(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面から突き出した環状の凸部を備えた鏡筒と、
前記鏡筒の内部に挿入される鏡筒リテーナと、
前記凸部と前記鏡筒リテーナとにより挟持される回転対称形状のレンズと、
前記レンズの側面と前記鏡筒の内周面と前記鏡筒リテーナと前記凸部とにより形成される第１隙間に充填される充填材と
を備え、
温度変化による前記第１隙間の体積の変化量と前記温度変化による前記充填材の体積の変化量との比の値である第１の値が０．９以上１．１以下であり、
前記第１隙間の幅ｔは、前記鏡筒の線膨張係数αＭと、前記レンズの線膨張係数αＧと、前記充填材の線膨張係数αＥと、前記レンズの半径Ｒと、前記温度変化であるΔＴとを用いて式１により算出されるレンズ保持機構。
【数６】
0006272218.tif 000007
【請求項２】
内周面から突き出した環状の凸部を備えた鏡筒と、
前記鏡筒の内部に挿入される鏡筒リテーナと、
前記凸部と前記鏡筒リテーナとにより挟持される回転対称形状のレンズと、
前記レンズの側面と前記鏡筒の内周面と前記鏡筒リテーナと前記凸部とにより形成される第１隙間に充填される充填材と
を備え、
温度変化による前記第１隙間の体積の変化量と前記温度変化による前記充填材の体積の変化量との比の値である第１の値が０．９以上１．１以下であり、
前記第１隙間の幅ｔは、前記鏡筒の線膨張係数αＭと、前記レンズの線膨張係数αＧと、前記充填材の線膨張係数αＥと、前記レンズの半径Ｒとを用いて式２により算出されるレンズ保持機構。
【数７】
0006272218.tif 000008
【請求項３】
前記第１の値は１である請求項１または２に記載のレンズ保持機構。
【請求項４】
前記レンズと前記鏡筒リテーナとの間に形成される第２隙間と、前記レンズと前記凸部との間に形成される第３隙間とにそれぞれ配置されるスペーサを備え、
前記第２隙間の幅と前記第３隙間の幅とは等しく、
前記温度変化による前記第２隙間の幅の変化量と、前記温度変化による前記スペーサの厚みの変化量との比の値である第２の値が０．９以上１．１以下である請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ保持機構。
【請求項５】
前記第２隙間の幅は、前記温度変化による前記第２隙間の幅の変化量と、前記温度変化による前記スペーサの厚みの変化量とに基づいて算出される請求項４に記載のレンズ保持機構。
【請求項６】
前記第２隙間の幅ｈは、前記鏡筒の線膨張係数αＭと、前記レンズの線膨張係数αＧと、前記スペーサの線膨張係数αＳと、前記レンズの幅Ｗとから式５により算出される請求項５に記載のレンズ保持機構。
【数８】
0006272218.tif 000009
【請求項７】
前記充填材は、ポアソン比が０．４以上０．５以下の弾性体である請求項１から６のいずれか１項に記載のレンズ保持機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズを保持するレンズ保持機構に関する。特に、航空機搭載用途などの厳しい温度下及び振動下で高い光学性能を満たすことを求められる場合に有効なレンズ保持機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズと鏡筒の間に弾性体を介在させることにより、レンズに発生するストレスを低減する技術が開示されている。この技術は、レンズを、レンズよりも柔らかく、レンズにストレスを与えにくい厚さとした弾性部品で支持することにより、周囲環境の温度変化に伴うレンズの変形を吸収し、レンズに発生するストレスを低減する（特許文献１参照）。
【０００３】
また、レンズと鏡筒間の径方向の隙間に設けたゴム層でレンズを支持し、レンズ、鏡筒、ゴム層の寸法と線膨張係数とを適切に設定することにより、レンズに生じるストレスを理論的にゼロにするレンズ保持技術が開示されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５７−１３８６０６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｐａｕｌ  Ｒ  Ｙｏｎｄｅｒ，Ｊｒ．著「Ｍｏｕｎｔｉｎｇ  ｏｐｔｉｃｓ  ｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」２００２年、Ｐ６６−７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、弾性部品はレンズおよび鏡筒と別部品であるために、部品間に生じる嵌め合い隙間により、高剛性な支持に限界がある。よって、振動環境下におけるレンズの相対変位が生じてしまい光学性能を満たすことが難しいという課題がある。
【０００７】
また、非特許文献１の技術では、レンズを径方向だけでなく軸方向にも高剛性に支持する技術については開示されておらず、特に、航空機搭載用途など厳しい温度環境下で高い光学性能を満たすことができないという課題がある。
【０００８】
本発明は、レンズを多方向において高剛性に支持し、かつ線膨張差によりレンズに生じるストレスを低減する。これにより、厳しい温度環境下におけるレンズの保持剛性不足による光学性能への悪影響、レンズに生じるストレスによる光学性能及び強度面での悪影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るレンズ保持機構は、
内周面から突き出した環状の凸部を備えた鏡筒と、
前記鏡筒の内部に挿入される鏡筒リテーナと、
前記凸部と前記鏡筒リテーナとにより挟持される回転対称形状のレンズと、
前記レンズの側面と前記鏡筒の内周面と前記鏡筒リテーナと前記凸部とにより形成される第１隙間に充填される充填材と
を備え、
温度変化による前記第１隙間の体積の変化量と前記温度変化による前記充填材の体積の変化量との比の値である第１の値が０．９以上１．１以下である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るレンズ保持機構によれば、レンズの側面と鏡筒の内周面との間に形成される第１第１隙間において、温度変化による第１隙間の体積の変化量と温度変化による充填材の体積の変化量との比の値である第１の値が０．９以上１．１以下である。よって、本発明に係るレンズ保持機構によれば、温度変化に関わらずレンズを多方向において高剛性に保持すると共に、線膨張係数の差によりレンズに生じるストレスを低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係るレンズ保持機構の断面図。
【図２】実施の形態１に係るレンズ保持機構を比較例と比較する図であり、（ａ）は比較例隙間の幅ｔ１、すなわち比較例充填材の厚みの最適値、（ｂ）は比較例におけるレンズ保持機構の断面図、（ｃ）は第１隙間の幅ｔ、すなわち充填材５０の厚みの最適値。
【図３】実施の形態２に係るレンズ保持機構５００ａの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、実施の形態の説明において、上、下、左、右、前、後、表、裏といった方向や位置が示されている場合、それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置、器具、部品等の配置や向き等を限定するものではない。
【００１３】
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１を用いて、本実施の形態に係るレンズ保持機構５００について説明する。
図１に向かって右の図は、図１に向かって左の図において実線で囲まれている部分の部分拡大図である。
レンズ保持機構５００は、レンズ１０を保持する鏡筒２０と、レンズ１０が動かないように固定する鏡筒リテーナ３０とを備える。
【００１４】
鏡筒２０は、内周面２２から突き出した環状の凸部２３を備える。
鏡筒２０は、周壁２１を有する筒形状である。凸部２３は、周壁２１の内周面２２から環状に突き出し、レンズ１０の後面と当たる。
【００１５】
鏡筒リテーナ３０は、鏡筒２０の内部に挿入され、レンズ１０を軸方向に拘束する。図１に示すように、鏡筒リテーナ３０の外周面と鏡筒２０の内周面とには、ねじが設けられ、鏡筒リテーナ３０が鏡筒２０にねじ込まれることにより、鏡筒リテーナ３０がレンズ１０を拘束する。つまり、鏡筒リテーナ３０は、外周面に設けられたねじと、鏡筒２０の内周面に設けられたねじとが螺合しながら鏡筒２０の前面側から挿入され、ねじ込まれる。鏡筒リテーナ３０は、レンズ１０の前面と当たる。
なお、鏡筒リテーナ３０が鏡筒２０の内部に挿入されて鏡筒２０と嵌合することにより、レンズ１０を軸方向に拘束することができれば、鏡筒リテーナ３０と鏡筒２０とが螺合する構成でなくてもよい。
【００１６】
レンズ１０は、凸部２３と鏡筒リテーナ３０とにより挟持される回転対称形状である。レンズ１０は、例えば、両側凹レンズ、凸レンズ等の回転対称形状あるいは軸対称形状である。レンズ１０は、略円柱状でもよい。
図１に示すように、レンズ１０は鏡筒２０に前面側から挿入され、鏡筒２０の凸部２３と鏡筒リテーナ３０とにより挟まれて保持される。
【００１７】
鏡筒２０には、周壁２１を貫通する複数の充填材注入穴４０が形成される。充填材注入穴４０は、周壁２１を貫通するように放射状に設けられる。
充填材５０は、ポアソン比が０．４から０．５の間の弾性体である。
充填材５０は、レンズ１０の側面１１と鏡筒２０の内周面２２と鏡筒リテーナ３０と凸部２３とにより形成される第１隙間８０に充填される。充填材５０は、充填材注入穴４０を通して、第１隙間８０に注入される。第１隙間８０の径方向は幅ｔであるものとする。レンズ１０は、第１隙間８０に注入された充填材５０が硬化することにより高剛性に保持される。
【００１８】
＊＊＊機能の説明＊＊＊
充填材５０は、ポアソン比が０．５に近く、レンズ１０と鏡筒２０との間の第１隙間８０に充填及び硬化が容易となるように流動性が高い材料が好ましい。特に、充填材５０として、２液硬化性の液状シリコーンゴムが好適である。ポアソン比が０．５に近い場合、第１隙間８０への充填により体積変化を制限された充填材５０は、体積弾性率Ｋ＝ヤング率÷｛３×（１−２×ポアソン比）｝により、レンズ１０の保持剛性を高くすることができる。
【００１９】
第１隙間８０の幅ｔは、温度変化による第１隙間８０の体積の変化量と温度変化による充填材５０の体積の変化量とに基づいて算出される。温度変化による第１隙間８０の体積の変化量と、温度変化による充填材５０の体積の変化量との比の値である第１の値Ｆ１が０．９以上１．１以下である。具体的には、第１隙間８０の幅ｔは、温度変化による第１隙間８０の体積の変化量と、温度変化による充填材５０の体積の変化量との比の値である第１の値Ｆ１が０．９以上１．１以下となるように算出される。本実施の形態では、第１の値Ｆ１は１である。すなわち、温度変化による第１隙間８０の体積の変化量と温度変化による充填材５０の体積の変化量は等しい。
第１隙間８０の幅ｔは、充填材５０の厚みとなる。第１隙間８０の幅ｔを充填材５０の厚みと称する場合もある。
【００２０】
鏡筒２０の軸方向とは、鏡筒２０の前後方向であり、鏡筒２０の長手方向ともいう。以下、鏡筒２０の軸方向を単に軸方向という場合がある。鏡筒２０において、軸方向に直交する断面は略円形の環状、リング状である。
鏡筒２０の径方向とは、鏡筒２０の中心線ｌから周壁２１に向かう方向である。あるいは、レンズ１０の中心からレンズ１０の側面１１に向かう方向である。以下、鏡筒２０、あるいはレンズ１０の径方向を単に径方向という場合がある。
鏡筒２０の周方向とは、鏡筒２０の断面である円形における接線方向である。あるいは、レンズ１０の側面において軸方向と直交する接線方向である。以下、鏡筒２０の周方向を単に周方向という場合がある。
すなわち、第１隙間８０の幅ｔは、レンズ１０の側面１１と鏡筒２０の内周面２２との間の径方向の長さである。
【００２１】
次に、式１から式３を用いて、本実施の形態に係る第１隙間８０の幅ｔの算出方法について説明する。
第１隙間８０の幅ｔは、鏡筒２０の線膨張係数αＭと、レンズ１０の線膨張係数αＧと、充填材５０の線膨張係数αＥと、レンズ１０の半径Ｒと、温度変化ΔＴとを用いて以下の式１により算出される。
【数１】
0006272218.tif 000002
【００２２】
式１において、レンズ１０の半径Ｒは、レンズ１０の直径をＤとした場合、Ｒ＝Ｄ／２となる。温度変化ΔＴとは、常温に対する温度差である。
【００２３】
式１の両辺にレンズの幅Ｗを乗じた式を以下の式３とする。
【数２】
0006272218.tif 000003
【００２４】
式３の左辺は、温度変化ΔＴの場合の第１隙間８０の体積の変化量を表す。
式３の右辺は、温度変化ΔＴの場合の充填材第１隙間８０の体積の変化量を表す。
よって、式１及び式３は、温度変化ΔＴの場合の第１隙間８０の体積の変化量と、温度変化ΔＴの場合の充填材５０の体積の変化量とが等しいことを表している。
【００２５】
なお、温度変化ΔＴの場合の第１隙間８０の体積の変化量と、温度変化ΔＴの場合の充填材５０の体積の変化量とは略等しければよく、完全に等しくなくてもよい。温度変化ΔＴの場合の第１隙間８０の体積の変化量と、温度変化ΔＴの場合の充填材５０の体積の変化量との比の値である第１の値Ｆ１が、０．９以上１．１以下であればよい。特に、第１の値Ｆ１は、０．９５以上１．０５以下がより望ましく、本実施の形態では１である。
【００２６】
なお、ΔＴ×線膨張係数が１より十分に小さい場合には、第１隙間８０の幅ｔは、ΔＴ×線膨張係数の２乗以上の項を略した近似式である以下の式２を用いて算出される。第１隙間８０の幅ｔは、鏡筒の線膨張係数αＭと、レンズの線膨張係数αＧと、充填材の線膨張係数αＥと、レンズの半径Ｒとを用いて式２により算出される。
【数３】
0006272218.tif 000004
【００２７】
第１隙間８０の幅ｔを式１から式３を満たすように設定することにより、温度環境が変化した場合における第１隙間８０の体積の変化量と第１隙間８０に充填される充填材５０の体積の変化量とは略等しい。よって、温度環境が変化した場合でも各部品の線膨張係数の差によりレンズ１０に生じる径方向、軸方向及び周方向のストレスを最小化できる。また、レンズ１０を径方向、軸方向及び周方向において高剛性に保持できる。
【００２８】
図２を用いて、本実施の形態に係る第１隙間８０の幅ｔ、すなわち充填材５０の厚みの最適値と、比較例における比較例隙間８０１の幅ｔ１、すなわち比較例充填材５０１の厚みの最適値との差異について説明する。
図２の（ａ）は、比較例における比較例隙間８０１の幅ｔ１、すなわち比較例充填材５０１の厚みの最適値を示す。図２の（ｂ）は、図２の（ａ）の比較例のレンズ保持機構の断面図を示す。図２の（ｃ）は、上述した式２を用いて算出された本実施の形態に係る第１隙間８０の幅ｔ、すなわち充填材５０の厚みの最適値を示す。
【００２９】
図２の（ｂ）に示すように、図２の（ａ）の比較例のレンズ保持機構における比較例隙間８０１の幅ｔ１、すなわち比較例充填材５０１の厚みは、以下の式４により算出されたものである。
【数４】
0006272218.tif 000005
【００３０】
式５は、比較例充填材５０１の径方向のみの変化量と、比較例隙間８０１の径方向のみの変化量とを略等しくする式である。
図２の（ａ）と図２の（ｃ）とを比較すると、式２を用いて算出された本実施の形態に係る第１隙間８０の幅ｔ、すなわち充填材５０の厚みは、比較例隙間８０１の幅ｔ１、すなわち比較例充填材５０１の厚みと比べて約１／３となっていることがわかる。
【００３１】
＊＊＊効果の説明＊＊＊
本実施の形態に係るレンズ保持機構５００は、光学的なレンズと、レンズを保持する鏡筒と、ポアソン比が０．５に近いゴムなどの充填材とからなる。レンズと鏡筒間の軸方向には隙間なく締結する一方で、径方向には第１隙間を設け、径方向の第１隙間に充填材を充填する。レンズ保持機構は、径方向の第１隙間を各部寸法と各部材の径方向、軸方向及び周方向それぞれにおける線膨張係数から求められる最適値とする。このような構造により、航空機搭載用途など厳しい温度および振動環境下で高い光学性能を満たすために、レンズを径方向だけでなく軸方向、周方向等の多方向に高剛性に支持することができる。
【００３２】
また、本実施の形態に係るレンズ保持機構は、温度変化による第１隙間の体積の変化量と、当該温度変化による充填材の体積の変化量とが略等しい。よって、温度環境が変化する際に各部品の線膨張係数の差によりレンズに生じる径方向、軸方向及び周方向等の多方向のストレスを最小化できる。
【００３３】
本実施の形態に係る第１隙間８０の幅ｔ、すなわち充填材５０の厚みは、比較例隙間８０１の幅ｔ１、すなわち比較例充填材５０１の厚みと比べて約１／３となる。したがって、充填材を薄くすることができるとともに、軸方向にも高剛性に支持できる。よって、レンズに加わるストレスを低減しつつ、支持剛性を高めることが可能となるとともに、航空機搭載品など小型化要求が厳しい用途において、必要な実装領域を小さくできる。
【００３４】
実施の形態２．
本実施の形態では、主に、実施の形態１と異なる点について説明する。
本実施の形態において、実施の形態１で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３５】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図３を用いて、本実施の形態におけるレンズ保持機構５００ａの構成について説明する。
レンズ保持機構５００ａは、実施の形態１の構成に加え、スペーサ６０ａ，６０ｂを備える。
スペーサ６０ａは、レンズ１０と鏡筒リテーナ３０との間に形成される第２隙間８２に配置される。
スペーサ６０ｂは、レンズ１０と凸部２３との間に形成される第３隙間８３に配置される。
ここで、第２隙間８２の幅と第３隙間８３の幅とは略等しい。第２隙間８２の幅と第３隙間８３の幅とをｈとする。また、スペーサ６０ａとスペーサ６０ｂとは同じ材質で略同一形状であるものとする。スペーサ６０と称する場合は、スペーサ６０ａとスペーサ６０ｂとのいずれか、あるいは両方を指すものとする。
【００３６】
図３において、レンズ１０は鏡筒２０に前面側から挿入され、鏡筒２０と鏡筒リテーナ３０の間にそれぞれスペーサ６０ａ，６０ｂを介して固定される。
【００３７】
＊＊＊機能の説明＊＊＊
第２隙間８２の幅ｈは、温度変化による第２隙間８２の幅の変化量と、温度変化によるスペーサ６０ａの厚みの変化量とに基づいて算出される。温度変化による第２隙間８２の幅の変化量と、温度変化によるスペーサ６０ａの厚みの変化量との比の値である第２の値Ｆ２が０．９以上１．１以下である。具体的には、第２隙間８２の幅ｈは、温度変化による第２隙間８２の幅の変化量と、温度変化によるスペーサ６０ａの厚みの変化量との比の値である第２の値Ｆ２が０．９以上１．１以下となるように算出される。
【００３８】
ここで、第２隙間８２と第３隙間８３とは等しく、スペーサ６０ａとスペーサ６０ｂとは等しい。したがって、第３隙間８３の幅ｈも第２隙間の幅ｈと同様に求められる。すなわち、第３隙間の幅ｈは、温度変化による第３隙間８３の幅の変化量と、温度変化によるスペーサ６０ｂの厚みの変化量とに基づいて算出される。温度変化による第３隙間８３の幅の変化量と、温度変化によるスペーサ６０ｂの厚みの変化量との比の値である第３の値Ｆ３が０．９以上１．１以下である。具体的には、第３隙間８３の幅ｈは、温度変化による第３隙間８３の幅の変化量と、温度変化によるスペーサ６０ｂの厚みの変化量との比の値である第３の値Ｆ３が０．９以上１．１以下となるように算出される。
以下において、第２隙間８２の幅ｈと第２の値Ｆ２について説明するが、第３隙間８３の幅ｈと第３の値Ｆ３についても同様である。
【００３９】
本実施の形態では、第２の値Ｆ２は１である。すなわち、第２隙間８２の幅の変化量と、温度変化によるスペーサ６０ａの厚みの変化量とは等しい。
なお、温度変化ΔＴの場合の第２隙間８２の幅の変化量と、温度変化ΔＴの場合のスペーサ６０ａの厚みの変化量とは略等しければよく、完全に等しくなくてもよい。温度変化ΔＴの場合の第２隙間８２の幅の変化量と、温度変化ΔＴの場合のスペーサ６０ａの厚みの変化量との比の値である第２の値Ｆ２が、０．９以上１．１以下であればよい。特に、第２の値Ｆ２は、０．９５以上１．０５以下がより望ましく、本実施の形態では１である。
【００４０】
第２隙間８２の幅ｈは、鏡筒２０の線膨張係数αＭと、レンズ１０の線膨張係数αＧと、スペーサ６０ａの線膨張係数αＳと、レンズ１０の幅Ｗとから、以下の式５により算出される。
【数５】
0006272218.tif 000006
【００４１】
なお、スペーサ６０ａ，６０ｂは、充填材５０と異なり、線膨張係数が鏡筒２０より大きい樹脂の成型品が好適である。スペーサ６０ａ，６０ｂが金属製の鏡筒２０とレンズ１０間に介在することにより、振動環境下においてレンズ１０と鏡筒２０との接触部での破損を防止できる上、硬化前の充填材５０の流出を防止できるためである。
【００４２】
＊＊＊効果の説明＊＊＊
本実施の形態に係るレンズ保持機構５００ａは、光学的なレンズと、レンズを保持する鏡筒と、ポアソン比が０．５に近いゴムなどの充填材と、線膨張係数が鏡筒より大きい樹脂などによるスペーサからなる。レンズと鏡筒間の軸方向にはレンズ両側にスペーサを挟み隙間なく締結する。レンズの径方向に第１隙間を設け、径方向の第１隙間に充填材を充填し、径方向の第１隙間を各部寸法と各部材の線膨張係数から求められる最適値とするとともに、スペーサの厚さを各部寸法と各部材の線膨張係数から求められる最適値とする。このような構成により、温度環境が変化する際に各部品の線膨張係数の差によりレンズに生じる径方向および軸方向のストレスを最小化できるとともに、振動環境下においてレンズと鏡筒との接触部での破損を防止できる上、硬化前の充填材の流出を防止できる。
【００４３】
上記実施の形態１，２では、レンズ保持機構５００，５００ａをレンズの保持に利用する場合について述べたが、レンズの代わりに温度変化によるストレスおよび損傷が懸念される部品の保持構造にも利用可能である。
【００４４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態のうち、いくつかを組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、いずれか１つ又はいくつかを部分的に実施しても構わない。例えば、これらの実施の形態の説明において「部」として説明するもののうち、いずれか１つのみを採用してもよいし、いくつかの任意の組み合わせを採用してもよい。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  レンズ、１１  側面、２０  鏡筒、２１  周壁、２２  内周面、２３  凸部、３０  鏡筒リテーナ、４０  充填材注入穴、５０  充填材、６０，６０ａ，６０ｂ  スペーサ、８０  第１隙間、８２  第２隙間、８３  第３隙間、５００，５００ａ  レンズ保持機構、５０１  比較例充填材、８０１  比較例隙間、Ｆ１  第１の値、Ｆ２  第２の値、Ｆ３  第３の値、ｈ，ｔ  幅、ｌ  中心線。
【図１】
0006272218.tif 000010
【図２】
0006272218.tif 000011
【図３】
0006272218.tif 000012