JP2012198322A - 光路切換えプリズム - Google Patents

Abstract

【課題】光路切換えプリズムを含む光学機器における光軸調整作業の負担を軽減する技術を提供する。
【解決手段】長さの異なる直角三角柱プリズム２と直角三角柱プリズム３の斜面同士を接合して光路切換えプリズム１を構成する。さらに、接合面５を形成する直角三角柱プリズム２の斜面と直角三角柱プリズム３の斜面の少なくとも一方の斜面が、その斜面の接合面５を形成する領域に半透過膜４がコーティングされた領域を含むように、光路切換えプリズム１は構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光路切換えプリズムに関し、特に、顕微鏡の光路切換えプリズムに関する。

複数の導出口を有し、試料からの光を任意の導出口から選択的に射出する顕微鏡鏡筒が知られている。このような顕微鏡鏡筒を備えた顕微鏡では、顕微鏡鏡筒内部に設けられた光路切換えプリズムを用いて試料からの光が射出される導出口を切換えることにより、カメラによる試料の撮像と、接眼部を用いた試料の目視観察と、を切換えることができる。さらに、試料からの光をいずれかの導出口から射出するだけではなく、試料からの光を顕微鏡鏡筒内で分割し、分割された光を複数の導出口から同時に射出することができる顕微鏡鏡筒も知られている。このような顕微鏡鏡筒は、例えば、特許文献１で開示されている。

特許文献１に開示される顕微鏡鏡筒は、顕微鏡鏡筒内に、光路切換えプリズムとして、目視観察光路のみに光を導くプリズムと、撮像光路のみに光を導くプリズムと、目視観察光路と撮像光路の両方に光を導くプリズムと、を含んでいる。これらのプリズムを移動させていずれかのプリズムを択一的に入射光路上に配置することで、試料からの光が射出される導出口を切換えることができる。

このため、特許文献１に開示される光路切換えプリズムによれば、目視観察、撮像、目視観察と撮像との併用のいずれかの状態に、容易に切り換えることができる。

特開２００８−１９１４７１号公報

ところで、顕微鏡のような光学機器では、像の偏心を抑えるために、光学素子の光軸の傾きや光軸の位置を調整する作業（以降、光軸調整作業と記す。）が、目視観察光路や撮像光路などの光路毎に行われる。
しかしながら、特許文献１に開示される光路切換えプリズムでは、目視観察光路（または撮像光路）のみに光を導く単一光路形成部材であるプリズムと、目視観察光路と撮像光路の両方に光を導く複数光路形成部材であるプリズムとが、個別に設けられている。このため、プリズムの個体差により、同一光路へ光を導くために択一的に用いられるプリズム間で、光軸の位置や傾きに関してズレが生じうる。

従って、特許文献１に開示される光路切換えプリズムを含む顕微鏡では、光軸調整作業を、同一光路に対して光路切換え後の状態毎に行う必要があり、作業の負担が大きい。
以上のような実情を踏まえて、本発明では、光路切換えプリズムを含む光学機器における光軸調整作業の負担を軽減する技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、第１の直角三角柱プリズムと、第１の直角三角柱プリズムと長さが異なる第２の直角三角柱プリズムと、を含み、第１の直角三角柱プリズムの斜面と第２の直角三角柱プリズムの斜面が接合された接合面を形成する少なくとも一方の斜面は、少なくとも一方の斜面の接合面を形成する領域に、半透過膜がコーティングされた第１の領域を含む光路切換えプリズムを提供する。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の光路切換えプリズムにおいて、その少なくとも一方の斜面は、その少なくとも一方の斜面の接合面を形成する領域に、半透過膜がコーティングされていない第２の領域を含む光路切換えプリズムを提供する。

本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様に記載の光路切換えプリズムにおいて、第２の直角三角柱プリズムは、第１の直角三角柱プリズムの屈折率と同一の屈折率を有する光路切換えプリズムを提供する。

本発明によれば、光路切換えプリズムを含む光学機器における光軸調整作業の負担を軽減する技術を提供することができる。

実施例１に係る光路切換えプリズムの構成を例示した図である。 実施例２に係る光路切換えプリズムの構成を例示した図である。

図１は、本実施例に係る光路切換えプリズムの構成を例示した図である。なお、図１のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた右手直交座標系である。
図１に例示される光路切換えプリズム１は、第１の光路切換えプリズム７と、直方体プリズム８からなる第２の光路切換えプリズム９とを含み、例えば、倒立顕微鏡の鏡筒内部でＹ方向に沿って移動可能に配置されている。

第１の光路切換えプリズム７は、直角三角柱プリズム２（第１の直角三角柱プリズム）と、直角三角柱プリズム２と屈折率が同一である直角三角柱プリズム３（第２の直角三角柱プリズム）と、直角三角柱プリズム２と直角三角柱プリズム３との間に設けられた半透過膜４と、直角三角柱プリズム２の斜面と直角三角柱プリズム３の斜面が接合された接合面５と、直角三角柱プリズム３の底面に設けられた楔形プリズム６と、を含んでいる。

直角三角柱プリズム２と直角三角柱プリズム３を比較すると、直角三角柱プリズム２の長さは、直角三角柱プリズム３の長さとは異なっている。より具体的には、直角三角柱プリズム２のＹ方向の長さは、直角三角柱プリズム３のＹ方向の長さに比べて長い。このため、接合面５は、直角三角柱プリズム２の斜面の一部と直角三角柱プリズム３の斜面全体とが接合された接合面である。

接合面５を形成する少なくとも一方の斜面は、その斜面のうちの接合面５を形成する領域に、半透過膜４がコーティングされた領域（第１の領域）を含んでいる。即ち、直角三角柱プリズム２の斜面と直角三角柱プリズム３の斜面の少なくとも一方に、半透過膜４がコーティングされた領域が含まれている。半透過膜４は、例えば、入射光の５０％を反射し、残りの５０％を透過する特性を有している。なお、半透過膜４がコーティングされた領域は、接合面５に入射する光束の径よりも大きな領域であればよい。

楔形プリズム６は、Ｚ方向の厚さがＸ方向に沿って異なる楔形状を有し、Ｚ軸と平行な回転軸周りに回転可能に設けられている。なお、楔形プリズム６のＺ軸に垂直な断面形状は円形である。
図１に例示される光路切換えプリズム１は、顕微鏡の鏡筒内部でＹ方向に沿って移動することで、入射光が入射する位置を異ならせることができる。以降、異なる位置に入射した入射光ＩＬ１、入射光ＩＬ２、入射光ＩＬ３のそれぞれに対する作用について説明する。

入射光ＩＬ１は、Ｚ軸と平行な光として直角三角柱プリズム２に入射する。そして、入射光ＩＬ１は、空気と接している直角三角柱プリズム２の斜面で全反射されて、直角三角柱プリズム２から反射光ＲＬ１として射出される。

入射光ＩＬ２は、Ｚ軸と平行な光として直角三角柱プリズム２に入射する。そして、入射光ＩＬ２は、半透過膜４がコーティングされた斜面（接合面５）のうちの半透過膜４がコーティングされた領域に入射する。入射光ＩＬ２の一部は、接合面５で反射されて、直角三角柱プリズム２から反射光ＲＬ２として射出される。接合面５で反射されなかった入射光ＩＬ２は、接合面５を通過して、直角三角柱プリズム３へ入射する。さらに、直角三角柱プリズム３の底面に配置された楔形プリズム６へ入射する。そして、楔形プリズム６でわずかに進行方向が調整されて、楔形プリズム６から透過光ＴＬ２として射出される。

入射光ＩＬ３は、Ｚ軸と平行な光として直方体プリズム８に入射する。そして、入射光ＩＬ３は、直方体プリズム８内を直進して、直方体プリズム８から透過光ＴＬ１として射出される。

光路切換えプリズム１では、入射光ＩＬ１と入射光ＩＬ２（より厳密には、入射光ＩＬ２の一部）は、いずれも直角三角柱プリズム２の斜面で反射される。つまり、入射光ＩＬ１の反射面と入射光ＩＬ２の反射面は、同一平面である。また、入射光ＩＬ１と入射光ＩＬ２では、入射面と射出面も、それぞれ同一平面である。このため、直角三角柱プリズム２から射出される反射光ＲＬ１と反射光ＲＬ２は、同じ位置から同じ方向へ進行することになる。

従って、光路切換えプリズム１では、光路切換えによる反射光の光路（以降、反射光路と記す。）に対する光軸の傾き及び位置の変化を防止することができる。このため、反射光路に対して、光軸調整作業を光路切換え後の状態毎に行う必要がない。光軸調整作業を光路切換えプリズム１よりも像側の任意の一箇所で行うことが可能であり、作業の負担を軽減することができる。

また、光路切換えプリズム１では、透過光ＴＬ１と透過光ＴＬ２では、通過するプリズムが異なるため、プリズムの個体差により、進行方向に変化が生じうる。しかしながら、光路切換えプリズム１では、楔形プリズム６を回転軸周りに回転させることで、透過光ＴＬ２の射出角度を調整することができる。このため、透過光ＴＬ１と透過光ＴＬ２の進行方向を一致させることができる。

従って、光路切換えプリズム１では、透過光の光路（以降、透過光路と記す。）に対して、光軸調整作業を光路切換えプリズム１よりも像側の任意の一箇所で行うことが可能であり、作業の負担を軽減することができる。

以上、本実施例に係る光路切換えプリズム１によれば、光路切換えプリズムを含む光学機器における光軸調整作業の負担を軽減することができる。特に、光路切換えによる反射光路に対する光軸の傾き及び位置の変化を防止することができるため、反射光路の光軸調整作業の負担を大幅に軽減することができる。また、光路毎に個別のプリズムに設けた光路切換えプリズムに比べて、部品点数を減らすことができる。

なお、光路切換えプリズム１を含む顕微鏡では、反射光路上にカメラを、透過光路上に接眼レンズを配置して、反射光路を撮像光路として、透過光路を目視観察光路として用いてもよい。反対に、反射光路を目視観察光路として、透過光路を撮像光路として用いてもよい。

また、図１では、Ｙ方向に沿って光路切換えプリズム１を移動させた場合に、入射光が導かれる光路が、反射光路のみ、反射光路と透過光路の両方、透過光路のみ、の順に、切換わる構成が例示されているが、特にこれに限られない。光路切換えプリズム１は、入射光が導かれる光路が上述した順番とは異なる順番で切り換わるように構成されてもよい。

また、光路切換えプリズム１に含まれる半透過膜４の光学特性として、入射光の５０％を反射し、残りの５０％を透過する特性を例示したが、半透過膜４の光学特性は特にこれに限られない。半透過膜４は、入射光を異なる比率で反射光と透過光に分割しても良い。

また、図１では、光路切換えプリズム１が倒立顕微鏡の鏡筒内部に配置されている場合を想定して、入射光が光路切換えプリズム１の上方から入射する場合を例示したが、光路切換えプリズム１が用いられる顕微鏡は倒立顕微鏡に限られない。光路切換えプリズム１は、正立顕微鏡に含まれても良く、また、顕微鏡以外の光学機器に含まれても良い。

また、図１では、屈折率が同一の直角三角柱プリズム２と直角三角柱プリズム３を例示したが、特にこれに限られない。ただし、屈折率が同一の直角三角柱プリズム２と直角三角柱プリズム３が接合された光路切換えプリズム１は、接合面での屈折や反射を抑制することができる点で好ましい。
また、光路切り替えプリズム１を精度よく納められる枠構造を採用できる場合や光路切換え時の光軸ズレが問題とならない場合には、楔形プリズム６は省略することができる。その際、照明光ＩＬ３が第２の光路切換えプリズム９を通過する場合の光路長と、照明光ＩＬ２が直角三角柱プリズム２及び直角三角柱プリズム３を通過する場合の光路長とが、同じになるように、第２の光路切換えプリズム９の光軸方向の長さを変更する必要がある。

図２は、本実施例に係る光路切換えプリズムの構成を例示した図である。なお、図２のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた右手直交座標系である。
まず、図２に例示される光路切換えプリズム１１の構成について説明する。

光路切換えプリズム１１は、実施例１に係る光路切換えプリズム１と同様に、例えば、倒立顕微鏡の鏡筒内部でＹ方向に沿って移動可能に配置されている。
光路切換えプリズム１１は、直角三角柱プリズム１２（第１の直角三角柱プリズム）と、直角三角柱プリズム１２と屈折率が同一である直角三角柱プリズム１３（第２の直角三角柱プリズム）と、直角三角柱プリズム１２と直角三角柱プリズム１３との間に設けられた半透過膜１４と、直角三角柱プリズム１２の斜面と直角三角柱プリズム１３の斜面が接合された接合面１５と、を含んでいる。

直角三角柱プリズム１２と直角三角柱プリズム１３を比較すると、直角三角柱プリズム１２の長さは、直角三角柱プリズム１３の長さとは異なっている。より具体的には、直角三角柱プリズム１２のＹ方向の長さは、直角三角柱プリズム１３のＹ方向の長さに比べて長い。このため、接合面１５は、直角三角柱プリズム１２の斜面の一部と直角三角柱プリズム１３の斜面全体とが接合された接合面である。

接合面１５を形成する少なくとも一方の斜面は、その斜面のうちの接合面１５を形成する領域に、半透過膜１４がコーティングされている領域（第１の領域）と、半透過膜１４がコーティングされていない領域（第２の領域）と、を含んでいる。半透過膜１４は、例えば、入射光の５０％を反射し、残りの５０％を透過する特性を有している。なお、半透過膜１４がコーティングされた領域と半透過膜１４がコーティングされていない領域は、それぞれ接合面１５に入射する光束の径よりも大きい領域であればよい。

図２に例示される光路切換えプリズム１１は、顕微鏡の鏡筒内部でＹ方向に沿って移動することで、入射光が入射する位置を異ならせることができる。以降、異なる位置に入射した入射光ＩＬ１、入射光ＩＬ２、入射光ＩＬ３のそれぞれに対する作用について説明する。

入射光ＩＬ１は、Ｚ軸と平行な光として直角三角柱プリズム１２に入射する。そして、入射光ＩＬ１は、空気と接している直角三角柱プリズム１２の斜面で全反射されて、直角三角柱プリズム１２から反射光ＲＬ１として射出される。

入射光ＩＬ２は、Ｚ軸と平行な光として直角三角柱プリズム１２に入射する。そして、入射光ＩＬ２は、半透過膜１４がコーティングされた斜面（接合面１５）のうちの半透過膜１４がコーティングされた領域に入射する。入射光ＩＬ２の一部は、接合面１５で反射されて、直角三角柱プリズム１２から反射光ＲＬ２として射出される。接合面１５で反射されなかった入射光ＩＬ２は、接合面１５を通過して、直角三角柱プリズム１３へ入射する。そして、直角三角柱プリズム１３内を直進して、直角三角柱プリズム１３から透過光ＴＬ２として射出される。

入射光ＩＬ３は、Ｚ軸と平行な光として直角三角柱プリズム１２に入射する。そして、入射光ＩＬ３は、半透過膜１４がコーティングされた斜面（接合面１５）のうちの半透過膜１４がコーティングされていない領域に入射する。入射光ＩＬ３は、接合面１５を通過して、直角三角柱プリズム１３へ入射する。そして、直角三角柱プリズム１３内を直進して、直角三角柱プリズム１３から透過光ＴＬ１として射出される。

光路切換えプリズム１１では、入射光ＩＬ１と入射光ＩＬ２（より厳密には、入射光ＩＬ２の一部）は、いずれも直角三角柱プリズム１２の斜面（接合面１５）で反射される。つまり、入射光ＩＬ１の反射面と入射光ＩＬ２の反射面は、同一平面である。また、入射光ＩＬ１と入射光ＩＬ２では、入射面と射出面も、それぞれ同一平面である。このため、直角三角柱プリズム１２から射出される反射光ＲＬ１と反射光ＲＬ２は、同じ位置から同じ方向へ進行することになる。

従って、光路切換えプリズム１１では、実施例１に係る光路切換えプリズム１と同様に、光路切換えによる反射光路に対する光軸の傾き及び位置の変化を防止することができる。このため、反射光路に対して、光軸調整作業を光路切換え後の状態毎に行う必要がない。光軸調整作業を光路切換えプリズム１１よりも像側の任意の一箇所で行うことが可能であり、作業の負担を軽減することができる。

また、光路切換えプリズム１１では、実施例１に係る光路切換えプリズム１と異なり、入射光ＩＬ２（より厳密には、入射光ＩＬ２の一部）と入射光ＩＬ３は、いずれも接合面１５を通過する。また、入射光ＩＬ２と入射光ＩＬ３では、入射面と射出面も、それぞれ同一平面である。このため、直角三角柱プリズム１３から射出される透過光ＴＬ１と透過光ＴＬ２は、光量は異なるが、同じ位置から同じ方向へ進行することになる。

従って、光路切換えプリズム１１では、実施例１に係る光路切換えプリズム１と異なり、光路切換えによる透過光路に対する光軸の傾き及び位置の変化を防止することができる。このため、透過光路に対しても、光軸調整作業を光路切換え後の状態毎に行う必要がない。光軸調整作業を光路切換えプリズム１１よりも像側の任意の一箇所で行うことが可能であり、作業の負担を軽減することができる。

以上、本実施例に係る光路切換えプリズム１１によれば、光路切換えプリズムを含む光学機器における光軸調整作業の負担を軽減することができる。特に、光路切換えによる透過光路と反射光路の両方に対する光軸の傾き及び位置の変化を防止することができるため、実施例１と比較して、さらに光軸調整作業の負担を軽減することができる。また、実施例１と比較して、さらに部品点数を減らすことができる。

なお、光路切換えプリズム１１を含む顕微鏡では、反射光路と透過光路のいずれを撮像光路としてもよく、また、反射光路と透過光路のいずれを目視観察光路として用いてもよい。

また、光路切換えプリズム１１は、入射光が導かれる光路が、反射光路のみ、反射光路と透過光路の両方、透過光路のみ、の順番とは異なる順番で切り換わるように構成されてもよい。

また、光路切換えプリズム１１に含まれる半透過膜１４は、入射光を任意の比率で反射光と透過光に分割しても良い。
また、光路切換えプリズム１１が用いられる顕微鏡は倒立顕微鏡に限られない。光路切換えプリズム１１は、正立顕微鏡に含まれても良く、また、顕微鏡以外の光学機器に含まれても良い。

また、直角三角柱プリズム１２と直角三角柱プリズム１３の屈折率は、必ずしも同一である必要はない。ただし、屈折率が同一の直角三角柱プリズム１２と直角三角柱プリズム１３が接合された光路切換えプリズム１１は、接合面での屈折や反射を抑制することができる点で好ましい。
また、照明光ＩＬ１と照明光ＩＬ２の間の位置で、直角三角柱プリズム１２を分割してもよい。これにより、直角三角柱プリズム１３と分割後の直角三角柱プリズム１２について部品を共通化することができるため、製造コストを抑制することができる。

１、１１ ・・・光路切換えプリズム
２、３、１２、１３ ・・・直角三角柱プリズム
４、１４ ・・・半透過膜
５、１５ ・・・接合面
６ ・・・楔形プリズム
７ ・・・第１の光路切換えプリズム
８ ・・・直方体プリズム
９ ・・・第２の光路切換えプリズム
ＩＬ１、ＩＬ２、ＩＬ３・・・入射光
ＲＬ１、ＲＬ２ ・・・反射光
ＴＬ１、ＴＬ２ ・・・透過光

Claims (3)

1. 第１の直角三角柱プリズムと、
   前記第１の直角三角柱プリズムと長さが異なる第２の直角三角柱プリズムと、を含み、
   前記第１の直角三角柱プリズムの斜面と前記第２の直角三角柱プリズムの斜面が接合された接合面を形成する少なくとも一方の斜面は、前記少なくとも一方の斜面の前記接合面を形成する領域に、半透過膜がコーティングされた第１の領域を含む
   ことを特徴とする光路切換えプリズム。
2. 請求項１に記載の光路切換えプリズムにおいて、
   前記少なくとも一方の斜面は、前記少なくとも一方の斜面の前記接合面を形成する領域に、半透過膜がコーティングされていない第２の領域を含む
   ことを特徴とする光路切換えプリズム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光路切換えプリズムにおいて、
   前記第２の直角三角柱プリズムは、前記第１の直角三角柱プリズムの屈折率と同一の屈折率を有する
   ことを特徴とする光路切換えプリズム。

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