(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生させる光源と、
前記光を光ビームのアレイに分割するマイクロレンズアレイと、
ベースと、
前記ベースにマウントされ、センサのアレイを備える検出器であって、センサの前記アレイの各センサは、前記各センサに当たる光の強度を測定する、前記検出器と、
光ビームの前記アレイをターゲットに向けて送出し、前記ターゲットから反射された光ビームのアレイの方向を、第１の方向にある検出軸に沿って前記検出器に向かうように変えるビームスプリッタと、を備え、
前記ビームスプリッタは、前記ベースから突出する３つ以上のほぼ平坦なフレクシャであって、前記ベース平面にほぼ垂直なフレクシャ平面を定義するフレクシャによって前記ベースと結合され、前記検出器又は前記ベースの少なくとも一方に対する前記ビームスプリッタの熱膨張又は熱収縮によって、前記検出器に対する光ビームのアレイの中心の位置合わせを前記３つ以上のフレクシャに維持させるように、前記３つ以上のフレクシャの各フレクシャが、前記検出軸から放射状に広がる方向であって前記フレクシャ平面に直交する第２の方向に曲がるが、前記各フレクシャは、前記第１の方向及び前記第２の方向に垂直な第３の方向には曲がらない、
スキャナ。
【請求項２】
前記ビームスプリッタの第１の熱膨張係数が、前記検出器又は前記ベースの少なくとも一方の第２の熱膨張と異なる、請求項１に記載のスキャナ。
【請求項３】
各フレクシャは、前記第１の方向に高さを有し、前記第２の方向に厚さを有し、前記第３の方向に幅を有し、前記厚さは、前記高さ及び前記幅の１０分の１未満である、請求項１又は２に記載のスキャナ。
【請求項４】
前記３つ以上のフレクシャは、前記検出器に対する前記マイクロレンズアレイ及び光ビームのアレイの中心の位置合わせをサブミクロンレベルの精度及び安定性で維持する、請求項１から３のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項５】
前記ベースはプリント回路基板（ＰＣＢ）を備え、前記ＰＣＢの第１の熱膨張係数は、前記検出器の第２の熱膨張係数とほぼ等しく、前記ビームスプリッタは、光ビーム分割素子を収容するハウジングを備え、前記３つ以上のフレクシャは前記ＰＣＢを前記ハウジングに取り付ける、請求項１から４のいずれか一項に記載のスキャナ。
【請求項６】
ベース平面を定義する、ほぼ平坦な表面を有するベースと、
前記ベースから突出する、３つ以上のほぼ平坦なフレクシャであって、前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャは、それぞれに、前記ベース平面にほぼ垂直な３つ以上のフレクシャ平面を定義し、前記３つ以上のフレクシャ平面は、それぞれに、前記フレクシャ平面に垂直な３つ以上のフレクシャ線を定義し、前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャのそれぞれは、前記３つ以上のフレクシャ線のそれぞれのフレクシャ線の方向には可撓であり、前記それぞれのフレクシャ線に垂直な方向には非可撓であり、前記３つ以上のフレクシャ線同士は交差点でぶつかる、前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャと、
前記ベースに結合されたものであって検出軸を有する検出器であり、前記検出軸が前記交差点を通るものであって前記ベース平面に直交する、検出器と、
前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャによって前記ベースに結合されたマウント素子であって、前記検出器に対する前記マウント素子の位置合わせを前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャがサブミクロンレベルの精度及び安定性で維持する、前記マウント素子と、を備える、
システム。
【請求項７】
前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャは、第１のフレクシャ線を定義する第１のフレクシャと、前記第１のフレクシャ線と同一直線上にある第２のフレクシャ線を定義する第２のフレクシャと、前記第１のフレクシャ線に垂直な第３のフレクシャ線を定義する第３のフレクシャと、前記第３のフレクシャ線と同一直線上にある第４のフレクシャ線を定義する第４のフレクシャと、を含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記ベースはプリント回路基板（ＰＣＢ）を含む、請求項６又は７に記載のシステム。
【請求項９】
前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャはベリリウム銅を含む、請求項６から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャは、前記検出器に接触せずに前記検出器を取り囲む、請求項６から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記マウント素子は３つ以上の面を含み、前記３つ以上の面は、それぞれに、３つ以上の面平面を定義し、前記３つ以上の面平面のそれぞれは、前記３つ以上のフレクシャ平面のうちの１つにほぼ平行である、
請求項６から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャのそれぞれは、前記３つ以上の面のうちの１つに接着剤で接着される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
検出器であって、前記検出器の１つ以上の場所に当たる光の１つ以上の強度を測定する前記検出器と、
光の方向を、検出軸に沿って前記検出器に向かうように変える光学素子と、
前記光学素子と前記検出器とを間接的に結合する、３つ以上のほぼ平坦なフレクシャと、を備え、前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャは、それぞれに、前記検出軸に平行な３つ以上のフレクシャ平面を定義し、前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャのそれぞれは、それぞれの第１の軸の方向には非可撓であり、それぞれの第２の軸の方向には可撓であり、前記それぞれの第１の軸と前記それぞれの第２の軸は、前記検出器の面にほぼ平行であり、前記それぞれの第１の軸は前記フレクシャ平面に平行であり、前記それぞれの第２の軸は前記フレクシャ平面に直交し、前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャは、前記光学素子からの光の中心が前記検出器の中心に向かうように、前記検出器に対する前記光学素子の位置合わせを維持する、
光学系。
【請求項１４】
前記検出器がマウントされるベースを更に備え、前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャは前記ベースと結合される、請求項１３に記載の光学系。
【請求項１５】
前記ベースはプリント回路基板（ＰＣＢ）を含む、請求項１４に記載の光学系。
【請求項１６】
前記光学素子を収容するハウジングを更に備え、前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャは前記ハウジングと結合される、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項１７】
前記ハウジングは金属を含む、請求項１６に記載の光学系。
【請求項１８】
前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャはベリリウム銅を含む、請求項１３から１７のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項１９】
前記光学素子はビームスプリッタを備える、請求項１３から１８のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項２０】
前記検出器は、センサの２次元アレイを備え、
前記３つ以上のほぼ平坦なフレクシャは、前記光学素子からの光の中心が前記検出器の中心にサブミクロンレベルの精度で向かうように、前記検出器に対する前記光学素子の位置合わせを維持する、
請求項１３から１９のいずれか一項に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、マウントシステムの分野に関し、特に、光学素子をプリント回路基板（ＰＣＢ）にマウントするシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
口腔内に歯科補綴物を埋め込む為に設計された歯科補綴処置では、補綴物が埋め込まれる歯科部位について、正確な測定及び慎重な検討が行われてよく、それによって、例えば、クラウン、義歯、ブリッジなどの補綴物が、定位置にフィットするように適正に設計及び寸法決定されることが可能である。良好にフィットすると、例えば、機械的応力が補綴物と顎との間を適正に伝わることが可能になり、補綴物と歯科部位との境界面による歯茎の汚染が最小限に抑えられる。
【０００３】
処置によっては、１つ以上の欠損歯の代わりとなる着脱可能な補綴物、例えば、部分義歯又は総義歯を作ることが必要になり、この場合は、作られた補綴物が無歯領域にフィットして、軟組織に対する圧力が均等になるように、歯が欠損している部分の表面輪郭を正確に再現することが可能である。
【０００４】
実施によっては、歯科医師によって歯科部位の前処理が行われ、歯科部位のポジティブ物理モデルが作られる。或いは、歯科部位の３次元（３Ｄ）データを供給するために歯科部位がスキャンされてよく、いずれの場合も、歯科部位の仮想モデル又は実モデルが歯科技工室に送られてよく、そこで、型に基づく補綴物が製造される。しかしながら、モデルが場所によって不完全又は不確定である場合、或いは、補綴物を受ける為の前処理が最適に構成されなかった場合には、補綴物の設計が最適にならない可能性がある。例えば、コーピングを密にフィットさせる為の前処理によって挿入経路が形成された結果として補綴物が隣接歯と衝突する場合、衝突しないようにコーピング形状を変更することがある。更に、フィニッシュライン（補綴物と歯の境目）を含む前処理の場所が明確さを欠く場合、フィニッシュラインを適正に画定することができない可能性があり、従って、コーピングの下側エッジの設計が適正にならない可能性がある。実際、状況によっては、モデルが拒否されて、歯科医師が歯科部位を再スキャンするか、前処理をやり直すことにより、適切な補綴物が製造可能になる。
【０００５】
歯列矯正処理では、一方又は両方の顎のモデルを供給することが重要である可能性がある。そのような歯列矯正処置が仮想的に設計される場合は、口腔の仮想モデルも有用である。そのような仮想モデルは、口腔を直接スキャンすることによって取得されてよく、或いは、歯列の物理モデルを作り、このモデルを適切なスキャナでスキャンすることによって取得されてよい。
【０００６】
従って、歯科補綴処置及び歯列矯正処置の両方において、口腔内の歯科部位の３Ｄモデルを取得することが、実施される最初の手順であってよい。３Ｄモデルが仮想モデルである場合、歯科部位のスキャンが完璧且つ正確であるほど、仮想モデルの品質が高くなり、従って、補綴物又は歯列矯正器具の設計が最適になる可能性が高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、背景技術の課題を解決するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
添付図面の各図において、本発明を、限定ではなく例として示す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態による光学装置の機能ブロック図である。
【図２】一実施形態による光学系の分解斜視図である。
【図３】一実施形態によるマウントシステムの斜視図である。
【図４Ａ】熱的中立状態にある図３のマウントシステムの側面図である。
【図４Ｂ】熱的中立状態にある図３のマウントシステムの上面図である。
【図５】熱膨張状態にある図３のマウントシステムの側面図である。
【図６Ａ】一実施形態による、２つのフレクシャを含むマウントシステムの一実施形態の上面図である。
【図６Ｂ】一実施形態による、３つのフレクシャを含むマウントシステムの一実施形態の上面図である。
【図６Ｃ】一実施形態による、６つのフレクシャを含むマウントシステムの一実施形態の上面図である。
【図６Ｄ】一実施形態による、８つのフレクシャを含むマウントシステムの一実施形態の上面図である。
【図７】光学素子をマウントする方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書では、ベースと、ベースに取り付けられた幾つかのフレクシャと、を含むマウントシステムについて説明する。ベースは、ｚ軸に垂直なベース平面を定義してよく、フレクシャは、ベースからｚ軸方向に突出し、ｚ軸から放射状に広がる、対応するｙ軸の方向にほぼ平坦である材料片であってよい。
【００１１】
フレクシャをマウント素子に取り付けることにより、マウント素子がベースにマウントされてよい。フレクシャは、マウント素子及び／又はベースの熱膨張又は熱収縮によって、外側又は内側に（例えば、対応するｙ軸の方向に）曲がり、他のいかなる方向にも（例えば、ｙ軸及びｚ軸に垂直な方向に）曲がらないように、配置されてよい。従って、フレクシャは、マウント素子の熱膨張又は熱収縮によってマウントシステムの部品にかかる応力を最小限に抑えることを可能にする一方、マウント素子がベースに対して平行移動又は回転移動することを防ぐ。
【００１２】
図１は、一実施形態による光学装置２２の機能ブロック図を示す。光学装置２２はスキャナであってよく、例えば、口腔内スキャナであってよい。光学装置２２は、光を発生させる光源を含み、例えば、（矢印３０で表される）レーザ光を発する半導体レーザ２８を含む。この光は、偏光子３２を通り、偏光子３２は、通る光の特定の偏光を発生させる。次に、この光は、光エキスパンダ３４に入り、光エキスパンダ３４は、光ビーム３０の開口数を高める。次に、この光は、モジュール３８（例えば、格子アレイ又はマイクロレンズアレイ）を通り、モジュール３８は、親ビーム３０を、（図１では図示の簡潔さの為に単線で表されている）複数の入射光ビーム３６に分割する。例えば、モジュール３８は、親ビーム３０を光ビームの２次元アレイに分割してよい。
【００１３】
光学装置２２は更に、ビームスプリッタ４０を含んでよく、ビームスプリッタ４０は、レーザ源からの光を下流光学部に伝搬させるが、逆方向に伝搬する光の方向を変える。従って、ビームスプリッタ４０は、モジュール３８からの光ビームの２次元アレイを（下流光学部経由で）ターゲットに送出することが可能である一方、（後述されるように）ターゲットから反射された光ビームの２次元アレイの方向を、検出器に向かうように変えることが可能である。別の実施形態では、ビームスプリッタではなく、同様の機能を有する他の光学部品が使用されてもよく、例えば、中央開口が小さい半透明反射鏡が使用されてよい。この反射鏡の開口は、この装置の測定精度を高める。
【００１４】
光学装置２２は更に、テレセントリックモードで動作するコンフォーカル光学部４２と、中継光学部４４と、内視鏡４６と、を含む。一実施形態では、テレセントリックコンフォーカル光学部は、倍率が距離によって変化しないようにしており、Ｚ方向の広範囲の距離にわたって同じ画像拡大率を維持する（Ｚ方向はビーム伝搬方向であり、Ｚ軸又はレンズ軸とも称される）。中継光学部４４は、ビームの伝搬の特定の開口数の維持を可能にする。
【００１５】
内視鏡４６は、典型的には、剛体の光伝送媒体を含む。剛体の光伝送媒体は、その中に光伝送路が定義される中空物体であってよく、或いは、光伝送材料（例えば、ガラス体又はガラス管）から作られた物体であってよい。内視鏡は、典型的には、その端部に、全内部反射を保証する種類の反射鏡を含む。この反射鏡は、入射光ビームを、スキャン対象の歯セグメント２６に向けて方向づけることが可能である。従って、内視鏡４６は、歯セグメント２６の表面に当たる複数の入射光ビーム４８を発する。
【００１６】
入射光ビーム４８は、Ｚ軸方向に伝搬するＸ−Ｙ平面内に配列された光ビームのアレイを形成する。入射光ビームが当たる表面が平坦ではない面である場合、照射スポット５２は、様々な場所（Ｘｉ，Ｙｉ）において、Ｚ軸方向に互いにずれる。従って、１つの場所のスポットに光学素子４２の焦点が合っている間、別の場所のスポットに焦点が合っていないことがありうる。従って、焦点が合ったスポットの戻り光ビーム（後述）の光強度はピーク強度になり、他のスポットの光強度はピークから外れる。従って、照射スポットごとに、Ｚ軸に沿った異なる複数の位置で光強度の測定が複数回行われる。そのような場所（Ｘｉ，Ｙｉ）のそれぞれにおいて、典型的には、強度の、距離（Ｚ）に関する微分が行われ、最大微分値Ｚ０を与えるＺｉが合焦距離となる。上述のように、半透明反射鏡４０を使用した結果として、焦点が合っていない場合に入射光が表面上に光の円盤を形成し、焦点が合っている場合のみ入射光が完全な光スポットを形成する場合、距離微分値は、合焦位置に近づくにつれて大きくなり、従って、測定の精度が高まる。
【００１７】
それぞれの光スポットから散乱する光は、最初にＺ軸内を、入射光ビームが伝搬した光路と反対の方向に伝搬するビームを含む。各戻り光ビーム５４は、入射光ビーム３６のうちの１つに対応する。ビームスプリッタ４０の特性が非対称であるとすると、戻り光ビームは検出光学部６０の方向に反射される。検出光学部６０は、偏光子３２の偏光面に垂直な向きの、好ましい偏光面を有する偏光子６２を含む。偏光された戻り光ビーム５４は、結像光学部６４（典型的には１つ以上のレンズ）を通り、次に、ピンホールのアレイを含むマトリックス６６を通る。検出器６８（例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ）が、検知素子のマトリックスを有しており、各検知素子は画像の画素を表現し、各画素はアレイ６６の１つのピンホールに対応する。従って、検出器６８は、センサの２次元アレイを含んでよく、各センサは、センサに当たる光の強度を測定する。
【００１８】
検出器６８は、プロセッサユニット２４の画像取り込みモジュール８０に接続されている。従って、検出器６８の各検知素子において測定される各光強度は、プロセッサ２４が受け取って分析する。
【００１９】
光学装置２２は更に、制御モジュール７０を含み、制御モジュール７０は、半導体レーザ２８及びアクチュエータ７２の両方の制御操作部に接続されている。アクチュエータ７２は、テレセントリックコンフォーカル光学部４２と結合されていて、コンフォーカル光学部４２の焦点面のＺ軸方向の相対位置を変化させる。１つの動作シーケンスにおいて、アクチュエータ７２が、制御ユニット７０の誘導により、コンフォーカル光学部４２をずらして、焦点面の位置を変化させ、その後、制御モジュール７０は、焦点面の位置が変化したというフィードバックを受け取ると、光パルスを発生させるようにレーザ２８を誘導する。同時に、制御モジュール７０は、画像取り込みモジュール８０を同期させて、検出器６８の各検知素子から、光強度を表すデータを取り込ませる。その後、後続のシーケンスにおいて、焦点面が同様に変化して、広い焦点範囲にわたってデータ取り込みが続けられる。
【００２０】
画像取り込み装置８０は、処理ソフトウェア８２とつながっており、処理ソフトウェア８２は、光学部４２、４４の焦点面の全範囲にわたる各画素の相対強度を測定する。上述のように、ある特定の光スポットで焦点が合うと、測定される強度は最大になる。従って、最大光強度に対応するＺｉを特定することにより、或いは、光強度から誘導される最大ずれを特定することにより、画素ごとに、各光スポットのＺ軸方向の相対位置を特定することが可能である。従って、歯セグメントの表面の３次元パターンを表すデータを取得することが可能である。この３次元表現は、ディスプレイ８４上に表示されてよく、ユーザ操作モジュール８６（例えば、コンピュータキーボード、タッチパッド、マウス等）によって表示の為の操作（例えば、様々な角度からの表示、ズームイン又はズームアウトの為の操作）が行われてよい。更に、表面トポロジを表すデータは、適切なデータポート（例えば、モデム８８）から、任意の通信ネットワーク（例えば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、インターネットのような公衆ネットワーク等）を通して受信者に送信されてよい。
【００２１】
実施形態では、光学素子（例えば、偏光子３２、光エキスパンダ３４、マイクロレンズアレイ３８、ビームスプリッタ４０、コンフォーカル光学部４２、検出光学部６０等）のうちの１つ以上が、本明細書において後で詳述するフレクシャの配列により、ベースにマウントされてよい。フレクシャは、光学素子及び／又はベースの熱膨張又は熱収縮によってマウントシステムの部品にかかる応力を最小限に抑えることを可能にする一方、マウント素子がベースに対して平行移動又は回転移動することを防ぐように、光学素子を固定することが可能である。従って、あらゆる温度変化に対して、光学部品の適切な位置合わせを維持することが可能である。
【００２２】
図２は、一実施形態による光学系１００の分解斜視図を示す。光学系１００は、スキャナ、例えば、口腔内スキャナに内蔵されてよく、スキャナは、図１に関して上述されたような他の部品も有してよい。光学系１００は検出器１１０を含み、検出器１１０は、検出器１１０の１つ以上の場所に当たる光の１つ以上の強度を測定する。検出器１１０はセンサの２次元アレイを含んでよく、各センサは、センサに当たる光の強度を検出する。一実施形態では、検出器１１０は、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラを含む。
【００２３】
光学系１００は、光の方向を、検出器１１０に向かうように変える光学素子１２０を含む。光学素子１２０は、（矢印１９１で示される）光源からの光を、光学素子１２０に通して（矢印１９２で示されるように）ターゲットに向かわせる一方、（矢印１９３で示される）ターゲットから反射された光の方向を、（矢印１９４で示されるように）検出軸に沿って検出器１１０に向かうように変える。光学素子１２０は、例えば、ビームスプリッタを含んでよい。別の実施形態では、光学素子１２０は半透明反射鏡を含んでよい。光学素子は、例えば、ガラス又はプラスチック又は任意の透明又は反射性の材料を含んでよい。
【００２４】
光学素子１２０は、（図２において一部切り欠きで示されている）ハウジング１２２に封入又は収容されてよい。一実施形態では、ハウジング１２２は金属であり、例えば、アルミニウムである。光学素子１２０は、１つ以上のスタッド１２４により、ハウジング１２２と結合されてよい。スタッド１２４は、光学素子１２０の底部に取り付けられるヘッド１２５と、ハウジング１２２に取り付けられるルート１２６と、を含んでよい。
【００２５】
検出器１１０はベース１１２にマウントされてよく、ベース１１２は、例えば、ＦＲ−４、ＦＲ−２、ＢＴエポキシ、シアネートエステル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又は他の任意の材料で構成されるプリント回路基板（ＰＣＢ）である。ベース１１２は、検出器１１０で生成される強度データを受け取る処理装置と結合される導電パターンを含んでよい。ベース１１２は、検出軸にほぼ垂直なベース平面を定義する。
【００２６】
光学系１００は、光学素子１２０と検出器１１０とを結合する為の、幾つかのフレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄを含む。図２に示された光学系１００は４つのフレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄを有しているが、光学系１００に含まれるフレクシャの数は、これより多くても少なくてもよい。例えば、一実施形態では、光学系１００は２つのフレクシャを含み、これらは、検出器１１０の互いに向かい合う側に配置されてよい。別の実施形態では、光学系１００は、３つ以上のフレクシャを含む。一実施形態では、光学系１００は、８つのフレクシャを含む。
【００２７】
フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄのそれぞれは、ベース１１２と結合され、ベース１１２から突出している、ほぼ平坦な材料片であってよい。例えば、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、ベース１１２に溶接又ははんだ付けされてよい。一実施形態では、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄはベリリウム銅である。フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは又、他の高強度可撓材料で構成されてもよく、例えば、他の金属で構成されてもよい。フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄはほぼ平坦であってよいが、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄのそれぞれの取付面１３９Ａ−１３９Ｄは、光学素子１２０、又はハウジング１２２の対応する取付面１２９Ａ−１２９Ｄとの接着性を高める為に、ざらざらした質感であってよい。
【００２８】
上述のように、図２は、光学系１００の分解図である。組み立てられると、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄによって検出器１１０と光学素子１２０とが結合される。一実施形態では、光学系１００の組み立ては、方向を変えられた光１９４の中心（例えば、ビームの２次元アレイの中心）が検出器１１０の中心に向かうように、光学素子１２０を検出器１１０と位置合わせすることを含む。一実施形態では、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、ハウジング１２２に取り付けられることによって、光学素子１２０と結合される。一実施形態では、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、接着剤でハウジング１２２に接着される。一実施形態では、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄの取付面１３９Ａ−１３９Ｄに接着剤が塗布され、取付面１３９Ａ−１３９Ｄは、ハウジング１２２の対応する取付面１２９Ａ−１２９Ｄに接着される。
【００２９】
フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、検出器１１０に対する光学素子１２０（又はハウジング１２２）の熱膨張又は熱収縮によって、フレクシャが（例えば、検出軸から放射状に広がる方向に）外側又は内側に曲がり、他のいかなる方向にも（例えば、その放射状に広がる方向に垂直な方向や、検出軸の方向に）ほとんど曲がらないように配置されてよい。例えば、フレクシャは、外側には最大１ミリメートル曲がるが、他の方向への曲がりは１ミクロン未満に制限される為、位置合わせのサブミクロン精度が維持される。従って、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、光学素子１２０（又はハウジング１２２）の熱膨張又は熱収縮によってマウントシステム２００の部品にかかる応力を最小限に抑えることを可能にする一方、光学素子１２０が検出器１１０に対して平行移動又は回転移動することを防ぐ。熱膨張又は熱収縮は、光学素子１２０（例えば、ガラスで構成されるビームスプリッタ）の第１の熱膨張係数と、検出器１１０又はベース１１２の少なくとも一方の第２の熱膨張係数とが異なることによって発生しうる。
【００３０】
図３は、一実施形態によるマウントシステム２００の斜視図を示す。マウントシステム２００は、図２のベース１１２及びフレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄを含んでよい。図３は４つのフレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄを示しているが、マウントシステム２００に含まれるフレクシャの数はこれより多くても少なくてもよい。上述のように、マウントシステム２００により、検出器と光学素子とが連結されてよい。しかしながら、マウントシステム２００により、他の部品が結合されてもよい。
【００３１】
ベース１１２は、ｚ軸１３２に垂直なベース平面を定義する、ほぼ平坦な表面を含む。フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、ベースからｚ軸１３２の方向に突出する、ほぼ平坦な材料片である。フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、ｚ軸に垂直なｘｙ軸１３４Ａ−１３４Ｄにそれぞれ関連付けられており、各ｙ軸は、ｚ軸に垂直であり、ｚ軸から放射状に広がっており、各ｘ軸は、ｚ軸及び対応するｘ軸の両方に垂直である。ｘｙ軸１３４Ａ−１３４Ｄは、フレクシャ平面と称される、対応するｘｚ平面にわたる取付面によって定義されてよく、フレクシャ平面は、ベース平面に垂直であり、従って、ｚ軸に平行である。そしてフレクシャ平面は、フレクシャ平面に垂直な（例えば、ｙ軸方向の）フレクシャ線１３６Ａ−１３６Ｄを定義する。フレクシャ線１３６Ａ−１３６Ｄ同士は、交差点１３８でぶつかる。フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、それぞれのフレクシャ線１３６Ａ−１３６Ｄの方向には可撓であってよく、それぞれのフレクシャ線１３６Ａ−１３６Ｄに垂直な方向には非可撓であってよい。
【００３２】
図３に関しては、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、第１のフレクシャ線１３６Ａを定義する第１のフレクシャ１３０Ａと、第２のフレクシャ線１３６Ａに垂直な第２のフレクシャ線１３６Ｂを定義する第２のフレクシャ１３０Ｂと、第１のフレクシャ線１３６Ａと同一直線上にある第３のフレクシャ線１３６Ｃを定義する第３のフレクシャ１３０Ｃと、第３のフレクシャ線１３６Ｃに垂直な第４のフレクシャ線１３６Ｄを定義する第４のフレクシャ１３０Ｄと、を含む。フレクシャ線１３６Ａ−１３６Ｄ同士は、交差点１３８でぶつかる。
【００３３】
上述のように、光学素子１２０は、方向を変えられた光１９４の中心（例えば、ビームの２次元アレイの中心）が検出器１１０の中心に向かうように、検出器１１０と位置合わせされている。検出器１１０は、フレクシャが検出器１１０に接触せずに検出器１１０を取り囲むように、ベース上にマウントされてよい。交差点１３８は、方向を変えられた光１９４の中心が、システムの部品の熱膨張又は熱収縮に関係なく、検出器の中心に向かうように、システムの静止点を与えるものであり、これは、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄが、それぞれの第１の軸の方向には非可撓であり、それぞれの第２の軸の方向には可撓であることによる。但し、それぞれの第１の軸及びそれぞれの第２の軸は、検出器の面にほぼ平行である。更に、光学素子１２０は定位置を維持することが可能であり、これによって、検出器の各画素は、広範囲の温度条件にわたって、サブミクロンの精度及び安定性で、それぞれの光源ビームと位置合わせされたままとなる。
【００３４】
一実施形態では、マウント素子（例えば、図２の光学素子１２０及びハウジング１２２）は、ほぼ平坦な取付面（例えば、図２のハウジング１２２の取付面１２９Ａ−１２９Ｄ）を含み、これらの取付面は、それぞれ面平面を定義し、これら３つ以上の面平面のそれぞれがフレクシャ平面の１つと平行である。マウント素子をマウントするステップは、マウント素子を検出器と位置合わせするステップと、（例えば、接着剤で、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄの取付面をマウント素子の取付面に接着することにより）フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄをマウント素子に取り付けるステップと、を含んでよい。マウント素子は、マウント素子の中心が交差点１３８と位置合わせされるように、ベース１１２にマウントされてよい。
【００３５】
各フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、第１の方向（例えば、ｚ軸方向）に高さを有してよく、第２の方向（例えば、ｙ軸方向）に厚さを有してよく、第３の方向（例えば、ｘ軸方向）に幅を有してよい。一実施形態では、厚さは、高さ及び幅よりかなり小さい。例えば、一実施形態では、厚さは、高さ及び幅の１０分の１未満である。一実施形態では、厚さは１ミリメートル未満であり、高さ及び幅は少なくとも１０ミリメートルである。一実施形態では、幅は高さより大きい。例えば、幅は、高さより少なくとも２０％大きくてよい。別の実施形態では、幅と高さはほぼ等しい。
【００３６】
一実施形態では、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、ベース１１２に取り付けられる一端において、ほぼ９０度の角度で曲げられる。これによって、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄをベース１１２に取り付ける為の表面積が大きくなる可能性がある。一実施形態では、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄの曲げ端部が複数の区画（例えば、３つの区画）に分割され、ある１つ以上の区画が第１の方向に９０度曲げられ、他の１つ以上の区画が反対方向に９０度曲げられる。
【００３７】
図４Ａは、熱的中立状態にある図３のマウントシステム２００の側面図を示す。図４Ｂは、熱的中立状態にある図３のマウントシステム２００の上面図を示す。図４Ａ及び図４Ｂの熱的中立状態では、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、マウント素子３００と結合されており、曲げられていない。マウント素子３００、マウントシステム２００、及び／又はベースの材料の熱膨張係数の違いに起因して、マウント素子３００がマウントシステム２００及び／又はベースに対して熱膨張又は熱収縮すると、マウントシステムは熱膨張状態又は熱収縮状態になってよい。
【００３８】
図５は、熱膨張状態にある図３のマウントシステム２００の側面図を示す。熱膨張状態では、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、マウント素子３００と結合されたままではあるが、（フレクシャによって定義されるそれぞれのｙ軸の方向の）外側に曲げられている。従って、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは板ばねのように動作し、各フレクシャは、１つの方向（例えば、ｙ軸方向）には可撓であり、直交方向（例えば、ｘ軸方向）には非可撓である。図５に示されるように、曲がるのは、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄの一部分だけである。具体的には、マウント素子３００に取り付けられている部分と、ベース１１２の近位にある部分とが、定位置を維持することが可能である。
【００３９】
フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、外側に曲がることによってマウント素子３００の熱膨張を可能にするが、他の方向（例えば、ｘ軸方向）には曲がったり変形したりしない為、ベースに対するマウント素子３００の位置合わせが維持される。更に、各フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、ほぼ同じ量だけ曲がる為、各フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄからマウント素子３００には、ほぼ同じ力がかかる。このように、各力が同等であることで、マウント素子３００は、ベース１１２に対して定位置を維持する。具体的には、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄは、ベース１１２に取り付けられた検出器の中心に対する、光学素子（例えば、ビームスプリッタ）の中心の位置合わせを維持することが可能である。更に、Ｚ軸方向の動きはほとんどなく、問題にならない。
【００４０】
熱膨張係数が異なる複数の材料を有する光学系では、フレクシャが一方向に曲がることにより、そうでない場合に存在するであろう、部品に対する応力が低減される。その一方で、フレクシャが他の方向に曲がったり変形したりしないことにより、システムの位置合わせが維持され、従って、システムが安定する。
【００４１】
図示されるように、実施形態では、マウントシステム２００及びその光学部は、検出器に直接は貼り付けられていない。その代わりに、マウントシステム２００は、ベース（例えば、ＰＣＢ）に貼り付けられており、そのベースが検出器に貼り付けられている。このように、マウントシステムと検出器とが直接つながっていないことは、理屈の上では、光学部が検出器に対する位置合わせから外れる原因になる可能性がある。しかしながら、実施形態に記載されたフレクシャを使用することの意外な結果として、検出器とマウントシステムとが直接つながっていなくても、検出器とマウントシステム２００の光学部との間にサブミクロンの位置合わせが維持される。一実施形態では、そのような位置合わせは、検出器の熱膨張係数とほぼ等しい熱膨張係数を有するベースを使用することにより、促進される。
【００４２】
光学素子１２０（又はハウジング１２２）を、検出器に直接取り付けるのではなく、フレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄを使用してベース１１２に取り付けることにより、検出器のパッケージサイズを最小限に抑えることが可能である。従って、本明細書に記載の実施形態は、熱膨張係数が異なる場合がある部品間の高精度の光学的位置合わせが重要である装置の小型化を促進する。
【００４３】
上述のように、図３は４つのフレクシャ１３０Ａ−１３０Ｄを示しているが、マウントシステム２００に含まれるフレクシャの数はこれより多くても少なくてもよい。図６Ａから図６Ｄは、様々な数のフレクシャを有するマウントシステムの実施形態を示す。
【００４４】
図６Ａは、一実施形態による、２つのフレクシャ６１２Ａ−６１２Ｂを含むマウントシステム６１０の一実施形態の上面図を示す。フレクシャ６１２Ａ−６１２Ｂは、マウント素子６１５の互いに向かい合う側に配置される。従って、一実施形態では、マウントシステムは、ベース平面を定義する、ほぼ平坦な表面を有するベースと、ベースから突出する、２つ以上のほぼ平坦なフレクシャと、を含んでよく、２つ以上のほぼ平坦なフレクシャは、それぞれに、ベース平面にほぼ垂直な２つ以上のフレクシャ平面を定義し、２つ以上のフレクシャ平面は、それぞれに、フレクシャ平面に垂直な２つ以上のフレクシャ線を定義し、２つ以上のほぼ平坦なフレクシャのそれぞれは、２つ以上のフレクシャ線のそれぞれのフレクシャ線の方向には可撓であり、それぞれのフレクシャ線に垂直な方向には非可撓であり、２つ以上のフレクシャ線同士は交差点でぶつかる。
【００４５】
同様に、光学系は、検出器の１つ以上の場所に当たる光の１つ以上の強度を測定する検出器と、光の方向を、検出軸に沿って検出器に向かうように変える光学素子と、光学素子と検出器とを間接的に結合する、２つ以上のほぼ平坦なフレクシャと、を含んでよく、２つ以上のほぼ平坦なフレクシャは、それぞれに、検出軸に平行な２つ以上のフレクシャ平面を定義し、２つ以上のほぼ平坦なフレクシャのそれぞれは、それぞれの第１の軸の方向には非可撓であり、それぞれの第２の軸の方向には可撓であり、それぞれの第１の軸とそれぞれの第２の軸は、検出器の面にほぼ平行である。
【００４６】
図６Ｂは、一実施形態による、３つのフレクシャ６２２Ａ−６２２Ｃを含むマウントシステム６２０の一実施形態の上面図を示す。フレクシャ６２２Ａ−６２２Ｃは、フレクシャ６２２Ａ−６２２Ｃによって定義されるフレクシャ線６２４Ａ−６２４Ｃ同士が交差点６２８でぶつかり、互いに１２０度の角度を成すように、マウント素子６２５の周囲に配置される。従って、フレクシャ６２２Ａ−６２２Ｃは、マウント素子６２５の周囲に等間隔で配置される。別の実施形態では、フレクシャ６２２Ａ−６２２Ｃは、マウント素子６２５の周囲に等間隔では配置されない。
【００４７】
図６Ｃは、一実施形態による、６つのフレクシャ６３２Ａ−６３２Ｇを含むマウントシステム６３０の一実施形態の上面図を示す。６つの６３２Ａ−６３２Ｆは、マウント素子６３５の周囲に等間隔で配置されるように示されているが、別の実施形態では、フレクシャ６３２Ａ−６３２Ｆは、マウント素子６３５の周囲に等間隔では配置されない。図６Ｄは、一実施形態による、８つのフレクシャ６４２Ａ−６４２Ｈを含むマウントシステム６４０の一実施形態の上面図を示す。８つの６４２Ａ−６４２Ｈは、マウント素子６４５の周囲に等間隔で配置されるように示されているが、別の実施形態では、フレクシャ６４２Ａ−６４２Ｈは、マウント素子６４５の周囲に等間隔では配置されない。
【００４８】
図７は、光学素子をマウントする方法７００を示すフローチャートである。方法７００は、まず、ブロック７１０において、３つ以上のフレクシャをベースに取り付ける。ベースは、例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）を含んでよい。これらのフレクシャは、ベースから突出するように、一自由端がベースに取り付けられてよい。一実施形態では、フレクシャは、ベースに溶接又ははんだ付けされることによって取り付けられる。別の実施形態では、フレクシャは、接着剤でベースに接着されるか、別の方法で取り付けられてよい。
【００４９】
ブロック７２０において、ベースに検出器がマウントされる。検出器は、データを検出器からプロセッサ又は他の構成要素に伝達する為に、ベースの導電パターンと接触するように、ベースにマウントされてよい。一実施形態では、検出器は、ベースに接着剤で接着されるか、はんだ付けされる。検出器は、フレクシャに接触せずにフレクシャに取り囲まれるように、ベースにマウントされてよい。
【００５０】
ブロック７３０において、検出器に対して光学素子が位置合わせされる。光学素子は、例えば、ビームスプリッタを含んでよい。光学素子は、自由度６（例えば、一連の互いに垂直な３つの軸に沿う３つの平行移動方向と、それらの軸を中心とする３つの回転方向）で位置合わせされてよい。光学素子は、サブミクロン精度で位置合わせ可能である。
【００５１】
ブロック７４０において、３つ以上のフレクシャが光学素子に取り付けられる。一実施形態では、３つ以上のフレクシャは、接着剤で光学素子（又は光学素子を取り囲むハウジング）に接着される。一実施形態では、フレクシャに接着剤が塗布され、このフレクシャが、光学素子又はハウジングの一部分に押しつけられる。一実施形態では、フレクシャを接着剤で光学素子又はハウジングに接着してから位置合わせが行われ、位置合わせの完了後に接着剤が硬化する。別の実施形態では、フレクシャは他の方法で光学素子に取り付けられる。
【００５２】
上述の説明は、制限的ではなく例示的であることを意図したものであることを理解されたい。上述の説明が読まれて理解されれば、他の多くの実施形態が明らかになるであろう。特定の例示的実施形態を参照して本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は、説明された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱しない限り、修正及び改変されて実施されてよいことを理解されたい。従って、本明細書及び図面は、制限的ではなく例示的であると見なされたい。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を、そのような特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲とともに参照して決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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