図1は、本発明の一実施形態による、結像 光学系の構成を示す図である。視野中心の光 軸をZ軸とし、Z軸と窓板101の物体側の面との� ��点を座標原点Oとする直交座標系を定める。

 窓板101を通過した光は、第1の反射鏡103、 第2の反射鏡107および第3の反射鏡109によって� ��射され、窓板111を通過した後、赤外線撮像� ��子の像面113上で結像する。

 図2Aは、図1に示した結像光学系のYZ断面� �である。本実施形態においては、第1の反射� ��103と第2の反射鏡107との間に絞り105を設ける 。

 図2Aに示すように、YZ断面において光軸の 向きが変化しているが、XZ断面において光軸� ��向きは変化していない。また、視野中心の� ��軸と像面に入射する光軸とが平行となるよ� ��に構成されている。

 本発明による結像光学系は、反射鏡を使� ��していることと明るい(エフナンバーが小さ い)ので、広い範囲の波長の光(電磁波)に使用 することができる。赤外線の他、ミリ波やテ ラヘルツ波の電磁波にも使用することができ る。

 反射鏡は、プラスチックに金属コートを� ��って作成してもよい。プラスチックは、成� ��が容易であり、反射面の曲面の形状を高精� ��で実現できる。アルミニウム、銀または金� ��どの可視光を反射する金属を使用すれば、� ��像光学系を、可視光によって容易に検査・� ��整することができる。

 窓板の材質は、ゲルマニウム(屈折率4.003) またはシリコン(屈折率3.419)などである。

 以下において、本発明の実施形態の特徴� ��な構成について説明する。ここで、視野中� ��の光軸に沿った光線の光路に沿って、第1反 射面および第2反射面間の距離をL1、第2反射� �および第3反射面間の距離をL2、第3反射面お� ��び像面間の距離をL3、第1反射面および像面� ��の距離、すなわちL1、L2およびL3の和をLとす る(図2A)。

L2の大きさ
 L2が大きくなるほど、第1反射面103によって� ��射して第2反射面107に進む光線が第3反射面10 9によって遮られる光線のケラレの制約が小� �くなり、光束径を大きくすることができ、� �の結果として明るさを向上させることがで� �る。

 結像光学系の所望の明るさを実現するには� ��所望の等価エフナンバーをFnoとして、
 0.5< Fno (L2/L3) <1.3
を満たすようにL2を定める。Fno (L2/L3)が、下� ��値より小さい場合には、第2反射面および第 3反射面が接触または重複してしまう可能性� �生じる。Fno (L2/L3)が、上限値より大きな場� �には、等価エフ・ナンバーが2.2以下の場合� �、適切なL3に対して、十分な画角(たとえば� �±6°以上)を確保することができない。たと� �ば、特開2004-126510の図24に示された実施の形� ��6において、
 Fno (L2/L3)=1.45
である。この場合に、エフ・ナンバーは、2� �あるが、画角(対角)は、1°である。また、Fno  (L2/L3)が、上限値より大きな場合には、迷光 の影響を受けやすくなり、フレア、ゴースト のある画像を生じてしまう。

第1反射面の負の屈折力
 図65は、凸面としての第1反射面の機能を説� ��するための図である。図65に示すように、� �1反射面を凸面とすると、第1反射面により作 成される虚像視野は、実際の視野よりも縮小 する。これによって、レイアウト寸法を縮小 し、光線のケラレを回避することができる。 ここで、光線のケラレとは、具体的に、第1� �射面103によって反射して第2反射面107に進む� ��線が第3反射面109によって遮られることをい う。また、画角を増大させ、像面に入射する 画角のテレセントリック性(画面に対して垂� �に入射する度合い)を向上させることができ� ��。また、明るさ(Fno.)が向上する。さらに、� ��1の反射面と第2の反射面との間に遮光板を� �置するスペースが確保される。

 L3によって、センサーレイアウトの制約が� �まるので、L3を基準として第1反射面の凸面� �焦点距離を定めるのが好ましい。上記の効� �を達成するには、第1反射面のXZ断面の焦点� �離をfx1、第1反射面のYZ断面の焦点距離をfy1� �して、
 0< fx1/L3 <5
 0< fy1/L3 <10
を満たすようにfx1およびfy1を定める。

 第1反射面の負の屈折力の一部を、その上流 に設置した窓板(図1の101)によって分担させて もよい。その場合に、窓板および第1反射面� �XZ断面の合成焦点距離をfx1’、窓板および第 1反射面のYZ断面の合成焦点距離をfy1’として 、
 0< fx1’/L3 <5
 0< fy1’/L3 <10
を満たすようにfx1’およびfy1’を定める。

 結像光学系の歪曲収差は、第1反射面の凸 面の屈折力によって発生する。後で説明する ように、窓板(図1の101)が平板である場合の歪 曲収差は、たとえば、実施例1の図5に示され� ��窓板(図1の101)が負の屈折力を分担する場合� ��歪曲収差は、たとえば、実施例5の図21に示� ��れている。このように、窓板(図1の101)に負� ��屈折力を分担させることによって、歪曲収� ��は大幅に減少する。

L1の大きさ
 迷光をできるだけ遮蔽するように、
 0.35 < L1/L <0.5
を満たすようにL1を定める。L1/Lが、下限値よ り小さい場合には、窓板に入射した光線が第 一反射面で反射せず直接像面に入射する。す なわち、迷光が像面に入射するリスクが上昇 する。また、L1が短くなると、L2が相対的に� �きくなる。その結果、たとえば、反射鏡が� �渉して全体の結像光学系が実現できなくな� �。L1/Lが、上限値より大きな場合には、光学� ��イアウトサイズ(光学系を設置するのに必要 最小限のエリア)が過剰に大きくなる。

 本発明の目的の一つである赤外乃至遠赤� ��波長(7um-14um)使用の結像光学系において、回 折影響による解像度の低下を防ぐためには、 明るさ(エフナンバー)を少なくともFno.2.2より 小さく(明るく)する必要がある。これを満た� ��ないと、市販されている赤外撮像素子の画� ��寸法よりもスポットが大きくなり、結像光� ��系が、赤外撮像素子の解像度の要求を満た� ��なくなる。可視光波長の結像光学系におい� ��はFno.は、6より小さければ問題なく、可視� �の結像光学系をそのまま遠赤外の結像光学� �に適用することは困難である。

 また、多くの反射系においては迷光が像� ��に入射する現象が多々発生するため収差補� ��の検討と同様に迷光除去の検討が必要であ� ��。これに対して、屈折系の結像光学系にお� ��ては、迷光の影響の検討はほとんど必要と� ��ない。

 つまり、本発明の目的達成のためにはFno. 2.2以下の明るさと、従来詳細には論じられて いないため従来技術の延長では到底論じるこ とができない迷光除去の詳細検討が必要であ る。

 以下に迷光の定義を記す。
 (1) 窓板に入射して反射鏡で反射せず直接� �面に入射する光線
 (2) 窓板に入射して第一反射鏡で反射して� �接像面に入射する光線
 (3) 窓板に入射して順に第一反射鏡、第二� �射鏡で反射して像面に入射する光線
 (4) 窓板に入射して光線が順に第一反射鏡� �第三反射鏡で反射して像面に入射する光線
 (5) 窓板に入射して光線が順に第二反射鏡� �第三反射鏡で反射して像面に入射する光線

 光学設計において光学素子の性能に直接� ��かわる収差補正には光線追跡法という基本� ��な理論がある。しかし、迷光除去には決ま� ��た理論がある訳ではない。ケースバイケー� ��で迷光パターンを探し出し一つ一つ除去の� ��要があり、特に反射光学系においては難易� ��が高く、大口径化するとさらに難易度が高� ��なり、大口径化との両立する条件範囲が限� ��される。

 L1の大きさの範囲と、L2の大きさの範囲と 、第一反射面の負の屈折力の範囲と、を定め ることによって、市販されている(要素とし� �は大きすぎず、消費電力が小さくて、安価� �320×160個以上の画素数を持つ)赤外線アレイ� �ンサーの画素寸法(□37.5um以下)を使用波長(� �えば7um-14um)で解像することのできる、Fno.2.2� ��下で、大口径でありながら迷光を発生しな� ��大口径の結像光学系を得ることができる。

視野中心の光軸と像面の光軸とが 平行であること
 図66は、結像光学系の視野中心の光軸と像� �に入射する光軸が平行である場合の結像光� �系の機能を説明するための図である。図66に 示すように、結像光学系の視野中心の光軸と 像面に入射する光軸が平行であるので、光学 系全体を像面に入射する光軸の周りに回転さ せながら、該光軸方向に移動させても視野範 囲(視野角度)が変化しない。したがって、ネ� ��による回転機構で、光学系全体を該光軸方� ��に移動させることによってフォーカシング� ��行うことができる。

 図67および図68は、結像光学系の視野中心 の光軸と像面に入射する光軸が平行でない場 合の結像光学系の機能を説明するための図で ある。結像光学系の視野中心の光軸と像面に 入射する光軸が平行でない場合には、結像光 学系の視野中心の光軸と像面に入射する光軸 が平行である場合と同様に回転させると、回 転によって視野中心の光軸方向が変化する(� �67)。視野角度を変化させないように回転さ� �るとセンサー上端と下端とで焦点位置が異� �りフォーカシングできない(図68)。したがっ� ��、ネジによる回転機構で、光学系全体を該� ��軸方向に移動させることによってフォーカ� ��ングを行うことはできない。この結果、よ� ��複雑なフォーカシング機構が必要となる。

少なくとも一つの回転非対称面の 使用
 3枚の反射面の内、少なくとも一つの反射面 を回転非対称面とすることにより、像面湾曲 およびコマ収差を小さくすることができる。

回転対称な非球面の使用
 反射光学系の反射面の粗さは、透過光学系� ��面の粗さの半分に抑える必要がある。自由� ��面などの回転非対称な面は、直線加工され� ��ので加工痕は直線状となる。3枚の反射面を 全て、自由曲面などの回転非対称な面として 、X軸またはY軸に沿って加工した場合に、2枚 の反射鏡の直線状加工痕が同じ方向となる。 この2枚の直線状加工痕と直交する方向にフ� �アが増大し、解像度が劣化する。他方、直� �状加工痕を小さくするにはコストが増加す� �。そこで、3枚の反射鏡の内の1枚を回転対称 非球面とすれば、回転対称な非球面は旋盤で 加工することが出来、加工痕も回転対称とな るので解像度の劣化が防止できる。

 第1および第3反射面を回転非対称面とし� �第2反射面を回転対称な非球面とするのが好� ��しい。その理由は、以下のとおりである。� ��マ収差を補正するには絞りに近い面が望ま� ��い。

回転対称な非球面の中心位置の変 位
 図69は、第1反射面103が絞り105に対して映し� ��す虚像面1031を含む光路図である。図69に示� ��ように、絞り105におけるYZ断面像面側に対� �て光路が短くなるようにコマ収差が発生し� �いる。

 そこで、第2反射面として回転対称な非球 面(凹面)を配置する場合に、該非球面の中心� ��置を、視野中心の光軸に沿った光線(以下、 中心光線と呼称)の光路と該非球面との交点� �ら、YZ断面像面側に変位させると、YZ断面像� ��側の光路が長くなり、上記収差を低減する� ��とができる。

 図70は、非球面の中心と中心光線との位� �関係を示す図である。

 また、第2反射面を回転対称な非球面とし た理由は以下のとおりである。コマ収差の補 正は、絞りに近い反射面で行うのが好ましい 。本発明の実施形態において、絞りの位置は 第二反射面または第一反射面と第二反射面と の中間である。第一反射面における入射する 光軸と反射面の基準平面との角度が大きく、 コマ収差の低減効果はあまり望めない。そこ で、第一反射面以外で絞りに近い面として第 二反射面を回転対称な非球面として中心位置 を変位させている。

 また、後で説明するように、第二反射面� ��意図的に変位させる機構を用いることによ� ��て、フレームに取り付けられた第1乃至第3� �射鏡の位置ずれなどを補償することができ� �。

矩形絞り
 明るさが同じ矩形形状の絞りと円形形状の� ��りとを比較すると、たとえば、正方形の直� ��する辺の方向の開口比は、円形形状の絞り� ��開口比よりも小さくすることができる。開� ��比を小さくすることができれば、製造誤差� ��許容値を大きくすることができる。本発明� ��結像光学系は、撮像素子に使用されること� ��多く、その受光部分は矩形であり、矩形の� ��交する辺の方向の解像度を維持することの� ��要性が高い。

 図71は、正方形の絞りおよび該正方形の一� �と同じ長さの直径を有する円形の絞りの空� �周波数とMTF(コントラスト再現度)との関係を 示す図である。円形の絞りのMTFは、カットオ フ周波数未満の周波数において、正方形の絞 りのMTFに比較して低い。円形の絞りの回折限 界は、波長をλ、Fno.(エフナンバー)をFno、空� ��周波数をfreとすると
   2/π×(cos ^-1 (λ×fre×Fno)-λ×fre×Fno×(1-(λ×fre×Fno) ² ) ^1/2 )
によって表せる。正方形の絞りの回折限界は 、カットオフ周波数をfre0として
   1-1/fre0
と表せる。

 以下において、本発明の実施例1乃至16につ� ��て説明する。
 表1乃至4は、実施例1乃至16の特性を示す表� �ある。

 表1乃至4において、光学ディストーショ� �は、リファレンス座標に対して結像位置が� �れる量、すなわち歪曲収差量である。Radお� �びTanは、図77にように定められる。等価Fno.� �、絞りの形状を、面積が等しい円に置き換� �て、その円の直径から決められるFno.である� ��実施例1乃至3の絞りは円形であるので、等� �Fno.はFno.と等しい。

 XZ焦点距離は、XZ断面の光学系全体のスケ ールを表すパラメータであり、YZ焦点距離は� ��YZ断面の光学系全体のスケールを表すパラ� �ータである。

 第1反射面のXZ断面の焦点距離fx1は、後に示� ��反射面の形状を表す式におけるX ² 項の係数C4によって
 fx1=(1/4)/C4
と表せる。第1反射面のYZ断面の焦点距離をfy1 は、後に示す反射面の形状を表す式における Y ² 項の係数C6によって
 fy1=(1/4)/C6
と表せる。

 L1、L2およびL3は、上述したように、視野� ��心の光軸に沿った光線の光路に沿った、第1 反射面および第2反射面間の距離、第2反射面� ��よび第3反射面間の距離および第3反射面お� �び像面間の距離である。

 周辺光量比は、絞りを通過して像面上に� ��光する視野中心の光線の光量に対して、視� ��中心以外の光線で絞りを通過して像面上に� ��光する光線の光量うち一番低い光量の比で� ��る。光学レイアウト寸法は、第1の反射鏡の 反射面から像面までの各面の光学有効領域と 絞りを通過して像面上の各点に集光する光線 が必要とするエリアの寸法である。

 実施例1乃至3において絞りは円形である。� �施例4乃至 16 において、絞りは、YZ断面内において光軸に� ��直な方向の辺と、YZ断面に垂直な方向の辺� �を備える矩形である。表2乃至4において、絞 り径の欄の1項目は、YZ断面内において光軸に 垂直な方向の辺の長さを示し、2項目は、YZ断 面に垂直な方向の辺の長さを示す。

 矩形絞りのYZ断面内において光軸に垂直� �方向の辺の長さは、迷光が入りにくく、レ� �アウトが可能であり、かつ回折限界による� �ポットの劣化がない長さとする。矩形絞り� �YZ断面に垂直な方向の辺の長さは、目標とす るFno.を実現できるような長さとする。

 このように、矩形絞りを採用し、上記の� ��うに矩形絞りの長さを決めることにより、� ��光を抑えながら、Fno.を小さくすることがで きる。

 表5は、上述した以下の式の値を示す表であ る。以下の式において、Fnoは、等価エフナン バーを表す。また、Lは、上述したように、� �野中心の光軸に沿った光線の光路に沿った� �第1反射面および像面間の距離を表す。

 Fno×(L2/L3)     ・・・式(1)
 fx1/L3         ・・・式(2)
 fx1’/L3        ・・・式(3)
 fy1/L3         ・・・式(4)
 fy1’/L3         ・・・式(5)
 L1/L          ・・・式(6)

 以下の表において、他に記載がない限り� ��偏心配置は、図1および図2Aの座標原点Oを基 準とした、それぞれの面のローカル座標中心 の位置である。それぞれの面のローカル座標 中心の位置は、他に記載がない限り、視野中 心の光軸に沿った光線と該面との交点である 。ローカル座標中心の位置回転角度は、ロー カル座標のX軸まわりの回転角度であり、YZ断 面において、図1および2の座標系を基準とし� ��、反時計回りの角度である。

実施例1
 表6は、実施例1の結像光学系の仕様を示す� �である。

 表7は、第1乃至第3反射面の形状を決める係� ��を示す表である。

 第1乃至第3反射鏡の反射面の形状は、それ� �れの面のローカル座標によって以下の式に� �って表せる。
表7によれば、第1乃至第3反射鏡の反射面の形 状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。この� �とは、第1乃至第3反射鏡の反射面のYZ断面形� ��は、ローカル座標のZ軸に関して非対称であ ることを示す。本実施形態においては、効果 的に迷光を遮光するように、第1の反射鏡103� �第2の反射鏡107との間に、絞りを設置したの� ��、YZ断面における光軸の変化角度が大きく� �る。したがって、YZ断面形状がローカル座標 のZ軸に関して対称であると、コマ収差また� �非点収差が大きくなる。そこで、コマ収差� �たは非点収差を小さくするように、YZ断面形 状を、ローカル座標のZ軸に関して非対称と� �ている。

 図3は、実施例1の結像光学系のYZ断面図で ある。本実施例において、視野(物体面)と像� ��は平行であり、視野中心の光軸と像面の光� ��とは平行であるが、向きが異なる。

 図4は、実施例1の結像光学系の構成を示� �図である。

 図5は、実施例1の結像光学系の歪曲収差� �示す図である。点線がリファレンス格子を� �す。

 図6は、実施例1の結像光学系の横収差を� �す図である。図6は、子午像面(Y-FAN)および球 欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸は� �像面における絞り面上での光線の通過する� �対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、絞 り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は各 像面上の主光線Lが通過する像面上の座標を0� ��した場合に、当該相対位置を通過した光線� ��通過する像面主光線からのズレ量Dを示す(� �78)。図6において、(X,Y)は、横収差を観測す� �像面上の位置を示す。すなわち、図6は、(X,Y )で表わされる像面上の9点について横収差を� ��している。像面のサイズは、X軸方向が12ミ� ��メータ、Y軸方向が9ミリメータであるので� �たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は、座 標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測す� �像面上の点に集光する光線の光学系に入射� �るX成分とY成分の角度を示す。

実施例2
 表8は、実施例2の結像光学系の仕様を示す� �である。

 表9は、第1乃至第3反射面の形状を決める係� ��を示す表である。

 第1乃至第3反射鏡の反射面の形状は、それ� �れの面のローカル座標によって以下の式に� �って表せる。
表9によれば、第1乃至第3反射鏡の反射面の形 状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。この� �とは、第1乃至第3反射鏡の反射面のYZ断面形� ��は、ローカル座標のZ軸に関して非対称であ ることを示す。本実施形態においては、効果 的に迷光を遮光するように、第1の反射鏡103� �第2の反射鏡107との間に、絞りを設置したの� ��、YZ断面における光軸の変化角度が大きく� �る。したがって、YZ断面形状がローカル座標 のZ軸に関して対称であると、コマ収差また� �非点収差が大きくなる。そこで、コマ収差� �たは非点収差を小さくするように、YZ断面形 状を、ローカル座標のZ軸に関して非対称と� �ている。

 図7は、実施例2の結像光学系のYZ断面図で ある。本実施例において、視野(物体面)と像� ��は平行であり、視野中心の光軸と像面の光� ��とは平行で向きも同じである。

 図8は、実施例2の結像光学系の構成を示� �図である。

 図9は、実施例2の結像光学系の歪曲収差� �示す図である。点線がリファレンス格子を� �す。

 図10は、実施例2の結像光学系の横収差を� ��す図である。図10は、子午像面(Y-FAN)および� ��欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸は 各像面における絞り面上での光線の通過する 相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、� ��り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は� ��像面上の主光線Lが通過する像面上の座標を 0とした場合に、当該相対位置を通過した光� �の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す( 図78)。図10において、(X,Y)は、横収差を観測� �る像面上の位置を示す。すなわち、図10は、 (X,Y)で表わされる像面上の9点について横収差 を示している。像面のサイズは、X軸方向が12 ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの� ��、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� �座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測� ��る像面上の点に集光する光線の光学系に入� ��するX成分とY成分の角度を示す。

実施例3
 表10は、実施例3の結像光学系の仕様を示す� ��である。

 表11は、第1乃至第3反射面の形状を決める係 数を示す表である。

 第1乃至第3反射鏡の反射面の形状は、それ� �れの面のローカル座標によって以下の式に� �って表せる。
表11によれば、第1乃至第3反射鏡の反射面の� �状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。この� ��とは、第1乃至第3反射鏡の反射面のYZ断面形 状は、ローカル座標のZ軸に関して非対称で� �ることを示す。本実施形態においては、効� �的に迷光を遮光するように、第1の反射鏡103� ��第2の反射鏡107との間に、絞りを設置したの で、YZ断面における光軸の変化角度が大きく� ��る。したがって、YZ断面形状がローカル座� �のZ軸に関して対称であると、コマ収差また� ��非点収差が大きくなる。そこで、コマ収差� ��たは非点収差を小さくするように、YZ断面� �状を、ローカル座標のZ軸に関して非対称と� ��ている。

 図11は、実施例3の結像光学系のYZ断面図� �ある。本実施例において、視野(物体面)と像 面は平行であり、視野中心の光軸と像面の光 軸とは平行で向きも同じである。本実施例に おいては、物体側から直接像面に向かう光を 遮断する遮光板106を設けている。絞り105によ って、遮光板106のスペースが確保される。

 図12は、実施例3の結像光学系の構成を示� ��図である。

 図13は、実施例3の結像光学系の歪曲収差� ��示す図である。点線がリファレンス格子を� ��す。

 図14は、実施例3の結像光学系の横収差を� ��す図である。図14は、子午像面(Y-FAN)および� ��欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸は 各像面における絞り面上での光線の通過する 相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、� ��り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は� ��像面上の主光線Lが通過する像面上の座標を 0とした場合に、当該相対位置を通過した光� �の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す( 図78)。図14において、(X,Y)は、横収差を観測� �る像面上の位置を示す。すなわち、図14は、 (X,Y)で表わされる像面上の9点について横収差 を示している。像面のサイズは、X軸方向が12 ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの� ��、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� �座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測� ��る像面上の点に集光する光線の光学系に入� ��するX成分とY成分の角度を示す。

実施例4
 表12は、実施例4の結像光学系の仕様を示す� ��である。

 表13は、第1乃至第3反射面の形状を決める係 数を示す表である。

 第1乃至第3反射鏡の反射面の形状は、それ� �れの面のローカル座標によって以下の式に� �って表せる。
表13によれば、第1乃至第3反射鏡の反射面の� �状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。この� ��とは、第1乃至第3反射鏡の反射面のYZ断面形 状は、ローカル座標のZ軸に関して非対称で� �ることを示す。本実施形態においては、効� �的に迷光を遮光するように、第1の反射鏡103� ��第2の反射鏡107との間に、絞りを設置したの で、YZ断面における光軸の変化角度が大きく� ��る。したがって、YZ断面形状がローカル座� �のZ軸に関して対称であると、コマ収差また� ��非点収差が大きくなる。そこで、コマ収差� ��たは非点収差を小さくするように、YZ断面� �状を、ローカル座標のZ軸に関して非対称と� ��ている。

 図15は、実施例4の結像光学系のYZ断面図� �ある。本実施例において、視野(物体面)と像 面は平行であり、視野中心の光軸と像面の光 軸とは平行で向きも同じである。

 図16は、実施例4の結像光学系の構成を示� ��図である。

 図17は、実施例4の結像光学系の歪曲収差� ��示す図である。点線がリファレンス格子を� ��す。

 図18は、実施例4の結像光学系の横収差を� ��す図である。図18は、子午像面(Y-FAN)および� ��欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸は 各像面における絞り面上での光線の通過する 相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、� ��り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は� ��像面上の主光線Lが通過する像面上の座標を 0とした場合に、当該相対位置を通過した光� �の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す( 図78)。図18において、(X,Y)は、横収差を観測� �る像面上の位置を示す。すなわち、図18は、 (X,Y)で表わされる像面上の9点について横収差 を示している。像面のサイズは、X軸方向が12 ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの� ��、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� �座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測� ��る像面上の点に集光する光線の光学系に入� ��するX成分とY成分の角度を示す。

実施例5
 表14は、実施例5の結像光学系の仕様を示す� ��である。

 表15は、窓板101の像側面(2面)の球面形状� �決めるR(半径)を示す図である。 本実施例に おいては、第2面を球面として窓板101を平凹� �レンズとすることにより、窓板101に負の屈� �力を与え、第1反射鏡(凸面)の発散パワーを� �さくしている。第一反射鏡の発散パワーを� �さくすることは、焦点距離を大きくするこ� �に相当し、第一反射鏡の歪曲収差を低減さ� �ることができる。

 第一反射鏡において歪曲収差を低減させる� ��由は以下のとおりである。本発明の結像光� ��系においては、第一反射鏡の光軸の外し量( 反射面のローカル中心座標における接平面に おける垂線と画角0degの光線の入射角度との� �度の差分量)が大きい。光軸の外し量が大き� ��ことは、画角が大きいことに相当し、画角� ��大きいと歪曲収差が大きくなる。また、反� ��面で発散パワーを持たせるには形状は凸面� ��なり、集光パワーである凹面の場合と比較� ��て同じ曲率半径でも中心より遠くで交点を� ��つ。概ね、中心から遠くなるに従って接線� ��度は大きくなる。接線角度が大きくなるこ� ��は、パワーが大きくなることに相当するの� ��凹面より凸面の方が収差は大きくなる。こ� ��ように、第1反射鏡は、大きな歪曲収差を生 じやすいので、第一反射鏡において歪曲収差 を低減させる。

 表16は、第1乃至第3反射面の形状を決める係 数を示す表である。

 第1乃至第3反射鏡の反射面の形状は、それ� �れの面のローカル座標によって以下の式に� �って表せる。
表16によれば、第1乃至第3反射鏡の反射面の� �状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。この� ��とは、第1乃至第3反射鏡の反射面のYZ断面形 状は、ローカル座標のZ軸に関して非対称で� �ることを示す。本実施形態においては、効� �的に迷光を遮光するように、第1の反射鏡103� ��第2の反射鏡107との間に、絞りを設置したの で、YZ断面における光軸の変化角度が大きく� ��る。したがって、YZ断面形状がローカル座� �のZ軸に関して対称であると、コマ収差また� ��非点収差が大きくなる。そこで、コマ収差� ��たは非点収差を小さくするように、YZ断面� �状を、ローカル座標のZ軸に関して非対称と� ��ている。

 図19は、実施例5の結像光学系のYZ断面図� �ある。本実施例において、視野(物体面)と像 面は平行であり、視野中心の光軸と像面の光 軸とは平行で向きも同じである。

 図20は、実施例5の結像光学系の構成を示� ��図である。

 図21は、実施例5の結像光学系の歪曲収差� ��示す図である。点線がリファレンス格子を� ��す。窓板101の像側面を球面として負の屈折� ��を与え、第1反射面の負の屈折力を小さくし たので、実施例1乃至4に比較して歪曲収差は� ��少している。

 図22は、実施例4の結像光学系の横収差を� ��す図である。図22は、子午像面(Y-FAN)および� ��欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸は 各像面における絞り面上での光線の通過する 相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、� ��り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は� ��像面上の主光線Lが通過する像面上の座標を 0とした場合に、当該相対位置を通過した光� �の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す( 図78)。図22において、(X,Y)は、横収差を観測� �る像面上の位置を示す。すなわち、図22は、 (X,Y)で表わされる像面上の9点について横収差 を示している。像面のサイズは、X軸方向が12 ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの� ��、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� �座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測� ��る像面上の点に集光する光線の光学系に入� ��するX成分とY成分の角度を示す。

実施例6
 表17は、実施例5の結像光学系の仕様を示す� ��である。

 表18は、窓板101の物体側面(第1面)および像� �面(第2面)の球面形状を決めるR(半径)を示す� �である。本実施例においては、第1面および� ��2面を球面として窓板101をメニスカス球面レ ンズとすることにより、窓板101に負の屈折力 を与え、第1反射鏡(凸面)の発散パワーを小さ くしている。第一反射鏡の発散パワーを小さ くすることは、焦点距離を大きくすることに 相当し、第一反射鏡の歪曲収差を低減させる ことができる。

 表19は、第1乃至第3反射面の形状を決める係 数を示す表である。

 第1乃至第3反射鏡の反射面の形状は、それ� �れの面のローカル座標によって以下の式に� �って表せる。
表19によれば、第1乃至第3反射鏡の反射面の� �状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。この� ��とは、第1乃至第3反射鏡の反射面のYZ断面形 状は、ローカル座標のZ軸に関して非対称で� �ることを示す。本実施形態においては、効� �的に迷光を遮光するように、第1の反射鏡103� ��第2の反射鏡107との間に、絞りを設置したの で、YZ断面における光軸の変化角度が大きく� ��る。したがって、YZ断面形状がローカル座� �のZ軸に関して対称であると、コマ収差また� ��非点収差が大きくなる。そこで、コマ収差� ��たは非点収差を小さくするように、YZ断面� �状を、ローカル座標のZ軸に関して非対称と� ��ている。

 図23は、実施例6の結像光学系のYZ断面図� �ある。本実施例において、視野(物体面)と像 面は平行であり、視野中心の光軸と像面の光 軸とは平行で向きも同じである。

 図24は、実施例6の結像光学系の構成を示� ��図である。

 図25は、実施例6の結像光学系の歪曲収差� ��示す図である。点線がリファレンス格子を� ��す。窓板101の物体側面および像側面を球面� ��して負の屈折力を与え、第1反射面の負の屈 折力を小さくしたので、実施例1乃至4に比較� ��て歪曲収差は減少している。

 図26は、実施例6の結像光学系の横収差を� ��す図である。図26は、子午像面(Y-FAN)および� ��欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸は 各像面における絞り面上での光線の通過する 相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、� ��り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は� ��像面上の主光線Lが通過する像面上の座標を 0とした場合に、当該相対位置を通過した光� �の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す( 図78)。図22において、(X,Y)は、横収差を観測� �る像面上の位置を示す。すなわち、図22は、 (X,Y)で表わされる像面上の9点について横収差 を示している。像面のサイズは、X軸方向が12 ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの� ��、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� �座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測� ��る像面上の点に集光する光線の光学系に入� ��するX成分とY成分の角度を示す。

実施例7
 表20は、実施例7の赤外光用結像光学系の仕� ��を示す表である。表21は、実施例7の可視光� ��結像光学系の仕様を示す表である。

 表20および表21において、偏心配置は、図 2Bの座標原点Oを基準とした、それぞれの面の ローカル座標中心の位置である。回転角度は 、ローカル座標のX軸まわりの回転角度であ� �、YZ断面において、図2Bの座標系を基準とし� ��、反時計回りの角度である。

 表22は、第1乃至第3反射面の形状を決める係 数を示す表である。

 第1乃至第3反射鏡の反射面の形状は、それ� �れの面のローカル座標によって以下の式に� �って表せる。
表22によれば、第1乃至第3反射鏡の反射面の� �状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。この� ��とは、第1乃至第3反射鏡の反射面のYZ断面形 状は、ローカル座標のZ軸に関して非対称で� �ることを示す。本実施形態においては、効� �的に迷光を遮光するように、第1の反射鏡103� ��第2の反射鏡107との間に、絞りを設置したの で、YZ断面における光軸の変化角度が大きく� ��る。したがって、YZ断面形状がローカル座� �のZ軸に関して対称であると、コマ収差また� ��非点収差が大きくなる。そこで、コマ収差� ��たは非点収差を小さくするように、YZ断面� �状を、ローカル座標のZ軸に関して非対称と� ��ている。

 図27は、実施例7の結像光学系のYZ断面図� �ある。本実施例において、視野(物体面)と像 面は平行であり、視野中心の光軸と像面の光 軸とは平行で向きも同じである。

 図28は、実施例7の結像光学系の構成を示� ��図である。

 図29は、実施例7の赤外光用結像光学系の� ��曲収差を示す図である。図30は、実施例7の� ��視光用結像光学系の歪曲収差を示す図であ� ��。点線がリファレンス格子を示す。

 図31は、実施例7の赤外光用結像光学系の� ��収差を示す図である。図32は、実施例7の可� ��光用結像光学系の横収差を示す図である。� ��31および図32は、子午像面(Y-FAN)および球欠� �面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸は各像� ��における絞り面上での光線の通過する相対� ��置を示す。主光線Lの位置が0であり、絞り� �最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は各像� �上の主光線Lが通過する像面上の座標を0とし た場合に、当該相対位置を通過した光線の通 過する像面主光線からのズレ量Dを示す(図78)� ��図31および図32において、(X,Y)は、横収差を� ��測する像面上の位置を示す。すなわち、図3 1および図32は、(X,Y)で表わされる像面上の9点 について横収差を示している。像面のサイズ は、X軸方向が12ミリメータ、Y軸方向が9ミリ� ��ータであるので、たとえば、(-1,0)は、座標( -6,0)を、(0,1)は、座標(0,4.5)を示す。角度のベ� ��トルは、観測する像面上の点に集光する光� ��の光学系に入射するX成分とY成分の角度を� �す。

実施例8
 表23は、実施例8の結像光学系の仕様を示す� ��である。

 表24は、第1乃至第3反射面の形状を決める係 数を示す表である。

 第1乃至第3反射鏡の反射面の形状は、それ� �れの面のローカル座標によって以下の式に� �って表せる。
表24によれば、第1乃至第3反射鏡の反射面の� �状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。この� ��とは、第1乃至第3反射鏡の反射面のYZ断面形 状は、ローカル座標のZ軸に関して非対称で� �ることを示す。本実施形態においては、効� �的に迷光を遮光するように、第1の反射鏡103� ��第2の反射鏡107との間に、絞りを設置したの で、YZ断面における光軸の変化角度が大きく� ��る。したがって、YZ断面形状がローカル座� �のZ軸に関して対称であると、コマ収差また� ��非点収差が大きくなる。そこで、コマ収差� ��たは非点収差を小さくするように、YZ断面� �状を、ローカル座標のZ軸に関して非対称と� ��ている。

 図33は、実施例8の結像光学系のYZ断面図� �ある。本実施例において、視野(物体面)と像 面は平行であり、視野中心の光軸と像面の光 軸とは平行で向きも同じである。

 図34は、実施例8の結像光学系の構成を示� ��図である。

 図35は、実施例8の結像光学系の歪曲収差� ��示す図である。点線がリファレンス格子を� ��す。

 図36は、実施例8の結像光学系の横収差を� ��す図である。図36は、子午像面(Y-FAN)および� ��欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸は 各像面における絞り面上での光線の通過する 相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、� ��り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は� ��像面上の主光線Lが通過する像面上の座標を 0とした場合に、当該相対位置を通過した光� �の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す( 図78)。図36において、(X,Y)は、横収差を観測� �る像面上の位置を示す。すなわち、図36は、 (X,Y)で表わされる像面上の9点について横収差 を示している。像面のサイズは、X軸方向が12 ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの� ��、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� �座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測� ��る像面上の点に集光する光線の光学系に入� ��するX成分とY成分の角度を示す。

実施例9
 表25は、実施例9の結像光学系の仕様を示す� ��である。

 表26は、第1乃至第3反射面の形状を決める係 数を示す表である。

 第1乃至第3反射鏡の反射面の形状は、それ� �れの面のローカル座標によって以下の式に� �って表せる。
表26によれば、第1乃至第3反射鏡の反射面の� �状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。この� ��とは、第1乃至第3反射鏡の反射面のYZ断面形 状は、ローカル座標のZ軸に関して非対称で� �ることを示す。本実施形態においては、効� �的に迷光を遮光するように、第1の反射鏡103� ��第2の反射鏡107との間に、絞りを設置したの で、YZ断面における光軸の変化角度が大きく� ��る。したがって、YZ断面形状がローカル座� �のZ軸に関して対称であると、コマ収差また� ��非点収差が大きくなる。そこで、コマ収差� ��たは非点収差を小さくするように、YZ断面� �状を、ローカル座標のZ軸に関して非対称と� ��ている。

 図37は、実施例9の結像光学系のYZ断面図� �ある。本実施例において、視野(物体面)と像 面は平行であり、視野中心の光軸と像面の光 軸とは平行で向きも同じである。

 図38は、実施例9の結像光学系の構成を示� ��図である。

 図39は、実施例9の結像光学系の歪曲収差� ��示す図である。点線がリファレンス格子を� ��す。

 図40は、実施例9の結像光学系の横収差を� ��す図である。図40は、子午像面(Y-FAN)および� ��欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸は 各像面における絞り面上での光線の通過する 相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、� ��り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は� ��像面上の主光線Lが通過する像面上の座標を 0とした場合に、当該相対位置を通過した光� �の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す( 図78)。図40において、(X,Y)は、横収差を観測� �る像面上の位置を示す。すなわち、図40は、 (X,Y)で表わされる像面上の9点について横収差 を示している。像面のサイズは、X軸方向が12 ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの� ��、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� �座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測� ��る像面上の点に集光する光線の光学系に入� ��するX成分とY成分の角度を示す。

実施例10
 表27は、実施例10の結像光学系の仕様を示す 表である。

 表28は、第1乃至第3反射面の形状を決める係 数を示す表である。

 第1乃至第3反射鏡の反射面の形状は、それ� �れの面のローカル座標によって以下の式に� �って表せる。
表28によれば、第1乃至第3反射鏡の反射面の� �状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。この� ��とは、第1乃至第3反射鏡の反射面のYZ断面形 状は、ローカル座標のZ軸に関して非対称で� �ることを示す。本実施形態においては、効� �的に迷光を遮光するように、第1の反射鏡103� ��第2の反射鏡107との間に、絞りを設置したの で、YZ断面における光軸の変化角度が大きく� ��る。したがって、YZ断面形状がローカル座� �のZ軸に関して対称であると、コマ収差また� ��非点収差が大きくなる。そこで、コマ収差� ��たは非点収差を小さくするように、YZ断面� �状を、ローカル座標のZ軸に関して非対称と� ��ている。

 図41は、実施例10の結像光学系のYZ断面図� ��ある。本実施例において、視野(物体面)と� �面は平行であり、視野中心の光軸と像面の� �軸とは平行で向きも同じである。

 図42は、実施例10の結像光学系の構成を示 す図である。

 図43は、実施例10の結像光学系の歪曲収差 を示す図である。点線がリファレンス格子を 示す。

 図44は、実施例10の結像光学系の横収差を 示す図である。図44は、子午像面(Y-FAN)および 球欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸� �各像面における絞り面上での光線の通過す� �相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、 絞り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は 各像面上の主光線Lが通過する像面上の座標� �0とした場合に、当該相対位置を通過した光� ��の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す (図78)。図44において、(X,Y)は、横収差を観測� ��る像面上の位置を示す。すなわち、図44は� �(X,Y)で表わされる像面上の9点について横収� �を示している。像面のサイズは、X軸方向が1 2ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの で、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� ��座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測 する像面上の点に集光する光線の光学系に入 射するX成分とY成分の角度を示す。

実施例11
 表29は、実施例11の結像光学系の仕様を示す 表である。

 本実施例において第2の反射鏡107の反射面 に絞りを設置した。

 表30は、第1乃至第3反射面の形状を決める係 数を示す表である。

 第1乃至第3反射鏡の反射面の形状は、それ� �れの面のローカル座標によって以下の式に� �って表せる。
表30によれば、第1乃至第3反射鏡の反射面の� �状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。この� ��とは、第1乃至第3反射鏡の反射面のYZ断面形 状は、ローカル座標のZ軸に関して非対称で� �ることを示す。本実施形態においては、第2� ��反射鏡107の反射面に、絞りを設置したので� ��YZ断面における光軸の変化角度が大きくな� �。したがって、YZ断面形状がローカル座標の Z軸に関して対称であると、コマ収差または� �点収差が大きくなる。そこで、コマ収差ま� �は非点収差を小さくするように、YZ断面形状 を、ローカル座標のZ軸に関して非対称とし� �いる。

 図45は、実施例11の結像光学系のYZ断面図� ��ある。本実施例において、視野(物体面)と� �面は平行であり、視野中心の光軸と像面の� �軸とは平行で向きも同じである。

 図46は、実施例11の結像光学系の構成を示 す図である。

 図47は、実施例11の結像光学系の歪曲収差 を示す図である。点線がリファレンス格子を 示す。

 図48は、実施例11の結像光学系の横収差を 示す図である。図48は、子午像面(Y-FAN)および 球欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸� �各像面における絞り面上での光線の通過す� �相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、 絞り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は 各像面上の主光線Lが通過する像面上の座標� �0とした場合に、当該相対位置を通過した光� ��の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す (図78)。図48において、(X,Y)は、横収差を観測� ��る像面上の位置を示す。すなわち、図48は� �(X,Y)で表わされる像面上の9点について横収� �を示している。像面のサイズは、X軸方向が1 2ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの で、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� ��座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測 する像面上の点に集光する光線の光学系に入 射するX成分とY成分の角度を示す。

実施例12
 表31は、実施例12の結像光学系の仕様を示す 表である。

 本実施例において第2の反射鏡107の反射面 に絞りを設置した。

 表32は、第1乃至第3反射面の形状を決める係 数を示す表である。

 第1乃至第3反射鏡の反射面の形状は、それ� �れの面のローカル座標によって以下の式に� �って表せる。
表32によれば、第1乃至第3反射鏡の反射面の� �状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。この� ��とは、第1乃至第3反射鏡の反射面のYZ断面形 状は、ローカル座標のZ軸に関して非対称で� �ることを示す。本実施形態においては、効� �的に迷光を遮光するように、第2の反射鏡107� ��反射面に絞りを設置したので、YZ断面にお� �る光軸の変化角度が大きくなる。したがっ� �、YZ断面形状がローカル座標のZ軸に関して� �称であると、コマ収差または非点収差が大� �くなる。そこで、コマ収差または非点収差� �小さくするように、YZ断面形状を、ローカル 座標のZ軸に関して非対称としている。

 図49は、実施例12の結像光学系のYZ断面図� ��ある。本実施例において、視野(物体面)と� �面は平行であり、視野中心の光軸と像面の� �軸とは平行で向きも同じである。

 図50は、実施例12の結像光学系の構成を示 す図である。

 図51は、実施例12の結像光学系の歪曲収差 を示す図である。点線がリファレンス格子を 示す。

 図52は、実施例12の結像光学系の横収差を 示す図である。図52は、子午像面(Y-FAN)および 球欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸� �各像面における絞り面上での光線の通過す� �相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、 絞り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は 各像面上の主光線Lが通過する像面上の座標� �0とした場合に、当該相対位置を通過した光� ��の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す (図78)。図52において、(X,Y)は、横収差を観測� ��る像面上の位置を示す。すなわち、図52は� �(X,Y)で表わされる像面上の9点について横収� �を示している。像面のサイズは、X軸方向が1 2ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの で、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� ��座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測 する像面上の点に集光する光線の光学系に入 射するX成分とY成分の角度を示す。

実施例13
 表33は、実施例13の結像光学系の仕様を示す 表である。

 表34は、第1反射面のトロイダル面形状を決� ��る係数を示す表である。

 表35は、第2および第3反射面の形状を決める 係数を示す表である。

 第2および第3反射鏡の反射面の形状は、そ� �ぞれの面のローカル座標によって以下の式� �よって表せる。

表35によれば、第2および第3反射鏡の反射面� �形状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。こ� ��ことは、第2および第3反射鏡の反射面のYZ断 面形状は、ローカル座標のZ軸に関して非対� �であることを示す。本実施形態においては� �効果的に迷光を遮光するように、第1の反射� ��103と第2の反射鏡107との間に、絞りを設置し たので、YZ断面における光軸の変化角度が大� ��くなる。したがって、YZ断面形状がローカ� �座標のZ軸に関して対称であると、コマ収差� ��たは非点収差が大きくなる。そこで、コマ� ��差または非点収差を小さくするように、YZ� �面形状を、ローカル座標のZ軸に関して非対� ��としている。

 図53は、実施例13の結像光学系のYZ断面図� ��ある。本実施例において、視野(物体面)と� �面は平行であり、視野中心の光軸と像面の� �軸とは平行で向きも同じである。

 図54は、実施例13の結像光学系の構成を示 す図である。

 図55は、実施例13の結像光学系の歪曲収差 を示す図である。点線がリファレンス格子を 示す。

 図56は、実施例13の結像光学系の横収差を 示す図である。図56は、子午像面(Y-FAN)および 球欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸� �各像面における絞り面上での光線の通過す� �相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、 絞り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は 各像面上の主光線Lが通過する像面上の座標� �0とした場合に、当該相対位置を通過した光� ��の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す (図78)。図56において、(X,Y)は、横収差を観測� ��る像面上の位置を示す。すなわち、図56は� �(X,Y)で表わされる像面上の9点について横収� �を示している。像面のサイズは、X軸方向が1 2ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの で、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� ��座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測 する像面上の点に集光する光線の光学系に入 射するX成分とY成分の角度を示す。

実施例14
 表36は、実施例14の結像光学系の仕様を示す 表である。

 表36において、偏心配置は、図1および2の 座標原点Oを基準とした、それぞれの面のロ� �カル座標中心の位置である。回転角度は、� �ーカル座標のX軸まわりの回転角度であり、Y Z断面において、図1および2の座標系を基準と した、反時計回りの角度である。

 ここで、視野中心の光軸に沿った光線と� ��2反射面との交点は、(0,-48.25,13.49))であるが� ��第2反射面の原点(回転非球面の中心軸の通� �点)は、(0,-22.98,71.20)である。このように、第 2反射面の原点は、像面側に大きく偏心させ� �いる。

 表37は、第2反射面の回転対称非球面形状を� ��める係数を示す表である。

 表38は、第1および第3反射面の形状を決める 係数を示す表である。

 第1および第3反射鏡の反射面の形状は、そ� �ぞれの面のローカル座標によって以下の式� �よって表せる。
表38によれば、第1および第3反射鏡の反射面� �形状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。こ� ��ことは、第1および第3反射鏡の反射面のYZ断 面形状は、ローカル座標のZ軸に関して非対� �であることを示す。本実施形態においては� �効果的に迷光を遮光するように、第1の反射� ��103と第2の反射鏡107との間に、絞りを設置し たので、YZ断面における光軸の変化角度が大� ��くなる。したがって、YZ断面形状がローカ� �座標のZ軸に関して対称であると、コマ収差� ��たは非点収差が大きくなる。そこで、コマ� ��差または非点収差を小さくするように、YZ� �面形状を、ローカル座標のZ軸に関して非対� ��としている。

 図57は、実施例14の結像光学系のYZ断面図� ��ある。本実施例において、視野(物体面)と� �面は平行であり、視野中心の光軸と像面の� �軸とは平行で向きも同じである。

 図58は、実施例14の結像光学系の構成を示 す図である。

 図59は、実施例14の結像光学系の歪曲収差 を示す図である。点線がリファレンス格子を 示す。

 図60は、実施例14の結像光学系の横収差を 示す図である。図60は、子午像面(Y-FAN)および 球欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸� �各像面における絞り面上での光線の通過す� �相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、 絞り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は 各像面上の主光線Lが通過する像面上の座標� �0とした場合に、当該相対位置を通過した光� ��の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す (図78)。図60において、(X,Y)は、横収差を観測� ��る像面上の位置を示す。すなわち、図60は� �(X,Y)で表わされる像面上の9点について横収� �を示している。像面のサイズは、X軸方向が1 2ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの で、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� ��座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測 する像面上の点に集光する光線の光学系に入 射するX成分とY成分の角度を示す。

実施例15
 表39は、実施例15の結像光学系の仕様を示す 表である。

 表40は、第2反射面のトロイダル面形状を決� ��る係数を示す表である。

 表41は、第1および第3反射面の形状を決める 係数を示す表である。

 第1および第3反射鏡の反射面の形状は、そ� �ぞれの面のローカル座標によって以下の式� �よって表せる。
表41によれば、第1および第3反射鏡の反射面� �形状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。こ� ��ことは、第1および第3反射鏡の反射面のYZ断 面形状は、ローカル座標のZ軸に関して非対� �であることを示す。本実施形態においては� �効果的に迷光を遮光するように、第1の反射� ��103と第2の反射鏡107との間に、絞りを設置し たので、YZ断面における光軸の変化角度が大� ��くなる。したがって、YZ断面形状がローカ� �座標のZ軸に関して対称であると、コマ収差� ��たは非点収差が大きくなる。そこで、コマ� ��差または非点収差を小さくするように、YZ� �面形状を、ローカル座標のZ軸に関して非対� ��としている。

 図61は、実施例15の結像光学系のYZ断面図� ��ある。本実施例において、視野(物体面)と� �面は平行であり、視野中心の光軸と像面の� �軸とは平行で向きも同じである。

 図62は、実施例15の結像光学系の構成を示 す図である。

 図63は、実施例15の結像光学系の歪曲収差 を示す図である。点線がリファレンス格子を 示す。

 図64は、実施例14の結像光学系の横収差を 示す図である。図64は、子午像面(Y-FAN)および 球欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸� �各像面における絞り面上での光線の通過す� �相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、 絞り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は 各像面上の主光線Lが通過する像面上の座標� �0とした場合に、当該相対位置を通過した光� ��の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す (図78)。図64において、(X,Y)は、横収差を観測� ��る像面上の位置を示す。すなわち、図64は� �(X,Y)で表わされる像面上の9点について横収� �を示している。像面のサイズは、X軸方向が1 2ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの で、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� ��座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測 する像面上の点に集光する光線の光学系に入 射するX成分とY成分の角度を示す。

実施例16
 表42は、実施例16の結像光学系の仕様を示す 表である。

 本実施例において第2の反射鏡107の反射面 に絞りを設置した。

 表43は、第1乃至第3反射面の形状を決める係 数を示す表である。

 第1乃至第3反射鏡の反射面の形状は、それ� �れの面のローカル座標によって以下の式に� �って表せる。
表43によれば、第1乃至第3反射鏡の反射面の� �状を表わす式は、Yの奇数乗項を含む。この� ��とは、第1乃至第3反射鏡の反射面のYZ断面形 状は、ローカル座標のZ軸に関して非対称で� �ることを示す。本実施形態においては、第2� ��反射鏡107の反射面に、絞りを設置したので� ��YZ断面における光軸の変化角度が大きくな� �。したがって、YZ断面形状がローカル座標の Z軸に関して対称であると、コマ収差または� �点収差が大きくなる。そこで、コマ収差ま� �は非点収差を小さくするように、YZ断面形状 を、ローカル座標のZ軸に関して非対称とし� �いる。

 図82は、実施例16の結像光学系のYZ断面図� ��ある。本実施例において、視野(物体面)と� �面は平行であり、視野中心の光軸と像面の� �軸とは平行で向きも同じである。

 図83は、実施例16の結像光学系の構成を示 す図である。

 図84は、実施例16の結像光学系の歪曲収差 を示す図である。点線がリファレンス格子を 示す。

 図85は、実施例16の結像光学系の横収差を 示す図である。図85は、子午像面(Y-FAN)および 球欠像面(X-FAN)に関する横収差を示す。横軸� �各像面における絞り面上での光線の通過す� �相対位置を示す。主光線Lの位置が0であり、 絞り径最外位置がそれぞれ±1となる。縦軸は 各像面上の主光線Lが通過する像面上の座標� �0とした場合に、当該相対位置を通過した光� ��の通過する像面主光線からのズレ量Dを示す (図78)。図85において、(X,Y)は、横収差を観測� ��る像面上の位置を示す。すなわち、図85は� �(X,Y)で表わされる像面上の9点について横収� �を示している。像面のサイズは、X軸方向が1 2ミリメータ、Y軸方向が9ミリメータであるの で、たとえば、(-1,0)は、座標(-6,0)を、(0,1)は� ��座標(0,4.5)を示す。角度のベクトルは、観測 する像面上の点に集光する光線の光学系に入 射するX成分とY成分の角度を示す。

結像光学系の製品
 図72は、本発明の一実施形態による、結像� �学系の製品としての構成を示す図である。� �1の反射鏡103と絞り105とを成型品201として構� ��し、第2の反射鏡107と第3の反射鏡109とを成� �品211として構成している。

 図73は、第1の反射鏡103と絞り105とを含む� ��型品の一実施形態(201)を示す図である。

 図74は、第2の反射鏡107と第3の反射鏡109と を含む成型品の一実施形態(211)を示す図であ� ��。振動に強いボックス構造としている。

 図75は、第2の反射鏡107と第3の反射鏡109と を含む成型品の別の実施形態(213)を示す図で� ��る。

 図76は、第2の反射鏡107と第3の反射鏡109と を含む成型品のさらに別の実施形態(215)を示� ��図である。

 図81は、第1の反射鏡103、第2の反射鏡107お よび第3の反射鏡109をネジでフレーム221に固� �する実施形態を示す図である。第2の反射鏡1 07は、リンク303によって調整ネジ301に固定さ� ��ている。フレーム221に対して調整ネジ301を� ��整方向(水平方向、すなわちZ軸方向)に移動� ��せることにより、第2の反射鏡107を調整方向 (水平方向、すなわちZ軸方向)に移動させるこ とができる。第2の反射鏡107の固定用ネジの� �ジ孔305a、305bおよびリンク303の固定用ネジの ネジ孔305cは、調整方向に伸びている。

 第2の反射鏡107をZ軸方向に移動させる調� �機構を設けた理由は以下のとおりである。� �1の反射鏡103、第2の反射鏡107および第3の反� �鏡109の位置および傾きが所定の分布(ばらつ� ��)を有しているとする。このばらつきを、以 下の移動によって補償する。

1)像面のZ軸方向の移動および第1反射面のY軸� ��向の移動
2)像面のZ軸方向の移動および第1反射面のZ軸� ��向の移動
3)像面のZ軸方向の移動および第2反射面のY軸� ��向の移動
4)像面のZ軸方向の移動および第2反射面のZ軸� ��向の移動
5)像面のZ軸方向の移動および第3反射面のY軸� ��向の移動
6)像面のZ軸方向の移動および第3反射面のZ軸� ��向の移動
7)像面のZ軸方向の移動にのみ

 一方、MTF空間周波数7(lp/mm)に対する、球� �像面および子午像面でのMTF(%)を、視野の中� �および4隅の5点において求め、10点の平均値� ��結像光学系の性能評価値とする。なお、性� ��評価値は、2シグマの確率で実現できる値と する。設計上の性能評価値は71.49%である。

 上記の1)乃至7)の性能評価値(MTF(%))は以下の� ��おりである。
1)31.13
2)31.94
3)32.22
4)38.12
5)32.78
6)32.78
7)7.28

 上記の結果から、第2の反射鏡107をZ軸方� �に移動させるのが、性能評価値を向上させ� �ために最も有効であるので、第2の反射鏡107� ��Z軸方向に移動させる調整機構を設けた。

距離測定装置
 図79は、距離測定装置の概念を示す図であ� �。物体(被写体)までの距離を測定・計測する ために、当該物体を異なる視点から撮影し、 得られる画像間で各画素の対応点を探索し、 対応する画素の視差に基づいて、被写体まで の距離を得ることができる。ここで、異なる 視点間の距離を基線長という。したがって、 通常の距離測定装置では、基線長離して配置 された二つの結像光学系が使用される。

 図80は、本発明の一実施形態による結像� �学系の構成およびその結像光学系を像面の� �軸のまわりに180度回転させた構成を示す図� �ある。dは約33ミリメータであるので、この� �うな構成により基線長約66ミリメータの距離 測定装置が一つの結像光学系によって実現さ れる。赤外線カメラにおいては光学系以外に 受光部の冷却系にコストがかかる。したがっ て、光学系を一つにすることにより、コスト が大幅に低減される。

 本発明によれば、コンパクトで、車両な� ��に搭載して使用することのできる、反射鏡� ��使用した結像光学系が得られる。

 本発明の実施形態の特徴は以下のとおり� ��ある。

 本発明の一実施形態による結像光学系は、� ��1反射面が凸面であり、第1反射面のXZ断面の 焦点距離をfx1、第1反射面のYZ断面の焦点距離 をfy1として、
 0< fy1/L3 <5
 0< fx1/L3 <10
をさらに満たす。

 本発明の他の実施形態による結像光学系は� ��第1反射面が凸面であり、前記窓板および第 1反射面のXZ断面の合成焦点距離をfx1’、前記 窓板および第1反射面のYZ断面の合成焦点距離 をfy1’として、
 0< fx1’/L3 <5
 0< fy1’/L3 <10
をさらに満たす。

 上記の二実施形態によれば、レイアウト� ��法を縮小し、光線のケラレを回避すること� ��できる。また、画角を増大させ、像面に入� ��する画角のテレセントリック性(画面に対し て垂直に入射する度合い)を向上させること� �できる。また、明るさ(Fno.)が向上させ、第1� ��反射面と第2の反射面との間に遮光板を配置 するスペースを確保することができる。

 本発明の他の実施形態による結像光学系は� ��視野中心の光軸に沿った光線の光路に沿っ� ��、第1反射面および第2反射面間の距離をL1、 第1反射面および像面間の距離をLとして、
 0.35 < L1/L <0.5
をさらに満たす。

 本実施形態によれば、コンパクトで像面� ��入射する迷光をできるだけ遮蔽する結像光� ��系が得られる。

 本発明の他の実施形態において、前記第2 反射面が回転対称な非球面である。

 第2反射鏡を回転対称非球面とすると、3� �の反射鏡を全て自由曲面などの回転非対称� �とした場合と比較して、加工痕による解像� �の劣化を防止することができる。

 本発明の他の実施形態において、前記結� ��光学系の収差を減少させるように、視野中� ��の光軸に沿った光線の光路と前記第第2反射 面のとの交点に対して、前記回転対称な非球 面の中心を変位させている。

 本実施形態によれば、光路差が相殺され� ��結像光学系の収差が減少する。

 本発明の他の実施形態において、前記第1 反射面と前記第2反射面との間に、絞りを備� �ている。

 本実施形態によれば、主に物体側から像� ��に進む迷光を遮断することができる。

 本発明の他の実施形態において、前記絞� ��の形状が矩形である。

明るさが同じ矩形形状の絞りと円形形状の 絞りとを比較すると、たとえば、正方形の直 交する辺の方向の開口比は、円形形状の絞り の開口比よりも小さくすることができ解像度 を向上させることができる。

 本発明の他の実施形態による結像光学系� ��、中間結像させない、非リレー光学系であ� ��。

 中間結像させない、非リレー光学系とす� ��ことにより、コンパクトな結像光学系が得� ��れる。

 本発明の他の実施形態による結像光学系� ��、視野中心の光軸と像面の光軸とが異なる� ��きである。

 視野中心の光軸と像面の光軸とが異なる� ��きであるので、物体側からの光が、直接像� ��にはいることはない。

 本発明の他の実施形態による結像光学系� ��、視野中心光軸と像面の光軸とが同じ向き� ��ある。

 視野中心光軸と像面の光軸とが同じ向き� ��あることは、用途によっては好ましい。視� ��中心光軸と像面の光軸とが同じ向きであっ� ��も、遮光板を設置すれば、物体側から像面� ��の光を遮光することができる。

 本発明の他の実施形態による結像光学系� ��反射鏡は、金属コートされたプラスチック� ��らなる。

 プラスチックであるので、成形が容易で� ��価である。

 本発明の他の実施形態による結像光学系� ��、赤外線に使用される。

 ゲルマニウムなどの高価な素材を使用し� ��いで、赤外線用の結像光学系を実現するこ� ��ができる。

 本発明の他の実施形態による結像光学系� ��、ミリ波またはテラヘルツ波に使用される� ��

 複雑な構成を必要とせずに、ミリ波また� ��テラヘルツ波用の結像光学系を実現するこ� ��ができる。

 本発明の他の実施形態による結像光学系� ��、前記第2反射面をZ軸方向に移動させて調� �を行うことができるように構成されている� �

 第2反射面をZ軸方向に移動させて調整を� �うことにより、性能評価値を大幅に向上さ� �ることができる。

 本発明による距離測定装置は、上記のい� ��れかの実施形態による結像光学系を、像面� ��光軸のまわりに180度回転させるように構成� ��ている。

 本発明によれば、結像光学系を一つしか� ��用しないので、大幅にコストが低減できる� ��