JP6199696B2

JP6199696B2 - 光学部品

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Publication number: JP6199696B2
Application number: JP2013223967A
Authority: JP
Inventors: 威男馬目
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: JP2015087141A

Description

本発明は、例えば天体望遠鏡などの分光器などに用いられる光学部品に関する。

従来、例えば天体望遠鏡などの分光器などには、観測対象の光を反射するためのミラーを備えた光学部品が用いられる。

例えば特許文献１には、鏡（ミラー）と、鏡を支持したベース（定盤）とを備えた鏡支持構造（光学部品）が記載されている。

ミラーは光学素子であり、定盤上には、ミラー以外の光学素子であるスリット、レンズおよびカメラユニットを配置することがある。熱によるノイズを低減するために一部の光学素子を冷却して用いることがある。このようにミラーと他の光学素子とを異なる温度で使用すると、定盤とミラーとの間で熱が伝導するため、ミラーの温度が変化しやすくなる。

したがって、ミラーの温度を所望のものとする光学部品が要求されている。

特開平２００２−１２４８０９号公報

本発明は、ミラーの温度を所望のものとする要求に応える光学部品を提供するものである。

本発明の一形態における光学部品は、定盤と、該定盤の一主面上に配された台座と、該台座の一主面上に配されたミラーとを備え、前記台座の他主面は、前記定盤の一主面に頂面が接した３つの第１突出部を有しており、前記ミラーの一端面は、前記台座の一主面に頂面が接した３つの第２突出部を有している。

本発明の一形態における光学部品は、定盤と、該定盤の一主面上に配された台座と、該台座の一主面上に配されたミラーとを備え、前記台座の他主面は、前記定盤の一主面に頂面が接した３つの第１突出部を有しており、前記台座の一主面は、前記ミラーの一端面に頂面が接した３つの第３突出部を有している。

本発明の一形態における光学部品によれば、定盤と台座との熱伝導を低減しつつ、台座とミラーとの熱伝導を低減することによって、ミラーの温度をより所望のものとすることができる。。

（ａ）は、本発明の一実施形態における光学部品１の斜視図であり、（ｂ）は、図１（ａ）の側面図である。（ａ）は、図１（ｂ）の台座４の一主面５の平面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）の台座４の他主面７の平面図である。（ａ）は、図２（ｂ）の台座４のＡ−Ａ線における厚み方向に沿った断面図であり、（ｂ）は、図２（ｂ）の台座４のＢ−Ｂ線における厚み方向に沿った断面図であり、（ｃ）は、図２（ｂ）の台座４のＣ−Ｃ線における厚み方向に沿った断面図である。図１（ｂ）のミラー６の一端面９の平面図である。（ａ）は、図４のミラー６のＤ−Ｄ線における高さ方向に沿った断面図であり、（ｂ）は、図４のミラー６のＥ−Ｅ線における高さ方向に沿った断面図である。

以下に、本発明の一実施形態における光学部品を、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１（ａ）および（ｂ）に示した光学部品１は、例えば、天体望遠鏡などの分光器などの光学系において、観測対象の光を反射するものである。この光学部品１は、定盤２と、定盤２の一主面３上に配された台座４と、台座４の一主面５上に配された、光学素子であるミラー６とを備えている。また、光学部品１の定盤２上には、ミラー６以外の光学素子として例えばスリット、レンズおよびカメラユニット（図示しない）などが配置されており、これらの光学素子によって分光器などの光学系が構成されている。この光学系において、ミラー６が観測対象の光をスリット、レンズおよびカメラユニットなどに向かって反射することで、観測対象の観測を可能とする。

定盤２は、光学系の基準となる台である。定盤２の一主面３上にミラー６、スリット、レンズおよびカメラユニットなどを配することによって、定盤２を基準とした光学系を形成することができる。この定盤２は、例えば平板状である。定盤２は、例えばコージェライト質焼結体または炭化ケイ素質焼結体などのセラミックスからなる。

台座４は、定盤２とミラー６との間に介在された板である。このように台座４を介在させることによって、ミラー６を定盤２に容易に取り付けることができる。また、台座４の高さまたは傾きを調整することによって、ミラー６の光軸の高さまたは傾きを容易に調節し、ミラー６の位置精度を高め、ミラー６によって反射される光の精度を高めることができる。台座４の他主面７は、定盤２の一主面３に取り付けられている。台座４は、例えば平板状である。台座４の厚み（Ｚ方向）は、例えば５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、台座４の幅（Ｘ方向）および長さ（Ｙ方向）は、例えば３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。台座４は、例えば定盤２と同様の材料からなる。

ミラー６は、対象物の光を反射する反射面８を有している。ミラー６の反射面８の端部に配された一端面９は、台座４の一主面５に取り付けられている。ミラー６は平板状であり、反射面８は凹曲面状であり、ミラー６の一端面９は細長形状である。ミラー６の一端面９の長さ（Ｙ方向）は、例えば５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、ミラー６の一端面９の幅（Ｘ方向）は、例えば３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。ミラー６は、例えば定盤２と同様の材料からなる。

ところで、光学部品１を使用する際に、ミラー６の温度と定盤２の温度とが異なることがある。例えば、レンズまたは分光器などの光学素子を定盤２上に配置した場合に、この光学素子をミラー６とは異なる温度で使用すると、ミラー６の温度と定盤２の温度とが異なるものとなる。

一方、本実施形態においては、図２および図３に示すように、台座４の他主面７は、定盤２の一主面３に頂面１０が接した３つの第１突出部１１を有している。その結果、定盤２の一主面３が３つの第１突出部１１の頂面１０において台座４の他主面７と接触するため、台座４の定盤２への固定を三点支持としてより安定にしつつ、定盤２と台座４との接
触面積を低減することができる。したがって、定盤２と台座４との熱伝導を低減することができる。

さらに、図４および図５に示すように、ミラー６の一端面９は、台座４の一主面５に頂面１２が接した３つの第２突出部１３を有している。その結果、定盤４の一主面５が３つの第２突出部１３の頂面１２においてミラー６の一端面９と接触するため、ミラー６の台座４への固定を三点支持としてより安定にしつつ、台座４とミラー６との接触面積を低減することができる。したがって、台座４とミラー６との熱伝導を低減することができる。

以上のように、本実施形態の光学部品１によれば、定盤２と台座４との熱伝導を低減しつつ、台座４とミラー６との熱伝導を低減することによって、ミラーの温度をより所望のものとすることができる。

３つの第１突出部１１は、直線状に並んでおらず、三角形状に配置されている。これにより、台座４の定盤２への固定をより安定にすることができる。第１突出部１１は、例えば円柱状である。第１突出部１１の高さは、例えば０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。第１突出部１１の幅（直径）は、例えば８ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。

３つの第２突出部１３は、直線状に並んでおらず、三角形状に配置されている。これにより、ミラー６の台座４への固定をより安定にすることができる。第２突出部１３は、例えば円柱状である。第２突出部１３の高さは、例えば０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。

本実施形態において、台座４の３つの第１突出部１１は、突出方向（Ｚ方向）に貫通して頂面１０に開口した第１ねじ穴１４を有している。ミラー６の３つの第２突出部１３のうち、２つの第２突出部１３は、突出方向（Ｚ方向）に貫通して頂面１２に開口した第２ねじ穴１５を有している。台座４の第１突出部１１以外の領域は、厚み方向（Ｚ方向）に貫通した２つの第３ねじ穴１６を有している。定盤２は、一主面３に開口した３つの第４ねじ穴（図示しない）を有している。

第１ねじ穴１４は、例えば、台座４の一主面５に開口した円柱状の幅広部と、第１突出部１１の頂面１０に開口した円柱状の幅狭部とを有している。第１ねじ穴１４と第４ねじ穴とは、互いに対応した領域に位置しており、互いにつながっている。台座４の一主面５側から第１ねじ穴１４および第４ねじ穴にねじを挿入して締結することによって、台座４と定盤２とが固定される。第１突出部１１の頂面１０における第１ねじ穴１４の開口の幅は、例えば８ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。

第２ねじ穴１５は、例えば、有底の円柱状である。第３ねじ穴１６は、例えば、台座４の他主面７に開口した幅広部と、台座４の一主面５に開口した幅狭部とを有している。第２ねじ穴１５と第３ねじ穴１６とは、互いに対応した領域に位置しており、互いにつながっている。台座４の他主面７側から第３ねじ穴１６および第２ねじ穴１５にねじを挿入して締結することによって、台座４とミラー６とが固定される。第２突出部１３の頂面１２における第２ねじ穴１５の開口の幅は、例えば８ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。

本実施形態において、３つの第２突出部１３は、ミラー６の一端面９の長手方向（Ｙ方向）に沿って位置する一対の外側第２突出部１７と、一対の外側第２突出部１７の間に配された内側第２突出部１８とからなる。一対の外側第２突出部１７は、突出方向（Ｚ方向）に貫通して頂面１２に開口した第２ねじ穴１５を有している。内側第２突出部１８は、突出方向に貫通して頂面１２に開口したねじ穴を有していない。

その結果、外側第２突出部１７の第２ねじ穴１５によって台座４とミラー６とをねじで締結して固定するとともに、内側第２突出部１８にねじ穴がないため、内側第２突出部１８の頂面１９の幅を容易に小さくし、内側第２突出部１８の頂面１９とミラー６との接触面積を低減することができる。したがって、台座４とミラー６とを締結で固定するとともに、台座４の定盤２への固定を三点支持としてより安定にしつつ、台座４とミラー６との熱伝導を低減できる。

本実施形態において、内側第２突出部１８の頂面１９の幅は、一対の外側第２突出部１７の頂面２０の幅よりも小さい。その結果、前述したように、内側第２突出部１８の頂面１９とミラー６との接触面積を低減することができる。外側第２突出部１７の幅（直径）は、例えば８ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。内側第２突出部１８の幅（直径）は、例えば８ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。

本実施径形態において、外側第２突出部１７は、内側第２突出部１８よりもミラー６の反射面８から離れている。すなわち、外側第２突出部１７と反射面８との距離は、内側第２突出部１８と反射面８との距離よりも大きい。その結果、外側第２突出部１７の第２ねじ穴１５にねじを締結する際に生じる歪みが反射面８に伝わりにくいため、反射面８の形状精度を高めることができる。

本実施形態において、台座４の他主面７は、３つの第１突出部１１以外の領域である第１領域２１をさらに有する。第１領域２１における算術平均粗さ（Ｒａ）は、３つの第１突出部１１の頂面１０における算術平均粗さ（Ｒａ）よりも大きい。その結果、３つの第１突出部１３の頂面１０においては算術平均粗さ（Ｒａ）を小さくして、台座４と定盤２とを精度よく接続するとともに、第１領域２１においては算術平均粗さ（Ｒａ）を大きくして、第１領域２１と周囲の雰囲気との接触面積を増加させて、第１領域２１を周囲の雰囲気の温度に保つことができる。したがって、台座４の位置精度を高めつつ、台座４およびミラー６の温度をより所望のものとすることができる。

本実施形態において、台座４の他主面７の第１領域２１は、ブラスト加工面である。その結果、第１領域２１の算術平均粗さ（Ｒａ）を大きくして、第１領域２１と周囲の雰囲気との接触面積を増加させることができる。また、３つの第１突出部１１の頂面１０は、鏡面である。その結果、３つの第１突出部１１の頂面１０の算術平均粗さ（Ｒａ）を小さくして、台座４と定盤２とを精度よく接続することができる。第１領域２１における算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば０．１μｍ以上０．５μｍ以下である。３つの第１突出部１１の頂面１０における算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下である。

本実施形態において、ミラー６の一端面９は、３つの第２突出部１３以外の領域である第２領域２２をさらに有する。第２領域２２における算術平均粗さ（Ｒａ）は、３つの第２突出部１３の頂面１２における算術平均粗さ（Ｒａ）よりも大きい。その結果、３つの第２突出部１３の頂面１２においては算術平均粗さ（Ｒａ）を小さくして、台座４とミラー６とを精度よく接続するとともに、第２領域２２においては算術平均粗さ（Ｒａ）を大きくして、第２領域２２と周囲の雰囲気との接触面積を増加させて、第２領域２２を周囲の雰囲気の温度に保つことができる。したがって、ミラー６の位置精度を高めつつ、ミラー６の温度をより所望のものとすることができる。

本実施形態において、ミラー６の一端面９の第２領域２２は、ブラスト加工面である。その結果、第２領域２２の算術平均粗さ（Ｒａ）を大きくして、第２領域２２と周囲の雰囲気との接触面積を増加させることができる。また、３つの第２突出部１３の頂面１２は、鏡面である。その結果、３つの第２突出部１３の頂面１２の算術平均粗さ（Ｒａ）を小
さくして、台座４とミラー６とを精度よく接続することができる。第２領域２２における算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば０．１μｍ以上０．５μｍ以下である。３つの第２突出部１３の頂面１２における算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下である。

本実施形態において、定盤２、台座４およびミラー６（以下、各部材ともいう）は、コージェライト質焼結体からなる。その結果、各部材が低熱膨張率であるコージェライト質焼結体からなるため、各部材の熱膨張の量をより低減し、各部材の位置精度を高めることができる。また、各部材が同じ材質からなるため、各部材が熱に対して同じ挙動をするため、各部材の位置精度を高めることができる。

次に、前述した光学部品１の製造方法を説明する。

まず、原料粉末に純水と有機バインダーとを加えた後、ボールミルで湿式混合してスラリーを作製する。次に、スラリーをスプレードライにて造粒して粒子を形成する。次に、粒子を種々の成形方法を用いて成形して成形体を形成する。次に、成形体を１５００〜１７００℃で焼成して焼結体を形成する。次に、焼結体を研削加工して、第４ねじ穴を有する定盤２と、第１ねじ穴１４および第３ねじ穴１６を有する台座４と、第２ねじ穴１５を有するミラー６とを作製する。次に、定盤２の一主面３と、台座４の一主面５および他主面７と、ミラー６の一端面９とを研磨加工する。次に、台座４の他主面７の第１領域２１をブラスト加工して第１突出部１１を形成する。この際に、第１突出部１１の頂面１０は研磨加工面となり、第１領域２１はブラスト加工面となる。また、ミラー６の一端面９をブラスト加工して第２突出部１３を形成する。この際に、第２突出部１３の頂面１２は研磨加工面となり、第２領域２２はブラスト加工面となる。

以上のようにして、定盤２、台座４およびミラー６を作製することができる。

次に、台座４の第３ねじ穴１６およびミラー６の第２ねじ穴１５にねじを挿入して締結することによって、台座４とミラー６とを固定する。次に、台座４の第１ねじ穴１４および定盤２の第４ねじ穴にねじを挿入して締結することによって、台座４と定盤２とを固定する。

以上のようにして、光学部品１を作製することができる。

本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。

例えば、前述した実施形態においては、台座４の他主面７が３つの第１突出部１１を有し、ミラー６の一端面９が３つの第２突出部１３を有する構成を例に説明したが、台座４の他主面７は、定盤２の一主面３に頂面１０が接した３つの第１突出部１１を有しており、台座４の一主面５は、ミラー６の一端面９に頂面が接した３つの第３突出部を有している構成であっても構わない。この場合においても、前述した実施形態と同様に、定盤２と台座４との熱伝導を低減しつつ、台座４とミラー６との熱伝導を低減することによって、ミラー６の温度をより所望のものとすることができる。

この第３突出部は、例えば以下のように、第２突出部１３と同様の構成を有している。３つの第３突出部は、ミラー６の一端面９の長手方向に沿って位置する一対の外側第３突出部と、一対の外側第３突出部の間に配された内側第３突出部とからなる。一対の外側第３突出部１７は、突出方向に貫通して頂面に開口した第５ねじ穴を有している。内側第３突出部は、突出方向に貫通して頂面に開口したねじ穴を有していない。内側第３突出部の
頂面の幅は、一対の外側第３突出部の頂面の幅よりも小さい。外側第３突出部は、内側第３突出部よりもミラー６の反射面８から離れている。台座４の一主面５は、３つの第３突出部以外の領域である第３領域をさらに有する。第３領域における算術平均粗さ（Ｒａ）は、３つの第３突出部の頂面における算術平均粗さ（Ｒａ）よりも大きい。台座４の一主面５の第３領域は、ブラスト加工面である。３つの第３突出部の頂面は、研磨加工面である。

この第３突出部は、前述した実施形態の製造方法において、台座４の一主面５を研磨加工した後に、台座４の一主面５の第３領域をブラスト加工することによって、形成することができる。

１光学部品
２定盤
３定盤の一主面
４台座
５台座の一主面
６ミラー
７台座の他主面
８ミラーの反射面
９ミラーの一端面
１０第１突出部の頂面
１１第１突出部
１２第２突出部の頂面
１３第２突出部
１４第１ねじ穴
１５第２ねじ穴
１６第３ねじ穴
１７外側第２突出部
１８内側第２突出部
１９内側第２突出部の頂面
２０外側第２突出部の頂面
２１台座の他主面の第１領域
２２ミラーの一端面の第２領域

Claims

定盤と、該定盤の一主面上に配された台座と、該台座の一主面上に配されたミラーとを備え、
前記台座の他主面は、前記定盤の一主面に頂面が接した３つの第１突出部を有しており、前記ミラーの一端面は、前記台座の一主面に頂面が接した３つの第２突出部を有していることを特徴とする光学部品。
請求項１に記載の光学部品において、
前記ミラーの一端面は、細長形状であり、
前記３つの第２突出部は、前記ミラーの一端面の長手方向に沿って位置する一対の外側第２突出部と、前記一対の外側第２突出部の間に配された内側第２突出部とからなり、
前記一対の外側第２突出部は、突出方向に貫通して頂面に開口したねじ穴を有しており、前記内側第２突出部は、突出方向に貫通して頂面に開口したねじ穴を有していないことを特徴とする光学部品。
請求項２に記載の光学部品において、
前記内側第２突出部の頂面の幅は、前記一対の外側第２突出部の頂面の幅よりも小さいことを特徴とする光学部品。
請求項１に記載の光学部品において、
前記ミラーの一端面は、前記３つの第２突出部以外の領域をさらに有し、
該領域における算術平均粗さ（Ｒａ）は、前記３つの第２突出部の頂面における算術平均粗さ（Ｒａ）よりも大きいことを特徴とする光学部品。
請求項４に記載の光学部品において、
前記ミラーの一端面における前記３つの第２突出部以外の前記領域は、ブラスト加工面であることを特徴とする光学部品。
請求項１に記載の光学部品において、
前記定盤、前記台座および前記ミラーは、コージェライト質焼結体からなることを特徴とする光学部品。
定盤と、該定盤の一主面上に配された台座と、該台座の一主面上に配されたミラーとを備え、
前記台座の他主面は、前記定盤の一主面に頂面が接した３つの第１突出部を有しており、前記台座の一主面は、前記ミラーの一端面に頂面が接した３つの第３突出部を有していることを特徴とする光学部品。