JP2016071276A

JP2016071276A - 像反転プリズム

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Publication number: JP2016071276A
Application number: JP2014202826A
Authority: JP
Inventors: 尚美渡辺; Naomi Watanabe
Original assignee: Kamakura Koki Co Ltd
Current assignee: Kamakura Koki Co Ltd
Priority date: 2014-10-01
Filing date: 2014-10-01
Publication date: 2016-05-09
Anticipated expiration: 2034-10-01
Also published as: JP6539886B2

Abstract

【課題】本発明の課題は、光の透過率の損失を抑えつつ、これを備えた双眼鏡等の光学機器をスリムな形状にすることができる像反転プリズムを提供すること。【解決手段】補助プリズムとダハプリズムとを有し、前記補助プリズムと前記ダハプリズムとは屈折率ｎｅが１．５６より大きい光学ガラスからなり、前記補助プリズムは、入射面に垂直に入射した入射光線が全反射するように設けられた第１反射面と、第１反射面で反射した光線が全反射するように設けられた第２反射面と、第２反射面で反射した光線が自身に対して垂直に出射するように設けられた出射面とを有し、前記ダハプリズムは、前記出射面に平行に設けられると共に前記補助プリズムから出射した光線が入射する第２入射面と、前記入射面に平行に設けられると共に前記第２入射面に入射した光線が内部反射した後に前記入射光線に平行に出射する第２出射面とを有し、前記入射面における像を上下左右に反転することを特徴とする像反転プリズム。【選択図】図１

Description

この発明は像反転プリズムに関し、詳しくは、光の透過率の損失を抑えつつ、これを備えた双眼鏡及び望遠鏡等の正立光学系をスリムな形状にすることができる像反転プリズムに関する。

双眼鏡や地上用望遠鏡には、対物レンズ系により形成された倒立像を正立像として観察できるようにするために、像反転系が設けられている。像反転系としては、例えば、ポロプリズム及びダハ式プリズムが知られている。

ポロプリズム４０は、図５に示すように、例えば２つの直角プリズム４１，４２の稜線が直交するように配置することで正立像を実現する。ポロプリズム４０は、光の入射軸と射出軸とが大きくずれているので、配置スペースが大きくなり、図５に示すように、幅の広い鏡筒４３を有する双眼鏡４００となる。

ダハ式プリズム５０は、図６に示すように、ダハプリズム５１と補助プリズム５２とを組み合わせることで正立像を実現する。ダハ式プリズム５０は、光の入射軸と射出軸とを同軸又はそれに近い平行状態にすることができるので、ポロプリズム４０に比べて配置スペースを小さくすることができ、ストレート形状の鏡筒５５を有するスリムな双眼鏡５００を作製することができる。したがって、近年、双眼鏡に設けられる像反転プリズムとしては、ダハ式プリズムが主流となっている。ダハ式プリズムとしては、例えば、シュミット・ペチャンプリズム及びアッベ・ケーニッヒプリズムが知られている。

図６に示すダハ式プリズムは、シュミット・ペチャンプリズム５０である。シュミット・ペチャンプリズム５０は、光の入射軸と射出軸とを同軸にし易いので、対物レンズ５３とシュミット・ペチャンプリズム５０と接眼レンズ５４とを同軸上に配置することができる。したがって、シュミット・ペチャンプリズム５０が設けられた双眼鏡５００は、鏡筒５５をストレート形状にして、スリムな形状にすることができる。

一方、シュミット・ペチャンプリズム５０は、光の入射軸と射出軸とを大きくずらすことができない。そのため、大きな口径の対物レンズ５３と共に用いることができない。すなわち、大きな口径の対物レンズ５３と共に用いると必然的に左右の鏡筒５５が太くなり、双眼鏡５００の鏡筒５５間の距離が大きくなる。その結果、接眼レンズ５４間の距離Ｄ_Ｌも大きくなる。例えば、鏡筒５５の口径が６０ｍｍの場合には、鏡筒５５間の距離は少なくとも６０ｍｍになり、接眼レンズ５４間の距離Ｄ_Ｌも少なくとも６０ｍｍになる。ＩＳＯ及びＪＩＳには、双眼鏡の眼幅調整範囲の必要最低限の値として、５６ｍｍ〜７２ｍｍが示されている。したがって、所望の特性を有する双眼鏡とするためには、接眼レンズ５４間の距離を少なくとも５６ｍｍまで調整可能にする必要がある。しかしながら、光の入射軸と射出軸とが同軸であるシュミット・ペチャンプリズム５０では、対物レンズ５３間の距離Ｄ_Ｓと接眼レンズ５４間の距離Ｄ_Ｌとを別々に調整することができないので、対物レンズ５３間の距離Ｄ_Ｓに応じて接眼レンズ５４間の距離Ｄ_Ｌが決定されてしまう。そのため、鏡筒５５の口径が６０ｍｍの場合には、接眼レンズ５４間の距離Ｄ_Ｌを６０ｍｍより小さくすることができない。したがって、シュミット・ペチャンプリズム５０は、通常、小〜中程度の口径を有する対物レンズ５３と共に用いられ、対物レンズ５３の口径は最大５０ｍｍ程度に限定される。

また、シュミット・ペチャンプリズム５０は、補助プリズム５２における光の反射面の一つが全反射面ではないので、この面に反射膜５６を成膜して光の透過率の損失を抑制している。しかしながら、全反射面ではない面は、反射膜５６を成膜してもある程度の光量の損失があるので、全ての反射面が全反射面であるプリズムに比べて光の透過率が低下し、観察される像が暗くなってしまう。

アッベ・ケーニッヒプリズム６０は、図７に示すように、補助プリズム６１とダハプリズム６２とを組合せることで正立像を実現する。アッベ・ケーニッヒプリズム６０は、シュミット・ペチャンプリズム５０と異なり、光の入射軸Ｉ_１と射出軸Ｊ_１とをある程度ずらすことができるので、使用者の両眼の幅に合わせて接眼レンズ６４間の距離を調整することができる。したがって、アッベ・ケーニッヒプリズム６０は、大きな口径を有する対物レンズ６３と共に用いることができる。しかしながら、図７に示すように、アッベ・ケーニッヒプリズム６０は、ダハプリズム６２が射出軸Ｊ_１の径方向外側に大きくせり出すので、対物レンズ６３の口径に合わせたストレート形状の鏡筒６５に収納することができない。すなわち、アッベ・ケーニッヒプリズム６０が設けられた双眼鏡は、対物レンズ６３の口径に合わせたストレート形状の鏡筒６５にすることができず、鏡筒６５の大きさがアッベ・ケーニッヒプリズム６０の大きさによって設定されてしまう。

一方、アッベ・ケーニッヒプリズム６０は、全ての光の反射面が全反射面であるので、光の透過率の損失がなく、シュミット・ペチャンプリズム５０に比べて観察される像が明るくなる。

前述したように、ダハ式プリズムはその種類によって一長一短があるので、双眼鏡等の像反転光学機器に要求される特性に応じて特定のダハ式プリズムが選択されていた。一方で、従来のダハ式プリズムそれぞれの長所を全て併せ持つプリズムが望まれていた。

本発明は、光の透過率の損失を抑えつつ、これを備えた双眼鏡及び望遠鏡等の光学機器をスリムな形状にすることができる像反転プリズムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段は以下の通りである。
（１）補助プリズムとダハプリズムとを有する像反転プリズムであって、
前記補助プリズムと前記ダハプリズムとは、屈折率ｎ_ｅが１．５６より大きい光学ガラスからなり、
前記補助プリズムは、入射面に垂直に入射した光線が全反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面で反射した光線が全反射するように設けられた第２反射面と、前記第２反射面で反射した光線が自身に対して垂直に出射するように設けられた出射面とを有し、
前記ダハプリズムは、前記出射面に平行に設けられると共に前記補助プリズムから出射した光線が入射する第２入射面と、前記入射面に平行に設けられると共に、前記第２入射面に入射した光線が内部反射した後に、前記入射光線に平行に出射する第２出射面とを有し、前記入射面における像を上下左右に反転することを特徴とする像反転プリズムである。

前記（１）の好適な手段は以下の通りである。
（２）前記入射光線の前記第１反射面での反射角は６６〜６８°であり、第１反射面で反射した光線の前記第２反射面での反射角は４３〜４６°であることを特徴とする前記（１）に記載の像反転プリズムである。

本発明によると、光の透過率の損失を抑えつつ、これを備えた双眼鏡及び望遠鏡等の光学機器をスリムな形状にすることができる像反転プリズムを提供することができる。

図１は、本発明に係る像反転プリズムの一例である像反転プリズムを入射軸に直交する方向から見たときの端面図である。図２は、本発明に係る像反転プリズムにおける補助プリズムの一例である補助プリズムの６面図である。図２（ａ）は補助プリズムの正面図である。図２（ｂ）は補助プリズムの左側面図である。図２（ｃ）は補助プリズムの右側面図である。図２（ｄ）は補助プリズムの上面図である。図２（ｅ）は補助プリズムの底面図である。図２（ｆ）は補助プリズムの背面図である。図３は、鏡筒内に配置されている本発明に係る像反転プリズムの一例である像反転プリズムを示す概略説明図である。図４は、本発明に係る像反転プリズムにおける補助プリズムの別の一例である補助プリズムを入射軸に直交する方向から見たときの端面図である。図５は、ポロプリズムが設けられた双眼鏡を示す概略説明図である。図６は、シュミット・ペシャンプリズムが設けられた双眼鏡を示す概略説明図である。図７は、鏡筒内に配置されているアッベ・ケーニッヒプリズムを示す概略説明図である。

本発明に係る像反転プリズムの一実施形態である像反転プリズムについて、図１〜図３を参照しつつ以下に説明する。この像反転プリズム１００は、補助プリズム１０及びダハプリズム２０を有する。

補助プリズム１０は、入射面１の中心に垂直に入射した光線（以下において、入射光線と称する）を、前記入射光線の入射軸Ｉに対して所定の角度で回転させた方向に変化させて、補助プリズム１０から出射させる機能を有する。補助プリズム１０は、入射光線が全反射するように設けられた第１反射面２と、前記第１反射面２で全反射した光線が全反射するように設けられた第２反射面３と、前記第２反射面３で全反射した光線が自身に対して垂直に出射するように設けられた出射面４とを少なくとも有する。すなわち、補助プリズム１０は、入射面１の中心に垂直に入射した入射光線が第１反射面２で全反射した後に第２反射面３で全反射して、出射面４に対して垂直に出射するように形成されている。入射光線が補助プリズム１０から出射するまでに内部反射する第１反射面２及び第２反射面３は、いずれも全反射面であるので、全反射面ではない面に反射膜を成膜することにより形成される反射面に比べて反射する際の光量の損失を抑えることができる。また、出射面４は、第２反射面３で反射した光線が面に垂直に出射するように設けられているので、出射する際の光の反射による光量の損失を抑えることができる。したがって、この補助プリズム１０によると、光の透過率の損失を抑えることができる。後述するように、補助プリズム１０から出射した出射光線は入射軸Ｉに対して所定の角度でダハプリズム２０に入射し、上下左右に像反転して、前記入射軸Ｉに平行にダハプリズム２０から出射する。

前記入射面１は、例えば図３に示す対物レンズ３１を透過した光束が入射する面である。補助プリズム１０は、例えば対物レンズ３１の光軸と入射軸Ｉとが同軸になるように配置される。この実施形態の入射面１の端面形状は、図２（ｂ）に示すように、２つの角部が面取りされた正方形であるが、本発明の課題を達成することができる限りその端面形状は特に限定されない。

前記第１反射面２は、図１に示すように、入射面１に垂直に入射した入射光線が全反射するように設けられている。この実施形態の第１反射面２は、第１反射面２の法線と入射面１の法線とのなす角θｉが６７．５°になるように、入射面１と出射面４とに隣接して設けられている。すなわち、この第１反射面２は、入射光線が第１反射面２で６７．５°の反射角θａで反射するように設けられている。前記反射角θａは６７．５°に特に限定されず、前記反射角θａは、６６°〜６８°が好ましい。この実施形態の第１反射面２の端面形状は、図２（ｄ）に示すように、略長方形であり、入射面１と入射面１及び第１反射面２に直交する側面５ａ，５ｂそれぞれと隣接する２つの角部が面取りされているが、本発明の課題を達成することができる限りその端面形状は特に限定されない。

前記第２反射面３は、図１に示すように、第１反射面２で反射した光線が全反射するように設けられている。この実施形態の第２反射面３は、第２反射面３の法線と入射面１の法線とのなす角θiiが９０°になるように設けられている。すなわち、この第２反射面３は、第１反射面２で６７．５°の反射角θａで反射した光線が４５°の反射角θｂで反射するように設けられている。前記反射角θｂは４５°に特に限定されず、前記反射角θｂは、４３°〜４６°が好ましい。この実施形態の第２反射面３の端面形状は、図２（ｅ）に示すように、略長方形であり、側面５ａ，５ｂそれぞれと隣接する稜線が面取りされているが、本発明の課題を達成することができる限りその端面形状は特に限定されない。

前記出射面４は、図１に示すように、第２反射面３で反射した光線が自身に対して垂直に出射するように設けられている。この実施形態の出射面４は、出射面４の法線と第２反射面３の法線とのなす角θiii＝θｂが４５°になるように、第１反射面２と第２反射面３とに隣接して設けられている。すなわち、この出射面４は、出射面４の法線と入射面１の法線とのなす角θivが４５°になるように設けられている。前記なす角θiiiは４５°に限定されず、第２反射面３における前記反射角θｂに応じて設定され、反射角θｂと同じ値になるように設定される。この実施形態の出射面４の端面形状は、図２（ｄ）に示すように、略長方形であり、第２反射面３と側面５ａ，５ｂそれぞれと隣接する２つの角部が面取りされているが、本発明の課題を達成することができる限りその端面形状は特に限定されない。

前記反射角θａ、前記反射角θｂ、及び前記なす角θiiiが前記範囲内にあると、入射光線が像反転プリズム１００から出射するまでに内部反射するすべての反射面すなわち第
１反射面２と第２反射面３とを全反射面にし、かつ出射面４に対して垂直に光線が出射するようにしつつ、入射軸Ｉに直交する方向の大きさを小さくすることができる。換言すると、前記反射角θａ、前記反射角θｂ、及び前記なす角θiiiが前記範囲内にあると、像反転プリズム１００に入射した光の透過率の損失を最小限に抑えつつ、例えば双眼鏡の対物レンズの口径に合わせた鏡筒に収納可能な大きさにすることができる。

この実施形態の補助プリズム１０は、少なくとも入射面１と第１反射面２と第２反射面３と出射面４とを有し、これらの面が図１の紙面に直交する方向に延在している。図３に示すように、補助プリズム１０は、入射面１と第２反射面３との隣接する部分に凹部７を有するのが好ましい。すなわち、入射面１と第２反射面３と側面５ａ，５ｂとが互いに隣接する方向に延在していると仮定して、仮想入射面１´と仮想第２反射面３´と仮想側面５ａ´，５ｂ´とを想定した場合に、仮想入射面１´と仮想第２反射面３´と仮想側面５ａ´，５ｂ´と第２反射面３に平行に設けられた第１面６ａと出射面４に平行に設けられた第２面６ｂとにより囲まれる部分が切除されて、第１面６ａと第２面６ｂとにより形成される凹部７が形成されているのが好ましい。この切除された部分は、図３に示すように、入射面１に光線が入射して内部反射した後にダハプリズム２０の第２出射面２２から出射するときの光路を計算したときに、前記光線が通過しない部分である。一方、この切除された部分には、入射面１に入射するが、第２出射面２２から出射しない光線が通過する場合がある。したがって、仮にこの切除された部分が存在すると、入射面１に入射した光線が第２出射面２２から出射しないで直接に接眼レンズに入射するおそれがあり、この光線によって像の二重化（ゴースト）を発生させてしまうおそれがある。したがって、入射面１と第２反射面３との隣接部分に限らず、計算上光線が通過しない部分を切除して、計算上光線が通過する部分のみを残す形状とするのが好ましい。

この補助プリズム１０は、入射面１の中心に垂直に入射する入射光線の入射軸Ｉから第２反射面までの距離Ｒを、前記入射軸Ｉから入射面１と第１反射面２との稜線までの距離ｒの１．８倍程度にすることができる。また、図３に示すように、ダハプリズム２０は、補助プリズム１０の入射軸Ｉに直交する方向の大きさを超えないように設定されている。したがって、この像反転プリズム１００は、補助プリズム１０の入射軸Ｉに直交する方向の大きさによって収納可能な鏡筒の大きさが決定される。一方、図７に示すアッベ・ケーニッヒプリズムは、本発明の像反転プリズム１００の前記距離Ｒに相当する、入射軸Ｉ_１に直交する方向の最大距離Ｒ_１が、本発明の像反転プリズム１００の前記距離ｒに相当する、入射面における径方向の距離ｒ_１の２．２倍であり、本発明の像反転プリズム１００に比べて大きい。したがって、この補助プリズム１０を有する像反転プリズム１００は、図７に示すアッベ・ケーニッヒプリズムに比べて入射軸Ｉに直交する方向の大きさを小さくすることができる。

この補助プリズム１０は、入射面１に垂直に入射した入射光線が補助プリズム１０から出射するまでに内部反射する反射面がすべて全反射面であるので、全反射面ではない面に反射膜を成膜することにより形成される反射面を有する場合に比べて反射する際の光量の損失を抑えることができる。したがって、この補助プリズム１０によると、光の透過率の損失を抑えることができる。また、前述したように、この補助プリズム１０を有する像反転プリズム１００は、入射軸Ｉに直交する方向の大きさを小さくすることができる。したがって、この補助プリズム１０によると、光の透過率の損失を抑えつつ、入射軸Ｉに直交する方向の大きさを小さくすることができ、その結果、例えば双眼鏡の対物レンズの口径に合わせた鏡筒に収納可能な大きさにすることができる。

ダハプリズム２０は、補助プリズム１０の入射面１における像を上下左右に反転する機能を有する。ダハプリズム２０は、前記出射面４に平行に設けられると共に前記補助プリズム１０から出射した光線が入射する第２入射面２１と、前記入射面１に平行に設けられると共に、前記第２入射面に入射した光線が内部反射した後に、前記入射光線に平行に出射する第２出射面２２とダハ面２３とを少なくとも有する。

ダハプリズム２０は、補助プリズム１０の入射面１における像を上下左右に反転して出射することができ、入射軸Ｉに直交する方向の大きさを所定の範囲にすることができる限り特に限定されない。ダハプリズム２０としては、例えば、シュミットプリズム等を挙げることができる。

この実施形態のダハプリズム２０は、所謂シュミットプリズムと称されるプリズムである。この実施形態のダハプリズム２０の構造について、以下に簡単に説明する。第２入射面２１は、前記出射面４に平行に所定の間隔をあけて配置され、空気間隙が設けられている。すなわち、前記出射面４と前記第２入射面２１とは密着しないように配置されている。像反転プリズム１００は、例えば、前記出射面４と前記第２入射面２１との間に板状部材（図示せず）を有することで空気間隙が設けられる。板状部材は、例えば枠状体であり、光が透過する領域を遮蔽しないように配置される。

前記第２入射面２１は、第２入射面２１の法線と入射面１の法線とのなす角θvが４５°になるように設けられている。前記なす角θvは、４５°に特に限定されない。前記なす角θvは、第２反射面３における前記反射角θｂに応じて設定され、入射面１と第２反射面３とのなす角θiiが９０°の場合、θv＝９０−θbを満たす値となる。

前記第２出射面２２は、前記入射面１に平行に設けられている。この実施形態の第２出射面２２は、第２出射面２２の法線と第２入射面２１の法線とのなす角θviが４５°になるように、第２入射面２１に隣接して設けられている。前記第２入射面２１と前記第２出射面２２とは、図１の紙面に直交する稜線２４を介して隣接し、この稜線２４とは反対側の端縁はそれぞれダハ面２３に隣接している。

ダハ面２３は、第１ダハ面２３ａと第２ダハ面２３ｂとを有し、これらの面は互いに直交している。第１ダハ面２３ａと第２ダハ面２３ｂとによって形成される稜線２５は、図１の紙面に平行であり、第２入射面２１と第２出射面２２とにより形成される稜線２４に直交する。

ダハプリズム２０は、第２入射面２１及び第２出射面２２が延在する方向すなわち図１の紙面に直交する方向から見ると、第２入射面２１と第２出射面２２との稜線２４を示す点を頂点とする略二等辺三角形である。

ダハプリズム２０における第２入射面２１、第２出射面２２、及びダハ面２３は、第２入射面２１に垂直に入射した光線がダハプリズム２０の内部を全反射して出射することができるように、設計されている。ダハプリズム２０は、補助プリズム１０と同様に、計算上光線が通過する部分のみを残す形状とするのが好ましい。したがって、この実施形態のダハプリズム２０は、第２入射面２１と第２出射面２２とが隣接する稜線２４、第２入射面２１とダハ面２３ａ及び２３ｂとが隣接する角部、第２出射面２２とダハ面２３ａ及び２３ｂが隣接する角部が面取りされている。

ダハプリズム２０は、入射軸Ｉに直交する方向の最大距離が、補助プリズム１０の入射軸Ｉに直交する方向の最大距離よりも大きくならないように設定されている。この実施形態では、第２入射面２１における入射軸Ｉから最も離れている部分すなわち稜線２４と第２反射面３とは、入射軸Ｉからの距離が同じであり、かつ、ダハプリズム２０の入射軸Ｉに直交する方向の大きさが補助プリズム１０の入射軸Ｉに直交する方向の大きさよりも小さくなるように形成されている。

このダハプリズム２０は、第２入射面２１に垂直に入射した光線がダハプリズム２０から出射するまでに内部反射する反射面がすべて全反射面であるので、全反射面ではない面に反射膜を成膜することにより形成される反射面を有する場合に比べて反射する際の光量の損失を抑えることができる。したがって、このダハプリズム２０によると、光の透過率の損失を抑えることができる。また、このダハプリズム２０は、入射軸Ｉに直交する方向の最大距離が、補助プリズム１０の入射軸Ｉに直交する方向の最大距離よりも大きくならないように設定されている。したがって、このダハプリズム１０によると、光の透過率の損失を抑えつつ、入射軸Ｉに直交する方向の大きさを小さくすることができ、その結果、例えば双眼鏡の対物レンズの口径に合わせた鏡筒に収納可能な大きさにすることができる。

図１に示すように、補助プリズム１０の入射面１の中心に垂直に入射する入射光線の入射軸Ｉとこの入射光線が内部反射を経てダハプリズム２０から出射する出射光線の射出軸Ｊとは、所定の距離離れている。この実施形態の像反転プリズム１００は、入射軸Ｉと射出軸Ｊとの距離ｄが前記距離ｒの０．８３倍である。前記距離ｄは、前記反射角θａ及び前記反射角θｂに応じて、適宜設定することができる。入射軸Ｉと射出軸Ｊとが所定の距離ｄ離れていると、例えば、この像反転プリズム１００を双眼鏡に設けて使用する場合に、使用者の両眼の幅に合わせて２つの接眼レンズ間の距離を調整できる双眼鏡を提供することができる。

補助プリズム１０とダハプリズム２０とは、ｅ線（波長：５４６．１ｎｍ）を基準とする屈折率ｎ_eが１．５６より大きく、通常２．０より小さい光学ガラスにより形成される。屈折率ｎ_ｅが大きいほど、後述する第１反射面２及び第２反射面３における臨界角が大きくなり、補助プリズム１０の構造設計の自由度が高くなると共に、光の透過率の損失を抑えて、明るい観察像を得ることができる。また、この像反転プリズム１００を双眼鏡等の像反転光学機器に設けた場合に、像反転プリズム１００の屈折率ｎ_ｅが大きいほど、対物レンズにＦナンバーの小さな明るいレンズを使用できる。

補助プリズム１０が屈折率ｎ_ｅが１．５６より大きい光学ガラスにより形成された場合の第１反射面２における反射角について、以下に具体的に説明する。まず、空気の屈折率を１．０、入射角をθ_Ｘ０、出射角をθ_Ｘとすると、次の関係式（１）が成り立つ。
ｎ_ｅ×ｓｉｎθ_Ｘ０＝１．０×ｓｉｎθ_Ｘ・・・（１）
θ_Ｘが９０°のときのθ_Ｘ０が臨界角である。よって、補助プリズム１０の屈折率ｎ_ｅが１．５６のとき臨界角は３９．８°であり、屈折率ｎ_ｅが２．０のとき臨界角は３０°である。したがって、屈折率ｎ_ｅが１．５６のとき、３９．８°〜９０°の入射角で第１反射面２に入射した光線は全反射する。屈折率ｎ_ｅが２．０のとき、３０°〜９０°の入射角で第１反射面２に入射した光線は全反射する。すなわち、屈折率ｎ_ｅが大きいほど第１反射面２に入射した光線が全反射するときの入射角の数値範囲が広くなる。同様に、屈折率ｎ_ｅが大きいほど第２反射面３に入射した光線が全反射するときの入射角の数値範囲が広くなる。したがって、屈折率ｎ_ｅが１．５６より大きいと、光の透過率の損失を抑えつつ入射軸Ｉに直交する方向の大きさを小さくするように、補助プリズム１０を構造設計するときの自由度が高くなり、また、Ｆナンバーの小さな対物レンズの使用が可能になる。

屈折率ｎ_ｅが１．５６より大きい光学ガラスとしては、例えば、ＢＡＳＦ、ＢＡＦ、ＳＳＫ、ＳＫ、ＰＳＫ、ＢＡＫ、ＬＦ、Ｆ、ＳＦ、ＬＡＦ、ＬＡＫ、ＬＡＳＦ及びＬＡＳＫ等の光学ガラスを挙げることができる。

次に、この実施形態の像反転プリズム１００の作用について説明する。

補助プリズム１０における入射面１の中心に垂直に入射した入射光線は、まず、第１反射面２で反射角６７．５°で全反射する。第１反射面２で反射した光線は、第２反射面３で反射角４５°で全反射する。第２反射面３で反射した光線は、出射面４から出射面４に対して垂直に出射する。このとき、出射面４から出射した出射光線は、入射光線の入射軸Ｉに対して角度４５°回転した方向に出射する。

出射面４から出射した光線は、ダハプリズム２０における第２入射面２１に垂直に入射する。第２入射面２１に入射した光線は、第２出射面２２に反射角４５°で全反射する。第２出射面２２で反射した光線は、ダハ面２３で全反射して、像が上下左右に反転する。ダハ面２３で反射した光線は、第２入射面２１で反射角４５°で全反射する。第２入射面で反射した光線は、第２出射面２２から第２出射面２２に対して垂直に出射する。このとき、第２出射面２２から出射した出射光線は、第２入射面２１に垂直に入射した入射光線に対して角度１３５°回転した方向であって、入射面１に対して垂直に入射した入射光線に平行に出射する。また、第２出射面２２から出射した光の像は、入射面１に入射した光の像が上下左右に反転した像として観察される。

補助プリズム１０の入射面１に垂直に入射した入射光線とダハプリズム２０の第２出射面２２から出射した出射光線とは、平行であり、互いに所定の距離ｄ離れている。

この像反転プリズム１００によると、光の透過率の損失を抑えつつ、入射軸Ｉに直交する方向の大きさを、例えば双眼鏡の対物レンズの口径に合わせた鏡筒に収納可能な大きさにすることができる。よって、この像反転プリズム１００を備えた双眼鏡及び望遠鏡等の光学機器は、明るい観察像が得られると共にスリムな形状にすることができる。また、この像反転プリズム１００によると、補助プリズム１０に入射する入射光線の入射軸Ｉとダハプリズム２０から出射する出射光線の射出軸Ｊとを所定の距離離すことができる。前記入射軸Ｉと前記射出軸Ｊとの距離ｄが、所定の距離離れていると、例えばこの像反転プリズムを双眼鏡に設けて使用する場合に、使用者の両眼の幅に合わせて２つの接眼レンズ間の距離を調整できる双眼鏡を提供することができる。入射軸Ｉと射出軸Ｊとが所定の距離離れている場合には、例えば、補助プリズムの入射軸Ｉを中心にして像反転プリズムを収納した鏡筒を所望の角度回転させることにより、２つの接眼レンズ間の距離を調整することができる。

本発明の像反転プリズムは、本発明の課題を達成することができる限り、上述の構成に限定されることはなく、適宜の変更をすることができる。

図１〜図３に示す像反転プリズム１００における補助プリズム１０は、入射面１と第２反射面３との隣接部分に、第２反射面３に平行に設けられた第１面６ａと出射面４に平行に設けられた第２面６ｂとにより形成される凹部７を形成することにより、ゴーストの発生を防止しているが、凹部７の形状は特に限定されない。例えば、図４に示す補助プリズム１１のように、入射面１と第２反射面３とに隣接する傾斜面８にスリット９を設けることによってもゴーストの発生を防止することができる。この実施形態では、傾斜面８からこの傾斜面８に対して直交する方向に延びる一つのスリット９が設けられているが、２つ以上のスリットが設けられていてもよい。また、傾斜面８に対して傾斜する方向に延びるスリットが設けられていてもよい。スリット９は、入射面１に入射した光線が内部反射した後にダハプリズム２０の第２出射面から出射するときの光路を計算したときに、前記光線が通過しない部分の適宜の位置に設けられる。スリット９は、図４に示すように、前記光線が通過しない前記部分において、傾斜面８からこの傾斜面８に対して直交する方向の距離が最大となる位置に少なくとも設けられるのが好ましい。

本発明の像反転プリズムは、双眼鏡及び地上用望遠鏡等の光学機器に設けられて、対物レンズで形成された倒立像を像反転して正立像を得るのに好適に用いることができる。

１００像反転プリズム
１０、１１補助プリズム
２０ダハプリズム
１入射面
２第１反射面
３第２反射面
４出射面
５ａ、５ｂ側面
６ａ第１面
６ｂ第２面
７凹部
８傾斜面
９スリット
２１第２入射面
２２第２出射面
２３ダハ面
２３ａ第１ダハ面
２３ｂ第２ダハ面
２４、２５稜線
３１対物レンズ
３２接眼レンズ
３３鏡筒

Claims

補助プリズムとダハプリズムとを有する像反転プリズムであって、
前記補助プリズムと前記ダハプリズムとは、屈折率ｎ_ｅが１．５６より大きい光学ガラスからなり、
前記補助プリズムは、入射面に垂直に入射した入射光線が全反射するように設けられた第１反射面と、前記第１反射面で反射した光線が全反射するように設けられた第２反射面と、前記第２反射面で反射した光線が自身に対して垂直に出射するように設けられた出射面とを有し、
前記ダハプリズムは、前記出射面に平行に設けられると共に前記補助プリズムから出射した光線が入射する第２入射面と、前記入射面に平行に設けられると共に、前記第２入射面に入射した光線が内部反射した後に、前記入射光線に平行に出射する第２出射面とを有し、前記入射面における像を上下左右に反転することを特徴とする像反転プリズム。
前記入射光線の前記第１反射面での反射角は６６〜６８°であり、第１反射面で反射した光線の前記第２反射面での反射角は４３〜４６°であることを特徴とする請求項１に記載の像反転プリズム。