JPH06347643A

JPH06347643A - 色分解光学系および色分解方法

Info

Publication number: JPH06347643A
Application number: JP5136331A
Authority: JP
Inventors: Yoshinao Taketomi; 義尚武富
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-06-08
Filing date: 1993-06-08
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】構成が簡単で生産性が高く、かつ小型化が可
能なビデオカメラ用色分解光学系を実現する。【構成】反射型体積ホログラム１は色分解機能素子と
して働き、撮像レンズ２により集光される物体光３を、
赤色信号光４、緑色信号光６、青色信号光８に波長分離
し、同時にそれぞれ異なる方向に光路偏向する。これら
の信号光を撮像素子５、７、９により受光し、画像信号
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はビデオカメラなどの画像
撮影に用いられる色分解光学系および色分解方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、スタジオ用あるいは業務用の高級
機種として、カラー画像の３原色をプリズムによる色分
解光学系を用いて色分離し、それぞれの色信号を独立し
た撮像素子で撮像することによって、解像度と色再現性
を高めたビデオカメラが用いられてきた。この種のカメ
ラは、近年、家庭用としての用途が広がり、その基幹部
品である色分解光学系の小型化、低価格化への要求が高
まっている。

【０００３】一般に、この種のカメラには、撮像光束を
赤、青、緑の３原色に色分解する３色分解プリズムが用
いられる。図３１に従来、一般に用いられている３色分
解プリズム（例えば、特許出願公告昭３８−２３７２４
号公報）の構成を示す。図において、４１、４２、４３
はプリズム部材であり、４４は青色の波長帯の光束を反
射するダイクロイックミラー、４５は赤色の波長帯の光
束を反射するダイクロイックミラーである。プリズム部
材４２と４３は密着して接合され、プリズム部材４１と
４２とは、間に数十ミクロン間隔のエアーギャップ４６
を設けて接合される。４７は撮像レンズ（図示せず）を
出射した撮像光束である。ダイクロイックミラー４４に
より撮像光束４７から反射された青色光束４８は、入射
面でもある全反射面４９によって全反射されプリズム外
に出射する。同様に、ダイクロイックミラー４５により
反射分離された赤色光束５０は、全反射面５１によって
全反射されプリズム外に出射する。ダイクロイックミラ
ー４４、４５を透過した光束５２は緑色の波長帯とな
り、直進して出射する。図３１に示す３色分解プリズム
は、このようにして撮像光束４７を図３２に示すような
分光特性を有する青、緑、赤の３原色の色信号光４８、
５０、５２に分解する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
３色分解プリズムを使用する３板カメラでは、３個の固
体撮像素子から得られる各被写体像の重ね合わせを精度
良く行なう必要がある。この重ね合わせ精度が悪いと色
ズレやモアレ偽信号が発生し、画質は微妙に劣化する。
従って、３色分解プリズムからのそれぞれの出射光束を
受光する固体撮像素子の位置決めはミクロンオーダの精
度を必要とする。同様に固体撮像素子の位置安定性につ
いても同程度の精度を要し、これをレジストレーション
安定性という。３色分解プリズムはこのレジストレーシ
ョン安定性が良好であることが要求される。とくに近年
の固定撮像素子の多画素化傾向にともない画素ピッチが
減少していることから、３色分解プリズムは従来以上に
高いレジストレーション安定性が必要となる。

【０００５】また、図３１に示す従来の３色分解プリズ
ムの利点として、３色の色信号光４８、５０、５２の全
てが正像であることが挙げられる。しかし、３色の色信
号光４８、５０、５２の全てを正像とするためのエアー
ギャップ４６を形成しなければならず、このためにプリ
ズム部材４１と４２の接合部分の面積が減少し、プリズ
ム部材４１、４２間の接合が弱くなる。そのため、熱膨
張、熱収縮、荷重付加などの応力により位置ズレが発生
し易く、高いレジストレーション安定性を得ることは難
しい。さらに、プリズム部材４１、４２間のエアーギャ
ップ４６の幅を高い精度で形成しなければならないた
め、３色分解プリズムの生産性が低下する。また、ダイ
クロイックミラーは真空プロセスにより数十層の誘電体
薄膜を各プリズムの表面に積層して作製されるが、その
加工プロセスの制御、生産性などに課題があった。

【０００６】本発明は上記課題を解決するもので、構成
が簡単で、かつ小型化が可能な生産性の高い色分解光学
系を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の色分解光学系は、物体光からカラー画像の構
成に必要な赤、緑、青の各色信号を分離抽出する色分解
光学系を色信号の分離およびその光路偏向を行う色分解
機能素子と３つの撮像素子から構成し、色分解機能素子
を体積ホログラムにより構成するようにしたものであ
る。

【０００８】また、物体光からカラー画像の構成に必要
な赤、緑、青の各色信号を分離抽出する色分解光学系を
色信号の分離、光路偏向および結像を行う色分解機能素
子と３つの撮像素子から構成し、色分解機能素子を体積
ホログラムにより構成するようにしたものである。

【０００９】

【作用】上記の構成による色分解光学系の作用を説明す
るために、まず体積ホログラムの特徴を説明する。

【００１０】一般にホログラムは２つのコヒーレントな
光束をある角度で交差させ、そこに形成される干渉縞の
形状を、屈折率の分布、あるいは吸収係数の分布などの
物理量の摂動として媒体内に記録したものをいい、特
に、記録媒体の厚みが比較的厚いものを体積ホログラム
という。厚みｄに比例する量ＱＱ＝２πλｄ／ｎΛ² が１より十分大きいとき、体積ホログラムとしての性質
が顕著になるといわれている。ここで、λは光の波長、
ｄは記録媒体の厚み、ｎはその屈折率、Λは干渉縞のピ
ッチである。２つの光束の内、一方の光束は信号光と呼
ばれ、記録される像の情報がのせられる。もう一方の光
束は参照光と呼ばれ、平面波や球面波など、容易に再現
可能な光束が選ばれることが多い。

【００１１】さて、一般に用いられている、表面に微細
なピッチの溝を形成した回折格子は、厚みという観点で
見れば、高々波長オーダしかない。このような回折格子
では、特殊な溝形状を形成しない限り高次オーダの回折
光が発生し、必要な再生光に対する効率が低くなる。一
方、体積ホログラムでは、その厚み方向に進行する参照
光が、媒体内の像情報にならった物理量の摂動の影響を
受け、次第にそのエネルギを信号光の方に移行する。そ
して、ある厚みを経たときにそのエネルギ移行が最大と
なり、再生したい像情報が効率よく引き出される。さら
に、高次光の発生は抑制され、物理量を適切に選べば透
過型、反射型ともにその回折効率は１００％に達する。
記録媒体の例としては、重クロム酸ゼラチン、フォトポ
リマあるいはニオブ酸リチウムに代表される電気光学結
晶などがある。

【００１２】上記のプロセスで記録された像情報を再生
するには、記録に用いたのと同じ参照光によってホログ
ラムを照射する必要がある。簡便のために、平面波の場
合を考えると、その平面波の入射角度と波長を記録時と
同じにしなければならない。この条件をブラッグの条件
といい、体積ホログラムではこの条件を満たすときに、
最も効率よく像情報の再生が行われる。一方、ブラッグ
の条件を大きくはずれると、像情報は何も再生されない
ことになり、あたかも媒体内に何も記録されていないか
のように見える。

【００１３】以上の説明は極めて定性的であるが、次に
ブラッグの条件からのずれ量と、回折効率、すなわち、
像情報の再生される効率とを定量的に関連付けたＨ．Ｋ
ｏｇｅｌｎｉｋによる体積ホログラムの解析結果（“Ｃ
ｏｕｐｌｅｄｗａｖｅｔｈｅｏｒｙｆｏｒｔｈ
ｉｃｋｈｏｌｏｇｒａｍｇｒａｔｉｎｇｓ，”Ｔｈ
ｅＢｅｌｌＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｉｃａｌＪ
ｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．９，１９６９）を
引用し、体積ホログラムの特徴的な性質を定量的に解説
する。なお、ここでは、吸収のない位相ホログラムの場
合のみを示す。

【００１４】まず、幾何学的な関係を図２８に示す。図
２８ではｚ軸方向に厚みｄのある体積ホログラム５０を
考え、参照光５１がｚ軸負方向から入射し、ｚ軸正方向
に信号光５２が再生される状態を示している。これを透
過型体積ホログラムといい、一方、信号光がｚ軸負方向
に再生されるもの（図示せず）を反射型体積ホログラム
という。図２８においてρは参照光の方向ベクトルで、
ｚ軸となす角度をθとする。Κはグレーティングベクト
ルであり、ｚ軸となる角度をφとする。σは信号光の方
向ベクトルであり、その方向はρ＋Κなるベクトル演算
の結果決定される。

【００１５】Ｋｏｇｅｌｎｉｋによると、透過型体積ホ
ログラムの回折効率η_Tは（数１）で表わされる。

【００１６】

【数１】

【００１７】また、反射型体積ホログラムの回折効率η
_Rは（数２）で表わされる。

【００１８】

【数２】

【００１９】（数１），（数２）において、νは屈折率
変調の大きさ、媒質の厚みに比例し、光の波長に反比例
するパラメータで、ホログラムの書き込み状態の深さを
表わすものである。また、ξは光の入射角度、光の波長
に関係し、媒質の厚みに比例するパラメータで、ブラッ
グの条件からのずれの大きさを表わすものである。な
お、ν、ξともに幾何学的なパラメータφとθの関数で
もある。

【００２０】以下にνとξに対して、回折効率が大きく
変化する様子をＫｏｇｅｌｎｉｋの文献より図２９、図
３０を参照しながら説明する。図２９は透過型体積ホロ
グラムの回折効率の変化を、横軸に角度と波長のずれ量
をとってプロットしたものである。ここでは実際の回折
効率を、誤差がない場合（ξ＝０）の値η₀で正規化し
て示してあるが、そのη₀は個々のνの値に対して異な
る。このグラフから読み取れるのは、パラメータνが大
きくなるにつれて回折効率の誤差感度が大きくなること
である。図３０は反射型体積ホログラムの回折効率の誤
差感度をプロットしたものである。ここではνが大きく
なるにつれて回折効率の誤差感度が小さくなることがわ
かる。

【００２１】上記のように、パラメータの選択によっ
て、回折効率の誤差感度が大きく上下することがわか
る。ここでＫｏｇｅｌｎｉｋが示したものは、νの大小
による回折効率の誤差感度である。一方、色分解光学系
で議論すべき点は、νを固定した状態で、誤差感度を小
さくする可能性があるかどうかという点である。νを固
定するということは、誤差がない状態（ξ＝０）で、必
要とする回折効率を確保するような高いνの値を保った
まま固定するということで、色分解光学系の明るさを確
保する上で重要な条件である。

【００２２】ここで、上記の誤差に関するパラメータξ
に着目する。ξは媒質の厚みと比例関係にあるため、ν
を固定したまま、媒質の厚みだけを薄くしたとすれば、
図２９、図３０のいずれの曲線も横軸に対してのみ拡大
されることがわかる。これは、ξに含まれる媒質の厚み
以外のパラメータ、すなわち、波長と入射角度の変化に
対して、誤差感度が下がることを意味する。従って、体
積ホログラムの条件を満足しつつ媒質の厚みをできるだ
け薄くする方向で、適切なパラメータを選択することに
より、ある幅を持つ光の波長帯に対して、またある幅を
持つ光の入射角に対してホログラムが高い回折効率を保
ち得ることがわかる。一例を示すと、波長許容幅±２０
ｎｍ程度、入射角度許容幅±１０度程度のホログラムは
容易に実現可能である。

【００２３】波長に対して高い回折効率を保つ許容幅が
あるということは、色分解に必要な幅を持つ波長帯の光
を所定の方向に、あたかも鏡のように偏向することが可
能となる。また、入射角が変化しても高い回折効率を保
つということは、撮像レンズ系を経て集光されてきた物
体光を、損失なく良好に撮像素子に結像させることが可
能となる。さらに、ホログラムにレンズ機能を焼き付け
ることによって、従来の撮像レンズ系を省略することが
可能になる。

【００２４】本発明は上記の構成によって、体積ホログ
ラムにより色の分解と光路偏向を行うことができるた
め、従来、製造上の課題となっていたフィルタの作製工
程、プリズムの組立工程が省略でき、同時に小型化が図
れる。さらには、ホログラムに結像機能を合わせ持たせ
ることにより撮像レンズの要らない簡素な色分解光学系
を実現できることとなる。

【００２５】

【実施例】以下に本発明の一実施例の色分解光学系につ
いて、図面を参照しながら説明する。

【００２６】（実施例１）図１に本発明の第１の実施例
の色分解光学系の構成を示す。図１に示すように、撮像
レンズ２を透過し、反射型体積ホログラム１に入射した
物体光３は、反射型体積ホログラム１で反射され、赤色
信号光４、緑色信号光６、青色信号光８に分解され、対
応する赤色信号用撮像素子５、緑色信号用撮像素子７、
青色信号用撮像素子９にそれぞれ入射する。上記のよう
に構成された色分解光学系について、以下に図１〜図６
を用いてその動作を説明する。図１に示すように、ホロ
グラム１は色分解機能素子として働き、撮像レンズ２に
より集光される物体光３を、赤色信号光４、緑色信号光
６、青色信号光８に波長分離し、同時にそれぞれ異なる
方向に光路偏向する。これらの信号光を撮像素子５、
７、９により捉え、画像信号を得るものである。

【００２７】つぎに、反射型体積ホログラムの構成と動
作について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）に、図１に示
した体積ホログラム１の中に重ね合わされた３つのホロ
グラムの個々の構成を示す。図２（ａ）には、赤色信号
光４のみをある角度θ_Rで光路偏向するためのホログラ
ム１０を、図２（ｂ）には緑色信号光６のみをある角度
θ_Gで光路偏向するためのホログラム１１を、図２
（ｃ）には青色信号光８のみをある角度θ_Bで光路偏向
するためのホログラム１２を示す。なお、図２（ａ）〜
（ｃ）では、簡便のため一つの平面上での光路偏向の例
を示したが、立体的な任意の方向への光路偏向が可能で
あることはいうまでもない。

【００２８】ホログラム１０、１１、１２は、各々に波
長に関するブラッグの条件が異なるため、ある特定の波
長についてのみ光路偏向機能を発揮するもので、それ以
外の波長については全く透明な部材としての機能しかな
い。従って、図３に示すように、これら３つのホログラ
ムを積層することにより、反射型体積ホログラム１を構
成することが可能である。また、図４に示すように、一
つの記録媒体内にホログラム１０、１１、１２の機能を
多重焼付けすることにより、反射型体積ホログラム１を
構成することも可能である。また図５に示すように、ホ
ログラム１０、１１、１２の内、２つのホログラム１
０、１１を積層することにより、反射型体積ホログラム
１を構成することが可能である。このとき、青色信号は
反射型体積ホログラム１を透過してきた光束として得る
ことができる。また、図６に示すように、一つの記録媒
体内にホログラム１０、１１、１２の内２つの機能を多
重焼付けすることで、反射型体積ホログラムを構成する
ことも可能である。前例と同様に、青色信号は反射型体
積ホログラムを透過してきた光束として得ることができ
る。

【００２９】なお、本実施例では、ホログラム１０、１
１の組合せにより赤色信号光４、緑色信号光６を反射光
束として得、透過光束として青色信号光８を得る構成に
ついて説明したが、ホログラム１０と１２、ホログラム
１１と１２といった組合せが可能であることはいうまで
もない。

【００３０】図７に設計波長を６４０ｎｍとしたときの
反射型体積ホログラムの特性を示す。他の設計パラメー
タは、φ＝８°、θ＝８°、ｄ＝５μｍとした。なお、
屈折率変調Δｎ＝０.0６としたが、この値は、フォトポ
リマで容易に実現できる値である。この条件で、反射波
長帯は約３９ｎｍであった。色分解光学系としては、５
８０ｎｍから６６０ｎｍの波長帯を赤色信号として取り
込む必要があるため、さらにもう一つのホログラムを重
ね合わせて構成する必要がある。図８は設計波長を６０
５ｎｍとしたときの結果であり、図７と図８を重ねるこ
とによって、図９に示すような約８０ｎｍにわたる広い
波長帯を有する反射型体積ホログラムを得ることができ
る。これが、ホログラム１０の基本特性である。

【００３１】図１０は設計波長をそれぞれ５１０ｎｍ、
５４０ｎｍ、５７０ｎｍとするホログラムを重ね合わせ
て得られた、緑色信号を得るためのホログラム１１の分
光特性である。４９５ｎｍから５８０ｎｍまでの広い波
長幅にわたる分光特性が得られている。ここでの設計パ
ラメータは赤色信号の場合と同様、φ＝８°、θ＝８
°、ｄ＝５μｍ、Δｎ＝０.0６である。

【００３２】図１１は設計波長をそれぞれ４３３ｎｍ、
４５７ｎｍ、４８３ｎｍとするホログラムを重ね合わせ
て得られた、青色信号を得るためのホログラム１２の分
光特性である。４２０ｎｍから４９５ｎｍまでの広い波
長幅にわたる分光特性が得られている。ここでの設計パ
ラメータもまた同様に、φ＝８°、θ＝８°、ｄ＝５μ
ｍ、Δｎ＝０.0６である。

【００３３】これら個々の色信号に対する特性を有する
体積反射ホログラムによって、図３２に示した色分解光
学系の可視光全域にわたる分光特性を実現できることが
わかる。

【００３４】図１２（ａ）は、最も角度許容幅の狭いホ
ログラム１２の角度特性を示すグラフである。一見する
と全幅３０°以上の許容幅があるように見えるが、実は
図１２（ｂ）に示すように、参照光の入射角度と、信号
光の出射角度が１６°とが近接しているため、その個々
の特性がグラフ上で重なったものである。従って、実際
には図中破線で示した特性が実用的な許容幅となる。こ
れより、±７.5°の許容幅があるのがわかる。これは通
常の撮像レンズの画角に対応しており、レンズにより集
光されてきた撮像光を効率よく撮像素子上に結像できる
ことがわかる。なお、角度は媒体内（ｎ＝１.5）内での
角度であり、大気中に置き換えればスネルの法則ｓｉｎ
θ_air＝ｎ×ｓｉｎθ_mediumにならってさらに広い受容
角を持つことがわかる。ここで、θ_airは大気中におけ
る光線入射角、θ_mediumは記録媒体中に置ける光線入射
角である。

【００３５】第１の実施例において、図１３に示すよう
に反射型体積ホログラム１と３つの撮像素子５、７、９
を、透明基板１３を介して接着し、一体化構造の色分解
光学系を構成することもでき、使用環境下での安定性を
確保することができる。

【００３６】また、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、３つの撮像素子５、７、９を同一平面上に配置する
ことができ、その位置合わせが容易になる。さらに、撮
像素子を近接した位置に配置することができるため、図
１４に示すように３つの撮像素子を一つのパッケージ内
に納めることも可能であり、さらなる安定性の実現、位
置合わせの簡略化を図ることができる。

【００３７】（実施例２）つぎに、本発明の第２の実施
例について図面を参照しながら説明する。

【００３８】図１５に本発明の第２の実施例の色分解光
学系の構成を示す。図１５に示すように、透過型体積ホ
ログラム２０の物体光３の入射側には、撮像レンズ２が
出射側には赤色信号光４、緑色信号光６、青色信号光８
をそれぞれ受光し、電気信号に変換する赤色信号用撮像
素子５、緑色信号用撮像素子７、青色信号用撮像素子９
が出射光の光路偏向位置にそれぞれ配置されている。

【００３９】上記のように構成された色分解光学系につ
いて、図１５〜図２０を用いてその動作を説明する。図
１５に示すように、透過型体積ホログラム２０は色分解
機能素子として働き、撮像レンズ２により集光される物
体光３を、赤色信号光４、緑色信号光６、青色信号光８
に波長分離し、同時にそれぞれ異なる方向に光路偏向す
る。これらの信号光を撮像素子５、７、９により受光
し、電気信号に変換し画像信号を得る。図１６（ａ）〜
（ｃ）に、図１５に示した体積ホログラム２０の中に重
ね合わされた個々のホログラムの機能を示す。図１６
（ａ）は赤色信号光４のみをある角度θ_Rで光路偏向す
るためのホログラム２１、図１６（ｂ）は緑色信号光６
のみをある角度θ_Gで光路偏向するためのホログラム２
２、図１６（ｃ）は青色信号光８のみをある角度θ_Bで
光路偏向するためのホログラム２３の機能を示す。本実
施例では簡便のため一つの平面上での光路偏向の例を示
したが、立体的な任意の方向への光路偏向が可能である
ことはいうまでもない。

【００４０】上記のホログラム２１、２２、２３は、各
々に波長に関するブラッグの条件が異なるため、ある特
定の波長についてのみ光路偏向機能を発揮するもので、
それ以外の波長については全く透明な部材としての機能
しかない。従って、図１７に示すように、これら３つの
ホログラムを積層することにより、透過型体積ホログラ
ム２０を構成することが可能である。また、図１８に示
すように、一つの記録媒体内にホログラム２１、２２、
２３の機能を多重焼付けすることにより、透過型体積ホ
ログラム２０を構成することも可能である。また図１９
に示すように、ホログラム２１、２２、２３の内、２つ
のホログラム２１、２２を積層することにより、透過型
体積ホログラム２０を構成することが可能である。この
とき、赤色信号４と、緑色信号６は、それぞれことなる
角度で光路偏向されるが、青色信号８は透過型体積ホロ
グラム２０によって光路偏向されることなく、直進して
透過してきた光束として得ることができる。また、図２
０に示すように、一つの記録媒体内にホログラム２１、
２２、２３の内、２つの機能を多重焼付けすることによ
り透過型体積ホログラム２０を構成することも可能であ
る。ここでは、ホログラム２１、２２の組合せにより赤
色信号光４と緑色信号光６とを光路偏向して得、透過光
束として青色信号光８を得る構成を示したが、２１と２
３、２２と２３の組合せによって、色信号の分離の仕方
を替えることが可能であることはいうまでもない。

【００４１】図２１は設計波長を６３０ｎｍとしたとき
のホログラム２１の特性の一例である。他のパラメータ
は、φ＝１５°、θ＝１５°、ｄ＝１３μｍ、Δｎ＝
０.0２３とした。この条件で、反射波長帯は約１００ｎ
ｍを示している。色分解光学系としては、５８０ｎｍか
ら６８０ｎｍの波長帯を赤色信号として取り込むことが
できる。図２２は設計波長を５４０ｎｍとしたときのホ
ログラム２２の分光特性の一例である。４９５ｎｍから
５８０ｎｍまでの広い波長幅にわたる分光特性が得られ
ている。ここでの設計パラメータは、φ＝１５°、θ＝
１５°、ｄ＝１１μｍ、Δｎ＝０.0２２である。図２３
は設計波長を４５５ｎｍとしたときのホログラム２３の
分光特性の一例である。４２０ｎｍから４９５ｎｍまで
の広い波長幅にわたる分光特性が得られている。ここで
の設計パラメータは、φ＝１５°、θ＝１５°、ｄ＝１
０μｍ、Δｎ＝０.0２である。これら個々の色信号に対
する特性のホログラムの重畳によって、図３２に示した
色分解光学系の可視光全域にわたる分光特性を実現でき
ることがわかる。

【００４２】図２４は、３つのホログラムの中で最も角
度許容幅の狭いホログラム２３の角度特性を示すグラフ
で、±１.2°の許容幅があることを示している。反射型
ホログラムに比べて許容画角が小さいが、例えばスキャ
ナなどの光学系への応用に適している。角度は媒体内
（ｎ＝１.5）内での角度であり、大気中に置き換えれば
スネルの法則ｓｉｎθ_air＝ｎ×ｓｉｎθ_mediumになら
ってさらに広い受容角を持つことがわかる。ここで、θ
_airは大気中における光線入射角、θ_mediumは記録媒体
中に置ける光線入射角である。

【００４３】なお、第２の実施例において、図２５
（ａ）〜（ｃ）に示すように透過型体積ホログラム２０
と３つの撮像素子５、７、９を、透明基板２４に固定
し、一体化構造の色分解光学系を構成することも可能
で、使用環境下での安定性を確保できる。また、３つの
撮像素子を同一平面上に配置することができ、その位置
合わせが容易になる。さらに、撮像素子を近接した位置
に配置することができ、一つのパッケージ内に納め、さ
らに安定性を向上させるとともに、位置合わせの簡略化
を図ることができる。上記の特長は第１の実施例に示し
た反射型体積ホログラムの場合と同様である。

【００４４】（実施例３）つぎに、本発明の第３の実施
例について図面を参照しながら説明する。

【００４５】図２６に本発明の第３の実施例の色分解光
学系の構成を示す。図２６に示すように、集光機能を持
つ反射型体積ホログラム３０への物体光３の入射面側に
赤色信号光４、緑色信号光６、青色信号光８をそれぞれ
受光し、電気信号に変換する赤色信号用撮像素子５、緑
色信号用撮像素子７、青色信号用撮像素子９が反射光の
光路偏向位置にそれぞれ配置されている。

【００４６】上記のように構成された色分解光学系につ
いて、以下に図２６から図２７を用いてその動作を説明
する。図２６に示すように、反射型体積ホログラム３０
は色分解機能素子として働き、物体光３を、赤色信号光
４、緑色信号光６、青色信号光８に波長分離し、さらに
それぞれ異なる方向に光路偏向して集光する。これらの
信号光を撮像素子５、７、９により受光し、電気信号に
変換して画像信号を得る。集光機能を持つ反射型体積ホ
ログラム３０は、図２７に示すように、略平行光束、す
なわち、略平面波として入射する物体光３を、球面波に
変換する機能を持っている。さらに、色を分離し、各々
の色信号を異なる方向に光路偏向する機能は、第１の実
施例で示した反射型ホログラム１と同様である。

【００４７】このように物体光が色分解され、光路偏向
され、かつ集光されるため第１の実施例による効果に加
えて、撮像レンズの省略も可能になり、さらにより小型
化、低コスト化を図ることができる。同様に、透過型体
積ホログラムにおいて集光機能を付加することも可能で
ある。

【００４８】

【発明の効果】上記の実施例の説明から明らかなように
本発明によれば、物体光の赤、緑、青の各色成分をそれ
ぞれ異なる方向に分離する機能を有するホログラムを、
体積ホログラムとして同一の空間内に重ね合わせて配置
することができる。この構成により、同一体積内に多重
化されたホログラムが色の分解と光路偏向機能を有する
ため、色分解光学系を一つの光学素子により形成するこ
とができる。そのため、従来のプリズム式光学系で製造
上の課題となっていたフィルタの作製工程、プリズムの
組立工程が省略でき、同時に飛躍的な小型化を図ること
ができる。さらに、ホログラムに集光、結像機能を合わ
せ持たせることにより撮像レンズの要らない簡素な色分
解光学系を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の色分解光学系の概略構成を
示す図

【図２】（ａ）は同赤色信号光を分離し光路偏向する反
射型ホログラムの作用を示す図（ｂ）は同緑色信号光を分離し光路偏向する反射型ホロ
グラムの作用を示す図（ｃ）は同青色信号光を分離し光路偏向する反射型ホロ
グラムの作用を示す図

【図３】同３枚のホログラムを積層した反射型ホログラ
ムの作用を示す図

【図４】同１枚の記録媒体内に３つの機能を多重した反
射型ホログラムの作用を示す図

【図５】同２枚のホログラムを積層した反射型ホログラ
ムの作用を示す図

【図６】同１枚の記録媒体内に２つの機能を多重した反
射型ホログラムの作用を示す図

【図７】同設計波長６４０ｎｍの反射型ホログラムの特
性を示す図

【図８】同設計波長６０５ｎｍの反射型ホログラムの特
性を示す図

【図９】同設計波長６０５,6４０ｎｍのホログラムを重
畳した赤色用反射型ホログラムの特性を示す図

【図１０】同設計波長５１０,5４０,5７０ｎｍのホログ
ラムを重畳した緑色用反射型ホログラムの特性を示す図

【図１１】同設計波長４３３,4５７,4８３ｎｍのホログ
ラムを重畳した青色用反射型ホログラムの特性を示す図

【図１２】（ａ）は同青色信号光用ホログラムの回折効
率の角度特性を示す図（ｂ）は同青色信号光用ホログラムの角度特性を示す図

【図１３】（ａ）は同反射型色分解光学系における撮像
素子の配置を示す側面図（ｂ）は同平面図（ｃ）は同撮像素子の平面配置を示す平面図

【図１４】同撮像素子を一つのパッケージに収納した構
成を示す平面図

【図１５】同実施例２の色分解光学系の概略構成を示す
図

【図１６】（ａ）は同赤色信号光を分離し光路偏向する
透過型ホログラムの作用を示す図（ｂ）は同緑色信号光を分離し光路偏向する透過型ホロ
グラムの作用を示す図（ｃ）は同青色信号光を分離し光路偏向する透過型ホロ
グラムの作用を示す図

【図１７】同３枚のホログラムを積層した透過型ホログ
ラムの作用を示す図

【図１８】同１枚の記録媒体内に３つの機能を多重した
透過型ホログラムの作用を示す図

【図１９】同２枚のホログラムを積層した透過型ホログ
ラムの作用を示す図

【図２０】同１枚の記録媒体内に２つの機能を多重した
透過型ホログラムの作用を示す図

【図２１】同設計波長６３０ｎｍの反射型ホログラムの
特性を示す図

【図２２】同設計波長５４０ｎｍの反射型ホログラムの
特性を示す図

【図２３】同設計波長４５５ｎｍの反射型ホログラムの
特性を示す図

【図２４】同設計波長４５５ｎｍの反射型ホログラムの
回折効率の角度特性を示す図

【図２５】（ａ）は同透過型色分解光学系における撮像
素子の配置を示す側面図（ｂ）は同平面図（ｃ）は同撮像素子の平面配置を示す平面図

【図２６】同実施例３の色分解光学系の概略構成を示す
図

【図２７】同色分解光学系の作用を示す図

【図２８】同透過型体積ホログラムの作用を示す図

【図２９】同透過型体積ホログラムの回折効率の誤差感
度特性を示す図

【図３０】同反射型体積ホログラムの回折効率の誤差感
度特性を示す図

【図３１】従来の３色分解プリズムの構成を示す断面図

【図３２】同分光特性を示す図

【符号の説明】

１反射型体積ホログラム２撮像レンズ３物体光４赤色信号光５赤色信号用撮像素子６緑色信号光７緑色信号用撮像素子８青色信号光９青色信号用撮像素子１０赤色信号光を分離し光路偏向するホログラム１１緑色信号光を分離し光路偏向するホログラム１２青色信号光を分離し光路偏向するホログラム１３透明基板２０透過型体積ホログラム２１赤色信号光を分離し光路偏向するホログラム２２緑色信号光を分離し光路偏向するホログラム２３青色信号光を分離し光路偏向するホログラム２４透明基板３０集光機能を持つ反射型体積ホログラム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体光からカラー画像の構成に必要な赤、
緑、青の各色信号を分離抽出する光学系であって、前記
色信号の分離およびその光路偏向を行う色分解機能素子
と３つの撮像素子を備え、前記色分解機能素子を体積ホ
ログラムにより構成した色分解光学系。
【請求項２】色分解機能素子である体積ホログラムが２
つの層から構成され、赤、緑、青のうち任意の２つの色
信号のそれぞれに対して分離および光路偏向する機能を
前記２つの層に独立に割り当てて構成した請求項１記載
の色分解光学系。
【請求項３】色分解機能素子である体積ホログラムを３
つの層から構成し、各層に赤、緑、青それぞれの色信号
のみを分離および光路偏向する機能を独立に割り当てて
構成した請求項１記載の色分解光学系。
【請求項４】色分解機能素子である体積ホログラムを１
つの層から構成し、赤、緑、青それぞれの色信号を分離
および光路偏向する機能を多重焼付けして構成した請求
項１記載の色分解光学系。
【請求項５】色分解機能素子である体積ホログラムを反
射型体積ホログラムで構成した請求項１記載の色分解光
学系。
【請求項６】色分解機能素子である体積ホログラムを透
過型体積ホログラムで構成した請求項１記載の色分解光
学系。
【請求項７】色分解機能素子である体積ホログラムと３
つの撮像素子を透明基板を介して固定し、一体化して構
成した請求項１記載の色分解光学系。
【請求項８】３つの撮像素子を同一平面上に配置した請
求項１記載の色分解光学系。
【請求項９】３つの撮像素子を同一パッケージ内に配置
した請求項１記載の色分解光学系。
【請求項１０】物体光からカラー画像の構成に必要な
赤、緑、青の各色信号を分離抽出する光学系であって、
前記色信号の分離、光路偏向および結像を行う色分解機
能素子と３つの撮像素子から構成され、前記色分解機能
素子を体積ホログラムにより構成した色分解光学系。
【請求項１１】色分解機能素子である体積ホログラムを
２つの層から構成し、赤、緑、青のうち任意の２つの色
信号それぞれに対して分離、光路偏向および結像を行う
機能を前記２つの層に独立に割り当てて構成した請求項
１０記載の色分解光学系。
【請求項１２】色分解機能素子である体積ホログラムを
３つの層から構成し、各層に赤、緑、青それぞれの色信
号のみを分離、光路偏向および結像する機能を独立して
割り当てて構成した請求項１０記載の色分解光学系。
【請求項１３】色分解機能素子である体積ホログラムを
１つの層から構成し、赤、緑、青それぞれの色信号を分
離、光路偏向および結像する機能を多重焼付けして構成
した請求項１０記載の色分解光学系。
【請求項１４】色分解機能素子である体積ホログラムを
反射型体積ホログラムで構成した請求項１０記載の色分
解光学系。
【請求項１５】色分解機能素子である体積ホログラムを
透過型体積ホログラムで構成したことを特徴とする請求
項１０記載の色分解光学系。
【請求項１６】色分解機能素子である体積ホログラムと
３つの撮像素子を透明基板に固定し、一体化して構成し
た請求項１０記載の色分解光学系。
【請求項１７】３つの撮像素子を同一平面上に配置した
請求項１０記載の色分解光学系。
【請求項１８】３つの撮像素子を同一パッケージ内に配
置した請求項１０記載の色分解光学系。
【請求項１９】物体光からカラー画像の構成に必要な
赤、緑、青の各色信号を分離抽出する方法であって、前
記色信号の分離およびその光路偏向を体積ホログラムに
より行う色分解方法。