JPH04367190A - カラー固体撮像装置 - 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】

【０００１】

【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カラー固体撮像装置に関する。

【０００２】

【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板カメラと称する）が開発され
、業務用カメラとして使用されている。図６は、従来の
３板カメラの色分解光学系の断面図である。図において
、１は撮像レンズを通過した光束（正確には光軸）、１
Ａ、１Ｂはその光束の範囲、２はプリズム部材２Ａ、２
Ｂ、２Ｃからなる３色分解プリズムであり、例えば、特
公昭３８−２３７２４号に記載されている。

【０００３】光束１は３色分解プリズム２に蒸着された
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、さらに出射
面に接着して設けられたトリミングフィルタ８、９、１
０によって波長帯域が補正され、各々固体撮像素子１１
、１２、１３に受光される。

【０００４】１４は赤外光を遮断する赤外カットフィル
タ、１５は高域の空間周波数を遮断する水晶フィルタで
ある。トリミングフィルタ８、９、１０は特定の波長帯
域の光を吸収する色ガラス及び、特定の波長帯域の光を
反射する光学多層膜で形成した反射フィルタで作られる
。

【０００５】固体撮像素子１１は前面に無色透明の保護
ガラス１１Ａを設けたセラミックパッケージ１１Ｂの中
に気密封止して実装されており、プリズム部材２Ａの出
射面に連結用部材１６を介して装着固定される。固体撮
像素子１２、１３についても同様である。

【０００６】プリズム部材２Ｂと２Ｃは密着して接合さ
れ、プリズム部材２Ａと２Ｂとは、スペーサ１７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
は全反射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。固体撮像
素子１１、１２、１３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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の３板
カメラではトリミングフィルタ８、９、１０が各色の出
射面に必要であり、複雑な構成で高価なものとなる。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
撮像レンズに長いバックフォーカスを必要とするが、ト
リミングフィルタ８、９、１０の厚み分、プリズム光路
長と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。しかし、トリミングフィ
ルタ８、９、１０を除去した場合、構成は簡単になるが
、そのままでは各色間でクロストーク光が生じ色分解特
性が劣化する。

【０００８】本発明はこのような点に鑑みて、１枚のト
リミングフィルタによりクロストーク光を効果的に抑制
し、簡素な構成で良好な色分解特性を実現でき、トリミ
ングフィルタの厚み相当量のプリズム光路長の短縮も図
れるカラー固体撮像装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、入射側より第
１、第２、第３のプリズム部材と、第１、第２のダイク
ロイックミラーを有して撮像光を３原色に色分解する３
色分解プリズムと、前記３色分解プリズムから出射する
３原色の光を各々受光する３個の固体撮像素子とを備え
、撮像光を前記第１のダイクロイックミラーにて緑色光
を反射分離し前記第１のプリズム部材より出射させ、前
記第２のダイクロイックミラーにて青色光を反射分離し
前記第２のプリズム部材より出射させ、前記第２のダイ
クロイックミラーを透過した赤色光を前記第３のプリズ
ム部材より出射させ、前記赤色光に対してのみ所定の短
波長側赤色波長よりも短波長のクロストーク光を遮断す
るローパス型色フィルタを設けて構成するものである。

【００１０】

【作用】本発明では、赤色光よりも短波長側の光である
緑色光と青色光をダイクロイックミラーによって反射さ
せて、赤色光を透過させて色分解する。これにより３色
の中で赤色光に対してのみクロストーク光を短波長側に
特定して発生させることができ、これを遮断するローパ
ス型色フィルタを赤色光のみに設けて、良好な色分解特
性を１枚のトリミングフィルタで実現させる。また、ト
リミングフィルタは３色分解プリズムの最後方に配置で
き、前方と中間のプリズム部材はトリミングフィルタを
設けない。これにて従来のトリミングフィルタの厚み分
だけプリズム光路長を短縮することも可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明のカラー固体撮像装置における
実施例を図面にもとずいて説明する。図１は本発明の一
実施例の色分解光学系の断面図であり、同図において、
２０は３色分解プリズムであり、２１、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、２５は赤色及び赤外光
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。プリズム部材２１、２２、２３は全
て密着して接合され、エアーギャップの無い簡素な構成
にする。

【００１２】２６は撮像レンズと赤外光カットフィルタ
（図では省略）を出射した撮像光束であり、２６Ａ、２
６Ｂ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。

【００１３】３０はトリミングフィルタであり、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、プリズム部材２１、２２、２３の寸法を決め
る。プリズム部材２３は予めトリミングフィルタ３０の
厚み分だけ小さく作っておく。３１、３２、３３は固体
撮像素子であり、従来例の図６の固体撮像素子１１と同
様な構造を有し、各々連結部材３４を介し接着固定する
。

【００１４】図２にはダイクロイックミラー２４の分光
特性を示し、その反射帯の短波長側と長波長側の境界の
半値（透過率が半分となる位置）の中心波長位置がＡ点
であり、これを５２０〜５４０ｎｍの間に設定する。

【００１５】図３にはダイクロイックミラー２５の分光
特性を示し、反射帯境界の半値の波長位置がＢ点であり
、これを５３０〜５５０ｎｍに設定する。ダイクロイッ
クミラー２４、２５の分光特性は光学多層膜の構成によ
って変わるものであるが、図１の光束２６Ａ、２６Ｂに
示すように斜入射に所定の範囲を有するため、そこでの
平均特性は何れにしても図２、図３のように反射帯境界
の傾斜が増える形となる。そのため緑色光を反射させる
ダイクロイックミラー２４は短波長側に、青色光を反射
させるダイクロイックミラー２５は長波長側にシフトさ
せ、上記の特性設定とする。

【００１６】このようにしてそれらを合成すれば、トリ
ミングフィルタ３０を含まない状態での３色分解の特性
ができ、赤外カットフィルタの特性を含めて図４の実線
のようになる。図４に示すように、３色の中で緑色光と
青色光はダイクロイックミラー２４、２５のみでトリミ
ングフィルタを用いることなくクロストーク光の比較的
少ない良好な波長帯域を確保でき、赤色光に対してだけ
は斜線部分に示すように、クロストーク光を短波長側に
特定して発生させられる。このクロストーク光を遮断す
るため図４の点線にて示すようなローパス型色フィルタ
を赤色光に対して設ければ、３色とも良好な色分解特性
を実現できる。

【００１７】本実施例では図１のように、従来、３色分
解プリズムの全出射面にあったトリミングフィルタを１
枚に簡素化し、３色分解プリズム２０の後方、固体撮像
素子３３の直前に配置する。３色分解プリズム２０の光
路長は極力無駄なく短くできることが望ましい。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までいっぱいに使用する形
になる。

【００１８】３色分解プリズム２０の寸法を幾何学的に
可能な限界まで縮小したとき、プリズム部材２１と２３
の出射面近傍はトリミングフィルタ３０に置き換える寸
法余裕が作れるが、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
裕が作れない。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、ここにはトリミング
フィルタを配設しないようにする。こうすれば、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
長の中に赤色のトリミングフィルタ３０が吸収された形
となる。中間のプリズム部材２２にトリミングフィルタ
を設ける場合に比べ、その厚み分は短縮される。

【００１９】図５は本発明のカラー固体撮像装置におけ
る他の実施例の固体撮像素子の断面図であり、同図にお
いて、４０はセラミックなどで作るパッケージケース、
４１はＣＣＤチップであり、４２はトリミングフィルタ
膜であり、ＣＣＤ４１の受光面上に形成した有機質の吸
収性色フィルタ膜であり、その特性は赤色光に対しての
み所定の短波長側赤色波長よりも短波長のクロストーク
光を遮断するローパス型色フィルタとする。４３は保護
ガラス、４４はリード端子である。

【００２０】トリミングフィルタ膜４２の代わりに、色
ガラスをＣＣＤチップ４１、もしくは保護ガラス４３に
接着してもよい。また保護ガラス４３自体をトリミング
フィルタとしてもよい。このように、固体撮像素子自体
にトリミングフィルタを設けることにより、３色分解プ
リズム側の構成は簡素化できる。３色分解プリズムの組
立工程は接着を必要とし一般に製造性は悪く、プリズム
の接着箇所が減少できることはカラー固体撮像装置全体
の製造性を向上させるのに効果がある。また実施例に用
いた３色分解プリズム２０の形態は本発明で限定するも
のではなく、従来例で示したエアギャップのある３色分
解プリズム構成に本発明を適用することもできる。

【００２１】

【発明の効果】本発明のカラー固体撮像装置は、撮像光
を第１のダイクロイックミラーにて緑色光を反射分離し
、第２のダイクロイックミラーにて青色光を反射分離し
、第２のダイクロイックミラーを透過した赤色光に対し
、所定の短波長側赤色波長よりも短波長のクロストーク
光を遮断するローパス型色フィルタを設けることにより
、１枚のトリミングフィルタにてクロストーク光を効果
的に抑制し、簡素な構成で良好な色分解特性を実現でき
る。またトリミングフィルタの厚み相当量のプリズム光
路長の短縮も図れるなど、３板カメラのようなカラー固
体撮像装置を小型化、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】

【図１】本発明のカラー固体撮像装置の第１の実施例の
構成を示す断面図

【図２】同実施例における第１のダイクロイックミラー
の分光特性図

【図３】同実施例における第２のダイクロイックミラー
の分光特性図

【図４】同実施例における総合分光特性図

【図５】本発
明の他の実施例における固体撮像素子の断面図

【図６】従来のカラー固体撮像装置の構成を示す断面図

【符号の説明】

２０　　３色分解プリズム ２１、２２、２３　　プリズム部材 ２４、２５　　ダイクロイックミラー ２６　　光束 ２７　　緑色光束 ２８　　青色光束 ２９　　赤色光束 ３１、３２、３３　　固体撮像素子 ３０、４２　　トリミングフィルタ ４３　　保護ガラス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　入射側より第１、第２、第３のプリズ
   ム部材と、第１、第２のダイクロイックミラーを有して
   撮像光を３原色に色分解する３色分解プリズムと、前記
   ３色分解プリズムから出射する３原色の光を各々受光す
   る３個の固体撮像素子とを備え、撮像光を前記第１のダ
   イクロイックミラーにて緑色光を反射分離し前記第１の
   プリズム部材より出射させ、前記第２のダイクロイック
   ミラーにて青色光を反射分離し前記第２のプリズム部材
   より出射させ、前記第２のダイクロイックミラーを透過
   した赤色光を前記第３のプリズム部材より出射させ、前
   記赤色光に対してのみ所定の短波長側赤色波長よりも短
   波長のクロストーク光を遮断するローパス型色フィルタ
   を設けたカラー固体撮像装置。
2. 【請求項２】　　入射側より第１、第２、第３のプリズ
   ム部材と、第１、第２のダイクロイックミラーを有して
   撮像光を３原色に色分解する３色分解プリズムと、前記
   ３色分解プリズムから出射する３原色の光を各々受光す
   る３個の固体撮像素子とを備え、前記３原色の光に対し
   所定の波長帯以外のクロストーク光を遮断する色フィル
   タを、前記固体撮像素子に設けたカラー固体撮像装置。
3. 【請求項３】　　入射側より第１、第２、第３のプリズ
   ム部材と、第１、第２のダイクロイックミラーを有して
   撮像光を３原色に色分解する３色分解プリズムと、前記
   ３色分解プリズムから出射する３原色の光を各々受光す
   る３個の固体撮像素子とを備え、撮像光を前記第１のダ
   イクロイックミラーにて緑色光を反射分離し前記第１の
   プリズム部材より出射させ、前記第２のダイクロイック
   ミラーにて青色光を反射分離し前記第２のプリズム部材
   より出射させ、前記第２のダイクロイックミラーを透過
   した赤色光を前記第３のプリズム部材より出射させ、前
   記第１のダイクロイックミラーの反射帯境界の半値の中
   心波長位置を５２０〜５４０ｎｍに、前記第２のダイク
   ロイックミラーの反射帯境界の半値の波長位置を５３０
   〜５５０ｎｍに設定したカラー固体撮像装置。