JPH03148602A - 非球面鏡およびその製造又は複製方法 - 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〕 本発明は非球面反射鏡又は軸外し反射鏡に関し、特に、
球面鏡の弾性変形により製造される非球面鏡に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕従来
の球面鏡はガラス又は他の適切な基板の研磨とラップ仕
上げによって製造されるのが普通である。楕円、双曲線
、放物線、軸外し放物線及びトーラスなどの断面形状を
もつ非球面鏡又は軸外し鏡は製造するのが難しく、製造
コストも高い。

断面がトーラス形の鏡又は反射鏡は、回転対称軸がない
ために、製造及び使用が最も困難な鏡である。

光学複製技術を利用すると、研磨とラップ仕上げによっ
て唯１つの高品質マスターを製造するだけで済むので、
非球面光学素子を製造するときの難しさは軽減されてき
た。製造後、マスターをかなシの低コストで、大量に複
製できる。トーリック素子の場合、底面曲率と円筒曲率
の双方を正確に製造しなければならないので、高品質マ
スターを製造することが困難であり、そのような素子の
製造は依然として難しい。

トーリックミラー、すなわちトーリック反射鏡は、Ｘ軸
曲率半径Ｒｘと、直交するＹ軸曲率半径ＲＹとを有する
２つの互いに垂直な円筒面をもつ反射鏡として定義され
ている。トーリックミラーの鏡面は基本曲率半径Ｒｅを
有する球面の加法組合せ又は減法組合せからも得られる
が、その場合、円筒加法又は減法差半径はＸ軸に沿って
位置し、Ｘ軸曲率半径ＷａＸを修正する。

Ｘ軸に沿った曲率半径をＲａＸとし、Ｙ＠に沿った曲率
半径をＩＬｃｙとしたとき、それらのパラメータＲＣＸ
及びＲ（ｉＹによシどのようなトーリックミラーをも完
全に規定することができる。これら２つのパラメータの
一方、通常、ｇａｙはトーリックミラーの球面成分の基
本曲率半径Ｒｅを表わし、通常ＲＣＸである第２のパラ
メータは、下方に位置する球面に重ね合わせられる円筒
加法又は減法成分から得られる修正曲率半径を表わす。

既存の鏡製造技術を採用した場合、許容差のきわめてす
ぐれたトーリックミラーの鏡面を、大量生産製品での使
用を可能にするようなコストで製造することは困難であ
った。

〔発明の目的〕

従って、本発明の主な目的は、きわ、めて高い精度をも
って低コストで大量生産できる非球面鏡。

特にトーリックミラーを提供することである。

本発明の別の目的は、従来のどの非球面鏡製造技術を利
用したときよりも相当に高い精度をもって、相当に低い
コストで大量生産できる非球面鏡。

特にトーリックミラーを提供することである。

本発明の別の目的社、軸外し角度が大きい場合にも使用
するための高精度の非球面鏡を形成するために大量生産
できる非球面鏡、特にトーリックミラーを提供すること
である。

本発明の別の目的は、大量生産された球面鏡の制御下で
の弾性変形によって製造される非球面鏡。

特にトーリックミラーを提供することである。

本発明の別の目的は、球面鏡の背面と隣接する要素の前
面との間に配置されるシム面による球面鏡の制御下での
変形から得られる非球面鏡、特にトーリックミラーを提
供することである。

本発明のさらに別の目的は、フィールドフラットニング
及び非点収差／収差の補正の目的でモノクロメータ又は
分光写真器において使用するための非球面鏡、特にトー
リックミラーを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、厳密に制御さｔた量の円筒
曲率を球面鏡に対し加算又は減算することにより形成さ
れる非球面鏡、特にトーリックミラーを提供することで
ある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

簡単にいうと、本発明の一実施例によれば、非球面鏡は
、球面反射鏡を規定する前面と、離間した背面とを有す
る第４の要素を具備する。球面反射鏡社−定の曲率半径
と、Ｘ軸曲率半径を有するＸ軸と、Ｙ軸曲率半径を有す
るＹ軸とを含む。第１の要素は第１の剛性係数を有する
ように製造されている。第２の要素は、境界面ゾーンに
沿って第１の要素の背面に相応する大きさに規定された
前面を含む。第２の要素は第２の剛性係数を有するよう
に製造されている。境界面輪郭手段は、第１の要素と第
２の要素との間の境界面ゾーンの中に輪郭差を形成する
。この境界面一輪郭手段は、球面反射鏡のＹ軸曲率半径
をほとんど修正せずにＸ軸曲率半径を修正するようにア
ライメントされている。圧縮手段は、球面反射鏡のＹ軸
曲率半径を＃１とんど修正せずにそのＸ軸曲率半径を修
正するために、第１の要素と第２の要素を共に圧縮して
、第１の要素を第２の要素に対して偏向させる。上記の
構造によって、境界面輪郭手段によシ確定された修正Ｘ
軸曲率半径と、ほぼ変化していないＹ軸曲率半径とを有
する非球面鏡が得られる。

本発明は特許請求の範囲の中に詳細に指摘されているが
、本発明のその他の目的及び利点は、その作用と共に、
添付の図面に関連する以下の詳細な説明を参照すること
によシ、さらに明瞭に理解されるであろう。

〔実施例〕

本発明は、いくつかの種類の非球面光学系を製造するた
めに利用可能である。様々な形状と向きをもつシムの組
合せと、基板と、境界面輪郭装置と、圧縮装置といった
以下にさらに説明するような要素を使用して、球面鏡を
制御下で変形させることにより、楕円、双曲線、放物線
、軸外し放物線及びトーラスをそれぞれ形成することが
できる。

また、同じようにシムの組合せと、基板と、各装置とを
使用することによシ、鏡の反射面に「任意の」偏向を導
入するために本発明を採用することも可能であり、本発
明を光学面の輪郭「補正装置」として使用しても良いの
である。そのような用途の例としては、シュミット−カ
セグレン式望遠鏡の補正板や、マンガニン鏡の可変厚ガ
ラスに代わるものとして本発明を使用する場合が挙げら
れるてあろう。

このような非球面の製造に当たり、本発明は低コストで
、きわめて高精度であり且つ再現性のある製造方法を提
供する。本発明は、焦点合せ調整などを行うために鏡面
に対してなすべきわずかな調整、すなわちライ−キング
に対応する。さらに、本発明によりきわめて正確な非球
面を形成できるので、後の大量生産に備えた複製のため
に、非常に高品質のマスター非球面を製造することがで
きる。

本発明の利点及び本発明が当該技術に寄与するものをさ
らにわか）やすく示すために１次に、本発明の好ましい
実施例のハードウェア面を幾分詳しく説明する。下記の
実施例は、モノクロメータ及び分光写真器のコリメーテ
ィングミラー及び集束ミラーとして使用するのに特に適
しているトーリックミラーの形態をとる非球面鏡の製造
を開示するものである。

第１図は、均一な基本曲率半径ＲＣＸを有する従来の球
面反射鏡を表わす二次元正面図である。第１図では、Ｒ
ｃは５００ｍＫ等しいと仮定している。

従って、ＵＣＸとＩｔｃｙも共に５００Ｈに等しい。

次に１第２図、第３図Ａ乃至Ｆ及び第４図を参照して説
明すると、高精度複製技術により製造された球面反射鏡
１０はＲ（：　＝　５００　ｗｔの基本曲率半径を有す
る。　Ｒｃｘ　＝　４６０５１ｗ及びＲｃｙ　＝　５０
０　Ｂというパラメータをもつトーリックミラーの形態
をとる非球面鏡を製造するに際しては、その結果を達成
するのに必要である本発明の様々な要素の構造を確定す
るために、一連の測定と計算を実行しなければならない
。

第３図Ａ乃至Ｆは、本発明の好ましい一実施例を示す。

これは、Ｒ（Ｈ＝５００ｍの基本曲率半径を有する複製
球面反射鏡の形態をとる第１の要素を含む。本発明のこ
の実施例においては、球面反射鏡は、第１の剛性係数を
もつ第１の要素としてのアルミニウム基板１２の上に形
成されている。

第３図Ｂ及び第３図Ｅに示すように１第１の要素１２の
背面１１を平坦な面である。本発明の一実施例では、第
１の要素１２の高さ、すなわち奥行は二分の−インチに
等しくなるように選択されておシ、第１の要素１２のＹ
軸に沿って、間隔をおいて、一連の３つの開口１６があ
けられている。開口１６の深さは四分の−インチである
。　　　　一 本発明のトーリックミラー社第２の要素１８をさらに含
むが、第３図Ａ乃至Ｆの実施例によれば、この要素社平
坦な前面２０と、平坦な背面２２を含み、その厚さは第
１の要素１２の厚さと等しくなるように二分の−インチ
になっている。本発明のこの特定の実施例においては、
第２の要素１８は、第１の要素１２の製造に利用される
アルミニウムの第１の剛性係数よシ相当に大きい第２の
剛性係数を有する鋼から製造される。通常、鋼はアルミ
ニウムの固有剛性係数の約３，５倍の固有剛性係数を有
している。

第２の要素１８は、第１の要素１２にある開口１６と厳
密に対応するように寸法を定められた一連の３つの互い
に離間して設けられている開口２４をさらに含む。複数
個のねじ２６は、第１の要素１２と第２の要素１８とを
一体に圧縮するための本発明の圧縮手段として利用され
る。

本発明の第３図Ａ乃至Ｆの実施例における境界面輪郭手
段２８は、シム３０，３２及び３４のような複数の特別
な形状のシムの形態をとる。これらのシム社第１の要素
１２と第２の要素１８との間の境界面ゾーア３６の中に
差込まれる。

次に、第４図を参照して、第３図のトーリックミラーに
関して境界面輪郭手段２８の特定の輪郭を確定する方法
を詳細に説明する。第３図Ａに示す通り、ここでは、便
宜上、Ｒｃｇ　＝４６０■及びＲｅ　ｖ　＝　５００ｍ
のパラメータを有するトーリックミラーを選択した。

第４図により示すように、まず、Ｘ軸曲率半径Ｒｃｘ　
”　４６０ｍを有する第１の球面と、Ｘ軸曲率半径Ｒｃ
ｘ＝５００■を有する第２の球面という２つの球面を選
択し、それらの球面について、Ｘ軸及び２軸に関する正
確な、スケーリングされたグラフ表示を描く。第４図に
は、それら２つの曲線は図中符号３８及び４０で示され
ており、第３図Ａの所望のトーリックミラーのパラメー
タＲｃ　ｘ　＝４６０■及びＲｃマ＝　ｓｏｏ　ｓｓｔ
に対応する。曲線３８及び４０は、シムの幅と厚さの寸
法を容易に確定できるようにするという目的で描かれる
。

第３図Ａ及び第４図に示す通り、まず、第１の要素１２
の反射面を、Ｘ軸に沿って、１群の幅の等しいセグメン
トに分割する。この場合、１０ｍ幅のＸ軸セグメントを
それぞれ選択している。各セグメントは図中符号Ｘ１．
Ｘ、、Ｘ、及（ｉ　Ｘ　ａ　（Ｄ　ＬＱずれか１つによ
シ指示されている。

第２図及び第４図に示すように、第１の要素１２０反射
面の中心からその外側縁部までの半径方向距離をｒ＝３
５ｍとして設定し且つそれぞれのシムの幅を１０雪と等
しくなるように設定した場合、横断面が矩形であるそれ
ぞれのシムの高さ、すなわち厚さを第４図のグラフから
直接、容易に測定することができる。

Ｙ軸曲率半径Ｒｃ１をひずみのない球面反射鏡の５００
諺の曲率半径と等しい状態に維持することが望まれるの
で、シムゾーンＸ！の中に配置される最も中央のシムの
厚さはゼロに等しい。すなわち、この中央のシムシーフ
の中にはシム扛配置されないことになる。この特定の関
係は、第３図りに示すようなシムゾーンＸｌの中の第１
の要素１２と第２の要素１８との間の境界面を参照する
か、あるいは、第４図において、シムゾーｙＸ１の中で
は曲線３８及び４０が半径方向距離ｒ　＝　０のところ
で互いに重なっていることに注目することにより、見て
とれる。

ここで、第２図及び第４図を参照して、シムゾーンＸ４
の中に配置される最も外側のシム３４の厚さを計算する
方法を詳細に説明する。以下では１０ｍ幅のシムゾーン
Ｘ４について詳細に説明する。ｌＯ■幅のシムゾーンＸ
＜Ｂ半径方向距離ｒ＝２５１から半径方向距離ｒ　”　
３５　ｍｍまで広がっている。

ｒ＝３０であるシムゾーンｘ４の中心で、Ｚ軸と平行に
、点４４及び４６で曲線３８と曲線４０の双方と交差す
るように水平の線４２を引く。従って、シム３４の高さ
、すなわち厚さは、点４４と点４６との距離差に対応す
る寸法線４８によつ　て表わされることになる。この距
離差は、シムゾーンＸ４の中でシム３４によシ曲線３８
に与えられなければならない円筒輪郭差に対応している
。

そこで、この特定の寸法について、シム３４社、シムゾ
ーンＸ４のセグメントの中で、下方に位置する球面反射
鏡１０の５００■の曲率半径Ｒｅｘを所望の小さい曲率
半径Ｒｃｘ””４６０ｗｍに偏向させることができる。

反射鏡の基板と、支持部材との固有剛性係数及び厚さの
比によってシムの厚さを修正すると、利用すべき適正な
シムの厚さが得られる。

第４図に示す種類のグラフにおいて同様の測定を行うこ
とによシ、シム３０及び３２の高さ、すなわち厚さを容
易に確定することができる。

第３図Ａ乃至Ｆに示すようなトーリックミラーの組立て
と製造を完全に行うために、球面反射鏡１０の第１の要
素１２と第２の要素１８との間の境界面ゾー／３６に、
６個の対を成すシム３０゜３２及び３４を１組として差
込み、トルク値を均等化するためにねじ２６を締める。

第３図Ｅは、曲率半径Ｒｃ　ｘ　””　Ｒｅ　ｖ　＝　
５００■を有する圧縮されず、ひずみのない従来の球面
鏡を成す第１の要素１２を示す。隣りの第３図りは、先
に説明した様々なねじ及び開口の形態をとる本発明の圧
縮手段によって第２の要素１８に圧接された後の第１の
要素１２を示す。図中符号５０で示す点線は、第３図Ｅ
のレンズ要素の圧縮前の曲率半径Ｒｃ　ｘ　＝　５００
露を表わす。実線５２は、要素１２及び１８と、対を成
すシム３０，３２及び３４との相互圧縮作用がどのよう
にして第１の要素１２の彎曲した反射面をＲＣＸ＝　４
６０　ｗｍである第２の形状へと偏向させるかを示して
いる。

第３図りの断面図に示すように、鏡面のＲｅ、＝５００
　ｗｍからＲｃｍ＝　４６０　ｗｍへのこの特定の偏向
角度ＩＩｉＸ軸でのみ起こるという点に注目することが
大切である。シムゾーンＸＩＫａシムが差込まれていな
いため、Ｙ軸に関する曲率半径Ｒｅ　ＹＦｉ＋１は５０
０箇に等しいままである。第２図に矢印５４により示す
通り、Ｘ軸からの半径方向距離を一定に保った状態でＹ
軸を中心として角運動を行うことによシ、曲率半径は変
化しながら絶えず大きくなる結果となるが、Ｘ軸では曲
率半径は４６０■に等しくなＪ、Ｙ軸でａ、ｓｏｏ■の
曲率半径に達するまで＃１ば連続的に増加する。

第３図Ｆは、Ｒｃｘ”４６０■及びＲｅ　ｖ　＝　５０
０露を有するトーリックミラーに再構成されるべき基本
曲率半径ｕｃ＝５００ｍを有する球面反射鏡と関連して
採用するための様々なシムの厚さの値を示す表である。

この第３図Ｆには、球面反射鏡の半径が４２．５■であ
るときのシムの厚さの値と、各シムの対応するシムゾー
ン位置とを示す。

次に、第５図Ａから第５図Ｅを参照して、トーリックミ
ラーとしての本発明の第２の実施例を説、　　明す占。

この場合、複数のシムの形態をとる境界面輪郭手段は、
Ｙ軸曲率半径ＲｃＴより大きいＸ軸曲率半径ＲｅＸを得
るために、境界面ゾーン３６の中に円筒輪郭差を形成す
る。尚、Ｒｃｙは偏向前の球面反射鏡の基本曲率半径Ｒ
ｃに相当する。

本発明の第５図Ａ乃至Ｆの実施例においては、開口１６
及び２４と、ねじ２６との組合せという形態をとる圧縮
手段は、第１の要素１２及び第２の要素１８のＸ軸に沿
って向きを定められている。

第３図の実施例では、同様の構造が２つの要素１２及び
１８のＹ軸に沿って向きを定められていた。

このように第５図Ａ乃至Ｆの圧縮手段を直交する向きに
配置すると共に、シムゾーンＸ１に中央シム５６を配置
し、シムゾーンｘ２には中間シム５８を配置し、シムゾ
ーｙＸ、には外側シム６０を配置し且つ最も外側のシム
ゾーンＸ４ではシムを全く使用しないことにより、Ｙ軸
曲率半径ＲｃＹ並びに球面反射鏡１０の基本曲率半径Ｒ
ｃ：を越えるＸ軸曲率半径Ｒｅｘが得られる。

第５図に示す本発明の同等ではあるが、構造上は明確に
異なる実施例のシムの厚さは、第４図に示す種類のグラ
フを使用することによシ計算される。本発明の第５図の
実施例の場合、Ｒｃｘ＝５６０■及びＲｃ　ｖ　”　５
００■と仮定した。まず、第４図に関連して先に説明し
た通りに対応する曲線をグラフに描くのであるが、ここ
では、大きい＃１うの曲率半径（Ｒｃｘ＝　５６０■）
に対応する曲線を、小さいほうの（Ｒｅ　ｖ　＝　５０
０■）の曲線と交差するまで正の２軸に沿ってずらすと
いう点が異なる。中央シム５６の厚さは、Ｘ＝Ｏ（２つ
の曲線の中心）であるところの２つの曲線の２軸に沿っ
た距離差に相当する。

第５図Ｆは、球面反射鏡がｒ　＝　４２−５−の半径を
有し且つシムゾーンの幅が１０■であるときに、第５図
Ａから第５図Ｅに関連して挙げたＲｃｘとＲｃＹの値を
得るためのシムの厚さの値を表わす表である。この単紙
化した例では、反射鏡の基板と支持部材の基板の固有剛
性係数及び厚さが及ぼす影響を特に考照しなかった。

本発明の第３図の実施例と第５図の実施例の双方につい
て、実施の便宜上、第４図のグラフ表示方法に従ったシ
ムの厚さの確定は、実際には第１の要素１２の背面と最
初に接触する第３図に示す縁部６２などのシムの縁部で
はなく、１０一幅の各シムの中心点で行われる。このよ
うにシムの厚さ計算ポイントを変更すると、最良の実ワ
ールド結果が得られ、また、シム表面の縁部と、第１の
要素１２の背面の対応する接触点との弾性変形に対応で
きる。この実ワールド対応は、以上引用したような本発
明の第３図及び第５図の実施例の構造と作用の詳細な説
明を見れば、当業者には容易に明らかになるであろう。

次に、第６図ＡとＢに関して説明する。本発明の圧縮手
段が第３図及び第５図に示した特定のノー−ドウエア構
成に限定されないことを実証するために、第６図には、
第１の要素１２を第２の要素１８に関して圧縮して、球
形鏡面の所望のＸ軸偏向を得る圧縮手段の別の形態が示
されている。

本発明の第６図ＡとＢの実施例においては、圧縮外枠６
４は第１の要素１２の外周縁部を把持する。この外枠６
４は、第１の要素１２及び第２の要素１８と、それらの
要素１２及び１８の間の境界面ゾーンの中に配置される
シム、すなわちシム面６６の形態をとる境界面輪郭手段
との間に必要な圧縮力を加えるために、外枠６４の内面
を第２の要素１８の下面から離間する方向へ偏向させる
ように締付けられる複数個のねじを含む。

球面反射鏡のＹ軸曲率半径をほとんど修正せずにそのＸ
軸曲率半径を修正するために、第１の要素１２を第２の
要素１８に対して偏向させるという目的を達成するため
の数多くの他の異なる形態の圧縮手段は、当業者には容
易に明らかになるであろう。

第７図Ａから第７図Ｅは、第１の要素１２と第２の要素
１Ｂとの間の境界面ゾーンの中の輪郭差を形成するため
の本発明の境界面輪郭手段を実現する様々な、互いに異
なってはいるが同等である方法に対応する一連の断面図
を示す。

第７図Ａでは、シムの形態をとる境界面輪郭手段を使用
せず、代わりに、第１の要素１２の下面に凹形円筒輪郭
を形成している。この凹面の輪郭差は、複数の互いに離
間するシムの形態をとる境界面輪郭手段について先に第
４図に関連して説明したように計算される。本発明の第
７図Ａの実施例は、Ｒｃｘ＞Ｒｅｖである非球面鏡を捉
供する。

第７図ＢＦｉ、Ｒｃ　ｘ　）　Ｒｅ　ｖである非球面鈍
を製造するための輪郭差面を表わす凸面の形態をとる境
界面輪郭手段を有する本発明の一実施例を示す。

第７図Ｃは、凹面を含むものとして示されているが、凸
形シム面として構成されても同じように適切に使用でき
るであろうと考えられる一体のシム面を示す。本発明の
第７図Ｃの実施例は、第３図及び第５図に示すような複
数の互いに離間する個別のシムの代わりに使用可能であ
ろう。

第７図りは、本発明の境界面輪郭手段のさらに別の実施
例を示す。この場合には、輪郭差面社、Ｒｅｘ＞Ｒゎ、
である非球面鏡を得るために第２の要素１８の前面に凸
面として形成されている。

第７図Ｅは、本発明の境界面輪郭手段のさらに別の実現
形態を示す。この場合には、Ｒｅｘ＜　Ｒｅｖである非
球面鏡を形成するために、第２の要素１８の前面に凹面
が形成されている。

第７図Ａ乃至Ｅに示す境界面輪郭手段の様々な実施例に
より明らかになったように、本発明の境界面輪郭手段を
実現する他の数多くの異なる方法は当業者には容易にわ
かるであろう。

光学複製技術を利用すると、本発明による非球面鏡の大
量生産を実現することができる。採用さ　れる方法の第
１の工程では、先に説明したように、本発明を利用して
きわめて正確に規定された非球面を製造する。次に、本
発明によって製造した面から、きわめて正確で高品質の
マスター非球面を作製する。最後に、マスター非球面を
使用して、光学工業の分野で回折格子や鏡の製造に広く
採用されているような標準の光学複製技術に従い、非球
面鏡を大量に製造する。この方法は、他の方法では大量
に製造するのが非常に困難であるトーリックミラーの大
量生産に特に適している。

反射鏡の鏡面に小さいが、調整された力を誘導するよう
に本発明に圧電素子を導入することにより、鏡の非球面
変形を能動的に微調整することができる。セラミック圧
電エキスパンダスラブを様々な形状と向きをもクシムや
、基板、境界面輪郭手段及び圧縮装置に加工することが
できる。スラブの両面にまたがって電圧を印加すると、
電圧の極性に応じてスラブは膨張又紘収縮し、ねじ２６
又はその他の圧縮装置によシ加えられる主要な応力に対
してプラス又はマイナスの小さな応力を誘導する。

この概念を第３図を参照することによシ図解できる。第
３図Ａに示すシムＸ４を、圧電エキスパンダスラブと置
換える。スラブの両面にまたがって電圧を印加すると、
スラブは鏡面にわずかな、調整された偏向を誘導して、
Ｘ軸曲率半径を変化させる。

トーリックミラーを採用するモノクロメータ又は分光写
真器の最適の光学的性能は、コリメーティングミラーか
ら回折格子に至る放射が正しくコリメートされないよう
な条件の下で得られる。すなわち、装置の正味焦点距離
は、回折格子が使用される角度によって決まる。大きな
スペクトルの走査が要求される場合には、装置の焦点を
変更することができる。そのような変更は小さいもので
、第３図に示すようなシムｘ４の代わシに圧電エキスパ
ンダスラブを使用して鏡をライ−キングすることにより
修正されても良い。

第８図は、ツエルニ−・ターナ−式モノクロメータ又社
エバート式モノクロメータなどの従来のモノクロメータ
のコリメーティングミラー６８及び／又は集束ミラー７
Ｇとして本発明の非球面鏡を適用した場合を示す。図中
符号１１により示すｘ、ｙ及び２軸の図表は、第３図、
第４図及び第５図に関連して一律に説明したような非球
面鏡の軸、特にトーリックミラーの軸への第８図のモノ
クロメータのｘ、ｙ及び２軸の対応を示す。

本発明のトーリックミラーを使用するモノクロメータの
特定の一実施例においては、コリメーティングミラー６
８及び集束ミラー１０は下記の曲率半径を有するように
選択されている。

第１表 ｌ　　Ｒｃ、　　ｌ　　５００＋ｗ＋　　ｌ　　５００
５ａ　　ＩＩＲｃｘ１５６５ｍＩＩ４６０■１ 本発明の第８図の実施例では、入射スリットｒＥＪと、
ミラーｆＭＬｌと、コリメーティングミラー６８との間
の距離は２５０　ｗａｇに等しい。射出スリットｒｘＪ
と、ミラー「Ｍｚ」と、集束ミラー７０との間の距離ｔ
ｉ　２６０ｍに等しい。

第８図のモノクロメータに適用した場合のコリメーティ
ングミラー６８及び集束ミラー７０を製造する方法とし
ては様々なものが考えられるであろう。コリメーティン
グミラー６８の曲率半径ＲｅＹは、Ｒｃ＝５００■を有
する基本球面反射鏡を、Ｒｃｘ＝５６５ｍを得るために
外方へ偏向することにより製造されても良い。あるいは
、Ｒｅ＝５６５■の基本球面反射鏡を使用し、Ｒｃｙ＝
５００−を得るために、それをＹ軸に沿って内方へ偏向
することもできるであろう。集束ミラーＴＯも、いずれ
か一方の方法を利用して製造できるであろう。本発明を
現実に実施してみることにより、第３図に示すような内
方へ偏向させる方法で最も正確なトーリックミラー鏡面
形状が得られることがわかった。

本発明の第８図の実施例において、先に挙げたようなモ
ノクロメータのパラメータを採用したとき、ミラーＭｌ
と、コリメーティングミラー６８と、回折格子７２との
間の偏向角度は２２°である。

本発明のトーリックミラー社きわめて高精度であるとい
う特徴を備えているため、著しい収差又は非点収差を発
生せずにこの異常に広い角度に対応しうるｔｌｉど、き
わめて低いゆがみレベルで動作することができる。コリ
メーティングミラーと集束ミラーの、非点収差の増大を
伴なわない開きによって、小型の装置を設計することが
可能になる。

従来の構成によるモノクロメータでは、ミラーの開きに
よって非点収差は著しく大きくな９、その増加は、２つ
のミラーの光軸が回折格子に対して成す角度の２乗分で
ある。

次に、第９図に関して説明する。図示されるように、本
発明の非球面鏡は、出力波長λ２を画像平面Ｔ６に集束
する分光写真器においてコリメーティングミラー６８及
び集束ミラーＴＯとして構成されている。第９図の実施
例では、装置はスペクトル検出器として一次元又は二次
元検出器アレイ７４を具備するものとして示されている
。

従来の装置の場合、分光写真器の出力は出力波長λ２に
対し直交する画像平面７６に集束されるのが普通である
が、本発明のトーリックミラーの構造によれば、出力ビ
ームは、直交画像平面１６に対して角度を成して傾斜し
ている画像平面７８に集束される。出力ビームλ２が画
像平面Ｔ８に関して左右方向に偏向されるにつれて、こ
の傾斜角度のために、分光写真器の焦点距離は増減する
。

次に、第１０図に関して説明する。図示されるように、
本発明のトーリックミラーは、−次元文社二次元検出器
アレイ７４に一連の出力波長を集束する分光写真器にお
いてコリメーティングミラー６８及び集束ミラー１０と
して構成されている。

この場合も、分光写真器の出力ビームは、直交画像平面
に関しである傾斜角度を成す画像平面７８に集束画像を
形成する。この装置の最適の傾斜角度は約１１であると
計算されている。

本発明のトーリックミラーをモノクロメータ又は分光写
真器のいずれかに適用するとき、ミラ一軸を特定の向き
に設定すると最適であることがわかっている。以下の第
２表は、コリメーティングミラー６８及び集束ミラー７
Ｇの様々な向きにつ″ＣｆｌｔＭ９−＠ｔｙｒ、・　　
　−ｍ−第２表 優　　　　　　Ｒｖ　＞　Ｒｘ　　　　　Ｒｔ　＜　Ｒ
ｘ良　　　　　　Ｒｖ　＜　Ｒｘ　　　　　ＲＹ　＞　
Ｒｘ劣　　　　　　Ｒｖ　＞　Ｒｘ　　　　　Ｒｖ　＞
　Ｒｘ劣　　　　　Ｒｖ　＜　Ｒｘ　　　　Ｒｖ　＜　
Ｒｘ本発明のトーリックミラーの相対光学的性能を適切
な光学コンピュータソフトウェアにより計算して、様々
な性能パラメータに関し、高品質球面鏡の光学的性能と
比較することができる。以下の第３表は、本発明のトー
リックミラーについて選択した計算上の光学的性能パラ
メータを、従来の高品質球面鏡の性能パラメータと比較
したものである。

第３表 トーリックミラー 光学パラメータ　　球面鏡””　　（，，ｊ、位ア計算
）球面収差（Ｘ、Ｙ）　　　　０．６４　　　　　　０
コマ収差（Ｙ）　　　　　１．１０　　　　　　０非点
収差（Ｘ、Ｙ）　　　　０．６５　　　　　　０．０２
４ｒ＝種々 曲率半径　　・＝　５００　　　（第２表向淀）本発明
のトーリックミラーの計算上の性能パラメータは、従来
の球面鏡系に対して約５０００　％すぐれていることを
示している。測定により確定された実際の性能特性が計
算上の性能特性の約５０−であると仮定すると、内輪に
見積もって、本発明のトーリックミラーは球面鏡と比較
して約２５００−の改善を含む光学的成果をあげるもの
と想定できるであろう。

ねじ１６に加えられるトルクを増加すること及び／又は
シムの厚さを変更することにより、本発明の非球面鏡の
Ｘ軸曲率半径Ｒｅ８を限定された範囲内で「同調」して
も良い。ねじのトルクレベルをわずかに調整すると、鏡
面の様々な部分を限定された範囲内で調整、すなわちラ
イ−キングして、特定の適用用途におけるそのミラーの
光学的性能を最適化することができる。一連の精巧にね
じ切シされたねじの形態をとる圧縮手段を、剛性の高い
第１及び第２の要素と組合せて使用することにより、振
動、温度、老化又はその他の外部環境変数による悪影響
を受けないきわめて安定した鏡面が得られる。

以上の説明の中では、第１の要素１２は二分の−インチ
の厚さでアルミニウムから製造され、一方、°第２の要
素１８は二分の−インチの厚さで鋼から製造されるもの
として説明した。その代わりに、第２の要素１８が第１
の要素１２に対して所望のより高い剛性を得ることがで
きるように、アルミニウムを利用するが、１インチ程度
の厚さを増すことによって、第１の要素１２に対する第
２の要素１８の所望の高い剛性係数を実現しても良い。

別の実施例においては、第１の要素１２と第２の要素１
８の双方を、二分の−インチの等しい厚さでアルミニウ
ムから製造しても良い。この明確に異なる実施例では、
第１の要素と第２の要素は、共に、境界面輪郭手段によ
り与えられる輪郭差に応じて、Ｘ軸に関して等しいが、
互いに逆方向の量だけ偏向する。従って、その偏向の結
果として起こる境界面輪郭手段によるＲｃｘの変化は、
第２の要素１８として剛性の鋼製要素を使用したときの
約半分である。設計を適切に考慮すれば、本発明のこの
実施例により、第１の要素１２と第２の要素１８の剛性
係数が等しくとも、第１の要素１２０反射面の所望の調
整された彎曲、すなわち偏向と同等の機能を達成するこ
とができる。

開示された非球面鏡、特にトーリックミラーを様々に変
形して良いこと、及び特定して述べ、先に説明した好ま
しい形態以外の多数の実施例の形態をとりうろこと社当
業者には明白であろう。非球面鏡、特にトーリックミラ
ーは、第８図から第１０図に関連しで図示し且つ説明し
たモノクロメータ及び分光写真器への適用以外の多くの
画像形成の用途に適用されても良い。その例としては、
反射望遠鏡の対物レンズや、顕微鏡、双眼鏡及び単ｌｌ
ｌ！鏡への適用が挙げられる。第４図の測定は、デジタ
ルコンピュータにより容易且つ迅速に実行できるであろ
う。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨に含
まれる本発明のこのような変形の全てを包含するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＲｃｘがＲｃｙと等しい従来の球面反射鏡を
簡略化して表わす二次元図、 第２図は、トーリックミラーを製造するために、Ｘ軸に
沿った加法差円筒成分により球面債をどのようにして変
形できるかを簡略化して示す二次元図、 第３図Ａから第３図Ｆは、Ｘ軸曲率半径ＲｅｘがＹ軸曲
率半径Ｒ０より小さいトーリックミラーを製造するため
に、複数の個別のシムから形成されるシム面を球面反射
鏡と組合せてどのようにして使用できるかを示す本発明
の好ましい一実施例の一連の二次元図、 第４図は、本発明の第２図及び第３図の実施例に関連す
るシムの寸法をどのようにして計算すれば良いかを示す
グラフ、 第５図Ａから第５図Ｆは、Ｘ軸曲率半径ＲｃｘがＹ軸曲
率半径ＲｃＹより大きいトーリックミラーを製造するた
めに、複数の個別のシムから形成されるシム面を球面反
射鏡と組合せてどのようにして使用できるかを示す本発
明の好ましい一実施例の一連の二次元図、 第６図Ａ及び第６図Ｂは、球面反射鏡のＸ軸曲率半径を
偏向して、非球面鏡を製造するために、外枠の形態をと
る圧縮装置を使用する本発明の別の実施例を示す図、 第７図Ａから第７図Ｅは、それぞれ、本発明による非球
面鏡を製造するために必要とされる種類の輪郭差を形成
することができる様々に異なる境界面輪郭装置を示す図
、 第８図は、本発明なよる非球面鏡、特にトーリックミラ
ーをコリメーティングミラー及び集束ミラーとしてどの
ように組込めるかを示すモノクロメータの簡略図、 第９図は、発散内部光ビームと、収束内部光ビームの双
方を有し、本発明による非球面鏡、特にトーリックミラ
ーがコリメーティングミラー及び集束ミラーとして利用
されている第１の構成の分光写真器の簡略図、 第１０図は、ダイオードアレイＴ４上の焦点に集束され
る様々に異なる波長を示す第９図の分光写真器の拡大図
である。 １０−・・・球面反射鏡、１２・・・・第１の要素、１
６・・・・開口、１８・−・・第２の要素、２４・・・
・開口、２６・・・・ねじ、２８・・・・境界面輪郭手
段、３０．ｊ２，３４・・・・−シ・、３６・・・・境
界面ゾーｙ）５４・・・；・° ・外枠。 手続補正書く方式》 平成　　年　　月　　日 ２．１１．２９

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ａ、一定の曲率半径と、Ｘ軸曲率半径を有するＸ
   軸と、Ｙ軸曲率半径を有するＹ軸と、Ｚ軸とを含む球面
   反射鏡を規定する前面と、離間した背面とを有し、第１
   の剛性係数を有するように製造されている第１の要素と
   ； ｂ、境界面ゾーンに沿つて第１の要素の背面に相応する
   大きさに規定された前面を有し、第２の剛性係数を有す
   るように製造されている第２の要素と； ｃ、球面反射鏡のＹ軸曲率半径をほとんど修正せずにＸ
   軸曲率半径を修正するようにアライメントされ、第１の
   要素と第２の要素との間の境界面ゾーンの中に輪郭差を
   形成する境界面輪郭手段と； ｄ、球面反射鏡のＹ軸曲率半径をほとんど修正せずにそ
   のＸ軸曲率半径を修正するために、第１の要素と第２の
   要素を共に圧縮して、第１の要素を第２の要素に対して
   偏向させ、それにより、境界面輪郭手段によつて確定さ
   れた修正Ｘ軸曲率半径と、ほぼ変化していないＹ軸曲率
   半径とを有する非球面鏡を得る圧縮手段とを具備する非
   球面鏡。
2. （２）ａ、一定の曲率半径と、Ｘ軸曲率半径を有するＸ
   軸と、Ｙ軸曲率半径を有するＹ軸と、Ｚ軸とを含む球面
   反射鏡を規定する前面と、離間した背面とを有し、第１
   の剛性係数を有するように製造されている第１の要素を
   提供する工程と； ｂ、境界面ゾーンに沿つて第１の要素の背面に相応する
   大きさに規定された前面を有し、第２の剛性係数を有す
   るように製造されている第２の要素を提供する工程と； ｃ、第１の要素と第２の要素との間の境界面ゾーンの中
   に輪郭差を形成し、その輪郭が球面反射鏡のＹ軸曲率半
   径をほとんど修正せずにＸ軸曲率半径を修正するように
   アライメントされる工程と； ｄ、球面反射鏡のＹ軸曲率半径をほとんど修正せずにそ
   のＸ軸曲率半径を修正するために、第１の要素と第２の
   要素を共に圧縮して、第１の要素を第２の要素に対して
   偏向させ、それにより、境界面輪郭手段によつて確定さ
   れた修正Ｘ軸曲率半径と、ほぼ変化していないＹ軸曲率
   半径とを有する非球面鏡を得る工程とから成ることを特
   徴とする非球面鏡を製造する方法。
3. （３）ａ、一定の曲率半径と、Ｘ軸曲率半径を有するＸ
   軸と、Ｙ軸曲率半径を有するＹ軸と、Ｚ軸とを含む球面
   反射鏡を規定する前面と、離間した背面とを有し、第１
   の剛性係数を有するように製造されている第１の要素を
   提供する工程と； ｂ、境界面ゾーンに沿つて第１の要素の背面に相応する
   大きさに規定された前面を有し、第２の剛性係数を有す
   るように製造されている第２の要素を提供する工程と； ｃ、第１の要素と第２の要素との間の境界面ゾーンの中
   に輪郭差を形成し、その輪郭が球面反射鏡のＹ軸曲率半
   径をほとんど修正せずにＸ軸曲率半径を修正するように
   アライメントされる工程と；ｄ、球面反射鏡のＹ軸曲率
   半径をほとんど修正せずにそのＸ軸曲率半径を修正する
   ために、第１の要素と第２の要素を共に圧縮して、第１
   の要素を第２の要素に対して偏向させ、それにより、境
   界面輪郭手段によつて確定された修正Ｘ軸曲率半径と、
   ほぼ変化していないＹ軸曲率半径とを有する非球面鏡を
   得る工程と； ｅ、前記非球面鏡からマスター非球面鏡を製造する工程
   と； ｆ、従来の光学面複製技術を使用して、前記マスター非
   球面鏡から複数の複製非球面鏡を複製する工程とから成
   ることを特徴とする非球面を複製する方法。