JP2929655B2 - 色分解プリズム及びそのプリズムを用いた多板式撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は多板式撮像装置に使用する色分解プリズムに
関する。さらに詳しくは、光線の入射角依存性を解消し
た色分解プリズムに関する。

従来の技術 一般に多板式撮像装置において、色分解プリズムによ
り被写体からの入射光束を波長に応じた複数の光束に分
解し、分割された複数の光束を複数の固体撮像素子でそ
れぞれ受光している。

例えば、２板式撮像装置の光学系の構成例を第１図に
示して、従来の多板式撮像装置における色分解プリズム
の働きを説明する。

図中、（11）はレンズ、（12）は赤外カットフィル
タ、（13）は色分解プリズム、（14）、（15）は固体撮
像素子である。（13b）は色分解膜で、緑色光を反射
し、マゼンタ光（赤色光、青色光）を透過させる特性を
有している。被写体からの入射光束は、レンズ（11）、
赤外カットフィルタ（12）を通過して、色分解プリズム
（13）の面（13a）へ入射し、入射した光の内、緑色成
分は、色分解膜（13b）で反射され、さらに面（13a）で
全反射し、固体撮像素子（14）に達して、緑色信号Ｇを
発生させる。色分解プリズムへの入射光の内、マゼンタ
成分（赤色成分と青色成分）は、色分解膜（13b）を透
過して、固体撮像素子（15）に達する。固体撮影素子
（15）の画素の全面には赤色光のみを通過するフィルタ
と青色光のみを通過するフィルタが交互にストライプ状
に配置されており（図示せず）、固体撮像素子（15）に
達した光はそれにより赤色成分と青色成分に分解され、
赤色信号（Ｒ）と青色信号（Ｂ）を発生させる。

しかし、上記のような光学系で被写体を撮像した場
合、ある状態で色バランスをとったとしても、それとは
異なる状態で色バランスが崩れてしまうという問題があ
った。例えば、ピントの合った状態において画面中央に
対して色バランスを調整すると、以下の、の場合に
無彩色被写体に色が付いたりする現象（以下、この現象
を「色シューディング」という）が生じたりする。

画面内の位置にかかわらず、ピントが合っていない
所（以下、「デフォーカス部」という）では無彩色被写
体のエッジに色が付く。

ピントが合っていても、画面周辺では無彩色被写体
に色が付く。

色シェーディングを回路により補正して解決を図ろう
とする技術が特開昭63−276992号公報に開示されている
が、デフォーカス部分の無彩色被写体のエッジに着色す
ることに対しては効果がない。

発明が解決しようとする課題 本発明は上記のような事情に鑑みなされたものであ
り、色シェーディングの生じない固体撮像装置を提供す
ることを目的とする。

本発明は、さらに、感度低下をきたすことなく、上記
目的を達成できる固体撮像装置を提供することを目的と
する。

課題を解決するための手段 上記目的は、従来の固体撮像装置に使用されている色
分解プリズムにおいて、色分解膜と同じ分光特性の干渉
膜を、色分解膜と固体撮像素子の間に、光軸に対して、
色分解膜とは逆に傾けて配置することにより達成され
る。

すなわち、本発明は２次元固体撮像素子を用いた多板
式撮像装置に使用され、入射光束を波長に応じた複数の
光束に分解する色分解プリズムにおいて、該色分解プリ
ズムが、少なくとも、 入射光を緑色成分とマゼンタ成分に分解する色分解膜
および、 該色分解膜よりもマゼンタ成分光出射側に配置した干
渉膜からなり、 該干渉膜は色分解膜と同じ分光特性を持ち、色分解膜
と干渉膜は光軸に対して逆方向に傾いているように配置
されて構成されていることを特徴とする色分解プリズム
により達成される。

実施例 本発明の色分解プリズムの構成例を第２図に示す。図
中、（30）は色分解プリズム、（31）は光入射面、（3
2）は色分解膜、（33）は光出射面、（34）は干渉膜を
示す。干渉膜（34）は色分解膜（32）と同じもので構成
される。色分解プリズム（30）の構成部材は、以下に記
載する作用を達成できるものであれば、特に制限される
ものでなく、公知のものを適用することができる。

θは色分解膜（32）が光軸に垂直な面と為す角度、
θ′は干渉膜（34）が光軸に垂直な面と為す角度であ
る。色分解膜（32）と干渉膜（34）は光軸に対して、互
いに逆方向に傾斜している。θとθ′は同じ角度であ
る。

本発明の色分解プリズムは、第１図において示した従
来の色分解プリズム（13）に代えて使用することができ
る。

色分解膜（32）は、レンズ（11）および赤外カットフ
ィルター（12）を通過した被写体からの入射光を緑色成
分（以下、「Ｇ成分」という）とマゼンタ成分（以下、
「BR成分」という）に分解する働きをする。本明細書に
おいては、固体撮像素子（15）の方へRB成分が、固体撮
像素子（14）の方へＧ成分が分解されるものとして説明
されている。

干渉膜（34）を設けない以外、第２図の色分解プリズ
ムと同様の構成を有する色分解プリズムを第３図に示
し、さらに色分解膜の特性を説明する。

色分解膜を通過する光線の分光透過率には入射角依存
性がある。色分解膜への入射角の異なる入射光線（2
a）、（2b）、（2c）に対する色分解膜（32）の分光透
過率は、それぞれ第４図に示した曲線（4a）、（4b）、
（4c）で表わされる。

固体撮像素子（15）の内、赤色フィルタが配置された
箇所をＲチャンネル、青色フィルタの配置された箇所を
Ｂチャンネルと呼ぶこととすると、色分解プリズムを通
過させないで固体撮像素子（15）に直接照射したときの
ＲチャンネルとＢチャンネルの分光感度は、それぞれ第
５図中の曲線5Rおよび5Bで示される。このような分光感
度を有する固体撮像素子に対して、干渉膜（34）を有し
ない第３図に示した色分解プリズム（30）を通過した光
のＲチャンネルおよびＢチャンネルの分光感度は第６図
に示したようになる。第６図中の記号、例えば6aは、色
分解プリズムに入射した光線（2a）（第３図）に対応す
るＲチャンネルの分光感度曲線を示している。すなわ
ち、色分解プリズムへの入射光線（第３図）と、第６図
の分光曲線は小文字ａ、ｂ、ｃに対応付けている。この
図からわかるように、色分解膜（32）への入射角度が異
なると、分光感度も異なる。これは前述したように、色
分解膜の分光透過率が、入射角依存性があることによる
ものである。第６図において、曲線と横軸で挟まれた領
域の面積は、等エネルギー白色光に対する感度を表す
が、光線2aに対応する感度を１としたときの光線2b、2c
に対応する固体撮像素子の感度は下記表に示したよう
に、入射角によりＲ成分とＢ成分に対する感度の比が異
なる。

表１ 光線 Ｂチャンネル Ｒチャンネル 2a 1 1 2b 1 0.5 2c 0.7 1.5 像は種々の入射角で色分解膜を通過した光線が集まっ
て形成されている。そのため、ある光線の集まり状態で
忠実な色再現が得られるように、Ｒ成分、Ｂ成分に対す
るゲインを調整したといても、それと異なる光線の集ま
りでは、色バランスがくずれることになる。例えば、ピ
ントの合った状態において画面中央に対して色バランス
を調整すると、画面内の位置にかかわらずデフォーカ
ス部の無彩色被写体のエッジに対して、ピントが合っ
ている画面周辺部の無彩色被写体に対して、色シューデ
ィングが生じる。

本発明は、このような現象を防止するため、第２図に
示したように、干渉膜（34）を色分解膜（32）よりもRB
成分光出射側に配置する。この際、干渉膜（34）は、色
分解膜（32）と同じ分光特性をもつものを使用し、色分
解膜（32）と干渉膜（34）は光軸に対して逆方向に傾い
ているように配置する。従って、色分解プリズム（30）
に入射する光線（3a）、（3b）、（3c）に対する色分解
膜（32）の分光透過率は、それぞれ第４図中の透過率曲
線（4a）、（4b）、（4c）に対応し、干渉膜（34）の分
光透過率はそれぞれ同図（4a）、（4c）、（4b）に対応
する。例えば、色分解膜（32）に入射する光線（3b）は
第４図中（4b）に示した分光透過率をもって色分解膜を
透過し、該色分解膜を透過した光線は第４図中（4c）に
示した分光透過率をもって干渉膜（34）を透過する。

本発明の色分解プリズムを出射した光線は固体撮像素
子（15）に達する。この場合の撮像系のＲチャンネルと
Ｂチャンネルの分光感度は第７図に示すようになる。光
線（3b）と（3c）に関して、同じ曲線となる。また入射
角による感度は下記表２のようになる。

表２ 光線 Ｂチャンネル Ｒチャンネル 3a 1 1 3b 0.7 0.6 3c 0.7 0.6 上記表２より、入射角によるＲ成分とＢ成分に対する
感度比の差が小さくなっており、デフォーカス部の画面
周辺の色のバランスの崩れが小さくなることがわかる。

また、第６図と第７図を比べると、光線（3b）、（3
c）に対応する感度は、光線（2b）、（2c）に対応する
感度に比べ相当低下するが、光線（3a）に対応する感度
は、光線（2a）に対応する感度に比べ殆ど落ちていな
い。従って、光束全体としては10〜20％程度の感度の低
下に収まることになる。また、分光特性の形もよいので
色再現性のよい撮像系が得られる。

比較例 本発明と同様の課題を達成するために第８図に示すよ
うな分光特性を有するトリミングフィルタを色分解プリ
ズムと固体撮像素子（15）の間に配置した。

その場合の撮像系のＲチャンネルとＢチャンネルの分
光感度を第９図に示し、感度比を下記表３に示した。

表３ 光線 Ｂチャンネル Ｒチャンネル 2a 1 1 2b 1 0.8 2c 0.8 1 上記表３より入射角によるＲ成分とＢ成分に対する感
度比の違いは少なくなっており、デフォーカス部の無彩
色被写体のエッジ及び画面周辺部の無彩色被写体に対し
て色シューディングが生じにくくなること（色バランス
が崩れないこと）がわかる。

しかしがなら、第６図と第９図とを比べると、絶対的
な感度がトリミングフィルタによりもとの半分程度にま
で低下してしまう。また分光感度特性が理想形から大き
くずれて色再現性の悪い、撮像系となる。

本発明と比較例を比較してみるに、本発明はデフォー
カス部のエッジ部や画面周辺部の色バランスが、トリミ
ングフィルタを用いた比較例（表３）よりも入射角によ
るＲ成分とＢ成分に対する感度比の違いが少ないので改
善されていることがわかる。

発明の効果 本発明により色分解膜と固体撮像素子の間に色分解膜
と同じ分光特性の干渉膜を光軸に対して色分解膜とは逆
に傾けて配置した構成の色分解プリズムを使用すること
により、画面内のデフォーカス部分におけるエッジの色
バランスおよび画面周辺の色バランスが改良される。

【図面の簡単な説明】

第１図は色分解プリズムをもちいた固体撮像装置の光学
系の概略構成例を示す図である。 第２図は本発明の色分解プリズムの概略構成例を示す図
である。 第３図は従来の色分解プリズムの概略構成例を示す図で
ある。 第４図は色分解膜の分光透過率を示す図である。 第５図は固体撮像素子のＲチャンネルとＢチャンネルの
分光感度を示す図である。 第６図は従来の色分解プリズムを用いたときの固体撮像
素子のＲチャンネルとＢチャンネルの分光感度を示す図
である。 第７図は本発明の色分解プリズムを用いたときの固体撮
像素子のＲチャンネルとＢチャンネルの分光感度を示す
図である。 第８図はトリミングフィルタの分光透過率を示す図であ
る。 第９図はトリミングフィルタを用いたときの固体撮像素
子のＲチャンネルとＢチャンネルの分光感度を示す図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木天 裕 大阪府大阪市中央区安土町２丁目３番13 号 大阪国際ビル ミノルタカメラ株式 会社内 (56)参考文献 特開 昭55−147890（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−25604（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−116106（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−50983（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 27/10 G02B 5/28 H04N 9/097

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２次元固体撮像素子を用いた多板式撮像装
   置に使用され、入射光束を波長に応じた複数の光束に分
   解する色分解プリズムにおいて、該色分解プリズムが、
   少なくとも、 入射光を緑色成分とマゼンタ成分に分解する色分解膜お
   よび、 該色分解膜よりもマゼンタ成分光出射側に配置した干渉
   膜からなり、 該干渉膜は色分解膜と同じ分光特性を持ち、色分解膜と
   干渉膜は光軸に対して逆方向に傾いているように配置さ
   れて構成されていることを特徴とする色分解プリズム。
2. 【請求項２】撮影レンズ系と、 前記撮影レンズ系からの射出光束を波長に応じた複数の
   光束に分解する色分解プリズムと、 前記色分解プリズムによって分解された光束をそれぞれ
   受光し、受光した光束に応じた信号を発生させる複数の
   ２次元固体撮像素子とからなり、 前記色分解プリズムが、少なくとも、 入射光を緑色成分とマゼンタ成分に分解する色分解膜お
   よび、 該色分解膜よりもマゼンタ成分光出射側に配置した干渉
   膜からなり、 該干渉膜は色分解膜と同じ分光特性を持ち、色分解膜と
   干渉膜は光軸に対して逆方向に傾いているように配置さ
   れて構成されていることを特徴とする多板式撮像装置。