(57)【要約】      （修正有）【課題】45°入射の可視光に対しても、反射光量より透過光量が多い状態と、反射光量が透過光量以上の状態とを切り替えられる光分岐光学素子を提供する。【解決手段】対向面に所定の多層膜２ａ、２ｂを有し、間隙を介して配置された第1の基板１ａ及び第2の基板１ｂと第1の基板１ａ及び第2の基板１ｂとの間隔を0〜300 nmの距離に調節できる調節手段とからなり、第1の基板１ａ側からの入射光の一部を反射させ、残りの光を第2の基板１ｂ側に透過させる光分岐光学素子１０であって、第1の基板１ａ及び第2の基板１ｂの間隔を調節することにより、(a)（前記第1の基板側への反射光量）＜（前記第2の基板側への透過光量）である第1の状態と、(b)（前記第1の基板側への反射光量）≧（前記第2の基板側への透過光量）である第2の状態とに相互に切り替えることができる光分岐光学素子１０。【選択図】図１
2015206901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向面が平行になるように向い合せて配置され、それぞれの対向面に所定の多層膜が設けられた透明な第1の基板及び第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2基板との間隔を0〜300nmの所定の距離に調節できる調節手段とからなり、
前記第1の基板側からの入射光の一部を前記第2の基板の多層膜と前記第1の基板の多層膜とで反射させ、残りの光を前記第2の基板側に透過させる光分岐光学素子であって、
前記調節手段で、前記第1の基板と前記第2の基板との間隔を調節することにより、可視光（波長400〜700 nm）において、
(a)（前記第1の基板側への反射光量）＜（前記第2の基板側への透過光量）である第1の状態と
(b)（前記第1の基板側への反射光量）≧（前記第2の基板側への透過光量）である第2の状態と
に相互に切り替えることができることを特徴とする光分岐光学素子。
【請求項２】
請求項1に記載の光分岐光学素子において、前記第1の基板と前記第2の基板との間隔が、前記第1の状態時よりも前記第2の状態時の方が大きいことを特徴とする光分岐光学素子。
【請求項３】
請求項1又は2に記載の光分岐光学素子において、前記第1の基板及び前記第2の基板が光学ガラス、透明セラミックス、又は透明プラスチックからなることを特徴とする光分岐光学素子。
【請求項４】
請求項1〜3のいずれかに記載の光分岐光学素子において、前記第1の基板及び前記第2の基板の対向面に形成された多層膜が、波長587.56 nmにおける屈折率が1.9〜2.7の高屈折率膜と波長587.56 nmにおける屈折率が1.35〜1.7の低屈折率膜とを交互に合計2層以上積層してなる多層膜であることを特徴とする光分岐光学素子。
【請求項５】
請求項1〜4のいずれかに記載の光分岐光学素子において、前記調節手段が印加電圧に応じて伸縮する圧電素子からなることを特徴とする光分岐光学素子。
【請求項６】
請求項1〜5のいずれかに記載の光分岐光学素子において、前記第1の基板の入射側及び前記第2の基板の出射側に、可視光（波長400〜700 nm）に対する反射防止膜が形成されていることを特徴とする光分岐光学素子。
【請求項７】
撮影光学系を通った被写体光を反射光と透過光とに分離する光分岐光学素子と、
前記光分岐光学素子の反射光が入射する眼視光学系と、
前記光分岐光学素子の透過光が入射する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
前記光分岐光学素子は、
対向面が平行になるように向い合せて配置され、それぞれの対向面に所定の多層膜が設けられた透明な第1の基板及び第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間隔を0〜300 nmの所定の距離に調節できる調節手段とからなり、
前記第1の基板と前記第2の基板との間隔を前記調節手段で調節することにより、可視光（波長400〜700 nm）において、反射光量と透過光量との比率を切り替えることができることを特徴とする撮影装置。
【請求項８】
請求項7に記載の撮影装置において、前記光分岐光学素子が前記撮影光学系と前記撮像素子との間に配置されていることを特徴とする撮影装置。
【請求項９】
請求項7又は8に記載の撮影装置において、前記光分岐光学素子の対向面が前記撮影光学系の光軸に対して30〜50°傾斜して配置されていることを特徴とする撮影装置。
【請求項１０】
請求項7〜9のいずれかに記載の撮影装置において、前記光分岐光学素子の前記第1の基板と前記第2の基板との間隔は、第1の距離と、前記第1の距離より大きい第2の距離との少なくとも2点で切り替えることができ、前記第1の距離に設定したときの反射光量と透過光量との比率(反射光量/透過光量)が、前記第2の距離に設定したときの反射光量と透過光量との比率(反射光量/透過光量)よりも小さいことを特徴とする撮影装置。
【請求項１１】
請求項10に記載の撮影装置において、静止画の撮影時に前記第1の距離に設定し、非撮影時に前記第2の距離に設定することを特徴とする撮影装置。
【請求項１２】
請求項11に記載の撮影装置において、前記光分岐光学素子の前記第1の基板と前記第2の基板との間隔が、前記第1の距離と、前記第2の距離と、前記第1及び第2の距離の間の第3の距離の３点で切り替えることができ、静止画を連続撮影するときに前記第1の距離、又は前記第3の距離に設定することを特徴とする撮影装置。
【請求項１３】
請求項12に記載の撮影装置において、動画を撮影する時に前記第1の距離、又は前記第3の距離に設定することを特徴とする撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光の反射率と透過率とを変化させることのできる光分岐光学素子、及びこの光分岐光学素子を利用した撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一眼レフカメラは可動式ミラーが搭載され、非撮影時には前記ミラーによりファインダ光学系（眼視光学系）に被写体光が導かれているが、撮影時には前記ミラーが撮影光路外に退避し、フィルム又は撮像素子を露光し、撮影終了後直ちに撮影光路内に前記ミラーが復帰してファインダ光学系に被写体光を導く機構となっている。このような機構を有するため、撮像装置が大型化及び重量化するとともに、撮影中はファインダ像が消失し、撮影の瞬間の被写体を見ることができない。特にスポーツ、レース、動物等の動きの速い被写体を追従しながら撮影する場合に、被写体を連続的に撮影しながら観察することが困難であり、いわゆる決定的な瞬間の撮影を取り逃すことがあった。
【０００３】
これに対し、固定式ミラーによって光束を分岐する機能を有する一眼レフカメラが提案されている。この種の一眼レフカメラでは、ファインダ系に光束を導く固定ミラーとして、例えば、光分岐フィルター(ペリクルミラーとも呼ばれる)を利用する。この光分岐フィルターによって、撮影光を常にファインダ側とフィルム（撮像素子）側との両方向に分岐し、撮影中に常にファインダにて被写体の状態を観察することが可能である。
【０００４】
例えば、特開平3-109504号（特許文献１）は、撮影レンズ透過光を分割して、反射光をファインダ光学系に、透過光を撮像素子にそれぞれ導く一眼レフカメラ用ハーフミラー（光分岐フィルター）を開示している。この光分岐フィルターは45度に設置した場合の透過光(撮像素子に向かう光)及び反射光(ファインダに向かう光)の強度がそれぞれ50%ずつとなるように設計されている。このようなハーフミラー型の光分岐フィルターを使用した場合、撮像素子に届く光量が減少するので、露光時間が長くなったり、フラッシュの光が届く距離が短くなったりするという問題が生じる。このような問題を解決するためには、例えば、低照度条件での撮影やフラッシュ撮影時には、この光分岐フィルターを従来のように可動できるようにする等の煩雑な機構が新たに必要となる。
【０００５】
近年のデジタル一眼レフカメラでは、本体背面にLCD(Liquid Crystal Display)パネルが設けられており、光学式ファインダと切り替えて、撮像素子が受光した画像をこのLCDパネルで確認することが可能である。そのため、例えば光学式ファインダを設けずに、このLCDパネルのみを搭載し、撮影者がLCDパネル画像を確認しながら撮影を行うデジタルカメラが提案されている。このような構成においては、自動焦点検知装置をカメラ本体上部に設置し、光分岐フィルターにより反射された光をこの自動焦点検知装置に導くような設計が可能である。
【０００６】
このような、ファインダ光学系を有さず、自動焦点検出装置のために光分岐フィルターを用いたデジタルカメラとして、特開2010-282133号（特許文献２）は、波長400〜650 nmでの反射率が25〜35%及び波長700 nm付近での反射率が60％以上の固定式光分岐フィルターを設けた撮像装置を開示している。この光分岐フィルターは、自動焦点検出用の補助光（700 nm付近の赤外光）に対する反射率が可視光に比べて相対的に高いので、自動焦点検知装置に導入される光量が多くなり精度のよい自動焦点検知が可能となる。しかしながら、このような固定式光分岐フィルターを利用した場合であっても、可視光の反射率を完全に０％とすることは不可能であり、この例の場合は、常に25〜35％の可視光が反射して自動焦点検知装置側に導かれているため、撮像素子側の光量が減少し撮影画像が暗くなるという問題点がある。
【０００７】
特開2010-282172号（特許文献３）は、撮影光学系を通った被写体光を透過光と反射光とに分離するための、光学的等方性を有する光透過性フィルム（光分岐フィルター）を備えた撮像装置を開示しており、前記光透過性フィルム上に形成された無機材料層により、透過光と反射光との光量の比率を調節できると記載している。しかしながら、特許文献３に記載の光分岐フィルターも、撮像素子側の光量が減少し撮影画像が暗くなるという問題点を有している。
【０００８】
特開2000-199818号（特許文献４）は、片面に反射膜を設けた2つの透明基板を、反射膜を設けた面を対向させて配置したエタロン型光学フィルターを備えたカラー画像読み取り装置を開示しており、前記フィルターの2つの透明基板間隔を変化させることにより透過波長をシフトさせることができ、異なる色（青色、緑色、赤色等）の情報を読み取ることのできると記載している。この発明では透明基板を、印加電圧によって伸縮する圧電素子(ピエゾトランスデューサー)を利用して駆動し、高速(μsec程度)かつ高精度(nm程度)に基板間隔を制御している。しかしながら、この可変光学フィルターは、透過波長をシフトさせるための波長帯域フィルターとしての利用は可能だが、反射光と透過光との光量比を制御するものではないので、光分岐フィルターとしての働きはない。
【０００９】
特開2009-180822号（特許文献５）は、撮像素子と、観察光学系と、透過率が可変の調光ミラー面を有する光路切り替え手段と、開口部とを有し、前記調光ミラー面の透過率を切り替えることにより、撮像素子と観察光学系とに入射する光の光量を切り替えることのできる撮像装置を開示しており、前記調光ミラーは、電圧を印加又は電流を流すことによって反射調光作用を発現する全固体型反射調光エレクトロクロミック素子［特開2007-102197号（特許文献６）を参照］からなると記載している。しかしながら、前記全固体型反射調光エレクトロクロミック素子は、波長670 nmにおける透過率の変化が0〜50%程度、反射率の変化が10〜30%程度であり、また可視全域（波長400〜700 nm）において変化させることができないので、撮像装置に使用する調光ミラーとしては性能的に十分に満足できるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平3-109504号公報
【特許文献２】特開2010-282133号公報
【特許文献３】特開2010-282172号公報
【特許文献４】特開2000-199818号公報
【特許文献５】特開2009-180822号公報
【特許文献６】特開2007-102197号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、ほぼ45°の入射角の可視光(波長400〜700 nm)に対しても、反射光量より透過光量が多い状態と、反射光量が透過光量以上の状態とを切り替えることのできる光分岐光学素子を提供することにあり、さらに前記光分岐光学素子を使用することで、例えばファインダ側（自動焦点検知装置側）の光と、撮像素子側の光とを切り替えることができる撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、透明な２枚の基板の片面に屈折率1.9〜2.7の高屈折率膜と屈折率1.35〜1.7の低屈折率膜とを交互に積層してなる多層膜を形成し、これらの2枚の透明基板を、前記多層膜面を対向させて平行に配置し、それらの間隔を変化させることにより、ほぼ45°で入射する可視光（波長400〜700 nm）の反射光量を0%〜70%（透過光量を100%〜30%）の範囲で切り替えられることを見出し、本発明に想到した。
【００１３】
すなわち、本発明の光分岐光学素子は、
対向面が平行になるように向い合せて配置され、それぞれの対向面に所定の多層膜が設けられた透明な第1の基板及び第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2基板との間隔を0〜300 nmの所定の距離に調節できる調節手段とからなり、
前記第1の基板側からの入射光の一部を前記第2の基板の多層膜と前記第1の基板の多層膜とで反射させ、残りの光を前記第2の基板側に透過させる光分岐光学素子であって、
前記調節手段で、前記第1の基板と前記第2の基板との間隔を調節することにより、可視光（波長400〜700 nm）において、
(a)（前記第1の基板側への反射光量）＜（前記第2の基板側への透過光量）である第1の状態と
(b)（前記第1の基板側への反射光量）≧（前記第2の基板側への透過光量）である第2の状態と
に相互に切り替えることができることを特徴とする。
【００１４】
前記第1の基板と前記第2の基板との間隔は、前記第1の状態時よりも前記第2の状態時の方が大きいのが好ましい。
【００１５】
前記第1の基板及び前記第2の基板は、光学ガラス、透明セラミックス、又は透明プラスチックからなるのが好ましい。
【００１６】
前記第1の基板及び前記第2の基板の対向面に形成された多層膜は、波長587.56 nmにおける屈折率が1.9〜2.7の高屈折率膜と波長587.56 nmにおける屈折率が1.35〜1.7の低屈折率膜とを交互に合計2層以上積層してなる多層膜であるのが好ましい。
【００１７】
前記調節手段は印加電圧に応じて伸縮する圧電素子からなるのが好ましい。
【００１８】
前記第1の基板の入射側及び前記第2の基板の出射側に、可視光（波長400〜700 nm）に対する反射防止膜が形成されているのが好ましい。
【００１９】
本発明の撮影装置は、
撮影光学系を通った被写体光を反射光と透過光とに分離する光分岐光学素子と、
前記光分岐光学素子の反射光が入射する眼視光学系と、
前記光分岐光学素子の透過光が入射する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
前記光分岐光学素子は、
対向面が平行になるように向い合せて配置され、それぞれの対向面に所定の多層膜が設けられた透明な第1の基板及び第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間隔を0〜300 nmの所定の距離に調節できる調節手段とからなり、
前記第1の基板と前記第2の基板との間隔を前記調節手段で調節することにより、可視光（波長400〜700 nm）において、反射光量と透過光量との比率を切り替えることができることを特徴とする。
【００２０】
前記光分岐光学素子は、前記撮影光学系と前記撮像素子との間に配置されているのが好ましい。
【００２１】
前記光分岐光学素子の対向面は、前記撮影光学系の光軸に対して30〜50°傾斜して配置されているのが好ましい。
【００２２】
前記光分岐光学素子の前記第1の基板と前記第2の基板との間隔は、第1の距離と、前記第1の距離より大きい第2の距離との少なくとも2点で切り替えることができ、前記第1の距離に設定したときの反射光量と透過光量との比率(反射光量/透過光量)が、前記第2の距離に設定したときの反射光量と透過光量との比率(反射光量/透過光量)よりも小さいのが好ましい。
【００２３】
静止画の撮影時に前記第1の距離に設定し、非撮影時に前記第2の距離に設定するのが好ましい。
【００２４】
前記光分岐光学素子の前記第1の基板と前記第2の基板との間隔は、前記第1の距離と、前記第2の距離と、前記第1及び第2の距離の間の第3の距離の３点で切り替えることができ、静止画を連続撮影するときに前記第1の距離、又は前記第3の距離に設定するのが好ましい。
【００２５】
動画を撮影する時に前記第1の距離、又は前記第3の距離に設定するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の光分岐光学素子は、２枚の基板の間隔を制御することで、ほぼ45°で入射する可視光（波長400〜700 nm）に対しても、反射光量／透過光量の比率を容易に調節することができるので、一眼レフカメラに使えば、従来の一眼レフカメラで採用されていた可動式ミラーを使用しなくてもファインダ側と撮像素子側との光路の切り替えが可能となる。さらに、透過光量の調節が可能なので、従来の固定式光分岐光学素子を用いた場合に問題となる、撮像素子への光量の減少を起こさないで撮像装置の設計が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の光分岐光学素子の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の光分岐光学素子の第1の基板を通過する光の経路を示す模式断面図である。
【図３】基板に設けられた反射防止膜の分光反射特性を示すグラフである。
【図４】多層膜が設けられた基板を２枚対向させてなる光分岐光学素子の一例を示す模式断面図である。
【図５】本発明の光分岐光学素子の分光反射特性を示すグラフである。
【図６】圧電素子の一例を示す模式図である。
【図７】圧電素子に印加する電圧と変位量との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の撮影装置を示す模式断面図である。
【図９】実施例１の光分岐光学素子の分光反射特性を示すグラフである。
【図１０】実施例１の光分岐光学素子の分光透過特性を示すグラフである。
【図１１】実施例2の光分岐光学素子の分光反射特性を示すグラフである。
【図１２】実施例2の光分岐光学素子の分光透過特性を示すグラフである。
【図１３】実施例3の光分岐光学素子を示す模式断面図である。
【図１４】実施例3で作製した反射防止膜の分光反射特性を示すグラフである。
【図１５】実施例3の光分岐光学素子の分光反射特性を示すグラフである。
【図１６】実施例3の光分岐光学素子の分光透過特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
[1] 光分岐光学素子
本発明の光分岐光学素子は、
対向面が平行になるように向い合せて配置され、それぞれの対向面に所定の多層膜が設けられた透明な第１の基板及び第２の基板と、
前記第1の基板と前記第2基板との間隔を0〜300 nmの所定の距離に調節できる調節手段とからなり、
前記第1の基板側からの入射光の一部を前記第2の基板の多層膜と前記第1の基板の多層膜とで反射させ、残りの光を前記第2の基板側に透過させる光分岐光学素子であって、
前記調節手段で、前記第1の基板と前記第2の基板との間隔を調節することにより、可視光（波長400〜700 nm）において、
(a)（前記第1の基板側への反射光量）＜（前記第2の基板側への透過光量）である第1の状態と
(b)（前記第1の基板側への反射光量）≧（前記第2の基板側への透過光量）である第2の状態と
に相互に切り替えることができることを特徴とする。
【００２９】
前述のように、多層膜2a、2bが設けられた２枚の基板1a、1bを0〜300 nmの間隙3をおいて対向させることにより、前記間隙3が空気（屈折率1.0）からなる１つの層として働き、図4に示すように、第１の基板1aに設けられた多層膜2aと、空気層（間隙3）と、第２の基板1bに設けられた多層膜2bとからなる構成の多層膜2cとなる。前記間隙3の距離を変化させることにより、第１の多層膜2aと空気層（間隙3）と第２の多層膜2bとの干渉効果が変化するので、前記多層膜2cは、可視光（波長400〜700 nm）を反射させたり、透過させたり、又は一部の可視光を反射させ残りの光を透過させたりすることが可能である。前記調節手段としては、圧電素子等のアクチュエーターが使用できる。
【００３０】
本発明の光分岐光学素子は、例えば、一眼レフカメラの可動式ミラーに代えて使用することが可能である。すなわち、本発明の光分岐光学素子は、前記間隙3の距離を調節することで、反射率の高い状態（反射ミラー）と透過率の高い状態（透過フィルター）とに切り替えることが可能なので、可動式ミラーを用いてファインダ側と撮像素子側とに光路を切り替える代わりに、本発明の光分岐光学素子を使用して、前記間隙3の距離を切り替えることで、ファインダ側と撮像素子側とに光路を高速に切り替えることが可能である。一眼レフカメラに使用する場合、前記第1の状態は、前記第1の基板側への反射光量が0〜10％で、前記第2の基板側への透過光量が90〜100％であるのが好ましく、前記第2の状態は、前記第1の基板側への反射光量が50〜70％で、前記第2の基板側への透過光量が30〜50％であるのが好ましい。
【００３１】
(1)全体構成
本発明の光分岐光学素子10は、図1に示すように、多層膜2aが設けられた透明な第１の基板1aと、前記第１の基板1aの多層膜2aが設けられた面と対向するように一定の間隙3を置いて平行に配置され、対向面に多層膜2bが設けられた透明な第２の基板1bと、前記第１の基板1a及び第２の基板1bの一方の端部を間隔調節板41a、41bを介して接続する圧電素子51と、前記第１の基板1a及び第２の基板1bの他方の端部を間隔調節板42a、42bを介して接続する圧電素子52とからなる。前記圧電素子51及び圧電素子52は、アクチュエーター制御部からの信号に応じて駆動回路から印加される電圧により伸縮し、前記第１の基板1a及び第２の基板1bの両端部（図では上端部及び下端部）に設けられた前記間隔調節板41a、41b及び間隔調節板42a、42bをそれぞれ駆動することにより、前記第１の基板1a及び第２の基板1bの前記間隙3を対向面の平行を維持しながら0〜300 nmの所定の距離に調節することができる。
【００３２】
前記間隔調節板41a、42a及び間隔調節板41b、42bは、それぞれ前記第１の基板1a及び第２の基板1bの前記多層膜2a、2bが設けられた面とは反対側の面に接着して設けるのが好ましい。前記間隔調節板41a、41b、及び前記間隔調節板42a、42bを、圧電素子51及び圧電素子52によって接続するとともに、前記基板1aと基板1bとの間隔をスムーズに変更できるように、前記間隔調節板41a、41b間及び前記間隔調節板42a、42b間に、それらを移動自在に接続するガイド（図示せず）を設けるのが好ましい。
【００３３】
(2)第１の基板及び第２の基板
第１の基板1a及び第２の基板1bは、互いに対向する面にそれぞれ多層膜2a及び多層膜2bを有しており、前述したように、これらの多層膜2a,2bは、多層膜2a、間隙3及び多層膜2bから構成される多層膜2cにより可視光を干渉させる効果を有する。このような効果を発揮させるためには、前記多層膜2a,2bは、波長587.56 nmにおいて屈折率1.9〜2.7の高屈折率膜と屈折率1.35〜1.7の低屈折率膜とを交互に合計2層以上積層してなるのが好ましい。多層膜2a,2bは2層〜10層であるのが好ましく、3層〜6層であるのがより好ましい。各層の光学膜厚は1〜250 nmであるのが好ましく、5〜225 nmであるのがより好ましい。
【００３４】
前記高屈折率膜を形成する材料としては、TiO2、Nb2O5、Ta2O5、ZrO2、HfO2、CeO2、SnO2、In2O3、ZnO、SnドープIn2O3、AlドープZnO、GaドープZnO、La2O3、Sb2O3等が挙げられ、前記低屈折率膜を形成する材料としては、MgF2、SiO2、Al2O3,SiO2とAl2O3の混合物等が挙げられる。これらの高屈折率膜及び低屈折率膜は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法、熱CVD、プラズマCVD、光CVD等の化学蒸着法等により形成することができる。特に真空蒸着法が好ましい。さらに、空気側の最外層に貼り付き防止層として有機フッ素化合物(キャノンオプトロン株式会社製：OF-CK,メルク株式会社製：サブスタンスWR4，東京製品開発研究所製：パラックコートなど)からなる単分子層(光学膜厚1 nm〜10 nm)を付与しても良い。
【００３５】
第１の基板1a及び第２の基板1bは、前記多層膜2a、2bが設けられた面とは反対側の面（可視光が光分岐光学素子に入射する側の面及び出射する側の面）にそれぞれ可視光（波長400〜700 nm）に対する反射防止膜6a及び反射防止膜6bを有するのが好ましい。反射防止膜としては、低屈折率膜材料のSiO2やMgF2を光学膜厚90〜190 nmで形成した単層反射防止膜や、高屈折率膜材料のZrO2やTa2O5を光学膜厚180〜380 nmで形成し、低屈折率膜材料のSiO2やMgF2を光学膜厚90〜190 nmで形成した2層反射防止膜や、高屈折率膜材料のTiO2やNb2O5と低屈折率膜材料のSiO2やMgF2を光学膜厚5〜190 nmで積層した6層反射防止膜などの通常利用されている反射防止膜が利用可能である。
【００３６】
前記基板は、光学ガラス、透明セラミックス、又は透明プラスチックからなるのが好ましい。
【００３７】
(3) 調整手段
前記光分岐光学素子10の基板1a、1b間隔を0〜300nmの距離に調節するための調節手段としては、例えばμsec単位の高速で、かつnm単位の高精度で伸縮制御が可能な圧電素子等のアクチュエーターを利用するのが好ましい。圧電素子200は、図6に示すように、圧電セラミックス201が内部電極202を介して積層された構造を有しており、前記内部電極202が接続された外部電極203に電圧をかけると積層方向に変位を生じる。例えば、L1=L2=0.9 mm及びH=1.6 mmのサイズの圧電素子200に電圧をかけた場合の積層方向の変位量は、図7のように、印加した電圧に対して直線的に変化する。従って、このような圧電セラミックス201を使用することにより、前記第１の基板と前記第２の基板との間隔を0〜300 nmの範囲で変化させることができる。このような圧電素子を利用して前記光分岐光学素子の基板間隔を制御することにより、非常に短い時間で、例えば、反射率を60〜70％とほぼ0％との間(透過率を30〜40％とほぼ100％との間)で切り替えることができる。従って、この光分岐光学素子を、撮影装置において可動式ミラーに代えて使用することにより、光学ファインダ及び撮像素子への光路を迅速に切り替えることができる。
【００３８】
本発明の光分岐光学素子は、例えば、反射防止膜6aが設けられた側から第１の基板1aに入射した可視光の一部を、多層膜2a／間隙3（空気）／多層膜2bからなる多層膜2cで反射して基板1aの反射防止膜6a側に出射させるとともに、残りの光を通過させて、基板1bに設けられた反射防止膜6b側から出射させる。光分岐光学素子は、多層膜2a／間隙3（空気）／多層膜2bからなる多層膜2cの間隙3の距離を変化させることにより、透過する可視光と反射する可視光とを制御する。
【００３９】
本発明の光分岐光学素子は、45°入射の可視光（波長400〜700 nm）に対して反射光量／透過光量の比率を容易に調節することを目的とする。図2に示すように、媒体（空気）から第１の基板1aの反射防止膜6a側の面に、θ0=45°の角度で入射した可視光は、空気の屈折率n0=1.0、及び第1の基板1aの屈折率n1=1.516とした場合、第1の基板1aから出射し、多層膜2a／間隙3（空気）／多層膜2bからなる多層膜2cへ入射する光の入射角θ1は、スネルの法則（n0×sinθ0=n1×sinθ1）から27.8°となる。従って、多層膜2a／間隙3（空気）／多層膜2bからなる多層膜2cは、27.8°で入射する可視光に対して設計する必要がある。
【００４０】
(4)実施の形態
以下に本発明の光分岐光学素子について、具体的な実施の形態を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００４１】
図4に示すように、一方の面に多層膜2aを設け、他方の面に反射防止膜6a（図示せず）を設けた第1の基板1aと、一方の面に多層膜2bを設け、他方の面に反射防止膜6b（図示せず）を設けた第2の基板1bとを、第1の基板1aの多層膜2aと第2の基板1bの多層膜2bとが間隙3を介して対向するように配置してなる光分岐光学素子を以下のように構成した。
【００４２】
屈折率1.516の光学ガラス（例えば、株式会社オハラ製S-BSL7（nd=1.516）)からなる第1の基板1aの入射側及び第2の基板1bの出射側に、表1に示すように、基板1a,1b側からTiO2(nd=2.455)とSiO2(nd=1.481)とを交互に積層してなる10層構成の反射防止膜6a、6bを形成した。この反射防止膜のθ0=45°で入射する可視光(波長400〜700 nm)に対する分光反射率を図3に示す。
【００４３】
【表１】
2015206901.tif 000003
【００４４】
第1及び第2の基板1a.1bの前記反射防止膜6a、6bを形成した面と反対側の面に、第１の基板1a側からTiO2(nd=2.455)とAl2O3(nd=1.635)とを交互に積層してなる7層構成の多層膜2aを形成し、一方で第2の基板1b側からTiO2(nd=2.455)とAl2O3(nd=1.635)とを交互に積層してなる7層構成の多層膜2bを形成し、一定の間隙3（空気の層）を介して多層膜2b,2bを対向させ、表２に示すように、基板1a／多層膜2a／間隙3／多層膜2b／基板2aからなる２種類の光学素子を構成した。光学膜厚１の構成の光学素子１は間隙3の光学膜厚が0.00 nm（第1の距離）であり、光学膜厚２の構成の光学素子２は間隙3の光学膜厚が185.40 nm（第2の状態）である。なお表２では便宜上基板1a側から基板1bまで、第１層〜第７層（多層膜2a）、第８層（間隙3）、及び第９層〜第15層（多層膜2b）とした。
【００４５】
【表２】
2015206901.tif 000004
【００４６】
これらの光学素子１及び光学素子２の分光反射率を図5に示す。間隙3が光学膜厚0.00 nm(光学膜厚1)の構成の光学素子１は、基板1a／多層膜1b／間隙3／多層膜2b／基板2aで構成される部分が光の干渉効果により反射防止膜の役割をし、入射角27.8°の可視光(波長400〜700 nm)に対してほとんど反射が認められず、ほぼ0％の反射率であった。一方、間隙3が光学膜厚185.40 nm(光学膜厚2)の構成の光学素子２は、基板1a／多層膜1b／間隙3／多層膜2b／基板2aで構成される部分が光の干渉効果により反射ミラーの役割をし、入射角27.8°の可視光(波長400〜700 nm)に対して60〜70％の反射率を有する。すなわち、多層膜2aを設けた第1の基板1aと多層膜2bを設けた第2の基板1bとの空気間隔を光学膜厚0.00 nmと185.40 nmとの間で切り替えることにより、光分岐光学素子として使用することができる。
【００４７】
すなわち、このように多層膜2a、2bを有する基板1a、1b同士を対向させて構成した光分岐光学素子10は、前記２枚の基板1a、1bの間隔を0.00 nmから185.40 nmに変更する（少なくとも１枚の基板を185.40 nm移動させる）だけで、可視光に対する反射率を0から60〜70％（すなわち透過率を100から30〜40％）に変化させることができるものである。
【００４８】
[2]撮影装置
本発明の撮影装置は、
撮影光学系を通った被写体光を反射光と透過光とに分離する光分岐光学素子と、
前記光分岐光学素子の反射光が入射する眼視光学系と、
前記光分岐光学素子の透過光が入射する撮像素子と
を備えた撮像装置であって、
前記光分岐光学素子は、
対向面が平行になるように向い合せて配置され、それぞれの対向面に所定の多層膜が設けられた透明な第1の基板及び第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間隔を0〜300 nmの所定の距離に調節できる調節手段とからなり、
前記第1の基板と前記第2の基板との間隔を前記調節手段で調節することにより、可視光（波長400〜700 nm）において、反射光量と透過光量との比率を切り替えることができることを特徴とする。
【００４９】
本発明の撮影装置100は、図8に示すように、カメラボディ101と、前記カメラボディ101に被写体からの光を取り込むための開口部102と、前記開口部102に接続される鏡筒103とによって構成される。前記鏡筒103は、その内部に撮影レンズ104が配置されている。前記カメラボディ101は、被写体からの光を電気信号に変換する撮像素子105と、前記撮像素子105の入射側に配置されたフィルター106と、被写体からの光を前記撮像素子105側と眼視光学系（ファインダ光学系とも言う）側とに分岐させるための本発明の光分岐光学素子10とからなり、前記眼視光学系は、入射した光を結像するための焦点板107と、前記焦点板107の像を接眼レンズ108に導くためのペンタプリズム109とからなる。ここで、撮像素子105は、光分岐光学素子10に対して透過光路上に配置され、一方、眼視光学系は、光分岐光学素子10に対して反射光路上に配置されている。
【００５０】
図8に示す例では、前記光分岐光学素子10は、反射光が眼視光学系に導かれるように、前記第１の基板及び第２の基板の対向面を、前記撮影光学系の光軸110に対してほぼ45°傾けて取り付けられていが、その傾斜角度は、撮影装置100の構成及び設計に応じて適宜設定するのが好ましい。例えば、前記撮影光学系の光軸に対して30〜50°傾斜して配置されているのが好ましい。
【００５１】
前記光分岐光学素子10は、前述したように、第1基板1aと第2基板2aとの間隙3を、アクチュエーター制御部からの信号により駆動回路に印加される電圧によって圧電素子51、52を伸び縮みさせて、第1の距離と前記第1の距離より大きい第2の距離との少なくとも2点で切り替えることができ、前記第1の距離に設定したとき(基板間隔が狭いとき)の反射光量と透過光量との比率(反射光量/透過光量)が、前記第2の距離に設定したとき(基板間隔が広いとき)の反射光量と透過光量との比率(反射光量/透過光量)よりも小さい。すなわち、基板間隔を狭くすると透過光量が増えるとともに反射光量が減り、逆に基板間隔を広くすると透過光量が減るとともに反射光量が増える。
【００５２】
例えば、多層膜を設けた基板1a,1bを2枚対向させてなる表2の構成の光学素子を、前記基板1a,1b間の間隙3の光学膜厚が0.00 nm(光学膜厚1の構成)である第1の距離と、185.40 nm(光学膜厚2の構成)である第2の距離とに相互に切り替えられるように設定することで、反射光量と透過光量との比率を変更することができ、光分岐光学素子として働く。撮影する際には前記基板1a,1b間の間隙3の光学膜厚を0.00 nm(第1の距離)とすることで、前記光分岐光学素子はほぼ100％の可視光を撮像素子に導くことができ、高い撮影感度を確保することができる。また、非撮影時には前記基板1a,1b間の間隙3の光学膜厚185.4 nm（第2の距離）に切り替えることで、前記光分岐光学素子は40〜30％の可視光を撮像素子に導き、60〜70％の可視光を反射させて眼視光学系に導くことができるため、現在の被写体像を確認することができる。
【００５３】
撮像素子105は、CCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor )等のセンサである。撮像素子105から取り出された撮像信号は撮像信号処理部（図示せず）で圧縮等の処理が施され、処理された信号がフラッシュメモリ等の記録媒体に記憶される。撮影装置100の背面に画像表示部（図示せず）を設けることにより、現在の被写体像（撮像素子105の撮像信号を信号処理部処理して得られる映像信号）を、ファインダとは別に表示することができる。画像表示部としては、LCD、有機EL(Electroluminescence)等のフラットディスプレイが使用される。
【００５４】
前記基板1a,1b間の間隙3の光学膜厚を、前記第1及び第2の距離に加えて、前記第1及び第2の距離の間の第3の距離に設定できるようにしてもよい。間隙3の光学膜厚を第3の距離を前記第1及び第2の距離の間の所定の距離に設定することにより、反射光量と透過光量との比率を、前記第1の距離における比率と、第2の距離における比率との間の任意の比率に設定することができる。このようにすることにより、光分岐光学素子の反射光量と透過光量との比率を目的に応じて３段階に切り替えることができる。
【００５５】
例えば、静止画の連続撮影時や動画の撮影時には、静止画の１コマ撮影時と同様に、前記第１の距離に設定し撮像素子への透過光量の比率を多くするのが好ましいが、特に動きの激しい被写体の撮影などで、撮影している間（露光時）にも被写体を確認したいという要求がある場合には、前記第１の距離と前記第２の距離との間の第３の距離に前記基板間隔を設定することにより、ある程度の感度を確保しつつ、自動焦点動作を可能にすることができる。同様に、動画を撮影するときにも、前記第1の距離に設定してもよいし、前記第3の距離に設定してもよい。
【実施例】
【００５６】
本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００５７】
実施例1
厚さ1 mmのS-BSL7平行平面基板1a(株式会社オハラ製、nd=1.516)の片面に表3-1に示す多層膜2aをスパッタリング法で形成し、その反対面に表1に示す反射防止膜6aをスパッタリング法で形成した。さらに、厚さ1 mmの別のS-BSL7平行平面基板1bの片面に表3-2に示す多層膜2bをスパッタリング法で形成し、その反対面に表1に示す反射防止膜6bをスパッタリング法で形成した。これらの平行平面基板1aと平行平面基板1bとを、図1に示すように、それぞれの多層膜2a、2bの面を対向させて、基板1a,1bの間隙3の距離を変更できるように圧電素子51,52を介して光分岐光学素子を作製した。使用した圧電素子は、図6に示すように、L1=L2=0.9 mm及びH=1.6 mmのサイズを有していた。
【００５８】
この光分岐光学素子に対して入射角45°で光線が入射するように設定して、アクチュエーター駆動回路から圧電素子に印加する電圧を0.0 V、0.1 V、0.2 V、3.5 V、3.6 V、及び3.7 Vと変えながら分光特性を測定した。これらの印加電圧に対応する基板1a,1bの間隙3の距離は、表4に示すとおりであった。このときの45°入射分光反射率の測定結果を図9に透過率測定結果を図10に重ねて示した。
【００５９】
【表３−１】
2015206901.tif 000005
【００６０】
【表３−２】
2015206901.tif 000006
【００６１】
【表４】
2015206901.tif 000007
【００６２】
これらの結果から、例えば、アクチュエーター駆動回路の印加電圧を、0.0 Vと3.6 Vとの間で切り替えて、基板1a,1bの間隙3の距離を0.0 nmと186.0 nmとの間で切り替えることにより、光分岐光学素子10の反射率を0%と60〜70%との間（透過率として100%と30〜40%との間）で瞬時に切り替え可能であることが分かる。この光分岐光学素子10を図8に示すような撮影装置100に使用した場合には、アクチュエーター駆動回路の印加電圧が3.6 V（基板1a,1bの間隙3の距離が186.0 nm）の状態では光分岐光学素子10が反射ミラーとして働くので、入射光の60〜70%を眼視光学系に導いて被写体像を観察し、撮影（露光）の瞬間に印加電圧を0.0 V（基板1a,1bの間隙3の距離が0.0 nm）に切り替えて入射光を100%透過させて撮像素子105で露光し、直ぐに印加電圧を3.6 Vに戻して被写体像を観察するといった使用が可能である。
【００６３】
実施例2
厚さ1 mmのZeonex480R平行平面基板1a(日本ゼオン株式会社製、nd=1.525)の片面に表5-1に示す多層膜2aをスパッタリング法で形成し、その反対面に表1に示す反射防止膜6aをスパッタリング法で形成した。さらに、厚さ1 mmの別のZeonex480R平行平面基板1bの片面に表5-2に示す多層膜2bをスパッタリング法で形成し、その反対面に表1に示す反射防止膜6bをスパッタリング法で形成した。これらの平行平面基板1aと平行平面基板1bを、図1に示すように、それぞれの多層膜2a、2bの面を対向させて、基板1a,1bの間隙3の距離を変更できるように圧電素子51,52を介して光分岐光学素子を作製した。使用した圧電素子は、実施例1と同じものである。
【００６４】
この光分岐光学素子に対して入射角45°で光線が入射するように設定して、アクチュエーター駆動回路からの圧電素子に印加する電圧を0.0 V、0.1 V、0.2 V、3.5 V、3.6 V、及び3.7 Vと変えながら分光特性を測定した。このときの45°入射分光反射率の測定結果を図11に透過率測定結果を図12に重ねて示した。
【００６５】
【表５−１】
2015206901.tif 000008
【００６６】
【表５−２】
2015206901.tif 000009
【００６７】
これらの結果から、例えば、アクチュエーター駆動回路の印加電圧を、0.0 Vと3.6 Vとの間で切り替えて、基板1a,1bの間隙3の距離を0.0 nmと186.0 nmとの間で切り替えることにより、光分岐光学素子10の反射率を0%と60〜70%との間（透過率として100%と30〜40%との間）で瞬時に切り替え可能であることが分かる。この光分岐光学素子10を図8に示すような撮影装置100に使用した場合には、アクチュエーター駆動回路の印加電圧が3.6 V（基板1a,1bの間隙3の距離が186.0 nm）の状態では光分岐光学素子10が反射ミラーとして働くので、入射光の60〜70%を眼視光学系に導いて被写体像を観察し、撮影（露光）の瞬間に印加電圧を0.0 V（基板1a,1bの間隙3の距離が0.0 nm）に切り替えて入射光を100%透過させて撮像素子105で露光し、直ぐに印加電圧を3.6 Vに戻して被写体像を観察するといった使用が可能である。
【００６８】
実施例3
厚さ1 mmのS-LAH58平行平面基板1a(株式会オハラ製、nd=1.883)の片面に表6に示す反射防止膜6aを真空蒸着法で形成し、その反対面に表7-1に示す多層膜2aを真空蒸着法で形成した。さらに、厚さ1 mmの別のS-LAH58平行平面基板1bの片面に表6に示す反射防止膜6bを真空蒸着法で形成し、表7-2に示す多層膜2bを真空蒸着法で形成した。これらの平行平面基板1aと平行平面基板1bを、図13に示すように、多層膜2a、2bの面を対向させて、基板1a,1bの間隙3の距離を変更できるように圧電素子51,52を介して光分岐光学素子を作製した。表6に示す反射防止膜の45°入射分光反射率は図14に示す特性であった。表7-1におけるOF-CKはキャノンオプトロン株式会社製の撥水・撥油蒸着材料であり、多層膜1aと多層膜2aとの間隙3が小さい際における接着を防止する効果がある。使用した圧電素子は、実施例1と同じものである。
【００６９】
この光分岐光学素子に対して入射角45°で光線が入射するように設定して、アクチュエーター駆動回路からの圧電素子に印加する電圧を0.0V、0.1 V、0.2 V、4.2 V、4.3 V、4.4 Vと変えながら分光特性を測定した。これらの印加電圧に対応する基板1a,1bの間隙3の距離は、表8に示すとおりであった。このときの45°入射分光反射率の測定結果を図15に透過率測定結果を図16に重ねて示した。
【００７０】
【表６】
2015206901.tif 000010
【００７１】
【表７−１】
2015206901.tif 000011
【００７２】
【表７−２】
2015206901.tif 000012
【００７３】
【表８】
2015206901.tif 000013
【００７４】
これらの結果から、例えば、アクチュエーター駆動回路の印加電圧を、0.0 Vと4.3 Vとの間で切り替えて、基板1a,1bの間隙3の距離を0.0 nmと222.2 nmとの間で切り替えることにより、光分岐光学素子10の反射率を0%と50〜60%との間（透過率として100%と40〜50%との間）で瞬時に切り替え可能であることが分かる。この光分岐光学素子10を図8に示すような撮影装置100に使用した場合には、アクチュエーター駆動回路の印加電圧が4.3 V（基板1a,1bの間隙3の距離が222.2 nm）の状態では光分岐光学素子10が反射ミラーとして働くので、入射光の50〜60%を眼視光学系に導いて被写体像を観察し、撮影（露光）の瞬間に印加電圧を0.0 V（基板1a,1bの間隙3の距離が0.0 nm）に切り替えて入射光を100%透過させて撮像素子105で露光し、直ぐに印加電圧を4.3 Vに戻して被写体像を観察するといった使用が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
10・・・光分岐光学素子
1・・・基板
1a・・・第１の基板
1b・・・第２の基板
2・・・多層膜
2a、2b・・・多層膜
3・・・間隙
41a、41b・・・間隔調節板
42a、42b・・・間隔調節板
51、52・・・圧電素子
６・・・反射防止膜
6a、6b・・・反射防止膜
100・・・撮影装置
101・・・カメラボディ
102・・・開口部
103・・・鏡筒
104・・・撮影レンズ
105・・・撮像素子
106・・・フィルター
107・・・焦点板
108・・・接眼レンズ
109・・・ペンタプリズム
200・・・圧電素子
201・・・圧電セラミックス
202・・・内部電極
203・・・外部電極
【図１】
2015206901.tif 000014
【図２】
2015206901.tif 000015
【図３】
2015206901.tif 000016
【図４】
2015206901.tif 000017
【図５】
2015206901.tif 000018
【図６】
2015206901.tif 000019
【図７】
2015206901.tif 000020
【図８】
2015206901.tif 000021
【図９】
2015206901.tif 000022
【図１０】
2015206901.tif 000023
【図１１】
2015206901.tif 000024
【図１２】
2015206901.tif 000025
【図１３】
2015206901.tif 000026
【図１４】
2015206901.tif 000027
【図１５】
2015206901.tif 000028
【図１６】
2015206901.tif 000029