JP6664788B2 - 望遠鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線望遠鏡等の望遠鏡を用いて観測する際に特定の軸方向からの光を遮断して観測することを可能とする望遠鏡システムに関する。

従来、過度に明るい放射体の周囲にあるコロナ等を観測するべく、放射体主表面からの直接的な光を遮断したり消したりすることが必要とされ、この目的のためにコロナグラフが用いられてきた。図１に、従来のコロナグラフを備えた望遠鏡システムの構成概略図を示す。放射体と観察者との間（図１の例では望遠鏡の焦点）に遮蔽部材が配置されており、これにより、主表面からの直接的な光を消した上で周辺部からの光を観察することができる。

従来のコロナグラフにおいては、望遠鏡の集光面に遮蔽物を配置し、ある一定量の光を遮蔽する等していたが、この場合には集光性能より小さな構造も同時に遮蔽しなければならないという問題があった。すなわち、離角の小さなＯｆｆ−Ａｘｉｓ（軸外）成分の集光が難しかった。また、集光鏡からの散乱（正反射以外の反射、散乱）が不可避であり、それら散乱光は集光面に大きく広がって集光されるが、Ｘ線のように波長の短い波長域では、このような散乱光成分を遮断することができなかった。

特開２００４−１５７１９８号公報 特表２００６−５２７３８７号公報 特表２０１５−５１６９０６号公報

Hayashi, et al. "Upgrade of the 30-m x-ray pencil beam line at the institute of space and astronautical science," Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 1(4), 044004 (2015) Mori et al. 2005 PASJ 57 pp. 245-257 Yang Soong et al. "ASTRO-H Soft X-ray Telescope (SXT)", Proc. of SPIE Vol. 9144 914428 1-14

以上に鑑み、本発明は、従来よりも感度よくＯｆｆ−Ａｘｉｓ成分の光を観測できる望遠鏡システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、観測対象電磁波に対する通過許容領域と、観測対象電磁波に対する通過阻止領域とを有する部材を複数備えた選択的遮蔽ユニットであって、複数の部材の通過許容領域が少なくとも一部互いにずれるよう、複数の部材を層状に、且つ間隔を空けて配置することにより、少なくとも選択的遮蔽ユニットの代表面に垂直な方向から入射した観測対象電磁波の通過を、複数の部材が協働して阻止するよう構成された、選択的遮蔽ユニットを、望遠鏡における観測対象電磁波入射面よりも前段に配置したことを特徴とする、望遠鏡システムを提供する。一例としては、少なくとも無限遠に位置する放射体（天体）から入射する代表面垂直入射成分が、上記複数の部材の協働により阻止される。有限距離に位置する放射体からの入射であっても、任意の構成として、例えば通過許容領域を通過阻止領域よりも小さくしたり、複数の部材間の距離を小さくしたりする等して、代表面に対して傾斜した角度からの入射も協働により阻止することが可能であり、これらは放射体から見て、望遠鏡入射面が複数の部材により遮蔽されるような配置に対応する。

上記望遠鏡システムにおいては、選択的遮蔽ユニットを、従来とは異なり望遠鏡の観測対象電磁波入射面よりも前段（観測対象の天体等と、望遠鏡における観測対象電磁波入射面との間）に配置することにより、望遠鏡の解像度、角度分解能に影響を受けない遮蔽機能を実現する。また、複数の部材の通過許容領域が少なくとも一部互いにずれるよう、上記複数の部材を層状に、且つ間隔を空けて配置することにより、特定の軸方向からの観測対象電磁波を遮断しつつ、Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ成分を高感度で観測できる。光赤外波長域では、コロナグラフの開発は精力的に行われているが、従来のコロナグラフは専ら望遠鏡の焦点か、それよりも下流域にレンズや遮蔽構造を導入したものである。本発明が教示するような前段型のものは提案されていない。

一例において、上記部材における通過許容領域と通過阻止領域とは、当該部材上でそれぞれ放射状に形成されている。ただし各領域の形状は任意であり、これらを同心円状に形成したり、平行なパターンとして形成したりしてもよい。

上記望遠鏡は、その焦点面とは異なる面で観測対象電磁波を検出するよう構成されていてもよい。本発明の望遠鏡システムにおいては、望遠鏡と独立した機構により特定方向からの不要な電磁波成分を遮断できるため、焦点面以外の、さまざまな方向成分の電磁波が混在する面において検出を行ったとしても、上記不要な電磁波成分は既に除去されている。

上記複数の部材間の間隔が変更可能となるよう、本発明の望遠鏡システムを構成することができる。後述の実施例で示すとおり、部材間の間隔を大きくすることにより、より小さな入射角で入射する電磁波を検出することが可能となるし、逆に部材間の間隔を小さくすれば、上記代表面に対して傾斜した角度からの入射（有限距離の放射体からの入射）も効果的に阻止することが可能である。

選択的遮蔽ユニットは、複数の部材として一般にｎ個（ｎは２以上の整数）の部材を備えることができ、各々の部材の代表面において通過許容領域が占める割合は、概ね（ｎ−１）／ｎとすることができる。そのような構成をとることにより、特定方向からの不要な電磁波成分を遮断しつつ、大きな有効面積を確保することが可能となる。

上記望遠鏡は、同心円状、且つ層状に配置された複数の反射鏡を備えたＸ線望遠鏡として構成することができるが、これ以外にも、赤外波長域用の望遠鏡等、任意の望遠鏡を用いて本発明の望遠鏡システムを構成することができる。

本発明により、望遠鏡の性能に左右されない選択的遮蔽機能を備えたコロナグラフが実現可能となる。垂直（光軸）方向からの入射光を遮断しつつＯｆｆ−Ａｘｉｓ電磁波成分のみを集光することでＯｆｆ−Ａｘｉｓ成分を高感度で観測できるため、明るいコンパクトな天体の周りに広がった天体のＸ線やγ（ガンマ）線等による分光、偏光観測能力が大幅に向上すると考えられる。

従来のコロナグラフを備えた望遠鏡システムの構成概略図。 本発明の一実施形態において選択的遮蔽ユニットが取り付けられるＸ線望遠鏡の構成概略図。 本発明者らが開発したＸ線望遠鏡（ＡＳＴＲＯ−Ｈ ＳＸＴ−１）の外観写真（非特許文献３のＦｉｇ．６より引用）。 図２のＸ線望遠鏡に選択的遮蔽ユニットを取り付けたＸ線望遠鏡システムの構成概略図。 選択的遮蔽ユニットに含まれる第１スリット部材６の一例を、図４の矢印Ａの方向から見たときの構成概略図。 選択的遮蔽ユニットに含まれる第２スリット部材７の一例を、図４の矢印Ａの方向から見たときの構成概略図。 選択的遮蔽ユニットに含まれる第１スリット部材６の別の一例を、図４の矢印Ａの方向から見たときの構成概略図。 選択的遮蔽ユニットに含まれる第２スリット部材７の別の一例を、図４の矢印Ａの方向から見たときの構成概略図。 選択的遮蔽ユニットに含まれる第１スリット部材６の更に別の一例を、図４の矢印Ａの方向から見たときの構成概略図。 選択的遮蔽ユニットに含まれる第２スリット部材７の更に別の一例を、図４の矢印Ａの方向から見たときの構成概略図。 選択的遮蔽ユニットの代表面に垂直な方向から入射したＸ線が第１，第２スリット部材６，７によって通過を阻止される様子を示した概念図。 選択的遮蔽ユニットの代表面に対して傾斜した方向から入射したＸ線の一部が、第１，第２スリット部材６，７を通過する様子を示した概念図。 非特許文献３に記載されているＡＳＴＲＯ−Ｈ衛星搭載のＳＸＴ望遠鏡を微調整した上で選択的遮蔽ユニットを取り付けてなるＸ線望遠鏡システムについて、入射角を変えつつＸ線を観測した時の有効面積を計算機シミュレーションで算出し、選択的遮蔽ユニットがない場合と比較した結果を示すグラフ（スリット部材２つの構成）。 図４のＸ線望遠鏡システムに対し、各スリット部材間の間隔を変更するための制御回路を取り付けたときの構成概略図。 スリット部材間の間隔が小さい時に、選択的遮蔽ユニットを通過するＯｆｆ−Ａｘｉｓ成分を示した概念図。 スリット部材間の間隔が大きい時に、選択的遮蔽ユニットを通過するＯｆｆ−Ａｘｉｓ成分を示した概念図。 屈折方式の望遠鏡に選択的遮蔽ユニットを取り付けた、本発明の別の実施形態である望遠鏡システムの構成概略図。 スリット部材を３つ含む選択的遮蔽ユニットについて、第１スリット部材６の一例を、図４の矢印Ａの方向から見たときの構成概略図。 スリット部材を３つ含む選択的遮蔽ユニットについて、第２スリット部材７の一例を、図４の矢印Ａの方向から見たときの構成概略図。 スリット部材を３つ含む選択的遮蔽ユニットについて、第３スリット部材８の一例を、図４の矢印Ａの方向から見たときの構成概略図。 選択的遮蔽ユニットの代表面に垂直な方向から入射したＸ線が第１，第２，第３スリット部材６，７，８によって通過を阻止される様子、及び、選択的遮蔽ユニットの代表面に対して傾斜した方向から入射したＸ線の一部が、第１，第２，第３スリット部材６，７，８を通過する様子を示した概念図。 非特許文献３に記載されているＡＳＴＲＯ−Ｈ衛星搭載のＳＸＴ望遠鏡を微調整した上で選択的遮蔽ユニットを取り付けてなるＸ線望遠鏡システムについて、入射角を変えつつＸ線を観測した時の有効面積を計算機シミュレーションで算出し、選択的遮蔽ユニットがない場合と比較した結果を示すグラフ（スリット部材３つの構成）。 非特許文献３に記載されているＡＳＴＲＯ−Ｈ衛星搭載のＳＸＴ望遠鏡を微調整した上で選択的遮蔽ユニットを取り付けてなるＸ線望遠鏡システムについて、入射角を変えつつＸ線を観測した時の有効面積を計算機シミュレーションで算出し、選択的遮蔽ユニットがない場合と比較した結果を示すグラフ（スリット部材４つの構成）。

これより図面を用いて、本発明に係る望遠鏡システムを説明する。但し、本発明に係る望遠鏡システムの構成は、各図面にて示される特定の具体的構成へと限定されるわけではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。例えば、以下においては放射源が無限遠に位置し、且つ選択的遮蔽ユニットに含まれる部材がスリット部材であるとして説明するが、部材中の通過許容領域がスリットである必要はなく、観測対象電磁波に対して透過性を有する任意の素材によって充填されていてもよい。観測対象電磁波も、Ｘ線に限らず任意の波長域の電磁波であってよい。なお、別個の実施例に対応する図面においても、同様の要素は同様の参照符号で示す。

図２に、本発明の一実施形態において選択的遮蔽ユニットが取り付けられるＸ線望遠鏡の構成概略図を示す。Ｘ線望遠鏡１は、ハウジング４内に複数の反射鏡２ａ−１〜２ａ−３，２ｂ−１〜２ｂ−３を有し、また焦点面で像を検出するための検出器３を備えている。反射鏡２ａ−１〜２ａ−３，２ｂ−１〜２ｂ−３は、それぞれ円錐の部分的側面（円錐を、その底面から頂点までの高さ方向について途中で切断し、底面側に残った立体の側面）の形状を有しており、Ｘ線望遠鏡１の入射面（図２中、点線で示す）に垂直な方向から見た時に同心円状となるよう配置されている。また、反射鏡２ａ−１〜２ａ−３は層状に（入れ子上に）配置されており、反射鏡２ｂ−１〜２ｂ−３も層状に（入れ子上に）配置されている。

Ｘ線望遠鏡１の入射面から入射して反射鏡２ａ−１で反射されたＸ線は、反射鏡２ｂ−１で再度反射されて焦点面へと導かれる。同様に、反射鏡２ａ−２，２ａ−３で反射されたＸ線も、それぞれ反射鏡２ｂ−２，２ｂ−３で再度反射されて焦点面へと導かれる。焦点面ではこれら２回反射されたＸ線によって像が形成され、この像を、位置検出可能な二次元検出器３などによって検出する。検出結果を示す電気信号はデータ処理系へと送信され、適宜解析される。ただし、既に述べたとおり、検出器３により検出する検出面は焦点面と異なる面であってもよい。Ｘ線望遠鏡１の一例として、本発明者らが開発したＸ線望遠鏡（ＡＳＴＲＯ−Ｈ ＳＸＴ−１）の外観写真（非特許文献３のＦｉｇ．６より引用）を図３に示す。

図２のＸ線望遠鏡１に選択的遮蔽ユニットを取り付けたＸ線望遠鏡システムの構成概略図を図４に示す。選択的遮蔽ユニットは、第１スリット部材６及び第２スリット部材７を保持部材５で保持してなる構造を有しており、これをＸ線望遠鏡１の入射面の前段に取り付ける。これにより、Ｘ線望遠鏡１に入射しようとするＸ線は、まず選択的遮蔽ユニットの作用を受けることとなる。

第１スリット部材６及び第２スリット部材７は、それぞれスリットが開けられた円盤状の形状を有している。第１スリット部材６の一例を、図４の矢印Ａの方向から見たときの構成概略図を図５ａに、第２スリット部材７の一例を、図４の矢印Ａの方向から見たときの構成概略図を図５ｂに、それぞれ示す。

第１スリット部材６においては、Ｘ線の通過を阻止する素材で形成される通過阻止領域６ａと、Ｘ線が通過できるスリット（通過許容領域）６ｂとが交互に形成されており、それぞれが等しい一定角度の扇形形状で形成されている。なお、図５ａ，図５ｂにおいては簡略化のために１つ１つの扇形形状の角度を大きくとっているが、実用上は１°（ｄｅｇｒｅｅ，度）以下、特に０．１°以下とすることが好ましい。後述のその他の図面においても簡略化のために通過阻止領域、通過許容領域を大きく書いているが、同様に図示されているよりも微細な構造で各領域を形成することが好ましい。

第２スリット部材７においても、第１スリット部材６と同様に、Ｘ線の通過を阻止する素材で形成される通過阻止領域７ａと、Ｘ線が通過できるスリット（通過許容領域）７ｂとが交互に形成されている。図４に示すとおり、第１，第２スリット部材６，７は層状に、且つ間隔を空けて配置されるが、図４の矢印Ａの方向から見た時に、第１スリット部材６上のスリット６ｂの位置と、第２スリット部材７上のスリット７ｂの位置とが互いにずれるよう配置される。具体的には、図４の矢印Ａの方向から見たときに、第１スリット部材６におけるスリット６ｂと、第２スリット部材７における通過阻止領域７ａとが重なり、また第１スリット部材６における通過阻止領域６ａと、第２スリット部材７におけるスリット７ｂとが重なるよう、第１，第２スリット部材６，７が配置される。このような配置をとることにより、図４の矢印Ａの方向（図５ａ，図５ｂに示す面として定義される選択的遮蔽ユニットの代表面に垂直な方向）から入射するＸ線は、第１，第２スリット部材６，７の少なくともいずれかによって通過を阻止されることとなる。ただし、各々のスリット部材における通過阻止領域とスリットの大きさとが等しい必要はなく、スリットをより細く、あるいは小さくしてもよい。これにより、既に述べたとおり代表面に対して傾斜した角度からの入射（有限距離に位置する放射体からの入射に対応）を効果的に阻止できる。スリットの大きさをどのようにとるか等、具体的構成は、測定対象の距離等に応じて適宜選択すべきである。あるいは、通過阻止領域よりもスリットが太い、あるいは大きい構成も可能である（後述の、スリット部材を３以上用いる構成を参照）。これらの点については、後述の全ての例においても同様である。

通過阻止領域やスリットの形状としては、図５ａ，図５ｂに示した扇形形状以外にもさまざまな形状をとることができる。図６ａ，図６ｂに、通過阻止領域とスリットをそれぞれ同心円状に形成した時の第１，第２スリット部材６，７の概略構成図を示し、図７ａ，図７ｂに、通過阻止領域とスリットをそれぞれ平行なパターンとして形成した時の第１，第２スリット部材６，７の概略構成図を示す。図６ａ，図６ｂの構成においては、複数の通過阻止領域６ａ，７ａを保持するために十字形状の保持部分が設けられているが、この保持部分を十分細く形成すれば、通過阻止領域６ａ，７ａとスリット６ｂ，７ｂは同心円状とみなしてよい。これらの形状をとる場合においても、図４の矢印Ａの方向（選択的遮蔽ユニットの代表面に垂直な方向）から見たときに、第１スリット部材６におけるスリット６ｂと、第２スリット部材７における通過阻止領域７ａとが重なり、また第１スリット部材６における通過阻止領域６ａと、第２スリット部材７におけるスリット７ｂとが重なるよう、第１，第２スリット部材６，７が配置される（スリットパターンを予め一部ずらしつつ第１，第２スリット部材６，７を製造し、両者を層状に配置する。）。

選択的遮蔽ユニットの代表面に垂直な方向（本実施例においては光軸方向とする。）から入射したＸ線が第１，第２スリット部材６，７によって通過を阻止される様子を図８ａに概念的に示す。各々のスリット部材において通過阻止領域とスリットの大きさが等しいとすれば、入射したＸ線のうち半分は第１スリット部材６の通過阻止領域６ａによって通過を阻止され、残りの半分も第２スリット部材７の通過阻止領域７ａによって通過を阻止される。

また、選択的遮蔽ユニットの代表面に対して傾斜した方向から入射したＸ線の一部が、第１，第２スリット部材６，７を通過する様子を図８ｂに概念的に示す。入射したＸ線のうち一部が第１スリット部材６を通過する点は図８ａの場合と同様であるが、傾斜した方向からの入射であることに起因して、入射Ｘ線の一部は第２スリット部材７をも通過する。

したがって、上述の第１，第２スリット部材を備える選択的遮蔽ユニットをＸ線望遠鏡１に取り付けて観測を行った場合には、選択的遮蔽ユニットの代表面に垂直な方向から入射したＸ線を完全に遮断しつつ、傾斜した方向からの（Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ）Ｘ線を検出することが可能となる。すなわち、Ｘ線望遠鏡１を任意の方向に向けることにより、任意の方向からのＸ線を遮断しつつ観測を行うことが可能となる。Ｘ線望遠鏡１自体とは別個のユニットとして選択的遮蔽ユニットを設計できるため、スリットパターンを微細に形成すれば、望遠鏡が持つ角度分解能を超える選択的遮蔽能力を提供することも可能となる。ここで、スリットパターンのスケールと観測対象電磁波の波長スケールが近い場合には観測対象電磁波がスリットを通過することによる干渉の影響が出る可能性があるため、観測対象電磁波の波長域としてはスリットパターンよりも十分に波長の短い波長域（例えば、１００Å（オングストローム）以下）をとることが有効である。

図３に示したＡＳＴＲＯ−Ｈ衛星搭載のＳＸＴ望遠鏡（非特許文献３のＦｉｇ．６）を微調整した上で、図５ａ，図５ｂを用いて説明した扇形形状のスリットを多数有するスリット部材２つを備えた選択的遮蔽ユニットをこれに取り付けてなるＸ線望遠鏡システムについて、入射角を変えつつＸ線を観測した時の有効面積を計算機シミュレーションで算出した。

ＳＸＴ望遠鏡は、焦点距離５．６ｍ，入射口径４５０ｍｍとし、金からなる反射面が同心円状に２０３層配置されているとした（非特許文献３のＴａｂｌｅ １等参照）。第１，第２スリット部材６，７については、図５ａ，図５ｂに示す代表面の直径を４５０ｍｍとし（図５ａ，図５ｂ中、円環形の外枠や中心にある円形の領域は構造上必要とされるものであり、本シミュレーションでは存在しないものとした。）、通過阻止領域６ａ，７ａ及びスリット６ｂ，７ｂは、いずれも中心角が０．１°（ｄｅｇｒｅｅ，度）の扇形形状であるとした（互いに０．１°（ｄｅｇｒｅｅ，度）ずらして配置。）。第１，第２スリット部材の厚みはゼロとし、通過阻止領域６ａ，７ａはＸ線吸収率無限大の物質からなると仮定した。また第１，第２スリット部材の間隔は１０００ｍｍとした。

以上の条件で、無限遠からＸ線望遠鏡に対してＸ線がランダムで入射する状況をモンテカルロ法によりシミュレーションし、焦点面まで届いたＸ線を数え上げることで有効面積を導出した。選択的遮蔽ユニットがない場合と比較した結果を図９のグラフに示す。図９は２つのエリアに分かれているが、横軸は共通であり入射角（代表面に垂直な方向からの傾斜角）を表わす（単位はａｒｃ ｍｉｎ。１ａｒｃ ｍｉｎは１／６０°）。縦軸は、まず上側のエリアにおいては有効面積（単位は平方センチメートル、対数目盛表示）を表わし（一定数のＸ線を入射させた場合の、焦点面まで届いたＸ線の数に対応。）、選択的遮蔽ユニットを用いない望遠鏡システムのみの構成での計算結果と、選択的遮蔽ユニットを用いた望遠鏡システム（本発明のコロナグラフを備えた望遠鏡システム）での計算結果とがそれぞれグラフ化されている。図９の下側エリアのグラフは、「（選択的遮蔽ユニットを用いた望遠鏡システムで計算した有効面積）／（望遠鏡システムのみの構成で計算した有効面積）」を無次元（対数目盛表示）で表わしたものである。

図９のグラフからわかるとおり、選択的遮蔽ユニットをＸ線望遠鏡に取り付けた場合、垂直に近い方向に対しての有効面積は選択的遮蔽ユニットを用いない場合に比べて大きく低下するが、傾斜角が大きくなるにつれて、概ね選択的遮蔽ユニットを用いない場合の０．２〜０．３倍程度で安定する。第１，第２スリット部材の代表面における通過阻止領域とスリットとの大きさが等しい場合、代表面に垂直な方向から傾斜して入射したＸ線が第１スリット部材を通過する確率は平均的には１／２程度であり、このＸ線が更に第２スリット部材を通過する確率も平均的には１／２程度であると考えられ（両方のスリット部材を通過できるか否かは代表面内の入射位置によって決まるが、スリットパターンが十分細かく、多数のＸ線が入射すると仮定すれば、平均的に各スリット部材を１／２の確率で通過すると推定できる。）、したがって傾斜して入射したＸ線が検出面に到達する確率（望遠鏡システムの有効面積に対応）は、選択的遮蔽ユニットを用いない場合に比べて、両確率の積である１／４程度に低下すると推定することができる。図９のグラフは、入射角が大きい時にそのような推定が計算結果と一致することを示している。

なお、例えば図５ａの第１スリット部材において通過阻止領域６ａとスリット６ｂの大きさの比（扇形の中心角の比）を１：２とし、図５ｂの第２スリット部材において通過阻止領域７ａとスリット７ｂの大きさの比を２：１とし、図４の矢印Ａの方向から見て通過阻止領域６ａとスリット７ｂが重なり、スリット６ｂと通過阻止領域７ａが重なるよう、選択的遮蔽ユニットを構成してＸ線望遠鏡に取り付けた場合は、同様に考えれば、傾斜して入射するＸ線が第１スリット部材を通過する確率は平均的に２／３程度であり、第２スリット部材を通過する確率は平均的に１／３程度であると考えられ、したがってＸ線が検出面に到達する確率は、選択的遮蔽ユニットを用いない場合に比べて、両確率の積である２／９程度に低下すると推定できる。これに鑑みると、スリット部材を２つ用いる構成においては、各々の部材においてスリットが占める割合を概ね１／２にすることが、傾斜した観測対象電磁波に対する有効面積を大きくするためには有効であると考えられる。一般的には、ｎ個のスリット部材を用いる場合、各々の部材の代表面においてスリットが占める割合は概ね（ｎ−１）／ｎであることが、有効面積を大きくするためには好ましい。この場合、各々の部材の代表面において通過阻止領域が占める割合が概ね１／ｎとなることにより、ｎ層全体として垂直入射成分を遮断できるし、スリットの占める割合の合計が一定（すなわち、通過阻止領域の占める割合の合計が一定）という束縛条件下で当該スリットの占める割合の積（有効面積に対応）を最大化するためには、当該スリットの占める割合を、異なる層間で全て等しくすべきだからである。

選択的遮蔽ユニットにおいては、各スリット部材間の間隔を変更可能としてもよい。図４のＸ線望遠鏡システムに対し、各スリット部材間の間隔を変更するための制御回路を取り付けたときの構成概略図を図１０に示す。第１，第２スリット部材６，７は、保持部材５に対して、図１０の矢印方向にそれぞれ移動可能となるように接続されており（保持部材５の内側にレールを設け、第１，第２スリット部材６，７がモータ制御によりレール上を移動する等、具体的構成は任意。）、コンピュータシステム等、任意の制御回路の制御によって移動し、第１，第２スリット部材間の間隔が変更される。

スリット部材間の間隔が小さい時、大きい時のそれぞれについて、傾斜を有して入射したＸ線（Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ成分）が第１，第２スリット部材を通過する様子を図１１ａ，図１１ｂに概念的に示す。図から明らかなとおり、スリット部材間の間隔を大きくすることにより、傾斜の小さなＸ線であっても両方のスリットを通過し得ることがわかる。したがって、図９に示した計算機シミュレーションの条件として、第１，第２スリット部材間の間隔を更に大きくすれば、選択的遮蔽ユニットを用いる場合のグラフは立ち上がりが早くなる（より小さな傾斜角においても、有効面積比が０．２５に近づく）と推定される。逆に、スリット部材間の間隔を小さくすれば、より傾斜の大きなＸ線であっても第１，第２スリット部材を通過できなくなり、すなわち上記代表面に対して傾斜した角度からの入射（有限距離の放射体からの入射）も効果的に阻止できると推定される。

図４の例においてはＸ線望遠鏡に対して選択的遮蔽ユニットを取り付けたが、これに限らず任意の望遠鏡に対して選択的遮蔽ユニットを用いることができる。一例として、屈折方式の望遠鏡に選択的遮蔽ユニットを取り付けた、本発明の別の実施形態である望遠鏡システムの構成概略図を図１２に示す。本発明における選択的な遮蔽の作用原理は望遠鏡自体の動作原理と独立であるため、このような構成においても、代表面に垂直な方向から入射する測定対象電磁波を阻止しつつ傾斜して入射する電磁波を観測できる。

以下、選択的遮蔽ユニットが３つのスリット部材を含む場合について説明する。この場合、図４や図１０，図１２において層状に且つ間隔を空けて配置されていた第１，第２スリット部材６，７に加えて、第３スリット部材８が層状に且つ間隔を空けて配置される。図５ａ，図５ｂと同様に通過阻止領域及びスリットが扇形形状であるとしたとき、第１，第２，第３スリット部材６，７，８を図４の矢印Ａの方向から見た構成概略図を、図１３ａ，図１３ｂ，図１３ｃにそれぞれ示す。

第１スリット部材６においては、Ｘ線の通過を阻止する素材で形成される通過阻止領域６ａと、Ｘ線が通過できるスリット（通過許容領域）６ｂ−１，６ｂ−２とが繰り返し形成されており、それぞれが等しい一定角度の扇形形状で形成されている。図５ａの構成とは異なり、１つの通過阻止領域６ａの次には２つのスリット６ｂ−１，６ｂ−２が続く（スリット６ｂ−１，６ｂ−２は分離されていないため実際には１つの大きなスリットが形成されるが、便宜上２つのスリットとして数える。第２，第３スリット部材７，８においても同様。）。

第２スリット部材７においても、第１スリット部材６と同様に、Ｘ線の通過を阻止する素材で形成される通過阻止領域７ａと、Ｘ線が通過できるスリット（通過許容領域）７ｂ−１，７ｂ−２とが繰り返し形成されている。第２スリット部材７は、図４の矢印Ａの方向から見た時に、第１スリット部材６上のスリット６ｂ−１と、第２スリット部材７上の通過阻止領域７ａとが重なるように、互いに一部ずらして配置される。

第３スリット部材８においても、第１，２スリット部材６，７と同様に、Ｘ線の通過を阻止する素材で形成される通過阻止領域８ａと、Ｘ線が通過できるスリット（通過許容領域）８ｂ−１，８ｂ−２とが繰り返し形成されている。第３スリット部材８は、図４の矢印Ａの方向から見た時に、第１スリット部材６上のスリット６ｂ−２と、第３スリット部材８上の通過阻止領域８ａとが重なるように、互いに一部ずらして配置される。このような配置をとることにより、図４の矢印Ａの方向（図１３ａ，図１３ｂ，図１３ｃに示す面として定義される選択的遮蔽ユニットの代表面に垂直な方向）から入射するＸ線は、第１，第２，第３スリット部材６，７，８の少なくともいずれかによって通過を阻止されることとなる。ただし、既に述べたとおり、各々のスリット部材における通過阻止領域とスリットの大きさとが等しい必要はなく、スリットをより細く、あるいは小さくしてもよい。扇形形状以外のスリットパターンをとる場合においても、同様に通過阻止領域１つに対してスリット２つ（実際には２つ分の大きさのスリット１つ）が続くよう各々のスリット部材を構成し、且つ３つのスリット部材におけるスリット位置が互いに一部ずれるよう配置すれば、代表面に垂直な方向からの入射成分を阻止できる（図６ａ，図６ｂ，図７ａ，図７ｂのようなパターンのスリット部材においては、製造時点でスリットパターンを一部ずらしておく。）。

３つのスリット部材を備えた選択的遮蔽ユニットの代表面に垂直な方向（本実施例においては光軸方向とする。）から入射したＸ線が第１，第２，第３スリット部材６，７，８によって通過を阻止される様子、及び、選択的遮蔽ユニットの代表面に対して傾斜した方向から入射したＸ線の一部が、第１，第２，第３スリット部材６，７，８を通過する様子を図１４に概念的に示す。図８ａ，図８ｂで示した２層構造の場合と同様に、３層構造の選択的遮蔽ユニットを用いても、選択的遮蔽ユニットの代表面に垂直な方向から入射したＸ線を完全に遮断しつつ、傾斜した方向からの（Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ）Ｘ線を検出することが可能となる。既に述べたとおり、有効面積を大きくするためには、各々の部材の代表面においてスリットが占める割合は概ね（ｎ−１）／ｎであることが好ましく、ｎ＝３の場合においてそのような構成をとる場合、各スリット部材の代表面においてスリットが２／３を占めることになる。この場合、各スリット部材をＸ線のＯｆｆ−Ａｘｉｓ成分が通過する確率は平均的には２／３程度と考えられ、したがって傾斜して入射したＸ線が検出面に到達する確率（望遠鏡システムの有効面積に対応）は、選択的遮蔽ユニットを用いない場合に比べて、２／３の３乗である８／２７程度に低下すると推定することができる。これは２層構造の場合の１／４よりも大きく、有効面積を大きくするという観点ではスリット部材をより多く層状に配置すべきであることがわかる。ただし、層の数が増えることにより、層間でのずれ幅の微細な調整が必要となるので、必要とされる有効面積の大きさや加工技術の精度に応じて層の数は適宜選択すべきである。

図９を用いて示した計算機シミュレーションに用いたものと同一設定のＸ線望遠鏡に、図１３ａ〜図１３ｃを用いて説明したスリット部材３つを備えた選択的遮蔽ユニットを取り付けてなるＸ線望遠鏡システムについて、入射角を変えつつＸ線を観測した時の有効面積を計算機シミュレーションで算出した。第１〜第３スリット部材においては、既に説明した配置に従い、中心角が０．１°（ｄｅｇｒｅｅ，度）の扇形形状の通過阻止領域と、中心角が０．２°（ｄｅｇｒｅｅ，度）の扇形形状のスリットが交互に形成されているとし、３つのスリット部材が互いに０．１°（ｄｅｇｒｅｅ，度）だけずれつつ（図１３ａ〜図１３ｃ参照）、１０００ｍｍ間隔で層状に配置されているとした。それ以外の条件は図９で示したシミュレーションと同様である。

図９で示したシミュレーションと同様の状況をモンテカルロ法によりシミュレーションし、同様に有効面積を導出した。選択的遮蔽ユニットがない場合と比較した結果を図１５のグラフに示す。図１５は２つのエリアに分かれているが、図９と同様に横軸は共通であり入射角（代表面に垂直な方向からの傾斜角）を表わす（単位はａｒｃ ｍｉｎ。１ａｒｃ ｍｉｎは１／６０°）。縦軸も図９と同様であり、まず上側のエリアにおいては有効面積（単位は平方センチメートル、対数目盛表示）を表わし（一定数のＸ線を入射させた場合の、焦点面まで届いたＸ線の数に対応。）、選択的遮蔽ユニットを用いない望遠鏡システムのみの構成での計算結果と、選択的遮蔽ユニットを用いた望遠鏡システム（本発明のコロナグラフを備えた望遠鏡システム）での計算結果とがそれぞれグラフ化されている。図１５の下側エリアのグラフも、図９と同様に、「（選択的遮蔽ユニットを用いた望遠鏡システムで計算した有効面積）／（望遠鏡システムのみの構成で計算した有効面積）」を無次元（対数目盛表示）で表わしたものである。

図１５のグラフからわかるとおり、選択的遮蔽ユニットをＸ線望遠鏡に取り付けた場合、垂直に近い方向に対しての有効面積は選択的遮蔽ユニットを用いない場合に比べて大きく低下するが、傾斜角が大きくなるにつれて、概ね選択的遮蔽ユニットを用いない場合の０．３倍弱で安定する。既に述べた検出面到達確率に鑑みれば、理論的には選択的遮蔽ユニットを用いることによって有効面積が８／２７倍程度になると推定されるが、図１５のグラフは、入射角が大きい時にそのような推定が計算結果と一致することを示している。

さらに、４層構造の選択的遮蔽ユニットを用いた場合についても同様の計算機シミュレーションを行った。計算条件は図１５で示したシミュレーションと同様である。ただし、４つのスリット部材はそれぞれ、中心角０．１°（ｄｅｇｒｅｅ，度）の扇形形状の通過阻止領域と、中心角０．３°（ｄｅｇｒｅｅ，度）の扇形形状のスリットが交互に形成される構造を有しており、各々のスリット部材は互いに０．１°（ｄｅｇｒｅｅ，度）だけずれつつ１０００ｍｍ間隔で層状に配置されているとした。

シミュレーション結果を図１６のグラフに示す。グラフの縦軸、横軸やエリア分割は図９や図１５と同様である。選択的遮蔽ユニットをＸ線望遠鏡に取り付けた場合、垂直に近い方向に対しての有効面積は選択的遮蔽ユニットを用いない場合に比べて大きく低下するが、傾斜角が大きくなるにつれて、概ね選択的遮蔽ユニットを用いない場合の０．３倍強で安定する。既に述べた検出面到達確率に鑑みれば、理論的には選択的遮蔽ユニットを用いることによって有効面積が３／４の４乗、すなわち８１／２５６倍程度になると推定されるが、図１６のグラフは、入射角が大きい時にそのような推定が計算結果と一致することを示している。

本発明は、Ｘ線望遠鏡を初めとする任意の望遠鏡において利用可能である。

１ 望遠鏡
２ａ−１〜２ｂ−３ 反射鏡
３ 検出器
４ ハウジング
５ 保持部材
６ 第１スリット部材
７ 第２スリット部材
８ 第３スリット部材
６ａ，７ａ，８ａ 通過阻止領域
６ｂ，７ｂ，８ｂ スリット（通過許容領域）
９ 対物レンズ
１０ 接眼レンズ

Claims (8)

1. 観測対象電磁波に対する通過許容領域と、該観測対象電磁波に対する通過阻止領域とを有する部材を複数備えた選択的遮蔽ユニットであって、
   前記複数の部材の通過許容領域が少なくとも一部互いにずれるよう、該複数の部材を層状に、且つ間隔を空けて配置することにより、少なくとも前記選択的遮蔽ユニットの代表面に垂直な方向から入射した観測対象電磁波の通過を、該複数の部材が協働して阻止するよう構成された、選択的遮蔽ユニット
   を、望遠鏡における観測対象電磁波入射面よりも前段に配置したことを特徴とする、望遠鏡システム。
2. 前記通過許容領域と前記通過阻止領域とが、前記部材上でそれぞれ放射状に形成されている、請求項１に記載の望遠鏡システム。
3. 前記通過許容領域と前記通過阻止領域とが、前記部材上でそれぞれ同心円状に形成されている、請求項１に記載の望遠鏡システム。
4. 前記通過許容領域と前記通過阻止領域とが、前記部材上でそれぞれ平行なパターンとして形成されている、請求項１に記載の望遠鏡システム。
5. 前記望遠鏡が、その焦点面とは異なる面で前記観測対象電磁波を検出するよう構成された、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の望遠鏡システム。
6. 前記複数の部材間の間隔が変更可能である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の望遠鏡システム。
7. 前記選択的遮蔽ユニットは、前記複数の部材としてｎ個（ｎは２以上の整数）の部材を備え、
   各々の部材の代表面において通過許容領域が占める割合は概ね（ｎ−１）／ｎである、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の望遠鏡システム。
8. 前記望遠鏡は、同心円状、且つ層状に配置された複数の反射鏡を備えたＸ線望遠鏡として構成される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の望遠鏡システム。