WO2003056377A1

WO2003056377A1 - Telescope a large bande

Info

Publication number: WO2003056377A1
Application number: PCT/JP2002/013484
Authority: WO
Inventors: Yoshiyuki Takizawa; Yoshiyuki Takahashi; Hirohiko Shimizu; Chiko Otani; Toshikazu Ebisuzaki
Original assignee: Riken
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2003-07-10
Also published as: EP1469334A4; US7450299B2; EP1469334B1; US20050122603A1; JP2003195184A; JP4142289B2; EP1469334A1

Description

技分野

明

本発明は、広帯域望遠鏡に関し、さらに詳細には、広いエネルギー帯域の光が田

入射する天体観測に用 1ヽて好適な広帯域望遠鏡に関する。

背景技術従来より、表面に多層膜が形成されて当該多層膜に対応する所定のエネルギーの光のみを高い反射率で反射する反射鏡と、当該反射鏡によって反射された反射光が集光されて所定のエネルギーの光を検出する半導体検出器などの検出器とを有し、所定のエネルギーの光を観測する直入射望遠鏡が知られている。一方、天体観測においては、見かけのエネルギー準位が集団運動および赤方変移でかなり変動するため、静止系で予想されるエネルギー帯域では観測されない。従来の反射鏡の多層膜は、所定のエネルギーの光のみを高い反射率で反射する狭帯域のため、大きく変動する天体での線スぺクトルの発見が望めないものである。即ち、上記したような天体観測においては、広いエネルギー帯域の光を観測することができるような望遠鏡が望まれており、特に、極端紫外線から X線の領域においては、複素屈折率が 1に近く、 5 ( = l - n) も消衰係数 A:も 1より十分に小さいために、垂直入射の反射率がノヽ"ルクで 1 %にも満たない。また、極端紫外線から X線の領域の光は大気によって吸収されてしまうため、大気圏の外側において観測できる望遠鏡が望まれている。

しかしながら、従来の直入射望遠鏡においては、反射鏡の表面に形成されている多層膜が所定のエネルギーの光に対してのみ高い反射率を有するものであるので、当該多層膜が形成された反射鏡によって高い反射率で反射された所定のエネルギ一の光しか観測することができず、広いエネルギー帯域の光、例えば、可視光から X線の領域の光を観測することができないという問題点があつた。

また、従来の直入射望遠鏡においては、 1台の望遠鏡では反射鏡の多層膜に応じた所定のエネルギーの光しか観測することができないので、こうした従来の直入射望遠鏡によって広いエネルギー帯域の光を観測するためには、それぞれ異なるエネルギーの光を反射する多層膜が形成された反射鏡を有する複数の直入射望遠鏡を用いる必要がある。その結果、コストアップや複数の直入射望遠鏡を配置するための広いスペースの確保など新たな問題点を生起することとなる。

さらに、それぞれ異なるエネルギーの光を反射する多層膜が形成された反射鏡を有するようにして従来の直入射望遠鏡を複数台用いると、当該複数の直入射望遠鏡を制御する必要があり、効率が低下するという問題点があった。

一方、斜入射光学系は可視光から X線に領域に関して高い反射率が得られることが知られているが、こうした斜入射光学系は視野が狭く、有効面積が小さいなどの各種の問題点があつた。本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、直入射光学系と斜入射光学系それぞれの長所の部分を上手く利用し、広いエネルギー帯域の光を観測することができるようにした広帯域望遠鏡を提供しょうとするものである。

また、本発明の目的とするところは、直入射光学系と斜入射光学系との複合望遠鏡によって、例えば、可視光から X線の領域の広いエネルギー帯域の光それぞれを高い反射率で反射するようにして、コス卜の低減や省スペース化を図ることができるとともに効率よく広いエネルギー帯域の光を観測することができるようにした広帯域望遠鏡を提供しょうとするものである。発明の開示

上記目的を達成するために、本発明は、入射された光を反射する表面部に光が斜めに入射する斜入射光学系部と、入射された光を反射する表面部に光が略垂直に入射する直入射光学系部と、上記斜入射光学系部の表面部において反射された反射光と上記直入射光学系部の表面部において反射された反射光とが入射され、当該入射された光を分光検出する検出器とを有するようにしたものである。従って、本発明によれば、広いエネルギー帯域の光が斜入射光学系部の表面部と直入射光学系部の表面部とに入射すると、当該広いエネルギー帯域、例えば、可視光から X線の領域の広いエネルギー帯域の光がそれぞれ、斜入射光学系部の表面部と直入射光学系部の表面部とによつて高レヽ反射率で反射され、当該斜入射光学系部の表面部と直入射光学系部の表面部とにおいて反射された光が出器によって分光検出されるので、直入射光学系ならびに斜入射光学系それぞれの長所の部分が上手く利用され、広いエネルギー帯域の光それぞれを観測することがでぎる。

そして、直入射光学系と斜入射光学系との共焦点の複合望遠鏡によって、広いエネルギー帯域の光それぞれを高い反射率で反射するので、コストの低減ゃ省スペース化を図ることができるとともに効率よく広いエネルギー帯域の光を同時観測することができる。

また、本発明においては、上記斜入射光学系部に比べて上記直入射光学系部は内側に位置し、上記検出器は光軸上に位置するようにしてもよい。このようにすると、より一層の省スペース化が実現され、望遠鏡全体を小型ィ匕することも可能になる。

また、本発明は、回転放物面からなる第 1の表面部において入射された光を反射する第 1の反射鏡と、回転双曲面からなる第 2表面部において上記第 1の反射鏡の上記表面部において反射された光を反射する第 2の反射鏡とを有する斜入射光学系部と、周期長を深さ方向において連続的に変ィ匕させ、真空紫外線から極端紫外線の領域における所定のエネルギーの光をそれぞれ反射するとともに、可視光の領域にわたって全反射による高い反射率を有する多層膜が形成された第 3の表面部を有し、当該第 3の表面部において入射された光を反射する第 3の反射鏡と、上記第 3の反射鏡の上記第 3の表面部に対応させて、周期長を深さ方向において镜的に変化させ、真空紫外線から極端紫外線の領域における所定のェネルギ一の光をそれぞれ反射するとともに、可視光の領域にわたって全反射による高い反射率を有する多層膜が形成された第 4の表面部を有し、当該第 4の表面部において上記第 3の反射鏡の上記第 3の表面部において反射された光を反射する第 4の反射鏡とを有する直入射光学系部と、上記第 2の反射鏡の上記第 2の表面部において反射された光と上記第 4の反射鏡において反射された光とが入射され、当該入射された光を分光検出する検出器とを有するようにしたものである。従って、本発明によれば、広いエネルギー帯域の光が、斜入射光学系部の第 1 の反射鏡の第 1の表面部と直入射光学系部の第 3の反射鏡の第 3の表面部とに入射すると、斜入射光学系部によって、広いエネルギー帯域の光のうち可視光から硬 X線の領域の光それぞれが高い反射率で反射され、直入射光学系部によって、広いエネルギー帯域の光のうち可視光から極端紫外線の領域の光それぞれが高い反射率で反射され、当該斜入射光学系部の表面部と直入射光学系部の表面部とにおいて反射された光が検出器によって分光検出されるので、広いエネルギー帯域の光、特に、可視光から X線の領域における光を観測することができる。

そして、直入射光学系と斜入射光学系との共焦点の複合望遠鏡によって、広いエネルギー帯域の光それぞれを高い反射率で反射するので、コス卜の低減ゃ省スペース化を図ることができるとともに効率よく広いエネルギー帯域の光を同時観測することができる。

また、本発明においては、上記斜入射光学系部の上記第 1の反射鏡と上記第 2 の反射鏡とにより略円筒状の非球面反射鏡が構成され、当該非球面反射鏡の内径側に上記直入射光学系部は位置し、上記検出器は光軸上に位置するようにしたものである。このようにすると、より一層の省ス.ペース化が実現され、望遠鏡全体を小型化することも可會になる。また、本発明においては、上記検出器は、超伝導トンネル接合素子であるようにしてもよい。

このようにすると、赤外線から X線までの広帯域において高い感度と分光能力とを有する検出器として機能する超伝導トンネル接合素子によって、単一または複数の反射鏡によって反射された広いエネルギー帯域の光それぞれを単一の検出器で分光検出することができる。

また、本発明においては、上記斜入射光学系部の表面部において反射された反射光のうち上記直入射光学系部の表面部において反射された反射光より高いエネルギ一の光のみを選択的に上記検出器に入射させるフィル夕一を有するようにしてもよい。

このようにすると、直入射光学系部の表面部において反射された反射光に応じて、斜入射光学系部の表面部において反射された反射光のうちの所定のエネルギ —の光のみが選択的に検出器に入射するようにできるので、フィル夕一によって斜入射光学系部と直入射光学系部とのそれぞれから検出器に入射する反射光のェネルギ一の範囲を変更することが可能になる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明による広帯域望遠鏡の実施の形態の一例を示す概念構成説明図である。

図 2は、本発明による広帯域望遠鏡の実施の形態の一例を示す概略構成説明図である。図 3は、本発明による広帯域望遠鏡の斜入射光学系部を中心に示した斜視説明図である。

図 4は、本発明による広帯域望遠鏡の直入射光学系部を中心に示した斜視説明図である。

図 5 (a) は、本発明による広帯域望遠鏡の直入射光学系部の主鏡である反射鏡の表面部を中心に示す説明図であり、図 5 (b) は、図 5 (a) における A— A線断面図の一部拡大説明図である。

図 6 (a) は、超伝導トンネル接合素子の表面の反射率を示すグラフであり、図 6 (b) は、超伝導トンネル接合素子の透過率を示すグラフである。

図 7は、超伝導トンネル接合素子の； ϋ¾紫外線から X線の領域におけるェネルギ一分解能の一例を示すグラフである。

図 8は、超伝導トンネル接合素子の X線の領域におけるエネルギー分解能の一例を示すグラフである。

図 9 (a) (b) (c) (d) は、超伝導トンネル接合素子の軟 X線の領域におけるエネルギー分解能の一例を示すグラフであり、図 9 (e) (f ) (g) (h) は、超伝導トンネル接合素子の極端紫外線の領域におけるエネルギー分解能の一例を示すグラフである。

図 10は、本発明による広帯域望遠鏡の実施の形態の一例における斜入射光学系部と直入射光学系部の合成反射率特性を示すグラフである。

図 11は、本発明による広帯域望遠鏡の実施の形態の他の例における斜入射光学系部と直入射光学系部の合成反射率特性を示すグラフである。図 12は、本発明による広帯域望遠鏡を位置させる一つの例として、第 1ラグランジュ点（L 1) を示す説明図である。

図 13は、本発明による広帯域望遠鏡の具体的な寸法設定などの一例を示す説明図である。

図 14 (a) (b) は、 A1ZC (アルミニウム/力一ボン）金属薄膜フィル夕一の透過率を示すグラフである。

符号の説明

10

12 斜入射光学系部

12a 放物面

12 b 双曲面

12c 非球面反射鏡

1 直入射光学系部

16 超伝導トンネル接合素子

20 本体部

20a 内部

20b 底部

20 c 開口部

2 Od 目 U方側

20 e 後方側

2 Of 20g 支持部

2 Oh 前方腕部

20 i 後方腕部

30, 32 反射鏡

30 a, 32a

30b, 30 c, 32b, 32 c 端部

34, 44, 50 フィル夕一

34a 孔

40, 42

40a 本体部

40b, 42a 表面部

40 c 背面部

4 Od 孔部

40 e

40 e- 1 第 1の層

40 e-2 第 2の層

40 e e 発明を実施するための最良の形態

以下、 ¾lf寸の図面を参照しながら、本発明による広帯域望遠鏡の実施の形態を詳細に説明するものとする。図 1には、本発明による広帯域望遠鏡の実施の形態の一例を示す概念構成説明図が示されており、図 2には、本発明による広帯域望遠鏡の実施の形態の一例を示す概略構成説明図が示されている。

本発明による広帯域望遠鏡 10は、反射鏡 30に光が斜めに入射する斜入射光学系部 12と、反射鏡 40に光が略垂直に入射する直入射光学系部 14と、斜入射光学系部 12からの反射光と直入射光学系部 14からの反射光とが集光される検出器たる超伝導トンネル接合素子（Super c ondut ing Tunn el June t i on : ST J) 16とを有して構成されている。

なお、図 2に示すように本発明による広帯域望遠鏡 10は、内部 20 aが中空な円筒状の本体部 20を備えている。この本体部 20の一方の端部は略円形形状の底部 20 bによって閉塞されており、他方の端部は略円形形状の開口部 20 c で開口している。また、本体部 20を前方側 20 dと後方側 20 eとに分ける壁部 20 fと、壁部 20 fから延設された支持部 20 gとを有するものである。また、この本体部 20の中心軸は、斜入射光学系部 12の光学系の中心を通る軸であるとともに直入射光学系部 14の光学系の中心を通る軸、即ち、広帯域望遠鏡 10の光軸〇一◦ (図 2における一点鎖線参照。）に一致しているものである。

ここで、斜入射光学系部 12は、斜入射望遠鏡において用いられる、所謂、ゥオル夕一（W o 1 t e r ) I型の略円筒状の非球面反射鏡 12 cと、本体部 20 の壁部 20 fに酉己設されたフィル夕一 34とを有して構成されている（図 3参照)。この非球面反射鏡 12 cは、本体部 20の前方側 20 dの開口部 20 c近傍に配設された複数の反射鏡 3 0からなる放物面 1 2 aと、本体部 2 0の壁部 2 0 f 近傍に配設された複数の反射鏡 3 2からなる双曲面 1 2 bとにより構成される。放物面 1 2 aを構成する複数の反射鏡 3 0はそれぞれ、全体は略円筒状体であり、回転放物面として形成された表面部 3 0 aを備えている。一方、双曲面 1 2 bを構成する複数の反射鏡 3 2はそれぞれ、全体は略円筒状体であり、回転双曲面として形成された表面部 3 2 aを備えている。そして、反射鏡 3 0の表面部 3 0 aならびに反射鏡 3 2の表面部 3 2 aには、 Au (金）または P t (白金）のコ一ティングが施されている。

そして、複数の反射鏡 3 0それぞれと複数の反射鏡 3 2のそれぞれとが 1対 1 で対応するようにして、光軸 0—〇を中心とした同心円状に多重に配設され、本体部 2 0の開口部 2 0 c側から放物面 1 2 a、双曲面 1 2 bの順で位置するようになされている。即ち、放物面 1 2 aの反射鏡 3 0の一方の端部 3 O bは、本体部 2 0の開口部 2 0 c近傍に位置し、反射鏡 3 0の他方の端部 3 0 cと反射鏡 3 2の一方の端部 3 2 bとが近接し、反射鏡 3 2の他方の端部 3 2 cが本体部 2 0 の壁部 2 0 f側に位置している。

フィル夕一 3 4は、中央部位に略円形形状の孔 3 4 aが穿設された略リング形状体であって、本体部 2 0の壁部 2 0 fに配設されて反射鏡 3 2の端部 3 2 cの近傍に位置している。このフィル夕一 3 4は、極端紫外線のエネルギー以下の光を遮断するものである。

—方、直入射光学系部 1 4は、斜入射光学系部 1 2の放物面 1 2 aと双曲面 1 2 bとからなる略円筒状の非球面反射鏡 1 2 cの内径側に位置しており、本体部 2 0の前方側 2 0 dにおいて支持部 2 0 gに支持された反射鏡 4 0と、支持部 2 0 gから延設された前方腕部 2 0 hに支持された反射鏡 4 2と、支持部 2 0 gから延設された後方腕部 2 0 iに支持されたフィル夕一 4 4とを有して構成されている（図 4参照）。

これら反射鏡 4 0、反射鏡 4 2ならびにフィル夕一 4 4からなる直入射光学系部 1 4は、斜入射光学系部 1 2の非球面反射鏡 1 2 cの内径側において、所謂、カセグレンタイプの望遠鏡を構成している。

つまり、主鏡たる反射鏡 4 0の表面部 4 O bと副鏡たる反射鏡 4 2の表面部 4 2 aとが対向し、副鏡たる反射鏡 4 2によって光路が折り返されて、主鏡たる反射鏡 4 0の背面部 4 0 c側において焦点が結ばれるようになされている。なお、この実施の形態においては、上記焦点が結ばれる位置に、超伝導トンネル接合素子 1 6が配置されている。また、反射鏡 4 0、反射鏡 4 2ならびにフィル夕一 4 4はそれぞれ、反射鏡 4 0の中心、反射鏡 4 2の中心、ならびにフィル夕一 4 4 の中心が、広帯域望遠鏡 1 0の光軸 0― 0に一致するようにして配設されている。反射鏡 4 0は、全体が円形の皿状体 4 0 aであり、中心部位には表面部 4 0 b と背面部 4 0 cとにおいて開口する孔部 4 0 dが穿設されている。また、皿状体 4 0 aの表面部 4 0 bは、孔部 4 0 dを中心として凹状に窪んで形成された回転放物面として形成されている（図 4ならびに図 5 ( a ) ( b)参照）。

そして、この略リング形 I犬の表面部 4 O bの全領域において、所定の屈折率を有する第 1の層 4 0 e—lを形成し、当該第 1の層 4 0 e— 1上に当該第 1の層 4 0 Θ - 1の屈折率とは異なる屈折率を有する第 2の層 4 0 e— 2を積層する。さらに、これら第 1の層 4 0 e— 1と当該第 1の層 4 0 e— 1に積層された第 2 の層 4 0 e— 2との 2つの層を一組として所定の積層数 n (ただし、「n」は正の整数である。）分だけ積層して、表面部 4 O bには多層膜 4 0 eが形成されている。

具体的には、第 1の層 4 0 e— 1は、例えば、 N i (ニッケル）、 M o (モリブデン）などの重元素によって形成されるものであり、第 2の層 4 0 e— 2は、例えば、 C (炭素）、 S i (ケィ素）などの軽元素によって形成されるものである。

こうして屈折率の異なる薄膜が多層状に重ねられるとともに、 1組の第 1の層 4 0 e— 1と第 2の層 4 0 e— 2との J3U¥たる周期長 dがブラヅグ反射を利用するようにして形成されると、この多層膜に入射した光は第 1の層 4 0 e— 1と第 2の層 4 0 e— 2との境界面で反射され、当該第 1の層 4 0 e— 1と第 2の層 4 0 e— 2との境界面で反射された反射光の干渉が生じて、所定のエネルギーの光が高レヽ反射率で反射されることになるものである。

ここで、反射鏡 4 0の表面部 4 O bに形成された多層膜 4 0 eは、周期長 dの異なる多層膜である。つまり、多層膜 4 0 eの周期長 dが多層膜 4 0 eの深さ方向（図 5 ( b )参照）において連続的に変ィ匕している。より詳細には、反射鏡 4 0の表面部 4 O bの多層膜 4 0 eにおいては、多層膜 4 0 eの深さ方向に沿って、表面 4 0 e eから遠ざかるほど周期長 dが短く、表面 4 0 e eに近づくに従って周期長 dが長くなるようになされている。

従って、図 5 ( b ) に示すように、表面 4 0 e eから遠い周期長と、深さ方向における中位の周期長 d ₂と、多層膜 4 0 eの表面 4 0 e e近傍の周期長 d ₃ とは、周期長く周期長 d ₂ <周期長 d ₃の関係となる。

こうした反射鏡 4 0の表面部 4 0 bの多層膜 4 0 eの周期長 dは、真空紫外線から極端紫外線の領域の所定のエネルギーの光それぞれに対応するようにして多層膜 4 0 eの深さ方向において連続的に変化するようになされている。従って、反射鏡 4 0の多層膜 4 0 eの異なる周期長 d (例えば、周期長 (1ぃ d ₂、 d ₃) それぞれの第 1の層 4 0 e— 1と第 2の層 4 0 e— 2との境界面でブラヅグ反射を利用して反射される光のエネルギーが異なるようになる。

なお、本明細書においては、当該「周期長 dを深さ方向において連続的に変ィ匕させた多層膜」を、「スーパ一ミラー」と適宜称することとする。

一方、反射鏡 4 2の表面部 4 2 aは凸面で、ス一パーミラ一により構成されている。この反射鏡 4 2のスーパ一ミラ一は、反射鏡 4 0の凹面たる表面部 4 O b を構成するスーパ一ミラ一の種類や焦点距離などの各種条件に応じて設計するようになされている。そして、反射鏡 4 2の表面部 4 2 aは、反射鏡 4 0の表面部 4 O bにおいて反射された光を、高い反射率で反射するようになされている。なお、反射鏡 4 0の表面部 4 0 bならびに反射鏡 4 2の表面部 4 2 aにスーパ —ミラーを形成するには、公知の技術を用いることができ、その成膜装置ならびに成膜方法の詳細な説明は省略することとする。

また、フィル夕一 4 4は、略円盤状体であって、本体部 2 0の後方支持部 2 0 iに支持されて、反射鏡 4 0の背面部 4 0 c側であって孔部 4 0 dの近傍に位置している。このフィル夕一 4 4は、光量の調節を行うものである。次に、超伝導トンネル接合素子 1 6は、ジョセフソン素子の一種であり、薄い絶縁膜（例えば、酸化アルミ）を超伝導金属薄膜（例えば、ニオブやアルミ、チタンなど）で挟み込んだ構造を有している。

当該超伝導トンネル接合素子 1 6は、上記したように斜入射光学系部 1 2からの反射光と直入射光学系部 1 4からの反射光が集光される検出器である。より詳細には、 0 . 3 K程度の極低温で動作し、当該超伝導トンネル接合素子 1 6に光が入射すると、当該入射した光のエネルギーは超伝導金属薄膜に吸収される。そして、超伝導トンネル接合素子 1 6の超伝導金属薄膜に入射した光のエネルギ一が吸収されると、当該超伝導金属薄膜中のクーパー対の解離とフオノンの発生とが引き起こされる。さらに、発生したフオノンがクーパー対を解離するという過程が 1 0— ^{1 2}秒程度の時間内で生起されることとなる。

この際、準粒子が生じ、当該準粒子が量子力学的トンネル効果で絶縁膜を通過することにより、入射した光のエネルギーに比例した電流が発生し、所定の回路系を用いて信号として取り出されて検出器として動作するものである。

このように、当該超伝導トンネル接合素子 1 6は、赤外線から X線までの広帯域において高い感度と分光能力とを有する検出器として機能する。

具体的に、図 6 ( a ) には、超伝導トンネル接合素子 1 6の表面の反射率が示されており、図 6 (b ) には、超伝導トンネル接合素子 1 6の透過率が示されている。これら超伝導トンネル接合素子 1 6の反射率ならびに透過率から明らかなように、当該超伝導トンネル接合素子 1 6の光子の吸収率は 9 5 %以上である。また、超伝導トンネル接合素子 1 6は極端紫外線から軟 X線の領域における光子の吸収率が非常に高く、上記したようにして光子の吸収により信号を作り出す性質を有する超伝導トンネル接合素子 1 6を用いることにより、可視光から硬 X 線の領域における光の分光検出が実現されるものである。

なお、図 7には、超伝導トンネル接合素子 1 6の極端紫外線から X線の領域におけるエネルギー分解能の一例を示すグラフが示されており、図 8には、超伝導トンネル接合素子 1 6の X線の領域におけるエネルギー分解能の一例を示すグラフが示されており、図 9 ( a) ( b) ( c ) ( d ) には、超伝導トンネル接合素子 1 6の軟 X線の領域におけるエネルギー分解能の一例を示すグラフが示されており、図 9 ( e ) ( f ) ( g) ( h) には、超伝導トンネル接合素子 1 6の極端紫外線の領域におけるエネルギー分解能の一例を示すグラフが示されている。そして、超伝導トンネル接合素子 1 6の前段には、フィル夕一 5 0が配設されている。フィル夕一 5 0は略円盤状体であって、赤外線を遮断するものである。このため、フィル夕一 5 0によって赤外線が遮断され、超伝導トンネル接合素子 1 6に赤外線が入射するようなことはない。従って、超伝導トンネル接合素子 1 6の温度上昇が防止されて良好な動作環境が維持され、より正確な検出結果を得ることができる。

また、超伝導トンネル接合素子 1 6に光が入射すると、入射された光のエネルギ一に比例した電流が発生するが、こうして発生した電流に基づいて信号を取り出す回路系として、信号レベルに応じた 2つの回路系が備えられている。具体的には、主に X線のような高エネルギー用の回路と、主に可視光のような低ェネルギ一用の回路とが配設されている。以上の構成において、本発明による広帯域望遠鏡 1 0を天体観測に用いると、広いエネルギー帯域の光が、斜入射光学系部 1 2の反射鏡 3 0の表面部 3 0 aに斜めに入射されるとともに、直入射光学系部 1 4の反射鏡 4 0の表面部 4 O bに略垂直に入射される。

そして、斜入射光学系部 1 2においては、反射鏡 3 0の表面部 3 0 aに斜めに入射した広いエネルギー帯域の光のうち、硬 X線のエネルギー以下の光が、斜入射光学系部 1 2の非球面反射鏡 1 2 cで 2回反射される。

即ち、斜入射光学系部 1 2の放物面 1 2 aを構成する複数の反射鏡 3 0それぞれの端部 3 0 b側から広いエネルギー帯域の光が入射すると、反射鏡 3 0の表面部 3 0 aに斜めに入射した広いエネルギー帯域の光のうちの硬 X線のエネルギー以下の光が、反射鏡 3 0の表面部 3 0 aにおいて反射される。そして、反射鏡 3 0の表面部 3 0 aにおいて反射された光は、斜入射光学系部 1 2の双曲面 1 2 b を構成する複数の反射鏡 3 2それぞれの表面部 3 2 aに斜めに入射し、反射鏡 3 2の表面部 3 2 aにおいて反射される。

こうして反射鏡 3 2の表面部 3 2 aにおいて反射された光、即ち、反射鏡 3 0 の表面部 3 0 aに入射された広いエネルギー帯域の光のうち可視光から硬 X線の領域の光がフィル夕一 3 4に入射する。そして、フィルター 3 4によって極 ¾ ^紫外線のエネルギー以下の光が遮断され、軟 X線から硬 X線の領域の光がフィル夕 —3 4を透過して、超伝導トンネル接合素子 1 6に集光される（図 1 0参照） o 一方、直入射光学系部 1 4においては、主鏡たる反射鏡 4 0の表面部 4 O bに略垂直に入射した広いエネルギー帯域の光のうち、所定のエネルギーの光それぞれが、エネルギーの大きさに応じて反射鏡 4 0の表面部 4 O bの多層膜 4 0 eを深さ方向に透過し、対応するの周期長 dの第 1の層 4 O e— 1と第 2の層 4 0 e 一 2との境界面で反射される。

そして、当該第 1の層 4 0 e _ lと第 2の層 4 0 e— 2との境界面で反射された反射光の干渉が生じて、その結果、入射された広いエネルギー帯域の光のうちの真空紫外線から極端紫外線の領域の光それぞれが、高い反射率で反射される。一方、当該真空紫外線から極端紫外線の領域よりもエネルギーの低い可視光の領域の光はそれぞれ、反射鏡 4 0の表面部 4 0 bの多層膜 4 0 eの表面 4 O e e によって全反射（鏡面反射）により高い反射率で反射される。

その結果、反射鏡 4 0の表面部 4 0 bの反射率は、多層膜 4 0 eの所定の周期長 dの第 1の層 4 0 e— 1と第 2の層 4 0 e— 2との境界面それぞれの反射率との多層膜 4 0 eの表面 4 0 e eの反斜率とが重ね合わされた反射率となる（図 1 0参照） o従って、反射鏡 4 0の表面部 4 O bによって、入射された広いエネルギ一帯域の光のうちの可視光から極端紫外線の領域の光それぞれが、高い反射率で反射されることになる。

こうして反射鏡 4 0の表面部 4 0 bを構成するスーパ一ミラ一によつて反射された光は、副鏡たる反射鏡 4 2の表面部 4 2 aを構成するスーパ一ミラ一によつて反射される。

ここで、反射鏡 4 2の表面部 4 2 aを構成するス一パ一ミラ一は、反射鏡 4 0 の表面部 4 0 bにおいて反射された光を高い反射率で反射するように、反射鏡 4 0の表面部 4 O bを構成するスーパ一ミラ一に応じて設計されている。このため、反射鏡 4 0の表面部 4 0 bに入射された広いエネルギ一帯域の光のうち、反射鏡 4 0の表面部 4 0 bによって高い反射率によって反射された可視光から極端紫外線の領域の光それぞれが、反射鏡 4 2の表面部 4 2 aにおいて高い反射率で反射 δれる。

そして、反射鏡 4 2の表面部 4 2 aで反射された光、即ち、反射鏡 4 0の表面部 4 0 bに入射された広いエネルギー帯域の光のうち可視光から極端紫外線の領域の光それぞれが、反射鏡 4 0の孔部 4 0 dを通り抜けて、フィルター 4 4を透過して、超伝導トンネル接合素子 1 6に集光される。

こうして、広帯域望遠鏡 1 0に入射した広いエネルギー帯域の光のうち、斜入射光学系部 1 2からの反射光である軟 X線から硬 X線の領域の光と、直入射光学系部 1 4からの反射光である可視光から極端紫外線の領域の光とが、超伝導トンネル接合素子 1 6に集光されて入射されると、上記したようにして入射された光のエネルギーに比例した電流が発生する。

この際、斜入射光学系部 1 2からの反射光である軟 X線から硬 X線の領域の光に基づいて電流が発生すると、高エネルギー用の回路で信号が取り出され、直入射光学系部 1 4からの反射光である可視光から極端紫外線の領域の光に基づいて電流が発生すると、低エネルギー用の回路で信号が取り出されて、可視光から硬 X線の領域における光の分光検出が行われる。

上記したようにして、本発明による広帯域望遠鏡 1 0においては、非球面反射鏡 1 2 cを有する斜入射光学系部 1 2と、可視光から紫外線の領域における光に対応するスーパ一ミラーが形成された反射鏡 4 0を有する直入射光学系部 1 4と、赤外線から X線までの広帯域において高い感度と分光能力とを有する超伝導トンネル接合素子 1 6とを有するようにしたので、直入射光学系ならびに斜入射光学系それぞれの長所の部分が上手く利用され、直入射光学系と斜入射光学系との共焦点の複合望遠鏡である単一の望遠鏡によって、可視光から硬 X線の領域の広いエネルギー帯域の光がそれぞれ高い反射率で反射されて、超伝導トンネル接合素子 1 6によって分光検出される。

このため、本発明による広帯域望遠鏡 1 0においては、広いエネルギー帯域の光、特に、可視光から X線の領域における光を観測することができる。

また、本発明による広帯域望遠鏡 1 0においては、単一の望遠鏡、即ち、直入射光学系と斜入射光学系との共焦点の複合望遠鏡によって、可視光から硬 X線の領域の広いエネルギ一帯域の光を高い反射率で反射するので、複数の望遠鏡を用いる必要がなくなり、コストの低減や省スペース化を図ることができるとともに効率よく広いエネルギー帯域の光を同時観測することができる。

さらにまた、本発明による広帯域望遠鏡 1 0においては、単一の望遠鏡によつて可視光から硬 X線の領域の広いエネルギー帯域の光を高い反射率で反射するので、斜'入射光学系部 1 2からの反射光と直入射光学系部 1 4からの反射光とが集光される超伝導トンネル接合素子 1 6は 1っ配設すればよく、コスト低減を図ることができるとともに当該超伝導トンネル接合素子 1 6を冷却する冷却装置が 1 つで済むので、天体観測に際して当該広帯域望遠鏡 1 0が搭載される天体衛星などにおいて、より一層の省スペース化を実現することができる。

なお、斜入射光学系部 1 2の非球面反射鏡 1 2 cの開口部（即ち、反射鏡 3 0 の端部 3 O b側）の背面側、ならびに、直入射光学系部 1 4の主鏡たる反射鏡 4 0の背面側に超伝導トンネル接合素子 1 6が配設されるので、超伝導トンネル接合素子 1 6を冷却する冷却装置などの冷却系の組み込みが容易になる。

また、本発明による広帯域望遠鏡 1 0は、所謂、ゥオル夕一 I型の斜入射望遠鏡において非球面反射鏡の内径側に形成されてしまう略円柱状のデヅドスペースに、直入射光学系部を配設するようにして構成することができる。このため、広帯域望遠鏡全体の小型ィ匕が容易であり、その際、斜入射望遠鏡における設計ノウハウなどを利用することもできる。

そして、直入射光学系部 1 4においては、主鏡たる反射鏡 4 0と副鏡たる反射鏡 4 2との 2つの鏡面により、収差補正を行うことができる。また、超伝導トンネル接合素子 1 6は赤外線から X線までの 1光子分光検出が可能な検出器であるため、斜入射光学系部 1 2と直入射光学系部 1 4との観測視野が異なっていても分別して識別することができる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（1 ) 乃至（7 ) に説明するように変形することができる。

( 1 )上記した実施の形態においては、斜入射光学系部 1 2のフィルター 3 4 が極端紫外線のエネルギー以下の光を遮断するものであって、反射鏡 4 0の表面部 4 0 bの多層膜 4 0 eの周期長 dは、真空紫外線から極端紫外線の領域の所定のエネルギーの光それぞれに対応するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

例えば、フィル夕一 3 4を軟 X線のエネルギー以下の光を遮断するように変更し、反射鏡 4 0の表面部 4 O bの多層膜 4 0 eの周期長は、真空紫外線から軟 X線の領域の所定のエネルギーの光それぞれに対応するように変更してもよい。その結果、斜入射光学系部 1 2においては硬 X線のエネルギー以下の光が反射されているので、斜入射光学系部 1 2と直入射光学系部 1 4との合成反射率は図 1 0とは異なり、図 1 1に示すようになる。

このように、直入射光学系部 1 4からの反射光より高いエネルギーの光のみを選択的に透過するようにしてフィル夕一 3 4を変更すると、フィル夕一によって斜入射光学系部と直入射光学系部とのそれぞれに割り当てられるエネルギーの範囲を変更することが可能になる（図 1 0ならびに図 1 1参照）。

また、上記した実施の形態においては、フィル夕一 4 4は光量の調節を行うようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、フィル夕一 4 4は直入射光学系部 1 4からの反射光の光量調節やバンド選択に用いるようにしてもよい。あるいは、フィルター 4 4を配設しないようにして、直入射光学系 1 4の構成を簡潔化するようにしてもよい。

( 2 ) 上記した実施の形態においては、斜入射光学系部 1 2の反射鏡 3 0の表面部 3 0 aならびに反射鏡 3 2の表面部 3 2 aには、 Au (金）または P t (白金）の成膜がなされるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、反射鏡 3 0の表面部 3 0 aならびに反射鏡 3 2の表面部 3 2 aに、多層膜あるいはスーパ一ミラ一を形成するようにしてもよい。このようにすると、硬 X 線まで高い反射率を維持することができる。

( 3 ) 上記した魏の形態において、直入射光学系 1 2のスーパーミラ一により構成される反射鏡 4 0と反射鏡 4 2との最上層、例えば、反射鏡 4 0の場合には図 5 ( b )に示す表面部 4 O bの多層膜 4 0 eの最上層である表面 4 0 e eに、 P tなどのトップコーティングを施すようにしてもよい。このようにすると、真空紫外線から極端紫外線の領域よりもエネルギーの低い可視光の領域の光の反射率をさらに向上させることができる。

また、スーパ一ミラーの周期長 dの変ィ匕なども、上記した実施の形態に限られることなしに、観測上、特定の波長が意味をなさない場合などは、そうした特定の波長を除くようにし、必要な波長にのみ対応するようにして周期長 dを変ィ匕させるようにしてもよい。

さらに、上記した実施の形態においては、直入射光学系 1 2の反射鏡 4 0の表面部 4 O bの全域において同一のスーパ一ミラーが形成されるように、即ち、反射鏡 4 0には 1種類のスーパ一ミラーが形成されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、反射鏡 4 0の表面部 4 O bを複数の領域に区分し、当該区分毎に異なる種類のスーパ一ミラ一を形成するようにしてもよい。この際、反射鏡 4 0のスーパ一ミラーの種類に応じて反射鏡 4 2のスーパ一ミラ —の変更を行うようにするとよい。

( 4 ) 上記した実施の形態における斜入射光学系部 1 2の反射鏡 3 0ならびに反射鏡 3 2や直入射光学系部 1 4の反射鏡 4 0ならびに反射鏡 4 2の大きさや曲率など、あるいは、本体部 2 0の大きさや構成などは、当該反射鏡 3 0 , 3 2 , 4 0 , 4 2の観測対象や、搭載される観測衛星のスペースなどに応じて寸法設定すればよい。なお、例えば、図 12ならびに図 13に示すように、本発明による広帯域望遠鏡を観測衛星に搭載し、本発明による広帯域望遠鏡を第 1ラグランジュ点（図 1 2に示す L1参照）に位置させ、地球周辺の宇宙プラズマ観測を行う場合には、具体的な寸法設定などの各種変更を行うようにすればよい。

図 13においては、

斜入射望遠鏡部 (XRT part)

回転放物面鏡部の長さ（Mirror Length) L : 200 mm 焦点距離（Distance) F： 600 mm

最大傾斜角度 (Max imun incident an le) a : 1 5 d e g r Θ e

鏡の厚み (Mirror thickness) t : 1. 5 mm 外径 (Outer d i ame t e r) p r。： 1020mm

内径 (Inner diameter) : 200 mm

トップコ一ティング（Top coat ing) ： P t (白金） 50 nm 直入射望遠鏡部 (Normal incidence telescope art)

焦点 Fからの距離 (Ext ended length) G: 50 mm 主鏡焦点距離 (Primarily mirror f o r c a 1 1 e ngt h) f ! : 200 mm

副鏡焦点距離（Secondarily mirror f o r c a 1 len th) f ₂ : - 166. 7mm 合成焦点距離（Compo s i t e f ocal length) f : 5 0 Omm

超伝導トンネル接合検出器（ S T J Detector)

検出エリアサイズ（D e t e c t ab 1 e area size) : 11 x 11 mnr

となされている。

また、斜入射光学系部 12の非球面反射鏡 12 cを構成する反射鏡 30ならびに反射鏡 32それぞれの枚数は、所謂、ゥオルター I型の斜入射望遠鏡の非球面反射鏡の放物面を構成する反射鏡ならびに双曲面を構成する反射鏡の総数に比べて少なくしてもよい。つまり、斜入射光学系部 12の非球面反射鏡 12 cの内径側に位置する直入射光学系部 14の大きさや位置に応じて、反射鏡 30や反射鏡 32の枚数を調整して斜入射光学系部 12の内径側のスペースを変更するようにするとよい。

さらに、上記した実施の形態においては、斜入射光学系部 12に斜入射望遠鏡において用いられる所謂ゥオル夕一 I型の略円筒状の非球面反射鏡を配設するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ゥオル夕一 I型の非球面反射鏡とは異なる種類の反射鏡を配設するようにしてもよい。

(5) ±13した実施の形態において、超伝導トンネル接合素子 16の特性から、 X線から可視域までの光を同時に検出する際には、エネルギーの高い光が作り出すフオノンイベントにより、低エネルギー側の光のィベントを埋もれさせてしまう可能性がある。このため、 X線、軟 X線、極端紫外線、紫外線、可視光線をそれぞれ選択するためのバンドパスフィル夕一を配設するようにすると、 X線から可視光の領域における光の分光検出を一層確実に行うことができる。

この際、 X線から真空紫外線については、物質の吸収構造を利用した薄膜フィル夕一、例えば、 A 1/C (アルミニウム/力一ボン）金属薄膜フィルターを用いることができ（図 1 4 ( a) ( b) 参照）、真空紫外線から可視光線については、物質の吸収構造を利用したフィル夕一や干渉を利用したバンドパスフィル夕 —などを用いることができる。

また、こうしたバンドパスフィル夕一を用いることなしに、超伝導トンネル接合素子 1 6に反射光が入射して検出される電気信号の立ち上がり時間により、 X 線、軟 X線、極端紫外線、紫外線、可視光線のそれぞれのイベントとフオノンィペントを分離するようにしてもよい。

このようにすると、 X線から可視域までの光を一層確実に同時検出することができる。

さらに、超伝導トンネル接合素子 1 6の前段に配設するフィル夕一として、超伝導トンネル接合素子 1 6に入射する光量調節用のフィル夕一を用いるようにしてもよい。

( 6 ) 上記した実施の形態において、さらに、超伝導トンネル接合素子 1 6を複数用いて分光イメージングを行うようにしてもよく、その際には、各種回路系の変更等を行うようにすればよい。

( 7 ) 上記した実施の形態ならびに上記（1 ) 乃至（6 ) に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。産業上の利用可能性

本発明は、以上説明したように構成されているので、直入射光学系と斜入射光学系それぞれの長所の部分を上手く利用して、広いエネルギー帯域、例えば、可視光から X線の領域の光を観測することができるという優れた効果を奏する。また、本発明は、以上説明したように構成されているので、直入射光学系と斜入射光学系との複合望遠鏡によって、例えば、可視光から X線の領域の広いエネルギ一帯域の光それぞれを高い反射率で反射するようになり、コストの低減や省スペース化を図ることができるとともに効率よく広いエネルギー帯域の光を観測することができるという優れた効果を奏する。

Claims

請求の範囲

1 . 入射された光を反射する表面部に光が斜めに入射する斜入射光学系部と、入射された光を反射する表面部に光が略垂直に入射する直入射光学系部と、前記斜入射光学系部の表面部において反射された反射光と前記直入射光学系部の表面部において反射された反射光とが入射され、該入射された光を分光検出する検出器と

を有する広帯域望遠鏡。

2 . 請求項 1に記載の広帯域望遠鏡において、

前記斜入射光学系部に比べて前記直入射光学系部は内側に位置し、前記検出器は光軸上に位置する

ものである広帯域望遠鏡。

3 . 回転放物面からなる第 1の表面部において入射された光を反射する第 1の反射鏡と、回転双曲面からなる第 2表面部において前記第 1の反射鏡の前記表面部において反射された光を反射する第 2の反射鏡とを有する斜入射光学系部と、周期長を深さ方向において纖的に変ィ匕させ、真空紫外線から極端紫外線の領域における所定のエネルギーの光をそれぞれ反射するとともに、可視光の領域にわたって全反射による高い反射率を有する多層膜が形成された第 3の表面部を有し、該第 3の表面部において入射された光を反射する第 3の反射鏡と、前記第 3 の反射鏡の前記第 3の表面部に対応させて、周期長を深さ方向において連続的に変化させ、真空紫外線から極端紫外線の領域における所定のエネルギーの光をそれぞれ反射するとともに、可視光の領域にわたつて全反射による高い反射率を有する多層膜が形成された第 4の表面部を有し、該第 4の表面部において前記第 3 の反射鏡の前記第 3の表面部において反射された光を反射する第 4の反射鏡とを有する直入射光学系部と、

前記第 2の反射鏡の前記第 2の表面部において反射された光と前記第 4の反射鏡において反射された光とが入射され、該入射された光を分光検出する検出器とを有する広帯域望遠鏡。

4 . 請求項 3に記載の広帯域望遠鏡において、

前記斜入射光学系部の前記第 1の反射鏡と前記第 2の反射鏡とにより略円筒状の非球面反射鏡が構成され、該非球面反射鏡の内径側に前記直入射光学系部は位置し、前記検出器は光軸上に位置する

ものである広帯域望遠鏡。

5 . 請求項 1、請求項 2、請求項 3または請求項 4のいずれか 1項に記載の広帯域望遠鏡において、

前記検出器は、超伝導トンネル接合素子である

6 . 請求項 1、請求項 2、請求項 3、請求項 4または請求項 5のいずれか 1項に記載の広帯域望遠鏡において、

前記斜入射光学系部の表面部において反射された反射光のうち前記直入射光学系部の表面部において反射された反射光より高いエネルギーの光のみを選択的に前記検出器に入射させるフィル夕一を有する広帯域望遠鏡。