JPH01101432A - 距離シミュレーション光学システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は長い距離をわたっての移動の結果を光線にシミ
ュレートする光学システムに関し、さらに詳細には、そ
のシステムから出て来る光が、その光が相当程度より長
い距離を移動した後に有するであろうところのものと同
じ方向、相対位置、そして強度分布を有することとなる
ような光学システムに関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする課題相当な距離
にわたっての基準としてレーザ光線（あるいは非コヒー
レント光線）を利用する種々のタイプの光学装置が開発
されている。例えば１９７７年１２月１３日に発行され
、本発明の承継人に承継されたランド他の米国特許用４
，０６２，６３４により示唆されているように、レーザ
光線は建設現場で選択された水平あるいは傾いた角度の
平面内で回転させられ、適当な検出器によって検知され
るようにすることができる。そのようなレーザ光線投射
装置は、機械類の勾配緩和の自動制御を行なう装置と共
に用いることもできる。静置された光線投射装置は堀を
掘る作業や他の多くの建設用途において利用される。そ
のような用途では全て、レーザ光線はその投射装置から
１５００フイートあるいはそれ以上の相当の距離で検知
されるのが普通である。

レーザ光線投射装置あるいは非コヒーレント光学光線投
射装置を評価することの一部は、その投射装置から典型
的な作業距離においてそれが生ずる光線の評価である。

作業距離における光線の方向、発散、強度分布、そして
横断面形状を測定することが望ま−しい。長い距離にわ
たって作用する光学装置において使用される、レンズの
ような光学要素はしばしば小さな欠陥を有していて、そ
れは長い距離でのみ明らかになる光学光線における小さ
な歪みを生ずる。不完全な光学要素の無用なそして費用
のかかる廃棄を避けるために、その光学装置が長い距離
で使用された場合にそれらの構成要素がどのような結果
を有するかを直接観察することが時には望ましい。これ
により廃棄の条件がその構−要素が使用される実際の条
件に関連付けられることとなる。

これまでは、レーザ光線投射装置や相当な距離にわたっ
て作用する他の光学システムを、通常の作業距離で行な
われる実際のテストにニジテストすることが必要であっ
た。これは不便でもあり、また測定誤差の生ずる原因と
もなる。もしレーザ光投射装置が屋外で試験されると、
発生される光線はその光路にわたっての空気中の温度変
化による屈折を一般的に受ける。空気の動きはこのよう
にして生ずる屈折を絶えず変化させ、正確な試験は困難
となる。さらに、もしその試験が、周囲の光が無いある
いは最小とされることを必要とする場合には、その試験
を夜行なうことが必要となろう。

実験室で与えられる制御された条件下で試験を行なうこ
とはより好ましいことではあるが、はとんどの実験室は
相長の距離にわたって光を投射することができるのには
、あｌ）に小さい。したがって、相当の距離のシミュレ
ーションを限られた空間という条件内で可能にする光学
システムが必要である。

課題を解決するための手段 本発明による光学システムは、長い距離にわたる移動の
光学的結果を比較的近くに隔置された第１基準面から第
２基準面へ移動する光にシミュレートする。そのシステ
ムは第１基準面から光を受け取り、Ｍ、なる倍率を与え
る第１の無限焦点拡大レンズシステムと、第２の無限焦
点拡大レンズシステムとを含んでいる。第２の無限焦点
レンズシステムは第１のレンズシステムから所定の距離
りだけ隔てられ、第１の無限焦点拡大レンズシステムか
ら光を受け取り、その光’ｋＭ２なる倍率で第２基準面
へ送る。倍率Ｍ、の値は１より小さく、倍率Ｍ２の大き
さは通常１より大きい。シミュレートされる距離の長さ
は第１の無限焦点拡大レンズシステムの倍率Ｍ、と、距
離りに関連付けられる。出力像の縮尺は第２無限焦点拡
大レンズシステムの倍率Ｍ２に関連付けられる。Ｍ２＝
１／Ｍｌと仮定すると、シミュレートされる距離はＭ２
２ＤあるいはＤ　７Ｍ　１２　　に等しくなる。

第１の無限焦点レンズシステムは第１基準面の像を第３
の基準面に形成する。第２無限焦点レンズシステムは第
２基準面の像を第４基準面において形成する。距離りは
第２及び第４基準面の間で測られる。

この明細書にシいては、倍率Ｍ、とＭ２はいわゆる線腟
倍率、すなわち長さの倍率をいう。良く知られているよ
うに、Ｍだけ長さを拡大する無限焦点光学システムは角
度ｆ：ｌ／Ｍだけ拡大する、ということに留意しなけれ
ばならない。

第１無限蕪点拡大レンズシステムは第１基準面′から光
を受け取る第１収束レンズ手段を含んでいる。第１無限
焦点拡大レンズシステムはさらに、第１収束レンズ手段
から光を受け取る第１拡散レンズ手段を含んでなる。第
１収束レンズ手段と第１拡散レンズ手段とはほぼ一致す
る焦点位置を有していて良い。

第２の無限焦点拡大レンズシステムは第１無限焦点拡大
レンズシステムから光を受け敗る第２拡散レンズ手段を
含んでなる。第２無限焦点拡大レンズシステムはさらに
、第２拡散レンズ手段から光を受け取り、それを第２基
準面へ導く第２収束レンズ手段を含んでいて良い０ あるいは、第１無限焦点拡大レンズシステムは第１収束
レンズ手段から光を受け取る第２収束しンズ手段を含ん
でいてもよい。第１及び第２収束レンズ手段は実質的に
一致する焦点位置を有していて良い。

第２無限焦点拡大レンズシステムは第１無限焦点拡大レ
ンズシステムから光を受け取る第３の収束レンズ手段を
含んでいてもよい。第２無限焦点拡大レンズシステムは
さらに、第３収束レンズ手段から光を受け取り、それを
第２基準面へ導く第４収束レンズ手段を含んでいても良
い。、。

従がって、そのシステムの中を通って移動する光に、そ
の光が実際に移動するよりも相当に長い距離にわたって
の移動の結果をシミュレートする光学システムを提供す
ること、シミュレートされる距離の長さが容易かつ正確
に決定され、調節され得るような光学システムを提供す
ること、構造が簡単でシミュレーションの程度が正確で
ある光学システムを提供することが本発明の目的である
。

実施例 本発明は長い距離にわたっての移動の光学的結果を実際
には比較的短かい距離を移動するだけである光にシミュ
レートするための光学システムに関する。第１図は本発
明のシステムの側面図である。第１基準面１０にある光
源（図示せず）からの光はそのシステムを通って第２基
準位置１２にある投影スクリーン１１へ移動する。第１
及び第２基準面１０．１２は１．８ｍ（６フイート）の
オーダで比較的短かい距離だけ隔てられていても良いが
、その光学システムは初期の光＆！１４を変えて、その
光１４が光１６として基準面１２に到達した時に、その
光が、それがもつと長い距離、例えば４５７ｍ（１，’
５００フィート）もの距離を移動した時に有するであろ
う外観を有するよう忙させる。そのシュミレーションは
、あたかも光線がこの延長された距離を移動したかの如
く、光線１６の位置、形、寸法、強度分布それから向き
を正確に描く。

その光学システムは第１の無限焦点拡大レンズシステム
１ｓを含み、そのシステム１８は第１基準面から光１４
を受取り、Ｍｌなる倍率を与える。

システム１８は、例えば無限遠に焦点を合わされたガリ
レイ式あるいはニュートン式望遠鏡であってもよい。そ
の光学システムはさらに第２の無限焦点拡大レンズシス
テム２０ｉ含み、そのシステムはやはシ無限遠に焦点を
合わされたガリレオ式あるいはニュートン式望遠鏡であ
ってよく、倍率Ｍ２に有する。拡大レンズシステム１８
と拡大レンズシステム２０はほぼ円筒状のケーシングに
収納しておくことができ、一対の平行な支持ロッド２２
（第１図にはその一方のみが示されている）の如き光学
ベンチ上に支持しておくことができる。

ａラド２４は端部エレメント２４に取付けられ、ロッド
２２を持ち上げるようになっており、それに沿ってのレ
ンズシステム１８と２０の運動ができるようになってい
て、レンズシスチムニ８と２０の間のあらかじめ定めた
距離りの調整ができるようになっている。後述される如
く距離りは、この発明の大部分の実施態様におｈてはい
かなる物理的なガラス面とも一致しない、ある点の間で
測定される０以下により詳しく説明されるが、シミュレ
ートされるその距離の長さは第１拡大レンズシステム１
８の倍率Ｍ１とあらかじめ定めた距離りに関連している
。位置１２における像の縮尺はレンズシステム２０の倍
率Ｍ２によって決定される。好ましくはＭ２は１／Ｍ１
に等シく、シミュレートされた距離りはＭ２２Ｄあるい
はＤ　７Ｍ　１２に等しい。

第３Ａ図及び３Ｂ図は本発明の光学システムの第１実施
例を示し、本実施例では第１及び第２無限焦点拡大レン
ズシステム１８と２０は一対のニュートン望遠鏡として
形成され、それらは基準軸２６と軸方向に訃いて整合さ
れている。レンズシステム１８と２０は、第１のシステ
ム１８がそれに入る像の縮尺を減少し、第２のシステム
２０がそれが受取る像を拡大するように方向付けられて
いる。システム１８と２０はあらかじめ定めた距離りだ
け隔てられ、その距離は法部において明らかとなる点の
間で測られる。システムの構成は第３Ｂ図を第３Ａ図の
右側に置くことによりよくわかる。幾何学的な光学の観
点からこの光学システムの作用について考察がなされる
が、そのシステムが回折光学の観点からも正確なシミュ
レーションを提供することが理解されよう。

第２図は距離Ｒを移動する単一光線２８′の幾何学を示
し、その距離Ｒは本発明によってシミュレートされるも
のである。その光線は第１の位置３０から第２位置３２
へ移動し、第１位置においてその光線は基準軸２６′に
対して距離Ａだけそして角度ａで偏位し、第２位置にシ
いては距離Ｂだけそして未だ角度ａで偏位している。微
少角度ａであるから、Ｂ＝ａＲ十Ａとなる。これが、本
発明が限られたスペースにおいてシミュレートする幾何
学的構成である。

第３Ａ図及び３図に示されるように、第１無限焦点拡大
レンズシステム１８はそれぞれＦ　纂ｔ　Ｆ　２の焦点
距離を有する第１及び第２収束レンズ３４゜３６を含む
。同様に第２無限焦点拡大レンズシステム２０はそれぞ
れＦ３．Ｆ４なる焦点距離を有する第３．第４収束レン
ズ３８．４０を含む。第１無限焦点拡大レンズシステム
１８は入力平面４０１（それは第１基準面１０でもある
）と、第２無限焦点拡大レンズシステム２０から距離り
だけ隔てられた出力平面４０２とを有し、第２無限焦点
拡大レンズシステム２０は入力平面５０１と出力平面５
０２（これは第２基準面１２でもある）ヲ有スる。レン
ズ間の距離、レンズからの平面４０１．４０２，５０１
，５０２の距離は第３Ａ図及び３図に示されている。

出力平面４０２はレンズシステム１８によって作られた
入力平面４０１の像であることは光学設計の当業者には
理解されよう。同様に入力平面５０１はレンズシステム
２０によって作られる出力平面５０２の像である。した
がってこの光学システムについては、この発明の範囲内
で企図される他のシステムについてと同じように、距離
りは、第１無限焦点光学システムによって作られる第１
基準面の像である、第３基準面と、 第２無限焦点光学システムによって作られる第２基準面
の像である、第４基準面と、 の間で測られることとなる。

ニュートン望遠鏡の従来の薄レンズ解析から、第３Ａ図
における第１無限焦点光学システムの出力における光線
の高さと傾斜はそれぞれ、ｆ。

ａ’＝−（）ａ　　　　　　（２） ここで符号の約束は、正の距離は上向きであり、正の角
度は正のＸ軸から反時計回りであるとする。

システム１８の倍率は次のようになる。

Ｍ１＝　−（３） したがって 故に、 ｈ＝ＭＩＡ　　　　　　　　　（５） 同様にして、 ｈ“＝Ｍ２ｈ′　　　　　　　（８） 距離りの効果は、 ｈ’　　＝　ｈ＋ａ’Ｄ　　　　　　　（１０）左（５
）　、　　（６）を（１０）、に代入して、式（１１）
を（８）に代入して、 式（６）　を（１１）に代入して、 ここでＭ２＝−の特別な場合には式（１２）　。

】 （１３）は簡単になって ａ　　＝ａ　　　　　　　　　　　　（１５）これが基
本的な距離シミュレータを定義する。

式（１４）と（１５）は次のことを示している。すなわ
ち、与えられた近軸の幾何学的光学理論によれば、角度
ａ“と高さｈ′＃は光線２８が実際の距離（Ｄ／ｙ１ｔ
２）ｋ通って伝播することによって得るであろう（距離
シミュレータなしで）角度と高さと区別がつかない、Ｍ
２が正確に１／Ｍ１に等しい必要がないことが理解され
ねばならない。Ｍ２の１／Ｍ□からの小さな違いはシミ
ュレートされた像の寸法での僅かな誤差となって生ずる
だけで、出力光線の強度分布の形のような物における変
化とはならないことが以下に明らかとなろう。距離シミ
ュレーションの結果は主として第ルンスシステム１８と
距離りの働きに関連している。第２レンズシステム２０
は拡大ビューア（透視装置）として作用し、像を正しい
縮尺に戻す０我々が完全なシミュレーションを必要とす
る、すなわち全ての光線がそれらがシミュレートされた
状況で有するであろうのと同じ高さと角度にもって来ら
れなければならない場合には、その時には第２レンズシ
ステムは必須のものとなる。

二つのレンズシステムの異なった役割はとすることによ
り、よくわかる。ここでＫは正数である（上に論じられ
た特別なケースではに：１）０式（１６）を（１２）　
、　　（１３）に代入して、式（１７）は、光学システ
ムの出力における強度分布は実際の距離Ｄ／Ｍ１２　　
における分布のシミュレーションであること、そして像
の寸法はＫだけ縮尺されていることを示している。式（
１８）は距離シミュレータから発現して来る光線の角度
はシミュレートされた距離で関係するであろう角度から
Ｋによって減じられていることを示している。

式（１７）と（１８）を理解する一つの方法は、距離シ
ミュレータの出力において見られる像は、実際の場面に
おける光源から距離Ｄ／Ｍ１２　　（すなわち第２図の
平面３２）に置かれた、倍率にの無限焦点光学システム
の出力において観察されるそのものであるということを
認識することである。

このことの意味するところの１つは、もし我々が像にお
ける強度分布のことのみを気にしていて、縮尺について
の観察を修正するつもりならば、第２レンズシステム２
０は省略されてもよい。像は単に投影スクリーン上に、
あるいは撮像管の面の如き画像検知装置上に落ちるよう
Ｋすることができる。必要ならば像の縮尺は、撮像管の
出力を適当なサイズのビデオモニターに伝送することＫ
よって、電子的に行ない得よう。

第４図は本発明の第２実施例を示し、この実施例では第
１及び第２無限焦点拡大レンズシステム１８．２０はガ
リレオ式望遠鏡からなっている。

したがって第１収束レンズ手段３４を発つした光は焦点
距離が−ｆ２である第１発散レンズ手段４２によって受
取られる。光は距離Ｄ’を横切って進み、第２収束レン
ズ手段４０を通過する前に焦点距離−ｆ３の第２発散レ
ンズ手段４４に入る。

ガリレオ望遠鏡の規準化のため必要であるように、収束
レンズ３４の第２焦点位置は実質的に発散レンズ４２の
第２焦点位置に一致することが第４図において理解され
るであろう。このことは第３Ａ図のニュートン望遠鏡と
比較することができ、そこでは収束レンズ３４の第２焦
点位置が収束レンズ３６の第１焦点位置に実質的に一致
しており、このことはニュートン望遠鏡の適切な規準化
のために必要であることが知られている。

第４図において、距離りはレンズシステム１８によって
作られる入力平面１０の像であるレンズ４２の第１焦点
平面に関して測られていることがわかる。距離りの他の
終端はレンズ４４の第２焦点平面であり、これはレンズ
システム２０によって作られる出力平面１２の像である
。

第４図に示される実施例は第１実施例によって与えられ
るのと同じ正確さの距離のシミュレーションを与える。

本発明の作用の理論が、薄い簡単なレンズ近似化された
形で以上説明された。当業者であれば、厚いレンズの光
学系、複合レンズを組込んだシステム、そして光線の角
度が近軸範囲を越えるようなシステムについても、使用
されるレンズが適切に設計されている限り同様の結論が
得られることがわかるであろう。レンズ設計についての
要求の中に、幾何学的収差は測られるべき結果に比較し
て無視し得るものであること、それから色収差は同様に
測量がなされる波長の範囲にわたって無視し得るもので
あることがある。

さらに篤くべきかつ重要な本発明の理論の帰納的結果が
ある。驚くべきことに１本発明が幾何学的光学近似法に
おけるのみでなく、より正確な波動光学的分析において
も正しいシミュレーションを与えることが発見された。

スカラー回折理論によって、十分な品質のレンズが与え
られればここに説明されたシミュレーションシステムが
長い距離の伝播の完全な結果をシステムを通って移動す
る波面の振幅と位相の両方に正しくシミュレートするで
あろうことがわかる。多くの実際の測量について十分な
近似法にとって、そのシステムから発つする波面はシミ
ュレートされた距離において見られるであろう波面と区
別がつかないということである。

シミュレーションが回折作用レベルで効果的であるとい
う事実は多くの実用的な応用においてそのシステムの効
果にとって重要である。例えばあるレーザ光線投射装置
の作動において、その波面がほぼガウスであるレーザ光
線は少ない光学的収差を有するウィンドーを通過し、通
常その結果は光線が相当な距離を伝播した後にのみ明ら
かとなる。４５７ｍ（１，５００フイート）のオーダと
なるであろう伝播距離にわたって、その波面の振幅、位
相、強度分布は複雑な方法で変化し、それは波動−光学
方法によってのみ正しぐ説明される。これらの波動−光
学結果が本発明によって適切にシミュレートされること
が理論的にもまた実験によっても示された０ 本発明が適切に波動光学的結果をシミュレートするため
には、その作用がしばしば６限定された回折”として説
明される質のものであることが一般的に望ましい。′限
定された回折”という用語は光学設計技術分野の当業者
によって、計られるべき個々の寸法を考慮して解釈され
ねばならない意味を有すると理解されている〇−一般的
それは贅光学器械の構成部分によって導入される波面の
収差は物理学の法則により課される制限に比べて小さい
ことを意味し、その１小さい”という正確な意味は観察
される結果の寸法による。

これまでは、他の光学システムの試験を行なうことを容
易にするということにおける本発明によって組立てられ
た光学システムの価値について説明した０それ自身価値
のある種々の光学システムの構成要素として本発明の用
途があるということを認識することも重要である０例え
ば第５図は種々の理科学機器の構成要素である光学レバ
ーである。この装置において、光線５０６は鏡５０５に
よって反射され光線５０７となる。それぞれ剛体の支持
体５０３，５０４に支持されたサスペンションワイヤ６
０１と６０２は鏡５０５を拘束して、それの唯一の許さ
れる運動が矢印５０９で示されるようなサスペンション
軸の回りの回転となるようにする。

使用時には、補助装置（図示せず）が測定される変数に
関連した量だけ鏡５０５を回転させる。

この変数は例えば二つの大きな質量の重力であっても良
い。光線５０６と５０７の関の角度θは鏡の回転に比例
し、したがって検討中の変数の尺度である。この角度は
光線５０７のスケール５０８上の入射位置を観察するこ
とにより測られる。

この装置の感度は一部分、角度θにおける小さな変化に
起因するスケール５０８上の光線の偏差量によって決ま
る。この偏差は次式で与えられる０ΔＸ：ＬΔθ ΔＸがＬに比例するということは、良い感度を得るには
装置がきわめて大きくなければならないこと合意味する
。しかしながら、光線５０７の間に本発明による距離シ
ミュレータを組込むことによって、いかなる与えられた
寸法の装置において達成される感度も大いに増大するで
あろう。

上記の説明は１光”に関して行なわれ、その６光”は通
常可視波長範囲における電磁放射線を意味すると解釈さ
れているが、本発明は、無限焦点光学システムを含んで
なる適切なレンズあるいは鏡要素を与えられれば、電磁
スペク゛トルのいかなる部分にも適用できる。事実、本
発明の承継人は本発明をすでに７８０＋　１メータ（ｎ
ｍ　）から９５０　ｎｍの赤外放射線の範囲で応用して
成功している。本書において“光”の語が使用される場
合は、それは任意の適切な波長の電磁放射線を意味する
ものと理解されるべきである。

図面に示されたレンズは単純なレンズであるが、より複
雑なレンズシステムからなる無限焦点光学システムが本
発明の光学システムに組込まれてもよいことが理解され
よう。

上記説明は繰返して”レンズに言及し、それは屈折する
光学要素を言うためであるが、反射する光学要素を用い
て本発明による距離シミュレータを組立てることはまっ
たく可能である。したがって、例えば“無限焦点レンズ
システム”の語はもつと一般的な１無限熱点光学システ
ム”（それは全体的にあるいは一部分反射する光学要素
で組立てられてもよい）を意味するものと理解されるべ
きである。同様に、１収束レンズと１発散レンズは１収
束光学要素”と１発散光学要素”をそれぞれ意味しよう
とするものである。

勿論いかなる場合でも、その距離シミュレータにおける
全ての光学要素は直径が十分に大きくて、シミュレーシ
ョンシステムに導かれた光線の相当量がシステム内で阻
止されることが確実にないようにされる必要がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により構成された光学システムの側面図
、 第２図は距離Ｒ１−移動する光線の図式構成図、第３Ａ
図及３Ｂ図は本発明の第１実施例を構成する第１及第２
の無限焦点拡大レンズシステムの図式構成図、 第４図は第２実施例の図式構成図、そして第５図は本発
明の距離シミュレータが適用可能な光学レバーの図式構
成図である。 １０・・・第１基準面　　　１２・・・第２基準面１８
・・・第１無限焦点拡大レンズシステム２０・・・第２
無限焦点拡大レンズシステム３４・・・第１収束レンズ
　　３６・・・第２収束レンズ３８・・・第３収束レン
ズ　　４０・・・第４収束レンズ４２・・・第１拡散レ
ンズ　　４４・・・第２拡散レンズし−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、長い距離にわたつての移動の光学的結果を、比較的
   近くに隔てて置かれている第１の基準面から第２の基準
   面へ移動する光にシミユレートする光学システムであつ
   て、 前記第１の基準面から光を受け取つて、Ｍ＿１なる倍率
   を与える第１の無限焦点拡大レンズシステムと； 前記第１の無限焦点拡大レンズシステムから予め定めら
   れた距離Ｄだけ隔てて置かれた、前記第１の無限焦点レ
   ンズシステムから光を受け取つてその光を前記第２の基
   準面へＭ＿２の倍率で伝導する第２の無限焦点拡大レン
   ズシステムとを含んでなり、 シミユレートされる距離の長さは前記第１の拡大レンズ
   システムの倍率Ｍ＿１と、前記予め定められた距離Ｄと
   に関連付けられており、出力像の寸法は前記第２の無限
   焦点拡大レンズシステムの倍率Ｍ２に関連付けられてい
   る、 光学システム。 ２、請求項１に記載の光学システムにおいて、Ｍ＿１は
   実質的に１／Ｍ＿２に等しく、前記距離はＭ＿２＾２Ｄ
   に等しい、光学システム。 ３、請求項１に記載の光学システムにおいて、前記第１
   の無限焦点拡大レンズシステムが前記第１基準面から光
   を受け取る第１の収束レンズ手段を含んでなる、光学シ
   ステム。 ４、請求項３に記載の光学システムにおいて、前記第１
   の無限焦点拡大レンズシステムはさらに、前記第１の収
   束レンズ手段から光を受け取る第２の収束レンズ手段を
   含んでなる、光学システム。 ５、請求項４に記載の光学システムにおいて、前記第１
   と第２の収束レンズ手段は一致した焦点位置を有してい
   る、光学システム。 ６、請求項１に記載の光学システムにおいて、前記第２
   の無限焦点拡大レンズシステムは、前記第１の無限焦点
   拡大レンズシステムから光を受け取る第３の収束レンズ
   手段を含んでなる、光学システム。 ７、請求項６に記載の光学システムにおいて、前記第２
   の無限焦点拡大レンズシステムはさらに、前記第３の収
   束レンズ手段から光を受け取り、その光を前記第２の基
   準面へ導く第４の収束レンズ手段を含んでなる、光学シ
   ステム。 ８、請求項３に記載の光学システムにおいて、前記第１
   の無限焦点拡大レンズシステムはさらに、前記第１の収
   束レンズ手段から光を受け取る第１の拡散レンズ手段を
   含んでなる、光学システム。 ９、請求項８に記載の光学システムにおいて、前記第１
   の収束レンズ手段と前記第１の拡散レンズ手段とは一致
   した焦点位置を有している、光学システム。 １０、請求項１に記載の光学システムにおいて、前記第
   ２の無限焦点拡大レンズシステムは、前記第１の無限焦
   点拡大レンズシステムから光を受け取る第２の拡散レン
   ズ手段を含んでなる、光学システム。 １１、請求項１０に記載の光学システムにおいて、前記
   第２の無限焦点拡大レンズシステムはさらに、前記第２
   の拡散レンズ手段から光を受け取り、それを前記第２の
   基準面へ導く第２の収束レンズ手段を含んでなる、光学
   システム。 １２、そのシステムを通つて移動する光に、その光が実
   際に移動する距離より相当程度に大きい距離のシミュレ
   ーションを与える光学システムであつて、 Ｍ＿１なる倍率を、それを通過して移動する光に与える
   第１の無限焦点拡大レンズシステムと、Ｍ＿２なる倍率
   を、それを通過して移動する光に与える第２の無限焦点
   拡大レンズシステムとを含んでなり、 前記第２の無限焦点拡大レンズシステムは前記第１の無
   限焦点拡大レンズシステムに軸方向で整合され、かつあ
   らかじめ定められた距離Ｄだけ隔てられていて、前記第
   １及び第２の無限焦点拡大レンズシステムを通過した光
   が、前記第１の無限焦点拡大レンズシステムの倍率Ｍ＿
   １に関連付けられかつ前記予め定められた距離Ｄに直接
   関連付けられた距離を移動した後に現われるように、現
   われるようになつており、その光学システムから出て来
   る像の寸法が前記第２の無限焦点拡大レンズシステムの
   倍率Ｍ＿２に関連付けられるようになつている、光学シ
   ステム。 １３、請求項１２に記載の光学システムにおいて、Ｍ＿
   １は実質的に１／Ｍ＿２に等しく、前記シミユレートさ
   れた距離はＤ／Ｍ＿１＾２に等しい、光学システム。 １４、請求項１２に記載の光学システムにおいて、前記
   第１の無限焦点拡大レンズシステムは最初に光を受け取
   る第１の収束レンズ手段を含んでなる、光学システム。 １５、請求項１４に記載の光学システムにおいて、前記
   第１の無限焦点拡大レンズシステムはさらに、前記第１
   の収束レンズ手段から光を受け取る第１の拡散レンズ手
   段を含んでなる、光学システム。 １６、請求項１５に記載の光学システムにおいて、前記
   第１の収束レンズ手段と前記第１の拡散レンズ手段が一
   致した焦点位置を有している、光学システム。 １７、請求項１２に記載の光学システムにおいて、前記
   第２の無限焦点拡大レンズシステムは前記第１の無限焦
   点拡大レンズシステムから光を受け取る第２の拡散レン
   ズ手段を含んでなる、光学システム。 １８、請求項１７に記載の光学システムにおいて、前記
   第２の無限焦点拡大レンズシステムはさらに、前記第２
   の拡散レンズ手段から光を受け取る第２の収束レンズ手
   段を含んでなる、光学システム。 １９、請求項１４に記載の光学システムにおいて、前記
   第１の無限焦点拡大レンズシステムはさらに、前記第１
   の収束レンズ手段から光を受け取る第２の収束レンズ手
   段を含んでなる、光学システム。 ２０、請求項１９に記載の光学システムにおいて、前記
   第１及び第２の収束レンズ手段が一致した焦点位置を有
   している、光学システム。 ２１、請求項１２に記載の光学システムにおいて、前記
   第２の無限焦点拡大レンズシステムが前記第１の無限焦
   点拡大レンズシステムから光を受け取る第３の収束レン
   ズ手段を含んでなる、光学システム。 ２２、請求項２１に記載の光学システムにおいて、前記
   第２の無限焦点拡大レンズシステムがさらに、前記第３
   の収束レンズ手段から光を受け取る第４の収束レンズ手
   段を含んでなる、光学システム。 ２３、請求項１２に記載の光学システムにおいて、Ｍ＿
   ２はＫ／Ｍ＿１に等しく、前記シミユレートされる距離
   はＤ／Ｍ＿１＾２に等しく、出力像の寸法はシミユレー
   トされている実際の像から因数Ｋにより縮少されている
   、光学システム。 ２４、そのシステムを通つて移動する光に、その光が実
   際に移動する距離より相当程度大きい距離のシミュレー
   ションを与える光学システムであつて、 そのレンズシステムを通つて移動する光に１より小さい
   大きさを有するＭ＿１なる倍率を与える無限焦点レンズ
   システムと、 光が前記無限焦点レンズシステムを越えて距離Ｄを移動
   した後に、その光の波面の強度分布、あるいは振幅と位
   相を判定する手段と、 観察されるパターンの縮尺に１／Ｍ＿１を掛け、距離Ｄ
   ／Ｍ＿１＾２を通つての伝播の結果をシミユレートする
   縮尺手段とからなる、光学システム。 ２５、請求項２４に記載の光学システムにおいて、前記
   縮尺手段はビデオカメラとモニターとからなる、光学シ
   ステム。