(57)【要約】【課題】２個のプリズムが光学薄膜を介して相互接着されているビームスプリッターにおいて、内側面での反射光による雑音を低減した光束分割素子を提供することを目的とする。【解決手段】２個の直角プリズムが光学薄膜を介して相互接着されることにより構成されているキューブビームスプリッターと、  前記キューブビームスプリッターを構成している一方のプリズムの一側面に対して、傾斜を持って設置され、前記プリズムと同等の屈折率を持つ透明材料からなる透明平板と、  前記透明平板を保持し、かつ、その傾斜角度を可変とする傾斜角度調節手段と、  前記一方のプリズムの側面と前記透明平板との間隙に充填され、前記プリズムおよび前記透明平板と同等の屈折率を持つ透明液体と、を備えていることを特徴とする光束分割素子。【選択図】図１
2008102312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個の直角プリズムが光学薄膜を介して相互接着されることにより構成されているキューブビームスプリッターと、
前記キューブビームスプリッターを構成している一方のプリズムの一側面に対して、傾斜を持って設置され、前記プリズムと同等の屈折率を持つ透明材料からなる透明平板と、
前記透明平板を保持し、かつ、その傾斜角度を可変とする傾斜角度調節手段と、
前記一方のプリズムの側面と前記透明平板との間隙に充填され、前記プリズムおよび前記透明平板と同等の屈折率を持つ透明液体と、
を備えていることを特徴とする光束分割素子。
【請求項２】
対象物に照明光を照射する照明光源と、
対象物を保持および移動させる対象物移動手段と、
対象物の像を撮像する撮像手段と、
請求項１に記載の光束分割素子を対象物と前記撮像手段との間に設置することを特徴とする、撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２個のプリズムが光学薄膜を介して相互接着されているビームスプリッターにおいて、内側面での反射による雑音を低減した光束分割素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビームスプリッターは光束を分割（または合成）するために用いられる光学素子であり、その分割比が１：１であるものがハーフミラーと呼ばれている。
【０００３】
一般的なビームスプリッターとしては、板状の透明基材の片面に光学薄膜を形成したプレート型ビームスプリッターと、２個の直角プリズムを光学薄膜を介して斜面で相互接着したキューブビームスプリッターとがある。
【０００４】
プレート型ビームスプリッターは、構造が簡単で安価であるが、入射光路に対して透過光路の光軸のずれが発生する、裏面反射による複像の発生がある、などの短所がある。プレート型ビームスプリッターに比較すると、キューブビームスプリッターは入射光路に対する透過光路の光軸ずれがない、立方体形状の各面を基準に出来るので位置調整しやすい、内側面での反射がほとんど発生しないなどの長所があり、精密な光学系に用いられることが多い。
【０００５】
しかしながら、キューブビームスプリッターでも微弱ながら内側面での反射が発生する場合がある。とらえたい信号自体が微弱な場合には、その内側面での反射によるノイズの影響が相対的に強くなり、精度よく信号検出ができない場合もある。
【０００６】
図２は、従来のキューブビームスプリッターを使った光学系の一例において、キューブビームスプリッターの内側面での反射が発生している状態を模式的に示したものである。
【０００７】
照明光源１１１からの入射光１０１は、キューブビームスプリッター１２０の接合面１２１の光学薄膜によりその一部が反射され、さらに対象物側のキューブビームスプリッター側面１２２を通過して、対象物１１２に照射される。対象物１１２からの物体光のうちの一部１０２は、キューブビームスプリッター１２０内部を通過して、撮像手段や光センサなどの光検出手段１１３に入り、信号として検出される。
【０００８】
ここで、入射光１０１が、対象物側のキューブビームスプリッター側面１２２を通過する際に、そのうちのごくわずかな光が１２２の内側面で反射され、さらにそのうちの一部がキューブビームスプリッター内側面での反射光１０３として光検出手段１１３に入る。物体光１０２が検出するべき信号であるのに対して、キューブビームスプリッター内側面での反射光１０３はノイズである。
【０００９】
一般的にキューブビームスプリッターの４つの側面は、内側面および外側面での反射を防止するために、よく研磨された上に反射防止膜コーティングが施されている。従ってキューブビームスプリッター内側面での反射光１０３の強度は弱いものであるが、検出すべき信号１０２もごく弱い場合には、信号／雑音比が悪くなるため、低減または除去すべきものである。
【００１０】
２個のプリズムが光学薄膜を介して相互接着されているビームスプリッターにおいて、上記のような反射光を除去する方法として、図３のような形状のビームスプリッターが提案されている。（非特許文献１参照）
【００１１】
ビームスプリッター１３０を構成する２つのプリズムのうち、光検出手段１１３側のプリズム１３５は直角プリズムであるが、対象物１１２側のプリズム１３６の底面は直角二等辺三角形ではなく、接合面に対向する角の大きさが直角ではない角度θとなっている。
【００１２】
照明光源１１１からの入射光１０１は、ビームスプリッター１３０の接合面１３１の光学薄膜によりその一部が反射され、さらに対象物側のビームスプリッター側面１３２を通過して、対象物１１２に照射される。
【００１３】
対象物１１２からの物体光２は、ビームスプリッター１３０内部を通過して光検出手段１１３に入り、信号として検出される。
【００１４】
照明光源１１１からの入射光１０１が、対象物側のビームスプリッター側面１３２を通過する際に、その一部が反射されて反射光１０３が発生する。しかし面１３２が傾斜しているために、反射光１０３は物体光１０２とは異なる方向に進み、撮像手段１１３には入射しない。このような作用により光検出手段１１３は、反射光１０３によるノイズを除去した状態で撮像を行うことができる。
【００１５】
【非特許文献１】末田哲夫著、「オプトロニクス技術活用のための光学部品の使い方と留意点（増補改訂版）」、オプトロニクス社、平成２年５月２１日、ｐ．１８−１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、対象物側のプリズム１３６の角度θは、光検出手段の受光素子のサイズ、光検出手段で使用するレンズ等の光学系、受光素子とビームスプリッターの間の距離、ビームスプリッターと対象物の間の距離によって、所定の値とすることが必要である。
【００１７】
すなわち、図２における透面１３２での反射光１０３が、光検出手段１１３の受光素子に入射しない角度にθを設定する必要があり、使用する光学系によって個別のビームスプリッターを準備しなければならない、ということである。
【００１８】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、２個のプリズムが光学薄膜を介して相互接着されているビームスプリッターにおいて、内側面での反射光の進行方向の角度を可変とした光束分割素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するため、本発明の請求項１においては、
２個の直角プリズムが光学薄膜を介して相互接着されることにより構成されているキューブビームスプリッターと、
前記キューブビームスプリッターを構成している一方のプリズムの一側面に対して、傾斜を持って設置され、前記プリズムと同等の屈折率を持つ透明材料からなる透明平板と、
前記透明平板を保持し、かつ、その傾斜角度を可変とする傾斜角度調節手段と、
前記一方のプリズムの側面と前記透明平板との間隙に充填され、前記プリズムおよび前記透明平板と同等の屈折率を持つ透明液体と、
を備えていることを特徴とする光束分割素子としたものである。
【００２０】
本発明の請求項１に記載の光束分割素子は、プリズムおよび透明平板と同等の屈折率を持つ透明液体があるために、キューブビームスプリッターの内側面での反射がほとんど起きない。そのかわりに透明平板の裏面反射が発生するが、透明平板が傾斜して設置されているために、裏面反射光の光軸を物体光の光軸からずらすことができ、裏面反射光によるノイズの低減が可能となる。
【００２１】
また傾斜角度調節手段により、透明平板の傾斜角度を調整することが出来るため、撮像条件の異なる撮像装置でも使用可能となる。
【００２２】
また本発明の請求項２では、
対象物に照明光を照射する照明光源と、
対象物を保持および移動させる対象物移動手段と、
対象物からの物体光を撮像する撮像手段と、
請求項１に記載の光束分割素子を対象物と前記撮像手段との間に設置することを特徴とする、撮像装置としたものである。
【００２３】
本発明の請求項２に記載の撮像装置では、光束分割素子の内部での反射光の光軸を対象物からの物体光の光軸からずらして、光束分割素子の内部での反射光によるノイズを低減して撮像を行うことができる。したがって、対象物からの物体光が微弱な場合でも、精度の良い撮像を行うことができる
【発明の効果】
【００２４】
本発明の光束分割素子によれば、光束分割素子の内部での反射光の光軸を対象物からの物体光の光軸からずらして、光束分割素子の内部での反射光によるノイズを低減することができる。また傾斜角度調節手段により、透明平板の傾斜角度を調整することが出来るため、撮像条件の異なる撮像装置でも使用可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１に、本発明の実施形態である光束分割素子を使った撮像装置の模式図を示す。
【００２６】
キューブビームスプリッター２０の対象物側の面２２に対して、透明平板２４が所定角度の傾斜をもって図示せぬ傾斜角度調節手段によって保持されている。
【００２７】
また、キューブビームスプリッター２０の対象物側の側面２２と透明平板２４との間隙には、透明液体２３が充填されている。透明液体２３は、側面２２と透明平板２４との間隙からこぼれないように図示せぬ保持手段により保持されていてもよい。
【００２８】
また、キューブビームスプリッター２０を構成するプリズム、透明液体２３、および透明平板２４は、屈折率が同等の材質からなっているものとする。
【００２９】
照明光源１１からの入射光１は、キューブビームスプリッター２０の接合面２１の光学薄膜によりその一部が反射され、さらに対象物側のキューブビームスプリッター側面２２、透明液体２３、透明平板２４を通過して、対象物１２に照射される。
【００３０】
対象物１２からの物体光２は、透明平板２４、透明液体２３、キューブビームスプリッター２０内部を通過して撮像手段１３に入り、信号として検出される。
【００３１】
ここで、キューブビームスプリッター側面２２のすぐ外側に、キューブビームスプリッター２０を構成する直角プリズムと同等の屈折率を持つ透明液体２３が存在するため、キューブビームスプリッター側面２２では内側面での反射は起こらない。同様に透明液体２３と透明平板２４の屈折率も同等としているので、透明液体２３と透明平板２４が接している面でも反射は起こらない。
【００３２】
透明平板２４の対象物側の面２５では反射光３が発生する。しかし透明平板２４が傾斜しているために、反射光３は物体光２とは異なる方向に進み、撮像手段１３には入射しない。このような作用により撮像手段１３は、反射光３によるノイズを除去した状態で撮像を行うことができる。
【００３３】
撮像手段１３は、撮像により得た画像データを、図示せぬ処理手段および記憶手段に送る。処理手段では前記画像データは各種の計算処理を施され、記憶手段では前記計算処理前の画像データ、および前記計算処理後の画像データが記憶される。
【００３４】
なお、キューブビームスプリッター２０の対象物側の面２２と透明平板２４とのなす角度は、撮像手段の撮像素子のサイズ、撮像手段で使用するレンズ等の光学系、キューブビームスプリッターのサイズ、撮像素子とキューブビームスプリッターの間の距離、キューブビームスプリッターと対象物の間の距離によって調節が必要である。すなわち、図１における透明平板２４の対象物側の面２５での反射光３が、撮像手段１３の撮像素子に入射しないように、キューブビームスプリッター２０の対象物側の面２２と透明平板２４とのなす角度を、傾斜角度調節手段により調節する。
【００３５】
本実施形態の光束分割素子によれば、傾斜角度調節手段により面２２と透明平板２４のなす角度を調節できるので、撮像手段や対象物との距離および撮像素子のサイズが異なる撮像装置でも、対応可能であるという利点がある。
【００３６】
以上の実施形態では、説明を簡潔にするため、入射光１のうちビームスプリッターの接合面２１で反射された光を利用する部分しか記述していないが、入射光１のうちビームスプリッターの接合面２１を透過する光を利用して、撮像装置を構成することも可能である。
【００３７】
また、本発明では物体光を受光する手段として撮像手段を用いているが、光センサなどの光検出手段を用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の光束分割素子によれば、ビームスプリッター内部の反射によるノイズを除去した光学系を構成することが可能となり、光の干渉や回折を利用した光学装置においても、微弱な信号を精度よくとらえることが出来るようになるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態の模式図
【図２】従来の、一般的なキューブビームスプリッターを使った光学系の模式図
【図３】従来の、内面反射光を除去するビームスプリッターを使った光学系の模式図
【符号の説明】
【００４０】
１・・・・・入射光
２・・・・・対象物からの物体光
３・・・・・ビームスプリッターの内側面での反射光
１１・・・・照明光源
１２・・・・対象物
１３・・・・撮像手段
２０・・・・キューブビームスプリッター
２１・・・・キューブビームスプリッター２０の接合面
２２・・・・対象物側のキューブビームスプリッター２０の側面
２３・・・・透明液体
２４・・・・透明平板
２５・・・・透明平板の対象物側の面
１０１・・・入射光
１０２・・・対象物からの物体光
１０３・・・スプリッターの内側面での反射光
１１１・・・照明光源
１１２・・・対象物
１１３・・・光検出手段
１２０・・・キューブビームスプリッター
１２１・・・キューブビームスプリッター１２０の接合面
１２２・・・対象物側のキューブビームスプリッター１２０の側面
１３０・・・ビームスプリッター
１３１・・・ビームスプリッター１３０の接合面
１３２・・・対象物側のビームスプリッター１３０の側面
１３５・・・ビームスプリッター１３０を構成する直角プリズム
１３６・・・ビームスプリッター１３０を構成するプリズム
θ・・・・・プリズム１３６底面の、接合面に対向する角の角度
【図２】
2008102312.tif 000003
【図３】
2008102312.tif 000004
【図１】
2008102312.tif 000005