JPS58219515A - 反射形無限焦点光学系 - 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】 技術分野 本発明は光学系に係り、特に反射形無限焦点光学系に関
する。

先行技術 単一要素の偏心軸放物面は当該技術で公知である。例え
ばダデリュ・ジエー・スミス著「現代光学技術」（マグ
ロ−ヒル社１９６６年刊行、第６８８ページ）は焦点を
入射−一ムの外部に維持するための偏心軸開口を用いる
放物面用？・−シェルマウント（取付台）を説明し図解
している。このような偏心軸放物面は、例えば、光学試
験装置において使用されるものである。

しかしながら、他の用途では口径食なおこすことがなく
、シかも入力電磁エネルギーを分離の観察系と結合する
ことができ、第１のビーム寸法から第２のビーム寸法ま
で最小の容積で電磁（ＥＭ）エネルギーを拡大または増
大させる光学系を必要とする。

発明の要約 本発明の目的は、したがって、到来／放出光線の口径食
を消滅するためＫ、回転の軸から離れて動作する光学系
を得ることである。

本発明のもう一つの目的はビーム拡大用の、二つの偏心
軸無限焦点光学系を得るととＫある。

本発明のもう一つの目的は、一定の視界点に対し、色収
差およびすべての他の単色収差を本質的に消滅する２個
の共焦点放物線状反射器よりなる光学系を得ることＫあ
る。

本発明のもう一つの目的は、非同軸的に動作する、第１
の屈折形無限焦点望遠鏡と第２の反射形無限焦点望遠鏡
とよりなる光学系を得ることＫある。

本発明のもう一つの目的は、レーザ系を有する観察系の
集中化を可能とする光学系を得ることＫある。

本発明のもう一つの目的は照準合わせが容易に達成され
るように、レーデビーム拡大器と可視または赤外線観察
系との共軸動作を本質的に得ることＫある。

本発明のもう一つの目的は、一方ではレーデームの平行
化のために適当な倍率増大とビーム補正を与えながら、
レーデビーム′を可視又は赤外可視系に対し、集中化す
る光学系を得ることにある。

本発明のもう一つの目的は、極めて簡潔な配置−を許容
するように折り重ねることのできる光学系を得ることＫ
ある。

本発明のもう一つの目的は、製造し易く比較的に廉価な
光学系を得ることにある。

本発明の他の目的と特徴とは、添付図面を参照′して読
むならば以下め詳細な説明と付加された特許請求の範囲
から容易に理解できるようＫなるであろう。図面全体を
通じて同じ参照番号は同じ部品を表わすものとし以下に
示す。

好適な実施例の説明 第１図は２枚の反射要素１２と１４とからなる従来技術
の反射形光学系１０を図示し【いる。反射４！索１２は
その内部に開口１ｔｌ［Ｌ、開口１６は電磁エネルギー
１８束をして開口１６を通過することを可能にし、縁部
（エツジ）光２０ａと２０ｔ）により図示の如く光学要
素１４の前面からの反射を可能にしている。縁部光２０
ａと２０ｂとは、光学要素１２の背面から反射され、平
行縁部光２２ａと２２ｂとして再伝送される。大部分の
到来電磁放射１Ｂは反射要素１４の配置によって阻止さ
れ、縁部光２２ａと２２ｔ）の内側には含まれない。阻
止の起こるこの面積はかげのついた面積２４として示さ
れている。光学要素の配置に起因する照射阻止のこの性
質はり後食（ビネッティング）と称されるものである。

多くの光学的応用において口径食は望ましくないのみで
なく、特に到来電磁放射１８がレーデ光源から到来する
ものである場合には、完全に歓迎されない。レーザエネ
ルギーのガウス分布のために影線な施した範囲２４の示
す妨害に起因する口径食はレーデビームの完全さを決定
的に消滅させる結果とな為も、のである。

さて今度は第２図と第６図とを参照すれば、反射形無限
焦点光学系、すなわち非球面−次ミラー断面３２と非球
面二次ミラー断面３４とより成るビーム拡大器３０が図
示されている。−次ミラ、−３２と二次ミラー３４の断
面のみが本発明においては利用されており、これら二つ
のミラーの残余の部分は図示の目的で第２図において破
線形式で示されている。ミラー３２０反射面３６とミラ
ー３４の反射面３Ｂとは一般に非球面または他の円錐断
面であるべきである力町、好適な実施例においてこれら
二つの面は放物面となるであろう。ミラー３２と３４と
はア化ミニウムから製作され、！ｆイヤモンド旋回光学
的製作技術を用いて製造され得る。ミラー３２と３番と
は回転対称共通軸４０を有する。またミラー３２と３４
とは共通の焦点４３を有する（ミラー３４に関しては焦
点４３は虚像焦点である）。到来電磁エネルギ−４２は
縁５ａとよりなる。注意すべきこと は、電磁エネルギー４２の中心線４６は口径食の消滅を
許容する設定距離だけ、回転対象軸４０から変位されて
いるということである。

光学系３０の一実施例において、到来電磁エネルギ−４
２は（第４図に示された）レーデ系からのものであって
差支えない。縁部光４４ａと４５ａとは反射ｄｉｉ３８
から反射されることによって、縁部光４４Ｃと４５ｃを
形成するために順次反射面３Ｂから反射される縁部光番
番すと４５ｂとを形成する。ダイクロイックビーム分割
器４８のようなビーム分割器は、−次ミラー３２から縁
部光４４、ｃと４５０’ｌ’受光するような光学的な配
−となっている。光学系３０が専有する容積を最小にす
るために、縁部光４４　ｂｌに４５°σ）角ｉだけ第二
のミラー３４がら反射させることが望ましい。

ビーム分割器４８はまた垂直軸に関して４５°Ｑ〕角度
とすることになろう。

縁部光４４ｃと４５ｃとは反射面３６から反射されるこ
とによって♂−ム分割器４８に入射する。

ビーム分割器４８は電磁エネルａＰ−４２を折り返すこ
とにより縁部光４４ｄと４５ｄとを発生し光学系３０か
ら放出することになる。光学系３００倍率は、縁部光４
４（１と辱５ｄＫより限定される放出ビーム幅と、縁部
光４４ａと４５ａＫより限第４図は、第２図と第６図に
図示された反射形無限焦点光学系３０を利用する集中形
♂−ム拡大器系６０７ｇＩ：図示し【いる。集中形ビー
ム拡大器系５０は多くの応用、例えば自動車やタンクの
周囲条件において使用することができる。それ以上の追
加的倍率が必要であれば、屈折形無限焦点光学系５２を
、反射形無限焦点光学系３０と組合せて使用するこ□と
により、レーデ系５４の発生するレーデビームの所望の
ぎ一ム拡大を得ることができよう。レーデ系５４は、レ
ーデ距離測定器、レーデ指示計、又はレーデ受信機とす
ることができる。

好適な鼻施例忙おいて、屈折形無限焦点光学系５２はレ
ーデ系５４の集中部分である。レーデ系５４は屈折形無
限焦点光学系５２を介して縁部光４４ａと４５ａにより
限定されるビーム幅にまで増倍又は拡大される縁部光５
８ａと５８＆を有するレーザビームを発生する。屈折形
無限焦点光学系５２はその最も簡単な様式において、２
個の単レンズ６Ｇと６２とを具備している。レンズ６０
は負の発散レンズで、一方レンズ６ｚは正の収斂レンズ
である。例えばＺｎ８ｅから作られた窓は、屈折形およ
び反射形無限焦点光学系５２と３０の間のインターフェ
ース（光学的接合点）として使用される。レーデ系５４
が１．０６μｍの波長で動作するＮｄ　：　Ｙａｇ　（
ネオジム：イツトリウム−アルミニウムーガーネット結
晶）・レーデであれば、レンズ６０と６２とは水晶また
は同様の透過性物質から製作される。レーデ系５４がＣ
Ｏ２（炭素ガス）レーデであれば、レノご素子６０と６
２はＺｎ５ｅ　（セレン化亜鉛）または同様の透過性物
質から製作することもできる。反射型無限焦点光学系３
０と屈折形無限焦点光学系５２とは独立に補正され、し
たがって屈折形無限焦点光学系５２を特定のレーデ波長
で置き換えることによって、系のスペクトル動作帯域を
変化することは簡単なことである。それ故九反射形Ｓ＠
焦点光学系３０は不変の状態を維持することができる。

屈折形無限焦点光学系５２が１．６の倍率を有し、また
反射形無限焦点光学系が５の倍率を有するならば、直列
の二つの系の合成倍率はレーデビーム拡大系５０に関し
て８　（１，６Ｘ　５　）である。

反射形無限焦点光学系３０からの放出縁部光４４ｄと４
５ｄとは前面窓６７を通るレーデビームな反射する傾斜
へラドミラ−６６から反射され、それ罠よって標的６Ｂ
を照明する。

観察軸７２を有する観察系７０は観察者をして、ビーム
４４ｄと４５ｄの軸に平行である観察軸７２に沿って標
的を視ることを可能にする。換言すれば、観察者は標的
を観ることができ、またレーデ系は共通の窓を介して同
時に同じ標的を照射するであろう。

第５図は、斜線の断面内に示した戦車砲塔の外形図に対
して、戦車砲塔８ｏまたは他の車両内に配置された集中
形レーデビーム拡大系５ｏの側面図を示している。この
周囲状況において示されるように％観察者８２は観察系
７０を通して見ることができるが、この観察系は、標的
６８を検知するために観察者８２が戦車砲塔８ｏを回転
することのできる、実例としていえば、肉眼視できるも
しくは赤外線観察系のいずれであってもよいものである
。レーデ系５４は共通窓を観察系７ｏと分は合い、−緒
に照準会わせ化されるから、観察者８２が標的６８の照
準合わせ（砲腔視線検査）をした場合、レーデ距離測定
装置は正確に標的６８に対し、有効距離を決定すること
ができる。観察系７０の観察軸１２と本質的に共軸であ
る第４図９放出レーデぎ一ム４４ｄと４ｊｄを有する利
点は、点線の位置に回転された場合に照準合わせの逆立
方体（レトロキューｆ）　８４　（第５図）の使用忙よ
って、上記二つのものを容易に一緒忙照準合わせをする
ことができる点である。

第６図は、第４図で図示された無限焦点光学系３００代
りに使用することのできる二者択一的な無限焦点光学系
を図示している。無限焦点光学系９０は２個のマンジン
（Ｍａｎｇｉｎ）ミラー９２と９４を具備している。第
２のミラー９２は前面９６と後面９８とを有し、−力筒
１のミラー９４は前面１００と後Ｉｔｉ１ｏ２とを有し
ている。

マンジンミラー９２と９４はマンジンミラーの切ｗＲｓ
分であり、共通の回転軸４ｏと共通の焦点（図示してな
い）とを有する。マンジンミラー９２と９４とは、第４
図の第１および第２の５ミラー３２と３４と本質的に同
様に光学的に配置され【いる。

主要な相異点は、縁部光４４ａと４５ａとは第２のマン
ジンミラー９２を通って屈折され、後面９１！から反射
され、ミラー９２を通って逆屈折されることである。同
様に、縁部光４４ｂと４５ｂとは第１のマンジンミラー
９４を通って屈折され、後面１０２から反射されて、ミ
ラー９４を通り逆屈折される。

操作上は第６図の光学系９ｏと第４図の光学系３０とは
同様に動作する。Ｃｏ２（炭酸ガス）レーｒ（１０，６
μｍ）１に使用すると、マンジンミラー９２と９４とは
、例えばｒルマニウムもしくはＺｎ８ｅ　（セレン化亜
鉛）から製作することができる。Ｎｄ：Ｙａｇ（、ネオ
ジム：イツトリウム・アルミニウムーガーネット）レー
デ（１，０６μｍ）＆便用するならば、マンジンミラー
９２と９４とは例えば可視光学ガラスもしくは水晶から
製作することができよう。

共通の反射用無限焦点光学系を用い【、８ｘ（屈折率無
限焦点で１．６Ｘ　）から１６×（屈折率無限焦点で３
．２　Ｘ　）までいろいろな光学系倍率を得るために種
々の設計を完成することができる。

その上、Ｎｄ　：　Ｙａｇ　レーデ（１−０６μｍ）と
Ｃｏｗ　ｖ−デ（１０，６μｍ）とは共通の設計で融通
できるから多重スペクトル動作も達成することができる
。

異なる倍率が必要なら□ば、屈折形無限焦点光学系、、
：□１１１１’ を再焦点合わせするか置き換えるかのいずれかの方法で
、系のスペクトル操作は変更することかできる。このこ
とは、反射形および屈折形無限焦点光学系とは独立に補
正されるから、容易に完成され得ることである。

上記のビーム拡大器は、反射形と屈折形光学系とが非共
軸であることに起因して、第２のミラーにおけるビーム
の口径食を起こさないところの反射形無限焦点光学系の
使用を可能圧することができる。屈折率無限焦点のもの
は、放物線ミラーの回転軸上忙中心を有する代りに、第
２のミラーを完全にクリアする＃！１のミラーから、出
力ビームを発生するのに十分となるように中心からそら
される。このことＫより口径食で口が許容されることに
なり、また更に出力ビームが反射率無限焦点系により折
り返されることができ、かつビーム分割器を介し−Ｉｔ
察系が見ることができ、共通の窓をわけ合うことのでき
る共通レーデと観察系の視線とを発生することができる
ように、ビーム分割器の配置をすることができる。

その上忙、光学的球面収差係数のすべては名目上塔であ
る。電磁エネルイーもしくはレーデビームは前に説明し
たビーム拡大器の光学特性により測定し得る程度に低下
することはないであろう。

したがって生産体系は、系の光学的部分に割当てられた
製造上および組立公差（許容誤差）内において使用する
ことができ、その結果とし【比較的低い製作費と高生産
設計ができるよう導かれる。

本発明は特定の装置により示され図示されたけれども、
添付の請求範１ｆｆｌＫより限定されるように本発明の
精神と範囲とを逸脱することなく種々の変更や修正をす
ることができることは自明なことであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、口径食な表わす従来技術の反射形光学系を示
す図、第２図は本発明に係る偏心軸反射形無限焦点光学
系を示す図、第６図は第２図に示した無限焦点光学系の
透視図、第４図は反射形ｉよび屈折形無限焦点光学系の
両方を含む集中形鴇ビーム拡大器を示す図、第５図は車
両もしくは戦車の周囲状況に合体化した第４図の光学系
を示す図、および第６図は第４図に示した反射形無限焦
点光学系の補充的実施例を示す図である。 （符号の説明） ８０・・・ビーム拡大器 ３２・・・非球面−次ミラー断面 ３４・・・非球面二次ミラー断面 ３６・・・反射面（ミラー３２ａ） ３８・・・反射面（ミラー３４ａ） ４０・・・回転対称共通軸 ４２・・・到来電磁エネルギー ４３・・・共通の焦点 ４４ａ・・・縁部光 ｂ　・・・　　　Ｉ Ｃ・・°　　　１ ４４ｄ・・・　１ ４５ａ・・・縁部光 一□ ｂ・・・　　　〃 Ｃ・・・　　　ｌ ｄ・・・　　　〃 ４６・・・電磁エネルヤーの中心線 ４８・・・ダイクロイックビーム分割器代理人　　浅　
村　　　皓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）到来電磁エネルギーを伝送するための反射形無限
   焦点光学系において、上記光学系は非球面形−次ミラー
   の切断部と非蝋面形二次ミラーの切断部とを具備し、上
   記−次および二次のミラーは回転対称共通軸と共通焦点
   とを有し、かつ到来・電磁□エネルギーの中心線は無限
   焦点光学系の回転対称軸から★位されることＫより口径
   食を消滅し得ることを特徴とする到来電磁エネルギーを
   伝送するための反射形無限焦点光学系。 （２）　　Ｃａ）　　レーデエネルギーを発生するため
   のレーデ装置。 （ｂ）　　到来する上記レーデエネルギーを受ける反射
   形無限焦点光学系であづて、上記光学系は非球面形−次
   ミラーの切断部と弁球面形二次しラーの切断部とを具備
   し、上記−次および二次ミラーは共通の回転対称軸と共
   通の焦点とを具備し、かつ到来レーデエネルギーの中心
   線は無限焦点光学系の回転対称軸から変位されるところ
   の到来レーデエネルギーを受ける反射形無限焦点光学系
   、（Ｃ）　　上記−次ミラーからレーデエネルギーを受
   は折り返すように配置されたビーム分割器、および。 （ｄ）　　折り返されたレーデエネルギーと観察軸とが
   共通の窓を分は合うように上記ビーム分割器を通る観察
   軸を有する観察系 とを具備してなるレーデエネルギーのビームを拡大する
   ための集中形ビーム拡大器。 （３）　　レーデエネルギーの中心線と一致してその光
   学軸を有する屈折形無限焦点光学系を更に具備してなる
   特許請求の範囲第２項記載の集中形ビーム拡大器。 （４）屈折形無限焦点の中心線が回転対称軸から設定距
   離だけ変位されることにより、二次ミラーをクリアする
   一次ミラーからレーデエネルギーの縁部光を発生するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の集中形ビー
   ム拡大器。 （５）放出光線の一つが４５°の角度で第二のミラーか
   ら反射されることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の集中形ビーム拡大器。 （６）非球面形−次および二次ミラーの面が放物線であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の集中形
   ビーム拡大器。 （７）−次ミラーから縁部光を受光し折り返す如く配置
   されたブイクロイックビーム分割器を更に具備してなる
   特許請求の範囲第２項記載の集中形ビーム拡大器。 （８）上記可視系が可視スペクトルにおいて動作するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の集中形ビー
   ム拡大器。 （９）上記観察系が赤外スペクトルにおいて動作するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の集中形ビー
   ム拡大器。 （ｉｔｍ　　上記レーデ系がレーデ距離測定装置／指示
   針であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   集中形ぎ一ム拡大器。 ＱＤ、上記−次および二次ミラーを介する倍率が１０よ
   り小であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の集中形ビーム拡大器。 （２）上記−次および二次ミラーがダイヤモンド旋回の
   アルミニウムミラーであることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の集中形ビーム拡大器。 Ｑ３　　屈折形無限焦点の（光学系）倍率が５より小で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の集中
   形ビーム拡大器。