JPH0299911A - 半透過部材を有する光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半透過部材を有する光学装置、特に収束或い
は発散光束中に斜設された半透過部材の表面及び裏面で
の反射光によって生ずる二重像を除去した光学装置に関
する。

〔従来の技術〕

平行光束以外の収斂・発散光束中に、平行平面板からな
るハーフミラ−を斜設すると、反射膜を施した半透過面
（例えば表面）での反射光束に加えて、透過面（例えば
裏面）での反射光束が発生し、本来の像とこれかられず
かにずれた位置にゴースト像が生じ、二重像となって光
学系の性能を劣化させることが知られている。

第６図に例示した構成は、物点１からの光束が対物レン
ズ２によって集光される収斂光束中に平行平面板からな
る斜設半透過鏡３が配置され、この半透過鏡３によって
反射と透過との２つの光路に分岐する光学装置である。

ここで、半ｉ３過鏡によって分岐された２つの光路のう
ちの反射光路上の結像面４に４分割受光素子等の光位置
検出素子を配置して、この素子によってスポット状の集
光点の位置を光電的に検出し、他方の透過光路」二にお
いて第２結像面５に配置されたスクリーンを通して集光
点を観察するものである。このような光学装置において
は、半透過鏡３の半透過面（表面）３ａによって反射さ
れる正規の反射光束の主光線１０に対して、半透過面３
ａを透過して透過面（裏面）３ｂで反射され半透過面３
ａを透過する光束の主光線１１は、破線で示す如く、結
像面４上で異なる位置に到達する。このために、受光素
子上で二重像が形成され、受光素子によって受光される
光量分布にムラが生じ、位置検出の誤差をもたらす。

このような二重像を除去するための従来の手法として、
裏面での有害反射光を観察視野外に変位させるように光
路分割用の平行平面板の表面と裏面とを非平行とする構
成が、例えば特開昭６１２７１４０２号公報により知ら
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、有害反射光を観察視野外に変位させるよ
うに半透過部材としての平行平面板の表面と裏面とを非
平行とする場合には、光路分割部材の形状をかなり大き
な模角のプリズム状としなければならないため、この半
透過部材を透過する光路の光軸の曲がりが大きくなると
共に、光学性能の劣化が著しくなるという実用上の問題
が避けられない。また、二重像のズレを無視し得る程度
に斜設半透過部材の厚さを薄くすることも可能であるが
、あまりに薄い場合には強度が低下して製造も困難にな
ると共に平面性も悪くなり、特に半透過面とするための
蒸着膜の形成によって部材のソリが生じ易くなり、平面
性を保つことが難しくなるという問題があった。

本発明は、上述の如き問題点を解消し、光路分割用の斜
設半透過部材が強度的に十分な厚さを有していても、二
重像を良好に除去して、鮮明な光学像を得ることができ
る光学装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、一般には平行平面板からなる斜設半透過部材
の半透過面と透過面とを互いに非平行として所定の模角
を有する構成とし、この喫角を透過面によって反射され
る光束の像位置が、半透過面によって形成される反射像
の位置に合致するように決定するものである。

すなわち、所定の光軸に対して斜設された半透退部（例
えば表面）と透過面（例えば裏面）とを有する半透過部
材により、この半透過部材に入射する発散光束或いは収
斂光束を半透過部材の半透過面で反射される第１光路と
、半透過部材の半透過面及び透過面を透過する第２光路
とに分岐する光学装置において、第１光路上において半
透過部材の透過面で反射される光束によって形成される
像位置が、半透過面で反射される光束によって形成され
る像位置に一致するように、半透過部材の半透過面に対
して透過面を非平行に形成したものである。

そして、本発明における半透過面と透過面とからなる光
路分割部材の形状は、具体的には、半透過部材に入射す
る収斂光束の集光点に近い側、或いは発散光束であれば
その発散点に近い側で、遠い側に比べて薄くなる如く半
透過面と透過面とが非平行である。

〔作　用〕

上記の如く、半透過部材の半透過面と透過面とを非平行
として、半透過部材による反射光路上において二重像が
合致するように構成されるため、反射光路上において、
例えば光量分布の検出による集光点の光電的位置検出を
行う場合の精度の低下が防止でき、観察する場合にも鮮
明な像を観察することができる。そして、反射光路上で
二重像を合致させることにより、透過光路上においても
二重像の合致がほぼ達成されるため、反射光路のみなら
ず透過光路上においても、精度の良い光電検出が可能と
なり、また鮮明な像の観察を行うことが可能となる。

〔実施例〕

上記の如き本願発明の構成について、図面に示した実施
例に基づいて詳述する。

第１図は、半透過部材の斜設角を４５°とした最も一般
的な光学装置の概略構成を示す光路図である。この装置
の構成と配置は、半透過部材の形状を除いては第６図と
同様であり、物点１からの光束が対物レンズ２によって
集光される収斂光束中に斜設半透過部材３０が配置され
、この半透過部材３０によって反射と透過との２つの光
路が分岐されている。第６図に示した構成と同一の機能
を有する部材には同一の番号を付した。

第１図のように半透過部材の斜設角を４５°とした場合
の二重像合成のための構成について説明する。

いま、第２図に示す如く、物点１からの発散光束が対物
レンズ２によって集光され、その集光光束が半透過部材
３０の表面に形成された半透過面３０ａで反射されて結
像面４上に集光されるものとし、半透過部材３０と結像
面４との距離をｐ、半透過部材の中心厚をＤ、屈折率を
ｎとする。そして、第３図に示す如く、半透過面３０ａ
への入射角をθ、屈折角をθ２とする。

ここで、半透過面３０ａ　と透過面３０ｂとが互いに平
行であるとすると、半透過面３０ａへの入射点Ｐ、及び
透過面３０ｂでの反射後の射出点Ｑでの屈折に関して、
スネルの法則より、 ｎ　ｓｉｎθ２　＝　ｓｉｎθ１（１）が成り立つ。

また、半透過面３０ａに対して透過面３０ｂを微小角度
だけ傾けた場合の状態は、上記（１）式を微分して得ら
れ、 ｎ　ｃｏｓθ２−ｄθｚ　＝　ｃｏｓθ、−ｄθＩ（２
）となる。

そして、半透過部材の半透過面と透過面とのなす角度が
αとなるように非平行にすると、透過面３０ｂで反射さ
れる光線の角度変位ｄθ２は、透過面３０ｂの傾き角の
２倍となるから、 ｄθ２−２α　　　　　　　　　　　（３）である。

ここで、半透過面３０ａへの光線の入射角θ１が４５″
であることから、上記＋１１式及び（２）弐より、ｓｉ
ｎθｚ　＝　１　／　（ｎ　−，７’Ｔ　）　　　　　
　　　　　＋４］ｄθ２＝ｄθ１／　（ｎ、ｆＴ　ｃｏ
ｓθｚ　）　　　（５１となる。

このとき、Ｑ点から半透過面３０ａを射出する透過面３
０ｂからの反射光１１と正規反射光１０との距離Ｘは、
半透過部材の中心圧りが半透過部材と結像面との距離！
に対して十分小さいとする近似により、 Ｘ＝２Ｄｔａｎθ２ となり、この両反射光の間隔Ｘが光路に沿ってｌたけ離
れた受光面上で交差するための条件は、ｄθ１　＝　ｘ
　／　ＩＩ となる。

従っ゛Ｃ１上記の各式から、受光面上で二重像を合致さ
せるために必要な半透過部材の半透過面と透過面とのな
す角αは、 ｔａｎθ２Ｄ ２ｎｃｏｓθ２１ 即ち、 ４ｎ２−２　　　　　１ と与えられる。

そこで、一実施例として、 半透過部材の中心厚さ：Ｄ＝１ｍｍ 半透過部材と結像面との距離：　１　＝１００ｍｍ半透
過部材の屈折カニｎ＝１．５ である場合の、半透過部材の半透過面と透過面とのなす
べき角度αを、（６）式により求めれば、Ｏｆ　＝０．
００２（ｒａｄ） 即ち、約７′となる。

尚、図では理解し易くするために、斜設半透過部材の形
状を模形状としたが、上記のように、その頂角は実際上
は数分から１０分程度の僅かの角度となる。従って、半
透過部材を透過する光路での光軸の屈曲の影響はほとん
ど問題にならない。

ところで、第１図からも明かなように、半透過部材３０
の形状は、収斂光束の集光点に近い側で遠い側に比べて
薄くなる如く半透過面と透過面とが非平行である。逆に
、発散光束中に半透過部材が配置される場合には、入射
する発散光束の発散原点に近い側が薄くなるように構成
すれば良い。

第４図は、半透過部材３０が物点ｌから発する発散光束
中に配置されている場合の例を示す概略光路図である。

この場合には、半透過部材３０の半透過面３０ａで反射
される反射光路上に第１対物レンズ２ａが配置されて、
第１の結像面４上に物点の像を形成し、半透過部材３０
の透過面３０ｂを透過する透過光路上に配置された第２
の対物レンズ２ｂによって、第２結像面５上にも物点の
像が形成される。

この場合にも、半透過部材３０の半透過面３０ａと透過
面３０ｂとの角度を適宜選定することによって、反射光
路の結像面上にて二重像を合致させることが可能である
。尚、このような第４図に示した構成は、光線逆進の原
理からすれば、前記第１図に示した構成と実質的に同一
視できるため、半透過部材に必要な半透過面と透過面と
の成す角度は、前記（６）式によって与えられる。

さて、上記実施例の説明においては、半透過部材によっ
て分岐される反射光路と透過光路のうちの反射光路上で
発生する二重像の防止についてのみ説明したが、一般に
は反射光路上にて二重像を合致させた場合には、透過光
路上の結像面においても、はぼ二重像が一致することと
なる。このことは、第５図に示した概略光路図からも明
らかである。すなわち、透過光路上にて半透過部材３０
の半透過面３０ａ及び透過面３０ｂを透過する正規反射
光２０に対して、半透過面３０ａを透過した後に透過面
３０ｂで反射された光２１が、破線で示す如く半透過面
３０ａで反射されて透過光路上の第２結像面５上に到達
して第２結像面上で二重像を形成するが、この透過光路
上での二重像については、半透過部材３０の半透過面３
０ａを透過面とみなし、透過面３０ｂを半透過面とみな
すことによって、上記第２図及び第３図にて説明したの
と同様に、二重像の合致が得られることになる。

従って、反射光路上での二重像合成により、透過光路上
においても二重像の合致が達成され、透過光路上で光電
検出する場合や、観察する場合においても良好な像を得
ることができる。

尚、以上の説明においては、半透過部材の斜設角を４５
″とする場合について述べたが、斜設角度はこれに限ら
れるものではなく、入射光路に対して反射光路を所望の
方向に反射させるために任意の角度に配置することが可
能であり、上記実施例と同様に機能するものである。ま
た、半透過部材の半透過面が表面側にあって裏面が透過
面である場合を示したが、本発明においては表面が透過
面で裏面が半透過面である場合にも同様に成り立つこと
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の如き本発明によれば、光路分割用の斜設半透過部
材が強度的に十分な厚さを有していても、二重像を良好
に除去して、鮮明な光学像を得ることができる。そして
、半透過部材によって分岐される反射光路と透過光路の
うち、反射光路上において光量分布の検出による集光点
の光電的位置検出を行う場合の精度の低下が防止できる
し、また、反射光路上で像を観察する場合にも、二重像
が合致するため、鮮明な像を観察することができる。

さらに、反射光路上のみならず透過光路上においても二
重像が補正されるため、透過光路においても、種々の検
出や測定を精度良く行うことが可能となり、また鮮明な
像の観察が可能となる。

尚、半透過部材によって形成される反射と透過との２つ
の光路においてそれぞれどのような検出或いは観察を行
うかは任意であり、本願発明とは直接関係のないことは
言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の構成を示す概略光路図
、第２図及び第３図は本発明の詳細な説明するための光
線図、第４図は本発明の他の実施例を示す概略光路図、
第５図は半透過部材による２つの分割光路の様子を示す
ための光路図である。 〔主要部分の符号の説明〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）所定の光軸に対して斜設された半透過面と透過面と
   を有する半透過部材により、該半透過部材に入射する発
   散光束或いは収斂光束を該半透過部材の半透過面で反射
   される第１光路と、該半透過部材の半透過面及び透過面
   を透過する第２光路とに分岐する光学装置において、前
   記第１光路上において前記透過面で反射される光束によ
   って形成される像位置が、前記半透過面で反射される光
   束によって形成される像位置に一致するように、前記半
   透過面に対して透過面を非平行に形成したことを特徴と
   する光学装置。 ２）前記半透過面と透過面とを有する半透過部材は、該
   半透過部材に入射する発散光束或いは収斂光束の集光点
   に近い側で遠い側に比べて薄くなる如く前記半透過面と
   透過面とが非平行であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の半透過部材を有する光学装置。 ３）前記半透過部材は収斂光束中にて光軸に対してほぼ
   ４５°の角度で斜設された半透過面と透過面とを有し、
   該半透過面と透過面とのなす角度をαとし、該半透過部
   材の中心厚をＤ、屈折率をｎ、該半透過部材と結像面と
   の距離をｌとするとき、 α＝√２／４ｎ＾２−２・Ｄ／ｌ の関係をほぼ満たすことを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の半透過部材を有する光学装置。