(57)【要約】【課題】光学系のサイズが小型でありながら、製作する鏡の種類を少なくすること。【解決手段】反射光学系１は、物体の像を形成する反射光学系であって、物体からの光束の入射側から順に、正パワーの第１凹面反射面と、負パワーの第２凸面反射面と、正パワーの第３凹面反射面と、第４反射面と、を備え、第１凹面反射面および第３凹面反射面は、同一の数式で表される面形状を有し、連続な面として１枚の第１反射鏡Ｍ１３を形成し、第２凸面反射面は、１枚の第２反射鏡Ｍ２を形成し、第４反射面は、１枚の第３反射鏡Ｍ４を形成し、第１凹面反射面、第２凸面反射面、第３凹面反射面、および第４反射面は、いずれも非球面形状であることを特徴とする。【選択図】図１
2014035539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の像を形成する反射光学系であって、
前記物体からの光束の入射側から順に、正パワーの第１凹面反射面と、負パワーの第２凸面反射面と、正パワーの第３凹面反射面と、第４反射面と、を備え、
前記第１凹面反射面および前記第３凹面反射面は、同一の数式で表される面形状を有し、連続な面として１枚の第１反射鏡を形成し、前記第２凸面反射面は、１枚の第２反射鏡を形成し、前記第４反射面は、１枚の第３反射鏡を形成し、
前記第１凹面反射面、前記第２凸面反射面、前記第３凹面反射面、および前記第４反射面は、いずれも非球面形状であることを特徴とする反射光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の反射光学系において、
前記第２凸面反射面の近傍に絞りが配置されることを特徴とする反射光学系。
【請求項３】
請求項１または２に記載の反射光学系において、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする反射光学系。
ｆ／４＜ｄ＜ｆ／３  ・・・（１）
ただし、
ｆ：前記反射光学系の焦点距離
ｄ：前記第１凹面反射面と前記第２凸面反射面の光軸上における面間隔
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の反射光学系において、
前記第２反射鏡および前記第３反射鏡は、互いに接着されていることを特徴とする反射光学系。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の反射光学系において、
前記反射光学系は、前記物体からの光束が、前記第１反射鏡、前記第２反射鏡、および前記第３反射鏡の光軸から外れた軸外し光学系であり、
前記第１反射鏡、前記第２反射鏡、および前記第３反射鏡は、前記光軸を含む所定の平面に対して片側にのみ配置されていることを特徴とする反射光学系。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の反射光学系において、
請求項５に記載の反射光学系を２組有し、これら２組の反射光学系は、前記光軸が一致するように、前記光軸を含む所定の平面に対して互いに対称に配置されており、これら２組の反射光学系がそれぞれ備える前記第１反射鏡、前記第２反射鏡、および前記第３反射鏡がそれぞれ一体に形成されていることを特徴とする反射光学系。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の反射光学系において、
前記第１反射鏡、前記第２反射鏡、および前記第３反射鏡の形状は、前記光軸に対して回転対称であり、前記光軸に対して垂直な平面において円形状であることを特徴とする反射光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠方に位置する物体の像を形成する反射光学系であって、口径が大きく、かつ、広視野で広帯域な波長をカバーする光学系として、３枚構成の反射型アナスチグマート望遠鏡が知られている。例えば、特許文献１には、凹凸凹の３枚の反射鏡からなる反射光学系が開示されている。
【０００３】
しかしながら、従来の３枚反射光学系は、口径が大きく、広い画角に渡って結像性能が良好であるが、一般に光学系のサイズが大きくなるという問題がある。例えば特許文献１に記載の反射光学系では、光軸方向の全長が焦点距離のおよそ１倍程度と大きい。さらに、１次鏡で集光した光束を２次鏡で再び大きく発散させる構成となっているため、光軸に垂直な方向のサイズも焦点距離のおよそ１．４倍程度と大きい。例えば人工衛星等のプラットホームから地球上を観測するような場合、衛星に占める観測機器の重量やサイズに制約があるため、サイズが大きい従来の３枚反射光学系を用いることは必ずしも好ましくない。  
【０００４】
そこで、このような光学系の大型化という問題を解決する発明として、例えば、特許文献２には、凹凸凹凸の４枚の反射鏡からなる反射光学系が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４２４０７０７号明細書
【特許文献２】米国特許第５６４０２８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の反射光学系では、２種類の非球面鏡と２種類の球面鏡の合計４種類の鏡を製作する必要があるため、アライメント調整での負荷やコスト面での負荷が大きい。また、光学系の収差として像面湾曲が残っているため、検出器面を球面にしなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による反射光学系は、物体の像を形成する反射光学系であって、物体からの光束の入射側から順に、正パワーの第１凹面反射面と、負パワーの第２凸面反射面と、正パワーの第３凹面反射面と、第４反射面と、を備え、第１凹面反射面および第３凹面反射面は、同一の数式で表される面形状を有し、連続な面として１枚の第１反射鏡を形成し、第２凸面反射面は、１枚の第２反射鏡を形成し、第４反射面は、１枚の第３反射鏡を形成し、第１凹面反射面、第２凸面反射面、第３凹面反射面、および第４反射面は、いずれも非球面形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光学系のサイズが小型でありながら、製作する鏡の種類を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態による反射光学系の構成を説明する斜視図である。
【図２】第１の実施の形態による反射光学系の構成を説明するＹＺ平面断面図である。
【図３】第１の実施の形態による反射光学系の構成を説明するＸＺ平面断面図である。
【図４】１次元ラインセンサの受光面形状を表す平面図である。
【図５】第１の実施の形態による反射光学系の集光性能を表す横収差図である。
【図６】第１の実施の形態による反射光学系の集光性能をスポットダイアグラムで示す図である。
【図７】第２の実施の形態による反射光学系の構成を説明する斜視図である。
【図８】第２の実施の形態による反射光学系の構成を説明するＹＺ平面断面図である。
【図９】第３の実施の形態による反射光学系の構成を説明する斜視図である。
【図１０】第３の実施の形態による反射光学系の構成を説明するＹＺ平面断面図である。
【図１１】第３の実施の形態による反射光学系の集光性能を表す横収差図である。
【図１２】第３の実施の形態による反射光学系の集光性能をスポットダイアグラムで示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する図面では、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）として、光軸ＡＸと平行な方向にＺ軸を設定し、Ｚ軸に対して垂直な平面にＸＹ平面を設定し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が互いに垂直であるように設定している。
【００１１】
また、以下に説明する実施の形態において、非球面の形状は、次の式（１）によって表されるものとする。なお、式（１）において、ｙは光軸ＡＸからの高さであり、Ｚ（ｙ）は高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から各非球面までの光軸ＡＸに沿った距離（サグ量）であり、Ｒは頂点曲率半径であり、κは円錐係数であり、Ｃ４〜Ｃ１０は４次〜１０次の非球面係数である。
【数１】
2014035539.tif 000003
【００１２】
−第１の実施の形態−
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態による反射光学系１の構成を説明する図であり、図１は斜視図を示し、図２はＹＺ平面での断面図を示し、図３はＸＺ平面での断面図を示す。反射光学系１は、遠方物体の像を形成する反射光学系であり、凹面反射鏡Ｍ１３と、凸面反射鏡Ｍ２と、反射鏡Ｍ４とを有する。
【００１３】
反射光学系１では、遠方物体からの光束（入射光束）Ｌが、凹面反射鏡Ｍ１３が有する正パワーの第１凹面反射面Ｆ１に入射する。第１凹面反射面Ｆ１によって反射された光は、凸面反射鏡Ｍ２が有する負パワーの第２凸面反射面Ｆ２に入射する。第２凸面反射面Ｆ２の近傍且つ凸面反射鏡Ｍ１３と凸面反射鏡Ｍ２との間には、開口絞りＳＰが設けられている。第２凸面反射面Ｆ２によって反射された光束は、凹面反射鏡Ｍ１３が有する正パワーの第３凹面反射面Ｆ３に入射する。第３凹面反射面Ｆ３は、上記第１凹面反射面Ｆ１と同じ数式で表される面形状を有し、上記第１凹面反射面Ｆ１と連続な面として１枚の凹面反射鏡Ｍ１３を形成している。第３凹面反射面Ｆ３によって反射された光束は、反射鏡Ｍ４の第４反射面Ｆ４に入射する。第４反射面Ｆ４は、パワーがない反射面またはパワーが極めて弱い反射面である。第４反射面Ｆ４によって反射された光束は、結像面Ｉ上で集光される。結像面Ｉには、１次元ラインセンサが設けられており、１次元画像を取得することができる。なお、この１次元画像の取得を、反射光学系１を含む撮像装置を移動させながら複数回繰り返す（すなわちスキャンする）ことにより、複数の１次元画像をつなげて２次元画像を取得することができる。
【００１４】
また、反射光学系１では、第１凹面反射面Ｆ１、第２凸面反射面Ｆ２、第３凹面反射面Ｆ３、および第４反射面Ｆ４の形状が、それぞれ非球面形状であることにより、諸収差を補正できるようになっている。
【００１５】
さらに、反射光学系１は、次の条件式（２）を満足する。これにより、反射光学系１のサイズを比較的小さく保ちながら、諸収差をバランスよく補正することができる。なお、条件式（２）において、ｆは反射光学系１全体の焦点距離であり、ｄは第１凹面反射面Ｆ１と第２凸面反射面Ｆ２との光軸ＡＸ方向における面間隔である。図２では、反射鏡Ｍ４が凸面反射鏡Ｍ２よりも凹面反射鏡Ｍ１３側に配置されているので、このｄは、光軸ＡＸ方向における反射光学系１の全長に近い値となっている。
ｆ／４＜ｄ＜ｆ／３  ・・・（２）
【００１６】
条件式（２）の下限値は、収差補正を困難にしないための制限を表している。ｄがｆ／４より小さくなると、個々の反射面のパワーが大きくなり過ぎ、収差補正が困難となる。一方、条件式（２）の上限値は、反射光学系１の光軸ＡＸ方向のサイズを大きくし過ぎないための制限を表している。ｄがｆ／３より大きくなると、反射光学系１の光軸ＡＸ方向のサイズが大きくなってしまう。
【００１７】
また、図２からわかるように、凹面反射鏡Ｍ１３、凸面反射鏡Ｍ２および反射鏡Ｍ４の共通の光軸ＡＸに対して、入射光束Ｌにおける中心光束ＬｏはＹ方向にずれており、反射光学系１は、Ｙ方向を軸外し方向とする軸外し光学系となっている。第１凹面反射面Ｆ１への入射前における中心光束Ｌｏは、光軸ＡＸからＹ方向に軸外し量ｈだけずれている。なお、Ｘ方向においては、中心光束Ｌｏは光軸ＡＸに一致している。
【００１８】
凹面反射鏡Ｍ１３、凸面反射鏡Ｍ２および反射鏡Ｍ４の形状は、それぞれと同一の数式で表され且つ光軸ＡＸを含むＸＺ平面に対して対称な形状の反射鏡から、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に対する片側（図２では下側）の一部分のみを切り取った形状となっている。したがって、凹面反射鏡Ｍ１３、凸面反射鏡Ｍ２および反射鏡Ｍ４は、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に対して片側（図２では下側）のみに配置されており、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に対して非対称な形状となっている。なお、凹面反射鏡Ｍ１３、凸面反射鏡Ｍ２および反射鏡Ｍ４は、光軸ＡＸを含むＸＹ平面に対しては対称な形状となっている。
【００１９】
また、図２では、一例として、入射光束Ｌにおける画角０度の光束（光軸ＡＸと平行な光束）が、凸面反射鏡Ｍ２よりも下側を通って凹面反射鏡Ｍ１３に入射するように記載しているが、凸面反射鏡Ｍ２の位置が図２に記載の位置からある程度下側にずれてしまうと、凸面反射鏡Ｍ２が画角０度の光束に干渉してしまい、画角０度の光束にケラレが生じてしまう。そこで、凸面反射鏡Ｍ２が画角０度の光束に干渉しないように、凸面反射鏡Ｍ２のＹ方向の位置が調整され、絞り面（第２凹面反射面）Ｆ２での中心光束Ｌｏにおける光軸ＡＸからのずれ量（すなわち絞り面Ｆ２での軸外し量）が調整されている。
【００２０】
また、図２では、一例として、凸面反射鏡Ｍ２による反射光束が、反射鏡Ｍ４よりも下側を通って凹面反射鏡Ｍ１３に入射するように記載しているが、凸面反射鏡Ｍ２の位置が図２に記載の位置からある程度上側にずれてしまうと、反射鏡Ｍ４が凸面反射鏡Ｍ２による反射光束に干渉してしまう。そこで、反射鏡Ｍ４が凸面反射鏡Ｍ２による反射光束に干渉しないようにも、凸面反射鏡Ｍ２のＹ方向の位置が調整され、絞り面Ｆ２での軸外し量が調整されている。
【００２１】
また、反射鏡Ｍ４と結像面Ｉとを近づけることは、非点収差の補正に有利であるが、反射鏡Ｍ４と結像面Ｉとを近づけすぎると、結像面Ｉが反射鏡Ｍ４に入射する光束と干渉してしまう。そこで、反射鏡Ｍ４と結像面Ｉとの距離は、結像面Ｉが反射鏡Ｍ４に入射する光束と干渉しない程度に短くなるように調整されている。
【００２２】
また、図２と図３とを比較するとわかるように、反射光学系１は、軸外し方向（Ｙ方向）の画角（２φｙ）よりも、軸外し方向に対して垂直な方向（Ｘ方向）の画角（２φｘ）を広く取る構成となっている。したがって、Ｘ方向の画角２φｘ×Ｙ方向の画角２φｙに対する１次元ラインセンサの受光面形状は、Ｘ方向が長手でＹ方向が短手である矩形状となっている。
【００２３】
［実施例］
次に、第１の実施の形態の反射光学系１における一実施例を説明する。表１に、本実施例における反射光学系１の詳細数値データを示し、表２に、本実施例における反射光学系１の非球面形状データを示す。
【表１】
2014035539.tif 000004
【表２】
2014035539.tif 000005
【００２４】
表１および表２において、ｆは反射光学系１全体の焦点距離であり、２φｘはＸ方向の画角であり、２φｙはＹ方向の画角であり、Ｄは入射瞳径である。面番号は、遠方物体から結像面Ｉへの光の進行する経路に沿った物体側からの面の順序を示している。具体的に、第１面は、凹面反射鏡Ｍ１３が有する第１凹面反射面Ｆ１であり、第２面は、凸面反射鏡Ｍ２が有する第２凸面反射面Ｆ２であり、第３面は、凹面反射鏡Ｍ１３が有する第３凹面反射面Ｆ３であり、第４面は、反射鏡Ｍ４が有する第４反射面Ｆ４である。面間隔は、Ｚ軸に沿った各面の間隔を示している。表２では、各面における非球面形状を規定する式（１）の各パラメータを示している。
【００２５】
また本実施例において、反射光学系１の軸外し量（第１凹面反射面Ｆ１への入射前における、入射光束Ｌの中心光束Ｌｏと光軸ＡＸとのＹ方向の距離）ｈは、７３１ｍｍである。
【００２６】
本実施例では、表１からわかるように、条件式（２）におけるｆが６０００ｍｍであり、ｄ（第１面と第２面との面間隔）が１６３５．３２９ｍｍである。したがってｆ／４（１５００ｍｍ）＜ｄ（１６３５．３２９ｍｍ）＜ｆ／３（２０００ｍｍ）となり、本実施例は条件式（２）を満たす。ゆえに、光学系のサイズを比較的小さく保ちながら、諸収差をバランスよく補正することができる。
【００２７】
図４は、本実施例における１次元ラインセンサの受光面形状を表す平面図である。図４に示すように、本実施例における画角４°×０．４°に対する１次元ラインセンサの受光面形状は、４２２ｍｍ×４２．２ｍｍとなっている。
【００２８】
図５は、本実施例の反射光学系１における集光性能を表す横収差図（単位：ｍｍ）である。図５の横収差図の点ａ〜ｅは、それぞれ図４に示す１次元ラインセンサ上の集光性能評価点ａ〜ｅに対応している。各点ａ〜ｅと各光線入射角（φｘ,φｙ）との対応は、図５に示している通りである。また、光線入射角φｘの座標上の定義は、図３に示すようにＸＺ平面上でのＺ軸に対する角度であり、光線入射角φｙの座標上の定義は、図２に示すようにＹＺ平面上でのＺ軸に対する角度である。
【００２９】
図６は、本実施例の反射光学系１における集光性能を表すスポットダイアグラムである。図６の横軸はデフォーカス量（単位：ｍｍ）を示し、縦軸は、図５の点ａ〜ｅと同様に、図４に示す１次元ラインセンサ上の集光性能評価点ａ〜ｅに対応している。
【００３０】
図５の横収差図および図６のスポットダイアグラムを参照すると、本実施例の反射光学系１では、収差がよく補正されていることがわかる。したがって、本実施例の反射光学系１は、大口径でありながら、光学系のサイズが比較的小さく、製作する鏡の種類が少ないにも関わらず、像面が平坦であり、極めて良好な像を形成することができることがわかる。
【００３１】
以上説明した第１の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）反射光学系１は、物体からの光束Ｌの入射側から順に、正パワーの第１凹面反射面Ｆ１と、負パワーの第２凸面反射面Ｆ２と、正パワーの第３凹面反射面Ｆ３と、第４反射面Ｆ４と、を備え、第１凹面反射面Ｆ１および第３凹面反射面Ｆ３は、同一の数式で表される面形状を有し、連続な面として１枚の凹面反射鏡Ｍ１３を形成し、第２凸面反射面Ｆ２は、１枚の凸面反射鏡Ｍ２を形成し、第４反射面Ｆ４は、１枚の反射鏡Ｍ４を形成し、第１凹面反射面Ｆ１、第２凸面反射面Ｆ２、第３凹面反射面Ｆ３、および第４反射面Ｆ４は、いずれも非球面形状であるように構成した。これにより、口径が大きく、広帯域な波長をカバーする光学系として、光学系のサイズが小型でありながら、製作する鏡の種類を少ない反射光学系１を実現することができる。したがって、アライメント調整での負荷やコスト面での負荷を減らすことができる。また、第１凹面反射面Ｆ１、第２凸面反射面Ｆ２、第３凹面反射面Ｆ３、および第４反射面Ｆ４をいずれも非球面形状であるように構成したので、反射光学系１において、諸収差が補正されていて、像面が平坦であり、極めて良好な像を形成することができる。
【００３２】
（２）上記（１）の反射光学系１において、第２凸面反射面Ｆ２の近傍に絞りＳＰが配置されるように構成した。これにより、凸面反射鏡Ｍ２を小型化でき、且つ諸収差を補正しやすくできる。
【００３３】
（３）上記（１）または（２）の反射光学系１において、以下の条件式を満足するように構成した。
ｆ／４＜ｄ＜ｆ／３  ・・・（２）
ただし、
ｆ：反射光学系１の焦点距離
ｄ：第１凹面反射面Ｆ１と第２凸面反射面Ｆ２の光軸ＡＸ上における面間隔
これにより、反射光学系１の光軸ＡＸ方向のサイズを比較的小さく保ちながら、諸収差をバランスよく補正することができる。
【００３４】
（４）上記（１）〜（３）の反射光学系１において、物体からの光束Ｌが、凹面反射鏡Ｍ１３、凸面反射鏡Ｍ２、および反射鏡Ｍ４の光軸ＡＸから外れた軸外し光学系であり、凹面反射鏡Ｍ１３、凸面反射鏡Ｍ２、および反射鏡Ｍ４は、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に対して片側にのみ配置されているように構成した。これにより、反射光学系１のＹ方向のサイズを比較的小さくすることができる。
【００３５】
−第２の実施の形態−
図７〜図８は、本発明の第２の実施の形態による反射光学系１０の構成を説明する図であり、図７は斜視図を示し、図８はＹＺ平面での断面図を示す。なお、ＸＺ平面での断面図は、第１の実施の形態による反射光学系１と同一（図３）であるため、図示を省略する。また、第１の実施の形態と同様の箇所については、説明を省略する。第２の実施の形態による反射光学系１０は、第１の実施の形態による反射光学系１を２組有し、この２組の反射光学系１を光軸ＡＸが一致するように配置したような構成となっている。したがって、反射光学系１０は、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に対して完全対称な光学系となっている。
【００３６】
具体的に、反射光学系１０が含む２組の反射光学系のうち、図７および図８において上側の反射光学系を上側反射光学系と呼び、下側の反射光学系を下側反射光学系と呼ぶ。上側反射光学系および下側反射光学系は、それぞれ第１の実施の形態による反射光学系１と同様の構成であり、互いの光軸ＡＸが一致している。ゆえに、互いに、光軸ＡＸを含むＸＺ平面に対して完全対称である。上側反射光学系では、遠方物体からの光束（入射光束）Ｌ１が、第１凹面反射面Ｆ１１、開口絞りＳＰ１、第２凸面反射面Ｆ２１、第３凹面反射面Ｆ３１、第４反射面Ｆ４１をそれぞれ介して結像面Ｉに結像される。下側反射光学系では、遠方物体からの光束（入射光束）Ｌ２が、第１凹面反射面Ｆ１２、開口絞りＳＰ２、第２凸面反射面Ｆ２２、第３凹面反射面Ｆ３２、第４反射面Ｆ４２をそれぞれ介して結像面Ｉに結像される。
【００３７】
上側反射光学系および下側反射光学系において、結像面Ｉは共通である。また、上側反射光学系の第１凹面反射面Ｆ１１および第３凹面反射面Ｆ３１と、下側反射光学系の第１凹面反射面Ｆ１２および第３凹面反射面Ｆ３２とは、連続な面として１枚の凹面反射鏡Ｍ１３を形成している。また、上側反射光学系の第２凸面反射面Ｆ２１と下側反射光学系の第２凸面反射面Ｆ２２とは、連続な面として１枚の凸面反射鏡Ｍ２を形成している。また、上側反射光学系の第４反射面Ｆ４１と下側反射光学系の第４反射面Ｆ４２とは、連続な面として１枚の反射鏡Ｍ４を形成している。すなわち、上側反射光学系および下側反射光学系がそれぞれ備える凹面反射鏡Ｍ１３、凸面反射鏡Ｍ２、および反射鏡Ｍ４は、それぞれ一体に形成されている。
【００３８】
これにより、第２の実施の形態による反射光学系１０では、１枚の凹面反射鏡Ｍ１３、１枚の凸面反射鏡Ｍ２、および１枚の反射鏡Ｍ４の計３枚を制作すればよいので、製作する鏡の種類を増やさずに、Ｙ方向のサイズを２倍にするだけで、第１の実施の形態による反射光学系１の２倍の光量を持つ反射光学系を実現できる。
【００３９】
また、第２の実施の形態による反射光学系１０は、第１の実施の形態による反射光学系１を２組設けた構成であるため、上述した第１の実施の形態における一実施例と同一の反射光学系を２組設けた構成とすることもできる。この場合、集光性能も上記一実施例と同一となり、極めて良好な像を形成することができる。
【００４０】
なお、第２の実施の形態による反射光学系１０では、凸面反射鏡Ｍ２よりも凹面反射鏡Ｍ１３側に反射鏡Ｍ４が配置されており、凸面反射鏡Ｍ２および反射鏡Ｍ４は互いに接着され、固定されている。これにより、反射光学系１０を制作する際のアライメント調整の負荷を削減することができる。
【００４１】
−第３の実施の形態−
図９〜図１０は、本発明の第３の実施の形態による反射光学系１００の構成を説明する図であり、図９は斜視図を示し、図１０はＹＺ平面での断面図を示す。なお、ＸＺ平面での断面図は、ＹＺ平面での断面図と同一であるため、図示を省略する。また、第１および第２の実施の形態と同様の箇所については、説明を省略する。第３の実施の形態による反射光学系１００は、第１の実施の形態による反射光学系１を、光軸ＡＸを中心として回転対称に連続して並べたような構成となっている。このため、第３の実施の形態による反射光学系１００は光軸ＡＸに対して完全に回転対称な光学系となっている。
【００４２】
具体的に反射光学系１００において、凹面反射鏡Ｍ１３、凸面反射鏡Ｍ２および反射鏡Ｍ４は、光軸ＡＸに対して完全に回転対称であり、ＸＹ平面上において光軸ＡＸを中心とする円形状である。開口絞りＳＰは、光軸ＡＸに対して完全に回転対称であり、ＸＹ平面上において光軸ＡＸを中心とする円形状の開口を有する。
【００４３】
遠方物体からの光束（入射光束）Ｌは、その中央部分が凸面反射鏡Ｍ２により遮蔽され、この中央部分以外の周囲の光束が凹面反射鏡Ｍ１３の第１凹面反射面Ｆ１に入射する。第１凹面反射面Ｆ１により反射された光束は、開口絞りＳＰを通って凸面反射鏡Ｍ２の第２凸面反射面Ｆ２に入射して反射され、その後、順に、第凹面反射鏡Ｍ１３の３凹面反射面Ｆ３、反射鏡Ｍ４の第４反射面Ｆ４によって反射され、結像面Ｉに結像される。
【００４４】
反射光学系１００では、結像面Ｉも、ＸＹ平面上において光軸ＡＸを中心とする円形状となっている。したがって、結像面Ｉに２次元イメージセンサを設けて、２次元画像を取得することができる。
【００４５】
以上のような構成により、第３の実施の形態による反射光学系１００では、製作する鏡の種類を増やさずに、第１および第２の実施の形態と比べて、光量が多く解像力が高い反射光学系を実現できる。
【００４６】
なお、第３の実施の形態による反射光学系１００でも、凸面反射鏡Ｍ２よりも凹面反射鏡Ｍ１３側に反射鏡Ｍ４が配置されており、凸面反射鏡Ｍ２および反射鏡Ｍ４は互いに接着され、固定されている。これにより、反射光学系１００を制作する際のアライメント調整の負荷を削減することができる。
【００４７】
［実施例］
第３の実施の形態の反射光学系１００における一実施例を説明する。第３の実施の形態による反射光学系１００では、第１の実施の形態による反射光学系１と比較してより多くの光束が反射光学系１００に入射することになり、収差補正が難しくなる。このため、第１の実施の形態における一実施例では、反射光学系１での画角を２φｘ＝４．０°、２φｙ＝０．４°とし、１次元ラインセンサの受光面形状を４２２ｍｍ×４２．２ｍｍとしたが、第３の実施の形態における一実施例では、反射光学系１００の画角を２φｙ＝２．０°とし、結像面Ｉに設ける２次元イメージセンサの受光面形状をφ＝２１０ｍｍのイメージサークルとし、各反射面の形状を、この場合に収差補正が最適となるような面形状とした。
【００４８】
具体的に、表３に、本実施例における反射光学系１００の詳細数値データを示し、表４に、本実施例における反射光学系１００の非球面形状データを示す。
【表３】
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【表４】
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【００４９】
表３および表４において、ｆは反射光学系１００全体の焦点距離であり、２φｙは画角であり、Ｄは入射瞳径である。面番号は、無限遠にある物体から結像面Ｉへの光の進行する経路に沿った物体側からの面の順序を示している。具体的に、第１面は、凹面反射鏡Ｍ１３が有する第１凹面反射面Ｆ１であり、第２面は、凸面反射鏡Ｍ２が有する第２凸面反射面Ｆ２であり、第３面は、凹面反射鏡Ｍ１３が有する第３凹面反射面Ｆ３であり、第４面は、反射鏡Ｍ４が有する第４反射面Ｆ４である。面間隔は、Ｚ軸に沿った各面の間隔（単位：ｍｍ）を示している。表４では、各面における非球面形状を規定する式（１）の各非球面係数を示している。
【００５０】
本実施例では、表３からわかるように、条件式（２）におけるｆが６０００ｍｍであり、ｄが１５８２．４２７ｍｍである。したがってｆ／４（１５００ｍｍ）＜ｄ（１５８２．４２７ｍｍ）＜ｆ／３（２０００ｍｍ）となり、本実施例は条件式（２）を満たす。ゆえに、光学系のサイズを比較的小さく保ちながら、諸収差をバランスよく補正することができる。
【００５１】
図１１は、本実施例の反射光学系１００における集光性能を表す横収差図（単位：ｍｍ）である。なお、図９および図１０からわかるように、反射光学系１００は中心遮蔽の大きい光学系となっているため、図１１の横収差図において中心遮蔽部の収差は表示していない。
【００５２】
図１２は、本実施例の反射光学系１００における集光性能を表すスポットダイアグラムである。図１２の横軸はデフォーカス量（単位：ｍｍ）を示し、縦軸は、図１１と同様に光線入射角φｙを示している。
【００５３】
図１１の横収差図と図１２のスポットダイアグラムから分かるように、本実施例の反射光学系１００では、収差がよく補正されていることがわかる。したがって、本実施例の反射光学系１００は、極めて大口径でありながら、光学系のサイズが比較的小さく、製作する鏡の種類が少ないにも関わらず、像面が平坦であり、極めて良好な像を形成することができる。
【００５４】
（変形例１）
上述した第１の実施の形態においても、凸面反射鏡Ｍ２と反射鏡Ｍ４とを互いに接着させることにより、アライメント調整の負荷を削減するようにしてもよい。
【００５５】
また、上述した第２および第３の実施の形態において、凸面反射鏡Ｍ２と反射鏡Ｍ４とが互いに接着されていなくてもよい。
【００５６】
（変形例２）
上述した第１〜第３の実施の形態では、図２および図３、図８、図１０からわかるように、反射鏡Ｍ４を凸面反射鏡Ｍ２よりも凹面反射鏡Ｍ１３側に配置する例について示した。しかしながら、凸面反射鏡Ｍ２および反射鏡Ｍ４の位置は適宜調整すればよく、凸面反射鏡Ｍ２を反射鏡Ｍ４よりも凹面反射鏡Ｍ１３側に配置するようにしてもよい。
【００５７】
以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。また、上記実施形態に各変形例の構成を適宜組み合わせてもかまわない。
【符号の説明】
【００５８】
１，１０，１００…反射光学系、Ｍ１３…凹面反射鏡、Ｍ２…凸面反射鏡、Ｍ４…反射鏡、ＳＰ…開口絞り
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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