JP3150389U - 光学部品に於けるナノレベルシフタ - Google Patents

Abstract

【課題】的確に操作し、コストも低い光学部品に於けるナノレベルシフタを提供する。【解決手段】光学部品に於けるナノレベルシフタにおいて、移動塊４００、右金属片３０１及び左金属片３０２を鋼体構造のように固定し、桿体５０１は該移動塊の下表面４０１に連接し、弱バネ６０１は該桿体の中間部位に連接し、該弱バネは弾性係数Ｋ１が低く、強バネ６０２の両端は該前支持塊及び後支持塊の間に固定し、該強バネの中間部分と該右金属片は相互に接触し、該強バネは弾性係数Ｋ２が高く、該高い弾性係数Ｋ２は該低い弾性係数Ｋ１よりはるかに弾性係数が大きく、調整ユニット７００は該弱バネに連接し、該調整ユニットは弱バネを緩めたり圧縮したりすると共に主に弱バネを圧縮して弱バネの長さを調整する。【選択図】図１

Description

本考案は、光学部品に於けるナノレベルシフタに関するもので、この装置内に於いて電力を使わずに該ナノレベルシフタを駆動させることができる。本考案において、弱バネの移動範囲はかなり大きいため、使用者の手で該移動塊を制御し、小さい範囲移動で移動させる。また正確に操作でき、且つコストが低い。

ナノレベルシフタは非常に小さい距離を移動することができ、例えば数サブミクロン、もしくは数ナノ移動できる。一般にナノレベルシフタは、光学部品を揃えるのに適用される。光通信及び多数のその他光学応用の進歩に従い、光学部品の揃えもまた工業の重要な課題となっている。なぜなら光学部品を揃える時の作業効率が産業エネルギー及び光通信にとって大きな影響を与えるからである。

例として、二本の光ファイバーを連結する時、もしくは光ファイバーを光ダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）もしくは発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）に連結する時、 もしくは光ファイバーと光波導を連結する時、必ず二本の光部品が揃っていなければならないからである。

光学部品の連結は相当に複雑で、その精度の範囲は、サブミクロンの範囲内にある。そのため、経験を具えた技術者は光学部品を必ず揃えるが、これは大量生産に対して大きな障害となっている。

自動揃えシステムは、二個の光学部品の光軸を微妙に調整し、揃えた後の伝送消耗を最小にする。揃えた後、レーザー処理もしくは樹脂によって該光軸を固定する。図１に示すのは代表的な揃えるシステムのアーキテクチャーである。該システムは光源、揃え工具、コントローラー、光強度測量のためのパワー測量器及び制御に用いる一パソコンを含み、該揃え工具は、ステッピングモーターによってサブミクロンの移動で光ファイバーの先端を移動させる。コンピュータがコンピュータコントローラーの情報を受信することにより、そのデータを該コントローラーに戻す。揃える時、コンピュータによって制御信号を発信する。

上述の構造内のステッピングモーターは、電圧部品に代わることができ、電気エネルギーを機械エネルギーに転換することができ、光ファイバーの挟持腕を駆動定位する。該挟持腕は一Ｖ型槽である。

解決しようとする問題点は、上述の工具は電力で動き、且つ必要とする精度を達し、サブミクロンの範囲内で該挟持腕を移動するが、この装置はかなり高価で且つ電力を必要する点である。

本考案は、一平台、一前支持塊及び後支持塊、一右金属片及び左金属片、一移動塊、一桿体、一弱バネ、一強バネ、一調整ユニットを含む。一平台は一上表面及び一下表面を具える。一前支持塊及び後支持塊は該平台の上表面箇所に固定して設置する。一右金属片及び左金属片は該前支持塊及び後支持塊の間に配置、互いに離れる。一移動塊は該右金属片及び左金属片の間に配置し、該移動塊固定の安裝在右金属片及び左金属片の間に固定して設置する。移動塊の下表面と該平台の上表面は互いに離れる。該移動塊、右金属片及び左金属片は一鋼体構造のように固定する。一桿体は該移動塊の下表面に連接する。一弱バネは該桿体の中間部位に連接する。該弱バネは弾性係数Ｋ１が低い。一強バネの両端は該前支持塊及び後支持塊の間に固定する。該強バネの中間部分と該右金属片は相互に接触する。該強バネは弾性係数Ｋ２が高い。該高い弾性は係数Ｋ２該低い弾性係数Ｋ１よりはるかに弾性係数がはるかに大きい。一調整ユニットは該弱バネに連接する。該調整ユニットは弱バネを緩めたり、圧縮したりする。該調整ユニットは主に弱バネを圧縮して弱バネの長さを調整するのに用いることを最も主要な特徴とする。

本考案の光学部品に於けるナノレベルシフタは、的確に操作し、且つコストも低いという利点がある。

本考案の第一実施例内の部品の分解図である。 本考案の組立図である。 本考案の第一施例の部分立体図で、そのうち部品２０２と３０２を除いた後の本考案の内部構造である。 本考案の第一実施例の部分立体図で、そのうち部品２０１と３０１を除いた後の本考案の内部構造である。 本考案の断面図で、本考案の組立状態図である。 本考案の断面図で、図５の別一角度から見た図である。 本考案の第二実施例の透視図である。 本考案の第二実施例の透視図である。 本考案の装置の実験結果である。 図８結果の直線性近似図である。 本考案の実施例の技術内の光学部品である。

一種の光学部品に於けるナノレベルシフタを提供し、この装置内に於いて，電力を使用しないで、該ナノレベルシフタを動かす。本考案内の弱バネの移動範囲は非常に大きく、そのため、使用者の手で該移動塊を相当な小さい範囲で移動させることができ、的確に操作し、且つコストも低いことを本考案の主な目的とする。

本考案の構造構成、及びエネルギー生産の効率と効果について、図式と共に一実施例を挙げて詳細に説明する。

図１、２、３、４、５及び６に示すうちの図１の分解図は、本考案の第一実施例の内部の部品を示したものである。図２は、本考案の組立図である。図３は、本考案の第一実施例の部分透視図で、そのうち部品２０２及び３０２を取り除き、本考案の内部構造を表示している。図４は、本考案の第一実施例の別一部分から見た透視図で、そのうち部品２０１及び３０１を取り除き、本考案の内部構造を表示する。図５は、本考案の組立状態の断面図である。図６は、本考案の組立状態の別一断面図で、その角度は図５の視角の反対側で、文は本考案の部品を説明している。

一平台１００は、上表面１０１及び下表面１０２を含む。最も良いのは該上表面１０１が平坦な表面である。

一前支持塊２０１及び一後支持塊２０２は、該平台１００の上表面１０１箇所に固定して設置する。例として該前支持塊２０１及び後支持塊２０２が該平台１００の上表面１０１を埋め込み、ネジ入れ、固定する。図ではネジで連結面を固定している。該前支持塊２０１及び後支持塊２０２の間は一定の距離を保ち、本考案のその他部品を固定する。本考案に於いて、該前支持塊２０１及び後支持塊２０２は鋼体であるため、本考案の装置を操作する時、ほとんど変形しない。

該前支持塊２０１及び後支持塊２０２の間には一右金属片３０１及び左金属片３０２を配置する。該右金属片３０１及び左金属片３０２は相互に離れる。該右金属片３０１及び左金属片３０２は、該前支持塊２０１及び後支持塊２０２の間で掛着し、且つ平台１００の上表面１０１と相互に接触しない。該右金属片３０１及び左金属片３０２は、弾性材で作られ、外からの力がかかると、該右金属片３０１及び左金属片３０２はわずかに変形する。

該右金属片３０１及び左金属片３０２の間には、一移動塊４００を配置し、且つ該移動塊４００は右金属片３０１及び左金属片３０２の間に固定して設置する。該移動塊４００の下表面４０１と該平台１００の上表面１０１は相互に離れている。本考案に於いて例として該移動塊４０はネジで応用してもよく、該右金属片３０１及び左金属片３０２内から設置し、該移動塊４００、右金属片３０１及び左金属片３０２を一鋼体構造のように固定する。更に該移動塊４００及び左金属片３０２の間、及び該移動塊４００及び右金属片３０１の間に於いて相対移動はしない。該移動塊４００が移動する時、該左金属片３０２及び右金属片３０１も同じ距離を移動する。互いの間は相対して移動しない。

操作時、揃える光学部品を移動塊４００上面に置く。例として仮に該光学部品が光ファイバーであった場合、光ファイバーを一クランプアーム（ｃｌａｍｐ ａｒｍ）のＶ形凹槽内に置く。該クランプアームは平台１００及び上表面１０１に置く。但し両光ファイバーを揃える場合、各一光ファイバーは異なるナノレベルシフタに置き、次に各ナノレベルシフタを調整して両者を相互に揃える。一般に光ファイバーのコア（ｃｏｒｅ）はかなり小さく、数ミクロンになる。そのため、調整する時、各ステップのレベルシフトは、数サブミクロンで場合によっては数ナノになる。実際、人が操作してこのような微小のレベルシフトは相当に困難である。本考案では下述の部品によって簡単に上述の目的を達成する。

一桿体５０１は、該移動塊４００の下表面４０１に連接し、平台１００の上表面１０１と相互に接触しない。

一弱バネ６０１は、該桿体５０１の中間部位へ連接する。該弱バネ６０１は低い弾性係数Ｋ１を具える。

一強バネ６０２はその両端を該前支持塊２０１及び後支持塊２０２の間に固定し、例としてネジ方式で固定しても良い。該強バネ６０２の中間部分は該右金属片３０１と相互に接触する。該強バネ６０２は比較的高い弾性係数Ｋ２を具える。該高い弾性係数Ｋ２は該低い弾性係数Ｋ１より相当に高い。例えば弾性係数Ｋ２は弾性係数Ｋ１の５０倍もしくは１００倍となる。

本考案に於いて、該弱バネ６０１及び強バネ６０２は弾性を備えたバネ片が最もよい。一般にバネ片の効果は螺旋バネより良い。しかし、適する選択と設計でありさえすればよく、本考案では各種異なるバネを選択することができる。

一調整ユニット７００は、該弱バネ６０１に連接する。該調整ユニット７００は弱バネ６０１を緩めたり、圧縮したりする。本考案では主な設計内に於いて該調整ユニット７００は主に弱バネ６０１を圧縮するのに用い、弱バネ６０１の長さを調整する。

図に示す該調整ユニット７００は、該右金属片３０１の下方から突出して出すことによって、使用者が操作しやすくする。但し、この種の設計は本考案の観点からは異なる。その他調整ユニット７００を操作する方式はすべて本考案の範囲内とする。

本考案に於いて、すべてのその他は弱バネ６０１を圧縮もしくは延長するが、すべて本考案の範囲内とする。

本考案に於いて、該調整ユニット７００は、ネジ巻操作するのを直線性操作に改めてもよい。図に示す該調整ユニット７００には一ネジ巻ヘッド７０１を具え、平板７０２を動かし、台座体７０３を移動する。更に一固定塊７０４は平板７０２上で固定する。該弱バネ６０１の両端は固定塊７０４上で固定する。操作時、該ネジ巻ヘッド７０１が弱バネ６０１を前後に移動させる。

下述は本考案の操作である。先ず、本考案の構造は、完全に緩んだ状態である。即ち、該弱バネ６０１は圧縮も延長もしていない状態である。次に、該調整ユニット７００でネジを巻き、該弱バネ６０１を押して前方向に移動する。該弱バネ６０１の移動は該桿体５０１を前方向に移動させる。結果として、該桿体５０１は左方向に移動し該左金属片３０２及び右金属片３０１を左方向へ移動させる。しかし、移動塊４００は、移動時に該右金属片３０１と該強バネ６０２を経て互いに動くが、強バネ６０２は大きな弾性係数Ｋ２を具え、この弾性係数Ｋ２は該弱バネ６０１の弾性係数Ｋ１よりはるかに大きいため、強バネ６０２が該移動塊４００を引っ張り、該移動塊４００の移動量は弱バネ６０１の移動量よりはるかに低い。結果として該移動塊４００はわずかに小さい距離の移動をするだけである。物理上の計算に基づくと、該移動塊４００の移動量は該弱バネ６０１の移動量のＫ１／Ｋ２倍になるだけである。本実施例に於ける移動塊４００の移動量は弱バネ６０１移動量の百分の一にしかならない。そのため、強バネ６０２が１０μｍ，（ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ）移動すると、該移動塊４００はわずかに０．１μｍ移動するだけであるため、該移動塊４００は微調整される。

更に本考案に於いて、構造全体の振動を減らすため、一プレロード（ｐｒｅｌｏａｄ）を該移動塊４００内に加える。そのため、組立後、該強バネ６０２は予定の一定変形があり、該移動塊４００内に追加設置するため、該右金属片３０１及び左金属片３０２も該移動塊４００と同じ程度に変形する。該右金属片３０１及び左金属片３０２の変形方向は該弱バネ６０１の押す方向が相反する。該プレロードは本考案の構造の振動を防止する。

本考案は摩擦力の干渉を防止する。本考案に於いて、該移動塊４００、左金属片３０２、右金属片３０１は該上表面１０１に接触しない。平台１００の上表面１０１にも相互に接触することがない。弱バネ６０１の駆動操作において該移動塊４００、右金属片３０１及び左金属片３０２は一鋼体で成形される。この特性はシステムの精度を更に高める。

図７に示すのは、本考案の第２実施例である。そのうち前述の一実施例と同じ部品と構造については重複するので説明を省く。本実施例が上述の実施例と異なるのは、本実施例内では桿体５０１を使用しない。そのため、該弱バネ６０１は、直接左金属片３０２と相互に接触する。この一設計もまた同じ効果を達成する。

図８及び９に示すのは、本考案の実験結果である。図８の第一列目及び第二列目は、調整ユニット７００を回転して弱バネ６０１を調整する時、各回の移動距離及び累積距離を示す。第三列目は、第二列目の直線性近似の結果を示す。第四列目は、第二列及び第三列の差の値を示す。該結果によって各回の調整で該移動塊４００が６６ナノ移動したことがわかる。そのため光学部品の調整に適している。例として一光ファイバーのコアの直径が１０ミクロンである時、６６ナノは該直径の１／１５０である。この距離は該光ファイバーを揃えたのより小さい。

上述の詳細な説明は、本考案の実施可能な一実施例を説明したもので、該実施例が本考案の請求範囲を制限することはなく、本考案の技術精神に基づく同効果の実施もしくは変更はすべて本考案の請求範囲に属する。

１００ 平台
１０１ 上表面
１０２ 下表面
２０１ 前支持塊
２０２ 後支持塊
３０１ 右金属片
３０２ 左金属片
４００ 移動塊
４０１ 下表面
５０１ 桿体
６０１ 弱バネ
６０２ 強バネ
７００ 調整ユニット
７０１ ネジ巻ヘッド
７０２ 駆動平板
７０３ 移動台座体
７０４ 固定塊

Claims (12)

1. 光学部品を揃えるナノレベルシフタにおいて、
   一上表面及び一下表面を具える一平台と、
   該平台の上表面箇所に固定して設置し、中間は一定距離を維持し、その他の部品を固定し、剛体で製造するため、装置の操作時に変形することがない一前支持塊及び後支持塊と、
   該前支持塊及び後支持塊の間に配置し、該右金属片及び左金属片は相互に離れ、該前支持塊及び後支持塊の間に掛合し、更に平台の上表面と相互に接触しない一右金属片及び左金属片と、
   該右金属片及び左金属片の間に配置し、右金属片及び左金属片の間に固定設置し、下表面は該平台の上表面と互いに離れ、右金属片及び左金属片とは一鋼体構造のように固定される一移動塊と、
   該移動塊の下表面に連接し、平台の上表面と互いに接触しない一桿体と、
   該桿体の中間部位に連接し、低い弾性係数Ｋ１を具える一弱バネと、
   その両端が該前支持塊及び後支持塊の間に固定され、その中間部分と該右金属片は互いに接触し、高い弾性係数Ｋ２を具え、その高い弾性係数Ｋ２は低い弾性係数Ｋ１よりはるかに高い一強バネと、
   該弱バネを連接し、弱バネを緩めたり圧縮したりし、主に弱バネを圧縮して弱バネの長さを調整するのに用いる一調整ユニットを含むことを特徴とする光学部品に於けるナノレベルシフタ。
2. 前記弱バネ及び強バネは弾性を具えたバネ片であることを特徴とする請求項１記載の光学部品に於けるナノレベルシフタ。
3. 前記調整ユニットは、ネジ巻操作を直線性操作に改めてもよく、一ネジ巻ヘッドを具え、平板を動かして台座体を移動し、一固定塊は平板上に固定し、該弱バネの両端は固定塊上に固定し、操作時に該ネジ巻ヘッドが弱バネを前後に移動させることを特徴とする請求項１記載の光学部品に於けるナノレベルシフタ。
4. 前記前支持塊及び後支持塊は剛体であることを特徴とする請求項１記載の光学部品に於けるナノレベルシフタ。
5. 前記光学部品を揃えるナノレベルシフタは、一プレロード（ｐｒｅｌｏａｄ）を該移動塊上に追加設置することを特徴とする請求項１記載の光学部品に於けるナノレベルシフタ。
6. 前記光学部品を揃えるナノレベルシフタは、組立後、該強バネに予定の変形があり、該移動塊内に加えるため、該右金属片及び左金属片も該移動塊と同じ程度に形状が変化し、該右金属片及び左金属片の形状変化の方向は該弱バネの押す方向と相反することを特徴とする請求項５記載の光学部品に於けるナノレベルシフタ。
7. 前記右金属片及び左金属片は、弾性材によって作られ、外力によって作用する時、該右金属片及び左金属片は微妙に変形することを特徴とする請求項１記載の光学部品に於けるナノレベルシフタ。
8. 光学部品を揃えるナノレベルシフタにおいて、
   一上表面及び一下表面を具える一平台と、
   該平台の上表面箇所に固定して設置し、間は一定距離を維持し、その他の部品を固定し、剛体で製造する一前支持塊及び後支持塊と、
   該前支持塊及び後支持塊の間に配置し、該右金属片及び左金属片は相互に離れ、該前支持塊及び後支持塊の間に掛合し、更に平台の上表面と相互に接触せず、そのうち弾性材で製造され、更に外力を受けた時、美協に変形する一右金属片及び左金属片と、
   該右金属片及び左金属片の間に配置し、右金属片及び左金属片の間に固定設置し、下表面は該平台の上表面と互いに離れ、右金属片及び左金属片とは一鋼体構造のように固定される一移動塊と、
   該左金属片の中間部位に連接し、低い弾性係数Ｋ１を具える一弱バネと、
   その両端が該前支持塊及び後支持塊の間に固定され、その中間部分と該右金属片は互いに接触し、高い弾性係数Ｋ２を具え、その高い弾性係数Ｋ２は低い弾性係数Ｋ１よりはるかに高い一強バネと、
   該弱バネを連接し、弱バネを緩めたり圧縮したりし、主に弱バネを圧縮して弱バネの長さを調整するのに用いる一調整ユニットを含むことを特徴とする光学部品に於けるナノレベルシフタ。
9. 前記弱バネ及び強バネは弾性を具えたバネ片であることを特徴とする請求項８記載の光学部品に於けるナノレベルシフタ。
10. 前記調整ユニットは、ネジ巻操作を直線性操作に改め、それは一ネジ巻ヘッドを具え、平板を動かして台座体を移動し、一固定塊は平板上で固定し、該弱バネの両端は固定塊上に固定し、操作時には該ネジ巻ヘッドは弱バネを前後に移動させることを特徴とする請求項８記載の光学部品に於けるナノレベルシフタ。
11. 前記光学部品を揃えるナノレベルシフタは、一プレロード（ｐｒｅｌｏａｄ）を該移動塊上に加えることを特徴とする請求項８記載の光学部品に於けるナノレベルシフタ。
12. 前記光学部品を揃えるナノレベルシフタは、組立後、該強バネが予定の変形を形成し、追加キャリアを該移動塊内に加えるため、該右金属片及び左金属片も該移動塊と同じ程度の形状変化を形成し、該右金属片及び左金属片の形状変化方向は該弱バネが押す方向と反対であることを特徴とする請求項８記載の光学部品に於けるナノレベルシフタ。

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