JPH06258506A

JPH06258506A - ３色分解光学系

Info

Publication number: JPH06258506A
Application number: JP5046312A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Atsuta; 裕史熱田; Masaru Tatsuwaki; 大達脇
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-03-08
Filing date: 1993-03-08
Publication date: 1994-09-16

Abstract

(57)【要約】【目的】カラー固体撮像装置に用いる３色分解光学系
に関し、垂直方向すなわちダイクロイックミラーの傾斜
方向の色シェーディングを抑制し、併せて光学系の小形
化をも可能とする３色分解光学系を提供することを目的
とする。【構成】３色分解プリズムをプリズム部材２１、２
２、２３、厚みを連続的に変えた吸収フィルタ３４と近
赤外光吸収フィルタ３５と、緑色光を反射するダイクロ
イックミラー２４と、赤色光を透過し青色光を反射する
ダイクロイックミラー２５を設ける。ダイクロイックミ
ラー２４、２５は、近赤外光を透過させる。【効果】フィルタ３４、３５により、ダイクロイックミ
ラー２４、２５の傾斜によって生じる出射光の垂直方向
の光量分布の不均一性を補正すると共に、従来、３色分
解プリズムの手前に設けられた近赤外光吸収フィルタを
除去し、レンズ・プリズム間の光路長短縮を可能とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばテレビジョンカ
メラなどカラー撮像装置に用いる３色分解光学系に関す
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）が開発され、その小
形化が進められている。この種のカメラには、撮像光を
赤、緑、青の３原色に色分解する３色分解プリズムによ
る３色分解光学系が用いられる。

【０００３】図８は、従来の３色分解プリズムを用いた
３色分解光学系の断面図であり、特開昭５１−８１５２
０号公報などに記載される。図において、１、２、３は
プリズム部材であり、４はプリズム部材１に蒸着され、
緑色の波長帯の光束を反射するダイクロイックミラー、
５はプリズム部材２に蒸着され、青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る。これらのダイク
ロイックミラー４、５は高屈折率物質と低屈折率物質と
を交互に積層した誘電体多層膜である。プリズム部材
１、２、３は密着して接合される。

【０００４】６は撮像レンズ（図示せず）を出射した撮
像光の光軸であり、ダイクロイックミラー４により撮像
光６から反射分離された緑色撮像光７は、入射面でもあ
る全反射面８によって全反射され、出射する。同様に青
色撮像光９は、ダイクロイックミラー５により反射分離
され出射する。ダイクロイックミラー４、５を透過した
撮像光１０は赤色撮像光となり、直進して出射する。な
お、１１はプリズム部材１の手前に配置された近赤外光
吸収フィルタであり、撮像に不都合な近赤外光を予めを
吸収させておくため設けられる。このため、従来、ダイ
クロイックミラー４、５の近赤外域の分光特性は特に規
定されない。

【０００５】図８の３色分解光学系は、このようにして
撮像光６を３原色の撮像光７、９、１０に色分解する。
１２は撮像レンズの射出瞳位置を示し、１３は撮像素子
（図示せず）の上部へ向かう光線、１４は撮像素子の下
部へ向かう光線を表わす。撮像レンズによって像が倒立
するため、１３はテレビの画面下部へ向かう光線、１４
は画面上部へ向かう光線ともいえる。なお、ダイクロイ
ックミラー４、５における、光線１３、１４の反射光の
図示は省略する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の３色分解光
学系においては、ダイクロイックミラー４、５が傾斜
し、かつ光線１３と１４とが平行ではない。そのため同
図に示すように、ダイクロイックミラー４への入射角α
１とα２とは違った角度になり、同じくダイクロイック
ミラー５への入射角β１とβ２も違った角度となる。一
般にダイクロイックミラーへの入射角が変化すれば、実
効的な光学膜厚が変化する結果、分光特性の波長位置が
変化する現象が生じる。これは入射角依存性と呼ばれ、
入射角が増加すれば、波長位置は短波長側に変化する。
このことによって、画面の上下、すなわち垂直方向に色
シェーディングと呼ばれるむらが発生し、画質を劣化さ
せる原因になる。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みて、垂直方向
すなわちダイクロイックミラーの傾斜方向の色シェーデ
ィングが抑制でき、併せて光学系の小形化をも可能とす
る３色分解光学系を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の３色光学系は、誘電体多層膜によるダイク
ロイックミラーを、入射光に対して傾斜させて設ける３
色分解光学系において、前記ダイクロイックミラーから
の出射光の一部を吸収する吸収フィルタを、前記ダイク
ロイックミラーの傾斜方向に連続的に厚みを変えて、前
記ダイクロイックミラーの後方または前方に設ける。さ
らには、ダイクロイックミラーによって赤色光のみに近
赤外光を含ませて色分解させ、前記赤色光の一部を吸収
する近赤外光吸収フィルタを、前記ダイクロイックミラ
ーの傾斜方向に連続的に厚みを変えて、前記ダイクロイ
ックミラーの後方に設けて構成するものである。

【０００９】

【作用】上記構成では、ダイクロイックミラーの傾斜に
よって生じる出射光の垂直方向の光量分布の不均一性を
均一にするよう、厚みを連続的に変えた吸収フィルタを
用い、その吸収量の違いによって補正する。さらに例え
ば、３色の出射光の内、赤色光のみに近赤外光を含ませ
て色分解させ、この赤色光に対し、垂直方向に厚みを変
えた近赤外吸収フィルタを挿入することにより、赤色光
の光量分布を補正して色シェーディングを軽減できると
共に、従来、レンズと３色分解プリズムの間に設けられ
た近赤外光吸収フィルタを除去でき、その厚み分の光路
長の短縮をも可能とし、小形化にも寄与させられる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の３色分解光学系における実施
例を図面にもとずいて説明する。

【００１１】図１は本発明の第１の実施例の３色分解光
学系の断面図である。同図において、２１、２２、２３
はプリズム部材であり、２４はプリズム部材２１に設け
られ、緑色の波長帯を反射する誘電体多層膜からなる第
１のダイクロイックミラーであり、青色、赤色、及び近
赤外光の波長帯を透過する分光特性を持たせる。２５は
プリズム部材２２に設けられ、青色の波長帯を反射する
第２のダイクロイックミラーであり、赤色、及び近赤外
光の波長帯を透過する分光特性を持たせる。なお従来例
に示した、３色分解プリズムの手前に設けられた近赤外
光吸収フィルタ（図８の１１）は設けない。

【００１２】２６は撮像光で、ダイクロイックミラー２
４により緑色撮像光２７に反射分離され、全反射面２８
にて全反射され、出射する。撮像光２６はこの後、ダイ
クロイックミラー２５により青色撮像光２９に反射分離
されて出射し、残りが赤色撮像光３０として直進する
が、これには近赤外光も含まれる。

【００１３】３１は撮像レンズの射出瞳位置を示し、３
２は撮像素子（図示せず）の上部へ向かう光線、３３は
撮像素子の下部へ向かう光線を表わす。これらの光線３
２、３３のダイクロイックミラー２４、２５への入射角
の違いが色シェーディングをもたらすことは、既に従来
例で述べた通りである。ダイクロイックミラー２４、２
５における、光線３２、３３の反射光の図示は省略す
る。

【００１４】ここで図２に、第１のダイクロイックミラ
ー２４の分光特性を示す。入射角依存性により波長位置
が変化し、実線４１の特性が画面中央、点線４２が画面
上部、一点鎖線４３が画面下部に各々対応する。このよ
うに入射角により波長位置は変化するが、反射帯域全体
が移動するため、反射分離される光量の変化は極めて小
さくなり、緑の出力は比較的安定である。しかし、画面
上部では点線４２により青の帯域が減り、赤が増える。
また画面下部では、一点鎖線４３により赤の帯域が減
り、青が増えるという傾向になる。

【００１５】図３に、第２のダイクロイックミラー２５
の分光特性を示す。実線４４の特性が画面中央、点線４
５が画面上部、一点鎖線４６が画面下部に、各々対応す
る。画面上部では点線４５により青の帯域が増え、赤が
減る。画面下部では一点鎖線４６により赤の帯域が増
え、青が減る。この傾向は、図２のダイクロイックミラ
ー２４の傾向と逆で相殺する方向にあるが、既に緑の帯
域が抜き出されているため、影響度は少なく、ダイクロ
イックミラー２４の傾向がより強く現れることになる。

【００１６】本実施例では、これらダイクロイックミラ
ー２４、２５の傾斜によって生じる青色と赤色の出射光
の垂直方向の光量分布の不均一性を、連続的に厚みを変
えた吸収フィルタで補正することを行なわせる。

【００１７】図１に戻り、３４は青色光の一部を吸収
し、厚みによって吸収量（濃度）の変わる青色吸収フィ
ルタであり、ダイクロイックミラー２４、２５の傾斜に
よって生じる出射光の垂直方向の光量分布の不均一性を
均一にするよう、厚みを連続的に変えたくさび形状とす
る。３５は赤色光の一部と近赤外光を吸収し、厚みによ
って吸収量（濃度）の変わる近赤外光吸収フィルタであ
り、これも、ダイクロイックミラー２４、２５の傾斜に
よって生じる出射光の垂直方向の光量分布の不均一性を
均一にするよう、厚みを連続的に変えたくさび形状とす
る。プリズム部材２１、２２、２３、吸収フィルタ３
４、３５は密着して接合する。

【００１８】図４に近赤外光吸収フィルタ３５の分光特
性を示す。実線４７の特性が画面中央、点線４８が画面
上部、一点鎖線４９が画面下部に、各々対応する。画面
上部では点線４８により赤の光量を減らし、画面下部で
は一点鎖線４９により赤の光量を増やすよう作用し、何
れも近赤外光は吸収する。

【００１９】以上のように図１に示す第１の実施例で
は、３原色の出射光の内、青色光と赤色光に対し、垂直
方向に厚みを変えた吸収フィルタを設け、垂直方向の吸
収量の違いによって色シェーディングを補正する。特に
赤色光のみに近赤外光を含ませて色分解させ、この赤色
光に対し近赤外吸収フィルタを挿入することにより、赤
色光の光量分布を補正して色シェーディングを減少でき
ると共に、従来、レンズと３色分解プリズムの間に設け
られた近赤外光吸収フィルタが３色分解プリズムの中に
組み込まれた形態となり、その厚み分だけレンズ・プリ
ズム間の光路長短縮をも可能とし、光学系としてより小
形化、簡素化できる。レンズ系の小形化にとっても有効
である。

【００２０】垂直方向に厚みを変えた吸収フィルタ３
４、３５は、青色、赤色だけでなく、緑色光にも設けて
もよい。あるいは、特に目立ち易い赤色光のみに限って
近赤外光吸収フィルタ３５を設けることも、より簡素な
構成でシェーディング補正するため有効であり、何れも
本発明の別の実施例として考えられる。

【００２１】この場合さらに、近赤外光吸収フィルタ３
５を無くし、プリズム部材３３の硝材自体に近赤外光吸
収特性を持たせると、構成はさらに簡素化でき、図５に
第２の実施例として示す。図５において、５１は第１の
実施例のダイクロイックミラー２４と同様のダイクロイ
ックミラーを設けたプリズム部材、５２は同じく第１の
実施例のダイクロイックミラー２５と同様のダイクロイ
ックミラーを設けたプリズム部材、５３は近赤外光吸収
特性を有する硝材を用いたプリズム部材である。

【００２２】なお、垂直方向に厚みを変えた近赤外光吸
収フィルタ３５は、赤色光の出射側でなく、３色分解プ
リズムの手前に設けてもシェーディング補正に効果があ
る。これを図６に第３の実施例として示す。図６におい
て、５４、５５、５６は第１の実施例と同様なダイクロ
イックミラーを設けたプリズム部材、５７が近赤外光吸
収フィルタ、５８は収差補正のための透明ガラス、ある
いは別の色の一部を吸収する吸収フィルタとする。この
場合、光路長短縮の効果はないが、プリズムの構成は簡
単なまま、色シェーディングが抑制できる。

【００２３】また従来例のように、平行平板の近赤外光
吸収フィルタ（図８の１１）を３色分解プリズムの手前
に設ける場合、ダイクロイックミラー３４、３５に近赤
外光透過特性は不要であり、赤色光に対する近赤外光吸
収フィルタ３５（図１）の代わりに、垂直方向に厚みを
変えたＮＤフィルタを用いれば、色シェーディングの補
正には有効である。

【００２４】逆に色シェーディング補正をせずに、光路
長短縮のみを実施する場合を、第４の実施例として図７
に示す。同図において、５９、６０、６１は、第１の実
施例と同様なダイクロイックミラーを設けたプリズム部
材、６２が平行平板の近赤外光吸収フィルタであり、３
色分解プリズムの手前に近赤外光吸収フィルタは不要と
なり、光学系の小形化に有効である。

【００２５】

【発明の効果】本発明では、厚みを連続的に変えた吸収
フィルタを用い、ダイクロイックミラーの傾斜によって
生じる出射光の垂直方向の光量分布の不均一性を補正す
る。さらに近赤外光を含ませた光に対し、垂直方向に厚
みを変えた近赤外吸収フィルタを挿入して色シェーディ
ングを軽減すると共に、従来のレンズと３色分解プリズ
ムの間に設けられた近赤外光吸収フィルタを除去して、
光路長短縮を可能とする。以上、本発明によれば、垂
直方向すなわちダイクロイックミラーの傾斜方向の色シ
ェーディングが抑制でき、併せて光学系の小形化をも可
能とする３色分解光学系を実現でき、その工業的価値は
高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における３色分解光学系
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】同実施例における近赤外光吸収フィルタの分光
特性図

【図５】本発明の第２の実施例における３色分解光学系
の構成を示す断面図

【図６】本発明の第３の実施例における３色分解光学系
の構成を示す断面図

【図７】本発明の第４の実施例における３色分解光学系
の構成を示す断面図

【図８】従来の３色分解光学系の構成を示す断面図

【符号の説明】

２１、２２、２３プリズム部材２４、２５ダイクロイックミラー２６、３２、３３撮像光３４吸収フィルタ３５近赤外光吸収フィルタ２７緑色撮像光２９青色撮像光３０赤色撮像光３１射出瞳位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体多層膜によるダイクロイックミラー
を、入射光に対して傾斜させて設ける３色分解光学系に
おいて、前記ダイクロイックミラーからの出射光の一部
を吸収する吸収フィルタを、前記ダイクロイックミラー
の傾斜方向に連続的に厚みを変えて、前記ダイクロイッ
クミラーの前方または後方に設けた３色分解光学系。
【請求項２】ダイクロイックミラーにより、３色の内の
赤色光のみに近赤外光を含ませて色分解させ、前記赤色
光の一部を吸収する近赤外光吸収フィルタを、前記ダイ
クロイックミラーの傾斜方向に連続的に厚みを変えて、
前記ダイクロイックミラーの後方に設けた、請求項１記
載の３色分解光学系。
【請求項３】ダイクロイックミラーは、緑色光を反射し
青色光と赤色光と近赤外光とを透過する第１のダイクロ
イックミラーと、青色光を反射し赤色光と近赤外光を透
過する第２のダイクロイックミラーとからなる、請求項
２記載の３色分解光学系。
【請求項４】誘電体多層膜によるダイクロイックミラー
を、入射光に対して傾斜させて設ける３色分解光学系に
おいて、前記ダイクロイックミラーにより、３色の内の
特定色光のみに近赤外光を含ませて色分解させ、前記特
定色光の出射側に厚み一定の近赤外光吸収フィルタを設
けた３色分解光学系。
【請求項５】ダイクロイックミラーは、緑色光を反射し
青色光と赤色光と近赤外光とを透過する第１のダイクロ
イックミラーと、青色光を反射し赤色光と近赤外光を透
過する第２のダイクロイックミラーとからなる、請求項
４記載の３色分解光学系。