(57)【要約】【課題】マウントと搭載された光学素子とを有する熱補償される光学小組立品であって、光学素子が傾かないように保持される光学小組立品を提供する。【解決手段】本発明は、回転対称な光学素子（４）と一体構造マウント（１）とを備えた熱補償される光学小組立品であって、一体構造マウントは、対称軸（２．１）を有する回転対称な搭載リング（２）と、少なくとも３つの連結ユニット（３）とを有し、傾く恐れがなくまた有利には捩じれに対して固定的であるように連結ユニットを介して光学素子（４）が搭載リング（２）と連絡する光学小組立品に関する。連結ユニット（３）は全ての場合に３つのカプラ（３．１，３．２，３．３）を有し、これらは互いに対して所定の長さ比を有し、互いに連結しており、搭載リング（２）と光学素子（４）に対してこの所定の条件が満たされる。【選択図】図１
2015041108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転対称な光学素子（４）と一体構造マウント（１）とを備えた光学小組立品であって、前記一体構造マウントは、対称軸（２．１）を有する回転対称な搭載リング（２）と、少なくとも３つの連結ユニット（３）とを有し、前記連結ユニットを介して前記光学素子（４）が前記搭載リング（２）と連絡する光学小組立品において、
前記連結ユニット（３）は全ての場合に、第１長さ（ｌ１）を有する第１カプラ（３．１）と、前記第１長さ（ｌ１）の２．５倍に等しい第２長さ（ｌ２）を有する第２カプラ（３．２）と、前記第１長さ（ｌ１）の５倍に等しい第３長さ（ｌ３）を有する第３カプラ（３．３）とから形成され、
前記第１カプラ（３．１）は全ての場合に、前記搭載リング（２）に連結した第３撓み軸受け（Ａ０）と、前記第３カプラ（３．３）に連絡した第１撓み軸受け（Ａ）とによって画定され、前記第２カプラ（３．２）は全ての場合に、前記搭載リング（２）に連結した第４撓み軸受け（Ｂ０）と、前記第３カプラ（３．３）に連絡した第２撓み軸受け（Ｂ）とによって画定され、前記第３カプラ（３．３）は全ての場合に、前記第１撓み軸受け（Ａ）と、前記光学素子（４）に連絡した締結点（Ｃ）とによって画定され、
前記第２撓み軸受け（Ｂ）は全ての場合で前記第３カプラ（３．３）の中央に形成され、
前記第３撓み軸受け（Ａ０）と前記第４撓み軸受け（Ｂ０）は全ての場合で、前記第１長さ（ｌ１）の２倍に等しい互いからの距離（ａ）を置いて前記搭載リング（２）に形成される、ことを特徴とする光学小組立品。
【請求項２】
前記第３撓み軸受け（Ａ０）と前記第４撓み軸受け（Ｂ０）は全ての場合で、前記締結点（Ｃ）と前記対称軸（２．１）をそれぞれ通って前記搭載リング（２）に対して半径方向に延びる第１直線（Ｇ１）と平行に延びる第２直線（Ｇ２）上にあり、それで前記連結ユニット（３）の偏向があると前記締結点（Ｃ）は全ての場合で前記搭載リング（２）の前記対称軸（２．１）に対して半径方向に前記第１直線（Ｇ１）のうちの１つの上をガイドされる、ことを特徴とする請求項１に記載の光学小組立品。
【請求項３】
前記光学素子（４）は予備マウント（５）に設置され、前記光学素子（４）は前記予備マウント（５）を介して前記締結点（Ｃ）と間接的に連絡する、ことを特徴とする請求項１に記載の光学小組立品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許文献１から一般に知られているように搭載される一体構造マウント（モノリシックマウント）と回転対称な光学素子とを備えた光学小組立品に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子用のマウント（取付台）は基本的に、結像品質や、搭載された光学素子が構成部品を形成する光学装置が輸送、貯蔵及び使用される所与の条件という要件に応じて設計される。特に、予期される衝撃負荷や、輸送、貯蔵及び使用中での起こり得る温度変動や、使用中の放射線のエネルギーに関連するスペクトル影響がこの点に関する因子である。光学素子は、前述の負荷とは無関係に小さい負荷で所定位置に永続的に保持されなければならない。
【０００３】
本発明によれば小組立品（サブアセンブリ）のための前述の要件に基づき、本発明に係る小組立品のように、所与の温度範囲にわたり半径方向の膨張が補償されるようにマウントにおいて回転対称な光学素子を保持するそれら従来技術の小組立品やマウントだけを以下ではこのような小組立品の構成部品と考える。この種の小組立品は熱的に補償されると言ってもよい。
【０００４】
特許文献２は、一体構造マウント（当該文献においてホルダと呼ばれている）を備えた光学小組立品を開示しており、回転対称な光学素子が、マウントに一体化された３つの連結ユニットにより搭載リングに保持されている。連結ユニットは全ての場合で、光学素子と接線方向で接する屈曲ビーム（ウェブと呼ばれている）を有する。光学素子は、接線方向で接する屈曲ビームの半径方向の弾性的な撓み性のために小さい圧力で保持され、光学素子とマウントの間の異なる熱膨張が補償される。光学素子は常に中心に合わせて保持される。屈曲ビームは全ての場合で中心で光学素子の周囲に接触し、両端では搭載リングに連結される。光学小組立品の基本状態では、屈曲ビームは実質的に緩んでいる。光学素子が温度変化のために半径方向に膨張すると、屈曲ビームは半径方向にテンションを掛けられる。光学素子に接線方向で接する屈曲ビームを備えたマウントを構成するこの原理の欠点は特に、屈曲ビームと光学素子との連結部では半径方向に作用しないマウントに作用する外力が、制御不能で不可逆な光学素子の変位、とりわけその光軸周りの捩じれを生じさせる点にある。
【０００５】
一体構造マウントと、３つの連結ユニット（スプリングレッグ装置と呼ばれる）を介してそこに保持された回転対称な光学素子とを備えた光学装置が特許文献１から知られている。スプリングレッグ装置は２つの平行なスプリングレッグの全ての場合で形成され、両方の平行なスプリングレッグの端部の一方が全ての場合で撓み軸受け（外側マウント領域と呼ばれる）を介して搭載リングに連結されているのに対し、他方の端部は、光学素子が接着接合又ははんだ付けで固定されている接触ベースに開口している。２つの平行なスプリングレッグはそれらの撓み性の方向に、すなわち光学素子の光軸と直角に互いに距離を置いて配置されており、光学素子から見て凹んだ湾曲線に沿って延びている。この距離はスプリングレッグの長さに比例して小さい。光学素子が半径方向に膨張した場合、光学素子は半径方向に作用する力を接触ベースに加え、これは光軸に対して直角な平面における平行なスプリングレッグの偏向をもたらす。したがって、上述した特許文献２に従う光学素子への屈曲ビームの中心連結と比較して、光学素子との接触領域において曲げトルクが生じないだろう。その理由は、スプリングレッグ装置自体が、光学素子により加えられるトルクに対向する接触領域でのトルクを生じ、その結果接触ベースが並進運動しか実行できなくなるからである。
【０００６】
光学素子とマウントの異なる膨張の場合、光軸周りの光学素子の無視できる僅かな回転しかないだろう。スプリングレッグ装置と光学素子の連結部は負荷を掛けられないので、連結部は有利には接着連結により形成される。マウントを構成するこの原理は、この種のスプリングレッグ装置として設計される連結ユニットが大きい空間を占め、そのため３つしか配置できないという欠点を有する。
【０００７】
前述のどちらのマウントでも、連結ユニットはスプリングジョイントとして構成される。マウントの対称軸に対する垂直平面であって、回転対称な光学素子が中心に合わせて配置された場合に光学素子の光軸が延びる垂直平面内では、これらスプリングジョイントは小さいスプリング剛性しか有さず、それで光学素子は小さい負荷で保持される。１つの操作方向のスプリングジョイントの適切な小さいスプリング剛性を考慮して、スプリング剛性はこの操作方向周りの隣接領域でも比較的小さい。これは特に、マウントの対称軸に対する光学素子の光軸の傾きを生じるスプリングジョイント自体の捩じれを生じる。
【０００８】
両方の文献で、一体構造の構成部品としてのマウントの構成は有利ではあるが、図示された原理に基づくマウントは別個の構成部品により実現されてもよいと記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＤＥ１０２０１０００８７５６Ａ１
【特許文献２】ＤＥ１０２００６０６００８８Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、マウントと搭載された光学素子とを有する熱補償される光学小組立品であって、光学素子が傾かないように保持される光学小組立品を提供することである。有利には、トルクが光学素子に作用せず、それで光学素子は捩じれに対しても固定的に保持されるように、光学素子は設計されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
回転対称な光学素子と一体構造マウントとを備えた光学小組立品であって、一体構造マウントは、対称軸を有する回転対称な搭載リングと、少なくとも３つの連結ユニットとを有し、連結ユニットを介して光学素子が搭載リングと連絡する光学小組立品において、前述した課題は、連結ユニットが互いに連結した３つのカプラを有し、第１カプラは第１長さを有し、第２カプラは第１長さの２．５倍に等しい第２長さを有し、第３カプラは第１長さの５倍に等しい第３長さを有することで解決される。第１カプラは全ての場合に（その都度）、搭載リングに連結した第３撓み軸受けと、第３カプラに連絡した第１撓み軸受けとによって画定される。第２カプラは全ての場合に、搭載リングに連結した第４撓み軸受けと、第３カプラに連絡した第２撓み軸受けとによって画定される。第３カプラは全ての場合に、第１撓み軸受けと、光学素子に連絡した締結点とによって画定され、第２撓み軸受けは全ての場合で第３カプラの中央に形成される。第３撓み軸受けと第４撓み軸受けは全ての場合で、第１長さの２倍に等しい互いからの距離を置いて搭載リングに形成される。
【００１２】
カプラが連結部の移動範囲内で曲がらない（固い）という単純化した仮定を用いて、前述したような連結ユニットの偏向は伝達図によって表される。伝達図では、締結点は、第３撓み軸受けと第４撓み軸受けを通って第２直線と平行に延びる第１直線上をガイドされる。
【００１３】
第３撓み軸受けと第４撓み軸受けは有利には、締結点と対称軸を通って搭載リングに対して半径方向に延びる第１直線と平行に延びる第２直線上にあり、それで連結ユニットの偏向があると締結点は全ての場合で搭載リングの対称軸に対して半径方向に第１直線のうちの１つの上をガイドされる。
【００１４】
有利には、光学素子が予備マウントを介して締結点と間接的に連絡するように、光学素子は予備マウントに搭載される。
【００１５】
以下では、実施形態と図面に則して本発明をより完全に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光学小組立品の第１実施形態の分解図である。
【図２】基本的特徴に限定した図１に係る光学小組立品のマウントの平面図である。
【図３ａ】図１に係る光学小組立品のマウントの連結ユニットの細部の拡大図である。
【図３ｂ】図３ａに係る偏向されていない連結ユニットの所定位置での伝達図である。
【図４ａ】第２実施形態に係る光学小組立品のマウントの連結ユニットの細部の拡大図である。
【図４ｂ】図４ａに係る偏向されていない連結ユニットの所定位置での伝達図である。
【図５】別な実施形態の偏向されていない連結ユニットの別な位置での伝達図である。
【図６】光学小組立品の第１実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に従う光学小組立品は、搭載リング２とカプラ（連結器）及び撓み軸受けを有する少なくとも３つの連結ユニット３とを有する一体構造マウント１と、当該マウント１に連結される光学素子４とを有する。
【００１８】
原則として、本発明に従うマウント１は、別個のカプラと別個の旋回ジョイントで形成される連結ユニット３と搭載リング２を含んでもよい。旋回ジョイントにより、カプラは互いにかつ搭載リング２に連結される。しかしながら、この種のマウントは、必要な組立ステップのためにとりわけ製造するのが非常に複雑で、ジョイント内で生じる摩擦のために機能しないかもしれない。回転対称な周面を具備したレンズやミラーなどの結像光学素子はどれも光学素子として考えられるが、これはフィルターや光学ディスクと共にマウント１を使用する可能性を制限するものではない。
【００１９】
光学小組立品の全ての実施形態では共通して、マウント１が、搭載リング２と、少なくとも３つの好ましくは同一の連結ユニットであって、好ましくは互いに等距離に配置された連結ユニット３を有する。
【００２０】
連結ユニット３は同一の長さ比を有し、撓み軸受けを介して同一の連結部を有する。それぞれは、固いと想定されるカプラ（３．１，３．２，３．３）を有し、同じ伝達図により表される。連結ユニットの個々の実施形態は、カプラの角度位置に関して互いに異なってもよく、１つの伝達図の異なる位置で表される。結局、締結点Ｃが後により完全に記載する異なる位置で第１直線Ｇ１上をガイドされるように、連結ユニットは搭載リング２内に異なって配置されてもよい。
【００２１】
図３ｂ、４ｂ、５で異なる位置の例によって示された連結ユニットを描写する伝達図は、以下のように寸法決めされている。
【００２２】
第１カプラ３．１が、搭載リング２に連結した第３撓み軸受けＡ０と、第３カプラ３．３と連絡している第１撓み軸受けＡとで画定され、第１長さｌ１を有している。第２カプラ３．２が、搭載リング２に連結した第４撓み軸受けＢ０と、第３カプラ３．３と中央で連絡している第２撓み軸受けＢとで画定され、第１長さｌ１の２．５倍に等しい第２長さｌ２を有している。
【００２３】
第３カプラ３．３は、第１撓み軸受けＡと締結点Ｃで画定され、第１長さｌ１の５倍に等しい第３長さｌ３を有している。第２撓み軸受けＢは、特に堅固に構成された第３カプラ３．３の中央に形成されている。
【００２４】
前記した長さ比への固執は、第１直線Ｇ１上のガイド用締結点Ｃにある本発明に従う連結ユニット３の意図した機能のための第１の必須条件である。
【００２５】
前記した長さ比への固執とは別に、第３撓み軸受けＡ０と第４撓み軸受けＢ０が搭載リング２において互いに距離ａを置いて形成されなければならない点で第２の必須条件が満たされなければならない。この距離は第１長さｌ１の２倍に等しい。そのうえ第１直線Ｇ１は撓み軸受けＡ０，Ｂ０を通って延びる仮想第２直線Ｇ２と平行に延びる。ゆえに、締結点Ｃの移動経路の位置は、搭載リング２に対する連結ユニット３の第３撓み軸受けＡ０と第４撓み軸受けＢ０の配置で定められる。したがって、光学素子４が膨張した場合、個々の連結ユニットの締結点Ｃはそれぞれ第１直線Ｇ１上をガイドされ、連結ユニット３は偏向される（曲げられる）。その際、カプラは撓み軸受けのまわりを旋回する。
【００２６】
有利には、第１直線Ｇ１は搭載リング２の対称軸２．１に対して半径方向に、ゆえに回転対称な周面を有する光学素子４に対して半径方向に延び、締結点Ｃを介して設けられている。よって、第１直線Ｇ１に沿ってのみ可能な締結点Ｃの移動は、搭載リング２の対称軸２．１に向かう又は離れる、ガイドされた並進（平行移動）のみの軸方向に対称な締結点Ｃの移動をもたらす。
【００２７】
連結ユニット３は基本的に、屈曲ビームを有さず、むしろガイドされた、好ましくは半径方向にガイドされた締結点Ｃの補償移動を生じさせるカプラトランスミッションとしても知られている結合機構である点で、従来技術から公知の連結ユニット３と実質的に異なる。
【００２８】
前述の記載ではカプラが十分固く、締結点Ｃの移動経路がカプラトランスミッションの伝達図によって記載されると想定した。しかしながら、一体構造のためにカプラは実際に近似的に十分固いので、その移動経路上の締結点Ｃは、第２直線Ｇ２と平行に延びる理想第１直線Ｇ１を実際には描かない。ずれが微々たるものでない限り、第３撓み軸受けＡ０と第４撓み軸受けＢ０が僅かにずれ、そのため仮想第２直線Ｇ２がそれらを通って第１直線Ｇ１と略平行にのみ延びる点で、ずれは少なくともかなり減少される。理論通りに小組立品を考えるとき、完全には除外され得ないカプラの屈曲により生じるずれは考慮されない。
【００２９】
機械的かつ熱的影響の効果に関しては、小組立品は特に以下の利点を有する。
【００３０】
光学素子４とマウント１の等しくない膨張をもたらす温度変化が生じた場合、光学素子４とマウント１の相対運動は、半径方向に延びる第１直線Ｇ１に沿う締結点Ｃの純粋な並進運動である。ゆえに、光学素子４はトルクを全く受けず、これは、光学素子４の結像品質を維持し、締結点Ｃを介する光学素子４の連結ユニット３への連結部の機械的安定性と小さい負荷を有する中央位置を維持するために重要である。
【００３１】
マウント１が例えば操縦者によってハウジング部内の保持要素を介して調節されるときに生じ得るマウント１の機械的変形は、第３撓み軸受けＡ０と第４撓み軸受けＢ０のそれぞれで吸収され、締結点Ｃに伝達しない。
【００３２】
また、衝撃荷重がマウント１に局所的に作用するときに外側からマウント１に作用する衝撃荷重は光学素子４に伝達されず、伝達されたとしてもせいぜい締結点Ｃの一時的な並進移動によって伝達される。連結ユニット３の共振周波数は、従来から公知の屈曲ビームを備えた連結ユニット３に比べて低く、そのため負荷の下で小さい振動振幅しか生じ得ない。
【００３３】
連結ユニット３の上述の構造のために、光学素子４はその重力と、反対向きの保持力と、マウント１内の光学素子４の位置に影響せず名目上零に等しい対称的に半径方向にのみ作用する補償力とによってのみ負荷を掛けられる。
【００３４】
第１直線Ｇ１が半径方向に延びないように、第３撓み軸受けＡ０と第４撓み軸受けＢ０は搭載リング２に対して配置されてもよい。光学素子４の場合によっては生じる捩じれが許容でき、又は補償すべき温度範囲が非常に小さく場合によっては生じる捩じれが無視できる限り、これが光学小組立品のより劣った構造をもたらすこともない。
【００３５】
軸方向の連結ユニット３の剛性は、スプリングジョイントを有する連結ユニット３に比べて非常に高く、それで予期される最大の力で光学素子４の傾きをもたらす連結ユニット３の捩じれは生じない。
【００３６】
益々多数の連結ユニット３が用いられるほど、剛性はより増大する。このために、連結ユニット３は比較的小さく構成されるのが有利である。したがって、３以上、例えば６つの連結ユニット３又はそれ以上が形成されてもよい。量に関わらず、連結ユニット３は有利には同一であって、互いに同一の角距離で構成される。例えば光学素子４の光学活性面が回転対称でなく、むしろ自由形状な表面を有している場合、連結ユニット３を異なって形成したり、連結ユニット３を互いに対して不規則な角度間隔で配置したりすることが有益である。
【００３７】
特にマウント１に外部の機械的影響がある場合に、３より多い数量、特に６によって、光学素子４の周囲に沿って分配される有利な力の伝達と、光学素子のマウントへのより堅固な連結がもたらされる。これは、より多数の連結ユニット３による光学素子４の応力付加の危険を減少させる。比較的短くて固いカプラ３．１，３．２，３．３は、マウント１の所望の高い軸方向剛性をもたらす。
【００３８】
一体構造マウントの製造中、様々な技術を用いて切り込み（カット）がマウントに導入され、それでマウント本体は搭載リングと連結ユニットに分割される。このようにして形成されるカプラと撓み軸受けの位置と寸法は切削・切断により決定される。これにより、特に簡単に対称軸に対して垂直平面内でカプラの厚さを決定し、ゆえに切削によりこの平面内で撓み軸受けの剛性とカプラの剛性を決定することが可能である。
【００３９】
連結ユニットの２つの実施形態を以下に詳細に記載する。
図１，２は、６つの連結ユニット３を備えた搭載リング２を有する本発明に係るマウント１の第１実施形態の具体的な構造を示す。連結ユニット３を備えたマウント１の拡大した細部は図３ａに示されている。
図４ａは、４つの連結ユニット３を備えた搭載リング２を有する本発明に係るマウント１の第２実施形態の具体的な構造の細部を示す。
【００４０】
両方の実施形態では、連結ユニット３の第１カプラ３．１及び第２カプラ３．２は互いに平行に配置されると有利であり、これは例えば長さを立証するのを容易にする。これら実施形態の連結ユニットは、第３カプラ３．３とカプラ３．１，３．２により形成される角度と、カプラ３．１，３．２，３．３の剛性に関して異なり、第２実施形態のカプラはより大きいスケールで構成されている。さらに、第２実施形態は小さめの半径方向寸法を有し、スリットにより弱められないマウントの面積が最小幅を有すると想定される場合にマウントはより小さい外径で構成されてもよい。
【００４１】
第２実施形態によれば、第３カプラは、光学素子４を固定するための締結要素（例えば締付けブラケット）を配置するのにより有利な大きめの表面積を有する。第３カプラに配置された締結要素は光学素子４に対する位置を変更しない。例えば図５に示される伝達図の位置により記載されるような別な実施形態は、互いに平行に延びない第１カプラ３．１及び第２カプラ３．２を有する。
【００４２】
図１に明瞭に示されているように、締結点Ｃは搭載リング２のその他に自由な内径内に延びる支持ブロックとして形成される。光学素子４はこれら支持ブロックに載置され、好ましくは接着係合により支持ブロックに連結される。しかしながら、光学素子４はねじ連結などの確動摩擦係合連結や間接確動係合を介して固定されてもよい。
【００４３】
図１は、円形線上に分布していて、光学装置内で隣接して配置されたマウント用の接触面として機能する細長い上昇部分も示している。連結ユニットにより占められた小さい設置スペースのために、この目的に利用できる十分なスペースがある。さらに、図１に示されるように、例えば搭載リング２の縁領域に通し穴を設けるための十分なスペースも残っており、ここを通してマウント１が例えばハウジング部に設けられる。本発明にとって本質的なマウント１の特徴でないこれら通し穴は明確性のために図２には示されていない。
【００４４】
光学素子４は、直接又は図６に示されるように予備マウント５を介して間接的に連結ユニット３に連結される。特に光学素子４自体が回転対称な周囲を有さず、又は隣接して配置された要素がかなり大きい外径を有するとき、光学素子は、マウント１の連結ユニット３に連結した回転対称な予備マウント５に保持されてもよい。
【００４５】
光学素子４又は予備マウント５に保持された光学素子４は、接着係合（例えば接着やはんだ付け）や、確動係合締結又は摩擦係合締結（例えばピン、リベット、ねじ又は他の要素）により、連結ユニット３に連結されてもよい。この点では、連結部がこの位置で例えばねじ穴により締結点Ｃに又は少なくともそのすぐ近傍にあると有利である。
【符号の説明】
【００４６】
１  マウント
２  搭載リング
２．１  対称軸
３  連結ユニット
３．１  第１カプラ
３．２  第２カプラ
３．３  第３カプラ
４  光学素子
５  予備マウント
Ａ０  第３撓み軸受け
Ｂ０  第４撓み軸受け
Ｃ  締結点
ｌ１  第１長さ
ｌ２  第２長さ
ｌ３  第３長さ
Ｇ１  第１直線
Ｇ２  第２直線
ａ  距離
【図１】
2015041108.tif 000003
【図２】
2015041108.tif 000004
【図３ａ】
2015041108.tif 000005
【図３ｂ】
2015041108.tif 000006
【図４ａ】
2015041108.tif 000007
【図４ｂ】
2015041108.tif 000008
【図５】
2015041108.tif 000009
【図６】
2015041108.tif 000010
【外国語明細書】
2015041108000001.pdf
2015041108000002.pdf
2015041108000003.pdf
2015041108000004.pdf