JP2854781B2 - 光学機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば天体望遠鏡の
ように小出力な光の結像機能として用いるばかりでな
く、たとえばＣＯ2 レーザ光のごとき大出力な光の集光
機能として用いることができる光学機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光軸に沿って、透光部を備えた大きな直
径の凹面鏡からなる主反射鏡と、この主反射鏡と相対向
し、かつ光軸上に小さな直径の凸面鏡からなる副反射鏡
を配置した光学機器がある。

【０００３】この種の光学機器を、たとえば天体望遠鏡
として用いる場合には、副反射鏡の背面を天体に対向し
て、宇宙から飛散する微弱な光を副反射鏡の周囲から主
反射鏡へ入光させる。

【０００４】主反射鏡は、その反射面が凹面である放物
面鏡であって、入光した光を副反射鏡に向けて反射す
る。副反射鏡は、その反射面が凸面をなす双曲面鏡であ
って、相対向する主反射鏡の、特に光軸に設けられる透
光部へ向けて反射する。そして、この透光部を透過した
光は、主反射鏡外部の位置で集束して結像する。

【０００５】いわゆる、反射望遠鏡として用いられてお
り、屈折望遠鏡における対物レンズの代わりに反射鏡
（対物鏡）の反射作用を利用して物体の結像がなされ
る。たとえば、カセグレン式光学系や、リッチクレアン
式光学系として知られている。

【０００６】この種の光学機器においては、天体望遠鏡
として用いるばかりでなく、ある程度の改良を加えるだ
けで、宇宙空間に位置させ、極めて遠方から飛ばされた
微弱レーザ光をキャッチする光通信手段に用いたり、数
kＷ単位のＣＯ2 レーザ光のごとき、大出力な光の集光
機能として使用することも可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、主反射鏡は
勿論、副反射鏡も、光軸上に相対向した状態で、所定位
置に配置しなければならない。具体的には、主反射鏡お
よび副反射鏡とも鏡筒内に収容される支持部材に支持さ
れ、この支持部材が鏡筒の所定部位に取付け固定され
る。

【０００８】主反射鏡は大きな直径であって、ほとんど
鏡筒の内径と一致する。しかるに、副反射鏡は主反射鏡
よりも小さな直径であって、しかも光軸に位置させなけ
ればならない。

【０００９】支持部材は、副反射鏡を中空状態で支持す
る必要があり、その構造上、鏡筒から光路を横切って副
反射鏡まで延出する。換言すれば、副反射鏡を支持する
支持部材は光路を遮ってしまう。

【００１０】普通、この部分は、ガラス材や炭素材から
なる複数本の丸棒あるいは角棒の支柱であり、この一端
部が副反射鏡を支持し、他端部が鏡筒に連結される。光
路を遮る量を小さくするため、直径を細くすると、必要
な剛性を確保できない虞れがあり、不安定となって集光
および結像性能に悪影響をきたす。また、剛性の確保の
ため直径を太くすると、今度は光路を遮る量が大になっ
て、光量不足となり反射効率等の特性の低下をきたす。

【００１１】したがって、必要な剛性を確保しつつ光路
を遮る量を可能な限り低減させて、透過波面収差の低下
を阻止する必要がある。一方、上述したように、この種
の光学機器を利用する光の種類として、出力の小さい光
を対象として結像機能を得る場合と、大出力な光を対象
として集光機能を得る場合とがある。

【００１２】すなわち、相反する特性の光が光路に沿っ
て導かれ、この光を、上記副反射鏡を支持する支持部材
が遮ることになる。したがって、支持部材の、特に光の
照射を受ける面は、それぞれの用途に応じた有効な対策
を施す必要がある。

【００１３】また、主反射鏡と副反射鏡との相対位置を
正確に設定しないと、光の反射精度を高く保持できな
い。調整単位として、μｍオーダもしくは、それ以下の
サブシンクロメートルが要求される。

【００１４】そのためには、副反射鏡を支持する支持部
材が、部分的にでも光軸調整可能な構造になっていれば
都合がよいが、実際には単なる剛体のものであって、調
整は不可能である。

【００１５】支持部材と副反射鏡との間に、別途、光軸
調整機構を介在させることにより、光軸調整が可能とな
るが、この種の機構は大型で重量が大であり、光学機器
としての使用目的に不適である。しかも、高精度で、高
分能な支持をなすことができなず、調整した状態を長期
に亘って維持することは、到底不可能である。

【００１６】

【００１７】

【００１８】本発明は、このような事情によりなされた
ものであり、その目的とするところは、組み立てられた
状態でもなお光軸調整が可能であり、その位置の保持を
なすとともに、ベスト位置の再現性を有する支持部材を
備え、高精度と高分解能の光学機器を提供することにあ
る。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明における光学機器は、光軸に沿って透光部を
備えた凹面鏡からなる主反射鏡と、この主反射鏡の光軸
上に、上記主反射鏡と相対向して配置され上記主反射鏡
からの反射光を受け、上記主反射鏡の透光部へ上記反射
光を出射させる凸面鏡からなる副反射鏡を備え、上記主
反射鏡および副反射鏡を、その内部に収容する鏡筒と、
この鏡筒に対して、主反射鏡および副反射鏡を所定の位
置に支持する支持部材とを具備し、上記支持部材は、主
反射鏡と副反射鏡の少なくともいずれか一方に対する光
軸調整をなす、形状記憶合金と、この形状記憶合金の周
囲に配置される高温加熱器とからなる変位素子を備えた
ことを特徴とする。

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【作用】本発明において、支持部材自体が光軸調整機能
を有することとなり、別の調整用部品が不要となり、し
かもその位置の保持をなす。そして、ベスト位置調整時
においてその位置を記憶させることができ、再現が可能
である。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。図１および図２は、光学機器の概略構成を示
す。図中１は、両端に開口部を有する、たとえば円筒状
の鏡筒であり、透明体、不透明体のいずれであっても支
障がないが、必要最小限の剛性を保持しなければならな
い。

【００２６】鏡筒１の一端開口部は、支持部材２を構成
する閉塞板３によって閉塞され、この中心軸に沿って光
軸Ｋを一致させた主反射鏡４が取着支持される。この主
反射鏡４は閉塞板３の直径よりも僅かに小さい直径で、
後述する副反射鏡１０の直径よりも大きく形成されるな
お説明すれば、上記閉塞板３の中心軸に沿って透光部５
が設けらており、かつ上記主反射鏡４の光軸Ｋに沿って
同一直径の透光部６が設けられている。したがって、互
いの透光部５，６は連通している。

【００２７】上記鏡筒１の他端開口部には、支持部材３
を構成する支柱７の外端部が連結されていて、この内端
部には環状体８が連設されている。これら支柱７と環状
体８の構成は、図３に詳しい。

【００２８】すなわち、支柱７は、ここでは３枚の帯板
体であって、環状体８の中心軸（光軸Ｋと一致する）に
対して等角度を存して突設されることになる。各支柱７
は、光軸Ｋと直交する面の幅寸法ａを剛性の許容する範
囲内で最小限薄くするよう設定する。光軸Ｋに沿う面の
幅寸法ｂは、剛性を充分確保することを必要条件とし
て、安全率を考慮した上で設定される。

【００２９】このことから、支柱７は光の進行方向に対
して矩形状の断面Ｆを有し、かつその矩形状断面Ｆは光
の進行方向に平行な面Ｇよりも幅が狭く形成される。支
柱７の材質は、ばね材として適している、ヤング率の大
きなものを用いることとする。熱膨張係数は、上記環状
体８および鏡筒１と一致するものを選択することが望ま
しい。

【００３０】支柱７の光軸Ｋ方向と直交する面Ｆは、光
学機器としての用途に応じて、表面処理される。たとえ
ば、大出力な光の集光機能として用いる場合には、高反
射特性を有する処理を施さなければならない。

【００３１】また、小出力な光の結像機能として用いる
場合には、支柱７の光軸Ｋ方向と直交する面Ｆを、光の
吸収効率の優れた無反射特性を有する処理を施さなけれ
ばならない。

【００３２】上記環状体８は、その軸方向長さが、支柱
７の光軸Ｋ方向に沿う面Ｇの幅寸法に一致させて、設定
される。再び図１および図２に示すように、上記環状体
８の内径部には、副反射鏡１０を取着支持する副反射鏡
支持板１１が嵌合固着される。

【００３３】すなわち、副反射鏡支持板１１の中心軸
は、ここに取付けられる副反射鏡１０の光軸Ｋと一致す
ることとなる。しかして、光束直径の比較的大きな光
が、副反射鏡１０の周囲と鏡筒１との間に架設される支
持部材２を介して鏡筒１内に導かれる。

【００３４】この光は主反射鏡４へ入光され、かつ反射
される。主反射鏡４は凹面鏡であるから、光束を絞った
状態で反射する。この反射方向に対向して副反射鏡が位
置しており、光を受けた副反射鏡１０は、再び主反射鏡
４に向かって反射する。

【００３５】ここで、光束がさらに絞られた状態になっ
て、各透光部５，６を透過し、閉塞板３の外部で焦点を
結ぶ。逆に、光束の小さい光を拡大することもできる。

【００３６】すなわち、閉塞板３の外部から各透光部
５，６を介して鏡筒１内に入光する光束直径の小さい光
を、光軸Ｋに沿って導く。この光を副反射鏡１０で反射
させ、さらに主反射鏡４で反射させる。結局、光束が拡
大した状態で、副反射鏡１０の周囲から鏡筒１外部に導
かれることとなる。

【００３７】いずれにしても、副反射鏡１０と鏡筒１間
に光が透過する。そしてこの位置には、支持部材２の特
に各支柱７…が架設されていて、光を部分的に遮る。し
かしながら、上記支柱７は、光の進行方向に対向する面
（光軸Ｋと直交する面）である光の照射面Ｆの幅寸法ａ
を狭く設定したから、光を遮る量がより少なくてすみ、
透過波面収差の低下を抑制する。

【００３８】さらに支柱７は、光の進行方向（光軸Ｋ）
に沿って支柱７の幅寸法ｂを大にし、かつヤング率の高
い材質のものを選択したから、高剛性を保持し、かつ張
力の作用が容易で、副反射鏡１０に対する支持の安定化
を得られる。

【００３９】しかも、支柱７の光照射面Ｆは、光学機器
としての用途に応じて、すなわち光の特性に応じて、こ
の表面処理を異ならせてある。天体望遠鏡や、宇宙空間
に位置して微弱レーザ光をキャッチする光通信手段に用
いるなど、小出力な光の結像機能として場合は、支柱７
の光照射面Ｆに無反射特性の表面処理を施す。

【００４０】このことにより、たとえば支柱７の角部等
に光が当たって散乱したり、迷光となって反射するよう
なことがなく、したがって、ノイズの発生を抑制し、結
像性能の向上をなす。

【００４１】また、たとえば、数 kＷ単位のＣＯ2 レー
ザ光を用いて、切断加工するなどの大出力な光の集光機
能として使用する場合には、支柱７の光照射面Ｆを、高
反射特性の表面処理を施す。

【００４２】このことにより、支柱７の光照射面Ｆに当
たる大出力の光は、ここで高反射され、支柱７に対する
悪影響がなく、損傷等の不具合を阻止できる。図４は、
支柱７ａに、微小変位素子Ｓを一体的に備えた例を示
す。

【００４３】すなわち、それぞれの支柱７ａの外側端部
と、ここでは図示しない鏡筒との連結部間に、微小変位
素子である、たとえば圧電素子２０を介在させる。この
圧電素子２０は、垂直および水平方向（Ｘ−Ｙ方向）
と、光軸方向（Ｚ方向）への微小伸縮が可能であるもの
を用いる。

【００４４】また、支柱７ａの内側端部と環状体８との
間には、変位量検出手段である歪みゲージ２１を介設す
る。この歪みゲージ２１は、上記圧電素子２０を必要方
向に伸縮させて副反射鏡１０の光軸調整を行った状態
で、出力を記録しており、ベスト調整時のゲージ出力を
記憶する。

【００４５】したがって、何らかの事情で副反射鏡１０
の光軸位置がずれた場合であっても、最適な状態に復帰
調整が可能である。なお、上記実施例で、微小変位素子
Ｓを圧電素子２０として説明したが、これに限定される
ものではなく、たとえば光歪素子、磁歪素子に変えても
よい。

【００４６】図５に示すような、微小変位素子Ｓａであ
ってもよい。この場合、副反射鏡支持板１１ａを、形状
記憶合金から構成し、ここでは、副反射鏡１０支持面の
裏面側に、電気抵抗体などで作られる高温加熱器２２お
よび温度計２３を設ける。

【００４７】そして、形状記憶合金からなる副反射鏡支
持板１１ａを変位させて光軸調整をなし、ベスト位置調
整時において高温加熱器２２の加熱作用によってその位
置を記憶させることが可能である。

【００４８】なお、上記実施例においては、微小変位素
子Ｓ，Ｓａは、副反射鏡１０の光軸調整用として備える
ようにしたが、これに限定されるものではなく、主反射
鏡４の光軸調整用として備えてもよく、主，副反射鏡
４，１０両方の光軸調整を同時になすように備えてもよ
い。

【００４９】また、上記鏡筒１は、必ずしも筒体である
必要はない。すなわち、主反射鏡４にその一端部が直接
連結され、他端部が各支柱７…の端部に直接連結され
る、複数本の支持杆に代えてもよい。この場合、主反射
鏡４および副反射鏡１０とも露出するが、用途によって
は充分使用に耐える。

【００５０】

【００５１】

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、上
記支持部材は、主反射鏡と副反射鏡の少なくともいずれ
か一方に対する光軸調整をなす形状記憶合金と高温加熱
器からなる変位素子を備えたから、組み立てられた状態
でもなお、反射鏡の光軸調整が可能で、その位置を保持
できるとともに、環境条件の変化などがあってもベスト
位置に再現する再現性を有し、高精度と高分解能化を図
れる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における、一実施例の、光学機器の概略
縦断面図。

【図２】同実施例の、光学機器の要部の斜視図。

【図３】同実施例の、支持部材の一部斜視図。

【図４】他の実施例の、支持部材の一部斜視図。

【図５】他の実施例の、支持部材の一部縦断面図。

【符号の説明】

Ｋ…光軸、６…透光部、４…主反射鏡、１０…副反射
鏡、１…鏡筒、２…支持部材、２０…圧電素子、１１ａ
…形状記憶合金、２２…高温加熱器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 17/00 G02B 7/198

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光軸に沿って透光部を備えた凹面鏡からな
   る主反射鏡と、この主反射鏡の 光軸上に、上記主反射鏡と相対向して配
   置され上記主反射鏡からの反射光を受け、上記主反射鏡
   の透光部へ上記反射光を出射させる凸面鏡からなる副反
   射鏡とを備えた光学機器において、 上記主反射鏡および副反射鏡を、その内部に収容する鏡
   筒と、 この鏡筒に対して、主反射鏡および副反射鏡を所定の位
   置に支持する支持部材とを具備し、 上記支持部材は、主反射鏡と副反射鏡の少なくともいず
   れか一方に対する光軸調整をなす、形状記憶合金と、こ
   の形状記憶合金の周囲に配置される高温加熱器とからな
   る変位素子を備えたことを特徴とする光学機器。