JP4599129B2

JP4599129B2 - 色分解光学系

Info

Publication number: JP4599129B2
Application number: JP2004276470A
Authority: JP
Inventors: 有宏斎田; 裕一澤畑
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: JP2006091403A

Description

本発明は、複数のプリズム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、複数の波長域光に分解する色分解光学系に関するものである。

従来、入射光を複数の光に分解する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。
また、色分解光学系を用いて、特定の狭帯域の波長範囲における光の反射特性または透過特性を測定する装置として、例えば、リンゴ等の果物の熟成度を測定する測定装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照）。

このような測定装置では、被測定物毎に設定すべき波長範囲が異なる場合が多く、各被測定物に対応した分光特性を有する色分解光学系を用いる必要がある。この場合、コスト面等を考慮すると、各被測定物毎に分光特性の異なる色分解光学系を製造することは現実的でない。そこで、分解すべき各光の波長範囲をある程度広帯域に設定しておき、各プリズムの光射出面と撮像素子との間に、広帯域に設定された光をそれぞれ所定の波長範囲に狭めるためのトリミングフィルタを着脱式もしくは固定式として配設していた。

特開平８−２０１２９０号公報特開平６−１８６１５９号公報特開平６−９８７４２号公報

しかし、従来の色分解光学系を用いた測定装置において、トリミングフィルタを着脱式とした場合には、トリミングフィルタに傷や塵芥がつきやすく、該トリミングフィルタと撮像素子との距離が近いため、透過光の画像品質に大きな影響を与える。また、トリミングフィルタを固定式とした場合には、分光特性が容易に変更できないため、特定の比測定物にしか使用できないという不利益があった。
また、トリミングフィルタを複数のプリズム毎に配設する必要があり、特に、トリミングフィルタを着脱式とした場合には、筐体部分が大型化するとともに、コストが上昇するという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、１つのトリミングフィルタにより、複数の波長範囲に分解された光の波長帯域を調整可能であり、損傷や塵埃の付着の影響が少なく、設定された波長範囲の光だけを透過可能な色分解光学系を提供することを目的とする。

本発明の色分解光学系は、
複数のプリズムを組み合わせてなり、入射光を、短波長側から順に、第１の波長範囲、第２の波長範囲、および第３の波長範囲の互いに異なる３つの波長範囲の光に分解する色分解光学系において、
前記複数のプリズムの被測定物側にトリミングフィルタを配設し、
このトリミングフィルタは、
透明基板の一方の面に、前記第１の波長範囲と前記第２の波長範囲を包含する波長範囲付近、および前記第３の波長範囲付近に透過域を有する第１のフィルタ膜を配設するとともに、
前記透明基板の他方の面に、前記第１の波長範囲付近、および前記第２の波長範囲と前記第３の波長範囲を包含する波長範囲付近に透過域を有する第２のフィルタ膜を配設してなり、
前記３つの波長範囲の各々において透過率曲線のピーク領域を有するように、該３つの波長範囲の各波長帯域を狭める分光特性を備えたものである、ことを特徴とするものである。
ここで、前記トリミングフィルタは、着脱可能に構成されてなることが好ましい。

本発明の色分解光学系は、プリズムの被測定物側にトリミングフィルタを配設している。したがって、本発明の色分解光学系を測定装置に適用した場合に、トリミングフィルタが測定装置の筐体内に収容されるため、プリズム本体や撮像素子に接触したり塵埃が付着したりすることがないので、トリミングフィルタの損傷や汚損を防止することができる。また、万が一、トリミングフィルタに傷が付いたり塵埃が付着したりしても、トリミングフィルタと撮像素子との距離が離れているため、トリミングフィルタに生じた傷の影響が軽減され、正確な測定を行うことができる。

また、トリミングフィルタを着脱可能とすることにより、目的に合った分光特性を有するトリミングフィルタと交換することができ、色分解光学系の適用範囲を広げることができる。

また、２つのフィルタ膜を透明基板の表裏に配設してトリミングフィルタを構成することにより、簡単な構造のトリミングフィルタとして、製造コストを低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明の色分解光学系の実施形態を説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る色分解光学系を示す概略構成図、図１（ｂ）は、トリミングフィルタの構造を示す模式図である。

本発明の実施形態に係る色分解光学系は、図１（ａ）に示すように、被測定物（図示せず）からの入射光の光路Ｌ上に配置されたフィリップス型の色分解プリズム１０と、この色分解プリズム１０の光源側に着脱可能に配設されたトリミングフィルタ１４とを備えてなる。色分解プリズム１０は、光源側から順に、第１の色分解プリズム１１、第２の色分解プリズム１２、および第３の色分解プリズム１３を配設してなる。
なお、図示しないが、被測定物には光源からの照明光が照射されるようになっている。

また、色分解プリズム１０およびトリミングフィルタ１４は装置筐体（図示せず）内に収納されており、トリミングフィルタ１４は装置筐体に対して着脱可能とすることが好ましい。

また、第１の色分解プリズム１１の反射プリズム面１１ｂには、最も短波長側に設定された波長域光のみを反射し、これよりも長波長側の波長域光は透過するダイクロイック膜が配設されている。さらに、第２の色分解プリズム１２と第３の色分解プリズム１３との境界に位置する反射プリズム面１２ｂには、第２の色分解プリズム１２に入射してきた光のうち、最も長波長側に設定された波長域光は反射して、これよりも短波長側の波長域光は透過するダイクロイック膜が配設されている。
各ダイクロイック膜は、周知のダイクロイック膜からなり、例えば、ＴｉＯ₂およびＳｉＯ₂からなる複数の膜層を交互に重ね合わせた構造となっている。

被測定物（図示せず）からの光は、光路Ｌに沿ってトリミングフィルタ１４に入射して分光特性が調整される。そして、第１の色分解プリズム１１の入射プリズム面１１ｃから入射して反射プリズム面１１ｂに至り、反射プリズム面１１ｂにおいて、最も短波長側に設定された波長域光のみが反射され、これよりも長波長側の波長域光は透過される。反射プリズム面１１ｂにおいて反射された最も短波長側に設定された波長域光は、入射プリズム面１１ｃにおいて全反射された後、光射出面１１ａから射出される。

一方、第１の色分解プリズム１１の反射プリズム面１１ｂを透過した波長域光は、反射プリズム面１２ｂにおいて最も長波長側に設定された波長域光が反射され、これよりも短波長側の波長域光は透過される。透過した波長域光は、第３の色分解プリズム１３を経て光射出面１３ａから射出される。

また、第２の色分解プリズム１２の反射プリズム面１２ｂで反射された波長域光は、第１の色分解プリズム１１と第２の色分解プリズム１２との間にエアギャップが設けられているため、第２の色分解プリズム１２の全反射プリズム面１２ｃにおいて全反射されて光射出面１２ａから射出される。

図２に、本実施形態に係る色分解プリズムを構成する各プリズムの分光特性を示す。
本実施形態に係る色分解プリズム１０は、入射光を互いに異なる複数の波長範囲の光に分解するもので、その分光特性は、図２に示すように設定されている。すなわち、最も短波長側の第１の波長域光（緑色域光）では、透過率曲線の立ち上がり半値が４９０ｎｍ付近に設定されており、透過率曲線の立ち下がり半値が５９０ｎｍ付近に設定されている。また、中間に位置する第２の波長域光（赤色域光）では、透過率曲線の立ち上がり半値が５９０ｎｍ付近に設定されており、透過率曲線の立ち下がり半値が７２０ｎｍ付近に設定されている。また、最も長波長側の第３の波長域光（近赤外域光）では、透過率曲線の立ち上がり半値が７２０ｎｍ付近に設定されており、透過率曲線の立ち下がり半値が１０００ｎｍ付近に設定されている。

トリミングフィルタ１４は、色分解プリズム１０の分光特性に対して、各波長域光の波長帯域を狭めるような分光特性を有している。
このトリミングフィルタ１４は、図１（ｂ）に模式的に示すように、透明基板１４ｃの一方の面に、第１の波長範囲と第２の波長範囲を包含する波長範囲付近、および第３の波長範囲付近に透過域を有する第１のフィルタ膜１４ａを配設するとともに、該透明基板１４ｃの他方の面に、第１の波長範囲付近、および第２の波長範囲と第３の波長範囲を包含する波長範囲付近に透過域を有する第２のフィルタ膜１４ｂを配設した構造となっている。なお、各波長範囲は、短波長側から順に、第１の波長範囲、第２の波長範囲、および第３の波長範囲となっている。

図３に本実施形態に係るトリミングフィルタを構成する各フィルタ膜の分光特性を示し、図４に本実施形態に係るトリミングフィルタの分光特性を示す。

第１のフィルタ膜１４ａは、図３に示すように、７０５ｎｍ付近に透過率曲線の立ち下がり半値を有するとともに、７９０ｎｍ付近に透過率曲線のピーク領域を有するように分光特性が設定されている。
また、第２のフィルタ膜１４ｂは、図３に示すように、５３５ｍ付近に透過率曲線のピーク領域を有するとともに、６５４ｎｍ付近に透過率曲線の立ち上がり半値を有するように分光特性が設定されている。

したがって、図４に示すように、第１のフィルタ膜１４ａと第２のフィルタ膜１４ｂとからなるトリミングフィルタ１４は、最も短波長側の第１の波長域光（緑色域光）に対して、透過率曲線の立ち上がり半値が５１０ｎｍ付近となり、透過率曲線の立ち下がり半値が５５５ｎｍ付近となる。また、中間に位置する第２の波長域光（赤色域光）に対して、透過率曲線の立ち上がり半値が６６０ｎｍ付近となり、透過率曲線の立ち下がり半値が７０５ｎｍ付近となる。また、最も長波長側の第３の波長域光（近赤外域光）に対して、透過率曲線の立ち上がり半値が７７０ｎｍ付近となり、透過率曲線の立ち下がり半値が８１０ｎｍ付近となる。

また、トリミングフィルタ１４は、透過光を上述した波長範囲とするフィルタ特性の他に、ＩＲカットフィルタの特性とＵＶカットフィルタの特性とを持たせることが好ましい。

図５に、本実施形態に係る色分解光学系の分光特性を示す。
このようなトリミングフィルタ１４と色分解プリズム１０を組み合わせることにより、本実施形態の色分解光学系における総合的な分光特性は、図５に示すようになる。すなわち、本実施形態の色分解光学系では、最も短波長側の第１の波長域光（緑色域光）に対して、透過率曲線の立ち上がり半値が５１０ｎｍ付近となり、透過率曲線の立ち下がり半値が５５５ｎｍ付近となる。また、中間に位置する第２の波長域光（赤色域光）に対して、透過率曲線の立ち上がり半値が６６０ｎｍ付近となり、透過率曲線の立ち下がり半値が７０５ｎｍ付近となる。また、最も長波長側の第３の波長域光（近赤外域光）に対して、透過率曲線の立ち上がり半値が７７０ｎｍ付近となり、透過率曲線の立ち下がり半値が８１５ｎｍ付近となる。

なお、本発明の色分解光学系において、トリミングフィルタ１４の分光特性は上記範囲に限定されるものではなく、所望の波長範囲において適宜変更して実施することができる。また、３つの波長範囲のうちいずれか２つの波長範囲、あるいはいずれか１つの波長範囲にのみ対応させてトリミングフィルタ１４の分光特性を設定してもよい。

また、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、あるいは４板式や２板式の色分解プリズム等、他の色分解プリズムに対して適用可能である。

本発明の実施形態に係る色分解光学系を示す概略構成図（ａ）、およびトリミングフィルタの構造を示す模式図（ｂ）本実施形態に係る色分解プリズムを構成する各プリズムの分光特性を示す説明図本実施形態に係るトリミングフィルタを構成する各フィルタ膜の分光特性を示す説明図本実施形態に係るトリミングフィルタの分光特性を示す説明図本実施形態に係る色分解光学系の分光特性を示す説明図

符号の説明

１０色分解プリズム
１１第１の色分解プリズム
１１ａ光射出面
１１ｂ反射プリズム面
１１ｃ入射プリズム面
１２第２の色分解プリズム
１２ａ光射出面
１２ｂ反射プリズム面
１２ｃ全反射プリズム面
１３第３の色分解プリズム
１３ａ光射出面
１４トリミングフィルタ
１４ａ第１のフィルタ膜
１４ｂ第２のフィルタ膜
１４ｃ透明基板

Claims

複数のプリズムを組み合わせてなり、入射光を、短波長側から順に、第１の波長範囲、第２の波長範囲、および第３の波長範囲の互いに異なる３つの波長範囲の光に分解する色分解光学系において、
前記複数のプリズムの被測定物側にトリミングフィルタを配設し、
このトリミングフィルタは、
透明基板の一方の面に、前記第１の波長範囲と前記第２の波長範囲を包含する波長範囲付近、および前記第３の波長範囲付近に透過域を有する第１のフィルタ膜を配設するとともに、
前記透明基板の他方の面に、前記第１の波長範囲付近、および前記第２の波長範囲と前記第３の波長範囲を包含する波長範囲付近に透過域を有する第２のフィルタ膜を配設してなり、
前記３つの波長範囲の各々において透過率曲線のピーク領域を有するように、該３つの波長範囲の各波長帯域を狭める分光特性を備えたものである、ことを特徴とする色分解光学系。
前記トリミングフィルタは、着脱可能に構成されてなることを特徴とする請求項１記載の色分解光学系。