JP3393782B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、光学赤
外線望遠鏡装置等の光学装置の観測精度を向上させるた
めの鏡面検査装置および追尾装置の小型化および光学装
置の観測精度の向上に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、一般的な反射型大口径の光学赤
外線望遠鏡装置を示す斜視図である。図６は、図５に示
す光学赤外線望遠鏡装置の光学系を光軸とともに概略的
に示す図である。また、図７（ａ）、図７（ｂ）は、光
学赤外線望遠鏡装置の鏡面検査装置および追尾装置の構
成をそれぞれ概略的に示す図であり、図８はこれらの装
置の駆動装置およびその設置位置を概略的に示す図であ
る。

【０００３】図５に示すように、光学赤外線望遠鏡装置
１の架台２は、ＡＺ（Ａｚｉｍｕｔｈ）軸３に鉛直軸ま
わりに回動自在に支持されており、これによって光学赤
外線望遠鏡装置１を鉛直軸まわりに回転させることがで
きる。また、架台２には光学赤外線望遠鏡装置１の主要
部をなす鏡筒４がＥＬ（Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）軸５によ
り天頂方向から水平方向まで回動自在に軸支されてい
る。鏡筒４には、主反射鏡６および副反射鏡７が備えら
れている。なお、図６に示すように、主反射鏡６は、鏡
面駆動装置８によって支持されており、鏡面駆動装置８
で主反射鏡６の鏡面形状を変えることにより、主反射鏡
６および副反射鏡７により結像する像の広がりを調整す
ることができる。また、図中に示す９は、鏡筒４の光軸
である。

【０００４】図６に示すように、主反射鏡６は中央に孔
部６ａを有する凹面鏡であり、副反射鏡７は凸面鏡であ
る。このような光学赤外線望遠鏡装置１において、観測
対象である天体１０の光は、鏡筒４内の主反射鏡６およ
び副反射鏡７を介して集光され、主反射鏡６の孔部６ａ
を通じて焦点１１で結像する。

【０００５】しかし、鏡筒４や主反射鏡６等に変形や変
位が生じると、天体１０の観測を妨げる鏡面誤差や追尾
誤差が発生する。主反射鏡６や副反射鏡７によって反射
されて焦点１１に向かう天体１０の光には鏡面誤差およ
び追尾誤差の信号が含まれている。 焦点１１の近傍に
配設された鏡面検査装置１２および追尾装置１３は、天
体１０と光学赤外線望遠鏡装置１の同一視野内にある天
体１４、１５をそれぞれ用いて、主反射鏡６のゆがみお
よび鏡筒４のゆらぎによりそれぞれ生じる鏡面誤差およ
び追尾誤差を検出するための装置である。なお、主反射
鏡６がゆがむと天体１０の像がぼやけて広がり、鏡筒４
がゆらぐと視野内で観測対象である天体１０の像が定ま
らずに振れてしまう。また、鏡面誤差および追尾誤差の
検出のために必要な天体１４および天体１５には十分な
明るさ（１２乃至１３等星程度の明るさ）が必要であ
り、また、どの天体を天体１４および天体１５として用
いるかは、光学赤外線望遠鏡装置１を向ける方向や時刻
によって異なる。

【０００６】図７（ａ）、図７（ｂ）および図８に示す
ように、鏡面検査装置１２および追尾装置１３は、これ
らの装置を光軸９を中心に回転移動させるための回転駆
動装置１６、１７と、これらの装置を光軸９とは垂直な
方向に移動させるための径方向移動装置１８、１９とを
それぞれ１つずつ備えている。回転駆動装置１６、１７
および径方向駆動装置１８、１９は、それぞれの制御装
置２０ａ〜２０ｄを通じて駆動されるものである。この
ような構成により、鏡面検査装置１２および追尾装置１
３のそれぞれの設置位置を光軸９の周囲の光軸９と垂直
な平面内で自在に移動させることにより、鏡面検査装置
１２および追尾装置１３は、天体１４および天体１５の
光をそれぞれ取り込むことができる。以下、鏡面検査装
置１２および追尾装置１３のそれぞれについて説明す
る。

【０００７】図７（ａ）に示すように、鏡面検査装置１
２は、ピックアップミラー２１および鏡面検査部２２を
備える。鏡面検査部２２は、参照光源、ＣＣＤアレイお
よびこれらを光学的に接続する光学経路（ともに図示せ
ず）を内蔵する。なお、ＣＣＤカメラは像解析器（図示
せず）に接続されている。このような構造の鏡面検査部
２２は、天体１４および参照光源の光それぞれの像をＣ
ＣＤアレイ上で比較することにより、主反射鏡６のゆが
み（鏡面誤差）を検出するものである。なお、参照光源
は、鏡面誤差がない場合に光学赤外線望遠鏡装置１の光
学系を通過した光によるＣＣＤアレイ上の像と同じ像を
ＣＣＤアレイ上に映すように鏡面検査部２２内に設置さ
れている光源である。

【０００８】従って、主反射鏡６に歪みが生じている場
合は、即ち、観測対象である天体１０の像がぼやけて広
がっている場合は、ＣＣＤアレイ上において天体１４の
像と参照光源の光の像の形状に差が生じるので、鏡面検
査部２２で鏡面誤差を検出することができる。このよう
に鏡面誤差が生じた場合は、鏡面検査部２２による鏡面
誤差信号に基づいて図示しない制御装置が鏡面駆動装置
８を駆動させ、主反射鏡６のゆがみが矯正される。

【０００９】一方、図７（ｂ）に示すように、追尾装置
１３は、ピックアップミラー２３および追尾部２４を備
える。追尾部２４は、凸レンズを含む光学経路およびＣ
ＣＤカメラ（共に図示せず）を内蔵する。なお、ＣＣＤ
カメラは像解析器（図示せず）に接続されている。この
ような構造の追尾部２４は、天体１５の像をＣＣＤカメ
ラ上で捕らえて、風等の外乱により鏡筒４がゆらぐこと
により、視野内における天体１０の像が振れる（追尾誤
差）のを抑止するように、図示しない駆動装置を駆動さ
せて、光学赤外線望遠鏡１をＡＺ軸２およびＥＬ軸４ま
わりに微小回転させて、天体１０の像が視野内で振れな
いようにするための追尾誤差信号を検出するものであ
る。

【００１０】従って、望遠鏡装置の視野内の天体１０の
像がゆらいでいる場合には、ＣＣＤカメラ上の天体１５
の撮像が振れるので、この振れに基づき追尾部２４内の
ＣＣＤカメラに接続された像解析器が追尾誤差を検出す
る。追尾部２４は、像解析器が検出した追尾誤差を追尾
誤差信号としてＡＺ軸２およびＥＬ軸４の駆動装置に伝
達し、該駆動装置がＡＺ軸２およびＥＬ軸４を調節する
ことにより、天体１０の像が振れが抑制される。

【００１１】以上のような鏡面検査部２２および追尾部
２４を内蔵する鏡面検査装置１２および追尾装置１３を
備えることにより、光学赤外線望遠鏡装置１で天体１０
の観測を行っていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
に、鏡面誤差および追尾誤差を検出するために必要な天
体１４および１５にはある程度以上の明るさが必要であ
るが、実際には観測対象である天体１０と同一視野内に
十分な明るさを有する２つの天体がない場合が多い。こ
のため、天体１４または１５のどちらかの光度が足りな
い状態で鏡面誤差および追尾誤差の検出を行うこととな
り、これら検出される誤差が大きくなる結果、光学赤外
線望遠鏡装置１の光学性能の低下を招くという課題があ
った。 また、鏡面検査部２２を内蔵する鏡面検査装置
１２および追尾部２４を内蔵する追尾装置１３は別々の
ユニットであるため、これらの装置のそれぞれについて
光学系、支持手段、駆動装置等が必要となるが、様々な
機器が密集する焦点１１付近に鏡面検査装置１２および
追尾装置１３を設置するための十分なスペースを確保す
ることが困難となる課題があった。

【００１３】従って、この発明の目的は、観測対象であ
る天体と同一視野内にある程度以上の明るさを有する天
体が１つしかない状況においても、鏡面誤差および追尾
誤差を小さく抑えることにより、光学赤外線望遠鏡装置
等の光学装置の光学性能を高く保つとともに、十分なス
ペースを確保することが困難な焦点付近に設置すること
が容易な光学装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の光学装置は、
光学系を通過してきた光源の光に基づいて該光学系の鏡
面のゆがみを検出する鏡面検査部と、観測対象の光源を
追尾するための追尾部と、鏡面検査部および追尾部を観
測対象の光の光軸を回転軸として回転移動させるための
回転方向駆動装置と、鏡面検査部および追尾部を観測対
象の光の光軸とは垂直な方向に移動させるための径方向
駆動装置と、光学系を介した光源の光を鏡面検査部およ
び追尾部に振り分ける分割光学手段とを備える。

【００１５】また、上記分割光学手段は、光を波長によ
り分割する波長分割光学素子である。

【００１６】また、上記分割光学手段は、光を偏光方向
により分割する光分割光学素子である。

【００１７】さらに、上記分割光学手段は、光を時分割
して光路を切り換える時分割光路切換光学機構を備え
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係る光
学装置の鏡面検査装置および追尾装置部分の断面を概略
的に示す図である。また、図２は図１の光学装置の鏡面
検査装置および追尾装置部分を鏡筒の光軸とともに概略
的に示す図である。

【００１９】図１において、例えば光学赤外線望遠鏡装
置である光学装置３０の鏡面検査装置および追尾装置部
分は、ピックアップミラー３１、分割光学手段として波
長分割光学素子であるダイクロイックミラー３２、鏡面
検査部２２および追尾部２４を内蔵する。ダイクロイッ
クミラー３２は、入射光の光の強度を維持したまま、波
長により選択的に光を透過または反射させることができ
るミラーである。なお、ダイクロイックミラー３２は、
長波長帯の光を反射させて鏡面検査部２２に入射させる
とともに、短波長帯の光を透過させて追尾部２４に入射
させるように設定されており、また、このダイクロイッ
クミラー３２を用いることにより、１つの光源の光を鏡
面検査部２２および追尾部２４に入射させることができ
る。

【００２０】また、図２に示すように、光学装置３０の
鏡面検査装置および追尾装置部分は、光軸９を回転軸と
して回転移動させるための回転駆動装置３３および光軸
９とは垂直な方向に移動させるための径方向移動装置３
４を備えている。回転駆動装置３３および径方向駆動装
置３４は、制御装置３５ａ、３５ｂを通じて駆動される
ものである。このような構成により、光学装置３０の鏡
面検査装置および追尾装置部分の設置位置を光軸９の周
囲の光軸９と垂直な平面内で自在に移動させることがで
きるので、光学装置３０の鏡面検査装置および追尾装置
部分に天体３６の光を取り込むことができる。

【００２１】鏡面検査部２２は、参照光源、ＣＣＤアレ
イおよびこれらを光学的に接続する光学経路（図示せ
ず）を内蔵しており、天体３６および参照光源の光それ
ぞれの像をＣＣＤアレイ上で比較することにより、主反
射鏡６（図５参照）のゆがみ（鏡面誤差）を検出するも
のである。なお、参照光源は、鏡面誤差がない場合の入
射光がＣＣＤアレイ上で結像する像と同じ像をＣＣＤア
レイ上に映すように鏡面検査部２２内に設置されている
光源である。

【００２２】従って、主反射鏡６にゆがみが生じている
場合、即ち、観測対象である天体１０の像が定まらない
場合は、ＣＣＤアレイ上における天体３６の像と参照光
源の光の像がずれるので、鏡面検査部２２が鏡面誤差を
検出する。そして、検出された鏡面誤差信号が鏡面駆動
装置８の制御装置（図示せず）に伝達されると、この鏡
面誤差信号に基づいて図示しない制御装置が鏡面駆動装
置８を駆動させることにより、主反射鏡６のゆがみが矯
正される。

【００２３】また、追尾部２４は、凸レンズを含む光学
経路およびＣＣＤカメラ（共に図示せず）を内蔵する。
なお、ＣＣＤカメラは像解析器（図示せず）に接続され
ている。このような構造の追尾部２４は、天体３６の像
をＣＣＤカメラ上で捕らえて、風等の外乱により鏡筒４
がゆらぐことに伴い、視野内における天体１０の像が振
れることを抑止するように図示しない駆動装置を駆動さ
せて、光学赤外線望遠鏡１をＡＺ軸２およびＥＬ軸４ま
わりに微小回転させて天体１０の像が視野内で振れない
ようにするための制御に必要な追尾誤差信号を検出す
る。

【００２４】従って、光学赤外線望遠鏡装置の視野内の
天体１０の像がゆらいでいる場合には、ＣＣＤカメラ上
の天体３６の撮像が振れるので、追尾部２４内のＣＣＤ
カメラに接続された像解析器が追尾誤差を検出する。そ
して、追尾部２４が追尾誤差信号をＡＺ軸２およびＥＬ
軸４の駆動装置に伝達し、該駆動装置がＡＺ軸２および
ＥＬ軸４を調節することにより、視野内の天体１０の像
の振れが抑制される。

【００２５】以上説明したように、この発明の光学装置
３０の鏡面検査装置および追尾装置部分は、１つの光源
（天体３６）の光の強度を落とすことなく鏡面検査部２
２および追尾部２４に配分する分割光学手段であるダイ
クロイックミラー３２を用いることにより、十分な明る
さを有する１つの天体の光を、その光の強度を減衰させ
ることなく鏡面検査部２２および追尾部２４に入射させ
ることができる。この結果、観測対象である天体と同一
視野内にある程度以上の明るさを有する天体が１つしか
ない状況においても、鏡面誤差および追尾誤差を小さく
することができ、光学赤外線望遠鏡装置の光学性能が向
上する。

【００２６】また、光学装置３０の鏡面検査装置および
追尾装置部分は、鏡面検査部２２および追尾部２４を１
つのユニット内に収めているので、１つの回転駆動装置
３３および１つの径方向移動装置３４により、これらの
装置を光軸９を回転軸として回転移動させるとともに、
光軸９とは垂直な方向に移動させることができる。従っ
て、十分なスペースを確保することが困難な焦点付近に
光学装置３０の鏡面検査装置および追尾装置部分を容易
に設置することができる。

【００２７】なお、この実施の形態１においては、ダイ
クロイックミラー３２により長波長帯が鏡面検査部２２
に、短波長帯が追尾部２４に振り分けられるように設定
したが、これとは反対に、短波長帯が鏡面検査部２２
に、長波長帯が追尾部２４に振り分けられるように設定
しても同様の効果を得ることができる。

【００２８】実施の形態２．図３は、この発明の実施の
形態２に係る光学装置の鏡面検査装置および追尾装置部
分を概略的に示す断面図である。この実施の形態２にお
いて、光学装置４０の鏡面検査装置および追尾装置部分
は、分割光学手段として光分割光学素子である偏光板４
１を用いていること以外は、実施の形態１に準ずる。

【００２９】図３に示すように、偏光板４１は入射光を
Ｓ偏光とＰ偏光に分ける素子である。Ｓ偏光は鏡面検査
部２２に入射し、Ｐ偏光は追尾部２４に入射する。 以
下は、実施の形態１と同様に鏡面検査部２２による鏡面
誤差および追尾部２４による追尾誤差が検出され、主反
射鏡６のゆがみが矯正されるとともに、視野内の天体１
０の像が一定に保持される。

【００３０】なお、偏光板４１により分割されるＳ偏光
およびＰ偏光の光の強度は、それぞれ入射光の強度の半
分となるが、光学赤外線望遠鏡装置の視野内に十分な明
るさを有する天体を１つ見つけられる確率は高いので、
このことは観測上の大きな問題とはならない。

【００３１】光学装置４０の鏡面検査装置および追尾装
置部分は、光を偏光方向により配分する分割光学手段で
ある偏光板４１を用いることにより、１つの天体の光を
鏡面検査部２２および追尾部２４に入射させることがで
きる。従って、実施の形態１の場合と同様に、観測対象
である天体と同一視野内に収まるある程度以上の明るさ
を有する天体が１つしかない状況においても、鏡面誤差
および追尾誤差を小さく抑えることができ、光学赤外線
望遠鏡装置の光学性能を向上させることができる。ま
た、鏡面検査部２２および追尾部２４を１つのユニット
内に収めているので、１つの回転駆動装置３３および１
つの径方向移動装置３４により、これらの装置を光軸９
を回転軸として回転移動させるとともに、光軸９とは垂
直な方向に移動させることができる。従って、十分なス
ペースを確保することが困難な焦点付近に光学装置４０
の鏡面検査装置および追尾装置部分を容易に設置するこ
とができる。

【００３２】実施の形態３．図４は、この発明の実施の
形態３に係る光学装置の鏡面検査装置および追尾装置部
分を概略的に示す断面図である。この実施の形態３にお
いて、光学装置５０の鏡面検査装置および追尾装置部分
は、分割光学手段として時分割光路切換光学機構５１を
用いていること以外は、実施の形態１に準ずる。

【００３３】時分割光路切換光学機構５１は、光を時分
割して光路を切り換えるための駆動装置５２およびピッ
クアップミラー５３を備える。なお、駆動装置５２は、
光路を時分割で切り換えるための制御装置を内蔵する。
図４において、ピックアップミラー５３が実線で表す位
置にあるときは、光学装置５０の鏡面検査装置および追
尾装置部分に入射する光は全て鏡面検査部２２に入射
し、ピックアップミラー５３が点線で示す位置にあると
きは、入射光は全て追尾部２４に入射する。

【００３４】また、鏡面検査部２２が鏡面誤差を検出す
るためには、鏡面検査部２２に光を１分毎に１０秒間程
度入射させる必要がある。一方、追尾部が追尾誤差を検
出するためには、断続的に光を入射させ続けることが必
要である。従って、駆動装置５２は、１分間のうち１０
秒間はピックアップミラー５３を図４中に実線で示す位
置に設置して入射光を鏡面検査部２２に入射させるが、
残りの５０秒間はピックアップミラー５３を図４中に点
線で示す位置に設置して入射光を追尾部２４に入射させ
るように制御される。

【００３５】光学装置５０の鏡面検査装置および追尾装
置部分は、光を時分割して光路を切り換えるための時分
割光路切換光学機構５１を用いることにより、１つの天
体の光を鏡面検査部２２および追尾部２４に時分割して
入射させることができる。従って、実施の形態１の場合
と同様に、観測対象である天体と同一視野内に収まるあ
る程度以上の明るさを有する天体が１つしかない状況に
おいても、鏡面誤差および追尾誤差を小さく抑えること
ができ、光学赤外線望遠鏡装置の光学性能を向上させる
ことができる。また、鏡面検査部２２および追尾部２４
を１つのユニット内に収めることについても実施の形態
１、２と同様であるので、１つの回転駆動装置３３およ
び１つの径方向移動装置３４により、これらの装置を光
軸９を回転軸として回転移動させるとともに、光軸９と
は垂直な方向に移動させることができる。従って、十分
なスペースを確保することが困難な焦点付近に光学装置
５０の鏡面検査装置および追尾装置部分を容易に設置す
ることができる。

【００３６】

【発明の効果】この発明の光学装置は、光学系を通過し
てきた光源の光に基づいて該光学系の鏡面のゆがみを検
出する鏡面検査部と、観測対象の光源を追尾するための
追尾部と、鏡面検査部および追尾部を観測対象の光の光
軸を中心に回転移動させるための回転方向駆動装置と、
鏡面検査部および追尾部を観測対象の光の光軸とは垂直
な方向に移動させるための径方向駆動装置と、光学系を
介した光源の光を鏡面検査部および追尾部に振り分ける
分割光学手段とを備えるので、観測対象である天体と同
一視野内に明るい天体が１つしかない場合でも、鏡面誤
差および追尾誤差を小さく抑えることができ、これによ
り光学赤外線望遠鏡装置の光学性能を向上させることが
できるとともに、鏡面検査部および追尾部を１つのユニ
ット内に収めているので、１つの回転駆動装置および１
つの径方向移動装置により、十分なスペースを確保する
ことが困難な焦点付近においても鏡面検査部および追尾
部を光軸９を回転軸として回転移動させるとともに、光
軸９とは垂直な方向に移動させることができる。

【００３７】また、上記分割光学手段は、光を波長によ
り分割する波長分割光学素子であるので、入射光の光の
強度を減衰させることなく、容易に鏡面検査部および追
尾部に１つの天体の光を入射させることができる。

【００３８】また、上記分割光学手段は、光を偏光方向
により分割する光分割光学素子であるので、容易に鏡面
検査部および追尾部に１つの天体の光を入射させること
ができる。

【００３９】さらに、上記分割光学手段は、光を時分割
して光路を切り換える時分割光路切換光学機構を備える
ので、安価な構成で、入射光の光の強度を減衰させるこ
となく、容易に鏡面検査部および追尾部に１つの天体の
光を入射させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る光学装置の鏡
面検査装置および追尾装置部分の断面を概略的に示す図
である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係る光学装置の鏡
面検査装置および追尾装置部分を光軸とともに示す図で
ある。

【図３】 この発明の実施の形態２に係る光学装置の鏡
面検査装置および追尾装置部分の断面を概略的に示す図
である。

【図４】 この発明の実施の形態３に係る光学装置の鏡
面検査装置および追尾装置部分の断面を概略的に示す図
である。

【図５】 従来の光学赤外線望遠鏡装置を示す斜視図で
ある。

【図６】 従来の光学赤外線望遠鏡装置の光路を概念的
に示す図である。

【図７】 従来の光学装置の鏡面検査装置および追尾装
置の断面を概略的に示す図である。

【図８】 従来の光学装置の鏡面検査装置および追尾装
置を光軸とともに概略的に示す図である。

【符号の説明】

９ 光軸、１０ 天体（観測対象）、２２ 鏡面検査
部、２４ 追尾部、３０、４０、５０ 光学装置、３２
ダイクロイックミラー（分割光学手段）、３３回転方
向駆動装置、３４ 径方向駆動装置、４１ 偏光板（分
割光学手段）、５１ 時分割光路切換光学機構（分割光
学手段）。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学系を通過してきた光源の光に基づい
   て該光学系の鏡面のゆがみを検出する鏡面検査部と、 観測対象の光源を追尾するための追尾部と、 上記鏡面検査部および上記追尾部を観測対象の光の光軸
   を回転軸として回転移動させるための回転方向駆動装置
   と、 上記鏡面検査部および上記追尾部を観測対象の光の光軸
   とは垂直な方向に移動させるための径方向駆動装置と、 上記光学系を介した光源の光を上記鏡面検査部および上
   記追尾部に振り分ける分割光学手段とを備える光学装
   置。
2. 【請求項２】 上記分割光学手段は、光を波長により分
   割する波長分割光学素子である請求項１記載の光学装
   置。
3. 【請求項３】 上記分割光学手段は、光を偏光方向によ
   り分割する光分割光学素子である請求項１記載の光学装
   置。
4. 【請求項４】 上記分割光学手段は、光を時分割して光
   路を切り換える時分割光路切換光学機構を備える請求項
   １記載の光学装置。