JPH0894739A

JPH0894739A - 光分岐光学系

Info

Publication number: JPH0894739A
Application number: JP23367194A
Authority: JP
Inventors: Satoru Tachihara; 悟立原; Tetsuya Nakamura; 哲也中村; Kazuyuki Takahashi; 一幸高橋
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】入射角度が変化しても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】ダイクロイックコートを用いず、光分割素子
５のダイクロイックコートに入射角依存性の極めて小さ
い、金属薄膜による円環状の反射膜９を形成している。
分割面は、円環状の反射膜９と、反射膜のない透過部分
とに分けて形成されている。一方、光源１と光分割素子
５との間に、光束を反射膜の形状に合わせた円環状にす
る形状変換光学系８を設ける。光源１から射出された光
束は、形状変換光学系８で反射膜９と同じ形状をした光
束に変換され、光分割素子５の反射膜９に至って反射さ
れる。反射膜９は完全反射なので、入射角と関係なく反
射される。観測用の可視光は、分割面５ａの反射膜のな
い部分を透過する。

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、上記の問題点の解決を図った
もので、光束分割面５ａへの入射角度が大きくても、あ
るいは変化しても分光特性が変化しない光分岐光学系を
提供することを目的とする。

【００１１】

【発明の概要】本発明の光分岐光学系は、光源と；この
光源からの光束の透過部と反射部とを有する光分割素子
と；光源からの光束を、この光分割素子の反射部形状に
一致する形状に変換する形状変換光学系と；光分割素子
の透過部を透過する光束を用いる光学系と；光分割素子
の透過部を透過する光束を用いる光学系と；光源から出
射され反射部で反射した光束を用いる光学系と；を備え
たことを特徴としている。反射部は、金属薄膜等の反射
率に角度依存性のない材料、例えばアルミニウム膜から
構成することができる。反射膜には、誘電体からなる反
射増加膜を付すことができる。

【００１２】形状変換光学系による光束の形状は、光分
割素子の透過部形状と一致させてもよい。形状変換光学
系による光束形状は、光軸を中心とする回転対称形状と
すると、光学系の構成が簡易となり好ましい。

【００１３】光束形状を、光軸を中心とする回転対称形
状とする場合、形状変換光学系は、具体的には、例え
ば、光ファイバー束と、この光ファイバ束の一端部の入
射面に対して該入射面と直交しない斜め方向から光束を
入射させる光源とから構成することができる。この形状
変換光学系によると、光ファイバ束の性質により、光フ
ァイバの他端部から円環状の光束が出射する。

【００１４】また、円環状の光束は、別の形状変換光学
系によると、光源の光軸と同軸に置かれた円錐反射面
と、光軸と同軸でこの円錐反射面からの光を反射する截
頭円錐反射面とから構成することもできる。

【００１５】本発明の光分岐光学系は、少なくとも光波
測距装置に用いることができる。すなわち、光源は測距
用のＬＥＤ光を発し、光分割素子は、測距対象物を視準
する測距光学系の望遠鏡内に設けられる。

【００１６】

【発明の実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて
説明する。図１は本発明による光分岐光学系の構成を示
すものである。従来例と共通の構成要素には、共通の符
号を付している。

【００１７】本発明の特徴は、入射角度により分光特性
が変化するダイクロイックコートを用いないことにあ
る。そして、その代わりとして、入射角度依存性の極め
て小さい、例えば、アルミニウムなどの金属薄膜で形成
した反射膜９を光分割素子５の分割面５ａに形成してい
る。また反射膜９の形状は、この実施例では円環（輪
帯）状としている。さらに、光源１からの光束が反射膜
９と同じ円環状（合同または相似形）になるように、光
源１とハーフミラー３との間に、形状変換光学系８を設
けている。

【００１８】図２は、反射膜９を示す図である。反射膜
９は、光分割素子５の分割面５ａにアルミニウム等の金
属薄膜を蒸着して形成したものである。この反射膜９
は、光軸Ｏに垂直な平面への投影形状が、光軸Ｏを中心
とする回転対称な円環状となるような形状にしておけ
ば、対物レンズ４から射出され、コーナーキューブＣＣ
で反射されて帰って来た光束が反転しても形状が変わら
ない。

【００１９】図３は、アルミニウム反射膜の分光反射率
角度依存性を示す。図８のダイクロイックコートの場合
と異なり、入射角が変化しても分光反射率の変化が極め
て小さいことが分かる。

【００２０】図４、図５は、光束形状を円環状にする形
状変換光学系８の実施例を示す図である。図４は、光源
１の光束を凸レンズ８ｂで平行な光束にし、これを角度
θで光ファイバーの束８ａの入射端面に入射させる。光
ファイバーの束８ａから射出される光束は、角度θで円
錐状に広がり、光ファイバーの束から射出された後の光
束は、光ファイバーの直後の距離ｓを超えた位置では、
円環状の光束となる。

【００２１】図５は、円錐の頂部の外側を鏡面にした内
側の円錐反射面８ｃと、円錐の頭部を切断し、内側を鏡
面にして形成した外側の截頭（頭部を切ったの意）円錐
反射面８ｄとからなる形状変換光学系である。円錐反射
面８ａと截頭円錐反射面８ｂの軸は、光軸Ｏと一致して
いる。截頭円錐反射面８ｂから射出される平行光は、さ
らに凹レンズ８ｅで発散され、所望の大きさの円環状光
束が得られる。

【００２２】光源１を発した第１の光束は形状変換光学
系８で円環状に変換され、光分割素子５に到達し、その
分割面５ａに形成された円環状反射膜９に入射する。光
束の形状は光学系の倍率に応じて拡大されたり縮小され
たりするが、分割面５ａに達したとき両者はほぼ完全に
重なり合うようにしているので、この膜面での光のロス
はアルミニウムの吸収によるものだけとなり、非常に少
ない。このアルミニウム反射膜のみでは反射率が不足す
る場合には、アルミニウム反射膜に誘電体で構成される
反射増加膜を付加することもできる。

【００２３】反射した光束は，図７で説明したのと全く
同様に対物レンズ４の前群４ａを経てコーナーキューブ
ＣＣへ至り、反射されて戻って再び円環状の反射膜９で
反射され、ハーフミラー３で反射され受光素子２に入射
する。一方、コーナーキューブＣＣ付近を観察するため
の望遠鏡においては、対象物からの可視光は、対物レン
ズ系４と分割面５ａの反射膜９が形成されていない透過
部を通過し、さらに接眼レンズ系７を経て観察者の目に
入る。

【００２４】この光学系においては、入射角度によって
分光特性の変化する要素がないため、接眼レンズと目の
位置関係がずれても、対象物の色調が変わってしまうよ
うな問題は全く起きない。また、対物レンズ系４の前群
４ａについては、赤外光は、瞳全体でなく円環状の一部
分を通過するので、収差の補正がこの円環部分のみでな
されていればよく光学設計が容易になるという利点もあ
る。

【００２５】図６は、光分割素子の反射側光路を可視光
による観測光学系側に、透過側光路を測距光学系側に入
れ換えた実施例である。この実施例では、光分割素子５
の分割面５ａには、その光軸中心部に、円形の反射膜９
ａを形成し、この反射膜９ａの周囲を円環状の透過部９
ｂとしている。この実施例では、光束変換光学系８によ
る光束形状は、円環状の透過部９bに対応している。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、ダイクロイックコート
を用いることがないので、入射角度が変化しても分光特
性に変化を受けることがなく、光の利用効率の高い光分
岐光学系を得ることができる。また、本発明の光分割光
学系を測距光学系に適用すれば、望遠鏡の接眼レンズと
目の位置関係が少しずれても対象物の色調が変わらずに
観測することができる。さらに、光束形状と反射膜形状
を光軸を中心とする回転対称の形状とすれば、望遠鏡か
ら射出され測定対象物から反射して戻ってきた光束が反
転しても、反射部で反射することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図で、本発明の光分岐光
学系を使用した測距光学系の構成を示す図である。

【図２】分割面上の反射膜を示す図である。

【図３】アルミニウム反射膜の分光反射率角度依存性を
示す図である。

【図４】形状変換光学系の実施例を示す図である。

【図５】形状変換光学系の他の実施例を示す図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す図である。

【図７】光分岐光学系の従来例を示す図である。

【図８】ダイクロイックコートの入射角による分光特性
の変化を示す図である。

【符号の説明】

１光源２受光素子３ハーフミラー４対物レンズ系５光分割素子５ａ分割面８反射膜

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｇ０１Ｓ 17/10 9108−2ＦＧ０２Ｂ 27/09 27/10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と；この光源からの光束の透過部と
反射部とを有する光分割素子と；上記光源からの光束
を、この光分割素子の反射部形状に一致する形状に変換
する形状変換光学系と；光源から出射され上記反射部で
反射した光束を用いる光学系と；上記光分割素子の透過
部を透過する光束を用いる光学系と；を備えたことを特
徴とする光分岐光学系。
【請求項２】光源と；この光源からの光束の透過部と
反射部とを有する光分割素子と；上記光源からの光束
を、この光分割素子の透過部形状に一致する形状に変換
する変換光学系と；光源から出射され上記反射部で反射
した光束を用いる光学系と；上記光分割素子の透過部を
透過する光束を用いる光学系と；を備えたことを特徴と
する光分岐光学系。
【請求項３】請求項１または２において、上記形状変
換光学系による光束形状が、光軸を中心とする回転対称
形状であることを特徴とする請求項１記載の光分岐光学
系。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項におい
て、上記反射部は、反射率に角度依存性のない反射膜か
ら構成されている光分岐光学系。
【請求項５】請求項１または２において、上記形状変
換光学系は、光ファイバー束と、この光ファイバ束の一
端部の入射面に対して該入射面と直交しない斜め方向か
ら光束を入射させる光源とから構成されている光分岐光
学系。
【請求項６】請求項１または２において、上記形状変
換光学系は、光源の光軸と同軸に置かれた円錐反射面
と、上記光軸と同軸でこの円錐反射面からの光を反射す
る截頭円錐反射面とから構成されている光分岐光学系。