光分解光学系及びそれを含む撮像光学系

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【発明の名称】	光分解光学系及びそれを含む撮像光学系
【発明者】	【氏名】天野佐代子
【要約】	【課題】誘電体膜により反射される有効部外の光に起因するゴースト光の影響を抑えることができ、良好な画像が得られる簡単な構成の光分解光学系及びそれを含む撮像光学系を提供すること。【解決手段】光軸に沿って直列に接合又は微小隙間を置いて配置された少なくとも２個のプリズムと、該少なくとも２個のプリズムの射出面に施された誘電体膜とを用いて、入射光束を複数に色分解させる光分解光学系において、前記色光を透過させるのみの前記誘電体膜と、前記プリズムの射出面との間には、入射光を遮断する遮光部材が、有効部外の光束が入射する領域に配置されていること。

【特許請求の範囲】
【請求項１】光軸に沿って直列に接合又は微小隙間を置いて配置された少なくとも２個のプリズムと、該少なくとも２個のプリズムの射出面に施された誘電体膜とを用いて、入射光束を複数に色分解させる光分解光学系において、前記色光を透過させるのみの前記誘電体膜と、前記プリズムの射出面との間には、入射光を遮断する遮光部材が、有効部外の光束が入射する領域に配置されていることを特徴とする光分解光学系。
【請求項２】前記遮光部材は、前記誘電体膜の入射光側の、前記プリズムの射出面上に接着されていることを特徴とする請求項１記載の光分解光学系。
【請求項３】前記遮光部材は、前記誘電体膜の入射光側に配設されていることを特徴とする請求項１、又は２記載の光分解光学系。
【請求項４】対物レンズと、この対物レンズからの光束を複数の色光に色分解する請求項１、２、又は３記載のいずれか１項の光分解光学系とを有することを特徴とする撮像光学系。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、テレビカメラやビデオカメラ等の撮像光学系に用いられる光分解光学系に関し、特に、対物レンズからの光束をプリズムにより複数の色光に分解させ、分解した各色光を撮像素子に導光する構成の光分解光学系及びそれを含む撮像光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、カラーテレビカメラ等においては、対物レンズと撮像素子との間に、色分解手段として複数のプリズムより成る色分解光学系を配置している。
【０００３】この色分解光学系は、多層膜より成るダイクロイック誘電体膜を１つの面に施した所定形状のプリズムが複数用いられ、所定の関係を有しつつ一体的に組み合わされている。そして、対物レンズより入射した光束を各々のプリズムを介して各々の色光に分解し、所定の撮像素子へ導くように構成されている。
【０００４】このような構成の３つのプリズムを有する従来の色分解光学系を図４に示している。同図において、２０１は３色分解光学系で、３つのプリズム２０２，２０３，２０４を有し、各プリズム２０２，２０３の各反射面２０２ｂ，２０３ｂにはダイクロイック誘電体膜が施され、プリズム２０４の射出面２０４ｂにはトリミングフィルターとしての透過特性を有するトリミングダイクロイック誘電体膜３０が施されている。各ダイクロイック誘電体膜は、光の波長によって反射あるいは透過する波長特性を有しており、入射光束を反射（あるいは透過）することにより各色成分毎に分解する。
【０００５】各プリズム２０２，２０３の各射出面２０２ｃ，２０３ｃとプリズム２０４の射出側２０４ｂには、各々撮像素子（ＣＣＤ）２１１，２２２，２２３が配置されている。
【０００６】この構成において、図示しない対物レンズからの光束は、プリズム２０２の入射面２０２ａより入射し、ダイクロイック誘電体膜の反射面２０２ｂで第１の色光（青色）のみが反射され、その他の成分は透過することにより色分解される。反射面２０２ｂを透過した光束は、プリズム２０３の入射面２０３ａより入射し、ダイクロイック誘電体膜の反射面２０３ｂで第２の色光（赤色）のみが反射され、その他の光束は透過する。プリズム２０３の反射面２０３ｂを透過した光束は、プリズム２０４の入射面２０４ａより入射して、トリミングダイクロイック誘電体膜３０の射出面２０４ｂを透過することにより不要な色成分が除去されつつ射出する。そして、射出された光束は撮像素子２２３上に結像する。このトリミングダイクロイック誘電体膜３０の透過特性を図５(Ｃ)に示している。
【０００７】近年、テレビカメラは、特殊な効果をねらって、強い光源や太陽等を直接、撮像部に撮り込むような投影方法も行われるようになってきている。このため、ＣＣＤカメラに使用される対物レンズでは、フレア等が大幅に改善されてきている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の上記光分解光学系において成されたフレアの改善は、このような撮影状態におけるテレビカメラのダイナミックレンジを広げることと実質的に同じであり、今までフレアに隠れて見えにくかったゴースト光を目立たせる結果になった。このようなゴースト光は、必ずしも、プリズム２０２と２０３のダイクロイック誘電体膜が９０％の反射率で１０％の透過率であれば防止できるわけではなく、数％程度の透過率であっても残留成分が存在すると生じてしまう。
【０００９】例えば、波長６２０nmの赤色光は、前述したように、プリズム２０２の反射面２０２ｂを透過し、プリズム２０３のダイクロイック誘電体膜の反射面２０３ｂで反射する。この時、ダイクロイック誘電体膜及びプリズム２０２に吸収等の損失がないものとすると、反射面２０２ｂにおいて６２０nmの光束は、図５(Ａ)に示すように、約９５％が透過し、反射面２０３ｂでは、図５(Ｂ)に示す通り、約９４％が反射される。即ち、残り６％の光束は、透過してプリズム２０４に入射し、トリミングダイクロイック誘電体膜３０の射出面２０４ｂで、図５(Ｃ)の如く、約９５％が反射されて再び反射面２０３ｂに到達する。反射面２０３ｂに到達した光束は、射出面２０４ｂの方向に約９４％反射され、再び射出面２０４ｂに達した光束は、約５％透過して撮像素子２２３にゴースト光として入射する。このゴースト光の強度はプリズム２０１への入射前の０.３％以下であるにも関わらず、前述のように、レンズのフレアが減少したことにより目立ってしまうという問題点があった。
【００１０】そこで、本発明は、誘電体膜により反射される有効部外の光に起因するゴースト光の影響を抑え、良好な画像が得られる簡単な構成の光分解光学系及びそれを含む撮像光学系を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この課題を達成するために、請求項１の発明は、光軸に沿って直列に接合又は微小隙間を置いて配置された少なくとも２個のプリズムと、該少なくとも２個のプリズムの射出面に施された誘電体膜とを用いて、入射光束を複数に色分解させる光分解光学系において、前記色光を透過させるのみの前記誘電体膜には、入射光を遮断する遮光部材が、有効部外の光束が入射する領域に配置されていることを特徴としている。
【００１２】請求項２の発明は請求項１の発明において、前記遮光部材は、前記誘電体膜の入射光側の、前記プリズムの射出面上に接着されていることを特徴としている。
【００１３】請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記遮光部材は、前記誘電体膜の入射光側の面に配設されていることを特徴としている。
【００１４】請求項４の発明の撮像光学系は、対物レンズと、この対物レンズからの光束を複数の色光に色分解する請求項１、２、又は３のいずれか１項における光分解光学系とを有することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１６】図１は本発明の実施形態を示す光分解光学系を含む撮像光学系の要部断面図、図２は図１の光分解光学系の有効光束を示す撮像光学系の要部概略図、図３は光束の有効部外における戻りゴースト光を示す説明図である。
【００１７】図１において、１０１は光分解光学系で、第１プリズム１０２、第２プリズム１０３、第３プリズム１０４を有し、各プリズム１０２，１０３の各反射面１０２ｂ，１０３ｂとプリズム１０４の射出面１０４ｂにはダイクロイック誘電体膜が施されている。各ダイクロイック誘電体膜は入射光速を反射と透過により、各光成分別に分解する。１０は対物レンズであり、図示しない被写体からの光束を集光し、光分解光学系１０１に入射させている。１１１、１１２、１１３は、それぞれＣＣＤ等の撮像素子であり、対物レンズ１０からの光束は、光分解光学系１０１で３つの色光に分解されて、各色光に基づく被写体像を撮像素子１１１，１１２，１１３にそれぞれ結像している。この対物レンズ１０と光分解光学系１０１により撮像光学系が構成されている。
【００１８】第１プリズム１０２は、対物レンズ１０からの光束を入射させる入射面１０２ａと、ダイクロイック誘電体膜を施した反射面１０２ｂと、反射面１０２ｂで反射した第１の色光（青色）を入射面１０２ａを介して射出させる射出面１０２ｃとを有している。
【００１９】第２プリズム１０３は、第１プリズム１０２の反射面１０２ｂを透過した光束を入射させる入射面１０３ａと、ダイクロイック誘電体膜を施した反射面１０３ｂと、反射面１０３ｂで反射した第２の色光（赤色）を入射面１０３ａを介して射出させる射出面１０３ｃとを有している。図示しないが、第１プリズム１０２の反射面１０２ｂと第２プリズム１０３の入射面１０３ａとは、全反射を利用するために微小な空気間隔を置いて配置されている。
【００２０】同様に、第３プリズム１０４は、反射面１０３ｂを透過した光束を入射させる入射面１０４ａと、入射面１０４ａから入射した光束のうち、第３の色光（緑色）を透過させるダイクロイック誘電体膜２５が施された射出面１０４ｂを有している。特に、このダイクロイック誘電体膜２５は、第３の色光を取り出すために不要な色成分を除去しつつ透過させるトリミングフィルターとしての機能を有するトリミングダイクロイック誘電体膜である。
【００２１】このトリミングダイクロイック誘電体膜２５は、第３プリズム１０４の射出面１０４ｂの外側（射出光側）から施されており、このトリミングダイクロイック誘電体膜２５の光入射側であって、射出面１０４ｂ上に、遮光部材２０が接着されている、即ち、遮光部材２０は同誘電体膜２５と射出面１０４ｂに挟持された形で設けられている。
【００２２】この遮光部材２０は、図２に示すように、トリミングダイクロイック誘電体膜２５の、有効光束Ｌ以外の光域、即ち有効部外の領域にのみ配設されている。
【００２３】次に、上記構成における遮光部材２０の機能について説明する。
【００２４】トリミングダイクロイック誘電体膜２５が施されている射出面１０４ｂの有効部外での戻りゴースト光を、図３に斜線で示している。このゴースト光は、トリミングダイクロイック誘電体膜２５（射出面１０４ｂ）で反射されて第３プリズム１０４に戻り、第２プリズム１０３の反射面１０３ｂで再び射出面１０４ｂ方向に反射されてトリミングダイクロイック誘電体膜２５（射出面１０４ｂ）を透過し、ゴースト光を生じさせる。
【００２５】しかし、図２に示すように、第２プリズム１０３の反射面１０３ｂを透過して第３プリズム１０４内に入射した有効部外のすべての光束は、遮光部材２０で遮断され、射出面１０４ｂのトリミングダイクロイック誘電体膜２５に到達しないため、この部分のトリミングダイクロイック誘電体膜２５での反射光（戻り光）が発生することがない。このため、戻り光に起因するゴースト光、フレア光が撮像素子１１３に入射するのを防止することができる。
【００２６】したがって、このような光分解光学系を搭載した撮像光学系（撮像装置）においては、従来はゴースト光があるために撮影を見合わせていたような状況であっても、ゴースト光のない良好な画像を撮ることが可能となった。
【００２７】このように、本来、ゴースト光となり得るトリミングダイクロイック誘電体膜２５による戻り光が発生しないように、同誘電体膜２５に入射する有効部外の光束が遮光部材２０により遮断されるため、ゴースト光が撮像素子に入射するのが防止される。
【００２８】また、上記の如く、遮光部材２０は、第３プリズム１０４の射出面１０４ｂに接着されているが、このようなガラス部材との接着面があるために、強い接着強度が得られるという利点もある。
【００２９】尚、上記実施例においては、３つの光分解プリズム１０２，１０３，１０４を用いて説明したが、光束を複数に分解する他の光分解光学系においても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３０】また、本実施例においては、プリズム１０４の射出面１０４ｂに施す誘電体膜として、トリミングダイクロイック誘電体膜２５を採用したが、これに用いる誘電体膜は、単層膜あるいは多層膜の何れであっても同様の効果を得ることができる。また、遮光部材２０として用いられる材料としては、黒色のカーボンを含む有機膜、金属膜、誘電体膜、金属箔、樹脂フィルム等、光を遮断できる材料であれば良い。
【００３１】さらに、この実施例では、遮光部材２０はプリズム１０４の射出面１０４ｂにのみ設けたが、ゴースト光の発生を防止するという目的に限らず、有効光束のみを取り込み、不要な色成分を除去するという目的で、トリミングダイクロイック誘電体膜２５と同誘電体膜２５に設けた遮光部材２０を、撮像素子１１１，１１２の前位置等にも配置することもできる。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、色光を透過させるのみで撮像素子に導光する誘電体膜と、プリズムの射出面との間に、入射光を遮断する遮光部材を、有効部外の光束が入射する領域にのみ配置したので、有効部外の光束が誘電体膜に当たらないように遮断され、誘電体膜での戻り光の発生が防止される。したがって、この戻り光に起因するゴースト光の影響を極力抑えることができるため、良好な画像が得られるテレビカメラ等の撮像光学系を提供することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００１００７【氏名又は名称】キヤノン株式会社
【出願日】	平成１２年１月６日（２０００．１．６）
【代理人】	【識別番号】１０００８６８１８【弁理士】【氏名又は名称】高梨幸雄
【公開番号】	特開２００１－１９４５１６（Ｐ２００１－１９４５１６Ａ）
【公開日】	平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】	特願２０００－８４３（Ｐ２０００－８４３）