JPH0216502A - フレネル・レンズ型複合反射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はフレネル・レンズ型複合反射装置に関する。

（従来の技術） 光を収束させたり、発散させたりする通常の方法は、放
物面鏡（一般に、二次曲面鏡、以下注記略）を用いるか
、或いはレンズを用いることである。これらの方法には
次のような問題点が存在する。

まず、前者に関しては、 （１１大口径の反射鏡を作ろうとすると、焦点距離が長
くなるか、鏡の奥行きが増大し、鏡全体の占める体積が
極めて大きくなる。

（２）平行光線を焦点に収束させて利用する場合を考え
ると、入射光と焦点が鏡体に関して同じ側にあるので、
焦点に収束した光を取出し、利用する為の装置が入射光
の邪魔になる。これは、光の向きが逆の場合も全く同様
である。

また、後者に関しては、 （３）固体の媒質中での光の屈折を利用しているので利
用可能な波長の範囲が狭い。

（４）　　同じ理由により、光の強度が余り強過ぎると
媒質を破壊するので用いられない。

（４）光の屈折を利用したものなので、色収差を避ける
ことが難しい。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、これらの問題を克服して、媒質による
屈折現象を用いることなく、光の反射現象のみを用いて
レンズと同様に鏡体に関して入射光と反体側に光が導び
かれる複合反射装置を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の複合反射装置は、適当な幾何形状をもつ反射鏡
面を分割して配置して構成されて擬像的レンズの機能を
持っており、分割したレンズから構成されているフレネ
ル・レンズに対応して、フレネル・レンズ型複合反射装
置（以下、複合反射装置と略す）と呼ぶ。

以下、説明を容易にする為に、共焦点放物面鏡を使った
複合反射装置について示す、まず、次式で表わされる放
物線を考える。

）’−ｘ”／４ａ−ａ （ａ〉０またはａ＜０） この方程式において、定数ａの値を変化させると、焦点
が原点に一致し、頂点が（ｘ　＝０　、　ｙ　−−ａ）
にある共焦点放物線群が得られる。

この共焦点放物線群の中から目的に合わせて、有限個の
共焦点放物線群からなる集合を選ぶ（第２図、Ｐ１、−
−−Ｐ７）、放物線の軸に平行な上方からの光束を考え
、右側最外側の光線をＬｌとする。次に、軸に平行な光
線Ｌ２とＬｌによって、対象とする最外側放物線Ｐ１が
切り取られる部分をＭｌとする。Ｍｌから焦点に向う光
束と入射光束を遮ぎらないように、外から２番目の放物
線Ｐ２の切片Ｍ２を定める。Ｍ２を定めた操作を繰り返
すことにより共焦点放物線群から切り取った切片群Ｍ３
、Ｍ４、−−−を次々に得る。この切片群を軸のまわり
に回転してできた曲面を鏡面として円形の複合反射装置
が得られる。

また、この切片群を底とする柱状面を作って鏡面とする
ことによって、焦点のかわりに、焦線を持つシリンドリ
カル複合反射装置が構成できる。

図から明らかなように、第２図に基づく複合反射装置の
場合、上方から入射した平行光線は、入射光に対して鏡
体の後方にある焦点に収束する。

なお、放物線群の定数ａの選び方によって異った形状、
異った性能のフレネル・シラーを実現できる。

第２図に示したものは、凸レンズの機能を持つ複合反射
装置であるが、ａ＜Ｑとして鏡の凸面を利用するならば
、第３図に示すような凹レンズの機能を持つ複合反射装
置が実現できる。

また、第２図及び第３図は、それぞれ、ａ＞Ｑ及びａ＜
Ｑの共焦点放物面を別々に利用したものであるが、互い
に直交関係にあるａ＞Ｑ及びａく０の放物面群を混用す
ることにより第４図に示すように平行光線の径を変換す
る装置を作ることもできる。

更に、こ−で述べたのは、放物面鏡の場合であるが、非
放物面鏡の場合も同一の方法で複合反射装置を構成する
ことができる。

このような複合反射装置においては、通常の曲面鏡とレ
ンズに見られる問題点（１）〜（５）が全て解決される
。特に、適当な反射面を採用すれば、可視光のみならず
、マイクロ波から真空紫外線、Ｘ線に至るまでの各波長
の電磁波に対して擬像レンズを構成できる。全く同じこ
とは超音波等の物質の波動についてもあてはまる。また
、この複合反射装置は、上記性質の他、以下の特徴を生
かして応用することができる。

（１）　　鏡体の変更、移動が小片毎に可能である。

（２）　　選択反射面（選択吸収面）を用いれば、レン
ズの機能とフィルターの機能を同時に持たすことができ
る。

（３）　　強い光束を扱う場合に、鏡の裏面よりの直接
冷却などによって全体の温度管理を行うことが容易であ
る。。

（４）その構造上大規模のものに有利である。

（５）　　鏡面群の選択に際して、光の位相差に配慮す
れば、可干渉性を保って光の収束ができる。第２図に例
示したような放物面鏡群の場合ａを波長の整数倍にとれ
ばよい。

（６）　　焦線をもった装置にすれば、太陽光の追尾等
が容易に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図　共焦点反射面群Ａ１、Ａ２、−−−及びこれら
に直交する共焦点反射面群Ｂ１、Ｂ２、−−−を示す説
明図である。 図において、Ｆは共通の焦点を表わす、光ｗＡＤはＢ　
（Ａ）の凹面による光線Ｌ　（Ｒ）の反射光。 光線ＵはＢ　（Ａ）の凸面による光線Ｒ（Ｌ）の反射光
。 第２図は、ａ＞Ｑの共焦点放物面鏡群による凸レンズの
機能を持つ複合反射装置の構成例の説明図である。 図において、Ｐ１、−−−Ｐ６は共通の焦点Ｆを持つ放
物線群。　Ｍ１、−−−Ｍ６は、複合反射装置を構成す
る要素鏡。Ｌ１、−−−Ｌ７は入射光。Ｌｌ’　　−−
−Ｌ７’は反　射光。 第３図は、ａ＜Ｑの共焦点放物面鏡群による凹レンズの
機能を持つ複合反射装置の構成例の説明図である。記号
の意味は第２図のと同じである。 第４図は、焦点Ｆを持つａ＞Ｑの放物線群から作られた
反射面Ｍ１、Ｍ２−−−とａ＜Ｑの放物線から作られた
反射面ＭＯによって、光束の径を変更するように構成さ
れた複合反射装置の説明図である。ＭＯ以外の記号の意
味は第２図のと同じである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１図において、焦点（Ｆ）を共有する反射面群（Ａ１
   、Ａ２、−−−）の部分とこれに直交する反射面群（Ｂ
   １、Ｂ２、−−−）の部分から構成されて成るフレネル
   ・レンズ型複合反射装置。