JP6975451B2 - ４板式プリズム装置 - Google Patents

Description

本発明は、入射光を、可視光領域の赤色光，緑色光，青色光，及び非可視光領域の赤外光に分解する４板式プリズム装置に関する。

一般に、色分解用の三つのプリズムを組合わせることにより、入射光を、可視光領域の赤色光，緑色光，青色光に分解する３板式プリズム装置は、各種光学機器等において広く用いられているが、さらに、色分解用のプリズムを追加することにより、他の波長領域の分解光を得るようにした４板式プリズム装置も実用化されている。

従来、この種の４板式プリズム装置としては、特許文献１に開示される固体撮像装置に備える４板式撮像用光分解プリズム及び特許文献２に開示されるビデオカメラおよびそれを用いる画像処理装置に備える色分解プリズムが知られている。特許文献１に開示される４板式撮像用光分解プリズム及び特許文献２に開示される色分解プリズムは、いずれも色分解用の四つのプリズム、即ち、入射光の光軸方向前方に、第一のプリズム，第二のプリズム，第三のプリズム及び第四のプリズムを順番に配した四つのプリズムを組合わせるとともに、第一のプリズムの分解面に第一のダイクロイックコートを、第二のプリズムの分解面に第二のダイクロイックコートを、第三のプリズムの分解面に第三のダイクロイックコートをそれぞれ設けることにより、対応する各分解光を反射させており、これにより、入射光は、四光にそれぞれ分解、具体的には、特許文献１の場合、可視光領域の赤色光，緑色光１，緑色光２，及び青色光に、また、特許文献２の場合、可視光領域の赤色光，緑色光，青色光及び非可視光領域の赤外光に分解される。

特開平９−１３０８１９号公報 特開平１０−３４１４４６号公報

しかし、上述した従来の４板式プリズム装置は、次のような問題点があった。

第一に、この種の４板式プリズム装置では、通常、第一のプリズムの分解面と第二のプリズムの入射面を第一のエアギャップを介して結合するとともに、第二のプリズムの分解面と第三のプリズムの入射面を第二のエアギャップを介して結合し、エアギャップにより各プリズムの内部における分解光を全反射させている。このため、従来の４板式プリズム装置では、エアギャップが二個所で必要になり、構造及び製造工程の煩雑化に基づくコストアップを招くとともに、品質を確保することが容易でない難点があった。

第二に、エアギャップが二個所で必要になることから、プリズム装置の内部における光路が煩雑化し、結果的に、レジストレーションの低下を招きやすいとともに、各プリズムのレイアウト面における自由度が低下するため、全体の小型コンパクト化を図る観点からも大きなマイナス要因となっていた。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した４板式プリズム装置の提供を目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、色分解用の四つのプリズムＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を組合わせることにより、入射光Ｃを、可視光領域の赤色光Ｃｒ，緑色光Ｃｇ，青色光Ｃｂ，及び非可視光領域の赤外光Ｃｉの四光Ｃｒ…にそれぞれ分解し、各プリズムＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の出射面Ｐ１ｅ，Ｐ２ｅ，Ｐ３ｅ，Ｐ４ｅから出射する各出射光を、対応する固体撮像素子１０ｒ，１０ｇ，１０ｂ，１０ｉに入光させる４板式プリズム装置１であって、入射光Ｃの光軸方向Ｆｃ前方へ、第一プリズムＰ１，第二プリズムＰ２，第三プリズムＰ３及び第四プリズムＰ４を順番に配し、かつ当該第四プリズムＰ４の光軸方向Ｆｃ前方に、赤外光Ｃｉを透過させる赤外線透過フィルタ５を配するとともに、第一プリズムＰ１の分解面Ｐ１ｒに、四光Ｃｒ…の一つ（赤色光Ｃｒ）を反射する第一のダイクロイックコートＤ１を設け、第二プリズムＰ２の分解面Ｐ２ｒに、四光Ｃｒ…の他の一つ（緑色光Ｃｇ）を反射する第二のダイクロイックコートＤ２を設け、第三プリズムＰ３の分解面Ｐ３ｒに、四光Ｃｒ…の他の一つ（青色光Ｃｂ）を反射する第三のダイクロイックコートＤ３を設け、かつ第一プリズムＰ１の分解面Ｐ１ｒと第二プリズムＰ２ｒの入射面Ｐ２ｉ間を、エアギャップＳａを介して結合し、第三のダイクロイックコートＤ３に対する入射角Ｑ１を、Ｐ偏光に係わるブリュースター角Ｑｂよりも大きい所定の設定角Ｑ１ｓに選定することにより、第二プリズムＰ２の分解面Ｐ２ｒと第三プリズムＰ３の入射面Ｐ３ｉ間を、エアギャップレスにより結合することを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、設定角Ｑ１ｓは、ブリュースター角Ｑｂに対して、１．２２〜１．３７倍の角度範囲に設定することができる。また、第二プリズムＰ２の出射面Ｐ２ｅに対する第三プリズムＰ３の出射面Ｐ３ｅの傾斜角Ｑｍは、１５〔°〕以下に設定することができる。さらに、第一プリズムＰ１の出射面Ｐ１ｅから射出する出射光は赤色光Ｃｒに選定し、かつ第二プリズムＰ２の出射面Ｐ２ｅから射出する射出光は緑色光Ｃｇに選定することができる。

このような構成を有する本発明に係る４板式プリズム装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 第一プリズムＰ１の分解面Ｐ１ｒと第二プリズムＰ２ｒの入射面Ｐ２ｉ間を、エアギャップＳａを介して結合するとともに、第三のダイクロイックコートＤ３に対する入射角Ｑ１を、Ｐ偏光に係わるブリュースター角Ｑｂよりも大きい所定の設定角Ｑ１ｓに選定することにより、第二プリズムＰ２の分解面Ｐ２ｒと第三プリズムＰ３の入射面Ｐ３ｉ間を、エアギャップレスにより結合してなるため、４板式プリズム装置１を構成する場合であっても、一個所のエアギャップＳａで足り、構造及び製造工程の簡略化に基づく全体のコストダウンを図れるとともに、品質向上にも寄与できる。

（２） 本来必要となる二個所のエアギャップＳａ…の一つを排除できるため、レジストレーション性能を高めることができるとともに、特に、エアギャップを必要とする全反射に係わる光路を排除できるため、結果的に、プリズム装置１の内部における全体の光路をシンプル化することができる。これにより、第三プリズムＰ３及び第四プリズムＰ４に係わるレイアウト面における自由度を高めることができ、プリズム装置１全体のサイズダウンを図ることができる。

（３） 第四プリズムＰ４の光軸方向Ｆｃ前方に、赤外光Ｃｉを透過させる赤外線透過フィルタ５を配したため、赤外線透過フィルタ５の機能により赤外光Ｃｉのみを透過させることができる。これにより、特に、赤色光Ｃｒ，緑色光Ｃｇ及び青色光Ｃｂを含む可視光領域の光が除かれた入射光Ｃの残成分から、赤外光Ｃｉのみを効果的かつ効率的に抽出することができる。

（４） 好適な態様により、設定角Ｑ１ｓを、ブリュースター角Ｑｂに対して、１．２２〜１．３７倍の角度範囲に設定するようにすれば、第三のダイクロイックコートＤ３に対する設定角Ｑ１ｓを容易に絞り込むことができるため、設定角Ｑ１ｓの最適化を容易に行うことができ、４板式プリズム装置１全体の光学特性を高めることができる。

（５） 好適な態様により、第二プリズムＰ２の出射面Ｐ２ｅに対する第三プリズムＰ３の出射面Ｐ３ｅの傾斜角Ｑｍを、１５〔°〕以下に設定すれば、第二プリズムＰ２の出射面Ｐ２ｅと第三プリズムＰ３の出射面Ｐ３ｅの平行度を一定範囲に容易に抑えることができるなど、更なる小型コンパクト化に寄与できる。

（６） 好適な態様により、第一プリズムＰ１の出射面Ｐ１ｅから射出する出射光を、赤色光Ｃｒに選定し、かつ第二プリズムＰ２の出射面Ｐ２ｅから射出する射出光を、緑色光Ｃｇに選定すれば、赤色光Ｃｒ，緑色光Ｃｇ，青色光Ｃｂ，赤外光Ｃｉの四光Ｃｒ…における波長域の干渉を最小限に抑えることができるため、赤色光Ｃｒ，緑色光Ｃｇ，青色光Ｃｂ，赤外光Ｃｉの四光Ｃｒ…に対する分解性能をより高めることができる。

本発明の好適実施形態に係る４板式プリズム装置の全体の原理的構成を示す側面図、 同４板式プリズム装置の全体におけるプリズム結合部位に着目した原理的構成を示す側面図、 同４板式プリズム装置の第三プリズムの分解面における作用説明図、 同４板式プリズム装置の第三プリズムの分解面に対する入射角と反射率の特性図、 同４板式プリズム装置の第三プリズムの分解面における入射角に対するＰ偏光とＳ偏光の反射率データ表、 同第三プリズムの分解面における入射角を４０．１８〔°〕（Ｑｂ）に設定し、かつダイクロイックコートを設けたときの光波長と反射率の特性図、 同第三プリズムの分解面における入射角を４０．１８〔°〕（Ｑｂ）に設定し、かつダイクロイックコートが無いときの光波長と反射率の特性図、 同第三プリズムの分解面における入射角を５２〔°〕（Ｑ１ｓ）に設定し、かつダイクロイックコートを設けたときの光波長と反射率の特性図、 同第三プリズムの分解面における入射角を５２〔°〕（Ｑ１ｓ）に設定し、かつダイクロイックコートが無いときの光波長と反射率の特性図、 同４板式プリズム装置の第三プリズムの分解面における入射角を５５〔°〕に設定し、かつダイクロイックコートを設けたときの光波長と反射率の特性図、 同４板式プリズム装置の第三プリズムの分解面における入射角を５５〔°〕に設定し、かつダイクロイックコートが無いときの光波長と反射率の特性図、

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る４板式プリズム装置１の全体構成について、図１〜図５を参照して説明する。

４板式プリズム装置１は、図１及び図２に示すように、ガラス素材により形成した色分解用の四つのプリズムＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を組合わせて構成する。即ち、第一プリズムＰ１，第二プリズムＰ２，第三プリズムＰ３及び第四プリズムＰ４を、入射光Ｃの光軸方向Ｆｃ前方へ順番に配することにより全体を一体化構成する。

この場合、第一プリズムＰ１は、図２に示すように、光路長の調整等を考慮して後プリズム部Ｐ１１と前プリズム部Ｐ１２を貼合わせて一体に構成し、表面には、入射面Ｐ１ｉ，分解面Ｐ１ｒ及び出射面Ｐ１ｅを形成する。一方、第二プリズムＰ２の表面には、入射面Ｐ２ｉ，分解面Ｐ２ｒ及び出射面Ｐ２ｅを形成するとともに、第三プリズムＰ３の表面には、入射面Ｐ３ｉ，分解面Ｐ３ｒ及び出射面Ｐ３ｅを形成し、また、第四プリズムＰ４の表面には、入射面Ｐ４ｉ，分解面Ｐ４ｒ及び出射面Ｐ４ｅを形成する。

さらに、図２に示すように、第一プリズムＰ１の分解面Ｐ１ｒには、入射面Ｐ１ｉから入射する入射光Ｃに対して、光波長領域が概ね６００〜７００〔ｎｍ〕の赤色光Ｃｒを反射する第一のダイクロイックコートＤ１をコーティングにより設けるとともに、第二プリズムＰ２の分解面Ｐ２ｒには、入射面Ｐ２ｉから入射する入射光Ｃ（赤色光Ｃｒを除く）に対して、光波長領域が概ね５００〜６００〔ｎｍ〕の緑色光Ｃｇを反射する第二のダイクロイックコートＤ２をコーティングにより設け、さらに、第三プリズムＰ３の分解面Ｐ３ｒには、入射面Ｐ３ｉから入射する入射光Ｃ（赤色光Ｃｒ及び緑色光Ｃｇを除く）に対して、光波長領域が概ね４００〜５００〔ｎｍ〕の青色光Ｃｂを反射する第三のダイクロイックコートＤ３をコーティングにより設ける。

このように、第一プリズムＰ１の出射面Ｐ１ｅから射出する出射光を、赤色光Ｃｒに選定し、かつ第二プリズムＰ２の出射面Ｐ２ｅから射出する射出光を、緑色光Ｃｇに選定すれば、赤色光Ｃｒ，緑色光Ｃｇ，青色光Ｃｂ，赤外光Ｃｉの四光Ｃｒ…における波長域の干渉を最小限に抑えることができるため、赤色光Ｃｒ，緑色光Ｃｇ，青色光Ｃｂ，赤外光Ｃｉの四光Ｃｒ…に対する分解性能をより高めることができる利点がある。

そして、図２に示すように、第一プリズムＰ１の分解面Ｐ１ｒ（第一のダイクロイックコートＤ１）と第二プリズムＰ２ｒの入射面Ｐ２ｉ間は、エアギャップＳａを介して結合する。この場合、入射面Ｐ２ｉの周縁に沿って接着剤を塗布し、この入射面Ｐ２ｉに対して分解面Ｐ１ｒを接着するとともに、この際、エアギャップＳａの間隔が概ね５〜１５〔μｍ〕の範囲となるように設定する。

一方、第二プリズムＰ２の分解面Ｐ２ｒ（第二のダイクロイックコートＤ２）と第三プリズムＰ３の入射面Ｐ３ｉ間は、エアギャップが生じないように結合するとともに、第三プリズムＰ３の分解面Ｐ３ｒ（第三のダイクロイックコートＤ３）と第四プリズムＰ４の入射面Ｐ４ｉ間も、エアギャップが生じないように結合する。結合に際しては、所定の接着剤を用いて接着することができる。

他方、第一プリズムＰ１の出射面Ｐ１ｅには、赤色透過フィルタ６ｒを付設し、この赤色透過フィルタ６ｒの前方に、赤色透過フィルタ６ｒを透過して出射した射出光、即ち、赤色光Ｃｒが入光する固体撮像素子１０ｒを配設する。この赤色透過フィルタ６ｒから出射する赤色光Ｃｒの出射方向の角度Ｑｒは、第一プリズムＰ１に入射する入射光Ｃの光軸方向Ｆｃの角度に対して、概ね４６〔°〕に設定することが望ましい。また、第二プリズムＰ２の出射面Ｐ２ｅには、緑色透過フィルタ６ｇを付設し、この緑色透過フィルタ６ｇの前方に、緑色透過フィルタ６ｇを透過して出射した射出光、即ち、緑色光Ｃｇが入光する固体撮像素子１０ｇを配設する。この緑色透過フィルタ６ｇから出射する緑色光Ｃｇの出射方向の角度Ｑｇは、第一プリズムＰ１に入射する入射光Ｃの光軸方向Ｆｃの角度に対して、概ね６９〔°〕に設定することが望ましい。さらに、第三プリズムＰ３の出射面Ｐ３ｅには、青色透過フィルタ６ｂを付設し、この青色透過フィルタ６ｂの前方に、青色透過フィルタ６ｂを透過して出射した射出光、即ち、青色光Ｃｂが入光する固体撮像素子１０ｂを配設する。この青色透過フィルタ６ｂから出射する青色光Ｃｂの出射方向の角度Ｑｂは、第一プリズムＰ１に入射する入射光Ｃの光軸方向Ｆｃの角度に対して、概ね７６〔°〕に設定することが望ましい。

一方、第四プリズムＰ４の出射面Ｐ４ｅには、赤外線透過フィルタ５を付設し、この赤外線透過フィルタ５の前方に、赤外線透過フィルタ５を透過して出射した射出光、即ち、赤外光Ｃｉが入光する固体撮像素子１０ｉを配設する。このように、第四プリズムＰ４の光軸方向Ｆｃ前方に、赤外光Ｃｉを透過させる赤外線透過フィルタ５を配すれば、赤外線透過フィルタ５の機能により赤外光Ｃｉのみを透過させることができるため、特に、赤色光Ｃｒ，緑色光Ｃｇ及び青色光Ｃｂを含む可視光領域の光が除かれた入射光Ｃの残成分から、赤外光Ｃｉのみを効果的かつ効率的に抽出することができる。

また、第三のダイクロイックコートＤ３に対する入射角Ｑ１は、本発明に従って、青色光ＣｂのＰ偏光に係わるブリュースター角Ｑｂよりも大きい所定の設定角Ｑ１ｓに選定する。

この入射角Ｑ１（設定角Ｑ１ｓ）をブリュースター角Ｑｂよりも大きい角度を選定した理由は次のとおりである。通常、設定角Ｑ１ｓの選定に関しては、前述した特許文献１及び２にも記載されるように、ブリュースター角よりも小さい角度に設定している。即ち、図３に示すように、屈折率（ｎ１，ｎ２）の異なる二つの物質Ｍ１（ガラス），Ｍ２（接着剤）の界面Ｋにおいては、入射角Ｑ１を０から徐々に大きくした場合、入射光ＣにおけるＰ偏光の反射率Ｒｐが徐々に低下し、ブリュースター角（例示の場合、４０．１８〔°〕）で０になる。そして、ブリュースター角よりも更に大きくすれば、Ｐ偏光の反射率Ｒｐは急激に大きくなり、例示の場合、入射角Ｑ１が５７〔°〕付近では全反射と同様の状態になる。なお、入射光ＣにおけるＳ偏光の反射率Ｒｓは、入射角Ｑ１が０から大きくなるに従って徐々に大きくなり、例示の場合、５７〔°〕付近で限界になる。

このため、従来のプリズム装置では、入射角Ｑ１の設定角Ｑ１ｓをブリュースター角Ｑｂよりも小さい角度に設定しており、この結果、第三のダイクロイックコートＤ３を反射した青色光Ｃｂは、第三プリズムＰ３の入射面Ｐ３ｉに至り、この入射面Ｐ３ｉで全反射した後、第三プリズムＰ３の出射面Ｐ３ｅに至る光路となっていた。なお、例示の場合、物質Ｍ１の屈折率ｎ１は、１．８、物質Ｍ２の屈折率ｎ２は、１．５２である。

一方、本実施形態では、設定角Ｑ１ｓを、ブリュースター角Ｑｂ（＝４０．１８〔°〕）よりも大きい所定の角度、具体的には、５２〔°〕に選定した。入射角Ｑ１の設定角Ｑ１ｓを５２〔°〕に選定した理由は次のとおりである。

図５は、ガラス（Ｍ１）と接着剤（Ｍ２）の界面Ｋにおいて、入射角Ｑ１を０から徐々に大きくした場合の入射角（Ｑ１）に対するＳ偏光の反射率ＲｓとＰ偏光の反射率Ｒｐを求めたものである。この場合、入射角を０〔°〕から５７〔°〕の角度範囲で１／２０ずつ大きくした入射角毎に求めたものである。また、図４は、この図５のデータをグラフ化、即ち、入射角Ｑ１に対する反射率Ｒｓ，Ｒｐの変化をグラフにより示したものである。なお、図１には、ブリュースター角Ｑｂ（４０．１８〔°〕）と設定角Ｑ１ｓ（５２〔°〕）を示している。

図４及び図５から明らかなように、Ｐ偏光がブリュースター角Ｑｂよりも大きい領域では、入射角が、概ね４９〜５５〔°〕の範囲において使用可能性が認められる。このため、暫定的に、この範囲の中間値である５２〔°〕を選定し、その有為性について検証を行った。

図６〜図１１に検証データを示す。なお、図６〜図１１において、ＲｐはＰ偏光の反射率、ＲｓはＳ偏光の反射率、ＲｈはＰ偏光とＳ偏光の平均反射率、ＴｐはＰ偏光の透過率、ＴｓはＳ偏光の透過率、ＴｈはＰ偏光とＳ偏光の平均反射率をそれぞれ示す。

図６，図８，図１０は、青色光Ｃｂを反射するダイクロイックコートＤ３を設けた場合の光波長に対する反射率を示したものであり、図６は、設定角Ｑ１ｓをブリュースター角Ｑｂ（＝４０．１８〔°〕）に設定した場合、図８は、設定角Ｑ１ｓを本実施形態で選定した５２〔°〕に設定した場合、図１０は、設定角Ｑ１ｓを限界付近の５５〔°〕に設定した場合をそれぞれ示す。また、図７，図９，図１１は、青色光Ｃｂを反射するダイクロイックコートＤ３を設けない場合の光波長に対する反射率を示したものであり、図７は、設定角Ｑ１ｓをブリュースター角Ｑｂ（＝４０．１８〔°〕）に設定した場合、図９は、設定角Ｑ１ｓを本実施形態で選定した５２〔°〕に設定した場合、図１１は、設定角Ｑ１ｓを限界付近の５５〔°〕に設定した場合をそれぞれ示す。

これらの検証データから明らかなように、設定角Ｑ１ｓがブリュースター角Ｑｂ（＝４０．１８〔°〕）の場合、図６に示すように、青色光Ｃｂの反射率Ｒｐは、４００〜５００〔ｎｍ〕の領域において、３〔％〕以内に大きく低下するとともに、Ｓ偏光の反射率Ｒｓは、４００〜５００〔ｎｍ〕の領域において、１０〜１００〔％〕の範囲で変動するなど、かなり不安定になる。

これに対して、設定角Ｑ１ｓが本実施形態で選定した５２〔°〕の場合、図８に示すように、青色光Ｃｂの反射率Ｒｐは、５００〔ｎｍ〕付近において、４０〔％〕程度まで低下するが、４００〜４７０〔ｎｍ〕の領域において、ほぼ１００〔％〕を維持する。また、Ｓ偏光の反射率Ｒｓは、４００〜５００〔ｎｍ〕の領域において、ほぼ１００〔％〕を維持する。

他方、設定角Ｑ１ｓが限界付近の５５〔°〕の場合、図１０に示すように、青色光Ｃｂの反射率Ｒｐは、４００〜４５０〔ｎｍ〕の領域において、ほぼ１００〔％〕を維持するが、４５０〜５００〔ｎｍ〕の領域では急激に低下し、５００〔ｎｍ〕付近では、５〔％〕程度まで低下する。また、Ｓ偏光の反射率Ｒｓは、４００〜４５０〔ｎｍ〕の領域において、ほぼ１００〔％〕を維持するが、４５０〜５００〔ｎｍ〕の領域では、急激に低下し、５００〔ｎｍ〕付近では、５０〔％〕程度まで低下する。

したがって、入射角Ｑ１に対する設定角Ｑ１ｓが、５２〔°〕付近の場合、相対的に良好な特性データが得られており、実用的観点からは問題のないレベルとなる。また、５５〔°〕付近では、５２〔°〕付近よりも特性的には低下するが、使用可能性の観点からは使用可能なレベルとして捉えることができる。

このように、図５〜図１１に示す検証データを考慮すれば、設定角Ｑ１ｓを、ブリュースター角Ｑｂに対して、１．２２〜１．３７倍の角度範囲、即ち、４０．１８〔°〕（ブリュースター角Ｑｂ）に対して、概ね４９〜５５〔°〕の範囲、望ましくは５２〔°〕付近の角度に設定すれば、第三のダイクロイックコートＤ３に対する設定角Ｑ１ｓを容易に絞り込むことができるため、設定角Ｑ１ｓの最適化を容易に行うことができ、４板式プリズム装置１全体の光学特性を高めることができる。

ところで、本実施形態において設定する入射角Ｑ１、即ち、選定した設定角Ｑ１ｓは、従来の入射角に対して相対的に大きくなり、図１に示すように、第三のダイクロイックコートＤ３で反射した青色光Ｃｂの方向は、入射光Ｃに対して、１０４〔°〕（５２〔°〕×２）の方向となる。この結果、反射した青色光Ｃｂは、第三プリズムＰ３の入射面Ｐ３ｉで反射する光路を経ることなく、直接、出射面Ｐ３ｅに至り、この出射面Ｐ３ｅから出射する。したがって、入射面Ｐ３ｉにおける第三プリズムＰ３内部からの青色光Ｃｂに対する全反射機能は不要となり、前述した第二プリズムＰ２の分解面Ｐ２ｒと第三プリズムＰ３の入射面Ｐ３ｉ間におけるエアギャップも不要になる。即ち、第二プリズムＰ２の分解面Ｐ２ｒと第三プリズムＰ３の入射面Ｐ３ｉ間はエアギャップレスにより結合することができる。

このように、本実施形態に係る４板式プリズム装置１によれば、本来必要となる二個所のエアギャップＳａ…の一つを排除できるため、レジストレーション性能を高めることができるとともに、特に、エアギャップを必要とする全反射に係わる光路を排除できるため、結果的に、プリズム装置１の内部における全体の光路をシンプル化することができる。これにより、第三プリズムＰ３及び第四プリズムＰ４に係わるレイアウト面における自由度を高めることができ、プリズム装置１全体のサイズダウンを図ることができる。

加えて、第三プリズムＰ３及び第四プリズムＰ４におけるレイアウト面の自由度が高められることは、第二プリズムＰ２の出射面Ｐ２ｅに対する第三プリズムＰ３の出射面Ｐ３ｅの傾斜角Ｑｍの選定自由度も高められることになる。このため、特に、図２に示すように、この傾斜角Ｑｍを、１５〔°〕以下に設定すれば、第二プリズムＰ２の出射面Ｐ２ｅと第三プリズムＰ３の出射面Ｐ３ｅの平行度を一定範囲に容易に抑えることができるなど、更なる小型コンパクト化に寄与できる利点がある。

次に、本実施形態に係る４板式プリズム装置１の機能（作用）について、図１及び図２を参照して説明する。

今、入射光Ｃが光軸方向Ｆｃ前方に進行し、第一プリズムＰ１の入射面Ｐ１ｉに入光した場合を想定する。これにより、入射面Ｐ１ｉから入光した入射光Ｃは、第一プリズムＰ１の内部を透過して分解面Ｐ１ｒに至る。分解面Ｐ１ｒには、第一のダイクロイックコートＤ１が設けられているため、入射光Ｃの光成分である赤色光Ｃｒは、分解面Ｐ１ｒで反射し、第一プリズムＰ１の内部を透過して入射面Ｐ１ｉに至るとともに、この入射面Ｐ１ｉで全反射することにより出射面Ｐ１ｅに至る。この後、赤色光Ｃｒは、出射面Ｐ１ｅから赤色透過フィルタ６ｒを通して固体撮像素子１０ｒに入光する。

また、入射光Ｃから赤色光Ｃｒが排除された残成分は、分解面Ｐ１ｒ（第一のダイクロイックコートＤ１）及びエアギャップＳａを透過し、第二プリズムＰ２の入射面Ｐ２ｉから第二プリズムＰ２の内部に入光するとともに、第二プリズムＰ２の内部を透過して分解面Ｐ２ｒに至る。分解面Ｐ２ｒには、第二のダイクロイックコートＤ２が設けられているため、入射光Ｃの光成分である緑色光Ｃｇは、分解面Ｐ２ｒで反射し、第二プリズムＰ２の内部を透過して入射面Ｐ２ｉに至るとともに、エアギャップＳａに接する入射面Ｐ２ｉで全反射することにより出射面Ｐ２ｅに至る。この後、緑色光Ｃｇは、出射面Ｐ２ｅから緑色透過フィルタ６ｇを通して固体撮像素子１０ｇに入光する。

さらに、入射光Ｃから赤色光Ｃｒ及び緑色光Ｃｇが排除された残成分は、分解面Ｐ２ｒ（第二のダイクロイックコートＤ２）を透過し、第三プリズムＰ３の入射面Ｐ３ｉから第三プリズムＰ３の内部に入光するとともに、第三プリズムＰ３の内部を透過して分解面Ｐ３ｒに至る。分解面Ｐ３ｒには、第三のダイクロイックコートＤ３が設けられているため、入射光Ｃの残成分である青色光Ｃｂは、分解面Ｐ３ｒで反射し、第三プリズムＰ２の内部を透過して直接出射面Ｐ３ｅに至る。この後、青色光Ｃｂは、出射面Ｐ３ｅから青色透過フィルタ６ｂを通して固体撮像素子１０ｂに入光する。

また、青色光Ｃｂ，緑色光Ｃｇ及び赤色光Ｃｒが排除された入射光Ｃの残成分は、分解面Ｐ３ｒ（第三のダイクロイックコートＤ３）を透過し、第四プリズムＰ４の入射面Ｐ４ｉから第四プリズムＰ４の内部に入光する。第四プリズムＰ４の内部に入光する入射光Ｃの残成分は、青色光Ｃｂ，緑色光Ｃｇ及び赤色光Ｃｒが除かれた赤外光Ｃｉのみとなるため、この赤外光Ｃｉは第四プリズムＰ４の内部から出射面Ｐ４ｅに至り、赤外線透過フィルタ５を通して、固体撮像素子１０ｉに入光する。

このように、本実施形態に係る４板式プリズム装置１は、基本構成として、入射光Ｃの光軸方向Ｆｃ前方へ、第一プリズムＰ１，第二プリズムＰ２，第三プリズムＰ３及び第四プリズムＰ４を順番に配し、第一プリズムＰ１の分解面Ｐ１ｒに、四光Ｃｒ…の一つ（赤色光Ｃｒ）を反射する第一のダイクロイックコートＤ１を設け、第二プリズムＰ２の分解面Ｐ２ｒに、四光Ｃｒ…の他の一つ（緑色光Ｃｇ）を反射する第二のダイクロイックコートＤ２を設け、第三プリズムＰ３の分解面Ｐ３ｒに、四光Ｃｒ…の他の一つ（青色光Ｃｂ）を反射する第三のダイクロイックコートＤ３を設け、かつ第一プリズムＰ１の分解面Ｐ１ｒと第二プリズムＰ２ｒの入射面Ｐ２ｉ間を、エアギャップＳａを介して結合するとともに、第三のダイクロイックコートＤ３に対する入射角Ｑ１を、Ｐ偏光に係わるブリュースター角Ｑｂよりも大きい所定の設定角Ｑ１ｓに選定することにより、第二プリズムＰ２の分解面Ｐ２ｒと第三プリズムＰ３の入射面Ｐ３ｉ間を、エアギャップレスにより結合するようにしたため、４板式プリズム装置１を構成する場合であっても、一個所のエアギャップＳａで足り、構造及び製造工程の簡略化に基づく全体のコストダウンを図れるとともに、品質向上にも寄与できる。

以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、設定角Ｑ１ｓは、ブリュースター角Ｑｂに対して、１．２２〜１．３７倍の角度範囲に設定することが望ましいが、この範囲を外れる角度を排除するものではない。また、第二プリズムＰ２の出射面Ｐ２ｅに対する第三プリズムＰ３の出射面Ｐ３ｅの傾斜角Ｑｍは、１５〔°〕以下に設定することが望ましいが、この角度を超える場合を排除するものではない。さらに、第一プリズムＰ１の出射面Ｐ１ｅから射出する出射光を、赤色光Ｃｒに選定し、かつ第二プリズムＰ２の出射面Ｐ２ｅから射出する射出光を、緑色光Ｃｇに選定する場合を例示したが、第一プリズムＰ１の出射面Ｐ１ｅから射出する出射光を、緑色光Ｃｇに選定し、かつ第二プリズムＰ２の出射面Ｐ２ｅから射出する射出光を、赤色光Ｃｒに選定してもよい。なお、各プリズムＰ１…は、通常、ガラス素材により形成するが、プラスチック素材などの他の素材により形成する場合を排除するものではない。

本発明に係る４板式プリズム装置は、ビデオカメラ，監視カメラ，内視鏡等の様々な分野及び用途における各種光学機器に利用することができる。

１：４板式プリズム装置，５：赤外線透過フィルタ，１０ｒ：固体撮像素子，１０ｇ：固体撮像素子，１０ｂ：固体撮像素子，１０ｉ：固体撮像素子，Ｃ：入射光，Ｃｒ：赤色光，Ｃｇ：緑色光，Ｃｂ：青色光，Ｃｉ：赤外光，Ｐ１：第一プリズム，Ｐ２：第二プリズム，Ｐ３：第三プリズム，Ｐ４：第四プリズム，Ｐ１ｉ：第一プリズムの入射面，Ｐ２ｉ：第二プリズムの入射面，Ｐ３ｉ：第三プリズムの入射面，Ｐ４ｉ：第四プリズムの入射面，Ｐ１ｒ：第一プリズムの分解面，Ｐ２ｒ：第二プリズムの分解面，Ｐ３ｒ：第三プリズムの分解面，Ｐ４ｒ：第四プリズムの分解面，Ｐ１ｅ：第一プリズムの出射面，Ｐ２ｅ：第二プリズムの出射面，Ｐ３ｅ：第三プリズムの出射面，Ｐ４ｅ：第四プリズムの出射面，Ｄ１：第一のダイクロイックコート，Ｄ２：第二のダイクロイックコート，Ｄ３：第三のダイクロイックコート，Ｆｃ：光軸方向，Ｓａ：エアギャップ，Ｑ１：第三のダイクロイックコートに対する入射角，Ｑ１ｓ：所定の設定角，Ｑｂ：Ｐ偏光に係わるブリュースター角，Ｑｍ：第二プリズムの出射面に対する第三プリズムの出射面の傾斜角

Claims (4)

1. 色分解用の四つのプリズムを組合わせることにより、入射光を、可視光領域の赤色光，緑色光，青色光，及び非可視光領域の赤外光の四光にそれぞれ分解し、各プリズムの出射面から出射する各出射光を、対応する固体撮像素子に入光させる４板式プリズム装置であって、前記入射光の光軸方向前方へ、第一プリズム，第二プリズム，第三プリズム及び第四プリズムを順番に配し、かつ当該第四プリズムの光軸方向前方に、赤外光を透過させる赤外線透過フィルタを配するとともに、前記第一プリズムの分解面に、前記四光の一つを反射する第一のダイクロイックコートを設け、前記第二プリズムの分解面に、前記四光の他の一つを反射する第二のダイクロイックコートを設け、前記第三プリズムの分解面に、前記四光の他の一つを反射する第三のダイクロイックコートを設け、かつ前記第一プリズムの分解面と前記第二プリズムの入射面間を、エアギャップを介して結合し、前記第三のダイクロイックコートに対する入射角を、Ｐ偏光に係わるブリュースター角よりも大きい所定の設定角に選定することにより、前記第二プリズムの分解面と前記第三プリズムの入射面間を、エアギャップレスにより結合することを特徴とする４板式プリズム装置。
2. 前記設定角は、前記ブリュースター角に対して、１．２２〜１．３７倍の角度範囲に設定することを特徴とする請求項１記載の４板式プリズム装置。
3. 前記第二プリズムの出射面に対する前記第三プリズムの出射面の傾斜角は、１５〔°〕以下に設定することを特徴とする請求項１又は２記載の４板式プリズム装置。
4. 前記第一プリズムの出射面から射出する射出光は赤色光に選定し、かつ前記第二プリズムの出射面から射出する射出光は緑色光に選定することを特徴とする請求項１記載の４板式プリズム装置。

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