JP6539028B2 - アクティブ・ミラーを備える望遠鏡および前記アクティブ・ミラーを監視するための内部手段 - Google Patents

Description

本発明の全般的な分野は、主鏡および主鏡の欠陥を修正するためのアクティブ・ミラーを備える望遠鏡の分野である。

望遠鏡は通常、サイズを大きくすることができる主鏡、および、複数の鏡を備えることができ、主鏡の焦点での中間像から光検出器上に２次像を形成する修正光学装置を備える。いくつかの用途では、修正光学装置は、主鏡での欠陥を修正できる可変鏡を備える。したがって、たとえば温度変動による欠陥を連続的に修正することが可能である。

可変鏡は、事前設定された法則に則ってその表面を変形することができるアクチュエータを備える。主鏡の２つの修正の間では、可変鏡に加えられる変形は、完全に安定していることが不可欠である。必要とされる安定性のオーダーは、約５ナノメートルである。しかし、宇宙望遠鏡のタイプによっては、２つの連続した修正間の時間の長さは、約１ヶ月と非常に長くなることがある。そうした長期間にわたって高い安定度を保証することは、困難であることが理解されよう。

可変鏡Ｍの表面を監視できるようにする手段が存在する。たとえば図１に示すように、この監視タスク専用で、可変鏡Ｍ用に使用される入射角とは異なる入射角で働く干渉計Ｉを使用することが可能である。しかし、このような手段を組み込むことは、必ずしも簡単ではない。次に、能動望遠鏡は、その光学系の総合品質を監視できるようにする内部手段を備える。これらの手段は一般に、波面解析装置を備える。本発明による望遠鏡は、これらの手段を使用し、やはり可変鏡だけを監視するようそれらを適応させる。

より正確には、本発明の主題は、少なくとも１つの光学システム、および前記光学システムの焦点面に配置された波面解析手段を備え、この光学システムが、集束光学系および拡大光学系を備え、この拡大光学系が可変鏡を備え、その変形は制御可能である望遠鏡において、この望遠鏡が可変鏡を監視する手段を備え、前記監視手段は、光源の像が少なくとも可変鏡から反射した後に波面解析手段上に集束するように配置された光源を備えることを特徴とする望遠鏡である。

有利には、この光源は、集束光学系の中間焦点面に配置される。

有利には、収差修正装置は、光源または波面解析手段のそばに備え付けられる。

有利には、監視手段は、２つの固定位置を有する可動鏡を備え、第１の固定位置が、光学システムの外側に配置され、監視用の第２の固定位置が、集束光学系から発した放射のうちの全てまたは一部を可動鏡が覆うようになっており、光源の像が、少なくとも可変鏡および可動鏡から反射した後に波面解析手段上に集束される。

有利には、可動鏡は球面凹面鏡であり、光源は光学システムの焦点面の近傍に配置される。

有利には、監視手段は固定鏡を備え、この固定鏡は、光学システムの外側に配置され、また可動鏡がその第２の位置に配置され、光源の像が、少なくとも可変鏡、可動鏡、および固定鏡から反射された後に、波面解析手段上に集束されるように配置される。

有利には、可動鏡は平面鏡であり、固定鏡は、たとえば楕円形でもよい凹面鏡である。

有利には、光源は、光学システムの焦点面の近傍に配置される。

有利には、固定鏡は、凹面鏡たとえば楕円凹面鏡であり、光源好ましくは点光源は、前記鏡の焦点に配置される。

有利には、集束光学系は、凹面主鏡および凸面副鏡を備える。

有利には、拡大光学系は、変形が制御可能な可変鏡、および少なくとも１つの平面鏡を備える。

非限定的な例として挙げられた以下の説明を読み、添付図を参照すれば、本発明がさらによく理解され、他の利点も明らかになろう。

従来技術による可変鏡を監視するための手段を示す。 従来技術による、可変鏡を備える望遠鏡の光学系を示す。 本発明による望遠鏡の監視手段の実施形態を示す。 本発明による望遠鏡の監視手段の実施形態を示す。 本発明による望遠鏡の監視手段の実施形態を示す。 本発明による望遠鏡の監視手段の実施形態を示す。 望遠鏡の中間焦点面での収差パターンの一例を示す。

一例として、図２には、光学監視手段を備えない望遠鏡の光学系が示してある。これは実質的に、一方で集束光学系、他方で拡大光学系を含む２つの部分を備える。集束光学系は、第１の大きい放物凹面鏡Ｍ１および凸面鏡Ｍ２を備え、これら２つの鏡がともに、無限遠の対象物について、その中間焦点面Ｐ１に像を形成する。

拡大光学系は、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、およびＭ６の参照番号がついた４つの鏡を備え、これらの鏡はコンパクトな構造に折り畳まれている。鏡Ｍ３およびＭ６は平面鏡であり、鏡Ｍ４は非球面凹面鏡である。鏡Ｍ５は、実質的に平面の可変鏡であり、その変形は制御可能であり、すなわち形状がアクチュエータによって制御可能な鏡である。検出器Ｄが、望遠鏡の焦点面Ｐ２に配置される。この検出器は、波面解析を実行する。これは、専用の波面解析装置、または波面解析用に使用されるミッション検出器である。

本発明の目的は、可変鏡の光学品質の確認検査を可能にする監視手段を、前述の拡大光学系に配置することである。このために、監視手段は、光源の像が、可変鏡から反射された後に波面解析手段上に集束されるように配置された光源を備える。光源は、拡大光学系に直接配置してもよい。光ファイバによって、この光源を遠隔に配置することもできるようになる。この光源は、点光源または準点光源でよい。

一例として、監視手段の実現可能な４つの実施形態が図３〜６に示してある。これらの様々な図では、光源Ｓが白丸で表され、波面解析手段ＡＳＯが黒丸で表され、光源から発する光線が矢印線で表され、監視に特有の光学手段が二重線で表されている。

図３には、第１の実施形態が示してある。この例では、監視手段は、球面凹面鏡Ｍ７、および２つの位置を占めることができる移動可能な平面鏡Ｍ８を備える。光源Ｓは、望遠鏡の焦点面の近傍に配置される。第１の「休止」位置では、鏡Ｍ８は、望遠鏡の光学システムの外側に配置され、図３の点線によって示してあり、可変鏡Ｍ５は監視されず、光源Ｓはオフになっている。

「監視」位置と呼ばれる第２の位置では、鏡Ｍ８は、ステアリング・ミラーＭ４の前方に移動する。光源Ｓはオンになる。鏡Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、およびＭ８の配置は、光源Ｓの像が、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、およびＭ８で連続して反射を繰り返して、波面解析手段ＡＳＯ上に位置するようになっている。必要なのは、鏡Ｍ７およびＭ８の位置、その傾き、および球面鏡Ｍ７の曲率を正確に選ぶことだけである。

図４に示す第１の変形実施形態では、固定鏡Ｍ７が取り外され、移動可能な平面鏡Ｍ８が、移動可能な球面鏡Ｍ９で置き換えられる。光源Ｓは、望遠鏡の焦点面の近傍に配置されたままである。鏡Ｍ５、Ｍ６、およびＭ９の配置は、光源Ｓの像が、Ｍ５、Ｍ６、およびＭ９で連続して反射を繰り返して、波面解析手段ＡＳＯ上に位置するようになっている。必要なのは、球面鏡Ｍ９の位置、傾き、および曲率を正確に選ぶことだけである。

図５に示す第２の変形実施形態では、凹面鏡Ｍ７および移動可能な平面鏡Ｍ８が残っているが、光源Ｓは鏡Ｍ７の焦点に配置され、この鏡は放物面鏡でもよい。放物面鏡をレンズで置き換えることが可能であり、この場合、光源Ｓは、このレンズの焦点に配置される。鏡Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、およびＭ８の配置は、光源Ｓの像が、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、およびＭ８で連続して反射を繰り返して、波面解析手段ＡＳＯ上に位置するようになっている。必要なのは、鏡Ｍ７およびＭ８の位置、その傾き、および球面鏡Ｍ７の曲率を正確に選ぶことだけである。

前述の実施形態では、可動鏡を使用する必要があり、この鏡は、平面鏡の場合には高度の配向精度で、また屈折力を伴う凹面鏡の場合には高度の配向精度および位置精度で、監視位置に配置可能でなければならない。したがって、図６に示す最後の実施形態では、監視手段はただ、中間焦点面の近傍および波面解析検出器の視野の近傍に配置された光源Ｓを備える。光源Ｓの像パターンは収差が大きいが、なぜならば、光源は、鏡Ｍ１およびＭ２からなる主望遠鏡の収差を修正する鏡Ｍ４の上流に配置されるからである。

これは、可変鏡の測定に決して悪影響を及ぼすものではなく、可変鏡は収差の大きい像を用いて良好に測定することができる。機器の焦点面における収差の大きい像パターンの形状の一例が、図７に示してある。図７でのパターンは対象形の房形状を有し、その干渉縞は回折によるものである。

有利には、収差を低減し、波面解析装置によって得られたパターンの拡散を制限するために、修正要素たとえば位相版を設けてもよい。この修正要素は、波面解析装置の入口に配置しても、光源のそばのステアリング・ミラー上に配置してもよい。

望遠鏡から発する像と光源の像の両方を通過させるために、波面解析検出器の光学場は、通常のものよりもわずかに大きくなければならない。

後者の解決策は、望遠鏡の光学系にわずかな変更しか必要とせず、鏡を移動する必要がなく、可変鏡を連続的に追尾することが可能になるという利点を有する。

ＡＳＯ 波面解析手段
Ｄ 検出器
Ｉ 干渉計
Ｍ 可変鏡
Ｍ１〜Ｍ９ 鏡
Ｐ１ 中間焦点面
Ｐ２ 焦点面
Ｓ 光源

Claims (13)

1. 少なくとも１つの光学システム、および前記光学システムの焦点面に配置された波面解析手段（Ｄ）を備え、前記光学システムが、集束光学系（Ｍ１、Ｍ２）および拡大光学系（Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６）を備え、前記拡大光学系が可変鏡（Ｍ５）を備え、その変形が制御可能である望遠鏡において、前記拡大光学系が、単一の凹面鏡（Ｍ４）および２つの平面鏡（Ｍ３、Ｍ６）を備えることと、前記望遠鏡が、前記可変鏡を監視する手段（Ｍ７、Ｍ８、Ｍ９）を備え、前記監視手段は、光源（Ｓ）を備え、前記光源の像が、少なくとも前記可変鏡から反射した後に、前記望遠鏡の前記焦点面（Ｐ２）に配置された前記波面解析手段上に集束するように前記光源（Ｓ）が配置されていることとを特徴とする、望遠鏡。
2. 前記光源（Ｓ）が、前記集束光学系の中間焦点面（Ｐ１）に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の望遠鏡。
3. 収差修正装置が、前記光源のそば、または前記波面解析手段のそばに備え付けられることを特徴とする、請求項２に記載の望遠鏡。
4. 前記監視手段が、２つの固定位置を有する可動鏡（Ｍ８、Ｍ９）を備え、第１の固定位置が、前記光学システムの外側に配置され、監視用の第２の固定位置が、前記集束光学系から発した放射のうちの全てまたは一部を前記可動鏡が覆うようになっており、前記光源の前記像が、少なくとも前記可変鏡および前記可動鏡から反射した後に前記波面解析手段上に集束されることを特徴とする、請求項１に記載の望遠鏡。
5. 前記可動鏡（Ｍ９）が凹面鏡であり、前記光源が、前記光学システムの前記焦点面の近傍に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の望遠鏡。
6. 前記凹面鏡が楕円形であることを特徴とする、請求項５に記載の望遠鏡。
7. 前記監視手段が固定鏡（Ｍ７）を備え、前記固定鏡は、前記光学システムの外側に配置され、前記可動鏡がその第２の位置に配置され、前記光源の前記像が、少なくとも前記可変鏡、前記可動鏡、および前記固定鏡から反射された後に、前記波面解析手段上に集束されるように配置されることを特徴とする、請求項４に記載の望遠鏡。
8. 前記可動鏡（Ｍ８）が平面鏡であり、前記固定鏡（Ｍ７）が凹面鏡であることを特徴とする、請求項７に記載の望遠鏡。
9. 前記凹面固定鏡が楕円形であることを特徴とする、請求項８に記載の望遠鏡。
10. 前記光源が、前記光学システムの前記焦点面の前記近傍に配置されることを特徴とする、請求項８または９に記載の望遠鏡。
11. 前記光源が、前記凹面鏡の焦点に配置されることを特徴とする、請求項８または９に記載の望遠鏡。
12. 前記集束光学系が、凹面主鏡（Ｍ１）および凸面副鏡（Ｍ２）を備えることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の望遠鏡。
13. 前記拡大光学系の前記凹面鏡（Ｍ４）が非球面であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の望遠鏡。

Images