JP2004198508A - 反射光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】高性能かつ小型であり、しかも調整箇所の少ない反射光学系を提供する。
【解決手段】物体からの入射光束を反射するとともに中央部に開口を有して構成された第１の凹の反射面（１２ａ）と、第１の凹の反射面の前方に配置され、第１の凹の反射面により反射された光束を反射して第１の凹の反射面の開口を通過させるとともに反射した光束を開口近傍で結像させる凸の反射面（１１ａ）と、中央部に開口を有し、凸の反射面により反射されて開口近傍で結像された光束を反射する折り返し反射面（１３ａ）と、折り返し反射面により反射された光束を反射するとともに、反射した光束を折り返し反射面の中央部に配置された開口を介して受光面に再結像させる第２の凹の反射面（１２ｂ）とを備え、第１の凹の反射面と第２の凹の反射面とは、同一の部材（１２）に設けられている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の反射面により結像系を構成している反射光学系（以下、単に「反射光学系」という。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
天体観測や地表観測等に反射光学系が用いられている。
最近は、人工衛星や航空機へ搭載される光学系にこの反射光学系が採用されており、中でもコルシュ（Korsch）の３枚構成の反射光学系が注目されている（特許文献１参照）。
【０００３】
先ず、３枚構成の反射光学系は、凹の反射鏡（１次鏡）と凸の反射鏡（２次鏡）とで構成されるテレフォト部に凹の反射鏡（３次鏡）を組み合わせているため、カセグレン等の２枚構成の反射光学系と比較して高性能である。具体的には、３次鏡の採用によりペッツヴァール和が小さくなり像面が平坦化されるので、広画角かつ高分解能である。
【０００４】
さらに、特許文献１の第２図に開示されたコルシュの３枚構成の反射光学系においては、２次鏡と３次鏡との間に折り返し鏡が配置されているので、高性能なだけでなく全長が短く小型化されている。
【特許文献１】
米国特許第４１０１１９５号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このコルシュの３枚構成の反射光学系は、高性能であるものの、カセグレン等の２枚構成の反射光学系に比べて調整箇所が多く、組み立て難度が高い。
【０００６】
本発明は、高性能かつ小型であり、しかも調整箇所の少ない反射光学系を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の反射光学系は、物体からの入射光束を反射するとともに、中央部に開口を有して構成された第１の凹の反射面と、前記第１の凹の反射面の前方に配置され、前記第１の凹の反射面により反射された光束を反射して前記第１の凹の反射面の前記開口を通過させるとともに、反射した光束を前記開口近傍で結像させる凸の反射面と、中央部に開口を有し、前記凸の反射面により反射されて前記開口近傍で結像された光束を反射する折り返し反射面と、前記折り返し反射面により反射された光束を反射するとともに、反射した光束を前記折り返し反射面の中央部に配置された開口を介して受光面に再結像させる第２の凹の反射面とを備え、前記第１の凹の反射面と前記第２の凹の反射面とは、同一の部材に設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の反射光学系は、請求項１に記載の反射光学系において、前記第１の凹の反射面及び前記第２の凹の反射面の一方は非球面であり、他方は球面であることを特徴とする。
請求項３に記載の反射光学系は、請求項２に記載の反射光学系において、前記第１の凹の反射面は非球面であり、前記第２の凹の反射面は球面であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の反射光学系は、請求項２又は請求項３に記載の反射光学系において、前記折り返し反射面は、非球面であることを特徴とする。
請求項５に記載の反射光学系は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の反射光学系において、前記折り返し反射面の開口は、絞りの機能を有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１、図２に基づいて本発明の実施形態について説明する。
本実施形態は、反射光学系の実施形態である。
【００１１】
図１は、本実施形態の反射光学系の構成を示す斜視図（概略図）であり、図２は、本実施形態の反射光学系の構成を示す光路図である。なお、図１、図２では、結像光束の一部の光線を代表して示した。
反射光学系は、第１の凹の反射面１２ａ、凸の反射面１１ａ、及び第２の凹の反射面１２ｂを光束の入射順に配置すると共に、凸の反射面１１ａと第２の凹の反射面１２ｂとの間に前記光束の光路を折り返す折り返し反射面１３ａを配置してなる。
【００１２】
この反射光学系は、第１の凹の反射面１２ａ及び凸の反射面１１ａに、第２の凹の反射面１２ｂを組み合わせた３枚構成でありペッツバール和を小さくできるので、像面が平坦化され広画角化及び高分解能化が可能である。
また、折り返し反射面１３ａの採用により光路が折り畳まれるので、反射光学系の全長は短く、小型化されている。
【００１３】
つまり、この反射光学系は、コルシュの３枚構成の反射光学系と同様、高性能化及び小型化が共に可能な構成をしている。
ここで、本実施形態の反射光学系においては、各反射面は何れも回転対称形状をしており、各対称軸を略同一の直線上に配置している。
反射光学系において、第１の凹の反射面１２ａは、物体側に略正対する姿勢で配置され、その物体からの光束を物体側へ反射する。
【００１４】
凸の反射面１１ａは、第１の凹の反射面１２ａに対向するよう配置され、第１の凹の反射面１２ａから反射した光束を第１の凹の反射面１２ａの中心近傍へ向けて反射する。
また、第１の凹の反射面１２ａの中央部付近には、凸の反射面１１ａで反射した光束を後側へ通過させるための開口部１２ｃが設けられている。
【００１５】
折り返し反射面１３ａは、第１の凹の反射面１２ａの後方に間隔をおいてその第１の凹の反射面１２ａと同方向に向けて配置され、開口部１２ｃを通過した光束を第１の凹の反射面１２ａの後方へ向けて反射する。
第２の凹の反射面１２ｂは、第１の凹の反射面１２ａと背中合わせで配置される。
【００１６】
第２の凹の反射面１２ｂは、折り返し反射面１３ａで反射した光束を折り返し反射面１３ａの中心方向へ向けて反射する。
折り返し反射面１３ａの中央には、その光束を通過させるための開口部１３ｃが設けられている。
ここで、第１の凹の反射面１２ａ、凸の反射面１１ａ、第２の凹の反射面１２ｂの各パワーは、開口部１２ｃに中間像が形成され、開口部１３ｃの後側に像が形成されるよう、設定されている。図２中符号Ｉで示すのが、像面である。この像面Ｉが、撮像素子（二次元撮像素子）の撮像面を配置すべき面である。
【００１７】
ところで、以上説明したとおり、反射光学系の第１の凹の反射面１２ａと第２の凹の反射面１２ｂとは、背面合わせで配置される。
そこで、本実施形態では、第１の凹の反射面１２ａと第２の凹の反射面１２ｂとを、同一の基板の表裏に形成する。
これは、例えばガラス基板の表裏の双方をそれぞれ所望の形状（ここでは、それぞれ凹面）に加工すると共に、裏表の双方に反射膜を形成することで実現できる。
【００１８】
これにより、反射光学系は、反射面を全部で４つ有しているにも拘わらず、光学部材は３つ、つまり、凸の反射面１１ａを有した反射鏡１１、第１の凹の反射面１２ａ及び第２の凹の反射面１２ｂを有した反射鏡１２、折り返し反射面１３ａを有した反射鏡１３のみから構成される。
反射鏡１２の表裏である第１の凹の反射面１２ａと第２の凹の反射面１２ｂとの芯出しが予め部品レベルでなされていれば、反射光学系の調整箇所は、２箇所のみに抑えられる。よって、反射光学系の構成によると、組み立てが容易になる。
【００１９】
以上、本実施形態の反射光学系は、高性能化及び小型化が共に可能であり、しかも組み立てが容易な構成をしている。
なお、反射光学系においては、第１の凹の反射面１２ａ、凸の反射面１１ａ、第２の凹の反射面１２ｂを非球面にすれば、それらを球面にした場合よりも収差を小さく抑えることができる。
【００２０】
しかし、仮に、互いに裏表の関係にある第１の凹の反射面１２ａと第２の凹の反射面１２ｂとの双方を非球面にする場合、反射鏡１２の部品レベルでの芯出しが困難である。
そこで、本実施形態の反射光学系においては、第１の凹の反射面１２ａと第２の凹の反射面１２ｂとの一方のみを非球面とし、かつ他方を球面とすれば、その芯出しは容易になる。
【００２１】
また、発生する収差をなるべく小さくするためには、第１の凹の反射面１２ａの方を非球面にし、第２の凹の反射面１２ｂの方を球面にするとよい。
なぜなら、図２にも明らかなように、この反射光学系では、第２の凹の反射面１２ｂよりも物体側に配置される第１の凹の反射面１２ａの方がパワーが強く、そこで大きく発生する球面収差などはその第１の凹の反射面１２ａ自身で補正する必要があるためである。
【００２２】
ところで、このように第１の凹の反射面１２ａと第２の凹の反射面１２ｂとの一方を球面にする場合、たとえ球面にするのが第２の凹の反射面１２ｂの方であったとしても、それら双方を非球面とした場合と比較すれば収差は悪化する傾向にある（因みに、第２の凹の反射面１２ｂを球面にした場合、非球面にした場合よりも主に非点収差や歪曲収差が悪化する。）。
【００２３】
そこで、本実施形態の反射光学系では、折り返し反射面１３ａを積極的に非球面にすることによって、その収差の悪化分を補償する。
折り返し反射面１３ａは、本来、光路の折り返しのために設けられたものでありパワーを要しないので、たとえ収差の悪化分を補償するために非球面にしても他の反射面よりは組み立て調整時の性能劣化感度は小さく、組み立てに大きな困難は伴わない。
【００２４】
したがって、折り返し反射面１３ａを積極的に非球面にすれば、組み立てを容易に保ったまま収差の悪化分を補償し、本実施形態の反射光学系の性能を確実に向上することができる。
なお、本実施形態の反射光学系においては、像面Ｉに入射する光束を必要な光束のみに制限するため、適切な箇所にそれぞれ絞りが配置される。
【００２５】
例えば、図２に示すように、本実施形態の反射光学系では、中間像が反射鏡１２の開口部１２ｃの近傍に形成されるので、その開口部１２ｃに視野絞り１５が設けられる。
また、開口部１３ｃは開口絞り１６として設けられる。
なお、その際、開口絞りの部品を設ける代わりに、反射鏡１３自体に開口絞りの機能を設けることもできる。
【００２６】
たとえば、図２の下部の円枠内に拡大して示すように、開口部１３ｃにテーパ１６が設けられ、テーパ１６の表面に黒色塗装などの光吸収部材が形成される。このテーパ１６の像面側エッジが、開口絞りの役割を果たす。
また、図２の下部の円枠内に点線で示すように、反射鏡１３の開口部１３ｃに、平行平板１４を付加し、像面Ｉに配置されるべき撮像素子を保護することもできる。
【００２７】
また、図示省略したが、その他、反射光学系内に、像面Ｉに入射する光束を必要な光束のみに制限するため、適切な箇所にバッフルなどが配置される。
また、特に説明しなかったが、本実施形態の反射光学系は、他の反射光学系と同様、可視域でも赤外域でも使用可能であり、適宜反射膜を選択すればよい。
【００２８】
因みに、赤外域で使用するときに、反射光学系の像面Ｉに配置されるべき撮像素子が冷却型の撮像素子である場合は、その撮像素子の雰囲気を真空に引き、低温に保つために、上述した平行平板１４（反射鏡１３の開口部１３ｃに設けられる。）を封止窓として利用してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高性能かつ小型であり、しかも調整箇所の少ない反射光学系が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施形態の反射光学系の構成を示す斜視図（概略図）である。
【図２】図２は、本実施形態の反射光学系の構成を示す光路図である。
【符号の説明】
１１，１２，１３ 反射鏡
１１ａ 凸の反射面
１２ａ 第１の凹の反射面
１２ｂ 第２の凹の反射面
１３ａ 折り返し反射面
１５ 視野絞り
１６ 開口絞り
Ｉ 像面
１２ｃ，１３ｃ 開口部
１４ 平行平板

Claims (5)

1. 物体からの入射光束を反射するとともに、中央部に開口を有して構成された第１の凹の反射面と、
   前記第１の凹の反射面の前方に配置され、前記第１の凹の反射面により反射された光束を反射して前記第１の凹の反射面の前記開口を通過させるとともに、反射した光束を前記開口近傍で結像させる凸の反射面と、
   中央部に開口を有し、前記凸の反射面により反射されて前記開口近傍で結像された光束を反射する折り返し反射面と、
   前記折り返し反射面により反射された光束を反射するとともに、反射した光束を前記折り返し反射面の中央部に配置された開口を介して受光面に再結像させる第２の凹の反射面とを備え、
   前記第１の凹の反射面と前記第２の凹の反射面とは、同一の部材に設けられている
   ことを特徴とする反射光学系。
2. 請求項１に記載の反射光学系において、
   前記第１の凹の反射面及び前記第２の凹の反射面の一方は非球面であり、他方は球面である
   ことを特徴とする反射光学系。
3. 請求項２に記載の反射光学系において、
   前記第１の凹の反射面は非球面であり、前記第２の凹の反射面は球面である
   ことを特徴とする反射光学系。
4. 請求項２又は請求項３に記載の反射光学系において、
   前記折り返し反射面は、非球面である
   ことを特徴とする反射光学系。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の反射光学系において、
   前記折り返し反射面の開口は、絞りの機能を有する
   ことを特徴とする反射光学系。

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