(57)【要約】光学装置10、310はそこに可動的に支持されているレンズ支持体51、321を有するハウジング12を含んでいる。非熱伝導性部分121、341は一端部でハウジングに、他端部でレンズ支持体に結合され、温度変化に応答してハウジングに関してレンズ支持体の運動を行う。この結合はハウジングまたはレンズ支持体上の結合構造27、327と結合する非熱伝導性部分上の結合構造148、348を含んでおり、これらの結合構造はゼロのバックラッシュ状態を促す方法で相互に弾性的に結合を強いられている。
2005524873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に平行に相対的に移動することができる第１および第２の部分であって、その第１の部分は前記第１の方向にほぼ直交する第２の方向で面する結合構造を有するセクションを含んでいる第１の部分および第２の部分と、
光学系の一部分であり、前記第１および第２の部分の１つに支持されている光学的コンポーネントと、
前記第２の部分に動作可能に結合され、前記第１の部分の前記結合構造に面して動作可能に結合する結合構造を有するセクションを含んでいる補償部分とを具備し、
前記補償部分は温度変化により生じる光学系の光学特性の変化を補償する量だけ前記第１の方向に平行な前記第１および第２の部分の相対的な移動を生じさせる寸法の変化を受けることにより温度変化に対して応答させる熱膨張係数を有しており、
前記セクションの第１のセクションはその上に前記第１の結合構造を有し、第２のセクションはその上に前記第２の結合構造を有し、
前記第１のセクションは弾性的であり、屈曲されて前記第１の結合構造を前記第２の方向にほぼ平行な方向で前記第２の結合構造に対して連続して弾性的に押し付けるように構成されている装置。
【請求項２】
前記第２のセクションを有する部分は前記第１の方向に平行に延在する軸を中心にする円周方向で隔てられている複数の結合部分を含んでおり、複数の結合部分はそれぞれ半径方向で対面しており、
前記第１のセクションを有する前記部分は前記軸を中心にする円周方向で隔てられている複数の弾性アームを含んでおり、それら複数の弾性アームはそれぞれその外部端部付近にそれぞれ半径方向で対面している結合部分を有しており、それぞれ前記第２のセクションを有する前記部分上の前記結合部分のそれぞれと結合するように前記結合部分を弾性的に押付けるようにそれぞれ屈曲されており、
前記第１のセクションおよび前記第１の結合構造はその前記アームと前記結合部分の１つであり、前記第２の結合構造は前記第２のセクションを有する前記部分上の前記結合部分の１つである請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記結合部分はそれぞれねじを含んでおり、前記ねじは前記軸に平行な前記第１の部分および前記補償部分の相対的な移動を行うため、前記第１の部分と前記補償部分との前記軸を中心とする相対的な回転に応答する請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記ねじは前記アームの弾性的な押付けに応答して、前記補償部分の前記ねじと前記第１の部分の前記ねじが前記軸に平行な方向でバックラッシュがゼロであるように押付けられて結合されている請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記アームの前記弾性は、前記補償部分の前記ねじと前記第１の部分の前記ねじとの間に、前記補償部分と前記第１の部分の相対的な回転に抵抗する摩擦を生成する請求項３記載の装置。
【請求項６】
前記第１の部分と前記補償部分の前記結合部分の一方はそれぞれリブを含んでおり、前記第１の部分と前記補償部分の他方の前記結合部分はそれぞれ前記リブを受ける溝を含んでいる請求項２記載の装置。
【請求項７】
前記リブと前記溝は、前記アームの弾性的な押付けに応答して、前記リブと前記溝が前記軸に平行な方向でバックラッシュがゼロであるように押付けられて結合されている請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記光学部分はレンズであり、前記軸は前記レンズの光軸である請求項２記載の装置。
【請求項９】
前記アームを有する前記部分は前記軸を囲んで同心的に延在する環状セクションを含んでおり、前記アームは前記環状セクションからほぼ軸方向に突出している請求項２記載の装置。
【請求項１０】
前記各アームの前記結合部分は前記装置の動作温度範囲にわたってほぼ一定である力により前記第２のセクションを有する前記部分上の対応する結合部分に対してそのアームを押付けられている請求項２記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の部分はそこに軸方向に延在する第１の誘導表面を有し、
前記第２の部分はその相対的な軸方向移動中に相互に関して前記第１および第２の部分を誘導するために前記第１の誘導表面と滑動可能に結合する軸方向に延在する第２の誘導表面を有している請求項２記載の装置。
【請求項１２】
第１の方向に平行な相対的な移動のために第１および第２の部分を支持し、前記第１の部分は前記第１の方向にほぼ直交する第２の方向に面している結合構造を有するセクションを含んでおり、
前記第１および第２の部分の１つに光学系の一部分である光学的コンポーネントを設け、
補償部分を設けて温度変化による光学系の光学的特性の変化を補償し、その補償部分は前記第２の部分に動作可能に結合され、前記第１の部分の前記結合構造に面して動作可能に結合する結合構造を有するセクションを含んでおり、前記セクションの第１のセクションは第１の結合構造を有し、前記セクションの第２のセクションは第２の結合構造を有し、前記補償部分は温度変化により生じる光学系の光学的特性の変化を補償する量だけ前記第１の方向に平行な前記第１および第２の部分の相対的な移動を行わせる寸法変化を受けることによって、前記補償部分に温度変化に対する応答を行わせる熱膨張係数を有し、
前記第１のセクションは前記第２の方向にほぼ平行な方向で、前記第２の結合構造に対して前記第１の結合構造を連続的に押付けさせるステップを含んでいる方法。
【請求項１３】
前記第１の方向に平行に延在する軸を中心とする円周上で間隔を隔てられている複数の結合部分を含むように、前記第２のセクションを有する前記部分を構成し、複数の結合部分はそれぞれ半径方向で対面しており、
前記軸を中心とする円周上で間隔を隔てられている複数の弾性アームを含むように、前記第１のセクションを有する前記部分を構成するステップを含んでおり、複数の弾性アームはその外側の端部付近にそれぞれ半径方向で対面している結合部分を有しており、それらはそれぞれ前記第２のセクションを有する前記部分上の前記結合部分とそれぞれ結合するように前記結合部分を弾性的に押付けるようにそれぞれ屈曲されており、前記第１のセクションおよび前記第１の結合構造はその前記アームおよびその上の前記結合部分の１つであり、前記第２の結合構造は前記第２のセクションを有する前記部分上の前記結合部分の１つである請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記補償部分と前記第１の部分のそれぞれに前記結合部分を構成するステップを含んでおり、それによって前記アームの弾性的な押付けに応答して、前記補償部分と前記第１の部分の前記結合部分は前記軸に平行な方向でバックラッシュがゼロになるように押付けられて結合される請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のセクションを有する前記部分を構成する前記ステップは、その前記結合部分が前記装置の動作温度範囲にわたってほぼ一定である力により前記第２のセクションを有する前記部分上の対応する結合部分に対してそのアームにより押付けられるように前記各アームを構成するステップを含んでいる請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に装置における温度補償に関し、特に異なるコンポーネントの相対的な運動を実行するために受動的な非熱伝導性コンポーネントを使用して光学装置の温度補償を行う方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学装置は通常、比較的広い温度範囲にわたって確実に正確に動作することを必要とする。しかしながら、温度変化は装置の光学特性に影響する。例えば、光学装置がゲルマニウムのような材料から作られている赤外線透過レンズを有する場合、レンズの屈折率は温度変化に応答して非常にはっきりと変化する。補償がなければ、屈折率の変化はセンサまたは幾つかの他のコンポーネントに関して焦点面のシフトのような問題を生じ、それによってレンズにより行われる焦点結び機能の正確度を劣化させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような問題を防止するため適切な温度補償を行う試みにおいて、種々の技術が従来から使用されている。１つのこのような方法は、温度センサの使用によるアクチブな焦点補償と、センサに応答する閉ループ制御システムと、制御システムの制御下でレンズの位置を再設定するモータ駆動位置制御装置を含んでいる。しかしながら、このタイプの方法は複雑であり、それ故多数の応用に対して高価すぎる。さらに、複雑さはこのシステムに所望されるよりも確実性のレベルを低下させる。
【０００４】
別の既知の補償方法では異なる熱膨張係数を有する材料の使用によってレンズの位置の再設定を行う。周囲温度が変化するとき、材料はシャープな焦点を維持するようにレンズの位置を再設定するように、異なる割合で空間的に変化する。従来のこのタイプのシステムは流体が充填されたベロー、バイメタルスプリング、高い膨張率のプラスティックのようなコンポーネントを含んでいる。しかしながら、種々の付加的な部品が他の考察を解決するために典型的に必要とされている。例えば、別々の荷重ばねは、バックラッシュを制御し、振動および衝撃環境におけるスチフネスを維持するために設けられている。さらに、別々の部品が最初の焦点調節を実現するために設けられる。さらにこのような方法はしばしば組立てられなければならない多数の部品と、高度に正確な製造と、別々のロック部分、コンパウンドまたはプロセスを含んでいる。それ故、全体としてこれらの方法はかなり複雑であり、したがって多数の応用に対して高価すぎる。
【０００５】
関連する考察は、多数の従来技術の方法では、止めねじが例えば最初の焦点調節を維持するために焦点集束アセンブリをクランプし、固定するために使用される。しかしながら、止めねじは時間の経過と共に緩くなる可能性がある。さらに、止めねじは他の構造のねじを変形させ、これはその後、最初の焦点設定を再調節することを困難あるいは不可能にし、部品間の結合を増加できる。また温度変化は止めねじにより行われる把持を実効的に緩める方法で種々の部分のディメンション特徴を変化させる。
【０００６】
前述の説明から、光学装置内で受動的な温度補償を行うより良好な方法と装置の必要性が生じていることが認識されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にしたがって、この要求を解決する方法および装置が提供され、それは、第１の方向に平行な相対的な運動のために第１および第２の部分を支持し、第１の部分は第１の方向にほぼ直交する第２の方向に面している結合構造を有するセクションを含んでおり、第１および第２の部分の１つに光学系の一部分である光学コンポーネントを設け、補償部分の設けて温度変化による光学系の光学的特性の変化を補償し、その補償部分は第２の部分に動作可能に結合され、第１の部分の結合構造に面して動作可能に結合する結合構造を有するセクションを含んでおり、セクションの第１のセクションは第１の結合構造を有し、セクションの第２のセクションは第２の結合構造を有する。補償部分は温度変化により生じる光学系の光学的特性の変化を補償する量だけ第１の方向に平行な第１および第２の部分の相対的な移動を行わせる寸法変化を受けることによって、補償部分に温度変化に対する応答をさせる熱膨張係数を有し、第１のセクションは第２の方向にほぼ平行な方向で、第２の結合構造に対して第１の結合構造を弾性的に押し付けるように構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の良好な理解は添付図面を伴った以下の詳細な説明から認識されるであろう。  
図１は本発明の特徴を実施する光学装置10の正面図である。図２は図１の断面２−２に沿って取った装置10の側断面図である。装置10は以下説明するように赤外線放射を処理し、破線11により図２で概略して示されている光軸を有する。装置10はほぼカップ形状のハウジング12を含んでいる。開示された実施形態では、ハウジング12は技術でよく知られ、アルミニウム合金６０６１−Ｔ６として複数の販売業者から容易に市場で入手可能なアルミニウム合金から作られている。しかしながらハウジング12は代わりに幾つかの適切な材料から作られることができる。
【０００９】
図３はハウジング12の正面図である。図２および３を参照すると、ハウジング12は管状の側壁13を有し、これはほぼ円筒形で、軸11に対して同心であり、１端部でほぼ円形の端部壁14を有する。端部壁14は円形の開口17を有し、これは端部壁14を通って軸方向に延在し、軸11に対して同心である。２つの半径方向に延在するスロット18、19は開口17と反対側で端部壁14を貫通して設けられている。端部壁14はまた軸方向で前方に延在する環状の突出部22をその内側に有し、それは半径方向に内方に面した円筒形の誘導表面23を有している。誘導表面23は軸11に対して同心である。
【００１０】
側壁13は端部壁14と反対側の端部近くに、半径方向に内方に面する円筒形の誘導表面24を有し、これは光軸11に同心である。側壁13はまた表面24の領域と、端部壁14に最も近い軸的面に、円周方向に延在するねじ27を有し、それは半径方向で内方に面している。ねじ27を以下詳細に説明する。
【００１１】
図１および２を参照すると、装置10はレンズ支持体51も含んでいる。このレンズ支持体51は管状であり、ほぼ切頭円錐形状を有し、軸11に対して同心である。開示された実施形態では、レンズ支持体51はハウジング12と同様のアルミニウム合金から作られるが、代わりに幾つかの他の適切な材料から作られることができる。レンズ支持体51はその小さい側の端部に、半径方向に外方に面する円筒形誘導表面53を有し、それはハウジング12上の円筒形誘導表面23と滑動可能に結合する。その反対側の端部で、レンズ支持体51は半径方向に外方に面する円筒形の誘導表面54を有し、それはハウジング12上の誘導表面24と滑動可能に結合する。したがって、誘導表面23と53および誘導表面24と54の相対的な滑動動作によって、レンズ51はハウジング12に関して軸方向および回転運動が可能である。誘導表面23−24および53−54は全て正確に機械加工された表面であり、それによってその相対的な運動期間中に、レンズ支持体51およびハウジング12を半径方向で相互に正確に整列させる。
【００１２】
レンズ支持体51の外部面は誘導表面54の領域に、円周状の溝57を有する。ニトリルゴムのＯリング58は溝57内に設けられているが、Ｏリングは代わりに、シリコンゴムのようないくつかの他の適切な弾性材料から作られることができる。Ｏリング58はハウジング12とレンズ支持体51上に設けられた各環状表面と密封して結合し、それによって湿気、埃または他の外来物が装置10に入ることを妨害する助けをする。図１および２に最良に示されているように、レンズ支持体51のレンズの前方端部はその直径方向で反対側に２つのスロット状の凹部63、64を有する。図示されていないツールは以下さらに詳細に説明する目的で、ハウジング12に関してレンズ支持体51の手動による回転を助けるために凹部63と64に結合することができる。
【００１３】
レンズ支持体51はその前端部近くで、軸11に同心であり、半径方向で内方に面する表面を有する環状凹部または溝66を有する。円形のレンズ67は凹部66に位置される周囲エッジを有し、それによってレンズ67の光軸は軸11と同一である。レンズ支持体51はまた凹部66のすぐ前に環状溝68を有する。環状溝68は当業者によく知られているタイプの注封コンパウンド69を含んでいる。注封コンパウンド69はレンズ67をレンズ支持体51の位置に固定して保持するようにレンズ67の周囲に延在し周囲エッジと結合する。開示された実施形態では、レンズ67は赤外線放射を屈折するように設計され、ゲルマニウムで作られるが、代わりに幾つかの他の適切な材料から作られることができる。
【００１４】
レンズ支持体51はその後端部近くに円周凹部71を有し、これは軸11に対して同心であり、半径方向に内方に面する表面を有する、円形の第２のレンズ72は凹部71に位置する周エッジを有し、それによってレンズ72の光軸は軸11と同一である。開示された実施形態では、レンズ72はレンズ67と同一のゲルマニウム材料から作られるが、代わりに幾つかの他の適切な材料から作られることができる。レンズ支持体は凹部71のすぐ前に、環状溝73を有する。環状溝73は69で使用されるのと同じ注封コンパウンド74を含んでいる。注封コンパウンド74はレンズ72をレンズ支持体51の位置に固定して保持するようにレンズ72の周囲に延在し、周囲エッジと結合する。
【００１５】
レンズ67と72は光学系のコンポーネントであり、端部壁14の僅かに後方に位置される図示されていないイメージ平面にイメージを形成するように、赤外線放射の焦点を結ばせる。光学系は装置10の一部ではなく、それ故図示せずここで詳細に説明しない他のコンポーネントを有する。
【００１６】
レンズ67と72間の領域では、レンズ支持体51は半径方向に内方に面する切頭円錐表面を有し、この切頭円錐表面にはねじ78が設けられている。ねじ78は別のコンポーネントのねじと共動するのではなく、代わりに光学系の効率的な動作を劣化する反射を含むレンズ支持体51の切頭円錐の内部表面からの不所望な反射を減少または防止する作用を行う。
【００１７】
レンズ支持体51はその後端部近くに半径方向に外方に突出する環状フランジ82を有する。このフランジ82は軸方向に貫通して延在する４つのねじ溝を設けられた孔を有し、これらのねじ溝を設けられた孔の２つは図２に示されている83と84である。４つのねじ溝を設けられた孔は９０゜の間隔で角度的に隔たられているそれぞれの位置に配置されている。
【００１８】
図２を参照すると、装置10は管状の非熱伝導性部分121も含んでいる。図４は非熱伝導性部分121の側面図であり、図５は図４の非熱伝導性部分121の正面図である。非熱伝導性部分121は以下さらに詳細に説明する方法で装置10内の温度補償を行う。開示される実施形態では、非熱伝導性部分121は比較的高い熱膨張係数を有する超高分子重量のポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）から作られる。適切なＵＨＭＷ−ＰＥ材料はインジアナ州フォートウェインのＰｏｌｙ  Ｈｉ  Ｓｏｌｉｄｕｒ社からアニールされたＴＩＶＡＲ１０００として商標名ＴＩＶＡＲ下で市場で入手可能である。しかしながら、非熱伝導性部分121は幾つかの他の適切な材料から作られることができる。
【００１９】
図２、４、５を参照すると、非熱伝導性部分121は軸11に対して同心の管状側壁126を有する。側壁126はほぼ円筒形であるが、より正確には前端部から後端部へ直径が非常に緩やかに変化する切頭円錐形である。側壁126の後端部で、非熱伝導性部分121は半径方向に内方に延在する環状のフランジ127を有する。フランジ127はそれを軸方向に貫通して延在し、角度的に９０゜の均一な間隔で角度的に分散されている４つの孔131−134を有する。
【００２０】
非熱伝導性部分121のフランジ127は４つの螺子によりレンズ支持体51のフランジ82に固定されており、その２つが図２で137、138として示されている。特に、これらの４つの螺子はそれぞれ４つの孔131−134のそれぞれを貫通して延在し、それぞれのフランジ82のねじ溝を設けられた孔とそれぞれ結合している。孔131−134はそれぞれ後に説明する目的で、関連する螺子のねじ山の外部直径よりもやや大きい内部直径を有する。
【００２１】
その前端部の外面で、非熱伝導性部分121は円周方向に延在するねじ溝148を有する。図２に示されているように、ねじ148は非熱伝導性部分121とハウジング12を物理的に結合させるために、ハウジング12に設けられたねじ27を動作可能に結合する。ねじ27と148について後にさらに詳細に説明する。ねじ148から小さい軸方向距離で、非熱伝導性部分121の外面は浅い円周方向に延在する溝149を有する。また図４および５で最良に見られるように、４つのスロット151-154はそれぞれその前端部から非熱伝導性部分121へ軸方向に延在する。スロット151−154は円周方向９０゜の均一な角度で隔てられている位置に設けられている。スロット151−154間に位置する非熱伝導性部分121の部分は４つの弾性アーム161−164として作用し、これはそれぞれ軸方向で前方に突出している。溝149のそれぞれの部分は各アーム161−164を横断して延在し、それによってアームはそれぞれ他の場所よりも溝149において僅かに薄く、これによって、各アームの弾性的なフレキシブル性を与えている。
【００２２】
共動するねじ27と148をさらに詳しく参照すると、図６は図２の一部分である部分的断面図であるが、実質的に拡大している共動するねじ27、148を示している。図６からねじ27と148とは結合されるときに、ねじ山の先端148がねじ27に関連する溝181の内端部からやや隔てられ、ねじ山27の先端がねじ148に関連する溝182の内端部からやや隔てられるように構成されていることに注意する必要がある。
【００２３】
ハウジング12と非熱伝導性部分121は装置10の組立て前に、非熱伝導性部分121のねじ148がハウジング12のねじ27の最大の主直径を有するように構成される。これは締りばめとして技術で普通に知られている。非熱伝導性部分121のスロット151−154がない場合、締りばめによりねじ27と148を共にねじ結合することは困難であり、不可能である。しかしながらスロット151−154の結果として、アーム161−164の外端部は半径方向に内方に小さい距離だけそれぞれ屈曲でき、それによってねじ27と148がそれらの初期直径が締りばめを規定する事実にかかわらず、共にねじ止めされることを許容する。
【００２４】
したがって、図２で示されている組立てられた装置10では、４つのアーム161−164は全て少量だけ半径方向で内方に屈曲され、図６の矢印176により概略して示されているようにハウジング12に設けられたねじ27と結合するように半径方向で外方にねじ148を連続して弾性的に押付ける。その結果として、図６に示されているように、非熱伝導性部分121のねじ148はその両側に表面によってハウジング12上のねじ27の溝のそれぞれの側面に常に結合されている。勿論、これは本質的にねじ27のねじ山の両側の表面がそれぞれねじ148の溝の両側の表面に結合していることを意味している。力176により連続的に維持されるこの側壁の結合によって、ねじ148と27の間には何等の“バックラッシュ”も存在せず、したがってハウジング12と非熱伝導性部分121との間に軸方向の遊びが生じる可能性はない。
【００２５】
温度変化はハウジング12と非熱伝導性部分121の少量の半径方向の膨張または収縮を生じる可能性があり、これは（ねじ27と148が結合される前の）それぞれの初期直径を効率的に変更できる。しかしながらアーム161−164の弾性は図６に示されているように、ねじ148と27の両側の表面を堅い結合で維持しながら、任意のこのような半径方向の変化を吸収する。同様に、放射方向の製造の許容誤差が締りばめねじ間に理論的に結合を生成する方法で累積できる程度まで、ねじ148と27の側面表面を堅い結合に維持しながら、アーム161−164の弾性は任意のこのような累積された許容誤差を効率的に吸収する。
【００２６】
装置10が組立てられる方法について簡単に説明する。小さいレンズ72がレンズ支持体51の凹部71に位置され、その後注封材料74が溝73に置かれ、レンズ72をその位置に保持する。次に、大きいレンズ67が凹部66に位置され、注封材料69はレンズ67をその位置に保持するために溝68に付加される。非熱伝導性部分121はその後、２つの図示されている螺子137と138を含む４つの螺子を使用してレンズ支持体51に緩く結合される。これらの４つの螺子はまだ十分に締められていない。前述したように、孔131−134は螺子のねじ山の外部直径よりも僅かに大きい直径である。それ故、組立てプロセスのこの段階で、ある程度の遊びが非熱伝導性部分121とレンズ支持体51との間の全ての半径方向に存在する。
【００２７】
非熱伝導性部分121とレンズ支持体51はその後ハウジング12中に挿入される。図示されていない工具は手作業でレンズ支持体51の凹部63、64と結合するように移動される。この工具はその後、レンズ支持体51と非熱伝導性部分121をハウジング12に関して軸11を中心にして手作業で回転するために使用され、それによってねじ27と148とを相互に結合させてねじ止めする。図６に関して前述したように、アーム161−164はそれぞれねじ27と148が結合するとき半径方向で内方に屈曲し、その後ねじ間の軸方向のバックラッシュを防止するように、ねじ148をねじ27と結合するように連続して弾性的に押付ける。ねじ27と148が相互に結合する一方で、レンズ支持体51の誘導表面53と54はハウジング12の誘導表面23と24に滑動結合するように移動する。
【００２８】
前述したように、共に結合する螺子がまだ堅く締められていないので、非熱伝導性部分121とレンズ支持体51との間の全ての半径方向で少量の遊びが存在する。その結果として、円筒形の誘導表面23と53は共に結合されるようになり、したがってハウジング12に関するレンズ支持体51の後端部の半径方向の位置付けを行い、非熱伝導性部分121の後端部は、レンズ支持体51の後端部が螺子が締められた後にレンズ支持体51の後端部上の任意の方向に半径方向の力を与える可能性が少ない位置になるまで、レンズ支持体の後端部に関して半径方向に移動できる。したがって相互に関して適切に位置されるレンズ支持体51と非熱伝導性部分121の後端部により、後端部を結合する螺子は以下の方法で締め付けられることができる。
【００２９】
レンズ支持体51は螺子137と138がハウジング12の端部壁14のスロット18と19と角度的に整列される位置に回転される。標準的なねじ回しがその後使用されて、各スロット18と19を通して連続的に挿入され、螺子137と138を手作業で締付ける。レンズ支持体51はその後、軸11を中心に９０゜回転され、それによって他の２つの螺子はスロット18と19と整列される。ねじ回しはその後、これらの他の２つの螺子を連続的に締付けるために使用される。
【００３０】
装置10の組立てはこの時点で完了される。しかしながら、以下の付加的なステップがシステムに装置10を設置するために実行される。レンズ支持体51と非熱伝導性部分121はねじ27からねじ148の結合を解除するためにハウジング12に関して回転され、レンズ支持体51と非熱伝導性部分121は軸方向にハウジング12から引出される。レンズ支持体51を非熱伝導性部分へ固定する４つの螺子は螺子137と138を含んでいるが、緩められない。ハウジング12はその後、それぞれのスロット18−19を通しておよび／またはハウジング12の後端部14に設けられた付加的な孔186−187（図３）を通して延在する図示されていない螺子を使用して、図示されていないシステム内に固定して取り付けられ、それによって後部壁14をシステムの図示されていない部分に固定して取り付ける。ハウジング12がシステム内に固定して取り付けられた後、レンズ支持体51と非熱伝導性部分121はハウジング12に軸方向に再度挿入され、ねじ27と148の結合を行うためにハウジング12に関して回転される。その後、最終的な光学的較正手順中、レンズ支持体51と非熱伝導性部分121は、装置10を通過する赤外線放射に対して全体的な光学系内の適切な焦点を実現できる軸方向位置に対してレンズ67と72を調節するためにハウジング12に関して回転される。ねじ27と148はしたがって初期的な焦点調節を行う役目を行う。アーム161−164の弾性により生じる摩擦を含む、ねじ27と148間の摩擦はこの初期的な焦点調節を変化させる傾向のあるレンズ支持体51とハウジング12の相対的な回転を阻止する。
【００３１】
温度変化に応答して装置10内で生じる熱補償に関して簡単な説明をする。前述したように、温度の変化は光学系の光学特性に変化を生じさせる。これに関して、１つの大きな要素は温度の変化がゲルマニウムレンズ67と72のそれぞれの屈折率の変化を生成し、それによりこれらが発生したイメージの焦点面の軸方向のシフトを生じさせるように焦点形態機能を変化させる可能性がある。
【００３２】
このタイプの光学特性の変化を打ち消すための温度ベースの補償を行うために、非熱伝導性部分121は不動のハウジング12に関してレンズ支持体51の滑動動作を行うように、軸の長さの膨張または収縮により温度変化に応答させる熱膨張係数を有する。装置10はこのような軸方向の膨張または収縮量が、レンズ67と72の屈折率の変化のような熱的ファクタを正確に打ち消す量だけレンズ67と72の軸方向の再位置付けを行うように設計されている。結果として、温度変化にかかわらず、レンズ67と72により生じるイメージの焦点面はシステムの同一の軸位置に実質的に維持され、それによって比較的広い温度範囲にわたって装置10の正確で信頼性のある光学的動作を確実にする。
【００３３】
図７は図２に類似しているが、図２の装置10の代わりの実施形態である光学装置310を示している側断面図である。図７の装置310は図２の装置10にほぼ類似しており、大きな相違点だけについて詳細に説明する。これらの相違点は主として非熱伝導性部分の構造と非熱伝導性部分がレンズ支持体に結合される方法に関連している。
【００３４】
さらに詳細に説明すると、装置310はその後端部に半径方向に外方に突出する環状フランジ326を有するレンズ支持体321を含んでおり、このフランジは図２のレンズ支持体51の後部に設けられたフランジ82とは異なっている。特に、フランジ326はそこを貫通するねじを設けられた孔を有しておらず、代わりにその外端部に、半径方向に外方に突出する円周リブ327を有する。このリブ327はほぼ台形の断面形状を有する。
【００３５】
図７の装置310は非熱伝導性部分341を含み、図８はその非熱伝導性部分341の側断面図である。非熱伝導性部分341は以下さらに詳細に説明するように、装置10の非熱伝導性部分121からの幾つかの観点に関して異なっている。
【００３６】
非熱伝導性部分341はほぼ円筒形の管であるが、正確には前端部から後端部へ直径が非常に緩やかに減少している頭円錐形である。図７および図８から明白であるように、非熱伝導性部分341の左すなわち前方の半分は通常、図２および図４の非熱伝導性部分121の左または前方の半分と類似している。特にこれは物理的に非熱伝導性部分341とハウジング12を結合するために、ハウジング12のねじ27との締りばめするように構成された円周方向のねじ148を備えている。さらに、円周方向に延在する溝149を有する。それに加えて４つのスロットがその前端部から非熱伝導性部分341へ軸方向に延在し、これらのスロットの３つが151、153、154において図８に示されている。これらのスロットは９０゜の間隔で相互にオフセットされている。４つのスロットは４つの弾性アームを規定し、その２つが163、164として図７および８で示されている。
【００３７】
非熱伝導性部分341の右または後方の半分は図２の非熱伝導性部分121の右または後方の半分とは構造上異なっている。特に、その後端部の内部表面で、非熱伝導性部分341は円周方向に延在する溝348を有する。その溝348はほぼ台形の断面形状を有する。溝348はレンズ支持体321と非熱伝導性部分341とを物理的に結合させるために、レンズ支持体321のフランジ326に設けられたリブ327を受ける。このリブと溝との共動動作を以下さらに詳細に説明する。２つが351と352で示されている４つのスロットはその後端部から非熱伝導性部分341中へ軸方向で前方に延在する。これらの４つのスロットは９０゜の均一な角度間隔により相互にオフセットされて円周方向で隔てられた位置に設けられている。非熱伝導性部分341の後半部分のこれらの４つのスロットはその前半部分の４つのスロットから４５゜だけ角度的にオフセットされている。スロット間に位置される非熱伝導性部分341の部分はそれぞれ弾性的にフレキシブルである４つの軸方向で後方向に突出されたアームとして機能し、これらのアームの３つが361−363として図８に示されている。
【００３８】
図９はリブ327および溝348を含んでいる図８の部分を大きく拡大して示している部分的断面図である。リブ327の主直径は溝348の主直径よりも大きく、それによってリブ327と溝348はねじ27および148に関連して前述した締りばめに匹敵する締りばめ作用を受ける。結果として、リブ327が図７および図９に示されている組立てられた構造において溝348内で受けられるとき、非熱伝導性部分341の後端部の４つの弾性的にフレキシブルなアームはそれぞれ半径方向で外方に屈曲された位置にあり、それ故、それぞれ連続して弾性的にリブ327と溝348を相互に結合するように押付ける効果を有する。
【００３９】
図９からリブ327の外端部と溝348の最も内部の表面は相互から僅かに隔てられ、フランジ326と非熱伝導性部分341の対面している表面は相互に僅かに隔てられていることに注意する必要がある。したがって、アーム361−363を含む４つのフレキシブルアームの弾性により、溝348の対向面の傾斜した表面は常にリブ327の対向面上の傾斜した表面と結合するように弾性的に押付けられる。これはレンズ支持体321と非熱伝導性部分341との間に軸方向の遊びまたはバックラッシュがないことを確実にする。レンズ支持体321および／または非熱伝導性部分341の直径が温度変化に応答して多少変化しても、アームの弾性はリブ327と溝348との間のこのゼロのバックラッシュ結合を維持するように作用する。このゼロのバックラッシュ結合は廉価で構造的に簡単な構成で実現されることに注意すべきである。
【００４０】
組立て中に、レンズ支持体321のフランジ326は後方方向で非熱伝導性部分341中に挿入され、リブ327が軸方向で溝348と整列されるまで、非熱伝導性部分341の後端部の４つのアーム361−363がリブ327により外方向に屈曲される。アームはその後、リブ327が溝348に入るときにその固有の弾性により半径方向に内方にスナップするが、その後でさえもアームはそれぞれある程度まで弾性的に屈曲できる状態である。ハウジング12はその後、図示されていないシステム中に適切な方法で取り付けられる。その後、非熱伝導性部分341とレンズ支持体321は軸方向にハウジング12中に挿入され、ねじ27と148の結合を行うようにハウジング12に関して回転される。ねじ27と148が結合されるとき、図１−６の実施形態に関連して既に詳細に説明した方法と類似の方法で、非熱伝導性部分341の前端部のアームは半径方向に内方に屈折する。
【００４１】
ねじ27と148が一度結合されると、レンズ支持体321と非熱伝導性部分121は赤外線放射の適切な焦点集束を行う軸方向位置にレンズ67と72を位置させるようにハウジングに関して回転される。その後、装置310の通常の動作における使用中、非熱伝導性部分341は図１−６の実施形態の非熱伝導性部分121について前述した方法と実質的に同一な方法で、ハウジング12に関して軸方向にレンズ支持体を移動することにより温度変化に応答して補償を行う。
【００４２】
本発明は多くの技術的利点を提供する。これらの技術的な利点は構造において比較的簡単であり、受動的な焦点補償、初期的な焦点調節、焦点調節の自己ロック、焦点調節のゼロバックラッシュ、厳しくない製造許容誤差、組立ての容易さとを促す単一の非熱伝導性部分の特徴を含んでいる。関連する利点はゼロバックラッシュ状態が装置の広い動作温度範囲にわたって十分に有効に維持されることである。別の利点はゼロのバックラッシュと焦点調節ロックを行う構造内にほぼ一定の半径方向の力を与え、軸方向のスチフネスを維持しながら半径方向のコンプライアンスを提供する幾つかの弾性アームの使用から得られる。半径方向に分布された力はまたゼロバックラッシュ構造の結合表面の自己センタリングを促す。
【００４３】
さらに別の利点は、非熱伝導性部分が温度変化に応答して軸方向で再位置付けを必要とするレンズの軸にほぼ同心に位置されている管である場合に得られる。非熱伝導性部分はレンズセルの傾斜および／または結合方向の傾向を減少または防止するためにレンズを支持するレンズセル周辺に均一に力を与えるように構成されている。さらに別の利点は、装置が振動または衝撃を受けるときでさえもレンズの適切な軸的な位置を確実に維持できる構造の提供から得られる。別の利点はゼロバックラッシュと焦点ロック機能を行う構造に止めねじがないことである。
【００４４】
２つの実施形態を示し、詳細に説明したが、種々の置換および変更が特許請求の範囲に規定されている本発明の技術的範囲を逸脱せずに可能であることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の特徴を実施する光学装置の正面図。
【図２】図１の断面線２−２に沿って取った図１の装置の側断面図。
【図３】図１の装置のコンポーネントであるハウジングの正面図。
【図４】図１の装置のコンポーネントである非熱伝導性部分の側面図。
【図５】図４の非熱伝導性部分の正面図。
【図６】実質的に拡大して図２の一部分を示している部分的断面図。
【図７】図２に類似しているが、図２の装置の別の実施形態である光学装置を示している側断面図。
【図８】図７の装置のコンポーネントである非熱伝導性部分の側断面図。
【図９】実質的に拡大して図７の一部分を示している部分的断面図。
【図１】
2005524873.tif 000003
【図２】
2005524873.tif 000004
【図３】
2005524873.tif 000005
【図４】
2005524873.tif 000006
【図５】
2005524873.tif 000007
【図６】
2005524873.tif 000008
【図７】
2005524873.tif 000009
【図８】
2005524873.tif 000010
【図９】
2005524873.tif 000011
【国際調査報告】
2005524873.tif 000012
2005524873.tif 000013
2005524873.tif 000014