JP2006003381A - 光学ユニットおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フランジバック調整が簡単に行え、かつ色分解を行う光学素子の入射面とレンズマウント面との平行度を確保したり該光学素子の入射面へのゴミ等の付着を回避したりすることが容易な光学ユニットを提供する。
【解決手段】 光学ユニットは、レンズユニット１０１２からの光を複数の色光に分解する光学素子１０００と、該光学素子を保持する第１の部材１０６と、該第１の部材を保持し、かつレンズユニットが取り付けられるマウント面１０７ａを有する第２の部材１０８とを有する。第１の部材と第２の部材との間には、マウント面から光学素子までの距離を調節するための第３の部材１０３を配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ビデオカメラ等の撮像装置において色分解系を構成する光学ユニットに関するものである。

複数の撮像素子（光電変換素子）を用いてそれぞれ対応する色光の光電変換を行う撮像装置では、撮影レンズユニットからの光を複数の色光に分解する色分解プリズムが用いられる。そして、その取り付け構造には、特許文献１等に開示されたものがある。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、上記特許文献１にて開示されている色分解プリズムの取り付け構造を示している。この構造では、３つの射出面に撮像素子２００４〜２００６が配置された色分解プリズム２００１が、ベース部材２０１０に設けられた固定リブ２００９および補強リブ２０１４により固定保持されている。また、ベース部材２０１０における色分解プリズム２００１とは反対側には、撮影レンズユニット２０１２を結合するマウント２０１１が形成されている。

このような構造においては、色分解プリズム２００１の側面に紫外線硬化接着剤を塗布して固定リブ２００９の側面に沿わせ、色分解プリズムの位置を図中のｙ方向に調整し、適正なフランジバックＹが得られた位置で接着剤を硬化させる。さらに、色分解プリズム２００１の保持を補強するため、色分解プリズム２００１を補強リブ２０１４にも接着する。
特開平７−３５９０６号公報（段落００１１〜００１３、図１）

しかしながら、上記の取り付け構造においては、以下のような欠点がある。すなわち、色分解プリズム２００１の移動によるフランジバック調整を行うために、色分解プリズム２００１の入射面がベース部材２０１０から離れる。このため、色分解プリズム２００１の入射面とマウント部２０１１（マウント面２０１１ａ）との平行度の精度が保証されにくい。しかも、色分解プリズム２００１と固定リブ２００９はそれらの側面同士で接着されるため、色分解プリズム２００１やベース部材２０１０の寸法精度や固定リブ２００９のたわみによっても、色分解プリズム２００１の入射面とマウント面２０１１ａとの平行度が悪化する可能性がある。該平行度が悪化すると、撮像素子２００４〜２００６上に結像する被写体像にいわゆる片ぼけが発生する。

また、調整中および調整後において、色分解プリズム２００１の入射面とベース部材２０１０との間に隙間が発生するが、ここにゴミ等が侵入し、色分解プリズム２００１の入射面に付着する可能性がある。調整完了後は周囲にテープを貼る等して該隙間を塞ぐことができるが、そのような作業自体が増えることは、製造コストの増加等につながり、好ましくない。

本発明は、フランジバック調整が簡単に行え、かつ色分解を行う光学素子の入射面とレンズマウント面との平行度を確保したり該光学素子の入射面へのゴミ等の付着を回避したりすることが容易な光学ユニットおよびこれを備えた撮像装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、１つの観点としての本発明の光学ユニットは、レンズユニットからの光を複数の色光に分解する光学素子と、該光学素子を保持する第１の部材と、該第１の部材を保持し、かつレンズユニットが取り付けられるマウント部を有する第２の部材とを有する。そして、第１の部材と第２の部材との間には、マウント面から光学素子までの距離を調節するための第３の部材を配置している。

本発明によれば、第３の部材の厚みを選択することによってマウント部（マウント面）から光学素子までの距離（フランジバック）を調整することができる。このため、光学素子の入射面を第１の部材に当接させた状態でフランジバック調整を行うことができる。したがって、光学素子の入射面とマウント面との平行度が悪化する要因を少なくすることができ、また、調整中および調整後において光学素子の入射面へのゴミ等の付着を回避すること容易となる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図４には、本発明の実施例１である３板式光学ユニットを備えた撮像装置（ビデオカメラ）の概略構成を示している。この図において、１００はビデオカメラ本体であり、１０１２は交換式の撮影レンズユニットである。撮影レンズユニット１０１２は、ビデオカメラ本体１００の前面に設けられたマウント面１０７ａに装着される。

そして、ビデオカメラ本体１００には、後述する本実施例の３板式光学ユニットが内蔵されている。なお、４０１はビューファインダ、４０２はマイクロフォンである。

図１（Ａ）〜（Ｃ）には、本実施例の３板式光学ユニットの構成を示している。図１（Ａ）は図１（Ｃ）に示した該光学ユニットのＡ−Ａ線での断面図であり、撮影レンズユニット１０１２も示している。また、図１（Ｂ）は該光学ユニットの側面図である。図１（Ｃ）は該光学ユニットの上面図である。

これらの図において、ここで、１０００は色分解プリズム（光学素子）である。該色分解プリズム１０００は、赤チャンネルプリズム１００１と青チャンネルプリズム１００２と緑チャンネルプリズム１００３とが接合されて構成されている。赤チャンネルプリズム１００１の射出面には赤チャンネル撮像素子１００４が、青チャンネルプリズム１００２の射出面には青チャンネル撮像素子１００５が、緑チャンネルプリズム１００３の射出面には緑チャンネル撮像素子１００６がそれぞれ取り付けられる。なお、各撮像素子は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等からなる光電変換素子である。

また、赤チャンネルプリズム１００１と青チャンネルプリズム１００２との接合面には、第１のダイクロイック膜１００７が、青チャンネルプリズム１００２と緑チャンネルプリズム１００３との接合面には、第２のダイクロイック膜１００８が形成されている。

これらの６つの部品は互いに精密な位置調整後、紫外線接着剤等を用いて面同士が直接接着されている。なお、第１のダイクロイック膜１００７は、赤色の波長光を透過し、他の波長光を反射する特性を有する。また、第２のダイクロイック膜１００８は、緑色の波長光を反射し、他の波長光を透過する特性を有する。これらダイクロイック膜１００７，１００８の特性により、色分解プリズム１０００の入射面（緑チャンネルプリズム１００３の入射面）１０００ａから入射した光は、赤、青、緑の波長光に分解され、それぞれ対応する撮像素子１００４〜１００６に導かれる。

各撮像素子は入射した光を光電変換し、その出力に対して不図示の画像処理回路により各種処理が施されることによってフルカラーの映像信号が生成される。映像信号は、図４のビデオカメラ本体１００に装着された磁気テープ、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録されたり、ビューファインダ４０１に表示されたりする。

また、１０６は色分解プリズム１０００を固定保持する第１の部材としてのプリズム台座である。このプリズム台座１０６における色分解プリズム側の面（背面）には、色分解プリズム１０００を位置決めするためのリブ（突起）１０４が一体形成されている。また、プリズム台座１０６の中央には、光を通過させるための円筒部１０６ａが形成されており、その前面には、ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等の光学フィルタ１０１が取り付けられている。

１０８はプリズム台座１０６を固定保持するための第２の部材としてのベース部材である。このベース部材１０８におけるプリズム台座側とは反対側（前側）には、撮影レンズユニット１０１２を着脱可能に装着するためのバヨネットマウント１０７が設けられている。１０７ａは該バヨネットマウント１０７におけるレンズ装着基準面となるマウント面である。また、１０１３は該バヨネットマウント１０７に装着された撮影レンズユニット１０１２の光軸と一致する色分解プリズム１０００の入射光軸である。

１０３はプリズム台座１０６とベース部材１０８との間に配置される（挟まれる）第３の部材としてのフランジバック調整リングである。該調整リング１０３は、円筒部１０６ａ（すなわち、撮影光束の光路）の外周を囲むようにその全周にわたって配置された単一のリング形状の板状部材であり、その光軸方向の両端面は互いに略平行な平面によって形成されている。なお、調整リング１０３の周方向３箇所には、ねじ１０２を挿入するための穴が形成されている。

ねじ１０２は、ベース部材１０８に対して、調整リング１０３とともにプリズム台座１０６を固定するために用いられ、図１（Ｃ）に示すように、周方向３箇所に配置される。

次に、以上のように構成される光学ユニットの組み立ておよび調整方法について説明する。まず、プリズム台座１０６に対して、色分解プリズム１０００をリブ１０４への片寄せにより位置決めする。そして、色分解プリズム１０００の入射面１０００ａをプリズム台座１０６の表面に当接させた状態で、該色分解プリズム１０００の側面およびリブ１０４の周辺を接着剤１０５により固定する。また、光学フィルタ１０１をプリズム台座１０６の円筒部１０６ａに接着する。これらの接着には、紫外線硬化型接着剤等が用いられる。

次に、プリズム台座１０６とベース部材１０８との間に調整リング１０３を挟み、ねじ１０２によりこれらを結合固定させる。このとき、ねじ１０２によるねじ止めの代わりに、該ねじ止め部近傍を所定の挟み込み力で押さえるようにしてもよい。

次に、撮影レンズユニット１０１２（ここでは、調整基準となる基準レンズユニットが用いられる）を光軸方向に前後させながらそのバックフォーカスを測定し、マウント面１０７ａから色分解プリズム１０００の入射面１０００ａまでの距離であるフランジバックＹの適正値との差分を計算する。バックフォーカスの測定は、撮影レンズユニット１０１２の前方にチャート（図示せず）を配置し、緑チャンネル撮像素子１００６の出力波形を分析し、合焦位置を探すことにより行うのが一般的である。

そして、測定したバックフォーカスの値とフランジバックＹの適正値とが略一致してい
れば、再度バックフォーカスとフランジバックＹとの一致を確認した上で、組み立て調整を終了する（ねじ１０２によるねじ止めをまだ行っていない場合には該ねじ止めを行い、バックフォーカスとフランジバックＹとの一致を確認した上で組み立て調整を終了する。）
バックフォーカスの値とフランジバックＹの適正値とに許容できない差がある場合には、現在の調整リング１０３をプリズム台座１０６とベース部材１０８との間から取り外し、該差分値に相当する厚みを有する別の調整リングを挟み込む。そして、ねじ１０２によるねじ止めを行い、再度バックフォーカスとフランジバックＹとの一致を確認した上で組み立て調整を終了する。なお、バックフォーカスとフランジバックＹとが一致していなければ、再度調整を行う。

調整リング１０３は、前述したように形成されているので、該調整リング１０３の光軸方向両端面はそれぞれプリズム台座１０６の前面とベース部材１０８の背面とにほぼ全周にわたって当接する。このようにすることで、色分解プリズム１０００の入射面１０００ａとマウント面１０７ａとの平行度を十分に確保することができる。例えば、３箇所のねじ止め部の周囲のみに別々のリング（ワッシャ）を挟み込むことも可能であるが、この場合、これらリング間の厚みの相互差に起因して上記平行度の悪化を招く可能性が高くなる。本実施例のような調整リング１０３を用いることで、このような平行度の悪化を回避し易い。

なお、本実施例では、プリズム台座１０６とベース部材１０８との間に調整リング１０３を１枚のみ挟んだ場合について説明したが、同一厚さ又は異なる厚さの調整リングを複数枚重ねて挟んでもよい。

また、本実施例によれば、調整リング１０３によってフランジバックを調整することができるので、調整中および調整後において、色分解プリズム１０００の入射面１０００ａとベース部材１０８の背面とをほぼ密着させておくことができる。つまり、色分解プリズム１０００の入射面１０００ａとベース部材１０８の背面との間には、従来のような隙間がない。しかも、本実施例では、入射面１０００ａの一部に面した円筒部１０６ａ内の空間（すなわち、入射面１０００ａのうちベース部材１０８の背面に当接していない領域に面する空間）も該円筒部１０６ａと光学フィルタ１０１とによって略封止されている。ここにいう略封止とは、例えば、該空間内の空気の熱膨張による光学フィルタ１０１の変形や、光学フィルタ１０１および入射面１０００ａへの結露等を防止するための微小な通気穴による開口を有する程度の封止を含む意味である。

したがって、調整中および調整後において、色分解プリズム１０００の入射面１０００ａへのゴミ等の付着を防止できるとともに、調整後のゴミ対策も不要となる。

また、色分解プリズム１０００および光学フィルタ１０１を固定するプリズム台座１０６に円筒部１０６ａを設け、単なる板状の部材とはしていないので、形状の上でプリズム台座１０６の剛性を高くすることができるとともに、熱変形も少なくすることができる。また、円筒部１０６ａの外周面を利用したプリズム台座１０６と調整リング１０３とベース部材１０８との組み立て時における位置合わせもし易い。

図２（Ａ）〜（Ｃ）には、本発明の実施例２である３板式光学ユニットの構成を示している。図２（Ａ）は図２（Ｃ）に示した該光学ユニットのＢ−Ｂ線での断面図であり、撮影レンズユニット１０１２も示している。また、図２（Ｂ）は該光学ユニットの側面図である。図２（Ｃ）は該光学ユニットの上面図である。

本実施例の光学ユニットも、図４に示したビデオカメラに用いられるものであり、また本実施例において実施例１（図１（Ａ）〜（Ｃ））と共通する構成要素には実施例１と同符号を付して説明に代える。

実施例１では、ねじによってプリズム台座１０６とベース部材１０８とを固定する場合について説明したが、本実施例では、プリズム台座１０６とベース部材１０８とを調整リング１０３を挟んだ状態で接着剤２０１の全周接着により固定している。接着剤２０１としては紫外線硬化型のもの等を用いる。

図３（Ａ）〜（Ｃ）には、本発明の実施例２である３板式光学ユニットの構成を示している。図３（Ａ）は図３（Ｃ）に示した該光学ユニットのＢ−Ｂ線での断面図であり、撮影レンズユニット１０１２も示している。また、図３（Ｂ）は該光学ユニットの側面図である。図２（Ｃ）は該光学ユニットの上面図である。

本実施例の光学ユニットも、図４に示したビデオカメラに用いられるものであり、また本実施例において実施例１（図１（Ａ）〜（Ｃ））と共通する構成要素には実施例１と同符号を付して説明に代える。

実施例１では、プリズム台座をベース部材の背面側に配置した場合について説明したが、本実施例では、プリズム台座３０３は、ベース部材３０２の前面側からその内部に挿入され、ベース部材３０２の背面側に形成されたリング状の壁部３０２ａの前面に、調整リング３０４を挟んでねじ１０２により固定されている。なお、ベース部材３０２の前面にはバヨネットマウント３０１が取り付けられており、３０１ａはマウント面である。

なお、上記各実施例においては、レンズ交換が可能なビデオカメラについて説明したが、本発明は、同様にバックフォーカス精度が必要であるレンズ一体型のビデオカメラにも適用可能である。

また、上記各実施例においては、３板式の光学ユニットについて説明したが、本発明は、色分解プリズムが必要となる２板式や４板式以上の光学ユニットについても適用が可能である。

本発明の実施例１である光学ユニットの断面図（Ａ）、側面図（Ｂ）および上面図（Ｃ）。 本発明の実施例２である光学ユニットの断面図（Ａ）、側面図（Ｂ）および上面図（Ｃ）。 本発明の実施例３である光学ユニットの断面図（Ａ）、側面図（Ｂ）および上面図（Ｃ）。 各実施例の光学ユニットを搭載したビデオカメラの概略図。 従来の光学ユニットの断面図（Ａ）および側面図（Ｂ）。

符号の説明

１０１…光学フィルタ
１０２…ねじ
１０３，３０４…フランジバック調整リング
１０６，３０３…プリズム台座
１０６ａ…円筒部
１０７ａ，３０１ａ…マウント面
１０８，３０２…ベース部材
１０００…色分解プリズム
１００４〜１００６…撮像素子
１０１２…撮影レンズユニット

Claims (7)

1. レンズユニットからの光を複数の色光に分解する光学素子と、
   該光学素子を保持する第１の部材と、
   該第１の部材を保持し、かつ前記レンズユニットが取り付けられるマウント部を有する第２の部材とを有し、
   前記第１の部材と前記第２の部材との間に、前記マウント部から前記光学素子までの距離を調節するための第３の部材が配置されていることを特徴とする光学ユニット。
2. 前記光学素子の入射面は、前記第１の部材に当接していることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記第１の部材は、光学フィルタを保持する保持部を有しており、
   前記光学素子の入射面のうち前記第１の部材と当接していない領域に面する空間は、前記光学フィルタと前記保持部とによって略封止されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学ユニット。
4. 前記第３の部材は、単一の部材からなり、前記光学素子の入射光軸方向において１又は複数配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光学ユニット。
5. 前記第３の部材は、前記レンズユニットから前記光学素子への光路の外周に全周にわたって配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の光学ユニット。
6. 前記第２の部材は、前記レンズユニットの着脱が可能な構造を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光学ユニット。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の光学ユニットと、
   該光学ユニットからの光を光電変換する光電変換素子とを有することを特徴とする撮像装置。
   

Images