JP6053275B2 - 色分解光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
0.84 < 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図4を参照して、参考例1の色分解光学系について説明する。本参考例における、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。
図5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。
図6、7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。図6は本実施例におけるプリズム断面図である。
図8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。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。
図9を参照して、参考例2の色分解光学系について説明する。本参考例における、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。
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。
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。
表8に各実施例、各参考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。
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
Claims (7)
- 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、反射する光束と透過する光束に分離する第2面を有し、前記第1面から入射した光束から該反射す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、反射する光束と透過する光束に分離することにより該第3面から入射した光束から前記反射する光束を分離する第4面を有し、該第4面で反射された光束を、該第3面で反射された後に射出させる第2プリズムと、
を備え、
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、
0.84 < 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。 - 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 ≦ nd×cosθ2A/(λ/4) < 1.2 - 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の色分解光学系。
0.75 < θ2/ sin-1(1/Ng) < 1.1 - 次の条件式を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の色分解光学系。
1.05 < Nm < 1.34、
1.35 ≦ Ng - 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4に記載の色分解光学系。
- 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4に記載の色分解光学系。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の色分解光学系と、該色分解光学系から射出した複数の色光を受光する複数の撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
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