(57)【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膜構成とされると共に、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膜構成とされ、
前記第１の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の傾きが、ＲＧＢ表色系の等色関数、又は色再現媒体の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で示される理想的な緑色の分光特性の短波長側の特性曲線に沿うように４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内で低透過率から高透過率に変化し、最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する平均傾き値が０．２（％／ｎｍ）以上２．０（％／ｎｍ）以下となる形状を有すると共に、
前記第２の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の傾きが、前記理想的な緑色の分光特性の長波長側の特性曲線に沿うように４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内で高透過率から低透過率に変化し、最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する平均傾き値が−２．０（％／ｎｍ）以上−０．２（％／ｎｍ）以下となる形状を有し、
かつ、
前記第１のダイクロイック膜の前記透過特性曲線と前記第２のダイクロイック膜の前記透過特性曲線との交点が、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲内にあり、かつ、その交点の透過率の値が６０％以上である
ことを特徴とする色分解光学系。
【請求項２】
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膜構成とされると共に、前記第２のダイクロイック膜が、前記第２の色光成分として緑色光を反射する膜構成とされ、
前記第１の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の傾きが、ＲＧＢ表色系の等色関数、又は色再現媒体の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で示される理想的な緑色の分光特性の短波長側の特性曲線に沿うように４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内で低透過率から高透過率に変化し、最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する平均傾き値が０．２（％／ｎｍ）以上２．０（％／ｎｍ）以下となる形状を有すると共に、
前記第２のダイクロイック膜の波長に対する反射率を示す反射特性曲線の傾きが、前記理想的な緑色の分光特性の長波長側の特性曲線に沿うように４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内で高反射率から低反射率に変化し、最高反射率と最低反射率との間の範囲の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、
かつ、
前記第１のダイクロイック膜の前記透過特性曲線と前記第２のダイクロイック膜の前記反射特性曲線との交点が、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲内にあり、かつ、その交点の透過率または反射率の値が６０％以上である
ことを特徴とする色分解光学系。
【請求項３】
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の色光成分として赤色光を反射する膜構成とされると共に、前記第２のダイクロイック膜が、前記第２の色光成分として青色光を反射する膜構成とされ、
前記第１の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の傾きが、ＲＧＢ表色系の等色関数、又は色再現媒体の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で示される理想的な緑色の分光特性の長波長側の特性曲線に沿うように４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内で高透過率から低透過率に変化し、最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する平均傾き値が−２．０（％／ｎｍ）以上−０．２（％／ｎｍ）以下となる形状を有すると共に、
前記第２の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の傾きが、前記理想的な緑色の分光特性の短波長側の特性曲線に沿うように４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内で低透過率から高透過率に変化し、最低反射率と最高反射率との間の範囲の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、
かつ、
前記第１のダイクロイック膜の前記透過特性曲線と前記第２のダイクロイック膜の前記透過特性曲線との交点が、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲内にあり、かつ、その交点の透過率の値が６０％以上である
ことを特徴とする色分解光学系。
【請求項４】
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の色光成分として赤色光を反射する膜構成とされると共に、前記第２のダイクロイック膜が、前記第２の色光成分として緑色光を反射する膜構成とされ、
前記第１の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の傾きが、ＲＧＢ表色系の等色関数、又は色再現媒体の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で示される理想的な緑色の分光特性の長波長側の特性曲線に沿うように４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内で高透過率から低透過率に変化し、最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する平均傾き値が−２．０（％／ｎｍ）以上−０．２（％／ｎｍ）以下となる形状を有すると共に、
前記第２のダイクロイック膜の波長に対する反射率を示す反射特性曲線の傾きが、前記理想的な緑色の分光特性の短波長側の特性曲線に沿うように４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内で低反射率から高反射率に変化し、最低反射率と最高反射率との間の範囲の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、
かつ、
前記第１のダイクロイック膜の前記透過特性曲線と前記第２のダイクロイック膜の前記反射特性曲線との交点が、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲内にあり、かつ、その交点の透過率または反射率の値が６０％以上である
ことを特徴とする色分解光学系。
【請求項５】
前記理想的な分光特性は、ＲＧＢ表色系の等色関数で示される理想特性に対し、さらに負の値を減らす、逆変換可能な一次変換を施した特性である
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項６】
前記理想的な分光特性は、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で示される理想特性に対し、さらに負の値を減らす、逆変換可能な一次変換を施した特性である
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項７】
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の少なくとも一方に配置され、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６のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項８】
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６のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項９】
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６のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項１０】
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６のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項１１】
前記第１のプリズムよりも前側に配置され、入射光の特定方向への偏光を解消する偏光解消板をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の色分解光学系。
【請求項１２】
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膜構成とされると共に、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膜構成とされ、
前記第１の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の傾きが、ＲＧＢ表色系の等色関数、又は色再現媒体の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で示される理想的な緑色の分光特性の短波長側の特性曲線の傾きに対して±１０％以内に入る略等しい形状を有すると共に、前記第２の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の傾きが、前記理想的な緑色の分光特性の長波長側の特性曲線の傾きに対して±１０％以内に入る略等しい形状を有し、
かつ、
前記第１のダイクロイック膜の前記透過特性曲線と前記第２のダイクロイック膜の前記透過特性曲線との交点が、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲内にあり、かつ、その交点の透過率の値が６０％以上である
ことを特徴とする色分解光学系。
【請求項１３】
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膜構成とされると共に、前記第２のダイクロイック膜が、前記第２の色光成分として緑色光を反射する膜構成とされ、
前記第１の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の傾きが、ＲＧＢ表色系の等色関数、又は色再現媒体の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で示される理想的な緑色の分光特性の短波長側の特性曲線の傾きに対して±１０％以内に入る略等しい形状を有すると共に、前記第２のダイクロイック膜の波長に対する反射率を示す反射特性曲線の傾きが、前記理想的な緑色の分光特性の長波長側の特性曲線の傾きに対して±１０％以内に入る略等しい形状を有し、
かつ、
前記第１のダイクロイック膜の前記透過特性曲線と前記第２のダイクロイック膜の前記反射特性曲線との交点が、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲内にあり、かつ、その交点の透過率または反射率の値が６０％以上である
ことを特徴とする色分解光学系。
【請求項１４】
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の色光成分として赤色光を反射する膜構成とされると共に、前記第２のダイクロイック膜が、前記第２の色光成分として青色光を反射する膜構成とされ、
前記第１の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の傾きが、ＲＧＢ表色系の等色関数、又は色再現媒体の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で示される理想的な緑色の分光特性の長波長側の特性曲線の傾きに対して±１０％以内に入る略等しい形状を有すると共に、前記第２の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の傾きが、前記理想的な緑色の分光特性の短波長側の特性曲線の傾きに対して±１０％以内に入る略等しい形状を有し、
かつ、
前記第１のダイクロイック膜の前記透過特性曲線と前記第２のダイクロイック膜の前記透過特性曲線との交点が、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲内にあり、かつ、その交点の透過率の値が６０％以上である
ことを特徴とする色分解光学系。
【請求項１５】
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の色光成分として赤色光を反射する膜構成とされると共に、前記第２のダイクロイック膜が、前記第２の色光成分として緑色光を反射する膜構成とされ、
前記第１の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の傾きが、ＲＧＢ表色系の等色関数、又は色再現媒体の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で示される理想的な緑色の分光特性の長波長側の特性曲線の傾きに対して±１０％以内に入る略等しい形状を有すると共に、前記第２のダイクロイック膜の波長に対する反射率を示す反射特性曲線の傾きが、前記理想的な緑色の分光特性の短波長側の特性曲線の傾きに対して±１０％以内に入る略等しい形状を有し、
かつ、
前記第１のダイクロイック膜の前記透過特性曲線と前記第２のダイクロイック膜の前記反射特性曲線との交点が、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲内にあり、かつ、その交点の透過率または反射率の値が６０％以上である
ことを特徴とする色分解光学系。
【請求項１６】
請求項５または６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、
前記撮像素子によって得られた信号値に基づいて、前記理想特性における負の値を再現する逆変換を施す演算回路と
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３３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。第１のプリズム１１０と第２のプリズム１２０は、第１のプリズム１１０における青色光反射ダイクロイック膜ＤＢ１が形成された面１１１と第２のプリズム１２０における光の入射面とが空気間隔１１０ＡＧを空けて互いに対向するようにして配置されている。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３５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３５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、縦軸は透過率強度を示す。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（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３４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３３に示した色分解光学系１０１を用いて図３５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３６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３７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３７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３５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３８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。
【特許文献１】特開２００５−２０８２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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３９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３９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４０１Ｇ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。この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。
【０００９】
ところで、図３５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３５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。従来の色分解光学系では、図３６に示したように、負の領域は再現できない。一方、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、撮像装置側の信号処理の演算により再現することが考えられる。例えば、図３５に示した理想特性に対し、負の領域を無くすような、可逆な変換を施した特性を求め、その変換特性を色分解光学系で再現する理想特性とする。そして、その色分解光学系からの出力に対し、撮像装置側の信号処理で逆変換を施すことで負の領域を再現し、擬似的に本来の理想特性を再現することができる。このような変換特性に最適化された色分解光学系を設計するにあたり、特定の色成分の透過率が低下しないよう、各色について色バランスが整った特性が得られることが好ましい。
【００１０】
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、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、各色光について色バランスの整った状態で、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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の観点に係る色分解光学系は、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、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ている。そして、第１のダイクロイック膜が、第１の色光成分として青色光を反射する膜構成とされると共に、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する膜構成とされ、第１の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状を有すると共に、第２の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状を有している。さらに、第１のダイクロイック膜の透過特性曲線と第２のダイクロイック膜の透過特性曲線との交点が、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲内にあり、かつ、その交点の透過率の値が６０％以上であるように構成されているものである。
【００１２】
本発明の第１の観点に係る色分解光学系では、第１のダイクロイック膜が第１の色光成分として青色光を反射する膜構成とされ、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する膜構成とされ、第２のプリズムにおいて赤色光が取り出される。第３のプリズムからは、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（第１の色光成分および第２の色光成分とは異なる色光）が取り出される。この場合において、第１のダイクロイック膜の特性を示す曲線と第２のダイクロイック膜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。
さらに、この色分解光学系では、第１のダイクロイック膜の特性を示す曲線と第２のダイクロイック膜の特性を示す曲線との交点が、各色の分光特性のバランスを考慮して所定波長範囲内で所定の値となるように各ダイクロイック膜が構成されていることで、最終的な色光の取り出し段階で、相対的に特定の色光のみが極端に減衰することがなく、色バランスの整った状態が得られる。これにより、特に第３のプリズム以降で取り出される緑色光の取り出し効率が向上すると共に、各色光が色バランスの整った状態となる。
【００１３】
本発明の第１の観点に係る色分解光学系において、第１のダイクロイック膜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していることが好ましい。かつ、第２のダイクロイック膜の傾きが、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していることが好ましい。
【００１４】
本発明の第２の観点に係る色分解光学系は、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、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ている。そして、第１のダイクロイック膜が、第１の色光成分として青色光を反射する膜構成とされると共に、第２のダイクロイック膜が、第２の色光成分として緑色光を反射する膜構成とされ、第１の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状を有すると共に、第２のダイクロイック膜の波長に対する反射率を示す反射特性曲線の傾きが、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状を有している。さらに、第１のダイクロイック膜の透過特性曲線と第２のダイクロイック膜の反射特性曲線との交点が、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲内にあり、かつ、その交点の透過率または反射率の値が６０％以上であるように構成されているものである。
【００１５】
本発明の第２の観点に係る色分解光学系では、第１のダイクロイック膜が第１の色光成分として青色光を反射する膜構成とされ、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の色光成分として緑色光を反射する膜構成とされ、第２のプリズムにおいて緑色光が取り出される。第３のプリズムからは、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（第１の色光成分および第２の色光成分とは異なる色光）が取り出される。この場合において、第１のダイクロイック膜の特性を示す曲線と第２のダイクロイック膜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。
さらに、この色分解光学系では、第１のダイクロイック膜の特性を示す曲線と第２のダイクロイック膜の特性を示す曲線との交点が、各色の分光特性のバランスを考慮して所定波長範囲内で所定の値となるように各ダイクロイック膜が構成されていることで、最終的な色光の取り出し段階で、相対的に特定の色光のみが極端に減衰することがなく、色バランスの整った状態が得られる。これにより、特に第２のプリズムで取り出される緑色光の取り出し効率が向上すると共に、各色光が色バランスの整った状態となる。
【００１６】
本発明の第２の観点に係る色分解光学系において、第１のダイクロイック膜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していることが好ましい。かつ、第２のダイクロイック膜の反射特性曲線の傾きが、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反射率から低反射率に立ち下がる変化をする形状を有していることが好ましい。
【００１７】
本発明の第３の観点に係る色分解光学系は、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、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ている。そして、第１のダイクロイック膜が、第１の色光成分として赤色光を反射する膜構成とされると共に、第２のダイクロイック膜が、第２の色光成分として青色光を反射する膜構成とされ、第１の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状を有すると共に、第２の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状を有している。そして、第１のダイクロイック膜の透過特性曲線と第２のダイクロイック膜の透過特性曲線との交点が、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲内にあり、かつ、その交点の透過率の値が６０％以上であるように構成されているものである。
【００１８】
本発明の第３の観点に係る色分解光学系では、第１のダイクロイック膜が第１の色光成分として赤色光を反射する膜構成とされ、第１のプリズムにおいて赤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の色光成分として青色光を反射する膜構成とされ、第２のプリズムにおいて青色光が取り出される。第３のプリズムからは、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（第１の色光成分および第２の色光成分とは異なる色光）が取り出される。
この場合において、第１のダイクロイック膜の特性を示す曲線と第２のダイクロイック膜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。
さらに、この色分解光学系では、第１のダイクロイック膜の特性を示す曲線と第２のダイクロイック膜の特性を示す曲線との交点が、各色の分光特性のバランスを考慮して所定波長範囲内で所定の値となるように各ダイクロイック膜が構成されていることで、最終的な色光の取り出し段階で、相対的に特定の色光のみが極端に減衰することがなく、色バランスの整った状態が得られる。これにより、特に第３のプリズム以降で取り出される緑色光の取り出し効率が向上すると共に、各色光が色バランスの整った状態となる。
【００１９】
本発明の第３の観点に係る色分解光学系において、第１のダイクロイック膜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していることが好ましい。かつ、第２のダイクロイック膜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していることが好ましい。
【００２０】
本発明の第４の観点に係る色分解光学系は、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、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ている。そして、第１のダイクロイック膜が、第１の色光成分として赤色光を反射する膜構成とされると共に、第２のダイクロイック膜が、第２の色光成分として緑色光を反射する膜構成とされ、第１の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状を有すると共に、第２のダイクロイック膜の波長に対する反射率を示す反射特性曲線の傾きが、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状を有している。さらに、第１のダイクロイック膜の透過特性曲線と第２のダイクロイック膜の反射特性曲線との交点が、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲内にあり、かつ、その交点の透過率または反射率の値が６０％以上であるように構成されているものである。
【００２１】
本発明の第４の観点に係る色分解光学系では、第１のダイクロイック膜が第１の色光成分として赤色光を反射する膜構成とされ、第１のプリズムにおいて赤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の色光成分として緑色光を反射する膜構成とされ、第２のプリズムにおいて緑色光が取り出される。第３のプリズムからは、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（第１の色光成分および第２の色光成分とは異なる色光）が取り出される。
この場合において、第１のダイクロイック膜の特性を示す曲線と第２のダイクロイック膜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。
さらに、この色分解光学系では、第１のダイクロイック膜の特性を示す曲線と第２のダイクロイック膜の特性を示す曲線との交点が、各色の分光特性のバランスを考慮して所定波長範囲内で所定の値となるように各ダイクロイック膜が構成されていることで、最終的な色光の取り出し段階で、相対的に特定の色光のみが極端に減衰することがなく、色バランスの整った状態が得られる。これにより、特に第２のプリズムで取り出される緑色光の取り出し効率が向上すると共に、各色光が色バランスの整った状態となる。
【００２２】
本発明の第４の観点に係る色分解光学系において、第１のダイクロイック膜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していることが好ましい。かつ、第２のダイクロイック膜の反射特性曲線の傾きが、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反射率から高反射率に立ち上がる変化をする形状を有していることが好ましい。
【００２３】
本発明の第１ないし第４の観点に係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の少なくとも一方に配置され、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。また、第１のプリズムよりも前側に配置され、入射光の特定方向への偏光を解消する偏光解消板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。
【００２４】
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。
【００２５】
ここで、本発明の第１ないし第４の観点に係る色分解光学系において、「理想的な分光特性」とは、「目的とする所定の分光特性」である。例えば、ＲＧＢ表色系の等色関数で示される理想特性に対し、さらに負の値を減らすような、逆変換可能な変換を施した特性である。
または、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で示される理想特性に対し、さらに負の値を減らすような、逆変換可能な変換を施した特性であっても良い。
【００２６】
本発明の第５の観点に係る色分解光学系は、本発明の第１の観点に係る色分解光学系における第１の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略等しい形状を有すると共に、第２の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略等しい形状を有しているものである。
【００２７】
本発明の第６の観点に係る色分解光学系は、本発明の第２の観点に係る色分解光学系における第１の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略等しい形状を有すると共に、第２のダイクロイック膜の波長に対する反射率を示す反射特性曲線の傾きが、理想的な緑色の分光特性の長波長側の特性曲線に略等しい形状を有しているものである。
【００２８】
本発明の第７の観点に係る色分解光学系は、本発明の第３の観点に係る色分解光学系における第１の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略等しい形状を有すると共に、第２の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略等しい形状を有しているものである。
【００２９】
本発明の第８の観点に係る色分解光学系は、本発明の第４の観点に係る色分解光学系における第１の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略等しい形状を有すると共に、第２のダイクロイック膜の波長に対する反射率を示す反射特性曲線の傾きが、理想的な緑色の分光特性の短波長側の特性曲線に略等しい形状を有しているものである。
【００３０】
ここで、本発明の第５ないし第８の観点に係る色分解光学系において、「理想的な分光特性の特性曲線に略等しい形状」としては、例えば、規格化された所定の理想特性曲線の傾きに対して、その特性曲線の傾きが±１０％以内に入るような形状であることが好ましい。
【００３１】
本発明による撮像装置は、上記逆変換可能な変換を施した特性を理想特性として最適化された本発明の第１ないし第４のいずれか一の観点に係る色分解光学系または本発明の第５ないし第８のいずれか一の観点に係る色分解光学系と、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、撮像素子によって得られた信号値に基づいて、理想特性における負の値を再現するような逆変換を施す演算回路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色バランスの整った状態で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。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の第１ないし第４のいずれか一の観点に係る色分解光学系、または本発明の第５ないし第８のいずれか一の観点に係る色分解光学系によれば、第１のダイクロイック膜の特性を示す曲線と第２のダイクロイック膜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または略等しい形状を有するような構成となるようにしたので、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。また、第１のダイクロイック膜の特性を示す曲線と第２のダイクロイック膜の特性を示す曲線との交点が、各色の分光特性のバランスを考慮して、所定波長範囲内で所定の値となるようにダイクロイック膜を構成したので、各色光について色バランスの整った状態で理想的な分光特性を得ることができる。
【００３３】
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、色再現性が高く、かつ、各色光について分光特性のバランスの良い撮像を行うことができる。特に、負の値を減らすような逆変換可能な変換を施した特性を理想特性として色分解光学系を最適化し、その色分解光学系を介して得られた信号値に基づいて、理想特性における負の値を再現するような逆変換を施す演算を行うようにしたので、色分解光学系で直接的に得られない負の分光感度となる部分を擬似的に再現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
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。
［第１の実施の形態］
【００３５】
図１は、本発明の第１の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。この撮像装置は、撮像素子４Ｂ，４Ｒ，４Ｇから出力された各色の信号値Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓに基づいて、後述するような、理想特性における負の値を再現するような逆変換を施す演算を行う演算回路６０を備えている。
【００３６】
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、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を取り出す構成例である。
【００３７】
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。
【００３８】
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、後述するように、目的とする所定の分光特性に応じた膜特性で設計されている。
【００３９】
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。
【００４０】
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、後述するように、目的とする所定の分光特性に応じた膜特性で設計されている。
【００４１】
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。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。
【００４２】
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。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。また、ＩＲカットフィルタ３を、第１のプリズム１０の前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良い。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。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。その場合さらに、吸収型フィルタに反射防止膜を施した構成にすることがより好ましい。
【００４３】
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。
【００４４】
ここで、本実施の形態における色分解光学系１によって光学的に再現しようとしている理想特性について説明する。
【００４５】
本実施の形態において、撮像装置の出力として最終的に再現したい特性は、例えば図２（Ａ）に示したような理想特性である。これは、規格化されていないだけで、図３５に示した一般的な理想特性と実質的に同じである。この理想特性は、例えば、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で示されるものである。または、ＲＧＢ表色系の等色関数で示される理想特性そのものであっても良い。このような理想特性には負の分光感度となる領域が存在するが、その負の分光感度となる領域は、色分解光学系１で光学的に直接的に再現することはできない。そこで、本実施の形態では、図２（Ａ）に示した理想特性に対し、負の領域を無くすような、可逆な変換を施した特性をあらかじめ演算により求め、その変換特性を色分解光学系１で再現する理想特性（目的とする所定の分光特性）としている。そして、その色分解光学系１からの出力（撮像素子４Ｂ，４Ｒ，４Ｇから出力された各色の信号値Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓ）に対し、撮像装置側の信号処理回路（演算回路６０）で逆変換を施す演算を行うことで負の領域を再現し、擬似的に本来の理想特性を再現するようにしている。
【００４６】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した各色の理想特性Ｒ（ｘ），Ｇ（ｘ），Ｂ（ｘ）に対し、上記した負の領域を無くすような可逆な変換を施した変換特性Ｒ’（ｘ），Ｇ’（ｘ），Ｂ’（ｘ）の一例を示している。このような変換は、以下の［数１］に示すような１次変換の演算により行うことができる。Ｍは、変換特性Ｒ’（ｘ），Ｇ’（ｘ），Ｂ’（ｘ）として負の値ができるだけ少なくなるような行列とする。ここで、Ｒ’（ｘ），Ｇ’（ｘ），Ｂ’（ｘ）に逆行列Ｍ-1を掛けて逆変換することで、元の理想特性Ｒ（ｘ），Ｇ（ｘ），Ｂ（ｘ）に近似した特性を求めることができる。
【００４７】
【数１】
0005075714.tif 000002
【００４８】
本実施の形態においては、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の膜特性を、この変換特性Ｒ’（ｘ），Ｇ’（ｘ），Ｂ’（ｘ）を理想特性とした設計とし、変換特性Ｒ’（ｘ），Ｇ’（ｘ），Ｂ’（ｘ）に近似した特性が得られるようにしている。ここで、変換特性Ｒ’（ｘ），Ｇ’（ｘ），Ｂ’（ｘ）は、負の値ができるだけ少なくなるような特性とされているので、理論的には、色分解光学系１で光学的に直接的に再現することが可能である。その後、撮像装置側の演算回路６０での演算により、逆行列Ｍ-1を掛けることで、元の理想特性Ｒ（ｘ），Ｇ（ｘ），Ｂ（ｘ）に近似した特性を求めることができる。これにより、仮想的に負の領域となる部分も再現が可能となる。
【００４９】
図３（Ａ）は、本実施の形態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、波長に対する透過率を示す透過特性曲線の傾きが、理想的な緑色の分光特性（上記した一次変換された変換特性Ｇ’（ｘ））の短波長側の特性曲線に沿う形状を有している。具体的には、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の範囲の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。
【００５０】
図３（Ｂ）は、本実施の形態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、波長に対する透過率を示す透過特性曲線の傾きが、理想的な緑色の分光特性（上記した一次変換された変換特性Ｇ’（ｘ））の長波長側の特性曲線に沿う形状を有している。具体的には、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の範囲の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。
【００５１】
本実施の形態において、青色光反射ダイクロイック膜ＤＢは、理想的な緑色の分光特性の短波長側の特性曲線に略等しい形状を有していても良い。また、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、理想的な緑色の分光特性の長波長側の特性曲線に略等しい形状を有していても良い。
ここで、「理想的な分光特性の特性曲線に略等しい形状」としては、例えば、規格化された所定の理想特性曲線を一次変換した、図２（Ｂ）に示したような変換特性曲線の傾きに対して、その特性曲線の傾きが±１０％以内に入るような形状であることが好ましい。
【００５２】
このように、本実施の形態におけ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は、その特性曲線の傾きが、理想とする分光特性に応じた設計とされている。さらに、本実施の形態では、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は、その特性曲線の交点が、図４に示したような特性となるような設計とされている。すなわち、青色光反射ダイクロイック膜ＤＢの透過特性曲線と赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの透過特性曲線との交点Ｐが所定の波長範囲Ｗλ内にあり、かつ、その交点Ｐの透過率の値が所定の範囲Ｗｔ内となるような設計とされている。
ここで、波長範囲Ｗλは、例えば５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲である。
また、透過率の値の範囲Ｗｔは、６０％以上（１００％以下）の範囲である。
【００５３】
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。
【００５４】
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。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に入射する。撮像素子４Ｂ，４Ｒ，４Ｇ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。
【００５５】
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。
【００５６】
また、本実施の形態では、色分解光学系１が、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の交点Ｐが、各色の分光特性のバランスを考慮して所定波長範囲Ｗλ内で所定の値の範囲Ｗｔとなるように各ダイクロイック膜が構成されていることで、最終的な色光の取り出し段階で、相対的に特定の色光のみが極端に減衰することがなく、色バランスの整った状態が得られる。
【００５７】
この交点Ｐを所定の範囲とすることの利点について、図５（Ａ），（Ｂ）を参照してより具体的に説明する。この色分解光学系１では、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を透過した成分（図５（Ａ），（Ｂ）において斜線を施した部分）が緑色光ＬＧとして第３のプリズム３０から取り出される。このため、例えば図５（Ａ）に示したように、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の透過率の交点Ｐが所定の値の範囲Ｗｔよりも低い値である場合、緑色光ＬＧとして取り出される光の割合が他の色光に対して相対的に少なくなってしまう。これに対し、図５（Ｂ）に示したように、交点Ｐが所定の値の範囲Ｗｔとなるような高い値であれば、緑色光ＬＧとして取り出される光の割合を増やして、他の色光とのバランスを取ることができる。これにより、特に第３のプリズム３０で取り出される緑色光ＬＧの取り出し効率が向上すると共に、各色光が色バランスの整った状態となる。
【００５８】
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、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の具体的な設計例での特性を示している。図６に示した特性は、例えば図７および図８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。ただし、膜物質、層数および各層の膜厚は図７および図８の例に限定されるものではない。図９は、図６に示した膜設計の施されたプリズム部分全体（第１、第２および第３のプリズム１０，２０，３０全体）での分光透過特性を示している。
【００５９】
図１０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１０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としてのＣＣＤとを示している。図１１は、図１０に示したプリズム部以外の光学要素の特性と図９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。
【００６０】
図１２は、色分解光学系１からの出力に対し、上記した負の値を再現するような逆変換（図２（Ａ），（Ｂ）参照）を施す演算を行った逆変換特性（Ｂ１，Ｒ１，Ｇ１）を示している。図１２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、撮像装置として最終的に再現したい所望の理想特性（図２（Ａ）参照）である。このように、本実施の形態によれば、最終的には、仮想的に負の感度部分を再現できており、理想特性に近い特性が得られている。
【００６１】
図１３は、本実施の形態による設計例での色再現性を、従来の一般的な色分解光学系を用いた場合と比較して示した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１３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。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色での色差平均は約８．９から約４．７に改善した。
【００６２】
図１４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３３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が形成されている。
【００６３】
図１４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１４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１４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。
【００６４】
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。また、第１のダイクロイック膜の特性を示す曲線と第２のダイクロイック膜の特性を示す曲線との交点が、各色の分光特性のバランスを考慮して、所定波長範囲内で所定の値となるようにダイクロイック膜を構成したので、各色光について色バランスの整った状態で理想的な分光特性を得ることができる。
【００６５】
また、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高性能の色分解光学系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、色再現性が高く、かつ、各色光について分光特性のバランスの良い撮像を行うことができる。特に、負の値を減らすような逆変換可能な変換を施した特性を理想特性として色分解光学系１を最適化し、その色分解光学系１を介して得られた信号値に基づいて、理想特性における負の値を再現するような逆変換を施す演算を行うようにしたので、色分解光学系１で直接的に得られない負の分光感度となる部分を擬似的に再現できる。
［第２の実施の形態］
【００６６】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、上記第１の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６７】
図１５は、本発明の第２の実施の形態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で青色光ＬＢ、第２のプリズム２０で緑色光ＬＧ、第３のプリズム３０で赤色光ＬＲを取り出す構成とされている。
【００６８】
本実施の形態に係る色分解光学系１−１において、第１のプリズム１０の第２の面１２には、図１の色分解光学系１と同様、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が形成されている。図１６（Ａ）に、本実施の形態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すが、これは図３（Ａ）に示した透過特性曲線と同様である。
【００６９】
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、本実施の形態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に代えて緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧが形成されている。緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧは、第２の色光成分として緑色光ＬＧを反射し、赤色光ＬＲを透過する膜構成とされている。
【００７０】
この色分解光学系１−１では、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を透過した緑色光ＬＧが、緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧ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および緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧを透過した赤色光ＬＲ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。
【００７１】
本実施の形態において、緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧは、波長に対する反射率を示す反射特性曲線の傾きが、理想的な緑色の分光特性（上記した一次変換された変換特性Ｇ’（ｘ））の長波長側の特性曲線に沿う形状を有している。
【００７２】
図１６（Ｂ）は、図１５の構成例における緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの反射特性曲線の一例を示している。本実施の形態において、緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧは、その反射特性曲線の傾きが、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反射率から低反射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、その反射特性曲線が、４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内において、最高反射率と最低反射率との間の範囲の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。
【００７３】
本実施の形態において、緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧは、波長に対する反射率を示す反射特性曲線の傾きが、理想的な緑色の分光特性の長波長側の特性曲線に略等しい形状を有していても良い。
ここで、「理想的な分光特性の特性曲線に略等しい形状」としては、例えば、規格化された所定の理想特性曲線を一次変換した、図２（Ｂ）に示したような変換特性曲線の傾きに対して、その特性曲線の傾きが±１０％以内に入るような形状であることが好ましい。
【００７４】
このように、本実施の形態における青色光反射ダイクロイック膜ＤＢおよび緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧは、その特性曲線の傾きが、理想とする分光特性に応じた設計とされている。さらに、本実施の形態では、青色光反射ダイクロイック膜ＤＢおよび緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧは、その特性曲線の交点が、図１７に示したような特性となるような設計とされている。すなわち、青色光反射ダイクロイック膜ＤＢの透過特性曲線と緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの反射特性曲線との交点Ｐが所定の波長範囲Ｗλ内にあり、かつ、その交点Ｐの透過率または反射率の値が所定の範囲Ｗｔ内となるような設計とされている。
ここで、波長範囲Ｗλは、例えば５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲である。
また、透過率または反射率の値の範囲Ｗｔは、６０％以上（１００％以下）の範囲である。
【００７５】
図１８は、本実施の形態における青色光反射ダイクロイック膜ＤＢおよび緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの具体的な設計例での特性を示している。図１８に示した緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの特性は、例えば図１９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。青色光反射ダイクロイック膜ＤＢは、上記した図７に示した数値データとして示した膜設計により得られる。ただし、膜物質、層数および各層の膜厚はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００７６】
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緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧ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。
【００７７】
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緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの特性を示す曲線との交点Ｐが、各色の分光特性のバランスを考慮して所定波長範囲Ｗλ内で所定の値の範囲Ｗｔとなるように各ダイクロイック膜が構成されていることで、最終的な色光の取り出し段階で、相対的に特定の色光のみが極端に減衰することがなく、色バランスの整った状態が得られる。特に第２のプリズム２０で取り出される緑色光ＬＧの取り出し効率が向上すると共に、各色光が色バランスの整った状態とすることができる。その他の構成、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。
［第３の実施の形態］
【００７８】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。なお、上記第１または第２の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７９】
図２０は、本発明の第３の実施の形態に係る色分解光学系１−２の構成を示している。この色分解光学系１−２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１−２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、第３のプリズム３０で緑色光ＬＧを取り出す構成とされている。
【００８０】
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、本実施の形態に係る色分解光学系１−２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。本実施の形態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。図２１（Ａ）に、本実施の形態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すが、これは図３（Ｂ）に示した透過特性曲線と同様である。
【００８１】
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、本実施の形態に係る色分解光学系１−２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。本実施の形態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。図２１（Ｂ）に、本実施の形態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すが、これは図３（Ａ）に示した透過特性曲線と同様である。
【００８２】
このように、本実施の形態におけ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は、その特性曲線の傾きが、理想とする分光特性（上記した一次変換された変換特性Ｇ’（ｘ））に応じた設計とされている。さらに、本実施の形態では、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は、その特性曲線の交点が、図２２に示したような特性となるような設計とされている。すなわち、青色光反射ダイクロイック膜ＤＢの透過特性曲線と赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの透過特性曲線との交点Ｐが所定の波長範囲Ｗλ内にあり、かつ、その交点Ｐの透過率の値が所定の範囲Ｗｔ内となるような設計とされている。
ここで、波長範囲Ｗλは、例えば５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲である。
また、透過率の値の範囲Ｗｔは、６０％以上（１００％以下）の範囲である。
【００８３】
図２３は、本実施の形態におけ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の具体的な設計例での特性を示している。図２３に示した特性は、例えば図２４および図２５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。ただし、膜物質、層数および各層の膜厚は図２４および図２５の例に限定されるものではない。
【００８４】
この色分解光学系１−２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。さらに、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲ、および青色光反射ダイクロイック膜ＤＢ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。
【００８５】
本実施の形態では、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、各色光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。
［第４の実施の形態］
【００８６】
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。なお、上記第１ないし第３の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００８７】
図２６は、本発明の第４の実施の形態に係る色分解光学系１−３の構成を示している。この色分解光学系１−３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１−３は、第１のプリズム１０で赤色光ＬＲ、第２のプリズム２０で緑色光ＬＧ、第３のプリズム３０で青色光ＬＢを取り出す構成とされている。
【００８８】
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、本実施の形態に係る色分解光学系１−３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。本実施の形態における赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲは、図１の色分解光学系１に対して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。図２７（Ａ）に、本実施の形態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すが、これは図３（Ｂ）に示した透過特性曲線と同様である。
【００８９】
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、本実施の形態に係る色分解光学系１−３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に代えて緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧが形成されている。緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧは、第２の色光成分として緑色光ＬＧを反射し、青色光ＬＢを透過する膜構成とされている。
【００９０】
この色分解光学系１−３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を透過した緑色光ＬＧが、緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧ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、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲおよび緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧを透過した青色光ＬＢ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。
【００９１】
本実施の形態において、緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧは、波長に対する反射率を示す反射特性曲線の傾きが、理想的な緑色の分光特性（上記した一次変換された変換特性Ｇ’（ｘ））の短波長側の特性曲線に沿う形状を有している。
【００９２】
図２７（Ｂ）は、図２６の構成例における緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの反射特性曲線の一例を示している。本実施の形態において、緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧは、その反射特性曲線の傾きが、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４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内で低反射率から高反射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、その反射特性曲線が、４３０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の波長範囲内において、最低反射率と最高反射率との間の範囲の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。
【００９３】
本実施の形態において、緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧは、波長に対する反射率を示す反射特性曲線の傾きが、理想的な緑色の分光特性の短波長側の特性曲線に略等しい形状を有していても良い。
ここで、「理想的な分光特性の特性曲線に略等しい形状」としては、例えば、規格化された所定の理想特性曲線を一次変換した、図２（Ｂ）に示したような変換特性曲線の傾きに対して、その特性曲線の傾きが±１０％以内に入るような形状であることが好ましい。
【００９４】
このように、本実施の形態における赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲおよび緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧは、その特性曲線の傾きが、理想とする分光特性に応じた設計とされている。さらに、本実施の形態では、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲおよび緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧは、その特性曲線の交点が、図２８に示したような特性となるような設計とされている。すなわち、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの透過特性曲線と緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの反射特性曲線との交点Ｐが所定の波長範囲Ｗλ内にあり、かつ、その交点Ｐの透過率または反射率の値が所定の範囲Ｗｔ内となるような設計とされている。
ここで、波長範囲Ｗλは、例えば５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲である。
また、透過率または反射率の値の範囲Ｗｔは、６０％以上（１００％以下）の範囲である。
【００９５】
図２９は、本実施の形態における赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲおよび緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの具体的な設計例での特性を示している。図２９に示した緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの特性は、例えば図３０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。赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲは、上記した図８に示した数値データとして示した膜設計により得られる。ただし、膜物質、層数および各層の膜厚はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００９６】
本実施の形態では、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの特性を示す曲線と緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧ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。
【００９７】
また、本実施の形態では、赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの特性を示す曲線と緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの特性を示す曲線との交点Ｐが、各色の分光特性のバランスを考慮して所定波長範囲Ｗλ内で所定の値の範囲Ｗｔとなるように各ダイクロイック膜が構成されていることで、最終的な色光の取り出し段階で、相対的に特定の色光のみが極端に減衰することがなく、色バランスの整った状態が得られる。特に第２のプリズム２０で取り出される緑色光ＬＧの取り出し効率が向上すると共に、各色光が色バランスの整った状態とすることができる。その他の構成、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。
［第５の実施の形態］
【００９８】
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。なお、上記第１ないし第４の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００９９】
図３１は、本発明の第５の実施の形態に係る色分解光学系１−４の構成を示している。この色分解光学系１−４は、図１に示した色分解光学系１に対して、第１のプリズム１０よりも前側に配置された偏光解消板５５をさらに備えたものである。その他の構成は、図１に示した色分解光学系１と同様である。偏光解消板５５は、入射光の特定方向への偏光を解消するためのものである。
【０１００】
図３２は、偏光解消板５５を設けなかった場合のプリズム部分全体（第１、第２および第３のプリズム１０，２０，３０全体）での、偏光成分ごとの分光透過特性の一例を示している。入射光の成分が例えば特定の直線偏光成分に偏っていると、入射光が無偏光状態である場合に比べて分光特性が変化してしまう。図３２には、入射光として互いに直交する直線偏光成分（Ｐ偏光およびＳ偏光）が、それぞれ単独で入射した場合の特性を示している。また、入射光が無偏光である場合の特性を、（Ｐ＋Ｓ）／２として示している。本実施の形態では、第１のプリズム１０よりも前側に偏光解消板５５を配置していることで、入射光の特定方向への偏光を解消し、図３２の（Ｐ＋Ｓ）／２で示したような安定した分光特性を得ることができる。
【０１０１】
なお、その他の各実施の形態における各構成例に対しても同様に、第１のプリズム１０よりも前側に偏光解消板５５を設けるようにしても良い。
［その他の実施の形態］
【０１０２】
本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その他の変形実施が可能である。
例えば、上記各実施の形態では、色分解光学系として３つのプリズムを備え、３つの色光に分解する例を示したが、本発明は、４つ以上のプリズムを備え、４つ以上の色光に分解するような色分解光学系にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る色分解光学系を備えた撮像装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る色分解光学系で適用される理想特性についての説明図図であり、（Ａ）は一次変換前の理想特性を示し、（Ｂ）は一次変換後の理想特性を示す。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る色分解光学系におけ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４】本発明の第１の実施の形態に係る色分解光学系における青色光反射ダイクロイック膜ＤＢの特性曲線と赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの特性曲線との交点の関係を示す説明図である。
【図５】図４に示した特性にすることの効果についての説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る色分解光学系における青色光反射ダイクロイック膜ＤＢと赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲとの設計例を示す特性図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る色分解光学系におけ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８】本発明の第１の実施の形態に係る色分解光学系におけ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９】本発明の第１の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１０】本発明の第１の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１１】本発明の第１の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１２】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置における総合的な分光特性を逆一次変換した逆変換特性を、一次変換前の理想特性と比較して示した特性図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置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１４】本発明の第１の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１５】本発明の第２の実施の形態に係る色分解光学系を備えた撮像装置の一例を示す構成図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る色分解光学系における青色光反射ダイクロイック膜ＤＢの特性（Ａ）、および緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの特性（Ｂ）についての説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る色分解光学系における青色光反射ダイクロイック膜ＤＢの特性曲線と緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの特性曲線との交点の関係を示す説明図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る色分解光学系における青色光反射ダイクロイック膜ＤＢと緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧとの設計例を示す特性図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る色分解光学系における緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの膜設計の数値例を示す図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る色分解光学系を備えた撮像装置の一例を示す構成図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態に係る色分解光学系における赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの特性（Ａ）、および青色光反射ダイクロイック膜ＤＢの特性（Ｂ）についての説明図である。
【図２２】本発明の第３の実施の形態に係る色分解光学系における赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの特性曲線と青色光反射ダイクロイック膜ＤＢの特性曲線との交点の関係を示す説明図である。
【図２３】本発明の第３の実施の形態に係る色分解光学系における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との設計例を示す特性図である。
【図２４】本発明の第３の実施の形態に係る色分解光学系におけ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２５】本発明の第３の実施の形態に係る色分解光学系における青色光反射ダイクロイック膜ＤＢの数値例を示す図である。
【図２６】本発明の第４の実施の形態に係る色分解光学系を備えた撮像装置の一例を示す構成図である。
【図２７】本発明の第４の実施の形態に係る色分解光学系における赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの特性（Ａ）、および緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの特性（Ｂ）についての説明図である。
【図２８】本発明の第４の実施の形態に係る色分解光学系における赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲの特性曲線と緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの特性曲線との交点の関係を示す説明図である。
【図２９】本発明の第４の実施の形態に係る色分解光学系における赤色光反射ダイクロイック膜ＤＲと緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧとの設計例を示す特性図である。
【図３０】本発明の第４の実施の形態に係る色分解光学系における緑色光反射ダイクロイック膜ＤＧの膜設計の数値例を示す図である。
【図３１】本発明の第５の実施の形態に係る色分解光学系を備えた撮像装置の一例を示す構成図である。
【図３２】偏光成分を考慮した色分解光学系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３３】従来の色分解光学系の構成例を示す断面図である。
【図３４】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３５】規格化された理想特性を示す特性図である。
【図３６】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３７】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３８】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３９】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】
【０１０４】
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、１，１−１，１−２，１−３，１−４…色分解光学系、２…撮影レンズ、３…ＩＲカットフィルタ、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…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…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、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、５５…偏光解消板。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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