(57)【要約】【課題】 反射防止膜を用いずにゴースト像の低減を可能とする色分解光学系。【解決手段】色分解光学系１は、入射光を青色光成分ＬＢ、赤色光成分ＬＲおよび緑色光成分ＧＲの３つの色光成分に分解する。光の入射側から順に、第１のプリズム１０と、第２のプリズム２０と、第３のプリズム３０とを備える。第１のプリズム１０は、その第２の面１２に設けられた青色光反射ダイクロイック膜ＤＢによって青色光成分ＬＢを反射し、青色光成分ＬＢを取り出す。第２のプリズム２０は、その第２の面２２に設けられた赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲによって緑色光成分ＬＧを透過しつつ赤色光成分ＬＲを反射し、赤色光成分ＬＲを取り出す。第３のプリズム３０では、緑色光成分ＬＧを取り出す。赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの反射率は、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域のうちの、１０ｎｍ以下の波長範囲で１０％から９０％まで変化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を、青色光、赤色光、および緑色光の少なくとも３つの色光成分に分解する色分解光学系であって、
光の入射側から順に、
第１のダイクロイック膜を有し、前記第１のダイクロイック膜によって反射された第１の色光成分を取り出す第１のプリズムと、
第２のダイクロイック膜を有し、前記第１のダイクロイック膜を透過したのち前記第２のダイクロイック膜によって反射された第２の色光成分を取り出す第２のプリズムと、
前記第１および第２のダイクロイック膜を透過した第３の色光成分を取り出す第３のプリズムと
を少なくとも備え、
前記第１のダイクロイック膜が、前記第１の色光成分として青色光を反射するものであると共に、前記第２のダイクロイック膜が、前記第２の色光成分として赤色光を反射するものであり、
前記第２のダイクロイック膜の反射率は、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域のうちの、１０ｎｍ以下の波長範囲において１０％から９０％まで変化する
色分解光学系。
【請求項２】
前記波長範囲は、５７０ｎｍ以上５８５ｎｍ以下の波長域に含まれている請求項１記載の色分解光学系。
【請求項３】
前記第２のダイクロイック膜の反射率特性曲線における最大の傾きは、８％／ｎｍ以上である請求項１または請求項２に記載の色分解光学系。
【請求項４】
請求項１から請求項３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、およ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、テレビカメラやビデオカメラ等の撮像装置には、色分解光学系が備えられている。図５は、従来の色分解光学系の構成例を示している。この色分解光学系１０１は、撮影レンズ１０２を介して入射した入射光Ｌを青色光ＬＢ、赤色光ＬＲ、および緑色光ＬＧの３つの色光成分に分解するものである。色分解光学系１０１によって分解された各色光に対応する位置には、電荷結合素子（ＣＣＤ；Charge Coupled Device）等の各色光用の撮像素子４Ｂ，４Ｒ，４Ｇが配置される。この色分解光学系１０１は、フィリップス型色分解光学系と呼ばれるものであり、光軸Ｚ１に沿って光の入射側から順に、第１のプリズム１１０と、第２のプリズム１２０と、第３のプリズム１３０とを備え、第１のプリズム１１０で青色光ＬＢ、第２のプリズム１２０で赤色光ＬＲ、第３のプリズム１３０で緑色光ＬＧを取り出す構成とされている。
【０００３】
第１のプリズム１１０の反射面（透過面）１１１には、青色光反射ダイクロイック膜ＤＢ１が形成されている。第２のプリズム１２０の反射面（透過面）１２１には、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲ１が形成されている。また、第１のプリズム１１０の光射出面にはトリミングフィルタ１５１が設けられている。トリミングフィルタ１５１の光射出面にはダイクロイック膜１５１Ａが形成されている。同様に、第２のプリズム１２０の光射出面にはダイクロイック膜１５２Ａが形成されたトリミングフィルタ１５２が設けられ、第３のプリズム１３０の光射出面にはダイクロイック膜１５３Ａが形成されたトリミングフィルタ１５３が設けられている。トリミングフィルタ１５１，１５２，１５３は、分光特性を理想とする特性に近づけるために設けられており、青色光反射ダイクロイック膜ＤＢ１と赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲ１とでは十分に整形できなかった波長成分の分光特性を整える役割を有している。
【０００４】
通常、撮像素子の表面には、保護用のカバーガラスが設けられている。ところが、このカバーガラスの表面で反射した不要光が第１から第３のプリズム１１０，１２０，１３０へ戻ってしまい、さらにその不要光の反射光が再度、撮像素子へ入射することがある。例えば、図５の色分解光学系において、撮像素子４Ｇのカバーガラス（図示せず）において反射した不要光が第３のプリズム１３０へ戻り、反射面（透過面）１２１において二次反射をしたのち、再度、撮像素子４Ｇへ入射することがある。このような二次反射光が撮像素子へ入射すると、例えば図６に示すようなゴースト像が発生し、画像品質を劣化させてしまう。図６では、模様を付した半円状の領域において緑色を帯びたゴースト像が現れている。このようなゴースト像は、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲ１の分光特性に依存するものである（図７参照）。図７は、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲ１の透過率（実線）および反射率（破線）の波長依存性を表している。なお、ここでは第２のプリズム１２０または第３のプリズム１３０に入射する直前の光強度を１００％としている。図７において、透過率分布と反射率分布との重なり領域ＧＨ１（模様を付した領域）の波長光がゴースト像として現れると考えられる。
【０００５】
そこで、このようなゴースト像を除去するために、従来、以下のような提案がなされている。例えば特許文献１には、カバーガラスの表面に反射防止膜を被覆し、かつ、カバーガラス自体を色ガラスによって構成する技術が開示されている。また、特許文献２の色分解光学系では、色分解プリズムの透過率特性曲線とダイクロイック膜の反射率特性曲線とを、色分解プリズムの透過率およびダイクロイック膜の反射率がいずれも１０％以下となる波長域において交差するように構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実用新案第２５８４９７４号公報
【特許文献２】特開２０００−９８４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１のように反射防止膜を採用した場合には、構成が複雑化し、製造過程も煩雑となるので製造コストの面で不利となる。また、上記特許文献２は、トリミングフィルタのダイクロイック膜が形成された面で二次反射したゴースト光を抑制するものであり、図５の色分解光学系における反射面（透過面）１２１で二次反射したゴースト光の低減を行うことはできない。さらに、図５のような色分解光学系では、反射面（透過面）１２１の角度を適宜変更することにより反射面（透過面）１２１での二次反射光が撮像素子４Ｇへ入射するのを回避することが可能である。しかしながら、色分解光学系を搭載する撮像装置の構造上の制約から、色分解光学系を配置するための空間を可能な限り縮小化する必要があるので、事実上、そのような措置は許されない状況にある。
【０００８】
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、反射防止膜を採用せずともゴースト像を低減することの可能な色分解光学系および撮像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】
本発明の色分解光学系は、入射光を青色光、赤色光および緑色光の少なくとも３つの色光成分に分解するものであり、光の入射側から順に、第１のダイクロイック膜を有し、第１のダイクロイック膜によって反射された第１の色光成分を取り出す第１のプリズムと、第２のダイクロイック膜を有し、第１のダイクロイック膜を透過したのち第２のダイクロイック膜によって反射された第２の色光成分を取り出す第２のプリズムと、第１および第２のダイクロイック膜を透過した第３の色光成分を取り出す第３のプリズムとを少なくとも備える。第１のダイクロイック膜は、第１の色光成分として青色光または緑色光を反射するものであると共に、第２のダイクロイック膜は、第２の色光成分として赤色光を反射するものである。ここで、第２のダイクロイック膜の反射率は、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域のうちの、１０ｎｍ以下の波長範囲において１０％から９０％まで変化する。また、本発明の撮像装置は、上記本発明の色分解光学系と、この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るものである。
【００１０】
本発明の色分解光学系および撮像装置では、第２のプリズムに設けられた第２のダイクロイック膜の反射率が、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域のうちの１０ｎｍ以下の波長範囲において１０％から９０％まで変化するようにした。このため、第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜とをこの順に透過した第３の色光成分のうち、戻り光として第３のプリズムへ再入射し、第２のダイクロイック膜において二次反射する不要光となる成分の強度が十分に低減される。すなわち、ゴースト像として視認される不要光の合計の強度が十分に低減される。
【００１１】
本発明の色分解光学系および撮像装置では、５７０ｎｍ以上５８５ｎｍ以下の波長域に含まれる１０ｎｍ以下の波長範囲において、第２のダイクロイック膜の反射率が１０％から９０％まで変化するようにするとよい。また、第２のダイクロイック膜の反射率特性曲線における最大の傾きは、８％／ｎｍ以上であるとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の色分解光学系およびそれを備えた撮像装置によれば、第２の色光成分を取り出す第２のプリズムに設けられた第２のダイクロイック膜の反射率が、所定の波長範囲において急峻な変化を示すようにしたので、反射防止膜など他の構成要素を付加することなく、第２のダイクロイック膜での二次反射に起因するゴースト像の強度を十分に低減することができる。このため、簡素な構成でありながら、ゴースト像が十分に低減された良好な画像品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る色分解光学系を備えた撮像装置の一構成例を示す断面図である。
【図２】図１に示した色分解光学系で用いられる赤色光反射ダイクロイック膜の透過率（反射率）分布を表す特性図である。
【図３】図２に示した赤色光反射ダイクロイック膜の透過率分布を拡大して表した特性図である。
【図４】図２に示した重なり領域を拡大して表した特性図である。
【図５】従来の色分解光学系を備えた撮像装置の一構成例を示す断面図である。
【図６】図５に示した色分解光学系を備えた撮像装置において発生する、ゴースト像を模式的に表した概念図である。
【図７】図５に示した色分解光学系で用いられる赤色光反射ダイクロイック膜の透過率（反射率）分布を表す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態としての色分解光学系１を備えた撮像装置の要部構成を表している。この撮像装置は例えばテレビカメラの撮像部分として利用される。色分解光学系１は、撮影レンズ２を介して入射した入射光Ｌを青色光成分ＬＢ、赤色光成分ＬＲ、および緑色光成分ＬＧの３つの色光成分に分解するものである。色分解光学系１によって分解された各色光に対応する位置には、ＣＣＤ等の各色光用の撮像素子４Ｂ，４Ｒ，４Ｇが配置されている。この色分解光学系１は、フィリップス型色分解光学系と呼ばれるものであり、光軸Ｚ１に沿って光の入射側から順に、ＩＲ（赤外）カットフィルタ３と、第１のプリズム１０と、第２のプリズム２０と、第３のプリズム３０とを備えている。本実施の形態における色分解光学系１は、第１のプリズム１０で青色光ＬＢを、第２のプリズム２０で赤色光ＬＲを、第３のプリズム３０で緑色光ＬＧを取り出す構成例である。
【００１６】
第１のプリズム１０は、第１の面１１、第２の面１２、および第３の面１３を有している。第１のプリズム１０の第３の面１３は光射出面である。図１に示したように、光射出面（第３の面１３）には分光特性を整えるためのトリミングフィルタ５１が設けられていてもよい。
【００１７】
第１のプリズム１０の第２の面１２には、第１のダイクロイック膜としての青色光反射ダイクロイック膜ＤＢが形成されている。青色光反射ダイクロイック膜ＤＢは、第１の色光成分として青色光成分ＬＢを反射し、かつ、赤色光成分ＬＲおよび緑色光成分ＬＧを透過する性質を有している。
【００１８】
第２のプリズム２０は、第１の面２１、第２の面２２、および第３の面２３を有している。第２のプリズム２０は、第１のプリズム１０に対して所定の空気間隔１０ＡＧを空けて配置されている。より詳しくは、第２のプリズム２０の第１の面２１と、第１のプリズム１０の第２の面１２とが略平行となるように、空気間隔１０ＡＧを空けて対向配置されている。第２のプリズム２０の第３の面２３は光射出面である。図１に示したように、この光射出面（第３の面２３）には分光特性を整えるためのトリミングフィルタ５２が設けられていてもよい。
【００１９】
第２のプリズム２０の第２の面２２には、第２のダイクロイック膜としての赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲが形成されている。赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲは、第２の色光成分として赤色光成分ＬＲを反射し、かつ、緑色光成分ＬＧを透過する性質を有している。
【００２０】
図２は、図１の構成例における赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの透過率特性曲線（実線で表示）および反射率特性曲線（破線で表示）の一例を示している。また、図３は、図２の一部の波長範囲（５５０ｎｍ以上６１０ｎｍ）における上記の透過率特性曲線を拡大して表したものである。図２および図３では、横軸が波長（ｎｍ）を表し、縦軸が透過率（％）または反射率（％）を表している。ここでは、第２のプリズム２０または第３のプリズム３０に入射する直前の光強度を１００％としている。図３に示したように、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの反射率（透過率）は、１０ｎｍ以下という僅かな波長範囲ＢＷにおいて１０％から９０％まで急激に変化するように構成されている。より詳細には、透過率が９０％を示す波長５７３ｎｍの位置Ｐ１から、透過率が１０％を示す波長５８２ｎｍの位置Ｐ２に至るまで、急峻な変化を示すようになっている。さらに、５７０ｎｍ以上５８５ｎｍ以下の波長域では、透過率が少なくとも９８％から２％まで急激に低下している。赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの反射率（透過率）特性曲線における最大の傾きは、８％／ｎｍ以上（−８％／ｎｍ以下）であるとよい。
【００２１】
表１に、図２および図３の透過率（反射率）特性曲線が得られる赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの構成例を示す。但し、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲを構成する多層膜の層数、各層の構成材料および厚さは、表１に示したものに限定されるものではない。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
第３のプリズム３０は、第１の面３１、および第２の面３２を有している。第３のプリズム３０は、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲを介して第２のプリズム２０に接合されている。より詳しくは、第２のプリズム２０の第２の面２２と、第３のプリズム３０の第１の面３１とが赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲを介して接合されている。第３のプリズム３０の第２の面３２は光射出面である。図１に示したように、この光射出面（第３の面３２）には分光特性を整えるためのトリミングフィルタ５３が設けられていてもよい。
【００２４】
ＩＲカットフィルタ３は、第１のプリズム１０の入射側に配置されている。ＩＲカットフィルタ３は、理想的な分光特性に近い特性をより得やすくするために、視感度に近似した特性を持つ吸収型フィルタで構成されていることが好ましい。ここでいう「視感度に近似した特性を持つ吸収型フィルタ」とは、「視感度補正フィルタ」と呼ばれ、人間の目の感度特性に近似し、緑から赤の波長に向かって減衰する透過率を持ち、赤外域でも透過率が低下しているような吸収型フィルタである。なお、ＩＲカットフィルタ３を第１のプリズム１０の入射側ではなく、赤色光を取り出すプリズム（図１では第２のプリズム２０）の光射出面側に配置してもよい。また、ＩＲカットフィルタ３を、第１のプリズム１０の入射側と赤色光を取り出すプリズムの光射出面側の双方に配置してもよい。また、吸収型フィルタだけでは赤外光を十分に除去できない場合には、赤外光をカットするコートタイプの赤外カットフィルタをさらに備えていてもよい。図１では、平板状の吸収型フィルタに赤外光をカットする膜３Ｒをコートした構成例を示している。ただし、赤色光を取り出すプリズムの光射出面側にＩＲカットフィルタ３を配置する場合は、赤外カット用のコートは施さず、吸収型フィルタのみで構成することが好ましい。
【００２５】
なお、図示しないが、色分解光学系１は、第１のプリズム１０の入射側に、紫外光をカットする吸収タイプもしくはコートタイプの紫外カットフィルタをさらに備えていてもよい。
【００２６】
次に、本実施の形態における撮像装置の作用、特に色分解光学系１の光学的な作用および効果を説明する。
【００２７】
この撮像装置において、図示しない光源によって照射された図示しない被写体からの被写体光は、撮影レンズ２を介して色分解光学系１に入射される。色分解光学系１では入射光Ｌを青色光成分ＬＢ、赤色光成分ＬＲ、および緑色光成分ＬＧの３つの色光成分に分解する。より詳しくは、まず、入射光Ｌのうち青色光成分ＬＢが、青色光反射ダイクロイック膜ＤＢによって反射され、第１のプリズム１０から第１の色光成分として取り出される。また、青色光反射ダイクロイック膜ＤＢを透過した赤色光成分ＬＲが、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲによって反射され、第２のプリズム２０から第２の色光成分として取り出される。さらに、青色光反射ダイクロイック膜ＤＢおよび赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲを透過した緑色光成分ＬＧが、第３の色光成分として第３のプリズム３０から取り出される。色分解光学系１によって分解された各色光成分は、各色光成分に対応した設けられた撮像素子４Ｂ，４Ｒ，４Ｇに入射する。撮像素子４Ｂ，４Ｒ，４Ｇでは、入射した各色光成分に応じた電気信号を撮像信号として出力する。
【００２８】
本実施の形態では、第１の面２１から入射して赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲを透過した緑色光ＬＧの一部が、撮像素子４Ｇのカバーガラス表面で反射したのち赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲにおいて二次反射を生ずる。こうして生じた二次反射光は、当然ながら、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲをある割合で透過し、かつ赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲにおいてある割合で反射する性質を示す波長範囲に含まれるものである。すなわち、図２に示した透過率特性曲線（実線）、反射率特性曲線（破線）、および横軸によって取り囲まれる重なり領域ＧＨ（模様を付した領域）に対応する波長範囲の光がゴースト像として現れる。ところが、本実施の形態では、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの反射率（透過率）は、１０ｎｍ以下という僅かな波長範囲（例えば５７３ｎｍ以上５８２ｎｍ以下の範囲）において１０％から９０％まで急激に変化するように構成されていることから、領域のピーク半値幅は大幅に狭小化されている。このため、図４に示したように、従来の重なり領域ＧＨ１と比較して重なり領域ＧＨの面積が大幅に小さくなり、ゴースト像を十分に低減することができる。なお、図４は、ゴースト像の強度分布を表しており、図２に示した領域ＧＨと図７に示した領域ＧＨ１とを併記したものである。なお、透過率が１０％から９０％まで変化するにあたり、その波長範囲が１０ｎｍを超えてしまう場合（すなわち、透過率特性曲線が図３に示したものよりも緩やかな傾斜を示す場合）には、ゴースト像を十分に低減することができない。その一方で、透過率が１０％から９０％まで変化する際の波長範囲が１０ｎｍ程度であれば、従来のダイクロイック膜と同様の製造技術により生産が可能であり、かつ、その品質のばらつきの増大を招くこともないので、量産性を損なうこともない。
【００２９】
このように、本実施の形態では、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの反射率（透過率）が所定の波領域に含まれる所定の波長範囲において急峻な変化を示すようにしたので、反射防止膜など他の構成要素を付加することなく、ゴースト像の強度を十分に低減することができる。このため、簡素な構成でありながら、ゴースト像が十分に低減された良好な画像品質を得ることができる。
【符号の説明】
【００３０】
Ｌ…入射光、ＬＢ…青色光成分、ＬＲ…赤色光成分、ＬＧ…緑色光成分、ＤＢ…青色光反射ダイクロイック膜、ＤＲ…赤色光反射ダイクロイック膜、ＤＧ…緑色光反射ダイクロイック膜、１…色分解光学系、２…撮影レンズ、３…ＩＲカットフィルタ、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ，４Ｃ…撮像素子、１０…第１のプリズム、２０…第２のプリズム、３０…第３のプリズム、５１〜５３…第１〜第３のトリミングフィルタ。
【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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