JPH0549964B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は光学系に係り、特に反射形無限焦点光
学系に関する。

先行技術 単一要素の偏心軸放物面は当該技術で公知であ
る。例えばダブリユ・ジエー・スミス著「現代光
学技術」（マグローヒル社1966年刊行、第388ペー
ジ）は焦点を入射ビーム外部に維持するための偏
心軸開口を用いる放物面用ハーシエルマウント
（取付台）を説明し図解している。このような偏
心軸放物面は、例えば、光学試験装置において使
用されるものである。

しかしながら、他の用途では口径食をおこすこ
とがなく、しかも入力電磁エネルギーを分離の観
察系と結合することができ、第１のビーム寸法か
ら第２のビーム寸法まで最小の容積で電磁
（EM）エネルギーを拡大または増大させる光学
系を必要とする。

発明の要約 本発明の目的は、したがつて、到来／放出光線
の口径食を消滅するために、回転の軸から離れて
動作する光学系を得ることである。

本発明のもう一つの目的はビーム拡大用の、二
つの偏心軸無限焦点光学系を得ることである。

本発明のもう一つの目的は、一定の視界点に対
し、色収差およびすべての他の単色収差を本質的
に消滅する２個の共焦点放物線状反射器よりなる
光学系を得るこにある。

本発明のもう一つの目的は、非同軸的に動作す
る、第１の屈折形無限焦点望遠鏡と第２の反射形
無限焦点望遠鏡とよりなる光学系を得ることにあ
る。

本発明のもう一つの目的は、レーザ系を有する
観察系の集中化を可能とする光学系を得ることに
ある。

本発明のもう一つの目的は照準合わせが容易に
達成されるように、レーザビーム拡大器と可視ま
たは赤外線観察系との共軸動作を本質的に得るこ
とにある。

本発明のもう一つの目的は、一方ではレーザビ
ームの平行化のために適当な倍率増大とビーム補
正を与えながら、レーザビームを可視又は赤外可
視系に対し、集中化する光学系を得ることにあ
る。

本発明のもう一つの目的は、極めて簡潔な配置
を許容するように折り重ねることのできる光学系
を得ることにある。

本発明のもう一つの目的は、製造し易く比較的
に廉価な光学系を得ることにある。

本発明の他の目的と特徴とは、添加図面を参照
して読むならば以下の詳細な説明と付加された特
許請求の範囲から容易に理解できるようになるで
あろう。図面全体を通じて同じ参照暗号は同じ部
品を表わすものとし以下に示す。

好適な実施例の説明 第１図は２枚の反射要素１２と１４とかなる従
来技術の発射形光学系１０を図示している。反射
要素１２はその内部に開口１６を有し、開口１６
は電磁エネルギー１８束をして開口１６を通過す
ることを可能にし、縁部（エツジ）光２０ａと２
０ｂにより図示の如く光学要素１４の前面からの
反射を可能にしている。縁部光２０ａと２０ｂと
は、光学要素１２の背面から反射され、平行縁部
光２２ａと２２ｂとして再伝送される。大部分の
到来電磁放射１８は反射要素１４の配置によつて
阻止され、縁部光２２ａと２２ｂの内側には含ま
れない。阻止の起こるこの面積はかげのついた面
積２４として示されている。光学要素の配置に起
因する照射阻止のこの性質は口径食（ビネツテイ
ング）と称されるものである。

多くの光学的応用において口径食は望ましくな
いのみでなく、特に到来電磁放射１８がレーザ光
源から到来するものである場合には、完全に歓迎
されない。レーザエネルギーのガウス分布のため
に影響を施した範囲２４の示す妨害に起因する口
径食はレーザビームの完全さを決定的に消滅させ
る結果となるものである。

さて今度は第２図と第３図とを参照すれば、反
射形無限焦点光学系、すなわち非球面一次ミラー
断面３２と非球面二次ミラー断面３４とより成る
ビーム拡大器３０が図示されている。一次ミラー
３２と二次ミラー３４の断面のみが本発明におい
ては利用されており、これら二つのミラーの残余
の部分は図示の目的で第２図において破線形式で
示されている。ミラー３２の反射面３６とミラー
３４の反斜面３８とは一般に非球面または他の円
錐断面であるべきであるが、好適な実施例におい
てこれら二つの面は放物面となるであろう。ミラ
ー３２と３４とはアルミニウムから製作され、ダ
イヤモンド旋回光学的製作技術を用いて製造され
得る。ミラー３２と３４とは回転対称共通軸４０
を有する。またミラー３２と３４とは共通の焦点
４３を有する（ミラー３４に関しては焦点４３は
虚像焦点である）。到来電磁エネルギー４２は縁
部光４４ａと４５ａとよりなる。注意すべきこと
は、電磁エネルギー４２の中心線４６は口径食の
消滅を許容する設定距離だけ、回転対称軸４０か
ら変位されているということである。

光学系３０の一実施例において、到来電磁エネ
ルギー４２は（第４図に示された）レーザ系から
のものであつて差支えない。縁部光４４ａと４５
ａとは反射面３８から反射されることによつて、
縁部光４４ｃと４５ｃを形成するために順次反射
面３６から反射される縁部光４４ｂと４５ｂとを
形成する。ダイクロイツクビーム分割器４８のよ
うなビーム分割器は、一次ミラー３２から縁部光
４４ｃと４５ｃを受光するような光学的な配置と
なつている。光学系３０が専有する容積を最小に
するために、縁部光４４ｂを45°の角度だけ第二
のミラー３４から反射させることが望ましい。ビ
ーム分割器４８はまた垂直軸に関して45°の角度
とすることになろう。

縁部光４４ｃと４５ｃとは反射面３６から反射
されることによつてビーム分割器４８に入射す
る。ビーム分割器４８は電磁エネルギー４２を折
り返すことにより縁部光４４ｄと４５ｄとを発生
し光学系３０から放出することになる。光学系３
０の倍率は、縁部光４４ｄと４５ｄにより限定さ
れる放出ビーム幅と、縁部光４４ａと４５ａによ
り限定される到来ビーム幅の比である。

第４図は、第２図と第３図に図示された反射形
無限焦点光学系３０を利用する集中形ビーム拡大
器系５０を図示している。集中形ビーム拡大器系
５０は多くの応用、例えば自転車やタンクの周囲
条件において使用することができる。それ以上の
追加的倍率が必要であれば、屈折形無限焦点光学
系５２を、反射形無限焦点光学系３０と組合せて
使用することにより、レーザ系５４の発生するレ
ーザビームの所望のビーム拡大を得ることができ
よう。レーザ系５４は、レーザ距離測定器、レー
ザ指示計、又はレーザ受信機とすることができ
る。好適な実施例において、屈折形無限焦点光学
系５２はレーザ系５４の集中部分である。レーザ
系５４は屈折形無限集中光学系５２を介して縁部
光４４ａと４５ａにより限定されるビーム幅にま
で増倍又は拡大される縁部光５６ａと５８ａを有
するレーザビームを発生する。屈折形無限焦点光
学系５２はその最も簡単な様式において、２個の
単レンズ６０とを６２とを具備している。レンズ
６０は負の発散レンズで、一方レンズ６２は正の
収斂レンズである。例えばZnSeから作られた窓
は、屈折形および反射形無限焦点光学系５２と３
０の間のインターフエース（光学的接合点）とし
て使用される。レーザ系５４が1.06μｍの波長で
動作するNd：Yag（ネオジウム：イツトリウム−
アルミニウム−ガーエネツト結晶）・レーザであ
れば、レンズ６０と６２とは水晶または同様の透
過性物質から製作される。レーザ系５４がCO₂
（炭素ガス）レーザであれば、レンズ素子６０と
６２はZnSe（セレン化亜鉛）または同様の透過性
物質から製作することもできる。反射型無限焦点
光学系３０と屈折形無限焦点光学系５２とは独立
に補正され、したがつて屈折形無限焦点光学系５
２を特定のレーザ波長で置き換えることによつ
て、系のスペクトル動作帯域を変化することは簡
単なことである。それ故に反射形無限焦点光学系
３０は不変の状態を維持することができる。屈折
形無限焦点光学系５２が1.6の倍率を有し、また
反射形無限焦点光学系が５の倍率を有するなら
ば、直列の二つの系の合成倍率はレーザビーム拡
大系５０に関して８（1.6×５）である。

反射形無限焦点光学系３０からの放出縁部光４
４ｄと４５ｄとは全面窓６７を通るレーザビーム
を反射する傾斜ヘツドミラー６６から反射され、
それによつて標的６８を照明する。

観察軸７２を有する観察系７０は観察者をし
て、ビーム４４ｄと４５ｄの軸に平行である観察
軸７２に沿つて標的を視ることを可能にする。換
言すれば、観察者は標的を観るこができ、またレ
ーザ系は共通の窓を介して同時に同じ標的を照射
するであろう。

第５図は、斜線の断面内に示した戦車砲塔の外
形図に対して、戦車砲塔８０または他の車両内に
配置された集中形レーザビーム拡大系５０の側面
図を示している。この周囲状況において示される
ように、観察者８２は観察系７０を通して見るこ
とができるが、この観察系は、標的６８を検知す
るために観察者８２が戦車砲塔８０を回転するこ
とのできる、実例としていえば、肉眼視できるも
しくは赤外線観察系のいずれであつてもよいもの
である。レーザ系５４は共通窓を観察系７０と分
け合い、一緒に照準合わせをされるから、観察者
８２が標的６８の照準合わせ（砲腔視線検査）を
した場合、レーザ距離測定装置は正確に標的６８
に対し、有効距離を決定することができる。観察
系７０の観察軸７２と本質的に共軸である第４図
の放出レーザビーム４４ｄと４５ｄを有する利点
は、点線の位置に回転された場合に照準合わせの
逆立方体（レトロキユーブ）８４（第５図）の使
用によつて、上記二つのものを容易に一緒に照準
合わせをすることができる点である。

第６図は、第４図で図示された無限焦点光学系
３０の代わりに使用することのできる二者択一的
な無限焦点光学系を図示している。無限焦点光学
系９０は２個のマンジン（Mangin）ミラー９２
と９４を具備している。第２のミラー９２は前面
９６と後面９８とを有し、一方第１のミラー９４
は前面１００と後面１０２とを有している。

マンジンミラー９２と９４はマンジンミラーの
切断部分であり、共通の回転軸４０と共通の焦点
（図示してない）とを有する。マンジンミラー９
２と９４とは、第４図の第１および第２のミラー
３２と３４と本質的に同様に光学的に配置されて
いる。

主要な相異点は、縁部光４４ａと４５ａとは第
２のマンジンミラー９２を通つて屈折され、後面
９８から反射され、ミラー９２を通つて逆屈折さ
れることである。同様に、縁部光４４ｂと４５ｂ
とは第１のマンジンミラー９４を通つて屈折さ
れ、後面１０２から反射されて、ミラー９４を通
り逆屈折される。

操作上は第６図の光学系９０と第４図の光学系
３０とは同様に動作する。CO₂（炭酸ガス）レー
ザ（10.6μｍ）を使用すると、マンジンミラー９
２と９４とは、例えばゲルマニウムもしくは
ZnSe（セレン化亜鉛）から製作することができ
る。Nd：Yag（ネオジム：イツトリウム・アルミ
ニウム−ガーネツト）レーザ（1.06μｍ）を使用
するならば、マンジンミラー９２と９４とは例え
ば可視光学ガラスもしくは水晶から製作すること
ができよう。

共通の反射用無限焦点光学系を用いて、８×
（屈折率無限焦点で1.6×）から16×（屈折率無限
焦点で3.2×）までいろいろな光学系倍率を得る
ために種々の設計を完成することができる。その
上、Nd：Yagレーザ（1.06μｍ）とCO₂レーザ
（10.6μｍ）とは共通の設計で融通できるから多重
スペクトル動作も達成することができる。異なる
倍率が必要ならば、屈折形無限焦点光学系を再焦
点合わせするか置き換えるかのいずれかの方法
で、系のスペクトル操作は変更することができ
る。このことは、反射形および屈折形無限焦点光
学系とは独立に補正されるから、容易に完成され
得ることである。

上記のビーム拡大器は、反射形と屈折形光学系
とが非共軸であることに起因して、第２のミラー
におけるビームの口径食を起こさないところの反
射形無限焦点光学系の使用を可能にすることがで
きる。屈折形無限焦点のものは、放物線ミラーの
回転軸上に中心を有する代りに、第２のミラーを
完全にクリアする第１のミラーから、出力ビーム
を発生するのに十分となるように中心からそらさ
れる。このことにより口径食ゼロが許容されるこ
とになり、また更に出力ビームが反射無限焦点系
により折り返されることができ、かつビーム分割
器を介して観察系が見ることがで、共通の窓をわ
け合うことのできる共通レーザと観察系の視線と
を発生することができるように、ビーム分割器の
配置をすることができる。

その上に、光学的球面収差係数のすべては名目
上零である。電磁エネルギーもしくはレーザビー
ムは前に説明したビーム拡大器の光学特性により
測定し得る程度に低下することはないであろう。
したがつて生産体系は、系の光学的部分に割当て
られた製造上および組立公差（許容誤差）内にお
いて使用することができ、その結果として比較的
低い製作費と高生産設計ができるように導かれ
る。

本発明は特定の装置により示され図示されたけ
れども、添付の請求範囲により限定されるように
本発明の精神と範囲とを逸脱することなく種々の
変更や修正をすることができることは自明なこと
であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、口径食を表わす従来技術の反射形光
学系を示す図、第２図は本発明に係る偏心軸反射
形無限焦点光学系を示す図、第３図は第２図に示
した無限焦点光学系の透視図、第４図は反射形お
よび屈折形無限焦点光学系の両方を含む集中形ビ
ーム拡大器を示す図、第５図は車両もしくは戦車
の周囲状況に合体化した第４図の光学系を示す
図、および第６図は第４図に示した反射形無限焦
点光学系の補充的実施例を示す図である。 （符号の説明）、３０……ビーム拡大器、３２…
…非球面一次ミラー断面、３４……非球面二次ミ
ラー断面、３６……反射面（ミラー３２ａ）、３
８……反射面（ミラー３４ａ）、４０……回転対
称共通軸、４２……到来電磁エネルギー、４３…
…共通の焦点、４４ａ……縁部光、ｂ……縁部
光、ｃ……縁部光、４４ｄ……縁部光 〃 、４
５ａ……縁部光、ｂ……縁部光、ｃ……縁部光、
ｄ……縁部光、４６……電磁エネルギーの中心
線、４８……ダイクロツクビーム分割器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 到来電磁エネルギーを伝送するための反射形
   無限焦点光学系において、上記光学系は非球面形
   一次ミラーの切断部と非球面形二次ミラーの切断
   部とを具備し、上記一次および二次のミラーは回
   転対称共通軸と共通焦点とを有し、かつ到来電磁
   エネルギーの中心線は無限焦点光学系の回転対称
   軸から変位されることにより口径食を消滅し得る
   上記一次と二次の非球面ミラーとの間に置かれ、
   この一次ミラーからの到来電磁エネルギーを受け
   折り返すように配置されたビーム分割器とを含む
   到来電磁エネルギーを伝送するための反射形無現
   焦点光学系。 ２ (a) レーザーエネルギーを発生させるための
   レーザー装置。 (b) 到来する上記レーザーエネルギーを受ける反
   射形無限焦点光学系であつて、上記光学系は非
   球面形一次ミラーの切断部と非球面形二次ミラ
   ーの切断部とを具備し、上記一次および二次の
   ミラーは共通の回転対称軸と共通の焦点とを具
   備し、かつ到来レーザーエネルギーの中心線は
   無限焦点光学系の回転対称軸から変位されると
   ころの到来レーザーエネルギーを受ける反射形
   無限焦点光学系、 (c) 上記一次と二次のミラーとの間に置かれ、こ
   の一次ミラーからレーザーエネルギーを受け折
   り返すように配置されたビーム分割器、および (d) 折り返されたレーザーエネルギーと観察軸と
   が共通の窓を分け合うように上記ビーム分割器
   を通る観察軸を有する観察系とを具備してなる
   レーザーエネルギーのビームを拡大するための
   集中形ビーム拡大器。 ３ レーザエネルギーの中心線と一致してその光
   学軸を有する屈折形無限焦点光学系を更に具備し
   てなる特許請求の範囲第２項記載の集中形ビーム
   拡大器。 ４ 屈折形無限焦点の中心線が回転対称軸から設
   定距離だけ変位されることにより、二次ミラーを
   クリアする一次ミラーからレーザエネルギーの縁
   部光を発生することを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の集中形ビーム拡大器。 ５ 放出光線の一つが45°の角度で第二のミラー
   から反射されることを特徴とする特許請求の範囲
   第４項記載の集中形ビーム拡大器。 ６ 非球面形一次および二次ミラーの面が放物線
   であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の集中形ビーム拡大器。 ７ 一次ミラーから縁部光を受光し折り返す如く
   配置されたダイクロイツクビーム分割器を更に具
   備してなる特許請求の範囲第２項記載の集中形ビ
   ーム拡大器。 ８ 上記可視系が可視スペクトルにおいて動作す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   集中形ビーム拡大器。 ９ 上記観察系が赤外スペクトルにおいて動作す
   ること特徴とする特許請求の範囲第２項記載の集
   中形ビーム拡大器。 １０ 上記レーザ系がレーザ距離測定装置／指示
   計であることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の集中形ビーム拡大器。 １１ 上記一次および二次ミラーを介する倍率が
   10より小であることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の集中形ビーム拡大器。 １２ 上記一次および二次ミラーがダイヤモンド
   旋回のアルミニウムミラーであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の集中形ビーム拡大
   器。 １３ 屈折形無限焦点の光学系倍率が５より小で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
   の集中形ビーム拡大器。