JP2507377Y2 - 光路分割素子 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、実体顕微鏡の左右芯のように精密な光軸合
わせが要求される光学機器のビームスプリッター等の光
路分割素子に関するものである。

〔従来の技術〕 顕微鏡等の光学機器においては、像の偏芯を無くすた
めに光軸の傾きを抑えなければならない場合が多い。特
に、システム性を持った互換性のある機器においては、
各モジュールに許される偏芯の度合いが極めて小さくな
り、光学的には光軸の傾きがほとんど０であることが望
まれている。

その為、上記光学機器の特にビームスプリッター等の
光路分割素子の透過光の光軸の傾きをなくす為に、従来
は二つの直角プリズムを接着したのち、透過光軸と交差
する二つの面を機械的に再研摩して平行出しを行ってい
た。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところが、平行出しを行っても、同一硝材から成る二
つの直角プリズムの屈折率の製造上のばらつきの差分だ
け光軸が傾くため、光軸の傾きをほとんど０にする即ち
光学的に平行にするには硝材の屈折率を等しくしなけれ
ばならず、その為硝材のロット毎の完全な管理等手間の
かかる工程が必要であり、製造コストが高くなってしま
うという問題があった。

ここで、二つの直角プリズムの屈折率の製造上のばら
つきの差分だけ光軸が傾く理由について説明する。

例えば、第７図に示したごとく、二つの直角プリズム
を接着したのち、透過光軸と交差する二つの面を機械的
に再研摩して平行出しを行うことにより作成した、二つ
の頂角が45°の理想的なプリズム1,2から成るビームス
プリッター３について考えてみる。

屈折の法則により、 sinθ₀＝ｎ₁sinθ₁ ……（１） ｎ₁sinθ₁′＝ｎ₂sinθ₂′ ……（２） ｎ₂sinθ₂＝sinθ₃ ……（３） π/4＋θ₁＝θ₁′ ……（４） π/4＋θ₂＝θ₂′ ……（５） となる。但し、θ₀，θ₁，θ₁′，θ₂，θ₂′，θ₃は各
面における入出射角、ｎ₁,n₂は夫々第１及び第２のプリ
ズム１および２の屈折率である。

上式（２），（４）及び（５）より、 ｎ₁sinθ₁＋ｎ₁cosθ₁ ＝ｎ₂sinθ₂＋ｎ₂cosθ₂ ……（６） となる。また、上式（１），（３）及び（６）より、 sinθ₀＋ｎ₁cosθ₁ ＝sinθ₃＋ｎ₂cosθ₂ ……（７） となる。θ₀，θ₁，θ₂，θ₃は何れも微小な角度である
から、 θ₃−θ₀＝ｎ₁−ｎ₂ ……（８） となる。

従って、どんなに平行出しをしても、射出の変位角θ
₃−θ₀は第１のプリズム１と第２のプリズム２の屈折率
の差分ｎ₁−ｎ₂となり、ｎ₁＝ｎ₂である以外は光軸の傾
きを０にすることはできない。実際には、機械的に平行
出しをしても完全なものを得るのは困難であり、各プリ
ズムの頂角（45°）の誤差，プリズム接合時の誤差，再
研摩時の平行度誤差等が積み重なるので、光軸の傾きを
０にすることは一層困難になる。従って、従来は二つの
プリズム1,2の屈折率を等しくする方法しかなく、その
為硝材の溶解時から手間のかかるロット管理が必要にな
り、製造コストが高くなってしまうという問題があっ
た。

本考案は、上記問題点に鑑み、手間のかかるロット管
理が不要になり、製造コストが安くて済む光路分割素子
を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本考案による光路分割素子は、 第１の直角プリズムと、該第１の直角プリズムの斜面
にそれ自身の斜面が接合され且つ該斜面に蒸着膜が設け
られた第２の直角プリズムと、前記第１及び第２の直角
プリズムの何れか一方の透過光軸と交差する面に接合さ
れる楔形プリズムとを有し、前記第１の直角プリズムと
前記第２の直角プリズムと前記楔形プリズムをそれらの
相対位置を調整したのち接合して成ることを特徴として
いる。

〔作用〕

即ち、上記構成によれば、前記第１の直角プリズムと
前記第２の直角プリズムと前記楔形プリズムをそれらの
相対位置を調整することにより光軸の傾きを０に補正で
きる即ち光学的に平行にできるので、プリズムの屈折率
のロット管理を行わなくても、容易に高精度な光路分割
素子を得ることができる。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づき、上記従来例と同一の
部材には同一符号を付して本考案を詳細に説明する。

第１図は本考案による光路分割素子の第一実施例の斜
視図である。

第１図において、４は第２の直角プリズム２の透過光
軸と交差する面に接合される楔形プリズムであって、こ
れは前記第１の直角プリズム１及び第２の直角プリズム
２に対して上記透過光軸と交差する面上にて相対回転可
能となっている（矢印ａ方向）。又、第２の直角プリズ
ム２は、接合前第１の直角プリズム１に対して第１の直
角プリズム１の斜面上にて相対移動可能となっている
（矢印ｂ方向）。

本実施例は上述の如く構成されているから、楔形プリ
ズム４を矢印ａ方向に回転させれば、透過光軸とＸ−Ｘ
軸を含む面内における楔形プリズム４の楔角が変化する
ので、光軸のＸ−Ｘ方向の傾きを調整することができ
る。又、第２の直角プリズム２を矢印ｂ方向に傾けれ
ば、透過光軸とＹ−Ｙ軸を含む面内における第２の直角
プリズム２の楔角が変化するので、光軸のＹ−Ｙ方向の
傾きを調整することができる。従って、これらの動作を
繰り返し行って光軸の傾きの補正を行えば、光軸の傾き
を０にすることができる即ち光学的に平行にすることが
出来る。

以下この点について詳細に説明する。

第２図は楔形プリズム４の断面図であって、屈折の法
則により、 sinθ₄＝ｎ₃sinθ₅ ……（９） ｎ₃sinθ₆＝sinθ₇ ……（10） θ₆＝θ₅＋φ ……（11） θ₈＝θ₇−φ ……（12） となる。但し、θ₄，θ₅，θ₆，θ₇は各面における入出
射角、θ₄，θ₈は入出射光線の光軸に対する角度、φは
楔形プリズム４の楔角、ｎ₃は楔形プリズム４の屈折率
である。

θ₀，θ₁，θ₂，θ₃は何れも微小な角度であるから、
上記式（９）及び（10）は夫々 θ₄＝ｎ₃θ₅ ……（13） ｎ₃θ₆＝θ₇ ……（14） となる。従って、楔形プリズム４における入射角と射出
角との差である角度変位θ₈−θ₄は、上記式（11），
（12），（13）及び（14）より、 θ₈−θ₄＝（ｎ₃−１）φ ……（15） となる。従って、この角度変位を補正するには、光学的
には第１及び第２のプリズム１及び２についての角度変
位と楔形プリズム４についての角度変位を独立して考え
ればよいので、上記式（８）のθ₃−θ₀と式（15）のθ
₈−θ₄が等しくなればよい即ち ｎ₁−ｎ₂＝（ｎ₃−１）φ ……（16） であれば良い。従って、 φ＝（ｎ₁−ｎ₂）／（ｎ₃−１） ……（17） となる。従って、楔形プリズム４の楔角φが φ≧（ｎ₁−ｎ₂）／（ｎ₃−１） （ｎ₁＞ｎ₂の時） ……（18） であれば、光軸のＸ−Ｘ方向の傾きの補正が可能であ
る。

ここで、Ｘ−Ｘ方向を基準としたときの楔形プリズム
４の回転角を第３図に示した如くαとし、水平面に対す
る第２のプリズム２の傾きを第４図に示した如くβとす
ると、楔形プリズム４の与える角度変位は、Ｘ−Ｘ方向
の成分として（ｎ₃−１）φcosαとなり、Ｙ−Ｙ向の成
分として（ｎ₃−１）φsinαとなる。一方、第１及び第
２のプリズム１及び２の与える角度変位は、ｎ₁とｎ₂が
非常に近くてｎ₁−ｎ₂が微小であるので、Ｘ−Ｘ方向の
成分としては、第２のプリズム２のねじれ方向を考える
必要が無く、上記式（８）よりｎ₁−ｎ₂となる。又、Ｙ
−Ｙ向の成分としては、第２のプリズム２を楔形プリズ
ムとして考えれば良いので、上記式（15）と同様で（ｎ
₂−１）βとなる。

従って、光軸の傾きが０になる即ち光学的に平行にな
るためには、Ｘ−Ｘ成分,Y−Ｙ成分について夫々楔形プ
リズム４による角度変位と第１及び第２のプリズム１及
び２の与える角度変位が打ち消し合って０になれば良い
ので、 （ｎ₃−１）φcosα＝ｎ₁−ｎ₂ （ｎ₁＞ｎ₂の時） ……（19） （ｎ₃−１）φsinα＝（ｎ₂−１）β ……（20） が必要な条件となる。従って、式（19），（20）によ
り、 α＝cos^-1ｎ₁−ｎ₂／（ｎ₃−１）φ ……（21） となり、これらの条件を満たす角度α，βは必ず存在す
る。

実際のプリズム製作時には、第５図に示した如く、第
１のプリズム１及び第２のプリズム２の各45°角につい
ては夫々角度誤差θ_I，θ_IIを持つため、上記式（1
9），（20）は、 （ｎ₃−１）φcosα＝ｎ₁−ｎ₂＋ｎ₁θ_I−ｎ₂θ_II ……（23） （ｎ₃−１）φsinα＝（ｎ₂−１）β ……（24） となる。但し、楔形プリズム４の楔角φは、 である。又、角度α，βは、 となる。

実際に、ｎ₁＝1.51660,n₂＝1.51600,n₃＝1.51630,θ_I
＝３′，θ_II＝−３′であるとすると、φ＝10′の楔形
プリズム４を用意すれば良いことになる。

又、例えばｎ₁＝ｎ₂＝ｎ₃であれば、上記式（26），
（27）よりβ＝φとなるので、楔形プリズム４を真横
（α＝90°）に向け、そり楔角分を吸収する分だけ第２
のプリズム２を傾ければ良い。

更に、ｎ₁＝1.51660,n₂＝1.51600,n₃＝1.51630,θ_I＝
２′，θ_II＝−２′，φ＝10′とした時、α＝36.7′，
β＝11.8′の時に光学的に平行な光路分割素子が得られ
た。

以上のように、実際のプリズム製作時においては、余
裕を持った楔角φにしている。又、製作は、コリメータ
ー等の測定器を用いて光学的に観測しながら行なう。
又、夫々のプリズムの接着は、速硬型の接着剤を用いて
行い、光軸の傾きが０になったとき瞬時に止めてしま
う。又、上記速硬型の接着剤は、一般的に紫外線硬化タ
イプの接着剤が良く知られており、使いやすい。

第６図は第２実施例を示しており、これは第１実施例
を双眼実体顕微鏡に使用したものである。図中、５は対
物レンズユニット６に組み込まれた左右光軸に共通の対
物レンズ、７は左右一対の光路分割素子３が組み込まれ
たビームスプリッターユニット、８は結像レンズユニッ
ト９に組み込まれた一対の結像レンズである。

この場合、各ユニットに互換性があるためビームスプ
リッターユニット７の芯を高精度に確保しなければなら
ないが、光路分割素子３を光路中に入れることは光学的
に完全に平行な平行平面板を挿入することとと同じであ
るため、芯精度は確保できる。又、平行光束中に光路分
割素子３を入れても光路分割素子３による硝路の損失即
ち結像位置の変動は生じないので、ビームスプリッター
ユニット７と同じ機能のユニットを複数積み重ねて使用
することも出来る。

第７図は第３実施例を示しており、これは第２の直角
プリズム２と楔形プリズム４との間に第３の直角プリズ
ム10を介在せしめて光路三分割素子３′としたものであ
る。

この場合も、第１及び第２のプリズム１及び２に対し
て第３の直角プリズム10の相対位置を変えるとともに楔
形プリズム４を相対的に回転させることにより、光学的
に平行な光路三分割素子３′を得ることが出来る。

尚、上記各実施例は、光線の入射と射出に対して完全
に等価であるため、各プリズムの配列を全く逆の順番に
しても同じ効果が得られる。

〔考案の効果〕

上述の如く、本考案による光路分割素子は、手間のか
かるロット管理が不要になり、製造コストが安くて済む
という実用上重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による光路分割素子の第一実施例の斜視
図、第２図は第一実施例の楔形プリズムの断面図、第３
図及び第４図は夫々第１実施例において第２のプリズム
及び楔形プリズムの相対位置を変えた場合の斜視図及び
正面図、第５図は第１実施例において第１及び第２のプ
リズムの頂角が角度誤差を持つ場合を示す斜視図、第６
図及び第７図は夫々第２実施例及び第３実施例の正面
図、第８図は従来例の正面図である。 １……第１の直角プリズム、２……第２の直角プリズ
ム、３……光路分割素子、３′……光路三分割素子、４
……楔形プリズム、10……第３の直角プリズム。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の直角プリズムと、該第１の直角プリ
   ズムの斜面にそれ自身の斜面が接合され且つ該斜面に蒸
   着膜が設けられた第２の直角プリズムと、前記第１及び
   第２の直角プリズムの何れか一方の透過光軸と交差する
   面に接合される楔形プリズムとを有し、前記第１の直角
   プリズムと前記第２の直角プリズムと前記楔形プリズム
   をそれらの相対位置を調整したのち接合して成る光路分
   割素子。