JPH02148007A - 光学構成要素を固定する装置 - 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】 本発明は、ノイルター、鏡及びレンズのような比較的小
さな厚さを持つ光学構成要素の少なくとも１つを、特に
前記構成要素の使用条件が箸しい温度変化をもたらす場
合に、支持物に固定することを可能とする装置に係わる
。更に特に、そうした固定装置は、赤外線観測人工衛星
」二で赤外線カメラに装備されるフィルターを支持物に
固定するために使用されることが可能である。

前記フィルターを形成する材料（例、ＣｄＴｃ。

ゲルマニウム、グイ素又はＣａＦ、２）の壊れ易さ又は
砕は易さの結果どして、この種の応用の場合にそうした
材料が曝される機械的及び温度的スｌ＝レスがフィルタ
ーの変形又は破壊をもたらすために、従来の固定装置は
この秤の応用に使用されることが不可能である。

このように、赤外線観測は１００’Ｋに等しい又はそれ
以下の温度におりる作動を必要と１−る。゛ノイルター
が室温で、即ち約３００’にで取り付けられるが故に、
その後で固定装置は２００　’ｌ＜を越える温度変化に
耐えなければならない。更に、フィルタの機械的強度特
性はその熱匂配が温度降下の間は２０′Ｋに等しい又は
以下に保たれることを必要とする。

更に、温度が３００’にの場合にも非常に低温（０１〈
近くになる場合もある）の場合にも、衛星全体と同じく
、その光学システムは振動の形の過酷な機械的ストレス
に暉される。

最後に、そうした応用の場合には、固定装置の選択には
、衛星内でその固定装置に与えられる限られた容積を考
慮しなければならず、及び、フィルター又はその外被の
接地はもちろん、どんな渇匪でもフィルターの正確で１
つ実質的に恒常的な位置決めを確保１−ることが必要で
あることを考慮しなければなら４にい。

室温又は室温に近い温度での使用に関して知られる第１
の固定技術はフィルターをその支持物に接合又は接着す
ることから成る。しかし、フィルター材料と支持物材料
との間の大きく異４【った膨張係数は、非常な低温（゛
の使用の場合に、フィルターがその支持物に接着される
箇所でのフィルタの変形又は亀裂を招く。この問題は様
々な接着剤グループに対して４’にで行われＩごテスｌ
−によっ−（−明らかにされた１、これに加えて、この
解決法はフィルター又はイの外被の接地を確保すること
もｉｉｌ能とはしない。

室温℃゛使用れる別の技術は、特に対物レンズ内にレン
ズを固定する場合、支持物内にねり込よれたリングによ
ってフィルターを固定１“ることから成る。しかし、こ
の解決法は高い熱匂配の応用に適せず及び一定の締め（
＝Ｉ　Ｉ］を確保りるのを可能としないが故に、この解
決法もあまり十分なものぐはない。更に、ねじ込みリン
グの使用は、締め付けの間のリングとフィルターとの相
ｎの回転の影響によってフィルターの破損をもたらすか
も知れない。更に、リングの使用はその全体的な容積を
著しく増大させる。

室温に近い温度で使用される第３の固定技術はフィルタ
ーを環状部材に接合することから成り、この環状部材は
フィルター内にス１−レスを誘発しないよう、湾曲した
薄板により支持物ど−・体化される１、シかし、この解
決法もまたフィルターとそれが支持する環状部材との間
の接着の問題を解決することがて゛きない３、 従っ−（、あまり壊れ易くない光学構成要素を固定する
ために室温で従来的り二使用されるこれらの公知の装置
はリベて、高い熱匂配に曝される場合、並びにその装置
が固定する構成要素が壊れ易く及び温度ど」（に変化覆
る物理面持＋！［を有−（Ｊ−る場合には使用率【ＩＴ
能ぐある。

特に本発明は新しい固定装置に係わり、この固定装置は
、前記構成要素が高い熱匂配に曝され及びＪ１常に低い
温度ぐ作動しなりればならない時に、前記構成要素の変
形又は破壊をもたらりこと４ｆ＜、少なくとも１つの壊
れ易く砕は易い光学構成要素を支持物に固定することを
１１］能にし、一方、限られた容積で、機械的及び温度
的ストレスに無関係に実質的に一定な且つ校正された締
め伺けを確保し、又、光学構成要素又はその外被の接地
を確保する。

従って、本発明は特に少なくとも１つの光学構成要素を
支持物に固定するための装置に係わり、この装置は、ぞ
の第１端部が支持物を圧迫１ノ及びその第２端部がシム
を経由して光学構成要素を圧迫する少なくとも１つのク
ランプから成り、このクランプは支持物の中にねじ込ま
れた少なくとも１一つの固定螺子によって前記両端部の
間を貫通され、少なくとも１つの弾性座金が、校正され
た力で前記光学構成要素を支持物に対し締めイ」けるた
めに、クランプと螺子頭の間に取り付【ノられ、熱伝導
性［１鍜材料の分ｍＷ板が各々の光学構成要素と前記構
成要素が圧迫する装置部品との間に挿入されることを特
徴どする。

このように作られた固定装置では、純金のような熱伝導
性可鍜材利から作られた分ｍ辞板が光学構成要素とその
周辺の部品との間に介在することが、幾何学的な欠陥を
修復させ及び局部的な過大ス１ヘレスを防市することを
可能と１）、一方、光学構成要素内の熱匂配を減少させ
る。更に、前もつ℃較正された弾性座金の使用は、イの
フランジ上に形成されたレバーアームの隙間の結果とし
て、前記締め付りの良好なσ■現性を確保覆ると共に、
光学構成要素の校正された締め付けを確保することを可
能にする。

旋回支持物又は軸受けの境界を定める表面でフランジの
第２喘部と連係するのが好ましいシムを経由して光学構
成要素に締め付Ｕ力を与えることによっ−（、光学構成
要素の表面」二への締めイ」け圧力の最適な分布を確保
することが可能であり、このことは光学構成要素の破損
の危険性を減少させることを可能にする。

更に、金の分離薄板の使用は、イの薄板の変形を通じ−
Ｃ１各々の光学構成要素とその装置の周辺部品との間の
あらゆる幾何学的欠陥を修復することを可能にする、１ 本発明の別の側面によれば、支持物、螺子及びフランジ
は、その装置の種々の部品の間の差異的な膨張を防ぐた
めに、チタニウムのような同一の材料から作られ、これ
は温度とは無関係に締め付（〕圧力を維持する。更に、
與常に低い膨張係数を持つチタニウムの使用はこの結果
を改％（、、そして、その低い比重の故に、宇宙での応
用に極めて適している。

最後に、本発明による固定装置は、特に光学構成要素に
関連する光学システムの作動が室温を）■かに離れた湿
度を必要とする揚台に、任意の形状を持つフィルター、
鏡又はレンズといった、どんなタイプの光学構成要素の
固定に二も使用可能である。しかし、その光学構成要素
が円形ｉｉＪ変フィルター又は円弧の形をした可変円形
フィルターであり及びその支持物が、その円板の回転が
円弧スリットを通しでフィルターの異なった部分を赤外
線観測システムの光軸の前に運ぶことを可能とするよう
に、フィルターに面する円弧スリットを持つ輪である場
合に、本発明は右利に使用される。

以下では、本発明の好ましい実施例が添イ」の図面を参
照して非限定的な形で説明される。

図面に示される実施例では、本発明による固定装置は、
輪又はディスク１０の形の支持物の上に円弧形の光学フ
ィルター１２を取り（ｔ　Ｇ）るために使用され、前記
フィルターはスベク！〜ル解析を行うための赤外線観測
衛星に設置された赤外線カメラ上で使用される。

より明確には、第１図に示されるにうに、望遠鏡１４か
ら光線Ｒは少なくとも１つのフィルター１２を通して衛
星内の実験に向けて方向付けられる。

少４にりとも１つのフィルターはぞの受は入れられる波
長範囲を選択し、その後で光信号は検出器（図示されて
いない）によって受は取られ、その検出器では信号の光
の強度が電気的強度に変換され、従ってその信号は関連
電子回路によって処理されることが可能となる。

図面に示される個々の場合では、フィルター１２の円弧
形状及び輪の形の支持物へのフィルター１２の取り付り
は、円形可変フィルター（ＣＶＦ）の使用によって説明
され、そのフィルターの光学的特性、即ち、その受は入
れられる波長範囲は円周の一方の端部から他方の端部に
かけて変化する。

行われる実験に応じて、輪の軸１６に対しで働くステッ
ピングモータく図示されていない）が、光線Ｈの光軸上
にフィルターの対応部分を据えることにより、その受り
入れられる波長範囲を選択することを可能にする。

実際上は、ぞのＣＶＦは円弧形であり、その中心角は９
０”　ｔニー近く、その厚さは非常に小さ゛く、設面に
約２１１１４１であり、並びにそのフィルターの内側半
径及び外側半径は約３０ｍ＋及び約５８ａａである。

個々の場合に応じて、これらのフィルターを構成する材
料はＣｄＴｃ、ゲルマニウム、ケイ素又はＣａＦ２であ
る。フィルターの限定された厚さを考慮すれば、非常に
壊れ易いことがこれらの材料のづべてに共通している。

赤外線観測は１００’Ｋに等しい又はそれ以下の温度を
要するということに留意り゛ることも小数である。この
ように、非常に低い強度の赤外線源の観測にはその装置
自体の放熱を最少化することが必要であり、５ｔｅｐｈ
ａｎ　Ｂｏｌｚｍａｎｎの法則により、王がケルビン温
度での絶対温度である時に、放熱ＲのＴ４に比例する（
　Ｒ＝　Ｋ　ε１−４、Ｋ：５ｔｅｐｈａｎＢｏ　ｌ　
ｚｍａｎｎ係数、ありよびε：表面の赤外線放射率、０
≦ε〜１）ということが知られている。

従って、人工衛星には液体ヘリウム貯蔵器のような冷却
源を備えることが必要である。こうして、超流体ヘリウ
ムの使用が４’にの動作温度を得ることを可能にする。

望遠鏡、ＣＶＦを含むその光学的部分及びその関連検出
器によって構成される光学システム全体は、こうして４
’Ｋに維持される（水素ならばＯ’に近くさえに温度を
下げることが可能ではあるが、その使用は危険である）
。

本発明により、フィルター１２は独自に設計された固定
装置１８によって輪１０に取り付りられる。こうして、
特に温度に無関係にこれらのフィルターの較正された締
め付（）を確保することによって、フィルターが曝され
る特有の温度的及び機械的ストレスにもかかわらず、フ
ィルターのどんな変形又は破損の危険も排除するように
、この固定装置が組み立てられる。

この目的のために、固定装置１８はクランプ２０、例え
ば５つのぞうしたクランプ（第１図）から成リ、クラン
プの相対する両端が各々にフィルター１２の内側周縁部
の付近で輪１０及びフィルター１２を圧迫するように、
クランプが螺子２２によって輪１０に固定される。

更に詳細には、−設面にはディスクの形である輪１０が
その面１０ａの１つの上に少なくとも１つの溝１０ｂを
有し、その溝の外形はフィルター１２の外形に一致し、
及びその溝の深さは例えばその溝の中へ入れられるべき
２つのフィルター１２の累積厚さよりも僅かに小さいと
いうことを、第２図は示しでいる。渦１０ｂの全長に亘
って、溝１０ｂと同様に輪１０の軸を中心とする円弧ス
リット１０ｃがその輪を貫通している。フィルター１２
が満１０ｂ内に取り付（プられる時、このスリットは望
遠鏡１４からの光線Ｒがフィルター１２に到達すること
を可能にする。

フィルター１２が溝１０ｂ内に取り付けられる時、金で
・あるのが好ましい分ＩＩ薄板２４が溝１０ｂの底部と
第１フイルター１２との間に、２つのフィルター１２の
間に及び第２フイルター１２とクランプ２０各々がそれ
によってフィルターを圧迫するシム２６との間に挿入さ
れる。更に明確には、金の薄板２４はシム２６各々の右
側に、即ち、フィルター１２の内側周囲縁部の近接領域
内に設置される。厚さが例えば０．１ｍｒｎに近いこれ
らの金の薄板は接触部品の幾何学的欠陥を修復すること
を可能にし、一方、前記部品間の熱伝導を確保する。ま
た、金の薄板はフィルター１２を接地する。

第２図に示されるように、クランプ２０の各々は輪１０
に関してほぼ半径方向に向りられ、輪の軸付近に、凸表
面２０ａで輪の面１０ａを圧迫する第１端部を有する。

更に、クランプ２０の各々はフィルター１２を、輪の軸
から最も遠いクランプ端部によって、対応するシム２６
を経て圧迫する。

より詳細には、第３図に示されるように、クランプ２０
各々の前記第２端部は、旋回軸受り又は支持物の境界を
定める表面によって、対応するシム２６を圧迫する。こ
れらの表面は、クランプ２０の円弧断面の突起部分２０
ｂ上及びシム２Ｇ内のＶ形断面の溝２６ａ内に各々形成
される。突起部分２６ｂは輪１０の軸を中心とする半ト
ーラスの形にされることも可能である。シム２６各々は
金薄板２４の１つを経て、面取りされ及びぼり取りされ
た平坦な面によって第２フイルター１２と接触する。

締め付は力がクランプ２０の各々にその相応する螺子２
２によって加えられる時、旋回軸受りによるシム２６と
クランプの連係及び前記シムの個々の配置が、そのフィ
ルター上への締めイ］け圧力の最適な分散を、即ち、フ
ィルター表面に可能な限り最も広範に締め付は圧力を分
散させることを確保する。このため、締め付は中にフィ
ルターが砕ける危険性はない。

最後に、前記締め付りを行うことを可能とするために、
螺子２２各々は対応するクランプ２０を、前記クランプ
が各々に輪１０及びシム２６をそれによって圧迫する突
起部分２０ｂと表面２０ａとの間のほぼ等距離の場所で
貫通する。螺子２２は、溝１０ｂの内側縁部付近で輪１
０の軸に平行に輪を横断する、タップ立てされた穴１０
ｄの中にねじ込まれる。

本発明の主要な特徴によれば、輪状座金２８のような１
つ以上の弾性座金が螺子２２各々の頭とその対応するク
ランプ２０との間に挿入される。螺子２２を締め付ける
間、前記弾性座金２８は、クランプ２０を通してフィル
ター１２に加えられる締め付は力を、前記座金のたわみ
を点検することによって校正することを可能にする。

過剰な又は不適切に分散された締め付けはフィルターの
破損又は変形をもたらし、一方、不十分む締めイ１りは
フィルターのずれをもたらり′が故に、この締め付ｉ′
ｊ操作は非常に重要である３、実際に（ま、この操作は
２つの段階で行われる３゜初めの締め付けは、座金２８
のたわみの測定によって点検されながら、まず最初に、
フィルターの中心に最も近い螺子２２から初めてフィル
ターの内因の両端部に最も近い螺子ｒ終わるように行わ
れる。

金薄板２４のクリープを考慮して、第２の締め付けは第
１の締め付（Ｊの約１２時間後に行われる。

したがって、小さな容積しか占有しないという補助的な
利息を右する」−記の配置の結果として、輪１０１］へ
のフィルター１２の較正された締め揚けを確保すること
が可能となり、この校正された締め付けは、システム全
体が振動及び高い温石匂配（３００〜４′Ｋ）に曝され
るにし係わらず、システム全体の剛性を確保することを
可能にする。このように及ぼされた締め伺【Ｘ！力をク
ランプ２０を経てフイルターに伝えるレバーアームの知
識によって、及び金薄板２４のクリープを考慮に入れた
締め付Ｃ丁順を用いることによって、こび）佼ＩＮは弾
性座金２８のたわみを点検することによって得られる。

更に、輪１０、シム２６、螺子２２及びクランプ２０を
作るためにチタニウムのような狸ｌ−の林！’ｌを使用
することは、−Ｆ閉部材間の差異的な膨張ηべてを除去
することを可能にし、チタニウムの場合には、総体的に
非常に低い膨張係数をもｌ＝らＪｏ従って、温度の如何
にかかわらず、取付けの間に得られる校正された締め付
けはほぼ一定である。

要約づ−ると、本発明による固定装置は差異的な膨張を
除去することを可能とし、即ち、温度変化の間にフィル
ターにどんなス１−レスも誘発しない。

従って、前記フィルターの変形又は破損のどんな危険性
も避ｔＪられる。

明らかに、本発明は以上に４３いて例として説明された
実施例に限定されるもので４【＜、実際には、そのづべ
ての変形に及ぶもので・ある１、こうしく、既に説明さ
れてきＩ、二本発明にＪこる固定装置の一般的な特性を
考慮すれば、そうした装置はＣＶＦの取イ］けだ【ノに
限定されるものではなく、円形フィルター、長方形フィ
ルター、鏡又はレンズのような、限られた厚さ（約１６
蔵に等しい又はそれ以ト）を持つと／Ｖな壊れ易い光学
構成要素の固定にも使用可能である。

更には、人工衛星上に設備された装置へのこの固定装置
の応用は限定的なものではない。このにうに、前記装置
は、装置が茗しい温度変化を被る場合づべでに使用可能
であり、ぞして特に、赤外線観測は１００６Ｋに等しい
か又はそれ以下の温度で行なわれることが必要であるが
故に、地球上の自然の観測をも含む４−べての赤外線観
測のために使用されることが可能である。

史には、実際の固定装置は１つ以上の光学装置を同時に
固定するために使用可能であり、使用クランプ数は光学
構成要素の形式又は形状に応じＣ変えることができる。

更には、その）？センブリの種々の部分は、低い膨張係
数を持つヂタニウム以外の材料から、特に低比重材料を
使用可る必要のない地球上での応用のために（ま、特に
アンバーから作られることが可能である。金薄板よりも
劣った機械的特性を受は入れることが可能な場合には、
分離薄板も異なった熱伝導性可鍛材料から作られること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、人工衛星上に取りつけるために設計された、
本発明の固定装置を経て輪の上に取りつけられた円形可
変フィルターを有する、赤外線観測システム部分の概略
的な透視図、 第２図は、前２輪にフィルターを固定するための装置を
より詳細に示す、第１図の輪の部分的な半径方向断面図
、 第３図は、固定装置のクランプ端部とこのクランプ端部
どフィルターどの間に挿入されたシムとの間の連係を示
寸拡人図である。 １０・・・・・・輪又はγイスクの形状の支持物、１２
・・・・・・光学フィルター　　１４・・・・・・望遠
鏡、２０・・・・・・クランプ、　２２・・・・・・固
定螺子、　２４・・・・・・分＋Ｖａ根、　２６・・・
・・・シム、　２８・・・・・・弾性座金。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）支持物に少なくとも１つの光学構成要素を固定す
   る装置であって、その第１の端部が前記支持物を圧迫し
   及びその第２の端部がシムを経由して前記光学構成要素
   を圧迫する少なくとも１つのクランプから成り、前記ク
   ランプが前記支持物の中にねじ込まれた少なくとも１つ
   の固定螺子によつて前記両端部の間を貫通され、少なく
   とも１つの弾性座金が、較正された力で前記光学構成要
   素を前記支持物に対して押し付けるように、前記クラン
   プと前記螺子頭の間に取付けられ、熱伝導性可鍛材料の
   分離した薄板が各々の光学構成要素とその光学構成要素
   が圧迫する装置部分との間に挿入されることを特徴とす
   る光学構成要素を固定する装置。
2. （２）前記クランプの第２端部と前記シムが旋回軸受の
   境界を定める表面によって接触している請求項１に記載
   の装置。
3. （３）前記クランプの第２端部が円弧断面の突起部によ
   つて、前記シム上に形成されたＶ形断面の溝を圧迫する
   請求項２に記載の装置。
4. （４）前記分離した薄板が純金の薄板である請求項１に
   記載の装置。
5. （５）前記支持物、前記螺子及び前記クランプが同一の
   材料から作られる請求項１に記載の装置。
6. （６）前記支持物、前記螺子及び前記クランプがチタニ
   ウムから作られる請求項５に記載の装置。
7. （７）前記光学構成要素が弓形の形状の円形可変フィル
   ターであり、前記支持物がそのフィルターに面する円弧
   スリットを持つ輪であり、その輪の回転が前記スリット
   を貫通する赤外線観測システムの光軸の前にフィルター
   の異なった部分をもたらすことを可能とする請求項１に
   記載の装置。
8. （８）幾つかの前記クランプがせ前記フィルターの内側
   縁部の付近でそのフィルターを圧迫する請求項７に記載
   の装置。