(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相異なる複数のプリズムと、該プリズムの所定のプリズム面に配置され、所定の波長範囲の光を選択的に透過または反射させる相異なる分光特性を持つ複数の波長選択フィルタとを備え、入射面から入射した光を前記各プリズムおよび前記各波長選択フィルタにより青色光を含む短波長光域の光、緑色光を含む中間波長光域の光、赤色光を含む長波長光域の光の３つに分解し、該分解した各光を青色、緑色、赤色の各光射出面から射出する色分解光学系において、
前記赤色光を含む長波長光域の光を導く光路中の、前記赤色光射出面以外のプリズム面に配置され、赤色可視光波長域の所定の長波長側境界波長よりも大なる波長域の光を、前記赤色光射出面から射出される光から除去可能な第１の波長特性と、赤色可視光波長域の所定の短波長側境界波長よりも小なる波長域の光を前記赤色光射出面から射出される光から除去可能な特性とを併せ持つ第１フィルタと、
前記赤色光射出面に配置され、前記長波長側境界波長より所定の波長分大なる第２の境界波長を基準としたとき、その基準より大なる波長域の光を反射する一方、その基準より小なる波長域の光は透過する第２の波長特性を持つ第２フィルタとを備え、
前記第１フィルタは、前記緑色光を含む中間波長光域の光と前記赤色光を含む長波長光域の光とを互いに分離するプリズム面に配置され、前記赤色可視光波長域の所定の短波長側境界波長から前記赤色可視光波長域の所定の長波長側境界波長までの波長域内の光を反射して、該波長域外の光を透過する分光特性を持つダイクロイック膜で構成されている、ことを特徴とする色分解光学系。
【請求項２】
前記長波長側境界波長が、６８０ｎｍから７３０ｎｍの範囲内で設定され、該長波長側境界波長と前記第２の境界波長との差が１５ｎｍから７０ｎｍの範囲内で設定されていることを特徴とする請求項１記載の色分解光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビカメラやビデオカメラ等の撮像装置において主に用いられる色分解光学系に関し、詳しくは、複数のプリズムおよび波長選択フィルタを組み合わせて構成され、入射光をこれら各光学素子の分光特性により、青色光を含む短波長光域の光（以下、「青色域光」という）、緑色光を含む中間波長域の光（以下、「緑色域光」という）および赤色光を含む長波長域の光（以下、「赤色域光」という）の３つの光に分解して、分解した各光を固体撮像素子等に向けて射出する色分解光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の色分解光学系として、複数のプリズムおよび色分解用の光学フィルタ（以下、単に「フィルタ」という）の組み合わせ方の特徴により、フィリップス型と呼ばれるタイプのものやクロスダイクロイック型と呼ばれるタイプのものなど、種々のものが知られている。
【０００３】
近年、この種の色分解光学系を組み込んだテレビカメラ等の撮像装置では、取り込んだ光学像を電気信号に変換する撮像素子として、撮像管に替わりＣＣＤ等の固体撮像素子が一般的に用いられるようになっている。そして、いわゆる焼き付きなどの問題が発生しやすい撮像管を用いた場合には困難であった手法、すなわち、高輝度な被写体像を色分解光学系に取り込んで色分解した後、各光を高輝度な状態のまま各固体撮像素子の撮像面に射出する手法も容易に行ない得るようになった。
【０００４】
しかし、固体撮像素子の撮像面は金属のコーティング膜が施されるなど一般に反射率が高く、そのため高輝度な光が撮像面に入射した場合、その光が撮像面で反射して色分解光学系の光射出面に戻り、この戻ってきた反射光が再び光射出面で反射して固体撮像素子の撮像面に再度入射する現象が起きやすい。このような色分解光学系の光射出面と固体撮像素子の撮像面との間で生じる光の往復現象は、ゴーストやフレアを引き起こして画像に悪影響を及ぼす原因となる。
【０００５】
最近、このような光の往復現象を、特に緑色光の範囲において抑制する方法が提案されている。例えば、特開２０００―９８４４２号公報には、色分解光学系の緑色光射出面に設けるトリミングフィルタの分光特性を調整して、緑色光射出面で反射する光の量を少なくすることにより、緑色光射出面と固体撮像素子の撮像面との間に生じる光の往復現象を抑制する提案がなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような光の往復現象は、原理的には、緑色域光に限られるものではなく、赤色域光や青色域光でも起こり得ることであるが、固体撮像素子の感度等の要因により、緑色域光以外ではほとんど問題視されていなかった。ところが、固体撮像素子等の技術改良により、赤色域光においても上述したような光の往復現象がもたらす悪影響が指摘されるようになり、その現象を抑制したいという要望も強まってきた。
【０００７】
そこで、色分解光学系の赤色光射出面にトリミングフィルタを設け、このトリミングフィルタの分光特性を調整して、赤色光射出面での光の反射量を少なくすることにより、赤色域光の往復現象の抑制を図ることが考えられるが、十分な成果を得ることは困難である。
【０００８】
その要因として、これまでの色分解光学系では、プリズム面に設けられたダイクロイック膜等のフィルタにより、緑色域光は短波長側と長波長側との両側の波長域が共にカットされた状態で緑色光射出面に導かれてくるのに対し、赤色域光は短波長側のみがカットされた状態で赤色光射出面に導かれていたことが挙げられる（特開平１１−３８３５７号公報等）。すなわち、赤色光射出面における反射を、赤色光射出面に設けたトリミングフィルタにより、長波長側をカットすることで抑制しようとすると、トリミングフィルタの透過特性の裏返しが反射特性となるため、理論上、赤色光射出面での反射量は、このトリミングフィルタの透過特性と反射特性とを示す特性曲線の重なり部分の面積の大きさに左右されることになる。赤色光射出面での反射量を低減するためには、この重なり部分の面積を小さくする必要があるが、十分な成果を得るためには、トリミングフィルタの分光特性（透過および反射特性）が、波長ごとに略１００％という非常に優れたものでなければならない。そのような優れた分光特性を持つトリミングフィルタを作ることは非常に困難であり、このことが、赤色光射出面における光の往復現象を抑制することを困難にしている。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、赤色光射出面における固体撮像素子からの戻り光の反射量を低減して、ゴーストやフレアのない良好な画像を得ることができる色分解光学系を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明による色分解光学系は、相異なる複数のプリズムと、該プリズムの所定のプリズム面に配置され、所定の波長範囲の光を選択的に透過または反射させる相異なる分光特性を持つ複数の波長選択フィルタとを備え、入射面から入射した光を前記各プリズムおよび前記各波長選択フィルタにより青色光を含む短波長光域の光、緑色光を含む中間波長光域の光、赤色光を含む長波長光域の光の３つに分解し、該分解した各光を青色、緑色、赤色の各光射出面から射出する色分解光学系において、
前記赤色光を含む長波長光域の光を導く光路中の、前記赤色光射出面以外のプリズム面に配置され、赤色可視光波長域の所定の長波長側境界波長よりも大なる波長域の光を、前記赤色光射出面から射出される光から除去可能な第１の波長特性と、赤色可視光波長域の所定の短波長側境界波長よりも小なる波長域の光を前記赤色光射出面から射出される光から除去可能な特性とを併せ持つ第１フィルタと、
前記赤色光射出面に配置され、前記長波長側境界波長より所定の波長分大なる第２の境界波長を基準としたとき、その基準より大なる波長域の光を反射する一方、その基準より小なる波長域の光は透過する第２の波長特性を持つ第２フィルタとを備え、
前記第１フィルタは、前記緑色光を含む中間波長光域の光と前記赤色光を含む長波長光域の光とを互いに分離するプリズム面に配置され、前記赤色可視光波長域の所定の短波長側境界波長から前記赤色可視光波長域の所定の長波長側境界波長までの波長域内の光を反射して、該波長域外の光を透過する分光特性を持つダイクロイック膜で構成されている、ことを特徴とするものである。
【００１３】
前記長波長側境界波長は、６８０ｎｍから７３０ｎｍの範囲内で設定されていることが好ましく、この長波長側境界波長と前記第２の境界波長との差は、１５ｎｍから７０ｎｍの範囲内で設定されていることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係る色分解光学系の構成を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る色分解光学系は、図示せぬ光源から射出された白色光の光路Ｌ上に配置されたフィリップス型の色分解プリズム１０を備えてなり、色分解プリズム１０は、青色分解プリズム１１、赤色分解プリズム１２および緑色分解プリズム１３の３つのプリズムから構成されている。青色分解プリズム１１の青色光射出面１１ａと対向する位置には、青色用固体撮像素子１４Ｂが、赤色分解プリズム１２の赤色光射出面１２ａと対向する位置には、赤色用固体撮像素子１４Ｒが、緑色分解プリズム１３の緑色光射出面１３ａと対向する位置には、緑色用固体撮像素子１４Ｇが、それぞれ配置されている。
【００１６】
また、青色分解プリズム１１の反射プリズム面１１ｂには、青色光を含む短波長光域の光（青色域光）のみを反射し、緑色光を含む中間波長域の光（緑色域光）および赤色光を含む長波長域の光（赤色域光）は透過する青反射のダイクロイック膜が配置されている。さらに、赤色分解プリズム１２の緑色分解プリズム１３との境界に位置する反射プリズム面１２ｂには、赤色分解プリズム１２に入射してきた光のうち、赤色可視光の波長域内の光は反射して、波長域外の光は透過する分光特性を持つ赤反射のダイクロイック膜からなる第１フィルタ１５が配置され、一方、赤色分解プリズム１２の赤色光射出面１２ａには、第１フィルタ１５の長波長側境界波長より所定の波長分（１５ｎｍから７０ｎｍの範囲）大なる第２の境界波長を基準とし、この基準より大なる波長域の光は反射して、小なる波長域の光は透過する分光特性を持つトリミングフィルタからなる第２フィルタ１６が配置されている。
【００１７】
図示せぬ光源から射出された光は、光路Ｌに沿って青色分解プリズム１１の入射プリズム面１１ｃから入射して反射プリズム面１１ｂに到り、反射プリズム面１１ｂにおいて、青色域光のみが反射され、緑色域光および赤色域光は透過する。反射プリズム面１１ｂにおいて反射された青色域光は、入射プリズム面１１ｃにおいて全反射された後、青色光射出面１１ａから射出され、青色用固体撮像素子１４Ｂにて撮像される。
【００１８】
一方、青色分解プリズム１１の反射プリズム面１１ｂを透過した緑色域光および赤色域光は、第１フィルタ１５が配置された反射プリズム面１２ｂにおいて、赤色域光が反射され、緑色域光は透過される。透過した緑色域光は、緑色分解プリズム１３を透過して緑色光射出面１３ａから射出され、緑色用固体撮像素子１４Ｇにて撮像される。
【００１９】
また、赤色分解プリズム１２の反射プリズム面１２ｂで反射された赤色域光は、赤色分解プリズム１２の全反射プリズム面１２ｃにおいて全反射されて赤色光射出面１２ａに到り、第２フィルタにより、第１フィルタで除去し切れなかった長波長域の光が除去された後、赤色光射出面１２ａから射出され、赤色用固体撮像素子１４Ｒにて撮像される。
【００２０】
図２に、第１フィルタ１５および第２フィルタ１６の分光特性の一例を示す。本実施例において、第１フィルタ１５は、その反射特性曲線Ａが示すように、赤色可視光波長域の短波長側境界波長が半値点５７３ｎｍに、長波長側境界波長が半値点６８８ｎｍに設定され、その波長域内の赤色可視光は反射して、その波長域外の光は透過するように構成されている。なお、この第１フィルタの分光特性は、上記ダイクロイック膜を表１に示す膜構成により形成することにより得られる。
【００２１】
【表１】
0004409119.tif 000002
【００２２】
一方、第２フィルタ１６は、その透過特性曲線Ｂが示すように、第１フィルタ１５の長波長側境界波長よりも例えば半値点で４０ｎｍ大きい７２８ｎｍに第２の境界波長が設定され、この第２の境界波長よりも大なる波長域の光は反射し、小なる波長域の光は透過するように構成されている。
【００２３】
第２フィルタ１６は、第１フィルタ１５が除去し切れなかった長波長域の光を反射除去すると共に、赤色光射出面１２ａから射出された後、赤色用固体撮像素子１４Ｒの撮像面で反射してきた戻り光の一部を透過し、残りの部分を反射する。第２フィルタが反射する光は、図２に示す第２フィルタの反射特性曲線Ｃ（透過特性曲線Ｂと裏返しの関係にある）と、第１フィルタの反射特性曲線Ａとの重なり部分Ｐにおいて、両特性曲線Ａ，Ｃの反射率をそれぞれ掛け合わせた量となる。
【００２４】
比較例を図３に示す。この比較例は、赤色分解プリズム１２の反射プリズム面１２ｂに、上記とは別の分光特性を持つ赤反射のダイクロイック膜が設置され、赤色光射出面１２ａに、上記とは別の分光特性を持つトリミングフィルタが設置されたものである。このダイクロイック膜の分光特性は、図３の反射特性曲線Ｄに示すように、赤色可視光波長域の短波長側境界波長が半値点５７０ｎｍ付近に設定されているが、長波長側境界波長は特に設定されていない一般的なものである。すなわち、このダイクロイック膜は、５７０ｎｍより大なる波長域の光を反射する。一方、トリミングフィルタの分光特性は、図３の透過特性曲線Ｅに示すように、赤色可視光波長域の長波長側境界波長が半値点６９０ｎｍ付近に設定されており、６９０ｎｍより大なる波長域の光を反射し、小なる波長域の光は透過する。
【００２５】
このような比較例では、赤色光射出面１２ａから射出された後、赤色用固体撮像素子１４Ｒの撮像面で反射してきた戻り光のうち、赤色光射出面１２ａで再反射する光は、図３に示すトリミングフィルタの反射特性曲線Ｆ（透過特性曲線Ｅと裏返しの関係にある）と、トリミングフィルタの透過特性曲線Ｅとの重なり部分Ｑにおいて、両特性曲線Ｅ，Ｆの透過率、反射率をそれぞれ掛け合わせた量となる。
【００２６】
赤色光射出面１２ａでの再反射光の強度を図４に示す。図４は、赤色光射出面１２ａでの再反射光の波長別の強度分布を示す図で、比較例において最も強度が大きい値を１として相対化したものである。比較例の強度分布曲線Ｇに比べ、本実施例の強度分布曲線Ｈは、かなり小さい値を取ることが分かる。
【００２７】
この図４に示す結果および図３の重なり部分Ｑの面積に比べ、図２の重なり部分Ｐの面積が非常に小さいという結果により、本実施例によれば、赤色光射出面１２ａでの再反射光の量を非常に少なく抑えられ、赤色用固体撮像素子１４Ｒにおけるゴーストやフレアの発生を抑制することが可能となっていることが分かる。
【００２８】
なお、上述した本実施例および比較例で使用した赤色用撮像素子１４Ｒの反射率は互いに略同様なので、この反射率を図２および図３の特性曲線に反映させることは省略した。
【００２９】
上記実施形態においては、第１フィルタの分光特性を赤色可視光の波長域内の光は反射し、域外の光は透過するという特性にしているが、赤色可視光の波長域内の光は透過し、域外の光は反射するという分光特性を持たせるようにして、赤色光射出面に赤色光を導くようにしてもよい。これを上記実施形態と同じフィリップス型の色分解プリズムに適用した場合、赤色光射出面と緑色光射出面と位置が入れ替わることになる。
【００３０】
また、第１フィルタは、赤色光を導く光路中に設置すればよく、例えば上記実施形態において赤色分解プリズム１２の全反射プリズム面１２ｃを全反射面としなければ、この位置に設置することも可能である。この場合、第１フィルタには、赤色可視光波長域の長波長側境界波長よりも大なる波長域の光を透過する特性のみを持たせ、赤色可視光波長域の短波長側境界波長よりも小なる波長域の光を除去する特性は、例えば、赤色分解プリズム１２の反射プリズム面１２ｂに設置した他のフィルタに持たせてもよい。
【００３１】
さらに、上記実施形態では、フィリップス型の色分解プリズムを用いているが、本発明は、クロスダイクロイック型の色分解プリズムなど、本発明における第１、第２の２つのフィルタを組み合わせて使用できる色分解プリズムに対して適用可能である。
【００３２】
なお、本発明の思想を、青色域光の短波長側において転用することも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明による色分解光学系によれば、赤色域光を導く光路中のプリズム面に、赤色可視光波長域の長波長側境界波長よりも大なる波長域の光を、赤色光射出面から射出される光から除去可能な第１フィルタを設置し、赤色光射出面に、上記長波長側境界波長より所定の波長分大なる波長を基準としたとき、その基準より大なる波長域の光は反射して、小なる波長域の光は透過する第２フィルタを設置したことにより、赤色光射出面における赤色用固体撮像素子からの戻り光の反射量を低減して、ゴーストやフレアのない良好な画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る色分解光学系の構成を表す図
【図２】第１および第２フィルタの分光特性を示す図
【図３】比較例の分光特性を示す図
【図４】赤色光射出面における再反射光の強度分布を比較した図
【符号の説明】
１０    色分解プリズム
１１    青色分解プリズム
１１ａ  青色光射出面
１１ｂ  反射面
１１ｃ  入射面
１２    赤色分解プリズム
１２ａ  赤色光射出面
１２ｂ  反射面
１２ｃ  全反射面
１３    緑色分解プリズム
１３ａ  緑色光射出面
１４Ｂ  青色用固体撮像素子
１４Ｒ  赤色用固体撮像素子
１４Ｇ  緑色用固体撮像素子
Ａ      第１フィルタの反射特性曲線
Ｂ      第２フィルタの透過特性曲線
Ｃ      第２フィルタの反射特性曲線
Ｄ      比較例のダイクロイック膜の反射特性曲線
Ｅ      比較例のトリミングフィルタの透過特性曲線
Ｆ      比較例のトリミングフィルタの反射特性曲線
Ｇ      比較例の赤色光射出面での再反射光の強度分布曲線
Ｈ      本実施例の赤色光射出面での再反射光の強度分布曲線
Ｌ      光路
Ｐ      本実施例の特性曲線の重なり部分
Ｑ      比較例の特性曲線の重なり部分
【図１】
0004409119.tif 000003
【図２】
0004409119.tif 000004
【図３】
0004409119.tif 000005
【図４】
0004409119.tif 000006