JPH06215397A - 積層ファイバ補償リングを備えた受動温度補償光学アセンブリ - Google Patents
積層ファイバ補償リングを備えた受動温度補償光学アセンブリInfo
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- JPH06215397A JPH06215397A JP5276922A JP27692293A JPH06215397A JP H06215397 A JPH06215397 A JP H06215397A JP 5276922 A JP5276922 A JP 5276922A JP 27692293 A JP27692293 A JP 27692293A JP H06215397 A JPH06215397 A JP H06215397A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光学アセンブリの焦点距離の温度補償を行
う。 【構成】 光ビームコリメート手段によって光ビーム源
の温度補償コリメーションを提供する装置２０は、ビー
ム源２５を所定位置に固定して光ビームの光軸２２を形
成するビーム源支持手段２８と、コリメート手段２４を
前記光軸上のビームコリメート手段２４の位置に配列さ
せるコリメート手段支持手段２３と、前記ビーム源支持
手段２８と前記コリメート手段支持手段２３との間に動
作するよう接続された温度補償手段２７とを含む。前記
温度補償手段２７は、コリメート手段２４を光軸２２に
沿って選択的にずらせるように動作する。前記温度補償
手段２７はファイバストランドの複合積層構造から成
り、温度補償手段の熱膨張係数ａ3 がファイバストラン
ドの配列によって決定される。
う。 【構成】 光ビームコリメート手段によって光ビーム源
の温度補償コリメーションを提供する装置２０は、ビー
ム源２５を所定位置に固定して光ビームの光軸２２を形
成するビーム源支持手段２８と、コリメート手段２４を
前記光軸上のビームコリメート手段２４の位置に配列さ
せるコリメート手段支持手段２３と、前記ビーム源支持
手段２８と前記コリメート手段支持手段２３との間に動
作するよう接続された温度補償手段２７とを含む。前記
温度補償手段２７は、コリメート手段２４を光軸２２に
沿って選択的にずらせるように動作する。前記温度補償
手段２７はファイバストランドの複合積層構造から成
り、温度補償手段の熱膨張係数ａ3 がファイバストラン
ドの配列によって決定される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学アセンブリにおい
て焦点距離の温度補償を行う手段に関する。
て焦点距離の温度補償を行う手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザビーム出力スキャナ等に見られる
光学アセンブリの中には、レーザダイオードのようなビ
ーム源とコリメータレンズによって供給される安定な単
色コリメート光ビームを必要とするものがある。適切な
光学的性能を実現するには、ビーム源が広い周囲温度範
囲に渡って所定のビーム特性を維持しなければならな
い。後部焦点距離として知られるコリメータレンズとビ
ーム源間の相対位置は、周囲温度の変動の本質的な範囲
において維持されなければならない。この後部焦点距離
の許容変動は、スキャナの解像度に応じて異なる。非常
に高解像度（たとえば１００ｄｐｉ）のレーザビーム出
力スキャナが良好に動作する場合、２０マイクロインチ
未満の後部焦点距離変動を許容することができる。
光学アセンブリの中には、レーザダイオードのようなビ
ーム源とコリメータレンズによって供給される安定な単
色コリメート光ビームを必要とするものがある。適切な
光学的性能を実現するには、ビーム源が広い周囲温度範
囲に渡って所定のビーム特性を維持しなければならな
い。後部焦点距離として知られるコリメータレンズとビ
ーム源間の相対位置は、周囲温度の変動の本質的な範囲
において維持されなければならない。この後部焦点距離
の許容変動は、スキャナの解像度に応じて異なる。非常
に高解像度（たとえば１００ｄｐｉ）のレーザビーム出
力スキャナが良好に動作する場合、２０マイクロインチ
未満の後部焦点距離変動を許容することができる。
【０００３】この問題に対する従来の解決方法では、装
置が熱によって誘発される構造変化を受ける際に後部焦
点距離を維持するよう動作する機械構造中に、ビーム源
及びレンズが装着される。したがって、ビーム源のアサ
ーマライゼーション（ather-malization）（すなわち温
度補償）は、受動的または能動的に実施される。
置が熱によって誘発される構造変化を受ける際に後部焦
点距離を維持するよう動作する機械構造中に、ビーム源
及びレンズが装着される。したがって、ビーム源のアサ
ーマライゼーション（ather-malization）（すなわち温
度補償）は、受動的または能動的に実施される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】受動補償システムは、
通常、光学システム中の様々な要素の温度膨張の係数の
差異に基づいており、温度による焦点のずれは最小とな
る。従来の方法はコンセントリック管システムを採用し
ており、通常の素材で構成されている場合には、非常に
大型で扱いにくい。たとえば米国特許第４，７３０，３
３５号は、それぞれが光学的にポンピングされる固体レ
ーザの単一光学エレメントを備えた一連のインタロッキ
ング管を開示している。しかしながら、受動システムの
精度は、当該システムのある構成要素を構成するために
選択された材料の熱膨張係数ＣＴＥによって異なる。し
たがって、受動設計の中には、単に、必要とするシステ
ム構成要素の製造に適した材料によっては、所望のＣＴ
Ｅが得られなかったり、あるいは、所望のＣＴＥが不安
定な材料でのみ得られるだけで、不正確で不安定な、あ
るいは信頼性の低いシステム応答を招くといった理由に
より、製造できないものがある。
通常、光学システム中の様々な要素の温度膨張の係数の
差異に基づいており、温度による焦点のずれは最小とな
る。従来の方法はコンセントリック管システムを採用し
ており、通常の素材で構成されている場合には、非常に
大型で扱いにくい。たとえば米国特許第４，７３０，３
３５号は、それぞれが光学的にポンピングされる固体レ
ーザの単一光学エレメントを備えた一連のインタロッキ
ング管を開示している。しかしながら、受動システムの
精度は、当該システムのある構成要素を構成するために
選択された材料の熱膨張係数ＣＴＥによって異なる。し
たがって、受動設計の中には、単に、必要とするシステ
ム構成要素の製造に適した材料によっては、所望のＣＴ
Ｅが得られなかったり、あるいは、所望のＣＴＥが不安
定な材料でのみ得られるだけで、不正確で不安定な、あ
るいは信頼性の低いシステム応答を招くといった理由に
より、製造できないものがある。
【０００５】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的は広範囲の温度補償要求
に適切に対処でき、かつ、コンパクトな設計のため体積
が小さく、熱応答が速い温度補償光学アセンブリを提供
することにある。
なされたものであり、その目的は広範囲の温度補償要求
に適切に対処でき、かつ、コンパクトな設計のため体積
が小さく、熱応答が速い温度補償光学アセンブリを提供
することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ビーム源を所定の位置に固定して光ビー
ムの光軸を形成するビーム源支持手段と、コリメート手
段を前記光軸上のビームコリメート手段位置に配列させ
るコリメート手段支持手段と、前記ビーム源支持手段と
前記コリメート手段支持手段との間に動作するよう接続
された温度補償手段とを含む。前記温度補償手段は、コ
リメート手段を光軸に沿って選択的にずらせるように動
作し、これによってコリメート手段をずらす。前記温度
補償手段はファイバストランドの複合積層構造を含んで
構成され、温度補償手段の熱膨張係数ａ3 がファイバス
トランドの配列によって決定される。
に、本発明は、ビーム源を所定の位置に固定して光ビー
ムの光軸を形成するビーム源支持手段と、コリメート手
段を前記光軸上のビームコリメート手段位置に配列させ
るコリメート手段支持手段と、前記ビーム源支持手段と
前記コリメート手段支持手段との間に動作するよう接続
された温度補償手段とを含む。前記温度補償手段は、コ
リメート手段を光軸に沿って選択的にずらせるように動
作し、これによってコリメート手段をずらす。前記温度
補償手段はファイバストランドの複合積層構造を含んで
構成され、温度補償手段の熱膨張係数ａ3 がファイバス
トランドの配列によって決定される。
【０００７】
【作用】本アセンブリの構成要素は容易に生産でき、製
作公差に対する構成要素の感度を最小限にするよう、有
効に設計することができる。本アセンブリはコンパクト
サイズに標準化できるが、広範囲の温度補償要求に適切
に対処でき、コンパクトな設計のため体積が小さく、熱
応答が速くなる。本発明では、補償リングの熱膨張係数
ａ3 を正確に調整することにより、最適な温度補償が可
能となる。正のＣＴＥ及び負のＣＴＥ双方の連続範囲が
ａ3 に対して有効であるため、より優れた温度補償精度
及び調整が実現される。さらに、所望のＣＴＥが巻き角
度に従って選択されるため、非常に少ない部品費用でａ
3 を微妙に変化させることができる。
作公差に対する構成要素の感度を最小限にするよう、有
効に設計することができる。本アセンブリはコンパクト
サイズに標準化できるが、広範囲の温度補償要求に適切
に対処でき、コンパクトな設計のため体積が小さく、熱
応答が速くなる。本発明では、補償リングの熱膨張係数
ａ3 を正確に調整することにより、最適な温度補償が可
能となる。正のＣＴＥ及び負のＣＴＥ双方の連続範囲が
ａ3 に対して有効であるため、より優れた温度補償精度
及び調整が実現される。さらに、所望のＣＴＥが巻き角
度に従って選択されるため、非常に少ない部品費用でａ
3 を微妙に変化させることができる。
【０００８】
【実施例】本発明のこれら及びその他の態様、目的、特
徴及び利点は、以下の好適な実施例の詳細な説明と添付
の請求項を、添付の図面を参照して検討することによ
り、より明確に理解及び評価されるであろう。
徴及び利点は、以下の好適な実施例の詳細な説明と添付
の請求項を、添付の図面を参照して検討することによ
り、より明確に理解及び評価されるであろう。
【０００９】本発明の好適な実施例につき、添付の図面
を参照しながら説明する。図面における同様の参照番号
は、同様の構成要素を示す。
を参照しながら説明する。図面における同様の参照番号
は、同様の構成要素を示す。
【００１０】図１に示したように、本発明の好適な実施
例は、広範囲の動作温度に渡って本質的に一定の特性の
コリメート光ビーム２２を供給するのに使用される温度
補償光学アセンブリ２０として構成される。フロントプ
レート２３はレンズバレル２６に配置されたコリメータ
レンズ２４を保持し、これらの組合せは、ビーム源２５
からのコリメート光ビーム２２の光軸に沿って並んだ補
償リング２７によって支持される。ビーム源２５は、ベ
ースプレート２８と一体型のビーム源マウント２９に固
定された半導体レーザダイオードの形式であることが好
ましい。ビーム源２５に対するコリメータレンズ２４の
半径方向の配列と角配列は、同軸上に並んだフロントプ
レート２３とベースプレート２８とビーム源マウント２
９と補償リング２７の円筒形状によって維持される。
例は、広範囲の動作温度に渡って本質的に一定の特性の
コリメート光ビーム２２を供給するのに使用される温度
補償光学アセンブリ２０として構成される。フロントプ
レート２３はレンズバレル２６に配置されたコリメータ
レンズ２４を保持し、これらの組合せは、ビーム源２５
からのコリメート光ビーム２２の光軸に沿って並んだ補
償リング２７によって支持される。ビーム源２５は、ベ
ースプレート２８と一体型のビーム源マウント２９に固
定された半導体レーザダイオードの形式であることが好
ましい。ビーム源２５に対するコリメータレンズ２４の
半径方向の配列と角配列は、同軸上に並んだフロントプ
レート２３とベースプレート２８とビーム源マウント２
９と補償リング２７の円筒形状によって維持される。
【００１１】ビーム源マウント２９とビーム源２５は、
好適には熱電冷却装置（ＴＥＣ）モジュール４０とヒー
トシンク４１の形状をした熱エレメントによって冷却さ
れ、ビーム源を動作に最適な一定温度に維持する。熱エ
レメントは、ビーム源マウント２９の後面に取り付けら
れている。熱エレメントは、ビーム源２５に対して適切
な電力制御信号導体（図示せず）を供給する中央経路４
２を含む。
好適には熱電冷却装置（ＴＥＣ）モジュール４０とヒー
トシンク４１の形状をした熱エレメントによって冷却さ
れ、ビーム源を動作に最適な一定温度に維持する。熱エ
レメントは、ビーム源マウント２９の後面に取り付けら
れている。熱エレメントは、ビーム源２５に対して適切
な電力制御信号導体（図示せず）を供給する中央経路４
２を含む。
【００１２】好適なビーム源２５は日立ＨＬ７８０６Ｇ
型レーザダイオードのような市販のレーザダイオードで
ある。熱エレメントは、Ｍａｒｌｏｗ Ｉｎｄｕｓｔｒ
ｉｅｓ ＳＤ１５０７型のような市販の熱電冷却装置
（ＴＥＣ）モジュール４０（配線用の中心開口を含むよ
う修正）が好ましく、ビーム源マウント２９と、黒色の
陽極酸化処理したアルミニウムラジアルフィンヒートシ
ンク４１との間に挾持または接着されている。コリメー
タレンズ２４は、イーストマンコダック社から市販され
ているＱ−２８型コリメータレンズのようなレンズが好
ましい。フロントプレート２３及びベースプレート２８
は、３１６号ステンレス鋼で作製されていることが好ま
しい。断熱手段（図示せず）も、ベースプレートと外部
フレーム部材との間にあることが好ましく、温度補償光
学アセンブリ２０全体を熱的に隔離する。本明細書の特
別な内容を除き、温度補償光学アセンブリ２０は、当該
技術の既知の光学的技法に従って製造され、配列され、
集束されるものである。
型レーザダイオードのような市販のレーザダイオードで
ある。熱エレメントは、Ｍａｒｌｏｗ Ｉｎｄｕｓｔｒ
ｉｅｓ ＳＤ１５０７型のような市販の熱電冷却装置
（ＴＥＣ）モジュール４０（配線用の中心開口を含むよ
う修正）が好ましく、ビーム源マウント２９と、黒色の
陽極酸化処理したアルミニウムラジアルフィンヒートシ
ンク４１との間に挾持または接着されている。コリメー
タレンズ２４は、イーストマンコダック社から市販され
ているＱ−２８型コリメータレンズのようなレンズが好
ましい。フロントプレート２３及びベースプレート２８
は、３１６号ステンレス鋼で作製されていることが好ま
しい。断熱手段（図示せず）も、ベースプレートと外部
フレーム部材との間にあることが好ましく、温度補償光
学アセンブリ２０全体を熱的に隔離する。本明細書の特
別な内容を除き、温度補償光学アセンブリ２０は、当該
技術の既知の光学的技法に従って製造され、配列され、
集束されるものである。
【００１３】したがって、次に図２を参照することによ
り、好適な実施例の適切な設計パラメータが理解できる
であろう。本設計の目的は、広い温度範囲に渡って焦点
距離Ｆ0 を一定に保つことであるため、ベースプレート
２８と補償リング２７とレンズバレル２６を形成する素
材は、熱による焦点のずれｄＺ（インチ／゜Ｆ）が、
り、好適な実施例の適切な設計パラメータが理解できる
であろう。本設計の目的は、広い温度範囲に渡って焦点
距離Ｆ0 を一定に保つことであるため、ベースプレート
２８と補償リング２７とレンズバレル２６を形成する素
材は、熱による焦点のずれｄＺ（インチ／゜Ｆ）が、
【数１】 ｄＺ＝ Ｌａ3 ＋ ｈ1 ａ1 ＋ ｈ2 ａ2 ［１］ となるように選択される。
【００１４】ここで、 ａ1 ＝ ベースプレート２８の熱膨張係数 ａ2 ＝ フロントプレート２３の熱膨張係数 ａ3 ＝ 補償リング２７の熱膨張係数 Ｌ＝ 補償リング２７の高さ ｈ1 ＝ ベースプレート２８の参照厚み ｈ2 ＝ 補償リング２７の上端へのコリメータレンズの
焦点の距離 一般に、寸法Ｌ、ｈ1 、ｈ2 は、空間的な制限によって
固定され、各用途によって異なる。
焦点の距離 一般に、寸法Ｌ、ｈ1 、ｈ2 は、空間的な制限によって
固定され、各用途によって異なる。
【００１５】図３〜図４を参照すれば明らかなように、
本発明の特別な特徴は、フロントプレート２３とベース
プレート２８が、特別な複合積層構造を有する補償リン
グ２７によって分離されていることである。積層の厚さ
は、それぞれのプレートの曲げモーメントを低減する最
低限の厚さで形成される。積層ファイバオリエンテーシ
ョンの多重層が形成され、これまで従来型の装置では実
現が困難あるいは不可能であった正または負の熱膨張係
数（ＣＴＥ）の範囲が選択可能となる。したがって、受
動温度補償光学アセンブリの設計者は、本発明の以下の
内容に従い、本明細書に記載した実施例において、より
広範囲のＣＴＥ値が利用できるのがわかるであろう。
本発明の特別な特徴は、フロントプレート２３とベース
プレート２８が、特別な複合積層構造を有する補償リン
グ２７によって分離されていることである。積層の厚さ
は、それぞれのプレートの曲げモーメントを低減する最
低限の厚さで形成される。積層ファイバオリエンテーシ
ョンの多重層が形成され、これまで従来型の装置では実
現が困難あるいは不可能であった正または負の熱膨張係
数（ＣＴＥ）の範囲が選択可能となる。したがって、受
動温度補償光学アセンブリの設計者は、本発明の以下の
内容に従い、本明細書に記載した実施例において、より
広範囲のＣＴＥ値が利用できるのがわかるであろう。
【００１６】図３は、補償リング２７の好適な実施例を
示している。図４は、構成ファイバ層２７Ａ、２７Ｂ、
２７Ｃにおけるファイバストランド２７Ｓの巻き角度ｑ
に従って選択されるａ3 （補償リングの熱膨張係数）の
範囲を示している。（図示したように、明確化するた
め、ファイバストランド２７Ｓの一部のみを示した。ま
た、構成ファイバ層２７Ｂの巻き角度は０である。）本
複合管の構成により、内層２７Ａと外層２７Ｃのストラ
ンドの巻き角度を変え、中間層２７Ｂのストランドの巻
き角度を０に保つことにより（すなわち、補償リングの
縦方向の軸と平行の向き）、補償リング２７に対するａ
3 の所望の値を選択することが可能となる。
示している。図４は、構成ファイバ層２７Ａ、２７Ｂ、
２７Ｃにおけるファイバストランド２７Ｓの巻き角度ｑ
に従って選択されるａ3 （補償リングの熱膨張係数）の
範囲を示している。（図示したように、明確化するた
め、ファイバストランド２７Ｓの一部のみを示した。ま
た、構成ファイバ層２７Ｂの巻き角度は０である。）本
複合管の構成により、内層２７Ａと外層２７Ｃのストラ
ンドの巻き角度を変え、中間層２７Ｂのストランドの巻
き角度を０に保つことにより（すなわち、補償リングの
縦方向の軸と平行の向き）、補償リング２７に対するａ
3 の所望の値を選択することが可能となる。
【００１７】補償リングは、ポリフェニレンフルフィド
マトリクスを有する引張応力３３ｍｓｉの複数のカーボ
ンファイバにより、正確な巻き構成で構成されているこ
とが好ましい。このようなマトリクスは、グラファイト
／ポリフェニレンスルフィド層の単一方向の積層として
形成される。前述の複合材料は、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏ
ｍｐｏｓｉｔｅｓ社より市販されている。しかしなが
ら、他の同様のファイバ素材や、他のファイバ／積層の
組合せも同様の（潜在的に最適ではないが）結果を生じ
るものと考えられる。
マトリクスを有する引張応力３３ｍｓｉの複数のカーボ
ンファイバにより、正確な巻き構成で構成されているこ
とが好ましい。このようなマトリクスは、グラファイト
／ポリフェニレンスルフィド層の単一方向の積層として
形成される。前述の複合材料は、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏ
ｍｐｏｓｉｔｅｓ社より市販されている。しかしなが
ら、他の同様のファイバ素材や、他のファイバ／積層の
組合せも同様の（潜在的に最適ではないが）結果を生じ
るものと考えられる。
【００１８】熱によって誘発されるフロントプレート及
びベースプレートの動きといった、当該技術において知
られている熱効果及び機械的効果によって予想される、
温度補償光学アセンブリ２０の複数の構成要素の寸法の
変化を補償するため、補償リング２７に対して必要な熱
膨張係数ａ3 は、方程式［２］に従い、次のように計算
される。
びベースプレートの動きといった、当該技術において知
られている熱効果及び機械的効果によって予想される、
温度補償光学アセンブリ２０の複数の構成要素の寸法の
変化を補償するため、補償リング２７に対して必要な熱
膨張係数ａ3 は、方程式［２］に従い、次のように計算
される。
【００１９】
【数２】 ａ3 ＝ （ｄＺ−ｈ1 ａ1 −ｈ2 ａ2 ）／ Ｌ ［２］ したがって、各構成ファイバ２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃに
対して巻き角度ｑを選択することにより、積層ファイバ
ストランドは、所望の熱膨張係数ａ3 に対して適切な、
組合された有効熱膨張係数を与える。
対して巻き角度ｑを選択することにより、積層ファイバ
ストランドは、所望の熱膨張係数ａ3 に対して適切な、
組合された有効熱膨張係数を与える。
【００２０】図５は、この結果生じるレンズの動きと焦
点のずれの、温度補償光学アセンブリ２０の動作範囲に
おける有効焦点距離に対する影響を示している。システ
ムの光学焦点のずれ（実線Ａで示した）は、レンズ焦点
距離及び相対ビーム源位置の変化の効果を含んでいる。
補償リング２７の膨張または縮小により、コリメータレ
ンズの位置のずれ（実線Ｂ）が生じ、焦点のずれ（実線
Ａ）を正確に補償し、これによってコリメート光ビーム
２２の焦点距離（実線Ｃ）と、光学アセンブリ焦点平面
（図示せず）におけるビームスポットサイズは、当該光
学アセンブリの全動作範囲Ｔ1 〜Ｔ2 に渡って維持され
る。コリメータレンズの構成の性質により、コリメータ
レンズ位置のずれ（実線Ｂ）は直線となる。正のずれを
示したが、ずれは、前述の巻き角度の選択に従って正ま
たは負となる。したがって、目的とする光学アセンブリ
が構成され、通常の動作温度（Ｔ0 ）より低い温度（Ｔ
1）及び通常の動作温度より高い温度（Ｔ0 ）で焦点の
ずれを完全に補償する。
点のずれの、温度補償光学アセンブリ２０の動作範囲に
おける有効焦点距離に対する影響を示している。システ
ムの光学焦点のずれ（実線Ａで示した）は、レンズ焦点
距離及び相対ビーム源位置の変化の効果を含んでいる。
補償リング２７の膨張または縮小により、コリメータレ
ンズの位置のずれ（実線Ｂ）が生じ、焦点のずれ（実線
Ａ）を正確に補償し、これによってコリメート光ビーム
２２の焦点距離（実線Ｃ）と、光学アセンブリ焦点平面
（図示せず）におけるビームスポットサイズは、当該光
学アセンブリの全動作範囲Ｔ1 〜Ｔ2 に渡って維持され
る。コリメータレンズの構成の性質により、コリメータ
レンズ位置のずれ（実線Ｂ）は直線となる。正のずれを
示したが、ずれは、前述の巻き角度の選択に従って正ま
たは負となる。したがって、目的とする光学アセンブリ
が構成され、通常の動作温度（Ｔ0 ）より低い温度（Ｔ
1）及び通常の動作温度より高い温度（Ｔ0 ）で焦点の
ずれを完全に補償する。
【００２１】本発明につき、その好適な実施例を特に参
照して詳細に説明してきたが、本発明の精神及び範囲内
で変更及び修正が可能であるものとする。
照して詳細に説明してきたが、本発明の精神及び範囲内
で変更及び修正が可能であるものとする。
【００２２】
【発明の効果】本発明に従って構成される温度補償光学
アセンブリは、以下及びその他の利益及び効果をもたら
す。本アセンブリの構成要素は容易に生産でき、製作公
差に対する構成要素の感度を最小限にするよう、有効に
設計することができる。本アセンブリはコンパクトサイ
ズに標準化できるが、広範囲の熱補償要求に適切に対処
できる。コンパクトな設計のため体積が小さく、熱応答
が速くなる。従来技術の受動補償法の補償で得られた、
限定された範囲のＣＴＥ値とは対照的に、本発明では、
補償リングの熱膨張係数ａ3 を正確に調整することによ
り、最適な熱補償が可能となる。正のＣＴＥ及び負のＣ
ＴＥ双方の連続範囲がａ3 に対して有効であるため、好
適な実施例により、より優れた熱補償精度及び調整が実
現される。さらに、所望のＣＴＥが巻き角度に従って選
択されるため、非常に少ない部品費用でａ3 を微妙に変
化させることができる。本アセンブリは、最後にレンズ
を配列する前にイナートガスで満たすように構成しても
よく、ビーム源に対して機械的な保護と密閉された環境
をもたらすことができる。
アセンブリは、以下及びその他の利益及び効果をもたら
す。本アセンブリの構成要素は容易に生産でき、製作公
差に対する構成要素の感度を最小限にするよう、有効に
設計することができる。本アセンブリはコンパクトサイ
ズに標準化できるが、広範囲の熱補償要求に適切に対処
できる。コンパクトな設計のため体積が小さく、熱応答
が速くなる。従来技術の受動補償法の補償で得られた、
限定された範囲のＣＴＥ値とは対照的に、本発明では、
補償リングの熱膨張係数ａ3 を正確に調整することによ
り、最適な熱補償が可能となる。正のＣＴＥ及び負のＣ
ＴＥ双方の連続範囲がａ3 に対して有効であるため、好
適な実施例により、より優れた熱補償精度及び調整が実
現される。さらに、所望のＣＴＥが巻き角度に従って選
択されるため、非常に少ない部品費用でａ3 を微妙に変
化させることができる。本アセンブリは、最後にレンズ
を配列する前にイナートガスで満たすように構成しても
よく、ビーム源に対して機械的な保護と密閉された環境
をもたらすことができる。
【図１】本発明に従って構成された光学アセンブリの略
側断面図である。
側断面図である。
【図２】本発明に従って構成された光学アセンブリの略
側断面図である。
側断面図である。
【図３】図１の光学アセンブリの支持管の分析に有用な
略ダイアグラムモデル図である。
略ダイアグラムモデル図である。
【図４】図１の光学アセンブリの補償リングのファイバ
の巻き角度に従う熱膨張係数（ＣＴＥ）の変化を表す略
グラフ図である。
の巻き角度に従う熱膨張係数（ＣＴＥ）の変化を表す略
グラフ図である。
【図５】図１の光学アセンブリの、周囲温度に従う焦点
距離の変化を表すグラフ図である。
距離の変化を表すグラフ図である。
２０ 温度補償光学アセンブリ ２２ コリメート光ビーム（光軸） ２３ フロントプレート（コリメート手段支持手段） ２４ コリメータレンズ（コリメート手段） ２５ ビーム源 ２６ レンズバレル ２７ 補償リング（温度熱補償手段） ２７Ｓ ファイバストランド ２７Ａ 構成ファイバ層（内層） ２７Ｂ 構成ファイバ層（中間層） ２７Ｃ 構成ファイバ層（外層） ２８ ベースプレート（ビーム源支持） ２９ ビーム源マウント ４０ 熱電冷却装置（ＴＥＣ）モジュール（熱エレメン
ト） ４１ ヒートシンク
ト） ４１ ヒートシンク
Claims (1)
- 【請求項１】 光ビームコリメート手段によって光ビー
ム源の温度補償コリメーションを提供する受動温度補償
光学アセンブリにおいて、 ビーム源を既定の位置に固定して光ビームの光軸を形成
するビーム源支持手段と、 コリメート手段を前記光軸上の光ビームコリメート手段
位置に配列させるコリメート手段支持手段と、 前記ビーム源支持手段と前記コリメート手段支持手段と
の間に動作するよう接続された温度補償手段と、を含
み、 前記温度補償手段が前記コリメート手段を光軸に沿って
選択的にずらせるように動作し、 前記温度補償手段がファイバストランドの複合積層構造
を含み、前記温度補償手段の熱膨張係数ａ3 がファイバ
ストランドの配列によって決定されることを特徴とする
受動温度補償光学アセンブリ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/996,226 US5270869A (en) | 1992-12-23 | 1992-12-23 | Passively athermalized optical assembly incorporating laminate fiber compensation ring |
| US996226 | 1997-12-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06215397A true JPH06215397A (ja) | 1994-08-05 |
Family
ID=25542644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5276922A Pending JPH06215397A (ja) | 1992-12-23 | 1993-11-05 | 積層ファイバ補償リングを備えた受動温度補償光学アセンブリ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5270869A (ja) |
| EP (1) | EP0604328A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06215397A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007123799A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-05-17 | Fujifilm Corp | レーザー光源ユニットを備えた光学装置及び画像記録装置 |
| CN105492953A (zh) * | 2013-09-03 | 2016-04-13 | 奥托立夫开发公司 | 用于机动车辆的摄像机模块及安装摄像机模块的方法 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5444520A (en) * | 1993-05-17 | 1995-08-22 | Kyocera Corporation | Image devices |
| US5469454A (en) * | 1994-05-02 | 1995-11-21 | University Of Central Florida | Mode locked laser diode in a high power solid state regenerative amplifier and mount mechanism |
| US5655189A (en) * | 1994-05-27 | 1997-08-05 | Kyocera Corporation | Image device having thermally stable light emitting/receiving arrays and opposing lenses |
| US5991102A (en) * | 1994-11-25 | 1999-11-23 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Beam protecting device |
| US5848082A (en) * | 1995-08-11 | 1998-12-08 | Sdl, Inc. | Low stress heatsink and optical system |
| US5993934A (en) * | 1997-08-06 | 1999-11-30 | Eastman Kodak Company | Near zero CTE carbon fiber hybrid laminate |
| US6594204B1 (en) * | 1999-03-31 | 2003-07-15 | Sony Corporation | Lens holder, method for manufacturing lens holder, metal die for producing lens holder and objective lens device |
| US6465774B1 (en) | 2000-06-30 | 2002-10-15 | Honeywell International Inc. | Method and system for versatile optical sensor package |
| US6643299B1 (en) * | 2000-07-17 | 2003-11-04 | Calmar Optcom, Inc. | Bi-metal and other passive thermal compensators for fiber-based devices |
| KR20030010148A (ko) * | 2001-07-25 | 2003-02-05 | 주식회사 하이닉스반도체 | 이미지 센서 |
| GB2405993A (en) * | 2003-09-11 | 2005-03-16 | Agilent Technologies Inc | An arrangement for dissipating heat in an electro-optical system |
| DE102006046416B4 (de) * | 2005-10-04 | 2009-03-12 | Carl Zeiss Ag | Vorrichtung zur Temperaturkompensation eines optischen Systems |
| DE102008047277A1 (de) * | 2008-09-16 | 2010-04-15 | Hella Kgaa Hueck & Co. | Optische Einrichtung, insbesondere Bilderfassungskamera zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug |
| DE102009043161A1 (de) | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Jenoptik Optical Systems Gmbh | Vorrichtung zur temperaturabhängigen axialen Verschiebung optischer Komponenten |
| CN109975940A (zh) * | 2017-12-27 | 2019-07-05 | 群光电子股份有限公司 | 自动补偿焦距的摄像装置 |
| DE102019107146B4 (de) * | 2019-01-30 | 2021-02-25 | Jenoptik Optical Systems Gmbh | Athermale Laseroptik aus Kunststoff |
| CN113534575A (zh) * | 2020-04-21 | 2021-10-22 | 晋城三赢精密电子有限公司 | 镜头模组及电子装置 |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB127800A (en) * | 1918-10-09 | 1919-06-12 | Optique & De Mecanique De Haut | Improved Apparatus for Rendering the True or Apparent Focal Length of Objectives Independent of Changes of Temperature. |
| ZA711015B (en) * | 1970-03-10 | 1971-12-29 | Parkson Corp | Process for preparing superphosphoric acid |
| JPS5419757A (en) * | 1977-07-14 | 1979-02-14 | Olympus Optical Co Ltd | Lens prevented from being out of focus due to temperature change |
| JPS58203405A (ja) * | 1982-05-22 | 1983-11-26 | Minolta Camera Co Ltd | レンズ系の温度補償機構 |
| JPS5915204A (ja) * | 1982-07-17 | 1984-01-26 | Canon Inc | レ−ザユニツト |
| JPS5915205A (ja) * | 1982-07-17 | 1984-01-26 | Canon Inc | レ−ザユニツト |
| US4525745A (en) * | 1982-10-22 | 1985-06-25 | General Electric Company | Temperature compensation for TV projection lens and CRT assembly |
| JPS5994891A (ja) * | 1982-11-24 | 1984-05-31 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
| US4661959A (en) * | 1984-02-17 | 1987-04-28 | Ricoh Company, Ltd. | Lasing device |
| JPS61162014A (ja) * | 1985-01-10 | 1986-07-22 | Ricoh Co Ltd | 平行レ−ザ−ビ−ム用光源装置 |
| US4656635A (en) * | 1985-05-01 | 1987-04-07 | Spectra-Physics, Inc. | Laser diode pumped solid state laser |
| US4730335A (en) * | 1986-06-26 | 1988-03-08 | Amoco Corporation | Solid state laser and method of making |
| JPS63155012A (ja) * | 1986-12-19 | 1988-06-28 | Toshiba Corp | 非球面レンズの取付方法 |
| SE458072B (sv) * | 1987-07-03 | 1989-02-20 | Ericsson Telefon Ab L M | Anordning foer att vid varierande temperatur haalla en optisk lins i oenskat laege i en linsfattning |
| US4918702A (en) * | 1987-12-02 | 1990-04-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Laser unit |
| US4948221A (en) * | 1988-08-30 | 1990-08-14 | Eastman Kodak Company | Athermalized optical head |
| US4993801A (en) * | 1989-12-27 | 1991-02-19 | Eastman Kodak Company | Optical head |
| US5296724A (en) * | 1990-04-27 | 1994-03-22 | Omron Corporation | Light emitting semiconductor device having an optical element |
| JPH04104271A (ja) * | 1990-08-24 | 1992-04-06 | Ricoh Co Ltd | 光源装置及びそれを用いた画像形成装置 |
| GB2254959A (en) * | 1991-04-15 | 1992-10-21 | Combined Optical Ind Ltd | Lens mounting |
-
1992
- 1992-12-23 US US07/996,226 patent/US5270869A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-11-05 JP JP5276922A patent/JPH06215397A/ja active Pending
- 1993-12-10 EP EP93420490A patent/EP0604328A1/en not_active Ceased
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007123799A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-05-17 | Fujifilm Corp | レーザー光源ユニットを備えた光学装置及び画像記録装置 |
| CN105492953A (zh) * | 2013-09-03 | 2016-04-13 | 奥托立夫开发公司 | 用于机动车辆的摄像机模块及安装摄像机模块的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5270869A (en) | 1993-12-14 |
| EP0604328A1 (en) | 1994-06-29 |
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