JP3379187B2 - 光学装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光路中に結像光学素子
を有し、特に該光学素子の焦点調節機構を備えた光学装
置に関するものである。
を有し、特に該光学素子の焦点調節機構を備えた光学装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の光学装置において、結像光学素子
の焦点位置を調整して結像状態を変化させるためには、
結像光学素子の少なくとも一部を結像位置に対して相対
移動させる構成、あるいは結像光学素子と結像位置との
間にクサビ型の屈折部材を光軸と直交する方向に挿入す
る構成が主に用いられていた。
の焦点位置を調整して結像状態を変化させるためには、
結像光学素子の少なくとも一部を結像位置に対して相対
移動させる構成、あるいは結像光学素子と結像位置との
間にクサビ型の屈折部材を光軸と直交する方向に挿入す
る構成が主に用いられていた。
【０００３】このような従来の焦点調整機構付き光学装
置の一例を図９に示す。図９において、この光学装置の
光学系は正レンズａからなり、この正レンズａによって
集光され、ビームスプリッタｇで２光束に分離された
後、一方の光束は受光部ｈでその結像状態が検出され
る。正レンズａは、保持枠ｂに保持されており、受光部
ｈでの結像状態に関する情報に基づいて駆動機構ｍによ
って保持枠ｂが駆動されることによって、所望の焦点位
置ｃにて物体（不図示）の像を形成するよう光軸上を移
動する。
置の一例を図９に示す。図９において、この光学装置の
光学系は正レンズａからなり、この正レンズａによって
集光され、ビームスプリッタｇで２光束に分離された
後、一方の光束は受光部ｈでその結像状態が検出され
る。正レンズａは、保持枠ｂに保持されており、受光部
ｈでの結像状態に関する情報に基づいて駆動機構ｍによ
って保持枠ｂが駆動されることによって、所望の焦点位
置ｃにて物体（不図示）の像を形成するよう光軸上を移
動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の光学装置では、結像光学素子やクサビ型部材
を移動するための機械的な移動系が必要であり、装置の
重量の増加及び光学装置の複雑化を招くだけでなく、こ
れによって、例えば移動系の振動による故障等、光学装
置の信頼性も低くなるという難点もあった。
如き従来の光学装置では、結像光学素子やクサビ型部材
を移動するための機械的な移動系が必要であり、装置の
重量の増加及び光学装置の複雑化を招くだけでなく、こ
れによって、例えば移動系の振動による故障等、光学装
置の信頼性も低くなるという難点もあった。
【０００５】本発明は、上記問題点を解消し、軽量且つ
簡便な構成でありながら、信頼性の高い結像光学素子の
焦点調節機構を備えた光学装置を得ることを目的とす
る。
簡便な構成でありながら、信頼性の高い結像光学素子の
焦点調節機構を備えた光学装置を得ることを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係る光学装置では、光学系
中の結像光学素子の焦点調節機構を備えた光学装置であ
って、前記焦点調節機構は、前記光学素子に対してその
温度を変化させるための温度変化光束を照射する照射手
段と、該照射手段の制御を行う照射制御手段とを備え、
前記温度変化光束は、前記光学装置で使用される波長以
外の波長であることを特徴とする。
め、請求項１に記載の発明に係る光学装置では、光学系
中の結像光学素子の焦点調節機構を備えた光学装置であ
って、前記焦点調節機構は、前記光学素子に対してその
温度を変化させるための温度変化光束を照射する照射手
段と、該照射手段の制御を行う照射制御手段とを備え、
前記温度変化光束は、前記光学装置で使用される波長以
外の波長であることを特徴とする。
【０００７】また、請求項２に記載の発明に係る光学装
置では、請求項１に記載の光学装置において、前記照射
制御手段は、前記光学素子による結像状態を検出する検
出手段を備え、該検出手段からの信号に基づいて前記照
射手段を制御するものである。
置では、請求項１に記載の光学装置において、前記照射
制御手段は、前記光学素子による結像状態を検出する検
出手段を備え、該検出手段からの信号に基づいて前記照
射手段を制御するものである。
【０００８】またさらに、請求項３に記載の発明に係る
光学装置では、請求項１に記載の光学装置において、前
記照射制御手段は、前記光学素子の周辺部の温度を測定
する温度測定手段と、前記周辺部の温度の変化量に対す
る前記光学素子の焦点位置の移動距離に関する情報が記
憶される記憶手段とを備え、前記温度測定手段からの出
力と前記記憶手段内の前記情報とに基づいて前記照射手
段を制御することを特徴とする。また、請求項４に記載
の発明に係る光学装置では、請求項１乃至３の何れか一
項に記載の光学装置において、前記光学装置は複数の光
学素子を備え、前記照射手段は、前記複数の光学素子の
うちの一部の光学素子に前記温度変化光束を照射するこ
とを特徴とする。 また、請求項５に記載の発明に係る光
学装置では、請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学
装置において、前記照射手段は、前記光学素子の一部分
に前記温度変化光束を照射することを特徴とする。
光学装置では、請求項１に記載の光学装置において、前
記照射制御手段は、前記光学素子の周辺部の温度を測定
する温度測定手段と、前記周辺部の温度の変化量に対す
る前記光学素子の焦点位置の移動距離に関する情報が記
憶される記憶手段とを備え、前記温度測定手段からの出
力と前記記憶手段内の前記情報とに基づいて前記照射手
段を制御することを特徴とする。また、請求項４に記載
の発明に係る光学装置では、請求項１乃至３の何れか一
項に記載の光学装置において、前記光学装置は複数の光
学素子を備え、前記照射手段は、前記複数の光学素子の
うちの一部の光学素子に前記温度変化光束を照射するこ
とを特徴とする。 また、請求項５に記載の発明に係る光
学装置では、請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学
装置において、前記照射手段は、前記光学素子の一部分
に前記温度変化光束を照射することを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明は、光学系中の結像光学素子の焦点調節
機構において、照射制御手段によって制御を行いつつ照
射手段に前記光学素子に対して温度変化光束を照射させ
て光学素子の温度を変化させるものである。従って、本
発明によれば、光学素子の一部あるいは全部の温度を変
化させることによって光学素子自身の屈折率および曲率
を変化させることができる。
機構において、照射制御手段によって制御を行いつつ照
射手段に前記光学素子に対して温度変化光束を照射させ
て光学素子の温度を変化させるものである。従って、本
発明によれば、光学素子の一部あるいは全部の温度を変
化させることによって光学素子自身の屈折率および曲率
を変化させることができる。
【００１０】ここで、照射制御手段による照射手段の制
御を、光学素子による結像状態を検出する検出手段から
の信号に基づいて行えば、結像光学素子の所望の結像状
態となるよう調整することができる。
御を、光学素子による結像状態を検出する検出手段から
の信号に基づいて行えば、結像光学素子の所望の結像状
態となるよう調整することができる。
【００１１】また、予め結像光学素子周辺部の温度の変
化量に対する光学素子の焦点位置の移動距離の関係を求
めて、その情報を記憶手段に記憶させておけば、結像光
学素子の周辺部の温度を測定する温度測定手段からの出
力と記憶手段内の情報とに基づいて、照射制御手段によ
る照射手段の制御を行い、所望の焦点位置となるよう調
整することができる。
化量に対する光学素子の焦点位置の移動距離の関係を求
めて、その情報を記憶手段に記憶させておけば、結像光
学素子の周辺部の温度を測定する温度測定手段からの出
力と記憶手段内の情報とに基づいて、照射制御手段によ
る照射手段の制御を行い、所望の焦点位置となるよう調
整することができる。
【００１２】以上のように、本発明によれば、機械的な
移動系を伴うことなく簡便な構成で結像光学素子の焦点
調節を行なうことができ、外部からの振動の影響を受け
ることもなく信頼性のある焦点調節機構付き光学装置が
実現できる。
移動系を伴うことなく簡便な構成で結像光学素子の焦点
調節を行なうことができ、外部からの振動の影響を受け
ることもなく信頼性のある焦点調節機構付き光学装置が
実現できる。
【００１３】なお、照射手段による照射光束は、温度変
化光束が照射される光学素子に吸収され、光学素子の温
度を変化させ得る波長のものであれば使用可能である
が、結像でのゴースト等の問題を考慮した場合、光学装
置の光学系で使用されている波長以外の波長を温度変化
光束として用いることが望ましい。
化光束が照射される光学素子に吸収され、光学素子の温
度を変化させ得る波長のものであれば使用可能である
が、結像でのゴースト等の問題を考慮した場合、光学装
置の光学系で使用されている波長以外の波長を温度変化
光束として用いることが望ましい。
【００１４】
【実施例】以下に、本発明を実施例を以て説明する。ま
ず、本発明の第１の実施例として、光学装置の光学系を
構成するＳｉからなる曲率半径ｒ＝５００ｍｍ、厚さｄ
＝９．３４ｍｍ、径φ＝８０ｍｍの平凸レンズ１の焦点
調節を行なう場合を示す。本実施例の焦点調節機構は、
ランプ２と赤外光カットフィルタ３からなる照射光学系
を有するものである。レンズ１は、体積４２．９ｃｍ
3 ，密度２．３３ｇ／ｃｍ2 ，熱膨張係数α＝０．４２
×１０-5（１／Ｋ），屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴ＝
０．１７×１０-3（１／Ｋ），比熱０．１８８ｃａｌ／
ｇ・Ｋ），屈折率ｎ＝３．４５（λ＝２μｍ）である。
ず、本発明の第１の実施例として、光学装置の光学系を
構成するＳｉからなる曲率半径ｒ＝５００ｍｍ、厚さｄ
＝９．３４ｍｍ、径φ＝８０ｍｍの平凸レンズ１の焦点
調節を行なう場合を示す。本実施例の焦点調節機構は、
ランプ２と赤外光カットフィルタ３からなる照射光学系
を有するものである。レンズ１は、体積４２．９ｃｍ
3 ，密度２．３３ｇ／ｃｍ2 ，熱膨張係数α＝０．４２
×１０-5（１／Ｋ），屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴ＝
０．１７×１０-3（１／Ｋ），比熱０．１８８ｃａｌ／
ｇ・Ｋ），屈折率ｎ＝３．４５（λ＝２μｍ）である。
【００１５】以上の構成において、ランプ２からの放射
量４．２Ｗの可視光をレンズ１に入射させたとき、入射
した光の反射損失は無視できる程小さく、また吸収され
た光の大半は熱に変換されたとすると、ランプ２による
可視光の照射を受ける前のレンズ１の焦点距離ｆは、１
／ｆ＝（ｎ−１）／ｒであるからｆ＝２０４．０８１６
ｍｍである。
量４．２Ｗの可視光をレンズ１に入射させたとき、入射
した光の反射損失は無視できる程小さく、また吸収され
た光の大半は熱に変換されたとすると、ランプ２による
可視光の照射を受ける前のレンズ１の焦点距離ｆは、１
／ｆ＝（ｎ−１）／ｒであるからｆ＝２０４．０８１６
ｍｍである。
【００１６】ここで、ｔ秒間光を照射した時のレンズ１
の温度上昇ΔＴ（Ｋ）を考える。シリコンの熱膨張係数
をα、レンズの体積をＶ、シリコンの比熱をｋ、シリコ
ンの密度をＤ、レンズに吸収される可視光の放射量Ｆ＝
４．２Ｗ、１ｃａｌ＝４．２Ｊ、とすると、ΔＴは以下
の式で求められる。 ΔＴ＝（Ｆ・ｔ／４．２）／ｋ・Ｖ・Ｄ 従って、ΔＴ＝０．０５５６ｔ（Ｋ）となり、ｔ秒間光
を照射すると０．０５５６ｔ（Ｋ）の温度上昇を起こ
す。
の温度上昇ΔＴ（Ｋ）を考える。シリコンの熱膨張係数
をα、レンズの体積をＶ、シリコンの比熱をｋ、シリコ
ンの密度をＤ、レンズに吸収される可視光の放射量Ｆ＝
４．２Ｗ、１ｃａｌ＝４．２Ｊ、とすると、ΔＴは以下
の式で求められる。 ΔＴ＝（Ｆ・ｔ／４．２）／ｋ・Ｖ・Ｄ 従って、ΔＴ＝０．０５５６ｔ（Ｋ）となり、ｔ秒間光
を照射すると０．０５５６ｔ（Ｋ）の温度上昇を起こ
す。
【００１７】よって、１００秒間光をレンズ１に照射し
た時、ΔＴ＝５．５６（Ｋ）の温度上昇となる。この
時、変化後のレンズ１の屈折率ｎ’および変化後の曲率
半径ｒ’はそれぞれ、ｎ’＝３．４５＋（０．１７×１
０-3 ）×ΔＴ＝３．４５０９４５，ｒ’＝５００×
（１＋０．４２×１０-5×ΔＴ）＝５００．０１１７と
なる。よって変化後の焦点距離ｆ’は、１／ｆ’＝
（ｎ’−１）／ｒ’であるから、ｆ’＝２０４．００７
７ｍｍとなる。
た時、ΔＴ＝５．５６（Ｋ）の温度上昇となる。この
時、変化後のレンズ１の屈折率ｎ’および変化後の曲率
半径ｒ’はそれぞれ、ｎ’＝３．４５＋（０．１７×１
０-3 ）×ΔＴ＝３．４５０９４５，ｒ’＝５００×
（１＋０．４２×１０-5×ΔＴ）＝５００．０１１７と
なる。よって変化後の焦点距離ｆ’は、１／ｆ’＝
（ｎ’−１）／ｒ’であるから、ｆ’＝２０４．００７
７ｍｍとなる。
【００１８】この程度の厚さの単レンズであれば、焦点
距離の変化量と焦点位置の移動量はほぼ一致するため、
レンズ１に１００秒間光を照射した時の、照射前焦点位
置ｄ1 から照射後焦点位置ｃ1 への焦点移動量Δｆは、
Δｆ＝ｆ’−ｆ＝−７３．９μｍとなり、照射前に比べ
て約７４μｍだけ焦点位置がレンズ１側へ移動したこと
になる。
距離の変化量と焦点位置の移動量はほぼ一致するため、
レンズ１に１００秒間光を照射した時の、照射前焦点位
置ｄ1 から照射後焦点位置ｃ1 への焦点移動量Δｆは、
Δｆ＝ｆ’−ｆ＝−７３．９μｍとなり、照射前に比べ
て約７４μｍだけ焦点位置がレンズ１側へ移動したこと
になる。
【００１９】次に、本発明の第２の実施例として、光学
装置の光学系を構成する正レンズ１１および負レンズ１
２への温度変化光束照射による焦点調節機構を図２に示
す。ここでは、それぞれ正レンズ１１、負レンズ１２へ
温度変化光束の照射を行う第１照射光学系と第２の照射
光学系とを光学装置の光学系外に配置する構成とした。
正レンズ１１、負レンズ１２ともにゲルマニウム（Ｇ
ｅ）からなるものである。
装置の光学系を構成する正レンズ１１および負レンズ１
２への温度変化光束照射による焦点調節機構を図２に示
す。ここでは、それぞれ正レンズ１１、負レンズ１２へ
温度変化光束の照射を行う第１照射光学系と第２の照射
光学系とを光学装置の光学系外に配置する構成とした。
正レンズ１１、負レンズ１２ともにゲルマニウム（Ｇ
ｅ）からなるものである。
【００２０】上記の如き構成において、この正レンズ１
１、負レンズ１２からなる光学系によって集光された光
束は、ビームスプリッタ１３によって分割され、一部の
光束がここで反射されて受光部１４においてその結像状
態が検出される。図中点線で示すように、焦点位置が所
望の位置ｃ2 より像側の位置ｄ2 にずれている場合（焦
点位置が受光部１４の受光面上にない場合）、その悪い
結像状態が受光部１４で検出され、第１の照射光学系の
照射手段１５に信号が出力され、この信号に基づいて照
射手段１５による正レンズ１１への照射が制御される。
即ち、正レンズ１１自体の温度が上昇されて、正の屈折
力が増大され、所望の位置ｃ2 上に物体（不図示）の像
が形成されるようになるまで照射手段１５による照射が
続けられる。
１、負レンズ１２からなる光学系によって集光された光
束は、ビームスプリッタ１３によって分割され、一部の
光束がここで反射されて受光部１４においてその結像状
態が検出される。図中点線で示すように、焦点位置が所
望の位置ｃ2 より像側の位置ｄ2 にずれている場合（焦
点位置が受光部１４の受光面上にない場合）、その悪い
結像状態が受光部１４で検出され、第１の照射光学系の
照射手段１５に信号が出力され、この信号に基づいて照
射手段１５による正レンズ１１への照射が制御される。
即ち、正レンズ１１自体の温度が上昇されて、正の屈折
力が増大され、所望の位置ｃ2 上に物体（不図示）の像
が形成されるようになるまで照射手段１５による照射が
続けられる。
【００２１】また、焦点位置が所望の位置ｃ2 より物体
側にずれているときは、この結像状態が受光部１４にて
検出され、第２の照射光学系の照射手段１７に信号が出
力され、この信号に基づいて照射手段１７による負レン
ズ１２への照射が行われる。これによって負レンズ１２
自体の温度が上昇し、負の屈折力が増大して焦点位置を
所望の位置ｃ2 まで移動することができる。
側にずれているときは、この結像状態が受光部１４にて
検出され、第２の照射光学系の照射手段１７に信号が出
力され、この信号に基づいて照射手段１７による負レン
ズ１２への照射が行われる。これによって負レンズ１２
自体の温度が上昇し、負の屈折力が増大して焦点位置を
所望の位置ｃ2 まで移動することができる。
【００２２】ここで、光学系のレンズに用いられている
Ｇｅは、図８に示すように、２μｍ程度以上の波長光に
対して高い透過率を持つと共に可視光は全く透過させな
い部材である。従って、一般的にゲルマニウムからなる
レンズは、赤外線レンズ光学系に用いられている。本実
施例においては、光学装置の光学系を赤外線光学系と
し、照明手段１５および照明手段１７から各レンズへの
照射は、波長選択フィルタ１６、１８を介することによ
って可視光のみによる構成とした。
Ｇｅは、図８に示すように、２μｍ程度以上の波長光に
対して高い透過率を持つと共に可視光は全く透過させな
い部材である。従って、一般的にゲルマニウムからなる
レンズは、赤外線レンズ光学系に用いられている。本実
施例においては、光学装置の光学系を赤外線光学系と
し、照明手段１５および照明手段１７から各レンズへの
照射は、波長選択フィルタ１６、１８を介することによ
って可視光のみによる構成とした。
【００２３】次に、本発明の第３の実施例として、光学
装置の光学系を、Ｓｉからなる正レンズ２１とＧｅから
なる負レンズ２２とで構成した場合の焦点調節機構を図
３に示す。これも、第２の実施例と同様に、正レンズ２
１、負レンズ２２からなる光学系によって集光された光
束は、ビームスプリッタ２３によって分割され、一部の
光束がここで反射されて受光部２４においてその結像状
態が検出される。
装置の光学系を、Ｓｉからなる正レンズ２１とＧｅから
なる負レンズ２２とで構成した場合の焦点調節機構を図
３に示す。これも、第２の実施例と同様に、正レンズ２
１、負レンズ２２からなる光学系によって集光された光
束は、ビームスプリッタ２３によって分割され、一部の
光束がここで反射されて受光部２４においてその結像状
態が検出される。
【００２４】焦点位置が所望の位置ｃ3 よりずれている
場合（焦点位置が受光部２４の受光面上にない場合）、
その悪い結像状態が受光部２４で検出され、光学装置の
光学系外に配置された照射光学系に信号が出力され、こ
の信号に基づいて照射手段２５による正レンズ２１ある
いは負レンズ２２への照射が制御される。
場合（焦点位置が受光部２４の受光面上にない場合）、
その悪い結像状態が受光部２４で検出され、光学装置の
光学系外に配置された照射光学系に信号が出力され、こ
の信号に基づいて照射手段２５による正レンズ２１ある
いは負レンズ２２への照射が制御される。
【００２５】図８に示すように、Ｓｉは約１．２μｍよ
りも長い波長光に対して吸収がなくなり、Ｇｅは前述し
たように約２μｍよりも長い波長光に対して吸収がなく
なる部材である。そこで本実施例においては、まず焦点
位置が所望の位置ｃ3 より像側の位置ｄ3 にずれている
場合、波長選択フィルタ２６によって１．２μｍよりも
短い波長光を選択透過させる。この波長光はほとんどが
正レンズ２１のシリコンに吸収されるので、照射手段２
５による照射を制御することによって正レンズ２１の温
度が上昇し、正の屈折力が増大して焦点位置を所望の位
置ｃ3 へ移動することができる。
りも長い波長光に対して吸収がなくなり、Ｇｅは前述し
たように約２μｍよりも長い波長光に対して吸収がなく
なる部材である。そこで本実施例においては、まず焦点
位置が所望の位置ｃ3 より像側の位置ｄ3 にずれている
場合、波長選択フィルタ２６によって１．２μｍよりも
短い波長光を選択透過させる。この波長光はほとんどが
正レンズ２１のシリコンに吸収されるので、照射手段２
５による照射を制御することによって正レンズ２１の温
度が上昇し、正の屈折力が増大して焦点位置を所望の位
置ｃ3 へ移動することができる。
【００２６】また、焦点位置が、所望の位置ｃ3 より物
体側にずれている場合は、受光部２４の信号に基づいて
波長選択フィルタ２６の切り換えを行い、１．６μｍ程
度の波長光を選択透過させる。この波長光は正レンズ２
１では吸収されず、透過して負レンズ２２を照射し、負
レンズ２２の温度を上昇させる。従って照射手段２５に
よる照射を制御することによって負レンズ２２の負の屈
折力が増大し、焦点位置を所望の位置ｃ3 へ移動させる
ことができる。
体側にずれている場合は、受光部２４の信号に基づいて
波長選択フィルタ２６の切り換えを行い、１．６μｍ程
度の波長光を選択透過させる。この波長光は正レンズ２
１では吸収されず、透過して負レンズ２２を照射し、負
レンズ２２の温度を上昇させる。従って照射手段２５に
よる照射を制御することによって負レンズ２２の負の屈
折力が増大し、焦点位置を所望の位置ｃ3 へ移動させる
ことができる。
【００２７】なお、本実施例では、波長選択フィルタ２
６によって特定波長の照射光を選択的に得たが、照射手
段２５において光源の波長分布を変化させたり、あるい
は各々波長特性の異なる複数の光源を設けておき、適宜
選択切り換えをして用いても同様に焦点調節を行うこと
ができる。
６によって特定波長の照射光を選択的に得たが、照射手
段２５において光源の波長分布を変化させたり、あるい
は各々波長特性の異なる複数の光源を設けておき、適宜
選択切り換えをして用いても同様に焦点調節を行うこと
ができる。
【００２８】以上に示した第１、第２、第３の実施例に
おいては、照射光学系からの温度変化光束の照射は、光
学装置の光学系外から行う構成としたが、本発明はこれ
に限らず、光学系の結像に影響を及ぼさないのであれ
ば、光学系の光路中に照射手段を配置する構成としても
良い。このような構成の例として、本発明の第４の実施
例を図４に示す。
おいては、照射光学系からの温度変化光束の照射は、光
学装置の光学系外から行う構成としたが、本発明はこれ
に限らず、光学系の結像に影響を及ぼさないのであれ
ば、光学系の光路中に照射手段を配置する構成としても
良い。このような構成の例として、本発明の第４の実施
例を図４に示す。
【００２９】図４において、光学装置の光学系を構成す
る正レンズ３１及び負レンズ３２、ビームスプリッタ３
３、受光部３４、受光部３４の出力信号に基づいて制御
される第１の照射光学系及び第２の照射光学系は、上記
第２の実施例と同様の機能、作用を持つものである。こ
こでは、第１の照射光学系の照射手段３６を、装置光学
系に配置されている光路偏向用のミラー３５の中央に設
けた穴開き部分から温度変化光束を正レンズ３１に照射
できる用に光学系の光軸上に配置したものである。さら
に、第２の照射光学系では、照射手段からの光束を、レ
ンズ３８を介して装置光学系の光軸上に配置した微小ミ
ラー３９の反射により温度変化光束を負レンズ３２に照
射する構成とした。
る正レンズ３１及び負レンズ３２、ビームスプリッタ３
３、受光部３４、受光部３４の出力信号に基づいて制御
される第１の照射光学系及び第２の照射光学系は、上記
第２の実施例と同様の機能、作用を持つものである。こ
こでは、第１の照射光学系の照射手段３６を、装置光学
系に配置されている光路偏向用のミラー３５の中央に設
けた穴開き部分から温度変化光束を正レンズ３１に照射
できる用に光学系の光軸上に配置したものである。さら
に、第２の照射光学系では、照射手段からの光束を、レ
ンズ３８を介して装置光学系の光軸上に配置した微小ミ
ラー３９の反射により温度変化光束を負レンズ３２に照
射する構成とした。
【００３０】また、第５の実施例として図５に示すよう
に、装置光学系の光軸上に微小な光源４５、４６を配置
して各々温度変化光束を正レンズ４１、負レンズ４２に
照射する構成も可能である。
に、装置光学系の光軸上に微小な光源４５、４６を配置
して各々温度変化光束を正レンズ４１、負レンズ４２に
照射する構成も可能である。
【００３１】以上、第１〜第５の実施例では、何れも受
光部による結像状態の検出を行い、この検出結果（焦点
位置検出結果）に基づいて照射手段の制御を行った場合
を示したが、本発明はこの方法に限るものではない。例
えば、結像素子の周辺の環境温度と焦点位置変化量との
関係が予め求められるのなら、この情報と環境温度の検
出結果に基づいて照射手段の制御を行うこともできる。
このような焦点調節機構の一例を本発明の第６の実施例
として図６に示す。
光部による結像状態の検出を行い、この検出結果（焦点
位置検出結果）に基づいて照射手段の制御を行った場合
を示したが、本発明はこの方法に限るものではない。例
えば、結像素子の周辺の環境温度と焦点位置変化量との
関係が予め求められるのなら、この情報と環境温度の検
出結果に基づいて照射手段の制御を行うこともできる。
このような焦点調節機構の一例を本発明の第６の実施例
として図６に示す。
【００３２】図６において、光学装置の光学系を構成す
る正レンズ５１及び負レンズ５２、照射手段５５は、上
記第３の実施例と同様の機能、作用を有するものであ
る。ここでは、温度検出手段５４からの温度情報に基づ
いて、制御装置５３によって照射手段５５による温度変
化光束の照射を制御して焦点調節を行う。
る正レンズ５１及び負レンズ５２、照射手段５５は、上
記第３の実施例と同様の機能、作用を有するものであ
る。ここでは、温度検出手段５４からの温度情報に基づ
いて、制御装置５３によって照射手段５５による温度変
化光束の照射を制御して焦点調節を行う。
【００３３】正レンズ５１および負レンズ５２が、各々
Ｓｉ、Ｇｅからなるとき、それぞれの屈折率の温度係数
はＳｉ：１．７×１０-4，Ｇｅ：４×１０-4程度であ
る。従って、光学系の周辺の温度が上昇した場合、負レ
ンズ５２の負の屈折力の増大割合の方が正レンズ５１の
正の屈折力の増大割合より大きく、焦点位置は物体から
遠ざかる方向に移動する（ｄ6 ）。予めこのような環境
温度と焦点移動量との関係を実験的に求めておき、制御
装置５３にこのデータを記憶させておく。
Ｓｉ、Ｇｅからなるとき、それぞれの屈折率の温度係数
はＳｉ：１．７×１０-4，Ｇｅ：４×１０-4程度であ
る。従って、光学系の周辺の温度が上昇した場合、負レ
ンズ５２の負の屈折力の増大割合の方が正レンズ５１の
正の屈折力の増大割合より大きく、焦点位置は物体から
遠ざかる方向に移動する（ｄ6 ）。予めこのような環境
温度と焦点移動量との関係を実験的に求めておき、制御
装置５３にこのデータを記憶させておく。
【００３４】そこで、制御装置５３は、温度検出手段５
４からの出力に基づいて、所望の焦点位置ｃ6 に移動す
るのに必要なだけある強度の可視光を正レンズ５１に対
して照射する。正レンズ５１の温度は上昇し、正の屈折
力がより増大されることによって焦点位置は所望の位置
ｃ6 まで移動させられる。
４からの出力に基づいて、所望の焦点位置ｃ6 に移動す
るのに必要なだけある強度の可視光を正レンズ５１に対
して照射する。正レンズ５１の温度は上昇し、正の屈折
力がより増大されることによって焦点位置は所望の位置
ｃ6 まで移動させられる。
【００３５】なお、本実施例では照射手段による照射量
の制御を強度で行う場合を示したが、照射時間によって
照射量の制御を行っても良い。例えば、光学系の周囲の
温度が５℃上昇した場合に、５秒間のうち１秒間だけ照
射する周期を繰返すことによって焦点位置を所望の位置
ｃ6 に維持できるとする。このような場合、周囲の温度
が更に上昇した時には、５秒間のうち１秒より長い時間
照射を行うことによって焦点位置を所望の位置ｃ6 に維
持できる。
の制御を強度で行う場合を示したが、照射時間によって
照射量の制御を行っても良い。例えば、光学系の周囲の
温度が５℃上昇した場合に、５秒間のうち１秒間だけ照
射する周期を繰返すことによって焦点位置を所望の位置
ｃ6 に維持できるとする。このような場合、周囲の温度
が更に上昇した時には、５秒間のうち１秒より長い時間
照射を行うことによって焦点位置を所望の位置ｃ6 に維
持できる。
【００３６】また、上記第１〜第６の実施例において
は、目的とする結像素子のレンズ面全体に対して温度変
化光束を照射する構成としたが、必ずしもレンズ全面に
照射する必要はなく、例えばレンズの中心部を部分的に
照射しても良い。このような焦点調節機構の一例を図７
に本発明の第７の実施例として示す。
は、目的とする結像素子のレンズ面全体に対して温度変
化光束を照射する構成としたが、必ずしもレンズ全面に
照射する必要はなく、例えばレンズの中心部を部分的に
照射しても良い。このような焦点調節機構の一例を図７
に本発明の第７の実施例として示す。
【００３７】図７において、光学装置の光学系を構成す
る正レンズ６１および負レンズ６２、ビームスプリッタ
６３、受光部６４、該受光部６４によって制御される照
射手段６５については前述の第２の実施例と同様の機
能、作用を持つものである。ここでは、照射手段６５か
らの光束は、レンズ６６によってある程度集光され、正
レンズ６１の中心部付近を照射する構成となっている。
る正レンズ６１および負レンズ６２、ビームスプリッタ
６３、受光部６４、該受光部６４によって制御される照
射手段６５については前述の第２の実施例と同様の機
能、作用を持つものである。ここでは、照射手段６５か
らの光束は、レンズ６６によってある程度集光され、正
レンズ６１の中心部付近を照射する構成となっている。
【００３８】このような部分的照射によって、正レンズ
６１の中心部の温度は高く周囲が低い温度分布を持つこ
とになり、正レンズ６１の正の屈折力は増大する。従っ
て、受光部６４からの出力に基づいて照射手段６５を制
御すれば、像側の位置ｄ7 にずれている焦点位置を所望
の位置ｃ7 へ移動させることができる。
６１の中心部の温度は高く周囲が低い温度分布を持つこ
とになり、正レンズ６１の正の屈折力は増大する。従っ
て、受光部６４からの出力に基づいて照射手段６５を制
御すれば、像側の位置ｄ7 にずれている焦点位置を所望
の位置ｃ7 へ移動させることができる。
【００３９】なお、本発明による焦点調節機構では、温
度変化光束の照射光学系に用いる光の波長は特定の波長
に限定するものではないが、形成された物体像にゴース
ト等が生じることを考慮した場合、装置光学系で用いて
いる波長光と異なる波長域の光を用いることが好まし
い。この時、用いる波長光は、温度変化の目的となる光
学素子の素材等を考慮して適宜選択すれば良い。もちろ
ん、ゴースト等の心配が必要ない場合には、装置光学系
と同じ波長光を照射光学系の用いてもかまわない。
度変化光束の照射光学系に用いる光の波長は特定の波長
に限定するものではないが、形成された物体像にゴース
ト等が生じることを考慮した場合、装置光学系で用いて
いる波長光と異なる波長域の光を用いることが好まし
い。この時、用いる波長光は、温度変化の目的となる光
学素子の素材等を考慮して適宜選択すれば良い。もちろ
ん、ゴースト等の心配が必要ない場合には、装置光学系
と同じ波長光を照射光学系の用いてもかまわない。
【００４０】
【発明の効果】 本発明は、以上説明した通り、光学素
子の可動部がなく機械的移動系を備える必要がないの
で、軽量で簡便な構成でありながらも信頼性の高い焦点
調節を行うことができるという効果がある。さらに、本
発明では、装置光学系の使用波長とは異なる波長を用い
ているため、ゴースト等の影響を避けられるため、高い
結像性能を実現することができる。
子の可動部がなく機械的移動系を備える必要がないの
で、軽量で簡便な構成でありながらも信頼性の高い焦点
調節を行うことができるという効果がある。さらに、本
発明では、装置光学系の使用波長とは異なる波長を用い
ているため、ゴースト等の影響を避けられるため、高い
結像性能を実現することができる。
【図１】本発明の第１の実施例による焦点調節機構付光
学装置の概略構成図である。
学装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例による焦点調節機構付光
学装置の概略構成図である。
学装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施例による焦点調節機構付光
学装置の概略構成図である。
学装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第４の実施例による焦点調節機構付光
学装置の概略構成図である。
学装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第５の実施例による焦点調節機構付光
学装置の概略構成図である。
学装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第６の実施例による焦点調節機構付光
学装置の概略構成図である。
学装置の概略構成図である。
【図７】本発明の第７の実施例による焦点調節機構付光
学装置の概略構成図である。
学装置の概略構成図である。
【図８】ＳｉとＧｅの透過率（Ｔ）特性を示す線図であ
る。
る。
【図９】従来技術による焦点調節機構付光学装置の概略
構成図である。
構成図である。
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，ａ：正レン
ズ １２，２２，３２，４２，５２，６２：負レンズ ２，１５，１７，２５，３６，３７，４５，４６，５
５，６５：照射手段 ３，１６，１８，２６：波長選択フィルタ １３，２３，３３，４３，６３，ｇ：ビームスプリッタ １４，２４，３４，４４，６４，ｈ：受光部 ５３：制御装置 ５４：温度検出手段 ｂ：保持枠 ｍ：駆動機構 ｃ，ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 ，ｃ4 ，ｃ5 ，ｃ6 ，ｃ7 ：所望
の焦点位置 ｄ，ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 ，ｄ5 ，ｄ6 ，ｄ7 ：像側
にずれた焦点位置
ズ １２，２２，３２，４２，５２，６２：負レンズ ２，１５，１７，２５，３６，３７，４５，４６，５
５，６５：照射手段 ３，１６，１８，２６：波長選択フィルタ １３，２３，３３，４３，６３，ｇ：ビームスプリッタ １４，２４，３４，４４，６４，ｈ：受光部 ５３：制御装置 ５４：温度検出手段 ｂ：保持枠 ｍ：駆動機構 ｃ，ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 ，ｃ4 ，ｃ5 ，ｃ6 ，ｃ7 ：所望
の焦点位置 ｄ，ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，ｄ4 ，ｄ5 ，ｄ6 ，ｄ7 ：像側
にずれた焦点位置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 7/04
G02B 7/02
G02B 7/28
G03B 3/04
G02B 27/40
Claims (5)
- 【請求項１】 光学系中の結像光学素子の焦点調節機構
を備えた光学装置において、 前記焦点調節機構は、前記光学素子に対してその温度を
変化させるための温度変化光束を照射する照射手段と、
該照射手段の制御を行う照射制御手段とを備え、 前記温度変化光束は、前記光学装置で使用される波長以
外の波長である ことを特徴とする光学装置。 - 【請求項２】 前記照射制御手段は、前記光学素子によ
る結像状態を検出する検出手段を備え、該検出手段から
の信号に基づいて前記照射手段を制御することを特徴と
する請求項１に記載の光学装置。 - 【請求項３】 前記照射制御手段は、前記光学素子の周
辺部の温度を測定する温度測定手段と、前記周辺部の温
度の変化量に対する前記光学素子の焦点位置の移動距離
に関する情報が記憶される記憶手段とを備え、前記温度
測定手段からの出力と前記記憶手段内の前記情報とに基
づいて前記照射手段を制御することを特徴とする請求項
１に記載の光学装置。 - 【請求項４】 前記光学装置は複数の光学素子を備え、 前記照射手段は、前記複数の光学素子のうちの一部の光
学素子に前記温度変化光束を照射することを特徴とする
請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学装置。 - 【請求項５】 前記照射手段は、前記光学素子の一部分
に前記温度変化光束を照射することを特徴とする請求項
１乃至４の何れか一項に記載の光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34204393A JP3379187B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34204393A JP3379187B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07168074A JPH07168074A (ja) | 1995-07-04 |
| JP3379187B2 true JP3379187B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=18350724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34204393A Expired - Lifetime JP3379187B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3379187B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4650469B2 (ja) * | 2007-09-26 | 2011-03-16 | 住友電気工業株式会社 | 撮像装置及びレンズ異常診断システム |
-
1993
- 1993-12-14 JP JP34204393A patent/JP3379187B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07168074A (ja) | 1995-07-04 |
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Legal Events
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