JP2008158279A

JP2008158279A - 色分解プリズム及びカラー撮像装置

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Publication number: JP2008158279A
Application number: JP2006347280A
Authority: JP
Inventors: Naoki Hanajima; 直樹花島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-25
Also published as: JP5056002B2

Abstract

【課題】レジストレーションのずれを抑制でき、ゴーストやフレアの発生を低減できる色分解プリズム及びカラー撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る色分解プリズム１０は、光の入射側から順に接合された第１プリズム部材１１、第２プリズム部材１２および第３プリズム部材１３と、第１プリズム部材１１の光入射面に接合され、筺体部１６に第１，第２および第３プリズム部材１１〜１３を固定するための保持具１５とを備えている。これにより、プリズム部材の各々を保持具に接合一体化する場合に比べて、保持具と各プリズム部材間の熱膨張率差に起因するレジストレーションのずれを抑制することができる。また、保持具１５を黒色の材料で形成することで、保持具１５の表面における有効光束外の光の反射による迷光の発生を低減し、ゴーストやフレアの発生を抑える。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光を青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）及び赤色（Ｒ）の色成分別に分解する色分解プリズム及びカラー撮像装置に関する。

複数の固体撮像素子を用いたカラー撮像装置では、ＲＧＢ各色成分への分離を行うために色分解プリズムが用いられている。各撮像素子は被写体像の各色成分が正確に重なり合うように調整（レジストレーション調整）されてプリズムに接合される。撮像レンズを入射した光は、ＮＤフィルタ、絞り等を通過してプリズムに入射した後、撮像素子で光電変換される。光学系は、レンズの鏡筒、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ、絞り等とともにプリズム保持具がカメラの筺体部に取り付けられている。

色分解プリズムは、光の入射側より第１，第２，第３の３つのプリズム部材が順に配置されてなり、これら３つのプリズム部材間の２つのプリズム界面に、色分離用の第１，第２の光学フィルタが順に形成されている。第１，第２の光学フィルタは、通常、屈折率の異なる二種以上の光学膜を交互に積層した光学多層膜（ダイクロイック膜）で構成されている。

色分解プリズムの種類としては、第１光学フィルタを青（又は赤）反射膜、第２光学フィルタを赤（又は青）反射膜で構成した、いわゆるエアギャップ方式の色分解プリズムと、第１光学フィルタを緑反射膜、第２光学フィルタを青反射膜で構成した、いわゆるエアギャップレス方式の色分解プリズムが知られている（下記特許文献１参照）。

一方、上述した構成の色分解プリズムをカラー撮像装置の筺体部に保持する構造として例えば図５に示すものがある（下記特許文献２参照）。図５に示すカラー撮像装置１は、図示しない撮像レンズを介して入射される撮像光を赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂに分光する色分解プリズム２と、この色分解プリズム２にて分光された各色成分の被写体像を撮像する３枚のＣＣＤイメージセンサ３ｒ，３ｇ，３ｂを備えている。

色分解プリズム２はエアギャップ方式の色分解プリズムで構成され、プリズム保持具４を介して筺体５に取り付け固定されている。色分解プリズム２を構成する各プリズム部材は、プリズム保持具４の内面に接着固定されている。

特開平５−１８８２２０号公報特開平５−１８３９１５号公報

しかしながら、上述した構成の従来のカラー撮像装置１においては、プリズム保持具４が例えば鉄等の金属材料で構成されているため、ガラス材料で構成されるプリズム部材との間で大きな熱膨張率差を有している。その結果、高温環境下での使用時などにおいては色分解プリズム２とプリズム保持具４の界面に位置する接着層に歪みが生じ、プリズム部材間の相対位置が僅かに変化することで、レジストレーションのずれに大きな影響を与えるという問題がある。

また、撮像レンズには、有効光束以外の光が入射する場合がある。この有効光束外の光がレンズユニット鏡筒側面やプリズム側面に入射し乱反射した際に有効光束内に入ると、ゴーストやフレアの原因になる。このため、この有効光束外の光が色分解プリズムに入射しないようにする必要がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、レジストレーションのずれを抑制でき、ゴーストやフレアの発生を低減することができる色分解プリズム及びカラー撮像装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の色分解プリズムは、光の入射側から順に接合された第１プリズム部材、第２プリズム部材および第３プリズム部材と、第１プリズム部材の光入射面に接合され、筺体部にプリズム部材を固定するための保持具とを備えたことを特徴とする。

本発明の色分解プリズムは、接合一体化された第１，第２および第３プリズム部材が、第１プリズム部材の光入射面に接合された保持具によって筺体部に保持される構成であるので、プリズム部材の各々を保持具に接合一体化する場合に比べて、保持具と各プリズム部材間の熱膨張率差に起因するレジストレーションのずれを抑制することができる。

また、本発明の色分解プリズムにおいて、上記保持具は、入射光束が通過する開口部を備えた黒色の板材で構成されている。有効光束内の光は上記開口部を通過して色分解プリズムに入射するが、有効光束外の光は保持具の非開口部に入射する。ここで、保持具を黒色で構成することにより、有効光束外の光の反射が抑えられるので、当該有効光束外の光に起因するゴーストやフレアの発生を低減することができる。保持具の表面がブラスト処理等により粗面化されていると更に効果的である。

上記保持具を構成する材料は、第１プリズム部材と同等の熱膨張率を有する黒色の材料が好ましい。具体的には、黒色に着色されたセラミック材料、例えば、ステアタイト（ＭｇＯ−ＳｉＯ₂）、フォルステライト（２ＭｇＯ−ＳｉＯ₂）、ムライト（Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、フェライトなどが挙げられる。材料の黒色化には、カーボンの添加が有効である。

以上述べたように、本発明によれば、保持具とプリズム部材間の熱膨張率差に起因するレジストレーションのずれを抑えることができるとともに、有効光束外の光に起因するゴーストやフレアの発生を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態による色分解プリズム１０を備えたカラー撮像装置２０の撮像光学系を示す概略構成図である。図示するカラー撮像装置２０は、例えば３板式ビデオカメラに適用され、撮像光学系１７の筺体部１６の内面に、色分解プリズム１０が一体的に取り付けられた構成を有している。

本実施形態の色分解プリズム１０は、撮像光（入射光束）Ｌの入射側から順に接合された緑色光取出用の第１プリズム部材１１と、青色光取出用の第２プリズム部材１２と、赤色光取出用の第３プリズム部材と、第１プリズム部材１１の光入射面に接合され、筺体部１６に第１，第２および第３プリズム部材１１，１２，１３を一体固定するための保持具１５とを備えている。

第１〜第３プリズム部材１１〜１３はそれぞれ、例えばガラス材料で形成された所定形状のプリズムブロックからなり、後述するように所定の光学フィルタを介して上述した配置形態でプリズム間が接合一体化されている。

第１プリズム部材１１の光出射面には緑色光用の固体撮像素子１４Ｇが設置されている。第２プリズム部材１２の光出射面には青色光用の固体撮像素子１４Ｂが設置されている。そして、第３プリズム部材１３の光出射面には赤色光用の固体撮像素子１４Ｒが設置されている。各固体撮像素子１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｒは、プリズム部材１１〜１３に対して、被写体像の各色成分が正確に重なり合うように調整（レジストレーション調整）された状態で設置されている。

なお、緑色光透過フィルタ１１Ｇ、青色光透過フィルタ１２Ｂおよび赤色光透過フィルタ１３Ｒは必要に応じて省略してもよい。また、固体撮像素子１４Ｇ，１４Ｂ，１４Ｒは、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどで構成される。

保持具１５は、接合一体化された第１〜第３プリズム部材１１〜１３を筺体部１６に保持するためのもので、図１に示すように、筺体部１６と第１プリズム部材１１の光入射面との間に接着剤を用いて接合されている。なお、保持具１４の筺体部１６側には、図示せずとも、絞りやローパスフィルタ等の各種光学素子が配置されている。

上述のように、各プリズム部材１１〜１３が第１プリズム部材１１の光入射面に接合された保持具によって筺体部１６に保持される構成とすることにより、プリズム部材１１〜１３の各々を共通の保持具に接合一体化する場合に比べて、保持具とプリズム部材の間の接着領域を少なくできる分、接着層の残留歪みや保持具とプリズム部材の熱膨張率差に起因する歪みに起因する相互間の相対位置の変化を小さくすることが可能となり、これによりレジストレーションのズレを効果的に抑制することが可能となる。

図２は、保持具１５をプリズム側から見た背面図である。図においてプリズム部材１１〜１３の図示は省略している。保持具１５は、撮像光（入射光束）が通過する開口部１５ａを備えた板材からなる長方形状の台板として構成されている。保持具１５が板材で構成されているので、色分解プリズム１０の光路方向の長さを短くでき、筺体部１６に対して色分離機構をコンパクトに構成することが可能となる。

保持具１５の開口部１５ａは、撮像光学系１７を通過する結像光束を第１プリズム部材１１の光入射面に入射させるために設けられている。開口部１５ａの面積は、被写体像の結像に用いられる有効光束内の光のみを通過させ、有効光束外の光は遮蔽できる程度の大きさに形成されている。

有効光束外の光は、結像光束の光軸から外れた軸外の光を意味する。この軸外の光は、保持具１５の非開口部で遮蔽されて、プリズム部材１１〜１３への直進入射が阻止されるものの、保持具１５の表面で乱反射して迷光となり、一部が有効光束内に入り込む場合がある。有効光束内に入った迷光は、各プリズム部材で色分離されて画像形成に用いられることになる結果、ゴーストやフレアを招き、画質を劣化させる。

そこで、本実施形態においては、保持具１５は、全体が黒色に着色されている。保持具１５を黒色に着色することにより、保持具１５の表面に入射する光の吸収効果を高めて、迷光となる反射光の低減を図るようにしている。これにより、ゴーストやフレアの発生が抑制され、画質の劣化が防止される。

黒色着色された保持具１５の表面に、ブラスト処理を施してもよい。これにより、保持具１５の表面を粗面化でき、有効光束外の光の鏡面反射を防ぐことができるので、ゴーストやフレアの抑制に貢献することができる。

保持具１５の構成材料としては、熱膨張率が低く、機械的強度にも優れた黒色セラミックス材料が好適である。具体的には、ステアタイト（ＭｇＯ−ＳｉＯ₂）、フォルステライト（２ＭｇＯ−ＳｉＯ₂）、ムライト（Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、フェライトなどが挙げられる。材料の黒色化には、カーボンの添加が有効である。なお、機械的強度や熱膨張歪などの条件が適合する範囲内において、プラスチックなどの有機材料を保持具１５の構成材料に用いることも可能である。

また、保持具１５は、第１プリズム部材１１と同等の熱膨張率を有する材料で形成されるのが好ましい。具体的に、第１プリズム部材１１（第２，第３プリズム部材１２，１３）が硼珪酸ガラス（ＢＫ７）で構成されている場合、この熱膨張率は７２×１０^-7／℃である。この場合、保持具１５としては、カーボンを添加したアルミナセラミックス（熱膨張率：〜７３×１０^-7／℃）のほか、ステアタイト（〜７０×１０^-7／℃）、ムライト（〜６７×１０^-7／℃）、チタン合金（〜８８×１０^-7／℃）などが好適に用いられる。

図３は、本実施形態の色分解プリズム１０の概略構成図である。色分解プリズム１０は、いわゆるエアギャップレス方式の色分解プリズムで構成されており、第１プリズム部材１１と第２プリズム部材１２は、第１光学フィルタＰ１１を介して接合一体化されており、第２プリズム部材１２と第３プリズム部材１３は、第２光学フィルタＰ１２を介して接合一体化されている。各プリズム部材の接合には、例えば紫外線硬化樹脂等の接着剤が用いられている。第１光学フィルタＰ１１は、緑色光ＬＧを反射し、赤色光ＬＲおよび青色光ＬＢを透過させる光学多層膜（緑反射膜）で構成されている。第２光学フィルタＰ１２は、青色光ＬＢを反射し、赤色光ＬＲを透過させる光学多層膜（青反射膜）で構成されている。

入射光である撮像光束Ｌは、第１プリズム部材１１に入射し、第１光学フィルタＰ１１で緑帯域の光は反射され、赤青帯域の光は透過する。第１光学フィルタＰ１１で反射された緑色光ＬＧは、第１プリズム部材１１の入射面で全反射され、第１プリズム部材１１の出射面から出射して緑色用固体撮像素子１４Ｇ（図１）に入射する。ここで、第１プリズム部材１１の緑色光ＬＧの全反射面に対応する領域は、保持具１５の開口部１５ａ内に位置するため、空気層との屈折率差を利用した全反射作用を確保することができる。

一方、第１光学フィルタＰ１１を透過した光のうち、青帯域の光ＬＢは第２光学フィルタＰ１２で反射され、赤帯域の光ＬＲは第２光学フィルタＰ１２を透過する。第２光学フィルタＰ１２で反射した青色光ＬＢは、第２プリズム部材１２の出射面から出射して青色用固体撮像素子１４Ｂに入射する。第２光学フィルタＰ１２を透過した赤色光ＬＲは、第３プリズム部材１３の出射面から出射して赤色用固体撮像素子１４Ｒに入射する。

以上のように構成される本実施形態の色分解プリズム１０においては、接合一体化された第１，第２および第３プリズム部材１１〜１３が、第１プリズム部材１１の光入射面に接合された保持具１５によって筺体部１６に保持される構成であるので、プリズム部材の各々を共通の保持具に接合一体化する従来の構造（図５）に比べて、保持具とプリズム部材間の熱膨張率差に起因する相対位置の変化を抑制することができる。従って、本実施形態の色分解プリズム１０を備えたカラー撮像装置においては、保持具１５とプリズム部材１１〜１３間の相対位置変化に起因するレジストレーションのずれを抑制することが可能となる。

また、本実施形態によれば、色分解プリズム１０を構成する保持具１５が黒色着色されているので、有効光束外の光の反射を大きく低減することが可能となる。これにより、ゴーストやフレアを大きく低減することができる。

図４は、金属光沢を有するチタン合金製の保持具と、カーボン添加アルミナセラミックス製の保持具について、可視光域における表面反射率を測定した一実験結果である。可視光域での平均反射率は、チタン合金で約１０％、カーボン添加アルミニウムセラミックスでは約４％であった。また、黒色に着色したフェライト製保持具について同様の実験を行ったところ、可視光域での平均反射率は約３％であった。更に、表面をブラスト処理したカーボン添加アルミナセラミックスについて同様の試験を行ったところ、可視光域での平均反射率は０．５％以下であった。このサンプルを用いた色分解プリズムをカラー撮像装置に搭載したところ、チタン合金製の保持具を用いたカラー撮像装置に比べて、ゴースト、フレアが大きく低減されたことが確認された。

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施形態では、色分解プリズム１０を構成する保持具１５を長方形状で形成したが、これに限らず、円形状等であってもよい。また、開口部１５ａの形状も四角形状のものに限られず、円形状等であってもよい。

また、以上の実施形態では、色分解プリズム１０において、入射光の色分離を緑、青および赤の順で行うようにしたが、これに限られない。また、色分解プリズムは上述したエアギャップレス方式に限られず、エアギャップ方式の色分解プリズムについても本発明は適用可能である。

また、以上の実施形態では、保持具１５として全体が黒色に着色された材料を用いる例について説明したが、少なくとも、撮像光束の入射面側が黒色に着色された保持具を用いてもよい。

更に、以上の実施形態では、保持具１５の表面を粗面化する方法としてブラスト処理を例に挙げたが、これに限らず、ウェットエッチング等の化学的手法を用いて表面を粗面化するようにしてもよい。

本発明の実施形態によるカラー撮像装置の概略構成図である。図１に示したカラー撮像装置を構成する保持具の背面図である。本発明の実施形態による色分解プリズムの概略構成図である。本発明に係る保持具の可視光域における反射率を示す一実験結果である。従来のカラー撮像装置の概略構成図である。

符号の説明

１０…色分解プリズム、１１…第１プリズム部材、１２…第２プリズム部材、１３…第３プリズム部材、１４Ｂ，１４Ｇ，１４Ｒ…固体撮像素子、１５…保持具、１５ａ…開口部、１６…筺体部、１７…撮像光学系、２０…カラー撮像装置、Ｐ１１…第１光学フィルタ、Ｐ１２…第２光学フィルタ

Claims

撮像光学系の筺体部に取り付けられる色分解プリズムであって、
光の入射側から順に接合された第１プリズム部材、第２プリズム部材および第３プリズム部材と、
前記第１プリズム部材の光入射面に接合され、前記筺体部にプリズム部材を固定するための保持具と、を備えた
ことを特徴とする色分解プリズム。
前記保持具は、入射光束が通過する開口部を備えた黒色の板材からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の色分解プリズム。
前記保持具は、前記第１プリズム部材と同等の熱膨張率を有する材料で形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の色分解プリズム。
前記保持具は、黒色セラミック材料からなる
ことを特徴とする請求項３に記載の色分解プリズム。
前記保持具の表面は粗面化されている
ことを特徴とする請求項４に記載の色分解プリズム。
撮像光学系の筺体部と、
この筺体部に取り付けられ光の入射側から順に接合された第１プリズム部材、第２プリズム部材および第３プリズム部材と、
前記プリズム部材の各々の光出射面に配置された緑色光、青色光および赤色光用の固体撮像素子と、を備えたカラー撮像装置において、
前記第１プリズム部材の光入射面に接合され、前記筺体部にプリズム部材を固定するための保持具を備えた
ことを特徴とするカラー撮像装置。