JP2000352668A - 広角反射光学系 - Google Patents
広角反射光学系Info
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
- G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
- G02B17/0626—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using three curved mirrors
- G02B17/0642—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 像の画質を劣化させることがない明るい広角
反射光学系を得る。 【解決手段】 凹面の第二面反射鏡２と、凸面の第一面
反射鏡１と、凹面の第三面反射鏡３とを被写体側より順
次配置し、被写体側から入射した光束を第一面反射鏡
１、第二面反射鏡２、第三面反射鏡３の順に反射して結
像を得る光学系において、第一面反射鏡１の曲率中心と
第二面反射鏡２の曲率中心を結んでできる直線を光学系
の軸７とし、第一面反射鏡１の近傍に光学系の軸７が中
心を通る様に配設された絞り４を備え、第三面反射鏡３
は曲率中心を光学系の軸７から非点収差が小さくなる方
向に偏心されている。
反射光学系を得る。 【解決手段】 凹面の第二面反射鏡２と、凸面の第一面
反射鏡１と、凹面の第三面反射鏡３とを被写体側より順
次配置し、被写体側から入射した光束を第一面反射鏡
１、第二面反射鏡２、第三面反射鏡３の順に反射して結
像を得る光学系において、第一面反射鏡１の曲率中心と
第二面反射鏡２の曲率中心を結んでできる直線を光学系
の軸７とし、第一面反射鏡１の近傍に光学系の軸７が中
心を通る様に配設された絞り４を備え、第三面反射鏡３
は曲率中心を光学系の軸７から非点収差が小さくなる方
向に偏心されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、観測や監視などを
用途とした広角の視野を持つカメラに用いられ、被写体
の像を結ぶ広角反射光学系に関するものである。
用途とした広角の視野を持つカメラに用いられ、被写体
の像を結ぶ広角反射光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】カメラに用いられる光学系に求められる
機能は、光の屈折作用によって光を曲げ、被写体の像を
検出器上に結像することである。このような屈折作用を
持つ光学素子として、例えば屈折率の違いを利用して光
を曲げるレンズや、反射を利用して光を曲げる反射鏡が
挙げられる。
機能は、光の屈折作用によって光を曲げ、被写体の像を
検出器上に結像することである。このような屈折作用を
持つ光学素子として、例えば屈折率の違いを利用して光
を曲げるレンズや、反射を利用して光を曲げる反射鏡が
挙げられる。
【０００３】レンズは内部を光が透過するため、所望の
波長帯に対して透過率の十分大きい材料を用いる必要が
ある。また、紫外線や赤外線など特殊な波長帯によって
は材料が高価なものに限られ、コストの面で問題とな
る。さらに、レンズの材料の屈折率は一般に光の波長に
よって大きさが異なる色収差があるため、広い波長帯に
わたって一定の結像性能を得るには波長に対する屈折率
変化の違うレンズを２枚以上組み合わせるなどの複雑な
補正、いわゆる色消しを行わなければならない。
波長帯に対して透過率の十分大きい材料を用いる必要が
ある。また、紫外線や赤外線など特殊な波長帯によって
は材料が高価なものに限られ、コストの面で問題とな
る。さらに、レンズの材料の屈折率は一般に光の波長に
よって大きさが異なる色収差があるため、広い波長帯に
わたって一定の結像性能を得るには波長に対する屈折率
変化の違うレンズを２枚以上組み合わせるなどの複雑な
補正、いわゆる色消しを行わなければならない。
【０００４】反射鏡は反射面さえ十分な性能を持つ反射
材でコーティングすることができればその材料は問わな
いため、どの波長帯に対しても低価格な光学系を得るこ
とができる。また、反射作用は光の波長に依存しないの
で反射鏡は色収差を持たず、広い波長帯域に対して一定
の結像性能を持つ光学系を容易に得ることができる。
材でコーティングすることができればその材料は問わな
いため、どの波長帯に対しても低価格な光学系を得るこ
とができる。また、反射作用は光の波長に依存しないの
で反射鏡は色収差を持たず、広い波長帯域に対して一定
の結像性能を持つ光学系を容易に得ることができる。
【０００５】しかし、反射光学系では反射鏡への入射光
線とその反射光線が反射鏡に対して同じ側に現れるた
め、次面の反射鏡位置も入射光線と同じ側になる。この
ため、次面の反射鏡が入射光線を遮る現象、いわゆるケ
ラレが起こりやすく、ケラレが起こると入射光線の光量
が減少するため明るい光学系が得られない。
線とその反射光線が反射鏡に対して同じ側に現れるた
め、次面の反射鏡位置も入射光線と同じ側になる。この
ため、次面の反射鏡が入射光線を遮る現象、いわゆるケ
ラレが起こりやすく、ケラレが起こると入射光線の光量
が減少するため明るい光学系が得られない。
【０００６】ケラレを避けるには、例えば入射光線を光
学系の軸に対して傾けて用い、光線が入射してくる方向
と出射していく方向に角度を付ける方法がある。次面の
反射鏡は当然光線が出射していく方向に配置されるた
め、光線が入射してくる方向と出射していく方向に角度
を付けて方向を変えることで、次面の反射鏡が入射光線
と重ならず、ケラレも起こらない。
学系の軸に対して傾けて用い、光線が入射してくる方向
と出射していく方向に角度を付ける方法がある。次面の
反射鏡は当然光線が出射していく方向に配置されるた
め、光線が入射してくる方向と出射していく方向に角度
を付けて方向を変えることで、次面の反射鏡が入射光線
と重ならず、ケラレも起こらない。
【０００７】ところが、光学系は一般的に入射光線と光
学系の軸が平行な時に成り立つ近軸結像をもとに設計さ
れるため、入射光線を光学系の軸に傾けて用いると近軸
結像に対するずれが生じる。このずれが収差を増大さ
せ、収差が大きくなると像にボケが生じ画質が劣化す
る。
学系の軸が平行な時に成り立つ近軸結像をもとに設計さ
れるため、入射光線を光学系の軸に傾けて用いると近軸
結像に対するずれが生じる。このずれが収差を増大さ
せ、収差が大きくなると像にボケが生じ画質が劣化す
る。
【０００８】図５は、例えばＵＳＰ４，５９８，９８１
の”WIDE-ANGLE FLAT FIELD TELESCOPE”に示された従
来の広角反射光学系である。Ｆ／４の明るさで、３０゜
×２０゜の画角を持っている。図５の光学系において、
１は第一面反射鏡であり、凸の球面形状をしている。２
は第二面反射鏡であり、凹の回転楕円面の形状をしてい
る。３は第三面反射鏡であり、凹の球面形状をしてい
る。４は円形形状の絞りで第一面反射鏡１の近傍に位置
している。
の”WIDE-ANGLE FLAT FIELD TELESCOPE”に示された従
来の広角反射光学系である。Ｆ／４の明るさで、３０゜
×２０゜の画角を持っている。図５の光学系において、
１は第一面反射鏡であり、凸の球面形状をしている。２
は第二面反射鏡であり、凹の回転楕円面の形状をしてい
る。３は第三面反射鏡であり、凹の球面形状をしてい
る。４は円形形状の絞りで第一面反射鏡１の近傍に位置
している。
【０００９】また、５は第一面反射鏡１への入射光線の
光束であり、６は第二面反射鏡２からの出射光線の光束
である。７は光学系の軸で、第一面反射鏡１と第二面反
射鏡２の曲率中心を結ぶ直線である。第三面反射鏡３の
曲率中心と絞り４の中心も光学系の軸７上にあり、共軸
な構造になっている。入射光線を光学系の軸７に対して
傾けて用いることで、光線の重なりにより生じるケラレ
をなくしている。
光束であり、６は第二面反射鏡２からの出射光線の光束
である。７は光学系の軸で、第一面反射鏡１と第二面反
射鏡２の曲率中心を結ぶ直線である。第三面反射鏡３の
曲率中心と絞り４の中心も光学系の軸７上にあり、共軸
な構造になっている。入射光線を光学系の軸７に対して
傾けて用いることで、光線の重なりにより生じるケラレ
をなくしている。
【００１０】反射光学系において、像の画質を劣化させ
る主な収差は、球面収差、コマ収差、像面弯曲、非点収
差である。上記の広角反射光学系は反射鏡の持つ曲率半
径や面間隔などのパラメータを以下の方針で設定するこ
とにより、各収差を低減している。
る主な収差は、球面収差、コマ収差、像面弯曲、非点収
差である。上記の広角反射光学系は反射鏡の持つ曲率半
径や面間隔などのパラメータを以下の方針で設定するこ
とにより、各収差を低減している。
【００１１】球面収差は、中心光線の焦点位置に対して
周辺光線の焦点位置がずれるために生じる。上記の広角
反射光学系では第二面反射鏡２による周辺光線の焦点位
置のずれと第三面反射鏡３のによる周辺光線の焦点位置
のずれが逆方向でほぼ同じ大きさを持つように光学系の
パラメータを決めることで、ずれを互いに打ち消し合い
球面収差を小さくしている。したがって、第一面反射鏡
１による球面収差は残っている。
周辺光線の焦点位置がずれるために生じる。上記の広角
反射光学系では第二面反射鏡２による周辺光線の焦点位
置のずれと第三面反射鏡３のによる周辺光線の焦点位置
のずれが逆方向でほぼ同じ大きさを持つように光学系の
パラメータを決めることで、ずれを互いに打ち消し合い
球面収差を小さくしている。したがって、第一面反射鏡
１による球面収差は残っている。
【００１２】コマ収差は、光学系の軸７と角度をもって
入射してきた光に対して、中心光線の焦点位置と周辺光
線の焦点位置がずれるために生じる。上記の広角反射光
学系では第一面反射鏡１、第二面反射鏡２、第三面反射
鏡３の３枚全てでずれを打ち消し合うように光学系のパ
ラメータを決めることで、コマ収差を小さくしている。
入射してきた光に対して、中心光線の焦点位置と周辺光
線の焦点位置がずれるために生じる。上記の広角反射光
学系では第一面反射鏡１、第二面反射鏡２、第三面反射
鏡３の３枚全てでずれを打ち消し合うように光学系のパ
ラメータを決めることで、コマ収差を小さくしている。
【００１３】像面弯曲は、像面が曲率を持って湾曲する
現象で、その曲率半径はペツバル和と呼ばれる量で表さ
れる。上記の広角反射光学系ではペツバル和が０となる
ように第一面反射鏡１、第二面反射鏡２、第三面反射鏡
３の曲率半径を設定することで、像面の曲率を０とし、
像面弯曲をなくしている。
現象で、その曲率半径はペツバル和と呼ばれる量で表さ
れる。上記の広角反射光学系ではペツバル和が０となる
ように第一面反射鏡１、第二面反射鏡２、第三面反射鏡
３の曲率半径を設定することで、像面の曲率を０とし、
像面弯曲をなくしている。
【００１４】非点収差は、光学系の軸７と角度をもって
入射してきた光に対して、反射鏡の形状が子午的な方向
と球欠的な方向で異なるために生じ、像面の子午的な方
向と球欠的な方向の曲率半径の差となって現れる。上記
の広角反射光学系では第一面反射鏡１で生じる像面の曲
率半径の差と第三面反射鏡３生じる像面の曲率半径の差
が逆方向でほぼ同じ大きさを持つように光学系のパラメ
ータを決めることで、互いに打ち消し合って非点収差を
小さくしている。したがって、第二面反射鏡２による非
点収差は残っている。
入射してきた光に対して、反射鏡の形状が子午的な方向
と球欠的な方向で異なるために生じ、像面の子午的な方
向と球欠的な方向の曲率半径の差となって現れる。上記
の広角反射光学系では第一面反射鏡１で生じる像面の曲
率半径の差と第三面反射鏡３生じる像面の曲率半径の差
が逆方向でほぼ同じ大きさを持つように光学系のパラメ
ータを決めることで、互いに打ち消し合って非点収差を
小さくしている。したがって、第二面反射鏡２による非
点収差は残っている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような広角反射
光学系でＦ値が小さい明るい光学系を得るには、絞り４
の径を大きくして入射光量を増やす必要がある。しか
し、絞り４の径を大きくすることで光束が太くなるの
で、ケラレが起こりやすい。特に、第一面反射鏡１への
入射光線の光束５と第二面反射鏡２からの出射光線の光
束６は接近しており、光束が太くなることでこの２つの
光束に重なりが生じれば、その重なる部分でケラレが起
こる。
光学系でＦ値が小さい明るい光学系を得るには、絞り４
の径を大きくして入射光量を増やす必要がある。しか
し、絞り４の径を大きくすることで光束が太くなるの
で、ケラレが起こりやすい。特に、第一面反射鏡１への
入射光線の光束５と第二面反射鏡２からの出射光線の光
束６は接近しており、光束が太くなることでこの２つの
光束に重なりが生じれば、その重なる部分でケラレが起
こる。
【００１６】ケラレを避けるためには、入射光線を光学
系の軸に対して大きな角度を持たせる必要がある。とこ
ろが、入射光線と光学系の軸７の間の角度が大きいと収
差も大きくなり、画質が著しく劣化する。このことか
ら、従来の広角反射光学系では明るい光学系が得られな
いという問題があった。
系の軸に対して大きな角度を持たせる必要がある。とこ
ろが、入射光線と光学系の軸７の間の角度が大きいと収
差も大きくなり、画質が著しく劣化する。このことか
ら、従来の広角反射光学系では明るい光学系が得られな
いという問題があった。
【００１７】この発明は上記のような問題点を解決する
ためなされたもので、像の画質を劣化させることがない
明るい広角反射光学系を得ることを目的とする。
ためなされたもので、像の画質を劣化させることがない
明るい広角反射光学系を得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】この発明に係る広角反射
光学系は、凹面の第二面反射鏡と、凸面の第一面反射鏡
と、凹面の第三面反射鏡とを被写体側より順次配置し、
被写体側から入射した光束を第一面反射鏡、第二面反射
鏡、第三面反射鏡の順に反射して結像を得る光学系にお
いて、第一面反射鏡の曲率中心と第二面反射鏡の曲率中
心を結んでできる直線を光学系の軸とし、第一面反射鏡
の近傍に光学系の軸が中心を通る様に配設された絞りを
備え、第三面反射鏡は曲率中心を光学系の軸から非点収
差が小さくなる方向に偏心されている。
光学系は、凹面の第二面反射鏡と、凸面の第一面反射鏡
と、凹面の第三面反射鏡とを被写体側より順次配置し、
被写体側から入射した光束を第一面反射鏡、第二面反射
鏡、第三面反射鏡の順に反射して結像を得る光学系にお
いて、第一面反射鏡の曲率中心と第二面反射鏡の曲率中
心を結んでできる直線を光学系の軸とし、第一面反射鏡
の近傍に光学系の軸が中心を通る様に配設された絞りを
備え、第三面反射鏡は曲率中心を光学系の軸から非点収
差が小さくなる方向に偏心されている。
【００１９】また、第三面反射鏡は、光学系の軸に直交
する面に対して平行移動されて、曲率中心を上記光学系
の軸から偏心されている。
する面に対して平行移動されて、曲率中心を上記光学系
の軸から偏心されている。
【００２０】また、第三面反射鏡は、反射面を光学系の
軸に直交する面から非点収差が小さくなる方向に傾いて
配設されている。
軸に直交する面から非点収差が小さくなる方向に傾いて
配設されている。
【００２１】また、他の発明に係る広角反射光学系は、
凹面の第二面反射鏡と、凸面の第一面反射鏡と、凹面の
第三面反射鏡とを被写体側より順次配置し、被写体側か
ら入射した光束を第一面反射鏡、第二面反射鏡、第三面
反射鏡の順に反射して結像を得る光学系において、第一
面反射鏡の曲率中心と第二面反射鏡の曲率中心を結んで
できる直線を光学系の軸とし、第一面反射鏡の近傍に光
学系の軸が中心を通る様に配設された絞りを備え、第三
面反射鏡は、曲率中心が光学系の軸上にあり、反射面を
光学系の軸に直交する面から非点収差が小さくなる方向
に傾いて配設されている。
凹面の第二面反射鏡と、凸面の第一面反射鏡と、凹面の
第三面反射鏡とを被写体側より順次配置し、被写体側か
ら入射した光束を第一面反射鏡、第二面反射鏡、第三面
反射鏡の順に反射して結像を得る光学系において、第一
面反射鏡の曲率中心と第二面反射鏡の曲率中心を結んで
できる直線を光学系の軸とし、第一面反射鏡の近傍に光
学系の軸が中心を通る様に配設された絞りを備え、第三
面反射鏡は、曲率中心が光学系の軸上にあり、反射面を
光学系の軸に直交する面から非点収差が小さくなる方向
に傾いて配設されている。
【００２２】また、第一面反射鏡、第二面反射鏡、第三
面反射鏡の少なくとも１つが非球面形状である。
面反射鏡の少なくとも１つが非球面形状である。
【００２３】また、絞りの近傍に球面収差を減少させる
収差補正板をさらに備えている。
収差補正板をさらに備えている。
【００２４】また、絞りが非円形形状である。
【００２５】また、絞りが第二面反射鏡と一体成形され
ている。
ている。
【００２６】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１の広角反射光学系を示す断面図である。図
１において、１は第一面反射鏡であり、凸の球面形状を
している。２は第二面反射鏡であり、凹の球面形状をし
ている。３は第三面反射鏡であり、凹の球面形状をして
いる。４は円形形状の絞りで第一面反射鏡１の近傍に位
置している。
実施の形態１の広角反射光学系を示す断面図である。図
１において、１は第一面反射鏡であり、凸の球面形状を
している。２は第二面反射鏡であり、凹の球面形状をし
ている。３は第三面反射鏡であり、凹の球面形状をして
いる。４は円形形状の絞りで第一面反射鏡１の近傍に位
置している。
【００２７】また、５は第一面反射鏡１への入射光線の
光束であり、６は第二面反射鏡２からの出射光線の光束
である。７は光学系の軸で、第一面反射鏡１と第二面反
射鏡２の曲率中心を結ぶ直線である。絞り４の中心は光
学系の軸７上にあるが、第三面反射鏡３の曲率中心は光
学系の軸７を通らない、偏心した構造をしている。
光束であり、６は第二面反射鏡２からの出射光線の光束
である。７は光学系の軸で、第一面反射鏡１と第二面反
射鏡２の曲率中心を結ぶ直線である。絞り４の中心は光
学系の軸７上にあるが、第三面反射鏡３の曲率中心は光
学系の軸７を通らない、偏心した構造をしている。
【００２８】第三面反射鏡３を平行移動する方向を図１
の矢印ｙ方向（ｙ方向は、光学系の軸７を含み第三面反
射鏡３によって光束がふられる平面内において、軸７に
直交する方向）、ｙ方向と光学系の軸７に垂直な方向を
ｘ方向とする。入射光線を光学系の軸７に対してｙ方向
に傾けて用いることで、光線の重なりにより生じるケラ
レをなくす。
の矢印ｙ方向（ｙ方向は、光学系の軸７を含み第三面反
射鏡３によって光束がふられる平面内において、軸７に
直交する方向）、ｙ方向と光学系の軸７に垂直な方向を
ｘ方向とする。入射光線を光学系の軸７に対してｙ方向
に傾けて用いることで、光線の重なりにより生じるケラ
レをなくす。
【００２９】上記の広角反射光学系の明るさを表すＦ値
は、絞り４の径の大きさに反比例し、焦点距離に比例す
る。したがって、Ｆ値の小さい明るい光学系を得るには
絞り４の径を大きくするか、焦点距離を短くすればよ
い。ところが、絞り４の径を広げると光束が太くなるた
め、第一面反射鏡１への入射光線の光束５と第二面反射
鏡２からの出射光線の光束６の間で重なりが生じ、ケラ
レが起こる。したがって、上記の広角反射光学系では焦
点距離を短くすることで明るい光学系を得ることができ
る。
は、絞り４の径の大きさに反比例し、焦点距離に比例す
る。したがって、Ｆ値の小さい明るい光学系を得るには
絞り４の径を大きくするか、焦点距離を短くすればよ
い。ところが、絞り４の径を広げると光束が太くなるた
め、第一面反射鏡１への入射光線の光束５と第二面反射
鏡２からの出射光線の光束６の間で重なりが生じ、ケラ
レが起こる。したがって、上記の広角反射光学系では焦
点距離を短くすることで明るい光学系を得ることができ
る。
【００３０】反射光学系の焦点距離を短くするには、例
えば正のパワーを持つ反射鏡のパワーを大きく、負のパ
ワーを持つ反射鏡のパワーを小さくすればよい。つま
り、上記の広角反射光学系では第一面反射鏡１のパワー
を小さく、第二面反射鏡２と第三面反射鏡３のパワーを
大きくすればよい。ところが、絞り４より光路上で前方
にある第一面反射鏡１と第二面反射鏡２のパワーを変え
ると、第一面反射鏡１への入射光線の光束５が広がるの
で、第二面反射鏡２からの出射光線の光束６との間で光
線の重なりが生じ、ケラレが起こる。したがって、上記
の広角反射光学系では第三面反射鏡３の曲率半径を小さ
くし、パワーを大きくすることで、光学系の焦点距離が
短い、明るい光学系を得ることができる。
えば正のパワーを持つ反射鏡のパワーを大きく、負のパ
ワーを持つ反射鏡のパワーを小さくすればよい。つま
り、上記の広角反射光学系では第一面反射鏡１のパワー
を小さく、第二面反射鏡２と第三面反射鏡３のパワーを
大きくすればよい。ところが、絞り４より光路上で前方
にある第一面反射鏡１と第二面反射鏡２のパワーを変え
ると、第一面反射鏡１への入射光線の光束５が広がるの
で、第二面反射鏡２からの出射光線の光束６との間で光
線の重なりが生じ、ケラレが起こる。したがって、上記
の広角反射光学系では第三面反射鏡３の曲率半径を小さ
くし、パワーを大きくすることで、光学系の焦点距離が
短い、明るい光学系を得ることができる。
【００３１】反射光学系において、像の画質を劣化させ
る主な収差は、球面収差、コマ収差、像面弯曲、非点収
差である。上記の広角反射光学系は反射鏡の持つ曲率半
径や面間隔などのパラメータを以下の方針で設定するこ
とにより、各収差を低減している。
る主な収差は、球面収差、コマ収差、像面弯曲、非点収
差である。上記の広角反射光学系は反射鏡の持つ曲率半
径や面間隔などのパラメータを以下の方針で設定するこ
とにより、各収差を低減している。
【００３２】球面収差は中心光線の焦点位置に対して周
辺光線の焦点位置がずれるために生じる。上記の広角反
射光学系では第一面反射鏡１、第二面反射鏡２、第三面
反射鏡３の３枚全てで周辺光線の焦点位置のずれが互い
に打ち消し合うように光学系のパラメータを決めること
で、球面収差を許容できる量に抑えている。
辺光線の焦点位置がずれるために生じる。上記の広角反
射光学系では第一面反射鏡１、第二面反射鏡２、第三面
反射鏡３の３枚全てで周辺光線の焦点位置のずれが互い
に打ち消し合うように光学系のパラメータを決めること
で、球面収差を許容できる量に抑えている。
【００３３】コマ収差は、光学系の軸７と角度をもって
入射してきた光に対して、中心光線の焦点位置と周辺光
線の焦点位置がずれるために生じる。コマ収差は上記の
球面収差と光学系の瞳の位置に関係しており、球面収差
が存在するときには瞳の位置でコマ収差の大きさが変化
する。上記の広角反射光学系では、上述のように許容で
きる量だけ残した球面収差に対して適切な位置に瞳を置
くことで、コマ収差を打ち消す。
入射してきた光に対して、中心光線の焦点位置と周辺光
線の焦点位置がずれるために生じる。コマ収差は上記の
球面収差と光学系の瞳の位置に関係しており、球面収差
が存在するときには瞳の位置でコマ収差の大きさが変化
する。上記の広角反射光学系では、上述のように許容で
きる量だけ残した球面収差に対して適切な位置に瞳を置
くことで、コマ収差を打ち消す。
【００３４】像面弯曲は、像面が曲率を持って湾曲する
現象で、その曲率半径はペツバル和と呼ばれる量で表さ
れる。上記の広角反射光学系では像面がほぼ平面となる
ようにペツバル和を小さくし、さらに弯曲に合わせて像
面を傾けることで補正する。
現象で、その曲率半径はペツバル和と呼ばれる量で表さ
れる。上記の広角反射光学系では像面がほぼ平面となる
ようにペツバル和を小さくし、さらに弯曲に合わせて像
面を傾けることで補正する。
【００３５】上記の広角反射光学系では光学系を明るく
するために第三面反射鏡３の曲率半径を小くするため、
非点収差が特に問題となる。非点収差は入射光線に対し
て反射鏡の形状が子午的な方向と球欠的な方向で同じで
はないために生じる。つまり、反射鏡に対して垂直に入
射する光に対しては非点収差は０となり、斜めに入射す
るときにはその角度が大きいほど非点収差が大きくな
る。
するために第三面反射鏡３の曲率半径を小くするため、
非点収差が特に問題となる。非点収差は入射光線に対し
て反射鏡の形状が子午的な方向と球欠的な方向で同じで
はないために生じる。つまり、反射鏡に対して垂直に入
射する光に対しては非点収差は０となり、斜めに入射す
るときにはその角度が大きいほど非点収差が大きくな
る。
【００３６】また、反射鏡の曲率半径が小さいほど、非
点収差は大きくなる。上記の広角反射光学系では第三面
反射鏡３の曲率半径が小さいため、非点収差が第三面反
射鏡３上で大きくなる。非点収差は像面の曲率半径の子
午的な方向と球欠的な方向の差となって現れる。
点収差は大きくなる。上記の広角反射光学系では第三面
反射鏡３の曲率半径が小さいため、非点収差が第三面反
射鏡３上で大きくなる。非点収差は像面の曲率半径の子
午的な方向と球欠的な方向の差となって現れる。
【００３７】上記の広角反射光学系では第一面反射鏡
１、第二面反射鏡２、第三面反射鏡３の３枚全てで曲率
半径の差を打ち消し合い、さらに第三面反射鏡３をｙ方
向に平行移動することで、反射鏡に対して入射する光を
垂直に近づけ非点収差を非常に小さくする。また、非点
収差は、反射鏡に入射する光線の角度の２乗に比例して
大きくなるので、例えば第三面反射鏡３を非点収差が小
さくなる方向、即ち、入射する光が垂直に近づく方向に
傾けて、入射する光線の角度を小さくすれば非点収差を
小さくすることができる。
１、第二面反射鏡２、第三面反射鏡３の３枚全てで曲率
半径の差を打ち消し合い、さらに第三面反射鏡３をｙ方
向に平行移動することで、反射鏡に対して入射する光を
垂直に近づけ非点収差を非常に小さくする。また、非点
収差は、反射鏡に入射する光線の角度の２乗に比例して
大きくなるので、例えば第三面反射鏡３を非点収差が小
さくなる方向、即ち、入射する光が垂直に近づく方向に
傾けて、入射する光線の角度を小さくすれば非点収差を
小さくすることができる。
【００３８】なお、上記の広角反射光学系では、第三面
反射鏡３をｙ方向に平行移動する構造としたが、第三面
反射鏡３を非点収差が小さくなる方向に傾けることでも
同様の効果が得られる。また、当然第三面反射鏡３をｙ
方向に平行移動したうえで、さらに非点収差が小さくな
る方向に傾けてもよい。
反射鏡３をｙ方向に平行移動する構造としたが、第三面
反射鏡３を非点収差が小さくなる方向に傾けることでも
同様の効果が得られる。また、当然第三面反射鏡３をｙ
方向に平行移動したうえで、さらに非点収差が小さくな
る方向に傾けてもよい。
【００３９】なお、本実施の形態では第一面反射鏡１、
第二面反射鏡２、第三面反射鏡３はすべて球面形状であ
るが、非球面球状としてもよい。反射鏡を非球面形状と
することにより、例えば光学系を明るくしたときに発生
する球面収差などをより高精度に補正することができ
る。球面収差は反射面が球面形状であることから起こる
収差であり、球面形状の反射鏡だけでは十分に補正でき
ない場合がある。非球面形状は、第一面反射鏡１、第二
面反射鏡２、第三面反射鏡３のいずれかにしてもよい
し、また、複数の面を非球面形状としてもよい。
第二面反射鏡２、第三面反射鏡３はすべて球面形状であ
るが、非球面球状としてもよい。反射鏡を非球面形状と
することにより、例えば光学系を明るくしたときに発生
する球面収差などをより高精度に補正することができ
る。球面収差は反射面が球面形状であることから起こる
収差であり、球面形状の反射鏡だけでは十分に補正でき
ない場合がある。非球面形状は、第一面反射鏡１、第二
面反射鏡２、第三面反射鏡３のいずれかにしてもよい
し、また、複数の面を非球面形状としてもよい。
【００４０】また、上記のように反射鏡の形状を非球面
形状とするのに加えて、あるいは代わりに絞り４近傍に
収差補正板を設けてもよい。図２は光の屈折作用を利用
した透過型の収差補正板を挿入した広角反射光学系を示
したもので、図において符号１から８は図１と同様のも
のである。９は収差補正板で、絞り４の近傍に配設され
ている。
形状とするのに加えて、あるいは代わりに絞り４近傍に
収差補正板を設けてもよい。図２は光の屈折作用を利用
した透過型の収差補正板を挿入した広角反射光学系を示
したもので、図において符号１から８は図１と同様のも
のである。９は収差補正板で、絞り４の近傍に配設され
ている。
【００４１】この収差補正板９は、特に球面収差を高精
度に補正することに効果がある。収差補正板９は収差の
補正を目的としており、光を曲げる屈折作用は小さいの
で、色収差のある材料でも画質の劣化は小さい。したが
って、所望の波長の光を透過する材料ならば収差補正板
９として用いることができる。尚、収差補正板９は光の
屈折作用を利用した透過型であるが、同様に収差を補正
する機能があれば収差補正板は反射鏡であってもよい。
度に補正することに効果がある。収差補正板９は収差の
補正を目的としており、光を曲げる屈折作用は小さいの
で、色収差のある材料でも画質の劣化は小さい。したが
って、所望の波長の光を透過する材料ならば収差補正板
９として用いることができる。尚、収差補正板９は光の
屈折作用を利用した透過型であるが、同様に収差を補正
する機能があれば収差補正板は反射鏡であってもよい。
【００４２】図３は、本実施の形態における広角反射光
学系のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を示し
たもので、入射光線の基準波長は１０μmである。広角
反射光学系は焦点距離を２５ｍｍ、画角３０゜×２２
゜、Ｆ／２．５とした。入射光線は光学系の軸７に対し
てｙ方向に４４゜±１１゜の角度をもって入射する。な
お、Ｆ／２．５は光学系の軸７上での値である。上述の
ように入射光線が光学系の軸７に対して角度をもってい
るため、実質的なＦ値は２．７である。図３より、設計
上はほぼ回折限界に近い結像性能が得られることが分か
る。
学系のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を示し
たもので、入射光線の基準波長は１０μmである。広角
反射光学系は焦点距離を２５ｍｍ、画角３０゜×２２
゜、Ｆ／２．５とした。入射光線は光学系の軸７に対し
てｙ方向に４４゜±１１゜の角度をもって入射する。な
お、Ｆ／２．５は光学系の軸７上での値である。上述の
ように入射光線が光学系の軸７に対して角度をもってい
るため、実質的なＦ値は２．７である。図３より、設計
上はほぼ回折限界に近い結像性能が得られることが分か
る。
【００４３】実施の形態２．実施の形態１では絞り４の
形状は円形であった。ｙ方向に絞りを広げると光束が広
がるため、第一面反射鏡１への入射光線の光束５と第二
面反射鏡６からの出射光線の光束６との間で重なりが生
じ、ケラレが起こる。一方、ｘ方向に絞りを広げても光
束の重なりは生じないので、ケラレは起こらない。した
がって、絞りを非円形形状、例えばｘ方向に長軸を持っ
た楕円形状とし、ｘ方向に光束を広げることでケラレを
発生させずに明るい光学系を得ることができる。
形状は円形であった。ｙ方向に絞りを広げると光束が広
がるため、第一面反射鏡１への入射光線の光束５と第二
面反射鏡６からの出射光線の光束６との間で重なりが生
じ、ケラレが起こる。一方、ｘ方向に絞りを広げても光
束の重なりは生じないので、ケラレは起こらない。した
がって、絞りを非円形形状、例えばｘ方向に長軸を持っ
た楕円形状とし、ｘ方向に光束を広げることでケラレを
発生させずに明るい光学系を得ることができる。
【００４４】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３の広角反射光学系の要部を示す断面図である。１０
は反射鏡の基板で、第一面反射鏡１の基板の部分と絞り
４が一体成形されている。１１は反射部材で、第一面反
射鏡１の反射面となる。他の構成部品は実施の形態１と
同様である。
態３の広角反射光学系の要部を示す断面図である。１０
は反射鏡の基板で、第一面反射鏡１の基板の部分と絞り
４が一体成形されている。１１は反射部材で、第一面反
射鏡１の反射面となる。他の構成部品は実施の形態１と
同様である。
【００４５】このような構成によれば、第一面反射鏡１
及び絞り４が一体化されているため、部品点数を削減す
ることができ、部品の製造工程及び組立工程を減少させ
ることができる。また、一体化した部品間では組立時に
生じる公差がないため、広角反射光学系全体の組立が容
易になる。
及び絞り４が一体化されているため、部品点数を削減す
ることができ、部品の製造工程及び組立工程を減少させ
ることができる。また、一体化した部品間では組立時に
生じる公差がないため、広角反射光学系全体の組立が容
易になる。
【００４６】
【発明の効果】この発明に係る広角反射光学系は、凹面
の第二面反射鏡と、凸面の第一面反射鏡と、凹面の第三
面反射鏡とを被写体側より順次配置し、被写体側から入
射した光束を第一面反射鏡、第二面反射鏡、第三面反射
鏡の順に反射して結像を得る光学系において、第一面反
射鏡の曲率中心と第二面反射鏡の曲率中心を結んででき
る直線を光学系の軸とし、第一面反射鏡の近傍に光学系
の軸が中心を通る様に配設された絞りを備え、第三面反
射鏡は曲率中心を光学系の軸から非点収差が小さくなる
方向に偏心されている。そのため、非点収差を小さくす
ることができ像の画質を劣化させることがない。
の第二面反射鏡と、凸面の第一面反射鏡と、凹面の第三
面反射鏡とを被写体側より順次配置し、被写体側から入
射した光束を第一面反射鏡、第二面反射鏡、第三面反射
鏡の順に反射して結像を得る光学系において、第一面反
射鏡の曲率中心と第二面反射鏡の曲率中心を結んででき
る直線を光学系の軸とし、第一面反射鏡の近傍に光学系
の軸が中心を通る様に配設された絞りを備え、第三面反
射鏡は曲率中心を光学系の軸から非点収差が小さくなる
方向に偏心されている。そのため、非点収差を小さくす
ることができ像の画質を劣化させることがない。
【００４７】また、第三面反射鏡は、光学系の軸に直交
する面に対して平行移動されて、曲率中心を上記光学系
の軸から偏心されている。そのため、非点収差を小さく
することができ像の画質を劣化させることがない。
する面に対して平行移動されて、曲率中心を上記光学系
の軸から偏心されている。そのため、非点収差を小さく
することができ像の画質を劣化させることがない。
【００４８】また、第三面反射鏡は、反射面を光学系の
軸に直交する面から非点収差が小さくなる方向に傾いて
配設されている。そのため、非点収差をさらに小さくす
ることができ像の画質を劣化させることがない。
軸に直交する面から非点収差が小さくなる方向に傾いて
配設されている。そのため、非点収差をさらに小さくす
ることができ像の画質を劣化させることがない。
【００４９】また、他の発明に係る広角反射光学系は、
凹面の第二面反射鏡と、凸面の第一面反射鏡と、凹面の
第三面反射鏡とを被写体側より順次配置し、被写体側か
ら入射した光束を第一面反射鏡、第二面反射鏡、第三面
反射鏡の順に反射して結像を得る光学系において、第一
面反射鏡の曲率中心と第二面反射鏡の曲率中心を結んで
できる直線を光学系の軸とし、第一面反射鏡の近傍に光
学系の軸が中心を通る様に配設された絞りを備え、第三
面反射鏡は、曲率中心が光学系の軸上にあり、反射面を
光学系の軸に直交する面から非点収差が小さくなる方向
に傾いて配設されている。そのため、非点収差を小さく
することができ像の画質を劣化させることがない。
凹面の第二面反射鏡と、凸面の第一面反射鏡と、凹面の
第三面反射鏡とを被写体側より順次配置し、被写体側か
ら入射した光束を第一面反射鏡、第二面反射鏡、第三面
反射鏡の順に反射して結像を得る光学系において、第一
面反射鏡の曲率中心と第二面反射鏡の曲率中心を結んで
できる直線を光学系の軸とし、第一面反射鏡の近傍に光
学系の軸が中心を通る様に配設された絞りを備え、第三
面反射鏡は、曲率中心が光学系の軸上にあり、反射面を
光学系の軸に直交する面から非点収差が小さくなる方向
に傾いて配設されている。そのため、非点収差を小さく
することができ像の画質を劣化させることがない。
【００５０】また、第一面反射鏡、第二面反射鏡、第三
面反射鏡の少なくとも１つが非球面形状である。そのた
め、光学系を明るくしたときに発生する球面収差などを
より高精度に補正することができる。
面反射鏡の少なくとも１つが非球面形状である。そのた
め、光学系を明るくしたときに発生する球面収差などを
より高精度に補正することができる。
【００５１】また、絞りの近傍に球面収差を減少させる
収差補正板をさらに備えている。そのため、球面収差を
高精度に補正することができる。
収差補正板をさらに備えている。そのため、球面収差を
高精度に補正することができる。
【００５２】また、絞りが非円形形状である。そのた
め、光束を広げることができ、ケラレを発生させずに明
るい光学系を得ることができる。
め、光束を広げることができ、ケラレを発生させずに明
るい光学系を得ることができる。
【００５３】また、絞りが第二面反射鏡と一体成形され
ている。そのため、部品点数を削減することができ、部
品の製造工程及び組立工程を減少させることができる。
また、一体化した部品間では組立時に生じる公差がない
ため、広角反射光学系全体の組立が容易になる。
ている。そのため、部品点数を削減することができ、部
品の製造工程及び組立工程を減少させることができる。
また、一体化した部品間では組立時に生じる公差がない
ため、広角反射光学系全体の組立が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の広角反射光学系を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】 光の屈折作用を利用した透過型の収差補正板
を挿入した例を示す断面図である。
を挿入した例を示す断面図である。
【図３】 実施の形態１における広角反射光学系のＭＴ
Ｆを示したグラフである。
Ｆを示したグラフである。
【図４】 この発明の実施の形態３の広角反射光学系の
要部を示す断面図である。
要部を示す断面図である。
【図５】 従来の広角反射光学系を示す断面図である。
１ 第一面反射鏡、２ 第二面反射鏡、３ 第三面反射
鏡、４ 絞り、７ 光学系の軸、９ 収差補正板。
鏡、４ 絞り、７ 光学系の軸、９ 収差補正板。
Claims (8)
- 【請求項１】 凹面の第二面反射鏡と、凸面の第一面反
射鏡と、凹面の第三面反射鏡とを被写体側より順次配置
し、被写体側から入射した光束を該第一面反射鏡、該第
二面反射鏡、該第三面反射鏡の順に反射して結像を得る
光学系において、 上記第一面反射鏡の曲率中心と上記第二面反射鏡の曲率
中心を結んでできる直線を光学系の軸とし、上記第一面
反射鏡の近傍に上記光学系の軸が中心を通る様に配設さ
れた絞りを備え、上記第三面反射鏡は、曲率中心を上記
光学系の軸から非点収差が小さくなる方向に偏心されて
いることを特徴とする広角反射光学系。 - 【請求項２】 上記第三面反射鏡は、上記光学系の軸に
直交する面に対して平行移動されて、曲率中心を上記光
学系の軸から偏心されていることを特徴とする請求項１
記載の広角反射光学系。 - 【請求項３】 上記第三面反射鏡は、反射面を上記光学
系の軸に直交する面から非点収差が小さくなる方向に傾
いて配設されている ことを特徴とする請求項１または２記載の広角反射光学
系。 - 【請求項４】 凹面の第二面反射鏡と、凸面の第一面反
射鏡と、凹面の第三面反射鏡とを被写体側より順次配置
し、被写体側から入射した光束を該第一面反射鏡、該第
二面反射鏡、該第三面反射鏡の順に反射して結像を得る
光学系において、 上記第一面反射鏡の曲率中心と上記第二面反射鏡の曲率
中心を結んでできる直線を光学系の軸とし、上記第一面
反射鏡の近傍に上記光学系の軸が中心を通る様に配設さ
れた絞りを備え、上記第三面反射鏡は、曲率中心が上記
光学系の軸上にあり、反射面を上記光学系の軸に直交す
る面から非点収差が小さくなる方向に傾いて配設されて
いることを特徴とする広角反射光学系。 - 【請求項５】 上記第一面反射鏡、上記第二面反射鏡、
上記第三面反射鏡の少なくとも１つが非球面形状である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の広
角反射光学系。 - 【請求項６】 上記絞りの近傍に球面収差を減少させる
収差補正板をさらに備えていることを特徴とする請求項
１乃至５のいずれかに記載の広角反射光学系。 - 【請求項７】 上記絞りが非円形形状であることを特徴
とする請求項１乃至６のいずれかに記載の広角反射光学
系。 - 【請求項８】 上記絞りが上記第二面反射鏡と一体成形
されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか
に記載の広角反射光学系。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16381399A JP4212721B2 (ja) | 1999-06-10 | 1999-06-10 | 広角反射光学系 |
| DE60025661T DE60025661T2 (de) | 1999-06-10 | 2000-06-06 | Weitwinkeliges katoptrisches System |
| EP00112162A EP1061397B1 (en) | 1999-06-10 | 2000-06-06 | Wide-angle catoptric system |
| US09/591,661 US6850361B1 (en) | 1999-06-10 | 2000-06-09 | Wide-angle catoptric system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16381399A JP4212721B2 (ja) | 1999-06-10 | 1999-06-10 | 広角反射光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000352668A true JP2000352668A (ja) | 2000-12-19 |
| JP4212721B2 JP4212721B2 (ja) | 2009-01-21 |
Family
ID=15781214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16381399A Expired - Lifetime JP4212721B2 (ja) | 1999-06-10 | 1999-06-10 | 広角反射光学系 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6850361B1 (ja) |
| EP (1) | EP1061397B1 (ja) |
| JP (1) | JP4212721B2 (ja) |
| DE (1) | DE60025661T2 (ja) |
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| CN114035309A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-02-11 | 东北大学 | 一种基于自由曲面的宽视场长波段离轴三反光学系统 |
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| DE102006014380A1 (de) | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Carl Zeiss Smt Ag | Projektionsobjektiv und Projektionsbelichtungsanlage mit negativer Schnittweite der Eintrittspupille |
| WO2007115597A1 (en) | 2006-04-07 | 2007-10-18 | Carl Zeiss Smt Ag | Microlithography projection optical system, tool and method of production |
| RU2424541C2 (ru) * | 2009-10-08 | 2011-07-20 | Михаил Абрамович Ган | Устройство отображения визуальной информации на лобовом стекле транспортного средства |
| WO2012128656A1 (ru) * | 2011-03-22 | 2012-09-27 | Gan Mikhail Abramovich | Устройство отображения визуальной информации на лобовом стекле транспортного средства |
| CN103809278B (zh) * | 2012-11-06 | 2016-09-14 | 清华大学 | 离轴三反镜 |
| CN104898262B (zh) * | 2014-03-05 | 2017-05-17 | 清华大学 | 自由曲面离轴三反光学系统 |
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1999
- 1999-06-10 JP JP16381399A patent/JP4212721B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-06-06 DE DE60025661T patent/DE60025661T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-06 EP EP00112162A patent/EP1061397B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-09 US US09/591,661 patent/US6850361B1/en not_active Expired - Lifetime
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