JP2001292457A - 光学装置及びその製造方法 - Google Patents

光学装置及びその製造方法

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JP2001292457A
JP2001292457A JP2000103602A JP2000103602A JP2001292457A JP 2001292457 A JP2001292457 A JP 2001292457A JP 2000103602 A JP2000103602 A JP 2000103602A JP 2000103602 A JP2000103602 A JP 2000103602A JP 2001292457 A JP2001292457 A JP 2001292457A
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JP2000103602A
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Akira Inoue
晃 井上
Toshiaki Hayashi
俊明 林
Koichi Yokozawa
浩一 横沢
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学素子の相対的な配置、連結を容易にかつ
精度良く行うことができ、高精度な画像を形成可能であ
り、小型、軽量化を実現し得る光学装置を提供する。 【解決手段】 入射光を所定の原色光に分解する色分解
プリズム11aの出射端面から出射された所定の原色光
が照射されるCCD12aの受光面が所定の間隙を介し
て取付けられた光学装置において、前記色分解プリズム
11aの出射端面隅部に設けた面取形状部14と、前記
CCDの入射端面隅部に設けた面取形状部15との間を
丸棒状スペーサ17を介して接着固定したことを特徴と
するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レンズ等の光学素
子を位置決めして配置する光学装置及びその製造方法に
関し、例えば、プリズムを保持した保持体に固体撮像素
子を位置決めして配置する撮像装置のような光学装置及
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】CCD等の固体撮像素子又は撮像管等を
用いた光学装置の解像度を向上する取り組みとして、撮
像レンズからの被写体光を色分解プリズムにより赤成
分、緑成分、青成分の3成分に分解し、これらの光を固
体撮像素子等により受光し、変換することで該被写体の
像としている。
【0003】例えば、実開昭62−47288号公報や
実開昭62−47289号公報等には、プリズムから出
射された複数成分の光をそれぞれのCCDに入射させる
色分解光学系が開示されている。
【0004】これらは、図6に示すように、固定金物5
0に保持された色分解プリズム58と、取付金物51に
保持されたCCD55との間にクサビ状スペーサ59を
接着固定したものである。
【0005】しかし、CCD55は一般にセラミックパ
ッケージにCCD素子が収納されている。そして、セラ
ミックパッケージは焼結物であり、寸法精度が悪く、ク
サビ状スペーサ59との接触面に不規則な間隙が生じ易
く、このため接着固定が不安定である。
【0006】また、色分解プリズム58と取付金物51
との間に接着されるクサビ状スペーサ59の接着部は、
色分解プリズム58及び取付金物51の接着部に対応し
た角度、面積とする必要があるため、全体として複雑な
形状となり、比較的高価な装置となってしまう。
【0007】このような色分解プリズム58の接着固定
の不安定要因を取り除くため、特開平5−308645
号公報では、図7に示すような色分解プリズム58を具
備する光学素子保持部材70とCCD82を保持する保
持部材(取付金物)80との対向する位置に、傾斜部7
1、81を設け、その間に丸棒状スペーサ75を配置
し、接着固定することが提案されている。
【0008】また、特開平4−133008号公報のよ
うに、固体撮像素子パッケージの側面部と色分解プリズ
ムの出射面とを、円柱状のガラスピースを用いて直接、
接着固定することが提案されている。
【0009】さらに、特開平9−163389号公報の
ように、CCDの保持強度を向上させる目的により、プ
リズムと固体撮像素子とを連結ブロックを用いて接着固
定することも提案されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平5−308645号公報の技術では、光学素子
保持部材70を色分解プリズム58に接着固定した後、
接着固定した光学素子保持部材70の傾斜部71と保持
部材80の傾斜部81とを丸棒状スペ−サ75を用いて
接着するものであり、このような構成だと、光学素子保
持部材70が存在するため、光学装置を小型、軽量化す
ることが困難である。また、接着作業が多くコスト高に
なる。
【0011】また、特開平4−133008号公報で
は、固体撮像素子とプリズムとを直接接着しているが、
一般的に固体撮像素子のパッケージは、焼結物により素
子外周を囲むように作製されている。
【0012】そのため、固体撮像子パッケージ側面部と
プリズム出射面とによる接着の場合、プリズムの出射面
を光学系有効面積以上にしなければならない。したがっ
て、光学装置として、小型、軽量化することが困難であ
る。
【0013】特に、ガラスプリズムである場合、ガラス
の比重が大きいため、軽量化を実果することが難しい。
【0014】また、この公報の技術では、固体撮像素子
に対して平面方向(X、Y方向)及び回転方向(Zθ方
向)への調整は可能であるが、固体撮像素子とプリズム
出射面との僅かな傾き(チルト調整、Xθ、Yθ方向)
を調整することが極めて困難である。
【0015】同様に、特開平9−163389号公報で
は、プリズム側面からガラスブロックを用いて固体撮像
素子を接着固定しており、固体撮像素子に対して平面方
向(X、Y方向)及び回転方向(Zθ方向)への調整は
可態であるが、傾き調整(チルト調整、Xθ、Yθ方
向)が極めて困難である。
【0016】そのため、色分解光学系の大きな特徴であ
る高解像度化への大きな課題といえる(各成分の固体撮
像素子の位置を微調整することにより、各成分の像を画
像としている)。
【0017】本発明は、上述した問題点に鑑みてなされ
たもので、プリズム、レンズ、固体撮像素子等の光学素
子の相対的な配置、連結を容易にかつ精度良く行うこと
ができ、高精度な画像を形成可能であり、小型、軽量化
を実現し得る光学装置及びかかる光学装置の製造方法を
提供することを目的とするものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
入射光を所定の原色光に分解する光学素子の出射端面
と、その出射端面から出射された所定の原色光が照射さ
れる固体撮像素子の受光面が所定の間隙を介して取付け
られた光学装置において、前記光学素子の出射端面隅部
に設けた面取形状部と、前記固体撮像素子の入射端面隅
部に設けた面取形状部との間を間隔保持体を介して接着
固定したことを特徴とするものである。
【0019】本発明のように、光学素子と固体撮像素子
との間に、所定の間隙を設けられた光学装置の場合、本
発明のように間隔保持体を用いず、接着剤により所定の
間隙を設けることもできる。
【0020】しかし、接着剤のような有機物を介した間
隙の場合、温度、湿度による影響が大きくなることが確
認されている。つまり、初期状態では、十分に位置精度
よく接着固定されている固体撮像素子が、温度、湿度の
変化により位置ずれが生じてしまいこのため撮像する画
像が乱れてしまう。これは、接着剤等のような有機物で
は、温度、湿度特性がガラス等の無機物と大きく異な
り、変形し易いことが原因であり、一般的な接着剤を用
いた場合、避けることができない大きな課題であった。
【0021】しかし、本発明のような間隔保持体を用い
ることで、接着剤の温度、湿度特性に左右される程度が
極端に減少し、温度、湿度による固体撮像素子の位置ず
れを防止し、高精度な画像形成が可能となる。
【0022】また、上述した両面取形状部を利用して間
隔保持体を配置することで、光学装置自体の小型化、軽
量化が可能となる。
【0023】請求項2記載の発明は、入射光を所定の原
色光に分解する光学素子と、この光学素子の出射端面側
に配置した光透過性を有する取付治具と、前記光学素
子、取付治具を経て出射された所定の原色光が照射され
る受光面が前記取付治具に対して所定の間隙を有して配
置された固体撮像素子とを有する光学装置において、前
記取付治具の出射端面隅部に設けた面取形状部と、前記
固体撮像素子の入射端面隅部に設けた面取形状部との間
を間隔保持体を介して接着固定したことを特徴とするも
のである。
【0024】この発明によれば、請求項1記載の発明の
場合と同様な作用を発揮することに加え、前記取付治具
を用いていることにより、光学素子、固体撮像素子の形
状、サイズの相違にも柔軟に対応可能となる。
【0025】請求項3記載の発明は、撮影レンズに入射
された被写体からの光を所定の原色光に分解する光学素
子の出射端面と、その出射端面から出射された所定の原
色光が照射される固体撮像素子の受光面が所定の間隙を
介して取付けられた光学装置の製造方法において、前記
光学素子の出射端面と、前記固体撮像素子の受光面との
位置を原色光に分解された光により結像されるように調
整した後、前記光学素子の出射端面隅部に設けた面取形
状部と、前記固体撮像素子の入射端面隅部に設けた面取
形状部との間に間隔保持体を接着固定することを特徴と
するものである。
【0026】この発明によれば、請求項1記載の発明の
作用を発揮する光学装置を簡略な工程で生産性よく製造
することができる。
【0027】請求項4記載の発明は、入射光を所定の原
色光に分解する光学素子と、この光学素子の出射端面側
に配置した光透過性を有する取付治具と、前記光学素
子、取付治具を経て出射された所定の原色光が照射され
る受光面が前記取付治具に対して所定の間隙を有して配
置された固体撮像素子とを有する光学装置の製造方法に
おいて、前記光学素子の出射端面と、前記固体撮像素子
の受光面との位置を原色光に分解された光により結像さ
れるように調整した後、前記取付治具の出射端面隅部に
設けた面取形状部と、前記固体撮像素子の入射端面隅部
に設けた面取形状部との間に間隔保持体を接着固定する
ことを特徴とするものである。
【0028】この発明によれば、請求項2記載の発明の
作用を発揮する光学装置を簡略な工程で生産性よく製造
することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。
【0030】(実施の形態1)図1乃至図4を参照して
本発明の実施の形態1の光学装置について説明する。
【0031】この光学装置は、図1に示すように、3個
の光学素子である色分解プリズム11a、11b、11
cに、各々固体撮像素子としてのCCDパッケージ(以
下「CCD」という)12a、12b、12cを取付け
ている。さらに、図示しないがレンズマウント、撮影レ
ンズ等が取付けられる。
【0032】前記色分解プリズム11a、11b、11
cは、赤成分、緑成分、青成分の電気信号を取り出すた
めに、各々の出射端面13にCCD12a、12b、1
2cを取付けている。
【0033】この光学装置においては、図示しないレン
ズを通った入射光aが、色分解プリズム11aの入射端
面に入射する。色分解プリズム11aはビームスプリッ
タとして機能し、入射光aを直交する3方向(a、a
、a)に分割する。分割された入射光aは、3方向
の出射光として出射端面から出射され、3成分(赤、
緑、青)の12a、12b、12cに入射し、各々電気
信号に変換される。
【0034】図3は、色分解プリズム11cの出射端面
13と、CCD12cとを丸棒状スペーサ17を介して
接着剤16にて接着固定した部分の拡大図である.
【0035】前記色分解プリズム11aと、色分解プリ
ズム11bとの間には、図2に示すように、約20μm
程度の空隙10が形成されている。この空隙10は、例
えば色分解プリズム11aと、色分解プリズム11bと
の各端縁部に接着板を介在させるか、又は金属箔を挟ん
で接着剤により接着固定することにより形成するもので
ある。前記色分解プリズム11bと、色分解プリズム1
1cとは、全面接着固定される。
【0036】さらに、前記色分解プリズム11aの色分
解プリズム11b側の端面13aには、青色を反射する
ダイクロイック膜が成膜される。従って、入射光aは、
端面13aにて青色成分のみ反射し、この青色成分はさ
らに色分解プリズム11aの入射面で反射し(この場合
入射面への入射角は小さく全反射となる)、出射端面1
3を経て前記CCD12bに至る。
【0037】前記端面13aにて青色成分のみが反射さ
れた入射光aは、色分解プリズム11b内を直進し、色
分解プリズム11cとの接合面に至る。この接合面には
赤色を反射するダイクロイック膜が成膜され、この接合
面にて赤色成分が反射し、さらに色分解プリズム11b
の入射面に至り、ここで前記空隙10の存在のためこの
入射面にて反射し、出射端面13を経て前記CCD12
aに至る。
【0038】青色成分、赤色成分が反射された入射光a
は、色分解プリズム11c内を経て出射端面13から前
記CCD12cに至る。
【0039】前記色分解プリズム11a、11b、11
cの各出射端面13には、所定波長域のみを透過するよ
うなフィルタ19が接合されており、CCD12a、1
2b、12cには所望波長の光成分のみが入射する。
【0040】次に、上述の光学装置の製造方法を説明す
る。まず、色分解プリズム11a、11b、11cを、
図示していないが、撮影レンズが保持されている取付け
治具に取付ける。色分解プリズム11a、11b、11
cの各出射端面13側にはCCD12a、12b、12
cが取付けられるため、各CCD12a、12b、12
cの姿勢が図示しない調整治具を介して調整される。
【0041】次に、図示しない取付金物が動かされ、C
CD12a、12b、12cは取付金物を介して機械的
に位置決めされる。そして、CCD12a、12b、1
2cの各素子面が色分解プリズム11a、11b、11
cの各出射光の焦点に合わされる。
【0042】このようなCCD12a、12b、12c
の姿勢調整は、色分解プリズム11a、11b、11c
からの出射する出射光の合焦点を支点又は基準として行
われる。そして、CCD12a(CCD12b、12c
も同様)の素子面12a’に対して、図4に示すよう
に、傾き調整(チルト調整、Xθ,Yθ)、回転方向調
整(θ調整)、平面方向調整(XX,YY調整)等の
各調整が施される。この場合、CCD12aの調整は、
分解された色成分を受光したCCD12aの出力信号に
よる画像を見ながら実施される。CCD12b、12c
についても同様である。
【0043】CCD12a、12b、12cの姿勢調整
後に、調整治具の位置をそのままにして、図3に拡大し
て示すように、例えば色分解プリズム11cに形成した
面取形状部14、CCD12cに形成した面取形状部1
5、又は間隔保持体である丸棒状スペーサ17に高粘度
の紫外線硬化型の接着剤16を供給する。
【0044】高粘度の紫外線硬化型接着剤16を用いる
理由は、色分解プリズム11c及び取付金具のどのよう
な姿勢にも拘わらずに、接着剤16の流出を防止するた
めである。
【0045】さらに詳述すると、前記色分解プリズム1
1a、11b、11cの出射端面13の端部と、CCD
12a、12b、12cの対向する端部には、図3に示
すように面取形状部14、15がそれぞれ設けられてお
り、間隔保持体である丸棒状スペーサ17が配置できる
ようになっている。
【0046】面取形状部14、15の傾き及び丸棒状ス
ペーサ17の寸法は限定されるものではない。しかし、
両者の形状は、必ず丸棒状スペーサ17が配置できるよ
うにしなければならない。
【0047】丸棒状スペーサ17が面取形状部14、1
5内に配置され、その傾斜面に適当な圧力で押付けられ
る。これにより丸棒状スペーサ17が接着剤16上に保
持される。
【0048】この後、接着剤16に紫外線を当て、面取
形状部14、15において同時に接着剤16を硬化させ
る。接着剤16の硬化の後、取付金物を保持した前記調
整治具が取り外される。
【0049】上述した面取形状部14、15の傾斜角度
は、丸棒状スペーサ17の配置を考慮して、45乃至8
0度程度が望ましいが特に限定されない。また、丸棒状
スペーサ17の形状は、楕円形等にすることも可態であ
る。
【0050】前記丸棒状スペーサ17の材質としては、
紫外線が透過し、色分解プリズム11a、11b、11
c及びCCD12a、12b、12cの熱線膨張係数と
同じ程度の熱線膨張係数をもったガラスがもっとも望ま
しい。
【0051】また、丸棒状スペーサ17と色分解プリズ
ム11a、11b、11c及びCCD12a、12b、
12cとの接着に用いる接着剤は、紫外線硬化型接着剤
に限定されるものではなく、エポキシ系、ウレタン系等
多くの接着剤を使用することができる。
【0052】しかし、加熱軟化するような接着剤では、
高温状態での分解プリズム11a、11b、11cとC
CDとの位置が微妙にずれ結像された画像の精細さが減
少するため好ましくない。
【0053】(実施の形態2)本発明の実施の形態2を
図5を参照して説明する。
【0054】本実施の形態2の光学装置の構成、製造方
法は、実施の形態1と略同様であるが、色分解プリズム
11a、11b、11cの各出射端面13側に、面取形
状部42を有する取付治具41を接着剤により接着固定
し、各取付治具41と前記CCD12a、12b、12
cとを、各々取付治具41の面取形状部42と、前記面
取形状部15との間に配置した丸棒状スペーサ17を介
して接着固定したことが特徴であり、これ以外の構成
は、実施の形態1と同一である。
【0055】前記取付治具41は、例えば色分解プリズ
ム11aのガラス素材と同程度の熱線膨張係数を有する
チタン製の治具を用いて形成している。尚、材質はチタ
ンに限定されるものではなく、熱線膨張係数が同程度で
あれば、種々の材質でも代用できる。また、熱線膨張係
数が異なる寄合においても、ゴム弾性を有する接着剤を
用いて接着固定することで対応することも可能である。
【0056】本実施の形態2の光学装置によれば、前記
面取形状部42を有する取付治具41を用いた構成であ
るため、色分解プリズム11a、11b、11cの各出
射端面13側には実施の形態1のような面取形状部14
を設けることが不要となり、色分解プリズム11a、1
1b、11cに対する面取形状部14の加工工程を省略
できる。即ち、色分解プリズム11a、11b、11c
の出射端面13側を平面研磨するだけで済み、面取形状
部14の隅部に生じやすいチッピングの問題を回避でき
る。
【0057】また、CCD12a、12b、12cのサ
イズと、色分解プリズム11a、11b、11cのサイ
ズとが異なる場合でも、取付治具41の形状、サイズ変
更で対応できる利点もある。
【0058】本実施の形態1、2の光学装置と比較例と
の評価結果を表1に示す。
【0059】
【表1】
【0060】本発明の実施の形態1、2の光学装置、比
較例(ガラスブロック)の評価は、標準チャートを撮影
して行った。その評価方法は、各成分光により結像され
た画像の標準線の位置ズレを読むことにより行った。
【0061】そして位置ずれを初期、温度湿度サイクル
試験(−20℃〜70℃、40%RH、3サイクル)、
高温、高湿試験(40℃、90%RH、3日間)経過後
で測定した。
【0062】表1から明らかなように、本発明の実施の
形態1、2の光学装置とも画像の標準線の位置ズレは、
初期、温度湿度サイクル試験、高温、高湿試験のいずれ
の場合も発生せず良好な結果が得られた。
【0063】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、光学素
子、固体撮像素子等の相対的な位置決めを容易、かつ精
度良く行い、安定に固定することができ、かつ、装置自
体を小型、軽量化した光学装置を提供することができ
る。
【0064】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の発明と同様な効果を発揮するとともに、光学素子、
固体撮像素子の形状、サイズの相違に柔軟に対応でき、
構成の自由度が大きい光学装置を提供することができ
る。
【0065】請求項3記載の発明によれば、請求項1記
載の発明の作用を発揮する光学装置を簡略な工程で生産
性よく製造することができる光学装置の製造方法を提供
することができる。
【0066】請求項4記載の発明によれば、請求項1記
載の発明の作用を発揮する光学装置を簡略な工程で生産
性よく製造することができる光学装置の製造方法を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の光学装置を示す概略構
成図である。
【図2】本実施の形態1の光学装置の色分解プレズムの
部分拡大図である。
【図3】本実施の形態1の光学装置の色分解プレズム、
CCD、丸棒状スペーサを示す部分拡大図である。
【図4】本実施の形態1の光学装置の傾き、回転方向、
平面方向の調整方法を示す説明図である。
【図5】本発明の実施の形態2の光学装置を示す概略構
成図である。
【図6】従来の光学装置の一例を示す概略構成図であ
る。
【図7】従来の光学装置の他例を示す概略構成図であ
る。
【符号の説明】
10 空隙 11a 色分解プリズム 11b 色分解プリズム 11c 色分解プリズム 12a CCD 12b CCD 12c CCD 13 出射端面 14 面取形状部 15 面取形状部 16 接着剤 17 丸棒状スペーサ 19 フィルタ 41 取付治具
フロントページの続き (72)発明者 横沢 浩一 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Fターム(参考) 2H042 CA08 CA14 CA17 5C065 AA01 BB42 BB43 CC01 DD02 EE01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射光を所定の原色光に分解する光学素
    子の出射端面と、その出射端面から出射された所定の原
    色光が照射される固体撮像素子の受光面が所定の間隙を
    介して取付けられた光学装置において、 前記光学素子の出射端面隅部に設けた面取形状部と、前
    記固体撮像素子の入射端面隅部に設けた面取形状部との
    間を間隔保持体を介して接着固定したことを特徴とする
    光学装置。
  2. 【請求項2】 入射光を所定の原色光に分解する光学素
    子と、この光学素子の出射端面側に配置した光透過性を
    有する取付治具と、前記光学素子、取付治具を経て出射
    された所定の原色光が照射される受光面が前記取付治具
    に対して所定の間隙を有して配置された固体撮像素子と
    を有する光学装置において、 前記取付治具の出射端面隅部に設けた面取形状部と、前
    記固体撮像素子の入射端面隅部に設けた面取形状部との
    間を間隔保持体を介して接着固定したことを特徴とする
    光学装置。
  3. 【請求項3】 撮影レンズに入射された被写体からの光
    を所定の原色光に分解する光学素子の出射端面と、その
    出射端面から出射された所定の原色光が照射される固体
    撮像素子の受光面が所定の間隙を介して取付けられた光
    学装置の製造方法において、 前記光学素子の出射端面と、前記固体撮像素子の受光面
    との位置を原色光に分解された光により結像されるよう
    に調整した後、 前記光学素子の出射端面隅部に設けた面取形状部と、前
    記固体撮像素子の入射端面隅部に設けた面取形状部との
    間に間隔保持体を接着固定すること光学装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 入射光を所定の原色光に分解する光学素
    子と、この光学素子の出射端面側に配置した光透過性を
    有する取付治具と、前記光学素子、取付治具を経て出射
    された所定の原色光が照射される受光面が前記取付治具
    に対して所定の間隙を有して配置された固体撮像素子と
    を有する光学装置の製造方法において、 前記光学素子の出射端面と、前記固体撮像素子の受光面
    との位置を原色光に分解された光により結像されるよう
    に調整した後、 前記取付治具の出射端面隅部に設けた面取形状部と、前
    記固体撮像素子の入射端面隅部に設けた面取形状部との
    間に間隔保持体を接着固定することを特徴とする光学装
    置の製造方法。
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