JPH05341110A - ３色分解プリズム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体撮像素子パッケージを取り付ける部分の
面積を大きくとることができ、かつプリズムとプリズム
取り付け部材の接合部分の面積をも確保しやすい３色分
解プリズムを実現する。 【構成】 第１のダイクロイックミラー４にて反射分離
される第１の光束の光軸８ａと前記第１のダイクロイッ
クミラー４および第２のダイクロイックミラー５を透過
する第３の光束の光軸８ｃで張られる平面１０と、前記
第１のダイクロイックミラー４を透過し前記第２のダイ
クロイックミラー５にて反射分離される光束の光軸８ｂ
と前記第３の光束の光軸８ｃで張られる平面１１とを、
概ね直交する様配設させることで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はテレビジョンカメラなど
のカラー固体撮像装置に用いられる３色分解プリズムに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体撮像素子を３個用いる３板式
カラーカメラ（以下、３板カメラという）が開発されて
おり、この種のカメラには撮像光束を青，緑，赤の３原
色に色分解する３色分解プリズムが用いられる。図３は
従来多く用いられている３色分解プリズム（以下、ギャ
ップ型プリズムと記す）の断面図である。（特公昭３８
−２３７２４号公報）。同図において、４１，４２，４
３はプリズム部材であり、４４，４５は所定の波長の光
束を反射分離する第１および第２のダイクロイックミラ
ーである。またプリズム部材４１，４２の間には数十ミ
クロン間隔のエアーギャップ４６が設けられる。４７は
プリズム入射面、４８は入射光の光軸、４９ａ，４９
ｂ，４９ｃはそれぞれのダイクロイックミラーで色分解
された後の各光束の光軸で、それぞれ光束出射面５０
ａ，５０ｂ，５０ｃから出射される。ギャップ型プリズ
ムでは全ての光軸４９ａ，４９ｂ，４９ｃが第１の光軸
４９ａと第３の光軸４９ｃによって張られる平面上にあ
る。

【０００３】なお、以下ではプリズムの第１の光束と第
３の光束によって張られる平面をプリズム断面と記し、
プリズム断面に向かって上側をプリズム上方、断面図に
向かって下側をプリズムの下方と記すことにする。５１
ａ，５１ｂ，５１ｃは固体撮像素子のパッケージ、５２
ａ，５２ｂ，５２ｃは固体撮像素子、５３，５４は第１
および第２のダイクロイックミラーへの光束の入射角で
ある。

【０００４】これに対し、プリズム部材を全て密着接合
したエアーギャップを設けない簡素な構成の３色分解プ
リズム（以下、ギャップレスプリズムと記す）も提案さ
れており、特開昭５０−１５９６１８号公報等に記載さ
れている。このギャップレスプリズムの断面図を図４に
示す。図４において、６１，６２，６３はプリズム部材
であり、全て密着接合されている。６４，６５は所定の
波長の光束を反射分離する第１および第２のダイクロイ
ックミラーであり、６６はギャップレスプリズムに入射
する光束である。また６７ａ，６７ｂ，６７ｃはそれぞ
れのダイクロイックミラーで色分解された後の各光束の
光軸であり、色分解された後の光束の光軸が第１の光軸
６９ａと第３の光軸６９ｃで張られる平面、即ちプリズ
ムの断面上にある。６８はプリズム入射面、６９ａ，６
９ｂ，６９ｃは各光束の光軸６７ａ，６７ｂ，６７ｃの
それぞれの出射面、７０，７１は第１および第２のダイ
クロイックミラーへの光束の入射角である。

【０００５】図４のギャップレスプリズムは、第２のダ
イクロイックミラー６５で反射分離された光束６８ｂが
全反射されずに光束出射面６９ｂから出射される点が図
３のギャップ型プリズムと異なる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】固体撮像素子は半導体
の加工技術の進歩により、多画素化・小型化が進んでお
り、これにともなって３色分解プリズムのサイズも可能
な限りの小型化が図られる。したがって固体撮像素子の
パッケージ（以下パッケージという）を取り付ける面で
もある各光束の出射面のサイズも縮小する。一方、パッ
ケージのサイズは、固体撮像素子を駆動させるために必
要な信号端子を配置する関係で、固体撮像素子ほど小型
化することができない。したがって小型の３色分解プリ
ズムの設計においては、従来は問題にならなかったパッ
ケージの取り付け面、即ち各光束の出射面の面積が重要
となってくる。

【０００７】プリズムサイズが小型化する場合、ギャッ
プ型プリズムでは第２のパッケージ５１ｂと第３のプリ
ズム部材４３の間であたりが生じる。これを解決するに
は第２のダイクロイックミラー４５の入射角５４を大き
くしなければならない。しかし入射角５４が大きくなる
と第２のパッケージ５１ｂは第１のプリズム部材４１の
方へ移動し、入射角５４の大きさによってはパッケージ
５１ｂが入射面４７よりもレンズ側へ突出することにな
る。これはプリズムをレンズと接合する関係上、好まし
くない。

【０００８】これに対し図４のギャップレスプリズムで
は、第２のダイクロイックミラー６５の入射角７１を大
きく出来るため、第２の光束出射面６９ｂの面積を大き
くすることはできる。

【０００９】しかしプリズムとプリズムの取り付け部材
（以下、取り付け部材という）の接合部分（以下、接合
面という）についてみると、接合面として利用可能な部
分はプリズム断面に平行なプリズムの外側の２面（以
下、プリズム側面という）のみである。したがってプリ
ズム側面で片持ち、もしくは挟み込む形で取り付け部材
を接合しなければならない。プリズムサイズが大きい場
合には接合面の面積を十分確保することも可能である
が、プリズムサイズを小型化する場合、接合面の面積は
プリズムサイズの小型化の割合の自乗に比例して縮小す
る。したがって色分解プリズムの小型化が進むほど接合
面の面積を十分確保することが難しくなる。これは図３
におけるギャップ型プリズムサイズでも生じる問題であ
る。

【００１０】本発明はかかる点に鑑み、プリズムサイズ
に対して第２の光束出射面の固体撮像素子パッケージの
取り付け面積が大きく、かつプリズム取り付け部材の接
合面の面積の確保にも有利な３色分解プリズムを提供す
ることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、少な
くとも３個のプリズム部材と、入射光束を所定の波長の
光束に反射分離させるダイクロイックミラーを２ヵ所に
備えた３色分解プリズムにおいて、第１のダイクロイッ
クミラーにて反射分離される第１の光束の反射分離後の
光軸と、前記第１のダイクロイックミラーを透過し第２
のダイクロイックミラーにて反射分離される第２の光束
の反射分離後の光軸と、前記第１と前記第２のダイクロ
イックミラーを透過する第３の光束の光軸の関係を、前
記第２の光束の光軸と前記第３の光束の光軸によって張
られる平面と前記第１の光束の光軸と前記第３の光束の
光軸にて張られる平面とが概ね直交する様に配置するこ
とで構成する。

【００１２】また第２の発明は、少なくとも３個のプリ
ズム部材と、入射光束を所定の波長の光束に反射分離さ
せるダイクロイックミラーを２ヵ所に備えた３色分解プ
リズムにおいて、第１のダイクロイックミラーにて反射
分離される第１の光束の反射分離後の光軸と、前記第１
のダイクロイックミラーを透過し第２のダイクロイック
ミラーにて反射分離される第２の光束の反射分離後の光
軸と、前記第１と前記第２のダイクロイックミラーを透
過する第３の光束の光軸の関係を、前記第２の光束の光
軸と前記第３の光束の光軸によって張られる平面と前記
第１の光束の光軸と前記第３の光束と光軸にて張られる
平面とが概ね直交する様に配置する。そして、前記第２
の光束を前記第２のダイクロイックミラーにて反射分離
させた後に奇数回全反射させる手段を設けることで構成
する。

【００１３】

【作用】第１の発明によれば、２つのダイクロイックミ
ラーによって色分解された３つの光束の各光軸におい
て、第１と第３の光束の光軸によって張られる平面と前
記第２と前記第３の光束の光軸によって張られる平面と
が概ね直交する位置関係となるように第２の光軸の反射
方向を設定する。

【００１４】第２の発明によれば、２つのダイクロイッ
クミラーによって色分解された３つの光束のうち、第１
と第３の光束の光軸によって張られる平面と前記第２と
前記第３の光束の光軸によって張られる平面とが概ね直
交する位置関係となるように第２の光束の光軸の反射方
向を設定する。そして第２のダイクロイックミラーにて
前記第２の光束を反射分離させた後に奇数回全反射させ
る手段を設ける。

【００１５】したがって上記した発明において３色分解
プリズムでは、第２の光束出射面をプリズム側面とする
ことができる。前記手段により３色分解プリズムの下方
の面（以下、プリズム底面という）が自由となり、プリ
ズム取り付け部材の接合面として利用することが可能と
なる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００１７】図１は第１の実施例における３色分解プリ
ズムの模式図である。図１において１，２，３はプリズ
ム部材、４は第１のダイクロイックミラー、５は第２の
ダイクロイックミラーである。プリズム部材１，２，３
は密着接合し、エアーギャップは設けない。６はレンズ
（図では省略）を通過した入射光束であり、入射面７か
らプリズムに入射する。

【００１８】８ａは第１のダイクロイックミラー４によ
って撮像光束６を色分解し反射分離させた後の光束の光
軸であり、入射面７にて全反射させた後、第１の射出面
９ａから射出される。８ｂと８ｃは第１のダイクロイッ
クミラー４を透過した光束を第２のダイクロイックミラ
ー５にて第２の波長の光束と第３の波長の光束に色分解
した後のそれぞれの光束の光軸であり、ともに全反射さ
れずにそれぞれ射出面９ｂおよび９ｃから射出される。
１０は第１の光軸８ａと第３の光軸８ｃとで張られる平
面、１１は第２の光軸８ｂと第３の光軸８ｃとで張られ
る平面であり、平面１０と１１の位置関係を図１に示す
ように概ね直交する様に配置する。１２，１３は第１お
よび第２のダイクロイックミラーへの光束の入射角であ
る。

【００１９】上述した配置は第２の光軸８ｂをプリズム
側面に向けることに等しく、この点が従来の３色分解プ
リズムと異なる。第２の光軸８ｂをプリズム側面に向け
ることで図１におけるプリズムの下方の部分が自由とな
る。したがって第２の光束出射面９ｂと反対側に位置す
るプリズム側面だけでなく、プリズム側面からプリズム
の下方部分までを一連の接合面として利用できるため、
十分な接合面を確保することが容易となる。また第２の
ダイクロイックミラー５の入射角１３を大きく取ること
が出来るため、第２の光束出射面９ｂも大きくできる。

【００２０】なおこのプリズムでは、第２の光軸８ｂに
て形成される像が被写体に対して鏡対象な像（以下、鏡
対象像という）となる。この鏡対象像に対しては、たと
えば、鏡対象像の撮像信号を回路で反転させる等の方法
を用いることで被写体に対して左右が反転していない像
（以下、正像という）とすることが可能である。

【００２１】次に第２の実施例について説明する。図２
は第２の実施例の３色分解プリズムの模式図であり、第
１の実施例におけるプリズムにおいて、第２の光束出射
面９ｂ以降に全反射面２１を設けたプリズム部材２２を
設けた以外は第１の実施例のプリズムと同じである。

【００２２】なお第２の実施例のプリズムにおいても第
２の光束の光軸８ｂが第２のダイクロイックミラー５に
て反射される方向をプリズム側面の方向とするために図
２におけるプリズムの下方部分が自由となり、プリズム
の残る側面およびプリズムの下方部分を一連の接合面と
して利用できるため、十分な接合面を確保することが可
能となる。また全反射面２１による第２の光軸８ｂの反
射方向を調整することによって、新たな第２の光束出射
面２３の位置および面積を変化させることが可能であ
る。

【００２３】また全反射面２１を第２のダイクロイック
ミラー５と第２の光束出射面９ｂの間に設けることで、
色分解された光束８ａ，８ｂ，８ｃが全て正像を形成す
る状態で出射させることができるようになる。したがっ
て請求項１のプリズムに必要な撮像素子以降に鏡対象像
を反転させるための手段を設ける必要がなくなる。

【００２４】なお図２では第２の光軸１０ｂが第２のダ
イクロイックミラー５で色分解された後の全反射回数を
１回とした場合を示しているが、第２のダイクロイック
ミラー５で色分解された後の全反射回数が奇数回であれ
ば同等の効果を得ることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の３色分解プリズムは、第２のダ
イクロイックミラーにて反射分離される第２の光束の光
軸の反射後の方向をプリズムの側面方向とする。その結
果、撮像素子の取り付け面の面積は大きくなり、かつプ
リズムと取り付け部材の接合面の面積を確保しやすい３
色分解プリズムを得ることが可能となる。また第２のダ
イクロイックミラーと第２の光束出射面の間に奇数回の
全反射手段を設けることにより撮像素子以降に鏡対象像
を反転させるための手段を設ける必要をなくすことがで
きる。したがって本発明の工業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による３色分解プリズムの斜
視図

【図２】第２の実施例による３色分解プリズムの斜視図

【図３】従来のギャップ型プリズムの断面図

【図４】従来のギャップレスプリズムの断面図

【符号の説明】

１，２，３ プリズム部材 ４，５ ダイクロイックミラー ６ 入射光束 ７ 入射面 ８ａ，８ｂ，８ｃ 色分解された光束の光軸 ９ａ，９ｂ，９ｃ 光束出射面 １０ 第１と第３の光軸で張られる平面 １１ 第２と第３の光軸で張られる平面 １２，１３ 入射角

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも３個のプリズム部材と、入射
   光束を所定の波長の光束に反射分離させるダイクロイッ
   クミラーを２ヵ所に備えた３色分離プリズムにおいて、
   第１のダイクロイックミラーにて反射分離される第１の
   光束の反射分離後の光軸と、前記第１のダイクロイック
   ミラーを透過し第２のダイクロイックミラーにて反射分
   離される第２の光束の反射分離後の光軸と、前記第１と
   前記第２のダイクロイックミラーを透過する第３の光束
   の光軸の関係を、前記第２の光束の光軸と前記第３の光
   束の光軸によって張られる平面と前記第１の光束の光軸
   と前記第３の光束の光軸にて張られる平面とが概ね直交
   する様に配置することを特徴とする３色分解プリズム。
2. 【請求項２】 前記第２の光束を前記第２のダイクロイ
   ックミラーにて反射分離させた後に奇数回全反射させる
   手段を設けたことを特徴とした請求項１記載の３色分解
   プリズム。