光学的位置合せシステムおよび方法
本発明は、 第１光学素子（１４）を受け入れる構造（１２）を有するベース（１０）と、第２光学素子（３０）を受け入れ、第２接着手段（３２）を介してこの第２光学素子（３０）に取り付けられている構造（２８）を有する第２偏心素子（２６）を備えた偏心アセンブリ（２２）を受け入れる貫通孔（２０）を有する第１偏心素子とを含み、 第１偏心素子（１８）は第１取付手段（２４）を介してベース（１０）と係合しており、第１光学素子（１４）の光軸と第２光学素子（３０）の光軸間の軸方向の位置合せは、偏心素子（１８、２６）のうちの少なくとも１つをベース（１０）に対して回転させて調整することで達成される、位置合せシステム（１００）を提供する。さらに、本発明はこの位置合せシステム（１００）を形成し、使用する方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の表示】
【０００１】
本願は、２００６年１０月１６日付申請の米国特許出願第１１／５４９，７０２とともに、２００５年１０月２５日付申請の米国仮特許出願第６０／７２９，６２６、発明の名称“Alignment System and Method”の利益を主張するものであり、これらはすべての目的において参照のために本願に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一連のコンポーネントを位置合せし、それらを位置合せした状態に保持するメカニズムに関する。具体的には、本発明は、光ファイバとレーザダイオード間、２つの光ファイバ間の安定した位置合せなど、少なくとも２つの光学コンポーネントの軸を位置合せするシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光ファイバをレーザダイオードで位置合せする一般的な方法においては、一方でレーザダイオードを受け入れ、他方で光ファイバフェルールを受け入れる特大ホールを備えた１つのベースユニットを使用する。ファイバフェルールは多くの場合、クランプ、接着、溶接などの方法でベースに取り付けられる。位置合せは多くの場合、適切な位置合せ条件が満たされるまで、レーザダイオードを、多くの場合ＸＹ走査動作で特大ホールの周りに移動させることで実現される。次に、レーザダイオードは、接着、はんだ、レーザ溶接などの技術により適切な位置に取り付けられる。
【０００４】
別のバリエーションにおいては、位置合せはまずレーザダイオードを適切な位置に取り付けることで実現され、ファイバ位置は、適切な位置合せが得られるまで変えられる。ファイバを支援し、接合／取り付けステップの助力となるように表面積を増加すべく、様々なスリーブを用いることができる。いくつかの用途では、ベアファイバは、マイクロポジショニング装置(micro-positioning equipment)を用いてベアレーザダイオードで位置合せされ、その後、少量のはんだがレーザで溶解され、冷却および硬化され、精密に位置合せされた状態でファイバが固定される。
【０００５】
従来技術のほとんどが永続的なものである。このことは、このような従来技術による取付けを解体しようとすると、コンポーネントの一部に回復不能な損傷が生じることを意味する。さらに、このような従来技術は、位置合せプロシージャを実行するために、高額で非常に精密なポジショニング器具と装置とを要求することが多い。最後に、従来技術の多くは、うまく位置合せされたアセンブリを製造することができるが、これらは多くの場合で、溶接あるいは接合コンポーネントの物理的な重なり合いが制限されていることから、強度に制限があることが難点である。位置合せされたアセンブリにおいてコンポーネントを一緒に接合するために、一般的に接着剤が使用される。しかし、硬化において、ガス放出によってコンポーネントに損傷を与えるおそれがあり、また、多くの接着剤は硬化のときに縮んでしまう。これにより、高精度な位置合せが損なわれるおそれがある。さらに、接着剤は、耐久性において潜在的な課題をかかえている。湿度と温度の影響で、膨張、クリーピング、あるいは強度が損失するおそれがあり、これにより接合が失われるか、位置合せが損なわれてしまう。接合方法として溶接を用いることで、接着に関するいくつかの問題点を回避することができるが、コンポーネントを危険なまでに加熱することになり、この結果、損傷が生じないようにするために、複雑で、時として長いプロシージャが必要になる。溶接は、単一モードのファイバの位置合せなどの、非常に高精度な用途との互換性があまりよくない。その理由は、溶接処理における熱が、精密な位置合せを損なうのに十分な物理的欠陥を生じさせるおそれがあるからである。接合において用いられるはんだ技術は、接着に関するいくつかの問題点を回避することができるものの、同時に、溶融はんだが冷却し固まるのに要する相対的に長い時間に関連付けられる欠陥に悩まされる。高精度の位置合せは、はんだ冷却処理においてドリフトする、または偏向される可能性がある。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、従来の位置合せ技術に関連付けられる上述の不利な点を克服する。本発明は、安定したアセンブリが可能でありながら、再処理、試験、あるいはアップグレードのために取り除くことが可能なネジなどの物理的クランプ技術でアセンブルされる独特の能力を有する。一般的には、位置合せプロシージャを実行するために、高額で非常に精密なポジショニング器具および装置は必要ではない。本発明は、溶接あるいは接合されたコンポーネントの限定的な物理的重なり合いを必要としないので、これらに関わる問題点は発生しない。代わりに、本発明は、コンポーネントの位置合せを損なわずに永続的なアセンブリを形成するために溶接を使用可能とするように、クリティカルな位置合せ構造から十分に離れた有用な接合場所を提供するとともに、機械的なクランプオプションを与える。機械的剛性およびコンポーネントの物理的な重なり合いが多いことで、機械的ドリフトの問題なしにはんだを冷却することができ、また、より堅牢な物理的アセンブリを生成することができる。
【０００７】
本発明は、位置合せシステムであって、該システムは、第１光学素子を受け入れる構造を有するベースと、第２光学素子を受け入れ、第２接着手段を介して第２光学素子に取り付けられた構造を有する第２偏心素子を備えた偏心アセンブリを受け入れる貫通孔を有する第１偏心素子とを含み、第１偏心素子は第１取付手段を介してベースと係合しており、第１光学素子の光軸と第２光学素子の光軸との位置合せは、偏心素子のうちの少なくとも１つをベースに対して回転させて調整することで達成される。
【０００８】
さらに、本発明は、位置合せシステムであって、該システムは、第１光学素子を受け入れる第１貫通孔を有するベースと、第２光学素子を受け入れ、第２取付手段を介して第２光学素子に取り付けられる第３貫通孔を有する第２偏心素子を備えた偏心アセンブリを受け入れる第２貫通孔を有する第１偏心素子とを含み、第１偏心素子は第１取付手段を介してベースと係合しており、第１光学素子の光軸と第２光学素子の光軸との位置合せは、偏心素子の少なくとも１つをベースに対して回転させて調整することで実現される。
【０００９】
システムのコンポーネントが位置合せされると、システム１００はすべてのコンポーネントを位置合せされた場所にしっかりとロックする能力を与え、この結果、アセンブリが長期にわたって安定し固定された状態になる。このタイプのアセンブリは、ファイバ光素子で位置合せされたレーザダイオードを使用する場合に、商業的にピグテールアセンブリと呼ばれることが多い。第１取付手段をベースに固定する、あるいはクランプダウンすることで、ロック能力が与えられる。さらに、このクランプ動作により、第１偏心素子における構造が第２偏心素子の構造としっかり係合し、これにより、すべてのコンポーネントが適所に固定される。
【００１０】
本発明の目的は、一連のオブジェクトをサブミクロン精度で位置合せすることである。しかし、本発明は、サブミクロン精度を要求しない一連のオブジェクトを位置合せするためにも使用することができる。
【００１１】
本発明の別の目的は、物理的な衝撃が生じる場合や手荒に扱う場合であってもコンポーネント間に物理的に強い位置合せを提供することである。
【００１２】
本発明の更なる目的は、広範囲におよぶ環境条件にわたって、具体的には、温度範囲にわたって維持することのできる安定した位置合せを提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、位置合せに必要な時間を短縮することである。
【００１４】
本発明の更なる目的は、オペレータが、簡単ですぐに利用できる装置（たとえば、指、レンチなど）を使用して、位置合せを調整できるようにすることである。
【００１５】
本発明の別の目的は、簡単な自動化装置によって、位置合せプロシージャを完了できるようにすることである。
【００１６】
本発明のその他の特徴および利点は、一例として、本発明の可能な実施形態の少なくとも１つの原理を例示している添付の図面とあわせて以下のさらに詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付の図面は、本発明の最良の実施形態の少なくとも１つを示す。図面は少なくとも１つの好ましい最良の実施形態を例示しており、そのような形態を以下にさらに詳細に記載する。当業者であれば、本願の精神および範囲から逸れることなく、本発明を変更および修正することができる。したがって、例示の実施形態は、単に例示目的で説明されており、以下に定義される発明を限定するものではない。
【００１８】
配列システム
図１乃至７を参照すると、本発明は以下のコンポーネント、つまり、第１光学素子１４を受け入れる構造（たとえば、図１乃至７に示すような第１スルーホール１２）を有するベース１０と、偏心アセンブリ２２を受け入れる第２スルーホール２０を備え、第１取付手段２４を介してベース１０と係合する第１偏心素子１８とを備えた位置合せシステム１００を提供する。偏心アセンブリ２２は、第２光学素子３０を受け入れ、第２取付手段３２を介して第２光学素子３０に取り付けられる構造（たとえば、図１乃至７に示すような第３スルーホール）を備えた第２偏心素子２６を備える。第１光学素子１４の光軸と第２光学素子３０の光軸との位置合せは、偏心素子（１８、２６）のうちの少なくとも１つをベース１０に対して回転させて調整することで実現される。位置合せが終わると、この調整された位置は第１取付手段２４を用いて固定することができる。以下に、システム１００の構成要素をより詳細に記載する。
【００１９】
第１光学素子
第１光学素子１４は、任意の、既知の光学素子であってよい。そのような素子としては、たとえば、レーザダイオード、光ファイバ、ＬＥＤ、ミラー、光センサーチップ、ホログラフィック光学素子などが挙げられる。図１乃至３では、第１光学素子１４としてレーザダイオードを示す。
【００２０】
ベース
ベース１０は、システム１００のアセンブリ全体の硬い土台（プラットホーム）としての役割を果たす。一般的には、ベースは、ベースを他の構造的コンポーネントへ取り付けることが可能な構造を備えることができる。このような構造としては、締め付け用フランジ、ボルトが通過可能な貫通孔、あるいは、ボルトを受け入れるネジ穴が挙げられるが、これらに限定されない。図２乃至４を参照すると、ベース１０は、適切に既知の構造（たとえば、図２乃至４に示す第１貫通孔１２、ポケット、正孔など）を、第１光学素子１４を受け入れる一方の側に有する。このような構造（たとえば、貫通孔１２）により、第１光学素子１４からの光がシステム１００内のその他のコンポーネントとやりとりできるようになる。
【００２１】
この第１光学素子１４をクランプ、ボルト、はんだ付け、溶接あるいは接着などを含む技術によってベース１０に取り付ける必要があるが、これらの技術に限定されるものではない。ベース１０には、第１光学素子１４の取り付けを支援する構造、たとえば、接着剤を注入するための穴、接着剤で接合する際に助力となる粗面、あるいは、ボルトをクランプするためのネジ穴などを備えることができるが、これらに限定されるものではない。図２乃至４を参照すると、第１光学素子１４からのベース１０のもう一方の側に、高くしたカラー部(collar)１６が設けられるのが好ましい。この高くしたカラー部１６の外径は、第１偏心素子１８と係合する構造である。好ましくは、各種構造の許容誤差は、第１光学素子１４の光軸を確実に高くしたカラー部１６の外面の軸の約０．１００ｍｍ内に取り付けることができるように十分タイトなものとしなければならない。第１偏心素子１８と第２偏心素子における偏心度を調整することで許容誤差がよりルーズになるように設計することが可能である。
【００２２】
好ましくは、ベース１０はさらに、第１接着手段２４と係合し、ベース１０に第１偏心エレメント１８をしっかりとクランプするか取り付ける役割を果たす構造を備える。好ましくは、ベース１０は、取付手段２４がベース１０と、その外部エッジにおいて係合し、さらに、第１偏心素子１８が内部エッジにおいて係合し、その間の領域が支持されていない状態にすることができる、高くした外部リップ部１１を備える。ベース１０は、取付手段２４が、クランプ、ボルト締め、はんだ付け、溶接あるいは接着剤を含む技術を用いてしっかりと取り付けられる構造を備えるのが好ましいが、これに限定されるものではない。取付手段２４にクランプ圧をかけ、これにより第１偏心素子１８をしっかりとクランプするように、取付手段２４を貫通するボルトを使用することができるよう、ネジ穴（つまり、貫通孔）が設けられるのが好ましい。
【００２３】
ある特定の第１光学素子１４は温度制御を必要とし得ることに留意されたい。したがって、好ましくは、ベース１０は、温度センサを取り付けるための穴などのフィーチャを備え得る。さらに、電子冷却器（thermo-electric cooler）などの冷却あるいは加熱メカニズムに効率的に結合することができる、大きなフラットファセットなどの取付構造を設けることが好ましい。温度制御が所望される場合は、熱伝導性の高い、温度の安定した材料を使用してベース１０を構築することが好ましい。
【００２４】
第１接取付手段
取付手段２４は、ベース１０と第１偏心素子１８の両方に係合する。図１乃至３に示す好適な実施形態では、２つの貫通孔３４を備えたクランプワッシャが取付手段２４の一部となる。この貫通孔３４は、クランプボルトがクランプワッシャを通ってベース１０に入ることができるように設けられる。ボルトが締め付けられるときに、下方への圧力により第１偏心素子１８がしっかりと所定の位置に締め付けられる。クランプ圧を生成しやすくするために、クランプワッシャの外部および内部エッジ間に空洞領域が設けられる。さらなるクランプ圧を与え、その内部および外部エッジに沿ってよりよく係合するように、クランプワッシャのわずかなカッピングがわずかなスプリングを形成することが好ましい。さらに、このようなスプリング効果は、位置合せプロセスにおいて有益である。クランプボルトにはわずかに張力がかけられてもよく、これにより、第１偏心素子１８が自由に回転しないように十分なクランプ力が与えられ、それでも、十分な回転力を用いれば、回転させることができる。接着手段２４を形成するために、数多くの様々なタイプの材料を用いることが可能であるが、耐食ばね鋼合金で接着手段を構築することが好ましい。
【００２５】
システム１００の図１、２に示す好ましい実施形態においては、クランプワッシャを取り付けるためにクランプボルト(図示せず)を利用しているが、別の方法を用いて取付手段を完成することができ、たとえば、接着剤、溶接、はんだ付け、および場合によっては、アーバープレスなどのプレス機器や圧入コンポーネントでさえも使用することができる。さらに、クランプワッシャは、外部エッジに沿ってネジ山がつけられ、ベース１０の対応するネジ山と係合することも可能である。次いで、クランプワッシャが回転するときに、クランプワッシャはベース１０側に移動し、第１偏心素子１８にクランプ圧を与える。
【００２６】
位置合せにおいて外部の調整メカニズムを利用する場合、第１取付手段２４として、既知の外部メカニズムを使用することも可能である。コンポーネントを固定するために、溶接、はんだ付け、あるいは接着などの取り付け技術が用いられる間、外部メカニズムは、位置合せされた状態でシステム１００全体を保持し、第１の偏心素子１８にクランプ圧を与えなければならない。
【００２７】
第１偏心素子
図１から３および５を参照すると、第２貫通孔２０を備えた第１偏心素子１８は、ベース１０と偏心アセンブリ２２の双方を機械的に係合する構造を有する。さらに、第１偏心素子１８は、この第１偏心素子１８が第１取付手段２４によってロックされると、偏心アセンブリ２２の位置をロックすることができる構造を有する。以下に詳細に説明しているように、第１偏心素子１８は、位置合せプロセスに必要な回転軸の１つに加えて、所要の偏心オフセットの１つを提供する。この第２貫通孔２０は階段状にされ(ステップがつけられ)、第１セクション３６上に、ベース１０の高くしたカラー部１６の外径と係合する内径を有するのが好ましい。高くしたカラー部１６と第１セクション３６間には十分な機械的な重なり合いがあり、これにより、物理的結合が生成される。許容誤差は、第１偏心素子１８が実質的に横方向に移動（がたつき（rattling））することなく、高くしたカラー部１６上を自由に回転できるものとされている。第１偏心素子１８の一方の端部３７の外面は、第１取付手段２４と係合する構造を提供する、外側に向かうリップ部３８を備える。第１偏心素子１８のもう一方の端部３９の外面４０は、指あるいはレンチでしっかりと握りやすくするように（図１に示すように）平らなファセットを備える。他の形態では、外面４０は、ナーリング(knurling)、サンドブラスティングあるいはポリマーオーバーレイ材料（たとえば、シリコンラバーなど）を含む様々な表面処理を有することが可能であるが、それらに限定されるものではない。第２セクション４２の内径は、偏心アセンブリ２２の外部柱面と係合する。許容誤差は、偏心アセンブリ２２が実質的に横方向に移動しないで自由に回転できるものとなる。第２セクション４２の軸は、第１セクション３６の軸に対して偏心している。この偏心オフセットは、任意の所望の範囲であってよい。この偏心オフセットは、約０．０２５ｍｍから約１ｍｍの範囲であり、より好適には、約０．０５０ｍｍであるのが好ましい。第２貫通孔２０の内面のリップ部４４は、第２セクション４２と同心のセクションを提供し、またその直径は、偏心アセンブリ２２の一方の端部の自由空間(free clearance)を貫通できるものとされる。第１偏心素子１８がその軸に沿いに、ベース１０側に動かされるときに（たとえば、第１の取付手段２４によるクランプ圧によって）、内面のリップ部４４が偏心アセンブリ２２の構造と係合し、これによりクランプ圧が伝送される。クランプ圧がかけられると、物理的許容誤差は、端部３７がベース１０の底部に達する前に、内面のリップ部４４が偏心アセンブリ２２としっかり係合することができるものとされる点に留意されたい。このように、システム１００の全コンポーネントは、単一のクランプメカニズムによってクランプされる。端部３７がベース１０の底部に達してしまった場合、偏心アセンブリ２２はしっかりと取り付けられず、また、機械的に位置合わせされた位置から外れてしまう。
【００２８】
偏心アセンブリ
図１から図３および図６を参照すると、偏心アセンブリ２２は、第２光学素子３０を受け入れ、第２取付手段３２を介して第２光学素子３０に取り付けられる、適切な、既知の構造（たとえば、図１から３および図６に示す第３貫通孔２８、ポケット、キャビティなど）を有する第２偏心素子２６を備える。第２取付手段３２は、図１から３と図６に示すナットなどの、任意の適切な、既知の取付手段であってもよいが、これに限定されない。偏心アセンブリ２２はさらに、第３貫通孔２８内に位置決めされ、リテーニングリングでそこに止められているボールレンズ４６を備えることが好ましい。このボールレンズ４６は、第１光学素子１４から放出される光を集光し、この光を第２光学素子３０に再結像(re-imaging)しやすいように、選択的に備えられる。ボールレンズ４６がある場合、偏心アセンブリ２２の光軸は、この光軸がボールレンズ４６によって屈折された後、第２光学素子３０の光軸によって決定される。ボールレンズ４６がなければ、偏心アセンブリ２２の光軸は、単に第２光学素子によってのみ決定される。しかし、いずれの場合でも、第２取付手段３２が取り付けられると（たとえば、締め付けなど）、全体の偏心アセンブリ２２は、１つの固定された光軸を有することになる。
【００２９】
第２偏心素子
以下に説明するように、第２偏心素子２６は、第１偏心素子１８と第２光学素子３０の両方に機械的に係合する構造を有する。第２偏心素子２６は、位置合せプロセスに必要とされる回転軸の１つの他に、所要の偏心オフセットの１つを提供する。さらに、第２偏心素子２６は、第１偏心素子１８を通じてクランプ圧がかけられるときに、（第２偏心素子が）底部に達してベース１０と係合できる構造を有する。好ましくは、第２偏心素子２６は、第２取付手段３２が第２光学素子３０を所定の位置にしっかりと固定することができる構造を有する。さらに、第２偏心素子２６により、ボールレンズ４６を第３貫通孔２８にしっかりと取り付けることが可能になる。
【００３０】
図２、３および図７を参照すると、第２偏心素子２６の一方の端部は、小径セクションであり、この部分を以下、ノーズ部５０と称する。このノーズ部５０は、ベース１０の第１貫通孔１２に適合する。許容誤差は、位置合せにおける最大の横方向のオフセットが第１貫通孔１２の側面にノーズ部５０を到達させないものとされている。ノーズ部５０は、第１偏心素子１８によってクランプ圧がかけられるときに、ベース１０としっかり係合する。任意に、物理的クランププロセスの安全性を強化する表面摩擦を増加すべく、第２偏心素子２６あるいはベース１０の一方あるいは両方のあわせ面に粗面を設けることができる。ノーズ部５０内の第３貫通孔２８の領域は、ボールレンズ４６を受け入れるのに十分な広い直径を有することが好ましい。さらに、ボールレンズ４６を係合する内部のリップ部５２を形成することができるように、第３貫通孔２８の直径を縮小することが好ましい。第３貫通孔２８に永続的に圧入されるリテーニングリング４８は、ボールレンズ４６のもう一方のサイドに係合し、また、内部のリップ部５２に対してボールレンズをしっかりとクランプする。第２偏心素子２６の外面の第１セクション５４は、第２セクション４２と係合する直径を有する。許容誤差は、第２偏心素子２６が、実質的な横方向のオフセットなしに、第１偏心素子１８内を自由に回転できるものとされている。第１偏心素子１８と第２偏心素子２６との間の係合長さが長いことで、クランプ時に物理的に強く安定したアセンブリを生成しやすくなる。
【００３１】
図２、３および図７に戻ると、第２偏心素子２６のもう一方の端部は、第２貫通孔２０を貫通する小径を有する、縮小されたセクション５６である。この縮小されたセクション５６は、クランプ圧がかけられるときに、内面のリップ部４４としっかりと係合する面を含む。任意に、物理的クランププロセスの安全性を強化する表面摩擦を増加するために、第１偏心素子１８および／あるいは第２偏心素子２６に粗い合わせ面を設けることができる。縮小された部分５６の軸は、第１セクション５４の軸に対して偏心している。この偏心オフセットは、任意の所望の範囲であってよい。この偏心オフセットは、約０．０２５ｍｍから約１ｍｍであり、より好ましくは、０．０５０ｍｍであるのが好ましい。第２偏心素子２６は、第２接着手段３２への取付を支援する構造（たとえば、ネジ山など）を有するのが好ましい。
【００３２】
図６、７を参照すると、第３貫通孔２８は、第２偏心素子２６の中心部を通って延びる。好適な実施形態では、第２貫通孔２８の中心部分５８の軸は、第１部分５４の軸に対して偏心している。この偏心オフセットは任意の範囲であってよい。この第３貫通孔２８の直径は、第２光学素子３０を受け入れることができる大きさとする。好ましくは、第３貫通孔２８（以下、エンドリップ部６０と称する）の直径は、第２光学素子３０のフランジ６２を受け入れるポケットを形成する、わずかに拡大した大きさとする。このリップ部６０は、第２取付手段３２によってクランプ圧がかけられるときに、フランジ６２と係合する面を有する。
【００３３】
第２光学素子
図２、３、および図７を参照すると、第２光学素子３０は、光ファイバ（図示せず）が所定の位置に取り付けられたファイバーフェルールを備えるのが好ましい。しかし、第２光学素子は、任意の適切な、既知の光学素子であってもよく、たとえば、レーザダイオード、光ファイバ、ＬＥＤ、レンズ、ミラー、光学センサーチップ、ホログラフィー光学素子などであってもよい。光学ファイバは、ファイバーフェルール６４の面において研磨される。ファイバーフェルール６４は、第３貫通孔２８に適合する直径を有する長いノーズ部を備える。さらに、ファイバーフェルール６４は、第３貫通孔２８と係合するフランジ６２を備える。フランジ６２は基準面を生成し、これにより、ファイバーフェルール６４は精密に制御された長さにまで研磨されることができる。このようにして、光ファイバの端部６８は、第１光学素子１４からの光を結合する最良の条件を保証するために、ボールレンズ４６からの正確な距離を定めることができる。
【００３４】
選択的に、ファイバーフェルール６４は、任意の規格の商業品種であってもよく、たとえば、ＳＴ、ＦＣ、ＳＭＡ、あるいは、カスタムフォームファクタ（custom form factor）でさえも可能であるが、これらに限定されない。ファイバーフェルール６４は第２偏心素子２６にしっかりと取り付けられ、光ファイバはボールレンズ４６から正確な距離にセットされ、光ファイバの軸を第１光学素子１８の軸とうまく位置合せできるように、第１偏心素子１８と第２偏心素子２６における偏心オフセットの組合せが十分に大きい事が望ましい。
【００３５】
第２接着手段
第２接着手段３２は、図７に示すナットを含む、取り付けに使用される、任意の適切な、既知の手段であってよいが、これに限定されるものではない。好ましい実施形態において、および、図１から３と図６を参照すると、ナットは第２偏心素子２６の外径のネジ山と係合し、第２光学素子３０をしっかりと適所にクランプする。さらに、ナットはスプリット部分を有しており、これにより両端にファイバーフェルールを備えたパッチコード上にナットを配置することができる。ナットの外径は、指で握りやすくするように／指で回しやすくするように、きざみ仕上げされている。他の形態では、外面は様々な表面処理を施すことが可能であり、これには、レンチ用のファセット、サンドブラスティングあるいは、ポリマーオーバーレイ材料（たとえば、シリコンラバーなど）が挙げられるが、これらに限定されない。ファイバーフェルールが接着される前にナットが光ファイバーパッチコードに配置されていれば、ナットにはスプリットがなくてもよい。
【００３６】
ベース１０、第１偏心素子１８、および／または第２偏心素子２６を製造するために、様々な材料を用いることができる。強度、長期にわたる安定性、および、タイトな機械的許容誤差に機械加工できる能力に対しては、合金鋼などの金属が好ましい。しかし、これに限らず、セラミック、ガラス充填エポキシ(glass filled epoxy)、プラスチック、および、アルミや真ちゅうなどの、より軟質な金属合金などの他の材料を使用することもできる。さらに、コンポーネントの製造コストは、鋳造(molding)およびＣＮＣ技術などの大量の低コストの製造方法を用いることで、低く抑えることができる。
【００３７】
システム１００の適切な位置合せにより、第１光学素子１４からの最大量の光がボールレンズ４６を通って、第２光学素子３０に結合される。
【００３８】
位置合せシステムの概念的基礎
システム１００において与えられる高精度な位置合せを可能とするように、偏心素子のペアがどのようにして協働するのかについて理解するには、１自由度だけを用いて概念的システムの限度を試験することが役立つ。図８、９に、２つのラミナー層(laminar layers)、ベース層(Base Layer)および層Ａ(Layer A)を備えたシステムを示す。明確を期するためにこれらの層は分離して示されているが、実際には同一平面上にあるものと考えることができる。ベース層上にはターゲットＡ（ポイントＴ）が存在する。層Ａ上には、円として示すような任意の形状、形状Ａ(Shape A)が存在する。形状Ａは回転中心部（形状Ａの中心部においてＸａと示すような）を有する。形状Ａのある場所にはポイントＡが存在する。このポイントはポイントＸａとは一致しない。ポイントＡをポイントＴと位置合せすることが望まれる。許容された自由度により、形状Ａは、ポイントＸａの周囲を幾分かの角度ｑＡ回転可能である。ｑＡを３６０度掃引すると、ポイントＸａを中心とし、ポイントＸａからポイントＡまでの距離が半径ＲＡに等しい円の周囲を画定する、取りうる点の位置の軌跡を有するパス上のポイントＡを掃引することになる。ポイントＴがポイントＡによって掃引されたパス上に到達すれば(land on)、システムは位置合せされる。そうでなければ、図１０に示すように、位置合せを完了するために別の自由度が必要となる。ポイントＡがポイントＸａと一致すれば、取りうる点の位置の軌跡は、円から単一の点へと縮退し、ポイントＡの位置は回転形状Ａによって調整されない。
【００３９】
システム１００によって所有される同じ２つの自由度を備えた概念システムを図１０乃至１３に示す。このシステム１００は３つの層、ベース層、層Ａおよび層Ｂから構成されるものと考えることができる。明確を期するためにこれらの層は分離して示されているが、実際には同一平面上にあるものと考えることができる。ベース層はターゲット（ポイントＴ）を有し、層Ａは回転中心部Ｘａ（形状Ａの中心部において示す）を有する任意の形状、形状Ａ（円として示す）を有することができる。層ＡはポイントＡを有する。このポイントは、上述した理由と同じ理由でポイントＸａとは一致しない。さらに、第３の層、層Ｂは、任意の形状、層Ｂ（同様に円として示す）を有する。形状Ｂのある場所にはポイントＢが存在し、このポイントをポイントＴと位置合せすることが望まれる。シェイプＢは回転中心部Ｘｂ（形状Ｂの中心部において示す）を有しており、この中心部は、上述した理由と同じ理由でポイントＢとは一致しない。形状Ｂは形状Ａに取り付けられているので、ポイントＸｂを通る形状Ｂの回転軸は、ポイントＡを通らなければならないという更なる制約がある。これは、形状Ａが回転すれば、ポイントＸｂはポイントＡに従うことになることを意味する。しかし、形状ＢはポイントＸｂの周りを自由に独立して回転する。
【００４０】
図１０、１１に示すように、形状ＡがポイントＸａの周りを回転するときに、ポイントＡは、ポイントＸａを中心とし、ポイントＸａからポイントＡまでの距離に等しいＲＡを有する円によって定義されるパス上に位置することになる。ポイントＡのいずれの位置に対しても、形状Ｂを回転させることでポイントＢは、Ｘｂを中心とし、ＸｂからポイントＢまでの距離に等しい半径を有する円の周囲によって定義されるバス上に位置する。したがって、ポイントＢの取りうる点の位置の完全な軌跡は、形状Ａの回転によって生成されるポイントＡのすべての取りうる点の位置に対して、形状Ｂの回転によって生成されるすべての取りうる点の位置を通してポイントＢを掃引することで生成することができる。
【００４１】
図１２、１３に示しているように、結果として生じるポイントＢの最終的な点の位置は、ＲＡおよびＲＢのベクトル加法を用いて予測することができる。ポイントＢの取りうる点の位置の軌跡の範囲は、Ａ＃およびＢ＃で示しているように、ポイントＡとポイントＢとが一線上に位置するときに最大となる。次に、ポイントＢの取りうる点の位置の軌跡は、ポイントＸａを中心とし、半径がＲＬＯＣＵＳ＝ＲＡ＋ＲＢの影のついた領域として示される。ポイントＢが回転中心部、ポイントＸａに対してどれほど近接しているかを予測するいくつかの特別な条件がある。ＲＡ＝ＲＢの場合、ポイントＢはポイントＸａにちょうど一致して配置することができる。これを、Ａ＊とＢ＊とを接続するベクトルのベクトル減算として示す。この配置により、ベクトルの長さはゼロになる。図示しているように、ＲＡ＞ＲＢの場合、ポイントＸａを中心とし、半径ＲＭｉｓｓｉｎｇ＝ＲＡ−ＲＢで、ポイントＢが到達することのできない点の位置の軌跡を画定する中心ゾーンが存在する。しかし、ＲＡ＜ＲＢの場合、ポイントｂはポイントＡを越してポイントＸａの反対側に実効的に位置決めされることから、中心のミッシングゾーン(central missing zone)は存在しない。このことは、ポイントＡおよびポイントＢに対しては、各々の位置を軌跡ゾーンにおいて指定する少なくとも１つの位置の組合せがあるが、多くの位置に対しては、うまく位置合せすることのできるポイントＡおよびポイントＢの冗長的な組合せがあることを意味する。
【００４２】
これまでの例は、本発明によって提供される２つの回転軸が２つの同一平面にあるポイントを位置合せするために求められる２つの自由度を概念的にどのように提供するかを示すものである。光学コンポーネントを位置合せするときに、多くの場合、様々なコンポーネントの光軸を位置合せしなければならない点に留意されたい。図１０、１１に、一連のコンポーネントの光軸を位置合せ可能とするために使用される本発明の、必ずしも同一平面上にある必要のないレイヤを示す。図１０、１１に示す概念を、以下のような方法で図１乃至７に示すシステムにおいて直接的に表される。
・ベース１０はベース層によって表される。
・第１偏心素子１８は層Ａによって表される。
・第２偏心素子２６は層Ｂによって表される。
・第１光学素子１４の光軸は、ターゲットポイントＴを通る軸に等しい。
・ベース１０と係合する第２貫通孔２０部分の中心軸は、ポイントＸａによって表される。
・第２偏心素子２６と係合する第２貫通孔２０部分のオフセット中心軸は、ポイントＡによって表される。
・第１偏心素子１８と係合する第２偏心素子２６部分の中心軸は、ポイントＸｂによって表される。
および、
・光ファイバのオフセット中心軸は、ポイントＢを通る軸によって表される。
したがって、まさに第２偏心素子２６と第１偏心素子１８間の回転調整と結合された第１偏心素子１８とベース１０間の回転調整があることで、システム１００を使用して、光ファイバの光軸を第１光学素子１４の光軸と位置合せすることができる。第２偏心素子２６の２つの軸間の偏心的オフセット量と組み合わせられる第１偏心素子１８の２つの軸間の偏心オフセット量によって、システム１００が調整可能な範囲が決定される。
【００４３】
位置合せシステムの動作
上述したシステム１００を位置合せする数多くの技術がある。たとえば、好ましいプロセスは、第２取付手段がしっかりとロックされ、第１取付手段２４に非常に軽いクランプ圧だけがかけられた状態でシステム１００を堅く取り付けるステップから開始する。光ファイバのもう一方の端部は露出計に取り付けられ、第１光学素子１４の電源が入れられる。第２取付手段３２は、一方の手のペアの指で握られ、第１偏心素子１８はもう一方の手で握られる。第２取付手段３２は、偏心アセンブリ２２が回転しないように保持され、第１偏心素子１８は、光ファイバを通じて最大出力に達するまで回転される。次に、第１偏心素子１８は、回転しない状態で保持され、一方で、第２取付手段３２は、光ファイバを通じて新たな最大出力に達するまで偏心アセンブリ２２が回転される。この点から、常に、光ファイバを介して出力を増加させる方向に、まず偏心素子（１８あるいは２６）の一方に対して非常に細かな回転調整がなされ、次に、もう一方の偏心素子（１８あるいは２６）に対して調整がなされる。これにより、オペレータは位置合せを実現することができ、これにより、非常に簡素な装置を用いて、非常に短い期間で、光ファイバを通じて出力量を最大にすることができる。最適な位置合せを実現すると、この位置合せは第１取付手段２４によって（つまり、クランプワッシャによってボルトを回転させることで）ロックされる。
【００４４】
本発明の他の実施形態
さらに、本発明は、３以上の一連のコンポーネントを位置合せするために使用することができる。たとえば、図１４を参照すると、本発明は２つの光ファイバ（２０２、２０４）がその間にボールレンズ２０６を配置した状態にある別の位置合せシステム２００を提供する。ボールレンズ２０６はベース２０８に取り付けられており、光アセンブリ２１０は、光ファイバ（２０２、２０４）を位置合せするように、ベース２０８の各端部に取り付けられている。光アセンブリ２１０は、第１光学素子１４がないという点を除いて、上述したシステム１００と同じやり方で構成される。
【００４５】
本発明の範囲を維持しつつ、当業者であれば変更可能であった本発明の別の態様がある。１つの可能な変更として、回転動作のために使用される同心係合面(concentric engagement surfaces)の種類を変更することが挙げられる。たとえば、図１乃至３に示したシステム１００では、第１偏心素子１８のリップ部３８は、ベース１０の高くしたカラー部１６上に設けられる。この設計に対する別の可能な形態としては、第１偏心素子１８がベース１０の第１貫通孔１２に圧入するノーズ部を含むようにすることである。これにより、上記に示したシステム１００とさほど変わらない形式で同様の位置合せメカニズムを実現することになるが、それでも本発明の範囲内である。
【００４６】
本発明の範囲を維持しつつ、別の係合面もまた同様の形式で交換することが可能である。別の例として、第１偏心素子１８の内側でなくて外側に第２偏心素子２６が係合するように、システム１００を変更することである。このようにすることで、図１から３に示す好ましい実施形態と同様に機能することが可能である。具体的には、代わりにボールレンズ４６をベース１０に取り付けるように、ベース１０が変更する。
【００４７】
本発明はさらに、コンポーネントの光軸が完全に平行でないときにも有益である。ボールレンズ４６が、システム１００の第２光学素子３０の軸に対してわずかに中心から外れていれば、ボールレンズ４６の外からの新たな光軸は、第１光学素子１４の軸に対して正確に平行ではない。しかし、本発明はそれでも、第１光学素子１４からの最大出力が、第２光学素子３０に結合することができるように、コンポーネントを位置合せすることができる。このような能力は、光学パスへの後方反射を最小に抑えるために、１以上の素子がわずかに触れ合う状態(in a tipped fashion)で慎重に取り付けられる位置合せシステムに利用することが可能である。
【００４８】
上述した好ましい実施形態とは異なる順序で同じ素子が利用されても、あるいは、別の素子が利用されても、本発明の範囲内である。たとえば、第２光学素子３０はベース１０にしっかりと取り付けることが可能であり、第１光学素子１４の位置は、第２偏心素子２６において第１光学素子１４を取り付けることで調整することが可能である。あるいは、図１から３に示すレーザダイオードではなく、検出器が第１光学素子１４であってもよく、これにより、光ファイバカプラアセンブリへのレーザではなく、ファイバ光受信アセンブリを生成する。これまでに示した他の形態のコンポーネントあるいはアレンジメントの長いリストはすべて、本発明を利用できる様々なアプリケーションの例である。
【００４９】
さらに、システム１００のコンポーネントのいくつかは、本発明の範囲を維持しながら変更することが可能である。たとえば、第２偏心素子２６は、レンチを取り付けるために、第１偏心素子１８に設けたファセットと同様のファセットを設けることが可能である。これにより、オペレータは、アセンブリを位置合せするために、指ではなくペアのレンチを使用することが可能となる。ある特定の場合では、システム１００のコンポーネントのいくつかは、本発明の範囲を維持しながら省くことが可能である。上述のように、外部の位置合せ装置が使用され、第１接着手段２４としてコンポーネントを一緒にロックするために、接着あるいは溶接プロセスが使用されれば、第１取付手段２４としての役割を果たすクランプワッシャなしにシステム１００を構築することが可能である。さらに、第２光学素子３０が構築された第２偏心素子２６を生成することにより、全体の偏心アセンブリ２２の役割を果たす単一のコンポーネントを形成することも可能である。さらに、位置合せおよびロックダウンプロセスを実行するために、機械の使用要件と互換性があるようにコンポーネントの構造を変更することも可能である。これらのすべての変更は、それでも明らかに本発明の範囲内である。
【００５０】
本発明の応用
本発明は、多くのタイプのコンポーネントを一緒に位置合せおよび取り付ける、広範囲にわたる様々な応用に使用できる。多重モードの光ファイバを図１に示すレーザダイオードに位置合せすることに加えて、本発明はさらに、単一モードの光ファイバをレーザダイオードで、光ファイバを光ファイバで位置合せするために使用することができる。本発明の別の実施形態は、多くのその他の一般的な光学および機械的位置合せの応用で使用することができる。本発明はさらに、ＬＥＤ、レーザ、電球、レンズ、センサ、ホログラフィック光学素子、回折光学素子、アパーチャなどの他の光学素子を位置合せする、および／または取り付けるために使用することができる。加えて、多くの様々なタイプの検出器が、直線アレイ、エリアアレイ、位置敏感検出器、単一素子検出器などの光学システムとの位置合せを要求し得ることがある。本発明は、たとえば、ファイバをレンズと、ファイバをセンサと、レンズをセンサと位置合せするといった多くの様々な光学アセンブリにおいて実用性がある。
【００５１】
さらに、本発明の実用性は光学分野に限定されない。機械学の分野においては、本発明を用いてコンポーネントを位置合せできるさらなる例示的な状況を提供する。たとえば、シャフトエンコーダが回転シャフトと結合されているときに、２つのコンポーネント間の軸のずれにより、周期的な読み取りエラー(cyclic reading error)が生じる。本発明は、エンコーダをシャフトと精密に位置合せし、次にこの２つをしっかりとロックするために使用することが可能である。
【００５２】
結論
上記に詳述した使用可能性は、先行技術の記録よりも新しいものと考えられ、さらに、本発明の最良の実施形態の少なくとも１つの態様のオペレーションにとって、また、上述の目的を達成するために欠かせないものである。本実施形態を説明するために本明細書で使用した用語は、それらの用語が一般的に定義される意味だけではなく、本明細書中の特定の定義；構造、材料あるいは一般的に定義される意味の範囲を越えた動作を含むものとする。したがって、本明細書に関連して、一要素が１以上の意味を含むものと理解され得るならば、その用法は、明細書によって、および、要素を説明する１つあるいは複数の作業によってサポートされるすべての可能な意味に対して一般的であるものと理解されなければならない。
【００５３】
本明細書に記載した発明の実施形態、およびこれに関連する本明細書には記載していない実施形態の用語あるいは要素の定義は、したがって、本明細書においては、実際に説明されている要素の組合せだけではなく、すべての等価の構造、材料あるいは、実質的に同様の結果を得るために実質的に同じやり方で実質的に同じ機能を実行するために動作を含むものとする。したがって、この意味において、本発明およびその様々な実施形態における要素の任意の１つに対して２以上の要素によって等価に置換えてもよく、あるいは、請求項において２以上の要素に対して単一の要素によって置換えてもよいことが検討される。
【００５４】
これまでに見てきた、現在知られているあるいは後に考案された請求された主題からの、当業者による変更は、本発明の範囲とその様々な実施形態の範囲において等価であると明確に検討される。したがって、当業者によって現在知られている、あるいは後に知られた明らかな置換は、定義された要素の範囲内であると定義される。よって、本発明とその様々な実施形態は、上記に具体的に例示され、記載されたもの、概念的に均等なもの、明らかに置換されるもの、および、本発明の本質となるアイディアを基本的に組み込むものを含むものと理解される。本発明を少なくとも１つの好ましい実施形態とともに記載してきたが、本発明はこれに限定されないことは当業者にとって明らかに理解される。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項とともにのみ解釈されるものであり、さらに、発明者達が請求された主題が発明であると信じることが明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の原理に従う光位置合せシステムの例示的実施形態の斜視図。
【図２】図１に示す光位置合せシステムの断面図。
【図３】図１に示す光位置合せシステムの別の断面図。
【図４】図１に示すベースの断面図。
【図５】図１に示す第１偏心素子の断面図。
【図６】図１に示す偏心アセンブリの断面図。
【図７】図１に示す第２偏心素子の断面図。
【図８】１自由度を備えた本発明の原理に従う概念的システムの等角図。
【図９】図８に示す概念的システムの上面図。
【図１０】２自由度を備えた本発明の原理に従う別の概念的システムの等角図。
【図１１】図１０に示す概念的システムの上面図。
【図１２】図１０に示す概念的システムの上面図。
【図１３】図１０に示す概念的システムの上面図。
【図１４】本発明の原理に従う光学位置合せシステムの別の例示的実施形態の断面図。
【関連出願の表示】
【０００１】
本願は、２００６年１０月１６日付申請の米国特許出願第１１／５４９，７０２とともに、２００５年１０月２５日付申請の米国仮特許出願第６０／７２９，６２６、発明の名称“Alignment System and Method”の利益を主張するものであり、これらはすべての目的において参照のために本願に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一連のコンポーネントを位置合せし、それらを位置合せした状態に保持するメカニズムに関する。具体的には、本発明は、光ファイバとレーザダイオード間、２つの光ファイバ間の安定した位置合せなど、少なくとも２つの光学コンポーネントの軸を位置合せするシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光ファイバをレーザダイオードで位置合せする一般的な方法においては、一方でレーザダイオードを受け入れ、他方で光ファイバフェルールを受け入れる特大ホールを備えた１つのベースユニットを使用する。ファイバフェルールは多くの場合、クランプ、接着、溶接などの方法でベースに取り付けられる。位置合せは多くの場合、適切な位置合せ条件が満たされるまで、レーザダイオードを、多くの場合ＸＹ走査動作で特大ホールの周りに移動させることで実現される。次に、レーザダイオードは、接着、はんだ、レーザ溶接などの技術により適切な位置に取り付けられる。
【０００４】
別のバリエーションにおいては、位置合せはまずレーザダイオードを適切な位置に取り付けることで実現され、ファイバ位置は、適切な位置合せが得られるまで変えられる。ファイバを支援し、接合／取り付けステップの助力となるように表面積を増加すべく、様々なスリーブを用いることができる。いくつかの用途では、ベアファイバは、マイクロポジショニング装置(micro-positioning equipment)を用いてベアレーザダイオードで位置合せされ、その後、少量のはんだがレーザで溶解され、冷却および硬化され、精密に位置合せされた状態でファイバが固定される。
【０００５】
従来技術のほとんどが永続的なものである。このことは、このような従来技術による取付けを解体しようとすると、コンポーネントの一部に回復不能な損傷が生じることを意味する。さらに、このような従来技術は、位置合せプロシージャを実行するために、高額で非常に精密なポジショニング器具と装置とを要求することが多い。最後に、従来技術の多くは、うまく位置合せされたアセンブリを製造することができるが、これらは多くの場合で、溶接あるいは接合コンポーネントの物理的な重なり合いが制限されていることから、強度に制限があることが難点である。位置合せされたアセンブリにおいてコンポーネントを一緒に接合するために、一般的に接着剤が使用される。しかし、硬化において、ガス放出によってコンポーネントに損傷を与えるおそれがあり、また、多くの接着剤は硬化のときに縮んでしまう。これにより、高精度な位置合せが損なわれるおそれがある。さらに、接着剤は、耐久性において潜在的な課題をかかえている。湿度と温度の影響で、膨張、クリーピング、あるいは強度が損失するおそれがあり、これにより接合が失われるか、位置合せが損なわれてしまう。接合方法として溶接を用いることで、接着に関するいくつかの問題点を回避することができるが、コンポーネントを危険なまでに加熱することになり、この結果、損傷が生じないようにするために、複雑で、時として長いプロシージャが必要になる。溶接は、単一モードのファイバの位置合せなどの、非常に高精度な用途との互換性があまりよくない。その理由は、溶接処理における熱が、精密な位置合せを損なうのに十分な物理的欠陥を生じさせるおそれがあるからである。接合において用いられるはんだ技術は、接着に関するいくつかの問題点を回避することができるものの、同時に、溶融はんだが冷却し固まるのに要する相対的に長い時間に関連付けられる欠陥に悩まされる。高精度の位置合せは、はんだ冷却処理においてドリフトする、または偏向される可能性がある。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、従来の位置合せ技術に関連付けられる上述の不利な点を克服する。本発明は、安定したアセンブリが可能でありながら、再処理、試験、あるいはアップグレードのために取り除くことが可能なネジなどの物理的クランプ技術でアセンブルされる独特の能力を有する。一般的には、位置合せプロシージャを実行するために、高額で非常に精密なポジショニング器具および装置は必要ではない。本発明は、溶接あるいは接合されたコンポーネントの限定的な物理的重なり合いを必要としないので、これらに関わる問題点は発生しない。代わりに、本発明は、コンポーネントの位置合せを損なわずに永続的なアセンブリを形成するために溶接を使用可能とするように、クリティカルな位置合せ構造から十分に離れた有用な接合場所を提供するとともに、機械的なクランプオプションを与える。機械的剛性およびコンポーネントの物理的な重なり合いが多いことで、機械的ドリフトの問題なしにはんだを冷却することができ、また、より堅牢な物理的アセンブリを生成することができる。
【０００７】
本発明は、位置合せシステムであって、該システムは、第１光学素子を受け入れる構造を有するベースと、第２光学素子を受け入れ、第２接着手段を介して第２光学素子に取り付けられた構造を有する第２偏心素子を備えた偏心アセンブリを受け入れる貫通孔を有する第１偏心素子とを含み、第１偏心素子は第１取付手段を介してベースと係合しており、第１光学素子の光軸と第２光学素子の光軸との位置合せは、偏心素子のうちの少なくとも１つをベースに対して回転させて調整することで達成される。
【０００８】
さらに、本発明は、位置合せシステムであって、該システムは、第１光学素子を受け入れる第１貫通孔を有するベースと、第２光学素子を受け入れ、第２取付手段を介して第２光学素子に取り付けられる第３貫通孔を有する第２偏心素子を備えた偏心アセンブリを受け入れる第２貫通孔を有する第１偏心素子とを含み、第１偏心素子は第１取付手段を介してベースと係合しており、第１光学素子の光軸と第２光学素子の光軸との位置合せは、偏心素子の少なくとも１つをベースに対して回転させて調整することで実現される。
【０００９】
システムのコンポーネントが位置合せされると、システム１００はすべてのコンポーネントを位置合せされた場所にしっかりとロックする能力を与え、この結果、アセンブリが長期にわたって安定し固定された状態になる。このタイプのアセンブリは、ファイバ光素子で位置合せされたレーザダイオードを使用する場合に、商業的にピグテールアセンブリと呼ばれることが多い。第１取付手段をベースに固定する、あるいはクランプダウンすることで、ロック能力が与えられる。さらに、このクランプ動作により、第１偏心素子における構造が第２偏心素子の構造としっかり係合し、これにより、すべてのコンポーネントが適所に固定される。
【００１０】
本発明の目的は、一連のオブジェクトをサブミクロン精度で位置合せすることである。しかし、本発明は、サブミクロン精度を要求しない一連のオブジェクトを位置合せするためにも使用することができる。
【００１１】
本発明の別の目的は、物理的な衝撃が生じる場合や手荒に扱う場合であってもコンポーネント間に物理的に強い位置合せを提供することである。
【００１２】
本発明の更なる目的は、広範囲におよぶ環境条件にわたって、具体的には、温度範囲にわたって維持することのできる安定した位置合せを提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、位置合せに必要な時間を短縮することである。
【００１４】
本発明の更なる目的は、オペレータが、簡単ですぐに利用できる装置（たとえば、指、レンチなど）を使用して、位置合せを調整できるようにすることである。
【００１５】
本発明の別の目的は、簡単な自動化装置によって、位置合せプロシージャを完了できるようにすることである。
【００１６】
本発明のその他の特徴および利点は、一例として、本発明の可能な実施形態の少なくとも１つの原理を例示している添付の図面とあわせて以下のさらに詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付の図面は、本発明の最良の実施形態の少なくとも１つを示す。図面は少なくとも１つの好ましい最良の実施形態を例示しており、そのような形態を以下にさらに詳細に記載する。当業者であれば、本願の精神および範囲から逸れることなく、本発明を変更および修正することができる。したがって、例示の実施形態は、単に例示目的で説明されており、以下に定義される発明を限定するものではない。
【００１８】
配列システム
図１乃至７を参照すると、本発明は以下のコンポーネント、つまり、第１光学素子１４を受け入れる構造（たとえば、図１乃至７に示すような第１スルーホール１２）を有するベース１０と、偏心アセンブリ２２を受け入れる第２スルーホール２０を備え、第１取付手段２４を介してベース１０と係合する第１偏心素子１８とを備えた位置合せシステム１００を提供する。偏心アセンブリ２２は、第２光学素子３０を受け入れ、第２取付手段３２を介して第２光学素子３０に取り付けられる構造（たとえば、図１乃至７に示すような第３スルーホール）を備えた第２偏心素子２６を備える。第１光学素子１４の光軸と第２光学素子３０の光軸との位置合せは、偏心素子（１８、２６）のうちの少なくとも１つをベース１０に対して回転させて調整することで実現される。位置合せが終わると、この調整された位置は第１取付手段２４を用いて固定することができる。以下に、システム１００の構成要素をより詳細に記載する。
【００１９】
第１光学素子
第１光学素子１４は、任意の、既知の光学素子であってよい。そのような素子としては、たとえば、レーザダイオード、光ファイバ、ＬＥＤ、ミラー、光センサーチップ、ホログラフィック光学素子などが挙げられる。図１乃至３では、第１光学素子１４としてレーザダイオードを示す。
【００２０】
ベース
ベース１０は、システム１００のアセンブリ全体の硬い土台（プラットホーム）としての役割を果たす。一般的には、ベースは、ベースを他の構造的コンポーネントへ取り付けることが可能な構造を備えることができる。このような構造としては、締め付け用フランジ、ボルトが通過可能な貫通孔、あるいは、ボルトを受け入れるネジ穴が挙げられるが、これらに限定されない。図２乃至４を参照すると、ベース１０は、適切に既知の構造（たとえば、図２乃至４に示す第１貫通孔１２、ポケット、正孔など）を、第１光学素子１４を受け入れる一方の側に有する。このような構造（たとえば、貫通孔１２）により、第１光学素子１４からの光がシステム１００内のその他のコンポーネントとやりとりできるようになる。
【００２１】
この第１光学素子１４をクランプ、ボルト、はんだ付け、溶接あるいは接着などを含む技術によってベース１０に取り付ける必要があるが、これらの技術に限定されるものではない。ベース１０には、第１光学素子１４の取り付けを支援する構造、たとえば、接着剤を注入するための穴、接着剤で接合する際に助力となる粗面、あるいは、ボルトをクランプするためのネジ穴などを備えることができるが、これらに限定されるものではない。図２乃至４を参照すると、第１光学素子１４からのベース１０のもう一方の側に、高くしたカラー部(collar)１６が設けられるのが好ましい。この高くしたカラー部１６の外径は、第１偏心素子１８と係合する構造である。好ましくは、各種構造の許容誤差は、第１光学素子１４の光軸を確実に高くしたカラー部１６の外面の軸の約０．１００ｍｍ内に取り付けることができるように十分タイトなものとしなければならない。第１偏心素子１８と第２偏心素子における偏心度を調整することで許容誤差がよりルーズになるように設計することが可能である。
【００２２】
好ましくは、ベース１０はさらに、第１接着手段２４と係合し、ベース１０に第１偏心エレメント１８をしっかりとクランプするか取り付ける役割を果たす構造を備える。好ましくは、ベース１０は、取付手段２４がベース１０と、その外部エッジにおいて係合し、さらに、第１偏心素子１８が内部エッジにおいて係合し、その間の領域が支持されていない状態にすることができる、高くした外部リップ部１１を備える。ベース１０は、取付手段２４が、クランプ、ボルト締め、はんだ付け、溶接あるいは接着剤を含む技術を用いてしっかりと取り付けられる構造を備えるのが好ましいが、これに限定されるものではない。取付手段２４にクランプ圧をかけ、これにより第１偏心素子１８をしっかりとクランプするように、取付手段２４を貫通するボルトを使用することができるよう、ネジ穴（つまり、貫通孔）が設けられるのが好ましい。
【００２３】
ある特定の第１光学素子１４は温度制御を必要とし得ることに留意されたい。したがって、好ましくは、ベース１０は、温度センサを取り付けるための穴などのフィーチャを備え得る。さらに、電子冷却器（thermo-electric cooler）などの冷却あるいは加熱メカニズムに効率的に結合することができる、大きなフラットファセットなどの取付構造を設けることが好ましい。温度制御が所望される場合は、熱伝導性の高い、温度の安定した材料を使用してベース１０を構築することが好ましい。
【００２４】
第１接取付手段
取付手段２４は、ベース１０と第１偏心素子１８の両方に係合する。図１乃至３に示す好適な実施形態では、２つの貫通孔３４を備えたクランプワッシャが取付手段２４の一部となる。この貫通孔３４は、クランプボルトがクランプワッシャを通ってベース１０に入ることができるように設けられる。ボルトが締め付けられるときに、下方への圧力により第１偏心素子１８がしっかりと所定の位置に締め付けられる。クランプ圧を生成しやすくするために、クランプワッシャの外部および内部エッジ間に空洞領域が設けられる。さらなるクランプ圧を与え、その内部および外部エッジに沿ってよりよく係合するように、クランプワッシャのわずかなカッピングがわずかなスプリングを形成することが好ましい。さらに、このようなスプリング効果は、位置合せプロセスにおいて有益である。クランプボルトにはわずかに張力がかけられてもよく、これにより、第１偏心素子１８が自由に回転しないように十分なクランプ力が与えられ、それでも、十分な回転力を用いれば、回転させることができる。接着手段２４を形成するために、数多くの様々なタイプの材料を用いることが可能であるが、耐食ばね鋼合金で接着手段を構築することが好ましい。
【００２５】
システム１００の図１、２に示す好ましい実施形態においては、クランプワッシャを取り付けるためにクランプボルト(図示せず)を利用しているが、別の方法を用いて取付手段を完成することができ、たとえば、接着剤、溶接、はんだ付け、および場合によっては、アーバープレスなどのプレス機器や圧入コンポーネントでさえも使用することができる。さらに、クランプワッシャは、外部エッジに沿ってネジ山がつけられ、ベース１０の対応するネジ山と係合することも可能である。次いで、クランプワッシャが回転するときに、クランプワッシャはベース１０側に移動し、第１偏心素子１８にクランプ圧を与える。
【００２６】
位置合せにおいて外部の調整メカニズムを利用する場合、第１取付手段２４として、既知の外部メカニズムを使用することも可能である。コンポーネントを固定するために、溶接、はんだ付け、あるいは接着などの取り付け技術が用いられる間、外部メカニズムは、位置合せされた状態でシステム１００全体を保持し、第１の偏心素子１８にクランプ圧を与えなければならない。
【００２７】
第１偏心素子
図１から３および５を参照すると、第２貫通孔２０を備えた第１偏心素子１８は、ベース１０と偏心アセンブリ２２の双方を機械的に係合する構造を有する。さらに、第１偏心素子１８は、この第１偏心素子１８が第１取付手段２４によってロックされると、偏心アセンブリ２２の位置をロックすることができる構造を有する。以下に詳細に説明しているように、第１偏心素子１８は、位置合せプロセスに必要な回転軸の１つに加えて、所要の偏心オフセットの１つを提供する。この第２貫通孔２０は階段状にされ(ステップがつけられ)、第１セクション３６上に、ベース１０の高くしたカラー部１６の外径と係合する内径を有するのが好ましい。高くしたカラー部１６と第１セクション３６間には十分な機械的な重なり合いがあり、これにより、物理的結合が生成される。許容誤差は、第１偏心素子１８が実質的に横方向に移動（がたつき（rattling））することなく、高くしたカラー部１６上を自由に回転できるものとされている。第１偏心素子１８の一方の端部３７の外面は、第１取付手段２４と係合する構造を提供する、外側に向かうリップ部３８を備える。第１偏心素子１８のもう一方の端部３９の外面４０は、指あるいはレンチでしっかりと握りやすくするように（図１に示すように）平らなファセットを備える。他の形態では、外面４０は、ナーリング(knurling)、サンドブラスティングあるいはポリマーオーバーレイ材料（たとえば、シリコンラバーなど）を含む様々な表面処理を有することが可能であるが、それらに限定されるものではない。第２セクション４２の内径は、偏心アセンブリ２２の外部柱面と係合する。許容誤差は、偏心アセンブリ２２が実質的に横方向に移動しないで自由に回転できるものとなる。第２セクション４２の軸は、第１セクション３６の軸に対して偏心している。この偏心オフセットは、任意の所望の範囲であってよい。この偏心オフセットは、約０．０２５ｍｍから約１ｍｍの範囲であり、より好適には、約０．０５０ｍｍであるのが好ましい。第２貫通孔２０の内面のリップ部４４は、第２セクション４２と同心のセクションを提供し、またその直径は、偏心アセンブリ２２の一方の端部の自由空間(free clearance)を貫通できるものとされる。第１偏心素子１８がその軸に沿いに、ベース１０側に動かされるときに（たとえば、第１の取付手段２４によるクランプ圧によって）、内面のリップ部４４が偏心アセンブリ２２の構造と係合し、これによりクランプ圧が伝送される。クランプ圧がかけられると、物理的許容誤差は、端部３７がベース１０の底部に達する前に、内面のリップ部４４が偏心アセンブリ２２としっかり係合することができるものとされる点に留意されたい。このように、システム１００の全コンポーネントは、単一のクランプメカニズムによってクランプされる。端部３７がベース１０の底部に達してしまった場合、偏心アセンブリ２２はしっかりと取り付けられず、また、機械的に位置合わせされた位置から外れてしまう。
【００２８】
偏心アセンブリ
図１から図３および図６を参照すると、偏心アセンブリ２２は、第２光学素子３０を受け入れ、第２取付手段３２を介して第２光学素子３０に取り付けられる、適切な、既知の構造（たとえば、図１から３および図６に示す第３貫通孔２８、ポケット、キャビティなど）を有する第２偏心素子２６を備える。第２取付手段３２は、図１から３と図６に示すナットなどの、任意の適切な、既知の取付手段であってもよいが、これに限定されない。偏心アセンブリ２２はさらに、第３貫通孔２８内に位置決めされ、リテーニングリングでそこに止められているボールレンズ４６を備えることが好ましい。このボールレンズ４６は、第１光学素子１４から放出される光を集光し、この光を第２光学素子３０に再結像(re-imaging)しやすいように、選択的に備えられる。ボールレンズ４６がある場合、偏心アセンブリ２２の光軸は、この光軸がボールレンズ４６によって屈折された後、第２光学素子３０の光軸によって決定される。ボールレンズ４６がなければ、偏心アセンブリ２２の光軸は、単に第２光学素子によってのみ決定される。しかし、いずれの場合でも、第２取付手段３２が取り付けられると（たとえば、締め付けなど）、全体の偏心アセンブリ２２は、１つの固定された光軸を有することになる。
【００２９】
第２偏心素子
以下に説明するように、第２偏心素子２６は、第１偏心素子１８と第２光学素子３０の両方に機械的に係合する構造を有する。第２偏心素子２６は、位置合せプロセスに必要とされる回転軸の１つの他に、所要の偏心オフセットの１つを提供する。さらに、第２偏心素子２６は、第１偏心素子１８を通じてクランプ圧がかけられるときに、（第２偏心素子が）底部に達してベース１０と係合できる構造を有する。好ましくは、第２偏心素子２６は、第２取付手段３２が第２光学素子３０を所定の位置にしっかりと固定することができる構造を有する。さらに、第２偏心素子２６により、ボールレンズ４６を第３貫通孔２８にしっかりと取り付けることが可能になる。
【００３０】
図２、３および図７を参照すると、第２偏心素子２６の一方の端部は、小径セクションであり、この部分を以下、ノーズ部５０と称する。このノーズ部５０は、ベース１０の第１貫通孔１２に適合する。許容誤差は、位置合せにおける最大の横方向のオフセットが第１貫通孔１２の側面にノーズ部５０を到達させないものとされている。ノーズ部５０は、第１偏心素子１８によってクランプ圧がかけられるときに、ベース１０としっかり係合する。任意に、物理的クランププロセスの安全性を強化する表面摩擦を増加すべく、第２偏心素子２６あるいはベース１０の一方あるいは両方のあわせ面に粗面を設けることができる。ノーズ部５０内の第３貫通孔２８の領域は、ボールレンズ４６を受け入れるのに十分な広い直径を有することが好ましい。さらに、ボールレンズ４６を係合する内部のリップ部５２を形成することができるように、第３貫通孔２８の直径を縮小することが好ましい。第３貫通孔２８に永続的に圧入されるリテーニングリング４８は、ボールレンズ４６のもう一方のサイドに係合し、また、内部のリップ部５２に対してボールレンズをしっかりとクランプする。第２偏心素子２６の外面の第１セクション５４は、第２セクション４２と係合する直径を有する。許容誤差は、第２偏心素子２６が、実質的な横方向のオフセットなしに、第１偏心素子１８内を自由に回転できるものとされている。第１偏心素子１８と第２偏心素子２６との間の係合長さが長いことで、クランプ時に物理的に強く安定したアセンブリを生成しやすくなる。
【００３１】
図２、３および図７に戻ると、第２偏心素子２６のもう一方の端部は、第２貫通孔２０を貫通する小径を有する、縮小されたセクション５６である。この縮小されたセクション５６は、クランプ圧がかけられるときに、内面のリップ部４４としっかりと係合する面を含む。任意に、物理的クランププロセスの安全性を強化する表面摩擦を増加するために、第１偏心素子１８および／あるいは第２偏心素子２６に粗い合わせ面を設けることができる。縮小された部分５６の軸は、第１セクション５４の軸に対して偏心している。この偏心オフセットは、任意の所望の範囲であってよい。この偏心オフセットは、約０．０２５ｍｍから約１ｍｍであり、より好ましくは、０．０５０ｍｍであるのが好ましい。第２偏心素子２６は、第２接着手段３２への取付を支援する構造（たとえば、ネジ山など）を有するのが好ましい。
【００３２】
図６、７を参照すると、第３貫通孔２８は、第２偏心素子２６の中心部を通って延びる。好適な実施形態では、第２貫通孔２８の中心部分５８の軸は、第１部分５４の軸に対して偏心している。この偏心オフセットは任意の範囲であってよい。この第３貫通孔２８の直径は、第２光学素子３０を受け入れることができる大きさとする。好ましくは、第３貫通孔２８（以下、エンドリップ部６０と称する）の直径は、第２光学素子３０のフランジ６２を受け入れるポケットを形成する、わずかに拡大した大きさとする。このリップ部６０は、第２取付手段３２によってクランプ圧がかけられるときに、フランジ６２と係合する面を有する。
【００３３】
第２光学素子
図２、３、および図７を参照すると、第２光学素子３０は、光ファイバ（図示せず）が所定の位置に取り付けられたファイバーフェルールを備えるのが好ましい。しかし、第２光学素子は、任意の適切な、既知の光学素子であってもよく、たとえば、レーザダイオード、光ファイバ、ＬＥＤ、レンズ、ミラー、光学センサーチップ、ホログラフィー光学素子などであってもよい。光学ファイバは、ファイバーフェルール６４の面において研磨される。ファイバーフェルール６４は、第３貫通孔２８に適合する直径を有する長いノーズ部を備える。さらに、ファイバーフェルール６４は、第３貫通孔２８と係合するフランジ６２を備える。フランジ６２は基準面を生成し、これにより、ファイバーフェルール６４は精密に制御された長さにまで研磨されることができる。このようにして、光ファイバの端部６８は、第１光学素子１４からの光を結合する最良の条件を保証するために、ボールレンズ４６からの正確な距離を定めることができる。
【００３４】
選択的に、ファイバーフェルール６４は、任意の規格の商業品種であってもよく、たとえば、ＳＴ、ＦＣ、ＳＭＡ、あるいは、カスタムフォームファクタ（custom form factor）でさえも可能であるが、これらに限定されない。ファイバーフェルール６４は第２偏心素子２６にしっかりと取り付けられ、光ファイバはボールレンズ４６から正確な距離にセットされ、光ファイバの軸を第１光学素子１８の軸とうまく位置合せできるように、第１偏心素子１８と第２偏心素子２６における偏心オフセットの組合せが十分に大きい事が望ましい。
【００３５】
第２接着手段
第２接着手段３２は、図７に示すナットを含む、取り付けに使用される、任意の適切な、既知の手段であってよいが、これに限定されるものではない。好ましい実施形態において、および、図１から３と図６を参照すると、ナットは第２偏心素子２６の外径のネジ山と係合し、第２光学素子３０をしっかりと適所にクランプする。さらに、ナットはスプリット部分を有しており、これにより両端にファイバーフェルールを備えたパッチコード上にナットを配置することができる。ナットの外径は、指で握りやすくするように／指で回しやすくするように、きざみ仕上げされている。他の形態では、外面は様々な表面処理を施すことが可能であり、これには、レンチ用のファセット、サンドブラスティングあるいは、ポリマーオーバーレイ材料（たとえば、シリコンラバーなど）が挙げられるが、これらに限定されない。ファイバーフェルールが接着される前にナットが光ファイバーパッチコードに配置されていれば、ナットにはスプリットがなくてもよい。
【００３６】
ベース１０、第１偏心素子１８、および／または第２偏心素子２６を製造するために、様々な材料を用いることができる。強度、長期にわたる安定性、および、タイトな機械的許容誤差に機械加工できる能力に対しては、合金鋼などの金属が好ましい。しかし、これに限らず、セラミック、ガラス充填エポキシ(glass filled epoxy)、プラスチック、および、アルミや真ちゅうなどの、より軟質な金属合金などの他の材料を使用することもできる。さらに、コンポーネントの製造コストは、鋳造(molding)およびＣＮＣ技術などの大量の低コストの製造方法を用いることで、低く抑えることができる。
【００３７】
システム１００の適切な位置合せにより、第１光学素子１４からの最大量の光がボールレンズ４６を通って、第２光学素子３０に結合される。
【００３８】
位置合せシステムの概念的基礎
システム１００において与えられる高精度な位置合せを可能とするように、偏心素子のペアがどのようにして協働するのかについて理解するには、１自由度だけを用いて概念的システムの限度を試験することが役立つ。図８、９に、２つのラミナー層(laminar layers)、ベース層(Base Layer)および層Ａ(Layer A)を備えたシステムを示す。明確を期するためにこれらの層は分離して示されているが、実際には同一平面上にあるものと考えることができる。ベース層上にはターゲットＡ（ポイントＴ）が存在する。層Ａ上には、円として示すような任意の形状、形状Ａ(Shape A)が存在する。形状Ａは回転中心部（形状Ａの中心部においてＸａと示すような）を有する。形状Ａのある場所にはポイントＡが存在する。このポイントはポイントＸａとは一致しない。ポイントＡをポイントＴと位置合せすることが望まれる。許容された自由度により、形状Ａは、ポイントＸａの周囲を幾分かの角度ｑＡ回転可能である。ｑＡを３６０度掃引すると、ポイントＸａを中心とし、ポイントＸａからポイントＡまでの距離が半径ＲＡに等しい円の周囲を画定する、取りうる点の位置の軌跡を有するパス上のポイントＡを掃引することになる。ポイントＴがポイントＡによって掃引されたパス上に到達すれば(land on)、システムは位置合せされる。そうでなければ、図１０に示すように、位置合せを完了するために別の自由度が必要となる。ポイントＡがポイントＸａと一致すれば、取りうる点の位置の軌跡は、円から単一の点へと縮退し、ポイントＡの位置は回転形状Ａによって調整されない。
【００３９】
システム１００によって所有される同じ２つの自由度を備えた概念システムを図１０乃至１３に示す。このシステム１００は３つの層、ベース層、層Ａおよび層Ｂから構成されるものと考えることができる。明確を期するためにこれらの層は分離して示されているが、実際には同一平面上にあるものと考えることができる。ベース層はターゲット（ポイントＴ）を有し、層Ａは回転中心部Ｘａ（形状Ａの中心部において示す）を有する任意の形状、形状Ａ（円として示す）を有することができる。層ＡはポイントＡを有する。このポイントは、上述した理由と同じ理由でポイントＸａとは一致しない。さらに、第３の層、層Ｂは、任意の形状、層Ｂ（同様に円として示す）を有する。形状Ｂのある場所にはポイントＢが存在し、このポイントをポイントＴと位置合せすることが望まれる。シェイプＢは回転中心部Ｘｂ（形状Ｂの中心部において示す）を有しており、この中心部は、上述した理由と同じ理由でポイントＢとは一致しない。形状Ｂは形状Ａに取り付けられているので、ポイントＸｂを通る形状Ｂの回転軸は、ポイントＡを通らなければならないという更なる制約がある。これは、形状Ａが回転すれば、ポイントＸｂはポイントＡに従うことになることを意味する。しかし、形状ＢはポイントＸｂの周りを自由に独立して回転する。
【００４０】
図１０、１１に示すように、形状ＡがポイントＸａの周りを回転するときに、ポイントＡは、ポイントＸａを中心とし、ポイントＸａからポイントＡまでの距離に等しいＲＡを有する円によって定義されるパス上に位置することになる。ポイントＡのいずれの位置に対しても、形状Ｂを回転させることでポイントＢは、Ｘｂを中心とし、ＸｂからポイントＢまでの距離に等しい半径を有する円の周囲によって定義されるバス上に位置する。したがって、ポイントＢの取りうる点の位置の完全な軌跡は、形状Ａの回転によって生成されるポイントＡのすべての取りうる点の位置に対して、形状Ｂの回転によって生成されるすべての取りうる点の位置を通してポイントＢを掃引することで生成することができる。
【００４１】
図１２、１３に示しているように、結果として生じるポイントＢの最終的な点の位置は、ＲＡおよびＲＢのベクトル加法を用いて予測することができる。ポイントＢの取りうる点の位置の軌跡の範囲は、Ａ＃およびＢ＃で示しているように、ポイントＡとポイントＢとが一線上に位置するときに最大となる。次に、ポイントＢの取りうる点の位置の軌跡は、ポイントＸａを中心とし、半径がＲＬＯＣＵＳ＝ＲＡ＋ＲＢの影のついた領域として示される。ポイントＢが回転中心部、ポイントＸａに対してどれほど近接しているかを予測するいくつかの特別な条件がある。ＲＡ＝ＲＢの場合、ポイントＢはポイントＸａにちょうど一致して配置することができる。これを、Ａ＊とＢ＊とを接続するベクトルのベクトル減算として示す。この配置により、ベクトルの長さはゼロになる。図示しているように、ＲＡ＞ＲＢの場合、ポイントＸａを中心とし、半径ＲＭｉｓｓｉｎｇ＝ＲＡ−ＲＢで、ポイントＢが到達することのできない点の位置の軌跡を画定する中心ゾーンが存在する。しかし、ＲＡ＜ＲＢの場合、ポイントｂはポイントＡを越してポイントＸａの反対側に実効的に位置決めされることから、中心のミッシングゾーン(central missing zone)は存在しない。このことは、ポイントＡおよびポイントＢに対しては、各々の位置を軌跡ゾーンにおいて指定する少なくとも１つの位置の組合せがあるが、多くの位置に対しては、うまく位置合せすることのできるポイントＡおよびポイントＢの冗長的な組合せがあることを意味する。
【００４２】
これまでの例は、本発明によって提供される２つの回転軸が２つの同一平面にあるポイントを位置合せするために求められる２つの自由度を概念的にどのように提供するかを示すものである。光学コンポーネントを位置合せするときに、多くの場合、様々なコンポーネントの光軸を位置合せしなければならない点に留意されたい。図１０、１１に、一連のコンポーネントの光軸を位置合せ可能とするために使用される本発明の、必ずしも同一平面上にある必要のないレイヤを示す。図１０、１１に示す概念を、以下のような方法で図１乃至７に示すシステムにおいて直接的に表される。
・ベース１０はベース層によって表される。
・第１偏心素子１８は層Ａによって表される。
・第２偏心素子２６は層Ｂによって表される。
・第１光学素子１４の光軸は、ターゲットポイントＴを通る軸に等しい。
・ベース１０と係合する第２貫通孔２０部分の中心軸は、ポイントＸａによって表される。
・第２偏心素子２６と係合する第２貫通孔２０部分のオフセット中心軸は、ポイントＡによって表される。
・第１偏心素子１８と係合する第２偏心素子２６部分の中心軸は、ポイントＸｂによって表される。
および、
・光ファイバのオフセット中心軸は、ポイントＢを通る軸によって表される。
したがって、まさに第２偏心素子２６と第１偏心素子１８間の回転調整と結合された第１偏心素子１８とベース１０間の回転調整があることで、システム１００を使用して、光ファイバの光軸を第１光学素子１４の光軸と位置合せすることができる。第２偏心素子２６の２つの軸間の偏心的オフセット量と組み合わせられる第１偏心素子１８の２つの軸間の偏心オフセット量によって、システム１００が調整可能な範囲が決定される。
【００４３】
位置合せシステムの動作
上述したシステム１００を位置合せする数多くの技術がある。たとえば、好ましいプロセスは、第２取付手段がしっかりとロックされ、第１取付手段２４に非常に軽いクランプ圧だけがかけられた状態でシステム１００を堅く取り付けるステップから開始する。光ファイバのもう一方の端部は露出計に取り付けられ、第１光学素子１４の電源が入れられる。第２取付手段３２は、一方の手のペアの指で握られ、第１偏心素子１８はもう一方の手で握られる。第２取付手段３２は、偏心アセンブリ２２が回転しないように保持され、第１偏心素子１８は、光ファイバを通じて最大出力に達するまで回転される。次に、第１偏心素子１８は、回転しない状態で保持され、一方で、第２取付手段３２は、光ファイバを通じて新たな最大出力に達するまで偏心アセンブリ２２が回転される。この点から、常に、光ファイバを介して出力を増加させる方向に、まず偏心素子（１８あるいは２６）の一方に対して非常に細かな回転調整がなされ、次に、もう一方の偏心素子（１８あるいは２６）に対して調整がなされる。これにより、オペレータは位置合せを実現することができ、これにより、非常に簡素な装置を用いて、非常に短い期間で、光ファイバを通じて出力量を最大にすることができる。最適な位置合せを実現すると、この位置合せは第１取付手段２４によって（つまり、クランプワッシャによってボルトを回転させることで）ロックされる。
【００４４】
本発明の他の実施形態
さらに、本発明は、３以上の一連のコンポーネントを位置合せするために使用することができる。たとえば、図１４を参照すると、本発明は２つの光ファイバ（２０２、２０４）がその間にボールレンズ２０６を配置した状態にある別の位置合せシステム２００を提供する。ボールレンズ２０６はベース２０８に取り付けられており、光アセンブリ２１０は、光ファイバ（２０２、２０４）を位置合せするように、ベース２０８の各端部に取り付けられている。光アセンブリ２１０は、第１光学素子１４がないという点を除いて、上述したシステム１００と同じやり方で構成される。
【００４５】
本発明の範囲を維持しつつ、当業者であれば変更可能であった本発明の別の態様がある。１つの可能な変更として、回転動作のために使用される同心係合面(concentric engagement surfaces)の種類を変更することが挙げられる。たとえば、図１乃至３に示したシステム１００では、第１偏心素子１８のリップ部３８は、ベース１０の高くしたカラー部１６上に設けられる。この設計に対する別の可能な形態としては、第１偏心素子１８がベース１０の第１貫通孔１２に圧入するノーズ部を含むようにすることである。これにより、上記に示したシステム１００とさほど変わらない形式で同様の位置合せメカニズムを実現することになるが、それでも本発明の範囲内である。
【００４６】
本発明の範囲を維持しつつ、別の係合面もまた同様の形式で交換することが可能である。別の例として、第１偏心素子１８の内側でなくて外側に第２偏心素子２６が係合するように、システム１００を変更することである。このようにすることで、図１から３に示す好ましい実施形態と同様に機能することが可能である。具体的には、代わりにボールレンズ４６をベース１０に取り付けるように、ベース１０が変更する。
【００４７】
本発明はさらに、コンポーネントの光軸が完全に平行でないときにも有益である。ボールレンズ４６が、システム１００の第２光学素子３０の軸に対してわずかに中心から外れていれば、ボールレンズ４６の外からの新たな光軸は、第１光学素子１４の軸に対して正確に平行ではない。しかし、本発明はそれでも、第１光学素子１４からの最大出力が、第２光学素子３０に結合することができるように、コンポーネントを位置合せすることができる。このような能力は、光学パスへの後方反射を最小に抑えるために、１以上の素子がわずかに触れ合う状態(in a tipped fashion)で慎重に取り付けられる位置合せシステムに利用することが可能である。
【００４８】
上述した好ましい実施形態とは異なる順序で同じ素子が利用されても、あるいは、別の素子が利用されても、本発明の範囲内である。たとえば、第２光学素子３０はベース１０にしっかりと取り付けることが可能であり、第１光学素子１４の位置は、第２偏心素子２６において第１光学素子１４を取り付けることで調整することが可能である。あるいは、図１から３に示すレーザダイオードではなく、検出器が第１光学素子１４であってもよく、これにより、光ファイバカプラアセンブリへのレーザではなく、ファイバ光受信アセンブリを生成する。これまでに示した他の形態のコンポーネントあるいはアレンジメントの長いリストはすべて、本発明を利用できる様々なアプリケーションの例である。
【００４９】
さらに、システム１００のコンポーネントのいくつかは、本発明の範囲を維持しながら変更することが可能である。たとえば、第２偏心素子２６は、レンチを取り付けるために、第１偏心素子１８に設けたファセットと同様のファセットを設けることが可能である。これにより、オペレータは、アセンブリを位置合せするために、指ではなくペアのレンチを使用することが可能となる。ある特定の場合では、システム１００のコンポーネントのいくつかは、本発明の範囲を維持しながら省くことが可能である。上述のように、外部の位置合せ装置が使用され、第１接着手段２４としてコンポーネントを一緒にロックするために、接着あるいは溶接プロセスが使用されれば、第１取付手段２４としての役割を果たすクランプワッシャなしにシステム１００を構築することが可能である。さらに、第２光学素子３０が構築された第２偏心素子２６を生成することにより、全体の偏心アセンブリ２２の役割を果たす単一のコンポーネントを形成することも可能である。さらに、位置合せおよびロックダウンプロセスを実行するために、機械の使用要件と互換性があるようにコンポーネントの構造を変更することも可能である。これらのすべての変更は、それでも明らかに本発明の範囲内である。
【００５０】
本発明の応用
本発明は、多くのタイプのコンポーネントを一緒に位置合せおよび取り付ける、広範囲にわたる様々な応用に使用できる。多重モードの光ファイバを図１に示すレーザダイオードに位置合せすることに加えて、本発明はさらに、単一モードの光ファイバをレーザダイオードで、光ファイバを光ファイバで位置合せするために使用することができる。本発明の別の実施形態は、多くのその他の一般的な光学および機械的位置合せの応用で使用することができる。本発明はさらに、ＬＥＤ、レーザ、電球、レンズ、センサ、ホログラフィック光学素子、回折光学素子、アパーチャなどの他の光学素子を位置合せする、および／または取り付けるために使用することができる。加えて、多くの様々なタイプの検出器が、直線アレイ、エリアアレイ、位置敏感検出器、単一素子検出器などの光学システムとの位置合せを要求し得ることがある。本発明は、たとえば、ファイバをレンズと、ファイバをセンサと、レンズをセンサと位置合せするといった多くの様々な光学アセンブリにおいて実用性がある。
【００５１】
さらに、本発明の実用性は光学分野に限定されない。機械学の分野においては、本発明を用いてコンポーネントを位置合せできるさらなる例示的な状況を提供する。たとえば、シャフトエンコーダが回転シャフトと結合されているときに、２つのコンポーネント間の軸のずれにより、周期的な読み取りエラー(cyclic reading error)が生じる。本発明は、エンコーダをシャフトと精密に位置合せし、次にこの２つをしっかりとロックするために使用することが可能である。
【００５２】
結論
上記に詳述した使用可能性は、先行技術の記録よりも新しいものと考えられ、さらに、本発明の最良の実施形態の少なくとも１つの態様のオペレーションにとって、また、上述の目的を達成するために欠かせないものである。本実施形態を説明するために本明細書で使用した用語は、それらの用語が一般的に定義される意味だけではなく、本明細書中の特定の定義；構造、材料あるいは一般的に定義される意味の範囲を越えた動作を含むものとする。したがって、本明細書に関連して、一要素が１以上の意味を含むものと理解され得るならば、その用法は、明細書によって、および、要素を説明する１つあるいは複数の作業によってサポートされるすべての可能な意味に対して一般的であるものと理解されなければならない。
【００５３】
本明細書に記載した発明の実施形態、およびこれに関連する本明細書には記載していない実施形態の用語あるいは要素の定義は、したがって、本明細書においては、実際に説明されている要素の組合せだけではなく、すべての等価の構造、材料あるいは、実質的に同様の結果を得るために実質的に同じやり方で実質的に同じ機能を実行するために動作を含むものとする。したがって、この意味において、本発明およびその様々な実施形態における要素の任意の１つに対して２以上の要素によって等価に置換えてもよく、あるいは、請求項において２以上の要素に対して単一の要素によって置換えてもよいことが検討される。
【００５４】
これまでに見てきた、現在知られているあるいは後に考案された請求された主題からの、当業者による変更は、本発明の範囲とその様々な実施形態の範囲において等価であると明確に検討される。したがって、当業者によって現在知られている、あるいは後に知られた明らかな置換は、定義された要素の範囲内であると定義される。よって、本発明とその様々な実施形態は、上記に具体的に例示され、記載されたもの、概念的に均等なもの、明らかに置換されるもの、および、本発明の本質となるアイディアを基本的に組み込むものを含むものと理解される。本発明を少なくとも１つの好ましい実施形態とともに記載してきたが、本発明はこれに限定されないことは当業者にとって明らかに理解される。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項とともにのみ解釈されるものであり、さらに、発明者達が請求された主題が発明であると信じることが明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の原理に従う光位置合せシステムの例示的実施形態の斜視図。
【図２】図１に示す光位置合せシステムの断面図。
【図３】図１に示す光位置合せシステムの別の断面図。
【図４】図１に示すベースの断面図。
【図５】図１に示す第１偏心素子の断面図。
【図６】図１に示す偏心アセンブリの断面図。
【図７】図１に示す第２偏心素子の断面図。
【図８】１自由度を備えた本発明の原理に従う概念的システムの等角図。
【図９】図８に示す概念的システムの上面図。
【図１０】２自由度を備えた本発明の原理に従う別の概念的システムの等角図。
【図１１】図１０に示す概念的システムの上面図。
【図１２】図１０に示す概念的システムの上面図。
【図１３】図１０に示す概念的システムの上面図。
【図１４】本発明の原理に従う光学位置合せシステムの別の例示的実施形態の断面図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置合せシステムであって、
第１光学素子を受け入れる構造を有するベースと、
第２光学素子を受け入れ、かつ、第２取付手段を介して前記第２光学素子に取り付けられる構造を有する第２偏心素子を備えた偏心アセンブリを受け入れる貫通孔を有する第１偏心素子とを備え、
前記第１偏心素子は第１取付手段を介して前記ベースと係合しており、前記第１光学素子の光軸と前記第２光学素子の光軸との軸の位置合せは、前記偏心素子のうちの少なくとも１つを前記ベースに対して回転させて調整することで実現される、位置合せシステム。
【請求項２】
前記第１光学素子は光ファイバであり、前記第２光学素子はレーザダイオードである、請求項１記載の位置合せシステム。
【請求項３】
前記第１光学素子および前記第２光学素子は、光ファイバ、レーザダイオード、光ファイバを含むファイバーフェルール、ＬＥＤ、レンズ、ミラー、光センサーチップ、ホログラフィック光学素子、およびこれらの組合せからなる群より選択される、請求項１記載の位置合せシステム。
【請求項４】
前記ベースの構造および前記第２偏心素子は、貫通孔、ミラー、光センサーチップ、ホログラフィック光検出器、およびこれらの組合せからなる群より選択される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項５】
前記ベースは温度センサをさらに含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項６】
前記ベースは電子冷却装置をさらに含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項７】
前記ベース、前記偏心素子、および前記偏心アセンブリはすべて、単一のクランプメカニズムによって固定される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項８】
前記第１取付手段は、位置合せシステムを位置合せした状態に保持し、前記第１偏心素子にクランプ圧をかける外部機構である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項９】
前記位置合せシステムが位置合せされると、前記ベース、前記光学素子、前記第１偏心素子、および前記偏心アセンブリはすべて位置合せされた場所に確実にロックされて、ピグテールアセンブリとなる、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項１０】
前記第１接着手段は、クランプ、接着、溶接、はんだ付け、圧力およびこれらの組合せからなる群より選択される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項１１】
前記ベース、前記第１偏心素子および前記第２偏心素子は、金属、合金鋼、アルミニウム、真ちゅう、セラミック、ガラス充填されたエポキシ、プラスチック、およびこれらの組合せからなる群より選択される材料から作られる、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項１２】
前記第１偏心素子および前記第２偏心素子は、きざみ仕上げ、サンドブラストオーバーレイ、レンチ用のファセット、ポリマーオーバーレイおよびこれらの組合せを含む群から選択される把持手段を含む、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項１３】
前記第２取付手段は、前記第２偏心素子の外径のネジ山と係合するナットである、請求項１乃至１２のいずれか１項記載の位置合せシステム。
【請求項１４】
前記ナットは、両端にファイバーフェルールを備えたパッチコード上にナットの配置を可能とするスプリットセクションを有する、請求項１３記載の位置合せシステム。
【請求項１５】
前記第２偏心素子は貫通孔を含み、前記偏心アセンブリはさらにボールレンズを含み、前記ボールレンズはリテーニングリングによって前記第２偏心素子の貫通孔中に保持される、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項１６】
前記第２偏心素子の貫通孔は、ボールレンズを係合するための径が狭まった部分を有する、請求項１５記載の位置合せシステム。
【請求項１７】
位置合せシステムであって、
第１光学素子を受け入れる第１貫通孔を有するベースと、
第２光学素子を受け入れる第３貫通孔を有する第２偏心素子を含む偏心アセンブリを受け入れる第２貫通孔を有する第１偏心素子とを含み、
前記第１偏心素子は外側のリップ部と内面のリップ部を含み、
前記第２貫通孔は、第１セクション、第２セクション、第３セクションを有し、
前記第３セクションの軸は、前記第２セクションの軸に対して偏心しており、
前記第２セクションの軸は、前記第１セクションの軸に対して偏心しており、
前記第１偏心素子は第１取付手段を介して前記ベースと係合しており、前記第１取付手段は、
前記ベース上の外側のリップ部と、前記第１セクションが係合する高くしたカラー部と、
少なくとも２つの貫通孔を有するクランプワッシャとを有し、
前記クランプワッシャの外部エッジは前記高くした外側のリップ部を係合し、前記クランプワッシャの内部エッジは前記外側のリップ部を係合するものであって、前記クランプワッシャは前記外部エッジと前記内部エッジとの間に支持されない領域を含むものであり、
前記第１偏心素子が前記ベースに取り付けられるように、前記クランプワッシャにクランプ圧をかける、クランプワッシャの貫通孔を貫通するクランプボルトとを有し、
前記第１セクションは、前記高くしたカラー部の外径と係合する内径を有し、また、前記高くしたカラー部と前記第１セクションの間には、物理的結合を生成するように十分な機械的な重なり合いがあり、
前記第２セクションは、前記偏心アセンブリの外面と係合する内径を有し、
前記第３セクションは、前記偏心アセンブリの一部が貫通できる内径を有し、
前記偏心アセンブリは、ナットを介して前記第２光学素子に取り付けられており、前記ナットは前記偏心素子の外径のネジ山と係合するものであって、
前記第２偏心素子はさらに、前記第１貫通孔内部にはまって係合するノーズ部、前記第２セクションと係合する外径を有する部分、および、前記第２貫通孔を貫通し、前記内面のリップ部と係合する外径を有する別のセクションを含み、
前記第１光学素子の光軸と前記第２光学素子の光軸との位置合せは、前記偏心素子のうちの少なくとも１つを前記ベースに対して回転させて調整することで実現される、位置合せシステム。
【請求項１８】
前記高くしたカラー部および前記外部エッジは両方、互いに係合できるネジ山を有する、請求項１７記載の位置合せシステム。
【請求項１９】
位置合せプロセスにおける最大の横方向のオフセットは、前記第１貫通孔の側面に前記ノーズ部を到達させないようにされている、請求項１７あるいは１８に記載の位置合せシステム。
【請求項２０】
前記第１偏心素子および前記第２偏心素子は、がたつきなしに、前記高くしたカラー部上を自由に回転できる、請求項１７、１８または１９に記載の位置合せシステム。
【請求項２１】
前記偏心アセンブリが、リテーニングリングによって前記第３貫通孔内に保持されているボールレンズをさらに含む、請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項２２】
前記第３貫通孔は前記ボールレンズを係合するための径が狭まった部分を含む、請求項２１記載の位置合せシステム。
【請求項２３】
位置合せシステムであって、
ボールレンズと、
前記ボールレンズに取り付けられたベースと、
前記ベースの一方の端部に取り付けられた第１光学アセンブリと、
前記ベースのもう一方の端部に取り付けられた第２光学アセンブリとを含み、
前記第１光学アセンブリおよび前記第２光学アセンブリはそれぞれ、
光ファイバを受け入れ、第２取付手段を介して前記光ファイバに取り付けられる構造を有する第２偏心素子を含む偏心アセンブリを受け入れる貫通孔を有する第１偏心素子、および
第１取付手段を介して前記ベースと係合する前記第１偏心素子を含むものであって、
前記第１光学アセンブリの光ファイバの光軸と、前記第２光学アセンブリの光ファイバの光軸との位置合せは、前記偏心素子うちの少なくとも１つを前記ベースに対して回転させて調整することで実現される、位置合せシステム。
【請求項２４】
コンポーネントの組を位置合せする方法であって、
位置合せシステムを提供するステップであって、該システムは、
第１光学素子を受け入れる構造を有するベース、および、
第２光学素子を受け入れ、かつ、第２取付手段を介して前記第２光学素子に取り付けられる構造を有する第２偏心素子を有する偏心アセンブリを受け入れる貫通孔を有する第１偏心素子を含み、
前記第１偏心素子は第１取付手段を介して前記ベースと係合しているところのステップと、
前記偏心素子のうちの少なくとも１つを前記ベースに対して回転させて調整することで前記位置合せシステムを位置合せするステップとを含む、方法。
【請求項２５】
前記方法は、単一モード光ファイバ、複数モード光ファイバ、レーザダイオード、ＬＥＤ、電球、レンズ、センサ、ホログラフィック光学素子、回折光学素子、回折アパーチャ、直線アレイ、エリアアレイ、位置敏感検出器、単一素子検出器、およびこれらの組合せなどの群より選択されるコンポーネントを位置合せするために用いられる、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記方法は、シャフトでシャフトエンコーダを位置合せするために用いられる、請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
ベース、第１光学素子、第２光学素子、および偏心アセンブリを提供するステップであって、前記ベースは前記第１光学素子を受け入れる構造を備えており、前記第１偏心素子は前記偏心アセンブリを受け入れる貫通孔を備えており、前記偏心アセンブリは前記第２光学素子を受け入れる構造を有する第２偏心素子を備えているところのステップと、
第１取付手段を介して前記第１偏心素子に前記ベースを取り付けるステップと、
第２取付手段を介して前記第２光学素子に前記偏心アセンブリを取り付けるステップと、
前記偏心素子を前記偏心アセンブリに接続するステップとを含み、
前記第１光学素子の光軸と前記第２光学素子の光軸との位置合せは、前記偏心素子の少なくとも１つを前記ベースに対して回転させて調整することで実現される、請求項１に記載の位置合せシステムの形成法。
【請求項１】
位置合せシステムであって、
第１光学素子を受け入れる構造を有するベースと、
第２光学素子を受け入れ、かつ、第２取付手段を介して前記第２光学素子に取り付けられる構造を有する第２偏心素子を備えた偏心アセンブリを受け入れる貫通孔を有する第１偏心素子とを備え、
前記第１偏心素子は第１取付手段を介して前記ベースと係合しており、前記第１光学素子の光軸と前記第２光学素子の光軸との軸の位置合せは、前記偏心素子のうちの少なくとも１つを前記ベースに対して回転させて調整することで実現される、位置合せシステム。
【請求項２】
前記第１光学素子は光ファイバであり、前記第２光学素子はレーザダイオードである、請求項１記載の位置合せシステム。
【請求項３】
前記第１光学素子および前記第２光学素子は、光ファイバ、レーザダイオード、光ファイバを含むファイバーフェルール、ＬＥＤ、レンズ、ミラー、光センサーチップ、ホログラフィック光学素子、およびこれらの組合せからなる群より選択される、請求項１記載の位置合せシステム。
【請求項４】
前記ベースの構造および前記第２偏心素子は、貫通孔、ミラー、光センサーチップ、ホログラフィック光検出器、およびこれらの組合せからなる群より選択される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項５】
前記ベースは温度センサをさらに含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項６】
前記ベースは電子冷却装置をさらに含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項７】
前記ベース、前記偏心素子、および前記偏心アセンブリはすべて、単一のクランプメカニズムによって固定される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項８】
前記第１取付手段は、位置合せシステムを位置合せした状態に保持し、前記第１偏心素子にクランプ圧をかける外部機構である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項９】
前記位置合せシステムが位置合せされると、前記ベース、前記光学素子、前記第１偏心素子、および前記偏心アセンブリはすべて位置合せされた場所に確実にロックされて、ピグテールアセンブリとなる、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項１０】
前記第１接着手段は、クランプ、接着、溶接、はんだ付け、圧力およびこれらの組合せからなる群より選択される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項１１】
前記ベース、前記第１偏心素子および前記第２偏心素子は、金属、合金鋼、アルミニウム、真ちゅう、セラミック、ガラス充填されたエポキシ、プラスチック、およびこれらの組合せからなる群より選択される材料から作られる、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項１２】
前記第１偏心素子および前記第２偏心素子は、きざみ仕上げ、サンドブラストオーバーレイ、レンチ用のファセット、ポリマーオーバーレイおよびこれらの組合せを含む群から選択される把持手段を含む、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項１３】
前記第２取付手段は、前記第２偏心素子の外径のネジ山と係合するナットである、請求項１乃至１２のいずれか１項記載の位置合せシステム。
【請求項１４】
前記ナットは、両端にファイバーフェルールを備えたパッチコード上にナットの配置を可能とするスプリットセクションを有する、請求項１３記載の位置合せシステム。
【請求項１５】
前記第２偏心素子は貫通孔を含み、前記偏心アセンブリはさらにボールレンズを含み、前記ボールレンズはリテーニングリングによって前記第２偏心素子の貫通孔中に保持される、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項１６】
前記第２偏心素子の貫通孔は、ボールレンズを係合するための径が狭まった部分を有する、請求項１５記載の位置合せシステム。
【請求項１７】
位置合せシステムであって、
第１光学素子を受け入れる第１貫通孔を有するベースと、
第２光学素子を受け入れる第３貫通孔を有する第２偏心素子を含む偏心アセンブリを受け入れる第２貫通孔を有する第１偏心素子とを含み、
前記第１偏心素子は外側のリップ部と内面のリップ部を含み、
前記第２貫通孔は、第１セクション、第２セクション、第３セクションを有し、
前記第３セクションの軸は、前記第２セクションの軸に対して偏心しており、
前記第２セクションの軸は、前記第１セクションの軸に対して偏心しており、
前記第１偏心素子は第１取付手段を介して前記ベースと係合しており、前記第１取付手段は、
前記ベース上の外側のリップ部と、前記第１セクションが係合する高くしたカラー部と、
少なくとも２つの貫通孔を有するクランプワッシャとを有し、
前記クランプワッシャの外部エッジは前記高くした外側のリップ部を係合し、前記クランプワッシャの内部エッジは前記外側のリップ部を係合するものであって、前記クランプワッシャは前記外部エッジと前記内部エッジとの間に支持されない領域を含むものであり、
前記第１偏心素子が前記ベースに取り付けられるように、前記クランプワッシャにクランプ圧をかける、クランプワッシャの貫通孔を貫通するクランプボルトとを有し、
前記第１セクションは、前記高くしたカラー部の外径と係合する内径を有し、また、前記高くしたカラー部と前記第１セクションの間には、物理的結合を生成するように十分な機械的な重なり合いがあり、
前記第２セクションは、前記偏心アセンブリの外面と係合する内径を有し、
前記第３セクションは、前記偏心アセンブリの一部が貫通できる内径を有し、
前記偏心アセンブリは、ナットを介して前記第２光学素子に取り付けられており、前記ナットは前記偏心素子の外径のネジ山と係合するものであって、
前記第２偏心素子はさらに、前記第１貫通孔内部にはまって係合するノーズ部、前記第２セクションと係合する外径を有する部分、および、前記第２貫通孔を貫通し、前記内面のリップ部と係合する外径を有する別のセクションを含み、
前記第１光学素子の光軸と前記第２光学素子の光軸との位置合せは、前記偏心素子のうちの少なくとも１つを前記ベースに対して回転させて調整することで実現される、位置合せシステム。
【請求項１８】
前記高くしたカラー部および前記外部エッジは両方、互いに係合できるネジ山を有する、請求項１７記載の位置合せシステム。
【請求項１９】
位置合せプロセスにおける最大の横方向のオフセットは、前記第１貫通孔の側面に前記ノーズ部を到達させないようにされている、請求項１７あるいは１８に記載の位置合せシステム。
【請求項２０】
前記第１偏心素子および前記第２偏心素子は、がたつきなしに、前記高くしたカラー部上を自由に回転できる、請求項１７、１８または１９に記載の位置合せシステム。
【請求項２１】
前記偏心アセンブリが、リテーニングリングによって前記第３貫通孔内に保持されているボールレンズをさらに含む、請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の位置合せシステム。
【請求項２２】
前記第３貫通孔は前記ボールレンズを係合するための径が狭まった部分を含む、請求項２１記載の位置合せシステム。
【請求項２３】
位置合せシステムであって、
ボールレンズと、
前記ボールレンズに取り付けられたベースと、
前記ベースの一方の端部に取り付けられた第１光学アセンブリと、
前記ベースのもう一方の端部に取り付けられた第２光学アセンブリとを含み、
前記第１光学アセンブリおよび前記第２光学アセンブリはそれぞれ、
光ファイバを受け入れ、第２取付手段を介して前記光ファイバに取り付けられる構造を有する第２偏心素子を含む偏心アセンブリを受け入れる貫通孔を有する第１偏心素子、および
第１取付手段を介して前記ベースと係合する前記第１偏心素子を含むものであって、
前記第１光学アセンブリの光ファイバの光軸と、前記第２光学アセンブリの光ファイバの光軸との位置合せは、前記偏心素子うちの少なくとも１つを前記ベースに対して回転させて調整することで実現される、位置合せシステム。
【請求項２４】
コンポーネントの組を位置合せする方法であって、
位置合せシステムを提供するステップであって、該システムは、
第１光学素子を受け入れる構造を有するベース、および、
第２光学素子を受け入れ、かつ、第２取付手段を介して前記第２光学素子に取り付けられる構造を有する第２偏心素子を有する偏心アセンブリを受け入れる貫通孔を有する第１偏心素子を含み、
前記第１偏心素子は第１取付手段を介して前記ベースと係合しているところのステップと、
前記偏心素子のうちの少なくとも１つを前記ベースに対して回転させて調整することで前記位置合せシステムを位置合せするステップとを含む、方法。
【請求項２５】
前記方法は、単一モード光ファイバ、複数モード光ファイバ、レーザダイオード、ＬＥＤ、電球、レンズ、センサ、ホログラフィック光学素子、回折光学素子、回折アパーチャ、直線アレイ、エリアアレイ、位置敏感検出器、単一素子検出器、およびこれらの組合せなどの群より選択されるコンポーネントを位置合せするために用いられる、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記方法は、シャフトでシャフトエンコーダを位置合せするために用いられる、請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
ベース、第１光学素子、第２光学素子、および偏心アセンブリを提供するステップであって、前記ベースは前記第１光学素子を受け入れる構造を備えており、前記第１偏心素子は前記偏心アセンブリを受け入れる貫通孔を備えており、前記偏心アセンブリは前記第２光学素子を受け入れる構造を有する第２偏心素子を備えているところのステップと、
第１取付手段を介して前記第１偏心素子に前記ベースを取り付けるステップと、
第２取付手段を介して前記第２光学素子に前記偏心アセンブリを取り付けるステップと、
前記偏心素子を前記偏心アセンブリに接続するステップとを含み、
前記第１光学素子の光軸と前記第２光学素子の光軸との位置合せは、前記偏心素子の少なくとも１つを前記ベースに対して回転させて調整することで実現される、請求項１に記載の位置合せシステムの形成法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２００９−５１４０２１（Ｐ２００９−５１４０２１Ａ）
【公表日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５３７７９８（Ｐ２００８−５３７７９８）
【出願日】平成１８年１０月１７日（２００６．１０．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４０９３６
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０５０４３２
【国際公開日】平成１９年５月３日（２００７．５．３）
【出願人】（５０７０２２２８２）オンディーヌ インターナショナル リミテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１７日（２００６．１０．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４０９３６
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０５０４３２
【国際公開日】平成１９年５月３日（２００７．５．３）
【出願人】（５０７０２２２８２）オンディーヌ インターナショナル リミテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
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