JP2000209600A - Ｈ―ｐｄｌｃ色分解エレメントを含む固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高品質のフルカラーおよび高解像度のモノク
ロム画像を提供する。 【解決手段】 撮像装置４０は、レンズ４２と、色分解
エレメント４４と、イメージセンサアレイ４５を含む。
レンズ４２は、光Ｌを色分解エレメント４４上にフォー
カスし、向かわせる。色分解エレメント４４は、色分解
ミラーとして反射モードで運転する。色分解エレメント
４４によって反射された光は、イメージセンサアレイ４
５のようなイメージセンサに向かう。レンズ４２は、入
射光Ｌを色分解エレメント４４上にフォーカスする。色
分解エレメント４４は、３個のセル４６、４８及び５０
を含みむ。セル４６、４８及び５０は、それぞれ、対向
する１対の基板を含み、各セルには、基板対に電気的に
接続された電源もそれぞれ含まれる。電界のオンオフに
よって、色分解エレメント４４は異なる色の光を反射す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フルカラー及び高
解像度のモノクロム画像を提供するための液晶色分解エ
レメントを含む撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体イメージセンサの使用をベースとし
た新世代のフルカラー撮像装置のおかげで、ディジタル
イメージングの、消費市場への浸透が可能となった。こ
れらの新規装置には、静止画像撮影用のディジタルカメ
ラも動画像用の小型ビデオカメラも含まれる。現存の大
部分の装置は、電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージセンサ
アレイを利用したものであるが、目下、相補型金属酸化
膜半導体（ＣＭＯＳ）センサアレイの開発に多大の先導
があり、ＣＭＯＳ型ディジタルカメラが市場に登場して
きている。撮像装置に関する消費市場は既に大きく、且
つ急速に成長中である。これは、インターネット及びワ
ールドワイドウェブが活気づけたこともあるが、ディジ
タル写真の魅力と、写真質の画像を提供できる低価格高
品質のカラープリンタが入手できるようになったことも
それを推進した。ディジタルカメラ装置の市場は、数年
以内に数十億ドルに達すると予想され、当然ながら、競
争が激しく、価格変動も大きい。

【０００３】これらのディジタル撮像装置の主性能と価
格因子は、イメージセンサそのものである。これらの新
規カラー撮像装置の価格を最小限に抑え、フィルム式カ
メラに匹敵する形態因子（すなわち物理的サイズ又は容
積）を具備させるために、大部分の装置は１個のイメー
ジセンサを利用している。色分解は、イメージセンサア
レイにかぶせた、空間的にパターン配列された赤、緑及
び青（ＲＧＢ）のカラー吸収フィルタアレイによって行
われる。この手法の技術的課題は、イメージセンサの空
間分解能をフルに利用しながら、有効な色分解も提供す
ることである。フィルタ付きイメージセンサアレイの各
センサ位置における“真”の輝度信号を評価するため
に、何らかの方法を導入しなければならない。そこで、
各センサ位置で色又は色度の評価を試みる必要がある。
例えば、サンプリング密度１０２４×７６８画素で画像
を取り込むように設計されたディジタルカメラ装置は、
通常、パターン配列された赤、緑及び青の色分解フィル
タ付きの、センサ数１０２４×７６８のイメージセンサ
アレイ１個を含む。センサの解像度でフルカラー画像を
提供するために、各センサ位置で発生した１個の信号か
ら、１０２４×７６８のセンサ位置それぞれについて、
３個の８ビットカラー信号を“再構築”又は誘導しなけ
ればならない。次いで、この１０２４×７６８×２４ビ
ットの画像はカメラに蓄えられ（通常圧縮された形
態）、その後ディスプレイ上に画像化したりカラープリ
ンタで印刷するためにコンピュータシステムに伝送され
る。

【０００４】図１に、この最も一般的な構成例である、
カラーディジタルカメラにおけるカラー撮像装置２０、
すなわち１−パス式（single-path）センサシステムの
概略図を示す。撮像装置２０は、レンズ２２、及び余分
の緑エレメント２６を有する一体式ベイヤ(Beyer)型カ
ラーフィルタ（赤−緑−緑−青）配列２４付きの二次元
センサアレイ（例えば、電荷結合素子アレイ）を含む。
この特有のカラーフィルタ配列は、電荷結合素子型カラ
ービデオカメラに普通に使用されている。緑フィルタ付
きセンサの密度が高いほど（数が多いほど）、空間輝度
配列の評価の有効性が向上する。各画素位置における３
個の８ビットカラー信号を再構築する方法の部類は“デ
モザイク操作(de-mosaicing operations)”として知ら
れ、最も一般的には直線補間(linear interpolation)操
作及びブロック複製(block replication)操作に基づ
く。テンプレートを用いた特徴推定法も用いられてい
る。

【０００５】図２に、ディジタルカメラ用色分解につい
ての第二の公知手法である３−パス式(three-path)セン
サシステムを示す。色分解システム３０は、入射光を３
つの異なる広域スペクトル領域Ｃ₁、Ｃ₂及びＣ₃に分解
するための光学プリズムとダイクロイックエレメント３
２を含む。分解された入射光は、次に各々別個のイメー
ジセンサアレイ３４、３６及び３８に投影される。この
手法は、原則的にカラー画像の完全性を保持し、デモザ
イクの必要性とそれに付随するシステムの諸経費を削除
する。この手法は、ミノルタＲＤ−１７５ディジタルカ
メラが代表する。

【０００６】撮像装置の色分解法として提案されている
最も最近の手法は、１個のセンサアレイ上への、赤、緑
及び青の画像成分の一時イメージング（フィールド順次
イメージングとしても知られる）に基づく。この手法
は、１−パス式センサシステムの価格及び形態因子の利
点の可能性と、３−パス板式センサシステムのさらに完
全で効率のよい色分解性能を有する。現在、消費者レベ
ルの製品にこの種のシステムは使用されていないが、高
速スイッチングのネマチック液晶πセルに基づくフィー
ルド順次色分解エレメントが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】公知のディジタル撮像
装置はいくつかの理由から完全に満足できるものではな
いことがわかっている。１−パス式センサシステムとデ
モザイク法の使用を含む公知の撮像装置の主な難点は、
フルカラー画像の不完全な再構築又は誘導から発生する
カラー画像のアーティファクト(artifacts)、デモザイ
ク操作に要するシステム処理の諸経費、及びセンサアレ
イに付けたカラー選択フィルタモザイクを含むカラー吸
収フィルタの制限による最適でない色分解と光通過量効
率である。これらの制限は、少なくとも一部は、センサ
アレイの製造工程と適合性がなければならないカラーフ
ィルタ材料の使用に関わる制約の結果である。カラー画
像の種々のアーティファクトは、特定の撮像装置で使用
されるフィルタモザイク及びデモザイクの手法に左右さ
れる。現存装置にみられる最も一般的なカラー画像のア
ーティファクトは、空間ぶれ又は画像ディテールの喪
失、ブロッキングアーティファクト、陰影ディテールに
おける偽輪郭及び色ノイズ、処理画像の比較的低明度領
域である。同様の制限と画像アーティファクトが、カラ
ー画像撮像にも用いられる１−パス式センサシステムを
用いた高解像度のモノクロム画像撮像にも当てはまる。

【０００８】図２に示した３−パス式センサシステムに
も難点がある。３−パス式センサシステム３０は、３つ
の別個のカラーチャネルＣ₁、Ｃ₂及びＣ₃を作り出すの
に、３個のイメージセンサ３４、３６及び３８、並びに
光学プリズム及びダイクロイックエレメント３２が必要
なため、１−パス式センサシステムより高価となる。さ
らに、３−パス式手法及びその関連部材のために、望ま
しくない形態因子を有する比較的大きなカメラシステム
となる。これらのカメラシステムは、その基となってい
る一眼レフカメラ本体よりかなり大きくかさばる傾向に
ある。公知の３−パス式カラーカメラシステムの別の難
点は、比較的不良の色分解であり、これは、特定のスペ
クトルのカットオフ点よりも上又は下の広いスペクトル
領域を通過させるダイクロイックエレメントの使用が原
因となる。また、これらのシステムは、センサアレイに
不可視波長を通過させる傾向もあるため、スペクトルの
可視部におけるシステムの性能が制限される。

【０００９】色分解用のフィールド順次πセルカラーシ
ャッタの概念もいくつかの難点を持つ。第一に、色分解
能が、カラー偏光子に用いられるダイクロイック染料に
よって制限され、特定のイメージセンサに容易にチュー
ニングできない。第二に、色分解が偏光依存吸収フィル
タに基づいているため、光通過量効率が比較的低い。図
３に、ディジタルカメラへの使用が提案されている典型
的なπセルカラーシャッタの実測スペクトル透過率を示
す。第三に、πセルは、液晶分子のπ形配列を維持する
ために、各液晶セルに印加、維持すべきバイアス電圧を
必要とする。さらに、バイアス電圧の印加後、液晶分子
が安定なπセル形に配列するのに数秒を要する。このよ
うなバイアス電圧維持の要件は、バッテリ式カメラシス
テムには望ましくない。第四に、青と緑、及び緑と赤の
透過状態の間にかなりのスペクトルのオーバーラップが
ある。このために、青と緑の画像、及び緑と赤の画像の
分解が不適切となり、カラー画像の画質が劣化する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、高画質のフル
カラー及び高解像度のモノクロム画像を提供するため
に、光反射（ミラー）モード又は光透過（フィルタ）モ
ードのいずれかで運転できる液晶色分解エレメントを含
む撮像装置を提供する。

【００１１】本発明は、別に、加法又は減法の三原色の
いずれかに基づくフルカラー画像を達成できるホログラ
フィックポリマー分散液晶（Ｈ−ＰＤＬＣ）色分解エレ
メントを含む撮像装置も提供する。

【００１２】本発明の色分解エレメントは、反射又は透
過モードのいずれかへの一時スイッチングの使用により
入射光の色分解を達成し、カラー成分をわずか１個のイ
メージセンサに順次投影することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明による撮像装置は、レンズ
と、色分解エレメントと、イメージセンサとを含む。イ
メージセンサは、イメージセンサアレイであり得る。色
分解エレメントは、レンズによってフォーカスされた入
射光を受光する。色分解エレメントは、少なくとも１対
の基板と各基板対の間に色分解媒体とを含む。色分解媒
体は、ホログラフィックポリマー分散液晶材料を含み得
る。ホログラフィックポリマー分散液晶色分解媒体は、
それぞれ、入射光の選択固有色の光を反射すると同時
に、入射光の、反射された固有色以外の実質的にすべて
の固有色の光を透過する。イメージセンサは、ホログラ
フィックポリマー分散液晶色分解媒体によって反射（ミ
ラー）モードで反射された光、又は透過（フィルタ）モ
ードで透過された光のいずれかを感知するために、色分
解エレメントに対して選択的に配置されうる。

【００１４】当該撮像装置は、複数対の基板と、各基板
対の間に形成された、それに付随するホログラフィック
ポリマー分散液晶色分解媒体を含むことができる。当該
撮像装置は、一般的に、フルカラー画像を提供するため
に、赤、緑及び青の光をそれぞれ反射できる３種類のホ
ログラフィックポリマー分散液晶色分解媒体を含む。

【００１５】色分解エレメントは、各基板対及びホログ
ラフィックポリマー分散液晶色分解媒体と連結した電源
を含むことができ、合わせてセルを形成する。ホログラ
フィックポリマー分散液晶色分解媒体は、電界オフの状
態で選択固有色の光を反射し、印加電圧が閾値電圧を超
えると実質的にすべての色を透過する。従って、異なる
セルに選択的に、且つ独立して電圧を印加することによ
り、電圧を印加されないセルは選択された固有色の光を
反射することができ、電圧を印加されたセルはその他す
べての固有色を透過できる。反射された色は加法混色に
よって、透過された色は減法混色によって混合でき、反
射又は透過運転モードでフルカラー画像が達成される。

【００１６】本発明の撮像装置の別の態様によれば、撮
像装置は、色分解エレメントによって反射された固有色
を感知する第一のイメージセンサと、透過された減法三
原色を感知する第二のイメージセンサを含むことがで
き、その結果、撮像装置は、反射モード又は透過モード
のいずれかで選択的に運転することができる。

【００１７】本発明は、光の固有色の分解法も提供す
る。

【００１８】図４に、本発明の一例となる撮像装置４０
を示す。撮像装置４０は、ディジタルカメラのようなフ
ルカラー撮像装置であってよく、静止画像及び／又は動
画像を撮像できる。撮像装置４０は、レンズ４２と、色
分解エレメント４４と、イメージセンサアレイ４５を含
む。レンズ４２は、光Ｌを色分解エレメント４４上にフ
ォーカスし、向かわせる。この、一例となる実施の形態
では、色分解エレメント４４は、色分解ミラーとして反
射モードで運転する。色分解エレメント４４によって反
射された光は、イメージセンサアレイ４５のようなイメ
ージセンサに向かう。

【００１９】レンズ４２は、入射光Ｌを色分解エレメン
ト４４上にフォーカスするための任意の適切な単一レン
ズ又はレンズシステムであってよい。

【００２０】イメージセンサアレイ４５は、例えば相補
型金属酸化膜シリコン（ＣＭＯＳ）デバイス又は電荷結
合素子（ＣＣＤ）の規則正しく配列されたアレイであり
得る。撮像装置４０には、任意のその他の公知又は新開
発のイメージセンサ技術が使用できる。イメージセンサ
アレイ４５は、モノクロムセンサの均一アレイを含み、
図１に示したイメージセンサ２４のような、配列フィル
タアレイを有する同等のデバイス密度のイメージセンサ
よりも実質的に高い空間分解能を提供できる。

【００２１】一例となる色分解エレメント４４を図５に
示す。色分解エレメント４４は、３個のセル４６、４８
及び５０を含む。セル４６、４８及び５０は、それぞ
れ、対向する１対の基板５２を含み、その基材は、ガラ
ス又はプラスチックなどの任意の透明媒体で、酸化イン
ジウムスズ（ＩＴＯ）のような導電性かつ光学的に透明
な材料で各々被覆されている。また、各セルには、基板
対５２に電気的に接続された電源５４、５６及び５８も
それぞれ含まれる。セル４６、４８及び５０は、それぞ
れ色分解媒体６０、６２及び６４を含む。色分解エレメ
ント４４は、非反射光波長を吸収するための黒吸収材６
６を後端面に含むこともできる。

【００２２】各セル４６、４８及び５０の色分解媒体６
０、６２及び６４は、ホログラフィックポリマー分散液
晶（Ｈ−ＰＤＬＣ）材料を含むことができる。これらの
材料は、選択波長、従って選択固有色で高効率のブラッ
グ反射(Bragg reflection)を示す。ホログラフィックポ
リマー分散液晶媒体は、液晶とポリマー材料の混合物
を、干渉コヒーレント光線によって作り出される光学的
定常波パターンに暴露することによって製造される。定
常波パターンは、混合物中の液晶とポリマー材料の相分
離を引き起こし、ポリマーに富む層と液晶に富む層が交
互に含まれる層化構造を作り出す。混合物の相分離から
層化構造への変化が完了すると、紫外線で硬化すること
により、層化構造を“固定化(locked in)”することが
できる。作成された周期構造は、色分解媒体に電圧が印
加されない電界オフの状態で、異なる屈折率が交互する
層を見せる。電界オフ状態で、異なる屈折率の層は、所
望のブラッグ波長を中心に強め合う干渉と高効率のブラ
ッグ反射を引き起こす。

【００２３】色分解媒体６０、６２及び６４を形成する
ポリマー／液晶混合物のブラッグ波長は、混合物を照射
する光線の波長及び／又は入射角を選択することによっ
て変動させることができる。通常、２本のレーザ光線を
用いて、ポリマー／液晶混合物中に多層構造を製造す
る。反射（ブラッグ）波長は、屈折率変調の周期をコン
トロールして変える。本発明による撮像装置における使
用に適したホログラフィックポリマー分散液晶媒体の形
成法の一例は、Ｇ．Ｐ．Ｃｒａｗｆｏｒｄらによる“Ｒ
ｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏｌｏｒ Ｄｉｓｐｌａｙｓ
ｆｏｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”
（ＩＳ ＆ Ｔ／ＳＩＤ １９９５年Ｃｏｌｏｒ Ｉｍ
ａｇｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ会報：Ｃｏｌｏｒ
Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉ
ｃａｔｉｏｎｓ，ｐｐ５２−５８）に記載されている。

【００２４】色分解媒体６０、６２及び６４を含むホロ
グラフィックポリマー分散液晶材料は、交互する液晶に
富む層とポリマーに富む層の群を含むように形成でき、
各層群は異なる波長の光を反射する。これらのホログラ
フィック構造は、１つの選択色の複数の接近した間隔の
波長を反射できる。これは、各々別個のスペクトル帯域
幅を有する別個の反射率サブピークによって表されてお
り、これらのサブピークが一緒になって広い帯域幅を有
するスペクトルピークに関係する。

【００２５】セル４６、４８及び５０は、それぞれホロ
グラフィックポリマー分散液晶色分解媒体６０、６２及
び６４を含むことができ、これらが電界オフの状態で、
それぞれ異なる固有色Ｒ₁、Ｒ₂及びＲ₃の光を反射す
る。電界オフの状態では、電源５４、５６及び５８は、
セル４６、４８及び５０に電圧を印加しない。この電界
オフの状態で、液晶材料の屈折率ｎ_LCは、ポリマーの屈
折率ｎ_pと異なる。ブラッグ波長を中心とする有限のス
ペクトル帯域幅の光が、こうしてホログラフィックポリ
マー分散液晶媒体から反射される。色分解エレメント４
４は、加法混合の三原色である赤、緑及び青を反射する
ように形成できる。すなわち、色分解媒体６０は青の光
を、色分解媒体６２は緑の光を、そして色分解媒体６４
は赤の光を電界オフの状態で反射するように形成でき
る。従って、電界オフの状態で、色分解エレメント４４
は、青、緑及び赤の光を反射できる。反射された色は、
加法混色規則に従って混合し、すべての色を達成でき
る。

【００２６】本発明の別の利点は、ホログラフィック的
に形成された色分解媒体６０、６２及び６４の反射方向
を、色分解エレメント４４の表面反射から離れさせるよ
うにできることである。これは、２本の干渉レーザ光線
を適当な角度に設定し、干渉縞層が基板５２からティル
ティングする（tilting）ことによって達成できる。こ
れによって、反射光の表面反射又はグレア成分を、異な
る固有色Ｒ₁、Ｒ₂及びＲ₃の反射光から分離できる。反
射された固有色Ｒ₁、Ｒ₂及びＲ₃はイメージセンサアレ
イ４５に向かい、グレア成分はイメージ光路から離れて
光トラップに向かう。グレア成分を反射光Ｌ_Rの光路か
ら効果的に除去することにより、よりよい色分解が達成
され、未制御及び未変調の光がイメージセンサアレイ４
５に入らないようにすることで撮像装置４０の感度が改
良される。

【００２７】図６に、色分解エレメント４４のモデル化
したスペクトル反射率対波長のプロット図を示す。色分
解エレメント４４中の、色分解媒体６０、６２及び６４
が、青（Ｂ）、緑（Ｇ）及び赤（Ｒ）の光の接近した間
隔の波長をそれぞれ反射する。このプロット図は、当該
ホログラフィックポリマー分散液晶色分解エレメント４
４が達成可能な、無限の多様なスペクトル反射率関数の
ほんの一例に過ぎない。図に示されているように、ピー
クＢ、Ｇ及びＲは、それぞれ別個の帯域幅を有する別個
の反射率サブピークを含む。青のピークＢはサブピーク
Ｂ₁、Ｂ₂及びＢ ₃を、緑のピークＧはサブピークＧ₁、Ｇ
₂及びＧ₃を、赤のピークＲはサブピークＲ₁、Ｒ₂及びＲ
₃を含む。

【００２８】場合により、色分解媒体６０、６２及び６
４は、単一の反射率ピークＢ、Ｇ、Ｒ、異なる数のサブ
ピークを有するそれぞれ異なる固有色、又は固有色のそ
の他の組合せを反射するように形成することもできる。

【００２９】電界オンの状態において、電源５４、５６
及び５８は、それぞれ、ホログラフィックポリマー分散
液晶色分解媒体６０、６２及び６４に選択的に電圧を印
加し、電界オフの状態で以前に反射した光を、ホログラ
フィックポリマー分散液晶材料に透過させることができ
る。ある閾値電圧レベルを印加すると、液晶分子の再配
列によって、液晶材料の屈折率ｎ_LCとポリマー材料の屈
折率ｎ_pがほぼ等しくなり、ホログラフィックポリマー
分散液晶材料の周期的屈折率変調が効果的に除去され
る。その結果、電界オンの状態で、全入射光が、閾値電
圧を印加されたホログラフィックポリマー分散液晶材料
によって効果的に透過される。色分解エレメントの異な
るセル４６、４８及び５０は、各セルが完全な光透過を
示す異なる閾値電圧をそれぞれに有することができる。

【００３０】原則的に、色分解エレメント４４は、いわ
ゆるネガティブ液晶材料の使用により、反対の方式で運
転することができる。すなわち、ホログラフィックポリ
マー分散液晶色分解媒体は、電界オフの状態で光を透過
し、電界オンの状態で反射できる。

【００３１】色分解媒体６０、６２及び６４には、それ
ぞれの電源５４、５６及び５８によって選択的に、且つ
独立して電圧を印加できるので、色分解媒体は光を選択
的に反射又は透過できる。前述のように、１つ以上の色
分解媒体６０、６２及び６４に電圧が印加されない場
合、関連のブラッグ波長とその付近の光は、電圧を印加
されていない色分解媒体から反射される。１つ以上の選
択固有色の光を透過するためには、１つ以上の色分解媒
体６０、６２及び６４に閾値電圧を印加して、これらの
媒体が入射光を透過できるようにする。例えば、電源５
６及び５８によって色分解媒体６２及び６４に電圧が印
加され、色分解媒体６０には電圧が印加されない場合、
セル４６は、色分解媒体６０の関連ブラッグ波長の光を
反射し、セル４８及び５０は、色分解媒体６０によって
反射されない固有色を透過することができる。

【００３２】運転中、撮像装置４０の色分解エレメント
４４は、色分解ミラーとして反射モードで運転する。レ
ンズ４２に入射する光Ｌは、レンズ４２によって色分解
エレメント４４上にフォーカスされる。前述のように、
色分解エレメント４４は、１、２又は３種類の異なる固
有色の光を、セル４６、４８及び５０から選択的に反射
できる。色分解エレメント４４によって反射された光Ｌ
_Rは、イメージセンサアレイ４５に向かう。イメージセ
ンサアレイ４５は、図４に概略的に示したセンサアレイ
を含むことができる。

【００３３】通常、色分解エレメント４４は、３種類の
固有色の各光を別々に反射するように運転されるので、
フルカラー画像を得るために、それぞれを所定時間のあ
いだイメージセンサアレイ４５上に反射できる。つま
り、色分解エレメントが、セル４６が電界オフ状態、セ
ル４８及び５０がそれぞれ電界オン状態にあるようにし
て運転されると、青の光が所定の時間のあいだイメージ
センサアレイ４５上に反射され、フルカラー画像の青の
部分を撮像することができる。同様に、セル４８が電界
オフ状態、セル４６及び５０がそれぞれ電界オン状態で
あれば、色分解エレメント４４は、緑の光をイメージセ
ンサアレイ４５上に所定時間のあいだ反射し、フルカラ
ー画像の緑の部分を撮像することができる。また、色分
解エレメント４４が、セル５０が電界オフ状態、セル４
６及び４８がそれぞれ電界オン状態にあるようにして運
転されると、赤の光がイメージセンサアレイ４５上に所
定時間のあいだ反射され、フルカラー画像の赤の部分を
撮像することができる。撮像装置４０は、選択色の反射
順序を違えて運転することができる。色の反射順序は、
色を、任意の選択順序又はパターンで、また、異なる色
それぞれについて任意の所定時間のあいだ反射させるた
めに変動させることができる。

【００３４】このように、それぞれ適切にチューニング
及び最適化された３個のホログラフィックポリマー分散
液晶セル４６、４８及び５０を組み合わせることによっ
て、色分解ミラーとして機能する高効率かつ選択的な色
分解エレメント４４を提供できる。当該色分解エレメン
トは、４６、４８及び５０の各セルからスペクトル反射
率帯域を独立制御することが可能である。

【００３５】高解像度のモノクロム画像は、色分解エレ
メント４４を次のように運転することによって得られ
る。すなわち、セル４６、４８及び５０の各それぞれを
同時に電界オフの状態で所定時間のあいだ運転する。こ
れにより、色分解エレメント４４は３種類の固有色の各
光をイメージセンサアレイ４５に同時に反射し、その結
果、明所加重された正確なモノクロム画像が得られる。

【００３６】図６を、πセルカラーシャッタシステムの
透過率対波長の性能を示した図３と比べると、撮像装置
４０は、πセルカラーシャッタシステムより比較的良好
な光透過量と正確なスペクトル制御を達成できているこ
とが容易にわかる。従って、撮像装置４０は、低い光量
条件下でもよりよい画像を達成できる。さらに、撮像装
置４０は、図３に示すようにπセルカラーシャッタシス
テムで生ずる、隣接したスペクトルピークのオーバーラ
ップによって発生する“クロストーク(cross-talk)”を
実質的に回避できる。

【００３７】図７に、光透過（フィルタ）モードで色分
解フィルタとして運転する本発明による撮像装置１４０
の一例を示す。撮像装置１４０は、入射光を色分解エレ
メント１４４にフォーカスするレンズ又はレンズシステ
ム１４２を含む。色分解エレメント１４４は、光をイメ
ージセンサアレイ１４５のようなイメージセンサ上に透
過する。色分解エレメント１４４は、図５に示した色分
解エレメント４４と同じ構成を有することができる。撮
像装置１４０と撮像装置４０の構成の違いは、色分解エ
レメント４４に対するイメージセンサアレイ４５の配置
と比べた、色分解エレメント１４４に対するイメージセ
ンサアレイ１４５の位置である。撮像装置１４０は、一
直線に貫通した光路を含む。この、それぞれの撮像装置
４０及び１４０におけるイメージセンサアレイ４５及び
１４５の配置の差異は、撮像装置４０では、光が色分解
媒体６０、６２及び６４から反射し、色分解エレメント
４４の光入射面６８を経由して色分解エレメント４４を
出て行くのに対し、撮像装置１４０では、光が色分解エ
レメント１４４の色分解媒体６０、６２及び６４を通っ
て透過し、光出射面１４８から出て来ることである。撮
像装置４０及び１４０において、それぞれのイメージセ
ンサアレイ４５及び１４５は、それぞれ反射光及び透過
光を受光するように配置されている。

【００３８】前述のように、色分解エレメント１４４の
透過モードは、図５に示した色分解エレメント４４のセ
ル４６、４８及び５０のような、色分解エレメント１４
４の１個以上のセルが、電界オン状態で選択的に運転す
るときに達成される。この状態では、印加電界のために
液晶材料の屈折率ｎ_LCが、ポリマー材料の屈折率ｎ_pと
ほぼ等しくなる。色分解エレメント１４４の、電界を受
けた選択セルは光を透過し、これらのセルからの反射は
発生しない。色分解エレメント１４４の電界オフ状態に
あるセルは、色分解エレメント４４で前述したように光
を反射する。電界オン状態にあるセルは、電界オフ状態
のセルによって反射されなかった色の光を透過すること
ができ、その結果、色分解エレメントは、減法混色の色
分解成分であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びイエ
ロー（Ｙ）を提供できる。これらの色は減法混色の三原
色とも言われる。

【００３９】例えば、色分解エレメント１４４の１個の
セルが電界オフ状態であるとすれば、関連する固有色を
反射する。一方、色分解エレメントの他の２個のセルが
同時に電界オン状態であると、その場合電界オフ状態に
あるセルによって反射されない２種類のそれぞれ異なる
固有色を透過する。例えば、赤い光が１個のセルによっ
て反射され、青と緑の光が色分解エレメント１４４の他
の２個のセルによって透過されるとする。透過された青
と緑の光は一緒になって、イメージセンサアレイ１４５
で減法三原色の一つのシアン画像を作る。同様に、青い
光が１個のセルによって反射され、赤と緑の光が他の２
個のセルによって透過されるとする。透過された赤と緑
の光は一緒になって、イメージセンサアレイ１４５で減
法三原色の一つのイエロー画像を作る。同様に、緑の光
が電界オフの１個のセルによって反射され、青と赤の光
が電界オン状態の他の２個のセルによって透過されると
する。透過された青と赤の光は一緒になって、センサア
レイ１４５で減法三原色の一つのマゼンタ画像を作る。

【００４０】場合により、色分解エレメント１４４は、
２個のセルをオフ状態で、１個のセルをオン状態で運転
することもできる。そうすると２種類の異なる固有色が
反射され、第三の固有色が所定時間のあいだイメージセ
ンサアレイ１４５上に透過されうる。例えば、赤と青の
光を反射する色分解エレメント１４４のセルが電界オフ
状態であれば、赤と青が反射され、色分解エレメント１
４４の第三のセルが電界オン状態であれば、緑のような
第三の色を透過する。

【００４１】撮像装置１４０の透過モードでの運転は、
画像をカラーハードコピー装置に直接転写するのに特に
都合がよい。そのような場合、減法三原色のシアン、マ
ゼンタ及びイエローへの分解がハードコピーの三原色と
適合し、赤、緑及び青からシアン、マゼンタ及びイエロ
ーへの変換の必要性が削除される。

【００４２】図８に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）
及びシアン（Ｃ）画像を透過できるＨ−ＰＤＬＣ媒体を
含む色分解エレメント１４４についての、モデル化した
スペクトル透過率対光波長のプロット図を示す。このプ
ロット図は、Ｈ−ＰＤＬＣ色分解エレメント１４４が達
成可能な、無限の多様なスペクトル透過率関数のほんの
一例に過ぎない。図に示されているように、３種類の異
なる色の各透過率曲線は、それぞれ別個の帯域幅を有す
る別個の透過率サブトラフを含む。イエローの曲線Ｙは
サブトラフＹ₁、Ｙ₂及びＹ₃を、マゼンタの曲線Ｍはサ
ブトラフＭ₁、Ｍ ₂及びＭ₃を、シアンの曲線Ｃはサブト
ラフＣ₁、Ｃ₂及びＣ₃を含む。各透過率サブトラフは、
Ｈ−ＰＤＬＣ媒体の反射特性によって透過路から除去さ
れた光波長を示す。例えば、イエローの透過率曲線Ｙ
は、一組の“青”Ｈ−ＰＤＬＣ層が青い光を透過路から
除去した結果である。従って、透過光は青い光に乏し
く、緑と赤の光が比較的豊富であるために、イエローの
光の透過となる。得られた透過スペクトルにいくらかの
青い光（約２０％）が残存するという事実が、画質の劣
化をもたらすことはない。というのはこの残存した青い
光は撮像後処理中に処理され得るからである。場合によ
り、色分解エレメント１４４の色分解媒体は、単一の透
過率トラフＹ、Ｍ、Ｃ、異なる数のサブトラフを有する
異なるそれぞれの色、又は固有色のその他の組合せを透
過するように形成することもできる。

【００４３】撮像装置４０においてと同様、撮像装置１
４０を用いる色の透過順序は、固有色を、任意の選択順
序又はパターンで、また任意の所定時間のあいだ透過す
るために変動させることができる。また、撮像装置４０
においてと同様、高解像度のモノクロム画像が、色分解
エレメント１４４のセルを電界オンの状態で所定時間の
あいだ運転することによって得られる。これにより、色
分解エレメント１４４が全固有色の光をイメージセンサ
アレイ１４５に同時に透過することになり、その結果、
明所加重された正確なモノクロム画像が得られる。

【００４４】本発明の別の態様によれば、撮像装置の実
施の形態の一例は、１個の色分解エレメント４４と、２
つの別個のイメージセンサ、例えばイメージセンサアレ
イ４５及び１４５を含むことができる。このような撮像
装置は、色分解エレメントによって反射された光及び透
過された光を同時に受光できる。つまり、色分解エレメ
ントのセルによって反射された光は、撮像装置４０のイ
メージセンサアレイ４５のような一つのイメージセンサ
に向かうことができる。色分解エレメントのセルによっ
て透過された光は、撮像装置１４０のように色分解エレ
メントと同一線上にある第二のイメージセンサに向かう
ことができる。このような撮像装置は、従って、単一の
撮像装置内で反射（ミラー）モードと透過（フィルタリ
ング）モードの両方の利点を提供できる。

【００４５】このように、ホログラフィックポリマー分
散液晶材料を色分解エレメント４４及び１４４のセルに
使用することは、本発明による撮像装置４０及び１４０
での使用にとって重要な利点を提供できるが、必ずしも
何らかの特別な利点を提供する必要はない。特に、色分
解エレメントは、高度にチューニング可能な中心波長、
スペクトル帯域幅、及び異なる各固有色成分についてピ
ーク反射率及びピーク透過率を提供できる。さらに、色
分解エレメントは高い光通過量効率を提供でき、特定の
イメージセンサのスペクトル応答及び用途用に容易に最
適化できる。さらに、ホログラフィックポリマー分散液
晶材料を使用した色分解エレメントは、電界オフ及び電
界オン状態の間で非常に高速のスイッチング時間が可能
であり、このことは、特にフィールド順次方式の色分解
に基づく撮像装置にとって都合がよい。色分解エレメン
ト４４は、加法の赤、緑及び青の色分解を生ずる色分解
ミラー（反射モード）として運転することができ、色分
解エレメント１４４は、減法のシアン、マゼンタ及びイ
エローの色分解を生ずる色分解フィルタ（透過モード）
として運転することができる。反射モードにおいて、前
面のグレアは画像光路から除去することができ、それに
よって画質が向上する。反射及び透過モードのいずれに
おいても、撮像装置４０及び１４０は、カラー画像のほ
か、高解像度のモノクロム画像を得られるように製造で
きる。

【００４６】さらに、撮像装置４０及び１４０は、１個
のイメージセンサアレイ４５及び１４５と組み合わせて
フィールド順次方式の色分解を提供できる色分解エレメ
ント４４及び１４４をそれぞれ含み、他の公知の色分解
手法と比べて比較的低価格で高画質の撮像装置の基盤を
形成する。撮像装置４０及び１４０は、フルカラーのデ
ィジタルカメラ、例えばディジタル静止画像カメラ及び
ディジタルビデオカメラに使用できる。撮像装置１４０
は、フルカラーハードコピー装置のような直接画像転写
システムに使用できる。さらに、各色分解の焦点面がわ
ずかに異なるために、軸の色ずれに関してほとんどない
し全く補正を必要としない安価なカメラレンズを使用で
きるという事実を生かして撮像装置４０のコスト削減を
図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 １個のフィルタ付きセンサアレイを含む従来
型撮像装置を示す概略図である。

【図２】 光学プリズム、ダイクロイックエレメント及
び３つの別個のイメージセンサアレイを含む、別の従来
型撮像装置を示す概略図である。

【図３】 πセルカラーシャッタの実測スペクトル透過
率を示す図である。

【図４】 色分解ミラーとして機能するホログラフィッ
クポリマー分散液晶（Ｈ−ＰＤＬＣ）色分解エレメント
を含む、本発明による撮像装置の一例を示す図である。

【図５】 図４の撮像装置で使用するための、ホログラ
フィックポリマー分散液晶色分解媒体を含む色分解エレ
メントの実施の形態の一例を示す図である。

【図６】 図４の撮像装置のホログラフィックポリマー
分散液晶色分解エレメントの、可能な一組のスペクトル
反射率関数（すなわち、スペクトル反射率対光波長）を
示す図である。

【図７】 色分解フィルタとして機能するホログラフィ
ックポリマー分散液晶色分解エレメントを含む、本発明
による撮像装置の別の一例を示す図である。

【図８】 図７の撮像装置のホログラフィックポリマー
分散液晶色分解エレメントの、可能な一組のスペクトル
透過率関数（すなわち、スペクトル透過率対光波長）を
示す図である。

【符号の説明】

２０ １−パス式センサシステム、３０ ３−パス式セ
ンサシステム、４０撮像装置、４２ レンズ、４４ 色
分解エレメント、４５ イメージセンサアレイ、４６
セル、４８ セル、５０ セル、５２ 基板、５４ 電
源、５６ 電源、５８ 電源、６０ 色分解媒体、６２
色分解媒体、６４ 色分解媒体、６６ 黒吸収材、６
８ 光入射面、１４０ 撮像装置、１４２ レンズ又は
レンズシステム、１４４ 色分解エレメント、１４５
イメージセンサアレイ、１４８光出射面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ジー フィスク アメリカ合衆国 カリフォルニア州 キャ ンベル アカプルコ ドライブ 4713 (72)発明者 ハイジ ユアン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 キュ ーパーティーノ ミネット ドライブ 10705

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像装置であって、 入射光をフォーカスするレンズと、 レンズによってフォーカスされた入射光が色分解エレメ
   ントに投影するように配置された色分解エレメントであ
   って、前記色分解エレメントは、 少なくとも第一の基板対を形成できる複数の基板と、 第一の基板対の間に形成された第一のホログラフィック
   ポリマー分散液晶色分解媒体であって、前記第一のホロ
   グラフィックポリマー分散液晶色分解媒体は、入射光の
   第一の固有色の光を反射すると同時に、入射光の第一の
   固有色以外のその他すべての固有色の光を透過する前記
   色分解媒体と、 を含む色分解エレメントと、 第一のホログラフィックポリマー分散液晶色分解媒体に
   よって反射された第一の固有色の光を感知するか、又は
   色分解エレメントによって透過された、入射光の第一の
   固有色以外の実質的にすべての固有色の光を感知するた
   めに、色分解エレメントに対して選択的に配置された第
   一のイメージセンサと、 を含むことを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 撮像装置の製造方法であって、 入射光をフォーカスするレンズを準備し、 レンズによってフォーカスされた入射光が色分解エレメ
   ントに投影するように配置された色分解エレメントを形
   成し、前記色分解エレメントの形成は、 複数の基板から第一の基板対を形成すること、 第一の基板対の間に第一のホログラフィックポリマー分
   散液晶色分解媒体を形成することを含み、前記第一のホ
   ログラフィックポリマー分散液晶色分解媒体は、入射光
   の第一の固有色の光を反射すると同時に、入射光の第一
   の固有色以外のその他すべての固有色の光を透過し、 第一のホログラフィックポリマー分散液晶色分解媒体に
   よって反射された第一の固有色の光を感知するか、又は
   色分解エレメントによって透過された、入射光の第一の
   固有色以外の実質的にすべての固有色の光を感知するた
   めに、色分解エレメントに対して選択的に第一のイメー
   ジセンサを配置することを含むことを特徴とする撮像装
   置の製造方法。
3. 【請求項３】 光の固有色の分解方法であって、 ａ）色分解エレメント上に光を投影させ、 ｂ）色分解エレメントを用いて光から第一の固有色の光
   を分離し、 ｃ）第一の固有色の光をイメージセンサに送り、 ｄ）色分解エレメントを用いて光から第二の固有色の光
   を分離し、 ｅ）第二の固有色の光をイメージセンサに送り、 ｆ）色分解エレメントを用いて光から第三の固有色の光
   を分離し、 ｇ）第三の固有色の光をイメージセンサに送る、ことを
   含むことを特徴とする光の固有色の分解方法。