(57)【要約】指定の位置に、ファイバー又はレンズ等のその他の小型品のようなメディア又は構成部品を移動する自給式の装置。ファイバー又は構成部品は指定された位置を得るために様々な寸法で移動され、移動後、所定の位置にロックされる。電圧や電流等の入力電気信号は動作を制御する。一実施例において、温度式駆動部は半導体技術を利用したマイクロポジショナーより成る。本発明の他の実施例において、温度式または静電気式の駆動部はファイバーを動かすための機械式歯車を使用する。本発明の他の実施例において、超小型メカトロニクスシステム(MENS)技術のような機械技術を利用し、実施される。本発明の他の実施例において、ファイバーの動きを促進するため、圧電性材料が使用される。
2006510923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メディア又は構成部品を受け入れ保持するための取付け台組立、該取付け台組立に取り付けた、制御信号に応答し指向的に動作するシャトル組立、より成るマイクロポジショナー。
【請求項２】
前記シャトル組立が単方向で動作される、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【請求項３】
前記シャトル組立がＸ方向及びＹ方向で動作される、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【請求項４】
前記取付け台組立が光ファイバーを保持する、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【請求項５】
前記取付け台組立がレンズを保持する、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【請求項６】
ナノメーターの範囲の許容範囲とミクロン範囲で動作するメディアまたは構成部品を配置するための、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【請求項７】
マイクロポジショナーの寿命の間複数回、メディア又は構成部品を保持、解放及び再配置できる、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【請求項８】
前記シャトル組立に応答連結する電気回路を含み、前記シャトルが前記電気回路からの電気信号に応答して動く、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【請求項９】
上面、実質的に平らな底面、及び、該底面を通り上面まで実質的中央に位置する穴を有する基板を含み、
更に、前記シャトル組立が、各動作の方向のための膨張バー、バネ、クランプのセットより成り
前記膨張バー、バネ、クランプのセットが、前記基板の上面に配置され保持ており、
前記膨張バーが電気回路により導かれる電流により膨張と収縮をする膨張材料から製造されたものであり、
前記基板の及び前記各膨張バーの側面の間に位置する前記バネセットが、前記膨張バーの前記側面に力を加えるように動作可能であり、自在な電気相互連結、程度を外れた動作のための安定化手段を提供する事が可能な前記バネであり、
前記クランプが電気回路により導かれる電流により膨張と収縮をすることのできる膨張材料から製造されたものであり、
前記クランプが電力を加えられず、前記クランプが収縮状態の時、所定の位置に膨張バーを保持するように配置してあり、
前記クランプが電力を加えられず、前記クランプが膨張状態である時、前記膨張バーを解放するように働き、
前記取付け台組立が前記膨張バーに堅く取付けられる、かつ、前記シャトルが中立時に基板の穴の中央部に位置していること、
より成る、請求項８に記載されるマイクロポジショナー。
【請求項１０】
Ｘ，Ｙ，又はＺのような単一方向で動作される、請求項９に記載されるマイクロポジショナー。
【請求項１１】
Ｘ及びＹのような二次元で動作される、請求項９に記載されるマイクロポジショナー。
【請求項１２】
前記取付け台組立が光ファイバーを保持する、請求項９に記載されるマイクロポジショナー。
【請求項１３】
前記取付け台組立がレンズを保持する、請求項９に記載されるマイクロポジショナー。
【請求項１４】
所定のシーケンスとレベルで前記膨張バー及びクランプを通して電流を操作するために機能する前記電気回路、
前記所定のシーケンス及びレベルに応答して加熱及び冷却、それにより、膨張及び収縮させるために取付けられる前記膨張バーとクランプ、及び
前記膨張バー及びクランプを通る電流のシーケンスに応答して動作可能な前記膨張バー及び取付け台組立、
より成る、請求項９に記載されたマイクロポジショナー。
【請求項１５】
前記シャトル組立は左Ｘ方向小組立、右Ｘ方向小組立、上Ｙ方向小組立、下Ｙ方向小組立の四方向の小組立を持っており、
各方向小組立はクランプ、バネ、膨張バーの相互機能可能なセットより成る、
請求項８に記載されたマイクロポジショナー。
【請求項１６】
一つ以上の特定の指向性を持つ小組立へ一連の電気信号を与える事により、特定の方向へ動作するように機能する、請求項１５に記載のマイクロポジショナー。
【請求項１７】
半導体基板の上で製造される、請求項１５に記載のマイクロポジショナー。
【請求項１８】
前記基板の上に位置し、マイクロポジショナーの電気回路に連結するボンドパッドより成る、請求項１５に記載のマイクロポジショナー。
【請求項１９】
一つ又は複数のピニオンアクチュエータ、
一つ又は複数のピニオンドライブ、
一つ又は複数のピニオンリリース、
一つ又は複数の軸保持アクチュエータ、
Ｘ軸、Ｙ軸スライド、
スライド付き可動穴から成り、
前記可動穴とスライドは前記Ｘ軸とＹ軸スライドによりガイドされており、
前記ピニオンは、停止中又は動作中自在であり、
停止中に前記可動穴が所定の位置にロックされるように前記可動穴に接触し、クランプする全ピニオンアクチュエータ、
動作中に電圧が加えられたことで、前記可動穴を膨張させ、解放する一組の保持アクチュエータ、
付加電圧が加えられたことで、前記可動穴を所望の位置に膨張させ、押すための一組のピニオンドライブアクチュエータセットを含み、
前記一組の保持アクチュエータは、電圧がそこから除去された後、前記可動穴に接触し、クランプするように動作し、
前記ピニオンリリースアクチュエータは電圧が加えられたことで、前記可動穴を膨張及び解放しており、
前記ピニオンドライブアクチュエータ及び前記ピニオンは電圧が除去された時、停止位置に戻るように動作し、
前記ピニオンリリースアクチュエータ及び前記ピニオンは電圧が除去された時、前記可動穴をクランプするために後退し収縮するようになった、
請求項１に記載されたマイクロポジショナー。
【請求項２０】
前記マイクロポジショナーをステップさせるために電圧パルスを受け取るボンドパッドより成る請求項１９に記載されたマイクロポジショナー。
【請求項２１】
Ｘ軸アクチュエータの上でステップする動作及びタイミングによりＸ方向で動く、請求項１９に記載されたマイクロポジショナー。
【請求項２２】
Ｙ軸アクチュエータの上でステップする動作及びタイミングにより、Ｙ方向で動く、請求項１９に記載されたマイクロポジショナー。
【請求項２３】
化学エッチング手順を使用し作られた、請求項１９に記載されたマイクロポジショナー。
【請求項２４】
前記可動穴を動作させるために取付けられた、低電気抵抗のための二つの幅広アームより成る前記膨張機構を有し、該膨張機構は更に、高電気抵抗のための二つの狭いアーム、及び、対応するボンドパッドに電流が加えられる時、電流が四本のアームを通過するように接続された全四本の腕、より成る請求項１９に記載されたマイクロポジショナー。
【請求項２５】
前記膨張機構は、加電圧された時、可動穴に接触して前記アクチュエータを配置するように前記スライドを動作させるために、物理的に収縮され、更に、
電圧の除去時に、前記スライドを縮め停止位置に動かすこと
より成る請求項２４に記載されたマイクロポジショナー。
【請求項２６】
シリコンチップとして製造される、請求項１９に記載されたマイクロポジショナー。
【請求項２７】
一次元又は多次元で実行される、請求項１９に記載されたマイクロポジショナー。
【請求項２８】
上面と底面を備える半導体基板の前記基板の上面に伸縮自在に取り付けたシャトル組立を有し、
シャトル組立体が、クランプセット、膨張材料、及び、可動取付け台より成り、
前記クランプ及び膨張材料が、制御信号を加える事により膨張と収縮を行なうことができ、
前記膨張材料は、電力が加えらず、前記クランプの収縮時に前記クランプにより堅く保持されており、
前記膨張材料は前記クランプが膨張時に前記クランプにより解放され、
前記膨張材料は、電力が加えられた前記膨張材料の膨張時に前記クランプにより膨張され可動でき、膨張可能であり、
前記膨張材料は、前記クランプが収縮する時前記クランプにより所定の位置にロックされるようになっていること、
より成るメディア又は構成部品配置させる装置
【請求項２９】
前記膨張材料とクランプは、加熱により膨張し、冷却により収縮する、請求項２８に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項３０】
前記膨張材料とクランプを電圧を加えることにより加熱し、電圧を零とすることにより冷却をすることより成る、請求項２９に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項３１】
前記シャトル組立がＸ方向、Ｙ方向又はＺ方向の単一の方向で動作する、請求項２８に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項３２】
前記シャトル組立がＸ方向及び、Ｙ方向二方向で動作する、請求項２８に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項３３】
取付け台組立が、前記シャトル組立の中央に取付けられ、光ファイバーを受け入れ、保持する、請求項２８に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項３４】
前記取付け台組立が前記シャトル組立の中央に取付けられ、レンズを受入れ、保持する、請求項２８に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項３５】
ナノメーターの範囲の許容範囲とミクロン範囲で動作するメディアまたは構成部品を配置するに適した、請求項２８に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項３６】
前記装置の寿命の間、複数回メディア又は構成部品を保持、解放及び再配置するために適した、請求項２８に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項３７】
前記クランプは、中立状態である時、膨張材料のほぼ中央に取り付けた可動取付け台を含み、中立状態である時、前記膨張材料のほぼ末端に取り付けてあり、
可動取付け台がメディア又は素子を受け入れ可能であり、
膨張材料の膨張と収縮及び従って、動作し、前記可動台の位置を制御しており、
前記クランプの膨張と収縮によって、前記膨張材料の膨張と収縮の方向、及び、従って、前記膨張材料と前記可動台動作の方向の制御しており、
前記クランプは、加電圧又は加電流のない動作後、所定の位置に前記可動台を保持させるために機能しており、
前記クランプと膨張材料に結合する回路を備え、
前記回路が前記クランプと前記膨張材料を動的に制御するために電気信号を作り出すこと
より成る、請求項２８に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項３８】
前記膨張材料はシリコンである、請求項３７に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項３９】
前記制御信号は、所定のシーケンスで前記クランプと膨張材料に加えられる電圧より成る、請求項３７に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項４０】
前記可動台は光ファイバーを受け入れ取り付ける穴を持つ、請求項３７に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項４１】
前記メディア又は構成部品をナノメーターの範囲で整列させる機能を持ち、整列し、ミクロン内で移動させる、請求項３７に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項４２】
複数サイクルに渡り、前記メディア又は素子を保持、解放及び再配置の実施可能である、請求項３７に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項４３】
メディアまたは素子を整列させる装置であり、
基板上に置かれたマイクロポジショナー、
前記マイクロポジショナーの上に置かれた、メディアまたは素子を受け入れる台からなり、
前記マイクロポジショナーはナノメーター範囲の許容差とミクロン範囲でメディア又は素子の配置の位置決めし動かすことができることより成る装置。
【請求項４４】
複数サイクルに渡り、前記メディア又は素子を保持、解放及び再配置可能である、請求項４３に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項４５】
前記マイクロポジショナーに近接して配置されたコリメートレンズを含み、
前記マイクロポジショナーは前記台、及び、従って、一軸又は多軸に沿い、前記コリメートレンズ付きの光ファイバーを整列させる、請求項４４に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項４６】
前記マイクロポジショナーは前記台、従って、二軸に沿い、コリメートレンズ付きの光ファイバーを整列させる、請求項４４に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項４７】
前記取付け台は、複数の光ファイバーを受け入れるための穴の列を有し、前記マイクロポジショナーは、光ファイバーの列を制御する、請求項４４に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項４８】
前記マイクロポジショナーに近接して配置されたコリメートレンズを有し、前記マイクロポジショナーは、一軸又は多軸に沿い、前記コリメートレンズ付きの光ファイバー列を整列させる、請求項４４に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項４９】
前記マイクロポジショナーは二軸に沿い、コリメートレンズ付きの前記光ファイバー列を整列させる、請求項４８に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項５０】
前記マイクロポジショナーは機械的に結合された膨張バーセット及びクランプセットから成り、
前記膨張バーセットは、電位差のある回路に応答して結合され、
前記クランプセットは電位差のある回路に応答して結合されており、
前記電位差は、前記膨張バーとクランプを含む回路を電流が流れる原因となり、
前記回路を通過する前記電流は前記膨張バーセット及びクランプセットの膨張と収縮を起こすように作用しており、
前記膨張バーセットとクランプセットの前記膨張と収縮が所望の軸に沿い前記台を動かす原因となるより成る、
請求項４３に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項５１】
前記台は光ファイバーを受け入れる穴より成る、請求項５０に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項５２】
前記膨張バーセットに加えられる電位差の極性、振幅と持続時間、及び、クランプセットは、前記台のスピードと動作の方向を制御する、請求項５１に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項５３】
前記マイクロポジショナーは数ナノメーターから数ミクロンまでの段階的寸法で、前記無緩衝光ファイバー側面を受け入れるために前記穴を動的に整列させる事が可能である、請求項５２に記載のメディア又は構成部品を配置するための装置。
【請求項５４】
第一端及び第二端に所定の半径横断面を有する実質的に円筒状のジャケットと、
前記ジャケットとして同じ半径である所定の切断半径をもつ第一表面と第二表面を備えた円筒状レンズを有し、
前記レンズは前記ジャケットの第二末端にて固定するために適当である切断面を持ち、
表面と背面、及び、正面と背面を通して前記無緩衝光ファイバーを受け入れる穴を持つマイクロポジショナーを有し、
前記マイクロポジショナーは前記ジャケット内でジャケットの壁に垂直に置かれており、
又、前記マイクロポジショナー前記ジャケットに堅く取り付けてあり、
前記ジャケットの第一末端内に挿入され、確実に取付けられたファイバーガイドを有し、
前記ジャケットの第一末端とマイクロポジショナーの前記表面の間の長さより短い前記所定の長さで、
前記ファイバーガイドは緩衝光ファイバーの一端を受け入れるための溝を形成するように、円筒状ジャケットを中心が一致した、中央に穴を所有し、
前記ガイド内の前記穴は、前記ジャケットの第一末端で緩衝光ファイバーを受け入れる直径であり、更に、前記ジャケットから出た前記無緩衝光ファイバーを受け入れ、マイクロポジショナーに挿入させるために、穴の出口側では直径が小さくなっており、
前記ファイバーガイドの末端とマイクロポジショナーの表面の間に形成された自由空間を有し、
無緩衝光ファイバーは、前記ジャケット第一末端と前記レンズの第一末端の間の長さより短い前記所定の長さで前記ジャケットの第一末端内に挿入されており、
前記無緩衝光ファイバーの前記末端表面と前記レンズの前記第一表面内に形成された自由空間、
電気的に前記マイクロポジショナーを制御するために前記マイクロポジショナーに対応して結合する制御導線セットを有し、
前記制御導線セットは前記ジャケットの外に引き出されており、及び
前記マイクロポジショナーは無緩衝光ファイバーを動的に配置するように動作する、
より成る、光ファイバーパッケージ。
【請求項５５】
前記レンズ、マイクロポジショナー、及びガイドが接着剤、はんだ、ろう付け又は溶接で取付けられる、請求項５４に記載の光ファイバーパッケージ。
【請求項５６】
前記マイクロポジショナーはナノメーター範囲の許容差及びミクロン範囲の移動で軸に沿って前記光ファイバーを調整する、請求項５４に記載の光ファイバーパッケージ。
【請求項５７】
前記マイクロポジショナーは複数軸に沿って前記光ファイバーを調整する、請求項５４に記載の光ファイバーパッケージ。
【請求項５８】
前記マイクロポジショナーは
Ｘ軸に沿い動作を制御する第一膨張バー、
Ｙ軸に沿い動作を制御する第二膨張バー、
前記第一膨張バーを保持及び解放するための複数のＸ方向クランプ、
前記第二膨張バーを保持及び解放するための複数のＹ方向クランプ、
前記無緩衝光ファイバー受け入れるための前記穴を動的に整合させるための、第一膨張バー、第二膨張バー、Ｘ方向クランプ、Ｙ方向クランプに、結合された回路
より成る、請求項５７に記載の光ファイバーパッケージ。
【請求項５９】
前記第一の膨張バー及び第二の膨張バーは所定の温度膨張特性を持つ、請求項５８に記載の光ファイバーパッケージ。
【請求項６０】
前記マイクロポジショナーは、前記無緩衝光ファイバーファイバー側面を受け入れるための前記穴を、ナノメーターからマイクロメーターまでの段階的寸法で動的に整合させる、請求項５８に記載の光ファイバーパッケージ。
【請求項６１】
前記無緩衝光ファイバーを受け入れる前記穴の方向と移動寸法とは、第一膨張バー、第二膨張バー、Ｘ方向クランプ、Ｙ方向クランプに掛けられる電圧と電流により制御される、請求項５８に記載の光ファイバーパッケージ。
【請求項６２】
前記マイクロポジショナーは前記無緩衝光ファイバーを受け入れる前記穴を動的に整合させると共に、操作後所定の位置へロックされる、請求項６１に記載の光ファイバーパッケージ。
【請求項６３】
前記無緩衝光ファイバーを受け入れる穴を動的に配列する前記マイクロポジショナーは操作後に再調整される、請求項６１に記載の光ファイバーパッケージ。
【請求項６４】
前記パッケージはコリメーター又はコネクターの構成要素を持つ、請求項６２に記載の光ファイバーパッケージ。
【請求項６５】
ファイバー整合装置は、
膨張と収縮する水平及び垂直のアームセットから成る、複数のマイクロポジショナー、
マイクロポジショナーアームの各末端に配置され関連するマイクロポジショナーアームを保持又は解放する、複数のクランプ、
ファイバー挿置用の穴を備えた取付け台より成るファイバーを受け入れ保持する、アライナーを備えており、
前記アライナーは前記クランプ間で前記マイクロポジショナーに取り付けてあり、
前記マイクロポジショナーは前記マイクロポジショナーアームを膨張又は収縮させる制御機能を有し、
所望の場所に前記アライナーを動かすように前記クランプを保持又は解放し、前記マイクロポジショナーアームを膨張又は収縮する制御回路を備えた、
ファイバー整合装置。
【請求項６６】
所望の場所に光学要素を動かす、請求項６５に記載のファイバー整合装置。
【請求項６７】
電力が供給されない場合、前記構成部品は固定され続けるように自己ロックされることより成る、請求項６５に記載のファイバー整合装置。
【請求項６８】
単一チャンネル動的コリメーターより成る、請求項６５に記載のファイバー整合装置。
【請求項６９】
前記マイクロポジショナー中に裸のファイバーを整合させるファイバーガイドから成り、前記マイクロポジショナーが、二方向に精密に前記ファイバーを動かすと共に、動作後所定の位置に前記ファイバー又は素子の位置をロックする、請求項６８に記載のファイバー整合装置。
【請求項７０】
緩衝ファイバー、ファイバー、及び、コリメーター、又は、コリメータージャケット、から成り、前記緩衝ファイバー、ファイバー、及び、ファイバーガイドは、前記コリメータージャケット中に、機械的に、又は、エポキシ樹脂、はんだ付け、ろう付け、又は、溶接でしっかり固定されている、請求項６９に記載のファイバー整合装置。
【請求項７１】
コリメートレンズ、及び、前記コリメータージャケットを通過する電気導線から成り、前記電気導線は、前記コリメートレンズを制御する、請求項７０に記載のファイバー整合装置。
【請求項７２】
前記マイクロポジショナーは二次元に精密にコリメートレンズを調整する、請求項７１に記載のファイバー整合装置。
【請求項７３】
一列に整列されたコリメーター又はコネクター、
端部は複数のファイバーを露出するため剥き出された、緩衝ファイバーの裸のファイバーを受取り整列するためのファイバーガイド、
NxMマイクロポジショナーから成り、
前記NxMのマイクロポジショナーは、個々の前記ファイバーを二次元に精密に動かすと共に、動作後所定の位置に前記ファイバーをロックしている、
ファイバー整合装置。
【請求項７４】
コリメータージャケット、
緩衝ファイバー、
前記緩衝ファイバー又はリボンの端部から出た複数の露出ファイバー
前記緩衝ファイバー、露出ファイバーと前記ファイバーガイドは、前記コリメータージャケット中にしっかり固定されており
コリメートレンズ列パネル、
前記コリメータージャケットを貫通かつ、前記マイクロポジショナーに結合している電気制御導線、
より成る請求項７３に記載のファイバー整合装置。
【請求項７５】
前記緩衝ファイバー、露出ファイバーとファイバーガイドは機械的に、はんだで、ろう付けで又はエポキシでコリメータージャケット中にしっかり固定される、請求項７４に記載のファイバー整合装置。
【請求項７６】
前記ファイバーを前記範囲に整列させる、請求項７５に記載のファイバー整合装置。
【請求項７７】
前記構成部品はハウジング内でセットになっている、請求項７５に記載のファイバー整合装置。
【請求項７８】
マイクロポジショナー、
メディアを受け入れるアライナー付き前記マイクロポジショナー、
制御回路、
制御導線を経由して前記マイクロポジショナーとアライナーに結合する制御回路、から成り、
前記アライナーの位置は、電流又は電圧より成る電気信号又はパルスを加える事により調節可能であり、マイクロポジショナーアームの一連の制御によって、一次元又は二次元の前記アライナーの動作の方向と距離を決定する、メディア整合装置。
【請求項７９】
前記メディアはファイバーである、請求項７８に記載のメディア整合装置。
【請求項８０】
前記ファイバーは光ファイバーである、請求項７８に記載のメディア整合装置。
【請求項８１】
電気信号の振幅又は持続時間、又はパルスが前記アライナーによる移動距離を決定するする、請求項７８に記載のメディア整合装置。
【請求項８２】
前記マイクロポジショナーは電圧又は電流が加えられない時、前記所望の位置にロックされる、請求項７８に記載のメディア整合装置。
【請求項８３】
前記マイクロポジショナーは半導体技術により製造される、請求項７８に記載のメディア整合装置。
【請求項８４】
前記マイクロポジショナーは温度膨張特性を備えた複数の膨張バーから成り、この記膨張バーが制御信号を受け入れ、前記マイクロポジショナーの動作を起こして、前記メディアの調整をする前記制御信号を出すこと、より成る、請求項７８に記載のメディア整合装置。
【請求項８５】
各膨張又は収縮で、前記膨張バーはその端部で対応するクランプセットを持ち、前記クランプの保持、解放動作は精密なステップ動作を作り出す、請求項８４に記載のメディア整合装置。
【請求項８６】
前記マイクロポジショナーは超小型電気機械技術（MEMS）を使用し実施される、請求項８５に記載のメディア整合装置。
【請求項８７】
前記マイクロポジショナーはクランプ又は膨張バー又はバネのための別々の機械要素を使用し実施される請求項８５に記載のメディア整合装置。
【請求項８８】
前記マイクロポジショナーは膨張バーセットより成り、この前記膨張バーセットがシリコンエッチングされたギア及び/又はラックより成る取付け台の動作を起こす、請求項７８に記載のメディア整合装置。
【請求項８９】
前記メディアはノズルより成る、請求項７８に記載のメディア整合装置。
【請求項９０】
前記メディアはバルブより成る、請求項７８に記載のメディア整合装置。
【請求項９１】
前記メディアはアンテナ要素より成る、請求項７８に記載のメディア整合装置。
【請求項９２】
活動的で、適用できるアンテナ列として実施可能な、請求項７８に記載のメディア整合装置。
【請求項９３】
前記マイクロポジショナーの位置決めする制御信号は所定のRFプロフィールに応答する、請求項７８に記載のメディア整合装置。
【請求項９４】
マイクロポジショニングシャトルに取り付けた台にファイバーを通して固定し、
前記マイクロポジショニングシャトル内のクランプへの加電圧して前記クランプを加熱及び膨張させ、
前記シャトル内の膨張バーへの加電圧して前記膨張バーを加熱及び膨張させ、
前記クランプを冷やし収縮させ、従って、前記膨張バーを所定の位置にロックさせるために、前記ファイバーが所望の位置にある場合、前記クランプの前記電圧を減少させ、更に、
前記膨張バーを冷やすための前記膨張バーへの前記電圧を減少させること、
より成る、メディア配置方法。
【請求項９５】
前記メディアはファイバーより成る、請求項９４に記載のメディア配置方法。
【請求項９６】
前記ファイバーは光ファイバーより成る、請求項９５に記載のメディア配置方法。
【請求項９７】
前記メディアは伝導性ファイバー又はワイヤーより成る、請求項９４に記載のメディア配置方法。
【請求項９８】
前記メディアは中空のチューブより成る、請求項９４に記載のメディア配置方法。
【請求項９９】
前記メディアはナノメーター較差の許容範囲に整列される、請求項９４に記載のメディア配置方法。
【請求項１００】
前記マイクロポジショニングシャトルの前記クランプと膨張バー構成部品は、前記マイクロポジショニングシャトルの寿命の間、複数回、過熱、膨張、冷却及び再配置が行なわれる、請求項９４に記載のメディア配置方法。
【請求項１０１】
構成部品配置方法であり、
マイクロポジショニングシャトルに取付けた台へ構成部品を固定し、
前記マイクロポジショナー内のクランプに加電圧して、前記クランプを前記膨張バーの一端で加熱、膨張及び解放させ、
前記シャトル内の膨張バーに加電圧して、前記クランプを加熱、膨張させる、
前記構成部品が一旦所望の位置になると、クランプへの電圧を減少させ、前記クランプを冷やし収縮させて前記膨張バーをロックさせ、前記膨張バーの他端の第二のクランプに加電圧して解放し、そして、前記膨張バーへの電圧を減少させて前記膨張バーを冷やし、更に、第二クランプの電圧を減少させて、前記膨張バーの他端をロックさせることより成る構成部品配置方法。
【請求項１０２】
前記構成部品はレンズ、プリズム、又は他光学構成部品より成る、請求項１０１に記載のメディア配置方法。
【請求項１０３】
前記構成部品はレザーダイオード又は検波器のような電気素子から成る、請求項１０１に記載の構成部品配置方法。
【請求項１０４】
前記構成部品はナノメーター範囲の許容範囲で整列される、請求項１０１に記載のメディア配置方法。
【請求項１０５】
前記マイクロポジショニングシャトルの前記クランプ及び膨張バー構成部品は、前記マイクロポジショニングシャトルの寿命の間複数回、加熱、膨張、冷却及び再配置される、請求項１０１に記載の構成部品配置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は「原位置動的ファイバ−アライナー」と題されたその全体の内容がこの参照として組み込まれる2002年11月8日出願のアメリカ仮出願No.60/424741に関する。その出願者はアメリカ特許法１１９(e)条の下にこの前出の係属仮出願の利点を宣言する。
【０００２】
本発明は関連するメディア、集団、又は構成品を動的に整列させる、所定の位置に置く又は動かすため使用されるマイクロポジショナーのひとつ又は複数に関する。そのメディアはひとつ又は複数のファイバー、光ファイバー、光学的要素、チューブ又はワイヤを含むが限定はしない。そしてその構成部品はレンズ、ノズル、バルブ、アンテナ要素、ラジオ周波数(rf)スタブを含むが限定はしない。そのマイクロポジショナーは、ジャケットの内側に又はその他の自己充足型のハウジングの内側に置かれ取付け固定され、メディアを受入れ保持する又は構成部品をしっかり保持するために適合される。マイクロポジショナーは光学的パッケージのような統合したパッケージの内側に材料を配置するために使用されてもよい。
【背景技術】
【０００３】
メディア又は構成部品を整列させるための従来の方法は、消極的或いは積極的にメディア又は構成部品を静的に整列させる、又は、メディア又は構成部品を保持するために取付ける事である。静的にメディアと関連要素が固定された後、メディアに調整させる事はできないことを言及する。メディアを消極的に整列させるために、シリコンワークベンチが半導体技術を使用する装置にエッチングされる。それから、一片の部品がエッチングされたワークベンチの上に置かれ所定位置に取付けられる。前述のケースでは、メディアは光ファイバーより構成される。消極的方法は、光ファイバーが機械的な物に精密に配置され整列されるという事を要求し、ワークベンチの中のエッチングされた溝に置かれても良い。その消極的方法は整列を成功させることは限定されている。何故なら、多事例において、機械的な物と光ファイバーの関係は十分、精密ではない。残念ながら、光ファイバーの調整は、最終位置に配置、固定後は可能ではない。光ファイバー以外のメディアについても、同じ考察が適用される。
【０００４】
引用されたように消極的な方法の欠点により、メディアまたは構成部品の配列の積極的方法はもっと幅広く使用されている。積極的な方法は、光ファイバーのようなメディアを移動させるために複雑な装置を使用し、整列させる。その装置は糊、はんだ、または溶接を使用し、光ファイバーのようなメディアを固定する。積極的方法がもっと精密であり、積極的方法の成功した実施例では、複雑な装置と最高に平らなでスムースな表面を備えた精密な部品を必要とする。残念ながら、積極的方法を使用する生産高は一般的に低く、組立の修正は難しい。消極的配列の様に、積極的配列は面白みがない。本発明はメディアまたは構成部品を配置する及び/又は整列するために使用する動的マイクロポジショナーより成り、それの種々の実施例と応用例を含む。本発明はメディアまたは構成部品を配置する及び/又は配列のために使用され、そのメディアは、一つ又は複数のファイバー、光ファイバー、光学要素、チューブまたはワイヤー等で、その構成部品は、レンズ及び/又はノズル等である。
【０００５】
従来の技術に言及すれば、特に光学的要素や光学的組立品のようなメディアと構成部品を整列させるための様々な従来の積極的、消極的方法と装置が発表されている。デュラーその他が米国特許第6114794号の中で発表したMEMSアクチュエータは、バイメタル材料が加えられているシリコン基板を使用する。デュラーのアクチュエータを組立てる方法はバイメタル部材を膨張させるために別々にヒーターを適用する。不利な点は、デュラーの部材は最少の変位が達成されるように基板にしっかりと取付けられる。デュラーは、かんぬき機構を発表する。しかしながら、かんぬきは少し離れた位置の光学的要素をロックするためのみに機能する。デュラーに比較すると、本発明の一実施例は膨張する全体のヒーターを含み、ロック位置の連続性を可能にするロック機構を備える。その上、本発明の実施例の機構はロック位置変更を連続に移動する。これは大きい移動が可能で、全体的なヒーターにより使用者は決まったステップを与えられる。
【０００６】
米国特許第6381382号、グッドマンその他、の中で発表された光学的スイッチ装置と方法はファイバーの側面に構成部品を付加し、長手方向に、電気信号に接触し、膨張する。グッドマンその他、の発明はファイバーを曲げ、したがって、光学的に整列させる。不利な点は、グッドマンのその他の発明は整列を維持するために連続的な電力を必要とし、圧電性その他の材料を使用する。ファイバーの部分的な歪により、光信号の極性を生ずる特性が影響されるかもしれない。本発明の一実施例は、光学的要素などのメディアを要求する場所に移動させるための全体的なマイクロポジショナーを所有する。本発明はファイバーに取り付く長手方向のアクチュエータを使用せず、むしろ、ファイバーに垂直なMEMS温度アクチュエータを使用する。
【０００７】
米国特許第6487355号、フランダースの中で発表された取付け台、整列構造は消極的な配列と座屈により上手にひっくり返る静的な固定構造について発表している。フランダースの発明は動的な固定方法を使用しない。比較して、本発明は座屈のないメディアの積極的な配列をさせ、メディアに動的固定をさせる。
【０００８】
米国特許第4696062号、ラブッデの中で発表された光ファイバースイッチングシステムと方法は、スイッチを作り出すポート間の固定光学ロッドに関連するレンズを動かす光スイッチより構成され、その中で、整列は反射を制御する事により達成される。それに対し、本発明の光ファイバーの実施例は二つのコリメーター及び/又はコネクター又はコリメーターの結合とファイバー又はコネクターとファイバー間の自由空間を使用する。
【０００９】
ベーグマンその他が米国特許第6374012B1号の中で発表したレンズ組立は光路の中のレンズを使用し、光路に垂直に動く時、指示角の変化を起こさせる。その組立はその行きたい場所に部品を動かすための外的な操作物を必要とし、所定の位置にその組立を固定するための溶接、接着剤又ははんだを取り入れる。固定後、その要素はそれ以上調整されない。一方、本発明の一実施例は光学的要素のような要素を望みの場所に動かすために、全体的なマイクロポジショナーを使用する。本発明の組立品は動力が加えられない時、要素が固定されるという様に自動ロックする。その上、本発明はその製品の寿命内でどの地点に置いても機能し、新しい位置にファイバー又は光学要素のようなメディアを移動するために動力が加えられる。
【００１０】
ラオールが米国特許第4512036号にて発表した圧電装置は、ファイバーを曲げる圧電構成部品を使用し、それを整列する。ラオールの発明によると、変形が発生すると、固定は静的である。そうでない場合、電圧は整列を確実にするために維持されなければならない。欠点としては、圧電の使用は、圧電素子に高電圧の適用と維持を必要とさせる。本発明の一実施例は光ファイバーまたは光学的構成部品のようなメディアを望む場所に移動するために全体的マイクロポジショナーを使用する。さらに、本発明の一実施例は、電力が加えられない時、光ファイバーまたは光学的構成部品のようなメディアを固定されたままに維持するような自動ロックである。
【００１１】
ムスクによる米国特許出願番号第09/733049号で開示された組立品は、光学要素をお互い関連して配置や動作する方法としてシリコン機械機能部品を使用する。その組立品は望む場所へ部品を移動する外の操作物を必要とし、所定の位置に光学要素を固定するための溶接、接着剤又はグラスリフローを取り入れる。しかしながら、固定は静的であり、配列を固定した後、メディアや要素は付加的な調整を受けられない。本発明の一実施例は光ファイバー又は光学要素のようなメディアを望む場所に移動するために全体的マイクロポジショナーを使用する。その上、マイクロポジショナーは自動ロックである。本発明に電力が加えられると、光ファイバー又は光学要素のようなメディアは固定され、さらに、その製品の寿命内でどの地点に置いても動的であり、新しい位置にメディアを移動するために電力が加えられる。
【００１２】
パレンの米国特許第6205266号の中で開示された方法はファイバーへの連続的な調整をさせるフィードバックを与える信号通路から結合された光を使用する。この方法は活動的配列と見なされる。パレンの本発明は光学要素の位置を維持するために連続的な電力を必要とする。それに対して、本発明の一実施例はマイクロポジショナーへの連続的な必要性なしに圧電配列、固定及び再配列を実施させる。さらに、パレンの発明は光学的フィードバック構造をカバーする一方、本発明にあるような固定機構を含まない。
【００１３】
デックその他による米国特許出願番号第10/098742号は、動的に配列し、外的操作を用い、静的に光学要素を固定するインターフェロメトリックな手法を適用している。それに比較し、本発明の一実施例は、内的なマイクロポジショナーと動的固定を使用し、配列エラーを検出するために使用される方法に光の透過を維持する。
【００１４】
次のどの参考文献も、光ファイバーまたは光学要素のようなメディアを望む場所へ移動させ、マイクロポジショナー組立を自動ロックさせるような、全体的なマイクロポジショナーを使用するメディアを動的に配列させる方法と装置を開示していない。さらに、製品が使用される間、どの地点においても、電力が新たな位置に機能する様に加えられ、その配列がその場所で可能であるという様に、次の発表された参考文献はどれも動的ではない。例えば、ジョイスその他の米国特許第6244755号の中で開示された方法と装置は、動的な配列、そして動的でなく静的な外的操作物を使用した固定、及び、整列をさせるために変形された金属ブラケットを使用する。ウィザースプーンの米国特許第6477303号の中で開示された光インターフェイスは消極的整列を達成するV溝技術、及び、光学的バックプレーンを促進する静的な固定を使用する。ウィザースプーンの発明は自己整列を促進するために、基板の中に化学的に通路をエッチングするマイクロマシニング技術を使用する回路基板と、メインボード間の光学的インターフェイスに焦点を当てている。ラビンスキーの米国特許第6480651B1号の中に開示された光学構成部品の配列方法と装置は二つの段階を使用する。第一段階はファイバーを整列させ、第二段階は仮想軸地点のあたりに光学構成部品を調整し、維持し、ロックする。ラビンスキーの発明はV溝技術に使用されるそれと同様なファイバー列を整列するために使用される。ベントルードが米国特許第6240119号の中で開示した装置はレザーの動作を安定させるための光線に直列である部分反射板と、ファイバーを使用する。ホールその他の米国特許第5748827号の中で発表された運動学的な台は、流量制御溝を含むマクロステージ及びマイクロステージを備えた二つの台モジュールを使用する消極的配列方法から構成される。レービその他の米国特許第4452506号の中で開示された連結構成部品は、整列を達成するのに必要なファイバーの動作の方向を決定するファイバー緩衝物中にライトを使用する整列アルゴリズムと方法から構成される。カールその他が米国特許第5214727号の中で開示した静電アクチュエータは、スイッチを利用してファイバーを動かすための静電アクチュエータを使用している。そのアクチュエータは特にH形状に設計されている。カールその他の方法は移動のサイズを制限し、高電圧を必要とする。比較して、本発明の一実施例は、低電圧において大小どちらの段階的寸法も与える温度膨張バーを使用する。米国特許第4474423号の中で開示された整合装置は、例えば、継ぎ合わせ適用のような使用中のファイバーを整列させるために緩衝ガラス中の光を使用する。マクドナルドによる、米国特許出願番号第10/150060号にて開示された極性化状態変換器及び移相器は、移相させるため又は極性化状態を修正するための導波板に加えられる応力の方法を使用する。カオその他が米国特許出願番号第09/796267号にて開示した光学信号での減衰力の方法及びシステムは、可変光学減衰器中のMEMS鏡を使用している。スーその他が米国特許出願番号第10/072629号で開示した構造は、伸縮自在で対称性の温度影響と歪を埋め合わせする手段を提供している。ミラキーによる米国特許出願No.09/775867に発表された装置と方法は、光学レンズ用アクチュ���ータのためのレンズ使用の櫛運動を動作させる静電気アクチュエータを使用している。
【特許文献１】米国特許第6114794号明細書
【特許文献２】米国特許第6381382号明細書
【特許文献３】米国特許第6487355号明細書
【特許文献４】米国特許第4696062号明細書
【特許文献５】米国特許第6374012B1号明細書
【特許文献６】米国特許第4512036号明細書
【特許文献７】米国特許出願番号第09/733049号明細書
【特許文献８】米国特許第6205266号明細書
【特許文献９】米国特許出願番号第10/098742号明細書
【特許文献１０】米国特許第6244755号明細書
【特許文献１１】米国特許第6477303号明細書
【特許文献１２】米国特許第6480651B1号明細書
【特許文献１３】米国特許第6240119号明細書
【特許文献１４】米国特許第5748827号明細書
【特許文献１５】米国特許第4452506号明細書
【特許文献１６】米国特許第5214727号明細書
【特許文献１７】米国特許第4474423号明細書
【特許文献１８】米国特許出願番号第10/150060号明細書
【特許文献１９】米国特許出願番号第09/796267号明細書
【特許文献２０】米国特許出願番号第10/072629号明細書
【特許文献２１】米国特許出願番号第09/775867号明細書
【特許文献２２】米国特許第3902084号明細書
【特許文献２３】米国特許第6380661号明細書
【非特許文献１】H.トシヨシ、G.D.J. スー、J.ラコッセ及びM.C.ウー（トシヨシ）によるIEEE/LOS  光学MEMS過程、「表面マイクロ機械２Dレンズ走査列」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
トシヨシ、G.D.J. スー、J.ラコッセ及びM.C.ウー（トシヨシ）によるIEEE/LOS  光学MEMS過程、「表面マイクロ機械２Dレンズ走査列」の中で、他の光学装置を使用しレンズを伴った列にレンズを動かすステップ動作を使用する装置が述べられている。欠点としては、トシヨシの装置は、マイクロメーターのステップ増加の中で腐食段階を伴った櫛を動作させる重要な電圧を必要とする。本発明の一実施例は、温度膨張バーを使用し、所望の位置に光学構成部品を動かす全体的なマイクロポジショナーを使用している。本発明のマイクロポジショナーは大変小さい又は大きいステップでメディア又は構成部品を動かすことができ、電力が加えられない時、所定の位置へメディア又は構成部品をロックできる。本発明は光ファイバー、光学要素又は構成部品のようなメディアを整列させるための高価でない、動的方法を提供する事により消極的又は積極的方法の欠点を克服する。本発明はネットワーク又は装置内で次の組立段階及び装備後メディア又は構成部品の調整と整列をさせる。
【００１６】
メイによる米国特許第3902084号に開示された装置は、一方向に精密な動作を行なう圧電インチワーム（尺取虫）モーターを発表する。その装置は本発明がするようには、二次元動作をせず、圧電アクチュエータに平行なシリンダー状軸を動かすように設計されている。そのような形状は、本来の動的アライナーの機能の動作を行なう大きさと方向が適切ではない。それに引き換え、本発明の一実施例は、多次元の制御を必要とする本来の適用のための構成された動的固定を備えた内的マイクロポジショナーを使用する。
【００１７】
デビッド・Aヘンダーソンによる米国特許第6380661号の中で開示した装置も一次元機能の圧電インチワームモーターを定義している。本発明はMEMS技術を駆使し作られた互いに噛み合うねじ山、及び、直線動作をさせるための交互クランプを使用する。荷重を維持するために電力が加えられる。本発明は多次元中で動作させ、荷重を保持する時に力を必要とせず、本来の適用と両立できる小さい形状を備える。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
遠距離通信の応用例に使用される光ファイバーの使用は、種々の光学要素に０．１ミクロン以内の非常低い許容範囲を要求する。これらのような低い許容範囲は商業的な生産ではかつで出会ったことがない。光ファイバー及び関連構成部品の整列に非常に低い許容範囲を達成することは光学構成品の高価な設備と長期間のサイクルを要求する。本発明の一実施例は、光学的入力/出力（I/O）を達成する一方、低い整列許容範囲を達成する構成部品より成る。更に、本発明の一実施例は光学動力の動的制御と調和するための必要性を満足する。
【００１９】
異常に低い許容範囲が、光ファイバーレンズ又はプレーナー構成部品のようなその他光学要素の間に要求される。このような低い許容範囲で大量生産を達成することは困難である。光学アライナー及びコリメーターより成る本発明の一実施例と応用例は構成部品の寿命の間、精密な、低い整列許容範囲を達成するための動的方法を提供し、光ファイバーに電力の同調の方法を提供する。本発明の一実施例は光ファイバーを整列及び操作するマイクロポジショナーより成り、全体の組立品は自給式ハウジング又は統合された組立品に適合される。その応用例に拠れば、密封ジャケットを含むレンズ及び/又はジャケットは自給式ハウジングの部品として含まれても良い。応用例がビームの含有を必要とする時、レンズがその自給式ハウジングの端に使用されても良い。更に、金属ジャケット、ケース又はパッケージがその装置をカプセルにするため、取付けを促進するため、及び/又は、密封するために使用されても良い。
【００２０】
本発明の一実施例の中で、一次元において、マイクロポジショナーはメディア又は構成部品を動かし、そのメディアは、一つ又は複数のファイバー、光ファイバー、光学要素、チューブ又はワイヤーを含むが限定されない。その構成部品は、レンズ又はノズルメディアを含むが限定されない。本発明の他の実施例中に、少なくとも二次元において、マイクロポジショナーはメディア又は構成部品を動かし、そのメディアは、一つ又は複数のファイバー、光ファイバー、光学要素、チューブ又はワイヤーを含むが限定されない。その構成部品は、以下に限定しないが、レンズ又はノズルメディアを含むが限定されない。
【００２１】
本発明の一次元又は二次元の応用例は動的コリメーターとしてである。本発明の一次元又は二次元の応用例は動的ファイバーアライナーとしてである。動的ファイバーアライナーは動的コリメーターと同様であるが、動的ファイバーアライナーは平行レンズを採用しない。本発明の前述応用例の両方において、動的コリメーターまたは動的ファイバーアライナーははんだ付け、溶接、エポキシ樹脂又はその他の方法により光学構成部品パッケージに取付けられる。従来の様なコリメーター又はファイバー整列方法によらず、本発明のマイクロポジショナーは動的であり、所望の配列にさせるために電気的に調整されるので、本発明の取付け許容範囲はより難しくない。本発明中のメディア又は構成部品の動的な調整は電気信号又はパルスを加える事により達成され、それは、通り抜け電流又は通り抜け電圧、一次元又は二次元のメディア内の光ファイバー又は他メディアの動作の方向と距離を定義する確かな制御シーケンスの中のマイクロポジショナーアームより成る。その電気信号又はパルスの振幅又は持続時間は移動距離を限定するために使用される。信号が加えられないと、マイクロポジショナーは所望の場所に固定するために所定の位置にロックされる。本発明のマイクロポジショナーの実施例は半導体技術を使用し、構成される。マイクロポジショナーはメディア又は構成部品のその膨張バーに動作、従って、位置決め、及び/又は配列をさせる測定可能な温度膨張特性の長所を持つ。各膨張又は収縮時、膨張バーはその端部に対応するクランプセットを持ち、その動作は精密なステップ動作を作り出す。少なくとも一つの膨張バーは、所望の各自由度が要求される。膨張バーの中の分散された電力は加電圧の二乗に比例するので、そして、温度膨張は電力の分散に一次従属性を持つので、膨張又は段階的寸法は加電圧の二乗に比例する。この様に、マイクロメーターでは大きく、ナノメーターでは、小さくステップできる。
【００２２】
本発明のいくつかの実施例は膨張バーの要求を満たすための半導体の使用を公開しているが、温度膨張バーの使用は半導体技術を使用せずに組立てられた小機械部品を使用することで実現される。本発明のマイクロポジショナーは超小型電気機械（MEMS）システムを使用し実行され、マイクロポジショナーの中で、膨張バーはシリコンエッチングギア及び/又はラックと置き換えられる。又は、本発明は、圧電性物質、又は、動作を起こすために電流又は電圧を加える事により膨張する他の材料により実行される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の利点は光ファイバー又はレンズのような各メディア又は構成部品は単独で調整できるという事である。光ファイバーと一緒に使用されると、本発明はスループットライトのそれぞれを最適化をさせるために機能できる。本発明のジャケットまたは他の外側ハウジングは従来のマイクロ電子工学及び光学的梱包技術を使用し、組み立てられ、標準サイズである。光ファイバーを使用した本発明の実施例は、ファイバーガイドとマイクロポジショナーはジャケットの中に置かれる様に覆われる。制御又は電気導線はマイクロポジショナーは電気的に調整されるようにジャケット又はハウジングの中の開口部を通過する。
【００２４】
光ファイバー適用で使用される本発明の実施例は、レンズ又はレンズ組立を使用する。光のビーム調節が必要な時レンズが使用される。本発明のその実施例はジャケットやハウジングに覆われても良い。各光ファイバー実施例において、少なくとも一次元のファイバー又は他のメディア又はレンズを調整するマイクロポジショナーが必要である。光学的応用例では、光ファイバーとレンズ間、レンズが必要でない場合は、光ファイバーと平面的構成部品のような光学要素間に厳しい許容差が求められる。光ファイバーとファイバーガイドは接着剤や他の適切な接着手段を使用しジャケット又はハウジング内に囲まれる。翻発明の光ファイバー実施例は、光ファイバー又は他のメディアは固定式であり、レンズのような構成部品がマイクロポジショナーにより調整される、という構造である。その場合では、そのファイバーはマイクロポジショナーを通過せず、レンズのような構成部品がマイクロポジショナーに取付けられる。本発明を包み込むジャケット又はハウジングの外観とサイズは従来、可能であるコリメーター又はコネクターと同様であり、しかしながら、述べたように、本発明はジャケット又はハウジングを通過して伸びる制御又は電気導線を持つことである。
【００２５】
マイクロポジショナーは多次元装置であり、電気的に作動すると、所望の方向にマイクロメーターからナノメーターまで可変の段階的寸法のステップでメディア又は構成部品を動かす。本発明の一実施例において、光ファイバーの露出端はマイクロポジショナーのシャトル組立上の可動台を通り抜ける。その可動台がＸ-Ｙ方向に動作する時、光ファイバーの露出端は曲がる。光ファイバーの露出端に近接の光ファイバーの覆いはジャケット又はハウジング内のファイバーガイドに堅く取り付く。マイクロポジショナーとファイバーガイド間の距離はマイクロポジショナーの動作に比較されるように非常に大きく、光ファイバーのレンズへの距離は重要ではなく、ミクロの曲がりロス問題ではない。作動中、コンピューターアルゴリズムが、光ファイバーの所望の位置及び/又は配列を達成するために計算し、マイクロポジショナーに制御信号を送信するために使用される。本応用例とクレームの目的としては、Ｘ-Ｙ方向の動作の参照は極座標系の中で測定された動作を含むと考えられ、それは、例えば、（ｒ、シータ）基点からの半径、軸からの回転角である。
【００２６】
本発明の光ファイバーの実施例は、コリメート光路の定義が実施可能である。利点として、本発明は光が横切らなければならない光学要素を付加しない。つまり、光学的分散又は極性化に対して影響がない。マイクロポジショナーの実施は従来のコリメーターパッケージ内に付加的な表面区域と量を必要としない。マイクロポジショナーを取り囲む装置は、導線付きコリメーターとして現される。本発明の採用は従来品のコリメーター又はファイバー固定装置の交換のみを必要とする。
【００２７】
図１は単一チャンネル動的コリメーター１０の本発明の実施例と応用例を示す。その中に見られる様に、その装置は光ファイバー１２を曝している緩衝物１１を取り去られた従来の緩衝器ファイバーにより構成される。緩衝ファイバー１１及び光ファイバー１２はベア光ファイバー１２を整列させるファイバーガイド１３に挿入され、マイクロポジショナー１４の可動取付け台の中に挿入されても良い。マイクロポジショナー１４は二次元の精密製を持った光ファイバー１２を動作するために機能し、Ｙは垂直に、Ｘは紙の水平の内と外にあり、動作後、光ファイバー１２を所定の位置にロックする。緩衝ファイバー１１、光ファイバー１２及びファイバーガイド１３は歪を開放するためにコリメータージャケット１７の中にエポキシ又は他の接着剤で機械的にしっかりと固定される。コリメートレンズ１５は、光学的性質を求められるように、マイクロポジショナー１４への制御を許し、電気的接続を許すようなジャケット１７を通過するはんだ及び電気導線１６のような密封物を使用し取付けられる。
【００２８】
図も同様に、本発明の単一チャンネル動的コリメーター２０の実施例と応用例を示す。しかしながら、光ファイバー２２は固定され、レンズ２５は位置決め及び/又は整列をさせるためマイクロポジショナー２４へ取付けられる。そこに見られるように、その装置は光ファイバー２２を曝した緩衝器から取外される従来の緩衝ファイバー２１から構成される。光ファイバー２２は生の光ファイバー２２を整列させるファイバーガイド２３へ挿入される。マイクロポジショナー２４は二次元に精密にレンズ２５を動かし、Ｙは垂直方向にＸは紙の水平方向の内外にあり、移動後レンズ２５を所定の位置にロックする。緩衝ファイバー２１、光ファイバー２２及びファイバーガイド２３は歪を開放するために、コリメータージャケット２７の中にエポキシ又は他の接着剤で機械的にしっかりと固定される。コリメートレンズ２５は、光学的性質を求められるように、マイクロポジショナー２４へ取付けられ、電気導線２６はマイクロポジショナー２４への制御、及び、電気的接続を許すようにジャケット２７を通過する。
【００２９】
図３aは本発明のマイクロポジショナーが光ファイバーを調整及び/又は整列させるNxMのチャンネルを持つ複式マイクロポジショナーアライナー・コリメーターの側面図を示す。その中で、その装置は複数の光ファイバー３２を曝す緩衝物を外される従来の緩衝ファイバーリボン３１から構成される。光ファイバー３２はベア光ファイバー３２を整列させるファイバーガイド３３へ挿入され、それらはNxMのマイクロポジショナー３４の中に挿入されても良い。マイクロポジショナー３４は精密に二次元にそれぞれ光ファイバー３２を動かし、Ｙは垂直に、Ｘは紙の水平の内外にあり、動作後所定の位置に光ファイバー３２又は構成部品をそれぞれロックする。グラスシール３９はファイバー密着を得るために付加されても良い。光は自由空間を通過し、レンズ整列パネル３５を通過し、光ファイバー３２を出てゆく。緩衝光ファイバーリボン３１、光ファイバー３２及びガイド３３は張力を開放させるコリメータージャケット３７の中に機械的に又はエポキシ３８でしっかりと結合される。コリメートレンズ配列パネル３５は光学的性質を要求されるように付属され、制御導線３６は被覆３７を通過し、マイクロポジショナー３４に電気的結合をさせる。
【００３０】
図３ｂは図３aのNxM列の正面図を示す。さらに明確に、本発明の図３ｂは８ｘ８の光ファイバー列を示す。この中に見られるように、制御導線３６は被覆３７から伸びている。各個々の光ファイバーの端部からの光はレンズ列パネル３５の関連するレンズを横切る。
【００３１】
図４は図３のそれに同様の多光ファイバーの構造を示し、しかしながら、その実施例は一列に並び、単一レンズの整列された複数のコリメーターより成る。この中に見られるように、その装置は複数の光ファイバー４２を曝している緩衝物から外される従来の緩衝光ファイバーリボン４１から構成される。光ファイバー４２はベア光ファイバー４２を並べる光ファイバーガイド４３の中に挿入される。NxMのマイクロポジショナー列の各マイクロポジショナー４４は、垂直であるY軸、紙の水平方向であり、動作後、所定の位置に各レンズ４５をそれぞれロックするX軸、の二次元の精密な個々のレンズ４５を調整させ及び/又は整列させる。緩衝光ファイバーリボン４１、光ファイバー４２及びガイド４３は歪を開放させるコリメータージャケット４７の中に機械的に又はエポキシでしっかりと結合される。各コリメートレンズ４５は各マイクロポジショナー４４に据え付けられ、そして、導線４６ははNxMマイクロポジショナー列の各マイクロポジショナー４４に制御又電気接続をさせるためにジャケット４７を通過する。
【００３２】
図５に一次元のマイクロポジショナー５０の電気動作を示している。この中で、正電圧が方向ターミナル５６に加えられ、電流がダイオード５５により決定される時、クランプ５３が開く。付加正電圧が軸ターミナル５７に加えられ、そして、その熱は膨張バー５１の中で電流から生ずるジュール熱により膨張バー５１の中で放散され、又は、膨張バー５１に結合する抵抗器（図示せず）を通過する電流により、クランプ５２が閉じているので膨張バー５１が右側に膨張するという結果になる。逆に、方向ターミナル５６は左クランプ５２を開け、右クランプ５３を閉じる原因となる。これはその膨張バーが冷える時に、膨張バー５１を右側に保つ。方向ターミナル５６への電圧は取り除かれ、両クランプ５２と５３は所定の位置にそのバーをロックするために閉じられる。そのバーは右方向に一段階移動した。このように、図５の軸端５７と方向ターミナル５６に加えられる電圧のシーケンスと極性により、図６に見られるように、図５の膨張バー５１の右への動きに結果としてなる。図５の軸端５７と方向端５６に加えられる電圧のシーケンスと極性により、図７に見られるように、図５の膨張バー５１の左への動きに結果としてなる。
【００３３】
膨張バーを保持するために使用される図５のクランプ５２と５３は温度的に動作してもよい。電圧が加えられない時、クランプ、導電性バンドは膨張バーの上にきつく繋がる。このクランプ機能は様々な実行により達成させる。電圧がクランプに加えられる時、クランプは膨張し、膨張バーを解放する。電圧が循環するたびに、方向電圧極性により膨張バーは限定された方向に踏み込む。そのステップのサイズは下記の方程式に見られるように加えられる軸電圧の二乗に比例する。このように、マイクロポジショナーは高電圧では大きいステップになり、低電圧では小さいまたは良好な調整をする。これは良好な解決と共に最少の整列時間を与える。方程式１に見られるように、比例乗数は材料特性と形状の関数である。
【００３４】
【数１】
2006510923.tif 000003
【００３５】
動作中、膨張バーは温め及び冷されなければならない。これらのトランジスターの時定数は下記の２式に与えられる。実際問題として、その棒は方程式２の予言より早く冷え、方程式２は実施時のみの温度伝導性しか考慮していないので、温度対流が生じる。
【００３６】
【数２】
2006510923.tif 000004
【００３７】
方程式２−時定数
方程式１と２はステップ長さ対電圧及び時間を予言している。ここで、膨張バーの動作は下記のように熱サイクルと冷サイクルとして定義される。
【００３８】
【数３】
2006510923.tif 000005
【００３９】
上記の記号は方程式１と２に使用され、SHは熱段階的寸法、SCは冷段階的寸法、Kは熱伝導率で、ρは電気抵抗率である。
【００４０】
二次元に膨張バーを採用することはニ本の膨張バーを必要とし、各膨張バーは２度の自由度を持たなければならぬという複雑さを付加する。一度の自由度は制御された動作を達成することが必要であり、二番目は直交方向に自由動作をさせるために必要である。
【００４１】
図８(a)は本発明のマイクロポジショナー８０の第一実施例の平面図を示す。この中で、マイクロポジショナー８０は以下の小組立て品、構成部品と要素を含む。シャトル８１、シャトルバネ８２、Ｘ軸膨張バー８３(a)と８３(b)、Ｘ軸ボンドパッド８４(a)と８４（ｂ）、Ｘ軸クランプ８５（a）と８５（ｂ）、Ｘ軸膨張バネ８６（a）と８６（ｂ）、Ｙ軸膨張バー８７（a）と８７（ｂ）、Ｙ軸ボンドパッド８８（a）と８８（ｂ）、Ｙ−軸クランプ８９（a）と８９（ｂ）、Ｙ−軸膨張バネ８１０（a）、８１０（ｂ）、可動台８１１、そして可動台穴８１２。本発明の第一実施例において、上述の構成部品と要素は半導体材料よりなる。マイクロポジショナー８０のシャトル８１はＸ方向に移動するために適合される。シャトル８１は８個のシャトルバネでマイクロポジショナー８０に取付けられ、シャトル８１は２個の図８（ｂ）の膨張小組立て品によりＸ方向に調整又は整列される。２個の膨張小組立て品はシャトル８１の中にあり、ひとつは正のＹ方向の動作であり、ひとつは負のＹ方向の動作である。Ｘ方向の膨張組立てはＸ軸膨張バー８３（a）と８３（ｂ）、及び、温度動作式Ｘ軸クランプ８５（a）と８５（ｂ）二セットとＸ軸膨張バネ８６（a）と８６（ｂ）二セットより成る。Ｙ方向の膨張組立てはＹ軸膨張バー８７（a）と８７（ｂ）、及び、温度動作式Ｘ軸クランプ８９（a）と８９（ｂ）二セットとＹ軸膨張バネ８１０（a）と８１０（ｂ）二セットより成る。膨張バーとクランプに電気的接続されるボンドパッドのセットが膨張組立て品に取付けられる。Ｘ軸ではこれらはボンドパッド８４（a）と８４（ｂ）より成り、Ｙ方向ではこれらはボンドパッド８８（a）と８８（ｂ）より成る。外部のアナログ又は論理的回路（図示せず）はこれらのボンドパッドを経由して、マイクロポジショナー８０へ結合される。
【００４２】
マイクロポジショナー８０はシリコンチップとして製造され、一次元または二次元列にされる。組み込まれた膨張バーのように、指向性のクランプをクランプする事クランプを外すことを交互に行なう事は運転ステップ動作により、電力を得られる。
【００４３】
図８（ｂ）は図８（a）のマイクロポジショナー８０のバネ８６（ｂ）、Ｘ軸クランプ８６（ｂ）、Ｘ軸クランプ８５（ｂ）の脚８５１（ｂ）、及びＸ軸膨張バー８３（ｂ）の分解図である。その他のＸ軸膨張組立て品及びＹ軸小組立て品は、その方向性を除外すれば、実質的に図８（a）の小組立て品と同様である。動作中に電圧の差異はボンドパッド８４（a）を横切って導入される。これはＸ軸クランプ８５（ｂ）の脚８５１（ｂ）と８５２（ｂ）を通り電流が流れる原因になる。二本の脚の長さの違いにより、脚８５２（ｂ）は脚８５１（ｂ）より大きい抵抗を持ち、脚８５２（ｂ）の熱を上げそして膨張する。このようにしてはＸ軸クランプ８５（ｂ）を折り曲げ開ける原因となる。この効果はＸ軸クランプ８５（ｂ）が製造されるシリコンのような同質材料の特徴を示している。Ｘ軸クランプ８５（ｂ）が外側に曲がる時、クランプ８５（ｂ）とＸ軸膨張バー８３（ｂ）は連結を解かれる。同様な効果がマイクロポジショナー８０の他の膨張小組立て品のボンドパッドで電圧電位の導入により起こりうる。戻って、図８（a）に言及すると、Ｘ軸クランプ８５（ｂ）を通り電流が流れる時、それが開く、一方、Ｘ軸クランプ８５（a）は間電流がないと閉じる。同時に、電流はそれらを膨張させる原因となるＸ軸膨張バー８３（a）を通って導入されても良く、従って、シャトル組立て品を左に動かす。すぐその後、電流はＸ軸クランプ８５（ｂ）を通過して止まり、それにより、Ｘ軸クランプ８５（ｂ）は冷え、本来の位置に引っ込む。Ｘ軸クランプ８５（ｂ）が冷えたら、クランプ８５（ｂ）は、Ｘ軸膨張バーを再び噛み合わせ、所定の位置にロックするために、Ｘ軸クランプ８３（ｂ）の外側縁に圧力を掛ける。クランプ８５（a）はクランプ８５（ｂ）のように開き、膨張バー８３（a）を通過する電流が止められる。膨張バー８３（a）が冷えた後、クランプ８５（ｂ）への電流は除去され、シャトル８１は所定の位置にロックされる。Ｘ軸クランプ８５（ａ）、８５（ｂ）Ｘ軸膨張バー８３（ｂ）の同様の動作とタイミングはシャトル８１を右に動かす原因となる。Ｙ軸クランプ８９（a）、８９（ｂ）、Ｙ軸膨張バー８７（a）、Ｙ軸膨張バー８７（ｂ）のこの進行の動作とタイミングは可動台８１１を下に動かす原因となる。Ｙ軸クランプ８９（ｂ）、８９（a）、Ｙ軸膨張バー８７（a）のこの進行の動作とタイミングは可動台８１１を下に動かす原因となる。メディアの端部が穴８１２を通過し、可動台８１１に固定される時、シャトル８１及び/又は可動台８１１の動作は光ファイバーの端部を動かす。
【００４４】
図９は本発明の二次元のマイクロポジショナーの電気動作の概要図である。この中で、入力電圧９９と９０の極性とシーケンスを制御する事により、動作の方向と軸が決定される。９０の電圧の振幅を制御する事により、段階的寸法が決定し、電圧パルスの数は移動距離を決定する。正電圧が９９で加えられると、電流がY−UP９１とX-right92を通過し、アース９８に流れる。換言すると、電流は上のクランプと右クランプを通り導かれ、これらのクランプは開く。正電圧が９０で加えられる場合、電圧がX-axis膨張バー９３を通過し流れ、X right方向に沿い動作を起こす。負電圧が９０で加えられると、電流がY-axis膨張バー９４を通過し流れY−UP方向に動作を引き起こす。膨張後、電圧は９９で逆転し、適当なクランプが９０で電圧の除去後及び膨張バー冷却後の動作を避けるために閉じ又は開く。膨張バーが冷えた後、全電圧は所定の位置に軸をロックするために除去される。同様な動作は、端子９９での逆のシーケンスと端子９０にかけられる負電圧で、Y axisを下方に、９０を正にするとX-axisの動作を左方向に起こす。
【００４５】
本発明の他の実施例はマイクロポジショナーの調整させる膨張バーに取付けるヒーターを使用する。段階的寸法は膨張バーの温度膨張、温度コンダクタンス、電気抵抗特性により制御される。膨張バーへの加熱器の適用は膨張バーとして使用される材料のタイプを増加させる。例えば、炭化チタンは他の数タイプの材料について膨張と熱伝導の利点を持つとして使用される。窒化タンタル抵抗器要素は加熱するために使用される。この結合は同段階的寸法の制御を提供し、マイクロポジショナー速度を著しく増加させる。
【００４６】
図１０から図１３にMESMS技術を使用して実行された本発明のマイクロポジショナーを示す。図１０から図１３の中に描かれた実施は、スキャン機構を通して精密な変換を行なう技術、及び、クランプ機構を通して精密なクランプを行なう技術、として従来の既知である差異膨張温度アクチュエータを使用する。特に、図１０はMEMSに基づくクランプX変換ステージのレイアウトを示す。図１１はMEMSに基づくクランプY変換ステージのレイアウトを示す。図１２はX-Y変換ステージのための組立品を形作るY変換ステージに取付けられるX変換ステージを示している。図１３はX-Yステージ組立の横断面図を示す。
【００４７】
図１０中にマイクロポジショナー１００が見られる。図１０に見られるように、ボンドパッド１０１への電気接続を通して制御可能に電気信号を加えることによって、スキャン機構１０２によるスキャンの方向と大きさは大体の位置取りのためのステップとして、又は、良好な位置取りのための補助ステップ距離で制御されてもよい。これはスキャン機構の上のギアにギアがかみ合うためにスキャナー棒１０３を動かすことにより実行され、スキャナー棒１０３を望ましいスキャンの方向に偏向する事により、そこで、スキャナー棒１０３の噛み合いを外す。又、クランプ機構１０４に加えられる電気信号を制御する事により、クランプはXステージ動作に向かって解放され、固定位置でXスキャン機構を保持するために再び噛み合う。スキャン機構１０２により動かされない時はいつも、クランプ機構１０４は所定の位置に変換ステージを保持するために使用される。リテーナー１０５はそれを自由に他方向に動かすが、一方向の変換構成品の動作を制限する縁上にあるスリーブである。リテーナー１０５は変換ステージ又はクランプ機構に物理的に取付けられないが、リテーナーと変換ステージの間に小空間がある。温度アクチュエータ１０６はスキャン機構１０２を通して変換を、及び、クランプ機構１０４を通して正確なクランプを実施する。電圧は段階的寸法をセットするために膨張アクチュエータの上で変化する。ギアステップより小さく動作してもよい。ギアが動作手段及びスキャナー棒１０３をロックする手段として図１０にスキャン機構１０２上に見られ、それらは良い解決のために取り除かれてもよい。
【００４８】
図１１はY変換ステージとして取付けられる本発明のマイクロポジショナー１１０を表している。この中で、可動台１１１の可動台穴１１２はギアスキャナー棒１１４の膨張と収縮を通してスキャン機構１１３により、クランプ機構１１５の開閉により、及び、リテーナー１１６により、Y方向に動かされる。図８（ｂ）の議論の中で先に記述した温度アクチュエータはスキャナー棒を動かす。ギアは動作手段及び、同時に、可動台１１１のロック手段として図１１に見られる一方、それらはより良い解決のため摩擦接触により取外され、交換されてもよい。
【００４９】
図１２は本発明のマイクロポジショナーのX-Y精密変換ステージの統合クランプ機構１２０の平面図である。図１２に見られるように、X変換ステージ及びY変換ステージは別々に組み立てられ、X変換ステージはエポキシ樹脂結合、原子結合、はんだリフロー、共晶結合、その他のような標準技術を使用し、Y変換ステージに物理的に取付けられる。標準シリコンベースのMEMS組立技術は、その他の方法の一つとして組立てるために使用される。例えば、標準のシリコン  オン  シリコン、及び/又は、多層組立を作るために使用されてもよい。他の技術の一つとして、ファイバー解放キャビティーが、深反応鉄エッチングを使用し形成されてもよい。マイクロマシニングとLIGA組立部品のようなマイクロポジショナー組立の他の方法が、適当に電気的に作動した時、所望の位置にファイバーをステップする多次元装置を供給する。
【００５０】
図１３は本発明のマイクロポジショナーのX-Y精密変換ステージのための統合クランプ機構１２０の側面図である。この中で、Xステージ１００はYステージ１１０の上に取り付く基板１３４の上に取付けられる、又は、形成される。光ファイバー１３２のようなメディアの末端はYステージ基板１３１のファイバー解放キャビティ１３３を通される。リテーナー１３５は、所定の位置にマイクロポジショナー１２０の様々な組立品と小組立て品を保持する。
【００５１】
図１４は本発明のマイクロポジショナー１４０の第二実施例の平面図である。この中で、マイクロポジショナー１４０は以下の小組み立て、構成部品と要素により成る。ピニオンアクチュエータ１４１（a）及び１４１（ｂ）、ピニオンドライブ１４２（a）及び１４２（b）、ピニオンリリース１４３（a）及び１４３（ｂ）、軸保持アクチュエータ１４４（a）及び１４４（b）、Ｘ軸とＹ軸相互接続ボンドパッド１４５（a）及び１４５（ｂ）、X軸スライド１４６（a）及びY軸スライド１４６（b）、軸機構アクチュエータ１４７（a）及び１４７（ｂ）、及び可動穴１４８。
【００５２】
図１４の装置はマイクロポジショナーの第一実施例に見られるように保持リングの使用なしにＸ及びＹ軸の動作を与える。可動穴１４８はＸ軸スライド１４６（a）とＹ軸スライド１４６（ｂ）により滑り、ガイドされる。ピニオン１４１（a）と１４１（ｂ）は以下のように動作する。停止時の全ピニオンアクチュエータ、１４２（a）、１４２（ｂ）、１４３（a）、１４３（ｂ）、１４４（a）、１４４（ｂ）は可動穴が所定の位置にロックされる様に可動穴１４８に接触し、クランプする。例えば、Ｘ方向に動作させたいのであれば、電圧が膨張し、穴１４８を解放する保持アクチュエータ１４４（a）に加えられる。付加電圧はピニオンドライブアクチュエータ１４２（a）に加えられ、膨張し左に穴を押す。動作後、電圧は保持アクチュエータ１４４（a）から除かれ、それらは穴をクランプするために接触する。それから、電圧がピニオン解放アクチュエータに１４３（a）に加えられ、膨張し、可動穴を開放し、電圧がその上のピニオンドライブ１４２（a）から除かれ、ピニオン１４１（a）は停止位置に戻る。その後電圧はピニオンリリース１４３（a）から除かれ、ピニオンは戻り可動穴をクランプするために接触する。第一段階が終了した。上記電圧シーケンスの付加的応用例は可動穴を左にステップし続ける。右の動作は電圧応用例のシーケンスが逆である事を除けば同様である。動作中、ピンリリース１４３（a）はそれを可動穴１４８から動作させ、ピニオンドライブ１４２（a）は左にそれを動かし、電圧はピニオンリリース１４３（a）から除かれ、そのピニオンは可動穴１４８をクランプし、電圧は可動穴を１４８を解放するためにピニオン保持１４４（a）に加えられ、電圧はピニオンドライブから除かれ、可動穴１４８は右に引っ張られ、電圧はピニオンリリース１４３（a）から除かれて、可動穴１４８は休息状態になる。この電圧シーケンスを付加的に加えることは、右へのステップに可動穴１４８を動かす。Ｙ方向の動作は可動穴１４８を上下に動かすＹ軸アクチュエータ１４２（ｂ）、１４３（ｂ）、１４４（ｂ）のこの手順の動作及び、タイミングの実施により達成される。
【００５３】
マイクロポジショナー１４０を使用するにあたり、セットアップされることが必要である。そのセットアップは化学エッチング手順を使用し組立てられる装置が必要である。エッチングによるマシニングは部品間にギャップを作り出す。アクチュエータ１４３（a）、１４３（ｂ）、１４４（a）及び１４４（ｂ）場合のように、これらのギャップは電圧がかけられない休息時の堅いクランプを防ぐ。膨張機構１４７（a）、１４７（ｂ）はセットアップを達成するために備えられる。膨張機構１４７（a）、１４７（ｂ）は四つのアームにて構成され、二つの広いのは低電気抵抗用で及び、二つの狭いのはより高電気抵抗用で、すべて電気的に接続され、電圧が対応するボンドパッドに加えられる時、四つのアームを通り電流が流れる。膨張機構１４７（a）又は１４７（ｂ）へ電圧を加えることは、狭いアームが広いアームより熱せられ、膨張し、膨張機構１４７（a）、１４７（ｂ）を曲げる結果になる。膨張機構１４７（a）、１４７（ｂ）が弓状に曲がる時、それらはスライド１４６（a）と１４６（b）と物理的に接触する。スライド１４６（a）と１４６（ｂ）はアクチュエータ１４４（a）、１４４（ｂ）、１４３（a）及び１４３（ｂ）を可動穴１４８と堅い接触に置くように動かされる。１４７（a）と１４７（ｂ）から電圧を除去することは組立品を収縮させ休息状態にもどし、しかし、組立品はスライド１４６（a）と１４６（ｂ）に物理的に接続していないので、アクチュエータ１４４（a）、１４４（ｂ）、１４３（a）、１４３（ｂ）は堅い接続のままである。
【００５４】
マイクロポジショナー１４０はシリコンチップとして作られ、一次元または二次元で実施されても良い。その機構のボンドパッドにかけられる電圧または電流パルスのシーケンスは行きたい方向にステップ動作を操作する。
【００５５】
図１５は光学構成部品１５３を通して光路の調整を達成する本発明のアライナー１５１とアライナー１５２の一使用を示す。光学構成品１５３はケース１５４に組み込まれる。図８（a）のマイクロポジショナー８０を使用した本発明の応用例と実施例は、この中で、アライナー１５１は光の入り口でケース１５４の中に挿入され、アライナー１５２は出口にてケース１５４に挿入されると表されている。アライナー１５１と１５２のリード１５６での加電圧は光ファイバー１５７の末端を調整し、又、光線の光路１５５を置きたい場所に合わす。
【００５６】
図１６は二次元マイクロポジショナー１６０の電気動作を示す概略図である。マイクロポジショナー１６０のクランプ/膨張バー膨張及び収縮機能は図５の一次元マイクロポジショナー５０のそれと同様である。図１６にて、正電圧が軸端子１６１に加えられると、Ｘ動作ができ、軸端子１６２に負電圧が加えられるとＹ動作が可能である。正電圧が方向端子１６２に加えられると、Ｘ軸方向は右に向く又はＹ軸方向が上方向を向き、そして、負電圧が方向端子１６２に加えられると、Ｘ軸方向は左を向くかＹ軸方向は下を向く。図１７は図１６の電気的概要の論理図である。
【００５７】
図１８と１９は本発明の模範的な実施例として要求される光学的動作と最大ファイバー力を示す。
【００５８】
図１８は光ファイバーのようなメディアがマイクロポジショナーにて置き換えられた時のビーム指示角と側面変位の変換に関する支配方程式を示し、ここで、ｂはファイバー変位として定義され、ｄはビーム変位、及び、φ０はビーム方向角である。この方程式は他の屈折率分布レンズと球面レンズが使用されていても、この方程式は従来のレンズに適用される。
【００５９】
図１９の公式は片持ち梁として扱われる光ファイバーのようなメディアを表す。光ファイバーの一端が取付けられ堅く保持される。もう一方の末端は光ファイバーを位置し調整する本発明のマイクロポジショナーに取り付く。それは光ファイバーに僅かなアークを起こし、したがって、ある量の力がそれを所定の位置に保持するために必要とされる。図１８のボックス１の中で、Wは光ファイバーを所定の位置に保持するために必要とされる力の公式を示しており、Ｉは慣性モーメント、aはマイクロポジショナーに接触する点から保持される点までの又は片持ち梁への長さである光ファイバーの長さである。図１８のボックス２は慣性モーメントＩの公式であり、ここで、ｒは光ファイバーの半径である。ボックス１と２の公式はボックス３の公式を導き、それはボックス４の代表パラメーターを使用し、所定の位置に光ファイバーを保持するために必要な力について記述する公式である。図１８のように、マイクロポジショナーは所定の位置に光ファイバーを保持するために約２．０ミリニュートンの力を働かせねばならない。
【００６０】
図２０はファイバー変位の関数として制御範囲を持つVOAの動作を表すグラフである。ここで、一つの光ファイバーが一方に動くとき、挿入損失が発生し、そして、その装置は減衰器として働く。作動中、一般的に二つの装置があり、従って、減衰が二回起きる。
【００６１】
図２１（a）はファイバーが放射状に変位する時の光線出力指示角と出力ビーム変位を表すレンズの側面図である。図２１（ｂ）はファイバー変位の関数としての光制御とコリメーター動作を表すグラフである。この中で、図２１（ｂ）は本発明を使用した光ファイバーを動かすいくつかの光学的結果を示している。これは指示角の変更、光ファイバーとレンズ間の動作距離、レンズの出力でのビームのオフセットを含んでいる。図２１（ｂ）において、動作距離はボックス付きの線として表される。都合よく、光ファイバーが移動する時、動作距離はほとんど変化しない。指示角はいつ光線がレンズを離れたかに関する。これは図２１（ｂ）のダイアモンド付きの線で表される。それは点と角度で最高５度の範囲で変化する。ビーム変位は円付きの線で表されるが、都合よく、約７００ミクロンまで変化するように、概ね直線状で表される。
【００６２】
図２２（a）及び図２２（ｂ）は本発明の本来のファイバーアライナーの実施例と応用例のデザインと製造における代表的な機械的制約を示すグラフである。これらの制約は代表的応用例に適用されるが、応用例が要求するかもしれない時に、違反されるかもしれない。
【００６３】
本発明の利点は（ｉ）実質的費用の節減と進歩した機能；（ii）応用例の中に、人間の介在と特別な装置が必要ない事、を含んでいる。本発明の小構成要素は半導体の実施例の中に半導体ウェハーごとの装置を割り当てる。本発明は離れていても形成でき、能動の及び受動のネットワーク構成部品の中で使用されてもよく、機械及び温度歪の中で配列を維持するための工業的要求を満たす。
【００６４】
種々の構成部品はマイクロポジショナー配列により操作されてもよい。これらはレンズ、プリズム、検出器、ダイオード、レザーダイオード、センサー、アンテナ要素、ｒｆスタブ、バルブ、又はノズルを含む。本発明の光学的実施例は、可変光アテニュエーター（VOAs）、デマルチップレクサー、マルチプレクサー、スイッチ、光アンプ、フィルター、送信機、受信機、変調機そしてゲイン、フラタリング又はティルティング等の光学的インターフェイスを要求される全ての装置に使用される。
【００６５】
本発明の画期的教授はこの中で発表される実施例に適切に述べられている。しかしながら、この中で発表されている装置のそれぞれの実施例は、この中の多くの有効な使用と画期的な教授の只の例を与えているという事を、この技術に関する当業者により理解と高い評価を得られるべきである。種々の実質的でない変更、修正及び代用は本発明の精神と範囲から決して逸脱することなしに、発表された装置に実施されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】内側でマイクロポジショナーが光ファイバーを動かす単一チャンネル動的コリメーターの概略を表す。
【図２】内側でマイクロポジショナーがレンズを動かす単一チャンネル動的コリメーターの概略を表す。
【図３ａ】内側で本発明のマイクロポジショナーがそれぞれ光ファイバーを調整し、及び/又は、一直線に並べるNｘMのチャンネルを持つ複式動的アライナー及び/又はコリメーターの側面図
【図３ｂ】図３aのNxM列の正面図
【図４】マイクロポジショナーがそれぞれのレンズを動かす一方向にNチャンネルを他方向にMチャンネルを持つ他チャンネル動的コリネーター/アライナーの概略切断図
【図５】一方向マイクロポジショナー膨張バーの電気的機能の概念を図示
【図６】右動作のためのマイクロポジショナー膨張バーへの典型的制御信号を示すパルス列の図示
【図７】左動作のためのマイクロポジショナー膨張バーへの典型的制御信号を示すパルス列の図示
【図８ａ】本発明のマイクロポジショナー組立ての第一実施例の平面図
【図８ｂ】本発明のマイクロポジショナー組立ての第一実施例のバネ、クランプ、膨張バー組立ての分解図
【図９】本発明の二次元のマイクロポジショナーの電気的機能の概要
【図１０】本発明のマイクロポジショナーのX変換段階のためのMEMS基準のステップ及びクランプ機構の平面図
【図１１】本発明のマイクロポジショナーのY変換段階のためのMENS基準のステップ及びクランプ機構の平面図
【図１２】本発明のマイクロポジショナーのX-Y精密変換段階のための統合ステップ及びクランプ機構の平面図
【図１３】本発明のマイクロポジショナーのX-Y精密変換段階のための統合ステップ及びクランプ機構の側面図
【図１４】特に、ステップおよびクランプ動作及びすべり保持器を使用するMEMS基準機構の本発明のマイクロポジショナーの第二実施例の平面図
【図１５】光ファイバーを整列するのに使用される一対の自給式ハウジング中の本発明のマイクロポジショナー使用図
【図１６】二次元マイクロポジショナー膨張バーの電気的機能を表す概略図
【図１７】１５図の電気的概要の論理図
【図１８】本発明の光ファイバー実施例のための実行と最大ファイバー力計算の公表
【図１９】本発明の光ファイバー実施例のための実行と最大ファイバー力計算の公表
【図２０】と可変光学減衰器(VOA)として、ファイバー転換機能として、動作の制御範囲を表すグラフ
【図２１ａ】光ファイバーからの光線角度を表すレンズの側面図
【図２１ｂ】光制御とファイバー変換機能関数としてのコリメーター性能を表すグラフ
【図２２ａ】光ファイバー性能の束縛を描くグラフ
【図２２ｂ】光ファイバー性能の束縛を描くグラフ
【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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2006510923.tif 000013
2006510923.tif 000014
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2006510923.tif 000023
【図１８】
2006510923.tif 000024
【図１９】
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【図２０】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年7月12日(2004.7.12)
【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】
メディア又は構成部品を受け入れ保持するための取付け台組立、該取付け台組立に取り付けた、電気制御信号に応答し指向的に動作するシャトル組立であり、前記電気信号が除去された時、前記シャトル組立は所定の位置に保持され、クランプを支持するように偏りなく所定の位置に維持される事より成る、マイクロポジショナー。
【請求項２】
前記シャトル組立が単方向で動作される、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【請求項３】
前記シャトル組立がＸ方向及びＹ方向で動作される、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【請求項４】
前記取付け台組立が光ファイバーを保持する、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【請求項５】
前記取付け台組立がレンズを保持する、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【請求項６】
ナノメーターの範囲の許容範囲とミクロン範囲で動作するメディアまたは構成部品を配置するための、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【請求項７】
マイクロポジショナーの寿命の間複数回、メディア又は構成部品を保持、解放及び再配置できる、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【請求項８】
前記シャトル組立に応答連結する電気回路を含み、前記シャトルが前記電気回路からの電気信号に応答して動く、請求項１に記載のマイクロポジショナー。
【国際調査報告】
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