(57)【要約】【課題】構造複屈折層を必要とせず、単純な多層膜（積層膜）により幅広い入射角度に対応する偏波分離素子、偏波分離素子設計方法、光学系及び光学機器を提供すること。【解決手段】１対の透光性基板の間に形成され、波長Ａ１（ｎｍ）から波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が少なくともＢ％以上異なる偏波分離素子であって、  ここで、  設計波長λ（ｎｍ）において、  Ａ１＝λ×０．８６、  Ａ２＝λ×１．７、  Ｂ（％）＝２２．５、であり、  偏波分離素子は、誘電体交互積層構造を有し、  誘電体交互積層構造は、広帯域偏波分離膜構成と、第１の狭帯域偏波分離膜構成と、第２の狭帯域偏波分離膜構成と、を少なくとも有することを特徴とする。【選択図】図２
2019101123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の透光性基板の間に形成され、波長Ａ１（ｎｍ）から波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が少なくともＢ％以上異なる偏波分離素子であって、
ここで、
設計波長λ（ｎｍ）において、
Ａ１＝λ×０．８６、
Ａ２＝λ×１．７、
Ｂ（％）＝２２．５、
であり、
前記偏波分離素子は、第１の屈折率を有する第１の誘電体と、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する第２の誘電体を交互に積層した誘電体交互積層構造を有し、
前記誘電体交互積層構造は、Ｐ偏光の透過率の透過率高低差と、Ｓ偏光の透過率の透過率高低差が、それぞれ少なくとも１５％以内の分光特性である広帯域偏波分離膜構成を、少なくとも前記波長Ａ１（ｎｍ）から前記波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域のうちの１／４の波長区間範囲において有し、
さらに、前記誘電体交互積層構造は、前記波長区間全域の波長範囲に含まれ、前記波長範囲よりも狭い第１の波長範囲において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が少なくとも３０％以上異なる分光特性を、少なくとも前記波長Ａ１（ｎｍ）から前記波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域のうちの１／８の波長区間範囲において有する第１の狭帯域偏波分離膜構成と、
さらに、前記誘電体交互積層構造は、前記波長区間全域の波長範囲に含まれ、前記波長範囲よりも狭く、前記第１の波長範囲とは重複しない第２の波長範囲において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が少なくとも３０％以上異なる分光特性を、少なくとも前記波長Ａ１（ｎｍ）から前記波長Ａ２（ｎｍ）の前記波長区間全域のうちの１／８の波長区間範囲において有する第２の狭帯域偏波分離膜構成と、を少なくとも有することを特徴とする偏波分離素子。
【請求項２】
前記偏波分離素子において、前記広帯域偏波分離膜構成は、第１の広帯域偏波分離膜構成と第２の広帯域偏波分離膜構成の２つ以下であり、前記透光性基板より順に、前記第１の誘電体、前記第２の誘電体、前記第１の誘電体、前記第２の誘電体の構成をしており、前記第１の誘電体の膜厚と前記第２の誘電体の膜厚は、以下の式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の偏波分離素子。
前記第１の誘電体の膜厚  （０．２４±ａ１）×ｄ    
前記第２の誘電体の膜厚  （０．８±ａ２）×ｅ      
前記第１の誘電体の膜厚  （０．４５±ａ３）×ｆ    
前記第２の誘電体の膜厚  （３．３±ａ４）×ｇ      （１）
ここで、
係数ａ１＝０．１５、
係数ａ２＝０．２、
係数ａ３＝０．２、
係数ａ４＝０．６、
係数ｄは、前記第１の広帯域偏波分離膜構成＝１、前記第２の広帯域偏波分離膜構成＝１．２〜１．５、
係数ｅは、前記第１の広帯域偏波分離膜構成＝１、前記第２の広帯域偏波分離膜構成＝０．９〜１．２、
係数ｆは、前記第１の広帯域偏波分離膜構成＝１、前記第２の広帯域偏波分離膜構成＝０．４〜０．８、
係数ｇは、前記第１の広帯域偏波分離膜構成＝１、前記第２の広帯域偏波分離膜構成＝０．６〜０．９５、
また、前記第２の広帯域偏波分離膜構成以降の前記広帯域偏波分離膜構成において、ｄ＝ｅ＝ｆ＝ｇとならず、
計算値は光学膜厚（ＱＷＯＴ）である。
【請求項３】
前記第１の狭帯域偏波分離膜構成と前記第２の狭帯域偏波分離膜構成は、それぞれ、
前記透光性基板側から順に、
前記第１の誘電体と、
前記第２の誘電体と、
前記第１の誘電体と、
前記第２の誘電体と、
前記第１の誘電体と、
または、
前記透光性基板側から順に、
前記第２の誘電体と、
前記第１の誘電体と、
前記第２の誘電体と、
前記第１の誘電体と、
前記第２の誘電体と、
が積層されている構成を有しており、
前記第１の誘電体の膜厚と前記第２の誘電体の膜厚は、以下の式（２−１）または（２−２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の偏波分離素子。
前記第１の誘電体の膜厚  （１．９７５±ｂ１）×ｈ、
前記第２の誘電体の膜厚  （１．９７５±ｂ２）×ｉ、
前記第１の誘電体の膜厚  （１．８２５±ｂ３）×ｊ、
前記第２の誘電体の膜厚  （１．６７５±ｂ４）×ｋ、
前記第１の誘電体の膜厚  （１．６７５±ｂ５）×ｌ      （２−１）
ここで、
係数ｂ１＝０．４、
係数ｂ２＝０．４、
係数ｂ３＝０．３、
係数ｂ４＝０．３、
係数ｂ５＝０．３、
及び、
前記第２の誘電体の膜厚  （１．９７５±ｂ１）×ｈ、
前記第１の誘電体の膜厚  （１．９７５±ｂ２）×ｉ、
前記第２の誘電体の膜厚  （１．８２５±ｂ３）×ｊ、
前記第１の誘電体の膜厚  （１．６７５±ｂ４）×ｋ、
前記第２の誘電体の膜厚  （１．６７５±ｂ５）×ｌ      （２−２）
ここで、
係数ｂ１＝０．４、
係数ｂ２＝０．４、
係数ｂ３＝０．３、
係数ｂ４＝０．３、
係数ｂ５＝０．３、
のいずれか一方であり、
係数ｈは、前記第１の狭帯域偏波分離膜構成＝１、前記第２の狭帯域偏波分離膜構成＝０．３７±０．０５、
係数ｉは、前記第１の狭帯域偏波分離膜構成＝１、前記第２の狭帯域偏波分離膜構成＝０．４６±０．１１、
係数ｊは、前記第１の狭帯域偏波分離膜構成＝１、前記第２の狭帯域偏波分離膜構成＝０．４６±０．２、
係数ｋは、前記第１の狭帯域偏波分離膜構成＝１、前記第２の狭帯域偏波分離膜構成＝０．４２±０．１６、
係数ｌは、前記第１の狭帯域偏波分離膜構成＝１、前記第２の狭帯域偏波分離膜構成＝０．２８±０．１、
計算値は光学膜厚（ＱＷＯＴ）であり、
前記第２の広帯域偏波分離膜構成以降の前記狭帯域偏波分離膜構成において、ｈ＝ｉ＝ｊ＝ｋ＝ｌとはならない。
【請求項４】
前記第１の狭帯域偏波分離膜構成と、前記第２の狭帯域偏波分離膜構成と、は異なる第３の狭帯域偏波分離膜構成を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の偏波分離素子。
【請求項５】
前記誘電体交互積層構造の両端に配置された１対の前記透光性基板に接する偏波分離膜構成のうち、それぞれ前記透光性基板側から４層の平均屈折率が、前記透光性基板の屈折率に対して、±０．２の範囲に入っていることを特徴とする請求項１に記載の偏波分離素子。
【請求項６】
前記広帯域偏波分離膜構成は、
使用する入射角度範囲の最大値において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率の差が１０％以上である波長範囲を、少なくとも前記波長Ａ１（ｎｍ）から前記波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域のうちの１／２の波長区間範囲で有し、
さらに使用する入射角度範囲において、少なくとも前記波長Ａ１（ｎｍ）から前記波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域のうちの１／４の波長区間範囲内において、Ｐ偏光の透過率高低差及びＳ偏光の透過率高低差が１５％以内である分光特性を有し、
少なくとも何れかの前記狭帯域偏波分離膜構成が、使用する前記入射角度範囲において、Ｐ偏光の透過率＞Ｓ偏光の透過率の関係を満たし、
かつ、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率の差が３０％以上となる分光特性を示す波長範囲として、少なくとも前記波長Ａ１（ｎｍ）から前記波長Ａ２（ｎｍ）の前記波長区間全域のうちの１／８の波長区間範囲において有することを特徴とする請求項１又は２に記載の偏波分離素子。
【請求項７】
前記透光性基板と接する層、前記広帯域偏波分離膜構成と何れかの前記狭帯域偏波分離膜構成の間の層、少なくとも前記第１の狭帯域偏波分離膜構成と前記第２の狭帯域偏波分離膜構成同士の間の層に関して、マッチングを取ることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の偏波分離素子。
【請求項８】
前記透光性基板は、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、水晶、結晶材料、半導体基板、合成樹脂から選択することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の偏波分離素子。
【請求項９】
前記第１の誘電体の材料と前記第２の誘電体の材料は、ＴｉＯ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ、ＺｒＯ２、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｇｅ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ６、ＣｅＯ２、Ｃｅｆ３、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３、ＣａＦ２、ＬｉＦ、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｎａ５ＡＬ３Ｆ１４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＬａＦ、ＰｂＦ２、ＮｄＦ３、又はこれらの混合材料の中から、少なくとも２種類以上を選択することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の偏波分離素子。
【請求項１０】
前記第１の誘電体の材料と前記第２の誘電体の材料との、２種類以上の誘電体が積層する方法は、真空蒸着やスパッタリング、イオンプレーティングの物理膜厚気相成長法、抵抗加熱蒸着、電子ビーム加熱蒸着、高周波加熱蒸着、レーザービーム加熱蒸着、イオン化スパッタ、イオンビームスパッタ、プラズマスパッタ、イオンアシスト、ラジカルアシストスパッタの何れかを採用することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の偏波分離素子。
【請求項１１】
１対の前記透光性基板の間に、前記第１の誘電体の材料と前記第２の誘電体の材料を含め、２種類以上の誘電体が積層する前記誘電体交互積層構造を有し、
前記偏波分離素子は、最大で３５〜６０度の入射角度で偏波分離特性を示すことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の偏波分離素子。
【請求項１２】
１対の前記透光性基板の間に、前記第１の誘電体の材料と前記第２の誘電体の材料を含む２種類以上の誘電体が積層する前記誘電体交互積層構造を有し、
１対の前記透光性基板のどちらか一方の面と前記誘電体交互積層構造の間に、接着剤を含む接着層を有することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の偏波分離素子。
【請求項１３】
１対の透光性基板の間に構成される、所定の波長範囲でＰ偏光とＳ偏光を分離する偏波分離素子を設計する方法であり、
前記所定の波長範囲に含まれる第１の波長範囲でＰ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が所定値以上異なる分光特性を有する広帯域偏波分離膜構成を設計する広帯域偏波分離膜構成設計工程と、
前記第１の波長範囲に含まれ、前記第１の波長範囲よりも狭い第２の波長範囲において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が前記所定値以上異なる分光特性を有する第１の狭帯域偏波分離膜構成を設計する第１の狭帯域偏波分離膜構成設計工程と、
前記第１の波長範囲に含まれ、前記第１の波長範囲よりも狭く、前記第２の波長範囲とは重複しない、第３の波長範囲において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が前記所定値以上異なる分光特性を有する第２の狭帯域偏波分離膜構成を設計する第２の狭帯域偏波分離膜構成設計工程と、
を少なくとも有することを特徴とする偏波分離素子設計方法。
【請求項１４】
請求項１から１３の何れか１項に記載の偏波分離素子を有することを特徴とする光学系。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波分離素子、偏波分離素子設計方法、光学系及び光学機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、偏波分離素子は、誘電体多層膜を用いたものが知られている。そして、幅広い入射角度に対応し、誘電体多層膜を用いた構成は、例えば、特許文献１に提案されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５２３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の構成では、構造複屈折層を格子方向が直交するように複数層積層する技術である。このため、複雑な積層技術が要求されるという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、構造複屈折層を必要とせず、単純な多層膜（積層膜）により幅広い入射角度に対応する偏波分離素子、偏波分離素子設計方法、光学系及び光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る偏波分離素子は、１対の透光性基板の間に形成され、波長Ａ１（ｎｍ）から波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が少なくともＢ％以上異なる偏波分離素子であって、
ここで、
設計波長λにおいて、
Ａ１＝λ×０．８６、
Ａ２＝λ×１．７、
Ｂ＝２２．５、
であり、
偏波分離素子は、第１の屈折率を有する第１の誘電体と、第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する第２の誘電体を交互に積層した誘電体交互積層構造を有し、
誘電体交互積層構造は、Ｐ偏光の透過率の透過率高低差と、Ｓ偏光の透過率の透過率高低差が、それぞれ少なくとも１５％以内の分光特性である広帯域偏波分離膜構成を、少なくとも波長Ａ１（ｎｍ）から波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域のうちの１／４の波長区間範囲において有し、
さらに、誘電体交互積層構造は、波長区間全域の波長範囲に含まれ、波長範囲よりも狭い第１の波長範囲において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が少なくとも３０％以上異なる分光特性を、少なくとも波長Ａ１（ｎｍ）から波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域のうちの１／８の波長区間範囲において有する第１の狭帯域偏波分離膜構成と、
さらに、誘電体交互積層構造は、波長区間全域の波長範囲に含まれ、波長範囲よりも狭く、第１の波長範囲とは重複しない第２の波長範囲において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が少なくとも３０％以上異なる分光特性を、少なくとも波長Ａ１（ｎｍ）から波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域のうちの１／８の波長区間範囲において有する第２の狭帯域偏波分離膜構成と、を少なくとも有することを特徴とする。
また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る偏波分離素子設計方法は、１対の透光性基板の間に構成される、所定の波長範囲でＰ偏光とＳ偏光を分離する偏波分離素子を設計する方法であり、
所定の波長範囲に含まれる第１の波長範囲でＰ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が所定値以上異なる分光特性を有する広帯域偏波分離膜構成を設計する広帯域偏波分離膜構成設計工程と、
第１の波長範囲に含まれ、第１の波長範囲よりも狭い第２の波長範囲において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が所定値以上異なる分光特性を有する第１の狭帯域偏波分離膜構成を設計する第１の狭帯域偏波分離膜構成設計工程と、
第１の波長範囲に含まれ、第１の波長範囲よりも狭く、第２の波長範囲とは重複しない、第３の波長範囲において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が所定値以上異なる分光特性を有する第２の狭帯域偏波分離膜構成を設計する第２の狭帯域偏波分離膜構成設計工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る光学系は、上述の偏波分離素子を有することを特徴とする。
また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る光学機器は、上述の光学系を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、構造複屈折層を必要とせず、単純な多層膜（積層膜）により幅広い入射角度に対応する偏波分離素子、偏波分離素子設計方法、光学系及び光学機器を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１に係る偏波分離素子の層構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
【図３】実施例１に係る偏波分離素子の透過率特性を示す別の図である。
【図４】実施例１に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに別の図である。
【図５】実施例１に係る偏波分離素子の透過率特性を示す他の図である。
【図６】実施例１に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに他の図である。
【図７】実施例２に係る偏波分離素子の層構成を示す図である。
【図８】実施例２に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
【図９】実施例２に係る偏波分離素子の透過率特性を示す別の図である。
【図１０】実施例２に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに別の図である。
【図１１】実施例２に係る偏波分離素子の透過率特性を示す他の図である。
【図１２】実施例２に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに他の図である。
【図１３】実施例３に係る偏波分離素子の層構成を示す図である。
【図１４】実施例３に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
【図１５】実施例３に係る偏波分離素子の透過率特性を示す別の図である。
【図１６】実施例３に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに別の図である。
【図１７】実施例３に係る偏波分離素子の透過率特性を示す他の図である。
【図１８】実施例３に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに他の図である。
【図１９】実施例４に係る偏波分離素子の層構成を示す図である。
【図２０】実施例４に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
【図２１】実施例４に係る偏波分離素子の透過率特性を示す別の図である。
【図２２】実施例４に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに別の図である。
【図２３】実施例４に係る偏波分離素子の透過率特性を示す他の図である。
【図２４】実施例４に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに他の図である。
【図２５】実施例５に係る偏波分離素子の層構成を示す図である。
【図２６】実施例５に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
【図２７】実施例５に係る偏波分離素子の透過率特性を示す別の図である。
【図２８】実施例５に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに別の図である。
【図２９】実施例５に係る偏波分離素子の透過率特性を示す他の図である。
【図３０】実施例５に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに他の図である。
【図３１】実施例６に係る偏波分離素子の層構成を示す図である。
【図３２】実施例６に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
【図３３】実施例６に係る偏波分離素子の透過率特性を示す別の図である。
【図３４】実施例６に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに別の図である。
【図３５】実施例６に係る偏波分離素子の透過率特性を示す他の図である。
【図３６】実施例６に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに他の図である。
【図３７】実施例７に係る偏波分離素子の層構成を示す図である。
【図３８】実施例７に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
【図３９】実施例７に係る偏波分離素子の透過率特性を示す別の図である。
【図４０】実施例７に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに別の図である。
【図４１】実施例７に係る偏波分離素子の透過率特性を示す他の図である。
【図４２】実施例７に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに他の図である。
【図４３】実施例７に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに他の図である。
【図４４】実施例８に係る偏波分離素子の層構成を示す図である。
【図４５】実施例８に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
【図４６】実施例８に係る偏波分離素子の透過率特性を示す別の図である。
【図４７】実施例８に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに別の図である。
【図４８】実施例８に係る偏波分離素子の透過率特性を示す他の図である。
【図４９】実施例８に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに他の図である。
【図５０】実施例８に係る偏波分離素子の透過率特性を示すさらに他の図である。
【図５１】各実施例の透光性基板側４層の平均屈折率を示す図である。
【図５２】各実施例に係る偏波分離素子を有するプリズム素子の構成を示す図である。
【図５３】実施例９に係る光学系の構成を示す図である。
【図５４】実施例１０に係る光学機器の構成を示す図である。
【図５５】実施例１０に係る光学機器の構成を示す別の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、実施形態に係る偏波分離素子、偏波分離素子設計方法、光学系及び光学機器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により、この発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施形態に係る偏波分離素子について説明する。偏波分離素子は、１対の透光性基板の間に、第１の屈折率を有する第１の誘電体と、第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する第２の誘電体を交互に積層した誘電体交互積層構造を有する。
【００１１】
そして、偏波分離素子は、１対の透光性基板の間に形成され、波長Ａ１（ｎｍ）から波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が少なくともＢ％以上異なる。
ここで、
設計波長λ（ｎｍ）において、
Ａ１＝λ×０．８６、
Ａ２＝λ×１．７、
Ｂ＝２２．５、
である。
【００１２】
誘電体交互積層構造は、Ｐ偏光の透過率の透過率高低差と、Ｓ偏光の透過率の透過率高低差が、それぞれ少なくとも１５％以内の分光特性である広帯域偏波分離膜構成を、少なくとも波長Ａ１（ｎｍ）から波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域のうちの１／４の波長区間範囲において有している。
【００１３】
さらに、誘電体交互積層構造は、波長区間全域の波長範囲に含まれ、波長範囲よりも狭い第１の波長範囲において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が少なくとも３０％以上異なる分光特性を、少なくとも波長Ａ１（ｎｍ）から波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域のうちの１／８の波長区間範囲において有する第１の狭帯域偏波分離膜構成を有する。
【００１４】
さらに、誘電体交互積層構造は、波長区間全域の波長範囲に含まれ、波長範囲よりも狭く、第１の波長範囲とは重複しない第２の波長範囲において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が少なくとも３０％以上異なる分光特性を、少なくとも波長Ａ１（ｎｍ）から波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域のうちの１／８の波長区間範囲において有する第２の狭帯域偏波分離膜構成と、を少なくとも有する。
【００１５】
上述の膜構成により、構造複屈折層を必要とせず、単純な多層膜（積層膜）により幅広い入射角度に対応し、リップルの少ない偏光分離素子を得ることができる。
【００１６】
以下、式（１）及び以下すべての説明において、符号「Ｈ」は、第１の誘電体の膜厚（高屈折率材料層）、「Ｌ」は、第２の誘電体の膜厚（低屈折率材料層）であることを示す。
【００１７】
偏波分離素子において、広帯域偏波分離膜構成は、第１の広帯域偏波分離膜構成と第２の広帯域偏波分離膜構成の２つ以下であり、透光性基板より順に、第１の誘電体、第２の誘電体、第１の誘電体、第２の誘電体の構成をしており、第１の誘電体の膜厚Ｈと第２の誘電体の膜厚Ｌは、以下の式（１）を満足することが望ましい。
Ｈ    （０．２４±ａ１）×ｄ    
Ｌ    （０．８±ａ２）×ｅ      
Ｈ    （０．４５±ａ３）×ｆ    
Ｌ    （３．３±ａ４）×ｇ      （１）
ここで、
係数ａ１＝０．１５、
係数ａ２＝０．２、
係数ａ３＝０．２、
係数ａ４＝０．６、
係数ｄは、第１の広帯域偏波分離膜構成＝１、第２の広帯域偏波分離膜構成＝１．２〜１．５、
係数ｅは、第１の広帯域偏波分離膜構成＝１、第２の広帯域偏波分離膜構成＝０．９〜１．２、
係数ｆは、第１の広帯域偏波分離膜構成＝１、第２の広帯域偏波分離膜構成＝０．４〜０．８、
係数ｇは、第１の広帯域偏波分離膜構成＝１、第２の広帯域偏波分離膜構成＝０．６〜０．９５である。
また、第２の広帯域偏波分離膜構成以降の広帯域偏波分離膜構成において、ｄ＝ｅ＝ｆ＝ｇとはならない。
【００１８】
光学膜厚は、参照波長をλとしたとき、λ／４＝１．０（ＱＷＯＴ）として表している。
【００１９】
また、本実施形態の好ましい態様によれば、
第１の狭帯域偏波分離膜構成と第２の狭帯域偏波分離膜構成は、それぞれ、
透光性基板側から順に、
第１の誘電体と、
第２の誘電体と、
第１の誘電体と、
第２の誘電体と、
第１の誘電体と、
または、
透光性基板側から順に、
第２の誘電体と、
第１の誘電体と、
第２の誘電体と、
第１の誘電体と、
第２の誘電体と、
が積層されている構成を有している。
第１の誘電体の膜厚Ｈと第２の誘電体の膜厚Ｌは、以下の式（２−１）又は（２−２）を満足することが望ましい。
Ｈ  （１．９７５±ｂ１）×ｈ、
Ｌ  （１．９７５±ｂ２）×ｉ、
Ｈ  （１．８２５±ｂ３）×ｊ、
Ｌ  （１．６７５±ｂ４）×ｋ、
Ｈ  （１．６７５±ｂ５）×ｌ      （２−１）、
ここで、
係数ｂ１＝０．４、
係数ｂ２＝０．４、
係数ｂ３＝０．３、
係数ｂ４＝０．３、
係数ｂ５＝０．３、
及び、
Ｌ  （１．９７５±ｂ１）×ｈ、
Ｈ  （１．９７５±ｂ２）×ｉ、
Ｌ  （１．８２５±ｂ３）×ｊ、
Ｈ  （１．６７５±ｂ４）×ｋ、
Ｌ  （１．６７５±ｂ５）×ｌ      （２−２）、
ここで、
係数ｂ１＝０．４、
係数ｂ２＝０．４、
係数ｂ３＝０．３、
係数ｂ４＝０．３、
係数ｂ５＝０．３、
のいずれか一方である。
【００２０】
係数ｈは、第１の狭帯域偏波分離膜構成＝１、第２の狭帯域偏波分離膜構成＝０．３７±０．０５、
係数ｉは、第１の狭帯域偏波分離膜構成＝１、第２の狭帯域偏波分離膜構成＝０．４６±０．１１、
係数ｊは、第１の狭帯域偏波分離膜構成＝１、第２の狭帯域偏波分離膜構成＝０．４６±０．２、
係数ｋは、第１の狭帯域偏波分離膜構成＝１、第２の狭帯域偏波分離膜構成＝０．４２±０．１６、
係数ｌは、第１の狭帯域偏波分離膜構成＝１、第２の狭帯域偏波分離膜構成＝０．２８±０．１、である。
【００２１】
上述したように、計算値は光学膜厚（ＱＷＯＴ）である。
第２の広帯域偏波分離膜構成以降の狭帯域偏波分離膜構成において、ｈ＝ｉ＝ｊ＝ｋ＝ｌとはならない。
【００２２】
また、本実施形態の好ましい態様によれば、第１の狭帯域偏波分離膜構成と、第２の狭帯域偏波分離膜構成と、は異なる第３の狭帯域偏波分離膜構成を有することが望ましい。
【００２３】
また、本実施形態の好ましい態様によれば、誘電体交互積層構造の両端に配置された１対の透光性基板に接する偏波分離膜構成のうち、それぞれ透光性基板側から４層の平均屈折率が、透光性基板の屈折率に対して、±０．２の範囲に入っていることが望ましい。
【００２４】
また、本実施形態の好ましい態様によれば、広帯域偏波分離膜構成は、使用する入射角度範囲の最大値において、Ｐ偏光の透過率ＴｐとＳ偏光の透過率Ｔｓの差が１０％以上である波長範囲を、少なくとも波長Ａ１（ｎｍ）から波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域のうちの１／２の波長区間範囲で有し、
さらに使用する入射角度範囲において、少なくとも波長Ａ１（ｎｍ）から波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域のうちの１／４の波長区間範囲内において、Ｐ偏光の透過率高低差ＴＴｐとＳ偏光の透過率高低差ＴＴｓがそれぞれ１５％以内である分光特性を有し、
少なくとも何れかの狭帯域偏波分離膜構成が、使用する入射角度範囲において、Ｐ偏光の透過率ＴｐとＳ偏光の透過率Ｔｓが以下の関係を満足する。
Ｐ偏光の透過率Ｔｐ＞Ｓ偏光の透過率Ｔｓ
【００２５】
かつ、Ｐ偏光の透過率ＴｐとＳ偏光の透過率Ｔｓの差が３０％以上となる分光特性を示す波長範囲として、少なくとも波長Ａ１（ｎｍ）から波長Ａ２（ｎｍ）の波長区間全域のうちの１／８の波長区間範囲において有することが望ましい。
【００２６】
また、本実施形態の好ましい態様によれば、透光性基板と接する層、広帯域偏波分離膜構成と何れかの狭帯域偏波分離膜構成の間の層、少なくとも第１の狭帯域偏波分離膜構成と第２の狭帯域偏波分離膜構成同士の間の層に関して、マッチングを取ることが望ましい。
ここで、マッチングの際、上述した比率及び計算方法による値とは異なる他の値の膜厚を用いることもできる。
【００２７】
また、本実施形態の好ましい態様によれば、透光性基板は、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、水晶、ＢＫ７（商品名）、Ｔｅｍｐａｘ（商品名）等の光学ガラス、結晶材料、半導体基板、合成樹脂から選択することが望ましい。
【００２８】
また、本実施形態の好ましい態様によれば、第１の誘電体の材料（高屈折率材料）と第２の誘電体の材料（低屈折率材料）は、ＴｉＯ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ、ＺｒＯ２、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｇｅ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ６、ＣｅＯ２、Ｃｅｆ３、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３、ＣａＦ２、ＬｉＦ、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｎａ５ＡＬ３Ｆ１４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＬａＦ、ＰｂＦ２、ＮｄＦ３、又はこれらの混合材料の中から、少なくとも２種類以上を選択することが望ましい。
【００２９】
また、本実施形態の好ましい態様によれば、第１の誘電体の材料（高屈折率材料）と第２の誘電体の材料（低屈折率材料）との、２種類以上の誘電体が積層する方法は、真空蒸着やスパッタリング、イオンプレーティングの物理膜厚気相成長法、抵抗加熱蒸着、電子ビーム加熱蒸着、高周波加熱蒸着、レーザービーム加熱蒸着、イオン化スパッタ、イオンビームスパッタ、プラズマスパッタ、イオンアシスト、ラジカルアシストスパッタの何れかを採用することが望ましい。
【００３０】
また、本実施形態の好ましい態様によれば、１対の透光性基板の間に、高屈折率材料と低屈折率材料を含め、２種類以上の誘電体が積層する誘電体交互積層構造（偏光分離膜構成）を有し、偏波分離素子は、最大で３５〜６０度の入射角度で偏波分離特性を示すことが望ましい。
【００３１】
また、本実施形態の好ましい態様によれば、１対の透光性基板の間に、第１の誘電体の材料と第２の誘電体の材料を含む２種類以上の誘電体が積層する誘電体交互積層構造（偏光分離膜構成）を有し、１対の透光性基板のどちらか一方の面と誘電体交互積層構成の間に、接着剤を含む接着層を有することが望ましい。
【００３２】
実施形態に係る偏波分離素子を設計する方法によれば、１対の透光性基板の間に構成される、所定の波長範囲でＰ偏光とＳ偏光を分離する偏波分離素子を設計する方法であり、
所定の波長範囲に含まれる第１の波長範囲でＰ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が所定値以上異なる分光特性を有する広帯域偏波分離膜構成を設計する広帯域偏波分離膜構成設計工程と、
第１の波長範囲に含まれ、第１の波長範囲よりも狭い第２の波長範囲において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が所定値以上異なる分光特性を有する第１の狭帯域偏波分離膜構成を設計する第１の狭帯域偏波分離膜構成設計工程と、
第１の波長範囲に含まれ、第１の波長範囲よりも狭く、第２の波長範囲とは重複しない、第３の波長範囲において、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率が所定値以上異なる分光特性を有する第２の狭帯域偏波分離膜構成を設計する第２の狭帯域偏波分離膜構成設計工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
【００３３】
また、本実施形態に係る光学系は、上述の偏波分離素子を有することを特徴とする。
【００３４】
また、本実施形態に係る光学機器は、上述の光学系を有することを特徴とする。
【００３５】
本実施形態に係る偏波分離素子は、内視鏡用の対物光学系に用いることが好ましい。これに限られず、例えば、顕微鏡用の対物レンズ、カメラ、眼鏡、望遠鏡等のレンズ、プリズム、フィルタにも適用することが出来る。本実施形態に係る光学機器は、例えば、これらの光学機器であり、本実施形態に係る光学系は、例えば、これらの光学機器が有する光学系である。 
【００３６】
ここで、上記各式を正確に満足する必要はなく、偏波分離素子に要求される性能と製造誤差を鑑み、本発明の実施者は適宜許容誤差を設定できるのは言うまでも無い。例えば、発明者の試算によれば、５％の誤差でも実用可能であり、３％の誤差なら良好な特性が得られた。しかしながら、特に精密性を要求される場合には、１％以内の誤差が好ましい。
【００３７】
（実施例１）
図１は、実施例１に係る偏波分離素子の層構成を示す表である。光学膜厚は、参照波長をλとしたとき、λ／４＝１．０（ＱＷＯＴ）として表している。本実施例の偏波分離素子は、図１に示すように、透光性基板上に、低屈折率物質としてのＳｉＯ２（屈折率ｎＬ＝１．４７）と、高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５（屈折率ｎＨ＝２．２４）と、を交互に積層して成る多層膜を有し、交互に積層させた１９層の偏波分離膜構成である。
【００３８】
高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５は、図１に示す上側の透光性基板側から順に、第１、第３、第５、第７、第９、第１１、第１３、第１５層、第１７及び第１９層に配置されている。低屈折率物質としてのＳｉＯ２は、第２、第４、第６、第８、第１０、第１２、第１４、第１６層及び第１８層に配置されている。
【００３９】
図２は、実施例１に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
図３は、実施例１に係る偏波分離素子の広帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図４は、実施例１に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図５は、実施例１に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（２）の透過率特性を示す図である。
図６は、実施例１に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（３）の透過率特性を示す図である。以下、全ての透過率特性の図は、横軸に波長（ｎｍ）、縦軸に透過率（％）を示す。
【００４０】
実施例１では、広帯域偏波分離構成の各構成は、
波長４００ｎｍ〜８５０ｎｍの１／２の波長範囲、即ち波長２２５ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率の差が１０％以上を達成し、
波長４００ｎｍ〜８５０ｎｍの１／４の波長範囲、即ち波長１１２．５ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、透過率高低差が１５％以内を達成している。
【００４１】
また、２つの狭帯域偏波分離構成（１）、狭帯域偏波分離構成（２）は、波長４００ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、即ち５６．２５ｎｍにより、第１の狭帯域偏光分離、第２の狭帯域偏光分離を達成している。
【００４２】
さらに、狭帯域偏光分離が、Ｐ偏光の透過率ＴｐとＳ偏光の透過率ＴｓがＴｐ＞Ｔｓ、かつＴｐとＴｓの差が３０％以上となる偏波分離特性を波長４００ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、すなわち５２ｎｍ以上（５６．２５ｎｍ）を達成している。
【００４３】
さらに１９層の多層膜が組み合わさった構成で、図１の入射角３５°〜５３°の分光特性を示す。このように、波長４００ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲で３５°〜５３°の広角度で偏光分離特性が得られる。
【００４４】
また、１対の両側の透光性基板に接する多層膜構造のうち、それぞれ透光性基板側から４層の平均屈折率を図５１に示す。本実施例では、透光性基板の屈折率に対して、±０．２の範囲に入っていることがわかる。
【００４５】
また、透光性基板の材質として、例えば無アルカリガラスやホウケイ酸ガラス、石英ガラス、水晶、ＢＫ７（商品名）、Ｔｅｍｐａｘ（商品名）等の光学ガラス、その他にサファイア等の結晶材料、半導体基板、合成樹脂などを使用できる。
【００４６】
さらに、第１の誘電体（高屈折率層）の材料Ｈと第２の誘電体（低屈折率層）の材料Ｌは、例えばＴｉＯ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ、ＺｒＯ２、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｇｅ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ６、ＣｅＯ２、Ｃｅｆ３、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３、ＣａＦ２、ＬｉＦ、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｎａ５ＡＬ３Ｆ１４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＬａＦ、ＰｂＦ２、ＮｄＦ３、又はこれらの混合材料の中から、少なくとも２種類以上を選択した材料を使用できる。
【００４７】
また、第１の誘電体の材料と第２の誘電体の材料との、２種類以上の誘電体が積層する方法は、真空蒸着やスパッタリング、イオンプレーティングの物理膜厚気相成長法、抵抗加熱蒸着、電子ビーム加熱蒸着、高周波加熱蒸着、レーザービーム加熱蒸着、イオン化スパッタ、イオンビームスパッタ、プラズマスパッタ、イオンアシスト、ラジカルアシストスパッタの何れかを採用することが望ましい。
【００４８】
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。上述の実施例１と重複する部分は、説明を省略する。
【００４９】
図７は、実施例２に係る偏波分離素子の層構成を示す表である。光学膜厚は、参照波長をλとしたとき、λ／４＝１．０（ＱＷＯＴ）として表している。本実施例の偏波分離素子は、図７に示すように、透光性基板上に、低屈折率物質としてのＳｉＯ２（屈折率ｎＬ＝１．４７）と、高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５（屈折率ｎＨ＝２．２４）と、を交互に積層して成る多層膜を有し、交互に積層させた１９層の偏波分離膜構成である。
【００５０】
高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５は、図７に示す上側の透光性基板側から順に、第１、第３、第５、第７、第９、第１１、第１３、第１５層、第１７及び第１９層に配置されている。低屈折率物質としてのＳｉＯ２は、第２、第４、第６、第８、第１０、第１２、第１４、第１６層及び第１８層に配置されている。
【００５１】
図８は、実施例２に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
図９は、実施例２に係る偏波分離素子の広帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図１０は、実施例２に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図１１は、実施例２に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（２）の透過率特性を示す図である。
図１２は、実施例２に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（３）の透過率特性を示す図である。
【００５２】
実施例２では、広帯域偏波分離構成の各構成は、
波長４００ｎｍ〜８５０ｎｍの１／２の波長範囲、即ち波長２２５ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率の差が１０％以上を達成し、
波長４００ｎｍ〜８５０ｎｍの１／４の波長範囲、即ち波長１１２．５ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、透過率高低差が１５％以内を達成している。
【００５３】
また、２つの狭帯域偏波分離構成（１）、狭帯域偏波分離構成（２）は、波長４００ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、即ち５６．２５ｎｍにより、第１の狭帯域偏光分離、第２の狭帯域偏光分離を達成している。
【００５４】
さらに、狭帯域偏光分離が、Ｐ偏光の透過率ＴｐとＳ偏光の透過率ＴｓがＴｐ＞Ｔｓ、かつＴｐとＴｓの差が３０％以上となる偏波分離特性を波長４００ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、すなわち５２ｎｍ以上（５６．２５ｎｍ）を達成している。
【００５５】
さらに１９層の多層膜が組み合わさった構成で、図８の入射角３５°〜６０°の分光特性を示す。このように、波長４００ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲で３５°〜６０°の広角度で偏光分離特性が得られる。
【００５６】
また、１対の両側の透光性基板に接する多層膜構造のうち、それぞれ透光性基板側から４層の平均屈折率を図５１に示す。本実施例では、透光性基板の屈折率に対して、±０．２の範囲に入っていることがわかる。
【００５７】
（実施例３）
次に、実施例３について説明する。上述の各実施例と重複する部分は、説明を省略する。
【００５８】
図１３は、実施例３に係る偏波分離素子の層構成を示す表である。光学膜厚は、参照波長をλとしたとき、λ／４＝１．０（ＱＷＯＴ）として表している。本実施例の偏波分離素子は、図１３に示すように、透光性基板上に、低屈折率物質としてのＳｉＯ２（屈折率ｎＬ＝１．４７）と、高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５（屈折率ｎＨ＝２．２４）と、を交互に積層して成る多層膜を有し、交互に積層させた１９層の偏波分離膜構成である。
【００５９】
高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５は、図１３に示す上側の透光性基板側から順に、第１、第３、第５、第７、第９、第１１、第１３、第１５層、第１７及び第１９層に配置されている。低屈折率物質としてのＳｉＯ２は、第２、第４、第６、第８、第１０、第１２、第１４、第１６層及び第１８層に配置されている。
【００６０】
図１４は、実施例３に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
図１５は、実施例３に係る偏波分離素子の広帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図１６は、実施例３に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図１７は、実施例３に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（２）の透過率特性を示す図である。
図１８は、実施例３に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（３）の透過率特性を示す図である。
【００６１】
実施例３では、広帯域偏波分離構成の各構成は、
波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／２の波長範囲、即ち波長２１０ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率の差が１０％以上を達成し、
波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／４の波長範囲、即ち波長１０５ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、透過率高低差が１５％以内を達成している。
【００６２】
また、２つの狭帯域偏波分離構成（１）、狭帯域偏波分離構成（２）は、波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、即ち５２．５ｎｍにより、第１の狭帯域偏光分離、第２の狭帯域偏光分離を達成している。
【００６３】
さらに、狭帯域偏光分離が、Ｐ偏光の透過率ＴｐとＳ偏光の透過率ＴｓがＴｐ＞Ｔｓ、かつＴｐとＴｓの差が３０％以上となる偏波分離特性を波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、すなわち５２ｎｍ以上（５２．５ｎｍ）を達成している。
【００６４】
さらに１９層の多層膜組み合わさった構成で、図１４の入射角３５°〜６０°の分光特性を示す。このように、波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲で３５°〜６０°の広角度で偏光分離特性が得られる。
【００６５】
また、１対の両側の透光性基板に接する多層膜構造のうち、それぞれ透光性基板側から４層の平均屈折率を図５１に示す。本実施例では、透光性基板の屈折率に対して、±０．２の範囲に入っていることがわかる。
【００６６】
（実施例４）
次に、実施例４について説明する。上述の各実施例と重複する部分は、説明を省略する。
【００６７】
図１９は、実施例４に係る偏波分離素子の層構成を示す表である。光学膜厚は、参照波長をλとしたとき、λ／４＝１．０（ＱＷＯＴ）として表している。本実施例の偏波分離素子は、図１９に示すように、透光性基板上に、低屈折率物質としてのＳｉＯ２（屈折率ｎＬ＝１．４７）と、高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５（屈折率ｎＨ＝２．２４）と、を交互に積層して成る多層膜を有し、交互に積層させた１９層の偏波分離膜構成である。
【００６８】
高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５は、図１９に示す上側の透光性基板側から順に、第１、第３、第５、第７、第９、第１１、第１３、第１５層、第１７及び第１９層に配置されている。低屈折率物質としてのＳｉＯ２は、第２、第４、第６、第８、第１０、第１２、第１４、第１６層及び第１８層に配置されている。
【００６９】
図２０は、実施例４に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
図２１は、実施例４に係る偏波分離素子の広帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図２２は、実施例４に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図２３は、実施例４に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（２）の透過率特性を示す図である。
図２４は、実施例４に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（３）の透過率特性を示す図である。
【００７０】
実施例４では、広帯域偏波分離構成の各構成は、
波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／２の波長範囲、即ち波長２１０ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率の差が１０％以上を達成し、
波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／４の波長範囲、即ち波長１０５ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、透過率高低差が１５％以内を達成している。
【００７１】
また、２つの狭帯域偏波分離構成（１）、狭帯域偏波分離構成（２）は、波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、即ち５２．５ｎｍにより、第１の狭帯域偏光分離、第２の狭帯域偏光分離を達成している。
【００７２】
さらに、狭帯域偏光分離が、Ｐ偏光の透過率ＴｐとＳ偏光の透過率ＴｓがＴｐ＞Ｔｓ、かつＴｐとＴｓの差が３０％以上となる偏波分離特性を波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、すなわち５２ｎｍ以上（５２．５ｎｍ）を達成している。
【００７３】
さらに１９層の多層膜組み合わさった構成で、図２０の入射角３５°〜５５°の分光特性を示す。このように、波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲で３５°〜５５°の広角度で偏光分離特性が得られる。
【００７４】
また、１対の両側の透光性基板に接する多層膜構造のうち、それぞれ透光性基板側から４層の平均屈折率を図５１に示す。本実施例では、透光性基板の屈折率に対して、±０．２の範囲に入っていることがわかる。
【００７５】
（実施例５）
次に、実施例５について説明する。上述の各実施例と重複する部分は、説明を省略する。
【００７６】
図２５は、実施例５に係る偏波分離素子の層構成を示す表である。光学膜厚は、参照波長をλとしたとき、λ／４＝１．０（ＱＷＯＴ）として表している。本実施例の偏波分離素子は、図２５に示すように、透光性基板上に、低屈折率物質としてのＳｉＯ２（屈折率ｎＬ＝１．４７）と、高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５（屈折率ｎＨ＝２．２４）と、を交互に積層して成る多層膜を有し、交互に積層させた１９層の偏波分離膜構成である。
【００７７】
高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５は、図２５に示す上側の透光性基板側から順に、第１、第３、第５、第７、第９、第１１、第１３、第１５層、第１７及び第１９層に配置されている。低屈折率物質としてのＳｉＯ２は、第２、第４、第６、第８、第１０、第１２、第１４、第１６層及び第１８層に配置されている。
【００７８】
図２６は、実施例５に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
図２７は、実施例５に係る偏波分離素子の広帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図２８は、実施例５に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図２９は、実施例５に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（２）の透過率特性を示す図である。
図３０は、実施例５に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（３）の透過率特性を示す図である。
【００７９】
実施例５では、広帯域偏波分離構成の各構成は、
波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／２の波長範囲、即ち波長２１０ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率の差が１０％以上を達成し、
波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／４の波長範囲、即ち波長１０５ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、透過率高低差が１５％以内を達成している。
【００８０】
また、２つの狭帯域偏波分離構成（１）、狭帯域偏波分離構成（２）は、波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、即ち５２．５ｎｍにより、第１の狭帯域偏光分離、第２の狭帯域偏光分離を達成している。
【００８１】
さらに、狭帯域偏光分離が、Ｐ偏光の透過率ＴｐとＳ偏光の透過率ＴｓがＴｐ＞Ｔｓ、かつＴｐとＴｓの差が３０％以上となる偏波分離特性を波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、すなわち５２ｎｍ以上（５２．５ｎｍ）を達成している。
【００８２】
さらに１９層の多層膜組み合わさった構成で、図２６の入射角３５°〜６０°の分光特性を示す。このように、波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲で３５°〜６０°の広角度で偏光分離特性が得られる。
【００８３】
また、１対の両側の透光性基板に接する多層膜構造のうち、それぞれ透光性基板側から４層の平均屈折率を図５１に示す。本実施例では、透光性基板の屈折率に対して、±０．２の範囲に入っていることがわかる。
【００８４】
（実施例６）
次に、実施例６について説明する。上述の各実施例と重複する部分は、説明を省略する。
【００８５】
図３１は、実施例６に係る偏波分離素子の層構成を示す表である。光学膜厚は、参照波長をλとしたとき、λ／４＝１．０（ＱＷＯＴ）として表している。本実施例の偏波分離素子は、図３１に示すように、透光性基板上に、低屈折率物質としてのＳｉＯ２（屈折率ｎＬ＝１．４７）と、高屈折率物質としてのＴｉＯ２（屈折率ｎＨ＝２．５４）と、を交互に積層して成る多層膜を有し、交互に積層させた１９層の偏波分離膜構成である。
【００８６】
高屈折率物質としてのＴｉＯ２は、図３１に示す上側の透光性基板側から順に、第１、第３、第５、第７、第９、第１１、第１３、第１５層、第１７及び第１９層に配置されている。低屈折率物質としてのＳｉＯ２は、第２、第４、第６、第８、第１０、第１２、第１４、第１６層及び第１８層に配置されている。
【００８７】
図３２は、実施例６に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
図３３は、実施例６に係る偏波分離素子の広帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図３４は、実施例６に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図３５は、実施例６に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（２）の透過率特性を示す図である。
図３６は、実施例６に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（３）の透過率特性を示す図である。
【００８８】
実施例６では、広帯域偏波分離構成の各構成は
波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／２の波長範囲、即ち波長２１０ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率の差が１０％以上を達成し、
波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／４の波長範囲、即ち波長１０５ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、透過率高低差が１５％以内を達成している。
【００８９】
また、２つの狭帯域偏波分離構成（１）、狭帯域偏波分離構成（２）は、波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、即ち５２．５ｎｍにより、第１狭帯域偏光分離、第２の狭帯域偏光分離を達成している。
【００９０】
さらに、狭帯域偏光分離が、Ｐ偏光の透過率ＴｐとＳ偏光の透過率ＴｓがＴｐ＞Ｔｓ、かつＴｐとＴｓの差が３０％以上となる偏波分離特性を波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、すなわち５２ｎｍ以上（５２．５ｎｍ）を達成している。
【００９１】
さらに１９層の多層膜組み合わさった構成で、図３２の入射角３５°〜６０°の分光特性を示す。このように、波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲で３５°〜６０°の広角度で偏光分離特性が得られる。
【００９２】
また、１対の両側の透光性基板に接する多層膜構造のうち、それぞれ透光性基板側から４層の平均屈折率を図５１に示す。本実施例では、透光性基板の屈折率に対して、±０．２の範囲に入っていることがわかる。
【００９３】
（実施例７）
次に、実施例７について説明する。上述の各実施例と重複する部分は、説明を省略する。
【００９４】
図３７は、実施例７に係る偏波分離素子の層構成を示す表である。光学膜厚は、参照波長をλとしたとき、λ／４＝１．０（ＱＷＯＴ）として表している。本実施例の偏波分離素子は、図３７に示すように、透光性基板上に、低屈折率物質としてのＳｉＯ２（屈折率ｎＬ＝１．４７）と、高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５（屈折率ｎＨ＝２．２４）と、を交互に積層して成る多層膜を有し、交互に積層させた２３層の偏波分離膜構成である。
【００９５】
高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５は、図３７に示す上側の透光性基板側から順に、第１、第３、第５、第７、第９、第１１、第１３、第１５層、第１７、第１９層、第２１層及び第２３層に配置されている。低屈折率物質としてのＳｉＯ２は、第２、第４、第６、第８、第１０、第１２、第１４、第１６層、第１８層、第２０層及び第２２層に配置されている。
【００９６】
図３８は、実施例７に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
図３９は、実施例７に係る偏波分離素子の広帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図４０は、実施例７に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図４１は、実施例７に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（２）の透過率特性を示す図である。
図４２は、実施例７に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（３）の透過率特性を示す図である。
図４３は、実施例７に係る偏波分離素子の広帯域偏波分離構成（２）の透過率特性を示す図である。
【００９７】
実施例７では、広帯域偏波分離構成の各構成は、
波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／２の波長範囲、即ち波長２１０ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率の差が１０％以上を達成し、
波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／４の波長範囲、即ち波長１０５ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、透過率高低差が１５％以内を達成している。
【００９８】
また、２つの挟帯域偏波分離構成（１）、挟帯域偏波分離構成（２）は、波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、即ち５２．５ｎｍにより、第１の狭帯域偏光分離、第２の狭帯域偏光分離を達成している。
【００９９】
さらに、狭帯域偏光分離が、Ｐ偏光の透過率ＴｐとＳ偏光の透過率ＴｓがＴｐ＞Ｔｓ、かつＴｐとＴｓの差が３０％以上となる偏波分離特性を波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、すなわち５２ｎｍ以上（５２．５ｎｍ）を達成している。
【０１００】
さらに２３層の多層膜組み合わさった構成で、図３８の入射角３５°〜６０°の分光特性を示す。このように、波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲で３５°〜６０°の広角度で偏光分離特性が得られる。
【０１０１】
また、１対の両側の透光性基板に接する多層膜構造のうち、それぞれ透光性基板側から４層の平均屈折率を図５１に示す。本実施例では、透光性基板の屈折率に対して、±０．２の範囲に入っていることがわかる。
【０１０２】
（実施例８）
次に、実施例８について説明する。上述の各実施例と重複する部分は、説明を省略する。
【０１０３】
図４４は、実施例８に係る偏波分離素子の層構成を示す表である。光学膜厚は、参照波長をλとしたとき、λ／４＝１．０（ＱＷＯＴ）として表している。本実施例の偏波分離素子は、図４４に示すように、透光性基板上に、低屈折率物質としてのＳｉＯ２（屈折率ｎＬ＝１．４７）と、高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５（屈折率ｎＨ＝２．２４）と、を交互に積層して成る多層膜を有し、交互に積層させた２３層の偏波分離膜構成である。
【０１０４】
高屈折率物質としてのＴａ２Ｏ５は、図４４に示す上側の透光性基板側から順に、第１、第３、第５、第７、第９、第１１、第１３、第１５層、第１７、第１９層、第２１層及び第２３層に配置されている。低屈折率物質としてのＳｉＯ２は、第２、第４、第６、第８、第１０、第１２、第１４、第１６層、第１８層、第２０層及び第２２層に配置されている。
【０１０５】
図４５は、実施例８に係る偏波分離素子の透過率特性を示す図である。
図４６は、実施例８に係る偏波分離素子の広帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図４７は、実施例８に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（１）の透過率特性を示す図である。
図４８は、実施例８に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（２）の透過率特性を示す図である。
図４９は、実施例８に係る偏波分離素子の狭帯域偏波分離構成（３）の透過率特性を示す図である。
図４９は、実施例８に係る偏波分離素子の広帯域偏波分離構成（２）の透過率特性を示す図である。
【０１０６】
実施例８では、広帯域偏波分離構成の各構成は、
波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／２の波長範囲、即ち波長２１０ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、Ｐ偏光の透過率とＳ偏光の透過率の差が１０％以上を達成し、
波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／４の波長範囲、即ち波長１０５ｎｍ以上で、広帯域偏波分離構成は、透過率高低差が１５％以内を達成している。
【０１０７】
また、２つの狭帯域偏波分離構成（１）、狭帯域偏波分離構成（２）は、波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、即ち５２．５ｎｍにより、第１狭帯域偏光分離、第２の狭帯域偏光分離を達成している。
【０１０８】
さらに、狭帯域偏光分離が、Ｐ偏光の透過率ＴｐとＳ偏光の透過率ＴｓがＴｐ＞Ｔｓ、かつＴｐとＴｓの差が３０％以上となる偏波分離特性を波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの１／８の波長範囲、すなわち５２ｎｍ以上（５２．５ｎｍ）を達成している。
【０１０９】
さらに２３層の多層膜組み合わさった構成で、図４５の入射角３５°〜６０°の分光特性を示す。このように、波長４３０ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲で３５°〜６０°の広角度で偏光分離特性が得られる。
【０１１０】
また、１対の両側の透光性基板に接する多層膜構造のうち、それぞれ透光性基板側から４層の平均屈折率を図５１に示す。本実施例では、透光性基板の屈折率に対して、±０．２の範囲に入っていることがわかる。
【０１１１】
なお、実施例７、８では、広帯域偏波分離膜構成を２枚の透光性基板（第１基材と第２基材）それぞれに接する位置に構成されている。
【０１１２】
以下、表１は、実施例１−８における波長帯域幅を示す。
表２は、誘電体交互積層構造が、Ｐ偏光の透過率の透過率高低差ＴＴｐと、Ｓ偏光の透過率の透過率高低差ＴＴｓが、それぞれ少なくとも１５％以内の分光特性である広帯域偏波分離膜構成を、少なくとも１／４の波長区間範囲において有することを示す数値例である。
表３は、誘電体交互積層構造が、波長区間全域の波長範囲に含まれ、波長範囲よりも狭い第１の波長範囲において、Ｐ偏光の透過率ＴｐとＳ偏光の透過率Ｔｓが少なくとも３０％以上異なる分光特性を、少なくとも波長区間全域のうちの１／８の波長区間範囲において有する狭帯域偏波分離膜構成を有することを示す数値例である。
表４は、誘電体交互積層構造が、Ｐ偏光の透過率ＴｐとＳ偏光の透過率Ｔｓの差が１０％以上異なる分光特性を、少なくとも波長区間全域のうちの１／２の波長区間範囲において有する広帯域偏波分離膜構成を有することを示す数値例である。
【０１１３】
［表１］
単位ｎｍ    
全域A1-A2  広帯域(1) 狭帯域(1) 狭帯域(2) 狭帯域(3)  広帯域(2)
実施例１   400-850   400-850   620-850   450-630   400-460    -
実施例２   400-850   400-850   620-850   450-630   400-460    -
実施例３   430-850   430-850   700-850   460-650   (-380)     -
実施例４   430-850   430-850   650-850   455-610   430-485    -
実施例５   430-850   430-850   645-850   580-700   430-460    -
実施例６   430-850   520-850   700-850   480-615   (-420)     -
実施例７   430-850   520-850   700-850   480-615   (-385)    520-850
実施例８   430-850   520-850   695-850   500-700   (-385)    550-850
ここで、狭帯域(3)の「（   ）」で表記したところはA1-A2の範囲外である。   
【０１１４】
［表２］
単位ｎｍ
λ／４おきの最大最小差が「１５％以内」である範囲                        
入射角度（度）                   35    35     45   45     60    60
波長範囲   波長範囲/4  P     S     P     S     P     S
実施例１   400-850nm   112.5    440   439   450   450   450   336
実施例２   400-850nm   112.5    420   420   420   420   420   306
実施例３   430-850nm   105      191   194   420   420   238   420
実施例４   430-850nm   105      420   420   420   420   420   420
実施例５   430-850nm   105      311   327   387   404   420   420
実施例６   430-850nm   105      191   382   402   420   420   420
実施例７   430-850nm   105      350   342   420   282   191   382
実施例８   430-850nm   105      363   205   420   237   123   420
【０１１５】
［表３］
単位ｎｍ
各狭帯域波長範囲における「３０％以上異なる」波長範囲               
波長範囲    波長範囲/8  狭帯域１   狭帯域２  狭帯域３
実施例１   400-850nm   56.25       230         180      60
実施例２   400-850nm   56.25       230         180      60
実施例３   430-850nm   52.5        150         190      -
実施例４   430-850nm   52.5        200         155      55
実施例５   430-850nm   52.5        205         120      30
実施例６   430-850nm   52.5        150         135      -
実施例７   430-850nm   52.5        150         135      -
実施例８   430-850nm   52.5        155         200      -
【０１１６】
［表４］
単位ｎｍ
各広帯域域波長範囲における「１０％以上異なる」波長範囲            
波長範囲    波長範囲/2   広帯域１     広帯域２
実施例１   400-850nm   225          450          -
実施例２   400-850nm   225          450          -
実施例３   430-850nm   210          420          -
実施例４   430-850nm   210          420          -
実施例５   430-850nm   210          420          -
実施例６   430-850nm   210          330          -
実施例７   430-850nm   210          330          330
実施例８   430-850nm   210          330          300
【０１１７】
（プリズム素子）
次に、上記各実施例に係る偏波分離素子を有するプリズム素子を説明する。図５２は、各実施例に係る偏波分離素子を有するプリズム素子１００の構成を示す図である。
【０１１８】
プリズム素子１００は、プリズム部１０１と、λ／４板１０１ｃと、反射ミラー１０１ｂと、撮像素子１０２ａ、１０２ｂと、から構成される。プリズム部１０１は、さらにプリズム１０１ａと１０１ｄから構成されている。
【０１１９】
ここで、プリズム１０１ａとプリズム１０１ｄとの間の斜面に、上記各実施例の偏波分離素子１０１ｅが形成されている。
【０１２０】
図面左方からプリズム１０１ａへ入射する光のうち、Ｐ偏光光は、偏波分離素子１０１ｅを透過し、プリズム斜面で反射された後、撮像素子１０２ｂへ入射する。
【０１２１】
これに対して、図面左方からプリズム１０１ａへ入射する光のうち、Ｓ偏光光は、偏波分離素子１０１ｅを反射ミラー１０１ｂの方向へ反射する。反射ミラー１０１ｂで反射された光は、λ／４板１０１ｃを往復２回透過して、偏光方向がＰ偏光へ変換される。Ｐ偏光光は偏波分離素子１０１ｅを透過して、撮像素子１０２ａへ入射する。
【０１２２】
これにより、入射光を２光路に分割する素子において、広い波長領域において、単純な多層膜（積層膜）により幅広い入射角度に対応する良好な特性を得られるという効果を奏する。
【０１２３】
（光学系）
次に、上記各実施例に係る偏波分離素子を有する光学系について説明する。図５３は、実施例９に係る光学系の構成を示す図である。本実施形態は、内視鏡用の光学系である。
【０１２４】
本実施形態に係る内視鏡２０１は、図５３に示されるように、被検体内に挿入される挿入部２０２内に配置される対物光学系２０３と、対物光学系２０３により集光された光を２つの光路に分割する光路分割部２０４と、光路分割部２０４により分割された光を同時に撮像して２つの画像を取得する撮像素子２０５と、撮像素子２０５上に結像される２つの光学像を部分的に切り欠くフレア絞り（遮蔽部）２０６と、を備えている。
【０１２５】
対物光学系２０３は、図５３に示されるように、物体側から順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズ２０７ａを有する負レンズ群２０７と正レンズ群２０８とを備えている。広い視野範囲から負レンズ群２０７によって屈折した光は、正レンズ群２０８によって集光された後に、後段の光路分割部２０４に向けて出力されるようになっている。
【０１２６】
光路分割部２０４は、大小２つの三角プリズム２０９、２１０と、ミラー２１１と、λ／４板２１２とを組み合わせて構成されている。第１プリズム２０９は、対物光学系２０３の光軸に直交する第１面２０９ａと光軸に対して４５°の角度をなした第２面２０９ｂと、光軸に平行な第３面２０９ｃとを備えている。第２プリズム２１０は、対物光学系２０３の光軸に対して４５°の角度をなした第１面２１０ａおよび第２面２１０ｂと、光軸に平行な第３面２１０ｃとを備えている。第２プリズム２１０の第１面２１０ａと第２面２１０ｂとは相互に直交している。
【０１２７】
第１プリズム２０９の第１面２０９ａは、対物光学系２０３から入射されてくる光束を入射させる入射面を構成している。第１プリズム２０９の第２面２０９ｂと第２プリズム２１０の第１面２１０ａとは間に偏向分離膜（図示略）を挟んで隙間無く密着させられることにより、偏光分離面を構成している。第２プリズム２１０の第２面２１０ｂは、第２プリズム２１０内を光軸方向に進行してきた光を９０°偏向する偏向面を構成している。
【０１２８】
ミラー２１１は第１プリズム２０９の第３面２０９ｃとの間にλ／４板２１２を挟んで配置されている。これにより、対物光学系２０３から射出された光束は、第１プリズム２０９の第１面２０９ａから第１プリズム２０９内に入射した後に、偏向分離膜が配置された偏光分離面（２０９ｂ、２１０ａ）においてＰ偏光（透過光）と、Ｓ偏光（反射光）とに分離される。
【０１２９】
偏光分離面（２０９ｂ、２１０ａ）における反射光は、第１プリズム２０９の第３面２０９ｃからλ／４板２１２を透過させられ、ミラー２１１で１８０°折り返されるように偏向され、λ／４板２１２を再度透過させられることで、偏光方向を９０°回転させられ、今度は偏光分離膜を透過して第２プリズム２１０の第３面２１０ｃから外部に射出されるようになっている。一方、偏光分離面（２０９ｂ、２１０ａ）における透過光は、第２プリズム２１０内を進行して第２プリズム２１０の第２面２１０ｂにおいて９０°偏向され、第２プリズム２１０の第３面２１０ｃから外部に射出されるようになっている。
【０１３０】
第１プリズム２０９の第１面２０９ａから第１プリズム２０９内に入射した後、第２プリズム２１０の第３面２１０ｃから射出されるまでの、分割された２つの光路を進行する光の光路長は若干、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度の光路長差ｄを有している。これにより、第２プリズム２１０の第３面２１０ｃに対向して配置された撮像素子２０５に入射される２つの光束による光学像は、ピント位置が若干異なるようになっている。
【０１３１】
撮像素子２０５は、第２プリズム２１０の第３面２１０ｃに平行間隔をあけて対向させられる撮像面２０５ａを有し、第２プリズム２１０の第３面２１０ｃから射出されてくる２つの光束を同時に入射させるようになっている。すなわち、撮像素子２０５は、ピント位置が異なる２つの光学像を同時に撮像するために、撮像素子２０５の全画素領域の中に、２つの矩形状の受光領域（有効画素領域）を備えている。
【０１３２】
これにより、内視鏡用の入射光を２光路に分割する光学系において、広い波長領域において、単純な多層膜（積層膜）により幅広い入射角度に対応する良好な特性を得られるという効果を奏する。
【０１３３】
（光学機器）
次に、上記各実施例に係る偏波分離素子を有する光学機器について説明する。図５４は、実施例１０に係る光学機器である内視鏡システムの構成を示す図である。また、図５５は、内視鏡システムの偏光ビームスプリッタを示す図である。本内視鏡システムは、上述の内視鏡用の対物光学系を有している。
【０１３４】
図５４に示すように本実施形態の内視鏡システム３０１は、被検体内に挿入される内視鏡３０２と、内視鏡３０２に照明光を供給する光源装置３０３と、内視鏡３０２に設けられた撮像素子により取得された画像信号に対する画像処理を行うプロセッサ装置３０４と、プロセッサ装置３０４により所定の画像処理がなされた画像信号を内視鏡画像として表示する画像表示装置３０５とを有する。
【０１３５】
内視鏡３０２は、被検体内に挿入される細長の挿入部３０６と、挿入部３０６の後端に設けられた操作部３０７と、操作部３０７から延出する第１ケーブル３０８とを有し、第１ケーブル３０８には、照明光を伝送するライトガイド３０９が挿通されている。
【０１３６】
内視鏡３０２の挿入部３０６の先端部３０６ａには、ライトガイド３０９から出射された照明光を拡散する照明レンズ３１５、被写体像を取得する対物光学系３１６、被写体像を撮像する撮像ユニット３１９ａが設けられている。第１ケーブル３０８の端部のライトガイドコネクタ３０８ａは、第１ケーブル３０８に挿通されたライトガイド３０９の後端部が照明光の入射端となるように光源装置３０３に着脱自在に接続されている。
【０１３７】
光源装置３０３は、光源として例えばキセノンランプ等のランプ３１１を内蔵する。なお、光源として、キセノンランプ等のランプ３１１に限定されるものでなく、発光ダイオード（ＬＥＤと略記）を用いても良い。
【０１３８】
ランプ３１１により発生した白色光は絞り３１２により通過光量が調整された後、コンデンサレンズ３１３により集光されてライトガイド３０９の入射端面に入射（供給）される。なお、絞り３１２は、絞り駆動部３１４により、絞り３１２の開口量が可変される。
【０１３９】
ライトガイド３０９は、光源装置３０３から入射端（後端側）に入射された照明光を挿入部３０６の先端部３０６ａ側に導光する。先端部３０６ａに導光された照明光は、ライトガイド３０９の出射端（先端側）から先端部３０６ａの先端面に配置された照明レンズ３１５により拡散されて照明窓３１５ａを介して出射され、被検体内部の観察対象部位を照明する。
【０１４０】
照明された観察対象部位は、先端部３０６ａの照明窓３１５ａに隣接して設けられた観察窓３２０に取り付けられた対物光学系３１６により、その後方側に配置した撮像素子３１７（図５５）に被写体像を結像する。
【０１４１】
対物光学系３１６は、複数の光学素子からなる光学素子群３１６ａ、遠方観察と近接観察の２つの観察領域にピント又は焦点を選択的に合わせられるように焦点切替機構としてのフォーカスレンズ３２１及びフォーカスレンズ３２１を駆動するアクチュエータ３２２を備えている。
【０１４２】
撮像ユニット３１９ａは、対物光学系３１６の挿入部３０６の後端部側に設けられ、被写体像をピントの異なる２つの光学像に分割する偏光ビームスプリッタ３１９と、２つの光学像を撮像して２つの画像を取得する撮像素子３１７を備えている。
【０１４３】
偏光ビームスプリッタ３１９は、図５５に示すように、第１プリズム３１８ａ、第２プリズム３１８ｂ、ミラー３１８ｃ、及びλ／４板３１８ｄを備えている。第１プリズム３１８ａ及び第２プリズム３１８ｂは共に光軸に対して４５度の斜度であるビームスプリット面を有し、第１プリズム３１８ａのビームスプリット面には偏光分離膜３１８ｅが設けられている。そして、第１プリズム３１８ａ及び第２プリズム３１８ｂは、互いのビームスプリット面を上記各実施例の偏光分離膜３１８ｅを介して当節させて偏光ビームスプリッタ３１９を構成している。また、ミラー３１８ｃは、第１プリズム３１８ａの端面近傍にλ／４板３１８ｄを介して設けられ、第２プリズム３１８ｂの端面には撮像素子３１７が取り付けられている。
【０１４４】
対物光学系３１６からの被写体像は、第１プリズム３１８ａにおいてビームスプリット面に設けられた偏光分離膜３１８ｅによりＰ偏光成分（透過光）とＳ偏光成分（反射光）とに分離され、反射光側の光学像と透過光側の光学像との２つの光学像に分離される。
【０１４５】
Ｓ偏光成分の光学像は、偏光分離膜３１８ｅで撮像素子３１７に対して対面側に反射されＡ光路を通り、λ／４板３１８ｄを透過後、ミラー３１８ｃで撮像素子３１７側に折り返される。折り返された光学像はλ／４板３１８ｄを再び透過する事で偏光方向が９０°回転し、偏光分離膜３１８ｅを透過して撮像素子３１７に結像される。
【０１４６】
Ｐ偏光成分の光学像は、偏光分離膜３１８ｅを透過してＢ光路を通り、撮像素子３１７に向かって垂直に折り返す第２プリズム３１８ｂのビームスプリット面と反対側に設けられたミラー面によって反射され、撮像素子３１７に結像される。この際、Ａ光路とＢ光路で、例えば、数十μｍ程度の所定の光路差を生じさせるようにプリズム硝路を設定しておき、ピントが異なる２つの光学像を撮像素子３１７の受光面に結像させる。
【０１４７】
すなわち、第１プリズム３１８ａ及び第２プリズム３１８ｂを、被写体像をピント位置が異なる２つの光学像に分離できるように、第１プリズム３１８ａにおける撮像素子３１７に至る透過光側の光路長（硝路長）に対して反射光側の光路長が短く（小さく）なるように配置する。
【０１４８】
撮像素子３１７は、ピント位置が異なる２つの光学像を夫々個別に受光して撮像するために、撮像素子３１７の全画素領域の中に、２つの受光領域（有効画素領域）が設けられている。２つの受光領域は、２つの光学像を撮像するために、これらの光学像の結像面と夫々一致するように配置されている。そして、撮像素子３１７において、一方の受光領域は、他方の受光領域に対してそのピント位置が相対的に近点側にシフトしており（ずれており）、他方の受光領域は一方の受光領域に対してそのピント位置が相対的に遠点側にシフトしている。これにより、ピントが異なる２つの光学像を撮像素子３１７の受光面に結像させるようになっている。
【０１４９】
なお、第１プリズム３１８ａと第２プリズム３１８ｂにおける両者の屈折率を異ならせることにより、撮像素子３１７に至る光路長を変えて２つの受光領域に対するピント位置を相対的にずらすようにしても良い。
【０１５０】
また、撮像素子３１７の受光領域の周囲には、２つに分割された光学像の幾何的なズレを補正するための補正画素領域が設けられている。補正画素領域内において製造上の誤差を抑え、後述する画像補正処理部３３２にて画像処理による補正を行なうことで、上記した光学像の幾何学的なズレを解消するようになっている。
【０１５１】
フォーカスレンズ３２１は、光軸の方向における２つの位置に移動可能となっており、アクチュエータ３２２により２つの位置間で一方の位置から他方の位置、他方の位置から一方の位置に移動するように駆動される。フォーカスレンズ３２１を前方側（物体側）の位置に設定した状態においては遠方観察する場合の観察領域の被写体にピントが合うように設定され、フォーカスレンズ３２１を後方側の位置に設定した状態においては近接観察する場合の観察領域の被写体にピントが合うように設定されている。
【０１５２】
なお、アクチュエータ３２２は、挿入部３０６内を挿通された信号線３２３と接続され、この信号線３２３はさらに操作部３０７から延出された第２のケーブル３２４内を挿通される。この第２のケーブル３２４の端部の信号コネクタ３２４ａは、プロセッサ装置３０４に着脱自在に接続され、上記信号線３２３は、プロセッサ装置３０４内に設けたアクチュエータ制御部３２５に接続される。
【０１５３】
このアクチュエータ制御部３２５は、例えば内視鏡３０２の操作部３０７に設けた切替操作スイッチ３２６からの切替操作信号も入力される。アクチュエータ制御部３２５は、切替操作スイッチ３２６の操作に応じてアクチュエータ３２２を電気的に駆動する駆動信号を印加して、フォーカスレンズ３２１を移動する。
【０１５４】
なお、切替操作信号を発生する切替操作部は、切替操作スイッチ３２６に限らず、切替操作レバー等でも良い。上記フォーカスレンズ３２１と、アクチュエータ３２２と、アクチュエータ制御部３２５とにより、焦点切替機構が形成される。ところで、本実施形態におけるフォーカス部は、前述の光軸方向にフォーカスレンズを移動させる手段に限定するものではない。例えば、レンズやフィルターを対物光学系に挿脱してフォーカスを切替える手段でも構わない。
【０１５５】
撮像素子３１７は挿入部３０６、操作部３０７、第２のケーブル３２４内を挿通された信号線３２７ａと接続され、信号コネクタ３２４ａがプロセッサ装置３０４に接続されることにより、プロセッサ装置３０４内に設けた画像処理部としての画像プロセッサ３３０と接続される。
【０１５６】
画像プロセッサ３３０は、撮像素子３１７により撮像されたピント位置が異なる２つの光学像に係る画像を夫々読み出す画像読出部３３１と、画像読出部３３１により読み出された２つの画像に対する画像補正を行う画像補正処理部３３２と、補正された２つの画像を合成する画像合成処理を行う画像合成処理部３３３とを有する。
【０１５７】
画像補正処理部３３２は、撮像素子３１７の２つの受光領域にそれぞれ結像される２つの光学像に係る画像に対し、互いのピント以外の差異が略同一となるように補正する。すなわち、２つの画像の各光学像における相対的な位置、角度及び倍率が略同一となるように２つの画像に対して補正を行う。
【０１５８】
被写体像を２つに分離して撮像素子３１７に夫々結像させる場合、幾何的な差異が生じる場合がある。すなわち、撮像素子３１７の２つの受光領域にそれぞれ結像される夫々の光学像は、相対的に倍率ズレ、位置ズレ、角度すなわち回転方向のズレ等が発生する場合がある。これらの差異を製造時などにおいて、完全に解消することは困難であるが、それらのズレ量が大きくなると、合成画像が２重画像となったり、不自然な明るさムラ等を生じたりする。このため、画像補正処理部３３２にて上述した幾何的な差異、明るさ差異を補正する。
【０１５９】
画像合成処理部３３３は、画像補正処理部３３２により補正された２つの画像間の対応する所定領域において、相対的にコントラストが高い画像を選択して合成画像を生成する。つまり、２つの画像における空間的に同一の画素領域それぞれにおけるコントラストを比較し、相対的にコントラストが高い方の画素領域を選択することにより、２つの画像から合成された１つの画像としての合成画像を生成する。なお、２つの画像の同一の画素領域におけるコントラスト差が小さい又は略同一である場合は、その画素領域に所定の重み付けして加算する合成画像処理により、合成画像を生成する。
【０１６０】
また、画像プロセッサ３３０は、画像合成処理部３３３により合成された１つの画像に対して、色マトリクス処理、輪郭強調、ガンマ補正等の後段画像処理を行う後段画像処理部３３４と、後段画像処理された画像を出力する画像出力部３３５とを有し、画像出力部３３５から出力される画像は画像表示装置３０５に出力される。
【０１６１】
さらに、この画像プロセッサ３３０は、画像読出部３３１により読み出された画像から基準の明るさに調光するための調光信号を生成する調光部３３６を有し、調光部３３６により生成した調光信号を光源装置３０３の絞り駆動部３１４に出力する。絞り駆動部３１４は、調光信号に従って、基準の明るさを維持するように絞り３１２の開口量を調整する。
【０１６２】
また、本実施形態は、画像補正処理部３３２において、画像を補正する場合に使用する補正パラメータ（の情報）を格納した補正パラメータ格納部３３７を設けている。
【０１６３】
内視鏡３０２にはその内視鏡３０２に固有の内視鏡識別情報（内視鏡ＩＤ）を格納したＩＤメモリ３３８を有すると共に、その内視鏡３０２において補正すべき固有の補正パラメータがある場合には、その内視鏡３０２に対応した補正パラメータを格納した補正パラメータ格納部３３７が設けてある。
【０１６４】
ここで、補正パラメータとは、例えば、光路分割素子や撮像素子のシェーディング特性、λ/４板の波長特性によって２つの光学像にかかる画像には上述した幾何的な差異や明
るさの差異、もしくは色の差異が生じることがある。２画像間にこのような差異があると、合成画像に不自然な明るさムラや色ムラが生じてしまうため、これを補正するために光路分割素子や撮像素子、λ/４板の特性を考慮して決定されたものである。
【０１６５】
なお、画像補正処理部３３２は予め設定された補正パラメータを補正パラメータ格納部３３７から受け取り補正が行なわれるようにしても良い。例えば、工場出荷時に、予めそのズレ量を補正パラメータ格納部３３７に設定しておき、内視鏡３０２が画像プロセッサ３３０に接続された際に、内視鏡３０２が接続されたことを認識して補正パラメータ格納部３３７から対応する補正パラメータを呼び出して補正を行なうようにすることができる。
【０１６６】
なお、補正すべき固有の補正パラメータがない場合には、補正パラメータ格納部３３７を設けることが不必要になる。また、補正パラメータ格納部３３７をＩＤメモリ３３８の内部に設ける場合に限定されるものでなく、ＩＤメモリ３３８と別のメモリに設けるようにしても良い。
【０１６７】
そして、画像プロセッサ３３０の制御部３３９は補正の有無を内視鏡３０２側に設けた内視鏡ＩＤで識別して、補正有りの場合には内視鏡３０２側に格納されているＩＤメモリ３３８内の補正パラメータ格納部３３７から補正パラメータを読み取り、この補正パラメータを画像補正処理部３３２に送る。
【０１６８】
画像補正処理部３３２は、制御部３３９から転送された補正パラメータに基いて各内視鏡３０２に搭載された撮像ユニット３１９ａに対応した画像補正を行う。
【０１６９】
また、画像補正処理部３３２は、補正パラメータを用いて、２つの像または画像における１つを基準像または基準画像として上述した倍率の差異の補正、位置の差異の補正等、画像の補正を行う。例えば、２つの画像で倍率ズレが生じる場合は、対物光学系３１６の仕様による場合がある。
【０１７０】
対物光学系３１６のサイズを比較的小さくしようとした場合、テレセントリック性を崩して撮像素子３１７への光線が斜めに入射するような設計が行なわれる場合がある。例えば、光軸とのなす角を入射角として、時計回りをプラス、反時計回りをマイナスとすると、マイナスの入射角となるような設計が行なわれる。
【０１７１】
このようなテレセントリック性が崩れた対物光学系でピント位置をずらすと２つの画像間で倍率ズレが生じる事になる。
【０１７２】
このような設計上の仕様であれば、予めそのズレ量を補正パラメータ格納部３３７に格納しておき、対象の内視鏡３０２がプロセッサ装置３０４に接続された場合、その内視鏡３０２を認識して補正パラメータ格納部３３７から対応する補正パラメータを呼び出して補正を行なうようにする。
【０１７３】
撮像ユニット３１９ａの組立て時に２つの画像の相対的な画素の位置が微小にズレる場合がある。この場合、製造時のズレ量を補正パラメータ格納部３３７に格納しておき、画像補正処理部３３２にてそのズレ補正を行なうようにする。位置のズレ補正は例えば撮像素子３１７の一方の受光領域で撮像された画像と他方の受光領域で撮像された画像との相対的な位置が合致するように２つの画像の読出し位置を修正するような処理が行なわれ、位置ズレが補正された後、画像合成処理部３３３に出力される。
【０１７４】
なお、本実施形態における予め設定された補正パラメータによる補正を行う代わりに、内視鏡使用時に、別途用意されるアジャスト用基準チャートによって補正を行なっても良い。例えば基準チャートを内視鏡３０２の先端部３０６ａに所望の位置に配置するようにし、基準チャートに対する２つの画像のズレを画像補正処理部３３２にて読み取り、そのズレ補正をするようにしても良い。
【０１７５】
これにより、内視鏡システムにおいて、広い波長領域において、単純な多層膜（積層膜）により幅広い入射角度に対応する良好な特性の２つの画像を得られ、この２つの画像を合成して被写界深度が大きい画像を取得できるという効果を奏する。
【０１７６】
なお、上述の偏波分離素子は、複数の構成を同時に満足してもよい。このようにすることが、良好な偏波分離素子、偏波分離素子設計方法、光学系、及び光学機器を得る上で好ましい。
【０１７７】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、これら実施形態の構成を適宜組合せて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
以上のように、本発明は、構造複屈折層を必要とせず、単純な多層膜（積層膜）により幅広い入射角度に対応する偏波分離素子、偏波分離素子設計方法、光学系及び光学機器に有用である。
【符号の説明】
【０１７９】
１００  プリズム素子
１０１  プリズム部
１０１ｃ  λ／４板
１０１ｂ  反射ミラー
１０２ａ、１０２ｂ  撮像素子
１０１ａ、１０１ｄ  プリズム
１０１ｅ  偏波分離素子
２０１  内視鏡
２０２  挿入部
２０３  対物光学系
２０４  光路分割部
２０５  撮像素子
２０５ａ  撮像面
２０６  フレア絞り（遮蔽部）
２０７  負レンズ群
２０８  正レンズ群
２０９ｂ  第２面（偏光分離面）
２１０ａ  第１面（偏光分離面）
２１０ｂ  第２面（偏向面）
２１１  ミラー
２１２  λ／４板
３０１  内視鏡システム
３０２  内視鏡
３０３  光源装置
３０４  プロセッサ装置
３０５  画像表示装置
３０６  挿入部
３１６  対物光学系
３１７  撮像素子
３１８ａ  第１プリズム
３１８ｂ  第２プリズム
３１８ｃ  ミラー
３１８ｄ  λ／４板
３１８ｅ  偏光分離膜
３１９  偏光ビームスプリッタ
３１９ａ  撮像ユニット
３３０  画像処理部（画像プロセッサ）
３３２  画像補正処理部
３３３  画像合成処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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