レンズ保持機構、及びレンズ枠体
【課題】組付けが容易で、且つ使用時におけるアライメント精度が高いレンズ保持機構を提供する。
【解決手段】レンズ保持機構は、レンズ５０，５２，９０を径方向から保持し、レンズの径方向に弾性を有する環状のレンズ枠体５４と、レンズ枠体５４の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有し、レンズが嵌め合わされたレンズ枠体５４を収容する鏡筒４８，８８と、を備える。そして、鏡筒４８，８８とレンズ枠体５４との間には常温において隙間が設けられており、常温よりも低い使用温度まで冷却されたとき、鏡筒４８，８８とレンズ枠体５４とが締まり嵌めされてレンズ５０，５２，９０がアライメントされる。
【解決手段】レンズ保持機構は、レンズ５０，５２，９０を径方向から保持し、レンズの径方向に弾性を有する環状のレンズ枠体５４と、レンズ枠体５４の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有し、レンズが嵌め合わされたレンズ枠体５４を収容する鏡筒４８，８８と、を備える。そして、鏡筒４８，８８とレンズ枠体５４との間には常温において隙間が設けられており、常温よりも低い使用温度まで冷却されたとき、鏡筒４８，８８とレンズ枠体５４とが締まり嵌めされてレンズ５０，５２，９０がアライメントされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ保持機構、及びレンズ枠体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鏡筒内でレンズを保持する機構として、弾性を有するラジアル梁を介してレンズを径方向から保持するレンズ保持機構がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５８−１７８３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発明者は、極低温下（−１７０Ｋレベル）で使用する天体観測用のカメラに搭載するレンズ保持機構を開発している。このようなレンズ保持機構では、使用時において高いアライメント精度が要求される一方、組付け時においては高い作業性が要求される。しかしながら、ラジアル梁を介して単にレンズを保持する従来のレンズ保持機構では、これらの要求を十分に満たすことができない虞があり、これに代わる新たな機構が必要であった。
【０００４】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、組付けが容易で、且つ使用時におけるアライメント精度が高いレンズ保持機構、及びこのレンズ保持機構に好適に用いられるレンズ枠体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】
【０００５】
本発明に係るレンズ保持機構は、レンズを径方向から保持し、レンズの径方向に弾性を有する環状のレンズ枠体と、レンズ枠体の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有し、レンズが嵌め合わされたレンズ枠体を収容する鏡筒と、を備える。そして、鏡筒とレンズ枠体との間には常温において隙間が設けられており、常温よりも低い使用温度まで冷却されたとき、鏡筒とレンズ枠体とが締まり嵌めされてレンズがアライメントされる、ことを特徴とする。
【０００６】
このレンズ保持機構では、常温において鏡筒とレンズ枠体との間に隙間が設けられているため、組付けが容易となる。また、使用時においては、鏡筒とレンズ枠体の線膨張係数差を利用して、鏡筒とレンズ枠体とが締まり嵌めされてレンズがアライメントされるため、使用時におけるアライメント精度が高い。また、レンズ枠体はレンズの径方向に弾性を有するため、レンズの径方向に働く力を吸収して、使用時における径方向の力によるレンズの歪を緩和することができる。
【０００７】
ここで、レンズの線膨張係数は、レンズ枠体の線膨張係数以下である、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、レンズとレンズ枠体とが締まり嵌めされてレンズがアライメントされるため、使用時におけるアライメント精度が高い。
【０００８】
レンズはＳｉＯ２又はＺｎＳから形成されており、レンズ枠体はＴｉ合金又はＣｕ合金から形成されており、鏡筒はＡｌ合金から形成されている、ことを特徴としてもよい。
【０００９】
レンズ保持機構は、レンズを光軸方向に押えて位置決めし、光軸方向に弾性を有する押え環を備える、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、押え環によりレンズの光軸方向の位置決めが可能となり、振動環境下においても破損なくレンズを保持することができる。また、押え環はレンズの光軸方向に弾性を有するため、レンズの光軸方向に働く力を吸収して、使用時における光軸方向の力によるレンズの歪を緩和することができる。
【００１０】
本発明にかかるレンズ枠体は、レンズを径方向から保持する環状のレンズ枠体である。このレンズ枠体は、レンズに当接する内周面と、内周面を取り囲む外周面と、内周面と外周面との間に設けられた肉部と、レンズ枠体の周方向に複数設けられており、肉部の一側面と他側面とを繋ぐ貫通孔と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
このレンズ枠体によれば、周方向に複数設けられた貫通孔により、径方向への弾性を奏し得る。
【００１２】
ここで、上記したレンズ保持機構と、レンズ保持機構により保持されるレンズと、レンズを通して入射した光を検出する検出器と、検出器及びレンズ保持機構を冷却する冷却機と、を備えることで、カメラを構成することができる。このカメラによれば、冷却機の冷却作用を利用して、検出器の性能を発揮させると共に、レンズ保持機構によるレンズのアライメントが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、組付けが容易で、且つ使用時におけるアライメント精度が高いレンズ保持機構、及びこのレンズ保持機構に好適に用いられるレンズ枠体を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るレンズ保持機構を備えたカメラの構成を示す断面図である。このカメラ１は、極低温下（−１７０Ｋレベル）で使用する天体観測用のカメラである。図１に示すように、カメラ１は検出器１０を備えている。この検出器１０は、２μｍ帯の赤外線を検出するＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の検出器である。この検出器１０は、プリント基板１２に固定されている。この検出器１０が固定されたプリント基板１２は、リアケーシング１４に収容されている。
【００１６】
検出器１０は、熱パス１６を通して冷却機１８のコールドチップ２０に熱的に接続されている。このコールドチップ２０は、シリンダ２２を介してカメラ本体の外部に設けられた冷却機１８に接続されている。冷却機１８は、検出器１０を６５Ｋ（ケルビン）程度の温度まで冷却して、検出器１０の性能を発揮させる。また、冷却機１８は、後述するレンズ部４２を１７０Ｋ程度の温度まで冷却して、レンズのアライメントを可能にする。
【００１７】
この検出器１０の前段には、冷フィルタ２４が設けられている。冷フィルタ２４は、１２０Ｋ程度の温度まで冷却され、１．６μｍ〜２．３μｍ波長帯のワイドバンドの波長選択を行う。この冷フィルタ２４は、フィルタ筒２６により保持されている。
【００１８】
断熱筒２８は、フィルタ筒２６を囲むように同軸的に設けられている。この断熱筒２８は、フィルタ筒２６の基端部に設けられた外向きフランジ２６ａを介して、フィルタ筒２６を保持する。そして、このようにフィルタ筒２６を保持した断熱筒２８が、リアハウジング１４に固定されている。断熱筒２８は、例えばチタン等の熱伝導性の低い材料から形成されており、カメラ１の後段部から前段部への熱の伝達を抑制する。
【００１９】
冷フィルタ２４の前段には、フィルタ切替装置３０が設けられている。フィルタ切替装置３０は、異なる波長選択性を有する複数のフィルタ３２を保持したフィルタホイール３４と、フィルタホイール３４を収容するフィルタホイールハウジング３６とを有する。各フィルタ３２は、１．６μｍ〜２．３μｍ波長帯内に含まれるナロウバンドの波長選択性を有する。フィルタホイール３４は、ベアリング３８に保持された取付軸４０を回転させることで、所望のフィルタ３２を光軸Ｘ上に切替配置可能になっている。
【００２０】
このフィルタ切替装置３０の前段に、レンズ部４２が設けられている。レンズ部４２は、第１レンズ部４４と第２レンズ部４６とを有している。第１レンズ部４４は、カメラ構体（鏡筒）４８と、このカメラ構体４８内に収容される第１及び第２レンズ５０，５２と、これらレンズ５０，５２を保持するレンズ枠体５４と、を含んでいる。
【００２１】
第１レンズ５０は、２つの凸面を有するレンズである。第２レンズ５２は、２つの凹面を有するレンズである。これら第１及び第２レンズ５０，５２は、入射する光に対し光学的に作用して、検出器１０に向けて光を案内する。第１及び第２レンズ５０，５２の各々は、円環状のレンズ枠体５４に嵌め合わされ、径方向から保持されている。
【００２２】
レンズ枠体５４は、図２及び図３に示すように、レンズ５０（５２）に当接する内周面５６と、内周面５６を取り囲む外周面５８と、内周面５６と外周面５８との間に設けられた肉部６０と、を有する。そして、肉部６０には径方向に３段の貫通孔列が設けられている。各貫通孔列は、肉部６０の一側面と他側面とを繋ぐ貫通孔６２を複数含んでいる。これら貫通孔６２は、レンズ枠体５４の周方向に所定間隔をおいて規則的に配置されている。なお、外側の貫通孔列と内側の貫通孔列とは、貫通孔６２を配置する位相が一致しており、中央の貫通孔列は貫通孔６２を配置する位相がこれらとズレている。これにより、レンズ枠体５４はレンズの径方向に弾性を有している。
【００２３】
カメラ構体４８は、前端及び後端のそれぞれに外向きフランジ６４，６６を有している。後端の外向きフランジ６４は、フィルタホイールハウジング３６の一部を構成している。カメラ構体４８の後端における内周面上には、周方向に設けられた突条６８が設けられている。カメラ構体４８の前端における内周面上には、段部７０が設けられている。この段部７０の内周面上には雌ネジが刻設されており、外周に雄ネジが刻設された環状のネジ押え７２が噛合されるようになっている。
【００２４】
レンズ枠体５４に保持された第１レンズ５０は、検出器１０側の一側がカメラ構体４８の突条６８に押し当てられ、光軸Ｘ方向に位置決めされる。レンズ枠体５４に保持された第２レンズ５２は、レンズ枠体５４に保持された第１レンズ５０の前段に配置される。そして、第１レンズ５０と第２レンズ５２との間に、断面略コ字形の環状スペーサ７４が配置されている。これにより、第１レンズ５０と第２レンズ５２とが光軸Ｘ方向に所定間隙を開けて配置される。
【００２５】
レンズ枠体５４に保持された第２レンズ５２の前段には、断面略Ｌ字形の環状スペーサ７６が設けられている。そして、環状スペーサ７６とネジ押え７２との間には、第１及び第２レンズ５０，５２を光軸Ｘ方向に押えて位置決めする押え環７８が設けられている。
【００２６】
押え環７８は、図４及び図５に示すように、カメラ構体４８の内周面に当接する外周面８０と、外周面８０に取り囲まれる内周面８２と、内周面８２と外周面８０との間に設けられた肉部８４と、を有する。そして、肉部８４には光軸Ｘ方向に４段の貫通孔列が設けられている。各貫通孔列は、外周面８０と内周面８２とを繋ぐ貫通孔８６を複数含んでいる。これら貫通孔８６は、押え環７８の周方向に所定間隔をおいて規則的に配置されている。なお、１段目と３段目の貫通孔列は、貫通孔８６を配置する位相が一致しており、２段目と４段目の貫通孔列は貫通孔８６を配置する位相がこれらとズレている。これにより、押え環７８はレンズの光軸Ｘ方向に弾性を有している。
【００２７】
このようにして、カメラ構体４８、レンズ枠体５４、スペーサ７４，７６及び押え環７８により、第１及び第２レンズ５０，５２を保持するレンズ保持機構が構成されている。
【００２８】
ここで、カメラ構体４８の線膨張係数は、レンズ枠体５４の線膨張係数よりも大きい。そして、第１及び第２レンズ５０，５２の線膨張係数は、レンズ枠体５４の線膨張係数以下である。これを満たすために、第１及び第２レンズ５０，５２はＳｉＯ２から形成されている。例えば、２９３Ｋから１５０Ｋまで冷却したとき（以下、同様である）のＳｉＯ２の線膨張係数は、２４８Ｅ−６（Ｅ−６は１０−６を示す。）である。レンズ枠体５４は、Ｔｉ合金又はＣｕ合金から形成されている。例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの線膨張係数は、１１９０Ｅ−６である。カメラ構体４８は、Ａｌ合金から形成されている。例えば、Ａ６０６１−Ｔ６の線膨張係数は、２９０８Ｅ−６である。
【００２９】
なお、第１及び第２レンズ５０，５２の線膨張係数は、カメラ構体４８の線膨張係数よりも大きくても小さくてもよい。レンズ５０，５２の線膨張係数がカメラ構体４８の線膨張係数よりも小さい場合、冷却によってレンズ５０，５２はカメラ構体４８に対して相対的に大きくなるが、その線膨張係数差を吸収するために押え環７８が収縮する。一方、レンズ５０，５２の線膨張係数がカメラ構体４８の線膨張係数よりも大きい場合、冷却によってレンズ５０，５２はカメラ構体４８に対して相対的に小さくなるが、その線膨張係数差を吸収するために、常温で押え環７８を予め収縮させておき、冷却することにより押え環７８の収縮量を減らすことで、レンズ５０，５２の相対的な収縮分を補う。
【００３０】
第２レンズ部４６は、カメラ構体（鏡筒）８８と、このカメラ構体８８内に収容される第３レンズ９０と、この第３レンズ９０を保持するレンズ枠体５４と、を含んでいる。第３レンズ９０は、１つの凸面と１つの凹面を有するレンズである。この第３レンズ９０は、入射する光に対し光学的に作用して、検出器１０に向けて案内する。第３レンズ９０は、円環状のレンズ枠体５４に嵌め合わされ、径方向から保持されている。レンズ枠体５４は、図２及び図３に示されるものと同様である。
【００３１】
カメラ構体８８は、後端に外向きフランジ９２を有している。カメラ構体８８は、外向きフランジ９２を介して第１レンズ部４４のカメラ構体４８の外向きフランジ６６に接続され、固定されている。カメラ構体８８の内周面上には、第１、第２及び第３段部が設けられている。第１、第２及び第３段部の内径は、この順に大きくされている。第２段部の内周面上には雌ネジが刻設されており、外周に雄ネジが刻設された環状のネジ押え９４が噛合されるようになっている。
【００３２】
レンズ枠体５４に保持された第３レンズ９０は、第１段部に収容されている。そして、第３レンズ９０とネジ押え９４との間に、断面略Ｌ字形の環状スペーサ９６が設けられている。カメラ構体８８の内径は、第１レンズ部４４のカメラ構体４８の内径より大きく、これにより生じる段部に押え環７８が配置されている。このようにして、環状スペーサ９６と押え環７８との間で、第３レンズ９０が光軸Ｘ方向に位置決めされる。押え環７８は、図４及び図５に示されるものと同様である。
【００３３】
このようにして、カメラ構体８８、レンズ枠体５４、環状スペーサ９６及び押え環７８により、第３レンズ９０を保持するレンズ保持機構が構成されている。
【００３４】
ここで、カメラ構体８８の線膨張係数は、レンズ枠体５４の線膨張係数よりも大きい。そして、第３レンズ９０の線膨張係数は、レンズ枠体５４の線膨張係数以下である。これを満たすために、第３レンズ９０はＺｎＳから形成されている。例えば、ＺｎＳの線膨張係数は、８７１Ｅ−６である。レンズ枠体５４は、Ｔｉ合金又はＣｕ合金から形成されている。例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの線膨張係数は、１１９０Ｅ−６である。カメラ構体８８は、Ａｌ合金から形成されている。例えば、Ａ６０６１−Ｔ６の線膨張係数は、２９０８Ｅ−６である。
【００３５】
なお、第３レンズ９０の線膨張係数は、カメラ構体８８の線膨張係数よりも大きくても小さくてもよい。レンズ９０の線膨張係数がカメラ構体８８の線膨張係数よりも小さい場合、冷却によってレンズ９０はカメラ構体８８に対して相対的に大きくなるが、その線膨張係数差を吸収するために押え環７８が収縮する。一方、レンズ９０の線膨張係数がカメラ構体８８の線膨張係数よりも大きい場合、冷却によってレンズ９０はカメラ構体８８に対して相対的に小さくなるが、その線膨張係数差を吸収するために、常温で押え環７８を予め収縮させておき、冷却することにより押え環７８の収縮量を減らすことで、レンズ９０の相対的な収縮分を補う。
【００３６】
このようにして、第３レンズ９０、第２レンズ５２、第１レンズ５０、フィルタ３２、冷フィルタ２４、及び検出器１０が、光軸Ｘ上にこの順に配置されている。上記した各部材は、外界からの熱を遮断する多層断熱材９８内に収容されている。
【００３７】
レンズ部４２の前段には、開口１００が設けられたフード１０２が設けられている。フード１０２は、カメラ１を搭載する搭載部１０４上で位置決めリング１０６に固定されて位置決めされている。カメラ本体は、断熱ワッシャー１０８及び断熱サポート１１０を介して搭載部１０４上に搭載されている。
【００３８】
上記した構成のカメラ１の組付けに関し、常温（２８５〜３００Ｋ）時においては、第１レンズ５０を保持したレンズ枠体５４の外周面５８とカメラ構体４８の内周面との間に、１０〜５０μｍ程度の隙間が設けられている。また第２レンズ５２を保持したレンズ枠体５４の外周面とカメラ構体４８の内周面との間には、１０〜５０μｍ程度の隙間が設けられている。更に、第３レンズ９０を保持したレンズ枠体５４の外周面５８とカメラ構体８８の内周面との間には、１０〜５０μｍ程度の隙間が設けられている。このように隙間が設けられているため、第１から第３レンズ５０，５２，９０の組付けが容易になっている。
【００３９】
押え環７８は、カメラ１がロケットに搭載されて打ち上げられるときのような振動環境下においても、レンズ５０，５２，９０が破損しないように一定位置に保持する。
【００４０】
このカメラ１は、宇宙空間へ打ち上げられたとき、真空下で冷却機１８により冷却される。これにより、検出器１０が６５Ｋ程度まで冷却され、性能を発揮する。また、レンズ部４２が使用温度（ここでは、１５０〜１９０Ｋ）まで冷却され、線膨張係数差によりレンズ枠体５４とカメラ構体４８とが締まり嵌めされると共に、レンズ枠体５４とカメラ構体８８とが締まり嵌めされる。これにより、第１から第３レンズ５０，５２，９０の径方向のアライメントが高精度になされる。
【００４１】
このとき、レンズ枠体５４は径方向に弾性を有するため、径方向に働く力を吸収して、使用時における径方向の力によるレンズ５０，５２，９０の歪を緩和することができる。
【００４２】
また、第１から第３レンズ５０，５２，９０の光軸Ｘ方向のアライメントは、押え環７８を介してなされる。このとき、押え環７８は光軸Ｘ方向に弾性を有するため、光軸Ｘ方向に働く力を吸収して、使用時における光軸Ｘ方向の力によるレンズ５０，５２，９０の歪を緩和することができる。
【００４３】
以上詳述したように、本実施形態によれば、地上における常温でのカメラ１の組付けが容易になり、また宇宙空間において極低温下での使用時におけるレンズ５０，５２，９０のアライメント精度が高くなる。
【００４４】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、宇宙空間で使用される天体観測用のカメラ１について説明したが、これ以外にも同様に常温より低い使用温度で使用されるカメラであれば、使用場所及び観測対象に限定されることなく本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施形態に係るカメラの構成を示す断面図である。
【図２】レンズ枠体の構成を示す斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【図４】押え環の構成を示す斜視図である。
【図５】図４のＶＡ−ＶＡ線及びＶＢ−ＶＢ線における断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…カメラ、１０…検出器、１８…冷却機、４２…レンズ部、４４…第１レンズ部、４６…第２レンズ部、４８，８８…カメラ構体、５０…第１レンズ、５２…第２レンズ、５４…レンズ枠体、５６…内周面、５８…外周面、６０…肉部、６２，８６…貫通孔、７８…押え環、９０…第３レンズ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ保持機構、及びレンズ枠体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鏡筒内でレンズを保持する機構として、弾性を有するラジアル梁を介してレンズを径方向から保持するレンズ保持機構がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５８−１７８３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発明者は、極低温下（−１７０Ｋレベル）で使用する天体観測用のカメラに搭載するレンズ保持機構を開発している。このようなレンズ保持機構では、使用時において高いアライメント精度が要求される一方、組付け時においては高い作業性が要求される。しかしながら、ラジアル梁を介して単にレンズを保持する従来のレンズ保持機構では、これらの要求を十分に満たすことができない虞があり、これに代わる新たな機構が必要であった。
【０００４】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、組付けが容易で、且つ使用時におけるアライメント精度が高いレンズ保持機構、及びこのレンズ保持機構に好適に用いられるレンズ枠体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】
【０００５】
本発明に係るレンズ保持機構は、レンズを径方向から保持し、レンズの径方向に弾性を有する環状のレンズ枠体と、レンズ枠体の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有し、レンズが嵌め合わされたレンズ枠体を収容する鏡筒と、を備える。そして、鏡筒とレンズ枠体との間には常温において隙間が設けられており、常温よりも低い使用温度まで冷却されたとき、鏡筒とレンズ枠体とが締まり嵌めされてレンズがアライメントされる、ことを特徴とする。
【０００６】
このレンズ保持機構では、常温において鏡筒とレンズ枠体との間に隙間が設けられているため、組付けが容易となる。また、使用時においては、鏡筒とレンズ枠体の線膨張係数差を利用して、鏡筒とレンズ枠体とが締まり嵌めされてレンズがアライメントされるため、使用時におけるアライメント精度が高い。また、レンズ枠体はレンズの径方向に弾性を有するため、レンズの径方向に働く力を吸収して、使用時における径方向の力によるレンズの歪を緩和することができる。
【０００７】
ここで、レンズの線膨張係数は、レンズ枠体の線膨張係数以下である、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、レンズとレンズ枠体とが締まり嵌めされてレンズがアライメントされるため、使用時におけるアライメント精度が高い。
【０００８】
レンズはＳｉＯ２又はＺｎＳから形成されており、レンズ枠体はＴｉ合金又はＣｕ合金から形成されており、鏡筒はＡｌ合金から形成されている、ことを特徴としてもよい。
【０００９】
レンズ保持機構は、レンズを光軸方向に押えて位置決めし、光軸方向に弾性を有する押え環を備える、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、押え環によりレンズの光軸方向の位置決めが可能となり、振動環境下においても破損なくレンズを保持することができる。また、押え環はレンズの光軸方向に弾性を有するため、レンズの光軸方向に働く力を吸収して、使用時における光軸方向の力によるレンズの歪を緩和することができる。
【００１０】
本発明にかかるレンズ枠体は、レンズを径方向から保持する環状のレンズ枠体である。このレンズ枠体は、レンズに当接する内周面と、内周面を取り囲む外周面と、内周面と外周面との間に設けられた肉部と、レンズ枠体の周方向に複数設けられており、肉部の一側面と他側面とを繋ぐ貫通孔と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
このレンズ枠体によれば、周方向に複数設けられた貫通孔により、径方向への弾性を奏し得る。
【００１２】
ここで、上記したレンズ保持機構と、レンズ保持機構により保持されるレンズと、レンズを通して入射した光を検出する検出器と、検出器及びレンズ保持機構を冷却する冷却機と、を備えることで、カメラを構成することができる。このカメラによれば、冷却機の冷却作用を利用して、検出器の性能を発揮させると共に、レンズ保持機構によるレンズのアライメントが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、組付けが容易で、且つ使用時におけるアライメント精度が高いレンズ保持機構、及びこのレンズ保持機構に好適に用いられるレンズ枠体を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るレンズ保持機構を備えたカメラの構成を示す断面図である。このカメラ１は、極低温下（−１７０Ｋレベル）で使用する天体観測用のカメラである。図１に示すように、カメラ１は検出器１０を備えている。この検出器１０は、２μｍ帯の赤外線を検出するＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の検出器である。この検出器１０は、プリント基板１２に固定されている。この検出器１０が固定されたプリント基板１２は、リアケーシング１４に収容されている。
【００１６】
検出器１０は、熱パス１６を通して冷却機１８のコールドチップ２０に熱的に接続されている。このコールドチップ２０は、シリンダ２２を介してカメラ本体の外部に設けられた冷却機１８に接続されている。冷却機１８は、検出器１０を６５Ｋ（ケルビン）程度の温度まで冷却して、検出器１０の性能を発揮させる。また、冷却機１８は、後述するレンズ部４２を１７０Ｋ程度の温度まで冷却して、レンズのアライメントを可能にする。
【００１７】
この検出器１０の前段には、冷フィルタ２４が設けられている。冷フィルタ２４は、１２０Ｋ程度の温度まで冷却され、１．６μｍ〜２．３μｍ波長帯のワイドバンドの波長選択を行う。この冷フィルタ２４は、フィルタ筒２６により保持されている。
【００１８】
断熱筒２８は、フィルタ筒２６を囲むように同軸的に設けられている。この断熱筒２８は、フィルタ筒２６の基端部に設けられた外向きフランジ２６ａを介して、フィルタ筒２６を保持する。そして、このようにフィルタ筒２６を保持した断熱筒２８が、リアハウジング１４に固定されている。断熱筒２８は、例えばチタン等の熱伝導性の低い材料から形成されており、カメラ１の後段部から前段部への熱の伝達を抑制する。
【００１９】
冷フィルタ２４の前段には、フィルタ切替装置３０が設けられている。フィルタ切替装置３０は、異なる波長選択性を有する複数のフィルタ３２を保持したフィルタホイール３４と、フィルタホイール３４を収容するフィルタホイールハウジング３６とを有する。各フィルタ３２は、１．６μｍ〜２．３μｍ波長帯内に含まれるナロウバンドの波長選択性を有する。フィルタホイール３４は、ベアリング３８に保持された取付軸４０を回転させることで、所望のフィルタ３２を光軸Ｘ上に切替配置可能になっている。
【００２０】
このフィルタ切替装置３０の前段に、レンズ部４２が設けられている。レンズ部４２は、第１レンズ部４４と第２レンズ部４６とを有している。第１レンズ部４４は、カメラ構体（鏡筒）４８と、このカメラ構体４８内に収容される第１及び第２レンズ５０，５２と、これらレンズ５０，５２を保持するレンズ枠体５４と、を含んでいる。
【００２１】
第１レンズ５０は、２つの凸面を有するレンズである。第２レンズ５２は、２つの凹面を有するレンズである。これら第１及び第２レンズ５０，５２は、入射する光に対し光学的に作用して、検出器１０に向けて光を案内する。第１及び第２レンズ５０，５２の各々は、円環状のレンズ枠体５４に嵌め合わされ、径方向から保持されている。
【００２２】
レンズ枠体５４は、図２及び図３に示すように、レンズ５０（５２）に当接する内周面５６と、内周面５６を取り囲む外周面５８と、内周面５６と外周面５８との間に設けられた肉部６０と、を有する。そして、肉部６０には径方向に３段の貫通孔列が設けられている。各貫通孔列は、肉部６０の一側面と他側面とを繋ぐ貫通孔６２を複数含んでいる。これら貫通孔６２は、レンズ枠体５４の周方向に所定間隔をおいて規則的に配置されている。なお、外側の貫通孔列と内側の貫通孔列とは、貫通孔６２を配置する位相が一致しており、中央の貫通孔列は貫通孔６２を配置する位相がこれらとズレている。これにより、レンズ枠体５４はレンズの径方向に弾性を有している。
【００２３】
カメラ構体４８は、前端及び後端のそれぞれに外向きフランジ６４，６６を有している。後端の外向きフランジ６４は、フィルタホイールハウジング３６の一部を構成している。カメラ構体４８の後端における内周面上には、周方向に設けられた突条６８が設けられている。カメラ構体４８の前端における内周面上には、段部７０が設けられている。この段部７０の内周面上には雌ネジが刻設されており、外周に雄ネジが刻設された環状のネジ押え７２が噛合されるようになっている。
【００２４】
レンズ枠体５４に保持された第１レンズ５０は、検出器１０側の一側がカメラ構体４８の突条６８に押し当てられ、光軸Ｘ方向に位置決めされる。レンズ枠体５４に保持された第２レンズ５２は、レンズ枠体５４に保持された第１レンズ５０の前段に配置される。そして、第１レンズ５０と第２レンズ５２との間に、断面略コ字形の環状スペーサ７４が配置されている。これにより、第１レンズ５０と第２レンズ５２とが光軸Ｘ方向に所定間隙を開けて配置される。
【００２５】
レンズ枠体５４に保持された第２レンズ５２の前段には、断面略Ｌ字形の環状スペーサ７６が設けられている。そして、環状スペーサ７６とネジ押え７２との間には、第１及び第２レンズ５０，５２を光軸Ｘ方向に押えて位置決めする押え環７８が設けられている。
【００２６】
押え環７８は、図４及び図５に示すように、カメラ構体４８の内周面に当接する外周面８０と、外周面８０に取り囲まれる内周面８２と、内周面８２と外周面８０との間に設けられた肉部８４と、を有する。そして、肉部８４には光軸Ｘ方向に４段の貫通孔列が設けられている。各貫通孔列は、外周面８０と内周面８２とを繋ぐ貫通孔８６を複数含んでいる。これら貫通孔８６は、押え環７８の周方向に所定間隔をおいて規則的に配置されている。なお、１段目と３段目の貫通孔列は、貫通孔８６を配置する位相が一致しており、２段目と４段目の貫通孔列は貫通孔８６を配置する位相がこれらとズレている。これにより、押え環７８はレンズの光軸Ｘ方向に弾性を有している。
【００２７】
このようにして、カメラ構体４８、レンズ枠体５４、スペーサ７４，７６及び押え環７８により、第１及び第２レンズ５０，５２を保持するレンズ保持機構が構成されている。
【００２８】
ここで、カメラ構体４８の線膨張係数は、レンズ枠体５４の線膨張係数よりも大きい。そして、第１及び第２レンズ５０，５２の線膨張係数は、レンズ枠体５４の線膨張係数以下である。これを満たすために、第１及び第２レンズ５０，５２はＳｉＯ２から形成されている。例えば、２９３Ｋから１５０Ｋまで冷却したとき（以下、同様である）のＳｉＯ２の線膨張係数は、２４８Ｅ−６（Ｅ−６は１０−６を示す。）である。レンズ枠体５４は、Ｔｉ合金又はＣｕ合金から形成されている。例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの線膨張係数は、１１９０Ｅ−６である。カメラ構体４８は、Ａｌ合金から形成されている。例えば、Ａ６０６１−Ｔ６の線膨張係数は、２９０８Ｅ−６である。
【００２９】
なお、第１及び第２レンズ５０，５２の線膨張係数は、カメラ構体４８の線膨張係数よりも大きくても小さくてもよい。レンズ５０，５２の線膨張係数がカメラ構体４８の線膨張係数よりも小さい場合、冷却によってレンズ５０，５２はカメラ構体４８に対して相対的に大きくなるが、その線膨張係数差を吸収するために押え環７８が収縮する。一方、レンズ５０，５２の線膨張係数がカメラ構体４８の線膨張係数よりも大きい場合、冷却によってレンズ５０，５２はカメラ構体４８に対して相対的に小さくなるが、その線膨張係数差を吸収するために、常温で押え環７８を予め収縮させておき、冷却することにより押え環７８の収縮量を減らすことで、レンズ５０，５２の相対的な収縮分を補う。
【００３０】
第２レンズ部４６は、カメラ構体（鏡筒）８８と、このカメラ構体８８内に収容される第３レンズ９０と、この第３レンズ９０を保持するレンズ枠体５４と、を含んでいる。第３レンズ９０は、１つの凸面と１つの凹面を有するレンズである。この第３レンズ９０は、入射する光に対し光学的に作用して、検出器１０に向けて案内する。第３レンズ９０は、円環状のレンズ枠体５４に嵌め合わされ、径方向から保持されている。レンズ枠体５４は、図２及び図３に示されるものと同様である。
【００３１】
カメラ構体８８は、後端に外向きフランジ９２を有している。カメラ構体８８は、外向きフランジ９２を介して第１レンズ部４４のカメラ構体４８の外向きフランジ６６に接続され、固定されている。カメラ構体８８の内周面上には、第１、第２及び第３段部が設けられている。第１、第２及び第３段部の内径は、この順に大きくされている。第２段部の内周面上には雌ネジが刻設されており、外周に雄ネジが刻設された環状のネジ押え９４が噛合されるようになっている。
【００３２】
レンズ枠体５４に保持された第３レンズ９０は、第１段部に収容されている。そして、第３レンズ９０とネジ押え９４との間に、断面略Ｌ字形の環状スペーサ９６が設けられている。カメラ構体８８の内径は、第１レンズ部４４のカメラ構体４８の内径より大きく、これにより生じる段部に押え環７８が配置されている。このようにして、環状スペーサ９６と押え環７８との間で、第３レンズ９０が光軸Ｘ方向に位置決めされる。押え環７８は、図４及び図５に示されるものと同様である。
【００３３】
このようにして、カメラ構体８８、レンズ枠体５４、環状スペーサ９６及び押え環７８により、第３レンズ９０を保持するレンズ保持機構が構成されている。
【００３４】
ここで、カメラ構体８８の線膨張係数は、レンズ枠体５４の線膨張係数よりも大きい。そして、第３レンズ９０の線膨張係数は、レンズ枠体５４の線膨張係数以下である。これを満たすために、第３レンズ９０はＺｎＳから形成されている。例えば、ＺｎＳの線膨張係数は、８７１Ｅ−６である。レンズ枠体５４は、Ｔｉ合金又はＣｕ合金から形成されている。例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの線膨張係数は、１１９０Ｅ−６である。カメラ構体８８は、Ａｌ合金から形成されている。例えば、Ａ６０６１−Ｔ６の線膨張係数は、２９０８Ｅ−６である。
【００３５】
なお、第３レンズ９０の線膨張係数は、カメラ構体８８の線膨張係数よりも大きくても小さくてもよい。レンズ９０の線膨張係数がカメラ構体８８の線膨張係数よりも小さい場合、冷却によってレンズ９０はカメラ構体８８に対して相対的に大きくなるが、その線膨張係数差を吸収するために押え環７８が収縮する。一方、レンズ９０の線膨張係数がカメラ構体８８の線膨張係数よりも大きい場合、冷却によってレンズ９０はカメラ構体８８に対して相対的に小さくなるが、その線膨張係数差を吸収するために、常温で押え環７８を予め収縮させておき、冷却することにより押え環７８の収縮量を減らすことで、レンズ９０の相対的な収縮分を補う。
【００３６】
このようにして、第３レンズ９０、第２レンズ５２、第１レンズ５０、フィルタ３２、冷フィルタ２４、及び検出器１０が、光軸Ｘ上にこの順に配置されている。上記した各部材は、外界からの熱を遮断する多層断熱材９８内に収容されている。
【００３７】
レンズ部４２の前段には、開口１００が設けられたフード１０２が設けられている。フード１０２は、カメラ１を搭載する搭載部１０４上で位置決めリング１０６に固定されて位置決めされている。カメラ本体は、断熱ワッシャー１０８及び断熱サポート１１０を介して搭載部１０４上に搭載されている。
【００３８】
上記した構成のカメラ１の組付けに関し、常温（２８５〜３００Ｋ）時においては、第１レンズ５０を保持したレンズ枠体５４の外周面５８とカメラ構体４８の内周面との間に、１０〜５０μｍ程度の隙間が設けられている。また第２レンズ５２を保持したレンズ枠体５４の外周面とカメラ構体４８の内周面との間には、１０〜５０μｍ程度の隙間が設けられている。更に、第３レンズ９０を保持したレンズ枠体５４の外周面５８とカメラ構体８８の内周面との間には、１０〜５０μｍ程度の隙間が設けられている。このように隙間が設けられているため、第１から第３レンズ５０，５２，９０の組付けが容易になっている。
【００３９】
押え環７８は、カメラ１がロケットに搭載されて打ち上げられるときのような振動環境下においても、レンズ５０，５２，９０が破損しないように一定位置に保持する。
【００４０】
このカメラ１は、宇宙空間へ打ち上げられたとき、真空下で冷却機１８により冷却される。これにより、検出器１０が６５Ｋ程度まで冷却され、性能を発揮する。また、レンズ部４２が使用温度（ここでは、１５０〜１９０Ｋ）まで冷却され、線膨張係数差によりレンズ枠体５４とカメラ構体４８とが締まり嵌めされると共に、レンズ枠体５４とカメラ構体８８とが締まり嵌めされる。これにより、第１から第３レンズ５０，５２，９０の径方向のアライメントが高精度になされる。
【００４１】
このとき、レンズ枠体５４は径方向に弾性を有するため、径方向に働く力を吸収して、使用時における径方向の力によるレンズ５０，５２，９０の歪を緩和することができる。
【００４２】
また、第１から第３レンズ５０，５２，９０の光軸Ｘ方向のアライメントは、押え環７８を介してなされる。このとき、押え環７８は光軸Ｘ方向に弾性を有するため、光軸Ｘ方向に働く力を吸収して、使用時における光軸Ｘ方向の力によるレンズ５０，５２，９０の歪を緩和することができる。
【００４３】
以上詳述したように、本実施形態によれば、地上における常温でのカメラ１の組付けが容易になり、また宇宙空間において極低温下での使用時におけるレンズ５０，５２，９０のアライメント精度が高くなる。
【００４４】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、宇宙空間で使用される天体観測用のカメラ１について説明したが、これ以外にも同様に常温より低い使用温度で使用されるカメラであれば、使用場所及び観測対象に限定されることなく本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施形態に係るカメラの構成を示す断面図である。
【図２】レンズ枠体の構成を示す斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【図４】押え環の構成を示す斜視図である。
【図５】図４のＶＡ−ＶＡ線及びＶＢ−ＶＢ線における断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…カメラ、１０…検出器、１８…冷却機、４２…レンズ部、４４…第１レンズ部、４６…第２レンズ部、４８，８８…カメラ構体、５０…第１レンズ、５２…第２レンズ、５４…レンズ枠体、５６…内周面、５８…外周面、６０…肉部、６２，８６…貫通孔、７８…押え環、９０…第３レンズ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを径方向から保持し、前記レンズの径方向に弾性を有する環状のレンズ枠体と、
前記レンズ枠体の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有し、前記レンズが嵌め合わされた前記レンズ枠体を収容する鏡筒と、を備え、
前記鏡筒と前記レンズ枠体との間には常温において隙間が設けられており、常温よりも低い使用温度まで冷却されたとき、前記鏡筒と前記レンズ枠体とが締まり嵌めされて前記レンズがアライメントされる、ことを特徴とするレンズ保持機構。
【請求項２】
前記レンズの線膨張係数は、前記レンズ枠体の線膨張係数以下である、ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ保持機構。
【請求項３】
前記レンズはＳｉＯ２又はＺｎＳから形成されており、前記レンズ枠体はＴｉ合金又はＣｕ合金から形成されており、前記鏡筒はＡｌ合金から形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ保持機構。
【請求項４】
前記レンズを光軸方向に押えて位置決めし、前記光軸方向に弾性を有する押え環を備える、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレンズ保持機構。
【請求項５】
レンズを径方向から保持する環状のレンズ枠体であって、
前記レンズに当接する内周面と、
前記内周面を取り囲む外周面と、
前記内周面と前記外周面との間に設けられた肉部と、
当該レンズ枠体の周方向に複数設けられており、前記肉部の一側面と他側面とを繋ぐ貫通孔と、
を備えることを特徴とするレンズ枠体。
【請求項１】
レンズを径方向から保持し、前記レンズの径方向に弾性を有する環状のレンズ枠体と、
前記レンズ枠体の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有し、前記レンズが嵌め合わされた前記レンズ枠体を収容する鏡筒と、を備え、
前記鏡筒と前記レンズ枠体との間には常温において隙間が設けられており、常温よりも低い使用温度まで冷却されたとき、前記鏡筒と前記レンズ枠体とが締まり嵌めされて前記レンズがアライメントされる、ことを特徴とするレンズ保持機構。
【請求項２】
前記レンズの線膨張係数は、前記レンズ枠体の線膨張係数以下である、ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ保持機構。
【請求項３】
前記レンズはＳｉＯ２又はＺｎＳから形成されており、前記レンズ枠体はＴｉ合金又はＣｕ合金から形成されており、前記鏡筒はＡｌ合金から形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ保持機構。
【請求項４】
前記レンズを光軸方向に押えて位置決めし、前記光軸方向に弾性を有する押え環を備える、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレンズ保持機構。
【請求項５】
レンズを径方向から保持する環状のレンズ枠体であって、
前記レンズに当接する内周面と、
前記内周面を取り囲む外周面と、
前記内周面と前記外周面との間に設けられた肉部と、
当該レンズ枠体の周方向に複数設けられており、前記肉部の一側面と他側面とを繋ぐ貫通孔と、
を備えることを特徴とするレンズ枠体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−３９３１９（Ｐ２００６−３９３１９Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２０７５８（Ｐ２００４−２２０７５８）
【出願日】平成１６年７月２８日（２００４．７．２８）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２８日（２００４．７．２８）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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