JP2008046162A - 反射光学素子および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像光学系の部品点数および組立工程を削減して低コスト化を図るとともに、撮像装置の小型化、薄型化を達成でき、更に、不要波長光の反射迷光による影響を回避できる反射光学素子を提供する。
【解決手段】この反射光学素子１は、被写体から撮像素子３０７へ至る光路に配置され、記被写体側から入射した光線を折り曲げて撮像素子３０７に導く第１の反射面４と、第１の反射面４を透過した光線を全反射する第２の反射面１１とを備える。第１の反射面４は、Ｓ偏光成分を反射し、Ｐ偏光成分を透過する偏光分離膜である。
【選択図】図１

Description

本発明は、被写体から撮像素子へ至る光路に配置される反射光学素子、および該反射光学素子を備えたデジタルカメラ等の撮像装置に関する。

近年、デジタルカメラ等の撮像装置は、一層の小型化、薄型化が求められている。

通常、撮像装置の光学系の光軸方向は、装置の厚さ方向（奥行き方向）に一致しているため、薄型化のために、レンズを薄く（枚数を減らすなど）することや、沈胴方式を採用している。

一方、撮影光学系内に、被写体側から入射した光線の反射面を有するプリズム（反射光学素子）を配置し、より被写体に近い部分でプリズムの反射面で光路をレンズの径方向に折り曲げることで撮像装置の厚さを薄くして、薄型化を可能にしている（例えば、特許文献１〜４参照）。

図１１に、撮影光学系内に、被写体側から入射した光線の反射面を有する従来の反射光学素子であるプリズムを配置した例を示す。

この撮像光学系は、レンズ３０２およびレンズ３０３等の前側レンズ群の後方に前側レンズ群からから入射した光線の反射面３０１ａを有する直角プリズム３０１を配置する。また、直角プリズム３０１の前側レンズ群の径方向に後側レンズ群３０６、光学フィルタ３０４、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという）３０５、およびイメージセンサである撮像素子３０７を配置する。

ＬＰＦ３０５は、水晶などの複屈折性をもつ結晶板から形成され、一部の機種では画面水平垂直の二つの方向（更に加えて斜め方向もある）に対して画像をずらすものがあるが、通常、画面水平方向などの一方向だけ画像をずらす。

光学フィルタ３０４は、撮像素子３０７が感度をもつ可視域以外の紫外（ＵＶ）、赤外（ＩＲ）波長域を除去するもので、所望の波長域を吸収して熱等に変換する吸収型フィルタとするのが最も好ましい。

しかし、吸収型の光学フィルタは、所望の特定の波長帯域を吸収する着色ガラス材料（吸収ガラス）を使用しなければならず、特性の選択自由度が少なく、高コストである。

このような事情から、誘電体多層膜などで所望の特性のダイクロイックコートを施し、不要成分を反射カットする光学フィルタとする場合があるが、ダイクロイックコートを施した光学フィルタを撮像光学系に共軸で使用すると不要波長光が反射迷光となる。この反射迷光は、光学フィルタに想定した設計角度外から再入射して透過し、撮像素子３０７にゴーストとして入射することがある。

そこで、撮像素子に至る光路を斜めに折り曲げる第１反射鏡と、第１反射鏡からの光路を斜めに折り曲げる第２反射鏡とを備え、各反射鏡にダイクロイックコートを施して赤外光を除去するための同一の反射分光特性を持たせた撮像装置が提案されている（例えば、特許文献５参照）。

この提案によれば、ゴーストの発生を防止し、かつダイクロイックコートの角度依存性によるシェーディングの発生を抑制するとともに、所定の波長域の光線の撮像素子への到達率を大きく減少させることができるとしている。
特開２０００−１８７１６０号公報 特開２００３−２２８００３号公報 特開２００６−０５３２７５号公報 特開２００６−００５５８７号公報 特開平７−２３１４０７号公報

図１１に示す従来の撮像光学系では、後側レンズ群３０６と撮像素子３０７との間に光学フィルタ３０４およびＬＰＦ３０５を配置する必要がある。

そのため、光学フィルタ３０４およびＬＰＦ３０５の分だけ撮像光学系の部品点数が増えてコスト高になるとともに、各フィルタ３０４，３０５の組み付け工程が別途必要となる。

特に、ＬＰＦ３０５は水晶板などの複屈折結晶製であり、材料製造、加工共に特別な技術が必要であり高コストである。光学フィルタ３０４についても、吸収型フィルタとする場合は、上述したように、所望の特定の波長帯域を吸収する着色ガラス材料（吸収ガラス）を使用しなければならず、特性の選択自由度が少なく、高コストである。

また、上記特許文献５では、ダイクロイックコートを施した２つの反射鏡が必要となるため、撮像光学系の部品点数が増えてコスト高になるばかりか、撮影光学系のスペースが大となり、本来の目的である撮像装置の小型化、薄型化を達成することが困難となる。

そこで、本発明は、撮像光学系の部品点数および組立工程を削減して低コスト化を図ることができるとともに、撮像装置の小型化、薄型化を達成することができ、更に、不要波長光の反射迷光による影響を回避することができる反射光学素子および該反射光学素子を備えた撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の反射光学素子は、被写体から撮像素子へ至る光路に配置される反射光学素子であって、前記被写体側から入射した光線を折り曲げて前記撮像素子に導く反射面を備え、該反射面に、偏光分離特性を有する第１の反射層を設けたことを特徴とする。

本発明の撮像装置は、撮影レンズから撮像素子へ至る光路に反射光学素子が配置された撮像装置であって、前記反射光学素子として、請求項１〜１４のいずれか一項に記載した反射光学素子を用いることを特徴とする。

本発明によれば、被写体側から入射した光線を折り曲げて撮像素子に導く反射光学素子の反射面に偏光分離特性を有する第１の反射層を設けているので、反射光学素子にＬＦＰおよび光学フィルタの機能を併設することが可能となる。

これにより、撮像光学系の部品点数および組立工程が削減されて低コスト化を図ることができるとともに、撮像装置の小型化、薄型化を達成することができる。また、第１の反射層を光学フィルタとして機能させることで、撮像光学系と共軸な配置とならないため、不要波長光の反射迷光による影響を回避することができる。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施形態である反射光学素子を配置した撮像光学系を示す図、図２は本発明の第１の実施形態である反射光学素子を説明するための説明図、図３は本発明の第２の実施形態である反射光学素子を説明するための説明図である。図４および図５は本発明の第３の実施形態である反射光学素子を説明するための図、図６および図７は本発明の第４の実施形態である反射光学素子を説明するための説明図、図８は本発明の第５の実施形態である反射光学素子を説明するための図である。図９はデジタルカメラの制御ブロック図、図１０は図９に示すデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャート図である。

まず、説明の便宜上、図９を参照して、本発明の実施形態である反射光学素子が搭載可能な撮像装置の一例であるデジタルカメラについて説明する。

このデジタルカメラは、図９に示すように、レンズおよび絞り機構からなる光学系１０１、メカニカルシャッタ１０２、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサ（撮像素子）１０３、アナログ信号処理を行うＣＤＳ回路１０４を備える。また、デジタルカメラは、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０５、撮像素子１０３、ＣＤＳ回路１０４およびＡ／Ｄ変換器１０５を動作させる信号を発生するタイミング信号発生回路１０６を備える。

光学系１０１、メカニカルシャッタ１０２および撮像素子１０３は駆動回路１０７により駆動され、撮影した画像データは信号処理回路１０８により所定の信号処理が施される。信号処理回路１０８により信号処理が施された画像データは画像メモリ１０９に記憶されると共に、記録回路１１１を介して着脱可能な画像記録媒体１１０に記録され、また、表示回路１１３を介して画像表示装置１１２に表示される。

上述した一連の処理は、ＲＯＭ（不揮発性メモリ）１１５に記憶された制御プログラムがＲＡＭ（揮発性メモリ）１１６にロードされて、カメラ全体を制御するシステム制御部（ＣＰＵ又はＭＰＵ）１１４により実行される。

ＲＯＭ１１５は、システム制御部１１４で実行される制御プログラム、制御プログラムを実行する際に使用されるパラメータやテーブル等の制御データ、および、キズアドレス等の補正データを記憶する。ＲＡＭ１１６は、ＲＯＭ１１５に記憶されたプログラム、制御データおよび補正データを転送して記憶しておき、システム制御部１１４がデジタルカメラを制御する際に使用する。

次に、メカニカルシャッタ１０２を使用した撮影動作について説明する。

システム制御部１１４が動作を開始する際には、ＲＯＭ１１５から必要なプログラム、制御データおよび補正データをＲＡＭ１１６に転送して記憶しておく。また、これらのプログラムやデータは、必要に応じて、追加のプログラムやデータをＲＯＭ１１５からＲＡＭ１１６に転送したり、システム制御部１１４が直接ＲＯＭ１１５内のデータを読み出して使用したりする。

まず、光学系１０１は、システム制御部１１４からの制御信号により、絞り機構とレンズを駆動して、適切な明るさに設定された被写体像を撮像素子１０３上に結像させる。次に、メカニカルシャッタ１０２は、システム制御部１１４からの制御信号により、必要な露光時間となるように撮像素子１０３の動作に合わせて撮像素子１０３を遮光するように駆動される。このとき、撮像素子１０３が電子シャッタ機能を有する場合は、メカニカルシャッタ１０２と併用して、必要な露光時間を確保してもよい。

撮像素子１０３は、システム制御部１１４により制御されるタイミング信号発生回路１０６が発生する動作パルスを基にした駆動パルスで駆動され、被写体像を光電変換により電気信号に変換してアナログ画像信号として出力する。撮像素子３から出力されたアナログの画像信号は、システム制御部１１４により制御されるタイミング信号発生回路６が発生する動作パルスにより、ＣＤＳ回路１０４でクロック同期性ノイズが除去され、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル画像信号に変換される。

次に、システム制御部１１４により制御される信号処理回路１０８において、デジタル画像信号に対して、色変換、ホワイトバランス、ガンマ補正等の画像処理、解像度変換処理、画像圧縮処理等を行う。画像メモリ１０９は、信号処理中のデジタル画像信号を一時的に記憶したり、信号処理されたデジタル画像信号である画像データを記憶したりするために用いられる。

信号処理回路１０８で信号処理された画像データや画像メモリ１０９に記憶されている画像データは、記録回路１１１において画像記録媒体１１０に適したデータ（例えば、階層構造を持つファイルシステムデータ）に変換される。

そして、変換された画像データは、画像記録媒体１１０に記録されたり、信号処理回路１０８で解像度変換処理がなされた後、表示回路１１３で画像表示に適した信号（例えば、ＮＴＳＣ方式のアナログ信号等）に変換されて画像表示装置１１２に表示されたりする。

ここで、信号処理回路１０８においては、システム制御部１１４からの制御信号により信号処理をせずにデジタル画像信号をそのまま画像データとして、画像メモリ１０９や記録回路１１１に出力してもよい。

また、信号処理回路１０８は、システム制御部１１４から要求があった場合に、信号処理の過程で生じたデジタル画像信号や画像データの情報、をシステム制御部１１４に出力する。信号処理回路１０８からシステム制御部１１４に出力する情報としては、例えば、画像の空間周波数、指定領域の平均値、圧縮画像のデータ量等の情報、あるいは、それらから抽出された情報を例示できる。

また、記録回路１１１は、システム制御部１１４から要求があった場合に、画像記録媒体１１０の種類や空き容量等の情報をシステム制御部１１４に出力する。

さらに、画像記録媒体１１０に画像データが記録されている場合の再生動作については、システム制御部１１４からの制御信号により記録回路１１１が、画像記録媒体１１０から画像データを読み出す。また、システム制御部１１４からの制御信号により信号処理回路１０８は、画像データが圧縮画像であった場合に、画像伸長処理を行い、画像メモリ９に記憶する。

画像メモリ９に記憶されている画像データは、信号処理回路１０８で解像度変換処理を実施された後、表示回路１１３において画像表示に適した信号に変換されて画像表示装置１１２に表示される。

次に、図１０を参照して、デジタルカメラのレリーズボタン操作による撮影動作について説明する。

まず、ステップＳ３０１で、システム制御部１１４は、操作部（不図示）に含まれるメインスイッチの状態を検出し、オン状態であればステップＳ３０２へ移行する。ステップＳ３０２では、システム制御部１１４は、画像記録媒体１１０の残容量を調べ、残容量が例えば画質設定などから定まる撮影画像データサイズよりも大きければステップＳ３０５へ移行し、そうでなければステップＳ３０３へ移行する。

ステップＳ３０３では、システム制御部１１４は、画像記録媒体１１０の残容量が不充分であることを警告してステップＳ３０１に戻る。この警告は、画像表示装置１１２にメッセージを表示するか、不図示の音声出力部から音声を出力するか、又はその両方により行うことができる。

一方、ステップＳ３０５では、システム制御部１１４は、画像表示装置１１２に測距領域を表示する。すなわち、撮影した画像を画像メモリ１０９に一時的に保存し、表示回路１１３により表示画像を生成して画像表示装置１１２に表示する処理を連続的に行う表示処理において、通常撮影時に設定された測距領域を併せて表示する。

次に、ステップＳ３０６では、システム制御部１１４は、レリーズボタンの状態を調べ、半押し状態であればステップＳ３０８へ移行し、そうでなければステップＳ３０７へ移行する。

ここで、本実施形態では、レリーズボタンの半押し状態により、自動合焦動作（ＡＦ）や自動露出制御動作（ＡＥ）など、撮影に先立つ処理を開始する。ステップＳ３０７では、メインスイッチの状態を調べ、オン状態であればステップＳ３０５へ戻り、そうでなければステップＳ３０１へ戻る。

ステップＳ３０８では、システム制御部１１４は、Ａ／Ｄ変換器１０５の出力から被写体輝度を検出し、ステップＳ３１０で自動合焦処理（ＡＦ処理）を行う。ステップＳ３１０では、ステップＳ３０８の検出結果から被写体輝度が所定値より低い場合には、図示しない光源によりＡＦ補助光を被写体に向けて所定時間投光してＡＦ処理を行う。

そして、合焦すると、ステップＳ３１１で、レリーズボタンが全押し状態であるかどうかを調べ、全押し状態であればステップＳ３１３へ移行して撮影処理を開始し、そうでなければステップＳ３１２へ移行する。

ステップＳ３１２では、レリーズが半押し状態かどうかを調べ、半押し状態であればステップＳ３１１へ戻り、そうでなければステップＳ３０５へ戻る。

次に、ステップＳ３１４では、ステップＳ３０２と同様に画像記録媒体１１０の残容量を調べ、次の撮影に必要な残容量があればステップＳ３１５へ移行し、そうでなければステップＳ３０３へ移行する。

ステップＳ３１５では、レリーズボタンが全押し状態であるかどうかを調べ、全押し状態でなければステップＳ３１２へ移行する。

以下、図１〜図８を参照して、本発明の第１〜第５の実施形態である反射光学素子を説明するが、まず、各実施形態に共通する構成を概説する。

各実施形態では、屈曲した光路を有する撮影光学系において、反射光学素子の反射面に第１の反射層である偏光分離（偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ））膜を設ける。そして、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分を一旦偏光分離し、再度重ね合わせる。

すなわち、まず、偏光分離層にてＳ偏光成分を反射偏光する。偏光分離層を透過したＰ偏光成分は第２の反射層である反射ミラー層で同じ方向に、又はＳ偏光成分の反射光線に対して角度をもって反射偏光する。その結果、Ｐ偏光成分はＳ偏光成分とずれた状態で重ね合わせられて、撮像素子に入射する。

偏光分離層に必要な特性については、可視域全域で概ねフラットであるようなブロードバンドな所謂完全偏光分離特性が必要であるが、その消光比は例えば１７〜２０ｄＢ程度で十分である。一方、反射ミラー層に必要な特性についても、同様に、可視域全域で概ねフラットな反射特性が必要である。

また、偏光分離層および反射ミラー層ともに、光学フィルタとして機能するために、可視域外、即ち、赤外（ＵＶ）成分や紫外（ＩＲ）成分等の不要光成分は、全て反射しないで透過するダイクロイック特性が必要である。

さらに、角度特性については、反射光学素子を挟む前側レンズ群と後側レンズ群との間で光軸に対して、マージナル光線がなす角度まで上述した必要な特性を保証するようにレンズ、偏光分離層および反射ミラー層を整合させる設計を行う。

図１は、本発明の第１の実施形態である反射光学素子をデジタルカメラの撮影光学系に配置した例である。

この撮像光学系は、レンズ３０２およびレンズ３０３等の前側レンズ群の光軸方向後方に、本発明の第１の実施形態である反射光学素子１を配置する。また、反射光学素子１の前側レンズ群の径方向に、後側レンズ群３０６、およびイメージセンサである撮像素子３０７を配置する。

本発明の第１の実施形態である反射光学素子１は、図２に示すように、直角プリズム１ａを備えており、該直角プリズム１ａは、光線の入射面２と、反射面３を反射した光線の射出面５とが等辺で、反射面３を底辺とする直角二等辺三角柱形状とされている。なお、面２ａおよび面５ａは入射面２および射出面５をそれぞれの光軸に沿った方向から見た図である。

反射面３には、偏光分離層（第１の反射層）４が積層蒸着又はスパッタ等により設けられており、該偏光分離層４は直角プリズム１ａの裏面反射面に配置される。また、偏光分離層４の外側には透明平行層（透明媒質層）９が配置され、透明平行層９の外側の面（裏面）１０には反射ミラー層（第２の反射層）１１が積層蒸着又はスパッタ等により設けられている。透明平行層９は、画像のずらし量を決定する重要な層であり、酸化シリコンなどの透明材料を厚く蒸着して設けられる。

ここで、偏光分離層４および反射ミラー層１１は、可視域外の波長域である赤外（ＵＶ）成分、紫外（ＩＲ）成分の透過率が９５％以上の分光反射特性を有する。すなわち、従来の光学フィルタとして機能する。

偏光分離層４は、例えば酸化チタンや酸化シリコン等の誘電体材料を交互に数十層程度、積層蒸着又はスパッタ等して形成するのが一般的であるが、可視域においてできるだけ一様なブロードバンド特性が必要である。

本実施形態の場合、主光線が偏光分離層４へ入射角４５°で入射し、反射角４５°でＳ偏光成分は反射偏光され、Ｐ偏光成分はそのまま偏光分離層４を透過する。Ｓ偏光成分は、入射角に対して９０°偏光され、直角プリズム１ａの射出面５から射出して後側レンズ群３０６へ入射する。

偏光分離層４を透過したＰ偏光成分は、透明平行層９を透過して反射ミラー層１１で全反射して偏光される。Ｐ偏光成分の光束は、その後、再度、透明平行層９および偏光分離層４を透過し、直角プリズム１ａ内へ再度進行する。

このとき、入射光束（撮影光束）は、偏光分離層４で最初にＰＳ偏光分離し、Ｐ偏光成分が反射ミラー層１１を経てから再度偏光分離層４に至り、再度Ｓ偏光成分と合流して撮像素子３０７へと向かう。

ここで、透明平行層９の厚さをｄとすると、ＰＳ偏光成分は、後側レンズ群３０６への入射直前の位置において、光線伝搬方向に対してΔ＝ｄ／ｃｏｓ４５°分だけ垂直方向へ互いにシフトする。この結果、撮像素子３０７上に結像する像が２つに分割されて互いに所定の量だけずれた状態で重ねられることになり、ＬＰＦと同じ効果を得ることができる。

以上説明したように、この実施形態では、直角プリズム１ａの裏面反射面に追加工等により偏光分離層４、透明平行層９および反射ミラー層１１を設けることで、反射光学素子にＬＦＰおよび光学フィルタの機能を併設することが可能となる。

これにより、撮像光学系の部品点数および組立工程が削減されて低コスト化を図ることができるとともに、デジタルカメラの小型化、薄型化を達成することができる。また、光学フィルタとして機能する偏光分離層４および反射ミラー層１１は撮像光学系と共軸な配置とならないため、不要波長光の反射迷光による影響を回避することができる。

次に、図３を参照して、本発明の第２の実施形態である反射光学素子を説明する。なお、撮像光学系については図１を流用して説明する。

本発明の第２の実施形態である反射光学素子２１は、入射面および反射面が同じとなる表面反射面２３を有する基板（板部材）２１ａを備えている。なお、面２３ａおよび面２３ｂは、反射面２３を入射側および射出側からそれぞれの光軸に沿った方向から見た図である。

反射面２３には、反射ミラー層（第２の反射層）２５が積層蒸着又はスパッタ等により設けられている。また、反射ミラー層２５の基板２１ａから離間する側の面には透明平行層（透明媒質層）２９が設けられている。

透明平行層２９は、画像のずらし量を決定する重要な層であり、酸化シリコンなど透明材料を厚く蒸着して設けられる。透明平行層２９の反射ミラー層２５から離間する側の面には、偏光分離層（第１の反射層）２４が積層蒸着又はスパッタ等により設けられている。

ここで、偏光分離層２４および反射ミラー層２５は、可視域外の波長域である赤外（ＵＶ）成分、紫外（ＩＲ）成分の透過率が９５％以上の分光反射特性を有する。すなわち、従来の光学フィルタとして機能する。

偏光分離層２４は、例えば酸化チタンと酸化シリコンを交互に数十層程度、積層蒸着又はスパッタ等して形成するのが一般的であるが、可視域においてできるだけ一様なブロードバンド特性が必要である。

本実施形態の場合、主光線が偏光分離層２４へ入射角４５°で入射し、反射角４５°でＳ偏光成分は反射偏光され、Ｐ偏光成分はそのまま偏光分離層２４を透過する。Ｓ偏光成分は、入射角に対して９０°偏光され、後側レンズ群３０６へと入射する。

偏光分離層２４を透過したＰ偏光成分は、透明平行層２９を通過し、全反射ミラー層２５で９０°全反射して偏光される。Ｐ成分光束はその後、再度、透明平行層２９および偏光分離層２４を透過し、分離前のＳ偏光成分と合流して撮像素子３０７へと向かう。

ここで、透明平行層２９の屈折率をＮ、厚さをｄとすると、ＰＳ偏光成分は、後側レンズ群３０６への入射直前の位置において、光線伝搬方向に対して垂直方向へΔ＝√２ｄ／ｔａｎθ0 （ｓｉｎθ0 ＝１／√２Ｎ）分だけ互いにシフトする。この結果、撮像素子３０７上に結像する像が２つに分割され互いに所定の量だけずれた状態で重ねられることになり、ＬＰＦと同じ効果を得ることができる。

以上説明したように、この実施形態では、基板２１ａの表面反射面に追加工等により偏光分離層２４、透明平行層２９および反射ミラー層２５を設けることで、反射光学素子にＬＦＰおよび光学フィルタの機能を併設することが可能となる。

これにより、撮像光学系の部品点数および組立工程が削減されて低コスト化を図ることができるとともに、デジタルカメラの小型化、薄型化を達成することができる。また、光学フィルタとして機能する偏光分離層２４および反射ミラー層２５は撮像光学系と共軸な配置とならないため、不要波長光の反射迷光による影響を回避することができる。

次に、図４および図５を参照して、本発明の第３の実施形態である反射光学素子を説明する。図４は本発明の第３の実施形態である反射光学素子を説明するための説明図、図５（ａ）〜図５（ｃ）は本発明の第３の実施形態である反射光学素子の変形例を示す図である。なお、撮像光学系については図１を流用して説明し、また、上記第１の実施形態と重複する部分については各図に同一符号を付してその説明を省略する。

本発明の第３の実施形態である反射光学素子３１は、図４に示すように、直角プリズム１ａを備えており、該直角プリズム１ａは、光線の入射面２と、反射面３を反射した光線の射出面５とが等辺で、反射面３を底辺とする直角二等辺三角柱形状とされている。

反射面３には、偏光分離層（第１の反射層）４が積層蒸着又はスパッタ等により設けられており、該偏光分離層４は直角プリズム１ａの裏面反射面に配置される。また、偏光分離層４の外側の面（裏面）には透明傾斜層（透明媒質層）１９が配置され、透明傾斜層１９の外側の面（裏面）１０には反射ミラー層（第２の反射層）１１が積層蒸着又はスパッタ等により設けられている。

透明傾斜層１９は、画像のずらし量を決定する重要な層であり、酸化シリコンなど透明材料を厚く蒸着して設けられる。透明傾斜層１９は、偏光分離層４の外側の面に対して所定の角度θだけ傾斜する非平行な層とされている。これにより、偏光分離層４と反射ミラー層１１とが透明傾斜層１９を介して所定の角度θをなして配置される。

ここで、偏光分離層４および反射ミラー層１１は、可視域外の波長域である赤外（ＵＶ）成分、紫外（ＩＲ）成分の透過率が９５％以上の分光反射特性を有する。すなわち、従来の光学フィルタとして機能する。

偏光分離層４は、例えば酸化チタンや酸化シリコン等の誘電体材料を交互に数十層程度、積層蒸着又はスパッタ等して形成するのが一般的であるが、可視域においてできるだけ一様なブロードバンド特性が必要である。

本実施形態の場合、主光線が偏光分離層４へ入射角４５°で入射し、反射角４５°でＳ偏光成分は反射偏光され、Ｐ偏光成分はそのまま偏光分離層４を透過する。Ｓ偏光成分は、入射角に対して９０°偏光され、直角プリズム１ａの射出面５から射出して後側レンズ群３０６へ入射する。

偏光分離層４を透過したＰ偏光成分は、透明傾斜層１９を透過して反射ミラー層１１で全反射して偏光される。Ｐ偏光成分の光束は、その後、再度、透明傾斜層１９および偏光分離層４を透過し、直角プリズム１ａ内へ再度進行する。

このとき、入射光束（撮影光束）は、偏光分離層４で最初にＰＳ偏光分離し、Ｐ偏光成分が反射ミラー層１１を経てから再度偏光分離層４に至り、再度合流して撮像素子３０７へと向かう。

ここで、透明傾斜層１９が反射面３の外側の面となす角度θにより、Ｐ偏光成分はＳ偏光成分と平行にはならず、Ｐ偏光成分はＳ偏光成分とは直角プリズム１ａ内では互いに約２θの角度をなす。なお、厳密な角度は、透明傾斜層１９および直角プリズム１ａの材質の屈折率により変化する。

従って、Ｐ偏光成分は後側レンズ群３０６への入射直前にＳ偏光成分に対して、互いに微小な角度（約２θ）をもつことになる。この結果、撮像素子３０７上に結像する像が２つに分割され互いに所定の量だけずれた状態で重ねられることになり、ＬＰＦと同じ効果を得ることができる。

以上説明したように、この実施形態では、直角プリズム１ａの裏面反射面に追加工等により偏光分離層４、平行傾斜層１９および反射ミラー層１１を設けることで、反射光学素子にＬＦＰおよび光学フィルタの機能を併設することが可能となる。

これにより、撮像光学系の部品点数および組立工程が削減されて低コスト化を図ることができるとともに、デジタルカメラの小型化、薄型化を達成することができる。また、光学フィルタとして機能する偏光分離層４および反射ミラー層１１は撮像光学系と共軸な配置とならないため、不要波長光の反射迷光による影響を回避することができる。

なお、この実施形態では、透明傾斜層１９を射出面５の端部が薄くなるように角度θを持たせた場合を例示したが、図５（ａ）に示すように、透明傾斜層１９を入射面２の端部が薄くなるように角度θを持たせるようにしてもよい。

この場合も同様に、Ｓ偏光成分を９０°折り曲げ、Ｐ偏光成分はＳ偏光成分に対して所定の角度（約２θ）をなすため、後側レンズ群３０６の構成に合わせて適宜選択すればよい。

また、この実施形態では、直角二等辺三角柱形状の直角プリズム１ａを用いた場合を例示したがこれに限定されない。

例えば、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、入射面２側を４５＋φ°（射出面５を４５−φ°）、あるいは入射面２側を４５−φ°（射出面５を４５＋φ°）とした直角不等辺三角柱形状の直角プリズム１ａを用いてもよい。

このようにすると、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とを後側レンズ群３０６の光軸に対して対称に配置することができ、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とが完全に同条件で撮像素子３０７に結像するため、画質には好ましい。

次に、図６および図７を参照して、本発明の第４の実施形態である反射光学素子を説明する。図６は本発明の第４の実施形態である反射光学素子を説明するための説明図、図７（ａ）はＰＢＳ（偏光分離層）分光反射特性を示すグラフ図、図７（ｂ）はダイクロミラー分光反射特性を示すグラフ図である。なお、この実施形態では、上記第１〜第３の実施形態に共通する偏光分離層および反射ミラー層の分光反射特性について詳述するが、反射光学素子については、第１の実施形態（図２）と同様のものを用いて説明する。

まず、偏光分離層４に、図７（ａ）に示すような分光反射特性を持たせる。その結果、不要な波長成分光（主としてＵＶとＩＲ）４０（図６参照）は、Ｐ偏光成分と共に偏光分離層４を透過する。

次に、反射ミラー層１１をダイクロイックミラー層とし、図７（ｂ）に示すような分光反射特性を持たせる。その結果、Ｐ偏光成分の可視域以外、即ち、ＰＳ偏光成分の不要な波長成分光（主としてＵＶとＩＲ）４０は反射ミラー層１１を透過する。透過した不要光４０は基本的に光学系の光路から大きく外れる。

従って、従来の光路上に共軸配置された光学フィルタのように、他のレンズなどの面にて反射するなどして迷光になることはない。但し、デジタルカメラ内部の金属部品などの構造物などで散乱し、光学系に戻ることを避けるために、図６に示すように、不要光４０の光路に遮光線や黒色起毛紙などの光を吸収する部材４１を配置するのが好ましい。

次に、図８を参照して、本発明の第５の実施形態である反射光学素子を説明する。なお、この実施形態では、上記第１の実施形態と重複する部分については図に同一符号を付してその説明を省略する。

図８に示すように、本発明の第５の実施形態である反射光学素子６１は、上記第１および第３の実施形態が直角プリズム１ａを用いたのに対し、頂角ψが９０°でなく（ψ＜９０°、ψ＝９０°−２ξ）、入射面６２および射出面６２が等辺の二等辺三角柱形状のプリズム１ｂを用いている。

撮影入射光束は、入射面６２にてその一部は反射されるので、光軸に垂直な入射面２では、これが繰り返し反射して迷光の要因となる。また、撮像素子３０７に一旦到達した光束も撮像素子３０７の表面若しくは、センサカバーガラス表面で一部が反射され、再度プリズム射出面６５にて反射される。これも、射出面５のように光軸に垂直な面であった場合、繰り返し反射により、迷光の原因となる可能性がある。

これに対し、この実施形態では、入射面６２および射出面６５は光軸に垂直でない（ξの角度をなす）面となっているので、入射光軸及び射出光軸に沿った光線は、２ξだけ角度を持って反射する。その結果、繰り返し反射をする過程で次第に光軸から横にずれるので、迷光として画像に影響することは少なくなる。また、プリズム１ｂが二等辺三角柱形状であるため、入射光と反射光は対称であり、クサビ成分は相殺されて、非点収差やコマ収差の発生はなく、収差的に結像に対して悪影響を与えることはない。

本発明の第１の実施形態である反射光学素子を配置した撮像光学系を示す図である。 本発明の第１の実施形態である反射光学素子を説明するための説明図である。 本発明の第２の実施形態である反射光学素子を説明するための説明図である。 本発明の第３の実施形態である反射光学素子を説明するための説明図である。 本発明の第３の実施形態である反射光学素子の変形例を示す図である。 本発明の第４の実施形態である反射光学素子を説明するための説明図である。 （ａ）はＰＢＳ分光反射特性を示すグラフ図、（ｂ）はダイクロミラー分光反射特性を示すグラフ図である。 本発明の第５の実施形態である反射光学素子を説明するための説明図である。 デジタルカメラの制御ブロック図である。 図９に示すデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャート図である。 従来の反射光学素子を配置した撮像光学系を説明するための図である。

符号の説明

１ 反射光学素子
１ａ 直角プリズム
３ 裏面反射面
４ 偏光分離層（第１の反射層）
９ 透明平行層（透明媒質層）
１１ 反射ミラー層（第２の反射層）
１９ 透明傾斜層（透明媒質層）
２１ 反射光学素子
２１ａ 基板（板部材）
２３ 表面反射面
２４ 偏光分離層
２５ 反射ミラー層（第２の反射層）
２９ 透明平行層（透明媒質層）
３０２ レンズ
３０３ レンズ
３０６ 後側レンズ群
３０７ 撮像素子

Claims (15)

1. 被写体から撮像素子へ至る光路に配置される反射光学素子であって、
   前記被写体側から入射した光線を折り曲げて前記撮像素子に導く反射面を備え、該反射面に、偏光分離特性を有する第１の反射層を設けた、
   ことを特徴とする反射光学素子。
2. 前記第１の反射層は、Ｓ偏光成分を反射し、Ｐ偏光成分を透過する偏光分離層である、 ことを特徴とする請求項１に記載の反射光学素子。
3. 前記第１の反射層は、所定の波長域において、消光比が１７ｄＢ以上の完全偏光分離特性を有する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射光学素子。
4. 前記第１の反射層を透過した光線を反射する第２の反射層を有する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の反射光学素子。
5. 前記第２の反射層が、全反射面である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の反射光学素子。
6. 前記第１の反射層で反射した光線と前記第２の反射層を反射した光線とが互いに平行である、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の反射光学素子。
7. 前記第１の反射層で反射した光線と前記第２の反射層を反射した光線とが所定の角度をなす、
   ことを特徴とする請求項４の反射光学素子。
8. 前記第１の反射層と前記第２の反射層との間に透明媒質層が介装される、
   ことを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の反射光学素子。
9. 前記第１の反射層と前記第２の反射層とが透明媒質層を介して平行に又は所定の角度をなして配置される、
   ことを特徴とする請求項８に記載の反射光学素子。
10. 前記第１の反射層および前記第２の反射層は、可視域外の波長域である赤外成分、紫外成分の透過率が９５％以上の分光反射特性を有する、
    ことを特徴とする請求項４〜９のいずれか一項に記載の反射光学素子。
11. 前記第１の反射層は、プリズムの裏面反射面に配置される、
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の反射光学素子。
12. 前記プリズムが、直角プリズムである、
    ことを特徴とする請求項１１の反射光学素子。
13. 前記プリズムが、光線の入射面と前記第１の反射層を反射した光線の射出面とが等辺で、該第１の反射層を底辺とする二等辺三角柱形状である、
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の反射光学素子。
14. 前記第１の反射層は、板部材の空気に接する表面側に設けられている、
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の反射光学素子。
15. 撮影レンズから撮像素子へ至る光路に反射光学素子が配置された撮像装置であって、
    前記反射光学素子として、請求項１〜１４のいずれか一項に記載した反射光学素子を用いる、
    ことを特徴とする撮像装置。

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