(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼び面角９０゜で交わる一対の反射面を有するダハプリズムを備え、瞳がこのダハプリズムの一対の反射面の稜線で分割される観察光学機器において、
上記ダハプリズムの前方に少なくとも１枚のレンズを備え、
該ダハプリズムの一対の反射面には多層膜が付されており、
この多層膜は、上記レンズの光軸に対し±１゜の範囲の入射角でダハプリズムの一対の反射面のそれぞれに入射する光束の反射の前後におけるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差の変化量が９０°以内となるように抑制する性質を備えていることを特徴とするダハプリズムを有する観察光学機器。
【請求項２】
請求項１記載の観察光学機器において、次の条件式（１）を満足するダハプリズムを有する観察光学機器。
（１）Ｄ×ε≦６０（ｍｍ・秒）
但し、
Ｄ：ダハプリズムの反射面に入射する光束の進行方向と直交する断面における径、
ε：ダハプリズムの一対の反射面の呼び面角９０゜に対する加工誤差（秒）。
【請求項３】
請求項１または２記載の観察光学機器において、上記ダハプリズムの呼び面角の加工精度が９０゜±１０”であるダハプリズムを有する観察光学機器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の観察光学機器において、多層膜は可視域波長の光束に対する吸収のない誘電体膜からなるダハプリズムを有する観察光学機器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の観察光学機器において、上記ダハプリズムはペチャンプリズムであり、該ペチャンプリズムの屈折率ｎが、１．４６＜ｎ＜１．６０であるとき、上記多層膜は、ペチャンプリズムの反射面側から順に、次の光学膜厚ｄ１〜ｄ９（ｎｍ）と、屈折率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３（２．００＜Ｍ１＜２．１０、１．３５＜Ｍ２＜１．４０、１．４５＜Ｍ３＜１．５０）を有する誘電体を積層した第１層ないし第９層からなっている観察光学機器。
第１層；  ３４．０＜ｄ１＜  ４２．５（Ｍ１）
第２層；  ８６．５＜ｄ２＜１０２．０（Ｍ２）
第３層；  ５８．０＜ｄ３＜  ６７．５（Ｍ１）
第４層；１５２．０＜ｄ４＜１６２．５（Ｍ３）
第５層；  ６４．０＜ｄ５＜  ７０．０（Ｍ１）
第６層；１００．０＜ｄ６＜１０９．０（Ｍ３）
第７層；１３０．９＜ｄ７＜１３６．５（Ｍ１）
第８層；２２３．０＜ｄ８＜２３２．０（Ｍ２）
第９層；１１６．５＜ｄ９＜１２１．５（Ｍ１）
【請求項６】
呼び面角９０゜で交わる一対の反射面を有するダハプリズムにおいて、
上記一対の反射面に、多層膜が付されており、
この多層膜は、４７．７４〜４９．７４°の入射角でダハプリズムの一対の反射面のそれぞれに入射する光束の反射の前後におけるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差の変化量が９０°以内となるように抑制する性質を備えていることを特徴とするダハプリズム。
【請求項７】
請求項６記載のダハプリズムにおいて、次の条件式（１）を満足するダハプリズム。
（１）Ｄ×ε≦６０（ｍｍ・秒）
但し、
Ｄ：ダハプリズムの反射面に入射する光束の進行方向と直交する断面における径、
ε：ダハプリズムの一対の反射面の呼び面角９０゜に対する加工誤差（秒）。
【請求項８】
請求項６または７記載のダハプリズムにおいて、上記呼び面角の加工精度が９０゜±１０”であるダハプリズム。
【請求項９】
請求項６ないし８のいずれか１項記載のダハプリズムにおいて、上記多層膜は可視域波長の光束に対する吸収のない誘電体膜からなるダハプリズム。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれか１項記載のダハプリズムにおいて、該ダハプリズムの屈折率ｎが、１．４６＜ｎ＜１．６０であるとき、上記多層膜は、ダハプリズムの反射面側から順に、次の光学膜厚ｄ１〜ｄ９（ｎｍ）と、屈折率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３（２．００＜Ｍ１＜２．１０、１．３５＜Ｍ２＜１．４０、１．４５＜Ｍ３＜１．５０）を有する誘電体を積層した第１層ないし第９層からなっているダハプリズム。
第１層；  ３４．０＜ｄ１＜  ４２．５（Ｍ１）
第２層；  ８６．５＜ｄ２＜１０２．０（Ｍ２）
第３層；  ５８．０＜ｄ３＜  ６７．５（Ｍ１）
第４層；１５２．０＜ｄ４＜１６２．５（Ｍ３）
第５層；  ６４．０＜ｄ５＜  ７０．０（Ｍ１）
第６層；１００．０＜ｄ６＜１０９．０（Ｍ３）
第７層；１３０．９＜ｄ７＜１３６．５（Ｍ１）
第８層；２２３．０＜ｄ８＜２３２．０（Ｍ２）
第９層；１１６．５＜ｄ９＜１２１．５（Ｍ１）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、物体像の上下左右を反転するダハプリズムを有する観察光学機器及びダハプリズムに関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】
単眼鏡、双眼鏡等の観察光学機器のうち、ダハプリズムを用いた機器は、一つのダハプリズムで対物光学系による像の上下左右を反転できるため、小型にできるという利点がある。一方、ダハプリズムでは、呼び面角９０゜で交わる一対の反射面の稜線によって瞳が分割されるため、面角の高い加工精度が要求される。加工精度が低いと、像が二重に観察されてしまうという問題がある。
【０００３】
一方、光束が反射面で反射すると、その反射の前後において、光波の互いに直交するｐ偏光成分とｓ偏光成分に位相差が生じることが知られている。この位相差は、ポロプリズム等の瞳が分割されることのない系では、観察像に悪影響を与えることはないが、ダハプリズムのように稜線で瞳が分割される系では、分割された瞳の一方と他方とでダハプリズムから出射した光の偏光状態に違いが生じるため波面収差が生じ、観察像が悪化する。これはダハプリズムの反射面により与えられる位相差による偏光状態変化が、一方の反射面に入射し他方の反射面から出射する場合と、該他方の反射面に入射し上記一方の反射面から出射する場合とで異なって作用することに起因する。反射面により与えられる位相差が大きいほど、生じる偏光状態変化の違いが大きくなり、結果として波面収差が大きくなって、面角の加工精度が低い場合と同様に、二重像として観察されたり、コントラストが低下してしまう。
【０００４】
このダハプリズムの反射面で生じる位相差を軽減するために従来、反射面にアルミや銀の金属膜コートを施すことが行なわれてきた。この金属膜コートは、問題の位相差を低減するのに効果があることが確認されている。しかし、ダハプリズムの加工精度が向上するのに伴い、金属膜コートでは、問題の位相差を低減する効果が不十分であると指摘されるに至った。つまり、加工精度が低いうちは、観察像の劣化が面角誤差によるのか位相差によるのか不明であり、面角誤差と位相差の合成によって観察像の性能が評価されるのに対し、加工精度が向上すると、位相差の問題点がクローズアップされる。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は従って、より高度な面角精度で加工されるダハプリズムを有する観察光学機器において、ダハプリズムの一対の反射面のそれぞれに入射する光束の反射の前後における位相差の変化を抑制し、波面収差の劣化を抑えて観察像の性能を向上させることを目的とする。また、本発明は、そのようなダハプリズムを得ることを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、呼び面角９０゜で交わる一対の反射面を有するダハプリズムを備え、瞳がこのダハプリズムの一対の反射面の稜線で分割される観察光学機器の態様では、ダハプリズムの前方に少なくとも１枚のレンズを備え、該ダハプリズムの一対の反射面には多層膜が付されており、この多層膜は、上記レンズの光軸に対し±１゜の範囲の入射角でダハプリズムの一対の反射面のそれぞれに入射する光束の反射の前後におけるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差の変化量が９０°以内となるように抑制する性質を備えていることを特徴としている。
【０００７】
本発明は、呼び面角９０゜で交わる一対の反射面を有するダハプリズムの態様では、一対の反射面に、多層膜が付されており、この多層膜は、４７．７４〜４９．７４°の入射角でダハプリズムの一対の反射面のそれぞれに入射する光束の反射の前後におけるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差の変化量が９０°以内となるように抑制する性質を備えていることを特徴としている。
【０００８】
本発明のプリズム及び観察光学機器は、次の条件式（１）を満足することが好ましい。
（１）Ｄ×ε≦６０（ｍｍ・秒）
但し、
Ｄ：ダハプリズムの反射面に入射する光束の進行方向と直交する断面における径、
ε：ダハプリズムの一対の反射面の呼び面角９０゜に対する加工誤差（秒）、
である。
この条件式（１）は実験により見出したもので、この条件を満足しないと、多層膜を付しても、像の悪化が大きく、反射の前後の位相差の変化量を減少させることによる効果が確認できない。
【０００９】
別の視点からは、本発明のダハプリズム及び観察光学機器は、ダハプリズムの呼び面角の加工精度が９０°±１０”であることが好ましい。加工精度がこれより悪い系では、このような多層膜を付しても、加工精度に起因する像の悪化が大きく、反射の前後の位相差の変化量を減少させることによる効果が確認できない。
【００１１】
多層膜は、具体的には、少なくも、可視域波長（略４００ｎｍ〜略７００ｎｍ）の光束に対する吸収のない誘電体膜から構成することができる。可視域波長の光束に対する吸収のない多層膜（誘電体膜）は、多数が知られている。
【００１２】
具体的には、少なくとも、ダハプリズム（ペチャンプリズム）の屈折率ｎが、１．４６＜ｎ＜１．６０であるとき、ダハプリズム（ペチャンプリズム）の反射面側から順に、次の光学膜厚ｄ１〜ｄ９（ｎｍ）と、屈折率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３（２．００＜Ｍ１＜２．１０、１．３５＜Ｍ２＜１．４０、１．４５＜Ｍ３＜１．５０）を有する誘電体を積層した第１層ないし第９層の積層構造から構成することができる。
第１層；  ３４．０＜ｄ１＜  ４２．５（Ｍ１）
第２層；  ８６．５＜ｄ２＜１０２．０（Ｍ２）
第３層；  ５８．０＜ｄ３＜  ６７．５（Ｍ１）
第４層；１５２．０＜ｄ４＜１６２．５（Ｍ３）
第５層；  ６４．０＜ｄ５＜  ７０．０（Ｍ１）
第６層；１００．０＜ｄ６＜１０９．０（Ｍ３）
第７層；１３０．９＜ｄ７＜１３６．５（Ｍ１）
第８層；２２３．０＜ｄ８＜２３２．０（Ｍ２）
第９層；１１６．５＜ｄ９＜１２１．５（Ｍ１）
【００１３】
プリズム材料の屈折率ｎが１．４６＜ｎ＜１．６０の範囲を外れると、多層膜（誘電体膜）の構成が上記のようであっても、目的とする位相差が得られない。誘電体膜の具体的材料は、多数が知られているが、Ｍ１の屈折率を有する材料としては、例えばＴａ２Ｏ５  、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５  、ＨｆＯ２、Ｍ２の屈折率を有する材料としては、例えばＳｉＯ２、Ｍ３の屈折率を有する材料としては、例えばＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ１  、ＮａＦ  をそれぞれ用いることができる。これらの材料の具体的な屈折率は、成膜条件によって変化する。
【００１４】
【発明の実施形態】
図１は、ダハプリズムを有する双眼鏡を例示している。左右同一の一対の光学系は、物体側から順に、対物レンズ群１１、補助プリズム１２、ダハプリズム（ペチャンプリズム）１３及び接眼レンズ群１４を備えている。図２は、ダハプリズム１３の形状例を示すもので、呼び面角９０°で交わる一対の反射面（全反射面）１３ａ、１３ｂを備えている。このような系では、この一対の反射面１３ａと１３ｂの間の稜線１３ｃが、対物レンズ群１１の瞳からくる光線を分割する。つまり、被観察物体上の１点から出て、対物レンズ群１１を介して広がる光束は、図３に示すように、稜線１３ｃの両側に跨って、反射面１３ａと１３ｂに入射し、その結果、像の上下左右が反転する。反射面１３ａと１３ｂの面角（稜角）は、９０°±１０”、より好ましくは、９０°±７”に加工されている。
【００１５】
図１６は、光波の直交する２つの振動方向成分の位相差を説明する図である。光波の互いに直交するｐ偏光成分とｓ偏光成分の振幅が同一であるとすると、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差及びその進みと遅れによって、偏光状態が図１６のように変化する。周知のように、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差が０の場合が直線偏光、同位相差が９０°の場合が円偏光、直線偏光と円偏光の中間（同位相差が０°と９０°の間のとき）が楕円偏光である。一対の反射面１３ａと１３ｂの稜線１３ｃが対物レンズ群１１の瞳からくる光線を分割する系における問題は、反射面１３ａ及び１３ｂのそれぞれへ入射する光束の反射の前後におけるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差の変化量が大きいと、両反射面１３ａ、１３ｂから出射する光束の偏光状態に大きな差が生じ、結果として波面収差が大きくなり、コントラストが低下したり二重像として観察される可能性が高くなることにある。
【００１６】
この偏光状態の変化を数式を用いて説明する。図３において、上側の反射面１３ａの方位角を−β、下側の反射面１３ｂの方位角をβ、入射角αで入射する光にこれら反射面が与える位相差をΔとすると、下側の反射面１３ｂに入射して射出する光に作用するジョーンズマトリックスＭｕは、次式１によって与えられる。
【数１】
0003586387.tif 000002
【００１７】
また、上側の反射面１３ａに入射して下側の面から射出するジョーンズマトリックスＭｅは、次式２によって与えられる。
【数２】
0003586387.tif 000003
【００１８】
ダハプリズム１３に入射する光の偏向状態をＬｉ、上側の面から射出する光の偏光状態をＬｏｕ、下側の面から射出する光の偏光状態をＬｏｅとすると、次式３が成立する。
【数３】
0003586387.tif 000004
【００１９】
この式から分かるように、入射時の偏光方向のまま射出される平行成分はどちらの場合も一定の作用を受けるが（ａ＋ｂｉ、ａ−ｂｉに変化がない）、入射時の偏光方向と垂直な方向になって射出される直交成分は、符号が異なる（−ｃとｃ）。従って、瞳の上下で偏光状態が異なることになる。例えば、入射光をｘ方向に振動する直線偏光とすると、Ｘ＝１、Ｙ＝０であるので、式３は、次の式４とかける。これを図に示したのが図４である。
【数４】
0003586387.tif 000005
【００２０】
ここで、上下の偏光状態の違いを小さくするためには、ｃを０に近付ければよい。
ｃ＝−ｓｉｎ２（Δ／２）ｓｉｎ４β
であるから、
ｓｉｎ２（Δ／２）＝０
であればよい。
従って、Δを小さくする、すなわち、反射面により与えられる位相差を小さくすればよい。
【００２１】
反射面１３ａと１３ｂには、図５に模式的に示すように、多層膜として、複数の積層膜からなる誘電体膜１５が付着形成されている。この多層膜（誘電体膜）１５は、可視域波長の光束（略４００ｎｍ〜略７００ｎｍ）に対する吸収がない、つまり反射率が１００％となるように成膜されている。より具体的には、対物レンズ群１１の光軸に対し±１゜の範囲の入射角でダハプリズム１３の一対の反射面１３ａ、１３ｂのそれぞれに入射する光束（４７．７４〜４９．７４°の入射角でダハプリズム１３の反射面１３ａ、１３ｂに入射する光束）を考えるとき、反射面１３ａに入射して反射してから反射面１３ｂに入射し反射する光束と、反射面１３ｂに入射して反射してから反射面１３ａに入射し反射する光束にはそれぞれ、反射の前後において、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差の変化が生じるが、誘電体膜１５は、この位相差の変化量が、９０°以内となるように抑制する性質を有するように成膜する。反射の前後における位相差の変化量が９０°以内であれば、観察像の劣化（ぼけ）がない（観察されない）ことが確認された。このような性質を有する誘電体膜の設計は、種々可能である。
【００２２】
次に具体的な実施例を説明する。
「実施例１」
図５の誘電体膜１５を、ダハプリズム１３側から順に積層した９層の誘電体膜から構成した。表１は、そのデータである。消衰係数Ｋ＝０は、吸収がないことを示す。
【００２３】
【表１】
0003586387.tif 000006
【００２４】
図６は、実施例１において、ダハプリズム１３へ対物レンズ群１１の光軸に対して−１゜をなす光束が入射するとき（ダハプリズムの反射面への入射角が４７．７４°のとき）の各波長の光の反射率Ｒを示すもので、４００〜７００ｎｍの可視光域において１００％の反射率が得られている。また図７は、同じ入射角４７．７４°のとき、反射面１３ａ、１３ｂでの反射の前後において生じる位相差の変化量を示すもので、問題の位相差の変化量ＲΔが±３°に収まっていることが分かる。
【００２５】
同様に、図８は、実施例１において、ダハプリズム１３へ対物レンズ群１１の光軸に対して＋１゜をなす光束が入射するとき（ダハプリズムの反射面への入射角が４９．７４°のとき）の各波長の光の反射率Ｒを示し、図９は、同じ入射角４９．７４°のとき、反射面１３ａ、１３ｂでの反射の前後において生じる位相差の変化量を示している。同様に、１００％の反射率と、±８°程度の位相差の変化量が得られていることが分かる。
【００２６】
「実施例２」
図５の誘電体膜１５を、ダハプリズム１３側から順に積層した９層の誘電体膜から構成した。表２は、そのデータである。
【００２７】
【表２】
0003586387.tif 000007
【００２８】
図１０は、実施例２において、ダハプリズム１３へ対物レンズ群１１の光軸に対して＋０．４７゜をなす光束が入射するとき（ダハプリズムの反射面への入射角が４９．２１°のとき）の各波長の光の反射率Ｒを示すもので、４００〜７００ｎｍの可視光域において１００％の反射率が得られている。また図１１は、同じ入射角４９．２１°のとき、反射面１３ａ、１３ｂでの反射の前後において生じる位相差の変化量を示すもので、問題の位相差の変化量ＲΔが±３°程度に収まっていることが分かる。
【００２９】
「実施例３」
図５の誘電体膜１５を、ダハプリズム１３側から順に積層した９層の誘電体膜から構成した。表３は、そのデータである。
【００３０】
【表３】
0003586387.tif 000008
【００３１】
図１２は、実施例３において、ダハプリズム１３へ対物レンズ群１１の光軸に対して−１゜をなす光束が入射するとき（ダハプリズムの反射面への入射角が４７．７４°のとき）の各波長の光の反射率Ｒを示すもので、４００〜７００ｎｍの全可視光域において１００％の反射率が得られている。また図１３は、同じ入射角４７．７４°のとき、反射面１３ａ、１３ｂでの反射の前後において生じる位相差の変化量を示すもので、問題の位相差の変化量ＲΔが±３°程度に収まっていることが分かる。
【００３２】
同様に、図１４は、実施例３において、入射角が４９．２１°のときの各波長の光の反射率Ｒを示し、図１５は、同じ入射角４９．２１°のとき、反射面１３ａ、１３ｂでの反射の前後において生じる位相差の変化量を示している。同様に、１００％の反射率と、±８°程度の問題の位相差の変化量ＲΔが得られていることが分かる。
【００３３】
以上の実施形態は、ダハプリズム（ペチャンプリズム）１３の反射面１３ａ、１３ｂが全反射面である場合であるが、反射面が全反射面でない場合にも本発明は効果がある。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、ダハプリズムを用いた観察光学機器において、位相差の差に起因する波面収差の増加を抑え、観察像の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による観察光学機器として双眼鏡を示す平面図である。
【図２】同双眼鏡内のダハプリズムの単体形状を示す斜視図である。
【図３】ダハプリズムの稜線での瞳の分割を説明する模式図である。
【図４】入射光がｘ成分直線偏光である場合の反射の前後での位相差を説明する模式図である。
【図５】ダハプリズムの反射面に対する誘電体膜の積層形成状態を示す模式図である。
【図６】ダハプリズムの反射面に実施例１の誘電体膜を付したとき、一対の反射面に対する入射角が４７．７４°のときの各波長の光の反射率Ｒを示すグラフ図である。
【図７】同実施例１において、一対の反射面に対する入射角が４７．７４°のとき、各反射面での反射の前後において生じる位相差の変化量ＲΔを示すグラフ図である。
【図８】同実施例１において、一対の反射面に対する入射角が４９．７４°のときの各波長の光の反射率Ｒを示すグラフ図である。
【図９】同実施例１において、一対の反射面に対する入射角が４９．７４°のとき、各反射面での反射の前後において生じる各波長での位相差の変化量ＲΔを示すグラフ図である。
【図１０】ダハプリズムの反射面に実施例２の誘電体膜を付したとき、一対の反射面に対する入射角が４９．２１°の各波長の光の反射率Ｒを示すグラフ図である。
【図１１】同実施例２において、一対の反射面に対する入射角が４９．２１°のとき、各反射面での反射の前後において生じる位相差の変化量ＲΔを示すグラフ図である。
【図１２】ダハプリズムの反射面に実施例３の誘電体膜を付したとき、一対の反射面に対する入射角が４７．７４°の各波長の光の反射率Ｒを示すグラフ図である。
【図１３】同実施例３において、一対の反射面に対する入射角が４７．７４°のとき、各反射面での反射の前後において生じる位相差の変化量ＲΔを示すグラフ図である。
【図１４】ダハプリズムの反射面に実施例３の誘電体膜を付したとき、一対の反射面に対する入射角が４９．２１°の各波長の光の反射率Ｒを示すグラフ図である。
【図１５】同実施例３において、一対の反射面に対する入射角が４９．２１°のとき、各反射面での反射の前後において生じる位相差の変化量ＲΔを示すグラフ図である。
【図１６】光波のｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差を説明する図である。
【符号の説明】
１３  ダハプリズム
１３ａ  反射面
１３ｂ  反射面
１３ｃ  稜線
１５  多層膜（誘電体膜）
【図１】
0003586387.tif 000009
【図２】
0003586387.tif 000010
【図３】
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【図４】
0003586387.tif 000012
【図５】
0003586387.tif 000013
【図６】
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【図７】
0003586387.tif 000015
【図８】
0003586387.tif 000016
【図９】
0003586387.tif 000017
【図１０】
0003586387.tif 000018
【図１１】
0003586387.tif 000019
【図１２】
0003586387.tif 000020
【図１３】
0003586387.tif 000021
【図１４】
0003586387.tif 000022
【図１５】
0003586387.tif 000023
【図１６】
0003586387.tif 000024