JPH05168023A - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JPH05168023A
JPH05168023A JP3329041A JP32904191A JPH05168023A JP H05168023 A JPH05168023 A JP H05168023A JP 3329041 A JP3329041 A JP 3329041A JP 32904191 A JP32904191 A JP 32904191A JP H05168023 A JPH05168023 A JP H05168023A
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JP
Japan
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prism
prisms
image pickup
incident
light
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JP3329041A
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English (en)
Inventor
Takeshi Mizuno
剛 水野
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 色分解光学系のプリズムを空気層を設けずに
貼り合せ、且つ入射面積を大として開口数を大とし、明
るさを保持しつつ組み立ての簡易化をはかる。 【構成】 対物レンズ10と、第1〜第3の固体撮像素
子4〜6と、これらの間に配される第1〜第3のプリズ
ム1〜3により成る色分解光学系とにより構成し、第1
及び第2のプリズムの間、第2及び第3のプリズムの間
にはダイクロイックフィルターが設けられ、対物レンズ
10に最も近い第1のプリズム1においてその入射光が
他のプリズム2及び3を通らずに第1のプリズム2の接
合面12及び入射面11で反射してから出射面14から
出射されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光源からの光を三原色
光に分解してそれぞれ3個の固体撮像素子に入射して各
原色光の映像をとりだす色分解光学系を有する撮像装置
に係わる。
【0002】
【従来の技術】光源からの光を三原色に分解するいわゆ
る色分解光学系において、従来最も使われてきた三色分
解ダイクロイックプリズムはいわゆるフィリップス方式
即ち特公昭38−23724号公報に示された方式を採
っている。
【0003】このフィリップス方式では、3枚のプリズ
ムと空気層及び2つのダイクロイックフィルター例えば
赤色反射及び青色反射フィルターから構成されている。
図2にこの三色分解ダイクロイックプリズムを用いた3
板式カメラ光学系の一例の略線的構成図を示す。図2に
おいて41はズームレンズ系、40は色分解光学系、6
1〜63は各色のプリズムに対応する第1〜第3の固体
撮像素子いわゆるCCD(Charge Coupled Device) カメ
ラを示す。この色分解光学系40は第1〜第3のプリズ
ム51〜53より成り、第1及び第2のプリズムの間に
空気層43が設けられ、第1のプリズム51の空気層4
3と接する面に青色反射フィルター51f、第2のプリ
ズム52と第3のプリズム53との間に赤色反射フィル
ター52fが設けられて成る。ズームレンズ系41から
入射された光Lは、第1のプリズム51の青色反射フィ
ルター51fで青色光Bのみが反射されて、第1のプリ
ズム51の反射面51Rこの場合入射面で反射されて他
の面から出射され、第1の固体撮像素子61に入射され
る。また、第2のプリズム52の赤色反射フィルター5
2fで赤色光Rが反射され、第2のプリズム52の空気
層43と接する反射面52Rで反射されて他の面から出
射されて第2の固体撮像素子62に入射される。そして
緑色光Gは第3のプリズム53内を通過して第3の固体
撮像素子63に入射される。
【0004】このように、フィリップス方式の色分解光
学系40では、第2のプリズム52で分解される赤色光
Rを外部に出射するための反射面52Rの全反射条件を
得るために第1及び第2のプリズム51及び52間に空
気層43を設けている。このため、各プリズム51〜5
3の高精度な組立てが要求されること、空気層43に塵
埃が入り込むことにより画像の劣化が生じやすいこと、
各撮像素子61〜63における画素の位置合せいわゆる
レジストレーションが難しく、組立て後に位置ずれが生
じる等、その安定性が悪い等の不都合を有している。
【0005】特に、近年の固体撮像素子の小型化に伴
い、このような色分解光学系40の小型化も要求されて
おり、空気層43をなくす光学系の構成が要求されてい
た。
【0006】このような問題を解決するために、特開昭
55−10224号公開公報において、図3にその略線
的構成図を示すように、空気層を設けずに各プリズムを
貼り合わせた色分解光学系が提案された。この色分解光
学系40は、対物レンズ10から数えて第1、第2及び
第3のプリズム1、2及び3により構成され、それぞれ
第1〜第3の固体撮像素子4〜6に対応してそれぞれ各
色光を出射するようになされている。7は第1のプリズ
ム1と第2のプリズム2との接合面に設けられた例えば
青色光を反射するダイクロイックフィルターで、8は第
2のプリズム2と第3のプリズム3との間の接合面に設
けられた例えば赤色光を反射するダイクロイックフィル
ターを示す。そしてこの例においては、これらダイクロ
イックフィルター7及び8で反射された各色の光はそれ
ぞれ矢印B、Rで示すように直接プリズム外へ出射さ
れ、各撮像素子4及び5に入射されるように、各ダイク
ロイックフィルター7及び8の傾きが設定される。この
場合、図3からわかるように、その傾きは、第1のプリ
ズム1の入射面に対して同一方向に傾くようになす。第
2のダイクロイックフィルター8を通過した光この場合
緑色光Gは直接入射光の光軸Lに沿って光学系40を通
過し、第3の撮像素子6に入射される。
【0007】このように、各ダイクロイックフィルター
7及び8の角度を選定することによって、全体として入
射光Lの光軸に沿った長さを小とすることができるよう
になされていると共に、第2のダイクロイックフィルタ
ー8によって反射された赤色光Rが第2のプリズム2内
で反射されずに直接的に外部へ出射され、第1と第2の
プリズム1及び2間に空気層を設けることなく光を取り
出すことができるようになされている。
【0008】このため、CCD等の固体撮像素子の小型
化に伴って色分解光学系40の小型化をはかる場合にお
いても、その組立て構成が比較的簡単となる等の利点を
有している。
【0009】しかしながらこの場合、第1のプリズム1
の入射面が出射面と鈍角をもって隣接しており、第1の
プリズムの入射面の面積を大として即ちFナンバーを小
として開口数を大とする場合にはプリズム自体の体積が
大となって小型軽量化し難いという不都合があった。
【0010】また、特開昭63−19601号公開公報
においても、同様に空気層を設けることなく3枚のプリ
ズムによって各色光を分解し得る三色分解光学系が提案
されているが、この場合においても同様に、対物レンズ
側から数えて第1のプリズムの形状が、その入射面とこ
のプリズムにおいて分解される光の出射面とが鈍角をも
って隣接する構造となっており、上述の従来例と同様に
入射面の面積を大とし難いという問題がある。
【0011】更に、これら各色分解光学系においては、
分解される各色光がプリズム内を通過する光の出射方向
がそれぞれ大きく分散しているため、光路を合わせるこ
とが難しいという問題がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな撮像装置の色分解光学系における入射面の面積の問
題、また分解された各色光の光路合せの問題を解決し、
大きい開口数の対物レンズに適用し易く、また光路合せ
を行い易い色分解光学系を提供する。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明撮像装置の一例の
略線的構成図を図1に示す。本発明は図1に示すよう
に、対物レンズ10と、各色に対応する第1〜第3の固
体撮像素子4〜6と、これらの間に配される第1〜第3
のプリズム1〜3より成る色分解光学系とにより構成
し、この色分解光学系40の、対物レンズ10に最も近
い第1のプリズム1は対物レンズ10の光軸に対し垂直
に設けられる入射面11と第2のプリズム2との接合面
12及び出射面14とを有し、第2のプリズム2は第1
及び第3のプリズム1及び3との接合面21及び23と
出射面24とを有し、第3のプリズム3は第2の接合面
32と出射面34とを有し、第1及び第2のプリズム2
の間の接合面12及び21は第1のダイクロイックフィ
ルター7を介して接合され、第2及び第3のプリズム3
の間の接合面23及び32は第2のダイクロイックフィ
ルター8を介して接合され、対物レンズ10から第1の
撮像素子4に向かう光が、他のプリズム2及び3を通ら
ずに第1のプリズム2の接合面12及び入射面11で反
射してから出射面14から出射されて第1の撮像素子4
に入射されるように構成する。
【0014】本発明の他の一においては、上述の撮像装
置の色分解光学系40を、対物レンズ10から第2の撮
像素子5に行く光が、第1のプリズム1を通過して第2
のプリズム2の反射面22で反射して出射面24から出
射されて第2の撮像素子5に入射されるように構成す
る。
【0015】
【作用】上述したように、本発明撮像装置における色分
解光学系40においては、3枚のプリズム1〜3と2種
類のダイクロイックフィルター7及び8とが各プリズム
間にそれぞれ配置されて構成される。そして第1及び第
2のプリズム1及び2の接合面12及び21に設けられ
るダイクロイックフィルター7によって反射された光
は、入射面11により反射し、これと向かい合うように
設けられた対向する出射面14から出射されるようにな
されている。即ち第1のプリズム1における入射面11
と出射面14とが鋭角をもって接する構成としており、
これにより第1のプリズムの体積の大幅な増加を伴うこ
となく、入射面11の面積を大とすることができる。従
って、従来に比し小さいFナンバー従って大なる開口数
の対物レンズ10に対応することが可能となる。
【0016】また本発明の他の一による撮像装置の色分
解光学系40は、第2のプリズム2と第3のプリズム3
との間のダイクロイックフィルター8によって反射され
た光が、一旦このダイクロイックフィルター8と対向す
るように設けられた反射面22で反射してから、出射面
24より出射される構成とするものであり、このような
構成とすることによって、第1〜第3のプリズム1〜3
によって分解される各色光の光路をほぼ合わせることが
できる。これにより、各撮像素子4〜6を互いに近い位
置に配置することができて、撮像装置全体としての小型
化をはかることができる。
【0017】
【実施例】以下本発明撮像装置における色分解光学系4
0の一例を図1を参照して詳細に説明する。図1におい
て10は例えばカメラのズームレンズ系等の対物レンズ
を示し、この対物レンズ10の側から数えてそれぞれ第
1〜第3のプリズム1〜3を設ける。対物レンズ10に
最も近い第1のプリズム1は、対物レンズ10の光軸に
対し垂直に設けられる入射面11と、第2のプリズム2
との接合面12及び出射面14とを有し、第2のプリズ
ム2は第1及び第3のプリズム1及び3との接合面21
及び23と、反射面22及び出射面24とを有し、第3
のプリズム3は第2の接合面32と出射面34とを有し
て構成し、第1及び第2のプリズム2の間の接合面12
及び21は第1のダイクロイックフィルター7例えばこ
の場合青色反射フィルターを介して接合し、第2及び第
3のプリズム2及び3の間の接合面23及び32は第2
のダイクロイックフィルター8例えばこの場合赤色反射
フィルターを介して接合する。
【0018】そしてこれら各プリズム1〜3の出射面1
4、24及び34に対向して、それぞれ各色に対応する
第1〜第3の固体撮像素子4〜6を設ける。そしてこの
場合対物レンズ10から第1の撮像素子4に向かう光
は、他のプリズム2及び3を通らずに第1のプリズム1
の接合面12のダイクロイックフィルター7即ち青色反
射フィルターによって反射され、更に第1のプリズム1
の入射面11により反射されてから出射面14から出射
されるように構成する。
【0019】また、対物レンズ10から第1のプリズム
1を通過して第2のプリズム2の接合面23に設けられ
た赤色反射ダイクロイックフィルター8により反射され
て第2の撮像素子5に向かう赤色光Rは、第2のプリズ
ム2の反射面22で反射して出射面24から出射される
ように構成する。
【0020】対物レンズ10から第3の固体撮像素子6
に向かう光この場合緑色光Gは、対物レンズ10の光軸
に沿って、即ち図1において入射光Lの光軸に沿って直
進し、第3のプリズム3の出射面34から出射される。
即ちこの場合、出射面34は緑色光Gの光軸に垂直に設
けられ、この出射面34と光軸に平行に延長する図1に
おいて光軸の上下に設けられる面と接合面32とによっ
て構成される。
【0021】次に、このような構成における第1〜第3
のプリズム1〜3の角度について考察する。先ず第1の
プリズム1については、設定したFナンバーに対し、全
ての入射光Lが入射面11によって反射するように、そ
の全角度が決定される。入射面11と反射面14とのな
す角度をθ1 とすると、この角度θ1 は下記数1によっ
て表される。
【数1】
【0022】ここでn0 は空気の屈折率、nは硝子材の
屈折率、θi は入射角で、この入射角θi はFをFナン
バーとすると、θi =tan-1(1/2F)で表され
る。また入射面11と接合面12との間の角度はθ1
2となる。
【0023】そして第2のプリズム2においてはこの場
合、青色反射のダイクロイックフィルター8を設ける接
合面23と、これに対向し、ここからの光を反射する反
射面22とをほぼ平行に設けるものであるが、このとき
反射面22へ向かう全ての青色反射光Bに対し全反射と
なるように、第2のプリズム2の第1及び第3のプリズ
ムとの接合面21と23の間の角度θ2 が決定される。
このときの条件は下記数2または数3によって表され
る。
【0024】
【数2】
【0025】
【数3】
【0026】但し上述の数2は正側より入射した場合、
数3は負側より入射した場合を示す。実際には、数3が
用いられる。
【0027】ここでFナンバーを1.4、硝子材として
BaSF7(nD =1.70154)を用いると、青色
光に対する屈折率nは1.72333であることから、
角度θ1 は上述の数1より、 46.73°≦θ1 ≦48.43° となる。また、赤色光に対する屈折率nは1.6965
1であることから、角度θ2 は上述の数3より、 θ2 ≧47.56°−θ1 /2 となる。ここでθ1 を47°とすると、θ2 はθ2 ≧2
4.05°となる。θ2 を25°とし、その他の角度を
次のように設定した。
【0028】第1のプリズム1の反射面14と第2のプ
リズム2の接合面21とのなす角度θ3 を109.5°
とした。第2のプリズム2の第1のプリズム1との接合
面21と反射面22とのなす角度θ4 を155°とし
た。第2のプリズム2の反射面22と出射面24とのな
す角度θ5 を48.5°とした。第2のプリズム2の出
射面24と第3のプリズム3との接合面23とのなす角
度θ6 を131.5°とした。第3のプリズム3の接合
面32と、出射面34と直交しかつ光軸に沿って延長す
る図1において光軸の上下に設けられる面との角度
θ7 、θ8 をそれぞれ41.5°、138.5°とし
た。
【0029】このような構成とすることによって、例え
ば固体撮像素子による3板式カラービデオカメラに適用
し得る色分解光学系において、空気層を設けずに構成で
きることから貼り合せ精度を緩やかにすることができ、
組立て構成の簡便化をはかることができ、また空気層に
塵埃等が入り込むことによる画像の劣化等の問題を回避
でき、更に固体撮像素子の画素合わせいわゆるレジスト
レーションを容易にして組立て後の安定度を高めること
ができるという従来方法と同様の利点を有すると共に、
更に入射光に対する入射面11の面積を大とできるため
に、上述の例においては、F=1.4程度の比較的小さ
いFナンバー即ち大なる開口数の色分解光学系を得るこ
とができる。しかもこの場合従来品と同程度の大きさと
することができるため、CCD装置等において小型軽量
化をはかる場合に有利である。
【0030】しかもこの場合、第2のプリズム2におい
てそのダイクロイックフィルター8からの光Bを直接的
に出射させることなく、空気層に接する反射面22によ
って一旦反射させた後出射面24から出射させることに
よって、ほぼ光路を合せることができて、各撮像素子4
〜6を互いに近い位置に配置させることができることか
ら、全体として小型化をはかることができる。
【0031】尚、上述の例においては、プリズムの硝子
材としてBaSF7を用いた場合について説明したが、
本発明撮像装置の色分解光学系はその他種々の材料を用
いることができ、また上述の角度構成に限ることなく種
々の材料構成を採ることができることはもちろんであ
る。
【0032】
【発明の効果】上述したように、本発明撮像装置におい
ては、空気層を設けることなく第1〜第3のプリズムよ
り成る色分解光学系を構成することができることから、
貼り合わせの精度を緩やかにすることができて組立て構
成の簡便化をはかることができ、また塵埃等が入り込む
ことにより画像の劣化を生じることを回避でき、レジス
トレーションを容易にして安定性を高めることができる
と共に、入射面の面積を大とすることできるためF=
1.4程度のFナンバーを保持して明るさを維持するこ
とができる。また特に大きさの上でも従来品と同程度と
することができるため、小型軽量化をはかる場合例えば
CCD装置に用いる場合に好適である。
【0033】また、本発明の他の一による色分解光学系
においては、各プリズムの光路をほぼ合せることができ
て、撮像装置全体の小型化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明撮像装置の色分解光学系の一例の略線的
拡大構成図である。
【図2】従来の3板式カメラ光学系の一例の略線的構成
図である。
【図3】従来の色分解光学系の一例の略線的構成図であ
る。
【符号の説明】
1 第1のプリズム 2 第2のプリズム 3 第3のプリズム 4 第1の固体撮像素子 5 第2の固体撮像素子 6 第3の固体撮像素子 7 第1のダイクロイックフィルター 8 第2のダイクロイックフィルター 11 入射面 12 接合面 14 出射面 21 接合面 22 反射面 23 接合面 32 接合面 34 出射面 40 色分解光学系
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年6月5日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】また本発明の他の一による撮像装置の色分
解光学系40は、第2のプリズム2と第3のプリズム3
との間のダイクロイックフィルター8によって反射され
た光が、一旦このダイクロイックフィルター8と平行に
対向するように設けられた反射面22で反射してから、
出射面24より出射される構成とするものであり、この
ような構成とすることによって、第1〜第3のプリズム
1〜3によって分解される各色光の光路をほぼ合わせる
ことができる。これにより、各撮像素子4〜6を互いに
近い位置に配置することができて、撮像装置全体として
の小型化をはかることができる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】ここでn0 は空気の屈折率、nは硝子材の
屈折率、θi は入射角で、この入射角θi はFをFナン
バーとすると、θi sin-1 (1/2F)で表され
る。また入射面11と接合面12との間の角度はθ1
2となる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正内容】
【0023】そして第2のプリズム2においてはこの場
合、青色反射のダイクロイックフィルター8を設ける接
合面23と、これに対向し、ここからの光を反射する反
射面22とを平行に設けるものであるが、このとき反射
面22へ向かう全ての青色反射光Bに対し全反射となる
ように、第2のプリズム2の第1及び第3のプリズムと
の接合面21と23の間の角度θ2 が決定される。この
ときの条件は下記数2または数3によって表される。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0025
【補正方法】変更
【補正内容】
【0025】
【数3】
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0027
【補正方法】変更
【補正内容】
【0027】ここでFナンバーを1.42、硝子材とし
てBaSF7(nD =1.70154)を用いると、青
色光に対する屈折率nは1.72333であることか
ら、角度θ1 は上述の数1より、47.26°≦θ1 ≦47.35° となる。また、赤色光に対する屈折率nは1.6965
1であることから、角度θ2 は上述の数3より、 θ2 48.09°−θ1 /2 となる。ここでθ1 を47°とすると、θ2 θ2 ≧2
4.45°となる。θ2 を25°とし、その他の角度を
次のように設定した。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0028
【補正方法】変更
【補正内容】
【0028】第1のプリズム1の反射面14と第2のプ
リズム2の接合面21とのなす角度θ3 109.05
°とした。第2のプリズム2の第1のプリズム1との接
合面21と反射面22とのなす角度θ4 を155°とし
た。第2のプリズム2の反射面22と出射面24とのな
す角度θ5 48.65°とした。第2のプリズム2の
出射面24と第3のプリズム3との接合面23とのなす
角度θ6 131.35°とした。第3のプリズム3の
接合面32と、出射面34と直交しかつ光軸に沿って延
長する図1において光軸の上下に設けられる面との角度
θ7 、θ8 をそれぞれ41.35°、138.65°
した。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対物レンズと、各色に対応する第1〜第
    3の固体撮像素子と、これらの間に配される第1〜第3
    のプリズムより成る色分解光学系とにより構成され、 上記色分解光学系の、上記対物レンズに最も近い上記第
    1のプリズムは、上記対物レンズの光軸に対し垂直に設
    けられる入射面と上記第2のプリズムとの接合面及び出
    射面とを有し、 上記第2のプリズムは上記第1及び第3のプリズムとの
    接合面と出射面とを有し、 上記第3のプリズムは上記第2のプリズムとの接合面と
    出射面とを有し、 上記第1及び第2のプリズムの間の接合面は第1のダイ
    クロイックフィルターを介して接合され、上記第2及び
    第3のプリズムの間の接合面は第2のダイクロイックフ
    ィルターを介して接合され、 上記対物レンズから上記第1の撮像素子に向かう光が、
    他のプリズムを通らずに上記第1のプリズムの上記接合
    面及び上記入射面で反射してから上記出射面から出射さ
    れて上記第1の撮像素子に入射するように構成されたこ
    とを特徴とする撮像装置。
  2. 【請求項2】 上記請求項1に記載の撮像装置におい
    て、 上記色分解光学系の上記対物レンズから上記第2の撮像
    素子に行く光が、上記第1のプリズムを通過して上記第
    2のプリズムの反射面で反射して上記出射面から出射さ
    れて上記第2の撮像素子に入射するように構成されたこ
    とを特徴とする撮像装置。
JP3329041A 1991-12-12 1991-12-12 撮像装置 Pending JPH05168023A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7138663B2 (en) 2002-12-18 2006-11-21 Nikon Corporation Color separation device of solid-state image sensor
KR101242929B1 (ko) * 2011-09-23 2013-03-12 포항공과대학교 산학협력단 다파장 구별 촬영 장치
CN114596793A (zh) * 2022-02-24 2022-06-07 武汉精立电子技术有限公司 立方体三色合光棱镜的高精度贴合对位方法及设备

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