JPS62272775A - カラ−テレビカメラの光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ この発明はカラーテレビカメラの光学系に関し、特に物
体の画像からの画像情報のサンプリング密度を実効的に
高めることができるカラーテレビカメラの光学系に関す
るものである。

［従来の技術］ 第５図は、従来の単板式カラーテレビカメラの光学系を
示す図である。

図において、結像レンズ光学系１の光軸に、この結像レ
ンズ光学系と間隔を隔てて固体−機素子２が配置されて
いる。固体撮像素子２の受光面は上記光軸と垂直になっ
ており、この受光面にストライプ状もしくはアレイ状の
要素配列を持つ色分解フィルタ１０が形成されている。

そして、物体（図示せず）からの光束１１は結像レンズ
光学系１を通り、続いて、色分解フィルタ１０を通って
色成分の分解がなされた後固体撮像素子２の受光面に入
射され、この受光面に物体の画像が結像される。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の単板式カラーテレビカメラの光学系は以上のよう
に構成されているので、有限数の画素の２次元配列から
なる固体撮像素子２から得られる物体の画像情報は、結
像レンズ光学系１の結像性能および固体撮像素子２の解
像度により制約されており、分解能の高い物体の画像情
報を得るためには、固体ｍ像素子２の受光面に結像され
た物体の画像からの画像情報のサンプリング密度を高め
ることが必要で、そのためには、結像レンズ光学系１の
結像性能をそのままとした場合、固体撮像素子２の画素
数を増やさなければならないなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、固体撮像素子の画素数を増やすことなく、物
体の画像からの画像情報のサンプリング密度を実効的に
高めることができるカラーテレビカメラの光学系を得る
ことを目的とする。

し問題点を解決するための手段］ この発明に係るカラーテレごカメラの光学系は、１台の
撮像装置と、物体の画像をこの撮像装置の受光面に結像
させる結像光学系とを備えたカラーテレビカメラの光学
系において、結像光学系から撮像装置の受光面に入射さ
れる光束から少なくとも１つの分岐光束を取出し、この
分岐光束を、その光軸を分岐されない残りの光束の光軸
とずらして撮像装置の受光面に入射させる分岐光学系を
設け、分岐されない残りの光束と少なくとも１つの分岐
光束のうちのいずれか１つの光束を選択的に搬像装置の
受光面に入射させるシャッタとを設けたものである。

し作用］ この発明においては、分岐光学系により、結像光学系か
ら撮像装置の受光面に入射される光束から少なくとも１
つの分岐光束を取出し、この分岐光束を、その先軸を分
岐されない残りの光束の光軸とずらしてｍ＊ｉ置の受光
面に入射し、シャッタにより、分岐されない残りの光束
と少なくとも１つの分岐光束のうちのいずれか１つの光
束を選択的に撮像装置の受光面に入射させるので、撮像
装置の受光面には、分岐されない残りの光束による物体
の画像と、この物体の画像とずれた分岐光束による物体
の画像とが分離されて得られる。このため、前者の物体
の画像からサンプリングできない画像情報を、前者の画
像からサンプリングできる画像情報と独立して、後者の
物体の画像からサンプリングすることができるようにな
り、物体の画像からの画像情報のサンプリング密度を実
効的に高めることができる。

［実施例コ 以下、この発明の＊痴情を図について説明する。

なお、この実施例の説明において、従来の技術の説明と
重複する部分については適宜その説明を省略する。

第１図は、この発明の一実施例であるカラーテレビカメ
ラの光学系を示す図である。この実施例の構成が第５図
のカラーテレビカメラの光学系の構成と異なる点は以下
の点である。すなわち、結像レンズ光学系１と固体撮像
素子２間に、ハーフミラ−２１と反射ミラー２２と反射
ミラー４２とハーフミラ−４１とから構成される分岐光
学系が設けられている。また、反射ミラー２２と反射ミ
ラー４２間にシャッタ７２が、ハーフミラ−２１とハー
フミラ−４１間にシャッタ７１が設けられており、シャ
ッター７１とハーフミラ−４１間に光路長補正素子６１
が設けられている。

次にこのカラーテレビカメラの光学系の動作について説
明する。最初、シャッタ７１が開き、シャッタ７２が閉
じているとする。物体（図示せず）からの光束１１は結
像レンズ光学系１を通ってハーフミラ−２１に入射され
る。ハーフミラ−２１で結像レンズ光学系１からの光束
の一部が分岐されて分岐光束１２が取出され、この分岐
光束は反射ミラー２２で反射されてシャッタ７２に入射
される。一方、ハーフミラ−２１からの分岐されない残
りの光束はシャッタ７１．光路長補正素子６１、ハーフ
ミラ−４１を通り、続いて、色分解フィルタ１０を通っ
て色成分の分解がなされた後固体ｌ１ｌｌ像素子２の受
光面に入射され、この受光面に物体の画像が結像される
。次に、シャッタ７１が閉じてシャッタ７２が開くと、
反射ミラー２２から反射された分岐光束はシャッタ７２
を通って反射ミラー４２で反射され、続いて、ハーフミ
ラ−４１で反射され、色分解フィルタ１０を通って色成
分の分解がなされた後置体画像素子２の受光面に入射さ
れ、この受光面に物体の画像が結像される。このとき、
ハーフミラ−４１から反射された分岐光束の光軸は、ハ
ーフミラ−４１を通ってきた分岐されない残りの光束の
光軸に対してずれるようになっており、このため分岐光
束による画像は分岐されない残りの光束による画像とず
れることになる。分岐光束の光軸を分岐されない残りの
光束の光軸とずらすためには、ハーフミラ−４１を固体
撮像素子２の受光面と平行に適当に移動調整すればよく
、これによって分岐光束による画像を固体ｍ機素子２の
受光面上で移動させることができる。また、光路長補正
素子６１は分岐されない残りの光束の光路長と分岐光束
の光路長との差を補正し、固体撮像素子２の受光面で画
像の焦点ずれが生じないようにしている。

第２図は、第１図のカラーテレビカメラの光学系におい
て物体の画像からの画像情報のサンプリング密度を高め
る原理を説明するための図である。

この構成について説明すると、図において、基板３表面
にフォトダイオードなどの光電変換素子（画素＞８１．
８２．８３が画素ピッチＰで互いに間隔を隔てて形成さ
れている。９１．９２は光電変換素子８１．８２．８３
で発生した信号を読出すための配線、電荷読出素子、電
荷転送素子などからなる信号配線領域である。光電変換
素子８１と８２と８３と、信号配線領域９１と９２とは
固体撮像素子２を構成する。１１１は平坦化膜であり、
この平坦化膜１１１表面に色フィルタ１０１．１０２お
よび１０３が形成されており、色フィルタ１０１．１０
２．１０３はそれぞれ光電変換素子８１．８２．８３の
上部に位置している。

１１２は色フィルタ１０１，１０２．１０３の保護膜で
あり、平坦化１１１１１と、色フィルタ１０１．１０２
，１０３と、保ＩＩ！ｌ！１１１１２とは色分解フィル
タ１０を構成する。

また、１１ａ、ｌｌｂ、１１０はそれぞれ分岐されない
残りの光束中の光線で、各光線１１８１１１ｂ、１１ｃ
はＰ／２だけ互いに間隔を隔てている。１２ｂ、１２０
はそれぞれ分岐光束中の光線で、光線１２ｂと１２０と
はＰ／２だけ間隔を隔てている。破線で示した４１ａは
説明の便宜上仮想的に図示したハーフミラ−４１と同一
のハーフミラ−である。このハーフミラ−４１ａは光線
１１ｂと１２ｂとの交点および光線１１０と１２０との
交点を通っており、ハーフミラ−４１はハーフミラ−４
１ａから固体撮像素子２の受光面と平行に左にＰ／２だ
けずらして配置されている。

次に物体の画像からの画像情報のサンプリング密度を高
める原理について説明する。光線１１ｂはハーフミラ−
４１，保護！１１１１１２．色フィルタ１０２、平坦化
［０１１１を通り光電変換素子８２に入射されて電気信
号に変換され、物体の画像から画像情報がサンプリング
される。これに対して、光線１１ａおよび１１Ｃはそれ
ぞれハーフミラ−４１、保護膜１１２．平坦化１１１１
１を通って信号配線領域９１および９２に入射されるの
で、物体の画像から画像情報はサンプリングされない。

一方、光線１１ｂの持つ画像情報と等価な画像情報を持
つ光線１２ｂはハーフミラ−４１に入射され、このハー
フミラ−４１から反射された光線は保護膜１１２．平坦
化１１１１１１を通って信号配線領域９１に入射される
ので、物体の画像から画像情報はサンプリングされない
。これに対して、光ｌ１１１１ｃの持つ画像情報と等価
な画像情報を持つ光線１２Ｃはハーフミラ−４１に入射
され、このハーフミラ−４１から反射された光線は保護
８１１１２、色フィルタ１０２．平坦化膜１１１を通り
光電変換素子８２に入射されて電気信号に変換され、物
体の画像から画像情報がサンプリングされる。

このようにして、分岐されない残りの光束による物体の
画像からサンプリングできない画像情報を、この物体の
画像からサンプリングできる画像情報と独立して、分岐
光束による物体の画像からサンプリングすることができ
るようになり、物体の画像からの画像情報のサンプリン
グ密度を実効的に高めることができる。

第３図は、この発明の他の実施例であるカラーテレビカ
メラの光学系を示す図である。この構成について説明す
ると、図において、結像レンズ光学系１と固体搬像素子
２間に、青反射ダイクロイックミラー２１０と反射ミラ
ー２２と反射ミラー４２とハーフミラ−４１とから構成
される第１の分岐光学系と、赤反射ダイクロイックミラ
ー３１０と反射ミラー３２と反射ミラー５２とハーフミ
ラ−５１とから構成される第２の分岐光学系とが設けら
れている。また、反射ミラー２２と反射ミラー４２間に
シャッタ７２が、赤反射ダイクロイックミラー３１０と
八−フミラー４１Ｂにシャッタ７１が、反射ミラー３２
と反射ミラー５２間にシャッタ７３が設けられており、
シャッタ７１とハーフミラ−４１間に光路長補正素子６
１が設けられている。

この実施例においては分岐光束の取出にハーフミラ−を
用いずにダイクロイックミラーを用いており、また、こ
のダイクロイックミラーで色成分の分解を行なうことが
できるので固体ａｍ素子２の受光面に色フィルタが形成
されていない。

次にこのカラーテレビカメラの光学系の動作について説
明する。最初、シャッタ７１が開き、シャッタ７２およ
び７３が閉じているとする。物体（図示せず）からの光
束１１は結像レンズ光学系１を通って青反射ダイクロイ
ックミラー２１０に入射される。青反射ダイクロイック
ミラー２１０で結像レンズ光学系１からの光束の青色成
分の光束が反射されて青色成分の分岐光束１２０が取出
され、残りの赤・緑色成分の光束は透過される。

青色成分の分岐光束は反射ミラー２２で反射されてシャ
ッタ７２に入射される。赤・緑色成分の光束は赤反射ダ
イクロイックミラー３１０で赤色成分の光束が反射され
て赤色成分の分岐光束１３０が取出され、残りの緑色成
分の光束は透過される。

赤色成分の分岐光束は反射ミラー３２で反射されてシャ
ッタ７３に入ｔＩＪされる。緑色成分の光束はシャッタ
７１．光路長補正素子６１．ハーフミラ−４１，ハーフ
ミラ−５１を通って固体撮像素子２の受光面に入射され
、この受光面に物体の画像が結像される。次に、シャッ
タ７３が閉じたままで、シャッタ７１が閉じ、シャッタ
７１が開くと、青色成分の分岐光束はシャッタ７２を通
って反射ミラー４２で反射され、続いて、ハーフミラ−
４１で反射されハーフミラ−５１を通って固体撮像素子
２の受光面に入射され、この受光面に物体の画像が結像
される。このとき、ハーフミラ−４１から反射された青
色成分の分岐光束の光軸は、ハーフミラ−４１を通って
きた緑色成分の光束の光軸とずれるようになっており、
このため青色成分の分岐光束による画像は緑色成分の光
束による画像とずれることになる。青色成分の分岐光束
の光軸を緑色成分の光束の光軸とずらすためには、ハー
フミラ−４１を固体撮像素子２の受光面と平行に適当に
移動調整すればよく、これによって青色成分の分岐光束
による画像を固体Ｗｉ像素子２の受光面上で移動させる
ことができる。次に、シャッタ７１が閉じたままで、シ
ャッタ７２が閉じ、シャッタ７３が開くと、赤色成分の
分岐光束はシャッタ７３を通って反射ミラー５２で反射
され、続いて、ハーフミラ−５１で反射されて固体ｍ像
素子２の受光面に入射され、この受光面に物体の画像が
結像される。このとき、ハーフミラ−５１から反射され
た赤色成分の分岐光束の光軸は、ハーフミラ−５１を通
ってきた緑色成分の光束の光軸とずれるようになってお
り、このため赤色成分の分岐光束による画像は緑色成分
の光束による画像とずれることになる。赤色成分の分岐
光束の光軸を緑色成分の光束の光軸とずらすためには、
ハーフミラ−５１を固体撮像素子２の受光面と平行に適
当に移動調整すればよく、これによって赤色成分の分岐
光束による画像を固体撮像素子２の受光面上で移動させ
ることができる。また、光路長補正素子６１は、緑色成
分の光束の光路長と、青色成分の分岐光束の光路長およ
び赤色成分の分岐光束の光路長との差を補正し、固体撮
像素子２の受光面で画像の焦点ずれが生じないようにし
ている。

第４図は、第３図のカラーブレビカメラの光学系におい
て物体の画一からの画像情報のサンプリング密度を高め
る原理を説明するための図である。

この構成について説明すると、図において、１１ａ　’
　、１　ｌｂ　’　、１１０　’　Ｇ；Ｅツレツレｆｉ
ＱＪｌノ光束中ノ光線テ、各光軸１１ａ’　、１１ｂ’
　、１１　ｃ　ｌ　はＰ／３だけ互いに間隔を隔ててい
る。１２ｂ’、１２０’　はそれぞれ青色成分の分岐光
束中の光線で、光線１２ｂ′と光線１２０′とはＰ／３
だけ間隔を隔てている。１３ａ’　、１３ｂ’はそれぞ
れ赤色成分の分岐光束中の光線で、光線１３ｂ′と１３
ａ′とはＰ／３だけ間隔を隔てている。ハーフミラ−４
１ａは光線１１ｂ′と光線１２ｂ′との交点および光８
１１０’　と光線１２０′との交点を通っており、ハー
フミラ−４１はハーフミラ−４１ａから固体撮像素子２
の受光面と平行に左にＰ／３だけずらして配置されてい
る。

また、破線で示したハーフミラ−５１ａは説明の便宜上
仮想的に図示したハーフミラ−５１と同一のハーフミラ
−である。このハーフミラ−５１ａは光１１１ａ　’　
と光線１３８′との交点および光線１１ｂ′と光１１１
３ｂ　’　との交点を通っており、ハーフミラ−５１は
ハーフミラ−５１ａから固体Ｉｌ像素子２の受光面と平
行に右にＰ／３だけずらして配置されている。

次に物体の画像からの画像情報のサンプリング密度を高
める原理について説明する。光線１１ｂ′はハーフミラ
−４１，５１を通り光電変換素子８２に入射されて電気
信号に変換され、物体の画像から画像情報がサンプリン
グされる。これに対して、光線１１８′および１１０′
はそれぞれハーフミラ−４１，５１を通り信号配線領域
９１および９２に入射されるので、物体の画像から画像
情報はサンプリングされない。一方、光線１１ａ′の持
つ画像情報と等価な画像情報を持つ光線１３８′はハー
フミラ−５１に入射され、このハーフミラ−５１から反
射された光線は光電変換素子８２に入射されて電気信号
に変換され、物体の画像から画像情報がサンプリングさ
れる。また、光線１１ｂ′の持つ画像情報と等価な画像
情報を持つ光線１１０′はハーフミラ−４１に入射され
、このハーフミラ−４１から反射された光線はハーフミ
ラ−５１を通り光電変換素子８２に入射されて電気信号
に変換され、物体の画像から画像情報がサンプリングさ
れる。

このようにして、分岐されない緑色成分の光束による物
体の画像からサンプリングできない画像情報を、この物
体の画像からサンプリングできる画像情報と独立して、
青色成分の分岐光束および赤色成分の分岐光束による物
体の画像からサンプリングすることができるようになり
、物体の画像からの画像情報のサンプリング密度を実効
的に高めることができる。そして、分岐光束の取出にダ
イクロイックミラーを用いているので、固体撮像素子２
は色分解フィルタを持つ必要がない。

なお、上記実施例では、分岐光束の光軸を分岐されない
残りの光束の光軸とずらすために、ハーフミラ−４１，
５１を固体撮像素子２の受光面と平行に適当に移動調整
することによって行なっているが、たとえば、反射ミラ
ー２２や青反射ダイク０イツクミラー２１０などを、あ
るいはこれらのものの複数個を固体撮像素子２の受光面
と平行に適当に移動調整することによって行なってもよ
く、また、これらのものを適当に回転調整すること等に
よって行なってもよい。

また、上記実施例では、分岐光束を１つまたは２つ取出
す場合について示したが、２つ以上の分岐光束を取出す
ようにしてもよく、この場合にも上記実施例と同様の効
果を奏する。

また、上記実施例では、画像情報のサンプリングに固体
撮像素子を用いる場合について示したが、この発明は固
体撮像素子の代りに撮像管を用いる場合についても適用
することができる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、分岐光束系により、結
像光学系からＩＩＩ像装置の受光面に入射される光束か
ら少なくとも１つの分岐光束を取出し、この分岐光束を
、その光軸を分岐されない残りの光束の光軸とずらして
撮像装置の受光面に入射させるようにし、シャッタによ
り、分岐されない残りの光束と少なくとも１つの分岐光
束のうちのいずれか１つの光束を選択的にｍｓ装置の受
光面に入射させるようにしたので、Ｗｌｉ像＠瞳の画素
数を増やすことなく、物体の画像情報のサンプリング密
度を実効的に高めることができるカラーテレビカメラの
光学系を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例であるカラーテレビカメ
ラの光学系を示す図である。 第２図は、第１図のカラーテレビカメラの光学系におい
て物体の画像からの画像情報のサンプリング密度を高め
る原理を説明するための図である。 第３図は、この発明の他の実施例であるカラーテレビカ
メラの光学系を示す図である。 第４図は、第３図のカラーテレビカメラの光学系におい
て物体の画像からの画像情報のサンプリング密度を高め
る原理を説明するための図である。 第５図は、従来の単板式カラーテレビカメラの光学系を
示す図である。 図において、１は結像レンズ光学系、２は固体撮像素子
、１０は色分解フィルタ、２１．４１゜５１はハーフミ
ラ−１２２，３２，４２，５２は反射ミラー、６１は光
路長補正素子、７１．７２゜７３はシャッタ、８１．８
２．８３は光電変換素子、９１．９２は信号配線領域、
１０１，１０２゜１０３は色フィルタ、１１１は平用化
膜、１１２は保護膜、２１０は青反射ダイクロイックミ
ラー、３１０は赤反射ダイクロイックミラーである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像を電気信号に変換する１台の撮像装置と、物
   体の画像を前記撮像装置の受光面に結像させる結像光学
   系とを備えたカラーテレビカメラの光学系において、 前記結像光学系から前記撮像装置の受光面に入射される
   光束から少なくとも１つの分岐光束を取出し、この分岐
   光束を、その光軸を分岐されない残りの光束の光軸とず
   らして前記撮像装置の受光面に入射させる分岐光学系と
   、 前記分岐されない残りの光束と前記少なくとも１つの分
   岐光束のうちのいずれか１つの光束を選択的に前記撮像
   装置の受光面に入射させるシャッタとを備えたカラーテ
   レビカメラの光学系。
2. （２）前記撮像装置は色分解フィルタを備える特許請求
   の範囲第１項記載のカラーテレビカメラの光学系。
3. （３）前記少なくとも１つの分岐光束の取出にダイクロ
   イックミラーを用いる特許請求の範囲第１項記載のカラ
   ーテレビカメラの光学系。
4. （４）前記撮像装置は固体撮像素子である特許請求の範
   囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のカラーテレビ
   カメラの光学系。