レチクルユニット及び光学機器
【課題】背景によらずレチクルの良好な視認性を確保するために、２色以上の光を切り替えてレチクル上から射出させて、この光を効率良く眼に導くことができるレチクルユニット及びこのレチクルユニットを備える光学機器を提供する。
【解決手段】ライフルスコープ等の光学機器５０に用いられるレチクルユニット３０は、赤色光及び緑色光を放射する赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇと、光を透過する材料を円板状に形成し、略円形形状の面３３ａの略中心部に回折格子３５が形成されたレチクル基板３３と、赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇから放射された光を集光してレチクル基板３３の側面部３３ｒ，３３ｇから内部に入射させて回折格子３５に照射し、当該回折格子３５で反射して回折した１次光を回折格子３５の法線方向に射出させる赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇと、を有する。
【解決手段】ライフルスコープ等の光学機器５０に用いられるレチクルユニット３０は、赤色光及び緑色光を放射する赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇと、光を透過する材料を円板状に形成し、略円形形状の面３３ａの略中心部に回折格子３５が形成されたレチクル基板３３と、赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇから放射された光を集光してレチクル基板３３の側面部３３ｒ，３３ｇから内部に入射させて回折格子３５に照射し、当該回折格子３５で反射して回折した１次光を回折格子３５の法線方向に射出させる赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇと、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レチクルユニット及び光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ライフルスコープなどの射撃照準用スコープには、目標を狙うための十字線やドット若しくはそれらの複合形状からなるレチクルが用いられている。これらのレチクルには、例えば十字線状にワイヤーを２本直交させたものや、ガラス基板の上に溝やインクなどで十字またはドットを設けたものがある。しかし、従来のレチクルを有する射撃照準用スコープを、夜間など周囲が暗いところで使用すると良好な視認性を確保することが難しい。そのため、レチクル上に蓄光性蛍光体を塗布してその部分に光を照射するように構成したものや、光ファイバーを用いて光をレチクル上に導く技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４７９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、蛍光体もしくは光ファイバー等を用いてレチクル上に光を導くように構成しても、このような従来のレチクルでは十分な光量が眼に届かず、また、一色の光しか使用できないため、背景によっては十分視認できない場合があるという課題があった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、背景によらずレチクルの良好な視認性を確保するために、２色以上の光を切り替えてレチクル上から射出させて、この光を効率良く眼に導くことができるレチクルユニット及びこのレチクルユニットを備える光学機器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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係るレチクルユニットは、それぞれが異なる波長の光を放射する２以上の光源と、光を透過する材料を円板状に形成し、略円形形状の面の略中心部に回折格子が形成されたレチクル基板と、２以上の光源の各々に対して設けられ、光源から放射された光がレチクル基板の回折格子に、当該回折格子で回折した１次光が回折格子の法線方向に射出するように集光する集光部と、を有する。
【０００７】
また、このようなレチクルユニットにおいて、２以上の光源の各々から放射される光の波長のうち、最も長い波長をλr、最も短い波長をλgとし、レチクル基板の厚さをｄとし、レチクル基板の媒質における最も長い波長のときの屈折率をｎrとし、レチクル基板の媒質における最も短い波長のときの屈折率をｎgとし、回折格子からレチクル基板の側面部までの長さであって、最も短い波長の光を放射する光源が配置される側面部までの長さをＹｇとし、回折格子の格子ピッチをΔｐとしたとき、次式
λr／ｎr ＜ Δｐ ＜ λg／（ｎg・ｓｉｎ（ｔａｎ-1（Ｙｇ／２ｄ）））
の条件を満足することが好ましい。
【０００８】
また、このようなレチクルユニットにおいて、光源は、２つの異なる波長の光を放射する２つの光源から構成され、これらの２つの光源が、回折格子を挟んで対向するように配置されていることが好ましい。
【０００９】
また、このようなレチクルユニットにおいて、集光部は、前記レチクル基板とは別の部材からなり、前記レチクル基板の側面部に接合されて設けられ、かつ非球面形状の反射面を有し、光源からの光をこの反射面で反射させて集光するように構成されることが好ましい。
【００１０】
また、このようなレチクルユニットにおいて、集光部は、前記レチクル基板とは別の部材からなり、前記レチクル基板の側面部に接合されて設けられ、かつ非球面形状のレンズ面を有し、光源からの光をこのレンズ面で屈折させて集光するように構成されることが好ましい。
【００１１】
また、このようなレチクルユニットにおいて、集光部は、前記レチクル基板の屈折率とほぼ同じ屈折率を有し、レチクル基板の側面部から入射した光を、レチクル基板の回折格子が形成されている面と対向する面で全反射させて回折格子に照射するように構成されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る光学機器は、対物レンズと、この対物レンズにより形成される像若しくは当該像と略共役な位置にレチクル基板の回折格子が形成された面が配置された上述のレチクルユニットのいずれかと、対物レンズの像、及び、レチクルユニットの回折格子から射出される光を重ね合わせて観察する接眼レンズと、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るレチクルユニット及びこのレチクルユニットを備える光学機器を以上のように構成すると、２色以上の光を切り替えてレチクル上から射出させることができるので、この光を効率良く眼に導くことができ、背景によらずレチクルの良好な視認性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】光学機器の一例であるライフルスコープの構成を示す説明図である。
【図２】第１実施例に係るレチクルユニットを示す説明図である。
【図３】第１実施例に係るレチクルユニットを構成するレチクル基板を示す説明図であって、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示す。
【図４】光源から放射された光と回折格子との関係を示す説明図である。
【図５】レチクル基板に対して赤色用及び緑色用ミラー部材を接合するときの削り量を説明するための説明図であって、（ａ）は、波長に応じて削る量を変化させた場合を示し、（ｂ）は、同じ量だけ削った場合を示す。
【図６】第２実施例に係るレチクルユニットを示す説明図である。
【図７】第３実施例に係るレチクルユニットを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて、本実施の形態に係るレチクルユニットが用いられる光学機器の一例として、ライフルスコープの構成について説明する。このライフルスコープ５０は、物体側から順に、対物レンズ１０と、正立レンズ２０と、レチクルユニット３０と、接眼レンズ４０と、を有して構成される。対物レンズ１０は、物体からの光を集光してこの物体の倒立像（一次像）ＩＭ１を形成し、また、正立レンズ２０は、対物レンズ１０により形成された倒立像である一次像ＩＭ１を正立像である二次像ＩＭ２に変換する。そして、この二次像ＩＭ２と略一致するように（対物レンズ１０の一次像ＩＭ１と共役な位置に）、レチクルユニット３０に形成されたレチクルが配置されており、接眼レンズ４０により、この二次像ＩＭ２とレチクルとを重ね合わせて観察することで、標的である物体に対してこのライフルスコープ５０の光軸を正確に合わせ、標的（物体）の視準を行うことができる。なお、このライフルスコープ５０は、本実施の形態に係るレチクルユニットを利用する光学機器の一例であり、この他にも、単眼鏡、双眼鏡、測量器、スポッティングコープ等にも適用可能である。又、レチクルは、一次像ＩＭ１と略一致するように配置することも可能である。以下に、このようなレチクルユニット３０の詳細について説明する。
【００１６】
図２及び図３を用いて本実施形態に係るレチクルユニット３０の構成について説明する。このレチクルユニット３０は、赤色光を放射する赤色光源３１ｒ及び緑色光を放射する緑色光源３１ｇと、円板状に形成され、円形形状の面の略中心部に回折格子３５が形成されたレチクル基板３３と、赤色光源３１ｒ及び緑色光源３１ｇから放射された光を回折格子３５上に集光する集光部である、赤色用ミラー部材３２ｒ及び緑色用ミラー部材３２ｇと、から構成される。以下、図２及び図３に示すように、ライフルスコープ５０の光軸方向をｚ軸とし、このｚ軸に直交する面内において２つの直交する方向をそれぞれｘ軸及びｙ軸として説明する。
【００１７】
レチクル基板３３は、少なくとも可視光を透過する透明な材料（例えば、ガラスや樹脂）で形成されており、略円形の面が光軸に直交するように（ｘｙ平面に位置するように）配置されている。そして、このレチクル基板３３の物体側の面（以下、「物体側面３３ａ」と呼ぶ）には、中心部から周縁部に向かって、ｘ軸方向及びｙ軸方向に延びる線状の４本のレチクル図形３４と、このレチクル図形３４が交叉する点であって、ライフルスコープ５０の光軸に一致するように配置される回折格子３５と、からなるレチクルが形成されている。なお、上述のように、このレチクルが形成されている物体側面３３ａは、正立レンズ２０により形成される二次像ＩＭ２と略一致するように配置されており、また、この物体側面３３ａは、接眼レンズ４０の物体側焦点位置と略一致している。このレチクル基板３３に形成されているレチクル図形３４は、例えば、クロム膜やインクなどでこの物体側面３３ａ上にそのパターンが形成されている。また、回折格子３５は、所定の間隔で平行に延びる溝（回折溝）が複数形成され、さらに、物体側面３３ａに反射コートが施されており、レチクル基板３３の内部を通ってこの回折格子３５に像側から入射した光を、像側に反射及び回折させて射出させる反射型の回折格子で構成されている。この回折格子３５は略円形形状を有しており、その直径は例えば、０．１μｍである。また、回折格子３５の回折溝は、図２及び図３において、ｙ軸方向に並んで形成された、ｘ軸方向に延びる複数の回折溝から構成されている。
【００１８】
赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇは、側面視において略扇形の断面形状を有しており、円弧部分の表面に反射コートが施されている。また、この円弧部分は非球面形状に形成されている。そのため、この円弧部分は非球面の凹面鏡を形成しており、扇形の一方の半径側から入射した光を反射して集光し、他方の半径側から射出するものである。これらの赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇはそれぞれ、回折格子３５の回折溝が並ぶ方向のレチクル基板３３の両端部、すなわち、ｙ軸方向の両側面部３３ｒ，３３ｇに、凹面部が像側を向くように、その扇形の半径の一方が接合されている。また、赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇは、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの扇形の半径の他方に取り付けられている。このため、赤色光源３１ｒ及び赤色用ミラー部材３２ｒと、緑色光源３１ｇ及び緑色用ミラー部材３２ｇとは、レチクル基板３３のｙ軸方向の両端に、回折格子３５を挟んで対向するように配置されている。
【００１９】
このようなレチクルユニット３０において、赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇから放射された光は、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの凹面部で反射されて集光され、レチクル基板３３の側面部３３ｒ，３３ｇからこのレチクル基板３３の内部に入射し、さらに、レチクル基板３３の像側の面（以下、「像側面３３ｂ」と呼ぶ）で全反射して、物体側面３３ａに形成された回折格子３５に入射する。そして、この回折格子３５で回折した１次光は、光軸上（ｚ軸上）に射出される。なお、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの凹面部は、赤色及び緑色光源３１ｒ、３１ｇの配置位置を鑑み、赤色及び緑色光源３１ｒ、３１ｇから発し反射した光がレチクル基板３３の像側面３３ｂで全反射する角度になるように配置されている。また、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの凹面部で反射され、レチクル基板３３の像側面３３ｂで全反射した光が、回折格子３５上に集光され、かつ、この回折格子３５で回折した一次光が、光軸上（ｚ軸上）を進むように、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの凹面部の非球面形状、レチクル基板３３の厚さ、回折格子３５から凹面部までのｙ軸方向の距離、及び、回折格子３５の回折溝の格子ピッチが設定されている。ここで、レチクル基板３３を構成する媒質により赤色光及び緑色光に対する波長が異なり、また、回折格子３５での入射角に対する回折角が異なるため、赤色光源３１ｒに対する設定と、緑色光源３１ｇに対する設定と、は異なる。すなわち、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの凹面部の非球面形状やレチクル部材３３における回折格子３５から凹面部までの距離は、それぞれの光線に対して設定される。
【００２０】
本実施の形態に係るレチクルユニット３０を以上のように構成すると、赤色光源３１ｒ若しくは緑色光源３１ｇから放射された光が、回折格子３５で回折され、その一次光が点光源となって回折格子３５から光軸上に射出されるので、観察者は、接眼レンズ４０の視野の中心部に明るい点像を観察することができ、目標物体の視準を容易に行うことができる。一次の回折光であるため、視認するのに十分な光量がこの回折格子３５から射出される。また、赤色光源３１ｒ若しくは緑色光源３１ｇの点灯を切り換えることにより、周囲の状況（目標物体の背景等）に応じて緑色の点像と赤色の点像を使い分けることができる。ここで、このレチクルユニット３０のように、赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇからの光を、レチクル基板３３の像側面３３ｂで全反射させてから回折格子３５に入射するように構成することにより、レチクル部３３の厚さが薄い場合でも、回折格子３５からこのレチクル基板３３の側面部３３ｒ，３３ｇまでのｙ軸方向の長さ、すなわち、ライフルスコープ５０における視野を確保することができる。さらに、レチクル基板３３の端部に赤色光源３１ｒ及び緑色光源３１ｇと、赤色用ミラー部材３２ｒ及び緑色用ミラー部材３２ｇとを配置することができるので、このレチクルユニット３０をコンパクトに構成することができる。
【００２１】
なお、このレチクルユニット３０を上述のライフルスコープ５０に搭載するときは、これらの赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇと赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇとは、装置の構成上、レチクル基板３３の上下の端部に配置するのが良い（すなわち、図２及び図３において、ｘ軸は水平方向になり、ｙ軸は垂直方向になる）。
【００２２】
それでは、このようなレチクルユニット３０において、一つの回折格子３５により、赤色光源３１ｒ及び緑色光源３１ｇから放射された波長の異なる２つの光の１次回折光を光軸上に（この回折格子３５の法線方向に）射出させる条件について説明する。まず、回折格子３５に入射する光線の入射角（回折格子３５の法線に対する入射光線のなす角度）をθ1とし、ｍ次の回折光線の回折角（回折格子３５の法線に対する回折光線のなす角度）をθ2とし、回折格子３５の格子ピッチ（回折格子の周期）をΔｐとし、レチクル基板３３の媒質における該当波長の屈折率をｎとし、入射光の波長をλとすると、次の式（１）が成り立つ。なお、ここではｍは回折次数を示し、自然数である。
【００２３】
ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2 ＝ ｍλ／（ｎ・Δｐ） （１）
【００２４】
上述のようにこのレチクルユニット３０では、１次の回折光（ｎ＝１）を、この回折格子３５の法線方向（光軸上）に射出させる（θ2＝0）ように構成するため、式（１）は式（２）のように表すことができる。
【００２５】
Δｐ・ｓｉｎθ1 ＝ λ／ｎ （２）
【００２６】
この式（２）から明らかなように、２色の光のうち、波長の長い光（本実施の形態の場合、赤色の光）の方が、入射角θ1が大きくなる。ここで、レチクル基板３３内部から回折格子３５に入射し、回折して光軸上を像側に射出させるためには、赤色の光の入射角がπ／２より小さく無くてはならない。すなわち、上述の式（２）において、赤色光の波長をλrとし、波長λrにおけるレチクル基板３３の媒質の屈折率をｎrとし、赤色光の入射角をθrとしたときに、次式（３）の条件を満足する必要がある。
【００２７】
θr ＝ ｓｉｎ-1（λr／（ｎr・Δｐ）） ＜ π／２ （３）
【００２８】
そして、この式（３）を変形することにより、結局、回折格子３５の格子ピッチΔｐは、次式（４）の条件を満足する必要がある。
【００２９】
λr／ｎr＜ Δｐ （４）
【００３０】
一方、２色の光のうち、波長の短い光（本実施の形態の場合、緑色の光）の方が、式（２）において入射角θ1が小さくなる。本実施の形態に係るレチクルユニット３０では、レチクル基板３３の像側面３３ｂで全反射させてから回折格子３５に入射するように構成している。そのため、図４に示すように、緑色光源３１ｇから放射されて緑色用ミラー部材３２ｇで反射された光は、レチクル基板３３の側面部３３ｇから入射する必要があるが、この緑色光の回折格子３５への入射角θgが小さくなりすぎると、側面部３３ｇから入射させることができなくなる。すなわち、図４において、厚さｄのレチクル基板３３の側面部３３ｇの物体側面３３ａ側の端から、緑色光源３１ｇから放射された中心光線と側面部３３ｇとが交差する点までの距離をΔｄとしたとき、このΔｄが０より大きくなければならない。これは、回折格子３５の中心から側面部３３ｇまでのｙ軸方向の長さをＹｇとしたとき、次式（５）の関係を満たすことを意味する。
【００３１】
Δｄ ＝ ｄ−（Ｙｇ−ｄ・ｔａｎθg）／ｔａｎθg ＞ ０ （５）
【００３２】
この式（５）を入射角θgの条件式として展開すると、次式（６）のようになり、この式（６）と緑色光の波長をλgとし、レチクル基板３３の媒質における波長λgの屈折率をｎgとした式（２）とから、回折格子３５の格子ピッチΔｐは、次式（７）の条件を満足する必要がある。
【００３３】
θg ＞ ｔａｎ-1（Ｙｇ／２ｄ） （６）
Δｐ ＜ λg／（ｎg・ｓｉｎ（ｔａｎ-1（Ｙｇ／２ｄ））） （７）
【００３４】
以上の式（４）及び式（７）より、赤色光及び緑色光の２色の光に対して、いずれの光線に対してもその１次回折光を光軸上に射出させるためには、回折格子３５の格子ピッチΔｐが次式（８）を満足するように構成することが必要である。
【００３５】
λr／ｎr ＜ Δｐ ＜ λg／（ｎg・ｓｉｎ（ｔａｎ-1（Ｙｇ／２ｄ））） （８）
【００３６】
なお、円板状のレチクル基板３３の側面部３３ｒ，３３ｇに赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇを接合するために、図５に示すように、レチクル基板３３の端部を削って平面状にし、この平面部に赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇを接合することが好ましい。このとき、赤色光及び緑色光の波長に応じて、このレチクル基板３３の中心部に形成された回折格子３５からの距離Ｙｒ，Ｙｇが異なるが、図５（ａ）に示すように、レチクル基板３３の端部の削り取る量を変えて、距離Ｙｒ，Ｙｇの違いに対応することができる。或いは、図５（ｂ）に示すように、短い方の距離（本実施形態の場合は緑色光に対応した距離Ｙｇ）に合わせて、レチクル基板３３の両端を同じ量だけ削り取り、赤色用ミラー部材３２ｒのＹ軸方向長さを長くして、それぞれの距離Ｙｒ，Ｙｇになるように構成することもできる。
【００３７】
また、赤色用及び緑色用ミラー部材の形状をレチクル基板３４と一体成形で成形可能な場合は、レチクル基板と赤色用及び緑色用ミラー部材は同一部材から形成されても良い。
【００３８】
また、以上の説明では赤色光源３１ｒ及び緑色光源３１ｇから放射された赤色光及び緑色光を回折格子３５上に集光する集光部として、非球面形状の反射面を有する赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇを設けた場合について説明したが、後述する第３実施例に示すように、非球面形状のレンズ面を有し、このレンズ面により赤色光若しくは緑色光を集光するレンズ部材を用いることも可能である。
【００３９】
また、以上の説明では、赤色光及び緑色光の２色の光を用いた場合について説明したが、他の波長の光を用いることもできるし、また、３色以上の光を用いることも可能である。３色以上の光を用いる場合、上述の条件式（８）は、これらの３色以上の光のうち、最も長い波長をλrとし、最も短い波長をλgとしたときの条件となる。
【実施例】
【００４０】
それでは、以上のような構成のレチクルユニット３０について、具体的な実施例を示して説明する。
【００４１】
［第１実施例］
第１実施例に係るレチクルユニット３０は、上述の実施形態の説明で用いた図２及び図３に示すものあり、この第１実施例に係るレチクルユニット３０において、赤色光源３１ｒ及び緑色光源３１ｇは、光軸と略平行に物体側に赤色光及び緑色光を放射するように配置した場合を示している。また、赤色用ミラー部材３２ｒ及び緑色用ミラー部材３２ｇを構成する反射面の形状である非球面の基準となる球面の中心（以下、「非球面中心」と呼ぶ）は、図２において点Ｐｒ，Ｐｇで示すように、これらの赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇとレチクル基板３３とが接合される部分である。
【００４２】
以下の表１にこの第１実施例に係るレチクルユニット３０の諸元を示す。この諸元表において、ｄはレチクル基板３３の厚さを示し、φは円板状のレチクル基板３３の直径を示し、ｎｄはレチクル基板３３を構成する媒質のｄ線に対する屈折率を、ｎＣはレチクル基板３３を構成する媒質のｄ線に対する屈折率を、νｄはアッベ数を示し、Δｐは回折格子３５の格子ピッチを示す。なお、実施例では、赤色光源の波長はｄ線で、緑色高原の波長はＣ線とした。もちろん、本発明はこれらの波長に限定されたものではない。また、Ｄカット量は、円板状のレチクル基板３３の端部から赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇを接合するために削り取られる部分のｙ軸方向の長さを示している。すなわち、レチクルユニット３３の端部の回折格子３５からの長さＹｒ，Ｙｇは、レチクル基板３３の半径φ／２からＤカット量を引いた値となる。
【００４３】
さらに、赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇのそれぞれの光源中心、並びに、赤色用及び緑色用ミラー部材３２の反射面の非球面中心の座標は、図２及び図３に示して定義したｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の交点を回折格子３５の中心に一致させた場合のｚ軸及びｙ軸の値を（ｚ，ｙ）として示している。ここで、ｙ軸方向は、赤色光源３１ｒの方向を正とし、ｚ軸方向は、像側を正として表している。また、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの反射面の非球面形状は、光軸からの垂直方向の高さ（入射高）をｙとし、非球面の頂点（上述の非球面中心）における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（非球面量又はサグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径をｒとし、円錐係数をｋとし、４次の非球面係数をＡ4、６次の非球面係数をＡ6、８次の非球面係数をＡ8、１０次の非球面係数をＡ10としたとき、次式（９）で表されるものとし、この非球面式（９）における曲率半径ｒ、円錐係数ｋ及び非球面係数Ａnの値として示してる。ここで、非球面係数に示す「Ｅ−ｎ」は、「×１０-n」を示している。
【００４４】
Ｓ（ｙ）＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−（１＋ｋ）・ｙ2／ｒ2）1/2｝
＋Ａ4・ｙ4＋Ａ6・ｙ6＋Ａ8・ｙ8＋Ａ10・ｙ10 （９）
【００４５】
なお、この表１に示す諸元において、レチクル基板３３の厚さｄ、直径φ、格子ピッチΔｐその他長さの単位は、特記のない場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大・比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。なお、これらの諸元表の説明は、以降の実施例においても同様である。
【００４６】
（表１）
レチクル基板３３
ｄ＝5
φ＝24.2
ｎｄ＝1.5168
ｎＣ＝1.51432
νｄ＝64.1
Δｐ＝0.00051
赤色光源３１ｒ
光源中心 ＝(5,14.7)
赤色用ミラー部材３２ｒ
非球面中心＝(0,12.0)
Ｄカット量＝0.1
ｒ＝2.74 ｋ＝6.49 Ａ4＝0.00208 Ａ6=-1.86927E-6
Ａ8＝-1.96168E-8 Ａ10＝0
緑色光源３１ｇ
光源中心 ＝(5,-11)
緑色用ミラー部材３２ｇ
非球面中心＝(0,-8.8)
Ｄカット量＝3.3
ｒ＝3.78 ｋ＝2.39 Ａ4＝-0.00227 Ａ6=0.00026
Ａ8＝-5.29054E-6 Ａ10＝0
【００４７】
この第１実施例に係るレチクルユニット３０を以上の諸元に基づいて構成すると、赤色光源３１ｒもしくは緑色光源３１ｇから放射された赤色光及び緑色光が、回折格子３５で回折して、その１次光が光軸上に射出されるため、これらの光源３１ｒ，３１ｇを切り替えることにより、接眼レンズ４０を介してその視野内の光軸上に、明るい赤又は緑の点像を視認することができる。
【００４８】
［第２実施例］
次に、図６を用いて第２実施例に係るレチクルユニット１３０について説明する。この第２実施例に係るレチクルユニット１３０において、赤色光源１３１ｒ及び緑色光源１３１ｇは、光軸と略平行に赤色光及び緑色光を放射するが、赤色光源１３１ｒから放射された赤色光は、赤色用ミラ−部材１３２ｒで反射された後、レチクル基板１３３の像側面１３３ｂで全反射させずに、直接回折格子１３５に入射するように配置されている。そのため、赤色光源１３１ｒから放射される赤色光は像側に放射され、緑色光源１３１ｇから放射される緑色光は、第１実施例と同様に物体側に放射される。また、赤色用ミラー部材１３２ｒ及び緑色用ミラー部材１３２ｇを構成する反射面の非球面中心は、第１実施例と同様に、図６において点Ｐｒ，Ｐｇで示すように、これらの赤色用及び緑色用ミラー部材１３２ｒ，１３２ｇとレチクル基板１３３とが接合される部分である。
【００４９】
以下の表２にこの第２実施例に係るレチクルユニット１３０の諸元を示す。
【００５０】
（表２）
レチクル基板１３３
ｄ＝5
φ＝24.8
ｎｄ＝1.5168
ｎＣ＝1.51432
νｄ＝64.1
Δｐ＝0.00047
赤色光源１３１ｒ
光源中心 ＝(0,10.7)
赤色用ミラー部材１３２ｒ
非球面中心＝(5,8.0)
Ｄカット量＝4.4
ｒ＝-4.74 ｋ＝0.56 Ａ4＝0.00127 Ａ6=-1.16884E-5
Ａ8＝-1.56090E-7 Ａ10＝0
緑色光源１３１ｇ
光源中心 ＝(5,-15.9)
緑色用ミラー部材１３２ｇ
非球面中心＝(0,-12.3)
Ｄカット量＝0.1
ｒ＝5.83 ｋ＝0.16 Ａ4＝-0.00144 Ａ6=-1.34186E-5
Ａ8＝-5.29054E-6 Ａ10＝-2.14739E-8
【００５１】
上述のように、波長の長い赤色光は、緑色光に比べて回折格子１３５に対する入射角が大きくなるため、レチクル基板１３３の像側面１３３ｂに全反射させなくても、視野の外に赤色光源１３１ｒ及び赤色用ミラー部材１３２ｒを配置することができる。そのため、このレチクルユニット１３０のｙ軸方向の大きさのうち、赤色光源１３１ｒ側の大きさを第１実施例に係るレチクルユニット３０よりも小さくすることができる。
【００５２】
［第３実施例］
最後に、図７を用いて第３実施例に係るレチクルユニット２３０について説明する。この第３実施例に係るレチクルユニット２３０において、緑色光源１３１ｇは、第１及び第２実施例と同様に、光軸と略平行に物体側に向かって緑色光を放射するが、赤色光源１３１ｒは、赤色光を光軸と直交する方向に（ｙ軸方向に）放射するように構成されている。また、これにともない、この赤色光源２３１ｒから放射された赤色光をレチクル基板２３３内に導く集光部として、非球面形状のレンズ面を有する赤色用レンズ部材２３２ｒを用いて構成している。また、この赤色用レンズ部材２３２ｒで集光された赤色光は、第２実施例と同様に、レチクル基板２３３の像側面２３３ｂで全反射させずに、直接回折格子２３５に入射するように配置されている。この第３実施例に係るレチクルユニット２３０において、赤色用レンズ部材２３２ｒのレンズ面の非球面中心は、図７の点Ｐｒで示すように、ｙ軸上の上端部であり、緑色用ミラー部材２３２ｇを構成する反射面の非球面中心は、第１及び第２実施例と同様に、図７において点Ｐｇで示すように、この緑色用ミラー部材２３２ｇとレチクル基板２３３とが接合される部分である。
【００５３】
以下の表３にこの第３実施例に係るレチクルユニット２３０の諸元を示す。なお、赤色用レンズ部材２３２ｒの非球面レンズ厚は５ｍｍであり、この非球面形状のレンズ面のｄ線に対する焦点距離は５５．９ｍｍである。
【００５４】
（表３）
レチクル基板２３３
ｄ＝5
φ＝24.8
ｎｄ＝1.5168
ｎＣ ＝ 1.51432
νｄ＝64.1
Δｐ＝0.00047
赤色光源２３１ｒ
光源中心 ＝(3.9,18.0)
赤色用レンズ部材２３２ｒ
非球面中心＝(0,13.0)
Ｄカット量＝4.4
ｒ＝-27.51 ｋ＝51.81 Ａ4＝0.00480 Ａ6＝0 Ａ8＝0 Ａ10＝0
緑色光源２３１ｇ
光源中心 ＝(5,-15.9)
緑色用ミラー部材２３２ｇ
非球面中心＝(0,-12.3)
Ｄカット量＝0.1
ｒ＝5.83 ｋ＝0.16 Ａ4＝-0.00144 Ａ6=-1.34186E-5
Ａ8＝-5.29054E-6 Ａ10＝-2.14739E-8
【００５５】
第２実施例で説明したように、赤色光は、レチクル基板１３３の像側面１３３ｂに全反射させなくても、視野の外に赤色光源２３１ｒを配置することができ、又、赤色用ミラー部材の代わりに、屈折力により集光する赤色用レンズ部材２３２ｒを用いても、このレチクルユニット２３０を構成することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 対物レンズ ３０，１３０，２３０ レチクルユニット
３１ｒ，１３１ｒ，２３１ｒ 赤色光源 ３１ｇ，１３１ｇ，２３１ｇ 緑色光源
３２ｒ，１３１ｒ 赤色用ミラー部材（集光部）
２３２ｒ 赤色用レンズ部材（集光部）
３２ｇ，１３２ｇ，２３２ｇ 緑色用ミラー部材（集光部）
３３，１３３，２３３ レチクル基板 ３５，１３５，２３５ 回折格子
４０ 接眼レンズ ５０ ライフルスコープ（光学機器）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レチクルユニット及び光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ライフルスコープなどの射撃照準用スコープには、目標を狙うための十字線やドット若しくはそれらの複合形状からなるレチクルが用いられている。これらのレチクルには、例えば十字線状にワイヤーを２本直交させたものや、ガラス基板の上に溝やインクなどで十字またはドットを設けたものがある。しかし、従来のレチクルを有する射撃照準用スコープを、夜間など周囲が暗いところで使用すると良好な視認性を確保することが難しい。そのため、レチクル上に蓄光性蛍光体を塗布してその部分に光を照射するように構成したものや、光ファイバーを用いて光をレチクル上に導く技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４７９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、蛍光体もしくは光ファイバー等を用いてレチクル上に光を導くように構成しても、このような従来のレチクルでは十分な光量が眼に届かず、また、一色の光しか使用できないため、背景によっては十分視認できない場合があるという課題があった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、背景によらずレチクルの良好な視認性を確保するために、２色以上の光を切り替えてレチクル上から射出させて、この光を効率良く眼に導くことができるレチクルユニット及びこのレチクルユニットを備える光学機器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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係るレチクルユニットは、それぞれが異なる波長の光を放射する２以上の光源と、光を透過する材料を円板状に形成し、略円形形状の面の略中心部に回折格子が形成されたレチクル基板と、２以上の光源の各々に対して設けられ、光源から放射された光がレチクル基板の回折格子に、当該回折格子で回折した１次光が回折格子の法線方向に射出するように集光する集光部と、を有する。
【０００７】
また、このようなレチクルユニットにおいて、２以上の光源の各々から放射される光の波長のうち、最も長い波長をλr、最も短い波長をλgとし、レチクル基板の厚さをｄとし、レチクル基板の媒質における最も長い波長のときの屈折率をｎrとし、レチクル基板の媒質における最も短い波長のときの屈折率をｎgとし、回折格子からレチクル基板の側面部までの長さであって、最も短い波長の光を放射する光源が配置される側面部までの長さをＹｇとし、回折格子の格子ピッチをΔｐとしたとき、次式
λr／ｎr ＜ Δｐ ＜ λg／（ｎg・ｓｉｎ（ｔａｎ-1（Ｙｇ／２ｄ）））
の条件を満足することが好ましい。
【０００８】
また、このようなレチクルユニットにおいて、光源は、２つの異なる波長の光を放射する２つの光源から構成され、これらの２つの光源が、回折格子を挟んで対向するように配置されていることが好ましい。
【０００９】
また、このようなレチクルユニットにおいて、集光部は、前記レチクル基板とは別の部材からなり、前記レチクル基板の側面部に接合されて設けられ、かつ非球面形状の反射面を有し、光源からの光をこの反射面で反射させて集光するように構成されることが好ましい。
【００１０】
また、このようなレチクルユニットにおいて、集光部は、前記レチクル基板とは別の部材からなり、前記レチクル基板の側面部に接合されて設けられ、かつ非球面形状のレンズ面を有し、光源からの光をこのレンズ面で屈折させて集光するように構成されることが好ましい。
【００１１】
また、このようなレチクルユニットにおいて、集光部は、前記レチクル基板の屈折率とほぼ同じ屈折率を有し、レチクル基板の側面部から入射した光を、レチクル基板の回折格子が形成されている面と対向する面で全反射させて回折格子に照射するように構成されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る光学機器は、対物レンズと、この対物レンズにより形成される像若しくは当該像と略共役な位置にレチクル基板の回折格子が形成された面が配置された上述のレチクルユニットのいずれかと、対物レンズの像、及び、レチクルユニットの回折格子から射出される光を重ね合わせて観察する接眼レンズと、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るレチクルユニット及びこのレチクルユニットを備える光学機器を以上のように構成すると、２色以上の光を切り替えてレチクル上から射出させることができるので、この光を効率良く眼に導くことができ、背景によらずレチクルの良好な視認性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】光学機器の一例であるライフルスコープの構成を示す説明図である。
【図２】第１実施例に係るレチクルユニットを示す説明図である。
【図３】第１実施例に係るレチクルユニットを構成するレチクル基板を示す説明図であって、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示す。
【図４】光源から放射された光と回折格子との関係を示す説明図である。
【図５】レチクル基板に対して赤色用及び緑色用ミラー部材を接合するときの削り量を説明するための説明図であって、（ａ）は、波長に応じて削る量を変化させた場合を示し、（ｂ）は、同じ量だけ削った場合を示す。
【図６】第２実施例に係るレチクルユニットを示す説明図である。
【図７】第３実施例に係るレチクルユニットを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて、本実施の形態に係るレチクルユニットが用いられる光学機器の一例として、ライフルスコープの構成について説明する。このライフルスコープ５０は、物体側から順に、対物レンズ１０と、正立レンズ２０と、レチクルユニット３０と、接眼レンズ４０と、を有して構成される。対物レンズ１０は、物体からの光を集光してこの物体の倒立像（一次像）ＩＭ１を形成し、また、正立レンズ２０は、対物レンズ１０により形成された倒立像である一次像ＩＭ１を正立像である二次像ＩＭ２に変換する。そして、この二次像ＩＭ２と略一致するように（対物レンズ１０の一次像ＩＭ１と共役な位置に）、レチクルユニット３０に形成されたレチクルが配置されており、接眼レンズ４０により、この二次像ＩＭ２とレチクルとを重ね合わせて観察することで、標的である物体に対してこのライフルスコープ５０の光軸を正確に合わせ、標的（物体）の視準を行うことができる。なお、このライフルスコープ５０は、本実施の形態に係るレチクルユニットを利用する光学機器の一例であり、この他にも、単眼鏡、双眼鏡、測量器、スポッティングコープ等にも適用可能である。又、レチクルは、一次像ＩＭ１と略一致するように配置することも可能である。以下に、このようなレチクルユニット３０の詳細について説明する。
【００１６】
図２及び図３を用いて本実施形態に係るレチクルユニット３０の構成について説明する。このレチクルユニット３０は、赤色光を放射する赤色光源３１ｒ及び緑色光を放射する緑色光源３１ｇと、円板状に形成され、円形形状の面の略中心部に回折格子３５が形成されたレチクル基板３３と、赤色光源３１ｒ及び緑色光源３１ｇから放射された光を回折格子３５上に集光する集光部である、赤色用ミラー部材３２ｒ及び緑色用ミラー部材３２ｇと、から構成される。以下、図２及び図３に示すように、ライフルスコープ５０の光軸方向をｚ軸とし、このｚ軸に直交する面内において２つの直交する方向をそれぞれｘ軸及びｙ軸として説明する。
【００１７】
レチクル基板３３は、少なくとも可視光を透過する透明な材料（例えば、ガラスや樹脂）で形成されており、略円形の面が光軸に直交するように（ｘｙ平面に位置するように）配置されている。そして、このレチクル基板３３の物体側の面（以下、「物体側面３３ａ」と呼ぶ）には、中心部から周縁部に向かって、ｘ軸方向及びｙ軸方向に延びる線状の４本のレチクル図形３４と、このレチクル図形３４が交叉する点であって、ライフルスコープ５０の光軸に一致するように配置される回折格子３５と、からなるレチクルが形成されている。なお、上述のように、このレチクルが形成されている物体側面３３ａは、正立レンズ２０により形成される二次像ＩＭ２と略一致するように配置されており、また、この物体側面３３ａは、接眼レンズ４０の物体側焦点位置と略一致している。このレチクル基板３３に形成されているレチクル図形３４は、例えば、クロム膜やインクなどでこの物体側面３３ａ上にそのパターンが形成されている。また、回折格子３５は、所定の間隔で平行に延びる溝（回折溝）が複数形成され、さらに、物体側面３３ａに反射コートが施されており、レチクル基板３３の内部を通ってこの回折格子３５に像側から入射した光を、像側に反射及び回折させて射出させる反射型の回折格子で構成されている。この回折格子３５は略円形形状を有しており、その直径は例えば、０．１μｍである。また、回折格子３５の回折溝は、図２及び図３において、ｙ軸方向に並んで形成された、ｘ軸方向に延びる複数の回折溝から構成されている。
【００１８】
赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇは、側面視において略扇形の断面形状を有しており、円弧部分の表面に反射コートが施されている。また、この円弧部分は非球面形状に形成されている。そのため、この円弧部分は非球面の凹面鏡を形成しており、扇形の一方の半径側から入射した光を反射して集光し、他方の半径側から射出するものである。これらの赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇはそれぞれ、回折格子３５の回折溝が並ぶ方向のレチクル基板３３の両端部、すなわち、ｙ軸方向の両側面部３３ｒ，３３ｇに、凹面部が像側を向くように、その扇形の半径の一方が接合されている。また、赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇは、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの扇形の半径の他方に取り付けられている。このため、赤色光源３１ｒ及び赤色用ミラー部材３２ｒと、緑色光源３１ｇ及び緑色用ミラー部材３２ｇとは、レチクル基板３３のｙ軸方向の両端に、回折格子３５を挟んで対向するように配置されている。
【００１９】
このようなレチクルユニット３０において、赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇから放射された光は、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの凹面部で反射されて集光され、レチクル基板３３の側面部３３ｒ，３３ｇからこのレチクル基板３３の内部に入射し、さらに、レチクル基板３３の像側の面（以下、「像側面３３ｂ」と呼ぶ）で全反射して、物体側面３３ａに形成された回折格子３５に入射する。そして、この回折格子３５で回折した１次光は、光軸上（ｚ軸上）に射出される。なお、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの凹面部は、赤色及び緑色光源３１ｒ、３１ｇの配置位置を鑑み、赤色及び緑色光源３１ｒ、３１ｇから発し反射した光がレチクル基板３３の像側面３３ｂで全反射する角度になるように配置されている。また、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの凹面部で反射され、レチクル基板３３の像側面３３ｂで全反射した光が、回折格子３５上に集光され、かつ、この回折格子３５で回折した一次光が、光軸上（ｚ軸上）を進むように、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの凹面部の非球面形状、レチクル基板３３の厚さ、回折格子３５から凹面部までのｙ軸方向の距離、及び、回折格子３５の回折溝の格子ピッチが設定されている。ここで、レチクル基板３３を構成する媒質により赤色光及び緑色光に対する波長が異なり、また、回折格子３５での入射角に対する回折角が異なるため、赤色光源３１ｒに対する設定と、緑色光源３１ｇに対する設定と、は異なる。すなわち、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの凹面部の非球面形状やレチクル部材３３における回折格子３５から凹面部までの距離は、それぞれの光線に対して設定される。
【００２０】
本実施の形態に係るレチクルユニット３０を以上のように構成すると、赤色光源３１ｒ若しくは緑色光源３１ｇから放射された光が、回折格子３５で回折され、その一次光が点光源となって回折格子３５から光軸上に射出されるので、観察者は、接眼レンズ４０の視野の中心部に明るい点像を観察することができ、目標物体の視準を容易に行うことができる。一次の回折光であるため、視認するのに十分な光量がこの回折格子３５から射出される。また、赤色光源３１ｒ若しくは緑色光源３１ｇの点灯を切り換えることにより、周囲の状況（目標物体の背景等）に応じて緑色の点像と赤色の点像を使い分けることができる。ここで、このレチクルユニット３０のように、赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇからの光を、レチクル基板３３の像側面３３ｂで全反射させてから回折格子３５に入射するように構成することにより、レチクル部３３の厚さが薄い場合でも、回折格子３５からこのレチクル基板３３の側面部３３ｒ，３３ｇまでのｙ軸方向の長さ、すなわち、ライフルスコープ５０における視野を確保することができる。さらに、レチクル基板３３の端部に赤色光源３１ｒ及び緑色光源３１ｇと、赤色用ミラー部材３２ｒ及び緑色用ミラー部材３２ｇとを配置することができるので、このレチクルユニット３０をコンパクトに構成することができる。
【００２１】
なお、このレチクルユニット３０を上述のライフルスコープ５０に搭載するときは、これらの赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇと赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇとは、装置の構成上、レチクル基板３３の上下の端部に配置するのが良い（すなわち、図２及び図３において、ｘ軸は水平方向になり、ｙ軸は垂直方向になる）。
【００２２】
それでは、このようなレチクルユニット３０において、一つの回折格子３５により、赤色光源３１ｒ及び緑色光源３１ｇから放射された波長の異なる２つの光の１次回折光を光軸上に（この回折格子３５の法線方向に）射出させる条件について説明する。まず、回折格子３５に入射する光線の入射角（回折格子３５の法線に対する入射光線のなす角度）をθ1とし、ｍ次の回折光線の回折角（回折格子３５の法線に対する回折光線のなす角度）をθ2とし、回折格子３５の格子ピッチ（回折格子の周期）をΔｐとし、レチクル基板３３の媒質における該当波長の屈折率をｎとし、入射光の波長をλとすると、次の式（１）が成り立つ。なお、ここではｍは回折次数を示し、自然数である。
【００２３】
ｓｉｎθ1＋ｓｉｎθ2 ＝ ｍλ／（ｎ・Δｐ） （１）
【００２４】
上述のようにこのレチクルユニット３０では、１次の回折光（ｎ＝１）を、この回折格子３５の法線方向（光軸上）に射出させる（θ2＝0）ように構成するため、式（１）は式（２）のように表すことができる。
【００２５】
Δｐ・ｓｉｎθ1 ＝ λ／ｎ （２）
【００２６】
この式（２）から明らかなように、２色の光のうち、波長の長い光（本実施の形態の場合、赤色の光）の方が、入射角θ1が大きくなる。ここで、レチクル基板３３内部から回折格子３５に入射し、回折して光軸上を像側に射出させるためには、赤色の光の入射角がπ／２より小さく無くてはならない。すなわち、上述の式（２）において、赤色光の波長をλrとし、波長λrにおけるレチクル基板３３の媒質の屈折率をｎrとし、赤色光の入射角をθrとしたときに、次式（３）の条件を満足する必要がある。
【００２７】
θr ＝ ｓｉｎ-1（λr／（ｎr・Δｐ）） ＜ π／２ （３）
【００２８】
そして、この式（３）を変形することにより、結局、回折格子３５の格子ピッチΔｐは、次式（４）の条件を満足する必要がある。
【００２９】
λr／ｎr＜ Δｐ （４）
【００３０】
一方、２色の光のうち、波長の短い光（本実施の形態の場合、緑色の光）の方が、式（２）において入射角θ1が小さくなる。本実施の形態に係るレチクルユニット３０では、レチクル基板３３の像側面３３ｂで全反射させてから回折格子３５に入射するように構成している。そのため、図４に示すように、緑色光源３１ｇから放射されて緑色用ミラー部材３２ｇで反射された光は、レチクル基板３３の側面部３３ｇから入射する必要があるが、この緑色光の回折格子３５への入射角θgが小さくなりすぎると、側面部３３ｇから入射させることができなくなる。すなわち、図４において、厚さｄのレチクル基板３３の側面部３３ｇの物体側面３３ａ側の端から、緑色光源３１ｇから放射された中心光線と側面部３３ｇとが交差する点までの距離をΔｄとしたとき、このΔｄが０より大きくなければならない。これは、回折格子３５の中心から側面部３３ｇまでのｙ軸方向の長さをＹｇとしたとき、次式（５）の関係を満たすことを意味する。
【００３１】
Δｄ ＝ ｄ−（Ｙｇ−ｄ・ｔａｎθg）／ｔａｎθg ＞ ０ （５）
【００３２】
この式（５）を入射角θgの条件式として展開すると、次式（６）のようになり、この式（６）と緑色光の波長をλgとし、レチクル基板３３の媒質における波長λgの屈折率をｎgとした式（２）とから、回折格子３５の格子ピッチΔｐは、次式（７）の条件を満足する必要がある。
【００３３】
θg ＞ ｔａｎ-1（Ｙｇ／２ｄ） （６）
Δｐ ＜ λg／（ｎg・ｓｉｎ（ｔａｎ-1（Ｙｇ／２ｄ））） （７）
【００３４】
以上の式（４）及び式（７）より、赤色光及び緑色光の２色の光に対して、いずれの光線に対してもその１次回折光を光軸上に射出させるためには、回折格子３５の格子ピッチΔｐが次式（８）を満足するように構成することが必要である。
【００３５】
λr／ｎr ＜ Δｐ ＜ λg／（ｎg・ｓｉｎ（ｔａｎ-1（Ｙｇ／２ｄ））） （８）
【００３６】
なお、円板状のレチクル基板３３の側面部３３ｒ，３３ｇに赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇを接合するために、図５に示すように、レチクル基板３３の端部を削って平面状にし、この平面部に赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇを接合することが好ましい。このとき、赤色光及び緑色光の波長に応じて、このレチクル基板３３の中心部に形成された回折格子３５からの距離Ｙｒ，Ｙｇが異なるが、図５（ａ）に示すように、レチクル基板３３の端部の削り取る量を変えて、距離Ｙｒ，Ｙｇの違いに対応することができる。或いは、図５（ｂ）に示すように、短い方の距離（本実施形態の場合は緑色光に対応した距離Ｙｇ）に合わせて、レチクル基板３３の両端を同じ量だけ削り取り、赤色用ミラー部材３２ｒのＹ軸方向長さを長くして、それぞれの距離Ｙｒ，Ｙｇになるように構成することもできる。
【００３７】
また、赤色用及び緑色用ミラー部材の形状をレチクル基板３４と一体成形で成形可能な場合は、レチクル基板と赤色用及び緑色用ミラー部材は同一部材から形成されても良い。
【００３８】
また、以上の説明では赤色光源３１ｒ及び緑色光源３１ｇから放射された赤色光及び緑色光を回折格子３５上に集光する集光部として、非球面形状の反射面を有する赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇを設けた場合について説明したが、後述する第３実施例に示すように、非球面形状のレンズ面を有し、このレンズ面により赤色光若しくは緑色光を集光するレンズ部材を用いることも可能である。
【００３９】
また、以上の説明では、赤色光及び緑色光の２色の光を用いた場合について説明したが、他の波長の光を用いることもできるし、また、３色以上の光を用いることも可能である。３色以上の光を用いる場合、上述の条件式（８）は、これらの３色以上の光のうち、最も長い波長をλrとし、最も短い波長をλgとしたときの条件となる。
【実施例】
【００４０】
それでは、以上のような構成のレチクルユニット３０について、具体的な実施例を示して説明する。
【００４１】
［第１実施例］
第１実施例に係るレチクルユニット３０は、上述の実施形態の説明で用いた図２及び図３に示すものあり、この第１実施例に係るレチクルユニット３０において、赤色光源３１ｒ及び緑色光源３１ｇは、光軸と略平行に物体側に赤色光及び緑色光を放射するように配置した場合を示している。また、赤色用ミラー部材３２ｒ及び緑色用ミラー部材３２ｇを構成する反射面の形状である非球面の基準となる球面の中心（以下、「非球面中心」と呼ぶ）は、図２において点Ｐｒ，Ｐｇで示すように、これらの赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇとレチクル基板３３とが接合される部分である。
【００４２】
以下の表１にこの第１実施例に係るレチクルユニット３０の諸元を示す。この諸元表において、ｄはレチクル基板３３の厚さを示し、φは円板状のレチクル基板３３の直径を示し、ｎｄはレチクル基板３３を構成する媒質のｄ線に対する屈折率を、ｎＣはレチクル基板３３を構成する媒質のｄ線に対する屈折率を、νｄはアッベ数を示し、Δｐは回折格子３５の格子ピッチを示す。なお、実施例では、赤色光源の波長はｄ線で、緑色高原の波長はＣ線とした。もちろん、本発明はこれらの波長に限定されたものではない。また、Ｄカット量は、円板状のレチクル基板３３の端部から赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇを接合するために削り取られる部分のｙ軸方向の長さを示している。すなわち、レチクルユニット３３の端部の回折格子３５からの長さＹｒ，Ｙｇは、レチクル基板３３の半径φ／２からＤカット量を引いた値となる。
【００４３】
さらに、赤色及び緑色光源３１ｒ，３１ｇのそれぞれの光源中心、並びに、赤色用及び緑色用ミラー部材３２の反射面の非球面中心の座標は、図２及び図３に示して定義したｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の交点を回折格子３５の中心に一致させた場合のｚ軸及びｙ軸の値を（ｚ，ｙ）として示している。ここで、ｙ軸方向は、赤色光源３１ｒの方向を正とし、ｚ軸方向は、像側を正として表している。また、赤色用及び緑色用ミラー部材３２ｒ，３２ｇの反射面の非球面形状は、光軸からの垂直方向の高さ（入射高）をｙとし、非球面の頂点（上述の非球面中心）における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（非球面量又はサグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径をｒとし、円錐係数をｋとし、４次の非球面係数をＡ4、６次の非球面係数をＡ6、８次の非球面係数をＡ8、１０次の非球面係数をＡ10としたとき、次式（９）で表されるものとし、この非球面式（９）における曲率半径ｒ、円錐係数ｋ及び非球面係数Ａnの値として示してる。ここで、非球面係数に示す「Ｅ−ｎ」は、「×１０-n」を示している。
【００４４】
Ｓ（ｙ）＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−（１＋ｋ）・ｙ2／ｒ2）1/2｝
＋Ａ4・ｙ4＋Ａ6・ｙ6＋Ａ8・ｙ8＋Ａ10・ｙ10 （９）
【００４５】
なお、この表１に示す諸元において、レチクル基板３３の厚さｄ、直径φ、格子ピッチΔｐその他長さの単位は、特記のない場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大・比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。なお、これらの諸元表の説明は、以降の実施例においても同様である。
【００４６】
（表１）
レチクル基板３３
ｄ＝5
φ＝24.2
ｎｄ＝1.5168
ｎＣ＝1.51432
νｄ＝64.1
Δｐ＝0.00051
赤色光源３１ｒ
光源中心 ＝(5,14.7)
赤色用ミラー部材３２ｒ
非球面中心＝(0,12.0)
Ｄカット量＝0.1
ｒ＝2.74 ｋ＝6.49 Ａ4＝0.00208 Ａ6=-1.86927E-6
Ａ8＝-1.96168E-8 Ａ10＝0
緑色光源３１ｇ
光源中心 ＝(5,-11)
緑色用ミラー部材３２ｇ
非球面中心＝(0,-8.8)
Ｄカット量＝3.3
ｒ＝3.78 ｋ＝2.39 Ａ4＝-0.00227 Ａ6=0.00026
Ａ8＝-5.29054E-6 Ａ10＝0
【００４７】
この第１実施例に係るレチクルユニット３０を以上の諸元に基づいて構成すると、赤色光源３１ｒもしくは緑色光源３１ｇから放射された赤色光及び緑色光が、回折格子３５で回折して、その１次光が光軸上に射出されるため、これらの光源３１ｒ，３１ｇを切り替えることにより、接眼レンズ４０を介してその視野内の光軸上に、明るい赤又は緑の点像を視認することができる。
【００４８】
［第２実施例］
次に、図６を用いて第２実施例に係るレチクルユニット１３０について説明する。この第２実施例に係るレチクルユニット１３０において、赤色光源１３１ｒ及び緑色光源１３１ｇは、光軸と略平行に赤色光及び緑色光を放射するが、赤色光源１３１ｒから放射された赤色光は、赤色用ミラ−部材１３２ｒで反射された後、レチクル基板１３３の像側面１３３ｂで全反射させずに、直接回折格子１３５に入射するように配置されている。そのため、赤色光源１３１ｒから放射される赤色光は像側に放射され、緑色光源１３１ｇから放射される緑色光は、第１実施例と同様に物体側に放射される。また、赤色用ミラー部材１３２ｒ及び緑色用ミラー部材１３２ｇを構成する反射面の非球面中心は、第１実施例と同様に、図６において点Ｐｒ，Ｐｇで示すように、これらの赤色用及び緑色用ミラー部材１３２ｒ，１３２ｇとレチクル基板１３３とが接合される部分である。
【００４９】
以下の表２にこの第２実施例に係るレチクルユニット１３０の諸元を示す。
【００５０】
（表２）
レチクル基板１３３
ｄ＝5
φ＝24.8
ｎｄ＝1.5168
ｎＣ＝1.51432
νｄ＝64.1
Δｐ＝0.00047
赤色光源１３１ｒ
光源中心 ＝(0,10.7)
赤色用ミラー部材１３２ｒ
非球面中心＝(5,8.0)
Ｄカット量＝4.4
ｒ＝-4.74 ｋ＝0.56 Ａ4＝0.00127 Ａ6=-1.16884E-5
Ａ8＝-1.56090E-7 Ａ10＝0
緑色光源１３１ｇ
光源中心 ＝(5,-15.9)
緑色用ミラー部材１３２ｇ
非球面中心＝(0,-12.3)
Ｄカット量＝0.1
ｒ＝5.83 ｋ＝0.16 Ａ4＝-0.00144 Ａ6=-1.34186E-5
Ａ8＝-5.29054E-6 Ａ10＝-2.14739E-8
【００５１】
上述のように、波長の長い赤色光は、緑色光に比べて回折格子１３５に対する入射角が大きくなるため、レチクル基板１３３の像側面１３３ｂに全反射させなくても、視野の外に赤色光源１３１ｒ及び赤色用ミラー部材１３２ｒを配置することができる。そのため、このレチクルユニット１３０のｙ軸方向の大きさのうち、赤色光源１３１ｒ側の大きさを第１実施例に係るレチクルユニット３０よりも小さくすることができる。
【００５２】
［第３実施例］
最後に、図７を用いて第３実施例に係るレチクルユニット２３０について説明する。この第３実施例に係るレチクルユニット２３０において、緑色光源１３１ｇは、第１及び第２実施例と同様に、光軸と略平行に物体側に向かって緑色光を放射するが、赤色光源１３１ｒは、赤色光を光軸と直交する方向に（ｙ軸方向に）放射するように構成されている。また、これにともない、この赤色光源２３１ｒから放射された赤色光をレチクル基板２３３内に導く集光部として、非球面形状のレンズ面を有する赤色用レンズ部材２３２ｒを用いて構成している。また、この赤色用レンズ部材２３２ｒで集光された赤色光は、第２実施例と同様に、レチクル基板２３３の像側面２３３ｂで全反射させずに、直接回折格子２３５に入射するように配置されている。この第３実施例に係るレチクルユニット２３０において、赤色用レンズ部材２３２ｒのレンズ面の非球面中心は、図７の点Ｐｒで示すように、ｙ軸上の上端部であり、緑色用ミラー部材２３２ｇを構成する反射面の非球面中心は、第１及び第２実施例と同様に、図７において点Ｐｇで示すように、この緑色用ミラー部材２３２ｇとレチクル基板２３３とが接合される部分である。
【００５３】
以下の表３にこの第３実施例に係るレチクルユニット２３０の諸元を示す。なお、赤色用レンズ部材２３２ｒの非球面レンズ厚は５ｍｍであり、この非球面形状のレンズ面のｄ線に対する焦点距離は５５．９ｍｍである。
【００５４】
（表３）
レチクル基板２３３
ｄ＝5
φ＝24.8
ｎｄ＝1.5168
ｎＣ ＝ 1.51432
νｄ＝64.1
Δｐ＝0.00047
赤色光源２３１ｒ
光源中心 ＝(3.9,18.0)
赤色用レンズ部材２３２ｒ
非球面中心＝(0,13.0)
Ｄカット量＝4.4
ｒ＝-27.51 ｋ＝51.81 Ａ4＝0.00480 Ａ6＝0 Ａ8＝0 Ａ10＝0
緑色光源２３１ｇ
光源中心 ＝(5,-15.9)
緑色用ミラー部材２３２ｇ
非球面中心＝(0,-12.3)
Ｄカット量＝0.1
ｒ＝5.83 ｋ＝0.16 Ａ4＝-0.00144 Ａ6=-1.34186E-5
Ａ8＝-5.29054E-6 Ａ10＝-2.14739E-8
【００５５】
第２実施例で説明したように、赤色光は、レチクル基板１３３の像側面１３３ｂに全反射させなくても、視野の外に赤色光源２３１ｒを配置することができ、又、赤色用ミラー部材の代わりに、屈折力により集光する赤色用レンズ部材２３２ｒを用いても、このレチクルユニット２３０を構成することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 対物レンズ ３０，１３０，２３０ レチクルユニット
３１ｒ，１３１ｒ，２３１ｒ 赤色光源 ３１ｇ，１３１ｇ，２３１ｇ 緑色光源
３２ｒ，１３１ｒ 赤色用ミラー部材（集光部）
２３２ｒ 赤色用レンズ部材（集光部）
３２ｇ，１３２ｇ，２３２ｇ 緑色用ミラー部材（集光部）
３３，１３３，２３３ レチクル基板 ３５，１３５，２３５ 回折格子
４０ 接眼レンズ ５０ ライフルスコープ（光学機器）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが異なる波長の光を放射する２以上の光源と、
光を透過する材料を円板状に形成し、略円形形状の面の略中心部に回折格子が形成されたレチクル基板と、
前記２以上の光源の各々に対して設けられ、前記光源から放射された光が前記レチクル基板の前記回折格子に集光する集光部とを備え、
前記集光部を経て前記レチクル基板の内部を伝搬した前記光源から放射された光が、当該回折格子で回折した１次光が前記回折格子の法線方向に射出することを特徴とするレチクルユニット。
【請求項２】
前記２以上の光源の各々から放射される光の波長のうち、最も長い波長をλr、最も短い波長をλgとし、前記レチクル基板の厚さをｄとし、前記レチクル基板の媒質における最も長い波長のときの屈折率をｎrとし、前記レチクル基板の媒質における最も短い波長のときの屈折率をｎgとし、前記回折格子から前記レチクル基板の前記側面部までの長さであって、前記最も短い波長の光を放射する前記光源が配置される前記側面部までの長さをＹｇとし、前記回折格子の格子ピッチをΔｐとしたとき、次式
λr／ｎr ＜ Δｐ ＜ λg／（ｎg・ｓｉｎ（ｔａｎ-1（Ｙｇ／２ｄ）））
の条件を満足する請求項１に記載のレチクルユニット。
【請求項３】
前記光源は、２つの異なる波長の光を放射する２つの光源から構成され、前記２つの光源が、前記回折格子を挟んで対向するように配置されている請求項２に記載のレチクルユニット。
【請求項４】
前記集光部は、前記レチクル基板とは別の部材からなり、前記レチクル基板の側面部に接合されて設けられ、かつ非球面形状の反射面を有し、前記光源からの光を前記反射面で反射させて集光するように構成された請求項３に記載のレチクルユニット。
【請求項５】
前記集光部は、前記レチクル基板とは別に設けられ、前記レチクル基板の側面部に接合されて設けられ、かつ非球面形状のレンズ面を有し、前記光源からの光を前記レンズ面で屈折させて集光するように構成された請求項３に記載のレチクルユニット。
【請求項６】
前記集光部は、前記レチクル基板の屈折率とほぼ同じ屈折率を有し、
前記レチクル基板の前記側面部から入射した前記光を、前記レチクル基板の前記回折格子が形成されている面と対向する面で全反射させて前記回折格子に照射するように構成された請求項４又は５に記載のレチクルユニット。
【請求項７】
対物レンズと、
前記対物レンズにより形成される像若しくは当該像と略共役な位置に前記レチクル基板の前記回折格子が形成された前記面が配置された請求項１〜６いずれか一項に記載のレチクルユニットと、
前記対物レンズの前記像、及び、前記レチクルユニットの前記回折格子から射出される光を重ね合わせて観察する接眼レンズと、を有する光学機器。
【請求項１】
それぞれが異なる波長の光を放射する２以上の光源と、
光を透過する材料を円板状に形成し、略円形形状の面の略中心部に回折格子が形成されたレチクル基板と、
前記２以上の光源の各々に対して設けられ、前記光源から放射された光が前記レチクル基板の前記回折格子に集光する集光部とを備え、
前記集光部を経て前記レチクル基板の内部を伝搬した前記光源から放射された光が、当該回折格子で回折した１次光が前記回折格子の法線方向に射出することを特徴とするレチクルユニット。
【請求項２】
前記２以上の光源の各々から放射される光の波長のうち、最も長い波長をλr、最も短い波長をλgとし、前記レチクル基板の厚さをｄとし、前記レチクル基板の媒質における最も長い波長のときの屈折率をｎrとし、前記レチクル基板の媒質における最も短い波長のときの屈折率をｎgとし、前記回折格子から前記レチクル基板の前記側面部までの長さであって、前記最も短い波長の光を放射する前記光源が配置される前記側面部までの長さをＹｇとし、前記回折格子の格子ピッチをΔｐとしたとき、次式
λr／ｎr ＜ Δｐ ＜ λg／（ｎg・ｓｉｎ（ｔａｎ-1（Ｙｇ／２ｄ）））
の条件を満足する請求項１に記載のレチクルユニット。
【請求項３】
前記光源は、２つの異なる波長の光を放射する２つの光源から構成され、前記２つの光源が、前記回折格子を挟んで対向するように配置されている請求項２に記載のレチクルユニット。
【請求項４】
前記集光部は、前記レチクル基板とは別の部材からなり、前記レチクル基板の側面部に接合されて設けられ、かつ非球面形状の反射面を有し、前記光源からの光を前記反射面で反射させて集光するように構成された請求項３に記載のレチクルユニット。
【請求項５】
前記集光部は、前記レチクル基板とは別に設けられ、前記レチクル基板の側面部に接合されて設けられ、かつ非球面形状のレンズ面を有し、前記光源からの光を前記レンズ面で屈折させて集光するように構成された請求項３に記載のレチクルユニット。
【請求項６】
前記集光部は、前記レチクル基板の屈折率とほぼ同じ屈折率を有し、
前記レチクル基板の前記側面部から入射した前記光を、前記レチクル基板の前記回折格子が形成されている面と対向する面で全反射させて前記回折格子に照射するように構成された請求項４又は５に記載のレチクルユニット。
【請求項７】
対物レンズと、
前記対物レンズにより形成される像若しくは当該像と略共役な位置に前記レチクル基板の前記回折格子が形成された前記面が配置された請求項１〜６いずれか一項に記載のレチクルユニットと、
前記対物レンズの前記像、及び、前記レチクルユニットの前記回折格子から射出される光を重ね合わせて観察する接眼レンズと、を有する光学機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１７８８４（Ｐ２０１１−１７８８４Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６２４２５（Ｐ２００９−１６２４２５）
【出願日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【出願人】（５０１４３９２６４）株式会社 ニコンビジョン (86)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【出願人】（５０１４３９２６４）株式会社 ニコンビジョン (86)
【Ｆターム（参考）】
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