JP2001013412A

JP2001013412A - 反射光学系

Info

Publication number: JP2001013412A
Application number: JP11187370A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shindo; 修進藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】中央部に開口を有する凹面の第一位反射鏡
と、その前方に配置された凸面の第二位反射鏡により、
第一位反射鏡の中央開口を通過させるとともに、その開
口近傍で中間結像させ、さらに凹面の第三位反射鏡によ
り、略等倍で再結像させる３枚鏡において、収差が発生
を抑制しつつ、透過型平行平面板の設置を可能にした反
射光学系を得る。【解決手段】透過型平行平面板を第二位反射鏡と第三
位反射鏡の間の光路中に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一次元の電子走
査と、それと直交した方向への衛星移動を併用して二次
元画像を取得するプッシュブルーム走査方式による地球
等の観測衛星に搭載され、地表面の二次元画像を取得す
るために利用される高空間分解能の反射光学系に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】欧米等では地上分解能が数十ｃｍという
高空間分解能の光学センサーが開発され運用されてい
る。その光学構成については公にされていないが、一般
に、光学センサーは高空間分解能化すると大型化する傾
向があるため、これを避けて、通常は図７に示された光
学構成を有する、USP4,101,195“ANASTIGMATIC THREE-M
IRROR TELESCOPE”（以下文献１という。）で開示され
た３枚鏡が採用されている。

【０００３】図７に示された従来例において、１は第一
位反射鏡、２は第二位反射鏡、３は第三位反射鏡、４は
折り曲げミラー、５は一次元ＣＣＤ、６は開口、７は平
行光束、８は光軸、９は中間結像点であり、第一位反射
鏡１から入射した平行光束７は、順次、第二位反射鏡
２、折り曲げミラー４第三位反射鏡３で反射され、一次
元ＣＣＤ５で像を結ぶ。図中の、折り曲げミラー４は全
長を短くするために設けられたものである。一次元ＣＣ
Ｄ５は、素子並びが紙面に垂直になるよう設置されてい
る。文献１の３枚鏡の特徴は、第二位反射鏡２の後の中
間結像点９で一度結像し、それを第三位反射鏡３で再結
像している点である。このため光軸８に対し平行に入射
した平行光束７では中間結像点９と再結像点が重なっ
てしまい、実際上、一次元ＣＣＤ５が配置できなくなる
ため、入射光には僅か傾いた斜入射光束が用いられる。
この３枚鏡では約２°の視野角が得られ、全長は焦点距
離の半分程度の長さとなっていた。しかし３枚鏡には観
測波長域を制限するための波長帯域制限フィルタ等、透
過型平行平面板を挿入する場合に問題があった。

【０００４】波長帯域制限フィルタは一次元ＣＣＤの近
傍に設置されるのが一般である。しかしこの場所は集束
光となっており、透過型平行平面板を設置すると、球面
収差、非点収差、像面湾曲、色収差等が変化し、MTF（M
odulation Transfer Function）が低下してしまうとい
う問題があった。これを解決するため、特願平９−１７
９４３６号「マルチスペクトル分光反射光学系」では、
図８に示すように、基本となる文献１の３枚鏡のＣＣＤ
近傍に設置された分光光学部に対し平行平面板とメニス
カスレンズを追加した。

【０００５】図８の従来例について以下に説明する。１
は第一位反射鏡、２は第二位反射鏡、３は第三位反射
鏡、５は一次元ＣＣＤ、６は開口、８は光軸、９は中間
結像点、１０は分光光学部、１１は平行平面板、１２は
メニスカスレンズ、１３は折り曲げプリズムである。図
の左方から第二位反射鏡２の周囲空間を通って入射した
光束は第一位反射鏡１で反射され、第二位反射鏡２に向
かい反射され、この反射光束が第一位反射鏡１の中央に
穿たれた開口６を通り、その開口６の近傍の中間結像点
９で空中像として結像する。空中像を結んだ光束はさら
に進行し、平行平面板１１、メニスカスレンズ１２と順
次透過し、第三位反射鏡３で反射される。そして、その
反射光は再びメニスカスレンズ１２を透過した後、平行
平面板１１に形成された折り曲げプリズム１３で折り曲
げられて分光光学部１０に入射する。最後に、分光光学
部１０を射出した光束は一次元ＣＣＤ５の上に再結像す
るというものである。この従来例では、分光光学部１０
で発生する様々な収差を平行平面板１１と、メニスカス
レンズ１２で補正していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】文献１の３枚鏡におけ
る上記のような従来技術は大掛かりなものであり、かつ
重量が軽減するという課題が十分解決されたとは言い難
いものであった。しかしながらこの従来技術を用いず、
波長帯域制限フィルタのような透過型平行平面板を一次
元ＣＣＤの近傍に設置する場合には様々な収差が発生
し、収差補正は困難なものとなるのである。

【０００７】この発明は、このような文献１の３枚鏡に
おいて波長帯域制限フィルタや、全体として平行平面板
を形成する二枚の楔ガラスのような透過型平行平面板を
挿入する際に、従来、課題となっていた問題点に鑑みて
なされたもので、その問題点を解決した反射光学系を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明の反射光学系
は、ほぼ無限遠から入射する斜入射光束を、中央部に開
口を有する凹面の第一位反射鏡と、その前方に配置され
た凸面の第二位反射鏡により、第一位反射鏡の中央開口
を通過させるとともに、その開口近傍で中間結像させ、
さらに凹面の第三位反射鏡により、略等倍で再結像させ
る３枚鏡と呼ばれる反射光学系において、透過型平行平
面板を第二位反射鏡と第三位反射鏡の間の光路中に配置
したものである。

【０００９】また第２の発明の反射光学系は、透過型平
行平面板の厚みが10mm以下となるよう構成したものであ
る。

【００１０】第３の発明の反射光学系は、透過型平行平
面板の厚みを５mmとしたものである。

【００１１】また第４の発明の反射光学系は、透過型平
行平面板を波長帯域制限フィルタで構成したものであ
る。

【００１２】第５の発明の反射光学系は、透過型平行平
面板を二枚の楔ガラスの組合せで構成したものである。

【００１３】また第６の発明の反射光学系は、二枚の楔
ガラスが焦点調整装置の一部を構成するものである。

【００１４】

【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を示す構成図である。この実施の形態１
は図８の3枚鏡を基本構成としており、１は第一位反射
鏡、２は第二位反射鏡、３は第三位反射鏡、４は折り曲
げミラー、５は一次元ＣＣＤ、６は開口、８は光軸、９
は中間結像点、１４は透過型平行平面板である。図の左
方から第二位反射鏡２の周囲空間を通って入射した光束
は第一位反射鏡１で反射され、第二位反射鏡２に向かい
反射され、この反射光束が第一位反射鏡１の中央に穿た
れた開口６を通り、その開口６の近傍の中間結像点９で
空中像として結像する。空中像を結んだ光束はさらに進
行し、透過型平行平面板１４を透過し、折り曲げミラー
４を経て、第三位反射鏡３で反射される。そして、その
反射光は一次元ＣＣＤ５の上に再結像するものである。

【００１５】図２及び図３を用いて、この実施の形態1
の原理を説明する。図２において、１は第一位反射鏡、
３は第三位反射鏡、４は折り曲げミラー、５は一次元Ｃ
ＣＤで、図１の光軸８に沿って入射側を見た図として示
している。１５は第二位反射鏡及び／または第三位反射
鏡３によって形成される射出瞳である。射出瞳１５は第
三位反射鏡３と一次元ＣＣＤ５の中間に出来るため、一
次元ＣＣＤ５に入射する各像高の像界主光線１６の一次
元ＣＣＤ５に対して張る広がり角βが大きく、一次元Ｃ
ＣＤ５の直前に置かれた僅かな厚みの透過型平行平面板
１４に対しても、大きな非点収差が発生することにな
る。さらにこの像界主光線１６の広がり角βは、透過型
平行平面板１４が帯域フィルタの場合には、像高が高
くなるに従い中心波長が短波長側にシフトし、観測性能
に重大な影響を与えることになる。

【００１６】図３は第一位反射鏡１から中間結像点９ま
での光束を示した図である。瞳の位置が第二反射鏡２
にあると考えてみても中間結像点９に向かう各像高の物
界主光線１７の広がり角αはＣＣＤ側の像界主光線１６
の広がり角βに比べて小さいことがわかる。

【００１７】図４（ａ）は、一次元ＣＣＤ５の直前に厚
み５mmの透過型平行平面板１４を挿入したときのスルー
フォーカスMTFで、図４（ｂ）は、図1において、中間結
像点９の直後に厚み５mmの透過型平行平面板１４を挿入
したときのスルーフォーカスMTFである。いずれの場合
も、実線はＣＣＤの中央部でのメリジオナルのMTFで、
点線はＣＣＤの周辺部でのメリジオナルのMTFである。
明らかに中間結像点９の直後に透過型平行平面板を配置
した場合の方がMTFは良好である。

【００１８】図５は、図１の実施の形態1において、透
過型平行平面板１４の厚みによってメリジオナルMTFの
ピーク値が劣化する様子を示したものである。プッシュ
ブルーム走査方式の反射光学系の場合、製造公差を含め
てMTFは0.45程度が限界とされており、この基準に従え
ば、図５は、図１の実施の形態１において許される透過
型平行平面板１４の厚みは10mmが限界と言うことにな
る。

【００１９】図６において、１８ａ、１８ｂは楔ガラス
である。図6は、楔ガラス１８ａ、１８ｂ二枚の組合せ
からなり全体として平行平面板を形成している状況を示
したもので、楔の対向する斜面の間隔を狭くすれば、そ
こから発生する収差は小さく抑えられるため、この組み
合わせは単純な透過型平行平面板として置き換えられ
る。二枚の楔ガラス１８ａ、１８ｂを組み合わせた応用
例としては焦点調整装置があり、図６において楔ガラス
１８ｂを固定し、図示された矢印の方向に楔ガラス１
８ａを移動させると光路長が変化する原理を利用した装
置である。従って、実施の形態１は透過型平行平面板の
置かれる位置に、楔ガラスを組み合わせた焦点調整装置
を配置することも可能であることを意味している。

【００２０】

【発明の効果】この発明によれば、ほぼ無限遠から入射
する斜入射光束を、中央部に開口を有する凹面の第一位
反射鏡と、その前方に配置された凸面の第二位反射鏡に
より、第一位反射鏡の中央開口を通過させるとともに、
その開口近傍で中間結像させ、さらに凹面の第三位反射
鏡により、略等倍で再結像させる３枚鏡と呼ばれる反射
光学系において、透過型平行平面板を第二位反射鏡と第
三位反射鏡の間の光路中に配置することによって、コン
パクトかつ高空間分解能な反射望遠鏡であって、波長帯
域制限又は／及び焦点調整可能な反射光学系を構成する
ことができた。

【００２１】なお図１においては、第二位反射鏡２と
第三位反射鏡３の間に折り曲げミラー４が介在している
が、この折り曲げミラー４の存在は必須要件ではない。
折り曲げミラー４の有る無しに関わらず、第二位反射鏡
２と第三位反射鏡３の光路の途中に透過型平行平面板を
配置した場合は、本発明の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による反射光学系の実施の形態１を
示す図である。

【図２】この発明の実施の形態１における像界主光線
の振る舞いを示す図である。

【図３】この発明の実施の形態１における物界主光線
の振る舞いを示す図である。

【図４】（ａ）は一次元ＣＣＤの直前に厚み５mmの透
過型平行平面板を挿入したときのＭＴＦ特性を示す図で
あり、（ｂ）は中間結像点の直後に厚み５mmの透過型平
行平面板を挿入したときのＭＴＦ特性を示す図である。

【図５】この発明の実施の形態１における透過型平行
平面板の厚み制限を説明する図である。

【図６】全体として平行平面板を形成する二枚の楔ガ
ラスを説明する図である。

【図７】従来の3枚鏡の構造を説明する図である。

【図８】△従来のマルチスペクトル分光反射鏡の構造を
説明する図である。

【符号の説明】

１第一位反射鏡２第二位反射鏡３第三位反射
鏡４折り曲げミラー５一次元ＣＣＤ６開口
７平行光束８光軸９中間結像点１０分光光学部１１平行平面板１２メニスカ
スレンズ１３折り曲げプリズム１４透過型平行
平面板１５射出瞳１６像界主光線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中央部に開口を有する凹面の第一位反射
鏡と、前記第一位反射鏡の前方に配置され、前記第一位
反射鏡により反射された光束を反射して、前記第一位反
射鏡の中央開口を通過させるとともに前記開口近傍で中
間結像させる凸面の第二位反射鏡と、前記第二位反射鏡
で中間結像された光束を略等倍で再結像させる凹面の第
三位反射鏡とを有する反射光学系において、透過型平行
平面板を前記第二位反射鏡と前記第三位反射鏡の間の光
路中に配置したことを特徴とする反射光学系。
【請求項２】上記透過型平行平面板の厚みが１０mm以
下であることを特徴とする請求項１記載の反射光学系。
【請求項３】上記透過型平行平面板の厚みを５mmにし
たことを特徴とする請求項１記載の反射光学系。
【請求項４】上記透過型平行平面板が、波長帯域制限
フィルタであることを特徴とする請求項１〜３いすれか
記載の反射光学系。
【請求項５】上記透過型平行平面板が、楔ガラス二枚
の組合せからなり全体として平行平面板を形成すること
を特徴とする請求項１〜３いずれか記載の反射光学系。
【請求項６】上記楔ガラスが、焦点調整装置の一部を
なすことを特徴とする請求項５記載の反射光学系。