(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力部、及び出力部を有する光学アセンブリフレームと、
前記光学アセンブリフレームの前記入力部に配置される対物レンズアセンブリであって、ＸＹＺ直交座標のＺ方向に延伸する対物レンズ光軸を有する対物レンズアセンブリと、
前記光学アセンブリフレームの前記出力部に配置される接眼レンズアセンブリであって、前記対物レンズ光軸に平行であり、かつ前記対物レンズ光軸から２ΔＸの距離オフセットされる接眼レンズ光軸を有する接眼レンズアセンブリと、
前記対物レンズアセンブリ、及び前記接眼レンズアセンブリの間に配置される画像増強管であって、前記対物レンズ光軸、及び前記接眼レンズ光軸に平行な画像増強管光軸を有し、前記画像増強管光軸は、前記対物レンズ光軸、及び前記接眼レンズ光軸の双方から半分オフセットされ、その距離は前記ＸＹＺ直交座標のＸＹ平面にあり且つ２ΔＸの半分であるΔＸである画像増強管と、
前記画像増強管の周囲に配置され、前記光学アセンブリフレームに結合される画像増強管コレットと、を具備し、
前記画像増強管コレットは、前記光学アセンブリフレームに前記画像増強管を固定する、ことを特徴とする光学システム。
【請求項２】
前記画像増強管は、反転画像増強管を具備する請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記反転画像増強管は、前記接眼レンズアセンブリに前記対物レンズアセンブリを光学的な位置合わせする請求項２に記載の光学システム。
【請求項４】
前記画像増強管と、前記接眼レンズアセンブリとの間の空間をさらに具備する請求項１に記載の光学システム。
【請求項５】
前記画像増強管コレットは、前記フレームの前記入力部に調整可能なように結合される請求項１に記載の光学システム。
【請求項６】
対物レンズアセンブリホルダを有する入力部、及び
接眼レンズアセンブリホルダを有する出力部、
を含む光学フレームと、
前記対物レンズアセンブリホルダ内部に配置される対物レンズアセンブリであって、対物レンズ光軸を有する対物レンズアセンブリと、
前記接眼レンズアセンブリホルダ内部に配置される接眼レンズアセンブリであって、前記対物レンズ光軸に平行であり、かつ前記対物レンズ光軸から２ΔＸの距離離される接眼レンズ光軸を有する接眼レンズアセンブリと、
前記対物レンズアセンブリ、及び前記接眼レンズアセンブリの間に配置され、かつ前記対物レンズアセンブリに近接する前記フレームに結合される反転画像増強管であって、前記対物レンズ光軸、及び前記接眼レンズアセンブリ軸の間の２ΔＸの半分であるΔＸの距離に配置される反転画像増強管軸を有する反転画像増強管と、を具備し、
前記光軸は互いに平行であり且つＸＹＺ直交座標のＺ方向に延伸し、ΔＸはＸＹＺ直交座標のＸＹ平面にある、ことを特徴とする光学システム。
【請求項７】
前記反転画像増強管は、前記光学フレームの前記入力部に結合される請求項６に記載の光学システム。
【請求項８】
前記画像増強管に固定され、かつ前記光学フレームに固定されるコレットをさらに具備する請求項７に記載の光学システム。
【請求項９】
前記対物レンズアセンブリは、前記コレットによって調整可能なように前記対物レンズアセンブリホルダに結合される請求項８に記載の光学システム。
【請求項１０】
視準合わせされた光学装置の製造方法であって、
ａ）入力部、及び出力部を有する光学アセンブリフレームを提供する工程と、
ｂ）対物レンズ光軸を有する対物レンズアセンブリを提供する工程と、
ｃ）前記光学アセンブリフレームの前記入力部に前記対物レンズアセンブリを固定的に結合する工程と、
ｄ）前記対物レンズ光軸に平行であり、かつ前記対物レンズ光軸から２ΔＸの距離オフセットされる接眼レンズ光軸を有する接眼レンズアセンブリを提供する工程と、
ｅ）前記光学アセンブリフレームの前記出力部に前記接眼レンズアセンブリを固定的に結合する工程と、
ｆ）前記対物レンズ光軸、及び前記接眼レンズ光軸に平行である画像増強管光軸を有する画像増強管を、前記対物レンズアセンブリ、及び前記接眼レンズアセンブリの間に挿入する工程と、
ｇ）前記対物レンズ光軸、及び前記接眼レンズ光軸の双方からΔＸの距離オフセットさせて前記画像増強管光軸を位置合わせする工程と、
ｈ）前記光学アセンブリフレームに前記画像増強管を固定する工程と、を具備し、
前記光軸は互いに平行であり且つＸＹＺ直交座標のＺ方向に延伸し、ΔＸはＸＹＺ直交座標のＸＹ平面にある、ことを特徴とする製造方法。
【請求項１１】
前記画像増強管挿入工程は、前記接眼レンズ光軸に前記対物レンズ光軸を光学的な位置合わせする工程を具備する請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
工程ｇ）は、前記画像増強管に位置合わせツールを結合する工程を具備する請求項１０に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
単眼鏡などのような単一動力の視覚補助装置において、装置は、出力光軸が入力光軸に一致するときに、装置に入射する光のビームが、装置に存在する光のビームに平行になるように、視準合わせされる。装置が製造される間、典型的には技術者は、装置を調整し、装置の互いに関連する構成素子を固定し、かつ装置が十分に視準合わせされたかを判定することが必要な双方向処理によって、光軸の位置合わせをする。装置が十分に視準合わせされていない場合、技術者は、先に固定された互いに関連する装置の構成要素を解放し、装置を再調整しなければならない。この処理によって、装置を所望の程度の視準に必ずしも視準合わせできない可能性がある。したがって、所望の程度の視準に出力光軸を入力光軸に視準合わせをする機構を含む単眼鏡を提供するニーズが存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
簡明にいうと、本発明は、光学システムとして提供される。光学システムは、光学アセンブリフレームであって、入力部と、出力部と、光学アセンブリフレームの入力部に配置される対物レンズアセンブリとを具備する。対物レンズアセンブリは、対物レンズ中央光軸を有する。接眼レンズアセンブリは、フレームの出力部に配置される。接眼レンズアセンブリは、対物レンズ中央光軸に平行であり、かつ対物レンズ中央光軸からある距離オフセットされる接眼レンズ中央光軸を有する。画像増強管は、対物レンズアセンブリと、接眼レンズアセンブリとの間に配置される。画像増強管は、対物レンズ中央光軸、及び接眼レンズ中央光軸に平行な画像増強管光軸を有する。画像増強管光軸は、対物レンズ中央光軸、及び接眼レンズ中央光軸の双方からほぼ半分の距離オフセットされる。
【０００３】
加えて、本発明は、対物レンズアセンブリホルダを有する入力部と、接眼レンズアセンブリホルダを有する出力部とを含む光学フレームを具備する光学システムをさらに提供する。対物レンズアセンブリは、対物レンズアセンブリホルダの内部に配置される。対物レンズアセンブリは、対物レンズアセンブリ軸を有する。接眼レンズアセンブリは、接眼レンズアセンブリホルダの内部に配置される。接眼レンズアセンブリは、対物レンズアセンブリ軸に平行であり、かつ対物レンズアセンブリ軸からある距離離される接眼レンズアセンブリ軸を有する。反転画像増強管は、対物レンズアセンブリと、接眼レンズアセンブリとの間に配置される。反転画像増強管は、対物レンズアセンブリに近接するフレームに結合され、対物レンズアセンブリ軸、及び接眼レンズアセンブリ軸の間の距離のほぼ半分の距離に配置される反転画像増強管軸を有する。
【０００４】
また、本発明は、視準合わせされた光学装置の製造方法であって、入力部、及び出力部を有する光学アセンブリフレームを提供する工程と、対物レンズ中央光軸を有する対物レンズアセンブリを提供する工程と、光学アセンブリフレームの入力部に対物レンズアセンブリを固定的に結合する工程と、対物レンズ中央光軸に平行であり、かつ対物レンズ中央光軸からある距離オフセットされる接眼レンズ中央光軸を有する接眼レンズアセンブリを提供する工程と、光学アセンブリフレームの出力部に接眼レンズアセンブリを固定的に結合する工程と、対物レンズ中央光軸、及び接眼レンズ中央光軸に平行である画像増強管光軸を有する画像増強管を、対物レンズアセンブリ、及び接眼レンズアセンブリの間に挿入する工程と、対物レンズ中央光軸、及び接眼レンズ中央光軸の双方からほぼ半分の距離オフセットさせて画像増強管光軸を位置合わせする工程と、光学アセンブリフレームに画像増強管を固定する工程とを具備する製造方法を提供する。
【０００５】
前述の要約は、以下の発明の典型的な実施形態の詳細な説明と同様に、本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付図面とともに理解するとき、より理解されることになる。本発明の説明のために、図示される典型的な実施形態に示される。しかしながら、本発明は、図示される精密な配置、及び手段に限定されないことを理解すべきである。図面において、いくつかの図を通して、同一の素子を示すために、同一の参照符号が採用される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の典型的な実施形態に従う単眼鏡の長手方向側面を示す図である。
【図２】主要な構成要素における位置合わせの相違を誇張して示す図１の単眼鏡のの長手方向側面を示す図である。
【図３】図１の単眼鏡の部分断面の長手方向側面を示す図である。
【図４】図２に示す主要な構成要素の軸の間の距離を概略的に示す図である。
【図５】図１の単眼鏡のフレームに結合されるコレットのフランジの一部の拡大された断面透視図である。
【図６】図１の単眼鏡に結合される位置合わせ装置を概略的に示す図である。
【図７】図１に示す２つの単眼鏡を組み合わせる双眼鏡の典型的な実施形態を概略的に示す図である。
【図８】図１の単眼鏡の光学的な位置合わせを実行する工程のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書において特定の専門用語が便宜上の理由のみで使用される。特定の専門用語は、本発明における限定として理解されることはない。専門用語は、具体的に言及される単語、専門用語の派生語、及び類似を意味する単語を含む。本明細書で使用するとき、用語「入力」は、本明細書で単眼鏡が使用位置にあるときにユーザからより遠い方向を意味するように規定され、用語「出力」は、本明細書で単眼鏡が使用位置にあるときにユーザにより近い方向を意味するように規定される。用語「光学的な位置合わせ」は、無限目標に焦点合わせされる装置の対物レンズアセンブリに、視準合わせされた光のビームを入力し、入力ビーム、及び出力ビームが平行になるようにゼロジオプタ（zero diopter）位置に設定される接眼レンズアセンブリから生じる視準合わせされた光のビームを出力する処理を意味するように規定される。
【０００８】
本発明の典型的な実施形態が以下に説明される。しかしながら、この開示に基づいて、本発明の典型的な実施形態により本発明が限定されないことを理解すべきである。
【０００９】
概して図を参照すると、本発明の典型的な実施形態に従う光学システムの内部構成要素は、単眼鏡１００として示される。典型的な単眼鏡１００は、単に単眼鏡として使用でき、また暗視ゴーグル（night vision goggle、ＮＶＧ）システム（図示せず）の一部として使用できる。暗視ゴーグルを使用して、暗い環境で可視性を強化するために環境光、又は赤外線光を増大する。単眼鏡１００は、頭部搭載システム、又は携帯システムの一部にできる。また、単眼鏡１００は、ライフル銃、さらに戦車などのような兵器システムの視界として使用できる。さらに、単眼鏡１００は、焦点合わせ、及び視準に必要な光学システムに組み込むことができる。
【００１０】
図１を参照すると、典型的な単眼鏡１００は、外部環境から光を受光する入力部１０２と、増強された画像をユーザ（図示せず）に伝送する出力部１０４とを含む。単眼鏡１００の主要な構成要素は、図１に示すように左から右に、出力部１０４の接眼レンズアセンブリ１１０と、画像増強管１２０と、入力部１０２の対物レンズアセンブリ１３０とであり、これら全ては、光学フレーム１４０に搭載される。
【００１１】
接眼レンズアセンブリ１１０は、内部に配置される複数の接眼レンズ（図示せず）を含んでもよい。複数の接眼レンズは、対物レンズアセンブリ１３０により最初に捕捉される画像の視準を合わせ、かつ画像を拡大する。さらに、接眼レンズアセンブリ１１０は、接眼レンズアセンブリ筐体１１２と、ｚ軸Ｚに概して平行に伸びる接眼レンズアセンブリ光軸１１４とを含む。
【００１２】
対物レンズアセンブリ１３０は、内部に配置される複数の対物レンズ（図示せず）を含んでもよい。対物レンズは、ユーザ（図示せず）が見るために、画像増強管１２０を介して接眼レンズアセンブリ１１０に伝送される画像の視準を合わせ、かつ画像を拡大する。さらに、対物レンズアセンブリ１３０は、対物レンズアセンブリ筐体１３２と、ｚ軸Ｚに概して平行に伸びる接眼レンズアセンブリ光軸１３４とを含む。接眼レンズアセンブリ光軸１１４は、ほぼ０．５ミリメートルなどのわずかな距離対物レンズアセンブリ光軸１３４からオフセットしてもよい。しかしながら、当業者は、オフセット距離を、０．５ミリメートルよりも大きくしてもよく、０．５ミリメートルよりも小さくしてもよいことを理解することになるであろう。このオフセットは、距離「２Δｘ」として定量化できる。図２は、距離２Δｘを説明するために、接眼レンズアセンブリ１１０、画像増強管１２０、及び対物レンズアセンブリ１３０の誇張された関係を示す。
【００１３】
ここで、図３に示す単眼鏡１００の部分断面図を参照すると、光学フレーム１４０は、内部に接眼レンズアセンブリ筐体１１２を保持する出力部１４１を含む。出力部１４１は、光学フレーム１４０に対して固定位置に接眼レンズアセンブリ筐体１１２を受け入れ、かつ保持するような大きさである環状リングを含む。図示されないが、接眼レンズアセンブリ筐体１１２は、ねじ接続、ボルト接続を含むが、これらに限定されず、いくつかの公知の方法のいずれかによって、出力部１４１に結合できる。
【００１４】
また、光学フレーム１４０は、対物レンズアセンブリ筐体１３２が挿入される入力部１４２を含む。入力部１４２は、光学フレーム１４０に対して固定位置に対物レンズアセンブリ筐体１３２を受け入れ、かつ保持するような大きさである環状リング１４４を含む。環状リング１４４は、対物レンズアセンブリ筐体１３２上に対になるねじ山１３５を受け入れるような大きさであるねじ山１４５を含む。環状リング１４４と、対物レンズアセンブリ筐体１３２との間のねじ結合は、対物レンズアセンブリ１３０を光学フレーム１４０に固定するだけでなく、ｚ軸Ｚ上に、対物レンズアセンブリ１３０の調整を可能にすることによって、画像増強管１２０に対する対物レンズアセンブリ１３０の焦点位置の調整が可能になる。
【００１５】
また、入力部１４２は、環状リング１４４の外周に沿って概して等距離の間隔があけられる複数のねじ開口１４６を含む。明確にするために、図３において、ただ１つの開口１４６が示される。典型的な実施形態において、入力部１４２は、３つのねじ開口１４６を含む。ねじ開口１４６を使用して、画像増強管１２０を光学フレーム１４０に固定する。
【００１６】
図２を再び参照すると、画像増強管１２０は、画像増強管筐体１２２と、ｚ軸Ｚに概して平行に伸びる画像増強管光軸１２４とを含む。画像増強管１２０は、画像増強管光軸１２４と、対物レンズアセンブリ光軸１３４との間の距離が「Δｘ」となり、画像増強管光軸１２４と、接眼レンズアセンブリ光軸１１４との間の距離もまた「Δｘ」となるように、ｘ軸Ｘ、及びｙ軸Ｙの双方に沿って位置合わせされる。接眼レンズアセンブリ筐体１１２、接眼レンズアセンブリ光軸１１４、対物レンズアセンブリ筐体１３２、及び対物レンズアセンブリ光軸１３４に対する画像増強管筐体１２２、及び画像増強管光軸１２４の位置が、図４に概略的に示される。Δｘは、図４の紙面のようなｘ軸Ｘ，及びｙ軸Ｙにより規定される面に沿ういずれの方向にしてもよい。
【００１７】
接眼レンズアセンブリ光軸１１４、及び対物レンズアセンブリ光軸１３４が、同一平面上にあり、かつ画像増強管光軸１２４が、レンズアセンブリ光軸１１４、及び対物レンズアセンブリ光軸１３４から等距離にあり、かつ同一平面にあるとき、位置合わせが実行される。
【００１８】
画像増強管１２０は、１８０度ツイストを有する光ファイバ素子１２６を有する反転画像増強管である。ツイストは、画像増強管光軸１２４に交差する画像反転を提供し、接眼レンズアセンブリ１１０、及び対物レンズアセンブリ１３０に対する画像増強管１２０の位置の調整による位置合わせが可能になる。
【００１９】
再び図１、及び３を参照すると、画像増強管１２０は、概してチューブ状の形状であり、かつ画像増強管１２０が挿入可能な大きさであるホルダ、又はコレット１５０によりフレーム１４０に結合される。コレット１５０の出力部１５２は、コレット１５０の外周に沿って長手方向に伸びる複数のフィンガ１５４を含む。フィンガ１５４それぞれは、コレット１５０から放射状に外に広がる突起部１５６を含む。ロッキングカラー１５７は、突起部１５６の上に配置され、画像増強管１２０にコレット１５０を固定するために、突起部全体を締め付ける。
【００２０】
コレット１５０の入力部１５８は、コレット１５０から放射状に外に伸びるフランジ１６０を含む。フランジ１６０は、フランジの周囲を囲んで等距離の間隔があけられる複数のボルト孔１６２を含む。典型的な実施形態において、フランジ１６０は、３つの貫通ボルト孔１６２を含む。ボルト孔１６２は、フレーム１４０の入力部１４２のねじ開口１４６の数、及び位置に対応するように間隔があけられる。
【００２１】
図５の断面図を参照すると、ボルト１６４は、それぞれのボルト孔１６２に挿入されて、フレーム１４０にコレット１５０を固定する。ボルト孔１６２それぞれは、ボルト１６４と、ボルト孔１６２の側面との間にギャップ１６６があるように、それぞれのボルト１６４の口径よりも十分に大きな口径を有する。ギャップ１６６により、単眼鏡１００の光学的な位置合わせをするために、接眼レンズアセンブリ光軸１１４、及び対物レンズアセンブリ光軸１３４のそれぞれから所望の距離Δｘに画像増強管光軸１２４を位置合わせするように対物レンズアセンブリ１３０に対してｘ軸Ｘ、及びｙ軸Ｙの双方に沿って、コレット１５０、及び画像増強管１２０の十分な調整が可能になる。
【００２２】
また、図６を参照すると、フランジ１６０は、コレット１５０にボルト１７２を介して位置合わせツール３００を結合するのに使用される２つの位置合わせボルト孔１７０を含む。位置合わせツール３００を使用して、画像増強管光軸１２４が、接眼レンズアセンブリ光軸１１４、及び対物レンズアセンブリ光軸１３４のそれぞれから距離Δｘであるように、接眼レンズアセンブリ１１０、及び対物レンズアセンブリ１３０に画像増強管１２０を位置合わせすることができる。
【００２３】
位置合わせツール３００は、ｘ軸Ｘ、ｙ軸Ｙ、及びｚ軸Ｚのそれぞれに沿って無限に移動可能な調整アーム３１０を含む。調整アーム３１０は、アーム３１０が調整されるときに画像増強管１２０がｘ軸Ｘ、ｙ軸Ｙ、及びｚ軸Ｚに沿ってアーム３１０とともに移動するように、コレット１５０に解放可能なように係合する弓状自由部３１２を含む。
【００２４】
図８のフローチャートを参照すると、ステップ８０２において、接眼レンズアセンブリ光軸１１４、及び対物レンズアセンブリ光軸１３４に対する画像増強管光軸１２４の位置合わせは、操作アーム３１０を画像増強管２００にコレット５００を介して結合することによって、実行できる。ステップ８０４において、操作アーム３１０、及びコレット１５０は、ｘ軸Ｘ、及びｙ軸Ｙに沿って移動し、ステップ８０６において、画像増強管２００の位置合わせは、光学位置合わせのための公知のツール（図示せず）を使用して決定される。ステップ８０８において、画像増強管２００が接眼レンズアセンブリ光軸１１４、及び対物レンズアセンブリ光軸１３４それぞれの間の画像増強管光軸１２４の所望の距離Δｘが達成されるようなｘ軸Ｘ、及びｙ軸Ｙに沿った所望の位置合わせでない場合、ステップ８０４、及び８０６は、このような位置合わせが達成されるまで繰り返される。
【００２５】
ステップ８０８において、接眼レンズアセンブリ光軸１１４、及び対物レンズアセンブリ光軸１３４それぞれの間の画像増強管光軸１２４の所望の距離Δｘが達成されるように、画像増強管２００が、ｘ軸Ｘ、及びｙ軸Ｙに沿った所望の位置合わせされると、ステップ８１０において、ｚ軸Ｚに沿って調整して、ステップ８１２において、画像増強管１２０は、図５に示すようにフレーム１４０にコレット１５０が固定されるように、ボルト１６４がねじ開口１４６に装着することができる。コレット１５０がフレーム１４０に固定された後に、ステップ８１４において、アーム１３２は、コレット１５０から除去できる。
【００２６】
図７を参照すると、単眼鏡１００と同一の第２の単眼鏡２００を、単眼鏡１００と併せて使用して、双眼鏡２１０を形成できる。第２の単眼鏡２００は、単眼鏡１００に構造的に類似してもよい。第１、及び第２の単眼鏡１００、及び２００は、双眼鏡フレーム２１２に解放可能なように接続される。単眼鏡１００、及び２００の１つを修理、又は交換する必要がある場合、その単眼鏡は、双眼鏡フレーム２１２から除去されて、修理、又は交換される。
【００２７】
本発明は、特定の実施形態を参照して本明細書で図解され、かつ説明されるが、本発明は、図示される詳細に限定されることを意図しない。むしろ、本発明から逸脱することなしに、様々な修正が、クレームの範囲、及びクレームの均等の範囲内で詳細に行うことができる。本発明の典型的な実施形態は、本明細書で図示され、かつ説明されているが、このような実施形態は、一例としてのみ提供されることが理解されるであろう。多くの変形、変化、及び置換が、本発明の範囲を逸脱することなしに当業者により思い付かれることになる。したがって、添付されるクレームは、本発明の精神、及び範囲に含まれるものとして、このような全ての変形に広がることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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