JPH03273784A

JPH03273784A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH03273784A
Application number: JP2075207A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Atsuta; 熱田　裕史
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-03-22
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1991-12-04

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、テレビジョンカメラ、ビデオカメラなどの固
体撮像装置に関する。

従来の技術近年、固体撮像素子を３個用いる３板式カラーカメラ（
以下、３板カメラと略称する）が開発され、業務用カメ
ラとして使用されている。第３図は、従来の３板カメラ
の色分解光学系の一部断面図である。図において、ｌは
撮像レンズを通過した光束（正確には光軸）、ＩＡ、Ｉ
Ｂはその光束の範囲、２はプリズム部材２Ａ、２Ｂ、２
Ｃからなる３色分解プリズムである。光束ｌは３色分解
プリズム２に設けられたダイクロイックミラー３゜４に
よって、３原色の光束５（青）、６（赤）、７（緑）に
色分解され、各々固体撮像素子８．９゜１０に受光され
る。固体撮像素子１０は前面に無色透明の保護ガラスＩ
ＯＡを設けたセラミックパ・ンケージＩＯＢの中に気密
制止して実装されており、プリズム部材２Ｃの出射面に
連結用部材１１を介して装着固定される。固体撮像素子
８．９についても同様である。プリズム部材２Ｂと２Ｃ
は密着して接合され、プリズム部材２八と２Ｂとは、ス
ペーサ１２を介し間に数十ミクロン間隔のエアーギャッ
プを設けて接合される。ダイクロイックミラー３．４で
の反射光束５．６は全反對により再度反射させることで
、裏返し像（鏡像）でなく表像を形成する光束として出
射する。このような固体撮像素子８．９．１０の撮像信
号を合成してカラーテレビジョン信号が得られる。

さて、固体撮像素子８．９．１０は離散的に配列された
有限個の画素により、被写体像を空間的にサンプリング
して撮像信号を得るものである。

従って、サンプリング定理でいうところのすイキスト周
波数によって折返しひずみが発生し、画像に偽信号とな
って現れる。この偽信号の抑制のため、被写体像の高域
の空間周波数成分をカットする光学ローパスフィルタ１
３が用いられる。また固体撮像素子８．９．１０は赤外
光に刻しても幾らか感度を有するため、赤外光カットフ
ィルタ１４が用いられる。従来、それらは図のように３
色分解プリズム２の前方に配置された。普通、光学ロー
パスフィルタ１３は人工水晶の複屈折性を利用するが、
水平と垂直さらには斜め方向のローパス効果を持たせる
ため、Ｉ／４波長板などを含め何枚かの貼合わせ構造で
作られ、厚くなる。また、赤外光カットフィルタ１４−
は赤外光を吸収する色ガラスで作られる。

発明が解決しようとする課題このような従来の３板カメラの光学ローパスフィルタ１
３は撮像光束の範囲ＩＡ、ＩＢにわたって必要であり、
固体撮像素子１０の受光部よりもかなり大きな面積とな
る。素材としても大きな人工水晶を必要とし、高価であ
った。また３板カメラでは、３色分解プリズムがあるこ
とにより長いバックフォーカスを必要とするが、光学ロ
ーパスフィルタの厚み分、バックフォーカスはさらに長
くなり、撮像レンズをより大きく高価なものにする。こ
れらのことは、赤外光カットフィルタ１４についても同
様のことがいえる。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みて、小面積の
光学ローパスフィルタと赤外光カットフィルタを使用し
て、低コストで偽信号の抑制と赤外光カットを実現でき
、しかもフィルタの厚み相当量のバックフォーカスの短
縮の図れる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請求項１の本発明は、撮像レンズを通過した光束を３原
色の光束に分割する３色分解プリズムと、前記３原色の
各光束を受光する固体撮像素子とを備え、３原色の各光
束のプリズム出射面の内、青色を除いて緑色と赤色の光
束の出射面及び前記固体撮像素子との間に、光学ローパ
スフィルタが設けられたことを特徴とする固体撮像装置
である。

請求項２の本発明は、３色分解ブリズ１１の中間のプリ
ズム部材から青色光束を出射させ、前記プリズム部材の
前後のプリズム部材から緑色と赤色の光束を出射させ、
これら緑色と赤色の光束のプリズム出射面と前記固体撮
像素子との間に、前記光学ローパスフィルタが設けられ
たことを特徴とする請求項ｌ記載の固体撮像装置である
。

作用本発明では、光学ローパスフィルタを３色分解プリズム
の後方に配置し、輝度信号への寄与率の少ない青色を除
いて、赤色と緑色に光学ローパスフィルタを設ける。こ
れにより従来より面積が１７４程度の小さい光学ローパ
スフィルタを２個用いて良好な偽信号の抑制効果を得る
ことができる。

また、中間のプリズム部材ｔこ青色の出射面を設け、そ
の前後のプリズム部材に緑色と赤色の出射面を設けて光
学ローパスフィルタを設ける。こうすることによって、
光学ローパスフィルタの厚み分たけプリズム部材の光路
長を短縮することが可能となり、バックフォーカスが短
縮できる。

実施例以ｆ、本発明の固体撮像装置にかかる実施例を図面にも
とすいて説明する。

第１図は本発明の一実施例の色分解光学系の側面図であ
り、同図において、２０は３色分解プリズムであり、２
１．２２．２３はプリズム部材である。２４は緑色の波
長帯の光束を反射するダイクロイックミラーであり、２
５は赤色及び赤外光の波長帯を透過し、青色の波長帯を
反則するダイクロイックミラーである。プリズム部材２
１．２２．２３は全て密着して接合され、エアーキャッ
プは無い。２６は撮像レンズ（図では省略）を出射した
撮像光束であり、２６Ａ、２６Ｂは光束の範囲を示す。

光束２６はダイクロイックミラー２４．２５により緑色
光束２７、青色光束２８、赤色光束２９に色分解される
。なお青色光束２８は１回反射して出射するため、その
被写体像は裏返し像（鏡像）となるが、電気回路にて画
像の裏表を反転させる。３０は光学ローパスフィルタ、
３１は赤外光カットフィルタであり、緑色光束２７の出
射するプリズム部材２１の出射面に透明な接着材で接着
固定する。同様に、３２は光学ローパスフィルタ、３３
は赤外光カットフィルタであり、赤色光束２９の出射す
るプリズム部材２３の出射面に接着固定する。なお、各
光束２７．２８．２９の光路長が等しくなるよう、フィ
ルタの厚みを含めてプリズム部Ｉ４’２Ｌ２３の寸法を
決めておく。つまり、ブリズ１、部材２Ｌ２３は予めフ
ィルタの厚み分だけ小さく作っておく。３４．３５゜３
６は固体撮像素子であり、従来例の第３図の固体撮像素
子１０と同様な構造を有し、紙面の前後の位置で連結用
部材（図では省略）により各々、装着固定されている。

本実施例ではこのように、従来、３色分解プリズム２０
の前方にあった光学ローパスフィルタと赤外光カットフ
ィルタを、３色分解プリズム２０の後方、固体撮像素子
３４．３５．３６の直前に配置する。各フィルタは３セ
ツトでなく２セツトとする。従来１セツトであったもの
が２セツトになるが、フィルタ１個当りの面積は約１／
４に減らせ、合計面積としても半減できる。この面積の
低減率は最大口径比で決まる。またＮＴＳＣのテレビジ
ョン方式においては、緑色と赤色の信号に比べると、青
色信号は、輝度信号（Ｙ信号）への寄与率が最も低く解
像度への影響は少ない。その比率は緑：赤：青＝５９：
　３０：　　ｌ　１である。従って青色光束２８に対し
て光学ローパスフィルタを省略しても偽信号の実用的な
抑制効果は十分帯られる。また通常の撮影において、緑
色と赤色を全く含まない青色の波長帯だけの被写体とい
うのはほとんどない。従って輝度信号を、光学ローパス
フィルタ３０．３２を作用させた緑色と赤色の撮像信号
のみから作成すれば、偽信号の抑制された良好な画質が
より簡単に得られ簡素化に有効である。

３色分解プリズム２０の光路長は極力無駄なく短くする
ことが望ましい。その場合、図に示すように中間のプリ
ズム部材２２の入射面を光束の範囲２６Ａから２６Ｂま
でいっばいに使用する形になる。このときプリズム部材
２１と２３の出射面近傍はフィルタ３０．３Ｌ３２．３
３に置き換える寸法的余裕ができるが、中間のプリズム
部材２２の出射面近傍は光束２６Ｂが通過するためフィ
ルタに置き換える余裕ができない。もし余裕があればプ
リズム寸法はさらに縮小可能なはずである。従ってこの
中間のプリズム部材２２から青色光束２８を出射させ、
ここには光学ローパスフィルタを配設しないようにする
。こうすれは、最も短いプリズム光路長が実現でき、も
ともとのプリズム光路長の中に各フィルタの光路長（３
０，３１の厚み）が吸収された形となる。中間のプリズ
ム部材２２に各フィルタを設ける場合に比へ、少なくと
も各フィルタの厚み分は短縮されるＳ　また各フィルタ
をプリズム部材２に２３に直接接着することにより、フ
レアの原因となる反射界面のＱ− １〇− 数は減少し、撮像レンズから固体撮像素子３４゜３５．
３６までの光路長も短縮できる。また従来必要とした各
フィルタの保持手段も不要となり、簡素化できる。緑色
光束２７の赤外光カットフィルタ３１は無くすことも可
能であるが、これを設けることにより緑色光束２７に赤
外光が混ざってもよいことになり、ダイクロイックミラ
ー２４をより容易にすることができる。

第２図は本発明の固体撮像装置における他の実施例の色
分解光学系の側面図であり、同図において、４０は一実
施例と同様な方式の３色分解プリズムであり、プリズム
部材４１．４２．４３からなる。４４は緑色の波長帯の
光束を反射するダイクロイックミラーであり、４５は赤
色の波長帯を透過し、青色の波長帯を反射するダイクロ
イックミラーである。４６は撮像レンズ（図では省略）
を出射した撮像光束であり、４６Ａ、４６Ｂは光束の範
囲を示す。光束４６は緑色光束４７、青色光束４８、赤
色光束４９に反射分離される。５ｏ、５１は光学ローパ
スフィルタでプリズム部Ｕ’４１゜１１− ４３に接着固定する。なお、各光束４７．４８゜４９の
光路長が等しくなるよう、プリズム部材４１．４３はフ
ィルタの厚み分だけ小さく作フておく。５２．５３．５
４は固体撮像素子であり、赤外光カットガラスで作った
保護ガラス５５．５６゜５７に各々密着して接着Ｈ＋ｈ
　Ｌ／、各々パッケージカバー５８．５９．６０を有す
る実装構造とする。

そして固体撮像素子５２は光学ローパスフィルタ５０の
出射面に、透明な接着剤を介し保護ガラス５５と密着し
て、位置決めした後、接着固定する。

固体撮像素子５３．５４も同様な方法で装着する。

本実施例ではこのように、光学ローパスフィルタ５０．
５１をプリズム部材４１．４３に直接接着し、赤外光カ
ットフィルタは固体撮像素子５２゜５３．５４の保護ガ
ラス５５．５６．５７として用いる。これにより、撮像
レンズから固体撮像素子５２．５３．５４までの光路長
を短縮でき、従来必要とした各フーフルタの保持手段も
不要となる。

また固体撮像素子５２．５３．５４の実装構造も密着構
造であるため、フレアの原因となる反射界２面は３色分解プリズム４０の人羽面以降では完全に無く
せる。通常、３色分解プリズムプリズムや各フィルタの
反射界面には、反射防止コートを設けるため、反射界面
が減るということは、反射防止コートの数が減るという
ことでもあり、製造上に有利である。また赤外光カット
は３色とも行うため、赤外光は前記実施例のように赤色
光束４９と共に透過させる必要はなく、ダイク［ｌイッ
クミラー４４．４５は設計条件が減り、より容易なもの
にできる。

なお、他の実施例においても固体撮像素子５２゜５３．
５４は従来例に示した気密刺止の実装構造とし、その保
護ガラスに赤外光カットガラスを用いてもよい。また本
発明に用いる３色分解プリズム２０．４０の形態は、以
上述べたものに限定されるものではなく任意であり、従
来例で示したエアギャップのある３色分解プリズム２に
本発明を適用することもできる。

発明の詳細な説明したところから明らかなように、本発明の固体撮
像装置は、光学ローパスフィルタを３色分解プリズムの
後方に配置し、輝度信号への寄与率の少ない青色を除い
て、赤色と緑色に光学ローパスフィルタを設けるので、
従来よりも面積の小さい光学ローパスフィルタを２個用
いて良好な偽信号の抑制効果を得ることができ、光路長
の短縮と構成の簡、素化が図れ、３板カメラを小型化、
ローコスト化する上で効果的であり、その工業的価値は
高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における固体撮像装置の側面
図、第２図は本発明の他の実施例における固体撮像装置
の側面図、第３図は従来の固体撮像装置における一部断
面図ある。２０．４０・・・３色分解プリズム、２１．２２゜２３
．４１，４２．４３・・・プリズム部組、２４゜２５．
４４．４５・・・ダイクロイックミラー　２６゜４６・
・・光束、２７．４７・・・緑色光束、２８．４８・・
・青色光束、２９．４９・・・赤色光束、３４゜３５．
３６．５２．５３．５４・・・固体撮像素子、３− ４３０．３２．５０．５１光学ローパスフイルタ、３１３
３・・・赤外光カットフィルタ、５５．５６゜５７・・
・保護ガラス。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）撮像レンズを通過した光束を３原色の光束に分割
する３色分解プリズムと、前記３原色の各光束を受光す
る固体撮像素子とを備え、３原色の各光束のプリズム出
射面の内、青色を除いて緑色と赤色の光束の出射面及び
前記固体撮像素子との間に、光学ローパスフィルタが設
けられたことを特徴とする固体撮像装置。
（２）３色分解プリズムの中間のプリズム部材から青色
光束を出射させ、前記プリズム部材の前後のプリズム部
材から緑色と赤色の光束を出射させ、これら緑色と赤色
の光束のプリズム出射面と前記固体撮像素子との間に、
前記光学ローパスフィルタが設けられたことを特徴とす
る請求項１記載の固体撮像装置。
（３）光学ローパスフィルタを通過しない青色を除いた
緑色と赤色の撮像信号を合成して、輝度信号（Ｙ信号）
を作成することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装
置。
（４）３色分解プリズムは赤外光を含む赤色の光束を透
過して分離する構成とし、少なくとも前記赤色の光束の
プリズム出射面と前記固体撮像素子との間に、前記光学
ローパスフィルタと共に赤外光カットフィルタが設けら
れたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
（５）３色全ての固体撮像素子の保護ガラスが、赤外光
カットガラスで作成されていることを特徴とする請求項
１記載の固体撮像装置。