JPH07113904A - 光束分割プリズム - Google Patents

光束分割プリズム

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JPH07113904A
JPH07113904A JP5284418A JP28441893A JPH07113904A JP H07113904 A JPH07113904 A JP H07113904A JP 5284418 A JP5284418 A JP 5284418A JP 28441893 A JP28441893 A JP 28441893A JP H07113904 A JPH07113904 A JP H07113904A
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JP
Japan
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prism
light beam
incident
prisms
air gap
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Application number
JP5284418A
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English (en)
Inventor
Takashi Omuro
隆司 大室
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光束を複数の光束に分割する為に空気間隔を
隔てて配置した少なくとも2つのプリズムの材質の屈折
率を適切に設定することにより非点隔差を補正し、良好
なる画像が得られるカラーテレビカメラ等に好適な光束
分割プリズムを提供すること。 【構成】 対物レンズからの光束を入射させる為の第1
面と、該第1面に対し傾きを有し該第1面より入射した
光束を該第1面方向へ反射する光束と透過する光束とに
分割する第2面と、該第2面で反射後第1面で全反射し
た光束を射出する為の第3面と、を有するプリズムP
a、そして該第2面に対し微小な空気間隔を隔てて略平
行に設けた第4面と、該第2面を通過し該空気間隔を介
して該第4面より入射した光束を射出する第5面と、を
有するプリズムPbの少なくとも2つのプリズムを有す
る光束分割プリズムにおいて、第2プリズムの材質の屈
折率を第1プリズムの材質の屈折率より高くしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は対物レンズからの光束を
複数の光束に分割する光束分割プリズムに関し、例えば
カラーテレビカメラやカラー複写機に用いられる色分解
プリズム等に好適な光束分割プリズムに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】対物レンズによる結像光束は、様々な目
的の為に複数の光束に分割される。その時の分割手段と
して複数のプリズムからなる光学系が良く知られてい
る。
【0003】例えば、カラーテレビカメラにおいては対
物レンズ(撮影レンズ)からの光束をR(赤色光),G
(緑色光),B(青色光)の3色に分ける為に3つのプ
リズムを有した色分解プリズムが用いられている。
【0004】図6は従来の色分解光学系の要部該略図で
ある。図中600は撮影レンズ10からの光束を3つの
色成分(R,G,B)の光束に分解する色分解プリズム
であり、3つのプリズム601,602,603を有し
ている。
【0005】110R,110G,110Bは撮像素子
であり、色分解プリズム600で色成分毎に分解された
光束により形成された物体像を夫々撮像している。
【0006】プリズム601,602の反射面601
b,602bの各面にはダイクロイック膜が施されてい
る。
【0007】撮影レンズ10からの光束はプリズム60
1の入射面601aより入射し、ダイクロイック膜を施
した反射面601bで入射面601a方向に反射される
第1の色成分(青色光束)と、透過するその他の色成分
(赤・緑色光束)とに色分解される。該反射された青色
光束は入射面601aで全反射した後射出面601cよ
り射出する。
【0008】該反射面601bを透過した光束はプリズ
ム602の入射面602aに入射し、ダイクロイック膜
を施した反射面602bで、反射する第2の色成分(赤
色光束)と、透過するその他の色成分(緑色光束)とに
色分解される。該反射された赤色光束は入射面602a
で全反射した後射出面602cより射出する。
【0009】該反射面602bを透過した光束はプリズ
ム603の入射面603aに入射し射出面603cより
射出する。
【0010】色分解プリズム600は第1プリズム60
1と第2プリズム602とを微小な空気間隔604を隔
て、反射面601bと入射面602bとが略平行で光軸
に対して垂直でない角度と成る様に設け、反射面602
bで反射する赤色光束が入射面602aで効率良く反射
するようにしている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】一般に光軸に対して垂
直でない光学的不連続面はそこを通る結像光束に対して
非点隔差を生じさせる。
【0012】従って、図6の色分解プリズムにおける空
気間隔604は、対物レンズの結像光束に非点隔差を与
え、撮影レンズ10の結像性能が劣化するという問題点
があった。
【0013】図7は2つのプリズムPa0 ,Pb0 を光
軸に対して垂直でない2つの面が互いに平行となるよう
に所定の空気間隔604を設けた簡単な光学系のモデル
を示したものである。同図において、プリズムPa0
プリズム601に相当し、プリズムPb0 はプリズム6
02とプリズム603とを接合したものに相当してい
る。
【0014】この空気間隔604により生じる非点隔差
は近軸の光線追跡を行うとき、
【0015】
【数1】 但し、 Δ0 :T像面結像位置とS像面結像位置の差(T−S) d:空気間隔604の厚さ n:プリズムの屈折率 θ:光軸に垂直な面と空気間隔とのなす角 なる式で表すことができる。
【0016】このように色分解プリズム等で光束を複数
の光束に分割するとき、色分解プリズム中に光軸に対し
て垂直でない2つの面が互いに平行となっている空気間
隔が存在すると該空気間隔より、一定の非点隔差が発生
してくるという問題点があった。
【0017】本発明は光束を複数の光束に分割する為に
空気間隔を隔てて配置した少なくとも2つのプリズムの
材質の屈折率を適切に設定することにより非点隔差を補
正し、良好なる画像が得られるカラーテレビカメラ等に
好適な光束分割プリズムの提供を目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明の光束分割プリズ
ムは、対物レンズからの光束を入射させる為の第1面
と、該第1面に対し傾きを有し該第1面より入射した光
束を該第1面方向へ反射する光束と透過する光束とに分
割する第2面と、該第2面で反射後第1面で全反射した
光束を射出する為の第3面と、を有するプリズムPa、
そして該第2面に対し微小な空気間隔を隔てて略平行に
設けた第4面と、該第2面を通過し該空気間隔を介して
該第4面より入射した光束を射出する第5面と、を有す
るプリズムPbの少なくとも2つのプリズムを有する光
束分割プリズムにおいて、第2プリズムの材質の屈折率
を第1プリズムの材質の屈折率より高くしたことを特徴
としている。
【0019】特に、前記第5面は該第5面に入射する前
記光束の入射角と前記第4面に入射する該光束の入射角
とが、略同一の面内にて異符号と成るように配置してい
ることを特徴としている。
【0020】
【実施例】図1は本発明の光束分割プリズムをカラーテ
レビカメラに適用したときの実施例1の光学系の要部概
略図である。
【0021】図中、10は物体からの光束を集光する撮
影レンズである。100は該撮影レンズ10からの光束
を3つの色成分(R,G,B)の光束に分解する色分解
プリズムであり、3つのプリズム101,102,10
3を有している。
【0022】110R,110G,110Bは夫々3つ
の色成分(R,G,B)に対応する撮像素子であり、撮
影レンズ10により集光され、色分解プリズム100で
色成分毎に分解された光束により形成された物体像を撮
像している。
【0023】本実施例の色分解プリズム100におい
て、プリズム101とプリズム102とは反射面101
bと入射面102aとが光軸sの垂直な面から所定の角
度θを有し、且つ、反射面101bと入射面102aと
が互いに略平行となるよう空気間隔104を隔てて配置
している。
【0024】また、プリズム102の反射面102bと
プリズム103の入射面103aとは接着剤により接合
している。該プリズム102,103の材質の屈折率は
同じで、プリズム101の材質の屈折率より高くしてい
る。
【0025】そして、プリズム101,102の反射面
101b,102bにはダイクロイック膜を施してお
り、入射光を反射と透過により色成分別に分解してい
る。
【0026】本実施例において、撮影レンズ10からの
光束はプリズム101の入射面101aより入射し、ダ
イクロイック膜を施した反射面101bで入射面101
a方向に反射される第1の色成分(青色光束)と、透過
するその他の色成分(赤・緑色光束)とに色分解され
る。該反射面101bで反射された光束は入射面101
aで全反射した後、射出面101cより射出する。
【0027】そして、該反射面101bを透過した光束
はプリズム102の入射面102aに入射し、ダイクロ
イック膜を施した反射面102bで、反射する第2の色
成分(赤色光束)と、透過するその他の色成分(緑色光
束)とに色分解される。該反射された光束は入射面10
2aで全反射した後、射出面102cより射出する。
【0028】該反射面102bを透過した光束はプリズ
ム103の入射面103aに入射し射出面103cより
射出する。
【0029】尚、各プリズム101,102,103の
射出面101c,102c,103cは射出する光束が
夫々垂直に射出する様に、各要素を設定している。
【0030】図2は図1に示す色分解プリズム100を
簡単なモデルとして示した説明図であり、2つのプリズ
ム間に設けた空気間隔を介して撮像面上に集光する際の
光束の様子を示したものである。
【0031】同図において、Paはプリズム101、P
bはプリズム102とプリズム103とを接合したもの
に相当するプリズムである。
【0032】プリズムPaの材質の屈折率をn、プリズ
ムPbの材質の屈折率をn′としたとき、n<n′とし
ている。
【0033】このときプリズムPa,Pbを通る光束の
主光線Laは空気間隔104が平行であっても両プリズ
ムPa,Pbの材質の屈折率が異なる為、プリズムPb
を通過するとき入射方向と平行に成らない。本実施例で
は撮像素子21の撮像面203上において非点隔差を補
正する為に所定の角度を有するようにしている。
【0034】ここで非点格差Δは
【0035】
【数2】 但し、 Δ:T像面結像位置とS像面結像位置の差(T
−S) L:空気間隔104から像面203までの空気換算距離 θ:光軸に垂直な面と空気間隔104とのなす角(空気
間隔の傾き) d:空気間隔104の厚さ なる式で表すことができる。
【0036】この式より、n′>nとすれば図7と比べ
非点隔差Δを小さく抑えられることがわかる。
【0037】次に本発明の数値実施例を図2に示した値
を用いて示す。
【0038】〈数値実施例1〉 n = 1.600 n′= 1.604 L = 20 mm θ = 25.5° d = 0.03 mm とすれば、式(1)より、 Δ = 0.000 と非点隔差Δが良好に補正されていることがわかる。
【0039】但し、硝材の屈折率は連続的な値を採るこ
とができなく、必ずしも所望の屈折率が得られるとは限
らない。そこで、特定の硝子(小原硝子(株)製)を用
いた時の数値例を次に示す。
【0040】〈数値実施例2〉 n = 1.60718(商品名:PBM5) n′= 1.61074(商品名:BAM23) L = 20 mm θ = 25.5° d = 0.03 mm とすれば、 Δ = −0.003 となる。この時屈折率がn′=nであれば、非点隔差Δ
0 −0.023であり、補正の効果が現れていることが
わかる。
【0041】上記の硝子は非点隔差Δが良好に補正でき
るように屈折率を主体にして選択している。
【0042】また、硝子には波長によって屈折率が異な
る性質(分散)がある。特に、カラーテレビカメラに利
用される色分解プリズムに於ては、使用する波長帯が広
い為に、両プリズムPa,Pbの分散をできるだけ合わ
せておくことが望ましい。
【0043】前述の2種の硝子の分散は、 PBM5 : υ=37.7 BAM23: υ=40.3 である。
【0044】この硝子の組み合わせよりも屈折率及び分
散の差が小さいものとして、例えばPBM5とPBM3
(小原硝子製の商品名で、n′=1.61686,υ=
36.7)との組み合わせがある。
【0045】但し、PBM5とPBM3とを用い、空気
換算距離L,空気間隔の傾きθ,空気間隔の厚みdの条
件を数値実施例1,2と同じにした場合、非点隔差Δ=
0.031と補正過剰に成る。
【0046】このように、分散を加味して硝子を選択す
る場合、屈折率の値が一層離散的と成る。これを鑑み空
気間隔dを変えて補正した例を次に示している。
【0047】〈数値実施例3〉 n = 1.60718(商品名:PBM5) n′= 1.61686(商品名:PBM3) L = 20 mm θ = 25.5° d = 0.07 mm とすれば、 Δ = −0.001 となり、良好に非点隔差Δが補正できることがわかる。
【0048】本実施例では、以上のように少なくとも2
つのプリズムPa,Pbにて構成し、該構成要素である
プリズムPa,Pb間に光軸に対して垂直でない2つの
面より形成される空気間隔104を少なくとも1つ設
け、前記空気間隔104を境にして、撮影レンズ10側
のプリズムPaの材質の屈折率よりも像側のプリズムP
bの材質の屈折率の方を高くすることにより、前記空気
間隔104にて生じる非点隔差Δを良好に補正してい
る。
【0049】また、空気間隔104の厚みを変化させる
ことで、硝子の屈折率を離散的にしか選択できないこと
による前記非点隔差Δの補正不足を補っている。
【0050】尚、この厚みは設計上の中心値として予め
設定した厚みとしても良いし、プリズムの組立時に製造
誤差を補償する様に厚みの調整を行う様にしても良い。
【0051】図3は本発明の実施例2をモデル化した説
明図である。
【0052】一般に、空気間隔を有する光束分割プリズ
ムに於て空気間隔が大きく成り過ぎるとコマ収差が悪化
し、レンズの結像性能を落とすことに成る。
【0053】そこで、本実施例では図3において、プリ
ズムPb′の射出面305は該射出面305に入射する
光束の入射角と入射面306に入射する該光束の入射角
とが、略同一の面内にて異符号と成るように配置してい
る。
【0054】即ち、入射面306に入射する光束の主光
線Laの入射角が該主光線Laを基準とし入射法線へ向
けて紙面内で右回りの角を成し、これを正とした時、射
出面305に入射する該主光線Laの入射角が負と成る
(該主光線Laから入射法線へ向けて紙面内で左回りの
角と成る)ように射出面305を配置している。
【0055】このことは、図3に示す入射面306と射
出面305との成す角をδとし、図2に示すように光束
が射出面205を垂直に射出する際の入射面206と射
出面205との成す角度をδ0 とした時、δ>δ0 であ
ることに相当し、これによりコマ収差を補正している。
【0056】次に本実施例に係る数値例を示す。
【0057】〈数値実施例4〉 n = 1.60718(商品名:PBM5) n′= 1.61686(商品名:PBM3) L = 20 mm θ = 25.5° d = 0.05 mm 尚、厚みdは、開口が大きく近軸領域から離れることに
よって生じる収差のズレ等を補正する為に、数値実施例
3とは異なっている。
【0058】図4は数値実施例3のスポットダイアグラ
ム、図5は数値実施例4のスポットダイアグラムであ
り、夫々Fナンバー1.6の光束について示している。
【0059】図4では紙面下側にコマによるフレアが多
く発生している事がわかる。このときのδ0 は約25.
3°である。
【0060】これに対し図5はδを約26.3°として
おり、コマによるフレアが抑えられているのがわかる。
【0061】このように射出面305を適切に設定する
ことにより、本発明をより一層効果的なものとする事が
できる。
【0062】
【発明の効果】本発明によれば、光束を複数の光束に分
割する為に、空気間隔を隔てて配置した少なくとも2つ
のプリズムの材質の屈折率を適切に設定することにより
非点隔差を補正し、良好なる画像が得られるカラーテレ
ビカメラ等に好適な光束分割プリズムを達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の要部該略図
【図2】 図1をモデル化した説明図
【図3】 本発明の実施例2をモデル化した説明図
【図4】 本発明の数値実施例3のスポットダイアグラ
【図5】 本発明の数値実施例4のスポットダイアグラ
【図6】 従来の色分解光学系の要部該略図
【図7】 図6をモデル化した説明図
【符号の説明】
101,102,103,Pa,Pb,Pb′ プリズ
ム 104 空気間隔 110R,110G,110B 固体撮像素子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対物レンズからの光束を入射させる為の
    第1面と、該第1面に対し傾きを有し該第1面より入射
    した光束を該第1面方向へ反射する光束と透過する光束
    とに分割する第2面と、該第2面で反射後第1面で全反
    射した光束を射出する為の第3面と、を有するプリズム
    Pa、そして該第2面に対し微小な空気間隔を隔てて略
    平行に設けた第4面と、該第2面を通過し該空気間隔を
    介して該第4面より入射した光束を射出する第5面と、
    を有するプリズムPbの少なくとも2つのプリズムを有
    する光束分割プリズムにおいて、第2プリズムの材質の
    屈折率を第1プリズムの材質の屈折率より高くしたこと
    を特徴とする光束分割プリズム。
  2. 【請求項2】 前記第5面は該第5面に入射する前記光
    束の入射角と前記第4面に入射する該光束の入射角と
    が、略同一の面内にて異符号と成るように配置している
    ことを特徴とする請求項1の光束分割プリズム。
JP5284418A 1993-10-19 1993-10-19 光束分割プリズム Pending JPH07113904A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002102087A1 (en) * 2001-06-11 2002-12-19 3M Innovative Properties Company Projection system having low astigmatism
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