JPH0572477A - アフオ−カル光学装置 - Google Patents
アフオ−カル光学装置Info
- Publication number
- JPH0572477A JPH0572477A JP3235050A JP23505091A JPH0572477A JP H0572477 A JPH0572477 A JP H0572477A JP 3235050 A JP3235050 A JP 3235050A JP 23505091 A JP23505091 A JP 23505091A JP H0572477 A JPH0572477 A JP H0572477A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、最大使用画角における軸外収差を
小さくするとともに、使用範囲全体にわたる収差特性を
向上させるようにしたアフォ−カル光学装置を提供する
ことを目的とする。 【構成】アフォ−カル光学系を構成する主鏡１と副鏡４
の各反射面３、５を高次非球面化するに際して、円錐定
数、４次非球面係数、６次非球面係数、８次非球面係
数、１０次非球面係数のうち、少なくとも上記円錐定数
を最適化するようにしたことを特徴とする。
小さくするとともに、使用範囲全体にわたる収差特性を
向上させるようにしたアフォ−カル光学装置を提供する
ことを目的とする。 【構成】アフォ−カル光学系を構成する主鏡１と副鏡４
の各反射面３、５を高次非球面化するに際して、円錐定
数、４次非球面係数、６次非球面係数、８次非球面係
数、１０次非球面係数のうち、少なくとも上記円錐定数
を最適化するようにしたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は望遠鏡やビ−ム整形光
学系などに用いられるアフォ−カル光学装置に関する。
学系などに用いられるアフォ−カル光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】放物面からなる反射面を有する主鏡と副
鏡とをカセグレン配置にすると、軸上無収差の非焦点系
（アフォ−カル系）が得られる。しかしながら、光軸に
対して所定の角度で傾斜した画角においては収差が存在
する。この収差を軸外収差という。
鏡とをカセグレン配置にすると、軸上無収差の非焦点系
（アフォ−カル系）が得られる。しかしながら、光軸に
対して所定の角度で傾斜した画角においては収差が存在
する。この収差を軸外収差という。
【０００３】従来、アフォ−カル系の光学装置において
は、軸外収差を補正するということがほとんど行われて
いなかった。図３（ａ）は従来のアフォ−カル光学系に
おける画角と軸外収差との関係を示す。この図から分か
るように、軸外収差は画角が大きくなればなる程、大き
くなる。そのため、その光学系が軸外での使用を要求さ
れる場合、高い光学性能が得られないということがあっ
た。
は、軸外収差を補正するということがほとんど行われて
いなかった。図３（ａ）は従来のアフォ−カル光学系に
おける画角と軸外収差との関係を示す。この図から分か
るように、軸外収差は画角が大きくなればなる程、大き
くなる。そのため、その光学系が軸外での使用を要求さ
れる場合、高い光学性能が得られないということがあっ
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のア
フォ−カル光学装置は、画角が大きくなればなる程、収
差も大きくなるので、軸外で使用する場合の光学性能が
低下するということがあった。
フォ−カル光学装置は、画角が大きくなればなる程、収
差も大きくなるので、軸外で使用する場合の光学性能が
低下するということがあった。
【０００５】この発明は上記事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、使用画角が大きくなっ
ても、その使用画角の範囲全体にわたって良好な収差特
性が得られるようにしたアフォ−カル光学装置を提供す
ることにある。
ので、その目的とするところは、使用画角が大きくなっ
ても、その使用画角の範囲全体にわたって良好な収差特
性が得られるようにしたアフォ−カル光学装置を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、中心部に光線が通る通孔が形成された凹
状反射面を有する主鏡と、上記通孔に対向して配置され
た凸状反射面を有する副鏡とから構成され、上記主鏡と
副鏡との反射面は回転放物面を基本とし、下記式によっ
て定められる高次非球面からなるとともに、光軸に対し
て傾いた所定の範囲内の画角における軸外収差が所定値
以下となるよう、下記式中におけるｋ、Ａn のパラメ−
タのうち、少なくともｋが最適化されることを特徴とす
るアフォ−カル光学装置にある。
にこの発明は、中心部に光線が通る通孔が形成された凹
状反射面を有する主鏡と、上記通孔に対向して配置され
た凸状反射面を有する副鏡とから構成され、上記主鏡と
副鏡との反射面は回転放物面を基本とし、下記式によっ
て定められる高次非球面からなるとともに、光軸に対し
て傾いた所定の範囲内の画角における軸外収差が所定値
以下となるよう、下記式中におけるｋ、Ａn のパラメ−
タのうち、少なくともｋが最適化されることを特徴とす
るアフォ−カル光学装置にある。
【０００７】
【数２】 ただし、Ｘは光軸方向に沿う座標、ｈは光軸と直交する
方向の座標、ｋは円錐定数、Ａn は高次非球面係数、ｃ
は中心曲率である。
方向の座標、ｋは円錐定数、Ａn は高次非球面係数、ｃ
は中心曲率である。
【０００８】
【作用】上記構成によれば、使用される所定の範囲内の
画角における軸外収差を所定値以下とすることができる
から、その画角内における光学性能を向上させることが
できる。
画角における軸外収差を所定値以下とすることができる
から、その画角内における光学性能を向上させることが
できる。
【０００９】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。図１はアフォ−カル光学装置を示し、同図中
１は主鏡である。この主鏡１には、中心部に光線Ｌが入
射する通孔２が穿設されているとともに、通過側の一側
面は回転放物面を基本とする高次非球面からなる凹状反
射面３に形成されている。
説明する。図１はアフォ−カル光学装置を示し、同図中
１は主鏡である。この主鏡１には、中心部に光線Ｌが入
射する通孔２が穿設されているとともに、通過側の一側
面は回転放物面を基本とする高次非球面からなる凹状反
射面３に形成されている。
【００１０】上記主鏡１の凹状反射面３と対向する部位
には、副鏡４が光学中心を上記主鏡１の光学中心と同一
光軸Ｏ上に位置させて配置されている。この副鏡４の上
記凹状反射面３と対向する面は、回転放物面を基本とす
る高次非球面からなる凸状反射面５に形成されていて、
この凸状反射面５と上記凹状反射面３とは焦点Ｆを共有
して配置されている。したがって、上記主鏡１の通孔２
から光線Ｌが光軸Ｏと平行に入射すれば、その光線Ｌは
副鏡４の凸状反射面５で拡大方向に反射して主鏡１の凹
状反射面３に入射し、この凹状反射面３で上記光軸Ｏと
平行に反射する。光線Ｌが光軸Ｏに対して所定の傾斜角
度で上記通孔２から入射すれば、主鏡１の凹状反射面３
で反射した光線Ｌは図１の鎖線で示すように光軸Ｏに対
して傾斜し、角度ｒの画角が生じることになる。
には、副鏡４が光学中心を上記主鏡１の光学中心と同一
光軸Ｏ上に位置させて配置されている。この副鏡４の上
記凹状反射面３と対向する面は、回転放物面を基本とす
る高次非球面からなる凸状反射面５に形成されていて、
この凸状反射面５と上記凹状反射面３とは焦点Ｆを共有
して配置されている。したがって、上記主鏡１の通孔２
から光線Ｌが光軸Ｏと平行に入射すれば、その光線Ｌは
副鏡４の凸状反射面５で拡大方向に反射して主鏡１の凹
状反射面３に入射し、この凹状反射面３で上記光軸Ｏと
平行に反射する。光線Ｌが光軸Ｏに対して所定の傾斜角
度で上記通孔２から入射すれば、主鏡１の凹状反射面３
で反射した光線Ｌは図１の鎖線で示すように光軸Ｏに対
して傾斜し、角度ｒの画角が生じることになる。
【００１１】上記凹状反射面３と凸状反射面５とは、図
２に示すように光軸Ｏ方向に沿う座標をＸ、光軸Ｏと直
交する方向の座標をｈとすると、次式による高次非球面
に設定されている。
２に示すように光軸Ｏ方向に沿う座標をＸ、光軸Ｏと直
交する方向の座標をｈとすると、次式による高次非球面
に設定されている。
【００１２】
【数３】
【００１３】上記（１）式において、ｋは円錐定数、Ａ
は４次非球面係数、Ｂは６次非球面係数、Ｃは８次非球
面係数、Ｄは１０次非球面係数、ｃは中心曲率である。
そして、上記各反射面３、５の形状を設定するにあたっ
ては、円錐定数ｋ、および４〜１０次の非球面係数Ａ〜
Ｄの各パラメ−タを下記［表１］に示す例１〜例５のよ
うにした。つまり、各例において、４〜１０次の非球面
係数Ａ〜Ｄは選択的に使用し、円錐定数は各例の全てに
必ず使用した。なお、（１）式は（２）式から導出され
る。
は４次非球面係数、Ｂは６次非球面係数、Ｃは８次非球
面係数、Ｄは１０次非球面係数、ｃは中心曲率である。
そして、上記各反射面３、５の形状を設定するにあたっ
ては、円錐定数ｋ、および４〜１０次の非球面係数Ａ〜
Ｄの各パラメ−タを下記［表１］に示す例１〜例５のよ
うにした。つまり、各例において、４〜１０次の非球面
係数Ａ〜Ｄは選択的に使用し、円錐定数は各例の全てに
必ず使用した。なお、（１）式は（２）式から導出され
る。
【００１４】
【数４】
【００１５】すなわち、（１）式はｌ（エル）＝５の場
合を示している。ただし、（１）式における係数Ａは
（２）式における係数Ａ2 、同じく（１）式における係
数Ｂは（２）式における係数Ａ3 、同じく（１）式にお
ける係数Ｃは（２）式における係数Ａ4 、同じく（１）
式における係数Ｄは（２）式における係数Ａ5 となって
いる。なお、この実施例において、（１）式中にＡ1 ｈ
2 の項がないのは、この２次項が（１）式中の
合を示している。ただし、（１）式における係数Ａは
（２）式における係数Ａ2 、同じく（１）式における係
数Ｂは（２）式における係数Ａ3 、同じく（１）式にお
ける係数Ｃは（２）式における係数Ａ4 、同じく（１）
式における係数Ｄは（２）式における係数Ａ5 となって
いる。なお、この実施例において、（１）式中にＡ1 ｈ
2 の項がないのは、この２次項が（１）式中の
【００１６】
【数５】 の項により、現わされることによる。また、ｌ（エル）
は６以上であってもよいこと無論である。
は６以上であってもよいこと無論である。
【００１７】
【表１】
【００１８】下記［表２］は［表１］に示される例１〜
５の円錐定数ｋおよび高次非球面係数Ａ〜Ｄのパラメ−
タの使用形態において、これらパラメ−タを最適化した
値を示す。
５の円錐定数ｋおよび高次非球面係数Ａ〜Ｄのパラメ−
タの使用形態において、これらパラメ−タを最適化した
値を示す。
【００１９】
【表２】
【００２０】図３（ｂ）は［表２］の例３にもとづく最
適化によって主鏡１と副鏡４との反射面３、５を高次非
球面化して収差配分した場合の画角と波面収差との関係
を示し、使用画角０と、最大使用画角（この場合は１mr
ad）とでの波面収差がほぼ等しくなるよう設定した。つ
まり、光軸Ｏ上の収差を許し、光軸Ｏ外の収差を低減す
ることで、従来に比べて使用最大画角における最大収差
を十分に小さくし、使用画角全体にわたって良好な収差
特性となるようにした。それによって、使用画角全体に
わたって波面収差を所定値以下にできるから、画角が０
から１mradの範囲内で所定値以上の光学精度で使用する
ことができる。
適化によって主鏡１と副鏡４との反射面３、５を高次非
球面化して収差配分した場合の画角と波面収差との関係
を示し、使用画角０と、最大使用画角（この場合は１mr
ad）とでの波面収差がほぼ等しくなるよう設定した。つ
まり、光軸Ｏ上の収差を許し、光軸Ｏ外の収差を低減す
ることで、従来に比べて使用最大画角における最大収差
を十分に小さくし、使用画角全体にわたって良好な収差
特性となるようにした。それによって、使用画角全体に
わたって波面収差を所定値以下にできるから、画角が０
から１mradの範囲内で所定値以上の光学精度で使用する
ことができる。
【００２１】なお、図３（ａ）、（ｂ）は光線Ｌの波長
λが780nm の場合の画角と、波面収差との関係を示し、
最大使用画角が１mradのときに、従来は図３（ａ）のよ
うに波面収差が約λ／１１(RMS）であったものが、反射
面３、５をこの発明にもとづいて高次非球面化すると、
図３（ｂ）に示すように最大使用画角１mradにおいて、
波面収差を約λ／22.7(RAS) に改善することができたこ
とを示している。この発明は上記一実施例に限定され
ず、たとえば光線Ｌの光路中に補正レンズを配置し、軸
外収差をさらに小さくするようにしてもよい。
λが780nm の場合の画角と、波面収差との関係を示し、
最大使用画角が１mradのときに、従来は図３（ａ）のよ
うに波面収差が約λ／１１(RMS）であったものが、反射
面３、５をこの発明にもとづいて高次非球面化すると、
図３（ｂ）に示すように最大使用画角１mradにおいて、
波面収差を約λ／22.7(RAS) に改善することができたこ
とを示している。この発明は上記一実施例に限定され
ず、たとえば光線Ｌの光路中に補正レンズを配置し、軸
外収差をさらに小さくするようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、アフォ−
カル光学系を構成する主鏡と副鏡の反射面を高次非球面
化するに際して、円錐定数と高次非球面係数のうち、少
なくとも上記円錐定数を最適化するようにした。
カル光学系を構成する主鏡と副鏡の反射面を高次非球面
化するに際して、円錐定数と高次非球面係数のうち、少
なくとも上記円錐定数を最適化するようにした。
【００２３】そのため、軸外での使用が要求される場
合、使用される最大画角における収差を従来に比べて小
さくし、使用画角内全体における収差を所定値以下に平
均化することができるから、使用画角全体にわたって光
学的性能の向上が計れる。
合、使用される最大画角における収差を従来に比べて小
さくし、使用画角内全体における収差を所定値以下に平
均化することができるから、使用画角全体にわたって光
学的性能の向上が計れる。
【図１】この発明の一実施例の全体構成図。
【図２】同じく反射面形状を設定する式におけるＸとｈ
との関係の説明図。
との関係の説明図。
【図３】（ａ）は軸外収差を補正しない従来の反射面の
画角と収差との関係を示すグラフ、（ｂ）は軸外収差を
補正した場合の反射面の画角と収差との関係を示すグラ
フ。
画角と収差との関係を示すグラフ、（ｂ）は軸外収差を
補正した場合の反射面の画角と収差との関係を示すグラ
フ。
１…主鏡、２…通孔、３…凹状反射面、４…副鏡、５…
凸状反射面。
凸状反射面。
Claims (2)
- 【請求項１】 中心部に光線が通る通孔が形成された凹
状反射面を有する主鏡と、上記通孔に対向して配置され
た凸状反射面を有する副鏡とから構成され、上記主鏡と
副鏡との反射面は回転放物面を基本とし、下記式によっ
て定められる高次非球面からなるとともに、光軸に対し
て傾いた所定の範囲内の画角における軸外収差が所定値
以下となるよう、下記式中におけるｋ、Ａn のパラメ−
タのうち、少なくともｋが最適化されることを特徴とす
るアフォ−カル光学装置。 【数１】 ただし、Ｘは上記光軸方向に沿う座標、ｈは上記光軸と
直交する方向の座標、ｋは円錐定数、Ａn は高次非球面
係数、ｃは中心曲率である。 - 【請求項２】 画角が０のときと、最大使用画角とにお
ける収差がほぼ等しく設定されることを特徴とする請求
項１記載のアフォ−カル光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3235050A JPH0572477A (ja) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | アフオ−カル光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3235050A JPH0572477A (ja) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | アフオ−カル光学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0572477A true JPH0572477A (ja) | 1993-03-26 |
Family
ID=16980347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3235050A Pending JPH0572477A (ja) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | アフオ−カル光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0572477A (ja) |
Cited By (26)
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- 1991-09-13 JP JP3235050A patent/JPH0572477A/ja active Pending
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