JPH1026728A

JPH1026728A - 反射屈折型光学系

Info

Publication number: JPH1026728A
Application number: JP8198308A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Katsunuma; 淳勝沼
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-01-27
Also published as: US5796515A

Abstract

(57)【要約】【課題】十分小さなＦナンバーを確保しつつ、良好な
結像性能を有し、特に球面収差と色収差とが良好に補正
された反射屈折型光学系。【解決手段】物体側から順に、正レンズＬ１と、物体
側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ２と、物体側に凹
面を向けたメニスカスレンズＬ３と、物体側に凹面を向
けた凹面鏡Ｍとを備えている。そして、撮像状態におい
て、物体からの光は、レンズＬ１、レンズＬ２、レンズ
Ｌ３、および凹面鏡Ｍを介して、レンズＬ３と凹面鏡Ｍ
との間に物体像を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射屈折型光学系に
関し、特に反射面と屈折面とを有する撮像光学系に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の反射屈折型光学系の構成
を概略的に示す図である。図７に示す従来の反射屈折型
光学系は、例えばMon. Not. R. Astr. Soc., p356-368,
Vol.107(1947)に掲載されたシー・ジー・ウィーン（C.
G. Wynne ）の「NEW WIDE-APERTURE CATA-DIOPTRIC SY
STEMS 」と題する論文に開示されている。図７に示す反
射屈折型光学系は、物体側（図中左側）から順に、物体
側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、物体側に
凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、物体側に凹面
を向けた正メニスカスレンズＬ３と、物体側に凹面を向
けた凹球面鏡Ｍとから構成されている。なお、３つのレ
ンズ成分Ｌ１〜Ｌ３は、全て同一の光学材料から形成さ
れ、凹球面鏡Ｍによって発生する球面収差を補正する作
用を有する。

【０００３】図７に示す反射屈折型光学系は、互いに凹
面を向け合った２枚のメニスカスレンズと凹球面鏡とで
構成された光学系に由来している。この種の光学系で
は、物体側のメニスカスレンズが中心厚の大きい、いわ
ゆる厚メニスカスレンズとなる。そこで、図７に示す反
射屈折型光学系では、材料の入手性や品質上の観点から
厚メニスカスレンズの使用を回避するために、全体の収
差バランスをできるだけ崩さないように厚メニスカスレ
ンズを２枚のレンズに分割している。すなわち、図示の
反射屈折型光学系の第１レンズＬ１および第２レンズＬ
２は、１枚の厚メニスカスレンズから分割された２枚の
レンズ成分に対応している。

【０００４】したがって、第１レンズＬ１の物体側の面
と元の厚メニスカスレンズの物体側の面とは同一の曲率
半径を有し、第２レンズＬ２の像側の面と元の厚メニス
カスレンズの像側の面とは同一の曲率半径を有する。ま
た、第１レンズＬ１の物体側の面と第２レンズＬ２の像
側の面との軸上距離は、元の厚メニスカスレンズの中心
厚と一致している。さらに、第１レンズＬ１と第２レン
ズＬ２との合成焦点距離および合成焦点位置が、元の厚
メニスカスレンズの焦点距離および焦点位置と一致して
いる。このように、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２と
の間の空隙が収差に対して影響を与えないように、第１
レンズＬ１および第２レンズＬ２と元の厚メニスカスレ
ンズとの間には上述の対応関係が設定されている。

【０００５】なお、図７に示す反射屈折型光学系におい
ては、物体からの光が、第１レンズＬ１、第２レンズＬ
２、第３レンズＬ３、および凹球面鏡Ｍを介して、第３
レンズＬ３の近傍に位置する湾曲した像面上に物体像を
形成する。このように、従来の反射屈折型光学系は、像
面に応じて湾曲した写真乾板や写真フィルムなどを使用
することを前提としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の反射屈折型光学系において、第１レンズＬ１および第
２レンズＬ２は、材料の入手性や品質上の観点から、本
来１枚の厚メニスカスレンズとして設計されたレンズ成
分を２枚に分解するという着想に基づいて形成されてい
る。したがって、従来の反射屈折型光学系は３枚のレン
ズＬ１〜Ｌ３を有するが、一般に３枚のレンズ構成が潜
在的に有する収差補正能力を必ずしも十分に発揮してい
るとはいえない。具体的には、色収差がかなり大きく残
存するとともに、球面収差が十分除去されていないとい
う不都合があった。

【０００７】また、従来の反射屈折型光学系では、Ｆナ
ンバーの値が小さく、且つ広角である。しかしながら、
光学系が広角化すると像の大きさも増大するので、光束
中に像面を形成する方式の場合、像の増大に応じて光束
の遮蔽量も増大してしまう。すなわち、画角を大きくし
て広角化すればするほど、Ｆナンバーの値を小さくする
必要が生じる。しかしながら、実際の光学系では、従来
の反射屈折型光学系と同程度の広い画角に対する要求が
必ずしも強いことはなく、むしろさらに良好な収差性能
（結像性能）に対する要求の方が強い場合がしばしばで
ある。

【０００８】さらに、撮像素子としてＣＣＤを使用する
のが最近の潮流であるが、ＣＣＤは全体として平面状に
形成されているのが普通である。したがって、従来の反
射屈折型光学系のように湾曲した像面を有する光学系に
おいて、撮像素子としてＣＣＤを使用することは困難で
ある。加えて、天文学に関する技術分野などにおいて
は、複数のＣＣＤ素子を平面上でモザイク状に配列する
ことによって、大面積の受光部を形成することが実用化
しつつある。このような用途に対して、従来の反射屈折
型光学系のように湾曲した像面を有する光学系では対応
しきれない。

【０００９】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、十分小さなＦナンバーを確保しつつ、良好な
結像性能を有し、特に球面収差と色収差とが良好に補正
された反射屈折型光学系を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、物体側から順に、正の屈折力を
有する第１レンズＬ１と、物体側に凸面を向けたメニス
カスレンズからなる第２レンズＬ２と、物体側に凹面を
向けたメニスカスレンズからなる第３レンズＬ３と、物
体側に凹面を向けた凹面鏡Ｍとを備え、撮像状態におい
て、物体からの光は、前記第１レンズＬ１、前記第２レ
ンズＬ２、前記第３レンズＬ３、および前記凹面鏡Ｍを
介して、前記第３レンズＬ３と前記凹面鏡Ｍとの間に物
体像を形成し、前記第１レンズＬ１と前記第２レンズＬ
２と前記第３レンズＬ３との合成焦点距離をｆ123 と
し、光学系全体の焦点距離をｆとしたとき、１０＜｜ｆ123 ｜／ｆの条件を満足することを特徴とする反射屈折型光学系を
提供する。

【００１１】本発明の好ましい態様によれば、前記第１
レンズＬ１と前記第２レンズＬ２とはともに所定の光学
材料から形成され、且つ全体として正の合成屈折力を有
し、前記第１レンズＬ１と前記第２レンズＬ２との合成
焦点距離をｆ12とし、前記第１レンズＬ１と前記第２レ
ンズＬ２との間を前記所定の光学材料で充填して得られ
る１つの仮想レンズエレメントの焦点距離をｆ12' とし
たとき、１＜｜ｆ12｜／｜ｆ12' ｜の条件を満足する。また、前記凹面鏡Ｍと像面との間の
光路中には、像面湾曲を補正するための第４レンズＬ４
が設けられ、撮像状態において、物体からの光は、前記
第１レンズＬ１、前記第２レンズＬ２、前記第３レンズ
Ｌ３、前記凹面鏡Ｍ、および前記第４レンズＬ４を介し
て、前記第３レンズＬ３と前記第４レンズＬ４との間に
物体像を形成することが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明においては、正の屈折力を
有する第１レンズＬ１と、物体側に凸面を向けたメニス
カスレンズからなる第２レンズＬ２と、物体側に凹面を
向けたメニスカスレンズからなる第３レンズＬ３との作
用によって、物体側に凹面を向けた凹面鏡Ｍに起因して
発生する球面収差を補正している。そして、光学系全体
における色収差を良好に補正するために、本発明におい
ては、次の条件式（１）を満足する。１０＜｜ｆ123 ｜／ｆ（１）

【００１３】ここで、ｆ123 ：第１レンズＬ１と第２レンズＬ２と第３レンズ
Ｌ３との合成焦点距離ｆ：光学系全体の焦点距離条件式（１）の範囲を満足することにより、第１レンズ
Ｌ１と第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とからなる屈折
系をほぼアフォーカル系に構成することができる。その
結果、光学系全体においても軸上の色収差および倍率の
色収差を良好に補正することが可能となる。

【００１４】また、本発明においては、第１レンズＬ１
と第２レンズＬ２とはともに所定の光学材料から形成さ
れ、且つ全体として正の合成屈折力を有し、次の条件式
（２）を満足することが望ましい。１＜｜ｆ12｜／｜ｆ12' ｜（２）ここで、ｆ12 ：第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との合成焦点
距離ｆ12' ：第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間を共通
の光学材料で充填して得られる１つの仮想レンズエレメ
ントの焦点距離

【００１５】前述したように、従来の反射屈折型光学系
では、第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離および
合成焦点位置と、第１レンズと第２レンズとの間を共通
の光学材料で充填して得られる１つの仮想レンズエレメ
ントの焦点距離および焦点位置とがほぼ一致していた。
その結果、第１レンズの像側の面および第２レンズの物
体側の面は、光軸上の物点から発せられた光線に対して
あまり顕著な作用を及ぼすことがなく、したがって球面
収差の補正についてもほとんど寄与していなかった。本
発明においては、条件式（２）を満たすことにより、第
１レンズＬ１の像側の面および第２レンズＬ２の物体側
の面を収差補正に積極的に寄与させることができるの
で、特に光学系全体の球面収差を良好に補正することが
できる。

【００１６】さらに、凹面鏡Ｍと像面との間の光路中に
は、像面湾曲を補正するための第４レンズＬ４が設けら
れていることが好ましい。この場合、物体からの光は、
第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、凹
面鏡Ｍ、および第４レンズＬ４を介して、第３レンズＬ
３と第４レンズＬ４との間に物体像を形成する。そし
て、第４レンズＬ４の作用により、ペッツバール和を十
分小さくして、平坦で非点収差の小さい像面を得ること
ができる。その結果、本発明の反射屈折型光学系では、
湾曲した像面を有する従来の反射屈折型光学系において
使用することのできなかったＣＣＤを用いて、さらに高
解像な撮像が可能となる。また、本発明の構成において
は、第４レンズＬ４によって発生する球面収差やコマ収
差を、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３の作用によって
十分に補正することができる。

【００１７】なお、ＣＣＤを使用する場合、その受光面
の背後に電子回路を配置する必要がある。また、ＣＣＤ
を冷却する場合は、全体をデュアの中に格納しなければ
らない。したがって、従来の反射屈折型光学系のように
像面と第３レンズとが近接しているような光学系におい
ては、レンズとＣＣＤとの物理的な干渉を回避すること
はできない。しかしながら、後述の各実施例に示すよう
に、本発明の反射屈折型光学系では、像面と第３レンズ
Ｌ３との間隔を十分大きく確保することができる。その
結果、レンズとＣＣＤとを物理的に干渉させることな
く、撮像素子としてＣＣＤを用いることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の比較例および各実施例を、添
付図面に基づいて説明する。本発明の各実施例にかかる
反射屈折型光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有
する第１レンズＬ１と、物体側に凸面を向けたメニスカ
スレンズからなる第２レンズＬ２と、物体側に凹面を向
けたメニスカスレンズからなる第３レンズＬ３と、物体
側に凹面を向けた凹面鏡Ｍとを備えている。そして、撮
像状態において、物体からの光は、第１レンズＬ１、第
２レンズＬ２、第３レンズＬ３、および凹面鏡Ｍを介し
て、第３レンズＬ３と凹面鏡Ｍとの間に物体像を形成す
る。

【００１９】〔比較例〕図７は、本発明の比較例として
従来の反射屈折型光学系のレンズ構成を概略的に示す図
である。図７の反射屈折型光学系は、物体側から順に、
物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、物体
側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、物体側に
凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、物体側に凹面
を向けた凹球面鏡Ｍとから構成されている。そして、物
体からの光は、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３
レンズＬ３、および凹球面鏡Ｍを介して、第３レンズＬ
３の近傍において物体側に凹面を向けた湾曲像面上に物
体像を形成する。

【００２０】次の表（１）に、本発明の比較例の諸元の
値を掲げる。表（１）においてｆは光学系全体の焦点距
離を、ＦNOはＦナンバーを、２ωは画角をそれぞれ表し
ている。また、面番号は物体から像面へ光線の進行する
方向に沿った物体側からの面の順序を、ｒは各面の曲率
半径を、ｄは各面の軸上間隔を、ＥＤは有効径を、ｎお
よびνは基準波長λ＝５８８ｎｍに対する屈折率および
アッベ数をそれぞれ示している。なお、各面の曲率半径
ｒの符号は、物体側に凸面を向ける場合を正としてい
る。また、面間隔ｄの符号は、凹球面鏡Ｍから像面まで
の光路中では負とし、その他の光路中では正としてい
る。さらに、比較例において、第１レンズＬ１〜第３レ
ンズＬ３については、ｎd ＝１．６１３、ν＝５９．３
としか記載されていないので、ショット社ＳＫ４で代用
している。表（１）のｎおよびνは、ＳＫ４のカタログ
値である。

【００２１】

【表１】ｆ＝１００ＦNO＝０．６９５２ω＝３１° 面番号ｒｄＥＤｎ ν 1 144.31 27.481 180 1.61272 58.63 2 352.245 36.653 174.9 3 315.592 9.161 145.2 1.61272 58.63 4 81.726 72.345 124.2 5 ∞ 72.345 135.6 （絞り） 6 -78.115 26.392 146.1 1.61272 58.63 7 -91.436 141.74 172 8 -252.818 -150.536 303.9 （凹球面鏡Ｍ） 9 -130 （像面）（条件対応値）ｆ123 ＝-523.93 ｆ12 ＝-554.098 ｆ12' ＝-554.11 （１）｜ｆ123 ｜／ｆ＝５．２４（２）｜ｆ12｜／｜ｆ12' ｜＝１．００

【００２２】図８は、本発明の比較例の諸収差図であ
る。なお、各収差図において、実線は基準波長λ＝５８
８ｎｍに対する収差曲線を、破線は波長λ＝６５６ｎｍ
に対する収差曲線を、一点鎖線は波長λ＝４８６ｎｍに
対する収差曲線を、二点鎖線は波長λ＝４３６ｎｍに対
する収差曲線をそれぞれ表している。ただし、非点収差
を示す収差図において、実線は各波長に対するサジタル
像面を示し、破線は各波長に対するメリディオナル像面
を示している。また、各収差図において、ＦNOはＦナン
バーを、ｙは像高をそれぞれ示している。

【００２３】さらに、次の表（２）には、基準波長λ＝
５８８ｎｍに対する各面での３次の球面収差係数および
各球面収差係数の総和、並びに基準波長λ＝５８８ｎｍ
に対するぺッツバール和の値を示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】表（１）において条件対応値を参照する
と、比較例の光学系では、第１レンズＬ１〜第３レンズ
Ｌ３の合成焦点距離ｆ123 の大きさが光学系全体の焦点
距離ｆの５．２４倍しかない。その結果、各収差図から
明らかなように、比較例の光学系では、４３６ｎｍ〜６
５６ｎｍの波長域に対して色収差がかなり大きく残存し
ていることがわかる。また、表（２）において各球面収
差係数を参照すると、第１レンズＬ１の像側の面および
第２レンズＬ２の物体側の面が球面収差の補正に寄与し
ていないことがわかる。その結果、各球面収差係数の総
和から明らかなように、比較例の光学系では、球面収差
が良好に補正されていないことがわかる。さらに、表
（２）においてぺッツバール和の値を参照すると、比較
例の光学系では、像面湾曲が大きく残存していることが
わかる。

【００２６】〔第１実施例〕図１は、本発明の第１実施
例にかかる反射屈折型光学系のレンズ構成を概略的に示
す図である。図１の反射屈折型光学系は、物体側から順
に、両凸レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた負メニス
カスレンズＬ２と、物体側に凹面を向けた負メニスカス
レンズＬ３と、物体側に凹面を向けた凹球面鏡Ｍと、凹
球面鏡Ｍと負メニスカスレンズＬ３との間に配置され凹
球面鏡Ｍ側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４とか
ら構成されている。そして、物体からの光は、第１レン
ズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、凹球面鏡
Ｍ、および第４レンズＬ４を介して、第３レンズＬ３と
第４レンズＬ４との間の平坦な像面上に物体像を形成す
る。

【００２７】次の表（３）に、本発明の第１実施例の諸
元の値を掲げる。表（３）においてｆは光学系全体の焦
点距離を、ＦNOはＦナンバーを、２ωは画角をそれぞれ
表している。また、面番号は物体から像面へ光線の進行
する方向に沿った物体側からの面の順序を、ｒは各面の
曲率半径を、ｄは各面の軸上間隔を、ＥＤは有効径を、
ｎおよびνは基準波長λ＝３４７ｎｍに対する屈折率お
よびアッベ数をそれぞれ示している。ただし、アッベ数
は、ν＝（ｎ₃₄₇−１）（ｎ₂₉₈−ｎ₁₁₀₀）で定義して
いる。ここで、ｎ₂₉₈は波長２９８ｎｍの屈折率を、ｎ
₃₄₇は波長３４７ｎｍの屈折率を、ｎ₁₁₀₀は波長１１０
０ｎｍの屈折率をそれぞれ表している。なお、各面の曲
率半径ｒの符号は、物体側に凸面を向ける場合を正とし
ている。また、面間隔ｄの符号は、凹球面鏡Ｍから像面
までの光路中では負とし、その他の光路中では正として
いる。さらに、第１実施例において、第１レンズＬ１〜
第３レンズＬ３は、ともに石英から形成されている。

【００２８】

【表３】ｆ＝１００ＦNO＝１．００２ω＝４° 面番号ｒｄＥＤｎ ν 1 275.932 20.002 100 1.47748 12.21 2 -676.166 0.2 99.04 3 142.154 4 97.18 1.47748 12.21 4 92.738 74.259 94.28 5 -168.165 4 95.76 1.47748 12.21 6 -255.907 162.445 97.07 7 -204.516 -98.221 116.7 （凹球面鏡Ｍ） 8 -28.356 -4 15.72 1.47748 12.21 9 -224.954 -3.902 12.91 10 ∞ （像面）（条件対応値）ｆ123 ＝-8371.834 ｆ12 ＝ 1338.16 ｆ12' ＝ -307.467 （１）｜ｆ123 ｜／ｆ＝８３．７２（２）｜ｆ12｜／｜ｆ12' ｜＝４．３５

【００２９】図２は、第１実施例の諸収差図である。な
お、各収差図において、実線は基準波長λ＝３４７ｎｍ
に対する収差曲線を、破線は波長λ＝２９８ｎｍに対す
る収差曲線を、一点鎖線は波長λ＝４８６ｎｍに対する
収差曲線を、二点鎖線は波長λ＝１１００ｎｍに対する
収差曲線をそれぞれ表している。ただし、非点収差を示
す収差図において、実線は各波長に対するサジタル像面
を示し、破線は各波長に対するメリディオナル像面を示
している。また、各収差図において、ＦNOはＦナンバー
を、ｙは像高をそれぞれ示している。

【００３０】さらに、次の表（４）には、基準波長λ＝
３４７ｎｍに対する各面での３次の球面収差係数および
各球面収差係数の総和、並びに基準波長λ＝３４７ｎｍ
に対するぺッツバール和の値を示す。

【００３１】

【表４】

【００３２】表（３）において条件対応値を参照する
と、第１実施例の光学系では、第１レンズＬ１〜第３レ
ンズＬ３の合成焦点距離ｆ123 の大きさが光学系全体の
焦点距離ｆの８３．７２倍となっており、第１レンズＬ
１〜第３レンズＬ３がほぼアフォーカル系を構成してい
る。その結果、各収差図から明らかなように、第１実施
例の光学系では、２９８ｎｍ〜１１００ｎｍの波長域に
対して色収差が良好に補正されていることがわかる。ま
た、表（４）において各球面収差係数を参照すると、第
１レンズＬ１の像側の面および第２レンズＬ２の物体側
の面が球面収差の補正に寄与していることがわかる。そ
の結果、各球面収差係数の総和から明らかなように、第
１実施例の光学系では、球面収差が良好に補正されてい
ることがわかる。さらに、表（４）においてぺッツバー
ル和の値を参照すると、第１実施例の光学系では、平坦
で非点収差の少ない像面が得られることがわかる。

【００３３】〔第２実施例〕図３は、本発明の第２実施
例にかかる反射屈折型光学系のレンズ構成を概略的に示
す図である。第２実施例では、第１実施例と同じ波長域
を対象としているが、Ｆナンバーおよび画角が第１実施
例とは異なっている。図３の反射屈折型光学系は、物体
側から順に、両凸レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた
負メニスカスレンズＬ２と、物体側に凹面を向けた負メ
ニスカスレンズＬ３と、物体側に凹面を向けた凹球面鏡
Ｍと、凹球面鏡Ｍと負メニスカスレンズＬ３との間に配
置され凹球面鏡Ｍ側に凸面を向けた平凸レンズＬ４とか
ら構成されている。そして、物体からの光は、第１レン
ズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、凹球面鏡
Ｍ、および第４レンズＬ４を介して、第３レンズＬ３と
第４レンズＬ４との間の平坦な像面上に物体像を形成す
る。

【００３４】次の表（５）に、本発明の第２実施例の諸
元の値を掲げる。表（５）においてｆは光学系全体の焦
点距離を、ＦNOはＦナンバーを、２ωは画角をそれぞれ
表している。また、面番号は物体から像面へ光線の進行
する方向に沿った物体側からの面の順序を、ｒは各面の
曲率半径を、ｄは各面の軸上間隔を、ＥＤは有効径を、
ｎおよびνは基準波長λ＝３４７ｎｍに対する屈折率お
よびアッベ数をそれぞれ示している。アッベ数の定義
は、第１実施例と同じである。なお、各面の曲率半径ｒ
の符号は、物体側に凸面を向ける場合を正としている。
また、面間隔ｄの符号は、凹球面鏡Ｍから像面までの光
路中では負とし、その他の光路中では正としている。さ
らに、第２実施例において、第１レンズＬ１〜第３レン
ズＬ３は、ともに石英から形成されている。

【００３５】

【表５】ｆ＝１００ＦNO＝１．４３２ω＝１２° 面番号ｒｄＥＤｎ ν 1 170.65 13.946 69.73 1.47748 12.21 2 -5457.978 1.59 69.08 3 171.31 3.333 68.57 1.47748 12.21 4 94.496 60.221 67.36 5 -132.515 8.619 70.61 1.47748 12.21 6 -182.818 153.02 72.76 7 -205.89 -97.025 93.02 （凹球面鏡Ｍ） 8 -32.777 -5.62 16.95 1.47748 12.21 9 ∞ -2.721 13.69 10 ∞ （像面）（条件対応値）ｆ123 ＝ -8778.613 ｆ12 ＝ 1340.362 ｆ12' ＝ -484.944 （１）｜ｆ123 ｜／ｆ＝８７．７９（２）｜ｆ12｜／｜ｆ12' ｜＝２．７６

【００３６】図４は、第２実施例の諸収差図である。な
お、各収差図において、実線は基準波長λ＝３４７ｎｍ
に対する収差曲線を、破線は波長λ＝２９８ｎｍに対す
る収差曲線を、一点鎖線は波長λ＝４８６ｎｍに対する
収差曲線を、二点鎖線は波長λ＝１１００ｎｍに対する
収差曲線をそれぞれ表している。ただし、非点収差を示
す収差図において、実線は各波長に対するサジタル像面
を示し、破線は各波長に対するメリディオナル像面を示
している。また、各収差図において、ＦNOはＦナンバー
を、ｙは像高をそれぞれ示している。

【００３７】さらに、次の表（６）には、基準波長λ＝
３４７ｎｍに対する各面での３次の球面収差係数および
各球面収差係数の総和、並びに基準波長λ＝３４７ｎｍ
に対するぺッツバール和の値を示す。

【００３８】

【表６】

【００３９】表（５）において条件対応値を参照する
と、第２実施例の光学系では、第１レンズＬ１〜第３レ
ンズＬ３の合成焦点距離ｆ123 の大きさが光学系全体の
焦点距離ｆの８７．７９倍となっており、第１レンズＬ
１〜第３レンズＬ３がほぼアフォーカル系を構成してい
る。その結果、各収差図から明らかなように、第２実施
例の光学系では、２９８ｎｍ〜１１００ｎｍの波長域に
対して色収差が良好に補正されていることがわかる。ま
た、表（６）において各球面収差係数を参照すると、第
１レンズＬ１の像側の面および第２レンズＬ２の物体側
の面が球面収差の補正に寄与していることがわかる。そ
の結果、各球面収差係数の総和から明らかなように、第
２実施例の光学系では、球面収差が良好に補正されてい
ることがわかる。さらに、表（６）においてぺッツバー
ル和の値を参照すると、第２実施例の光学系では、平坦
で非点収差の少ない像面が得られることがわかる。

【００４０】〔第３実施例〕図５は、本発明の第３実施
例にかかる反射屈折型光学系のレンズ構成を概略的に示
す図である。第３実施例では、可視域から赤外域までの
広い波長域に亘って収差を補正している。図５の反射屈
折型光学系は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた
平凸レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス
レンズＬ２と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレン
ズＬ３と、物体側に凹面を向けた凹球面鏡Ｍと、凹球面
鏡Ｍと負メニスカスレンズＬ３との間に配置され凹球面
鏡Ｍ側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４とから構
成されている。そして、物体からの光は、第１レンズＬ
１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、凹球面鏡Ｍ、お
よび第４レンズＬ４を介して、第３レンズＬ３と第４レ
ンズＬ４との間の平坦な像面上に物体像を形成する。

【００４１】次の表（７）に、本発明の第３実施例の諸
元の値を掲げる。表（７）においてｆは光学系全体の焦
点距離を、ＦNOはＦナンバーを、２ωは画角をそれぞれ
表している。また、面番号は物体から像面へ光線の進行
する方向に沿った物体側からの面の順序を、ｒは各面の
曲率半径を、ｄは各面の軸上間隔を、ＥＤは有効径を、
ｎおよびνは基準波長λ＝３０００ｎｍに対する屈折率
およびアッベ数をそれぞれ示している。ただし、アッベ
数は、ν＝（ｎ₃₀₀₀−１）（ｎ₄₈₀−ｎ₅₀₀₀）で定義し
ている。ここで、ｎ₄₈₀は波長４８０ｎｍの屈折率を、
ｎ₃₀₀₀は波長３０００ｎｍの屈折率を、ｎ₅₀₀₀は波長５
０００ｎｍの屈折率をそれぞれ表している。なお、各面
の曲率半径ｒの符号は、物体側に凸面を向ける場合を正
としている。また、面間隔ｄの符号は、凹球面鏡Ｍから
像面までの光路中では負とし、その他の光路中では正と
している。さらに、第３実施例において、第１レンズＬ
１〜第３レンズＬ３は、ともにＺｎＳから形成されてい
る。

【００４２】

【表７】ｆ＝１００ＦNO＝１．４４２ω＝２° 面番号ｒｄＥＤｎ ν 1 387.253 3.33 69.93 2.25772 1.35 2 ∞ 0.083 69.72 3 149.124 3.33 68.64 2.25772 1.35 4 118.513 6.576 67.06 5 ∞ 6.576 66.86 （絞り） 6 -112.2 3.33 66.78 2.25772 1.35 7 -131.481 166.06 68.05 8 -202.338 -99.313 77.89 （凹球面鏡Ｍ） 9 127.233 -0.832 6.47 2.25772 1.35 10 68.927 -3.318 6.242 11 ∞ （像面）（条件対応値）ｆ123 ＝-5458.439 ｆ12 ＝ 792.039 ｆ12' ＝ -137.708 （１）｜ｆ123 ｜／ｆ＝５４．５８（２）｜ｆ12｜／｜ｆ12' ｜＝５．７５

【００４３】図６は、第３実施例の諸収差図である。な
お、各収差図において、実線は基準波長λ＝３０００ｎ
ｍに対する収差曲線を、破線は波長λ＝６６８ｎｍに対
する収差曲線を、一点鎖線は波長λ＝４８０ｎｍに対す
る収差曲線を、二点鎖線は波長λ＝５０００ｎｍに対す
る収差曲線をそれぞれ表している。ただし、非点収差を
示す収差図において、実線は各波長に対するサジタル像
面を示し、破線は各波長に対するメリディオナル像面を
示している。また、各収差図において、ＦNOはＦナンバ
ーを、ｙは像高をそれぞれ示している。

【００４４】さらに、次の表（８）には、基準波長λ＝
３０００ｎｍに対する各面での３次の球面収差係数およ
び各球面収差係数の総和、並びに基準波長λ＝３０００
ｎｍに対するぺッツバール和の値を示す。

【００４５】

【表８】

【００４６】表（７）において条件対応値を参照する
と、第３実施例の光学系では、第１レンズＬ１〜第３レ
ンズＬ３の合成焦点距離ｆ123 の大きさが光学系全体の
焦点距離ｆの５４．５８倍となっており、第１レンズＬ
１〜第３レンズＬ３がほぼアフォーカル系を構成してい
る。その結果、各収差図から明らかなように、第３実施
例の光学系では、４８０ｎｍ〜５０００ｎｍの波長域に
対して色収差が良好に補正されていることがわかる。ま
た、表（８）において各球面収差係数を参照すると、第
１レンズＬ１の像側の面および第２レンズＬ２の物体側
の面が球面収差の補正に寄与していることがわかる。そ
の結果、各球面収差係数の総和から明らかなように、第
３実施例の光学系では、球面収差が良好に補正されてい
ることがわかる。さらに、表（８）においてぺッツバー
ル和の値を参照すると、第３実施例の光学系では、平坦
で非点収差の少ない像面が得られることがわかる。

【００４７】

【効果】以上説明したように、本発明の反射屈折型光学
系では、広い波長範囲においても良好に色収差を補正
し、十分小さいＦナンバーを維持しつつ良好な結像性能
を確保することができる。しかも、第４レンズＬ４を付
加することにより、像面の平坦な撮像光学系を実現する
ことができるので、本発明の反射屈折型光学系はＣＣＤ
ディテクタの使用に適している。さらに、第１レンズＬ
１〜第３レンズＬ３を同一の光学材料で形成することが
でき、特に低分散の光学材料を使用する必要がないの
で、光学材料の選択の幅が広いという利点がある。その
結果、大口径の光学系を実現することが可能である。ま
た、多くの場合、球面のみで各光学素子を形成すること
ができるので、各光学素子の製造も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる反射屈折型光学系
のレンズ構成を概略的に示す図である。

【図２】第１実施例の諸収差図である。

【図３】本発明の第２実施例にかかる反射屈折型光学系
のレンズ構成を概略的に示す図である。

【図４】第２実施例の諸収差図である。

【図５】本発明の第３実施例にかかる反射屈折型光学系
のレンズ構成を概略的に示す図である。

【図６】第３実施例の諸収差図である。

【図７】本発明の比較例として従来の反射屈折型光学系
のレンズ構成を概略的に示す図である。

【図８】本発明の比較例の諸収差図である。

【符号の説明】

Ｌ１第１レンズＬ２第２レンズＬ３第３レンズＬ４第４レンズＭ凹面鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、正の屈折力を有する第
１レンズＬ１と、物体側に凸面を向けたメニスカスレン
ズからなる第２レンズＬ２と、物体側に凹面を向けたメ
ニスカスレンズからなる第３レンズＬ３と、物体側に凹
面を向けた凹面鏡Ｍとを備え、撮像状態において、物体からの光は、前記第１レンズＬ
１、前記第２レンズＬ２、前記第３レンズＬ３、および
前記凹面鏡Ｍを介して、前記第３レンズＬ３と前記凹面
鏡Ｍとの間に物体像を形成し、前記第１レンズＬ１と前記第２レンズＬ２と前記第３レ
ンズＬ３との合成焦点距離をｆ123 とし、光学系全体の
焦点距離をｆとしたとき、１０＜｜ｆ123 ｜／ｆの条件を満足することを特徴とする反射屈折型光学系。
【請求項２】前記第１レンズＬ１と前記第２レンズＬ
２とはともに所定の光学材料から形成され、且つ全体と
して正の合成屈折力を有し、前記第１レンズＬ１と前記第２レンズＬ２との合成焦点
距離をｆ12とし、前記第１レンズＬ１と前記第２レンズ
Ｌ２との間を前記所定の光学材料で充填して得られる１
つの仮想レンズエレメントの焦点距離をｆ12' としたと
き、１＜｜ｆ12｜／｜ｆ12' ｜の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の反
射屈折型光学系。
【請求項３】前記凹面鏡Ｍと像面との間の光路中に
は、像面湾曲を補正するための第４レンズＬ４が設けら
れ、撮像状態において、物体からの光は、前記第１レンズＬ
１、前記第２レンズＬ２、前記第３レンズＬ３、前記凹
面鏡Ｍ、および前記第４レンズＬ４を介して、前記第３
レンズＬ３と前記第４レンズＬ４との間に物体像を形成
することを特徴とする請求項１または２に記載の反射屈
折型光学系。