JPH0622805Y2 - 光学系要素のホルダ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は主として光学実験等に用いられるミラーやレン
ズのホルダに関するものである。

〔従来の技術とその技術的課題〕

光学実験や光学測定たとえばレーザー光線による干渉や
光ファイバ特性試験を行う場合には、光源と受光要素と
の間にミラーやレンズが配置される。このミラーやレン
ズ類の保持と光軸に対する回転角の調整手段としてホル
ダが不可欠である。

この種のホルダは、従来一般に、第６図と第７図に示す
ように、水平軸線左右中心をもって保持枠２を支持した
本体１の軸方向下側に空所５００，５０１を設け、一方
の切欠き５００に、保持枠２の支軸とつながる垂直回転
用アーム５０２の下端を挿入させ、他方の切欠き５０１
に本体１の下側中心から伸びる水平回転用アーム５０３
の先端を挿入し、それらアーム先端片面を本体１の前面
に設けたスプリング機構５０４，５０５で受け、他面を
微動用マイクロメータ（ネジを含む）５０６，５０７の
作動子で押圧するようにしていた。しかしながらこの構
造では次のような問題があった。

微動用マイクロメータ５０６，５０７およびスプリン
グ機構５０４，５０５が光軸と平行状にしかも大きく突
出する。このため他の光学モジュールとの近接配置が妨
げられ、実験や測定のスペースが大きくなると共に、光
量の損失が増す。

手動操作であるため操作が煩雑で、手間と時間がかか
る。

操作の際に手先が光線を横切りやすいため、光源とし
て高出力レーザなどを発射するものを用いた場合に危険
を伴う。

本考案は前記のような問題点を解消するために考案され
たもので、その目的とするところは、他の光学モジュー
ルとの近接配置が可能で、また微小な回転角操作を簡単
かつ自在に行え、安全性も高いコンパクトなこの種のホ
ルダを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本考案は、ミラー等の光学部品
を保持する保持枠と、該保持枠を支軸を介して水平軸線
の周りで回転可能に摩擦支持する本体と、該本体を垂直
軸線の周りに回転可能に摩擦支持するピボット軸を備
え、かつ、少なくとも前記保持枠と前記本体のいずれか
一方に、一端が前記保持枠または前記本体に結合された
圧電素子と該圧電素子の他端に結合された慣性体を備え
た微小移動機構を配し、圧電素子の駆動により慣性体に
摩擦支持力に打ち勝つ加速度を加え、その反動で保持枠
または本体を動かすようにしたものである。

本考案はミラーホルダ、レンズホルダに好適なほか、素
子ホルダ、ファイバホルダ、コネクタホルダなど各種ホ
ルダに適用される。

〔実施例〕

以下本考案の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図と第２図は本考案の実施例を示している。

１は内側に弧状面１ａを有する本体、２はミラー、レン
ズ等の光学要素を着脱可能に取付ける保持枠、３はロッ
ドである。

保持枠２は弧状面１ａと同心状に配され、水平方向中心
線上の一方が支軸６により、また他方がコーン状部材７
ａとプランジャ７ｂとを備えたジンバル機構７によりそ
れぞれ本体１に支持されている。コーン状部材７ａはそ
の先端部摩擦面７０を構成し、支軸６はそのリング部端
面側が摩擦面６０を構成し、それら摩擦面６０，７０と
相手方面との摩擦力の作用により保持枠２は本体１に対
し位置決めないし移動ロックされるようになっている。

一方、本体１は垂直方向中心線上に貫通穴８を有し、こ
の貫通穴８に逆テーパ面９０を備えたボス部材９が嵌合
固定されている。そして、ボス部材９には前記逆テーパ
面９０に対応するテープ状摩擦面１００を備えたスリー
ブ状のピボット軸１０が挿入され、ピボット軸１０は頂
部にストッパ部材１１が固定されることで抜け止めされ
ている。前記ロッド３は上部にねじ部３０を有し、この
ねじ部３０がピボット軸１０のめねじにねじ込まれるこ
とで一体化され、前記テーパ状摩擦面１００と逆テーパ
面９０間の摩擦力により本体１はロッド３に対し位置決
めないし移動ロックされるようになっている。

前記摩擦力を安定、確実に得るため、この実施例ではロ
ッド３の台形ねじ部３１にばね受け部材１２を螺合し、
ばね受け部材１２の頂部１２０を本体１下面に固定する
と共に、ばね受け部材１２とピボット軸フランジ部１０
１との間に圧縮ばね１３を介装し、これによりピボット
軸１０を押込み側に付勢している。

４ａ，４ｂは水平方向回転角調整用の微小移動機構であ
り、前記ピボット軸１０を中心として本体１の両側に対
称的に配置されている。５ａ，５ｂは垂直方向回転角調
整用の微小移動機構であり、ジンバル機構７および軸６
との約９０°変位した位置の保持枠２に対称的に配置さ
れている。

前記微小移動機構４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂは、それぞれ
少なくとも１個ずつの圧電素子４０ａ，４０ｂ，５０
ａ，５０ｂと、慣性体（おもり）４１ａ，５１ｂ，５１
ａ，５１ｂを有しており、各圧電素子４０ａ，４０ｂ，
５０ａ，５０ｂは、変位方向の一端面が本体１または保
持枠２に、また他端面が慣性体４１ａ，４１ｂ，５１
ａ，５１ｂにそれぞれ接着等により接合されている。慣
性体４１ａ，４１ｂ，５１ａ，５１ｂは比重の大きい材
料からなり、その重量ｍは、移動側（本体、保持枠）の
重量Ｍとで大きな差を設定し、たとえば、 程度とすることが適当である。

圧電素子４０ａ，４０ｂ，５０ａ，５０ｂはバイモルフ
形やスタック形でもよいし、場合によっては電歪素子で
もよいが、駆動電圧の節減や寸法の短縮点から、積層形
たとえば極薄の内部電極を印刷した薄セラミックグリー
ンシートを多数枚積層焼成したものが好適である。

この実施例では、微小移動機構４ａ，４ｂの取付け機構
として、本体１に段付きの凹部１４が貫設され、径小側
に壁要素として蓋体１５がねじ込まれ、この蓋体１５の
内面に圧電素子４０ａ，４０ｂの変位方向一端面が接着
などにより結合され、慣性体４１ａ，４１ｂは凹部１４
の内面と非接触状態に半部が内挿されている。

また、保持枠２の微小移動機構５ａ，５ｂ取付け機構と
して、保持枠２に段付きの凹部１６が欠設され、段部面
に圧電素子５０ａ，５０ｂの一端が結合され、他端に側
面 状をなした慣性体５１ａ，５１ｂが結合されている。

第３図は上記微小移動機構４ａ，４ｂを内蔵形とした実
施例を示している。すなわち、第３図で本体１にめくら
状の凹部１４′を形成し、その凹部底に圧電素子４０
ａ，４０ｂの一端面を結合する一方、慣性体４１ａ，４
１ｂには圧電素子４０ａ，４０ｂを遊嵌できる大きさの
凹入部４１０を形成し、この凹部底に圧電素子４０ａ，
４０ｂの他端面を結合し、凹部１４′の開口を蓋体１
５′で閉止している。

第４図と第５図は微小移動機構５ａ，５ｂを内蔵形とし
た実施例を示しており、保持枠２に弧状溝１６′を形成
し、その弧状溝１６′の底に圧電素子５０ａ，５０ｂの
一端を結合すると共に、弧状溝１６′内にこれと相似形
をなした慣性体５１ａ，５１ｂを遊嵌し、これの端面又
は凹入部底に圧電素子５０ａ，５０ｂの他端を結合して
いる。

なお、圧電素子は第３図で代表的に示すように、変位方
向と交差する両側面に外部電極４００を有し、外部電極
４００はリード線４２０や電源コネクタを介して図示し
ない駆動電源に接続される。駆動電源はたとえばコンバ
ータと駆動アンプを有するものであり、この駆動電源は
電源スイッチ、移動スイッチ、粗・微動切換スイッチ類
を備え、インターフェイスを介してコンピュータ制御可
能なものを用いることもできる。

なお、図示するものは一例であり、微小移動機構は必ず
しも本体１と保持枠２にそれぞれ複数個配置する必要は
なく、１つずつであってもよい。これは圧電素子への印
加電圧のパターンを逆にすることで縮み側変位（又は伸
び側変位）が得られるからである。また、場合によって
は、保持枠２と本体１のいずれかだけに設けても良い。

〔実施例の作用〕

本考案のホルダは、保持枠２に所望の光学要素たとえば
ミラーやレンズ等を取付け、ロッド３をスタンド類に支
持させることで光学実験系に組込まれる。このとき、第
１図と第２図の実施例では慣性体４１ａ，４１ｂの自由
端がわずかに光軸方向に突出するだけであり、第３図や
第４図の実施例では全く突出しない。従って他の光学モ
ジュールときわめて近接した関係に配置することができ
る。

常態において、保持枠２は支軸６とジンバル機構７の各
摩擦面６０，７０が本体１の対応面に接するため、その
摩擦力で光軸に対し垂直方向の回転角が所定角度にロッ
クがなされており、ばね１３によりピボット軸１０が付
勢され、テーパ状摩擦面１００がボス９の逆テーパ面９
０に密接しているため、その摩擦力で本体１はロッド３
にロックされる。すなわち、光軸に対し水平方向の回転
角が所定角度にロックされている。

この状態から水平、垂直の２方向の回転角を調整するに
は、遠隔操作で微小移動機構４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂに
選択的に電圧を印加すればよい。詳述すると、いま光軸
に対し垂直方向の回転角を調整するには、保持枠２に配
置した微小移動機構５ａ，５ｂの各圧電素子５０ａ，５
０ｂにたとえば次のようなパターンで電圧を印加すれば
よい。すなわち、まず第１ステップとして圧電素子５０
ａ，５０ｂに急速に電圧を印加する。こうすれば、圧電
素子５０ａ，５０ｂは急激に伸び、その力が結合面を介
して保持枠２の段部１６又は凹入部１６′と慣性体４１
ａ，４１ｂに伝達されるため、保持枠２と慣性体４１
ａ，４１ｂは逆方向に移動する。前記力は摩擦面６０，
７０による摩擦力よりも大きいため、保持枠２は支軸６
およびジンバル機構７を中心として微小量回転する。

次いで、第２ステップとして圧電素子５０ａ，５０ｂへ
の印加電圧をゆっくりと下げれば、圧電素子５０ａ，５
０ｂはゆっくりと元の長さに戻り、このときの加速度は
小さいため摩擦面６０，７０による静止摩擦力が慣性力
に勝り、従って保持枠２は動かず慣性体４１ａ，４１ｂ
だけが引戻される。

そして、第３ステップとして、引戻し段階で電圧印加を
一定レベルで急激に止めれば、慣性体４１ａ，４１ｂの
加速度が急降下し、これにより衝撃力が圧電素子４０
ａ，４０ｂを伝わって保持枠２に伝達されるため、保持
枠２は静止摩擦力に打勝ってもう１度微小移動する。そ
してこの保持枠２の移動は運動エネルギーが動摩擦力に
よって失われるまでである。上記サイクルにより保持枠
２の微小な回転角調整を行うことができる。

また、光軸に対し水平方向の回転角を調整するには、本
体１に配置した微小移動機構４ａ，４ｂの圧電素子４０
ａ，４０ｂのいずれかに前記と同じようなパターンで電
圧を印加する。すなわち、第１ステップとして圧電素子
４０ａ，４０ｂに急激に電圧を印加し、第２ステップと
してその印加電圧をゆっくりと下げ、第３ステップとし
て電圧印加を一定レベルで急激に止める。

こうすれば、第１ステップでの圧電素子４０ａ，４０ｂ
の急伸により本体１と慣性体４１ａ，４１ｂは逆方向に
移動し、本体１はテーパによる摩擦力に抗してピボット
軸１０のまわりで微小回転する。そして第２ステップで
は慣性体４１ａ，４１ｂだけが引戻され、第３ステップ
で再度本体１が微小移動する。これらステップで本体１
の微小な回転角調整を行うことができる。

前記回転角を逆方向に調整するには、逆転回路を使って
印加電圧のパターンを逆にすればよい。そして各微小移
動機構４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂの前記サイクルを連続し
て行えば保持枠２と本体１の長距離の移動も可能であ
り、従って粗動と微動とを１つの駆動機構で自動的に行
える。

なお、駆動方法としては、第２ステップで慣性体を一定
の加速度で加速しながら縮め、保持枠２又は本体１の運
動が起った瞬間に急激に圧電素子を元の長さに戻しても
よい。この方法は１サイクルを早く終了することができ
る利点がある。

〔考案の効果〕

以上説明した本考案によれば、次のようなすぐれた効果
が得られる。

光軸方向に突起物がほとんど出ないため、他の光学モ
ジュールとの近接が可能となり、光学実験用スペースの
大幅な節減と光量損失の低減を実現することができる。

圧電素子への電圧印加は遠隔操作で光線を見ながら行
えるため、人体に危険な光線を使用する場合も安全性が
高く、正確かつ簡便に回転角調整を行うことができる。

回転角の調整を単に圧電素子の変位で行うのでなく、
変位時の加速度を利用するため効率よく長距離の移動を
行え、従って粗回転角調整を行え、勿論サブミクロンな
いしナノミクロンオーダーの微回転角調整を行える。

粗動と微動とを１つの機構で行えるため、制御系や駆
動系を簡素化でき、コンパクトな構造とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る光学系要素のホルダの一実施例を
示す部分切欠正面図、第２図は同じくその部分切欠側面
図、第３図と第４図は本考案の別の実施例を示す部分的
断面図、第５図は第４図の実施例の正面図、第６図は従
来のホルダの部分切欠右側面図、第７図は同じく左側面
図である。 １……本体、２……保持枠、３……ロッド、４ａ，４
ｂ、５ａ，５ｂ……微小移動機構、４０ａ，４０ｂ……
圧電素子、４１ａ，４１ｂ……慣性体、４，４′……凹
部、１６……凹部、１６′……凹入部

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ミラー等の光学系部品を保持する保持枠
   と、該保持枠を支軸を介して水平軸線の周りで回転可能
   に摩擦支持する本体と、該本体を垂直軸線の周りに回転
   可能に摩擦支持するピボット軸を備え、かつ、前記本体
   には、前記本体に一端が結合された圧電素子と該圧電素
   子の他端に結合された慣性体とを備えた微小移動機構を
   配し、圧電素子の駆動により慣性体に摩擦支持力に打ち
   勝つ加速度パターンを加え、その反動で本体を動かすよ
   うにしたことを特徴とする光学系要素のホルダ。
2. 【請求項２】ミラー等の光学系部品を保持する保持枠
   と、該保持枠を支軸を介して水平軸線の周りで回転可能
   に摩擦支持する本体と、該本体を垂直軸線の周りに回転
   可能に摩擦支持するピボット軸を備え、かつ、前記保持
   枠には、前記保持枠に一端が結合された圧電素子と該圧
   電素子の他端に結合された慣性体とを備えた微小移動機
   構を配し、圧電素子の駆動により慣性体に摩擦支持力に
   打ち勝つ加速度パターンを加え、その反動で保持枠を動
   かすようにしたことを特徴とする光学系要素のホルダ。
3. 【請求項３】ミラー等の光学系部品を保持する保持枠
   と、該保持枠を支軸を介して水平軸線の周りで回転可能
   に摩擦支持する本体と、該本体を垂直軸線の周りに回転
   可能に摩擦支持するピボット軸を備え、かつ、前記本体
   と前記保持枠には、前記本体または前記保持枠に一端が
   結合された圧電素子と該圧電素子の他端に結合された慣
   性体とを備えた微小移動機構をそれぞれ配し、圧電素子
   の駆動により慣性体に摩擦支持力に打ち勝つ加速度パタ
   ーンを加え、その反動で本体または保持枠を動かすよう
   にしたことを特徴とする光学系要素のホルダ。
4. 【請求項４】前記保持枠または前記本体に設けられた凹
   部内に前記圧電素子が配置固定されている実用新案登録
   請求の範囲第１項ないし第３項いずれかに記載の光学系
   要素のホルダ。
5. 【請求項５】前記保持枠に設けられた前記微小移動機構
   が、前記支軸を挟んで対称位置に配置されている実用新
   案登録請求の範囲第２項ないし第４項いずれかに記載の
   光学系要素のホルダ。
6. 【請求項６】前記本体に設けられた前記微小移動機構
   が、前記ピボット軸を挟んで対称位置に配置されている
   実用新案登録請求の範囲第１項、第３項、第４項いずれ
   かに記載の光学要素系のホルダ。