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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-02-05
(45)【発行日】2025-02-14
(54)【発明の名称】多軸ポジショナ
(51)【国際特許分類】
G12B 5/00 20060101AFI20250206BHJP
B23Q 1/44 20060101ALI20250206BHJP
【ＦＩ】
G12B5/00 A
B23Q1/44 A
【請求項の数】
31
(21)【出願番号】P 2023518540
(86)(22)【出願日】2021-09-21
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-18
(86)【国際出願番号】 US2021051234
(87)【国際公開番号】W WO2022066610
(87)【国際公開日】2022-03-31
【審査請求日】2023-05-30
(31)【優先権主張番号】17/029,908
(32)【優先日】2020-09-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】509223830
【氏名又は名称】３エスエーイー テクノロジーズ インク
【住所又は居所原語表記】４１６ Ｍａｒｙ Ｌｉｎｄｓａｙ Ｐｏｌｋ Ｄｒ．，Ｓｕｉｔｅ ５１１ Ｆｒａｎｋｌｉｎ ＴＮ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ワイリー ロバート
(72)【発明者】
【氏名】クラーク ブレット
【審査官】吉田 久
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１９－５３６９８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２６０２７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２２１３７６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ１２Ｂ ５／００
Ｂ２３Ｑ １／４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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）。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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。
【請求項5】
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。
【請求項6】
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。
【請求項7】
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。
【請求項8】
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。
【請求項9】
請求項８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。
【請求項10】
請求項８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。
【請求項11】
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。
【請求項12】
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。
【請求項13】
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。
【請求項14】
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。
【請求項15】
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。
【請求項16】
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。
【請求項17】
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。
【請求項18】
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。
【請求項19】
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。
【請求項20】
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。
【請求項21】
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。
【請求項22】
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。
【請求項23】
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。
【請求項24】
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。
【請求項25】
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。
【請求項26】
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。
【請求項27】
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。
【請求項28】
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）。
【請求項29】
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。
【請求項30】
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。
【請求項31】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
幾つかの実施形態では、中間部分が平面である。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【図面の簡単な説明】
【0058】
【図1】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。
【図2】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。
【図5】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。
【図6】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。
【図7】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。
【図8】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。
【図10】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。
【図11】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。
【図12】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。
【図13】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。
【図14A】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。
【図14B】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。
【図14C】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。
【図15】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。
【図16】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17A】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。
【図18】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。
【図25】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。
【発明を実施するための形態】
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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）。
【0062】
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。
【0063】
「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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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、θ１およびθ２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＝θ１＝θ２である。他の実施形態では、θ≠θ１、θ≠θ２および／またはθ１≠θ２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、θ１＝θ２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θ１、θ２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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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＝θ１＝θ２である。他の実施形態では、θ１≠θ２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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
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。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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θ１およびθ２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、θ１≠θ２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。
【0115】
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。
【0116】
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。
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
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。
【0123】
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。
【0124】
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。
【0125】
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。
【0126】
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。
【0127】
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。
【0128】
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。
【0129】
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。
【0130】
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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】