光学部品の位置調整装置および位置調整方法

专利摘要:
簡素な方法で二次元にて光学部品の位置を調整することができる装置を提供する。第３部材としてのシャフト１３０は、その回転軸に対して偏心した偏心部１３２を有している。シャフト１３０が回転軸を中心として回転する際に、回転軸に対して垂直な方向に第２部材としてのスライド１２０が第１部材としてのフレーム１１０に関して可動となるように、偏心部１３２は、スライド１２０と動作接続して配設されている。
公开号:JP2011507019A
申请号:JP2010537481
申请日:2008-12-11
公开日:2011-03-03
发明作者:サルマーラ，ヤルコ
申请人:ワラック オサケ ユキチュア；
IPC主号:G02B7-00

专利说明:

[0001] 本発明は、添付の独立請求項の前文に記載の、光学部品（optical component、光学素子、光学要素）の位置（position、態勢）を２方向において調節するための方法および装置に関する。]
背景技術

[0002] 光学系において、光ファイバ、レンズ、またはミラー等の光学部品の位置調整のための多種類の機構が既にある。幾つかの適用例において、これら調整機構は、例えば、目標を操作するためなど、光学部品の光軸のアライメントをとるのに用いられている。]
[0003] 既知の光学部品の二軸方向の位置調整装置においては、互いに独立して動作するように配置された単一軸駆動の２つのステージを備えているのが典型的である。そして、光学部品をある位置から他の位置に動かすために、ネジ等の２つの独立した調整手段が制御されるようになっている。]
[0004] 下掲の特許文献１は、光ファイバとレンズとの間のアライメントの調整機構を備えたコリメータを開示している。レセプタクル内部のフェルール上に搭載された光ファイバの光軸を調整するために、調整機構は、レセプタクルの径方向の位置を調整するレセプタクル支持部の周囲に搭載されている。４つのネジ孔が、レセプタクル支持部を径方向に延びていると共に、周方向に互いに９０度離間して配置されている。各調整機構は、直径方向に対向する２つのネジ孔のうちの一方に受容されたネジと、他方のネジ孔に受容されたバネ付勢されたネジと、ネジを定位置に固定するためのロッキングナットとを有している。ネジがレセプタクルに径方向に接離動することにより、バネに対して直径方向に対向するように位置付けられたバネ付勢されたネジのピンが、バネの作用によって直線的に動く。この結果、光ファイバは、レセプタクルの軸に直角に延びる平面に沿って交差する方向に動く。]
[0005] 特許文献１に開示された機構およびその他の二軸調整機構の欠点は、多くの場合、それらの使用に際して、光学部品の位置調整のために少なくとも２つの調整手段が制御されなければならないため、時間を要することである。加えて、既知の調整装置は、概して複雑な構造を有しており、要求される高い精度で製造するためには高価である。また、既知のデバイスのうち、アライメントと走査との両方の目的をかなえられるものは多くはない。]
先行技術

[0006] 米国特許第５６５９６４５号の明細書]
発明が解決しようとする課題

[0007] 本発明の主な目的は、上述のような先行技術の問題点を低減または解消することにある。]
[0008] 本発明の一目的は、光学部品の位置調整装置および方法を提供することである。さらに詳しくは、簡素な方法で二次元にて光学部品の位置を調整できる装置を提供することである。さらに、本発明の目的は、簡素な方法で二次元にて光学部品の位置調整を行う方法を提供することである。本発明の他の目的は、簡素な機械的構造を有し、よって容易に製造される装置を提供することである。本発明のさらに他の目的は、迅速に高い精度および優れた再現性で光学部品の位置の微調整が可能な装置を提供することである。]
課題を解決するための手段

[0009] 上記目的を実現するために、本発明による装置および方法は、本願独立項の特徴部にある事項によって特徴付けられる。本発明の有利な実施態様は、従属項に記載されている。]
[0010] 本明細書に記載する本発明の例示的実施形態は、添付の請求項の適用範囲を制限すると解釈されるものではない。本明細書において使用する「有する」（comprise）という動詞は、言及されていない特徴の存在についても除外しない開かれた限定（open limitation）として使用されるものである。従属請求項に記載の特徴は、特に断らない限り、相互に自由に結合することができる。]
[0011] 本発明の特徴と考えられる新規の特徴について、特に添付の請求項に記載する。しかし、本発明自体はその構成および動作方法の両面について、以下の特定実施形態に関する説明を添付図面を参照しながら読むことで、本発明のその他の目的と利点と共に、最もよく理解されるであろう。]
図面の簡単な説明

[0012] 本発明の一実施形態による光学部品の位置を調節する装置を示す斜視図である。
図１に示された装置の分解斜視図である。
図１に示された装置の略平面図である。
図１に示された装置の略側面図である。
本発明の一実施形態による装置の調節範囲例を示す。] 図１
実施例

[0013] 本発明による光学部品の位置を２方向において調節するための典型的な装置は、平坦なスライド面を有する第１部材と、前記スライド面と接触して第１部材に関して可動となるように配設された第２部材とを有している。光学部品は第２部材に取付可能である。本発明の装置はまた細長い第３部材も有し、第３部材は第３部材がその回転軸の方向に移動する際に、第２部材が第３部材の回転軸の方向に第１部材に関して可動となるように第１および第２部材と動作接続して配設されている。回転軸は第１部材のスライド面に対して実質的に平行である。]
[0014] 本発明の装置において、第３部材は第３部材の回転軸に対して偏心した偏心部を有している。偏心部は、第３部材がその回転軸を中心として回転する際に第２部材が回転軸に対して垂直な方向において第１部材に関して可動となるように第２部材と動作接続して配設されている。]
[0015] 換言すると、本発明は単独のアクチュエータ、即ち本発明装置の第３部材のみを使用することにより、光学部品の位置を２方向において調節することを可能にする装置を提供する。第３部材をその回転軸に沿って移動することにより、光学部品（装置に取付け済みと仮定する）は一方向に移動する。また、第３部材をその回転軸を中心として回転することにより、光学部品はもう一つの方向、即ち回転軸に対して垂直な方向に移動する。回転運動は偏心部を介して直線運動に変換される。こうして、これら２つの方向によって画定される平面に沿って光学部品を移動させることができる。]
[0016] 本発明の装置の横方向における調節範囲は、第３部材の回転軸に対する偏心部の偏心度によって決まる。回転軸に対して垂直な方向において最大限許容される運動量は偏心度の測定値と正比例する。]
[0017] 本発明の装置に関する寸法の例を挙げると、以下の通りである。装置の長さは一般に１０〜２５０ｍｍの範囲、好ましくは２５〜６０ｍｍの範囲である。装置の幅は、一般に１５〜４５ｍｍの範囲、好ましくは２０〜３０ｍｍの範囲である。装置の高さは一般に４〜２０ｍｍの範囲、好ましくは６〜１２ｍｍの範囲である。]
[0018] 第１部材、第２部材、および第３部材は、例えばＰＳ、ＰＯＭまたはＰＥＥＫ等のプラスチックの機械加工または射出成形によって製造することができる。また、アルミニウムや黄銅等の金属から製造することもできる。]
[0019] 本発明の一実施形態によると、第２部材は第１部材の平坦なスライド面に沿って可動に配設されたスライドである。ここで言う平坦な面とは、実質的に湾曲していない表面のことである。第１部材は装置のフレーム構造体として作用する。本発明の一実施形態によると、第３部材は偏心部を含むシャフトである。]
[0020] 本発明の一実施形態によると、第１部材が開口部を有し、この開口部を通って第３部材が可動となる。本発明の好ましい実施形態では、第３部材が第３部材の一部に沿って形成された螺旋ネジを有し、開口部がそれに対応する螺旋溝を有しているため、第３部材をその回転軸を中心として回転することにより第３部材が開口部を通って可動となる。対応する螺旋溝は、例えば第３部材を開口部の中に回し入れることによって成形することができる。]
[0021] 第１部材に１つ以上の開口部を設け、第３部材がそれらの開口部を通って移動できるようにしてもよい。例えば、第１部材に第１部材の両縁部に位置する２つの開口部を設けてもよい。１つ以上の開口部に螺旋溝を設けることができる。]
[0022] 螺旋ネジ付きの第３部材を設ける利点は、第３部材を回転するだけで、第２部材を第１部材に関して２方向に移動させることができる点にある。第３部材を時計回り方向および／または反時計回り方向に回転させることにより、第２部材を第１部材に関して正弦運動させることが可能となる。したがって、第３部材を回転させるだけで、容易かつ高速に光学部品を所望位置へと調節することができる。]
[0023] 本発明の一実施形態によると、ネジの角度は０．０５度から１０度の範囲内、好ましくは０．１度から６度の範囲内である。ここで言うネジの角度とは、ネジ山の両側の間に生まれる角度を軸方向の平面において測ったものを意味している。ネジの角度を小さくすることで、縦方向における精度を良くすることができる。]
[0024] 一般に、ネジ山のピッチは０．１〜０．４ｍｍの範囲内、好ましくは０．２〜０．５ｍｍの範囲内である。ここで言うネジ山のピッチとは、３６０度回転するごとにネジ山が縦方向に進む距離を意味している。第３部材が一回転する毎に第２部材が第１部材に関して縦方向において移動する移動量は、ネジ山のピッチと同じになる。]
[0025] 本発明の一実施形態によると、第３部材の螺旋ネジを有する部分の長さは０．ｌ〜２５０ｍｍの範囲内、好ましくはｌ〜２０ｍｍの範囲内である。第３部材の螺旋ネジを有する部分の直径は、一般にｌ．３〜８ｍｍの範囲内、好ましくは２〜６ｍｍの範囲内である。]
[0026] 本発明の一実施形態によると、装置は第３部材を時計回り方向および反時計回り方向に回転するための電動機を有している。電動機を使用することによって調節工程を自動化することができる。例えば、コンピュータプログラム製品を用いて電動機を制御することができる。特定のコンピュータプログラムを用いることで、第３部材を時計回り方向および／または反時計回り方向に回転して走査動作を行うことができる。]
[0027] 本発明の一実施形態によると、第２部材が溝を有し、その溝の内部に偏心部が可動に配設される。一般に、溝と偏心部とは、相互の間に実質的な遊びの無い状態で動作接続されるように形成される。本発明の好ましい実施形態によると、偏心部の長さは溝の長さと実質的に同じである。]
[0028] 本発明の好ましい実施形態においては、偏心部が円形の断面を有している。この場合、溝の底部は半円形の断面を有するのが好ましい。本発明の好ましい実施形態においては、偏心部の直径の方が第３部材の平均直径より小さくなる。]
[0029] 本発明の装置の偏心部に関する寸法の例を挙げると下記のとおりである。偏心部の長さは一般に２〜１００ｍｍの範囲内、好ましくは４〜２０ｍｍの範囲内である。偏心部の直径は、一般に２〜８ｍｍの範囲内、好ましくは３〜６ｍｍの範囲内である。]
[0030] 本発明の一実施形態によると、第２部材は光学部品を第２部材に取付けるための取付手段を有している。光学部品は例えばフェルールやネジを用いて第２部材に取付けることができる。]
[0031] 本発明の一実施形態によると、装置は第２部材がスライド面と接触したままとなるように第１部材を第２部材と連結して固定するための固定手段を有している。これは、例えば第１部材にしっかりと連結されているものの、第２部材には第２部材が第１部材に関して移動できるように緩く連結されているネジを用いることで達成できる。一般に、第２部材はネジを配設する開口部を有しており、開口部は第２部材を第１部材に関して移動させるのに十分な大きさである。]
[0032] 本発明は、光ファイバの一端部の位置を調節するために本発明の装置を使用する方法にも係る。光ファイバの他に本発明の装置に取付けることができる光学部品としては、ミラーやレンズ等が挙げられる。]
[0033] 本発明はさらに、平坦なスライド面を有する第１部材と、スライド面と接触して配設されている第２部材と、第２部材が第１部材に関して可動となるように第１および第２部材と動作接続して配設されている細長い第３部材とを含んで成る装置を用いて光学部品の位置を２方向において調節する方法にも関する。この方法は、第３部材を第１部材のスライド面に対して実質的に平行である第３部材の回転軸の方向に移動させることにより、第２部材に取付けられている光学部品を第３部材の回転軸の方向において調節することを有している。この方法はまた、第３部材をその回転軸を中心として回転させると共に、その回転運動を第３部材の回転軸に対して偏心した偏心部を介して直線運動に変換することにより、前記回転軸に対して垂直な方向において光学部品を調節することも有している。]
[0034] 図１は、本発明の一実施形態による光学部品の位置調節装置を示す斜視図である。装置１００は、第１の部材としてのフレーム１１０を有している。フレーム１１０はスライド面１１１を有している。フレーム１１０は基部として働き、この基部に装置１００のその他の要素が直接に、または種々の固定手段を介して取り付けできる構成となっている。平坦なスライド面１１１は、装置１００の分解斜視図を示した図２においてよりよく見ることができる。] 図１ 図２
[0035] 装置１００はまた、第２の部材としてのスライド１２０を有している。スライド１２０はスライド面１１１と接触してフレーム１１０に関して可動となるように配設されている。光学部品（不図示）が取付手段を介してスライド１２０に取付けられている。この図示例では、取付手段はフェルールｌ２１であり、これに光ファイバ（不図示）の一端部が取付けることができる。]
[0036] 装置１００はさらに細長い第３の部材としてのシャフト１３０を有している。シャフト１３０はフレーム１１０およびスライド１２０と動作接続して配設されている。フレーム１１０は、フレーム１１０の両縁部にそれぞれ位置する２つの開口部１１２を含んでおり、シャフト１３０はこれらの開口部１１２を通って可動である。シャフト１３０の一端部が、シャフト１３０の一部に沿って形成された螺旋ネジ１３１を有している。開口部１１２の一方が、対応する螺旋溝１１３を含んでおり、シャフト１３０はシャフト１３０をその回転軸を中心として回転することによって開口部１１２を通って可動となる。回転軸はスライド面１１１に対して実質的に平行である。]
[0037] シャフト１３０は、シャフト１３０の回転軸に関して偏心している偏心部１３２を有している。スライド１２０は溝１２２を有し、その内部に偏心部１３２が可動となるように配設されている。図示の例では、偏心部１３２の長さと溝１２２の長さが実質的に同じである。偏心部１３２は円形の断面を有し、溝１２２の底部はそれに対応する半円形断面を有している。こうして、偏心部１３２と溝１２２とは、相互の間に実質的に遊びの無い状態で相互に関して可動となるように配設されている。]
[0038] シャフト１３０を時計回りまたは反時計回り方向に回転することにより、スライド１２０はフレーム１１０に関してシャフト１３０の回転軸の方向に移動する。同時に、スライド１２０は前記回転軸に対して垂直方向に、フレーム１１０に関して移動する。このように、シャフト１３０を回転するだけで、スライド１２０をスライド面１１１の平面においてフレーム１１０に関して移動させることができる。]
[0039] 装置１００はまた、スライド１２０がスライド面１１１と接触したままとなるように、スライド１２０と連結してフレーム１１０を固定するための２つのネジ１４０を有している。ネジ１４０は、スライド１２０の大開口部１２３を通ってフレーム１１０の開口部１１４に連結される。スライド１２０の開口部１２３を大きくすることで、スライド１２０がスライド面１１１に沿ってフレーム１１０に関して移動することを可能にしている。ネジ１４０は六角形のソケットヘッド形ネジである。]
[0040] 図１の装置の略平面図および略側面図をそれぞれ示したのが図３と図４である。] 図１ 図３ 図４
[0041] 図５は、本発明の一実施形態による装置の調節範囲の例を示した図である。シャフト１３０を前後に回転させることにより、スライド１２０に取付けられた光学部品はこの正弦曲線状の経路に沿って移動する。経路の形状は、例えばシャフト１３０の寸法や螺旋ネジ１３１の形状に依存する。] 図５
[0042] 図面には本発明の有利な実施形態の例のみを示しており、当業者には明らかなように、本発明は上述の例にのみに限定されるものではなく、特許請求の範囲の限定範囲の中で変更することが可能である。そのような本発明の実施形態の幾つかを従属請求項に記載しているが、これらは本発明の保護範囲を制限することを意図するものではない。]

权利要求:

請求項1
光学部品の位置を２方向において調節する装置であって、平坦なスライド面（１１１）を有する第１部材（１１０）と、前記スライド面と接触して前記第１部材に関して可動となるように配設され、光学部品を取付け可能な第２部材（１２０）と、前記第１および前記第２部材と動作接続して配設されている細長い第３部材（１３０）とを有し、前記第３部材を前記第１部材の前記スライド面に実質的に平行である該第３部材の回転軸の方向に移動する際に、前記第２部材が前記第１部材に関して該第３部材の回転軸の方向に可動となるように構成されている光学部品の位置調整装置において、前記第３部材は、該第３部材の前記回転軸に対して偏心した偏心部（１３２）を有し、前記第３部材が前記回転軸を中心として回転する際に、該回転軸に対して垂直な方向に前記第２部材が前記第１部材に関して可動となるように、前記偏心部は、前記第２部材と動作接続して配設されていることを特徴とする光学部品の位置調整装置。
請求項2
前記第１部材（１１０）は、開口部（１１２）を有し、前記第３部材（１３０）は、前記開口部を通って可動であることを特徴とする請求項１に記載の光学部品の位置調整装置。
請求項3
前記第３部材（１３０）は、該第３部材の一部に沿って形成された螺旋ネジ（１３１）を有し、前記第３部材をその前記回転軸を中心として回転させることによって該第３部材が開口部を通って可動となるように、前記開口部（１１２）は、前記螺旋ネジに対応する螺旋溝（１１３）を有することを特徴とする請求項２に記載の光学部品の位置調整装置。
請求項4
前記螺旋ネジの角度は、０．０５度から１０度の範囲内であることを特徴とする請求項３に記載の光学部品の位置調整装置。
請求項5
前記第３部材（１３０）を時計回り方向および反時計回り方向に回転するための電動機をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学部品の位置調整装置。
請求項6
前記第２部材（１２０）は、溝（１２２）を有し、前記偏心部（１３２）は、前記溝の内部に可動となるように配設されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学部品の位置調整装置。
請求項7
前記偏心部（１３２）の長さは、前記溝（１２２）の長さと実質的に同じであることを特徴とする請求項６に記載の光学部品の位置調整装置。
請求項8
前記偏心部（１３２）は、円形断面を持つことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学部品の位置調整装置。
請求項9
前記第２部材（１２０）は、光学部品を前記第２部材に取付けるための取付手段（１２１）を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学部品の位置調整装置。
請求項10
前記第２部材が前記スライド面（１１１）と接触したままとなるように前記第１部材（１１０）を該第２部材（１２０）と連結して固定するための固定手段（１４０）をさらに有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学部品の位置調整装置。
請求項11
前記第２部材（１２０）は、スライドであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学部品の位置調整装置。
請求項12
前記第３部材（１３０）は、シャフトであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学部品の位置調整装置。
請求項13
光ファイバの一端部の位置を調節するために請求項１に記載の光学部品の位置調整装置を使用することを特徴とする光学部品の位置調整方法。
請求項14
平坦なスライド面（１１１）を有する第１部材（１１０）と、前記スライド面と接触して第１部材に関して可動となるように配設されている第２部材（１２０）と、細長い第３部材とを有し、前記第２部材が前記第１部材に関して前記第３部材の回転軸の方向に可動となるように、該第１および該第２部材と動作接続して配設されている光学部品の位置調整装置を用いて光学部品の位置を２方向において調節する方法であって、前記第１部材の前記スライド面に対して実質的に平行である前記第３部材の前記回転軸の方向に該第３部材を移動させることにより、前記第２部材に取付けられている光学部品を該第３部材の該回転軸の方向において調節する工程を有する光学部品の位置調整方法において、前記第３部材をその前記回転軸を中心として回転させると共に、当該回転運動を該第３部材の該回転軸に対して偏心した偏心部（１３２）を介して直線運動に変換することにより、前記回転軸に対して垂直な方向において光学部品を調節する工程を有することを特徴とする光学部品の位置調整方法。