JP2000266983A - 光軸に沿って光学素子を移動させる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に大きくて重い光学素子を極めて正確かつ
微妙に、厳密には横移動の危険なく、光軸方向に移動で
きる、光軸に沿って光学素子を移動する装置を提供す
る。 【解決手段】 光軸に沿って光学素子２、詳細には大直
径の対物レンズを移動する装置において、光学素子２
は、粗調整用の駆動機構９と微調整用の駆動機構１０と
を備えた調節装置８の作用を受ける保持リング１によっ
て支持される。保持リング１は、光軸方向の剛性よりも
光軸に交差する方向の剛性の方が実質的に大きい固体ジ
ョイント４を介し、マウント上に配置されているまたは
その一部を構成している支持リング３に連結される。固
体ジョイント４は、調節装置８の作動時に保持リング１
が光軸に沿って移動できるように、保持リング１と支持
リング３との間に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の前文に
詳細に記載されているタイプに基づくもので、少なくと
も１つの調整用駆動機構を備えた調節装置の作用を受け
る保持リングによって支持されている光学素子、詳細に
は大直径の対物レンズを光軸に沿って移動する装置であ
る、光軸に沿って光学素子を移動させる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】日本公開特許公報第８−３１３７８５号
には、光軸方向にレンズを移動するためにラックアンド
ピニオン・ギヤ付き粗動ハンドルが設けられ、微調整用
に圧電素子が設けられている、冒頭に述べたタイプの装
置が記載されている。

【０００３】対物レンズを移動させるために圧電素子を
利用することは、日本公開特許公報第８−９４９０６
号、米国特許第５，６７５，４４４号、および同第５，
５７６，８９４号からも公知である。

【０００４】例えば倍率の設定など、対物レンズを設定
するすなわちその画像形成誤差に働きかけるために、光
学素子、例えばレンズを光軸に沿ってごく微妙に非常に
短い軌跡で調節することが可能である。特に、例えば２
００ｍｍ以上など、光学素子の直径が大きい場合、問題
は一方で質量の大きな光学素子を移動しなくてはならな
らず、他方で横移動、すなわち光軸に交差する光学素子
の移動をできる限り防止しなくてはならないことであ
る。この目的は、傾斜、詳細には光軸に直角な軸に関す
る傾斜を防止することでもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、特に大きくて重い光学素子を極めて正確かつ微妙
に、厳密には横移動の危険なく、光軸方向に移動でき
る、冒頭に述べたタイプの光軸に沿って光学素子を移動
させる装置を作成することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１の
特徴記載部に記載されている特徴によって達成される。
すなわち本発明は、少なくとも１つの調整用駆動機構を
備えた調節装置の作用を受ける保持リングによって支持
されている光学素子、詳細には大直径の対物レンズを光
軸に沿って移動する装置において、前記保持リング
（１）は、光軸方向の剛性よりも光軸に交差する方向の
剛性の方が実質的に大きい固体ジョイント（４）を介し
て、マウント上に配置されており、またはそのマウント
の一部を構成している支持リング（３）に連結され、前
記固体ジョイント（４）は、前記調節装置（８）の作動
時に前記保持リング（１）が前記光軸に沿って移動され
るように前記保持リング（１）と支持リング（３）との
間に配置されることを特徴とする光軸に沿って光学素子
を移動させる装置である。

【０００７】本発明の構成により、光軸方向に十分な柔
軟さを有しながら光軸交差方向に強い剛性がもたらされ
る。本発明による固体ジョイントを使用することによ
り、支持リングと保持リングが結合され、所望の剛比が
得られる。支持リングと保持リングは、勿論、円筒状の
部品に限定されるものではなく、光学素子を搭載するた
めの慣例的な部品であれば何でもよい。

【０００８】保持リングと支持リングとの間に介在する
固体ジョイントとこれらリングとを一体型に構成すると
きに、特に有利な解決が得られる。この措置により、ヒ
ステリシス（スティックスリップ）と応力とが著しく減
少される。

【０００９】保持リングと支持リングとの間の周囲に少
なくとも３つの固体ジョイントを分散配置すると、横方
向にずれない極めて正確な移動が達成される。この場
合、固体ジョイントのそれぞれに調節装置を割り当てる
ことも有利である。また、保持リングの位置すなわちア
ライメントを監視するセンサが更に装備されていれば、
光学素子を正確に移動することができ、その場合、レン
ズの光軸もシステム全体の光軸に対して一定に保たれ
る。したがって、少なくと３つの固体ジョイントと対応
駆動機構とを備えた本発明による配置構成によれば、傾
斜に対する支持不安定が回避される。調節装置にセンサ
を接続すると、制御ループすなわち閉ループにより、光
学素子を極めて均一に移動できる。

【００１０】本発明の有利な開発点および改良点は、従
属項と、原則として図面を利用しながら記載される以下
の例示実施形態とから明らかとなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１に、光学素子（レンズ２）の
ための上リング（保持リング１）と下リング（支持リン
グ３）とを備えた構成を示す。周囲には、３つの固体ジ
ョイント４が、例えば１２０°間隔で規則正しく分散配
置されている。この例示実施形態によれば、固体ジョイ
ント４は、片側すなわち一端が接合箇所５を介して支持
リング３に連結され、他端が接合箇所６を介して保持リ
ング１に連結される連結部を備えた制御レバーとして構
成されている。

【００１２】保持リング１、支持リング３，および固体
ジョイント４は、一体構造すなわち一体型に構成され、
接合箇所５、６は、それぞれ、保持リング１と支持リン
グ３の間の連結位置を表す。接合箇所５、６は、例えば
フライス削リによって直径を縮小することによって形成
される。固体ジョイント４の剛性は、いずれの場合も、
接合箇所５または６の領域の半径４と厚さ５によって規
定される。この場合、剛性および応力の計算において、
いわゆる深さ、換言すれば、装置中心点に向かって内側
に延びるすなわち光軸に交差する接合箇所５および６の
長手方向の範囲と、弾性モジュールとは、直線的にのみ
特徴を描く。いわゆる形状記憶合金としても知られてい
るニッケル−チタン合金のような高強度材料すなわち超
弾性材料を使用することにより、大きな弾性撓みが得ら
れる。

【００１３】粗調整用の駆動機構としてのステップモー
タ９と微調整用の駆動機構としての圧電駆動機構１０と
を備えた調節装置８が、保持リング１と支持リング３の
間の切欠き部７すなわち穴の中に配置される。適当に大
きなストロークは、ステップモータ９の主軸を介してス
テップモータによって公知方法で実現され、小さなステ
ップサイズは、ステップモータ９の調節部材上に配置さ
れた圧電駆動機構１０により、当該駆動機構１０の作動
時に実現される。この場合、圧電駆動機構１０は、接合
箇所５から距離ｂを隔てた固体ジョイント４の連結部に
対して、円周方向に作用する。したがって、調節装置８
が作動されると、圧電駆動機構１０の作用点において固
体ジョイント４の連結部に調節力がかかり、それによっ
て接合箇所５の周りに回転力が生じる。このように、調
節装置８の作動時に、保持リング１は、接合箇所６の上
方で、矢印の方向に上向きの移動力を受ける。２つの軌
跡（２つの接合箇所５と６との間の距離であるａと、接
合箇所５から圧電駆動機構１０の作用点までの距離であ
るｂ）の比は、調節装置８が制御移動を実施するときの
変換比である。

【００１４】圧電駆動機構１０と反対側である固体ジョ
イント４の連結部側に作用し、他端が支持リング３の段
部１２に支持されている圧縮バネ１１は、付勢されると
固有振動数が増加する。保持リング１にそれぞれ懸架し
ている接合箇所６は、深さ、換言すれば、装置中央に向
かう長手方向すなわち光軸方向のその長さを利用して、
できるだけ遠くを向かなくてはならない。接合箇所５
は、保持リング１上の接合箇所６に対して常に平行でな
くてはならない（図２参照）。径方向に通っている接合
箇所６の深さは、例えば、２０ｍｍ〜５０ｍｍにするこ
とができる。

【００１５】実施例３による例示実施形態では、図示の
２つの固体ジョイント４の２つの連結部が、保持リング
１の回転によって傾斜している。図から分かるように、
連結部は、それと平行に通っている光軸に対して角度ａ
をなす薄平板として斜めに位置している。このようにし
て得られた矢印１３方向への保持リング１の移動によっ
て調節装置８が円周方向の力を生じると、同時に保持リ
ング１の移動によって設定角度∝の変化による矢印１４
方向への移動が生じ、その結果、保持リング１に取り付
けられたレンズ２が光軸方向への対応移動する。

【００１６】固体ジョイント４の連結部のパラメータ長
さＬと設定角度∝とは、矢印１４方向に基づく、横移動
からストローク移動への変換比を構成する。振動数が増
加するように、負の角度∝を選択するとともに、保持リ
ング１と支持リング３との間に引張りばね（不図示）を
取り付けることが好ましい。

【００１７】この場合、固体ジョイント４の連結部の２
つの接合箇所５と６は、同様に、いずれの場合において
も少なくとも平行でなくてはならず、接合箇所６は装置
中心方向を向いていなくてはならない（図２参照）。こ
の改良形態では、駆動機構として単一の調節装置８で十
分であり、必要に応じて、この単一の調節装置８が保持
リング１の付属物すなわち突出部１７に対して作用する
ときに、前記付属物すなわち突出部は光軸と平行に延び
ている。

【００１８】図３記載の例示実施形態の変更態様を、図
４による例示実施形態として示す。この場合、保持リン
グ１（したがってレンズ２も）は、回転運動を受けずに
純粋なストローク運動だけが行われ、調節装置８を挟持
している２つの表面、詳細には、保持リング１と支持リ
ング３とは、互いに常に平行に保たれる。この改良形態
は、圧電駆動機構によって作動する場合に特に有利であ
る。

【００１９】図から分かるように、この場合、２部分に
設けられている固定ジョイント４は、接合部すなわち連
結部４ａと４ｂを備えたトグルレバータイプのものとし
て形成されており、それぞれ、連結部４ａと４ｂの間に
圧力部１５があり、この圧力部１５に対して、調節装置
８の圧電駆動機構１０が作用する。連結部４ａは、一方
の端部が支持リング３との接合箇所５になっており、他
端が圧力部１５との接合箇所５ａになっている。連結部
４ｂは、一方の端部が保持リング１との接合箇所６とな
っており、他端が圧力部１５との別の接合箇所６ａとな
っている。この場合、接合箇所５、５ａ、６、および６
ａは、連結部４ａ、４ｂに孔または丸溝を作って対応直
径を小さくすることによって同様に形成する。この場
合、接合箇所５または６の横孔は、具体的には連結部４
ａおよび４ｂが斜めに設定されているので、接合箇所５
または６の横孔は、支持リング３または保持リング１の
中に延びている。

【００２０】図４から更に分かるように、調節装置８
は、互いに隣接する２つの固体ジョイント４の間に、こ
れら２つの固体ジョイント４がいずれの場合も単一の調
節装置８によって作動可能であるように配置されてい
る。この場合、圧電駆動機構１０は、図面の左側に記載
されている固体ジョイント４に作用する。調節装置８の
ステップモータ９は、そのハウジングが隣接固体ジョイ
ント４の圧力部１５に支持されている。調節装置８が作
動すると、作用および反作用により両方の固体ジョイン
ト４が同様に調節され、それにより、連結部４ａと４ｂ
の傾斜設定が変化し、したがって、保持リング１の非回
転ストロークが矢印１４の方向に生じ、それゆえ、光軸
方向にレンズ２が移動する。ジョイント４ａと４ｂの
間、すなわち、支持リング３と保持リング１との間に、
復帰のためのリセットバネ１８がそれぞれ設けられてい
る。

【００２１】これら３通りの例示実施形態すべてに共通
する特徴はセンサ１６である。例えば、これら３実施形
態では、３つのセンサ１６が、周囲に分散されて保持リ
ング１と支持リング３の間に、光学素子２のための保持
リング１の担持面の位置および／またはアライメントを
測定するように配置されている。センサ１６は、保持リ
ング１の傾斜を測定することができるし、および／また
は、例えば３つのセンサ１６が周囲配置されているとき
に、例えばその３つのセンサ１６を調節装置８と接続す
れば、光軸に沿った保持リング１の均一ストローク運動
および／または調節運動を確実に実現することができ
る。

【００２２】剛性、行程、および制御移動の分解能と再
現性が所望通りに組み合わせられているすべてのアクチ
ュエータは、本発明によるマニピュレータ駆動機構すな
わち光学素子移動装置として適している。その一例は、
インチウォーム（Ｉｎｃｈｗｏｒｍ）駆動装置である
（インチウォームは、バーリー社（Ｂｕｒｌｅｉｇｈ）
の登録商標）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の開発部分を示す部分側面図
である。

【図２】図１の装置の一部分の部分平面図である。

【図３】本発明の別の例示実施形態を示す、図１のもの
と同じ図である。

【図４】本発明の第３の例示実施形態を示す、図１のも
のと同じ図である。

【符号の説明】

１ 保持リング ２ 光学素子 ３ 支持リング ４ 固体ジョイント ５ 接合箇所 ６ 接合箇所 ７ 切欠き部 ８ 調節装置 ９ ステップモータ １０ 駆動機構 １１ 圧縮バネ １２ 段部 １５ 圧力部 １６ センサ １７ 突出部 １８ リセットバネ

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの調整用駆動機構を備え
   た調節装置の作用を受ける保持リングによって支持され
   ている光学素子、詳細には大直径の対物レンズを光軸に
   沿って移動する装置において、前記保持リング（１）
   は、光軸方向の剛性よりも光軸に交差する方向の剛性の
   方が実質的に大きい固体ジョイント（４）を介して、マ
   ウント上に配置されており、またはそのマウントの一部
   を構成している支持リング（３）に連結され、前記固体
   ジョイント（４）は、前記調節装置（８）の作動時に前
   記保持リング（１）が前記光軸に沿って移動されるよう
   に前記保持リング（１）と支持リング（３）との間に配
   置されることを特徴とする光軸に沿って光学素子を移動
   させる装置。
2. 【請求項２】 前記保持リング（１）および前記支持リ
   ング（３）は、その間に介在する固体ジョイント（４）
   とともに一体型に形成されている、請求項１に記載の光
   軸に沿って光学素子を移動させる装置。
3. 【請求項３】 前記固体ジョイント（４）は、いずれの
   場合も、保持リング（１）に連結される接合箇所（６）
   が一方の端部に設けられ、支持リング（３）に連結され
   る接合箇所（５）が他方の端部に設けられている連結部
   によって形成されている、請求項１に記載の光軸に沿っ
   て光学素子を移動させる装置。
4. 【請求項４】 前記接合箇所（５，６）は、いずれの場
   合も、前記保持リング（１）および前記支持リング
   （１）との連結箇所の領域の連結部（４）の直径を小さ
   くすることによって形成されている、請求項３に記載の
   光軸に沿って光学素子を移動させる装置。
5. 【請求項５】 前記調節装置（８）は、圧電素子を有す
   る微調整用駆動機構（１０）を備えている、請求項１に
   記載の光軸に沿って光学素子を移動させる装置。
6. 【請求項６】 前記保持リング（１）と前記支持リング
   （３）との間の周囲に、少なくとも３つの固体ジョイン
   ト（４）が分散配置されている、請求項１に記載の光軸
   に沿って光学素子を移動させる装置。
7. 【請求項７】 前記固体ジョイント（４）のそれぞれに
   調節装置（８）が設けられている、請求項６に記載の光
   軸に沿って光学素子を移動させる装置。
8. 【請求項８】 前記保持リング（１）の位置を測定する
   ためにセンサ（１６）が設けられている、請求項７に記
   載の光軸に沿って光学素子を移動させる装置。
9. 【請求項９】 前記調節装置（８）は粗調整用のステッ
   プモータ（９）を有し、前記粗調整用のステップモータ
   （９）の調節部材上に、微調整用の微調整駆動機構（１
   ０）が配置されている、請求項５に記載の光軸に沿って
   光学素子を移動させる装置。
10. 【請求項１０】 少なくとも前記保持リング（１）に連
    結された接合箇所（６）は、その長手方向の伸張部が少
    なくとも略光軸方向に延びており、前記支持リング
    （３）に連結された前記接合箇所（５）は、前記保持リ
    ング（１）に連結された接合箇所（６）に対して少なく
    とも略平行な位置にある、請求項２に記載の光軸に沿っ
    て光学素子を移動させる装置。
11. 【請求項１１】 前記調節装置（８）は、前記固体ジョ
    イント（４）の連結部が、前記支持リング（３）に連結
    された接合箇所（５）の周りを回転するように前記固体
    ジョイント（４）に作用し、前記保持リング（１）に連
    結された連結部（６）は、回転時に、前記保持リング
    （１）に連結された前記接合箇所（６）が、少なくとも
    略光軸方向を向いて移動するように、前記支持リング
    （３）に連結されている接合箇所（５）に対して配置さ
    れている、請求項３に記載の光軸に沿って光学素子を移
    動させる装置。
12. 【請求項１２】 前記調節装置（８）と逆側にある前記
    固体ジョイント（４）の連結部側に作用するのは、反対
    側を前記支持リング（３）に支持されているバネ装置
    （１１）である、請求項１１に記載の光軸に沿って光学
    素子を移動させる装置。
13. 【請求項１３】 前記固体ジョイント（４）の連結部
    は、光軸に対して所定の角度で傾斜している、請求項３
    に記載の光軸に沿って光学素子を移動させる装置。
14. 【請求項１４】 前記調節装置（８）は、前記保持リン
    グ（１）の付属物すなわち突出部（１７）に対して作用
    し、前記付属物すなわち突出部は、光軸と平行に延びて
    いる、請求項１３に記載の光軸に沿って光学素子を移動
    させる装置。
15. 【請求項１５】 前記固体ジョイント（４）のそれぞれ
    は、いずれの場合も、２つの連結部（４ａ，４ｂ）を有
    する２部分に形成されており、前記調節装置（８）は、
    前記２つの連結部（４ａ，４ｂ）の間に介在する圧力部
    （１５）に対してトグルレバー式に作用する、請求項３
    に記載の光軸に沿って光学素子を移動させる装置。
16. 【請求項１６】 前記連結部（４ａ，４ｂ）のそれぞれ
    は、その両端に、接合箇所（それぞれ、５，５ａおよび
    ６，６ａ）を備えており、前記接合箇所の一方（６また
    は５）は、前記保持リング（１）または前記支持リング
    （３）に連結されており、それぞれ同一の前記連結部
    （４ａまたは４ｂ）に属する前記接合箇所の他方（５ａ
    または６ａ）は、前記圧力部（１５）に連結されてい
    る、請求項１５に記載の光軸に沿って光学素子を移動さ
    せる装置。
17. 【請求項１７】 前記接合部（４ａと４ｂ）の間、すな
    わち、前記支持リング（３）と前記保持リング（１）と
    の間に、復帰のためのリセットバネ（１８）が、それぞ
    れ設けられている、請求項１５に記載の光軸に沿って光
    学素子を移動させる装置。
18. 【請求項１８】 前記調節装置（８）は、いずれの場合
    も、互いに隣接する２つの固体ジョイント（４）を作動
    する、請求項１５に記載の光軸に沿って光学素子を移動
    させる装置。
19. 【請求項１９】 前記調節装置（８）は、片側が、微調
    整用装置（１０）を利用して第１の前記固体ジョイント
    （４）の圧力部に作用し、反対側が、第１の前記固体ジ
    ョイント（４）と隣接した位置にある第２の前記固体ジ
    ョイント（４）の圧力部に支持されている、請求項１３
    に記載の光軸に沿って光学素子を移動させる装置
20. 【請求項２０】 調節装置（８）としてインチウォーム
    （登録商標）駆動機構が使用されている、請求項１に記
    載の光軸に沿って光学素子を移動させる装置。