(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色光を反射するダイクロイック膜を施した反射面を備え、前記青色光を取り出す第１プリズムと、
該第１プリズムのダイクロイック膜と空気間隙を介して配置され、赤色光を反射するダイクロイック膜を施した反射面を備え、前記赤色光を取り出す第２プリズムと、
該第２プリズムのダイクロイック膜を施した面に接着された入射面と、該第１プリズム及び第２プリズムを透過し前記入射面から入射した光のうち緑色光を射出させる近赤外抑制ダイクロイック膜が施された射出面とを有する第３プリズムの少なくとも３つのプリズムを有し、
該第２プリズムの該赤色光を反射するダイクロイック膜は、高屈折率層膜と低屈折率層膜の交互層で構成され、前記高屈折率層膜の屈折率、前記低屈折率層膜の屈折率を各々ｎＨ，ｎＬ、又その層の総数をｍとするとき、
ｍ＞４７．５８（ｎＨ／ｎＬ）−２．３３
ｎＨ／ｎＬ＞１．４
（但し、ｍは右辺よりも大きな整数である）を満たしており、
該第３プリズムの射出面に施された近赤外抑制ダイクロイック膜が、波長５４０ｎｍにおいて９７％以上の透過率を有し、波長６８０ｎｍ以上に半値を持ち、波長８００ｎｍの近赤外成分の透過を抑制することを特徴とする色分解光学系。
【請求項２】
請求項１の色分解光学系を有していることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は色分解光学系及びそれを用いた撮像装置に関し、特に対物レンズからの光束を複数のプリズムとダイクロイック膜より成る色分解光学系を介して赤色光、青色光、緑色光の３つの色光に分解し、分解された各色光を各々撮像素子に導くようにしたテレビカメラやビデオカメラ等の撮像装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりカラーテレビカメラやビデオカメラ等の撮像装置においては、対物レンズと撮像素子との間に色分解手段として複数のプリズムとダイクロイック膜、そして、色フィルターより成る色分解光学系をもうけている。
【０００３】
色分解光学系の多くは、多層膜より成るダイクロイック膜を１つの面にもうけた所定形状のプリズムを複数用い、所定の関係を有しつつ一体的に組み合わせている。そして、対物レンズより入射した光束を各々のプリズムを介して、赤色光、青色光、緑色光の３つの色光に分解して所定の撮像素子へ導くように構成している。
【０００４】
図９は、従来の３つのプリズムを有する色分解光学系の概略図である。同図において１０１は色分解光学系、１０２は青色分解プリズム、１０３は赤色分解プリズムであり、その入射面１０３ａは、青色分解プリズム１０２の射出面１０２ｂと微小な空気間隙を介して配置されている。１０４は緑色分解プリズムであり、その入射面１０４ａは赤色分解プリズム１０３の反射面１０３ｂと接着されている。
【０００５】
同図において、対物レンズＬからの光束のうち青色分解プリズム１０２のダイクロイック膜を施した反射面１０２ｂにて青色光Ｂが分離され入射面１０２ａで全反射した後、青トリミングフィルター１０２ｃを介して射出する。青トリミングフィルターとしては、たとえば反射防止膜を施した青色光より長波長側の光を吸収するフィルターを用いる事ができる。また、赤色分解プリズム１０３のダイクロイック膜を施した反射面１０３ｂにて赤色光Ｒが分離され入射面１０３ａで全反射した後、赤トリミングフィルター１０３ｃを介して射出する。赤トリミングフィルターとしては、たとえば、赤色光より短波長側の光をシャープにカットする吸収フィルターと近赤外を抑制するダイクロイック膜を用いることができる。そして、青色、赤色成分以外の緑色光束Ｇは前記２つの反射面１０２ｂ、１０３ｂと、緑色分解プリズム１０４を透過し、赤外吸収フィルター１０４ｂと、吸収フィルターとダイクロイック膜とを使った緑色トリミングフィルター１０４ｃを介して射出する。緑トリミングフィルター１０４ｃとしては、たとえば、波長５００ｎｍより短波長側をシャープにカットする吸収フィルターと、波長６００ｎｍより長波長側を抑制するダイクロイック膜と、波長７００ｎｍ以上の成分を抑制する吸収フィルターが、組み合わされて仕様される。そしてこれら青色光Ｂ、赤色光Ｒ、緑色光Ｇの光束を不図示の各色光の撮像素子へ導いている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
色分解光学系の各プリズムの射出面に設けたトリミングフィルターは、各色光の分光特性の半値波長を所望の値に規制し、残留成分を抑制するために用いられている。これらのトリミングフィルターは、一般的に、ダイクロイック膜と吸収フィルターより成り立っている。
【０００７】
図１０（Ａ）に実線で示した特性は、図９の反射面１０２ｂに施した青ダイクロイック膜の透過特性であり、図１０（Ａ）に点線で示した特性は、反射面１０３ｂに施した赤ダイクロイック膜の透過特性である。この２つの特性を掛け合わせた特性の光を緑色光として取り出すことになるが、緑色光として使う波長５００ｎｍから６００ｎｍの波長帯域以外の光が残留している。図１０（Ｂ）は、この残留成分を取り除く緑トリミングフィルターに使用している波長５００ｎｍより短波長側をシャープにカットする吸収フィルターの透過特性（実線）と、波長６００ｎｍより長波長側の光の残留成分を抑圧する緑のダイクロイック膜の透過特性（点線）と波長７００ｎｍ以上の近赤外の残留成分を抑制する吸収フィルターの透過特性（二点鎖線）である。図１０（Ｃ）の実線は、緑色の総合分光特性である。
【０００８】
例えば、従来の色分解光学系に近赤外を抑制する吸収フィルターを使用しなければ、図１０（Ｃ）の点線の特性となり、波長６００ｎｍから波長７００ｎｍの可視域での残留成分は抑制されていても波長８００ｎｍ以上の近赤外域の残留成分は残ってしまっている。
【０００９】
最近の固体撮像素子を使ったテレビカメラにおいては、近赤外での感度が高く、残留成分として残った近赤外の光が正規の緑色光に漏れ込み色再現に悪影響を与える原因となる。
【００１０】
そのため、青色光，緑色光の波長７００ｎｍから波長９００ｎｍまでは残留成分を３％以下に抑制しておく必要があり、近赤外を抑制する吸収フィルターや近赤外域を抑制するダイクロイック膜を使用しないわけにはいかなかった。しかし、この問題点として、近赤外を抑制する吸収フィルターを使用すると、緑色光のピーク透過率が低下し緑色光の感度が落ちてしまうという問題点があるとともに、製作が難しくなる要因となっていた。
【００１１】
また、近赤外吸収フィルターを使用しない場合は波長６００ｎｍ以上の可視域から近赤外にかけて抑制出来るダイクロイック膜を使用しなければならない。これらのダイクロイック膜は、層数を多層化しなければならず、製作も困難であった。
【００１２】
本発明は波長６００ｎｍから近赤外までの残留成分を抑制し、緑色光の透過率の高い、製作の容易な色分解光学系及びそれを用いた撮像装置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の色分解光学系は、青色光を反射するダイクロイック膜を施した反射面を備え、前記青色光を取り出す第１プリズムと、
該第１プリズムのダイクロイック膜と空気間隙を介して配置され、赤色光を反射するダイクロイック膜を施した反射面を備え、前記赤色光を取り出す第２プリズムと、
該第２プリズムのダイクロイック膜を施した面に接着された入射面と、該第１プリズム及び第２プリズムを透過し前記入射面から入射した光のうち緑色光を射出させる近赤外抑制ダイクロイック膜が施された射出面とを有する第３プリズムの少なくとも３つのプリズムを有し、
該第２プリズムの該赤色光を反射するダイクロイック膜は、高屈折率層膜と低屈折率層膜の交互層で構成され、前記高屈折率層膜の屈折率、前記低屈折率層膜の屈折率を各々ｎＨ，ｎＬ、又その層の総数をｍとするとき、
ｍ＞４７．５８（ｎＨ／ｎＬ）−２．３３
ｎＨ／ｎＬ＞１．４
（但し、ｍは右辺よりも大きな整数である）を満たしており、
該第３プリズムの射出面に施された近赤外抑制ダイクロイック膜が、波長５４０ｎｍにおいて９７％以上の透過率を有し、波長６８０ｎｍ以上に半値を持ち、波長８００ｎｍの近赤外成分の透過を抑制することを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明の撮像装置は、請求項１の色分解光学系を有していることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の色分解光学系を用いた撮像装置の実施形態１の要部断面図である。同図において、Ｌは対物レンズ（撮影レンズ）である。ＣＰは色分解光学系（色分解プリズム）である。１は青色分解プリズム（第１プリズム）であり、その反射面１ｂには主に青色光を反射するダイクロイック膜（以後、青反射ダイクロイック膜と呼ぶ）が蒸著してある。２は赤色分解プリズム（第２プリズム）であり、その入射面２ａは、青色分解プリズム１の反射面１ｂと微少な間隙を経たてるように配置している。そして赤色分解プリズム２の反射面２ｂには主に赤色光を反射するダイクロイック膜（以後、赤反射ダイクロイック膜と呼ぶ）を蒸著している。３は、緑色分解プリズム（第３プリズム）であり、その入射面３ａは、赤色分解プリズム２の反射面２ｂと接着している。１ｄ，２ｄ，３ｃは順に、青トリミングフィルター、赤トリミングフィルター、緑トリミングフィルターであり、それぞれ青色分解プリズム１の射出面１ｃ、赤色分解プリズム２の射出面２ｃ、緑色分解プリズム３の射出面３ｂに接着した吸収フィルターより成っている。また、これらは、プリズムと接着される面と反対側の空気と接する面には、反射防止膜又はダイクロイック膜を施している。４Ｂ，４Ｇ，４Ｒは、それぞれ青色用（青チャンネル）、緑色用（緑チャンネル）、赤色用（赤チャンネル）の撮像素子である。
【００１８】
本実施形態は、第２プリズム２の反射面側に赤反射ダイクロイック膜を設け、該赤反射ダイクロイック膜の反射帯の透過率を所定値以下に抑えるような分光特性に設定している。又、第３プリズムの射出面側には、近赤外を抑制する近赤外抑制ダイクロイック膜を配置している。
【００１９】
これにより、赤色光の反射ダイクロイック膜を透過した緑色光中に赤色光成分が残留することを防ぎ、近赤外を抑制する高性能な色分解光学系を構成している。
【００２０】
本実施形態において、対物レンズＬを通過した物体からの光束５が、青色分解プリズム１の入射面１ａから入射し、この入射した光束のうち、青色分解プリズム１の反射面１ｂで、図２（Ａ）の点線で示す反射特性を持つ青反射ダイクロイック膜により反射された光（青色光）が、入射面１ａで全反射し、図４の点線で示す青色光より長波長側を吸収する透過特性を持つ青トリミングフィルター１ｄを通して射出し、撮像素子４Ｂに入射している。図２（Ａ）の実線で示す透過特性にて青色分解プリズム１の反射面１ｂを透過した光のうち、赤色分解プリズム２の反射面２ｂで、図２（Ｂ）の点線で示す反射特性をもつ赤反射ダイクロイック膜（膜構成は表−１）により、反射された光（赤色光）が、赤色分解プリズム２の入射面２ａで全反射し、図４の一点鎖線で示す波長５７０ｎｍ付近にシャープな透過特性を持ちそれより短波長側を吸収する赤トリミングフィルター２ｄを通して射出し、撮像素子４Ｒに入射している。そして、図２（Ａ）の実線で示す透過特性にて青色分解プリズム１の反射面１ｂを透過した光のうち、図２（Ｂ）の実線で示す透過特性をもつ赤色分解プリズム２の反射面２ｂを透過した光（緑色光）は、緑色分解プリズム３を通り、図４の実線に示す波長５００ｎｍ付近にシャープな特性をもち、それより短波長側を吸収する緑トリミングフィルター３ｃを通して射出し、撮像素子４Ｇに入射している。
【００２１】
本実施形態においては、緑トリミングフィルター３ｃに、図２（Ｂ）の実線で示す透過特性の波長８００ｎｍ近傍の透過率の上昇に応じて近赤外を抑制する図３の実線に示す様な特性の近赤外抑制ダイクロイック膜（表−２）を構成し、波長７００ｎｍから波長９００ｎｍの近赤外域を３％以下に抑制している。尚、図３の実線は透過率、点線は反射率を示している。
【００２２】
本実施形態では以上のような構成により対物レンズＬからの入射光を色分解光学系ＣＰにより図５に示すような分光特性の３つの色光Ｂ，Ｇ，Ｒに分解している。
【００２３】
【表１】
0004478254.tif 000002
【００２４】
尚、第５層から第１３層は、光学的膜厚１７２．７ｎｍのｎＨ＝２．３３とｎＬ＝１．３８の交互層である。
【００２５】
基板屈折率  ｎｇ＝１．６０
入射角  θｉｎ＝１３°
４７．５８×（ｎＨ／ｎＬ）-2.33＝１４．０４
【００２６】
【表２】
0004478254.tif 000003
【００２７】
尚、第５層から第９層は、光学的膜厚２２８．３ｎｍのｎＨ＝２．３３とｎＬ＝１．３８の交互層である。
【００２８】
基板屈折率  ｎｇ＝１．５２
入射角  θｉｎ＝０°
次に本発明の色分解光学系の実施形態２について説明する。本実施形態は図１の色分解光学系に比べて色分解光学系の外形状が図１に示すのと同じであるが、各面に施すダイクロイック膜の分光特性が異なっている。
【００２９】
本実施形態においては、緑トリミングフィルター３ｃに、図７に示す近赤外を抑制するダイクロイック膜を構成し、図１０（Ｂ）の２点鎖線で示す近赤外吸収フィルターを使わない。尚、図７において実線は透過率、点線は反射率を示している。
【００３０】
実施形態２において、近赤外抑制ダイクロイック膜は、波長５４０ｎｍにおいて９７％以上の透過率を有し、波長６８０ｎｍ以上に半値波長を持つダイクロイック膜で図７の実線に示す特性を得ている。
【００３１】
また、本実施形態では、赤反射ダイクロイック膜を高屈折率層膜と低屈折率層膜の交互層で構成され高屈折率層膜の屈折率，低屈折率層膜の屈折率を各々ｎＨ，ｎＬ、又その層数をｍとする時、
ｍ＞４７．５８（ｎＨ／ｎＬ）-2.33 （１）
ｎＨ／ｎＬ＞１．４      （２）
に定めた多層膜より構成し、この構成により赤反射ダイクロイック膜の所望の帯域の透過率を０．５％以下に押さえている。これにより、緑トリミングフィルターに、緑トリミングダイクロイック膜を使わずとも、近赤外域を抑制した図８に示すような良好な３つの色光Ｒ，Ｇ，Ｂの総合特性を得ている。また、残留成分を抑圧するのに、赤反射ダイクロイック膜の反射帯域を利用しているため、リップルによる残留成分のばらつきも少ない。
【００３２】
ここで条件式（１）は、反射帯域での残留透過率が０．５％以下となる条件を実験的に求めたもので、条件式（１）より外れた場合、赤反射ダイクロイック膜の反射帯域の透過率が０．５％以上となり、残留成分として残ってしまう。この残留成分が残っていると、赤色を撮影した時に、緑がかった赤色でモニターに再現されるという様に色再現に悪影響を及ぼすことになる。また、条件式（２）は、赤反射ダイクロイック膜の反射帯域のバンド幅に関するもので、条件式（２）より外れた場合、赤反射ダイクロイック膜の反射帯域のバンド幅が狭くなり、所定の色再現が満足出来なくなる。
【００３３】
赤反射ダイクロイック膜の膜構成として、高屈折率物質と低屈折率物質の交互層からなる誘電体多層膜を用いている。このうち高屈折率物質としてはＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＣｅＯ2、ＺｒＯ2、ＺｎＳ、Ｙ2Ｏ3等の物質を使用し、低屈折率物質としてはＳｉＯ2、ＭｇＦ2、Ａｌ2Ｏ3などの物質を使用している。
【００３４】
本実施形態では、赤反射ダイクロイック膜の膜構成として、表−３に示すように高屈折率物質屈折率ｎＨと低屈折率物質屈折率ｎＬとしてｎＨ＝２．０５，ｎＬ＝１．４６の基本膜厚１：１の交互層を用い、表１とすることで、赤反射ダイクロイック膜の反射波長帯域の最小透過特性を図６に示すように波長６５０ｎｍにおいて０．３％を実現している。図６において実線は透過率、点線は反射率を示している。
【００３５】
【表３】
0004478254.tif 000004
【００３６】
尚、第５層から第１８層は、光学的膜厚１６３．６ｎｍのｎＨ＝２．０５とｎＬ＝１．４６の交互層である。
【００３７】
ｎＨ／ｎＬ＝１．４０
層数ｍ＝２２層
基板屈折率  ｎｇ＝１．６０
入射角  θｉｎ＝１３°
さらに、図６の実線に示すように赤反射ダイクロイック膜の反射帯域の透過率の上昇する波長７００ｎｍ以上の波長域を抑制する近赤外抑制ダイクロイック膜として表４に示す構成としている。これにより緑色光の透過帯の５４０ｎｍの波長での透過率をほぼ１００％とし半値波長を６８０ｎｍとする図７に示すような近赤外抑制ダイクロイック膜を得ている。
【００３８】
【表４】
0004478254.tif 000005
【００３９】
尚、第４層から第１１層は、光学的膜厚２００．５ｎｍ、第１７層は、光学的膜厚２４６．３ｎｍのｎＨ＝２．３１とｎＬ＝１．３８の交互層である。
【００４０】
基板屈折率  ｎｇ＝１．５２
入射角  θｉｎ＝０°
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、波長６００ｎｍから近赤外までの残留成分を抑制し、緑色光の透過率の高い、製作の容易な色分解光学系及びそれを用いた撮像装置を達成することができる。
【００４２】
この他本発明によれば、赤反射ダイクロイック膜の反射帯域の透過率を所定値以下に抑える事により、波長６００ｎｍ以上の残留成分を抑制することができる。従って、緑トリミングフィルターに赤反射ダイクロイック膜の分光透過率の上昇に応じた近赤外抑制ダイクロイック膜を構成することが出来、近赤外吸収フィルターを使わないで簡易な構成にて、図５に示す様な良好な総合分光特性を得ることができる。
【００４３】
また、この構成により、緑色光の波長帯域の透過率を下げることなく、反射率の高い固体撮像素子と緑のトリミングフィルターのダイクロイック膜との相互反射にて起こるフレアも減少させることができる。
といった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の色分解光学系を用いた撮像装置の実施形態１の要部概略図
【図２】図１の色分解光学系におけるダイクロイック膜の分光特性の説明図
【図３】図１の色分解光学系におけるダイクロイック膜の分光特性の説明図
【図４】図１の色分解光学系におけるトリミングフィルターの分光特性の説明図
【図５】図１の色分解光学系における総合分光特性の説明図
【図６】本発明の色分解光学系の実施形態２に係るダイクロイック膜の分光特性の説明図
【図７】本発明の色分解光学系の実施形態２に係るダイクロイック膜の分光特性の説明図
【図８】本発明の色分解光学系の実施形態２における総合分光特性の説明図
【図９】従来の色分解光学系を用いた撮像装置の要部概略図
【図１０】従来の色分解光学系の特性の説明図
【符号の説明】
Ｌ        対物レンズ
ＣＰ      色分解光学系
１        青色分解プリズム
１ａ      青プリズム入射面
１ｂ      青プリズム反射面
１ｃ      青プリズム射出面
１ｄ      青トリミングフィルター
２        赤色分解プリズム
２ａ      赤プリズム入射面
２ｂ      赤プリズム反射面
２ｃ      赤プリズム射出面
２ｄ      赤トリミングフィルター
３        緑分解プリズム
３ａ      緑プリズム入射面
３ｂ      緑プリズム射出面
３ｃ      緑トリミングフィルター
４        撮像素子
５        ＩＲカットフィルター
６        光束
１０１    色分解光学系
１０２    青色分解プリズム
１０２ａ  青色分解プリズム入射面
１０２ｂ  青反射ダイクロイック膜
１０２ｃ  青トリミングフィルター
１０３    赤色分解プリズム
１０３ａ  赤色分解プリズム入射面
１０３ｂ  赤反射ダイクロイック膜
１０３ｃ  赤トリミングフィルター
１０４    緑色分解プリズム
１０４ａ  緑色分解プリズム入射面
１０４ｂ  吸収型緑トリミングフィルター
１０４ｃ  ダイクロ型緑トリミングフィルター
【図１】
0004478254.tif 000006
【図２】
0004478254.tif 000007
【図３】
0004478254.tif 000008
【図４】
0004478254.tif 000009
【図５】
0004478254.tif 000010
【図６】
0004478254.tif 000011
【図７】
0004478254.tif 000012
【図８】
0004478254.tif 000013
【図９】
0004478254.tif 000014
【図１０】
0004478254.tif 000015