JP2003287684A

JP2003287684A - 反射屈折光学系

Info

Publication number: JP2003287684A
Application number: JP2002090374A
Authority: JP
Inventors: Noboru Koizumi; 昇小泉
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】光路分割プリズムの影響による色収差を容易
に補正することができる反射屈折光学系を提供する。ま
た、焦点位置の調整を容易に行うことができるようにす
る。【解決手段】物体からの光線２の進む順に、１枚の反
射鏡で構成された第１群１０と、正の屈折光学系２１、
および１枚の反射鏡２２で構成された第２群２０と、１
枚の反射鏡で構成された第３群３０と、光路分割プリズ
ム４０とが配置されている。第２群２０において反射鏡
２２の前に正の屈折光学系２１を配置することにより、
光路分割プリズム４０の影響による色収差の補正を行
う。また、正の屈折光学系２１を、反射鏡２２に対して
光軸Ｚ１方向に移動させることにより、物体距離の変化
による焦点位置の調整を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射屈折型の光学
系に関し、色分解プリズム等の光路分割プリズムを備え
た望遠鏡や投影レンズ、特にプッシュブルーム方式によ
る走査をすることで２次元画像を取得するような撮像装
置に用いられる反射屈折光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】反射光学系は、色収差がなく、温度変化
による結像性能の劣化が少ないため、長焦点の望遠鏡に
使用される。反射光学系としては、従来より、リッチー
クレチアン、カセグレンなどの２枚鏡構成のものが知ら
れているが、これらは構成上、中心遮蔽があり、また像
面湾曲が発生するなどの短所がある。一方、近年では、
これらの短所を改善したものとして、物体の像を光軸外
に形成し、広画角化の図られた３枚鏡構成の軸外し反射
光学系が開発され、開示されている。例えば、米国特許
第4,240,707号公報や特開平10-274740公報などに開示さ
れている。

【０００３】このような軸外し反射光学系は、例えばプ
ッシュブルーム方式による走査を行う撮像装置に利用さ
れる。プッシュブルーム方式とは、例えば、人工衛星か
ら地表を観測する場合に用いられるものであり、ライン
センサを用いた電子的な１次元の走査と、そのラインセ
ンサに直交する方向への衛星移動とを併用することによ
り、衛星側において２次元の走査画像を得ることができ
るようにしたものである。

【０００４】図７に、従来の軸外し反射光学系の一例を
示す。この反射光学系は、物体からの光線２００の進む
順に、第１の凹面鏡１１１、凸面鏡１１２、および第２
の凹面鏡１１３からなる３枚の反射鏡を備えている。波
長分割などのために光線を複数に分割する場合には、焦
点面直前に光路分割プリズム１１０が配置される。Ｓｉ
ｍ１〜Ｓｉｍ３は、光路分割プリズム１１０によって分
割された各光線の結像位置を示す。なお、図７におい
て、光線２００は、紙面（ＹＺ平面）内で光軸Ｚ１に対
して入射角５度で入射する光線を示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
開示されている軸外し反射光学系では、結像点にセンサ
を置くことが前提となっている。しかし、結像点で多バ
ンドに光路分割や波長分割して画像を得るためには、図
７に示したように、焦点面直前に光路分割プリズム１１
０を必要とする。この光路分割プリズム１１０を配置し
た場合、反射鏡１１１〜１１３のみで構成された集光光
学系部分においては色収差は発生しないものの、光路分
割プリズム１１０においては光線の屈折により色収差が
発生する。特に多バンドに分割するためにはプリズム長
を長くする必要があり、この場合、色収差の発生は無視
できなくなる。

【０００６】図８は、図７に示した軸外し反射光学系に
おける、Ｆ線（４８６．１ｎｍ），Ｃ線（６５６．３ｎ
ｍ）およびｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する横収差を示
す。この収差図からも分かるように、光路分割プリズム
１１０の影響により色収差が発生している。なお、図８
において、ＯＢＪで示した角度は、図７の紙面内におけ
る入射角５度の光線２００を含む、紙面に垂直な平面内
における光線の入射角度である。ＥＸ（（Ｅ）〜
（Ｈ））は、サジタル像面に対する収差を示し、ＥＹ
（（Ａ）〜（Ｄ））は、タンジェンシャル像面に対する
収差を示す。また、ＰＹ，ＰＸは、入射瞳面上での光線
位置を示す。

【０００７】また、軸外し反射光学系において、物体距
離が変化する場合には、焦点位置が変わるため、その補
正が必要となる。焦点位置の補正は通常、センサ全体を
移動することにより行うことができるが、先にも述べた
ように、反射光学系は焦点距離が長いため、センサ周り
の構造体も大きくなり、センサ全体を移動するのは困難
である。また、センサではなく、比較的小さい２番目の
反射鏡などを移動する方法もあるが、反射鏡は偏芯感度
が高いため、移動による誤差により結像性能を劣化し易
いという問題がある。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その第１の目的は、光路分割プリズムの影響によ
る色収差を容易に補正することができる反射屈折光学系
を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、
結像性能の劣化を招くことなく、また機構的にも容易に
焦点位置の調整を行うことができる反射屈折光学系を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による反射屈折光
学系は、物体の像を光軸外に形成するようになされた反
射屈折光学系であって、物体からの光線の進む順に、１
枚の反射鏡で構成された第１群と、正の屈折光学系、お
よび１枚の反射鏡で構成された第２群と、１枚の反射鏡
で構成された第３群と、光路分割プリズムとを備えてい
る。第１群および第３群の反射鏡は、それぞれ、非球面
形状の凹面鏡で構成されている。第２群の反射鏡は、凸
面鏡で構成されている。

【００１０】本発明による反射屈折光学系では、第２群
中に正の屈折光学系が配置されていることにより、光路
分割プリズムの影響による色収差の補正が容易になさ
れ、全系での色収差の低減が図られる。正の屈折光学系
は、光路分割プリズムのアッベ数および長さなどに応じ
て、複数のレンズにより構成されていてもよい。

【００１１】本発明による反射屈折光学系において、第
２群中の屈折光学系は、焦点位置調整のために、第２群
中の反射鏡に対して間隔調整可能に構成されていてもよ
い。屈折光学系によって焦点位置調整を行うことで、反
射鏡の移動により焦点位置調整を行う場合と比べて偏芯
感度が低くなり、移動による偏芯誤差に起因する結像性
能の劣化が防止される。また、機構的にも焦点位置の調
整が容易となる。

【００１２】また、本発明による反射屈折光学系におい
て、第２群における屈折光学系と反射鏡とが、屈折光学
系の第１群から最も遠い面を反射面として、一体化され
ていていもよい。特に屈折光学系による焦点位置の調整
が不要な場合には、屈折光学系と反射鏡とを一体化する
ことで、構成がより単純化される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１４】［第１の実施の形態］図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る反射屈折光学系の構成例を示して
いる。図１に示した構成例は、後述の数値実施例１（図
３）のレンズ構成に対応している。なお、図１におい
て、符号Ｒｉは、ｉ番目（ｉ＝１〜７）の構成要素の面
の曲率半径を示し、符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番
目の面との光軸上の面間隔を示す。Ｒｉ，Ｄｉは、光線
の最初の入射面を１番目として、光線の進む順に順次増
加させるようにして番号ｉを付している。

【００１５】図１に示した本実施の形態に係る反射屈折
光学系１は、物体の像を光軸Ｚ１から外れた位置に形成
するようになされた光学系であり、例えば、プッシュブ
ルーム方式による走査を行うことで２次元画像を取得す
るような撮像装置に用いられるものである。

【００１６】この反射屈折光学系１は、物体からの光線
２の進む順に、１枚の反射鏡で構成された第１群１０
と、正の屈折光学系２１、および１枚の反射鏡２２で構
成された第２群２０と、１枚の反射鏡で構成された第３
群３０と、光路分割プリズム４０とを備えている。

【００１７】光路分割プリズム４０は、色分解プリズム
などにより構成され、入射光線を複数に分解して出射す
るものである。Ｓｉｍ１〜Ｓｉｍ３は、この光路分割プ
リズム４０によって分割された各光線の結像位置を示
す。

【００１８】プッシュブルーム方式による走査を行う場
合、各光線の結像位置Ｓｉｍ１〜Ｓｉｍ３には、図中、
紙面に垂直な方向Ｘにラインセンサが配置される。

【００１９】第１群１０および第３群３０の反射鏡は、
それぞれ、非球面形状の凹面鏡で構成されている。第２
群２０の反射鏡２２は、凸面鏡で構成されている。

【００２０】第２群２０における屈折光学系２１は、焦
点位置調整のために、第２群２０中の反射鏡２２に対し
て間隔調整可能に、光軸Ｚ１方向に移動可能となってい
る。この屈折光学系２１は、光路分割プリズム４０の影
響による色収差の補正を行うためのものであり、光路分
割プリズム４０のアッベ数および長さなどに応じて、１
または複数枚のレンズにより構成することができる。

【００２１】屈折光学系２１による焦点位置調整の機構
は、特に限定されるものではないが、例えば、シム（ス
ペーサ）などによるノミナル位置調整を行う（物体距離
に応じて厚みの異なるスペーサを屈折光学系２１のレン
ズ部にあてがう）方法がある。また、屈折光学系２１の
鏡室にネジを切って、回転させることで光軸Ｚ１方向に
移動させるような焦点位置調整機構であってもよい。

【００２２】次に、この反射屈折光学系１による作用お
よび効果について説明する。

【００２３】この反射屈折光学系１では、物体からの光
線２が、第１群１０、第２群２０、および第３群３０の
順に入射して順次、反射または屈折作用を受けることに
より、光軸Ｚ１から外れた位置に像を形成する。像を形
成する光は、光路分割プリズム４０により複数に分割さ
れ、複数の結像位置Ｓｉｍ１〜Ｓｉｍ３に結像される。

【００２４】この反射屈折光学系１では、第２群２０に
おいて反射鏡２２の前に正の屈折光学系２１が配置され
ていることにより、光路分割プリズム４０の影響による
色収差の補正が行われる。これにより、全系での色収差
の低減が図られる。

【００２５】また、この反射屈折光学系１では、第２群
２０における正の屈折光学系２１を、第２群２０中の反
射鏡２２に対して光軸Ｚ１方向に移動させることによ
り、物体距離の変化による焦点位置の調整が行われる。
この反射屈折光学系１では、屈折光学系２１のパワーを
比較的小さくできるため、反射鏡の移動により焦点位置
調整を行う場合と比べて偏芯感度を低くできる。これに
より、移動による偏芯誤差に起因する結像性能の劣化を
少なくでき、また、機構的にも焦点位置の調整を容易に
行うことができる。

【００２６】このように、本実施の形態に係る反射屈折
光学系１によれば、第２群２０中に配置された正の屈折
光学系２１によって、光路分割プリズム４０の影響によ
る色収差を容易に補正することができ、全系での色収差
の低減を図ることができる。また、屈折光学系２１を移
動させることで焦点位置調整を行うようにしたので、結
像性能の劣化を招くことなく、また機構的にも容易に焦
点位置の調整を行うことができる。

【００２７】［第２の実施の形態］次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。

【００２８】図２は、本発明の第２の実施の形態に係る
反射屈折光学系の構成例を示している。図２に示した構
成例は、後述の数値実施例２（図４）のレンズ構成に対
応している。図２において、曲率半径Ｒｉ（ｉ＝１〜
５）、および面間隔Ｄｉについては、上記第１の実施の
形態に係る赤外線レンズ１（図１）と同様の規則で符号
を付している。

【００２９】図２に示した本実施の形態に係る反射屈折
光学系１Ａは、図１の反射屈折光学系１と同様、物体の
像を光軸Ｚ１から外れた位置に形成するようになされた
光学系であり、例えば、プッシュブルーム方式による走
査を行うことで２次元画像を取得するような撮像装置に
用いられるものである。

【００３０】この反射屈折光学系１Ａは、物体からの光
線２の進む順に、第１群１０Ａと、第２群２０Ａと、第
３群３０Ａと、光路分割プリズム４０とを備えている。
第１群１０Ａおよび第３群３０Ａ、ならびに光路分割プ
リズム４０の構成は、実質的に図１の反射屈折光学系１
と同じである。

【００３１】この反射屈折光学系１Ａは、図１の反射屈
折光学系１と比較すると、第２群２０Ａの構成が異なっ
ている。図１の反射屈折光学系１では、第２群２０にお
いて、屈折光学系２１と反射鏡２２とが別構成になって
いたが、この反射屈折光学系１Ａにおける第２群２０Ａ
は、屈折光学系２１と反射鏡２２とが一体化されてい
る。より具体的には、屈折光学系２１の第１群１０Ａか
ら最も遠い面（図２の曲率半径Ｒ３の面）を反射面とす
るとこにより、屈折光学系２１と反射鏡２２とが一体化
されている。

【００３２】このように、この反射屈折光学系１Ａによ
れば、屈折光学系２１と反射鏡２２との一体化が図られ
ていることにより、上記第１の実施の形態に係る反射屈
折光学系１と比較して、第２群２０Ａの構成を単純化す
ることができる。このような構成の単純化は、特に屈折
光学系２１による焦点位置の調整が不要な場合において
有利なものとなる。

【００３３】

【実施例】次に、上記各実施の形態に係る赤外線レンズ
の具体的な数値実施例について説明する。

【００３４】＜実施例１＞まず、第１の実施の形態に係
る反射屈折光学系１についての数値実施例を説明する。
図３（Ａ），（Ｂ）は、図１に示した反射屈折光学系１
の構成に対応する具体的なレンズデータを示している。
図３において、（Ａ）は、レンズデータのうち基本的な
データ部分を示し、（Ｂ）は、非球面形状に関するデー
タを示す。

【００３５】図３（Ａ）に示したレンズデータにおける
面番号Ｓｉの欄には、本実施例の反射屈折光学系につい
て、光線の最初の入射面を１番目として、光線の進む順
に順次増加させるようにして番号ｉ（ｉ＝１〜１０）を
付した、各構成要素の面の番号を示している。曲率半径
Ｒｉの欄には、図１に示した符号Ｒｉに対応させて、光
線の最初の入射面からｉ番目の構成要素の面の曲率半径
の値を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、図１に示した
符号に対応させて、光線の最初の入射面からｉ番目の面
Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示
す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメ
ートル（ｍｍ）である。ｎｄj，νｄjの欄には、物体側
からj番目（j＝１〜６）の光学要素のｄ線（波長５８
７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数の値を示
す。図３（Ａ）にはまた、全系の焦点距離ｆ（ｍｍ），
ＦナンバーＦＮＯ．，および画角２ω（ωは半画角）の
値についても記す。

【００３６】図３（Ｂ）に示した非球面データは、以下
の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における係
数である。

【００３７】Ｚ＝（ｙ²／Ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／Ｒ）²｝^1/2］＋ΣＡ２ｉ・ｙ²ⁱ ……（Ａ）ただし、Ｚ：光軸から高さｙの位置にある非球面上の点から、非
球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂
線の長さ（ｍｍ）ｙ：光軸からの高さ（ｍｍ）Ｋ：円錐係数Ｒ：近軸曲率半径Ａ２ｉ：第２ｉ次（ｉ＝２〜５）の非球面係数

【００３８】図５は、本実施例の反射屈折光学系につい
ての横収差を示している。なお、図５において、ＯＢＪ
で示した角度は、図１の紙面内における入射角５度の光
線２を含む、紙面に垂直な平面内における光線の入射角
度である。ＥＸ（（Ｅ）〜（Ｈ））は、サジタル像面に
対する収差を示し、ＥＹ（（Ａ）〜（Ｄ））はタンジェ
ンシャル像面に対する収差を示す。また、ＰＹ，ＰＸ
は、入射瞳面上での光線位置を示す。

【００３９】図５の収差図では、Ｆ線（４８６．１ｎ
ｍ），Ｃ線（６５６．３ｎｍ）およびｄ線に対する横収
差を示しているが、本実施例の反射屈折光学系では、第
２群２０における正の屈折光学系２１によって色収差が
良好に補正されているため、各波長の横収差はほぼ一致
している。

【００４０】以上のレンズデータおよび収差図から分か
るように、本実施例では、正の屈折光学系２１によっ
て、光路分割プリズム４０の影響による色収差が良好に
補正され、全系での色収差の低減が図られている。

【００４１】＜実施例２＞次に、第２の実施の形態に係
る赤外線レンズ１Ａについての数値実施例を説明する。
図４（Ａ），（Ｂ）は、図２に示した反射屈折光学系１
Ａの構成に対応する具体的なレンズデータを示してい
る。図４において、（Ａ）は、レンズデータのうち基本
的なデータ部分を示し、（Ｂ）は、非球面形状に関する
データを示す。これらのレンズデータの示す意味は、基
本的に、上記実施例１（図３（Ａ），（Ｂ））の場合と
同様である。ただし、本実施例の反射屈折光学系では、
第２群２０Ａが、屈折光学系２１と反射鏡２２とが一体
化された構成となっているため、図４（Ａ）におけるｉ
は、１〜８まで、ｊは、１〜５までとなっている。

【００４２】実施例１の場合と同様にして、本実施例の
反射屈折光学系についての横収差を、図６に示す。図６
の横収差図に付した符号の意味等は、実施例１の場合
（図５）と同様である。

【００４３】図６の収差図では、Ｆ線、Ｃ線およびｄ線
に対する横収差を示しているが、本実施例の反射屈折光
学系では、屈折光学系２１と反射鏡２２とが一体化され
た構成の第２群２０Ａにおける屈折光学系部分によっ
て、色収差が良好に補正されているため、各波長の横収
差はほぼ一致している。

【００４４】以上のレンズデータおよび収差図から分か
るように、本実施例においても、第２群２０Ａにおける
屈折光学系部分によって、光路分割プリズム４０の影響
による色収差が良好に補正され、全系での色収差の低減
が図られている。

【００４５】なお、本発明は、上記各実施の形態および
各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例
えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の
値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、
他の値をとり得る。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし３
のいずれか１項に記載の反射屈折光学系によれば、物体
からの光線の進む順に、１枚の反射鏡で構成された第１
群と、正の屈折光学系、および１枚の反射鏡で構成され
た第２群と、１枚の反射鏡で構成された第３群と、光路
分割プリズムとを備え、第１群および第３群の反射鏡
を、それぞれ、非球面形状の凹面鏡で構成し、第２群の
反射鏡を、凸面鏡で構成するようにしたので、特に、第
２群中に配置された正の屈折光学系によって、光路分割
プリズムの影響による色収差を容易に補正することがで
き、全系での色収差の低減を図ることができる。

【００４７】特に、請求項２記載の反射屈折光学系によ
れば、第２群中の屈折光学系を、焦点位置調整のため
に、第２群中の反射鏡に対して間隔調整可能にしたの
で、反射鏡の移動により焦点位置調整を行う場合と比べ
て偏芯感度を低くでき、結像性能の劣化を招くことな
く、また機構的にも容易に焦点位置の調整を行うことが
できる。

【００４８】また特に、請求項３記載の反射屈折光学系
によれば、第２群において、屈折光学系の第１群から最
も遠い面を反射面として、屈折光学系と反射鏡とを一体
化するようにしたので、構成の単純化を図ることができ
る。これは特に、屈折光学系による焦点位置の調整が不
要な場合に有利な構成となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る反射屈折光学
系の構成例を示す光学系配置図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る反射屈折光学
系の構成例を示す光学系配置図である。

【図３】本発明の実施例１に係る反射屈折光学系のレン
ズデータを示す説明図である。

【図４】本発明の実施例２に係る反射屈折光学系のレン
ズデータを示す説明図である。

【図５】実施例１に係る反射屈折光学系の横収差を示す
収差図である。

【図６】実施例２に係る反射屈折光学系の横収差を示す
収差図である。

【図７】従来の反射屈折光学系の構成例を示す光学系配
置図である。

【図８】従来の反射屈折光学系の横収差を示す収差図で
ある。

【符号の説明】

１０…第１群、２０…第２群、２１…屈折光学系、２２
…反射鏡、３０…第３群、４０…光路分割プリズム、Ｚ
１…光軸、１，１Ａ…反射屈折光学系。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体の像を光軸外に形成するようになさ
れた反射屈折光学系であって、物体からの光線の進む順に、１枚の反射鏡で構成された第１群と、正の屈折光学系、および１枚の反射鏡で構成された第２
群と、１枚の反射鏡で構成された第３群と、光路分割プリズムとを備え、前記第１群および前記第３群の反射鏡は、それぞれ、非
球面形状の凹面鏡で構成され、前記第２群の反射鏡は、凸面鏡で構成されていることを
特徴とする反射屈折光学系。
【請求項２】前記第２群中の前記屈折光学系は、焦点
位置調整のために、前記第２群中の反射鏡に対して間隔
調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１記
載の反射屈折光学系。
【請求項３】前記第２群において、前記屈折光学系の
前記第１群から最も遠い面を反射面として、前記屈折光
学系と前記反射鏡とが一体化されていることを特徴とす
る請求項１記載の反射屈折光学系。