JP2020086418A - 色分解光学系及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 色再現性よりも感度が優先された従来の色分解光学系のプリズム分光特性に対して、理想特性に近い色再現性を有し、かつ、高い感度を維持した分光特性を有する色分解光学系および撮像装置を提供することにある。【解決手段】 本発明では、色分解光学系で用いられている青反射ダイクロイック膜と赤反射ダイクロイック膜の透過率特性曲線の傾きと半値波長を最適化し、各プリズム射出面のトリミングフィルタを用いて、各プリズムの射出面から射出する透過光の調整を行うことにより、理想特性に近い色再現性を有し、かつ、高い感度を維持した分光特性の実現が行える。【選択図】図２

Description

本発明は、入射光を複数の色光に分解する色分解光学系、及び、その色分解光学系を備えた撮像装置に関する。

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１に示すように、色分解プリズム１１２は、撮影レンズ１１３の側より、第１プリズム、第２プリズム、第３プリズムから構成され、第１プリズムと第２プリズムの間には空気間隙１０８を有し、第２プリズムと第３プリズムは接着により接合されている。撮影レンズ１１３は、不図示の被写体からの光束を集光し、色分解プリズム１１２へと導光している。

第１プリズムは、撮影レンズに面して入射面１０１を有し、入射面１０１より入射した撮影レンズからの光を、透過面１０２に施した青反射ダイクロイック膜にて青色光のみを反射させ、残りを透過させる。反射した青色光は、入射面１０１にて全反射し、出射面のトリミングフィルタ１０５を射出して撮像素子１０９に向かう。透過面１０２を透過した光は、空気間隙１０８を通って第２プリズムの入射面１０３より入射する。

第２プリズムの透過面１０４に施した赤反射ダイクロイック膜は、赤色光のみを反射し、残った緑色光を透過させる。反射した赤色光は、空気間隙１０８と接する第２プリズムの入射面１０３面にて全反射し、出射面のトリミングフィルタ１０６を射出して撮像素子１１０に向かう。

透過面１０４を透過した緑色光は、第３プリズムに入射し、出射面のトリミングフィルタ１０７を射出し、撮像素子１１１に向かう。このようにして、色分解プリズムは光束を分解する。

前記トリミングフィルタ１０５、１０６、１０７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、前記青反射ダイクロイック膜と赤反射ダイクロイック膜とで整形できなかった波長成分の分光特性を整える。

また、必要に応じて、前記トリミングフィルタ射出面のダイクロイック膜を用いて、各プリズム射出面から射出する不要な波長成分の遮断を行っている。

図７の規格化された青色成分の総合分光透過特性７０４、規格化された緑色成分の総合分光透過特性７０５および規格化された赤色成分の総合分光透過特性７０６は、それぞれ、カラー撮像系で理想とされている分光特性を青色成分、緑色成分および赤色成分の３色について示している。この理想特性は、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するものである。

図１に示した色分解光学系を用いて、前記、理想とされている分光特性に近い透過特性が得られれば、理想特性に近い色再現を行うことができる。しかしながら、理想特性と同じ特性にすることは困難であり、実際には、図８に示すように、前記、理想特性の曲線に比べて、立ち上がりと立ち下がりの傾斜が急な特性を持つものが使用され、色再現性よりも、感度優先の設計がなされていた。これに対して、理想特性に近い色再現性を有し、かつ、高い感度を維持した分光特性を実現したいという要求がある。

特開２００９−０７５５４３号公報

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、理想特性に近い色再現性を有し、かつ、高い感度を維持した分光特性を有する色分解光学系および撮像装置を提供することにある。

ゴースト・フレアを低減するため、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使用せず、理想的な分光特性に近い特性を得て色再現性を向上する技術が従来から知られている。前記、特許文献１に示す特開２００９−０７５５４３号公報では、第１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について、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、最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が０．２［％／ｎｍ］以上２．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有することが記載されている。これに対して、本発明では、ＸＹＺ表色系の等色関数の一次変換で示される理想特性のマイナス領域の影響を考慮し、規格化された緑色成分の総合分光透過特性について、短波長側の透過率２０［％］から５０［％］に立ち上がる範囲内で、規格化された緑色成分の理想特性と交差させ、その交差した上側を規格化された緑色成分の理想特性よりも短波長側に膨らませることにより、青色成分の感度および色再現性を向上させることを特徴とする。

そこで、本発明では、青、赤、緑の３つの色成分に分解する色分解光学系であって、入射光側から順に、第１ダイクロイック膜を有し、前記第１ダイクロイック膜によって反射された第１の色成分を取り出す第１のプリズムと、第２ダイクロイック膜を有し、前記第１ダイクロイック膜を透過し、前記第２ダイクロイック膜で反射した第２の色成分を取り出す第２プリズムと、前記第１及び第２ダイクロイック膜を透過した第３の色成分を取り出す第３のプリズムとを備え、前記第１ダイクロイック膜が前記青色成分を反射する膜構成とし、前記第２ダイクロイック膜が前記赤色成分を反射する膜構成とし、かつ、前記第１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について、最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］より大きく、４．０［％／ｎｍ］より小さくなる形状を有し、前記第２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について、最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−２．０［％／ｎｍ］以上、−０．５［％／ｎｍ］以下となる形状とする。

また、前記最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］より大きく、４．０［％／ｎｍ］より小さくなる形状を有する第１ダイクロイック膜の透過特性曲線の最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長が４８５［ｎｍ］以上、４９５［ｎｍ］以下とする。

また、前記最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−２．０［％／ｎｍ］以上、−０．５［％／ｎｍ］以下となる形状を有する第２ダイクロイック膜の透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７５［ｎｍ］以上、５８５［ｎｍ］以下とする。

また、前記青反射ダイクロイック膜と赤反射ダイクロイック膜とで整形できなかった波長成分の分光特性を整えるため、前記トリミングフィルタを用いて、各プリズムの射出面から射出する透過光の調整を行っている。ゴースト・フレアを防止するため、前記トリミングフィルタの射出面にはダイクロイック膜を設けていない。

本発明によれば、前記第１ダイクロイック膜および前記第２ダイクロイック膜の分光透過特性曲線とし、各プリズム射出面のトリミングフィルタを用いて透過光の調整を行い、図２に示す本発明の一例の分光透過特性とすることにより、前記トリミングフィルタの射出面にダイクロイック膜を使用することなく、理想特性に近い色再現性を有し、かつ、高い感度を維持した分光特性の実現が行える。

３色分解プリズム光学系の構成図 本発明の色分解光学系で用いられる分光透過特性の一例を示す特性図 本発明の色分解光学系で用いられる青反射／赤反射ダイクロイック膜特性の一例を示す特性図 本発明の色分解光学系で用いられる各プリズム射出面のトリミングフィルタ透過特性の一例を示す特性図 プリズム以外の光学要素の分光特性 総合分光透過特性 規格化された総合分光特性と理想特性 従来の分光透過特性 色再現性を示すｕ’ｖ’色度図

本発明による実施形態について、以下、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、色分解プリズム１１２は、撮影レンズ１１３の側より、第１プリズム、第２プリズム、第３プリズムから構成され、第１プリズムと第２プリズムの間には空気間隙１０８を有し、第２プリズムと第３プリズムは接着により接合されている。撮影レンズ１１３は、不図示の被写体からの光束を集光し、色分解プリズム１１２へと導光している。

第１プリズムは、撮影レンズに面して入射面１０１を有し、入射面１０１より入射した撮影レンズからの光を、透過面１０２に施した青反射ダイクロイック膜にて青色光のみを反射させ、残りを透過させる。反射した青色光は、入射面１０１にて全反射し、出射面のトリミングフィルタ１０５を射出して撮像素子１０９に向かう。透過面１０２を透過した光は、空気間隙１０８を通って第２プリズムの入射面１０３より入射する。

第２プリズムの透過面１０４に施した赤反射ダイクロイック膜は、赤色光のみを反射し、残った緑色光を透過させる。反射した赤色光は、空気間隙１０８と接する第２プリズムの入射面１０３面にて全反射し、出射面のトリミングフィルタ１０６を射出して撮像素子１１０に向かう。

透過面１０４を透過した緑色光は、第３プリズムに入射し、出射面のトリミングフィルタ１０７を射出し、撮像素子１１１に向かう。このようにして、色分解プリズムは光束を分解する。

前記トリミングフィルタ１０５、１０６、１０７は、前記青反射ダイクロイック膜と赤反射ダイクロイック膜とで整形できなかった波長成分の分光特性を整える。

また、ゴースト・フレアを防止するため、前記トリミングフィルタの射出面にはダイクロイック膜を設けていない。

図７の７０４、７０５および７０６は、それぞれ、カラー撮像系で理想とされている分光特性を青色成分、緑色成分および赤色成分の３色について示している。この理想特性は、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、縦軸は相対値を示す。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するものである。

図１に示した色分解光学系を用いて、前記、理想とされている分光特性に近い透過特性が得られれば、理想特性に近い色再現を行うことができる。しかしながら、理想特性と同じ特性にすることは困難であり、実際には、図８に示すように、前記、理想特性の曲線に比べて、立ち上がりと立ち下がりの傾斜が急な特性を持つものが使用され、色再現性よりも感度優先の設計がなされていた。これに対して、理想特性に近い色再現性を有し、かつ、高い感度を維持した分光特性を実現したいという要求がある。

図８は、従来の設計例である。この設計例では、第１プリズムから取り出された青色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−４．０［％／ｎｍ］以上、−２．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第２プリズムから取り出された赤色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が４．０［％／ｎｍ］以上、６．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が４．０［％／ｎｍ］以上、６．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−６．０［％／ｎｍ］以上、−４．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有している。

更に、図８に示す従来の設計例では、第１プリズムから取り出された青色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−４．０［％／ｎｍ］以上、−３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４７８［ｎｍ］以上、４８８［ｎｍ］以下となり、第２プリズムから取り出された赤色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が７．０［％／ｎｍ］以上、８．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７５［ｎｍ］以上、５８５［ｎｍ］以下となり、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が４．０［％／ｎｍ］以上、５．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４９１［ｎｍ］以上、５０１［ｎｍ］以下となり、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−６．０［％／ｎｍ］以上、−４．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７３［ｎｍ］以上、５８３［ｎｍ］以下となる。

これに対して、図２に示す本発明における設計例では、第１プリズムから取り出された青色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−３．０［％／ｎｍ］以上、−１．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第２プリズムから取り出された赤色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が１．０［％／ｎｍ］以上、３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、４．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−３．０［％／ｎｍ］以上、−１．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有している。

更に、図２に示す本発明における設計例では、第１プリズムから取り出された青色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−３．０［％／ｎｍ］以上、−１．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４７６［ｎｍ］以上、４８６［ｎｍ］以下となり、第２プリズムから取り出された赤色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が１．０［％／ｎｍ］以上、３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７７［ｎｍ］以上、５８７［ｎｍ］以下となり、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、４．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４９５［ｎｍ］以上、５０５［ｎｍ］以下となり、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−３．０［％／ｎｍ］以上、−１．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７６［ｎｍ］以上、５８６［ｎｍ］以下となる。

前記、本発明におけるプリズム分光透過特性曲線を実現するため、前記青色成分反射ダイクロイック膜と赤色成分反射ダイクロイック膜の本発明における設計例を図３に示す。前記第１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について、図３の３０１に示すように、最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］より大きく、４．０［％／ｎｍ］より小さくなる形状を有し、前記第２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について、図３の３０２に示すように、最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−２．０［％／ｎｍ］以上、−０．５［％／ｎｍ］以下となる形状を有する。

また、前記最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］より大きく、４．０［％／ｎｍ］より小さくなる形状を有する第１ダイクロイック膜の透過特性曲線の最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長を４８５［ｎｍ］以上、４９５［ｎｍ］以下としている。

また、前記最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−２．０［％／ｎｍ］以上、−０．５［％／ｎｍ］以下となる形状を有する第２ダイクロイック膜の透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長を５７５［ｎｍ］以上、５８５［ｎｍ］以下としている。

更に、前記トリミングフィルタ１０５、１０６、１０７を用いて各プリズムの射出面から射出する透過光の調整を行っている。図４は、本発明の色分解光学系で用いられている前記トリミングフィルタ１０５、１０６、１０７の透過特性の設計例として、青色成分の光射出面トリミングフィルタ透過特性４０１、緑色成分の光射出面トリミングフィルタ透過特性４０２、赤色成分の光射出面トリミングフィルタ透過特性４０３を示す。

前記第１プリズム射出面のトリミングフィルタ１０５は、青色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、図４の４０１に示すように、緑色光および赤色光を遮断し、青色光を透過する特性を有する。最低透過率と最高透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値を−２．５［％／ｎｍ］以上、−０．５［％／ｎｍ］以下とし、最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長を４８５［ｎｍ］以上、４９５［ｎｍ］以下としている。このトリミングフィルタ１０５の光射出面には、透過率維持とゴースト・フレア防止のため、ダイクロイック膜を形成せず、反射防止膜を設けている。

前記第２プリズム射出面のトリミングフィルタ１０６は、赤色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、図４の４０３に示すように、青色光および緑色光を遮断し、赤色光を透過する特性を有する。最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値を２．５［％／ｎｍ］以上、４．５［％／ｎｍ］以下とし、最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長を５４９［ｎｍ］以上、５５９［ｎｍ］以下としている。このトリミングフィルタ１０６の光射出面には、透過率維持とゴースト・フレア防止のため、ダイクロイック膜を形成せず、反射防止膜を設けている。

前記第３プリズム射出面のトリミングフィルタ１０７は、緑色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、図４の４０２に示すように、青色光を遮断し、緑色および赤色光を透過する特性を有する。最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値を２．５［％／ｎｍ］以上、４．５［％／ｎｍ］以下とし、最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長を４８９［ｎｍ］以上、４９９［ｎｍ］以下としている。このトリミングフィルタ１０７の光射出面には、透過率維持とゴースト・フレア防止のため、ダイクロイック膜を形成せず、反射防止膜を設けている。

図３に示す前記第１ダイクロイック膜および前記第２ダイクロイック膜の分光透過特性曲線、図４に示す前記青色・緑色・赤色成分の各プリズム射出面のトリミングフィルタ透過特性とすることにより、図２に示す本発明の分光透過特性が得られる。

図５では、プリズム部以外の光学要素の特性として、色温度３２００Ｋの光源５０１と、撮影レンズ５０２と、ＩＲカットフィルタ５０３と、撮像素子５０４（Ｂ／Ｒ／Ｇチャンネル共通）を示している。

図６に示す本発明による青色成分の総合分光特性６０１は、図５に示すプリズム部以外の光学要素の特性である色温度３２００Ｋの光源の分光特性５０１と撮影レンズの分光特性５０２とＩＲカットフィルタの分光特性５０３と撮像素子の分光特性５０４と図２に示す本発明によるプリズム部での青色成分の分光透過特性２０１とを掛け合わせた撮像装置における光学系全体での青色成分の総合分光特性を示している。図６に示す本発明による緑色成分の総合分光特性６０２は、図５に示すプリズム部以外の光学要素の特性である色温度３２００Ｋの光源の分光特性５０１と撮影レンズの分光特性５０２とＩＲカットフィルタの分光特性５０３と撮像素子の分光特性５０４と図２に示す本発明によるプリズム部での緑色成分の分光透過特性２０２とを掛け合わせた撮像装置における光学系全体での緑色成分の総合分光特性を示している。図６に示す本発明による赤色成分の総合分光特性６０３は、図５に示すプリズム部以外の光学要素の特性である色温度３２００Ｋの光源の分光特性５０１と撮影レンズの分光特性５０２とＩＲカットフィルタの分光特性５０３と撮像素子の分光特性５０４と図２に示す本発明によるプリズム部での赤色成分の分光透過特性２０３とを掛け合わせた撮像装置における光学系全体での赤色成分の総合分光特性を示している。

図７に示す規格化された青色成分の総合分光特性７０１、規格化された緑色成分の総合分光特性７０２および規格化された赤色成分の総合分光特性７０３は、図６に示した前記総合分光特性を規格化した特性を示しており、縦軸は相対値を示す。図７には、比較のために、規格化された青色成分の理想特性７０４、規格化された緑色成分の理想特性７０５および規格化された赤色成分の理想特性７０６と、本発明の実施例での色分解光学系を用いた場合の前記総合分光特性７０１、７０２、７０３を示す。ここで、規格化された緑色成分の総合分光特性７０２は、短波長側の透過率２０［％］から５０［％］に立ち上がる範囲内で、規格化された緑色成分の理想特性７０５と交差していることを特徴とする。これは、ＸＹＺ表色系の等色関数の一次変換で示される理想特性のマイナス領域の影響を考慮し、規格化された緑色成分の総合分光特性７０２について、前記交差した点より透過率の高い上側を、規格化された緑色成分の理想特性７０５よりも短波長側に膨らませることにより、青色成分の感度および色再現性を向上させるためである。これを実現するため、図３に示す本発明による青反射ダイクロイック膜特性３０１の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％までの特性を直線的な形状とし、その傾きの平均値を２．０［％／ｎｍ］より大きく、４．０［％／ｎｍ］より小さくなるようにしている。

図９は、本実施の形態による設計例での色再現性を示した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。図中の三角形９０１の領域は、色再現媒体の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９０１の周辺に向かうほど、より高い彩度となる。色再現媒体の原色の赤色Ｒｅｄの座標点は右上方向に存在し、原色の青色Ｂｌｕｅの座標点は左下方向に存在し、原色の緑色Ｇｒｅｅｎの座標点は左上方向に存在する。

また、図中の三角形９０１の領域内に白抜きの四角形「□」で示した座標点９０２は物体白色を示す。本実施の形態による設計例において、理想点からのずれ量（再現色のずれ量）は、各色度座標点からのベクトル線で示される。このベクトル線は、図７の７０４、７０５、７０６に示す理想特性が得られれば、０となる。実際には、完全に理想特性と等しくすることは難しく、理想特性にできるだけ近づけるような設計が行われる。

図８に示す、従来の色再現性よりも感度が優先された設計例での色再現性を図９のｕ’ｖ’色度図に点線のベクトルで示す。これに対して、図２は、理想特性に近い色再現性を有し、かつ、高感度な分光特性を実現した本発明における設計例であり、この色再現性を図９のｕ’ｖ’色度図に実線のベクトルで示す。この実線ベクトルは、前記点線のベクトルに比べて、ベクトルの大きさは全体的に小さく、平均色差は９．３８から５．６９に改善されていて、理想特性に近い色再現性を有している。また、図６に示す本発明による青色成分の総合分光特性６０１の積分値である感度は９３２であり、従来の色再現性よりも感度を優先した設計例の図８に基づく感度９０９を上回っている。かつ、ベクトルの方向は点線のベクトルとほぼ同様、三角形９０１の周辺に向かっており、バランスのとれた高い感度と彩度を実現している。

このように、本発明によれば、図３に示す前記第１ダイクロイック膜および前記第２ダイクロイック膜の分光透過特性曲線、図４に示す前記青色・緑色・赤色成分の各プリズム射出面のトリミングフィルタ透過特性とすることにより、図２に示す本発明の分光透過特性が得られる。これにより、図９のｕ’ｖ’色度図に示すように、色再現性よりも感度を優先した従来の分光特性に対して、理想特性に近い色再現性およびバランスのとれた高い感度と彩度を有する分光特性の実現が行える。

以上説明してきたように、本発明の色分解光学系を使用することで、色再現性よりも感度が優先された従来の色分解光学系のプリズム分光特性に対して、理想特性に近い色再現性およびバランスのとれた高い感度と彩度を有する分光特性の実現が行える。

１０１ 第１プリズムの入射面
１０２ 第１プリズムの透過面のダイクロイック膜面
１０３ 第２プリズムの入射面
１０４ 第２プリズムの透過面のダイクロイック膜面
１０５ 第１プリズム出射面のトリミングフィルタ
１０６ 第２プリズム出射面のトリミングフィルタ
１０７ 第３プリズム出射面のトリミングフィルタ
１０８ 空気間隙
１０９ 青色光の撮像素子
１１０ 赤色光の撮像素子
１１１ 緑色光の撮像素子
１１２ 色分解プリズム
１１３ 撮影レンズ
１１４ ＩＲカットフィルタ
２０１ 本発明による青色成分の分光透過特性
２０２ 本発明による緑色成分の分光透過特性
２０３ 本発明による赤色成分の分光透過特性
２０４ 本発明による青色成分の分光透過特性の半値
２０５ 本発明による緑色成分の分光透過特性の短波長側の半値
２０６ 本発明による緑色成分の分光透過特性の長波長側の半値
２０７ 本発明による赤色成分の分光透過特性の短波長側の半値
３０１ 本発明による青反射ダイクロイック膜特性
３０２ 本発明による赤反射ダイクロイック膜特性
３０３ 本発明による青反射ダイクロイック膜特性の半値
３０４ 本発明による赤反射ダイクロイック膜特性の半値
４０１ 本発明による青色成分のプリズム射出面のトリミングフィルタ透過特性
４０２ 本発明による緑色成分のプリズム射出面のトリミングフィルタ透過特性
４０３ 本発明による赤色成分のプリズム射出面のトリミングフィルタ透過特性
４０４ 本発明による青色成分プリズム射出面のトリミングフィルタ透過特性の半値
４０５ 本発明による緑色成分プリズム射出面のトリミングフィルタ透過特性の半値
４０６ 本発明による赤色成分プリズム射出面のトリミングフィルタ透過特性の半値
５０１ 色温度３２００Ｋの光源の分光特性
５０２ 撮影レンズの分光特性
５０３ ＩＲカットフィルタの分光特性
５０４ 撮像素子の分光特性
６０１ 本発明による青色成分の総合分光特性
６０２ 本発明による緑色成分の総合分光特性
６０３ 本発明による赤色成分の総合分光特性
７０１ 本発明による規格化された青色成分の総合分光特性
７０２ 本発明による規格化された緑色成分の総合分光特性
７０３ 本発明による規格化された赤色成分の総合分光特性
７０４ 規格化された青色成分の理想特性
７０５ 規格化された緑色成分の理想特性
７０６ 規格化された赤色成分の理想特性
８０１ 従来の青色成分の分光透過特性
８０２ 従来の緑色成分の分光透過特性
８０３ 従来の赤色成分の分光透過特性
８０４ 従来の青色成分の分光透過特性の半値
８０５ 従来の緑色成分の分光透過特性の短波長側の半値
８０６ 従来の緑色成分の分光透過特性の長波長側の半値
８０７ 従来の赤色成分の分光透過特性の短波長側の半値
９０１ ｕ’ｖ’色度図の３原色Ｒ，Ｇ，Ｂの色度座標値を結んだ三角形の領域
９０２ ｕ’ｖ’色度図の物体白色の座標点

Claims (13)

1. 青、赤、緑の３つの色成分に分解する色分解光学系であって、入射光側から順に、第１ダイクロイック膜を有し、前記第１ダイクロイック膜によって反射された第１の色成分を取り出す第１のプリズムと、第２ダイクロイック膜を有し、前記第１ダイクロイック膜を透過し、前記第２ダイクロイック膜で反射した第２の色成分を取り出す第２プリズムと、前記第１及び第２ダイクロイック膜を透過した第３の色成分を取り出す第３のプリズムとを備え、前記第１ダイクロイック膜が前記青色成分を反射する膜構成とし、前記第２ダイクロイック膜が前記赤色成分を反射する膜構成とし、かつ、前記第１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について、最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］より大きく、４．０［％／ｎｍ］より小さくなる形状を有し、前記第２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について、最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−２．０［％／ｎｍ］以上、−０．５［％／ｎｍ］以下となる形状を有していることを特徴とする色分解光学系。
2. 前記請求項１に記載の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］より大きく、４．０［％／ｎｍ］より小さくなる形状を有する第１ダイクロイック膜の透過特性曲線の最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長が４８５［ｎｍ］以上、４９５［ｎｍ］以下となり、前記請求項１に記載の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−２．０［％／ｎｍ］以上、−０．５［％／ｎｍ］以下となる形状を有する第２ダイクロイック膜の透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７５［ｎｍ］以上、５８５［ｎｍ］以下となることを特徴とする色分解光学系。
3. 赤色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、青色光および緑色光を遮断し、赤色光を透過するトリミングフィルタをさらに備え、本フィルタの最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．５［％／ｎｍ］以上、４．５［％／ｎｍ］以下となる形状を有することを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載の色分解光学系。
4. 前記請求項３に記載の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．５［％／ｎｍ］以上、４．５［％／ｎｍ］以下となる形状を有するトリミングフィルタの透過特性曲線の最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長が５４９［ｎｍ］以上、５５９［ｎｍ］以下となることを特徴とする色分解光学系。
5. 緑色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、青色光を遮断し、緑色および赤色光を透過するトリミングフィルタをさらに備え、本トリミングフィルタの最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．５［％／ｎｍ］以上、４．５［％／ｎｍ］以下となる形状を有することを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載の色分解光学系。
6. 前記請求項５に記載の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する傾きの平均値が２．５［％／ｎｍ］以上、４．５［％／ｎｍ］以下となる形状を有するトリミングフィルタの透過特性曲線の最低透過率と最高透過率との中間となる半値波長が４８９［ｎｍ］以上、４９９［ｎｍ］以下となることを特徴とする色分解光学系。
7. 青色光を取り出すプリズムの射出面側に配置され、緑色および赤色光を遮断し、青色光を透過するトリミングフィルタをさらに備え、本トリミングフィルタの最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−２．５［％／ｎｍ］以上、−０．５［％／ｎｍ］以下となる形状を有することを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載の色分解光学系。
8. 前記請求項７に記載の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する傾きの平均値が−２．５［％／ｎｍ］以上、−０．５［％／ｎｍ］以下となる形状を有するトリミングフィルタの透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４８５［ｎｍ］以上、４９５［ｎｍ］以下となることを特徴とする色分解光学系。
9. 前記プリズムの赤色光と緑色光と青色光を取り出す射出面には反射防止膜が施されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の色分解光学系。
10. 前記プリズムの赤色光と緑色光と青色光を取り出す射出面にはダイクロイック膜が施されていないことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の色分解光学系。
11. 青、赤、緑の３つの色成分に分解する色分解光学系の分光透過特性であって、第１プリズムから取り出された青色成分の光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−３．０［％／ｎｍ］以上、−１．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第２プリズムから取り出された赤色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が１．０［％／ｎｍ］以上、３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、４．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有し、第３プリズムから取り出された緑色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−３．０［％／ｎｍ］以上、−１．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の色分解光学系。
12. 前記請求項１１に記載の第１プリズムから取り出された青色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−３．０［％／ｎｍ］以上、−１．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４７６［ｎｍ］以上、４８６［ｎｍ］以下となり、前記請求項１１に記載の第２プリズムから取り出された赤色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が１．０［％／ｎｍ］以上、３．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７７［ｎｍ］以上、５８７［ｎｍ］以下となり、前記請求項１１に記載の第３プリズムから取り出された緑色成分光の最低透過率と最高透過率との間の範囲の２０％から８０％に変化する短波長側の傾きの平均値が２．０［％／ｎｍ］以上、４．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が４９５［ｎｍ］以上、５０５［ｎｍ］以下となり、前記請求項１１に記載の第３プリズムから取り出された緑色成分光の最高透過率と最低透過率との間の範囲の８０％から２０％に変化する長波長側の傾きの平均値が−３．０［％／ｎｍ］以上、−１．０［％／ｎｍ］以下となる形状を有する透過特性曲線の最高透過率と最低透過率との中間となる半値波長が５７６［ｎｍ］以上、５８６［ｎｍ］以下となることを特徴とする色分解光学系。
13. 請求項１から１２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。