JP2008058561A - Optical filter and color separation prism - Google Patents
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Abstract
【課題】製造が容易で、輝度シェーディング及び色シェーディングの抑制効果の高い光学フィルタを提供する。
【解決手段】本発明に係る光学フィルタ21は、透光性のある基材(基板)11W,12Wの上に、第1の屈折率を有する第1光学膜Hと、第2の屈折率を有する第2光学膜M1とが交互に積層されてなり、上記第1の屈折率は、上記基材の屈折率よりも高く、上記第2の屈折率は、上記基材の屈折率よりも高くかつ上記第1の屈折率よりも低いことを特徴とする。第2光学膜M1として屈折率が上記基材よりも高くかつ第1光学膜Hよりも低い中間屈折率膜を用いることで、第1,第2光学膜間の屈折率差を小さくし、光の入射角度変化に対する光学膜厚の分光特性のシフトを抑制する
【選択図】図2
An optical filter that is easy to manufacture and has a high effect of suppressing luminance shading and color shading is provided.
An optical filter 21 according to the present invention has a first optical film H having a first refractive index and a second refractive index on a transparent base material (substrate) 11W, 12W. The second optical film M1 is alternately laminated, and the first refractive index is higher than the refractive index of the base material, and the second refractive index is higher than the refractive index of the base material. And it is lower than the said 1st refractive index, It is characterized by the above-mentioned. By using an intermediate refractive index film having a refractive index higher than that of the base material and lower than that of the first optical film H as the second optical film M1, the refractive index difference between the first and second optical films is reduced, and light Suppresses the shift in the spectral characteristics of the optical film thickness with respect to changes in the incident angle [selection figure]
Description
本発明は、光学多層膜からなる光学フィルタ、特に、入射光を青色、緑色及び赤色の色成分別に分解する色分解プリズムに関する。 The present invention relates to an optical filter including an optical multilayer film, and more particularly to a color separation prism that separates incident light into blue, green, and red color components.
近年、青色用、緑色用及び赤色用の3個の固体撮像素子を用いる3板式ビデオカメラが開発されている。この種のビデオカメラには、撮像光束を青色、緑色及び赤色の3原色に色分解する色分解プリズムが用いられている。 In recent years, a three-plate video camera using three solid-state image sensors for blue, green and red has been developed. This type of video camera uses a color separation prism that separates an imaged light beam into three primary colors of blue, green, and red.
3板式ビデオカメラ用の色分解プリズムは、光の入射側より第1,第2,第3の3つのプリズム部材が順に配置されてなり、これら3つのプリズム部材間の2つのプリズム界面に、色分離用の第1,第2の光学フィルタが順に形成されている。第1,第2の光学フィルタは、通常、屈折率の異なる二種以上の光学膜を交互に積層した光学多層膜で構成される。色分解プリズムの種類としては、第1の光学フィルタを青色反射膜、第2の光学フィルタを赤色反射膜で構成した色分解プリズムと、第1の光学フィルタを緑色反射膜、第2の光学フィルタを青色反射膜で構成した色分解プリズムが知られている(下記特許文献1参照)。 A color separation prism for a three-plate video camera is formed by sequentially arranging three first, second, and third prism members from the light incident side, and a color is formed at two prism interfaces between the three prism members. First and second optical filters for separation are formed in order. The first and second optical filters are usually composed of an optical multilayer film in which two or more optical films having different refractive indexes are alternately stacked. As the types of color separation prisms, the first optical filter is a blue reflection film, the second optical filter is a red reflection film, the first optical filter is a green reflection film, and the second optical filter is a second optical filter. There is known a color separation prism composed of a blue reflective film (see Patent Document 1 below).
ここで、第1の光学フィルタが青色反射膜で構成される色分解プリズムにおいては、青色反射膜と赤色反射膜の入射角依存性により、画面上下で色調が異なる「色シェーディング」と呼ばれる現象が発生することが知られている。これは、画面上部では緑色が増加し赤色及び青色が減少するとともに、画面下部では緑色が減少し赤色及び青色が増加することによって発生する。 Here, in the color separation prism in which the first optical filter is composed of a blue reflective film, a phenomenon called “color shading” in which the color tone differs from top to bottom due to the incident angle dependency of the blue reflective film and the red reflective film. It is known to occur. This is caused by increasing green and decreasing red and blue at the top of the screen, and decreasing green and increasing red and blue at the bottom of the screen.
すなわち、撮像光束はレンズを通して色分解プリズムに入射するため、色分解プリズムの入射面に対して撮像光束はある一定の角度をもって入射することになる。一般に、光学多層膜は入射角依存性をもち、入射角が大きくなるほど分光特性が短波長側にシフトし、入射角が小さくなるほど分光特性が長波長側にシフトする傾向にある。従って、光学多層膜に対して高入射角で入射した光と低入射角で入射した光とでは反射あるいは透過する光量が相互に異なることになる。その結果、2つの光学フィルタを透過して分離される緑色光量の角度依存特性が青色光量及び赤色光量と比較して強くなり、上記色シェーディングを生じさせることになる。特に、緑色光は輝度に与える影響が強く、緑色の透過光量が多いところでは輝度が高く、逆に少ないところでは輝度が低くなる。これは、画面上下で輝度が異なる「輝度シェーディング」と呼ばれる現象の発生原因にもなる。 That is, since the imaging light beam enters the color separation prism through the lens, the imaging light beam is incident at a certain angle with respect to the incident surface of the color separation prism. In general, the optical multilayer film has an incident angle dependency, and as the incident angle increases, the spectral characteristic shifts to the short wavelength side, and as the incident angle decreases, the spectral characteristic tends to shift to the long wavelength side. Therefore, the amount of light that is reflected or transmitted is different between light that is incident on the optical multilayer film at a high incident angle and light that is incident at a low incident angle. As a result, the angle-dependent characteristic of the green light quantity that is transmitted through and separated by the two optical filters is stronger than the blue light quantity and the red light quantity, and the color shading is caused. In particular, green light has a strong influence on the luminance. The luminance is high where the amount of transmitted green light is large, and conversely, the luminance is low where the amount of green light is small. This also causes the occurrence of a phenomenon called “brightness shading” in which the brightness differs between the top and bottom of the screen.
これに対して、第1の光学フィルタが緑色反射膜で構成される色分解プリズムにおいては、輝度信号である緑色光量が安定するため、輝度シェーディングを大幅に改善することができる。図6は、第1の光学フィルタとして構成される緑色光反射膜の分光特性を示している。入射角依存性により透過率のボトム波長位置が変化している。図6において、一点鎖線A1は中心(設計)入射角での分光特性、実線B1は高入射角での分光特性、二点鎖線C1は低入射角での分光特性をそれぞれ示している。このように、入射する角度により波長位置は変化するが、反射帯域全体が移動するため、緑色反射光量の変化は小さい。 On the other hand, in the color separation prism in which the first optical filter is formed of a green reflective film, the amount of green light that is a luminance signal is stabilized, so that luminance shading can be significantly improved. FIG. 6 shows the spectral characteristics of the green light reflecting film configured as the first optical filter. The bottom wavelength position of the transmittance changes due to the incident angle dependency. In FIG. 6, an alternate long and short dash line A1 indicates the spectral characteristics at the center (design) incident angle, a solid line B1 indicates the spectral characteristics at the high incident angle, and a two-dot chain line C1 indicates the spectral characteristics at the low incident angle. As described above, the wavelength position changes depending on the incident angle, but the entire reflected band moves, so the change in the amount of green reflected light is small.
一方、下記特許文献2には、分光特性の入射角依存性を低減するために、基板上に、屈折率が2.5以上の高屈折率の第1光学膜と、この第1光学膜よりも屈折率が0.3以上小さい第2光学膜を交互に積層した光学多層膜及びその成膜方法が開示されている。この構成により、分光特性のシフトが大幅に低減され、ビデオカメラ等の色分解プリズムとして用いると、シェーディング特性を大幅に改善できるとしている。 On the other hand, in Patent Document 2 below, in order to reduce the incident angle dependency of spectral characteristics, a high refractive index first optical film having a refractive index of 2.5 or more on a substrate, and the first optical film, Also disclosed is an optical multilayer film in which second optical films having a refractive index of 0.3 or more are alternately stacked, and a method of forming the same. With this configuration, the shift in spectral characteristics is greatly reduced, and when used as a color separation prism for a video camera or the like, the shading characteristics can be greatly improved.
しかしながら、緑色光反射膜が第1の光学フィルタとして形成された色分解プリズムにおいては、輝度シェーディングは抑制されても、分光特性のシフトにより青色光、赤色光の角度依存が逆に強くなるため、色シェーディングの改善には至っていないという問題がある。 However, in the color separation prism in which the green light reflection film is formed as the first optical filter, even if luminance shading is suppressed, the angle dependence of blue light and red light becomes stronger due to the shift in spectral characteristics. There is a problem that color shading has not been improved.
また、上記特許文献2の構成によれば、入射角変化による分光特性のシフトを抑えることは可能となるが、屈折率2.5以上の高屈折率膜の成膜に際して温度条件や真空条件の工程が複雑であり、製造が容易ではないという問題がある。 In addition, according to the configuration of Patent Document 2, it is possible to suppress a shift in spectral characteristics due to a change in incident angle. However, when a high refractive index film having a refractive index of 2.5 or more is formed, temperature conditions and vacuum conditions can be reduced. There is a problem that the process is complicated and manufacturing is not easy.
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、製造が容易で、輝度シェーディング及び色シェーディングの抑制効果の高い光学フィルタ及び色分解プリズムを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide an optical filter and a color separation prism which are made in view of the above-described problems, are easy to manufacture, and have a high effect of suppressing luminance shading and color shading.
以上の課題を解決するに当たり、本発明の光学フィルタは、透光性のある基材の上に、第1の屈折率を有する第1光学膜と、第2の屈折率を有する第2光学膜とが交互に積層されてなる光学フィルタであって、上記第1の屈折率は、上記基材の屈折率よりも高く、上記第2の屈折率は、上記基材の屈折率よりも高くかつ上記第1の屈折率よりも低いことを特徴とする。 In solving the above-described problems, the optical filter of the present invention includes a first optical film having a first refractive index and a second optical film having a second refractive index on a translucent substrate. Wherein the first refractive index is higher than the refractive index of the base material, the second refractive index is higher than the refractive index of the base material, and It is lower than the first refractive index.
本発明に係る光学フィルタは、上記第1光学膜と第2光学膜とを交互に複数積層した光学多層膜からなる。そして、第2光学膜として屈折率が上記基材よりも高くかつ第1光学膜よりも低い中間屈折率膜を用いることで、第1,第2光学膜間の屈折率差を小さくし、光の入射角度変化に対する光学膜厚の分光特性のシフトを抑制するようにしている。 An optical filter according to the present invention includes an optical multilayer film in which a plurality of the first optical films and the second optical films are alternately stacked. Then, by using an intermediate refractive index film having a refractive index higher than that of the substrate and lower than that of the first optical film as the second optical film, the difference in refractive index between the first and second optical films is reduced, and the light The shift of the spectral characteristic of the optical film thickness with respect to the change in the incident angle is suppressed.
中間屈折率膜は、基材よりも高くかつ高屈折率膜よりも低い屈折率を有する光学薄膜で、その屈折率は、例えば1.6以上1.9以下である。中間屈折率膜は、Al2O3やLa系Al2O3等の中間屈折率材料膜や、高屈折率材料(TiO2、Nb2O5、HfO2等)と低屈折率材料(SiO2、MgF2等)の混合材料膜で構成することができる。これらの材料を蒸着材料あるいはターゲット材料とした真空蒸着法あるいはラジカルアシストスパッタ(RAS)法等により、容易に中間屈折率膜を作製することが可能である。 The intermediate refractive index film is an optical thin film having a refractive index higher than that of the substrate and lower than that of the high refractive index film, and the refractive index thereof is, for example, 1.6 or more and 1.9 or less. The intermediate refractive index film includes an intermediate refractive index material film such as Al 2 O 3 or La-based Al 2 O 3 , a high refractive index material (TiO 2 , Nb 2 O 5 , HfO 2, etc.) and a low refractive index material (SiO 2 ). 2 , MgF 2, etc.). An intermediate refractive index film can be easily produced by a vacuum vapor deposition method or a radical assist sputtering (RAS) method using these materials as a vapor deposition material or a target material.
また、本発明の色分解プリズムは、光の入射側から順に配置された第1,第2,第3の3つのプリズム部材と、上記第1,第2プリズム部材間に配置され緑色光を反射しかつ赤色光及び青色光を透過させる第1光学フィルタと、上記第2,第3プリズム部材間に配置され赤色光及び青色光のうち一方を反射し他方を透過させる第2光学フィルタとを備え、上記第1光学フィルタは、第1の屈折率を有する第1光学膜と、第2の屈折率を有する第2光学膜とが交互に積層された多層膜からなり、上記第1の屈折率は、上記プリズム部材の屈折率よりも高く、上記第2の屈折率は、上記プリズム部材の屈折率よりも高くかつ上記第1の屈折率よりも低いことを特徴とする。 The color separation prism of the present invention is arranged between the first, second, and third prism members arranged in order from the light incident side and the first and second prism members, and reflects green light. And a first optical filter that transmits red light and blue light, and a second optical filter that is disposed between the second and third prism members and reflects one of red light and blue light and transmits the other. The first optical filter includes a multilayer film in which a first optical film having a first refractive index and a second optical film having a second refractive index are alternately stacked, and the first refractive index Is higher than the refractive index of the prism member, and the second refractive index is higher than the refractive index of the prism member and lower than the first refractive index.
本発明の色分解プリズムにおいては、上述した構成の本発明に係る光学フィルタを第1光学フィルタとして用いることにより、緑色光反射膜の入射角度依存特性を抑制する。これにより、輝度シェーディング及び色シェーディングを改善することが可能となる。 In the color separation prism of the present invention, the incident angle dependence characteristic of the green light reflection film is suppressed by using the optical filter according to the present invention having the above-described configuration as the first optical filter. Thereby, luminance shading and color shading can be improved.
本発明によれば、高屈折率膜と中間屈折率膜の光学多層膜で光学フィルタを構成することにより、製造が容易となるとともに、輝度シェーディング及び色シェーディングを効果的に抑制することができる。 According to the present invention, by forming an optical filter with an optical multilayer film of a high refractive index film and an intermediate refractive index film, manufacturing is facilitated, and luminance shading and color shading can be effectively suppressed.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施形態による色分解プリズム10の概略構成図である。色分解プリズム10は、例えば3板式ビデオカメラに用いられ、光の入射側より順に第1プリズム部材11、第2プリズム部材12及び第3プリズム部材13を備えている。各プリズム部材11〜13は、BK7(屈折率1.518)等のガラス材料を加工することによって形成される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
第1プリズム部材11と第2プリズム部材12との間には、第1光学フィルタ21が配置されており、第2プリズム部材12と第3プリズム部材13との間には、第2光学フィルタ22が配置されている。第1光学フィルタ21は、撮像光束Lが所定の入射角(例えば26.5°)で入射するように傾斜して設けられ、緑色光LGを反射しかつ赤色光LR及び青色光LBを透過させる光学多層膜で構成されている。第2光学フィルタ22は、第1光学フィルタ21に対して一定角度傾斜して設けられ、青色光LBを反射しかつ赤色光LRを透過させる光学多層膜で構成されている。
A first
第1プリズム部材11の光出射面には緑色光LGのみを透過させる緑色光透過フィルタ11Gが設けられており、この緑色光透過フィルタ11Gを介して緑色光用固体撮像素子(図示略)が配置されている。また、第2プリズム部材12の光出射面には青色光LBのみを透過させる青色光透過フィルタ12Bが設けられており、この青色光透過フィルタ12Bを介して青色光用固体撮像素子(図示略)が配置されている。さらに、第3プリズム部材13の光出射面には赤色光LRのみを透過させる赤色光透過フィルタ13Rが設けられており、この赤色光透過フィルタ13Rを介して赤色光用固体撮像素子(図示略)が配置されている。
A green
緑色光透過フィルタ11G、青色光透過フィルタ12B及び赤色光透過フィルタ13Rは、必要に応じて省略することも可能である。また、上記固体撮像素子は、CCDイメージャ、CMOSイメージャ等で構成されている。
The green
上記構成において、色分解プリズム10に入射する撮像光束Lは、第1プリズム部材11に入射した後、第1光学フィルタ21において緑色光LGは反射され、青色光LBと赤色光LRは透過する。第1光学フィルタ21で反射した緑色光LGは、第1プリズム部材11の入射面で全反射された後、緑色光透過フィルタ11Gを介して緑色光用固体撮像素子へ向けて出射される。
In the above configuration, the imaging light flux L incident on the
一方、第1光学フィルタ21を透過した青色光LBは、第2光学フィルタ22において反射され、青色光透過フィルタ12Bを介して青色光用固体撮像素子へ向けて出射される。また、第1光学フィルタ21を透過した赤色光LRは、第2光学フィルタ22を透過し、赤色光透過フィルタ13Rを介して赤色光用固体撮像素子へ向けて出射される。
On the other hand, the blue light LB that has passed through the first
ここで、撮像光束Lは、被写体から撮像レンズ光学系を介して色分解プリズム10の入射面に集光入射されるため、色分解プリズム10の第1光学フィルタ21に対して撮像光束Lはある一定の角度範囲(例えば、26.5°±9.5°)をもって入射することになる。このとき、第1光学フィルタ21の角度依存特性が強いと、第1光学フィルタ21に対して高入射角で入射した場合と低入射角で入射した場合とで光の分光特性が大きくシフトし、色シェーディングの発生が顕著となる。このため、光学フィルタ21の角度依存特性は小さいほど好ましい。
Here, since the imaging light beam L is condensed and incident on the incident surface of the
そこで、本実施形態では、第1光学フィルタ21を次のようにして構成している。以下、緑色光反射膜として構成される本発明に係る第1光学フィルタ21の詳細について説明する。
Therefore, in the present embodiment, the first
図2は、第1光学フィルタ21の構成を示す概略断面図である。第1光学フィルタ21は、第1の屈折率を有する第1光学膜Hと、第2の屈折率を有する第2光学膜M1とが交互に積層された多層膜16を備えている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the first
なお、多層膜16は2つの基板11W,12Wの間に配置されており、いずれか一方の基板の上に形成された後、他方の基板が接着剤等を介して接着される。基板11W,12Wはいずれも透光性のある基材として構成される。本実施形態において、一方の基板11Wは第1プリズム部材11に対応し、他方の基板12Wは第2プリズム部材12に対応する。これら板状の基板11W,12Wは機械加工によって所定のプリズム形状に整形される。
The
第1光学膜Hは、基板11W,12Wの屈折率(1.518)よりも高い屈折率(第1の屈折率)を有する高屈折率膜からなり、例えば、屈折率が2.0以上2.4以下のTiO2膜、Nb2O5膜、Ta2O5膜、HfO2膜、ZrO2などで構成されている。
The first optical film H is made of a high refractive index film having a refractive index (first refractive index) higher than the refractive index (1.518) of the
第2光学膜M1は、基板11W,12Wの屈折率よりは高くかつ第1光学膜Hの屈折率よりも低い屈折率(第2の屈折率)を有する中間屈折率膜からなる。第2光学膜M1として屈折率が基板11W,12Wよりも高くかつ第1光学膜Hよりも低い中間屈折率膜を用いることで、第1,第2光学膜間の屈折率差を小さくし、光の入射角度変化に対する光学膜厚の分光特性のシフトを抑制するようにしている。
The second optical film M1 is an intermediate refractive index film having a refractive index (second refractive index) that is higher than the refractive indexes of the
第2光学膜M1の構成材料は、例えば、屈折率が1.6以上1.9以下のLa系Al2O3、Al2O3等の中間屈折率材料のほか、高屈折率材料と低屈折率材料(SiO2、MgF2など)の混合材料などで構成されている。La系Al2O3材料としては、例えば、メルク社製「M2」、「M3」等が挙げられる。 The constituent material of the second optical film M1 is, for example, an intermediate refractive index material such as La-based Al 2 O 3 or Al 2 O 3 having a refractive index of 1.6 or more and 1.9 or less, as well as a high refractive index material and a low refractive index material. It is composed of a mixed material of refractive index materials (SiO 2 , MgF 2, etc.). Examples of the La-based Al 2 O 3 material include “M2” and “M3” manufactured by Merck.
また、第2光学膜M1の作製は、上述した中間屈折率材料を蒸着材料あるいはターゲット材料とした真空蒸着法あるいはラジカルアシストスパッタ(RAS)法等により、容易に作製することが可能である。 The second optical film M1 can be easily manufactured by a vacuum evaporation method or a radical assist sputtering (RAS) method using the above-described intermediate refractive index material as an evaporation material or a target material.
第1光学膜H及び第2光学膜M1の各々の膜厚、積層数等は特に制限されず、目的とする反射波長帯域、反射率特性等に応じて適宜設定される。本実施形態では、第1光学フィルタ21が緑色光反射膜で構成され、緑色光に対して所定の反射率が得られるような膜設計で構成されている。
The film thickness, the number of layers, etc. of each of the first optical film H and the second optical film M1 are not particularly limited, and are appropriately set according to the target reflection wavelength band, reflectance characteristics, and the like. In the present embodiment, the first
具体的な膜設計例としては、1.0(H)=1.0(M1)=λ/4=n×d(λ:中心波長[nm]、n:膜の屈折率、d:膜の物理膜厚[nm])とした場合、基本膜構成として、基板11W側より順に、以下の膜厚比で形成される。 0.4(H)、1.4(M1)、0.5(H)、1.3(M1)、0.6(H)、1.2(M1)、0.7(H)、1.1(M1)、0.8(H)、1.0(M1)、(0.9(H)、0.9(M1))Z、1.0(H)、0.8(M1)、1.1(H)、0.7(M1)、1.2(H)、0.6(M1)、1.3(H)、0.5(M1)、1.4(H)、0.4(M1)。なお、Zは整数で繰り返し回数を意味する。
As specific film design examples, 1.0 (H) = 1.0 (M1) = λ / 4 = n × d (λ: center wavelength [nm], n: refractive index of film, d: film thickness) (Physical film thickness [nm]), the basic film structure is formed in the following film thickness ratio in order from the
上記のように、多層膜16を構成する第1光学膜Hの膜厚構成比を0.4から1.4に徐々に厚く構成するとともに、第2光学膜M1の膜厚構成比を1.4から0.4に徐々に薄く構成することにより、波長分散性の少ない安定した反射率特性を得ることができるようになる。図2の構成例では、Z=1のときの膜構成を示している。
As described above, the film thickness composition ratio of the first optical film H constituting the
また、本実施形態では、第1光学膜Hと第2光学膜M1の多層膜16と、この多層膜16を挟む2つのリップル調整層17A,17Bによって、第1光学フィルタ21を構成している。一方のリップル調整層17Aは、基板11Wと多層膜16との間に配置され、他方のリップル調整層17Bは、基板12Wと多層膜16との間に配置されている。
In the present embodiment, the first
リップル調整層17A,17Bは、それぞれ、上述の第2光学膜M1を構成する中間屈折率膜と、基板11W,12Wの屈折率よりも高くかつ上記第2光学膜M1よりも屈折率が低い屈折率(第3の屈折率)を有する中間屈折率膜(第3光学膜)M2とを交互に積層した光学層で構成されている。第1光学フィルタ21をこれらリップル調整層17A,17Bを含む構成とすることにより、青色光波長領域及び赤色光波長領域の多重干渉(反射リップル)を低減して、これら各色光の優れた透過率特性を得ることができるようになる。
The
図3は、リップル調整層が有る緑色光反射膜とリップル調整層が無い緑色光反射膜のそれぞれの分光特性の一例を比較して示している。図3において、実線はリップル調整層が有る緑色光反射膜の分光特性を示しており、破線はリップル調整層が無い緑色光反射膜の分光特性を示している。図3から明らかなように、リップル調整層が無いときの場合と比較して、リップル調整層が有るときの方が青色光波長領域及び赤色光波長領域の多重干渉が低減され、フラットな透過率特性が得られている。 FIG. 3 shows an example of spectral characteristics of a green light reflecting film having a ripple adjusting layer and a green light reflecting film having no ripple adjusting layer. In FIG. 3, the solid line indicates the spectral characteristic of the green light reflecting film having the ripple adjusting layer, and the broken line indicates the spectral characteristic of the green light reflecting film without the ripple adjusting layer. As is clear from FIG. 3, compared to the case without the ripple adjustment layer, the presence of the ripple adjustment layer reduces the multiple interference in the blue light wavelength region and the red light wavelength region, and the flat transmittance. Characteristics are obtained.
リップル調整層17A,17Bの具体的な設計例としては、1.0(M1)=1.0(M2)=λ/4=n×dとした場合、リップル調整層17Aについては(M1,M2)X、リップル調整層17Bについては(M1,M2)Yのように設計される。なお、X,Yはそれぞれ整数で繰り返し回数を意味しており、図2の構成例では、X=Y=2のときの膜構成を示している。
As a specific design example of the
図4は、F値2.0の撮像光束に対する第1光学フィルタ21の分光特性を示している。F値2.0の撮像光束は、中心入射角±9.5°の広がりをもって第1光学フィルタ21へ入射する。中心入射角が26.5°の場合、+側入射角度は36.0度、−側入射角度が17.0°となる。そこで、図4において一点鎖線Aは中心(設計)入射角度26.5°での分光特性、実線Bは入射角度36.0°での分光特性、二点鎖線Cは入射角度17°での分光特性をそれぞれ示している。
FIG. 4 shows the spectral characteristics of the first
この第1光学フィルタ21は、基板11W,12Wがガラス材料(屈折率1.518)、第1光学膜(高屈折率膜)HがNb2O3(屈折率2.30)、第2光学膜(中間屈折率膜)M1がNb2O5(屈折率1.845)とSiO2(屈折率1.458)の混合膜、第3光学膜(中間屈折率膜)M2がNb2O5(屈折率1.735)とSiO2(屈折率1.458)の混合膜とした。この例では、上述した多層膜16の基本膜構成の繰り返し回数Z及びリップル調整層17A,17Bの繰り返し回数X,Yとして、Z=2、X=1、Y=2とした。
In the first
図4において、中心入射角時における分光特性Aは、透過率が50%となる波長が565.8nm、透過率50%となる波長幅が75.7nm、波長520〜540nmでの最高透過率が4.3%、波長400〜470nmでの最低透過率が96.5%、波長600〜700nmでの最低透過率が97.4%であった。 In FIG. 4, the spectral characteristic A at the central incident angle has a maximum transmittance at a wavelength of 565.8 nm for a transmittance of 50%, a wavelength width of 75.7 nm for a transmittance of 50%, and wavelengths of 520 to 540 nm. It was 4.3%, the minimum transmittance at a wavelength of 400 to 470 nm was 96.5%, and the minimum transmittance at a wavelength of 600 to 700 nm was 97.4%.
また、中心入射角時における分光特性Aに対して、高入射角時の分光特性Bは短波長側にシフトする一方、低入射角時の分光特性Cは長波長側にシフトする。図中矢印D,Eは、分光特性Aに対する分光特性B,Cの透過率50%の波長位置を基準とするシフト量を表しており、本例では、D=24.7nm、E=18.8nmであった。
Further, the spectral characteristic B at the high incident angle shifts to the short wavelength side while the spectral characteristic C at the low incident angle shifts to the long wavelength side with respect to the spectral characteristic A at the central incident angle. Arrows D and E in the figure represent the shift amount with respect to the spectral characteristic A with reference to the wavelength position of the
以上のように、本実施形態の第1光学フィルタ21においては、波長400〜470nmにおいて最低透過率80%以上、波長520〜540nmにおいて最高透過率10%以下、波長600〜700nmにおいて最低透過率80%以上を満足する。また、入射角度が±9.5°変化しても、分光特性のシフト量を25nm以下に抑えることができるので、角度依存性の極めて小さい光学多層膜を構成することができる。
As described above, in the first
また、この光学多層膜を第1光学フィルタ21として色分解プリズム10を構成することにより、第1光学フィルタ21の角度依存性を小さく抑えられるので、輝度シェーディングの改善を図ることができる。また、第2光学フィルタ22に入射する光束の分光シフトもその分低減されるので、色シェーディングを効果的に抑制することが可能となる。
In addition, by configuring the
さらに、中間屈折率膜M1,M2の形成を真空蒸着法やスパッタ法等の通常の成膜法を用いて作製することができるので、製造が容易であり低コストで光学フィルタ21を構成することができる。
Further, since the intermediate refractive index films M1 and M2 can be formed by using a normal film forming method such as a vacuum evaporation method or a sputtering method, the
次に、図5は、上記構成の第1光学フィルタ21において、撮像光束の入射角26.0°±1.3°における分光特性を示している。中心入射角に対する角度幅が±1.3°に制限されていることから、図4に示した例に比べて、高入射角時(破線)と低入射角時(一点鎖線)の中心入射角時(実線)に対する分光特性のシフト量は大幅に低減されていることがわかる。本例では、反射率ピークの半値位置における分光特性のトータルシフト量は約6nmであった。
Next, FIG. 5 shows the spectral characteristics at the incident angle of 26.0 ° ± 1.3 ° of the imaging light beam in the first
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば以上の実施形態では、緑色光反射膜としての第1光学フィルタ21について、高屈折率膜と中間屈折率膜からなる本発明に係る光学多層膜の構成を適用したが、これに加えて、青色反射膜である第2光学フィルタ22についても同様な多層膜構造を採用することも可能である。これにより、第2光学フィルタについても角度依存性の小さい青色光反射膜を構成することができる。
For example, in the above embodiment, the configuration of the optical multilayer film according to the present invention including the high refractive index film and the intermediate refractive index film is applied to the first
また、プリズム部材11〜13又は基板11W,12Wとして、屈折率が1.518のガラス基材を用いたが、勿論これに限定されることはなく、他の屈折率を有する透光性の基材が用いられてもよい。この場合、基材の屈折率に合わせて第1〜第3光学膜H,M1,M2の屈折率が適宜選定される。
Moreover, although the glass base material with a refractive index of 1.518 was used as the
また、以上の実施形態では、本発明に係る光学フィルタを色分解プリズムにおける緑色光反射膜に適用した例について説明したが、これ以外にも、特定波長域の光を選択的に反射するダイクロイックミラー等の光学ミラーや、偏光ビームスプリッタ等の光学部品における光学多層膜に対しても、本発明は適用可能である。 In the above embodiment, the example in which the optical filter according to the present invention is applied to the green light reflecting film in the color separation prism has been described. However, in addition to this, a dichroic mirror that selectively reflects light in a specific wavelength range. The present invention can also be applied to an optical multilayer film in an optical component such as a polarizing beam splitter.
10…色分解プリズム、11…第1プリズム部材、11W…基板、12…第2プリズム部材、12W…基板、13…第3プリズム部材、16…多層膜、17A,17B…リップル調整層(光学層)、21…第1光学フィルタ、22…第2光学フィルタ、H…第1光学膜(高屈折率膜)、L…撮像光束、M1…第2光学膜(中間屈折率膜)、M2…第3光学膜(中間屈折率膜)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1の屈折率は、前記基材の屈折率よりも高く、
前記第2の屈折率は、前記基材の屈折率よりも高くかつ前記第1の屈折率よりも低い
ことを特徴とする光学フィルタ。 An optical filter formed by alternately laminating a first optical film having a first refractive index and a second optical film having a second refractive index on a translucent base material,
The first refractive index is higher than the refractive index of the substrate;
The optical filter, wherein the second refractive index is higher than the refractive index of the substrate and lower than the first refractive index.
ことを特徴とする請求項1に記載の光学フィルタ。 The optical filter according to claim 1, wherein the second refractive index is 1.6 or more and 1.9 or less.
ことを特徴とする請求項1に記載の光学フィルタ。 The optical filter according to claim 1, wherein the first and second optical films are formed with different film thicknesses for each layer.
前記光学層は、前記基材と、前記第1,第2光学膜の多層膜との間に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光学フィルタ。 An optical layer in which a third optical film having a third refractive index higher than the refractive index of the base material and lower than the second refractive index and the second optical film are alternately stacked;
The optical filter according to claim 1, wherein the optical layer is disposed between the base material and the multilayer film of the first and second optical films.
ことを特徴とする請求項1に記載の光学フィルタ。 The optical filter according to claim 1, wherein a pair of the base materials are provided, and a multilayer film of the first and second optical films is disposed between the pair of base materials.
前記第1,第2プリズム部材間に配置され緑色光を反射しかつ赤色光及び青色光を透過させる第1光学フィルタと、
前記第2,第3プリズム部材間に配置され赤色光及び青色光のうち一方を反射し他方を透過させる第2光学フィルタと、を備えた色分解プリズムであって、
前記第1光学フィルタは、第1の屈折率を有する第1光学膜と、第2の屈折率を有する第2光学膜とが交互に積層された多層膜からなり、
前記第1の屈折率は、前記プリズム部材の屈折率よりも高く、
前記第2の屈折率は、前記プリズム部材の屈折率よりも高くかつ前記第1の屈折率よりも低い
ことを特徴とする色分解プリズム。 First, second, and third three prism members arranged in order from the light incident side;
A first optical filter disposed between the first and second prism members for reflecting green light and transmitting red light and blue light;
A second color filter disposed between the second and third prism members and reflecting one of red light and blue light and transmitting the other, and a color separation prism comprising:
The first optical filter includes a multilayer film in which a first optical film having a first refractive index and a second optical film having a second refractive index are alternately stacked,
The first refractive index is higher than the refractive index of the prism member,
The color separation prism, wherein the second refractive index is higher than a refractive index of the prism member and lower than the first refractive index.
ことを特徴とする請求項6に記載の色分解プリズム。
Between the first prism member and the first filter, and between the first filter and the second prism member, the first refractive index is higher than the refractive index of these prism members and lower than the second refractive index. The color separation prism according to claim 6, wherein an optical layer in which a third optical film having a refractive index of 3 and the second optical film are alternately laminated is disposed.
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| JP2006234962A JP2008058561A (en) | 2006-08-31 | 2006-08-31 | Optical filter and color separation prism |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011257755A (en) * | 2010-06-04 | 2011-12-22 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc | Omnidirectional reflector |
| US9891358B2 (en) | 2015-03-19 | 2018-02-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical filter and optical apparatus |
| US9910198B2 (en) | 2014-01-29 | 2018-03-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical filter and optical apparatus |
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2006
- 2006-08-31 JP JP2006234962A patent/JP2008058561A/en active Pending
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