(57)【要約】【課題】コンパクトで明るい反射型光学系を得ることを目的とする。【解決手段】入射光線の光路順で、第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の順に配置された３枚の反射鏡を有し、３枚の反射鏡１，２，３は入射光線を遮蔽することなく配置され、第１反射鏡１に入射する光束と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する光束とが少なくとも一部で交差し、且つ第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する光束と第３反射鏡３で反射された光束とが少なくとも一部で交差し、絞り４は第２反射鏡２の周囲に設けられている。【選択図】　　　　図１
2004126510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光線の光路順で、第１反射鏡、第２反射鏡、及び第３反射鏡の順に配置された３枚の反射鏡を有し、
前記３枚の反射鏡は前記入射光線を遮蔽することなく配置され、
前記第１反射鏡に入射する光束と前記第２反射鏡で反射され前記第３反射鏡に入射する光束とが少なくとも一部で交差する
ことを特徴とする反射型光学系。
【請求項２】
前記第１反射鏡に入射する視野中心の主光線と前記第３反射鏡から射出する視野中心の主光線との成す角βが０°＜β＜９０°である
ことを特徴とする請求項１に記載の反射型光学系。
【請求項３】
前記第１反射鏡に入射する光束と前記第３反射鏡で反射された光束とが少なくとも一部で交差する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の反射型光学系。
【請求項４】
入射光線の光路順で、第１反射鏡、第２反射鏡、及び第３反射鏡の順に配置された３枚の反射鏡を有し、
前記３枚の反射鏡は前記入射光線を遮蔽することなく配置され、
前記第１反射鏡で反射され前記第２反射鏡に入射する光束と前記第３反射鏡で反射された光束とが少なくとも一部で交差する
ことを特徴とする反射型光学系。
【請求項５】
前記第１反射鏡に入射する視野中心の主光線と前記第３反射鏡から射出する視野中心の主光線との成す角γが０°＜γ＜９０°である
ことを特徴とする請求項４に記載の反射型光学系。
【請求項６】
前記第１反射鏡に入射する光束と前記第３反射鏡で反射された光束とが少なくとも一部で交差する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の反射型光学系。
【請求項７】
入射光線の光路順で、第１反射鏡、第２反射鏡、及び第３反射鏡の順に配置された３枚の反射鏡を有し、
前記３枚の反射鏡は前記入射光線を遮蔽することなく配置され、
前記第１反射鏡に入射する光束と前記第２反射鏡で反射され前記第３反射鏡に入射する光束とが少なくとも一部で交差し、
且つ前記第１反射鏡で反射され前記第２反射鏡に入射する光束と前記第３反射鏡で反射された光束とが少なくとも一部で交差する
ことを特徴とする反射型光学系。
【請求項８】
入射光線の光路順で、第１反射鏡、第２反射鏡、および第３反射鏡の順に配置された３枚の反射鏡を有し、
前記３枚の反射鏡は前記入射光線を遮蔽することなく配置された反射型光学系において、
前記第２反射鏡の近傍に絞りを持ち、画面中心に結像する主光線の前記第２反射鏡における反射点を座標原点にとり、該座標原点での前記第２反射鏡の法線ベクトル方向をｚ軸にとるとき、座標原点を通過する任意の光線の前記第２反射鏡における入射角をφ２、画面中心に結像する主光線の前記第２反射鏡における入射角をφ２ｏとし、第１反射鏡が作る物体面の虚像の座標をｚ１（φ２）、前記第３反射鏡が作る像面の虚像の座標をｚ３（φ２）、前記第２反射鏡の原点における曲率半径をｒ２とするとき、
【数１】
2004126510.tif 000022
【数２】
2004126510.tif 000023
【数３】
2004126510.tif 000024
を満たすことを特徴とする反射型光学系。
【請求項９】
前記第１反射鏡は、物体面に対して全体で前記虚像と同一形状の虚像ｚ１（φ２）を形成する複数の反射鏡からなる
ことを特徴とする請求項８に記載の反射型光学系。
【請求項１０】
前記第３反射鏡は、像面に対して全体で前記虚像と同一形状の虚像ｚ３（φ２）を形成する複数の反射鏡からなる
ことを特徴とする請求項８または９に記載の反射型光学系。
【請求項１１】
入射光線の光路順で、第１反射鏡、第２反射鏡、および第３反射鏡の順に配置された３枚の反射鏡を有し、前記３枚の反射鏡は前記入射光線を遮蔽することなく配置された反射型光学系において、前記第１反射鏡の近傍に絞りを持ち、画面中心に結像する主光線の前記第１反射鏡における反射点を座標原点にとり、前記座標原点での前記第１反射鏡の法線ベクトル方向をｚ軸にとるとき、座標原点を通過する任意の光線の前記第１反射鏡における入射角をφ１、画面中心に結像する主光線の前記第１反射鏡における入射角をφ１ｏとし、物体面の座標をｚ０（φ１）、前記第３反射鏡と前記第２反射鏡が作る像面の虚像の座標をｚ２（φ１）、前記第１反射鏡の原点における曲率半径をｒ１とするとき、
【数４】
2004126510.tif 000025
【数５】
2004126510.tif 000026
【数６】
2004126510.tif 000027
を満たすことを特徴とする反射型光学系。
【請求項１２】
前記第２反射鏡は、像面に対して全体で前記虚像と同一形状の虚像ｚ２（φ１）を形成する複数の反射鏡からなる
ことを特徴とする請求項１１に記載の反射型光学系。
【請求項１３】
入射光線の光路順で、第１反射鏡、第２反射鏡、および第３反射鏡の順に配置された３枚の反射鏡を有し、前記３枚の反射鏡は前記入射光線を遮蔽することなく配置された反射型光学系において、前記第３反射鏡の近傍に絞りを持ち、画面中心に結像する主光線の前記第３反射鏡における反射点を座標原点にとり、前記座標原点での前記第３反射鏡の法線ベクトル方向をｚ軸にとるとき、座標原点を通過する任意の光線の前記第３反射鏡における入射角をφ３、画面中心に結像する主光線の前記第３反射鏡における入射角をφ３ｏとし、前記第３反射鏡と前記第２反射鏡が作る物体面の虚像の座標をｚ２（φ３）、像面の座標をｚｉ（φ３）、前記第３反射鏡の原点における曲率半径をｒ３とするとき、
【数７】
2004126510.tif 000028
【数８】
2004126510.tif 000029
【数９】
2004126510.tif 000030
を満たすことを特徴とする反射型光学系。
【請求項１４】
前記第２反射鏡は、物体面に対して全体で前記虚像と同一形状の虚像ｚ２（φ３）を形成する複数の反射鏡からなる
ことを特徴とする請求項１３に記載の反射型光学系。
【請求項１５】
複数の反射鏡を有し、全ての反射鏡は前記入射光線を遮蔽することなく配置された反射型光学系において、反射鏡の枚数をｎ、画面中心に結像する主光線上での各反射鏡の反射点における曲率をｒｉ（ｉは面番号）、前記主光線の反射鏡への入射角をφｉ、最終面の反射鏡から像面までの距離をｄとするとき
【数１０】
2004126510.tif 000031
を満たすことを特徴とする反射型光学系。
【請求項１６】
前記反射型光学系において
【数１１】
2004126510.tif 000032
をさらに満たすことを特徴とする請求項１５に記載の反射型光学系。
【請求項１７】
複数の反射鏡を有し、全ての反射鏡は前記入射光線を遮蔽することなく配置された反射型光学系において、画面中心に結像する主光線のうち最終面の反射鏡に入射する光線と反射した光線を含む平面をｙｚ平面とし、前記主光線が最終面の反射鏡に入射する点を原点に、原点における最終面の反射鏡の法線ベクトルの方向をｚ軸にとるとき、前記主光線の反射点における最終面の反射鏡の曲率ｒ、最終面より前の反射鏡が作る物体面の虚像と原点の距離ｌ、前記主光線の最終面における入射角φ、像面とｚ軸が成す角θが
【数１２】
2004126510.tif 000033
を満たすことを特徴とする反射型光学系。
【請求項１８】
前記第１反射鏡に入射する視野中心の主光線と、前記第１反射鏡で反射され前記第２反射鏡に入射する視野中心の主光線と、前記第２反射鏡で反射され前記第３反射鏡に入射する視野中心の主光線と、前記第３反射鏡で反射された視野中心の主光線とが同一平面上に存在し、前記第１反射鏡、前記第２反射鏡及び前記第３反射鏡がその平面に対して対称な形状をしている
ことを特徴とする請求項１から１７に記載の反射型光学系。
【請求項１９】
前記第２反射鏡の近傍に絞りが設けられている
ことを特徴とする請求項１から１０及び１５から１８のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項２０】
絞りは反射鏡の周囲に設けられている
ことを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項２１】
反射鏡に対して前記絞りに相当する部分のみが光
線を反射する作用を持ち、反射鏡自体が開口絞りとなっている
ことを特徴とする請求項２０に記載の反射型光学系。
【請求項２２】
前記第１反射鏡と前記第２反射鏡の間の距離をｄ１、前記第２反射鏡と前記第３反射鏡の間の距離をｄ２、前記第１反射鏡に入射する光線の方向と前記第１反射鏡で反射された光線の成す角度をθ１、前記第２反射鏡に入射する光線の方向と前記第２反射鏡で反射された光線の成す角度をθ２とするとき、
０．５＜−２ｄ１×ｓｉｎθ１／（ｄ２×ｓｉｎ（θ１＋θ２））＜１．５
を満たす
ことを特徴とする請求項１から３及び７から２１のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項２３】
前記第１反射鏡と前記第２反射鏡の間の距離をｄ１、前記第２反射鏡と前記第３反射鏡の間の距離をｄ２、前記第１反射鏡に入射する光線の方向と前記第１反射鏡で反射された光線の成す角度をθ１、前記第２反射鏡に入射する光線の方向と前記第２反射鏡で反射された光線の成す角度をθ２、前記第３反射鏡に入射する光線の方向と前記第３反射鏡で反射された光線の成す角度をθ３とするとき、
０．５＜−ｄ１×ｓｉｎθ１／（２ｄ２＋ｄ１×ｃｏｓθ２）／ｔａｎθ３＜１．５
を満たす
ことを特徴とする請求項４から２２のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項２４】
前記第１反射鏡に入射する光線の方向と前記第１反射鏡で反射された光線の成す角度をθ１とするとき、
９０°＜θ１＜１８０°を満たす
ことを特徴とする請求項１から２３のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項２５】
前記第２反射鏡に入射する光線の方向と前記第２反射鏡で反射された光線の成す角度をθ２とするとき、
９５°＜θ２＜１６０°を満たす
ことを特徴とする請求項１から２４のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項２６】
前記第１反射鏡と前記第２反射鏡の間の距離をｄ１、前記第１反射鏡から前記第３反射鏡への前記中心光束を内含する最小円の半径をＲとするとき、
０．５＜ｄ１／２Ｒ≦１
を満たす
ことを特徴とする請求項１から２５のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項２７】
前記第１反射鏡と前記第２反射鏡の間の距離をｄ１、前記第２反射鏡に入射する光線の方向と前記第２反射鏡で反射された光線の成す角度をθ２、前記第１反射鏡から前記第３反射鏡への前記中心光束を内含する最小円の半径をＲとするとき、
４０ｄ１／２Ｒ＋６０°＜θ２
を満たす
ことを特徴とする請求項１から２６のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項２８】
前記第１反射鏡が凸の回転放物面、前記第２反射鏡が回転双曲面である
ことを特徴とする請求項１から２７のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項２９】
前記第１反射鏡、前記第２反射鏡、及び前記第３反射鏡の少なくとも１つが非球面である
ことを特徴とする請求項１から２８のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項３０】
前記第１反射鏡、前記第２反射鏡、及び前記第３反射鏡の少なくとも１つがアナモルフィック面である
ことを特徴とする請求項２９に記載の反射型光学系。
【請求項３１】
前記絞りが長方形の開口を有する絞りである
ことを特徴とする請求項１から３０に記載の反射型光学系。
【請求項３２】
前記絞りが楕円形の開口を有する絞りである
ことを特徴とする請求項１から３０に記載の反射型光学系。
【請求項３３】
前記第１反射鏡、前記第２反射鏡、及び前記第３反射鏡の少なくとも一部が一体な箱体の内側に形成されている
ことを特徴とする請求項１から３２のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項３４】
前記第１反射鏡、前記第２反射鏡、及び前記第３反射鏡のいずれかは、対象となる光線の波長に対し高反射率の材料が基台にコーティングされて反射面が形成され、前記絞りは該コーティングが施されないことにより前記基台に形成されている
ことを特徴とする請求項１から３３のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項３５】
前記第３反射鏡の後段に屈折レンズをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１から３４のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項３６】
前記入射光線の光路中のいずれかの位置に波長選択素子をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１から３５のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項３７】
前記入射光線の光路中のいずれかの位置に波長選択素子をさらに備え、該波長選択素子で２波長帯以上の分光画像を取得する
ことを特徴とする請求項１から３５のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項３８】
前記第２反射鏡における視野中心の主光線の入射面に対し、前記第１反射鏡における視野中心の主光線の入射面が同一の平面上にない
ことを特徴とする請求項１から３７のいずれかに記載の反射型光学系。
【請求項３９】
前記第２反射鏡における視野中心の主光線の入射面に対し、前記第３反射鏡における視野中心の主光線の入射面が同一の平面上にない
ことを特徴とする請求項１から３８のいずれかに記載の反射型光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射鏡を用いた広い波長帯にわたって使用可能な光学系に関し、特にカメラなどの被写体の像を撮影する撮像装置に最適な光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
撮像装置に使用する光学系に求められる機能は、被写体から入射する光を屈曲させて集光することにより、被写体の像を像面に結像することである。このような光を屈曲させる作用を持つ光学素子として、例えば屈折率の違いを利用して光を曲げるレンズや、反射を利用して光を曲げる反射鏡が挙げられる。
【０００３】
レンズに関しては、内部を光が透過するため、所望の波長帯に対して透過率の十分大きい材料を用いる必要がある。また、紫外線や赤外線など特殊な波長帯によっては材料が高価なものに限られ、コストの面で問題となる。さらに、レンズの材料の屈折率は一般に光の波長によって大きさが異なることに起因する色収差があるため、広い波長帯にわたって一定の結像性能を得るには波長に対する屈折率変化の違うレンズを２枚以上組み合わせるなどの複雑な補正、いわゆる色消しを行わなければならない。
【０００４】
反射鏡に関しては、反射面を十分な性能を持つ反射材でコーティングすることができればその材料は問わないため、どの波長帯に対しても低価格な光学系を得ることができる。また、反射作用は光の波長に依存しないので、広い波長帯域に対して色収差のない光学系を容易に得ることができる。
【０００５】
しかし、反射型光学系では反射面への入射光線とその反射光線が反射面に対して同じ側に現れるため、次面の反射鏡位置も入射光線と同じ側になる。このため、次面の反射鏡が入射光線を遮る現象、いわゆるケラレが起こりやすく、ケラレが起こると入射光線の光量が減少するため明るい光学系が得られない。ケラレを避けるには、例えば入射光線を光学系の軸に対して傾けて用い、光線が入射してくる方向と出射していく方向に角度を付ける方法がある。次面の反射鏡は当然光線が出射していく方向に配置されるため、光線が入射してくる方向と出射していく方向に角度を付けて方向を変えることで、次面の反射鏡が入射光線と重なることを防ぎ、ケラレを防止することができる。
【０００６】
例えば、図２３はＫｅｎｎｅｔｈ　Ｌ．　Ｈａｌｌａｍらによって”Ａｎ　ａｌｌ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｗｉｄｅ−ａｎｇｌｅ　ｆｌａｔ−ｆｉｅｌｄ　ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ　ｆｏｒ　ｓｐａｃｅ”，　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａｓｔｒｏｎｏｍｙ　Ｖ；　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｉｆｔｈ　Ｍｅｅｔｉｎｇ，　１９８３で提案された従来の反射型光学系を示す断面図である。図面上での座標系は、図中右方向が＋ｚ方向、図中上方向が＋ｙ方向、紙面に垂直上方向が＋ｘ方向となる右手座標系で表す。図２３において、第１反射鏡１は、凸の球面形状を成している。第２反射鏡２は、凹の回転楕円面の形状を成している。第３反射鏡３は、凹の球面形状を成している。円形形状の絞り４が、第２反射鏡２の近傍に配置されている。光学系の軸５は、第１反射鏡１と第２反射鏡２の曲率中心を結ぶ直線である。第３反射鏡３の曲率中心と絞り４の中心も光学系の軸５上にあり、共軸な構造になっている。入射光線６は、この光学系に入射して像面に像を形成する。
【０００７】
このような構成の従来の反射型光学系は、入射光線６として光学系の軸５に対してｙ方向に所定の傾きを持った光線を使い、入射光線６をジグザグに折り返すことで第１反射鏡１、第２反射鏡２、第３反射鏡３、絞り４、及び像面７に対してｙ方向で重ならない配置を可能にしている。その結果、この光学系はＦ／４の明るさで、３０゜×２０゜の画角を実現している（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第４５９８９８１号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の反射型光学系においては、各反射鏡での光線の反射角が大きい方が反射鏡１，２，３の間隔がｙ方向に広がるため、光線を遮ることなく大きな反射鏡を配置することができる。その結果、入射光線を増やして明るい光学系を得ることができるが、ｙ方向に光学系が大型化するという問題があった。一方、反射鏡での光線の反射角を小さくした場合には反射鏡のｙ方向での間隔を大きくするためｚ方向に十分長い光路を設定する必要があるため、ｚ方向に光学系が大型化するという問題があった。また、反射鏡１，２，３および絞り、像面は全てｘｙ平面に平行に近い角度で配置してある。このため、これらの光学素子はｙ方向に大きな構造をしており、光学系がｙ方向に大型化する要因の一つになっていた。
【００１０】
例えば、図２３に示す反射型光学系の場合、最も長くなる第２反射鏡２と第３反射鏡３の間の距離は、焦点距離３６ｍｍに対して約３．６倍の１３０ｍｍであり、非常に大きな光学系になっている。
【００１１】
この発明は上述のような問題点を解決するためになされたもので、コンパクトで明るく、高分解能な反射型光学系を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る反射型光学系は、入射光線の光路順で、第１反射鏡、第２反射鏡、及び第３反射鏡の順に配置された３枚の反射鏡を有し、３枚の反射鏡は入射光線を遮蔽することなく配置され、第１反射鏡に入射する光束と第２反射鏡で反射され第３反射鏡に入射する光束とが少なくとも一部で交差する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の反射型光学系を示す断面図である。図１において図中右方向が＋ｚ方向、図中上方向が＋ｙ方向、紙面に垂直下方向が＋ｘ方向となる右手座標系で表す。図１において、本実施の形態の反射型光学系は、光学系に入射した中心光束８が最初に射し込む第１反射鏡１と、第１反射鏡１で反射された中心光束８が次に入射する第２反射鏡２と、第２反射鏡２で反射された中心光束８が次に入射する第３反射鏡３と、入射光路順で第１反射鏡１の前に配置され光学系に入射する中心光束８を絞る開口が円形の絞り４と、第３反射鏡３で反射された光線が結像する像面７を有している。被写体から入射した光線のうち像面上の視野中心に結像する光線群を中心光束８とする。
【００１４】
各反射鏡で折り返しながら進む中心光束８は、第１反射鏡１に入射する部分と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する部分とが一部で交差する。本実施の形態の光学系は、カセグレン型光学系のような反射型光学系と異なり、入射光線に対する光学系内部での中心遮蔽を持たないため、入射光線を損失することなく像面に結像することができる。
【００１５】
このように本実施の形態の反射型光学系は、入射光線の光路順で、第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の順に配置された３枚の反射鏡１，２，３を有し、この３枚の反射鏡は入射光線を遮蔽することなく配置され、第１反射鏡１に入射する光束と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する光束とが少なくとも一部で交差する。
【００１６】
中心光束８が第１反射鏡１に入射する部分と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する部分とが一部で交差する構造とすることで、第２反射鏡２の中心における法線ベクトルと第１反射鏡１に入射する視野中心の主光線の成す角が大きくなる。すなわち、第１反射鏡１に入射する主光線の方向に沿って第２反射鏡２の面を配置した状態となる。つまり、第２反射鏡２の面を第１反射鏡１に入射する主光線の方向と平行に近くなるように配置した状態となる。その結果、第１反射鏡１による中心光束８のケラレが起こりにくくなるため両者の間隔を小さくすることができ、反射型光学系のコンパクト化が可能となる。同様に、第１反射鏡１は、第２反射鏡２で反射し第３反射鏡３に入射する視野中心の主光線に対して面が平行となるように配置した状態となり、両者の間隔を小さくして反射型光学系をコンパクト化することが可能となる。
【００１７】
一般に各反射鏡での光線の反射角が大きい方が面間隔が小さくてもケラレが起こらない明るい光学系とすることができる。しかし、例えば従来の光学系では図２３に示されるように光線の反射角に応じてｙ方向に光学系が大きくなるという問題があった。本実施の形態においては、中心光束８を第２反射鏡２への入射と反射でｙ方向に関して反転するように折り返し、ｙ方向の広がりが相殺されるように配置しているため、光線の反射角が大きいにも拘わらず反射型光学系のコンパクト化を図ることができる。
【００１８】
また、中心光束８の第１反射鏡１に入射する部分と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する部分は一部で交差することにより同一空間を使用している。このため、光学系内を通過する光路に対して必要となる空間を削減することができ、光学系をコンパクトにすることができる。
【００１９】
尚、交差する光束は相互作用を起こさないので、このような反射鏡の配置が光線の物理的特性に影響を与えることはない。
【００２０】
絞り４の開口径を可変にして入射光束を増減することで光学系の明るさを調整することが可能である。しかし、開口径を大きくしすぎると、第１反射鏡１に入射する中心光束８と第２反射鏡２あるいは第３反射鏡３との間でケラレが発生し、それ以上に光学系を明るくすることはできない。したがって、中心光束８と第２反射鏡２あるいは第３反射鏡３との間でケラレが発生しないように中心光束８の方向を調整する必要がある。
【００２１】
２枚の反射鏡の距離を視野中心での主光線の長さで表す。第１反射鏡１と第２反射鏡２の間の距離をｄ１、第２反射鏡２と第３反射鏡３の間の距離をｄ２、第１反射鏡１に入射する視野中心の主光線の方向と第１反射鏡１で反射された視野中心の主光線の成す角度をθ１、第２反射鏡２に入射する視野中心の主光線の方向と第２反射鏡２で反射された視野中心の主光線の成す角度をθ２とするとき、
【００２２】
［式１］
０．５＜−２ｄ１×ｓｉｎθ１／（ｄ２×ｓｉｎ（θ１＋θ２））＜１．５
【００２３】
を満足することで、中心光束８と第２反射鏡２あるいは第３反射鏡３との間でケラレが発生しにくい光学系を実現することができる。
【００２４】
また、光学系の大きさが変わらないときには光学系の大きさに対して明るさの限界が自ら決まる。光学系の大きさを中心光束８の第１反射鏡１から第３反射鏡３までの視野中心の主光線を内含する最小円の直径２Ｒで表す。光学系の大きさが２Ｒの時、光学系を最も明るくする条件として、以下の４条件のいずれか若しくは全てを満足する必要がある。
【００２５】
［式３］
９０°＜θ１＜１８０°
［式４］
９５°＜θ２＜１６０°
［式５］
０．５＜ｄ１／２Ｒ≦１
［式６］
４０ｄ１／２Ｒ＋６０°＜θ２
【００２６】
上述の第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の反射面は、いずれか若しくは全てが非球面形状をしていてもよい。あるいは、非球面形状に対して対称軸を中心に持たない領域で切り取った形状の反射面を有するものを用いてもよい。例えば、第１反射鏡１の面形状として回転放物面、第２反射鏡２と第３反射鏡３の面形状として回転楕円面、回転双曲面を用い、第１反射鏡１の対称軸を中心光束８が光学系に入射する方向と平行に、焦点を第２反射鏡２の１つの焦点、第２反射鏡２の他の１つの焦点を第３反射鏡３の１つの焦点、第３反射鏡３の他の１つの焦点を像面７上に一致させれば、その像面７上では全く収差が発生しない光学系が得られる。
【００２７】
また、上記第１反射鏡１、第２反射鏡２および第３反射鏡３はいずれか若しくは全てが回転対称軸を持たないアナモルフィック面であってもよい。アナモルフィック面は、適当な３次元直交座標系（ｘｌ，ｙｌ，ｚｌ）を用いて例えば下式のように表される。
【００２８】
【数１３】
2004126510.tif 000003
【００２９】
ただし、ｃｘ、ｃｙは反射面のｘ方向とｙ方向の曲率半径、ａｒ、ｂｒ、ｃｒは４次、６次、８次の回転対称係数、ａｐ、ｂｐ、ｃｐは４次、６次、８次の非回転対称係数である。
反射面としてアナモルフィック面を使用することにより面の持つ自由度が多くなるため、その自由度を例えば収差補正に使うことにより、収差による画質の劣化を抑制することが可能となる。特に、上述の反射型光学系はｙｚ平面上とｘｚ平面上で全く異なる構造をしているため、ｘｌ方向とｙｌ方向で異なる形状を持つアナモルフィック面による収差補正は効果がある。
【００３０】
本実施の形態の反射型光学系は、ｙｚ平面上で中心光束８を折り曲げており、ｙｚ平面上で光束を拡大すると反射鏡上での光線の重なりが生じケラレが発生するのは上述の通りである。一方、ｘ方向には光線の折り曲げは行っていないため、ｘ方向に光線を大きく広げても光線の重なりによるケラレが発生することはない。したがって、本実施の形態では絞り４を円形形状としたが、例えば絞り４の形状をｘ方向に長い辺を持った長方形としｘ方向に広げることで、入射光束を増減し光学系の明るさを調整することが可能である。
【００３１】
また、絞り４の形状をｘ方向に長軸を持った楕円形状とすることでも光学系の明るさを調整することが可能である。一般に光学系の収差は絞りの径の大きさにしたがって増大する。絞り形状を長方形としたとき対角線は辺より長くなるため、長方形の頂点付近を通る光線による収差が大きく増大し、画質が低下する。このため、絞り形状を楕円とすることで長方形の頂点付近を通る光線により発生していた収差を除去することができる。
【００３２】
尚、本実施の形態の反射型光学系は、第１反射鏡１に入射する光束と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する光束とが少なくとも一部で交差しているが、反射型光学系の視野中心の主光線が常に同一平面上にあり、上記第１反射鏡、第２反射鏡、第３反射鏡がその平面に対して対称な形状をしていてもよい。このとき、第１反射鏡１に入射する光束と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する光束は、両者の視野中心の主光線が交差する。このように各反射鏡を配置することにより、ｘ方向における偏心が存在しないこととなり、偏心収差が発生せず設計が容易になる。
【００３３】
なお、本実施の形態に対して図２に示すように、光学系に入射する、つまり第１反射鏡１に入射する主光線の方向ベクトルと、光学系から射出する、つまり第３反射鏡３から射出する視野中心の主光線の方向ベクトルの成す角βに関して、０°＜β＜９０°となるように設定してもよい。このような配置とすると、像面７を第１反射鏡１より＋ｚ方向に引き出すことができるため、像面７に置く検出器が第１反射鏡１と干渉しないように配置することができるという利点がある。これについては、図３に示すように第１反射鏡１に入射する光束と上記第３反射鏡３で反射された光束とが少なくとも一部で交差するように光学系を設定したときにも同様の効果を得ることができる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態の係る反射型光学系は、入射光線の光路順で、第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の順に配置された３枚の反射鏡を有し、３枚の反射鏡は入射光線を遮蔽することなく配置され、第１反射鏡１に入射する光束と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する光束とが少なくとも一部で交差する。そのため、コンパクトで明るい反射型光学系とすることができる。
【００３５】
また、第１反射鏡１に入射する視野中心の主光線と第３反射鏡３から射出する視野中心の主光線との成す角βが０°＜β＜９０°である。そのため、第３反射鏡３から射出する光線が結像する像面を第１反射鏡１から離すことができ、像面及び像面に設ける検出器を第１反射鏡１と干渉しないように配置することができる。
【００３６】
さらに、第１反射鏡１に入射する光束と第３反射鏡３で反射された光束とが少なくとも一部で交差する。そのため、さらにコンパクトで明るい反射型光学系とすることができる。
【００３７】
また、入射光線の光路順で、第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の順に配置された３枚の反射鏡を有し、３枚の反射鏡は入射光線を遮蔽することなく配置され、第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する光束と第３反射鏡３で反射された光束とが少なくとも一部で交差する。そのため、コンパクトで明るい反射型光学系とすることができる。
【００３８】
さらに、第１反射鏡１に入射する光束と第３反射鏡３で反射された光束とが少なくとも一部で交差する。そのため、さらにコンパクトで明るい反射型光学系とすることができる。
【００３９】
また、第１反射鏡１に入射する視野中心の主光線と、第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する視野中心の主光線と、第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する視野中心の主光線と、第３反射鏡３で反射された視野中心の主光線とが同一平面上に存在し、第１反射鏡１、第２反射鏡２及び第３反射鏡３がその平面に対して対称な形状をしている。そのため、さらにコンパクトで明るい反射型光学系とすることができる。
【００４０】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２の反射型光学系を示す断面図である。図４において図１に示した実施の形態１の反射型光学系と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
本実施の形態において、各反射鏡で折り返しながら進む中心光束８は、第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する部分と第３反射鏡３で反射された部分とが一部で交差する。本実施の形態の光学系は、カセグレン型光学系のような反射型光学系と異なり、入射光線に対する光学系内部での中心遮蔽を持たないため、入射光線を損失することなく像面に結像することができる。
【００４２】
このように本実施の形態の反射型光学系は、入射光線の光路順で、第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の順に配置された３枚の反射鏡１，２，３を有し、この３枚の反射鏡は入射光線を遮蔽することなく配置され、第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する光束と第３反射鏡３で反射された光束とが少なくとも一部で交差する。
【００４３】
このように中心光束８が第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する部分と第３反射鏡３で反射された部分とが一部で交差する構造とすることで、第２反射鏡２の中心における法線ベクトルと第３反射鏡３に入射する視野中心の主光線の成す角が大きくなる。すなわち、第３反射鏡３に入射する主光線の方向に沿って第２反射鏡２の主面を配置した状態となる。つまり、第２反射鏡２の主面を第３反射鏡３に入射する主光線の方向と平行に近くなるように配置した状態となる。その結果、第２反射鏡２による中心光束８のケラレが起こりにくくなりため両者の間隔を小さくすることができ、反射型光学系のコンパクト化が可能となる。同様に、第３反射鏡３は、第１反射鏡１で反射し第２反射鏡２に入射する視野中心の主光線に対して主面が平行となるように配置した状態となり、両者の間隔を小さくして反射型光学系をコンパクト化することが可能となる。
【００４４】
一般に各反射鏡での光線の反射角が大きい方が面間隔が小さくてもケラレが起こらないため明るい光学系を得ることができる。しかし、例えば従来の光学系では光線の反射角に応じてｙ方向に光学系が大きくなるという問題があった。本実施の形態においては、中心光束８を第２反射鏡２への入射と反射でｙ方向に関して反転するように折り返し、ｙ方向の広がりが相殺されるように配置しているため、光線の反射角が大きいにも拘わらず反射型光学系のコンパクト化を図ることができる。
【００４５】
本実施の形態では、中心光束８を第２反射鏡２への入射と反射でｙ方向に関して反転するように折り返したが、第３反射鏡３への入射と反射でｙ方向に関して反転するように折り返しても同様の効果が得られる。
【００４６】
また、中心光束８の第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する部分と第３反射鏡３で反射された部分は一部で交差することにより同一空間を使用している。このため、光学系内を通過する光路に対して必要となる空間を削減することができ、光学系をコンパクトにすることができる。
【００４７】
絞り４の開口径を可変にして入射光束を増減することで光学系の明るさを調整することが可能である。しかし、開口径を大きくしすぎると、第３反射鏡３を反射した中心光束８と第１反射鏡１あるいは第３反射鏡３との間でケラレが発生したり、像面７の位置に置く検出器により第１反射面１に入射する光束８に対するケラレが発生するため、それ以上に光学系を明るくすることはできない。したがって、第３反射鏡３を反射した中心光束８の方向を調整する必要がある。
【００４８】
２枚の反射鏡の距離を視野中心での主光線の長さで表す。第１反射鏡１と第２反射鏡２の間の距離をｄ１、第２反射鏡２と第３反射鏡３の間の距離をｄ２、第１反射鏡１に入射する視野中心の主光線の方向と第１反射鏡１で反射された視野中心の主光線の成す角度をθ１、第２反射鏡２に入射する視野中心の主光線の方向と第２反射鏡２で反射された視野中心の主光線の成す角度をθ２、第３反射鏡３に入射する視野中心の主光線の方向と第３反射鏡３で反射された視野中心の主光線の成す角度をθ３とするとき、
【００４９】
［式２］
０．５＜−ｄ１×ｓｉｎθ１／（２ｄ２＋ｄ１×ｃｏｓθ２）／ｔａｎθ３＜１．５
【００５０】
を満足することで上記のケラレが発生しない光学系を実現することができる。
【００５１】
また、光学系の大きさが変わらないとき光学系を最も明るくする条件として、実施の形態１と同様に以下の４条件のいずれか若しくは全てを満足する必要がある。
【００５２】
［式３］
９０°＜θ１＜１８０°
［式４］
９５°＜θ２＜１６０°
［式５］
０．５＜ｄ１／２Ｒ≦１
［式６］
４０ｄ１／２Ｒ＋６０°＜θ２
【００５３】
上述の第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の反射面は、いずれか若しくは全てが非球面形状をしていてもよい。あるいは、非球面形状に対して対称軸を中心に持たない領域で切り取った形状の反射面を有するものを用いてもよい。例えば、第１反射鏡１の面形状として回転放物面、第２反射鏡２と第３反射鏡３の面形状として回転楕円面、回転双曲面を用い、第１反射鏡１の対称軸を中心光束８が光学系に入射する方向と平行に、焦点を第２反射鏡２の１つの焦点、第２反射鏡２の他の１つの焦点を第３反射鏡３の１つの焦点、第３反射鏡３の他の１つの焦点を像面７上に一致させれば、その像面７上では全く収差が発生しない光学系が得られる。
【００５４】
また、上記第１反射鏡１、第２反射鏡２および第３反射鏡３はいずれか若しくは全てが回転対称軸を持たないアナモルフィック面であってもよい。反射面としてアナモルフィック面を使用することにより面の持つ自由度が多くなるため、その自由度を例えば収差補正に使うことにより、収差による画質の劣化を抑制することが可能となる。特に、上記反射型光学系はｙｚ平面上とｘｚ平面上で全く異なる構造をしているため、２つの方向で異なる形状を持つアナモルフィック面による収差補正は効果がある。
【００５５】
本実施の形態の反射型光学系は、ｙｚ平面上で中心光束８を折り曲げており、ｙｚ平面上で光束を拡大すると反射鏡上での光線の重なりが生じケラレが発生するのは上述の通りである。一方、ｘ方向には光線の折り曲げは行っていないため、ｘ方向に光線を大きく広げても光線の重なりによるケラレが発生することはない。したがって、本実施の形態で絞り４を長方形や楕円形状とすることで光学系の明るさを調整することが可能であるのは実施の形態１と同様である。
【００５６】
また、本実施の形態の反射型光学系に対して反射型光学系の視野中心の主光線が常に同一平面上にあり、上記第１反射鏡１、第２反射鏡２、第３反射鏡３がその平面に対して対称な形状をしているように設定してもよい。このとき、第３反射鏡３で反射した光束と第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する光束は、両者の視野中心の主光線が交差する。このように各反射鏡を配置することにより、ｘ方向における偏心が存在しないこととなり、偏心収差が発生せず設計が容易になる。
【００５７】
なお、本実施の形態に対して図５に示すように、光学系に入射する、つまり第１反射鏡１に入射する視野中心の主光線の方向ベクトルと、光学系から射出する、つまり第３反射鏡３から射出する視野中心の主光線の方向ベクトルの成す角γに対して０°＜γ＜９０°となるように設定してもよい。このとき、像面７を第１反射鏡１に入射する光束８と反対側に引き出すことができるため、像面７に置く検出器による入射光束に対するケラレが起きないという利点がある。これは、図６に示すように第１反射鏡１に入射する光束と上記第３反射鏡３で反射された光束とが少なくとも一部で交差するように光学系を設定したときにも同様の効果を得ることができる。
【００５８】
以上のように、本実施の形態の係る反射型光学系は、第１反射鏡１に入射する視野中心の主光線と第３反射鏡３から射出する視野中心の主光線との成す角γが０°＜γ＜９０°である。そのため、第３反射鏡３から射出する光線が結像する像面を第１反射鏡１に入射する光線と反対側に引き出すことができるため、像面に設ける検出器による入射光束に対するケラレが起きない。
【００５９】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３の反射型光学系を示す断面図である。図７において図１に示した実施の形態１の反射型光学系と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６０】
本実施の形態において、各反射鏡で折り返しながら進む中心光束８は、第１反射鏡１に入射する部分と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する部分とが一部で交差する。そしてさらに、第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する部分と第３反射鏡３で反射された部分とが一部で交差する。本実施の形態の光学系はカセグレン型光学系のような反射型光学系と異なり、入射光線に対する光学系内部での中心遮蔽を持たないため、入射光線を損失することなく像面に結像することができる。
【００６１】
このように本実施の形態の反射型光学系は、入射光線の光路順で、第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の順に配置された３枚の反射鏡１，２，３を有し、この３枚の反射鏡は入射光線を遮蔽することなく配置され、第１反射鏡１に入射する光束と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する光束とが少なくとも一部で交差しており、さらに第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する光束と第３反射鏡３で反射された光束とが少なくとも一部で交差する。
【００６２】
中心光束８が第１反射鏡１に入射する部分と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する部分とが一部で交差する構造とすることで、第２反射鏡２の中心における法線ベクトルと第１反射鏡１に入射する視野中心の主光線の成す角が大きくなる。すなわち、主光線の方向に沿って第２反射鏡２の主面を配置した状態となる。その結果、第１反射鏡１による中心光束８のケラレが起こりにくくなるため両者の間隔を小さくすることができ、反射型光学系のコンパクト化が可能となる。同様に、中心光束８が第３反射鏡３で反射した部分と第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する部分とが一部で交差する構造とすることで、第２反射鏡２は、第３反射鏡３で反射した視野中心の主光線に沿うように主面を配置した状態となり、両者の間隔を小さくして反射型光学系をコンパクト化することが可能となる。さらに、中心光束８が上記の２箇所で交差する構造とすることにより、第１反射鏡１は第３反射鏡３で反射した視野中心の主光線に沿うように主面を配置した状態となり、両者の間隔を小さくして反射型光学系をコンパクト化することが可能となる。また、第３反射鏡３は、第１反射鏡１に入射する視野中心の主光線に沿うように主面を配置した状態となり、両者の間隔を小さくして反射型光学系をコンパクト化することが可能となる。
【００６３】
また、各反射鏡１，２，３の反射面は互いに向かい合う配置であるため、３つの反射鏡が平行に近い角度に配置された図２３に示される従来の光学系のように１方向に長いものとなることなく、本実施の形態のものが従来に較べコンパクトになることは明らかである。
【００６４】
一般に各反射鏡での光線の反射角が大きい方が面間隔が小さくてもケラレが起こらないため明るい光学系を得ることができる。しかし、例えば従来の光学系では光線の反射角に応じてｙ方向に光学系が大きくなるという問題があった。本実施の形態では中心光束８を第２反射鏡２および第３反射鏡３への入射と反射でｙ方向に関して反転するように折り返し、ｙ方向の広がりが相殺されるように配置しているため、光線の反射角が大きいにも拘わらず反射型光学系のコンパクト化を図ることができる。
【００６５】
また、中心光束８の第１反射鏡１に入射する部分と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する部分および第３反射鏡３で反射した部分と第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する部分は一部で交差することにより同一空間を使用している。このため、光学系内を通過する光路に対して必要となる空間を削減することができ、光学系をコンパクトにすることができる。
【００６６】
絞り４の開口径を可変にして入射光束を増減することで光学系の明るさを調整することが可能である。しかし、開口径を大きくしすぎると、第１反射鏡１に入射する中心光束８と第２反射鏡２あるいは第３反射鏡３との間でケラレが発生し、それ以上に光学系を明るくすることはできない。したがって、中心光束８と第２反射鏡２あるいは第３反射鏡３との間でケラレが発生しないように中心光束８の方向を調整する必要がある。
【００６７】
図８は以下の説明で用いる記号の関係を示す説明図である。２枚の反射鏡の距離を視野中心での主光線の長さで表す。第１反射鏡１と第２反射鏡２の間の距離をｄ１、第２反射鏡２と第３反射鏡３の間の距離をｄ２、第１反射鏡１に入射する視野中心の主光線の方向と第１反射鏡１で反射された視野中心の主光線の成す角度をθ１、第２反射鏡２に入射する視野中心の主光線の方向と第２反射鏡２で反射された視野中心の主光線の成す角度をθ２とするとき、
【００６８】
［式１］
０．５＜−２ｄ１×ｓｉｎθ１／（ｄ２×ｓｉｎ（θ１＋θ２））＜１．５
【００６９】
を満足することで、中心光束８と第２反射鏡２あるいは第３反射鏡３との間でケラレが発生しにくい光学系を実現することができる。
【００７０】
同様に、光学系を明るくするためには像面７に入射する中心光束８と第２反射鏡２あるいは第３反射鏡３との間でケラレが発生しないように調整する必要がある。そのような光学系は、第３反射鏡３に入射する視野中心の主光線の方向と第３反射鏡３で反射された視野中心の主光線の成す角度をθ３とするとき、
【００７１】
［式２］
０．５＜−ｄ１×ｓｉｎθ１／（２ｄ２＋ｄ１×ｃｏｓθ２）／ｔａｎθ３＜１．５
【００７２】
を満足することで実現することができる。
【００７３】
また、光学系の大きさが変わらないとき光学系を最も明るくする条件実施の形態１，２と同様に、以下の４条件のいずれか若しくは全てを満足する必要がある。
【００７４】
［式３］
９０°＜θ１＜１８０°
［式４］
９５°＜θ２＜１６０°
［式５］
０．５＜ｄ１／２Ｒ≦１
［式６］
４０ｄ１／２Ｒ＋６０°＜θ２
【００７５】
上述の第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の反射面は、いずれか若しくは全てが非球面形状をしていてもよい。あるいは、非球面形状に対して対称軸を中心に持たない領域で切り取った形状の反射面を有するものを用いてもよい。例えば、第１反射鏡１の面形状として回転放物面、第２反射鏡２と第３反射鏡３の面形状として回転楕円面、回転双曲面を用い、第１反射鏡１の対称軸を中心光束８が光学系に入射する方向と平行に、焦点を第２反射鏡２の１つの焦点、第２反射鏡２の他の１つの焦点を第３反射鏡３の１つの焦点、第３反射鏡３の他の１つの焦点を像面７上に一致させれば、その像面７上では全く収差が発生しない光学系が得られる。
【００７６】
また、上記第１反射鏡１、第２反射鏡２および第３反射鏡３はいずれか若しくは全てが回転対称軸を持たないアナモルフィック面であってもよい。
【００７７】
反射面としてアナモルフィック面を使用することにより面の持つ自由度が多くなるため、その自由度を例えば収差補正に使うことにより、収差による画質の劣化を抑制することが可能となる。特に、上記反射型光学系はｙｚ平面上とｘｚ平面上で全く異なる構造をしているため、２つの方向で異なる形状を持つアナモルフィック面による収差補正は効果がある。
【００７８】
本実施の形態の反射型光学系はｙｚ平面上で中心光束８を折り曲げており、ｙｚ平面上で光束を拡大すると反射鏡上での光線の重なりが生じケラレが発生するのは上述の通りである。一方、ｘ方向には光線の折り曲げは行っていないため、ｘ方向に光線を大きく広げても光線の重なりによるケラレが発生することはない。したがって、本実施の形態で絞り４を長方形や楕円形状とすることで光学系の明るさを調整することが可能であるのは実施の形態１，２と同様である。
【００７９】
また、本実施の形態の反射型光学系に対して反射型光学系の視野中心の主光線が常に同一平面上にあり、上述の第１反射鏡１、第２反射鏡２、第３反射鏡３がその平面に対して対称な形状をしているように設定してもよい。このとき、第１反射鏡１に入射する光束と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する光束および第３反射鏡３で反射した光束と第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する光束は、各々の視野中心の主光線が交差する。このように反射鏡を配置することにより、ｘ方向における偏心が存在しないため、偏心収差が発生せず設計が容易になる。
【００８０】
また、入射光線の光路順で、第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の順に配置された３枚の反射鏡を有し、３枚の反射鏡は入射光線を遮蔽することなく配置され、第１反射鏡１に入射する光束と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する光束とが少なくとも一部で交差し、且つ第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する光束と第３反射鏡３で反射された光束とが少なくとも一部で交差する。そのため、さらにコンパクトで明るい反射型光学系とすることができる。
【００８１】
さらに、第２反射鏡２の近傍に絞りが設けられている。そのため、光線の広がりを最小とすることができ、大きな反射面を必要とすることがないので、さらにコンパクトな反射型光学系とすることができる。
【００８２】
また、絞りは第２反射鏡２の周囲に設けられている。そのため、絞りを支持する支持部材等を省略することができ、コストダウンをすることができる。
【００８３】
さらにまた、第２反射鏡２に対して絞りに相当する部分のみが光線を反射する作用を持ち、第２反射鏡２自体が開口絞りとなっている。そのため、絞りを支持する支持部材等を省略する構造を容易に構成することができ、さらにコストダウンをすることができる。
【００８４】
また、第１反射鏡１と第２反射鏡２の間の距離をｄ１、第２反射鏡２と第３反射鏡３の間の距離をｄ２、第１反射鏡１に入射する光線の方向と第１反射鏡１で反射された光線の成す角度をθ１、第２反射鏡２に入射する光線の方向と第２反射鏡２で反射された光線の成す角度をθ２とするとき、
０．５＜−２ｄ１×ｓｉｎθ１／（ｄ２×ｓｉｎ（θ１＋θ２））＜１．５
を満たす。そのため、中心光束と第２反射鏡２あるいは第３反射鏡３との間でケラレが発生しにくい光学系を実現することができる。
【００８５】
さらに、第１反射鏡１と第２反射鏡２の間の距離をｄ１、第２反射鏡２と第３反射鏡３の間の距離をｄ２、第１反射鏡１に入射する光線の方向と第１反射鏡１で反射された光線の成す角度をθ１、第２反射鏡２に入射する光線の方向と第２反射鏡２で反射された光線の成す角度をθ２、第３反射鏡３に入射する光線の方向と第３反射鏡３で反射された光線の成す角度をθ３とするとき、
０．５＜−ｄ１×ｓｉｎθ１／（２ｄ２＋ｄ１×ｃｏｓθ２）／ｔａｎθ３＜１．５
を満たす。そのため、像面に入射する中心光束と第２反射鏡２あるいは第３反射鏡３との間でケラレが発生しないようになり、明るい反射型光学系とすることができる。
【００８６】
さらにまた、第１反射鏡１に入射する光線の方向と第１反射鏡１で反射された光線の成す角度をθ１とするとき、
９０°＜θ１＜１８０°を満たす。そのため、さらに明るい反射型光学系とすることができる。
【００８７】
また、第２反射鏡２に入射する光線の方向と第２反射鏡２で反射された光線の成す角度をθ２とするとき、
９５°＜θ２＜１６０°を満たす。そのため、よりさらに明るい反射型光学系とすることができる。
【００８８】
さらに、第１反射鏡１と第２反射鏡２の間の距離をｄ１、第１反射鏡１から第３反射鏡３への中心光束を内含する最小円の半径をＲとするとき、
０．５＜ｄ１／２Ｒ≦１
を満たす。そのため、よりさらに明るい反射型光学系とすることができる。
【００８９】
さらにまた、第１反射鏡１と第２反射鏡２の間の距離をｄ１、第２反射鏡２に入射する光線の方向と第２反射鏡２で反射された光線の成す角度をθ２、第１反射鏡１から第３反射鏡３への中心光束を内含する最小円の半径をＲとするとき、
４０ｄ１／２Ｒ＋６０°＜θ２
を満たす。そのため、さらに明るい反射型光学系とすることができる。
【００９０】
また、第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の少なくとも１つが非球面である。そのため、収差を小さく抑えることができる。
【００９１】
さらに、第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の少なくとも１つがアナモルフィック面である。そのため、面の持つ自由度が多くなり、この自由度を例えば収差補正に使うことにより、収差による画質の劣化を抑制することが可能となる。
【００９２】
さらにまた、絞りが長方形の開口を有する絞りである。そのため、光学系の明るさを増大することが可能となる。
【００９３】
また、絞りが楕円形の開口を有する絞りである。そのため、光学系の明るさを増大することが可能となる。
【００９４】
実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４の反射型光学系を示す断面図である。図９において図１に示した実施の形態１の反射型光学系と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００９５】
本実施の形態において、絞り４は、第２反射鏡２の近傍に設けられている。より詳細には、絞り４は、第２反射鏡２の周囲に設けられている。すなわち、絞り４は第２反射鏡２の開口絞りとして設けられている。そして、第１反射鏡１は凸面の回転放物面であり、第２反射鏡２は凹面の回転双曲面、第３反射鏡３は凹面の回転楕円面とされている。
【００９６】
本実施の形態のように各反射鏡が各々異なる方向を向く光学系では特に非点収差が発生しやすく、画質向上のために非点収差の発生を抑えることが重要となる。画面中心に結像する主光線（以降、中心主光線と表記）の前記第２反射鏡２における反射点を座標原点にとり、前記座標原点での前記第２反射鏡２の法線ベクトル方向をｚ軸にとるとき、光学系が以下の条件式を満足することにより、非点収差を小さく抑えることができる。
【００９７】
【数１４】
2004126510.tif 000004
【数１５】
2004126510.tif 000005
【数１６】
2004126510.tif 000006
【００９８】
ただし、座標原点を通過する任意の光線の前記第２反射鏡２における入射角をφ２、中心主光線の前記第２反射鏡２における入射角をφ２ｏとし、第１反射鏡１が作る物体面の虚像の座標をｚ１（φ２）、前記第３反射鏡３が作る像面の虚像の座標をｚ３（φ２）、前記第２反射鏡２の原点における曲率半径をｒ２とした。上記条件式により、ｙ方向に広がる周辺光線の結像点は一次近似の範囲で像面とほぼ一致するので、収差の少ない光学系を得ることができる。
【００９９】
上記の光学系は反射鏡が３枚で構成され第２反射鏡２の近傍に絞りを持つとしたが、例えば第１反射鏡１の近傍に絞りを配置してもよい。このとき、上記の条件式は中心主光線の第１反射鏡１における反射点を座標原点にとり、前記座標原点での第１反射鏡１の法線ベクトル方向をｚ軸にとるとき、以下の式になる。
【０１００】
【数１７】
2004126510.tif 000007
【数１８】
2004126510.tif 000008
【数１９】
2004126510.tif 000009
【０１０１】
ただし、座標原点を通過する任意の光線の前記第１反射鏡１における入射角をφ１、中心主光線の前記第１反射鏡１における入射角をφ１ｏとし、物体面の座標をｚｏ（φ１）、前記第２反射鏡２と第３反射鏡３が作る像面の虚像の座標をｚ２（φ１）、前記第１反射鏡１の原点における曲率半径をｒ１とした。
【０１０２】
あるいは、第３反射鏡３の近傍に絞りを配置しても同様の条件で非点収差の小さい光学系を得ることができる。このとき、上記の条件式は中心主光線の第３反射鏡３における反射点を座標原点にとり、前記座標原点での第３反射鏡３の法線ベクトル方向をｚ軸にとるとき、以下の式になる。
【０１０３】
【数２０】
2004126510.tif 000010
【数２１】
2004126510.tif 000011
【数２２】
2004126510.tif 000012
【０１０４】
ただし、座標原点を通過する任意の光線の前記第３反射鏡３における入射角をφ３、中心主光線の前記第３反射鏡３における入射角をφ３ｏとし、前記第１反射鏡１と第２反射鏡２が作る物体面の虚像の座標をｚ２（φ３）、像面の座標をｚｉ（φ３）、前記第３反射鏡３の原点における曲率半径をｒ３とした。
【０１０５】
さらに、上記の実施例では光学系の構成は３枚の反射鏡であるとしたが、それ以上の枚数の反射鏡を備えた光学系であってもよい。このとき、例えば第１反射鏡１近傍に絞りがある場合には、第２反射鏡２以降の反射鏡が作る像面の虚像をｚ２（φ１）として［式Ｄ］、［式Ｅ］、［式Ｆ］の条件を満足することにより、非点収差の小さな光学系を得ることができる。
【０１０６】
最終面の反射鏡近傍に絞りがある場合には、最終面の反射鏡における中心主光線の反射点を座標原点、前記座標原点での最終面の反射鏡の法線ベクトル方向をｚ軸にとり、座標原点を通過する任意の光線の最終面の反射鏡における入射角をφ３、中心主光線の前記反射鏡における入射角をφ３ｏとし、最終面より手前の反射鏡が作る物体面の虚像の座標をｚ２（φ３）、像面の座標をｚｉ（φ３）、最終面の反射鏡の原点における曲率半径をｒ３として、［式Ｇ］、［式Ｈ］、［式Ｉ］を満足すればよい。
【０１０７】
また、絞りの近傍にあるのが第１面あるいは最終面以外であるときには、［式Ａ］、［式Ｂ］、［式Ｃ］において第２反射鏡２を絞り近傍にある反射鏡に、ｚ１（φ２）を絞り近傍にある反射鏡より前の反射鏡が作る物体面の虚像の座標に、ｚ３（φ２）を絞り近傍にある反射鏡より後ろの反射鏡が作る像面の虚像の座標をｚ３（φ２）に読み替えて条件式を満足すればよい。
また、上記の条件式は各反射鏡に対して中心主光線の反射点における曲率半径が次の面までの距離と比較して十分大きいときには、以下の条件式で代用することができる。
【０１０８】
【数２３】
2004126510.tif 000013
【０１０９】
ただし、ｄは最終面の反射鏡と像面の間隔、φｉは中心主光線のｉ番目の反射鏡への入射角、ｒｉはｉ番目の反射鏡における中心主光線の入射点での曲率半径である。上記条件を満足することにより、画面中心での結像点を結像面とほぼ一致させることができ、画面中心付近で収差の少ない高分解能な光学系がえられる。
【０１１０】
さらに、下記の条件を満足することにより１次近似の範囲で光学系の結像点と像面がほぼ一致するため、広い画角範囲で高分解能な光学系を得ることができる。
【０１１１】
【数２４】
2004126510.tif 000014
【０１１２】
上記２つの条件式は反射鏡の枚数に関わらず成り立つため、３枚以上の反射鏡を持つ光学系にも適用することで非点収差の小さな光学系を設計することができる。
一方、ｘ方向に広がる周辺光線により発生する非点収差の発生を抑えるためには、以下の条件を満足すればよい。
【０１１３】
【数２５】
2004126510.tif 000015
【０１１４】
ただし、中心主光線が最終面の反射鏡に入射する点を座標原点に、原点における最終面の反射鏡の法線ベクトルの方向をｚ軸にとり、中心主光線の反射点における最終面の反射鏡の曲率をｒ、最終面より前の反射鏡が作る物体面の虚像と原点の距離ｌ、中心主光線の最終面における入射角φ、像面とｚ軸が成す角θとする。上記条件式により、ｘ方向に広がる周辺光線の結像点は一次近似の範囲で像面とほぼ一致するので、収差の少ない光学系を得ることができる。
上記の条件式はパラメータとして反射鏡の枚数が使用されていないので、３枚以上の反射鏡を持つ光学系に対しても同様に適用することができ、その結果非点収差の発生を小さく抑えた光学系を得ることができる。
【０１１５】
また、本実施の形態において光学系の視野角を大きくする場合には、それに応じて光線の広がりも大きくなり、大きな反射面を必要とする。その結果、光学系が大型することに加えて、反射面によるケラレが発生し易くなり明るい光学系を得ることができなくなる。視野角による光線の広がりは、絞りの位置を起点としてそこから光路長が長くなるほど広がりが大きくなる。
【０１１６】
例えば、第１反射鏡１の近傍に絞りを配置すると、第２反射鏡２、第３反射鏡３と光線が伝搬するたびに光線の広がりが大きくなり、大きな反射面を必要とする。したがって、光学系の光路のほぼ中間に位置する第２反射面２の近傍に絞り４を配置することによって光線の広がりを最小とすることができる。
【０１１７】
本実施の形態では、各反射鏡は第１反射鏡１を回転放物面、第２反射鏡２を回転双曲面、第３反射鏡３を回転楕円面としたが、この形状をベースに高次の非球面項を加えた形状として面の自由度を増やせば、収差補正などを行うことが可能となるのは実施の形態１と同様である。また、ｘ方向に長辺を持った長方形形状や楕円形状の絞りを使用することで光学系の明るさを増大することが可能となるのも実施の形態１と同様である。
【０１１８】
図１０は本実施の形態の反射型光学系の具体例を示す断面図である。図１０の反射型光学系の構成データを以下に示す。以下の構成データにおいて、距離、曲率半径、及び偏心は、各々長さの量で表されているが、具体的には同じ形状の相似形でも実現できるので長さの比で表現している。
【０１１９】
第１反射面（回転放物面）
曲率半径：２２７．７４
円錐係数：−１
偏心：−６７．０２（ｙ方向），−９．８６０（ｚ方向）
第１反射面と第２反射面の間隔
距離：２４．６４
回転：１４７．２１°
第２反射面（回転双曲面）
曲率半径：３００．２２
円錐係数：−２．４８
偏心：−８８．６２（ｙ方向），−７２．６７（ｚ方向）
回転：１３０．５０°
第２反射面と第３反射面の間隔
距離：３４．８６
回転：１１８．７３°
第３反射面（回転楕円面）
曲率半径：−８２．４５
円錐係数：−０．７４
偏心：１７．３５（ｙ方向），１．３１（ｚ方向）
回転：１．６９°
第３反射面と像面の間隔
距離：４５．８９
回転：１５９．５３°
【０１２０】
反射面の形状は
ｚ＝（ｘ２＋ｙ２）／ｒ／（１＋√（１−（１＋ｋ）（ｘ２＋ｙ２）／ｒ２））
【０１２１】
と表したときのｒを曲率半径、ｋを円錐係数とした。回転はｙｚ平面上での反時計回りを正とした。反射面の偏心および回転は、その面を設定した後の、もとの座標系からの偏心量および回転量で表し、また間隔設定時の回転に関しては、面の設定の後にその偏心・回転した座標系のまま次の面の設定を行ったものである。また、中心光束８は第１反射鏡１である回転放物面の対称軸に対して５°の角度を成す光線を使用した。この具体例の反射型光学系は、焦点距離３６ｍｍ、Ｆ／３と明るく、また、ｙ方向の大きさは焦点距離と同じほぼ３６ｍｍであり、コンパクトな光学系になっている。
【０１２２】
図１１は図１０の反射型光学系の±５°の画角範囲での非点収差を表す特性図である。図１１において、縦軸は画角、横軸は焦点位置を表している。図１１より、ほぼ±５°の画角で非点収差が０となるように補正され、全体として非点収差が抑えられていることが分かる。図１２は図１０の反射型光学系のスポットダイアグラムであり、無限に小さな点がこの光学系においてどのように見えるかを示すものである。
【０１２３】
この具体例の光学系は、ｄ１＝２７ｍｍ，ｄ２＝３６ｍｍ，θ１＝１３８°，θ２＝１２７°，θ３＝１５５°である。したがって、以下のように［式１］から［式６］の条件を満足する。
【０１２４】
［式１］
０．５＜−２ｄ１×ｓｉｎθ１／（ｄ２×ｓｉｎ（θ１＋θ２））＝１．０＜１．５
［式２］
０．５＜−ｄ１×ｓｉｎθ１／（２ｄ２＋ｄ１×ｃｏｓθ２）／ｔａｎθ３＝０．７＜１．５
［式３］
９０°＜θ１＝１３８°＜１８０°
［式４］
９５°＜θ２＝１２７°＜１６０°
［式５］
０．５＜ｄ１／２Ｒ＝０．８≦１
［式６］
４０ｄ１／２Ｒ＋６０°＝９０°＜θ２＝１２７°
【０１２５】
さらに以下に示すように非点収差を小さくする条件を満足しているため、スポットダイアグラムにおいても非点収差による結像性能の低下は見られない。
【０１２６】
【数２６】
2004126510.tif 000016
【０１２７】
尚、本実施の形態においては、絞り４は、第２反射鏡２の周囲に設けられているが、第２反射鏡２自体を、縁端まで反射面が形成されこの縁端より外側の何も存在していない部分が光線を反射しないことによって絞りとしても良い。
【０１２８】
また、本実施の形態においては中心光束８に対して第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する部分と第１反射鏡１に入射する部分および第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する部分と第３反射鏡３で反射された部分の２箇所で一部が交差する構造としたが、ここで示した非点収差を小さくするための条件は実施の形態１，２に示したような交差する領域が１箇所である場合にも適用できる。
【０１２９】
以上のように、本実施の形態の係る反射型光学系は、第１反射鏡１が凸の回転放物面、第２反射鏡２が回転双曲面である。そのため、よりコンパクトな反射型光学系を実現することができる。
【０１３０】
実施の形態５．
図１３はこの発明の実施の形態５の反射型光学系を示す断面図である。図１３において図１に示した実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１３において、第１反射鏡１は凹面の回転放物面である。第１反射鏡１と第１反射鏡１の反射光線の焦点までの距離を反射光線の伝搬する方向を正としてｌ１、第２反射鏡２と第２反射鏡２が反射光線の焦点までの距離を反射光線の伝搬する方向を正としてｌ２とすると、
ｌ１×ｌ２＞０
を満足する。
【０１３１】
実施の形態１で示したように光学系の大きさが一定の時、条件式
【０１３２】
［式１３］
ｌ１×ｌ２＞０
【０１３３】
を満足することにより明るい光学系を得ることができる。
本実施の形態においては、第１反射鏡１を回転放物面、第２反射鏡２を回転楕円面、第３反射鏡３を回転双曲面としたが、この形状をベースに高次の非球面項を加えた形状として面の自由度を増やせば、収差補正などを行うことが可能となるのは実施の形態１と同様である。また、ｘ方向に長辺を持った長方形形状や楕円形状の絞りを使用することで光学系の明るさを増大することが可能となるのも実施の形態１と同様である。
【０１３４】
図１４は本実施の形態の反射型光学系の具体例を示す断面図である。図１４の反射型光学系の構成データを以下に示す。以下の構成データにおいて、距離、曲率半径、及び偏心は、各々長さの量で表されているが、具体的には同じ形状の相似形でも実現できるので長さの比で表現している。
【０１３５】
第１反射面（回転放物面）
曲率半径：−２７８．２４
円錐係数：−１
偏心：１０３．５２（ｙ方向），１９．２６（ｚ方向）
第１反射面と第２反射面の間隔
距離：１２．３２
回転：１３９．１８°
第２反射面（回転双曲面）
曲率半径：１４５．２４
円錐係数：−４．３２
偏心：３８．１０（ｙ方向），１７．０２（ｚ方向）
回転：１６３．５５°
第２反射面と第３反射面の間隔
距離：１７．４３
回転：１１８．７３°
第３反射面（回転双曲面）
曲率半径：−１０２．８８
円錐係数：−１２．４８
偏心：６．０７（ｙ方向），１．１０（ｚ方向）
回転：−８．５９°
第３反射面と像面の間隔
距離：２３．３４
回転：１５６．０９°
【０１３６】
この具体例の反射型光学系は、焦点距離３６ｍｍ、Ｆ／５である。ｙ方向の大きさは焦点距離の１／２倍の１８ｍｍであり、コンパクトな光学系になっている。
【０１３７】
図１５は図１４の反射型光学系の３°までの画角範囲での非点収差を表す特性図である。縦軸は画角、横軸は焦点位置を表している。図１５より、ほぼ３°の画角で非点収差が０となるように補正され、全体として非点収差が抑えられていることが分かる。図１６は図１４の反射型光学系のスポットダイアグラムであり、無限に小さな点がこの光学系においてどのように見えるかを示すものである。
【０１３８】
この具体例の光学系は、ｄ１＝１２ｍｍ，ｄ２＝１７ｍｍ，θ１＝１３９°，θ２＝１１９°，θ３＝１５６°である。したがって、以下のように［式１］から［式６］の条件を満足する。
【０１３９】
［式１］
０．５≦−２ｄ１×ｓｉｎθ１／（ｄ２×ｓｉｎ（θ１＋θ２））＝０．９≦１．５
［式２］
０．１＜−ｄ１×ｓｉｎθ１／（２ｄ２＋ｄ１×ｃｏｓθ２）／ｔａｎθ３＝０．６＜５
［式３］
９０°＜θ１＝１３９°＜１８０°
［式４］
９５°＜θ２＝１１９°＜１６０°
［式５］
０．５＜ｄ１／２Ｒ＝０．７≦１
［式６］
４０ｄ１／２Ｒ＋６０°＝８７°＜θ２＝１１９°
【０１４０】
さらに、以下に示すように非点収差を小さくする条件を満足しているため、スポットダイアグラムにおいても非点収差による結像性能の低下は見られない。
【０１４１】
【数２７】
2004126510.tif 000017
【０１４２】
また、本実施の形態においては中心光束８に対して第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する部分と第１反射鏡１に入射する部分および第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する部分と第３反射鏡３で反射された部分の２箇所で一部が交差する構造としたが、ここで示した非点収差を小さくするための条件は実施の形態１，２に示したような交差する領域が１箇所である場合にも適用できる。
【０１４３】
実施の形態６．
図２４はこの発明の実施の形態６の反射型光学系を示す断面図である。
本実施の形態では、反射型光学系を構成する３枚の反射鏡の形状は以下のゼルニケ多項式で表される自由曲面である。
【０１４４】
【数２８】
2004126510.tif 000018
【０１４５】
ただし、反射鏡の形状を表す座標系には極座標系（半径Ｒ、回転角θ）を用い、半径Ｒは任意の規格化半径で１となるように規格化して表している。
また、本実施の形態の光学系は正弦条件をほぼ満足するように設計することにより、コマ収差の発生を小さく抑えている。
【０１４６】
図２４の反射型光学系の構成データを以下に示す。以下の構成データにおいて、距離及び偏心は、各々長さの量で表されているが、具体的には同じ形状の相似形でも実現できるものであり、長さの比と考えてよい。
【０１４７】
第１反射面
Ｃ１：　　　８．５０１７×１０−０２　　Ｃ３：　　２．７７１０×１０＋００　　Ｃ４：　−１．１７２６×１０−０３
Ｃ５：　　　８．６３７８×１０−０２　　Ｃ６：　−２．７４０２×１０−０６　　Ｃ７：　−８．３９４４×１０−０８
Ｃ８：　　８．５７８９×１０−０９　　Ｃ９：　−６．２８７７×１０−０５　　Ｃ１０：　５．２３６９×１０−０５
Ｃ１１：　−６．３３４９×１０−０４　　Ｃ１２：　３．１６６１×１０−０４　　Ｃ１３：　６．３７４９×１０−０４
Ｃ１４：　−１．１６１０×１０−０８　　Ｃ１５：　−１．６７６１×１０−０８　　Ｃ１６：　−３．２５６７×１０−０９
Ｃ１７：　−１．１２７４×１０−０９　　Ｃ１８：　６．８０８７×１０−１１　　Ｃ１９：　−２．３４４５×１０−０５
Ｃ２０：　３．０３２４×１０−０５　　Ｃ２１：　−６．９１３５×１０−０５　　Ｃ２２：　−４．７９５８×１０−０６
Ｃ２３：　−８．８８１８×１０−０７　　Ｃ２４：　−３．２５９３×１０−０６　　Ｃ２５：　８．２３２１×１０−０６
Ｃ２６：　−２．６７２４×１０−１０　　Ｃ２７：　１．２３３２×１０−１０　　Ｃ２８：　５．９４９４×１０−１１
Ｃ３１：　−２．０１３７×１０−１５　　Ｃ３３：　−３．１２１９×１０−１５　　Ｃ３４：　５．３００２×１０−１６
Ｃ４０：　４．１５６９×１０−１６　　Ｃ４１：　１．４５２１×１０−１５　　Ｃ４２：　−１．２４３９×１０−１５
Ｃ５１：　−７．１９９２×１０−１６　　Ｃ６１：　２．９０８０×１０−１６
規格化半径：　７．０１５２×１０＋００
【０１４８】
第１反射面と第２反射面の間隔
距離：１７．１１
回転：１３６．８９°
【０１４９】
第２反射面
Ｃ１：　　５．４８０９×１０−０２　　Ｃ３：　　−４．７３８９×１０＋００　　Ｃ４：　　−７．７８５０×１０−０４
Ｃ５：　　５．４８１０×１０−０２　　Ｃ６：　　２．６０４９×１０−０７　　Ｃ７：　　１．３９０５×１０−０７
Ｃ８：　　−６．４９６２×１０−０９　　Ｃ９：　　−１．５５９２×１０−０３　　Ｃ１０：　−１．４１５６×１０−０５
Ｃ１１：　−１．１６２５×１０−０３　　Ｃ１２：　５．７０９０×１０−０４　　Ｃ１３：　−３．５５０１×１０−０４
Ｃ１４：　１．４８４１×１０−０８　　Ｃ１５：　−２．５２７９×１０−０８　　Ｃ１６：　５．７０７５×１０−０９
Ｃ１７：　１．９７７３×１０−０９　　Ｃ１８：　２．８０２５×１０−１１　　Ｃ１９：　２．５９３６×１０−０５
Ｃ２０：　−４．２８５８×１０−０５　　Ｃ２１：　１．４３３７×１０−０４　　Ｃ２２：　６．１９７８×１０−０６
Ｃ２３：　−６．０７６６×１０−０６　　Ｃ２４：　−２．８７２４×１０−０６　　Ｃ２５：　−５．４３９９×１０−０７
Ｃ２６：　８．８３７７×１０−１３　　Ｃ２７：　５．６５６４×１０−１１　　Ｃ２８：　−１．４５７１×１０−１０
Ｃ３１：　−５．１７６９×１０−１２　　Ｃ３３：　４．８５３６×１０−１０　　Ｃ３４：　−３．７４４９×１０−１０
Ｃ４０：　１．７４３９×１０−１１　　Ｃ４１：　−３．３９５４×１０−１２　　Ｃ４２：　３．８１０９×１０−１１
Ｃ５１：　６．１３４２×１０−１１　　Ｃ６１：　３．４６３６×１０−１２
規格化半径：　７．９９６５×１０＋００
【０１５０】
第２反射面と第３反射面の間隔
距離：２４．２１
回転：１１８．７３°
【０１５１】
第３反射面
Ｃ１：　　−３．７５４６×１０−０１　　Ｃ３：　　１．６６６３×１０＋００　　Ｃ４：　　５．５８１９×１０−０４
Ｃ５：　　−３．７６６１×１０−０１　　Ｃ６：　　２．５３０１×１０−０６　　Ｃ７：　　−５．５５２２×１０−０８
Ｃ８：　　−４．５７８３×１０−０８　　Ｃ９：　　１．８６４０×１０−０３　　Ｃ１０：　−１．５８９１×１０−０４
Ｃ１１：　−４．９３４６×１０−０４　　Ｃ１２：　２．６２４７×１０−０４　　Ｃ１３：　−１．１８７９×１０−０３
Ｃ１４：　１．１４２２×１０−０８　　Ｃ１５：　４．７９９４×１０−１０　　Ｃ１６：　−４．２９７０×１０−０９
Ｃ１７：　１．６２６２×１０−１０　　Ｃ１８：　−８．０８３７×１０−１０　　Ｃ１９：　５．７６４０×１０−０５
Ｃ２０：　−４．７１７６×１０−０５　　Ｃ２１：　３．３４６０×１０−０５　　Ｃ２２：　−７．１２３３×１０−０６
Ｃ２３：　−２．３６９５×１０−０６　　Ｃ２４：　４．７７０４×１０−０７　　Ｃ２５：　−６．７５４１×１０−０６
Ｃ２６：　１．３０８０×１０−１０　　Ｃ２７：　−８．１４３０×１０−１１　　Ｃ２８：　６．８８６９×１０−１０
Ｃ３１：　−９．６１５３×１０−１６　　Ｃ３３：　１．２０１９×１０−０８　　Ｃ３４：　−８．９２１７×１０−１１
Ｃ４０：　７．９３７６×１０−１１　　Ｃ４１：　−１．２３３１×１０−０９　　Ｃ４２：　１．０１４１×１０−１５
Ｃ５１：　３．２９７５×１０−１１　　Ｃ６１：　−２．８０２７×１０−１２
規格化半径：　９．２０９６×１０＋００
【０１５２】
第３反射面と像面の間隔
距離：３３．４９
回転：１５９．５３°
【０１５３】
絞り径：１１ｍｍ
この具体例の反射型光学系は、焦点距離２５ｍｍ、Ｆ／２である。ｙ方向の大きさは焦点距離と同程度であり、コンパクトな光学系になっている。
【０１５４】
図２５は図２４の反射型光学系の１°までの画角範囲での非点収差を表す特性図である。縦軸は画角、横軸は焦点位置を表している。図２５より、非点収差は全域にわたってほぼ０となるように抑えられていることが分かる。図２６は図２４の反射型光学系のスポットダイアグラムであり、無限に小さな点がこの光学系においてどのように見えるかを示すものである。
【０１５５】
この具体例の光学系は、ｄ１＝１７ｍｍ，ｄ２＝２４ｍｍ，θ１＝１３７°，θ２＝１１９°，θ３＝１６０°である。したがって、以下のように［式１］から［式６］の条件を満足する。
【０１５６】
［式１］
０．５≦−２ｄ１×ｓｉｎθ１／（ｄ２×ｓｉｎ（θ１＋θ２））＝１．０≦１．５
［式２］
０．１＜−ｄ１×ｓｉｎθ１／（２ｄ２＋ｄ１×ｃｏｓθ２）／ｔａｎθ３＝０．８＜５
［式３］
９０°＜θ１＝１３７°＜１８０°
［式４］
９５°＜θ２＝１１９°＜１６０°
［式５］
０．５＜ｄ１／２Ｒ＝０．７≦１
［式６］
４０ｄ１／２Ｒ＋６０°＝８７°＜θ２＝１１９°
さらに、以下に示すように非点収差を小さくする条件を満足しているため、スポットダイアグラムにおいても非点収差による結像性能の低下は見られない。
【０１５７】
【数２９】
2004126510.tif 000019
【０１５８】
図２７は本実施の形態の反射型光学系の２つめ具体例を示す断面図である。図２７の反射型光学系の構成データを以下に示す。以下の構成データにおいて、距離及び偏心は、各々長さの量で表されているが、実施の形態１と同様に同じ形状の相似形でも実現できるので長さの比で表現している。
【０１５９】
第１反射面
Ｃ１：　　−１．６０１６×１０−０２　　Ｃ３：　　１．３８５５×１０＋００　　Ｃ４：　　１．４２６９×１０−０３
Ｃ５：　　−１．５７７９×１０−０２　　Ｃ６：　　−４．８３３９×１０−０６　　Ｃ７：　　−１．７９０９×１０−０７
Ｃ８：　　−１．７８４３×１０−０８　　Ｃ９　：　１．７９２０×１０−０４　　Ｃ１０：　−１．３８８０×１０−０４
Ｃ１１：　−２．６８９２×１０−０４　　Ｃ１２：　−７．６５８８×１０−０５　　Ｃ１３：　１．６６６５×１０−０４
Ｃ１４：　２．１８１３×１０−０９　　Ｃ１５：　−１．５９４４×１０−０８　　Ｃ１６：　５．７７４０×１０−１０
Ｃ１７：　−１．９８８７×１０−０９　　Ｃ１８：　４．８６１９×１０−１０　　Ｃ１９：　２．６８９５×１０−０５
Ｃ２０：　−３．９１８５×１０−０６　　Ｃ２１：　−３．７７２１×１０−０５　　Ｃ２２：　３．３２０７×１０−０６
Ｃ２３：　−１．７５６７×１０−０６　　Ｃ２４：　−１．７００７×１０−０６　　Ｃ２５：　２．１５４５×１０−０６
Ｃ２６：　１．０４９６×１０−１０　　Ｃ２７：　−２．１８１０×１０−１０　　Ｃ２８：　１．９８４５×１０−１０
Ｃ３１：　−１．０３１９×１０−１５　　Ｃ３３：　−２．１４１３×１０−１５　　Ｃ３４：　９．７３６０×１０−１６
Ｃ４０：　−２．１３４８×１０−１６　　Ｃ４１：　７．５０８４×１０−１６　　Ｃ４２：　−８．３０６６×１０−１６
Ｃ５１：　−１．１５４０×１０−１５　　Ｃ６１：　３．９６６７×１０−１７
規格化半径：　３．５０７６×１０＋００
【０１６０】
第１反射面と第２反射面の間隔
距離：８．５５
回転：１３６．８９°
【０１６１】
第２反射面
Ｃ１：　　２．３７４１×１０−０２　　Ｃ３：　　−１．９５７５×１０＋００　　Ｃ４：　　６．４７２８×１０−０４
Ｃ５：　　２．３５６４×１０−０２　　Ｃ６：　　４．３２９８×１０−０７　　Ｃ７：　　２．５０５０×１０−０７
Ｃ８：　　５．７６４１×１０−０８　　Ｃ９：　　９．３２１３×１０−０６　　Ｃ１０：　３．００８７×１０−０４
Ｃ１１：　−５．２０６３×１０−０４　　Ｃ１２：　−１．２４６３×１０−０４　　Ｃ１３：　１．９３２１×１０−０４
Ｃ１４：　３．３２２９×１０−０８　　Ｃ１５：　−１．２０６４×１０−０８　　Ｃ１６：　５．０５９３×１０−０９
Ｃ１７：　４．０３０２×１０−１０　　Ｃ１８：　−４．４２２６×１０−１０　　Ｃ１９：　−２．４９９６×１０−０５
Ｃ２０：　３．９２７４×１０−０６　　Ｃ２１：　１．９９７５×１０−０５　　Ｃ２２：　１．８２３５×１０−０６
Ｃ２３：　−１．５４８４×１０−０６　　Ｃ２４：　−６．３９８３×１０−０７　　Ｃ２５：　１．４１１８×１０−０６
Ｃ２６：　３．５３５５×１０−１１　　Ｃ２７：　−８．５９５１×１０−１１　　Ｃ２８：　６．６０７６×１０−１０
Ｃ３１：　−９．１９０５×１０−１４　　Ｃ３３：　８．７７６９×１０−１１　　Ｃ３４：　２．８０３５×１０−１１
Ｃ４０：　−１．９４９４×１０−１２　　Ｃ４１：　４．０２０７×１０−１３　　Ｃ４２：　−２．０３９０×１０−１３
Ｃ５１：　−３．６７８２×１０−１３　　Ｃ６１：　５．０４２０×１０−１４
規格化半径：　３．３０６４×１０＋００
【０１６２】
第２反射面と第３反射面の間隔
距離：１２．１０
回転：１１８．７３°
【０１６３】
第３反射面
Ｃ１：　　−１．９７３４×１０−０２　　Ｃ３：　　４．１７３０×１０−０１　　Ｃ４：　　−７．６１４３×１０−０４
Ｃ５：　　−２．０７６２×１０−０２　　Ｃ６　：　４．４２５８×１０−０６　　Ｃ７：　　−１．０７１７×１０−０７
Ｃ８：　　−１．４８０５×１０−０８　　Ｃ９：　　−１．１３５８×１０−０４　　Ｃ１０：　−１．０１９２×１０−０４
Ｃ１１：　−１．１０９５×１０−０４　　Ｃ１２：　−１．９３０７×１０−０５　　Ｃ１３：　１．１６９１×１０−０５
Ｃ１４：　１．０４２３×１０−０８　　Ｃ１５：　−３．８１８５×１０−１０　　Ｃ１６：　−１．０７５７×１０−０９
Ｃ１７：　１．２９２５×１０−１０　　Ｃ１８：　−４．３５６１×１０−１１　　Ｃ１９：　−９．４２６５×１０−０７
Ｃ２０：　−８．７９３２×１０−０７　　Ｃ２１：　１．０１５８×１０−０６　　Ｃ２２：　−１．３４１０×１０−０７
Ｃ２３：　−２．８８３２×１０−０７　　Ｃ２４：　２．３０３８×１０−０７　　Ｃ２５：　１．５２９５×１０−０８
Ｃ２６：　１．２３９２×１０−１１　　Ｃ２７：　２．３８８２×１０−１２　　Ｃ２８：　１．１３７５×１０−１０
Ｃ３１：　１．２１９０×１０−１６　　Ｃ３３：　−８．８５１３×１０−１０　　Ｃ３４：　−２．５５９９×１０−１１
Ｃ４０：　１．０９６９×１０−１１　　Ｃ４１：　３．６５２９×１０−１１　　Ｃ４２：　２．３９３５×１０−１６
Ｃ５１：　２．０８２４×１０−１２　　Ｃ６１：　−４．３４８５×１０−１４
規格化半径：　２．３１３１×１０＋００
【０１６４】
第３反射面と像面の間隔
距離：１６．７３
回転：１５９．５３°
絞り径：５．８ｍｍ
【０１６５】
さらに、以下に示すように非点収差を小さくする条件を満足しているため、スポットダイアグラムにおいても非点収差による結像性能の低下は見られない。
この具体例の反射型光学系は、焦点距離２５ｍｍ、Ｆ／４である。ｙ方向の大きさは焦点距離の半分程度であり、コンパクトな光学系になっている。
【０１６６】
図２８は図２７の反射型光学系の２°までの画角範囲での非点収差を表す特性図である。縦軸は画角、横軸は焦点位置を表している。図２８より、画面中心で非点収差が０となるように補正され、全体として非点収差が抑えられていることが分かる。図２９は図２７の反射型光学系のスポットダイアグラムであり、無限に小さな点がこの光学系においてどのように見えるかを示すものである。
【０１６７】
この具体例の光学系は、ｄ１＝８．６ｍｍ，ｄ２＝１２ｍｍ，θ１＝１３７°，θ２＝１１９°，θ３＝１６０°である。したがって、以下のように［式１］から［式６］の条件を満足する。
【０１６８】
［式１］
０．５≦−２ｄ１×ｓｉｎθ１／（ｄ２×ｓｉｎ（θ１＋θ２））＝１．０≦１．５
［式２］
０．１＜−ｄ１×ｓｉｎθ１／（２ｄ２＋ｄ１×ｃｏｓθ２）／ｔａｎθ３＝０．８＜５
［式３］
９０°＜θ１＝１３７°＜１８０°
［式４］
９５°＜θ２＝１１９°＜１６０°
［式５］
０．５＜ｄ１／２Ｒ＝０．７≦１
［式６］
４０ｄ１／２Ｒ＋６０°＝８８°＜θ２＝１１９°
さらに、以下に示すように非点収差を小さくする条件を満足しているため、スポットダイアグラムにおいても非点収差による結像性能の低下は見られない。
【０１６９】
【数３０】
2004126510.tif 000020
【０１７０】
図３０は本実施の形態の反射型光学系の具体例３を示す断面図である。図３０の反射型光学系の構成データを以下に示す。以下の構成データにおいて、距離及び偏心は、各々長さの量で表されているが、具体例１と同様に同じ形状の相似形でも実現できるので長さの比で表現している。
【０１７１】
第１反射面
Ｃ１：　　９．９２７０×１０−０２　　Ｃ３：　　７．８３９９×１０−０１　　Ｃ４：　　９．８７８６×１０−０４
Ｃ５：　　９．４０３０×１０−０２　　Ｃ６：　　−３．７１５２×１０−０４　　Ｃ７：　　３．６１１７×１０−０６
Ｃ８：　　−１．７５６６×１０−０６　　Ｃ９　：　３．９１２１×１０−０４　　Ｃ１０：　−３．５３１３×１０−０４
Ｃ１１：　２．０２７４×１０−０４　　Ｃ１２：　−２．６０５２×１０−０４　　Ｃ１３：　３．７７３４×１０−０４
Ｃ１４：　−１．５５９４×１０−０６　　Ｃ１５：　９．９３６３×１０−０７　　Ｃ１６：　−５．１７８９×１０−０８
Ｃ１７：　９．０８０６×１０−０８　　Ｃ１８：　−３．６０１８×１０−１０　　Ｃ１９：　１．６０８４×１０−０５
Ｃ２０：　−１．５６７４×１０−０５　　Ｃ２１：　１．７１３２×１０−０５　　Ｃ２２：　２．９７９０×１０−０６
Ｃ２３：　−３．０７８１×１０−０６　　Ｃ２４：　５．８６４０×１０−０６　　Ｃ２５：　−１．１０４７×１０−０６
Ｃ２６：　６．７１１６×１０−１０　　Ｃ２７：　−１．２５００×１０−０８　　Ｃ２８：　８．６４１５×１０−０９
Ｃ３１：　３．１３２８×１０−１６　　Ｃ３３：　−３．８３２０×１０−１６　　Ｃ３４：　−２．４５４１×１０−１６
Ｃ４０：　８．２８１３×１０−１７　　Ｃ４１：　−９．０５１７×１０−１６　　Ｃ４２：　６．８３８６×１０−１９
Ｃ５１：　９．３５６３×１０−１６　　Ｃ６１：　−８．６６７６×１０−１６
規格化半径：　４．３９４５×１０＋００
【０１７２】
第１反射面と第２反射面の間隔
距離：２４．２２
回転：１５９．７７°
【０１７３】
第２反射鏡２
Ｃ１：　　１．３３５１×１０−０１　　Ｃ３：　　−４．６８０８×１０＋００　　Ｃ４：　　−７．５０５０×１０−０４
Ｃ５：　　１．３２８８×１０−０１　　Ｃ６：　　−１．４６３４×１０−０４　　Ｃ７：　　−３．２６７３×１０−０５
Ｃ８：　　１．１９０２×１０−０５　　Ｃ９：　　−１．００１３×１０−０２　　Ｃ１０：　１．６５７０×１０−０３
Ｃ１１：　８．７９９５×１０−０４　　Ｃ１２：　−１．３９４６×１０−０３　　Ｃ１３：　９．３５３０×１０−０４
Ｃ１４：　２．３９２７×１０−０７　　Ｃ１５：　２．８８８８×１０−０６　　Ｃ１６：　４．２８２１×１０−０７
Ｃ１７：　−４．３４０４×１０−０７　　Ｃ１８：　−１．５７５５×１０−０８　　Ｃ１９：　−７．０５８５×１０−０５
Ｃ２０：　６．１４９７×１０−０５　　Ｃ２１：　−８．４３８６×１０−０５　　Ｃ２２：　−３．２２７８×１０−０６
Ｃ２３：　４．６６４０×１０−０７　　Ｃ２４：　９．８２２３×１０−０６　　Ｃ２５：　−２．０４８１×１０−０６
Ｃ２６：　６．６９６５×１０−０９　　Ｃ２７：　５．０２６２×１０−０８　　Ｃ２８：　−２．６９７８×１０−０８
Ｃ３１：　３．１２８４×１０−１０　　Ｃ３３：　１．３４４５×１０−０８　　Ｃ３４：　３．３５８６×１０−０９
Ｃ４０：　２．５８１１×１０−０９　　Ｃ４１：　−１．１２５４×１０−１０　　Ｃ４２：　３．６０６３×１０−１０
Ｃ５１：　３．３４１２×１０−０９　　Ｃ６１：　５．６６５１×１０−１０
規格化半径：　７．８７５６×１０＋００
【０１７４】
第２反射面と第３反射面の間隔
距離：１７．０８
回転：１１８．７３°
第３反射面
【０１７５】
Ｃ１：　　−３．３１０１×１０−０１　　Ｃ３：　　３．８２６８×１０＋００　　Ｃ４：　　−９．１３１２×１０−０４
Ｃ５：　　−３．３１４８×１０−０１　　Ｃ６：　　２．９１０８×１０−０４　　Ｃ７：　　１．３２８５×１０−０５
Ｃ８：　　−１．５７１７×１０−０５　　Ｃ９：　　６．１８１６×１０−０３　　Ｃ１０：　−８．６２７７×１０−０４
Ｃ１１：　６．５５１３×１０−０４　　Ｃ１２：　−７．８２１９×１０−０４　　Ｃ１３：　−１．１８９７×１０−０６
Ｃ１４：　３．４９７５×１０−０６　　Ｃ１５：　−１．４５６６×１０−０６　　Ｃ１６：　−２．０４８２×１０−０７
Ｃ１７：　７．１１１６×１０−０７　　Ｃ１８：　−２．３２２９×１０−０７　　Ｃ１９：　−２．２２２２×１０−０４
Ｃ２０：　１．５４９８×１０−０４　　Ｃ２１：　−５．７１８４×１０−０５　　Ｃ２２：　８．６０７２×１０−０７
Ｃ２３：　１．０９７３×１０−０５　　Ｃ２４：　−１．４４４０×１０−０５　　Ｃ２５：　１．３２８３×１０−０５
Ｃ２６：　７．８９７９×１０−０８　　Ｃ２７：　−４．１０５２×１０−０８　　Ｃ２８：　１．８５９８×１０−０８
Ｃ３１：　−１．６１９９×１０−１５　　Ｃ３３：　６．５３５８×１０−０８　　Ｃ３４：　−４．７２８９×１０−０９
Ｃ４０：　１．５０７０×１０−０９　　Ｃ４１：　−３．０６２６×１０−０９　　Ｃ４２：　−４．１１１８×１０−１５
Ｃ５１：　２．４１５５×１０−１０　　Ｃ６１：　−１．６９３４×１０−１１
規格化半径：　９．６０６４×１０＋００
【０１７６】
第３反射面と像面の間隔
距離：５５．４７
回転：１３６．６８°
絞り径：４．０ｍｍ
【０１７７】
この具体例の反射型光学系は、焦点距離２５ｍｍ、Ｆ／６である。ｙ方向の大きさは焦点距離と同程度であり、コンパクトな光学系になっている。
【０１７８】
図３１は図３０の反射型光学系の２°までの画角範囲での非点収差を表す特性図である。縦軸は画角、横軸は焦点位置を表している。図３１より、非点収差が全域にわたってほぼ０となるように補正されていることが分かる。図３２は図３０の反射型光学系のスポットダイアグラムであり、無限に小さな点がこの光学系においてどのように見えるかを示すものである。
【０１７９】
この具体例の光学系は、ｄ１＝２４ｍｍ，ｄ２＝１７ｍｍ，θ１＝１６０°，θ２＝１１９°，θ３＝１３７°である。したがって、以下のように［式１］から［式６］の条件を満足する。
【０１８０】
［式１］
０．５≦−２ｄ１×ｓｉｎθ１／（ｄ２×ｓｉｎ（θ１＋θ２））＝１．０≦１．５
［式２］
０．１＜−ｄ１×ｓｉｎθ１／（２ｄ２＋ｄ１×ｃｏｓθ２）／ｔａｎθ３＝０．４＜５
［式３］
９０°＜θ１＝１６０°＜１８０°
［式４］
９５°＜θ２＝１１９°＜１６０°
［式５］
０．５＜ｄ１／２Ｒ＝１．０≦１
［式６］
４０ｄ１／２Ｒ＋６０°＝９８°＜θ２＝１１９°
さらに、以下に示すように非点収差を小さくする条件を満足しているため、スポットダイアグラムにおいても非点収差による結像性能の低下は見られない。
【０１８１】
【数３１】
2004126510.tif 000021
【０１８２】
実施の形態７．
図１７はこの発明の実施の形態７の反射型光学系を示す断面図である。図１７において図１に示した実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１７において、一体な箱体を成している。光学系のケース９の内側に、第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３が形成されている。
【０１８３】
本実施の形態の反射型光学系は、各反射鏡１，２，３をケース９の内側に形成することにより、部品点数を減少し、組立時に発生する組立コスト、組立精度を小さくすることができる。また、本実施の形態においては、各反射鏡１，２，３とケース９とが同じ材質とされている。そのため、熱膨張による伸縮が等しく、温度変化の影響を小さくすることができる。
【０１８４】
本実施の形態のケース９は、例えば高分子材料を材料とし、金型を用いてその形状を転写することにより面形状を作成することで高精度な反射鏡を量産性高く作成することができる。金型の作成には切削・研削などによる高精度な３軸制御を用いた加工が必要となるが、一個の金型を作成すれば多数の反射鏡を作成することが可能である。また、ケース９の金型に複数の反射鏡の基台となる型を合わせて形成しておけば、一度の転写で複数の反射鏡の基台を成形することが可能であり、生産性を向上させることができる。このような、金型形状を転写する作成法としては、プレス成形、射出成形、モールド成形などがあげられる。また、反射鏡は光学系が対象とする波長帯において反射率が高い金属を、上述の基台にコートやメッキすることで十分な反射率の反射面を得ることができる。
【０１８５】
尚、本実施の形態では、第１反射鏡１、第２反射鏡２、第３反射鏡３の全てをケース９の内側に形成したが、３個の反射鏡のうちの一部をケース９に形成しても部品点数の削減による効果が得られる。また、ケース９をいくつかの部品に分けて成形を行い易い構造としてもよい。
【０１８６】
尚、本実施の形態では、絞り４はケース９とは別部品とされているが、第１反射鏡１、第２反射鏡２、第３反射鏡３と同様にケース９内に形成することで部品数削減の効果を得ることができる。また、基台に反射率が高い材料をコーティングすることで第１反射鏡１、第２反射鏡２、第３反射鏡３を形成する場合には、絞り４にあたる領域をマスキングし、高反射率材料をコーティングしない領域を設けることで絞り４を形成してもよい。
【０１８７】
また、本実施の形態においては中心光束８に対して第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する部分と第１反射鏡１に入射する部分および第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する部分と第３反射鏡３で反射された部分の２箇所で一部が交差する場合について示したが、ここで示した鏡筒構造による利点は実施の形態１，２に示したような交差する領域が１箇所である場合にも効果がある
。
【０１８８】
以上のように、本実施の形態の係る反射型光学系は、第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の少なくとも一部が一体な箱体の内側に形成されている。そのため、部品点数を減少させ、組立時に発生する組立コスト、組立精度を小さくすることができる。また、反射鏡と鏡筒が同じ材質でできているため、温度変化による伸縮が等しくなり、その影響を小さくすることができる。
【０１８９】
また、第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３のいずれかは、対象となる光線の波長に対し高反射率の材料が基台にコーティングされて反射面が形成され、絞りはコーティングが施されないことにより基台に形成されている。そのため、絞りを容易に作製することができ、コストダウンすることができる。
【０１９０】
実施の形態８．
図１８はこの発明の実施の形態８の反射型光学系を示す断面図である。図１８において図１に示した実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１８において、１０は第３反射鏡３で反射した中心光束８が入射する屈折レンズである。
【０１９１】
本実施の形態のように、像面７の前に屈折レンズ１０を配置した場合には検出器程度の大きさであれば機能を満たすので、小型のものとすることができ、紫外線や赤外線など特殊な波長帯に用いるために材料が高価なものとなる場合であっても、低コストとすることができる。また、屈折レンズは反射鏡と異なりケラレを考慮する必要がないので、簡便に用いることができる。そして、この屈折レンズは、特に視野角に依存した収差であるコマ収差、非点収差、像面彎曲などの補正に効果がある。また、光学系の倍率変更などの機能としても用いることができる。
【０１９２】
本実施の形態においては、屈折レンズ１０を１枚のみ使用しているが、複数枚のレンズを用いても同様の効果を得ることができる。また、フレネルレンズや回折レンズなどレンズ作用を持つ素子であれば同様に使用することができる。反射型光学系の構成も本実施の形態においては、中心光束８に対して第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する部分と第１反射鏡１に入射する部分および第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する部分と第３反射鏡３で反射された部分の２箇所で一部が交差する場合について示したが、実施の形態１，２に示したような交差する領域が１箇所である場合にも効果を有する。
【０１９３】
以上のように、本実施の形態の係る反射型光学系は、第３反射鏡３の後段に屈折レンズをさらに備えている。そのため、像面の前にこの屈折レンズを配置した場合には検出器程度の大きさであれば機能を満たすので、小型のものとすることができ、紫外線や赤外線など特殊な波長帯に用いるために材料が高価なものとなる場合であっても、低コストとすることができる。
【０１９４】
実施の形態９．
図１９はこの発明の実施の形態９の反射型光学系を示す断面図である。図１９において図１に示した実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１９において、１１は第３反射鏡３で反射した中心光束８が入射する波長選択素子で、任意の波長の光だけを選択して像面７に像を形成する機能を持つ。
【０１９５】
反射型光学系は色収差を持たないため波長変化による画質変化が小さく、本実施の形態のように任意波長の波長選択素子１１を用いることで容易に分光画像を取得することが可能となる。
【０１９６】
波長選択素子１１としては、例えば透過型の波長フィルタを用いることができる。また、波長選択素子１１を着脱可能に支持する支持手段や、複数の波長選択素子１１を交換可能とする交換手段を設けることで、分光画像の波長を動的に選択することも可能になる。あるいは、屈折率分布の周期間隔を変化させることで透過波長が変えられる音響光学素子や、静電引力で反射板間隔を変化させることにより干渉条件を変え透過波長を変化させることができるマイクロマシニングデバイス等のチューナブルフィルタを用いることで分光画像の波長を動的に選択することも可能になる。
【０１９７】
尚、本実施の形態においては、波長選択素子１１を像面７の前に配置したが、絞り４近傍など光路上ならばどこに配置しても同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、波長選択の結果得られる分光画像は１画像であるが、波長分配素子１２を用いて２波長帯以上の分光画像を同時に取得することも可能である。例えば、図２０は所定の波長より長い波長の光線に対して透過、短い波長の光線に対して反射する作用持ったロングパスフィルタを波長分配素子１２に用いた場合の例を示したものである。このとき、透過光の像面に長波長の分光画像を、反射光の像面に短波長の分光画像を得ることができる。また、透過波長帯の異なるロングパスフィルタを多段に用いるなど、波長分配素子を組み合わせて用いることにより波長帯の異なる複数枚の分光画像を取得することも可能である。
【０１９８】
また、本実施の形態においては中心光束８に対して第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する部分と第１反射鏡１に入射する部分および第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する部分と第３反射鏡３で反射された部分の２箇所で一部が交差する場合について示したが、実施の形態１，２に示したような交差する領域が１箇所である場合でも同様の構成で分光画像を取得することが可能である。
【０１９９】
以上のように、本実施の形態の係る反射型光学系は、入射光線の光路中のいずれかの位置に波長選択素子をさらに備えている。そのため、任意の波長の光だけを選択して像を形成することができる。
【０２００】
また、入射光線の光路中のいずれかの位置に波長選択素子をさらに備え、波長選択素子で２波長帯以上の分光画像を取得する。そのため、簡単な構成で分光画像を取得することができる。
【０２０１】
実施の形態１０．
図２１はこの発明の実施の形態１０の反射型光学系を示す斜視図である。図２１において図１に示した実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０２０２】
ここで、反射鏡に対して入射する光線と反射した光線を含む平面を、その反射鏡の入射面と呼ぶ。図２１において、視野中心における主光線に対して第２反射鏡２の入射面と第３反射鏡３の入射面は同じ平面内にあるが、第１反射鏡１の入射面は、第２，第３反射鏡３２，３の入射面と同一な平面内にない。すなわち、視野中心における主光線は一つの平面上にないねじれた構造をしている。
【０２０３】
視野中心における主光線が全て一つの平面上にある反射型光学系に比較して、本実施の形態の反射型光学系の効果を述べる。図２２は視野中心における主光線が常に同一平面上にある反射型光学系である。図２２において、第１反射鏡１に入射する光線は第２反射鏡２と第３反射鏡３で遮られているため、入射光線の損失が発生する。一方、図２２の光学系に対し、第１反射鏡１への光線の入射方向を＋ｘ方向に移動させたのが本実施の形態である。＋ｘ方向には反射鏡がないため、光線の遮りが起こらず明るい光学系を得ることができる。
【０２０４】
本実施の形態においては、第１反射鏡１の入射面が他の反射鏡の入射面と異なる例を示したが、第３反射鏡３で反射した中心光束８が第１反射鏡１や第２反射鏡２で遮られている場合にも、第３反射鏡３の入射面を他の反射鏡の入射面と異なるものとすることで同様の効果を得ることができる。さらに、第１反射鏡１に入射する中心光束８と第３反射鏡３で反射した中心光束８に対して同時にケラレが発生する場合には、当然３つの反射鏡１，２，３の入射面を全て違えることでケラレを除去することができることは言うまでもない。また、中心以外の視野において結像する光束が反射鏡により遮られる場合にも、同様にケラレをなくすことが可能である。
【０２０５】
また、本実施の形態においては、中心光束８に対して第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する部分と第１反射鏡１に入射する部分および第１反射鏡１で反射され第２反射鏡２に入射する部分と第３反射鏡３で反射された部分の２箇所で一部が交差する場合について示したが、実施の形態１，２に示したような交差する領域が１箇所である場合でも同様に光学系のケラレをなくす効果がある。
【０２０６】
以上のように、本実施の形態の係る反射型光学系は、第２反射鏡２における視野中心の主光線の入射面に対し、第１反射鏡１における視野中心の主光線の入射面が同一の平面上にない。そのため、光線の遮りが起こらず明るい光学系とすることができる。
【０２０７】
さらに、第２反射鏡２における視野中心の主光線の入射面に対し、第３反射鏡３における視野中心の主光線の入射面が同一の平面上にない。そのため、光線の遮りが起こらず明るい光学系とすることができる。
【０２０８】
【発明の効果】
この発明に係る反射型光学系は、入射光線の光路順で、第１反射鏡１、第２反射鏡２、及び第３反射鏡３の順に配置された３枚の反射鏡を有し、３枚の反射鏡は入射光線を遮蔽することなく配置され、第１反射鏡１に入射する光束と第２反射鏡２で反射され第３反射鏡３に入射する光束とが少なくとも一部で交差する。そのため、コンパクトで明るい反射型光学系とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の反射型光学系を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１の反射型光学系の他の例を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１の反射型光学系のさらに他の例を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２の反射型光学系を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２の反射型光学系の他の例を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２の反射型光学系のさらに他の例を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３の反射型光学系を示す断面図である。
【図８】数式中で用いる記号の関係を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態４の反射型光学系を示す断面図である。
【図１０】実施の形態４の反射型光学系の具体例を示す断面図である。
【図１１】図１０の反射型光学系の±５°の画角範囲での非点収差を表す特性図である。
【図１２】図１０の反射型光学系のスポットダイアグラムである。
【図１３】この発明の実施の形態５の反射型光学系を示す断面図である。
【図１４】実施の形態５の反射型光学系の具体例を示す断面図である。
【図１５】図１４の反射型光学系の３°までの画角範囲での非点収差を表す特性図である。
【図１６】図１４の反射型光学系のスポットダイアグラムである。
【図１７】この発明の実施の形態７の反射型光学系を示す断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態８の反射型光学系を示す断面図である。
【図１９】この発明の実施の形態９の反射型光学系を示す断面図である。
【図２０】ロングパスフィルタを波長分配素子に用いた場合の例を示す断面図である。
【図２１】この発明の実施の形態１０の反射型光学系を示す斜視図である。
【図２２】第１反射鏡１に入射する光線が第２反射鏡２と第３反射鏡３で遮られている様子を示す断面図である。
【図２３】従来の反射型光学系を示す断面図である。
【図２４】この発明の実施の形態６の反射型光学系を示す断面図である。
【図２５】図２４の反射型光学系の１°までの画角範囲での非点収差を表す特性図である。
【図２６】図２４の反射型光学系のスポットダイアグラムである。
【図２７】この発明の実施の形態６の第２の反射型光学系を示す断面図である。
【図２８】図２７の反射型光学系の１°までの画角範囲での非点収差を表す特性図である。
【図２９】図２７の反射型光学系のスポットダイアグラムである。
【図３０】この発明の実施の形態６の第２の反射型光学系を示す断面図である。
【図３１】図３０の反射型光学系の２°までの画角範囲での非点収差を表す特性図である。
【図３２】図３０の反射型光学系のスポットダイアグラムである。
【符号の説明】
１　第１反射鏡、２　第２反射鏡、３　第３反射鏡、４　絞り、７　像面、８中心光束、１０　屈折レンズ、１１　波長選択素子、１２　波長分配素子。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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