(57)【要約】【課題】、内側取付けリングに取り付けられる光学要素の高感度調整を可能にするモノリシックマウントを利用可能にする。【解決手段】本発明は、光学マウントに関し、当該光学マウントは、材料における複数の切断部によって、固定外側取付けリング、横に調整可能な内側取付けリング、及び、互いに対して１２０°オフセットされ、第一要素を有する屈曲レバーを備えて成る３つの屈曲レバーマニピュレータユニットに分割され、当該第一要素の一方の端部は、屈曲レバー撓みヒンジを介して第二要素の一方の端部に接続され、第一要素の他方の端部は、内側取付けリングに接続され、第二要素の他方の端部は、外側取付けリングに接続され、前記要素らは１８０°よりも小さな屈曲角度を取り囲む。３つの屈曲レバーマニピュレーターユニットを操ることにより、意図された変位範囲内で、外側取付けリングの中心に対して、内側取付けリングの中心位置を調整可能である。【選択図】図１
2010002904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横に調整可能な光学マウント、特にレンズマウントにして、
材料における複数の切断部によって、固定外側取付けリング（１）、横に調整可能な内側取付けリング（２）、及び、互いに対して１２０°オフセットされる３つのマニピュレータユニットに分割され、且つ、当該マニピュレーターユニットを操ることができるようにアクチュエータを備えて成る光学マウントにおいて、
マニピュレーターユニットが、以下で屈曲レバーマニピュレーターユニット（３）と称される屈曲レバー機構として構成され、そのそれぞれが、一つの第一要素（４）を有する屈曲レバーを備えて成り、当該第一要素は、屈曲レバー撓みヒンジ（６）を介して第二要素（５）の一方の端部にその一方の端部で接続され、第一要素（４）の他方の端部は、内側取付けリング（２）に接続され、第二要素（５）の他方の端部は、外側取付けリング（１）に接続され、要素（４、５）が１８０°よりも小さな屈曲角度（α）を取り囲むことを特徴とする横に調整可能な光学マウント。
【請求項２】
要素（４、５）と取付けリング（１、２）との間の接続部が撓みヒンジ（７、８）であることを特徴とする請求項１に記載の横に調整可能な光学マウント。
【請求項３】
第一要素（４）と内側取付けリング（２）との間の接続部が撓みヒンジ（７）であること、及び、第二要素（５）と外側取付けリング（１）間の接続部が固定拘束（１０．３）としての役割を果たすことを特徴とする請求項１に記載の横に調整可能な光学マウント。
【請求項４】
アクチュエータが屈曲レバー撓みヒンジ（６）の方向に向けられることを特徴とする請求項１に記載の横に調整可能な光学マウント。
【請求項５】
第二要素（５）のそれぞれがレバー（９）の一端部に固定式に接続され、それにより、固定角度（β）を取り囲むこと、及び、アクチュエータのそれぞれがレバー（９）の自由端部の方向に向けられることを特徴とする請求項１に記載の横に調整可能な光学マウント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、モノリシック光学マウント（monolithic optical mount）、特にレンズマウントに関し、当該光学マウントは、材料における切断部で、固定式の外側取付けリングと横に調整可能な内側取付けリングとに分割される。一般的なマウントは、特許文献１から公知である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献２は、光学撮像装置を開示し、そこでは、外側マウントと、この外側マウントに対して調整されることが可能な内側リングとが、好ましくは一体的となって一体的に形成され、すなわちモノリシックユニットとして形成される。光軸に対して垂直な方向で内側リングに取り付けられる光学要素の経路制御変位のためのマニピュレーター装置乃至機構は、内側リングと外側マウントとの間において、スイベルジョイント（swivel joint）と、調整要素を備えた少なくとも一つの調整可能なジョイントと、の間に配置される接続要素を備えた周辺スロットのシステムから成る。
【０００３】
この解決法の欠点は、特に複数の異なる形状構成のために、これらマニピュレーターユニット（引用された文献ではマニピュレーター要素と称させる）が、対称システムには適さない複雑で非対称な構造を有するか、あるいは、システム不安定性を生じさせることである。特に、光軸の方向に補強効果を有するが、運動学的には余分な接続要素は、製造コストを増加させ、それらの数に応じて、追加の変位力（displacement forces）を要求し、変形が内側部分に大きめの影響を与えるという効果乃至作用を有する。さらに、スイベルジョイントは、追加の板型ばねを要求し、意図した調整を確実にするために、互いに反対側に向けられた二方向に移動させる必要があり、両方向のためのプレテンション要素を要求する。
【０００４】
特許文献３は、光学要素を位置決めするための収容アッセンブリと称されるレンズマウントを記述し、当該レンズマウントは、第一フレームと３つの同一のマニピュレーターユニット（保持ユニットと称される）とを備えて成る。当該マニピュレーターユニットは、第一フレームの外周に沿って等角度で分散させられ、レンズを支持する第二フレームを保持する。保持ユニットは、とりわけ、増加した製造コスト及びアッセンブリコストにつながる追加の構成要素である。故に、これは、モノリシックレンズマウントではない。
【０００５】
特許文献４もまた、いくつかの、材料における切断部を用いて、当該材料における切断部の間で互いに接続されたままの内側マウントと外側マウントとに分割されるマウントを開示し、本発明の言葉で言えば上記ジョイントがマニピュレーターユニットである。接続部に作用するマニピュレーターによって接続部が作動する際に、内側マウント、故に取り付けられたレンズが軸方向に動くことができるように、材料における切断部は構成され、したがって、当該マウントは、本発明のマウントとは異なり、半径方向に変位可能なマウントではない。
【０００６】
一体となって一体的に形成され、故にモノリシックであるレンズマウントは、特許文献１からも知られている。好ましい実施形態において、内側リングは、３つのマニピュレーターユニット（引用された文献では、調整可能なジョイントと称される）を介して外側マウントに接続され、そのそれぞれが、２つのヒンジブラケットとその間の調整要素とを有する。内側リングの、故に光学要素の横の調整を可能にするために、アクチュエータがスイベルジョイントに作用する。
【０００７】
既述した特許文献２とは対照的に、この文献に提示される解決法は、高めの温度安定性によって特徴付けられる。
【０００８】
特許文献１が説明するように、光学要素、例えばレンズが熱せられる際に、わずかにしか存在しない接続部であって、存在する接続部が細い、内側リングと外側リングとの間の接続部を介して熱を放散することが非常に困難であるという問題が生じる。温度における変化に起因して、特に同一方向に延在するヒンジブラケットの長さにおける変化が、この同一方向における内側リングの変位につながり、今度は、収差及びコマ欠陥につながるので、結果として生じる温度差は、結像品質に悪影響を与える。
【０００９】
特許文献１にしたがうレンズマウントは、互いに対して１２０°オフセットされたヒンジブラケットが接線方向で内側リングの外周領域に、及び、内側リングから半時計方向に離れた外側マウントの内周領域に作用する点で、主にこの問題を回避する。この場合、ヒンジブラケットの長さにおける変化は、一様な回転方向に変換される。このタイプの回転は、特に光学要素としてのレンズ以外では収差につながらない。
【００１０】
特許文献１にしたがうレンズマウントでは、ヒンジブラケットを短くすることにより、内側リング接続の横方向剛性を増大させることが可能であり、それに取り付けられるレンズを備えたレンズマウントが、システムにおける固有の振動に対する大きめの剛性を有する効果を与えるという長所を有するとも言及する。しかしながら、短くされたヒンジブラケットに起因する高めの横方向剛性は、長さだけでなく、ヒンジブラケットのたわみによっても決定される調整の感度を犠牲にして得られる。
【００１１】
また一方で、ヒンジブラケットの長さは、許容可能な材料負荷によって引き続き決定される。これは、許容可能な材料負荷が事前設定された調整可能な動作及び事前設定された感度に達した場合に、ヒンジブラケットが剛性及び固有振動を増大させるためにさらに短くできないことを意味する。したがって、断面に対して、２つの比較的薄く、比較的長いヒンジブラケットが、常に、調整ユニット又はジョイントとしての機能性を確保にするために要求され、達することが可能な横方向及び軸方向の剛性を常に限定する。
【００１２】
特許文献５は、特許文献１に開示されるレンズマウントに基本的に同等な横に調整可能なレンズマウントの第一実施形態を記述し、これは、互いに対して１２０°オフセットされた３つのマニピュレーターユニットが、その固定端部に沿って、２つの接線方向に向けられたヒンジブラケット（この文献において連結ストリップと称される）に移行する単一要素に組み合わされることを意味し、この連結ストリップは、内側マウント部と外側マウント部とに接続される。
【００１３】
第二実施形態において、本要素を内側及び外側マウント部分に接続する連結ストリップは、半径方向に向けられ、高めの横方向剛性を確実にする。
【００１４】
しかしながら、レバーが、マニピュレーターを介して、自由レバー端部に半径方向に作用する力を導入することによって撓ませられたときに、半径方向の連結ストリップに結果として生じる引張加重は、接線方向の連結ストリップにおける引張加重よりもはるかに大きい。故に、内側リングにおける望ましくない張力の発生が避けられない。
【００１５】
両方の実施形態において、マニピュレーターユニットは、単純なレバー機構であり、その伝達（transmission）は、半径方向における連結ストリップの撓みと要素の長さとに決定される。関連した調整可能な動作で高感度を得るために、連結ストリップ及び／又はヒンジブラケットは、長く構成され、それによって、連結ストリップ及び／又はヒンジブラケットが軸方向におけるねじり力を受けさせられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】EP1577693A2
【特許文献２】DE19901295A1
【特許文献３】WO2005/101131A1
【特許文献４】DE10051706A1
【特許文献５】DE102007030579A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明によって解決されるべき課題は、内側取付けリングに取り付けられる光学要素、特にレンズの高感度調整を可能にするモノリシックマウントを利用可能にすることであり、当該マウントは、好ましくは横方向及び軸方向の高い剛性を有し、且つ、当該内側取付けリングは、好ましくは低い張力を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この課題は、請求項１の特徴を備えた光学マウントによって解決される。
【００１９】
有用な実施形態及び改良が従属請求項から得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】屈曲レバーマニピュレーターユニットの第一実施形態３．１を備えた、本願発明にしたがうマウントの上面図を示す。
【図２ａ】屈曲レバーマニピュレーターユニットの第一実施形態３．１を通った部分図を示す。
【図２ｂ】屈曲レバーマニピュレーターユニットの第一実施形態３．１のための示力図を示す。
【図３ａ】屈曲レバーマニピュレーターユニットの第二実施形態３．２を通った部分図を示す。
【図３ｂ】屈曲レバーマニピュレーターユニットの第二実施形態３．２のための示力図を示す。
【図４ａ】屈曲レバーマニピュレーターユニットの第三実施形態３．３を通った部分図を示す。
【図４ｂ】屈曲レバーマニピュレーターユニットの第三実施形態３．３のための示力図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図面に基づく実施例を介して、本発明が以下により詳細に記述される。
【００２２】
図１に示される本発明にしたがうモノリシック光学マウントは、レンズマウントである。特許文献１から知られる従来技術のマウントのように、それは、回転対称体から作られ、材料におけるいくつかの切断部によって固定外側取付けリング１と横方向に調整可能な内側取付けリング２とに分けられる。
【００２３】
材料における切断部は、互いに対して１２０°オフセットされた３つのマニピュレーターユニットを作り出し、それを用いて、力の作用点に調整可能な動作を生じさせる作用力であって、略半径方向の作用力ＦＲが導入されたときに、内側取付けリング２の中心を、レンズの光軸に垂直な面において、外側取付けリング１の中心に向かって横に変位させることができる。
【００２４】
本発明にしたがうマウントは、屈曲レバー機構として構成され、以下では屈曲レバーマニピュレーターユニット３と呼ばれるマニピュレーターユニットが特別な構成を有している点で、従来技術から知られたマウントとは異なる。
【００２５】
図１は、屈曲レバーマニピュレーターユニットの第一実施形態３．１を備えたレンズマウントを示す。
【００２６】
図２ａ、図３ａ及び図４ａは、材料における切断部の異なるオリエンテーション乃至幾何学的配置をよりよく図解するために、屈曲レバーマニピュレーターユニットの異なる実施形態３．１、３．２及び３．３の部分図を示す。
【００２７】
図２ｂ、図３ｂ及び図４ｂは、これらユニットに関連する示力図を示す。
【００２８】
図１、図２ａ及び図２ｂに示される屈曲レバーマニピュレーターユニットの第一実施形態３．１は、屈曲レバー撓みヒンジ６．１を介して第二要素５．１と接続される第一要素４．１を備えた屈曲レバーを備えて成る。
【００２９】
屈曲レバーの調整可能範囲内で、第一要素４．１と第二要素５．１とは、いずれの位置においても、１８０°よりも小さな屈曲角度α（その角度は調整可能な動作で変化する）を形成し、本発明の状況における屈曲角度αは、常に第一要素４．１と第二要素５．１との間で小さめの角度を特定する。
【００３０】
第一要素４．１の他方の端部は、第一撓みヒンジ７．１を介して内側取付けリング２に接続される。
【００３１】
第二要素５．１の他方の端部は、第二撓みヒンジ８．１を介して外側取付けリング１に接続される。
【００３２】
示された実施形態において、例えば、屈曲レバーの２つの要素４．１と５．１とは、同じ長さを有する。
【００３３】
この屈曲レバーマニピュレーターユニットの第一実施形態３．１は、屈曲レーバー撓みヒンジ６．１の方向に向けられるアクチュエーター（図示せず）によって操作される。
【００３４】
図３ａ及び３ｂに示される屈曲レバーマニピュレーターユニットの第二実施形態３．２は、それが第二要素５．２に固定式に接続される追加レバー９．２を有する点で、第一実施形態３．１とは機械的に異なる。屈曲レバーの第二要素５．２とレバー９．２とは、固定角度βを囲む。２つの撓みヒンジ７．２、８．２と屈曲レバー撓みヒンジ６．２とは、屈曲レバーマニピュレーターユニットの第一実施形態３．１の撓みヒンジ７．１、８．１及び屈曲レバー撓みヒンジ６．１と同様に構成される。アクチュエーター（図示せず）がレバー９．２の自由端部に作用する。
【００３５】
第二実施形態３．２と比較して、図４ａ及び４ｂに示される屈曲レバーマニピュレーターユニットの第三実施形態３．３における外側取付けリング１への接続は、今まで記述された実施形態とは異なる。
【００３６】
先に記述された実施形態において、この接続は、第二撓みヒンジ８となって現れている。すなわち、当該接続は、材料の隣接領域に対してテーパをつけられる。このテーパを、局所的に限定された領域内で、材料における隣接する切断部の一方又は両方を広げることにより形成することができる。
【００３７】
屈曲レバーマニピュレーターユニットの第三実施形態３．３において、外側取付けリング１への接続は、テーパをつけられておらず、したがって、撓みヒンジという意味での機械要素ではなく、代わりに、第二要素５．３に固定式に接続される追加レバー９．３のための固定拘束（fixed constraint）１０．３である。
【００３８】
屈曲レバーマニピュレーターユニットの第三実施形態３．３に備えられる、第一要素４．３、第一撓みヒンジ７．３、及び、屈曲レバー撓みヒンジ６．３の構成は、屈曲レバーマニピュレーターユニットの第二実施形態３．２の第一要素４．２、第一撓みヒンジ７．２、及び、屈曲レバー撓みヒンジ６．２の構成と同一である。
【００３９】
先に説明された３つの屈曲レバーマニピュレーターユニット３の実施形態の作動機構は、作動する際に屈曲レバーマニピュレーターユニット３のそれぞれが機械要素として作用する一方で、他の２つが固定支点を形成する点で同一である。
【００４０】
固定支点のそれぞれの第一撓みヒンジ７上で、内側取付けリング２に対する接線を想起した場合に、固定支点の極（pole）は、２つの接線の交点に配置される。機械要素として作用する屈曲レバーマニピュレーターユニット３を作動させることによって、極まわりの内側取付けリング２の中心の動作が開始される。作動させられる屈曲マニピュレーターユニット３と、極との間の非常に大きな間隔、及び、内側取付けリング２の中心の比較的に非常に小さな変位のために、動作、故に変位がおよそ直線状であると考えることができる。
【００４１】
半径方向力ＦＲの作用点で生じた調整動作と、本発明にしたがう屈曲レバーマニピュレーターユニット３を備えた内側取付けリング２の中心の変位動作との間の伝達率は、
・レバー９のたわみ、
・屈曲角度α、
・第一要素４及び第二要素５の長さと、それらの互いに対する長さ比、及び
・第二要素５とレバー９との間の長さ比、
によって決定される。
【００４２】
固定支点の役割をする２つの屈曲レバーマニピュレーターユニット３に関連して、伝達率はまた、
・固定支点の役割をする屈曲レバーマニピュレーターユニット３の第一撓みヒンジ７の極からの間隔と、機械要素として作用する屈曲レバーマニピュレーターユニット３の第一撓みヒンジ７の内側取付けリング２の中心からの間隔との間の長さ比、
によって決定される。
【００４３】
屈曲レバーマニピュレーターユニットの第一実施形態３．１を作動させるために、調整動作を生じさせる半径方向力ＦＲが屈曲レバー撓みヒンジ６．１に加えられる。
【００４４】
屈曲レバーマニピュレーターユニットの他の２つの実施形態３．２、３．３においては、レバー９の自由端部に作用する半径方向力ＦＲによって、調整可能な動作が生じさせられる。
【００４５】
屈曲レバーマニピュレーターユニット３での調整可能な動作に比例する内側取付けリング２の変位で、このリングの中心は、外側取付けリング１の中心に由来する座標を備えた理論上のデカルト座標系における変化ｘ及びｙ軌跡で流跡線（path line）を描く。
【００４６】
３つの屈曲レバーマニュニピレーター３の全てにわたり、動作経路を重ねることにより、内側取付けリング２のいかなる中心位置をも、意図した変位範囲内で外側取付けリング１の中心に対して調整することができる。調整可能な動作と変位動作とは、概してμｍ範囲内であり、伝達率は、特に１：１０から１：２０までの範囲にあって、極めて高い伝達率が、屈曲角度αがおよそ１８０°であるときに可能である。
【００４７】
屈曲レバー機構の形態でのマニピュレーターユニットの長所は、特に、一方では、屈曲角度αの選択により、広い限度内で伝達率を調整することが可能であること、及び、他方では、これら機構が、従来から知られたレバー機構と対比して、内側取付けリング２及び外側取付けリング１の軸に対して著しく高い長手方向及び横断方向剛性を有することである。これは、撓みヒンジの方に減退乃至減衰させられる材料を減少する一方で、内側取付けリング２と外側取付けリング１との間の接続部の役割をする剛性決定要素が比較的厚い壁部を有することを確実にする。
【００４８】
達成可能な剛性に関しては、外側取付けリング１への接続部が材料の減衰（weakening）を有さないので、屈曲レバーマニュニピレーターの第三実施形態３．３が特に有用である。内側取付けリング２は、張力が撓みヒンジ７、８の周辺環境に限定されて残るので、動作の全範囲にわたってほとんど張力がなく維持される。結果として、内側取付けリング２は、操作に必要な力から完全に切り離される。
【００４９】
レバー及び要素の長さ及び厚みと、張力のない乃至張力フリーな状態における屈曲角度αとは、レンズマウントの寸法及びその材料定数に応じて選択され、当該材料定数は、所望の伝達率を、故に、内側取付けリング２に取付けられたレンズを変位させるために要求される感度を得られるように撓みを決定する。
【００５０】
同様に、作り出された撓みヒンジ７、８の領域における材料の減衰の程度は、最適化の問題である。
【００５１】
屈曲レバーマニュニピレーターの第一実施形態３．１は、非常にわずかな空間だけを要求する長所を有する。
【００５２】
屈曲レバーマニュニピレーターの第三実施形態３．３は、そのようなユニットの最も有用な実施形態であることが見出された。それは、最も高い感度と剛性とによって特徴付けられる。
【符号の説明】
【００５３】
１        固定外側取付けリング
２        調整可能な内側取付けリング
３．１    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第一実施形態
３．２    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第二実施形態
３．３    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第三実施形態
４．１    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第一実施形態３．１の屈曲レバーの第一要素
４．２    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第二実施形態３．２の屈曲レバーの第一要素
４．３    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第三実施形態３．３の屈曲レバーの第一要素
５．１    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第一実施形態３．１の屈曲レバーの第二要素
５．２    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第二実施形態３．２の屈曲レバーの第二要素
５．３    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第三実施形態３．３の屈曲レバーの第二要素
６．１    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第一実施形態３．１の屈曲レバー撓みヒンジ
６．２    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第二実施形態３．２の屈曲レバー撓みヒンジ
６．３    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第三実施形態３．３の屈曲レバー撓みヒンジ
７．１    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第一実施形態３．１の第一撓みヒンジ
７．２    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第二実施形態３．２の第一撓みヒンジ
７．３    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第三実施形態３．３の第一撓みヒンジ
８．１    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第一実施形態３．１の第二撓みヒンジ
８．２    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第二実施形態３．２の第二撓みヒンジ
９．２    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第二実施形態３．２のレバー
９．３    屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第三実施形態３．３のレバー
１０．３  屈曲レバーマニュニピレーターユニットの第三実施形態３．３の固定拘束
α        屈曲角度
β        角度
ＦＲ      半径方向力
【図１】
2010002904.tif 000003
【図２ａ】
2010002904.tif 000004
【図２ｂ】
2010002904.tif 000005
【図３ａ】
2010002904.tif 000006
【図３ｂ】
2010002904.tif 000007
【図４ａ】
2010002904.tif 000008
【図４ｂ】
2010002904.tif 000009
【外国語明細書】
2010002904000001.pdf
2010002904000002.pdf
2010002904000003.pdf
2010002904000004.pdf