JPH05168023A

JPH05168023A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH05168023A
Application number: JP3329041A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Mizuno; 剛水野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1991-12-12
Publication date: 1993-07-02

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、θ_iは入射角で、この入射角θ_iはＦをＦナン
バーとすると、θ_i＝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（ｎ_D＝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

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【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、θ_iは入射角で、この入射角θ_iはＦをＦナン
バーとすると、θ_i＝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（ｎ_D＝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は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を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を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を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°と
した。

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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。