JPH04287475A - 共振型スキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、共振型スキャナに関し
、特に、赤外線撮像装置に使用される、フレキシャルピ
ボットを用いた共振型スキャナに関する。赤外線撮像装
置で使用される赤外線検出器の多くは、単一素子又はリ
ニアアレイ素子であるため、そのままでは、二次元映像
を得ることはできない。そこで、スキャナによりミラー
を水平（Ｈ）方向に走査することで、二次元映像を得て
いる。このスキャナとして、ミラーの慣性系とフレキシ
ャルピボットのねじりバネとから構成される共振型スキ
ャナが用いられる。

【０００２】

【従来の技術】図７は、フレキシャルピボットを用いた
従来の共振型スキャナの共振曲線（Ｑ特性）を示す。こ
の図から明らかなように、共振振動数（周波数）近傍で
の伝達倍率（Ｑ）が極めて大きく、また、共振周波数を
外れると急激に減少する。従って、スキャナとしての振
幅制御が可能な範囲が極めて狭い。即ち、外力の振動数
の調整が難しい。

【０００３】更に、これに加えて、共振周波数は、周囲
温度の変動に起因するスキャナの構成部品の温度ひずみ
によって変動する。これにより、ミラーの振幅（共振振
幅）が変動すると、赤外線撮像装置の視野が変動してし
まう。そこで、ミラーの振幅が周囲温度とは無関係に一
定となるように、種々の手段が採られている。

【０００４】図８は、スキャナを駆動するためのソレノ
イドに流す電流の振幅だけを制御し、周波数は一定とす
ることによりミラーの振幅を制御する手段を示す。即ち
、電流の周波数（外力の振動数）は駆動信号発生回路８
で決定され、一定とされる。一方、電流の振幅（外力の
大きさ）は、ミラーの振幅を検出する振幅検出器７から
のフィードバック信号により決定され、例えば、ミラー
の振幅が小さい場合は電流の振幅が大きくされる。

【０００５】図９は、周囲温度をヒータ加熱により一定
に保つ手段を示す。即ち、フレキシャルピボットが固定
されているフレームにヒータ２９を巻き付け、更に、フ
レームに取り付けた温度センサ３０からのフィードバッ
ク信号により、ヒータ温度を制御する。

【０００６】図１０は、スキャナの共振周波数の変化に
応じてソレノイドに流す電流の振幅及び周波数を共に制
御する手段を示す。即ち、図８に示す手段に加えて、電
流の周波数が、スキャナ共振周波数検出器３１からのフ
ィードバック信号により駆動周波数制御回路３２におい
て決定され、実際の共振周波数に近い値に変更される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の図８に示す手段
によると、ソレノイドに流す電流の周波数が一定である
ため、周囲温度の変化によりスキャナの共振周波数がこ
の電流の周波数から外れた場合、大電流を流す必要が生
じる。即ち、十分に大きな外力（強制振動）によってミ
ラーの振幅を制限しなければならない。このため、消費
電力が増大する、クローズドループとした場合のシステ
ムのループゲインの変動量が大きすぎて制御が難しい等
の問題がある。

【０００８】また、図９に示す手段によると、ヒータの
制御回路が新たに必要となるのでシステムが複雑化する
、ヒータ加熱のため消費電力が増大する等の問題がある
。更に、図１０に示す手段によると、ソレノイドに流す
電流の振幅と周波数とを互いに調整して制御する必要が
あり、システムが複雑化するという問題がある。

【０００９】本発明は、システムの大型化複雑化を回避
しつつ、低消費電力で、周囲温度の変化に起因するミラ
ーの振幅変動を抑制した共振型スキャナを提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理構
成図であり、本発明による共振型スキャナを示す。特に
、図１（Ａ）は共振型スキャナの正面図であり、図１（
Ｂ）はその側面図であり、共振型スキャナを図１（Ａ）
における矢印Ｂの方向から見た図であり、その一部を破
断してその内部構造を示した図である。また、図２は、
共振型スキャナの概略を示す斜視図である。

【００１１】この共振型スキャナは、例えば赤外線を反
射するためのミラー１と、このミラー１の上下を支持す
ると共にフレーム（図示せず）に固定された一対のフレ
キシャルピボット２と、このミラー１に固定された鉄片
３と、この鉄片３を介して対向するように設けられた一
対のソレノイド４とを備える。そして、一対のフレキシ
ャルピボット２における粘性減衰は、当該フレキシャル
ピボット２の内部に空気を充填した場合の粘性減衰より
も大きくされる。このために、フレキシャルピボット２
の内部には、図１（Ｂ）に示す如く、グリース５が充填
される。

【００１２】

【作用】ソレノイド４にこの振動系（ミラー１等からな
る）の共振周波数と略等しい周波数の電流を印加するこ
とにより、ミラー１は、自身の共振周波数での正弦波の
往復運動をする。この時、ミラー１の振幅は所定の値（
共振振幅）となるので、これを利用して、例えば赤外線
源を所定の視野でスキャンする。

【００１３】共振周波数は、慣性体としてのミラー１（
正しくは、ミラー１、鉄片３及びグリースホルダ６）と
フレキシャルピボット２のバネ力とで定まる。ここで、
フレキシャルピボット２内部には空気より粘性の大きい
物質、例えばグリース５が充填されている。従って、グ
リース５の粘性抵抗によりフレキシャルピボット２（の
板バネ）の動きが妨げられる結果、フレキシャルピボッ
ト２における粘性減衰が大きくなる。

【００１４】これにより、この共振型スキャナのＱ特性
は、図３に示す如くになる。このＱ特性では、従来のＱ
特性（点線で示す）と比べて、共振周波数近傍において
、Ｑもあまり大きくなく、共振周波数を外れても緩やか
に減少する。従って、周囲温度の変動に起因して共振周
波数がソレノイド４の電流の周波数から多少ずれても、
電流の周波数をそのまま固定し、かつ、電流を大きく増
減することなく多少の増減で、ミラー１の振幅の変動を
抑制することができる。これにより、消費電力の増加を
抑えることができ、ループゲインの変動量を小さくする
ことができる。また、ヒータは不要であり、電流の周波
数と振幅を同時に調整する必要もないので、システムの
大型化複雑化を回避できる。

【００１５】

【実施例】図１及び図２において、フレキシャルピボッ
ト２の約半分は、グリースホルダ６に覆われる。グリー
ス５は、常温では軟質の半固体状であるが、ミラー１の
振動の際には軟化して半液体状となる可能性がある。そ
こで、特に、ミラー１の上方を支持するフレキシャルピ
ボット２内のグリース５が落下してミラー１を汚染する
ことを防止するために、ミラー１と少なくとも上方のフ
レキシャルピボット２との間に、当該フレキシャルピボ
ット２の下方を覆い包むようにグリースホルダ６が設け
られる。従って、上方のフレキシャルピボット２は、グ
リースホルダ６を介して、ミラー１を支持する。

【００１６】一方、ミラー１の下方を支持するフレキシ
ャルピボット２についても、その上方の側面を覆うよう
に、グリースホルダ６が設けられる。これにより、当該
フレキシャルピボット２内のグリース５がミラー１を汚
染することも防止される。このように、本発明によれば
、グリース５の充填という簡単な手段で、粘性減衰を大
きくでき、Ｑ特性を緩やかにできる。そして、グリース
５によるミラー１の汚染も、簡易な構造のグリースホル
ダ６を設けることにより、容易に防止できる。従って、
本発明によれば、殆ど装置が大型化、複雑化することも
ない。

【００１７】なお、図１（Ｂ）において、フレキシャル
ピボット２の断面構造はその概略を示すものであり、そ
の詳細は図４に示す。鉄片３は、一対又は二対のソレノ
イド４を結ぶ対向線をさえぎるように設けられ、グリー
スホルダ６を介してミラー１に固定される。従って、振
動の際の慣性体は、ミラー１に加えて鉄片３及びグリー
スホルダ６によって構成される。

【００１８】ソレノイド４には、例えば図８に示した手
段により、共振周波数と略等しい周波数の電流が供給さ
れる。即ち、周波数は、共振周波数により決定され、一
定とされる。そして、この周波数の電流が駆動信号発生
回路８で発生される。一方、電流の振幅は、次のように
して制御される。まず、振幅検出器７が、正弦波で振動
するミラー１の最大振幅（ｐｅａｋ値）を検出する。そ
して、これを電流値に変換した後、これと駆動信号発生
回路８で発生した信号電流との誤差を求め、誤差増幅回
路９で増幅し、増幅結果を前記信号電流に加える。この
加算結果により求まる電流振幅で、かつ前記周波数の電
流を流すことによって、サーボアンプ１０がソレノイド
４を駆動する。

【００１９】これによってミラー１が共振状態で振動す
るが、そのＱ特性は、図３に示した通りである。即ち、
Ｑ特性が緩やかなため、振幅制御範囲ａの幅が、従来の
振幅制御範囲ｂより広くなる。これにより、周囲温度の
変化に起因して共振周波数が変化しても、ソレノイド４
に流す電流の振幅をあまり大きく変化させなくても、こ
の範囲ａでは容易にミラー１の振幅を制御できる。

【００２０】なお、Ｑの最大値が、従来の５００〜１０
００という値と比べると、本実施例では約１００と小さ
くなる。このため、完全な共振時のみを考えれば、ソレ
ノイド４に流れる電流は従来よりも大きくなる。しかし
、共振周波数が電流の周波数から少しずれた場合を考え
ると、前述の如く、少ない電流量の増減でミラー１の振
幅を制御できる。そして、共振周波数の変動が常に避け
られないものであるので、全体として電流の消費を少な
くすることができる。

【００２１】図４及び図５は、フレキシャルピボット２
の構造を示す。図４において、上部の図はフレキシャル
ピボット２の上面図を示す。図５において、左から順に
、フレキシャルピボット２の側面図、上面図のＸ−Ｘ断
面に沿う断面図、上面図のＹ−Ｙ断面に沿う断面図を示
す。図４において、下部の図はフレキシャルピボット２
の底面図を示す。

【００２２】フレキシャルピボット２は、軸受けとバネ
とを兼ねたものであり、側面図から判るように、中央の
凹部により大略上部と下部とに分けられる。上部及び下
部の一方は、フレーム（共振スキャナの枠体、図示せず
）に固定される。他方は、鉄片３及びグリースホルダ６
を介してミラー１に固定されるか、又は、直接ミラー１
に固定される。

【００２３】本実施例において、フレキシャルピボット
２は、主に、外枠２１、内枠２２、板バネ２３乃至２５
、内部に充填されたグリース５からなる。外枠２１は、
側面図及び断面図に示す如く、凹部により上下に独立し
た２個の枠体として設けられる。そして、上下２個の外
枠２１の一方がフレームに固定され、他方がミラー１に
固定される。

【００２４】内枠２２は、上面図、断面図及び底面図に
示す如く、左右（上面図及び底面図において左斜め上側
と右斜め下側、断面図において左側と右側）に独立した
２個の枠体として設けられ、外枠２１内に挿入される。 左側の内枠２２は、大略上半分が肉厚とされ、下半分が
肉薄とされる。右側の内枠２２では逆とされる。内枠２
２は、断面図に示す如く、その肉厚部において外枠２１
に固定され、その肉薄部において外枠２１と離される。 これにより、よじれバネが構成される。

【００２５】板バネ２３は、上面図及び断面図に示す如
く、左右２個の内枠２２を連結するように、その両端が
左右２個の内枠２２に固定される。板バネ２４及び２５
も同様である。板バネ２３及び２５は、各々、内枠２２
の上部及び下部を、同一方向に連結する。板バネ２４は
、内枠２２の中央部を、板バネ２３及び２５と直交する
方向に連結する。これによっても、よじれバネが構成さ
れる。

【００２６】グリース５は、図示の如く、外枠２１と内
枠２２との間及び内枠２２内部に充填される。これによ
り、外枠２１と内枠２２との間、２個の内枠２２同志、
内枠２２と板バネ２３乃至２５との間、板バネ２３乃至
２５の間の各々において、粘性減衰が増加する。即ち、
グリース５の粘性による摩擦抵抗により振動エネルギが
消費され、その振幅が抑えられるので、Ｑが小さくなる
。

【００２７】図６は、赤外線撮像装置の概略構成を示す
。この赤外線撮像装置は、本発明による共振型スキャナ
１１を視野の走査機構として備え、モニタ２８を二次元
表示機構として備える。背景１２から放射された赤外線
エネルギ１３は、赤外線レンズ１４及び１５を通して共
振型スキャナ１１のミラー１に達する。共振型スキャナ
１１は、ミラー１の振動により所定の振幅（視野）で、
赤外線エネルギ１３即ち背景１２を走査する。走査され
た赤外線は、赤外線レンズ１６、ミラー１７、赤外線レ
ンズ１８を介して、赤外線検知素子１９に集められる。 赤外線検知素子１９は、単一素子又はリニアアレイ素子
であるが、共振型スキャナ１１による走査によって、二
次元の光信号を受ける。

【００２８】赤外線検知素子１９で光信号が電気信号に
変換され、撮像部２０から増幅回路２６に送られて増幅
され、ビデオ回路２７で映像化されてモニタ２８に二次
元の赤外線映像として表示される。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フレキシャルピボットを用いた共振型スキャナにおいて
、フレキシャルピボット内にグリースを充填してその粘
性減衰を大きくすることにより、共振周波数の近傍にお
けるＱ特性を緩やかなものとすることができるので、周
囲温度の変動に起因して共振周波数が変動した場合にソ
レノイドの電流の周波数を固定しかつ電流値をあまり変
動させずにミラーの振幅を制御でき、この結果、消費電
力の増加を抑え、ループゲインを小さくし、システムの
大型化、複雑化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】二対のソレノイドを備えた共振型スキャナの斜
視図である。

【図３】共振型スキャナの特性図である。

【図４】フレキシャルピボット構成図である。

【図５】フレキシャルピボット構成図である。

【図６】赤外線撮像装置構成図である。

【図７】従来技術説明図である。

【図８】従来技術説明図である。

【図９】従来技術説明図である。

【図１０】従来技術説明図である。

【符号の説明】

１　　ミラー ２　　フレキシャルピボット ２１　　外枠 ２２　　内枠 ２３　　板バネ ２４　　板バネ ２５　　板バネ ３　　鉄片 ４　　ソレノイド ５　　グリース ６　　グリースホルダ ７　　振幅検出器 ８　　駆動信号発生回路 ９　　誤差増幅回路 １０　　サーボアンプ １１　　共振型スキャナ １２　　背景 １３　　赤外線エネルギ １４　　赤外線レンズ １５　　赤外線レンズ １６　　赤外線レンズ １７　　ミラー １８　　赤外線レンズ １９　　赤外線検知素子 ２０　　撮像部 ２６　　増幅回路 ２７　　ビデオ回路 ２８　　モニタ ２９　　ヒータ ３０　　温度センサ ３１　　スキャナ共振周波数検出器 ３２　　駆動周波数制御回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ミラー（１）と、前記ミラー（１）の
   上下を支持する一対のフレキシャルピボット（２）と、
   前記ミラー（１）に固定された鉄片（３）と、前記鉄片
   （３）を介して対向するように設けられた対を為すソレ
   ノイド（４）とを備えた共振型スキャナにおいて、前記
   フレキシャルピボット（２）における粘性減衰が、当該
   フレキシャルピボット（２）の内部に空気を充填した場
   合の粘性減衰よりも大きいことを特徴とする共振型スキ
   ャナ。
2. 【請求項２】　　前記フレキシャルピボット（２）の内
   部にグリース（５）を充填したことを特徴とする請求項
   １に記載の共振型スキャナ。
3. 【請求項３】　　前記ミラー（１）と、少なくとも上方
   の前記フレキシャルピボット（２）との間に、グリース
   ホルダ（６）を設けたことを特徴とする請求項２に記載
   の共振型スキャナ。