JPWO2017212570A1 - 光アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

光アンテナ装置（１）は、レーザ光を集光させるレンズ光学系（１３）と、レンズ光学系（１３）の外周縁部を保持する光学系保持部材（１０）と、レンズ光学系（１３）の後側焦点面に配置されている光接続部材（２０）と、光学系保持部材（１０）の端部から光接続部材（２０）に向けて延在し第１の線膨張係数を有する第１のシャフト部（１５Ａ，１５Ｃ）と、光接続部材（２０）の端部から光学系保持部材（１０）に向けて延在する第２のシャフト部（１６Ａ，１６Ｃ）とを備える。第２のシャフト部（１６Ａ，１６Ｃ）は、第１の線膨張係数とは異なる第２の線膨張係数を有する。第１のシャフト部（１５Ａ，１５Ｃ）と第２のシャフト部（１６Ａ，１６Ｃ）とは、光学系保持部材（１０）と光接続部材（２０）との間の所定の固定位置で互いに固定されている。

Description

本発明は、レーザ光の送信もしくは受信またはレーザ光の送受信を行う光アンテナ装置に関する。

レーザ光の送受信に使用されるレンズ光学系では、温度が変動すると、レンズアレイ、またはレンズ鏡筒などのレンズ保持部材が熱膨張または熱収縮して焦点距離またはフランジバックを変動させ、これにより、レーザ光の集光点までの集光距離が変動することがある。この現象が発生すると、たとえば、レーザ光を使用するセンサ装置による計測値が温度変動に応じて変動するという問題が生ずる。

この種の問題に対処するために、たとえば、特許文献１（特開平８−３１３７７４号公報）には、温度変化が生じたときの、プラスチック製コリメートレンズの焦点距離の増減とレンズ鏡筒の線膨張とを打ち消し合う技術が開示されている。

特開平８−３１３７７４号公報（たとえば、段落０００７）

しかしながら、特許文献１に開示されているようなアサーマル（Ａｔｈｅｒｍａｌ：温度補償）設計がなされたとしても、レンズ光学系の製造後に、そのレンズ光学系の光学特性の温度依存性が許容範囲を超えて残存していることが判明する場合がある。このような場合、レンズアレイ及びレンズ保持部材の再設計及び再試作が必要となり、試作期間及び開発コストを増大させるという課題がある。

また、再設計によりレンズ光学系の外形寸法が変更された場合に、その再設計されたレンズ光学系のセンサ装置への実装の際にそのレンズ光学系と他部品との間で空間的な干渉が発生するおそれがある。その場合、レンズ光学系の再設計及び再試作のみならず、センサ装置全体の大幅な設計変更が必要となる。

上記に鑑みて本発明の目的は、簡易且つ低コストな方法でレンズ光学系の温度依存性を改善することを可能とする構造を有する光アンテナ装置を提供することである。

本発明の一態様による光アンテナ装置は、入射したレーザ光を集光させるレンズ光学系と、前記レンズ光学系の外周縁部を保持する光学系保持部材と、前記レンズ光学系の後側焦点面に配置されている光接続部材と、前記光学系保持部材の端部から前記光接続部材に向けて前記レンズ光学系の光軸方向に沿って延在し、前記光軸方向に第１の線膨張係数を有する第１のシャフト部と、前記光接続部材の一部から前記光学系保持部材に向けて前記光軸方向に沿って延在し、前記光軸方向において前記第１の線膨張係数とは異なる第２の線膨張係数を有する第２のシャフト部とを備え、前記第１のシャフト部と前記第２のシャフト部とは、前記光学系保持部材と前記光接続部材との間の所定の固定位置で互いに固定されていることを特徴とする。

本発明に係る光アンテナ装置は、レンズ光学系の光学特性の温度依存性を簡易且つ低コストな方法で改善することができる構造を有している。

本発明に係る実施の形態１の光アンテナ装置の全体構成の一例を概略的に示す図である。 図２Ａは、図１の光アンテナ装置の正面図であり、図２Ｂは、図１の光アンテナ装置の背面図である。 実施の形態１におけるレンズ光学系の焦点距離の温度変化を概略的に示す図である。 本発明に係る実施の形態２の光アンテナ装置の全体構成の一例を概略的に示す図である。 図５Ａは、図４の光アンテナ装置の正面図であり、図２Ｂは、図４の光アンテナ装置の背面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の光アンテナ装置１の全体構成を概略的に示す図である。また、図２Ａは、Ｚ軸負方向から視たときの図１の光アンテナ装置１の正面図であり、図２Ｂは、Ｚ軸正方向から視たときの図１の光アンテナ装置１の背面図である。図１には、光アンテナ装置１の主要部の断面構造を表す端面が概略的に示されている。図１，図２Ａ及び図２Ｂに示されるＺ軸は、この光アンテナ装置１の光軸方向と平行である。また、図１，図２Ａ及び図２Ｂに示されるＸ軸及びＹ軸は互いに直交し、且つＺ軸と直交する。

この光アンテナ装置１は、ライダ（ＬＩＤＡＲ：ＬＩｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）装置などの、レーザ光を使用するアクティブセンサに組み込まれて使用される。ライダ装置は、大気中にレーザ光を放射し、当該大気中に浮遊する塵または微粒子などの散乱体で反射されたレーザ散乱光を受信して、ドップラー効果による周波数変化量または波長変化量を測定することができるアクティブセンサである。ライダ装置は、その測定結果に基づいて当該散乱体の移動速度及び移動方向をそれぞれ風速及び風向として計測することができる。

図１，図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、光アンテナ装置１は、外部空間における集光点Ｐ_Ｌにレーザ光を集光させ、あるいは反射レーザ光ＲＬを受信する円柱形状のレンズ光学系１３と、このレンズ光学系１３の外周縁部を保持する光学系保持部材である円筒形状の集光距離調整部１０と、レンズ光学系１３の後側焦点面に配置された金属製の光接続部材である光入出力プレート２０と、この光入出力プレート２０の背面に取り付けられた光入出力部２１Ａ〜２１Ｅと、集光距離調整部１０と光入出力プレート２０との間に配設された第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄからなるシャフト群とを備えて構成されている。

レンズ光学系１３は、たとえば、光軸方向（Ｚ軸方向）に沿って配列された複数枚のレンズからなるレンズアレイと、このレンズアレイの外周縁部を保持するレンズ鏡筒とを含んで構成され得る。レンズ光学系１３は、図２Ａに示されるようにレーザ光が出射もしくは入射される円形状の前面を有し、円環状の金属製フランジ部１１の内側に配置されている。また、レンズ光学系１３の外周面とフランジ部１１の内周面との間には、螺合部１２が形成されている。

本実施の形態の集光距離調整部１０は、螺合部１２とフランジ部１１とで構成される。螺合部１２は、フランジ部１１の内周面に螺旋状に設けられた雄ねじ部と、レンズ光学系１３の外周面に螺旋状に設けられた雌ねじ部とで構成されている。これら雄ねじ部と雌ねじ部とは互いに螺合している。なお、この螺合部１２に代えて、フランジ部１１の内面に螺旋状に設けられた雌ネジ部と、レンズ光学系１３の外周面に設けられた雌ねじ部との組が採用されてもよい。ユーザがフランジ部１１に対してレンズ光学系１３を光軸周りに相対的に回転させると、そのレンズ光学系１３の回転運動が光軸方向の並進運動に変換される。たとえば、時計回りに回転するレンズ光学系１３がフランジ部１１に対してＺ軸正方向に移動し、反時計回りに回転するレンズ光学系１３がフランジ部１１に対してＺ軸負方向に移動するように螺合部１２を構成することが可能である。このようにしてユーザは集光距離を微調整することができる。

第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄは、図２Ａの正面図に示されるようにレンズ光学系１３の光軸の周りにフランジ部１１の周方向に沿って等間隔で配置されており、これら第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄの一端部（Ｚ軸負方向側端部）はフランジ部１１の後側端部に取り付けられている。また、図１に示されるように第１シャフト部１５Ａ，１５Ｃは、フランジ部１１の後側端部から光入出力プレート２０に向けて（Ｚ軸正方向へ）延在している。同様に、他の第１シャフト部１５Ｂ，１５Ｄも、フランジ部１１の後側端部から光入出力プレート２０に向けて（Ｚ軸正方向へ）延在している。このような第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄは、光軸方向すなわちＺ軸方向において線膨張係数αを有する材料で構成されている。

一方、第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄは、図２Ｂの背面図に示されるように円形状の光入出力プレート２０の周方向に沿って等間隔で配置されており、これら第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの一端部は光入出力プレート２０の前面（Ｚ軸負方向側の面）に取り付けられている。また、図１に示されるように第２シャフト部１６Ａ，１６Ｃは、光入出力プレート２０の前面からフランジ部１１に向けて（Ｚ軸負方向へ）延在している。同様に、他の第２シャフト部１６Ｂ，１６Ｄも、光入出力プレート２０の前面からフランジ部１１に向けて延在している。このような第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄは、光軸方向すなわちＺ軸方向において線膨張係数αとは異なる線膨張係数βを有する材料で構成されている。第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄの構成材料と第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの構成材料との組み合わせとしては、たとえば、約１２×１０^−６／Kの線膨張係数を有する鉄と約２３×１０^−６／Kの線膨張係数を有するアルミニウムとの組み合わせ、または、約１７×１０^−６／Kの線膨張係数を有するステンレス鋼と約２３×１０^−６／Kの線膨張係数を有するアルミニウムとの組み合わせを使用することが可能である。

更に、フランジ部１１の後側端部と光入出力プレート２０の前面との間の所定位置（シャフト固定位置）で、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄの他端部（Ｚ軸正方向側端部）は、それぞれ第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの他端部（Ｚ軸負方向側端部）と光軸方向に沿った方向に連結されている。たとえば、図１に示されるように、第１シャフト部１５Ａの端部と第２シャフト部１６Ａの端部とが互いに連結され、第１シャフト部１５Ｃの端部と第２シャフト部１６Ｃの端部とが互いに連結されている。同様に、他の第１シャフト部１５Ｂの他端部と第２シャフト部１６Ｂの他端部とが互いに連結され、第１シャフト部１５Ｄの他端部と第２シャフト部１６Ｄの他端部とが互いに連結されている。第１シャフト部１５Ａと第２シャフト部１６Ａとの組、第１シャフト部１５Ｂと第２シャフト部１６Ｂとの組、第１シャフト部１５Ｃと第２シャフト部１６Ｃとの組、及び、第１シャフト部１５Ｄと第２シャフト部１６Ｄとの組は、同じ構造及び同じ寸法を有している。また、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄと第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄとを互いに連結する方法は、特に限定されるものではない。たとえば、第１シャフト部１５Ａの他端部に雄ねじ部が形成され、第２シャフト部１５Ｂの他端部にその雄ねじ部に適合する雌ねじ部が形成されていればよい。その第１シャフト部１５Ａの雄ねじ部を第２シャフト部１５Ｂの雌ねじ部と螺合することで、第１シャフト部１５Ａと第２シャフト部１５Ｂとを互いに連結することができる。

一方、図２Ｂに示されるように光入出力部２１Ａ，２１Ｂ，…，２１Ｅが光入出力プレート２０の背面に設けられている。これら光入出力部２１Ａ，２１Ｂ，…，２１Ｅは、それぞれ、光ファイバなどの光伝搬路２２Ａ，２２Ｂ，…，２２Ｅと光学的に結合している。光伝搬路２２Ａ，２２Ｂ，…，２２Ｅをそれぞれ伝搬した５本の送信用レーザ光は、光入出力部２１Ａ〜２１Ｅ及び光入出力プレート２０の孔部を通過した後にレンズ光学系１３に向けて出射される。レンズ光学系１３は、これら５本の送信用レーザ光をそれぞれ５つの点に集光させる。図１に示される光軸上の集光点Ｐ_Ｌは、光入出力プレート２０の中央部に取り付けられた光入出力部２１Ｅの出射光が集光する点である。このように光アンテナ装置１は、５視線分の計測を可能とする構成を有している。逆に、外部空間からの反射レーザ光は、レンズ光学系１３によって集光された後に、光入出力部２１Ａ〜２１Ｅを介して光伝搬路２２Ａ，２２Ｂ，…，２２Ｅに出力される。

図１に示されるように、レンズ光学系１３は、光入出力プレート２０から当該レンズ光学系１３に入力されたレーザ光を所定の集光距離Ｌ_２だけ離れた点Ｐ_Ｌに集光させる。また、レンズ光学系１３の後側端部と光入出力プレート２０の前面との間の光軸方向の長さ、すなわちフランジバックをＬ_１とする。本実施の形態では、第１シャフト部１５Ａと第２シャフト部１６Ａとの組の光軸方向における全長が、フランジバックＬ_１と一致するものとする。レンズ光学系１３の焦点距離がｆで表されると、以下の関係式（１）が成立する。
１／Ｌ_１＋１／Ｌ_２＝１／ｆ （１）

なお、ユーザは、レンズ光学系１３を回転させてレンズ光学系１３を光軸方向に並進させることで、フランジバックＬ_１を変化させることができる。上式（１）より、フランジバックＬ_１を変化させることで集光距離Ｌ_２を調節することが可能である。

図３に示されるように、レンズ光学系１３のおける温度変化ΔＴに応じてレンズ光学系１３の焦点距離ｆは変化する。一方、温度変化ΔＴに応じたフランジバックＬ_１の変化量ΔＬ_１（以下「フランジバック変化量ΔＬ_１」ともいう。）は、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの線膨張係数α，βと、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄの光軸方向長さと第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの光軸方向長さとの間の比率とによって決まるということができる。本実施の形態の光アンテナ装置１は、温度変化ΔＴに応じた焦点距離ｆの変化量Δｆ（以下「焦点距離変化量Δｆ」ともいう。）がフランジバック変化量ΔＬ_１による集光距離変化を打ち消すように構成されている。

今、フランジバックＬ_１に対する第１シャフト部１５Ａの光軸方向長さの比率をｃとし、フランジバックＬ_１に対する第２シャフト部１６Ａの光軸方向長さの比率を１−ｃとする。このとき、図１に示されるように第１シャフト部１５Ａの光軸方向長さは、Ｌ_１×ｃとなり、第２シャフト部１６Ａの光軸方向長さは、Ｌ_１×（１−ｃ）となる。また、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄの線膨張係数αと、第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの線膨張係数βとが与えられたとき、第１シャフト部１５Ａと第２シャフト部１６Ａとの組全体の実効的な線膨張係数γは、次の線形結合式（２）で表現される。
γ＝ｃ×α＋（１−ｃ）×β （２）

以下に説明するように、レンズ光学系１３の製造後に温度変化による集光距離Ｌ_２の変化が残存していることが判明した場合であっても、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄの光軸方向長さと第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの光軸方向長さとの間の比率ｃを変更するだけで、実効的な線膨張係数γを調整することができる。よって、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄを交換するだけで、温度変化による集光距離の変化を抑制することができる。第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄは、レンズ光学系１３を保持する集光距離調整部１０とは別の部材として構成されているので、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの交換は容易である。よって、低コストで簡易な方法により、短い試作期間でレンズ光学系１３の光学特性の温度依存性を改善することができる。また、レンズ設計の自由度向上も可能となる。更に、この方法では、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄを交換後の寸法は実質的に変化せず、光アンテナ装置１の外形形状も実質的に変化しない。よって、この方法が、光アンテナ装置１が組み込まれるアクティブセンサに与える影響を回避することができる。

さて、温度変化量ΔＴに対応するフランジバック変化量ΔＬ_１は、次式（３）で表される。
ΔＬ_１＝Ｌ_１×γ×ΔＴ （３）

レンズ光学系１３における温度変化ΔＴによりレンズアレイの熱膨張及び屈折率の変化が発生し、これにより焦点距離ｆが変化する。本実施の形態では、焦点距離変化量Δｆについて、アサーマル設計により、上式（１）における温度変化時のフランジバックＬ_１の変化に応じて集光距離Ｌ_２が一定となるよう焦点距離ｆが変化する。実効的な線膨張係数γを使用すれば、近似的に次式（４）が成立する。
Δｆ＝Ｌ_１×γ×ΔＴ （４）

よって、レンズ光学系１３の製造公差等の要因による光学特性のばらつきにより、温度変化量ΔＴに応じて焦点距離変化量がΔｆ_ｐとなった場合の実効的な線膨張係数をγ_ｐとすれば、次式（５）が近似的に成立する。
Δｆ_ｐ＝Ｌ_１×γ_ｐ×ΔＴ （５）

また、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの交換後において、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄに代替する第１シャフト部の長さの比率をｃ_ｐとすれば、上式（２）と同様に、次式（６）が成立する。
γ_ｐ＝ｃ_ｐ×α＋（１−ｃ_ｐ）×β （６）

第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの交換による比率ｃの変化量をδｃとすれば、上式（２），（６）により次式（７）が導出される。
δｃ＝ｃ_ｐ−ｃ＝（γ_ｐ−γ）／（α−β） （７）

上式（５）のγ_ｐ（＝Δｆ_ｐ／（Ｌ_１×ΔＴ））を式（７）に代入して整理すると、変化量δｃを求めることができる。したがって、変化量δｃを用いれば、次式（８）が導出される。
ｃ_ｐ＝ｃ＋δｃ
＝ｃ＋｛１／［Ｌ_１×（α−β）］｝×（Δｆ_ｐ／ΔＴ−Ｌ_１×γ）
（８）

更に、レンズ光学系１３のアサーマル化条件として、次の不等式（９）の条件を満たすことが望ましい。ここで、焦点距離変化量Δｆ及び長さＬ_１の単位はｍｍ（ミリメートル）である。
｜Δｆ／ΔＴ−Ｌ_１×γ｜＜０．００１ （９）

この条件式（９）が満たされることで、焦点距離変化量Δｆとフランジバック変化量との差を小さく抑えることができるため、温度変化による集光距離変化が抑制された光アンテナ構成を得ることができる。

以上に説明したように実施の形態１の光アンテナ装置１では、レンズ光学系１３の製造後に、温度変化による集光距離Ｌ_２の変化が残存していることが判明した場合であっても、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの交換という簡易且つ低コストな方法により、光アンテナ装置１の外形形状を変化させずに短い試作期間でレンズ光学系１３の光学特性の温度依存性を改善することができる。すなわち、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの長さの比率ｃ，１−ｃを調整することで、実効的な線膨張係数γを調整して温度変化による集光距離変化を改善することが可能である。また、実効的な線膨張係数γを調整すれば足りるため、レンズ光学系１３の設計の自由度が向上する。第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄは、レンズ光学系１３を保持する集光距離調整部１０とは別の部材として構成されているので、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの交換は容易である。更に、比率ｃ，１−ｃを調整するだけで済むので、交換時に光アンテナ装置１の外形寸法が変化しない。よって、光アンテナ装置１が組み込まれるアクティブセンサへの影響が小さいという有利な効果がある。

なお、本実施の形態では、光入出力部２１Ａ〜２１Ｅは合計５か所に取り付けられているが、これは５視線分の計測を行うためである。この代わりに、用途に応じて１か所のみに光入出力部が取り付けられてもよいし、あるいは、６箇所以上に光入出力部が取り付けられてもよい。また、光入出力部の取り付け位置は、図２Ｂに示した位置に限定されるものではない。

また、本実施の形態では、フランジ部１１と光入出力プレート２０との間を物理的に接続するために４本の第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び４本の第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄが使用されているが、それら４本に限定されるものではない。剛性向上のために４本よりも多い本数が採用されてもよく、あるいは、コスト低減のために４本よりも少ない本数が採用されてもよい。

更に、第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄに代えて、剛性向上のために、内部に光路を有する円筒形状のシャフト部の組が採用されてもよい。

また、上記した螺合部１２を有する集光距離調整部１０に代えて、ヘリコイドが使用されてもよい。ヘリコイドが使用される場合、レンズ光学系１３自体は回転せずに並進運動することが可能である。

実施の形態２．
次に、上記実施の形態１の変形例である実施の形態２について説明する。図４は、本発明に係る実施の形態２の光アンテナ装置１Ａの概略構成図である。また、図５Ａは、Ｚ軸負方向から視たときの光アンテナ装置１Ａの正面図であり、図５Ｂは、Ｚ軸正方向から視たときの光アンテナ装置１Ａの背面図である。図４には、光アンテナ装置１Ａの主要部の断面構造を表す端面が概略的に示されている。図４，図５Ａ及び図５Ｂに示されるＺ軸は、この光アンテナ装置１Ａの光軸方向と平行である。また、図４，図５Ａ及び図５Ｂに示されるＸ軸及びＹ軸は互いに直交し、且つＺ軸と直交する。

図４，図５Ａ及び図５Ｂに示されるように光アンテナ装置１Ａは、レンズ光学系１３、集光距離調整部１０、光入出力プレート２０、固定部材３４Ａ〜３４Ｄ、第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄ及び第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄを備えて構成されている。本実施の形態の光アンテナ装置１Ａの構成は、図１の第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄ及び第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄに代えて、固定部材３４Ａ〜３４Ｄ，第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄ及び第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄを備える点を除いて、上記実施の形態１の光アンテナ装置１の構成と同じである。

本実施の形態では、第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄは、図５Ａの正面図に示されるようにレンズ光学系１３の光軸の周りにフランジ部１１の周方向に沿って等間隔で配置されており、これら第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄの一端部（Ｚ軸負方向側端部）はフランジ部１１の後側端部に取り付けられている。また、図４に示されるように第１シャフト部３５Ａ，３５Ｃは、フランジ部１１の後側端部から光入出力プレート２０に向けて（Ｚ軸正方向へ）延在している。同様に、他の第１シャフト部３５Ｂ，３５Ｄも、フランジ部１１の後側端部から光入出力プレート２０に向けて延在している。このような第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄは、光軸方向すなわちＺ軸方向において線膨張係数αを有する材料で構成されている。第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄの構成材料は、上記実施の形態１の第１シャフト部１５Ａ〜１５Ｄの構成材料と同じである。

一方、第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄは、図５Ｂの背面図に示されるように円形状の光入出力プレート２０の周方向に沿って等間隔で配置されており、これら第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄの一端部（Ｚ軸正方向側端部）は光入出力プレート２０の前面に取り付けられている。また、図４に示されるように第２シャフト部３６Ａ，３６Ｃは、光入出力プレート２０の前面からフランジ部１１に向けて（Ｚ軸負方向へ）延在している。同様に、他の第２シャフト部３６Ｂ，３６Ｄも、光入出力プレート２０の前面からフランジ部１１に向けて延在している。このような第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄは、光軸方向すなわちＺ軸方向において線膨張係数αとは異なる線膨張係数βを有する材料で構成されている。第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄの構成材料は、上記実施の形態１の第２シャフト部１６Ａ〜１６Ｄの構成材料と同じである。

第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄと第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄとは、光軸方向とは垂直な径方向に互いにずれた状態で延在している。また、図４に示されるようにフランジ部１１の後側端部と光入出力プレート２０の前面との間の所定位置（シャフト固定位置）で、第１シャフト部３５Ａと第２シャフト部３６Ａとは重なり合った状態で固定部材３４Ａにより径方向に互いに固定され、第１シャフト部３５Ｃと第２シャフト部３６Ｃとは重なり合った状態で固定部材３４Ｃにより径方向に互いに固定されている。同様に、他の第１シャフト部３５Ｂと第２シャフト部３６Ｂとは重なり合った状態で固定部材３４Ｂにより径方向に互いに固定され、第１シャフト部３５Ｄと第２シャフト部３６Ｄとは重なり合った状態で固定部材３４Ｄにより径方向に互いに固定されている。第１シャフト部３５Ａと第２シャフト部３６Ａとの組、第１シャフト部３５Ｂと第２シャフト部３６Ｂとの組、第１シャフト部３５Ｃと第２シャフト部３６Ｃとの組、及び、第１シャフト部３５Ｄと第２シャフト部３６Ｄとの組は、同じ構造及び同じ寸法を有する。

本実施の形態では、フランジバックＬ_１に対する、第１シャフト部３５Ａの接続端部からシャフト固定位置までの第１シャフト部の長さの比率がｃとされ、フランジバックＬ_１に対する、第２シャフト部３６Ａの接続端部からシャフト固定位置までの第２シャフト部の長さの比率が１−ｃとされる。このときの実効的な線膨張係数γは、上式（２）と同様に、次の線形結合式（２Ａ）で表現される。
γ＝ｃ×α＋（１−ｃ）×β （２Ａ）

また、本実施の形態においても、上式（８）を導出可能である。また、本実施の形態においても、上式（９）の条件を満たすことが望ましい。

以上に説明したように実施の形態２でも、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち、レンズ光学系１３の製造後に、温度変化による集光距離Ｌ_２の変化が残存していることが判明した場合であっても、固定部材３４Ａ〜３４Ｄ、第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄ及び第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄの交換あるいは固定部材３４Ａ〜３４Ｄの位置変更という簡易且つ低コストな方法により、光アンテナ装置１Ａの外形形状を変化させずに短い試作期間でレンズ光学系１３の光学特性の温度依存性を改善することができる。特に、本実施の形態では、固定部材３４Ａ〜３４Ｄの位置を光軸方向にずらすだけで、実効的な線膨張係数γを変更することが可能であることから、第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄ及び第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄを交換せずに済むという利点がある。

なお、第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄの長さと第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄの長さは、できるだけ長く設定されることが望ましい。その理由は、第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄと第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄとが重なり合って配置されている領域を長く設定することで、固定部材３４Ａ〜３４Ｄの可動範囲を広く設定することができ、これにより実効的な線膨張係数γの調整範囲を広げることが可能となるからである。

ここで、第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄの長さと第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄの長さは、フランジバックＬ_１よりも短くすることが必要である。その理由は、たとえば、第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄの端部が光入出力プレート２０に衝突しないようにするためである。第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄの端部がフランジ部１１と衝突しないことも必要である。また、第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄが熱膨張したときに光入出力プレート２０と衝突しないように、第１シャフト部３５Ａ〜３５Ｄの長さのマージンを設定する必要がある。第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄが熱膨張したときにフランジ部１１と衝突しないように第２シャフト部３６Ａ〜３６Ｄの長さのマージンを設定することも必要である。

以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。

なお、本発明の範囲内において、上記実施の形態１，２の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

本発明に係る光アンテナ装置は、レーザ光の送信もしくは受信またはレーザ光の送受信の双方を行う機能を有するので、ライダ装置などの、レーザ光を使用するアクティブセンサに使用されることに適している。

１，１Ａ 光アンテナ装置、１０ 集光距離調整部、１１ フランジ部、１２ 螺合部、１３ レンズ光学系、１５Ａ〜１５Ｄ 第１シャフト部、１６Ａ〜１６Ｄ 第２シャフト部、２０ 光入出力プレート、２１Ａ〜２１Ｅ 光入出力部、２２Ａ〜２２Ｅ 光伝搬路、３４Ａ〜３４Ｄ 固定部材、３５Ａ〜３５Ｄ 第１シャフト部、３６Ａ〜３６Ｄ 第２シャフト部、Ｐ_Ｌ 集光点。

本発明の一態様による光アンテナ装置は、入射したレーザ光を集光させるレンズ光学系と、前記レンズ光学系の外周縁部を保持する光学系保持部材と、前記レンズ光学系の後側焦点面に配置されている光接続部材と、前記光学系保持部材の端部から前記光接続部材に向けて前記レンズ光学系の光軸方向に沿って延在し、前記光軸方向に第１の線膨張係数を有する第１のシャフト部と、前記光接続部材の一部から前記光学系保持部材に向けて前記光軸方向に沿って延在し、前記光軸方向において前記第１の線膨張係数とは異なる第２の線膨張係数を有する第２のシャフト部とを備え、前記第１のシャフト部と前記第２のシャフト部とは、前記光学系保持部材と前記光接続部材との間の所定の固定位置で互いに固定されており、前記光学系保持部材と前記光接続部材との間のフランジバックに対する、前記光学系保持部材の当該端部から前記固定位置までの前記第１のシャフト部の長さの比率がｃと、前記フランジバックに対する、前記光接続部材の当該一部から前記固定位置までの前記第２のシャフト部の長さの比率が１−ｃと、前記第１の線膨張係数がαと、前記第２の線膨張係数がβと、前記第１及び第２のシャフト部の全体の実効的な線膨張係数がγとそれぞれ表されるとき、前記実効的な線膨張係数は、γ＝ｃ×α＋（１−ｃ）×β、との線形結合式で表現されることを特徴とする。

本発明の一態様による光アンテナ装置は、入射したレーザ光を集光させるレンズ光学系と、前記レンズ光学系の外周縁部を保持する光学系保持部材と、前記レンズ光学系の後側焦点面に配置されている光接続部材と、前記光学系保持部材の端部から前記光接続部材に向けて前記レンズ光学系の光軸方向に沿って延在し、前記光軸方向に第１の線膨張係数を有する第１のシャフト部と、前記光接続部材の一部から前記光学系保持部材に向けて前記光軸方向に沿って延在し、前記光軸方向において前記第１の線膨張係数とは異なる第２の線膨張係数を有する第２のシャフト部とを備え、前記第１のシャフト部と前記第２のシャフト部とは、前記光学系保持部材と前記光接続部材との間の所定の固定位置で互いに固定されており、前記第１のシャフト部は、前記光学系保持部材の当該端部から前記固定位置まで前記光軸方向に沿って連続的に延在し、前記第２のシャフト部は、前記光接続部材の当該一部から前記固定位置まで前記光軸方向に沿って連続的に延在し、前記光学系保持部材と前記光接続部材との間のフランジバックに対する、前記光学系保持部材の当該端部から前記固定位置までの前記第１のシャフト部の長さの比率がｃと、前記フランジバックに対する、前記光接続部材の当該一部から前記固定位置までの前記第２のシャフト部の長さの比率が１−ｃと、前記第１の線膨張係数がαと、前記第２の線膨張係数がβと、前記第１及び第２のシャフト部の全体の前記光軸方向における実効的な線膨張係数がγとそれぞれ表されるとき、前記実効的な線膨張係数は、γ＝ｃ×α＋（１−ｃ）×β、との線形結合式で表現されることを特徴とする。

Claims (5)

1. 入射したレーザ光を集光させるレンズ光学系と、
   前記レンズ光学系の外周縁部を保持する光学系保持部材と、
   前記レンズ光学系の後側焦点面に配置されている光接続部材と、
   前記光学系保持部材の端部から前記光接続部材に向けて前記レンズ光学系の光軸方向に沿って延在し、前記光軸方向に第１の線膨張係数を有する第１のシャフト部と、
   前記光接続部材の一部から前記光学系保持部材に向けて前記光軸方向に沿って延在し、前記光軸方向において前記第１の線膨張係数とは異なる第２の線膨張係数を有する第２のシャフト部と
   を備え、
   前記第１のシャフト部と前記第２のシャフト部とは、前記光学系保持部材と前記光接続部材との間の所定の固定位置で互いに固定されている
   ことを特徴とする光アンテナ装置。
2. 請求項１記載の光アンテナ装置であって、前記光学系保持部材と前記光接続部材との間のフランジバックに対する、前記光学系保持部材の当該端部から前記固定位置までの前記第１のシャフト部の長さの比率がｃと、前記フランジバックに対する、前記光接続部材の当該一部から前記固定位置までの前記第２のシャフト部の長さの比率が１−ｃと、前記第１の線膨張係数がαと、前記第２の線膨張係数がβと、前記第１及び第２のシャフト部の全体の実効的な線膨張係数がγとそれぞれ表されるとき、前記実効的な線膨張係数は、
   γ＝ｃ×α＋（１−ｃ）×β、
   との線形結合式で表現されることを特徴とする光アンテナ装置。
3. 請求項１記載の光アンテナ装置であって、
   前記第１のシャフト部の前記光軸方向における一端部は、前記光学系保持部材の当該端部と接続され、
   前記第２のシャフト部の前記光軸方向における一端部は、前記光接続部材の当該一部と接続され、
   前記第１のシャフト部の前記光軸方向における他端部と前記第２のシャフト部の前記光軸方向における他端部とは、前記固定位置で互いに連結されている
   ことを特徴とする光アンテナ装置。
4. 請求項１記載の光アンテナ装置であって、前記第１のシャフト部と前記第２のシャフト部とを前記固定位置で相互に固定する固定部材を更に備え、
   前記第１のシャフト部の前記光軸方向における一端部は、前記光学系保持部材の当該端部と接続され、
   前記第２のシャフト部の前記光軸方向における一端部は、前記光接続部材の当該一部と接続され、
   前記第１のシャフト部と前記第２のシャフト部とは、前記光軸方向と垂直な方向に互いにずれた状態で前記光軸方向に沿って延在し、且つ前記固定位置で前記垂直な方向において重なり合っている
   ことを特徴とする光アンテナ装置。
5. 請求項２記載の光アンテナ装置であって、温度変化量がΔＴと、前記温度変化量ΔＴによる前記レンズ光学系の焦点距離の変動量がΔｆ（単位：ミリメートル）と、前記レンズ光学系と前記光接続部材との間の前記光軸方向における距離がＬ_１とそれぞれ表されるとき、
   ｜Δｆ／ΔＴ−Ｌ_１×γ｜＜０．００１、
   との条件式が成立することを特徴とする光アンテナ装置。

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