JP3043583B2 - コンパクトで妨害されない折返し式広角反射光学システム - Google Patents

コンパクトで妨害されない折返し式広角反射光学システム

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JP3043583B2 JP6300010A JP30001094A JP3043583B2 JP 3043583 B2 JP3043583 B2 JP 3043583B2 JP 6300010 A JP6300010 A JP 6300010A JP 30001094 A JP30001094 A JP 30001094A JP 3043583 B2 JP3043583 B2 JP 3043583B2
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    • G02B17/06Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G02B17/0647Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using more than three curved mirrors
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多重反射鏡光学映像シ
ステムに関し、特に、4枚組の反射鏡システムの利点を
提供し、高品質の映像を作る3枚組の反射鏡システムに
関する。
【0002】
【従来の技術】光ビームを連続的に反射する多重反射鏡
を使用する光学システムは遠くにある対象物の映像を生
成するために使用される。そのような光学システムの例
は望遠鏡および望遠カメラ等である。光学システムの反
射鏡は、典型的に湾曲した反射鏡と基本的に平坦な反射
鏡の組合せから構成されている。
【0003】特に有効に機能する多重反射鏡光学システ
ムは、図2に示されている4枚組反射鏡システム11等の
4枚組の反射鏡のシステムである。4枚組の反射鏡シス
テムは、実質的に制御される映像の投影および形成がそ
のようなシステムの4つの反射面によって可能になるた
め、高品質の映像を生成することができる。従って、4
枚組のシステムは3枚組または2枚組の反射鏡システム
よりもさらに利点がある。ビーム16,17,18を反射および
伝播するために、4枚組の反射鏡システム11には、凸面
鏡である第1の反射鏡12と、凹面鏡である第2の反射鏡
13と、実質的に平坦な第3の反射鏡14と、凹面鏡である
第4の反射鏡15とが使用されている。ビーム16,17,18が
反射鏡12,13,14,15 上で反射された後に、システムは映
像を生成する位置19において所望された対象物の映像を
生成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】多重反射鏡光学システ
ムを使用する目的は、広い視野から遠くにある対象物の
容易に感知することができる映像を生成することであ
る。しばしば、大きい反射鏡は広い視野を得るために使
用される。しかしながら、使用される反射鏡の寸法が大
きい程、反射鏡はその間のビームの通路を不明瞭にす
る。従って、多重反射鏡光学システムを使用する際に起
こる問題は、最適に焦点を結んだ映像を生成するが、反
射されたビームの通路が妨害されない状態で提供される
ように多重反射鏡の適切な整列を維持することは困難な
ことである。図2に示されているような4枚組の反射鏡
システムの場合、最適な映像を得ることはできるが、4
枚の別個の反射鏡を位置させる際に光通路が妨害されな
いでいることは困難であるため、映像の生成とシステム
の動作は阻止される。通路が妨害を受けないようにでき
ない場合、光学システムの映像を生成する能力は悪影響
を受け、生成された映像の品質も不利な影響を受ける。
【0005】多重反射鏡光学システムを使用する際に起
こる類似した問題は、システムによって生成された映像
の品質が、所望の映像の生成される際に必要である反射
鏡の数、位置および曲率等の複合された要素によって影
響を受けることである。例えば、4枚組の反射鏡システ
ムは像形成の面で他の多重反射鏡システムよりも利点を
有しているが、4枚組の反射鏡システム11によって生成
された映像は、使用された反射鏡の数、位置および曲率
のためにしばしば大きく歪められてしまう。
【0006】本発明の目的は、4枚組の反射鏡システム
の映像生成能力を提供する広角の3枚組の光学映像シス
テムを提供することである。
【0007】本発明のさらに別の目的は、最低のコスト
で高品質の映像を生成する広角の光学映像システムを提
供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による広角の光学
映像システムは、第1、第2、第3、および第4の反射
手段を具備し、第1の反射手段は、高次の非球面係数を
有する凸面反射鏡のセグメントにより構成され、遠隔位
置からの電磁エネルギビームを受取って反射するように
位置され、構成され、第2および第4の反射手段は、高
次の非球面係数を有する単一の凹面反射鏡のセグメント
としてそれぞれ構成され、第2の反射手段として機能す
る第1の反射区域と、この第1の反射区域に隣接してお
り第4の反射手段として機能する第2の反射区域とを有
し、第1の反射区域は第1の反射手段によって反射され
た電磁エネルギビームを受取ってそれを第3の反射手段
に向けて反射し、第2の反射区域は第3の反射手段によ
って反射された電磁エネルギビームを受取ってそれを映
像平面へ反射してこの映像平面において感知できる映像
を反射された電磁エネルギビームによって生成するよう
に配置され、構成されており、第3の反射手段は、凸面
反射鏡に関して回動可能に構成されている実質的に平坦
な反射鏡を具備し、第2および第4の反射手段を構成し
ている凹面反射鏡の第1の反射区域から反射された電磁
エネルギビームを受取り、凹面反射鏡の第2の反射区域
へその電磁エネルギビームを反射するように位置され、
構成されており、凸面反射鏡および前記凹面反射鏡の頂
点、すなわち、各反射鏡の表面がそれぞれその一部を構
成している共心反射鏡の表面とその光軸との交点は、そ
れぞれ前記第3の反射手段の実質的に平坦な反射鏡の中
心に垂直な光学軸に一致していることを特徴とする。本
発明のその他の観点見地、目的、特徴および利点は、好
ましい実施例の詳細な説明によって当業者に明らかにさ
れる。
【0009】
【実施例】この明細書では、特許請求の範囲によって本
発明に関する主題を指摘し、明確にしているが、本発明
は、添付された図面に関連する実施例の以下の説明を参
照にして詳細に説明される。図面に関して、発明の同一
の構成部分には同じ参照番号が使用される。
【0010】本発明によれば、通常4枚の反射鏡を制御
することによって達成できる品質の映像を生成する、3
枚の反射鏡で構成された光学映像システムが提供され
る。加えて、本発明の光学システムは、他の多重反射鏡
光学システムによって生成された映像との比較において
概して高品質の映像を生成する。図1は、本発明の好ま
しい実施例による光学映像システム10の側面図を示して
いる。システム10の反射素子は、凸面鏡20、凹面鏡22、
平坦または基本的に平坦な反射鏡24から構成されてい
る。システム10の他の素子には、歪み補正器32およびフ
ィルタ34またはチョッパ等の、放射のビームを変調する
装置が含まれている。凸面鏡20はシステム10の第1の反
射鏡または反射器として使用される。最適であるのは、
凸面鏡20が高次の非球面係数を有し、システム10におい
て一般的な収差を制御する利点を提供することである。
凹面鏡22はシステム10のための第2の反射鏡/反射器お
よび第4の反射鏡/反射器の両方として機能している。
凹面鏡22の一区域である第1のまたは最上部の区域は、
第1の反射鏡/反射器20から反射されたビーム16,17,18
を受取り、それらのビーム16,17,18を前方へ反射するこ
とができる。最適であるのは、凹面鏡22が高次の非球面
係数を有し、システム10において一般的な収差を制御す
るという利点を提供することである。システム10の第3
の反射鏡24は平坦またはほぼ平坦な反射鏡である。平坦
な反射鏡24は第1の反射鏡/反射器20に関して回動可能
な折返し式の反射鏡である。平坦な反射鏡24は第1の反
射鏡20に関して概して折返し可能であるため、折返し式
の反射鏡と呼ばれる。折返し式の反射鏡によって視野の
広い全反射性光学システムを構成するのに必要な素子の
体積を減少する利点が得られる。最適であるのは、平坦
な反射鏡もまた高次の非球面係数を有し、システムにお
いて残留する高次の球面収差を減少するという利点を提
供することである。システム10の光学軸36に関するシス
テム10の素子の配置によって妨害のない反射および映像
の形成に必要なビーム16,17,18の伝播が可能になる。光
学軸36は平坦な反射鏡24の中心に対して垂直である。凸
面鏡20の頂点と凹面鏡22の頂点(曲率中心)はこの光学
軸36上に位置している。補正レンズ32の頂点も光学軸36
上に位置する。
【0011】なお、反射鏡の頂点とは、光学技術でよく
知られているように共心反射鏡の光学軸と反射表面との
交点を意味するものである。図3においては、図1のシ
ステムが上方から見た位置で示されている。上述のもの
と同じ素子が図3に示されている。特に、ビーム16,17,
18が反射され、その後に映像を形成するために映像平面
30においてそれらのビームが集中されていることが別の
方向から見た状態で示されている。
【0012】図1および3の両方において、凸面鏡20、
凹面鏡22、平坦な反射鏡24は、ビーム16,17,18がシステ
ム10を通して反射されるときに、システム10に入るビー
ム16,17,18の通路が反射鏡20,22,24によって妨害されな
いように互いに関して位置され、整列されている。第1
の反射鏡/反射器20は、システム10が映像を生成する対
象物から入ってくる電磁エネルギビーム16,17,18を受け
取る。図1、2、3において、各参照番号16,17,18は、
システム10に関して類似した角度の方位からシステム10
に入る電磁エネルギビーム16,17,18を示している。シス
テム10は、可視光スペクトルの外側のエネルギビームを
反射および/または投影する対象物の映像を形成するこ
とができるので、ビーム16,17,18は可視光のビームとい
うよりも電磁エネルギビームと呼ばれている。例えば、
対象物は赤外線電磁エネルギビームを反射または投影
し、それによってシステム10は、その赤外線電磁エネル
ギから映像平面30に位置された赤外線センサおよび/ま
たは検出器によって感知できる映像を形成することがで
きる。ビーム16,17,18は、凸面の(第1の)反射鏡/反
射器20から、第2の反射器として機能する凹面鏡22の第
1または最上部の区域へ反射される。凹面鏡22の第1の
区域から、ビーム16,17,18は平坦な第3の反射鏡24へ反
射される。第3の反射鏡24から、ビーム16,17,18は第4
の反射鏡/反射器として作用する凹面鏡22の第2または
下部の区域へ反射される。第4の区域はビーム16,17,18
を映像平面30へ反射し、そこの場所で映像が形成され
る。レンズ32は、システムの反射鏡20,22,24によって生
じる映像の光学的な歪みの補正器として使用される。全
てのまたは幾らかのビームの周波数の通路を選択的に阻
止するフィルタ34、チョッパまたはその他の機構は、形
成された映像の感知を強めるために映像平面30の前に位
置される。
【0013】システム10の凸面鏡20と凹面鏡22の配置お
よびシステム10における反射鏡の収差制御の特性によっ
て、実質的に水平で27°の幅で、垂直で13.5°の
高さである広角の視野からの対象物で映像を生成するこ
とができる。システム10は約F/1の光速度を有してい
る。
【0014】前述の説明から明らかな通り、本発明は上
述の実施例とは異なる種々の補正および変更が行われる
ことが可能である。従って、上述の特許請求の範囲によ
って本発明の意図および技術的範囲から逸脱せずに全て
の補正および変更がカバーされるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施例による3枚組の反射鏡
の光学映像システムの側面図。
【図2】4枚組の反射鏡の光学映像システムの概略図。
【図3】図1の光学映像システムの方位図。

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1、第2、第3、および第4の反射手
    段を具備し、 前記第1の反射手段は、 高次の非球面係数を有する凸面
    反射鏡のセグメントにより構成され、遠隔位置からの電
    磁エネルギビームを受取って反射するように位置され、
    構成さ前記第2および第4の反射手段は、高次の非球面係数を
    有する単一の凹面反射鏡のセグメントとしてそれぞれ構
    成され、 第2の反射手段として機能する第1の反射区域
    この第1の反射区域に隣接しており第4の反射手段
    として機能する第2の反射区域を有し、前記第1の反
    射区域は前記第1の反射手段によって反射された電磁エ
    ネルギビーム受取ってそれを前記第3の反射手段に向
    けて反射し、前記第2の反射区域は前記第3の反射手段
    によって反射された電磁エネルギビームを受取ってそれ
    を映像平面へ反射してこの映像平面において感知できる
    映像を反射された電磁エネルギビームによって生成する
    ように配置され、構成されており前記第3の反射手段は、前記凸面反射鏡に関して回動可
    能に構成されている実質的に平坦な反射鏡を具備し、前
    記第2および第4の反射手段を構成している 前記凹面
    鏡の第1の反射区域から反射された電磁エネルギビー
    ムを受取り、前記凹面反射鏡の第2の反射区域へその
    磁エネルギビームを反射するように位置され、構成され
    おり、 前記凸面反射鏡および前記凹面反射鏡の頂点、すなわ
    ち、各反射鏡の表面がそれぞれその一部を構成している
    共心反射鏡の表面とその光軸との交点それぞれ前記
    第3の反射手段の実質的に平坦な反射鏡の中心に垂直
    光学軸上に位置していることを特徴とする広角の光学映
    像システム。
  2. 【請求項2】 前記凸面反射鏡、前記凹面反射鏡、およ
    び前記実質的に平坦な反射鏡はそれぞれ高次の非球面係
    数を有している請求項1記載のシステム。
  3. 【請求項3】 前記凸面反射鏡、前記凹面反射鏡、およ
    び前記実質的に平坦である反射鏡によって生じる光学的
    な歪みを補正するレンズを具備している請求項1記載の
    システム。
  4. 【請求項4】 反射された電磁エネルギビームの予め定
    められた波長を変調する手段を具備している請求項1記
    載のシステム。
  5. 【請求項5】 反射された電磁エネルギビームの予め定
    められた波長を変調する前記手段はフィルタを含む請求
    項4記載のシステム。
  6. 【請求項6】 反射された電磁エネルギビームの予め定
    められた波長を変調する前記手段はチョッパを含む請求
    項4記載のシステム。
  7. 【請求項7】 第1、第2、第3、および第4の反射手
    段を具備し、 前記第1の反射手段は、 高次の非球面係数を有する凸面
    反射鏡のセグメントにより構成され、遠隔位置からの電
    磁エネルギビームを受取って反射するように位置され、
    構成さ前記第2および第4の反射手段は、高次の非球面係数を
    有する単一の凹面反射鏡のセグメントとしてそれぞれ構
    成され、 第2の反射手段として機能する第1の反射区域
    と、この第1の反射区域に隣接しており第4の反射手段
    として機能する第2の反射区域を有し、前記第1の反
    射区域は前記第1の反射手段によって反射された電磁エ
    ネルギビームを受取ってそれを前記第3の反射手段に向
    けて反射し、前記第2の反射区域は前記第3の反射手段
    によって反射された電磁エネルギビームを受取ってそれ
    映像平面へ反射してこの映像平面において感知できる
    映像を反射された電磁エネルギビームによって生成する
    ように配置され、構成されており前記第3の反射手段は、前記凸面反射鏡に関して回動可
    能に構成されている高次の非球面係数を有する実質的に
    平坦な反射鏡を具備し、前記第2および第4の反射手段
    を構成している 前記凹面反射鏡の第1の反射区域から反
    射された電磁エネルギビームを受取り、前記凹面反射
    の第2の反射区域へその電磁エネルギビームを反射する
    ように位置され、構成されておりさらに、 前記凸面反射鏡、前記凹面反射鏡、および前記
    実質的に平坦な反射鏡によって生じる光学的な歪みを補
    正するよう構成された前記映像平面の前方に位置された
    レンズ具備し、 前記凸面反射鏡および前記凹面反射鏡の頂点、すなわ
    ち、各反射鏡の表面がそれぞれその一部を構成している
    共心反射鏡の表面とその光軸との交点それぞれ前記
    第3の反射手段の実質的に平坦な反射鏡の中心に垂直
    光学軸に一致していることを特徴とする広角の光学映像
    システム。
  8. 【請求項8】 反射された電磁エネルギビームの予め定
    められた波長を変調する手段を具備している請求項7記
    載のシステム。
  9. 【請求項9】 反射された電磁エネルギビームの予め定
    められた波長を変調する前記手段はフィルタを含む請求
    項8記載のシステム。
  10. 【請求項10】 反射された電磁エネルギビームの予め
    定められた波長を変調する前記手段はチョッパを含む請
    求項8記載のシステム。
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