JP3063485B2 - 反射光学系 - Google Patents
反射光学系Info
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- JP3063485B2 JP3063485B2 JP5249983A JP24998393A JP3063485B2 JP 3063485 B2 JP3063485 B2 JP 3063485B2 JP 5249983 A JP5249983 A JP 5249983A JP 24998393 A JP24998393 A JP 24998393A JP 3063485 B2 JP3063485 B2 JP 3063485B2
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- aspherical
- optical system
- reflection
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
- G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
- G02B17/0605—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using two curved mirrors
- G02B17/0615—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using two curved mirrors off-axis or unobscured systems in wich all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
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- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0884—Catadioptric systems having a pupil corrector
- G02B17/0888—Catadioptric systems having a pupil corrector the corrector having at least one aspheric surface, e.g. Schmidt plates
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- Optics & Photonics (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は反射光学系に関し、特に
地上及び天体の物体を紫外域から赤外域までの広い波長
領域の光を用いて撮像面上に結像させる際に好適なＦナ
ンバー２〜４、撮影画角３〜４°程度の反射光学系に関
するものである。
地上及び天体の物体を紫外域から赤外域までの広い波長
領域の光を用いて撮像面上に結像させる際に好適なＦナ
ンバー２〜４、撮影画角３〜４°程度の反射光学系に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より地上或いは天体の目標物（物
体）を撮影する為の高性能な撮像装置として反射光学系
が多用されている。このうち比較的高い光学性能が容易
に得られるものとしてシュミットカメラがある。
体）を撮影する為の高性能な撮像装置として反射光学系
が多用されている。このうち比較的高い光学性能が容易
に得られるものとしてシュミットカメラがある。
【０００３】シュミットカメラは凹面の球面鏡（主鏡）
の曲率中心位置を絞り位置とし、その近傍に球面収差を
補正する為の非球面補正板を配置した構成の光学系より
成っている。これにより軸外のコマ収差や非点収差を略
０にして画角の大きい光線に対しても比較的高い光学性
能を得ている。
の曲率中心位置を絞り位置とし、その近傍に球面収差を
補正する為の非球面補正板を配置した構成の光学系より
成っている。これにより軸外のコマ収差や非点収差を略
０にして画角の大きい光線に対しても比較的高い光学性
能を得ている。
【０００４】シュミットカメラは撮像面が有効光束内に
あって、該撮像面が球面形状に湾曲することと、非球面
補正板による色収差が発生するという問題点がある。こ
の為、特に紫外域から赤外域までの広範囲な波長域で使
用する場合には非球面補正板による色収差が多く発生
し、この為光学系全体を反射鏡だけで構成する必要があ
る。
あって、該撮像面が球面形状に湾曲することと、非球面
補正板による色収差が発生するという問題点がある。こ
の為、特に紫外域から赤外域までの広範囲な波長域で使
用する場合には非球面補正板による色収差が多く発生
し、この為光学系全体を反射鏡だけで構成する必要があ
る。
【０００５】シュミットカメラの非球面補正板を反射式
にした反射補正板を用いた反射光学系が、例えば米国特
許第４５７６４５２号で提案されている。
にした反射補正板を用いた反射光学系が、例えば米国特
許第４５７６４５２号で提案されている。
【０００６】図６は同号で提案されている非球面反射補
正板を用いたシュミットカメラの光学系の概略図であ
る。同図においては、物体からの光束を非球面補正板６
１で反射させ、球面鏡（主鏡）６２で反射集光して撮像
面６３に物体像を形成している。
正板を用いたシュミットカメラの光学系の概略図であ
る。同図においては、物体からの光束を非球面補正板６
１で反射させ、球面鏡（主鏡）６２で反射集光して撮像
面６３に物体像を形成している。
【０００７】この他反射光学系としては、雑誌Applied
Optics 17,141 等には、主鏡からの光束を凸面鏡で反対
方向に折り曲げて、撮像面を有効光束外に逃がすように
した反射光学系が提案されている。
Optics 17,141 等には、主鏡からの光束を凸面鏡で反対
方向に折り曲げて、撮像面を有効光束外に逃がすように
した反射光学系が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】先の米国特許第４５７
６４５２号で提案されている反射光学系は非球面補正板
が軸外ミラーより成り、ミラー面形状が回転非対称であ
る為製造が難しいという問題点があった。
６４５２号で提案されている反射光学系は非球面補正板
が軸外ミラーより成り、ミラー面形状が回転非対称であ
る為製造が難しいという問題点があった。
【０００９】又、先のApplied Opticsで提案されている
反射光学系は凸面鏡の有効径が大きく、この為該凸面鏡
で有効光束を遮る為に実質的なＦナンバーが大きくな
り、光学系全体が暗くなる傾向があった。
反射光学系は凸面鏡の有効径が大きく、この為該凸面鏡
で有効光束を遮る為に実質的なＦナンバーが大きくな
り、光学系全体が暗くなる傾向があった。
【００１０】本発明は、紫外域から赤外域にわたる広い
波長域での使用が可能で撮像面が有効光束を遮らなく、
かつ軸外の光学性能が優れた画面全体にわたり高い光学
性能を有した反射光学系の提供を目的とする。
波長域での使用が可能で撮像面が有効光束を遮らなく、
かつ軸外の光学性能が優れた画面全体にわたり高い光学
性能を有した反射光学系の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の反射光学系は、
物体からの光束を、非球面補正板を介し、該非球面補正
板を介した光束を凹面反射鏡で反射させて、前記非球面
補正板と前記凹面反射鏡だけで撮像面に物体像を形成さ
せる反射光学系であって、前記非球面補正板を光軸に対
して回転対称な非球面形状で構成し、前記凹面反射鏡を
前記光軸に対して回転対称な球面形状で構成し、前記撮
像面を前記非球面補正板と前記凹面反射鏡との間の有効
光束外に配置するとともに、前記凹面反射鏡と前記非球
面補正板の前記光軸が前記撮像面の中心から外れた離れ
た様に設定したことを特徴としている。
物体からの光束を、非球面補正板を介し、該非球面補正
板を介した光束を凹面反射鏡で反射させて、前記非球面
補正板と前記凹面反射鏡だけで撮像面に物体像を形成さ
せる反射光学系であって、前記非球面補正板を光軸に対
して回転対称な非球面形状で構成し、前記凹面反射鏡を
前記光軸に対して回転対称な球面形状で構成し、前記撮
像面を前記非球面補正板と前記凹面反射鏡との間の有効
光束外に配置するとともに、前記凹面反射鏡と前記非球
面補正板の前記光軸が前記撮像面の中心から外れた離れ
た様に設定したことを特徴としている。
【００１２】特に、前記非球面補正板は反射部材より成
っていることや、前記非球面補正板は透過部材より成
り、その材料に硫化亜鉛を用いていること等を特徴とし
ている。
っていることや、前記非球面補正板は透過部材より成
り、その材料に硫化亜鉛を用いていること等を特徴とし
ている。
【００１３】
【実施例】図１は本発明の実施例１の光学系の要部概略
図、図２は図１の各要素の使用領域を示す説明図であ
る。
図、図２は図１の各要素の使用領域を示す説明図であ
る。
【００１４】図中、１は非球面反射補正板であり屈折力
が殆どなく、物体（不図示）からの光束を反射させてい
る。２は主鏡であり凹面鏡から成り、その曲率中心０近
傍に設けた非球面反射補正板１からの光束を反射集光し
て、有効光束外に設けた球面形状に湾曲した撮像面３に
物体像を形成している。４は開口絞りであり、主鏡２の
曲率中心０近傍を通る平面内に設けている。５は主鏡２
及び非球面反射補正板１の光軸である。
が殆どなく、物体（不図示）からの光束を反射させてい
る。２は主鏡であり凹面鏡から成り、その曲率中心０近
傍に設けた非球面反射補正板１からの光束を反射集光し
て、有効光束外に設けた球面形状に湾曲した撮像面３に
物体像を形成している。４は開口絞りであり、主鏡２の
曲率中心０近傍を通る平面内に設けている。５は主鏡２
及び非球面反射補正板１の光軸である。
【００１５】本実施例では図２に示すように、光軸５上
に非球面反射補正板１と主鏡２の光軸が一致し、又撮像
面３の湾曲形状の球面の光軸も一致するようにして構成
している。そして図２の実線で示す領域を有効領域とし
て使用するようにして、他の領域は不使用の為に切断し
て、これにより図１で示すような光学系としている。
に非球面反射補正板１と主鏡２の光軸が一致し、又撮像
面３の湾曲形状の球面の光軸も一致するようにして構成
している。そして図２の実線で示す領域を有効領域とし
て使用するようにして、他の領域は不使用の為に切断し
て、これにより図１で示すような光学系としている。
【００１６】本実施例では開口絞り４を主鏡２の曲率中
心０近傍に配置して、軸外光束の非点収差及びコマ収差
を非常に小さく抑えている。又主鏡２が球面形状である
ことによって生じる球面収差を非球面反射補正板でキャ
ンセルしている。
心０近傍に配置して、軸外光束の非点収差及びコマ収差
を非常に小さく抑えている。又主鏡２が球面形状である
ことによって生じる球面収差を非球面反射補正板でキャ
ンセルしている。
【００１７】本実施例では、一般的なシュミットカメラ
と同様に撮像面３は球面形状に湾曲している。又光学系
全体を反射鏡のみで構成し、これにより波長の違いによ
る収差の変動をなくし、紫外域から赤外域までの広い波
長域で同等の光学性能を得ている。
と同様に撮像面３は球面形状に湾曲している。又光学系
全体を反射鏡のみで構成し、これにより波長の違いによ
る収差の変動をなくし、紫外域から赤外域までの広い波
長域で同等の光学性能を得ている。
【００１８】本発明の特徴はシュミット型の光学系にお
いて、主鏡２及び非球面反射補正板１の光軸、即ち面形
状の回転中心軸が同一直線上にあるにも関わらず、撮像
面３の中心がこの光軸とは離れた位置にある軸外し光学
系になっていることである。このことは主鏡２及び非球
面反射補正板１の有効使用領域が回転中心軸を中心とし
ない領域であることを意味している。
いて、主鏡２及び非球面反射補正板１の光軸、即ち面形
状の回転中心軸が同一直線上にあるにも関わらず、撮像
面３の中心がこの光軸とは離れた位置にある軸外し光学
系になっていることである。このことは主鏡２及び非球
面反射補正板１の有効使用領域が回転中心軸を中心とし
ない領域であることを意味している。
【００１９】本実施例において、主鏡２及び非球面反射
補正板１の製作に際しては、まず回転対称な反射鏡を研
磨して最後に必要部分だけを切り取っており、これによ
り設計製作を非常に容易にしている。
補正板１の製作に際しては、まず回転対称な反射鏡を研
磨して最後に必要部分だけを切り取っており、これによ
り設計製作を非常に容易にしている。
【００２０】図４は本発明の実施例２の光学系の要部概
略図である。
略図である。
【００２１】本実施例は図１の実施例１に比べて、非球
面反射補正板１の代わりに非球面透過補正板４１を用い
ている点が異なっており、その他の構成は同じである。
面反射補正板１の代わりに非球面透過補正板４１を用い
ている点が異なっており、その他の構成は同じである。
【００２２】図４において、図１で示した要素と同一要
素には同符番を付している。
素には同符番を付している。
【００２３】本実施例では物体（不図示）からの光束を
主鏡２の曲率中心近傍に設けた開口絞り４と非球面透過
補正板４１とを介して、主鏡２で反射集光して有効光束
外に設けた球面形状に湾曲した撮像面３に物体像を形成
している。
主鏡２の曲率中心近傍に設けた開口絞り４と非球面透過
補正板４１とを介して、主鏡２で反射集光して有効光束
外に設けた球面形状に湾曲した撮像面３に物体像を形成
している。
【００２４】本実施例においては、非球面透過補正板４
１の材料には広い波長域で高い透過率を有するＺｎＳ
（硫化亜鉛）を使用している。純度の高い光学用ＺｎＳ
は約０．４μｍの可視波長から約１３μｍの熱赤外波長
までの広い波長範囲で高い透過率を有している為補正板
用の光学材料として好ましい。
１の材料には広い波長域で高い透過率を有するＺｎＳ
（硫化亜鉛）を使用している。純度の高い光学用ＺｎＳ
は約０．４μｍの可視波長から約１３μｍの熱赤外波長
までの広い波長範囲で高い透過率を有している為補正板
用の光学材料として好ましい。
【００２５】非球面透過補正板を用いた場合には、光線
高が高くなるにつれて色の球面収差が大きくなる。これ
を避ける為に本実施例では非球面透過補正板の光軸に対
する入射光線の角度を小さくして非球面透過補正板４１
の光軸に近い部分を使用している。
高が高くなるにつれて色の球面収差が大きくなる。これ
を避ける為に本実施例では非球面透過補正板の光軸に対
する入射光線の角度を小さくして非球面透過補正板４１
の光軸に近い部分を使用している。
【００２６】又、非球面透過補正板４１に微小な曲率を
与えることによって、非球面透過補正板４１の光軸から
遠い部分を通る光線の色収差を低減している。
与えることによって、非球面透過補正板４１の光軸から
遠い部分を通る光線の色収差を低減している。
【００２７】本実施例において、更に色収差を低減させ
る必要がある場合には、屈折率特性の異なる２種類の光
学材料で非球面透過補正板を構成して色消しにしたり、
非球面透過補正板の片面を回折型光学面（位相型ホログ
ラム等）とすることによって色収差を補正するのが良
い。
る必要がある場合には、屈折率特性の異なる２種類の光
学材料で非球面透過補正板を構成して色消しにしたり、
非球面透過補正板の片面を回折型光学面（位相型ホログ
ラム等）とすることによって色収差を補正するのが良
い。
【００２８】以下に本発明の実施例１及び実施例２の数
値例を示す。又、図３及び図５にその横収差図を示す。
値例を示す。又、図３及び図５にその横収差図を示す。
【００２９】数値実施例においてＲｉは物体側より光束
の進行順に第ｉ番目の光学要素の曲率半径、Ｄｉは第ｉ
番目の面間隔、ｆは焦点距離、ＦNOは有効Ｆ値、θは光
束中心の光線が光軸となす角度、ωは軸外光線の半画角
である。又Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはそれぞれ下記の式で表
わされる２次，４次，６次，８次，１０次の非球面係数
である。
の進行順に第ｉ番目の光学要素の曲率半径、Ｄｉは第ｉ
番目の面間隔、ｆは焦点距離、ＦNOは有効Ｆ値、θは光
束中心の光線が光軸となす角度、ωは軸外光線の半画角
である。又Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはそれぞれ下記の式で表
わされる２次，４次，６次，８次，１０次の非球面係数
である。
【００３０】
【数１】 但し、ｈは光軸からの高さ、Ｒは面の曲率半径を示す。 （数値実施例２）
【００３１】
【外１】 非球面補正板の非球面係数 A=0, B=6.43044 ×10-10 , C=1.82634 ×10-16 ， D=2.27614 ×10-20 , E=1.48048 ×10-24
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、紫外域から赤外域にわたる広い波長
域での使用が可能で撮像面が有効光束を遮らなく、かつ
軸外の光学性能が優れた画面全体にわたり高い光学性能
を有した反射光学系を達成することができる。
定することにより、紫外域から赤外域にわたる広い波長
域での使用が可能で撮像面が有効光束を遮らなく、かつ
軸外の光学性能が優れた画面全体にわたり高い光学性能
を有した反射光学系を達成することができる。
【００３３】特に本発明によれば、シュミット型の反射
光学系において主鏡及び非球面反射補正板の光軸を、撮
像面中心を通過しない同一の直線上に配置する構成をと
ることにより、撮像面を有効光束の外側に配置すること
ができ、しかも軸外光線に対しても高い光学性能を得ら
れるという効果がある。更に、主鏡及び非球面補正板は
回転対称形であるため設計製作が容易であるという効果
がある。
光学系において主鏡及び非球面反射補正板の光軸を、撮
像面中心を通過しない同一の直線上に配置する構成をと
ることにより、撮像面を有効光束の外側に配置すること
ができ、しかも軸外光線に対しても高い光学性能を得ら
れるという効果がある。更に、主鏡及び非球面補正板は
回転対称形であるため設計製作が容易であるという効果
がある。
【図１】 本発明の実施例１の光学系の要部概略図
【図２】 図１の各要素の光学配置を示す説明図
【図３】 本発明の実施例１の諸収差図
【図４】 本発明の実施例２の光学系の要部概略図
【図５】 本発明の実施例２の諸収差図
【図６】 従来のシュミットカメラの光学系の概略図
１ 非球面反射補正板 ２ 主鏡 ３ 撮像面 ４ 開口絞り ５ 光軸 ４１ 非球面透過補正板
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C02B 17/00 - 17/08 C02B 23/00 - 23/22 ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ) ＳＣＨＭＩＤＴ＊ＴＥＬＥ？＊ＲＥＦＬ ＥＣＴ？
Claims (4)
- 【請求項１】 物体からの光束を、非球面補正板を介
し、該非球面補正板を介した光束を凹面反射鏡で反射さ
せて、前記非球面補正板と前記凹面反射鏡だけで撮像面
に物体像を形成させる反射光学系であって、前記非球面
補正板を光軸に対して回転対称な非球面形状で構成し、
前記凹面反射鏡を前記光軸に対して回転対称な球面形状
で構成し、前記撮像面を前記非球面補正板と前記凹面反
射鏡との間の有効光束外に配置するとともに、前記凹面
反射鏡と前記非球面補正板の前記光軸が前記撮像面の中
心から外れた離れた様に設定したことを特徴とする反射
光学系。 - 【請求項２】 前記非球面補正板は反射部材より成って
いることを特徴とする請求項１の反射光学系。 - 【請求項３】 前記非球面補正板は透過部材より成り、
その材料に硫化亜鉛を用いていることを特徴とする請求
項１の反射光学系。 - 【請求項４】 前記撮像面は球面形状をしており、該球
面の光軸と前記主鏡と非球面補正板１の光軸とが一致し
ていることを特徴とする請求項１の反射光学系。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5249983A JP3063485B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 反射光学系 |
| US08/785,217 US5907442A (en) | 1993-09-10 | 1997-01-17 | Reflective optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5249983A JP3063485B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 反射光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0784185A JPH0784185A (ja) | 1995-03-31 |
| JP3063485B2 true JP3063485B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=17201088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5249983A Expired - Fee Related JP3063485B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 反射光学系 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5907442A (ja) |
| JP (1) | JP3063485B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2000052511A1 (fr) | 1999-03-03 | 2000-09-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Systeme optique a infrarouges pour camera a infrarouges |
| US6276359B1 (en) | 2000-05-24 | 2001-08-21 | Scott Frazier | Double reflecting solar concentrator |
| FR2818757B1 (fr) * | 2000-12-22 | 2003-03-21 | Cit Alcatel | Architecture optique de telescope d'observation et en particulier pour observation de la terre a partir d'un satellite |
| JP3857058B2 (ja) * | 2001-02-06 | 2006-12-13 | 三菱電機株式会社 | 反射型望遠鏡による天体観測用多周波共用望遠鏡装置 |
| JP2007104115A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Fujifilm Corp | シュミットカメラ及びデジタルカメラ |
| US7633689B2 (en) * | 2007-07-18 | 2009-12-15 | Asml Holding N.V. | Catadioptric optical system for scatterometry |
| IL185355A (en) * | 2007-08-19 | 2012-05-31 | Sason Sourani | Optical device for projection of light beams |
| BRPI0820188A2 (pt) * | 2007-11-08 | 2017-05-09 | Sunrgi | estruturas e métodos concentradores de luz. |
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| CN106199938A (zh) * | 2016-09-18 | 2016-12-07 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种大视场离轴三反光学*** |
| CN108828754B (zh) * | 2018-06-20 | 2021-02-05 | 北京空间机电研究所 | 一种亚微米级像元的超高分辨率成像光学***及成像方法 |
| CN109188665B (zh) * | 2018-08-14 | 2020-08-11 | 北京理工大学 | 基于平板相位元件的离轴三反成像*** |
| CN110126101B (zh) * | 2019-05-25 | 2021-05-04 | 天津大学 | 一种离轴多反成像***加工方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1997
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