JPH08152554A - 光分岐光学系 - Google Patents

光分岐光学系

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JPH08152554A
JPH08152554A JP17106395A JP17106395A JPH08152554A JP H08152554 A JPH08152554 A JP H08152554A JP 17106395 A JP17106395 A JP 17106395A JP 17106395 A JP17106395 A JP 17106395A JP H08152554 A JPH08152554 A JP H08152554A
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light
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mirror
light splitting
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Kazuyuki Takahashi
一幸 高橋
Tetsuya Nakamura
哲也 中村
Satoru Tachihara
悟 立原
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Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 入射角度が小さく、光の有効利用が図れ、分
光特性に変化を受けることのない光分岐光学系を提供す
る。 【構成】 集光レンズを有する光学系の該集光レンズに
よる集光光束中に、特定波長の光を透過し他の波長域の
光を反射する光分割素子を配置し、この光分割素子で反
射された光を反射して集光レンズによる集光光束の外に
導くミラーを、該集光光束中に配置した光分岐光学系。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、光分岐光学系に関する。
【0002】
【従来技術およびその問題点】光分岐光学系は、例え
ば、光波測距装置に用いられている。図7はその従来例
の構成を示す図で、同図において、1はLEDなどの光
源、2は受光素子、3はハーフミラー、4は対物レンズ
系、5は光分岐のためのプリズムからなる光分割素子、
6は像反転のためのプリズム、7は接眼レンズを示す。
対物レンズ系4は前群4aと後群4bとからなり、両者
の間に、光分割素子5が位置している。
【0003】対物レンズ系4、光分割素子5、像反転プ
リズム6、および接眼レンズ7から構成される光学系
は、測距対象物(一般的にコーナーキューブ)CCを目
で、すなわち可視光で、確認するための望遠鏡を構成し
ている。
【0004】光源1は第1の光束として、赤外光を射出
する。この赤外光は波長が850nm程度であり、第2
の光束としての可視光とは異なる波長である。光源1か
ら射出された赤外光は、ハーフミラー3を透過し、光分
岐のための光分割素子5に達する。光分割素子5の分割
面5aには、赤外光を反射し、可視光を透過するための
誘電体多層膜からなるダイクロイックコートが形成され
ている。従って、光源1からの赤外光はこのダイクロイ
ックコートで反射され、対物レンズ系4の前群4aを通
過した後、コーナーキューブCCへ向かう。
【0005】測距対象物で反射された赤外光は、対物レ
ンズ系4の前群4aに戻り、ふたたび光分割素子5のダ
イクロイックコートで反射され、さらにハーフミラー3
で反射されて受光素子2に入射する。
【0006】光波測距装置は、原理的には周知のよう
に、光源1からの赤外光を、所定の周波数でパルス的に
射出させ、この赤外光(測距光)が光源を出てからコー
ナーキューブCCに反射され受光素子2に入射するまで
の時間を、測距光と参照光のパルスの位相のずれにより
検知して測定対象物までの距離を算出する。
【0007】ところで、上記の構成に使用されるダイク
ロイックコートは、その分光特性がこのコートに入射す
る光の入射角に依存して変化するという性質がある。図
8はこの分光特性を描いた線図で、縦軸は透過率
(%)、横軸は光の波長である。実線は入射角が45
°、破線は30°一点鎖線は15°の場合の波長と透過
率の関係をそれぞれ示している。入射角は、垂直入射の
場合が0゜である。この図から、入射角が15°の場合
は、波長が可視光の限度である750nmあたりまでは
ほぼ100%透過し、それ以上の長い波長はほぼ100
%反射することが分かる。次に、入射角が30°の場合
は、可視光の上限近くの700nm近辺から透過率が低
下し始めるが、750nm程度までは50%近く透過で
き、ほぼ目標どうりの特性を有すると言える。
【0008】しかし、入射角が45°になると、可視光
領域にある600nmあたりからの透過率が50%以下
に落ち込んでおり、700nmから750nmの間で
は、透過率がほぼ0%になって、目で見る像の赤色成分
が相当に減殺されてしまうことになる。また、観察者の
眼が接眼レンズ7の光軸と直交する方向に少しずれただ
けで、観察している対象物の色調が変わってしまう。
【0009】一方、ダイクロイックコートに入射する光
は、光源1からの発散光、又は測定対象物から戻ってき
た光である収束光なので、ダイクロイックコートに入射
する角度に幅がある。例えば、この反射膜5aと対物レ
ンズ4の光軸Oとのなす角αを60°とすると、主光線
(光軸と重なる入射光線)の入射角βは30°である。
しかし、上光線、下光線の入射角は、対物レンズのFナ
ンバーにもよるが、±15°程度の幅があり、15°か
ら45°の範囲に広がる。上述のように、入射角が30
°程度までは分光特性が許容限度内にあるが、45°に
なると分光特性が悪化し、光の利用効率が大きく低下し
てしまうという問題があった。
【0010】
【発明の目的】本発明は、上記の問題の解決を図ったも
ので、光分割素子へ入射する光線の入射角度の変化が小
さく、分光特性の悪影響を受けることが少ない光分岐光
学系を提供することを目的としている。
【0011】
【発明の概要】本発明の光分岐光学系は、集光レンズを
有する光学系の該集光レンズによる集光光束中に、特定
波長の光を透過し、他の波長域の光を反射する光分割素
子を配置し、さらに集光レンズと光分割素子を含む光路
中に、この光分割素子で反射された光を反射して集光レ
ンズによる集光光束の外に導くミラーを配置したことを
特徴としている。このように、光分割素子とミラーを配
置すると、光分割素子に対する光束の入射角度を一定の
小さい範囲に納めることができ、よって分光特性に悪影
響が生じない。
【0012】ミラーは、光分割素子により反射された反
射光束の集束点近傍に設けると、最もミラーを小型化す
ることができる。また、ミラーを、集光レンズに固定す
れば、ミラーの支持部材が不要になるので、光束の遮断
量を減らすことができる。光分割素子は、集光レンズの
光軸に垂直な平面を有し、その一面にダイクロイックコ
ートを付した平行平面板から構成し、あるいは、同様に
その一面にダイクロイックコートを付した集光レンズ側
に凸面または凹面をなす曲面板から構成することができ
る。分割面を凸面または凹面にすれば、ミラーの位置の
自由度が高くなり、特に凸面の場合には入射角を小さく
することができる。
【0013】光分割素子で反射される光束は、具体的に
は例えば測距用の赤外光であり、集光レンズおよび光分
割素子は測距光学系の望遠鏡内に設けられる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面によ
って説明する。図1は本発明の第1実施例を示す構成図
である。同図において、11は、光波測距装置の視準望
遠鏡内に位置する集光レンズであり、この実施例ではF
=1.8としている。12は光分割素子で、平行平面板
ガラスの一方の面(分割面12a)にダイクロイックコ
ートが施されている。この光分割素子12は、その分割
面12aが集光レンズ11とその結像面14間の距離を
2分する位置に位置するように配置されている。13は
微小ミラーで集光レンズ11上でかつ光軸上にあり、全
ての光を反射する。
【0015】光源1から射出された測距光束としての赤
外光は、波長が850nmのLED光で、ハーフミラー
3を透過し、さらに結像レンズ8を透過してミラー13
上に集束し、ミラー13で反射され、こんどは発散しつ
つ光分割素子12に達する。この赤外光は、次に光分割
素子12のダイクロイックコートされた分割面12aで
反射され、結像面14上の焦点Oから発した光束のよう
に発散して集光レンズ11に達する。この赤外光はさら
に、集光レンズ11を透過すると、平行な光束となって
コーナーキューブ等の測距対象物に照射される。集光レ
ンズ11は、測距光学系における望遠鏡の一部を構成し
ており、望遠鏡は、可視光により、コーナーキューブな
どの測距対象物を視準するのに使用される。
【0016】測距対象物から反射された測距光束(赤外
光)は、第2の光束としての可視光と重畳して集光レン
ズ11に入射し、望遠鏡の結像面14に向かって集束す
るように進む。そして光分割素子12に達すると、赤外
光は分割面12aで反射される。一方、可視光は光分割
素子12を透過して結像面14上に結像する。
【0017】反射された赤外光は集光レンズ11に設け
られたミラー13上に集束し、反射されて発散しながら
結像レンズ8に入射し、こんどはハーフミラー3を透過
して受光素子2上に結像する。受光素子2が受光した赤
外光から位相差が求められ、測距対象物までの距離が算
出される。
【0018】以上の構成において、光分割素子12は、
集光レンズ11の光軸に対して直角に挿入されており、
かつ分割面12aが平面であるから、光分割素子12に
入射する光束の主光線(光軸と重なる光線)は、分割面
に垂直に入反射することになる。一方、上光線と下光線
は主光線に対して対称であり、それぞれの入射角iU,iL
が最大となるが、前述した集光レンズのF数が1.8
の場合でも、これらの値は約15°程度に収まる。すな
わち、集光レンズのF数が1.8より大きければ、入射
角はつねにほぼ15°以下になる。図6は、図7のダイ
クロックコート5aの入射角が0°から15°のときの
分光特性を示す。この図から明らかなように、この範囲
では、特性の変化は極めて小さく、前述の問題は発生し
ない。
【0019】図2は、本発明の第2実施例である。この
実施例では、光分割素子12を光軸と直角な位置から微
小な角αだけ傾けている。この構成にすると上光線の入
射角iU が大きくなり、下光線の入射角iL は小さくな
る。又、ミラー13の位置も光軸から若干離れた位置に
なる。集光レンズのF数が3でαが5°の場合、上光線
の入射角iU =14.46°、下光線の入射角iL
4.46°となり、いずれも15°以下に納めることが
できる。
【0020】図3は本発明の第3実施例である。この実
施例は、光分割素子12のダイクロイックコート面を集
光レンズ11側に凸の球面にしている。したがって、光
分割素子12の配置された位置も、集光レンズ11と結
像面14との中間点より結像面14側に寄っている。こ
のような構成にすると、集光レンズ11のF数が小さく
なっても入射角iU ,iL を小さくすることができる。
また、光分割素子の曲率半径を適当に選ぶことにより、
光分割素子の位置を自由に決定できるという利点があ
る。図3には凸面のみを示したが、状況により凹面を使
用することができることは勿論である。
【0021】図4は、本発明の第4実施例である。この
実施例では、集光レンズ11を第1レンズ11aと第2
レンズ11bから構成し、両レンズ11aと11bの中
間であって、レンズ11aの表面に微小ミラー13に配
置している。この他の構成は図1の実施例と基本的に同
じである。
【0022】図5は本発明の第5実施例である。この実
施例は、集光レンズ11の光分割素子12の反対側に、
微小ミラー13を設け、かつこのミラー13を、このミ
ラーに入射しあるいは反射する光束が集光レンズ11と
干渉しないように、傾けている。この第4、第5の実施
例は、ミラー13と光分割素子12との間に、集光レン
ズ11(11b)が位置する点で、第1ないし第3の実
施例と異なるが、いずれも、集光レンズ11(11b)
のパワーを考慮して、ミラー13上に光分割素子12か
らの反射光が集束する構成となっている。よって第1な
いし第3の実施例と同様の作用を得ることができる。
【0023】なお、光分割素子12からの反射光束は厳
密にミラー13上に集光させる必要はない。もっとも、
ミラー13上に光束を集束させると、ミラーを小型化で
き、集光レンズを通過する光量のカット量を減らすこと
ができる。また、光分割素子12の位置やミラー13の
大きさを適切に決めれば、集光レンズを必要としない配
置も可能である。
【0024】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
光分割素子へ入射する光線の入射角度が小さく、分光特
性の悪影響を受けることが少なく、光の利用効率の高い
光分岐光学系を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光分岐光学系の第1実施例の構成を示
す図である。
【図2】本発明の第2実施例の構成を示す図である。
【図3】本発明の第3実施例の構成を示す図である。
【図4】本発明の第4実施例の構成を示す図である。
【図5】本発明の第5実施例の構成を示す図である。
【図6】ダイクロイックコートへの入射角が0゜〜15
゜の範囲における分光特性例を示す線図である。
【図7】従来の光分岐光学系の構成を示す図である。
【図8】ダイクロイックコートへの入射角が15゜〜4
5゜の範囲における分光特性を示す線図である。
【符号の説明】
1 光源 11 集光レンズ 12 光分割素子 13 ミラー 14 結像面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02B 27/10

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 集光レンズを有する光学系;この光学系
    の集光レンズによる集光光束中に配置された、特定波長
    の光を透過し他の波長域の光を反射する光分割素子;及
    び、 この光分割素子で反射された光を反射して上記集光レン
    ズによる集光光束の外に導く、上記集光レンズと光分割
    素子を含む光路中に配置されたミラー;を備えたことを
    特徴とする光分岐光学系。
  2. 【請求項2】 請求項1において、上記ミラーは、光分
    割素子と集光レンズの間に設けられている光分岐光学
    系。
  3. 【請求項3】 請求項1において、上記ミラーと光分割
    素子との間には、少なくとも1枚の集光レンズが位置し
    ている光分岐光学系。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項におい
    て、上記ミラーは、光分割素子により反射された反射光
    束の集束点近傍に設けられている光分岐光学系。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1項におい
    て、上記光分割素子は、集光レンズの光軸に垂直な平面
    を有し、その一面にダイクロイックコート面を付した平
    行平面板からなる光分岐光学系。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし4のいずれか1項におい
    て、上記光分割素子は、ダイクロイックコートを付した
    曲面を有する光分岐光学系。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし6のいずれか1項におい
    て、上記ミラーは、上記集光レンズ近傍の光軸上に位置
    している光分岐光学系。
  8. 【請求項8】 請求項1ないし6のいずれか1項におい
    て、上記ミラーは、上記集光レンズに固定されている光
    分岐光学系。
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