(57)【要約】【課題】理想的な分光特性に近い特性を得て色再現性の向上を図ることができるようにする。【解決手段】色分解光学系１は、入射光Ｌを青色光ＬＢ、赤色光ＬＲ、および緑色光ＬＧの３つの色光成分とシアン色光ＬＣとの４つの色光成分に分解する。シアン色光ＬＣは、赤色光ＬＲの色再現の補正に用いられる第４の色光成分である。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，４Ｃが配置されている。この撮像装置は、赤色光用の撮像素子４Ｒによって得られた信号値Ｒｓとシアン色光用の撮像素子４Ｃによって得られた信号値Ｃｓとに基づいて、所定の演算により、補正された赤色の信号値Ｒｓ’を演算する演算回路６０を備えている。これにより、赤色の負の感度部分を容易に再現できる。【選択図】図１
2008250122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に含まれる青色光、赤色光、および緑色光を第１ないし第３の色光成分として取り出す第１ないし第３のプリズムと、
赤色光の色再現の補正に用いられる第４の色光成分を取り出す第４のプリズムと
を備えたことを特徴とする色分解光学系。
【請求項２】
光の入射側から順に、前記第１のプリズムと、前記第２のプリズムと、前記第３のプリズムとが配置されると共に、前記第２のプリズムと前記第３のプリズムとの間に前記第４のプリズムが配置され、
前記第１のプリズムで前記第１の色光成分として青色光、前記第２のプリズムで前記第２の色光成分として赤色光、前記第３のプリズムで前記第３の色光成分として緑色光を取り出す構成とされ、
前記第４のプリズムにおいて前記第４の色光成分として、入射光のうち４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域の光の一部を取り出す構成とされている
ことを特徴とする請求項１に記載の色分解光学系。
【請求項３】
前記第１のプリズムは、青色光を反射する第１のダイクロイック膜を有し、その反射された青色光を前記第１の色光成分として取り出す構成とされ、
前記第２のプリズムは、前記第１のダイクロイック膜を透過した赤色光を反射する第２のダイクロイック膜を有し、その反射された赤色光を前記第２の色光成分として取り出す構成とされ、
前記第４のプリズムは、前記第１および第２のダイクロイック膜を透過した４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域の光の一部を反射する第３のダイクロイック膜を有し、その反射された光を前記第４の色光成分として取り出す構成とされ、
前記第３のプリズムは、前記第１および第２のダイクロイック膜を透過し、さらに前記第３のダイクロイック膜を透過した緑色光を前記第３の色光成分として取り出す構成とされている
ことを特徴とする請求項２に記載の色分解光学系。
【請求項４】
前記第１のプリズムよりも前側、もしくは赤色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、視感度に近似した特性を持つ吸収型フィルタをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項５】
前記第１のプリズムよりも前側に配置され、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た
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項６】
前記第１のプリズムよりも前側に配置され、紫外光を遮断する紫外カットフィルタをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項７】
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ないし３のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項８】
請求項１ないし７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。
【請求項９】
赤色光用の撮像素子によって得られた信号値と前記第４の色光用の撮像素子によって得られた信号値とに基づいて、以下の式により、補正された赤色の信号値Ｒｓ’を演算する演算回路をさらに備えた
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
Ｒｓ’＝Ｒｓ−ｋＣｓ
ただし、
Ｒｓ：赤色光用の撮像素子によって得られた赤色信号値
Ｃｓ：第４の色光用の撮像素子によって得られた信号値
ｋ：理想とする赤色の特性を得るために最適化された係数
とする。
【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１３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、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・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・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持つ。
【０００４】
図１５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（Ｒ）成分、青色（Ｂ）成分、および緑色（Ｇ）成分の３色について示している。なお、図１５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る。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（表示）するものであり、例えば液晶モニタやプロジェクタ等の表示装置である。図１４は、理想特性を求めるための３原色Ｒ，Ｇ，Ｂの色度座標の一例を示している。３原色Ｒ，Ｇ，Ｂは、色再現媒体で再現可能な色範囲を決定する。
【０００５】
図１３に示した色分解光学系１０１を用いて図１５に示したような理想特性と同じ特性が得られれば理想的な色再現を行うことができる。しかしながら実際には、完全に理想特性と同じ特性にすることは困難であり、理想特性に近似した特性となるような設計がなされている。従来の色分解光学系１０１では、各プリズムに形成されたダイクロイック膜ＤＢ１，ＤＲ１とトリミングフィルタ１５１，１５２，１５３に形成されたダイクロイック膜１５１Ａ，１５２Ａ，１５３Ａとを適宜調整することで、理想特性に近似した特性となるような設計がなされていた。図１６は、そのような設計を行うことにより得られる従来の一般的な色分解光学系の分光透過特性を示している。
【０００６】
図１７は、従来の色分解光学系１０１で用いられているダイクロイック膜ＤＢ１，ＤＲ１の設計例を示している。図１７に示したように、従来では、ダイクロイック膜ＤＢ１，ＤＲ１として、その波長対透過率の特性曲線が、図１５に示した理想特性の曲線に比べて急峻な立ち上がり、または立ち下がりを見せる特性を持つものが使用されていた。さらに，ダイクロイック膜１５１Ａ，１５２Ａ，１５３Ａの施されたトリミングフィルタ１５１，１５２，１５３を用いて各プリズムの射出面から射出する光の不要な波長成分を遮断している。
【０００７】
このように、従来では、種々のトリミングフィルタを用いて特性を整えることが通常行われている。例えば特許文献１では、特殊な分光透過特性を持つトリミングフィルタを使用する方法で肌色の輝度レベルを上げて、色再現を向上させる方法が提案されている。その他にも、ダイクロイック膜ＤＲ１に代えて第２のプリズム１２０と第３のプリズム１３０との接合面にハーフミラーを配置し、トリミングフィルタ１５２，１５３として理想特性に近似した透過特性を持つダイクロイック膜を施すことで透過特性を調整する方法などが知られている。図１８は、そのような特殊な調整を行うことで理想特性に近似させた従来の色分解光学系の分光特性を示している。
【０００８】
ここで、以上では３つのプリズムを備え、赤色、青色、および緑色光の３つの光成分を取り出す３色分解光学系について述べたが、４つのプリズムを備えて４つの光成分を取り出す色分解光学系も知られている。例えば特許文献２の段落［０００７］には、テレビカメラにおいて、緑色光を２つに分割して、赤色、青色、第１の緑色光および第２の緑色光を取り出し、緑色用の２つの撮像素子で緑色について１／２画素ずらしを行うことで解像度を向上することが記載されている。特許文献２の段落［００１７］等には、緑色光を２つに分割する手段として、プリズム面にハーフミラーとしてのコーティングを施すことが記載されている。その他、特許文献２の段落［０００８］には、４色分解光学系によって、赤色、青色、および緑色光のほかに、赤外光を得ることが記載されている。
【０００９】
ところで、図１５に示した理想特性では、負の分光感度となる領域があり、特に赤色の分光特性について負の感度となる領域（図１５の領域１００）が多い。この負の領域は、理論上得られるものであり、この負の部分を実際の光学系で直接的に再現することは不可能である。実際に、図１３に示した３色分解光学系では、図１６に示したように負の領域は再現できない。従来、この光学系で直接的に再現することができない負の特性を、演算により求める手法が知られている。例えば特許文献３には、カラー読取装置において、ハーフミラーを用いて白色光を２方向に分離し、一方の光路に赤色の負の領域に対応する波長域の光（シアン色光）を透過するフィルタを配置してシアン色光を取り出し、他方の光路に３色用の分割光学系を配置して赤色、青色、および緑色光の３色を取り出す構成が記載されている。そして、通常の赤色光の出力値からシアン色光の出力値を差し引く演算を行うことで、赤色の負の特性を再現している。また、特許文献４には、有機色素薄膜等の薄膜を複数積層することで積層方向に複数の色光を分離するようになされたカラーセンサーが開示されている。このカラーセンサーは、光学的な色分離ではなく、有機色素薄膜等を用いた色分離により、赤色、青色、および緑色光とシアン色光とを受光して撮像信号として取り出している。
【特許文献１】特開２００５−２０８２５６号公報
【特許文献２】特許特３５０７１２２号公報
【特許文献３】特開昭５９−２３０３６６号公報
【特許文献４】特開２００５−２６９５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、プリズムの射出面にダイクロイック膜付きのトリミングフィルタを用いるような従来の色分解光学系では、そのダイクロイック膜の特性として、波長選択的に反射率の高い波長域があるため、そのダイクロイック面と撮像面との間で多重反射が生じ、ゴースト・フレアとなって画像品質が劣化する問題がある。図１９は、一例として、従来の色分解光学系１０１において緑色光ＬＧを取り出す第３のプリズム１３０の射出面側で生ずる多重反射について示している。図１９に示したように、撮像素子４Ｇは、撮像面４０１Ｇとカバーガラス４０２と引き出し電極４０３とを有し、例えば、緑色用のトリミングフィルタ１５３を通過した緑色光ＬＧの一部が撮像面で反射され、その戻り光がトリミングフィルタ１５３のダイクロイック膜１５３Ａの波長選択特性に応じて反射される。こようにして多重反射光１６０が生じてゴースト・フレアとなる。このため、従来では、ゴースト・フレアを低減した形での理想的な分光特性を持つ撮像系の実現は困難であった。
【００１１】
また、理想特性の負の領域を再現するために特許文献３のようなハーフミラーを用いる光分割光学系では、入射光をハーフミラーで２つに分離した後に各色光を取り出すので、光の利用効率が悪いという問題がある。例えばハーフミラーで分離した一方の光路ではシアン色光しか取り出しておらず、その他の色光が無駄になってしまう。従って、通常の３色分解光学系に比べて利用効率が半減してしまう。また、特許文献４に記載のような有機色素薄膜等を用いた色分離では、光学的な色分離手段を用いる場合に比べて色分離性が悪いという問題がある。色分解プリズムによって４色分解を行うようにすれば、色分離性が良く光の利用効率の良いものが実現できると思われるが、従来では、特許文献２に記載のように解像度向上のために１の色光を２つに分割したり、また赤外光を得ることを目的として４色分解光学系を用いることは提案されているものの、負の領域を再現して色再現性を向上させることを目的として、光効率が良く色分離性の良い４色分解光学系を用いることはなされていない。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、理想的な分光特性に近い特性を得て色再現性の向上を図ることができるようにした色分解光学系および撮像装置を提供することにある。また、その第２の目的は、理想的な分光特性に近い特性を得て色再現性の向上を図りつつ、ダイクロイック膜付きのトリミングフィルタを用いる従来の波長選択手法に比べてゴースト・フレアを低減させることができるようにした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】
【００１３】
本発明による色分解光学系は、入射光に含まれる青色光、赤色光、および緑色光を第１ないし第３の色光成分として取り出す第１ないし第３のプリズムと、赤色光の色再現の補正に用いられる第４の色光成分を取り出す第４のプリズムとを備えたものである。
【００１４】
本発明による色分解光学系では、第１ないし第３のプリズムによって、第１ないし第３の色光成分として青色光、赤色光、および緑色光が取り出される。それらに加えて、第４のプリズムによって赤色光の色再現の補正に用いられる第４の色光成分が取り出される。色分解プリズムによって４色分解が行われるので、ハーフミラーを用いる場合等に比べて、色分離性が良く光の利用効率が良い。そして、第４の色光成分により得られた撮像信号を利用して撮像装置側において所定の演算を行うことで赤色の分光特性について負の感度となる領域が良好に再現可能となる。
【００１５】
本発明による色分解光学系は、例えば、光の入射側から順に、第１のプリズムと、第２のプリズムと、第３のプリズムとを配置すると共に、第２のプリズムと第３のプリズムとの間に第４のプリズムを配置し、第１のプリズムで第１の色光成分として青色光、第２のプリズムで第２の色光成分として赤色光、第３のプリズムで第３の色光成分として緑色光を取り出す構成とし、第４のプリズムにおいて第４の色光成分として、入射光のうち４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域の光の一部を取り出す構成にすると良い。
【００１６】
さらに、第１のプリズムは、青色光を反射する第１のダイクロイック膜を有し、その反射された青色光を第１の色光成分として取り出す構成とし、第２のプリズムは、第１のダイクロイック膜を透過した赤色光を反射する第２のダイクロイック膜を有し、その反射された赤色光を第２の色光成分として取り出す構成とし、第４のプリズムは、第１および第２のダイクロイック膜を透過した４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域の光の一部を反射する第３のダイクロイック膜を有し、その反射された光を第４の色光成分として取り出す構成とし、第３のプリズムは、第１および第２のダイクロイック膜を透過し、さらに第３のダイクロイック膜を透過した緑色光を第３の色光成分として取り出す構成にすると良い。
【００１７】
このような構成にした場合、第１のダイクロイック膜によって第１の色光成分として青色光が反射され、第１のプリズムにおいて青色光が取り出される。また、第２のダイクロイック膜が第２の色光成分として赤色光を反射し、第２のプリズムにおいて赤色光が取り出される。また、第３のダイクロイック膜が第４の色光成分として、第１および第２のダイクロイック膜を透過した４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域の光の一部を反射し、その反射された光が第４の色光成分として取り出される。さらに、第３のプリズムからは、第１、第２および第３のダイクロイック膜を透過した緑色光が第３の色光成分として取り出される。各プリズム面に形成されたダイクロイック膜によって波長選択を行うので、プリズムの射出面にダイクロイック膜付きのトリミングフィルタを用いることなく、理想的な分光特性に近い特性が得られる。ダイクロイック膜付きのトリミングフィルタを用いる必要が無くなるので、従来、トリミングフィルタのダイクロイック膜に起因して生じていたゴースト・フレアの発生が抑制される。これらにより、ゴースト・フレアを低減した形での理想的な分光特性を持つ撮像系の実現が可能となる。
【００１８】
また、本発明による色分解光学系において、第１のプリズムよりも前側、もしくは赤色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、視感度に近似した特性を持つ吸収型フィルタをさらに備えていても良い。また、第１のプリズムよりも前側に配置され、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良い。また、第１のプリズムよりも前側に配置され、紫外光を遮断する紫外カットフィルタをさらに備えていても良い。これらにより、理想的な分光特性に近い特性をより得やすくなる。
【００１９】
また、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ても良い。これにより、ゴースト・フレアの低減により有利となる。
【００２０】
本発明による撮像装置は、本発明による色分解光学系と、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たものである。
本発明による撮像装置では、本発明の色分解光学系によって得られた各色光に基づいて色再現性の高い撮像信号が得られる。
【００２１】
本発明による撮像装置は、赤色光用の撮像素子によって得られた信号値と第４の色光用の撮像素子によって得られた信号値とに基づいて、以下の式により、補正された赤色の信号値Ｒｓ’を演算する演算回路をさらに備えていることが好ましい。ただし、Ｒｓは赤色光用の撮像素子によって得られた赤色信号値、Ｃｓは第４の色光用の撮像素子によって得られた信号値、ｋは理想とする赤色の特性を得るために最適化された係数とする。
Ｒｓ’＝Ｒｓ−ｋＣｓ
【発明の効果】
【００２２】
本発明による色分解光学系によれば、第１ないし第３のプリズムによって第１ないし第３の色光成分として青色光、赤色光、および緑色光を取り出すと共に、第４のプリズムによって赤色光の色再現の補正に用いられる第４の色光成分を取り出すようにしたので、ハーフミラー等を用いて４つの色成分を得る場合に比べて、色分離性が良く光の利用効率の良いものが実現できる。そして、第４の色光成分により得られた撮像信号を利用して撮像装置側において所定の演算を行うことで赤色の分光特性について負の感度となる領域が良好に再現可能となり、理想的な分光特性に近い特性を得て色再現性の向上を図ることができる。
【００２３】
特に、第１のダイクロイック膜によって反射された青色光を第１の色光成分として第１のプリズムから取り出すと共に、第２のダイクロイック膜によって反射された赤色光を第２の色光成分として第２のプリズムから取り出し、第１および第２のダイクロイック膜を透過し、第３のダイクロイック膜によって反射された４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域の光の一部を第４の色光成分として第４のプリズムから取り出し、第１および第２のダイクロイック膜を透過し、さらに第３のダイクロイック膜を透過した緑色光を第３の色光成分として取り出すようにした場合には、プリズムの射出面にダイクロイック膜付きのトリミングフィルタを用いることなく、容易に理想的な分光特性に近い特性を得ることが可能となる。これにより、ダイクロイック膜付きのトリミングフィルタを用いる従来の波長選択手法に比べてゴースト・フレアを低減させることができ、かつ、理想的な分光特性に近い特性を得て色再現性の向上を図ることができる。
【００２４】
本発明の撮像装置によれば、上記本発明の高性能の色分解光学系によって得られた色光に応じた撮像信号を出力するようにしたので、色再現性の高い撮像を行うことができる。特に、赤色光用の撮像素子によって得られた信号値と第４の色光用の撮像素子によって得られた信号値とに基づいて、所定の演算により、補正された赤色の信号値Ｒｓ’を演算することで、赤色の負の感度部分を容易に再現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
図１は、本発明の一実施の形態に係る色分解光学系１を備えた撮像装置の要部構成を示している。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ＬＢ、赤色光ＬＲ、および緑色光ＬＧの３つの色光成分とシアン色光ＬＣとの４つの色光成分に分解するものである。シアン色光ＬＣは、赤色光ＬＲの色再現の補正に用いられる第４の色光成分である。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，４Ｃが配置されている。この撮像装置は、赤色光用の撮像素子４Ｒによって得られた信号値Ｒｓとシアン色光用の撮像素子４Ｃによって得られた信号値Ｃｓとに基づいて、補正された赤色の信号値Ｒｓ’を演算する演算回路６０を備えている。
【００２６】
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。この色分解光学系１はさらに、第２のプリズム２０と第３のプリズム３０との間に配置された第４のプリズム４０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、第２のプリズム２０で赤色光ＬＲ、第３のプリズム３０で緑色光ＬＧを取り出すと共に、第４のプリズム４０でシアン色光ＬＣを取り出す構成例である。
【００２７】
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。この射出面にはトリミングフィルタ５１が設けられている。このトリミングフィルタ５１には、従来用いられていたような特性調整用のダイクロイック膜は設けられておらず、その代わりに、トリミングフィルタ５１の光射出面にゴースト・フレア防止用の反射防止膜５１ＡＲが形成されている。なお、トリミングフィルタ５１を設けることなく、第１のプリズム１０の第３の面１３に直接、反射防止膜５１ＡＲを形成するようにしても良い。
【００２８】
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ＬＢを反射し、赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧを透過する膜構成とされている。青色光反射ダイクロイック膜ＤＢは、波長に対する透過率を示す透過特性曲線の傾きが、色再現媒体の３原色の色度座標から換算されＸＹＺ表色系の等色関数に基づいて決められた理想的な緑色の分光特性の短波長側の特性曲線に沿う形状を有している。ここでいう「理想特性」とは、従来から知られている例えば図１５に示したような特性であり、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。また、「理想特性」として、ＲＧＢ表色系の等色関数で示される理想特性そのものを用いても良い。
【００２９】
図２（Ａ）は、図１の構成例における青色光反射ダイクロイック膜ＤＢの透過特性曲線の一例を示している。青色光反射ダイクロイック膜ＤＢは、その透過特性曲線の傾きが、理想的な緑色の分光特性の短波長側の特性曲線に沿う形で４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内で低透過率から高透過率に立ち上がる変化をする形状を有するように構成されている。より具体的には、その透過特性曲線が、４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内において、最低透過率と最高透過率との間で２０％から８０％に変化する平均傾き値が０．２（％／ｎｍ）以上２．０（％／ｎｍ）以下となる形状を有していることが好ましい。
【００３０】
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。この射出面にはトリミングフィルタ５２が設けられている。このトリミングフィルタ５２には、第１のプリズム１０におけるトリミングフィルタ５１と同様、特性調整用のダイクロイック膜は設けられておらず、その代わりに、トリミングフィルタ５２の光射出面にゴースト・フレア防止用の反射防止膜５２ＡＲが形成されている。なお、トリミングフィルタ５２を設けることなく、第２のプリズム２０の第３の面２３に直接、反射防止膜５２ＡＲを形成するようにしても良い。
【００３１】
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ＬＲを反射し、緑色光ＬＧを透過する膜構成とされている。赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲは、波長に対する透過率を示す透過特性曲線の傾きが、上記した理想的な緑色の分光特性の長波長側の特性曲線に沿う形状を有している。
【００３２】
図２（Ｂ）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の透過特性曲線の一例を示している。赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲは、その透過特性曲線の傾きが、理想的な緑色の分光特性の長波長側の特性曲線に沿う形で４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内で高透過率から低透過率に立ち下がる変化をする形状を有するように構成されている。より具体的には、その透過特性曲線が、４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内において、最高透過率と最低透過率との間で８０％から２０％に変化する平均傾き値が−２．０（％／ｎｍ）以上−０．２（％／ｎｍ）以下となる形状を有していることが好ましい。
【００３３】
第４のプリズム４０は、第１の面４１、第２の面４２、および第３の面４３を有している。第４のプリズム４０は、第２のプリズム２０に対して所定の空気間隔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２の面２２と、第４のプリズム４０の第１の面４１とが略平行となるように、空気間隔を空けて対向配置されている。第４のプリズム４０の第３の面４３は光射出面である。この射出面にはトリミングフィルタ５４が設けられている。このトリミングフィルタ５４には、第１のプリズム１０におけるトリミングフィルタ５１と同様、特性調整用のダイクロイック膜は設けられておらず、その代わりに、トリミングフィルタ５４の光射出面にゴースト・フレア防止用の反射防止膜５３ＡＲが形成されている。なお、トリミングフィルタ５４を設けることなく、第４のプリズム４０の第３の面４３に直接、反射防止膜５３ＡＲを形成するようにしても良い。
【００３４】
第４のプリズム４０の第２の面２２には、第３のダイクロイック膜としてのシアン色光反射ダイクロイック膜ＤＣが形成されている。シアン色光反射ダイクロイック膜ＤＣは、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下のシアン色領域の光の一部を、第４の色光成分として反射し、緑色光ＬＧを透過する膜構成とされている。
【００３５】
図３（Ａ）は、この色分解光学系１で用いられている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、ならびにシアン色光反射ダイクロイック膜ＤＣの具体的な設計例での特性を示している。図３（Ａ）に示した特性のうち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についての特性は、例えば図４および図５に具体的に数値データとして示した膜設計により得られる。また、シアン色光反射ダイクロイック膜ＤＣの特性は、例えば図３（Ｂ）に具体的に数値データとして示した膜設計により得られる。図３（Ｂ）において、「Ｓｕｂ−Ｈ４」は、ＬａＴｉＯ3を主成分とするサブスタンスＨ４（独国メルク社製）を表している。ただし、膜物質、層数および各層の膜厚は図４、図５および図３（Ｂ）の例に限定されるものではない。
【００３６】
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、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、さらにシアン色光反射ダイクロイック膜ＤＣを透過した緑色光ＬＧを取り出す構成とされている。第３のプリズム３０は、シアン色光反射ダイクロイック膜ＤＣを介して第４のプリズム４０に接合されている。より詳しくは、第４のプリズム４０の第２の面４２と、第３のプリズム３０の第１の面３１とがシアン色光反射ダイクロイック膜ＤＣ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。この射出面にはトリミングフィルタ５３が設けられている。このトリミングフィルタ５３には、第１のプリズム１０におけるトリミングフィルタ５１と同様、特性調整用のダイクロイック膜は設けられておらず、その代わりに、トリミングフィルタ５３の光射出面にゴースト・フレア防止用の反射防止膜５３ＡＲが形成されている。なお、トリミングフィルタ５３を設けることなく、第３のプリズム３０の第２の面３２に直接、反射防止膜５３ＡＲを形成するようにしても良い。
【００３７】
ＩＲカットフィルタ３は、第１のプリズム１０の前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。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良い。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。なお、ＩＲカットフィルタ３を第１のプリズム１０の前側ではなく、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良い。
【００３８】
なお、図示しないが、この色分解光学系１において、第１のプリズム１０よりも前側に配置され、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良い。
【００３９】
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。
【００４０】
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ＬＢ、赤色光ＬＲ、および緑色光ＬＧの３つの色光成分とシアン色光ＬＣとの４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。また、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４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域の光の一部が、シアン色光反射ダイクロイック膜ＤＣによって反射され、その反射された光が第４の色光成分として第４のプリズム４０から取り出される。さらに、青色光反射ダイクロイック膜ＤＢ、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲ、およびシアン色光反射ダイクロイック膜ＤＣを透過した緑色光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は、各色光に対応した設けられた撮像素子４Ｂ，４Ｒ，４Ｇ，４Ｃに入射する。撮像素子４Ｂ，４Ｒ，４Ｇ，４Ｃでは、入射した各色光に応じた電気信号を撮像信号として出力する。
【００４１】
この撮像装置では、青色光ＬＢ、赤色光ＬＲ、および緑色光ＬＧに加えて、第４の色光成分としてシアン色光ＬＣを加えた４つの色光成分での撮像を行うことで、より撮像系の理想特性に近づけることができる。図１５に示した撮像系の理想特性では、負の感度となる領域があり、特に赤色の分光特性について負の感度となる領域（図１５の領域１００）が多い。この負の感度となる領域は、通常の３色分解の手法では、再現が困難である。しかしながら、本実施の形態では，負の感度となる領域に対応するシアン色光ＬＣを色光成分として取得することで、撮像装置側の演算回路６０での演算により、負の感度部分を再現することが可能となる。すなわち、演算回路６０では、以下の演算式のようにして、色分解後の赤色光ＬＲから得られた特性値から、シアン色光ＬＣから得られた特性値を適当に最適化して引き算する演算を行うことで、負の感度部分を再現した特性値を得ることができる。
Ｒｓ’＝Ｒｓ−ｋＣｓ
ただし、
Ｒｓ：赤色光用の撮像素子４Ｒによって得られた赤色信号値
Ｃｓ：シアン色光用の撮像素子４Ｃによって得られた信号値
ｋ：理想とする赤色の特性（負の感度）を得るために最適化された係数
とする。
【００４２】
また、本実施の形態では、青色光反射ダイクロイック膜ＤＢの特性を示す曲線と赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの特性を示す曲線とが、理想的な緑色の分光特性の特性曲線に沿う形状を有していることで、プリズムの射出面にダイクロイック膜付きのトリミングフィルタを用いることなく、理想的な分光特性に近い特性が得られる。ダイクロイック膜付きのトリミングフィルタを用いる必要が無くなるので、従来、トリミングフィルタのダイクロイック膜に起因して生じていたゴースト・フレアの発生が抑制される。これらにより、ゴースト・フレアを低減した形での理想的な分光特性を持つ撮像系の実現が可能となる。
【００４３】
以下、本実施の形態により得られる分光特性を、実際の設計例により示す。
図６は、撮像装置におけるプリズム部以外の光学要素の分光特性の一例を示している。図６では、プリズム部以外の光学要素の特性として、図示しない色温度３２００Ｋの光源と、撮影レンズ２と、ＩＲカットフィルタ３と、撮像素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ，４ＣとしてのＣＣＤとを示している。
【００４４】
図７は、図４に示した膜設計の施されたプリズム部分全体（第１、第２、第３および第４のプリズム１０，２０，３０，４０全体）での分光透過特性を示している。図８は、図６に示したプリズム部以外の光学要素の特性と図７に示したプリズム部分全体での特性とを合わせた、撮像装置における光学系全体での総合的な分光透過特性を示している。なお、図７および図８において、Ｃはシアン色光ＬＣの分光特性を示す。
【００４５】
図９は、図８に示した総合的な分光透過特性を規格化した特性を示している。図９にはまた、比較のために、理想特性（Ｂ０，Ｒ０，Ｇ０）についても併せて示している。なお、ここでいう理想特性とは、従来から知られている図１５に示した特性である。図９において、Ｂ１，Ｒ１，Ｇ１，Ｃ１は、本実施の形態による設計例で直接得られる特性を示す。なお、図９において、Ｃ１はシアン色光ＬＣの分光特性を示す。「Ｒ１−２Ｃ１」は、上述の最適化された演算により得られるＲｓ’に対応する特性である。演算により得られる「Ｒ１−２Ｃ１」の特性は、負の感度が再現されており、赤色の理想特性（Ｒ０）により近づいていることが分かる。
【００４６】
図１０は、本実施の形態による設計例での色再現性を、従来と比較して示したｕ’ｖ’色度図である。横軸がｕ’色度座標値を示し、縦軸がｖ’色度座標値を示す。図中、破線で囲まれた三角形の領域は、色再現媒体（モニタ）の３原色Ｒ，Ｇ，Ｂの色度座標値を結んだものであり、色再現媒体において再現可能な色範囲を示す。この三角形の周辺に向かうほど、より高い彩度となる。なお、図１０は色度座標を拡大して示しているため隠れているが、色再現媒体の原色の赤色Ｒの座標点は右上方向に存在し、原色の青色Ｂの座標点は左下方向に存在している。また図中、三角形の領域内に白抜きの丸「○」の座標点は物体白色を示す。また、図中、三角形の領域内に黒塗りの三角形「▲」で示した座標点は、従来の構成による任意の色の座標点を表す。白抜きの四角形「□」で示した座標点は、本実施の形態による設計例での任意の色の座標点を表す。従来の構成と本実施の形態による設計例とにおいて、理想点からのずれ量（再現色のずれ量）は、各座標点を結ぶ実線で示されている。従来の構成では、右上の赤色領域において突出して再現色が動いてしまっていたが、本実施の形態による設計例では大きく改善されている。本実施の形態による設計例では、全体的なバランスとして突出して色が理想点から動くところがなくなり、色再現性が向上している。特に、シアンでの色再現性が向上している。Ｂ（ブルー），Ｇ（グリーン），Ｒ（レッド），Ｃ（シアン），Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），ｓｋｉｎ（肌色）の７色での色差平均は８．８４から５．９６に改善した。
【００４７】
図１１は、本実施の形態に係る色分解光学系１におけるゴーストの発生量を、従来の構成と比較して示したものである。ここで、従来の構成とは、図１３に示したように、ダイクロイック膜１５１Ａ，１５２Ａ，１５３Ａが形成されたトリミングフィルタ１５１，１５２，１５３を備えた色分解光学系１０１の場合である。これに対し、本実施の形態に係る色分解光学系１では、トリミングフィルタ５１，５２，５３，５４の光射出面には、ダイクロイック膜に代えてゴースト・フレア防止用の反射防止膜５１ＡＲ，５２ＡＲ，５３ＡＲ，５４ＡＲが形成されている。
【００４８】
図１１では一例として、緑色光ＬＧが射出される側でのゴーストの発生量を示している。図１１において、符号９５を付した曲線は、従来の構成におけるトリミングフィルタ１５３と本実施の形態におけるトリミングフィルタ５３との緑色光ＬＧの透過率を示している。符号９１を付した曲線は、従来の構成におけるトリミングフィルタ１５３のダイクロイック膜１５３Ａの反射率を示している。符号９２を付した曲線は、本実施の形態におけるトリミングフィルタ５３の反射防止膜５３ＡＲの反射率を示している。従来の構成における緑色光ＬＧのゴーストの発生量は、符号９５を付した透過率と符号９１を付した反射率とを掛け合わせたものとなる。符号９３を付した曲線は、この従来のゴーストの発生量を示している。一方、本実施の形態における緑色光ＬＧのゴーストの発生量は、符号９５を付した透過率と符号９２を付した反射率とを掛け合わせたものとなる。符号９４を付した曲線は、この本実施の形態でのゴーストの発生量を示している。従来に比べて、本実施の形態ではゴーストの発生量が大幅に低減されている。なお、図１１では、反射防止膜５３ＡＲとして、可視光全域で反射を低減する一般的な反射防止コートの例を示している。ただし、プリズム射出面から射出する波長帯域で特に反射率を低減するような、特定波長域での反射防止コートを使用しても良い。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態に係る色分解光学系１および撮像装置によれば、色分解プリズムを用いた４色分解光学系によって、第４の色光成分を含む４つの色光を取り出し、第４の色光成分を赤色光の色再現の補正に用いるようにしたので、ハーフミラー等を用いて４つの色成分を得る場合に比べて、色分離性が良く光の利用効率の良いものが実現できる。そして、第４の色光成分により得られた撮像信号を利用して撮像装置側において所定の演算を行うことで赤色の分光特性について負の感度となる領域が良好に再現可能となり、理想的な分光特性に近い特性を得て色再現性の向上を図ることができる。また、本実施の形態に係る色分解光学系１によれば、ダイクロイック膜付きのトリミングフィルタを用いる従来の波長選択手法に比べてゴースト・フレアを低減させることができ、かつ、理想的な分光特性に近い特性を得て色再現性の向上を図ることができる。
【００５０】
特に、本実施の形態に係る撮像装置によれば、本実施の形態に係る色分解光学系１によって得られた色光に応じた撮像信号を出力するようにしたので、色再現性の高い撮像を行うことができる。特に、赤色光用の撮像素子４Ｒによって得られた信号値と第４の色光用の撮像素子４Ｃによって得られた信号値とに基づいて、所定の演算により、補正された赤色の信号値Ｒｓ’を演算することで、赤色の負の感度部分を容易に再現できる。
＜変形例＞
【００５１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。
図１２は、その変形例に係る色分解光学系１−１の構成を示している。この色分解光学系１−１は、図１の色分解光学系１とは色光を取り出す順番が異なっている。この色分解光学系１−１は、第１のプリズム１０で赤色光ＬＲ、第２のプリズム２０で青色光ＬＢを取り出す構成とされている。本変形例は、図１の色分解光学系１に対して、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲと青色光反射ダイクロイック膜ＤＢとを形成するプリズム面が異なり、赤色光ＬＲと青色光ＬＢを取り出す順番が異なるのみで、基本的な構成、作用および効果については、図１の色分解光学系１と同様である。
【００５２】
図１の色分解光学系１では、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青色光反射ダイクロイック膜ＤＢが形成されていたが、本変形例に係る色分解光学系１−１では、青色光反射ダイクロイック膜ＤＢに代えて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１の色光成分として赤色光ＬＲを反射し、青色光ＬＢおよび緑色光ＬＧを透過する膜構成とされている。本変形例における赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲは、膜が形成されているプリズムの面が異なっているだけであり、その特性自体は、図１の色分解光学系１における赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲと同様である。その透過特性曲線は、図２（Ｂ）に示した透過特性曲線と同様である。
【００５３】
また、図１の色分解光学系１では、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赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲが形成されていたが、本変形例に係る色分解光学系１−１では、第２のダイクロイック膜として赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲに代えて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２の色光成分として青色光ＬＢを反射し、緑色光ＬＧを透過する膜構成とされている。本変形例における青色光反射ダイクロイック膜ＤＢは、膜が形成されているプリズムの面が異なっているだけであり、その特性自体は、図１の色分解光学系１における青色光反射ダイクロイック膜ＤＢと同様である。その透過特性曲線は、図２（Ａ）に示した透過特性曲線と同様である。
【００５４】
この色分解光学系１−１では、まず、入射光Ｌのうち赤色光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、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲを透過した青色光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。以降の第４のプリズム４０および第３のプリズム３０での光の取り出しは、図１の色分解光学系１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【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青色光反射ダイクロイック膜ＤＢの特性（Ａ）、および赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの特性（Ｂ）についての説明図である。
【図３】図１に示した色分解光学系で用いられている青色光反射ダイクロイック膜ＤＢ、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲおよびシアン色光反射ダイクロイック膜ＤＣの設計例を示す特性図およびシアン色光反射ダイクロイック膜ＤＣの膜データの一例を示す図である。
【図４】図１に示した色分解光学系で用いられている青色光反射ダイクロイック膜ＤＢの膜設計の数値例を示す図である。
【図５】図１に示した色分解光学系で用いられている赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの膜設計の数値例を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る撮像装置におけるプリズム部以外の光学要素の分光特性を示す特性図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る撮像装置におけるプリズム部分の分光特性を示す特性図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る撮像装置における光学系の総合的な分光特性を示す特性図である。
【図９】本発明の一実施の形態における規格化された総合的な分光特性を、理想特性と比較して示した特性図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における色再現性を、従来と比較して示したｕ’ｖ’色度図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る色分解光学系におけるゴーストの発生量を、従来と比較して示した特性図である。
【図１２】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第１の変形例を示す断面図である。
【図１３】従来の色分解光学系の構成例を示す断面図である。
【図１４】理想特性を求めるための３原色の色度座標を示すｘｙ色度図である。
【図１５】規格化された理想特性を示す特性図である。
【図１６】従来の一般的な色分解光学系の分光特性を示す特性図である。
【図１７】従来の色分解光学系で用いられているダイクロイック膜の特性の一例を示す特性図である。
【図１８】従来の色分解光学系において理想特性に近似した分光特性を示す特性図である。
【図１９】従来の色分解光学系において生ずる多重反射についての説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
Ｌ…入射光、ＬＢ…青色光成分、ＬＲ…赤色光成分、ＬＧ…緑色光成分、ＬＣ…シアン色光成分、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、ＤＣ…シアン色光反射ダイクロイック膜、Ｒｓ…赤色信号値、Ｃｓ…シアン色信号値、Ｒｓ’…補正後赤色信号値、１，１−１…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、４０…第４のプリズム、５１…第１のトリミングフィルタ、５２…第２のトリミングフィルタ、５３…第３のトリミングフィルタ、５４…第４のトリミングフィルタ、５１ＡＲ…第１の反射防止膜、５２ＡＲ…第２の反射防止膜、５３ＡＲ…第３の反射防止膜、５４ＡＲ…第４の反射防止膜、６０…演算回路。
【図１】
2008250122.tif 000003
【図２】
2008250122.tif 000004
【図３】
2008250122.tif 000005
【図４】
2008250122.tif 000006
【図５】
2008250122.tif 000007
【図６】
2008250122.tif 000008
【図７】
2008250122.tif 000009
【図８】
2008250122.tif 000010
【図９】
2008250122.tif 000011
【図１０】
2008250122.tif 000012
【図１１】
2008250122.tif 000013
【図１２】
2008250122.tif 000014
【図１３】
2008250122.tif 000015
【図１４】
2008250122.tif 000016
【図１５】
2008250122.tif 000017
【図１６】
2008250122.tif 000018
【図１７】
2008250122.tif 000019
【図１８】
2008250122.tif 000020
【図１９】
2008250122.tif 000021