6自由度で位置付け調節するための光学装着体
調節可能な光学装着体(10)は、装着用の支持部、即ちフレーム(12)と、この支持部のベース(14)に対する6自由度の調節を与える複数のアジャスタ(20)とを有している。これらアジャスタは、ベースに対して平行な方向に支持部を平行移動させるように、支持部、即ちフレームに当接並びに係合したカム面を有するカム(22)を備えている。さらに、ねじデバイス(21)と、ばねのような弾性(適合)デバイス(16)とが、ベースに対する支持部の夫々の高さを複数の位置に調節するのに利用される。前記アジャスタのカムとねじデバイスとは、支持部をベースに対して平行移動させるために、並びに/若しくは、支持部の高さ並びに/若しくは傾斜角を変更するために、別々に調節されることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に、光学装置のような装置を装着するための調節可能なシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
光学検出器の6自由度の位置調節は、現在、光学台と検出器アッセンブリとの間へのシムの挿入により、達成されている。このプロセスは、複雑で時間がかかる。最初に、公称のシムが、名目上正確な位置に検出器を位置付けるように導入される。センサ全体が組み合わされ、大規模なセンサの特徴が果たされる。このテストは、検出器が、最初に位置された場所に対しているべき場所を示す。このとき、センサは、完全に分解され、各検出器のシムは、従来のテスト結果により示されるように、異なる厚さに変更される。センサが再び組み合わされ、テストのサイクルが繰り返される。複数のサイクルが、所望のセンサ位置を達成するのにしばしば必要とされる。極低温で動作するシステムにおいて、検出器に作用する力は、プロセスの各反復間に変更され、この結果、光学アライメントのわずかな変更が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
かくして、現在のプロセスは、大規模であり時間がかかる。光学装着体の改良が望まれることは、以上のことから理解されるだろう。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の一態様によれば、調節可能な光学装着体は、ベースと、少なくとも1つの光学デバイスを受けるように構成された支持部と、この支持部に機械的にカップリングされた偏心カム面を有するカムをそれぞれ備えた複数のアジャスタとを有している。これらカムの回転により、支持部は、ベースに対して平行移動される。光学装着体は、また、支持部のベースに対する平行移動並びに/若しくは回転をもたらす、ねじのような留めねじを有することができる。
【0005】
以上並びに関連の目的を達成するために、本発明は、以下に十分に記載され、特に、請求項に指摘された特徴を有している。以下の記載並びに添付図面は、本発明のある図示の実施形態を詳細に説明している。しかし、これら実施形態は、本発明の原理が用いられ得る様々な形態のほんの数例を示している。本発明の他の目的、効果、並びに新しい特徴は、図面と併せて考慮されたとき、本発明の以下の詳細な説明から明らかとなる。
【0006】
添付図面は、必ずしも寸法通りではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
調節可能な光学装着体は、装着支持部、即ち、フレームと、ベースに対する支持部の6自由度の調節を与える複数のアジャスタとを有している。これらアジャスタは、ベースに対して平行方向に支持部を移動させるように、支持部、即ちフレームのスロットに当接並びに係合されたカム面を有するカムを備えている。さらに、複数のねじデバイスと、ばねのような複数の弾性(適合(compliant))デバイスとが、ベースに対する支持部の高さを複数の位置に調節するのに利用される。アジャスタのカムとねじデバイスとは、支持部をベースに対して平行移動させるために、並びに/若しくは、支持部の高さ並びに/若しくは傾斜角を変更するために別々に調節されることができる。
【0008】
最初に図1において、調節可能な光学装着体10は、光学装置がカップリングされ得る支持部、即ち、フレーム12を有している。この支持部12は、ベース14に対して6自由度で調節可能であり得る。装着体10は、支持部12を複数のアジャスタ20の上面に支持するように付勢している弾性のデバイス16を有している。これらアジャスタ20の各々は、ベース14に対する支持部12の一部分の高さを調節するのに利用されているねじ部材21を有している。さらに、アジャスタ20の各々は、支持部12のスロットに当接されたカム面を有するカム部材22を備えている。これらアジャスタ20の回転により、カム面は回転されることができ、従って、支持部12は、ベース14に対してほぼ平行な1つ以上の方向に移動される。支持部12は、この支持部12への光学デバイスの装着を容易にするように、複数の装着部、即ち装着点24を有している。
【0009】
図1に示されている光学装着体10は、以下に述べられる特定の種々の実施形態の説明において、全体的な概念構造を与えている。光学装着体10の種々のパーツが種々の適切な形態をとり、これら形態の幾つかのみが後述されることは理解されるだろう。さらに、後述される光学装着体のパーツの種々の形態が、種々の適切な組み合わせで結合され得ることは、理解されるだろう。
【0010】
図2ないし6は、ベース114に対するフレーム112の位置を6自由度で調節するために3つのアジャスタ120を有した光学装着体110を示している。フレーム112は、このフレーム112に装着される光学デバイスを受けるための複数の装着点124を有している。光学デバイスは、種々の適切な方法、例えば、適切な留めねじなどを使用して、フレームに装着されることができる。
【0011】
前記ベース114は、片持ち梁である複数のベース撓み部(flexures)126を有している。これら撓み部の自由端部は、アジャスタ120がフレーム112を貫通している点で、フレーム112にそれぞれカップリングされている。ベース撓み部126は、アジャスタ120とは反対の方向にフレーム112をベース114から押しやるばね力を与える弾性デバイスとして機能している。単一部材のような、ベース114の連続的な一体成形品であるこのベース撓み部126は、良好な熱伝導性をベース114に与えることが好ましい。フレーム112とベース114との間の良好な熱伝導性は、光学システムに対して使用され得る極低温を特に考慮すると、光学装着体110の所望の特徴であり得る。極低温のパーツを有する光学システムにおいて、パーツを動作させることにより発生される熱を逃がすことは、重要な事柄である。これにもかかわらず、代わりの他の種類の弾性デバイスが、フレーム112をベース114から押しやる付勢力を与えるために利用され得ることは理解されるだろう。
【0012】
図4に最も良く見られるように、前記フレーム112には、アジャスタ120を受けるための細長いスロット130,132,134が形成されている。これらスロット130,132,134の壁部は、アジャスタ120の偏心カム面をそれぞれ支持している。アジャスタ120の適切な部分の回転により、スロット130,132,134に当接された偏心カム面は移動並びに再指向され、この結果、フレーム112をベース114に対して平行移動させる。スロット130,134は、第1の方向136に細長く、従って、カム面は、フレーム112を第2の方向138へと移動させるようにスロット130,134内で回転可能である。また、スロット132は、第2の方向138に細長く、従って、偏心カム面は、フレーム112を第1の方向136へと移動させるようにスロット132内で回転可能である。一般的には、これらスロットの1つは、他の1つ以上のスロットの長さ方向に対して所定の角度で所定の方向に細長くても良い。これら長さ方向間の角度は、直角であっても直角でなくても良いが、この直交方向が比較的容易な調節に貢献し得ることは理解されるだろう。
【0013】
さらに図7ないし10を参照して、前記アジャスタ120の細部が説明される。このアジャスタ120は、カム140とねじ142とを有している。このカム140は、カム面部分144の偏心カム面146がスロット132の壁部に当接された状態で、スロット132中に配設されている。このカム140は、複数のカムスロット154が形成されたカムヘッド150を有している。これらカムスロット154は、カム140を回転させるために適切な工具により係合される。これらカムスロット154の1つ以上は、カム面146の指向の視覚的若しくは他の方法での決定を可能にするようにマークされることができる。例えば、これらカムスロット154の1つは、カム面146の長側面、即ち、カム140の軸線から最長距離離れたカム面146の側面を表示するように、例えばストリップ156により色付けされることができる。
【0014】
前記カム140は、ベース114のベース撓み部のホール162の側面にしっかりと係合するためのカム撓み部160を有している。このカム撓み部160は、内方に曲がってベース撓み部のホール162中に入るように構成された複数の弾性アーム164を有することができる。これら弾性アームは、ベース撓み部のホール162の側面を外方に押圧するように構成され、従って、カム160は、ベース撓み部のホール162中にしっかりと取着される。ベース撓み部のホール162内での弾性のカム撓み部160のこのような取着は、ベース撓み部126に対するカム140の望ましくない相対的な移動を防止する。カム140とベース撓み部126との間の確実なカップリングが、フレーム112をベース114に正確に指向し得る助けになり得ることは理解されるだろう。カム140とベース撓み部126との間のギャップ若しくは公差(「スロップ(slop)」)が、フレーム112がベース114に指向され得る正確さを減じるだろう。
【0015】
前記カム140は、また、中央ホール168を有している。前記偏心カム面146は、この中央ホール168に対して偏心的に位置されている。即ち、カム面は、中央ホール168に対して軸対称に配置されていない。従って、中央ホール168を中心としたカム140の回転は、カム面146を再指向させる。しかし、カム撓み部160は、中央ホール168を中心として軸対称に配置される。
【0016】
前記ねじ140のねじシャフト170が、前記中央ホール168を貫通している。このシャフト170は、前記ベース114の雌ねじホール174に係合したねじ部分172を有している。ねじヘッド176を回転させることにより、ねじ142は、上下に移動されることができる。前記ベース撓み部126からのばね力は、フレーム112とカム140とをねじヘッド176に抗して上方に押す。かくして、ねじ142を回転させることにより、ベース114に対するフレーム112の高さが調節される。
【0017】
このような高さの調節は、フレーム112をベース114に機械的にカップリングする前記アジャスタ120の全てにおいて利用可能である。かくして、フレーム112のベース114に対する高さは、互いに離れた3つの位置で調節されることができる。かくして、フレーム112のベース114に対する全高は、調節されることができる。また、フレーム112とベース114との間の傾斜角も、調節されることができる。前記方向136,138への平行移動調節に加えて、アジャスタ120は、かくして、フレーム112のベース114に対する6自由度の調節を可能にしている。これら調節は、アジャスタ120の各々の独立した2つの部品、即ち、カム140とねじ142との回転により、果たされることができる。
【0018】
例示的な一実施形態において、前記カム140のカム部分146は、約5mm(0.2インチ)より小さな直径を有することができる。しかし、アジャスタ120のサイズが広く変更され得ることは理解されるだろう。光学装着体110の精度(フレーム112のベース114に対する位置付けの精度)は、約0.013mm(0.0005インチ)内であり得る。
【0019】
図11ないし14は、支持部、即ちプラットホーム212をベース214に位置付けるのに使用される光学装着体210を示している。3つのアジャスタ220が、ベース214の位置をフレーム212の位置に適合させるのに使用されている。これらアジャスタ220は、フレーム212の複数のスロット230にそれぞれ係合するためのカム240をそれぞれ有している。アジャスタ220は、また、ベース214に対するフレーム212の少なくとも部分の高さを調節するためのねじ240をそれぞれ有している。
【0020】
さらに図15ないし19を参照して、アジャスタ220の細部と、このアジャスタのフレーム212並びにベース214との相互作用とが、説明される。カム240は、前記カム140のパーツに対応した多くのパーツ、例えば、スロット154が形成されたカムヘッド252、並びに、中央ホール268を中心として偏心的に装着された外側のカム面部分244を有している。このカム面部分244には、ベース214のホール274内に装着された支柱280の撓み部分278を受けるための内側開口部277が形成されている。支柱280の撓み部分278は、支柱280とカム240との間に小さなヒステリシス(hysteresis)のカップリングを与える役割を果たしている。支柱280は、ホール274内にプレス装着されることができる。支柱280は、ねじ242のシャフト270のねじ部分272に係合するための雌ねじホール282を有している。
【0021】
前記フレーム212を前記カムヘッド252に抗して上方に支持するように付勢する弾性力は、複数の円板ばね284により与えられる。これら円板ばね、即ちばねワッシャー284は、荷重分配体、即ちワッシャー286と、支柱280の突出レッジ288との間に配設されている。この突出レッジ288は、また、支柱280のベースホール274中への挿入に対するストッパーとして機能している。荷重分配体286は、カム面部分244の下面290に支持されている。
【0022】
前記アジャスタ220は、上述されたアジャスタ120の形態と同じ形態で利用されることができる。即ち、カム240は、フレーム212をベース214に対して平行移動させるように回転されることができ、また、ねじ242は、ベース214に対するフレーム212の部分の高さを調節するように回転されることができる。
【0023】
図20は、二次の複数のリリーフスロット292がフレーム212のスロット230に沿って形成された、光学装着体210の変形例を示している。これらリリーフスロット292は、カム面246がスロット230に当接されている方向へと、スロット230の壁部の外方への幾らかの撓みを可能にしている。これらリリーフスロット292は、カム面246とスロット230との形成時に厳密でない公差(less stringent tolerances)を可能にしている。
【0024】
図21並びに22は、2つ以上の方向に湾曲された偏心カム面346を有するカム340を用いた光学装着体310を示している。即ち、カム面346は、カム340の中央ホール368の軸線を中心として(偏心的に)湾曲されていることに加えて、また、例えば球面を形成するように中央ホールの軸線の方向に湾曲されている。このカム面346は、傾斜スロット330に係合している。カム340は、湾曲したカム面346の別の部分が、スロット330の傾斜部分393にそれぞれ係合するのを可能にするように回転され、従って、フレーム312をベース314に対して平行移動させることができる。
【0025】
上述された他の実施形態と同様の形態で、ねじ342は、このねじ342をベース314のねじ穴374内若しくは外にさらに通すことにより、フレーム312のベース314に対する高さを変更するのに使用されている。1セットの円板ばね384が、ベース314と、荷重分配体、即ちワッシャー386とに抗して支持されている。この荷重分配体386は、フレーム312に支持され、フレーム312とカム340とをねじ342のヘッド376に抗して上方に押している。他の実施形態と同様に、ねじ342とカム340とは、別々に調節されることができる。ねじ342は、アレンレンチ(Allen wrench)、若しくは、六角キーのような適切なレンチをねじヘッド376のリセス中に挿入することにより、調節されることができる。カム340は、このカム340のスロット354に係合する適切な工具を使用することにより、回転されることができる。
【0026】
図23並びに24は、光学装着体310の異なる実施形態を示しており、支柱394が、ベース314のホール374中に、プレス装着(図23)若しくはねじ留め(図24)されている。この支柱394は、ベース314に取着されている。支柱394は、ナット398を受けるように構成されたねじ留め用の上部396を有している。ナット398は、ベース314に対するフレーム312の高さを調節するように回転されることができる。
【0027】
図25ないし28は、光学装着体310の更なる変形例を示している。これら変形例の全ては、ねじ442を受けるための雌ねじホール402を有する支柱400を含んでいる。この支柱400は、ベースホール374中にプレス装着若しくはねじ係合されることにより、ベース314に取着されている。図25に示されているように、ねじヘッド376は、ワッシャー404に支持されることができる。このワッシャー404は、カム340の上面と接触したカラー408にプレスされている。図26に示されているように、このワッシャー404とカラー408とは、レッジ412を有する単一のカラー410に組み合わされることができる。
【0028】
さらに図29において、前記カム340は、カラー408,410の少なくとも幾つかの機能を果たす隆起部分420を有することができる。この隆起部分420を有するカム340は、図27に示されているように、ねじヘッド376に直接接触するように使用されることができる。または、図28に示されているように、介在用のワッシャー422が、ねじ342のねじヘッド376と、カム340の隆起部分420との間に設けられても良い。
【0029】
図30並びに31は、前記カム340の他の異なる実施形態を示している。図30並びに31に示されているカム340の実施形態は、中央ホール368の周りに複数のカム撓み部430を有している。これらカム撓み部430は、一連のスロット434により、カム340の本体432から部分的に分離している。これらスロット434は、ほぼ周方向に設けられ、カム撓み部430の肩持ち支持部分438を径方向に自由に撓ませる。カム撓み部430は、この肩持ち支持部分438の自由先端部に接触部分440を有している。これら接触部分は、ほぼ径方向に向けられることができ、図32に示されているように、中央ホール368内に配設されたねじ342のねじシャフト370に接触するように構成されている。カム撓み部430の使用により、ねじ342のねじシャフト370は、このねじシャフト370とカムの中央ホール368との間に隙間を有することなく、カム340を貫通して配設されることが可能である。
【0030】
図33は、光学システム600の一部としての光学装着体10を示している。この光学装着体10は、本明細書に開示されている様々な実施形態の光学装着体全てを含んでいる。この光学装着体10の複数のアジャスタ20は、光学システム600により受けられる光のための光路にある光学デバイスを調節するのに使用されることができる。一例として、光学装着体10は、望遠鏡の焦点を調節するようにレンズを保持するために使用されることができる。しかし、光学装着体10が、光学デバイスの他のタイプを位置付けるのに利用され得ることは理解されるだろう。光学装着体にカップリングされ得る他の光学素子は、赤外線検出器や物理的な光の検出器を含んでいる。
【0031】
さらに、本明細書に開示されている光学装着体の様々な実施形態が、非光学装置の正確な位置付け並びに装着のような他の目的のために利用され得ることは理解されるだろう。
【0032】
本明細書に開示されている様々な光学装着体は、光学装置の位置付けを調節する方法を動作するのをコンパクトかつ容易にしている。ある従来のシステムとは異なり、本明細書に開示されている光学装着体は、ミサイル内のような限定されたスペース内に用いられるのに十分コンパクトである。また、ある従来のデバイスとは異なり、本明細書に開示されている光学装着体は、これの一部である光学システムを部分的にも分解する必要なく、調節されることができる。このシステムは、カム、ねじ、ボルト、若しくはナットのような、アジャスタの調節可能な種々の部分が、光学装着体がシステム内に導入された状態で、また、光学デバイスが光学装着体にカップリングされた状態で、容易に到達並びに回転され得るように構成されている。本明細書に開示されている光学装着体が、光学システムの迅速かつ正確な調節を達成する方法を与えていることは、理解されるだろう。
【0033】
本発明は、ある好ましい実施形態に関して記載並びに説明されているが、本明細書並びに添付図面の解釈並びに理解により、同等の変更並びに変形が当業者によってもたらされることは、明らかである。特に、上述された部材(部品、アッセンブリ、デバイス、構成体等)により果たされる様々な機能に関して、このような部材を説明するのに使用される用語(「手段」への言及を含む)は、特に指示がない限り、本発明の図示の例示的な実施形態の機能を果たす開示の構造体に構造的に同等でないが、説明された部材の特定の機能を果たす(即ち、機能上同等である)いずれの部材に対応するように意図されている。さらに、本発明の特定の特徴は、幾つかの図示の実施形態の1つのみ若しくはそれ以上に関して上述されているが、このような特徴が、所定若しくは特定の適用例において望ましく効果的であり得るように、1つ以上の他の実施形態の他の特徴と組み合わされることができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明に係る光学装着体の概略図である。
【図2】本発明に係る光学装着体の一実施形態の斜視図である。
【図3】図2の光学装着体の他の図である。
【図4】図2の光学装着体の他の斜視図であり、アジャスタが、フレームのスロットの位置を示すために除去されている。
【図5】図2の光学装着体の部分断面図である。
【図6】図2の光学装着体の他の部分断面斜視図である。
【図7】図2の光学装着体のアジャスタの構造と配置との詳細な部分断面図である。
【図8】図2の光学装着体のアジャスタの構造と配置との詳細な部分断面図である。
【図9】図2の光学装着体のカムの底面斜視図である。
【図10】図2の光学装着体のカムの平面斜視図である。
【図11】本発明に係る光学装着体の第2の実施形態の斜視図である。
【図12】本発明に係る光学装着体の第2の実施形態の斜視図である。
【図13】図11の光学装着体の側面図である。
【図14】図11の光学装着体の部分断面図である。
【図15】図14の部分断面図の一部分の詳細図であり、アジャスタの動作中の部品を示している。
【図16】図11の光学装着体用に使用されるカムの斜視図である。
【図17】図11の光学装着体用に使用されるカムの斜視図である。
【図18】図11の光学装着体用に使用される支柱の態様を示した斜視図である。
【図19】図11の光学装着体用に使用される支柱の態様を示した斜視図である。
【図20】フレーム、即ち支持部のリリーフスロットを利用した、他の実施形態の光学装着体を示した部分断面斜視図である。
【図21】傾斜面を有するスロットと結合し、湾曲面を有するカムを使用した別の実施形態の光学装着体を示した部分断面斜視図である。
【図22】図21の光学装着体のカムの斜視図である。
【図23】支柱のねじ部分にカップリングされたナットを利用した他の異なる実施形態の斜視図を示している。
【図24】支柱のねじ部分にカップリングされたナットを利用した他の異なる実施形態の斜視図を示している。
【図25】本発明の光学装着体の部分のようなアジャスタとフレームとベースとの間のカップリングの他の実施形態を示している部分断面斜視図である。
【図26】本発明の光学装着体の一部として、アジャスタとフレームとベースとの間のカップリングの他の実施形態を示している部分断面斜視図である。
【図27】本発明の光学装着体の一部として、アジャスタとフレームとベースとの間のカップリングの他の実施形態を示している部分断面斜視図である。
【図28】本発明の光学装着体の一部として、アジャスタとフレームとベースとの間のカップリングの他の実施形態を示している部分断面斜視図である。
【図29】図27並びに28の光学装着体に利用され、湾曲したカムの斜視図である。
【図30】本発明の光学装着体に使用される別の実施形態のカムの平面斜視図である。
【図31】図30のカムの底面斜視図である。
【図32】図30並びに31のカムを利用した光学装着体を示している部分断面斜視図である。
【図33】光学システムの一部として利用された本発明に係わる光学装着体の斜視図である。
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に、光学装置のような装置を装着するための調節可能なシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
光学検出器の6自由度の位置調節は、現在、光学台と検出器アッセンブリとの間へのシムの挿入により、達成されている。このプロセスは、複雑で時間がかかる。最初に、公称のシムが、名目上正確な位置に検出器を位置付けるように導入される。センサ全体が組み合わされ、大規模なセンサの特徴が果たされる。このテストは、検出器が、最初に位置された場所に対しているべき場所を示す。このとき、センサは、完全に分解され、各検出器のシムは、従来のテスト結果により示されるように、異なる厚さに変更される。センサが再び組み合わされ、テストのサイクルが繰り返される。複数のサイクルが、所望のセンサ位置を達成するのにしばしば必要とされる。極低温で動作するシステムにおいて、検出器に作用する力は、プロセスの各反復間に変更され、この結果、光学アライメントのわずかな変更が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
かくして、現在のプロセスは、大規模であり時間がかかる。光学装着体の改良が望まれることは、以上のことから理解されるだろう。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の一態様によれば、調節可能な光学装着体は、ベースと、少なくとも1つの光学デバイスを受けるように構成された支持部と、この支持部に機械的にカップリングされた偏心カム面を有するカムをそれぞれ備えた複数のアジャスタとを有している。これらカムの回転により、支持部は、ベースに対して平行移動される。光学装着体は、また、支持部のベースに対する平行移動並びに/若しくは回転をもたらす、ねじのような留めねじを有することができる。
【0005】
以上並びに関連の目的を達成するために、本発明は、以下に十分に記載され、特に、請求項に指摘された特徴を有している。以下の記載並びに添付図面は、本発明のある図示の実施形態を詳細に説明している。しかし、これら実施形態は、本発明の原理が用いられ得る様々な形態のほんの数例を示している。本発明の他の目的、効果、並びに新しい特徴は、図面と併せて考慮されたとき、本発明の以下の詳細な説明から明らかとなる。
【0006】
添付図面は、必ずしも寸法通りではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
調節可能な光学装着体は、装着支持部、即ち、フレームと、ベースに対する支持部の6自由度の調節を与える複数のアジャスタとを有している。これらアジャスタは、ベースに対して平行方向に支持部を移動させるように、支持部、即ちフレームのスロットに当接並びに係合されたカム面を有するカムを備えている。さらに、複数のねじデバイスと、ばねのような複数の弾性(適合(compliant))デバイスとが、ベースに対する支持部の高さを複数の位置に調節するのに利用される。アジャスタのカムとねじデバイスとは、支持部をベースに対して平行移動させるために、並びに/若しくは、支持部の高さ並びに/若しくは傾斜角を変更するために別々に調節されることができる。
【0008】
最初に図1において、調節可能な光学装着体10は、光学装置がカップリングされ得る支持部、即ち、フレーム12を有している。この支持部12は、ベース14に対して6自由度で調節可能であり得る。装着体10は、支持部12を複数のアジャスタ20の上面に支持するように付勢している弾性のデバイス16を有している。これらアジャスタ20の各々は、ベース14に対する支持部12の一部分の高さを調節するのに利用されているねじ部材21を有している。さらに、アジャスタ20の各々は、支持部12のスロットに当接されたカム面を有するカム部材22を備えている。これらアジャスタ20の回転により、カム面は回転されることができ、従って、支持部12は、ベース14に対してほぼ平行な1つ以上の方向に移動される。支持部12は、この支持部12への光学デバイスの装着を容易にするように、複数の装着部、即ち装着点24を有している。
【0009】
図1に示されている光学装着体10は、以下に述べられる特定の種々の実施形態の説明において、全体的な概念構造を与えている。光学装着体10の種々のパーツが種々の適切な形態をとり、これら形態の幾つかのみが後述されることは理解されるだろう。さらに、後述される光学装着体のパーツの種々の形態が、種々の適切な組み合わせで結合され得ることは、理解されるだろう。
【0010】
図2ないし6は、ベース114に対するフレーム112の位置を6自由度で調節するために3つのアジャスタ120を有した光学装着体110を示している。フレーム112は、このフレーム112に装着される光学デバイスを受けるための複数の装着点124を有している。光学デバイスは、種々の適切な方法、例えば、適切な留めねじなどを使用して、フレームに装着されることができる。
【0011】
前記ベース114は、片持ち梁である複数のベース撓み部(flexures)126を有している。これら撓み部の自由端部は、アジャスタ120がフレーム112を貫通している点で、フレーム112にそれぞれカップリングされている。ベース撓み部126は、アジャスタ120とは反対の方向にフレーム112をベース114から押しやるばね力を与える弾性デバイスとして機能している。単一部材のような、ベース114の連続的な一体成形品であるこのベース撓み部126は、良好な熱伝導性をベース114に与えることが好ましい。フレーム112とベース114との間の良好な熱伝導性は、光学システムに対して使用され得る極低温を特に考慮すると、光学装着体110の所望の特徴であり得る。極低温のパーツを有する光学システムにおいて、パーツを動作させることにより発生される熱を逃がすことは、重要な事柄である。これにもかかわらず、代わりの他の種類の弾性デバイスが、フレーム112をベース114から押しやる付勢力を与えるために利用され得ることは理解されるだろう。
【0012】
図4に最も良く見られるように、前記フレーム112には、アジャスタ120を受けるための細長いスロット130,132,134が形成されている。これらスロット130,132,134の壁部は、アジャスタ120の偏心カム面をそれぞれ支持している。アジャスタ120の適切な部分の回転により、スロット130,132,134に当接された偏心カム面は移動並びに再指向され、この結果、フレーム112をベース114に対して平行移動させる。スロット130,134は、第1の方向136に細長く、従って、カム面は、フレーム112を第2の方向138へと移動させるようにスロット130,134内で回転可能である。また、スロット132は、第2の方向138に細長く、従って、偏心カム面は、フレーム112を第1の方向136へと移動させるようにスロット132内で回転可能である。一般的には、これらスロットの1つは、他の1つ以上のスロットの長さ方向に対して所定の角度で所定の方向に細長くても良い。これら長さ方向間の角度は、直角であっても直角でなくても良いが、この直交方向が比較的容易な調節に貢献し得ることは理解されるだろう。
【0013】
さらに図7ないし10を参照して、前記アジャスタ120の細部が説明される。このアジャスタ120は、カム140とねじ142とを有している。このカム140は、カム面部分144の偏心カム面146がスロット132の壁部に当接された状態で、スロット132中に配設されている。このカム140は、複数のカムスロット154が形成されたカムヘッド150を有している。これらカムスロット154は、カム140を回転させるために適切な工具により係合される。これらカムスロット154の1つ以上は、カム面146の指向の視覚的若しくは他の方法での決定を可能にするようにマークされることができる。例えば、これらカムスロット154の1つは、カム面146の長側面、即ち、カム140の軸線から最長距離離れたカム面146の側面を表示するように、例えばストリップ156により色付けされることができる。
【0014】
前記カム140は、ベース114のベース撓み部のホール162の側面にしっかりと係合するためのカム撓み部160を有している。このカム撓み部160は、内方に曲がってベース撓み部のホール162中に入るように構成された複数の弾性アーム164を有することができる。これら弾性アームは、ベース撓み部のホール162の側面を外方に押圧するように構成され、従って、カム160は、ベース撓み部のホール162中にしっかりと取着される。ベース撓み部のホール162内での弾性のカム撓み部160のこのような取着は、ベース撓み部126に対するカム140の望ましくない相対的な移動を防止する。カム140とベース撓み部126との間の確実なカップリングが、フレーム112をベース114に正確に指向し得る助けになり得ることは理解されるだろう。カム140とベース撓み部126との間のギャップ若しくは公差(「スロップ(slop)」)が、フレーム112がベース114に指向され得る正確さを減じるだろう。
【0015】
前記カム140は、また、中央ホール168を有している。前記偏心カム面146は、この中央ホール168に対して偏心的に位置されている。即ち、カム面は、中央ホール168に対して軸対称に配置されていない。従って、中央ホール168を中心としたカム140の回転は、カム面146を再指向させる。しかし、カム撓み部160は、中央ホール168を中心として軸対称に配置される。
【0016】
前記ねじ140のねじシャフト170が、前記中央ホール168を貫通している。このシャフト170は、前記ベース114の雌ねじホール174に係合したねじ部分172を有している。ねじヘッド176を回転させることにより、ねじ142は、上下に移動されることができる。前記ベース撓み部126からのばね力は、フレーム112とカム140とをねじヘッド176に抗して上方に押す。かくして、ねじ142を回転させることにより、ベース114に対するフレーム112の高さが調節される。
【0017】
このような高さの調節は、フレーム112をベース114に機械的にカップリングする前記アジャスタ120の全てにおいて利用可能である。かくして、フレーム112のベース114に対する高さは、互いに離れた3つの位置で調節されることができる。かくして、フレーム112のベース114に対する全高は、調節されることができる。また、フレーム112とベース114との間の傾斜角も、調節されることができる。前記方向136,138への平行移動調節に加えて、アジャスタ120は、かくして、フレーム112のベース114に対する6自由度の調節を可能にしている。これら調節は、アジャスタ120の各々の独立した2つの部品、即ち、カム140とねじ142との回転により、果たされることができる。
【0018】
例示的な一実施形態において、前記カム140のカム部分146は、約5mm(0.2インチ)より小さな直径を有することができる。しかし、アジャスタ120のサイズが広く変更され得ることは理解されるだろう。光学装着体110の精度(フレーム112のベース114に対する位置付けの精度)は、約0.013mm(0.0005インチ)内であり得る。
【0019】
図11ないし14は、支持部、即ちプラットホーム212をベース214に位置付けるのに使用される光学装着体210を示している。3つのアジャスタ220が、ベース214の位置をフレーム212の位置に適合させるのに使用されている。これらアジャスタ220は、フレーム212の複数のスロット230にそれぞれ係合するためのカム240をそれぞれ有している。アジャスタ220は、また、ベース214に対するフレーム212の少なくとも部分の高さを調節するためのねじ240をそれぞれ有している。
【0020】
さらに図15ないし19を参照して、アジャスタ220の細部と、このアジャスタのフレーム212並びにベース214との相互作用とが、説明される。カム240は、前記カム140のパーツに対応した多くのパーツ、例えば、スロット154が形成されたカムヘッド252、並びに、中央ホール268を中心として偏心的に装着された外側のカム面部分244を有している。このカム面部分244には、ベース214のホール274内に装着された支柱280の撓み部分278を受けるための内側開口部277が形成されている。支柱280の撓み部分278は、支柱280とカム240との間に小さなヒステリシス(hysteresis)のカップリングを与える役割を果たしている。支柱280は、ホール274内にプレス装着されることができる。支柱280は、ねじ242のシャフト270のねじ部分272に係合するための雌ねじホール282を有している。
【0021】
前記フレーム212を前記カムヘッド252に抗して上方に支持するように付勢する弾性力は、複数の円板ばね284により与えられる。これら円板ばね、即ちばねワッシャー284は、荷重分配体、即ちワッシャー286と、支柱280の突出レッジ288との間に配設されている。この突出レッジ288は、また、支柱280のベースホール274中への挿入に対するストッパーとして機能している。荷重分配体286は、カム面部分244の下面290に支持されている。
【0022】
前記アジャスタ220は、上述されたアジャスタ120の形態と同じ形態で利用されることができる。即ち、カム240は、フレーム212をベース214に対して平行移動させるように回転されることができ、また、ねじ242は、ベース214に対するフレーム212の部分の高さを調節するように回転されることができる。
【0023】
図20は、二次の複数のリリーフスロット292がフレーム212のスロット230に沿って形成された、光学装着体210の変形例を示している。これらリリーフスロット292は、カム面246がスロット230に当接されている方向へと、スロット230の壁部の外方への幾らかの撓みを可能にしている。これらリリーフスロット292は、カム面246とスロット230との形成時に厳密でない公差(less stringent tolerances)を可能にしている。
【0024】
図21並びに22は、2つ以上の方向に湾曲された偏心カム面346を有するカム340を用いた光学装着体310を示している。即ち、カム面346は、カム340の中央ホール368の軸線を中心として(偏心的に)湾曲されていることに加えて、また、例えば球面を形成するように中央ホールの軸線の方向に湾曲されている。このカム面346は、傾斜スロット330に係合している。カム340は、湾曲したカム面346の別の部分が、スロット330の傾斜部分393にそれぞれ係合するのを可能にするように回転され、従って、フレーム312をベース314に対して平行移動させることができる。
【0025】
上述された他の実施形態と同様の形態で、ねじ342は、このねじ342をベース314のねじ穴374内若しくは外にさらに通すことにより、フレーム312のベース314に対する高さを変更するのに使用されている。1セットの円板ばね384が、ベース314と、荷重分配体、即ちワッシャー386とに抗して支持されている。この荷重分配体386は、フレーム312に支持され、フレーム312とカム340とをねじ342のヘッド376に抗して上方に押している。他の実施形態と同様に、ねじ342とカム340とは、別々に調節されることができる。ねじ342は、アレンレンチ(Allen wrench)、若しくは、六角キーのような適切なレンチをねじヘッド376のリセス中に挿入することにより、調節されることができる。カム340は、このカム340のスロット354に係合する適切な工具を使用することにより、回転されることができる。
【0026】
図23並びに24は、光学装着体310の異なる実施形態を示しており、支柱394が、ベース314のホール374中に、プレス装着(図23)若しくはねじ留め(図24)されている。この支柱394は、ベース314に取着されている。支柱394は、ナット398を受けるように構成されたねじ留め用の上部396を有している。ナット398は、ベース314に対するフレーム312の高さを調節するように回転されることができる。
【0027】
図25ないし28は、光学装着体310の更なる変形例を示している。これら変形例の全ては、ねじ442を受けるための雌ねじホール402を有する支柱400を含んでいる。この支柱400は、ベースホール374中にプレス装着若しくはねじ係合されることにより、ベース314に取着されている。図25に示されているように、ねじヘッド376は、ワッシャー404に支持されることができる。このワッシャー404は、カム340の上面と接触したカラー408にプレスされている。図26に示されているように、このワッシャー404とカラー408とは、レッジ412を有する単一のカラー410に組み合わされることができる。
【0028】
さらに図29において、前記カム340は、カラー408,410の少なくとも幾つかの機能を果たす隆起部分420を有することができる。この隆起部分420を有するカム340は、図27に示されているように、ねじヘッド376に直接接触するように使用されることができる。または、図28に示されているように、介在用のワッシャー422が、ねじ342のねじヘッド376と、カム340の隆起部分420との間に設けられても良い。
【0029】
図30並びに31は、前記カム340の他の異なる実施形態を示している。図30並びに31に示されているカム340の実施形態は、中央ホール368の周りに複数のカム撓み部430を有している。これらカム撓み部430は、一連のスロット434により、カム340の本体432から部分的に分離している。これらスロット434は、ほぼ周方向に設けられ、カム撓み部430の肩持ち支持部分438を径方向に自由に撓ませる。カム撓み部430は、この肩持ち支持部分438の自由先端部に接触部分440を有している。これら接触部分は、ほぼ径方向に向けられることができ、図32に示されているように、中央ホール368内に配設されたねじ342のねじシャフト370に接触するように構成されている。カム撓み部430の使用により、ねじ342のねじシャフト370は、このねじシャフト370とカムの中央ホール368との間に隙間を有することなく、カム340を貫通して配設されることが可能である。
【0030】
図33は、光学システム600の一部としての光学装着体10を示している。この光学装着体10は、本明細書に開示されている様々な実施形態の光学装着体全てを含んでいる。この光学装着体10の複数のアジャスタ20は、光学システム600により受けられる光のための光路にある光学デバイスを調節するのに使用されることができる。一例として、光学装着体10は、望遠鏡の焦点を調節するようにレンズを保持するために使用されることができる。しかし、光学装着体10が、光学デバイスの他のタイプを位置付けるのに利用され得ることは理解されるだろう。光学装着体にカップリングされ得る他の光学素子は、赤外線検出器や物理的な光の検出器を含んでいる。
【0031】
さらに、本明細書に開示されている光学装着体の様々な実施形態が、非光学装置の正確な位置付け並びに装着のような他の目的のために利用され得ることは理解されるだろう。
【0032】
本明細書に開示されている様々な光学装着体は、光学装置の位置付けを調節する方法を動作するのをコンパクトかつ容易にしている。ある従来のシステムとは異なり、本明細書に開示されている光学装着体は、ミサイル内のような限定されたスペース内に用いられるのに十分コンパクトである。また、ある従来のデバイスとは異なり、本明細書に開示されている光学装着体は、これの一部である光学システムを部分的にも分解する必要なく、調節されることができる。このシステムは、カム、ねじ、ボルト、若しくはナットのような、アジャスタの調節可能な種々の部分が、光学装着体がシステム内に導入された状態で、また、光学デバイスが光学装着体にカップリングされた状態で、容易に到達並びに回転され得るように構成されている。本明細書に開示されている光学装着体が、光学システムの迅速かつ正確な調節を達成する方法を与えていることは、理解されるだろう。
【0033】
本発明は、ある好ましい実施形態に関して記載並びに説明されているが、本明細書並びに添付図面の解釈並びに理解により、同等の変更並びに変形が当業者によってもたらされることは、明らかである。特に、上述された部材(部品、アッセンブリ、デバイス、構成体等)により果たされる様々な機能に関して、このような部材を説明するのに使用される用語(「手段」への言及を含む)は、特に指示がない限り、本発明の図示の例示的な実施形態の機能を果たす開示の構造体に構造的に同等でないが、説明された部材の特定の機能を果たす(即ち、機能上同等である)いずれの部材に対応するように意図されている。さらに、本発明の特定の特徴は、幾つかの図示の実施形態の1つのみ若しくはそれ以上に関して上述されているが、このような特徴が、所定若しくは特定の適用例において望ましく効果的であり得るように、1つ以上の他の実施形態の他の特徴と組み合わされることができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明に係る光学装着体の概略図である。
【図2】本発明に係る光学装着体の一実施形態の斜視図である。
【図3】図2の光学装着体の他の図である。
【図4】図2の光学装着体の他の斜視図であり、アジャスタが、フレームのスロットの位置を示すために除去されている。
【図5】図2の光学装着体の部分断面図である。
【図6】図2の光学装着体の他の部分断面斜視図である。
【図7】図2の光学装着体のアジャスタの構造と配置との詳細な部分断面図である。
【図8】図2の光学装着体のアジャスタの構造と配置との詳細な部分断面図である。
【図9】図2の光学装着体のカムの底面斜視図である。
【図10】図2の光学装着体のカムの平面斜視図である。
【図11】本発明に係る光学装着体の第2の実施形態の斜視図である。
【図12】本発明に係る光学装着体の第2の実施形態の斜視図である。
【図13】図11の光学装着体の側面図である。
【図14】図11の光学装着体の部分断面図である。
【図15】図14の部分断面図の一部分の詳細図であり、アジャスタの動作中の部品を示している。
【図16】図11の光学装着体用に使用されるカムの斜視図である。
【図17】図11の光学装着体用に使用されるカムの斜視図である。
【図18】図11の光学装着体用に使用される支柱の態様を示した斜視図である。
【図19】図11の光学装着体用に使用される支柱の態様を示した斜視図である。
【図20】フレーム、即ち支持部のリリーフスロットを利用した、他の実施形態の光学装着体を示した部分断面斜視図である。
【図21】傾斜面を有するスロットと結合し、湾曲面を有するカムを使用した別の実施形態の光学装着体を示した部分断面斜視図である。
【図22】図21の光学装着体のカムの斜視図である。
【図23】支柱のねじ部分にカップリングされたナットを利用した他の異なる実施形態の斜視図を示している。
【図24】支柱のねじ部分にカップリングされたナットを利用した他の異なる実施形態の斜視図を示している。
【図25】本発明の光学装着体の部分のようなアジャスタとフレームとベースとの間のカップリングの他の実施形態を示している部分断面斜視図である。
【図26】本発明の光学装着体の一部として、アジャスタとフレームとベースとの間のカップリングの他の実施形態を示している部分断面斜視図である。
【図27】本発明の光学装着体の一部として、アジャスタとフレームとベースとの間のカップリングの他の実施形態を示している部分断面斜視図である。
【図28】本発明の光学装着体の一部として、アジャスタとフレームとベースとの間のカップリングの他の実施形態を示している部分断面斜視図である。
【図29】図27並びに28の光学装着体に利用され、湾曲したカムの斜視図である。
【図30】本発明の光学装着体に使用される別の実施形態のカムの平面斜視図である。
【図31】図30のカムの底面斜視図である。
【図32】図30並びに31のカムを利用した光学装着体を示している部分断面斜視図である。
【図33】光学システムの一部として利用された本発明に係わる光学装着体の斜視図である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ベース(14,114,214)と、
少なくとも1つの光学装置を受けるように構成された支持部(12,112,212)と、
この支持部に機械的にカップリングされた偏心カム面(146,246,346)を有する夫々のカム(22,140,240,340)を備えている複数のアジャスタ(20,120,220)とを具備し、
前記複数のカムの回転により、前記支持部の前記ベースに対する平行移動がもたらされる調節可能な光学装着体(10,110,210,310)。
【請求項2】
前記偏心カム面は、前記支持部の複数のスロット(130,132,134,230,330)の壁部にそれぞれ当接されている請求項1の装着体。
【請求項3】
前記偏心カム面が当接されている壁部は、傾斜した壁部(393)を含んでいる請求項2の装着体。
【請求項4】
前記偏心カム面は、前記アジャスタの軸線方向に湾曲されている請求項3の装着体。
【請求項5】
前記各カム面は、ほぼ球形である請求項4の装着体。
【請求項6】
前記複数のアジャスタは、また、夫々の留めねじ(21,142,242,342)と、前記ベースと支持部とに機械的にカップリングされ、かつ前記ベースに対する前記支持部の夫々の部分の高さを調節するように構成された夫々の弾性デバイス(16,126,284,384)とを有している請求項1ないし5のいずれか1の装着体。
【請求項7】
前記夫々の留めねじは、前記カムの夫々の中央ホール(168,268,368)を貫通している請求項6の装着体。
【請求項8】
前記複数のアジャスタの位置の公差を減じる弾性の撓み部をさらに具備している請求項7の装着体。
【請求項9】
前記弾性デバイスは、積層された複数の円板ばね(284,384)を含んでいる請求項6ないし8のいずれか1の装着体。
【請求項10】
前記弾性デバイスは、前記ベースの部分をなしている片持ち梁の撓み部(126)を含んでいる請求項6ないし9のいずれか1の装着体。
【請求項1】
ベース(14,114,214)と、
少なくとも1つの光学装置を受けるように構成された支持部(12,112,212)と、
この支持部に機械的にカップリングされた偏心カム面(146,246,346)を有する夫々のカム(22,140,240,340)を備えている複数のアジャスタ(20,120,220)とを具備し、
前記複数のカムの回転により、前記支持部の前記ベースに対する平行移動がもたらされる調節可能な光学装着体(10,110,210,310)。
【請求項2】
前記偏心カム面は、前記支持部の複数のスロット(130,132,134,230,330)の壁部にそれぞれ当接されている請求項1の装着体。
【請求項3】
前記偏心カム面が当接されている壁部は、傾斜した壁部(393)を含んでいる請求項2の装着体。
【請求項4】
前記偏心カム面は、前記アジャスタの軸線方向に湾曲されている請求項3の装着体。
【請求項5】
前記各カム面は、ほぼ球形である請求項4の装着体。
【請求項6】
前記複数のアジャスタは、また、夫々の留めねじ(21,142,242,342)と、前記ベースと支持部とに機械的にカップリングされ、かつ前記ベースに対する前記支持部の夫々の部分の高さを調節するように構成された夫々の弾性デバイス(16,126,284,384)とを有している請求項1ないし5のいずれか1の装着体。
【請求項7】
前記夫々の留めねじは、前記カムの夫々の中央ホール(168,268,368)を貫通している請求項6の装着体。
【請求項8】
前記複数のアジャスタの位置の公差を減じる弾性の撓み部をさらに具備している請求項7の装着体。
【請求項9】
前記弾性デバイスは、積層された複数の円板ばね(284,384)を含んでいる請求項6ないし8のいずれか1の装着体。
【請求項10】
前記弾性デバイスは、前記ベースの部分をなしている片持ち梁の撓み部(126)を含んでいる請求項6ないし9のいずれか1の装着体。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【公表番号】特表2008−517348(P2008−517348A)
【公表日】平成20年5月22日(2008.5.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−537927(P2007−537927)
【出願日】平成17年10月12日(2005.10.12)
【国際出願番号】PCT/US2005/036578
【国際公開番号】WO2006/044418
【国際公開日】平成18年4月27日(2006.4.27)
【出願人】(390039147)レイセオン・カンパニー (149)
【氏名又は名称原語表記】Raytheon Company
【Fターム(参考)】
【公表日】平成20年5月22日(2008.5.22)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年10月12日(2005.10.12)
【国際出願番号】PCT/US2005/036578
【国際公開番号】WO2006/044418
【国際公開日】平成18年4月27日(2006.4.27)
【出願人】(390039147)レイセオン・カンパニー (149)
【氏名又は名称原語表記】Raytheon Company
【Fターム(参考)】
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