JPH1152111A

JPH1152111A - 光線分割器

Info

Publication number: JPH1152111A
Application number: JP21461097A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Hayashi; 林　　真市
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】透過光を入射光に対して平行に且つ迷光を有
効光の光路とは異なる方向に射出させると共に、内部歪
みによる影響を受けにくい光線分割器を提供する。【解決手段】本発明の光線分割器１は、透明部材１
ａ，１ｂが張り合わされ全体として平行平板の形状をな
すように構成されている。透明部材１ａ，１ｂの張り合
わせ面（光線分割面１ｃ）には部分反射コート２が施さ
れている。又、光線分割器１の第１面１ｄ及び第２面１
ｅには反射防止コート３が施されている。光線分割面１
ｃは第１面１ｄ及び第２面１ｅに対して微小な角度を有
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光線を反射光と透
過光とに分割する光線分割器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５（ａ），（ｂ）は従来の光線分割器
の一例を示す光軸に沿う断面図である。図５（ａ）に示
した光線分割器は、１枚の平行平板２１の第１面２１ａ
に部分反射コート２２が施されたハーフミラー型のもの
である。又、同図（ｂ）に示した光線分割器は、直角二
等辺三角柱プリズム２３を２枚を張り合わせ、この張り
合わせ面に部分反射コート２２が施されたハーフプリズ
ム型のものである。これらの光線分割器に施されている
部分反射コート２２は、入射光の一部を透過し一部を反
射する性質を有している。従って、前記各光線分割器
は、この部分反射コート２２により入射光を透過光と反
射光とに分割できる。

【０００３】ところで、これらの光線分割器を用い、レ
ーザ光を分割する場合、次のような問題が発生する。即
ち、図５（ａ），（ｂ）に示された光線分割器におい
て、夫々部分反射コート２２が施されていない面におい
ても少量ながら反射光が生じ、これが図中破線で示され
ているような迷光となる。特に、図５（ａ）に示すハー
フミラー型の光線分割器の場合には、迷光２４，２５が
透過光及び反射光の光路に対して平行に位置的に少しず
れて発生するため、透過光及び反射光と不必要な干渉を
引き起こす。通常、光線分割器の部分反射コートが施さ
れている以外の面にも迷光防止のための反射防止コート
が施されるが、それでも入射光に対して強度比で約１％
の反射が生じる。

【０００４】例えば、図５（ａ）に示されたハーフミラ
ー型の光線分割器において、平行平板２１の第１面２１
ａに施された部分反射コート２２は入射光を反射光と透
過光とに夫々５０％ずつの強度比で分割する。ここで、
平行平板２１の第２面２１ｂに強度反射率１％の反射防
止コートが施されている場合、透過光が第２面２１ｂで
１％更に第１面２１ａで５０％夫々反射された後、第２
面２１ｂを９９％透過して生じる迷光２４は、透過光に
対し約０．５％の強度比となる。これを振幅比に換算す
ると７％になる。そして、この迷光２４は透過光と互い
に干渉し合い干渉縞を生じることになるが、この干渉縞
のコントラスト比は１４％となり、測定誤差を誘発する
原因となる。一方、図５（ｂ）に示されたようなハーフ
プリズム型の光線分割器の場合には、迷光が入射光路を
逆行し、レーザ光源の出力を不安定にさせるという問題
がある。

【０００５】このような迷光による悪影響を防ぐために
提案された光線分割器としては、例えば特開平４−７６
５１３号公報に開示されたものがある。この光線分割器
は、図６（ａ）に示すように、楔型プリズム２６の片面
に部分反射コート２２を施すことにより、もう一方の面
で反射して生じる迷光の角度に関して、入射光，透過光
及び反射光の光軸に対しある程度の角度差をもたせるこ
とができる。よって、この光線分割器を適当な光学系と
共に用いることで、迷光を入射光，透過光及び反射光か
ら分割して除去することが可能となり、不必要な干渉を
防ぐことができる。

【０００６】又、図６（ｂ）に示す光線分割器は、特開
平５−１２７０８７号公報に開示されたものである。こ
の光線分割器は、非直角二等辺三角柱状プリズム２７を
２つ張り合わせその張り合わせ面に部分反射コート２２
が施されたハーフプリズム型のものである。この光線分
割器は、非直角二等辺三角柱状プリズム２７の入射面及
び反射面で発生する迷光の角度に関して、入射光，透過
光及び反射光の光軸に対しある程度の角度差をもたせる
ことができる。従って、この光線分割器を用いても適当
な光学系を備えることで、迷光を入射光，透過光及び反
射光から分割して除去することが可能となり、不必要な
干渉を防ぐことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６
（ａ）に示した楔型プリズム２６を用いたハーフミラー
型の光線分割器や、同図（ｂ）に示した非直角二等辺三
角柱状プリズム２７を用いたハーフミラー型の光線分割
器には、依然として以下のような不都合がある。図６
（ａ）に示された光線分割器では、透過光も入射光に対
し角度を有して進行するため、この光線分割器と共に用
いる光学系は構成が複雑になる。一方、図６（ｂ）に示
された光線分割器では、非直角二等辺三角柱状プリズム
２７においてその特有の構造及び加工方法から頂角付近
に内部歪みが発生しやすく、又これを除去することは困
難である。加えて、ハーフプリズム型の光線分割器の場
合、プリズム内の光路が長いため、プリズムの内部歪み
による影響を受けやすく、測定結果に誤差が含まれる虞
がある。

【０００８】そこで、上記問題点に鑑み、本発明は、透
過光を入射光に対して平行に且つ迷光を有効光の光路と
は異なる方向に射出させると共に、内部歪みによる影響
を受けにくい光線分割器を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による光線分割器は、全体として平行平板の
形状をなすように張り合わされた２枚以上の透明部材よ
り成り、光線分割面を形成する前記張り合わせ面の１つ
は前記平行平板の表明に対し所定の角度をなすように構
成されている。更に、本発明の光線分割器は、レーザ光
線を用いた光学顕微鏡の照明光導入手段として用いるこ
とが可能であり、この場合には発生する迷光が前記光学
顕微鏡の視野の外側に向かうように前記光線分割面と前
記平行平板の表面の角度が選定される。又、前記平行平
板は頂角の等しい２枚の楔形状の透明部材を用いて構成
し、前記楔型状の透明部材の頂角は０．５°以上５°以
下の範囲で選定されることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明による光線分割器の
構成を示す光軸に沿う断面図である。本発明の光線分割
器１は、透明部材１ａ，１ｂが張り合わされ全体として
平行平板の形状をなすように構成されている。透明部材
１ａ，１ｂの張り合わせ面（光線分割面１ｃ）には部分
反射コート２が施されている。又、光線分割器１の第１
面（光線の入射面）１ｄ及び第２面（光線の射出面）１
ｅには夫々反射防止コート３が施されている。光線分割
面１ｃは第１面１ｄ及び第２面１ｅに対して微小な角度
を有している。

【００１１】本発明の光線分割器１は全体として平行平
板に構成されているため、第１面１ｄへの入射光と、光
線分割器１の内部を透過し第２面１ｅから射出する射出
光とが平行になる。又、光線分割面１ｃは第１面１ｄ及
び第２面１ｅに対して微小な角度を有しているため、入
射光の一部が第１面１ｄで反射して生じた迷光４は、入
射光や光線分割面１ｃを透過又は反射した透過光，反射
光の何れに対してもある程度の角度が形成されるように
なる。よって、迷光４と入射光，透過光及び反射光との
干渉を防止できる。更に、この光線分割器１と共に適当
な光学系を用いれば、迷光４を入射光，透過光及び反射
光から分割し除去することも可能になる。又、透明部材
１ａ，１ｂに薄い透明部材を用いることにより、光線分
割器１内部の光路が短くなり、内部歪みによる影響を受
けにくくなる。

【００１２】更に、本発明の光線分割器１がレーザ光源
を用いた光学顕微鏡の照明光導入手段として用いられる
場合には、光線分割器１により発生する迷光が前記光学
顕微鏡の視野の外側に向かうように光線分割面１ｃと第
１面１ｄ及び第２面１ｅの角度を選定すればよい。この
ようにすることで、光線分割面１ｃを透過した光が第２
面１ｅにより反射されて生じる迷光５，６や、光線分割
面１ｃにより反射された光が更に第１面１ｄにより反射
されて生じる迷光７，８を、反射光や透過光の光軸と角
度をもたせることができる。よって、この場合にも適当
な光学系を備えることにより、前記迷光５，６，７，８
を除去することが可能になる。

【００１３】又、本発明の光線分割器１を構成する透明
部材１ａ，１ｂに、頂角の等しい２枚の楔形状プリズム
を用いれば、より好ましい。この場合、頂角の方向を互
い違いにしてその楔形状のプリズムを接合することで、
容易に平行平板の形状を形成することができる。このと
きの光線分割器１内部の光路を図２に示す。図２におい
て、透明部材１ａ，１ｂの頂角をΔ、屈折率をｎとす
る。入射光の第１面１ｄへの入射角をθ、第１面１ｄか
らの光の射出角をθ₁とすると、部分反射コート２が施
された光線分割面１ｃ面への入射角及びここでの反射角
は双方ともθ₁＋Δとなる。そして、光線分割面１ｃで
反射された光線は再度第１面１ｄへ入射角θ₁＋２Δで
入射する。又、第１面１ｄからの光線の射出角をθ₂と
する。以下、入射光と反射光とが直交する条件を求め
る。

【００１４】まず、周知のスネルの法則、即ち、を用いると、の関係が成立する。この式（２）を解くと、が得られる。この式（３）において、前記頂角Δの値が
十分小さいときは、と近似できる。

【００１５】又、第１面１ｄにおける入射光の反射によ
り生じる迷光４は、反射角θで射出される。よって、迷
光４と反射光とのなす角は、となる。尚、この角度は、後述するように、他の光路で
生じる迷光の透過光又は反射光に対する角度とほぼ等し
いので、この式（５）より、各光路で生じる迷光を所定
の角度で本来の光路から除去するために必要な頂角Δの
値を求めることができる。

【００１６】又、本発明の光線分割器１を光学顕微鏡の
照明光導入手段として用いる場合、前記透明部材１ａ，
１ｂの頂角Δの値は０．５〜５°の範囲であることが望
ましい。現在市販されている光学顕微鏡の多くは、対物
レンズで物体上の一点からの光束を平行光束にし結像レ
ンズでその平行光束を像面上の一点に集光させる、所謂
無限遠光学系を採用している。このような無限遠光学系
の場合、対物レンズと結像レンズとの間の領域内を進行
する光線が光軸となす角をαとするとき、その光線の像
面上の像高ｈと、結像レンズの焦点距離ｆとの間には、で示される関係がある。従って、対物レンズと結像レン
ズとの間の領域において、結像にかかわる光線の条件
は、結像の最大像高ｈ_maxとして、の関係が成立する。

【００１７】一般に、照明光導入手段としての光線分割
器は、対物レンズと結像レンズとの間に形成される平行
光束中に配置される。従って、本発明の光線分割器１で
発生する迷光が視野から外れる条件は、となり、この式（８）より好適な頂角Δを求めることが
できる。又、通常、照明光導入手段に用いられる透明部
材の屈折率ｎは１．５〜１．８程度であり、顕微鏡にお
ける結像の最大像高ｈ_maxは７〜１３．２５ｍｍ、結像
レンズの焦点距離ｆは１６０〜２００ｍｍであるので、
少なくとも前記Δの値は０．５°以上であることが必要
となる。尚、頂角Δを必要以上に大きくすると光線分割
器全体の厚みが増すため、５°を越える頂角Δは好まし
くない。

【００１８】以下、図３をも参照しながら、本発明の実
施例を示す。

【００１９】実施例本実施例の光線分割器１１は、図１に示された透明部材
１ａ，１ｂに、屈折率が１．５で頂角１°の楔型プリズ
ム１１ａ，１１ｂを用い、これら２枚を互い違いに張り
合わせて全体として平行平板を形成して構成されてい
る。又、楔型プリズム１１ａ，１１ｂの接合面（光線分
割面１１ｃ）には部分反射コート２が施されている。更
に、この光線分割器１１の第１面（光線の入射面）１１
ｄ及び第２面（光線の射出面）１１ｅにも反射防止コー
ト３が施されている。以下、図３に基づき本実施例の光
線分割器１１の作用を説明する。但し、図中の細線は各
境界面における法線を示すものである。

【００２０】本実施例の光線分割器１１の第１面１１ｄ
に対する入射光線の入射角は４３．１°に設定されてい
る。又、光線分割器１１の各境界面において、光線の射
出角は、前述のスネルの法則に従い反射角の大きさと等
しくなっている。本実施例の光線分割器１１において、
まず、入射光は第１面１１ｄに入射角４３．１°の角度
で入射し、第１面１１ｄから射出角２７．１°の角度で
射出される。そして、この光は部分反射コート２が施さ
れた光線分割面１１ｃに対し入射角２８．１°で入射す
る。ここで、入射光は、部分反射コート２によって定め
られる所定の強度比で、透過光と反射光とに分割され
る。透過光は、射出角２８．１°で光線分割面１１ｃか
ら射出された後、入射角２７．１°で第２面１１ｅに入
射し、第２面１１ｅからは射出角４３．１°で射出され
る。一方、光線分割面１１ｃからの反射光は、反射角２
８．１°の角度をもって光線分割面１１ｃから射出され
た後、入射角２９．１°で再度第１面１１ｄに入射し第
１面１１ｄからは射出角４６．９°の角度で射出され
る。従って、この光線分割器１１による透過光は入射光
と平行に射出され、又反射光は入射光に対し垂直な方向
へ射出されることになる。

【００２１】本実施例の光線分割器１１の第１面１１ｄ
及び第２面１１ｅにも反射防止コート３が夫々施されて
いるが、それにもかかわらずそこで約１％の光が反射し
て迷光となる。図３中の破線は、光線分割器１１の各境
界面で反射されて発生する迷光のうち主なものの進行方
向を示している。

【００２２】入射光が光線分割器１１の第１面１１ｄで
反射されて発生する迷光４は、反射角４３．１°で第１
面１１ｄで反射されるため、反射光とは３．８°の角度
をなす。又、第１面１１ｄ及び光線分割面１１ｃを透過
した光の一部は、第２面１１ｅで反射角２７．１°の角
度をもって反射され、入射角２６．１°で光線分割面１
１ｃに入射する。更に、この光は光線分割面１１ｃから
射出角２９．１°で射出され第１面１１ｄに入射角２
７．１°で入射した後、ここから射出角４３．１°の角
度で射出されて迷光５となる。この迷光５は迷光４と平
行で反射光とは３．８°の角度をなす。又、前記第２面
１１ｅから光線分割面１１ｃへ入射角２６．１°で入射
した光線は一方で反射角２６．１°で反射され、第２面
１１ｅに入射角２５．１°で入射し射出角３９．５°で
射出されて迷光６となる。この迷光６は透過光と３．６
°の角度をなす。

【００２３】更に、反射光の一部は第１面１１ｄにおい
て反射角２９．１°で反射され光線分割面１１ｃを透過
した後、第２面１１ｅに入射角２９．１°で入射し射出
角４６．９°で射出されて迷光７となる。この迷光７は
透過光と３．８°の角度をなす。又、前記第１面１１ｄ
で反射され光線分割面１１ｃに入射した光の一部は入射
角と同等の反射角３０．１°で反射された後、第１面１
１ｄに入射角３１．１°で入射し射出角５０．８°で射
出されて迷光８となる。この迷光８は反射光と３．９°
の角度をなす。

【００２４】このように、光線分割器１１の光線分割面
１１ｃ，第１面１１ｄ及び第２面１１ｅ間において繰り
返される反射によって発生する迷光は、入射光に対して
はもとより透過光及び反射光に対しても３．６°以上の
角度を有している。従って、適当な光学系をこの光線分
割器１１と組み合わせて用いることにより、前記迷光を
入射光，透過光及び反射光から分離し除去することがで
きる。

【００２５】一方で、本実施例の光線分割器１１におい
ても、迷光５を発生する原因となる光線の一部が第１面
１１ｄによって反射されることにより発生する迷光９
や、迷光７を発生する原因となる光線の一部が第２面１
１ｅによって反射されることにより発生する迷光１０
等、透過光或いは反射光と平行になる迷光も発生する。
しかし、それらは何れも部分反射コート２や反射防止コ
ート３が施されている境界面を２回以上透過又は反射さ
れて発生したものであるため、その有効光に対する強度
比は約０．００２５％以下となる。これを振幅比になお
せば０．５％となる。よって、それら迷光と本実施例の
光線分割器１１における透過光又は反射光とによって生
じる干渉縞のコントラスト比は前記振幅比の２倍の約１
％であり、実用上問題はない。

【００２６】更に、図４は本実施例による光線分割器１
１をレーザ偏光顕微鏡に使用した例を示す図である。こ
こに示すように、光線の進行方向に向かって順に、レー
ザ光源１２，本実施例の光線分割器１１，対物レンズ１
３，検光子１４，結像レンズ１５，絞り１６，及び撮像
素子１７が配置されて構成される。

【００２７】レーザ光源１２は、直線偏光したコヒーレ
ントな照明光を発する。光線分割器１１はレーザ光源１
２より発せられた照明光を反射して対物レンズ１３へ向
かわせる。対物レンズ１３は、光線分割器１１より入射
した照明光を標本１８上に集光させ、且つ標本１８で回
折して戻ってきた結像光を平行光にして元来た光路を逆
方向に向かわせる。そして、光線分割器１１は対物レン
ズ１３からの結像光を透過する。更に、検光子１４は光
線分割器１１を透過した結像光のうち照明光と直交する
偏光成分のみの光を透過し、結像レンズ１５は検光子１
４を透過した平行な結像光を結像素子１７上に集光す
る。尚、絞り１６は、前記結像光の光路より外れた位置
を通る光線を除去するために、撮像素子１７の前面に配
置されている。ここで、結像レンズ１２の焦点距離は１
８０ｍｍであり、撮像素子１７上の最大像高は１１ｍｍ
である。このため、対物レンズ１３と結像レンズ１５と
の間の領域において光軸とのなす角度が３．５°以下の
光線のみが結像に寄与し、光軸とのなす角度が３．５°
を越える光線は絞り１６によって除去される。

【００２８】ところで、図４に示したレーザ偏光顕微鏡
においては、照明光が光線分割器１１で反射される際
に、図３で示したような経路で迷光４乃至８が発生す
る。しかし、これらの迷光は何れも光軸と３．８°以上
の角度を保って進行するため、標本１８上において視野
の外側に集光され、観察には直接影響しない。又、結像
光が光線分割器１１を透過する際にも前記と同様に迷光
が発生するが、これは結像光と３．６°以上の角度を保
って進行するため、絞り１６により除去され観察に影響
を及ぼすようなことはない。

【００２９】又、このレーザ偏光顕微鏡において、全体
として平行平板よりなる本実施例の光線分割器１１を用
いることにより、入射光の光軸に対して透過光の光軸が
折れ曲がることはなく、真っ直ぐな観察系を構成でき
る。更に、この光線分割器１１は薄い楔型プリズム１１
ａ，１１ｂにより構成されているため、光線分割器１１
自身も薄い平行平板となっている。よって、この光線分
割器１１を図４に示したようなレーザ偏光顕微鏡に用い
ても、光線分割器１１の内部歪みによる影響は小さく、
感度の高い偏光観察をすることができる。

【００３０】

【発明の効果】上述のように、本発明の光線分割器によ
れば、迷光は入射光，透過光及び反射光と一定の角度を
保って進行するため、適当な光学系構成により迷光を除
去することが可能になる。又、この光線分割器によれ
ば、入射光の光軸と透過光の光軸とを平行にすることが
でき、内部歪みを原因とする不具合もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光線分割器の構成を示す光軸に沿
う断面図である。

【図２】本発明の光線分割器内部の光路を説明するため
の図である。

【図３】本発明の実施例を示す図である。

【図４】図４に示した光線分割器をレーザ偏光顕微鏡に
用いた一例を示す図である。

【図５】（ａ）は従来のハーフミラー型の光線分割器の
構成を示す光軸に沿う断面図である。（ｂ）は従来のハ
ーフプリズム型の光線分割器の構成を示す光軸に沿う断
面図である。

【図６】（ａ）は従来の楔型プリズムを用いたハーフミ
ラー型の光線分割器の構成を示す光軸に沿う断面図であ
る。（ｂ）は従来の非直角二等辺三角柱状プリズムを用
いたハーフプリズム型の光線分割器の構成を示す光軸に
沿う断面図である。

【符号の説明】

１，１１光線分割器１ａ，１ｂ透明部材１ｃ，１１ｃ光線分割面１ｄ，１１ｄ，２１ａ第１面１ｅ，１１ｅ，２１ｂ第２面２，２２部分反射コート３反射防止コート４，５，６，７，８，９，１０，２４，２５迷光１１ａ，１１ｂ，２６楔型プリズム１２レーザ光源１３対物レンズ１４検光子１５結像レンズ１６絞り１７撮像素子１８標本２１平行平板２３直角二等辺三角柱プリズム２７非直角二等辺三角柱プリズム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】全体として平行平板の形状をなすように
張り合わされた２枚以上の透明部材より成り、光線分割
面を形成する前記張り合わせ面の１つは前記平行平板の
表面に対し所定の角度をなすように構成された光線分割
器。
【請求項２】レーザ光源を用いた光学顕微鏡の照明光
導入手段として用いられ、発生する迷光が前記光学顕微
鏡の視野の外側に向かうように前記光線分割面と前記平
行平板の表面の角度が選定された請求項１に記載の光線
分割器。
【請求項３】前記平行平板は頂角の等しい２枚の楔形
状の透明部材により構成されている請求項１又は２に記
載の光線分割器。
【請求項４】前記楔形状の透明部材の頂角の大きさは
０．５°以上５°以下である請求項３に記載の光線分割
器。