクロム（ｍｏｌｙ−ｃｈｒｏｍｅ）」合金（ＭｏＣｒ）、タングステン（Ｗ）、チタン−タングステン合金（Ｔｉ：Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）およびニッケルジルコニウム合金（ＮｉＺｒ））。
【００３６】
別の実施形態にしたがって、ばねフィルム５５０（たとえば、Ｎｉ、Ｃｕ、合金）は、電気めっきまたは無電解めっき技術を使用して、シード層（たとえば、Ａｕ、Ｎｉ）に置かれる。上述のスパッタリング実施形態に類似して、１つの実施形態において、プロセスパラメータはめっき中に変わり、適切な応力勾配Δσ＋を生成するが、プロセスパラメータを変えずに適切なフィルムを形成することは可能である。本実施形態の態様にしたがって、めっきの化学的性質が使用されて、少なくとも２つの要素をフィルム内に置き、その後、たとえば、本願に記載されたアニーリングプロセスを使用して金属間層に変形されることができ、結果として得られたばね構造物を曲げて、その先端が、下にある基板表面から離れた目標距離に位置決めされるようにする。１つの特定の実施形態において、Ａｕシード層は、リソグラフ的にパターン化され、次いで、順次、Ｎｉ3Ｐ（第１）溶液に露出され、これは、比較的圧縮性の下部ばね層部分を剥離層に形成し、次いで、Ｎｉ3Ｂ（第２）溶液に露出され、これは、比較的張力のある上部ばね層部分を下部ばね層部分に形成する。他のめっきされたばねタイプは、加えられた様々な硬化材料を備えたＣｕを含んでもよく、それらは、無電解めっきまたは電気めっきのいずれかを使用して形成される。Ｃｕめっきプロセスは、たとえば、めっきプロセス中にパラメータを変えることによって（たとえば、めっきしながら現在の密度を変える）、または、異なる応力特性を備えた２つの異なるめっき槽を使用することによって、のいずれかで、応力勾配がめっきされた材料にめっき方向に形成されるように（すなわち、スパッタリング実施形態で上述されたものに類似して）、実行される。さらに別の代替の実施形態において、めっきは、電気めっき技術を使用して実行されてもよい（すなわち、適切なシード材料（たとえば、Ａｕ、図示せず）を剥離材料の上部表面に置いた後に）。剥離層２１０は、電気めっきを行うために、たとえばＴｉ等の導電性材料でなければならないことに注意されたい。めっきされた材料は、連続層として形成され、次いで、後述のようにエッチングされて、個別のばね構造物を形成するか、または、ハードマスクを通ってめっきすることによって個別のばね構造物が直接形成されてもよいことにもまた注意されたい。
【００３７】
図８Ｅを参照すると、支持梁マスクおよびその上に形成されたばね材料が、次いで、公知のリフトオフ技術を使用して除去され、厚いフォトレジスト磁気構造マスク５６０が、磁気構造物４３４を形成するために使用されるミラー４３５上でパターン化される。１つの実施形態において、磁気構造物４３４は、マスク５６０の開口を通ってＮｉを電気めっきすることによって形成される。
【００３８】
図８Ｆに示されるように、すべての残っているマスク材料およびＴｉ／Ａｕの一部が、次いで、除去され、吊りレッグおよび磁気構造物／ミラー４３４／４３５を囲繞するａ−Ｓｉ犠牲剥離材料層５１０の上部表面部分５１２を露出する。次いで、ＸｅＦ2エッチャントを使用して剥離材料層５１０を除去し、それによって、フレーム４３２の吊りレッグおよび磁気構造物／ミラー４３４／４３５を基板４３１から部分的に剥離し、図８Ｇに示されるように、ばね材料内の内部応力に、磁気構造物／ミラー４３４／４３５を基板４３１から離れて上げさせる。基板４３１は、次いで、ＸｅＦ2剥離ステップ前にまたは後に、ダイスカットされて個別光学機器４３０を形成してもよいことに注意されたい。
【００３９】
図１０は、ＧＲＩＮレンズ６６０へ且つこれから光を方向づけるために光学機器４３０を利用するパン／チルト機構６１０を含む内視鏡的用途用の画像キャプチャリングシステム６００の一部を示す斜視図である。光学機器４３０の基板４３１は、パンマイクロモータ６４５によって回転されるステージ６２０に装着される。チルト操作（すなわち、磁気構造物／ミラー４３４／４３５の撓み）は、ＧＲＩＮレンズ６６０を囲繞する非常に高いＮターンコイル６５０によって容易にされ、非常に局所的な磁場勾配を生成し、これを調整して、上述のやり方でミラー４３５のチルトを生成する。光信号は、光バンドル６７０によってＧＲＩＮレンズ６６０へ且つこれから伝達される。内視鏡用途を容易にするために、パンモータ６４５およびコイル６５０は、非常に小さい直径の円筒形軸に沿って配列される。コイル６５０の電界強度は永久磁石の電界強度に近づかないが、コイル６５０は、絶縁ガラスＧＲＩＮレンズのまわりに置くことができるか、または、金属化ＧＲＩＮレンズにらせんコイル形状をレーザエッチングすることによって一体的に形成されることができる。ＧＲＩＮレンズおよびコイルアセンブリは、応力をかけられた金属マイクロミラーのすぐ隣に置かれ、生成された電界の強さを最大限にするようにし、応力をかけられた金属磁気マイクロミラーは、磁気構造物／ミラー４３４／４３５のわずかな質量のため減少したねじり剛性で作ることができる。装置６００のパン／チルト機器全体は、困難な非平面ワイヤ結合を必要とせず、マイクロミラー基板４３１をステージ６２０にグルー接着する単一ステップのみであり、２．０ｍｍ未満の直径を有するシリンダ内に嵌ることができる。
【００４０】
本発明は組み合わせパン／チルト機器を参照して述べられているが、本発明の新規非接触ラッチ可能（すなわち、いずれの保持位置で消費電力なし）ミラーチルト機構は、上述のパン／チルト配列とは無関係に利用されてもよい。たとえば、光ファイバの分野において、電力が止められたときでさえミラーの位置を維持するためのラッチ可能手段は、用途を切り換えるかルートづけるために望ましいが、小さなフォームファクタの装置で実施するのは非常に困難である。図１１は、光学システム（たとえばトランシーバ）７０５およびチルト機構７１０を含む簡略化された光学切換機器７００を描き、その中で、光学トランシーバ７０５によって生成された入射光ビームＩINがチルト機構７１０の光学機器７３０に方向づけられ、光学機器７３０によって反射された脱出光ビームＩOUTが光学装置７０５（または別の光学装置）へ戻るように方向づけられる。先の実施形態に類似して、光学機器７３０は、磁気構造物７３４と、軸Ｔ（端図で示される）を中心にしてチルト可能でありフレーム（図示せず）によって支持されるミラー表面７３５と、を含む。描かれたように、ミラー７３５のチルト角度は、出力ビームＩOUTの場所を決定し、それによって、たとえば２つまたはそれ以上の出力光ファイバケーブルの間の選択的な切換を可能にする。先の実施形態と同様に、磁気構造物７３４およびミラー表面７３５のチルトは、チルト機構７５０によって達成され、それは、永久磁石７５２と、制御可能な線状式にまたは回転式に磁石７５２を動かすように作用的に配置されるモータ７５５と、を含む。この非接触チルト配列は非常に望ましいが、それは、光学機器７３０が、密封されてもよいエンクロージャ７６０によって囲繞されるかまたは部分的に囲繞されることを可能にし、一方、モータ７５５は、密封と不適合な材料を有することが多く、エンクロージャ７６０の内部または外部に位置してもよいからである。磁気構造物７３４に加えられた局所磁場を変えるために、多くの異なるタイプの小型モータを使用して永久磁石７５２を動かすことができる。特に、モータ７５５は、磁石７５２の線状平行移動用に小型圧電インチウォーム装置から構成されることができ、または、磁石７５２のポール（ｐｏｌｌ）の角度回転用に精密ステッピングモータから構成されることができる。磁気構造物／ミラーのチルトの位置の精密な制御が必要な場合には、低コストの小さなフォームファクタの磁気ホール（ｈａｌｌ）位置センサを使用して、磁気構造物のチルト角度の精密な調整を確実にするためにエンクロージャの内部または外部のいずれかにフィードバック信号を提供することができる。そのような非接触ラッチ可能チルト機構は、光の１つまたはそれ以上の入射または出力光線を備えた光ファイバ切換用途には非常に望ましいことがある。
【００４１】
本発明は一定の特定の実施形態を参照して述べてきたが、本発明の発明的特徴は他の実施形態にも同様に適用可能であることは当業者には明らかであり、それらの実施形態はすべて、本発明の範囲内に入ることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態にしたがったカメラおよびパン／チルト機器を含む画像キャプチャリングシステムを示す分解斜視図である。
【図２Ａ】図１のパン／チルト機器のパン操作を示す上部平面図である。
【図２Ｂ】図１のパン／チルト機器のパン操作を示す上部平面図である。
【図３Ａ】図１のパン／チルト機器のチルト操作を示す側立面図である。
【図３Ｂ】図１のパン／チルト機器のチルト操作を示す側立面図である。
【図４】本発明の別の実施形態にしたがったパン／チルト機器を示す斜視側面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態にしたがったパン／チルト機器の磁気ミラー構造物を形成する方法を示す簡略化された断面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態にしたがったパン／チルト機器の磁気ミラー構造物を形成する方法を示す簡略化された断面図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態にしたがったパン／チルト機器の磁気ミラー構造物を形成する方法を示す簡略化された立面図である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態にしたがったパン／チルト機器の磁気ミラー構造物を形成する方法を示す簡略化された断面図である。
【図５Ｅ】本発明の実施形態にしたがったパン／チルト機器の磁気ミラー構造物を形成する方法を示す簡略化された断面図である。
【図５Ｆ】本発明の実施形態にしたがったパン／チルト機器の磁気ミラー構造物を形成する方法を示す簡略化された立面図である。
【図６】湾曲した応力（ｓｔｒｅｓｓｙ）金属系レッグを使用して支持基板の平面から上げられ、このようにして、磁気構造物に、ねじれ軸に沿った大きな程度のよじれおよびチルト方向に沿った撓みを可能にするねじれヒンジを備えた磁気構造物を示す斜視図である。
【図７Ａ】操作中の応力金属系光学要素を示す図面である。
【図７Ｂ】操作中の応力金属系光学要素を示す図面である。
【図７Ｃ】操作中の応力金属系光学要素を示す図面である。
【図８Ａ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図８Ｂ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図８Ｃ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図８Ｄ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図８Ｅ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図８Ｆ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図８Ｇ】図６の応力金属系光学要素を製作する方法を示す簡略化された断面図である。
【図９】図８Ａから図８Ｇの製作方法中に応力金属系光学要素の支持梁が形成されるのを示す断面図である。
【図１０】本発明の特別の実施形態にしたがった内視鏡画像キャプチャリングシステムを示す斜視図である。
【図１１】本発明の別の実施形態にしたがった光学システム用の非接触チルト機器を示す簡略化された図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００ 画像キャプチャリングシステム
１０１ カメラ
１０３ 画像キャプチャリング装置
１０５ レンズ
１１０ パン／チルト機器
１１１ 基部
１１５ 開口
１２０ 回転ステージ
１２２ 上部表面
１２５ 中心開口
１２７ 低プロファイル中空シャフト軸受
１２９ 動力構造物
１３０ 光学機器
１３２ フレーム
１３４ 磁気構造物
１３５ ミラー
１３６ トーションバー
１４０ パン機構
１４５ モータ、パンモータ
１５０ チルト機構
１５２ 永久磁石
１５４ トラック
１５５ モータ、チルトモータ、線状アクチュエータ
２１０ パン／チルト機器
２１１ 基部
２２０ 回転ステージ
２２５ 中心開口
２２７ 中空シャフト軸受スピンドル、歯車
２２９ 歯車
２３０ 光学機器
２３１ フレームサポート
２３２ 金属フレーム
２３４ 磁気構造物
２３５ ミラー
２３６ トーションバー、ねじれ梁（ヒンジ）
２３８ 透明な容器
２４０ パン機構
２４５ モータ、パンモータ、ステッピングモータ
２４８ ウォームギア
２５０ チルト機構
２５２ 外側強磁性体
２５５ モータ、チルトモータ、小型ステッピングモータ
３００ ミラーフレーム
３０１ 磁気ホイル
３１０ 外側フレーム部分
３２０ 中心ミラー部分
３３０ トーションバー（ヒンジ）
４３０ 光学要素、光学機器
４３１ ガラス基板
４３２ フレーム
４３４ 磁気構造物
４３５ ミラー
４３６ ねじれヒンジ
５１０ 剥離材料層
５１２ 上部表面部分
５１５ ビア（開口）
５１７ 接着およびミラー層
５２０ マスク
５３０ 支持梁支柱（固定端）
５４０ 支持梁マスク
５５０ ばねフィルム
５６０ 磁気マスク
６００ 画像キャプチャリングシステム
６１０ パン／チルト機構
６２０ ステージ
６４５ パンモータ
６５０ コイル
６６０ ＧＲＩＮレンズ
６７０ 光バンドル
７００ 光学切換機器
７０５ 光学システム、光学トランシーバ、光学装置
７１０ チルト機構
７３０ 光学機器
７３４ 磁気構造物
７３５ ミラー表面、ミラー
７５２ 永久磁石
７５５ モータ
７６０ エンクロージャ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像キャプチャリングシステム用のパン／チルト機器であって、
基部と、
前記基部に回転可能に接続され、前記基部に対して第１の軸を中心にして回転可能であるステージと、
前記ステージに装着された光学機器であって、
フレームと、
前記フレームに接続され、第２の軸を中心にして旋回可能である磁気構造物と、
前記磁気構造物に固定して接続される光学要素であって、入射軸に沿って方向づけられた画像を受け取り且つ前記画像を前記第１の軸に沿って方向づける手段を含む前記光学要素と、
を含む前記光学機器と、
前記基部に対して前記ステージの回転位置を制御するパン手段であって、前記光学要素に、前記第１の軸に対して選択されたパン角度を取らせる前記パン手段と、
前記磁気構造物に加えられた磁場を変えるチルト手段であって、前記磁場の選択された変化が、前記磁気構造物を前記第２の軸を中心にして旋回させ、前記光学要素に、前記第２の軸に対して選択されたチルト角度を取らせる前記チルト手段と、
を備えるパン／チルト機器。
【請求項２】
画像キャプチャリングシステムであって、
光学軸を有する画像キャプチャリング装置と、
パン／チルト画像形成システムであって、
前記画像キャプチャリング装置に固定して接続された基部と、
前記基部に回転可能に接続され、前記光学軸を中心にして回転可能であるステージと、
前記ステージに装着された光学機器であって、
フレームと、
前記フレームに接続され、チルト軸を中心にして旋回可能である磁気構造物と、
前記磁気構造物に固定して接続されるミラーであって、入射軸に沿って方向づけられた画像を受け取り、前記画像を前記光学軸に沿って方向づけるように配置されるミラーと、
を含む前記光学機器と、
前記基部に対して前記ステージの回転位置を制御するパン機構であって、前記光学要素に、前記光学軸に対して選択されたパン角度を取らせる前記パン機構と、
前記磁気構造物に加えられた磁場を変えるチルト機構であって、前記磁場の選択された変化が、前記磁気構造物を前記チルト軸を中心にして旋回させ、前記ミラーに、前記チルト軸に対して選択されたチルト角度を取らせる前記チルト機構と、
を備える前記パン／チルト画像形成システムと、
を備える画像キャプチャリングシステム。
【請求項３】
光学システム用の非接触チルト機器であって、
チルト軸を中心にして回転するように旋回可能に支持される磁気構造物と、前記磁気構造物に固定して接続されるミラーと、を含む光学機器と、
永久磁石と、前記永久磁石を前記磁気構造物に対して位置決めする手段と、を含むチルト機構であって、前記永久磁石によって生成され且つ前記磁気構造物に加えられた磁場の選択された変化が、前記磁気構造物に、前記チルト軸を中心にして旋回させ、それによって、前記ミラーに、前記チルト軸に対して選択されたチルト角度を取らせるチルト機構と、
を備える非接触チルト機器。
【請求項１】
画像キャプチャリングシステム用のパン／チルト機器であって、
基部と、
前記基部に回転可能に接続され、前記基部に対して第１の軸を中心にして回転可能であるステージと、
前記ステージに装着された光学機器であって、
フレームと、
前記フレームに接続され、第２の軸を中心にして旋回可能である磁気構造物と、
前記磁気構造物に固定して接続される光学要素であって、入射軸に沿って方向づけられた画像を受け取り且つ前記画像を前記第１の軸に沿って方向づける手段を含む前記光学要素と、
を含む前記光学機器と、
前記基部に対して前記ステージの回転位置を制御するパン手段であって、前記光学要素に、前記第１の軸に対して選択されたパン角度を取らせる前記パン手段と、
前記磁気構造物に加えられた磁場を変えるチルト手段であって、前記磁場の選択された変化が、前記磁気構造物を前記第２の軸を中心にして旋回させ、前記光学要素に、前記第２の軸に対して選択されたチルト角度を取らせる前記チルト手段と、
を備えるパン／チルト機器。
【請求項２】
画像キャプチャリングシステムであって、
光学軸を有する画像キャプチャリング装置と、
パン／チルト画像形成システムであって、
前記画像キャプチャリング装置に固定して接続された基部と、
前記基部に回転可能に接続され、前記光学軸を中心にして回転可能であるステージと、
前記ステージに装着された光学機器であって、
フレームと、
前記フレームに接続され、チルト軸を中心にして旋回可能である磁気構造物と、
前記磁気構造物に固定して接続されるミラーであって、入射軸に沿って方向づけられた画像を受け取り、前記画像を前記光学軸に沿って方向づけるように配置されるミラーと、
を含む前記光学機器と、
前記基部に対して前記ステージの回転位置を制御するパン機構であって、前記光学要素に、前記光学軸に対して選択されたパン角度を取らせる前記パン機構と、
前記磁気構造物に加えられた磁場を変えるチルト機構であって、前記磁場の選択された変化が、前記磁気構造物を前記チルト軸を中心にして旋回させ、前記ミラーに、前記チルト軸に対して選択されたチルト角度を取らせる前記チルト機構と、
を備える前記パン／チルト画像形成システムと、
を備える画像キャプチャリングシステム。
【請求項３】
光学システム用の非接触チルト機器であって、
チルト軸を中心にして回転するように旋回可能に支持される磁気構造物と、前記磁気構造物に固定して接続されるミラーと、を含む光学機器と、
永久磁石と、前記永久磁石を前記磁気構造物に対して位置決めする手段と、を含むチルト機構であって、前記永久磁石によって生成され且つ前記磁気構造物に加えられた磁場の選択された変化が、前記磁気構造物に、前記チルト軸を中心にして旋回させ、それによって、前記ミラーに、前記チルト軸に対して選択されたチルト角度を取らせるチルト機構と、
を備える非接触チルト機器。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−３０６７２７（Ｐ２００８−３０６７２７Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４８９２３（Ｐ２００８−１４８９２３）
【出願日】平成２０年６月６日（２００８．６．６）
【出願人】（５０２０９６５４３）パロ・アルト・リサーチ・センター・インコーポレーテッド (393)
【氏名又は名称原語表記】Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月６日（２００８．６．６）
【出願人】（５０２０９６５４３）パロ・アルト・リサーチ・センター・インコーポレーテッド (393)
【氏名又は名称原語表記】Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ
【Ｆターム（参考）】
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