(57)【要約】【課題】  偏心光学系およびそれを用いた光学システムにおいて、小型化、多機能化に好適なものとなるようにする。【解決手段】  屈折率が１以上の媒質を有し、媒質の境界面に互いに偏心または傾いて配置された４つの光学作用面が設けられたプリズム１を用い、４つの光学作用面が、入射面３、反射面４、分岐面５、透過面６からなり、入射光束５１が入射面３に入射し、反射面４、入射面３により内部反射され、分岐面５により、反射光路と透過光路とに分岐され、それぞれの光路上の像面７、８に実像を形成するようにする。【選択図】      図１
2006065234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平行な光束を入力光とする偏心光学系であって、
屈折率が１以上の媒質を有し、該媒質の境界面に互いに偏心または傾いて配置された４つの光学作用面が設けられたプリズムを備え、
前記４つの光学作用面により、前記入力光が入射する入射面と、内部に入射された入力光を内部反射する少なくとも２つの内部反射面と、該内部反射面のいずれかにより反射された入力光の光路を透過光路と反射光路とに分岐する分岐面と、前記反射光路を進む入力光を外部に射出する透過面とが構成され、
前記透過光路および前記反射光路上に、それぞれ実像が形成されることを特徴とする偏心光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の偏心光学系において、
前記４つの光学作用面を、前記入力光が進む１つの光路に沿って最初に現れる順に、第１面、第２面、第３面、第４面と称するとき、
第１面が前記入射面および前記内部反射面の１つを、第２面が前記内部反射面の他の１つを、第３面が前記分岐面を、第４面が前記透過面をそれぞれ構成することにより、
前記１つの光路において、前記第１面を透過した入力光が、前記第２面により内部反射されて前記第１面に向かって進み、該第１面により内部反射されて、前記第３面に向かって進む光路を含むことを特徴とする偏心光学系。
【請求項３】
請求項１または２に記載の偏心光学系において、
前記４つの光学作用面のうち少なくとも２面が回転非対称面により構成されたことを特徴とする偏心光学系。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の偏心光学系において、
前記実像が、前記透過光路上でプリズム外部に形成される第１の実像と、前記反射光路上でプリズム内部に形成される第２の実像とを含み、
該第２の実像が形成された後、前記透過面から射出される光が略平行光となり、プリズム外部に射出瞳を形成することを特徴する偏心光学系。
【請求項５】
請求項４に記載の偏心光学系において、
前記射出瞳が形成された後の光路上に集光素子を配置し、
該集光素子の集光位置に受光手段を配置したことを特徴とする偏心光学系。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の偏心光学系において、
近軸焦点距離をＦ、入射瞳径をＤとするとき、次式を満足することを特徴とする偏心光学系。
１≦Ｆ／Ｄ≦１０                                              ・・・（１）
【請求項７】
少なくとも外部からの略平行光を入力光として受光する受光装置を含む光学システムであって、
前記受光装置が請求項１〜６のいずれかに記載の偏心光学系を備えることを特徴とする光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏心光学系およびそれを用いた光学システムに関する。例えば、略平行光を射出したり、焦点面にフォーカスを行ったりする際に好適に用いることができる偏心光学系およびそれを用いた光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射面を互いに偏心、傾斜させて組み合わせたタイプの偏心光学系である反射型光学系が種々提案されている。
例えば、特許文献１、２には、このような反射型光学系として、プリズムタイプのものが記載されている。また、そのような偏心光学系を受光器や表示装置などを組み合わせた光学システムが記載されている。
特許文献１には、反射面が偏心されたプリズムからなる接眼光学系において逆光線追跡した場合、第１面から入射する観察光を第２面により第１面に向けて内部反射し、第１面により第３面に向けて内部反射することで、光路をＺ字状に折り畳んでプリズムの外部に実像を形成するようにした構成が記載されている。
特許文献２には、５面の光学作用面を有するプリズム部材において、第１面から入射する観察光を第２により第１面に向けて内部反射し、第１面により第３面に向けて内部反射して、プリズム部材内部に中間像を形成し、第３面により内部反射して、第４面で内部反射した後、第５面から射出して像面に結像するようにした構成が記載されている。すなわち、第３面以降の光学作用面により、中間像をリレーするものが記載されている。
また、第３面が第５面を兼ねることにより４面の光学作用面からなるようにした構成が記載されている。
【特許文献１】特開平８−３１３８２９号公報（図１、４、６）
【特許文献２】特開２０００−１０５３３８号公報（図１−２４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の偏心光学系およびそれを用いた光学システムには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、プリズム内部で光路をＺ字状に折り畳んでいるので、ある程度小型化が実現されているものの、例えば入射瞳が大きく、焦点距離が長い光学系を構成する場合には、光路長自体が長くなり、装置全体が大型化してしまうという問題がある。
また、特許文献２に記載の技術では、第２面と第３面との間のプリズム部材内部に中間像を形成し、第３面から第５面までの光学系で中間像をリレーするので、プリズム内部の光路長が大きくなり、プリズム自体の大きさが長くなってしまうという問題がある。特に全体の焦点距離が長い場合には、プリズム部材外部の光路長も長くなる結果、装置全体も大きくなってしまうという問題がある。
したがって、例えば空間光通信の光アンテナなど、焦点距離が長く、光路途中で分岐して別機能を設ける必要のある光学系に用いるには不向きであるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、小型化、多機能化に好適な偏心光学系およびそれを用いた光学システム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】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の偏心光学系は、略平行な光束を入力光とする偏心光学系であって、屈折率が１以上の媒質を有し、該媒質の境界面に互いに偏心または傾いて配置された４つの光学作用面が設けられたプリズムを備え、前記４つの光学作用面により、前記入力光が入射する入射面と、内部に入射された入力光を内部反射する少なくとも２つの内部反射面と、該内部反射面のいずれかにより反射された入力光の光路を透過光路と反射光路とに分岐する分岐面と、前記反射光路を進む入力光を外部に射出する透過面とが構成され、前記透過光路および前記反射光路上に、それぞれ実像が形成される構成とする。
このような構成によれば、入力光は、入射面を透過してから少なくとも２回内部反射し、分岐面により透過光路を進む光と反射光路を進んで透過面から射出される光とに分岐される。そして透過光路上、反射光路上にそれぞれ実像が形成される。このような分岐光学系は４つの光学作用面がプリズムに一体化された部材として形成されるので、組立時の各光学作用面間の光軸調整や位置出しなどの手間がかからず容易に配置できるものとなっている。
したがって、例えば、空間光通信などにおいて、一方の光路で受光光から情報信号を検出し、他方の光路で受光光の位置検出を行い追尾光として追尾動作を行う、といった高機能な用途に容易に用いることができるものとなる。
この分岐光学系は、それぞれの光路において、少なくとも３つまたは４つの光学作用面の組合せにより収差補正され、そのうち少なくとも２回は屈折率１以上の媒質の境界面で内部反射される。内部反射面のパワーは、媒質の屈折率が乗じられて比較的大きくなり、そのため内部反射面の曲率を比較的小さく抑えることができる。したがって、収差発生量を抑えて良好な結像性能を有し、比較的明るい結像光学系とすることができる。
そして、反射光路では、少なくとも２回内部反射した後、分岐面で反射されるため、少なくとも３回折り畳まれることにより光路長が長くても光路をコンパクト化することができる。そのため、長い焦点距離を有する結像光学系でも小型化することができる。
【０００６】
なお、本明細書では、光学作用面は、物体表面や媒質の境界面などの面に適宜の処理を施し、マクロに見て、光束に対して反射、屈折、干渉、偏光などの光学作用をなさしめるようにした面を意味する。すなわち、当業者が、例えば反射面、透過面、屈折面、レンズ面、フレネルレンズ面、プリズム面、フィルタ面、偏光面、光学面などと称している面状の光学要素の総称である。したがって、光学作用面を数える場合、例えばコーティングにおける多層膜界面などミクロに光学作用をなす個々の界面を数えるものではない。
【０００７】
また、本発明の偏心光学系では、前記４つの光学作用面を、前記入力光が進む１つの光路に沿って最初に現れる順に、第１面、第２面、第３面、第４面と称するとき、第１面が前記入射面および前記内部反射面の１つを、第２面が前記内部反射面の他の１つを、第３面が前記分岐面を、第４面が前記透過面をそれぞれ構成することにより、前記１つの光路において、前記第１面を透過した入力光が、前記第２面により内部反射されて前記第１面に向かって進み、該第１面により内部反射されて、前記第３面に向かって進む光路を含むことが好ましい。
この場合、第１面を透過後に、第２面、第１面で内部反射することで、良好な収差補正を行うことができる。
例えば、第１面を負のパワー、第２面を正のパワーというように組み合わせることで、球面収差およびコマ収差を良好に補正することができる。
また、この場合、第１面の内部反射は臨界角以上とすることが望ましい。そのようにすれば、内部反射が全反射により実現されるため、反射コーティングを施す必要がないから、反射コーティングによる入射面での光量損失がなく、入射面と内部反射面とを兼ねるためにはきわめて好都合である。
またこのように臨界角以上で内部反射させることにより、反射角が大きくなる結果、入力光に対して大きな角度で折り畳むことになるため、プリズムを比較的薄くすることが可能となる。
【０００８】
また、本発明の偏心光学系では、前記４つの光学作用面のうち少なくとも２面が回転非対称面により構成されることが好ましい。
この場合、偏心光学系の入射瞳中心を通過し結像面中心に到達する軸上主光線が偏心光学系に対し偏心して入射する場合、偏心によって発生する像の台形歪みや像面の傾きなどの偏心収差を補正することができる。
【０００９】
また、本発明の偏心光学系では、前記実像が、前記透過光路上でプリズム外部に形成される第１の実像と、前記反射光路上でプリズム内部に形成される第２の実像とを含み、該第２の実像が形成された後、前記透過面から射出される光が略平行光となり、プリズム外部に射出瞳を形成する構成とすることが好ましい。
この場合、第２の実像を形成してから、透過面により略平行光として射出し、プリズム外部に射出瞳を形成するので、射出瞳位置を観察者の瞳孔とすることで、偏心光学系で、拡大した虚像を観察する、いわゆる望遠鏡として用いることができる。
また、射出瞳位置に、光学素子、例えば、反射ミラーなどを配置する場合、入力光の入射画角が変化する場合でも、光束が射出瞳内にとどまるから、光学素子の光学作用面を比較的小さく構成することができるので、光学素子をコンパクトに設けることができる。
それにより多機能でありながらコンパクトな偏心光学系を形成することができる。
なお、この場合、射出瞳は透過面の近傍に形成することが望ましい。そうすれば、光学素子を配置する場合に、透過面に近接して配置でき、よりコンパクトな構成とすることができる。
【００１０】
また、本発明のプリズム外部に射出瞳を形成する偏心光学系では、前記射出瞳が形成された後の光路上に集光素子を配置し、該集光素子の集光位置に受光手段を配置した構成とすることが好ましい。
この場合、集光素子により受光手段上に集光されることで、分岐面で分岐された光を受光手段上で検出することができる。例えば、射出瞳にガルバノミラーなどの光偏向素子を配置し、受光手段としてＰＤなどの受光素子を配置することで、受光素子により入力光の画角変動による方向ずれを検出し、その画角変動を打ち消すように光偏向素子を駆動して入力光の傾きを補正する、といったことが可能となる。
【００１１】
また、本発明の偏心光学系では、近軸焦点距離をＦ、入射瞳径をＤとするとき、次式を満足することが好ましい。
１≦Ｆ／Ｄ≦１０                                              ・・・（１）
この場合、Ｆ／Ｄの範囲を条件式（１）の範囲とするので、偏心光学系の形態をバランスのとれたものとすることができる。
すなわち、Ｆ／Ｄが上限値１０を超えて大きいと、入射瞳径Ｄに対して光路長が長くなりすぎるため、プリズムが大きくなるか、バックフォーカスが大きい光学系となりコンパクトな光学系とすることができない。また、下限値１より小さいと近軸焦点距離Ｆに対して入力光の光束径が大きくなり、ＮＡが大きくなる結果、球面収差、コマ収差などが大きくなり、収差補正が困難になってしまう。そこでその間の値をとることにより、それらの問題を回避して偏心光学系の形態をバランスのとれるようにするものである。
【００１２】
なお、よりバランスのよい偏心光学系とするためには、Ｆ／Ｄは、上記より狭い範囲にあることが好ましい。例えば、上限値は、６または４であることが好ましく、下限値は、１．１または１．２であることが好ましい。例えば、
１．１≦Ｆ／Ｄ≦６                                          ・・・（１ａ）
であることが好ましく、
１．２≦Ｆ／Ｄ≦４                                          ・・・（１ｂ）
であることがより好ましい。
【００１３】
本発明の偏心光学系を用いた光学システムは、少なくとも、略平行光を入力光として受光する受光装置を含む光学システムであって、前記受光装置が本発明の偏心光学系を備える構成とする。
このような構成によれば、本発明の偏心光学系を受光装置に備えるようにしたので、本発明の偏心光学系と同様の作用効果を有する光学システムとなる。このような光学システムとしては、例えば、追尾機能を有する空間光通信の受光装置または送光装置を兼ねた送受光装置、望遠鏡、焦点面にフォーカスを行う観察システムなどを挙げることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る偏心光学系によれば、少なくとも２つの内部反射面と分岐面とを含む４つの光学作用面を有するプリズムにより分岐光学系を構成するので、多機能化が可能な光学系とすることができ、また比較的長い焦点距離であっても光路を折り畳んで小型化することができるという効果を奏する。
また本発明に係る光学システムによれば、そのような偏心光学系を用いるので、小型で多機能化が可能な装置とすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る偏心光学系について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る偏心光学系の一例について説明するための軸上主光線を含む断面における光路図である。図２（ａ）、（ｂ）は、図１の反射光路、透過光路をそれぞれ分けて描いた光路図である。
図中の座標軸は、後述する数値実施例の計算に用いるＸＹＺ座標系を示し、光束の進行方向がＺ軸方向と一致し、紙面手前から奥側がＸ軸方向と一致される。そして、垂直方向（Ｙ軸方向）の画角が０°、±１°の光線をそれぞれ主光線と２本の従属光線とにより描いている（以下、光路図では、特に断らない限り同様である）。
【００１６】
本発明の第１の実施形態に係る偏心光学系について説明する。
本実施形態のプリズム１（偏心光学系）は、図１に示すように、図示左方向から、略平行光束である入射光束５１（入力光）を入射することにより、２方向に光路を分岐し、それぞれプリズム外部に実像を形成できるようにした結像光学系を構成するものである。そして、近軸焦点距離をＦ、入射瞳径をＤとするとき、上記の条件式（１）を満足している。
プリズム１の材質は、屈折率１以上の媒質から構成される。そのような媒質としては、例えばガラス、合成樹脂などが採用できる。
プリズム１の媒質と空気との境界面には、少なくとも入射面３、反射面４（内部反射面）、分岐面５、透過面６の４つの光学作用面が形成される。各光学作用面はそれぞれ適宜の曲率を有しており、紙面垂直方向で各位置の曲率に応じた断面形状を有するものの、概略形状としては、略同じ断面を有する略柱状の立体として形成される。
以下では、説明を簡単にするために、入射光束５１がＹ軸方向に画角を有する場合の２次元光路を中心に説明する。それらの説明を、Ｘ軸方向に画角を有する場合の３次元光路に拡張することは容易である。
【００１７】
４つの光学作用面は、プリズム１の外周方向の図示反時計回りに、入射面３、透過面６、反射面４、分岐面５、の順に配列されている。本実施形態では、分岐面５と入射面３との間には、光学作用面として使用されない境界面が形成されている。
そして、入射光束５１が、入射面３、反射面４、入射面３、分岐面５、透過面６にこの順に到達した後、プリズム１外部に収束光が射出される１つの光路が形成されている。なお、以下では、入射面３、反射面４、分岐面５、および透過面６を、この光路において最初に到達する順に、それぞれ第１面、第２面、第３面、および第４面とも称する。
これら４つの光学作用面のうち、少なくとも２面に回転非対称の曲面である自由曲面を採用する。このような自由曲面を表す自由曲面式については、後述する数値実施例の中で構成パラメータとともに説明する。
【００１８】
軸上主光線５０は、図１に示したように、物体側から入射瞳を形成する開口絞り２の中心に直交し、プリズム１の内部に至る光線として定義する。すなわち、軸上主光線５０は、開口絞り２の中心を通る入射角０°の光線であり、各光学作用面に到達して方向を屈曲され光学系の基準軸をなす。
座標系は、光線追跡において、開口絞り２の中心を偏心光学系の偏心光学面の原点Ｏとして（ただし、図示の座標軸は光路との重なりを避けるために原点位置をずらしている）、軸上主光線５０に沿う方向をＺ軸方向とし、物体側から偏心光学系の開口絞り２に面した面（入射面３）に向かう方向をＺ軸正方向とし、紙面をＹ−Ｚ平面とし、紙面の表から裏へ向かう方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とする。
以下、各光学作用面について説明する。
【００１９】
入射面３（第１面）は、軸上主光線５０に対して、Ｘ軸回りに偏心または傾いて配置された光学作用面である。そして、入射光束５１を屈折して、第２面に導くとともに、第２面で反射された光を内部反射することにより、第３面に向けて反射するようになっている。
この内部反射は、入射時の透過率を良好にするために第２面からの反射光の入射角が臨界角以上となり全反射している。
【００２０】
本実施形態では、プリズム１の媒質の使用波長における屈折率をＮ、第１面における第２面で反射された全画角の主光線の入射角をθ１ａｌとするとき、次式を満足するようにする。
０．９・ｓｉｎ−１（１／Ｎ）≦θ１ａｌ≦１．５・ｓｉｎ−１（１／Ｎ）
・・・（２）
条件式（２）は、入射角θ１ａｌの光が、第１面で略全反射される範囲を規定している。入射角θ１ａｌがこの範囲を満足することで、内部反射面としての第１面に入射する第２面から反射された光を全画角において略全反射させることができるので、第１面を反射コートまたはハーフミラーコートすることなく内部反射面とすることができる。
入射角θ１ａｌが、上限値を超えて大きくなると、入射角が大きくなりすぎ、プリズム１で補正しきれない大きなコマ収差が発生する。また、下限値を超えて小さくなると、第１面における入射角が臨界角より小さくなりすぎ、反射コーティングをする必要が生じ、透過面としての第１面の透過率が低下してしまう。
なお、下限値は、全画角において全反射させるために、ｓｉｎ−１（１／Ｎ）とすることがより好ましい。例えば、
ｓｉｎ−１（１／Ｎ）≦θ１ａｌ≦１．５・ｓｉｎ−１（１／Ｎ）
・・・（２ａ）
を満足することがより好ましい。
【００２１】
また、第１面の偏心収差量を良好な範囲とするために、第１面において第２面で反射された光の軸上主光線５０と交差する位置での軸上主光線５０の入射角をθ１ｎとするとき、次式を満足するようにする。
４０°≦θ１ｎ≦６０°                                        ・・・（３）
条件式（３）は、内部反射面としての第１面において発生する偏心収差量が良好となる入射角θ１ｎの範囲を規定している。
入射角θ１ｎが上限値を超えて大きくなると、特に軸上のコマ収差量が大きくなりすぎる。また下限値を超えて小さくなると、第１面で反射された光が第２面側にも戻ってくるため、その光を受けるように第３面を配置しようとすれば、第２面と干渉して配置できなくなる恐れが生じる。
【００２２】
また入射面３は、第２面で反射された光を良好に収差補正するためには、負のパワー備えることが好ましい。
そして、偏心収差を低減するために、例えば、非球面または自由曲面を採用することが好ましい。自由曲面は、例えば、傾斜方向に非対称でＹ−Ｚ面に関して対称な回転非対称な曲面を採用することができる。
【００２３】
反射面４（第２面）は、第１面を透過した入射光束５１を集光しつつ、第１面に向けて内部反射することで、光路を折り畳むための光学作用面である。そして第１面で屈曲された軸上主光線５０に対して偏心して配置される。そして、本偏心光学系の主な正のパワーを有する光学作用面とされている。
反射面４は、所定の曲面に加工された媒質の境界面に適宜の反射膜コーティングを施すことにより製作できる。
反射面４は、光を屈折率が１以上の媒質内部に反射する内部反射面とされているので、比較的小さな曲率でも大きなパワーを持たせることができる。ただし、偏心配置していることによる偏心収差が発生するので、この偏心収差を補正するために反射面４を自由曲面で構成することが好ましい。自由曲面は、例えば、傾斜方向Ｙ−Ｚ内において非対称で、Ｘ−Ｚ面内において対称な回転非対称な曲面を採用することができる。
このような回転非対称面を採用する場合、非対称な位置によって正のパワーと負のパワーとを同時に有する構成としてもよい。そうすれば、非対称な配置によって発生する偏心収差を良好に補正することができる。
【００２４】
分岐面５（第３面）は、第２面および第１面で内部反射された光を、内部反射して透過面６に向う反射光と、プリズム１外部に透過して、像面７に結像する透過光とに分岐する光学作用面である。そして、第１面で内部反射された光の軸上主光線５０に対して偏心または傾いて配置される。
分岐面５で分岐された反射光、透過光の光路を、以下では、それぞれ反射光路、透過光路と称する。
【００２５】
分岐面５の面形状は、透過光路において透過光をプリズム１の外部の適宜位置の像面７に結像して実像を形成するとともに、反射光路において内部反射される反射光を透過面６と組み合わせてプリズム１の外部の適宜位置の像面８に結像して実像を形成できるならばどのような面形状でもよい。例えば、プリズム１の外側に向かって凸面または凹面を含む面、平面、または回転非対称な面等を必要に応じて採用することができる。
回転非対称面を採用する場合、例えば非対称な位置によって正のパワーと負のパワーとを同時に有する構成としてもよい。
分岐面５を平面にした場合には、反射光、透過光の結像性能を略同等にすることができる。また平面にすれば、分岐面５を削り加工する場合にはその加工自体が、成形により製造する場合はその金型加工が平面加工となるので、製作が容易であり、コストダウンを図ることができる。
【００２６】
分岐面５は、媒質の境界面に、内部入射光に対する反射率を制御する反射コーティング、ハーフミラーコーティングなどの表面処理を行うことにより製作することができる。
また、例えば反射率をあまり高くする必要がない場合などには、媒質の屈折率と空気の屈折率の差によって生じる反射によって、光路を分岐するようにして、反射コーティング、ハーフミラーコーティングなどの表面処理を省略してもよい。その場合には、手間のかかる表面処理が不要となるので安価に製作できるという利点がある。
【００２７】
本実施形態では、プリズム１の媒質の使用波長における屈折率をＮ、第３面における第１面で反射された全画角の主光線の入射角をθ３ａｌとするとき、次式を満足するようにする。
０．１・ｓｉｎ−１（１／Ｎ）≦θ３ａｌ≦０．９５・ｓｉｎ−１（１／Ｎ）
・・・（４）
条件式（４）は、入射角θ３ａｌの光が、第３面で良好に分岐される入射角の範囲を規定している。
入射角θ３ａｌが、上限値を超えて大きくなると、入射角が大きくなりすぎ、反射される光の割合が大きくなりすぎるか、臨界角を超える場合には全反射されてしまう。また、下限値を超えて小さくなると、第３面で反射された光が第１面側に戻ってくるため、その光を受けるように第４面を配置しようとすれば、第１面と干渉して配置できなくなる恐れが生じる。
【００２８】
また、第３面の偏心収差量を良好な範囲とするために、第３面において第１面で反射された光の軸上主光線５０と交差する位置での軸上主光線５０の入射角をθ３ｎとするとき、次式を満足することが好ましい。
５°≦θ３ｎ≦３５°                                          ・・・（５）
条件式（５）は、内部反射面としての第３面において発生する偏心収差量が良好となる入射角θ３ｎの範囲を規定している。
入射角θ３ｎが上限値を超えて大きくなると、像高の差による反射位置の差が大きくなるため、偏心収差、特に像面の倒れ量が大きくなる。また下限値を超えて小さくなると、第３面で反射された光が第１面側に戻ってくるため、その光を受けるように第４面を配置しようとすれば、第１面と干渉して配置できなくなる恐れが生じる。
【００２９】
透過面６（第４面）は、反射光路上に配置され、分岐面６で反射された光を透過させてプリズム１の外部に射出し、像面８に実像を形成するための光学作用面である。そして、分岐面６と略平行または浅い角度で偏心または傾いて配置される。
本実施形態では、図１に示すように、分岐面５と透過面６とは、図示断面において入射面３と反射面４に挟まれる位置に形成される。そのため、分岐面５から透過面６に向かう光路は、入射面３から反射面４に向かう光路、および反射面４から入射面３に向かう光路にそれぞれ交差する配置とされ、光路がコンパクトに折り畳まれている。
すなわち、軸上主光線５０が反射光路において分岐面５に至るまでの２つの軸上主光線５０と交差している。つまり軸上主光線５０がプリズム１内で少なくとも１回交差している例となっている。
透過面６は、像面８に実像が形成されれば、どのような面形状であってもよいが、例えば、偏心収差を補正するためには回転非対称面とすることが好ましい。
【００３０】
次に、各光学作用面の相対的な傾きについて説明する。
各光学作用面の偏心量または傾きを表すため、開口絞り２の中心を通る軸上主光線５０と直交する平面を傾き基準面とする。
そして、図１に示すように、第２面の傾きを表すため、第１面を透過して第２面に入射する軸上主光線５０と第２面との交点における接平面の傾きを傾き基準面から測って、傾き角θ２とする。
また、第３面の傾きを表すため、第１面で反射された軸上主光線５０と第３面との交点における接平面の傾きを傾き基準面から測って、傾き角θ３とする。
また、第４面の傾きを表すため、第３面で反射された軸上主光線５０と第４面との交点における接平面の傾きを傾き基準面から測って、傾き角θ４とする。
これらは、他の図、例、実施形態でも同様に定義するものとする。
【００３１】
このとき、傾き角θ１、θ２、θ３、θ４は、次式の少なくともいずれかを満足することが好ましい。
５０°≦｜θ３−θ２｜≦１２０°                              ・・・（６）
｜θ４−θ３｜≦４０°                                        ・・・（７）
【００３２】
条件式（６）は、第２面と第３面との間の相対的な傾きが好適となる傾き角の範囲を規定している。
｜θ３−θ２｜が上限値を超えて大きくなると、第２面と第３面のとのなす角が小さくなりすぎ、第３面で反射された光が第２面側に反射されるため、第２面で反射されて第１面に向かうべき光が第３面で蹴られないように第３面を配置することが困難になる。また、下限値を超えて小さくなると、第２面と第３面とのなす角が大きくなりすぎ、プリズム１が大型化する。
【００３３】
条件式（７）は、第３面と第４面との間の相対的な傾きが好適となる傾き角の範囲を規定している。
すなわち、条件式（７）によれば、第３面と第４面との平行度が０〜４０°の範囲にある。そのため、焦点面における像面の倒れを小さいものとすることができ、小型で高性能な偏心光学系を構成することができる。
｜θ４−θ３｜が上限値を超えて大きくなると、第３面で反射されて第４面に向かう光が第４面で大きく屈折されることで、大きな軸外収差が発生する。
また、焦点面における像面が大きく倒れるので、例えば像面８に結像光を受光するための受光面を配置する場合、プリズム１から離さなければならず、プリズム１を用いる装置が大型化してしまうものである。
【００３４】
なお、｜θ４−θ３｜の範囲は、偏心光学系をより高性能とするためには、条件式（７）の範囲より狭くすることが好ましい。例えば、
｜θ４−θ３｜≦３０°                                    ・・・（７ａ）
とすればより好ましい。
【００３５】
本実施形態のプリズム１の作用について偏心光学系の光路に沿って説明する。
入射光束５１は、開口絞り２により光束径を入射瞳径Ｄの大きさに規制され、透過面３に入射する。
入射面３が軸上主光線５０に対してＸ軸回りに偏心または傾いて配置されているので、入射光束５１が屈曲されて入射光軸外に向かって進む。
そして、媒質内を進み反射面４に到達して内部反射される。反射面４が正のパワーを有し、Ｘ軸回りに偏心しているので、光束は集光されつつ、入射面３に向かって進む。ここで、反射面４の面形状を回転非対称面とすれば、偏心収差の発生を低減することができる。
【００３６】
反射面４で内部反射された光は、入射面３により分岐面５に向けて内部反射される。このように、入力光はプリズム１の媒質内でＺ字状に折り畳まれて分岐面５に向かって進む。
【００３７】
このとき、本実施形態では、反射面４により反射された全画角の主光線の入射角θ１ａｌが条件式（２）を満足するので、画角が変っても、すべての光は全反射されるかまたは略全反射に近い条件で反射される。そのため、入射面３は反射コートまたはハーフミラーコートなどを施さなくても、良好な内部反射面となるので、反射コーティングなどの影響により、入射面３に入射する入力光に光量損失が生じるのを防ぐことができる。
また、入射角θ１ａｌが条件式（２）を満足するので、コマ収差の発生が抑制される。
また、入射角θ１ｎが条件式（３）を満足するので、軸上のコマ収差が抑制される。
そして、入射面３は内部反射面として負のパワーを備えるので、反射面４により発生した偏心収差を低減することができる。特に、傾斜方向に非対称でＹ−Ｚ面に関して対称な回転非対称な曲面とすれば、傾斜方向に必要に応じてパワーを変えることでより良好な収差補正を行うことができる。
【００３８】
そして、入射面３で内部反射された光は、入射面３の曲率に応じた光学作用を受けつつ、分岐面５に入射し、分岐面５により、透過光と反射光とに光路が分岐される。
【００３９】
反射光路では、分岐面５により内部反射される光が、図２（ａ）に示したように、内部反射面としての分岐面５の曲率に応じた光学作用を受けつつ、プリズムの外周方向において入射面３と反射面４との間に挟まれて配置された透過面６に向かって進む。このとき、入射面３から反射面４に向かう光の軸上主光線と、反射面４から入射面３に向かう光の軸上主光線とそれぞれ交差して進む。
そして、透過面６の正のパワーにより、収束光とされて、プリズム１外部に射出され、像面８に実像を形成する。
一方、透過光路では、分岐面５を透過する光が、図２（ｂ）に示したように、透過面としての分岐面５の曲率に応じた光学作用を受けて、収束光として、プリズム１外部に射出され、像面７に実像を形成する。
そこで、像面７、８に、例えば、ＰＤなどの受光器、ＰＳＤなどの位置検出センサ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの撮像素子、といった受光手段を配置することにより、入射光束５１の情報を得ることが可能となり、種々の装置、光学システムの一部を構成することができる。
【００４０】
このようなプリズム１によれば、像面８に結像する反射光路では、屈折率１以上の媒質内で３つの光学作用面により３回反射されてコンパクトに折り畳まれているので、光路長の長い場合でもコンパクトな偏心光学系とすることができる。
また、光学作用面の曲率の大きさに比べて比較的大きなパワーを有する、屈折率１以上の媒質中の内部反射面における反射を３回受けることにより、それぞれの内部反射面により収差補正することが可能となるので、光学性能を向上することができる。
また、条件式（１）を満足するので、入射瞳径Ｄに対する近軸焦点距離Ｆの比が良好な範囲となり、球面収差、コマ収差などを良好に保った比較的コンパクトな偏心光学系とすることができる。
また、条件式（１）〜（７）を満足することで、それぞれ良好な結像性能を保ちつつ、バランスのとれた形状のプリズムとして一体化された偏心光学系を構成することができる。
したがって、例えば望遠鏡や空間光通信用の光学系など、比較的長い光路長と、解像度、明るさなど比較的高い結像性能とを必要とする光学系に用いることにより、小型軽量化、低コスト化を図ることができるという利点がある。
【００４１】
また、４つの光学作用面のうち少なくとも２面は回転非対称面とするので、それらを軸上主光線５０に対して従属光線の側に非対称な曲面として、組み合わせることにより像の台形歪みや像面の傾きなどの偏心収差を補正することができるから、偏心収差の少ない高性能な偏心光学系とすることができる。
その際、４面全部を回転非対称面としてもよい。そのように回転非対称面の数を増やしていけば、それに応じてより高精度な収差補正が可能となる。また補正量が各光学作用面に分担される結果、個々の曲面が製作容易な形状となるという利点がある。
なお回転非対称面の面数は、必要な偏心収差の補正が可能であれば、１面あるいは０面として、製作の容易な回転対称面や平面を採用してもよい。そうすれば、製作費を低減することができる。
【００４２】
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る偏心光学系の第１変形例について説明するために、それぞれ反射光路、透過光路に分けて描いた、軸上主光線を含む断面における光路図である。
【００４３】
本変形例の偏心光学系は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態のプリズム１に代えて、プリズム１１（偏心光学系）からなるものである。
プリズム１１は、本実施形態のプリズム１の、入射面３、反射面４、分岐面５、透過面６に代えて、それぞれ入射面１３（第１面）、反射面１４（第２面）、分岐面１５（第３面）、透過面１６（第４面）を備える。
プリズム１１は、分岐面１５の面形状として、平面を採用している点がプリズム１と異なる。そして、他の光学作用面は、分岐面１５を平面とすることにより、像面７、８に良好に結像できるように、それぞれの面形状、偏心量、パワーなどの構成を変えたものである。各条件式なども同様に適用される。
【００４４】
このような構成によれば、４つの光学作用面の１つを平面としているので、光学作用面の加工が容易となり製造コストを低減することができる。
また、透過光路側の射出面である分岐面１５を平面とすることにより、透過光路側の部品配置や位置決めが容易となり、他の装置に組み込んだり、他の光学素子とともに用いたりする場合に、組立やレイアウト配置が容易となるという利点がある。
【００４５】
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る偏心光学系の第２変形例について説明するために、それぞれ反射光路、透過光路に分けて描いた、軸上主光線を含む断面における光路図である。
【００４６】
本変形例の偏心光学系は、本実施形態のプリズム１に代えて、プリズム２１（偏心光学系）からなるものである。
プリズム２１は、本実施形態のプリズム１の、入射面３、反射面４、分岐面５、透過面６に代えて、それぞれ入射面２３（第１面）、反射面２４（第２面）、分岐面２５（第３面）、透過面２６（第４面）を備える。
プリズム２１は、第４面である透過面２６を、プリズムの外周方向において第１面と第３面との間に挟まれる位置に配置した点が、プリズム１と異なる。すなわち、第１面と第２面とで挟まれる境界面４７は、光学作用面としては用いられておらず、例えば面取り形状、取付部型状などとして平面が設けられている。
そして、他の光学作用面は、それに応じて、像面７、８に良好に結像できるように、それぞれの面形状、偏心量、パワーなどの構成を変えたものである。各条件式なども同様に適用される。
【００４７】
このような構成によれば、第３面から第４面に向かう軸上主光線が他の光路の軸上主光線と交わることがないので、反射光路においてプリズム外部に射出される方向を比較的自由にレイアウトすることができる。特に、入射光束５１と平行、もしくは浅い角度で交差する方向へ射出することが容易となる。したがって、光路長が長い場合であっても、入射光束５１に対して直交もしくは９０°に近い角度で交差する方向に配置スペースをとる必要がないから、そのような方向に配置スペースが限られている場合にコンパクトに配置できるという利点がある。
【００４８】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る偏心光学系について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る偏心光学系の一例について説明するために、それぞれ反射光路、透過光路に分けて描いた、軸上主光線を含む断面における光路図である。
【００４９】
本発明の第２の実施形態に係る偏心光学系について説明する。
本実施形態の偏心光学系は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、プリズム７１（偏心光学系）にレンズ１７（集光素子）を組み合わせることにより、入射光束５１をプリズム７１の外部の像面７に第１の実像を形成し、像面８に他の実像を形成するようにしたものである。
すなわち、プリズム７１は、本発明の第１の実施形態のプリズム１の、入射面３、反射面４、分岐面５、透過面６に代えて、それぞれ入射面７３（第１面）、反射面７４（第２面）、分岐面７５（第３面）、透過面７６（第４面）を備える。そして、それら光学作用面は、プリズム１と略同様に折り畳まれた反射光路と透過光路とからなる分岐光学系を構成し、プリズム７１の外部の反射光路上に、レンズ１７が配置されているものである。
ただし、それぞれの面形状、偏心量、パワーなどの違いにより、像面７、８の位置は第１の実施形態とは異なっている。また、像面８は、プリズム１１の内部の像面１８に実像（第２の実像）を形成してから、透過面７６によりプリズム７１の外部に射出瞳１９を形成し、射出瞳１９を射出した光をレンズ１７により結像して像面８に他の実像を形成している。
以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５０】
入射面７３、反射面７４、分岐面７５は、反射光路において、プリズム７１内に第２の実像を形成できれば、入射面３、反射面４、分岐面５と同様な面形状を採用することができる。そして、それぞれにパワーを配分して、像面１８に第２の実像を形成できるようにする。
また、光路の折り畳みも第１の実施形態と同様のため、各条件式も第１の実施形態と同様に採用することができる。
【００５１】
透過面７６は、像面１８上に結像したあと発散する光を、略平行光束として、プリズム１１外部に射出し、近傍位置に射出瞳１９を形成するための正のパワーを有する光学作用面である。
近傍位置の範囲は、必要に応じて適宜の範囲とすることができる。例えば、偏心光学系の大きさをコンパクトにするためには、透過面１６にできるだけ近い範囲とすることが望ましい。ただし、射出瞳１９に、適宜の光学素子、例えば、レンズ、ミラー、可動ミラーなどを配置する場合には、それらが、透過面７６と干渉しない程度に離れた位置に設けるようにする。
【００５２】
レンズ１７は、透過面６から射出される略平行光束を像面８に結像するための正のパワーを有する光学素子である。レンズ１７の面形状や屈折率は、像面８の位置や、画角の範囲などの必要に応じたものを採用することができる。例えば、球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズ、反射鏡、ＤＯＥ（回折光学素子）、ＨＯＥ（ホログラフィック光学素子）などが採用できる。
【００５３】
このような構成によれば、少なくとも反射光路に射出される光が略平行光束とされ、射出瞳１９が形成されるので、例えば、略平行光束の部分で光を分岐させたり、射出瞳位置に適宜の光学素子を配置したりすることにより、多機能な偏心光学系を構成することができる。
例えば、射出瞳１９に、ガルバノミラーなどの可動ミラーを配置し、像面８に光電変換して、光検出を行う受光手段を配置することで、入射光束５１の入射画角が変っても、可動ミラーの傾きを制御し、一定位置で安定受光できる偏心光学系を容易に形成できる。したがって、例えば、追尾機能を備える空間光通信装置などに用いるのに好適な偏心光学系となる。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施形態の偏心光学系の変形例について説明する。
図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る偏心光学系の変形例について説明するために、それぞれ反射光路、透過光路に分けて描いた、軸上主光線を含む断面における光路図である。
【００５５】
本変形例の偏心光学系は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態のプリズム７１に代えて、プリズム８１（偏心光学系）からなるものである。
すなわち、プリズム８１は、本発明の第２の実施形態のプリズム７１の、入射面７３、反射面７４、分岐面７５、透過面７６に代えて、それぞれ入射面８３（第１面）、反射面８４（第２面）、分岐面８５（第３面）、透過面８６（第４面）を備える。
そして、入射面８３、反射面８４、内部反射面としての分岐面８５により、プリズム８１内部の像面１８に第２の実像が形成されるようになっている。
そして、透過面８６として、平面が採用される点が本実施形態のプリズム７１と異なっている。
【００５６】
このため、プリズム８１を用いて、反射光路に射出瞳を形成するためには、他の光学素子を併せて用いる必要がある。
例えば、一方の面が平面で、他方の面が正のパワーを備える平凸レンズを透過面８６に貼り合わせたり、近接して配置したりすることができる。
例えば、プリズム７１において透過面７６の代わりに平面を設けたものをプリズム８１とし、透過面７６の面形状と平面とで構成されるレンズ素子を貼り合わせることで、プリズム７１と全く同様な性能を有する偏心光学系を構成することができる。
【００５７】
このような構成によれば、例えば、射出瞳１９の位置を変えたい場合など、プリズム８１とともに用いる他の光学素子の形状や、媒質の屈折率などを変えることで容易に可変できるという利点がある。
したがって、射出瞳１９の位置を変えるために、他の光学作用面の設計を変えたり、新たなプリズムを製作し直したりする必要がなくなるので、プリズム８１を汎用性のある安価な部品として用意することができる。
例えば、プリズム８１をプラスチック成形などで製作し、必要に応じて他の光学素子をレンズ素子などとして設けることにより、汎用性を高めて金型コストを低減することができる。
【００５８】
なお、本変形例の構成で、適宜の光学作用面のパワーを変えることで像面１８がプリズム外部に形成されるようにすれば、本発明の第１の実施形態において、第４面を平面で構成した場合の例になるものである。
【００５９】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る光学システムについて説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る光学システムの概略構成について説明するための模式説明図である。
本発明の第３の実施形態に係る光学システム１００について説明する。
光学システム１００は、外部からの略平行光を受光して追尾しつつ、略平行光を外部に送光することができるもので、その概略構成は、集光ユニット６０とジンバルステージ４４（移動機構）とからなる。
【００６０】
集光ユニット６０は、筐体４３、偏心光学系４０、受光素子２９、制御装置４１（位置制御手段）、偏向制御手段６２ａ、受光素子４６（受光手段）、受光素子６３、光源４５、光路分割手段４７、４８、コリメートレンズ５２、５３および入力信号制御装置４２を備える。
筐体４３は、後述する各部材を一体に保持する保持部材と外装部材とを兼ねた部材であり、例えば、箱形などの適宜形状とされている。そして、その外表面の一部に入射光束５１の入射瞳となる開口部である開口絞り４３ａが設けられている。すなわち、通常の使用状態において入射光束５１が筐体４３に照射されたとき、最初に入射光束５１の光束径を規制する実質的な絞りとして設けられており、上記の開口絞り２を具現化する部材となっている。
開口絞り４３ａは、筐体４３と別部材で形成されてもよく、厳密に筐体４３の外表面に設ける必要もない。例えば、通常の使用状態において入射光束５１をける恐れのない形状であれば、フレア光の入射を防止するフードなどが開口絞り４３ａの回りに設けてもよい。
また、開口絞り４３ａは、光学的に開口していればよく、例えば集光に必要な波長光を透過させるカバーガラスなどで覆ってもよい。
【００６１】
偏心光学系４０は、本発明の第２の実施形態に係る偏心光学系であるプリズム７１およびレンズ１７からなる。そして、開口絞り４３ａが開口絞り２の位置となるように筐体４３に適宜の支持部材（不図示）を介して固定される。偏心光学系４０は、図５に示し、第２の実施形態に説明したとおりの構成を有するので、個々の説明は省略する。なお、図７では、第２の実施形態のプリズム７１を模式的に表している。
反射ミラー６１は、プリズム７１の反射光路を通ってプリズム外部に射出される略平行光を反射して光路を屈曲させるものである。そして、射出瞳１９の近傍位置に略平行光を必要に応じて偏向するガルバノミラー６２が配置され、略平行光をレンズ１７に導くようになっている。そして像面８（図５（ａ）参照）に相当する位置に、例えば入射光束５１から情報信号を取り出すために光電変換を行う受光素子４６が配置されている。
受光素子２９は、入射光束５１をプリズム７１の透過光路を通して受光することにより、その入射方向ずれを検知するためのもので、透過光路上の像面７（図５（ｂ）参照）に配置されている。
制御装置４１は、受光素子２９の光出力を入力信号として、受光素子２９に結像される光束の結像位置を検出し、目標位置からのずれを演算して、集光ユニット６０の位置ずれ量を算出して位置検出信号（検出出力）を生成するとともに、その算出結果に応じて集光ユニット６０を移動させるための制御信号（検出出力）を生成するための装置である。
【００６２】
受光素子６３は、ガルバノミラー６２で反射されコリメートレンズ５３により集光された光が光路分割手段４８により分岐された光路上に配置され、分岐光を受光することで、制御装置６３ａに検出出力を送るための位置検出素子である。
制御装置６３ａは、受光素子の検出出力から位置ずれ量を算出する位置検出信号を生成する制御手段である。
偏向制御手段６２ａは、制御装置６３ａの位置検出信号に基づき、受光素子４６上の結像位置のずれを補正すべく、ガルバノミラー６２の偏向角を制御するための手段である。
入力信号制御装置４２は、受光素子４６で受光され、光電変換された電気信号に適宜の信号処理を施し、集光ユニット６０外部の機器に送出するための装置である。
また、光源４５は、ＬＤ（半導体レーザ）であり図示しない出力制御装置からの信号に基づき、光信号を出力する。射出光はコリメートレンズ５２により拡がり角が最適化された略平行光とされ、ガルバノミラー６２とレンズ１７との間の光路に配置された光路分岐手段４７により、偏心光学系４０の光軸に沿う光路に合成されるように配置される。そして、射出光が、受光光と逆に光路をたどって偏心光学系４０の開口絞り４３ａから、装置外部に出射され、離れた場所にある同様の受光部に向けて光信号として送信される。
なお、以上では送受光可能な場合の例で説明したが、受光素子、その他の関連部分を省略すれば、送光専用とすることもできる。
【００６３】
ジンバルステージ４４は、集光ユニット６０を２軸方向に姿勢制御可能に保持する移動機構であり、ティルト駆動部４４ａおよび水平回転駆動部４４ｂが支持台４４ｃ上に保持され、ティルト駆動部４４ａと水平回転駆動部４４ｂとの移動量を制御するための駆動制御手段４４ｄを備えてなる。
水平回転駆動部４４ｂとティルト駆動部４４ａは、それぞれ鉛直軸回りの回転と水平軸回りの所定角の回転とが可能とされ、それぞれの回転角制御可能な制御モータ（不図示）などによる機構により、駆動可能とされる。
駆動制御手段４４ｄは、制御装置４１が生成した制御信号に基づき、ティルト駆動部４４ａ、水平回転駆動部４４ｂの回転駆動量を算出して、所定の回転駆動を行うための手段である。
【００６４】
本実施形態の光学システム１００によれば、入射光束５１が開口絞り４３ａに入射すると、受光素子２９、６３、４６に結像する。そして受光素子４６からは、入射光束５１の搬送する入力信号を取り出して送出することができる。
その際、入射光束５１の光路が変動したり、集光ユニット６０の向きが不適切だったりすることにより開口絞り４３ａに対して入射画角を持つと、それぞれの結像位置がずれる。しかし本実施形態では、受光素子２９上の結像位置のずれ量が制御装置４１により検出されるので、駆動制御手段４４ｄに渡される制御信号により、ジンバルステージ４４を駆動することができ集光ユニット６０の姿勢を制御することができる。
また受光素子６３は、結像位置の微小なずれを検出し、制御装置６３ａにより位置検出信号を偏向制御手段６２ａに伝える。それによりガルバノミラー６２の偏向角を可変して結像位置のずれをなくすよう制御することが可能となる。
【００６５】
一般に、光学システム１００で取り出すべき信号は、例えば望遠鏡のように倍率が大きかったり、光通信のように受光量のレベルの変動が信号ノイズとなったりして、入射画角の変動に敏感であることが多い。その結果、ジンバルステージ４４だけで姿勢制御しようとすると、高精度で高速応答性の機構が必要となり、非常に高価な装置となる場合がある。
そこで、ジンバルステージ４４による姿勢制御は、粗動として、制御目標から大きく外れた場合の移動を行うようにし、より精密な位置合わせは、偏向制御手段６２ａにより高速駆動可能なガルバノミラー６２を制御して、受光素子６３上の結像位置が一定となるようにすることができる。そうすれば、高精度高速応答性の機構を設けなくとも、受光素子６３に対して一定の位置に結像させることができ、常に安定した受光状態を維持することができる。
【００６６】
したがって、本実施形態の光学システム１００によれば、第２の実施形態の偏心光学系の作用効果を備えるとともに、入力光を高精度かつ高効率な光追尾を行うことができる光学システムとすることができる。
【００６７】
また、本実施形態では、反射光路と透過光路とで、焦点距離などの結像性能を変えることができるから、入射画角が変動したときの、受光素子２９、６３上の像の移動量を変えることができる。したがって、一方の受光素子で、広範囲の移動量を検知し、他方の受光素子で狭い範囲の移動量を検知するような構成とし、前者の検出信号をジンバルステージ４４の粗動用の制御に用い、後者の検出信号を微動用の制御に用いるようにしてもよい。そうすれば、前者により広範囲の移動を迅速に行い、目標位置に近づいてから後者により精密な微動を行うことにより、全体として高精度な移動制御を行うことが可能となる。
【００６８】
なお、上記の第１または第２の実施形態において、すべての条件式は、適宜組み合わせて用いることができる。
【００６９】
また、上記第１または２の実施形態の説明では、第３面を内部入射光に対する反射率を制御する反射コーティング、ハーフミラーコーティングを施して形成する例で説明したが、第３面を分岐面とするために他のコーティングを採用してもよい。
例えば、偏光ビームスプリッタコーティング（ＰＢＳコーティング）を行い、第３面に到達する光束の偏光状態に応じて分岐を行うようにしてもよい。入力光が第３面に至るまでに偏光状態に応じてＰＢＳコーティングを変えることにより、分岐光量比を調整することができる。また必要なら適宜の偏光子などの偏光状態を偏光する光学素子を適宜の位置に配置してもよい。
また例えば、ダイクロイックビームスプリッタコーティングを行い、第３面に到達する光束の波長に応じて分岐を行うようにしてもよい。
【００７０】
また、上記の第１または２の実施形態の説明では、プリズム外部に２つの像面が形成される例で説明したが、プリズム外部の光路に分岐面を設けて、複数の光路に分岐し、複数の像面を設けてもよい。そうすれば、それぞれの像面に受光素子や位置検出手段を配置することができるから、それらの出力を用いてさらに高精度の位置検出などを行うことができるという利点がある。
【００７１】
また、上記第３の実施形態の説明では、偏心光学系として、プリズム７１とレンズ１７とを用いた例で説明したが、プリズム７１は第２の実施形態の変形例のように、例えばプリズム４１と他のプリズム、レンズなどの光学素子との組合せを用いてもよい。
【００７２】
また、上記第３の実施形態の説明では、ガルバノミラー６２の反射面の大きさが小さくできるように、射出瞳１９の近傍位置にガルバノミラー６２を配置した例で説明したが、例えば、入射画角の変化が小さい場合や、ガルバノミラー６２が十分な有効反射面を有する場合などで、射出瞳１９から離れた位置にガルバノミラー６２を配置してもよい。
また、その場合、偏心光学系は射出瞳を形成しないものであってもよい。すなわち、第３の実施形態の光学システムに用いる偏心光学系として、第１の実施形態の偏心光学系はすべて採用できる。
【００７３】
また、上記第３の実施形態の説明では、変調光を送受光して、空間光通信などに好適に用いることができる光学システムの例で説明したが、本発明の光学システムは、これに限定されるものではない。例えば、望遠鏡として用いることにより、小型でありながら、追尾機能を備えたり、２系統の観察光路を備えたりする高機能の光学システムを構築することができる。このように、本発明の光学システムは、焦点面にフォーカスを行う観察システムに幅広く適用することができる。
【実施例１】
【００７４】
次に、上記に説明した第１の実施形態の偏心光学系の第１の数値実施例を、図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
下記に第１の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。図２（ａ）、（ｂ）に表記されたｒｉ、ｄｉ（ｉは整数）は、下記に示す光学系の構成パラメータのｒｉ、ｄｉに対応する。また屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記している。これらの表記は以下の参照図面すべてに共通である。
光路１は、分岐面５で反射される光束が進む光路（図２（ａ）参照）であり、光路２は、分岐面６で透過される光束が進む光路（図２（ｂ）参照）である。
なお、自由曲面（FFS）および偏心のデータのうち、光路１、２に共通するものは、［］内に共通の番号を付して重複を避けた。
【００７５】
座標系は、すでに説明したＸＹＺ直交座標系を用いている。この座標系において、傾き角は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を中心とする傾き角をそれぞれα、β、γとしたとき、傾き角αとβの正はそれぞれＸ軸、Ｙ軸の正方向に対して反時計回りを、傾き角γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りの角度と定義する。
そして、各光学作用面を座標系で表す場合、軸上主光線５０を物体から像面に向かう方向で順光線追跡し、光学作用面と軸上主光線５０が交差する点を原点として、Ｘ軸を紙面垂直方向に保って、Ｚ軸が軸上主光線５０に一致するように、Ｙ、Ｚ軸を回転させたローカル座標系で表す。
なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００７６】
本実施形態で用いられる回転非対称の曲面の形状は、例えば、下記の式（ａ）により定義される自由曲面式で表現される。式（ａ）のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【数１】
2006065234.tif 000003
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。球面項中、Ｒは頂点の近軸曲率半径、ｋはコーニック定数（円錐定数）であり、ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）である。
【００７７】
自由曲面項は、
【数２】
2006065234.tif 000004
ただし、Ｃｊ（ｊは１以上の整数）は係数である。
【００７８】
上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本実施形態ではＸの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ2 、Ｃ5 、Ｃ7 、Ｃ9 、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ16、Ｃ18、Ｃ20、Ｃ23、Ｃ25、Ｃ27、Ｃ29、Ｃ31、Ｃ33、Ｃ35・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。
【００７９】
また、本実施形態に用いられる非球面は、以下の定義式（ｂ）で与えられる回転対称非球面である。
【００８０】
【数３】
2006065234.tif 000005
【００８１】
ここで、ｈ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）であり、ｃは頂点の近軸曲率半径、ｋはコーニック定数（円錐定数）、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、…はそれぞれ４次、６次、８次、１０次、…の非球面係数である。この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
【００８２】
以下に示す構成パラメータにおいて、長さの単位は（ｍｍ）、角度の単位は（°）である。また、各偏心データは、絞り面の中心を原点としている。
また、データの記載されていない自由曲面、非球面に関する項は０である。
【００８３】
（光路１）
面番号    曲率半径          面間隔       偏心      屈折率        アッベ数
物体面      ∞                ∞        
1      ∞(絞り面)        d1 = 0.00
2      FFS[1]            d2 = 0.00    偏心[1]  n1 = 1.5254     ν1 = 56.2
3      FFS[2]            d3 = 0.00    偏心[2]  n2 = 1.5254     ν2 = 56.2
4      FFS[1]            d4 = 0.00    偏心[1]  n3 = 1.5254     ν3 = 56.2
5      FFS[3]            d5 = 0.00    偏心[3]  n4 = 1.5254     ν4 = 56.2
6      FFS[4]            d6 = 0.00    偏心[4]
像  面      ∞              d7 = 0.00    偏心[5]
ＦＦＳ[1]
Ｃ4   -9.6586x10-4     Ｃ6   -1.2250x10-3     Ｃ8   -2.7264x10-5  
Ｃ10  -8.1545x10-6  
ＦＦＳ[2]
Ｃ4   -2.4676x10-3     Ｃ6   -2.7217x10-3     Ｃ8   -9.1686x10-6  
Ｃ10  -9.6970x10-7     Ｃ11  -1.4874x10-9     Ｃ13   2.9815x10-8     
Ｃ15  -1.2545x10-8     Ｃ17  -4.4630x10-10    Ｃ19  -5.6503x10-10 
Ｃ21   7.4406x10-11    Ｃ22  -7.4801x10-12    Ｃ24   3.7528x10-12
Ｃ26   8.4095x10-12    Ｃ28   2.1589x10-12
ＦＦＳ[3]
Ｃ4    1.1374x10-3     Ｃ6    7.7325x10-4     Ｃ8   -1.7902x10-5  
Ｃ10  -1.8865x10-5     Ｃ11  -1.2416x10-7     Ｃ13   1.8818x10-7  
Ｃ15   2.0332x10-7     Ｃ17   2.3263x10-8     Ｃ19  -8.0184x10-9  
Ｃ21  -2.4869x10-8     Ｃ22   1.7141x10-10
ＦＦＳ[4]
Ｃ4    2.6060x10-2     Ｃ6    2.7579x10-2     Ｃ8   -2.3613x10-4  
Ｃ10  -1.9268x10-3     Ｃ11  -9.0525x10-5     Ｃ13  -1.1175x10-4  
Ｃ15  -1.2335x10-4  
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    8.68  Ｚ   19.49  
α   11.94  β    0.00  γ    0.00  
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    1.87  Ｚ   50.00  
α  -16.41  β    0.00  γ    0.00  
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   52.17  Ｚ   25.13  
α   80.58  β    0.00  γ    0.00  
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -25.71  Ｚ   30.70
α   90.24  β    0.00  γ    0.00  
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -35.65  Ｚ   31.76  
α   92.27  β    0.00  γ    0.00  
【００８４】
（光路２）
面番号    曲率半径          面間隔       偏心      屈折率        アッベ数
物体面      ∞                ∞        
1      ∞(絞り面)        d1 = 0.00
2      FFS[1]            d2 = 0.00    偏心[1]  n1 = 1.5254     ν1 = 56.2
3      FFS[2]            d3 = 0.00    偏心[2]  n2 = 1.5254     ν2 = 56.2
4      FFS[1]            d4 = 0.00    偏心[1]  n3 = 1.5254     ν3 = 56.2
5      FFS[3]            d8 = 0.00    偏心[3]
像  面      ∞              d9 = 0.00    偏心[6]
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ   93.55  Ｚ   49.21  
α   66.33  β    0.00  γ    0.00  
【００８５】
本実施例の偏心光学系の光学特性値のうち、反射光路および透過光路の各像面までの近軸焦点距離Ｆ、および条件式（１）〜（７）に関する計算値は、他の各実施例の値とともに次表に記載した。
入射瞳径Ｄは、Ｄ＝φ４０ｍｍ、画角は、水平（Ｘ軸方向）、垂直（Ｙ軸方向）とも１°である。また、添字Ｘ、Ｙは、それぞれ、Ｘ、Ｙ軸方向に関する距離、回転角を表すものとする。
また、光源の波長λは、λ＝７８０ｎｍとしており、このとき、プリズム１の媒質の屈折率Ｎは、Ｎ＝１．５１９である。すなわち、
ｓｉｎ−１（１／Ｎ）＝４１．１７°                          ・・・（Ａ）
であり、条件式（２）、（４）はそれぞれ、次式（２Ａ）、（４Ａ）となる。
３７．０５°≦θ１ａｌ≦６１．７６°                        ・・・（２Ａ）
４．１２°≦θ３ａｌ≦３９．１１°                          ・・・（４Ａ）
これらは、各実施例に共通である。
【００８６】
【表１】
2006065234.tif 000006
【００８７】
したがって、本実施例は、条件式（１）〜（７）を満足し、さらに条件式（１ｂ）、（７ａ）をも満足する偏心光学系となっている。
【００８８】
また、上表の条件における本実施例の横収差図を図８〜１１（光路１）、図１３〜１６（光路２）に示した。各図に付された添字（１ａ）、（１ｂ）、…、（６ａ）、（６ｂ）は、添字ａがＹ軸方向、添字ｂがＸ軸方向を意味し、数字１〜６が、光束の画角に対応する。各添字が対応する画角の組合せは以下の通りである。
添字  Ｘ軸方向画角  Ｙ軸方向画角
１      ０°          ０°
２      ０°        −１°
３    ＋１°        −１°
４    ＋１°          ０°
５    ＋１°        ＋１°
６      ０°        ＋１°
７      ０°        −０．７°
８    ＋０．７°    −０．７°
９    ＋０．７°      ０°
１０    ＋０．７°    ＋０．７°
１１      ０°        ＋０．７°
すなわち、添字１は光軸上の横収差を示す。
各図において、横軸は、開口比を示し、縦軸は、添字ａ、ｂに対応してそれぞれＹ−Ｚ平面（Ｙ方向）、Ｘ−Ｚ平面（Ｘ方向）の波長７８０ｎｍにおける横収差を示す。横収差の単位は（ｍｍ）である。
また、これらのＹ−Ｚ平面を断面とする光路図を、光路１、２に対応して、それぞれ図１２、１７として示した。
【００８９】
図８〜１１、図１３〜１６から分かるように、いずれの光路、画角においても、良好な収差特性が得られた。
【実施例２】
【００９０】
次に、上記に説明した第１の実施形態の偏心光学系の第１変形例に係る第２の数値実施例（図３（ａ）、（ｂ）参照）を示す。
【００９１】
（光路１）
面番号    曲率半径          面間隔       偏心      屈折率        アッベ数
物体面      ∞                ∞        
1      ∞(絞り面)        d1 = 0.00
2      非球面[1]         d2 = 0.00    偏心[1]  n1 = 1.5254     ν1 = 56.2
3      FFS[1]            d3 = 0.00    偏心[2]  n2 = 1.5254     ν2 = 56.2
4      非球面[1]         d4 = 0.00    偏心[1]  n3 = 1.5254     ν3 = 56.2
5        ∞              d5 = 0.00    偏心[3]  n4 = 1.5254     ν4 = 56.2
6      FFS[2]            d6 = 0.00    偏心[4]
像  面      ∞              d7 = 0.00    偏心[5]
非球面[1]
ｃ    -255.97
ｋ     0.00
Ａ     7.0613x10-7     Ｂ    -5.1269x10-10    Ｃ     1.4043x10-13 
Ｄ    -9.0889x10-18
ＦＦＳ[1]
Ｃ4   -2.4539x10-3     Ｃ6   -2.4885x10-3     Ｃ8    1.5968x10-6  
Ｃ10  -2.7389x10-6     Ｃ11   1.1660x10-7     Ｃ13  -1.8195x10-7  
Ｃ15  -3.5591x10-7     Ｃ17  -1.4414x10-9     Ｃ19   7.4757x10-10 
Ｃ21   5.5904x10-9     Ｃ22  -7.8124x10-11    Ｃ24  -2.1909x10-11
Ｃ26   2.4093x10-10    Ｃ28   2.1620x10-10
ＦＦＳ[2]
Ｃ4    9.8326x10-3     Ｃ6    3.9883x10-2     Ｃ8    1.9852x10-4  
Ｃ10   3.5669x10-4     Ｃ11   4.7049x10-5     Ｃ13   1.3231x10-5  
Ｃ15  -8.1308x10-5     Ｃ17  -3.6421x10-5  
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    6.48  Ｚ   21.31  
α   10.28  β    0.00  γ    0.00  
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    1.47  Ｚ   49.85  
α  -17.30  β    0.00  γ    0.00  
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   53.29  Ｚ   28.60  
α   80.82  β    0.00  γ    0.00  
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -24.99  Ｚ   36.52  
α   97.28  β    0.00  γ    0.00  
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -35.72  Ｚ   37.45  
α   89.13  β    0.00  γ    0.00  
【００９２】
（光路２）
面番号    曲率半径          面間隔       偏心      屈折率        アッベ数
物体面      ∞                ∞        
1      ∞(絞り面)        d1 = 0.00
2      非球面[1]         d2 = 0.00    偏心[1]  n1 = 1.5254     ν1 = 56.2
3      FFS[1]            d3 = 0.00    偏心[2]  n2 = 1.5254     ν2 = 56.2
4      非球面[1]         d4 = 0.00    偏心[1]  n3 = 1.5254     ν3 = 56.2
5        ∞              d8 = 0.00    偏心[3]
像  面      ∞              d9 = 0.00    偏心[6]
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ  110.00  Ｚ   65.00  
α   75.00  β    0.00  γ    0.00  
【００９３】
本実施例は、上記の表１に示したように、条件式（１）〜（７）を満足し、さらに条件式（１ｂ）、（７ａ）をも満足する偏心光学系となっている。
【実施例３】
【００９４】
次に、上記に説明した第１の実施形態の偏心光学系の第２変形例に係る第３の数値実施例（図４（ａ）、（ｂ）参照）を示す。
【００９５】
（光路１）
面番号    曲率半径          面間隔       偏心      屈折率        アッベ数
物体面      ∞                ∞        
1      ∞(絞り面)        d1 = 0.00
2      FFS[1]            d2 = 0.00    偏心[1]  n1 = 1.5254     ν1 = 56.2
3      FFS[2]            d3 = 0.00    偏心[2]  n2 = 1.5254     ν2 = 56.2
4      FFS[1]            d4 = 0.00    偏心[1]  n3 = 1.5254     ν3 = 56.2
5      FFS[3]            d5 = 0.00    偏心[3]  n4 = 1.5254     ν4 = 56.2
6      FFS[4]            d6 = 0.00    偏心[4]
像  面      ∞              d7 = 0.00    偏心[5]
ＦＦＳ[1]
Ｃ4   -3.3917x10-3     Ｃ6   -8.8435x10-4     Ｃ8   -7.5463x10-5  
Ｃ10  -8.3749x10-6  
ＦＦＳ[2]
Ｃ4   -3.4159x10-3     Ｃ6   -2.4612x10-3     Ｃ8   -1.9123x10-5  
Ｃ10  -3.2478x10-6     Ｃ11  -4.6052x10-8     Ｃ13   1.4060x10-7  
Ｃ15  -8.6199x10-9     Ｃ17  -2.5263x10-10    Ｃ19  -2.8801x10-9 
Ｃ21  -3.7029x10-10    Ｃ22   1.8663x10-12    Ｃ24   1.1136x10-11 
Ｃ26   4.1585x10-11    Ｃ28   5.3376x10-12 
ＦＦＳ[3]
Ｃ4   -6.6541x10-4     Ｃ6    2.1959x10-3     Ｃ8    7.2060x10-5  
Ｃ10  -1.8181x10-5     Ｃ11   6.2629x10-7     Ｃ13  -5.6365x10-7  
Ｃ15   1.8707x10-7     Ｃ17  -1.4998x10-7     Ｃ19   4.4522x10-8  
Ｃ21   1.2816x10-7     Ｃ22   7.1215x10-9  
ＦＦＳ[4]
Ｃ4   -1.7622x10-2     Ｃ6    3.0878x10-2     Ｃ8    6.3868x10-4  
Ｃ10   2.5563x10-4     Ｃ11   6.1673x10-5     Ｃ13  -2.8868x10-5  
Ｃ15  -2.7996x10-6  
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    7.82  Ｚ   21.22  
α   11.65  β    0.00  γ    0.00  
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    1.92  Ｚ   52.00  
α  -16.63  β    0.00  γ    0.00  
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   70.00  Ｚ   40.00  
α   50.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   60.00  Ｚ    5.00  
α   25.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   45.04  Ｚ  -13.64  
α   16.55  β    0.00  γ    0.00  
【００９６】
（光路２）
面番号    曲率半径          面間隔       偏心      屈折率        アッベ数
物体面      ∞                ∞        
1      ∞(絞り面)        d1 = 0.00
2      FFS[1]            d2 = 0.00    偏心[1]  n1 = 1.5254     ν1 = 56.2
3      FFS[2]            d3 = 0.00    偏心[2]  n2 = 1.5254     ν2 = 56.2
4      FFS[1]            d4 = 0.00    偏心[1]  n3 = 1.5254     ν3 = 56.2
5      FFS[3]            d8 = 0.00    偏心[3]
像  面      ∞              d9 = 0.00    偏心[6]
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ  111.92  Ｚ   46.18  
α   87.30  β    0.00  γ    0.00  
【００９７】
本実施例は、上記の表１に示したように、条件式（１）〜（７）を満足し、さらに条件式（１ｂ）、（７ａ）、（８ａ）をも満足する偏心光学系となっている。
【実施例４】
【００９８】
次に、上記に説明した第２の実施形態の偏心光学系に係る第４の数値実施例（図５（ａ）、（ｂ）参照）を示す。
【００９９】
（光路１）
面番号    曲率半径          面間隔       偏心      屈折率        アッベ数
物体面      ∞                ∞        
1      ∞(絞り面)        d1 = 0.00
2      非球面[1]         d2 = 0.00    偏心[1]  n1 = 1.5254     ν1 = 56.2
3      FFS[1]            d3 = 0.00    偏心[2]  n2 = 1.5254     ν2 = 56.2
4      非球面[1]         d4 = 0.00    偏心[1]  n3 = 1.5254     ν3 = 56.2
5      FFS[2]            d5 = 0.00    偏心[3]  n4 = 1.5254     ν4 = 56.2
6      FFS[3]            d6 = 0.00    偏心[4]
7      非球面[2]         d7 = 5.48    偏心[5]  n5 = 1.5163     ν5 = 64.1
8      非球面[3]         d8 = 0.00    
像  面      ∞              d9 = 0.00    偏心[6]
非球面[1]
ｃ     -734.21
ｋ     0.0
Ａ     1.5798x10-9     Ｂ    -5.1476x10-11    Ｃ     3.8834x10-14 
Ｄ    -7.9756x10-18
非球面[2]
ｃ     -5.84
ｋ    -7.4452x10-1  
Ａ     2.4242x10-4     Ｂ     6.5258x10-6  
非球面[3]
ｃ    342.36
ｋ    -6.0062x10+5  
Ａ    -3.2595x10-4     Ｂ     1.6254x10-5  
ＦＦＳ[1]
Ｃ4   -1.9732x10-3     Ｃ6   -1.9276x10-3     Ｃ8    7.6495x10-7  
Ｃ10   1.4622x10-6     Ｃ11   4.2494x10-8     Ｃ13  -2.0452x10-8  
Ｃ15   2.5326x10-8     Ｃ17   4.4426x10-10    Ｃ19   1.9391x10-9  
Ｃ21   1.5547x10-9     Ｃ22  -8.3803x10-11    Ｃ24   8.9266x10-12 
Ｃ26   1.7947x10-11    Ｃ28  -1.1363x10-11
ＦＦＳ[2]
Ｃ4   -9.1499x10-4     Ｃ6   -1.2344x10-3     Ｃ8   -1.0343x10-5  
Ｃ10  -1.0541x10-5     Ｃ11  -7.2966x10-7     Ｃ13  -3.2722x10-7  
Ｃ15  -3.5703x10-8     Ｃ17   6.5250x10-10    Ｃ19   5.0019x10-9  
Ｃ21   8.7666x10-9     Ｃ22   2.2620x10-9  
ＦＦＳ[3]
Ｃ4    1.0538x10-1     Ｃ6    1.0268x10-1     Ｃ8    1.2744x10-3  
Ｃ10   5.8787x10-4     Ｃ11  -2.2883x10-6     Ｃ13  -9.6771x10-4  
Ｃ15   6.9839x10-5     Ｃ17  -4.0956x10-5     Ｃ19  -8.1032x10-5  
Ｃ21   4.6619x10-6     Ｃ22   2.9929x10-7     Ｃ24   7.3723x10-5  
Ｃ26   5.0392x10-5     Ｃ28  -2.0042x10-6  
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    6.64  Ｚ   19.13  
α    8.23  β    0.00  γ    0.00  
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    1.34  Ｚ   47.45  
α  -18.38  β    0.00  γ    0.00  
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   52.86  Ｚ   31.25  
α   74.82  β    0.00  γ    0.00  
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -31.57  Ｚ   32.02  
α   93.58  β    0.00  γ    0.00  
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -48.97  Ｚ   31.20  
α   91.26  β    0.00  γ    0.00  
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -65.00  Ｚ   31.11  
α   89.11  β    0.00  γ    0.00  
【０１００】
（光路２）
面番号    曲率半径          面間隔       偏心      屈折率        アッベ数
物体面      ∞                ∞        
1      ∞(絞り面)        d1 = 0.00
2      非球面[1]         d2 = 0.00    偏心[1]  n1 = 1.5254     ν1 = 56.2
3      FFS[1]            d3 = 0.00    偏心[2]  n2 = 1.5254     ν2 = 56.2
4      非球面[1]         d4 = 0.00    偏心[1]  n3 = 1.5254     ν3 = 56.2
5      FFS[2]            d10= 0.00    偏心[3]  
像  面      ∞              d11= 0.00    偏心[7]
偏心[7] 
Ｘ    0.00  Ｙ   99.21  Ｚ   69.36  
α   55.97  β    0.00  γ    0.00  
【０１０１】
本実施例は、上記の表１に示したように、条件式（１）〜（７）を満足し、さらに条件式（１ｂ）、（７ａ）、（８ａ）をも満足する偏心光学系となっている。
【実施例５】
【０１０２】
次に、上記に説明した第２の実施形態の偏心光学系の変形例に係る第５の数値実施例（図６（ａ）、（ｂ）参照）を示す。
【０１０３】
（光路１）
面番号    曲率半径          面間隔       偏心      屈折率        アッベ数
物体面      ∞                ∞        
1      ∞(絞り面)        d1 = 0.00
2      非球面[1]         d2 = 0.00    偏心[1]  n1 = 1.5254     ν1 = 56.2
3      FFS[1]            d3 = 0.00    偏心[2]  n2 = 1.5254     ν2 = 56.2
4      非球面[1]         d4 = 0.00    偏心[1]  n3 = 1.5254     ν3 = 56.2
5      FFS[2]            d5 = 0.00    偏心[3]  n4 = 1.5254     ν4 = 56.2
像  面      ∞              d6 = 0.00    偏心[4]
非球面[1]
ｃ  -624.60
ｋ     0.00
Ａ     5.0167x10-7     Ｂ    -3.9364x10-10    Ｃ     1.4172x10-13 
Ｄ    -1.8750x10-17
ＦＦＳ[1]
Ｃ4   -2.2197x10-3     Ｃ6   -2.0082x10-3     Ｃ8    3.2326x10-7  
Ｃ10  -3.5107x10-6     Ｃ11   7.2874x10-8     Ｃ13  -4.6980x10-9  
Ｃ15   1.9121x10-7     Ｃ17   1.1529x10-9     Ｃ19   7.6365x10-9  
Ｃ21   8.4152x10-9     Ｃ22  -2.1022x10-11    Ｃ24   3.3172x10-11 
Ｃ26   9.9211x10-11    Ｃ28  -1.4766x10-10 
ＦＦＳ[2]
Ｃ4   -1.9171x10-4     Ｃ6   -4.7100x10-4     Ｃ8    2.8489x10-6  
Ｃ10  -2.4160x10-5     Ｃ11   1.6119x10-6     Ｃ13  -3.7161x10-7  
Ｃ15  -4.8999x10-7     Ｃ17  -1.3456x10-7     Ｃ19  -1.2498x10-7  
Ｃ21   6.5390x10-8     Ｃ22  -1.0693x10-8  
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.50  Ｚ   21.34  
α    7.76  β    0.00  γ    0.00  
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    1.25  Ｚ   48.44  
α  -19.04  β    0.00  γ    0.00  
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   52.65  Ｚ   31.50  
α   74.83  β    0.00  γ    0.00  
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -16.49  Ｚ   31.74  
α   85.00  β    0.00  γ    0.00  
【０１０４】
（光路２）
面番号    曲率半径          面間隔       偏心      屈折率        アッベ数
物体面      ∞                ∞        
1      ∞(絞り面)        d1 = 0.00
2      非球面[1]         d2 = 0.00    偏心[1]  n1 = 1.5254     ν1 = 56.2
3      FFS[1]            d3 = 0.00    偏心[2]  n2 = 1.5254     ν2 = 56.2
4      非球面[1]         d4 = 0.00    偏心[1]  n3 = 1.5254     ν3 = 56.2
5      FFS[2]            d5 = 0.00    偏心[3]
像  面      ∞              d8 = 0.00    偏心[5]
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   88.81  Ｚ   60.67  
α   57.74  β    0.00  γ    0.00  
【０１０５】
本実施例は、上記の表１に示したように、条件式（１）〜（７）を満足し、さらに条件式（１ｂ）、（７ａ）をも満足する偏心光学系となっている。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る偏心光学系の一例について説明するための軸上主光線を含む断面における光路図である。
【図２】図１における反射光路、透過光路をそれぞれ分けて描いた光路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る偏心光学系の第１変形例について説明するために、それぞれ反射光路、透過光路に分けて描いた、軸上主光線を含む断面における光路図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る偏心光学系の第２変形例について説明するために、それぞれ反射光路、透過光路に分けて描いた、軸上主光線を含む断面における光路図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る偏心光学系の一例について説明するために、それぞれ反射光路、透過光路に分けて描いた、軸上主光線を含む断面における光路図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る偏心光学系の変形例について説明するために、それぞれ反射光路、透過光路に分けて描いた、軸上主光線を含む断面における光路図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る光学システムの概略構成について説明するための模式説明図である。
【図８】第１の数値実施例における光路１（反射光路）の横収差図である。
【図９】同じく画角の異なる場合の横収差図である。
【図１０】同じく画角の異なる場合の横収差図である。
【図１１】同じく画角の異なる場合の横収差図である。
【図１２】第１の数値実施例における光路１（反射光路）の軸上主光線を含む断面における光路図である。
【図１３】第１の数値実施例における光路２（透過光路）の横収差図である。
【図１４】同じく画角の異なる場合の横収差図である。
【図１５】同じく画角の異なる場合の横収差図である。
【図１６】同じく画角の異なる場合の横収差図である。
【図１７】第１の数値実施例における光路２（透過光路）の軸上主光線を含む断面における光路図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１、１１、２１、７１、８１  プリズム（偏心光学系）
２、４３ａ  開口絞り（入射瞳）
３、１３、２３、７３、８３  入射面（第１面）
４、１４、２４、７４、８４  反射面（第２面）
５、１５、２５、７５、８５  分岐面（第３面）
６、１６、２６、７６、８６  透過面（第４面）
７  像面（第１の実像）
８  像面（実像）
１７  レンズ（集光素子）
１８  像面（第２の実像）
１９  射出瞳
２９、６３  受光素子
４０  偏心光学系
４１  制御装置（位置制御手段）
４２  入力信号制御装置
４４  ジンバルステージ（移動機構）
４５  光源
４６  受光素子（受光手段）
４７、４８  光路分割手段
５０  軸上主光線
５１  入射光束（入力光）
６２  ガルバノミラー（光偏向手段）
５０  軸上主光線
５１  入射光束（入力光）
６０  集光ユニット
１００  光学システム
【図１】
2006065234.tif 000007
【図２】
2006065234.tif 000008
【図３】
2006065234.tif 000009
【図４】
2006065234.tif 000010
【図５】
2006065234.tif 000011
【図６】
2006065234.tif 000012
【図７】
2006065234.tif 000013
【図８】
2006065234.tif 000014
【図９】
2006065234.tif 000015
【図１０】
2006065234.tif 000016
【図１１】
2006065234.tif 000017
【図１２】
2006065234.tif 000018
【図１３】
2006065234.tif 000019
【図１４】
2006065234.tif 000020
【図１５】
2006065234.tif 000021
【図１６】
2006065234.tif 000022
【図１７】
2006065234.tif 000023