説明

視準合わせを強化した視覚システム、及び視準合わせ方法

光学システムは、光学アセンブリフレーム(140)であって、入力部(102)と、出力部(104)と、光学アセンブリフレームの入力部に配置される対物レンズアセンブリ(130)とを具備する。対物レンズアセンブリは、対物レンズ中央光軸(134)を有する。接眼レンズアセンブリ(110)は、フレームの出力部に配置される。接眼レンズアセンブリは、対物レンズ中央光軸に平行であり、かつ対物レンズ中央光軸からある距離オフセットされる接眼レンズ中央光軸(114)を有する。反転画像増強管(120)は、対物レンズアセンブリと、接眼レンズアセンブリとの間に配置される。反転画像増強管は、対物レンズ中央光軸、及び接眼レンズ中央光軸に平行な画像増強管光軸(124)を有する。画像増強管光軸は、対物レンズ中央光軸、及び接眼レンズ中央光軸の双方からほぼ半分の距離オフセットされる。

【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
単眼鏡などのような単一動力の視覚補助装置において、装置は、出力光軸が入力光軸に一致するときに、装置に入射する光のビームが、装置に存在する光のビームに平行になるように、視準合わせされる。装置が製造される間、典型的には技術者は、装置を調整し、装置の互いに関連する構成素子を固定し、かつ装置が十分に視準合わせされたかを判定することが必要な双方向処理によって、光軸の位置合わせをする。装置が十分に視準合わせされていない場合、技術者は、先に固定された互いに関連する装置の構成要素を解放し、装置を再調整しなければならない。この処理によって、装置を所望の程度の視準に必ずしも視準合わせできない可能性がある。したがって、所望の程度の視準に出力光軸を入力光軸に視準合わせをする機構を含む単眼鏡を提供するニーズが存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0002】
簡明にいうと、本発明は、光学システムとして提供される。光学システムは、光学アセンブリフレームであって、入力部と、出力部と、光学アセンブリフレームの入力部に配置される対物レンズアセンブリとを具備する。対物レンズアセンブリは、対物レンズ中央光軸を有する。接眼レンズアセンブリは、フレームの出力部に配置される。接眼レンズアセンブリは、対物レンズ中央光軸に平行であり、かつ対物レンズ中央光軸からある距離オフセットされる接眼レンズ中央光軸を有する。画像増強管は、対物レンズアセンブリと、接眼レンズアセンブリとの間に配置される。画像増強管は、対物レンズ中央光軸、及び接眼レンズ中央光軸に平行な画像増強管光軸を有する。画像増強管光軸は、対物レンズ中央光軸、及び接眼レンズ中央光軸の双方からほぼ半分の距離オフセットされる。
【0003】
加えて、本発明は、対物レンズアセンブリホルダを有する入力部と、接眼レンズアセンブリホルダを有する出力部とを含む光学フレームを具備する光学システムをさらに提供する。対物レンズアセンブリは、対物レンズアセンブリホルダの内部に配置される。対物レンズアセンブリは、対物レンズアセンブリ軸を有する。接眼レンズアセンブリは、接眼レンズアセンブリホルダの内部に配置される。接眼レンズアセンブリは、対物レンズアセンブリ軸に平行であり、かつ対物レンズアセンブリ軸からある距離離される接眼レンズアセンブリ軸を有する。反転画像増強管は、対物レンズアセンブリと、接眼レンズアセンブリとの間に配置される。反転画像増強管は、対物レンズアセンブリに近接するフレームに結合され、対物レンズアセンブリ軸、及び接眼レンズアセンブリ軸の間の距離のほぼ半分の距離に配置される反転画像増強管軸を有する。
【0004】
また、本発明は、視準合わせされた光学装置の製造方法であって、入力部、及び出力部を有する光学アセンブリフレームを提供する工程と、対物レンズ中央光軸を有する対物レンズアセンブリを提供する工程と、光学アセンブリフレームの入力部に対物レンズアセンブリを固定的に結合する工程と、対物レンズ中央光軸に平行であり、かつ対物レンズ中央光軸からある距離オフセットされる接眼レンズ中央光軸を有する接眼レンズアセンブリを提供する工程と、光学アセンブリフレームの出力部に接眼レンズアセンブリを固定的に結合する工程と、対物レンズ中央光軸、及び接眼レンズ中央光軸に平行である画像増強管光軸を有する画像増強管を、対物レンズアセンブリ、及び接眼レンズアセンブリの間に挿入する工程と、対物レンズ中央光軸、及び接眼レンズ中央光軸の双方からほぼ半分の距離オフセットさせて画像増強管光軸を位置合わせする工程と、光学アセンブリフレームに画像増強管を固定する工程とを具備する製造方法を提供する。
【0005】
前述の要約は、以下の発明の典型的な実施形態の詳細な説明と同様に、本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付図面とともに理解するとき、より理解されることになる。本発明の説明のために、図示される典型的な実施形態に示される。しかしながら、本発明は、図示される精密な配置、及び手段に限定されないことを理解すべきである。図面において、いくつかの図を通して、同一の素子を示すために、同一の参照符号が採用される。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】本発明の典型的な実施形態に従う単眼鏡の長手方向側面を示す図である。
【図2】主要な構成要素における位置合わせの相違を誇張して示す図1の単眼鏡のの長手方向側面を示す図である。
【図3】図1の単眼鏡の部分断面の長手方向側面を示す図である。
【図4】図2に示す主要な構成要素の軸の間の距離を概略的に示す図である。
【図5】図1の単眼鏡のフレームに結合されるコレットのフランジの一部の拡大された断面透視図である。
【図6】図1の単眼鏡に結合される位置合わせ装置を概略的に示す図である。
【図7】図1に示す2つの単眼鏡を組み合わせる双眼鏡の典型的な実施形態を概略的に示す図である。
【図8】図1の単眼鏡の光学的な位置合わせを実行する工程のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
本明細書において特定の専門用語が便宜上の理由のみで使用される。特定の専門用語は、本発明における限定として理解されることはない。専門用語は、具体的に言及される単語、専門用語の派生語、及び類似を意味する単語を含む。本明細書で使用するとき、用語「入力」は、本明細書で単眼鏡が使用位置にあるときにユーザからより遠い方向を意味するように規定され、用語「出力」は、本明細書で単眼鏡が使用位置にあるときにユーザにより近い方向を意味するように規定される。用語「光学的な位置合わせ」は、無限目標に焦点合わせされる装置の対物レンズアセンブリに、視準合わせされた光のビームを入力し、入力ビーム、及び出力ビームが平行になるようにゼロジオプタ(zero diopter)位置に設定される接眼レンズアセンブリから生じる視準合わせされた光のビームを出力する処理を意味するように規定される。
【0008】
本発明の典型的な実施形態が以下に説明される。しかしながら、この開示に基づいて、本発明の典型的な実施形態により本発明が限定されないことを理解すべきである。
【0009】
概して図を参照すると、本発明の典型的な実施形態に従う光学システムの内部構成要素は、単眼鏡100として示される。典型的な単眼鏡100は、単に単眼鏡として使用でき、また暗視ゴーグル(night vision goggle、NVG)システム(図示せず)の一部として使用できる。暗視ゴーグルを使用して、暗い環境で可視性を強化するために環境光、又は赤外線光を増大する。単眼鏡100は、頭部搭載システム、又は携帯システムの一部にできる。また、単眼鏡100は、ライフル銃、さらに戦車などのような兵器システムの視界として使用できる。さらに、単眼鏡100は、焦点合わせ、及び視準に必要な光学システムに組み込むことができる。
【0010】
図1を参照すると、典型的な単眼鏡100は、外部環境から光を受光する入力部102と、増強された画像をユーザ(図示せず)に伝送する出力部104とを含む。単眼鏡100の主要な構成要素は、図1に示すように左から右に、出力部104の接眼レンズアセンブリ110と、画像増強管120と、入力部102の対物レンズアセンブリ130とであり、これら全ては、光学フレーム140に搭載される。
【0011】
接眼レンズアセンブリ110は、内部に配置される複数の接眼レンズ(図示せず)を含んでもよい。複数の接眼レンズは、対物レンズアセンブリ130により最初に捕捉される画像の視準を合わせ、かつ画像を拡大する。さらに、接眼レンズアセンブリ110は、接眼レンズアセンブリ筐体112と、z軸Zに概して平行に伸びる接眼レンズアセンブリ光軸114とを含む。
【0012】
対物レンズアセンブリ130は、内部に配置される複数の対物レンズ(図示せず)を含んでもよい。対物レンズは、ユーザ(図示せず)が見るために、画像増強管120を介して接眼レンズアセンブリ110に伝送される画像の視準を合わせ、かつ画像を拡大する。さらに、対物レンズアセンブリ130は、対物レンズアセンブリ筐体132と、z軸Zに概して平行に伸びる接眼レンズアセンブリ光軸134とを含む。接眼レンズアセンブリ光軸114は、ほぼ0.5ミリメートルなどのわずかな距離対物レンズアセンブリ光軸134からオフセットしてもよい。しかしながら、当業者は、オフセット距離を、0.5ミリメートルよりも大きくしてもよく、0.5ミリメートルよりも小さくしてもよいことを理解することになるであろう。このオフセットは、距離「2Δx」として定量化できる。図2は、距離2Δxを説明するために、接眼レンズアセンブリ110、画像増強管120、及び対物レンズアセンブリ130の誇張された関係を示す。
【0013】
ここで、図3に示す単眼鏡100の部分断面図を参照すると、光学フレーム140は、内部に接眼レンズアセンブリ筐体112を保持する出力部141を含む。出力部141は、光学フレーム140に対して固定位置に接眼レンズアセンブリ筐体112を受け入れ、かつ保持するような大きさである環状リングを含む。図示されないが、接眼レンズアセンブリ筐体112は、ねじ接続、ボルト接続を含むが、これらに限定されず、いくつかの公知の方法のいずれかによって、出力部141に結合できる。
【0014】
また、光学フレーム140は、対物レンズアセンブリ筐体132が挿入される入力部142を含む。入力部142は、光学フレーム140に対して固定位置に対物レンズアセンブリ筐体132を受け入れ、かつ保持するような大きさである環状リング144を含む。環状リング144は、対物レンズアセンブリ筐体132上に対になるねじ山135を受け入れるような大きさであるねじ山145を含む。環状リング144と、対物レンズアセンブリ筐体132との間のねじ結合は、対物レンズアセンブリ130を光学フレーム140に固定するだけでなく、z軸Z上に、対物レンズアセンブリ130の調整を可能にすることによって、画像増強管120に対する対物レンズアセンブリ130の焦点位置の調整が可能になる。
【0015】
また、入力部142は、環状リング144の外周に沿って概して等距離の間隔があけられる複数のねじ開口146を含む。明確にするために、図3において、ただ1つの開口146が示される。典型的な実施形態において、入力部142は、3つのねじ開口146を含む。ねじ開口146を使用して、画像増強管120を光学フレーム140に固定する。
【0016】
図2を再び参照すると、画像増強管120は、画像増強管筐体122と、z軸Zに概して平行に伸びる画像増強管光軸124とを含む。画像増強管120は、画像増強管光軸124と、対物レンズアセンブリ光軸134との間の距離が「Δx」となり、画像増強管光軸124と、接眼レンズアセンブリ光軸114との間の距離もまた「Δx」となるように、x軸X、及びy軸Yの双方に沿って位置合わせされる。接眼レンズアセンブリ筐体112、接眼レンズアセンブリ光軸114、対物レンズアセンブリ筐体132、及び対物レンズアセンブリ光軸134に対する画像増強管筐体122、及び画像増強管光軸124の位置が、図4に概略的に示される。Δxは、図4の紙面のようなx軸X,及びy軸Yにより規定される面に沿ういずれの方向にしてもよい。
【0017】
接眼レンズアセンブリ光軸114、及び対物レンズアセンブリ光軸134が、同一平面上にあり、かつ画像増強管光軸124が、レンズアセンブリ光軸114、及び対物レンズアセンブリ光軸134から等距離にあり、かつ同一平面にあるとき、位置合わせが実行される。
【0018】
画像増強管120は、180度ツイストを有する光ファイバ素子126を有する反転画像増強管である。ツイストは、画像増強管光軸124に交差する画像反転を提供し、接眼レンズアセンブリ110、及び対物レンズアセンブリ130に対する画像増強管120の位置の調整による位置合わせが可能になる。
【0019】
再び図1、及び3を参照すると、画像増強管120は、概してチューブ状の形状であり、かつ画像増強管120が挿入可能な大きさであるホルダ、又はコレット150によりフレーム140に結合される。コレット150の出力部152は、コレット150の外周に沿って長手方向に伸びる複数のフィンガ154を含む。フィンガ154それぞれは、コレット150から放射状に外に広がる突起部156を含む。ロッキングカラー157は、突起部156の上に配置され、画像増強管120にコレット150を固定するために、突起部全体を締め付ける。
【0020】
コレット150の入力部158は、コレット150から放射状に外に伸びるフランジ160を含む。フランジ160は、フランジの周囲を囲んで等距離の間隔があけられる複数のボルト孔162を含む。典型的な実施形態において、フランジ160は、3つの貫通ボルト孔162を含む。ボルト孔162は、フレーム140の入力部142のねじ開口146の数、及び位置に対応するように間隔があけられる。
【0021】
図5の断面図を参照すると、ボルト164は、それぞれのボルト孔162に挿入されて、フレーム140にコレット150を固定する。ボルト孔162それぞれは、ボルト164と、ボルト孔162の側面との間にギャップ166があるように、それぞれのボルト164の口径よりも十分に大きな口径を有する。ギャップ166により、単眼鏡100の光学的な位置合わせをするために、接眼レンズアセンブリ光軸114、及び対物レンズアセンブリ光軸134のそれぞれから所望の距離Δxに画像増強管光軸124を位置合わせするように対物レンズアセンブリ130に対してx軸X、及びy軸Yの双方に沿って、コレット150、及び画像増強管120の十分な調整が可能になる。
【0022】
また、図6を参照すると、フランジ160は、コレット150にボルト172を介して位置合わせツール300を結合するのに使用される2つの位置合わせボルト孔170を含む。位置合わせツール300を使用して、画像増強管光軸124が、接眼レンズアセンブリ光軸114、及び対物レンズアセンブリ光軸134のそれぞれから距離Δxであるように、接眼レンズアセンブリ110、及び対物レンズアセンブリ130に画像増強管120を位置合わせすることができる。
【0023】
位置合わせツール300は、x軸X、y軸Y、及びz軸Zのそれぞれに沿って無限に移動可能な調整アーム310を含む。調整アーム310は、アーム310が調整されるときに画像増強管120がx軸X、y軸Y、及びz軸Zに沿ってアーム310とともに移動するように、コレット150に解放可能なように係合する弓状自由部312を含む。
【0024】
図8のフローチャートを参照すると、ステップ802において、接眼レンズアセンブリ光軸114、及び対物レンズアセンブリ光軸134に対する画像増強管光軸124の位置合わせは、操作アーム310を画像増強管200にコレット500を介して結合することによって、実行できる。ステップ804において、操作アーム310、及びコレット150は、x軸X、及びy軸Yに沿って移動し、ステップ806において、画像増強管200の位置合わせは、光学位置合わせのための公知のツール(図示せず)を使用して決定される。ステップ808において、画像増強管200が接眼レンズアセンブリ光軸114、及び対物レンズアセンブリ光軸134それぞれの間の画像増強管光軸124の所望の距離Δxが達成されるようなx軸X、及びy軸Yに沿った所望の位置合わせでない場合、ステップ804、及び806は、このような位置合わせが達成されるまで繰り返される。
【0025】
ステップ808において、接眼レンズアセンブリ光軸114、及び対物レンズアセンブリ光軸134それぞれの間の画像増強管光軸124の所望の距離Δxが達成されるように、画像増強管200が、x軸X、及びy軸Yに沿った所望の位置合わせされると、ステップ810において、z軸Zに沿って調整して、ステップ812において、画像増強管120は、図5に示すようにフレーム140にコレット150が固定されるように、ボルト164がねじ開口146に装着することができる。コレット150がフレーム140に固定された後に、ステップ814において、アーム132は、コレット150から除去できる。
【0026】
図7を参照すると、単眼鏡100と同一の第2の単眼鏡200を、単眼鏡100と併せて使用して、双眼鏡210を形成できる。第2の単眼鏡200は、単眼鏡100に構造的に類似してもよい。第1、及び第2の単眼鏡100、及び200は、双眼鏡フレーム212に解放可能なように接続される。単眼鏡100、及び200の1つを修理、又は交換する必要がある場合、その単眼鏡は、双眼鏡フレーム212から除去されて、修理、又は交換される。
【0027】
本発明は、特定の実施形態を参照して本明細書で図解され、かつ説明されるが、本発明は、図示される詳細に限定されることを意図しない。むしろ、本発明から逸脱することなしに、様々な修正が、クレームの範囲、及びクレームの均等の範囲内で詳細に行うことができる。本発明の典型的な実施形態は、本明細書で図示され、かつ説明されているが、このような実施形態は、一例としてのみ提供されることが理解されるであろう。多くの変形、変化、及び置換が、本発明の範囲を逸脱することなしに当業者により思い付かれることになる。したがって、添付されるクレームは、本発明の精神、及び範囲に含まれるものとして、このような全ての変形に広がることが意図される。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力部、及び出力部を有する光学アセンブリフレームと、
前記光学アセンブリフレームの前記入力部に配置される対物レンズアセンブリであって、対物レンズ中央光軸を有する対物レンズアセンブリと、
前記光学アセンブリフレームの前記出力部に配置される接眼レンズアセンブリであって、前記対物レンズ中央光軸に平行であり、かつ前記対物レンズ中央光軸からある距離オフセットされる接眼レンズ中央光軸を有する接眼レンズアセンブリと、
前記対物レンズアセンブリ、及び前記接眼レンズアセンブリの間に配置される画像増強管であって、前記対物レンズ中央光軸、及び前記接眼レンズ中央光軸に平行な画像増強管光軸を有し、前記画像増強管光軸は、前記対物レンズ中央光軸、及び前記接眼レンズ中央光軸の双方から前記距離のほぼ半分オフセットされる画像増強管と、
を具備することを特徴とする光学システム。
【請求項2】
前記画像増強管は、反転画像増強管を具備する請求項1に記載の光学システム。
【請求項3】
前記反転画像増強管は、前記接眼レンズアセンブリに前記対物レンズアセンブリを光学的な位置合わせする請求項2に記載の光学システム。
【請求項4】
前記画像増強管と、前記接眼レンズアセンブリとの間の空間をさらに具備する請求項1に記載の光学システム。
【請求項5】
前記画像増強管の周囲に配置され、前記光学アセンブリフレームに結合される画像増強管コレットをさらに具備する請求項1に記載の光学システム。
【請求項6】
前記画像増強管コレットは、前記光学アセンブリフレームに前記画像増強管を固定する請求項5に記載の光学システム。
【請求項7】
前記画像増強管コレットは、前記フレームの前記入力部に調整可能なように結合される請求項6に記載の光学システム。
【請求項8】
対物レンズアセンブリホルダを有する入力部、及び
接眼レンズアセンブリホルダを有する出力部、
を含む光学フレームと、
前記対物レンズアセンブリホルダ内部に配置される対物レンズアセンブリであって、対物レンズアセンブリ軸を有する対物レンズアセンブリと、
前記接眼レンズアセンブリホルダ内部に配置される接眼レンズアセンブリであって、前記対物レンズアセンブリ軸に平行であり、かつ前記対物レンズアセンブリ軸からある距離離される接眼レンズアセンブリ軸を有する接眼レンズアセンブリと、
前記対物レンズアセンブリ、及び前記接眼レンズアセンブリの間に配置され、かつ前記対物レンズアセンブリに近接する前記フレームに結合される反転画像増強管であって、前記対物レンズアセンブリ軸、及び前記接眼レンズアセンブリ軸の間の前記距離のほぼ半分の距離に配置される反転画像増強管軸を有する反転画像増強管と、
を具備することを特徴とする光学システムをさらに提供する。
【請求項9】
前記反転画像増強管は、前記光学フレームの前記入力部に結合される請求項8に記載の光学システム。
【請求項10】
前記画像増強管に固定され、かつ前記光学フレームに固定されるコレットをさらに具備する請求項9に記載の光学システム。
【請求項11】
前記対物レンズアセンブリは、前記対物レンズアセンブリホルダに調整可能なように結合される請求項8に記載の光学システム。
【請求項12】
視準合わせされた光学装置の製造方法であって、
a)入力部、及び出力部を有する光学アセンブリフレームを提供する工程と、
b)対物レンズ中央光軸を有する対物レンズアセンブリを提供する工程と、
c)前記光学アセンブリフレームの前記入力部に前記対物レンズアセンブリを固定的に結合する工程と、
d)前記対物レンズ中央光軸に平行であり、かつ前記対物レンズ中央光軸からある距離オフセットされる接眼レンズ中央光軸を有する接眼レンズアセンブリを提供する工程と、
e)前記光学アセンブリフレームの前記出力部に前記接眼レンズアセンブリを固定的に結合する工程と、
f)前記対物レンズ中央光軸、及び前記接眼レンズ中央光軸に平行である画像増強管光軸を有する画像増強管を、前記対物レンズアセンブリ、及び前記接眼レンズアセンブリの間に挿入する工程と、
g)前記対物レンズ中央光軸、及び前記接眼レンズ中央光軸の双方から前記距離のほぼ半分の距離オフセットさせて前記画像増強管光軸を位置合わせする工程と、
h)前記光学アセンブリフレームに前記画像増強管を固定する工程と、
を具備することを特徴とする製造方法。
【請求項13】
前記画像増強管挿入工程は、前記接眼レンズ中央光軸に前記対物レンズ中央光軸を光学的な位置合わせする工程を具備する請求項12に記載の製造方法。
【請求項14】
工程g)は、前記画像増強管に位置合わせツールを結合する工程を具備する請求項12に記載の製造方法。
【請求項15】
工程g)は、前記画像増強管軸に垂直な面に沿って前記画像増強管を操作する工程を具備する請求項12に記載の製造方法。
【請求項16】
工程h)は、前記画像増強管軸に沿って前記画像増強管を操作する工程を具備する請求項12に記載の製造方法。
【請求項17】
双眼鏡フレームと、
前記双眼鏡フレームに結合される請求項1に記載の第1の単眼鏡と、
前記双眼鏡フレームに結合される請求項1に記載の第2の単眼鏡と、
を具備する双眼鏡。
【請求項18】
前記第1、及び第2の単眼鏡はそれぞれ、前記双眼鏡フレームに解放可能なように別々に結合される請求項17に記載の双眼鏡。
【請求項19】
双眼鏡フレームと、
前記双眼鏡フレームに結合される請求項8に記載の第1の単眼鏡と、
前記双眼鏡フレームに結合される請求項8に記載の第2の単眼鏡と、
を具備する双眼鏡。
【請求項20】
前記第1、及び第2の単眼鏡はそれぞれ、前記双眼鏡フレームに解放可能なように別々に結合される請求項19に記載の双眼鏡。

【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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【図7】
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【図8】
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【公表番号】特表2012−512427(P2012−512427A)
【公表日】平成24年5月31日(2012.5.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−540746(P2011−540746)
【出願日】平成21年11月9日(2009.11.9)
【国際出願番号】PCT/US2009/063674
【国際公開番号】WO2010/074824
【国際公開日】平成22年7月1日(2010.7.1)
【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)】