專利名稱：顏色分離裝置及攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像和映像攝像用的顏色分離裝置和攝像裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，對(duì)圖像和映像攝像，得到數(shù)碼映像的數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)正在普及。作為彩色圖像和映像的攝像方法，已知有空間分割式和時(shí)間分割式兩種。
空間分割式，是用RGB彩色濾光片在空間上將映像的顏色分解，由各像素檢測(cè)各色的強(qiáng)度得到數(shù)碼圖像數(shù)據(jù)的。采用這種方式的數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)得到廣泛應(yīng)用。
另一方面，時(shí)間分割方式，是在幀期間等規(guī)定期間中將映像的顏色在時(shí)間上分解，由同一像素檢測(cè)各色的強(qiáng)度得到數(shù)碼圖像數(shù)據(jù)的。以下基于專利文獻(xiàn)1，說明采用已有時(shí)間分割方式的攝像裝置實(shí)例。圖6是表示已有攝像裝置全體構(gòu)成的示意圖。通過照射自然光等光從物體1反射的光，透過顏色分離板13，由透鏡系統(tǒng)7在CCD和MOS等光檢測(cè)器8上形成圖像9。透鏡系統(tǒng)7雖然一般由沿著光軸排列的多個(gè)透鏡組合而成以確保光學(xué)特性，但是這里僅以一個(gè)透鏡示意表示。顏色分離板13，是將透明圓盤沿著其中心O以放射狀延伸的四條直線13a、13b、13c和13d分割成四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域上形成彩色濾光片后形成的。分別在區(qū)域13R上形成僅透過紅色光的濾光片，在區(qū)域13G、13G’上形成僅透過綠色光的濾光片，在區(qū)域13B上形成僅透過藍(lán)色光的濾光片。
顏色分離板13被裝在馬達(dá)上，如箭頭15所示使其通過中心O的軸L旋轉(zhuǎn)。因此，在光檢測(cè)器8上形成的圖像9的顏色將按照時(shí)間的先后以紅綠藍(lán)綠的順序變化。
光檢測(cè)器8分別檢測(cè)其中的各色光，將與各色對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸送到外部計(jì)算器。計(jì)算器以與紅綠藍(lán)對(duì)應(yīng)的信號(hào)組的形式計(jì)算顏色，最后以與綠色對(duì)應(yīng)的信號(hào)計(jì)算亮度。以這種方式將彩色圖像再生。
若按照時(shí)間分割的方式，則無(wú)需設(shè)置與各像素對(duì)應(yīng)的彩色濾光片。而且由于能夠用一個(gè)像素檢測(cè)RGB全部顏色，所以像素間距窄，能夠得到具有高分辨率的映像。
專利文獻(xiàn)1特開平9-172649號(hào)公報(bào)然而在專利文獻(xiàn)1的攝像裝置中，顏色分離板13是關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸L的旋轉(zhuǎn)體，為了避免對(duì)透鏡系統(tǒng)7的干擾將旋轉(zhuǎn)軸L配置在透鏡系統(tǒng)7的光路外側(cè)。因而將會(huì)產(chǎn)生攝像裝置全體增大的問題。
而且當(dāng)顏色分離板13旋轉(zhuǎn)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生分割線13a、13b、13c和13d分割顏色分離板13上透鏡系統(tǒng)7的光路2的斷面BS的期間。此時(shí)，在檢測(cè)器8上成像的圖像9將由二色顯示，而且顏色的邊界位置也會(huì)發(fā)生變化。此期間由于檢測(cè)器8不能得到正常的數(shù)據(jù)，所以需要僅在分割線13a、13b、13c和13d不分割斷面BS的期間內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)。這會(huì)使光的利用效率降低。
利用效率，當(dāng)將旋轉(zhuǎn)中心O與斷面BS中心之間的距離定為R，將斷面BS的半徑定為r的情況下，光的利用效率將與R/r成正比。半徑r的大小由于由透鏡系統(tǒng)而一次性決定，所以光的利用效率就與R的大小成正比。因此，為了提高光的利用效率需要加大分離板13，因而很難實(shí)現(xiàn)攝像裝置的小型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決已有技術(shù)中的這種問題，目的在于提供一種外形小的顏色分離裝置和攝像裝置。
本發(fā)明的顏色分離裝置，其中具備將入射光變換成直線偏振光光線的偏光變換部，是能從規(guī)定的多個(gè)方位選擇所述直線偏振光光線偏光方向的偏光變換部，和將從所述偏光變換部出射的所述直線偏振光光線配置成入射的衍射部，至少得到因所述偏光方向的方位而變的波長(zhǎng)成分減弱的0次光的衍射部。
某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，顏色分離裝置還具備驅(qū)動(dòng)所述偏光變換部的驅(qū)動(dòng)部，使所述偏光變換部中所述直線偏振光光的偏光方向在所述規(guī)定的多個(gè)方位上分別以規(guī)定的時(shí)間周期變化。
在某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述規(guī)定的多個(gè)方位至少有三個(gè)。
在某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述偏光方向的方位在透過所述偏光變換部的光的波面上為0度、45度和90度。
在某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述衍射部包括具有周期性凹凸形狀的衍射光柵，和設(shè)置得將所述衍射光柵的凹部掩埋的具有雙折射性的透明介質(zhì)。
在某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述衍射光柵的凹部和凸部之間產(chǎn)生的透過光的相位差，是藍(lán)光波長(zhǎng)中至少一個(gè)波長(zhǎng)以上。
在某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述衍射光柵的凹部和凸部之間產(chǎn)生的透過光的相位差，當(dāng)偏光方向?yàn)?度光的情況下是紅光波長(zhǎng)中1.5波長(zhǎng)，當(dāng)偏光方向?yàn)?0度的情況下是藍(lán)光波長(zhǎng)中1.5波長(zhǎng)。
在某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述偏光變換部包括將入射光變換為P波的直線偏振光的偏光濾光片，將所述被變換的P波的直線偏振光光線至少選擇性變換成P波的直線偏振光、圓偏振光、S波的直線偏振光中任何偏振光的液晶元件，和配置得使所述偏振光被選擇性變換的光透過，使所述P波或S波的偏光方向與進(jìn)相軸方位一致的1/4波長(zhǎng)板。
在某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述驅(qū)動(dòng)部對(duì)所述液晶元件施加電壓，使所述液晶元件所含的液晶的取向狀態(tài)變化，根據(jù)施加電壓變換所述P波的直線偏振光。
本發(fā)明的攝像裝置，其中具備上述任何一項(xiàng)規(guī)定的顏色分離裝置，僅使從所述顏色分離裝置的衍射部出射的0次光在所述光檢測(cè)部選擇性成像的聚光部，和與所述顏色分離裝置的偏光部中偏光方向的方位變化同期地檢測(cè)所述0次光，生成檢測(cè)信號(hào)的光檢測(cè)部。
在某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，從所述顏色分離裝置的衍射部出射的一次以上的高次衍射光，可以用所述聚光部使其在所述光檢測(cè)部不成像，決定所述光檢測(cè)部的幀和所述聚光部的焦距。
在某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述光檢測(cè)部包括以二維排列的多數(shù)檢測(cè)元件。
本發(fā)明的入射光的顏色分離方法，其中包括將入射光變換成偏光方向在規(guī)定的多個(gè)方位的各方位上以規(guī)定的時(shí)間周期變化的直線偏振光的步驟(A)，和使所述直線偏振光光線衍射，至少得到因所述偏光方向的方位而變的波長(zhǎng)成分減弱的0次光的步驟(B)。
在某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述步驟(A)中，使直線偏振光偏光方向的方位以規(guī)定時(shí)間周期向0度、45度和90度變化。
在某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述步驟(B)中，對(duì)于在所述0度、45度和90度的方位偏光的直線偏振光，分別得到綠和藍(lán)的波長(zhǎng)成分減弱的0次光。
本發(fā)明的映像的攝像方法，其中包括將入射光變換成偏光方向以規(guī)定的時(shí)間周期在規(guī)定的多個(gè)方位上變化的直線偏振光的步驟(A)，使所述直線偏振光光線衍射，至少得到因所述偏光方向的方位而變的波長(zhǎng)成分減弱的0次光的步驟(B)，和與所述步驟(A)中方位變化的時(shí)間周期同期地將所述0次光檢測(cè)為二次光的步驟(C)。
在某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述步驟(A)中，使直線偏振光的偏光方向的方位以規(guī)定的時(shí)間周期向0度、45度和90度變化。
在某個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述步驟(B)中，對(duì)于向所述0度、45度和90度的方位偏光的直線偏振光，分別得到綠和藍(lán)的波長(zhǎng)成分減弱的0次光。
按照本發(fā)明，由偏光變換部生成使偏光方向的方位在規(guī)定的多個(gè)方位上以規(guī)定的時(shí)間周期變化的直線偏振光，借助于衍射部可以由得到的直線偏振光得到因偏光方向的方位而變的波長(zhǎng)成分減弱的0次光。因此，在不用顏色分離板的情況下，可以得到能以時(shí)間分割方式分離顏色的顏色分離裝置。這種顏色分離裝置，無(wú)顏色分離板，而能將偏光變換部和衍射部同軸地配置在光學(xué)系統(tǒng)的攝像裝置的光路上。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)攝像裝置的顯著小型化。


圖1是表示本發(fā)明的顏色分離裝置和攝像裝置的實(shí)施方式的構(gòu)成示意圖。
圖2是圖1的顏色分離裝置用的偏光變換部構(gòu)成和動(dòng)作原理的說明圖。
圖3是圖1的顏色分離裝置用的衍射部構(gòu)成和動(dòng)作原理的說明圖。
圖4是表示衍射部0次光透過率與波長(zhǎng)關(guān)系的曲線圖。
圖5(a)是圖1的攝像裝置中衍射部的衍射光柵與光檢測(cè)部的寬度之間關(guān)系的說明圖，圖5(b)是衍射光柵的光柵方向相對(duì)于光檢測(cè)部的說明圖。
圖6是表示已有攝像裝置全體構(gòu)成的示意圖。
圖中1…物體、2…入射光、3…偏光濾光片、4…液晶元件、5…1/4波長(zhǎng)板、6…衍射部、7…透鏡系統(tǒng)、8…光檢測(cè)器、9…圖像、14…偏光變換部15…驅(qū)動(dòng)部、16…偏光變換器、101…顏色分離裝置具體實(shí)施方式
以下說明本發(fā)明的顏色分離裝置和攝像裝置的實(shí)施方式。
圖1是表示具備顏色分離裝置101的攝像裝置102的構(gòu)成的示意圖。攝像裝置102備有顏色分離裝置101、形成聚光部的透鏡系統(tǒng)7和光檢測(cè)部8。通過照射自然光等光被物體1反射的光2，被顏色分離裝置101以時(shí)間分割方式作顏色分離。以規(guī)定順序和規(guī)定時(shí)間間隔地被分離的有色光，經(jīng)過透鏡系統(tǒng)7聚光，并在光檢測(cè)部8的檢測(cè)面上形成物體1的像。圖1中透鏡系統(tǒng)7雖然是用一個(gè)凸透鏡表示的，但是實(shí)際上透鏡系統(tǒng)7是由排列得使光軸一致的多個(gè)透鏡組合而成的。
光檢測(cè)部8，由含有以二維排列的多個(gè)檢測(cè)元件的CCD圖像敏感元件和CMOS圖像敏感元件等構(gòu)成。例如可以使用單色用CCD圖像敏感元件和CMOS圖像敏感元件。
顏色分離裝置101包括具有偏光變換部14和驅(qū)動(dòng)部15的偏光方向變換器16，和衍射部6。偏光方向變換器16，以從物體1反射的光2作為入射光接收后，將入射光變換成偏光方向以規(guī)定的時(shí)間周期向規(guī)定的多個(gè)方位變化的直線偏振光光線。衍射部6被配置得使從偏光方向變換器16出射的直線偏振光光線入射，將入射的直線偏振光光線衍射，得到0次和一次以上的高次衍射光。其中，以0次入射的光因偏光方向的方位而變化的波長(zhǎng)成分減弱。向衍射部入射的光的偏光方向的方位由于以規(guī)定時(shí)間周期變化，所以在衍射部6得到的0次光中，減弱的波長(zhǎng)成分將以規(guī)定的時(shí)間周期變化。也就是說，0次光將變化成與隨著時(shí)間的經(jīng)過而一起周期性減弱波長(zhǎng)成分對(duì)應(yīng)的補(bǔ)色。
正如以下詳細(xì)說明的那樣，例如偏光方向變換器16將入射光變換成具有三個(gè)不同方位的直線偏振光光線，衍射部6按照入射的直線偏振光偏光方向的方位出射將藍(lán)、綠波長(zhǎng)成分減弱的0次光。因此，衍射部6將出射以規(guī)定的時(shí)間周期變化成作為藍(lán)、綠補(bǔ)色的藍(lán)、紅、黃色的0次光。光檢測(cè)器8分別檢測(cè)這些顏色轉(zhuǎn)送到外部的計(jì)算器，計(jì)算顏色和亮度后再生圖像。
以下詳細(xì)說明各部的動(dòng)作原理。偏光方向變換器16的偏光變換部14，包括偏光濾光片3、液晶元件4和1/4波長(zhǎng)板5。在偏光變換部14中，液晶元件4被偏光濾光片3和1/4偏光板5所夾持，將偏光濾光片3、液晶元件4和1/4波長(zhǎng)板5配置得使入射光2最初透過偏光濾光片3。
圖2示意表示偏光變換部14的詳細(xì)構(gòu)成。物體1的反射光1等是白色自然光，偏光方向是隨機(jī)的。隨機(jī)的偏振光2a’的白色光2a一旦透過偏光濾光片3，就變成與偏光濾光片3的偏光軸平行方位的直線偏振光2b’的白色光2b。
液晶元件4包括一對(duì)透明基板4a、4c，和被透明基板4a、4c夾持的液晶層4b。事先在透明基板4a、4c的互相相對(duì)的主面上形成ITO等透明電極，與驅(qū)動(dòng)部15電連接。在透明電極的表面上形成取向膜。對(duì)取向膜實(shí)施摩擦處理，與其連接的液晶層4b的液晶分子在無(wú)電壓時(shí)在摩擦方向上取向。液晶層4b使用STN(超級(jí)扭轉(zhuǎn)向列)型液晶。
液晶層4b按照在透明基板4a、4c間施加的電壓，使液晶層4b中液晶分子的傾斜變化來(lái)控制液晶層4b的旋光性和雙折射性。這樣使入射液晶元件4中的直線偏振光光線的偏光狀態(tài)變化。例如在對(duì)液晶層4b未施加電壓的狀態(tài)下，在液晶層4b的厚度方向上液晶分子以加捻狀態(tài)取向。另一方面，一旦在透明電極間施加電壓，液晶分子就會(huì)在液晶層4b的厚度方向上立起，沿著與透明基板4a、4c垂直的方向取向。液晶元件4根據(jù)液晶層4b的取向方向使透過光的偏光狀態(tài)變化。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)部15(圖1)施加大電壓的情況下，液晶分子的長(zhǎng)軸在電場(chǎng)方向上排列，液晶分子成為沿著厚度方向的狀態(tài)41。因此，液晶層4b的旋光性消失，入射的直線偏振光2b’的光2b不受影響地直接透過，形成直線偏振光2c1’的光2c1。另一方面，當(dāng)施加電壓為0時(shí)，液晶分子處于加捻狀態(tài)43，入射的直線偏振光2b’的光2b被轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)90度(270度)的直線偏振光2c3’的光2c3。當(dāng)驅(qū)動(dòng)部15對(duì)透明電極間施加這些數(shù)值之間的電壓時(shí)，液晶分子處于加捻狀態(tài)42，入射的直線偏振光2b’的光2b被轉(zhuǎn)換成圓偏振光2c2’的光2c2。
這三種偏振光2c1’、2c2’、2c3’的光2c1、2c2、2c3，當(dāng)透過進(jìn)相軸的方位被配置得與2c1’或2c3’的方位一致的1/4波長(zhǎng)板5時(shí)，可以分別轉(zhuǎn)換成直線偏振光2c1’、2c2’、2c3’的光2c1、2c2、2c3。偏振光2c1’、2c3’與偏振光2d1’、2d3’相同，圓偏振光2c2’將偏振光轉(zhuǎn)換成處于45度(或135度)方位的直線偏振光2d2’。因此，入射到偏光變換部14的隨機(jī)偏振光2a’的光2a，能夠根據(jù)施加在液晶層4b上的電壓和施加電壓的時(shí)序，將方位不同的三種變換成直線偏振光。
液晶層4b的狀態(tài)41、42、43之間的應(yīng)答性，優(yōu)選處于數(shù)十毫秒左右，更優(yōu)選10毫秒左右。此時(shí)使三種狀態(tài)循環(huán)一周所需的時(shí)間將為30毫秒左右。
圖3示意表示衍射部6的構(gòu)成。衍射部6包括在一對(duì)透明基板6a、6b之間設(shè)置的衍射光柵6b和雙折射性介質(zhì)6c。衍射光柵6b包括由TiO2、Ta2O3、SiN等構(gòu)成的多個(gè)條狀凸部。凸部具有d微米高度，以50％的占空比和Λ間距排列在透明基板6a上。在多個(gè)凸部之間形成凹部，衍射光柵6b具有凹凸形狀。在透明基板6a、6b之間設(shè)置雙折射性介質(zhì)6c將衍射光柵6b的凹部掩埋。雙折射性介質(zhì)6c例如由紫外線固化型液晶等構(gòu)成。
衍射部6可以采用公知的薄膜形成技術(shù)和光刻技術(shù)形成。例如，在透明基板6a的全部表面上形成由TiO2、Ta2O3、SiN等構(gòu)成的膜，通過施加規(guī)定圖案在透明基板6a上形成衍射光柵6b。然后，涂布紫外線固化型液晶將衍射光柵6b覆蓋，通過照射紫外線使其固化，形成雙折射性介質(zhì)6C。接著通過在雙折射性介質(zhì)6C上設(shè)置透明基板6d，能夠制成衍射部6。
如圖3所示，雙折射性介質(zhì)6C在X軸方向上具有折射率nx，在Y軸方向(與紙面垂直的方向)上具有折射率ny。衍射光柵6b的凸部的折射率為n0。因此，在衍射光柵6b的凹部與凸部之間產(chǎn)生透過光的相位差，對(duì)于X軸方向(方位角θ＝0度)上具有偏光方向的直線偏振光光線2d1將變成(n0-nx)x d，對(duì)于Y軸方向(方位角θ＝90度)上具有偏光方向的直線偏振光光線2d3將變成(n0-ny)x d。而且對(duì)于具有方位角θ＝45度偏光方向的直線偏振光2d2而言將變成{n0-(nx+ny)/2}x d。
例如，若使n0＝2.35、nx＝1.50、ny＝1.75、d＝1.15，則分別變成如下數(shù)值光2d1(方位角θ＝0度)0.98微米光2d2(方位角θ＝45度)0.835微米光2d3(方位角θ＝90度)0.69微米。
其中，相位差0.98微米相當(dāng)于紅色波長(zhǎng)的1.5倍，相位差0.69相當(dāng)于藍(lán)色波長(zhǎng)的1.5倍，相位差0.835相當(dāng)于綠色波長(zhǎng)的1.5倍。也就是說，對(duì)于紅、綠和藍(lán)各色波長(zhǎng)而言，將產(chǎn)生波長(zhǎng)3/2倍的相位差。因此，光2d1、光2d2、光2d3透過衍射部6的情況下，與衍射光柵6b垂直出射的0次光中，紅(波長(zhǎng)0.635微米)、藍(lán)(波長(zhǎng)0.460微米)、綠(波長(zhǎng)0.557微米)的波長(zhǎng)成分分別因波長(zhǎng)干涉作用而被減弱。
圖4是在上述條件下0次光的透過率與波長(zhǎng)之間關(guān)系的曲線圖。方位角θ＝0度的光中，衍射部6將紅色成分強(qiáng)烈衍射。因此，在0次光中紅色波長(zhǎng)成分減弱，0次光表示曲線10的透過率分布。這種透過率分布將顯示作為紅色補(bǔ)色的藍(lán)色光。同樣，方位角θ＝90度的光中，衍射部6將藍(lán)色成分強(qiáng)烈衍射。因此，在0次光中藍(lán)色波長(zhǎng)成分減弱，0次光表示曲線12的透過率分布。這種透過率分布將顯示作為藍(lán)色補(bǔ)色的黃色光。方位角θ＝45度的光，衍射部6將綠色成分強(qiáng)烈衍射。因此，在0次光中綠色波長(zhǎng)成分減弱，0次光表示曲線11的透過率分布。這種透過率分布將顯示紅色光。
被偏光變換部16變換的直線偏振光2c1’、2c2’、2c3’的光2c1、2c2、2c3，由于偏光方向的方位分別為0度、45度和90度，所以通過在衍射部6中透過，分別以一次以上衍射光的形式，將紅色光2E1、綠色光2E2和藍(lán)色光2E3衍射。因此，以0次光形式殘留的是藍(lán)色光2e1、紅色光2e2和黃色光2e3。如上所述，偏光變換部16由于將白色光的偏光方向以時(shí)間周期變化0度、45度和90度，所以從衍射部6出射的光，將以時(shí)間為周期變成藍(lán)色、綠色和黃色。也就是說，顏色分離裝置101以時(shí)間分割方式將白色光分離成藍(lán)色、綠色和黃色的光。
另外，由本實(shí)施方式得到的三種顏色的光是補(bǔ)色光。與之相比，按照專利文獻(xiàn)1分離的紅綠藍(lán)色光是原色光。補(bǔ)色光具有原色光二倍的能量。因此，通過在偏光濾光片3中透過即使將大約一半光遮擋而使能量減少，通過采用補(bǔ)色光可以彌補(bǔ)這種能量的減少。
用具備這種構(gòu)成的顏色分離裝置101構(gòu)成攝像裝置的情況下，對(duì)于光檢測(cè)部8而言，需要使從顏色分離裝置101出射的光中僅僅選擇0次光在檢測(cè)部8成像。換言之，需要使一次以上的高次衍射光不被光檢測(cè)部8所檢測(cè)。如圖5(a)所示，將使一次折射光成像得到的物體9’與使0次折射光成像得到的物體9之間的中心間隔定為L(zhǎng)，將光檢測(cè)部8的寬度定為W的情況下，若能滿足L＞W(wǎng)，則能使一次折射光不入射到檢測(cè)部8，僅使0次光選擇性地在檢測(cè)部8中成像。因此，當(dāng)將透鏡系統(tǒng)7的焦距定為f，將一次光的折射角(0次光與一次光所成的角度)定為θ的情況下，也能滿足以下關(guān)系L＝f tanθ＞W(wǎng)…(1)另一方面，將透過衍射部6向檢測(cè)部8入射的光的波長(zhǎng)定為λ的情況下，對(duì)于衍射光柵6b而言，一次折射光將滿足以下條件。
sinθ＝λ/Λ…(2)如果θ充分小，則由于Sinθ≈tanθ，所以條件(1)可以用條件(2)的關(guān)系表示(fλ)/Λ＞W(wǎng)…(3)也就是說，優(yōu)選將檢測(cè)部8的寬度W設(shè)定得滿足不等式(3)。若將光波長(zhǎng)的最小值定為0.4微米、f＝5毫米、W＝2毫米，則為了滿足不等式(3)，需要使Λ處于1微米以下。若采用現(xiàn)在的光刻技術(shù)和微細(xì)加工技術(shù)，則很難制作間距Λ為1微米左右的衍射光柵6b。
正如圖5(a)表明的那樣，為使一次以上的衍射光確實(shí)不入射到檢測(cè)部8中，L優(yōu)選越小越好。因此，當(dāng)檢測(cè)部8的幀不是正方形的情況下，優(yōu)選使衍射部8的折射方向與檢測(cè)部8的幀的短邊平行，使光在幀尺寸短的一側(cè)折射。更具體講，如圖5(b)所示，當(dāng)將檢測(cè)部8的短邊和長(zhǎng)邊分別設(shè)定為L(zhǎng)1、L2的情況下，衍射部6的衍射光柵6b的光柵優(yōu)選配置得與長(zhǎng)邊L2平行。
如上所述，在顏色分離裝置101中，偏光方向變換器16，將入射光變換成偏光方向以規(guī)定的多個(gè)方位Λ規(guī)定的時(shí)間周期變化的直線偏振光光線。而且衍射部6生成與偏光方向相應(yīng)的補(bǔ)色。因此，檢測(cè)部8與偏光方向變換器16的偏光方位變化的時(shí)序同期，檢測(cè)從顏色分離裝置101的衍射部6b得到的0次光。具體講，與偏光方向變換器16的驅(qū)動(dòng)部15中生成的驅(qū)動(dòng)電壓的變化同期，檢測(cè)從顏色分離裝置101得到的補(bǔ)色光。
這樣，在本發(fā)明的顏色分離裝置中，偏光變換部和衍射部不含旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的情況下，可以將其與透鏡系統(tǒng)同軸配置。因此，與過去相比，攝像裝置更容易小型化。而且若按照專利文獻(xiàn)1所示那種已有實(shí)例，在顏色分離板的分割方法等不變更硬件的情況下，不能調(diào)節(jié)各色光的受光量。但是按照本發(fā)明的顏色分離裝置，僅使驅(qū)動(dòng)偏光變換部的驅(qū)動(dòng)部中產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電壓波形變更的情況下，就能調(diào)節(jié)各色光的受光量。因此，能夠容易對(duì)攝像裝置的顏色和亮度進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)正，而且可以進(jìn)行顏色或亮度的高度調(diào)整或補(bǔ)正。此外，與已有的實(shí)例同樣，由于光檢測(cè)器分割每個(gè)像素?zé)o需設(shè)置濾光片，所以能夠減小像素尺寸，也容易在不改變幀的情況下增加像素的數(shù)目。
其中，在上述實(shí)施方式的說明中雖然是以STN液晶作為液晶層為例說明的，但是若能將P波變換成S波和圓偏振光，則也可以是TN(扭轉(zhuǎn)向列)液晶等其他偏光元件。而且偏光變換部并不限于偏光濾光片、液晶元件和1/4波長(zhǎng)板的組合，也可以是偏光濾光片和1/2波長(zhǎng)板的組合，使其在光軸的四周相對(duì)旋轉(zhuǎn)的構(gòu)成。
此外，衍射部中在衍射光柵的凹部與凸部之間產(chǎn)生的透過光的相位差，雖然將x軸方向的偏振光中定為紅色波長(zhǎng)的1.5倍，在y軸方向的偏振光中定為藍(lán)色波長(zhǎng)的1.5倍，但是透過光的相位差若在藍(lán)色波長(zhǎng)中產(chǎn)生至少一波長(zhǎng)以上，也可以設(shè)定得產(chǎn)生其他相位差。而且，在與紅、藍(lán)和綠不同色的波長(zhǎng)中，即使設(shè)計(jì)得使該色的波長(zhǎng)成分減弱，盡管0次光的顏色種類變化，同樣能實(shí)現(xiàn)顏色分離。
折射元件也可以用蝕刻LiNbO3等雙折射性晶體的方式形成，通過在蝕刻產(chǎn)生的凹部充填紫外線固化型液晶等雙折射性介質(zhì)，也能形成衍射部。
本發(fā)明的顏色分離裝置和攝像裝置，可以適當(dāng)用于數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)、帶有照相機(jī)的移動(dòng)電話機(jī)等小型、薄型攝像裝置上。
權(quán)利要求
1.一種顏色分離裝置，其中具備作為將入射光變換成直線偏振光光線的偏光變換部，能從規(guī)定的多個(gè)方位選擇所述直線偏振光光線偏光方向的偏光變換部，和作為將從所述偏光變換部出射的所述直線偏振光光線配置成入射的衍射部，至少得到因所述偏光方向的方位而變的波長(zhǎng)成分減弱的0次光的衍射部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顏色分離裝置，其中還具備有驅(qū)動(dòng)所述偏光變換部的驅(qū)動(dòng)部，使所述偏光變換部中所述直線偏振光光的偏光方向在所述規(guī)定多個(gè)方位上分別以規(guī)定的時(shí)間周期變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顏色分離裝置，其中所述規(guī)定的多個(gè)方位至少有三個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的顏色分離裝置，其中所述偏光方向的方向在透過所述偏光變換部的光的波面上為0度、45度和90度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的顏色分離裝置，其中所述衍射部包括具有周期性凹凸形狀的衍射光柵，和設(shè)置得將所述衍射光柵的凹部掩埋的具有雙折射性的透明介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的顏色分離裝置，其中在所述衍射光柵的凹部和凸部之間產(chǎn)生的透過光的相位差，是藍(lán)光波長(zhǎng)中至少一個(gè)波長(zhǎng)以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的顏色分離裝置，其中所述衍射光柵的凹部和凸部之間產(chǎn)生的透過光的相位差，當(dāng)偏光方向?yàn)?度光的情況下是紅光波長(zhǎng)中1.5波長(zhǎng)，當(dāng)偏光方向?yàn)?0度的情況下是藍(lán)光波長(zhǎng)中1.5波長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顏色分離裝置，其中所述偏光變換部包括將入射光變換為P波的直線偏振光的偏光濾光片，將所述被變換的P波的直線偏振光至少選擇性變換成P波的直線偏振光、圓偏振光、S波的直線偏振光中任何偏振光的液晶元件，和配置得使所述偏振光被選擇性變換的光透過，使所述P波或S波的偏光方向與進(jìn)相軸方位一致的1/4波長(zhǎng)板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的顏色分離裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)部對(duì)所述液晶元件施加電壓使所述液晶元件所含的液晶取向狀態(tài)變化，根據(jù)施加電壓變換所述P波的直線偏振光。
10.一種攝像裝置，其中具備權(quán)利要求1～7中任何一項(xiàng)規(guī)定的顏色分離裝置，僅使從所述顏色分離裝置的衍射部出射的0次光在所述光檢測(cè)部選擇性成像的聚光部，與所述顏色分離裝置的偏光部中偏光方向的方位的變化同期地檢測(cè)所述0次光，生成檢測(cè)信號(hào)的光檢測(cè)部。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的攝像裝置，其中從所述顏色分離裝置的衍射部出射的一次以上的高次衍射光，可以用所述聚光部使其在所述光檢測(cè)部不成像，決定所述光檢測(cè)部的幀和所述聚光部的焦距。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的攝像裝置，其中所述光檢測(cè)部包括以二維排列的多個(gè)檢測(cè)元件。
13.一種入射光的顏色分離方法，其中包括將入射光變換成偏光方向在規(guī)定的多個(gè)方位的各方位上以規(guī)定時(shí)間周期變化的直線偏振光的步驟(A)，和使所述直線偏振光光線衍射，至少得到因所述偏光方向的方位而變的波長(zhǎng)成分減弱的0次光的步驟(B)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的入射光的顏色分離方法，其中在所述步驟(A)中，使直線偏振光偏光方向的方位以規(guī)定時(shí)間周期向0度、45度和90度變化。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的入射光的顏色分離方法，其中在所述步驟(B)中，對(duì)于在所述0度、45度和90度的方位偏光的直線偏振光，分別得到綠和藍(lán)的波長(zhǎng)成分減弱的0次光。
16.一種映像的攝像方法，其中包括將入射光變換成偏光方向以規(guī)定的時(shí)間周期在規(guī)定的多個(gè)方位上變化的直線偏振光的步驟(A)，使所述直線偏振光光線衍射，至少得到根據(jù)所述偏光方向的方位而變的波長(zhǎng)成分減弱的0次光的步驟(B)，和與所述步驟(A)中方位變化的時(shí)間周期同期地將所述0次光檢測(cè)為二次光的步驟(C)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的映像的攝像方法，其中在所述步驟(A)中，使直線偏振光的偏光方向的方位以規(guī)定的時(shí)間周期向0度、45度和90度變化。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的映像的攝像方法，其中在所述步驟(B)中，對(duì)于所述0度、45度和90度的方位偏光的直線偏振光，分別得到綠和藍(lán)的波長(zhǎng)成分減弱的0次光。
全文摘要
提供一種外形小的顏色分離裝置。本發(fā)明的顏色分離裝置，其中具備將入射光變換成直線偏振光的偏光變換部(16)，是能從規(guī)定的多個(gè)方位選擇所述直線偏振光的偏光方向的偏光變換部(16)，和將所述偏光變換部(16)出射的所述直線偏振光配置成入射的衍射部(6)，至少得到因所述偏光方向的方位而變的波長(zhǎng)成分減弱的0次光的衍射部(6)。
文檔編號(hào)H04N9/09GK1677168SQ20051006255
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者西脅青兒, 永島道芳 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社