(57)【要約】【課題】  反射光学系およびそれを用いた光学システムにおいて、画角を持って入射する入力光を高解像度で集光することができる小型化が容易となるようにする。【解決手段】  反射光学系１が、入射瞳の中心軸に対して偏心または傾いて配置された正のパワーを有する第１反射面３と、第１反射面３に対して偏心または傾いて配置された正のパワーを有する第２反射面４とを備える構成とし、第１反射面３および第２反射面４のうち少なくとも１面が回転非対称面により構成されるとともに、入射光束５１が、少なくとも、開口絞り２から入射して第１反射面３に至る第１の光路と、第１反射面３で反射された光が第２反射面４に至る第２の光路と、第２反射面４で反射された光が集光面に至る第３の光路とを形成し、第１の光路における軸上主光線が第３の光路の軸上主光線と、少なくとも１回交差する位置関係に、第１反射面３および第２反射面４を配置する。【選択図】      図１
2007052366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口絞りから入射する入力光を集光する反射光学系であって、
前記開口絞りが形成する入射瞳の中心軸に対して偏心または傾いて配置された正のパワーを有する第１反射面と、
該第１反射面に対して偏心または傾いて配置された正のパワーを有する第２反射面とを備え、
前記第１反射面および前記第２反射面のうち少なくとも１面が回転非対称面により構成されるとともに、
前記入力光が、少なくとも、前記開口絞りから入射して前記第１反射面に至る第１の光路と、前記第１反射面で反射された光が前記第２反射面に至る第２の光路と、前記第２反射面で反射された光が集光面に至る第３の光路とを形成し、
前記第１の光路における軸上主光線が前記第３の光路の軸上主光線と、少なくとも１回交差する位置関係に、前記第１反射面および前記第２反射面が配置されたことを特徴とする反射光学系。
【請求項２】
前記第１反射面および前記第２反射面が、下記式（ａ）で表される回転非対称面からなり、
【数１】
2007052366.tif 000009
前記第１反射面および前記第２反射面の、Ｙの２乗の係数をそれぞれＫＹ１、ＫＹ２、同じくＸの２乗の係数をそれぞれＫＸ１、ＫＸ２としたとき、次式の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の反射光学系。
０．５≦ＫＹ１／ＫＹ２≦１．５                                  ・・・（１）
０．５≦ＫＸ１／ＫＸ２≦１．５                                  ・・・（２）
ここで、各係数、ＫＹ１、ＫＹ２、ＫＸ１、ＫＸ２の符号の取り方は、それぞれが対応する反射面に入射する光の軸上主光線の進行方向が、前記反射面を定義しているＺ軸の正方向になっている場合には符号はそのままであり、当該反射面に入射する光の軸上主光線の進行方向が前記反射面を定義しているＺ軸の負方向になっている場合には、符号は逆転させるものとする。
また、式（ａ）の自由曲面項は次式で表される。
【数２】
2007052366.tif 000010
【請求項３】
前記第１反射面、前記第２反射面における軸上主光線の反射角をそれぞれ反射角θｒ１、θｒ２とするとき、次式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の反射光学系。
０．７≦θｒ１／θｒ２≦１．３                                  ・・・（３）
【請求項４】
前記入力光の軸上主光線に直交する平面を傾き基準面として、前記第１反射面において軸上主光線と交差する位置での接平面の傾き角をθ１、前記第２反射面において軸上主光線と交差する位置での接平面の傾き角をθ２とするとき、次式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射光学系。
３０°≦｜θ２−θ１｜≦９０°                                  ・・・（４）
【請求項５】
近軸焦点距離をＦとするとき、次式を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の反射光学系。
６０（ｍｍ）≦Ｆ≦５００（ｍｍ）                                ・・・（５）
【請求項６】
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請求項１〜５のいずれかに記載の反射光学系。
１．５≦Ｆ／Ｄ≦１５                                          ・・・（６）
【請求項７】
前記第３の光路上に、前記第２反射面により反射された光を透過光と反射光とに分離する光分離手段を設け、前記透過光および前記反射光のそれぞれの光路において少なくとも１つの実像を形成することを特徴とする請求項１〜６に記載の反射光学系。
【請求項８】
前記光分離手段により分離された前記透過光および前記反射光の一方の光路上に実像が形成され、
前記光分離手段により分離された前記透過光および前記反射光の他方の光路上に、正のパワーを有する集光素子が配置され、
前記光分離手段により分離された前記透過光および前記反射光の他方が、１次像を形成した後、前記集光素子によって射出瞳を形成することを特徴とする請求項７のいずれかに記載の反射光学系。
【請求項９】
請求項８に記載の反射光学系と、該反射光学系の前記透過光および前記反射光の一方を受光するために前記反射光学系の前記透過光および前記反射光の一方の光路上に形成される実像の近傍に配置された第１受光手段と、前記反射光学系の前記透過光および前記反射光の他方の光路上に形成される前記射出瞳の近傍位置に配置された光偏向手段と、該光偏向手段により偏向された光を受光する第２受光手段とを有する集光ユニットと、
前記第１受光手段で受光された光の受光位置および前記第２受光手段での受光された光の受光位置を個別に検出する位置検出手段と、
前記集光ユニットを移動可能に保持する移動機構とを備え、
前記位置検出手段により検出された前記第１受光手段での受光位置および前記第２受光手段での受光位置に応じて、それぞれ前記移動機構の移動量および前記光偏向手段の偏向量を制御す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、反射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反射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光学系が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、このような反射光学系として、略平行光の入力光をその光軸に対して偏心または傾いて配置された２枚の反射ミラーにより中間像が形成される偏心光学系が記載されている。この光学系では、偏心配置された２枚の反射ミラーにより入力光を略Ｚ字状に折り畳む光路を形成している。そのため、例えばカセグレン型、グレゴリ型などの主鏡と副鏡とを組み合わせた反射光学系のように副鏡による光量損失を起こすことないので、それらの反射光学系と比べて光利用効率が向上されている。
また、このような偏心光学系の中間像を形成した後の光路上に第３の光学素子を設けて射出瞳を形成し、射出瞳の近傍にガルバノミラーを配置して、光追尾可能とした光学システムが記載されている。
【特許文献１】特開２００５−３８０４号公報（図１−４、７）
【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反射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、光量損失を低減するとともに光路を折り畳むことにより小型の装置を形成することができるものの、偏心配置された第１の反射ミラーにより大きな偏心収差が発生するため、第２の反射ミラーによりそのような偏心収差を除去する必要がある。そのため、第２の反射ミラーは負のパワーを有する回転非対称な偏心反射面としている。このような構成では、入射画角がより広画角となる場合に、同等の収差補正を行おうとすると、光路長が増大して、小型の装置を構成できなくな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、画角を持って入射する入力光を高解像度で集光することができる小型化が容易な反射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、本発明の反射光学系は、開口絞りから入射する入力光を集光する反射光学系であって、前記開口絞りが形成する入射瞳の中心軸に対して偏心または傾いて配置された正のパワーを有する第１反射面と、第１反射面に対して偏心または傾いて配置された正のパワーを有する第２反射面とを備え、前記第１反射面および前記第２反射面のうち少なくとも１面が回転非対称面により構成されるとともに、前記入力光が、少なくとも、前記開口絞りから入射して前記第１反射面に至る第１の光路と、前記第１反射面で反射された光が前記第２反射面に至る第２の光路と、前記第２反射面で反射された光が集光面に至る第３の光路とを形成し、前記第１の光路における軸上主光線が前記第３の光路の軸上主光線と、少なくとも１回交差する位置関係に、前記第１反射面および前記第２反射面が配置された構成とする。
この発明によれば、開口絞りから入射した入力光が、第１の光路に沿って進み、開口絞りが形成する入射瞳の中心軸に対して偏心または傾いて配置された第１反射面に入射する。そして、斜め方向に反射され、第２の光路に沿って第１反射面の正のパワーの作用を受けて集光されつつ進み、第１反射面に対して偏心または傾いて配置された第２反射面に入射する。第２反射面で反射された光は、その正のパワーにより集光されつつ、その軸上主光線が、第１の光路の軸上主光線と交差する方向に進んで、少なくとも１回交差する。
そのため、第１、第２、第３の光路が、それらの軸上主光線により三角形の２辺を交差するように延長した形状の、略「４」字状を描く折り畳み光路を形成するので、焦点距離が長い場合であってもコンパクトな構成とすることができる。
また、このような光路を形成する結果、それぞれ正のパワーを有する第１反射面と第２反射面とがハ字状に傾斜して対向する配置となるので、それぞれの反射において発生する光軸に対して非対称な収差である偏心収差の方向性が逆転される。そのため、それぞれの偏心収差がキャンセルし合い、全体として偏心収差を低減することができる。
この場合、軸上主光線に対する第１反射面と第２反射面との傾き角のバランスが向上するほど偏心収差の低減効果が大きくなる。例えば、第２の光路の軸上主光線の垂直２等分面に対するそれぞれの反射面の傾きの対称性が良好であるほど偏心収差が低減されやすい。
また、正のパワーを有する反射面を２枚備えるので、集光に要するパワーを第１反射面、第２反射面でそれぞれ分担させることにより、１枚当たりのパワーの負荷、および収差発生量を低減することができる。
また、第１反射面、第２反射面のうち少なくとも１面を回転非対称面により構成するので、反射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反射光学系に対して偏心して入射する場合、それにより発生する像の台形ゆが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。
【０００６】
また、本発明の反射光学系は、前記第１反射面および前記第２反射面が、下記式（ａ）で表される回転非対称面からなり、
【数１】
2007052366.tif 000003
前記第１反射面および前記第２反射面の、Ｘの２乗の係数をそれぞれＫＹ１、ＫＹ２、同じくＹの２乗の係数をそれぞれＫＸ１、ＫＸ２としたとき、次式の関係を満足することが好ましい。
０．５≦ＫＹ１／ＫＹ２≦１．５                                  ・・・（１）
０．５≦ＫＸ１／ＫＸ２≦１．５                                  ・・・（２）
ここで、各係数、ＫＹ１、ＫＹ２、ＫＸ１、ＫＸ２の符号の取り方は、それぞれが対応する反射面に入射する光の軸上主光線の進行方向が、前記反射面を定義しているＺ軸の正方向になっている場合には符号はそのままであり、当該反射面に入射する光の軸上主光線の進行方向が前記反射面を定義しているＺ軸の負方向になっている場合には、符号は逆転させるものとする。
また、式（ａ）の自由曲面項は次式で表される。
【数２】
2007052366.tif 000004
この場合、第１反射面および第２反射面の正のパワーの大きさを代表する係数、ＫＹ１、ＫＹ２、ＫＸ１、ＫＸ２が、式（１）、（２）を満足するので、それぞれの正のパワーのバランスが良好となる。そのため、主点位置が２つの反射面の間に位置し、主点前後におけるパワー配置の対称性が良好となる。つまり、上記のような２つの反射面の配置上の対称性に加えて、パワー配置にも対称性を持たせることができるので、偏心収差の発生をより一層抑えることができる。
【０００７】
また、本発明の反射光学系は、前記第１反射面、前記第２反射面における軸上主光線の反射角をそれぞれ反射角θｒ１、θｒ２とするとき、次式を満足することが好ましい。
０．７≦θｒ１／θｒ２≦１．３                                  ・・・（３）
この場合、第１反射面、第２反射面における軸上主光線の反射角が近い値をとるので、それぞれ逆方向に発生する偏心収差の相互の対称性が良好となり、偏心収差を低減することができる。
θｒ１／θｒ２の値が下限値より小さくなると、反射角θｒ１に対して、反射角θｒ２が大きくなりすぎ、対称性が崩れ、偏心コマ収差、非点収差などの偏心収差が増大する。
θｒ１／θｒ２の値が上限値より大きくなると、反射角θｒ２に対して、反射角θｒ１が大きくなりすぎ、対称性が崩れる。さらに、第１反射面で反射した後の光路上に配備する第２反射面が、入射瞳面に対して大きな角度を持つことになるので、コマ収差の他に像面の傾き、非対称ディストーションなどの偏心収差が増大する。
【０００８】
また、本発明の反射光学系は、前記入力光の軸上主光線に直交する平面を傾き基準面として、前記第１反射面において軸上主光線と交差する位置での接平面の傾き角をθ１、前記第２反射面において軸上主光線と交差する位置での接平面の傾き角をθ２とするとき、次式を満足することが好ましい。
３０°≦｜θ２−θ１｜≦９０°                                  ・・・（４）
この場合、軸上主光線と反射面の交点における接平面を反射面の傾き角を計る面と定義したときに、第１反射面と第２反射面とが交差する面の傾き角｜θ２−θ１｜が上記条件式の範囲にある。この傾き角は、第１の光路と第３の光路との軸上主光線が交差する配置の場合、幾何学的には、第１、第２反射面での軸上主光線のそれぞれの入射角の和を与える。
傾き角｜θ２−θ１｜が上限値９０°を超えて大きくなると、第１反射面または第２反射面の入射角が大きくなりすぎる。特にこれら偏心反射面がパワーを有するため、軸上光線においてもコマ収差が発生する。そしてこの収差を補正するために第１反射面または第２反射面を回転非対称面にしても、非対称性が大きくなるため、軸外光線のコマ収差を除去することが困難になる。
また、傾き角｜θ２−θ１｜が下限値３０°より小さくなると、ケラレを避けるようにレイアウトすることが困難になる。
【０００９】
なお、傾き角｜θ２−θ１｜の範囲は、反射光学系をより高性能とするためには、上記より狭い範囲とすることがより好ましい。例えば、
３５°≦｜θ２−θ１｜≦７０°                                  ・・・（４ａ）
とすることがより好ましい。
【００１０】
また、本発明の反射光学系は、近軸焦点距離をＦとするとき、次式を満足することが好ましい。
６０（ｍｍ）≦Ｆ≦５００（ｍｍ）                                ・・・（５）
この場合、近軸焦点距離Ｆの範囲を上記の条件式の範囲とすることにより、反射光学系を合理的な範囲で製作でき、小型化、低コスト化することができる。
すなわち、近軸焦点距離Ｆが上限値６００ｍｍを超えて長いと、光路を折り畳んでいても光学系全体が大きくなってしまう。
また、近軸焦点距離Ｆが下限値６０ｍｍよりも短いと、光路を折り畳む効果が十分に発揮できなくなる。
【００１１】
なお、近軸焦点距離Ｆは、よりコンパクト化、低コスト化の効果を顕著とするためには、上記より狭い範囲とすることがより好ましい。例えば、
８０（ｍｍ）≦Ｆ≦５００（ｍｍ）                                ・・・（５ａ）
とすることがより好ましい。
【００１２】
また、本発明の反射光学系は、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。
２≦Ｆ／Ｄ≦１５                                              ・・・（６）
この場合、近軸焦点距離Ｆと入射瞳径Ｄとの比Ｆ／Ｄを上記の条件式の範囲とするので、反射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１５を超えて大きいと、入射瞳径に対して光路長が長くなりすぎるため、反射光学系が大きくなるか、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、Ｆ／Ｄが下限値２より小さいと、焦点距離に対して入射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、収差補正することが困難になってしまう。
【００１３】
なお、Ｆ／Ｄは、反射光学系をよりコンパクト化しつつ高性能とするために、上記より狭い範囲とすることがより好ましい。例えば、
２≦Ｆ／Ｄ≦１０                                            ・・・（６ａ）
とすることがより好ましい。
【００１４】
また、本発明の反射光学系は、前記第３の光路上に、前記第２反射面により反射された光を透過光と反射光とに分離する光分離手段を設け、前記透過光および前記反射光のそれぞれの光路において少なくとも１つの実像を形成する構成とすることが好ましい。
この場合、第３の光路上に設けられた光分離手段により、第２反射面により反射された光を透過光と反射光とに分離して、分離されたそれぞれの光路において、少なくとも１つの実像を形成するので、入力光により形成される実像を２つの光路上で利用することができる。すなわち、それら２つの光路上で、それぞれの実像を異なる仕方で、例えば観察したり、撮像したり、光検出したりして利用することができる。そのため、種々の多機能な光学システムを構成することができる。
例えば、実像をＣＣＤ、４分割ＰＤなどの撮像素子や受光素子に入力することで、入力光の情報、例えば画像や入力光の傾きなどを入手することができる。この場合、入力光の位置検出手段や、光学システムの追尾手段として機能させることも可能である。
その際、２つの光路に分けることにより、それぞれの光路に種々の光学素子や光検出素子などを集約して配置しやすくなる。
反射光の光路は、その軸上主光線が、第１の光路および第２の光路の軸上主光線と交差するように設けることが好ましい。この場合、反射光の光路が第１反射面と第２反射面のとの間に形成されて光路が折り畳まれるのでコンパクトな構成とすることができる。
【００１５】
また、本発明の光分離手段を設けた反射光学系は、前記光分離手段により分離された前記透過光および前記反射光の一方の光路上に実像が形成され、前記光分離手段により分離された前記透過光および前記反射光の他方の光路上に、正のパワーを有する集光素子が配置され、前記光分離手段により分離された前記透過光および前記反射光の他方が、１次像を形成した後、前記集光素子によって射出瞳を形成する構成とすることが好ましい。
この場合、透過光および反射光の他方により１次像を形成した後、正のパワーを有する集光素子によって射出瞳を形成するので、射出瞳近傍に適宜の光学素子を配置することにより高機能な光学系を構成することができる。
例えば、射出瞳位置近傍に、ガルバノミラーや能動光学素子などの光偏向素子を配置すれば、入力光の入射方向の変化に応じて、射出瞳から出射される光の出射方向を制御することができる。このとき、透過光および反射光の一方から光束の位置情報を入手し、それに応じて偏向素子をフィードバック制御すれば、入力光の入射方向がずれても安定して受光することができる光学システムを構成することができる。
その際、集光素子の後側焦点位置を１次像の像位置に対して、略一致させたり、ずらしたりすることにより、射出瞳から出射される光の拡がり角を制御することができる。例えば、略平行光とすれば、その光路をさらに分岐して、複数の光検出手段などを配置することが容易となる。また、収斂光とすれば、適宜位置に再結像させたり、光ファイバや受光素子上に光結合させたりすることができる。
【００１６】
また、この場合、射出瞳を形成する光の光路が長くなるので、光分離手段により分離された反射光を射出瞳を形成する光とし、反射光の光路の軸上主光線が第１の光路および第２の光路の軸上主光線と交差する構成とすることが好ましい。
この構成によれば、光路長が長くなる方の光路が折り畳まれるので、コンパクトな光学系とすることができる。よりコンパクトな構成とするためには、１次像を、第１の光路または第２の光路の有効領域に重なる位置に形成することが望ましい。
【００１７】
本発明の光学システムは、請求項８に記載の反射光学系と、該反射光学系の前記透過光および前記反射光の一方を受光するために前記反射光学系の前記透過光および前記反射光の一方の光路上に形成される実像の近傍に配置された第１受光手段と、前記反射光学系の前記透過光および前記反射光の他方の光路上に形成される前記射出瞳の近傍位置に配置された光偏向手段と、該光偏向手段により偏向された光を受光する第２受光手段とを有する集光ユニットと、前記第１受光手段で受光された光の受光位置および前記第２受光手段での受光された光の受光位置を個別に検出する位置検出手段と、前記集光ユニットを移動可能に保持する移動機構とを備え、前記位置検出手段により検出された前記第１受光手段での受光位置および前記第２受光手段での受光位置に応じて、それぞれ前記移動機構の移動量および前記光偏向手段の偏向量を制御する構成とする。
この発明によれば、請求項８に記載の反射光学系を備えるので、請求項８に記載の発明と同様の作用効果を備える。
そして、請求項８に記載の反射光学系の光分離手段により分離された透過光および反射光の一方を第１受光手段により受光し、同じく透過光および反射光の他方を、光偏向手段を介して第２受光手段により受光し、位置検出手段によりそれぞれの受光位置を個別に検出し、第１受光手段での受光位置および第２受光手段での受光位置に応じて、それぞれ移動機構の移動量および光偏向手段の偏向量を制御することができる。そのため、反射光学系の入力光の入射方向が変化した場合、第１受光手段での受光位置の変化に応じて集光ユニットを移動して、入射方向の変化に追従するとともに、第２受光手段での受光位置が一定となるように光偏向手段の偏向角を制御することができる。そのため、入力光の入射方向が変化しても、入力光を安定して受光することができる。
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】
【００１８】
本発明の反射光学系によれば、正のパワーを有し、少なくとも１つの面が回転非対称面からなる第１反射面、第２反射面を入力光に対して偏心または傾いて配置して、入力光と第２反射面での反射光とが交差する折り畳み光路を形成するので小型化が容易となるとともに、正のパワーを有する反射面のみでも偏心収差を低減することができるため、画角を持って入射する入力光を高解像度で集光することができるという効果を奏する。
また、本発明の光学システムによれば、光分離手段、第１受光手段、第２受光手段、光偏向手段を備える本発明の反射光学系により集光ユニットを形成し、入力光の受光位置に応じて集光ユニットを移動制御できるようにするので、受光情報を良好に取得できる小型の光学システム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】
【００１９】
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の実施形態に係る反射光学系について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る反射光学系の反射光路、透過光路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座標系を示す。そして、垂直方向（Ｙ軸方向）の画角が０°、±２°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）。
【００２０】
本実施形態の反射光学系１は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、図示左方向（Ｚ軸負方向）から、略平行光束である入射光束５１（入力光）を開口絞り２に入射することにより、入射光束５１を２つの光路に分離して、それぞれの光路上の像面６、７にそれぞれ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。
その概略構成は、開口絞り２、第１反射面３、第２反射面４、および光分離面５（光分離手段）からなる。
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。
【００２１】
開口絞り２は、反射光学系１の入射瞳を形成するもので、入射瞳径Ｄを有し、ＸＹ平面に平行に設けられている。
軸上主光線５０は、図１に示すように、物体側から開口絞り２の中心に直交し、反射光学系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、第１反射面３、第２反射面４、光分離面５に順次到達して方向を屈曲され光学系の基準軸をなす。これら、開口絞り２から第１反射面３、第１反射面３から第２反射面４、第２反射面４から光分離面５に到達する各光路を、以下では、それぞれ第１の光路、第２の光路、第３の光路と称する場合がある。
座標系は、光線追跡において、開口絞り２の中心を反射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、物体側から反射光学系の開口絞り２に面した面（第１反射面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。
【００２２】
第１反射面３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正のパワーを有する偏心反射面である。そして、第１反射面３の傾きを軸上主光線５０と第１反射面３との交点における接平面の傾きで表すと、その接平面は、開口絞り２を通る入射光束５１の軸上主光線５０に直交する平面（ＸＹ平面）を傾き基準面として、Ｘ軸正方向を見て反時計回りに角度θ１だけ傾斜されている。本実施形態では、角度θ１は鈍角とされ、第１反射面３による反射光が、Ｚ軸負方向に進むにつれＹ軸正方向に進む斜め方向に進むように配置される。この反射光の反射角をθｒ１と表す。
【００２３】
第２反射面４は、第１反射面３に対して、Ｘ軸回りに偏心または傾いて配置された正のパワーを有する偏心反射面である。そして、第２反射面４の傾きを第２反射面４に到達する軸上主光線５０と第２反射面４との交点に於ける接平面の傾きで表すと、その接平面は、前記傾き基準面に対して、Ｘ軸正方向を見て反時計回りに角度θ２だけ傾斜されている。本実施形態では、θ１＞θ２とされ、第２反射面４による反射光の軸上主光線５０が、第１の光路の軸上主光線５０と交差する位置関係に配置される。この反射光の反射角をθｒ２と表す。
【００２４】
第１反射面３、第２反射面４は、本実施形態では、例えばプラスチック、ガラス、金属などに反射面を加工して表面に反射膜コーティングした表面ミラーを採用している。
【００２５】
これら２つの偏心反射面で反射される光束には、それぞれ入射光の光軸に対して傾きが生じる方向で非対称となる収差、いわゆる偏心収差が発生する。そのような偏心収差を低減するために、第１反射面３および第２反射面４のうち少なくとも１面は回転非対称の曲面である自由曲面を採用することが好ましい。本実施形態では、２面とも回転非対称な自由曲面としている。
【００２６】
本実施形態で用いられる回転非対称の自由曲面の形状は、すでに説明したＸＹＺ直交座標系を用いて、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。
ただし、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ものとする。
【００２７】
【数３】
2007052366.tif 000005
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。
【００２８】
自由曲面項は、
【数４】
2007052366.tif 000006
ただし、Ｃｊ（ｊは１以上の整数）は係数である。
【００２９】
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。
【００３０】
式（ａ）において、反射面の正のパワーを代表する係数は、Ｘの２乗の係数Ｃ４と、Ｙの２乗の係数Ｃ６である。
本実施形態では、第１反射面３と第２反射面４との間の正のパワーの対称性が良好となるように、第１反射面３、第２反射面４において、Ｃ４に対応する係数をそれぞれＫＸ１、ＫＸ２、Ｃ６に対応する係数をそれぞれＫＹ１、ＫＹ２として、条件式（１）、（２）を満足する設定とする。
ただし、Ｃ４、Ｃ６は、符号が座標系の取り方により変わるので、各係数、ＫＹ１、ＫＹ２、ＫＸ１、ＫＸ２の符号の取り方は、それぞれが対応する反射面に入射する光の軸上主光線の進行方向が、前記反射面を定義しているＺ軸の正方向になっている場合には符号はそのままであり、当該反射面に入射する光の軸上主光線の進行方向が前記反射面を定義しているＺ軸の負方向になっている場合には、符号は逆転させるものとする。
【００３１】
また、第１反射面３、第２反射面４で発生する偏心収差はそれぞれの反射角の増大につれて大きくなる。そこで、本実施形態では、反射角があまり大きくならないように、それぞれの反射面の傾き角θ１、θ２が、上記条件式（４）を満足するようにする。
このように配置された第１反射面３と第２反射面４とは、入射光の光軸に対する反射面の傾き方向が互いに逆向きとなるので、反射面の傾きによる偏心収差の発生方向が反対向きとなる。そのため、それぞれにより反射される光束の反射角の大きさを互いに近づけることにより全体として偏心収差をキャンセルすることができる。
そこで、本実施形態では、反射角θｒ１、θｒ２が、それぞれ上記条件式（３）を満足するように第１反射面３、第２反射面４を配置している。これは、第２の光路の軸上主光線の垂直２等分面に対するそれぞれの反射面の傾きの対称性を良好にすることと同等である。
【００３２】
光分離面５は、第２反射面４で反射された光束の一部を、第２の光路の軸上主光線５０に交差する方向に向けて反射する（図１（ａ）参照）とともに、第２反射面４で反射された光束の他部分を透過させる（図１（ｂ）参照）ものである。光分離面５で分離された反射光、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。
光分離面５は、透明媒質からなり適宜の形状とされた光学素子の少なくとも１面に、光分離を行うためのコーティング、例えばハーフミラーコーティングを施したハーフミラー面、偏光ビームスプリッタコーティング（ＰＢＳコーティング）を施した偏光分離面、ダイクロイックビームスプリッタコーティングを施した波長分離面などにより形成することができる。
反射光と透過光との分離比は、必要に応じて適宜の比率とすることができる。
光分離面５自体、あるいは光分離面５が形成された光学素子の他の光学面は、平面に限定されるものではなく、適宜の形状、パワーを有する光学面とすることができる。例えば、平面、球面、非球面、回転非対称な自由曲面、フレネルレンズ面、回折格子面などであってもよい。光学素子としては、板状素子、レンズ素子、プリズム素子などであってもよい。パワーを有する場合は、反射光路と透過光路とで作用するパワーの正負が異なるので、それぞれの光路での像面位置を可変することができる利点がある。
【００３３】
本実施形態では、光分離面５は、平行平板の入射側の表面に形成されているもととして説明する。そのため、光分離面５の反射光、透過光は、光分離面５から等しい距離に位置する像面６、７にそれぞれ実像を形成するようになっている。本実施形態では、反射光の像面６は、第２の光路を進む光束の光路中に形成されている。
なお、簡単のため、すべての図面において、光分離面５が形成された平行平板は厚みがないものとして描いている。また後述する数値計算例でも平行平板の厚みは０としている。
【００３４】
このような反射光学系１は、第１反射面３、第２反射面４の正パワーにより、上記の条件式（５）を満足する近軸焦点距離Ｆを備える。第１反射面３、第２反射面４のパワーは、各反射面の負荷が偏らないように、パワーを分散させることが好ましい。
そして、入射瞳径をＤとするとき、Ｆ／Ｄが上記の条件式（６）を満足している。
【００３５】
次に、反射光学系１の作用について説明する。
開口絞り２を透過した入射光束５１は、第１の光路を進んで、第１反射面３により反射され、その正のパワーにより集光されつつ、第２の光路を進んで、第２反射面４に入射する。そして、第２反射面４により反射され、その正のパワーによりさらに集光されつつ第３の光路を進んで光分離面５に到達する。そして、光分離面５により光束の一部が反射されて像面６に実像を形成する。また、光束の他部分が透過されて像面７に実像を形成する。
【００３６】
このような構成において、例えば、後述する第１数値実施例に示すように、水平画角（Ｘ軸方向）、垂直画角（Ｙ軸方向）がそれぞれ４．０°、入射瞳径Ｄ＝φ３０ｍｍのとき、像面６、７上で、８ｍｍ角の受光面に実像を形成する光学系を実現することができる。
【００３７】
本実施形態の構成では、第１の光路の軸上主光線５０と第３の光路の軸上主光線５０とが交差している。すなわち、ＹＺ平面内で、第１、第２、第３の光路が、それらの軸上主光線により三角形の２辺を交差するように延長した形状の、略「４」字状を描く折り畳み光路を形成している。そのため、長い焦点距離を有する場合でもコンパクトな光路を構成することができる。
さらに、反射光路は、その軸上主光線５０が第１および第２の光路の軸上主光線５０とそれぞれ交差する折り畳み光路を形成し、像面６が第２の光路と重なる範囲に形成されているので、コンパクトな光路を構成することができる。
【００３８】
また、反射角θｒ１、θｒ２が、上記の条件式（３）を満足することにより、第１反射面３、第２反射面４のそれぞれの傾き角が第２の光路の軸上主光線５０の垂直２等分面に対して略対称的に配置されているので、偏心収差の発生方向がそれぞれにおいて逆転する。そのため、偏心収差がキャンセルし合う関係となり、全体としての偏心収差が低減される。したがって、負のパワーを有する反射面を設けることなく、各像面にて良好な結像性能を得ることができる。
【００３９】
また、上記に加えて、係数、ＫＹ１、ＫＹ２、ＫＸ１、ＫＸ２が、条件式（１）、（２）を満足することにより、第１反射面３、第２反射面４の正のパワーの対称性が良好になるので、第１反射面３、第２反射面４の主点位置がそれぞれの反射面の間に位置し、主点前後におけるパワー配置の対称性が良好となる。そのため偏心収差の発生を抑えることができる。
【００４０】
また、反射面同士のなす傾き角｜θ２−θ１｜が、上記条件式（４）を満足することにより、各反射面への入射角が大きくなりすぎることないため、軸外光線のコマ収差が低減され、結像性能を向上することができる。また、傾き角｜θ２−θ１｜が小さくなりすぎないので、入出射において光束がケラレることのないように、レイアウトすることが可能となる。
【００４１】
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る反射光学系の第１変形例の透過光路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。
【００４２】
本変形例の反射光学系１Ａは、上記実施形態の反射光学系１の透過光路上に、集光レンズ８（集光素子）を設け、像面７に代えて像面７Ａを形成するようにしたものである。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
集光レンズ８は、正のパワーを有する光学素子である。集光レンズ８の種類は、正のパワーを有するものであれば、どのような光学素子であってもよく、適宜の光学面を組み合わせることができる。本実施形態では、非球面からなるメニスカスレンズを採用している。
【００４３】
本変形例によれば、透過光路の焦点距離が短縮されるので、光分離面５により透過される透過光は、集光レンズ８により集光され、上記の像面７よりも前側の像面７Ａに実像が形成される。そのため、透過光路の焦点距離を短縮してコンパクトな構成とすることができる。
例えば、後述する第２数値実施例に示すように、上記実施形態と同様の水平、垂直画角がそれぞれ４．０°の場合でも、受光面の大きさとして５ｍｍ角のものを採用することができる。
【００４４】
また、透過光路において、結像に必要なパワーを集光レンズ８に分担させることができるので、反射光路において差し支えない範囲で、第１反射面３、第２反射面４のパワーを低減することができる。そのため偏心収差を低減することができる。
また、例えば、入射光束５１の情報を得るために、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像面７Ａに配置する場合に、配置位置を適宜変更したり、結像スポット径を変更したりすることができて好都合である。
【００４５】
本発明の第１の実施形態に係る反射光学系の第２変形例について説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る反射光学系の第２変形例の反射光路、透過光路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。
【００４６】
本変形例の反射光学系１０は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、上記実施形態の反射光学系１の第１反射面３、第２反射面４に代えて、第１反射面１１、第２反射面１２を備え、それに応じて光分離面５の配置位置を変えたものである。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
第１反射面１１、第２反射面１２は、第１反射面３、第２反射面４に対応する他の設計例であって、それぞれのなす傾き角｜θ２−θ１｜が上記実施形態に比べてわずかに大きく、また焦点距離Ｆがわずかに短い構成とされる。
例えば、後述する第３数値実施例に示すように、水平、垂直画角がそれぞれ３．６°、入射瞳径Ｄ＝φ３０ｍｍのとき、像面６、７上で、６．４ｍｍ角の受光面に実像を形成する光学系を実現することができる。
そのため、上記実施形態と略同様の作用効果を有する。
【００４７】
次に、本実施形態の第３変形例について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る反射光学系の第３変形例の反射光路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。
【００４８】
本変形例の反射光学系１０Ａは、図４に示すように、上記第２変形例の反射光学系１０の反射光路上の像面６の位置に１次像１４を形成した後に、集光レンズ１５（集光素子）、集光レンズ１７（集光素子）を設けたものである。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４９】
集光レンズ１５は、正のパワーを有する光学素子であり、像面６から発散する光束を集光して略平行光にすることにより、射出瞳１６を形成する光学素子である。集光レンズ１５の種類は、正のパワーを有するものであれば、どのような光学素子であってもよく、適宜の光学面を組み合わせることができる。本実施形態では、非球面からなる両凸レンズを採用している。
【００５０】
集光レンズ１７は、射出瞳１６から出射された光束を集光して像面１８に実像を形成するための正のパワーを有する光学素子である。集光レンズ１７は、例えば像面１８を形成する位置などにより適宜の焦点距離を有するものを採用することができる。このため、図４には、一例として、集光レンズ１５から２０．５ｍｍ離れた位置に配置された焦点距離１０ｍｍの理想レンズとして図示している。
例えば、後述する第４数値実施例に示すように、水平、垂直画角がそれぞれ３．６°、入射瞳径Ｄ＝φ３０ｍｍのとき、像面１８上で、３ｍｍ角の受光面に実像を形成する光学系を実現することができる。
【００５１】
本変形例によれば、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像面７（図３（ｂ）参照）、像面１８に、それぞれ配置して、それぞれにおいて、入射光束５１の情報を取得することができる。
例えば、像面７に１つの受光手段として４分割ＰＤを配置するとともに、射出瞳１６の近傍にガルバノミラーなどの光偏向手段を配置し、４分割ＰＤが検出する位置情報に基づいて４分割ＰＤに入射する光束の入射角を算出し、その角度情報に基づいてガルバノミラーの偏向角を制御するようにすれば、ガルバノミラーで反射した後の光束を原理的に軸上光線として扱うことができる。
つまり、光学系の許容する入射画角および光偏向手段の偏向角の２倍の入射画角のいずれか小さい方の入射角以下で入射した入力光は光偏向手段で反射した後は原理的に軸上光線として扱うことができる。
そのため、光ファイバのコアなどの微小な領域に高い効率で光を結合するといった光学システムを構成する場合に好適に用いることができる。
また、射出瞳１６と集光レンズ１７の間の光路は略平行光束とされるので、その光路中に適宜の光分岐手段を配置して、複数の光検出を行うことが容易となる。
【００５２】
本発明の第１の実施形態に係る反射光学系の第４変形例について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る反射光学系の第４変形例の反射光路、透過光路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。
【００５３】
本変形例の反射光学系２０は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、上記実施形態の反射光学系１の第１反射面３、第２反射面４に代えて、第１反射面２１、第２反射面２２を備え、それに応じて光分離面５の配置位置を変えたものである。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
第１反射面２１、第２反射面２２は、第１反射面３、第２反射面４に対応する他の設計例であって、それぞれのなす傾き角｜θ２−θ１｜が上記第２変形例と略同等で、また焦点距離Ｆが上記実施形態と略同等な構成とされる。
例えば、後述する第５数値実施例に示すように、水平、垂直画角がそれぞれ４．０°、入射瞳径Ｄ＝φ３０ｍｍのとき、像面６、７上で、８ｍｍ角の受光面に実像を形成する光学系を実現することができる。
そのため、上記実施形態と略同様の作用効果を有する。
ただし、本変形例では、像面６が、第２の光路に重ならない位置に設けられている。このため、像面６の位置に適宜の受光手段を配置することにより光分離面５の反射光の情報を取得することができる。
【００５４】
次に、本実施形態の第５変形例について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態に係る反射光学系の第５変形例の透過光路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。
【００５５】
本変形例の反射光学系２０Ａは、図６に示すように、上記第４変形例の反射光学系２０の透過光路上の像面７の位置に１次像２３を形成した後に、集光レンズ２４（集光素子）、集光レンズ２６（集光素子）を設けたものである。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５６】
集光レンズ２４は、正のパワーを有する光学素子であり、像面６から発散する光束を集光して略平行光にすることにより、射出瞳２５を形成する光学素子である。集光レンズ２４の種類は、正のパワーを有するものであれば、どのような光学素子であってもよく、適宜の光学面を組み合わせることができる。本実施形態では、負のパワーを有する球面メニスカスレンズからなる第１レンズ２４Ａと、正のパワーを有する球面両凸レンズからなる第２レンズ２４Ｂとからなる貼り合わせレンズを採用している。
【００５７】
集光レンズ２６は、射出瞳２５から出射された光束を集光して像面２７に実像を形成するための正のパワーを有する光学素子である。集光レンズ２６は、例えば像面２７を形成する位置などにより適宜の焦点距離を有するものを採用することができる。このため、図６には、一例として、集光レンズ２４から２０．５ｍｍ離れた位置に配置された焦点距離１０ｍｍの理想レンズとして図示している。
例えば、後述する第６数値実施例に示すように、水平、垂直画角がそれぞれ４．０°、入射瞳径Ｄ＝φ３０ｍｍのとき、像面２７上で、３ｍｍ角の受光面に実像を形成する光学系を実現することができる。
【００５８】
本変形例は、反射光路の像面６を受光手段が配置できるように第２の光路と重ならない範囲に設けるとともに、透過光路に第３変形例の反射光路に形成したのと略同様に、受光手段を配置することができる構成を形成したものなので、第３変形例の透過光路と反射光路とをそれぞれ反射光路と透過光路とに代えただけで、第３変形例と略同様の作用効果を有する。
すなわち、第３変形例と第５変形例とは、射出瞳を形成する光路が反射光路上でも、透過光路上でもどちらに設けられていてもよいことを示す例となっている。
【００５９】
［第２の実施形態］
本発明の第２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２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２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あり、空間光通信装置の光アンテナを構成することができるものである。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の概略構成は、筐体４３、送受光光学系７１、受光素子２９（第１受光手段）、制御装置４１（位置制御手段）、集光レンズ７２（集光素子）、受光素子４６（第２受光手段）、ガルバノミラー６２（光偏向手段）、光路分割手段４７、４８、受光素子６３（第２受光手段）、光源４５、およびコリメートレンズ４９、５２、５３（集光素子）からなる。
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、入射光束５１の光束径を規制する実質的な絞りを形成している。
開口絞り４３ａは、筐体４３と別部材で形成されてもよい。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】
送受光光学系７１は、本発明の第１の実施形態に反射光学系から開口絞り２を除いたもので、開口絞り４３ａが開口絞り２に代わる入射瞳として機能するように、第１反射面、第２反射面、光分離手段をそれぞれ配置したものである。ただし、図７では、反射光学系４０の詳細構成を省略してブロックで模式的に表している。例えば、第１の実施形態の反射光学系１、１０、２０などを採用することができる。以下では、一例として、反射光学系１０を採用する場合で説明する。
すなわち、入射光束５１を入射すると、図３（ｂ）、図４に示すように、第１反射面１１、第２反射面１２で順次反射されて光分離面５に至り、光分離面５による透過光（反射光および透過光の一方）から収斂光７１Ａが出射され、像面７に実像が形成される。また、同様に光分離面５による反射光（反射光および透過光の他方）が像面６に実像を形成し、発散光７１Ｂとして出射される。
【００６２】
受光素子２９は、入射光束５１を送受光光学系７１の透過光路を通して出射される収斂光７１Ａを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３（ｂ）参照）、もしくはその近傍に配置されている。受光素子２９としては、例えば４分割ＰＤ、ＣＣＤなどの位置検出可能な受光素子を採用することができる。
制御装置４１（位置検出手段）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。
【００６３】
集光レンズ７２は、発散光７１Ｂを集光して略平行光とすることで、射出瞳７３を形成する正のパワーを有する光学素子である。例えば、第１の実施形態の反射光学系の集光レンズ１５、２４など同様の構成を採用することができる。
本実施形態では、射出瞳７３を適宜位置に形成するため、集光レンズ７２を透過後の略平行光をミラー６１により偏向する構成としている。
【００６４】
ガルバノミラー６２は、射出瞳７３の近傍位置に設けられ、略平行光を偏向してコリメートレンズ４９に導くものである。ガルバノミラー６２の偏向角は、後述する制御装置６３ａ（位置検出手段）の位置検出信号に基づいて受光素子４６上の結像位置を一定に保つように偏向制御手段６２ａによって制御される。
そして、像面１８（図４参照）に相当するコリメートレンズ４９の像面位置に、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４６には、入力信号制御装置４２が接続され、受光素子４６で受光され、光電変換された電気信号が入力信号制御装置４２により適宜の信号処理を施し、集光ユニット６０外部の機器に送出できるようになっている。
ここで、受光素子４６と入力信号制御装置４２とは、ファイバ端面をコリメートレンズ４９の像面に配置した光ファイバに置き換え、入射光束５１が伝送する情報信号を光信号のまま外部に伝送する構成としてもよい。
【００６５】
ガルバノミラー６２とコリメートレンズ４９との間の光路上には、例えば偏光ビームスプリッタ、ハーフミラー、ダイクロイックビームスプリッタなどからなる光路分割手段４７、４８が配置されている。
【００６６】
受光素子６３は、ガルバノミラー６２で偏向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。そして、その検出出力から位置ずれ量を算出して位置検出信号を生成する制御装置６３ａに接続されている。
受光素子６３の位置検出感度は、受光素子２９に比べてより高感度な設定とされている。
【００６７】
光源４５は、ＬＤ（半導体レーザ）からなり、図示しない出力制御装置からの信号に基づいて変調された光を出力する。この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、光路分岐手段４７により、送受光光学系７１の反射光路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、受光光と逆に光路をたどって送受光光学系７１により拡径した略平行光とされ、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側の光学システムに向けて送光される。
【００６８】
ここで、開口絞り４３ａ、送受光光学系７１、集光レンズ７２に、コリメートレンズ４９、５２、５３のいずれかを組み合わせた構成もまた、本発明の第１の実施形態の反射光学系の例となっている。例えば、これらの構成に代えて、第１の実施形態の反射光学系の第３、第５変形例の反射光学系１０Ａ、２０Ａを用いることもできる。
【００６９】
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。
【００７０】
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を駆動して集光ユニット６０の姿勢を制御することができる。
また、より位置検出感度が高い受光素子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。
このように、光学システム１００では、ジンバルステージ４４で集光ユニット６０の姿勢制御を行う粗追尾動作と、ガルバノミラー６２で偏向される略平行光の光軸を一定位置に位置合わせする精追尾動作とが可能となっている。
【００７１】
したがって、本実施形態の光学システム１００によれば、第２の実施形態の反射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。
【００７２】
なお、上記の説明では、第１反射面、第２反射面として、表面反射ミラーを用いた例で説明したが、裏面反射ミラーを用いてもよい。
また、第１反射面、第２反射面、光分離手段は、一体化した構成としてもよい。例えば、それぞれの面を一体化したプリズムで構成してもよい。
【００７３】
また、上記の第１の実施形態の説明では、反射光学系として、光分離手段を備えた例で説明したが、入力光を１箇所に結像して１つの実像を形成したり、第２反射面で反射された後の１つの光路上に１つ以上の実像を形成したりする場合には、光分離手段を設けなくともよい。例えば、光分離手段をなくすか、１００％透過面とすることにより透過光路上に実像を形成してもよい。また、光分離手段の位置に反射ミラーを配置して、光分離手段の反射光路と同様な光路上に１つ以上の実像を形成するようにしてもよい。
【００７４】
また、上記の第１の実施形態の説明では、光分離手段は、１つの入力光が２つの光路に分離される例で説明したが、光分離手段は、入力光として、例えば波長や偏光状態などが異なる複数の光束が入射された場合、その波長や偏光状態などに差異に応じて、それぞれを分離するものであってもよい。
このような反射光学系が第２の実施形態の光学システムに用いられる場合、例えば、入力光として、波長の異なる追尾光と通信光とを入射し、粗追尾は光分離手段で分離された追尾光を検出することで行い、精追尾は光分離手段で分離された通信光自体を用いて行う構成とすることができる。
【００７５】
また、上記第２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７３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７３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、反射光学系が射出瞳を形成しないものであってもよい。すなわち、光分離手段の反射光路または透過光路の収斂光の光路上にガルバノミラー６２を配置して、集光レンズ７２、コリメートレンズ４９、５２、５３を削除する構成を採用することができる。つまり、第２の実施形態の光学システムに用いる反射光学系として、第１の実施形態の反射光学系はすべて採用できる。
【００７６】
また、上記第２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】
【００７７】
次に、上記に説明した第１の実施形態の反射光学系の第１の数値実施例を、図１（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１（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。
下記の光路１は、光分離手段の反射光が進む反射光路であり、光路２は、光分離手段の透過光が進む透過光路である（以下同様）。本実施例では、光路１、光路２はそれぞれ図１（ａ）、（ｂ）に対応する。
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。
【００７８】
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。
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。
【００７９】
回転非対称の自由曲面の形状は、上記式（ａ）により定義される自由曲面式で表現される。
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５】
2007052366.tif 000007
【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]
3      FFS[2]            d3 = 0.00    偏心[2]
4        ∞(反射面)      d4 = 0.00    偏心[3]
像  面      ∞              d5 = 0.00    偏心[4]
ＦＦＳ[1]
Ｃ4   -1.1811x10-3     Ｃ6   -1.0202x10-3     Ｃ8   -1.3213x10-6  
Ｃ10  -1.0926x10-6     Ｃ11   4.5970x10-8     Ｃ13   3.7302x10-8  
Ｃ15   3.2441x10-8     Ｃ17   4.2930x10-10    Ｃ19   1.1443x10-10 
Ｃ21   2.7776x10-10 
ＦＦＳ[2]
Ｃ4    1.4034x10-3     Ｃ6    1.2199x10-3     Ｃ8   -4.6228x10-6  
Ｃ10  -4.0385x10-6     Ｃ11   7.7021x10-8     Ｃ13   7.8580x10-8  
Ｃ15   6.8622x10-8     Ｃ17   1.1103x10-10    Ｃ19  -2.9377x10-10 
Ｃ21   1.1088x10-10 
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.59  Ｚ   45.81  
α  -21.94  β    0.00  γ    0.00  
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ   27.01  Ｚ   17.64  
α  -64.83  β    0.00  γ    0.00  
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -21.00  Ｚ   30.00  
α   80.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   24.64  Ｚ   41.17  
α   65.62  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]
3      FFS[2]            d3 = 0.00    偏心[2]
像  面      ∞              d6 = 0.00    偏心[5]
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -67.71  Ｚ   24.89  
α   93.51  β    0.00  γ    0.00  
【００８５】
本実施例の反射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、半画角に対する像高および条件式（１）〜（６）に関する計算値を、他の各実施例の値とともに次表に記載した。
本実施例において、水平画角、垂直画角はそれぞれ４．０°、４．０°であり、入射瞳径Ｄ＝φ３０ｍｍ、受光面の大きさは反射光路、透過光路ともに、８ｍｍ角を使用する。
また、表中の添字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（以下同様）。
【００８６】
【表１】
2007052366.tif 000008
【００８７】
したがって、本実施例は、条件式（１）〜（６）を満足し、さらに条件式（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）をも満足する反射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（光路１、２共通）を図８に示した。
ここで、図８（１ａ）、（１ｂ）は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の入射画角をθＸ、θＹと表したときに、（θＸ，θＹ）＝（０°，２°）の条件におけるそれぞれＹ軸方向、Ｘ軸方向の横収差図である。図８（２ａ）、（２ｂ）は、同じく（２°，２°）の場合、図８（３ａ）、（３ｂ）は、同じく（２°，０°）の場合を示す。
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７８０、９８０、１５５０ｎｍにおける横収差（単位ｍｍ）である。ただし、いずれの波長も略一致した結果を示しており、重なって１本の曲線に重なっている。
図８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】
【００８９】
次に、上記に説明した第１の実施形態の反射光学系の第１変形例に係る第２の数値実施例（図２参照）を示す。ただし、ＦＦＳ［１］、［２］、偏心［１］、［２］は、上記実施例１と同一の値を用いる。また、光路１の構成パラメータは実施例１と同一なので省略する。
【００９０】
（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]
3      FFS[2]            d3 = 0.00    偏心[2]
4      非球面[1]         d4 = 8.04    偏心[6]  n1 = 1.5254     ν1 = 56.2
5      非球面[2]         d5 = 0.00    
像  面      ∞              d6 = 0.00    偏心[7]
非球面[1]
ｃ      -25.14
ｋ     0.00
Ａ    -1.4715x10-5     Ｂ     2.8588x10-7     Ｃ     8.6522x10-10 
非球面[2]
ｃ     -103.07
ｋ     0.00
Ａ    -2.7344x10-5     Ｂ     1.0006x10-6     Ｃ    -7.8736x10-10 
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -30.82  Ｚ   22.07  
α   94.32  β    0.00  γ    0.00  
偏心[7] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -55.85  Ｚ   23.98  
α   93.78  β    0.00  γ    0.00  
【００９１】
本実施例は、上記の表１に示したように、実施例１と同様に、水平画角、垂直画角はそれぞれ４．０°、４．０°であり、入射瞳径Ｄ＝φ３０ｍｍであるが、透過光路では、集光レンズ８を用いることにより焦点距離が短くなっているので、５ｍｍ角の受光面を使用する。
また、本実施例は、条件式（１）〜（６）を満足し、さらに条件式（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）をも満足する反射光学系となっている。
【実施例３】
【００９２】
次に、上記に説明した第１の実施形態の反射光学系の第２変形例に係る第３の数値実施例（図３（ａ）、（ｂ）参照）を示す。本実施例では、光路１、光路２はそれぞれ図３（ａ）、（ｂ）に対応する。
【００９３】
（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]
3      FFS[2]            d3 = 0.00    偏心[2]
4        ∞(反射面)      d4 = 0.00    偏心[3]
像  面      ∞              d5 = 0.00    偏心[4]
ＦＦＳ[1]
Ｃ4   -1.2211x10-3     Ｃ6   -9.8400x10-4     Ｃ8    1.5694x10-7  
Ｃ10   2.6813x10-7     Ｃ11   1.1347x10-7     Ｃ13   1.2262x10-7     
Ｃ15   9.4192x10-8     Ｃ17   1.6295x10-9     Ｃ19   2.2041x10-9  
Ｃ21   1.2847x10-9 
ＦＦＳ[2]
Ｃ4    1.6729x10-3     Ｃ6    1.4353x10-3     Ｃ8   -3.5206x10-6  
Ｃ10  -3.1292x10-6     Ｃ11   1.5543x10-7     Ｃ13   1.5893x10-7     
Ｃ15   1.3679x10-7     Ｃ17   7.6491x10-10    Ｃ19   1.6473x10-9  
Ｃ21   8.4198x10-10 
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -0.00  Ｚ   36.10  
α  -25.94  β    0.00  γ    0.00  
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ   21.23  Ｚ   18.25  
α  -74.36  β    0.00  γ    0.00  
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -20.38  Ｚ   14.58  
α   70.10  β    0.00  γ    0.00  
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   19.94  Ｚ   39.66  
α   57.37  β    0.00  γ    0.00  
【００９４】
（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]
3      FFS[2]            d6 = 0.00    偏心[2]
像  面      ∞              d7 = 0.00    偏心[5]
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -67.39  Ｚ    8.04  
α   84.93  β    0.00  γ    0.00  
【００９５】
本実施例は、上記の表１に示したように、水平画角、垂直画角はそれぞれ３．６°、３．６°であり、入射瞳径Ｄ＝φ３０ｍｍ、反射光路、透過光路ともに、６．４ｍｍ角の受光面を使用する。
また、本実施例は、条件式（１）〜（６）を満足し、さらに条件式（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）をも満足する反射光学系となっている。
【実施例４】
【００９６】
次に、上記に説明した第１の実施形態の反射光学系の第３変形例に係る第４の数値実施例（図４参照）を示す。ただし、ＦＦＳ［１］、［２］、偏心［１］、［２］、［３］は、上記実施例３と同一の値を用いる。また光路２の構成パラメータは実施例３と同一なので省略する。
【００９７】
（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]
3      FFS[2]            d3 = 0.00    偏心[2]
4      ∞(反射面)        d4 = 0.00    偏心[3]
5        ∞              d5 =-1.88    偏心[6]
6      非球面[1]         d6 = 5.36             n1 = 1.6050     ν1 =50.4
7      非球面[2]         d7 =20.50    
8      理想レンズ        d8 =10.00    
像  面      ∞              d9 = 0.00    
非球面[1]
ｃ       14.58
ｋ    -87.228
Ａ     9.1580x10-4     Ｂ    -8.6440x10-5  
非球面[2]
ｃ       -4.32
ｋ    -6.4807x10-1  
Ａ    -1.6590x10-4     Ｂ     8.2810x10-6  
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ   24.40  Ｚ   42.52  
α   57.37  β    0.00  γ    0.00  
【００９８】
本実施例は、上記の表１に示したように、実施例３と同様に、水平画角、垂直画角はそれぞれ３．６°、３．６°であり、入射瞳径Ｄ＝φ３０ｍｍであるが、反射光路では、集光レンズ１５、１７を配置し、３ｍｍ角の受光面を使用する。
また、本実施例は、条件式（１）〜（６）を満足し、さらに条件式（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）をも満足する反射光学系となっている。
【実施例５】
【００９９】
次に、上記に説明した第１の実施形態の反射光学系の第４変形例に係る第５の数値実施例（図６（ａ）、（ｂ）参照）を示す。本実施例では、光路１、光路２はそれぞれ図６（ａ）、（ｂ）に対応する。
【０１００】
（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]
3      FFS[2]            d3 = 0.00    偏心[2]
4        ∞(反射面)      d4 = 0.00    偏心[3]
像  面      ∞              d5 = 0.00    偏心[4]
ＦＦＳ[1]
Ｃ4   -1.0330x10-3     Ｃ6   -8.3174x10-4     Ｃ8    7.8071x10-7  
Ｃ10   7.5528x10-7     Ｃ11   6.9133x10-8     Ｃ13   9.7688x10-8  
Ｃ15   6.7717x10-8     Ｃ17   7.8518x10-10    Ｃ19   1.7045x10-9  
Ｃ21   9.3813x10-10 
ＦＦＳ[2]
Ｃ4    1.5294x10-3     Ｃ6    1.3309x10-3     Ｃ8   -1.6486x10-6  
Ｃ10  -1.2892x10-6     Ｃ11   9.3846x10-8     Ｃ13   1.3134x10-7  
Ｃ15   9.7397x10-8     Ｃ17   2.6631x10-10    Ｃ19   1.6482x10-9  
Ｃ21   7.4177x10-10 
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   41.62  
α  -25.53  β    0.00  γ    0.00  
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ   25.17  Ｚ   21.29  
α  -72.85  β    0.00  γ    0.00  
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -19.96  Ｚ   17.62  
α   71.59  β    0.00  γ    0.00  
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   27.00  Ｚ   47.17  
α   54.59  β    0.00  γ    0.00  
【０１０１】
（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]
3      FFS[2]            d3 = 0.00    偏心[2]
像  面      ∞              d6 = 0.00    偏心[5]
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -75.22  Ｚ   13.14  
α   88.62  β    0.00  γ    0.00  
【０１０２】
本実施例は、上記の表１に示したように、実施例１と同様に、水平画角、垂直画角はそれぞれ４．０°、４．０°であり、入射瞳径Ｄ＝φ３０ｍｍ、反射光路、透過光路とも８ｍｍ角の受光面を使用する。
また、本実施例は、条件式（１）〜（６）を満足し、さらに条件式（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）をも満足する反射光学系となっている。
【実施例６】
【０１０３】
次に、上記に説明した第１の実施形態の反射光学系の第５変形例に係る第６の数値実施例（図７参照）を示す。ただし、ＦＦＳ［１］、［２］、偏心［１］、［２］は、上記実施例５と同一の値を用いる。また、光路１の構成パラメータは実施例５と同一なので省略する。
【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      FFS[1]            d2 = 0.00    偏心[1]
3      FFS[2]            d3 = 0.00    偏心[2]
4      ∞(射出瞳)        d4 = 5.20    偏心[6]
5      r5= 23.88         d4 = 1.50            n1 = 1.8052     ν1 = 25.4
6      r6=  3.90         d4 = 2.50            n2 = 1.6511     ν2 = 55.9
7      r7= -4.61         d4 =21.50
8      理想レンズ        d8 =10.00
像  面      ∞              d9 = 0.00
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -75.22  Ｚ   13.14  
α  265.36  β    0.00  γ    0.00  
【０１０５】
本実施例は、上記の表１に示したように、実施例１と同様に、水平画角、垂直画角はそれぞれ４．０°、４．０°であり、入射瞳径Ｄ＝φ３０ｍｍであるが、透過光路では、集光レンズ２４、２６を配置し、３ｍｍ角の受光面を使用する。
また、本実施例は、条件式（１）〜（６）を満足し、さらに条件式（４ａ）、（５ａ）、（６ａ）をも満足する反射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の実施形態に係る反射光学系の反射光路、透過光路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】本発明の第１の実施形態に係る反射光学系の第１変形例の透過光路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３】本発明の第１の実施形態に係る反射光学系の第２変形例の反射光路、透過光路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４】本発明の第１の実施形態に係る反射光学系の第３変形例の反射光路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５】本発明の第１の実施形態に係る反射光学系の第４変形例の反射光路、透過光路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６】本発明の第１の実施形態に係る反射光学系の第５変形例の透過光路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７】本発明の第２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、２の横収差図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１、１Ａ、１０、１０Ａ、２０、２０Ａ  反射光学系
２、４３ａ  開口絞り（入射瞳）
３、１１、２１  第１反射面
４、１２、２２  第２反射面
５  光分離面（光分離手段）
６、７、１８、２７  像面（実像）
８、１７、２４、２６、７２  集光レンズ（集光素子）
１４、２３  １次像
１６、２５、７３  射出瞳
８  像面（実像）
２９  受光素子（第１受光手段）
４１、６３ａ  制御装置（位置検出手段）
４４  ジンバルステージ（移動機構）
４４ｄ  駆動制御手段（位置制御手段）
４５  光源
４６  受光素子
４９、５２、５３  コリメートレンズ（集光素子）
５０  軸上主光線
５１  入射光束（入力光）
６０  集光ユニット
６２  ガルバノミラー（光偏向手段）
６３  受光素子（第２受光手段）
７１  送受光光学系
１００  光学システム
【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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