(57)【要約】【課題】光学系を収納した鏡筒の後端部にセラミック製の筐体をもつイメージインテンシファイアを連結するにあたり、鏡筒に衝撃や振動が加わっても筐体に損傷が及ばないようにし、かつイメージインテンシファイアの光電面と光学系の結像面とがずれないように安定に保持する。【解決手段】鏡筒３の後端部に固定される連結リング６に保持筒７を固定する。保持筒７の内径をイメージインテンシファイア８の筐体８ａの外径よりも大きくする。保持筒７に、その外周面から内周面に達する複数の貫通穴７ｂを設ける。保持筒４の内周面と筐体８ａの外周面との間に生じた隙間を埋めるように、貫通穴７ｂのそれぞれからシリコン樹脂１５を充填する。シリコン樹脂１５は、保持筒４の内周面と筐体８ａの外周面とを接着し、かつ両者間で機械的な衝撃を吸収する弾性体として機能する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を収納した鏡筒の後端部に、セラミック製の円筒形の筐体と前記筐体の中空部に収容された光電子増倍部とからなるイメージインテンシファイアを連結して保持するイメージインテンシファイアの保持装置において、
前記鏡筒の後端部に前記光学系の光軸方向に位置調節して固定され、中央部に撮影開口が形成された連結リングと、
前記筐体の外径よりも大きな内径の中空部をもち、この中空部内に前記イメージインテンシファイアを収容するとともに前記鏡筒の内部に収まるように前記連結リングの前面に固定され、外周面から前記中空部に達する複数の貫通穴が形成された保持筒と、
前記保持筒の前面に固定され、前記筐体の前面を規制するとともに前記光電子増倍部の前面を露呈させる開口が形成された規制リングと、
前記複数の貫通孔を通して注入され、前記保持筒の内周面と前記筐体の外周面との間の隙間を貫通穴の位置ごとに離散的に埋める弾性充填剤と、
を備えたことを特徴とするイメージインテンシファイアの保持装置。
【請求項２】
前記規制リングに、前記筐体の前面を部分的に露呈させる小穴が形成され、この小穴を通して前記規制リングと前記筐体との間を小穴の位置ごとに部分的に埋める前記弾性充填剤を充填したことを特徴とする請求項１記載のイメージインテンシファイアの保持装置。
【請求項３】
前記貫通穴と前記小穴とがイメージインテンシファイアの円周方向に関してずらした位置にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のイメージインテンシファイアの保持装置。
【請求項４】
前記連結リングの背面に撮影鏡筒が固定され、前記撮影鏡筒には前記光電子増倍部の後端面に形成された画像を撮影するカメラが組み込まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のイメージインテンシファイアの保持装置。
【請求項５】
前記弾性充填剤がシリコン樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のイメージインテンシファイアの保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイメージインテンシファイアを光学系の鏡筒に連結して保持する保持装置に関するもので、詳しくは人工衛星や宇宙探査機などの宇宙航行体に光学系とともに搭載されるイメージインテンシファイアの保持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光電子増倍管は、光入射によって光電面から放出された光電子を二次電子放出面に加速して衝突させ、この二次電子放出面から放出された二次電子をさらに次段の二次電子放出面に入射させることによって次々と電子数を増大させる作用をもつ。そして、二次電子放出面の段数によっては初段の光電子による信号レベルを数十万倍以上に増大させることも可能で、極めて微弱な光入射であっても高いＳＮ比で検出することができる。
【０００３】
マイクロチャンネルプレート（以下、ＭＣＰ）は、原理的には微細化した上記光電子増倍管の多数を束ねてプレート状にし、個々の光電子増倍管がそれぞれ一画素に相当する光センサとして機能するようにしたもので、暗くて低コントラストの画像を明るい高コントラストの画像に変換するイメージインテンシファイアに用いられている。ＭＣＰを多段に連結してさらに高レベルの信号出力を得るようにし、また初段の光電面の分光感度を変えて赤外線画像やＸ線画像を明瞭に可視化できるようにする工夫もなされ、イメージインテンシファイアは様々な分野で利用されている。
【０００４】
このようなイメージインテンシファイアは、星野観察や様々な天体観測の目的で、光学系と組み合わせた形で人工衛星や宇宙探査機などの宇宙航行体にも利用されている。よく知られるように、宇宙航行体は太陽光が照射されるか否かによって環境温度が大きく変化し、人工衛星の場合ではその内部でも−３０°Ｃ〜８０°Ｃ程度の寒暖の差が生じる。こうした温度変化は衛星内部の光学系にも結像性能の劣化などの悪影響を及ぼすことから、例えば特許文献１〜３で知られるように光学系の保持手法や温度制御手法、また保持部品の素材などについて工夫されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８８０１０号公報
【特許文献２】特開平１１−２４９０３９号公報
【特許文献３】特開２００２−２０２１８７号公報
【０００６】
ところで、一般にイメージインテンシファイアはその駆動時に数百ボルト以上の電圧を要するため、外装となる筐体には高い絶縁性をもつセラミック材が使用されている。そして、これまではこのセラミック製の筐体が、光学系を内部に収容した鏡筒の後端部に強固にボルト止めされ、イメージインテンシファイアの光電面が光学系の結像面と一致するように位置決めされている。したがって、上記特許文献記載の手法などにより光学系の結像面を安定に保つことによって、温度の変化によらず鮮明な画像を得ることが可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが宇宙航行体にはその打ち上げ時に過大な衝撃が加わり、内部に搭載された様々な観測機器にもその衝撃が及ぶことが避けられない。イメージインテンシファイアの筐体に用いられているセラミックは高硬度ではあるが脆性破壊しやすい材料であるため、打ち上げ時の衝撃や振動が鏡筒後端部とイメージインテンシファイアとの連結部に加わったときに、セラミック製の筐体にクラックやカケが発生するおそれがある。
【０００８】
また、機械的に強固に固定する代わりにバネ片などを併用して筐体を光学系鏡筒の後端部に弾性的に圧着させる構造にすると、衝撃や振動でバネ片と筐体とが擦れ合うとセラミックの粉が発生して光学系やイメージインテンシファイアに悪影響を与えることが懸念される。さらに、筐体の固定に用いられているボルトやバネ片などの金属部品は温度変化に伴って膨張・収縮を繰り返すことになるから、筐体への締め付け荷重が間断なく変化して脆性破壊が助長され、あるいは筐体との接触部分では擦れ合いが繰り返され粉をより発生させる原因になる。
【０００９】
本発明は上記背景を考慮してなされたもので、光学系の鏡筒にイメージインテンシファイアの筐体を連結するにあたり、環境温度が大幅に変化しても光学系の結像面からイメージインテンシファイアの光電面がずれないように安定に維持し、さらに宇宙航行体の打ち上げ時の過大な衝撃や振動に対しても筐体にクラックやカケが生じないようにしたイメージインテンシファイアの固定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明装置は、光学系を収納した鏡筒の後端部に、セラミック製の円筒形の筐体と前記筐体の中空部に収容された光電子増倍部とからなるイメージインテンシファイアを連結して保持するにあたり、前記鏡筒の後端部に前記光学系の光軸方向に位置調節して固定され、中央部に撮影開口が形成された連結リングと、前記筐体の外径よりも大きな内径の中空部をもち、この中空部内に前記イメージインテンシファイアを収容するとともに前記鏡筒の内部に収まるように前記連結リングの前面に固定され、外周面から前記中空部に達する複数の貫通穴が形成された保持筒と、前記保持筒の前面に固定され、前記筐体の前面を規制するとともに前記光電子増倍部の前面を露呈させる開口が形成された規制リングと、前記複数の貫通孔を通して注入され、前記保持筒の内周面と前記筐体の外周面との間の隙間を貫通穴の位置ごとに離散的に埋める弾性充填剤とから構成される。
【００１１】
前記規制リングに、その前面から背面に貫通して、前記筐体の上部に形成することで前記筐体を部分的に露呈させる小穴が形成され、この小穴を通して前記規制リングと前記筐体との間を小穴の位置ごとに離散的に埋める前記弾性充填剤を充填しておくことも有効である。
これらの場合には前記貫通穴と前記小穴とがイメージインテンシファイアの円周方向に関してずらした位置にそれぞれ設けられている方が望ましい。さらに前記連結リングの背面に、前記光電子増倍部の後端面に形成された画像を撮影するカメラを組み込んだ撮影鏡筒を固定することも有効である。また、前記弾性充填剤にはシリコン樹脂を効果的に用いることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、イメージインテンシファイアのセラミック製の筐体が光学系を収納した鏡筒に直接機械的に固定されていないから、これらの連結部に過大な衝撃や振動が及んだとしても筐体にクラックやカケが生じることがない。そして、環境温度が大幅に変化するようなことがあっても、光学系の結像面とイメージインテンシファイアの光電面とがずれることはなく、しかも筐体に対する締め付け荷重が変化したり筐体と機械部品とが擦れ合ったりすることもないので、セラミック製の筐体に悪影響を及ぼすこともない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】鏡筒にイメージインテンシファイアを接続した状態の要部断面図である。
【図２】イメージインテンシファイアの保持装置の概略を示す第１実施形態の分解斜視図である。
【図３】イメージインテンシファイアの保持装置の第１実施形態の要部断面図である。
【図４】イメージインテンシファイアの保持装置の第１実施形態の正面図である。
【図５】イメージインテンシファイアの保持装置の第２実施形態の分解斜視図である。
【図６】イメージインテンシファイアの保持装置の第２実施形態の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔第１実施形態〕
人工衛星に搭載される撮影装置に本発明を用いた第１実施形態を図１に示す。この撮影装置は、光学系として望遠レンズ２を収容した鏡筒３と、この鏡筒３に連結されたカメラモジュール５とからなる。なお、光学系には星野撮影用の広角レンズなど、その用途に応じて適宜のものを用いることができる。鏡筒３には据え付け用のフランジ４が一体に設けられ、フランジ４をボルト止めすることにより、この撮影装置は人工衛星内の所要部に固定される。人工衛星の内部では温度環境が大きく変化するが、望遠レンズ２及び鏡筒３は公知の手法で結像性能がほとんど変化しないように工夫されている。
【００１５】
鏡筒３の後端部の内周面にネジ条３ａが形成され、中央部に撮影開口６ａ（図２）が形成され外周面にネジ条が形成された連結リング６が螺合して固定されている。連結リング６の前面側には保持筒７を介してイメージインテンシファイア８が取り付けられている。イメージインテンシファイア８は、円筒形状をしたセラミック製の筐体８ａと、筐体８ａの中空部内に区画された真空室内に設けられた光電子増倍部８ｂとからなり、全体として円柱形状となっている。
【００１６】
光電子増倍部８ｂは、前面側から順に、光電面が形成された透明な入射窓、公知のマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）、前面に蛍光面が形成されたファイバープレートを配列して構成され、さらに光電面から放出された光電子を加速してＭＣＰに入射させる加速電極、ＭＣＰに電圧勾配を与える電極、ＭＣＰから出射する二次電子をファイバープレートの蛍光面に衝突させる加速電極などが設けられている。電極のそれぞれに電圧信号を印加するために筐体８ａからはコードが引き出されているが、その図示は省略してある。
【００１７】
保持筒７の前面には規制リング９が固定されている。この規制リング９は、後端が連結リング６の前面で規制された筐体８ａの前面に位置し、イメージインテンシファイア８が前方に移動しないように規制するとともに、その中央に形成された開口９ａを通して光電子増倍部８ｂの前面を露呈させる。入射光量に応じた数の光電子を放出する光電面１０は、光電子増倍部８ｂの透明な入射窓の背面側に形成されているが、便宜上、ここでは光電子増倍部８ｂの前面に一致させて図示してある。
【００１８】
カメラモジュール５を示す図２及び図３において、連結リング６の前面に形成されたネジ穴６bに六角穴付きのボルト１２を締めることによって保持筒７が連結リング６の前面に強固にボルト止めされる。ボルト１２は、規制リング９、保持筒７のそれぞれの挿通穴９ｂ，７ａを通してネジ穴６ｂに締め付けられ、イメージインテンシファイア８にはボルト１２による機械的な締め付け力が直接的に及ぶことがないようにしてある。
【００１９】
保持筒７の内径は筐体８ａの外径よりもわずかに大きく（例えば０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度）、保持筒７の内周面と筐体８ａの外周面との間にはクリアランスがある。したがって、イメージインテンシファイア８には機械的な拘束力が及ばず、イメージインテンシファイア８は保持筒７の内部で望遠レンズ２の光軸２ａ方向に移動し、また光軸２ａ回りに回転することにもなるが、その固定のために弾性充填剤が用いられる。
【００２０】
弾性充填剤でイメージインテンシファイア８を保持筒７に保持するために、保持筒７にはその外周面から内周面に達する貫通穴７ｂが形成されている。これらの貫通穴７ｂは、保持筒７の外周を等分する３個所に、また、光軸方向に関しては略中間となる位置に設けられている。連結リング６にイメージインテンシファイア８を組み付ける際には、保持筒７の中空部内にイメージインテンシファイア８ａを収め、さらに規制リング９を前面に被せてからボルト１２を締め付ける。そして、保持筒７の貫通穴７ｂから弾性充填剤として好適なシリコン樹脂１５を注入する。
【００２１】
図３及び図４に示すように、このとき、シリコン樹脂１５として適度の粘性を有するものを用いて注入量を調節することによって、シリコン樹脂１５は貫通穴７ｂの位置ごとに部分的に保持筒７の内周面と筐体８ａの外周面との隙間を埋めるように充填され、しかも円周方向と光軸方向については周囲に空間を残したまま硬化する。シリコン樹脂１５は硬化後であっても適度な弾力性を有しているから、イメージインテンシファイア８は、その外周の三箇所がシリコン樹脂１５の弾力性を利用して保持筒７の内部に安定に支持されるようになる。なお、図４では、保持筒７の内部にシリコン樹脂１５を充填した様子を表すために、保持筒７及び規制リング９を部分的に破断して示した。
【００２２】
一方、イメージインテンシファイア８を光軸方向に関して高精度で保持することができるように、規制リング９には筐体８ａを部分的に露呈させる小穴９ｃが形成されている。保持筒７の前端面の方が筐体８ａの前面よりもわずかに前方に突出しているので、規制リング９と筐体８ａの前面との間には隙間が生じているが、小穴９ｃを通してシリコン樹脂１５を充填することによって、規制リング９と筐体８ａの前面との間の隙間を部分的に埋めることができる。小穴９ｃは規制リング９の円周を三等分する位置にそれぞれ設けられているため、イメージインテンシファイア８は硬化後のシリコン樹脂１５が持つ弾力性により後方へと付勢され、その後端が連結リング６の前面に押し当てられ、イメージインテンシファイア８は光軸２ａ方向に関しては連結リング６の前面に押し当てられ、イメージインテンシファイア８は光軸２ａ方向に関しては連結リング６の前面を基準に位置決めされるようになる。なお、小穴９ｃと貫通穴７ｂとは円周方向でずらしておくのがよく、バランス的には貫通穴７ｂと小穴９ｃとを光軸２ａに関して互いに３０°ずらした位置にしておくとよい。
【００２３】
図３に示すように、連結リング６は、イメージインテンシファイア８だけでなく撮影鏡筒を保持するために用いられている。撮影鏡筒１７の後端には、ＣＣＤ型あるいはＣＭＯＳ型の固体撮像素子や、この固体撮像素子で撮像して得られた画像データを記録する記録装置を含む撮像ユニット１８が組み付けられ、光電子増倍部８ｂの後端面２０に伝達された画像は、連結リング6の撮影開口６ａを通して結像レンズ２２によって固体撮像素子の撮像面上に結像される。
【００２４】
この撮影鏡筒１７は、前端のフランジ部をボルト止めすることによって連結リング６の背面に固定される。なお、図示は省略したが、撮像ユニット１８及び結像レンズ２２はピント合わせのためにそれぞれ光軸方向に移動調整した後に固定することができ、さらに撮像ユニット１８については、撮像して得られる画像の上下が一定になるように光軸回りに回転調節してから固定できるようにしておくことが望ましい。
【００２５】
図３に示すように組み立てられたカメラモジュール５は、連結リング６により鏡筒３の後端に一体に連結される。連結リング６の螺合量を調節することにより保持筒７とともにイメージインテンシファイア８を光軸２ａ方向に移動し、望遠レンズ２の結像面にイメージインテンシファイア８の光電面を一致させることができる。例えば、点光源からの光束をコリメータを通して望遠レンズ２に入射させ、固体撮像素子から得られる画像信号を確認しながら連結リング６の螺合量を調節すればよい。望遠レンズ２の結像面とイメージインテンシファイア８の光電面１０とを合致させた後、連結リング６は接着剤あるいは固定用のネジなどを用いて鏡筒３に固着される。
【００２６】
光電子増倍部８ｂは、望遠レンズ２で結像された画像を増倍してその後端面２０に伝達する作用を行うから、上記のように連結リング６の螺合量を調節してイメージインテンシファイア８が任意の回転位置で位置決めされたとしても、後端面２０に伝達される画像の姿勢は何ら変わることはない。ただし、撮像ユニット１８に組み込まれた固体撮像素子の方は画面に上下左右の方向性をもつから、連結リング６を固定した後に前述した回転位置調節を行えばよい。
【００２７】
上記構成によれば、人工衛星の打ち上げに際して大きな衝撃が鏡筒３に加わり、その衝撃や振動がそのまま保持筒７に伝わってもシリコン樹脂１５が緩衝剤として機能し、イメージインテンシファイア８への衝撃や振動は軽減される。そして、規制リング９と筐体８ａとの間にシリコン樹脂１５が充填されているので、イメージインテンシファイア８の位置を保ちながら、機械的に過大な力が直接及ぶことがないように保持されている。だから、筐体８ａを含むイメージインテンシファイア８が損傷を受けることがない。
【００２８】
また、イメージインテンシファイア８は保持筒７の内周面にシリコン樹脂１５により固定され、さらにイメージインテンシファイア８は、後端面が連結リング６の前面で、前端面が規制リング９の小穴９ｃから充填されたシリコン樹脂１５を介して光軸２ａ方向に移動しないように規制されているから、イメージインテンシファイア８の光電面１０が望遠レンズ２の結像面からずれることはない。なお、光軸２ａに交差する方向から衝撃が加わり、イメージインテンシファイア８が光軸２ａと直交する方向にシフトしたとしても、結像上の問題は何ら生じることはない。
【００２９】
〔第２実施形態〕
図５及び図６に示す実施形態では、前述した第１実施形態で用いられた規制リング９に変えて、内周側に向けてバネ片９ｄを突設した規制リング３０が用いられている。バネ片９ｄは規制リング３０の内周を等分する三箇所に形成され、その先端が筐体８ａの前面に軽く接する程度に後方に折り曲げられている。バネ片９ｃのそれぞれには根元側に小穴９ｃが形成され、この小穴９ｃを通してシリコン樹脂１５を注入し、バネ片９ｃと筐体８ａの前面との隙間に充填することができるようにしてある。なお、図６では、図４と同様に保持筒７及び規制リング３０を部分的に破断して示している。
【００３０】
バネ片９ｄの付勢力は弱くしてあるため、小穴９ｃを通してバネ片９ｄと筐体８ａの前面との間の隙間を埋めるように粘性のあるシリコン樹脂１５を充填していくと、バネ片９ｄの先端がシリコン樹脂１５によって押し上げられ、筐体８ａの前面から浮き上がる。そしてシリコン樹脂１５が硬化した状態では、シリコン樹脂１５の弾力性に加え、バネ片９ｄの付勢力もイメージインテンシファイア８を後端側に押し付ける付勢力となり、先の実施形態と同様に、イメージインテンシファイア８は連結リング６の前面を基準にして位置決めされるようになる。したがって、光軸２ａ方向に関して連結リング６を鏡筒３に対して正しく位置決めしておけば、衛星打ち上げ時の衝撃や振動にかかわらず、常にイメージインテンシファイア８の光電面を望遠レンズ２の結像面に一致させた状態にしておくことができる。
【００３１】
望遠レンズ２の画像がイメージインテンシファイア８の光電面１０に結像されると、光学像の二次元の明暗分布に対応した個数の光電子が光電面１０から放出され、その各々は加速電極の加速作用により直進してＭＣＰの入射面に達する。ＭＣＰの入射面には微細な光電子増倍管の入射端が稠密に配列され、その個々に入射した光電子は、それぞれの管壁に形成された二次電子放出面に次々と衝突しながら二次電子の放出個数を増大させる。そして、微細な光電子増倍管の出射端からは入射した光電子の数に比例した多数の二次電子が放出され、極細の光ファイバーを束ねたファイバープレート前面の蛍光面に衝突する。蛍光面は衝突した二次電子の個数に応じた明るさで発光し、ファイバープレートの後端面に伝達される。ファイバープレートの後端面が光電子増倍部８ｂの後端面となっているから、その画像が撮像ユニット１８で撮像・記録される。
【００３２】
人工衛星内の温度環境の変化に伴ってシリコン樹脂１５がわずかながら膨張・収縮を繰り返したとしてもシリコン樹脂１５は弾性充填剤の作用も備えているから、シリコン樹脂１５は保持筒７の内周面と筐体８ａとの隙間内で膨張収縮するだけでイメージインテンシファイア８を光軸２ａ方向に移動させることはない。したがって、望遠レンズ２の画像を常にイメージインテンシファイア８の光電面１０上に結像させることができる。さらに、シリコン樹脂１５は真空中で放出されるアウトガスも微量であるという特長をもつから、人工衛星内で使用してもその周囲を放出ガスで汚すことがなく、望遠レンズ２の光学面やイメージインテンシファイア８の透明窓の表面を曇らせたりするおそれもない。
【００３３】
以上、人工衛星に搭載される撮影装置に好適なイメージインテンシファイアの保持装置について説明してきたが、本発明は特に温度が大きく変動する環境下で使用される撮影装置、例えば日中と夜間で気温が大きく変動する場所で、イメージインテンシファイアを夜間の監視用途で利用する場合などにも効果的に用いることができる。また、保持筒の内周面とイメージインテンシファイアの筐体外周面との間を埋める作用をもつ弾性充填剤には、弾性を有する材料であれば別のものを利用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
２  望遠レンズ
３  鏡筒
５  カメラモジュール
６  連結リング
７  保持筒
８  イメージインテンシファイア
８ａ  筐体
８ｂ  光電子増倍部
９、３０  規制リング
１０  光電面
１７  撮影鏡筒
１８  撮像ユニット
【図１】
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【図２】
2010245677.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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