JP3548282B2 - Optical branching optical system - Google Patents
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Description
【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゜〜45゜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[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a light splitting optical system.
[0002]
[Prior art and its problems]
The light branching optical system is used, for example, in a lightwave distance measuring device. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional example, in which 1 is a light source such as an LED, 2 is a light receiving element, 3 is a half mirror, 4 is an objective lens system, and 5 is a prism for splitting light. A light splitting element, 6 is a prism for image inversion, and 7 is an eyepiece. The objective lens system 4 includes a
[0003]
An optical system including the objective lens system 4, the
[0004]
The
[0005]
The infrared light reflected by the object to be measured returns to the
[0006]
As is well known in principle, the lightwave distance measuring device emits infrared light from the
[0007]
By the way, the dichroic coat used in the above configuration has a property that its spectral characteristic changes depending on the incident angle of light incident on this coat. FIG. 8 is a diagram illustrating this spectral characteristic, in which the vertical axis represents transmittance (%) and the horizontal axis represents light wavelength. The solid line shows the relationship between the wavelength and the transmittance when the incident angle is 45 °, the broken line shows the relationship at 30 ° and the dashed line shows the relationship at 15 °. The angle of incidence is 0 ° for normal incidence. From this figure, it can be seen that when the incident angle is 15 °, almost 100% of the light is transmitted up to a wavelength of about 750 nm, which is the limit of visible light, and almost 100% of the longer wavelength is reflected. Next, when the incident angle is 30 °, the transmittance starts to decrease from around 700 nm, which is near the upper limit of visible light, but it can be transmitted by about 50% up to about 750 nm, and it can be said that it has almost the same characteristics as the target.
[0008]
However, when the incident angle becomes 45 °, the transmittance from around 600 nm in the visible light region drops to 50% or less, and the transmittance becomes almost 0% between 700 nm and 750 nm. The red component of the image will be significantly reduced. In addition, a slight shift of the observer's eye in a direction orthogonal to the optical axis of the eyepiece 7 changes the color tone of the object being observed.
[0009]
On the other hand, the light incident on the dichroic coat is divergent light from the
[0010]
[Object of the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and has as its object to provide an optical branching optical system in which a change in the incident angle of a light beam incident on a light splitting element is small and the adverse effect of spectral characteristics is small. I have.
[0011]
Summary of the Invention
The light splitting optical system according to the present invention includes a light splitting element that transmits light of a specific wavelength and reflects light in another wavelength range in a light beam condensed by the light collecting lens of the optical system having the light collecting lens. Further, a mirror that reflects light reflected by the light splitting element and guides the light to the outside of the light beam condensed by the light collecting element is disposed in an optical path including the light collecting element and the light splitting element.
By arranging the light splitting element and the mirror in this way, the angle of incidence of the light beam on the light splitting element can be kept within a certain small range, so that the spectral characteristics are not adversely affected.
[0012]
When the mirror is provided near the convergence point of the light beam reflected by the light splitting element, the size of the mirror can be reduced most. Further, if the mirror is fixed to the condenser lens, a support member for the mirror is not required, so that the amount of light blocking can be reduced.
The light splitting element has a plane perpendicular to the optical axis of the condensing lens, and is constituted by a parallel flat plate having one surface provided with a dichroic coat, or similarly, a condensing lens having a dichroic coat provided on one surface thereof. And a curved plate having a convex or concave surface. If the division surface is a convex surface or a concave surface, the degree of freedom of the position of the mirror is increased, and particularly in the case of a convex surface, the angle of incidence can be reduced.
[0013]
The light beam reflected by the light dividing element is, for example, infrared light for distance measurement, and the condenser lens and the light dividing element are provided in a telescope of the distance measuring optical system.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. In the drawing,
[0015]
The infrared light emitted as a distance measuring light beam from the
[0016]
The distance measuring light beam (infrared light) reflected from the object to be measured is superimposed on the visible light as the second light beam, enters the
[0017]
The reflected infrared light converges on a
[0018]
In the above configuration, since the
[0019]
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the
[0020]
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the dichroic coat surface of the
[0021]
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the
[0022]
FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, a
[0023]
The reflected light flux from the
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a light splitting optical system in which the incident angle of a light beam incident on a light splitting element is small, is not adversely affected by spectral characteristics, and has high light use efficiency. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a light splitting optical system according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a second exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of spectral characteristics when an incident angle on a dichroic coat is in a range of 0 ° to 15 °.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional light splitting optical system.
FIG. 8 is a diagram showing spectral characteristics when an angle of incidence on a dichroic coat is in a range of 15 ° to 45 °.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
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。An optical system having a condenser lens;
A light splitting element that transmits light of a specific wavelength and reflects light of another wavelength range, which is disposed in a light beam condensed by a light condensing lens of the optical system; and
A mirror disposed in an optical path including the condensing lens and the light splitting element, for reflecting the light reflected by the light splitting element and guiding the light out of the light condensed by the condensing lens;
A light splitting optical system comprising:
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