JPH0713693B2 - 自動焦点合わせシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は電気光学システムに関する。さらに特に、本発
明は電気光学システムのための自動焦点合わせ装置に関
する。

本発明が特定の応用に対する例示された実施例に関して
ここに記載されているが、本発明はそこに限定されない
ことを理解すべきである。ここで当業者はその範囲内の
付加的な変形、応用、および実施例と、本発明が非常に
有効であるような付加的な分野を認めるであろう。

（従来の技術および発明が解決しようとする課題） 電気光学レンズシステムは現在多くのミサイルで使用さ
れ、ディスプレイ、誘導および／または処理のために電
気信号に変換される画像を提供する。ミサイルおよび他
の誘導される輸送機関への応用に対しては、制御信号に
応答して自動的にレンズの焦点を合わせるために非常に
正確な自動焦点合わせシステムが必要とされる。これら
の応用に対して、通常のブローニングカメラ用自動焦点
合わせシステムの精度の100倍のオーダーの精度が必要
とされる。それ故に、ミサイルのための従来の自動焦点
合わせシステムの公差および遊隙は重要である。

ミサイルのための従来の自動焦点合わせシステムは、ね
じを切ったシャフト内でレンズが動くことで特性付けら
れる。不運にも、ねじを切ったシャフトはシステムの光
学系列に悪影響を及ぼす傾向がある。すなわち、このよ
うなシステムの公差は、ねじを切った駆動装置の使用か
ら結果として生じるレンズのわずかな傾斜が画像をレン
ズの中心から外すのに十分である。

さらに、ねじを切ったシャフト上で十分な潤滑なしにス
ムーズにレンズを動かすことはしばしば困難である。し
かし潤滑剤の使用は、それがしばしば乾燥或いは消散す
るという問題を生じさせる。そして潤滑はレンズの汚れ
を回避するように注意して使用されねばならない。

従来の自動焦点合わせシステムはまた電気的および機械
的に不安定の傾向があり、組み立て歩止まりは低く、潜
在不良の様相を示し、そして低信頼性の傾向がある。

したがって、ミサイル誘導および他の注文の多い応用で
使用される自動焦点合わせシステムの性能および生産性
を改善するための技術が必要になる。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段および作用） 必要とされる技術は、その光学中心を通って延在する第
１の光軸を有するレンズの使用に対して適応される本発
明の自動焦点合わせシステムによって提出される。本発
明の自動焦点合わせシステムは、そこに取り付けられる
或いはそれと共に複合されるベアリングを有するレンズ
を保持するためのブラケットを具備する。ベアリングは
レンズと中心を異にしており、そして駆動機構に応答し
てスムーズにその光軸に沿ってレンズを動かすのに効果
的である。潤滑は本発明の設計では必要とされないが、
本発明は光学装置をほとんど汚さない固体膜潤滑剤の使
用を必要により可能にする。特定の実施例では、ベアリ
ングはレンズの外周によって規定される円筒とは中心を
異にし、そして円筒の空間の外部にある。

さらに特定の実施例では、ベアリングと駆動機構との間
にリンク部が設けられる。２つの実施例のリンク部が開
示されており、それらは球接合設計および平面ブレード
設計である。

（実施例） 例示された実施例および模範的な応用は今、本発明の有
利な教示を表す添付図面に関して記載されるであろう。

第１図は従来の自動焦点合わせシステム10′を単純化し
て示した側断面図である。従来の自動焦点合わせシステ
ム10′はハウジング11′を有する。ハウジング11′は第
１のレンズ12′と第２のセル14′とを保持する。第２の
レンズ14′は第１のレンズ12′と同心である。第１のレ
ンズ12′および第２のレンズ14′は共通の光軸16′を有
する。第２のレンズ14′は、その外周の周りに軸駆動ね
じ19′を有する環状ブラケット18′から成るレンズセル
内に取り付けられる。ねじ19′は駆動モータの回転子2
0′内に組み込まれたねじに係合する。モータの回転子2
0′は、レンズ14′および通常は装置のフレームに取り
付けられている駆動モータ固定子22′と同心である。駆
動モータが作動されるとき、レンズ14′は、ブラケット
18′が回転子20′とねじ係合しているため、その光軸1
6′に沿って前後に動く。レンズセルの回り止めおよび
軸方向安定は（３）ばね負荷された誘導ロッド23′によ
って提供される。

第２図は本発明の自動焦点合わせシステム10の斜視背面
図である。第３図は本発明の自動焦点合わせシステム10
を単純化して示した側断面図である。自動焦点合わせシ
ステム10は、第１のレンズ12と第２のレンズ14とを保持
するハウジング11を有する。第２のレンズ14は第１のレ
ンズ12と同心であり、そしてそれと共に共通の光軸16を
有する。第２のレンズ14は、環状ブラケット18と、中心
を異にする誘導ベアリング22′と、回り止めタング（ta
ng）36′とを具備するレンズセル20′内に取り付けられ
る。

本発明の特に独特な面は、第２のレンズ14に対し偏心し
ており、そして光軸16に沿って延在し且つ環状ブラケッ
ト18の外周によって規定される円筒の容積の外部にある
ような誘導ベアリング22′の設置である。

レンズセル20は環状ブラケット18から延在する誘導ベア
リング22を有する。誘導装置22はレンズ12および14の光
軸16に平行な長手方向の軸を有する。誘導装置22は支持
シャフト24を受容するために取り付けられる。直径の動
き嵌めは、レンズセルの最大の角方向の偏位を限定する
ためにシャフト24上で理想的には0.0001/0.0003インチ
のオーダーである。対バックラッシュ用ばね25は、誘導
装置22とハウジング11との間で、支持シャフト24の同軸
上に配置される。対バックラッシュばね25は誘導ベアリ
ング20を通して作動し、レンズセル14を後方に押しや
り、そしてシャフト32上の駆動ねじとナット30との間の
軸方向の遊隙を排除する。ばね25は、ハウジング装置を
通して印加される加速負荷から結果として生じるベアリ
ング上のセル14からの慣性負荷に耐えるような寸法にな
っている。モータ34が作動しているとき、それはばね25
がレンズセル20を後方に押しやることを可能にするか或
いはばね抵抗に抗してばね25を引き戻すであろう。それ
故に、システム10はゼロバックラッシュシステムであ
る。これはシステム10に対するスムーズな運転を助長す
る。対バックラッシュ用ばね25はまた軸から離れた負荷
による摩擦を最小にするように作用する。

二硫化タングステンのような固体膜潤滑剤は、シャフト
24および誘導装置22の両者に適用されることができる
が、このような潤滑はほとんどの応用に対して必要であ
るべきではない。好ましい実施例では、膜の厚さは2000
万分の１インチより小さく、基材との分子結合を形成し
（樹脂接着剤は使用されない）、そして膜が適切に処理
されるとき、それは埃の如く剥離せず、或いは汚れ物の
如く他の表面に移動しない。機能上、誘導装置22はシャ
フト24上で傾けられる。何故なら、対バックラッシュ用
ばね25の力は駆動リンク部20との斜めの接続によって反
発されているからである。シャフト上の誘導ベアリング
22のこの傾きはいくつかの応用でのベアリングの性能に
とって重大であろう。シャフトと接触させ、そしてシャ
フト上で誘導装置を信頼性高く上手く落ち着かせるため
に２つの三日月型区域が誘導装置22の端部に設けられ
る。シャフト24がまっすぐで円筒型であることは、この
装置で必要とされる固有の正確な直線移動を提供する。
誘導装置およびシャフトの接触領域は、スムーズな動き
および低い摩擦を提供するために高度に研磨されていな
ければならない。材料の組み合わせは、製造の際の慣ら
し運転サイクル中に自ら研磨するようになり、そして一
定の動作寿命内で耐磨耗性を残しておくように選択され
るべきである。例えば好ましい実施例では、二硫化タン
グステンが潤滑剤として選択され、ステンレススチール
がシャフト24に対して選択され、そしてチタン合金が誘
導装置22に対して選択される。シャフト24上の誘導ベア
リングの落ち着き位置は、レンズセル20を衝撃や振動の
間でもその整列した位置にきっちりと配置させる。

Ｕリンク26は誘導装置22からすなわちブラケット18のシ
ャフト孔の上側から延在する。Ｈ字型リンク28は、その
一端部を誘導装置22から突き出るＵリンク26にピンで留
められ、他方を駆動ナット30に留められている。Ｈ字型
であることは、ねじを切ったナット30に対してきっちり
と抑制された回り止めを効果的に提供する。これはサー
ボ命令に対するモータの良質のサーボ応答性を保証し、
そしてガタによるいかなる“ハンティング”特性をも減
少させる。このきっちりさはまた整列された位置にある
モータ取り付け座のために精密な機械加工が必要とさ
れ、組み立てられたときに横方向にリンク部が束縛され
るのを防ぐ。ねじを切ったナット30は横方向のシャフト
或いはピンと係合する構造を有する。リンク28は外側で
構造の要素を明確にするためにバナナ型の形状を与えら
れ得る。

第３図の側断面図に示されるように、駆動ナット30は駆
動モータ34から延在するシャフト32とねじ係合する。シ
ャフト32の一端部は、ねじを切ったナット30内の遊隙の
あるめくら孔に係合する。シャフト32の他方の端部はモ
ータ34のシャフト（図示されない）に結着される。モー
タシャフトの反対側の端部は突き出ており、光学的或い
は電気的に整列させる隙にレンズ14を焦点位置に手動で
配置させることを容易にするために溝が付けられる。モ
ータ34は光パス拘束のため、光軸から37度外れてハウジ
ング11に堅く取り付けられている。それ故に、28と30の
リンク部は軸から外れたモータ位置に適応させるための
２つのピンのリンクである。

タング36はブラケット18上でＵリンク26と直径方向の反
対側にある。第４図の背面図に示されるように、タング
36は２つの中心を異にする支持体38の間に保持される。
中心を異にする支持体38は止めねじ40を介してハウジン
グ11上に回転可能に装着され、ブラケット18の（長手方
向の軸16と相関して）中心合わせを可能にし、そしてそ
の回り止めを提供する。この実施例の中でリンク28をＵ
リンク26に取り付けるために使用される位置合わせピン
は精密に嵌合される。以下に論議されるように、代わり
の実施例のリンクはこの目的のため、ロール（螺旋形）
ピンの新しいそして有利な使用を織り込んでいる。位置
および温度センサは公知の技術のとおりに組込まれるこ
とができる。（線型可変変成器LVDTおよびサーミスタ
は、一般的な技術にしたがって好ましい実施例で使用さ
れた。） 装置10は従来の方法で整列される。焦点調整の間に、レ
ンズセル20のスムーズ且つ正確な軸方向の移動はモータ
34の動きによって行われる。駆動モータ34が動かされる
とき、ねじを切ったピン32は回転し駆動ナット30を動か
す。続いて駆動ナット30はＨ字型リンク28を動かす。Ｈ
字型リンク28の動きは、レンズセル20の誘導装置22上の
突出部26を介してレンズセル20に転送される。

第５図は、Ｈ字型リンクが球接合リンクによって置換さ
れている本発明の自動焦点合わせシステム10に対するリ
ンク部の第１代案の実施例の側面図を示す。球接合は２
つの方向の角度の不整列を適応させ、そしてレンズセル
20の褶動ベアリングとの連結という第１の機能を果た
す。球接合リンク50は、球面状のシートの中にねじを切
った、スリットの入った、Ｃ字型のブッシングナット54
と、その一端部にアイボルト58を有するねじを切ったロ
ッドの端部ベアリング56とを適応させるハウジング52を
具備する。ハウジング52はその軸を通るＵ字型の断面を
有する。

第６（ａ）図は本発明の自動焦点合わせシステムの代案
の実施例の球接合リンク50の平面図である。第６（ｂ）
図は本発明の自動焦点合わせシステムの代案の実施例の
球接合リンク50の平断面図である。そして第６（ｃ）図
は本発明の自動焦点合わせシステムの代案の実施例の球
接合リンク50の図である。

ハウジング52の座55内のＣナット54の配置は、第６
（ｂ）図の平断面図に透視しているように示される。好
ましい実施例では、Ｃナット54はナイロンでできてお
り、そしてモータ34からねじを切ったの真鍮製のシャフ
トを受容するためのねじを切った孔を有する。モータシ
ャフト32の周囲のＣナットの遊隙のある嵌め合いおよび
座55内のＣナットの遊隙のある嵌め合いは、ハウジング
52の上部にあるナットおよび座金構造60によって制御さ
れる。第６（ｃ）図を参照する。座金構造60は、Ｃナッ
ト54内のスロットに係合するブレード62を具備し、そし
てモータ34の長手方向の軸の周りのスリットの入ったＣ
字型のナットの角方向の偏位を制限するための回り止め
を提供する。ねじ64は、第１のステンレススチールのシ
ム座金66と、ハウジング52の一側部と、座金68と、ブレ
ード62と、第２のシム座金69とを通ってハウジング52の
第２の側部内のねじに係合するように延在する。したが
って、ねじ64をしっかり止めることおよび／または座金
66および69からシムを抜くことによって、Ｃナット54の
中および周囲の遊隙を調整することができる。ハウジン
グ52は基本的にＣナットの周囲のＣクランプとして作用
する。ハウジング52は、そのねじがねじゲージにきっち
りと接触するまでＣナット54を締める。そこでこの調整
はこの位置でしっかりと止められる。この調整はねじの
公差から結果として生じる遊隙を排除するだけでなく、
自動焦点合わせ装置内での摩擦を不利益に増加させず
に、リンク部のきっちりとした接触および改善された堅
さをも提供する。この調整は、細かい部品の過度にきつ
い公差を必要とすることなく低い遊隙値を勝ち取る。

第６（ａ）図に戻ると回り止め構造は、モータハウジン
グから延在しモータシャフト或いはピン32に平行な第１
のピン72と、ハウジング52から延在し第１のピン72に直
角な第２のピン74と、第１および第２のピン72および74
を一緒に結合するナイロンの滑動片76とによって提供さ
れる。第６（ｄ）図および第６（ｅ）図はそれぞれ、滑
動片76の正面図および側面図を示す。滑動片76は焦点合
わせ中に自由に動き、そしてピン72および74上で自己保
持する。

再度第６（ａ）図に戻り、リンクハウジング52はモータ
の端部から見てその末端部にねじが切ってあり、ロッド
56のねじを切ってある端部を受容する。これは、組み立
ての際に軸方向の遊隙の精密な調整を提供する。通常ね
じの切ってあるロッドの端部は、この調整が行われると
きに適所に固定される。

ロッド56の末端部はアイボルト58を有する。アイボルト
58はロッド56内のソケット内に球59を有する。アイボル
ト58はきっちりと巻かれた螺旋形ピン80を使用してセル
14のＵリンク26に位置合わせピンで留められる。技術的
に公知であるように、Spirol International社によって
製造されるスピロール（spirol）ピンは、粗雑に開けら
れたキリ穴のようなゆるい公差の穴の中に適切に装着さ
れるように設計されている。ピンよりも小さい穴の中に
取り付けられるとき、螺旋状に巻かれたピンはそのサイ
ズに適合し、そして限定の範囲で穴の形状に適合する。
この特性はこの設計で効果的に使用され、ピン80が、ア
イボルト58の内部穴にのみ適切に装着されると同時に、
Ｕ字型リンク26の外側の２つの穴の中にきっちりと装着
されることが可能である。ボルトの穴はＵリンク26の一
直線上の穴よりもわずかに大きい。取り付けられたと
き、ピン80の中央部分はバレル型になり、アイボルト58
のより大きな直径に係合する。この嵌合は、所望された
嵌合が得られるようにピンが適所に配置された後で、部
品の両者の公差および螺旋形を回転させる（巻く）装置
によって制御される。

好ましい実施例では、ロッド56が中硬度スチールから作
成される一方、ロッドの端部58の球59は硬化したスチー
ルから作成される。ハウジング52および回り止めブレー
ド62はアルミニウム合金から作成され、Ｃナット54はナ
イロンから作成され、そしてピン72および74はステンレ
ススチールから作成される。当業者は、本発明の範囲か
ら逸脱することなく他の材料を使用することができるこ
とを理解するであろう。

第１代案（球接合）の実施例の作動は、例示された（Ｈ
字型結合）実施例のものと基本的に同一である。モータ
34の動きはＣナット54をねじを切ったピン32上で動かさ
せ、そして座55を介してハウジング52に力を加える。ハ
ウジング52の動きは、誘導ベアリング22およびロッド端
部58を介してレンズセル20の軸方向の動きに転換され
る。

２つの球面状のブッシング、すなわちＣナット54および
ロッド端部58、の使用はリンク内の束縛の発生或いは摩
擦の増加を生成することなく自動焦点合わせ装置におい
て角度および移動の両者の不整列の生じることを許容す
る。球接合リンク部50の作用線は、レンズセル20を移行
する際の非常にスムーズな動作を生じさせるような２つ
の回転の中心を配置する。Ｃナット50は、モータ軸の中
心線上に直接あるその回転中心を含む。ロッド端部ベア
リング58は、レンズセル20のＵリンク26内のピボットピ
ンの中心上に直接あるその回転する中心を含有してい
る。この配置は２つのピンおよび個々のねじを切ったナ
ットリンクシステムに見出される動作の偏心を排除し、
そしてよりスムーズな動作を生じさせる。

第７図は、本発明の自動焦点合わせシステム10のための
リンク部の第２代案（平面ブレード）の実施例の側面図
である。第８図は本発明の自動焦点合わせシステム10の
ための平面ブレードリンク部の背面図である。平面ブレ
ード実施例は、球接合リンク部に対して減少されたコス
トと、Ｈ字型リンクに対して改善された性能とを提供す
る。平面ブレードリンク部90は、ナット92と平面ブレー
ドリンク94とを含む。ナット92はモータ34から延在する
シャフトとねじ係合する。ナット92の末端部はＵリンク
96を有する。ナット92のＵリンク96は平面ブレードリン
ク94の中央側の端部に係合する。平面ブレードリンク94
の末端部は、螺旋形ピン98を介してレンズセル20のＵリ
ンク26に接続される。

以上、本発明は特定の適用に対する特定の実施例に関し
てここに記載されてきた。当業者は本発明の範囲内の付
加的な変形をした応用および実施例を認めるであろう。
例えば上記で明らかにされたように、本発明はリンク或
いは駆動モータの実施に限定されない。本発明は誘導ベ
アリングの特定の実施に限定される。本発明はここに例
示された構造或いは適用にもまた限定されない。

それ故に添付の請求の範囲によって、本発明の範囲内の
いかなるおよびすべてのこのような応用、変形、および
実施例をも網羅することが企図されている。

［発明の効果］ 本発明により、レンズセルが光軸を外れることなく、高
精度でハンチングのない円滑に動く衝撃振動にも強い自
動焦点合わせシステムを得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動焦点合わせシステムを単純化して示
した側断面図、第２図は本発明の自動焦点合わせシステ
ムの斜視背面図、第３図は本発明の自動焦点合わせシス
テムを単純化して示した側断面図、第４図は本発明の自
動焦点合わせシステムの背面図、第５図はＨ字型リンク
が球接合リンクによって置換されている本発明の第１代
案の実施例の側面図、第６（ａ）図は本発明の自動焦点
合わせシステムの第１代案の実施例の球接合リンク部の
平面図、第６（ｂ）図は本発明の自動焦点合わせシステ
ムの第１代案の実施例の球接合リンク部の平断面図、第
６（ｃ）図は本発明の自動焦点合わせシステムの第１代
案の実施例の球接合リング部の図、第６（ｄ）図および
第６（ｅ）図はそれぞれ球接合リンク部の滑動片の正面
図および側面図、第７図は本発明の自動焦点合わせシス
テム用リンク部の平面ブレード実施例の側面図、第８図
は本発明の自動焦点合わせシステムのための平面ブレー
ドリンク部の背面図である。 10…自動焦点合わせシステム、11,52…ハウジング、12,
14…レンズ、16…光軸、18…ブラケット、20…レンズセ
ル、22…誘導ベアリング、24…ベアリングシャフト、30
…駆動ナット、32…シャフト、34…駆動モータ、50…球
接合リンク、54…Ｃ字型ナット、62…ブレード、72,74
…ピン、80,98…螺旋形ピン、92…ナット、94…平面ブ
レードリンク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・オー・ブレニンガー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92069、サン・マルコス、レッドウイン グ・ストリート 1809 (72)発明者 ハロルド・イー・アンドルース アメリカ合衆国、カリフォルニア州 93065、シミ・バレイ、タルバート・アベ ニュー 835 (56)参考文献 特開 昭51−73435（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−86535（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−261610（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】その光学中心を通って延在する第１の光軸
   を有するレンズのためのシステムであり、 前記レンズを保持するために前記レンズの周囲を取り巻
   くブラケット手段と、 その光軸に沿って前記レンズを動かすために前記ブラケ
   ット手段に取り付けられ、前記レンズに対して中心を異
   にしているベアリング手段と、 シャフトに対して前記ベアリングを動かすための駆動手
   段と、 前記ベアリングと前記駆動手段との間に、前記駆動手段
   および前記ブラケットとねじ係合し、その長手方向の軸
   を通るＵ字型の断面を有するハウジングを有するリンク
   部と、 を具備する自動焦点合わせシステム。
2. 【請求項２】ベアリング手段がレンズの外周によって規
   定される円筒の外部にある請求項１記載の自動焦点合わ
   せシステム。
3. 【請求項３】前記ベアリング手段が前記ベアリングとこ
   のベアリングを受容するためのシャフトとを含み、前記
   シャフトは前記レンズの光軸に平行な長手方向の軸を有
   する請求項２記載の自動焦点合わせシステム。
4. 【請求項４】前記リンク部が、第１の端部で前記ハウジ
   ングに、第２の端部で前記ベアリングに取り付けられて
   いる球接合を有する請求項１記載の自動焦点合わせシス
   テム。
5. 【請求項５】前記球接合が前記ハウジングとねじ係合す
   る請求項４記載の自動焦点合わせシステム。
6. 【請求項６】前記リンク部が、前記駆動手段にねじ係合
   する前記ハウジング内に配置されたねじを切った、スリ
   ットのある、Ｃ字型のナットを有する請求項１記載の自
   動焦点合わせシステム。
7. 【請求項７】前記リンク部が螺旋形ピンにより前記ベア
   リング手段にしっかりと留められる請求項１記載の自動
   焦点合わせシステム。