JPH04229812A - 焦点位置調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は撮像装置の焦点位置を調
整する焦点位置調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、撮像装置の光学系の構成例を示
す。図示例の光学系は、集光部１で対象物の光像Ｓを集
光、結像し、第１リレーレンズ２によって平行光に変換
し、第２リレーレンズ３によって対象物の光像を再結像
する２焦点型であり、その再結像面に撮像素子４の受光
面が配置される。なお、集光部１は、屈折系として示し
てあるが、反射系で構成される場合もある。

【０００３】この種の光学系では、集光部の入射光軸と
撮像素子の光軸が一致するように設定されるが、組立て
時の誤差、衝撃、温度境の変化などで焦点位置が所望の
位置からずれることがあり、それを補正可能とするため
焦点位置調整装置が必要となる。従来の焦点位置調整装
置では、光学系の構成要素の相対的位置を変化させる機
構によって構成され、この変位機構を手動でまたは電動
モータで駆動するようにしていた。

【０００４】例えば、図６に示す光学系で言えば、撮像
素子４を第２リレーレンズに対して相対的に変位させ焦
点位置を補正しようとする場合には、撮像素子４のみを
単独で変位させるように、または、第２リレーレンズ３
のみを単独で変位させるように、あるいは、第１リレー
レンズ２と第２リレーレンズ３とを一体的に変位させる
ように上述した焦点位置調整装置を設定するようにして
いた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の焦点位
置調整装置では、入射光軸に変更が生じた場合、そのず
れた光軸を基準にして焦点位置調整を行えるが、入射光
軸のずれそのものの修正はできないという問題がある。

【０００６】即ち、入射光軸のずれは集光部が熱歪等で
変形した場合に生ずるが、そのような光学系を備えた撮
像装置では人工衛星等から地上等を観測しようとする場
合、本来観測すべき規定点から非常にずれた位置を観測
することになるので、改善が望まれている。

【０００７】また、人工衛星搭載のように、遠隔操作を
必要とする場合には従来では電動モータを用いた焦点位
置調整装置を採用することになるが、上記問題を解決す
るために集光部に適用すると、形状が大きくなり、重量
も増加するという問題もある。

【０００８】本発明は、このような従来の問題に鑑みな
されたもので、その目的は、焦点位置調整のみならず光
軸のずれも修正可能で、かつ、小形軽量化が図れる焦点
位置調整装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の焦点位置調整装置は次の如き構成を有する
。即ち、本発明の焦点位置調整装置は、上面が平坦面で
あるとともに、該上面の予め定めた複数の位置のそれぞ
れに該上面にほぼ直交し上下面を貫通する貫通穴が形成
される水平基盤と；前記水平基盤の下面であって前記複
数の貫通穴それぞれの形成位置に固定される第１のユニ
ットフレームと；下面が平坦部である水平部とこの水平
部の一側に立設される垂直部とからなり、水平部はその
下面が前記水平基盤の上面に載置され、垂直部は水平部
の上面側に向いた一側面が水平部の下面にほぼ直交した
平坦面であるとともに、該一側面の予め定めた複数の位
置のそれぞれに該一側面にほぼ直交し両側面を貫通する
貫通穴が形成される水平移動部材と；前記水平移動部材
の水平部の下面を前記水平基盤の上面に移動可能に押し
付ける第１の加圧手段と；平坦面である一側面が前記水
平移動部材の垂直部の前記一側面に押圧された状態で他
側面に集光部がその光軸を前記水平部の下面及び前記垂
直部の一側面にほぼ平行にして保持される垂直移動部材
と；前記垂直移動部材の一側面を前記水平移動部材の垂
直部の前記一側面に移動可能に押し付ける第２の加圧手
段と；前記水平移動部材の前記垂直部の他側面であって
前記複数の貫通穴それぞれの形成位置に固定される第２
のユニットフレームと；前記第１及び第２のユニットフ
レームに収容される水平及び垂直の駆動手段であって、
この駆動手段は、制御信号に従って伸縮する３個の圧電
素子をその伸縮方向を互いに直交して配置したものから
なり、第１の圧電素子は一端に前記貫通穴を介して対応
する移動部材の前記平坦面に接触できる接触部を有し、
他の第２及び第３の圧電素子は一端が前記接触部の基部
である前記第１の圧電素子の一端に連結され、各圧電素
子はその伸縮方向他端が当該ユニットフレームに固定さ
れる水平及び垂直の駆動手段と；を備えたことを特徴と
するものである。

【００１０】

【作用】次に、前記の如く構成される本発明の焦点位置
調整装置の作用を説明する。水平移動部材と垂直移動部
材はそれぞれの駆動手段によってそれぞれの平面内で移
動と回転の動作を行う。

【００１１】従って、集光部に熱歪等による変形が生じ
入射光軸がずれた場合でも、そのずれた光軸位置を本来
の正しい光軸位置に修正できる。また、駆動手段は圧電
素子で構成されるので、小形軽量化が図れる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例に係る焦点位置調整装
置を示す。図１において、水平基盤５は、上面が平坦面
に形成されているとともに、図２に示すように、その上
面の予め定めた複数の位置のそれぞれにその上面にほぼ
直交し上下面を貫通する貫通穴１７が形成されている。 また、この水平基盤５の下面であって前記複数の貫通穴
（本実施例では４個）１７それぞれの形成位置には、図
２や図３に示すように、駆動ユニットフレーム１３が固
定され、これらの駆動ユニットフレーム１３を収容する
ように水平基盤用蓋７が設けられる。なお、駆動ユニッ
トフレーム１３内には水平駆動手段（図２、図３）が設
けられるが、これについては後に詳述する。

【００１３】水平駆動部材６は、断面略Ｌ字系の板部材
からなり、水平部は下面が平坦面に形成され、垂直部は
水平部の上面側に向いた一側面が水平部の下面にほぼ直
交した平坦面に形成されている。この垂直部は、図示省
略したが、水平基盤５と同様に複数の貫通穴を有し、他
端面には各貫通穴に対応して駆動ユニットフレームが設
けられ、それら駆動ユニットフレームを水平移動部材用
蓋９が収容している。この駆動ユニットフレーム内には
、前記水平駆動手段と同一構成の垂直駆動手段が設けら
れる。

【００１４】この水平移動部材６は、その水平部下面が
水平基盤５の上面に移動可能に載置され、駆動ユニット
フレーム１３に設けた水平駆動手段によって後述するよ
うに移動付勢され、水平基盤５の上面に平行な（Ｘ１−
Ｙ１）平面内で移動するとともに、この平面に直交する
軸Ｚ１回りに回転するようになっている。

【００１５】垂直移動部材８は、平板状の板部材からな
り、平坦面である一側面が水平移動部材６の垂直部の前
記一側面に移動可能に押圧支持されている。また、この
垂直移動部材８の他側面には集光部１がその光軸Ｃを水
平移動部材の水平部下面及び垂直部一側面にほぼ平行に
して保持されている。

【００１６】この垂直移動部材８は、水平移動部材用蓋
９内の垂直駆動手段によって移動付勢され、水平移動部
材６の垂直部一側面に平行な（Ｘ２−Ｙ２）平面内で移
動するとともに、この平面に直交する軸Ｚ２回りに回転
するようになっている。

【００１７】なお、軸Ｚ１と同Ｚ２は同一平面上で直交
するようになっている。垂直駆動手段の構成は水平駆動
手段と同一であるから、以下図２及び図３を参照して水
平駆動手段の構成を説明する。

【００１８】図２及び図３において、駆動ユニットフレ
ーム１３は、本実施例では４個設けられるが、各駆動ユ
ニットフレーム内に収容される水平駆動手段は、特願平
１−１８９０８１号（位置決め装置）に詳記されている
のと同様のもので、外部制御信号によって伸縮動作する
積層型圧電素子の３個（１１，１２，１２）と接触部１
０とで構成される。

【００１９】３個の圧電素子（１１，１２，１２）は、
その伸縮方向を互いに直交して配置される。第１の圧電
素子１１は貫通穴１７の形成位置において水平基盤５の
上面に直交して配置され、一端には接触部１０が設けら
れ、他端は駆動ユニットフレーム１３に固定される。接
触部１０は第１の圧電素子１１の伸縮動作に伴い貫通穴
１７から水平基盤５の上面側に出没し、水平移動部材６
の下面に接離する。つまり、第１の圧電素子１１は伸張
駆動されると水平移動部材６を押し上げる働きをする押
し上げ用圧電素子である。

【００２０】押し上げ用圧電素子１１の伸縮方向を図１
における軸Ｚ１とすれば、第２及び第３の圧電素子１２
はそれらの伸縮方向の一端が接触部１０の基部である押
し上げ用圧電素子１１の一端に連結され、他端が駆動ユ
ニットフレーム１３に固定されるが、一方の圧電素子は
軸Ｘ１方向に伸縮し、他方の圧電素子は軸Ｙ１の方向に
伸縮するようになっている。つまり、両圧電素子１２は
水平面（Ｘ１−Ｙ１）内で押し上げ用圧電素子１１を押
したり引いたりし、その結果水平移動部材６を移動また
は回転させる移動用圧電素子である。

【００２１】次に、上述した４個の水平駆動手段の動作
を説明する。水平移動部材６は例えば重力によってその
水平部下面が水平基盤５の上面に押圧され接触している
とする。この水平移動部材６をその垂直部一側面を光軸
Ｃに平行にした状態で光軸Ｃに沿って（つまり、軸Ｘ１
方向）または光軸Ｃに直交して（つまり、軸Ｙ１方向）
適宜量移動させる場合、まず、４個の押し上げ用圧電素
子１１を適宜量伸張させる。接触部１０が水平移動部材
６の下面に当接接触しそれを押し上げ水平基盤５の上面
から離反させる。次いで、軸Ｘ１側または軸Ｙ１側の４
個の移動用圧電素子１２を一様に適宜量伸張または縮小
させる。その結果、４個の押し上げ用圧電素子１２は一
様に軸Ｘ１側または軸Ｙ１側に適宜量傾斜する。つまり
、水平移動部材６は押し上げ用圧電素子１２の傾斜方向
に移動する。従って、この状態で押し上げ用圧電素子１
１を縮小させて水平移動部材６の水平部下面を水平基盤
５の上面に降ろせば水平移動部材６は軸Ｘ１方向または
軸Ｙ１方向に適宜量移動して設定される。その後は、接
触部１０の接触を解除し、移動用圧電素子１２を前記と
は逆向きに動作させ、押し上げ用圧電素子１１を当初の
直立姿勢に設定し、位置決め動作を完了する。

【００２２】なお、押し上げ用圧電素子１１と移動用圧
電素子１２の動作順序は逆でも良い。即ち、押し上げ用
圧電素子１１は縮小させて接触部１０を非接触とした状
態で、移動用圧電素子１２を軸Ｘ１または軸Ｙ１の方向
に必要量伸張または縮小させ押し上げ用圧電素子１１を
軸Ｘ１側または軸Ｙ１側に傾斜させる。次いで、押し上
げ用圧電素子１１を伸張させて水平移動部材６を持ち上
げ、この状態で移動用圧電素子１２を前記とは逆向きに
動作させ押し上げ用電圧素子１１を当初の直立姿勢に戻
し、押し上げ用圧電素子１１を縮小させて水平移動部材
６の水平部下面を水平基盤５の上面に降ろすようにして
も位置決めが行える。

【００２３】次に、水平移動部材６を軸Ｚ１回りに角度
θ１回転させる場合を説明する。押し上げ用圧電素子１
１に関しては上記と同様であるが、両移動用圧電素子１
２に関しては両者を同時に伸縮させ、かつ、伸縮量を異
なるものにする。そうすれば、押し上げ用圧電素子１１
は軸Ｘ１方向または軸Ｙ１方向から適宜角度傾いた方向
に傾斜し、水平移動部材６をθ１回転させることができ
る。なお、回転中心位置は移動用電圧素子１２の伸縮量
の制御によって任意の位置に設定できる。

【００２４】以上の動作は、垂直移動手段も同様であり
、垂直移動部材８を軸Ｘ２または軸Ｙ２の方向へ移動さ
せ、軸Ｚ２回りに角度θ２回転させることができる。

【００２５】斯くして、本発明によれば、集光部１を本
来の光軸Ｃに関しその軸方向及び軸に直交する方向に移
動して焦点位置調整を行うことを従来と同様に行えるだ
けでなく、集光部１が熱歪等で変形しその入射光軸が本
来の光軸Ｃと一致せず任意の方向に傾いた場合でもその
入射光軸を本来の光軸Ｃに一致させる修正動作も行える
のである。

【００２６】なお、水平基盤用蓋７や水平移動部材用蓋
９は、内部に収容される駆動ユニットフレーム１３を塵
埃あるいは外部物体の衝突から保護するために設けてあ
り、使用状況によっては不要となる場合もある。

【００２７】また、同様の趣旨から、貫通穴１７の駆動
ユニットフレーム１３側の開口部には、この貫通穴１７
の内径よりも小さい内径を持った円環状の突起１６を設
けてある。防塵の必要があるときに用いられる。

【００２８】次に、水平基盤５と水平移動部材６の接触
する面が水平でない場合、あるいは、重力がない場合に
は、水平基盤５と水平移動部材６の間に加圧手段を特別
に設ける必要がある。その場合には、例えば図４に示す
ように、ばね１４を設け、ばねの弾性力により水平基盤
５と水平移動部材６間を加圧し、位置決め後の固定に使
用する、あるいは、図５に示すように、磁石１５を設け
、水平基盤５に磁性材料を用いて磁石の吸引力により加
圧し、位置決め後の固定に使用すると良い。

【００２９】なお、垂直移動部材８と水平移動部材６の
垂直部との関係については何も説明しなかったが、両者
は図４または図５に示す構成の加圧手段によって関係付
けられている。また、以上説明した実施例では、集光部
１は屈折系として図示してあるが、反射系のものにも同
様に適用できることは言うまでもない。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の焦点位置
調整装置によれば、入射光軸の変更を生じる原因となる
集光部に関し、その入射光軸を２次元的に変更操作でき
るようにしたので、入射光軸がずれても本来の正しい光
軸に一致させる修正動作が行える。また、駆動手段は圧
電素子で構成されるので、小形軽量化が図れる。さらに
外部制御信号によって遠隔操作可能であるので、人工衛
星搭載用撮像装置に適用して正しい観測を可能にする効
果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る焦点位置調整装置の外
観図である。

【図２】図１において水平移動部材の水平部及び垂直部
に直交する面で切断した断面図である。

【図３】図２中の水平基盤の下面側において上面に平行
なＡ−Ａ平面で切断した切断図である。

【図４】水平移動部材と水平基盤（水平移動部材と垂直
移動部材）間の加圧手段の一例を示す図である。

【図５】水平移動部材と水平基盤（水平移動部材と垂直
移動部材）間の加圧手段の一例を示す図である。

【図６】従来の焦点位置調整方式を説明するための光学
系の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１　　集光部 ５　　水平基盤 ６　　水平移動部材 ７　　水平基盤用蓋 ８　　垂直移動部材 ９　　水平移動部材用蓋 １０　　接触部 １１　　押し上げ用圧電素子 １２　　移動用圧電素子 １３　　駆動ユニットフレーム １４　　ばね １５　　磁石 １７　　貫通穴

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　上面が平坦面であるとともに、該上面
   の予め定めた複数の位置のそれぞれに該上面にほぼ直交
   し上下面を貫通する貫通穴が形成される水平基盤と；前
   記水平基盤の下面であって前記複数の貫通穴それぞれの
   形成位置に固定される第１のユニットフレームと；下面
   が平坦部である水平部とこの水平部の一側に立設される
   垂直部とからなり、水平部はその下面が前記水平基盤の
   上面に載置され、垂直部は水平部の上面側に向いた一側
   面が水平部の下面にほぼ直交した平坦面であるとともに
   、該一側面の予め定めた複数の位置のそれぞれに該一側
   面にほぼ直交し両側面を貫通する貫通穴が形成される水
   平移動部材と；前記水平移動部材の水平部の下面を前記
   水平基盤の上面に移動可能に押し付ける第１の加圧手段
   と；平坦面である一側面が前記水平移動部材の垂直部の
   前記一側面に押圧された状態で他側面に集光部がその光
   軸を前記水平部の下面及び前記垂直部の一側面にほぼ平
   行にして保持される垂直移動部材と；前記垂直移動部材
   の一側面を前記水平移動部材の垂直部の前記一側面に移
   動可能に押し付ける第２の加圧手段と；前記水平移動部
   材の前記垂直部の他側面であって前記複数の貫通穴それ
   ぞれの形成位置に固定される第２のユニットフレームと
   ；前記第１及び第２のユニットフレームに収容される水
   平及び垂直の駆動手段であって、この駆動手段は、制御
   信号に従って伸縮する３個の圧電素子をその伸縮方向を
   互いに直交して配置したものからなり、第１の圧電素子
   は一端に前記貫通穴を介して対応する移動部材の前記平
   坦面に接触できる接触部を有し、他の第２及び第３の圧
   電素子は一端が前記接触部の基部である前記第１の圧電
   素子の一端に連結され、各圧電素子はその伸縮方向他端
   が当該ユニットフレームに固定される水平及び垂直の駆
   動手段と；を備えたことを特徴とする焦点位置調整装置
   。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の焦点位置調整装置に
   おいて；第１の加圧手段は重力であり、第２の加圧手段
   はばねまたは磁石である；ことを特徴とする焦点位置調
   整装置。