(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測対象の光線を集光する対物レンズと、この対物レンズからその焦点距離の略半分の位置に上記対物レンズに対向して設けられ、上記対物レンズからの入射光を反射する平面反射鏡と、上記対物レンズの光軸中心上に設けられ上記平面反射鏡からの反射光の焦点位置に設けた検出器と、上記平面反射鏡を浮かべる液体を容れる反射鏡浮遊槽とを備えたことを特徴とする写真天頂望遠鏡。
【請求項２】
上記反射鏡浮遊槽は、上記平面反射鏡を浮かべる水銀を容れたものであることを特徴とする請求項１に記載の写真天頂望遠鏡。
【請求項３】
上記平面反射鏡は、パッドを具備し、このパッドを介して上記平面反射鏡を上記反射鏡浮遊槽に浮かせたことを特徴とする請求項１に記載の写真天頂望遠鏡。
【請求項４】
観測対象の光線を集光する対物レンズと、この対物レンズからその焦点距離の略４分の１の位置に上記対物レンズに対向して設けられ、上記対物レンズからの入射光を反射する平面主鏡と、上記対物レンズと上記平面主鏡との間において上記平面主鏡に対向して設けられ、上記平面主鏡からの反射光を上記平面主鏡へ反射させる平面副鏡と、対物レンズの光軸中心上に設けられ上記平面主鏡からの反射光の焦点位置に設けた検出器とを備えたことを特徴とする写真天頂望遠鏡。
【請求項５】
上記平面反射鏡及び上記平面副鏡を浮遊槽に浮かべたことを特徴とする請求項４に記載の写真天頂望遠鏡。
【請求項６】
上記反射鏡浮遊槽は、複数の貯液槽と、この貯液槽に容れる液体を封入する封入膜と、上記複数の貯液槽の空間部分を連結するバイパス管とを具備したことを特徴とする請求項１に記載の写真天頂望遠鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、天頂方向からの観測光を検出して、その動きによって天体の挙動についての天文観測を行う写真天頂望遠鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の写真天頂望遠鏡の構成を示す構成図である。この従来の写真天頂望遠鏡は、例えば望遠鏡の天頂方向及びその付近にあって、位置が自明な天体からの光線を集光し、検出器上でのそれら像の僅かなずれを観測することによって、地球の自転の振れを測定する等の目的で使用されるものである。図６において、１は観測対象からの光線を集光する対物レンズ、２は水銀、３は水銀２を容れる水銀槽、４は検出器である。５は対物レンズを支える構造部材である。
【０００３】
対物レンズ１によって、観測対象となる天体からの光線を集光し、水銀２の表面の反射面によって反射し、対物レンズ１の中央に設けた検出器４によって撮像する。この光学系は、対物レンズ１による集光系において１回の平面反射により集光するので、対物レンズ１と水銀２の表面との距離は、対物レンズ１の焦点距離の略半分としている。このように構成される写真天頂望遠鏡は、構造部材５の熱変形等によって望遠鏡自身が傾く際に、対物レンズ１、水銀槽３及び検出器４は一体となって傾くが、水銀２の表面は、同じ平面を保つので、観測対象の天体からの光線は検出器４上では同じ像点に像を結ぶ。地球の自転軸が微小な振れによって傾くような場合には、水銀２の表面を決める重力方向も傾くので、観測対象の天体からの光線は検出器４上でずれた位置に像点を結ぶ。この原理によって、地球の自転の振れを測定することが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の写真天頂望遠鏡においては、対物レンズの焦点距離の略半分の位置に水銀２を配置する必要があり、光学系の光軸方向の寸法が大きくなるという問題点があった。また、水銀槽３には平面反射鏡として使用する水銀２を入れており、この水銀２の密度が大きいので、重量が大きくなるという問題点もあった。さらには、水銀槽３の鏡面内における温度分布のために、水銀２の鉛直方向の寸法が膨張によって変化して水銀２の表面である鏡面に凸凹が生じ、検出器４上の像において、ぼけやずれが生じたりするという問題点もあった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、光学系の小型軽量化を図り、また検出器上の像にぼけやずれの生じにくい写真天頂望遠鏡を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る写真天頂望遠鏡は、観測対象の光線を集光する対物レンズと、この対物レンズからその焦点距離の略半分の位置に上記対物レンズに対向して設けられ、上記対物レンズからの入射光を反射する平面反射鏡と、上記対物レンズの光軸中心上に設けられ上記平面反射鏡からの反射光の焦点位置に設けた検出器と、上記平面反射鏡を浮かべる液体を容れる反射鏡浮遊槽とを備えたものである。
【０００７】
請求項２の発明に係る写真天頂望遠鏡は、請求項１の発明に係る写真天頂望遠鏡において、上記反射鏡浮遊槽は、上記平面反射鏡を浮かべる水銀を容れたものである。
【０００８】
請求項３の発明に係る写真天頂望遠鏡は、請求項１の発明に係る写真天頂望遠鏡において、上記平面反射鏡は、パッドを具備し、このパッドを介して上記平面反射鏡を上記反射鏡浮遊槽に浮かせたものである。
【０００９】
請求項４の発明に係る写真天頂望遠鏡は、観測対象の光線を集光する対物レンズと、この対物レンズからその焦点距離の略４分の１の位置に上記対物レンズに対向して設けられ、上記対物レンズからの入射光を反射する平面主鏡と、上記対物レンズと上記平面主鏡との間において上記平面主鏡に対向して設けられ、上記平面主鏡からの反射光を上記平面主鏡へ反射させる平面副鏡と、対物レンズの光軸中心上に設けられ上記平面主鏡からの反射光の焦点位置に設けた検出器とを備えたものである。
【００１０】
請求項５の発明に係る写真天頂望遠鏡は、請求項４の発明に係る写真天頂望遠鏡において、上記平面反射鏡及び上記平面副鏡を浮遊槽に浮かべたものである。
【００１２】
請求項６の発明に係る写真天頂望遠鏡は、請求項１の発明に係る写真天頂望遠鏡において、上記反射鏡浮遊槽は、複数の貯液槽と、この貯液槽に容れる液体を封入する封入膜と、上記複数の貯液槽の空間部分を連結するバイパス管とを具備したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る写真天頂望遠鏡を図１によって説明する。図１は実施の形態１に係る写真天頂望遠鏡の構成を示す構成図である。図１において、１は観測対象からの光線を集光する対物レンズ、４は検出器である。検出器４には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、２次元アレイ素子や人工網膜チップなどの撮像用素子を使用する。６は対物レンズ１に対向して設けられ、対物レンズ１からの入射光を反射する平面反射鏡である。この平面反射鏡６は対物レンズ１からその焦点距離の略半分の位置に配置している。検出器４は対物レンズ１の光軸中心上に設けられ平面反射鏡６からの反射光の焦点位置に配置している。７は平面反射鏡６を浮かべる液体を容れた反射鏡浮遊槽、８は反射鏡浮遊槽７内に容れた液体に浮かべるパッドであり、このパッドに平面反射鏡６を連結して、平面反射鏡６を反射鏡浮遊層７に浮かべる。図１に示す反射鏡浮遊槽７はその構成の一例であり、貯液槽Ａ、貯液槽Ｂ、及び貯液槽Ａと貯液槽Ｂとを連結する連結槽Ｃにより構成している。なお、図示の点線は説明の便宜上、貯液槽Ａ、貯液槽Ｂ、連結槽Ｃとを区別するために付したものである。図１において、図６と同一符号を付した部品は図６のそれらと同一又は相当部分を示す。
【００１４】
次に実施の形態１に係る写真天頂望遠鏡の動作について説明する。観測対象からの光線は対物レンズ１によって集光される。この対物レンズ１からの入射光は平面反射鏡６によって反射され、検出器４に像を結ぶ。平面反射鏡６は反射鏡浮遊槽７に浮かべており、望遠鏡自身が傾いても液面は水平に安定しており、したがって平面反射鏡６の反射面も水平を保つ。一方、外部からの振動に対しては反射鏡浮遊槽７に容れた液体は、外部振動と共振して揺れることがあるが、このような共振周波数は数Ｈｚ程度以下であり、本発明では、このような共振状態は生じない状況において、平面反射鏡６が揺れないことを想定している。平面反射鏡６にはパッド８が設けられており、このパッド８を反射鏡浮遊槽７内の液体に浮かべる。
【００１５】
反射鏡浮遊槽７に容れる液体としては例えば水銀を用いる。水銀は比重が大きいので平面反射鏡６を浮かせる浮力を生じやすいためであり、比重が大きく液状のものであれば、その他の材料を選択することもできる。従来の写真天頂望遠鏡では水銀を平面反射鏡として使用しており、平面反射面が大きくなるほど水銀の量が増加し軽量化が図れない。これに対して本発明では、水銀を貯液槽Ａ、貯液槽Ｂに容れており、連結槽Ｃに占める水銀の体積を小さくすることができるので、結果として写真天頂望遠鏡の小型軽量化が図れる。また、水銀の表面に温度分布がついても、従来技術のように反射鏡面の精度が劣化しない。例えば図１において、貯液槽Ａ側のみが温度上昇した場合、貯液槽Ａの水銀の体積が膨張して液面が上昇するが、同時に貯液槽Ａ内の水銀の密度が減少するので、体積×密度で決まる貯液槽Ａ内のパッド８に対する支持反力は一定であり、パッド８の位置は変化しない。したがって平面反射鏡６の反射面は、貯液槽の温度上昇の前後で傾いたりすることがない。
【００１６】
実施の形態２．
次に図２によって、本発明の実施の形態２に係る写真天頂望遠鏡について説明する。図２は実施の形態２に係る写真天頂望遠鏡の構成を示す構成図である。図２において、９は対物レンズ１に対向して設けられ、対物レンズ１からの入射光を反射する平面主鏡である。平面主鏡９は対物レンズ１からその焦点距離の略４分の１の位置に配置している。１０は対物レンズ１と平面主鏡９との間に平面主鏡９に対向して設けられ、平面主鏡９からの反射光をさらに平面主鏡９側へ反射する平面副鏡である。この平面副鏡１０によって反射された光は、平面主鏡９でさらに反射され、対物レンズ１の光軸中心上に設けられた検出器４において像点を結ぶ。１１は平面主鏡９を浮かべる液体を容れた主鏡浮遊槽、１２は主鏡浮遊槽１１内に容れた液体に浮かべるパッドであり、このパッド１２に平面主鏡９を連結して、平面主鏡９を主鏡浮遊層１１に浮かべる。また１３は平面副鏡１０を浮かべる液体を容れた副鏡浮遊槽、１４は副鏡浮遊槽１３内に容れた液体に浮かべるパッドであり、このパッドに平面副鏡１０を連結して、平面副鏡１０を副鏡浮遊層１３に浮かべる。図２において、図１と同一符号を付した部品は図１のそれらと同一又は相当部分を示す。
【００１７】
次に実施の形態２に係る写真天頂望遠鏡の動作について説明する。観測対象からの光線は対物レンズ１によって集光される。この対物レンズ１からの入射光は平面主鏡９によって反射される。この反射光は平面副鏡１０によってさらに反射される。この平面副鏡１０によって反射された光は、さらに平面主鏡９によって反射されて検出器４において像を結ぶ。平面主鏡９は主鏡浮遊槽１１に浮かべている。望遠鏡自身が傾いても液面は水平に安定しており、したがって平面主鏡９は傾かない。平面主鏡９にはパッド１３が設けられており、このパッド１２を主鏡浮遊槽１１内の液体に浮かべる。また平面副鏡１０についても同様にして、平面副鏡１０を副鏡浮遊槽１３に浮かべている。平面１０にはパッド１３が設けられており、このパッド１３を副鏡浮遊槽１３の液体に浮かべる。
【００１８】
このように実施の形態２では、平面主鏡９と平面副鏡１０による反射系を構成するので、対物レンズ１と平面主鏡９との間の距離を短くすることができ、写真天頂望遠鏡を小型化することができる。なお、主鏡浮遊槽１１及び副鏡浮遊槽１３に容れる液体としては水銀が適していることは実施の形態１と同様である。また、各浮遊槽において貯液槽と連結槽とを設けることによって水銀の体積を小さくすることによって軽量化が図れる点、水銀の表面の温度分布に対しても反射面が傾かない点についても実施の形態１と同様である。
【００１９】
実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２においては、検出器４を対物レンズ１の下部に配置した構成図を示したが、図３又は図４に示すように検出器４を対物レンズの主点位置に配置する構成とすることもできる。図３はこの発明の実施の形態３に係る写真天頂望遠鏡の構成を示す構成図であり、図４はこの発明の実施の形態３に係る写真天頂望遠鏡の別の構成例を示す構成図である。図３において、１５は検出器４を取り付ける検出器取付部であり、１６は中央部に検出器取付部１５を設けた対物レンズである。図３において、図１と同一符号を付した部品は図１のそれらと同一又は相当部分を示す。
【００２０】
図３は実施の形態１において説明した図１の写真天頂望遠鏡に対応している。図３のように検出器４を対物レンズ１６の主点位置に配置することによって、観測対象からの光線を集光して得られる像点の動きをより正確に測定することができる。また図４は、実施の形態２において説明した図２の写真天頂望遠鏡に対応するものである。図４に示すように検出器４を対物レンズ１６の主点位置に配置することによって、図３の例と同様に、観測対象からの光線を集光して得られる像点の動きをより正確に測定することができる。また、図４に示す構成においては、副鏡浮遊槽１３を検出器取付部１５の内周面Ｄに設けているので、対物レンズ１６と平面副鏡１０とがコンパクトに納められる構成となっている。なお、図４において、図２と同一符号を付した部品は図１のそれらと同一又は相当部分を示す。
【００２１】
実施の形態４．
この実施の形態４においては、実施の形態１乃至実施の形態３において説明した反射鏡浮遊槽７、主鏡浮遊槽１１、副鏡浮遊槽１３について、これらの槽に容れた液体が蒸発しないような構成について説明する。図５はこの発明の実施の形態４に係る写真天頂望遠鏡の各浮遊槽の構成を示す構成図である。図５において、１７は平面反射鏡６、平面主鏡９、平面副鏡１０などの鏡であり、１８はこの鏡を浮かべる液体を容れた反射鏡浮遊槽７、主鏡浮遊槽１１、副鏡浮遊槽１３などの浮遊槽である。浮遊槽１８は、実施の形態１の図１において説明したように貯液槽Ａ、貯液槽Ｂ、及び貯液槽Ａと貯液槽Ｂとを連結する連結槽Ｃにより構成しており、鏡１７はパッド８と連結し、パッド８を貯液槽Ａと貯液槽Ｂに浮かべる。１９は浮遊槽１８に液体（例えば水銀）を封入する封入膜であり、２０は浮遊槽１８内の圧力を調整する圧力調整弁、２１は浮遊槽１８内の貯液槽Ａと貯液槽Ｂとを液体層の上部の空間層において連結するバイパス管である。
【００２２】
図５に示すように、バイパス管２１によって、貯液槽Ａと貯液槽Ｂにおける空間層（封入膜１９により封入され、各貯液槽において液体層の上部の空間）の圧力を等しく保つことができるので、貯液槽Ａと貯液槽Ｂ内の圧力差による鏡１７の傾斜を防ぐことができる。また、圧力調整弁２０により貯液槽の空間層内外の圧力差を調整することができる。このような調整により、地上のみならず、例えば月面等の宇宙環境でも使用が可能になる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明の請求項１乃至請求項３に係る発明によれば、平面反射鏡を反射鏡浮遊層に浮かべて構成することで、写真天頂望遠鏡の水銀による反射面を使用しない構成とすることができ、写真天頂望遠鏡が大型化した場合にも水銀槽の重量が増大することなく軽量化を図ることができ、また水銀表面内の温度分布に対する反射鏡面の傾斜を防ぐことができる。
【００２４】
また、この発明の請求項４又は請求項５の発明によれば、平面主鏡と平面副鏡による反射光学系を構成することで、写真天頂望遠鏡の光軸方向の寸法を小さくすることができる。
【００２６】
また、この発明の請求項６の発明によれば、鏡を浮かべる浮遊槽内の液体を封入し、浮遊槽内の各貯液槽の空間部分をバイパス管によって接続するので、各貯液槽に容れた液体の蒸発を防ぐとともに、各貯液槽の空間部分に生じる圧力を等しく保って、鏡の傾斜を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る写真天頂望遠鏡の構成を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る写真天頂望遠鏡の構成を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る写真天頂望遠鏡の構成を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る写真天頂望遠鏡の別の構成例を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る写真天頂望遠鏡の浮遊槽の構成を示す構成図である。
【図６】従来の写真天頂望遠鏡の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１、１６  対物レンズ
４  検出器
６  平面反射鏡
７  反射鏡浮遊槽
８、１２、１４  パッド
９  平面主鏡
１０  平面副鏡
１１  主鏡浮遊槽
１３  副鏡浮遊槽
１８  浮遊槽
１９  封入膜
２１  バイパス管
【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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