(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束の入射面及び出射面両方にそれぞれ２枚ずつ配置されたウォラストンプリズムと、前記光束の入射面側に配置された前記２枚のウォラストンプリズムの光束の出射面側及び前記光束の出射面側に配置された前記２枚のウォラストンプリズムの光束の入射面側に配置された２枚の複屈折板と、前記２枚の複屈折板の内側に配置された位相解消板とを備えた光学ローパスフィルタと、
前記光学ローパスフィルタから出射した光を光学薄膜により複数色に色分解し、撮像素子へと導くプリズムと、
を含む
プリズム光学系。
【請求項２】
請求項１に記載のプリズム光学系を備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的擬似信号を濾波して画質劣化を防ぐ光学ローパスフィルタと複数色の色分解を行うプリズムを備えたプリズム光学系および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラにおいて、CCD,CMOS等の撮像素子を用いた場合、色偽信号やモアレ縞などの発生を防ぐために、不要な高周波成分を除去する光学ローパスフィルタを鏡筒内に保持しておく必要がある。
【０００３】
従来の色分解プリズムを持つビデオカメラ用光学ローパスフィルタでは、下記特許文献１，２に記載のような位相解消特性を持つ基板が配設されていた。
【特許文献１】特開平１１−２１８６１２号公報
【特許文献２】特開２００１−２７２６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１，２に記載のものを含む、従来の光学ローパスフィルタは、位相解消特性をもつ基板を光束の出射面に配置してある為、光学ローパスフィルタの表裏を逆にして配置すると、位相解消されない光束が色分解プリズムに入射してしまい、光学薄膜による色分解効率が悪くなる不具合があった。更に、任意の波長に関して色分解効率を良くすることが困難であった。また近年、撮像素子画素の小型化が進みそれに伴い必要とされる単結晶硝子からなる光学ローパスフィルタの複屈折板の厚みが薄くなり、面精度を確保することが困難になっている。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、光学ローパスフィルタを表裏逆に配置しても色分解プリズムによる色分解効率が悪化することのないプリズム光学系および撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のプリズム光学系は、光束の入射面及び出射面両方にそれぞれ２枚ずつ配置されたウォラストンプリズムと、前記光束の入射面側に配置された前記２枚のウォラストンプリズムの光束の出射面側及び前記光束の出射面側に配置された前記２枚のウォラストンプリズムの光束の入射面側に配置された２枚の複屈折板と、前記２枚の複屈折板の内側に配置された位相解消板とを備えた光学ローパスフィルタと、光学ローパスフィルタから出射した光を光学薄膜により複数色に色分解し、撮像素子へと導くプリズムとを含む。
【００１５】
また本発明の撮像装置は、光束の入射面及び出射面両方にそれぞれ２枚ずつ配置されたウォラストンプリズムと、前記光束の入射面側に配置された前記２枚のウォラストンプリズムの光束の出射面側及び前記光束の出射面側に配置された前記２枚のウォラストンプリズムの光束の入射面側に配置された２枚の複屈折板と、前記２枚の複屈折板の内側に配置された位相解消板とを備えた光学ローパスフィルタと、光学ローパスフィルタから出射した光を光学薄膜により複数色に色分解し、撮像素子へと導くプリズムとを含むプリズム光学系を具備する。
【発明の効果】
【００１７】
（１）請求項１〜１６に記載の発明によれば、光学ローパスフィルタを表裏逆に配置しても位相解消機能が作用するので、色分解プリズムによる色分解効率が悪くなることはなく、最適な任意の波長を色分解することが可能となる。
【００１８】
またプリズム光学系としての製造プロセスを簡易化することができる。
（２）請求項１７、１８に記載の発明によれば、光学ローパスフィルタを表裏逆に配置しても位相解消機能が作用するので、色分解プリズムによる色分解効率が悪くなることはなく、最適な任意の波長を色分解することが可能となる。これによってレンズの解像力を落とさず撮像素子における擬似信号を発生させないことが可能となる。
（３）請求項３，４に記載の発明によれば、位相解消板を例えば樹脂により構成することができ、コストダウンを図ることができる。
（４）請求項５，６に記載の発明によれば、位相解消板に単結晶材料を用いることで容易に面精度を確保することができ、設計自由度を拡大することが可能となる。
（５）請求項７，８に記載の発明によれば、赤外線カット効果を併せ持つことで機能拡大と部品点数削減が可能となる。
（６）請求項９，１０に記載の発明によれば、紫外線カット効果を併せ持つことで撮像素子の信頼性が確保される。また例えば蒸着により紫外線カットコートを設けることで部品点数を削減することができる。
（７）請求項１１，１２に記載の発明によれば、低照度撮影用として構成することが可能である。
（８）請求項１３，１４に記載の発明によれば、光学ローパスフィルタと色分解プリズムを別部品として構成し、光学ローパスフィルタの光束の入射面，出射面に空気層を設けることができ、面精度を確保することが可能である。
（９）請求項１５，１６に記載の発明によれば、製造プロセスの簡易化、部品点数の削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。
【００２０】
図１は本発明のプリズム光学系の実施形態例の構成を表し、３は撮像レンズ、１１は光学薄膜１２により複数色の色分解を行う色分解プリズム、１５，１６は例えばＣＣＤ等の撮像素子、１００は撮像レンズ３と色分解プリズム１１の間に所定間隔隔てて配設された光学ローパスフィルタを示している。
【００２１】
光学ローパスフィルタ１００は、直線偏光を円偏光に変換する１／４波長板から成る位相解消板５，７，９と、円偏光を直線偏光に変換する複屈折板６，８とを交互に貼り合わせるとともに、位相解消板５および９の各片面に薄膜４，１０を蒸着して構成されている。
【００２２】
図１（ａ）の構成において、撮影を行う場合、物体５０（太陽等の光源）より発せられた光束１は、被写体２に反射して撮像レンズ３を通過し、位相解消板５の片面に蒸着された薄膜４、位相解消板５、複屈折板６、位相解消板７、複屈折板８、位相解消板９、位相解消板９の片面に蒸着された薄膜１０を順に通過し、色分解プリズム１１に入射する。
【００２３】
色分解プリズム１１に入射した光束は光学薄膜１２により色分解され、光束１３は撮像素子１５（緑用）、光束１４は撮像素子１６（青、赤用）に入射する。この時 位相解消板５の入射面に蒸着された薄膜４により、レンズ系を通過してくる光束から赤外光線をカットし、通常撮像するのに理想的な光束が撮像素子１５、撮像素子１６に到達される。
【００２４】
このとき、光束１は、位相解消板５で円偏光光束１７となり複屈折板６に入射し、複屈折板６の板厚をＴ、分離幅をｄ、常光線屈折率をｎｏ、異常光線屈折率をｎｅ、入射角をθとしたとき、複屈折効果により、ｄ＝Ｔ・（（ｎｏ2−ｎｅ2）・tanθ）／（ｎｏ2・tanθ＋ｎｅ2）により、常光線・異常光線の任意の分離幅で任意の方向に分離され直線偏光光束１８となり、位相解消板７によって円偏光光束１９となり複屈折板８に入射し、複屈折板６と同様の効果により直線偏光光束２０となり位相解消板９によって円偏光に戻された光束２１が、色分解プリズム１１に入射する。
【００２５】
このとき直交ニコルの間に位相解消板を入れたときの透過率を位相解消効率とすると、位相解消板５の５５０ｎｍでの位相解消効率をＸ１、位相解消板９の５５０ｎｍでの位相解消効率をＸ２としたとき、
｜Ｘ１／Ｘ２｜＞０．７…（１）
を満足することで、色分解プリズム１１の光学薄膜１２によって分解される最適な任意の波長を色分解することが可能となり、撮像レンズ３の解像力を落とさずに擬似信号を発生させないことが可能となる。この条件を外れると、複屈折板６及び複屈折板８の複屈折効果によりレンズの解像力を落とさずに撮像素子における擬似信号を発生させないことが困難となる。
【００２６】
また、図１（b）では、光学ローパスフィルタ１００を撮像素子１５，１６に対して表裏逆に取り付けた場合の形態を示している。物体５０より発せられた光束１は、被写体２に反射して撮像レンズ３を通過し、位相解消板９の片面に蒸着された薄膜１０、位相解消板９、複屈折板８、位相解消板７、複屈折板６、位相解消板５、位相解消板５の片面に蒸着された薄膜４を順に通過し、色分解プリズム１１に入射する。
【００２７】
色分解プリズムに入射した光束は光学薄膜１２により色分解され、光束１３は撮像素子１５、光束１４は撮像素子１６に入射する。この時 位相解消板５の出射面に蒸着された薄膜４により、レンズ系を通過してくる光束から赤外光線をカットし、通常撮像するのに理想的な光束が撮像素子１５、撮像素子１６に到達される。
【００２８】
このとき、光束１は、位相解消板９で円偏光光束１７となり複屈折板８に入射し、複屈折板８の板厚をＴ、分離幅をｄ、常光線屈折率をｎｏ、異常光線屈折率をｎｅ、入射角をθとしたとき、複屈折効果により、ｄ＝Ｔ・（（ｎｏ2−ｎｅ2）・tanθ）／（ｎｏ2・tanθ＋ｎｅ2）により、常光線・異常光線の任意の分離幅で任意の方向に分離され直線偏光光束１８となり、位相解消板７によって円偏光光束１９となり複屈折板６に入射し、複屈折板８と同様の効果により直線偏光光束２０となり位相解消板５によって円偏光に戻された光束２１が、色分解プリズム１１に入射する。このとき位相解消板５の５５０ｎｍでの位相解消効率をＸ１、位相解消板９の５５０ｎｍでの位相解消効率をＸ２としたとき、
｜Ｘ１／Ｘ２｜＞０．７
を満足することで、色分解プリズム１１の光学薄膜１２によって分解される最適な任意の波長を色分解することが可能となり、撮像レンズ３の解像力を落とさずに擬似信号を発生させないことが可能となる。この条件を外れると、複屈折板６及び複屈折板８の複屈折効果によりレンズの解像力を落とさずに撮像素子における擬似信号を発生させないことが困難となる。
【００２９】
このとき光学ローパスフィルタ１００の中間に配設されている位相解消板７の位相解消効率をＸ３としたとき、
｜ｘ１／ｘ３｜＞０．７…（２）
を満足することで更に最適な任意の波長を色分解することが可能となり、この条件を外れると、複屈折板６及び複屈折板８の複屈折効果によりレンズの解像力を落とさずに撮像素子における擬似信号を発生させないことが困難となる。
【００３０】
また位相解消板５，９が有機材料、例えば樹脂で構成される場合は、安価で構成を成り立たせることが可能となる。位相解消板５，９を単結晶硝子で構成した場合は面精度の確保が可能となり、前記条件式を満足することで光学ローパスフィルタの入射面、出射面に配置されている位相解消板５，９の厚みを確保することが可能となり、この条件から外れると位相解消板５，９が薄くなり面精度を確保することが困難になる。
【００３１】
図２は光学ローパスフィルタの入射面、出射面の位相解消板が各２枚で構成されている形態の例を示している。ここで位相解消板２２ａ、２２ｂ、２３ａ，２３ｂはウォラストンプリズムを用いており、より効率の良い偏光光束を作り出すことが可能である。
【００３２】
図２において１０１は、図１の光学ローパスフィルタ１００の入射面、出射面の位相解消板を位相解消板２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂで構成した光学ローパスフィルタであり、３１は３色に色分解する色分解プリズムであり、３２ｒ，３２ｇ、３２ｂは各赤、緑、青用の撮像素子である。
【００３３】
図３は図１で使用される光学ローパスフィルタに吸収タイプの赤外線カットフィルタ２４と紫外線カットコート２５を設けた実施例を示している。吸収タイプの赤外線カットフィルタ２４と紫外線カットコート２５を構成上持つことで撮像素子にとって有害な近赤外光束と紫外光束を少なくすることが可能となる。
【００３４】
図３において１０２は、図１の光学ローパスフィルタ１００に赤外線カットフィルタ２４および紫外線カットコート２５を設けた光学ローパスフィルタであり、その他の部分は図２と同一符号を付している。尚前記紫外線カットコート２５は蒸着により容易に配設することが可能である。
【００３５】
図４は本発明の位相解消板を入射側、出射側に各々１枚以上備えた光学ローパスフィルタと色分解プリズムとを接着により一体化した実施例を示している。図４（ａ）において４１は４色に色分解する色分解プリズムであり、図１の光学ローパスフィルタ１００又は図２の光学ローパスフィルタ１０２と接着されている。尚３２ｃＹはターコイズ用の撮像素子であり、その他の部分は図３と同一符号を付している。
【００３６】
図４（ｂ）において、１０３，１０４は図１の光学ローパスフィルタ１００と同様に入射面、出射面に各々位相解消板を設けた光学ローパスフィルタであり、色分解プリズム１１の直交する２面に各々接着されている。図４（ｂ）では、直交する２方向から色分解プリズム１１を通過した光束が撮像素子１５に入射するように構成されている。
【００３７】
図４のように光学ローパスフィルタと色分解プリズムを接着により一体化することで製造プロセスが簡易化され、また部品点数が削減される。
【００３８】
図５は、光学ローパスフィルタを、赤外線カット効果が付与された光学ローパスフィルタと付与されていない光学ローパスフィルタとで構成し、そのうちいずれかを移動可能とした実施例を示している。図５において１０５は、例えば図３の赤外線カットフィルタ２４を有した光学ローパスフィルタであり、光束２７の光路位置とそれ以外の位置とで移動可能に構成されている。
【００３９】
２００は、例えば図１の光学ローパスフィルタ１００と同様に赤外線カット効果を付与していない光学ローパスフィルタであり、色分解プリズム１１の入射側に配設されている。尚図５において図１と同一部分は同一符号をもって示している。
【００４０】
赤外線カット効果を持つ光学ローパスフィルタ１０５は通常撮影時に図示（ｃ）位置に配置され、低照度撮影時には図示（ｄ）位置に移動される。これにより、通常撮影時に、光束２７の不要な赤外線が撮像素子１５，１６に入射することが防止され、低照度撮影時は赤外線を撮像素子１５，１６に入射させることが可能となる。
【００４１】
図６は本発明のプリズム光学系を備えた撮像装置の実施形態例を示している。図６において、６１は撮像装置６０の鏡筒を表しており、この鏡筒６１内に図１で述べた撮像レンズ３および光学ローパスフィルタ１００が配設されている。
【００４２】
撮像レンズ３、光学ローパスフィルタ１００、色分解プリズム１１を通して入射した光は撮像素子１５，１６によって電気信号に変換され、アンプ６２ａ，６２ｂにより増幅されて画像処理部６３に入力される。
【００４３】
また撮像装置６０には、画像処理部６３の処理データ等を記憶する内部メモリ６４、操作部６５、制御部６６、モニター駆動部６７、撮影画像を同時再生することができるモニター６８、外部メモリ等が設けられている。
【００４４】
前記制御部６６、画像処理部６３、モニター駆動部６７、外部メモリ６９はインターフェースＩ／Ｆ７０ａ〜７０ｄを各々介して共通のバス８０に接続されている。
【００４５】
このように構成された撮像装置６０において、光学ローパスフィルタ１００が表裏逆に配置された場合であっても、前記図１と同様に、位相解消機能が作用して最適な任意の波長を色分解することができ、これによって撮像レンズ３の解像力を落とさず撮像素子１５，１６における擬似信号を発生させないことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のプリズム光学系の一実施形態例を表し、（ａ）は光学ローパスフィルタを例えば表側に配設したときの構成図、（ｂ）は光学ローパスフィルタを裏側に配設したときの構成図である。
【図２】本発明のプリズム光学系の他の実施形態例を示す構成図である。
【図３】本発明のプリズム光学系の他の実施形態例を示す構成図である。
【図４】本発明のプリズム光学系の他の実施形態例を示す構成図である。
【図５】本発明のプリズム光学系の他の実施形態例を示す構成図である。
【図６】本発明の撮像装置の一実施形態例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４７】
１、１３、１４、２７…光束、３…撮像レンズ、４、１０…薄膜、５，７，９，２２ａ，２２ｂ、２３ａ，２３ｂ…位相解消板、６，８…複屈折板、１１，３１、４１…色分解プリズム、１２…光学薄膜、１５、１６，３２ｒ，３２ｇ、３２ｂ，３２ｃＹ…撮像素子、１７，１９，２１…円偏光光束、１８，２０…直線偏光光束、２４…赤外線カットフィルタ、２５…紫外線カットコート、１００，１０１，１０３，１０４，２００…光学ローパスフィルタ、１０２，１０５…赤外線カット効果を持つ光学ローパスフィルタ。
【図１】
0004506678.tif 000002
【図２】
0004506678.tif 000003
【図３】
0004506678.tif 000004
【図４】
0004506678.tif 000005
【図５】
0004506678.tif 000006
【図６】
0004506678.tif 000007