色分解光学系及びそれを有する撮像装置
【課題】三色色分解特性を維持しつつ、空隙を構成する面によるゴーストを抑制することを可能にした色分解光学系を提供する。
【解決手段】色分解光学系は、入射光束を反射光束と透過光束に分離する第２面を有し、反射光束を分離する第１プリズムと、第２面との間に空隙を挟んで配置される第３面を有し、第３面から入射した光束を反射光束と透過光束に分離する第４面を備え、第４面で反射された後、第３面で反射された光束を分離する第２プリズムと、を有し、第２面及び第３面の少なくともいずれかの表面に多層膜が形成され、λを第２プリズムで分離される光束の波長範囲の中心波長(nm)、ndを多層膜最外層の光学膜厚(nm)、Nmを多層膜最外層の中心波長に対する屈折率、Ngを第２プリズム硝材の、分離される色光の波長範囲の中心波長に対する屈折率、θ2を第２プリズムの頂角とした時、0.70 ＜ nd×cosθ2A/(λ/4) ＜ 1.2、θ2A＝sin-1{(Ng/Nm)sin(θ2)}、を満たす。
【解決手段】色分解光学系は、入射光束を反射光束と透過光束に分離する第２面を有し、反射光束を分離する第１プリズムと、第２面との間に空隙を挟んで配置される第３面を有し、第３面から入射した光束を反射光束と透過光束に分離する第４面を備え、第４面で反射された後、第３面で反射された光束を分離する第２プリズムと、を有し、第２面及び第３面の少なくともいずれかの表面に多層膜が形成され、λを第２プリズムで分離される光束の波長範囲の中心波長(nm)、ndを多層膜最外層の光学膜厚(nm)、Nmを多層膜最外層の中心波長に対する屈折率、Ngを第２プリズム硝材の、分離される色光の波長範囲の中心波長に対する屈折率、θ2を第２プリズムの頂角とした時、0.70 ＜ nd×cosθ2A/(λ/4) ＜ 1.2、θ2A＝sin-1{(Ng/Nm)sin(θ2)}、を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色分解光学系およびそれを有する撮像装置に関し、特に対物レンズからの光を複数の光束に分割する光分解プリズム、あるいはこの光分解プリズムを用いた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放送用カメラや一部の民生用高級撮像カメラには、第１プリズムと第２プリズムの間に空隙を有する、所謂フィリップスタイプと呼ばれる３色色分解光学系が使われることが多い。以下にその概要について説明する。
【０００３】
図１０にフィリップスタイプの色分解光学系の概念図を示す。このような色分解光学系を用いる撮像装置にはＣＣＤを代表とする固体撮像素子が使われる。ＣＣＤの表面には金属コーティングが施され、その反射率は比較的高い。このため、強い光源を撮影するとＣＣＤ面上で強い回折を伴う反射が起こる。ＣＣＤ表面で反射された光の一部は、図１２（Ａ）のような第２プリズムの光路（１０２１）を通って固体撮像素子１０１１Ｒに再入射することでゴーストとなって現れる。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のゴースト光路（１０２１）を第２プリズムに沿って展開した図である。特に、反射面１００７に垂直に入射し反射する光線を描いている。この図から、ＣＣＤにて反射した光の内、第２プリズムに入射した直後の面１００６への入射角度βと、面１００７にて反射した後、再度面１００６に入射する角度γは、ともにプリズムの頂角θ２と等しい。ここで、Ngをプリズム硝材の屈折率とすると、θ２＜sin-1(1/Ng)を満たす場合、このゴースト光路は面１００６で全反射しないので、空隙１００５を挟んだ１００３と１００６の反射光による干渉が起こる。また、θ２≧sin-1(1/Ng)を満たす場合、このゴースト光路は面１００６で全反射する。従って、干渉は発生せず１００％全反射して固体撮像素子に戻る。
【０００４】
図１３は面１００７への入射角が垂直からわずかにずれたゴースト光路（１０２２）を示した図である。この場合、面１００６への入射角が変わるため、場所によりゴースト光反射強度が変化する。点Ｐ３での入射角は点Ｐ４での入射角より大きいため、点Ｐ３においては全反射がより起こりやすい傾向にあり、逆に点Ｐ４は全反射が起こりにくい傾向にあることがわかる。従って、全反射しない場合に点Ｐ４において干渉が発生する。図１４に、画像に現れるゴースト光の模式図を示す。図１４の全反射ゴースト領域においては点Ｐ３、Ｐ４ともに全反射し、干渉縞ゴーストの現れる領域においては、点Ｐ３もしくは点Ｐ４において干渉が発生している。θ２を変化させることで、画面上に現れる全反射ゴーストの領域および干渉縞の現れる領域が変化する。
例えば、特許文献１では第２プリズムの頂角θ２を適切にすることにより、第２プリズム入射面１００６でゴースト光を全反射させ、空隙による干渉縞が発生しない光束分割プリズムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６６９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、干渉縞を目立たなくさせることは可能であるが、ゴースト光の反射率が１００％となる領域は拡大してしまう。従って、赤色用固体撮像素子における映像は画面全体にフレアがかかった画像になってしまう。
そこで、本発明の目的は、三色色分解特性を維持しつつ、空隙を構成する面に起因するゴーストを抑制することを可能にした色分解光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の入射光束を複数の光束に分離する色分解光学系であって、光束が入射する第１面と、入射光束を、反射される光束と透過する光束に分離する第２面を有し、該反射される光束を分離する第１プリズムと、該第２面との間に空隙を挟んで配置される第３面を有する第２プリズムであって、該第３面から入射した光束を、反射される光束と透過する光束に分離する第４面を備え、該第４面で反射された後、該第３面で反射された光束を分離する第２プリズムと、を有し、該第２面及び該第３面、の少なくともいずれか一方の表面に、多層膜が形成され、λを該第２プリズムで分離される光束の波長範囲の中心波長(nm)、ndを該多層膜の最外層の光学膜厚(nm)、Nmを該多層膜の最外層の該中心波長に対する屈折率、Ngを第２プリズムの硝材の、該第２プリズムで分離される色光の波長範囲の該中心波長に対する屈折率、θ2を該第２プリズムの該第３面と該第４面によって形成される頂角とした時、
0.70 ＜ nd×cosθ2A/(λ/4) ＜ 1.2、
θ2A＝sin-1{(Ng/Nm)sin(θ2)}
の条件を満たすことを特徴とする色分解光学系。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、三色色分解特性を維持しつつ、エアギャップを構成する面に起因するゴーストを抑制することを可能にした色分解光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１におけるプリズム断面図。
【図２】本発明における膜構成概念図。
【図３】実施例１における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【図４】実施例２における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【図５】実施例３における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【図６】実施例４におけるプリズム断面図。
【図７】実施例４における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【図８】実施例５における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【図９】実施例６における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【図１０】微細周期構造膜の概念図。
【図１１】色分解光学系の断面図。
【図１２】本発明が課題とするゴースト光路図。
【図１３】本発明が課題とするゴースト光路図。
【図１４】本発明が課題とするゴーストの模式図。
【図１５】比較例１における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の色分解光学系の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明に関する色分解光学系である色分解プリズム１の断面図である。色分解プリズム１は撮像装置内に構成され、固体撮像素子１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒと、該撮像装置に対して着脱可能に設置される対物レンズＬｅとの間に位置し、対物レンズＬｅからの光を青、緑、赤の複数の各色光に分解し、その各々を青色用、緑色用、赤色用の固体撮像素子１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒそれぞれに導く働きをする。各固体撮像素子１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒは、ぞれぞれ、青、緑、赤色の画像情報を電気映像信号に変換している。尚、色分解プリズム１と各固体撮像素子は、撮像装置であるカメラ本体内に固定されている。
【００１２】
色分解光学系である色分解プリズム１は、光束の進行方向において物体側から順に、第１プリズム（青色分解用のプリズム）と、空隙を介して隣接して配置される第２プリズム（赤色分解用のプリズム）と、この第２プリズムと接合された第３プリズム（緑色光を導光するプリズム）より構成されている。各プリズムを構成する光学材料の屈折率は全て同じである。第１プリズムは、空隙と接する面３（第２面）で青色光（第１の光束）のみを反射し、残りの光（第２の光束）を透過する誘電体多層膜で構成された青反射ダイクロイック膜（青色用の反射面）３を有する。この面３に入射する光線の入射角αは、第１プリズムの面２（第１面）への入射角が０度であるため、第１プリズムの頂角（面２と面３の成す角）θ１に等しい。
【００１３】
第２プリズムは、第３プリズムと接合される面に、赤色光（第３の光束）のみを反射し、残りの緑色光（第４の光束）を透過する誘電体多層膜で構成された、赤反射ダイクロイック膜（赤色用の反射面）７を有している。色分解プリズム１は、対物レンズからの光を第１プリズムの入射面２より取り込み、第１プリズムの青反射ダイクロイック面３にて青色成分の反射光とその他の透過光に分離する。反射された青色光は、入射面２にて全反射して面４から射出し、青色成分のための固体撮像素子１１Ｂに導かれる。面３にて透過により分離された光（赤色成分と緑色成分）の内、赤色成分の光は赤反射ダイクロイック面７（第４面）よって反射される一方、緑色成分の光は透過する。反射された赤色光は、空隙５と接する第２プリズムの入射面６（反射面）（第３面）にて全反射され、射出面８を射出して赤色成分のための固体撮像素子１１Ｒに導かれる。二つのダイクロイック膜を最後まで透過した緑色成分の光は、面１０より射出し、緑色成分のための固体撮像素子１１Ｇに導かれる。図２は、本発明の実施形態にかかわる第１プリズム射出面である面３の膜構成およびゴースト光線２１、正規反射光線２３が入射する部分のミクロ的な模式図である。
【００１４】
固体撮像素子として使用されるＣＣＤの表面には反射率が比較的高い金属コーティングが施され、強い光源を撮影するとＣＣＤ面上で強い反射が起こる。このため、図１に示すように第２プリズムの面７で反射した後に面６で反射して固体撮像素子１１Ｒに入射した光束の一部は、固体撮像素子１１Ｒ上で反射され、面６、面７、面６の順に反射され、固体撮像素子１１Ｒに再入射することでゴーストとなって現れる。
【００１５】
図２に示すように、青色チャネルの波長域の成分を主光線入射角θ１で選択的に反射するために、ガラス基板１０１の面３上には２０〜３０層程度の誘電体多層膜１０２が形成されている。
【００１６】
第２プリズムの硝材の、第２プリズムで分離する色光の中心波長の光線に対する屈折率Ngにおける全反射条件から求められる臨界角はsin-1(1/Ng)で表され、この臨界角よりも小さい入射角では全反射することはない。固体撮像素子１１Ｒ上で反射され、面６で反射され、面７へ垂直入射して反射する光線（ゴースト光線）は、
θ２＜sin-1(1/Ng)
である場合には面６で全反射しない。この場合に、反射せずに面６に入射（面６にから空隙内に射出）した光線がゴースト光線として面３に入射することになる。面７から面６に入射したゴースト光線は屈折され、面７へ垂直入射したゴースト光線の面６への入射角はθ２であるので、面３への入射角θ２Ｂはスネルの法則より、
θ２Ｂ＝sin-1(Ng ×sinθ２)
となる。面３に入射したゴースト光線が面３で反射されて面６に入射すると、面６で反射された光線と干渉する。本発明の色分解プリズムにおいては、この干渉の発生を抑制するため、図２に示すように、面３上に構成された多層膜は、誘電体多層膜１０２の上に最外層として低屈折率膜１０３を有することを特徴とする。最外層の低屈折率膜１０３は以下の条件を満足する膜厚を有するように形成する。
【００１７】
0.70 ＜ nd×cosθ2A/(λ/4) ＜ 1.2 （１）
ただし、θ２A＝sin-1{(Ng/Nm) ×sin(θ２)}
ここで、θ２Aは最外層膜内におけるゴースト光線の角度を表す。λは第２プリズムで分解抽出される光の波長帯の中心波長(nm)であり、ここでは赤色帯域の中心で６５０ｎｍとする。nd は最外層の光学膜厚(nm)を表し、nd×cosθ2Aは前述のゴースト光の最外層における光路長を表す。この光路長が略λ/4となるように最外層の膜厚ndを構成することでゴースト光反射を抑制することができる。従って、（１）式の上限または下限の条件を満足しない場合は、最外層１０３表面でゴースト光線は反射されることになる。（１）式は、より好ましくは、
0.84 ＜ nd×cosθ2A/(λ/4) ＜ 1.2 （１ａ）
さらに好ましくは、
0.9 ＜ nd×cosθ2A/(λ/4) ＜ 1.1 （１ｂ）
の条件で形成すると良い。
【００１８】
最外層である低屈折率膜１０３は、第２プリズムでの反射によって分離して取得する光束の波長範囲の略中心波長、例えば、波長６５０ｎｍ、に対する屈折率をＮｍとしたとき、
1.05＜Nm＜1.34 （２）
を満足する材料で構成されることを特徴とする。この範囲の屈折率を有する最外層を構成することにより、最外層である低屈折率膜１０３が接する空隙５を構成する空気との間での屈折率差、及び、ガラス基板１０１と低屈折率膜１０３との間での屈折率差を適切に確保することができるため、（１）式を満足するように構成する際に、ゴースト光の反射をより効率的に抑制することが出来る。特に、（２）式の上限の条件が満たされないと、正規光の入射角における波長帯６００〜７００nmの反射率の抑制（色再現性の向上）とゴースト光の抑制を両立することが困難になる。
この（２）式は、より好ましくは、
1.15＜Nm＜1.32 （２ａ）
を満足すると尚好ましい。
【００１９】
第２プリズムでの反射によって分離して取得する光束の波長範囲の略中心波長、例えば、波長６５０ｎｍ、に対するプリズム硝材の屈折率Ｎｇは、
1.35≦Ng （３）
を満足することが好ましい。（３）式の条件を満足することにより、最外層である低屈折率膜１０３が接する空隙５を構成する空気との間での屈折率差、及び、ガラス基板１０１と低屈折率膜１０３との間での屈折率差を適切に確保することができるため、（１）式を満足するように構成する際に、ゴースト光の反射をより効率的に抑制することが出来る。
この（３）式は、より好ましくは、
1.43＜Ng＜1.70 （３ａ）
を満足すると尚好ましい。
【００２０】
さらに、第２プリズムでの反射によって分離して取得する光束の波長範囲の略中心波長、例えば、波長６５０ｎｍ、に対するプリズム硝材の屈折率Ｎｇは、
0.75 ＜ θ２/sin-1(1/Ng) ＜ 1.1 （４）
を満たすことを特徴とする。θ２/sin-1(1/Ng)＜１の場合、このゴースト光路は面６で全反射しないので、本発明の低屈折率膜１０３の効果を享受することが出来る。しかし、第２プリズムの面６でレンズからの入射光束を全反射させて、固体撮像素子１１Ｒへ導くためには、
θ2≧[θ1＋sin-1(1/Ng)＋sin-1{1/(2×Ng×Fno)}]/2 （５）
の条件を満足する必要がある。ここで、Fnoは対物レンズＬｅのＦナンバーである。（４）式の下限が満たされないと、（５）式で表される全反射条件を満足させるために、使用できる対物レンズＬｅは、Ｆナンバーの大きい（暗い）レンズしか許容できなくなってしまい、好ましくない。また、（４）式の上限を満たさない領域は全反射の領域であるため、本発明の効果は小さい。（４）式の上限値を１でなく１．１としたのは、色分解光学系への入射角の幅を考慮したためである。
この（４）式は、より好ましくは、
0.79 ＜ θ２/sin-1(1/Ng) ＜ 1.02 （４ａ）
を満足すると尚好ましい。
【００２１】
また、上記の説明では、低屈折率膜１０３はプリズム１の面３の表面に構成された多層膜の最外層とする構成を例示した。しかし、本発明は、この構成に限定されることはない。本発明で抑制しようとしているゴースト光による干渉縞は、空隙５を挟む３面と６面で反射した光束により発生するので、面３での反射を低減する上記の構成以外に、面６での反射を低減する構成においても同様の効果を得ることができる。従って、面６の表面のダイクロイック膜の最外層に低屈折率膜を構成することによっても、本発明の効果を得ることが出来る。さらに、面３及び面６の両方のダイクロイック膜の最外層に低屈折率膜を構成することによっても、本発明の効果を得ることが出来る。
【実施例１】
【００２２】
以下、図３を参照して、本発明の第１の実施例による、色分解光学系について説明する。
【００２３】
本実施例における、面３に形成した多層膜の構成を表１に、正規光である入射角θ１に対する反射率特性を図３（ａ）に示す。基板から順に２７層の多層膜と１層の低屈折率膜から構成される。２７層の多層膜は、正規光における波長域４００〜５００nmの反射率を７０％以上にするために形成されている。表８に記載されているように、式（１）、（２）、（４）の条件を満たしている。
【００２４】
条件式（４）を満たすプリズム形状にすることにより、ゴースト光の入射角を小さくすることができる。今回の低屈折率膜の効果は入射角が小さいほど大きい。従って、本実施例においては、条件式（４）の上限を満たすことで、撮像面の広範囲でゴースト光の反射を抑制している。
【００２５】
また、本実施例における面３に形成した多層膜の入射角δ=θ2B×0.9=74.8°における反射率特性を図３（ｂ）に示す。この入射角δは、先述した図１２のような光路を通るゴースト光が面３に入射する角度の一つとして規定している。この角度は画面中央に高輝度被写体が存在し、４：３比率のセンサーにゴースト光が発生する場合のセンサー上下端へのゴースト光線の角度に近い。波長域６００〜７００nmにおいて反射率は5％以下である。この反射率条件を満たすことにより、前述のゴースト光の反射を抑制することができる。
【００２６】
また、本実施例における低屈折率膜の屈折率はNm=1.25である。Nm=1.25とすることにより、前述に述べたゴースト光を抑制しつつ、より入射角の小さい正規光の入射角における波長帯６００〜７００nmの反射率をも抑制しているので、Bch以外の波長帯の光線を固体撮像素子１１Ｂに導いてしまうことがなく、色再現性の低下を抑制できる。
【実施例２】
【００２７】
図４を参照して、本発明の第２の実施例による、色分解光学系について説明する。本実施例における、面３に形成した多層膜の構成を表２に示す。面３に形成した多層膜の、正規光である入射角θ１における反射率特性を図４（ａ）に、入射角δ=θ2B×0.9=74.8°における反射率特性を図４（ｂ）に示す。
【００２８】
本実施例におけるプリズム形状は実施例１と同じである。異なるのは第１プリズム射出側の膜構成である。本実施例の多層膜は、基板から順に２７層の多層膜と１層の低屈折率膜から構成される。表８に記載されているように、式（１）、（２）、（４）の条件を満たしており、ゴースト光の反射を良好に抑制し、干渉縞の発生を良好に抑制できている。
【実施例３】
【００２９】
図５を参照して、本発明の第３の実施例による、色分解光学系について説明する。本実施例における、面３に形成した多層膜の構成を表３に示す。面３に形成した多層膜の、正規光である入射角θ１における反射率特性を図５（ａ）に、入射角δ=θ2B×0.9=74.8°における反射率特性を図５（ｂ）に示す。
【００３０】
本実施例におけるプリズム形状は実施例１と同じである。異なるのは第１プリズム射出側の膜構成である。本実施例の多層膜は、基板から順に２７層の多層膜と１層の低屈折率膜から構成される。表８に記載されているように、式（１）、（２）、（４）の条件を満たしており、ゴースト光の反射を良好に抑制し、干渉縞の発生を良好に抑制できている。
【実施例４】
【００３１】
図６、７を参照して、本発明の第４の実施例による、色分解光学系について説明する。図６は本実施例におけるプリズム断面図である。
【００３２】
本実施例における、面３に形成した多層膜の構成を表４に示す。面３に形成した多層膜の、正規光である入射角θ１における反射率特性を図７（ａ）に、入射角δ=θ2B×0.9=50.0°における反射率特性を図７（ｂ）に示す。本実施例における第２プリズムの頂角θ２は３２．１１°であり、表８に記載されているように、式（１）、（２）、（４）の条件を満たしており、ゴースト光の反射を良好に抑制し、干渉縞の発生を良好に抑制できている。これにより、プリズムが許容するレンズのFnoを大きくすることなく、第２プリズムの面６でレンズからの入射光束を全反射する条件（式（５））を満足させている。
【実施例５】
【００３３】
図８を参照して、本発明の第５の実施例による、色分解光学系について説明する。本実施例における、面３に形成した多層膜の構成を表５に示す。面３に形成した多層膜の、正規光である入射角θ１における反射率特性を図８（ａ）に、入射角δ=θ2B×0.9=74.8°における反射率特性を図８（ｂ）に示す。
【００３４】
本実施例におけるプリズム形状は実施例１と同じである。異なるのは第１プリズム射出側の最外層にある低屈折率膜の屈折率である。本実施例の多層膜は、基板から順に２７層の多層膜と１層の低屈折率膜から構成される。表８に記載されているように、式（１）、（２）、（４）の条件を満たしている。
【実施例６】
【００３５】
図９を参照して、本発明の第６の実施例による、色分解光学系について説明する。本実施例における、面３に形成した多層膜の構成を表６に示す。面３に形成した多層膜の、正規光である入射角θ１における反射率特性を図９（ａ）に、入射角δ=θ2B×0.9=74.8°における反射率特性を図９（ｂ）に示す。
【００３６】
本実施例におけるプリズム形状は実施例１と同じである。異なるのは第１プリズム射出側の最外層にある低屈折率膜の屈折率である。基板から順に２７層の多層膜と１層の低屈折率膜から構成される。表８に記載されているように、式（１）、（２）、（４）の条件を満たしており、干渉縞の発生を良好に抑制している。
【００３７】
上記の実施例における低屈折率膜１０３は、例えば、フッ素樹脂若しくはシリカを主成分とする多孔質材料によって形成することが出来る。又は、低屈折率膜１０３は、微細周期構造を持つ構造膜でも形成することができる。これは、図１０の模式図に示すように、基板２０１の上に構成された誘電体多層膜２０２上に、２００ｎｍ以下の周期の微細周期構造を有する構造膜２０３を構成することによって形成されるものである。この構造膜２０３の充填率を制御することで、見かけ上の屈折率が条件式（２）を満足するように、構造膜２０３を構成することが出来る。
なお、本願発明の撮像装置は、交換レンズが着脱可能な撮像装置（カメラ本体）も、元々撮影用のレンズを備えている撮像装置（レンズの着脱を行わない撮像装置）も含んでいる。
【００３８】
［比較例］
図１５を参照しながら、本発明の効果をより明確にするための比較例について説明する。
本比較例における、面３に形成した多層膜の構成を表７に示す。面３に形成した多層膜の、正規光である入射角θ１における反射率特性を図１５（ａ）に、入射角δ=θ2B×0.9=74.8°における反射率特性を図１５（ｂ）に示す。
【００３９】
表８に示した式（１）、（２）、（３）に対応する数値から明らかなように、条件式（１）の下限条件を満たさない。そのため、図１５（ｂ）に示すように、面３に形成した多層膜の波長域６００〜７００nmにおける反射率が１０％程度あり、実施例１乃至６のいずれと比べても非常に大きい。本比較例における第２プリズム頂角θ２は39.8°、θ2/sin-1(1/Ng)=0.991であり、ゴースト光の面３への入射角は十分に小さい。それでも、このようにゴースト光の反射率が高いのは、最外層の光学膜厚が条件式（１）を満たしていないためである。
【００４０】
このように、本発明において、空隙５を挟む面の最外層の光学膜厚が条件式（１）の条件を満たすことは、本発明の効果を得るためには必須の条件であり、条件式（４）は条件式（１）の条件下でより好適に効果を得るための条件である。
表８に各実施例および比較例における、条件式（１）、（２），（４）に対応する数値を示す。
【００４１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】
【表４】
【００４６】
【表５】
【００４７】
【表６】
【００４８】
【表７】
【００４９】
【表８】
【符号の説明】
【００５０】
１ 色分解プリズム系
２ 第１プリズム
３ 青色分解のためのダイクロイックミラー
４ 赤色用の光射出面
５ 空隙
６ 反射面
７ 赤色分解のためのダイクロイックミラー
８ 赤色用の光射出面
θ２ 第２プリズムの頂角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色分解光学系およびそれを有する撮像装置に関し、特に対物レンズからの光を複数の光束に分割する光分解プリズム、あるいはこの光分解プリズムを用いた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放送用カメラや一部の民生用高級撮像カメラには、第１プリズムと第２プリズムの間に空隙を有する、所謂フィリップスタイプと呼ばれる３色色分解光学系が使われることが多い。以下にその概要について説明する。
【０００３】
図１０にフィリップスタイプの色分解光学系の概念図を示す。このような色分解光学系を用いる撮像装置にはＣＣＤを代表とする固体撮像素子が使われる。ＣＣＤの表面には金属コーティングが施され、その反射率は比較的高い。このため、強い光源を撮影するとＣＣＤ面上で強い回折を伴う反射が起こる。ＣＣＤ表面で反射された光の一部は、図１２（Ａ）のような第２プリズムの光路（１０２１）を通って固体撮像素子１０１１Ｒに再入射することでゴーストとなって現れる。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のゴースト光路（１０２１）を第２プリズムに沿って展開した図である。特に、反射面１００７に垂直に入射し反射する光線を描いている。この図から、ＣＣＤにて反射した光の内、第２プリズムに入射した直後の面１００６への入射角度βと、面１００７にて反射した後、再度面１００６に入射する角度γは、ともにプリズムの頂角θ２と等しい。ここで、Ngをプリズム硝材の屈折率とすると、θ２＜sin-1(1/Ng)を満たす場合、このゴースト光路は面１００６で全反射しないので、空隙１００５を挟んだ１００３と１００６の反射光による干渉が起こる。また、θ２≧sin-1(1/Ng)を満たす場合、このゴースト光路は面１００６で全反射する。従って、干渉は発生せず１００％全反射して固体撮像素子に戻る。
【０００４】
図１３は面１００７への入射角が垂直からわずかにずれたゴースト光路（１０２２）を示した図である。この場合、面１００６への入射角が変わるため、場所によりゴースト光反射強度が変化する。点Ｐ３での入射角は点Ｐ４での入射角より大きいため、点Ｐ３においては全反射がより起こりやすい傾向にあり、逆に点Ｐ４は全反射が起こりにくい傾向にあることがわかる。従って、全反射しない場合に点Ｐ４において干渉が発生する。図１４に、画像に現れるゴースト光の模式図を示す。図１４の全反射ゴースト領域においては点Ｐ３、Ｐ４ともに全反射し、干渉縞ゴーストの現れる領域においては、点Ｐ３もしくは点Ｐ４において干渉が発生している。θ２を変化させることで、画面上に現れる全反射ゴーストの領域および干渉縞の現れる領域が変化する。
例えば、特許文献１では第２プリズムの頂角θ２を適切にすることにより、第２プリズム入射面１００６でゴースト光を全反射させ、空隙による干渉縞が発生しない光束分割プリズムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６６９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、干渉縞を目立たなくさせることは可能であるが、ゴースト光の反射率が１００％となる領域は拡大してしまう。従って、赤色用固体撮像素子における映像は画面全体にフレアがかかった画像になってしまう。
そこで、本発明の目的は、三色色分解特性を維持しつつ、空隙を構成する面に起因するゴーストを抑制することを可能にした色分解光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の入射光束を複数の光束に分離する色分解光学系であって、光束が入射する第１面と、入射光束を、反射される光束と透過する光束に分離する第２面を有し、該反射される光束を分離する第１プリズムと、該第２面との間に空隙を挟んで配置される第３面を有する第２プリズムであって、該第３面から入射した光束を、反射される光束と透過する光束に分離する第４面を備え、該第４面で反射された後、該第３面で反射された光束を分離する第２プリズムと、を有し、該第２面及び該第３面、の少なくともいずれか一方の表面に、多層膜が形成され、λを該第２プリズムで分離される光束の波長範囲の中心波長(nm)、ndを該多層膜の最外層の光学膜厚(nm)、Nmを該多層膜の最外層の該中心波長に対する屈折率、Ngを第２プリズムの硝材の、該第２プリズムで分離される色光の波長範囲の該中心波長に対する屈折率、θ2を該第２プリズムの該第３面と該第４面によって形成される頂角とした時、
0.70 ＜ nd×cosθ2A/(λ/4) ＜ 1.2、
θ2A＝sin-1{(Ng/Nm)sin(θ2)}
の条件を満たすことを特徴とする色分解光学系。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、三色色分解特性を維持しつつ、エアギャップを構成する面に起因するゴーストを抑制することを可能にした色分解光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１におけるプリズム断面図。
【図２】本発明における膜構成概念図。
【図３】実施例１における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【図４】実施例２における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【図５】実施例３における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【図６】実施例４におけるプリズム断面図。
【図７】実施例４における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【図８】実施例５における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【図９】実施例６における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【図１０】微細周期構造膜の概念図。
【図１１】色分解光学系の断面図。
【図１２】本発明が課題とするゴースト光路図。
【図１３】本発明が課題とするゴースト光路図。
【図１４】本発明が課題とするゴーストの模式図。
【図１５】比較例１における、（ａ）正規光、（ｂ）ゴースト光、の分光特性。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の色分解光学系の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明に関する色分解光学系である色分解プリズム１の断面図である。色分解プリズム１は撮像装置内に構成され、固体撮像素子１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒと、該撮像装置に対して着脱可能に設置される対物レンズＬｅとの間に位置し、対物レンズＬｅからの光を青、緑、赤の複数の各色光に分解し、その各々を青色用、緑色用、赤色用の固体撮像素子１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒそれぞれに導く働きをする。各固体撮像素子１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒは、ぞれぞれ、青、緑、赤色の画像情報を電気映像信号に変換している。尚、色分解プリズム１と各固体撮像素子は、撮像装置であるカメラ本体内に固定されている。
【００１２】
色分解光学系である色分解プリズム１は、光束の進行方向において物体側から順に、第１プリズム（青色分解用のプリズム）と、空隙を介して隣接して配置される第２プリズム（赤色分解用のプリズム）と、この第２プリズムと接合された第３プリズム（緑色光を導光するプリズム）より構成されている。各プリズムを構成する光学材料の屈折率は全て同じである。第１プリズムは、空隙と接する面３（第２面）で青色光（第１の光束）のみを反射し、残りの光（第２の光束）を透過する誘電体多層膜で構成された青反射ダイクロイック膜（青色用の反射面）３を有する。この面３に入射する光線の入射角αは、第１プリズムの面２（第１面）への入射角が０度であるため、第１プリズムの頂角（面２と面３の成す角）θ１に等しい。
【００１３】
第２プリズムは、第３プリズムと接合される面に、赤色光（第３の光束）のみを反射し、残りの緑色光（第４の光束）を透過する誘電体多層膜で構成された、赤反射ダイクロイック膜（赤色用の反射面）７を有している。色分解プリズム１は、対物レンズからの光を第１プリズムの入射面２より取り込み、第１プリズムの青反射ダイクロイック面３にて青色成分の反射光とその他の透過光に分離する。反射された青色光は、入射面２にて全反射して面４から射出し、青色成分のための固体撮像素子１１Ｂに導かれる。面３にて透過により分離された光（赤色成分と緑色成分）の内、赤色成分の光は赤反射ダイクロイック面７（第４面）よって反射される一方、緑色成分の光は透過する。反射された赤色光は、空隙５と接する第２プリズムの入射面６（反射面）（第３面）にて全反射され、射出面８を射出して赤色成分のための固体撮像素子１１Ｒに導かれる。二つのダイクロイック膜を最後まで透過した緑色成分の光は、面１０より射出し、緑色成分のための固体撮像素子１１Ｇに導かれる。図２は、本発明の実施形態にかかわる第１プリズム射出面である面３の膜構成およびゴースト光線２１、正規反射光線２３が入射する部分のミクロ的な模式図である。
【００１４】
固体撮像素子として使用されるＣＣＤの表面には反射率が比較的高い金属コーティングが施され、強い光源を撮影するとＣＣＤ面上で強い反射が起こる。このため、図１に示すように第２プリズムの面７で反射した後に面６で反射して固体撮像素子１１Ｒに入射した光束の一部は、固体撮像素子１１Ｒ上で反射され、面６、面７、面６の順に反射され、固体撮像素子１１Ｒに再入射することでゴーストとなって現れる。
【００１５】
図２に示すように、青色チャネルの波長域の成分を主光線入射角θ１で選択的に反射するために、ガラス基板１０１の面３上には２０〜３０層程度の誘電体多層膜１０２が形成されている。
【００１６】
第２プリズムの硝材の、第２プリズムで分離する色光の中心波長の光線に対する屈折率Ngにおける全反射条件から求められる臨界角はsin-1(1/Ng)で表され、この臨界角よりも小さい入射角では全反射することはない。固体撮像素子１１Ｒ上で反射され、面６で反射され、面７へ垂直入射して反射する光線（ゴースト光線）は、
θ２＜sin-1(1/Ng)
である場合には面６で全反射しない。この場合に、反射せずに面６に入射（面６にから空隙内に射出）した光線がゴースト光線として面３に入射することになる。面７から面６に入射したゴースト光線は屈折され、面７へ垂直入射したゴースト光線の面６への入射角はθ２であるので、面３への入射角θ２Ｂはスネルの法則より、
θ２Ｂ＝sin-1(Ng ×sinθ２)
となる。面３に入射したゴースト光線が面３で反射されて面６に入射すると、面６で反射された光線と干渉する。本発明の色分解プリズムにおいては、この干渉の発生を抑制するため、図２に示すように、面３上に構成された多層膜は、誘電体多層膜１０２の上に最外層として低屈折率膜１０３を有することを特徴とする。最外層の低屈折率膜１０３は以下の条件を満足する膜厚を有するように形成する。
【００１７】
0.70 ＜ nd×cosθ2A/(λ/4) ＜ 1.2 （１）
ただし、θ２A＝sin-1{(Ng/Nm) ×sin(θ２)}
ここで、θ２Aは最外層膜内におけるゴースト光線の角度を表す。λは第２プリズムで分解抽出される光の波長帯の中心波長(nm)であり、ここでは赤色帯域の中心で６５０ｎｍとする。nd は最外層の光学膜厚(nm)を表し、nd×cosθ2Aは前述のゴースト光の最外層における光路長を表す。この光路長が略λ/4となるように最外層の膜厚ndを構成することでゴースト光反射を抑制することができる。従って、（１）式の上限または下限の条件を満足しない場合は、最外層１０３表面でゴースト光線は反射されることになる。（１）式は、より好ましくは、
0.84 ＜ nd×cosθ2A/(λ/4) ＜ 1.2 （１ａ）
さらに好ましくは、
0.9 ＜ nd×cosθ2A/(λ/4) ＜ 1.1 （１ｂ）
の条件で形成すると良い。
【００１８】
最外層である低屈折率膜１０３は、第２プリズムでの反射によって分離して取得する光束の波長範囲の略中心波長、例えば、波長６５０ｎｍ、に対する屈折率をＮｍとしたとき、
1.05＜Nm＜1.34 （２）
を満足する材料で構成されることを特徴とする。この範囲の屈折率を有する最外層を構成することにより、最外層である低屈折率膜１０３が接する空隙５を構成する空気との間での屈折率差、及び、ガラス基板１０１と低屈折率膜１０３との間での屈折率差を適切に確保することができるため、（１）式を満足するように構成する際に、ゴースト光の反射をより効率的に抑制することが出来る。特に、（２）式の上限の条件が満たされないと、正規光の入射角における波長帯６００〜７００nmの反射率の抑制（色再現性の向上）とゴースト光の抑制を両立することが困難になる。
この（２）式は、より好ましくは、
1.15＜Nm＜1.32 （２ａ）
を満足すると尚好ましい。
【００１９】
第２プリズムでの反射によって分離して取得する光束の波長範囲の略中心波長、例えば、波長６５０ｎｍ、に対するプリズム硝材の屈折率Ｎｇは、
1.35≦Ng （３）
を満足することが好ましい。（３）式の条件を満足することにより、最外層である低屈折率膜１０３が接する空隙５を構成する空気との間での屈折率差、及び、ガラス基板１０１と低屈折率膜１０３との間での屈折率差を適切に確保することができるため、（１）式を満足するように構成する際に、ゴースト光の反射をより効率的に抑制することが出来る。
この（３）式は、より好ましくは、
1.43＜Ng＜1.70 （３ａ）
を満足すると尚好ましい。
【００２０】
さらに、第２プリズムでの反射によって分離して取得する光束の波長範囲の略中心波長、例えば、波長６５０ｎｍ、に対するプリズム硝材の屈折率Ｎｇは、
0.75 ＜ θ２/sin-1(1/Ng) ＜ 1.1 （４）
を満たすことを特徴とする。θ２/sin-1(1/Ng)＜１の場合、このゴースト光路は面６で全反射しないので、本発明の低屈折率膜１０３の効果を享受することが出来る。しかし、第２プリズムの面６でレンズからの入射光束を全反射させて、固体撮像素子１１Ｒへ導くためには、
θ2≧[θ1＋sin-1(1/Ng)＋sin-1{1/(2×Ng×Fno)}]/2 （５）
の条件を満足する必要がある。ここで、Fnoは対物レンズＬｅのＦナンバーである。（４）式の下限が満たされないと、（５）式で表される全反射条件を満足させるために、使用できる対物レンズＬｅは、Ｆナンバーの大きい（暗い）レンズしか許容できなくなってしまい、好ましくない。また、（４）式の上限を満たさない領域は全反射の領域であるため、本発明の効果は小さい。（４）式の上限値を１でなく１．１としたのは、色分解光学系への入射角の幅を考慮したためである。
この（４）式は、より好ましくは、
0.79 ＜ θ２/sin-1(1/Ng) ＜ 1.02 （４ａ）
を満足すると尚好ましい。
【００２１】
また、上記の説明では、低屈折率膜１０３はプリズム１の面３の表面に構成された多層膜の最外層とする構成を例示した。しかし、本発明は、この構成に限定されることはない。本発明で抑制しようとしているゴースト光による干渉縞は、空隙５を挟む３面と６面で反射した光束により発生するので、面３での反射を低減する上記の構成以外に、面６での反射を低減する構成においても同様の効果を得ることができる。従って、面６の表面のダイクロイック膜の最外層に低屈折率膜を構成することによっても、本発明の効果を得ることが出来る。さらに、面３及び面６の両方のダイクロイック膜の最外層に低屈折率膜を構成することによっても、本発明の効果を得ることが出来る。
【実施例１】
【００２２】
以下、図３を参照して、本発明の第１の実施例による、色分解光学系について説明する。
【００２３】
本実施例における、面３に形成した多層膜の構成を表１に、正規光である入射角θ１に対する反射率特性を図３（ａ）に示す。基板から順に２７層の多層膜と１層の低屈折率膜から構成される。２７層の多層膜は、正規光における波長域４００〜５００nmの反射率を７０％以上にするために形成されている。表８に記載されているように、式（１）、（２）、（４）の条件を満たしている。
【００２４】
条件式（４）を満たすプリズム形状にすることにより、ゴースト光の入射角を小さくすることができる。今回の低屈折率膜の効果は入射角が小さいほど大きい。従って、本実施例においては、条件式（４）の上限を満たすことで、撮像面の広範囲でゴースト光の反射を抑制している。
【００２５】
また、本実施例における面３に形成した多層膜の入射角δ=θ2B×0.9=74.8°における反射率特性を図３（ｂ）に示す。この入射角δは、先述した図１２のような光路を通るゴースト光が面３に入射する角度の一つとして規定している。この角度は画面中央に高輝度被写体が存在し、４：３比率のセンサーにゴースト光が発生する場合のセンサー上下端へのゴースト光線の角度に近い。波長域６００〜７００nmにおいて反射率は5％以下である。この反射率条件を満たすことにより、前述のゴースト光の反射を抑制することができる。
【００２６】
また、本実施例における低屈折率膜の屈折率はNm=1.25である。Nm=1.25とすることにより、前述に述べたゴースト光を抑制しつつ、より入射角の小さい正規光の入射角における波長帯６００〜７００nmの反射率をも抑制しているので、Bch以外の波長帯の光線を固体撮像素子１１Ｂに導いてしまうことがなく、色再現性の低下を抑制できる。
【実施例２】
【００２７】
図４を参照して、本発明の第２の実施例による、色分解光学系について説明する。本実施例における、面３に形成した多層膜の構成を表２に示す。面３に形成した多層膜の、正規光である入射角θ１における反射率特性を図４（ａ）に、入射角δ=θ2B×0.9=74.8°における反射率特性を図４（ｂ）に示す。
【００２８】
本実施例におけるプリズム形状は実施例１と同じである。異なるのは第１プリズム射出側の膜構成である。本実施例の多層膜は、基板から順に２７層の多層膜と１層の低屈折率膜から構成される。表８に記載されているように、式（１）、（２）、（４）の条件を満たしており、ゴースト光の反射を良好に抑制し、干渉縞の発生を良好に抑制できている。
【実施例３】
【００２９】
図５を参照して、本発明の第３の実施例による、色分解光学系について説明する。本実施例における、面３に形成した多層膜の構成を表３に示す。面３に形成した多層膜の、正規光である入射角θ１における反射率特性を図５（ａ）に、入射角δ=θ2B×0.9=74.8°における反射率特性を図５（ｂ）に示す。
【００３０】
本実施例におけるプリズム形状は実施例１と同じである。異なるのは第１プリズム射出側の膜構成である。本実施例の多層膜は、基板から順に２７層の多層膜と１層の低屈折率膜から構成される。表８に記載されているように、式（１）、（２）、（４）の条件を満たしており、ゴースト光の反射を良好に抑制し、干渉縞の発生を良好に抑制できている。
【実施例４】
【００３１】
図６、７を参照して、本発明の第４の実施例による、色分解光学系について説明する。図６は本実施例におけるプリズム断面図である。
【００３２】
本実施例における、面３に形成した多層膜の構成を表４に示す。面３に形成した多層膜の、正規光である入射角θ１における反射率特性を図７（ａ）に、入射角δ=θ2B×0.9=50.0°における反射率特性を図７（ｂ）に示す。本実施例における第２プリズムの頂角θ２は３２．１１°であり、表８に記載されているように、式（１）、（２）、（４）の条件を満たしており、ゴースト光の反射を良好に抑制し、干渉縞の発生を良好に抑制できている。これにより、プリズムが許容するレンズのFnoを大きくすることなく、第２プリズムの面６でレンズからの入射光束を全反射する条件（式（５））を満足させている。
【実施例５】
【００３３】
図８を参照して、本発明の第５の実施例による、色分解光学系について説明する。本実施例における、面３に形成した多層膜の構成を表５に示す。面３に形成した多層膜の、正規光である入射角θ１における反射率特性を図８（ａ）に、入射角δ=θ2B×0.9=74.8°における反射率特性を図８（ｂ）に示す。
【００３４】
本実施例におけるプリズム形状は実施例１と同じである。異なるのは第１プリズム射出側の最外層にある低屈折率膜の屈折率である。本実施例の多層膜は、基板から順に２７層の多層膜と１層の低屈折率膜から構成される。表８に記載されているように、式（１）、（２）、（４）の条件を満たしている。
【実施例６】
【００３５】
図９を参照して、本発明の第６の実施例による、色分解光学系について説明する。本実施例における、面３に形成した多層膜の構成を表６に示す。面３に形成した多層膜の、正規光である入射角θ１における反射率特性を図９（ａ）に、入射角δ=θ2B×0.9=74.8°における反射率特性を図９（ｂ）に示す。
【００３６】
本実施例におけるプリズム形状は実施例１と同じである。異なるのは第１プリズム射出側の最外層にある低屈折率膜の屈折率である。基板から順に２７層の多層膜と１層の低屈折率膜から構成される。表８に記載されているように、式（１）、（２）、（４）の条件を満たしており、干渉縞の発生を良好に抑制している。
【００３７】
上記の実施例における低屈折率膜１０３は、例えば、フッ素樹脂若しくはシリカを主成分とする多孔質材料によって形成することが出来る。又は、低屈折率膜１０３は、微細周期構造を持つ構造膜でも形成することができる。これは、図１０の模式図に示すように、基板２０１の上に構成された誘電体多層膜２０２上に、２００ｎｍ以下の周期の微細周期構造を有する構造膜２０３を構成することによって形成されるものである。この構造膜２０３の充填率を制御することで、見かけ上の屈折率が条件式（２）を満足するように、構造膜２０３を構成することが出来る。
なお、本願発明の撮像装置は、交換レンズが着脱可能な撮像装置（カメラ本体）も、元々撮影用のレンズを備えている撮像装置（レンズの着脱を行わない撮像装置）も含んでいる。
【００３８】
［比較例］
図１５を参照しながら、本発明の効果をより明確にするための比較例について説明する。
本比較例における、面３に形成した多層膜の構成を表７に示す。面３に形成した多層膜の、正規光である入射角θ１における反射率特性を図１５（ａ）に、入射角δ=θ2B×0.9=74.8°における反射率特性を図１５（ｂ）に示す。
【００３９】
表８に示した式（１）、（２）、（３）に対応する数値から明らかなように、条件式（１）の下限条件を満たさない。そのため、図１５（ｂ）に示すように、面３に形成した多層膜の波長域６００〜７００nmにおける反射率が１０％程度あり、実施例１乃至６のいずれと比べても非常に大きい。本比較例における第２プリズム頂角θ２は39.8°、θ2/sin-1(1/Ng)=0.991であり、ゴースト光の面３への入射角は十分に小さい。それでも、このようにゴースト光の反射率が高いのは、最外層の光学膜厚が条件式（１）を満たしていないためである。
【００４０】
このように、本発明において、空隙５を挟む面の最外層の光学膜厚が条件式（１）の条件を満たすことは、本発明の効果を得るためには必須の条件であり、条件式（４）は条件式（１）の条件下でより好適に効果を得るための条件である。
表８に各実施例および比較例における、条件式（１）、（２），（４）に対応する数値を示す。
【００４１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】
【表４】
【００４６】
【表５】
【００４７】
【表６】
【００４８】
【表７】
【００４９】
【表８】
【符号の説明】
【００５０】
１ 色分解プリズム系
２ 第１プリズム
３ 青色分解のためのダイクロイックミラー
４ 赤色用の光射出面
５ 空隙
６ 反射面
７ 赤色分解のためのダイクロイックミラー
８ 赤色用の光射出面
θ２ 第２プリズムの頂角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光束を複数の光束に分離する色分解光学系であって、
光束が入射する第１面と、入射光束を、反射される光束と透過する光束に分離する第２面を有し、該反射される光束を分離する第１プリズムと、
該第２面との間に空隙を挟んで配置される第３面を有する第２プリズムであって、該第３面から入射した光束を、反射される光束と透過する光束に分離する第４面を備え、該第４面で反射された後、該第３面で反射された光束を分離する第２プリズムと、
を有し、
該第２面及び該第３面、の少なくともいずれか一方の表面に、多層膜が形成され、
該第２プリズムで分離される光束の波長範囲の中心波長(nm)をλ、該多層膜の最外層の光学膜厚(nm)をnd、該多層膜の最外層の該中心波長に対する屈折率をNm、第２プリズムの硝材の、該第２プリズムで分離される色光の波長範囲の該中心波長に対する屈折率をNg、該第２プリズムの該第３面と該第４面によって形成される頂角をθ2、としたとき、
0.70 ＜ nd×cosθ2A/(λ/4) ＜ 1.2
ここで、θ2A＝sin-1{(Ng/Nm)sin(θ2)}
を満たすことを特徴とする色分解光学系。
【請求項２】
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の色分解光学系。
0.75 ＜ θ2/ sin-1(1/Ng) ＜ 1.1
【請求項３】
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の色分解光学系。
1.05 ＜ Nm ＜ 1.34、
1.35 ≦ Ng
【請求項４】
前記最外層はフッ素樹脂もしくはシリカを主成分とする多孔質材で構成される、ことを特徴とする請求項３に記載の色分解光学系。
【請求項５】
前記最外層は微細周期構造を有する構造膜である、ことを特徴とする請求項３に記載の色分解光学系。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の色分解光学系を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
入射光束を複数の光束に分離する色分解光学系であって、
光束が入射する第１面と、入射光束を、反射される光束と透過する光束に分離する第２面を有し、該反射される光束を分離する第１プリズムと、
該第２面との間に空隙を挟んで配置される第３面を有する第２プリズムであって、該第３面から入射した光束を、反射される光束と透過する光束に分離する第４面を備え、該第４面で反射された後、該第３面で反射された光束を分離する第２プリズムと、
を有し、
該第２面及び該第３面、の少なくともいずれか一方の表面に、多層膜が形成され、
該第２プリズムで分離される光束の波長範囲の中心波長(nm)をλ、該多層膜の最外層の光学膜厚(nm)をnd、該多層膜の最外層の該中心波長に対する屈折率をNm、第２プリズムの硝材の、該第２プリズムで分離される色光の波長範囲の該中心波長に対する屈折率をNg、該第２プリズムの該第３面と該第４面によって形成される頂角をθ2、としたとき、
0.70 ＜ nd×cosθ2A/(λ/4) ＜ 1.2
ここで、θ2A＝sin-1{(Ng/Nm)sin(θ2)}
を満たすことを特徴とする色分解光学系。
【請求項２】
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の色分解光学系。
0.75 ＜ θ2/ sin-1(1/Ng) ＜ 1.1
【請求項３】
次の条件式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の色分解光学系。
1.05 ＜ Nm ＜ 1.34、
1.35 ≦ Ng
【請求項４】
前記最外層はフッ素樹脂もしくはシリカを主成分とする多孔質材で構成される、ことを特徴とする請求項３に記載の色分解光学系。
【請求項５】
前記最外層は微細周期構造を有する構造膜である、ことを特徴とする請求項３に記載の色分解光学系。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の色分解光学系を有することを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−１０５１２２（Ｐ２０１３−１０５１２２Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５０４２２（Ｐ２０１１−２５０４２２）
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]