(57)【要約】  スイッチ組立体（１００）は、アーム組立体（１０２、５０２）と、主ばね（１０８−１、５０８−１、７０８−１）と、１つ以上の補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）と、ラッチ組立体（１０４ａ、１０４ｂ、５０４−１、５０４−２）とを含む。アーム組立体（１０２、５０２）は、少なくとも第１回転位置と第２回転位置との間で回転するように構成される。主ばね（１０８−１、５０８−１、７０８−１）は、アーム組立体（１０２、５０２）に結合され、そして第１回転位置と第２回転位置との間に位置する第３回転位置に向ってアーム組立体（１０２、５０２）を偏倚するように構成される。各補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）は、スイッチ組立体（１００）に配置され、アーム組立体（１０２、５０２）が第１回転位置か又は第２回転位置から予定の回転距離に達した時に第3回転位置に向ってアーム組立体（１０２、５０２）を選択的に偏倚するように構成される。ラッチ組立体（１０４ａ、１０４ｂ、５０４−１、５０４−２）は、スイッチ組立体（１００）に配置され、そしてアーム組立体（１０２、５０２）を第１回転位置か又は第２回転位置に選択的に保持するように及びアーム組立体（１０２、５０２）を保持する回転位置からアーム組立体（１０２、５０２）を選択的に解放するように作動できる。【選択図】      図１
2007505334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１回転位置と第２回転位置との間で回転するように構成したアーム組立体（１０２、５０２）と、
アーム組立体（１０２、５０２）に結合し、第１回転位置と第２回転位置との間に位置する第３回転位置に向ってアーム組立体（１０２、５０２）を偏倚するように構成した主ばね（１０８−１、５０８−１、７０８−１）と、
スイッチ組立体（１００）に配置し、アーム組立体（１０２、５０２）が第１回転位置か又は第２回転位置から予定の回転距離に達した時に第3回転位置に向ってアーム組立体（１０２、５０２）を選択的に偏倚するように各々構成した１つ以上の補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）と、
スイッチ組立体（１００）に配置し、（ｉ）アーム組立体（１０２、５０２）を第１回転位置か又は第２回転位置に選択的に保持するように及び（ｉｉ）アーム組立体（１０２、５０２）を保持する回転位置からアーム組立体（１０２、５０２）を選択的に解放するように作動できるラッチ組立体（１０４ａ、１０４ｂ、５０４−１、５０４−２）と、
を含むスイッチ組立体（１００）。
【請求項２】
更に、スイッチ組立体（１００）に配置された１つ以上の付加的な補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）を含み、該１つ以上の付加的な補助ばねの各々は、アーム組立体（１０２、５０２）が他の補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）の予定の回転距離と異なる第１回転位置か又は第２回転位置から予定の回転距離に達した時に第３回転位置に向ってアーム組立体（１０２、５０２）を選択的に偏倚するように構成される請求項１記載のスイッチ組立体（１００）。
【請求項３】
更に、前記アーム組立体（１０２、５０２）及び主ばね（１０８−１、５０８−１、７０８−１）に結合され、アーム組立体（１０２、５０２）を回転させるように構成した、軸組立体を含む請求項１記載のスイッチ組立体（１００）。
【請求項４】
前記軸組立体及び主ばね（１０８−１、５０８−１、７０８−１）を一体に形成した請求項３記載のスイッチ組立体（１００）。
【請求項５】
前記軸組立体がトーションバー（ねじり棒ばね）を含む請求項４記載のスイッチ組立体（１００）。
【請求項６】
前記アーム組立体（１０２、５０２）が、少なくとも第１回転位置と第２回転位置との間で回転するように構成しかつ回転可能に装着したロータ（５１２）と、ロータ（５１２）に結合し、ロータ（５１２）から軸線方向にのびるアーム（５１０）と、を含む請求項１記載のスイッチ組立体（１００）。
【請求項７】
前記ラッチ組立体（１０４ａ、１０４ｂ、５０４−１、５０４−２）が、
２つ以上の磁極片（５１４）を備える第１ステータ組立体と、
２つ以上の磁極片（５１６）を備える第２ステータ組立体と、
を含み、
前記ロータ（５１２）が第１ステータ組立体と第２ステータ組立体との間に配置され、それに結合した２つ以上のロータマグネットを含み、第１回転位置及び第２回転位置において各ロータマグネットが第１ステータ組立体の磁極片（５１４）の１つ及び第２ステータ組立体の磁極片（５１６）の１つと共に磁気回路を形成するようにロータマグネットが位置決めされる請求項６記載のスイッチ組立体（１００）。
【請求項８】
前記補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）の各々をロータマグネットの１つに結合した請求項７記載のスイッチ組立体（１００）。
【請求項９】
前記補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）の各々を第１ステータ組立体の磁極片（５１４）の１つ又は第２ステータ組立体の磁極片（５１６）の１つに結合した請求項７記載のスイッチ組立体（１００）。
【請求項１０】
前記ラッチ組立体（１０４ａ、１０４ｂ、５０４−１、５０４−２）が、更に、第１ステータ組立体の磁極片（５１４）及び第２ステータ組立体の磁極片（５１６）の少なくとも一方の近くに配置し、電気信号を受けて磁場を発生するように構成したコイル（２０４、５２０）を含む請求項７記載のスイッチ組立体（１００）。
【請求項１１】
前記主ばね（１０８−１、５０８−１、７０８−１）及び補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）の１つ以上は、各々、ラッチ組立体（１０４ａ、１０４ｂ、５０４−１、５０４−２）が第１位置からアーム組立体（１０２、５０２）を解放する際に第２回転位置に向ってアーム組立体（１０２、５０２）を回転させ、前記主ばね（１０８−１、５０８−１、７０８−１）は、各々、ラッチ組立体（１０４ａ、１０４ｂ、５０４−１、５０４−２）が第２位置からアーム組立体（１０２、５０２）を解放する際に第１回転位置に向ってアーム組立体（１０２、５０２）を回転させる請求項１記載のスイッチ組立体（１００）。
【請求項１２】
前記補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）の各々は、（１）各補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）でアーム組立体（１０２、５０２）を偏倚させた時に動く方向と反対の方向にアーム組立体（１０２、５０２）が引き続いて動く時、及び（２）アーム組立体（１０２、５０２）がほぼ予定の回転距離にある時、アーム組立体（１０２、５０２）をもはや偏倚しない請求項１記載のスイッチ組立体（１００）。
【請求項１３】
前記補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）の各々が、アーム組立体（１０２、５０２）を選択的に係合及び解放するように構成される請求項１記載のスイッチ組立体（１００）。
【請求項１４】
前記補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）の各々がアーム組立体（１０２、５０２）に結合し、ラッチ組立体（１０４ａ、１０４ｂ、５０４−１、５０４−２）を選択的に係合及び解放するように構成される請求項１記載のスイッチ組立体（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年３月２０日提出した米国出願第１０／１０３，５３４号、発明の名称HIGH SPEED OPTICAL ELEMENT SWITCHING MECHANISM、及び２００３年８月６日提出した米国出願第１０／６３６，７１８号、発明の名称BI-STABLE MAGNETIC LATCHに関連する。
【０００２】
本発明は、光学素子スイッチ（optical element switch）に関し、より詳細には、スイッチ組立体の高速スイッチング（切換え）を改善するのに用いることのできる非線形ばね力機構（non-linear spring force mechanism）に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
種々のシステム及び装置、例えば光学試験計器及び設備は、例えば光学フィルタ作用を行うように設けられる、１つ以上の光学素子を含む。これらのシステムのいずれかにおいては、光学路内への及び光学路からの１つ以上の光学素子の同時スイッチングが望ましい。好ましくは、この光学素子のスイッチング動作は比較的迅速に行われる。
【０００４】
従来、光学素子の迅速な同時スイッチングは、例えば光学路内へ及び光学路外へ光学素子を回転するように構成されるホイール機構（wheel mechanism）を用いて行われた。１つの例示ホイール機構実施形態では、光学素子はホイールの周囲部に配置される。異なる光学素子が光学軸線内へ及び光学軸線外へ動かされるとき、モータ又はその他の駆動装置は、ホイールを回転し、所望の光学素子が光学路内にあるときに停止する。
【０００５】
ホイール機構は通常安全に作動するが、これらの機構にはある欠点がある。例えば、これらホイール機構の多くの構成は、ホイールの縁部における素子にランダムではなくシーケンシャルにアクセスする。その結果、１つの素子を光学路内へスイッチングし、別の光学素子を光学路外へスイッチングするのに使用できる時間及びエネルギーの量は望ましくなく高い。これは、ホイールを用いてホイールの反対側に位置する複数の光学素子を光学路内へ及び光学路外へ動かす際に最も著しい。
【０００６】
ある公知のホイール機構の別の欠点は、ホイールの迅速な動きがシステムに外乱を生じさせることにある。これらの外乱は、例えば画像をぼんやりさせ得る。これは、例えば人工衛星への応用（satellite applications）の場合のような正確な光学システム制御を行う応用では重要なファクターである。迅速に動くホイールによって生じ得る外乱を補償するために、あるシステムではホイールの動きの後、長い整定期間を設定する。他のシステムでは複雑な力補償及び／又は分離機構を用いるが、これはシステムを複雑化させ、ある場合には、同時にシステムの信頼性を損なう。更に、これら複雑な機構の幾つかは、相当な電力を浪費し、システムの熱プロフィールにマイナスとなる。
【０００７】
上記欠点の１つ以上を解決するために、上記の関連出願に開示されたもののようなスイッチ組立体が開発された。これらのスイッチ組立体の動作も安全かつ信頼できるが、なお付加的な欠点がある。特に、これらの関連出願に開示されたスイッチ組立体の各々はトーションバーのようなばね偏倚回動機構を介して回転し、そして２つの回転位置の１つに磁気的にラッチ（latch;固定）される。トーションバーの力に打ち勝ってスイッチをラッチ位置へ引くのに用いられる磁場の強さは、スイッチ組立体に比較的高いラッチ力を加えるような大きさである。そのため、比較的高い接触力が生じ、その結果ラッチング時に望ましくない衝撃や振動が生ずることになる。更に、ラッチした位置からスイッチ組立体を解放するのに磁力に打ち勝つ実質的なパワーが必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、上記の欠点の１つ以上に対処するスイッチ組立体の必要性がある。即ち、過度に大きな衝撃や振動を生じさせるラッチング力を発生しないスイッチ組立体及び／又はラッチした位置からスイッチを解放するのにほとんど電力を用いないスイッチ組立体の必要性がある。本発明はこれらの必要性の１つ以上に対処する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、例えば光学路内へ及び光学路外へ１つ以上の光学素子を迅速にスイッチングするのに使用できるスイッチ組立体を提供する。公知のスイッチ組立体と比較して本発明のスイッチ組立体はラッチ時に発生し得る衝撃及び振動の量を低減し、そしてラッチした位置からスイッチを開放するのにほとんど電力を用いない。
【００１０】
１つの実施形態では、単に例として、スイッチ組立体は、アーム組立体、主ばね、１つ以上の補助ばね及びラッチ組立体を備える。アーム組立体は、少なくとも第１回転位置と第２回転位置との間で回転するように構成される。主ばねは、第１回転位置と第２回転位置との間に位置する第３回転位置に向ってアーム組立体を偏倚するように構成される。各補助ばねは、スイッチ組立体に配置され、そしてアーム組立体が第１回転位置か又は第２回転位置から予定の回転距離に達した時に第3回転位置に向ってアーム組立体を選択的に偏倚するように構成される。ラッチ組立体は、スイッチ組立体に配置され、そして（ｉ）アーム組立体を第１回転位置か又は第２回転位置に選択的に保持するように及び（ｉｉ）アーム組立体を保持する回転位置からアーム組立体を選択的に解放するように作動できる。
【００１１】
別の実施形態では、スイッチ組立体は、ロータ、アーム、主ばね、補助ばね及びラッチ組立体を備える。ロータは、少なくとも第１回転位置と第２回転位置との間で回転するように構成される。アームはロータに結合され、ロータから軸線方向にのびる。主ばねはロータに結合され、第１回転位置と第２回転位置との間に位置する第３回転位置に向ってロータを偏倚するように構成される。各補助ばねは、スイッチ組立体に配置され、ロータが第１回転位置か又は第２回転位置から予定の回転距離に達した時に第3回転位置に向ってロータを選択的に偏倚するように構成される。ラッチ組立体は、スイッチ組立体に配置され、そして（ｉ）ロータを第１回転位置か又は第２回転位置に選択的に保持するように及び（ｉｉ）ロータを保持する回転位置からロータを選択的に解放するように作動できる。
【００１２】
好ましいスイッチ組立体の上記及びその他の目的、特徴及び利点は、添付図面に例示したように本発明の好ましい実施形態の以下の一層特定の説明から明らかとなる。[0013]本発明の好ましい実施形態は以下、同じ符号で同じと要素を示す添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
[0021]以下の詳細な説明は単に例示のためのものであり、本発明又は本発明の応用及び使用を限定するものではない。更に、上記の技術分野、背景技術、発明の開示又は以下の詳細な説明に示した表現又は包含された理論によって範囲を限定しようとするものではない。
【００１４】
[0022]さて図１を参照すると、１つの例示的実施形態によるスイッチ組立体１００の簡単化した斜視図を示す。スイッチ組立体１００は、アーム組立体１０２、多数のアームラッチ組立体１０４、及び多数のばね１０８を含む。アーム組立体１０２は、第１端部１１０及び第２端部１１２を備え、第１端部１１０と第２端部１１２との間の位置１１４における１つ以上の図示してないマウント構造体に回転可能に結合するようにされる。図示実施形態では、アーム組立体１０２は、アーム組立体１０２の相対する側部（例えば図１の図面の上下）に配置できる１つ以上のマウント構造体に装着され得る。アーム組立体１０２は、単に単一マウント構造体に装着するように構成できることが認められる。更に、第１端部１１０には光学素子（図示してない）が結合でき、各マウント構造体を介してのびる図示していない光学路内及び外へ動くことができる。例示的なマウント構造体及び光学路は、２００２年３月２０日提出され、本願の譲受人に譲渡された出願継続中の米国出願番号第１０／１０３，５３４号、発明の名称HIGH SPEED OPTICAL ELEMENT SWITCHING MECHANISM、（その全体は参照文献として本明細書に結合される）に開示される。
【００１５】
[0023]アーム組立体１０２は、光学素子の結合できる多数の構造部材の任意の１つであり得る。好ましくは、アーム組立体１０２は、アーム組立体１０２が回転する際に光学素子の位置を有効に制御するため十分に堅固に構成される。更に、以下に詳細に説明するように、アーム組立体１０２の少なくとも一部分は、好ましくは、透磁性材料か又は不変的に磁化される材料から成る。更に、アーム組立体１０２をマウント構造体に回転結合するのに多数の装置の任意の１つを使用できることが認められる。このような装置の非限定例には屈曲ピボット、軸受及び可撓性要素が含まれる。
【００１６】
[0024]アームラッチ組立体１０４は、図１に示す実施形態では第１アームラッチ組立体１０４ａ及び第２アームラッチ組立体１０４ｂを備え、各々それぞれ第１及び第２マウント位置においてマウント構造体１１４に結合される。これらの第１及び第２マウント位置は、アーム組立体１０２のそれぞれ第１及び第２回転位置と実質的に一致することが認められる。以下更に詳細に説明するために、第１アームラッチ組立体１０４ａ及び第２アームラッチ組立体１０４ｂは第１か又は第２回転位置にアーム組立体１０２を選択的に保持するように構成される。第１及び第２回転位置は、スイッチ組立体１００を組込むシステムの要求に適合するように選択され得る多数の回転位置の任意の１つであり得ることが認められる。
【００１７】
[0025]第１アームラッチ組立体１０４ａ及び第２アームラッチ組立体１０４ｂは、２つの回転位置の一方にアーム組立体１０２を選択的に保持するように、またある実施形態ではアーム組立体１０２の回転を始動又は完了させる、或いは回転の始動及び完了の両方をさせるために付加的な回転エネルギーをアーム組立体１０２に供給するように作動できる。第１アームラッチ組立体１０４ａ及び第２アームラッチ組立体１０４ｂは、機械的装置、電磁的装置、又は磁気的装置、或いはこれ等の組み合わせでよい。第１アームラッチ組立体１０４ａ及び第２アームラッチ組立体１０４ｂは、好ましくは、殆ど又は全く電力消費せずにアーム組立体１０２を保持し、そして好ましくは損失を補う少なくともいくらかのエネルギーを供給する。アームラッチ組立体１０４の１つの特定の好ましい実施形態は図２に示され、以下説明する。しかし、その前に、図１は各アームラッチ組立体に結合されたばね１０８を示すが、各アームラッチ組立体は簡潔にするためばねなしで示され、説明する。
【００１８】
[0026]図２に示す特定の実施形態では、アームラッチ組立体１０４は永久磁石２０２、電磁コイル２０４及びケース２０６を備える。コイル２０４は永久磁石２０２の回りに巻かれ、コイル２０４及び永久磁石２０２はケース２０６内に収容される。ケース２０６は好ましくは、例えば鉄のような透磁性材料で構成され、磁束路を形成する。この特定の実施形態では、永久磁石２０２はアーム組立体１０２を第１か又は第２回転位置に保持するのに用いられる。アーム組立体１０２を解放するため、コイル２０４に電気パルスが供給される。供給されるパルスは、永久磁石２０２の磁力に十分に打ち勝つ大きさ及び方向をもち、それによりアーム組立体１０２を解放させる磁場をコイル２０４に発生させるのに適切な極性、大きさ及び持続時間のものである。この特定のアームラッチの実施形態ではアーム組立体１０２は例えば鉄のような透磁性材料で少なくとも部分的に構成される。特定の好ましい実施形態では、アーム組立体１０２の第２端部１１２の少なくとも一部分は、アーム組立体１０２の第１端部１１０に結合され得る光学素子のような別の構成要素を平衡させるため釣り合い重りとして付加的に機能するために鉄（又はその他の透磁性材料）を含むように構成される。
【００１９】
[0027]上記で説明し図２に示す実施形態は単に例示であり、他の構成を使用できることが認められる。例えば、永久磁石２０２はアーム組立体１０２にその第２端部１１２の近くに配置でき、コイル２０４だけがケース２０６内に配置される。この構成では、アーム組立体１０２を第１か又は第２回転位置に保持するのに電力は必要でない。しかし、この構成では、コイル２０４に電気パルスが供給される時に、アーム組立体１０２は解放時に押され、ばね１０８による供給に加えてアーム組立体１０２にエネルギーを供給する。パルスは、アーム組立体１０２が他の回転位置に達しそして永久磁石２０６で適切な位置に保持されるまで供給できる。代わりの実施形態では外乱が最小化され、アーム組立体１０２及びばね１０８におけるある一定の構造的モードを決めるのに十分な時間を提供することが認められる。言い換えれば、解放時にアーム組立体１０２に供給されるエネルギーはアーム組立体１０２を励起する。この励起は、アーム組立体１０２が一方の回転位置から他方の回転位置へ動く際に止まるが、アーム組立体１０２が単純な調和運動によって止められそして適切な位置に保持されるので、例えば相対したアームラッチ組立体１０４内へ止めることによって再励起されない。
【００２０】
[0028]さて図１に戻って、前述のように、スイッチ組立体１００は、多数のばね１０８を備える。図示実施形態では、スイッチ組立体１００は３つのばね、すなわち主ばね１０８−１と、２つの補助ばね１０８−２、１０８−３を備え、各ばねは、主ばね１０８−１及び２つの補助ばね１０８−２、１０８−３がアーム組立体１０２に結合される際に、第１及び第２回転位置の間の回転位置に向ってアーム組立体１０２を偏倚するように構成される。主ばね１０８−１は実質的に継続してアーム組立体１０２に結合され、一方、補助ばね１０８−２、１０８−３は第１及び第２回転位置に対する回転位置でアーム組立体１０２に選択的に結合され、アーム組立体１０２から解放される。
【００２１】
例示した実施形態では、主ばね１０８−１はトーションバーであり、アーム組立体１０２をマウント構造体１１４に回転可能に装着するのに用いられ、また補助ばね１０８−２、１０８−３はコイルばねである。図１に示す実施形態は２つの補助ばね１０８−２、１０８−３を備えるが、スイッチ組立体１００はＮ個までの補助ばね１０８−２、１０８−３、１０８−４、・・・・１０８−Ｎを備えてもよいことが認められる。更に、ばね１０８は、所望の時間及び距離拘束の範囲内でアーム組立体１０２を動かす及び／又は減速するのに十分なエネルギーを供給する多数のばね構造体の任意の１つであってもよいことが認められる。非限定実施形態には、コイルばね、らせんばね、捩ればね、板ばね、及び並進引張又は圧縮ばねが含まれる。
【００２２】
[0029]主ばね１０８−１は好ましくは、主ばね１０８−１及びアーム組立体１０２がアームラッチ組立体１０４の間に実質的に中心決めされるニュートラル位置を備えることが認められる。本実施形態はこの位置に限定されるものではなく、単に好ましい位置の例示に過ぎないことが認められる。更に、主ばね１０８−１のばね定数は好ましくは他の補助ばね１０８−２、１０８−３、１０８−４、・・・・１０８−Ｎのばね定数より小さい。この理由は、以下の説明から一層明らかとなる。
【００２３】
[0030]一般に公知であり、また図３に示すように、ばねの力対変位特性３０２は線形であり、磁場の力対変位特性３０４は非線形である。従って、スイッチ組立体１００が単に主ばね１０８−１を備える場合に、アーム組立体１０２がラッチ組立体１０４の一方に近づくにつれて、ばね力と磁力との大きさの差により、アーム組立体１０２には相当なラッチング力が働くことになる。このことは、潜在的に望ましくない振動及び／又は損傷を引き起こし得る。更に、この相対的に大きなラッチング力は、ラッチした位置からアーム組立体１０２を解放するために解消しなければならない。補助ばね１０８−２、１０８−３、１０８−４、・・・・１０８−Ｎを付け加え、そして主ばね１０８−１及び補助ばね１０８−２、１０８−３、１０８−４、・・・・１０８−Ｎの両方のばね定数を特定の値に選択することによって、これらの潜在的な欠点は最小化又は実質的に解消できる。特に、特定のばね定数値は、補助ばね１０８−２、１０８−３、１０８−４、・・・・１０８−Ｎが組合わさって、アームラッチ組立体１０４の力対距離特性に非常に近い力対距離特性を示すように選択される。
【００２４】
これは図４に最も明瞭に示され、図４には、アーム組立体１０２が第１回転位置又は第２回転位置に近づくと、アーム組立体１０２に選択的に結合される補助ばね１０８を備えたアーム組立体１０２の力対距離特性を示す。主ばね及び補助ばねの力対距離特性４０２、４０４はそれぞれ線形であり、また磁場の力対距離特性４０６は非線形である。しかし、補助ばねは、アーム組立体１０２が点（Ａ）に達するまで、アーム組立体１０２に結合されないので、ばねの総体力対距離特性４０８は、アームラッチ組立体１０４によって作用する磁場の力対距離特性４０６に非常に近い。その結果、アーム組立体１０２が第１回転位置又は第２回転位置にラッチされると、ばねを付加しないスイッチ組立体１００と比較して接触及び保持力の両方が低減する。
【００２５】
[0031]スイッチ組立体１００の動作中、アームラッチ組立体１０４ａ、１０４ｂは、アーム組立体１０２を他の回転位置へ動かすのが望ましいまで第１か又は第２回転位置にアーム組立体１０２を保持する。例えば、第１アームラッチ組立体１０４ａがアーム組立体１０２を第１回転位置に保持し、そしてアーム組立体１０２を第２回転位置へ動かすのが望ましい場合には、第１アームラッチ組立体１０４ａは、第１アームラッチ組立体１０４ａがアーム組立体１０２の第２端部１１６を解放するように構成される。アーム組立体１０２の第２端部１１６の解放時に、主及び補助ばね１０８−１、１０８−２によって供給される力により、アーム組立体１０２は第２回転位置に向って回転し始める。アーム組立体１０２が回転し始めた後ある時点で、補助ばね１０８−２はアーム組立体１０２から解放される。
【００２６】
主ばね１０８−１はアーム組立体１０２の回転中を通してアーム組立体１０２に結合されたままであり、アーム組立体１０２が主ばね１０８−１のニュートラル点を通過するまで、アーム組立体１０２にエネルギーを供給する。上記で認められたように、このニュートラル点は好ましくは第１及び第２回転位置の間の実質的に中間位置である。アーム組立体１０２の回転がニュートラル点を通過する際に、アーム組立体１０２は回転運動エネルギーを主ばね１０８−１に伝達し始め、従ってその回転はゆっくりとなり始める。アーム組立体１０２が第２回転位置に又はこの前のある時点に近づくので、第２アームラッチ組立体１０４ｂは、アーム組立体１０２に付加的なエネルギーを供給してアーム組立体１０２の回転を第２回転位置へ達するように構成される。更に、アーム組立体１０２が第２回転位置に達する前のある時点で、他の補助ばね１０８−３はアーム組立体１０２に結合される。アーム組立体１０２が第２回転位置に達すると、第２アームラッチ組立体１０４ｂはアーム組立体１０２をこの位置に保持する。
【００２７】
[0032]上記のスイッチ組立体１００は多数のスイッチ組立体１００を備えるシステムにおいて実施でき、それで多数の光学素子は光学路内へ及び光学路外へスイッチングできる。１つのこのようなシステムの例示実施形態は上記の米国出願番号第１０／１０３，５３４号（その全体は参照文献として本明細書に結合される）に示され、記載される。更に、上記のスイッチ組立体１００の実施形態は１つの特に簡単化した実施形態の単なる例示に過ぎず、付加的な実施形態が実施できることが認められる。実際に、本明細書の残りの部分は２つの特定な代わりの実施形態の詳細な説明を構成する。
【００２８】
[0033]次に図５及び図６を参照して、これら代わりの実施形態の第１実施形態について説明する。前の実施形態の場合のように、スイッチ組立体５００はアーム組立体５０２、多数のアームラッチ組立体５０４及び多数のばね５０８を備える。認められるように、これら特定の構成要素すなわち組立体の１つ以上の構成及び／又は物理的実施は前の実施形態と異なる。特に、アーム組立体５０２はアーム５１０を備えるだけでなく、ロータ５１２も備える。アーム５１０はロータ５１２に結合され、ロータ５１２は第１及び第２回転方向５１１、５１３に回転するように構成される。図示実施形態では、ロータ５１２は八つの極５１８ａ〜５１８ｈ（図５にはそのうちの４つのみを見ることができる）を備え、これらの極は好ましくはロータ５１２の周りに等間隔に設けられる。釣り合い重り５２１は、アーム５１０にほぼ相対した位置でロータ５１２に結合される。図示実施形態は八つの極５１８ａ〜５１８ｈを備えるが、この数より多い又は少ない極５１８を用いてもよいことが認められる。
【００２９】
[0034]前の実施形態の場合のように、図示してない光学素子はアーム５１０にその一端部近くで結合できる。従って、アーム５１０は第１及び第２回転位置の間の回転を介して、図示してない光学軸線内及び外へそれぞれ光学素子を動かすのに用いることができる。アーム組立体５０２すなわちアーム組立体５０２の少なくとも極５１８ａ〜５１８ｈは好ましくは、不変的に磁化される材料で少なくとも部分的に形成される。
【００３０】
[0035]次にアームラッチ組立体５０４について説明すると、スイッチ組立体５００は少なくとも２つのラッチ組立体５０４すなわち上方ラッチ組立体５０４−１と下方ラッチ組立体５０４−２を備える。上方ラッチ組立体５０４−１及び下方ラッチ組立体５０４−２は各々回転に対して装着される。各ラッチ組立体５０４は外方磁極片すなわち“スパイダー”５１４、内方磁極片すなわち“スパイダー”５１６、及び電磁コイル５２０を備える。これら磁極片５１４、５１６の各々は、好ましくはロータ極５１８の数に整合する多数の極を備える。この構成では、各ロータ極５１８における永久磁石が内方磁極片５１６及び  外方磁極片５１４と接触すると、磁気回路が形成される。その結果、ラッチ組立体５０４は２つの回転位置の一方（例えば第１又は第２）にアーム組立体５０２を保持できる。アーム組立体５０２を回転位置の一方から解放するために、電磁コイル５２０に電気パルスが供給される。この電気パルスの大きさ、持続時間、及び極性は、ばね５０８による力と相俟って永久磁石に打ち勝つのに十分な磁場を発生させることになる。図５に示す構成のアームラッチ組立体５０４は単に例示のためのものであり、多くの他の構成を使用できることが認められる。
【００３１】
[0036]多数のばね５０８は、主ばね５０８−１及びラッチ組立体５０４毎に１６個の補助ばね５０８−２、５０８−３、５０８−４、・・・・・５０８−１７を備え、全部で３２個の補助ばねを備える。上述の実施形態の場合のように、主ばね５０８−１は第１及び第２回転位置の間の第３の回転位置に向ってアーム組立体５０２を継続して偏倚させるように構成され、また補助ばね５０８−２、５０８−３、５０８−４、・・・・・５０８−１７はそれぞれ第３回転位置に向ってアーム組立体５０２を選択的に偏倚させるように構成される。主ばね５０８−１は、最初のスイッチ組立体１００の場合のように、好ましくはトーションバーであり、そしてロータ５１２をマウント構造体に回転可能に装着するのに用いられる。しかし、スイッチ組立体５００は別個の軸を備えることができ、この軸に主ばね５０８−１が継続して結合されることが認められる。
【００３２】
[0037]図５の拡大図であり、スイッチ組立体５００を部分的に組立てた状態で示す図６に最も明瞭に示すように、補助ばね５０８−２、５０８−３、５０８−４、・・・・・５０８−１７はそれぞれ、ロータ極５０８の１つに結合され、それの一側からのびる。従って、補助ばね５０８−２、５０８−３、５０８−４、・・・・・５０８−１７は、アーム組立体５０２の第１及び第２回転位置に対する回転位置において、ステータ組立体の磁極片５１４、５１６に選択的に結合され、それら磁極片から解放される。ロータ極５１８の各側当り１つの補助ばね５０８−２、５０８−３、５０８−４、・・・・・５０８−１７は単に例示のためのものであり、極側当りＮ個の補助ばねを用いてもよいことが認められる。更に、図５及び図６に示す重ね板ばねは単に例示のためのものであり、他のいろいろな構造のばねを用いてもよいことが認められる。更に、図示実施形態における補助ばねは、２つの補助ばねがロータ極５１８に結合される単一の組立体を形成するように構成されるが、各補助ばねを個々に形成し、ロータ極５１８に結合してもよいことが認められる。
【００３３】
[0038]図７に示す別の代わりのスイッチ組立体について以下説明する。このスイッチ組立体８００（図７に符号がない）は、補助ばねの構成を除いて、図５及び図６に示し、上記で説明したものと実質的に同様に構成される。従って、このスイッチ組立体の詳細な説明は行わない。しかし、図７における同様な参照符号が図５及び図６の同様な構成要素を表すことは認められるべきである。
【００３４】
[0039]さて相違点についてみると、図８（図７の誤り？）のスイッチ組立体７００（図７に符号がない）は、主ばね７０８−１及びラッチ組立体５１４毎に１６個の補助ばね７０８−２、７０８−３、７０８−４、・・・・・７０８−１７を備える。補助ばね７０８の八つは上方ステータ組立体磁極片５１４に結合され、他の４つは下方ステータ組立体磁極片５１６に結合される。従って、ばね組立体７０８は、ロータ５１２の第１及び第２回転位置に対する回転位置においてロータ極５１８に選択的に結合され、ロータ極５１８から解放される。また、ステータ極当りＮ個のばねを用いてもよいことは認められる。
【００３５】
[0040]上記の詳細な説明において少なくとも１つの実施形態について例示したが、多くの変形例が存在することは認められるべきである。また、１つ又は複数の例示した実施形態は単なる例であって、本発明の範囲、適応性、又は構成をいかようにも限定するものでないことも認められるべきである。むしろ、上記の詳細な説明は当業者にとって、１つ又は複数の例示した実施形態を実施するための好都合なロードマップとなる。特許請求の範囲に記載した発明の範囲及びそれの法律上の同等物から逸脱することなしに要素の機能及び構造において種々変更できることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】例示的な第１実施形態によるスイッチ組立体の斜視図。
【図２】図１に示すスイッチ組立体に用いることのできる例示的なラッチ組立体の断面図。
【図３】磁場及び単一ばねの力対変位特性を示すグラフ。
【図４】個々の場合と互いに組み合わさった場合とにおける磁場及び２つのばねの力対変位特性を示すグラフ。
【図５】別の例示的な実施形態によるスイッチ組立体の斜視図。
【図６】部分的に組立てた状態の図５に示すスイッチ組立体の一部分の拡大斜視図。
【図７】更に別の例示的実施形態によるスイッチ組立体の斜視図である。
【図１】
2007505334.tif 000003
【図２】
2007505334.tif 000004
【図３】
2007505334.tif 000005
【図４】
2007505334.tif 000006
【図５】
2007505334.tif 000007
【図６】
2007505334.tif 000008
【図７】
2007505334.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月26日(2006.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１回転位置と第２回転位置との間で回転するように構成したアーム組立体（１０２、５０２）と、
アーム組立体（１０２、５０２）に結合し、第１回転位置と第２回転位置との間に位置する第３回転位置に向ってアーム組立体（１０２、５０２）を偏倚するように構成した主ばね（１０８−１、５０８−１、７０８−１）と、
スイッチ組立体（１００）に配置し、アーム組立体（１０２、５０２）が第１回転位置か又は第２回転位置から予定の回転距離に達した時に第3回転位置に向ってアーム組立体（１０２、５０２）を選択的に偏倚するように各々構成した１つ以上の補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）と、
スイッチ組立体（１００）に配置し、（ｉ）アーム組立体（１０２、５０２）を第１回転位置か又は第２回転位置に選択的に保持するように及び（ｉｉ）アーム組立体（１０２、５０２）を保持する回転位置からアーム組立体（１０２、５０２）を選択的に解放するように作動できるラッチ組立体（１０４ａ、１０４ｂ、５０４−１、５０４−２）と、
を含むスイッチ組立体（１００）。
【請求項２】
更に、スイッチ組立体（１００）に配置された１つ以上の付加的な補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）を含み、該１つ以上の付加的な補助ばねの各々は、アーム組立体（１０２、５０２）が他の補助ばね（１０８−２、１０８−３、５０８−２、５０８−３、７０８−２、７０８−３）の予定の回転距離と異なる第１回転位置か又は第２回転位置から予定の回転距離に達した時に第３回転位置に向ってアーム組立体（１０２、５０２）を選択的に偏倚するように構成される請求項１記載のスイッチ組立体（１００）。
【請求項３】
請求項１記載のスイッチ組立体（１００）であって、
前記アーム組立体（１０２、５０２）は、少なくとも第１回転位置と第２回転位置との間で回転するように構成しかつ回転可能に装着したロータ（５１２）と、ロータ（５１２）に結合し、ロータ（５１２）から軸線方向にのびるアーム（５１０）と、を含み、
前記ラッチ組立体（１０４ａ、１０４ｂ、５０４−１、５０４−２）は、２つ以上の磁極片を備える第１ステータ組立体（５１４）と、２つ以上の磁極片を備える第２ステータ組立体（５１６）と、第１及び第２ステータ組立体（５１４、５１６）の少なくとも一方の近くに配置し、電気信号を受けて磁場を発生するコイル（２０４、５２０）と、を含み、
前記ロータ（５１２）は、第１ステータ組立体と第２ステータ組立体との間に配置され、それに結合した２つ以上のロータマグネットを含み、第１回転位置及び第２回転位置において各ロータマグネットが第１ステータ組立体の磁極片（５１４）の１つ及び第２ステータ組立体の磁極片（５１６）の１つと共に磁気回路を形成するように位置決めされるスイッチ組立体（１００）。
【国際調査報告】
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