JP2011248047A - Color separation optical system and imaging device - Google Patents
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Abstract
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、およびその色分解光学系を備えた撮像装置に関する。 The present invention relates to a color separation optical system that separates incident light into a plurality of color lights, and an imaging device that includes the color separation optical system.
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5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、電荷結合素子(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。
In general, an imaging apparatus such as a television camera or a video camera is provided with a color separation optical system. FIG. 5 shows a configuration example of a conventional color separation optical system. The color separation
第1のプリズム110の反射面(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の反射面(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。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有している。
On the reflection surface (transmission surface) 111 of the
通常、撮像素子の表面には、保護用のカバーガラスが設けられている。ところが、このカバーガラスの表面で反射した不要光が第1から第3のプリズム110,120,130へ戻ってしまい、さらにその不要光の反射光が再度、撮像素子へ入射することがある。例えば、図5の色分解光学系において、撮像素子4Gのカバーガラス(図示せず)において反射した不要光が第3のプリズム130へ戻り、反射面(透過面)121において二次反射をしたのち、再度、撮像素子4Gへ入射することがある。このような二次反射光が撮像素子へ入射すると、例えば図6に示すようなゴースト像が発生し、画像品質を劣化させてしまう。図6では、模様を付した半円状の領域において緑色を帯びたゴースト像が現れている。このようなゴースト像は、赤色光反射ダイクロイック膜DR1の分光特性に依存するものである(図7参照)。図7は、赤色光反射ダイクロイック膜DR1の透過率(実線)および反射率(破線)の波長依存性を表している。なお、ここでは第2のプリズム120または第3のプリズム130に入射する直前の光強度を100%としている。図7において、透過率分布と反射率分布との重なり領域GH1(模様を付した領域)の波長光がゴースト像として現れると考えられる。
Usually, a protective cover glass is provided on the surface of the image sensor. However, unnecessary light reflected by the surface of the cover glass may return to the first to
そこで、このようなゴースト像を除去するために、従来、以下のような提案がなされている。例えば特許文献1には、カバーガラスの表面に反射防止膜を被覆し、かつ、カバーガラス自体を色ガラスによって構成する技術が開示されている。また、特許文献2の色分解光学系では、色分解プリズムの透過率特性曲線とダイクロイック膜の反射率特性曲線とを、色分解プリズムの透過率およびダイクロイック膜の反射率がいずれも10%以下となる波長域において交差するように構成している。
Therefore, in order to remove such a ghost image, the following proposals have been conventionally made. For example,
しかしながら、上記特許文献1のように反射防止膜を採用した場合には、構成が複雑化し、製造過程も煩雑となるので製造コストの面で不利となる。また、上記特許文献2は、トリミングフィルタのダイクロイック膜が形成された面で二次反射したゴースト光を抑制するものであり、図5の色分解光学系における反射面(透過面)121で二次反射したゴースト光の低減を行うことはできない。さらに、図5のような色分解光学系では、反射面(透過面)121の角度を適宜変更することにより反射面(透過面)121での二次反射光が撮像素子4Gへ入射するのを回避することが可能である。しかしながら、色分解光学系を搭載する撮像装置の構造上の制約から、色分解光学系を配置するための空間を可能な限り縮小化する必要があるので、事実上、そのような措置は許されない状況にある。
However, when the antireflection film is employed as in
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、反射防止膜を採用せずともゴースト像を低減することの可能な色分解光学系および撮像装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a color separation optical system and an imaging apparatus capable of reducing a ghost image without using an antireflection film.
本発明の色分解光学系は、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ものであり、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たのち第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る。第1のダイクロイック膜は、第1の色光成分として青色光または緑色光を反射するものであると共に、第2のダイクロイック膜は、第2の色光成分として赤色光を反射するものである。ここで、第2のダイクロイック膜の反射率は、560nm以上600nm以下の波長域のうちの、10nm以下の波長範囲において10%から90%まで変化する。また、本発明の撮像装置は、上記本発明の色分解光学系と、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を備えるものである。 The color separation optical system of the present invention separates incident light into at least three color light components of blue light, red light, and green light, and has a first dichroic film in order from the light incident side, A first prism that extracts a first color light component reflected by the first dichroic film, and a second prism that is transmitted through the first dichroic film and then reflected by the second dichroic film. At least a second prism that extracts the color light component of the first color, and a third prism that extracts the third color light component that has passed through the first and second dichroic films. The first dichroic film reflects blue light or green light as the first color light component, and the second dichroic film reflects red light as the second color light component. Here, the reflectance of the second dichroic film changes from 10% to 90% in a wavelength range of 10 nm or less in a wavelength range of 560 nm to 600 nm. The image pickup apparatus of the present invention is provided corresponding to the color separation optical system of the present invention and each color light separated by the color separation optical system, and outputs an electric signal corresponding to each color light incident thereon. And an element.
本発明の色分解光学系および撮像装置では、第2のプリズムに設けられた第2のダイクロイック膜の反射率が、560nm以上600nm以下の波長域のうちの10nm以下の波長範囲において10%から90%まで変化するようにした。このため、第1のダイクロイック膜と第2のダイクロイック膜とをこの順に透過した第3の色光成分のうち、戻り光として第3のプリズムへ再入射し、第2のダイクロイック膜において二次反射する不要光となる成分の強度が十分に低減される。すなわち、ゴースト像として視認される不要光の合計の強度が十分に低減される。 In the color separation optical system and the imaging device of the present invention, the reflectance of the second dichroic film provided on the second prism is 10% to 90% in a wavelength range of 10 nm or less in a wavelength range of 560 nm to 600 nm. % To change. For this reason, out of the third color light components transmitted through the first dichroic film and the second dichroic film in this order, they reenter the third prism as return light, and are secondarily reflected by the second dichroic film. The intensity of the component that becomes unnecessary light is sufficiently reduced. That is, the total intensity of unnecessary light visually recognized as a ghost image is sufficiently reduced.
本発明の色分解光学系および撮像装置では、570nm以上585nm以下の波長域に含まれる10nm以下の波長範囲において、第2のダイクロイック膜の反射率が10%から90%まで変化するようにするとよい。また、第2のダイクロイック膜の反射率特性曲線における最大の傾きは、8%/nm以上であるとよい。 In the color separation optical system and the imaging device of the present invention, the reflectance of the second dichroic film may be changed from 10% to 90% in a wavelength range of 10 nm or less included in a wavelength range of 570 nm to 585 nm. . The maximum slope in the reflectance characteristic curve of the second dichroic film is preferably 8% / nm or more.
本発明の色分解光学系およびそれを備えた撮像装置によれば、第2の色光成分を取り出す第2のプリズムに設けられた第2のダイクロイック膜の反射率が、所定の波長範囲において急峻な変化を示すようにしたので、反射防止膜など他の構成要素を付加することなく、第2のダイクロイック膜での二次反射に起因するゴースト像の強度を十分に低減することができる。このため、簡素な構成でありながら、ゴースト像が十分に低減された良好な画像品質を得ることができる。 According to the color separation optical system of the present invention and the imaging apparatus including the same, the reflectance of the second dichroic film provided on the second prism that extracts the second color light component is steep in a predetermined wavelength range. Since the change is shown, the intensity of the ghost image due to the secondary reflection at the second dichroic film can be sufficiently reduced without adding other components such as an antireflection film. For this reason, although it is a simple structure, the favorable image quality in which the ghost image was fully reduced can be obtained.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態としての色分解光学系1を備えた撮像装置の要部構成を表している。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を青色光成分LB、赤色光成分LR、および緑色光成分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を、第2のプリズム20で赤色光LRを、第3のプリズム30で緑色光LGを取り出す構成例である。
FIG. 1 shows a main configuration of an image pickup apparatus including a color separation
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。図1に示したように、光射出面(第3の面13)には分光特性を整えるためのトリミングフィルタ51が設けられていてもよい。
The
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成分LBを反射し、かつ、赤色光成分LRおよび緑色光成分LGを透過する性質を有している。
A blue light reflecting dichroic film DB as a first dichroic film is formed on the
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。図1に示したように、この光射出面(第3の面23)には分光特性を整えるためのトリミングフィルタ52が設けられていてもよい。
The
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成分LRを反射し、かつ、緑色光成分LGを透過する性質を有している。
A red light reflecting dichroic film DR as a second dichroic film is formed on the
図2は、図1の構成例における赤色光反射ダイクロイック膜DRの透過率特性曲線(実線で表示)および反射率特性曲線(破線で表示)の一例を示している。また、図3は、図2の一部の波長範囲(550nm以上610nm)における上記の透過率特性曲線を拡大して表したものである。図2および図3では、横軸が波長(nm)を表し、縦軸が透過率(%)または反射率(%)を表している。ここでは、第2のプリズム20または第3のプリズム30に入射する直前の光強度を100%としている。図3に示したように、赤色光反射ダイクロイック膜DRの反射率(透過率)は、10nm以下という僅かな波長範囲BWにおいて10%から90%まで急激に変化するように構成されている。より詳細には、透過率が90%を示す波長573nmの位置P1から、透過率が10%を示す波長582nmの位置P2に至るまで、急峻な変化を示すようになっている。さらに、570nm以上585nm以下の波長域では、透過率が少なくとも98%から2%まで急激に低下している。赤色光反射ダイクロイック膜DRの反射率(透過率)特性曲線における最大の傾きは、8%/nm以上(−8%/nm以下)であるとよい。
FIG. 2 shows an example of the transmittance characteristic curve (displayed by a solid line) and the reflectance characteristic curve (displayed by a broken line) of the red light reflecting dichroic film DR in the configuration example of FIG. FIG. 3 is an enlarged view of the transmittance characteristic curve in the partial wavelength range (550 nm to 610 nm) of FIG. 2 and 3, the horizontal axis represents wavelength (nm), and the vertical axis represents transmittance (%) or reflectance (%). Here, the light intensity immediately before entering the
表1に、図2および図3の透過率(反射率)特性曲線が得られる赤色光反射ダイクロイック膜DRの構成例を示す。但し、赤色光反射ダイクロイック膜DRを構成する多層膜の層数、各層の構成材料および厚さは、表1に示したものに限定されるものではない。 Table 1 shows a configuration example of the red light reflecting dichroic film DR from which the transmittance (reflectance) characteristic curves of FIGS. 2 and 3 are obtained. However, the number of layers of the multilayer film constituting the red light reflecting dichroic film DR, the constituent material and the thickness of each layer are not limited to those shown in Table 1.
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。図1に示したように、この光射出面(第3の面32)には分光特性を整えるためのトリミングフィルタ53が設けられていてもよい。
The
IRカットフィルタ3は、第1のプリズム10の入射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の入射側ではなく、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よい。また、IRカットフィルタ3を、第1のプリズム10の入射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よい。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よい。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。
The IR cut
なお、図示しないが、色分解光学系1は、第1のプリズム10の入射側に、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よい。
Although not shown, the color separation
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。
Next, the operation of the imaging apparatus in the present embodiment, particularly the optical operation and effect of the color separation
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を青色光成分LB、赤色光成分LR、および緑色光成分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のうち青色光成分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を透過した赤色光成分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を透過した緑色光成分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成分は、各色光成分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、入射した各色光成分に応じた電気信号を撮像信号として出力する。
In this imaging apparatus, subject light from a subject (not shown) irradiated by a light source (not shown) is incident on the color separation
本実施の形態では、第1の面21から入射して赤色光反射ダイクロイック膜DRを透過した緑色光LGの一部が、撮像素子4Gのカバーガラス表面で反射したのち赤色光反射ダイクロイック膜DRにおいて二次反射を生ずる。こうして生じた二次反射光は、当然ながら、赤色光反射ダイクロイック膜DRをある割合で透過し、かつ赤色光反射ダイクロイック膜DRにおいてある割合で反射する性質を示す波長範囲に含まれるものである。すなわち、図2に示した透過率特性曲線(実線)、反射率特性曲線(破線)、および横軸によって取り囲まれる重なり領域GH(模様を付した領域)に対応する波長範囲の光がゴースト像として現れる。ところが、本実施の形態では、赤色光反射ダイクロイック膜DRの反射率(透過率)は、10nm以下という僅かな波長範囲(例えば573nm以上582nm以下の範囲)において10%から90%まで急激に変化するように構成されていることから、領域のピーク半値幅は大幅に狭小化されている。このため、図4に示したように、従来の重なり領域GH1と比較して重なり領域GHの面積が大幅に小さくなり、ゴースト像を十分に低減することができる。なお、図4は、ゴースト像の強度分布を表しており、図2に示した領域GHと図7に示した領域GH1とを併記したものである。なお、透過率が10%から90%まで変化するにあたり、その波長範囲が10nmを超えてしまう場合(すなわち、透過率特性曲線が図3に示したものよりも緩やかな傾斜を示す場合)には、ゴースト像を十分に低減することができない。その一方で、透過率が10%から90%まで変化する際の波長範囲が10nm程度であれば、従来のダイクロイック膜と同様の製造技術により生産が可能であり、かつ、その品質のばらつきの増大を招くこともないので、量産性を損なうこともない。
In the present embodiment, a part of the green light LG incident from the
このように、本実施の形態では、赤色光反射ダイクロイック膜DRの反射率(透過率)が所定の波領域に含まれる所定の波長範囲において急峻な変化を示すようにしたので、反射防止膜など他の構成要素を付加することなく、ゴースト像の強度を十分に低減することができる。このため、簡素な構成でありながら、ゴースト像が十分に低減された良好な画像品質を得ることができる。 As described above, in the present embodiment, the reflectance (transmittance) of the red light reflecting dichroic film DR shows a steep change in a predetermined wavelength range included in a predetermined wave region. The intensity of the ghost image can be sufficiently reduced without adding other components. For this reason, although it is a simple structure, the favorable image quality in which the ghost image was fully reduced can be obtained.
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…色分解光学系、2…撮影レンズ、3…IRカットフィルタ、4R,4G,4B,4C…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、51〜53…第1〜第3のトリミングフィルタ。 L ... incident light, LB ... blue light component, LR ... red light component, LG ... green light component, DB ... blue light reflecting dichroic film, DR ... red light reflecting dichroic film, DG ... green light reflecting dichroic film, 1 ... color Decomposing optical system, 2 ... photographing lens, 3 ... IR cut filter, 4R, 4G, 4B, 4C ... imaging device, 10 ... first prism, 20 ... second prism, 30 ... third prism, 51-53 ... First to third trimming filters.
Claims (4)
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たのち前記第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ものであると共に、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ものであり、
前記第2のダイクロイック膜の反射率は、560nm以上600nm以下の波長域のうちの、10nm以下の波長範囲において10%から90%まで変化する
色分解光学系。 A color separation optical system that decomposes incident light into at least three color light components of blue light, red light, and green light,
In order from the light incident side,
A first prism that has a first dichroic film and extracts a first color light component reflected by the first dichroic film;
A second prism having a second dichroic film, and extracting a second color light component reflected by the second dichroic film after passing through the first dichroic film;
And a third prism for extracting a third color light component that has passed through the first and second dichroic films,
The first dichroic film reflects blue light as the first color light component, and the second dichroic film reflects red light as the second color light component,
The color separation optical system in which the reflectance of the second dichroic film changes from 10% to 90% in a wavelength range of 10 nm or less in a wavelength range of 560 nm to 600 nm.
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。 The color separation optical system according to any one of claims 1 to 3,
An image pickup apparatus comprising: an image pickup device provided corresponding to each color light separated by the color separation optical system and outputting an electrical signal corresponding to each incident color light.
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