JPH0254921B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0254921B2 JPH0254921B2 JP20046483A JP20046483A JPH0254921B2 JP H0254921 B2 JPH0254921 B2 JP H0254921B2 JP 20046483 A JP20046483 A JP 20046483A JP 20046483 A JP20046483 A JP 20046483A JP H0254921 B2 JPH0254921 B2 JP H0254921B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- prism
- incident
- angle
- reflectance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、入射光線束を90゜反射屈曲させる全
反射プリズムに関する。
反射プリズムに関する。
入射光線束を入射方向から90゜方向に偏光させ
るには従来、入射光路に対し45゜傾けた、いわゆ
る45゜ミラーが一般的に用いられている。この45゜
ミラーは、レーザの様な単一波長の光源を用いる
光学装置の中にもしばしば用いられているが、多
くの場合これらの光学装置において、反射の際の
エネルギロスを無くすこと、つまり反射率を100
％にすることが望まれる。しかし反射率が100％
のミラーというのは極めて実現困難である。一般
的に用いられる45゜ミラーは、第１図に示すよう
に、基板１１の表面に、金属あるいは誘電体多層
のミラー膜１２を施した表面鏡からなるものであ
るが、ミラー膜１２を金属膜とする場合、代表的
に用いられるAlの場合で反射率85％、またAgの
場合で95％程度の反射率しか得られない。他方誘
電体多層膜の場合、理論的には膜の数を増してい
けば、反射率を99.9％以上と100％に近づけるこ
とが可能であるが、膜の層数が増えるに従い製造
技術あるいは製造コスト上の問題点が発生する。
また第２図に示すようなプリズムの全反射を利用
した断面三角形の光偏向プリズム１３も知られて
いるが、このプリズム１３では、光路と45゜の角
度をなす反射面Ｑで100％の反射率が得られても、
光路と直角をなす入射面Ｐおよび出射面Ｒでの反
射を完全に零にすることはできないので、トータ
ルとして入射のエネルギI0を100％、90゜方向に偏
向させることはできない。
るには従来、入射光路に対し45゜傾けた、いわゆ
る45゜ミラーが一般的に用いられている。この45゜
ミラーは、レーザの様な単一波長の光源を用いる
光学装置の中にもしばしば用いられているが、多
くの場合これらの光学装置において、反射の際の
エネルギロスを無くすこと、つまり反射率を100
％にすることが望まれる。しかし反射率が100％
のミラーというのは極めて実現困難である。一般
的に用いられる45゜ミラーは、第１図に示すよう
に、基板１１の表面に、金属あるいは誘電体多層
のミラー膜１２を施した表面鏡からなるものであ
るが、ミラー膜１２を金属膜とする場合、代表的
に用いられるAlの場合で反射率85％、またAgの
場合で95％程度の反射率しか得られない。他方誘
電体多層膜の場合、理論的には膜の数を増してい
けば、反射率を99.9％以上と100％に近づけるこ
とが可能であるが、膜の層数が増えるに従い製造
技術あるいは製造コスト上の問題点が発生する。
また第２図に示すようなプリズムの全反射を利用
した断面三角形の光偏向プリズム１３も知られて
いるが、このプリズム１３では、光路と45゜の角
度をなす反射面Ｑで100％の反射率が得られても、
光路と直角をなす入射面Ｐおよび出射面Ｒでの反
射を完全に零にすることはできないので、トータ
ルとして入射のエネルギI0を100％、90゜方向に偏
向させることはできない。
本発明は、反射率を100％とし得る全反射プリ
ズムを目的になされたもので、基本的には、入射
面に対し45゜の方向をなして入射する入射光線が
該入射面で反射する光線の方向と、入射面から入
射した後反射面で全反射してから該入射面を通し
て出射する光線の方向とを一致させることによ
り、反射率が実質的に100％の全反射プリズムを
得るという発想に基づいてなされたものである。
ズムを目的になされたもので、基本的には、入射
面に対し45゜の方向をなして入射する入射光線が
該入射面で反射する光線の方向と、入射面から入
射した後反射面で全反射してから該入射面を通し
て出射する光線の方向とを一致させることによ
り、反射率が実質的に100％の全反射プリズムを
得るという発想に基づいてなされたものである。
このような発想に基づいて完成された本発明の
全反射プリズムは、基本的には、底面と、この底
面と平行な上面と、上記底面に対し鋭角をなし上
面に対し鈍角をなす左右対称の両側反射面とを有
する、断面等脚台形をなしていて、底面が入射
面、他の両側面および上面が全反射面を構成す
る。そしてこれらの各面は、底面に対し45゜の角
度をなして入射し、両側反射面および上面で全反
射した後上記底面の上記入射位置と同一の位置か
ら出射する光線の方向が、上記底面で直接反射す
る光線の方向と同じく入射光に対し90゜の角度を
なすように、その位置および各面間の角度が設定
されている。
全反射プリズムは、基本的には、底面と、この底
面と平行な上面と、上記底面に対し鋭角をなし上
面に対し鈍角をなす左右対称の両側反射面とを有
する、断面等脚台形をなしていて、底面が入射
面、他の両側面および上面が全反射面を構成す
る。そしてこれらの各面は、底面に対し45゜の角
度をなして入射し、両側反射面および上面で全反
射した後上記底面の上記入射位置と同一の位置か
ら出射する光線の方向が、上記底面で直接反射す
る光線の方向と同じく入射光に対し90゜の角度を
なすように、その位置および各面間の角度が設定
されている。
さらにこのような全反射プリズムは、具体的に
は少なくとも、底面と両側反射面とのなす鋭角を
γ、プリズムの屈折率をｎとしたとき、 γ＝45゜＋sin-1（√２／2n）とし、 かつ、底面の長さａと、底面から上面迄の距離
ｂとの比ｂ／ａを、 ｂ／ａ＝2sinγ／（sinγ＋cosγ） の関係を満足するように作成すると得られる。
は少なくとも、底面と両側反射面とのなす鋭角を
γ、プリズムの屈折率をｎとしたとき、 γ＝45゜＋sin-1（√２／2n）とし、 かつ、底面の長さａと、底面から上面迄の距離
ｂとの比ｂ／ａを、 ｂ／ａ＝2sinγ／（sinγ＋cosγ） の関係を満足するように作成すると得られる。
以下図示実施例について本発明を説明する。第
３図は本発明の第一の実施例を示すものでで、プ
リズムの屈折率ｎが、ｎ＝1.50の場合の具体的形
状例およびそのときの光路例を示している。この
全反射プリズムは、底面２０、この底面２０と平
行な上面２１、および底面２０と上面２１を結ぶ
左右対称の両側面２２，２２からなつていて、両
側面２２は底面２０に対し鋭角γをなし、したが
つて上面２１に対しては鈍角をなし、全体として
断面等脚台形をなしている。
３図は本発明の第一の実施例を示すものでで、プ
リズムの屈折率ｎが、ｎ＝1.50の場合の具体的形
状例およびそのときの光路例を示している。この
全反射プリズムは、底面２０、この底面２０と平
行な上面２１、および底面２０と上面２１を結ぶ
左右対称の両側面２２，２２からなつていて、両
側面２２は底面２０に対し鋭角γをなし、したが
つて上面２１に対しては鈍角をなし、全体として
断面等脚台形をなしている。
そして底面２０の長さをａとし、台形の高さ、
すなわち底面２０と上面２１の距離をｂとする
と、このａ，ｂおよび上記γは上記各条件を満た
している。すなわちγ＝73.13゜、ｂ＝1.535aとな
つている。
すなわち底面２０と上面２１の距離をｂとする
と、このａ，ｂおよび上記γは上記各条件を満た
している。すなわちγ＝73.13゜、ｂ＝1.535aとな
つている。
上記構成の全反射プリズムにおいて、底面２０
の中央のＡ点に、入射角45゜で光線を入射させる
と、底面２０における反射率に応じ、一部は底面
２０表面で入射方向に対し90゜をなす方向に反射
される。入射光のエネルギをI0、底面２０におけ
る反射率をＲとすると、この表面反射によつて入
射方向と90゜をなす方向に偏向される光のエネル
ギはI0Rである。Ｒの値は、もしこの底面２０に
何らのコーテイングが施されていない場合はＲ＝
0.04（４％）であるが、適当なコーテイングを施
してＲの値がこれ以外の任意の値をとつたとして
も、光の吸収がないコーテイングであれば本発明
は成立する。
の中央のＡ点に、入射角45゜で光線を入射させる
と、底面２０における反射率に応じ、一部は底面
２０表面で入射方向に対し90゜をなす方向に反射
される。入射光のエネルギをI0、底面２０におけ
る反射率をＲとすると、この表面反射によつて入
射方向と90゜をなす方向に偏向される光のエネル
ギはI0Rである。Ｒの値は、もしこの底面２０に
何らのコーテイングが施されていない場合はＲ＝
0.04（４％）であるが、適当なコーテイングを施
してＲの値がこれ以外の任意の値をとつたとして
も、光の吸収がないコーテイングであれば本発明
は成立する。
他方底面２０表面により反射された光エネルギ
の残り、すなわちI0（Ｉ−Ｒ）は本プリズムの中
に入つていく。この光は底面２０で屈折の法則に
従う角度α（本例の場合はα＝28.13゜）でプリズ
ムの中を進み、側面２２のＢ点で90゜偏向の反射
を受け、次に上面２１のＣ点に入射角β（本例の
場合はβ＝61.87゜）で入射する。Ｃ点に入射した
光はここで反射され、次の側面２２のＤ点で再び
90゜偏向の反射を受けてＡ点に戻つてくる。Ｂ点、
Ｃ点およびＤ点における反射率は、これら各点へ
の入射角がいずれもプリズムの臨界角（本例の場
合は41.81゜）より大きいので100％（全反射）と
なり、結局本プリズムへ入射した光のエネルギI0
（Ｉ−Ｒ）は、そのままＡ点に戻ることになる。
ここで光のエネルギは再び底面２０を透過するも
のと、底面２０で反射するものとに分けられる
が、Io（１−Ｒ）（１−Ｒ）のエネルギがプリズム
の外へ出て、最初に底面２０で反射した光と同じ
く、Ioの入射方向と90゜をなす方向へ放出される。
の残り、すなわちI0（Ｉ−Ｒ）は本プリズムの中
に入つていく。この光は底面２０で屈折の法則に
従う角度α（本例の場合はα＝28.13゜）でプリズ
ムの中を進み、側面２２のＢ点で90゜偏向の反射
を受け、次に上面２１のＣ点に入射角β（本例の
場合はβ＝61.87゜）で入射する。Ｃ点に入射した
光はここで反射され、次の側面２２のＤ点で再び
90゜偏向の反射を受けてＡ点に戻つてくる。Ｂ点、
Ｃ点およびＤ点における反射率は、これら各点へ
の入射角がいずれもプリズムの臨界角（本例の場
合は41.81゜）より大きいので100％（全反射）と
なり、結局本プリズムへ入射した光のエネルギI0
（Ｉ−Ｒ）は、そのままＡ点に戻ることになる。
ここで光のエネルギは再び底面２０を透過するも
のと、底面２０で反射するものとに分けられる
が、Io（１−Ｒ）（１−Ｒ）のエネルギがプリズム
の外へ出て、最初に底面２０で反射した光と同じ
く、Ioの入射方向と90゜をなす方向へ放出される。
一方Io（１−Ｒ）Ｒのエネルギ分は、再びプリ
ズム内へ反射され、最初の入射光と同じにＢ点、
Ｃ点およびＤ点の全反射を受けてＡ点に戻り、こ
こでIo（１−Ｒ）2Rの光が、Ioの入射方向と90゜を
なす方向へ放出される。
ズム内へ反射され、最初の入射光と同じにＢ点、
Ｃ点およびＤ点の全反射を受けてＡ点に戻り、こ
こでIo（１−Ｒ）2Rの光が、Ioの入射方向と90゜を
なす方向へ放出される。
このような繰り返し反射が本プリズム内で行な
われる結果、入射光に対して90゜方向に偏向され
る光の総エネルギＩは、その繰り返し反射の分を
無限に足し合わせて、 Ｉ＝IoR＋Io（１−Ｒ）2＋Io（１−Ｒ）2R＋ Io（１−Ｒ）2R2＋Io（１−Ｒ）2R3＋… ＝Io（Ｒ＋（１−Ｒ）2（１＋Ｒ＋R2＋R3……）） となる。
われる結果、入射光に対して90゜方向に偏向され
る光の総エネルギＩは、その繰り返し反射の分を
無限に足し合わせて、 Ｉ＝IoR＋Io（１−Ｒ）2＋Io（１−Ｒ）2R＋ Io（１−Ｒ）2R2＋Io（１−Ｒ）2R3＋… ＝Io（Ｒ＋（１−Ｒ）2（１＋Ｒ＋R2＋R3……）） となる。
Ｒ＜１であるので、この無限級数は結局
Ｉ＝Io（Ｒ＋（１−Ｒ）2／（１−Ｒ））＝Io
となり、すべての入射光エネルギが入射方向と90
度をなす方向へ偏向されることとなる。つまり本
プリズムの反射率は100％である。
度をなす方向へ偏向されることとなる。つまり本
プリズムの反射率は100％である。
この無限級数は、底面２０への入射光の位置
と、本プリズム内で反射した後底面２０から出射
する光線の位置とが一致する範囲において成立す
る。すなわち、上記例において底面２０に入射さ
せ得る有効な光線束の大きさは、第３図の破線で
示す範囲で、底面２０の長さａを用いると、
0.202aの直径として表すことができる。
と、本プリズム内で反射した後底面２０から出射
する光線の位置とが一致する範囲において成立す
る。すなわち、上記例において底面２０に入射さ
せ得る有効な光線束の大きさは、第３図の破線で
示す範囲で、底面２０の長さａを用いると、
0.202aの直径として表すことができる。
第４図は本発明の第二の実施例を示すもので、
プリズムの屈折率ｎがｎ＝2.0の場合の例を示し
ている。このとき底面２０と側面２２のなす鋭角
γは、上述の式から、γ＝65.71゜、底面２０の長
さａと台形の高さｂの比は、ｂ＝1.387aとなる。
そしてこの実施例では、底面２０に対して入射
45゜で入射し、屈折角α（α＝20.70゜）で本プリズ
ム内に入つていつた光線は、Ｂ点およびＤ点の入
射角がともに45゜、Ｃ点の入射角βがβ＝69.30゜と
なり、いずれもこのプリズムの臨界角30゜を超え
るので、第一の実施例と全く同様に、入射光エネ
ルギの100％を90゜偏向させることができる。
プリズムの屈折率ｎがｎ＝2.0の場合の例を示し
ている。このとき底面２０と側面２２のなす鋭角
γは、上述の式から、γ＝65.71゜、底面２０の長
さａと台形の高さｂの比は、ｂ＝1.387aとなる。
そしてこの実施例では、底面２０に対して入射
45゜で入射し、屈折角α（α＝20.70゜）で本プリズ
ム内に入つていつた光線は、Ｂ点およびＤ点の入
射角がともに45゜、Ｃ点の入射角βがβ＝69.30゜と
なり、いずれもこのプリズムの臨界角30゜を超え
るので、第一の実施例と全く同様に、入射光エネ
ルギの100％を90゜偏向させることができる。
またこの実施例において有効な入射光線の径
は、第４図の破線で囲まれる部分で、底面２０の
長さａを用いて0.101aの直径として表すことがで
きる。そして、この破線で示す光線束の範囲から
分るように、プリズムはこの範囲だけが使用さ
れ、他の部分は使用されない。よつて第４図のよ
うに、側面２２，２２の光線が通過しない部分を
カツトしても、100％反射の全反射プリズムの機
能は全く失われない。第一の実施例についても同
様である。
は、第４図の破線で囲まれる部分で、底面２０の
長さａを用いて0.101aの直径として表すことがで
きる。そして、この破線で示す光線束の範囲から
分るように、プリズムはこの範囲だけが使用さ
れ、他の部分は使用されない。よつて第４図のよ
うに、側面２２，２２の光線が通過しない部分を
カツトしても、100％反射の全反射プリズムの機
能は全く失われない。第一の実施例についても同
様である。
以上のように本発明の全反射プリズムによれ
ば、100％の反射率で光線を90゜偏向させることが
できるので、一般の反射物体の反射率を測定する
場合の参照反射物体として用いることができる。
すなわち従来例えば45゜ミラーの反射率を測定す
るには、第５図のように、同一の受光素子３０を
用いて被験45゜ミラー３１への入射前の光のエネ
ルギIo、および反射後の光のエネルギＩを測定
し、反射率ＲをＲ＝Ｉ／Ioとして測定していたの
であるが、この測定方法は受光素子３０を移動さ
せねばならない点で装置が複雑になる。ところが
本発明の全反射プリズムによれば、これを参照物
体として用い、市販の複光束分光器等を用いて、
被験体に反射した後の光エネルギと、本全反射プ
リズムで反射した光のエネルギとの比を求めれ
ば、容易に被験体の反射率を測定することができ
る。
ば、100％の反射率で光線を90゜偏向させることが
できるので、一般の反射物体の反射率を測定する
場合の参照反射物体として用いることができる。
すなわち従来例えば45゜ミラーの反射率を測定す
るには、第５図のように、同一の受光素子３０を
用いて被験45゜ミラー３１への入射前の光のエネ
ルギIo、および反射後の光のエネルギＩを測定
し、反射率ＲをＲ＝Ｉ／Ioとして測定していたの
であるが、この測定方法は受光素子３０を移動さ
せねばならない点で装置が複雑になる。ところが
本発明の全反射プリズムによれば、これを参照物
体として用い、市販の複光束分光器等を用いて、
被験体に反射した後の光エネルギと、本全反射プ
リズムで反射した光のエネルギとの比を求めれ
ば、容易に被験体の反射率を測定することができ
る。
この他本発明の全反射プリズムの効果を列挙す
ると次の通りである。
ると次の通りである。
(1) 底面、上面および両側面の研磨面に何等の反
射増加膜あるいは反射防止膜を施さなくとも、
入射光のエネルギを100％、90゜偏向させること
ができるので、安価な高反射プリズムの製作が
可能となる。
射増加膜あるいは反射防止膜を施さなくとも、
入射光のエネルギを100％、90゜偏向させること
ができるので、安価な高反射プリズムの製作が
可能となる。
(2) 逆に光の入射する底面には光の吸収を伴なわ
ない透明膜であれば、どのようなものが付いて
いても、光のエネルギを100％、90゜方向に偏向
させることができるという効果は失われないの
で、上面と両側面の全反射面の保護を十分に行
なつておけば、底面の汚れに強い長期使用、保
存に耐える高反射プリズムが得られる。
ない透明膜であれば、どのようなものが付いて
いても、光のエネルギを100％、90゜方向に偏向
させることができるという効果は失われないの
で、上面と両側面の全反射面の保護を十分に行
なつておけば、底面の汚れに強い長期使用、保
存に耐える高反射プリズムが得られる。
(3) 100％反射、90゜偏向の効果は、入射光の偏光
状態の如何に拘わらず変化しないので、光学系
に起因する偏光状態の変化に影響されない安定
した高反射プリズムが得られる。
状態の如何に拘わらず変化しないので、光学系
に起因する偏光状態の変化に影響されない安定
した高反射プリズムが得られる。
(4) 上述のように、他の反射ミラーや反射プリズ
ム等の被験体の反射率を測定する際の参照ミラ
ーとして使用することができ、入射角45゜の反
射率（絶対反射率）測定が容易となる。
ム等の被験体の反射率を測定する際の参照ミラ
ーとして使用することができ、入射角45゜の反
射率（絶対反射率）測定が容易となる。
第１図は従来の45゜ミラーの例を示す概念図、
第２図は従来の全反射面を利用した光偏向プリズ
ムの概念図、第３図、第４図はそれぞれ本発明の
全反射プリズムの実施例を示す断面図、第５図は
従来の反射物体の反射率を測定する際の原理図で
ある。 ２０…底面、２１…上面、２２…側面。
第２図は従来の全反射面を利用した光偏向プリズ
ムの概念図、第３図、第４図はそれぞれ本発明の
全反射プリズムの実施例を示す断面図、第５図は
従来の反射物体の反射率を測定する際の原理図で
ある。 ２０…底面、２１…上面、２２…側面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 底面と、この底面と平行な上面と、上記底面
に対し鋭角をなし上面に対し鈍角をなす左右対称
の両側反射面とを有するプリズムであつて、 上記底面に対し45゜の角度をなして入射し、両
側反射面および上面で全反射した後、上記底面の
上記入射位置と同一の位置から出射する光線の方
向が、上記底面で直接反射する光線の方向と同じ
く入射光に対し90゜の角度をなすように上記各面
の位置および各面間の角度を設定したことを特徴
とする全反射プリズム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58200464A JPS6091301A (ja) | 1983-10-26 | 1983-10-26 | 全反射プリズム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58200464A JPS6091301A (ja) | 1983-10-26 | 1983-10-26 | 全反射プリズム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6091301A JPS6091301A (ja) | 1985-05-22 |
| JPH0254921B2 true JPH0254921B2 (ja) | 1990-11-26 |
Family
ID=16424743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58200464A Granted JPS6091301A (ja) | 1983-10-26 | 1983-10-26 | 全反射プリズム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6091301A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7859776B2 (en) * | 2005-11-18 | 2010-12-28 | Panasonic Corporation | Prism, imaging device and lighting device including the same, and prism manufacturing method |
| WO2007060835A1 (ja) * | 2005-11-24 | 2007-05-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | プリズム、それを備えた撮像装置及び照明装置、並びにプリズムの製造方法 |
| JP5781188B1 (ja) * | 2014-03-26 | 2015-09-16 | 株式会社フジクラ | 導光装置、製造方法、及び、ｌｄモジュール |
-
1983
- 1983-10-26 JP JP58200464A patent/JPS6091301A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6091301A (ja) | 1985-05-22 |
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