(57)【要約】  1つまたは複数の光学素子が鏡筒のキャビティ内に取り付けられる光学アセンブリが提供される。光学素子は、キャビティ内に設けられた座部に係合する湾曲した当接面を有する。鏡筒は、一組の雌ねじ山が設けられた内壁を有する。雄ねじ山は、光学素子の周縁壁上、またはキャビティ内に光学素子を固定する保持リングの周縁壁上に設けられる。雌ねじ山および雄ねじ山は、キャビティの中心軸に対して垂直な耐荷重ねじ面を含むねじプロファイルを有する。ねじプロファイルは、例えば、鋸歯ねじプロファイルまたは正三角形のねじプロファイルを画成することができる。
2017521726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学アセンブリであって、
-  中心軸を有するキャビティを画成し、一組の雌ねじ山が設けられた内壁を有する、鏡筒と、
-  前記キャビティ内に設けられた座部および前記キャビティ内に取り付けられた光学素子を含む少なくとも1つの光学サブアセンブリであって、前記光学素子が、前記座部に係合する湾曲した当接面を画成する第1の面、および前記第1の面の反対側にあり第2の面の少なくとも周縁領域に沿って平坦な空間プロファイルを有する前記第2の面を有し、前記少なくとも1つの光学サブアセンブリがさらに、前記キャビティに挿入され前記鏡筒の前記内壁の前記雌ねじ山に係合する一組の雄ねじ山が設けられた外周壁を有する保持リングを含み、前記保持リングが、前記光学素子の前記第2の面の前記周縁領域に係合する当接面を有し、それによって前記座部と前記保持リングとの間に前記光学素子が固定される、少なくとも1つの光学サブアセンブリと
を含み、
前記雌ねじ山および前記雄ねじ山が、前記キャビティの前記中心軸に対して垂直な耐荷重ねじ面を含むねじプロファイルを有する、
光学アセンブリ。
【請求項２】
前記湾曲した当接面が、凸形または凹形の空間プロファイルを有する、請求項1に記載の光学アセンブリ。
【請求項３】
前記湾曲した当接面が、球状、非球状、または円筒形の空間プロファイルを有する、請求項1に記載の光学アセンブリ。
【請求項４】
前記雌ねじ山および前記雄ねじ山の前記ねじプロファイルが、鋸歯ねじプロファイルである、請求項1から3のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項５】
前記雌ねじ山および前記雄ねじ山の前記ねじプロファイルが、前記耐荷重ねじ面と鋭角をなす傾いたねじ面をさらに含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項６】
前記雌ねじ山および前記雄ねじ山の前記ねじプロファイルが、正方形のねじプロファイルである、請求項1から3のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項７】
前記光学素子が、レンズ、鏡、回折光学素子、またはピンホールである、請求項1から6のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項８】
前記光学素子の前記第2の面の前記空間プロファイルが、前記第2の面の全範囲にわたって平坦である、請求項1から7のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項９】
前記光学素子の前記第2の面の前記空間プロファイルが、前記第2の面の中心領域内で湾曲している、請求項1から7のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項１０】
前記光学素子が、
-  前記第1の面および前記第2の面を画成する、対向する端部を有するスリーブと、
-  前記スリーブ内に取り付けられた1または複数の光学構成要素と
を含む、
請求項1から6のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項１１】
前記光学構成要素のそれぞれが、レンズ、鏡、回折光学素子、またはピンホールである、請求項10に記載の光学アセンブリ。
【請求項１２】
前記キャビティ内に取り付けられた少なくとも1つの追加の光学素子をさらに含み、前記少なくとも1つの光学素子のそれぞれが、レンズ、鏡、回折光学素子、またはピンホールである、請求項1から11のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項１３】
前記少なくとも1つの光学サブアセンブリが、複数の光学サブアセンブリを含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項１４】
光学アセンブリであって、
-  中心軸を有するキャビティを画成し、一組の雌ねじ山が設けられた内壁を有する、鏡筒と、
-  前記キャビティ内に設けられた座部および前記キャビティ内に取り付けられた光学素子を含む少なくとも1つの光学サブアセンブリであって、前記光学素子が、前記座部に係合する湾曲した当接面、および前記鏡筒の前記内壁の前記雌ねじ山に係合する一組の雄ねじ山が設けられた外周壁を含む、少なくとも1つの光学サブアセンブリと
を含み、
前記雌ねじ山および前記雄ねじ山が、前記キャビティの前記中心軸に対して垂直な耐荷重ねじ面を含むねじプロファイルを有する、
光学アセンブリ。
【請求項１５】
前記湾曲した当接面が、凸形または凹形の空間プロファイルを有する、請求項14に記載の光学アセンブリ。
【請求項１６】
前記湾曲した当接面が、球状、非球状、または円筒形の空間プロファイルを有する、請求項14に記載の光学アセンブリ。
【請求項１７】
前記雌ねじ山および前記雄ねじ山の前記ねじプロファイルが、鋸歯ねじプロファイルである、請求項14から16のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項１８】
前記雌ねじ山および前記雄ねじ山の前記ねじプロファイルが、前記耐荷重ねじ面と鋭角をなす傾いたねじ面をさらに含む、請求項14から17のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項１９】
前記雌ねじ山および前記雄ねじ山の前記ねじプロファイルが、正方形のねじプロファイルである、請求項14から16のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項２０】
前記光学素子が、
-  前記座部に係合する前記湾曲した当接面と、前記雄ねじ山が設けられた前記外周壁とが設けられたスリーブと、
-  前記スリーブ内に取り付けられた1つまたは複数の光学構成要素と
を含む、
請求項14から19のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項２１】
前記光学構成要素のそれぞれが、レンズ、鏡、回折光学素子、またはピンホールである、請求項20に記載の光学アセンブリ。
【請求項２２】
前記キャビティ内に取り付けられた少なくとも1つの追加の光学素子をさらに含み、前記少なくとも1つの光学素子のそれぞれが、レンズ、鏡、回折光学素子、またはピンホールである、請求項14から21のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【請求項２３】
前記少なくとも1つの光学サブアセンブリが、複数の光学サブアセンブリを含む、請求項14から22のいずれか一項に記載の光学アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機械システムに関し、より詳細には、キャビティ内で光学素子が傾くのを回避するように設計されたねじ山を用いて鏡筒のキャビティ内に1つまたは複数の光学素子が取り付けられている光学アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子または構成要素は、光が方向づけられ、拡大され、合焦され、平行にされ、またはその他の形で変形もしくは影響される必要があるデバイス、システム、または装置中に遍在する。光学素子は、例えば、レンズ、鏡、回折光学素子(DOE)、またはそうした素子のアセンブリなどによって具現化され得る。
【０００３】
典型的な光学系では、大部分またはすべての光学素子が、通常、それらの所期の光学機能を適切に実施するために、正確に位置決めされ位置合わせされる必要がある。この位置決めおよび位置合わせは、典型的には、光学素子を何らかの種類のホルダまたはマウントに固定することを伴う。ホルダに対する光学素子の適切な位置合わせは、一般的に、厳しい製作公差および注意深い取り扱いを必要とする精巧な操作である
【０００４】
鏡筒は、光学素子のための周知のタイプの機械的ホルダである。鏡筒は、典型的には、1つまたは複数の光学素子が中に取り付けられる円筒形キャビティを画成する。一例として、レンズは、しばしば鏡筒内に取り付けられるタイプの光学素子である。レンズは、一般的に、数マイクロメートル程度であることがある精度で芯出しされる必要がある。レンズが中に取り付けられ、正確に芯出しされる光学機械アセンブリが当業界で知られている。図1(従来技術)を参照すると、レンズ22と、鏡筒24と、保持リング26とを含む典型的なアセンブリ20が示されている。レンズ22は、その面S1の1つの周縁がレンズ座部28に接触するかたちで、鏡筒24内に取り付けられる。保持リング26は、典型的には、鏡筒24内にねじ式に留められ、レンズ座部28の反対のレンズ22の面S2に当接し、それによってレンズ22がアセンブリ20内に固定される。レンズは、面S1および面S2の両方の曲率C1および曲率C2の中心がレンズ鏡筒24の中心軸B上にあるときに芯出しされることが当業界で周知である。
【０００５】
レンズをレンズ鏡筒に挿入し、次いでそれをねじ付きリングを用いて固定することからなる技法は、一般的に、「ドロップイン」レンズ技法と呼ばれる。この技法から得られる芯出し精度は、レンズと鏡筒との間の最低許容径方向間隙によって決まる。レンズおよび鏡筒材料のそれぞれの熱膨張係数の違いによって引き起こされる熱的な影響も、レンズの芯出しに影響を及ぼす。レンズの直径、鏡筒のキャビティの直径、およびレンズの縁に沿った厚さの違いなどのアセンブリ構成要素の寸法における製作公差もまた芯出しの質に影響を及ぼす。レンズの芯出しに必要な精度が高くなると、レンズおよび鏡筒の両方の製造コストもより高くなる。
【０００６】
ドロップイン技法の主な利点は、組み立て時間が非常に短くて済み、レンズが着脱可能であることである。しかし、コストの低いドロップインは、芯出しの精度が低いという欠点がある。ドロップイン法は、より高い精度が必要とされる場合には適さず、その場合、典型的には、能動的な位置合わせが選択される。この芯出し方法では、まず、レンズがキャビティ内に位置決めされ、鏡筒の中心軸に対するレンズの偏芯が測定される。次いで、レンズが、芯出し誤差を減少させるように動かされる。これらのステップは、レンズの位置合わせが芯出し要件を満たすまで、何度か繰り返され得る。芯出しされた後、レンズは、接着剤または他の手段を用いて所定位置に固定される。この方法は、非常に高いレベルの芯出し精度をもたらすが、高価な機器が必要であり、時間もかかる。
【０００７】
上述の議論は、主にレンズに関するが、他のタイプの光学素子を鏡筒内に取り付けることもでき、そうした素子も上述と同じ問題に直面する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第2015/0131175号、2014年7月11日出願、(LAMONTAGNEら)、名称「Auto-centering of an optical element within a Barrel」
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Paul Yoder Jr.、「Mounting Optics in Optical Instruments」、SPIE Press(2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、既知の技術の欠点の少なくともいくつかを解決する、鏡筒内に光学素子を取り付けるアプローチが依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一態様によれば、中心軸を有するキャビティを画成する鏡筒を有する光学アセンブリが提供される。鏡筒は、一組の雌ねじ山が設けられた内壁を有する。光学アセンブリは、少なくとも1つの光学サブアセンブリをさらに含む。少なくとも1つの光学サブアセンブリは、キャビティ内に設けられた座部と、キャビティ内に取り付けられた光学素子とを含む。光学素子は、座部に係合する湾曲した当接面を画成する第1の面と、第1の面の反対側にあり第2の面の少なくとも周縁領域に沿って平坦な空間プロファイルを有する第2の面とを有する。少なくとも1つの光学サブアセンブリは、さらに、キャビティに挿入され、鏡筒の内壁の雌ねじ山に係合する一組の雄ねじ山が設けられた外周壁を有する保持リングを含む。保持リングはさらに、光学素子の第2の面の周縁領域に係合する当接面を有し、それによって、光学素子が、座部と保持リングとの間に固定される。雌ねじ山および雄ねじ山は、キャビティの中心軸に対して垂直な耐荷重ねじ面を含むねじプロファイルを有する。
【００１２】
いくつかの実装形態では、雌ねじ山および雄ねじ山は、「鋸歯」タイプのねじプロファイルを有する。他の実装形態では、正方形のねじプロファイルが使用され得る。
【００１３】
キャビティの中心軸に対して垂直な耐荷重ねじ面を含むねじプロファイルの使用によって、鏡筒内に光学素子を傾斜を制御して取り付けることが確実になる。より明確には、そうした耐荷重ねじ面を設けることによって、ねじ付き保持リングの避けがたい偏芯が、光学素子の固定に続くリングの傾斜を伴わなくなる。結果的に、保持リングが、意図的に平坦に作られる光学素子の面の周縁部分に係合するのであれば、保持リングの偏芯が、光学素子の前の位置合わせを変えなくなる。
【００１４】
他の態様によれば、中心軸を有するキャビティを画成し一組の雌ねじ山が設けられた内壁を有する鏡筒を含む、光学アセンブリが提供される。光学アセンブリは、さらに、少なくとも1つの光学サブアセンブリを含む。少なくとも1つの光学サブアセンブリは、キャビティ内に設けられた座部と、キャビティ内に取り付けられた光学素子とを有する。光学素子は、座部に係合する湾曲した当接面と、鏡筒の内壁の雌ねじ山に係合する一組の雄ねじ山が設けられた外周壁とを有する。雌ねじ山および雄ねじ山は、キャビティの中心軸に対して垂直な耐荷重ねじ面を含むねじプロファイルを有する。
【００１５】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照してその好ましい実施形態を読めばより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術により鏡筒内に取り付けられた両凸レンズを示すレンズアセンブリの図である(従来技術)。
【図２】一実施形態による光学アセンブリの概略上面図である。
【図２Ａ】図2の線AAに沿った断面図である。
【図２Ｂ】光学素子の第1の面と鏡筒の座部の係合を示す、図2Aの部分拡大図である。
【図２Ｃ】光学素子の第2の面の周縁領域と保持リングの係合を示す、図2Aの部分拡大図である。
【図３Ａ】鋸歯ねじ山付きの保持リングを用いてメニスカスタイプのレンズが鏡筒内に取り付けられる、一実施形態による光学アセンブリの概略図である。
【図３Ｂ】正方形のねじ山付きの保持リングを用いて平凸レンズが鏡筒内に取り付けられる、一実施形態による光学アセンブリの概略図である。
【図３Ｃ】鋸歯ねじ山付きの保持リングを用いて平凸レンズが鏡筒内に取り付けられる、一実施形態による光学アセンブリの概略図である。
【図４Ａ】座部と光学素子の表面との間の異なるタイプの接触の概略図である。
【図４Ｂ】座部と光学素子の表面との間の異なるタイプの接触の概略図である。
【図４Ｃ】座部と光学素子の表面との間の異なるタイプの接触の概略図である。
【図４Ｄ】座部と光学素子の表面との間の異なるタイプの接触の概略図である。
【図５】光学素子が、鋸歯ねじ山付きの保持リングを用いて鏡筒のキャビティ内に取り付けられるスリーブである、一実施形態による光学アセンブリの概略図である。
【図６】鋸歯ねじ山が設けられた2つの光学素子が鏡筒のキャビティ内に取り付けられる、一実施形態による光学アセンブリの概略図である。
【図７】鋸歯ねじ山が設けられたスリーブが鏡筒の末端にあるキャビティ内に取り付けられる、一実施形態による光学アセンブリの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の説明は、一般的に、1つまたは複数の光学素子が鏡筒のキャビティ内に取り付けられる光学アセンブリに関する。
【００１８】
図2および図2A〜図2Cを参照すると、第1の実施形態による光学アセンブリ20が示されている。光学アセンブリ20は、キャビティ32を画成する鏡筒24を含む。鏡筒24は、光学素子22が内部の適位置に取り付けられ、位置合わせされ、固定される任意のハウジング構造によって具現化され得る。本明細書に例示されるような典型的な鏡筒は、内壁34と外壁36を有する中空円筒形ハウジング30を含む。鏡筒24の内壁34の少なくとも一部には、以下にさらに述べるように、一組の雌ねじ山42aが設けられる。円筒形ハウジング30の中空部分は、キャビティ32を形成する。キャビティ32は、光学素子22を受け入れるように適合された任意の形状を有することができる。キャビティ32は、キャビティ32の対称軸として画成される中心軸Bを有する。
【００１９】
鏡筒24は、光学素子22が使用される文脈で要求される他の構造に、係合する、連結する、または別のやり方でそれらと相互作用するように適合された、あらゆる形状、機械的特徴または追加の構成要素を有することができることが容易に理解されよう。例えば、鏡筒の外壁36には、本発明の範囲から逸脱することなく、ねじ山、孔、ピン、突起およびフランジなどが設けられてよい。あるいは、鏡筒24は、例えばカメラの対物レンズまたは顕微鏡の対物レンズなど、より大きな光学アセンブリの一体部材であってもよい。
【００２０】
光学アセンブリ20は、1つまたは複数の光学サブアセンブリ31を含む。図2および図2A〜図2Cの例示的な実施形態には単一の光学サブアセンブリ31が示されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実装形態では1つ以上の光学サブアセンブリが同じ鏡筒内にもたらされてよいことが容易に理解されよう。各光学サブアセンブリ31は、キャビティ32内に設けられる座部28と、以下にさらに説明されるように、キャビティ内に取り付けられる光学素子22とを含む。
【００２１】
本明細書に記載の光学サブアセンブリの実装形態によれば、光学素子22は、例えば、光線を方向づけるまたは方向を変える、光を合焦する、拡大する、平行にする、フィルタリングする、または別のやり方で変形または影響を与えるように、何らかの方法で光に作用することができることが容易に理解されよう。光学素子の例には、例えば、平凸、両凸、平凹、両凹、正または負メニスカスレンズ、ならびに上記で列挙したタイプの接合複レンズまたは三重レンズなど、様々なタイプのレンズがある。他の典型的な光学素子には、回折レンズ、曲面鏡、回折光学素子(DOE)、ピンホール、または同様のものが含まれる。他の実施形態では、光学素子22は、例えば、スリーブ内に取り付けられる1つまたは複数のレンズ、スパイダ内に取り付けられる鏡またはレンズ、光学ベンチにそれ自体取り付けられる光学マウント内に取り付けられるレンズまたは鏡筒など、光学構成要素のより複雑な集まりによって具現化され得る。
【００２２】
一般的に言えば、各光学サブアセンブリ31は、協働してキャビティ32内の対応する光学素子22の適切な位置合わせをもたらす2つの機能である、座部28に係合する湾曲した当接面、および、キャビティ32の雌ねじ山42aに係合する一組の雄ねじ山42bを含む。これらの機能は、以下に記載される例から明らかになるように、光学サブアセンブリ31の同じ構成要素に設けられても、または異なる構成要素に設けられてもよい。
【００２３】
図2および図2A〜図2Cをさらに参照すると、いくつかの実装形態では、光学素子22は、湾曲した当接面を画成する第1の面S1と、第1の面S1の反対側にある第2の面S2であって第2の面S2の少なくとも周縁領域27にわたって平坦な空間プロファイルを有する第2の面S2とを有する。図2および図2A〜図2Cの例示的な例では、光学素子22は、第1の面S1が球状であり、第2の面S2の空間プロファイルがその全範囲にわたって平坦である、平凸レンズによって具現化される。さらに、図3Aを参照すると、光学素子22がメニスカスレンズによって具現化される、光学アセンブリ20の一変形形態が示されている。後者の実施形態では、光学素子22の第1の面S1は、凸形の湾曲をもつ球状または円筒形であり、一方、第2の面S2は、周縁領域27にわたって平坦で、中央領域46内において湾曲して凹形球状または円筒形形状を画成する空間プロファイルを有する。湾曲した当接面は、さらに、非球状空間プロファイルを有することもできることが容易に理解されよう。他の変形形態では、光学素子22は、平凹レンズ、第2の面S2にわたって平坦化された周縁領域27を有する両凸レンズまたは両凹レンズ、または同様のものによって具現化され得る。光学素子22の代替実施形態は、他の図面に示されており、以下にさらに述べられる。
【００２４】
再度図2および図2A〜図2Cを参照すると、例示の実施形態では、光学サブアセンブリ31は、さらに、キャビティ32に挿入された保持リング26を含む。保持リング26は、光学サブアセンブリ31の雄ねじ山42bが設けられた外周壁29を有する。保持リング26は、さらに、光学素子22の第2の面S2の周縁領域27に係合する当接面44を有する。したがって、光学素子22は、座部28と保持リング26との間に固定され得る。
【００２５】
光学サブアセンブリ31の一方の側において、キャビティ内の光学素子22の位置合わせは、図2Bで最も良く分かるように、座部28と光学要素子22の第1の面S1の係合によって決定される。いくつかの実施形態では、座部28は、内壁34に形成されキャビティ32内に内方に突出する環状ショルダ38によって画成され得る。例示の実施形態では、ショルダ38は、鏡筒24の内壁34に対して直角を形成するように図示され、したがって、第1の面S1は、ショルダ38の角縁40上に載る。任意選択で、例示されるように、角縁40は、光学素子22の第1の面S1に損傷を与えないように研磨または機械加工によって丸くされるまたは面取りされ得る。他の実施形態では、第1の面S1と座部28との間の接触は異なってよいことが容易に理解されよう。例えば、図4A〜図4Dを参照すると、面Sと座部28との間の可能な異なるタイプの係合方式には、
-  湾曲面Sが座部28の縁上に載り、縁が直角を画成する必要はない、縁接触(図4A)、
-  湾曲面Sが、接点において表面の接線に沿った方に向く座部28の壁部上に載る、接線接触(図4B)、
-  座部28自体が、接点に沿って湾曲し面Sとは反対の曲率を有する、トロイダル接触(図4C)、および
-  座部28が、面Sと一致する曲率で接点に沿って湾曲する、球面接触(図4D)
がある。
【００２６】
光学サブアセンブリ31の実施形態は、当接面がその全範囲に沿って湾曲している場合に限定されるわけではないことに留意されたい。代替実施形態では、座部に係合する光学素子の第1の面の周縁部分だけが、湾曲した当接面を画成するように機械加工されるかまたは別のやり方で形作られ、その一方で、第1の面の残りの部分は、本発明の範囲から逸脱することなく、異なる形状を有することができる。
【００２７】
全体的に本明細書を読めば、当業者には、光学サブアセンブリ31は、光学素子22の第1の面S1と座部28との間でいくらかの動きを可能にするべきであることが容易に理解されよう。いくつかの実施形態では、このことは、光学素子22が、当業界で知られているいわゆる「自己芯出し」基準を満たすことを暗示する。自己芯出しとは、光学素子22が、座部28上を転がるまたは摺動できることを言う。光学素子22の転がりまたは他の動きを可能にするのに十分小さい、座部28および保持リング26に対する摩擦係数を有する光学素子22を「自己芯出しされる」と呼ぶことが知られている。Paul Yoder Jr.、「Mounting Optics in Optical Instruments」、SPIE Press(2008)から既知の例として、摩擦係数についての閾値は以下のように表すことができる。
【００２８】
【数１】
2017521726.tif 000003
【００２９】
式中、
・μは、光学素子と座部または保持リングとの間の摩擦係数、
・Yc1は、光学素子の第1の面S1と座部との接点の半直径、
・Yc2は、光学素子の第2の面S2と保持リングの接点の半直径、
・R1は、光学素子の第1の面の曲率半径、および
・R2は、光学素子の第2の面の曲率半径
である。
【００３０】
式(1)では、各面の曲率半径は、凸面については正の値、凹面については負の値を有する。さらに、図2および図2A〜図2Cに示されるような平凹光学素子の場合、第2の面の曲率半径R2は無限であるか、または非常に大きく、したがって、式(1)の右手側の2項目はゼロになることに留意されよう。
【００３１】
座部28は、光学素子22の当接面を支持するのに適したあらゆる他の形状を取ることができる。一例として、図3Cを参照すると、光学素子22が平凹レンズであり、したがって第1の面S1が凹形を有する一実施形態が示されている。この例では、座部28は、当接面が上に載ることができるリップとして形作られる。いくつかの実施形態では、座部28は、鏡筒の内壁34の円周全体に沿って延びる必要がなく、欠損部分または他の不連続部を含むことができるか、または内壁に沿って互いに間隔を置いて設けられる複数の径方向に位置合わせされた突起によって具現化されてもよい。他の実装形態では、座部28は、例えば、鏡筒24にねじ式に留められるかまたは別のやり方で鏡筒24に固定されるリング形構成要素など、鏡筒24に固定される別個の構造によって具現化され得る。
【００３２】
当業者には、鏡筒24の中心軸Bに対する面S1の芯出し誤差は、座部28の同心性、および中心軸Bに対するその垂直度における任意の製造誤差によって決まることが理解されよう。しかし、これらの製造誤差は、適当な製造慣習を用いることによって非常に低く保つことができる。例えば、現在利用可能な技法によって、芯出し誤差を典型的には5μm未満にすることができる。
【００３３】
第2の面S2の側において、キャビティ内の光学素子22の位置合わせは、第2の面S2と保持リング26の当接面44の係合、ならびに、雌ねじ山42aと雄ねじ山42bの係合による影響を受ける。実際は、キャビティの中心軸に対する保持リング26の任意の傾斜が、光学素子22に直接与えられる。次に、具体的に図2Cを参照して、雌ねじ山42aと雄ねじ山42bの係合についてより詳細に説明する。
【００３４】
表現「ねじ山」は、一方の構成要素が他方の上または内部にねじ込まれ得る2つの構成要素に機械加工された、係合可能な螺旋状突起を指すものとする。慣例により、単一のねじ山は、一般的に、ねじ1回転に相当する螺旋状突起の部分であると考えられ、その一方で、ねじ経路全体を画成する突起の長さは、ねじ切りまたは一組のねじ山と呼ばれる。さらに、慣例により、雌ねじ山は、他方の構成要素を受け入れることを意図するボアまたはキャビティ内に設けられ、一方、雄ねじ山は、ボアまたはキャビティにねじ込まれる構成要素の外側に設けられる。したがって、図2Cに示される実施形態では、雌ねじ山42aは、鏡筒24の内壁34上に機械加工され、一方、雄ねじ山42bは、保持リング26の外周壁29上に機械加工され、それによって保持リング26は、キャビティ32内にねじ込まれ得る。ねじ42a、42bのどちらの組も、ねじ経路全体に沿って連続している必要はなく、ねじのスムーズな係合を可能にするのに十分な接点がもたらされるのであれば、欠損セグメントまたは他の不連続部を含むことができることが容易に理解されよう。
【００３５】
雌ねじ山42aと雄ねじ山42bは、補完的なねじプロファイルを有し、どちらもキャビティの中心軸Bに対して垂直な耐荷重ねじ面を含む。表現「ねじプロファイル」は、所与の組のねじ山によって形成される断面形状、角度およびピッチを指す。「補完的」は、雌ねじ山42aと雄ねじ山42bのプロファイルが互いにねじ込まれ得るようなプロファイルと理解され、これは通常同じピッチを含む。雌ねじ山42aと雄ねじ山42bは、例示の実施形態では同じ全体プロファイルを有するものと示されているが、他の変形形態では、それらは、上述したような互いに補償する条件に適合するのであれば、異なる形状を有することもできる。
【００３６】
本明細書に記載されるような光学アセンブリでは、保持リング26が鏡筒24内にねじ込まれて光学素子22に当接するとき、結果的に生じるシステム内の機械的な力が、典型的には、保持リング26を光学素子22から遠ざけるように押すように作用する。図2Cの例示的な参照構造では、鏡筒24および保持リング26は、保持リング26上の各雄ねじ山42bの上面104が鏡筒24内に機械加工される雌ねじ山42aの底面102に押し付けられるように係合されることがみられる。「上」および「底」方向という言及は、本明細書において、図2Cの参照を容易にするための簡略的な表現として使用され、光学アセンブリに任意の優先的な向きを与える意味ではないと理解されよう。
【００３７】
実際、各雄ねじ山42bの底面106および各雌ねじ山42aの上面108の衝突は、アセンブリ内の力のつり合いにおいてゼロに等しいか、または無視できるほど小さく、これらの面は、互いにまたは任意の他の面に接触しない。雌ねじ山と雄ねじ山との間の係合の全荷重は、雄ねじ山42bの上面104および雌ねじ山42aの底面102によって生じるので、これらの面は、ねじ山の「耐荷重」面とみなされる。
【００３８】
一態様によれば、雌ねじ山42aおよび雄ねじ山42bのねじプロファイルは、耐荷重面がキャビティの中心軸Bに対して垂直になるようなプロファイルである。したがって、図2Cの参照構造では、耐荷重面は、水平方向に延在する。また、耐荷重ねじ面は、鏡筒24内の保持リング26のねじ方向に対して垂直であると言える。何故ならば、この方向が、キャビティの中心軸Bに対して平行であるためである。
【００３９】
さらに図2および図2A〜図2Cを参照すると、光学素子22の第2の面S2の少なくとも周縁領域27は、平坦であり、したがって、保持リング26が係合されるときにねじ山の耐荷重面によって画成される平面に平行に延在する。保持リング26の当接面44も平坦であり、したがって保持リング26と光学素子22の第2の面S2との間は平面接触になる。図3Aおよび図3Bを参照すると、他の変形形態では、保持リング26の当接面44は、光学素子22の第2の面S2の平坦な周縁部分27に係合する湾曲面を有することができる。
【００４０】
第2の面S2の周縁領域27の文脈における「平坦」の意味は、無限の曲率半径の厳密な数学的平面性に限定される必要がないことが当業者には容易に理解されよう。いくつかの変形形態では、第2の面の周縁領域27は、光学素子22の位置合わせにおける保持リング26の偏芯の影響が無視できるように、または所与のアセンブリに定められる公差内にあるように十分に大きな曲率半径に湾曲され得る。
【００４１】
図2および図2A〜図2Cの例示的な実施形態では、第2の面の平坦な周縁領域と組み合わせてキャビティ32の中心軸Bに対して垂直な耐荷重ねじ面を使用することによって、キャビティ内の光学素子22の位置合わせにおける保持リング26の偏芯の影響が無効にされる。従来技術の典型的な光学アセンブリに使用されるねじ山は、ねじ山の角度が60°の三角形の形状を有し、それは、耐荷重面がねじ込み方向に対して垂直な平面に対して30°傾けられることを意味する。結果として、キャビティ内の保持リングが偏芯すると、それに比例して保持リングが傾斜し、その傾斜が光学素子に移される。本明細書に記載の実施形態によれば、キャビティの中心軸Bに対して垂直な耐荷重ねじ面を設けることによって、保持リング26は、キャビティ32内の保持リング26の水平方向の遊びの量を問わず、ねじ山の向きによる傾斜がなされなくなる。さらに、有利には、保持リング26によって光学素子22に掛けられる力は、中心軸Bに平行、すなわち、図面の参照構造において垂直である。したがって、光学素子22自体に傾斜が与えられることがなく、したがって、そうした傾斜などの有害な影響がその光学的な位置合わせにもたらされることが回避される。そうした構造において、キャビティ32内の光学素子22の芯出しは、主に、第1の面S1と座部28の係合によって決まることに留意されよう。
【００４２】
さらに図2および図2A〜図2Cを再度参照すると、上述したように、雌ねじ山42aの上面108および雄ねじ山42bの底面106の向きは、キャビティ内の光学素子22の位置合わせに著しい影響は与えない。一実施形態では、これらの面のそれぞれは、耐荷重ねじ面に対して約45°の鋭角を作る斜めのねじ面を画成する。結果的に生じるねじプロファイルは、別の呼び方では「鋸歯」ねじ山として当業界で知られている。当然、斜めのねじ面は、本発明の範囲から逸脱することなく、異なる角度を有することができ、キャビティの軸に対して垂直な耐荷重ねじ面によって全体的に画成されるねじプロファイル、および任意の角度に傾いた他のねじ面は、本明細書において「鋸歯タイプ」のねじ山として言及される。鋸歯タイプのねじ山は、機械用途で最も良く知られており、それらは、一方向の非常に高い軸推力を扱うのに使用可能である。
【００４３】
本発明の実施形態は、キャビティの中心軸に対して垂直な耐荷重ねじ面を含むが鋸歯タイプのものとは考えられない他のねじプロファイルを使用することができると理解されよう。図3Bを参照すると、この例では、当業界で矩形ねじプロファイルとも称される正方形のねじプロファイルが使用され得る。それらの名前が含意するように、正方形のねじ山42a、42bは、正方形の断面を有し、耐荷重ねじ面(102、104)および無荷重ねじ面(106、108)は両方ともキャビティ32の中心軸Bに対して垂直である。
【００４４】
図5を参照すると、光学素子22と保持リング26とを含む光学サブアセンブリ31を含む、光学アセンブリ20の他の実施形態が示されている。この実装形態では、光学素子22は、鏡筒24のキャビティ32に挿入され保持リング26によってキャビティ32内に保持されるスリーブ54によって具現化される。スリーブは、第1の面S1および第2の面S2をそれぞれ画成する、互いの反対側にある下端58および上端60を有する。
【００４５】
スリーブ54内には、1つまたは複数の光学構成要素が取り付けられ得る。図5には、3つのそのような光学構成要素56a、56b、56cが示されているが、様々な変形形態において、光学構成要素の数は可変であってよいことが容易に理解されよう。各光学構成要素56a、56b、56cは、例えば、レンズ、曲面鏡、回折光学素子、ピンホールまたは同様のものによって具現化され得る。好ましくは、キャビティ32内でのスリーブ54の適切な芯出しが、キャビティ32の中心軸Bに対して光学構成要素56a、56b、56cを自動的に芯出しすることになるように、各光学構成要素56a、56b、56cは、スリーブ54に対して芯出しされる。様々な実装形態では、光学構成要素56は、普通の「ドロップイン式」アプローチを用いて、スリーブ54内に取り付けられ、ねじ付きリング、スナップリング、たわみ、エラストマー保持器、磨いた縁または任意の他の適当な手段を用いて所定位置に保持され得る。いくつかの実施形態では、光学構成要素のうちの1つまたは複数は、2014年7月11日出願の米国特許出願公開第2015/0131175号(LAMONTAGNEら)、名称「Auto-centering of an optical element within a barrel」に説明される原理に従って、ねじ付き保持リング26を用いてスリーブ54内に自動芯出しされ得る。光学構成要素56は、さらに、例えば能動的な位置合わせの後の接着である、異なる技法に従って芯出しされてもよい。
【００４６】
次に、図6を参照すると、いくつかの光学サブアセンブリ31、31'、31''を含む光学アセンブリ20の他の実施形態が示されている。これらの光学サブアセンブリのうちの少なくとも1つは、キャビティの中心軸に対して垂直な耐荷重ねじ面を含むねじプロファイルのねじ山を含むが、同じ光学アセンブリの他のサブアセンブリは、本発明の範囲から逸脱することなく、異なる原理に従って芯出しされ得ることが容易に理解されよう。
【００４７】
例示的な変形形態では、下から上に、第1の光学サブアセンブリ31は、ここでは凸形の第1の面S1と少なくとも中心領域46の周りが凹んでいる第2の面S2を有するメニスカスレンズによって具現化される、対応する光学素子22を含む。前述の実施形態のように、光学素子の第1の面S1は、キャビティ32の内壁34内に一体に形成される座部28によって支持される湾曲した当接面を画成する。しかし、この場合、光学素子22は、雄ねじ山42bが直接設けられる外周壁23を有する。雄ねじ山42bは、キャビティ32の内壁34内に機械加工される雌ねじ山42aに係合する。雌ねじ山42aおよび雄ねじ山42bは、例えば例示の実施形態における鋸歯タイプのねじプロファイルである、キャビティの中心軸Bに対して垂直な耐荷重ねじ面を含むねじプロファイルを有する。第2の例示的な光学サブアセンブリ31'もやはり、第1の面S1'および第2の面S2'を含み雄ねじ山42b'が直接設けられる外周壁23'を有する、対応する光学素子22'を含む。雌ねじ山42aおよび雄ねじ山42b'もやはり、鋸歯タイプのねじプロファイルを有する。最後に、第3の光学サブアセンブリ31''は、湾曲した当接面を画成する第1の面S1'および反対の第2の面S2''を有する両凸レンズによって具現化される光学素子22''を含む。第3の光学サブアセンブリ31''は、さらに、雄ねじ山42b''が設けられる保持リング26を含む。ねじプロファイルの耐荷重ねじ面は、この特定のサブアセンブリでは、キャビティの中心軸に対して垂直でないことに留意されよう。その結果、異なる直径の2つのセクションを有するキャビティによって特徴づけられるこの例示的な実施形態では、キャビティの内壁上の雌ねじ山は、2つの異なるねじプロファイルを含むように機械加工される。
【００４８】
第1のサブアセンブリ31の光学素子22の第2の面S2は、第2のサブアセンブリ31'の光学素子22'の第1の面S1'に係合する座部28'として機能することが図6の特定の実装形態で見ることができる。さらに、第2のサブアセンブリ31'の光学素子22'は、上方に突出する環状構造66を画成するように形作られる。上方に突出する環状構造66の上端68は、第3のサブアセンブリ31''の光学素子22''の第1の面S1''に係合する座部28''として機能する。したがって、上方に突出する環状構造66は、さらに、第2のサブアセンブリ31'と第3のサブアセンブリ31''との間のスペーサとして機能する。
【００４９】
雄ねじ山が光学素子の外周壁上に設けられる実施形態は、特に、いくつかの光学素子の積み重ねが必要な状況にある、または、単に保持リングもしくはスペーサの使用を回避することが望ましいとみられる場合のプラスチック要素および/または成形要素に有利であり得る。そうした実施形態の光学素子は、レンズ、曲面鏡、回折光学素子、ピンホール、または同様のものであってよい。好ましくは、そうした実施形態では、光学素子または少なくともその外周壁は、例えばプラスチックなど、その中に雄ねじ山を機械加工するのに適した材料で作られる。
【００５０】
当然、キャビティ内に取り付けられる光学素子の数および構造は、実施形態ごとに可変であり、図6に示される例は例示目的に提供されているに過ぎない。
【００５１】
図7を参照すると、雄ねじ山42bが光学素子22の外周壁23上に設けられる光学アセンブリ20の他の実装形態が示されている。この場合、光学素子22は、中に取り付けられる1つまたは複数の光学構成要素56を有するスリーブ54によって具現化される。図5を参照して述べた実施形態のように、光学構成要素56は、当業界で既知の任意の適切な技法を用いてスリーブ54内に取り付けられ得る。当然、図7に示される光学構成要素の性質および構造は、一例に過ぎず、本発明の範囲の限定とみなされるべきではない。
【００５２】
図7の実施形態では、スリーブ54は、第1の鏡筒24の末端に同心に取り付けられた第2の鏡筒として見ることができる。第1の鏡筒24内で、レンズ、鏡、回折光学素子、ピンホール、または同様のものなどの追加の光学素子57は、適切な技法を用いて取り付けられ芯出しされることが好ましい。そのような頭を突き合わせる鏡筒構成は、芯出し誤差を許容レベルに減少させるように、内径および外径の精密な嵌合など、精密な機械加工機能を必要とすることが当業界では既知である。このタイプの従来技術の構成は、典型的には上は0.1mmから0.010mmまでの、一方の鏡筒の他方に対する径方向芯出し誤差を有する。図7に示される実施形態は、スリーブ54が当接する座部の幾何公差次第では、芯出し誤差を6μm以下まで制限することができる。
【００５３】
当然のことながら、添付の特許請求の範囲において定められるような本発明の範囲から逸脱することなく、上述した実施形態に様々な修正を加えることができる。
【符号の説明】
【００５４】
20  光学アセンブリ
22、22'、22'''  光学素子(レンズ)
23、23'  外周壁
24  鏡筒、第1の鏡筒
26  保持リング
27  周縁領域
28、28'、28''  座部
29  外周壁
30  ハウジング
31  光学サブアセンブリ
31'  第2の光学サブアセンブリ
31''  第3の光学サブアセンブリ
32  キャビティ
34  内壁
36  外壁
38  ショルダ
40  角縁
42a  雌ねじ山
42b、42b'、42b''  雄ねじ山
44  当接面
46  中央領域
54  スリーブ
56、56a  光学構成要素
56b  光学構成要素
56c  光学構成要素
57  光学素子
58  下端
60  上端
66  環状構造
68  上端
102  耐荷重ねじ面、底面
104  耐荷重ねじ面、上面
106  無荷重ねじ面、底面
108  無荷重ねじ面、上面
B  キャビティの中心軸
S1、S1'、S1''  第1の面
S2、S2'、S2''  第2の面
【図１】
2017521726.tif 000004
【図２】
2017521726.tif 000005
【図２Ａ−２Ｃ】
2017521726.tif 000006
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
2017521726.tif 000009
【図４Ａ】
2017521726.tif 000010
【図４Ｂ】
2017521726.tif 000011
【図４Ｃ】
2017521726.tif 000012
【図４Ｄ】
2017521726.tif 000013
【図５】
2017521726.tif 000014
【図６】
2017521726.tif 000015
【図７】
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【国際調査報告】
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