(57)【要約】【課題】  焦点距離や合焦を調整するための調整用のレンズ、あるいは反射鏡の光学要素に対し、数マイクロメートルからそれ以下の位置精度で位置調整を行い、調整後に位置ずれが生じないような調整機構を、光学系寸法やコストに大きな影響を与えない簡易な方法で実現する。【解決手段】  電気的に熱を発生させると膨張する金属の特性を利用し、これをアクチュエータとして用いる。通電時には鏡筒に固定されているレンズに電気を与えることで一時的に非固定状態とし、同様の手段により電気的にレンズ位置を調整し、次いでレンズを非固定状態とさせていた通電を止めることでレンズを鏡筒に再度固定し、次いでレンズ位置調整のための通電も止めることにより光学系の焦点距離や合焦を調整する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡筒と、前記鏡筒の内側にあって光軸方向に移動可能なレールと、前記レールと接触し、光学部品を保持するホルダとからなる光学系において前記光学部品の位置を調整する光学系調整機構であって、
前記鏡筒の内側にあって、一方の端が前記ホルダと接し、他方の端が前記鏡筒に固定された止め具に接し、通電による熱膨張により前記ホルダを前記光軸方向に移動可能な押し棒を備えることを特徴とする光学系調整機構。
【請求項２】
鏡筒と、前記鏡筒の内側にあって光軸方向に移動可能なレールと、前記レールと接触し、光学部品を保持するホルダとからなる光学系において前記光学部品の位置を調整する光学系調整機構であって、
前記鏡筒の内側に第１の押し棒と第２の押し棒を有し、前記第１の押し棒の一方の端部と前記第２の押し棒の一方の端部はヒンジで回転可能に固定され、前記第１の押し棒の他方の端部と前記第２の押し棒の他方の端部は各々回転可能に支点で固定され、
前記第１の押し棒と前記第２の押し棒は、通電による熱膨張により前記ホルダを前記光軸方向に移動させることを特徴とする光学系調整機構。
【請求項３】
前記レールと前記ホルダとを締結する締結バーを備え、
前記締結バーは、非通電時には前記レールと前記ホルダを締結し、通電時には熱膨張して締結された前記レールと前記ホルダの締結を解除することを特徴とする請求項１、２いずれか記載の光学系調整機構。
【請求項４】
鏡筒と、前記鏡筒の内側にあって光軸方向に移動可能なレールと、前記レールと接触し、光学部品を保持するホルダとからなる光学系において前記光学部品の位置を調整する光学系位置調整方法であって、
前記鏡筒の内側にあって、一方の端が前記ホルダと接し、他方の端が前記鏡筒に固定された止め具に接する押し棒に通電する電流値を制御することで、前記ホルダの位置を調整することを特徴とする光学系位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固定焦点における光学系の焦点距離や合焦を、外部からの指令によって調整する光学系調整機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
極めて高い焦点精度を要する固定焦点の光学系において、レンズの位置精度がマイクロメートル以下の精度を要する場合、組立時にレンズの位置精度を出せない場合がある。これは、例えばある単一レンズを嵌め込む段階で一旦位置精度を出して仮止めしたとしても、最終的な固定おけるネジ締めなどの影響で僅かに位置がずれてしまい、最終的に光学系として組み上がった時には所定の位置精度が出ないためである。
【０００３】
このような場合、あらかじめ調整用の可動レンズを設けておき、組立完了後に光学系全体としての焦点距離や合焦を再調整できるようにすれば良い。従来、調整用のレンズの位置をネジ等で調整できるようにした光学素子の保持方法が開示されている（例えば、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２０００‐１２１９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、位置調整における所要精度が高い場合、ネジ等による調整ではネジからドライバーを外した時の僅かな戻りによって調整位置がずれてしまう。ずれを減少させるために、ネジの動きに対するレンズの動きに倍率を与える機構を設けると、機構が複雑になってしまい、寸法的影響が大きく、組立後に一度だけ行う調整のための手段としては不適切である。
【０００６】
また、航空機搭載等で過酷な振動・衝撃等の環境条件に晒される場合、調整機構に遊びやバネ要素があると、振動によって位置ズレが生じてしまい、このようなズレを防止するために接着剤のような化学物質を用いて固定すると、長期において変形が生じ調整位置がズレてくるという問題がある。
【０００７】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、焦点距離や合焦を調整するための調整用のレンズ、あるいは反射鏡といった光学要素に対し、数マイクロメートルからそれ以下の精度で位置調整を行い、調整後に位置ずれが生じないような調整機構を簡易に実現可能な光学系調整機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る光学系調整機構は、鏡筒と、前記鏡筒の内側にあって光軸方向に移動可能なレールと、前記レールと接触し、光学部品を保持するホルダとからなる光学系において前記光学部品の位置を調整する光学系調整機構であって、前記鏡筒の内側にあって、一方の端が前記ホルダと接し、他方の端が前記鏡筒に固定された止め具に接し、通電による熱膨張により前記ホルダを前記光軸方向に移動可能な押し棒を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る光学系調整機構によれば、光学系を構成する部品の位置調整を、簡易な装置で高精度に、定量的且つ安定して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る光学系調整機構の構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るレンズホルダの固定機構について説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るレンズホルダをレールに固定するための機構を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るレンズホルダを光軸方向に動かすための機構を説明する図である。
【図５】本発明の別の実施の形態に係るレンズホルダを光軸方向に動かすための機構を説明する図である（レンズホルダ移動前）。
【図６】本発明の別の実施の形態に係るレンズホルダを光軸方向に動かすための機構を説明する図である（レンズホルダ移動後）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態．
以下、本発明の実施の形態に係る光学系調整機構について説明する。
図１は、本実施の形態に係る光学系調整機構の構成を示すものである。図１において、レンズホルダ１はレンズ２の外周を取り囲む金属部品であり、レンズ２を保持するとともに、レンズ２を鏡筒３に固定する役割を持つ金属製の部品である。
鏡筒３にはレール４があり、レンズホルダ１は図１中の矢印の方向、すなわち光軸方向にわずかに動くことができる。
【００１２】
図２は、本実施の形態に係るレンズホルダの固定機構について説明する図であり、レンズホルダ１とレール４の部分のみを立体的に表したものである。
【００１３】
図２において、レール４には溝５があり、レンズホルダ１の外周上にある突起６が溝５の中に収まるようになっている。
このような溝５と突起６は、レール４及びレンズホルダ１の外周上に数か所、作り込まれている。
【００１４】
レール４にはレール爪７があり、また、レンズホルダ１にはホルダ爪８があって、この２つの爪に締結バー９が引っ掛かる構造となっている。
図２の例では締結バー９がレンズホルダ１とレール４から離れて描かれているが、締結バー９を図の右側に動かし、レール４のレール爪７、レンズホルダ１のホルダ爪８に引っかけるように設置する。
なお、図２では締結バー９が１箇所だけ描かれているが、この締結バー９と同じものがレンズホルダ１を挟んで逆側にも対称な形状で作られている。
【００１５】
締結バー９には電極線１０が２本取り付けられており、この２本の電極線１０を使って締結バー９に電流を流すと、締結バー９はジュール熱により高温になる。
締結バー９は高温になると僅かながら膨張する。
膨張した状態において、締結バー９はレール爪７とホルダ爪８にちょうど嵌るようになっており、締結バー９が冷えて収縮すると、レール爪７とホルダ爪８が互いに近づく方向へ引っ張られる。
ところが、レール４の溝５とレンズホルダ１外周上の突起６があるために、レンズホルダ１とレール４は自由には動けず、締結バー９によって突起６は溝５の一辺に強く押し付けられるような形で固定される。
【００１６】
図３は、レンズホルダ１をレール４に固定するための機構を説明する図であり、レンズホルダ１外周上の突起６がレール４の溝５の一辺に押し付けられている様子を示した断面図である。
【００１７】
レンズホルダ１とレール４は図３の矢印の方向へ引っ張られており、突起６は溝５に面１１の部分で強く押し付けられている。
面１１では、溝５側も突起６側も表面が平坦ではなく、強く押し付けられることで溝５と突起６は固着する。
【００１８】
図４は、本実施の形態に係るレンズホルダ１を光軸方向に動かすための機構を説明する図である。
以下、レンズホルダ１を光軸方向に移動させる方法について説明する。
【００１９】
押し棒１２は、図上において右端を押し棒止めリング１３によって固定されており、押し棒１２に取り付けられた２本の電極線１４間に電流を流すことにより、ジュール熱で膨張する。
押し棒１２が膨張することにより、図４の矢印に示すように、押し棒１２の左端が左側へ移動する。
押し棒１２の左端が左側へ移動することにより、レンズホルダ１が図の左方向へ押されて移動する。
【００２０】
ここで、押し棒１２は、鏡筒３内に数か所取り付けられる。
図４では押し棒１２はレンズホルダ１の右側のみに設置されているが、レンズホルダ１を右側へ移動させるような調整も要する場合には、レンズホルダ１の左側にも押し棒１２を設置する。
【００２１】
このように、本実施の形態に係る光学系調整機構は、鏡筒３の内側に、締結バー９と押し棒１２と押し棒止めリング１３を備え、通電による締結バー９の熱膨張を利用してレール４とレンズホルダ１を移動可能とした状態で、通電による押し棒１５ａ、１５ｂの熱膨張を利用してレンズ２を光軸方法に移動させてレンズ２を位置調整し、位置調整後、締結バー９の通電を停止することで締結バー９を収縮させて、レール４とレンズホルダ１を固定するようにした。
【００２２】
本発明に係る光学系調整機構によれば、光学系を構成する部品の位置調整を簡易な装置で、高精度に、定量的且つ安定して実施することができる。
【００２３】
図５は、本実施の形態に係るレンズホルダを光軸方向に動かすための機構を説明する図であり、レンズホルダ１を光軸方向に動かすための別の方法を説明する図である。
【００２４】
図４で説明したレンズホルダを光軸方向に動かす方法は原理的に機構が簡単であるが、押し棒１２の左端の変位量を大きくする必要がある場合は、長さの長い押し棒１２を用いる必要がある。
しかしながら押し棒１２を長くした場合、他の光学系を構成する部品と干渉する問題が発生する。
【００２５】
そこで、本発明に係る別の実施の形態として、押し棒１２を鏡筒３の周囲方向へ配置することで、押し棒１２を長くすることなく押し棒１２の左端の変位量を大きくする光学系調整機構について、次に説明する。
【００２６】
図５は、本発明の別の実施の形態に係るレンズホルダ１を光軸方向に動かすための機構を説明する図である。
図５は、鏡筒３を内側から見た時、筒の周囲方向を縦方向に平面的に描いた図である。つまり、この図において上方向は下方向とつながっている。
なお、ここではレンズホルダ１を光軸方向へ動かすための機構について説明するため、鏡筒３やレール４については描いていない。
【００２７】
本実施の形態においては、２本の押し棒１５ａ、１５ｂを用いる。
図５において、一方の押し棒１５ａの一端は支点１６で鏡筒に固定されているが、支点１６を中心に回転方向に回転することが可能である。
また、他方の押し棒１５ｂの一端は支点１６で鏡筒に固定されているが、支点１６を中心に回転方向に回転することが可能である。
押し棒１５ａのもう一方の端と、押し棒１５ｂのもう一方の端は、ヒンジ１７で連結されており、押し棒１５ａ、１５ｂはヒンジ１７を中心にして、回転方向に回転することが可能である。
【００２８】
ヒンジ１７は２つの支点１６を結ぶ線よりもレンズホルダ１側にわずかにずれた位置に作られている。
【００２９】
図６は、本実施の形態に係るレンズホルダ１を光軸方向に動かす機構を説明する図であり、レンズホルダ１を移動させる原理を説明する図である。
レンズホルダ１を移動させる場合、押し棒１５ａ、１５ｂに設けられた電極線（図示せず）に外部電源により電流を流し、電流通電により押し棒１５ａ、１５ｂを高温にする。
高温にすることで押し棒１５ａ、１５ｂを膨張させると、ヒンジ１７の位置はレンズホルダ１側へ移動する。
これにより、レンズホルダ１は矢印１８で示す分だけ図の左側へ押し出される。逆方向（図６の右側）にレンズホルダ１を押し出すようにするためには、レンズホルダ１を挟んで反対側に同じ機構を用意する必要がある。
【００３０】
このような構造とすることで、他の部品と干渉するような長い押し棒１２を用いることなく、レンズホルダ１の変位量を大きくすることが可能となる。
【００３１】
次に、レンズ２の位置や傾きの調整方法について説明する。
以下のような手順により、光学系として組み立てた後にレンズ２の位置や傾きを外部から微調することができる。
【００３２】
まず、外部からの通電により締結バー９を膨張させ、突起６と溝５の固着を解放する。  次いで、外部からの通電により押し棒１２を膨張させ、光学性能を測定しながらレンズホルダ１を最適な位置、傾きに調整する。
この状態で締結バー９への通電を止め、締結バー９を収縮させ、突起６と溝５を固着させる。
そして最後に、押し棒１２への通電も止めて調整を終了する。
なお、必要があれば同様のアクチュエータを用いて、あらかじめ内部に設置しておいた接着材をレンズホルダ外周部に流出させ、化学的に強固に固着させることもできる。
【００３３】
このように、本実施の形態に係る光学系調整機構は、鏡筒３の内側に、締結バー９と押し棒１２と押し棒止めリング１３を備え、通電による締結バー９の熱膨張を利用してレール４とレンズホルダ１を移動可能とした状態で、通電による押し棒１５ａ、１５ｂの熱膨張を利用してレンズ２を光軸方法に移動させてレンズ２を位置調整し、位置調整後、締結バー９の通電を停止することで締結バー９を収縮させて、レール４とレンズホルダ１を固定するようにした。
【００３４】
本発明に係る光学系調整機構によれば、光学系を構成する部品の位置調整を簡易な装置で、高精度に、定量的且つ安定して実施することができる。
【００３５】
特に、広角の赤外線用光学系においては、組立後に高精度なレンズ位置調整が必要であり、更に使用時における振動や衝撃によって調整がズレないよう、調整後はレンズ位置を強固に固定する必要があり、これを小型且つ低コストで実現するには、光学系に内在させる調整機構をできるだけ単純にし、電気的な手段により、練度を要することなく安定して実施できるようにする必要があった。本発明によれば、単純な機構で高精度に位置調整を行うことができ、光学系の初期調整機構として広く利用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  レンズホルダ、２  レンズ、３  鏡筒、４  レール、５  溝、６  突起、７  レール爪、８  ホルダ爪、９  締結バー、１０  電極線、１１  面、１２  押し棒、１３  押し棒止めリング、１４  電極線、１５、１５ａ、１５ｂ  押し棒、１６  支点、１７  ヒンジ、１８  矢印。
【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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