JPH01502461A - 光信号を受信するための方法および装置 - 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】 光信号を受信するための方法および装置本発明は光学システムの分野に関するも のであり、特に光赤外線検出システムはしばしば赤外線検出器アレイ上に電磁放 射線の焦点を合わせるため光学システムを用いる。受信される放射線のスペクト ル範囲が非常に広いといったそれらの適用のため、反射鏡から構成される光学シ ステムは屈折レンズから構成されるものより好ましいとされる。このような反射 式光学システムはしばしば第１、第２および第３の反射鏡を含むが、それは光源 からの電磁放射線が受取られ第１の反射鏡へ送られるものである。第１の反射鏡 はそれから電磁れから赤外線検出器アレイ上へ焦点を合わせられ、受取られた放 射線に応じて電気信号を発生する。

３つの反射鏡を用いる反射式光学システムは特に重要であり、このようなシステ ムは一般に幾何学的収差の３つの基本的種類、即ち球面収差、コマ（ｃｏａ＋ａ ）　、および非点収差についての修正を許容する。球面収差は中心および周辺光 線に対して異なる焦点を与える反射鏡の球形によって引起こされる収差である。

コマは反射鏡の軸上にない点源の画像がコメット（すい星）形のぼけを生じる収 差として表われる。非点収差は目標の単一点からの光線が単一焦点に合わせられ ず、従って１つの点の画像を１つの線へ引伸ばすという光学システムにおける欠 点である。このシステムにおける３つの反射鏡の１つが負の光学力を生じるよう に形成されるとき、この領域の湾曲のための収差もまた修正される。

いくつかの適用において、光学システムは所望されないストレイ（ｓｔｒａｙ　 ）放射線を除去し阻止しなければならない。

このストレイ放射線を除去し阻止するのに失敗すると、一般に所望された放射線 の検出を抑制する高レベルの雑音およびスプリアス信号を発生する。ストレイ放 射線を除去するための最も有効な手段を与える光学システムは再画像（またはリ レー）光学システムと呼ばれる。再画像光学システムは一般に以下の２つの特徴 を有する。即ち、（１）“フィールドストップとして知られている制限開口が配 置される光学システム中に配置された中間シーン実像の存在、および（２）“開 口ストツブ”として知られている制限開口が配置される光学システム中に配置さ れたシステム入口瞳孔の実像の存在である。再画像３反射鏡光学システムは一般 に、高レベル収差修正及び高レベルのストレイ放射線除去が行われるようなそれ らの適用に対して好ましいとされる。

既知の再画像光学システムは一般に検出器アレイへ電磁放射線を伝えることにお いては有効であるけれども、それらはしばしばそれらの使用と関連していくつか の欠点を有する。

これらの欠点の中の主なものは画像化される有用な視野に制限があることである 。視野の使用上の制限はしばしば以下の状況の１つ以上から生じる。

ａ）光線妨害、ぼけ、適切な間隔の欠如、および過度の反射鏡の大きさ ｂ）許容可能な画像の形成を妨げる過度の幾何学的修正Ｃ）目標物とその目標物 の画像との間の関係を変える画像領域の歪み ｄ）適切な検出器およびスペクトルフィルタ動作により妨害できる焦点面上への 画像Ｆ−円錐形の高い角度の投射ｅ）口径ストップの入口瞳孔を再画像化するプ ロセスにおける収差から生じる過度の集中領域変化これらの制限のいくつかは倍 率に直接関係するものであり、その入口瞳孔は口径ストップのサイズに対して再 画像化される。この倍率が高いほど、入口瞳孔に関連する口径ストップは小さく 、このシステムの目標空間の視野に関連する口径ストップでの視野は大きい。

発明の概要 本発明の好ましい実施例に従って、光信号を受信するための方法および装置が開 示される。この装置は第１の反射鏡と第２の反射鏡との間に中間画像を形成する ことができる第１の反射鏡を含む。この装置は更に第２の反射鏡と光学的に通信 する第３の反射鏡を含む。

図面の簡単な説明 本発明の様々な利点は以下の添付図面を参照して以下の詳述を読むことによって 当業者にとって明らかとなるであろう。

第１図は本発明の第１の実施例の教示に従って形成された光学システムの図式的 頂部正面図である。

第２図は第１図に示された本発明の第１の実施例の教示に従って形成された光学 システムの図式的側面図である。

第３図は本発明に従った第２の実施例の教示に従って形成された光学システムの 図式的頂部正面図である。

第４図は第３図に示された本発明の第２の実施例の教示に従って形成された光学 システム°め図式的側面図である。

第５図は本発明の第３の実施例の教示に従って形成された光学システムの図式的 頂部正面図である。

第６図は第５図に示された本発明の第３の実施例の教示に従って形成された光学 システムの図式的側面図である。

好ましい実施例の説明 第１図を参照すると、本発明の第１の好ましい実施例に従った光信号を受信する ための装置１０が示されている。この装置ｌＯはこの装置１０の公称光学軸から 横へ偏位した入口瞳孔１２を含む。入口瞳孔１２はこのように偏位され、この開 口はその他の光学素子によって妨げられることはなく、以下に説明される第２の 反射鏡を含み、光学素子を保持しまたは包含するため必要な任意の機械的構造は それによって比較的スムースで小型のインパルス応答性またはポイント拡大作用 を生じる。

光信号は入口瞳孔１２を経て受信され第１の反射鏡１４へ送られる。第１の反射 鏡１４は楕円に近い円錐曲線であり、受信された光信号を第２の反射鏡１６へ送 るため用いられる。第２の反射鏡１Ｂは双曲線形を有し、光信号を第３の反射鏡 １８へ送るため用いられる。第３の反射鏡１８は楕円体形であり、光信号を第２ の反射鏡１６から最終焦点面２０に置かれた光センサへ送るため用いられる。

第１の反射鏡１４が凹面であり、第２の反射鏡１６が凸面であり、第３の反射鏡 １８が凹面であるので、装置ｌＯの反射鏡１４−１８のパワー配分は、それぞれ 正、負、正である。各反射鏡１４−１８の正確なパワーは、反射鏡１４−１８の パワーの合計がＰ　ｅｔｚｖａ１合計の修正を与え最終焦点面２０を偏平にする ようにゼロであるような方法で選択される。光学システムが広い有効な視野を有 するよ゛うにするため、第１の反射鏡１４は中間画像２２を第１の反射鏡１４と 第２の反射鏡１６との間の位置で形成させるように形作られる。中間画像２２を 第１の反射鏡１４と第２の反射鏡１６との間に形成することができるようにする ことによって、この装置１０の対物部分は第１の反射鏡１４のみを含む。

第１の反射鏡１４によって装置１０の視野の外側の源から受信される電磁放射線 の影響を除去するため、フィールドストップ２４が備えられる。フィールドスト ップ２４は中間画像２２を第１の反射鏡１４から第２の反射鏡１６へ開口を経て 通過させ、−刃装置ｌＯの視野の外側の源から第１の反射鏡１４へ送られる実イ ールドストップ２４の開口は、フィールドストップ２４から回折された放射線が 最終焦点面２０で光センサに達することを防ぐように最終焦点面２０に配置され た光センサ（図示されていない）に比較して僅かに大きい。

第２の反射鏡１６および第３の反射鏡１８は中間画像２２を最終焦点面２０へ再 画像化するため用いられる装置１０のリレ一部分を構成する。中間画像２２の再 画像化において、入口瞳孔１２の画像は第３の反射鏡１８と最終焦点面２０との 間の位置で形成される。入口瞳孔１２から回折された放射線の通過を妨げるため 、開口ストツブ２６が備えられている。開口ストツブ２６は入口瞳孔１２の画像 が形成される位置で第３の反射鏡１８と最終焦点面２０との間に配置される。開 口ストツブ２６は入口瞳孔を通過した実質的に全ての放射線を通過させるのに十 分な大きさの開口を有する平面部材により構成される。加えて、開口ストツブ２ Ｂ中の開口が入口瞳孔１２から回折された放射線の通過を妨げるように入口瞳孔 １２の画像に比較して僅かに小さい。

入口瞳孔１２が開口ストツブ２６で再画像されるような倍率は比較的低い（約、 ２５と、６７と間）。結果として、最終焦点面２０上の低い投射角度、開口スト ツブ２６での入口瞳孔１２の再画像のプロセスにおける低い収差、および通常瞳 孔画像収差から生じる入口瞳孔１２を経た小さい集中領域変化に応じて装置ｌＯ によって広い視野が可能になる。、更に、Ｆ／２以下の光速が得られる。

第１図乃至第２図に示された本発明の第１の好ましい実施例は以下の規定を有す る。但しそれに限定されるものではない。

入口瞳孔１２　００　−　０．３５２　−　０．９４０第１の反射鏡１４　−１ ．９３２　−０．８７２８　０．０３５　−０．４７５　−１．１７１第２の反 射鏡１Ｂ　−０，７７８−１，５８３Ｅ　Ｏ，２１５９，２２２０，９０１第３ の反射鏡１ｇ　−１，０８８−０，０２４９０，０２４−２，１２０−１，２４ ４焦点面２０　００−−　−４．０９５　−表中、 （＋）の半径は中心から右側へ （＋）の厚さは右側へ （＋）の中心からのずれは上側へ （＋）の傾斜は左回りで単位は度 中心からのずれは傾斜前に実施 ＣＣ−一ω２−−（偏心率）２ 本発明の第１の好ましい実施例は１．００の焦点距離および入口瞳孔直径０．３ ３を有する。加えて、この例Ｇｉ１．４゜のオフセットとＦ／３．０の光速を伴 う１’Ｘ１２°の有効な視野を有する。この例の瞳孔倍率は、３１Ｘである。

いて、第２の反射鏡１４’および第３の反射鏡１Ｂ’　ｊ；ｉ球状曲面の一部か ら形成されている。球状反射鏡は円錐曲線力１ら形成された反射鏡より容易に製 造されテストされるので、第２の反射鏡１４′および第３の反射鏡１６′の費用 ｉｔ円錐曲線力）ら形特表平１−５０２４６１　（４） 成された反射鏡と関連したものより実質的に小さい。本発明の第２の好ましい実 施例の規定は以下の表に与えられる。但し、これに限定されるものではない。

入口瞳孔１２’　００　０ＪＯＯ−１，２４１第１の反射鏡１４’　−２，２７ ６−０，８１９９−−−１，３３８第２の反射鏡１６’　−０，７２８−−−０ ，６８９第３の反射鏡１ｇ’　−０，９４３−−−１，１１４焦点面２０’　０ ０　−　−　０．１３２　−表中、 （＋）の半径は中心から右側へ （＋）の厚さは右側へ （＋）の中心からのずれは上側へ （＋）の傾斜は左回りで単位は度 中心からのずれは傾斜前に実施 ＣＣ−一ω２−−（偏心率）２ この例において、焦点の距離は１．００であり、入口瞳孔直径は０．２５であっ た。加えて、視野はオフセット２，０゜を有する１°Ｘ１０＠で、Ｆ／４．０の 光速であった。この例の瞳孔倍率は、２７ｘであった。

第５図および第６図におりて示された本発明の第３の好ましい実施例において、 装置１０′の部品は装置１０の部品と同様である。しかしながら、第１の反射鏡 １４′、第２の反射鏡１８′、及び第３の反射鏡１８′は一般に非球面である。

限定されたものではないが１例において、本発明の第３の好ましい実施例の装置 １０″は焦点距離１．００、入口瞳孔直径、３８を有する。加えて装置１０′は ゼロオフセットと共に１″×３０°の視野を有し、光速ｆ／２．６を有した。こ の例の瞳孔倍率は、７１Ｘである。このとていの例のための規定は以下の表に与 えられる。

（＋）の半径は中心から右側へ （＋）の厚さは右側へ （＋）の中心からのずれは上側へ （＋）の傾斜は左回りで単位は度 中心からのずれは傾斜前に実施 ＣＣ−一ω２−一（偏心率）２ Ｘおよびｙは反射鏡上に所定の位置のＸおよびｙ成分り、Ｅ−上記表より得られ たもの に−ＣＣ−円錐定数 前述の規定から、この装置１０はアスペクト比が１／１０以上であるとき１°× １０″と１°Ｘ３０”との間の有効な視野を有することが明らかとなる。第１、 第２および第３の反射鏡は断面が円錐または非球面であっても良いことが明らか である。その代わり、第２および第３の反射鏡は断面が球状であっても良い。更 に、中間像は光学軸上（第５図に示されたように）または光学軸から偏位されて （第１図に示されたように）形成されても良い。加えて、入口瞳孔は装置のその 他の部品によって妨害されることのないように光学軸から偏位されても良い。

本発明は特定の実施例と結合して説明されたことが理解されなければならない。

その他の変形は明細書、図面および以下の請求範囲の研究によって、当業者にと って明らかとなるであろう。

国際調査報告 Ｉ吻〜＋ＩＩ−＾−肯＃＋１１１１ＩＩ・　ＰＣ？／υＳ　８７１０３２３９国 際調査報告

Claims (34)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学軸を有する第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡と光学的に通信する第 ２の反射鏡であって、前記第１の反射鏡が前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡 との間に中間画像を生成することができる第２の反射鏡と、前記第２の反射鏡と 光学的に通信できる第３の反射鏡とを含む、光信号を受けるための装置。
2. （２）前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に取付けられたフィールドス トップを含む請求項１記載の装置。
3. （３）前記第２の反射鏡および第３の反射鏡が球状曲面の一部を有する請求項１ 記載の光学システム。
4. （４）前記第１、第２および第３の反射鏡が円錘曲線断面を有する請求項１記載 の装置。
5. （５）前記装置のアスペクト比が１／１０以上であるとき前記装置が１°×１０ °と１°×３０°との間の視野を有する請求項１記載の装置。
6. （６）前記装置の瞳孔倍率が．２５Ｘと．６７Ｘとの間である請求項１記載の装 置。
7. （７）前記装置の光速がＦ／２より遅い請求項１記載の装置。
8. （８）前記装置が更に開口ストップおよび最終焦点面を有し、前記開口ストップ が前記最終焦点面と前記第３の反射鏡との間に配置されている、請求項１記載の 装置。
9. （９）前記第１、第２および第３の反射鏡が非球面断面を有する請求項１記載の 装置。
10. （１０）前記中間像が前記光学軸上に形成されている請求項１記載の装置。
11. （１１）前記中間像が前記光学軸から偏位した位置で形成される請求項１記載の 装置。
12. （１２）前記入口瞳孔が前記光学軸から偏位されている請求項１記載の装置。
13. （１３）入口瞳孔から電磁放射線を受け、前記電磁放射線を最終焦点面へ送るた めの方法において、 前記入口瞳孔から光学軸を有する第１の反射鏡へ前記電磁放射線を送り、 それらの間に中間像を生成するため前記第１の反射鏡から第２の反射鏡へ前記電 磁放射線を送り、前記電磁放射線を第２の反射鏡から第３の反射鏡へ送り、前記 電磁放射線を前記第３の反射鏡から前記最終焦点面へ送る過程を含む方法。
14. （１４）前記電磁放射線を前記第１の反射鏡から第２の反射鏡へ送る前記過程が 前記電磁放射放射線をフィールドストップへ送る過程を含む請求項１３記載の方 法。
15. （１５）前記第２および第３の反射鏡が球面の一部分を有する請求項１３記載の 方法。
16. （１６）前記第１、第２、および第３の反射鏡が円錘曲線断面を有する請求項１ ３記載の方法。
17. （１７）前記第１、第２、および第３の反射鏡が非球面断面を有する請求項１３ 記載の方法。
18. （１８）前記電磁放射線を前記第３の反射鏡から最終焦点面へ送る前記過程が前 記電磁放射線を開口ストップへ送る過程を有し、前記開口ストップが前記最終焦 点面と前記第３の反射鏡との間に配置されている請求項１３記載の方法。
19. （１９）前記第１、第２、および第３の反射鏡がアスペクト比が１／１０以上の とき１°×１０°と１°×３０°との間の視野を与える請求項１３記載の方法。
20. （２０）第１、第２および第３の反射鏡が．２５Ｘと．６７との間の瞳孔倍率を 与える請求項１３記載の方法。
21. （２１）前記第１、第２および第３の反射鏡がＦ／２より遅い光速を与える請求 項１３記載の方法。
22. （２２）前記中間像が前記光学軸上に形成される請求項１３記載の方法。
23. （２３）前記中間像が前記光学軸から偏位された位置で形成される請求項１３記 載の方法。
24. （２４）前記入口瞳孔が前記光学軸から偏位されている請求項１３記載の方法。
25. （２５）入口瞳孔から像を受けてこの像を最終焦点面へ送るための装置において 、 前記入口瞳孔と光学的に通信し、前記入口瞳孔から偏位した光学軸を有する第１ の反射鏡と、 前記第１の反射鏡と光学的に通信し、前記第１の反射鏡が前記第１の反射鏡と第 ２の反射鏡との間に中間画像を形成する第２の反射鏡と、 前記中間像に近い、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に配置されたフ ィールドストップと、前記最終焦点面に前記像を形成することができる前記第２ の反射鏡と光学的に通信する第３の反射鏡と、前記第３の反射鏡と前記最終焦点 面との間に配置された開口ストップとを含む装置。
26. （２６）前記第２および第３の反射鏡が球状断面を有する請求項２５記載の装置 。
27. （２７）前記第１、第２および第３の反射鏡が円錘曲線断面を有する請求項２５ 記載の装置。
28. （２８）前記第１、第２、および第３の反射鏡が非球面状断面を有する請求項２ ５記載の装置。
29. （２９）前記第１、第２および第３の反射鏡がアスペクト比が１／１０以上のと き１°×１０°と１°×３０°との間の視野を与える請求項２６記載の装置。
30. （３０）前記中間像が前記光学軸上に形成される請求項２９記載の装置。
31. （３１）前記中間像が前記光学軸から偏位された位置で形成される請求項２９記 載の装置。
32. （３２）前記装置の瞳孔倍率が．２５Ｘと．６７Ｘとの間である請求項３１記載 の装置。
33. （３３）前記装置の光速がＦ／２より遅い請求項３２記載の装置。
34. （３４）前記入口瞳孔が前記光学軸から偏位されている請求項３３記載の装置。