光学システムの撮像素子を位置合わせする方法
【課題】光学台と、光学台に設置されるように構成される撮像素子とを含む光学システムにおいて光学台上に撮像素子を位置合わせする。
【解決手段】位置合わせ方法は、光学台または撮像素子の何れかの設置面から延びる位置合わせピンを、光学台および撮像素子の他方において画定された穴に挿入するステップと、光学システムの既定の中心画素、走査線、および／または分解能の要求を満たすべく、ピンを穴に挿入したまま光学台の設置面上で撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して撮像素子を位置合わせするステップと、エポキシをピンおよび穴に塗布して、光学台を撮像素子に設置するステップとを含む。
【解決手段】位置合わせ方法は、光学台または撮像素子の何れかの設置面から延びる位置合わせピンを、光学台および撮像素子の他方において画定された穴に挿入するステップと、光学システムの既定の中心画素、走査線、および／または分解能の要求を満たすべく、ピンを穴に挿入したまま光学台の設置面上で撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して撮像素子を位置合わせするステップと、エポキシをピンおよび穴に塗布して、光学台を撮像素子に設置するステップとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、例えばカメラ、カムコーダ、暗視メガネ、または暗視スコープといった光学システムの撮像素子を位置合わせする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子は、光学システム内で適切に位置合わせされて、光学システムの視線、画像位置合わせおよび分解能の要求を満たさなければならない。光学システムは、例えば、カメラ、カムコーダ、暗視メガネ、または暗視スコープである。撮像素子は、例えば、イメージ増倍管または、ＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）といったデジタル撮像素子である。光学システムのハウジングによって発生する、撮像素子と対物レンズとの間の位置合わせ不良の結果、光学システムと、該システムのユーザによって視認される画像の歪みが生じる。撮像素子、撮像素子を組み立てる方法、および撮像素子を光学システムのハウジング（または他の部品）に取り付ける方法をさらに発展させ且つ改良して、光学システムの視線、画像位置合わせおよび分解能の要求を満たす必要性は常に存在している。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一つの態様によれば、光学台上に撮像素子を位置合わせする方法が、光学台または撮像素子の何れかの設置面から延びる位置合わせピンを、光学台および撮像素子の他方において画定された穴に挿入するステップを含む。光学システムの所定の中心画素、走査線および／または分解能の要求を満たすべく、ピンを穴に挿入したまま光学台の設置面上において撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して撮像素子を位置合わせする。穴に対するピンの位置をずらすことなくエポキシまたは他の液体接着剤をピンおよび穴に塗布して、光学台を撮像素子に設置する。
【０００４】
本発明の別の態様によれば、撮像素子を光学台上に取り付ける方法が、位置合わせ固定具の設置面から延びる位置合わせピンを、撮像素子において画定された穴に挿入するステップを含む。光学システムの所定の中心画素、走査線、および／または分解能の要求を満たすべく、ピンを穴に挿入したまま位置合わせ固定具の設置面上において撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して撮像素子を位置合わせする。エポキシまたは他の液体接着剤をピンおよび穴に塗布してピンを撮像素子に接合する。ピンおよび撮像素子は、撮像素子の穴に対するピンの位置をずらすことなく位置合わせ固定具から取り外される。光学台において画定された穴に撮像素子のピンを挿入して、撮像素子を光学台上に取り付ける。
【０００５】
本発明の更に別の態様によれば、目標画像に対して撮像素子を位置合わせする方法が、位置合わせ固定具の設置面から延びる位置合わせピンを、撮像素子において画定された穴に挿入するステップを含む。光学システムの所定の中心画素、走査線および／または分解能の要求を満たすべく、ピンを穴に挿入したまま位置合わせ固定具の設置面上において撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して撮像素子を位置合わせする。エポキシまたは他の液体接着剤をピンおよび穴に塗布してピンを撮像素子に接合する。
【０００６】
本発明のこれらおよび他の態様は、図面を参照すると、以下の詳細な議論から明らかになるだろう。以下の議論が単に本発明の好適実施形態の例示を目的とすることを理解されたい。むしろ、本発明は、例示実施形態に限定されることなく、本明細書に添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【０００７】
本発明は、添付の図面と共に読むと以下の詳細な説明からもっともよく理解されるだろう。図面の各部は慣例により均一な縮尺でないことを強調しておく。図面には以下の図面が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の例示実施形態に係る暗視単眼用器具（night vision monocular）の斜視図を示す。
【図１Ｂ】本発明の例示実施形態に係る暗視単眼用器具の正面図を示す。
【図１Ｃ】本発明の例示実施形態に係る暗視単眼用器具の側面図を示す。
【図１Ｄ】単眼用器具のいくつかの部品を省略した、線１Ｄ−１Ｄに沿った図１Ｂの単眼用器具の断面図を示す。
【図１Ｅ】単眼用器具のいくつかの部品を省略した、線１Ｅ−１Ｅに沿った図１Ｂの単眼用器具の断面図を示す。
【図２Ａ】図１Ｄおよび図１Ｅの単眼用器具のイメージ増倍管組立体の分解図を示す。
【図２Ｂ】図２Ａのイメージ増倍管組立体の上面の斜視図を示す。
【図２Ｃ】図２Ａのイメージ増倍管組立体の下面の斜視図を示す。
【図３Ａ】線３Ａ−３Ａに沿った図２Ｂのイメージ増倍管組立体の断面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ａに示すイメージ増倍管組立体と比較する目的で別のイメージ増倍管組立体の断面図を示す。
【図４Ａ】図３Ａのイメージ増倍管のハウジングの下面の斜視図を示す。
【図４Ｂ】図３Ａのイメージ増倍管のハウジングの上面の斜視図を示す。
【図４Ｃ】図４Ａのハウジングの部分上面図を示す。
【図４Ｄ】図４Ａのハウジングの側面図を示す。
【図５Ａ】図１Ａ〜図１Ｅの単眼用器具の光学台の前側の斜視図を示す。
【図５Ｂ】図１Ａ〜図１Ｅの単眼用器具の光学台の後側の斜視図を示す。
【図５Ｃ】線５Ｃ−５Ｃに沿った図５Ｂの光学台の断面図を示す。
【図６Ａ】図２Ａのイメージ増倍管組立体を組み立てるための固定具の上面図を示す。
【図６Ｂ】図２Ａのイメージ増倍管組立体を組み立てるための固定具の側面図を示す。
【図６Ｃ】図２Ａのイメージ増倍管組立体を固定具内に配置した、線６Ｃ−６Ｃに沿った図６Ａの固定具の断面図を示す。
【図７】本発明の別の例示実施形態に係るデジタルセンサ組立体を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１Ａ〜図１Ｅは暗視単眼用器具１０を示す。単眼用器具１０は、各々光学台１４に設置された、対物レンズ組立体１６と、赤外線（ＩＲ）チャネルの赤外線焦点面アレイ２３とを含む。接眼部２１は、対物レンズ組立体１６の反対側に配置されている。図１Ｄおよび図１Ｅにもっともよく見られるように、イメージ増倍管組立体１２は、対物レンズ組立体１６と同一直線上に光学台１４に設置されている。基準面‘Ａ’によって定義されるイメージ増倍管組立体１２の設置面２２は、基準面‘Ｂ’によって定義されるイメージ光学台１４の設置面３７に直接設置される。
【００１０】
イメージ増倍管組立体１２は、ハウジング２０内に設置された６つの基本部品、すなわち、ガラス面板（glass faceplate）５０、ガラス面板５０に接着された光電陰極６１、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）６０、蛍光スクリーン６３、光ファイバインバータ（fiber optic inverter）６２、および電源５７を含む。面板５０、光電陰極６１、ＭＣＰ６０、蛍光スクリーン６３、および光ファイバインバータ６２は互いに組み合わされて、イメージ増倍管１３を形成する。
【００１１】
ここで単眼用器具１０の動作を参照すると、単眼用器具１０の対物レンズ１６は、利用可能な光を収集してその光の焦点をイメージ増倍管組立体１２に合わせる。対物レンズ１６のもっとも近くに配置されたイメージ増倍管組立体１２の光電陰極６１は、画像面であり、且つ、対物レンズ１６からの光画像を検出して光画像を対応する電子パターンに変換する。光電陰極６１は、感光性化合物によってコーティングされた負に帯電した電極である。光電陰極６１に光が当たると、光電効果のため、吸収されたエネルギーによって電子放出が生じる。イメージ増倍管組立体１２のＭＣＰ６０は電子放出を増幅する。イメージ増倍管組立体１２の光ファイバの蛍光スクリーン６３は、増幅された電子放出を変換して、増強された光画像に戻す。ビームコンバイナ１９のもっとも近くに配置されたイメージ増倍管組立体１２の光ファイバインバータ６２は、増強された光画像を反転して正しい向きにする（画像は対物レンズ１６によって予め反転されている）。ビームコンバイナ１９は、イメージ増倍管１３によって生成された画像と赤外線（ＩＲ）チャネルの赤外線焦点面アレイ２３によって生成された画像とを結合して単一の混合画像にする。
【００１２】
単一の増強された画像は、単眼用器具１０のユーザが視認するため接眼部２１を通して表示される。代替的には、増強された光画像はディスプレイ上にデジタル的に表示されてもよく、ディスプレイは、例えば、コンピュータモニタ、またはユーザの目の前に配置されたマイクロディスプレイある。イメージ増倍管組立体の基本構造および動作のさらなる詳細は、参照によってその全体が本明細書の一部を構成する、Ｔｈｏｍａｓへの米国特許第７，４８２，５７１号明細書に開示されている。
【００１３】
図２Ａ〜図２Ｃおよび図３Ａは、イメージ増倍管組立体１２の詳細図を示す。イメージ増倍管組立体１２は、ハウジング２０内に設置されたイメージ増倍管１３と、ハウジング２０の下端に設置されたカバー２４とを含む。図１Ｄおよび図１Ｅに示すように、ハウジング２０の設置面２２Ａ〜２２Ｃ（集合的に設置面２２と呼ぶ）は３つの締結具３０（１つの締結具を図１Ｅにおいて示す）によって光学台１４に着脱式に設置されている。カバー２４は、ハウジング２０の設置面２２に隣接した位置でハウジング２０の下端に設置されている。増倍管組立体１２を単眼用器具１０に取り付ける際、カバー２４は光学台１４に物理的に接触しない。
【００１４】
ここで図３Ａを参照すると、イメージ増倍管組立体１２の設計によって、単眼用器具１０の視線および分解能を悪化させる、傾斜の誤差、位置合わせの誤差、および変位の誤差が小さくなる。こうした利益を達成するために、ガラス面板５０の面板表面５１は、イメージ増倍管組立体１２の設置面２２と同じ基準面‘Ａ’に配置されている。参照目的のため、面板表面５１は面板５０の表面であり、面板５０の表面は、（ｉ）光電陰極６１の反対側に配置され、（ｉｉ）カバー２４を通して露出され（図２Ｃ参照）、（ｉｉｉ）対物レンズ１６のもっとも近くに配置される（図１Ｄ参照）。
【００１５】
イメージ増倍管組立体１２の設置面２２は、光学台１４の設置パッド３７に直接設置され、対物レンズ１６は光学台１４に直接設置される。面板表面５１と設置面２２とが同一平面上にあることは、イメージ増倍管組立体１２の設置面２２と対物レンズ１６とが光学台１４に直接設置されているということとあいまって、対物レンズ１６に対するイメージ増倍管組立体１２の位置の厳密な調節を可能にしている。イメージ増倍管組立体１２と対物レンズ１６との間のわずかな位置合わせ不良でさえも、単眼用器具１０の接眼部２１またはマイクロディスプレイを通してユーザに表示される画像を歪ませることがあるため、このことは重要である。
【００１６】
ディスプレイのビームコンバイナ１９を増倍管のスクリーンに直接設置することによって、増倍管組立体１２を前方に装填する（front-load）ことができる。面板表面５１を設置面２２と同じ基準面‘Ａ’に配置することによって、イメージ増倍管組立体１２を「前方に装填」する。イメージ増倍管組立体１２を前方に装填することによって、前端部の傾きが大きく減少し、像面湾曲の要求を満たすためにイメージ増倍管を「後方に装填（back-load）」する必要がなくなる。
【００１７】
図３Ｂは、図３Ａのイメージ増倍管組立体１２と比較する目的で別のイメージ増倍管組立体１５０の断面図を示す。図３Ｂのイメージ増倍管組立体１５０は図３Ａのイメージ増倍管組立体１２と同様である。すなわち、どちらの組立体もハウジングに収容されたイメージ増倍管と、ハウジングの下端に設置されたカバーとを含んでいる。しかし、図３Ｂのイメージ増倍管組立体１５０では、イメージ増倍管組立体１５０の面板表面１５１はカバー１５６の設置面１５３と同一平面上にない。図示しないが、カバー１５６の設置面１５３は光学システムの光学台に設置されており、対物レンズもその光学台に設置されている。
【００１８】
面板表面１５１を光学台の設置面１５３から隔てる距離は、カバー１５６の寸法公差だけでなく、カバー１５６と面板表面１５１との間に分配される注封材料（potting material）１５８の存在の結果として変化する。すなわち、面板表面１５１の位置、ひいてはイメージ増倍管１５２の位置は、注封材料１５８の存在およびカバー１５６の寸法変化のせいでずれることがある。こうした変化は、イメージ増倍管組立体１５０と光学システムの対物レンズ（図示せず）との間の位置合わせ不良を発生させ、このため光学システムのユーザに表示される画像が歪むことがある。
【００１９】
図４Ａ〜図４Ｄは、イメージ増倍管組立体１２のハウジング２０の詳細図を示す。ハウジング２０は、設置面２２Ａ、２２Ｂ、および２２Ｃ（集合的に設置面２２と呼ぶ）を含む。各設置面２２はハウジング２０の長手方向の軸線から半径方向に離れて延びる。図４Ｃにおいてもっともよく見られるように、面２２Ａは、締結具３０（図１Ｅ参照、１つの締結具だけを図示する）を受け入れる貫通穴２５と、（図５Ｂにおいて示される）位置合わせピン３５をぴったり受け入れる寸法の円形貫通穴２７Ａとを画定する。
【００２０】
面２２Ｂは、締結具３０（図１Ｅ参照、１つの締結具だけを図示する）を受け入れる貫通穴２５と、（図５Ｂにおいて示される）位置合わせピン３５をぴったり受け入れる寸法であり、且つ、貫通穴２７Ａの方に向けられる卵形の貫通溝２７Ｂとを画定する。貫通溝２７Ｂは、過度の応力をもたらすことなく公差積み上げを減少させて熱膨張率の相違に対応する。
【００２１】
面２２Ｃは、締結具３０を受け入れる貫通穴２５を画定するが、位置合わせピンを受け入れる寸法の穴または溝を含まない。
【００２２】
図５Ａ〜図５Ｃは、単眼用器具１０の光学台１４の詳細図を示す。光学台１４は、対物レンズ組立体１６を設置可能に受け入れるための対物レンズボア３１と、赤外線（ＩＲ）チャネル用の別のレンズ組立体を設置可能に受け入れるためのレンズボア３９とを含む。光学台１４は、イメージ増倍管組立体１２が設置される３つの設置パッド３７Ａ〜３７Ｃ（集合的にパッド３７と呼ぶ）と、ＩＲカメラが設置される４つの設置パッド４３Ａ〜４３Ｄとを含む。７つの設置パッド（すなわち、パッド３７Ａ〜３７Ｃおよびパッド４３Ａ〜４３Ｄ）は全て同一平面上にあり基準面‘Ｂ’を画定する。
【００２３】
各イメージ増倍管設置パッド３７は、締結具３０（図１Ｅ参照、１つの締結具だけを図示する）を受け入れるねじ穴３３を含む。２つの位置合わせピン３５は、設置パッド３７Ａおよび３７Ｂ上に画定された穴内に固定されるように配置される。単眼用器具１０が組み立てられた状態では、設置パッド３７Ａの位置合わせピン３５がハウジング２０の貫通穴２７Ａを通して配置され、設置パッド３７Ｂの位置合わせピン３５がハウジング２０の貫通溝２７Ｂを通して配置されるので、イメージ増倍管組立体１２は光学台１４に正確に位置合わせされる。また、位置合わせピン３５は、光学台を製造する過程で対物レンズボア３１を位置決めする２次基準点および３次基準点の役目を果たす。
【００２４】
図６Ａ〜図６Ｃは、イメージ増倍管組立体１２を組み立てるための固定具４０を示す。固定具４０は、イメージ増倍管１３を、イメージ増倍管ハウジング２０に対してＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って方向付けるように構成されている。図６Ｃにおいてもっともよく見られるように、固定具４０は、基準面‘Ｃ’を画定する上面４１を有するベースプレート４２を含む。面４１は、基準面‘Ｃ’を画定する２つの共平面からなる。すなわち、外面４１Ａはイメージ増倍管ハウジング２０の設置面２２Ａ〜２２Ｃを支持し、内面４１Ｂはイメージ増倍管面板５０を支持する。
【００２５】
２つのピン４４（１つを図示する）は、ベースプレート４２の外面４１Ａ上に画定された穴に固定されるように配置される。ピン４４はベースプレート４２の上面４１よりも上に延びる。位置合わせピン４４は、イメージ増倍管ハウジング２０の貫通穴２７Ａおよび貫通溝２７Ｂに配置される寸法である。位置合わせピン４４はＸ軸およびＹ軸に沿ってイメージ増倍管１３の位置を調節する。
【００２６】
環状凹部４６は、ベースプレート４２の上面４１から延び、注封工程の際カバー２４を収容し且つ支持する。凹部４６は、カバー２４を収容する一方で、イメージ増倍管ハウジング２０の設置面２２がイメージ増倍管１３の面板表面５１と同じ平面（すなわち、基準面‘Ｃ’）にあるようにする点で重要である。前に図３Ｂを参照して論じたように、従来の設計では、注封材料がカバーと面板との間に分配されるため、望ましくない傾斜や変位が光学位置合わせにもたらされることがある。
【００２７】
環状凹部４６は、カバー２４がベースプレート４２の上面４１に物理的に接触しないようにカバー２４を受け入れる寸法である。別言すれば、凹部４６は、イメージ増倍管カバー２４が基準面‘Ｃ’の下の高さにあるようにする。環状のフォームパッド４９を凹部４６内に配置して、イメージ増倍管組立体１２を組み立てる工程の間、カバー２４の損傷を防止する。また、フォームパッド４９はカバー２４と面板５０との間の注封材料の分配を制限する。
【００２８】
第２の凹部４８はベースプレート４２の上面４１から延びて、ガラス面板５０とベースプレート４２の上面４１との間の表面範囲の接触を減らし、イメージ増倍管１３の動作領域のかき傷（scratch）を防止する。内面４１Ｂを形成する環状リングはイメージ増倍管１３の動作領域の外側にある。
【００２９】
ここでイメージ増倍管組立体１２を組み立てる例示的方法を参照すると、面板５０、光電陰極６１、ＭＣＰ６０、および光ファイバインバータ６２が、ろう付け（brazing）工程によって互いに接合され、イメージ増倍管組立体１２のイメージ増倍管１３を形成する。そして、ろう付けされたイメージ増倍管１３が、電源５７を収容するイメージ増倍管ハウジング２０内に配置される。イメージ増倍管カバー２４がイメージ増倍管ハウジング２０にはめ込まれてイメージ増倍管１３を覆う。
【００３０】
そして、イメージ増倍管ハウジング２０の貫通穴２７Ａおよび貫通溝２７Ｂを通して固定具ベースプレート４２のピン４４（図６Ｃ参照）を配置することによって、部分的に組み立てられたイメージ増倍管組立体１２を固定具４０のベースプレート４２に装着する。イメージ増倍管ハウジング２０の設置面２２と面板５０の面板表面５１との両方は、それぞれベースプレート４２の面４１Ａと４１Ｂとに配置される。別言すれば、イメージ増倍管ハウジング２０の設置面２２と面板５０の面板表面５１との両方は、ベースプレート４２の基準面‘Ｃ’に配置される。
【００３１】
固定具４０のピストン５５はイメージ増倍管組立体１２に向かって下向きに動かされる。固定具４０のピストン５５の環状部５６は、ハウジング２０の壁６４と光ファイバインバータ６２の円筒形外面とを隔てる環状空間内に平行移動される。ピストン５５が下向きに動かされると、固定具４０のピストン５５の環状部５６は、位置合わせピン４４およびハウジング２０の貫通穴／溝２７に対してＸ軸およびＹ軸（各軸について図６Ｃ参照）に沿ってイメージ増倍管１３を位置合わせする。ピストン５５の環状部５６と位置合わせピン４４との相対位置は精密に調節されている。厳密な調節が必要な場合、能動的な位置合わせシステム（図示せず）を使用し、光学的閉フィードバックループを使用することによって貫通穴／溝２７に対してイメージ増倍管１３を移動させてもよい。
【００３２】
また、イメージ増倍管ハウジング２０の設置面２２とイメージ増倍管組立体１２の面板表面５１との両方が同一表面上にあり（すなわち、面一で）且つ同じ基準面‘Ｃ’上にあるように、ピストン５５は、イメージ増倍管ハウジング２０およびイメージ増倍管１３を上面４１（すなわち、基準面‘Ｃ’）に対して下向きのＺ方向に押しつける。
【００３３】
その後、電源５７、イメージ増倍管ハウジング２０、およびカバー２４と、イメージ増倍管１３との間に画定された円筒形の凹部５３に注封材料を供給する。注封材料が硬化せしめられると、イメージ増倍管組立体１２の組み立て工程が完了する。図示しないが、カバー２４の内側上面と面板表面５１との間にも少量の注封材料が分配される。しかし、この注封材料は、ハウジング２０の設置面２２に対するイメージ増倍管１３の位置には影響を与えない。
【００３４】
再び図１Ｄおよび図１Ｅを参照すると、イメージ増倍管組立体１２は、上記のように一旦注封されると、単眼用器具１０の光学台１４に設置可能な状態になる。まず光学台１４のピン３５をイメージ増倍管ハウジング２０の相補的な貫通穴２７Ａおよび貫通溝２７Ｂを通して配置する（またはその逆）。イメージ増倍管組立体１２の設置面２２が光学台１４の設置面３７に当接するまで、光学台１４とイメージ増倍管ハウジング２０とを互いに平行移動させる。イメージ増倍管ハウジング２０の貫通溝２７Ｂは光学台１４に対するイメージ増倍管組立体１２のわずかな平行移動およびわずかな回転を許容する。手作業またはロボットによってイメージ増倍管組立体１２をＸ軸およびＹ軸に沿って平行移動させ且つＺ軸回りに回転させて（各軸は図１Ｄおよび図１Ｅに示される）、単眼用器具１０の既定の分解能、画像位置合わせおよび像面湾曲の要求が満たされるまで、目標画像（図示せず）にイメージ増倍管組立体１２を位置合わせする。
【００３５】
そして、エポキシ（または他の液体接着剤）を位置合わせピン３５に塗布してハウジング２０の貫通穴２７Ａおよび貫通溝２７Ｂ内に供給して、イメージ増倍管ハウジング２０を光学台１４に接合する。必要な場合、エポキシを容易に除去できるので、イメージ増倍管組立体１２を再び位置合わせすることができる。上記で説明された例示的な組立方法は何らかの特定のステップまたはステップの順序に限定されないことを理解されたい。
【００３６】
最終組立段階でイメージ増倍管組立体１２を能動的に位置合わせすることによってイメージ増倍管組立体１２のきわめて正確な位置決めが得られる。これと対称的に、従来の増強イメージ増倍管（intensified image intensifier tube)の位置は、硬化せしめられた注封化合物の変化の結果、イメージ増倍管を光学台に設置した後でもずれることがある。さらに、最終組立段階でイメージ増倍管組立体１２を能動的に位置合わせすることによって、イメージ増倍管を注封前に直視して位置合わせするための専用ガスの必要がなくなる。
【００３７】
ここで図７を参照すると、エポキシ（または他の液体接着剤）の上記の利点は光学システムのデジタルセンサにも応用される。図７は、本発明の別の例示実施形態に係るデジタルセンサ組立体７０を示す。デジタルセンサ組立体７０は、ハウジング７２内に設置された、ＣＭＯＳチップまたはＣＣＤチップでありうるデジタルセンサ７１を含む。ハウジング７２は、３つの設置面（面７３および７６だけが図示される）を含むという点でハウジング２０と同様である。３つの設置面はすべて基準面‘Ｃ’に配置される。
【００３８】
設置面７３は、締結具（図示せず）を受け入れる寸法の貫通穴７４を含む。設置面７６は、締結具（図示せず）を受け入れる寸法の貫通穴７８とピン８０を受け入れる寸法の貫通穴８１とを含む。図７において示されない第３の設置面は貫通穴７８および貫通溝を含む。（図示されるように）貫通穴８１はハウジング７２内に形成されてもよい。代替的には、別の例示実施形態によれば、品目８０が、貫通穴７８に挿入されるブッシングを示す。
【００３９】
デジタルセンサ組立体７０は光学システムの光学台９０に設置される。光学台９０は、図７において概略的に示されるが、図１Ａ〜図１Ｅの光学台１４と同様のものでもよい。２つの位置合わせピン８０が光学台９０に固定され且つ光学台９０の設置面９１から突出する。各位置合わせピン８０は、デジタルセンサハウジング７２の貫通穴８１および貫通溝内に配置される寸法である。
【００４０】
以下、デジタルセンサ組立体７０を光学システムの光学台９０に位置合わせする２つの異なった方法を説明する。デジタルセンサ組立体７０を光学台９０に取り付ける第１の方法によれば、２つの位置合わせピン８０をデジタルセンサハウジング７２の相補的な貫通穴８１および貫通溝に挿入する。デジタルセンサ組立体７０の基準面‘Ｃ’が光学台９０の設置面９１に当接するまで、光学台９０とデジタルセンサ組立体７０とを互いに平行移動させる。
【００４１】
そして、手作業によってデジタルセンサ組立体７０を、（概略的に図示される）目標画像９５に対してＸ軸およびＹ軸に沿って平行移動させ且つＺ軸回りに回転させて（各軸は図７において示される）、既定の分解能、像面湾曲、中心画素の位置合わせおよび走査線の位置合わせの要求を満たす。デジタルセンサ組立体７０の望ましい位置を一旦確立したら、エポキシを位置合わせピン８０に塗布してデジタルセンサハウジング７２の貫通穴８１内に供給して、デジタルセンサ組立体７０を光学台９０に接合する。必要な場合、エポキシを容易に除去できるので、デジタルセンサ組立体７０を再び位置合わせすることができる。
【００４２】
ハウジング７２の各貫通穴７８、７４に締結具（図示せず）を挿入し、光学台の相補的なねじ穴にねじ込んで、デジタルセンサ組立体７０を光学台９０に設置する。最終組立段階でデジタルセンサ組立体７０を能動的に位置合わせすることによってデジタルセンサ組立体７０のきわめて正確な位置決めが得られることが発見されている。上記で説明した例示的な組立方法は何らかの特定のステップまたはステップの順序に限定されないことを理解されたい。
【００４３】
デジタルセンサ組立体７０を光学台９０に取り付ける第２の方法によれば、光学台９０に設置する前に、位置合わせ台９２を利用してデジタルセンサ組立体７０を予め位置合わせする。光学台９０と位置合わせ台９２とは全く異なるものでもよいが、これらは図７では概略的に同じ物体によって表される。位置合わせ台９２は、位置合わせ台９２の設置面９４から突出する２つの位置合わせピン８２を含む。まず、デジタルセンサハウジング７２の相補的な貫通穴８１および貫通溝（図示せず）に位置合わせ台９２の位置合わせピン８２を挿入する。そして、デジタルセンサ組立体７０の基準面‘Ｃ’が位置合わせ台９２の設置面９４に当接するまで、位置合わせ台９２とデジタルセンサ組立体７０とを互いに平行移動させる。
【００４４】
デジタルセンサ組立体７０を手作業によって、目標画像に対してＸ軸およびＹ軸に沿って平行移動させ且つＺ軸回りに回転させて（各軸は図７に示される）、デジタルセンサ組立体７０が設置された光学システムの既定の分解能、像面湾曲、中心画素の位置合わせおよび走査線の位置合わせの要求を満たす。デジタルセンサ組立体７０の望ましい位置を一旦確立したら、エポキシ（または何らかの他の液体接着剤）を位置合わせピン８２に塗布してデジタルセンサハウジング７２の貫通穴８１および貫通溝内に供給して、位置合わせピン８２をデジタルセンサ組立体７０に接合する。一旦エポキシが硬化しても、デジタルセンサハウジング７２と、エポキシで接着された位置合わせピン８２とは容易に位置合わせ台９２から取り外される。その後、デジタルセンサ組立体７０は光学台９０に設置可能な状態になる。
【００４５】
光学台９０に配置された相補的な穴９９（１つを図示する）に位置合わせピン８２を挿入する。デジタルセンサ組立体７０の基準面‘Ｃ’が光学台９０の設置面９１に当接するまで、光学台９０とデジタルセンサ組立体７０とを互いに平行移動させる。ハウジング７２の各貫通穴７８、７４に締結具（図示しないが、図１Ｅの締結具３０と同様のもの）を挿入して光学台９０の相補的なねじ穴にねじ込み、デジタルセンサ組立体７０を光学台９０に設置する。
【００４６】
上記で説明した例示的な組立方法は何らかの特定のステップまたはステップの順序に限定されないことを理解されたい。さらに、図７のデジタルセンサ組立体７０を参照して組立方法のステップを説明したが、これらステップは図１Ａ〜図１Ｅのイメージ増倍管組立体１２に適用することもできる。
【００４７】
特定の実施形態を参照して本発明を例示し且つ説明したが、図示された細部に本発明を限定する意図はない。むしろ、特許請求の範囲の均等物の範囲内で本発明の思想から逸脱することなく細部に様々な修正を行うことができる。例えば、本発明の細部は単眼用器具に限定されず、例えば、カメラ、カムコーダ、暗視メガネ、または暗視スコープといった任意の光学システムに適用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、例えばカメラ、カムコーダ、暗視メガネ、または暗視スコープといった光学システムの撮像素子を位置合わせする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子は、光学システム内で適切に位置合わせされて、光学システムの視線、画像位置合わせおよび分解能の要求を満たさなければならない。光学システムは、例えば、カメラ、カムコーダ、暗視メガネ、または暗視スコープである。撮像素子は、例えば、イメージ増倍管または、ＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）といったデジタル撮像素子である。光学システムのハウジングによって発生する、撮像素子と対物レンズとの間の位置合わせ不良の結果、光学システムと、該システムのユーザによって視認される画像の歪みが生じる。撮像素子、撮像素子を組み立てる方法、および撮像素子を光学システムのハウジング（または他の部品）に取り付ける方法をさらに発展させ且つ改良して、光学システムの視線、画像位置合わせおよび分解能の要求を満たす必要性は常に存在している。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一つの態様によれば、光学台上に撮像素子を位置合わせする方法が、光学台または撮像素子の何れかの設置面から延びる位置合わせピンを、光学台および撮像素子の他方において画定された穴に挿入するステップを含む。光学システムの所定の中心画素、走査線および／または分解能の要求を満たすべく、ピンを穴に挿入したまま光学台の設置面上において撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して撮像素子を位置合わせする。穴に対するピンの位置をずらすことなくエポキシまたは他の液体接着剤をピンおよび穴に塗布して、光学台を撮像素子に設置する。
【０００４】
本発明の別の態様によれば、撮像素子を光学台上に取り付ける方法が、位置合わせ固定具の設置面から延びる位置合わせピンを、撮像素子において画定された穴に挿入するステップを含む。光学システムの所定の中心画素、走査線、および／または分解能の要求を満たすべく、ピンを穴に挿入したまま位置合わせ固定具の設置面上において撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して撮像素子を位置合わせする。エポキシまたは他の液体接着剤をピンおよび穴に塗布してピンを撮像素子に接合する。ピンおよび撮像素子は、撮像素子の穴に対するピンの位置をずらすことなく位置合わせ固定具から取り外される。光学台において画定された穴に撮像素子のピンを挿入して、撮像素子を光学台上に取り付ける。
【０００５】
本発明の更に別の態様によれば、目標画像に対して撮像素子を位置合わせする方法が、位置合わせ固定具の設置面から延びる位置合わせピンを、撮像素子において画定された穴に挿入するステップを含む。光学システムの所定の中心画素、走査線および／または分解能の要求を満たすべく、ピンを穴に挿入したまま位置合わせ固定具の設置面上において撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して撮像素子を位置合わせする。エポキシまたは他の液体接着剤をピンおよび穴に塗布してピンを撮像素子に接合する。
【０００６】
本発明のこれらおよび他の態様は、図面を参照すると、以下の詳細な議論から明らかになるだろう。以下の議論が単に本発明の好適実施形態の例示を目的とすることを理解されたい。むしろ、本発明は、例示実施形態に限定されることなく、本明細書に添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【０００７】
本発明は、添付の図面と共に読むと以下の詳細な説明からもっともよく理解されるだろう。図面の各部は慣例により均一な縮尺でないことを強調しておく。図面には以下の図面が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の例示実施形態に係る暗視単眼用器具（night vision monocular）の斜視図を示す。
【図１Ｂ】本発明の例示実施形態に係る暗視単眼用器具の正面図を示す。
【図１Ｃ】本発明の例示実施形態に係る暗視単眼用器具の側面図を示す。
【図１Ｄ】単眼用器具のいくつかの部品を省略した、線１Ｄ−１Ｄに沿った図１Ｂの単眼用器具の断面図を示す。
【図１Ｅ】単眼用器具のいくつかの部品を省略した、線１Ｅ−１Ｅに沿った図１Ｂの単眼用器具の断面図を示す。
【図２Ａ】図１Ｄおよび図１Ｅの単眼用器具のイメージ増倍管組立体の分解図を示す。
【図２Ｂ】図２Ａのイメージ増倍管組立体の上面の斜視図を示す。
【図２Ｃ】図２Ａのイメージ増倍管組立体の下面の斜視図を示す。
【図３Ａ】線３Ａ−３Ａに沿った図２Ｂのイメージ増倍管組立体の断面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ａに示すイメージ増倍管組立体と比較する目的で別のイメージ増倍管組立体の断面図を示す。
【図４Ａ】図３Ａのイメージ増倍管のハウジングの下面の斜視図を示す。
【図４Ｂ】図３Ａのイメージ増倍管のハウジングの上面の斜視図を示す。
【図４Ｃ】図４Ａのハウジングの部分上面図を示す。
【図４Ｄ】図４Ａのハウジングの側面図を示す。
【図５Ａ】図１Ａ〜図１Ｅの単眼用器具の光学台の前側の斜視図を示す。
【図５Ｂ】図１Ａ〜図１Ｅの単眼用器具の光学台の後側の斜視図を示す。
【図５Ｃ】線５Ｃ−５Ｃに沿った図５Ｂの光学台の断面図を示す。
【図６Ａ】図２Ａのイメージ増倍管組立体を組み立てるための固定具の上面図を示す。
【図６Ｂ】図２Ａのイメージ増倍管組立体を組み立てるための固定具の側面図を示す。
【図６Ｃ】図２Ａのイメージ増倍管組立体を固定具内に配置した、線６Ｃ−６Ｃに沿った図６Ａの固定具の断面図を示す。
【図７】本発明の別の例示実施形態に係るデジタルセンサ組立体を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１Ａ〜図１Ｅは暗視単眼用器具１０を示す。単眼用器具１０は、各々光学台１４に設置された、対物レンズ組立体１６と、赤外線（ＩＲ）チャネルの赤外線焦点面アレイ２３とを含む。接眼部２１は、対物レンズ組立体１６の反対側に配置されている。図１Ｄおよび図１Ｅにもっともよく見られるように、イメージ増倍管組立体１２は、対物レンズ組立体１６と同一直線上に光学台１４に設置されている。基準面‘Ａ’によって定義されるイメージ増倍管組立体１２の設置面２２は、基準面‘Ｂ’によって定義されるイメージ光学台１４の設置面３７に直接設置される。
【００１０】
イメージ増倍管組立体１２は、ハウジング２０内に設置された６つの基本部品、すなわち、ガラス面板（glass faceplate）５０、ガラス面板５０に接着された光電陰極６１、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）６０、蛍光スクリーン６３、光ファイバインバータ（fiber optic inverter）６２、および電源５７を含む。面板５０、光電陰極６１、ＭＣＰ６０、蛍光スクリーン６３、および光ファイバインバータ６２は互いに組み合わされて、イメージ増倍管１３を形成する。
【００１１】
ここで単眼用器具１０の動作を参照すると、単眼用器具１０の対物レンズ１６は、利用可能な光を収集してその光の焦点をイメージ増倍管組立体１２に合わせる。対物レンズ１６のもっとも近くに配置されたイメージ増倍管組立体１２の光電陰極６１は、画像面であり、且つ、対物レンズ１６からの光画像を検出して光画像を対応する電子パターンに変換する。光電陰極６１は、感光性化合物によってコーティングされた負に帯電した電極である。光電陰極６１に光が当たると、光電効果のため、吸収されたエネルギーによって電子放出が生じる。イメージ増倍管組立体１２のＭＣＰ６０は電子放出を増幅する。イメージ増倍管組立体１２の光ファイバの蛍光スクリーン６３は、増幅された電子放出を変換して、増強された光画像に戻す。ビームコンバイナ１９のもっとも近くに配置されたイメージ増倍管組立体１２の光ファイバインバータ６２は、増強された光画像を反転して正しい向きにする（画像は対物レンズ１６によって予め反転されている）。ビームコンバイナ１９は、イメージ増倍管１３によって生成された画像と赤外線（ＩＲ）チャネルの赤外線焦点面アレイ２３によって生成された画像とを結合して単一の混合画像にする。
【００１２】
単一の増強された画像は、単眼用器具１０のユーザが視認するため接眼部２１を通して表示される。代替的には、増強された光画像はディスプレイ上にデジタル的に表示されてもよく、ディスプレイは、例えば、コンピュータモニタ、またはユーザの目の前に配置されたマイクロディスプレイある。イメージ増倍管組立体の基本構造および動作のさらなる詳細は、参照によってその全体が本明細書の一部を構成する、Ｔｈｏｍａｓへの米国特許第７，４８２，５７１号明細書に開示されている。
【００１３】
図２Ａ〜図２Ｃおよび図３Ａは、イメージ増倍管組立体１２の詳細図を示す。イメージ増倍管組立体１２は、ハウジング２０内に設置されたイメージ増倍管１３と、ハウジング２０の下端に設置されたカバー２４とを含む。図１Ｄおよび図１Ｅに示すように、ハウジング２０の設置面２２Ａ〜２２Ｃ（集合的に設置面２２と呼ぶ）は３つの締結具３０（１つの締結具を図１Ｅにおいて示す）によって光学台１４に着脱式に設置されている。カバー２４は、ハウジング２０の設置面２２に隣接した位置でハウジング２０の下端に設置されている。増倍管組立体１２を単眼用器具１０に取り付ける際、カバー２４は光学台１４に物理的に接触しない。
【００１４】
ここで図３Ａを参照すると、イメージ増倍管組立体１２の設計によって、単眼用器具１０の視線および分解能を悪化させる、傾斜の誤差、位置合わせの誤差、および変位の誤差が小さくなる。こうした利益を達成するために、ガラス面板５０の面板表面５１は、イメージ増倍管組立体１２の設置面２２と同じ基準面‘Ａ’に配置されている。参照目的のため、面板表面５１は面板５０の表面であり、面板５０の表面は、（ｉ）光電陰極６１の反対側に配置され、（ｉｉ）カバー２４を通して露出され（図２Ｃ参照）、（ｉｉｉ）対物レンズ１６のもっとも近くに配置される（図１Ｄ参照）。
【００１５】
イメージ増倍管組立体１２の設置面２２は、光学台１４の設置パッド３７に直接設置され、対物レンズ１６は光学台１４に直接設置される。面板表面５１と設置面２２とが同一平面上にあることは、イメージ増倍管組立体１２の設置面２２と対物レンズ１６とが光学台１４に直接設置されているということとあいまって、対物レンズ１６に対するイメージ増倍管組立体１２の位置の厳密な調節を可能にしている。イメージ増倍管組立体１２と対物レンズ１６との間のわずかな位置合わせ不良でさえも、単眼用器具１０の接眼部２１またはマイクロディスプレイを通してユーザに表示される画像を歪ませることがあるため、このことは重要である。
【００１６】
ディスプレイのビームコンバイナ１９を増倍管のスクリーンに直接設置することによって、増倍管組立体１２を前方に装填する（front-load）ことができる。面板表面５１を設置面２２と同じ基準面‘Ａ’に配置することによって、イメージ増倍管組立体１２を「前方に装填」する。イメージ増倍管組立体１２を前方に装填することによって、前端部の傾きが大きく減少し、像面湾曲の要求を満たすためにイメージ増倍管を「後方に装填（back-load）」する必要がなくなる。
【００１７】
図３Ｂは、図３Ａのイメージ増倍管組立体１２と比較する目的で別のイメージ増倍管組立体１５０の断面図を示す。図３Ｂのイメージ増倍管組立体１５０は図３Ａのイメージ増倍管組立体１２と同様である。すなわち、どちらの組立体もハウジングに収容されたイメージ増倍管と、ハウジングの下端に設置されたカバーとを含んでいる。しかし、図３Ｂのイメージ増倍管組立体１５０では、イメージ増倍管組立体１５０の面板表面１５１はカバー１５６の設置面１５３と同一平面上にない。図示しないが、カバー１５６の設置面１５３は光学システムの光学台に設置されており、対物レンズもその光学台に設置されている。
【００１８】
面板表面１５１を光学台の設置面１５３から隔てる距離は、カバー１５６の寸法公差だけでなく、カバー１５６と面板表面１５１との間に分配される注封材料（potting material）１５８の存在の結果として変化する。すなわち、面板表面１５１の位置、ひいてはイメージ増倍管１５２の位置は、注封材料１５８の存在およびカバー１５６の寸法変化のせいでずれることがある。こうした変化は、イメージ増倍管組立体１５０と光学システムの対物レンズ（図示せず）との間の位置合わせ不良を発生させ、このため光学システムのユーザに表示される画像が歪むことがある。
【００１９】
図４Ａ〜図４Ｄは、イメージ増倍管組立体１２のハウジング２０の詳細図を示す。ハウジング２０は、設置面２２Ａ、２２Ｂ、および２２Ｃ（集合的に設置面２２と呼ぶ）を含む。各設置面２２はハウジング２０の長手方向の軸線から半径方向に離れて延びる。図４Ｃにおいてもっともよく見られるように、面２２Ａは、締結具３０（図１Ｅ参照、１つの締結具だけを図示する）を受け入れる貫通穴２５と、（図５Ｂにおいて示される）位置合わせピン３５をぴったり受け入れる寸法の円形貫通穴２７Ａとを画定する。
【００２０】
面２２Ｂは、締結具３０（図１Ｅ参照、１つの締結具だけを図示する）を受け入れる貫通穴２５と、（図５Ｂにおいて示される）位置合わせピン３５をぴったり受け入れる寸法であり、且つ、貫通穴２７Ａの方に向けられる卵形の貫通溝２７Ｂとを画定する。貫通溝２７Ｂは、過度の応力をもたらすことなく公差積み上げを減少させて熱膨張率の相違に対応する。
【００２１】
面２２Ｃは、締結具３０を受け入れる貫通穴２５を画定するが、位置合わせピンを受け入れる寸法の穴または溝を含まない。
【００２２】
図５Ａ〜図５Ｃは、単眼用器具１０の光学台１４の詳細図を示す。光学台１４は、対物レンズ組立体１６を設置可能に受け入れるための対物レンズボア３１と、赤外線（ＩＲ）チャネル用の別のレンズ組立体を設置可能に受け入れるためのレンズボア３９とを含む。光学台１４は、イメージ増倍管組立体１２が設置される３つの設置パッド３７Ａ〜３７Ｃ（集合的にパッド３７と呼ぶ）と、ＩＲカメラが設置される４つの設置パッド４３Ａ〜４３Ｄとを含む。７つの設置パッド（すなわち、パッド３７Ａ〜３７Ｃおよびパッド４３Ａ〜４３Ｄ）は全て同一平面上にあり基準面‘Ｂ’を画定する。
【００２３】
各イメージ増倍管設置パッド３７は、締結具３０（図１Ｅ参照、１つの締結具だけを図示する）を受け入れるねじ穴３３を含む。２つの位置合わせピン３５は、設置パッド３７Ａおよび３７Ｂ上に画定された穴内に固定されるように配置される。単眼用器具１０が組み立てられた状態では、設置パッド３７Ａの位置合わせピン３５がハウジング２０の貫通穴２７Ａを通して配置され、設置パッド３７Ｂの位置合わせピン３５がハウジング２０の貫通溝２７Ｂを通して配置されるので、イメージ増倍管組立体１２は光学台１４に正確に位置合わせされる。また、位置合わせピン３５は、光学台を製造する過程で対物レンズボア３１を位置決めする２次基準点および３次基準点の役目を果たす。
【００２４】
図６Ａ〜図６Ｃは、イメージ増倍管組立体１２を組み立てるための固定具４０を示す。固定具４０は、イメージ増倍管１３を、イメージ増倍管ハウジング２０に対してＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って方向付けるように構成されている。図６Ｃにおいてもっともよく見られるように、固定具４０は、基準面‘Ｃ’を画定する上面４１を有するベースプレート４２を含む。面４１は、基準面‘Ｃ’を画定する２つの共平面からなる。すなわち、外面４１Ａはイメージ増倍管ハウジング２０の設置面２２Ａ〜２２Ｃを支持し、内面４１Ｂはイメージ増倍管面板５０を支持する。
【００２５】
２つのピン４４（１つを図示する）は、ベースプレート４２の外面４１Ａ上に画定された穴に固定されるように配置される。ピン４４はベースプレート４２の上面４１よりも上に延びる。位置合わせピン４４は、イメージ増倍管ハウジング２０の貫通穴２７Ａおよび貫通溝２７Ｂに配置される寸法である。位置合わせピン４４はＸ軸およびＹ軸に沿ってイメージ増倍管１３の位置を調節する。
【００２６】
環状凹部４６は、ベースプレート４２の上面４１から延び、注封工程の際カバー２４を収容し且つ支持する。凹部４６は、カバー２４を収容する一方で、イメージ増倍管ハウジング２０の設置面２２がイメージ増倍管１３の面板表面５１と同じ平面（すなわち、基準面‘Ｃ’）にあるようにする点で重要である。前に図３Ｂを参照して論じたように、従来の設計では、注封材料がカバーと面板との間に分配されるため、望ましくない傾斜や変位が光学位置合わせにもたらされることがある。
【００２７】
環状凹部４６は、カバー２４がベースプレート４２の上面４１に物理的に接触しないようにカバー２４を受け入れる寸法である。別言すれば、凹部４６は、イメージ増倍管カバー２４が基準面‘Ｃ’の下の高さにあるようにする。環状のフォームパッド４９を凹部４６内に配置して、イメージ増倍管組立体１２を組み立てる工程の間、カバー２４の損傷を防止する。また、フォームパッド４９はカバー２４と面板５０との間の注封材料の分配を制限する。
【００２８】
第２の凹部４８はベースプレート４２の上面４１から延びて、ガラス面板５０とベースプレート４２の上面４１との間の表面範囲の接触を減らし、イメージ増倍管１３の動作領域のかき傷（scratch）を防止する。内面４１Ｂを形成する環状リングはイメージ増倍管１３の動作領域の外側にある。
【００２９】
ここでイメージ増倍管組立体１２を組み立てる例示的方法を参照すると、面板５０、光電陰極６１、ＭＣＰ６０、および光ファイバインバータ６２が、ろう付け（brazing）工程によって互いに接合され、イメージ増倍管組立体１２のイメージ増倍管１３を形成する。そして、ろう付けされたイメージ増倍管１３が、電源５７を収容するイメージ増倍管ハウジング２０内に配置される。イメージ増倍管カバー２４がイメージ増倍管ハウジング２０にはめ込まれてイメージ増倍管１３を覆う。
【００３０】
そして、イメージ増倍管ハウジング２０の貫通穴２７Ａおよび貫通溝２７Ｂを通して固定具ベースプレート４２のピン４４（図６Ｃ参照）を配置することによって、部分的に組み立てられたイメージ増倍管組立体１２を固定具４０のベースプレート４２に装着する。イメージ増倍管ハウジング２０の設置面２２と面板５０の面板表面５１との両方は、それぞれベースプレート４２の面４１Ａと４１Ｂとに配置される。別言すれば、イメージ増倍管ハウジング２０の設置面２２と面板５０の面板表面５１との両方は、ベースプレート４２の基準面‘Ｃ’に配置される。
【００３１】
固定具４０のピストン５５はイメージ増倍管組立体１２に向かって下向きに動かされる。固定具４０のピストン５５の環状部５６は、ハウジング２０の壁６４と光ファイバインバータ６２の円筒形外面とを隔てる環状空間内に平行移動される。ピストン５５が下向きに動かされると、固定具４０のピストン５５の環状部５６は、位置合わせピン４４およびハウジング２０の貫通穴／溝２７に対してＸ軸およびＹ軸（各軸について図６Ｃ参照）に沿ってイメージ増倍管１３を位置合わせする。ピストン５５の環状部５６と位置合わせピン４４との相対位置は精密に調節されている。厳密な調節が必要な場合、能動的な位置合わせシステム（図示せず）を使用し、光学的閉フィードバックループを使用することによって貫通穴／溝２７に対してイメージ増倍管１３を移動させてもよい。
【００３２】
また、イメージ増倍管ハウジング２０の設置面２２とイメージ増倍管組立体１２の面板表面５１との両方が同一表面上にあり（すなわち、面一で）且つ同じ基準面‘Ｃ’上にあるように、ピストン５５は、イメージ増倍管ハウジング２０およびイメージ増倍管１３を上面４１（すなわち、基準面‘Ｃ’）に対して下向きのＺ方向に押しつける。
【００３３】
その後、電源５７、イメージ増倍管ハウジング２０、およびカバー２４と、イメージ増倍管１３との間に画定された円筒形の凹部５３に注封材料を供給する。注封材料が硬化せしめられると、イメージ増倍管組立体１２の組み立て工程が完了する。図示しないが、カバー２４の内側上面と面板表面５１との間にも少量の注封材料が分配される。しかし、この注封材料は、ハウジング２０の設置面２２に対するイメージ増倍管１３の位置には影響を与えない。
【００３４】
再び図１Ｄおよび図１Ｅを参照すると、イメージ増倍管組立体１２は、上記のように一旦注封されると、単眼用器具１０の光学台１４に設置可能な状態になる。まず光学台１４のピン３５をイメージ増倍管ハウジング２０の相補的な貫通穴２７Ａおよび貫通溝２７Ｂを通して配置する（またはその逆）。イメージ増倍管組立体１２の設置面２２が光学台１４の設置面３７に当接するまで、光学台１４とイメージ増倍管ハウジング２０とを互いに平行移動させる。イメージ増倍管ハウジング２０の貫通溝２７Ｂは光学台１４に対するイメージ増倍管組立体１２のわずかな平行移動およびわずかな回転を許容する。手作業またはロボットによってイメージ増倍管組立体１２をＸ軸およびＹ軸に沿って平行移動させ且つＺ軸回りに回転させて（各軸は図１Ｄおよび図１Ｅに示される）、単眼用器具１０の既定の分解能、画像位置合わせおよび像面湾曲の要求が満たされるまで、目標画像（図示せず）にイメージ増倍管組立体１２を位置合わせする。
【００３５】
そして、エポキシ（または他の液体接着剤）を位置合わせピン３５に塗布してハウジング２０の貫通穴２７Ａおよび貫通溝２７Ｂ内に供給して、イメージ増倍管ハウジング２０を光学台１４に接合する。必要な場合、エポキシを容易に除去できるので、イメージ増倍管組立体１２を再び位置合わせすることができる。上記で説明された例示的な組立方法は何らかの特定のステップまたはステップの順序に限定されないことを理解されたい。
【００３６】
最終組立段階でイメージ増倍管組立体１２を能動的に位置合わせすることによってイメージ増倍管組立体１２のきわめて正確な位置決めが得られる。これと対称的に、従来の増強イメージ増倍管（intensified image intensifier tube)の位置は、硬化せしめられた注封化合物の変化の結果、イメージ増倍管を光学台に設置した後でもずれることがある。さらに、最終組立段階でイメージ増倍管組立体１２を能動的に位置合わせすることによって、イメージ増倍管を注封前に直視して位置合わせするための専用ガスの必要がなくなる。
【００３７】
ここで図７を参照すると、エポキシ（または他の液体接着剤）の上記の利点は光学システムのデジタルセンサにも応用される。図７は、本発明の別の例示実施形態に係るデジタルセンサ組立体７０を示す。デジタルセンサ組立体７０は、ハウジング７２内に設置された、ＣＭＯＳチップまたはＣＣＤチップでありうるデジタルセンサ７１を含む。ハウジング７２は、３つの設置面（面７３および７６だけが図示される）を含むという点でハウジング２０と同様である。３つの設置面はすべて基準面‘Ｃ’に配置される。
【００３８】
設置面７３は、締結具（図示せず）を受け入れる寸法の貫通穴７４を含む。設置面７６は、締結具（図示せず）を受け入れる寸法の貫通穴７８とピン８０を受け入れる寸法の貫通穴８１とを含む。図７において示されない第３の設置面は貫通穴７８および貫通溝を含む。（図示されるように）貫通穴８１はハウジング７２内に形成されてもよい。代替的には、別の例示実施形態によれば、品目８０が、貫通穴７８に挿入されるブッシングを示す。
【００３９】
デジタルセンサ組立体７０は光学システムの光学台９０に設置される。光学台９０は、図７において概略的に示されるが、図１Ａ〜図１Ｅの光学台１４と同様のものでもよい。２つの位置合わせピン８０が光学台９０に固定され且つ光学台９０の設置面９１から突出する。各位置合わせピン８０は、デジタルセンサハウジング７２の貫通穴８１および貫通溝内に配置される寸法である。
【００４０】
以下、デジタルセンサ組立体７０を光学システムの光学台９０に位置合わせする２つの異なった方法を説明する。デジタルセンサ組立体７０を光学台９０に取り付ける第１の方法によれば、２つの位置合わせピン８０をデジタルセンサハウジング７２の相補的な貫通穴８１および貫通溝に挿入する。デジタルセンサ組立体７０の基準面‘Ｃ’が光学台９０の設置面９１に当接するまで、光学台９０とデジタルセンサ組立体７０とを互いに平行移動させる。
【００４１】
そして、手作業によってデジタルセンサ組立体７０を、（概略的に図示される）目標画像９５に対してＸ軸およびＹ軸に沿って平行移動させ且つＺ軸回りに回転させて（各軸は図７において示される）、既定の分解能、像面湾曲、中心画素の位置合わせおよび走査線の位置合わせの要求を満たす。デジタルセンサ組立体７０の望ましい位置を一旦確立したら、エポキシを位置合わせピン８０に塗布してデジタルセンサハウジング７２の貫通穴８１内に供給して、デジタルセンサ組立体７０を光学台９０に接合する。必要な場合、エポキシを容易に除去できるので、デジタルセンサ組立体７０を再び位置合わせすることができる。
【００４２】
ハウジング７２の各貫通穴７８、７４に締結具（図示せず）を挿入し、光学台の相補的なねじ穴にねじ込んで、デジタルセンサ組立体７０を光学台９０に設置する。最終組立段階でデジタルセンサ組立体７０を能動的に位置合わせすることによってデジタルセンサ組立体７０のきわめて正確な位置決めが得られることが発見されている。上記で説明した例示的な組立方法は何らかの特定のステップまたはステップの順序に限定されないことを理解されたい。
【００４３】
デジタルセンサ組立体７０を光学台９０に取り付ける第２の方法によれば、光学台９０に設置する前に、位置合わせ台９２を利用してデジタルセンサ組立体７０を予め位置合わせする。光学台９０と位置合わせ台９２とは全く異なるものでもよいが、これらは図７では概略的に同じ物体によって表される。位置合わせ台９２は、位置合わせ台９２の設置面９４から突出する２つの位置合わせピン８２を含む。まず、デジタルセンサハウジング７２の相補的な貫通穴８１および貫通溝（図示せず）に位置合わせ台９２の位置合わせピン８２を挿入する。そして、デジタルセンサ組立体７０の基準面‘Ｃ’が位置合わせ台９２の設置面９４に当接するまで、位置合わせ台９２とデジタルセンサ組立体７０とを互いに平行移動させる。
【００４４】
デジタルセンサ組立体７０を手作業によって、目標画像に対してＸ軸およびＹ軸に沿って平行移動させ且つＺ軸回りに回転させて（各軸は図７に示される）、デジタルセンサ組立体７０が設置された光学システムの既定の分解能、像面湾曲、中心画素の位置合わせおよび走査線の位置合わせの要求を満たす。デジタルセンサ組立体７０の望ましい位置を一旦確立したら、エポキシ（または何らかの他の液体接着剤）を位置合わせピン８２に塗布してデジタルセンサハウジング７２の貫通穴８１および貫通溝内に供給して、位置合わせピン８２をデジタルセンサ組立体７０に接合する。一旦エポキシが硬化しても、デジタルセンサハウジング７２と、エポキシで接着された位置合わせピン８２とは容易に位置合わせ台９２から取り外される。その後、デジタルセンサ組立体７０は光学台９０に設置可能な状態になる。
【００４５】
光学台９０に配置された相補的な穴９９（１つを図示する）に位置合わせピン８２を挿入する。デジタルセンサ組立体７０の基準面‘Ｃ’が光学台９０の設置面９１に当接するまで、光学台９０とデジタルセンサ組立体７０とを互いに平行移動させる。ハウジング７２の各貫通穴７８、７４に締結具（図示しないが、図１Ｅの締結具３０と同様のもの）を挿入して光学台９０の相補的なねじ穴にねじ込み、デジタルセンサ組立体７０を光学台９０に設置する。
【００４６】
上記で説明した例示的な組立方法は何らかの特定のステップまたはステップの順序に限定されないことを理解されたい。さらに、図７のデジタルセンサ組立体７０を参照して組立方法のステップを説明したが、これらステップは図１Ａ〜図１Ｅのイメージ増倍管組立体１２に適用することもできる。
【００４７】
特定の実施形態を参照して本発明を例示し且つ説明したが、図示された細部に本発明を限定する意図はない。むしろ、特許請求の範囲の均等物の範囲内で本発明の思想から逸脱することなく細部に様々な修正を行うことができる。例えば、本発明の細部は単眼用器具に限定されず、例えば、カメラ、カムコーダ、暗視メガネ、または暗視スコープといった任意の光学システムに適用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学台と、該光学台に設置されるように構成される撮像素子とを含む光学システムにおいて前記光学台上に前記撮像素子を位置合わせする方法において、
前記光学台または前記撮像素子の何れかの設置面から延びる位置合わせピンを、前記光学台および撮像素子の他方において画定された穴に挿入するステップと、
前記光学システムの既定の中心画素、走査線、および／または分解能の要求を満たすべく、前記ピンを前記穴に挿入したまま前記光学台の設置面上において前記撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して前記撮像素子を位置合わせするステップと、
前記穴に対する前記ピンの位置をずらすことなくエポキシまたは他の液体接着剤を前記ピンおよび穴に塗布して、前記光学台を前記撮像素子に設置するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
さらに、前記光学台の設置面に隣接して該光学台に対物レンズを設置するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記撮像素子が、増強イメージ増倍管、ＣＣＤ（電荷結合素子）およびＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記ピンまたは前記穴の何れかを含む撮像素子ハウジング内に前記撮像素子を設置するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記挿入するステップが、前記光学台または前記撮像素子の何れかの設置面から延びる２つのピンを、前記光学台および撮像素子の他方において画定された２つの穴に挿入することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
さらに、少なくとも１つの締結具を使用して前記光学台を前記撮像素子に固定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記位置合わせピンがブッシングの形態で提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
光学台と、該光学台に設置されるように構成される撮像素子とを含む光学システムにおいて前記撮像素子を前記光学台上に取り付ける方法において、
位置合わせ固定具の設置面から延びる位置合わせピンを、前記撮像素子において画定された穴に挿入するステップと、
前記光学システムの既定の中心画素、走査線、および／または分解能の要求を満たすべく、前記ピンを前記穴に挿入したまま前記位置合わせ固定具の設置面上において前記撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して前記撮像素子を位置合わせするステップと、
エポキシまたは他の液体接着剤を前記ピンおよび穴に塗布して前記ピンを前記撮像素子に接合するステップと、
前記撮像素子の穴に対する前記ピンの位置をずらすことなく、該ピンおよび撮像素子を前記位置合わせ固定具から取り外すステップと、
前記光学台において画定された穴に前記撮像素子のピンを挿入して、該撮像素子を前記光学台上に取り付けるステップと
を含む方法。
【請求項９】
さらに、前記光学台に対物レンズを設置するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記撮像素子がＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
さらに、前記挿入するステップの前に、撮像素子ハウジング内に前記撮像素子を設置するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記挿入するステップが、前記位置合わせ固定具の設置面から各々延びる２つのピンを、前記撮像素子において画定された２つの穴に挿入することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、少なくとも１つの締結具を使用して前記光学台を前記撮像素子に固定するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記位置合わせピンがブッシングの形態で提供される、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
光学台に設置されるように構成される撮像素子を含む光学システムにおいて目標画像に対して前記撮像素子を位置合わせする方法において、
位置合わせ固定具の設置面から延びる位置合わせピンを、前記撮像素子において画定された穴に挿入するステップと、
前記光学システムの既定の中心画素、走査線、および／または分解能の要求を満たすべく、前記ピンを前記穴に挿入したまま前記位置合わせ固定具の設置面上において前記撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して前記撮像素子を位置合わせするステップと、
エポキシまたは他の液体接着剤を前記ピンおよび穴に塗布して前記ピンを前記撮像素子に接合するステップと
を含む方法。
【請求項１６】
さらに、前記撮像素子の穴に対する前記ピンの位置をずらすことなく、該ピンおよび撮像素子を前記位置合わせ固定具から取り外すステップと、
前記光学台において画定された穴に前記撮像素子のピンを挿入して、該撮像素子を前記光学台上に取り付けるステップと
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記撮像素子がＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
さらに、前記挿入するステップの前に、撮像素子ハウジング内に前記撮像素子を設置するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記挿入するステップが、前記位置合わせ固定具の設置面から各々延びる２つのピンを、前記撮像素子において画定された２つの穴に挿入することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記位置合わせピンがブッシングの形態で提供される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１】
光学台と、該光学台に設置されるように構成される撮像素子とを含む光学システムにおいて前記光学台上に前記撮像素子を位置合わせする方法において、
前記光学台または前記撮像素子の何れかの設置面から延びる位置合わせピンを、前記光学台および撮像素子の他方において画定された穴に挿入するステップと、
前記光学システムの既定の中心画素、走査線、および／または分解能の要求を満たすべく、前記ピンを前記穴に挿入したまま前記光学台の設置面上において前記撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して前記撮像素子を位置合わせするステップと、
前記穴に対する前記ピンの位置をずらすことなくエポキシまたは他の液体接着剤を前記ピンおよび穴に塗布して、前記光学台を前記撮像素子に設置するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
さらに、前記光学台の設置面に隣接して該光学台に対物レンズを設置するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記撮像素子が、増強イメージ増倍管、ＣＣＤ（電荷結合素子）およびＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記ピンまたは前記穴の何れかを含む撮像素子ハウジング内に前記撮像素子を設置するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記挿入するステップが、前記光学台または前記撮像素子の何れかの設置面から延びる２つのピンを、前記光学台および撮像素子の他方において画定された２つの穴に挿入することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
さらに、少なくとも１つの締結具を使用して前記光学台を前記撮像素子に固定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記位置合わせピンがブッシングの形態で提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
光学台と、該光学台に設置されるように構成される撮像素子とを含む光学システムにおいて前記撮像素子を前記光学台上に取り付ける方法において、
位置合わせ固定具の設置面から延びる位置合わせピンを、前記撮像素子において画定された穴に挿入するステップと、
前記光学システムの既定の中心画素、走査線、および／または分解能の要求を満たすべく、前記ピンを前記穴に挿入したまま前記位置合わせ固定具の設置面上において前記撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して前記撮像素子を位置合わせするステップと、
エポキシまたは他の液体接着剤を前記ピンおよび穴に塗布して前記ピンを前記撮像素子に接合するステップと、
前記撮像素子の穴に対する前記ピンの位置をずらすことなく、該ピンおよび撮像素子を前記位置合わせ固定具から取り外すステップと、
前記光学台において画定された穴に前記撮像素子のピンを挿入して、該撮像素子を前記光学台上に取り付けるステップと
を含む方法。
【請求項９】
さらに、前記光学台に対物レンズを設置するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記撮像素子がＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
さらに、前記挿入するステップの前に、撮像素子ハウジング内に前記撮像素子を設置するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記挿入するステップが、前記位置合わせ固定具の設置面から各々延びる２つのピンを、前記撮像素子において画定された２つの穴に挿入することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、少なくとも１つの締結具を使用して前記光学台を前記撮像素子に固定するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記位置合わせピンがブッシングの形態で提供される、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
光学台に設置されるように構成される撮像素子を含む光学システムにおいて目標画像に対して前記撮像素子を位置合わせする方法において、
位置合わせ固定具の設置面から延びる位置合わせピンを、前記撮像素子において画定された穴に挿入するステップと、
前記光学システムの既定の中心画素、走査線、および／または分解能の要求を満たすべく、前記ピンを前記穴に挿入したまま前記位置合わせ固定具の設置面上において前記撮像素子を平行移動させ且つ／または回転させることによって目標画像に対して前記撮像素子を位置合わせするステップと、
エポキシまたは他の液体接着剤を前記ピンおよび穴に塗布して前記ピンを前記撮像素子に接合するステップと
を含む方法。
【請求項１６】
さらに、前記撮像素子の穴に対する前記ピンの位置をずらすことなく、該ピンおよび撮像素子を前記位置合わせ固定具から取り外すステップと、
前記光学台において画定された穴に前記撮像素子のピンを挿入して、該撮像素子を前記光学台上に取り付けるステップと
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記撮像素子がＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
さらに、前記挿入するステップの前に、撮像素子ハウジング内に前記撮像素子を設置するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記挿入するステップが、前記位置合わせ固定具の設置面から各々延びる２つのピンを、前記撮像素子において画定された２つの穴に挿入することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記位置合わせピンがブッシングの形態で提供される、請求項１５に記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−７５１０１（Ｐ２０１２−７５１０１Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２０７３９１（Ｐ２０１１−２０７３９１）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（５０５１９４０７７）アイティーティー マニュファクチャリング エンタープライジーズ， インコーポレイテッド (114)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７３９１（Ｐ２０１１−２０７３９１）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（５０５１９４０７７）アイティーティー マニュファクチャリング エンタープライジーズ， インコーポレイテッド (114)
【Ｆターム（参考）】
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