JPH05119268A - Monochromatic telescope optical system - Google Patents

Monochromatic telescope optical system

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JPH05119268A
JPH05119268A JP3328343A JP32834391A JPH05119268A JP H05119268 A JPH05119268 A JP H05119268A JP 3328343 A JP3328343 A JP 3328343A JP 32834391 A JP32834391 A JP 32834391A JP H05119268 A JPH05119268 A JP H05119268A
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JP
Japan
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optical system
image
calibration
monochromatic
time
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Application number
JP3328343A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Katsunuma
淳 勝沼
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain a monochromatic telescope optical system which accurately calibrates the light intensity distribution of the monochrome image of an infinity object by detecting the irregularity of intensity caused by an optical system for making an image monochrome and an image pickup device. CONSTITUTION:A calibration optical system 2 is attachably detachably arranged between an objective optical system 1 and the optical system 3 for making the image monochrome, and it is inserted in an optical path at the time of calibration and retreated to the outside of the optical path at the time of observing. The optical system 2 is provided with an aperture-stop to form the image of the infinity object at the position of the aperture-stop. The position and the size of the exit pupil of the single objective optical system 1 are coincident with those of the exit pupil of the synthetic system of the optical systems 1 and 2. A white image by the optical system 1 (synthetic system of the optical systems 1 and 2 at the time of calibration) is made monochrome by the optical system 3 and the monochrome image is picked up by an image pickup device 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、凡そ均一な輝度分布を
もち、ほぼ完全な拡散面と見なせる、充分大きな無限遠
物体の単色像を観察するために用いられる単色望遠鏡の
光学系に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system of a monochromatic telescope used for observing a monochromatic image of a sufficiently large infinite object which has a substantially uniform luminance distribution and can be regarded as an almost perfect diffusing surface. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の単色望遠鏡の光学系は、図2に示
すような構成をなしていた。図2において、対物光学系
1によって無限遠物体の白色像が形成され、この白色像
は単色化光学系2によって単色化されて撮像装置4の撮
像面に再結像される。そして、無限遠物体の単色像が撮
像装置4によって撮像される。
2. Description of the Related Art An optical system of a conventional monochromatic telescope has a structure as shown in FIG. In FIG. 2, a white image of an object at infinity is formed by the objective optical system 1, and the white image is monochromaticized by the monochromatic optical system 2 and re-imaged on the imaging surface of the imaging device 4. Then, a monochromatic image of the object at infinity is captured by the image capturing device 4.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の単色望遠鏡光学系においては、無限遠物体像を撮
像する際の撮像装置の感度むら、単色化光学系の透過率
むら、単色化光学系の内部反射や撮像装置の撮像面での
反射に起因する干渉縞等の影響によって、撮像された単
色像に、本来の無限遠物体にはない強度むらが生じると
いう問題点があった。
However, in the conventional monochromatic telescope optical system as described above, the sensitivity unevenness of the image pickup device when picking up an image of an object at infinity, the transmittance unevenness of the monochromatic optical system, and the monochromatic conversion. Due to the influence of interference fringes and the like caused by the internal reflection of the optical system and the reflection on the image pickup surface of the image pickup apparatus, there is a problem in that the picked-up monochromatic image has intensity unevenness that is not originally present in an infinite object.

【0004】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
のであり、光学系を構成する部材によって引き起こされ
る単色像の強度むらを測定して強度むらの較正を行なう
ことの可能な単色望遠鏡光学系を提供することを目的と
するものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a monochromatic telescope optical system capable of measuring the intensity unevenness of a monochromatic image caused by a member constituting an optical system to calibrate the intensity unevenness. It is intended to provide.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の単色望遠鏡光学
系は、無限遠物体の像を結像する対物光学系と、該対物
光学系により形成された像を単色化して再結像する単色
化光学系と、該単色化光学系による単色像を撮像する撮
像手段とを有し、上記の課題を達成するために、前記対
物光学系と前記単色化光学系との間に、下記の条件を満
たす較正光学系が挿脱可能に配置されたものである。 (a) 前記較正光学系は開口絞りを有する。 (b) 前記較正光学系の前記開口絞りの位置に前記無限遠
物体の像が形成される。 (c) 前記較正光学系が配置された状態における前記対物
光学系と前記較正光学系との合成系の射出瞳は、前記対
物光学系単独の射出瞳と位置及び大きさが合致する。
SUMMARY OF THE INVENTION A monochromatic telescope optical system of the present invention comprises an objective optical system for forming an image of an object at infinity and a monochromatic image for re-imaging the image formed by the objective optical system. In order to achieve the above-mentioned object, the following conditions are provided between the objective optical system and the monochromatic optical system, and an imaging unit that captures a monochromatic image by the monochromatic optical system. A calibration optical system satisfying the above conditions is removably arranged. (a) The calibration optical system has an aperture stop. (b) An image of the object at infinity is formed at the position of the aperture stop of the calibration optical system. (c) The exit pupil of the combined system of the objective optical system and the calibration optical system in the state where the calibration optical system is arranged has the same position and size as the exit pupil of the objective optical system alone.

【0006】[0006]

【作用】図1は、本発明による単色望遠鏡光学系の基本
構成を示す光路図である。図1において、対物光学系
1,単色化光学系3,撮像装置4を備えることは従来の
構成と同じであるが、本発明の望遠鏡光学系では、対物
光学系1と単色化光学系3の間に上記の(a) 〜(c) の条
件を満たす較正光学系2が設けられ、退避装置5によっ
て必要に応じて光路外に退避される構成となっている。
FIG. 1 is an optical path diagram showing the basic construction of the monochromatic telescope optical system according to the present invention. In FIG. 1, the objective optical system 1, the monochromatic optical system 3, and the image pickup device 4 are provided in the same manner as in the conventional configuration, but the telescope optical system of the present invention includes the objective optical system 1 and the monochromatic optical system 3. A calibration optical system 2 that satisfies the above conditions (a) to (c) is provided between them, and is retracted outside the optical path by a retracting device 5 as needed.

【0007】次に、図3は本発明による単色望遠鏡光学
系の観測時の光路を示す光路図である。観測時において
は、較正光学系2は図に示されるように退避装置5によ
って光路外に退避されており、対物光学系1によって無
限遠物体の白色像Iwoが中間結像され、更に単色化光
学系3によって白色像Iwoの単色像Imoが形成され
て、撮像装置4で単色像Imoが撮像される。このと
き、対物光学系1から白色像Iwoへの至る光束は、図
4に示されるように、対物光学系1の射出瞳Pexによ
って、その形状が定まる。
Next, FIG. 3 is an optical path diagram showing an optical path during observation of the monochromatic telescope optical system according to the present invention. At the time of observation, the calibration optical system 2 is retracted out of the optical path by the retracting device 5 as shown in the figure, and the white image Iwo of the object at infinity is intermediately imaged by the objective optical system 1, and the monochromatic optical The system 3 forms the monochromatic image Imo of the white image Iwo, and the imaging device 4 captures the monochromatic image Imo. At this time, the shape of the light flux from the objective optical system 1 to the white image Iwo is determined by the exit pupil Pex of the objective optical system 1, as shown in FIG.

【0008】次に、較正時には、退避装置5によって較
正光学系2が光路中に挿入される(図1の状態)。上述
したように較正光学系2を挿入した場合の較正光学系2
と対物光学系1の合成系の射出瞳は、対物光学系1単独
の場合の射出瞳Pexの位置及び大きさが一致している
ので、以後両者は区別しない。
Next, at the time of calibration, the retracting device 5 inserts the calibration optical system 2 into the optical path (state of FIG. 1). Calibration optical system 2 when the calibration optical system 2 is inserted as described above
Since the exit pupil of the combined system of the objective optical system 1 and the exit pupil Pex of the objective optical system 1 alone have the same position and size, the two will not be distinguished hereinafter.

【0009】図5は、較正時において対物光学系1と較
正光学系2の合成系を通過する光束を示したものであ
る。図5において、観測時(図3)における像Iwoと
同じ位置に合成系による像Iwcを想定する。像Iwc
に結像する光束は、射出瞳Pexによって形状が決めら
れるので、観測時に白色像Iwoに結像する光束と一致
する。
FIG. 5 shows a light beam that passes through a combined system of the objective optical system 1 and the calibration optical system 2 during calibration. In FIG. 5, an image Iwc by the combining system is assumed at the same position as the image Iwo at the time of observation (FIG. 3). Statue Iwc
Since the shape of the light flux that forms an image on (1) is determined by the exit pupil Pex, it coincides with the light flux that forms on the white image Iwo during observation.

【0010】従って、単色化光学系3を通過して撮像装
置4に至る光束の形状も、観測時と較正時で一致するこ
とになり、撮像装置4で撮像される単色像に対する単色
化光学系3及び撮像装置4の影響は、観測時と較正時で
等しいと言える。
Therefore, the shapes of the light fluxes passing through the monochromatic optical system 3 and reaching the image pickup device 4 also match during observation and calibration, and the monochromatic optical system for the monochromatic image picked up by the image pickup device 4 is obtained. It can be said that the influences of 3 and the imaging device 4 are equal at the time of observation and at the time of calibration.

【0011】また、図6に示されるように、較正光学系
2の開口絞りSac上に、無限遠物体の像Isoが形成
される。従って、像Iwc側から見ると、像Isoの像
が射出瞳Pex上にできる。即ち、射出瞳Pex上に無
限遠物体の像Ipoができることになる。無限遠物体に
ついては、凡そ均一な輝度分布をもち、ほぼ完全な拡散
面と見なせる十分大きな拡がりをもつと想定しているか
ら、射出瞳Pex上での像Ipoも輝度分布が凡そ均一
であり、単色光学系3に入射する光束の範囲内でほぼ無
指向性であり、かつ、射出瞳Pex全域を覆っていると
考えて良い。即ち、較正時には、白色像Iwcの位置で
はむらのない理想的な照明がなされていると言えるので
ある。
As shown in FIG. 6, an image Iso of an object at infinity is formed on the aperture stop Sac of the calibration optical system 2. Therefore, when viewed from the image Iwc side, an image of the image Iso can be formed on the exit pupil Pex. That is, an image Ipo of an object at infinity is formed on the exit pupil Pex. Since it is assumed that an object at infinity has a substantially uniform luminance distribution and has a sufficiently large spread that can be regarded as an almost perfect diffusing surface, the image Ipo on the exit pupil Pex also has a substantially uniform luminance distribution. It may be considered that the light is almost omnidirectional within the range of the light beam incident on the monochromatic optical system 3 and covers the entire exit pupil Pex. That is, at the time of calibration, it can be said that ideal illumination without unevenness is provided at the position of the white image Iwc.

【0012】故に、較正時に撮像装置4で撮像される像
の強度むらは単色化光学系3及び撮像装置4自体によっ
て発生したものとして扱うことができ、較正時に撮像装
置4から得られる画像信号(単色化光学系3及び撮像装
置4によって発生した強度むらそのものである)に適当
な係数をかけて、観測時の画像信号から差し引けば、強
度むらが較正された観測画像信号が得られる。なお、以
上にて述べた如く、対物光学系1と較正光学系2との合
成射出瞳と対物光学系1の射出瞳との大きさをほぼ合致
させるためには、以下の条件(1) を満足することが望ま
しい。 (1) fc ≦(2f0 2tan ω0 )/φ0 但し、fc :較正光学系2の焦点距離、 f0 :対物光学系1の焦点距離、 ω0 :無限遠物体の見かけ上においてこれの内部に接す
る想定した円の中で直径が最大となる時の円の半径によ
る実視角度(例えば見かけ上において無限遠物体が円形
であれば、その半径を実視する時の角度)、 φ0 :対物光学系1の入射瞳の最大径であり、入射瞳が
円形である場合にはその直径、入射瞳が非円形である場
合には入射瞳の中心を通る径の内の最大径、 である。この条件(1) から外れると、対物光学系1の射
出瞳に比べて、対物光学系1と較正光学系2との合成の
射出瞳の大きさが小さくなり、両者の大きさ(形状)を
合致させることが困難となる。さらに、較正光学系2を
簡素に構成するには、以下の条件(2) を満足することが
より望ましい。 (2) Bfc <f0 /5 但し、Bfc :較正光学系2が配置された状態における
較正光学系2の最も像側面から対物光学系1により形成
される空間白色像(中間像)位置までの軸上距離、 f0 :対物光学系1の焦点距離、 である。この条件(2) から外れると較正光学系2の屈折
力が強くなるので、諸収差を良好に補正するためには、
レンズ構成枚数を増加させざるを得ない。よって、較正
光学系2の複雑化及び大型化となるため好ましくない。
Therefore, the unevenness in the intensity of the image picked up by the image pickup device 4 at the time of calibration can be treated as being generated by the monochromatic optical system 3 and the image pickup device 4 itself, and the image signal (from the image pickup device 4 at the time of calibration ( The intensity unevenness itself generated by the monochromatic optical system 3 and the image pickup device 4) is multiplied by an appropriate coefficient and subtracted from the image signal at the time of observation to obtain an observed image signal in which the intensity unevenness is calibrated. As described above, in order to make the combined exit pupil of the objective optical system 1 and the calibration optical system 2 and the exit pupil of the objective optical system 1 substantially coincide with each other, the following condition (1) is satisfied. It is desirable to be satisfied. (1) f c ≤ (2f 0 2 tan ω 0 ) / φ 0 where f c : focal length of calibration optical system 2, f 0 : focal length of objective optical system 1, ω 0 : apparent infinity object In, the actual viewing angle by the radius of the circle when the diameter is maximum among the assumed circles touching inside of it (for example, if the apparent infinity object is a circle, the angle at which the radius is actually viewed) , Φ 0 : the maximum diameter of the entrance pupil of the objective optical system 1. If the entrance pupil is circular, its diameter is the maximum, and if the entrance pupil is non-circular, the maximum diameter of the diameters passing through the center of the entrance pupil. The diameter is. If this condition (1) is not satisfied, the size of the combined exit pupil of the objective optical system 1 and the calibration optical system 2 will be smaller than the exit pupil of the objective optical system 1, and the size (shape) of both will be reduced. Difficult to match. Furthermore, in order to simply configure the calibration optical system 2, it is more desirable to satisfy the following condition (2). (2) Bfc <f 0/ 5 However, BFC: from the most image side surface of the optical calibration system 2 in a state in which the optical calibration system 2 is arranged to space the white image formed by the objective optical system 1 (intermediate image) position Axial distance, f 0 : focal length of the objective optical system 1. If the condition (2) is not satisfied, the refracting power of the calibration optical system 2 will become strong. Therefore, in order to satisfactorily correct various aberrations,
There is no choice but to increase the number of lens components. Therefore, the calibration optical system 2 becomes complicated and large in size, which is not preferable.

【0013】[0013]

【実施例】【Example】

実施例1 図7,図8,図9を参照して、本発明の第1実施例によ
る太陽観測用の単色望遠鏡光学系ついて説明する。図7
及び図8はそれぞれ本実施例の観測時及び較正時の光学
系の構成を示す光路図であり、図9は本実施例による単
色望遠鏡光学系の概観斜視図である。
Example 1 A monochromatic telescope optical system for solar observation according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 7, 8 and 9. Figure 7
8 and FIG. 8 are optical path diagrams showing the configuration of the optical system at the time of observation and calibration of this embodiment, respectively, and FIG. 9 is a schematic perspective view of the monochromatic telescope optical system according to this embodiment.

【0014】まず、観測時の光学系の構成を説明する。
図7において、対物光学系1は開口絞り1a,対物レン
ズ1bからなり、対物光学系1によって太陽白色像Iw
oが単色化光学系3の手前に形成される。単色化光学系
3は、フィールドレンズ3a,フィルタ3b,リレーレ
ンズ3cからなり、太陽白色像Iwoを単色化して、撮
像装置(図示せず)の撮像面に太陽の単色像Imoを形
成する。
First, the structure of the optical system during observation will be described.
In FIG. 7, the objective optical system 1 comprises an aperture stop 1a and an objective lens 1b.
o is formed in front of the monochromatic optical system 3. The monochromatic optical system 3 is composed of a field lens 3a, a filter 3b, and a relay lens 3c, monochromates the sun white image Iwo, and forms a monochromatic image Imo of the sun on an imaging surface of an imaging device (not shown).

【0015】本実施例における較正光学系2は、第1レ
ンズ2a,開口絞り2b,第2レンズ2cからなり、図
9に示されるように回転ステージ5a上に載置されてい
る。回転ステージ5aは望遠鏡の光軸と直交する軸回り
に回転可能となっており、観測時(図7)においては、
較正光学系2はその光軸が望遠鏡の光軸と直交する状態
で固定されて光路から外されている。図7で、較正光学
系2の第1レンズ2aと開口絞り2bの間には対物光学
系1からの光束をけらないだけの間隔があることは言う
までもない。
The calibration optical system 2 in this embodiment comprises a first lens 2a, an aperture stop 2b and a second lens 2c, and is mounted on a rotary stage 5a as shown in FIG. The rotating stage 5a is rotatable about an axis orthogonal to the optical axis of the telescope, and during observation (Fig. 7),
The calibration optical system 2 is fixed so that its optical axis is orthogonal to the optical axis of the telescope, and is removed from the optical path. It goes without saying that, in FIG. 7, there is a space between the first lens 2a and the aperture stop 2b of the calibration optical system 2 so that the light beam from the objective optical system 1 cannot be blocked.

【0016】上述した観測時の光学系における各面のデ
ータ(R:曲率半径,D:次の面までの間隔,n:屈折
率)を示す。観測時における物体面は無限遠方にある。
表1中、第1面は対物光学系1の開口絞り1a(φ=4
8.73458の円形開口を有する)、第2面及び第3
面は対物レンズ1b(平凸レンズ)、第4面は白色像I
wo、第5面及び第6面は単色化光学系3のフィールド
レンズ3a(平凸レンズ)、第7面及び第8面は単色フ
ィルター3b、第9面〜第10面はリレーレンズ3c
(凸レンズ+凹レンズ)をそれぞれ構成する面である。
The data (R: radius of curvature, D: distance to next surface, n: refractive index) of each surface in the optical system at the time of observation described above are shown. The object plane at the time of observation is at infinity.
In Table 1, the first surface is the aperture stop 1a (φ = 4) of the objective optical system 1.
8.73458 circular opening), second side and third side
The surface is the objective lens 1b (plano-convex lens), and the fourth surface is the white image I.
wo, the fifth and sixth surfaces are field lenses 3a (plano-convex lenses) of the monochromatic optical system 3, the seventh and eighth surfaces are monochromatic filters 3b, and the ninth to tenth surfaces are relay lenses 3c.
These are surfaces that form (convex lens + concave lens).

【0017】次に、較正時の光学系の構成について説明
する。較正時においては、較正光学系2は回転ステージ
5aによって図7の紙面内面左回りに回転され、図8に
示されるように、望遠鏡光軸と同軸となる位置で固定さ
れる。図8において、対物光学系1と較正光学系2の合
成系によって、観測時の白色像Iwoと同じ位置に白色
像Iwcが形成され(詳細後述)、この白色像は単色化
光学系3によって、単色化されて単色像Imcとして再
結像される。
Next, the structure of the optical system during calibration will be described. At the time of calibration, the calibration optical system 2 is rotated counterclockwise by the rotary stage 5a in the inner surface of the paper of FIG. 7, and is fixed at a position coaxial with the optical axis of the telescope, as shown in FIG. In FIG. 8, a white image Iwc is formed at the same position as the white image Iwo at the time of observation by the combination system of the objective optical system 1 and the calibration optical system 2 (details will be described later), and this white image is formed by the monochromatic optical system 3. It is converted into a monochromatic image and is re-imaged as a monochromatic image Imc.

【0018】較正時の光学系における各面のデータ
(R:曲率半径,D:次の面までの間隔,n:屈折率)
を表4に示す。表4中、第1面〜第3面は対物光学系
1、第4面及び第5面は較正系第1レンズ(平凸レン
ズ)、第6面は較正系開口絞り2b(φ=3.096の
円形開口を有する)、第7面及び第8面は較正系第2レ
ンズ2c(凸レンズ)、第9面は白色像Iwc、第10
〜16面は単色化光学系3をそれぞれ構成する面であ
る。
Data of each surface in the optical system during calibration (R: radius of curvature, D: distance to next surface, n: refractive index)
Is shown in Table 4. In Table 4, the first to third surfaces are the objective optical system 1, the fourth and fifth surfaces are the calibration system first lens (plano-convex lens), and the sixth surface is the calibration system aperture stop 2b (φ = 3.096). Of the calibration system second lens 2c (convex lens), the ninth surface is a white image Iwc, and the tenth surface is a tenth surface.
Surfaces to 16 are surfaces constituting the monochromatic optical system 3, respectively.

【0019】本実施例では、較正時の光学系(図8)に
おいて、物体面として、第1面より後方(撮像素子側)
へ1165.7mmの位置に仮想平面Ipを想定してい
る。この仮想平面Ipは、太陽中心を向いて太陽によっ
て均一に照らされている平面であり、図8の光学系で
は、仮想平面Ipを二次的な光源と考えることができ
る。仮想平面Ipは、対物レンズ1b,較正系第1レン
ズ2a及び較正系第2レンズ2cによって像Iwcと共
役となっている。
In this embodiment, in the optical system at the time of calibration (FIG. 8), the object plane is located behind the first surface (on the side of the image sensor).
An imaginary plane Ip is assumed at a position of 1165.7 mm. This virtual plane Ip is a plane which is directed toward the center of the sun and is uniformly illuminated by the sun. In the optical system of FIG. 8, the virtual plane Ip can be considered as a secondary light source. The virtual plane Ip is conjugated with the image Iwc by the objective lens 1b, the calibration system first lens 2a, and the calibration system second lens 2c.

【0020】次に、観測時と較正時においてそれぞれ光
線追跡した結果について説明する。光線追跡した4本の
光線の初期値を表2(観測時)及び表5(較正時)に示
し、光線追跡結果を表3(観測時)及び表6(較正時)
に示す。表2と表5の光線1〜4はそれぞれ一対一に対
応しており、光線1は射出瞳の縁を通過し光軸上に結像
するマージナルレイを、光線2は単色像Imo又はIm
c上で像高6mmとなる光束の主光線を表わす。光線3
と4は光線2に付帯するマージナルレイを表わす。
Next, the results of ray tracing during observation and calibration will be described. The initial values of the four rays traced are shown in Table 2 (at the time of observation) and Table 5 (at the time of calibration), and the ray tracing results are shown in Table 3 (at the time of observation) and Table 6 (at the time of calibration).
Shown in. The rays 1 to 4 in Tables 2 and 5 correspond to each other one-to-one, and the ray 1 is a marginal ray that passes through the edge of the exit pupil and forms an image on the optical axis, and the ray 2 is a monochromatic image Imo or Im.
It represents the chief ray of a light beam having an image height of 6 mm on c. Ray 3
And 4 represent the marginal ray attached to the ray 2.

【0021】表6(較正時)において、光線2に注目す
ると、第6面で光軸と交差している。光線2は表5に示
される通り、その初期値は光軸に平行である。従って、
第6面には無限遠物体像、即ち太陽像ができている。第
6面は、較正系開口絞り2bであるから、像Iwcから
見れば対物光学系1の射出瞳上に太陽像ができているこ
とになる。太陽像は、輝度分布が凡そ均一で指向性も光
束内部ではほとんどないと考えられる。また、表5に示
される光線1〜4の初期値の光軸に対する傾角の大きさ
0.2017125°に対して、太陽の視半径は0.2
62°以上あり、本実施例の光学系に対しては十分大き
いと言える。従って、較正時においては、像Iwoの位
置では基準とするにふさわしい均一な照明がなされてい
るとみなすことができる。
In Table 6 (at the time of calibration), focusing on the ray 2, the ray intersects the optical axis on the sixth surface. The ray 2 has an initial value parallel to the optical axis as shown in Table 5. Therefore,
An image of an object at infinity, that is, a sun image is formed on the sixth surface. Since the sixth surface is the calibration system aperture stop 2b, a sun image is formed on the exit pupil of the objective optical system 1 when viewed from the image Iwc. It is considered that the sun image has a substantially uniform luminance distribution and has almost no directivity inside the light flux. Further, the visual radius of the sun is 0.2 with respect to the magnitude of the angle of inclination of the initial values of the light rays 1 to 4 shown in Table 5 with respect to the optical axis is 0.2017125 °.
It is 62 ° or more, which can be said to be sufficiently large for the optical system of the present embodiment. Therefore, at the time of calibration, it can be considered that the position of the image Iwo is uniformly illuminated as a reference.

【0022】また、表3(観測時),表6(較正時)の
対応する面のうち、特に、表3の第4面(白色像Iw
o)と表6の第9面(白色像Iwc)、表3の第5面と
表6の第10面の組に着目する。これらは、白色中間像
Iwo,Iwc及び単色化光学系3のフィールドレンズ
3aの組である。表に示されたデータから光線1〜4の
すべてが観測時と較正時でほぼ同じ像高で通過している
ことがわかる。主光線である2本の光線2が同一位置を
通過するということは射出瞳位置の一致を示している。
また、光線1,3及び4の各2本のマージナルレイが同
一位置を通過しているということは、射出瞳径の一致を
示している。単色化光学系3以降の光学系の構成は、観
測時と較正時で全く同じであるから、単色化光学系3,
撮像装置4中における光線の通り方は当然一致する。よ
って、単色化光学系3及び撮像装置4から受ける影響
も、観測時と較正時で同じとなる。
Among the corresponding surfaces in Table 3 (at the time of observation) and Table 6 (at the time of calibration), particularly the fourth surface of Table 3 (white image Iw)
o) and the ninth surface (white image Iwc) of Table 6, and the combination of the fifth surface of Table 3 and the tenth surface of Table 6. These are a set of the white intermediate images Iwo and Iwc and the field lens 3 a of the monochromatic optical system 3. From the data shown in the table, it can be seen that all of the rays 1 to 4 pass through at the same image height during observation and during calibration. The fact that the two principal rays 2 pass through the same position indicates the coincidence of the exit pupil positions.
The fact that the two marginal rays of rays 1, 3, and 4 pass through the same position indicates that the exit pupil diameters match. Since the configurations of the optical systems after the monochromatic optical system 3 are exactly the same at the time of observation and at the time of calibration, the monochromatic optical system 3,
Naturally, the paths of the light rays in the image pickup device 4 are the same. Therefore, the effects of the monochromatic optical system 3 and the imaging device 4 are the same during observation and during calibration.

【0023】しかるに、較正光学系2を挿入した状態
(図8)で単色像Imcを撮像すれば、単色化光学系3
及び撮像装置4に起因する強度むらを検出することがで
き、これにより観測時(較正光学系2は退避)に撮像し
た単色像Imoの強度むらを較正することができる。
However, if the monochromatic image Imc is imaged with the calibration optical system 2 inserted (FIG. 8), the monochromatic optical system 3 is obtained.
Also, it is possible to detect the intensity unevenness caused by the image pickup device 4, and thus it is possible to calibrate the intensity unevenness of the monochromatic image Imo imaged at the time of observation (the calibration optical system 2 is retracted).

【0024】[0024]

【表1】 [Table 1]

【0025】[0025]

【表2】 [Table 2]

【0026】[0026]

【表3】 [Table 3]

【0027】[0027]

【表4】 [Table 4]

【0028】[0028]

【表5】 [Table 5]

【0029】[0029]

【表6】 [Table 6]

【0030】実施例2 図10,図11,図12を参照して、本発明の第2実施
例による太陽観測用の単色望遠鏡光学系ついて説明す
る。図10及び図11はそれぞれ本実施例の観測時及び
較正時の光学系の構成を示す光路図であり、図12は本
実施例による単色望遠鏡光学系の概観斜視図である。な
お、実施例1と重複する点については簡潔に述べる。
Second Embodiment A monochromatic telescope optical system for observing the sun according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10, 11, and 12. 10 and 11 are optical path diagrams showing the configuration of the optical system at the time of observation and calibration of this embodiment, respectively, and FIG. 12 is a schematic perspective view of the monochromatic telescope optical system according to this embodiment. The points that are the same as those of the first embodiment will be briefly described.

【0031】まず、観測時の光学系の構成を説明する。
図10において、対物光学系11は開口絞り11a,対
物レンズ11bからなり、対物光学系11によって太陽
白色像Iwoが単色化光学系13の手前に形成される。
単色化光学系13は、コリメータレンズ13a,フィル
タ13b,結像レンズ13cからなり、太陽白色像Iw
oを単色化して、撮像装置(図示せず)の撮像面に太陽
の単色像Imoを形成する。本実施例における単色化光
学系13は平行系となっている。
First, the structure of the optical system during observation will be described.
In FIG. 10, the objective optical system 11 comprises an aperture stop 11 a and an objective lens 11 b, and the objective optical system 11 forms a solar white image Iwo in front of the monochromatic optical system 13.
The monochromatic optical system 13 includes a collimator lens 13a, a filter 13b, and an imaging lens 13c, and the solar white image Iw.
o is monochromatic to form a monochromatic image Imo of the sun on the imaging surface of the imaging device (not shown). The monochromatic optical system 13 in this embodiment is a parallel system.

【0032】また、較正光学系2は、第1レンズ12
a,開口絞り12b,第2レンズ12cからなり、図1
2に示されるように平行移動ステージ15上に固定され
ている。平行移動ステージ15は望遠鏡の光軸と直交す
る方向に進退可能となっており、観測時(図10)にお
いては、較正光学系12は望遠鏡の光路から退避された
状態で固定される。
Further, the calibration optical system 2 includes the first lens 12
a, an aperture stop 12b, and a second lens 12c.
It is fixed on the translation stage 15 as shown in FIG. The translation stage 15 can move forward and backward in a direction orthogonal to the optical axis of the telescope, and at the time of observation (FIG. 10), the calibration optical system 12 is fixed while retracted from the optical path of the telescope.

【0033】上述した観測時の光学系における各面のデ
ータ(R:曲率半径,D:次の面までの間隔,n:屈折
率)を表7に示す。観測時における物体面は無限遠方に
ある。表7中、第1面は対物光学系11の開口絞り11
a(φ=30の円形開口を有する)、第2面〜第4面は
対物レンズ11b(凸レンズ+凹レンズ)、第5面は白
色像Iwo、第6面〜第8面は単色化光学系13のコリ
メータレンズ13a(凹レンズ+凸レンズ)、第9面及
び第10面は単色フィルター13b、第11面〜第13
面は結像レンズ13c(凸レンズ+凹レンズ)をそれぞ
れ構成する面である。
Table 7 shows data (R: radius of curvature, D: distance to next surface, n: refractive index) of each surface in the optical system at the time of observation described above. The object plane at the time of observation is at infinity. In Table 7, the first surface is the aperture stop 11 of the objective optical system 11.
a (having a circular aperture of φ = 30), the second surface to the fourth surface are the objective lens 11b (convex lens + concave lens), the fifth surface is the white image Iwo, and the sixth surface to the eighth surface are the monochromatic optical system 13. Collimator lens 13a (concave lens + convex lens), the ninth and tenth surfaces are monochromatic filters 13b, and eleventh to thirteenth surfaces.
The surfaces are the surfaces forming the imaging lens 13c (convex lens + concave lens), respectively.

【0034】次に、較正時の光学系の構成について説明
する。較正時においては、較正光学系12は平行移動ス
テージ15によって平行移動され、図11に示されるよ
うに、望遠鏡の光軸と同軸となる位置で固定される。図
11において、対物光学系11と較正光学系12の合成
系によって、観測時の白色像Iwoと同じ位置に白色像
Iwcが形成され、この白色像Iwcは単色化光学系1
3によって、単色化されて単色像Imcとして再結像さ
れる。
Next, the structure of the optical system during calibration will be described. During calibration, the calibration optical system 12 is translated by the translation stage 15 and is fixed at a position coaxial with the optical axis of the telescope, as shown in FIG. In FIG. 11, a white image Iwc is formed at the same position as the white image Iwo at the time of observation by the combined system of the objective optical system 11 and the calibration optical system 12, and the white image Iwc is the monochromatic optical system 1.
In FIG. 3, the image is monochromatic and is re-imaged as a monochromatic image Imc.

【0035】較正時の光学系における各面のデータ
(R:曲率半径,D:次の面までの間隔,n:屈折率)
を表10に示す。表10中、第1面〜第4面は対物光学
系11、第5面及び第6面は較正系第1レンズ12a
(凹レンズ)、第7面は較正系開口絞り12b、第8面
及び第9面は較正系第2レンズ12c(凸レンズ)、第
10面は白色像Iwc、第11面〜第18面は単色化光
学系13をそれぞれ構成する面である。
Data of each surface in the optical system during calibration (R: radius of curvature, D: distance to next surface, n: refractive index)
Is shown in Table 10. In Table 10, the first to fourth surfaces are the objective optical system 11, and the fifth and sixth surfaces are the calibration system first lens 12a.
(Concave lens), 7th surface is calibration system aperture stop 12b, 8th and 9th surfaces are calibration system 2nd lens 12c (convex lens), 10th surface is white image Iwc, 11th to 18th surfaces are monochromatic These are surfaces that respectively configure the optical system 13.

【0036】本実施例では、較正時の光学系(図11)
において、物体面として、第1面より前方(太陽側)へ
190.85mmの位置に仮想平面Ipを想定してい
る。仮想平面Ipは、対物レンズ11b,較正系第1レ
ンズ12a及び較正系第2レンズ12cによって像Iw
cと共役となっている。
In this embodiment, the optical system at the time of calibration (FIG. 11)
In, the imaginary plane Ip is assumed as the object plane at a position of 190.85 mm forward (sun side) from the first surface. The virtual plane Ip is imaged by the objective lens 11b, the calibration system first lens 12a, and the calibration system second lens 12c.
It is conjugated with c.

【0037】次に、観測時と較正時においてそれぞれ光
線追跡した結果について説明する。光線追跡した4本の
光線の初期値を表8(観測時)及び表11(較正時)に
示し、光線追跡結果を表9(観測時)及び表12(較正
時)に示す。光線1〜4の4本の光線の選び方は実施例
1と同様であり、光線2は単色像Imo又はImc上で
像高5mmとなる光束の主光線を表わす。
Next, the results of ray tracing performed during observation and calibration will be described. The initial values of the four rays traced are shown in Table 8 (at the time of observation) and Table 11 (at the time of calibration), and the ray tracing results are shown in Table 9 (at the time of observation) and Table 12 (at the time of calibration). The method of selecting the four light rays of the light rays 1 to 4 is the same as that in the first embodiment, and the light ray 2 represents the chief ray of the light flux having an image height of 5 mm on the monochromatic image Imo or Imc.

【0038】表12(較正時)において、光線2に注目
すると、第7面(較正系開口絞り2b)で光軸と交差し
ている。光線2は表11に示される通り、その初期値は
光軸に平行であるから、第7面には無限遠物体像、即ち
太陽像ができていると言える。即ち、像Iwcから見れ
ば対物光学系11の射出瞳上に太陽像ができていること
になる。また、表11に示される光線1〜4の初期値の
光軸に対する傾角の大きさは0.24090°であり、
太陽(視半径0.262°以上)は本実施例の光学系に
対しては十分大きいと言える。従って、較正時において
は、像Iwcの位置では較正時の基準としてふさわしい
均一な照明がなされているとみなすことができる。
In Table 12 (at the time of calibration), focusing on the ray 2, it intersects the optical axis on the seventh surface (calibration system aperture stop 2b). As shown in Table 11, ray 2 has an initial value parallel to the optical axis. Therefore, it can be said that an object image at infinity, that is, a sun image is formed on the seventh surface. That is, when viewed from the image Iwc, a sun image is formed on the exit pupil of the objective optical system 11. Further, the magnitude of the inclination of the initial values of the light rays 1 to 4 shown in Table 11 with respect to the optical axis is 0.24090 °,
It can be said that the sun (visual radius 0.262 ° or more) is sufficiently large for the optical system of this embodiment. Therefore, at the time of calibration, it can be considered that the position of the image Iwc is uniformly illuminated as a reference for calibration.

【0039】また、表9(観測時),表12(較正時)
の対応する面のうち、特に、表9の第5面と表12の第
10面(白色像IwoとIwc)、表9の第6面と表1
2の第11面(コリメータレンズ13aの第1面)の組
に着目すると、光線1〜4のすべてが観測時と較正時で
ほぼ同じ像高で通過していることがわかる。このこと
は、観測時における対物光学系11単独の射出瞳と較正
時の対物光学系11と較正光学系12の合成系の射出瞳
の位置及び大きさが一致していることを意味する。本実
施例においても、単色化光学系13以降の光学系の構成
は、観測時と較正時で全く同じであるから単色化光学系
13,撮像装置14中における光線の通り方は一致し、
単色化光学系13及び撮像装置14による影響は観測時
と較正時で同じとなる。
Table 9 (at the time of observation) and Table 12 (at the time of calibration)
Among the corresponding surfaces of No. 5, particularly, the fifth surface of Table 9 and the tenth surface of Table 12 (white images Iwo and Iwc), the sixth surface of Table 9 and Table 1
Focusing on the second set of the eleventh surface (the first surface of the collimator lens 13a), it can be seen that all of the light rays 1 to 4 pass at substantially the same image height during observation and during calibration. This means that the exit pupil of the objective optical system 11 alone at the time of observation and the exit pupil of the combined system of the objective optical system 11 and the calibration optical system 12 at the time of calibration match in position and size. Also in the present embodiment, since the configurations of the optical systems after the monochromatic optical system 13 are exactly the same at the time of observation and at the time of calibration, the directions of the rays of light in the monochromatic optical system 13 and the imaging device 14 are the same,
The effects of the monochromatic optical system 13 and the imaging device 14 are the same during observation and during calibration.

【0040】以上のことから、実施例2の光学系によっ
ても単色化光学系13及び撮像装置14に起因する強度
むらを検出して、観測時の太陽単色像を較正することが
できることが明らかである。
From the above, it is clear that the optical system of Example 2 can also detect the intensity unevenness caused by the monochromatic optical system 13 and the image pickup device 14 to calibrate the solar monochromatic image at the time of observation. is there.

【0041】[0041]

【表7】 [Table 7]

【0042】[0042]

【表8】 [Table 8]

【0043】[0043]

【表9】 [Table 9]

【0044】[0044]

【表10】 [Table 10]

【0045】[0045]

【表11】 [Table 11]

【0046】[0046]

【表12】 [Table 12]

【0047】[0047]

【発明の効果】以上のように、本発明においては、対物
光学系と単色化光学系の間に特定の条件を満たす較正光
学系を挿脱自在に配置されているので、撮像された無限
遠物体単色像に生じた強度むらのうち、撮像装置及び単
色化光学系に起因する強度むらを定量的に検出すること
ができ、無限遠物体単色像上の光強度分布の正確な較正
が可能となる。また、較正光学系は、適当な退避手段に
よって光路に対して容易に挿脱することができるので、
一連の観測中における高頻度の較正を行なうことが可能
であり、観測精度を高める上で非常に有利である。
As described above, according to the present invention, since the calibration optical system satisfying a specific condition is removably disposed between the objective optical system and the monochromatic optical system, the infinity imaged at It is possible to quantitatively detect the intensity unevenness caused by the imaging device and the monochromatic optical system among the intensity unevenness generated in the object monochromatic image, and it is possible to accurately calibrate the light intensity distribution on the object monochromatic image at infinity. Become. Further, since the calibration optical system can be easily inserted into and removed from the optical path by an appropriate retracting means,
It is possible to perform high-frequency calibration during a series of observations, which is very advantageous in improving observation accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本発明による単色望遠鏡光学系の基本構
成を示す光路図ある。
FIG. 1 is an optical path diagram showing a basic configuration of a monochromatic telescope optical system according to the present invention.

【図2】図2は従来の単色望遠鏡光学系の基本構成を示
す光路図である。
FIG. 2 is an optical path diagram showing a basic configuration of a conventional monochromatic telescope optical system.

【図3】図1の単色望遠鏡光学系の観測時の光路を説明
するための光路図である。
FIG. 3 is an optical path diagram for explaining an optical path during observation of the monochromatic telescope optical system in FIG.

【図4】図1の単色望遠鏡光学系の観測時の光束の形状
を説明するための説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a shape of a light beam when the monochromatic telescope optical system in FIG. 1 is observed.

【図5】図1の単色望遠鏡光学系の較正時の光束の形状
を説明するための説明図である。
5A and 5B are explanatory views for explaining the shape of a light beam when the monochromatic telescope optical system in FIG. 1 is calibrated.

【図6】図1の単色望遠鏡光学系の較正時の光路を説明
するための光路図である。
6 is an optical path diagram for explaining an optical path during calibration of the monochromatic telescope optical system in FIG.

【図7】本発明第1実施例における単色望遠鏡光学系の
観測時の構成を示す光路図である。
FIG. 7 is an optical path diagram showing a configuration of a monochromatic telescope optical system according to Example 1 of the present invention during observation.

【図8】本発明第1実施例における単色望遠鏡光学系の
較正時の構成を示す光路図である。
FIG. 8 is an optical path diagram showing a configuration during calibration of the monochromatic telescope optical system in the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明第1実施例による単色望遠鏡の概観斜視
図である。
FIG. 9 is a schematic perspective view of a monochromatic telescope according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明第2実施例における単色望遠鏡光学系
の観測時の構成を示す光路図である。
FIG. 10 is an optical path diagram showing a configuration at the time of observation of the monochromatic telescope optical system in the second example of the present invention.

【図11】本発明第2実施例における単色望遠鏡光学系
の較正時の構成を示す光路図である。
FIG. 11 is an optical path diagram showing a configuration at the time of calibration of the monochromatic telescope optical system in the second embodiment of the present invention.

【図12】本発明第2実施例による単色望遠鏡の概観斜
視図である。
FIG. 12 is a schematic perspective view of a monochromatic telescope according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11 対物光学系 2,12 較正光学系 2a,12a 較正系第1レンズ 2b,12b 較正系開口絞り 2c,12c 較正系第2レンズ 3,13 単色化光学系 3a フィールドレンズ 13a コリメータレンズ 3b,13b 単色化フィルタ 3c リレーレンズ 13c 結像レンズ 4,14 撮像装置 5 回転ステージ 15 平行移動ステージ 1, 11 Objective optical system 2, 12 Calibration optical system 2a, 12a Calibration system first lens 2b, 12b Calibration system aperture stop 2c, 12c Calibration system second lens 3,13 Monochromatic optical system 3a Field lens 13a Collimator lens 3b, 13b Monochromatic filter 3c Relay lens 13c Imaging lens 4,14 Imaging device 5 Rotating stage 15 Translation stage

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 無限遠物体の像を結像する対物光学系
と、該対物光学系により形成された像を単色化して再結
像する単色化光学系と、該単色化光学系による単色像を
撮像する撮像手段とを有する単色望遠鏡光学系におい
て、前記対物光学系と前記単色化光学系との間に、下記
の条件を満たす較正光学系が挿脱可能に配置されたこと
を特徴とする単色望遠鏡光学系。 (a) 前記較正光学系は開口絞りを有する。 (b) 前記較正光学系の前記開口絞りの位置に前記無限遠
物体の像が形成される。 (c) 前記較正光学系が配置された状態における前記対物
光学系と前記較正光学系との合成系の射出瞳は、前記対
物光学系単独の射出瞳と位置及び大きさが合致する。
1. An objective optical system for forming an image of an object at infinity, a monochromatic optical system for monochromatically re-imaging an image formed by the objective optical system, and a monochromatic image by the monochromatic optical system. In a monochromatic telescope optical system having an image pickup means for picking up an image, a calibration optical system satisfying the following conditions is removably arranged between the objective optical system and the monochromatic optical system. Monochromatic telescope optics. (a) The calibration optical system has an aperture stop. (b) An image of the object at infinity is formed at the position of the aperture stop of the calibration optical system. (c) The exit pupil of the combined system of the objective optical system and the calibration optical system in the state where the calibration optical system is arranged has the same position and size as the exit pupil of the objective optical system alone.
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