JP2002287212A - ビデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水面などの撮影時に、水面の反射光に意図し
ない着色が発生してしまうという問題点があった。 【解決手段】 入射光を円偏光に変換する位相差フィル
ター１１を配したことにより、水面などを撮影した時
に、水面の反射光に着色するのを防ぐことができる。ま
た、位相差フィルターを、ビデオカメラに一般的に用い
られている赤外フィルターに貼り付ける構成にすること
で、位相差フィルターの保持を簡単かつ確実に行うこと
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ビデオカメラ関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】水面等で反射された光線は直線偏光作用
を受けることが知られている。ビデオカメラ、特にプリ
ズムに分光膜を配置して光線をＲ、Ｇ、Ｂに分光し、各
々を専用のＣＣＤで光電変換する３ＣＣＤカメラの場
合、直線偏光作用を受けた光線と受けていない所謂円偏
光の光線とは前記分光膜の分光特性が異なり、反射して
いる部分だけが着色するという課題を持っている。これ
を回避するために一般に波長板と呼ばれる水晶でできた
結晶板を撮像手段の前面に配置し、直線偏光作用を受け
た光線を円偏光に変換して分光特性のシフトを回避して
いる。

【０００３】以下に図４、５、６を用いて波長板のしく
みについて説明する。まず、水晶結晶の複屈折と光の位
相の関係について説明する。水晶結晶の屈折率楕円体を
図４（ａ）に示す。ここでＸ軸１０１、Ｙ軸１０２、Ｚ
軸１０３は結晶の光学軸の方向を、ｎｘ１０４、ｎｙ１
０５、ｎｚ１０６はそれぞれの方向の屈折率を表してお
り、水晶結晶の場合は一軸性結晶なのでｎｘ＝ｎｙであ
るので、図４（ａ）のようなＺ軸に軸対象な回転楕円体
で表される。

【０００４】結晶の特定の方向に光が入射した場合、そ
の光に対する屈折率は図４（ｂ）に示すように、光線と
垂直で、かつ楕円体の原点を含む平面で切断した楕円で
表される。ここで、ａ１０７は入射光線の向きを示す。
すなわち、ＯＮを波面法線とする光は、振動面がＯＰ、
ＯＱ方向である２つの直線偏光に分解できる。これを複
屈折と呼ぶ。このときのＯＰ偏光の屈折率をｎｅ１０
８、ＯＱ偏光の屈折率をｎｏ１０９とすると、ｎｏ１０
９はＯＮがどの方向を向いても変化しないが、ｎｅ１０
８は方向により変化する。

【０００５】一般に、屈折率の変化しないＯＱ偏光成分
を常光線、変化するＯＰ偏光成分を異常光線と呼ぶ。一
般に屈折率の高い異常光線は常光線よりも伝搬速度が遅
い。従って、結晶中を伝わるうちに両者に位相差を生じ
る。

【０００６】図５は常光線と異常光線の結晶内での位相
差を示す図である。図５で１１０は常光線、１１１は異
常光線、１１２は屈折媒体である水晶結晶、１１３は水
晶の厚みの寸法を表すＹ軸方向の距離、１１４は位相差
であり、後述する重要な位相差λ／４のイメージを表す
ものである。常光線１１０、異常光線１１１は水晶結晶
１１２中での屈折率が異なるため、屈折率の大きい異常
光線は結晶内での速度が遅められ、結晶の出口であるＹ
＝ｄのところで位相差を持つ。図５では位相差λ／４
（１１４）を持っていることを示している。

【０００７】次に水晶板厚と位相差との関係を図６を用
いて述べる。図６で１２０は水晶板、１２１は水晶結晶
のＸ軸、１２２はＺ軸であり、水晶ではＺ軸が光軸とな
る。１２３は直線偏光された入射光線の偏光方向、１２
４は水晶板の厚みｄである。

【０００８】まず、水晶板１２０のＸ軸１２１、Ｚ軸１
２２に対し４５°に傾けた直線偏光１２３を入射させる
と、結晶内では振動方向がＸ軸１２１に沿うＸ成分とＺ
軸１２２に沿うＺ軸成分に分けられる。水晶板の厚みｄ
１２４をパラメータとし水晶板の表面をＹ座標の原点と
した時、Ｙ＝ｄへは、Ｘ成分は時間τ＝τｘに、Ｚ成分
はτ＝τｚ（＞τｘ）に到達する。したがってＹ＝ｄに
おける位相差Γは、 Γ＝ω＊（τｚ−τｘ） ＝ω＊（ｄ／ｖｚ−ｄ／ｖｘ） ・・・（数式１） と書くことができる。ここでｖｚ、ｖｘはそれぞれ結晶
中の光速、ωは角振動数である。ωは媒質によらず不変
であり、 ω＝２πＣ／λ ・・・（数式２） と書くことができる。ここで、Ｃ、λは各々真空中の光
速、波長である。また、 Ｃ／ｖｚ＝ｎｅ Ｃ／ｖｘ＝ｎｏ ・・・（数式３） は各々の光線に対する屈折率であるから、Ｙ＝ｄにおけ
る位相差Γは、 Γ＝（２π／λ）＊（ｎｅ−ｎｏ）＊ｄ ・・・（数式４） と書ける。なお、水晶の場合、 ｎｅ＝１．５５３ ｎｏ＝１．５４４ ・・・（数式５） である。

【０００９】Ｘ、Ｚ軸に沿う２つの直線偏光は位相が異
なるため、水晶板の出口Ｙ＝ｄでは、光線は波長λ、水
晶板の厚みｄをパラメータとして合成された光線にな
る。さらにこれら２つの直線偏光は直交関係にあるの
で、合成光線は進行方向に対して螺旋状に回転する所謂
楕円偏光としての動作をする。このように直線偏光され
た光線を楕円偏光に変換させる水晶板を一般に波長板と
言う。また、ある波長λに対して位相差Γがπ／２にな
るように厚みｄ１２４を調整するすると直線偏光を完全
円偏光に変換することができる。このような波長板を一
般に１／４λ板と呼んでいる。すなわち、 π／２＝（２π／λ）＊（ｎｅ−ｎｏ）＊ｄ ⇒ ｄ＝（１／４）λ＊（１／（ｎｅ−ｎｏ）） ・・・（数式６） の時、直線偏光を完全円偏光に変換できる。

【００１０】さて、次に波長板をビデオカメラに配置し
た一例を図７を用いて説明する。図７で１３０はレン
ズ、１３１は波長板、１３２はプリズム、１３３はプリ
ズム１３２に入射した光線をＲ、Ｇ、Ｂに分離する分光
膜、１３４はＣＣＤ、１３５は直線偏光された入射光、
１３６は波長板１３１を通過して円偏光に変換された光
線である。

【００１１】以上のように構成された従来のビデオカメ
ラについて、以下その動作について説明する。

【００１２】直線変更された入射光１３５はレンズ１３
０、波長板１３１を通過し、円偏光に変換される。円偏
光された光線１３６はプリズム１３２の分光膜１３３に
てＲ、Ｇ、Ｂ各波長帯に分離され、ＣＣＤ１３３に入射
して電気信号に変換される。

【００１３】分光膜１３３の分光特性は、直線偏光作用
を受けた光線と受けていない所謂円偏光の光線とでは異
なるので、直線偏光成分を多く含む、例えば水面等で反
射した部分などはそこだけが着色するという課題がある
が、波長板１３１により直線偏光作用を受けた光線を円
偏光に変換することで回避している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、ビデオカメラの場合、一般的に可視光の
波長範囲（３６０ｎｍ〜７６０ｎｍ）を取り扱うが、波
長板１３１が直線偏光を円偏光に変換できるのは１／４
λ板として作用する（数式６）の関係を満たす波長だけ
であり、可視光の波長範囲全般に対して変換できている
わけではない。従って反射光の着色について完全に回避
することはできない。

【００１５】図８は偏光面が直交した２枚の偏向子の間
に波長板を挿入した場合（直交ニコル条件という）を想
定し、この特性を求めることで波長板の持つ波長依存性
を示した図である。波長板の厚みｄはｄ＝０．５ｍｍを
想定している。２枚の偏向子は直交関係にあるので波長
板がなければ透過光率は０％であるが、波長板の影響で
波長に応じて楕円偏光に変換されて透過する。透過光率
Ｔは、 Ｔ＝（ｓｉｎ（π／λ＊（ｎｅ−ｎｏ）＊ｔ））＾２ ・・・（数式７） で表され、透過光率５０％のところが完全円偏光であ
り、この波長の時に１／４λ板としての働きをしている
ことを示している。

【００１６】図８を見ると、可視光範囲で円偏光に変換
できていない波長（透過光率５０％から外れている波
長）が多数発生していることが分かる。そこでビデオカ
メラに用いる時は波長板の厚みをできるだけ厚くし、可
視光の波長範囲で１／４λ板としての働きをする波長の
数を増やす方法が取られることがある。

【００１７】図９は直交ニコル条件でのｄ＝１．５ｍｍ
の時の透過光率Ｔである。厚みを厚くすることで円偏光
になっていない波長の間隔が短くなっていることが分か
る。その結果、波長依存性はあるが、反射光の着色とい
う観点で見れば印象として改善したような動作をする。
しかし、根本的に波長依存性がなくなったわけではない
ので十分な解決とは言えず、また効果を上げるためには
厚みを増加させるしかなく、構成的、コスト的に不利で
ある。

【００１８】また、逆に波長板の厚みをできるだけ薄く
して、可視光の波長範囲で１／４λ板としての働きをす
る波長の波長依存性を少なくすることも考えられてい
る。図１０は直交ニコル条件での波長板の厚みｄ＝１５
μｍの時の透過光率Ｔを求めたものである。上記厚みの
波長板は可視光の範囲で透過光率が５０％近傍に局在し
ていることから、直線偏光を円偏光に変換する１／４λ
板的な作用を少ない波長依存性にて実現できていること
が分かる。ただし、厚み１５μｍ程度の水晶板は非常に
薄いので製作は容易ではないため実現は難しい。

【００１９】本発明は上記のような課題に鑑み、構成
的、コスト的に極めてメリットがあり、かつ性能的に波
長依存性の少ない波長板的性質を有することが極めて容
易にできることから、反射光が着色する問題を根本的に
解決する優れたビデオカメラを提供することを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明では第１の発明として、入射される直線偏光
の光線を円偏光の光線に変換する位相差フィルムを、撮
像手段の前面に配したビデオカメラであって、前記位相
差フィルムは、平面内の直交する２つの軸方向で異なる
屈折率を有した有機媒体フィルムからなることを特徴と
するビデオカメラを提案する。

【００２１】このような構成により、構成的、コスト的
に極めてメリットがあり、かつ性能的に波長依存性の少
ない波長板的性質を有することが極めて容易にできるこ
とから、反射光が着色する問題を根本的に解決する優れ
たビデオカメラを提供することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１及び３に記載の
発明は、入射される直線偏光の光線を円偏光の光線に変
換する位相差フィルムを、撮像手段の前面に配したビデ
オカメラであって、前記位相差フィルムは、平面内の直
交する２つの軸方向で異なる屈折率を有した有機媒体フ
ィルムからなるものであり、このような構成により、入
射光を円偏光に変換する位相差フィルターを配したこと
により、水面などを撮影した時に、水面の反射光に着色
するのを防ぐことができる。

【００２３】請求項２に記載の発明は、入射される光線
から赤外線を除去する赤外カットフィルターと、前記赤
外カットフィルターに接着されかつ平面内の直交する２
つの軸方向で異なる２つの屈折率を有した位相差フィル
ムとを、撮像手段の前面に配置するものであり、このよ
うな構成により、保持固定が容易かつ確実になるもので
ある。

【００２４】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。

【００２５】（実施の形態１）１／４λ板としての効果
を発揮するためには、（数式６）で記述される関係式を
満たすことが必要であるが、水晶の場合、屈折率ｎｅ、
ｎｏが固定であるためパラメータとして厚みｄを変えて
最適化するしか方法がない。しかし、ｎｅ、ｎｏを変え
ることができれば、厚みｄをある程度自由に設定でき、
上記課題を解決することができる。

【００２６】そこで、水晶の代わりに、一般に位相差フ
ィルムという呼称で実用化されている有機媒体フィルム
を用いることを考えた。位相差フィルムは延伸の張力に
より平面内の直交する２つの軸方向で異なる屈折率を、
ある程度自由に設定することが可能な有機媒体フィルム
である。位相差フィルムを用いると、（数式６）の（ｎ
ｅ−ｎｏ）の値はある程度自由に設定できるので、フィ
ルムの厚みｄを固定していても、１／４λ板としての効
果を発揮する所望の特性の波長板を実現することができ
るので構成的な制約が少ない。しかもフィルムという特
性上、比較的薄くできるという利点があり、構成的、コ
スト的にも極めて有利である。本実施の形態は、上記の
ような位相差フィルムを撮像手段の前面に配置すること
を特徴とするビデオカメラである。

【００２７】図１は直交ニコル条件での位相差フィルム
の（ｎｅ−ｎｏ）＊ｄ＝９０、１３５、１８０ｎｍの時
の透過光率Ｔを求めたものである。上記の範囲の条件の
位相差フィルムは可視光の領域で透過光率が５０％近傍
に局在していることから、直線偏光を円偏光に変換する
１／４λ板的な作用を少ない波長依存性にて実現できる
ことが分かる。

【００２８】次に、 （ｎｅ−ｎｏ）＊ｄ＝（１３５±４５ｎｍ）／ｄ ・・・（数式８） なる特性を有する位相差フィルムを撮像手段の前面に配
置したビデオカメラを提案する。

【００２９】図２は本実施の形態のビデオカメラの構成
を示した模式図である。図２で、１０は被写体からの光
学信号が入射されるレンズ、１１は（ｎｅ−ｎｏ）＊ｄ
＝１３５ｎｍの特性を持つ位相差フィルムで、レンズ１
０からの直線偏光である入射光１５を、円偏光である光
線１６に変換して出力する。１２はプリズム、１３はプ
リズム１２に入射した光線（円偏光１６）をＲ、Ｇ、Ｂ
に分光する分光膜、１４はＲＧＢに分光された光線をそ
れぞれ結像して電気信号に変換して出力する撮像素子で
あるＣＣＤ、１５は直線偏光された入射光、１６は位相
差フィルム１１を通過して円偏光に変換された光線であ
る。ここで、プリズム１２と分光膜１３とＣＣＤ１４と
で撮像手段を構成している。

【００３０】以上のように構成された本実施の形態のビ
デオカメラについて、以下その動作について説明する。

【００３１】直線偏光された入射光１５はレンズ１０、
位相差フィルム１１を通過し、少ない波長依存性で円偏
光１６に変換される。円偏光された光線１６はプリズム
１２の分光膜１３でＲ、Ｇ、Ｂ各波長帯に分離され、そ
れぞれのＣＣＤ１４に入射して電気信号に変換して出力
される。

【００３２】さらに、厚み１５μｍの水晶波長板と同等
の特性になるように位相差フィルム１１を最適化すれ
ば、直線偏光を円偏光に変換する１／４λ板的な作用を
少ない波長依存性にて実現できることが容易に想定でき
る。そこで（数式６）を用いて、（ｎｅ−ｎｏ）＊ｄを
パラメータとして、厚み１５μｍの水晶波長板で求めた
時と同じように可視光領域で波長依存性が最も少なくな
る条件を求めてみた。その結果、 （ｎｅ−ｎｏ）＊ｄ＝１３５ｎｍ ・・・（数式９） 程度で波長依存性の少ない位相差フィルム１１が実現で
きることが判明した。

【００３３】以上のように本実施の形態によれば、入射
光を円偏光に変換する位相差フィルター１１を配したこ
とにより、水面などを撮影した時に、水面の反射光に着
色するのを防ぐことができる。

【００３４】（実施の形態２）次に、本発明のビデオカ
メラの実施の形態２について説明する。

【００３５】本実施の形態では、位相差フィルムを赤外
カットフィルターに貼り合せたユニットを、撮像手段の
前面に配置することを特徴とするビデオカメラを提案す
る。さらに、（数式８）なる特性を有する位相差フィル
ムを赤外カットフィルターに貼り合せたユニットを撮像
手段の前面に配置することを特徴とするビデオカメラを
提案する。

【００３６】図３は、本実施の形態のビデオカメラの一
例を示す模式図である。

【００３７】図３で、１０は被写体からの光学信号が入
射されるレンズ、４０は（数式８）なる特性を有する位
相差フィルム、４１は入射される光線から赤外線を除去
する赤外カットフィルターであり、位相差フィルム４１
と赤外カットフィルター４２は貼り合わされてユニット
化されている。なお、図示では位相差フィルター４０を
赤外カットフィルター４１に対してレンズ１０側に貼り
付けたが、赤外カットフィルター４１のプリズム１２側
に貼り付けてもよい。１２はプリズム、１３はプリズム
１２に入射した光線（円偏光１６）をＲ、Ｇ、Ｂに分光
する分光膜、１４はＲＧＢに分光された光線をそれぞれ
結像して電気信号に変換して出力する撮像素子であるＣ
ＣＤ、１５は直線偏光された入射光、１６は波長板を通
過して円偏光に変換された光線である。

【００３８】以上のように構成された本実施の形態のビ
デオカメラにおいて、以下その動作について説明する。

【００３９】直線偏光された入射光１５は、レンズ１０
を介して位相差フィルム４０に入射され、位相差フィル
ム４０、赤外カットフィルター４１を通過し、波長依存
性が少ない形で円偏光１６に変換される。円偏光された
光線１６はプリズム１２の分光膜１３でＲ、Ｇ、Ｂ各波
長帯に分離され、ＲＧＢそれぞれに対応したＣＣＤ１４
に入射して、光信号を電気信号に変換して出力してい
る。

【００４０】以上のように本実施の形態によれば、位相
差フィルム４０を設けることで、水面などを撮影した時
に、水面の反射光に着色するのを防ぐことができる。ま
た、位相差フィルム４０を、ビデオカメラに一般的に配
されている赤外カットフィルター４１に貼り合わせる構
成としたことにより、保持固定が容易かつ確実になると
いう効果を奏することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、構成的、
コスト的に極めてメリットがあり、かつ性能的に波長依
存性の少ない波長板的性質を有することが極めて容易に
できることから、反射光が着色する問題を根本的に解決
する優れたビデオカメラを提供することができ、その効
果は極めて大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】直交ニコル条件での位相差フィルムの（ｎｅ−
ｎｏ）＊ｄ＝９０、１３５、１８０ｎｍの時の透過光率
Ｔを示す特性図

【図２】本発明の実施の形態１のビデオカメラの構成を
示した模式図

【図３】本発明の実施の形態２のビデオカメラの構成を
示した模式図

【図４】水晶結晶の屈折率楕円体を示す特性図

【図５】常光線と異常光線の結晶内での位相差を示す波
形図

【図６】水晶板厚と位相差との関係を示す斜視図

【図７】従来のビデオカメラの構成を示す模式図

【図８】従来のビデオカメラにおける透過率と波長との
関係を示す特性図

【図９】従来のビデオカメラにおける透過率と波長との
関係を示す特性図

【図１０】直交ニコル条件での波長板の厚みｄ＝１５μ
ｍの時の透過率を求めた特性図

【符号の説明】

１０ レンズ １１、４０ 位相差フィルム １２ プリズム １３ 分光膜 １４ ＣＣＤ １５ 入射光 １６ 円偏光 ４１ 赤外カットフィルター

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射される直線偏光の光線を円偏光の光
   線に変換する位相差フィルムを、撮像手段の前面に配し
   たビデオカメラであって、前記位相差フィルムは、平面
   内の直交する２つの軸方向で異なる屈折率を有した有機
   媒体フィルムからなることを特徴とするビデオカメラ。
2. 【請求項２】 入射される光線から赤外線を除去する赤
   外カットフィルターと、前記赤外カットフィルターに接
   着されかつ平面内の直交する２つの軸方向で異なる２つ
   の屈折率を有した位相差フィルムとを、撮像手段の前面
   に配置することを特徴とするビデオカメラ。
3. 【請求項３】 位相差フィルムは、平面内の直交する２
   つの軸方向で異なる２つの屈折率を有し、厚みがｄ、前
   記２つの屈折率がそれぞれｎｏ、ｎｅである時、 （ｎｅ−ｎｏ）＊ｄ＝（１３５±４５ｎｍ） なる特性を有していることを特徴とする請求項１及び２
   記載のビデオカメラ。