(57)【要約】【課題】偏光依存性が少なく、かつ効率的に合波することを可能にした光学素子を提供すること。【解決手段】第１の入射面を含む第１の光学部材と、第２の入射面を含む第２の光学部材と、第１および第２の光学部材に挟まれ、第１の偏光を反射および透過させる光学機能部材と、を有し、第１および第２の入射面に垂直に入射した入射光の光学機能部材に対する入射角度をθ（°）、第１の入射面からの入射光が含む第１の偏光に対する光学機能部材の透過率をＡ１（％）、第２の入射面からの入射光が含む第１の偏光に対する光学機能部材の反射率をＢ１（％）としたとき、    Ａ１＋Ｂ１≧１０５％    ２５°≦θ≦８０°なる条件を満足する。【選択図】図１
2016024401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入射面を含む第１の光学部材と、第２の入射面を含む第２の光学部材と、前記第１および第２の光学部材に挟まれ、第１の偏光を反射および透過させる光学機能部材と、を有し、
前記第１および第２の入射面に垂直に入射した入射光の前記光学機能部材に対する入射角度をθ（°）、前記第１の入射面からの前記入射光が含む前記第１の偏光に対する前記光学機能部材の透過率をＡ１（％）、前記第２の入射面からの前記入射光が含む前記第１の偏光に対する前記光学機能部材の反射率をＢ１（％）としたとき、
Ａ１＋Ｂ１≧１０５％
２５°≦θ≦８０°
なる条件を満足することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
Ａ１は、前記第１の偏光の波長５５０ｎｍにおける透過率であり、
Ｂ１は、前記第１の偏光の波長５５０ｎｍにおける反射率であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の入射面から前記光学機能部材に入射した入射光のうち、前記第１の偏光に直交する第２の偏光に対する前記光学機能部材の透過率をＡ２としたとき、
Ａ１−Ａ２＜２４％
を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
Ａ２は、前記第２の偏光の波長５５０ｎｍにおける透過率であることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記光学機能部材は、光学異方性を有する膜部を備え、
前記膜部は、光学軸と面法線の成す角度をα、前記光学軸と前記第１の入射面から前記光学機能部材に入射した前記第１の偏光の入射方向を含む入射平面の成す角度をβ、前記膜部の厚さをｄとしたとき、
２０°＜α＜６０°
０°≦β＜７５°
５０ｎｍ≦ｄ≦１０００ｎｍ
なる条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項６】
前記膜部の異方性量は、波長５５０ｎｍにおいて、０．１以上であることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
前記光学機能部材の屈折率のうち第１の屈折率と、前記第１および第２の光学素子の屈折率との差が０．２以下であることを特徴とする請求項５または６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記光学機能部材には、第１の屈折率の媒質と前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率の媒質が前記第１の偏光の波長より小さい周期となるように交互に並んだ構造が形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記第１の入射面から前記光学機能部材に入射した入射光が含む前記第１の偏光に対する波長４００ｎｍにおける前記光学機能部材の透過率をＡ３、波長７００ｎｍにおける前記光学機能部材の透過率をＡ４、前記第１の入射面から前記光学機能部材に入射した入射光が含む前記第２の偏光に対する波長４００ｎｍにおける透過率をＡ５、波長７００ｎｍにおける透過率をＡ６としたとき、
【数１】
2016024401.tif 000006
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記第１および第２の光学素子の屈折率は、１．４８以上であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記第１および第２の光学素子の波長５５０ｎｍにおける屈折率は、同一であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記第１および第２の入射面は、光学研磨されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記第１の入射面から前記光学機能部材に入射する入射光は、複数の偏光状態が混在した無偏光であり、
前記第２の入射面から前記光学機能部材に入射する入射光は、前記第１の偏光の占める割合が８０％以上であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の光学素子と、
実像を表示する第１の手段と、
電子画像を表示する第２の手段と、
前記光学素子を用いて、前記第１および第２の手段を重ね合わせて表示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、偏光を利用した光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラのファインダーには単純に実像を観察する以外の情報表示が望まれている。それに伴い、ファインダーでは光学式ビューファインダー（ＯＶＦ）と電子画像を表示する電子ファインダー（ＥＶＦ）を併用する機会が高まっている。特許文献１に開示されているファインダー光学系では、ＯＶＦでの実像の観察や、ＥＶＦでの撮影した写真の確認をファインダーから目を離さずに行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−４２５６９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、特許文献１に開示された従来技術では、ＯＶＦ用の光信号とＥＶＦ用の光信号を合波する際にハーフプリズムを利用している。ハーフプリズムとは、入射面に垂直に入射した光を透過光と反射光に分割する光学素子であり、プリズムの斜面にはハーフミラーが形成されている。そのため、ＯＶＦ用の光信号とＥＶＦ用の光信号との光量比が１：１となり効率が悪い。また、特許文献１のファインダー光学系に偏光分離素子を利用すると、偏光依存性が強く出てしまう。特に、ＯＶＦでは実像を観察のために複数の偏光状態が混在した無偏光を用いるため、ＯＶＦの情報が部分的に欠けたような像となってしまう。
【０００５】
このような課題を鑑みて、本発明は、偏光依存性が少なく、かつ効率的に合波することを可能にした光学素子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】
本発明の一側面としての光学素子は、第１の入射面を含む第１の光学部材と、第２の入射面を含む第２の光学部材と、前記第１および第２の光学部材に挟まれ、第１の偏光を反射および透過させる光学機能部材と、を有し、前記第１および第２の入射面に垂直に入射した入射光の前記光学機能部材に対する入射角度をθ（°）、前記第１の入射面からの前記入射光が含む前記第１の偏光に対する前記光学機能部材の透過率をＡ１（％）、前記第２の入射面からの前記入射光が含む前記第１の偏光に対する前記光学機能部材の反射率をＢ１（％）としたとき、
Ａ１＋Ｂ１≧１０５％
２５°≦θ≦８０°
なる条件を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、偏光依存性が少なく、かつ効率的に合波することを可能にした光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る光学素子の断面図である。
【図２】異なる形態の光学素子の断面図である。
【図３】光学機能部材の薄膜層を含む断面図である。
【図４】光学機能部材の微細構造の斜視図である。
【図５】実施例１の光学素子に入射する光の特性について示している図である。
【図６】実施例２の光学素子に入射する光の特性について示している図である。
【図７】実施例２の光学素子に入射方向Ａから入射する光の入射角に対する各偏光の透過率特性について示している図である。
【図８】実施例３の光学素子に入射する光の特性について示している図である。
【図９】本発明の実施形態に係る光学素子を搭載したデジタルカメラの外観図である。
【図１０】従来例１の光学素子に入射する光の特性について示している図である。
【図１１】従来例２の光学素子に入射する光の特性について示している図である。
【図１２】従来例３の光学素子に入射する光の特性について示している図である。
【図１３】従来例４の光学素子の構成について示している図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。なお、本実施形態では、可視光で使用する光学素子を例に挙げて説明するが、使用する波長はその要旨の範囲内で任意に設定可能である。
【００１０】
ＯＶＦでは実像を確認するため、物体の角度・素材や照明などによって使用する光信号の中には様々な偏光状態の光が存在する。そのため、ＯＶＦ用の光信号は、複数の偏光状態が混在した無偏光である。一方、ＥＶＦでは、電子画像の表示を確認する。一般的に使用される液晶表示素子では、少なくとも８０％以上が所定の方向に振動する同一偏光によって画像が表示される。すなわち、ＯＶＦ用の光信号とＥＶＦ用の光信号を合波する光学素子では、異なる偏光状態の光を重畳する必要がある。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る光学素子１００の断面図である。光学素子は、光学プリズム（第１の光学部材）１０１、光学プリズム（第２の光学部材）１０２と、光学プリズム１０１，１０２に挟まれた光学機能部材１０５を有する。光学素子１００は、光学プリズム１０１の入射面（第１の入射面）１０３から入射した光と、光学プリズム１０２の入射面（第２の入射面）１０４から入射した光を光学機能部材１０５で合波し、光学プリズム１０２の出射面１０６より射出する。入射面１０３，１０４は、光学研磨されている。
【００１２】
無偏光と同一偏光を重畳する効率は、光学機能部材１０５の反射および透過の特性に大きく依存する。特に、重畳する同一偏光をより効率良く重畳するためには、光学機能部材１０５の反射および透過の特性を両方とも効率化させておく必要がある。なお、図１では説明のために光学プリズム１０１，１０２を４５度の直角プリズムとしているが、光学機能部材１０５の特性に対応させて光学プリズム１０１，１０２の形状は任意に設定可能である。
【００１３】
入射面１０３，１０４に垂直に入射した入射光の光学機能部材１０５に対する入射角度をθとする。入射面１０３から光学機能部材１０５に入射した入射光の入射方向を入射方向（第１の入射方向）Ａ、入射面１０４から光学機能部材１０５に入射した入射光の入射方向を入射方向（第２の入射方向）Ｂとする。入射方向Ａ，Ｂは、同じ入射平面内に存在する。入射方向Ａから入射角度θで光学機能部材１０５に入射する入射光が含む偏光（第１の偏光）Ｏに対する波長５５０ｎｍにおける光学機能部材１０５の透過率をＡ１とする。また、入射方向Ｂから入射角度θで光学機能部材１０５に入射する入射光が含む偏光Ｏに対する波長５５０ｎｍにおける光学機能部材１０５の反射率をＢ１とする。このとき、本実施形態では、以下の式（１），（２）を満足する。
【００１４】
Ａ１＋Ｂ１≧１０５％                  （１）
２５°≦θ≦８０°                    （２）
式（１）は、異なる方向から入射した入射光が含む偏光Ｏに対する光学機能部材１０５の反射率と透過率を合算した値が１０５％以上になることを示している。例えば、入射方向Ａから入射したＳ偏光の透過率と入射方向Ｂから入射したＳ偏光の反射率が合算して１０５％以上となることを示している。このような特性は、光学機能部材１０５に一定の方向性を持たせることで可能となる。光学機能部材１０５に通常の薄膜等を用いて、同じ入射角度で同じ偏光を入射して反射率と透過率を合算しても１００％は上回らない。本実施形態の光学素子を用いることで、より効率的に合波することが可能となる。
【００１５】
式（２）は、入射角度θが一定の値を持つことを表している。入射角度θは、２５°以上に設定することで、反射率と透過率の差を発生させやすい。一方、入射角度θが８０°以上になると、反射率が非常に高くなってしまい、透過率との差をつけにくくなる。そのため、入射角θは、２５°から８０°の範囲に設定することが好ましい。より好ましくは３０°〜７５°、さらに好ましくは３５°〜７２°の範囲が好ましい。
【００１６】
また、本実施形態では、入射方向Ａから入射角度θで光学機能部材１０５に入射し、偏光Ｏに直交する方向へ振動する偏光（第２の偏光）Ｏ２に対する波長５５０ｎｍにおける光学機能部材１０５の透過率をＡ２としたとき、以下の式を満足する。
【００１７】
Ａ１−Ａ２＜２４％                （３）
光学素子１００で入射方向Ａから無偏光を入射することを考えると、無偏光の特性にバラツキがあることは望ましくない。そのため、できるだけ偏光依存性は少ないほうが良い。式（３）を満たすことで、入射方向Ａから入射する入射光の透過率特性の偏光依存性を少なくできる。
【００１８】
なお、本実施形態では可視光線を用いているため、上述した式（１）から（３）において、５５０ｎｍの透過率および反射率を用いているが、使用する波長はその要旨の範囲内で任意に設定可能である。
【００１９】
同じ入射平面内から同じ入射角度θで同じ偏光Ｏの特性を大きく変動させるためには、光は屈折率の高い部材から入射するほうが良い。また、入射媒質を高屈折率化した場合は、射出媒質の屈折率を高くすると、反射・透過の光を重畳させた後の光路が統一化させやすい。そのため、光学機能部材１０５は、屈折率の高い光学プリズム１０１，１０２に挟みこまれているほうが望ましい。そこで、本実施形態では、光学プリズム１０１，１０２として、屈折率がともに１．４８以上のものを使用している。なお、それぞれの屈折率は、光学機能部材１０５の特性に応じて選択される。
【００２０】
本実施形態では、光学機能部材１０５を挟む光学プリズム１０１，１０２の波長５５０ｎｍでの屈折率を同一にしている。光学プリズム１０１，１０２の屈折率が同一でないと、入射方向Ａから透過した光と入射方向Ｂから反射した光の経路は同じにはならない。光学プリズム１０１，１０２の屈折率は同一であれば、光学プリズム１０１，１０２の材料は特に指定されないが、光学プリズム１０１，１０２が同じ材料から形成されていることがより好ましい。
【００２１】
また、本実施形態では、光学プリズム１０１，１０２の入射面と光学機能面１０５の成す角度は式（２）を満たすような角度θとすることが望ましい。なお、入射面に垂直に入射した入射光が光学機能部材に入射する角度が式（２）を満たすような角度であるならば、光学プリズムの形状は図１のように限定されない。図２は、図１の光学素子１００とは異なる形態の光学素子２００，２１０の断面図である。光学素子２００は、光学プリズム２０１，２０２と、光学プリズム２０１，２０２に挟まれた光学機能部材１０５を有する。光学素子２００は、光学プリズム２０１の入射面２０３から入射した入射光と、光学プリズム２０２の入射面２０４から入射した入射光を光学機能部材２０５で合波し、光学プリズム２０２の出射面２０６より射出する。また、光学素子２１０は、光学プリズム２１１の入射面２１３から入射した入射光と、光学プリズム２１２の入射面２１４から入射した入射光を光学機能部材２１５で合波し、光学プリズム２１２の出射面２１６より射出する。光学プリズム２０１では入射面２０３から入射した入射光は単純に光学機能部材２０５に入射するのに対し、光学プリズム２１１では入射面２１３から入射した入射光は内部で一度反射してから光学機能部材２１５に入射している。そこで、図２に示すように、光学プリズム２０１，２１１の形状を異ならせ、各光学機能部材への入射角度を変えないようにしている。
【００２２】
図３は、光学素子の光学機能部材を含む要部断面図３００および光学機能部材の要部上面図３０４である。光学機能部材に形成された光学異方性を有する薄膜層（膜部）３１０は、光学プリズム３２０，３３０に挟まれている。
【００２３】
断面図３００の切り出し方向３０１に光が入射すると仮定すると、断面図３００はそのまま入射平面になる。角度αは、薄膜層３１０の光学軸の射影軸３１５と面法線の成す角度である。角度βは、切り出し方向３０１、すなわち入射方向Ａを含む入射平面と光学軸の射影軸３０５の成す角度である。
【００２４】
薄膜層３１０は、以下の条件を満足する。なお、ｄは、薄膜層３１０の物理膜厚である。
【００２５】
２０°＜α＜６０°                （４）
０°≦β＜７５°                  （５）
５０ｎｍ≦ｄ≦１０００ｎｍ        （６）
光学軸の射影軸３１５と面法線の成す角度αを傾けると、Ｐ偏光の屈折率が入射角度に対して変化する。それは光学軸から見たときの光の進行方向が変化するためである。これを利用すると、同じ入射平面内で同じ入射角度の光に対して、方向によって屈折率を変更することが可能となる。
【００２６】
光学軸の射影軸３０５と入射方向Ａを含む入射平面の成す角度βは、入射する光の方向に対して、光学軸を横切る方向に角度がついている。このような角度βに設定すると、Ｐ偏光だけでなくＳ偏光の屈折率も変更することが可能となる。屈折率異方性の種類によっては、Ｐ偏光だけでなくＳ偏光の屈折率も変更したほうが効率を向上させることが可能となる。また、角度βを０度以外に設定すると、光学軸に対して横切る方向に光が進行するため、出射する光は多少偏光が回転する。そのため、この光学素子を装置に使用する際は偏光の依存性を考慮した構成にする必要がある。
【００２７】
物理膜厚ｄは式（６）の範囲を満たすことで、可視光の光を干渉する干渉膜として機能させることが可能となる。干渉膜として機能させると、単純な界面を持つ構成に比べ、反射光量の制御が容易になる。そのため、偏光ごとの反射率特性を任意に設定できるため、干渉膜として機能する程度の膜厚にすることが望ましい。
【００２８】
本実施形態では、光学異方性を持つ薄膜層３１０の異方性量は、波長５５０ｎｍにおいて、０．１以上に設定している。異方性量が大きいと、偏光ごとの屈折率差を大きくすることができたり、入射角度に対する屈折率の変化を大きくできたりする。そのため、本実施形態の光学素子をより効率的に得ることができる。異方性量が０．１以上の材料としては、例えば酸化チタン結晶（ＴｉＯ２結晶）が挙げられる。酸化チタン結晶は、波長５５０ｎｍにおける常光線屈折率ｎｏは２．６４８５、異常光線屈折率ｎｅは２．９４５４である。
【００２９】
本実施形態では、光学異方性を持つ薄膜層３１０の屈折率のうち一方の屈折率と、光学プリズム３２０，３３０の屈折率との差が０．２以下となるようにしている。この条件を満たすと、薄膜層３１０と光学プリズム３２０，３３０の界面での反射に偏光による違いを効率良く与えることができる。そのため、入射方向に対する特性の調整もしやすくなる。
【００３０】
また、このような光学異方性の性質を持つ媒質として、可視光の波長よりも細かい構造を用いた微細構造層が知られている。可視光の波長よりも細かい構造では、可視光はその構造そのものを認識できずに、一様な媒質と同じように振る舞うことが知られている。その振る舞いは、構造を形成する材料の屈折率と体積比に準じている。
【００３１】
微細構造での光の振る舞いについて、図４を用いて説明する。図４は、光学機能部材の微細構造の斜視図である。微細構造は、微細構造層（以下、構造層という）４０１と基板４０２により構成される。
【００３２】
構造層４０１は、屈折率（第１の屈折率）ｎ１の媒質（講師）と屈折率（第２の屈折率）ｎ２の媒質（格子）が使用する光の波長以下の周期となるようにａ：ｂの比（ピッチ）で繰り返す｛フィリングファクターｆｆ＝ａ／（ａ＋ｂ）｝矩形格子である。構造層４０１は、本実施形態の構成のように、一方の材料は空気（屈折率ｎ２）でもう一方の材料（屈折率ｎ１）が矩形格子状になっている構造が望ましい。格子と平行な方向をＴＥ、格子と直交する方向をＴＭとしたとき、ＴＥ方向とＴＭ方向での有効屈折率は、それぞれ式（７），（８）で表される。
【００３３】
【数１】
2016024401.tif 000003
【００３４】
【数２】
2016024401.tif 000004
【００３５】
構造層４０１は、式（７），（８）で与えられたｎＴＥ、ｎＴＭの値を持つ異方性の薄膜と同じような振る舞いを示す。例えば、図４の微細構造にて、構造を成す材料の屈折率を１．８、ｆｆを０．５とすると、ｎＴＥは１．４６、ｎＴＭは１．２４と求められる。このように、構造の異方性を用いることで、大きな光学異方性を実現することが可能となる。
【００３６】
上述したような微細構造を得る方法は、いくつか存在する。例えば、半導体プロセスを用いた露光法、微細な構造を基に構造を成長させるオートクローニング法、型に微細な形状を形成しておき成型により形状を転写するナノインプリント法、斜めから成膜源を飛散させ、空隙と方位性を持たせる斜方蒸着等が挙げられる。本実施形態では形成方法にとらわれることなく、実際に得られた構造層４０１が条件式を満たしていれば、効果を発揮することが可能である。
【実施例１】
【００３７】
本実施例の光学素子は、図３に示す構成としている。薄膜層には、ＴｉＯ２を可視光の波長以下で並べた微細構造を利用している。薄膜層の常光線屈折率ｎｏは１．７９、異常光線屈折率ｎｅは１．３０である。また、微細構造のαを４５°、βを４５°で設定し、物理膜厚ｄは２００ｎｍとしている。光学プリズムには、屈折率１．８０の光学ガラスを用いている。
【００３８】
本実施例の光学素子に入射角４５°で入射する入射光の特性について、図５を用いて説明する。偏光Ｏは、Ｓ偏光とする。図５（ａ）は入射方向Ａから入射する入射光に対する光学機能部材の透過率を示しており、実線はＰ偏光、破線はＳ偏光を表している。図５（ｂ）は入射方向Ｂから入射する入射光に対する光学機能部材の反射率を示しており、Ｓ偏光を表している。本実施例は、式（１）〜（６）を満足している。
【００３９】
図５に示すように、入射方向Ａから入射するＳ偏光に対する光学機能部材の透過率と入射方向Ｂから入射するＳ偏光に対する光学機能部材の反射率を合算すると１０５％を超えている。通常の薄膜を利用した光学素子の場合、１００％を上回ることはない。本実施例では、光学機能部材に光学異方性を持つ薄膜を利用したため、このような結果が得られている。また、図５（ａ）に示されるように、Ｓ偏光とＰ偏光に対する光学機能部材の透過率の差は比較的少ない。そのため、透過率の偏光依存性を抑えることが可能となる。
【実施例２】
【００４０】
本実施例の光学素子は、図３に示す構成としている。薄膜層には、ＴｉＯ２を可視光の波長以下で並べた微細構造を利用している。薄膜層の常光線屈折率ｎｏは１．７９、異常光線屈折率は１．３０である。また、微細構造のαを４５°、βを４５°で設定し、物理膜厚ｄは３５０ｎｍとしている。光学プリズムにはＯＨＡＲＡ社製の光学ガラスＳ−ＬＡＨ５３を用い、波長５５０ｎｍでの屈折率は１．８１である。
【００４１】
本実施例の光学素子に入射角７０°で入射する入射光の特性について、図６を用いて説明する。偏光Ｏは、Ｐ偏光とする。図６（ａ）は入射方向Ａから入射する入射光に対する光学機能部材の透過率を示しており、実線はＰ偏光、破線はＳ偏光を表している。図６（ｂ）は入射方向Ｂから入射する入射光に対する光学機能部材の反射率を示しており、Ｐ偏光を表している。本実施例は、式（１）〜（６）を満足している。
【００４２】
入射方向Ａから入射角度θで光学機能部材に入射する入射光が含む偏光Ｏに対する波長４００ｎｍにおける透過率をＡ３、波長７００ｎｍにおける透過率をＡ４とする。また、入射方向Ａから入射角度θで光学機能部材に入射する入射光が含む偏光Ｏ２に対する波長４００ｎｍにおける透過率をＡ５、波長７００ｎｍにおける透過率をＡ６としたときに、以下の式を満たす。
【００４３】
【数３】
2016024401.tif 000005
【００４４】
式（９）は、波長４００ｎｍにおけるＡ３とＡ５の差と、波長７００ｎｍにおけるＡ４とＡ６の差は、符号が逆転していることを意味している。これは、Ｓ偏光とＰ偏光の特性を調整することで可能となる。
【００４５】
図７は、本実施例の光学素子に入射方向Ａから入射する入射光の入射角に対する各偏光に対する光学機能部材の透過率を示しており、実線はＰ偏光、破線はＳ偏光を表している。図７に示すように、入射角が大きくなると透過率が下がっていく。しかしながら、Ｓ偏光はあるところで透過率が上昇し、Ｐ偏光の透過率と同一の値となる。これは、光学機能部材に形成されている薄膜層の光学軸に対して、Ｓ偏光の屈折率が少しずつ変化しているためである。言い換えると、Ｓ偏光における常光線と異常光線の割合がずれるためである。このような入射角度で光学機能部材を使用すると、ＳＰ偏光における透過率を統一化することが可能となる。一方、入射角特性の角度に対する変化度がＳＰ偏光で異なるため、波長分散における特性の変動も逆となり、式（９）を満たすような構成を期待できる。
【００４６】
本実施例は、式（９）を満たすように、入射角度を７０°として機能させている。そのため、入射方向Ａから入射する入射光の偏光に対する特性は揃っている。また、入射方向Ｂから反射する入射光を効率化することができるため、効率的に光を合波することが可能となる。
【実施例３】
【００４７】
本実施例の光学異方性を持つ薄膜層には、ＺｒＯ２とＴｉＯ２からなる組成物を斜方蒸着した薄膜を利用している。薄膜層の常光線屈折率ｎｏは１．７６、異常光線屈折率ｎｅは１．６４である。斜方蒸着膜のαを４５°、βを４５°で設定し、物理膜厚ｄは６００ｎｍとしている。光学プリズムには、屈折率１．８０の光学ガラスを用いている。また、斜方蒸着膜の異方性が少ないため、本実施例の光学素子は、一方の光学プリズム、屈折率１．３８の厚さ１３０ｎｍの薄膜、厚さ６００ｎｍの斜方蒸着膜、屈折率１．７の厚さ１００ｎｍの薄膜、他方の光学プリズムの順で形成されている。このように、光学プリズムと薄膜層の間に任意に薄膜を追加してもよい。
【００４８】
本実施例の光学素子に入射角４５°で入射する入射光の特性について、図８を用いて説明する。偏光Ｏは、Ｓ偏光とする。図８（ａ）は入射方向Ａから入射する入射光に対する光学機能部材の透過率を示しており、実線はＰ偏光、破線はＳ偏光を表している。図８（ｂ）は入射方向Ｂから入射する入射光に対する光学機能部材の反射率を示しており、実線はＳ偏光を表している。本実施例は、式（１）〜（６）を満足している。
【００４９】
本実施例では、異方性の少ない斜方蒸着膜を利用しているため、反射率と透過率を効率良く分割するために、光学薄膜と組み合わせている。光学薄膜の組み合わせとしては、できれば異方性膜との関連で屈折率を選択することが望ましく、少なくとも一つは異方性膜の屈折率の中間値を選択することが望ましい。本実施例の光学素子では、図８に示すように、偏光ごとの特性変動は少なく、かつ効率的に入射方向Ｂからの偏光Ｏを反射していることが分かる。
【実施例４】
【００５０】
本実施形態の光学素子は、多くの光学機器で使用することができる。例えば、図９に示すようなデジタルカメラ９００に本実施形態の光学素子を用いられる。ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）９０２は、デジタルカメラ９００の内部に内蔵され、撮像光学系９０１によって形成された被写体像を受光する。メモリ９０３は、固体撮像素子９０２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録する。ファインダー９０４を用いて、被写体の光学的な直接観察や、液晶ディスプレイを用いて固体撮像素子９０２上に形成された被写体像の観察を行う。
【００５１】
ファインダー９０４は、実像を観察するＯＶＦと電子画像を観察するＥＶＦの機能を有する。ファインダー９０４内で両方の光路を合波しているため、使用者は任意にそれらの機能画面を切り替えることができる。その合波する部分に本実施形態の光学素子を利用することで、偏光依存性の少ないＯＶＦの確認と、効率的なＥＶＦの確認を両立することが可能となる。
[従来例１]
従来例１として、光学機能部材に多層薄膜を用いた偏光分離素子を使用する場合について説明する。偏光分離素子は、屈折率１．５３の光学プリズムに挟まれ、屈折率１．４８の厚さ１２０ｎｍの膜、屈折率２．１の厚さ８０ｎｍの膜、屈折率１．４８の厚さ１２０ｎｍの膜の順に形成されている。
【００５２】
光学素子に入射角４５°で入射する光の特性について、図１０を用いて説明する。偏光Ｏは、Ｓ偏光とする。図１０（ａ）は入射方向Ａから入射する入射光に対する光学機能部材の透過率を示しており、実線はＰ偏光、破線はＳ偏光を表している。図１０（ｂ）は入射方向Ｂから入射する入射光に対する光学機能部材の反射率を示しており、破線はＳ偏光を表している。
【００５３】
図１０に示すように、入射方向Ｂから入射する同一偏光の反射率は、実施例１とほぼ同等の値を示している。しかしながら、入射方向Ａから入射する入射光に対する光学機能部材の透過率は偏光依存性が高く、一方の偏光に対して他方の偏光は７割の透過率しかない。そのため、入射方向Ａから無偏光が入射したとしても、透過率にムラが発生してしまうため好ましくない。
[従来例２]
従来例２として、光学機能部材に金属薄膜を用いたハーフミラーを使用する場合について説明する。ハーフミラーは、屈折率１．５３の光学プリズムに挟まれ、厚さ１０ｎｍの銀の薄膜として形成されている。
【００５４】
光学素子に入射角４５°で入射する光の特性について、図１１を用いて説明する。偏光Ｏは、Ｓ偏光である。図１１（ａ）は入射方向Ａから入射する入射光に対する光学機能部材の透過率を示しており、実線はＰ偏光、破線はＳ偏光を表している。図１１（ｂ）は入射方向Ｂから入射する入射光に対する光学機能部材の反射率を示しており、破線はＳ偏光を表している。
【００５５】
図１１に示すように、入射方向Ｂから入射する同一偏光の反射率は、実施例１とほぼ同等の値を示している。しかしながら、ハーフミラーに金属を使用しているために光の吸収が発生しており、式（１）の合算値が９５％以下となっている。そのため、光の使用効率が低く、透過率が全体的に犠牲になっている。
[従来例３]
従来例３として、光学機能部材に多層薄膜を用いた偏光分離素子を使用する場合について説明する。偏光分離素子は、屈折率１．８０の光学プリズムに挟まれ、屈折率１．４８の厚さ１５０ｎｍの膜、屈折率２．１の厚さ１００ｎｍの膜、屈折率１．４８の厚さ１２０ｎｍの膜の順に形成されている。
【００５６】
光学素子に入射角４５°で入射する光の特性について、図１２を用いて説明する。偏光Ｏは、Ｓ偏光である。図１２（ａ）は入射方向Ａから入射する入射光に対する光学機能部材の透過率を示しており、実線はＰ偏光、破線はＳ偏光を表している。図１２（ｂ）は入射方向Ｂから入射する入射光に対する光学機能部材の反射率を示しており、破線はＳ偏光を表している。
【００５７】
偏光分離素子は、入射方向Ｂから入射する同一偏光の反射率を実施例２とほぼ同等の値を示すように設計されている。しかしながら、偏光分離素子の場合、多層薄膜の干渉を用いているために入射方向ＢからのＳ偏光反射率は波長依存性が非常に高い。また、同一偏光の反射率を７０％まで上げると、透過率の差分が非常に大きくなってしまう。これは入射方向Ａからの透過率の偏光依存性と、合波する光の効率を両立させることが非常に難しいということを表している。
[従来例４]
従来例４として、従来例３に示す光学素子を流用した、図１３に示す光学系を使用する場合について説明する。従来例３で説明したように、偏光分離素子１３０５で効率的に入射方向Ｂからの反射を与えようとすると、入射方向Ａからの透過光の偏光依存性が非常に強く出てしまう。そこで、入射方向Ａから入射してくる直線偏光を回転させるために、λ／４板の位相板１３１０を偏光分離素子１３００の入射方向Ａの直前に配置している。位相板１３１０は、光学軸が入射平面に対して４５°の方向を向いており、入射方向Ａから入射したＳＰ偏光を円偏光に変換する。
【００５８】
上記構成により、入射方向ＡからのＳＰ偏光は、円偏光に変換されてから偏光分離素子１３００に入射する。そのため、偏光分離素子１３００の入射方向Ａからの透過率に関して、偏光依存性は解消されているように見える。しかし、入射方向Ａから入射する入射光が無偏光の場合、その光には円偏光も含まれる。円偏光が入射方向Ａから入射すると、位相板１３１０でＳ偏光かＰ偏光の直線偏光に変換されるため、偏光分離素子１３００での透過率特性に大きな差が発生してしまう。
【００５９】
そのため、このような構成は入射方向Ａから入射してくる入射光が直線偏光のみの場合には有効だが、本実施形態のように無偏光を入射する場合には適さない。無偏光が入射するような構成には、本実施形態のように光学機能部材の偏光依存性を抑えることが望ましい。
【００６０】
以上、本発明の好ましい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に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１００  光学素子
１０１  光学プリズム（第１の光学部材）
１０２  光学プリズム（第２の光学部材）
１０３  入射面（第１の入射面）
１０４  入射面（第２の入射面）
１０５  光学機能部材
【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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