JP5075714B2 - 色分解光学系および撮像装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[第1の実施の形態]
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。
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。
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。
[第2の実施の形態]
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。
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。
[第3の実施の形態]
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。
[第4の実施の形態]
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。
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。
[第5の実施の形態]
[その他の実施の形態]
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。
Claims (16)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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