(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
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ターと
を有する広帯域望遠鏡。
【請求項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。
【請求項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、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。
【請求項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。
【請求項５】
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ター
を有する広帯域望遠鏡。
【請求項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、
前記検出器は、超伝導トンネル接合素子である
広帯域望遠鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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入射する天体観測に用いて好適な広帯域望遠鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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ペクトルの発見が望めないものである。
【０００４】
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、δ（＝１−ｎ）も消衰係数κも１より十分に小さいために、垂直入射の反射率がバルクで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。
【０００５】
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ー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った。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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った。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
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ようとするものである。
【００１０】
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ようにした広帯域望遠鏡を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、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、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ーの光のみを選択的に上記検出器に入射させるフィルターとを有するようにしたものである。
【００１２】
従って、本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、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って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、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きる。
【００１３】
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、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ー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、フィルター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エネルギーの範囲を変更することが可能になる。
【００１４】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、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能になる。
【００１５】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、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。
【００１６】
従って、本発明のうち請求項３に記載の発明によれば、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。
【００１７】
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。
【００１８】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、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能になる。
【００１９】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の発明において、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ーの光のみを選択的に上記検出器に入射させるフィルターを有するようにしたものである。
【００２０】
従って、本発明のうち請求項５に記載の発明によれば、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ー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、フィルター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エネルギーの範囲を変更することが可能になる。
【００２１】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、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項に記載の発明において、上記検出器は、超伝導トンネル接合素子であるようにしたものである。
【００２２】
従って、本発明のうち請求項６に記載の発明によれば、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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付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。
【００２４】
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。
【００２５】
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（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｔｉｎｇ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＳＴＪ）１６とを有して構成されている。
【００２６】
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２０ａ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２０ｂ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２０ｃで開口している。また、本体部２０を前方側２０ｄと後方側２０ｅとに分ける壁部２０ｆと、壁部２０ｆから延設された支持部２０ｇとを有するものである。
【００２７】
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Ｏ−Ｏ（図２における一点鎖線参照。）に一致しているものである。
【００２８】
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、ウォルター（Ｗｏｌｔｅｒ）Ｉ型の略円筒状の非球面反射鏡１２ｃと、本体部２０の壁部２０ｆに配設されたフィルター３４とを有して構成されている（図３参照）。
【００２９】
この非球面反射鏡１２ｃは、本体部２０の前方側２０ｄの開口部２０ｃ近傍に配設された複数の反射鏡３０からなる放物面１２ａと、本体部２０の壁部２０ｆ近傍に配設された複数の反射鏡３２からなる双曲面１２ｂとにより構成される。
【００３０】
放物面１２ａを構成する複数の反射鏡３０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３０ａを備えている。一方、双曲面１２ｂを構成する複数の反射鏡３２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３２ａを備えている。そして、反射鏡３０の表面部３０ａならびに反射鏡３２の表面部３２ａには、Ａｕ（金）またはＰｔ（白金）のコーティングが施されている。
【００３１】
そして、複数の反射鏡３０それぞれと複数の反射鏡３２のそれぞれとが１対１で対応するようにして、光軸Ｏ−Ｏを中心とした同心円状に多重に配設され、本体部２０の開口部２０ｃ側から放物面１２ａ、双曲面１２ｂの順で位置するようになされている。即ち、放物面１２ａの反射鏡３０の一方の端部３０ｂは、本体部２０の開口部２０ｃ近傍に位置し、反射鏡３０の他方の端部３０ｃと反射鏡３２の一方の端部３２ｂとが近接し、反射鏡３２の他方の端部３２ｃが本体部２０の壁部２０ｆ側に位置している。
【００３２】
フィルター３４は、中央部位に略円形形状の孔３４ａが穿設された略リング形状体であって、本体部２０の壁部２０ｆに配設されて反射鏡３２の端部３２ｃの近傍に位置している。このフィルター３４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。
【００３３】
一方、直入射光学系部１４は、斜入射光学系部１２の放物面１２ａと双曲面１２ｂとからなる略円筒状の非球面反射鏡１２ｃの内径側に位置しており、本体部２０の前方側２０ｄにおいて支持部２０ｇに支持された反射鏡４０と、支持部２０ｇから延設された前方腕部２０ｈに支持された反射鏡４２と、支持部２０ｇから延設された後方腕部２０ｉに支持されたフィルター４４とを有して構成されている（図４参照）。
【００３４】
これら反射鏡４０、反射鏡４２ならびにフィルター４４からなる直入射光学系部１４は、斜入射光学系部１２の非球面反射鏡１２ｃ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。
【００３５】
つまり、主鏡たる反射鏡４０の表面部４０ｂと副鏡たる反射鏡４２の表面部４２ａとが対向し、副鏡たる反射鏡４２によって光路が折り返されて、主鏡たる反射鏡４０の背面部４０ｃ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１６が配置されている。また、反射鏡４０、反射鏡４２ならびにフィルター４４はそれぞれ、反射鏡４０の中心、反射鏡４２の中心、ならびにフィルター４４の中心が、広帯域望遠鏡１０の光軸Ｏ−Ｏに一致するようにして配設されている。
【００３６】
反射鏡４０は、全体が円形の皿状体４０ａであり、中心部位には表面部４０ｂと背面部４０ｃとにおいて開口する孔部４０ｄが穿設されている。また、皿状体４０ａの表面部４０ｂは、孔部４０ｄ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）。
【００３７】
そして、この略リング形状の表面部４０ｂの全領域において、所定の屈折率を有する第１の層４０ｅ−１を形成し、当該第１の層４０ｅ−１上に当該第１の層４０ｅ−１の屈折率とは異なる屈折率を有する第２の層４０ｅ−２を積層する。さらに、これら第１の層４０ｅ−１と当該第１の層４０ｅ−１に積層された第２の層４０ｅ−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４０ｂには多層膜４０ｅが形成されている。
【００３８】
具体的には、第１の層４０ｅ−１は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｏ（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４０ｅ−２は、例えば、Ｃ（炭素）、Ｓｉ（ケイ素）などの軽元素によって形成されるものである。
【００３９】
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４０ｅ−１と第２の層４０ｅ−２との膜厚たる周期長ｄがブラッ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４０ｅ−１と第２の層４０ｅ−２との境界面で反射され、当該第１の層４０ｅ−１と第２の層４０ｅ−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い反射率で反射されることになるものである。
【００４０】
ここで、反射鏡４０の表面部４０ｂに形成された多層膜４０ｅは、周期長ｄの異なる多層膜である。つまり、多層膜４０ｅの周期長ｄが多層膜４０ｅの深さ方向（図５（ｂ）参照）において連続的に変化している。より詳細には、反射鏡４０の表面部４０ｂの多層膜４０ｅにおいては、多層膜４０ｅの深さ方向に沿って、表面４０ｅｅから遠ざかるほど周期長ｄが短く、表面４０ｅｅ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。
【００４１】
従って、図５（ｂ）に示すように、表面４０ｅｅから遠い周期長ｄ１と、深さ方向における中位の周期長ｄ２と、多層膜４０ｅの表面４０ｅｅ近傍の周期長ｄ３とは、周期長ｄ１＜周期長ｄ２＜周期長ｄ３の関係となる。
【００４２】
こうした反射鏡４０の表面部４０ｂの多層膜４０ｅ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４０ｅ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４０の多層膜４０ｅの異なる周期長ｄ（例えば、周期長ｄ１、ｄ２、ｄ３）それぞれの第１の層４０ｅ−１と第２の層４０ｅ−２との境界面でブラッ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。
【００４３】
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化させた多層膜」を、「スーパーミラー」と適宜称することとする。
【００４４】
一方、反射鏡４２の表面部４２ａは凸面で、スーパーミラーにより構成されている。この反射鏡４２のスーパーミラーは、反射鏡４０の凹面たる表面部４０ｂを構成するスーパーミラー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４２の表面部４２ａは、反射鏡４０の表面部４０ｂ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。
【００４５】
なお、反射鏡４０の表面部４０ｂならびに反射鏡４２の表面部４２ａにスーパー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。
【００４６】
また、フィルター４４は、略円盤状体であって、本体部２０の後方支持部２０ｉに支持されて、反射鏡４０の背面部４０ｃ側であって孔部４０ｄの近傍に位置している。このフィルター４４は、光量の調節を行うものである。
【００４７】
次に、超伝導トンネル接合素子１６は、ジョセフソン素子の一種であり、薄い絶縁膜（例えば、アルミナ）を超伝導金属薄膜（例えば、ニオブ）で挟み込んだ構造を有している。
【００４８】
当該超伝導トンネル接合素子１６は、上記したように斜入射光学系部１２からの反射光と直入射光学系部１４からの反射光が集光される検出器である。より詳細には、０．３Ｋ程度の極低温で動作し、当該超伝導トンネル接合素子１６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。
【００４９】
そして、超伝導トンネル接合素子１６の超伝導金属薄膜に入射した光のエネルギーが吸収されると、当該超伝導金属薄膜中のクーパー対の解離とフォノンの発生とが引き起こされる。さらに、発生したフォノンがクーパー対を解離するという過程が１０−１２秒程度の時間内で生起されることとなる。
【００５０】
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。
【００５１】
このように、当該超伝導トンネル接合素子１６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。
【００５２】
具体的に、図６（ａ）には、超伝導トンネル接合素子１６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１６の表面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１６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１６の光子の吸収率は９５％以上である。
【００５３】
また、超伝導トンネル接合素子１６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１６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。
【００５４】
なお、図７には、超伝導トンネル接合素子１６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１６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１６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１６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。
【００５５】
そして、超伝導トンネル接合素子１６の前段には、フィルター５０が配設されている。フィルター５０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、フィルター５０によって赤外線が遮断され、超伝導トンネル接合素子１６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１６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。
【００５６】
また、超伝導トンネル接合素子１６に光が入射すると、入射された光のエネルギー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エネルギー用の回路とが配設されている。
【００５７】
以上の構成において、本発明による広帯域望遠鏡１０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１２の反射鏡３０の表面部３０ａに斜めに入射されるとともに、直入射光学系部１４の反射鏡４０の表面部４０ｂに略垂直に入射される。
【００５８】
そして、斜入射光学系部１２においては、反射鏡３０の表面部３０ａ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１２の非球面反射鏡１２ｃで２回反射される。
【００５９】
即ち、斜入射光学系部１２の放物面１２ａを構成する複数の反射鏡３０それぞれの端部３０ｂ側から広いエネルギー帯域の光が入射すると、反射鏡３０の表面部３０ａ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３０の表面部３０ａにおいて反射される。そして、反射鏡３０の表面部３０ａにおいて反射された光は、斜入射光学系部１２の双曲面１２ｂを構成する複数の反射鏡３２それぞれの表面部３２ａに斜めに入射し、反射鏡３２の表面部３２ａにおいて反射される。
【００６０】
こうして反射鏡３２の表面部３２ａにおいて反射された光、即ち、反射鏡３０の表面部３０ａ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ター３４に入射する。そして、フィルター３４によって極端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ター３４を透過して、超伝導トンネル接合素子１６に集光される（図１０参照）。
【００６１】
一方、直入射光学系部１４においては、主鏡たる反射鏡４０の表面部４０ｂ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４０の表面部４０ｂの多層膜４０ｅを深さ方向に透過し、対応するの周期長ｄの第１の層４０ｅ−１と第２の層４０ｅ−２との境界面で反射される。
【００６２】
そして、当該第１の層４０ｅ−１と第２の層４０ｅ−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。
【００６３】
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４０の表面部４０ｂの多層膜４０ｅの表面４０ｅｅ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。
【００６４】
その結果、反射鏡４０の表面部４０ｂの反射率は、多層膜４０ｅの所定の周期長ｄの第１の層４０ｅ−１と第２の層４０ｅ−２との境界面それぞれの反射率との多層膜４０ｅの表面４０ｅｅの反斜率とが重ね合わされた反射率となる（図１０参照）。従って、反射鏡４０の表面部４０ｂによって、入射された広いエネルギー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。
【００６５】
こうして反射鏡４０の表面部４０ｂを構成するスーパーミラーによって反射された光は、副鏡たる反射鏡４２の表面部４２ａを構成するスーパーミラーによって反射される。
【００６６】
ここで、反射鏡４２の表面部４２ａを構成するスーパーミラーは、反射鏡４０の表面部４０ｂ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４０の表面部４０ｂを構成するスーパーミラーに応じて設計されている。このため、反射鏡４０の表面部４０ｂに入射された広いエネルギー帯域の光のうち、反射鏡４０の表面部４０ｂ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４２の表面部４２ａにおいて高い反射率で反射される。
【００６７】
そして、反射鏡４２の表面部４２ａで反射された光、即ち、反射鏡４０の表面部４０ｂ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４０の孔部４０ｄを通り抜けて、フィルター４４を透過して、超伝導トンネル接合素子１６に集光される。
【００６８】
こうして、広帯域望遠鏡１０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１２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１４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１６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。
【００６９】
この際、斜入射光学系部１２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１４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。
【００７０】
上記したようにして、本発明による広帯域望遠鏡１０においては、非球面反射鏡１２ｃを有する斜入射光学系部１２と、可視光から極端紫外線の領域における光に対応するスーパーミラーが形成された反射鏡４０を有する直入射光学系部１４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１６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１６によって分光検出される。
【００７１】
このため、本発明による広帯域望遠鏡１０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。
【００７２】
また、本発明による広帯域望遠鏡１０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ー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。
【００７３】
さらにまた、本発明による広帯域望遠鏡１０においては、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を高い反射率で反射するので、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超伝導トンネル接合素子１６は１つ配設すればよく、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１６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１０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。
【００７４】
なお、斜入射光学系部１２の非球面反射鏡１２ｃの開口部（即ち、反射鏡３０の端部３０ｂ側）の背面側、ならびに、直入射光学系部１４の主鏡たる反射鏡４０の背面側に超伝導トンネル接合素子１６が配設されるので、超伝導トンネル接合素子１６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。
【００７５】
また、本発明による広帯域望遠鏡１０は、所謂、ウォルター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ッドスペースに、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化が容易であり、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。
【００７６】
そして、直入射光学系部１４においては、主鏡たる反射鏡４０と副鏡たる反射鏡４２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１６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１２と直入射光学系部１４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。
【００７７】
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。
【００７８】
（１）上記した実施の形態においては、斜入射光学系部１２のフィルター３４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４０の表面部４０ｂの多層膜４０ｅ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。
【００７９】
例えば、フィルター３４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４０の表面部４０ｂの多層膜４０ｅの周期長ｄ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１２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１２と直入射光学系部１４との合成反射率は図１０とは異なり、図１１に示すようになる。
【００８０】
このように、直入射光学系部１４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ター３４を変更すると、フィルター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１０ならびに図１１参照）。
【００８１】
また、上記した実施の形態においては、フィルター４４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、フィルター４４は直入射光学系部１４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４４を配設しないようにして、直入射光学系１４の構成を簡潔化するようにしてもよい。
【００８２】
（２）上記した実施の形態においては、斜入射光学系部１２の反射鏡３０の表面部３０ａならびに反射鏡３２の表面部３２ａには、Ａｕ（金）またはＰｔ（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３０の表面部３０ａならびに反射鏡３２の表面部３２ａに、多層膜あるいはスーパーミラー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。
【００８３】
（３）上記した実施の形態において、直入射光学系１２のスーパーミラーにより構成される反射鏡４０と反射鏡４２との最上層、例えば、反射鏡４０の場合には図５（ｂ）に示す表面部４０ｂの多層膜４０ｅの最上層である表面４０ｅｅに、Ｐｔ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。
【００８４】
また、スーパーミラーの周期長ｄの変化なども、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を変化させるようにしてもよい。
【００８５】
さらに、上記した実施の形態においては、直入射光学系１２の反射鏡４０の表面部４０ｂの全域において同一のスーパーミラーが形成されるように、即ち、反射鏡４０には１種類のスーパー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４０の表面部４０ｂ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ーミラーを形成するようにしてもよい。この際、反射鏡４０のスーパーミラーの種類に応じて反射鏡４２のスーパーミラーの変更を行うようにするとよい。
【００８６】
（４）上記した実施の形態における斜入射光学系部１２の反射鏡３０ならびに反射鏡３２や直入射光学系部１４の反射鏡４０ならびに反射鏡４２の大きさや曲率など、あるいは、本体部２０の大きさや構成などは、当該反射鏡３０，３２，４０，４２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。
【００８７】
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１２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。
【００８８】
また、斜入射光学系部１２の非球面反射鏡１２ｃ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、ウォルター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１２ｃ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。
【００８９】
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ウォルター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、ウォルター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。
【００９０】
（５）上記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ォノンイベントにより、低エネルギー側の光のイベントを埋もれさせてしまう可能性がある。
【００９１】
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ター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。
【００９２】
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ター、例えば、Ａｌ／Ｃ（アルミニウム／カーボン）金属薄膜フィルターを用いることができ（図１４（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ターや干渉を利用したバンドパスフィルターなどを用いることができる。
【００９３】
また、こうしたバンドパスフィルターを用いることなしに、超伝導トンネル接合素子１６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ォノンイベントを分離するようにしてもよい。
【００９４】
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。
【００９５】
さらに、超伝導トンネル接合素子１６の前段に配設するフィルターとして、超伝導トンネル接合素子１６に入射する光量調節用のフィルターを用いるようにしてもよい。
【００９６】
（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１６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。
【００９７】
（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。
【００９８】
【発明の効果】
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。
【００９９】
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ー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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】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】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】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、（ｂ）は、（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、（ｂ）は、超伝導トンネル接合素子の表面の透過率を示すグラフである。
【図７】超伝導トンネル接合素子の極端紫外線から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である。
【図８】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、（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】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】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】本発明による広帯域望遠鏡を位置させる第１ラグランジュ点（Ｌ１）を示す説明図である。
【図１３】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、Ａｌ／Ｃ（アルミニウム／カーボン）金属薄膜フィルターの透過率を示すグラフである。
【符号の説明】
１０                広帯域望遠鏡
１２                斜入射光学系部
１２ａ              放物面
１２ｂ              双曲面
１２ｃ              非球面反射鏡
１４                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
２０ｃ              開口部
２０ｄ              前方側
２０ｅ              後方側
２０ｆ              壁部
２０ｇ              支持部
２０ｈ              前方腕部
２０ｉ              後方腕部
３０，３２          反射鏡
３０ａ，３２ａ      表面部
３０ｂ，３０ｃ，３２ｂ，３２ｃ        端部
３４，４４，５０    フィルター
３４ａ              孔
４０，４２          反射鏡
４０ａ              本体部
４０ｂ，４２ａ      表面部
４０ｃ              背面部
４０ｄ              孔部
４０ｅ              多層膜
４０ｅ−１          第１の層
４０ｅ−２          第２の層
４０ｅｅ            表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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