JP2012008230A - 光学鏡筒および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学鏡筒内の迷光の発生を抑え、さらに安価に製造できる光学鏡筒を提供する。
【解決手段】 光を反射または透過する光学素子を内壁に保持する筒である光学鏡筒（１０）は、光学鏡筒の内壁に光の入射方向に光を反射させる再帰反射素子（４０）を備える。光学鏡筒の再帰反射素子は、誘電体からなる複数の微小球を含む。そして、微小球の表面に反射膜が形成され、反射膜の回転対称軸が前記光学鏡筒の内壁の法線から傾いている。
【選択図】図１

Description

本発明は、鏡筒内での散乱光の影響を低減させた光学鏡筒および光学機器に関する。

光学鏡筒は、一般に円筒形の形状で、その内壁にレンズ、ミラー等の光学素子を保持している。光学鏡筒内に散乱光が発生すると、光学鏡筒の光学素子で形成される像に悪影響を与える。そのため、一般に光学鏡筒の内壁に光を吸収する黒色塗料等が塗られている。また、内壁を黒色塗料するだけではなく、例えば特許文献１に示されるように、迷光を低減させるためのバッフルも用いられることもある。

特に光学鏡筒の内壁にミラー等の反射光学素子のみが配置される場合は、光学鏡筒の開口付近に反射光学素子が配置されていないため、直接、光学鏡筒の内壁に入射することが多い。そのため、光学鏡筒の内壁で反射される光により、散乱光が発生しやすい。

特開２００３−１２１６１４号公報

しかし、光学鏡筒の内壁に光を吸収する塗料が塗られていると、赤外線を含む光は光学鏡筒を加熱させることになり、熱膨張で光学素子の位置がずれたり又は光学素子の特性を変えてしまったりすることがある。また、バッフル自体も黒色に塗られることが多いため光学鏡筒内部の温度が上昇するなどの問題があった。さらに、赤外線カメラなどの場合、熱源は光源となるので、鏡筒に入射した光が吸収され、鏡筒を暖めると、そこが光源になり、ここからの赤外線が像を劣化させる。
そこで本発明では、光学鏡筒内の迷光の発生を抑え、赤外線による熱影響を低減する光学鏡筒を提供することを目的とする。

第１観点の光学鏡筒は、光を反射または透過する光学素子を内壁に保持する筒である光学鏡筒である。そして光学鏡筒は、光学鏡筒の内壁に、光学鏡筒の開口から入射してきた光を光の入射方向に反射させる再帰反射素子を備える。

第２観点の光学機器は、第１観点の光学鏡筒を備える。

本発明の態様によれば、光学鏡筒内の迷光の発生を抑え、赤外線による熱影響を低減する光学鏡筒および光学機器を提供することができる。

光学機器の１つである反射望遠鏡１００の概略断面図である。 図１の点線で囲まれた領域１２の拡大図である。 （ａ）は、微小球４１の概略断面図である。 （ｂ）は、傾いた微小球４１の概略断面図である。 （ａ）は、再帰反射素子４０の平面図である。 （ｂ）は、微小球４１ａとその周りの６つの微小球４１を示した平面図である。 （ｃ）は、方向ＤＲ１に回転対称軸４３が傾いている場合の微小球４１ａの断面図である。 （ｄ）は、方向ＤＲ２に回転対称軸４３が傾いている場合の微小球４１ａの断面図である。 （ａ）は、再帰反射素子４０ａの断面図である。 （ｂ）は、再帰反射素子４０ｂの断面図である。 （ｃ）は、再帰反射素子４０ｃの断面図である。 （ａ）は、微小球４１への光束の入射角θを示した図である。 （ｂ）は、微小球４１の再帰反射率と入射角θとの関係を示したグラフである。 （ｃ）は、再帰反射率が最大となる入射角θと微小球４１の屈折率ｎの関係を示したグラフである。 （ａ）は、反射望遠鏡２００の概略断面図である。 （ｂ）は、領域２１３における再帰反射素子２４０の断面図である。 （ｃ）は、領域２１４における再帰反射素子２４０の断面図である。 （ｄ）は、領域２１５における再帰反射素子２４０の断面図である。 （ａ）は、再帰反射素子４０ｄの断面図である。 （ｂ）は、再帰反射素子４０ｄの拡大断面図である。 （ａ）は、コーナーキューブ８０を説明するための図である。 （ｂ）は、コーナーキューブ８１の斜視図である。 （ｃ）は、コーナーキューブ８１の断面図である。 （ｄ）は、コーナーキューブ８２の断面図である。 （ａ）は、コーナーキューブ９０を説明するための図である。 （ｂ）は、コーナーキューブ９１の平面図である。 （ｃ）は、コーナーキューブ９２の平面図である。 反射望遠鏡３００の概略断面図である。 屈折望遠鏡４００の概略断面図である。

（第１実施例）
第１実施例として、反射望遠鏡の例を参考にして、内壁に再帰反射素子が形成されている光学鏡筒について説明する。

＜反射望遠鏡１００の構成＞
図１は、光学機器の１つである反射望遠鏡１００の概略断面図である。反射望遠鏡１００は、主に、光学鏡筒１０と、凹面鏡２０と、凸面鏡３０とにより構成されている。光学鏡筒１０は円筒形の形状をしており、光学鏡筒１０の内壁には再帰反射素子４０が形成されている。また、光学鏡筒１０内には凹面鏡２０及び凸面鏡３０が配置され、像面５０が形成されている。以下、光学鏡筒１０の中心軸に平行な方向であり光学鏡筒１０の中心から見て外部からの光束を取り込む開口が形成されている方向を＋Ｚ軸方向とし、Ｚ軸に垂直で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として説明する。

反射望遠鏡１００には、光学鏡筒１０の＋Ｚ軸側の面１１（以下、光束取り入れ開口面１１）に垂直に外部から光学鏡筒１０内に光束ＬＷ１１が入射する。光束ＬＷ１１は光学鏡筒１０内を−Ｚ軸方向に進んで凹面鏡２０で反射して光束ＬＷ１２となる。光束ＬＷ１２は凸面鏡３０の方向へ進み、凸面鏡３０で反射されて光束ＬＷ１３となる。光束ＬＷ１３は像面５０の方向へ進み、像面５０で集光される。

光束ＬＷ１１は、光学鏡筒１０の中心軸に対して平行に入射する光束である。しかし光学鏡筒１０内に入射する光束には、光束ＬＷ１１とは異なる角度で光学鏡筒１０内に入射する光束ＬＷ２１も存在することがある。光束ＬＷ２１は光学鏡筒１０の中に入射し、凹面鏡２０に入射することなく、光学鏡筒１０の内壁に形成されている再帰反射素子４０に入射する。光束ＬＷ２１は再帰反射素子４０で再帰反射され、光束ＬＷ２１と逆の方向に進む光束ＬＷ２４となる。光束ＬＷ２４は光学鏡筒１０の光束取り入れ開口面１１を通り、光学鏡筒１０の外へ射出される。

図２は、図１の点線で囲まれた領域１２の拡大図である。光学鏡筒１０の内壁に形成されている再帰反射素子４０は、多数の微小球４１が光学鏡筒１０の内壁に敷き詰められることによって構成されている。微小球４１は、ガラス又はプラスチック等の誘電体、つまり光束を透過する物質により形成されている。また、微小球４１の屈折率は２．０〜３．０であることが望ましい。また、微小球４１の直径は３０μｍから５００μｍが好ましく、さらには５０μｍ前後が好ましい。

図３（ａ）は、微小球４１の概略断面図である。微小球４１の半球の表面には反射膜４２が形成されている。反射膜４２は光束を反射する膜であり、アルミニウム及び銀等の金属薄膜により形成される。また微小球４１は、反射膜４２の回転対称軸４３は光学鏡筒１０の法線１３に平行になるように配置されている。

光学鏡筒１０の外部から入射する光束ＬＷ２１は、微小球４１に入射する。光束ＬＷ２１は微小球４１の表面で屈折して光束ＬＷ２２となって反射膜４２に向かう。光束ＬＷ２２は反射膜４２で反射されて光束ＬＷ２３となる。光束ＬＷ２３は微小球４１内を進み、光束ＬＷ２４となって微小球４１の表面で屈折して、光束ＬＷ２１の入射方向と平行な方向へ射出される。

図３（ｂ）は、傾いた微小球４１の概略断面図である。図３（ｂ）における微小球４１は光学鏡筒１０の内壁に、反射膜４２の回転対称軸４３が光学鏡筒１０の法線１３から＋Ｚ軸方向に角度θ１の傾きを有するように配置されている。微小球４１が角度θ１の傾きを有することによって、微小球４１に入射する光束の再帰反射率を高くすることができる。

図３（ａ）では反射膜４２の回転対称軸４３が法線１３に平行な微小球４１であり、図３（ｂ）では反射膜４２の回転対称軸４３が法線１３から傾いた微小球４１である。本実施形態では、両者とも光学鏡筒１０の内壁に敷き詰めることができる。しかし、再帰反射率が高い反射膜４２の回転対称軸４３が法線１３から傾いた微小球４１を主に説明する。

＜微小球４１の配列＞
図４（ａ）は、再帰反射素子４０の平面図である。再帰反射素子４０を構成する微小球４１は、図４（ａ）に示されるように最密充填により光学鏡筒内に敷き詰められることが望ましい。微小球４１が最密充填により敷き詰められることにより、光学鏡筒１０の内壁に入射する多くの光束を再帰反射させることができる。微小球４１が最密充填により敷き詰められた場合、微小球４１は、その周りにある６つの微小球と接する。

図４（ｂ）は、微小球４１ａとその周りの６つの微小球４１を示した平面図である。微小球４１が最密充填により敷き詰められた場合、１つの微小球４１ａは、周りに６つの微小球４１により囲まれ、１つの微小球４１ａは６つの微小球４１と接する。微小球４１ａが微小球４１と接する方向をＤＲ１（図４（ｂ）中の点線矢印）とすると、方向ＤＲ１は図４（ｂ）に示すように６つの方向が存在する。また、互いに隣接した方向ＤＲ１の中間にある方向をＤＲ２（図４（ｂ）中の実線矢印）とすると、方向ＤＲ２は６つの方向が存在し、微小球４１ａに隣接した方向ＤＲ２には空間４４（図４（ｂ）には１カ所のみを示している）が形成される。

図４（ｃ）は、方向ＤＲ１に回転対称軸４３が傾いている場合の微小球４１ａの断面図である。方向ＤＲ１へは微小球４１ａは隣接した微小球４１と接触している。この微小球４１ａに＋ＤＲ１の方向から光束ＬＷ３１が入射した場合を考える。光束ＬＷ３１は、微小球４１ａに入射して微小球４１内を進み、反射膜４２で反射して光束ＬＷ３４となって微小球４１ａの外に射出される。しかし図４（ｃ）では、光束ＬＷ３４の光路が微小球４１ａに隣接した微小球４１と重なっているため光束ＬＷ３４は微小球４１に遮られてしまい、再帰反射素子４０としては光束ＬＷ３１を再帰反射できないことがある。

図４（ｄ）は、方向ＤＲ２に回転対称軸４３が傾いている場合の微小球４１ａの断面図である。方向ＤＲ２へは微小球４１ａは空間４４と隣接しており微小球４１とは接触していない。この微小球４１ａに＋ＤＲ２の方向から光束ＬＷ３１を図４（ｃ）の微小球４１ａの同じ位置に入射する。図４（ｄ）においても図４（ｃ）と同じく光束ＬＷ３１は反射膜４２に反射されて、光束ＬＷ３４となって微小球４１ａの外に射出される。しかし図４（ｄ）では、図４（ｃ）の場合とは異なり、光束ＬＷ３４は微小球４１に遮られていないため、再帰反射素子４０としては、光束ＬＷ３２を再帰反射できることになる。

図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示したように、再帰反射素子４０に入射する光束は、入射角が大きくなるものもある。その時に、微小球４１の周囲に他の微小球４１が存在すると、隣接した微小球４１が妨げになる場合がある。そのため、微小球４１の周囲には空間が形成されていた方が良い。つまり、微小球４１は、方向ＤＲ２の方向が＋Ｚ軸方向になるように形成された方が良い。これは、最密充填のみではなく、微小球４１を他の配列方法で並べた場合に関しても同様のことが言える。

図４（ａ）に戻って最密充填における微小球４１の配列方向を考えると、図４（ａ）に示された方向ＤＲ１をＹ軸方向とし、方向ＤＲ１に垂直な方向ＤＲ２をＺ軸方向として配列させた方が好ましい。

＜微小球４１の接着＞
光学鏡筒１０の内壁に接着樹脂６０が塗布され、微小球４１は、接着樹脂６０に接することにより接着される。接着樹脂６０は光を透過させる性質を有する。以下、接着樹脂６０の表面が微小球４１の高さに対して何％の位置にあるかを埋没率とする。例えば、埋没率５０％は微小球４１の半分の高さ、埋没率１００％は微小球４１全体がちょうど埋まっている状態を示す。

図５（ａ）は、再帰反射素子４０ａの断面図である。再帰反射素子４０ａは、埋没率１００％で微小球４１が接着樹脂６０に接着されている。再帰反射素子４０ａでは、微小球４１が接着樹脂６０で全て埋没されているため、再帰反射素子４０ａの表面が平坦である状態になっている。再帰反射素子４０ａは埋没率１００％の状態であるため、微小球４１は強固に接着される。しかし、再帰反射素子４０ａは高角度の入射角で入射した光束は接着樹脂６０の表面で反射されてしまう可能性があり、高角度の入射角に対する再帰反射能力は低くなる。

図５（ｂ）は、再帰反射素子４０ｂの断面図である。再帰反射素子４０ｂは、埋没率３０％で微小球４１が接着樹脂６０に接着されている。再帰反射素子４０ｂは微小球４１が露出している割合が高いため、再帰反射素子４０ａで再帰反射できなかった高角度の入射角の光束も、再帰反射素子４０ｂでは再帰反射できる場合があり、再帰反射素子４０ａよりも再帰反射能力が高い。しかし、接着樹脂６０との接触面積が少ないため、微小球４１の保持性が低くなる。

図５（ｃ）は、再帰反射素子４０ｃの断面図である。再帰反射素子４０ｃは、埋没率５０％で微小球４１が接着樹脂６０に接着されている。再帰反射素子４０ｃは、再帰反射素子４０ａよりも高角度の入射角に対する再帰反射能力が高く、再帰反射素子４０ｂよりも微小球４１の保持性が高い。

微小球４１の屈折率は、微小球４１の屈折率の周囲の屈折率よりも高いことが望ましい。そのため、接着樹脂６０の屈折率は微小球４１の屈折率よりも小さい方が良い。再帰反射素子４０ａでは微小球４１の全てが接着樹脂６０に埋まっているため、特に透明性が重要である。さらに、接着樹脂６０には、高い接着能力及び耐侯性等の耐久性が求められる。そのため接着樹脂６０には、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ナイロン系樹脂、ゴム系樹脂、ビニル系樹脂、およびこれらの樹脂の合成樹脂等が用いられる。

＜再帰反射素子のシミュレーション結果＞
図６は、微小球４１に対して行ったシミュレーション結果である。このシミュレーションでは、微小球４１に対して入射する光束の進入角と、この進入角と微小球４１の屈折率との関係を調べている。

図６（ａ）は、微小球４１への光束の進入角θを示した図である。微小球４１へ入射し光束取り入れ開口面１１の中心点を通る光束ＬＷ４１が、微小球４１の反射膜４２の回転対称軸４３に対して入射する角度を進入角θとする。また、微小球４１の反射膜４２の回転対称軸４３の＋Ｚ軸方向への傾き角度はθ１（−Ｚ軸方向に傾く場合はマイナスで示す）である。微小球４１の屈折率はｎとして示す。

図６（ｂ）は、微小球４１の再帰反射率と進入角θとの関係を示したグラフである。再帰反射率は、微小球４１に入射する光束に対してどのくらいの割合で再帰反射するかを表わしている。図６（ｂ）では、微小球４１の屈折率ｎ＝２．０の場合が点線で示され、ｎ＝２．６５の場合が実線で示され、ｎ＝３．０の場合が一点鎖線で示されている。

ｎ＝２．０の場合は、進入角θを１０°から大きくしていくに従い再帰反射率は増加する。データに対して線形近似を行った結果では、再帰反射率は進入角θが３６．５°で８０％以上になり、最大値を有する。更に進入角θを大きくしていくと、再帰反射率は大きく減少する。

ｎ＝２．６５の場合も、進入角を１０°から大きくしていくに従い再帰反射率は増加する。データに対して線形近似を行った結果では、再帰反射率は進入角θが４８°で７５％以上になり、最大値を有する。更に進入角θを大きくしていくと、再帰反射率は大きく減少する。

ｎ＝３．０の場合も、進入角を１０°から大きくしていくに従い再帰反射率は増加する。データに対して線形近似を行った結果では、再帰反射率は進入角θが５７°で７０％以上になり、最大値を有する。更に進入角θを大きくしていくと、再帰反射率は大きく減少する。

図６（ｃ）は、再帰反射率が最大となる進入角θと微小球４１の屈折率ｎの関係を示したグラフである。屈折率ｎ＝２．０では再帰反射率が最大となる進入角θは３６．５°にあり、屈折率ｎ＝２．６５では再帰反射率が最大となる進入角θは４８°にあり、屈折率ｎ＝３．０では再帰反射率が最大となる進入角θは５７°の間にある。図６（ｃ）ではこれらの点が点線で結ばれている。また、これらの点を元に線形近似を行った結果（図６（ｃ）では直線で示されている）では、再帰反射率が最大となる進入角θと屈折率ｎとの関係は以下の式で示される。
θ＝２０．１４６×ｎ−４．２０４７ ・・・・・・・（１）

図６（ｂ）及び図６（ｃ）の結果からは、微小球４１は、屈折率ｎが小さい時は、再帰反射率は高くなるが進入角θは小さくなり、また、屈折率ｎが大きくなるに従い、再帰反射率の最大値は低くなっていくが、進入角θは広くなっていくことが分かる。そのため、光束の進入角θの取りうる幅が広い時は微小球４１の屈折率ｎを高くし、進入角θの取りうる幅が狭い時は屈折率ｎを小さめにすることが望ましい。

また、進入角θは４０°〜６０°の時に再帰反射率が高くなるため、光学鏡筒１０の光束取り入れ開口面１１の中心点より入射する光束ＬＷ４１の進入角θが４０°〜６０°になるように微小球４１の傾き角度θ１を調節することが望ましい。例えば、光束ＬＷ４１が光学鏡筒１０の法線１３に対して入射角７０°（図６（ａ）ではθ＋θ１に相当）で入射する場合は、傾き角度θ１は＋Ｚ軸方向に１０°〜３０°傾くことが好ましい。

なお、今回、微小球４１の屈折率ｎを２から３までを考えてシュミュレーションを行ったが、これは酸化チタン（ルチル）を想定しているためである。酸化チタン（ルチル）は、常光線で屈折率が２．６１６、異常光線で屈折率が２．９０３である。さらに、微小球４１が真空中に置かれた場合は屈折率ｎが２のとき微小球４１に入射する平行光束は近軸光学的に微小球４１の反対側の面に集光する。そのため、空気中の場合等の真空中以外の場合も考慮すると、微小球４１での再帰反射を考える際は屈折率ｎが２以上であることが原理的に望ましい。

＜散乱光対策の比較＞
光学鏡筒１０内には、再帰反射素子以外の散乱光対策として、バッフルの形成、及び黒色塗装が施される場合がある。表１に、バッフル、黒色塗装及び再帰反射素子の赤外線、光束の入射角、及び形成費用に関する特徴の是非を示す。

バッフルは、可視光だけではなく赤外線の散乱光の発生も抑えることができる。また、高角度の入射角の光束による散乱光の発生も抑えることができる。しかし、バッフルの設計は困難でありバッフルの形成には多額の費用がかかってしまう。またバッフル自体が黒色に塗装されることも多く、赤外線を吸収して発熱してしまう問題がある。

黒色塗装は、塗料を光学鏡筒内に塗装することで形成できるため設計等が必要なく、安価に形成できる。しかし、黒色塗装は、赤外線を吸収して発熱してしまう問題がある。また黒色塗装は、高角度の入射角の光束に対して散乱を許してしまうため、高角度の入射角の光束に対する性能も良くはない。

再帰反射素子は、可視光と同様に赤外線も再帰反射することができるため、赤外線の散乱光の発生も抑えることができる。また、高角度の入射角の光束に対しても対応可能である。

＜反射望遠鏡２００の構成＞
反射望遠鏡１００における微小球４１は、形成された反射膜４２の回転対称軸４３の方向を＋Ｚ軸方向に角度θ１だけ傾けて配置された。しかし光学鏡筒１０内では、光学鏡筒１０の光束取り入れ開口面１１からの距離に応じて光束が光学鏡筒１０内に入射する角度が異なるため、光束取り入れ開口面１１からの距離に応じて微小球４１の回転対称軸４３の最適な傾き角度が異なる。そのため、微小球４１の回転対称軸４３の方向は、光学鏡筒１０の光束取り入れ開口面１１からの距離に応じてその方向を変えても良い。以下に、光学鏡筒１０の光束取り入れ開口面１１からの距離に応じて微小球４１の回転対称軸４３の設置角度が変えられた反射望遠鏡２００について説明する。

図７（ａ）は、反射望遠鏡２００の概略断面図である。反射望遠鏡２００は光学鏡筒１０の中に凹面鏡２０と凸面鏡３０とを有し、凹面鏡２０と凸面鏡３０とが像面５０を形成している。これらの構成および配置は、反射望遠鏡１００と同一である。また、光学鏡筒１０の内壁には再帰反射素子２４０が形成されている。再帰反射素子２４０は、光学鏡筒の光束取り入れ開口面１１からの距離に応じて３つの領域に分けられる。

領域２１３は、光束取り入れ開口面１１に最も近い領域であり、領域２１５は、光束取り入れ開口面１１から最も遠い領域であり、領域２１４は、領域２１３と領域２１５とに挟まれた領域である。各領域の微小球４１の回転対称軸４３の設置角度は異なっている。また、領域２１３へ入射し光束取り入れ開口面１１の中心点を通る光束ＬＷ５２の再帰反射素子２４０への入射角度をθ２、領域２１４へ入射し光束取り入れ開口面１１の中心点を通る光束ＬＷ５３の再帰反射素子２４０への入射角度をθ３、領域２１５へ入射し光束取り入れ開口面１１の中心点を通る光束ＬＷ５４の再帰反射素子２４０への入射角度をθ４とすると、θ２＜θ３＜θ４の関係を満たす。

図７（ｂ）は、領域２１３における再帰反射素子２４０の断面図である。領域２１３では、微小球４１の回転対称軸４３は、＋Ｚ軸方向に光学鏡筒１０の法線１３から角度θ２ａだけ傾いている。角度θ２ａは、図６の結果を参考にすると、光束ＬＷ５２の入射角θ２から４０°〜６０°を引いた角度になっていることが望ましい。

図７（ｃ）は、領域２１４における再帰反射素子２４０の断面図である。領域２１４では、微小球４１の回転対称軸４３は、＋Ｚ軸方向に光学鏡筒１０の法線１３から角度θ３ａだけ傾いている。角度θ３ａは、図６の結果を参考にすると、光束ＬＷ５３の入射角θ３から４０°〜６０°を引いた角度になっていることが望ましい。

図７（ｄ）は、領域２１５における再帰反射素子２４０の断面図である。領域２１５では、微小球４１の回転対称軸４３は、＋Ｚ軸方向に光学鏡筒１０の法線１３から角度θ４ａだけ傾いている。角度θ４ａは、図６の結果を参考にすると、光束ＬＷ５４の入射角θ４から４０°〜６０°を引いた角度になっていることが望ましい。

再帰反射素子２４０では、θ４ａ＞θ３ａ＞θ２ａとして微小球４１が配置される。領域２１５に入射される光束は高角度の入射角を有する光束のみであるため、角度θ４ａを高角度に設定し、微小球４１を高角度の入射角を有する光束の再帰反射に特化させることができる。一方、領域２１３に入射される光束は、低角度から高角度まで幅広い入射角度を有している。そのため、角度θ２ａは幅広い入射角度の光束に対応できるように光束ＬＷ５２が入射する方向に回転対称軸４３を向けても良い。反射望遠鏡２００では、反射再帰素子２４０が３つの領域に分けられていたが、再帰反射素子の領域は、２つ又は更に多くの領域に分けても良い。

＜再帰反射素子＋黒色塗装＞
再帰反射素子は、微小球と黒色塗装とを組み合わせて形成することができる。
図８（ａ）は、再帰反射素子４０ｄの断面図である。再帰反射素子４０ｄは、光学鏡筒１０の内壁に黒色塗装４５が行われ、黒色塗装４５の表面に、接着樹脂６０が形成されて微小球４１が配置されている。

図８（ｂ）は、再帰反射素子４０ｄの拡大断面図である。微小球４１は最密充填で配置されたとしても隙間（例えば、図４（ｂ）の空間４４）が形成される。その隙間に、直接的な光束ＬＷ２１ａのような入射があったり、又は微小球４１の表面で反射された間接的な光束ＬＷ２１ｂの入射があったりする。つまり、これら光束が微小球４１を透過せずに光学鏡筒１０の内壁表面に入射することがある。これらの光束は再帰反射されず、散乱光となって像に影響を及ぼす場合がある。光学鏡筒１０の内壁に黒色塗装４５が形成されることによりこれらの散乱光を除去することができる。

＜コーナーキューブ＞
図２から図８まで、再帰反射素子として微小球を使用した例を説明した。再帰反射素子として、微小球の代わりに二次元コーナーキューブ又は三次元コーナーキューブが用いられても良い。光学鏡筒１０の開口面１１は、光束の取り入れ方向を開口面側に制限している。このため二次元コーナーキューブであっても再帰反射素子として適用できる。

図９（ａ）は、二次元コーナーキューブ８０を説明するための図である。二次元コーナーキューブ８０は、２枚の鏡８０Ｌ及び８０Ｒが互いに直角になるように組み合わされており、二次元コーナーキューブ８０に入射する光束を再帰反射することができる。例えば、鏡８０Ｌに入射する光束ＬＷ８１は、鏡８０Ｌで反射して光束ＬＷ８２となる。さらに光束ＬＷ８２は鏡８０Ｒで反射して光束ＬＷ８３となる。ここで、光束ＬＷ８１と光束ＬＷ８３とは互いに反対方向に進む光束になっている。また光束ＬＷ８１は、入射角度が、二次元コーナーキューブ８０を鏡８０Ｌと鏡８０Ｒとの境界で２等分する２等分線８３の±４５°の範囲にある時に光束ＬＷ８１を再帰反射することができる。

図９（ｂ）は、コーナーキューブ８１の斜視図である。コーナーキューブ８１は、例えば、図１に示した再帰反射素子４０に用いることができる。コーナーキューブ８１は光学鏡筒１０の内壁にＺ軸方向に垂直な方向に山と溝とが交互に配置されるように形成される。溝の部分は、図９（ａ）に示した二次元コーナーキューブ８０のように互いに直角に交わる２つの面から形成されており、入射する光束を再帰反射させることができる。コーナーキューブ８１では、特に＋Ｚ軸方向から入射する光束を再帰反射させる。例えば、図９（ｂ）では、コーナーキューブ８１に入射する光束ＬＷ２１は、光束ＬＷ２４として再帰反射されている。

図９（ｃ）は、コーナーキューブ８１の断面図である。コーナーキューブ８１の溝は、互いに直角に交わる面８１Ｌと面８１Ｒとの２枚の面により構成されている。コーナーキューブ８１は、この２枚の面の２等分線８３が光学鏡筒１０の法線１３と一致するように形成されている。また、コーナーキューブ８１は、２等分線８３からＺ軸方向に±４５°で光束が入射した場合に再帰反射することが可能である。

図９（ｄ）は、コーナーキューブ８２の断面図である。コーナーキューブ８２は互いに直角に交わる面８１Ｌと面８１Ｒとの２等分線８３が＋Ｚ軸方向に角度θ５だけ傾くように形成されている。そのため、コーナーキューブ８２では、＋Ｚ軸方向に４５°＋θ５の角度に入射する光束を再帰反射することができる。

図１０（ａ）は、三次元コーナーキューブ９０を説明するための図である。三次元コーナーキューブ９０は、３枚の鏡９０Ｌ、９０Ｍ、及び９０Ｒが互いに直角になるように組み合わされており、三次元コーナーキューブ９０に入射する光束を再帰反射することができる。例えば、鏡９０Ｌに入射する光束ＬＷ９１は、鏡９０Ｌで反射して光束ＬＷ９２となる。さらに光束ＬＷ９２は鏡９０Ｒで反射して光束ＬＷ９３となる。そして、光束ＬＷ９３は鏡９０Ｍで反射して光束ＬＷ９４となる。ここで、光束ＬＷ９１と光束ＬＷ９４とは互いに反対方向に進む光束になっている。

図１０（ｂ）は、コーナーキューブ９１の平面図である。コーナーキューブ９１は光学鏡筒１０の内壁表面に形成されている。図１０（ｂ）で示した領域９３の角は、コーナーキューブ９１の最も−Ｚ軸側に配置されている。また、コーナーキューブ９１を形成する各面の法線は、光学鏡筒１０の法線より４５°傾いている。また、図９（ｃ）での説明と同じ理由で、コーナーキューブ９１は、光学鏡筒１０の法線より４５°を越える入射角度で入射する光束を再帰反射することができない。

図１０（ｃ）は、コーナーキューブ９２の平面図である。コーナーキューブ９２は、＋Ｚ軸方向に傾いた面９２Ａの法線を、光学鏡筒１０の法線から４５°＋θ６に傾けている。また、−Ｚ軸方向に傾いた面９２Ｂの法線を、光学鏡筒１０の法線から４５°−θ６に傾けている。ここで、０＜θ６＜４５°とする。このことにより、図９（ｄ）で説明したように、コーナーキューブ９２は＋Ｚ軸方向に４５°＋θ６の角度に入射する光束を再帰反射することができる。

図９（ｄ）及び図１０（ｃ）に示したコーナーキューブは、コーナーキューブを形成する複数の平面の法線に回転対称な軸が＋Ｚ軸方向に傾いた状態に形成することにより、高角度の入射角で入射した光束も再帰反射することができる。また、

以上のコーナーキューブの説明では、コーナーキューブは鏡で形成されるとしたが、コーナーキューブをプリズムで形成しても上記の説明と同様な効果を得ることができる。

＜再帰反射素子＋バッフル＞
図１１は、反射望遠鏡３００の概略断面図である。反射望遠鏡３００は、光学鏡筒３１０の中に凹面鏡２０と、凸面鏡３０と、像面５０とを有する。凹面鏡２０と、凸面鏡３０と、像面５０との構成及び配置は反射望遠鏡１００と同様であり、外部から光学鏡筒３１０に入射する光学鏡筒３１０の中心軸に平行な光束ＬＷ１１も反射望遠鏡１００と同様に光束ＬＷ１２及び光束ＬＷ１３となり像面５０に入射する。光学鏡筒３１０の凹面鏡２０より＋Ｚ軸側は、＋Ｚ軸側に向かうに従って口径が大きくなっている。また、光学鏡筒３１０の内壁にはバッフル７０が形成されている。更に、バッフル７０の表面には再帰反射素子３４０が形成されている。そのため、光束ＬＷ１１とは異なる角度で光学鏡筒３１０内に入射する光束ＬＷ２１が光学鏡筒３１０内に入射してもバッフル７０で光束ＬＷ２１が散乱するのを防ぐことができる。さらにバッフル７０の表面に再帰反射素子３４０が形成されていた場合には、光束ＬＷ２１を光学鏡筒３１０外に再帰反射させることができるので、より確実に散乱光の発生を防ぐことができる。

（第２実施例）
第１実施例で示した光学鏡筒は、反射望遠鏡以外にも用いることができる。第２実施例として、屈折望遠鏡への光学鏡筒の使用例を以下に示す。

＜屈折望遠鏡４００について＞
図１２は、屈折望遠鏡４００の概略断面図である。屈折望遠鏡４００は、主に、光学鏡筒４１０と、凸レンズである対物レンズ４２０と、凸レンズである接眼レンズ４３０とにより構成されている。光学鏡筒４１０は円筒形の形状をしており、内壁には再帰反射素子４４０が形成されている。また、光学鏡筒４１０の＋Ｚ軸側の面には対物レンズ４２０が配置され、−Ｚ軸側の面には接眼レンズ４３０が配置されている。さらに、対物レンズ４２０の−Ｚ軸側の焦点の位置と、接眼レンズの＋Ｚ軸側の焦点の位置とは、焦点４５０において重なっている。

屈折望遠鏡４００は、対物レンズ４２０の＋Ｚ軸の面より入射し、対物レンズ４２０の光軸と平行である光束ＬＷ４１を取り込む。光束ＬＷ４１は、対物レンズ４２０を透過し、光束ＬＷ４２となる。光束ＬＷ４２は、焦点４５０を通過して接眼レンズ４３０に向かい、接眼レンズ４３０を透過して光束ＬＷ４３となる。光束ＬＷ４３は、接眼レンズ４３０の光軸に対して平行な光束である。

光束ＬＷ４１は、対物レンズ４２０の光軸と平行な光束であったが、対物レンズ４２０へは対物レンズ４２０の光軸と平行ではない光束ＬＷ５１も入射する。光束ＬＷ５１は対物レンズ４２０を透過した後、再帰反射素子４４０に入射する。光束ＬＷ５１は再帰反射素子４４０で再帰反射され、光束ＬＷ５１に平行で、光束ＬＷ５１とは反対方向に進む光束ＬＷ５２となる。光束ＬＷ５２は対物レンズ４２０を透過して屈折望遠鏡４００外に射出されるが、光束ＬＷ５２の一部は対物レンズ４２０の−Ｚ軸側の面で反射され光束ＬＷ５３となって光学鏡筒４４０内に戻ってしまう。そのため、対物レンズ４４０の−Ｚ軸側の面には、ＡＲコート等を形成して対物レンズの−Ｚ軸側の面で反射される光束を減らすことが望ましい。

以上実施形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

例えば以上に説明した光学鏡筒は望遠鏡に限らず、カメラ用レンズ等の光学機器の光学鏡筒内での散乱光の発生が好ましくない製品に用いることができる。また、光学鏡筒は円筒形に限らず、断面が多角形になっていても良い。多角形の光学鏡筒は、光学鏡筒の内壁への再帰反射素子の形成が容易になる場合がある。さらに、光学鏡筒の＋Ｚ軸側の開口面が−Ｚ軸側の開口面よりも広くなっていても良い。この場合は、外部からのより多くの光束を光学鏡筒内に取り込むことができ、光学鏡筒の内壁の法線が＋Ｚ軸側方向に傾くことにより、再帰反射素子に入射する光束の入射角度が小さくなり、再帰反射素子の再帰反射効率を上げることができる。

また、以上の説明では、微小球４１に形成される反射膜４２は半球面、つまり微小球４１の表面の５０％に形成されていたが、４０％〜７０％の範囲で形成しても良い。さらに、光学鏡筒の内面に微小球４１の位置を固定できるように半球状の凹部を形成し、微小球４１をその凹部に埋め込んでも良い.

１０、３１０ 光学鏡筒
１１ 光学鏡筒１０の＋Ｚ軸側の面
１３ 光学鏡筒１０の法線
２０ 凹面鏡
３０ 凸面鏡
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、２４０、３４０、４４０ 再帰反射素子
４１、４１ａ 微小球
４２ 反射膜
４３ 反射膜４２の回転対称軸
４４ 空間
４５ 黒色塗装
５０ 像面
６０ 接着樹脂
７０ バッフル
８０、８１、８２、９０、９１、９２ コーナーキューブ
８３ ２等分線
１００、２００、３００ 反射望遠鏡
４００ 屈折望遠鏡
４２０ 対物レンズ
４３０ 接眼レンズ
４５０ 焦点
ＤＲ１ 微小球４１ａが微小球４１と接する方向
ＤＲ２ 互いに隣接した方向ＤＲ１の中間にある方向
θ 進入角
θ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６ 角度

Claims (16)

1. 光を反射または透過する光学素子を内壁に保持する筒である光学鏡筒において、
   前記光学鏡筒の内壁に、前記光学鏡筒の開口から入射してきた光を前記光の入射方向に反射させる再帰反射素子を備える光学鏡筒。
2. 前記再帰反射素子は、誘電体からなる複数の微小球を含む請求項１に記載の光学鏡筒。
3. 前記微小球の表面に反射膜が形成され、前記反射膜の回転対称軸が前記光学鏡筒の内壁の法線から傾いている請求項１又は請求項２に記載の光学鏡筒。
4. 前記光学鏡筒の開口の中心と前記微小球の中心とを結ぶ直線と、前記反射膜の回転対称軸とのなす角度が４０°から６０°である請求項３に記載の光学鏡筒。
5. 前記反射膜の回転対称軸と、前記回転対称軸に対して前記微小球に入射する光の再帰反射率が最も高くなる方向とのなす角度をθ、前記微小球の屈折率をｎとすると、
   θ＝２０．１４６×ｎ−４．２０４７
   を満たし、前記光学鏡筒の開口の中心及び前記微小球の中心を結ぶ直線と、前記反射膜の回転対称軸とのなす角度がθとなるように前記微小球が配置された請求項３に記載の光学鏡筒。
6. 前記微小球が、最も密に並べた最密充填により前記内壁に敷き詰められている請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の光学鏡筒。
7. 前記微小球が、光の入射方向に空間を有するように配置される請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の光学鏡筒。
8. 前記微小球の一部が、前記光学鏡筒の内壁に埋め込まれている請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の光学鏡筒。
9. 前記微小球の屈折率が、前記微小球の周囲の媒質の屈折率よりも大きい請求項２から請求項８のいずれか一項に記載の光学鏡筒。
10. 前記微小球が、接着樹脂で前記光学鏡筒の内壁に接着されている請求項２から請求項９のいずれか一項に記載の光学鏡筒。
11. 前記再帰反射素子が、複数の平面が互いに直角に組み合わされているコーナーキューブの集合体を含む請求項１に記載の光学鏡筒。
12. 前記複数の平面の法線に対して回転対称な軸が、前記光の入射方向に傾いている請求項１１に記載の光学鏡筒。
13. 前記コーナーキューブの複数の平面が、鏡またはプリズムにより形成されている請求項１２に記載の光学鏡筒。
14. 前記光学鏡筒の内壁が、前記光学鏡筒内の迷光を低減させるためのバッフルを備え、
    前記バッフルの表面に前記再帰反射素子を備える請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光学鏡筒。
15. 前記光学鏡筒の内壁に、前記光学鏡筒内の迷光を低減させるための黒色塗装が施され、
    前記黒色塗装の表面に前記再帰反射素子を備える請求項１から請求項１３いずれか一項に記載の光学鏡筒。
16. 請求項１から請求項１５いずれか一項に記載の光学鏡筒を備える光学機器。