Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7629989B2 - Multi-axis positioner - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7629989B2 - Multi-axis positioner - Google Patents

Multi-axis positioner Download PDF

Info

Publication number
JP7629989B2
JP7629989B2 JP2023518540A JP2023518540A JP7629989B2 JP 7629989 B2 JP7629989 B2 JP 7629989B2 JP 2023518540 A JP2023518540 A JP 2023518540A JP 2023518540 A JP2023518540 A JP 2023518540A JP 7629989 B2 JP7629989 B2 JP 7629989B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
actuators
actuator
top plate
positioner
joint
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2023518540A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023543751A (en
Inventor
ロバート ワイリー
ブレット クラーク
Original Assignee
3エスエーイー テクノロジーズ インク
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US17/029,908 external-priority patent/US11681100B2/en
Application filed by 3エスエーイー テクノロジーズ インク filed Critical 3エスエーイー テクノロジーズ インク
Publication of JP2023543751A publication Critical patent/JP2023543751A/en
Priority to JP2025016255A priority Critical patent/JP2025069330A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7629989B2 publication Critical patent/JP7629989B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/255Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
    • G02B6/2555Alignment or adjustment devices for aligning prior to splicing
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/36Mechanical coupling means
    • G02B6/3616Holders, macro size fixtures for mechanically holding or positioning fibres, e.g. on an optical bench
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/003Alignment of optical elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

本発明の概念は、位置決めステージに関し、特に、多軸相対位置決めステージに関する。 The concept of the present invention relates to a positioning stage, and in particular to a multi-axis relative positioning stage.

関連出願
本出願は、2020年9月23日に出願されて多軸ポジショナと題される米国特許出願第17/029,908号の利益を主張し、この米国特許出願第17/029,908号は、2020年7月16日に出願されて多軸ポジショナと題される米国特許出願第16/930,638号の一部継続出願であり、米国特許出願第16/930,638号は、2019年2月14日に出願されて多軸位置決め方法と題される、現在米国特許第10,746,928号である米国特許出願第16/275,601号の継続出願であり、米国特許第10,746,928号は、2017年9月29日に出願されて多軸相対位置決めステージと題される、現在米国特許第10,429,587号である米国特許出願第15/720,006号の分割出願であり、米国特許第10,429,587号は、2016年9月30日に出願されて多軸相対位置決めステージと題される米国仮出願第62/402,674号の利益を主張し、これらの出願のそれぞれは、引用によりその全体が本願に組み入れられる。
RELATED APPLICATIONS This application claims the benefit of U.S. patent application Ser. No. 17/029,908, filed Sep. 23, 2020, and entitled MULTI-AXIS POSITIONER, which is a continuation-in-part of U.S. patent application Ser. No. 16/930,638, filed July 16, 2020, and entitled MULTI-AXIS POSITIONER, which is a continuation-in-part of U.S. patent application Ser. No. 16/930,638, filed Feb. 14, 2019, and entitled MULTI-AXIS POSITIONING METHOD, now U.S. Patent No. 10,746,928. No. 10,746,928 is a continuation of U.S. Patent Application No. 15/720,006, now U.S. Patent No. 10,429,587, filed September 29, 2017, and entitled MULTI-AXIS RELATIVE POSITIONING STAGE, which claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 62/402,674, filed September 30, 2016, and entitled MULTI-AXIS RELATIVE POSITIONING STAGE, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

位置マニピュレータは、様々な精度で物体、ツール、または器具を位置決めするために、膨大な数の用途で使用される。剛体(不動)、プリズム、回転、平行円柱、円柱、球面、平面、エッジスライダ、円柱スライダ、点スライダ、球面スライダ、および交差円柱を含む、位置マニピュレータで使用され得るキネマティックジョイント、またはキネマティックペアの概要が図1に示される。 Position manipulators are used in a vast number of applications to position objects, tools, or instruments with varying degrees of precision. An overview of the kinematic joints, or kinematic pairs, that may be used in a position manipulator is shown in Figure 1, including rigid (immovable), prism, revolute, parallel cylinder, cylinder, sphere, plane, edge slider, cylinder slider, point slider, spherical slider, and cross cylinder.

スチュワートプラットフォーム(本明細書ではヘキサポッドとも呼ばれる)は、例えば、各アクチュエータの両端に球状、ボール、またはユニバーサルジョイントを伴う6つのアクチュエータから構成される多軸位置決めステージである。ヘキサポッドは、殆どの用途で世界クラスの多軸位置決めステージ形態と見なされるが、多くの場合、法外なコストがかかる。ヘキサポッドの1つの問題は、それがアクチュエータどうしの相互作用による相乗的なモーションプラットフォームだということである。すなわち、アクチュエータどうしの相互作用により、どのアクチュエータも独立して動かすことはできず、所与の移動では、アクチュエータの多くまたは全てが、ステージが拘束されるのを防ぐために、異なる特定の量をかつ異なる速度プロファイルで移動する必要がある。更に、これらの動きと速度のプロファイルは、所定の開始点と終了点が変更されると、連続的に変化する。このため、短距離の単軸移動が必要な場合でも、各アクチュエータがステージのトッププレートをポイントAからポイントBに到達させるために必要な移動距離と速度プロファイルを個別に計算するには、非常に複雑なコンピュータアルゴリズムが必要である。その結果、人間のオペレータは、この単純な動きでさえ、ステージを拘束せずに手動で実行することはできない。 A Stewart platform (also referred to herein as a hexapod) is a multi-axis positioning stage consisting of, for example, six actuators with spherical, ball, or universal joints at either end of each actuator. Hexapods are considered a world-class multi-axis positioning stage configuration for most applications, but are often cost-prohibitive. One problem with hexapods is that they are a synergistic motion platform due to the interactions between the actuators. That is, because of the interactions between the actuators, no actuator can move independently, and for a given move, many or all of the actuators must move different specific amounts and with different velocity profiles to prevent the stage from binding. Furthermore, these movements and velocity profiles change continuously as the predefined start and end points are changed. Thus, even for a short single-axis move, very complex computer algorithms are required to individually calculate the movement distance and velocity profile required for each actuator to get the top plate of the stage from point A to point B. As a result, even this simple move cannot be manually performed by a human operator without binding the stage.

ヘキサポッドに伴う他の重大な欠点は、ジョイントの剛性(軸外動作に対する)が「スロップ」または「遊び」を決定し、したがってステージの分解能を決定することである。益々厳しい公差で球状ジョイント(ヘキサポッドで採用される)を形成することは指数関数的に困難になるため、これは設計上の矛盾である。すなわち、設計者が世界クラスの球面ベアリングを形成してステージの分解能を最大化し、傾斜を最小限に抑える場合、デフォルトで2つの固有の問題が悪化する。第1に、球面ジョイントの剛性により、拘束を防止するために、各アクチュエータの動作および速度プロファイル要件の精度が指数関数的に向上する。第2に、必要な正確な動作と速度プロファイルを実現するために、アクチュエータの機能要件が指数関数的に増大する。その結果、ヘキサポッドの分解能を向上させるには、動きと速度のプロファイルを決定するための計算能力の指数関数的な増大、アクチュエータの性能能力の指数関数的な増大、および12個の高品質球面ベアリングが必要である。これら全ての要因により、ヘキサポッドのコストが大幅に上昇する。 Another significant drawback with hexapods is that the stiffness of the joints (for off-axis motion) determines the "slop" or "play" and therefore the resolution of the stage. This is a design contradiction because it is exponentially more difficult to form spherical joints (employed in hexapods) with increasingly tighter tolerances. That is, if a designer were to form world-class spherical bearings to maximize the resolution of the stage and minimize tilt, two inherent problems would be exacerbated by default. First, the stiffness of the spherical joints exponentially increases the precision of the motion and velocity profile requirements of each actuator to prevent binding. Second, the functional requirements of the actuators exponentially increase to achieve the precise motion and velocity profiles required. As a result, increasing the resolution of a hexapod requires an exponential increase in the computational power to determine the motion and velocity profiles, an exponential increase in the performance capabilities of the actuators, and 12 high-quality spherical bearings. All of these factors drive the cost of a hexapod significantly higher.

ヘキサポッドは、一般に、対応するキネマティックチェーンの3倍~10倍の費用がかかるが、公差スタックアップの問題に悩まされないため、しばしば好まれる。10ミクロンの精度は、多くの用途でポジショナの要件として珍しくはなく、例えば、フォトニクス業界では、サブミクロンの精度が必要になることがよくある。現在、ヘキサポッドの価格は、一般に、物理的なサイズ、負荷制限、および精度のそれぞれの要件に応じて、60,000ドルから120,000ドルを超える。別の正確な位置マニピュレータが非常に望ましい。 Hexapods are generally three to ten times more expensive than corresponding kinematic chains, but are often preferred because they do not suffer from tolerance stack-up problems. 10 micron accuracy is not an uncommon requirement for positioners in many applications, and sub-micron accuracy is often required in the photonics industry, for example. Currently, hexapods typically cost anywhere from $60,000 to over $120,000, depending on the respective requirements for physical size, load limits, and accuracy. A separate precision position manipulator is highly desirable.

本発明の概念の原理によれば、平行位置マニピュレータは、トッププレート、ベースプレート(本明細書ではボトムプレートまたはベースプレートとも呼ばれる)、および3つ、4つ、5つ、または6つのプリズムジョイントアクチュエータを含む。各アクチュエータは、ベースプレートまたはトッププレートのいずれかに5自由度(DOF)を持つアクチュエータジョイントを含む。動作時、アクチュエータの1つ以上が伸長または収縮すると、残りのアクチュエータの回動点、例えば5DOFアクチュエータジョイントがそのアクチュエータの動作軸(すなわち、アクチュエータの伸長および収縮によって規定される軸)以外の任意の軸でシフトできる。例示的な実施形態では、磁力、重力、および/またはシリコーンなどの柔軟なポリマーを使用して、プリズムアクチュエータが伸長または収縮するときに最大5つのDOF回動点を接触領域内のそれぞれの(すなわち、トップまたはボトム)プレートと接触させ続けることができる。例示的な実施形態では、プリズムアクチュエータのうちの少なくとも2つは、少なくとも2つの他のプリズムアクチュエータに対して垂直である。第5の軸が追加されると、その関連するプリズムアクチュエータは、他の4つのプリズムアクチュエータに対して垂直に配置される。 In accordance with the principles of the inventive concept, a parallel position manipulator includes a top plate, a base plate (also referred to herein as a bottom plate or base plate), and three, four, five, or six prism joint actuators. Each actuator includes an actuator joint with five degrees of freedom (DOF) on either the base plate or the top plate. In operation, as one or more of the actuators extends or contracts, the pivot point of the remaining actuator, e.g., a 5DOF actuator joint, can shift in any axis other than the axis of motion of that actuator (i.e., the axis defined by the extension and contraction of the actuator). In an exemplary embodiment, magnetic forces, gravity, and/or a flexible polymer such as silicone can be used to keep up to five DOF pivot points in contact with their respective (i.e., top or bottom) plates in the contact area as the prism actuators extend or contract. In an exemplary embodiment, at least two of the prism actuators are perpendicular to at least two other prism actuators. When a fifth axis is added, its associated prism actuator is positioned perpendicular to the other four prism actuators.

例示的な実施形態では、アクチュエータは、圧電アクチュエータ、手動マイクロメータねじ、磁気アクチュエータ、リニアアクチュエータを伴うステッピングモータ(一体型または別個のいずれか)、油圧シリンダ、空気圧シリンダ、または例えば、偏心カムを伴う移転モータなどの幾つかのタイプのうちのいずれかであってもよい。本発明の概念の原理に係る例示的な実施形態では、平行位置マニピュレータは、各アクチュエータによって及ぼされる押し引き力が、組み合わされた他の全てのアクチュエータの剪断摩擦よりも大きくなるように構成される。例示的な実施形態では、これは、保持力は高いが剪断力は低い材料、例えば、硬質で平坦な金属表面と磁気的に接触して保持される硬質金属の球状表面などを使用することによって達成される。そのような実施形態では、側面の一方のみ(すなわち、硬質金属の球状表面または硬質で平坦な金属表面のいずれか)が磁化される。これは、両側面が磁性体の場合、それらが、スライド軸で半拘束され、したがって球状の3DOFジョイントのように振る舞うからである。 In an exemplary embodiment, the actuators may be any of several types, such as piezoelectric actuators, manual micrometer screws, magnetic actuators, stepping motors with linear actuators (either integrated or separate), hydraulic cylinders, pneumatic cylinders, or translation motors with eccentric cams, for example. In an exemplary embodiment according to the principles of the inventive concept, the parallel position manipulator is configured such that the push/pull force exerted by each actuator is greater than the shear friction of all other actuators combined. In an exemplary embodiment, this is achieved by using a material with high retention but low shear strength, such as a hard metal spherical surface held in magnetic contact with a hard flat metal surface. In such an embodiment, only one of the sides (i.e., either the hard metal spherical surface or the hard flat metal surface) is magnetized. This is because if both sides are magnetic, they are semi-constrained with a sliding axis and therefore behave like a spherical 3DOF joint.

本発明の概念の原理によれば、位置決めステージは、複数の磁気プリズムジョイントアクチュエータ、ベースプレート、およびトッププレートを含む。トッププレートは、装置を正確に位置決めするために装置を支持することができる。トッププレートは、複数の磁気プリズムジョイントアクチュエータによって支持されてもよく、これらの磁気プリズムジョイントアクチュエータは、更には、ベースプレートによって支持される。例示的な実施形態において、各アクチュエータは、垂直軸または平面に対してある角度で各アクチュエータを位置決めするベースプレートの一部分に固定される。例示的な実施形態では、角度が45度であり、これにより、アクチュエータがベースプレートの反対側の端部またはエンドピースに互いに90度に位置決めされる。例示的な実施形態において、トッププレートの側面は、垂直軸または平面に対してベースプレートの側面と同じ角度で形成されるが、他の形態が本発明の概念の範囲内で考えられる。トッププレートの傾斜側面に磁石が設けられる。各アクチュエータは、その遠位端に、例えば鉄金属であってもよい磁性材料を含む。例示的な実施形態では、磁性材料が半球の形状であるが、本発明の概念の範囲内で他の形状および組合せが考えられる。好ましい実施形態では、各磁性材料の端部は、トッププレートの側面で磁石と接触するように構成され、それによってベースプレートの上にトッププレートを支持する。 In accordance with the principles of the inventive concept, a positioning stage includes a plurality of magnetic prism joint actuators, a base plate, and a top plate. The top plate can support a device for accurately positioning the device. The top plate can be supported by a plurality of magnetic prism joint actuators, which are in turn supported by the base plate. In an exemplary embodiment, each actuator is fixed to a portion of the base plate that positions each actuator at an angle relative to a vertical axis or plane. In an exemplary embodiment, the angle is 45 degrees, which positions the actuators at 90 degrees to each other on opposite ends or end pieces of the base plate. In an exemplary embodiment, the sides of the top plate are formed at the same angle relative to a vertical axis or plane as the sides of the base plate, although other configurations are contemplated within the scope of the inventive concept. A magnet is provided on the inclined side of the top plate. Each actuator includes a magnetic material at its distal end, which may be, for example, a ferrous metal. In an exemplary embodiment, the magnetic material is in the shape of a hemisphere, although other shapes and combinations are contemplated within the scope of the inventive concept. In a preferred embodiment, the ends of each magnetic material are configured to contact magnets on the sides of the top plate, thereby supporting the top plate above the base plate.

動作時、アクチュエータの遠位端は、磁石の力によってトッププレートの側面にある磁石と接触して保持される。アクチュエータが作動する(すなわち、伸長または収縮する)と、トッププレートは、アクチュエータの動きによって決定される動作方向に直線的に移動する。トッププレートの反対側で磁石と接触しているアクチュエータの遠位端は、アクチュエータの遠位端の磁性材料に作用する磁石の磁力によって、磁石と接触したままである。同時に、このアクチュエータの遠位端により、作動されたアクチュエータの動きによって決定される方向に磁石(およびトッププレート)をスライドさせることができる。 In operation, the distal end of the actuator is held in contact with the magnet on the side of the top plate by the force of the magnet. When the actuator is actuated (i.e., extends or contracts), the top plate moves linearly in a direction of motion determined by the movement of the actuator. The distal end of the actuator, which is in contact with the magnet on the opposite side of the top plate, remains in contact with the magnet by the magnetic force of the magnet acting on the magnetic material at the distal end of the actuator. At the same time, this distal end of the actuator allows the magnet (and top plate) to slide in a direction determined by the movement of the actuated actuator.

本発明の概念によれば、トッププレート、ベースプレート、およびトッププレートをベースプレート上にわたって支持して1つ以上のアクチュエータの伸長または収縮に応じてトッププレートを動かすように構成された3つ以上のアクチュエータを備える平行ポジショナが提供され、アクチュエータのそれぞれは5自由度を有するジョイントを含む。 In accordance with the concepts of the present invention, there is provided a parallel positioner comprising a top plate, a base plate, and three or more actuators configured to support the top plate on the base plate and move the top plate in response to extension or contraction of one or more actuators, each of the actuators including a joint having five degrees of freedom.

様々な実施形態において、アクチュエータのそれぞれは、5自由度ジョイントとして磁気ジョイントを含む。 In various embodiments, each of the actuators includes a magnetic joint as a five degree of freedom joint.

様々な実施形態において、トッププレートは傾斜側面を含み、アクチュエータは、ベースプレートからトッププレートまで伸長するとともに、トッププレートの傾斜側面に沿ってトッププレートを支持するように構成される。 In various embodiments, the top plate includes angled sides, and the actuator extends from the base plate to the top plate and is configured to support the top plate along the angled sides of the top plate.

様々な実施形態において、中立位置において、トッププレートの傾斜側面は、垂直軸または平面に対して、ベースプレートの傾斜側面と同じ角度である。 In various embodiments, in the neutral position, the angled sides of the top plate are at the same angle relative to a vertical axis or plane as the angled sides of the base plate.

様々な実施形態において、各磁気ジョイントは、半球状の磁性材料で形成されたアクチュエータの端部と、プレートの接触領域内の磁石とを含む。 In various embodiments, each magnetic joint includes an actuator end formed of a hemispherical magnetic material and a magnet within the contact area of the plate.

様々な実施形態において、各磁気ジョイントはトッププレートの側面に形成され、ジョイントを形成する各それぞれのアクチュエータ端部は、トッププレートの側面で磁石と接触するように構成され、アクチュエータの各それぞれの反対側の端部は、ベースプレートに取り付け固定されるように構成される。 In various embodiments, each magnetic joint is formed on a side of the top plate, each respective actuator end forming the joint is configured to contact a magnet on the side of the top plate, and each respective opposite end of the actuator is configured to be fixedly attached to the base plate.

様々な実施形態において、平行ポジショナは、トッププレートの側面との磁気ジョイントをそれぞれが形成する4つのプリズムアクチュエータ、側面ごとに2つのアクチュエータ、および他端でベースプレートに固定される各プリズムアクチュエータを含み、ベースプレートのエンドピースおよびトッププレートの側面は、中立位置にあるときに、垂直軸または平面に対して同じ角度で形成される。 In various embodiments, the parallel positioner includes four prism actuators, each forming a magnetic joint with a side of the top plate, two actuators per side, and each prism actuator fixed at its other end to a base plate, such that the end pieces of the base plate and the sides of the top plate form the same angle with respect to a vertical axis or plane when in the neutral position.

様々な実施形態において、アクチュエータは、アクチュエータの任意の対の同じ伸長量または収縮量が単一の軸に沿ってのみトッププレートの動きをもたらすように構成され、前記伸長または収縮が電子コントローラの制御下で実行される。 In various embodiments, the actuators are configured such that the same amount of extension or contraction of any pair of actuators results in movement of the top plate only along a single axis, and said extension or contraction is performed under the control of an electronic controller.

本発明の概念の他の態様によれば、装置を位置決めする方法が提供され、この方法は、装置が置かれるトッププレートを用意するステップと、トッププレートを支持するためのベースプレートを用意するステップと、トッププレートとベースプレートとの間に3つ以上のアクチュエータを設けるステップとを含み、アクチュエータは、ベースプレート上にわたってトッププレートを支持し、1つ以上のアクチュエータの伸長または収縮によってトッププレートを動かすように構成され、アクチュエータのそれぞれは、5自由度を有するジョイントを含む。 According to another aspect of the inventive concept, there is provided a method of positioning a device, the method comprising the steps of providing a top plate on which the device is placed, providing a base plate for supporting the top plate, and providing three or more actuators between the top plate and the base plate, the actuators configured to support the top plate over the base plate and to move the top plate by extension or contraction of one or more of the actuators, each of the actuators including a joint having five degrees of freedom.

様々な実施形態において、アクチュエータのそれぞれは、5自由度ジョイントとして磁気ジョイントを含む。 In various embodiments, each of the actuators includes a magnetic joint as a five degree of freedom joint.

様々な実施形態において、トッププレートは傾斜側面を含み、アクチュエータは、ベースプレートからトッププレートまで伸長するとともにトッププレートの傾斜側面に沿ってトッププレートを支持するように構成される。 In various embodiments, the top plate includes angled sides, and the actuator is configured to extend from the base plate to the top plate and support the top plate along the angled sides of the top plate.

様々な実施形態において、中立位置において、トッププレートの傾斜側面は、垂直軸または平面に対して、ベースプレートの傾斜側面と同じ角度である。 In various embodiments, in the neutral position, the angled sides of the top plate are at the same angle relative to a vertical axis or plane as the angled sides of the base plate.

様々な実施形態において、各磁気ジョイントは、半球状の磁性材料で形成されたアクチュエータの端部と、プレートの接触領域内の磁石とを含む。 In various embodiments, each magnetic joint includes an actuator end formed of a hemispherical magnetic material and a magnet within the contact area of the plate.

様々な実施形態において、各磁気ジョイントがトッププレートの側面に形成され、ジョイントの各それぞれのアクチュエータ端部はトッププレートの側面で磁石と接触するように構成され、アクチュエータの各それぞれの反対側の端部はベースプレートに取り付け固定されるように構成される。 In various embodiments, each magnetic joint is formed on a side of the top plate, each respective actuator end of the joint is configured to contact a magnet on the side of the top plate, and each respective opposite end of the actuator is configured to be fixedly attached to the base plate.

様々な実施形態において、位置決めの方法は、トッププレートの側面との磁気ジョイントをそれぞれが形成する4つのプリズムアクチュエータ、側面ごとに2つのアクチュエータ、および他端部でベースプレートに固定される各プリズムアクチュエータを用意するステップを含み、ベースプレートのエンドピースおよびトッププレートの側面は、中立位置にあるときに、垂直軸または平面に対して同じ角度で形成される。 In various embodiments, the method of positioning includes providing four prism actuators, each forming a magnetic joint with a side of the top plate, two actuators per side, and each prism actuator fixed at its other end to a base plate, such that the end pieces of the base plate and the sides of the top plate form the same angle with respect to a vertical axis or plane when in a neutral position.

様々な実施形態において、アクチュエータは、アクチュエータの任意の対の同じ伸長量または収縮量が単一の軸に沿ってのみトッププレートの動きをもたらし、前記伸長または収縮が電子コントローラの制御下で実行されるように構成される。 In various embodiments, the actuators are configured such that the same amount of extension or contraction of any pair of actuators results in movement of the top plate only along a single axis, and said extension or contraction is performed under the control of an electronic controller.

本発明の概念の他の態様によれば、フォトニック装置と、フォトニック装置を支持するトッププレートと、ベースプレートと、ベースプレート上にわたってトッププレートを支持するとともに1つ以上のアクチュエータの伸長または収縮に応じてトッププレートを移動させるように構成される3つ以上のアクチュエータとを備える、フォトニック位置決め装置が提供され、アクチュエータのそれぞれは5自由度を有するジョイントを含む。 According to another aspect of the inventive concept, there is provided a photonic positioning device comprising a photonic device, a top plate supporting the photonic device, a base plate, and three or more actuators configured to support the top plate on the base plate and move the top plate in response to extension or contraction of one or more actuators, each of the actuators including a joint having five degrees of freedom.

様々な実施形態において、フォトニック装置が光ファイバスプライサである。 In various embodiments, the photonic device is an optical fiber splicer.

様々な実施形態において、フォトニック位置決め装置は、それぞれがトッププレートの側面との磁気ジョイントを形成する4つのプリズムアクチュエータ、側面ごとに2つのアクチュエータ、および他端部でベースプレートに固定された各プリズムアクチュエータを更に備え、ベースプレートのエンドピースおよびトッププレートの側面は、中立位置にあるときに、垂直軸または平面に対して同じ角度で形成される。 In various embodiments, the photonic positioning device further comprises four prism actuators, each forming a magnetic joint with a side of the top plate, two actuators per side, and each prism actuator fixed at its other end to the base plate, such that the end pieces of the base plate and the sides of the top plate form the same angle with respect to a vertical axis or plane when in a neutral position.

様々な実施形態において、アクチュエータは、アクチュエータの任意の対の同じ伸長量または収縮量が単一の軸に沿ってのみトッププレートの動きをもたらすように構成され、前記伸長または収縮が電子コントローラの制御下で実行される。 In various embodiments, the actuators are configured such that the same amount of extension or contraction of any pair of actuators results in movement of the top plate only along a single axis, and said extension or contraction is performed under the control of an electronic controller.

本発明の概念の他の態様によれば、トッププレート、ベースプレート、およびトッププレートをベースプレート上にわたって支持するとともに1つ以上のアクチュエータの伸長または収縮に応じてトッププレートを動かすように構成された少なくとも4つのアクチュエータを備える平行ポジショナが提供され、アクチュエータの少なくとも幾つかは、5自由度を有するジョイントを含む。 In accordance with another aspect of the inventive concept, there is provided a parallel positioner comprising a top plate, a base plate, and at least four actuators configured to support the top plate on the base plate and move the top plate in response to extension or contraction of one or more actuators, at least some of the actuators including joints having five degrees of freedom.

様々な実施形態において、アクチュエータのそれぞれは、5自由度を有するジョイントを含む。 In various embodiments, each of the actuators includes a joint having five degrees of freedom.

様々な実施形態において、アクチュエータの全部が5自由度を有するジョイントを含むわけではない。 In various embodiments, not all actuators include joints with five degrees of freedom.

様々な実施形態において、アクチュエータのうちの少なくとも1つは、4自由度を有するジョイントを含む。 In various embodiments, at least one of the actuators includes a joint having four degrees of freedom.

様々な実施形態において、トッププレートは、第1の傾斜側面および第2の傾斜側面を含み、ベースプレートは、第1の傾斜側面に対応して第1の傾斜側面と平行な第1の傾斜側面ピースと、第2の傾斜側面に対応して第2の傾斜側面と平行な第2の傾斜側面ピースとを含む。 In various embodiments, the top plate includes a first sloping side and a second sloping side, and the base plate includes a first sloping side piece corresponding to and parallel to the first sloping side, and a second sloping side piece corresponding to and parallel to the second sloping side.

様々な実施形態において、ベースプレートが中間部分を含み、この中間部分から側面ピースが延びる。 In various embodiments, the base plate includes an intermediate portion from which the side pieces extend.

幾つかの実施形態では、中間部分が平面である。 In some embodiments, the intermediate portion is planar.

本発明の概念の他の態様によれば、構造体と、少なくとも1つのベースと、少なくとも1つのベース上にわたって構造体を支持するとともに1つ以上のアクチュエータの伸長または収縮に応じて構造体を移動させるように構成される複数のアクチュエータとを備えるポジショナが提供される。アクチュエータのうちの3つ以上が、少なくとも4自由度(DOF)を有するジョイントを介して構造体との接触を維持する。 According to another aspect of the inventive concept, there is provided a positioner comprising a structure, at least one base, and a plurality of actuators configured to support the structure on the at least one base and to move the structure in response to extension or contraction of one or more of the actuators. Three or more of the actuators maintain contact with the structure via joints having at least four degrees of freedom (DOF).

様々な実施形態において、アクチュエータのうちの3つ以上は、5DOFを有するジョイントを介して構造体との接触を維持する少なくとも2つのアクチュエータを含む。 In various embodiments, three or more of the actuators include at least two actuators that maintain contact with the structure via a joint having 5 DOF.

様々な実施形態において、3つ以上のアクチュエータは、4DOFを有するジョイントを介して構造体との接触を維持する少なくとも2つのアクチュエータを含む。 In various embodiments, the three or more actuators include at least two actuators that maintain contact with the structure via joints having four DOF.

様々な実施形態において、4DOFを有する少なくとも1つのジョイントは磁気ジョイントである。 In various embodiments, at least one joint having 4 DOF is a magnetic joint.

様々な実施形態において、5DOFを有する少なくとも1つのジョイントは磁気ジョイントである。 In various embodiments, at least one joint having 5 DOF is a magnetic joint.

様々な実施形態において、3つ以上のアクチュエータのそれぞれは、構造体との磁気ジョイントを有する。 In various embodiments, each of the three or more actuators has a magnetic joint with the structure.

様々な実施形態において、構造体との4DOFジョイントを有するアクチュエータは、構造体と接触する円柱状の端部を有する。 In various embodiments, an actuator having a 4DOF joint with a structure has a cylindrical end that contacts the structure.

様々な実施形態において、構造体との5DOFジョイントを有するアクチュエータは、構造体と接触する半球状の端部を有する。 In various embodiments, the actuator having a 5DOF joint with the structure has a hemispherical end that contacts the structure.

様々な実施形態において、構造体は、長手方向に延びる溝、くぼみ、またはチャネルを含む。 In various embodiments, the structures include longitudinally extending grooves, recesses, or channels.

様々な実施形態において、長手方向に延びる溝、くぼみ、またはチャネルは、少なくとも1本の光ファイバを保持するように構成される。 In various embodiments, the longitudinally extending groove, recess, or channel is configured to hold at least one optical fiber.

様々な実施形態において、構造体は、少なくとも1本の光ファイバを保持するように構成されるV溝を含む。 In various embodiments, the structure includes a V-groove configured to hold at least one optical fiber.

様々な実施形態において、ポジショナがトッププレートを更に備え、少なくとも1つのベースが少なくとも1つのベースプレートを備え、トッププレートを支持する3つ以上のアクチュエータが少なくとも1つのベースプレートに結合される。 In various embodiments, the positioner further comprises a top plate, the at least one base comprises at least one base plate, and three or more actuators supporting the top plate are coupled to the at least one base plate.

様々な実施形態において、トッププレートは、複数のアクチュエータによって係合される傾斜側面を含み、少なくとも1つのベースプレートは、3つ以上のアクチュエータが結合される傾斜側面ピースを含み、トッププレートの傾斜側面および少なくとも1つのベースプレートの傾斜側面ピースは、垂直面または軸に対して同じ角度を有する。 In various embodiments, the top plate includes angled sides that are engaged by multiple actuators, and at least one base plate includes an angled side piece to which three or more actuators are coupled, and the angled sides of the top plate and the angled side piece of the at least one base plate have the same angle relative to a vertical plane or axis.

様々な実施形態において、このポジショナは、構造体の端部に対するカップリングを含むエンドプレートを更に備える。 In various embodiments, the positioner further comprises an end plate that includes a coupling for the end of the structure.

様々な実施形態において、カップリングが磁気カップリングである。 In various embodiments, the coupling is a magnetic coupling.

本発明の概念の他の態様によれば、トッププレート、ベースプレート、およびトッププレートをベースプレート上にわたって支持するとともに1つ以上のアクチュエータの伸長または収縮に応じてトッププレートを動かすように構成される3つ以上のアクチュエータを備えるポジショナが提供され、アクチュエータのそれぞれは、少なくとも4自由度(DOF)を有するジョイントを介してトッププレートとの接触を維持する。 In accordance with another aspect of the inventive concept, a positioner is provided that includes a top plate, a base plate, and three or more actuators configured to support the top plate on the base plate and move the top plate in response to extension or contraction of one or more actuators, each of which maintains contact with the top plate via a joint having at least four degrees of freedom (DOF).

様々な実施形態において、3つ以上のアクチュエータは、4DOFを有するジョイントを介してトッププレートとの接触を維持する少なくとも2つのアクチュエータと、5DOFを有するジョイントを介してトッププレートとの接触を維持する少なくとも1つのアクチュエータとを含む。 In various embodiments, the three or more actuators include at least two actuators that maintain contact with the top plate through a joint having 4 DOF and at least one actuator that maintains contact with the top plate through a joint having 5 DOF.

様々な実施形態において、トッププレートは、3つ以上のアクチュエータによって係合される傾斜側面を含み、ベースプレートは、3つ以上のアクチュエータが結合される傾斜側面ピースを含み、トッププレートの傾斜側面およびベースプレートの傾斜側面ピースは、垂直面または軸に対して同じ角度を有する。 In various embodiments, the top plate includes angled sides that are engaged by three or more actuators, the base plate includes angled side pieces to which the three or more actuators are coupled, and the angled sides of the top plate and the angled side pieces of the base plate have the same angle relative to a vertical plane or axis.

様々な実施形態において、トッププレートとの4DOFジョイントを有するアクチュエータは、円柱状の端部を有する。 In various embodiments, the actuator with the 4DOF joint with the top plate has a cylindrical end.

本発明は、添付図面および付随する発明を実施するための形態を考慮することにより、より明らかになるだろう。そこに示されている実施形態は、限定ではなく例として提供されており、同様の参照番号は同じまたは同様の要素を指す。図面は必ずしも原寸に比例しておらず、代わりに本発明の態様を示すことに重点が置かれている。 The present invention will become more apparent from consideration of the attached drawings and accompanying detailed description. The embodiments illustrated therein are provided by way of example and not limitation, and like reference numerals refer to the same or similar elements. The drawings are not necessarily to scale, emphasis instead being placed upon illustrating aspects of the invention.

様々な従来のキネマティックジョイントを示す図である。1A-1D illustrate various conventional kinematic joints. 第3のアクチュエータ(図示せず)が第1のアクチュエータの後ろにあり、第4のアクチュエータ(図示せず)が第2のアクチュエータの後ろにある、全てのアクチュエータが収縮された4軸位置決めステージまたはポジショナの実施形態の正面端面図である。FIG. 1C is a front end view of an embodiment of a four-axis positioning stage or positioner with all actuators retracted, with a third actuator (not shown) behind the first actuator and a fourth actuator (not shown) behind the second actuator. 第1のアクチュエータおよび第3のアクチュエータが軸(「X軸」)に沿って伸長される、図2の4軸ステージの同じ正面端面図である。3 is a front end view of the same four-axis stage of FIG. 2, with the first actuator and the third actuator extended along an axis (the "X-axis"). 第2のアクチュエータおよび第4のアクチュエータが軸(「Y軸」)に沿って伸長される、図2の4軸ステージの同じ端面図である。FIG. 3 is the same end view of the four-axis stage of FIG. 2, with the second actuator and the fourth actuator extended along an axis (the “Y-axis”). 第2のアクチュエータ(図示せず)が第1のアクチュエータの後ろにあり、第4のアクチュエータ(図示せず)が第3のアクチュエータの後ろにある、第1および第3のアクチュエータが「X軸」に沿って伸長された、図2の4軸ステージの第1の図である。FIG. 3 is a first view of the four-axis stage of FIG. 2 with the first and third actuators extended along the "X-axis", with a second actuator (not shown) behind the first actuator and a fourth actuator (not shown) behind the third actuator. 第1のアクチュエータ(図示せず)が第2のアクチュエータの後ろにあり、第3のアクチュエータ(図示せず)が第4のアクチュエータの後ろにある、第2および第4のアクチュエータが「Y軸」に沿って伸長された、図2の4軸ステージの第1の図とは反対側の第2の図である。A second view of the four-axis stage of FIG. 2 , opposite the first view, with the second and fourth actuators extended along the “Y-axis”, with a first actuator (not shown) behind the second actuator and a third actuator (not shown) behind the fourth actuator. 第2のアクチュエータ(図示せず)が第1のアクチュエータの後ろにあり、第4のアクチュエータ(図示せず)が第2のアクチュエータの後ろにある、トッププレートのピッチングを行うべく第1のアクチュエータが収縮されて第3のアクチュエータが伸長される、図2および図5の4軸ステージの第1の図である。FIG. 6 is a first view of the four-axis stage of FIGS. 2 and 5 with a second actuator (not shown) behind the first actuator and a fourth actuator (not shown) behind the second actuator, with the first actuator contracted and the third actuator extended to pitch the top plate. 第1のアクチュエータ(図示せず)が第2のアクチュエータの後ろにあり、第3のアクチュエータ(図示せず)が第4のアクチュエータの後ろにある、トッププレートのヨーイングを行うべく第2のアクチュエータが伸長されて第4のアクチュエータが収縮される、図2および図6の4軸ステージの第2の図である。FIG. 7 is a second view of the four-axis stage of FIGS. 2 and 6 with a first actuator (not shown) behind the second actuator and a third actuator (not shown) behind the fourth actuator, with the second actuator extended and the fourth actuator retracted to yaw the top plate. 明確にするためにベースプレートが省かれた、図2の4軸ステージの図である。FIG. 3 is a view of the four-axis stage of FIG. 2 with the base plate omitted for clarity. 本発明の概念の原理に係る、4軸ステージに適用できる単軸/デュアルアクチュエータ移動のテーブルである。1 is a single axis/dual actuator movement table applicable to a four axis stage in accordance with the principles of the inventive concept; 本発明の概念の原理に係る、5軸ステージに適用できる単軸/単一アクチュエータ移動のテーブルである。1 is a single axis/single actuator movement table applicable to a 5 axis stage in accordance with the principles of the inventive concept. 本発明の概念の原理に係る、5軸位置決めステージの上面図の一実施形態を示す図である。FIG. 2 illustrates one embodiment of a top view of a five-axis positioning stage in accordance with the principles of the inventive concept. 本発明の概念の原理に係る、トッププレートの「ローリング」動作を達成することができる多軸位置決めステージの他の実施形態を示す図である。FIG. 13 illustrates another embodiment of a multi-axis positioning stage capable of achieving "rolling" motion of a top plate in accordance with the principles of the inventive concept. 本発明の概念の原理に係る、1桁ミクロンの精度が可能な手動アクチュエータを使用する4軸ステージの他の実施形態の図である。FIG. 13 is a diagram of another embodiment of a four-axis stage using manual actuators capable of single digit micron accuracy in accordance with the principles of the inventive concept. 本発明の概念の原理に係る、1桁ミクロンの精度が可能な手動アクチュエータを使用する4軸ステージの他の実施形態の図である。FIG. 13 is a diagram of another embodiment of a four-axis stage using manual actuators capable of single digit micron accuracy in accordance with the principles of the inventive concept. 本発明の概念の原理に係る、1桁ミクロンの精度が可能な手動アクチュエータを使用する4軸ステージの他の実施形態の図である。FIG. 13 is a diagram of another embodiment of a four-axis stage using manual actuators capable of single digit micron accuracy in accordance with the principles of the inventive concept. 本発明の概念の原理に係る、ジョイントにおいて円柱磁石を使用する5軸位置決めステージの一実施形態の図である。FIG. 1 illustrates one embodiment of a 5-axis positioning stage using cylindrical magnets in the joints, in accordance with the principles of the inventive concept. 本発明の概念の原理に係る、電子コントローラを含むフォトニックポジショナの一実施形態のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of a photonic positioner including an electronic controller in accordance with the principles of the inventive concept. 本発明の概念の原理に係る、4軸位置決めステージを使用するフォトニックポジショナシステムの一実施形態の図である。FIG. 1 is a diagram of one embodiment of a photonic positioner system using a four-axis positioning stage in accordance with the principles of the inventive concept. 図17Aのフォトニックポジショナシステムの図である。FIG. 17B is a diagram of the photonic positioner system of FIG. 17A. 本発明の概念の態様に係る、多軸位置決めステージの他の実施形態の正面端面図である。FIG. 13 is a front end view of another embodiment of a multi-axis positioning stage in accordance with an aspect of the present concept. 第1および第3のアクチュエータが伸長された、図18の多軸位置決めステージの正面端面図である。FIG. 19 is a front end view of the multi-axis positioning stage of FIG. 18 with the first and third actuators extended. 第2および第4のアクチュエータが伸長された、図18の多軸位置決めステージの正面端面図である。FIG. 19 is a front end view of the multi-axis positioning stage of FIG. 18 with the second and fourth actuators extended. 第1、第2、第3、および第4のアクチュエータが伸長された、図18の多軸位置決めステージの正面端面図である。FIG. 19 is a front end view of the multi-axis positioning stage of FIG. 18 with the first, second, third, and fourth actuators extended. トッププレートが傾けられた、図18の多軸位置決めステージの正面端面図である。FIG. 19 is a front end view of the multi-axis positioning stage of FIG. 18 with the top plate tilted. トッププレートが傾けられた、図18の多軸位置決めステージの斜視図である。FIG. 19 is a perspective view of the multi-axis positioning stage of FIG. 18 with the top plate tilted. トッププレートが傾けられた、図18の多軸位置決めステージの側面図である。FIG. 19 is a side view of the multi-axis positioning stage of FIG. 18 with the top plate tilted. 本発明の概念の態様に係る、多軸位置決めステージの他の実施形態の斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of another embodiment of a multi-axis positioning stage in accordance with aspects of the present concept. 第1および第3のアクチュエータが伸長された、図25の多軸位置決めステージの斜視図である。FIG. 26 is a perspective view of the multi-axis positioning stage of FIG. 25 with the first and third actuators extended. 第1および第3のアクチュエータが伸長された、図25の多軸位置決めステージの正面端面図である。FIG. 26 is a front end view of the multi-axis positioning stage of FIG. 25 with the first and third actuators extended.

本発明の概念の様々な態様は、幾つかの例示的な実施形態が示される添付図面を参照して、以下により完全に説明されることになる。しかしながら、本発明の概念は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載された例示的な実施形態に限定されると解釈されるべきではない。 Various aspects of the inventive concept will be described more fully below with reference to the accompanying drawings, in which several exemplary embodiments are shown. However, the inventive concept may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the exemplary embodiments set forth herein.

本明細書では第1、第2などの用語を使用して様々な要素を説明することがあるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用されるが、必要な要素の順序を意味するものではない。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第1の要素を第2の要素と呼ぶことができ、同様に、第2の要素を第1の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用されるように、「および/または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの1つ以上のいずれかおよび全ての組合せを含む。「または」という用語は、排他的なまたはの意味で使用されず、包括的なまたはの意味で使用される。 It should be understood that although terms such as first, second, etc. may be used herein to describe various elements, these elements should not be limited by these terms. These terms are used to distinguish one element from another, but do not imply a required ordering of the elements. For example, a first element can be referred to as a second element, and similarly, a second element can be referred to as a first element, without departing from the scope of the present invention. As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of one or more of the associated listed items. The term "or" is not used in the exclusive or sense, but rather in the inclusive or sense.

ある要素が他の要素の「上にある」または他の要素に「接続されている」または「結合されている」と言及される場合、その要素は、他の要素の上に直接にあるまたは他の要素に接続もしくは結合され得る、あるいは介在要素が存在し得ることが理解されるであろう。これに対し、ある要素が他の要素の「上に直接にある」または他の要素に「直接に接続される」もしくは「直接に結合される」と言及される場合、介在要素は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様の方法で解釈されるべきである(例えば、「間に」と「直接の間に」、「隣接する」と「直接に隣接する」など)。 When an element is referred to as being "on" or "connected" or "coupled" to another element, it will be understood that the element may be directly on or connected to the other element, or that there may be intervening elements. In contrast, when an element is referred to as being "directly on" or "directly connected" or "directly coupled" to another element, there are no intervening elements. Other words used to describe relationships between elements should be interpreted in a similar manner (e.g., "between" and "directly between," "adjacent" and "directly adjacent," etc.).

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的としており、本発明を限定することを意図していない。本明細書で使用されるように、単数形「1つの(a)」、「1つの(an)」、および「その(the)」は、文脈が明らかにそうでないと示さない限り、複数形も含むことを意図している。「備える」、「備えている」、「含む」、および/または「含んでいる」は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を特定するが、1つ以上の他の特徴、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではないことが更に理解されるであろう。 The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" are intended to include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. It will be further understood that "comprises", "comprising", "including" and/or "comprising", as used herein, specifies the presence of stated features, steps, operations, elements, and/or components, but does not exclude the presence or addition of one or more other features, steps, operations, elements, components, and/or groups thereof.

「真下」、「下方」、「下側」、「上方」、および「上側」などの空間的に相対的な用語を使用して、例えば図に示されるようなある要素および/または特徴の他の要素および/または特徴との関係を説明することができる。空間的に相対的な用語は、図に示される方向に加えて、使用時および/または動作時の装置の異なる方向を包含することを意図していることが理解されるだろう。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の要素または特徴の「下方」および/または「真下」と記載された要素は、他の要素または特徴の「上方」に向けられることになる。装置は別の方向に向けられてもよく(例えば、90度回転または他の方向に)、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈されてもよい。 Spatially relative terms such as "below," "down," "lower," "above," and "upper" may be used to describe the relationship of an element and/or feature to another element and/or feature, for example as shown in the figures. It will be understood that the spatially relative terms are intended to encompass different orientations of the device in use and/or operation in addition to the orientation shown in the figures. For example, if the device in the figures is turned over, elements described as "below" and/or "below" the other element or feature would then be oriented "above" the other element or feature. The device may be oriented in another way (e.g., rotated 90 degrees or at another orientation) and the spatially relative descriptors used herein may be interpreted accordingly.

例示的な実施形態は、理想化された例示的な実施形態(および中間構造体)の概略図である断面図を参照して、本明細書で説明される。したがって、例えば、製造技術および/または公差の結果としての図の形状からの変動が予想されるべきである。したがって、例示的な実施形態は、本明細書に示される領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば製造に起因する形状の偏差を含むべきである。 The exemplary embodiments are described herein with reference to cross-section illustrations that are schematic illustrations of idealized exemplary embodiments (and intermediate structures). As such, variations from the shapes of the illustrations as a result, for example, of manufacturing techniques and/or tolerances, are to be expected. Thus, the exemplary embodiments should not be construed as limited to the particular shapes of regions illustrated herein but should include deviations in shapes that result, for example, from manufacturing.

機能的特徴、動作、および/またはステップが本明細書に記載されているか、またはそうでなければ本発明の概念の様々な実施形態に含まれると理解される限りにおいて、そのような機能的特徴、動作、および/またはステップは、機能ブロック、ユニット、モジュール、動作、および/または方法で具現化することができる。そして、そのような機能ブロック、ユニット、モジュール、動作、および/または方法がコンピュータプログラムコードを含む限りにおいて、そのようなコンピュータプログラムコードは、例えば、少なくとも1つのコンピュータプロセッサによって実行可能な非一時的メモリおよび媒体などのコンピュータ可読媒体に格納することができる。 To the extent that functional features, operations, and/or steps are described herein or otherwise understood to be included in various embodiments of the inventive concepts, such functional features, operations, and/or steps may be embodied in functional blocks, units, modules, operations, and/or methods. And, to the extent that such functional blocks, units, modules, operations, and/or methods include computer program code, such computer program code may be stored in a computer-readable medium, such as, for example, a non-transitory memory and medium executable by at least one computer processor.

本発明の概念の原理に係る例示的な実施形態では、多軸ポジショナまたは位置決めステージは、1つ以上のプリズムジョイントアクチュエータなどの複数のアクチュエータによって支持される支持プレートを含む。好ましい実施形態では、アクチュエータのうちの1つ以上は、支持プレートに対して5自由度(DOF)を有するアクチュエータジョイントを含む。様々な実施形態において、1つ以上のアクチュエータは、支持プレートに対して4DOFを有するアクチュエータジョイントを含む。動作時、アクチュエータのうちの1つ以上が伸長または収縮すると、5DOFアクチュエータの回動点は、そのアクチュエータの動作軸(すなわち、アクチュエータの伸長および収縮によって規定される軸)以外の任意の軸でシフトできる。 In an exemplary embodiment consistent with the principles of the inventive concept, a multi-axis positioner or positioning stage includes a support plate supported by a plurality of actuators, such as one or more prism joint actuators. In a preferred embodiment, one or more of the actuators include an actuator joint having five degrees of freedom (DOF) relative to the support plate. In various embodiments, one or more of the actuators include an actuator joint having four DOF relative to the support plate. In operation, as one or more of the actuators extend or retract, the pivot point of a 5 DOF actuator can shift in any axis other than the axis of motion of that actuator (i.e., the axis defined by the extension and retraction of the actuator).

様々な実施形態において、支持プレートは、物体を支持する上面と、少なくとも幾つかのアクチュエータの可動端部によって係合される下面とを含むことができる。トッププレートと1つ以上の構造体との間に1つ以上のアクチュエータを配置することができる。幾つかの実施形態では、アクチュエータのうちの少なくとも幾つかは、ベースプレートまたはベース構造体に固定または結合される第1の端部と、支持(またはトップ)プレートに係合して移動する第2の端部とを有することができる。 In various embodiments, the support plate can include an upper surface that supports the object and a lower surface that is engaged by the movable ends of at least some of the actuators. One or more actuators can be disposed between the top plate and one or more structures. In some embodiments, at least some of the actuators can have a first end that is fixed or coupled to a base plate or base structure and a second end that engages and moves with the support (or top) plate.

例示的な実施形態では、プリズムアクチュエータが収縮されるときに磁力、重力、および/またはシリコーンなどの柔軟なポリマーを使用して5つのDOF回動点をそれらのそれぞれの(すなわち、トップまたはボトム)プレートと接触した状態に保つことができる。 In an exemplary embodiment, the five DOF pivot points can be kept in contact with their respective (i.e., top or bottom) plates using magnetic forces, gravity, and/or a flexible polymer such as silicone when the prism actuator is retracted.

幾つかの例示的な実施形態では、プリズムアクチュエータのうちの少なくとも2つは、少なくとも2つの他のプリズムアクチュエータに対して垂直であり得る。 In some exemplary embodiments, at least two of the prism actuators may be perpendicular to at least two other prism actuators.

幾つかの実施形態では、第5の移動軸を含めることができる。第5の軸が含まれる場合、幾つかの実施形態では、その関連するプリズムアクチュエータを他の4つのプリズムアクチュエータに対して垂直に配置することができる。 In some embodiments, a fifth axis of movement may be included. If a fifth axis is included, in some embodiments, its associated prism actuator may be positioned perpendicular to the other four prism actuators.

例示的な実施形態において、アクチュエータは、例えば、圧電アクチュエータ、手動マイクロメータねじ、磁気アクチュエータ、リニアアクチュエータを伴うステッピングモータ(一体型または別個のいずれか)、油圧シリンダ、空気圧シリンダ、または例えば偏心カムを伴う回転モータなどの幾つかのタイプのうちのいずれかであり得る。本発明の概念の原理に係る例示的な実施形態では、位置は、各アクチュエータによって及ぼされる押し引き力が、組み合わされた他の全てのアクチュエータの剪断摩擦よりも大きくなるように設定される。例示的な実施形態では、これは、保持力は高いが剪断力は低い材料、例えば、支持プレートの硬くて平らな金属面に磁気的に結合されてこの金属面と接触した状態に保持される球面、平坦面、または尖った表面を有する硬質金属アクチュエータ端部などの材料を使用することによって達成することができる。そのような実施形態では、接触面の一方(すなわち、硬質金属アクチュエータ端面または硬質で平坦な金属面のいずれか)のみが磁化される。これは、両側面が磁性体の場合、それらが、スライド軸で半拘束され、したがって球状の3DOFジョイントのように振る舞うからである。 In an exemplary embodiment, the actuators can be any of several types, such as, for example, piezoelectric actuators, manual micrometer screws, magnetic actuators, stepping motors with linear actuators (either integrated or separate), hydraulic cylinders, pneumatic cylinders, or rotary motors with eccentric cams, for example. In an exemplary embodiment according to the principles of the inventive concept, the positions are set such that the push/pull force exerted by each actuator is greater than the shear friction of all other actuators combined. In an exemplary embodiment, this can be achieved by using a material with high retention but low shear, such as a hard metal actuator end with a spherical, flat, or pointed surface that is magnetically coupled to and held in contact with a hard flat metal surface of a support plate. In such an embodiment, only one of the contact surfaces (i.e., either the hard metal actuator end surface or the hard flat metal surface) is magnetized. This is because, if both sides are magnetic, they are semi-constrained with a sliding shaft and therefore behave like a spherical 3DOF joint.

本発明の概念の原理に係る例示的な実施形態において、位置決めステージは、複数のプリズムジョイントアクチュエータ、ベースプレート(または構造体)、およびトッププレートを含む。トッププレートは、装置を正確に位置決めするために装置を支持することができ、支持プレートである。トッププレートは、複数のプリズムアクチュエータによって支持されてもよく、これらのプリズムアクチュエータは、更には、ベースプレートまたは他の構造体によって支持される。例示的な実施形態において、1つ以上のアクチュエータは、垂直軸または平面に対してある角度で各アクチュエータを位置決めするベースプレートの一部分に固定される。例示的な実施形態において、トッププレートの側面は、垂直軸または平面に対してベースプレートの側面と同じ角度で形成されるが、他の形態が本発明の概念の範囲内で考えられる。例えば、垂直面は、トッププレートとベースプレートの中心の長さを垂直に延びる面とすることができる。様々な実施形態において、例えばアクチュエータが等しい長さを有する場合、トッププレートの1つ以上の側面は、トッププレートの少なくとも1つの位置においてベースプレートの1つ以上の側面と平行であり得る。 In an exemplary embodiment according to the principles of the inventive concept, the positioning stage includes a plurality of prism joint actuators, a base plate (or structure), and a top plate. The top plate is a support plate that can support a device to accurately position the device. The top plate may be supported by a plurality of prism actuators, which are in turn supported by a base plate or other structure. In an exemplary embodiment, one or more actuators are fixed to a portion of the base plate that positions each actuator at an angle relative to a vertical axis or plane. In an exemplary embodiment, the sides of the top plate are formed at the same angle relative to a vertical axis or plane as the sides of the base plate, although other configurations are contemplated within the scope of the inventive concept. For example, the vertical surface can be a surface that extends perpendicularly the length of the centers of the top plate and the base plate. In various embodiments, for example when the actuators have equal lengths, one or more sides of the top plate can be parallel to one or more sides of the base plate at at least one location of the top plate.

様々な実施形態において、支持アクチュエータ端部とトッププレートの側面との間に磁場を確立することができ、これにより、少なくとも1つのアクチュエータについて、トッププレート表面の一部分とアクチュエータ端部との間に磁気ジョイントが形成される。様々な実施形態において、トッププレートのアクチュエータ端部または傾斜側面のいずれかが、例えば磁石などの磁場発生材料を含むか、またはそれから形成され、他方は、例えば鉄金属などの磁性材料を含むか、またはそれから作られる。例示的な実施形態では、アクチュエータの端部が半球の形状であり得るが、円柱などの他の形状および組合せが、本発明の概念の範囲内で考えられる。様々な実施形態において、アクチュエータ端部は、磁性材料を含むか、または磁性材料から形成され、各磁性材料端部は、トッププレートの側面の磁石または磁性面と接触するように構成され、それによってトッププレートをベースプレートの上に移動可能に支持する。 In various embodiments, a magnetic field can be established between the supporting actuator end and a side of the top plate, thereby forming a magnetic joint between a portion of the top plate surface and the actuator end for at least one actuator. In various embodiments, either the actuator end or the angled side of the top plate includes or is formed of a magnetic field generating material, e.g., a magnet, and the other includes or is made of a magnetic material, e.g., a ferrous metal. In an exemplary embodiment, the actuator end may be in the shape of a hemisphere, although other shapes and combinations, such as a cylinder, are contemplated within the concept of the invention. In various embodiments, the actuator ends include or are formed of a magnetic material, and each magnetic material end is configured to contact a magnet or magnetic surface on a side of the top plate, thereby movably supporting the top plate above the base plate.

幾つかの実施形態において、トッププレートの側面の磁石は、トッププレートの外面に適合する。トッププレートの内面は、磁石である必要もなく、磁石を含む必要もない。幾つかの実施形態では、トッププレートは、平面形状、V字形状、半円柱形状、または別の形状の断面を有することができる。 In some embodiments, the magnets on the sides of the top plate conform to the outer surface of the top plate. The inner surface of the top plate does not have to be or contain a magnet. In some embodiments, the top plate can have a cross section that is flat, V-shaped, semi-cylindrical, or another shape.

動作時、好ましい実施形態では、アクチュエータの遠位端は、磁石の力によってトッププレートの外面または側面上の磁石と接触した状態に維持される。アクチュエータが作動すると、例えば伸長または収縮すると、トッププレートは、アクチュエータの動きによって決定される動作方向に応じて動く。したがって、アクチュエータは軸に沿って伸長および収縮可能である。トッププレートの反対側の磁石と接触しているアクチュエータの遠位端は、アクチュエータの遠位端の磁性材料に作用する磁石の磁力によって、磁石と接触したままである。同時に、そのようなアクチュエータの遠位端は、磁石(およびトッププレート)が作動したアクチュエータの動きによって決定される方向にスライドできるようにする。作動に関して、この反対側のアクチュエータは、様々な実施形態において、受動的とする、すなわち、作動しない、または異なる方向および/または異なる範囲で作動することができる。 In operation, in a preferred embodiment, the distal end of the actuator is maintained in contact with the magnet on the outer or side surface of the top plate by the force of the magnet. When the actuator is actuated, e.g., extended or retracted, the top plate moves according to a direction of operation determined by the movement of the actuator. Thus, the actuator can extend and retract along an axis. The distal end of the actuator that is in contact with the magnet on the opposite side of the top plate remains in contact with the magnet by the magnetic force of the magnet acting on the magnetic material at the distal end of the actuator. At the same time, the distal end of such actuator allows the magnet (and the top plate) to slide in a direction determined by the movement of the actuated actuator. With respect to actuation, this opposite actuator can be passive, i.e., not actuated, or actuated in a different direction and/or to a different extent, in various embodiments.

本発明の概念の原理に係る多軸ポジショナまたは位置決めステージは、平行ポジショナの形態をとることができる。平行位置として、この装置は、キネマティックチェーンと呼ばれることがあるもので互いの上に積み重ねられた複数の単軸ステージに関連する機械的な積み重ねの問題に悩まされることはない。更に、ヘキサポッドとは異なり、本発明の概念の原理に係る位置決めステージは、ステージの拘束を伴うことなく、4つのアクチュエータの任意の組合せが任意の速度で任意の量だけ伸長または収縮できるようにする。各アクチュエータは、ステージのトッププレートの2つの異なる軸の動きに影響を与えるように配置され得る。単軸の動作を実施するために、2つのアクチュエータは、それらが所望の軸において互いに補完し合い、望ましくない軸において互いに打ち消し合うように動かされ得る。その結果、本発明の概念の原理に係る例示的な実施形態では、単軸ステージ移動は、デュアルアクチュエータ移動を採用することができる。単軸ステージの動き、および関連するアクチュエータの動作は、図10および図11のテーブルに示される。 A multi-axis positioner or positioning stage according to the principles of the inventive concept can take the form of a parallel positioner. As a parallel positioner, this device does not suffer from the mechanical stacking problems associated with multiple single-axis stages stacked on top of each other in what is sometimes called a kinematic chain. Furthermore, unlike a hexapod, a positioning stage according to the principles of the inventive concept allows any combination of four actuators to extend or contract by any amount at any speed without stage constraint. Each actuator can be arranged to affect the movement of two different axes of the top plate of the stage. To perform a single axis movement, the two actuators can be moved such that they complement each other in the desired axis and cancel each other in the undesired axis. As a result, in an exemplary embodiment according to the principles of the inventive concept, the single axis stage movement can employ dual actuator movement. The single axis stage movement, and the associated actuator movement, are shown in the tables of Figures 10 and 11.

平行アクチュエータであることに加えて、本発明の概念の原理に係る位置決めステージは、幾つかの他の利点を有することができる。例えば、本発明の概念の原理に係る位置決めステージは、段階的に4軸から6軸に拡張可能であるが、スチュワートプラットフォームは常に3軸または6軸を有する。キネマティックチェーンとは異なり、本発明の概念の原理に係る位置決めステージは、個々のステージの公差の積み重ねを呈さない。本発明の概念の原理に係る位置決めステージは、回転ベアリングまたはリニアベアリングを必要としないのに対し、キネマティックチェーンは、それぞれの自由軸ごとに1つ必要である。本発明の概念の原理に係る位置決めステージでは、各動作軸は、固定された直感的な比率で動く2つのアクチュエータのみを必要とし、したがって、所望の動作を達成するのは比較的容易である。前に示したように、これはスチュワートプラットフォームには当てはまらない。更に、スチュワートプラットフォームとは異なり、ステージの拘束を防ぐために作動速度を制御する必要がなく、ステージを拘束することなく個々のアクチュエータを動かすことができる。例示的な実施形態では、アクチュエータとトッププレートとの間の磁気インタフェースなどのインタフェースを分離するだけで、位置決めステージのトッププレートを容易に取り外して交換することができる。 In addition to being parallel actuators, a positioning stage according to the principles of the inventive concept can have several other advantages. For example, a positioning stage according to the principles of the inventive concept can be expanded in stages from 4 to 6 axes, whereas a Stewart platform always has 3 or 6 axes. Unlike a kinematic chain, a positioning stage according to the principles of the inventive concept does not exhibit tolerance stack-up of the individual stages. A positioning stage according to the principles of the inventive concept does not require rotary or linear bearings, whereas a kinematic chain requires one for each free axis. With a positioning stage according to the principles of the inventive concept, each axis of motion requires only two actuators that move at a fixed intuitive ratio, and therefore it is relatively easy to achieve the desired motion. As shown previously, this is not the case with the Stewart platform. Furthermore, unlike the Stewart platform, there is no need to control the actuation speed to prevent binding of the stage, and individual actuators can be moved without binding the stage. In an exemplary embodiment, the top plate of the positioning stage can be easily removed and replaced by simply isolating an interface, such as a magnetic interface, between the actuators and the top plate.

例示的な実施形態において、位置決めステージの分解能および剛性は、アクチュエータの品質、半球形、円柱形、またはその他を問わずスライダ構成要素の滑らかさ、およびアクチュエータとトッププレートの間に形成されたジョイントを一緒に保持する磁力(またはその他の力)の強度に依存し得る。これら全ての態様を最適化して、同様の精密ヘキサポッドの僅かなコストでサブミクロンの精密位置決めステージを作成できる。多くの場合、本発明の概念の原理に係る位置決めステージは、標準的なキネマティックチェーンよりも優れた性能を発揮すると同時に、より費用対効果が高くなる。例示的な実施形態では、アクチュエータスライダ(または5つのDOF接続のうちの他の4つ)の保持力(例えば、磁気保持力)は、他の全てのアクチュエータジョイントの摩擦係数よりも大きい。これが当てはまる場合、トッププレートは、4つ(またはそれ以上)の接続が必要に応じてスライドまたは回動できるようにする平衡状態に落ち着いて、全ての接触点が維持されるようになる。 In an exemplary embodiment, the resolution and stiffness of the positioning stage may depend on the quality of the actuator, the smoothness of the slider components, whether hemispherical, cylindrical, or otherwise, and the strength of the magnetic (or other) forces holding together the joints formed between the actuator and the top plate. All of these aspects can be optimized to create sub-micron precision positioning stages at a fraction of the cost of similar precision hexapods. In many cases, positioning stages according to the principles of the inventive concept will outperform standard kinematic chains while at the same time being more cost-effective. In an exemplary embodiment, the holding force (e.g., magnetic holding force) of the actuator slider (or the other four of the five DOF connections) is greater than the coefficient of friction of all other actuator joints. If this is the case, the top plate will settle into an equilibrium state that allows the four (or more) connections to slide or rotate as needed such that all contact points are maintained.

他の自由度が干渉されない拘束されたZ軸を伴う4軸位置決めステージは、本発明の概念の原理に従って、剛性ビームを使用してそのようなZ軸の動きを拘束もしくは制限することによって、または4つの5DOFアクチュエータジョイントのうちの1つを図15に示すようにZ軸の動きを制限する4DOFジョイントと置き換えることによって実装され得る。 A 4-axis positioning stage with a constrained Z-axis where the other degrees of freedom are not interfered with may be implemented in accordance with the principles of the inventive concept by constraining or limiting such Z-axis motion using a rigid beam, or by replacing one of the four 5DOF actuator joints with a 4DOF joint that limits Z-axis motion as shown in FIG. 15.

図2~図9は、組み合わせて、本発明の概念の原理に係る4軸位置決めステージの例示的な実施形態の図を与える。 Figures 2-9 combine to provide an illustration of an exemplary embodiment of a four-axis positioning stage in accordance with the principles of the inventive concept.

図2は、全てのアクチュエータが収縮された、多軸位置決めステージまたはポジショナの実施形態の正面端面図を示し、第3のアクチュエータ(図示せず)が第1のアクチュエータの後ろにあり、第4のアクチュエータ(図示せず)が第2のアクチュエータの後ろにある。図5~図9は、第3および第4のアクチュエータを示す。例えば、図9から分かるように、第3のアクチュエータは第1のアクチュエータの後ろにあり、第4のアクチュエータは第2のアクチュエータの後ろにある。 Figure 2 shows a front end view of an embodiment of a multi-axis positioning stage or positioner with all actuators retracted, a third actuator (not shown) behind the first actuator, and a fourth actuator (not shown) behind the second actuator. Figures 5-9 show the third and fourth actuators. For example, as can be seen in Figure 9, the third actuator is behind the first actuator and the fourth actuator is behind the second actuator.

図2に関し、この図では全てのアクチュエータが収縮される。この例示的な実施形態において、位置決めステージは、ベースプレート102、トッププレート104、およびプリズムアクチュエータとすることができる複数のアクチュエータを含む4軸位置決めステージ100である。複数のアクチュエータは、第1のアクチュエータ106(すなわち、プリズムアクチュエータ1)、第2のアクチュエータ108(すなわち、プリズムアクチュエータ2)、第3のアクチュエータ110(すなわち、プリズムアクチュエータ3)、および第4のアクチュエータ112(すなわち、プリズムアクチュエータ4)を含む。 Referring to FIG. 2, in this view, all actuators are retracted. In this exemplary embodiment, the positioning stage is a four-axis positioning stage 100 including a base plate 102, a top plate 104, and a number of actuators, which may be prism actuators. The number of actuators includes a first actuator 106 (i.e., prism actuator 1), a second actuator 108 (i.e., prism actuator 2), a third actuator 110 (i.e., prism actuator 3), and a fourth actuator 112 (i.e., prism actuator 4).

例示的な実施形態において、ベースプレート102は、傾斜側面ピース118、120を含む。この実施形態では、θおよびθはそれぞれ、鉛直軸および/または鉛直面に対する側面ピース118および120の内面の角度を表す。ベースプレートの傾斜側面ピースはまた、水平面に対して角度θを成して形成されてもよく、ここでは、この実施形態ではθ=θ=θである。他の実施形態では、θ≠θ、θ≠θおよび/またはθ≠θが想定し得る。他の実施形態では、θは無関係であってもよく、θ=θは依然として成り立つことができる。この実施形態では、トッププレート104の外側面122、124は、鉛直軸および/または鉛直面に対して同じ角度θ、θで形成される。したがって、ベースプレート102の側面ピース118の内面は、トッププレート104の外側面122と平行にすることができ、ベースプレート102の側面ピース120の内面は、トッププレートの外側面124と平行にすることができる。鉛直面は、トッププレート104およびベースプレート102の中心を通り鉛直方向に延びる平面であり得る。 In the exemplary embodiment, the base plate 102 includes angled side pieces 118, 120. In this embodiment, θ 1 and θ 2 represent the angles of the inner surfaces of the side pieces 118 and 120, respectively, relative to a vertical axis and/or a vertical plane. The angled side pieces of the base plate may also be formed at an angle θ relative to a horizontal plane, where in this embodiment θ=θ 12. In other embodiments, θ ≠ θ 1 , θ ≠ θ 2 and/or θ 1 ≠ θ 2 may be envisioned. In other embodiments, θ may be irrelevant and θ 12 may still hold. In this embodiment, the outer surfaces 122, 124 of the top plate 104 are formed at the same angles θ 1 , θ 2 relative to a vertical axis and/or a vertical plane. Thus, the inner surface of the side piece 118 of the base plate 102 can be parallel to the outer surface 122 of the top plate 104, and the inner surface of the side piece 120 of the base plate 102 can be parallel to the outer surface 124 of the top plate. The vertical plane can be a plane that extends vertically through the center of the top plate 104 and the base plate 102.

図2の実施形態において、ベースプレート102は、サイドプレート118および120が伸長する中間部分を含む。中間部分は、水平面内にある平面ピースとすることができるが、中間部分は全ての実施形態において平面である必要はない。また、側面ピース118、120は、接続されているか、または同じ構造体の一部として示されているが、全ての実施形態においてそうである必要はない。他の実施形態では、側面ピース118、120は、異なる構造体の一部であってもよく、または1つ以上の他の構造体に取り付けられた別個のプレートであってもよい。 In the embodiment of FIG. 2, the base plate 102 includes a middle portion from which the side plates 118 and 120 extend. The middle portion can be a planar piece that lies in a horizontal plane, although the middle portion need not be planar in all embodiments. Also, while the side pieces 118, 120 are shown as being connected or part of the same structure, this need not be the case in all embodiments. In other embodiments, the side pieces 118, 120 may be part of different structures or may be separate plates attached to one or more other structures.

この実施形態において、アクチュエータ106、108、110、および112のそれぞれは、ベースプレート102の側面ピース118、120のうちの1つから、トッププレート104に向かう方向に伸長する。例えば、この実施形態において、各アクチュエータは、ベースプレート102の側面ピースに固定または結合され、対応する側面ピース118または120に対して90度の角度でトッププレート104の対応する側面122または124に向かって伸長する。 In this embodiment, each of the actuators 106, 108, 110, and 112 extends from one of the side pieces 118, 120 of the base plate 102 in a direction toward the top plate 104. For example, in this embodiment, each actuator is fixed or coupled to a side piece of the base plate 102 and extends toward a corresponding side 122 or 124 of the top plate 104 at a 90 degree angle relative to the corresponding side piece 118 or 120.

各アクチュエータ106、108、110、および112の遠位端は、磁性材料を含む。この実施形態において、アクチュエータ106、108、110、および112のそれぞれは、鉄金属半球状端部134、136、138、および140を含む。磁石126、128、130、および132が、それぞれのアクチュエータ106、108、110、および112の鉄金属半球状端部134、136、138、および140に対応する位置でトッププレート104の側面122、124上にまたは側面122、124内に配置される。 The distal end of each actuator 106, 108, 110, and 112 includes a magnetic material. In this embodiment, each of the actuators 106, 108, 110, and 112 includes a ferrous metal hemispherical end 134, 136, 138, and 140. Magnets 126, 128, 130, and 132 are disposed on or within the sides 122, 124 of the top plate 104 at locations corresponding to the ferrous metal hemispherical ends 134, 136, 138, and 140 of the respective actuators 106, 108, 110, and 112.

図3は、図2の4軸位置決めステージの同じ正面端面図を示し、この場合、第1のアクチュエータおよび第3のアクチュエータが軸(「X軸」)に沿って伸長する。図3において、第1のアクチュエータ106および第3のアクチュエータ110は、「X軸矢印」によって示されるように、トッププレート104をX軸の方向に移動させるために伸長される。既に示したように、第3のアクチュエータ110(アクチュエータ3)は第1のアクチュエータ106(アクチュエータ1)の後ろにあり、第4のアクチュエータ112(アクチュエータ4)は第2のアクチュエータ108(アクチュエータ2)の後ろにある。例示的な実施形態において、アクチュエータ1 106およびアクチュエータ3 110は、純粋にX軸の動きを与えるために同じ量だけ伸長される。破線は、トッププレート104および磁石126、128の元の位置を示しており、これは、図2のトッププレートの位置である。 Figure 3 shows the same front end view of the four-axis positioning stage of Figure 2, but in this case the first and third actuators are extended along an axis (the "X-axis"). In Figure 3 the first actuator 106 and the third actuator 110 are extended to move the top plate 104 in the direction of the X-axis, as indicated by the "X-axis arrows". As already indicated, the third actuator 110 (actuator 3) is behind the first actuator 106 (actuator 1) and the fourth actuator 112 (actuator 4) is behind the second actuator 108 (actuator 2). In an exemplary embodiment, actuator 1 106 and actuator 3 110 are extended by the same amount to provide pure X-axis motion. The dashed lines indicate the original position of the top plate 104 and magnets 126, 128, which is the position of the top plate in Figure 2.

図4は、図2の4軸位置決めステージの同じ端面図を示し、この場合、第2のアクチュエータおよび第4のアクチュエータは軸(「Y軸」)に沿って伸長する。図4の例示的な実施形態では、アクチュエータ1 106および3 110(X軸)ならびにアクチュエータ2 108および4 112(Y軸)が伸長される。既に示したように、第3のアクチュエータ110は第1のアクチュエータ106の後ろにあり、第4のアクチュエータ112は第2のアクチュエータ108の後ろにある。例示的な実施形態では、第1のアクチュエータ106および第3のアクチュエータ110は、X軸移動をもたらすために同じ量だけ伸長される。第2のアクチュエータ108および第4のアクチュエータ112は、Y軸移動をもたらすために同じ量だけ伸長される。破線は、トッププレート104および磁石126、128の元の位置を示す。 Figure 4 shows the same end view of the four-axis positioning stage of Figure 2, but in this case the second and fourth actuators are extended along an axis (the "Y-axis"). In the exemplary embodiment of Figure 4, actuators 1 106 and 3 110 (X-axis) and actuators 2 108 and 4 112 (Y-axis) are extended. As already shown, the third actuator 110 is behind the first actuator 106, and the fourth actuator 112 is behind the second actuator 108. In the exemplary embodiment, the first actuator 106 and the third actuator 110 are extended by the same amount to effect X-axis movement. The second actuator 108 and the fourth actuator 112 are extended by the same amount to effect Y-axis movement. The dashed lines indicate the original positions of the top plate 104 and magnets 126, 128.

図5は、図2の4軸位置決めステージの第1および第3のアクチュエータが「X軸」に沿って伸長される図を示し、第2のアクチュエータ(図示せず)は第1のアクチュエータの後ろにあり、第4のアクチュエータ(図示せず)は第3のアクチュエータの後ろにある。図5の例示的な実施形態において、第1のアクチュエータ106および第3のアクチュエータ110は、X軸の方向のみの移動をもたらすために同じ量だけ伸長される。この観点から、第2のアクチュエータ108は第1のアクチュエータ106の後ろにあり、第4のアクチュエータ112は第3のアクチュエータ110の後ろにある。破線は、トッププレート104および磁石126、130の元の位置を示す。 Figure 5 shows a view of the first and third actuators of the four-axis positioning stage of Figure 2 being extended along the "X-axis", with a second actuator (not shown) behind the first actuator and a fourth actuator (not shown) behind the third actuator. In the exemplary embodiment of Figure 5, the first actuator 106 and the third actuator 110 are extended by the same amount to provide movement only in the direction of the X-axis. From this perspective, the second actuator 108 is behind the first actuator 106 and the fourth actuator 112 is behind the third actuator 110. The dashed lines indicate the original positions of the top plate 104 and magnets 126, 130.

図6は、図2の4軸位置決めステージの第2および第4のアクチュエータが「Y軸」に沿って伸長される図を示し、第1のアクチュエータ(図示せず)は第2のアクチュエータの後ろにあり、第3のアクチュエータ(図示せず)は第4のアクチュエータの後ろにある。図6の実施形態において、第2のアクチュエータ108および第4のアクチュエータ112は、Y軸の方向のみの移動をもたらすために同じ量だけ伸長される。この観点から、第1のアクチュエータ106は第2のアクチュエータ108の後ろにあり、第3のアクチュエータ110は第4のアクチュエータ112の後ろにある。破線は、トッププレート104および磁石128、132の元の位置を示す。 Figure 6 shows a view of the second and fourth actuators of the four-axis positioning stage of Figure 2 being extended along the "Y axis", with the first actuator (not shown) behind the second actuator and the third actuator (not shown) behind the fourth actuator. In the embodiment of Figure 6, the second actuator 108 and the fourth actuator 112 are extended by the same amount to provide movement only in the Y axis direction. From this perspective, the first actuator 106 is behind the second actuator 108 and the third actuator 110 is behind the fourth actuator 112. The dashed lines indicate the original positions of the top plate 104 and magnets 128, 132.

図7は、トッププレート104のピッチングを行うために第1のアクチュエータ106が収縮されて第3のアクチュエータ110が伸長された図を示し、第2のアクチュエータ108(図示せず)は第1のアクチュエータの後ろにあり、第4のアクチュエータ112(図示せず)は第2のアクチュエータの後ろにある。 Figure 7 shows a diagram in which the first actuator 106 is contracted and the third actuator 110 is extended to pitch the top plate 104, with the second actuator 108 (not shown) behind the first actuator and the fourth actuator 112 (not shown) behind the second actuator.

図8は、トッププレート104のヨーイングを行うために第2のアクチュエータ108が伸長されて第4のアクチュエータ112が収縮された4軸位置決めステージの図を示し、第1のアクチュエータ106(図示せず)は第2のアクチュエータの後ろにあり、第3のアクチュエータ110(図示せず)は第4のアクチュエータの後ろにある。 Figure 8 shows a diagram of a four-axis positioning stage with the second actuator 108 extended and the fourth actuator 112 retracted to yaw the top plate 104, with the first actuator 106 (not shown) behind the second actuator and the third actuator 110 (not shown) behind the fourth actuator.

図9は、明確にするためにベースプレート102が省かれた、図2の4軸位置決めステージの図を示す。図9の例示的な実施形態では、4軸位置決めステージのこの図は、それぞれの関連する磁石126、128、130、および132、ならびにトッププレート104とともに、第1、第2、第3、および第4のアクチュエータ106、108、110、および112の相対位置を示す。 Figure 9 shows a view of the four-axis positioning stage of Figure 2 with the base plate 102 omitted for clarity. In the exemplary embodiment of Figure 9, this view of the four-axis positioning stage shows the relative positions of the first, second, third, and fourth actuators 106, 108, 110, and 112 along with their respective associated magnets 126, 128, 130, and 132, and the top plate 104.

図10は、本発明の概念の原理に係る、4軸位置決めステージに適用できる単軸/デュアルアクチュエータ移動のテーブルを示す。図10のテーブルは、本発明の概念の原理に従ってトッププレートの動きを実現するデュアルアクチュエータ移動の組合せを示す。例えば、トッププレートを正のX軸方向のみに伸長させるためには、第2のアクチュエータ108と第4のアクチュエータ112とを所定の位置に残したまま、第1のアクチュエータ106と第3のアクチュエータ110とが伸長され、また、トッププレートを正のY軸方向のみに伸長させるためには、第1のアクチュエータ106と第3のアクチュエータ110とを所定の位置に残したまま、第2のアクチュエータ108と第4のアクチュエータ112とが伸長される。 Figure 10 shows a table of single axis/dual actuator movements applicable to a four axis positioning stage according to the principles of the inventive concept. The table of Figure 10 shows a combination of dual actuator movements to achieve top plate movement according to the principles of the inventive concept. For example, to extend the top plate only in the positive X axis direction, the first actuator 106 and the third actuator 110 are extended while the second actuator 108 and the fourth actuator 112 remain in place, and to extend the top plate only in the positive Y axis direction, the second actuator 108 and the fourth actuator 112 are extended while the first actuator 106 and the third actuator 110 remain in place.

図11は、本発明の概念の原理に係る、5軸位置決めステージに適用できる単軸/単一アクチュエータ移動のテーブルを示す。例えば、図12は、水平面にあるZ軸でトッププレート4の動きに影響を与えるために追加された第5のアクチュエータ113を示す。他の実施形態では、第5のアクチュエータの反対側に第6のアクチュエータを設けることができる。 Figure 11 shows a single axis/single actuator movement table that can be applied to a 5-axis positioning stage according to the principles of the inventive concept. For example, Figure 12 shows a fifth actuator 113 added to affect the movement of the top plate 4 in the Z-axis, which is in the horizontal plane. In other embodiments, a sixth actuator can be provided opposite the fifth actuator.

図11のテーブルは、一例として、アクチュエータ106、108、110、および112に追加された場合の第5のアクチュエータ113の単軸、単一のアクチュエータの動きを示す。すなわち、図11のテーブルは、5つのアクチュエータが使用された場合、図10のテーブルに付け加えることができる。したがって、図12に示すような5軸位置決めステージには、第5のアクチュエータ113の伸長によってもたらされる正のZ軸方向の動きと、第5のアクチュエータ113の収縮によってもたらされる負のZ軸方向の動きとを与えることができる。4軸位置決めステージが使用される例示的な実施形態において、Z軸が拘束された状態で、第5のアクチュエータ113は、例えば剛性ビームに置き換えられてもよい。 The table of FIG. 11 shows, as an example, the single axis, single actuator movement of the fifth actuator 113 when added to actuators 106, 108, 110, and 112. That is, the table of FIG. 11 can be added to the table of FIG. 10 when five actuators are used. Thus, a five-axis positioning stage as shown in FIG. 12 can be provided with positive Z axis movement provided by extension of the fifth actuator 113 and negative Z axis movement provided by contraction of the fifth actuator 113. In an exemplary embodiment in which a four-axis positioning stage is used, the fifth actuator 113 may be replaced by, for example, a rigid beam, with the Z axis being constrained.

図13は、本発明の概念の原理に係る、トッププレートの「ローリング」動作を達成することができる多軸位置決めステージの別の実施形態を示す。本発明の概念の原理に係る例示的な実施形態では、第6のローリング動作軸が、図13に示されるように導入され得る。この例示的実施形態では、トッププレート104は磁石133と同様に半円柱形である。そのような例示的実施形態では、第6の軸の動作は他の5軸の動作を妨げない。ローリングは、アクチュエータ106、108、110、および112の選択的な伸長および/または収縮によって達成することができる。第5のアクチュエータ113は、Z軸の動きが意図された場合、再度任意選択的であり、提供され得る。 Figure 13 shows another embodiment of a multi-axis positioning stage capable of achieving "rolling" motion of the top plate in accordance with the principles of the inventive concept. In an exemplary embodiment in accordance with the principles of the inventive concept, a sixth axis of rolling motion can be introduced as shown in Figure 13. In this exemplary embodiment, the top plate 104 is semi-cylindrical, as is the magnet 133. In such an exemplary embodiment, motion in the sixth axis does not interfere with motion in the other five axes. Rolling can be achieved by selective extension and/or contraction of actuators 106, 108, 110, and 112. A fifth actuator 113 is again optional and can be provided if Z-axis motion is intended.

図14A、図14B、および図14Cは、本発明の概念の原理に係る例示的なポジショナの端面図、斜視図、および分解図をそれぞれ提供する。この例示的な実施形態では、トッププレート104およびベースプレート102はV字形であり、この場合、側面は鉛直軸に対して同じ角度θを有し、ここで、この実施形態ではθ=θ=θである。他の実施形態では、θ≠θが想定し得る。この例示的な実施形態では、第1~第4のアクチュエータ106、108、110、および112がベースプレート102を貫通して、トッププレート104の側面に位置された磁石135、137と接触する。 14A, 14B, and 14C provide end, perspective, and exploded views, respectively, of an exemplary positioner according to the principles of the inventive concept. In this exemplary embodiment, the top plate 104 and the base plate 102 are V-shaped, where the sides have the same angle θ with respect to the vertical axis, where in this embodiment θ=θ 12. In other embodiments, θ 1 ≠θ 2 may be envisioned. In this exemplary embodiment, the first through fourth actuators 106, 108, 110, and 112 pass through the base plate 102 to contact magnets 135, 137 located on the sides of the top plate 104.

磁石135および137は、それぞれのアクチュエータ106、108、110、および112の遠位端にある鉄金属半球端部134、136、138、および140に対応する位置で、トッププレート104の側面122、124の上または中に配置される。 Magnets 135 and 137 are positioned on or in the sides 122, 124 of the top plate 104 at locations corresponding to the ferrous metal hemispherical ends 134, 136, 138, and 140 at the distal ends of the respective actuators 106, 108, 110, and 112.

例示的な実施形態では、アクチュエータ106、108、110、および112は、1桁のミクロン精度調整を可能にするマイクロメータねじ106a、108a、110a、112aなどの精密調整機構であってもよい。 In an exemplary embodiment, the actuators 106, 108, 110, and 112 may be precision adjustment mechanisms such as micrometer screws 106a, 108a, 110a, 112a that allow single-digit micron precision adjustment.

図15は、本発明の概念の原理に係る、ジョイント内に円柱磁石を使用する5軸位置決めステージの一実施形態の図である。図15の例示的な実施形態に示されるように、この例示的な実施形態ではトッププレート104に取り付けられた磁石139のうちの1つは、例えば、Z軸の動作が制限されたポジショナをもたらす4DOFジョイントを与える円柱磁石の形態であってもよい。円柱磁石は、例えば、ローリングの第6の軸をもたらすように曲げることによって構成することができる。 Figure 15 is a diagram of one embodiment of a 5-axis positioning stage using a cylindrical magnet in the joint, according to the principles of the inventive concept. As shown in the exemplary embodiment of Figure 15, in this exemplary embodiment, one of the magnets 139 attached to the top plate 104 may be in the form of a cylindrical magnet, for example, providing a 4DOF joint resulting in a positioner with limited motion in the Z axis. The cylindrical magnet may be configured, for example, by bending to provide a sixth axis of rolling.

図16は、本発明の概念の原理に係る、電子コントローラを含むフォトニックポジショナの一実施形態のブロック図である。図16のブロック図は、本発明の概念の原理に係るポジショナ100と関連して、ファイバスプライサまたはアライメント装置などのその構成要素などのフォトニック装置101を使用するフォトニックシステム200を示す。例示的な実施形態では、ポジショナ100はコントローラ103によって制御され、コントローラ103は、フォトニック装置101を正確に移動させるために、前述の態様でこのポジショナのアクチュエータを操作する。そのような動きは、例えば、光ファイバ端部の位置合わせを可能にし得る。コントローラ103は、例えば、コントローラがポジショナ100を調整するために使用するフォトニック機器101からフィードバックを受信することができる。フォトニック機器101がスプライサである例示的な実施形態では、例えば、ファイバ間の位置合わせの質を示す表示をセンサがコントローラ103に与えることができ、コントローラ103は、例えば、光ファイバの正確な位置合わせのためにポジショナを調整するべくそのような表示を使用する。 16 is a block diagram of an embodiment of a photonic positioner including an electronic controller according to the principles of the inventive concept. The block diagram of FIG. 16 shows a photonic system 200 using a photonic device 101, such as a fiber splicer or a component thereof, such as an alignment device, in conjunction with a positioner 100 according to the principles of the inventive concept. In an exemplary embodiment, the positioner 100 is controlled by a controller 103, which operates an actuator of the positioner in the manner described above to precisely move the photonic device 101. Such movement may allow, for example, alignment of the optical fiber ends. The controller 103 may, for example, receive feedback from the photonic device 101 that the controller uses to adjust the positioner 100. In an exemplary embodiment in which the photonic device 101 is a splicer, for example, a sensor may provide an indication to the controller 103 indicative of the quality of alignment between the fibers, and the controller 103 may use such indication to adjust the positioner for precise alignment of the optical fibers.

図17Aおよび図17Bは、本発明の概念の原理に係るポジショナを使用するフォトニックポジショナシステム105の側面図である。この例示的な実施形態では、一対のポジショナ100がそれぞれ、スプライシングのために光ファイバ端部F1、F2を支持する。ポジショナ100のそれぞれは、前述のように、例えば電子コントローラ103を使用して、ポジショナ100を使用して位置合わせされた時点でファイバ端部を加熱するように構成されるプラズマヒータ(図示せず)などの加熱要素を含む光ファイバスプライサによるスプライシングのためにファイバF1、F2の端部を位置合わせするべく操作され得る。例示的な実施形態では、ポジショナ100のトッププレートは、ファイバホルダ107を含むまたは支持することができる。そのようなファイバホルダは、既知であり、1つ以上のファイバを位置決めおよびスプライシングのために所定位置に保持するために2つの平坦な上面に溝を設けることができる。 17A and 17B are side views of a photonic positioner system 105 using a positioner according to the principles of the inventive concept. In this exemplary embodiment, a pair of positioners 100 each support optical fiber ends F1, F2 for splicing. Each of the positioners 100 can be operated, for example using an electronic controller 103, to align the ends of the fibers F1, F2 for splicing by an optical fiber splicer that includes a heating element, such as a plasma heater (not shown), configured to heat the fiber ends once aligned using the positioner 100, as previously described. In an exemplary embodiment, the top plate of the positioner 100 can include or support a fiber holder 107. Such fiber holders are known and can include grooves in two flat upper surfaces to hold one or more fibers in place for positioning and splicing.

図18~図27を参照すると、本発明の概念の態様に係る、多軸ポジショナまたは位置決めステージの代替実施形態が記載される。特に明記しない限り、上記の説明は、これらの実施形態またはそれらの態様に同様に適用される。上記のように、本明細書では平行ポジショナまたは位置決めステージとも呼ばれる多軸ポジショナは、支持プレートとの複数のジョイントを形成する複数のアクチュエータを使用することができる。これらの実施形態では、複数のジョイントは、他の2つのジョイントと組み合わせた少なくとも2つの4自由度(4DOF)ジョイントを含み、ここで、他のジョイントのそれぞれは、4DOFジョイントまたは5DOFジョイントとすることができる。様々な実施形態において、このポジショナは、2つの4DOFジョイントと、2つの5DOFジョイント、1つの4DOFジョイントと1つの5DOFジョイント、または2つの4DOFジョイントのいずれかを含む。したがって、アクチュエータの位置決め端部と支持プレートとの間のインタフェースは4DOFジョイントまたは5DOFジョイントである。他の実施形態は、支持プレートとの4DOFおよび/または5DOFジョイントの異なる組合せを含むことができる。支持プレートは、好ましくは高い精度で位置決めされるべき1つ以上の物体を支持するように構成され得る。 18-27, alternative embodiments of a multi-axis positioner or positioning stage according to aspects of the inventive concept are described. Unless otherwise stated, the above description applies equally to these embodiments or aspects thereof. As noted above, a multi-axis positioner, also referred to herein as a parallel positioner or positioning stage, can use multiple actuators forming multiple joints with a support plate. In these embodiments, the multiple joints include at least two four-degree-of-freedom (4DOF) joints in combination with two other joints, where each of the other joints can be a 4DOF joint or a 5DOF joint. In various embodiments, the positioner includes either two 4DOF joints and two 5DOF joints, one 4DOF joint and one 5DOF joint, or two 4DOF joints. Thus, the interface between the positioning end of the actuator and the support plate is a 4DOF joint or a 5DOF joint. Other embodiments can include different combinations of 4DOF and/or 5DOF joints with the support plate. The support plate may be configured to support one or more objects that are to be positioned, preferably with high precision.

様々な実施形態において、システムは、4または5自由度(DOF)を有するジョイントを介して構造体との接触を維持する3つ以上のアクチュエータを含む。また、任意選択的に、システムは、3以下のDOFを有するジョイントを介して構造体との接触を維持するアクチュエータを含まないこともできる。 In various embodiments, the system includes three or more actuators that maintain contact with the structure through joints having four or five degrees of freedom (DOF). Optionally, the system may also include no actuators that maintain contact with the structure through joints having three or fewer DOF.

例示的な実施形態において、このポジショナは、少なくとも1つのボトムプレート(または構造体)を含むこともでき、アクチュエータは、少なくとも1つのボトムプレートとトッププレートとの間に配置され、少なくとも1つのボトムプレート(または構造体)に固定され得る。 In an exemplary embodiment, the positioner may also include at least one bottom plate (or structure), and the actuator may be disposed between the at least one bottom plate and the top plate and fixed to the at least one bottom plate (or structure).

動作時、アクチュエータのうちの1つ以上が伸長または収縮するとき、残りのアクチュエータと支持プレートとのインタフェースの回動点(例えば、4DOFおよび/または5DOFジョイント)は、少なくともそのアクチュエータの動作軸以外の4つの軸のうちのいずれかでシフトできる。既に示したように、支持プレートとの4DOFジョイントは、例としてエッジスライダまたは円柱スライダを備える端部を有するアクチュエータによって形成され得る。好ましい実施形態では、前述の5DOFジョイントの実施形態と同様に、プリズムアクチュエータのうちの少なくとも2つは、少なくとも2つの他のプリズムアクチュエータに対して垂直にすることができ、第5または第6の軸が追加される場合、それらに関連するプリズムアクチュエータは、様々な実施形態において、他の4つのプリズムアクチュエータに対して垂直に配置され得る。 In operation, when one or more of the actuators extends or contracts, the pivot point of the interface between the remaining actuator and the support plate (e.g., 4DOF and/or 5DOF joint) can shift in any of at least four axes other than the axis of motion of that actuator. As already indicated, the 4DOF joint with the support plate can be formed by an actuator having an end with an edge slider or a cylindrical slider, for example. In a preferred embodiment, similar to the 5DOF joint embodiment described above, at least two of the prism actuators can be perpendicular to at least two other prism actuators, and if a fifth or sixth axis is added, their associated prism actuators can be arranged perpendicular to the other four prism actuators in various embodiments.

前述の5DOFの実施形態と同様に、アクチュエータの端部は、支持(またはトップ)プレートに磁気的に結合することができる。動作時、アクチュエータのうちの1つ以上が伸長または収縮すると、残りのアクチュエータの回動点は、支持(またはトップ)プレートに磁気的に移動可能に結合されたまま、トッププレートに対してシフトおよび移動することができる。 As with the 5DOF embodiment described above, the ends of the actuators can be magnetically coupled to a support (or top) plate. In operation, as one or more of the actuators extends or contracts, the pivot point of the remaining actuator can shift and move relative to the support (or top) plate while remaining magnetically movably coupled to the top plate.

前述のように、例示的な実施形態では、アクチュエータは、圧電アクチュエータ、手動マイクロメータねじ、磁気アクチュエータ、リニアアクチュエータを伴うステッピングモータ(一体型または別個のいずれか)、油圧シリンダ、空気圧シリンダ、または例えば偏心カムを伴う回転モータなどの幾つかのタイプのうちのいずれかであってもよい。本発明の概念の原理に係る例示的な実施形態では、このポジショナは、各アクチュエータによって及ぼされる押し引き力が組み合わされた他の全てのアクチュエータの剪断摩擦よりも大きくなるように構成される。例示的な実施形態では、これは、保持力は高いが剪断力は比較的低い材料、例えば、トッププレートの硬質で平坦な金属表面と磁気的に接触して保持されるアクチュエータの硬質金属端面を使用することによって達成することができる。 As mentioned above, in an exemplary embodiment, the actuators may be any of several types, such as piezoelectric actuators, manual micrometer screws, magnetic actuators, stepper motors with linear actuators (either integrated or separate), hydraulic cylinders, pneumatic cylinders, or rotary motors with eccentric cams, for example. In an exemplary embodiment according to the principles of the inventive concept, the positioner is configured such that the push/pull force exerted by each actuator is greater than the shear friction of all the other actuators combined. In an exemplary embodiment, this can be accomplished by using a material with high retention but relatively low shear strength, for example, hard metal end faces of the actuators that are held in magnetic contact with a hard, flat metal surface of the top plate.

図18~図27は、本発明の概念の原理に係る、支持プレートとの4DOFジョイントを形成するために円柱状のスライダ端部を有する少なくとも2つのアクチュエータを使用する多軸ポジショナまたは位置決めステージの例示的な実施形態の図を提供する。このポジショナは、4または5DOFジョイントを有する支持プレートと係合する2つ以上のアクチュエータを含むことができる。 Figures 18-27 provide illustrations of an exemplary embodiment of a multi-axis positioner or positioning stage that uses at least two actuators with cylindrical slider ends to form a 4DOF joint with a support plate in accordance with the principles of the inventive concept. The positioner can include two or more actuators that engage the support plate with a 4 or 5DOF joint.

支持プレートは、位置決めされるべき物体を保持するように構成することができる。幾つかの実施形態では、物体は、少なくとも1本の光ファイバであり得る。幾つかの実施形態では、支持プレートは、物体を好ましい位置に維持するように構成された溝またはチャネルを含むことができる。幾つかの実施形態では、支持プレートは、物体を好ましい位置に維持するように構成されたV字形の溝を含むことができる。幾つかの実施形態では、このポジショナまたは位置決めステージは、一例として、光ファイバスプライサなどのファイバ加工機の一部を形成することができ、溝は、少なくとも1本の光ファイバを保持または支持するように構成することができる。 The support plate can be configured to hold an object to be positioned. In some embodiments, the object can be at least one optical fiber. In some embodiments, the support plate can include a groove or channel configured to maintain the object in a preferred position. In some embodiments, the support plate can include a V-shaped groove configured to maintain the object in a preferred position. In some embodiments, this positioner or positioning stage can form part of a fiber processing machine, such as, by way of example, an optical fiber splicer, and the groove can be configured to hold or support at least one optical fiber.

図18は、支持(またはトップ)プレート304を支持する少なくとも4つのアクチュエータ306、308、310、312を有する多軸位置決めステージまたはポジショナ300の実施形態の正面端面図を示す。この図では第1のアクチュエータ306および第2のアクチュエータ308が見えるが、第3のアクチュエータ310(図示せず)は第1のアクチュエータ306の後ろにあり、第4のアクチュエータ312(図示せず)は第2のアクチュエータ308の後ろにある。 Figure 18 shows a front end view of an embodiment of a multi-axis positioning stage or positioner 300 having at least four actuators 306, 308, 310, 312 supporting a support (or top) plate 304. A first actuator 306 and a second actuator 308 are visible in this view, with a third actuator 310 (not shown) behind the first actuator 306 and a fourth actuator 312 (not shown) behind the second actuator 308.

図18に関し、この図では、全てのアクチュエータが収縮される。この例示的な実施形態では、位置決めステージ300は、ベースプレート302、トッププレート304、および複数のアクチュエータ306、308、310、312を含み、複数のアクチュエータのうちの1つ以上はプリズムアクチュエータとすることができる。様々な実施形態において、位置決めステージ300またはそのベースプレートは、図23および図24に関して説明したように、エンドプレート317を任意選択的に含むことができる。 With reference to FIG. 18, in this view, all actuators are retracted. In this exemplary embodiment, the positioning stage 300 includes a base plate 302, a top plate 304, and a number of actuators 306, 308, 310, 312, one or more of which may be prism actuators. In various embodiments, the positioning stage 300 or its base plate may optionally include an end plate 317, as described with respect to FIGS. 23 and 24.

例示的な実施形態では、前述の実施形態と同様に、ベースプレート302は、それぞれが鉛直軸または鉛直面「A」に対してある角度で形成された内部傾斜側面を有する側面ピース318、320を含む。これについては、例えば、この実施形態に適用することができる上記のθおよびθを参照されたい。例えば、鉛直面Aは、トッププレート304およびベースプレート302の中心を通り鉛直方向に延びる面であり得る。他の実施形態では、θ≠θを想定し得る。トッププレート304の側面322、324は、鉛直軸または鉛直面Aに対して同じ角度で形成される。したがって、ベースプレート302の側面ピース318は、トッププレート304の側面322と平行であり、ベースプレートの側面ピース320は、トッププレート304の側面324と平行である。図18の実施形態において、ベースプレート302は、側面ピース318および320が伸長する中間部分を含む。中間部分は、水平面内にある実質的に平面のピースであり得るが、中間部分は、全ての実施形態において平面または平坦である必要はなく、例として、図18に示されるように凹部を含んでもよい。 In the exemplary embodiment, similar to the previous embodiment, the base plate 302 includes side pieces 318, 320 each having an internal inclined side formed at an angle relative to a vertical axis or plane "A". See, for example, θ 1 and θ 2 above, which may be applicable to this embodiment. For example, the vertical plane A may be a plane extending vertically through the center of the top plate 304 and the base plate 302. In other embodiments, θ 1 ≠ θ 2 may be assumed. The sides 322, 324 of the top plate 304 are formed at the same angle relative to the vertical axis or plane A. Thus, the side piece 318 of the base plate 302 is parallel to the side 322 of the top plate 304, and the side piece 320 of the base plate is parallel to the side 324 of the top plate 304. In the embodiment of FIG. 18, the base plate 302 includes a middle portion from which the side pieces 318 and 320 extend. The intermediate portion may be a substantially planar piece that lies in a horizontal plane, although the intermediate portion need not be planar or flat in all embodiments and may, for example, include a recess as shown in FIG.

この実施形態では、アクチュエータ306、308、310、および312のそれぞれは、ベースプレート302の側面ピース318、320のうちの1つから、トッププレート304に向かう方向に伸長する。例えば、この実施形態において、各アクチュエータは、ベースプレート302の側面ピースに固定または結合され、反対側の側面ピース318または320上の対応するアクチュエータに対して90度の角度で方向付けられる。 In this embodiment, each of the actuators 306, 308, 310, and 312 extends from one of the side pieces 318, 320 of the base plate 302 in a direction toward the top plate 304. For example, in this embodiment, each actuator is fixed or coupled to a side piece of the base plate 302 and oriented at a 90 degree angle relative to a corresponding actuator on the opposite side piece 318 or 320.

各アクチュエータ306、308、310、および312の遠位端は、磁性材料を含み得る。図18~図24の実施形態において、アクチュエータ306、308、310、および312のそれぞれは、鉄金属円柱端部334、336、338、および340を含むが、他の実施形態では他のリニア端部を使用することができる。前述の磁石126、128、130、および132などの磁石は、それぞれのアクチュエータ306、308、310、および312の鉄金属円柱端部334、336、338、および340に対応する位置で、トッププレート304の側面322、324の上または中に配置され得る。 The distal end of each actuator 306, 308, 310, and 312 may include a magnetic material. In the embodiment of FIGS. 18-24, each of actuators 306, 308, 310, and 312 includes a ferrous metal cylindrical end 334, 336, 338, and 340, although other linear ends may be used in other embodiments. Magnets such as magnets 126, 128, 130, and 132 described above may be disposed on or in the sides 322, 324 of the top plate 304 at locations corresponding to the ferrous metal cylindrical ends 334, 336, 338, and 340 of the respective actuators 306, 308, 310, and 312.

図19は、図18の位置決めステージ300の同じ正面端面図を示し、この場合、第1のアクチュエータ306および第3のアクチュエータ(第1のアクチュエータの後ろ)は、軸(「X軸」)に沿って伸長される。第2のアクチュエータ308および第4のアクチュエータ(第2のアクチュエータの後ろ)は、収縮したままである(または伸長されない)。図19において、第1のアクチュエータ306および第3のアクチュエータ310は、X軸矢印(図3参照)によって示されるように、トッププレート304をX軸の方向に移動させるために伸長される。例示的な実施形態では、第1のアクチュエータ306および第3のアクチュエータ310は、純粋にX軸の動きをもたらすために同じ量だけ伸長される。 Figure 19 shows the same front end view of the positioning stage 300 of Figure 18, but in this case the first actuator 306 and the third actuator (behind the first actuator) are extended along an axis (the "X-axis"). The second actuator 308 and the fourth actuator (behind the second actuator) remain retracted (or are not extended). In Figure 19, the first actuator 306 and the third actuator 310 are extended to move the top plate 304 in the direction of the X-axis, as indicated by the X-axis arrow (see Figure 3). In an exemplary embodiment, the first actuator 306 and the third actuator 310 are extended by the same amount to provide purely X-axis movement.

図20は、図18の位置決めステージ300の同じ正面端面図を示し、この場合、第2のアクチュエータ308および第4のアクチュエータ(第2のアクチュエータの後ろ)は、軸(「Y軸」)に沿って伸長される。第1のアクチュエータ306および第3のアクチュエータ(第1のアクチュエータの後ろ)は、収縮したままである(または伸長されない)。図20において、第2のアクチュエータ308および第4のアクチュエータ312は、Y軸矢印(図4参照)によって示されるように、トッププレート304をY軸の方向に移動させるために伸長される。例示的な実施形態では、第2のアクチュエータ308および第4のアクチュエータ312は、純粋にY軸の動きをもたらすために同じ量だけ伸長される。 Figure 20 shows the same front end view of the positioning stage 300 of Figure 18, but in this case the second actuator 308 and the fourth actuator (behind the second actuator) are extended along an axis (the "Y-axis"). The first actuator 306 and the third actuator (behind the first actuator) remain retracted (or are not extended). In Figure 20, the second actuator 308 and the fourth actuator 312 are extended to move the top plate 304 in the direction of the Y-axis, as indicated by the Y-axis arrow (see Figure 4). In an exemplary embodiment, the second actuator 308 and the fourth actuator 312 are extended by the same amount to provide purely Y-axis movement.

図21は、Z方向の動きをもたらすために全てのアクチュエータが同じ量だけ伸長された、同じ正面端面図を示す。図21では、アクチュエータ306および310(X軸)ならびにアクチュエータ308および312(Y軸)が伸長される。既に示したように、第3のアクチュエータ310は第1のアクチュエータ306の後ろにあり、第4のアクチュエータ312は第2のアクチュエータ308の後ろにある。例示的な実施形態では、第1のアクチュエータ306および第3のアクチュエータ310は、X軸の動きをもたらすために同じ量だけ伸長され、第2のアクチュエータ308および第4のアクチュエータ312は、Y軸の動きをもたらすために同じ量だけ伸長される。 Figure 21 shows the same front end view with all actuators extended the same amount to provide Z-axis movement. In Figure 21, actuators 306 and 310 (X-axis) and actuators 308 and 312 (Y-axis) are extended. As previously shown, the third actuator 310 is behind the first actuator 306 and the fourth actuator 312 is behind the second actuator 308. In an exemplary embodiment, the first actuator 306 and the third actuator 310 are extended the same amount to provide X-axis movement, and the second actuator 308 and the fourth actuator 312 are extended the same amount to provide Y-axis movement.

図22は、図18の位置決めステージ300の左斜視図を示し、この場合、第1のアクチュエータ306が第3のアクチュエータ310よりも長い距離だけ伸長され、第2のアクチュエータ308が同様に第4のアクチュエータ312よりも長い距離だけ伸長され、その結果、トッププレート304が上向きに傾斜することになる。 Figure 22 shows a left perspective view of the positioning stage 300 of Figure 18, where the first actuator 306 is extended a greater distance than the third actuator 310, and the second actuator 308 is similarly extended a greater distance than the fourth actuator 312, resulting in the top plate 304 tilting upward.

同様に、第3のアクチュエータ310は、第1のアクチュエータ306よりも長い距離だけ伸長させることができ、第4のアクチュエータ312は、同様に、第2のアクチュエータ308よりも長い距離だけ伸長させることができ、その結果、トッププレート304が下向きに傾斜することになる。 Similarly, the third actuator 310 can be extended a greater distance than the first actuator 306, and the fourth actuator 312 can be extended a greater distance than the second actuator 308, resulting in the top plate 304 tilting downward.

図23は、第1のアクチュエータ306が第3のアクチュエータ310よりも長く伸長され、第4のアクチュエータ312が第2のアクチュエータ308よりも長く伸長されて、トッププレート304の上向きの傾斜と部分的な回転の両方をもたらす、側面斜視図を示す。図23では、エンドプレート317が部分的に見える。エンドプレートは、図示のように、ベースプレート302に固定されるまたはベースプレート302の一部とすることができる。他の実施形態では、エンドプレート317は、ベースプレートと接触する必要も、ベースプレートの一部である必要もない。すなわち、様々な実施形態において、エンドプレート317は、ベースプレート302から取り外され、および/または独立している。 23 shows a side perspective view in which the first actuator 306 is extended further than the third actuator 310 and the fourth actuator 312 is extended further than the second actuator 308, resulting in both an upward tilt and partial rotation of the top plate 304. In FIG. 23, the end plate 317 is partially visible. The end plate can be fixed to or part of the base plate 302 as shown. In other embodiments, the end plate 317 need not contact or be part of the base plate. That is, in various embodiments, the end plate 317 is detached and/or independent from the base plate 302.

図24は、ベースプレートが省略されているがトッププレート304が示されている位置決めステージ300の側面図を示す。4つのアクチュエータ306、308、310、および312のうち、第1および第3のアクチュエータ306、310のみがこの図から見える。第1のアクチュエータの円柱状の端部334および第3のアクチュエータ310の円柱状の端部338は、直接位置決めするためにトップ(または支持)プレート304と直接接触している。エンドプレート317は、トッププレート304の一端と係合するための磁気ボール319を含む。前述のジョイントと同様に、様々な実施形態において、磁気ボール319は、トッププレート304の上または中に位置された磁石(図示せず)と係合するように位置決めされ得る。 24 shows a side view of the positioning stage 300 with the base plate omitted but the top plate 304 shown. Of the four actuators 306, 308, 310, and 312, only the first and third actuators 306, 310 are visible from this view. The cylindrical end 334 of the first actuator and the cylindrical end 338 of the third actuator 310 are in direct contact with the top (or support) plate 304 for direct positioning. The end plate 317 includes a magnetic ball 319 for engaging one end of the top plate 304. As with the joints discussed above, in various embodiments, the magnetic ball 319 can be positioned to engage a magnet (not shown) located on or in the top plate 304.

図18~図24の実施形態は、トッププレートとの4DOFジョイントを形成する摺動シリンダ端部を有する4つのアクチュエータを伴って示されるが、上記のように、4DOFおよび5DOFアクチュエータの組合せは、前述のように、円柱状の端部およびボール端部を伴うアクチュエータの組合せを有する図25~図27の例示的な実施形態に示されるように、本発明の概念の範囲内で考えられる。 The embodiment of Figures 18-24 is shown with four actuators having sliding cylindrical ends forming a 4DOF joint with the top plate, however, as noted above, combinations of 4DOF and 5DOF actuators are contemplated within the concept of the present invention, as shown in the exemplary embodiment of Figures 25-27 having a combination of actuators with cylindrical and ball ends, as previously described.

図25の実施形態には、多軸位置決めステージまたはポジショナ400が示されている。位置決めステージ400は、2つの4DOFアクチュエータ310、312および2つの5DOFアクチュエータ406、408、ならびにベースプレート302、トッププレート304、および磁気ボール319を伴うエンドプレート317を含む。 The embodiment of FIG. 25 shows a multi-axis positioning stage or positioner 400. The positioning stage 400 includes two 4DOF actuators 310, 312 and two 5DOF actuators 406, 408, as well as a base plate 302, a top plate 304, and an end plate 317 with a magnetic ball 319.

アクチュエータの伸長と収縮の任意の組合せを達成することができるが、この例では、第1および第2のアクチュエータ406、408は、第3および第4のアクチュエータ310、312よりも長い距離だけ伸長され、その結果、トッププレート304の前部で上向きに傾斜することになる。 While any combination of actuator extension and contraction can be achieved, in this example, the first and second actuators 406, 408 are extended a greater distance than the third and fourth actuators 310, 312, resulting in an upward tilt at the front of the top plate 304.

図26は、第1のアクチュエータ406および第3のアクチュエータ410が同じ量だけ伸長され、その結果トッププレート404がX軸方向に動く、位置決めステージ400の斜視図である。図26は、同じアクチュエータ伸長配置を伴う、図25の位置決めステージ400の正面図である。図27は、一例として、同じアクチュエータ構成の正面端面図を示す。本開示の利益を享受する当業者であれば分かるように、本発明の概念の範囲内で、アクチュエータの伸長および収縮の他の組合せを達成できる。この実施形態において、各アクチュエータは、コントローラ103などの少なくとも1つのコントローラによって制御することができる、アクチュエータの伸長および収縮をもたらす、アクチュエータの一部を形成する電気機械構成要素を含む。そのようなコントローラは、アクチュエータを駆動するコンピュータ命令を実行する少なくとも1つのプロセッサを含むことができる。 26 is a perspective view of the positioning stage 400 with the first actuator 406 and the third actuator 410 extended by the same amount, resulting in the top plate 404 moving in the X-axis direction. FIG. 26 is a front view of the positioning stage 400 of FIG. 25 with the same actuator extension arrangement. FIG. 27 shows a front end view of the same actuator configuration, by way of example. As will be appreciated by those of ordinary skill in the art having the benefit of this disclosure, other combinations of actuator extension and contraction can be achieved within the scope of the inventive concept. In this embodiment, each actuator includes electromechanical components forming part of the actuator that can be controlled by at least one controller, such as controller 103, that effect the extension and contraction of the actuator. Such a controller can include at least one processor that executes computer instructions to drive the actuator.

上記は、最良の形態および/または他の好ましい実施形態であると考えられるものを説明したが、そこに様々な変更を加えることができ、本発明または複数の発明を様々な形態および実施形態で実施でき、それらは多数の用途に適用することができ、そのうちの幾つかのみが本明細書に記載されていることが理解される。以下の特許請求の範囲は、文字どおりに記載されたもの、および各特許請求の範囲内に含まれる全ての修正および変更を含む、その全ての均等物を請求することを意図している。 While the above describes what is believed to be the best mode and/or other preferred embodiments, it is understood that various modifications may be made thereto and that the invention or inventions may be embodied in various forms and embodiments, which are applicable to numerous applications, only a few of which are described herein. It is intended that the following claims claim what is literally described and all equivalents thereof, including all modifications and variations that fall within the scope of each claim.

明確にするために、別個の実施形態の文脈で説明される本発明の特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよいことが理解される。逆に、簡潔にするために、単一の実施形態の文脈で説明される本発明の様々な特徴は、別個に、または任意の適切なサブコンビネーションで提供されてもよい。 It will be appreciated that certain features of the invention that are, for clarity, described in the context of separate embodiments, may also be provided in combination in a single embodiment. Conversely, various features of the invention that are, for brevity, described in the context of a single embodiment, may also be provided separately or in any suitable subcombination.

例えば、特許請求の範囲のいずれかに記載された全ての特徴(独立であろうと従属であろうと)は、任意の所与の方法で組み合わせることができることを理解されたい。 For example, it is to be understood that all features (whether independent or dependent) recited in any claim can be combined in any given manner.

Claims (31)

物体を好ましい位置に維持するように構成される溝またはチャネルを有する構造体(304)と、
少なくとも1つのベース(302)と、
前記少なくとも1つのベース上にわたって前記構造体を支持し、1つ以上のアクチュエータの伸長または収縮に応じて前記少なくとも1つのベースに対して前記構造体を移動させるように構成される複数のアクチュエータ(306、308、310、312)であって、前記構造体を傾けて回転させるように構成される複数のアクチュエータ(306、308、310、312)と、
を備え、
3つ以上の前記アクチュエータは、少なくとも4自由度(DOF)を有するジョイントを介して前記構造体との接触を維持するスライダを備える端部を含み、
前記3つ以上のアクチュエータは、4DOFを有するジョイントを介して前記構造体との接触を維持する少なくとも2つのアクチュエータを含むことを特徴とするポジショナ(300)。
a structure (304) having a groove or channel configured to maintain the object in a preferred position;
At least one base (302);
a plurality of actuators (306, 308, 310, 312) configured to support the structure over the at least one base and move the structure relative to the at least one base in response to expansion or contraction of one or more actuators, the plurality of actuators (306, 308, 310, 312) configured to tilt and rotate the structure;
Equipped with
the three or more actuators include an end with a slider that maintains contact with the structure via a joint having at least four degrees of freedom (DOF);
The three or more actuators include at least two actuators that maintain contact with the structure via a joint having four DOF .
請求項1に記載のポジショナであって、前記3つ以上のアクチュエータは、5DOFを有するジョイントを介して前記構造体との接触を維持する少なくとも2つのアクチュエータを含むことを特徴とするポジショナ。 The positioner of claim 1, wherein the three or more actuators include at least two actuators that maintain contact with the structure via a joint having 5 DOF. 請求項1に記載のポジショナであって、4DOFを有する少なくとも1つのジョイントが磁気ジョイントであることを特徴とするポジショナ。 The positioner according to claim 1, characterized in that at least one joint having 4 DOF is a magnetic joint. 請求項1に記載のポジショナであって、5DOFを有する少なくとも1つのジョイントが磁気ジョイントであることを特徴とするポジショナ。 The positioner according to claim 1, characterized in that at least one joint having 5 DOF is a magnetic joint. 請求項1に記載のポジショナであって、前記3つ以上のアクチュエータの端部に設けられたスライダのそれぞれが、前記構造体との磁気ジョイントを有することを特徴とするポジショナ。 The positioner according to claim 1, characterized in that each of the sliders provided at the ends of the three or more actuators has a magnetic joint with the structure. 請求項1に記載のポジショナであって、前記構造体との4DOFジョイントを有するアクチュエータは、前記構造体と接触する円柱状の端部を有することを特徴とするポジショナ。 The positioner according to claim 1, characterized in that the actuator having a 4DOF joint with the structure has a cylindrical end that contacts the structure. 請求項1に記載のポジショナであって、前記構造体との5DOFジョイントを有するアクチュエータは、前記構造体と接触する半球状の端部を有することを特徴とするポジショナ。 The positioner of claim 1, wherein the actuator having a 5DOF joint with the structure has a hemispherical end that contacts the structure. 請求項1に記載のポジショナであって、前記構造体は、長手方向に延びる溝、くぼみ、またはチャネルを含むことを特徴とするポジショナ。 The positioner of claim 1, wherein the structure includes a longitudinally extending groove, recess, or channel. 請求項に記載のポジショナであって、長手方向に延びる前記溝、くぼみ、またはチャネルは、少なくとも1つの光ファイバを保持するように構成されることを特徴とするポジショナ。 9. The positioner of claim 8 , wherein the longitudinally extending groove, recess or channel is configured to hold at least one optical fiber. 請求項に記載のポジショナであって、前記構造体は、少なくとも1本の光ファイバを保持するように構成されるV溝を含むことを特徴とするポジショナ。 9. The positioner of claim 8 , wherein the structure includes a V-groove configured to hold at least one optical fiber. 請求項1に記載のポジショナであって、
前記構造体がトッププレートを備え、前記少なくとも1つのベースが少なくとも1つのベースプレートを含み、
前記トッププレートを支持する前記3つ以上のアクチュエータが前記少なくとも1つのベースプレートに結合されることを特徴とするポジショナ。
2. The positioner of claim 1,
the structure comprises a top plate and the at least one base comprises at least one base plate;
A positioner, comprising: three or more actuators supporting the top plate coupled to the at least one base plate.
請求項11に記載のポジショナであって、前記トッププレートは、前記3つ以上のアクチュエータによって係合される傾斜側面を含み、前記少なくとも1つのベースプレートは、前記3つ以上のアクチュエータが結合される傾斜側面ピースを含み、前記トッププレートの前記傾斜側面および前記少なくとも1つのベースプレートの前記傾斜側面ピースは、鉛直面または鉛直軸に対して同じ角度を成すことを特徴とするポジショナ。 12. The positioner of claim 11 , wherein the top plate includes angled sides engaged by the three or more actuators and the at least one base plate includes angled side pieces to which the three or more actuators are coupled, the angled sides of the top plate and the angled side pieces of the at least one base plate forming the same angle with respect to a vertical plane or axis. 請求項12に記載のポジショナであって、前記少なくとも1つのベースは、前記トッププレート(304)の端部に対するカップリング(319)を含むエンドプレート(317)を含むことを特徴とするポジショナ。 13. The positioner of claim 12 , wherein the at least one base includes an end plate (317) including a coupling (319) for an end of the top plate (304). 請求項13に記載のポジショナであって、前記カップリングが磁気カップリングであることを特徴とするポジショナ。 14. The positioner of claim 13 , wherein the coupling is a magnetic coupling. 請求項1~14のいずれか1項に記載のポジショナであって、前記3つ以上のアクチュエータは、5DOFを有するジョイントを介して前記構造体との接触を維持する少なくとも2つのアクチュエータを含むことを特徴とするポジショナ。 15. A positioner as claimed in any one of claims 1 to 14 , wherein the three or more actuators include at least two actuators that maintain contact with the structure via a joint having 5 DOF. 請求項1~14のいずれか1項に記載のポジショナであって、4DOFを有する少なくとも1つのジョイントが磁気ジョイントであることを特徴とするポジショナ。 A positioner according to any one of claims 1 to 14 , characterized in that at least one joint having 4 DOF is a magnetic joint. 請求項1~14のいずれか1項に記載のポジショナであって、5DOFを有する少なくとも1つのジョイントが磁気ジョイントであることを特徴とするポジショナ。 A positioner according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one joint having 5 DOF is a magnetic joint. 請求項1~14のいずれか1項に記載のポジショナであって、前記3つ以上のアクチュエータのそれぞれが前記構造体との磁気ジョイントを有することを特徴とするポジショナ。 15. A positioner according to claim 1, wherein each of the three or more actuators has a magnetic joint with the structure. 請求項1~14のいずれか1項に記載のポジショナであって、前記構造体との4DOFジョイントを有するアクチュエータが、前記構造体と接触する円柱状の端部を有することを特徴とするポジショナ。 15. A positioner according to claim 1, wherein an actuator having a 4DOF joint with the structure has a cylindrical end that contacts the structure. 請求項1~14のいずれか1項に記載のポジショナであって、前記構造体との5DOFジョイントを有するアクチュエータが、前記構造体と接触する半球状の端部を有することを特徴とするポジショナ。 15. A positioner according to claim 1, wherein an actuator having a 5DOF joint with the structure has a hemispherical end in contact with the structure. 請求項1~14のいずれか1項に記載のポジショナであって、前記構造体は、長手方向に延びる溝、くぼみ、またはチャネルを含むことを特徴とするポジショナ。 A positioner according to any preceding claim, wherein the structure comprises a longitudinally extending groove, recess or channel. 請求項21に記載のポジショナであって、長手方向に延びる前記溝、くぼみ、またはチャネルは、少なくとも1本の光ファイバを保持するように構成されることを特徴とするポジショナ。 22. The positioner of claim 21 , wherein the longitudinally extending groove, recess or channel is configured to hold at least one optical fiber. 請求項21に記載のポジショナであって、前記構造体は、少なくとも1本の光ファイバを保持するように構成されるV溝を含むことを特徴とするポジショナ。 22. The positioner of claim 21 , wherein the structure includes a V-groove configured to hold at least one optical fiber. 請求項1~14のいずれか1項に記載のポジショナであって、
前記構造体がトッププレートを備え、前記少なくとも1つのベースが少なくとも1つのベースプレートを含み、
前記トッププレートを支持する前記3つ以上のアクチュエータが前記少なくとも1つのベースプレートに結合されることを特徴とするポジショナ。
A positioner according to any one of claims 1 to 14 ,
the structure comprises a top plate and the at least one base comprises at least one base plate;
A positioner, comprising: three or more actuators supporting the top plate coupled to the at least one base plate.
請求項24に記載のポジショナであって、前記トッププレートは、前記3つ以上のアクチュエータによって係合される傾斜側面を含み、前記少なくとも1つのベースプレートは、前記3つ以上のアクチュエータが結合される傾斜側面ピースを含み、前記トッププレートの前記傾斜側面および前記少なくとも1つのベースプレートの前記傾斜側面ピースは、鉛直面または鉛直軸に対して同じ角度を成すことを特徴とするポジショナ。 25. The positioner of claim 24 , wherein the top plate includes angled sides engaged by the three or more actuators and the at least one base plate includes angled side pieces to which the three or more actuators are coupled, the angled sides of the top plate and the angled side pieces of the at least one base plate forming the same angle with respect to a vertical plane or axis. 請求項1~14のいずれか1項に記載のポジショナであって、前記構造体の端部に対するカップリングを含むエンドプレートを更に備えることを特徴とするポジショナ。 A positioner according to any one of claims 1 to 14 , further comprising an end plate including a coupling for an end of the structure. 請求項26に記載のポジショナであって、前記カップリングが磁気カップリングであることを特徴とするポジショナ。 27. The positioner of claim 26 , wherein the coupling is a magnetic coupling. 物体を好ましい位置に維持するように構成される溝またはチャネルを有するトッププレート(304)と、
ベースプレート(302)と、
前記ベースプレート上にわたって前記トッププレートを支持し、1つ以上のアクチュエータの伸長または収縮に応じて前記トッププレートを移動させるように構成される3つ以上のアクチュエータ(306、308、310、312)であって、前記アクチュエータのそれぞれが、少なくとも4自由度(DOF)を有するジョイントを介して前記トッププレートとの接触を維持するスライダを備える端部を含み、前記アクチュエータが前記トッププレートを傾けて回転させるように構成される、3つ以上のアクチュエータ(306、308、310、312)と、
を備え
前記3つ以上のアクチュエータは、4DOFを有するジョイントを介して前記トッププレートとの接触を維持する少なくとも2つのアクチュエータと、5DOFを有するジョイントを介して前記トッププレートとの接触を維持する少なくとも1つのアクチュエータとを含むことを特徴とするポジショナ(300)。
a top plate (304) having grooves or channels configured to maintain the object in a preferred position;
A base plate (302);
three or more actuators (306, 308, 310, 312) configured to support the top plate over the base plate and move the top plate in response to extension or contraction of one or more actuators, each of the actuators including an end with a slider that maintains contact with the top plate via a joint having at least four degrees of freedom (DOF), the actuators configured to tilt and rotate the top plate;
Equipped with
The three or more actuators include at least two actuators that maintain contact with the top plate via a joint having four DOF, and at least one actuator that maintains contact with the top plate via a joint having five DOF .
請求項28に記載のポジショナであって、前記トッププレートは、前記3つ以上のアクチュエータによって係合される傾斜側面を含み、前記ベースプレートは、前記3つ以上のアクチュエータが結合される傾斜側面ピースを含み、前記トッププレートの前記傾斜側面および前記ベースプレートの前記傾斜側面ピースは、鉛直面または鉛直軸に対して同じ角度を成すことを特徴とするポジショナ。 30. The positioner of claim 28 , wherein the top plate includes angled sides engaged by the three or more actuators and the base plate includes angled side pieces to which the three or more actuators are coupled, the angled sides of the top plate and the angled side pieces of the base plate forming the same angle with respect to a vertical plane or axis. 請求項28に記載のポジショナであって、前記トッププレートとの4DOFジョイントを有する前記アクチュエータは、円柱状の端部を有することを特徴とするポジショナ。 30. The positioner of claim 28 , wherein the actuator having a 4DOF joint with the top plate has a cylindrical end. 請求項30に記載のポジショナであって、前記トッププレートは、前記3つ以上のアクチュエータによって係合される傾斜側面を含み、前記ベースプレートは、前記3つ以上のアクチュエータが結合される傾斜側面ピースを含み、前記トッププレートの前記傾斜側面および前記ベースプレートの前記傾斜側面ピースは、鉛直面または鉛直軸に対して同じ角度を成すことを特徴とするポジショナ。 31. The positioner of claim 30 , wherein the top plate includes angled sides engaged by the three or more actuators and the base plate includes angled side pieces to which the three or more actuators are coupled, the angled sides of the top plate and the angled side pieces of the base plate forming the same angle with respect to a vertical plane or axis.
JP2023518540A 2020-09-23 2021-09-21 Multi-axis positioner Active JP7629989B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2025016255A JP2025069330A (en) 2020-09-23 2025-02-03 Multi-axis positioner

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/029,908 2020-09-23
US17/029,908 US11681100B2 (en) 2016-09-30 2020-09-23 Multi-axis positioner
PCT/US2021/051234 WO2022066610A1 (en) 2020-09-23 2021-09-21 Multi-axis positioner

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2025016255A Division JP2025069330A (en) 2020-09-23 2025-02-03 Multi-axis positioner

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023543751A JP2023543751A (en) 2023-10-18
JP7629989B2 true JP7629989B2 (en) 2025-02-14

Family

ID=78372109

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023518540A Active JP7629989B2 (en) 2020-09-23 2021-09-21 Multi-axis positioner
JP2025016255A Pending JP2025069330A (en) 2020-09-23 2025-02-03 Multi-axis positioner

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2025016255A Pending JP2025069330A (en) 2020-09-23 2025-02-03 Multi-axis positioner

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4217775A1 (en)
JP (2) JP7629989B2 (en)
CN (1) CN116406448A (en)
CA (1) CA3193476A1 (en)
WO (1) WO2022066610A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170221376A1 (en) 2014-05-08 2017-08-03 Universite Laval Parallel mechanism with kinematically redundant actuation
JP2019536989A (en) 2016-09-30 2019-12-19 3エスエーイー テクノロジーズ インク Multi-axis relative positioning stage

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59187305A (en) * 1983-04-08 1984-10-24 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> Core aligning method during fusion connection of optical fiber
FR2606890B1 (en) * 1986-11-18 1989-06-30 Lyonnaise Transmiss Optiques DEVICE FOR MOVING THE END OF AN OPTICAL FIBER FOLLOWING TWO ORTHOGONAL AXES
JP3325195B2 (en) * 1997-03-10 2002-09-17 信隆 吉田 Non-life insurance prepaid card
JPH10260277A (en) * 1997-03-21 1998-09-29 Olympus Optical Co Ltd Parallel link stage mechanism
DE19715226A1 (en) * 1997-04-11 1998-10-15 Univ Schiller Jena Precision micro=positioning method using piezoelectric setting elements
DE19935570C2 (en) * 1999-07-30 2001-07-05 Forschungszentrum Juelich Gmbh Micromanipulator
FR2858406B1 (en) * 2003-08-01 2005-10-21 Centre Nat Rech Scient SENSOR, DEVICE AND METHOD FOR MEASURING INTERFACE PRESSURE BETWEEN TWO BODIES
WO2005026801A2 (en) * 2003-09-12 2005-03-24 Carl Zeiss Smt Ag Apparatus for manipulation of an optical element
JP2005352168A (en) * 2004-06-10 2005-12-22 Fujikura Ltd Optical fiber alignment method, optical fiber butting device, and optical fiber fusion splicing device
DE102004049371B4 (en) * 2004-10-09 2015-05-21 Forschungszentrum Jülich GmbH Nanomanipulator for analyzing or editing objects
US7275332B2 (en) * 2005-02-22 2007-10-02 Carestream Health, Inc. Multi-axis positioning apparatus
EP2051280A1 (en) * 2007-10-18 2009-04-22 The Regents of the University of California Motorized manipulator for positioning a TEM specimen
EP2895755A4 (en) * 2012-09-12 2016-06-01 Memorial University Of Newfoundland PARALLEL KINEMATIC MECHANISM AND ITS BEARINGS AND ACTUATORS

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170221376A1 (en) 2014-05-08 2017-08-03 Universite Laval Parallel mechanism with kinematically redundant actuation
JP2019536989A (en) 2016-09-30 2019-12-19 3エスエーイー テクノロジーズ インク Multi-axis relative positioning stage

Also Published As

Publication number Publication date
CA3193476A1 (en) 2022-03-31
EP4217775A1 (en) 2023-08-02
CN116406448A (en) 2023-07-07
JP2025069330A (en) 2025-04-30
JP2023543751A (en) 2023-10-18
WO2022066610A1 (en) 2022-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11269143B2 (en) Multi-axis positioner
US20250306280A1 (en) Multi-axis positioner
US7707907B2 (en) Planar parallel mechanism and method
US6467761B1 (en) Positioning stage
JP7629989B2 (en) Multi-axis positioner
WO2017017714A1 (en) Linkage rod including limited-displacement flexible mechanism
US7284459B2 (en) Remote center of rotation positioning device
EP3329148B1 (en) Linear motion mechanism formed integrally
WO2024145357A1 (en) Actuator and micro-positioner using same
KR20230050775A (en) Gonio stage with plate-type lifting structure
JPS61164759A (en) Minutely moving mechanism

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230530

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240531

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240604

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20240902

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241101

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241203

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20241226

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250203

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7629989

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150