JP2003167196A - 反射屈折光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成を複雑化することなく球面収差の低減が
可能なシュミットカセグレン式の反射屈折光学系を提供
する。 【解決手段】 主鏡、副鏡、及びシュミット板からなる
シュミットカセグレン式光学系の前記主鏡と副鏡との少
なくとも一方を裏面鏡により構成する。このように屈折
回数を増やし、設計時の自由度を増加させれば、従来は
困難とされていた球面収差の補正（主にシュミット板に
おいて発生する異なる波長による球面収差の補正）が、
可能となる。また、この裏面鏡は、屈折レンズの裏面を
反射面とするだけでよいので、従来のシュミットカセグ
レン式光学系と比べて、重量の増加を抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、望遠鏡などに利用
される反射屈折光学系に関し、特に、シュミットカセグ
レン式光学系にフィールドレンズが組み合わせられてな
る反射屈折光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】シュミットカセグレン式光学系は、全長
が短く、明るい特徴を持つ光学系として知られている。
図７に示すように、シュミットカセグレン式光学系は、
主鏡７１及び副鏡７２よりも入射側にシュミット板７３
と呼ばれる補正板を挿入して構成される反射屈折光学系
である。

【０００３】因みに、このシュミット板７３は、非球面
にて構成された平面板であり、球面収差を補正する作用
を担っている。このシュミットカセグレン式光学系にお
いては、コマ収差と非点収差とを抑えるためには、入射
瞳面であるシュミット板７３の位置に主鏡７１と副鏡７
２との曲率中心をほぼ同じに配置して、瞳に対する同球
心性（コンセントリック）をほぼ保つ必要がある。この
ため、副鏡７２のパワーの大きさは、主鏡７１のそれと
比較して大きくなる。

【０００４】しかし一方で、光学系にて発生する像面彎
曲は、副鏡７２のパワーの大きさと主鏡７１のパワーの
大きさとの差異が大きいほど、顕著となる。したがっ
て、このシュミットカセグレン式光学系においては、一
般に、コマ収差、非点収差、及び像面彎曲を同時に抑え
ることは困難とされている。そこで、シュミットカセグ
レン式光学系において、広角かつ高分解能を実現するた
めには、コマ収差及び非点収差については前記同球心性
を保つことにより補正し、像面彎曲についてはフィール
ドレンズの配置により補正する方法が知られている。図
７中、符号７４で示すのがこのフィールドレンズであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィー
ルドレンズ７４を挿入しても、図８に示すように、像面
彎曲（図８中央）については補正されるものの、異なる
波長による球面収差（図８左）については抑えられな
い。これは、シュミット板の硝材の波長分散によるもの
である。

【０００６】このため、このシュミットカセグレン式光
学系に対し、さらに明るく広画角化を試みようとして
も、広い波長帯域では像が不明瞭になるという問題は回
避できない。因みに、従来、シュミットカセグレン式光
学系におけるこの問題を回避するために、シュミット板
７３をダブレットの色消しレンズとする方法も提案され
ている。

【０００７】しかし、ダブレットの色消しレンズの採用
は、光学系の重量を増加させる傾向にある。なぜなら、
このレンズにおいては、少なくとも１つの凸レンズと１
つの凹レンズとを組み合わせる必要があって、各レンズ
の屈折面を高精度に加工し、また、その形状を高精度に
保つためには、そのレンズの中心厚を厚くせざるを得な
いからである。

【０００８】因みに近年は、シュミットカセグレン式光
学系からなる望遠鏡を、人工衛星などの機器に搭載する
ために、できる限り小型化して軽量化させたいという要
求が強まっている。また、そうでなくとも、小型化及び
軽量化は、常々望まれていたことである。そこで本発明
は、重量の増加を抑えつつ球面収差の低減が可能なシュ
ミットカセグレン式の反射屈折光学系を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の反射屈
折光学系は、主鏡、副鏡、及びパワーを持たないシュミ
ット板からなるシュミットカセグレン式光学系と、前記
主鏡後方に配置されるフィールドレンズとを備えた反射
屈折光学系において、前記主鏡と副鏡との少なくとも一
方が裏面鏡により構成されたものである。

【００１０】このように裏面鏡を採用すると、従来より
も屈折回数が増えるので、波長に依存する収差の補正の
自由度が増す。その結果、従来は困難とされていた球面
収差の補正（主にシュミット板において発生する、異な
る波長による球面収差の補正）が、可能となる。また、
上記した裏面鏡を製造するに当たっては、屈折レンズの
一方の面に金属を付着させるなどして反射コーティング
を施すだけでよいので、従来のシュミットカセグレン式
光学系と比べても光学系の重量増加はほとんどない。

【００１１】したがって、この反射屈折光学系は、重量
の増加を抑えつつ、異なる波長による球面収差の低減が
可能である。請求項２に記載の反射屈折光学系は、請求
項１に記載の反射屈折光学系において、シュミット板の
アッベ数が、５０よりも大きいものである。

【００１２】請求項３に記載の反射屈折光学系は、請求
項１又は請求項２に記載の反射屈折光学系において、主
鏡のパワーに対する前記副鏡のパワーの比が、−１．３
〜−１．７の範囲に収められたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。

【００１４】［第１実施形態］以下、図１、図２を参照
して本発明の第１実施形態について説明する。図１は、
第１実施形態のシュミットカセグレン式光学系の構成を
示す図である。なお、以下に説明する各実施形態のシュ
ミットカセグレン式光学系は、像面彎曲、非点収差、コ
マ収差、そして球面収差が良好に補正されるので（詳細
は後述する。）、例えば望遠鏡など、明るく広画角が要
求されるような光学系に好適である。以下、このシュミ
ットカセグレン式光学系は望遠鏡に使用されるものと
し、シュミット板（後述する。）は、パワー（屈折力）
を有していないとする。

【００１５】図１に示すように、本実施形態のシュミッ
トカセグレン式光学系は、図７に示した従来のシュミッ
トカセグレン式光学系と同様、主鏡１１、副鏡１２、シ
ュミット板１３、フィールドレンズ１４を備える。ま
た、主鏡１１、副鏡１２、フィールドレンズ１４は、球
面で構成される。但し、本実施形態のシュミットカセグ
レン式光学系においては、主鏡１１が裏面鏡となってい
る。

【００１６】したがって、このシュミットカセグレン式
光学系において、シュミット板１３を透過した光は、屈
折面の側から主鏡１１に入射した後にその裏面で反射
し、その後、再びその屈折面から射出して、副鏡１２へ
と向かう。このように、裏面鏡を採用すると、図７に示
した従来のシュミットカセグレン式光学系よりも、第３
面Ｓ３（主鏡１１の屈折面）における屈折及び第５面Ｓ
５（主鏡１１の屈折面）における屈折の分だけ光線の屈
折回数が増えるので、従来のシュミットカセグレン式光
学系よりも、波長に依存する収差補正の自由度が増す。

【００１７】その結果、従来は困難とされていた球面収
差の補正（主にシュミット板において発生する、異なる
波長による球面収差の補正）が、可能となる。そして、
本実施形態においても、主鏡１１と副鏡１２との同球心
性及び球心と入射瞳の一致がほぼ保たれるので、コマ収
差や非点収差は十分に小さく抑えることができる。

【００１８】しかも、上記した主鏡１１（すなわち裏面
鏡）を製造するに当たっては、高精度加工及び保持に適
した厚みを持つ屈折レンズの一方の面に反射コーティン
グを施しているので、従来のシュミットカセグレン式光
学系と比べて実質的に重量の増加はない。また、ダブレ
ットの色消しレンズを採用する場合よりも、重量の点で
も有利である。

【００１９】以上、本実施形態によると、重量の増加を
抑えつつ球面収差の低減が可能なシュミットカセグレン
式光学系が実現した。ところで、従来のシュミットカセ
グレン式光学系においては、図８の左に示したように、
軸上色収差はほぼ０であるものの、中心波長以外では球
面収差が発生してしまう。

【００２０】したがって、本実施形態のシュミットカセ
グレン式光学系では、屈折面が増えたことを利用して軸
上色収差を発生させ、白色光での球面収差量を小さくし
ている。具体的には、主波長に対して短い波長では軸上
色収差がマイナス側に、長い波長では軸上色収差がプラ
ス側に発生するように、裏面鏡に僅かな屈折力を持たせ
ることが好ましい。

【００２１】また、本実施形態のシュミットカセグレン
式光学系においては、上記した球面収差低減の効果を高
めるために、シュミット板１３のアッベ数は、なるべく
大きいことが好ましく、少なくとも５０よりも大きい必
要がある。また、本実施形態のシュミットカセグレン式
光学系においては、主鏡１１（第４面Ｓ４）のパワーに
対する副鏡１２（第６面Ｓ６）のパワーの比が、−１．
３〜−１．７の範囲内に収められていることが好まし
い。

【００２２】このようにすれば、主鏡１１と副鏡１２と
の同球心性をほぼ保ちながら、像位置を主鏡１１の裏面
（第４面Ｓ４）の近くに配することができる。なお、像
位置を主鏡１１の裏面近くに配すれば、検出器や乾板等
へのアクセスも容易である。以上のように構成された本
実施形態のシュミットカセグレン式光学系のレンズデー
タは、例えば、表１のとおりである。

【表１】 表１において、面Ｓの番号は、光線の入射順に１，２，
・・・，８とした。また、ｒは各面の曲率半径、ｄは面
間隔、νｄはそれぞれ各面間に使用された硝材のアッベ
数である。更にその他の略号、ｆは焦点距離、Ｆ／はＦ
ナンバー、ＦＯＶは画角である。表１に明らかなよう
に、この例では、シュミット板１３のアッベ数νｄは、
６７．８５であり、主鏡１１（第４面Ｓ４）と副鏡１２
（第６面Ｓ６）とのパワーの比は、１：−１．５９であ
る。また、この例では、シュミット板１３と主鏡１１と
には、同一の硝材（石英）が用いられた。

【００２３】図２は、このシュミットカセグレン式光学
系の諸収差図である。図２中の点線（符号ｄ）はｄ線
（５８７．６ｎｍ）についての収差を、実線（符号ｃ）
はｃ線（６５６．３ｎｍ）についての収差を、一点鎖線
（符号ｇ）はｇ線（４３５．８ｎｍ）についての収差を
示している。また、図２（ａ）は縦収差、図２（ｂ）は
横収差を示している。

【００２４】また、図２（ａ）の左、中央、右に示すの
は、それぞれ球面収差、像面彎曲及び非点収差、歪曲収
差の収差図である。また、図２（ｂ）の左、右に示すの
は、それぞれメリジオナル方向、サジタル方向の横収差
図である。図２（ａ）の左に示すように、従来（図８左
参照）は、球面収差がＣ線でマイナスに、ｇ線でプラス
に大きく発生していたが、本実施形態では、ｇ線の軸上
色収差がマイナスに、Ｃ線の軸上色収差がプラスに発生
し、ｇ線、ｄ線、Ｃ線の球面収差は、約７割５分の高さ
でほぼ一致している。

【００２５】そして、全ての波長（ｇ線、ｄ線、Ｃ線）
で球面収差の広がりを比較すると、従来（図８左）より
も狭い範囲内に収められている。したがって、全ての波
長についての球面収差は、従来（図８）よりも狭い範囲
内に小さく納まるため、白色光で形成するスポットのサ
イズは、広い画角に渡って小さく抑えられる。

【００２６】［第２実施形態］以下、図３、図４を参照
して本発明の第２実施形態について説明する。図３は、
本実施形態のシュミットカセグレン式光学系の構成を示
す図である。図３に示すように、本実施形態のシュミッ
トカセグレン式光学系は、図７に示した従来のシュミッ
トカセグレン式光学系と同様、主鏡２１、副鏡２２、シ
ュミット板２３、フィールドレンズ２４を備える。

【００２７】本実施形態のシュミットカセグレン式光学
系においても、第１実施形態と同様、裏面鏡が利用され
る。但し、本実施形態においては、裏面鏡とされるのは
副鏡２２である。このシュミットカセグレン式光学系に
おいて、主鏡２１を反射した光は、屈折面の側から副鏡
２２に入射した後にその裏面で反射し、その後、再びそ
の屈折面から射出して、フィールドレンズ２４へと向か
う。

【００２８】このような裏面鏡を採用した場合にも、第
１実施形態のところで述べたのと同様の理由で、従来は
困難とされていた球面収差の補正（主にシュミット板に
おいて発生する、異なる波長による球面収差の補正）
が、可能となる。また、本実施形態においても、主鏡２
１と副鏡２２との同球心性及び球心と入射瞳の一致がほ
ぼ保たれるので、コマ収差や非点収差は十分に小さく抑
えることができる。

【００２９】しかも、上記した副鏡２２（すなわち裏面
鏡）は、高精度加工及び保持に適した厚みを有する屈折
レンズの一方の面に反射コーティングを施しているの
で、従来のシュミットカセグレン式光学系と比べて実質
的に重量の増加はない。また、シュミット板としてダブ
レットの色消しレンズを採用する場合よりも重量の面で
有利である。

【００３０】以上、本実施形態によると、第１実施形態
と同様、重量の増加を抑えつつ、異なる波長による球面
収差の低減が可能なシュミットカセグレン式光学系が実
現する。なお、本実施形態のシュミットカセグレン式光
学系においても、第１実施形態と同様に屈折面が増えた
ことを利用して軸上色収差を発生させ、白色光での球面
収差量を小さくしている。具体的には、主波長に対して
短い波長では軸上色収差がマイナス側に、長い波長では
軸上色収差がプラス側に発生するように、裏面鏡に僅か
な屈折力を持たせることが好ましい。

【００３１】また、本実施形態のシュミットカセグレン
式光学系においても、上記した球面収差低減の効果を高
めるために、シュミット板２３のアッベ数は、なるべく
大きいことが好ましく、少なくとも５０よりも大きい必
要がある。また、本実施形態のシュミットカセグレン式
光学系においても、主鏡２１（第３面Ｓ３）のパワーに
対する副鏡２２（第５面Ｓ５）のパワーの比が、−１．
３〜−１．７の範囲内に収められていることが好まし
い。

【００３２】以上のように構成された本実施形態のシュ
ミットカセグレン式光学系のレンズデータは、例えば、
表２のとおりである。

【表２】 表２において、面Ｓの番号は、光線の入射順に１，２，
・・・，８とした。また、ｒは各面の曲率半径、ｄは面
間隔、νｄはそれぞれ各面間に使用された硝材のアッベ
数である。更にその他の略号、ｆは焦点距離、Ｆ／はＦ
ナンバー、ＦＯＶは画角である。

【００３３】表２に明らかなように、この例では、シュ
ミット板２３のアッベ数νｄは、６７．８５であり、主
鏡２１（第３面Ｓ３）と副鏡２２（第５面Ｓ５）とのパ
ワーの比は、１：−１．４８である。図４は、このシュ
ミットカセグレン式光学系の諸収差図である。図４中の
点線（符号ｄ）はｄ線（５８７．６ｎｍ）についての収
差を、実線（符号ｃ）はＣ線（６５６．３ｎｍ）につい
ての収差を、一点鎖線（符号ｇ）はｇ線（４３５．８ｎ
ｍ）についての収差を示している。

【００３４】また、図４（ａ）は縦収差、図４（ｂ）は
横収差を示している。また、図４（ａ）の左、中央、右
に示すのは、それぞれ球面収差、像面彎曲及び非点収
差、歪曲収差の収差図である。また、図４（ｂ）の左、
右に示すのは、それぞれメリジオナル方向、サジタル方
向の横収差図である。

【００３５】［第３実施形態］以下、図５、図６を参照
して本発明の実施形態について説明する。図５は、本実
施形態のシュミットカセグレン式光学系の構成を示す図
である。図５に示すように、本実施形態のシュミットカ
セグレン式光学系の構成は、図１に示した第１実施形態
と同じである。

【００３６】なお、本実施形態のシュミットカセグレン
式光学系においても、第１実施形態と同様に屈折面が増
えたことを利用して軸上色収差を発生させ、白色光での
球面収差量を小さくしている。具体的には、主波長に対
して短い波長では軸上色収差がマイナス側に、長い波長
では軸上色収差がプラス側に発生するように、裏面鏡に
僅かな屈折力を持たせることが好ましい。

【００３７】以上の本実施形態のシュミットカセグレン
式光学系のレンズデータは、例えば、表３のとおりであ
る。

【表３】 表３において、面Ｓの番号は、光線の入射順に１，２，
・・・，８とした。また、ｒは各面の曲率半径、ｄは面
間隔、νｄはそれぞれ各面間に使用された硝材のアッベ
数である。更にその他の略号、ｆは焦点距離、Ｆ／はＦ
ナンバー、ＦＯＶは画角である。

【００３８】表３に明らかなように、この例では、シュ
ミット板３３のアッベ数νｄは、５０．８３７であり、
主鏡３１（第４面Ｓ４）と副鏡３２（第６面Ｓ６）との
パワーの比は、１：−１．５５である。図６は、このシ
ュミットカセグレン式光学系の諸収差図である。図６中
の点線（符号ｄ）はｄ線（５８７．６ｎｍ）についての
収差を、実線（符号ｃ）はＣ線（６５６．３ｎｍ）につ
いての収差を、一点鎖線（符号ｇ）はｇ線（４３５．８
ｎｍ）についての収差を示している。

【００３９】また、図６（ａ）は縦収差、図６（ｂ）は
横収差を示している。また、図６（ａ）の左、中央、右
に示すのは、それぞれ球面収差、像面彎曲及び非点収
差、歪曲収差の収差図である。また、図６（ｂ）の左、
右に示すのは、それぞれメリジオナル方向、サジタル方
向の横収差図である。

【００４０】なお、この例では、シュミット板３３のア
ッベ数νｄが５０．８３７というように、前記した他の
例よりも低いので、球面収差低減の効果はやや小さい
が、従来のシュミットカセグレン式光学系よりは、高い
性能を得ることが可能である。 ［その他］以上説明した各実施形態では、上記したシュ
ミットカセグレン式光学系が望遠鏡に使用されるとした
が、他の光学機器に使用可能であることは、言うまでも
ない。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明は、重量の
増加を抑えつつ球面収差の低減が可能なシュミットカセ
グレン式の反射屈折光学系が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のシュミットカセグレン式光学系
の構成を示す図である。

【図２】第１実施形態のシュミットカセグレン式光学系
の諸収差図である。

【図３】第２実施形態のシュミットカセグレン式光学系
の構成を示す図である。

【図４】第２実施形態のシュミットカセグレン式光学系
の諸収差図である。

【図５】第３実施形態のシュミットカセグレン式光学系
の構成を示す図である。

【図６】第３実施形態のシュミットカセグレン式光学系
の諸収差図である。

【図７】従来のシュミットカセグレン式光学系の構成を
示す図である。

【図８】従来のシュミットカセグレン式光学系の諸収差
図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１，７１ 主鏡 １２，２２，３２，７２ 副鏡 １３，２３，３３，７３ シュミット板 １４，２４，３４，７４ フィールドレンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主鏡、副鏡、及びパワーを持たないシュ
   ミット板からなるシュミットカセグレン式光学系と、 前記主鏡後方に配置されるフィールドレンズと を備えた反射屈折光学系において、 前記主鏡と副鏡との少なくとも一方は、裏面鏡により構
   成されることを特徴とする反射屈折光学系。
2. 【請求項２】 前記シュミット板のアッベ数は、５０よ
   りも大きいことを特徴とする請求項１に記載の反射屈折
   光学系。
3. 【請求項３】 前記主鏡のパワーに対する前記副鏡のパ
   ワーの比が、−１．３〜−１．７の範囲に収められるこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の反射屈折
   光学系。