WO2021215049A1 - 光学系 - Google Patents

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WO2021215049A1
WO2021215049A1 PCT/JP2020/047506 JP2020047506W WO2021215049A1 WO 2021215049 A1 WO2021215049 A1 WO 2021215049A1 JP 2020047506 W JP2020047506 W JP 2020047506W WO 2021215049 A1 WO2021215049 A1 WO 2021215049A1
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WO
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imaging position
intermediate imaging
range
optical system
reflecting surface
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PCT/JP2020/047506
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English (en)
French (fr)
Inventor
聡 葛原
恒夫 内田
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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Priority to EP20931807.0A priority patent/EP4141498A4/en
Priority to JP2022516843A priority patent/JPWO2021215049A1/ja
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Priority to US17/970,942 priority patent/US20230047387A1/en

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
    • G02B17/086—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

Definitions

  • This disclosure relates to an optical system using a prism.
  • reflecting light using a prism can make the optical system smaller than reflecting it with a mirror.
  • an intermediate image of light may be formed in the prism. For example, even in the prism of Patent Document 1, an intermediate image of light traveling in the prism is formed.
  • the reflecting surface of the prism has a greater influence on the light due to the manufacturing error than the refracting surface.
  • the present disclosure provides an optical system including a prism that reduces the influence of scratches in the prism and reduces the influence of manufacturing errors.
  • the optical system of the present disclosure is an optical system including a first surface, a second surface, and a third surface, and includes a prism in which a light flux from the first surface is reflected by the second surface and directed toward the third surface.
  • the prism has a first intermediate imaging position in which a component in the first direction of the luminous flux incident inside is imaged, and a second direction orthogonal to the first direction of the luminous flux, unlike the first intermediate imaging position.
  • the first intermediate imaging position and at least one of the second intermediate imaging positions are the first surface and the second surface.
  • Between the second surface and the first range, or between the second surface and the third surface, the second surface and the second range, and the first range is the first range.
  • the length from the first surface to the second surface is less than 1/2 of the optical path length
  • the second range is a length of less than 1/2 of the optical path length from the second surface to the third surface. be.
  • the optical system of the present disclosure includes a first surface, a second surface, a third surface, and a fourth surface, and the light flux from the first surface is reflected by the second surface toward the third surface.
  • An optical system including a prism in which a light flux from the second surface is reflected by the third surface and heads toward the fourth surface.
  • the prism is an image of a component of the light flux incident inside in the first direction. It has a first intermediate imaging position to be formed and a second intermediate imaging position in which a component of the light flux in the second direction orthogonal to the first direction is imaged, which is different from the first intermediate imaging position.
  • One of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the first range from the second surface between the first surface and the second surface, or the said.
  • the second surface and the third surface are within the second range from the second surface, and the other of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is the second surface.
  • the third surface is within the second range from the third surface, or the third surface is within the third to third range between the third surface and the fourth surface.
  • the first range is a length of less than 1/2 of the optical path length from the first surface to the second surface
  • the second range is one of the optical path lengths from the second surface to the third surface.
  • the length is less than / 2
  • the third range is less than 1/2 of the optical path length from the third surface to the fourth surface.
  • the optical system in the present disclosure can provide an optical system including a prism in which the influence of scratches in the prism is reduced and the influence of manufacturing error is reduced.
  • Sectional drawing which shows the structure of the optical system in Embodiment 1.
  • the figure which shows the pupil diameter of the laser beam at the 1st intermediate imaging position (Px) The figure which shows the pupil diameter of the laser beam at the 2nd intermediate imaging position (Py)
  • Sectional drawing which shows the structure of the optical system in the modification of Embodiment 1.
  • Sectional drawing which shows the structure of the optical system in the modification of Embodiment 1.
  • Sectional drawing which shows the structure of the optical system in the modification of Embodiment 1.
  • Sectional drawing which shows the structure of the optical system in the modification of Embodiment 1.
  • Sectional drawing which shows the structure of the optical system in Embodiment 2.
  • Sectional drawing which shows the structure of the optical system in the modification of Embodiment 2.
  • Sectional drawing which shows the structure of the optical system in the modification of Embodiment 2.
  • Sectional drawing which shows the structure of the optical system in Embodiment 3.
  • Sectional drawing which shows the structure of the optical system in the modification of Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical system 1 according to the present disclosure.
  • the optical system 1 includes a laser element 3 as a light source and a prism 5.
  • the laser element 3 is, for example, a semiconductor laser.
  • the laser beam R emitted from the laser element 3 is parallel light having different pupil diameters in the X direction as the first direction and the Y direction as the second direction.
  • the pupil diameter 3a of the laser beam R immediately after irradiation from the laser element 3 has an elliptical shape extending in the X direction.
  • the laser beam R emitted from the laser element 3 is incident on the incident surface 11 of the prism 5.
  • the laser beam R has a plurality of wavelengths (wavelength ranges) so as to have colors of R (Red), G (Green), and B (Blue), for example.
  • the laser element 3 may emit the light of R, G, and B as the laser light R mixed with one light flux, or may sequentially emit the laser light R of the light flux of each color.
  • the prism 5 has an incident surface 11 as a first surface, a first reflecting surface 13 as a second surface, and an emitting surface 15 as a third surface.
  • the first reflecting surface 13 is arranged between the optical paths from the incident surface 11 to the exit surface 15.
  • the laser beam R emitted from the laser element 3 is incident on the prism 5 through the incident surface 11.
  • the incident surface 11 and the first reflecting surface 13 face each other, and the laser beam R incident from the incident surface 11 reduces the pupil diameter 3a in the Y direction to be between the incident surface 11 and the first reflecting surface 13.
  • the pupil diameter 3a is enlarged again in the Y direction, and the light is reflected in the prism 5 by the first reflecting surface 13.
  • the incident surface 11 has, for example, a convex shape protruding outward.
  • the incident surface 11 may be a rotation asymmetric surface. For example, it may be a free curved surface shape having different curvatures in the X direction and the Y direction. Further, by making the shape of the incident surface 11 convex, the laser beam R incident from the incident surface 11 can be refracted inward. In this way, the laser beam R can travel in the prism while suppressing its spread, so that the prism 5 can be miniaturized. Further, the incident surface 11 may have a smaller refractive power in the Y direction than in the X direction. As a result, chromatic aberration in the Y direction generated on the incident surface 11 can be suppressed.
  • the prism 5 is made of, for example, resin or glass.
  • the refractive index n of the prism 5 satisfies the relationship of n ⁇ 1.8. Thereby, the influence of the manufacturing error of the refracting surface of the prism 5 can be reduced.
  • the refracting surface of the prism 5 is, for example, the incident surface 11. Further, the Abbe number vd of the prism 5 satisfies the relationship of vd> 40. As a result, the chromatic aberration of the light incident on the prism 5 can be reduced.
  • the laser light R incident from the incident surface 11 travels with the pupil diameter 3a in the X direction reduced, and the laser light R reflected by the first reflecting surface 13 is between the first reflecting surface 13 and the emitting surface 15.
  • the pupil diameter 3a is enlarged again in the X direction and the light is emitted from the exit surface 15 to the outside of the prism 5.
  • the first reflecting surface 13 has different curvatures in the X direction and the Y direction. Therefore, the first reflecting surface 13 has a free curved surface shape. Further, the first reflecting surface 13 may be eccentric with respect to the incident light. This makes it possible to separate the optical path of the incident light without using an optical element such as a beam splitter.
  • the exit surface 15 of the prism 5 may have the same configuration as the incident surface 11.
  • the exit surface 15 may have a convex shape protruding outward.
  • the curvatures of the entrance surface 11 and the exit surface 15 in the X direction may have symmetry.
  • the exit surface 15 may have a smaller refractive power in the X direction than in the Y direction.
  • the exit surface 15 may have a free curved surface shape having different curvatures in the X direction and the Y direction.
  • the incident surface 11 of the prism 5, the first reflecting surface 13 of the prism 5, and the emitting surface 15 of the prism 5 are arranged in the order of the optical path from the laser element 3.
  • the optical system 1 has a first intermediate imaging position in the X direction of the luminous flux of the laser beam R between the first reflecting surface 13 in the prism 5 and the emitting surface 15 in the prism 5.
  • Has Px That is, the laser beam R is intermediately imaged by the incident surface 11 or the first reflecting surface 13.
  • the focal lengths of Rx, which is a component of the laser light R in the X direction, and Ry, which is a component of the laser light R are different, the first intermediate imaging position Px of the X component Rx of the laser light R is used.
  • the second intermediate imaging position Py of the Y component Ry can be arranged at a different position.
  • the focal lengths of the X component Rx and the Y component Ry are different, the enlargement ratios of the prism 5 when emitted from the exit surface 15 are also different. That is, the optical system 1 has different optical magnifications in the X direction and the Y direction. For example, in the present embodiment, since the focal length is larger in the Y direction than in the X direction, the optical magnification in the Y direction is larger than that in the X direction.
  • first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py can be arranged on the optical path of the first reflecting surface 13 and the emitting surface 15, and the influence of scratches and dust in the prism 5 can be obtained. Can be further reduced. Further, by satisfying the relationship of My / Mx> 1.5, the optical path length difference between the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py is further increased, and the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Px are satisfied. 2 The degree of freedom in arranging the intermediate imaging position Py can be further improved.
  • the first intermediate imaging position Px of the luminous flux of the laser beam R in the X direction does not intersect at the same position as the luminous flux of the laser beam R in the Y direction orthogonal to the X direction. That is, the first intermediate imaging position Px of the X component Rx of the laser light R is not the same position as the second intermediate imaging position Py of the Y component Ry of the laser light R.
  • the pupil diameter 3b of the laser beam R at the first intermediate imaging position Px has a linear shape extending in the Y direction.
  • the Y component Ry of the laser beam R is not imaged, so that it is possible to prevent the pupil diameter 3b of the laser beam R from disappearing. You can.
  • the second intermediate imaging position Py of the Y component Ry of the laser beam R is the first intermediate formation in which the X component Rx of the laser beam R is imaged on the optical path. It is located on the incident surface 11 side of the image position Px.
  • the pupil diameter 3c of the laser beam R at the second intermediate imaging position Py also has a linear shape extending in the X direction.
  • the pupil diameter 11d of the laser beam R emitted from the emission surface 15 is formed in a circular shape as shown in FIG. ..
  • the first intermediate imaging position Px may be located on the incident surface 11 side of the second intermediate imaging position Py on the optical path.
  • the relationship with the second projection pupil diameter ⁇ y2 in the direction is 0.1 ⁇ ( ⁇ x1 ⁇ ⁇ y1) / ( ⁇ x2 ⁇ ⁇ y2) ⁇ 0.8 Is.
  • the second intermediate imaging position Py is located on the first reflecting surface 13 side within the first range Rg1 between the incident surface 11 and the first reflecting surface 13.
  • the first range Rg1 is a length less than 1/2 of the optical path length L1 from the incident surface 11 to the first reflecting surface 13. Further, the first range Rg1 may have a length of less than 1/4 or less than 1/8 of the optical path length L1 from the incident surface 11 to the first reflecting surface 13. The closer the distance between the second intermediate imaging position Py and the first reflecting surface 13 is, the smaller the size of the luminous flux (footprint size) on the first reflecting surface 13 can be.
  • the influence of the manufacturing error of the first reflecting surface 13 on the light flux As the size of the light flux on the first reflecting surface 13 becomes smaller, it is possible to reduce the influence of the manufacturing error of the first reflecting surface 13 on the light flux. Therefore, if the first range Rg1 is less than 1/2 of the optical path length L1 from the incident surface 11 to the first reflecting surface 13 and less than 1/4, the influence of manufacturing error can be further reduced. If the length is less than 1/8 than less than 1/4, the influence of manufacturing error can be further reduced.
  • the effect of the manufacturing error is, for example, an error in the curvature of the first reflecting surface 13.
  • the first intermediate imaging position Px is within the second range Rg2 from the first reflecting surface 13 between the first reflecting surface 13 and the emitting surface 15.
  • the second range Rg2 is a length less than 1/2 of the optical path length L2 from the first reflecting surface 13 to the emitting surface 15.
  • the second range Rg2 may have a length of less than 1/4 or less than 1/8 of the optical path length L2 from the first reflecting surface 13 to the emitting surface 15. The closer the distance between the first intermediate imaging position Px and the first reflecting surface 13 is, the smaller the size of the luminous flux (footprint size) on the first reflecting surface 13 can be. As the size of the light flux on the first reflecting surface 13 becomes smaller, it is possible to reduce the influence of the manufacturing error of the first reflecting surface 13 on the light flux.
  • the second range Rg2 has a length of less than 1/2 of the optical path length L2 from the first reflecting surface 13 to the emitting surface 15 and less than 1/4, the influence of manufacturing error can be further reduced. If the length is less than 1/8 than less than 1/4, the influence of manufacturing error can be further reduced.
  • the first intermediate imaging position Px and The second intermediate imaging positions Py can be arranged closer to each other than the first reflecting surface 13.
  • the reflecting surface is a member having high error sensitivity, but by arranging the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py closer to each other in the vicinity of the first reflecting surface 13, the first reflecting surface The influence of the manufacturing error of 13 can be further reduced. Further, by arranging the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py in different ranges from the first reflecting surface 13, the influence of dust and scratches on the prism 5 can be further reduced.
  • the optical path length difference between the optical path length from the incident surface 11 to the first intermediate imaging position Px and the optical path length from the incident surface 11 to the second intermediate imaging position Py is ⁇ P.
  • the optical path difference between the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py can be appropriately set, and the influence of scratches and dust in the prism 5 can be reduced.
  • both the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py are located in the vicinity of the first reflecting surface 13, but the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Px. 2. At least one of the intermediate imaging positions Py may be located in the vicinity of the first reflecting surface 13. As a result, the size of the light flux reflected by the first reflecting surface 13 can be reduced, so that it is possible to reduce the influence of the manufacturing error of the first reflecting surface 13 on the light flux reflected by the first reflecting surface 13. ..
  • the first intermediate imaging position Px is located between the first reflecting surface 13 and the emitting surface 15, and the second intermediate imaging position Py is between the incident surface 11 and the first reflecting surface 13. It was located in between, but it may be arranged in reverse. That is, the first intermediate imaging position Px is located between the incident surface 11 and the first reflecting surface 13, and the second intermediate imaging position Py is located between the first reflecting surface 13 and the emitting surface 15. May be good.
  • the first intermediate imaging position Px is located between the first reflecting surface 13 and the emitting surface 15, and the second intermediate imaging position Py is between the incident surface 11 and the first reflecting surface 13. It was located in between, but it is not limited to this.
  • both the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py are the first reflecting surfaces between the incident surface 11 and the first reflecting surface 13 of the prism 5A. It may be located within the first range Rg1 from 13.
  • both the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py are first located between the first reflecting surface 13 and the emitting surface 15 of the prism 5B. It may be located within the second range Rg2 from the reflecting surface 13.
  • a lens element 7 having a different focusing action in the X direction and the Y direction of the light flux may be arranged between the laser element 3 and the incident surface 11 of the prism 5C. ..
  • the lens element 7 has a different curvature with respect to the X direction and the Y direction of the light flux, and is, for example, a cylindrical lens.
  • the luminous flux emitted from the lens element 7 is incident on the incident surface 11. Since the optical system 1 includes the lens element 7, the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py can be arranged at appropriate positions, so that the degree of freedom in prism design can be increased.
  • the accuracy can be improved by processing the lens element 7 rather than processing the shape of the incident surface 11, and it becomes easier to design the intermediate imaging position in the prism 5.
  • the prisms 5A, 5B, and 5C have the same configuration as the prism 5 except for the points described above.
  • the optical system 1 includes an incident surface 11 as a first surface, a first reflecting surface 13 as a second surface, and an emitting surface 15 as a third surface, and the light beam from the incident surface 11 is the first.
  • This is an optical system including a prism 5 that reflects off the reflecting surface 13 and heads toward the emitting surface 15.
  • the prism 5 has a first intermediate imaging position Px in which a component in the X direction as the first direction of the luminous flux incident inside is imaged, and a first intermediate imaging position, which is orthogonal to the first direction of the luminous flux, unlike the first intermediate imaging position. It has a second intermediate imaging position Py in which components in the Y direction as two directions are imaged.
  • At least one of the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py is within the first range Rg1 from the first reflecting surface 13 between the incident surface 11 and the first reflecting surface 13. , It is within the second range Rg2 from the first reflecting surface 13 between the first reflecting surface 13 and the emitting surface 15.
  • the first range Rg1 is a length less than 1/2 of the optical path length L1 from the incident surface 11 to the first reflecting surface 13.
  • the second range Rg2 is a length less than 1/2 of the optical path length L2 from the first reflecting surface 13 to the emitting surface 15.
  • the prism 5 since two intermediate imaging positions are formed in the prism 5, it is possible to reduce the disappearance of a part of the luminous flux due to scratches or dust in the prism 5. Further, since at least one of the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py is located in the vicinity of the first reflecting surface 13, the size of the luminous flux on the first reflecting surface 13 (footprint). The size) can be reduced, and the influence of the manufacturing error of the first reflecting surface 13 on the luminous flux can be reduced.
  • both the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py are located in the vicinity of the first reflecting surface 13, the size of the luminous flux (footprint size) on the first reflecting surface 13 is further increased. It can be made smaller, and the influence of the manufacturing error of the first reflecting surface 13 on the luminous flux can be further reduced.
  • the prism 5 has only the first reflecting surface 13 as a reflecting surface, but one or more other prisms 5 are on the optical path between the first reflecting surface 13 and the emitting surface 15. It may have a reflective surface. As described above, the prism 5 may have at least two or more reflecting surfaces.
  • the prism 5D has the second reflecting surface 17 on the optical path between the first reflecting surface 13 and the emitting surface 15 as in the optical system 1D shown in FIG. 10, the first reflecting surface 13 is used as the first surface.
  • the second reflecting surface 17 may function as the second surface, and the exit surface 15 may function as the third surface.
  • the prism 5D has the same configuration as the prism 5.
  • the prism 5 includes three or more reflecting surfaces, even if the first reflecting surface 13 functions as the first surface, another reflecting surface functions as the second surface, and the other reflecting surface functions as the third surface. good.
  • FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the optical system 1E in the second embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing intermediate imaging positions of the X component and the Y component of the laser beam R. [2-1. composition]
  • the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py are located in the vicinity of one reflecting surface, whereas the optical system 1E of the present embodiment is located.
  • the first intermediate imaging position Px or the second intermediate imaging position Py is located in the vicinity of each of the two reflecting surfaces.
  • the optical system 1 according to the first embodiment and the optical system 1E of the present embodiment are common.
  • the prism 5E of the present embodiment has an incident surface 11 as a first surface, a first reflecting surface 13 as a second surface, a second reflecting surface 17 as a third surface, and an emitting surface 15 as a fourth surface. And.
  • the second reflecting surface 17 faces the first reflecting surface 13 and the emitting surface 15, respectively.
  • the second reflecting surface 17 reflects the light flux traveling from the first reflecting surface 13 toward the exit surface 15.
  • the second reflecting surface 17 may have a free curved surface shape having different curvatures in the X direction and the Y direction.
  • the second intermediate imaging position Py is within the second range Rg2 from the first reflecting surface 13 between the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 17.
  • the size of the light flux on the first reflecting surface 13 becomes smaller, it is possible to reduce the influence of the manufacturing error of the first reflecting surface 13 on the light flux.
  • the first intermediate imaging position Px is within the second range Rg2 from the second reflecting surface 17 between the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 17.
  • the size of the light flux on the second reflecting surface 17 becomes smaller it is possible to reduce the influence of the manufacturing error of the second reflecting surface 17 on the light flux.
  • the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py in the vicinity of different reflection surfaces on the optical path, the first intermediate imaging position Px becomes the second reflection surface 17
  • the second intermediate imaging position Py can be arranged closer to the first reflecting surface 13. Thereby, the influence of the manufacturing error of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 17 can be further reduced. Further, the influence of dust and scratches on the prism 5E can be further reduced.
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the optical system 1F in the modified example of the second embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram showing intermediate imaging positions of the X component and the Y component of the laser beam.
  • the second intermediate imaging position Py is within the second range Rg2 from the first reflecting surface 13 between the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 17 of the prism 5F.
  • the size of the light flux on the first reflecting surface 13 becomes smaller, it is possible to reduce the influence of the manufacturing error of the first reflecting surface 13 on the light flux.
  • the first intermediate imaging position Px is within the third range Rg3 from the second reflecting surface 17 between the second reflecting surface 17 and the emitting surface 15.
  • the third range Rg3 may have a length of less than 1/2, a length of less than 1/4, or a length of less than 1/8 of the optical path length L3 from the second reflecting surface 17 to the emitting surface 15. That's fine.
  • the third range Rg3 is less than 1/2 of the optical path length L3 from the second reflecting surface 17 to the exit surface 15 and less than 1/4, the influence of manufacturing error can be further reduced. If the length is less than 1/8 than less than 1/4, the influence of manufacturing error can be further reduced.
  • a reflecting surface may be further provided on the optical path between the second reflecting surface 17 and the emitting surface 15.
  • the additionally provided reflective surface functions as the fourth surface.
  • the prism 5F has the same configuration as the prism 5E except for the above-mentioned points.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration of an optical system 1G in a modified example of the second embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing intermediate imaging positions of the X component and the Y component of the laser beam.
  • the second intermediate imaging position Py is within the first range Rg1 from the first reflecting surface 13 between the incident surface 11 of the prism 5G and the first reflecting surface 13.
  • the size of the light flux on the first reflecting surface 13 becomes smaller, it is possible to reduce the influence of the manufacturing error of the first reflecting surface 13 on the light flux.
  • the first intermediate imaging position Px is within the third range Rg3 from the second reflecting surface 17 between the second reflecting surface 17 and the emitting surface 15. The closer the distance between the first intermediate imaging position Px and the second reflecting surface 17, the smaller the size (footprint size) of the light flux on the second reflecting surface 17. As the size of the light flux on the second reflecting surface 17 becomes smaller, it is possible to reduce the influence of the manufacturing error of the second reflecting surface 17 on the light flux.
  • a reflecting surface may be further provided on the optical path between the second reflecting surface 17 and the emitting surface 15.
  • the additionally provided reflective surface functions as the fourth surface.
  • the prism 5G has the same configuration as the prism 5E except for the above-mentioned points.
  • a lens element 7 having a different light-collecting action in the X direction and the Y direction of the light flux may be arranged between the laser element 3 and the incident surface 11 of the prism 5E.
  • the optical system 1E has an incident surface 11 as a first surface, a first reflecting surface 13 as a second surface, a second reflecting surface 17 as a third surface, and an emission as a fourth surface. It has a surface 15.
  • the light flux from the incident surface 11 is reflected by the first reflecting surface 13 and heads toward the second reflecting surface 17, and the luminous flux from the first reflecting surface 13 is reflected by the second reflecting surface 17 and heads toward the emitting surface 15. Head.
  • the prism 5E has a first intermediate imaging position Px in which the X-direction component of the luminous flux incident inside is imaged, and a second intermediate imaging position Py in which the Y-direction component orthogonal to the X-direction of the luminous flux is imaged.
  • One of the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py is within the first range Rg1 from the first reflecting surface 13 between the incident surface 11 and the first reflecting surface 13.
  • It is within the second range Rg2 from the second reflecting surface 17 between the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 17.
  • the other of the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py is within the second range Rg2 from the second reflecting surface 17 between the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 17.
  • the second range Rg2 is a length of less than 1/2 of the optical path length from the first reflecting surface 13 to the second reflecting surface 17.
  • the third range Rg3 is a length of less than 1/2 of the optical path length from the second reflecting surface 17 to the emitting surface 15.
  • the two intermediate imaging positions of the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py are located in the vicinity of the two reflecting surfaces of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 17, respectively. You may be doing it. As a result, the size of the light flux reflected by each reflecting surface can be reduced, so that the influence on the light flux due to the manufacturing error of each reflecting surface can be reduced.
  • FIG. 17 is a diagram showing the configuration of the optical system 1H in the third embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram showing intermediate imaging positions of the X component and the Y component of the laser beam R, respectively.
  • [3-1. composition] As shown in FIG. 17, the optical system 1H of the present embodiment further includes a third reflecting surface 19 in the optical system 1E of the second embodiment.
  • the optical system 1E in the second embodiment and the optical system 1H in the present embodiment are common to the configurations other than the points described below.
  • the prism 5H of the present embodiment has an incident surface 11 as a first surface, a first reflecting surface 13 as a second surface, a second reflecting surface 17 as a third surface, and a third reflecting surface as a fourth surface.
  • a surface 19 and an exit surface 15 as a fifth surface are provided.
  • the third reflecting surface 19 faces the second reflecting surface 17 and the emitting surface 15, respectively.
  • the third reflecting surface 19 reflects the light flux traveling from the second reflecting surface 17 toward the exit surface 15.
  • the third reflecting surface 19 may have a free curved surface shape having different curvatures in the X direction and the Y direction.
  • the first intermediate imaging position Px is within the third range Rg3 from the second reflecting surface 17 between the second reflecting surface 17 and the third reflecting surface 19.
  • the size of the light flux on the second reflecting surface 17 becomes smaller it is possible to reduce the influence of the manufacturing error of the second reflecting surface 17 on the light flux.
  • the second intermediate imaging position Py is within the second range Rg2 from the first reflecting surface 13 between the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 17.
  • the size of the light flux on the first reflecting surface 13 becomes smaller, it is possible to reduce the influence of the manufacturing error of the first reflecting surface 13 on the light flux.
  • the first intermediate imaging positions of the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py are located in the vicinity of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 17, respectively. Therefore, since only the third reflective surface 19 needs to be prioritized in manufacturing, the number of reflective surfaces to be prioritized can be reduced, and the labor in manufacturing can be reduced. Further, the second intermediate imaging position Py and the first intermediate imaging position Px are arranged after the reflection of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 17, respectively.
  • the second intermediate imaging position Py and the first intermediate imaging position Px are brought closer to the third reflecting surface 19 as much as possible, so that the size of the luminous flux (footprint size) on the third reflecting surface 19 can be adjusted. I'm making it smaller.
  • a lens element 7 having a different focusing action in the X direction and the Y direction of the light flux may be arranged between the laser element 3 and the incident surface 11 of the prism 5H.
  • the optical system 1H has an incident surface 11 as a first surface, a first reflecting surface 13 as a second surface, a second reflecting surface 17 as a third surface, and a fourth surface as a fourth surface. It includes three reflecting surfaces 19 and an exit surface 15 as a fifth surface.
  • the light beam from the incident surface 11 is reflected by the first reflecting surface 13 and heads toward the second reflecting surface 17, and the light beam from the first reflecting surface 13 is reflected by the second reflecting surface 17 and is reflected by the third reflecting surface 17.
  • the light beam from the second reflecting surface 17 is reflected by the third reflecting surface 19 and heads toward the exit surface 15.
  • the prism 5H has a first intermediate imaging position Px in which the X-direction component of the luminous flux incident inside is imaged, and a second intermediate imaging position Py in which the Y-direction component orthogonal to the X-direction of the luminous flux is imaged.
  • the first intermediate imaging position Px is within the third range Rg3 from the second reflecting surface 17 between the second reflecting surface 17 and the third reflecting surface 19.
  • the third range Rg3 is a length of less than 1/2 of the optical path length from the second reflecting surface 17 to the third reflecting surface 19.
  • the second intermediate imaging position Py is within the second range Rg2 from the first reflecting surface 13 between the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 17.
  • the first intermediate imaging position Px and the second intermediate imaging position Py are formed in the prism 5H, so that the light flux is caused by scratches and dust in the prism 5H. It is possible to reduce the disappearance of a part of. Further, since the first intermediate imaging position Px is arranged near the second reflecting surface 17, and the second intermediate imaging position Py is arranged near the first reflecting surface 13, the first reflecting surface 13 is arranged. The size (footprint size) of each light flux on the second reflecting surface 17 can be reduced, and the manufacturing error of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 17 can be reduced from affecting the light flux. can.
  • Embodiments 1 to 3 have been described as examples of the techniques disclosed in this application. However, the technique in the present disclosure is not limited to this, and can be applied to embodiments in which changes, replacements, additions, omissions, etc. have been made. It is also possible to combine the components described in the first to third embodiments to form a new embodiment.
  • the exit surface 15 of the prisms 5 to 5H has a convex shape, but the present invention is not limited to this.
  • the exit surface 15 of the prisms 5 to 5H may have a non-convex shape, for example, a flat plate shape.
  • the first intermediate imaging position Px was within the third range Rg3 from the second reflecting surface 17 between the second reflecting surface 17 and the emitting surface 15. Not limited to. As shown in FIG. 19, in the optical system 1K, the first intermediate imaging position Px is within the second reflection surface 17 to the second range Rg2 between the first reflection surface 13 and the second reflection surface 17 of the prism 5K. May be. The closer the distance between the first intermediate imaging position Px and the second reflecting surface 17, the smaller the size (footprint size) of the light flux on the second reflecting surface 17. As the size of the light flux on the second reflecting surface 17 becomes smaller, it is possible to reduce the influence of the manufacturing error of the second reflecting surface 17 on the light flux.
  • the optical system of the present disclosure is an optical system including a first surface, a second surface, and a third surface, and including a prism in which a light flux from the first surface is reflected by the second surface and heads toward the third surface.
  • the prism has a first intermediate imaging position in which a component in the first direction of the luminous flux incident inside is imaged, and a component in the second direction orthogonal to the first direction of the luminous flux, which is different from the first intermediate imaging position. It has a second intermediate imaging position for imaging. At least one of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the range from the second plane to the first plane between the first plane and the second plane, or the second plane and the third plane.
  • the first range is the length of less than 1/2 of the optical path length from the first surface to the second surface
  • the second range is the length of less than 1/2 of the optical path length from the second surface to the third surface. That's it.
  • the influence of scratches in the prism can be dispersed. Further, since either the first intermediate imaging position or the second intermediate imaging position is located in the vicinity of the second surface, the size of the light flux reflected by the second surface can be reduced, and the second surface can be manufactured. It is possible to reduce the influence of the error on the luminous flux.
  • one of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the range from the second plane to the first plane between the first plane and the second plane.
  • the other of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the range from the second plane to the second plane between the second plane and the third plane.
  • first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is on the optical path from the second plane to the first plane side, and the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position are Since the other of them is on the optical path from the second plane to the third plane, both the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position can be located closer to the vicinity of the second plane. ..
  • the size of the light flux reflected by the second surface can be further reduced, and the influence of the manufacturing error on the second surface on the light flux can be further reduced.
  • the influence of dust and scratches on the prism can be further reduced.
  • both the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position are within the range from the second plane to the first plane between the first plane and the second plane. Or, it is within the range from the second surface to the second surface between the second surface and the third surface.
  • both the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position are located in the vicinity of the second surface, the size of the luminous flux reflected by the second surface can be further reduced. It is possible to further reduce the influence of the manufacturing error on the second surface on the luminous flux.
  • the first range is less than 1/4 of the optical path length from the first plane to the second plane
  • the second range is.
  • the length is less than 1/4 of the optical path length from the second surface to the third surface.
  • the size of the light flux reflected by the second surface can be made smaller, and the manufacturing error of the second surface can be further reduced from affecting the light flux. Can be done.
  • the first range is less than 1/8 of the optical path length from the first plane to the second plane
  • the second range is.
  • the length is less than 1/8 of the optical path length from the second surface to the third surface.
  • the size of the light flux reflected by the second surface can be made smaller, and the manufacturing error of the second surface can be further reduced from affecting the light flux. Can be done.
  • the first surface is an incident surface.
  • the lens element has a different light-collecting action in the first direction and the second direction, and the light flux emitted from the lens element is incident on the incident surface. This facilitates the design of intermediate imaging positions within the prism.
  • At least one of the first surface, the second surface, and the third surface has a free curved surface shape.
  • the optical system of the present disclosure includes a first surface, a second surface, a third surface, and a fourth surface, and the light flux from the first surface is reflected by the second surface toward the third surface, and the third surface is present. It is an optical system including a prism in which light flux from two surfaces is reflected by the third surface and heads toward the fourth surface.
  • the prism has a first intermediate imaging position in which a component in the first direction of the luminous flux incident inside is imaged, and a component in the second direction orthogonal to the first direction of the luminous flux, which is different from the first intermediate imaging position. It has a second intermediate imaging position for imaging.
  • One of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the range from the second plane to the first plane between the first plane and the second plane, or the second plane and the third plane. It is within the range from the second surface to the second surface with the surface.
  • the other of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the range from the third plane to the second plane between the second plane and the third plane, or the third plane and the fourth plane. It is within the range from the third surface to the third surface with the surface.
  • the first range is a length of less than 1/2 of the optical path length from the first surface to the second surface.
  • the second range is a length of less than 1/2 of the optical path length from the second surface to the third surface.
  • the third range is a length of less than 1/2 of the optical path length from the third surface to the fourth surface.
  • one of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the range from the second plane to the second plane between the second plane and the third plane.
  • the other of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the third to third planes between the third and fourth planes.
  • one of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is in the vicinity of the second surface, and the other of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is on the third surface. It can be placed in the vicinity.
  • one of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the range from the second plane to the first plane between the first plane and the second plane. Yes, the other of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the third to third planes between the third and fourth planes.
  • one of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is in the vicinity of the second surface, and the other of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is on the third surface. It can be placed in the vicinity.
  • one of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the range from the second plane to the first plane between the first plane and the second plane.
  • the other of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the range from the third plane to the second plane between the second plane and the third plane.
  • one of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is in the vicinity of the second surface, and the other of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is on the third surface. It can be placed in the vicinity.
  • one of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the range from the second plane to the second plane between the second plane and the third plane.
  • the other of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is within the range from the third plane to the second plane between the second plane and the third plane.
  • one of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is in the vicinity of the second surface, and the other of the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is on the third surface. It can be placed in the vicinity.
  • the first range is a length of less than 1/4 of the optical path length from the first plane to the second plane
  • the second range is the second to third planes.
  • the length is less than 1/4 of the optical path length up to
  • the third range is the length less than 1/4 of the optical path length from the third plane to the fourth plane.
  • the first range is a length of less than 1/8 of the optical path length from the first plane to the second plane
  • the second range is the second to third planes.
  • the length is less than 1/8 of the optical path length up to
  • the third range is the length less than 1/8 of the optical path length from the third plane to the fourth plane.
  • the first surface is the incident surface.
  • the lens element has a different light-collecting action in the first direction and the second direction, and the light flux emitted from the lens element is incident on the incident surface. This facilitates the design of the intermediate imaging position within the prism 5.
  • At least one of the first surface, the second surface, the third surface, and the fourth surface has a free curved surface shape.
  • the refractive index n of the prism satisfies the relationship of n ⁇ 1.8. Thereby, the influence of the manufacturing error of the refracting surface of the prism can be reduced.
  • the Abbe number vd of the prism satisfies the relationship of vd> 40. Thereby, the chromatic aberration of the prism can be reduced.
  • the optical path length difference between the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position is ⁇ P
  • the optical path lengths of the first to second surfaces are Let L satisfy the relationship of ⁇ P / L> 0.05.
  • the optical path difference between the first intermediate imaging position and the second intermediate imaging position can be appropriately set, and the influence of scratches and dust in the prism can be reduced.
  • a laser element that irradiates the incident surface of the prism with the laser light is further provided, and the major axis direction of the pupil diameter of the laser light emitted from the laser element is It is the first direction, the minor axis direction of the pupil diameter of the laser beam emitted from the laser element is the second direction, the first direction and the second direction are orthogonal to each other, and the second intermediate imaging position is the first. It is located on the incident surface side of the intermediate imaging position.
  • the present disclosure is applicable to an optical system using a refractive optics system such as a prism.

Landscapes

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Abstract

プリズムは、内部に入射した光束の第１方向の成分が結像する第１中間結像位置と、光束の第１方向と直交する第２方向の成分が結像する第２中間結像位置と、を有する。第１中間結像位置と第２中間結像位置の少なくとも１つは、第１面と第２面との間で第２面から第１範囲内にあるか、または、第２面と第３面との間で第２面から第２範囲内にある。第１範囲は、第１面から第２面までの光路長の１/２未満の長さであり、第２範囲は、第２面から第３面までの光路長の１/２未満の長さである。

Description

光学系
　本開示は、プリズムを用いた光学系に関する。
　光学系において、プリズムを用いて光を反射させる方がミラーで反射するよりも光学系を小型化することができる。プリズムを用いる場合、プリズム内で光の中間結像が形成されることがある。例えば、特許文献１のプリズムにおいても、プリズム内を進行する光の中間結像が形成されている。
特開２０００－２３１０６０号公報
　プリズムに入射した光の中間結像点にプリズム内の傷やゴミが存在する場合、光の一部が消失してしまうおそれがある。また、プリズムの反射面は、屈折面よりも製造誤差による光への影響が大きい。
　本開示は、プリズム内の傷の影響を低減し、かつ、製造誤差の影響を低減したプリズムを備える光学系を提供する。
　本開示の光学系は、第１面、第２面、および第３面を備え、第１面からの光束が第２面で反射して第３面へ向かうプリズムを備える光学系であって、前記プリズムは、内部に入射した光束の第１方向の成分が結像する第１中間結像位置と、前記第１中間結像位置と異なり、前記光束の前記第１方向と直交する第２方向の成分が結像する第２中間結像位置と、を有し、前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置の少なくとも１つは、前記第１面と前記第２面との間で前記第２面から第１範囲内にあるか、または、前記第２面と前記第３面との間で前記第２面から第２範囲内にあり、前記第１範囲は、前記第１面から前記第２面までの光路長の１/２未満の長さであり、前記第２範囲は、前記第２面から前記第３面までの光路長の１/２未満の長さである。
　また、本開示の光学系は、第１面、第２面、第３面、および第４面を備え、前記第１面からの光束が前記第２面で反射して前記第３面へ向かい、前記第２面からの光束が前記第３面で反射して前記第４面へ向かうプリズムを備える光学系であって、前記プリズムは、内部に入射した光束の第１方向の成分が結像する第１中間結像位置と、前記第１中間結像位置と異なり、前記光束の前記第１方向と直交する第２方向の成分が結像する第２中間結像位置と、を有し、前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち一方が、前記第１面と前記第２面との間で前記第２面から第１範囲内にあるか、または、前記第２面と前記第３面との間で前記第２面から第２範囲内にあり、前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち他方が、前記第２面と前記第３面との間で前記第３面から前記第２範囲内にあるか、または、前記第３面と前記第４面との間で前記第３面から第３範囲内にあり、前記第１範囲は、前記第１面から前記第２面までの光路長の１/２未満の長さであり、前記第２範囲は、前記第２面から前記第３面までの光路長の１/２未満の長さであり、前記第３範囲は、前記第３面から前記第４面までの光路長の１/２未満の長さである。
　本開示における光学系は、プリズム内の傷の影響を低減し、かつ、製造誤差の影響を低減したプリズムを備える光学系を提供することが可能である。
実施形態１における光学系の構成を示す断面図 実施形態１におけるレーザ素子から照射直後のレーザ光の瞳径を示す図 レーザ光のＸ成分およびＹ成分のそれぞれの中間結像位置を示す図 第１中間結像位置（Ｐｘ）におけるレーザ光の瞳径を示す図 第２中間結像位置（Ｐｙ）におけるレーザ光の瞳径を示す図 プリズムを出射したレーザ光の瞳径を示す図 実施形態１の変形例における光学系の構成を示す断面図 実施形態１の変形例における光学系の構成を示す断面図 実施形態１の変形例における光学系の構成を示す断面図 実施形態１の変形例における光学系の構成を示す断面図 実施形態２における光学系の構成を示す断面図 レーザ光のＸ成分およびＹ成分のそれぞれの中間結像位置を示す図 実施形態２の変形例における光学系の構成を示す断面図 レーザ光のＸ成分およびＹ成分のそれぞれの中間結像位置を示す図 実施形態２の変形例における光学系の構成を示す断面図 レーザ光のＸ成分およびＹ成分のそれぞれの中間結像位置を示す図 実施形態３における光学系の構成を示す断面図 レーザ光のＸ成分およびＹ成分のそれぞれの中間結像位置を示す図 実施形態２の変形例における光学系の構成を示す断面図
　以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、発明者（ら）は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
（実施形態１）
　以下、図１～図６を参照して、実施形態１を説明する。なお、本実施形態において、図２に示すように、例えば、Ｘ方向は、レーザ素子３から出射されるレーザ光Ｒの瞳径３ａの長径方向であり、Ｙ方向は、レーザ素子３から出射されるレーザ光Ｒの瞳径３ａの短径方向である。Ｘ方向およびＹ方向は互いに直交する。また、光学系の座標として、ＸＹＺ座標系を示す。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向はそれぞれ互いに直交する。
[１－１．構成]
　図１は、本開示に係る光学系１の構成示す断面図である。光学系１は、光源としてのレーザ素子３と、プリズム５と、を備える。
　レーザ素子３は、例えば、半導体レーザである。レーザ素子３から照射されるレーザ光Ｒは、第１方向としてのＸ方向と第２方向としてのＹ方向とで瞳径が異なる平行光である。例えば、図２に示すように、レーザ素子３から照射直後のレーザ光Ｒの瞳径３ａは、Ｘ方向に延びた楕円形を有する。レーザ素子３から照射されるレーザ光Ｒは、プリズム５の入射面１１に入射する。レーザ光Ｒは、例えば、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）の色を有するように、複数の波長（波長域）を有する。レーザ素子３は、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を一つの光束に混合したレーザ光Ｒとして出射してもよいし、それぞれの色の光束のレーザ光Ｒを順次出射してもよい。
　プリズム５は、第１面としての入射面１１と、第２面としての第１反射面１３と、第３面としての出射面１５とを有する。第１反射面１３は、入射面１１から出射面１５までの光路間に配置されている。
　レーザ素子３から出射されたレーザ光Ｒは、入射面１１を通ってプリズム５内へ入射される。入射面１１と第１反射面１３とは対向しており、入射面１１から入射したレーザ光Ｒは、Ｙ方向の瞳径３ａを縮小して入射面１１と第１反射面１３との間の光路上に位置する第２中間結像位置Ｐｙで結像した後、再びＹ方向に瞳径３ａを拡大して、第１反射面１３でプリズム５内に反射される。
　入射面１１は、例えば、外方に突出した凸面形状を有する。入射面１１は、回転非対称面であってもよい。例えば、Ｘ方向とＹ方向とで異なる曲率を有する自由曲面形状であってもよい。また、入射面１１の形状を凸面形状にすることで、入射面１１から入射したレーザ光Ｒを内側へ屈折させることができる。このように、レーザ光Ｒは、その拡がりを抑制した状態で、プリズム内を進行することができるので、プリズム５を小型化することができる。また、入射面１１は、Ｘ方向よりもＹ方向への屈折力が小さくてもよい。これによって、入射面１１で発生するＹ方向の色収差を抑制することができる。
　プリズム５は、例えば、樹脂製またはガラス製である。プリズム５の屈折率ｎは、ｎ＜１．８の関係を満たす。これにより、プリズム５の屈折面の製造誤差の影響を低減することができる。プリズム５の屈折面は、例えば、入射面１１である。また、プリズム５のアッベ数ｖｄは、ｖｄ＞４０の関係を満たす。これにより、プリズム５に入射した光の色収差を低減することができる。
　入射面１１から入射したレーザ光ＲはＸ方向の瞳径３ａを縮小して進行し、第１反射面１３で反射されたレーザ光Ｒは、第１反射面１３と出射面１５との間の光路上に位置する第１中間結像位置Ｐｘで中間結像した後、再びＸ方向に瞳径３ａを拡大して出射面１５からプリズム５外へ出射する。
　第１反射面１３は、Ｘ方向とＹ方向とで異なる曲率を有する。したがって、第１反射面１３は、自由曲面形状を有している。また、第１反射面１３は、入射光に対して偏心してもよい。これにより、ビームスプリッタ等の光学素子を用いずに、入射光の光路を分離することが可能となる。
　プリズム５の出射面１５も、入射面１１と同様の構成を有してもよい。出射面１５は、外方に向けて突出した凸面形状を有してもよい。これにより、レーザ光Ｒの拡がりを抑制した状態でプリズム５内を進行する光束をプリズム５の外部にて集光することができる。なお、入射面１１と出射面１５のＸ方向の曲率は、対称性を有してもよい。また、出射面１５は、Ｙ方向よりもＸ方向への屈折力が小さくてもよい。また、出射面１５は、Ｘ方向とＹ方向とで異なる曲率を有する自由曲面形状を有してもよい。
　本実施形態における光学系１は、レーザ素子３からの光路の順に、プリズム５の入射面１１と、プリズム５の第１反射面１３と、プリズム５の出射面１５と、が配置されている。
　図３に示すように、光学系１は、プリズム５内の第１反射面１３と、プリズム５内の出射面１５との間で、レーザ光Ｒの光束のＸ方向において第１中間結像位置Ｐｘを有する。すなわち、レーザ光Ｒは、入射面１１または第１反射面１３により中間結像される。
　また、レーザ光ＲのＸ方向の成分であるＲｘと、Ｙ方向の成分であるＲｙとのそれぞれの焦点距離が異なっているので、レーザ光ＲのＸ成分Ｒｘの第１中間結像位置ＰｘとＹ成分Ｒｙの第２中間結像位置Ｐｙとを異なる位置に配置することができる。また、Ｘ成分ＲｘとＹ成分Ｒｙのそれぞれの焦点距離が異なっているので、プリズム５の出射面１５から出射される際のそれぞれの拡大率も異なる。すなわち、光学系１は、Ｘ方向とＹ方向とで異なる光学倍率を有する。例えば、本実施形態において、Ｘ方向よりもＹ方向の方が焦点距離が大きいので、Ｘ方向よりもＹ方向の光学倍率が大きい。
　例えば、Ｘ方向の横倍率をＭｘ、Ｙ方向の横倍率をＭｙとすると、
　Ｍｙ／Ｍｘ＞１．１
　の関係を満たす。これにより、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙとの光路長差が増加し、プリズム５内の傷やゴミの影響を軽減することができる。
　また、Ｍｙ／Ｍｘ＞１．３の関係を満たすことで、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙのいずれか一方を入射面１１と第１反射面１３の光路上に配置し、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙのいずれか一方を第１反射面１３と出射面１５の光路上に配置することができ、プリズム５内の傷やゴミの影響をさらに軽減することができる。
　また、Ｍｙ／Ｍｘ＞１．５の関係を満たすことで、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙとの光路長差がさらに増加し、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙの配置自由度をさらに向上することができる。
　Ｘ方向のレーザ光Ｒの光束の第１中間結像位置Ｐｘは、Ｘ方向と直交するＹ方向のレーザ光Ｒの光束と同じ位置で交わらない。すなわち、レーザ光ＲのＸ成分Ｒｘの第１中間結像位置Ｐｘは、レーザ光ＲのＹ成分Ｒｙの第２中間結像位置Ｐｙと同じ位置にならない。これにより、図４に示すように、第１中間結像位置Ｐｘにおけるレーザ光Ｒの瞳径３ｂは、Ｙ方向に延びた直線形状を有している。この結果、第１中間結像位置Ｐｘにゴミや傷があった場合でも、レーザ光ＲのＹ成分Ｒｙは結像していないので、レーザ光Ｒの瞳径３ｂが消失することを防ぐことが出来る。
　また、図３に示すように、プリズム５内において、レーザ光ＲのＹ成分Ｒｙの第２中間結像位置Ｐｙは、光路上において、レーザ光ＲのＸ成分Ｒｘが結像する第１中間結像位置Ｐｘよりも入射面１１側に位置する。図５に示すように、第２中間結像位置Ｐｙにおけるレーザ光Ｒの瞳径３ｃも、Ｘ方向に延びた直線形状を有している。この結果、第２中間結像位置Ｐｙにゴミや傷があった場合でも、レーザ光ＲのＸ成分Ｒｘは結像していないので、レーザ光Ｒの瞳径３ｂが消失することを防ぐことができる。なお、光学系１の光学倍率がＸ方向よりもＹ方向の方が大きいので、出射面１５から出射したレーザ光Ｒの瞳径１１ｄは、図６に示すように、円形状に形成されている。なお、第１中間結像位置Ｐｘは、光路上において、第２中間結像位置Ｐｙよりも入射面１１側に位置していてもよい。
　レーザ素子３から出射する光束におけるＸ方向の第１出射瞳径φｘ１およびＹ方向の第２出射瞳径φｙ１と、プリズム５の出射面１５を通る光束におけるＸ方向の第１投射瞳径φｘ２およびＹ方向の第２投射瞳径φｙ２との関係が、
　０．１＜（φｘ１×φｙ１）／（φｘ２×φｙ２）＜０．８
　である。この関係を満たすことで、中間結像位置Ｐｘ、Ｐｙにおけるスポットサイズが大きくなり、プリズム５の内部におけるゴミや傷の影響を効果的に軽減することができる。
　図１および図３に示すように、第２中間結像位置Ｐｙは、入射面１１と第１反射面１３との間に第１範囲Ｒｇ１内で第１反射面１３側にある。第１範囲Ｒｇ１は、入射面１１から第１反射面１３までの光路長Ｌ１の１/２未満の長さである。また、第１範囲Ｒｇ１は、入射面１１から第１反射面１３までの光路長Ｌ１の、１/４未満の長さでもよいし、１／８未満の長さでもよい。第２中間結像位置Ｐｙと第１反射面１３との距離が近いほど、第１反射面１３での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができる。第１反射面１３での光束のサイズが小さくなるほど、第１反射面１３の製造誤差が光束に影響するのを低減することができる。したがって、第１範囲Ｒｇ１は、入射面１１から第１反射面１３までの光路長Ｌ１の１/２未満よりも１/４未満の長さであれば、より製造誤差の影響を低減することができ、１/４未満よりも１/８未満の長さであれば、さらに製造誤差の影響を低減することができる。製造誤差の影響とは、例えば、第１反射面１３の曲率の誤差である。
　また、第１中間結像位置Ｐｘは、第１反射面１３と出射面１５との間で第１反射面１３から第２範囲Ｒｇ２内にある。第２範囲Ｒｇ２は、第１反射面１３から出射面１５までの光路長Ｌ２の１/２未満の長さである。また、第２範囲Ｒｇ２は、第１反射面１３から出射面１５までの光路長Ｌ２の、１/４未満の長さでもよいし、１／８未満の長さでもよい。第１中間結像位置Ｐｘと第１反射面１３との距離が近いほど、第１反射面１３での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができる。第１反射面１３での光束のサイズが小さくなるほど、第１反射面１３の製造誤差が光束に影響するのを低減できる。したがって、第２範囲Ｒｇ２は、第１反射面１３から出射面１５までの光路長Ｌ２の１/２未満よりも１/４未満の長さであれば、より製造誤差の影響を低減することができ、１/４未満よりも１/８未満の長さであれば、さらに製造誤差の影響を低減することができる。
　図１及び図３に示すように、光路上において、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙの間に第１反射面１３が位置する場合、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙをそれぞれ第１反射面１３により接近して配置することができる。反射面は誤差感度が高い部材であるが、第１反射面１３の近傍に第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙとをより近接して配置することで、第１反射面１３の製造誤差による影響をより低減することができる。また、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙをそれぞれ第１反射面１３から異なる範囲に配置することで、プリズム５のゴミやキズの影響をさらに低減することができる。
　また、入射面１１から第１中間結像位置Ｐｘの光路長と入射面１１から第２中間結像位置Ｐｙの光路長との光路長差をΔＰとすると、
　ΔＰ／Ｌ１＞０．０５
　の関係を満たす。これにより、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙの光路差を適切に設定することができ、プリズム５内の傷やゴミの影響を軽減することができる。
　なお、本実施形態において、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙとの両方ともが第１反射面１３の近傍に位置していたが、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙとの少なくとも１つが第１反射面１３の近傍に位置してもよい。これにより、第１反射面１３で反射する光束のサイズを小さくすることができるので、第１反射面１３で反射する光束に第１反射面１３の製造誤差が影響するのを低減することができる。
　なお、本実施形態において、第１中間結像位置Ｐｘが第１反射面１３と出射面１５との間に位置し、第２中間結像位置Ｐｙが入射面１１と第１反射面１３との間に位置していたが、逆の配置でもよい。すなわち、第１中間結像位置Ｐｘが入射面１１と第１反射面１３との間に位置し、第２中間結像位置Ｐｙが第１反射面１３と出射面１５との間に位置してもよい。
　また、本実施形態において、第１中間結像位置Ｐｘが第１反射面１３と出射面１５との間に位置し、第２中間結像位置Ｐｙが入射面１１と第１反射面１３との間に位置していたが、これに限らない。図７に示す光学系１Ａのように、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙの両方が、プリズム５Ａの入射面１１と第１反射面１３との間で第１反射面１３から第１範囲Ｒｇ１内に位置してもよい。また、図８に示す光学系１Ｂのように、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙの両方が、プリズム５Ｂの第１反射面１３と出射面１５との間で第１反射面１３から第２範囲Ｒｇ２内に位置してもよい。
　また、図９に示す光学系１Ｃのように、光束のＸ方向とＹ方向とで集光作用の異なるレンズ素子７をレーザ素子３とプリズム５Ｃの入射面１１との間に配置してもよい。レンズ素子７は、光束のＸ方向とＹ方向とに対して曲率が異なり、例えば、シリンドリカルレンズである。レンズ素子７から出射した光束は入射面１１に入射する。光学系１がレンズ素子７を備えることで、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙを適切な位置に配置することが出来るため、プリズム設計の自由度を増すことができる。また、入射面１１の形状を加工するよりもレンズ素子７を加工する方が精度を向上することができ、プリズム５内の中間結像位置を設計しやすくなる。なお、プリズム５Ａ、５Ｂ、５Ｃはそれぞれ上述した点を除いてプリズム５と共通の構成である。
[１－２．効果等]
　実施形態１に係る光学系１は、第１面としての入射面１１、第２面としての第１反射面１３、および第３面としての出射面１５を備え、入射面１１からの光束が第１反射面１３で反射して出射面１５へ向かうプリズム５を備える光学系である。プリズム５は、内部に入射した光束の第１方向としてのＸ方向の成分が結像する第１中間結像位置Ｐｘと、第１中間結像位置と異なり、光束の第１方向と直交する第２方向としてのＹ方向の成分が結像する第２中間結像位置Ｐｙと、を有する。第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙの少なくとも１つは、入射面１１と第１反射面１３との間で第１反射面１３から第１範囲Ｒｇ１内にあるか、または、第１反射面１３と出射面１５との間で第１反射面１３から第２範囲Ｒｇ２内にある。第１範囲Ｒｇ１は、入射面１１から第１反射面１３までの光路長Ｌ１の１/２未満の長さである。第２範囲Ｒｇ２は、第１反射面１３から出射面１５までの光路長Ｌ２の１/２未満の長さである。
　このような構成により、プリズム５内に２つの中間結像位置が形成されているので、プリズム５内の傷やゴミにより光束の一部が消失するのを低減することができる。また、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙの少なくとも１つは、第１反射面１３の近傍に位置しているので、第１反射面１３での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができ、第１反射面１３の製造誤差が光束に影響するのを低減することができる。
　第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙの両方が、第１反射面１３の近傍に位置している場合、第１反射面１３での光束のサイズ（フットプリントサイズ）をさらに小さくすることができ、第１反射面１３の製造誤差が光束に影響するのをさらに低減することができる。
　なお、本実施形態において、プリズム５は、反射面として第１反射面１３だけを有しているが、第１反射面１３と出射面１５との間の光路上に、１つ以上の別の反射面を有してもよい。このように、プリズム５は少なくとも２面以上の反射面を有していてもよい。
　図１０に示す光学系１Ｄのように、プリズム５Ｄが、第１反射面１３と出射面１５との間の光路上に第２反射面１７を有する場合、第１反射面１３が第１面として、第２反射面１７が第２面として、出射面が１５が第３面として機能してもよい。なお、プリズム５Ｄはこの点を除いてプリズム５と共通の構成である。また、プリズム５が３つ以上の反射面を備える場合、第１反射面１３が第１面として、別の反射面が第２面として、さらに別の反射面が第３面として機能してもよい。
（実施形態２）
　次に、図１１および図１２を参照して、実施形態２を説明する。図１１は、実施形態２における光学系１Ｅの構成を示す図である。図１２は、レーザ光ＲのＸ成分およびＹ成分のそれぞれの中間結像位置を示す図である。
[２－１．構成]
　実施形態１の光学系１のプリズム５は１つの反射面の近傍に第１中間結像位置Ｐｘおよび第２中間結像位置Ｐｙが位置していたのに対して、本実施形態の光学系１Ｅは２つの反射面のそれぞれの近傍に第１中間結像位置Ｐｘまたは第２中間結像位置Ｐｙが位置する。これらの相違点以外の構成について、実施形態１に係る光学系１と本実施形態の光学系１Ｅとは共通である。
　本実施形態のプリズム５Ｅは、第１面としての入射面１１と、第２面としての第１反射面１３と、第３面としての第２反射面１７と、第４面としての出射面１５とを備える。
　第２反射面１７は、第１反射面１３および出射面１５とそれぞれ対向している。第２反射面１７は、第１反射面１３から進行する光束を出射面１５に向けて反射する。第２反射面１７は、Ｘ方向とＹ方向とで異なる曲率を有する自由曲面形状を有してもよい。
　第２中間結像位置Ｐｙは、第１反射面１３と第２反射面１７との間で第１反射面１３から第２範囲Ｒｇ２内にある。第２中間結像位置Ｐｙと第１反射面１３との距離が近いほど、第１反射面１３での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができる。第１反射面１３での光束のサイズが小さくなるほど、第１反射面１３の製造誤差が光束に影響するのを低減することができる。
　第１中間結像位置Ｐｘは、第１反射面１３と第２反射面１７との間で第２反射面１７から第２範囲Ｒｇ２内にある。第１中間結像位置Ｐｘと第２反射面１７との距離が近いほど、第２反射面１７での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができる。第２反射面１７での光束のサイズが小さくなるほど、第２反射面１７の製造誤差が光束に影響するのを低減できる。
　このように、光路上において、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙとをそれぞれ異なる反射面の近傍に配置することで、第１中間結像位置Ｐｘは第２反射面１７に、第２中間結像位置Ｐｙは第１反射面１３に、より接近させて配置することができる。これにより、第１反射面１３および第２反射面１７の製造誤差による影響をより低減することができる。また、プリズム５Ｅのゴミやキズの影響をさらに低減することができる。
　次に、図１３および図１４を参照する。図１３は、実施形態２の変形例における光学系１Ｆの構成を示す図である。図１４は、レーザ光のＸ成分およびＹ成分のそれぞれの中間結像位置を示す図である。
　第２中間結像位置Ｐｙは、プリズム５Ｆの第１反射面１３と第２反射面１７との間で第１反射面１３から第２範囲Ｒｇ２内にある。第２中間結像位置Ｐｙと第１反射面１３との距離が近いほど、第１反射面１３での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができる。第１反射面１３での光束のサイズが小さくなるほど、第１反射面１３の製造誤差が光束に影響するのを低減することができる。
　また、第１中間結像位置Ｐｘは、第２反射面１７と出射面１５との間で第２反射面１７から第３範囲Ｒｇ３内にある。第３範囲Ｒｇ３は、第２反射面１７から出射面１５までの光路長Ｌ３の、１/２未満の長さでもよいし、１/４未満の長さでもよいし、１／８未満の長さでもよい。第１中間結像位置Ｐｘと第２反射面１７との距離が近いほど、第２反射面１７での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができる。第２反射面１７での光束のサイズが小さくなるほど、第２反射面１７の製造誤差が光束に影響するのを低減できる。したがって、第３範囲Ｒｇ３は、第２反射面１７から出射面１５までの光路長Ｌ３の１/２未満よりも１/４未満の長さであれば、より製造誤差の影響を低減することができ、１/４未満よりも１/８未満の長さであれば、さらに製造誤差の影響を低減することができる。
　なお、第２反射面１７と出射面１５との間の光路上にさらに反射面を設けてもよい。この場合、追加して設けた反射面が第４面として機能する。また、プリズム５Ｆは、上述した点を除いてプリズム５Ｅと共通の構成である。
　次に、図１５および図１６を参照する。図１５は、実施形態２の変形例における光学系１Ｇの構成を示す図である。図１６は、レーザ光のＸ成分およびＹ成分のそれぞれの中間結像位置を示す図である。
　第２中間結像位置Ｐｙは、プリズム５Ｇの入射面１１と第１反射面１３との間で第１反射面１３から第１範囲Ｒｇ１内にある。第２中間結像位置Ｐｙと第１反射面１３との距離が近いほど、第１反射面１３での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができる。第１反射面１３での光束のサイズが小さくなるほど、第１反射面１３の製造誤差が光束に影響するのを低減することができる。
　また、第１中間結像位置Ｐｘは、第２反射面１７と出射面１５との間で第２反射面１７から第３範囲Ｒｇ３内にある。第１中間結像位置Ｐｘと第２反射面１７との距離が近いほど、第２反射面１７での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができる。第２反射面１７での光束のサイズが小さくなるほど、第２反射面１７の製造誤差が光束に影響するのを低減できる。
　なお、第２反射面１７と出射面１５との間の光路上にさらに反射面を設けてもよい。この場合、追加して設けた反射面が第４面として機能する。また、プリズム５Ｇは、上述した点を除いてプリズム５Ｅと共通の構成である。また、光学系１Ｅにおいても、光束のＸ方向とＹ方向とで集光作用の異なるレンズ素子７をレーザ素子３とプリズム５Ｅの入射面１１との間に配置してもよい。
[２－２．効果等]
　実施形態２に係る光学系１Ｅは、第１面としての入射面１１と、第２面としての第１反射面１３と、第３面としての第２反射面１７と、第４面としての出射面１５とを備える。プリズム５Ｅにおいて、入射面１１からの光束が第１反射面１３で反射して第２反射面１７へ向かい、第１反射面１３からの光束が第２反射面１７で反射して出射面１５へ向かう。プリズム５Ｅは、内部に入射した光束のＸ方向の成分が結像する第１中間結像位置Ｐｘと、光束のＸ方向と直交するＹ方向の成分が結像する第２中間結像位置Ｐｙと、を有する。第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙとのうち一方が、入射面１１と第１反射面１３との間で第１反射面１３から第１範囲Ｒｇ１内にあるか、または、第１反射面１３と第２反射面１７との間で第２反射面１７から第２範囲Ｒｇ２内にある。第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙとのうち他方が、第１反射面１３と第２反射面１７との間で第２反射面１７からに第２範囲Ｒｇ２内にあるか、第２反射面１７と出射面１５との間で第２反射面から第３範囲Ｒｇ３内にある。第２範囲Ｒｇ２は、第１反射面１３から第２反射面１７までの光路長の１/２未満の長さである。第３範囲Ｒｇ３は、第２反射面１７から出射面１５までの光路長の１/２未満の長さである。
　このような構成により、プリズム５Ｅ内に２つの中間結像位置が形成されているので、プリズム５Ｅ内の傷やゴミにより光束の一部が消失するのを低減することができる。また、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙの少なくとも１つは、第２反射面１７の近傍に配置されているので、第２反射面１７での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができ、第２反射面１７の製造誤差が光束に影響するのを低減することができる。
　また、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙとの２つの中間結像位置がそれぞれ、第１反射面１３及び第２反射面１７の２つの反射面のそれぞれの近傍に位置していてもよい。これにより、それぞれの反射面で反射する光束のサイズを小さくすることができるので、それぞれの反射面の製造誤差による光束への影響を低減することができる。
（実施形態３）
　次に、図１７および図１８を参照して実施形態３を説明する。図１７は、実施形態３における光学系１Ｈの構成を示す図である。図１８は、レーザ光ＲのＸ成分およびＹ成分のそれぞれの中間結像位置を示す図である。
[３－１．構成]
　図１７に示すように、本実施形態の光学系１Ｈは、実施形態２の光学系１Ｅに、さらに第３反射面１９を備える。以下に説明する点以外の構成について、実施形態２における光学系１Ｅと本実施形態の光学系１Ｈとは共通である。
　本実施形態のプリズム５Ｈは、第１面としての入射面１１と、第２面としての第１反射面１３と、第３面としての第２反射面１７と、第４面としての第３反射面１９と、第５面としての出射面１５とを備える。
　第３反射面１９は、第２反射面１７および出射面１５とそれぞれ対向している。第３反射面１９は、第２反射面１７から進行する光束を出射面１５に向けて反射する。第３反射面１９はＸ方向とＹ方向とで異なる曲率を有する自由曲面形状を有してもよい。
　第１中間結像位置Ｐｘは、第２反射面１７と第３反射面１９との間で第２反射面１７から第３範囲Ｒｇ３内にある。第１中間結像位置Ｐｘと第２反射面１７との距離が近いほど、第２反射面１７での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができる。第２反射面１７での光束のサイズが小さくなるほど、第２反射面１７の製造誤差が光束に影響するのを低減できる。
　第２中間結像位置Ｐｙは、第１反射面１３と第２反射面１７との間で第１反射面１３から第２範囲Ｒｇ２内にある。第２中間結像位置Ｐｙと第１反射面１３との距離が近いほど、第１反射面１３での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができる。第１反射面１３での光束のサイズが小さくなるほど、第１反射面１３の製造誤差が光束に影響するのを低減することができる。
　第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙとの２つの中間結像位置が、それぞれ第１反射面１３および第２反射面１７のそれぞれの近傍に位置しているので、第１反射面１３および第２反射面１７の製造誤差が反射する光束に影響するのを低減できる。したがって、製造において第３反射面１９だけを重点管理すればよいので、重点管理する反射面の数を減らすことができ、製造における労力を低減することができる。また、第２中間結像位置Ｐｙおよび第１中間結像位置Ｐｘをそれぞれ第１反射面１３および第２反射面１７の反射後に配置している。そうすることで、第２中間結像位置Ｐｙおよび第１中間結像位置Ｐｘを第３反射面１９に少しでも近づけているので、第３反射面１９での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくしている。また、光学系１Ｈにおいても、光束のＸ方向とＹ方向とで集光作用の異なるレンズ素子７をレーザ素子３とプリズム５Ｈの入射面１１との間に配置してもよい。
[３－２．効果等]
　実施形態３に係る光学系１Ｈは、第１面としての入射面１１と、第２面としての第１反射面１３と、第３面としての第２反射面１７と、第４面としての第３反射面１９と、第５面としての出射面１５とを備える。プリズム５Ｈにおいて、入射面１１からの光束が第１反射面１３で反射して第２反射面１７へ向かい、第１反射面１３からの光束が第２反射面１７で反射して第３反射面１９へ向かい、第２反射面１７からの光束が第３反射面１９で反射して出射面１５へ向かう。プリズム５Ｈは、内部に入射した光束のＸ方向の成分が結像する第１中間結像位置Ｐｘと、光束のＸ方向と直交するＹ方向の成分が結像する第２中間結像位置Ｐｙと、を有する。第１中間結像位置Ｐｘは、第２反射面１７と第３反射面１９との間で第２反射面１７から第３範囲Ｒｇ３内にある。第３範囲Ｒｇ３は、第２反射面１７から第３反射面１９までの光路長の１/２未満の長さである。第２中間結像位置Ｐｙは、第１反射面１３と第２反射面１７との間で第１反射面１３から第２範囲Ｒｇ２内にある。
　このような構成により、プリズム５Ｈ内に、第１中間結像位置Ｐｘと第２中間結像位置Ｐｙとの２つの中間結像位置が形成されているので、プリズム５Ｈ内の傷やゴミにより光束の一部が消失するのを低減することができる。また、第１中間結像位置Ｐｘは第２反射面１７の近傍に配置されており、第２中間結像位置Ｐｙは第１反射面１３の近傍に配置されているので、第１反射面１３および第２反射面１７でのそれぞれの光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができ、第１反射面１３および第２反射面１７の製造誤差が光束に影響するのを低減することができる。
　（他の実施形態）
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態１～３を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用できる。また、上記実施形態１～３で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。
　実施形態１から３において、プリズム５～５Ｈの出射面１５は凸面形状であったが、これに限定されるものではない。プリズム５～５Ｈの出射面１５は、非凸面形状でもよく、例えば、平板形状でもよい。
　図１５に示す実施形態２の変形例では、第１中間結像位置Ｐｘは、第２反射面１７と出射面１５との間で第２反射面１７から第３範囲Ｒｇ３内にあったがこれに限らない。図１９に示すように、光学系１Ｋにおいて、第１中間結像位置Ｐｘは、プリズム５Ｋの第１反射面１３と第２反射面１７との間で第２反射面１７から第２範囲Ｒｇ２内にあってもよい。第１中間結像位置Ｐｘと第２反射面１７との距離が近いほど、第２反射面１７での光束のサイズ（フットプリントサイズ）を小さくすることができる。第２反射面１７での光束のサイズが小さくなるほど、第２反射面１７の製造誤差が光束に影響するのを低減できる。
　以上のように、本開示における技術の例示として、実施形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
　また、上述の実施形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
（実施形態の概要）
　（１）本開示の光学系は、第１面、第２面、および第３面を備え、第１面からの光束が第２面で反射して第３面へ向かうプリズムを備える光学系である。プリズムは、内部に入射した光束の第１方向の成分が結像する第１中間結像位置と、前記第１中間結像位置と異なり、光束の第１方向と直交する第２方向の成分が結像する第２中間結像位置と、を有する。第１中間結像位置と第２中間結像位置の少なくとも１つは、第１面と第２面との間で第２面から第１範囲内にあるか、または、第２面と第３面との間で第２面から第２範囲内にある。第１範囲は、第１面から第２面までの光路長の１/２未満の長さであり、第２範囲は、第２面から第３面までの光路長の１/２未満の長さである。
　このように、プリズム内で光束が中間結像する位置が２つあるので、プリズム内の傷の影響を分散することができる。また、第２面の近傍に第１中間結像位置と第２中間結像位置のどちらかがあるので、第２面で反射される光束のサイズを小さくすることができ、第２面の製造誤差が光束に影響するのを低減することができる。
　（２）（１）の光学系において、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち一方が、第１面と第２面との間で第２面から第１範囲内にあり、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち他方が、第２面と第３面との間で第２面から第２範囲内にある。
　これにより、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち一方が光路上において第２面から第１面側にあり、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうちの他方が光路上において第２面から第３面側にあるので、第１中間結像位置と第２中間結像位置との両方を第２面の近傍により近接して位置することができる。これにより、第２面で反射される光束のサイズをさらに小さくすることができ、第２面の製造誤差が光束に影響するのをさらに低減することができる。また、第１中間結像位置と第２中間結像位置をそれぞれ第２面から異なる範囲に配置することで、プリズムのゴミやキズの影響をさらに低減することができる。
　（３）（１）の光学系において、第１中間結像位置と第２中間結像位置との両方が、第１面と第２面との間で第２面から第１範囲内にあるか、または、第２面と第３面との間で第２面から第２範囲内にある。
　これにより、第２面の近傍に第１中間結像位置と第２中間結像位置との両方が位置しているので、第２面で反射される光束のサイズをさらに小さくすることができ、第２面の製造誤差が光束に影響するのをさらに低減することができる。
　（４）（１）ないし（３）のいずれか１つの光学系において、第１範囲は、第１面から第２面までの光路長の１/４未満の長さであり、第２範囲は、第２面から第３面までの光路長の１/４未満の長さである。
　第２面のさらに近傍に中間結像位置があるので、第２面で反射される光束のサイズをより小さくすることができ、第２面の製造誤差が光束に影響するのをさらに低減することができる。
　（５）（１）ないし（３）のいずれか１つの光学系において、第１範囲は、第１面から第２面までの光路長の１/８未満の長さであり、第２範囲は、第２面から第３面までの光路長の１/８未満の長さである。
　第２面のさらに近傍に中間結像位置があるので、第２面で反射される光束のサイズをより小さくすることができ、第２面の製造誤差が光束に影響するのをさらに低減することができる。
　（６）（１）ないし（５）のいずれか１つの光学系において、前記第１面は入射面である。
　（７）（６）の光学系において、第１方向と第２方向とで集光作用が異なるレンズ素子を有し、レンズ素子から出射した光束が入射面に入射する。これにより、プリズム内の中間結像位置を設計しやすくなる。
　（８）（１）ないし（７）のいずれか１つの光学系において、第１面、第２面、および第３面の少なくとも１つは、自由曲面形状を有する。
　（９）本開示の光学系は、第１面、第２面、第３面、および第４面を備え、第１面からの光束が第２面で反射して第３面へ向かい、第２面からの光束が第３面で反射して第４面へ向かうプリズムを備える光学系である。プリズムは、内部に入射した光束の第１方向の成分が結像する第１中間結像位置と、前記第１中間結像位置と異なり、光束の第１方向と直交する第２方向の成分が結像する第２中間結像位置と、を有する。第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち一方が、第１面と第２面との間で第２面から第１範囲内にあるか、または、第２面と第３面との間で第２面から第２範囲内にある。第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち他方が、第２面と第３面との間で第３面から第２範囲内にあるか、または、第３面と第４面との間で第３面から第３範囲内にある。第１範囲は、第１面から第２面までの光路長の１/２未満の長さである。第２範囲は、第２面から第３面までの光路長の１/２未満の長さである。第３範囲は、第３面から第４面までの光路長の１/２未満の長さである。
　（１０）（９）の光学系において、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち一方が、第２面と第３面との間で第２面から第２範囲内にあり、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち他方が、第３面と第４面との間で第３面から第３範囲内にある。これにより、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち一方を第２面の近傍に、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち他方を第３面の近傍に配置することができる。２つの中間結像位置をそれぞれ異なる面の近傍に配置することで、それぞれの面の製造誤差の影響をより低減することができる。また、プリズムのゴミやキズの影響をさらに低減することができる。
　（１１）（９）の光学系において、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち一方が、第１面と第２面との間で第２面から第１範囲内にあり、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち他方が、第３面と第４面との間で第３面から第３範囲内にある。これにより、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち一方を第２面の近傍に、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち他方を第３面の近傍に配置することができる。２つの中間結像位置をそれぞれ異なる面の近傍に配置することで、それぞれの面の製造誤差の影響をより低減することができる。また、プリズムのゴミやキズの影響をさらに低減することができる。
　（１２）（９）の光学系において、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち一方が、第１面と第２面との間で第２面から第１範囲内にあり、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち他方が、第２面と第３面との間で第３面から第２範囲内にある。これにより、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち一方を第２面の近傍に、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち他方を第３面の近傍に配置することができる。２つの中間結像位置をそれぞれ異なる面の近傍に配置することで、それぞれの面の製造誤差の影響をより低減することができる。また、プリズムのゴミやキズの影響をさらに低減することができる。
　（１３）（９）の光学系において、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち一方が、第２面と第３面との間で第２面から第２範囲内にあり、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち他方が、第２面と第３面との間で第３面から第２範囲内にある。これにより、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち一方を第２面の近傍に、第１中間結像位置と第２中間結像位置とのうち他方を第３面の近傍に配置することができる。２つの中間結像位置をそれぞれ異なる面の近傍に配置することで、それぞれの面の製造誤差の影響をより低減することができる。また、プリズムのゴミやキズの影響をさらに低減することができる。
　（１４）（９）の光学系において、第１範囲は、第１面から第２面までの光路長の１/４未満の長さであり、第２範囲は、第２面から第３面までの光路長の１/４未満の長さであり、第３範囲は、第３面から第４面までの光路長の１/４未満の長さである。
　（１５）（９）の光学系において、第１範囲は、第１面から第２面までの光路長の１/８未満の長さであり、第２範囲は、第２面から第３面までの光路長の１/８未満の長さであり、第３範囲は、第３面から第４面までの光路長の１/８未満の長さである。
　（１６）（９）ないし（１５）のいずれか１つの光学系において、第１面は入射面である。
　（１７）（１６）の光学系において、第１方向と第２方向とで集光作用が異なるレンズ素子を有し、レンズ素子から出射した光束が入射面に入射する。これにより、プリズム５内の中間結像位置を設計しやすくなる。
　（１８）（９）ないし（１７）のいずれか１つの光学系において、第１面、第２面、第３面、および第４面の少なくとも１つは、自由曲面形状を有する。
　（１９）（１）ないし（１８）のいずれか１つの光学系において、プリズムの屈折率ｎは、ｎ＜１．８の関係を満たす。これにより、プリズムの屈折面の製造誤差の影響を低減することができる。
　（２０）（１）ないし（１９）のいずれか１つの光学系において、プリズムのアッベ数ｖｄは、ｖｄ＞４０の関係を満たす。これにより、プリズムの色収差を低減することができる。
　（２１）（１）ないし（２０）のいずれか１つの光学系において、第１方向の横倍率をＭｘ、第２方向の横倍率をＭｙとすると、Ｍｙ／Ｍｘ＞１．１の関係を満たす。これにより、第１中間結像位置と第２中間結像位置の光路長差が増加し、プリズム内の傷やゴミの影響を軽減することができる。
　（２２）（１）ないし（２１）のいずれか１つの光学系において、第１中間結像位置と第２中間結像位置との光路長差をΔＰ、第１面から第２面の光路長をＬとすると、ΔＰ／Ｌ＞０．０５の関係を満たす。これにより、第１中間結像位置と第２中間結像位置の光路差を適切に設定することができ、プリズム内の傷やゴミの影響を軽減することができる。
　（２３）（１）ないし（２２）のいずれか１つの光学系において、プリズムの入射面にレーザ光を照射するレーザ素子をさらに備え、レーザ素子から出射されるレーザ光の瞳径の長径方向が第１方向であり、レーザ素子から出射されるレーザ光の瞳径の短径方向が第２方向であり、第１方向および第２方向は互いに直交し、第２中間結像位置は、第１中間結像位置より入射面側に位置している。
　本開示は、プリズムなどの屈折光学系を用いた光学系に適用可能である。
　　　１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｋ　光学系
　　　３　　　レーザ素子
　　　３ａ、３ｂ　瞳径
　　　５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ、５Ｈ、５Ｋ　プリズム
　　１１　　　入射面
　　１３　　　第１反射面
　　１５　　　出射面
　　１７　　　第２反射面
　　１９　　　第３反射面
　　Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３　光路長
　　　Ｐｘ　　第１中間結像位置
　　　Ｐｙ　　第２中間結像位置
　　　Ｒ　　　レーザ光

Claims (23)

  1. 　第１面、第２面、および第３面を備え、第１面からの光束が第２面で反射して第３面へ向かうプリズムを備える光学系であって、
    　前記プリズムは、
    　内部に入射した光束の第１方向の成分が結像する第１中間結像位置と、
    　前記第１中間結像位置と異なり、前記光束の前記第１方向と直交する第２方向の成分が結像する第２中間結像位置と、を有し、
    　前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置の少なくとも１つは、前記第１面と前記第２面との間で前記第２面から第１範囲内にあるか、または、前記第２面と前記第３面との間で前記第２面から第２範囲内にあり、
    　前記第１範囲は、前記第１面から前記第２面までの光路長の１/２未満の長さであり、
    　前記第２範囲は、前記第２面から前記第３面までの光路長の１/２未満の長さである、
    　光学系。
  2. 　前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち一方が、前記第１面と前記第２面との間で前記第２面から前記第１範囲内にあり、前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち他方が、前記第２面と前記第３面との間で前記第２面から前記第２範囲内にある、
    　請求項１に記載の光学系。
  3. 　前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置との両方が、前記第１面と前記第２面との間で前記第２面から前記第１範囲内にあるか、または、前記第２面と前記第３面との間で前記第２面から前記第２範囲内にある、
    　請求項１に記載の光学系。
  4. 　前記第１範囲は、前記第１面から前記第２面までの光路長の１/４未満の長さであり、
    　前記第２範囲は、前記第２面から前記第３面までの光路長の１/４未満の長さである、
    　請求項１から３のいずれか１つに記載の光学系。
  5. 　前記第１範囲は、前記第１面から前記第２面までの光路長の１/８未満の長さであり、
    　前記第２範囲は、前記第２面から前記第３面までの光路長の１/８未満の長さである、
    　請求項１から３のいずれか１つに記載の光学系。
  6. 　前記第１面は入射面である、
    　請求項１から５のいずれか１つに記載の光学系。
  7. 　前記第１方向と前記第２方向とで集光作用が異なるレンズ素子を有し、
    　前記レンズ素子から出射した光束が前記入射面に入射する、
    　請求項６に記載の光学系。
  8. 　前記第１面、前記第２面、および前記第３面の少なくとも１つは、自由曲面形状を有する、
    　請求項１から７のいずれか１つに記載の光学系。
  9. 　第１面、第２面、第３面、および第４面を備え、前記第１面からの光束が前記第２面で反射して前記第３面へ向かい、前記第２面からの光束が前記第３面で反射して前記第４面へ向かうプリズムを備える光学系であって、
    　前記プリズムは、
    　内部に入射した光束の第１方向の成分が結像する第１中間結像位置と、
    　前記第１中間結像位置と異なり、前記光束の前記第１方向と直交する第２方向の成分が結像する第２中間結像位置と、を有し、
    　前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち一方が、前記第１面と前記第２面との間で前記第２面から第１範囲内にあるか、または、前記第２面と前記第３面との間で前記第２面から第２範囲内にあり、
    　前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち他方が、前記第２面と前記第３面との間で前記第３面から前記第２範囲内にあるか、または、前記第３面と前記第４面との間で前記第３面から第３範囲内にあり、
    　前記第１範囲は、前記第１面から前記第２面までの光路長の１/２未満の長さであり、
    　前記第２範囲は、前記第２面から前記第３面までの光路長の１/２未満の長さであり、
    　前記第３範囲は、前記第３面から前記第４面までの光路長の１/２未満の長さである、
    　光学系。
  10. 　前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち一方が、前記第２面と前記第３面との間で前記第２面から前記第２範囲内にあり、
    　前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち他方が、前記第３面と前記第４面との間で前記第３面から前記第３範囲内にある、
    　請求項９に記載の光学系。
  11. 　前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち一方が、前記第１面と前記第２面との間で前記第２面から前記第１範囲内にあり、
    　前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち他方が、前記第３面と前記第４面との間で前記第３面から前記第３範囲内にある、
    　請求項９に記載の光学系。
  12. 　前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち一方が、前記第１面と前記第２面との間で前記第２面から前記第１範囲内にあり、
    　前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち他方が、前記第２面と前記第３面との間で前記第３面から前記第２範囲内にある、
    　請求項９に記載の光学系。
  13. 　前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち一方が、前記第２面と前記第３面との間で前記第２面から前記第２範囲内にあり、
    　前記第１中間結像位置と前記第２中間結像位置とのうち他方が、前記第２面と前記第３面との間で前記第３面から前記第２範囲内にある、
    　請求項９に記載の光学系。
  14. 　前記第１範囲は、前記第１面から前記第２面までの光路長の１/４未満の長さであり、
    　前記第２範囲は、前記第２面から前記第３面までの光路長の１/４未満の長さであり、
    　前記第３範囲は、前記第３面から前記第４面までの光路長の１/４未満の長さである、
    　請求項９に記載の光学系。
  15. 　前記第１範囲は、前記第１面から前記第２面までの光路長の１/８未満の長さであり、
    　前記第２範囲は、前記第２面から前記第３面までの光路長の１/８未満の長さであり、
    　前記第３範囲は、前記第３面から前記第４面までの光路長の１/８未満の長さである、
    　請求項９に記載の光学系。
  16. 　前記第１面は入射面である、
    　請求項９から１５のいずれか１つに記載の光学系。
  17. 　前記第１方向と前記第２方向とで集光作用が異なるレンズ素子を有し、
    　前記レンズ素子から出射した光束が前記入射面に入射する、
    　請求項１６に記載の光学系。
  18. 　前記第１面、前記第２面、前記第３面、および前記第４面の少なくとも１つは、自由曲面形状を有する、
    　請求項９から１７のいずれか１つに記載の光学系。
  19. 　前記プリズムの屈折率ｎは、ｎ＜１．８の関係を満たす、
    　請求項１から１８のいずれか１つに記載の光学系。
  20. 　前記プリズムのアッベ数ｖｄは、ｖｄ＞４０の関係を満たす、
    　請求項１から１９のいずれか１つに記載の光学系。
  21. 　前記第１方向の横倍率をＭｘ、前記第２方向の横倍率をＭｙとすると、
    　Ｍｙ／Ｍｘ＞１．１
    　の関係を満たす、
    　請求項１から２０のいずれか１つに記載の光学系。
  22. 　前記第１面から前記第１中間結像位置の光路長と前記第１面から前記第２中間結像位置の光路長との光路長差をΔＰ、前記第１面から前記第２面の光路長をＬとすると、
    　ΔＰ／Ｌ＞０．０５
    　の関係を満たす、
    　請求項１から２１のいずれか１つに記載の光学系。
  23. 　前記プリズムの入射面にレーザ光を照射するレーザ素子をさらに備え、
    　前記レーザ素子から出射されるレーザ光の瞳径の長径方向が前記第１方向であり、前記レーザ素子から出射される前記レーザ光の瞳径の短径方向が前記第２方向であり、前記第１方向および前記第２方向は互いに直交し、
    　前記第２中間結像位置は、前記第１中間結像位置より前記入射面側に位置している、
    　請求項１から２２のいずれか１つに記載の光学系。
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