(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光学面、第２光学面および第３光学面がそれぞれ異なる側面に形成された多角柱形状のプリズムであって、
前記第１光学面の面中央には、入射部が形成され、
前記第２光学面の面中央には、出射部が形成され、
前記第３光学面の面中央には、略平面の反射部が形成され、
前記第３光学面では、前記反射部から前記第１光学面との稜部まで延びてなる面周縁よりも、該反射部から該第１光学面へ向かって延長された延長平面の方がプリズム内部側に位置している、プリズム。
【請求項２】
プリズム横断面において、前記延長平面が前記第１光学面に交差する交線と前記稜部との間の距離は、前記第１光学面の長さの１０％以下である、請求項１に記載のプリズム。
【請求項３】
さらに、前記第３光学面では、前記反射部から前記第２光学面との第２の稜部まで延びてなる面周縁よりも、該反射部から該第２光学面へ向かって延長された第２の延長平面の方がプリズム内部側に位置しており、
プリズム横断面において、前記第２の延長平面が前記第２光学面に交差する第２の交線と前記第２の稜部との間の距離は、前記第２光学面の長さの１０％以下である、請求項１に記載のプリズム。
【請求項４】
前記反射部から前記第１光学面との稜部まで延びてなる前記第３光学面の前記面周縁は、曲面を有している、請求項１に記載のプリズム。
【請求項５】
前記入射部からプリズム内部に入射された可視光の前記反射部での反射が全反射である、請求項１に記載のプリズム。
【請求項６】
ｄ線に対する屈折率が１．６５以上のガラス製である、請求項１に記載のプリズム。
【請求項７】
第１光学面、第２光学面および第３光学面がそれぞれ異なる側面に形成された多角柱形状のプリズムを含む光学系を備えた光学装置であって、
前記第１光学面の面中央には、入射部が形成され、
前記第２光学面の面中央には、出射部が形成され、
前記第３光学面の面中央には、略平面の反射部が形成され、
前記第３光学面では、前記反射部から前記第１光学面との稜部まで延びてなる面周縁よりも、該反射部から該第１光学面へ向かって延長された延長平面の方がプリズム内部側に位置している、光学装置。
【請求項８】
プリズム横断面において、前記延長平面が前記第１光学面に交差する交線と前記稜部との間の距離は、前記第１光学面の長さの１０％以下である、請求項７に記載の光学装置。
【請求項９】
受光素子と、
前記受光素子の受光面に被写体の光学像を形成する撮像光学系とを備え、
前記プリズムは、前記撮像光学系の光路に配置されている、請求項７に記載の光学装置。
【請求項１０】
光源と、
前記光源から放射された照明光を被照明対象物に照射する照明光学系とを備え、
前記プリズムは、前記照明光学系の光路に配置されている、請求項７に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリズムおよび光学装置に関する。特に、多角柱形状のプリズムに関し、そのプリズムを備えた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の小型撮像装置が、家庭用の撮像装置として広く普及している。これらの小型撮像装置には、利便性の更なる向上が要求されており、具体的には、より一層の小型化が要求されている。その要求に応えるため、これらの小型撮像装置に搭載される光学素子の小型化及び薄型化が研究されており、最近では、これらの小型撮像装置の光学系を折り曲げ光学系とすることが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、折り曲げ光学系を備えた撮像装置が開示されている。この撮像装置には、５つのレンズ群からなる光学系が搭載されており、最も被写体側に配置された第１レンズ群が折り曲げ光学系を有している。すなわち、第１レンズ群は、第１レンズ、プリズム及び第２レンズで構成されており、撮像装置に入射された光は、プリズムで略垂直に折り曲げられて第２レンズへ入射される。このような構成の撮像装置では、ズーミング時には、第２レンズの光軸方向にレンズがズーミングするため、光学系の薄型化を図ることができる。
【特許文献１】特開２００４−３５４８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、撮像装置の小型化が要求されているが、その一方で、撮像装置の多機能化が要求されており、撮像素子のサイズが縦横比４：３サイズから縦横比１６：９サイズへと変更する傾向にある。そのため、小型の撮像装置に縦横比１６：９の撮像素子を搭載することが試みられている。
【０００５】
多角柱形状のプリズムでは、撮像素子のサイズを縦横比４：３サイズから縦横比１６：９サイズへ変更する場合、プリズムの高さを高くすれば撮像素子の横方向の拡大に対応でき、プリズムの底面の辺の長さを長くすれば撮像素子の縦方向の拡大に対応できる。しかし、プリズムの高さを高くしプリズムの底面の辺を長くするとプリズムが大きくなるため、撮像装置の大型化を招来してしまう。
【０００６】
さらに、プリズムの底面の辺の長さを長くした場合には、プリズムの光学面が大きくなるため、光学系を組み直す必要がある。
【０００７】
また、プリズムが搭載される光学装置としては撮像装置以外に照明装置が挙げられるが、照明装置には、装置の小型化だけでなく照度の向上も要求されている。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光学装置の機能向上および小型化を図ることができるプリズムを提供することにある。また、そのプリズムを備えた光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のプリズムは、第１光学面、第２光学面および第３光学面がそれぞれ異なる側面に形成された多角柱形状のプリズムである。具体的には、第１光学面の面中央には入射部が形成され、第２光学面の面中央には出射部が形成され、第３光学面の面中央には略平面の反射部が形成されている。そして、第３光学面では、反射部から第１光学面との稜部まで延びてなる面周縁よりも、その反射部から第１光学面へ向かって延長された延長平面の方がプリズム内部側に位置している。
【００１０】
上記の構成では、交線の方が稜部よりもプリズム内部側にあるため、第１光学面は、従来のプリズムの第１光学面よりも大きい。
【００１１】
本発明の光学装置は、第１光学面、第２光学面および第３光学面がそれぞれ異なる側面に形成された多角柱形状のプリズムを含む光学系を備えている。具体的には、第１光学面の面中央には入射部が形成され、第２光学面の面中央には出射部が形成され、第３光学面の面中央には略平面の反射部が形成されている。そして、第３光学面では、反射部から第１光学面との稜部まで延びてなる面周縁よりも、その反射部から第１光学面へ向かって延長された延長平面の方がプリズム内部側に位置している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、光学装置の機能向上を図ることができるとともに、光学装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００１４】
《発明の実施形態１》
実施の形態１では、プリズムとして三角柱形状のプリズムを例に挙げ、プリズムの構成および製造方法を示す。また、光学装置として撮像装置を例に挙げ、その構成を示す。
【００１５】
本実施形態では、図１乃至図６を用いて、プリズム１０の構成、プリズム１０の製造方法及び撮像装置１００を示す。なお、図１は、プリズム１０の構成を示す斜視図である。図２は、プリズム１０の横断面を示す図である。図３は、図２における破線部の拡大図である。図４は、プリズム１０の製造装置１の要部断面図である。図５は、図４における破線部の拡大図である。図６は、撮像装置１００の光学系の配置構成を示す図である。
【００１６】
まず、図１乃至図３を用いて、プリズム１０の構成を示す。
【００１７】
プリズム１０は、図１に示すように、d線（ナトリウムランプの出力光の波長、589.0nmまたは589.6nm）に対する屈折率が１．６５以上のガラスからなる略三角柱形状のプリズムであり、第１光学面１１、第２光学面１２及び第３光学面１３が略三角柱のそれぞれ異なる側面に形成されている。第１光学面１１の面中央には、入射部１１ａが形成されており、第２光学面１２の面中央には、出射部１２ａが形成されており、第３光学面１３の面中央には、反射部１３ａが形成されている。これにより、光は、入射部１１ａに入射されて反射部１３ａで略垂直に全反射されて出射部１２ａから出射される。なお、出射部は、第１光学面１１の面中央に形成されてもよく、入射部は、第２光学面１２の面中央に形成されてもよい。また、全反射は、９０％以上の反射率で反射することであり、好ましくは９５％以上の反射率で反射することであり、更に好ましくは９７％以上の反射率で反射することである。
【００１８】
図２及び図３を用いて、第１光学面１１と第３光学面１３との稜部１４周囲を詳細に説明すると、反射部１３ａから稜部１４まで延びてなる面周縁１３ｂよりも、反射部１３ａから第１光学面１１へ向かって延長された延長平面（図３の斜辺における破線部）の方がプリズム内部側に位置している。そのため、図３に示すように、稜部１４よりも、延長平面と第１光学面１１との交線１５の方がプリズム内部側に位置している。これにより、第１光学面１１は、面周縁１３ｂが形成されていない従来のプリズム（破線のプリズム）の第１光学面よりも、交線１５から稜部１４までの距離分だけ長い。一般に、光学面における光学有効領域の面積は当該光学面全体の面積に比例するため、第１光学面１１の面積が大きくなれば入射部１１ａの面積は大きくなる。従って、プリズム１０の入射部１１ａの面積は、従来のプリズムの入射部の面積よりも大きい。その結果、図３に示すように、従来のプリズムでは、同図の破線矢印が最外入射位置であるが、プリズム１０では、同図の実線矢印が最外入射位置となる。
【００１９】
面周縁１３ｂは、図２及び図３に示すように、延長平面に接することなく、下に凸の緩やかなカーブを描いて形成されている。そのため、光は、最外入射位置からプリズム１０へ入射されても、面周縁１３ｂの内壁面にぶつかることなくプリズム１０内を進行して反射部１３ａで反射される。
【００２０】
プリズム１０には面周縁１３ｂが形成されているが、稜部１４と交線１５との間の距離ｄ１（図２に図示）は、第１光学面１１の長さｄ２（図２に図示）の１０％以下である。そのため、プリズム１０は、面周縁１３ｂが形成されているにも関わらず、従来のプリズムと略同一の大きさのプリズムである。
【００２１】
なお、ｄ１とｄ２との関係であるが、ｄ２に対するｄ１の割合が小さいと、従来のプリズムに比べて入射部の面積をそれほど大きくすることができないため好ましくなく、一方、ｄ２に対するｄ１の割合が大きいと従来のプリズムに比べてプリズム全体の大きさが大きくなってしまうため好ましくない。以上より、ｄ１は、ｄ２の１０％以下であり、好ましくはｄ２の５％以下であり、更に好ましくはｄ２の３％以下である。
【００２２】
次に、図４および図５を用いて、プリズム１０の製造方法を示す。
【００２３】
まず、図４に示す製造装置９の準備を行う。具体的には、まず、下型（押し型）３を筒状の胴体（胴型）４内に入れる。このとき、用いる下型３の一面にはプリズム形成面部３ａが形成されており、プリズム形成面部３ａを上方に配置して下型３を胴体４内に入れる。次に、下型３の上に中型（押し型）２を入れる。このとき、用いる中型２の一面にはプリズム形成面部２ａ及び曲面部２ｂが形成されており、その一面を胴体４の内壁及び下型３に接触させることなく、また、曲面部２ｂを胴体４の内壁側に配置させて中型２を胴体４内に入れる。これにより、胴体４の上から内部を見ると、中型２のプリズム成形面部２ａおよび曲面部２ｂと下型３のプリズム成形面部３ａとが見える。
【００２４】
次に、プリズム素材５を準備する。具体的には、材質は、d線に対する屈折率が１．６５以上のガラスである。また、形状は、特に限定されないが、成形後のプリズムの形状に似た形状であれば後の加熱工程における熱エネルギー量や加熱時間などを削減でき、その結果、ひけなどが最大限に抑制されたプリズムを成形可能なため、略円柱状であることが好ましく、略三角柱形状であればさらに好ましい。
【００２５】
続いて、準備したプリズム素材５を製造装置９の胴体４内に入れ、プリズム素材５の上に上型（押し型）１を置く。このとき、用いる上型１の一面にはプリズム形成面部１ａが形成されており、プリズム形成面部１ａを下向けて上型１を胴体４内に入れる。これにより、プリズム素材５の表面には、プリズム形成面部１ａ，２ａ，３ａ及び曲面部２ｂが接触する。
【００２６】
続いて、上型１の上に設置された上ヒータブロック７と下型３の下に設置された下ヒータブロック６とを用いて、プリズム素材５をその軟化点温度付近にまで昇温させて軟化させる。
【００２７】
続いて、上型１に圧力を加えてプリズム素材５を加圧し、上型１のプリズム形成面部１ａをプリズム素材５に転写する。それと同時に、中型２のプリズム形成面部２ａ及び曲面部２ｂと下型３のプリズム形成面部３ａとがプリズム素材５に転写される。曲面部２ｂのプリズム素材５への転写により、突設部１３ｂが形成される。
【００２８】
そして、上ヒータブロック７及び下ヒータブロック６を用いて、プリズム素材５を常温付近にまで冷却させる。このとき、ガラス軟化点温度よりも若干低い温度にまで徐冷後、常温付近まで急冷することが好ましい。これにより、プリズム１０を成形することができる。
【００２９】
以下に、本実施形態におけるプリズム１０が奏する効果をまとめる。
【００３０】
プリズム１０は、従来のプリズムに比べて、入射部１１ａの面積が大きいため、より大きな光束を入射させることができる。そのため、プリズム１０を撮像装置に搭載すれば、撮像素子のサイズを縦横比４：３サイズから縦横比１６：９サイズに変更しても、その撮像装置の光学系を組み替えなくてもよい。その一方で、プリズム１０の大きさは、従来のプリズムの大きさとほとんど変わらない。そのため、撮像装置の小型化を図ることができる。以上より、プリズム１０は、搭載される撮像装置を大型にすることなく、より大きな光束を入射させることができる。
【００３１】
また、プリズム１０は上述のガラスからなるため、可視光をプリズム１０に入射すれば、反射部１３ａで可視光を全反射させることができる。
【００３２】
続いて、図６を用いて、撮像装置１００の構成を示す。
【００３３】
撮像装置１００は、例えば、ＤＳＣ（Digital still camera）、ＤＶＣ（Digital video camera）、携帯電話用カメラ及びプロジェクションＴＶ（television）等であり、撮像素子等の受光素子と撮像光学系とを備えている。撮像光学系は、被写体の光学像を受光素子の受光面に映し出す光学系であり、具体的には、図６に示すように、被写体側から受光素子Ｓ側へ向かう方向に従って順に、第１レンズ群Ｇ１、プリズム１０、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３が配設された構成となっている。ここで、受光素子Ｓは、縦横比サイズが１６：９である受光素子である。
【００３４】
この撮像装置１００では、光（主に、可視光）は、被写体側から第１レンズ群Ｇ１へ入射後、プリズム１０の第１光学面１１の入射部１１ａに入射される。入射部１１ａから入射された光は、第３光学面１３の反射部１３ａで略垂直に全反射されて、第２光学面１２の出射部１２ａから出射される。なお、可視光は、人間の目に光として感じる波長範囲の電磁波であり、個人差があるが、360〜400nm以上760〜830nm以下の電磁波である。また、全反射は、９０％以上の反射率で反射することが好ましく、９５％以上の反射率で反射することが更に好ましく、９７％以上の反射率で反射することが最も好ましい。
【００３５】
このように、撮像装置１００はプリズム１０を備えているため、従来のプリズムを備えた撮像装置と異なり、撮像素子の受光面積が大きくなっても、当該装置内の光学系を調整しなくてもよい。また、プリズム全体の大きさは、プリズム１０と従来のプリズムとでほとんど変わらないため、装置の大きさは、撮像装置１００と従来のプリズムを備えた撮像装置とでほとんど変わらない。
【００３６】
《発明の実施形態２》
実施の形態２では、図７を用いて、プリズム２０の構成を示す。なお、図７は、プリズム２０の横断面を示す図である。
【００３７】
プリズム２０では、図７に示すように、上記実施形態１のプリズム１０と異なり、第３面２３に面周縁２３ｂ及び面周縁２３ｃが形成されている。面周縁２３ｂは、反射部２３ａから第１光学面１１と第３光学面２３との稜部２４まで延びてなる面周縁であり、上記実施形態１の面周縁１３ｂと略同一である。
【００３８】
面周縁２３ｃは、反射部２３ａから第２光学面１２と第３光学面２３との稜部（第２の稜部）２６まで延びてなる面周縁であり、上記実施形態１の面周縁１３ｂと略同一である。稜部２６周囲を簡単に説明すると、面周縁２３ｃよりも、反射部２３ａから第２光学面１２へ向かって延長された延長平面の方がプリズム内部側に位置している。そのため、図７に示すように、稜部２４と同様、稜部２６よりも、延長平面と第２光学面１２との交線（第２の交線）２７の方がプリズム内部側に位置しており、具体的には、稜部２６と交線２７との距離ｄ３は、第２面の長さｄ４の１０％以下である。なお、ｄ３とｄ４との関係は、上記実施形態１に記載のｄ１とｄ２との関係と略同一である。
【００３９】
以上より、プリズム２０は、上記実施形態１のプリズム１０と略同一の効果を奏するとともに、周縁部２３ｃが形成されているため、第２光学面１２の面中央を入射部として用いた場合であっても、より大きな光束を入射させることができる。
【００４０】
なお、プリズム２０を成形するためには、下型として、プリズム形成面部及び曲面部が同一面に形成された下型を用いればよい。
【００４１】
《発明の実施形態３》
実施の形態３では、光学装置として照明装置を例に挙げてその構成を示す。
【００４２】
本実施の形態では、図８を用いて、上記実施形態２のプリズム２０を照明装置２００に搭載した場合を示す。図８は、照明装置２００の光学系の配置構成を示す模式図である。図８の２点破線は光軸を示しており、同図の矢印は光の進行方向を示している。
【００４３】
照明装置２００は、一眼レフカメラ等であり、光源と照明光学系とを備えている。照明光学系は、光源から放射された光を被照明対象物に照射する光学系であり、具体的には、図８に示すように、光源Ｌ側から光照射側へ向かう方向に従って順に、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、プリズム１０及び第３レンズ群Ｇ３が配設された構成となっている。プリズム２０は、照明装置２００では、第１光学面１１が出射面として機能し、第２光学面１２が入射面として機能する。
【００４４】
光は、光源Ｌから放射され、第１レンズ群Ｇ１でコリメートされて第２レンズ群Ｇ２を通過後、プリズム２０の第２光学面１２の入射部１２ａに入射される。入射部１２ａから入射された光は、第３光学面２３の反射部２３ａで全反射されて、略垂直に折曲して第１光学面１１の出射部１１ａから出射される。出射部１１ａから出射された光は、第３レンズ群Ｇ３を通過して照明装置２００の外部へ出射される。
【００４５】
照明装置２００は、上記実施形態２のプリズム２０を備えており、プリズム１０は、従来のプリズムに比べて、大きな光束を入射することができる。そのため、照明装置２００は、従来のプリズムを備えた照明装置に比べて、照度に優れている。
【００４６】
また、プリズム２０全体の大きさは、従来のプリズム全体の大きさと略同一である。そのため、装置の大きさは、照明装置２００と従来のプリズムを備えた照明装置とでほとんど変わらない。
【００４７】
《その他の実施形態》
上記実施形態１乃至３では、三角柱形状のプリズムを示したが、プリズムの形状は三角柱に限定されることはなく、多角柱であればよい。
【００４８】
また、上記実施形態１乃至３におけるプリズムは、第１光学面及び第２光学面に反射防止膜が形成されていることが好ましい。これにより、例えば、光は、第１光学面の入射部でほとんど反射されることなくプリズム内へ入射され、第２光学面の出射部でほとんど反射されることなく第２光学面から出射するため好ましい。
【００４９】
上記実施形態１では第１面にのみ面周縁が形成されているプリズムを示し、上記実施形態２では第１面及び第２面に面周縁が形成されているプリズムを示したが、第２面のみに面周縁が形成されているプリズムであってもよい。第２面に面周縁が形成されていれば、そのプリズムを上記実施形態３の照明装置に搭載することができる。
【００５０】
上記実施形態１及び２におけるプリズムの成形方法は、具体的には、以下に示す方法であることが好ましい。
【００５１】
すなわち、まず、上型として、プリズム成形面部の波面収差値がλ／１０以下に加工された上型を用い、中型及び下型として、各々、プリズム成形面部の波面収差値がλ／４以下に加工された中型及び下型を用いる。また、プリズム素材としては、側面を鏡面に加工された円柱状の成形用材料（株式会社住田光学ガラス製、Ｋ−ＶＣ７８（ｎｄ：１．６６９１０、Ｔｇ：５２０℃、Ａｔ：５５６℃）を用いる。ここで、λは、Ｈｅ−Ｎｅレーザからの出射光の波長である。
【００５２】
次に、プリズム素材を中型及び下型と上型とで挟んで胴体に収容し、２０分かけて５７０℃付近にまで昇温する。そして、上型を下に押して軟化したプリズム素材に２ＫＮの圧力を供給し、上型のプリズム素子形成面部をプリズム素材表面に転写させる。
【００５３】
続いて、下ヒータブロックのヒータ部を８分かけて５１０℃付近にまで徐冷させ、上ヒータブロックのヒータ部を１２分かけて５１０℃付近にまで徐冷させて、その後、上及び下ヒータブロックのヒータ部を１３分かけて常温まで急冷させる。
【００５４】
続いて、製造装置の胴体から金型を取り出し、金型を分解してプリズムを取り外す。これにより、略直角二等辺三角形を底面とする三角柱形状のプリズム（底面の等辺が１０ｍｍであり、底面の斜辺が１４ｍｍであり、高さが１５ｍｍである）を得ることができ、得られたプリズムでは、反射部の波面収差値がλ／１０以下であり、入射部及び出射部の波面収差値がλ／４以下である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上説明したように、本発明は、プリズムと、プリズムを備えた光学装置とについて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施形態１におけるプリズムの斜視図である。
【図２】実施形態１におけるプリズムの横断面図である。
【図３】図２の破線部の拡大図である。
【図４】プリズムの成形装置の要部断面図である。
【図５】図４の破線部の拡大図である。
【図６】撮像装置の光学系の配置構成を示す模式図である。
【図７】実施形態２におけるプリズムの横断面図である。
【図８】照明装置の光学系の配置構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０，２０    プリズム
１１    第１光学面
１１ａ    入射部または出射部
１２    第２光学面
１２ａ    出射部または入射部
１３    第３光学面
１３ａ    反射部
１４，２４    稜部
１５，２５    交線
２６    稜部（第２の稜部）
２７    交線（第２の交線）
１００    撮像装置（光学装置）
２００    照明装置（光学装置）
【図１】
0005219801.tif 000002
【図２】
0005219801.tif 000003
【図３】
0005219801.tif 000004
【図４】
0005219801.tif 000005
【図５】
0005219801.tif 000006
【図６】
0005219801.tif 000007
【図７】
0005219801.tif 000008
【図８】
0005219801.tif 000009