JPH03158088A - 多板式撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は多板式固体撮像装置に関する。

粱！扱籠 一般に多板式固体撮像装置においては、色分解プリズム
により被写体からの入射光束を波長に応じた複数の光束
に分割し、分割された複数の光束を複数の固体撮像素子
でそれぞれ受光している。

今、２板式の固体撮像装置を考えると、被写体からの入
射光束（撮像レンズからの射出光束）は色分解プリズム
により綴（Ｇ）成分とマゼンタ（ＲＢ）成分との二つの
光束に分割される。

入射光のＲＢ！分とＧ成分への分解は、色分解プリズム
のグイクロイックミラーにより反射光と透過光の２つに
分解することにより行うが、グイクロイックミラーは入
射光が自然光（Ｐ偏光とＳ偏光が均等に含まれた光）の
場合と、偏光した光とでは反射率が異なる（詳細は後述
）。色分解プリズムへ入射する光のうち、光沢のある被
写体で反射した光はＳ偏光をより多く含んだ偏光光であ
り、さらに被写体からの入射光が偏光していない自然光
の場合でも、撮像レンズ等を通過した後、オートフォー
カス用プリズムのハーフプリズムを通過することにより
、一般に偏光した光となる。したがってそのような偏光
しＩ；光が、そのまま色分解プリズムで分解されても、
偏光光の偏光状態により緑とマゼンタの光量比に差が生
じて、ホワイトバランスがずれたものとなる。従って、
このようなホワイトバランスがずれないようにするため
には、入射光が色分解プリズムに入射する前に、偏光を
解消する偏光解消手段を設けなければならない。例えば
、特開昭６１−９２０８９号では、色分解プリズム（ダ
イクロイックミラー）の入射側に偏光解消手段として波
長板を設けた例が開示されている。この波長板は、波長
板に入射する任意の直線偏光を円偏光あるいは楕円偏光
に変換することにより、射出光を自然光に近似したもの
としている。

また固体撮像素子を用いて、被写体を撮影する場合、光
学像を離散的にサンプリングしでいるために、固体撮像
素子の画素ピッチにより決まる所定の空間周波数の被写
体を撮影すると、画素ピッチと空間周波数、の関係を規
定しているサンプリング定理に従った折り返し歪みに相
当する偽信号が固体撮像素子から発生し、再生画像に輝
度モアレ及び色モアレが生じる。そのため、このような
偽信号の発生を低減させるために、水晶の複屈折現象を
利用して所定のＭＴＦ特性を有する空間周波数低減フィ
ルター（光学ローパスフィルターという）を用いなけな
ればならない（特開昭６１−９２０８９号参照）。

発明が解決しようとする課題 このように、２（多）板式撮像装置においては、偏光状
態を解消する手段と、偽信号を低減させるための空間周
波数低減フィルターが多数必要となるため、装置が複雑
になり、コストが非常にかかるものとなる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、多板式
固体撮像方式において、ホワイトバランスのずれや偽信
号の発生を簡単な手段で防止し、装置の簡素化とコスト
低減が達成された多板式固体撮像装置を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段 かかる目的は、色分解プリズムの前に特定の偏光解消手
段を設けることにより解消される。

すなわち、本発明は入射光束を波長に応じた複数の光束
に分割する色分解プリズムと、上記色分解プリズムによ
り分割された複数の光束をそれぞれ受光する固体撮像素
子と、を備えた多板式撮像装置において、 上記色分解プリズムの入射光側に入射光を常光線と異常
光線との二つの直線偏光に分離する分離手段を配したこ
とを特徴とする多板式撮像装置に関する。

常光線と異常光線との２つの直線偏光に分離する分離手
段としては具体的には水晶複屈折板を挙げることができ
る。

水晶複屈折板は、複屈折現象を利用しｔ；ものであり、
第３図に示すように、入射した光は、水晶複屈折板の厚
みｔと、光学軸Ｑと入射光線のなす角ａによって決まる
分離量ｄで、光学軸Ｑを入射面に投影した軸Ｑ′に沿っ
て直線偏光Ｏ（常光線という）および直線偏光Ｅ（異常
光線）の２つに分離される。直線偏光Ｏ（常光線）は軸
Ｑ゛に垂直な方向に偏光し、直線偏光Ｅ（異常光線）は
軸Ｑ′に平行な方向に偏光する。

水晶複屈折板は、常光線と異常光線の２つの偏光方向が
、水晶複屈折板の面に含まれて、分解プリズムにより分
解された２つの光束を含む面に対して４５″の直線方向
に分離されるように配置する。

この時、分離量ｄはＩＴ／２・Ｐ（Ｐは固体撮像素子の
水平方向の画素ピッチ）とする。

このような常光線と異常光線の２つの直線偏光に分離す
る手段を色分解プリズムの入射光側に設けることにより
、偏光した光が色分解プリズム（特にダイクロイックミ
ラー）に入射することにより生じるホワイトバランスの
ずれが防止され、さらに、従来の固体撮像素子の入射側
に配置された偽信号発生防止のための光学ローパスフィ
ルターを一部兼用することができる。

実施例 本発明をＴＴＬ焦点検出可能な２板式ビデオカメラに適
用した場合を例にとり、さらに詳しく説明する。

第１図に本発明を適用した２板式ビデオカメラの光学系
を示した。

図中、（１）は撮像光学系、（１０）はオートフォーカ
ス（ＡＰ）用プリズムであり、撮像光学系（１）を通過
しｔ；光の一部を、ＡＦ用プリズムの反射面（ハーフミ
ラ−）により撮像光学系（１）の光軸に対して垂直方向
に反射してＡＦ用センサー（１１）に導いている。（８
）は上記したように入射光線を常光線と異常光線の２つ
の直線偏光に分離する手段であり、ここでは水晶複屈折
板を使用している。

水晶複屈折板以外にも、複屈折現象を示すもの、例えば
方解石等が利用できる。（５）はローパスフィルターで
あり、ｌ／４波長板等の偏光解消手段（５ｃ）、水晶複
屈折板（５ｄ）により構成されている。

（３）は色分解プリズムであり第１のプリズム（３ａ）
、第２のプリズム（３ｂ）およびダイクロイックミラー
（３ｃ）により構成されており、色分解プリズム（３）
に入射した光のうち緑色の成分（以下「Ｇ成分」という
）はダイクロイックミラー（３ｃ）で反射し、さらに第
１のプリズムの内面で全反射して色分解プリズム（３）
から射出する。マゼンタ光（以下ＦＲＢ成分」という）
はダイクロイックミラー（３Ｃ）および第２のプリズム
（３ｂ）を通過し色分解プリズム（３）から射出する。

色分解はダイクロイックミラー（３ｃ）の反射と透過に
より行なわれるが、ダイクロイックミラーの透過特性は
第２図に示すように入射光の偏光状態により差がある。

第２図はダイクロイックミラー（３ｃ）の分光透過率で
あり、曲線ＡはＰ偏光の光が入射したとき、曲線ＢはＳ
偏光の光が入射したとき、曲線Ｃは自然光が入射したと
きのそれぞれの分光透過率特性を示したものである。自
然光に対する分光透過率特性は、Ｐ偏光あるいはＳ偏光
に対する分光透過率特性とは異なっていることがわかる
。曲線Ｃは曲線Ａと曲線Ｂのほぼ平均値を示す。通常、
光学系は自然光に対する透過、反射の特性を利用して設
計される。一般に、光沢のある被写体で反射した光はＳ
偏光をより多く含んだ偏光光となり、さらにＡＦ用プリ
ズムを通過した光はハーフミラ−の通過により偏光して
いる。

そのような光をそのまま色分解プリズムに入射させ、ダ
イクロイックミラーで分離しても、Ｇ成分とＲＢ酸成分
光量比が入射光の偏光状態に応じて変化するので、ホワ
イトバランスがずれてしまう。

そこで本発明は水晶複屈折板（８）を、常光線と異常光
線の２つの偏光方向が、それぞれダイクロイックミラー
（３ｃ）を透過反射する光を受光する固体撮像素子の水
平走査方向に対して、角度（第３図中βで示される角度
に相当）が４５°の方向になるように配置するようにし
たのである。水晶複屈折板（８）により分離した光は入
射面に対して垂直に偏光している直線偏光と入射面に対
して平行に偏光している直線偏光がダイクロイックミラ
ーを透過することになり、結果としてその両者の直線偏
光の偏光が平均した光、すなわち自然光と同じ透過率特
性でダイクロイックミラーを透過することになる。すな
わち、水晶複屈折板（８）を透過した光は、常に自然光
と同等の性質を示すように色分解プリズムに入射するこ
とになる。

色分解プリズムから射出したＲＢ酸成分固体撮像素子で
ある電荷結合素子（ＣＣＤＸ７）で受光され、Ｇ成分は
ＣＣＤ（６）で受光される。

Ｇ成分用ＣＣＤ（６）はＧ成分を水平方向に１画素ピッ
チ（水平ピッチＰ）でサンプリングし、ＲＢ成分用ＣＣ
Ｄ（７）は、Ｒ成分およびＢ成分それぞれの色フィルタ
ーが１画素ピッチ（水平ピッチＰ）で交互に縦ストライ
プ状に配列したフィルター（図示せず）を介して、ＲＢ
酸成分サンプリングしている。従って、水平方向に関し
てｌ／（２Ｐ）の空間周波数を中心に色モアレが、また
ｌ／Ｐの空間周波数を中心として輝度モアレが生じる。

この輝度モアレを解消するためには（第４図に示した従
来の２板式固体撮像系の概略構成例を用いて説明すると
）、一般に、Ｇ成分に関しては分離量がＣＣＤの水平方
向に対してｌ／２・Ｐとなる水晶複屈折板（４ｂ）が必
要であり、ＲＢ酸成分関しては分離量がＣＣＤの水平方
向に対してｌ／２・Ｐとなる水晶複屈折板（５ｂ）、（
５ｄ）が必要となる。そしてこのような従来例において
は本発明が用いる水晶複屈折板（８）の代わりに波長板
（２）が用いられている。本発明においては水晶複屈折
板（８）により、入射光が色分解プリズム（３）により
色分解される前に、分離量乃ン２・Ｐで常光線と異常光
線に分離されるように調整しているので、分離量がＣＣ
Ｄの水平方向に対してそれぞれｌ／２・Ｐとなり、Ｇ成
分およびＲＢ酸成分輝度モアレに対するローパス効果が
同時に達成されている。

従って、水晶複屈折板（８）は色分解プリズム（３）に
入射する光の偏光を解消すると同時に、輝度モｙしｉ：
対するローパスフィルターの効果を有する。

本発明においてはＲＢ成分用のＣＯＤの入射光側に、ｌ
／４波長板（５ｃ）と水晶複屈折板（５ｄ）からなる水
晶ローパスフィルターを設けている。この水晶複屈折板
（５ｄ）は分離量がＣＣＤの水平方向に対してＰとなる
もので、色モアレを解消する役割をする。さらに水晶複
屈折板は入射する光が偏光していると、モアレの低減効
果が低下するので、入射光の偏光を解消するため、ｌ／
４波長板（５Ｃ）を水晶複屈折板（５ｄ）の前に設けて
いる。

以上、入射光束をＧ成分とＲＢ酸成分色分解する色分解
プリズムを用いた場合を説明したが、Ｙ／ＲＧＢに色分
解する２板式カメラの場合でも同様に本発明を適用する
ことができる。

Ｙ／ＲＧＢの２板式カメラでは、ハーフミラ−プリズム
により入射光束を２つの光束に分解し、それぞれを輝度
信号用撮像素子とカラー信号用撮像素子に入射させてい
る。

このハーフミラ−プリズムは色分解プリズムとは異なり
、入射光束を特定の比率で同じスペクトル分布の光束に
分解する。

しかし、入射光束が偏光している場合は、色分解プリズ
ムと同様に反射の特性が変わる。そのため２光束の光量
比が変化し、その結果、コントラストや彩度に影響がで
るが、ハーフミラ−プリズムの前に、本発明のような水
晶複屈折板を配置することにより、偏光の影響を解消す
ることができ、マタローバスフィルターの効果も得られ
る。

発明の効果 本発明により色分解プリズムの前に固体撮像素子の水平
走査方向に対して４５″となる分離方向を持ち、分離量
が固体撮像素子の水平画素ピッチのＪｆ／２ｐｃｐは固
体撮像素子の水平方向の画素ピッチ）となる水晶複屈折
板を配することにより、偏光した光が色分解プリズム（
特にダイクロイックミラー）に入射することにより生じ
るホワイバランスのずれが防止され、さらに従来の固体
撮像素子の入射側に配置された偽信号発生防止のための
光学ローパスフィルターを一部兼用することができる。

本発明により偏光解消と空間周波数低減の両効果を持た
せることができ、２板式撮像装置の構成が簡略化され、
装置のコスト低減にも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は２板式固体撮像装置の該略構成例を示す。 第２図はダイクロイックミラーの透過率特性を示す図で
ある。 第３図は水晶複屈折板への入射光の分離の様子を説明す
るための図である。 第４図は従来の２板式中固体撮像系の概略構成例を示す
図である。 図中の記号は以下の通りである。 ｌ：撮像光学系　　　２：波長板 ３：色分解プリズム　　３ａ：第１のプリズム３ｂ＝第
２のプリズム ３ｃ：ダイクロイックミラー ４ｂ：水晶複屈折板 ５：ローパスフィルター ５ｂ：水晶複屈折板 ５Ｃ：波長板　　　　　５ｄ：水晶複屈折板６および７
：ＣＣＤ ８：水晶複屈折板 １０：ＡＦ用プリズム １：ＡＦ用センサー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光束を波長に応じた複数の光束に分割する色分
   解プリズムと、 上記色分解プリズムにより分割された複数の光束をそれ
   ぞれ受光する固体撮像素子と、 を備えた多板式撮像装置において、 上記色分解プリズムの入射光側に入射光を常光線と異常
   光線との二つの直線偏光に分離する分離手段を配したこ
   とを特徴とする多板式撮像装置。 ２、常光線と異常光線との２つの直線偏光に分離する分
   離手段が水晶複屈折板であることを特徴とする請求項１
   記載の多板式撮像装置。 ３、水晶複屈折板は、常光線と異常光線の２つの偏光方
   向が、互いに９０゜の方向でありかつ、水晶複屈折板の
   面に含まれて、分解プリズムにより分解された２つの光
   束を含む面に対して４５゜の直線方向に分離されるよう
   に配置されることを特徴とする請求項２記載の多板式撮
   像装置。 ４、分離量が√（２）／２・Ｐ（Ｐは固体撮像素子の水
   平方向の画素ピッチ）である請求項１記載の多板式固体
   撮像装置。