JP2005164881A - 光線の焦点合わせシステム - Google Patents

Abstract

【課題】
一般に光束３０を観察点Ｒに反射させるシステム１０を提供する。
【解決手段】
システムは２つの凹状反射体１２，１６で構成される。また、２つの凸状屈折体／レンズ３１，３２によって光束を観察点の方向に屈折するシステムについても記載する。反射体１２，１６は１方向に曲がり、遠方で特に直角に交差する曲げ軸１４，１８を有する。屈折体３１，３２は１方向に曲がった凸状であり、遠方で特に直角に交差する曲げ軸１４，１８を有する。第１反射体は物体からくる光線を第２反射体の方向に反射する。第２反射体は第１反射体の線状焦点の十分内側に置かれる。第１および第２反射体の線状焦点は焦点において互いに交差する。したがって２つの線状焦点は焦点で合体する。反射体と屈折体の組み合わせは適用によっては最適となることがある。線状焦点が点でなく適当な面領域に合体することが最適となることがある。ＣＣＤカメラでは面領域に合体させる。音波などの増幅にも役立つ。
【選択図】 図８

Description

本発明は２つの凹状反射体からなり、光束を観察点の方向に反射させる装置に関する。また、本発明は２つの凸状屈折体からなり、光束を観察点の方向に屈折させる装置に関する。

特に本発明は、それぞれ垂直方向または水平方向には直線状で、１方向のみに曲がった２つの凹状（円筒状／放物線筒状に曲がった）反射体のある望遠鏡に関する。第１反射体は焦点を与えるために、平坦な反射面を垂直方向に直線を保ちながら曲げたもので構成する。第２反射体は焦点を与えるために、平坦な反射面を水平方向に直線を保ちながら曲げたもので構成する。物体からの光線は第１反射体で第２反射体の方向に反射する。第２反射体は第１反射体の線状焦点の十分内側に置く。第１反射体および第２反射体の線状焦点は焦点で互いに交差する。したがって２つの線状焦点で焦点がつくられる。好ましくは１方向に曲がったレンズシステムを焦点近辺に置くと、ディストーション、収差、ズーミングなどを調整するのに最適な像が得られる。

特に本発明は、それぞれ垂直方向または水平方向に直線を保って１方向のみに曲がった２つの凸状（円筒状／放物線筒状に曲がった）屈折体のあるカメラにも関する。第１屈折体は垂直の線状焦点を与えるような形状をしたレンズからなる。第２屈折体は水平の線状焦点を与えるような形状をしたレンズからなる。物体からの光線は第１屈折体で、第１屈折体の線状焦点の十分内側に置かれた第２屈折体の方向に屈折する。第１屈折体および第２屈折体の線状焦点は互いに交差し、これにより２つの線状焦点で焦点ができる。

１方向に曲がった反射体と１方向に曲がった屈折体を組み合わせて使用することもできる。
適用によっては、１点でなく適当な面領域に線状焦点を合体させることが最適となる。ＣＣＤカメラの場合は面領域などに合体させる。

現存の大型望遠鏡は大きな塊の特殊ガラスから型取りし、削り、磨き、そして超高精度で平滑に仕上げるのでコストが高くつく。

大型の望遠鏡を非常に安価に作り、また現在の技術でつくれる望遠鏡よりも一層大きい望遠鏡をつくることが本発明の課題である。

垂直の線状焦点を与えるため平坦な反射面を１方向に曲がった凹状に曲げる。遠方の物体から入ってきた入射光線は、この第１反射体で反射して第２反射体の方向に向かう。第２反射体も平坦な反射面から作られる。この面は、水平の線状焦点を与えるため１方向に曲げられる。第２反射体は第１反射体の焦点の十分内側に置かれる。第２反射体は第１反射体の前方横側で、かつ、入射光線から横側にずらして置かれる。第２反射体はその焦点が第１反射体の焦点と合体するように置かれる。

反射体は鋭い焦点を与えるため、ほぼ放物線状にすることがある。第１反射体からの反射光線は右側と左側とで異なる長さで焦点に達する。一方側を大きく曲げると、この伝搬経路の差は補償できる。このようにして入射光線はすべて線状焦点に集められる。焦点付近のレンズも補償に役立つ。

第２反射体は半透性とすることができる。その場合、望遠鏡は対称型となり、第１反射体は第２反射体の後方中央に置くことができる。これによって焦点までの光線の光路長は等しくなる。焦点は第１反射体の中心線上にくる。非放物線状の拡散に対して補償するレンズも全く必要なくなる。

第２反射体と焦点の間にカバーが必要となる。このカバーで不用の光線が防止できる。第２反射体の前方にはカバーの必要はない。
屈折体型は線状焦点を与えるため１方向に曲がった凸状または凹状の２つのレンズで主に作られる。

第１屈折体は第２屈折体の前方に置く。第１屈折体で光線を屈折させて垂直状焦点を与える。第２屈折体は第１屈折体の焦点の十分内側に置く。第２屈折体で水平状焦点を与える。２つの屈折体による線状焦点は互いに交差する。

本発明により、２つの線状焦点で焦点が作られる。
焦点前方の屈折体は光線を真直ぐにするため凹状にすることもできる。
設備によっては、最適な性能を得るために屈折体と反射体を組み合わせることもできる。

発明の１つの側面によれば、反射体は１方向に曲がり、遠方に互いに交差する曲げ軸を有する。
発明の別の側面によれば、屈折体は１方向に曲がり、遠方に互いに交差する曲げ軸を有する。

曲げ軸は直線の角度で交差するのが好ましい。
１つの形態によれば、少なくとも１つの反射体は円筒状／放物線筒状に曲げられている。

他の形態によれば、少なくとも１つの屈折体は円筒状／放物線筒状に曲げられている。
さらに別の形態によれば、一連の屈折要素または反射要素が第２要素と観察点の間に追加される。

さらに別の形態によれば、少なくとも１つの反射体は複数の要素や配列で構成される。この場合、要素はフレネルの原理に基づき必須的に１つの面に配置される。
装置は典型的には望遠鏡、双眼鏡、カメラなどの電磁光線を処理する機器に装着される。装置は拡大鏡、顕微鏡などとしても使用できる。

望遠鏡や双眼鏡として使用する場合は、特に発明の装置は１方向に曲がった（円筒状）２つの反射体で構成される。第１反射体は垂直に直線状であり、第２反射体は水平に直線状である。第１反射体は焦点を与えるために、平坦な反射面を垂直方向に直線を保ちながら曲げたもので構成する。第２反射体は焦点を与えるために、平坦な反射面を水平方向に直線を保ちながら曲げたもので構成する。線状焦点は９０度の角度で互いに交差する。物体からの光線は第１反射体によって第１反射体の焦点の十分内側に置かれた第２反射体の方向に反射する。第１反射体および第２反射体からの線状焦点は互いに交差し、交差する点が焦点となる。第２反射体は第１反射体の線状焦点の片側に多少ずらすが、同一面に置く。ディストーションを避けるため焦点は水平方向の中心におく。ディストーションを避けるため第１反射体はわずかに放物線状（筒状）にすることもできる。

レンズシステムは収差、ディストーション、ズーミングの調整および光線を平行にするための調整を行うため焦点の前方または後方に置かれる。
所望の光線だけを焦点に導き、その他の光線は妨げるためカバーを設けると、完全な像が得られる。

大型望遠鏡がかなり低いコストでつくれる。この望遠鏡は現在の技術でつくれるものよりも一層大きいものになる。現存の大型望遠鏡は大きな塊の特殊ガラスから型取りし、削り、磨き、そして超高精度で平滑に仕上げるのでコストが高くつく。現在の望遠鏡の最大直径は８．５ｍである。ハブル宇宙望遠鏡の直径は２．５ｍである。本発明による望遠鏡の反射体は薄いシート状の金属またはセラミックから磨いたり、反射材料で覆ったりして作る。したがって非常に軽量で且つ安価となる。

大型望遠鏡は母体に置かれた多数の小さい反射体から作ることもできる。これによってさらに大きい望遠鏡を作ることが可能になる。
地上に置かれた望遠鏡では大気の影響で入射光線にゆがみが発生する。完璧な像を得るために、反射体表面は油圧ロッドによって絶えず調整しなければならない。これによって反射体は最適に曲がった表面となり、反射体の線状焦点においてレーザーを走査して測定される。

また、本システムは双眼鏡、カメラ、ビデオカメラ、その他の光学分野に用いることもできる。また、本システムは音波、例えば指向性のあるマイクロフォーンの増幅にも用いることができる。また、本システムは逆に用いることもでき、顕微鏡、拡大鏡や拡大スクリーンなどの光像の拡大に使用できる。広範な波長範囲で電磁放射を受信するために、通常のパラボラアンテナを本システムに交換することができる。また本システムはソーラーパネルにも用いることができる。また、音を小さな面から大きな検出面（第１反射体）に広げることもできる。

双眼鏡は本発明により半透性の第２反射体で作ることが好ましい。光は第２反射体を通り抜ける。反射体は１方向に対称的に曲がったものに作り、第１反射体の中心線上に焦点がくるように置くのが好ましい。遠方の物体からの光は第２反射体を通り抜け、第１反射体で反射する。その後、第２反射体で反射し、焦点に集まる。例えばカメラを低いコストで大きなレンズに接続することができる。

また、カメラは２つの屈折体でつくることが好ましい。スクリーンや紙に映す像は通常四角形の様式であるので、四角形の屈折体を用いる方が明らかに有利となる。これにより、レンズのより広い部分が使用できる（円形レンズでは四角形の部分しか使用できない）。発明によると、カメラはレンズの四角形の前面よりも大きくする必要はない。

図１の斜視図に示すように、発明による２つの反射体で光は反射する。第１反射体１で光線Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１が第２反射体の方向に反射し、第２反射体で光線Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２が焦点３の方向に反射する。

図２の斜視図に示すように、発明による２つの反射体で光は反射する。遠方の物体からの入射光線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは点線図形６で制限される。光線は第１反射体で反射して光線Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１となり、水平方向に平行となるが、焦点３を通る垂直の線に集まる。入射光線Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１は１方向に曲がった凹状の第２反射体２で反射し、光線Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２として焦点３に向かう。

図３の斜視図に示すように、第１反射体１で反射した光線Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１によって線状焦点４が与えられる。光線は１方向に曲がった反射面で反射し、水平方向に平行に垂直状焦点に向かう。反射体１は１方向に曲がった凹状であり、垂直方向に線状である。

図４の斜視図に示すように、第２反射体２で反射した光線Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２で線状焦点５が与えられる。光線は１方向に曲がった反射面によって反射し、垂直方向に平行に水平状焦点に向かう。反射体２は水平方向に線状で１方向に曲がった凹状である。

図５の平面図に示すように、第１反射体１で入射光線Ａ，Ｂは第２反射体２の方向に反射する。第２反射体２の曲がりは平面図には表現されないが、第２反射体２で受光された入射光線Ａ１，Ｂ１は反射し、光線Ａ２，Ｂ２として焦点３に向かう。２つの反射体の共通の焦点３にすべての光線が集まる。光線Ｂ１の方が光線Ａ１よりも焦点までの距離が長いことに基づく非対称反射を補償するために第１反射体は放物線状にすることができる。

図６の側面図に示すように、第１反射体１の曲がりは表現されないが、第１反射体１で反射した光線Ａ１，Ｂ１は水平方向に平行に第２反射体に向かい、そこで反射した光線Ａ２，Ｂ２は第１反射体１の側にある焦点３に向かう。なお光線Ａ，Ｃは入射光線である。

図５の変形である図７の平面図に示すように、第２反射体２は半透性であるので、入射光線Ａ，Ｂ，Ｅは第２反射体２を通り抜けて第１反射体１に向かう。第１反射体１で反射した光線Ａ１，Ｂ１，Ｅ１は第１反射体１の中心に対向する第２反射体２に向かう。さらに第２反射体２で反射した光線Ａ２，Ｂ２，Ｅ２は焦点３の方向に向かう。入射光線Ｅは第２反射体を通り抜ける。

図８には典型的な望遠鏡４０としての装置／システム１０の概略側面図を示す。好ましくは交差した曲げ軸を有する１方向に曲がった凹状屈折体の集光レンズ２０からなるシステムを通して観察点Ｒに像が集まる。望遠鏡４０で受光した光束３０は第１反射体１２で反射して第２反射体１６に向かい、ここで反射した光線３０は補正レンズ２０の方向に向かう。側面図においては第１ミラーの中心部分１２Ａは外側部分１２Ｂで隠れている。１８は一方の曲げ軸であり、１４はもう一方の曲げ軸である。

図９にも典型的な望遠鏡４０としての装置／システム１０の概略側面図を示す。入射光線３０は観察点Ｒに集まる。入射光線３０は１つの面で作られた第１反射体の主用部１２’とその周縁部１２Ａとで反射する。第２反射体も第１反射体の主用部と同様に１方向に曲がっている。

図１０の平面図に示すように、発明の装置は１方向に曲がった第１屈折体３１と第２屈折体３２との２つの屈折体で構成される。光線３０は垂直の線状焦点を与える第１屈折体で焦点３の方向に屈折する。図１１に示すように第２屈折体３２で水平の線状焦点としての焦点３の方向に屈折する。

図１１の側面図に示すように、発明の装置は１方向に曲がった第１屈折体３１と第２屈折体３２の２つの屈折体で構成される。光線３０は垂直の線状焦点を与える第１屈折体で焦点３の方向に屈折するが側面図には表現されない。第２屈折体３２で水平の線状焦点としての焦点３の方向に屈折する。

図１２の斜視図に示すように、発明の装置は１方向に曲がった凸状の第１屈折体３１と１方向に曲がった凸状の第２屈折体３２の２つの屈折体で構成される。第１屈折体３１で光線３０は垂直の線状焦点３の方向に屈折するのがわかる。第２屈折体３２で光束３０が水平の線状焦点３の方向に屈折するのがわかる。

理解できるように、本発明はある一定の目的のために詳細に記載され明らかにされるが、その適用範囲は一般に変化修正されるものと同様に変化する。したがって、特許請求の範囲による限定を除いては本発明は限定されるものではない。

発明による２つの反射体を反射光とともに示す斜視図。 発明による２つの反射体を入射光および反射光とともに示す斜視図。 発明による第１反射体を垂直の線状焦点を作る反射光とともに示す斜視図。 発明による第２反射体を水平の線状焦点を作る反射光とともに示す斜視図。 入射光が第１反射体で反射して第２反射体に向かい、反射体のそれぞれの焦点が合体される状態を示す平面図。 第１反射体での曲がりは現れず、反射光線は水平方向に平行に第２反射体に向かい、入射光は第１反射体の一方側の焦点に向かって反射する状態を示す側面図。 第２反射体が半透性であり、反射光線が焦点に集まる、図５の変形平面図。 観測者に反射される入射光を示す望遠鏡の概略側面図。 分割された第１反射体を示す望遠鏡の概略側面図。 第１および第２反射体がそれぞれ１方向に曲がった凸状の２つの反射体からなる発明装置の平面図。 第１および第２反射体がそれぞれ１方向に曲がった凸状の２つの反射体からなる発明装置の側面図。 ２つの反射体により入射光が焦点に集まる状態の斜視図。

Claims (14)

1. 直角に交差する遠方の曲げ軸（１４，１８）を有する１方向に曲がった要素からなる２つの光学要素（１，２，１２，１６，３１，３２）によって観察点（Ｒ）の方向に光束（３０）の焦点を合わせる装置／システム（１０）。
2. 要素（１，２，１２，１６，３１，３２）の曲げ軸は直角に交差することを特徴とする請求項１に記載の装置／システム（１０）。
3. 要素（１，２，１２，１６，３１，３２）の少なくとも１つは円筒状／放物線筒状に曲がっていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置／システム（１０）。
4. １つまたは複数の凹状または凸状の屈折要素（２０）は装置／システム（１０）でゆがんだ入射光束（３０）のディストーションを補正する形状にされることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置／システム（１０）。
5. 反射体（１２）の少なくとも１つは複数の要素（１２Ａ，１２Ｂ）からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置／システム（１０）。
6. 要素（１２Ｂ）はフレネルの原理により必須的に１つの面に配置されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置／システム（１０）。
7. 電磁束を処理する機器に組み込まれることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置／システム（１０）。
8. 機器は望遠鏡、双眼鏡、カメラなどであることを特徴とする請求項７に記載の装置／システム（１０）。
9. 機器は顕微鏡などの拡大機器であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の装置／システム（１０）。
10. 人工光線／人工波を処理する機器に組み込まれることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の装置／システム（１０）。
11. 機器は音波増幅器などであることを特徴とする請求項１０に記載の装置／システム（１０）。
12. 機器は光機器などであることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の装置／システム（１０）。
13. ディストーションは屈折体（３１，３２）によって生じることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の装置／システム（１０）。
14. 少なくとも１つの反射要素（１，２，１２，１６）は１つの屈折要素（３１，３２）と組み合わされることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の装置／システム（１０）。

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