(57)【要約】  光学システムを調節する方法は、光学システムを制御された環境的エンクロージャ中に配置し、光学システムが制御された環境的エンクロージャ中にある間に光学システムの光学的取付け装置を調節する処理を含んでいる。【選択図】図２
2009534707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御された環境的エンクロージャ中に光学システムを配置し、
前記エンクロージャ内に周囲とは異なる状態を発生し、
光学システムが前記エンクロージャ内の周囲とは異なる状態にある期間中に光学システムの取付けを調節するステップを含んでいる光学システムを調節する方法。
【請求項２】
周囲と異なる状態の発生は、エンクロージャ内の真空の発生を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項３】
周囲と異なる状態の発生は、エンクロージャ内の極低温の発生を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項４】
調節するステップは、光学的取付け装置のシームレスな調節を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項５】
調節するステップは、光学的取付け装置の部品の回転による遠隔調節を含んでいる請求項４記載の方法。
【請求項６】
光学的取付け装置は単一レベルの調節取付け装置であり、
ベースと、
光学的装置を受けるように構成された支持体と、
前記支持体に機械的に結合されている偏心カム表面を含むカムをそれぞれ有する複数の調節装置を含んでおり、
カムの回転はベースに関する支持体の移動を生成する請求項５記載の方法。
【請求項７】
光学的取付け装置は少なくとも４つの自由度で調節可能である請求項６記載の方法。
【請求項８】
光学的取付け装置は６つの自由度で調節可能である請求項７記載の方法。
【請求項９】
調節装置は、ベース及び前記支持体に機械的に結合され、ベースに関する前記支持体の部品の高さを調節するように構成されているそれぞれのねじファスナおよびそれぞれの弾性の装置も含んでいる請求項６記載の方法。
【請求項１０】
光学的取付け装置は、単一の調節取付け装置である請求項６記載の方法。
【請求項１１】
調節はシームレスな調節である請求項１記載の方法。
【請求項１２】
光学システムは、光学的取付け装置に固定された光学装置も含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項１３】
さらに、光学システムの整列には永久に固定するステップが含まれている請求項１記載の方法。
【請求項１４】
調節するステップは、制御された環境的エンクロージャの回転フィードスルーを通して通過するロッドを調節するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項１５】
調節するステップは、制御された環境的エンクロージャ内のアクチュエイタを使用する遠隔調節を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項１６】
ベースと、
少なくとも１つの光学的装置を受けるように構成された支持体と、
前記支持体に機械的に結合され、偏心カム表面を含むカムをそれぞれ有する複数の調節装置とを具備しており、
カムの回転はベースに関する前記支持体の移動を生成させ、
光学的取付け装置は少なくとも４つの自由度で調節可能であり、
光学的取付け装置は単一層の調節取付け装置であり、
光学的取付け装置は独立した調節取付け装置である調節可能な光学的取付け装置。
【請求項１７】
調節装置は、ベース及び前記支持体に機械的に結合され、ベースに関する前記支持体の部品の高さを調節するように構成されているそれぞれのねじファスナおよびそれぞれの弾性の装置も含んでいる請求項１６記載の取付け装置。
【請求項１８】
ねじファスナは各カムのそれぞれの中心穴を通過する請求項１７記載の取付け装置。
【請求項１９】
カム表面は前記支持体のスロットの壁に当接し、
カム表面が当接する壁は傾斜した壁を含んでいる請求項１６記載の取付け装置。
【請求項２０】
光学的取付け装置は少なくとも４つの自由度で調節可能である請求項１６記載の取付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置のような装置を取り付けるための調節可能なシステムと、光学的なシステムを調節する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
４つ以上の自由度の光学的な画像検出器の位置調節は現在光学的ベンチまたは取付け装置と検出器アセンブリとの間にシムを挿入することにより実現される。高性能の撮像装置では、このプロセスは複雑であり、時間を浪費する。第１に公称のシムは公称的に正確な位置に検出器を配置するように設置される。センサ全体が組み立てられ、多くのセンサの特徴が行われる。この検査は検出器が最初に置かれた場所に関する場所を示す。その後、センサは完全に解体され、各検出器のシムは前の検査結果により示されているのとは異なる厚さに変更される。センサはその後再度組み立てられ、検査のサイクルは反復される。多数のサイクルはしばしば所望のセンサ位置を実現するために必要とされる。これは極低温または真空で動作するシステムにとっては非常に厄介であり、それは人間の組立工がこのような環境で作業できないからである。各調整において動作環境から公称環境までのシステムの循環は非常に時間を浪費する。このような循環により誘起される歪によって状況はさらに複雑にされる。これらの歪は素子に負荷をシフトまたは変化させる傾向があり、それによって理想的なアセンブリ構造は周囲条件下で予測することがさらに困難になる。したがって現在のプロセスは大規模であり、時間を浪費する。前述の説明から、光学的取付け装置の改良が望まれていることが認識されよう。
【発明の開示】
【発明の要約】
【０００３】
本発明の１特徴によれば、調節可能な光学的取付け装置は解体の必要なく調節可能である。
【０００４】
本発明のさらに別の特徴によれば、調節可能な光学的取付け装置は制御された環境のエンクロージャにある間にその位置で調節されることができる。光学的取付け装置はフィードスルーまたは他のタイプの遠隔制御によりエンクロージャ中にある間に調節可能である。
【０００５】
本発明の別の特徴によれば、光学的システムが調節される周囲と異なる環境は米国特許第4,763,991号明細書に記載されているような従来の機構とは異なって、極低温または真空状態のような特に人間の組立工に過酷である可能性がある。
【０００６】
本発明のさらに別の特徴によれば、光学的取付け装置は取付け装置に固定される光学素子に過剰な応力を与えずに一度に１つのマニピュレータを回転することにより調節可能である。
【０００７】
本発明のさらに別の特徴によれば、調節可能な光学的取付け装置は少なくとも４つの自由度で調節可能である。
【０００８】
本発明のさらに別の特徴によれば、これらの自由度は（内部及び外部ジンバルのような）ネストされた調節段によってではなく、単一の直接的な機械的通路で与えられ、それによって（高い加速度と極低温動作状態で臨界的な）熱伝導性および取付けの振動のスチフネスを最大にし、（宇宙飛行体用で重要な）寸法及び重量を最小にする。
【０００９】
本発明のさらに別の特徴によれば、光学的取付け装置の調節は環境のエンクロージャ内で設定されるとき、環境がさらに組み立てるのに適した条件に戻されるとき素子を位置に保持するのに十分な結合力を与え、調節は最終的に任意の種々の手段により位置にロックされることができる。
【００１０】
本発明の関連する特徴によれば、環境的エンクロージャ内で調節される光学的取付け装置は種々の通常の手段により自己ロックされる。
【００１１】
本発明のさらに別の特徴によれば、システムが制御された環境的エンクロージャ中で動作しながらシステムの光学的取付け装置を調節し、それによって較正サイクルおよび遅延を最小にし、較正品質を改良する。
【００１２】
本発明の別の特徴によれば、光学システムを調節する方法は、制御された環境的エンクロージャ中に光学システムを配置し、そのエンクロージャ内に周囲と異なる状態を生成し、光学システムがエンクロージャ内の周囲と異なる状態にある間に光学システムの光量を調節するステップを含んでいる。この方法は較正サイクルおよび遅延を最小にし、較正品質を改良する。
【００１３】
本発明の別の特徴によれば、調節可能な光学的取付け装置は、ベースと、少なくとも１つの光学的装置を受けるように構成された支持体と、その支持体に機械的に結合される偏心カム面を含むそれぞれのカムを有する複数の調節装置を含んでいる。カムの回転はベースに関する支持体の移動を生じさせる。光学的取付け装置は少なくとも４つの自由度で調節可能である。光学的取付け装置は単一段の調節取付け装置である。光学的取付け装置は独立した調節取付け装置である。光学的取付け装置はベースに関する支持体の並進および／または回転を行うように調節されることができる螺子のようなねじファスナを有することもできる。
【００１４】
前述及び関連する目的を実現するために、本発明は以下十分に説明され特に特許請求の範囲で指摘されている特徴を具備している。以下の説明及び添付図面を本発明のある例示的な実施形態で詳細に説明する。しかしながら、これらの実施形態は本発明の原理が使用されることができる種々の方法の幾つかを示している。本発明の他の目的、利点、優秀な特徴は図面を伴って考察するとき、本発明の以下の詳細な説明から明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
添付図面は実寸大である必要はない。
【００１６】
調節可能な光学的取付け装置はフレームの取付け支持体と、ベースに関する少なくとも４つの自由度の調節を行うための多数の調節装置を含んでいる。調節装置はベースに平行な方向で支持体を移動するために支持体またはフレームにより支持され、そのスロットと結合しているカム表面を有するカムを含んでいる。さらに、ねじ装置およびばねのような弾性（コンプライアントな）装置は多数の位置でベースに関する支持体の高さを調節するために使用される。調節装置のカムおよびねじ装置はベースに関して支持体を移動させ、および／または支持体の高さおよび／または傾斜角度を変化するために独立して調節されることができる。
【００１７】
調節可能な光学的取付け装置は制御された環境的エンクロージャ中にある間に調節される光学システムの一部であることができる。制御された環境的エンクロージャは例えば極低温および／または真空にある周囲と異なる温度および／または圧力を有することができる。光学的取付け装置は制御された環境的エンクロージャ内にある間に、解体せずに調節されることを可能にするシームレスな調節機構（シムに依存しない最終的な調節機構）を有する。したがって光学的システムは光学的システムが使用される条件をシミュレートできる周囲と異なる環境でその位置で調節されることができる。光学的取付け装置はロック機構または光学システムの所望の構造が得られるとその調節を維持するのに十分な結合力をその機構内に有することもできる。
【００１８】
ここで説明するシステム及び方法は、周囲と異なる状態で使用される光学システムの調節時間及び労力において大きな節約を可能にする。調節を行うために制御された環境から光学システムを除去しこれを解体することを必要とするのではなく、プロセスは数回反復されなければならず、光学システムは制御された環境チャンバ内にある間に遠隔に制御されることができる。真空および／または極低温を含む制御された環境システムの循環は非常に時間を浪費し高価である可能性があることに注意すべきである。
【００１９】
最初に図１を参照すると、調節可能な光学的取付け装置10は光学装置が結合されることができる支持体またはフレーム12を含んでいる。支持体12は４、５、または６の自由度のような少なくとも４つの自由度をベース14に関して調節可能である。取付け装置10は多数の調節装置20の上部表面に載るように支持体12をバイアスする弾性の装置16を有する。調節装置20はそれぞれベース14に関して支持体12の一部の高さを調節するために使用されるねじ部材21を含んでいる。調節装置20はそれぞれ支持体12のスロットに載るカム表面を有するカム部材22を含んでいる。調節装置20の回転はカム表面の回転を生じさせることができ、実質的にベース14に平行な方向で支持体12の移動を生じる。支持体12は光学装置を支持体12に取付けることを助けるための取付け装置または取付け点24を含んでいる。
【００２０】
取付け装置10の１特徴は、調節装置20が一度に１つ調節されることができるように調節装置20が構成されることである。取付け装置10の幾つかの実施形態では、これは臨界的に制約された運動と、ねじ調節素子とカムとの間の境界の球面軸受けと、「ピストン」運動のコンプライアントなばねの組合せによって実現される。しかしながらこのような調節構造は任意の種々の適切な方法で実現されることができる。前述の個々の特徴には単一の調節を実現するのに不可欠なものはない。
【００２１】
光学的取付け装置10は支持体またはフレーム12とベース14との間で「単一層の調節」を行う。対照的に、典型的な従来の方法は調節されるベースと光学素子との間に１以上の中間層を有する。これらのシステムの中間層はベースに関して１乃至３の自由度で調節される。このようなシステムでは、さらに別の自由度を提供する別の調節装置がその層上に取り付けられ、光学素子はその調節装置上に存在する。ネストで組み込まれたジンバルはこのような従来の多層構造の１例である。多層調節機構と比較して、本発明の単一層の方法は種々の重要な利点を与える。第１に、ベースから光学素子までの熱伝導路はより直接的である（特に極低温システムの冷却時間及び熱の均一性を維持し、振動荷重下でスチフネスを強化するのに重要である）。これはまた調節装置の重量、寸法、最終的な価格を減少させる。用語「単一層の調節」はここではこのような積層された多層システムと区別された光学的取付け装置システムを示すために使用される。
【００２２】
図１に示されている光学的取付け装置10は以下説明する種々の特別な実施形態の説明に対して全体的な概念的枠組みを与える。光学的取付け装置10の種々の部品は任意の種々の形態を取ることができ、その幾つかだけを以下説明することが認識されよう。さらに以下説明される光学的取付け装置の種々の形態の部品は種々の適切な組合せで組み合わせられることができることが認識されよう。
【００２３】
図２乃至６はベース114に関して６つの自由度でフレーム112の位置を調節するための３つの調節装置120を有する光学的取付け装置110を示している。概説すると、光学的取付け装置110は少なくとも４つの自由度で調節可能である。フレーム112はそのフレーム112に取付けられる光学装置を受ける取付け点124を有する。光学装置は適切なねじファスナの使用等により任意の種々の適切な方法でフレームに取り付けられることができる。
【００２４】
ベース114はベース屈曲部126を含んでおり、これは片持ち梁であり、その自由端部は調節装置120がフレーム112を通過する点でフレーム112に結合されている。ベース屈曲部126はフレーム112を調節装置120とは反対にベース114から離れるように押すばね力を与えるための弾性装置として機能する。連続的であり、単一部材の材料としてベース114の一体部分であるベース屈曲部126は有効にベース114内に良好な熱伝導性を与える。フレーム112とベース114との間の良好な熱伝導性は特に光学システムで使用されることができる極低温温度を考慮に入れて、光学的取付け装置110の望ましい特性である。極低温における部分を有する光学システムでは、動作部分により発生される熱を逃がすように伝導することは重要である。それにもかかわらず、代わりに他の種類の弾性装置がフレーム112をベース114から離れるように押すバイアス力を与えるために使用されることができることが認識されよう。
【００２５】
図４で最も良く分かるように、フレーム112は調節装置120を受けるための細長いスロット130、132、134を含んでいる。スロット130、132、134の壁は調節装置120の偏心カム表面に対向して接触している。適切な調節装置120の部品の回転によりスロット130-134上に接触する偏心カム表面のシフトと再配向が行われ、その結果、ベース114に関するフレーム112の移動が生じる。スロット130と134は第１の方向138で細長く、スロット130と134中のカム表面の回転がフレーム112を第２の方向138に移動させることを可能にする。スロット132は第２の方向138で細長く、スロット132中の偏心カム表面の回転がフレーム112を第１の方向136に移動させることを可能にする。さらに一般的に、スロットの１つは１以上の他のスロットの細長い方向に対して傾斜した角度を有する方向で細長くされている。直交する方向は調節を簡単にすることができることが認識されるが、細長い方向間の角度は直交しても直交しなくてもよい。
【００２６】
さらに図７乃至１０を参照して、調節装置120の詳細を説明する。調節装置120はカム140と螺子142を含んでいる。カム140はスロット132の壁と接触するカム表面部分144の偏心カム表面146によりスロット132に位置される。カム140はカムスロット154を有するカムヘッド150を含んでいる。カムスロット154はカム140を回転するために適切なツールにより結合される。１以上のカムスロット154はカム表面146の方位の視覚的またはその他の決定を可能にするためにマークされることができる。例えば、カムスロット154の１つはカム表面146の長い側面、即ちカム140の軸から最も遠い距離で偏差するカム表面146の側面を示すために、条帯156等により色を付けられる。
【００２７】
カム140はベース114にベース屈曲穴162の側面を固く結合するためにカム屈曲部160を有する。カム屈曲部160はベース屈曲穴162に入るために内方向に屈曲するように構成され、ベース屈曲穴162の側面に対して外方向に加圧するように構成され、それによってベース屈曲穴162内に固くカム160を固定する複数の弾性アーム164を含むことができる。このベース屈曲穴162内の弾性カム屈曲部160の固定はベース屈曲部126に関するカム140の不所望な相対的動作を防止する。カム140とベース屈曲部126との間の固定結合はベース114に関するフレーム112を正確に方向付けできるようにすることを助けることが認識されよう。カム140とベース屈曲部126との間の任意のギャップまたは許容度（「スロープ」）はフレーム112がベース114に関して配向されることができる正確度を減少する。
【００２８】
カム140はまた中心穴168も有する。偏心カム表面146は中心穴168に関して偏心的に位置されている。即ちカム表面は中心穴168に関して軸対称に位置されていない。それ故、中心穴168を中心とするカム140の回転はカム表面146を再配向する。しかしながらカム屈曲部160は中心穴168を中心に軸対称に位置される。
【００２９】
螺子140の螺子シャフト170は中心穴168を通過する。シャフト170はベース114の内部でねじ付けされた穴174と結合するねじ部172を有する。ねじヘッド176を回転することにより、ねじ142は上及び下に動かされることができる。ベース屈曲部146からのばね力はフレーム112およびカムをねじヘッド176に対して押し上げる。したがってねじ142の回転はベース114に関するフレーム112の高さを調節する。
【００３０】
この高さの調節はフレーム112をベース114へ機械的に結合する全ての調節装置120で利用可能である。したがって、ベース114に関するフレーム112の高さは３つの別々の位置で調節されることができる。ベース114に関するフレーム112の全体の高さはしたがって調節されることができる。またフレーム112とフレーム114との間の傾斜角度も調節されることができる。方向136と138の移動と共に、調節装置120はしたがってベース114に関するフレーム112の６つの自由度の調節を可能にする。これらの調節は調節装置120、カム140、ねじ142のそれぞれの２つの独立した部品の回転により行われることができる。
【００３１】
例示の１実施形態では、カム140のカム部146は約５ｍｍ（０．２インチ）よりも小さい直径を有することができる。しかしながら調節装置120の寸法は広く変化できることが認識されよう。光学的取付け装置110の正確性（ベース114に関するフレーム112の位置付けの正確性）は約０．０１３ｍｍ（０．０００５インチ）以内であることができる。
【００３２】
図１１乃至１４はベース214に関する支持体またはプラットフォーム212の位置付けに使用される光学的取付け装置210を示している。３つの調節装置220はフレーム212の位置に関してベース214の位置を調節するために使用される。調節装置220はフレーム212のスロット230と結合するためのカム240を含んでいる。調節装置220はまたベース214に関してフレーム212の少なくとも一部の高さを調節するための螺子242を含んでいる。
【００３３】
さらに図１５乃至１９を参照して、調節装置220の詳細と、フレーム212とベース214の相互動作について説明する。カム240はスロット254を有するカムヘッド252、および中心穴268を中心に偏心して取付けられている外部カム表面246を有するカム表面部244のようなカム140の部分に対応する多くの部分を含んでいる。カム表面部244はベース214の穴274に取付けられたポスト280の屈曲部278を受けるための内部開口277を含んでいる。ポスト280の屈曲部278はポスト280とカム240の間の低ヒステリシス結合を行うように機能する。ポスト280は穴274へ圧入されることができる。ポスト280は螺子242のシャフト270のねじ部272とを結合するための内側にねじ付けされた穴282を有する。
【００３４】
カムヘッド252に対して上方向に載るようにフレーム212をバイアスするための弾性力は円板ばね284により与えられる。この円板ばねまたはばね座金284は荷重配分装置または座金286とポスト280の突出レッジ288との間に位置される。レッジ288はベース穴274中へのポスト280の挿入のための停止部としても作用する。荷重配分装置286はカム表面部244の下部表面290に載る。
【００３５】
調節装置220は前述した調節装置120と類似の方法で使用されることができる。即ち、カム240はベース214に関してフレーム212を移動するように回転されることができ、螺子242はベース214に関するフレーム212の部分の高さを調節するために回転されることができる。
【００３６】
図２０は二次レリーフスロット292がフレーム212のスロット230と並んで設けられている光学的取付け装置210の変形を示している。レリーフスロット292はカム表面246がスロット230上に載っている方向でスロット230の壁の若干の外方向の屈曲を可能にする。レリーフスロット292はカム表面246とスロット230の製造における許容誤差の厳しさを少なくすることを可能にする。
【００３７】
図２１と２２は２以上の方向で湾曲された偏心カム表面346を有するカム340を使用する光学的取付け装置310を示している。即ち、カム340の中心穴368の軸を中心に（偏心に）湾曲されていることに加えて、カム表面346は例えば球面を形成するように中心穴の軸の方向でも湾曲される。カム表面346は傾斜されたスロット330と結合する。カム340は湾曲されたカム表面346の異なる部分がスロット330の傾斜された部分393と結合することを可能にし、それによってベース314に関してフレーム312を移動させる。
【００３８】
前述の他の実施形態の方法と類似の方法では、螺子342はベース314のねじを有する穴374へまたは穴374からさらにねじ342を螺合することにより、ベース314に関してフレーム312の高さを変化させるために使用される。１組の円板ばね384はベース314と、荷重配分装置または座金386とに載せられる。荷重配分装置386はそれによりフレーム312に載り、フレーム312およびカム340を螺子342のヘッド376に対して上方向に加圧する。他の実施形態に関して、螺子342とカム340は別々に調節されることができる。螺子342はアレンレンチまたは六角キーのような適切なレンチを螺子ヘッド376へ挿入することにより調節されることができる。カム340はカム340のスロット354と結合する適切なツールを使用して回転されることができる。
【００３９】
図２３と２４は光学的取付け装置310の別の実施形態を示しており、ポスト394はベース314の穴374へ圧入されるか（図２３）、または螺子結合される（図２４）。ポスト394はベース314へ固定される。ポスト394はナット398を受けるように構成されたねじを有する上部分396を有する。ナット398はベース314に関してフレーム312の高さを調節するために回転されることができる。
【００４０】
図２５乃至２８は光学的取付け装置310に対するさらに別の変形を示しており、これらは全て螺子442を受けるための内部にねじを設けられた穴402を有するポスト400を含んでいる。このポスト400はベース穴374に圧入で固定されるか、ねじで結合されることによりベース314に固定される。図２５に示されているように、ねじヘッド376は座金404上に載ることができる。その座金404はカム340の上部表面と接触しているカラー408に対して加圧する。図２６に示されているように、座金404とカラー408はレッジ412により単一のカラー410で結合されることができる。
【００４１】
図２９を参照すると、カム340はカラー408と410の少なくとも幾つかの機能を行う隆起部420を有することができる。隆起部420を有するカム340は図２７に示されているように、螺子ヘッド376と直接接触するために使用されることができる。代わりに、図２８に示されているように、介在する座金422は螺子342の螺子ヘッド376とカム340の隆起部420との間に設けられることができる。
【００４２】
図３０と３１はカム340の別の代わりの実施形態を示している。図３０と３１に示されているカム340の実施形態は中心穴368を中心とする多数のカム屈曲部340を含んでいる。カム屈曲部430は一連のスロット434によりカム340の本体432から部分的に分離される。スロット434は実質的に円周方向であり、カム屈曲部430の片持ち梁部438を放射方向で自由に屈曲できるようにする。片持ち梁部438の末端自由部で、カム屈曲430は接触部440を含んでいる。接触部440は図３２に示されているように、実質的に放射方向であってもよく、中心穴368内に位置される螺子342の螺子シャフト370と接触するように構成されている。カム屈曲部430の使用は螺子342の螺子シャフト370が螺子シャフト370とカム中心穴368との間に何等クリアランスなくカム340を通して配置されることを可能にする。
【００４３】
図３３は光学システム600の一部としての光学的取付け装置10を示している。光学的取付け装置10はここで説明されている全ての種々の実施形態の光学的取付け装置を表しており、含んでいる。光学的取付け装置10の調節装置20は光学システム600により受けられる光の光路中にある光学装置を調節するために使用されることができる。１例として、光学的取付け装置10は望遠鏡の焦点を調節するためにレンズを保持するために使用されることができる。しかしながら光学的取付け装置10は他のタイプの光学装置を位置させるために使用されることもできることが認識されよう。光学的取付け装置に結合されることができる他の光学素子には赤外線および可視光検出アレイ、レンズ、ミラー、空間的光変調器、ホログラフ素子等が含まれている。
【００４４】
さらに、ここで説明されている光学的取付け装置の種々の実施形態は非光学装置の正確な位置付け及び取付けのような他の目的で使用されることができることが認識されよう。
【００４５】
ここで説明されている種々の光学的取付けはコンパクトで光学装置の位置調節の簡単な動作方法を与える。また、ある種の従来技術のシステムと異なって、ここで説明されている種々の光学的取付け装置はミサイル内のような限定された容積で使用するのに十分コンパクトである。また、ある従来技術の装置と異なって、ここで説明されている光学的取付け装置はそれらがその一部である光学システムを部分的に解体することさえも必要とせずに調節されることができる。システムはカム、螺子、ボルトまたはナットのような調節装置の種々の調節可能な部分が容易に到達され、システムに設置されている光学的取付け装置及び光学的取付け装置に結合されている光学装置と共に回転されることができるように構成されている。ここで説明されている光学的取付け装置は光学システムの高速度で正確な調節を実現する方法を与えることが認識されよう。
【００４６】
ここで説明されている種々の光学的取付け装置は少なくとも幾つかの従来の取付け装置よりも優れている幾つかの利点を提供する。光学的取付け装置はシームレスな調節の方法を提供する。ここで使用される用語「シームレスな調節」とは、システムに関して規定され、ここではシムは最終的な微細調節機構として使用されない。システムはシームレスな調節システムであり、この用語がここで使用されるとき、最終的な微調節のためのシム以外の調節機構に依存しながら、粗調節機構として１以上のシムを使用することができる。ここで説明されている調節可能な光学的取付け装置は最終的に調節されるために解体される必要はない。以下さらに詳細に説明するように、これは光学システム600の予測される使用で遭遇する温度および／または圧力をシミュレートする周囲と異なる環境のような制御された環境にあるときに光学的取付け装置が調節されることを可能にする。光学システム600は光学システムの動作期間中、制御された環境内で実時間で調節されることができる。これは調節の効果の実時間のフィードバックを与える。代わりに光学システムに対する調節は動作または検査期間に行われることができる。
【００４７】
光学的取付け装置は調節が一度に１つ行われることができる利点も有する。これは光学的取付け装置に結合された光学素子に不所望な応力を与えることを避けるため２以上の調節の同時の操作を必要とする他の設計とは著しく対照的である。単一の操作装置または調節装置の調節が他の調節装置を結合させず、光学的取付け装置に固定されている光学素子に実質的に応力を与えない光学的取付け装置をここでは「独立した調節取付け装置」と呼んでいる。ここで説明するもののような独立した調節取付け装置は屈曲、変形、亀裂またはその他のタイプの損傷のような光学的素子への損傷を避けることができる。ここで説明されている光学的取付け装置の調節装置の動作は、他の調節装置に対して加圧またはそれらを結合する可能性がある力を生じない利点がある。
【００４８】
別の利点は、ここで説明されている光学的取付け装置が入力を投入せずに整列（形態）を維持することである。ロック機構は光学的取付け装置の一部として使用されることができる。ロック機構は自己ロック機構であってもよい。代わりに、光学的取付け装置10は幾つかの他の手段を通して永久的結合、ピン結合、またはロックされるまでその整列を維持するための十分な内部結合力を有することができる。
【００４９】
多くの変形が前述の光学的取付け装置に関して可能であることが認識されよう。例えば、ねじファスナが垂直に取付けられたカムで置換されることが可能である。また。前述のカム受けスロットの代りとして、カムのスロットはコンプライアントであり、例えばスロットとカムの間の公差を最小するための大きさのコンプライアンスを有する薄壁セクションを有する一方または両者の壁を有することができる。このようなコンプライアントな壁は適切な球面ベアリングまたはカムを受けるための１対の平行な壁を有するスロットの一部であってもよい。
【００５０】
図３４は光学システム600を調節するためのシステム700を示している。このシステム700は内部に制御された環境を発生して維持することができる制御された環境的エンクロージャ704中に配置されている。制御された環境的エンクロージャ704は例えば実際の使用における光学システム600により遭遇される環境をシミュレートするために周囲と異なる温度および／または周囲と異なる圧力を発生するように構成されることができる。光学システム600はしばしば極低温に維持され、エンクロージャ704内の環境はこれを反映するために極低温にあることができる。その代わりに、またはさらに、制御された環境的エンクロージャ704内の環境は真空環境のような周囲圧力より低い圧力に維持されることができる。この環境はミサイル中のような光学システムの予測される使用期間中に遭遇する可能性がある真空環境を模倣している。
【００５１】
前述したように、光学システム600は光学的取付け装置10を含んでおり、それは調節装置20の操作によって調節されることができる。システム600は光学システムを所望の調節された構成の位置に機械的またはその他の方法でロックするための自己ロック機構706を含んでいる。
【００５２】
光学装置710は光学的取付け装置10に結合されている。光学装置710は、前述したように、レンズ、ミラー、赤外線検出器、物理的な光検出器を含めた任意の種々の光学装置であってもよい。
【００５３】
制御された環境的エンクロージャ704は多数の回転フィードスルー714を有する。適切なフィードスルーの１例はカリフォルニア州ヘーワードのMDC Vacuum Productsまたはこれらの真空プロダクトからの同等なセレクションから入手可能なMDC BRM-133である。フィードスルー714は、制御された環境的エンクロージャ内の制御された環境に妥協することなく、遠隔調節装置のロッド718が制御された環境的エンクロージャの壁を通過し、壁に関して回転されることを可能にする。遠隔調節装置のロッド718はロッド718の回転が光学的取付け装置10の位置付けを調節するように、光学的取付け装置10の調節装置20と結合する。各調節装置20はそれに結合されている対応する調節装置のロッド718を有することができる。したがって、ただ２つの調節装置のロッド718が図３４に示されているが、システム700は付加的な調節装置のロッドを含むことができることが認識されよう。また、調節装置20と機械的に遠隔的に結合する多数の他の適切な方法が存在することも認識されよう。
【００５４】
図３５は光学的取付け装置10の調節装置20を操作する別の方法を示している。図３５に示されている調節システム700’は制御された環境的エンクロージャ704内の調節装置20を操作するために電気的に付勢されたアクチュエイタ724を使用する。このアクチュエイタ724は光学的取付け装置10の位置付けを調節するために調節装置20の所望の同調を行う適切なモータを含むことができる。適切な配線されたまたは無線の制御装置は制御された環境的エンクロージャ704の外部からアクチュエイタ724の動作を制御するために設けられることができる。通常の真空定格ステップモータはこの作業に適しており、場合によっては、これらを調節点に取付けるために（チタニウム管のような）絶縁スリーブを使用する。真空室内で極低温に冷却されるときに光学システムが調節されるときでさえも、調節モータは通常、ほぼ周囲温度で存在する。究極の状態では、Mission Research Corporation （ＭＲＣ）は極低温動作にも定格されているステップモータを提供する。
【００５５】
光学システム600の調節では、システム600は組み立てられ、制御された環境的エンクロージャ704中に配置される。エンクロージャ704内の環境はその後所望されるように設定され、温度および／または圧力は所望の周囲とは異なるレベルに設定される。光学的測定が行われ、システム600に対する適切な調節は調節装置20の遠隔的な操作により行われる。検査及び再調節のプロセス（必要ならば）はその後光学システム600の所望の性能に到達されるまで反復して行われる。場合によっては、調節はシステムが動作中に行われ、光学的性能を反復して調節する。光学システム600は制御された環境的エンクロージャ704から取り出されてもよく、光学システム600の整列はロック、ピン付けまたは結合等によりさらに永久的に固定されてもよい。代わりに整列の永久的固定は制御された環境的エンクロージャ704内で行われてもよい。
【００５６】
本発明の方法の１つの利点は、調節を行うために解体を必要とする方法に比較して、光学的整列の時間及び労力が減少されることである。本発明の方法は組立ておよび解体の時間及び労力と、多数の反復で所望の環境的条件を実現する時間および労力を減少させる。また、反復的に測定することにより、実効的に調節エラーが減少される。
【００５７】
別の利点は、調節が所望の動作条件下で直接的に行われることである。従来技術のシステムでは、調節は動作環境条件とは異なる周囲条件下で行われる。これは調節の不正確さにつながりかねない。
【００５８】
本発明を幾つかの好ましい実施形態に関して示し説明したが、この明細書と添付図面を読み、理解すれば等価の変形及び変更が当業者に行われることは明白である。特に前述の素子（コンポーネント、アセンブリ、装置、組成等）により行われる種々の機能に関しては、このような素子の説明に使用される用語（「手段」の参照を含む）は、本発明のここで示されている例示的な実施形態の機能を行う説明された構造に構造的に等しくなくても、特に説明がなければ、説明された素子の特定された機能を行う（即ち機能的に等価の）任意の素子に対応している。さらに、本発明の特別な特徴を幾つかの示された実施形態に関して前述したが、このような特徴は任意の所定のまたは特別な応用で所望及び有効であるように、他の実施形態の１以上の他の特徴と組み合わせられることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による光学的取付け装置の概念図。
【図２】本発明による光学的取付け装置の１実施形態の斜視図。
【図３】図２の光学的取付け装置の別図。
【図４】フレームのスロットの位置を示すために調節装置が取り除かれている図２の光学的取付け装置の別の斜視図。
【図５】図２の光学的取付け装置の部分的な切開いた図。
【図６】図２の光学的取付け装置の別の部分的な切開いた斜視図。
【図７】図２の光学的取付け装置の調節装置の構造及び位置の部分的に切開いた詳細図。
【図８】図２の光学的取付け装置の調節装置の構造及び位置の部分的に切開いた詳細図。
【図９】図２の光学的取付け装置のカムの下部斜視図。
【図１０】図２の光学的取付け装置のカムの上部斜視図。
【図１１】本発明による光学的取付け装置の第２の実施形態の斜視図。
【図１２】本発明による光学的取付け装置の第２の実施形態の斜視図。
【図１３】図１１の光学的取付け装置の側面図。
【図１４】図１１の光学的取付け装置の部分的な切開いた図。
【図１５】調節装置の動作中のコンポーネントを示している図１４の部分的に切開かれた図の一部の詳細図。
【図１６】図１１の光学的取付け装置により使用されるカムの斜視図。
【図１７】図１１の光学的取付け装置により使用されるカムの斜視図。
【図１８】図１１で使用される光学的取付け装置により使用されるポストの種々の特徴を示す斜視図。
【図１９】図１１で使用される光学的取付け装置により使用されるポストの種々の特徴を示す斜視図。
【図２０】フレームまたは支持体中でレリーフスロットを使用する別の実施形態の光学的取付け装置を示す部分的に破断された斜視図。
【図２１】湾曲された表面のカムを使用し、傾斜する表面を有するスロットと結合する別の実施形態の光学的取付け装置を示す部分的に切開かれた斜視図。
【図２２】図２１の光学的取付け装置のカムの斜視図。
【図２３】ポストの螺子付けセクションに結合されたナットを使用している別の実施形態の斜視図。
【図２４】ポストの螺子付けセクションに結合されたナットを使用している別の実施形態の斜視図。
【図２５】本発明による光学的取付け装置の一部として調節装置、フレーム、ベースとの間の結合の別の実施形態を示している部分的に切開かれた斜視図。
【図２６】本発明による光学的取付け装置の一部として調節装置、フレーム、ベースとの間の結合の別の実施形態を示している部分的に切開かれた斜視図。
【図２７】本発明による光学的取付け装置の一部として調節装置、フレーム、ベースとの間の結合の別の実施形態を示している部分的に切開かれた斜視図。
【図２８】本発明による光学的取付け装置の一部として調節装置、フレーム、ベースとの間の結合の別の実施形態を示している部分的に切開かれた斜視図。
【図２９】図２７と図２８の光学的取付け装置で使用される湾曲されたカムの斜視図。
【図３０】本発明の光学的取付け装置で使用するための別の実施形態の上部斜視図。
【図３１】図３０のカムの下部斜視図。
【図３２】図３０と図３１のカムを使用している光学的取付け装置を示している部分的に切開かれた斜視図。
【図３３】光学システムの一部として使用される本発明による光学的取付け装置の斜視図。
【図３４】本発明の１実施形態による調節システムの概略図。
【図３５】本発明の別の実施形態による調節システムの概略図。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年2月15日(2008.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御された環境的エンクロージャ中に光学システムを配置し、
前記エンクロージャ内に周囲とは異なる状態を発生し、
光学システムが前記エンクロージャ内の周囲とは異なる状態にある期間中に光学システムの取付けを調節するステップを含んでおり、
前記光学的取付け装置は、ベースと、光学的装置を受けるように構成された支持体とを含み、
前記調節は実質的にベースに平行な方向におけるベースに関する支持体の移動を含んでおり、
前記調節はベースに関する支持体部分の高さの調節を含んでいる光学システムを調節する方法。
【請求項２】
周囲と異なる状態の発生は、エンクロージャ内の真空の発生を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項３】
周囲と異なる状態の発生は、エンクロージャ内の極低温の発生を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項４】
調節するステップは、光学的取付け装置のシームレスな調節を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項５】
調節するステップは、光学的取付け装置の部品の回転による遠隔調節を含んでいる請求項４記載の方法。
【請求項６】
光学的取付け装置は単一レベルの調節取付け装置であり、
ベースと、
支持体と、
前記支持体に機械的に結合されている偏心カム表面を含むカムをそれぞれ有する複数の調節装置を含んでおり、
前記カムは支持体のスロットの壁と接触し、
カムの回転は実質的にベースに平行な方向におけるベースに関する支持体の移動を生成する請求項５記載の方法。
【請求項７】
光学的取付け装置は少なくとも４つの自由度で調節可能である請求項６記載の方法。
【請求項８】
光学的取付け装置は６つの自由度で調節可能である請求項７記載の方法。
【請求項９】
調節装置は、ベース及び前記支持体に機械的に結合され、ベースに関する前記支持体の部分の高さを調節するように構成されているそれぞれのねじファスナおよびそれぞれの弾性の装置も含んでいる請求項６記載の方法。
【請求項１０】
光学的取付け装置は、単一の調節取付け装置である請求項６記載の方法。
【請求項１１】
調節はシームレスな調節である請求項１記載の方法。
【請求項１２】
光学システムは、光学的取付け装置に固定された光学装置も含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項１３】
さらに、光学システムの整列には永久に固定するステップが含まれている請求項１記載の方法。
【請求項１４】
調節するステップは、制御された環境的エンクロージャの回転フィードスルーを通して通過するロッドを調節するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項１５】
調節するステップは、制御された環境的エンクロージャ内のアクチュエイタを使用する遠隔調節を含んでいる請求項１記載の方法。
【国際調査報告】
2009534707.tif 000038
2009534707.tif 000039
2009534707.tif 000040