JPH0990110A - 光路偏向素子 - Google Patents

光路偏向素子

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JPH0990110A
JPH0990110A JP7241528A JP24152895A JPH0990110A JP H0990110 A JPH0990110 A JP H0990110A JP 7241528 A JP7241528 A JP 7241528A JP 24152895 A JP24152895 A JP 24152895A JP H0990110 A JPH0990110 A JP H0990110A
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泰典 真柄
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Abstract

(57)【要約】 【課題】小型かつ安価に構成でき、入射光軸と出射光軸
とのずれを発生させない光路偏向素子を提供すること。 【解決手段】三角柱状のプリズム(2)と、この三角柱
状のプリズム(2)の透過面の一方に接するよう設けら
れた所定形状のプリズム(3)と、前記三角柱状のプリ
ズム(2)の透過面の他方に接するよう設けられた楔形
プリズム(1)と、からなり、前記三角柱状のプリズム
(2)、前記所定形状のプリズム(3)及び前記楔形プ
リズム(1)の相対位置関係を調整することにより、前
記透過面の一方から入射する光の光軸方向に対する前記
透過面の他方から出射する光の光軸方向を調整可能にし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学機器例えば光
学顕微鏡において像をリレーする途中で光軸方向を変化
させるのに適用される光路偏向素子に関する。
【0002】
【従来の技術】顕微鏡等の光学機器において、像の偏芯
をなくすために、または像の見え性能を確保するために
光軸の傾きを抑えなければならない場合が多い。特に、
顕微鏡における対物レンズの像を少なくとも1回結像さ
せるような中間鏡筒で、結像途中に直角プリズム等によ
り光軸の方向を偏向する場合においては、偏向前の光軸
と後の光軸に傾きがないことが要求される。なぜなら、
傾きがあるとレンズが光軸に対して傾いたことになり、
光学系の本来の光学性能を発揮できないためである。
【0003】しかしながら、直角プリズムの角度誤差、
接合誤差等により偏向後の光軸が傾きを持ってしまう場
合が多い。そのため、その直角プリズムにおける光軸と
交差する面に適切な楔形プリズムを接合し、光軸の傾き
の補正をする方法が考えられている。しかしこの方法で
は、補正を要する光軸の傾きに適合した楔角をなす楔形
プリズムを選び直角プリズムに接合しなければならない
ため、製造コストが高くなってしまうという問題があ
り、現実的でない。
【0004】一方で、ビームスプリッター等の光路分割
素子において透過光の光軸の傾きをなくすために、従来
より、二つの直角プリズムを接着したのち、透過光軸と
交差する二つの面即ち入射面と出射面を機械的に再研磨
し、前記入射面と出射面の平行を出すことにより透過光
の光軸の傾きを補正する方法が考えられている。
【0005】ところが、このように二つの面の平行出し
を行なっても、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いてしま
う。そのため、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、各硝材の屈折率を等しくしなけれ
ばならない。そのためには、製造工程に硝材のロット毎
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。
【0006】このような問題点を解決するための手段と
して実願平2−122046号に、ビームスプリッター
の透過光の光軸の傾きをなくすため、二つの透過面の一
方に楔形プリズムを設け、二つの直角プリズムと楔形プ
リズムの相対位置を調整し透過光の光軸の傾きを調整す
る方法が示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような方法によれ
ば、透過光の光軸の傾きをなくすことは可能である。し
かし、方向を変えた光即ちビームスプリッターの反射光
の傾きを完全に補正するためには、上述したように楔形
プリズムを選んで接合するか、もしくはビームスプリッ
ター以外の調整部分が必要となる。この場合、ビームス
プリッターを含む調整装置が大規模なものとなり、使用
上、収納上、コスト上等で問題となる。本発明の目的
は、小型かつ安価に構成でき、入射光軸と出射光軸との
ずれを発生させない光路偏向素子を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の光路偏向素子は以下の如く構
成されている。 (1)本発明の光路偏向素子は、三角柱状のプリズム
と、この三角柱状のプリズムの透過面の一方に接するよ
う設けられた所定形状のプリズムと、前記三角柱状のプ
リズムの透過面の他方に接するよう設けられた楔形プリ
ズムと、からなり、前記三角柱状のプリズム、前記所定
形状のプリズム及び前記楔形プリズムの相対位置関係を
調整することにより、前記透過面の一方から入射する光
の光軸方向に対する前記透過面の他方から出射する光の
光軸方向を調整可能にした。 (2)本発明の光路偏向素子は上記(1)に記載の素子
であって、前記所定形状のプリズムは直角プリズムであ
る。 (3)本発明の光路偏向素子は上記(1)に記載の素子
であって、前記所定形状のプリズムは複数のプリズムを
組合わせた接合プリズムである。
【0009】上記手段(1)〜(3)を講じた結果、そ
れぞれ次のような作用が生じる。 (1)本発明の光路偏向素子は、三角柱状のプリズム、
所定形状のプリズム及び楔形プリズムの相対位置関係を
調整することにより、入射光に対する出射光の光軸方向
を調整可能にしたので、前記調整後各プリズムを接合す
ることにより、前記出射光の光軸の傾きを0に補正した
出射光が得られ、各プリズムの角度誤差や組付け誤差等
に起因する入射光軸に対する出射光軸の傾きのない光路
偏向素子を実現できる。 (2)本発明の光路偏向素子は、前記所定形状のプリズ
ムが直角プリズムであるので、入射光軸と出射光軸を平
行に調整することが可能になる。 (3)本発明の光路偏向素子は、前記所定形状のプリズ
ムが複数のプリズムを組合わせた接合プリズムであるの
で、任意の方向から入射する入射光を任意の方向へ出射
させることが可能になる。
【0010】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形
態に係る光路偏向素子の斜視図である。図1に示す光路
偏向素子は、楔形プリズム1、直角プリズム2及び平行
プリズム3からなる。楔形プリズム1はその底面を円と
する円柱状の形状をなしており、その断面が楔形をなし
ている。そして楔形プリズム1の前記底面が直角プリズ
ム2における斜面(反射面)でない一面即ち透過面に接
している。また平行プリズム3は四角柱状をなしてお
り、この平行プリズム3の底面が直角プリズム2におけ
るもう一方の透過面に接している。なお、楔形プリズム
1および平行プリズム3の形状は円柱状または多角柱状
であってもよい。
【0011】以下、図2〜図4を参照し当該光路偏向素
子によるX−Z平面への光路調整を説明する。まず、図
2に示すように光軸がY軸と平行をなす光線Aが平行プ
リズム3を介して直角プリズム2に入射すると、直角プ
リズム2の斜面21にて反射し、さらに楔形プリズム1
を介して光線Bとして出射する。この光線Bの光軸は、
楔形プリズム1、直角プリズム2、平行プリズム3の角
度誤差、接合誤差等に起因し3次元空間で傾いている。
【0012】図3の(a)は楔形プリズム1の斜視図で
あり、(b)は楔形プリズム1の断面図である。図3の
(a)および(b)に示すように楔形プリズム1は楔角
αを有している。
【0013】いま、楔形プリズム1の底面11に垂直
に、即ち斜面12の垂線13に対して角度αをもって光
線A1が入射したものとする。するとスネルの法則よ
り、垂線13に対して次式(1) nsinα=sinα′ …(1) を満たすα′の角度で光線B1が出射する。ここで、n
は楔形プリズムの屈折率である。
【0014】またαは微小な角度であるので、式(1)
は、 nα=α′ …(2) で、近似される。したがって、楔角αの楔形プリズム1
を通過した後の光線B1の振れ角xは、式(2)より、 x=α′−α=(n−1)α …(3) となる。
【0015】このように、楔角α、屈折率nの楔形プリ
ズム1をZ軸に対して回転すれば、式(3)に示した楔
形プリズム1による振れ角x=(n−1)α分が補正さ
れることになる。これにより出射光軸の傾きがβである
とき、出射光軸は頂角が、β−x=β−(n−1)αの
円錐を描くことになる。なお、もし出射光軸の傾きβと
楔形プリズム1による振れ角xが等しいときは、楔形プ
リズム1の回転のみで出射光軸の傾きを0にすることが
できる。
【0016】このような原理により、楔形プリズム1に
よる振れ角xが出射光軸の傾きβより大きい(x≧β)
場合、図4に示すようにその底面が直角プリズム2の透
過面4に接する楔形プリズム1を回転することは、即ち
Z軸に対して回転することになるため、当該光路偏向素
子によるX−Z平面への光路調整を行なうには、楔形プ
リズム1を回転し、3次元の空間で傾いている出射光軸
Cを出射光軸Dで示すようにX−Z平面上へ移動させ
る。
【0017】以下、図5を参照し当該光路偏向素子にお
いてX−Z平面上で出射光軸の傾きを0にする調整を説
明する。図5に示す直角プリズム2をY軸に対してθ°
回転することにより、出射光軸DはX−Z平面上をθ°
回転するが、以下にその原理を説明する。
【0018】直角プリズム2をY軸に対してθ°回転す
ることは、直角プリズム2の反射面21をY軸に対して
θ°回転することであるので、出射光軸Dの傾きは、反
射面21の反射回転行列で求めることができる。ここで
図5に示すようにX,Y,Z軸をとると、反射面21の
法線ベクトル(L,M,N)は、
【0019】
【数1】 となる。また法線ベクトル(L,M,N)に対して、反
射行列は、
【0020】
【数2】 と表せる。(5)に示した反射行列に反射面21の法線
ベクトル(L,M,N)を代入すると、反射面21の反
射行列Ryは、
【0021】
【数3】 となる。また、反射面21をY軸に対してθ°回転する
回転行列をTyとすれば、
【0022】
【数4】 となる。
【0023】そして反射面21のY軸に対する反射回転
行列は、 Ty-1・Ry・Ty …(8) となり、上記(6)、(7)、(8)より、
【0024】
【数5】 となる。
【0025】本第1の実施の形態では、入射光線AはY
軸と平行即ち(0,−1,0)であるため、出射光軸D
の傾きはY軸と平行のベクトル(0,−1,0)が式
(9)に示した反射面21のY軸に対する反射回転行列
によって変換されるベクトルが、Z軸に対してどれだけ
傾いているかを考えればよい。式(9)により、
【0026】
【数6】 となる。つまり(0,−1,0)は反射回転行列Ty-1
・Ry・Tyにより、(sinθ,0,cosθ)に変
換される。即ちX−Z平面上において、Z軸に対してθ
傾くことになる。
【0027】したがってこの原理により、直角プリズム
2を平行プリズム3に接して回転することは、反射面2
1をY軸に対して回転することになるため、X−Z平面
上でZ軸に対してθ°傾きをもった出射光軸Dの場合、
直角プリズム2をY軸に対してθ°回転すれば、出射光
軸Dを出射光軸Eで示すようにZ軸に合致させる即ち出
射光軸の傾きを0に調整できることになる。
【0028】なお反射面21に角度誤差等がある場合
は、直角プリズム2をY軸に対して回転させても出射光
軸DはX−Z平面上で正確にθ°回転せず、3次元の空
間で成分を持ち傾いてしまう。このような場合、上述し
たような楔形プリズム1の回転調整によるX−Z平面へ
の光路調整を再度行なうことになる。
【0029】以上のような方法で入射光軸に対する出射
光軸の傾きを調整し、楔形プリズム1、直角プリズム2
及び平行プリズム3の相対位置を決定した後、それぞれ
のプリズムを接合する。これにより、入射光軸に対する
出射光軸の三次元での傾きを0にした、90°に光路を
偏向させる光路偏向素子を得ることができる。また、9
0°以外の光路偏向の場合は、直角プリズム2の代わり
に必要に応じた任意の角度の角度プリズムを用いればよ
い。
【0030】(第2の実施の形態)図6は、本発明の第
2の実施の形態に係る光路偏向素子の斜視図である。図
6に示す光路偏向素子は、楔形プリズム1、第1の直角
プリズム2及び第2の直角プリズム5からなる。即ち上
記図1の平行プリズム3の代わりに直角プリズム5を設
けたものであり、第1の実施の形態に示したと同様の調
整を行ない接合をすることにより、第1の実施の形態と
同様の作用効果を奏し、図6に示すような方向に光路F
を偏向させることができる。
【0031】(第3の実施の形態)図7は、本発明の第
3の実施の形態に係る光路偏向素子の斜視図である。図
7に示す光路偏向素子は、第2の実施の形態と同様楔形
プリズム1、第1の直角プリズム2及び第2の直角プリ
ズム5からなるが、第2の実施の形態と比べて直角プリ
ズム5の向きを変えている。そして第1の実施の形態に
示したと同様の調整を行ない接合をすることにより、第
1、第2の実施の形態と同様の作用効果を奏し、図7に
示すような方向に光路Gを偏向させることができる。
【0032】(第4の実施の形態)図8は、本発明の第
4の実施の形態に係る光路偏向素子の斜視図である。図
8に示す光路偏向素子は、楔形プリズム1、直角プリズ
ム2及び接合プリズム6からなる。即ち上記図1の平行
プリズム3の代わりに接合プリズム6を設けたものであ
り、第1の実施の形態に示したと同様の調整を行ない接
合をすることにより、第1、第2、第3の実施の形態と
同様の作用効果を奏し、図8に示すような方向に光路H
を偏向させることができる。なお、図8に示す接合プリ
ズム6は直角プリズムを二つ組み合わせたものである
が、任意のプリズムを複数個組み合わせることができ
る。なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、要
旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
【0033】
【発明の効果】本発明の光路偏向素子によれば以下のよ
うな効果を奏する。 ・1種類の楔形プリズムによる楔角をもって多様な場合
での調整が行なえるので、小型に構成できるとともに、
安価な製造コストで実現できる。 ・出射光軸の方向を任意に調整できるため入射光軸に対
する出射光軸の傾きを簡単に0にすることができ、入射
光軸と出射光軸とのずれを発生させない光路偏向素子を
提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る光路偏向素子
の斜視図。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る光路偏向素子
によるX−Z平面への光路調整を説明するための図。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係る光路偏向素子
によるX−Z平面への光路調整を説明するための図。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係る光路偏向素子
によるX−Z平面への光路調整を説明するための図。
【図5】本発明の第1の実施の形態に係る光路偏向素子
においてX−Z平面上で出射光軸の傾きを0にする調整
を説明するための図。
【図6】本発明の第2の実施の形態に係る光路偏向素子
の斜視図。
【図7】本発明の第3の実施の形態に係る光路偏向素子
の斜視図。
【図8】本発明の第4の実施の形態に係る光路偏向素子
の斜視図。
【符号の説明】
1…楔形プリズム、2…直角プリズム、3…平行プリズ
ム、21…斜面(反射面)、11…底面、12…斜面、
13…垂線、4…透過面、5…直角プリズム、6…接合
プリズム。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】三角柱状のプリズムと、 この三角柱状のプリズムの透過面の一方に接するよう設
    けられた所定形状のプリズムと、 前記三角柱状のプリズムの透過面の他方に接するよう設
    けられた楔形プリズムと、からなり、 前記三角柱状のプリズム、前記所定形状のプリズム及び
    前記楔形プリズムの相対位置関係を調整することによ
    り、前記透過面の一方から入射する光の光軸方向に対す
    る前記透過面の他方から出射する光の光軸方向を調整可
    能にしたことを特徴とする光路偏向素子。
  2. 【請求項2】前記所定形状のプリズムは直角プリズムで
    あることを特徴とする請求項1に記載の光路偏向素子。
  3. 【請求項3】前記所定形状のプリズムは複数のプリズム
    を組合わせた接合プリズムであることを特徴とする請求
    項1に記載の光路偏向素子。
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