JP2014529736A - 透明部品用運動学的固定具 - Google Patents

Abstract

光学構成部品を位置決めする固定装置は、透明な台板を有する。透明材料から形成される調節板が台板に運動学的に連結される。支柱が調節板から延び、光学構成部品を着座させる。いくつかの整合要素が透明な台板から延び、支柱上に着座した光学構成部品の１つまたは複数の縁辺を整合させる。

Description

関連出願の相互参照

本願は、米国特許法第１２０条に基づき、２０１１年８月１２日に出願された米国特許出願第１３／２０８７９８号明細書の優先権を主張するものであり、同出願の内容のすべてに依拠し、これを参照によって本願に援用する。

本発明は概して、光学計測分野における固定のための光学装置、より詳しくは、様々な形状と曲率の薄い透明な面を支持するための運動学的固定装置に関する。

実質的に平坦または平面表面を有する光学構成部品を固定し、測定する技術は、光学計測の当事者の間でよく知られている。しかしながら、平坦な構成部品の計測に使用されるこのような固定方法の多くが、非平面表面を有する、より薄い部品の取付と測定には不適切である可能性がある。たとえば、携帯型電子機器およびその他の装置用として設計されるものなどの薄いガラス部品は、金型成形またはその他によって、平坦な形状と比べて装置の輪郭によりよく適合する非平面的な立体形状に成形されることが多い。このような部品には、個々の用途に応じて厳しい公差が求められることがある。光学試験および測定用固定具に湾曲部分を正しく位置付け、その際、ある程度の過剰拘束（ｏｖｅｒｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ）を起こさせないようにすることは難しくなり得、このような過剰拘束は、被測定部品を歪め、それゆえ何らかの測定値の精度を損ないかねない、またはさらには場合により構成部品に損傷さえ与えかねない。

構成部品の固定に伴う問題は、自動試験システムが利用されるとさらに深刻化し得る。測定用固定具への湾曲部品の正確な位置決めのエラーまたは、固定具自体の移動中の部品の偶発的な運動については、ほとんど公差がない場合がある。さらに、従来の固定具は金属またはその他の硬質材料から形成され、これは不透明で、計測系のための光源の選択が限定される。

測定対象の部品が固定具内の一つの箇所にのみ着座するような位置付けの繰り返し性は、部品計測における円滑で効率的な作業流れを提供するために特に有益である。薄い、非平面の構成部品の位置決めの繰り返し性を実現することは、とりわけ位置決めエラーに対する公差が最小限である場合、特に困難であり得る。

計測のために部品を固定する際は一般に、直交するｘ、ｙ、ｚ軸のいずれに沿った直進運動からも、またいずれの軸の周囲の回転（θｘ、すなわち「ピッチ」、θｙ、すなわち「ロール」、θｚ、すなわち「ヨー」）からも、部品の運動を拘束する必要がある。従来の締付または真空式保持技術は、部品を所定の位置に保持できるが、過剰拘束を特徴とし、何らかの方法で被測定部品を歪め、その結果、測定が不正確になる危険を伴う。被測定物固定の過剰拘束の問題は温熱条件によって一層悪化し得る。

したがって、改良された光学構成部品、特にある程度の曲率を示す部品を固定するための方法と装置が求められていることが分かる。

本発明の目的は、光学構成部品計測のための固定技術を進歩させることである。この目的を念頭に置き、本発明は、光学構成部品を位置決めする固定装置であって、
透明な台板と、
透明材料から形成され、台板に運動学的に連結された調節板と、
調節板から延び、光学構成部品を着座させるための複数の支柱と、
透明な台板から延び、支柱の上に着座する光学構成部品の１つまたは複数の縁辺を整合させるための複数の整合要素と、
を含む固定装置を提供する。

本発明の特徴は、運動学的設計を利用して、光学構成部品を支持する構造を固定具の取付台から機械的に分離させやすくすることである。

本発明の利点は、運動学的拘束方法を使って、湾曲形状を有する薄い光学構成部品の位置決めを支援できることである。

本発明の別の利点は、部品位置付けの繰り返し性に関する能力であり、湾曲表面を支持する３つと部品の縁辺を整合させる３つの、合計６つの接触点のみを提供する。本発明の装置はまた、透明部品の計測に関する特定の利点を有し、固定具そのものを通じて光を部品に向けることができる。

本願で開示する発明のその他の望ましい目的、特徴、利点は、当業者により着想され得る、または、当業者にとって明らかとなり得る。本発明は添付の特許請求の範囲により定義される。

本発明のある実施形態による固定装置の斜視図である。 固定装置の断面斜視図である。 異なる角度から見た固定装置の断面斜視図である。 下から見た固定装置の斜視図である。 光学構成部品が取り付けられていない、固定装置の上面図である。

本願で示し、説明する図面は、各種の実施形態による光学装置に関する動作と製造の主な原理を説明するためのものであり、これらの図面の多くは実際の大きさや縮尺を示そうと意図して描かれていない。基本的な構造的関係または動作の原理を強調するために、ある程度の誇張が必要な場合もある。たとえば、同一平面上のいくつかの構造は、これらの構造が重なる場合、図中では相互に若干ずらして示されている場合がある。

本願中で使用されている場合、「第一の」、「第二の」、「第三の」等の用語は、必ずしもいずれかの順序または優先性の関係を示すとは限らず、１つの要素または時間的間隔を他のそれらからより明確に区別するために使用されている。本願の教示の中には確定された「第一の」または「第二の」要素はなく、これらの説明は単に、本願の文脈で、たとえば同様の部品が言及されている順序により、１つの要素を他の同様の要素から明確に区別するために使用されているにすぎない。

本願の文脈では、「透明な」という用語は、少なくとも約４００〜約７５０ｎｍにわたる範囲の、好ましくは、さらに紫外線（ＵＶ）または赤外線（ＩＲ）スペクトル部分を含む、より広い範囲の可視光に対して透過性を有することを意味する。「透過性」とは、その範囲にわたる入射光の少なくとも約７０％の透過性、より好ましくは入射光の９０％超の透過性を意味する。

本願の文脈では、「運動学的連結」という用語は、１つまたは複数の構成部品について使用される連結方法の種類に関する。代替案として、装置の組立に従来の機械的連結方法を使用できる。本願の文脈では、「１点接触」という用語は、機械分野の当業者にとって明らかであろう、その従来の意味を有する。

本願の文脈では、湾曲表面とは、その曲率半径が約１０メートル未満の表面と考えられる。平面表面は、約１０メートルを超える半径を有する。本発明の実施形態は、たとえば１００ｃｍの範囲内に十分に含まれる曲率半径を有する湾曲表面を含む平面または湾曲表面のいずれかを有する光学構成部品を固定する装置と方法を提供する。

本発明の実施形態の装置と方法は、考えられる多種多様な形状と曲率を有し得る光学構成部品の固定の実現に役立つ。たとえば、図１の斜視図は透明な光学構成部品１０を示しており、これは薄い、若干湾曲したガラス板として示され、本発明のある実施形態による固定装置２０の中に着座している。固定装置２０は台板２２を有し、これは透明であり、たとえば取付ボルト２４を使うなどして光学計測系（図示せず）の中に取り付けられるような特徴を有する。同様に透明な材料から形成される調節板３０が台板２２に運動学的に連結され、光学構成部品１０を着座させる支柱３２ａ、３２ｂ、３２ｃを提供する。整合要素２６ａ、２６ｂ、２６ｃが透明な台板２２から延び、固定装置２０の中に着座した光学構成部品１０の縁辺１２ａと１２ｂを整合させる。

図１の斜視図からわかるように、台板２２に連結され、ここから支持される構成部品は、図１の直交軸で示されるような６自由度（ＤＯＦ：ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｆｒｅｅｄｏｍ）の各々についての拘束パターンを示す。このような拘束パターンにより、光学構成部品１０を固定装置２０に正確かつ繰り返し可能に位置付決めでき、締付、真空またはその他の過剰拘束のための器具や力を必要とせずに、その正しい位置に維持できる。

図１の斜視図と図２の断面図は、調節板３０について提供され、板３０を測定対象の光学構成部品１０の表面形状にとって適当な角度に傾けることができるようにする運動学的取付方法の詳細を示している。調節板３０は、図の実施形態においては略三角形であるが、他の任意の適当な形状とすることもできる。調節板３０に必要な角度を得るために、３つの調節式支持要素３４ａ、３４ｂ、３４ｃが設けられている。空間内の３点が１つの平面を画定するため、各支持要素３４ａ、３４ｂ、３４ｃの高さは、調節板３０の表面に平行な平面の、それに対応する傾斜を画定する。

３つの縁辺整合要素２６ａ、２６ｂ、２６ｃの各々は、光学構成部品１０の、それぞれに対応する縁辺に沿って１点接触を提供する。

図２により明確に示されているように、肩付ねじ４２に取り付けられた圧縮ばね４０等の負荷要素が負荷力Ｌを提供し、これは調節板３０の下面３８を調節式支持要素３４ａ、３４ｂ、３４ｃの各々（図２では要素３４ｃが断面で示されている）の棚状部３６に押し付ける。ばね４０またはその他の種類の負荷要素からの負荷力Ｌは、調節板３０を目に見えるほど歪めることなく、調節式支持要素３４ａ、３４ｂ、３４ｃに負荷力を与えるのに十分となるように選択される。

図１〜４に示されるように、調節式支持要素３４ａ、３４ｂ、３４ｃ各々の終端には丸みの付いたシャフトがあり、これがボールエンド４４を形成する。ボールエンド４４の各々は、運動学的継手として、Ｖ字形の溝、すなわちＶ溝４８内に着座する。本発明の実施形態に従い、各Ｖ溝４８の底部における交差線は任意選択で、延ばしたときに肩付ねじ４２の中心軸で、またはその付近で交差してもよい。

支柱３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、測定対象の光学構成部品１０の表面との３点接触を提供する。本発明の一実施形態に従い、支柱３２ａ、３２ｂ、３２ｃは同じ長さであるが、代替的実施形態では異なる長さとし得る。調節式支持要素３４ａ、３４ｂ、３４ｃの各々では、対応する高さ調節のためのアクチュエータ４６が設けられている。アクチュエータ４６は、調節設定に応答した微量の軸方向運動が可能なマイクロメートル型アクチュエータでも、または垂直調節を行うのに適した、他の任意の種類のアクチュエータでもよい。

図３と５に最も明確に示されているように、縁辺整合要素２６ａ、２６ｂ、２６ｃの各々は、光学構成部品１０を、曖昧さを伴わずに、繰り返し、位置決めするのに役立つ１点接触を提供する。これに加えて、支柱３２ａ、３２ｂ、３２ｃとの組み合わせによって、整合要素２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、試験固定具の中での取扱いまたは輸送中に、光学構成部品１０の変位や移動を防止するのに役立つ。寄生的拘束力を最小限にする理想的な点接触を略実現するために、整合要素２６ａ、２６ｂ、２６ｃの側面には水平断面において角度が付けられ、ごく小さい面積で縁辺１２ａ、１２ｂと接触するように特徴付けられている。図３と５に示されるように、整合要素２６ａ、２６ｂ、２６ｃの各々は、任意選択で設けられる標的５０でさらに特徴付けられ、これは光学計測装置により位置基準として使用される。

固定装置２０は、湾曲表面を有する光学構成部品の固定に役立ついくつかの特徴を有する。図３の整合要素２６ａの断面に示されているように、任意選択で設けられる位置合わせピン５２とねじ５４は、縁辺整合要素を台板２２に関する所定の位置に、より剛性にロックするために使用される。

有利には、固定装置２０は重力を利用して光学構成部品１０を支持している。１つまたは複数の支柱３２ａ、３２ｂ、３２ｃの上面５６は、丸み付け、平坦化、粗面化、被覆、輪郭付、またはその他の処理により、光学構成部品１０の支持面との接触界面における摩擦が所望の量になるようにしてもよい。

調節板３０の調節によって、チップ、チルト、上昇等の設定を、これらの設定が測定対象の部品の形状に適したものとなるように設定できる。特定の部品についての調節が終われば、固定装置２０は、精密な位置決めを行うために繰り返し使用できる。光学測定器（図示せず）に使用される干渉レーザを、支柱３２ａ、３２ｂ、３２ｃの各々の縦方向の位置をチェックして、その設定が軸に関して水平または斜めであるか否かを判断するのに役立てるように使用できる。

台板２２の、および調節板３０の透明性によって、測定工程中に光を下から光学構成部品１０へと誘導できる。これは、たとえば部品の全体形状を測定するため、または光学構成部品１０の透光性またはその他の特徴を測定するために有利となり得る。あるいは、各種のコーティングを台板２２と調節板３０の表面に施してもよく、その例としては、たとえば反射防止（ＡＲ：ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングがある。

固定装置２０は、多くの種類の任意の適当な材料から形成することができる。台板２２と調節板３０は、たとえば機械加工可能なガラス等のガラス、またはポリカーボネート、または必要な透明性を有するその他の適当な天然または合成材料とすることができる。調節板３０上の非常に小さい表面接触面積を使用することは、熱が問題となり得る場合に、さらに台板２２から板３０を分離するのに役立つ。

図２のＬで示される負荷力は図のようにばね４０によって提供することも、屈曲部または何らかのその他の負荷要素または力を利用して提供することもできる。

本発明を、その特定の好ましい実施形態を具体的に参照しながら詳しく説明したが、当然のことながら、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、上で説明し、付属の特許請求項に記された本発明の範囲内で変更や改良を加えることができることが分かる。本発明は特許請求の範囲により定義される。

以上のように、光学構成部品を位置決めするための固定装置が提供される。

Claims (10)

1. 光学構成部品を位置決めする固定装置において、
   透明な台板と、
   透明材料から形成され、前記台板に運動学的に連結された調節板と、
   前記調節板から延び、前記光学構成部品を着座させるための複数の支柱と、
   透明な前記台板から延び、前記支柱の上に着座する前記光学構成部品の１つまたは複数の縁辺を整合させるための複数の整合要素と、
   を含むことを特徴とする固定装置。
2. 前記調節板が、前記台板から延びる第一、第二、第三の調節式支持要素を使って前記台板に運動学的に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の固定装置。
3. 前記調節式支持要素の少なくとも１つがアクチュエータを有することを特徴とする、請求項２に記載の固定装置。
4. 前記調節板に負荷力をかけるばねをさらに含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の固定装置。
5. 前記調節板が、前記台板から延びる複数の調節式支持要素によって前記台板に運動学的に連結され、複数の前記調節式支持要素の各々の終端に丸みの付いた特徴部があり、これが透明な前記台板に形成された、それに対応するＶ溝に当接して着座することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の固定装置。
6. 前記調節板がポリカーボネートプラスチック材料から形成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の固定装置。
7. 前記調節板および台板の少なくとも一方がガラスであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の固定装置。
8. 複数の前記支柱が前記光学構成部品を着座させるための３点接触を提供することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の固定装置。
9. 複数の前記支柱の長さが少なくとも異なる２種類あることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の固定装置。
10. 前記台板の１つまたは複数の表面が反射防止コーティングを有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の固定装置。

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