(57)【要約】【課題】  従来、検査・測定用等のカメラの色分解光学系において、青、赤、緑の３つの色成分ごとに感度を優先した場合、各色成分間の感度積分値の差により、撮像素子からの電気信号を増幅する際にノイズがばらつき、かつ、色再現性が低下するという問題があった。【解決手段】  本発明では、検査・測定用等のカメラの色分解光学系で用いられるプリズムの青反射ダイクロイック膜と赤反射ダイクロイック膜の透過率特性曲線の傾きと半値波長を最適化し、各プリズム射出面のトリミングフィルター、及び、プリズム前に配置するＩＲカットフィルターを用い、各プリズム射出面から射出する透過光の調整を行い、前記３つの各色成分間で、分光透過特性の感度積分値を近づけることにより、ノイズばらつきの低減が行える。この際、青色と緑色成分の分光透過特性の交点位置、及び、赤色と緑色成分の分光透過特性の交点位置を理想特性に近づけることにより、高感度を維持しつつ、色再現性の向上が行える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
青、赤、緑の３つの色成分に分解する色分解光学系であって、入射光側から順に、第１ダイクロイック膜を有し、前記第１ダイクロイック膜によって反射された第１の色成分を取り出す第１のプリズムと、第２ダイクロイック膜を有し、前記第１ダイクロイック膜を透過し、前記第２ダイクロイック膜で反射した第２の色成分を取り出す第２プリズムと、前記第１及び第２ダイクロイック膜を透過した第３の色成分を取り出す第３のプリズムとを備え、前記第１ダイクロイック膜が前記青色成分を反射する膜構成とし、前記第２ダイクロイック膜が前記赤色成分を反射する膜構成とし、かつ、前記第１ダイクロイック膜の波長に対する透過率を示す透過特性曲線について、最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、５．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、前記第２ダイクロイック膜の波長に対する透過率を示す透過特性曲線について、最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有していることを特徴とする色分解光学系。
【請求項２】
前記請求項１に記載の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、５．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する第１ダイクロイック膜の透過特性曲線の最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長が４８４［ｎｍ］以上、４９４［ｎｍ］以下となり、前記請求項１に記載の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する第２ダイクロイック膜の透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７０［ｎｍ］以上、５８２［ｎｍ］以下となることを特徴とする色分解光学系。
【請求項３】
赤色光を取り出すプリズムの射出面側には、均等に減光するＮＤフィルターを配置することを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項４】
前記請求項３に記載のＮＤフィルターの透過率は、５０％以上、８０％以下であることを特徴とする色分解光学系。
【請求項５】
前記請求項３に記載のＮＤフィルターは、低反射タイプのＡＲＮＤフィルター（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｆｉｌｔｅｒ）であることを特徴とする色分解光学系。
【請求項６】
前記請求項３に記載のＮＤフィルターは、可変式ＮＤフィルターであることを特徴とする色分解光学系。
【請求項７】
緑色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、青色光を遮断し、緑色および赤色光を透過するトリミングフィルターをさらに備え、本トリミングフィルターの最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、５．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有することを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項８】
前記請求項７に記載の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、５．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有するトリミングフィルターの透過特性曲線の最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長が４８７［ｎｍ］以上、４９９［ｎｍ］以下となることを特徴とする色分解光学系。
【請求項９】
青色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、緑色および赤色光を遮断し、青色光を透過するトリミングフィルターをさらに備え、本トリミングフィルターの最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有することを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項１０】
前記請求項９に記載の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有するトリミングフィルターの透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４９２［ｎｍ］以上、５０２［ｎｍ］以下となることを特徴とする色分解光学系。
【請求項１１】
色分解光学系の前に配置され、近赤外光を遮断するＩＲカットフィルターをさらに備え、本ＩＲカットフィルターの最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値は−９．０［％／ｎｍ］以上、−２．９［％／ｎｍ］以下であることを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項１２】
前記請求項１１に記載の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−２．９［％／ｎｍ］以下となる形状を有するＩＲカットフィルターの透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長は６６４［ｎｍ］以上、６７４［ｎｍ］以下となることを特徴とする色分解光学系。
【請求項１３】
少なくとも１つのプリズムの射出面に反射防止膜が施されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項１４】
少なくとも１つのプリズムの射出面にダイクロイック膜が施されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項１５】
青、赤、緑の３つの色成分に分解する色分解光学系の分光透過特性であって、第１プリズムから取り出された青色成分の光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−６．０［％／ｎｍ］以上、−２．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第２プリズムから取り出された赤色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が３．０［％／ｎｍ］以上、９．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第２プリズムから取り出された赤色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、６．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−１０．０［％／ｎｍ］以上、−４．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項１６】
前記請求項１５に記載の第１プリズムから取り出された青色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−６．０［％／ｎｍ］以上、−２．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４８１［ｎｍ］以上、４９３［ｎｍ］以下となり、前記請求項１５に記載の第２プリズムから取り出された赤色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が３．０［％／ｎｍ］以上、９．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７０［ｎｍ］以上、５８２［ｎｍ］以下となり、前記請求項１５に記載の第２プリズムから取り出された赤色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が６６５［ｎｍ］以上、６７７［ｎｍ］以下となり、前記請求項１５に記載の第３プリズムから取り出された緑色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、６．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４９２［ｎｍ］以上、５０４［ｎｍ］以下となり、前記請求項１５に記載の第３プリズムから取り出された緑色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−１０．０［％／ｎｍ］以上、−４．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７０［ｎｍ］以上、５８２［ｎｍ］以下となることを特徴とする色分解光学系。
【請求項１７】
前記請求項１から１６に記載の色分解光学系に対して、プリズム前に配置されたＩＲカットフィルターと赤色光を取り出すプリズム射出面側のＮＤフィルターを外し、同等の厚さと屈折率を有する素通し硝子に置き換えることにより、青色光と緑色光の透過特性を保ったまま、赤色光に対して、近赤外域の感度を高めることを特徴とする色分解光学系。
【請求項１８】
前記請求項１７に記載の近赤外域は、８００［ｎｍ］以上、９００［ｎｍ］以下までの波長域一部または全部を含むことを特徴とする色分解光学系。
【請求項１９】
青、赤、緑の３つの色成分に分解する色分解光学系の分光透過特性であって、第１プリズムから取り出された青色成分の光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−６．０［％／ｎｍ］以上、−２．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第２プリズムから取り出された赤色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が３．０［％／ｎｍ］以上、９．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、６．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−１０．０［％／ｎｍ］以上、−４．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有することを特徴とする請求項１７と１８に記載の色分解光学系。
【請求項２０】
前記請求項１９に記載の第１プリズムから取り出された青色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−６．０［％／ｎｍ］以上、−２．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４８１［ｎｍ］以上、４９３［ｎｍ］以下となり、前記請求項１９に記載の第２プリズムから取り出された赤色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が３．０［％／ｎｍ］以上、９．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７０［ｎｍ］以上、５８２［ｎｍ］以下となり、前記請求項１９に記載の第３プリズムから取り出された緑色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、６．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４９２［ｎｍ］以上、５０４［ｎｍ］以下となり、前記請求項１９に記載の第３プリズムから取り出された緑色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−１０．０［％／ｎｍ］以上、−４．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７０［ｎｍ］以上、５８２［ｎｍ］以下となることを特徴とする色分解光学系。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか１項に記載の色分解光学系と、前記色分解光学系によって分解された各色光に対応して設けられ、入射した各色光に応じた電気信号を出力する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、入射光を複数の色光に分解する色分解光学系、及び、その色分解光学系を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  一般に、検査・測定用等のカメラの撮像装置には、色分解光学系が備えられている。【０００３】  図１に示す色分解光学系は、撮影レンズ１１３の側より、ＩＲカットフィルター１１４、色分解プリズム１１２から構成され、第１プリズムと第２プリズムの間には空気間隙１０８を有し、第２プリズムと第３プリズムは接着により接合されている。撮影レンズ１１３は、不図示の被写体からの光束を集光し、ＩＲカットフィルター１１４を通して、色分解プリズム１１２へと導光している。【０００４】  第１プリズムは、ＩＲカットフィルターに面して入射面１０１を有し、入射面１０１より入射した光を、透過面１０２に施した青反射ダイクロイック膜にて青色光のみを反射させ、残りを透過させる。反射した青色光は、入射面１０１にて全反射し、出射面のトリミングフィルター１０５を射出して撮像素子１０９に向かう。透過面１０２を透過した光は、空気間隙１０８を通って第２プリズムの入射面１０３より入射する。【０００５】  第２プリズムの透過面１０４に施した赤反射ダイクロイック膜は、赤色光のみを反射し、残った緑色光を透過させる。反射した赤色光は、空気間隙１０８と接する第２プリズムの入射面１０３面にて全反射し、出射面のトリミングフィルター１０６を射出して撮像素子１１０に向かう。【０００６】  透過面１０４を透過した緑色光は、第３プリズムに入射し、出射面のトリミングフィルター１０７を射出し、撮像素子１１１に向かう。このようにして、色分解プリズムは光束を分解する。【０００７】  前記トリミングフィルター１０５，１０６，１０７は、分光特性を調整するために設けられており、前記青反射ダイクロイック膜と赤反射ダイクロイック膜とで整形できなかった波長成分の分光特性を整える。【０００８】  前記トリミングフィルター１０５，１０６，１０７は、必要に応じて、色ガラス等の吸収タイプまたはダイクロイック膜等のコートタイプまたは吸収タイプとコートタイプの両方を用いてもよい。ここで、ゴースト防止のためには、吸収タイプを用いることが望ましい。【０００９】  図８は、一般にカラー撮像系で理想とされている分光特性を赤色成分、青色成分および緑色成分の３色について示している。この理想特性は、各色光成分の最大値が１となるように規格化したものであり、縦軸は透過率を示す。この「理想特性」は、色再現媒体の３原色の色度座標から換算され、ＸＹＺ表色系の等色関数の一次変換により求めることができる。ここで、「色再現媒体」とは、撮像装置によって撮影された画像を再現するものである。【００１０】  図１に示した色分解光学系を用いて図８に示すような理想特性に近い分光透過特性が得られれば、理想特性に近い色再現を行うことができる。しかしながら、前記理想特性に近い色再現に対して、検査・測定用等のカメラの色分解光学系では、感度が優先されるため、色再現性が低下し、更には、赤色、青色、緑色の３つの各色成分間の感度積分値の差により、撮像素子からの電気信号を増幅する際にノイズがばらつくという問題があった。また、赤色の成分について、検査・測定の対象物に応じて、近赤外成分（例えば、８００〜９００［ｎｍ］の波長域）の感度を高めたいという要求がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−０７５５４３号公報
【特許文献２】特開２００９−２５１０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、検査・測定用等のカメラの色分解光学系において、青色、赤色、緑色の３つの各色成分の感度を優先しつつも、各色成分間でのノイズばらつきを低減し、かつ、色再現性を向上することにある。更には、赤色成分について、検査・測定の対象物に応じて、近赤外成分（例えば、８００〜９００［ｎｍ］の波長域）の感度を高めることを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  そこで、本発明の色分解光学系では、色分解プリズムの前にＩＲカットフィルターを配置し、青色、赤色、緑色の３つの色成分に分解する色分解プリズムであって、入射光側から順に、第１ダイクロイック膜を有し、前記第１ダイクロイック膜によって反射された第１の色成分を取り出す第１のプリズムと、第２ダイクロイック膜を有し、前記第１ダイクロイック膜を透過し、前記第２ダイクロイック膜で反射した第２の色成分を取り出す第２プリズムと、前記第１及び第２ダイクロイック膜を透過した第３の色成分を取り出す第３のプリズムとを備え、前記第１ダイクロイック膜が前記青色成分を反射する膜構成とし、前記第２ダイクロイック膜が前記赤色成分を反射する膜構成とし、かつ、前記第１ダイクロイック膜の波長に対する透過率を示す透過特性曲線について、最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、５．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、前記第２ダイクロイック膜の波長に対する透過率を示す透過特性曲線について、最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下となる形状とする。【００１４】  また、前記最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、５．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する第１ダイクロイック膜の透過特性曲線の最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長が４８４［ｎｍ］以上、４９４［ｎｍ］以下とする。【００１５】  また、前記最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する第２ダイクロイック膜の透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７０［ｎｍ］以上、５８２［ｎｍ］以下とする。【００１６】  また、前記青反射ダイクロイック膜と赤反射ダイクロイック膜とで整形できなかった波長成分の分光特性を整えるため、前記トリミングフィルター１０５，１０６，１０７を用いて各プリズムの射出面から射出する透過光の調整を行っている。図６は、本発明の色分解光学系で用いられている前記トリミングフィルター１０５，１０６，１０７の透過特性の設計例として、青色成分の光射出面トリミングフィルター透過特性６０１，緑色成分の光射出面トリミングフィルター透過特性６０２，赤色成分の光射出面トリミングフィルター透過特性６０３を示す。【００１７】  前記第１プリズム射出面のトリミングフィルター１０５は、青色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、素通しガラスを用い、この光射出面には、透過光調整用のダイクロイック膜を形成して図６の６０１に示す透過特性を実現している。図６の６０４に示すように、最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長は４９２［ｎｍ］以上、５０２［ｎｍ］以下とし、最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値は−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下としている。ここで、ゴーストを防止するために、トリミングフィルター１０５に吸収タイプの��ガラスを用いた上で、透過光調整用のダイクロイック膜または反射防止膜を設けて、図６の６０１に示す透過特性を実現してもよい。【００１８】  前記第２プリズム射出面のトリミングフィルター１０６は、赤色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、図６の６０３に示すように、透過率６５％一定のＮＤフィルターである。ここで、ＮＤフィルターは、ゴースト防止のため、吸収タイプまたは低反射タイプのＡＲＮＤフィルター（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｆｉｌｔｅｒ）が望ましい。【００１９】  前記第３プリズム射出面のトリミングフィルター１０７は、緑色光を取り出すプリズムの射出面側に配置される。図６の６０２に示すように、青色光を遮断し、緑色および赤色光を透過する特性を有し、最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値を２．０［％／ｎｍ］以上、５．０［％／ｎｍ］以下としている。図６の６０５に示すように、最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長を４８７［ｎｍ］以上、４９９［ｎｍ］以下としている。ここで、ゴーストを防止するために、トリミングフィルター１０７には、吸収タイプの色ガラスを用いている。【００２０】  図１に示す色分解光学系の前に配置されたＩＲカットフィルター１１４の透過特性は、図７の７０２に示すように、最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長は６６４［ｎｍ］以上、６７４［ｎｍ］以下とし、図７の７０１に示すように、最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値は−９．０［％／ｎｍ］以上、−２．９［％／ｎｍ］以下としている。
【発明の効果】
【００２１】  本発明によれば、検査・測定用等のカメラの色分解光学系で用いられるプリズムの青反射ダイクロイック膜と赤反射ダイクロイック膜の透過率特性曲線の傾きと半値波長を最適化し、赤色光のプリズム射出面のＮＤフィルター、青色光と緑色光の各プリズム射出面のトリミングフィルター、及び、プリズム前に配置するＩＲカットフィルターを用い、各プリズム射出面から射出する透過光の調整を行い、青、赤、緑の３つの各色成分間で、分光透過特性の感度積分値を近づけることにより、ノイズばらつきの低減が行える。ここで、前記ＮＤフィルターを、低反射タイプのＡＲＮＤフィルター（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｆｉｌｔｅｒ）とすることにより、ゴースト防止が行える。前記ＮＤフィルターを可変式ＮＤフィルターとすることにより、透過率選択の自由度を高めることができる。また、青色と緑色成分の分光透過特性の交点位置、及び、赤色と緑色成分の分光透過特性の交点位置を理想特性に近づけることにより、高い感度を維持しつつ、色再現性の向上が行える。更に、前記、色分解光学系に対して、プリズム前に配置されたＩＲカットフィルターと赤色光を取り出すプリズム射出面側のＮＤフィルターを外し、同等の厚さと屈折率を有する素通し硝子に置き換えることにより、青色光と緑色光の透過特性を保ったまま、赤色光に対して、近赤外域（例えば、８００〜９００［ｎｍ］の波長域）の感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】３色分解プリズム光学系の構成図
【図２】本発明の色分解光学系で用いられる分光透過特性の一例を示す特性図
【図３】本発明の色分解光学系と撮像素子との積算感度特性の一例を示す特性図
【図４】本発明の色分解光学系について、近赤外域の感度を高めた分光透過特性の一例を示す特性図
【図５】本発明の色分解光学系で用いられる青反射／赤反射ダイクロイック膜特性の一例を示す特性図
【図６】本発明の色分解光学系で用いられる各プリズム射出面のトリミングフィルター透過特性の一例を示す特性図
【図７】ＩＲカットフィルター透過特性と撮像素子の感度特性の一例を示す特性図
【図８】規格化された理想特性を示す特性図
【図９】本発明の色分解光学系の規格化総合特性と規格化理想特性
【図１０】従来の感度優先の色分解光学系  分光透過特性
【図１１】従来の感度優先の色分解光学系と撮像素子の積算感度特性
【図１２】従来の感度優先の色分解光学系の規格化総合特性と規格化理想特性
【発明を実施するための形態】
【００２３】  本発明による実施形態について、以下、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００２４】  図１に示す色分解光学系は、撮影レンズ１１３の側より、ＩＲカットフィルター１１４、色分解プリズム１１２から構成され、第１プリズムと第２プリズムの間には空気間隙１０８を有し、第２プリズムと第３プリズムは接着により接合されている。撮影レンズ１１３は、不図示の被写体からの光束を集光し、ＩＲカットフィルター１１４を通して、色分解プリズム１１２へと導光している。【００２５】  第１プリズムは、ＩＲカットフィルターに面して入射面１０１を有し、入射面１０１より入射した光を、透過面１０２に施した青反射ダイクロイック膜にて青色光のみを反射させ、残りを透過させる。反射した青色光は、入射面１０１にて全反射し、出射面のトリミングフィルター１０５を射出して撮像素子１０９に向かう。透過面１０２を透過した光は、空気間隙１０８を通って第２プリズムの入射面１０３より入射する。【００２６】  第２プリズムの透過面１０４に施した赤反射ダイクロイック膜は、赤色光のみを反射し、残った緑色光を透過させる。反射した赤色光は、空気間隙１０８と接する第２プリズムの入射面１０３面にて全反射し、出射面のトリミングフィルター１０６を射出して撮像素子１１０に向かう。【００２７】  透過面１０４を透過した緑色光は、第３プリズムに入射し、出射面のトリミングフィルター１０７を射出し、撮像素子１１１に向かう。このようにして、色分解プリズムは光束を分解する。【００２８】  前記トリミングフィルター１０５，１０６，１０７は、前記青反射ダイクロイック膜と赤反射ダイクロイック膜とで整形できなかった波長成分の分光特性を整える。【００２９】  ここで、前記トリミングフィルター１０５，１０６，１０７は、必要に応じて、色ガラス等の吸収タイプまたはダイクロイック膜等のコートタイプまたは吸収タイプとコートタイプの両方を用いてもよい。ゴースト防止のためには、吸収タイプを用いることが望ましい。【００３０】  図８は、一般にカラー撮像系で理想とされている分光特性を赤色成分、青色成分、及び、緑色成分の３色について示している。この理想特性は、各色光成分の最大値が１となるように規格化したものであり、縦軸は透過率を示す。この「理想特性」は、色再現媒体の３原色の色度座標から換算され、ＸＹＺ表色系の等色関数の一次変換により求めることができる。ここで、「色再現媒体」とは、撮像装置によって撮影された画像を再現するものである。【００３１】  図１に示した色分解光学系を用いて図８に示すような理想特性に近い分光透過特性が得られれば、理想特性に近い色再現を行うことができる。しかしながら、前記理想特性に近い色再現に対して、検査・測定用等のカメラの色分解光学系では、感度が優先されるため、色再現性が低下し、更には、赤色、青色、緑色の各色成分間の感度積分値の差により、撮像素子からの電気信号を増幅する際にノイズがばらつくという問題があった。また、赤色の成分について、検査・測定の対象物に応じて、近赤外成分（例えば、８００〜９００［ｎｍ］の波長域）の感度を高めたいという要求がある。【００３２】  図１０は、青、赤、緑の３つの色成分ごとに感度を優先した従来の色分解光学系の分光特性の設計例であり、図１０の１００１に示す青色成分光の長波長側の傾き、図１０の１００２に示す緑色成分光の短波長側と長波長側の傾き、図１０の１００３に示す赤色成分光の短波長側の傾きがすべて急峻であり、青、赤、緑の３つの色成分の分離性が高くなっている。この従来の設計例では、第１プリズムから取り出された青色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−６．０［％／ｎｍ］以上、−５．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第２プリズムから取り出された赤色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が９．０［％／ｎｍ］以上、１１．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が６．０［％／ｎｍ］以上、９．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−６．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有している。【００３３】  図１０に示す従来の感度優先の色分解光学系の分光透過特性に対して、図７の７０３に示す撮像素子の感度特性を掛け合わせた積算感度特性を図１１に示す。図１１の１１０１に示す青色、図１１の１１０２に示す緑色、図１１の１１０３に示す赤色の３つの各色成分の感度積分値は、それぞれ、４８００、７２６０、３１６１となる。緑色成分の分光透過特性の感度積分値を１とした場合、青色、緑色、赤色の３つの各色成分の比率は、それぞれ、０．６６、１、０．４４となる。このように、従来の感度優先の色分解光学系の分光透過特性では、青色、赤色、緑色の３つの各色成分間の感度積分値の差が大きく、撮像素子からの電気信号を増幅する際にノイズばらつきが大きくなる。【００３４】  また、図１１に示す従来の感度優先の色分解光学系と撮像素子の積算感度特性に対して、６５００Ｋの光源特性を掛け合わせ、青、赤、緑の３つの色成分ごとに規格化した総合特性と規格化理想特性の比較グラフを図１２に示す。図１２の点線で示す規格化理想特性について、青色成分１２０４と緑色成分１２０５の分光透過特性の交点位置は、４８９．５［ｎｍ］、相対値０．２４であり、緑色成分１２０５と赤色成分１２０６の分光透過特性の交点位置は、５７６．５［ｎｍ］、相対値０．５６である。図１２の実線で示す従来の感度優先の色分解光学系の規格化総合特性について、青色成分１２０１と緑色成分１２０２の分光透過特性の交点位置は、４８６［ｎｍ］、相対値０．４であり、緑色成分１２０２と赤色成分１２０３の分光透過特性の交点位置は、５７９［ｎｍ］、相対値０．４６である。従来の感度優先の色分解光学系の規格化総合特性について、前記規格化理想特性との交点位置差および平均色差は以下のように大きくなり、色再現性が低下している。
青色成分と緑色成分の分光透過特性の交点位置差  −３．５［ｎｍ］、相対値０．１６
緑色成分と赤色成分の分光透過特性の交点位置差    ２．５［ｎｍ］、相対値−０．１
従来の感度優先の色分解光学系の分光透過特性の平均色差  １７．７【００３５】  そこで、本発明の色分解光学系では、色分解プリズムの前にＩＲカットフィルターを配置し、青、赤、緑の３つの色成分に分解する色分解プリズムであって、入射光側から順に、第１ダイクロイック膜を有し、前記第１ダイクロイック膜によって反射された第１の色成分を取り出す第１のプリズムと、第２ダイクロイック膜を有し、前記第１ダイクロイック膜を透過し、前記第２ダイクロイック膜で反射した第２の色成分を取り出す第２プリズムと、前記第１及び第２ダイクロイック膜を透過した第３の色成分を取り出す第３のプリズムとを備え、前記第１ダイクロイック膜が前記青色成分を反射する膜構成とし、前記第２ダイクロイック膜が前記赤色成分を反射する膜構成とし、かつ、図５に示すように、前記第１ダイクロイック膜の波長に対する透過率を示す透過特性曲線５０１について、最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、５．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、前記第２ダイクロイック膜の波長に対する透過率を示す透過特性曲線５０２について、最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下となる形状とする。【００３６】  また、図５の５０３に示すように、前記最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、５．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する第１ダイクロイック膜の透過特性曲線の最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長が４８４［ｎｍ］以上、４９４［ｎｍ］以下とする。【００３７】  また、図５の５０４に示すように、前記最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する第２ダイクロイック膜の透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７０［ｎｍ］以上、５８２［ｎｍ］以下とする。【００３８】  更に、前記トリミングフィルター１０５，１０６，１０７を用いて各プリズムの射出面から射出する透過光の調整を行っている。図６は、本発明の色分解光学系で用いられている前記トリミングフィルター１０５，１０６，１０７の透過特性の設計例として、青色成分の光射出面トリミングフィルター透過特性６０１，緑色成分の光射出面トリミングフィルター透過特性６０２，赤色成分の光射出面トリミングフィルター透過特性６０３を示す。【００３９】  前記第１プリズム射出面のトリミングフィルター１０５は、青色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、ＢＫ７等の素通しガラスを用い、この光射出面には、透過光調整用のダイクロイック膜を形成して図６の６０１に示す透過特性を実現している。図６の６０４に示すように、最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長は４９２［ｎｍ］以上、５０２［ｎｍ］以下とし、最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値は−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下としている。ここで、ゴーストを防止するために、トリミングフィルター１０５に吸収タイプの色ガラスを用いた上で、透過光調整用のダイクロイック膜または反射防止膜を設けて、図６の６０１に示す透過特性を実現してもよい。【００４０】  前記第２プリズム射出面のトリミングフィルター１０６は、赤色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、図６の６０３に示すように、透過率６５％一定のＮＤフィルターである。ここで、ＮＤフィルターは、ゴースト防止のため、吸収タイプまたは反射率が最大２％以下などの低反射タイプのＡＲＮＤフィルター（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｆｉｌｔｅｒ）が望ましい。前記ＮＤフィルターの透過率は、赤色の感度積分値を青色と緑色の各色成分の感度積分値に近づけるため、透過率５０％以上、８０％以下の範囲で、最適な透過率を用いる。また、前記ＮＤフィルターを可変式ＮＤフィルターとすることにより、透過率選択の自由度を高めることができる。【００４１】  前記第３プリズム射出面のトリミングフィルター１０７は、緑色光を取り出すプリズムの射出面側に配置される。図６の６０２に示すように、青色光を遮断し、緑色および赤色光を透過する特性を有し、最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値を２．０［％／ｎｍ］以上、５．０［％／ｎｍ］以下としている。図６の６０５に示すように、最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長を４８７［ｎｍ］以上、４９９［ｎｍ］以下としている。【００４２】  このように、本発明によれば、図５に示す前記第１ダイクロイック膜および前記第２ダイクロイック膜の分光透過特性曲線、図６に示す前記各プリズム射出面のトリミングフィルター透過特性、図７に示すＩＲカットフィルター透過特性とすることにより、図２に示す本発明の分光透過特性が得られる。図２の２０１に示すように、第１プリズムから取り出された青色成分の光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−６．０［％／ｎｍ］以上、−２．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、図２の２０３に示すように、第２プリズムから取り出された赤色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が３．０［％／ｎｍ］以上、９．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第２プリズムから取り出された赤色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、図２の２０２に示すように、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、６．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−１０．０［％／ｎｍ］以上、−４．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有している。【００４３】  更に、本実施の形態による設計例では、図２の２０４に示すように、第１プリズムから取り出された青色成分光の最高透過率と���低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−６．０［％／ｎｍ］以上、−２．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４８１［ｎｍ］以上、４９３［ｎｍ］以下となる。図２の２０７に示すように、第２プリズムから取り出された赤色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が３．０［％／ｎｍ］以上、９．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長が５７０［ｎｍ］以上、５８２［ｎｍ］以下となり、図２の２０８に示すように、第２プリズムから取り出された赤色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−９．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が６６５［ｎｍ］以上、６７７［ｎｍ］以下となる。図２の２０５に示すように、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、６．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４９２［ｎｍ］以上、５０４［ｎｍ］以下となり、図２の２０６に示すように、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−１０．０［％／ｎｍ］以上、−４．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７０［ｎｍ］以上、５８２［ｎｍ］以下となる。【００４４】  図２に示す本発明における色分解光学系の分光透過特性に対して、図７の７０３に示す撮像素子の感度特性を掛け合わせた積算感度特性を図３に示す。図３に示す青色、緑色、赤色の３つの各色成分の感度積分値は、それぞれ、５６３９、６９４２、５９２１となる。緑色成分の分光透過特性の感度積分値を１とした場合、青色、緑色、赤色の３つの各色成分の比率は、それぞれ、０．８１、１、０．８５となる。このように、本発明における色分解光学系の分光透過特性では、青色、赤色、緑色の３つの各色成分間で、感度積分値を近づけることにより、前記、従来の感度優先の色分解光学系に比べて感度積分値の差が小さくなり、撮像素子からの電気信号を増幅する際のノイズばらつきの低減が行える。【００４５】  また、図３に示す本発明における色分解光学系と撮像素子の積算感度特性に対して、６５００Ｋの光源特性を掛け合わせ、青色、赤色、緑色の３つの色成分ごとに規格化した総合特性と規格化理想特性の比較グラフを図９に示す。図９の点線で示す規格化理想特性について、青色成分９０４と緑色成分９０５の分光透過特性の交点位置は、４８９．５［ｎｍ］、相対値０．２４であり、緑色成分９０５と赤色成分９０６の分光透過特性の交点位置は、５７６．５［ｎｍ］、相対値０．５６である。図９の実線で示す本発明における色分解光学系の分光透過特性について、青色成分９０１と緑色成分９０２の分光透過特性の交点位置は、４９３［ｎｍ］、相対値０．３であり、緑色成分９０２と赤色成分９０３の分光透過特性の交点位置は、５７６［ｎｍ］、相対値０．５である。本発明の色分解光学系の規格化総合特性について、前記規格化理想特性との交点位置差および平均色差は、前記、従来の感度優先の色分解光学系の規格化総合特性と規格化理想特性との差に比べて、以下のように小さくなり、色再現性の向上が行える。
青色成分と緑色成分の分光透過特性の交点位置差  ３．５［ｎｍ］、相対値  ０．０６
緑色成分と赤色成分の分光透過特性の交点位置差−０．５［ｎｍ］、相対値−０．０６
本発明の色分解光学系の分光透過特性の平均色差  １６．４【００４６】  更に、前記図１に示す色分解光学系に対して、プリズム前に配置されたＩＲカットフィルター１１４と赤色光を取り出すプリズム射出面側のＮＤフィルター１０６を外し、同等の屈折率と厚さの素通し硝子に置き換えることにより、図２の分光透過特性に対して、図４の分光透過特性に示すように、図４の４０１に示す青色光と図４の４０２に示す緑色光の透過特性を保ったまま、検査・測定対象物に応じて、赤色光に対し、図４の４０３に示す近赤外域（例えば、８００〜９００［ｎｍ］の波長域）の感度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】  以上説明してきたように、本発明の色分解光学系を使用することで、青色、赤色、緑色の３つの各色成分間で、分光透過特性の感度積分値を近づけることにより、撮像素子からの電気信号を増幅する際のノイズばらつきの低減が行える。この際、青色成分と緑色成分の分光透過特性の交点の位置、及び、赤色成分と緑色成分の分光透過特性の交点の位置を理想特性に近づけることにより、色再現性の向上が行える。更に、前記、色分解光学系に対して、プリズム前に配置されたＩＲカットフィルターと赤色光を取り出すプリズム射出面側のＮＤフィルターを外し、同等の厚さと屈折率を有する素通し硝子に置き換えることにより、青色光と緑色光の透過特性を保ったまま、検査・測定対象物に応じて、赤色光に対し、近赤外域の感度を高めることができる。
【符号の説明】
【００４８】１０１  第１プリズムの入射面
１０２  第１プリズムの透過面のダイクロイック膜面
１０３  第２プリズムの入射面
１０４  第２プリズムの透過面のダイクロイック膜面
１０５  第１プリズム出射面のトリミングフィルター
１０６  第２プリズム出射面のトリミングフィルター
１０７  第３プリズム出射面のトリミングフィルター
１０８  空気間隙
１０９  青色光の撮像素子
１１０  赤色光の撮像素子
１１１  緑色光の撮像素子
１１２  色分解プリズム
１１３  撮影レンズ
１１４  ＩＲカットフィルター
２０１  本発明による色分解光学系の青色成分の分光透過特性
２０２  本発明による色分解光学系の緑色成分の分光透過特性
２０３  本発明による色分解光学系の赤色成分の分光透過特性
２０４  本発明による色分解光学系の青色成分の分光透過特性  半値
２０５  本発明による色分解光学系の緑色成分の分光透過特性  短波長側半値
２０６  本発明による色分解光学系の緑色成分の分光透過特性  長波長側半値
２０７  本発明による色分解光学系の赤色成分の分光透過特性  短波長側半値
２０８  本発明による色分解光学系の赤色成分の分光透過特性  長波長側半値
３０１  本発明による色分解光学系と撮像素子の青色成分  積算感度特性
３０２  本発明による色分解光学系と撮像素子の緑色成分  積算感度特性
３０３  本発明による色分解光学系と撮像素子の赤色成分  積算感度特性
４０１  本発明による色分解光学系で、近赤外域の感度を高めた青色成分の分光透過特性
４０２  本発明による色分解光学系で、近赤外域の感度を高めた緑色成分の分光透過特性
４０３  本発明による色分解光学系で、近赤外域の感度を高めた赤色成分の分光透過特性
４０４  本発明による色分解光学系で、近赤外域の感度を高めた青色成分の分光透過特性半値
４０５  本発明による色分解光学系で、近赤外域の感度を高めた緑色成分の分光透過特性短波長側  半値
４０６  本発明による色分解光学系で、近赤外域の感度を高めた緑色成分の分光透過特性長波長側  半値
４０７  本発明による色分解光学系で、近赤外域の感度を高めた赤色成分の分光透過特性短波長側  半値
５０１  本発明による青反射ダイクロイック膜特性
５０２  本発明による赤反射ダイクロイック膜特性
５０３  本発明による青反射ダイクロイック膜特性の半値
５０４  本発明による赤反射ダイクロイック膜特性の半値
６０１  本発明による青色成分プリズム射出面のトリミングフィルター透過特性
６０２  本発明による緑色成分プリズム射出面のトリミングフィルター透過特性
６０３  本発明による赤色成分プリズム射出面のトリミングフィルター透過特性
６０４  本発明による青色成分プリズム射出面のトリミングフィルター透過特性の半値
６０５  本発明による緑色成分プリズム射出面のトリミングフィルター透過特性の半値
７０１  本発明によるＩＲカットフィルターの透過特性
７０２  本発明によるＩＲカットフィルターの透過特性の半値
７０３  撮像素子の感度特性
８０１  青色成分の規格化理想特性
８０２  緑色成分の規格化理想特性
８０３  赤色成分の規格化理想特性
９０１  本発明による色分解光学系の青色成分の規格化総合特性
９０２  本発明による色分解光学系の緑色成分の規格化総合特性
９０３  本発明による色分解光学系の赤色成分の規格化総合特性
９０４  青色成分の規格化理想特性
９０５  緑色成分の規格化理想特性
９０６  赤色成分の規格化理想特性
１００１  従来の感度優先の色分解光学系の青色成分  分光透過特性
１００２  従来の感度優先の色分解光学系の緑色成分  分光透過特性
１００３  従来の感度優先の色分解光学系の赤色成分  分光透過特性
１１０１  従来の感度優先の色分解光学系と撮像素子の青色成分  積算感度特性
１１０２  従来の感度優先の色分解光学系と撮像素子の青緑成分  積算感度特性
１１０３  従来の感度優先の色分解光学系と撮像素子の赤色成分  積算感度特性
１２０１  従来の感度優先の色分解光学系の青色成分  規格化総合特性
１２０２  従来の感度優先の色分解光学系の緑色成分  規格化総合特性
１２０３  従来の感度優先の色分解光学系の赤色成分  規格化総合特性
１２０４  青色成分の規格化理想特性
１２０５  緑色成分の規格化理想特性
１２０６  赤色成分の規格化理想特性
【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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