(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光レンズを有する光学系；
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。
【請求項２】
請求項１において、上記ミラーは、光分割素子と集光レンズの間に設けられている光分岐光学系。
【請求項３】
請求項１において、上記ミラーと光分割素子との間には、少なくとも１枚の集光レンズが位置している光分岐光学系。
【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られている光分岐光学系。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、上記光分割素子は、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面を付した平行平面板からなる光分岐光学系。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項において、上記光分割素子は、ダイクロイックコートを付した曲面を有する光分岐光学系。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、上記ミラーは、上記集光レンズ近傍の光軸上に位置している光分岐光学系。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか１項において、上記ミラーは、上記集光レンズに固定されている光分岐光学系。
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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