JPH0850246A - 補正ミラーを有する軸を外れた3ミラーアナスチグマート装置 - Google Patents
補正ミラーを有する軸を外れた3ミラーアナスチグマート装置Info
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Abstract
る検出器冷却用のデュワーを軸上に配置することのでき
る3ミラーアナスチグマート装置を提供することを目的
とする。 【構成】 中間イメージを形成するように動作する対物
部分を構成する1次ミラー12と、1次ミラー12と中間イ
メージ22との間の光路に配置された補正ミラー26と、中
間イメージ22をリレーする2次および3次ミラー14, 16
を含むリレー部分とを備えていることを特徴とする。対
物部分が1次ミラー12と2次ミラー14とで構成され、リ
レー部分が3次ミラーであり、補正ミラー26が2次ミラ
ー14と3次ミラー16の間に配置されていてもよい。補正
ミラーは無倍率ミラーであり、平面であるが非球面であ
ってもよい。
Description
に軸を外れた3ミラーアナスチグマート装置に関する。
小さく、軽量構造で広いスペクトルカバレージのために
長年にわたって天文学分野において第1級のものであ
る。反射光学系は、その他の分野において徐々に人気を
獲得してきており、確立された屈折光学系に匹敵するも
のになりつつある。
た特性を提供する。反射光学系は優れた温度安定性およ
び放射抵抗性を備え、また色収差によるイメージ欠陥
(反射性素子とは異なり、屈折性素子は異なる波長の放
射線を異なる点に焦点で結ばせる)を少ししか生じさせ
ない。
系よりはるかにコンパクトに形成されることができる。
反射光学系は、屈折光学系より広い波長範囲で動作する
ことができる。反射光学系は可視放射線および赤外線の
両方で動作可能である。対照的に、全屈折光学系は可視
光で動作するか、或は赤外線で動作することができる
が、それは可視放射線および赤外線の両方で動作するこ
とはできない。したがって、全反射監視カメラは、可視
放射線および赤外線を観察するのに1組の光学系しか必
要としないが、全屈折カメラは可視放射線観察用の1組
および赤外線観察用の別の組の2組の光学系を必要とす
る。寸法および重量の節減は顕著で明白であり、ボアサ
イト問題の回避も同様に顕著であるが、あまり明白では
ない。
射光学系は、3ミラーアナスチグマート装置(TMA)
である。TMAは、中間イメージを形成する対物部分お
よび中間イメージを観察用の平面にリレーするリレー部
分を有する再投影システムである。TMAは、3つの基
本タイプの幾何学形状的な収差である球面収差、コマ収
差および非点収差の補正を可能にする(3つのミラー
は、ある対称的な条件を欠いている場合にこれらの収差
を補正するために必要とされる最少数の素子である)。
TMAはまた視界の湾曲を補正するために設計されるこ
とができる。
ている。TMA2は、1次ミラー3、2次ミラー4およ
び3次ミラー5を含んでいる。1次ミラー3は入口瞳孔
6を通って光信号を受取り、中間イメージ7を形成す
る。この中間イメージ7は1次ミラー3と2次ミラー4
との間に位置している。2次ミラー4および3次ミラー
5は協同して、出口瞳孔8を通って中間イメージを観察
用の焦点平面9にリレーする。このTMA2は、1989年
5月30日に出願され、本発明の出願人であるヒューズエ
アクラフト社に譲渡されたCook氏による米国特許第4,83
4,517 号明細書に記載されている。
は、速い光学速度(f数で表わされる光学速度は、光学
系によって収集された光の量に比例し、F円錐形の角度
として、またはそれと等価に入口瞳孔直径で除算された
光学系の焦点距離として計算されることができる)で焦
点平面上の広い視界をカバーする。戦術用赤外線投影の
ために、TMA2の軸外れの特性は曖昧でない開口を生
じさせ、リレーされた特性は漂遊放射線が遮断されるこ
とを可能にする。TMA2のリレーされる特性はまた 1
00%の低温シールドを可能にし、これは最新戦術赤外線
検出器にとって重要である。
常に高く評価できる付加的な特徴を有する。投影F円錐
形が焦点平面9と交差する著しい角度のために、TAM
2は放射線のその放射源への反射を妨げるように設計さ
れることができる。これは、カメラのレンズの直ぐ上に
フラッシュバルブが取付けられたカメラで人物の写真を
撮った者に現われ、写真中の人物は“赤い目”を有して
いるように見える識別強調(signature augment) として
知られている問題を克服する。識別強調は、網膜がバル
ブからの赤色以外の光を吸収し、赤色光をカメラレンズ
およびフィルムに反射するために発生する。TMA2が
小さい入射角で動作される場合、それはまた光源に光を
反射する。ある広い視界の適用において、これは深刻な
結果をもたらす可能性が高い。
が焦点平面9の垂直線の外側の場所に存在することを必
要とすることが図1から明らかである。これは焦点平面
9から出口瞳孔8を必然的にオフセットし、軸を外れた
位置に低温デュワーが構成されることが必要とされる。
識別強調が生じてもかまわない適用に対して、軸を外れ
たデュワーの費用は問題である。
た場合には、軸上デュワー(低温シールド開口が焦点平
面アレイの直ぐ上に位置している)を適合させることが
できる。しかしながら、このような大きいフィールドオ
フセットは、ほとんどの適用に対して一般に要求される
レベルまでのイメージ収差および歪の補正を可能にしな
い。
方法は、中間イメージを形成するように動作する対物部
分と、対物部分と中間イメージとの間の光路に配置され
た補正ミラーと、中間イメージをリレーするリレー部分
とを含む3ミラーアナスチグマート装置によって提供さ
れる。識別強調特性が問題ではなく、軸上デュワー(dew
ar) が非常に所望される適用に対して、補正ミラーの付
加が図1に示された光学的形態をより良いものにする。
補正ミラーは、視界が十分にオフセットされることを可
能にし、実質的に軸上F円錐形を提供し、一方において
依然としてイメージ収差および歪の所望の補正を行うこ
とを可能にする。
て配置された1次ミラー12、2次ミラー14および3次ミ
ラー16を含むTMA10を示す。1次ミラー12は入口瞳孔
20を通って光信号18を受信し、中間イメージ22を形成す
る。2次ミラー14および3次ミラー16は、協同して、出
口瞳孔24を通って観察用の焦点平面25に中間イメージ22
をリレーする。
ー14との間において光路を折返す公称平面鏡である補正
ミラー26を含む。補正ミラー26は、1次ミラー12と中間
ミラー22との間に配置される。補正ミラー26は視界オフ
セットを増加させ、TMA10が図1のTMA2よりさら
に軸を外れて動作されることを可能にする。補正ミラー
26は、視界オフセットを増加するがTMA10の特性を劣
化させず、広い視界、イメージ品質および歪み補正が維
持されている。
16の倍率の分配は、正、負および正である。補正ミラー
26は無倍率であることが好ましいが、小さい正または負
の倍率を有することができ、またそれは高次の非球面値
(figure)を有することができる。ミラー12、14、16お
よび26の正確な倍率は、倍率の和がゼロであるように選
択される。ゼロの和はペッツヴァル(Petzval) の和の補
正を行い、焦点平面においてゼロ湾曲(すなわち、実質
的に平面フィールド状態)を生じさせる。
放物面、双曲面または楕円面)または高次の非球面であ
ることができる。2次ミラー14の断面は典型的に双曲面
であるが、高次の非球面であることもできる。3次ミラ
ー16の断面は典型的に楕円面であるが、高次の非球面で
あることもできる。補正ミラー26は公称的に平面である
が、一般に非球面を備えている。非球面はまた補正ミラ
ー26に瞳孔イメージの収差を減少させる。これらの幾何
学形状は、光学設計者の判断により無視される。
スソフトウェアパッケージによりコンピュータで設計可
能である。各ミラー12、14、16および26のサッグ(z)
は、工業規格である以下の式によって計算されることが
できる: z=Cρ2 /{1+[1−(κ+1)C2 ρ2 ]1/2 }
+Dρ4 +Eρ6 +Fρ8 +Gρ10 ここで、C=1/半径; D、E、FおよびGは定数; ρ2 =ミラーの半径距離; κは円錐定数=−(偏心率)2 この方程式から、TMA10の規格を生成することができ
る。以下の表にこのような規格を1つ示す。表に規定さ
れたTMA10は優れたイメージ品質を有し、f/4の速
度で6×8°の視界にわたって歪補正を行う。しかしな
がら、表IおよびIIに示された規格は単なる一例であ
り、各TMAの規格は意図された適用によって決定され
ることを強調しなければならない。したがって、異なる
適用に対するTMAは異なる規格を有する。
れた適用に依存する。可視スペクトルの波長に対して、
ミラー12、14、16および26は、ガラス、金属、プラスチ
ックまたは高度複合材料等から形成されることができ
る。赤外線スペクトルの波長に対して、ミラー12、14、
16および26は、ガラス、プラスチック、金属または高度
複合材料等から形成されることができる。ミラー12、1
4、16および26の製造方法は、材料の組成に依存してい
る。製造プロセスには、通常の研磨、コンピュータ制御
された研磨、精密機械加工、複製およびモールドが含ま
れる。
たときに、ボルトで締められることによって(典型的に
精密機械加工されたミラーに対して)、或は嵌込むこと
によって(典型的にプラスチックに対して)整列される
ことができる。整列方法は、ミラー12、14、16および26
の構成、それらの製造方法および意図した適用に依存し
ている。
る焦点円錐形が焦点平面24に実質的に垂直に入射しなけ
ればならない広い視界の適用(走査システムに対する線
フィールドまたは凝視システムに対する2次元フィール
ド)に特に適しているコンパクトな再投影全反射光学系
が提供される。
した赤外線投影システム28を示す。システム28は、TM
A10および検出器アレイ34の直ぐ上に中心を置く低温シ
ールド32を有する軸上デュワー30を含む。低温フィンガ
36は、検出器アレイ34と低温源(示されていない)との
間に熱接続を形成する。TMA10の補正ミラー26は、損
傷の原因となるパッケージの影響を受けず、いくつかの
例において都合の良い構造を提供することさえできる。
イメージの通過を可能にし、一方において視界の外側の
実質的に全ての漂遊電磁放射線を阻止するために1次ミ
ラー12と2次ミラー14との間に配置されたフィールドス
トップ(示されていない)を具備することができる。こ
の漂遊放射線を遮断することができないと、検出器アレ
イ34の赤外線検出能力を劣化させる高レベルの雑音およ
び疑似信号が結果的に生じる可能性が高い。
光を妨害するために軸上デュワー30と共に使用されるこ
とができないことに留意しなければならない。したがっ
て、他の適切な組合せだけが軸を外れたデュワーを備え
た軸上TAM(例えばTAM2)である。しかしなが
ら、デュワー32すなわち検出器34の直ぐ上に中心を置く
低温シールド32の軸上特性は、軸上デュワー30の複雑さ
を軽減し、したがって低温シールドが検出器アレイの直
上に中心を置かれていない軸を外れたデュワーより望ま
しい。
ぎず、当業者は本発明の技術的範囲を逸脱することなく
多数の変形および修正を行うことが可能なことが理解さ
れるであろう。例えば補正ミラーは、Cook氏による米国
特許第4,265,510 号明細書に記載されているような3ミ
ラーアナスチグマート装置の2次ミラーと中間イメージ
との間に位置されることができる。このような修正は全
て添付された特許請求の範囲に限定されている本発明の
技術的範囲内に含まれるものである。
の光線トレース選択図。
光線トレース選択図。
た赤外線検出システムの概略図。
Claims (17)
- 【請求項1】 中間イメージを形成するように動作する
対物部分と、 対物部分と中間イメージとの間の光路に配置された補正
ミラーと、 中間イメージをリレーするリレー部分とを具備している
ことを特徴とする3ミラーアナスチグマート装置。 - 【請求項2】 対物部分は1次ミラーを含み、リレー部
分は2次および3次ミラーを含み、補正ミラーは1次お
よび2次ミラー間において光結合を行う請求項1記載の
アナスチグマート装置。 - 【請求項3】 対物部分は1次および2次ミラーを含
み、リレー部分は3次ミラーを含み、補正ミラーは2次
および3次ミラー間において光路に配置されている請求
項1記載のアナスチグマート装置。 - 【請求項4】 補正ミラーは無倍率ミラーである請求項
1記載のアナスチグマート装置。 - 【請求項5】 補正ミラーは非球面を有している請求項
1記載のアナスチグマート装置。 - 【請求項6】 補正ミラーは公称的に平面である請求項
1記載のアナスチグマート装置。 - 【請求項7】 補正ミラーは公称的に平面であるが、高
次の非球面を有する無倍率ミラーである請求項1記載の
アナスチグマート装置。 - 【請求項8】 1次ミラー、補正ミラー、2次ミラーお
よび3次ミラーが光路に沿って順次配列され、1次ミラ
ーが光路に沿って中間イメージを形成するように動作
し、補正ミラーが1次ミラーと2次ミラーとの間で光路
を折返すように動作し、2次および3次ミラーが最終イ
メージに中間イメージをリレーするように動作している
アナスチグマート装置。 - 【請求項9】 補正ミラーは無倍率ミラーである請求項
8記載のアナスチグマート装置。 - 【請求項10】 補正ミラーは非球面を有している請求
項8記載のアナスチグマート装置。 - 【請求項11】 補正ミラーは公称的に平面である請求
項8記載のアナスチグマート装置。 - 【請求項12】 補正ミラーは公称的に平面であるが、
高次の非球面を有する無倍率ミラーである請求項8記載
のアナスチグマート装置。 - 【請求項13】 赤外線検出器を有する軸上デュワー
と、 赤外線放射線の焦点を検出器上に結ぶ軸を外れたアナス
チグマート装置とを含み、 アナスチグマート装置が光路に沿って順次配列された1
次ミラー、補正ミラー、2次ミラーおよび3次ミラーを
具備している赤外線投影システム。 - 【請求項14】 補正ミラーは無倍率ミラーである請求
項13記載のシステム。 - 【請求項15】 補正ミラーは非球面を有している請求
項13記載のシステム。 - 【請求項16】 補正ミラーは公称的に平面である請求
項13記載のシステム。 - 【請求項17】 補正ミラーは公称的に平面であるが、
高次の非球面を有する無倍率ミラーである請求項13記
載のシステム。
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