JPH037901A - 定屈曲型光反射装置 - 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） 大気ないし空間を介して光信号を伝達するのに適した定
屈曲型反射装置（ｃｏｎｓｔａｎｔ−ｄｅｖｉａｔ　１
ｏｎｒｅｆ　Ｉｅｃｔｏｒ）に関し、詳述すれば、光信
号を再指向させることのできる定屈曲型反射装置に関す
る。

（従来の技術） 大概の光学の適用分野では、可視光線または赤外線など
の光を大気ないし空間を介して伝達する必要がある。こ
のことは、発光器から受光器へと光信号として情報を伝
達する光通信や、光学的位置決め、測距、イメージ投射
にしても、例外ではない。

いずれにしても、光路には、光ビームを再指向させる、
例えば、発光器の近傍に配置した受光器に先ビームを反
射させるために、ミラーや、プリズムなどの反射装置が
設けられている。一般に、反射装置は正確に位置決めす
る必要があり、そうしないと、反射ビームが受光器に入
射しないことがある。

反射系をして、僅かな位置ずれの影響を受けないように
するために、所定の屈曲角で光を指向反射させる光学装
置か提案されている。このような装置は、定屈曲型反射
装置と呼称されている。その中でも一般的なものは、レ
トロ反射装置（レトロリフレクタ）である。このレトロ
反射装置は、照射光が、照射方向に沿って反射される（
即ち、屈曲角が１８０°）ように構成されたもので、照
射光の照射角に亙ってその特性を示すようになっている
装置である。反射装置がレトロ反射装置として作用する
照射方向の範囲は、特定の入射平面における方向に限ら
れている。この特定の入射平面に限定されないレトロ反
射装置は、互いに直交させた三枚のミラーで構成されて
いるか、または、斜辺面に沿って切削したキューブのコ
ーナを形成するプリズムで構成されている。このような
ものは、コーナ反射装置（コーナリフレクタ）として知
られている。池の定屈曲型反射装置としては、屈曲角が
９０°にならているものとして、ペンタプリズムがある
。

前述の公知の反射装置では、ミラーは互いに調節自在に
なっているので、入射光を反射方向以外の方向に指向さ
せることができるようになっていると共に、定屈曲型の
特性を温存する、即ち、反射ビームと入射ビームとの間
の角度（屈曲角）を、照射光の広範囲の入射方向に亙っ
て一定に保つことかできる。

しかし、従来の定屈曲型反射装置には、下記の問題点が
ある。

ミラーの調節を行うに当たり、−枚のミラーを調節する
と、他のミラーも調節する必要があるなど、相互依存性
が強いので、ミラーの調節が容易ではな（、ビームを所
要方向に案内しようとすれば、煩わしい計算や、その後
操作が必要になる。

特に、ビームを安定させようとすれば、各入射平面につ
き、各ミラーを他方のミラーに対して、また、入射平面
に対して正確に向（ように位置決めする必要がある。こ
のように一方のミラーを調節すれば、それに伴う変動を
補償するために、各構成素子の装着（及び、ハウジング
への格納）においても、それに応じて調節が必要である
。

更に、安定が悪く、周囲が僅かでも変化すると屈曲角が
影響を受けて、有効に作用しなくなることがある。

また、ミラーは汚れ易いし、特に反射面が曇ったり、汚
れると、装置としての有効な作用を期待することはでき
ない。

（発明が解決しようとする課題） 従って、本発明は、前述した従来の定屈曲型反射装置の
問題点を解消すべくなされたものであって、一方の構成
部品を装着するに当たって、他方の構成部品の位置ずれ
を矯正するための調節は不要であるから、初期調節も容
易であり、しかも、各入射平面につき正確な角度の計算
も不必要であり、所定の屈曲角に設定すると、周囲の要
因に影響されることなく、安定でき、また、ミラーを用
いた装置に勝る、プリズムを用いた装置の利点、即ち、
反射面が汚れ難い、破損し難い、全反射が期待できるな
どの利点をを総て備えたビーム安定用もしくは定屈曲型
反射装置を提供するのを目的としたものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の好ましい実施例によれば、前述の目的は、定屈
曲型反射装置を、少な（とも一つの屋根形プリズムから
なる第１反射素子と、少な（とも一つの反射作用をなす
少なくとも一つの第２反１．１素子とを具備させ、前記
第１及び第２反射素子とか、入射ビームと出射ビームと
の間の角度を定めるべく、少なくとも第１軸を中心とし
て相対回転調節自在とし、而して、少なくとも一つの平
面においての前記角度が、入射ビームの入射方向の変化
にほぼ影響されないように構成することにより、達成で
きる。

（実　施　例） 以後、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施
例を詳述する。

第１図と第２図とに、第３図に示した本発明の定屈曲型
光反射装置に用いる二つの反射素子をそれぞれ示す。第
１図に示した反射素子は直角プリズム２であり、また、
第３図に示した反射素子は、アミーチプリズム４として
知られている屋枦形プリズムである。アミーチプリズム
４は、プリズムの対称面（図示せず）にある線２０に沿
って互いに直交する屋根面１２を備えたものである。直
角プリズム２にしても、また、アミーチプリズム４にし
ても、いずれも公知のものであるので、詳述しない。た
だし、本発明において用いる直角プリズム２の短辺面の
長さＡとＢとは、互いに等しいものである。

第３図に、前述の直角プリズム２とアミーチプリズム４
とを組み合わせて、本発明の一実施例による光反射装置
を構成したところを示す。ｒ、　ｎ。

■で示した座標軸は、後述のように各プリズムが回転、
もしくは、傾動する中心軸を示す。

直角プリズム２への入射光は、一方の短辺面６から入射
して斜辺面８で全反射された後、他方の短辺面６′を介
して直角プリズム２から出射する。

直角プリズム２から出射した光は、その後アミーチプリ
ズム４に入射するが、その際、アミーチプリズム４の一
方の短辺面１０から入射して、１２を以て示した互いに
直交する屋根面により皿回に亙って全反射された後、他
方の短辺面１０’を介してアミーチプリズム４から出射
する。

互いに隣接するそれぞれのプリズム２．４の短辺面６’
、１０が平行になっていて、入射面６と出射面１０°も
平行になっておれば、両プリズム２．４の組み合わせに
よる光反射装置は、コーナ反射装置と同様に定屈曲型光
反射装置を構成することになる。この定屈曲型光反射装
置は、レトロ反射装置として、二つのプリズムを調節す
ることにより従来のコーナ反射装置、それも、高品質コ
ーナ反射装置のみにおいて得られる精度が得られる点で
、従来のコーナ反射装置に勝る利点を備えている。

この定屈曲型光反射装置においては、二つの屋根面を正
確に９０°にて直交させる必要があり、また、直角プリ
ズムを所定の位置に手作業にて正確に位置決めできるの
で、特に比較的大型の反射系が必要なときには、本発明
において用いるプリズム対は、三つの面を研削、研磨し
て直交関係を持たせる必要のある単一コーナ反射装置よ
りも非常に低度ですむ。また、二つのプリズムを互いに
並進させることで分割でき、それにより、入射ビームに
対しての平行関係を保ちつつ、反射ないし出射ビームを
並進させることができる利点も得られるものである。

第３図から第４Ｃ図に示したレトロ光反射装置において
、第４ａ図は、第３図に示した軸Ｉの方向に沿って平面
■に投影した平面図である。同様に、第４ａ図から第５
図にかけて示した平面Ｉ。

■、■は、第３図に示した軸ｆ、ＩＩ、ＩＩＩの方向に
対応させたものである。

前述したように、両プリズム１．４の互いに隣接する面
６°と面１０とが互いに平行になっているのと同様に、
入射面６と出射面ｌＯ″とは平行になっている。このよ
うな実施例では、面６と面ｌＯ′とは、共平面（ｃｏｐ
ｘａｎａｒ）である。従って、入射光と出射光とは互い
に平行な方向に進み、入射ビームに対する出射ビームの
屈曲（偏向）角度αハ１８０’である（即ち、光は互い
に反対方向にＷ行に進む。）当業者には理解されるよう
に、この関係は、入射角度が実際にどのようになっても
（第４ａ図では９０°として示しである）、常に成り立
つものである。

光反射装置を第３図の軸■の方向に沿って平面Ｈに投影
した側面図を第４ｂ図に示す。この図においては、入射
光と出射光とは、紙面に対する法線方向に進むので、点
として示されている。第４Ｃ図はその底面図であって、
第３図の軸■に沿って平面■に投影したところを示す。

互いに隣接する短辺面６″、１０との間の角度ε、が、
第５図に示したように平面Ｉにおいて０６以外となるよ
うにプリズム２．４を配置すると、その平面における入
射ビームと出射ビームとの間の角度αは、入射角度に関
係な（，１８０’　＋２ε１で表される。これは、ビー
ムの方向を逆転させても、即ち、ビームがアミーチプリ
ズム４に入射１７て、直角プリズム２から出射するよう
にしても、同様である。

よって、本発明によるプリズム対からなる反射装置は、
屈曲角が１８０°＋２８１（第５図を参照のこと）で表
される平面Ｉにおける定屈曲型光反射装置として作用す
る。また、第６ａ図と第６ｂ図とに示すように、他の平
面では、ビーム安定化用反射装置として作用するもので
もある。従って、入射ビームに対して本発明の装置をど
のように位置決めしたとしても、反射ビームの方向に対
する影響はない、あるいは、あったとしても殆どない。

屈曲角は、角度ε、を変化させることにより変えること
ができるが、その角度ε、の変化は、いずれか一方のプ
リズムを他方のプリズムに対して平面ｌにおいて回転さ
せることにより達成できる。

前述の反射装置は平面Ｉにおいての角度ε、かどのよう
な値であっても、定屈曲型反射装置として作用するもの
ではあるが、平面■以外における入射光に対して当該装
置がもたらす安定効果は、角度ε夏が減少すれば、それ
に伴って漸次減少する。角度ε１が４５°になるまで（
−９０°）は、平面Ｉ以外におけるビーム安定作用はほ
ぼ起こらない。

従って、本発明の反射装置は、屈曲角が小さい場合に特
に有用なものである。

今、軸■、■について検討してみる。軸■は、角度ε、
の２等分線であるものとし、軸■は、軸ＬＩＩと共に、
第３図に示したごときのデカルト座標系を構成している
ものとする。第７ａ図から第７Ｃ図において、角度εｌ
１１（第７Ｃ図）は、いずれか一方のプリズムを他方の
プリズムに対して軸■を中心として回転させることによ
り得られる、平面■における入射面６と出射面ｌＯ°　
との間の角度を表す。軸■に直交する平面■における入
射ビームと出射ビームとの間の角度γは、屈曲角が小さ
いとに、ε８．□で表され、入射ビームに対する装置の
配置に影響されることはない。従って、所望の仰角γに
反射ビームを操縦することができる。

尚、Ｋ３は既知の定数である。

ε１０、≠０であると、この反射装置は本当の意味での
定屈曲型光反射装置として作用しなくなるが、角度εに
□が小さいと、ビーム安定化用反射装置として作用する
。第８ａ図から第８ｃ図までは、軸■を中心としていず
れかのプリズムを回転することにより角度ε工２．を調
節すれば、前述のと同様な効果が得られることを示して
いる。（尚、β−Ｋｉｏであり、Ｋ、は既知の定数であ
る。）また、前述したように、軸ｍを中心として二番目
のプリズムを並進させることにより、出射ビームを入射
ビームの入射軌跡と平行になるようにすることができる
。

本発明の用途の一つとしては、赤外線発光器から３〜ｌ
Ｏメートルの距離に亙ってビームを発光せしめ、赤外線
発光器の上方に配置した受光器で反射ビームを検出する
にあたって、入射ビームを反射させるための反射装置と
して用いることが考えられる。本発明の光反射装置をこ
のように用いれば、反射ビームが断続的に遮断される現
像の時間的なシーケンンス（ｔｉｍｅ　５ｅｑｕｅｎｃ
ｅ）をモニタすると共に、正確に測定することができる
。

また、このような用途においては、装置の具体的な構成
にもよるが、入射ビームと反射ビームとの間の角度は１
７９．　Ｇｏｏから１７９．９５°までの範囲内で変化
させることができ、その場合での所要精度は一般に０．
０１°である。高性能「キャッツアイ型（薄目型）」レ
トロ反射装置は、受光器へとビームを反射させることが
できるものの、光度を充分な値に保つことができない。

他方、コーナキューブ型反射装置は、反射ビームの光度
を充分な値に保つことができるものの、反射ビームを直
接発光器に反射させてしまうなど問題点がある。反射面
間の所要角度を正確に計算することにより、ビームを所
望の方向へと反射させることのできる歪コーナキューブ
を製造することはできるものの、このようにして製造し
たコーナキューブを用いたコーナ反射装置は、所要の精
度を出すようにすれば、製造コストが受容できないほど
非常に高くなる。また、反射面間の角度を構成毎に異な
らしめる必要があり、従って、プリズムの表面を、正確
に計算設計した上で、個々に製造する必要がある。この
ような製造方法は、実用的でないのは明らかである。

本発明によれば、前述の問題点は、アミーチプリズムを
直角プリズムと組み合わせて用いることにより解消でき
る。実験室で本発明を用いて発光受光装置を製造したが
、その際二つのプリズムを保持するのに機械的な保持装
置を用いた。この保持装置は、例えば取付けねじを用い
てアミーチプリズムと直角プリズムとの間での前述の角
度ε。

と角度ε、１□とをそれぞれ微調節できるように構成さ
れている。このような角度の調節を行った後、気泡の混
入が起こらないように注意しながら、それぞれのプリズ
ムの隣接する表面間にＵＹ硬化性接着剤を充填して両者
を貼付した。そしてその後、角度ε、と角度ε、□とを
最終調節することで、受光器における信号の受光状態を
最適化したところ、０、０１’だけ変化させただけで、
受光器の出力に著しい変動が見られた。それはともか（
、受光器からの出力が最大になるように所要の調節を済
ませた後、水銀ランプを用いてプリズムに紫外線を照射
して、１分も経たないうちに接着剤を硬化させた。この
ようにして両プリズムを一体化させた後、保持装置から
プリズム対を取り外して、金属製の固定ハウジングに装
着する。ハウジングにおけるプリズム対の位置決めは必
ずしも必要ではないし、また、入射ビームに対する）−
ウジングの位置決めも必ずしも必要でない。これにより
、ビーム安定化の効果か示された。また、実地に用いた
ところ、屈曲角が１７９．８０°の場合、プリズム対を
軸■、■を中心として士ｌＯ°回転させると、反射ビー
ムの方向が±０．０１°以下の角度に亙って変化した。

。 第９図に前述のプリズム対を収容したキャッツアイ型ハ
ウジング１４を示す。この図では、直角プリズムの短辺
面６とアミーチプリズムの短辺面１０′のみが外部に露
現して示されている。このハウジング１４では、プリズ
ム対を保護するために、透明材からなる窓板１６の背後
における内部にプリズム対を配置している。第９図では
、この窓板１６は、内部が見えるように、一部破断して
示しである。図示のように、両方のプリズムは、１８を
以て示した接続面に沿って貼付させられている。

尚、本発明の別の実施例として、入射面と出射面とが互
いに反対向きにしてもよ（、その場合、ある平面、一般
に水平面において安定化されていると共に、望遠鏡や、
双眼鏡、カメラなどで起こる手ぶれ現像を相殺する視線
装置（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔｄｅｖｉｃｅ）を構
成することができる。

本発明には、この他の変形や改変が考えられるものであ
るが、その変形や改変も本発明の精神から逸脱しない限
り、本発明に含まれるものと解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、イメージを投影している状態での直角プリズ
ムの斜視図、第２図は、同様にイメージを投影している
状態でのアミーチプリズムの斜視図、第３図は、直角プ
リズムとアミーチプリズムからなるプリズム対と、その
３本の回転軸を示す斜視図、第４ａ図から第４Ｃ図まで
は、それぞれ、レトロ反射装置としての本発明の定屈曲
型反射装置の正面図、側面図、底面図、第５図は、第３
図の装置において、ε≠Ｏとなるように軸ｌを中心とし
て二つのプリズムを互いに傾斜した状態を示す説明図、
第６ａ図と第６ｂ図とは、種々の入射平面での本発明の
装置によるビーム安定化効果を示す説明図、第７ａ図か
ら第７Ｃ図までは、軸■を中心としてプリズムを回転さ
せたときの効果を示す説明図、第８ａ図から第８Ｃ図ま
では、軸■を中心としてプリズムを回転させたときの効
果を示す説明図、第９図は、ある用途においてハウジン
グに収容した本発明の定屈曲型反射装置を示す斜視図で
ある。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一つの屋根形プリズムからなる第１反
   射素子と、少なくとも一つの反射作用をなす少なくとも
   一つの第２反射素子とを備え、前記第１及び第２反射素
   子とが、入射ビームと出射ビームとの間の角度を定める
   べく、少なくとも第１軸を中心として相対回転調節自在
   になっており、而して、少なくとも一つの平面において
   の前記角度が、入射ビームの入射方向の変化にほぼ影響
   されないようにしたことを特徴とする定屈曲型光反射装
   置。
2. （２）請求項１に記載のものであって、前記少なくとも
   一つの平面が、屋根形プリズムの二つの屋根面の交差線
   を含む前記屋根形プリズムの対称平面と同一、ないし、
   平行であり、また、前記第１軸がその平面に対して直交
   していること。
3. （３）請求項１に記載のものであって、前記屋根形プリ
   ズムがアミーチプリズムであること。
4. （４）請求項１に記載のものであって、前記第２反射素
   子が直角プリズムであること。
5. （５）請求項１に記載のものであって、前記第１及び第
   ２反射素子が、前記第１軸と直交して延在する第２軸と
   、前記第１及び第２軸と直交して延在する第３軸、もし
   くは、これらの軸の組み合わせを中心として、相対回転
   調節自在になっていること。
6. （６）請求項１に記載のものであって、出射ビームが、
   該出射ビームを出している反射素子を他方の反射素子に
   対して並進させることにより、入射ビームの入射軌跡と
   平行な軌跡へシフトし得ること。
7. （７）請求項１に記載のものであって、前記角度が定ま
   ると、前記第１及び第１反射素子は、透明セメント材を
   用いて互いに接着されるようになっていること。
8. （８）請求項７に記載のものであって、前記透明セメン
   ト材が紫外線硬化性セメント材からなること。