(57)【要約】【課題】２鏡光学系における収差のうちの球収差Ｋ１、コマ収差Ｋ２、アスティグマチズム収差Ｋ３、像面湾曲Ｋ４を完全に補正することが容易である半視野３鏡光学系を提供することを目的とする。【解決手段】２鏡で作る中間結像面に結像された像を、第３鏡で結像させる３鏡光学系において、上記中間結像面における光軸の一方の片側を通過した光を結像させるように、上記第３鏡が設けられ、上記中間結像面における上記光軸の他方の片側を含む光軸の前後の面に、受光素子または反斜鏡が設けられていることを特徴とする。【選択図】図１
2017009641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２鏡で作る中間結像面に結像された像を、第３鏡で結像させる３鏡光学系において、
上記中間結像面における光軸の一方の片側を通過した光のみを結像させるように、上記第３鏡が設けられていることを特徴とする半視野３鏡光学系。
【請求項２】
２鏡で作る中間結像面に結像された像を、第３鏡で結像させる３鏡光学系において、
上記中間結像面における光軸の一方の片側を通過した光を結像させるように、上記第３鏡が設けられ、
上記中間結像面における上記光軸の他方の片側の光路を遮蔽する遮蔽手段が設けられていることを特徴とする半視野３鏡光学系。
【請求項３】
２鏡で作る中間結像面に結像された像を、第３鏡で結像させる３鏡光学系において、
上記中間結像面における光軸の一方の片側を通過した光を結像させるように、上記第３鏡が設けられ、
上記中間結像面における上記光軸の他方の片側の面を含む光軸の前後の面に、受光素子または斜鏡が設けられていることを特徴とする半視野３鏡光学系。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項であって、
上記中間結像面における上記光軸の他方の片側の光路に斜鏡が設けられ、上記斜鏡で反射した光が上記第３鏡で反射し、上記第３鏡で反射した光が受光素子の受光面で結像されることを特徴とする半視野３鏡光学系。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれか１項であって、
上記副鏡からの光が上記第３鏡で反射した後に、上記中間結像面における上記光軸の他方の片側の光路に設けられている斜鏡で反射し、上記斜鏡で反射した光が受光素子の受光面で結像されることを特徴とする半視野３鏡光学系。
【請求項６】
請求項１〜請求項３のいずれか１項であって、
上記中間結像面における上記光軸の他方の片側の光路に斜鏡が設けられ、しかも、上記斜鏡が上記主鏡と上記副鏡との間に設けられ、上記斜鏡で反射した光が上記第３鏡で反射し、上記第３鏡で反射した光が受光素子の受光面で結像されることを特徴とする半視野３鏡光学系。
【請求項７】
２鏡で作る中間結像面に結像された像を、第３鏡で結像させる３鏡光学系を具備する有限距離物体結像系において、
上記中間結像面における光軸の一方の片側を通過した光のみを結像させるように、上記第３鏡が設けられ、上記第３鏡で反射した光が、焦点面で結像することを特徴とする有限距離物体結像系。
【請求項８】
２鏡で作る中間結像面に結像された像を、第３鏡で結像させる３鏡光学系を具備する有限距離物体結像系において、
上記中間結像面における光軸の一方の片側を通過した光を結像させるように、上記第３鏡が設けられ、
上記中間結像面における上記光軸の他方の片側の光路を遮蔽する遮蔽手段が設けられ、上記第３鏡で反射した光が、焦点面で結像することを特徴とする有限距離物体結像系。
【請求項９】
２鏡で作る中間結像面に結像された像を、第３鏡で結像させる３鏡光学系を具備する有限距離物体結像系において、
上記中間結像面における光軸の一方の片側を通過した光を結像させるように、上記第３鏡が設けられ、
上記中間結像面における上記光軸の他方の片側の面を含む光軸の前後の面に、受光素子または斜鏡が設けられ、上記第３鏡で反射した光が、焦点面で結像することを特徴とする有限距離物体結像系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２鏡で作る中間結像面に結像された像を、第３鏡で結像させる半視野３鏡光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
非球面鏡を３枚使用する光学系は、Ｋｏｒｓｃｈによって調べられ、Ｗｉｌｓｏｎの教科書に詳しく解説され、３鏡アナスティグマート（ＴＭＡ）として知られ、大型望遠鏡や人工衛星搭載の望遠鏡として既に多く応用が計画されている（たとえば、特許文献１参照）。なお、アナスティグマートは、コマ収差と非点収差が補正されている光学系である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ヨーロッパ特許  ＥＰ２３１２３６６  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
主鏡副鏡系による中間結像を第３鏡で再結像させる場合、従来は、主鏡副鏡系による視野をそのまま使い、その焦点近くに置く斜鏡によってケラレ（光路の遮蔽）が生じる。このケラレを少なくなるように、第３鏡による倍率を大きく取っている。
【０００５】
上記従来例では、主鏡副鏡系による視野をそのまま使うので、斜鏡または受光素子によるケラレを全く無くすことができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、３鏡光学系において、斜鏡または受光素子によるケラレ（光路の遮蔽）を全く無くすことができ半視野３鏡光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半視野３鏡光学系は、２鏡で作る中間結像面に結像された像を、第３鏡で結像させる３鏡光学系において、上記中間結像面における光軸の一方の片側を通過した光を結像させるように、上記第３鏡が設けられ、上記中間結像面における上記光軸の他方の片側の面を含む光軸の前後の面に、受光素子または斜鏡が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、３鏡光学系において、斜鏡または受光素子によるケラレを全く無くすことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１である半視野３鏡光学系１００を示す図である。
【図２】「物体距離（半径）ｓ」と「像距離ｔ−物体距離ｓ」との関係を示す図において、従来例の視野３鏡光学系、実施例の半視野３鏡光学系のそれぞれが存在する範囲を示す図である。
【図３】本発明の実施例２である半視野３鏡光学系２００を示す図である。
【図４】本発明の実施例３である半視野３鏡光学系３００を示す図である。
【図５】本発明の実施例４である半視野３鏡光学系４００を示す図である。
【図６】本発明の実施例５である半視野３鏡光学系５００を示す図である。
【図７】本発明の実施例６である半視野３鏡光学系６００を示す図である。
【図８】本発明の実施例７である有限距離物体結像系７００を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
発明を実施するための形態は、以下の実施例である。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の実施例１である半視野３鏡光学系１００を示す図である。
【００１２】
半視野３鏡光学系１００は、主鏡１０と、副鏡２０と、第３鏡３１とを有する。半視野３鏡光学系１００は、主鏡１０と副鏡２０との２鏡で作る中間結像面Ｓ１に結像された像を、第３鏡３１で反射し、受光素子４１の受光面４１Ｓに結像させる光学系である。
【００１３】
また、主鏡１０、副鏡２０、第３鏡は、とともに非球面鏡である。第３鏡３１は、中間結像面Ｓ１における光軸の片側の一方の面Ｓ１１を通過した光（ビーム）のみを、反射し、受光素子４１の受光面４１Ｓに結像させるように構成されている。中間結像面Ｓ１は円形であり、一方の面Ｓ１１は半円形であり、他方の面Ｓ１２も半円形である。
【００１４】
つまり、受光素子４１は、副鏡２０で反射した光であって、中間結像面Ｓ１における光軸の片側の他方の面Ｓ１２を通過しようとする光の通過を阻止する。
【００１５】
すなわち、半視野３鏡光学系１００は、中間像を作り、その第３鏡３１による結像倍率をほぼ１とし、光軸の片側の面Ｓ１１の視野を、光軸の反対側の面Ｓ１２に結像させる。受光素子４１が視野の半分を遮蔽することによって、視野の半分を失う代わりに、利用できる視野（残った半分の視野）では、斜鏡によるケラレ（斜鏡による光路の遮蔽）はない。主鏡１０の曲率半径を１とした場合、口径が０．３なら、３次収差を消すためには、円錐定数を決めるだけで足りる。
【００１６】
次に、半視野３鏡光学系１００の動作について説明する。
【００１７】
まず、視界から射入された光は、主鏡１０で反射し、この反射光が副鏡２０で反射し、中間結像面Ｓ１で結像する。この中間結像面Ｓ１で結像した像のうちの半分の像が、中間結像面Ｓ１における光軸の片側の一方の面Ｓ１１（中間結像面Ｓ１の半分の面Ｓ１１）を通過し、第３鏡３１で反射し、光軸の他方の片側の面Ｓ１２で再結像する。光軸の他方の片側の面Ｓ１２は、最終結像面であり、この最終結像面に、受光素子４１の受光面４１Ｓが配置されている。
【００１８】
ここで、４つの収差である球面収差Ｋ１、コマ収差Ｋ２、アスティグマチズム収差（非点収差）Ｋ３、像面湾曲収差Ｋ４は、３つの鏡１０、２０、３０の円錐定数と曲率半径とを使用すれば、理論的に補正することができる。
【００１９】
図２は、「物体距離（半径）ｓ」と「像距離ｔ−物体距離ｓ」との関係を示す図において、従来例の視野３鏡光学系、実施例の半視野３鏡光学系のそれぞれが存在する範囲を示す図である。
【００２０】
中間像を使う従来の３鏡系では、主鏡１０の曲率半径Ｒ、主鏡副鏡系のバックフォーカスＢＦ１を決めておけば、第３鏡３１についての物体距離ｓと像距離ｔによって、光軸方向の構造は確定し、斜鏡によるケラレを計算することができる。
【００２１】
物体距離ｓは、中間結像面Ｓ３から第３鏡３３までの距離であり、像距離ｔは、第３鏡３３から受光素子４１の受光面４１Ｓまでの光路の距離である。また、「像距離ｔ−物体距離ｓ」は、図１に示す半視野３鏡光学系１００においては、０である。
【００２２】
従来例の３鏡アナスティグマート（ＴＭＡ）において、光学系として使用できる範囲は、図２の左上から右下にかけての帯状の部分（「Ｆｕｌｌ  Ｆｉｅｌｄ  Ｔｈｒｅｅ−Ｍｉｒｒｏｒ  Ａｎａｓｔｉｇｍｅｎｔ」と記載してある帯状の部分）であり、その他の部分は、ケラレ（受光素子による光路の遮蔽）のために、光学系としては使用できない。
【００２３】
つまり、図２において、横の破線と縦の破線の交点に記載されている数字は、従来例のようにケラレがある場合における斜鏡によるケラレ（瞳のケラレ）の半径の長さを示す。たとえば、物体距離の半径ｓが０．４ｍである場合に、「像距離ｔ−物体距離ｓ」が、１．０ｍ、１．２ｍであれば、ケラレは、それぞれ、０．３３、０．２７であり、面積では、半径の二乗であるので、それぞれ、約０．１０、０．０７であり、ケラレが面積比で１０％以下である。したがって、この領域では、光学系として使用できると考えられる。しかし、「像距離ｔ−物体距離ｓ」が上記領域を大きく外れると、ケラレが面積で５０％を超えるので、光学系として使用できないと考えられる。また、従来例では、「像距離ｔ−物体距離ｓ」が０．４以下では、従来例では、光学系として全く使用することができない。特に、従来例では、「像距離ｔ−物体距離ｓ」が０．０〜０．２の範囲では、中間像と受光素子とが重なるので、像を全く見ることができない。
【００２４】
しかし、実施例１では、視野を半分使用し、この使用する半分の視野には、受光素子が存在していないので、受光素子によるケラレがなく、光学系として使用することができる。つまり、半視野３鏡光学系１００では、主鏡副鏡系による視野の半分を捨て、第３鏡３１でほぼ等倍に再結像させるので、主鏡副鏡系によるケラレは残るが、斜鏡によるケラレは無くなる。
【実施例２】
【００２５】
図３は、本発明の実施例２である半視野３鏡光学系２００を示す図である。
【００２６】
半視野３鏡光学系２００は、２鏡で作る中間結像面Ｓ２に結像された像を、第３鏡３２で結像させる３鏡光学系において、中間結像面Ｓ２における光軸の一方の片側の面Ｓ２１を通過した光を、斜鏡Ｍ２で反射し、この反射した光を結像させるように、第３鏡３２が設けられ、中間結像面における上記光軸の他方の片側を含む光軸の前後の面Ｓ２２に、受光素子４２が設けられている。
【００２７】
つまり、半視野３鏡光学系２００は、主鏡１０と、副鏡２０と、第３鏡３２と、斜鏡Ｍ２と、受光素子４２とを有し、主鏡１０と副鏡２０との２鏡で作る中間結像面Ｓ２に結像された像のうちの半分を、第３鏡３２で反射し、受光素子４２の受光面４２Ｓに結像させる光学系である。
【００２８】
斜鏡Ｍ２は、副鏡２０の光軸の図３中、下半分に設けられ、４５度傾斜し、斜鏡Ｍ２の反射面の上端が、中間結像面Ｓ２上に存在し、また、斜鏡Ｍ２の反射面の上端が、副鏡２０の光軸上に存在している。したがって、副鏡２０で反射した光が、斜鏡Ｍ２の反射面で収束する前に反射し、第３鏡３２に向かう。なお、斜鏡Ｍ２の傾斜角を、４５度に設定しているが、４５度以外に設定するようにしてもよい。
【００２９】
半視野３鏡光学系２００によれば、視野を半分しか使用しないが、その視野では、瞳のケラレが全くない光学系として使用することができるという効果を奏する。
【００３０】
また、半視野３鏡光学系２００によれば、主鏡１０と副鏡２０で形成される鏡筒の長さを短くすることができるので、使い勝手が良い。
【実施例３】
【００３１】
図４は、本発明の実施例３である半視野３鏡光学系３００を示す図である。
【００３２】
半視野３鏡光学系３００は、２鏡で作る中間結像面Ｓ３に結像された像を、第３鏡３３で結像させる３鏡光学系において、中間結像面Ｓ３における光軸の一方の片側の面Ｓ３１を通過した光を、第３鏡３３で反射し、この反射した光を、中間結像面Ｓ３における上記光軸の他方の片側の面Ｓ３２に設けられた斜鏡Ｍ３で反射する。斜鏡Ｍ３で反射した光を受光面４３Ｓで結像させるように、受光素子４３が設けられている。
【００３３】
半視野３鏡光学系３００によれば、視野を半分しか使用しないが、その視野では、瞳のケラレが全くない光学系として使用することができるという効果を奏する。
【実施例４】
【００３４】
図５は、本発明の実施例４である半視野３鏡光学系４００を示す図である。
【００３５】
半視野３鏡光学系４００は、２鏡で作る中間結像面Ｓ４に結像された像を、第３鏡３４で結像させる３鏡光学系において、中間結像面Ｓ４における光軸の一方の片側の面Ｓ４１に設けられている斜鏡Ｍ４で副鏡２０からの光を反射し、この反射した光を結像させるように、第３鏡３４が設けられ、第３鏡が反射した光が受光素子４４の受光面４４Ｓで結像する。
【００３６】
つまり、半視野３鏡光学系４００は、主鏡１０と、副鏡２０と、第３鏡３４と、斜鏡Ｍ４と、受光素子４４とを有し、主鏡１０と副鏡２０との２鏡で作る中間結像面Ｓ２に結像される像の半分を、斜鏡Ｍ４で反射し、第３鏡３４で反射し、受光素子４４の受光面４４Ｓで結像させる光学系である。
【００３７】
半視野３鏡光学系４００によれば、視野を半分しか使用しないが、その視野では、瞳のケラレが全くない光学系として使用することができるという効果を奏する。
【実施例５】
【００３８】
図６は、本発明の実施例５である半視野３鏡光学系５００を示す図である。
【００３９】
半視野３鏡光学系５００は、２鏡で作る中間結像面Ｓ５に結像された像の半分を、第３鏡３４で結像させる３鏡光学系において、副鏡２０からの光が、中間結像面Ｓ５における光軸の一方の片側の面Ｓ５１に設けられた斜鏡Ｍ５で反射し、この反射した光を結像させるように、第３鏡３５が設けられ、第３鏡が反射した光を、斜鏡Ｍ５１が反射し、受光素子４５の受光面４５Ｓで結像する。
【００４０】
つまり、半視野３鏡光学系５００は、主鏡１０と、副鏡２０と、第３鏡３５と、斜鏡Ｍ５と、受光素子４５とを有し、主鏡１０と副鏡２０との２鏡で作る中間結像面Ｓ５に結像された像の半分を、斜鏡Ｍ５で反射し、第３鏡３４で反射し、斜鏡Ｍ５１で反射し、受光素子４５の受光面４５Ｓで結像させる光学系である。
【００４１】
半視野３鏡光学系５００によれば、視野を半分しか使用しないが、その視野では、瞳のケラレが全くない光学系として使用することができるという効果を奏する。
【実施例６】
【００４２】
図７は、本発明の実施例６である半視野３鏡光学系６００を示す図である。
【００４３】
半視野３鏡光学系６００は、２鏡で作る中間結像面Ｓ６に結像された像の半分を、第３鏡３６で結像させる３鏡光学系において、副鏡２０からの光が、中間結像面Ｓ６における光軸の一方の片側の面Ｓ６１に設けられた斜鏡Ｍ６で反射し、この反射した光を結像させるように、第３鏡３６が設けられ、第３鏡３６が反射した光を、受光素子４６の受光面４６Ｓで結像する。また、斜鏡Ｍ６は、主鏡１０と副鏡２０との間に設けられている。
【００４４】
つまり、半視野３鏡光学系５００は、主鏡１０と、副鏡２０と、第３鏡３６と、斜鏡Ｍ６と、受光素子４６とを有し、主鏡１０と副鏡２０との２鏡で作る中間結像面Ｓ６に結像された像の半分を、斜鏡Ｍ６で反射し、第３鏡３６で反射し、受光素子４６の受光面４６Ｓで結像させる光学系である。
【００４５】
半視野３鏡光学系６００によれば、視野を半分しか使用しないが、その視野では、瞳のケラレが全くない光学系として使用することができるという効果を奏する。
【００４６】
また、半視野３鏡光学系６００によれば、斜鏡Ｍ６が主鏡１０と副鏡２０との間に設けられているので、光路が主鏡１０の図７中、右に出ないので、半視野３鏡光学系６００の光軸方向の長さが短くなるという効果を奏する。
【実施例７】
【００４７】
図８は、本発明の実施例８である有限距離物体結像系７００を示す図である。
【００４８】
実施例１〜７は、無限距離にある物体を結像する装置であるが、実施例８は、有限距離にある物体を結像する装置である。
【００４９】
有限距離物体結像系７００は、半視野３鏡光学系１００を使用した有限距離物体結像系である。有限距離物体結像系７００は、半視野３鏡光学系１００において、光源５０、フォトマスク（パターン原版）６０、焦点面７０を設けた装置であり、図８中、最も左から右に向かって、順に、光源５０、フォトマスク６０、副鏡２０、主鏡１０、焦点面７０、第３鏡３１が設けられている。
【００５０】
光源５０は、平行光の紫外線を発生する光源である。焦点面７０は、半視野３鏡光学系１００における受光素子４１の位置に設けられている。
【００５１】
つまり、有限距離物体結像系７００において、光源５０で発生し、フォトマスク６０を通過した像（光）に基づいて、主鏡１０、副鏡２０によって中間像を作り、その第３鏡３１による結像倍率をほぼ１とし、光軸の片側の面Ｓ１１の視野を、光軸の反対側の面Ｓ１２に結像させる。焦点面７０が視野の半分を遮蔽することによって、視野の半分を失う代わりに、利用できる視野（残った半分の視野）では、斜鏡によるケラレはない。主鏡１０の曲率半径を１とした場合、口径が０．３なら、３次収差を消すためには、円錐定数を決めるだけで足りる。
【００５２】
次に、有限距離物体結像系７００の動作について説明する。
【００５３】
まず、光源５０で発生した平行光の紫外線は、フォトマスク６０を通過し、この通過した光は、主鏡１０で反射し、この反射光が副鏡２０で反射し、中間結像面Ｓ１で結像する。この中間結像面Ｓ１で結像した像のうちの半分の像が、中間結像面Ｓ１における光軸の片側の一方の面Ｓ１１（中間結像面Ｓ１の半分の面Ｓ１１）を通過し、第３鏡３１で反射し、光軸の他方の片側の面Ｓ１２で再結像する。光軸の他方の片側の面Ｓ１２は、最終結像面であり、この最終結像面に、焦点面７０が配置されている。
【００５４】
ここで、４つの収差である球収差Ｋ１、コマ収差Ｋ２、アスティグマチズム収差（非点収差）Ｋ３、像面湾曲収差Ｋ４は、３つの鏡１０、２０、３０を使用すれば、理論的には補正することができる。
【００５５】
有限距離物体結像系７００は、感光性の物質を塗布した物質の表面を、パターン状に露光（パターン露光、像様露光）することによって、露光された部分と露光されていない部分からなるパターンを生成する装置であり、主に、半導体素子、プリント基板、印刷版、液晶ディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル等の製造に使用される。
【００５６】
従来、精密パターンを露光させるには、紫外線等、波長の短い光を使用して露光したいが、露光装置に通常のガラスを使用すると、ガラスが紫外線を透過しないので、高価な光学結晶の利用が必要となる。また、大口径の結晶が現状製造できないので、レンズの場合、露光に紫外線を使用することは適切ではない。
【００５７】
しかし、有限距離物体結像系７００では、鏡１０、２０、３０を使用するので、光がガラスを透過する必要がなく、したがって、紫外線を使用することができ、従来よりも精密なパターンを露光させることができる。
【００５８】
なお、光源５０は、Ｘ線を発生するものでもよく、さらに波長の短い光を発生する光源であってもよい。このように、光源５０がＸ線等を発生すれば、Ｘ線等の波長が短いので、紫外線を使用した場合よりも、回路パターンをさらに微細に形成することができる。
【００５９】
なお、有限距離物体結像系７００において、半視野３鏡光学系１００の代わりに、各実施例２〜６（半視野３鏡光学系２００〜６００）を、上記と同様に、有限距離物体結像系に利用するようにしてもよい。
【００６０】
また、光源が赤外線を発生し、この赤外線を被監視領域に照射し、実施例１〜６（半視野３鏡光学系１００〜６００）を利用すれば、監視カメラとして使用することができる。実施例１〜７（半視野３鏡光学系１００〜７００）は、レンズを使用せず、鏡を使用しているので、波長の如何を問わず、機能を発揮することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１００、２００、３００、４００、５００、６００…半視野３鏡光学系、
１０…主鏡、
２０…副鏡、
３１、３２、３３、３４、３５、３６…第３鏡、
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６…中間結像面、
Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１、Ｓ５１、Ｓ６１…片側の一方の面、
Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２、Ｓ５２、Ｓ６２…片側の他方の面、
４１、４２、４３、４４、４５、４６…受光素子。
【図１】
2017009641.tif 000003
【図２】
2017009641.tif 000004
【図３】
2017009641.tif 000005
【図４】
2017009641.tif 000006
【図５】
2017009641.tif 000007
【図６】
2017009641.tif 000008
【図７】
2017009641.tif 000009
【図８】
2017009641.tif 000010