NL8002964A

NL8002964A - Portable video camera colour separating optical system - three prisms and detectors held by epoxy impregnated foam gaskets

Info

Publication number: NL8002964A
Application number: NL8002964A
Authority: NL
Original assignee: Rudolf Hartmann
Priority date: 1980-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1981-12-16

Abstract

A system separating colours along a non-reflecting axis in a small camera includes three prisms with the first two separated by an air gap and colour separation occurring between prism pairs, with components passed in different directions. Three detectors are located adjacent to respective prism exit faces, with interposed positioners secured to both face and detector and having an opening for the light. Each positioner is pref. a resilient foamed gasket impregnated with epoxy resin which is then cured to hold the elements rigidly in position. The arrangement provides an extremely compact system.

Description

* f "'NS* f "'NS

- 1 -- 1 -

Optisch systeem, alsmede werkwijze voor het vervaardigen daarvan.Optical system as well as a method of manufacturing it.

De uitvinding heeft betrekking op optische systemen zoals videokleurcamera's, waarbij het vereist is, dat afzonderlijke detectoren nauwkeurig worden gepositioneerd met betrekking tot daarmee geassocieerde optische 5 organen. Meer in het bijzonder moet elke detector nauwkeurig gepositioneerd zijn zonder afwijking ten opzichte van een bepaalde optische as van het optische systeem, nauwkeurig gepositioneerd zijn in richtingen evenwijdig aan en loodrecht op deze as, en moeten de drie detectoren (voor de 10 drie assen) zijn gepositioneerd zonder verdraaiing ten opzichte van elkaar. Deze positionering is bijzonder kritisch en delicaat bij zeer kleine halfgeleiderdetectoren zoals ladingsinjectie-inrichtingen. In gebruikelijke videocamera's zijn kostbare en gecompliceerde detector-15 monteringsmiddelen nodig om er voor te zorgen, dat elke detector in zijn vastgestelde positie gehandhaafd blijft.The invention relates to optical systems such as video color cameras where individual detectors are required to be accurately positioned with respect to associated optical members. More specifically, each detector must be accurately positioned without deviation from a particular optical axis of the optical system, accurately positioned in directions parallel to and perpendicular to this axis, and the three detectors (for the 10 three axes) must be positioned without twisting relative to each other. This positioning is particularly critical and delicate with very small semiconductor detectors such as charge injection devices. In conventional video cameras, expensive and complicated detector mounting means are required to ensure that each detector is maintained in its predetermined position.

Het is nu het doel van de uitvinding een optisch systeem te verschaffen, bestaande uit een optisch orgaan met een as, een detector, geplaatst aanliggend aan dit 20 optische orgaan langs de as en met een beeldgebied daarop voor het opvangen van lichtstralen geëmitteerd vanaf het optische orgaan, gekenmerkt door positioneringsorganen, omvattende een stijf lichaam, geplaatst tussen het optische orgaan en de detector, en vast bevestigd aan elk voor 25 het vasthouden van de detector in een vastgestelde positie ten opzichte van het optische orgaan en de as, welk stijf lichaam een opening daar doorheen heeft voor het ononderbroken doorlaten van lichtstralen van het optische orgaan naar het beeldgebied van de detector.It is now the object of the invention to provide an optical system consisting of an optical member with an axis, a detector disposed adjacent to this optical member along the axis and having an image area thereon for receiving light rays emitted from the optical member, characterized by positioning members, comprising a rigid body interposed between the optical member and the detector, and fixedly attached to each for holding the detector in a fixed position relative to the optical member and the axis, which rigid body opening through it for the continuous transmission of light rays from the optical member to the image area of the detector.

30 De uitvinding zal thans nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. In de tekening toont: fig. 1 een schematisch zijaanzicht van het prismasysteem volgens de uitvinding, waarin de betrekking getoond is van dit prismasysteem met de geassocieerde 35 halfgeleiderdetectoren van een videocamera, fig. 2 een grafiek van de kleurtransmissiekarak- 800 2 9 "54 s Λ * - 2 - teristieken van het prismasysteem van fig. 1, fig. 3 een aanzicht overeenkomstig aan dat van fig. 1 van een prismasysteem, waarbij gebruik gemaakt wordt van dichroxtische platen, gecementeerd aan de prisma's voor 5 het vormen van de dichroïtische lagen, fig. 4 een aanzicht overeenkomstig aan fig. 1, en met middelen voor het monteren van de detectoren ten opzichte van het prismasysteem, en fig. 5 een aanzicht in vertikale doorsnee, genomen 10 volgens V-V in fig. 4.The invention will now be further elucidated with reference to the drawing. In the drawing: Fig. 1 shows a schematic side view of the prism system according to the invention, showing the relationship of this prism system with the associated semiconductor detectors of a video camera, Fig. 2 a graph of the color transmission character 800 2 9 "54 s Ter * - 2 - statistics of the prism system of fig. 1, fig. 3 a view similar to that of fig. 1 of a prism system, using dichroxtic plates cemented to the prisms to form the dichroic layers Fig. 4 is a view similar to Fig. 1, and with means for mounting the detectors relative to the prism system, and Fig. 5 is a vertical sectional view taken according to VV in Fig. 4.

In fig. 1 is een optisch systeem getoond, algemeen aangegeven met het cijfer 10, geconstrueerd volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, voor het scheiden van kleurcomponenten van invallend licht en het richten van 15 deze kleurcomponenten resp. naar drie halfgeleiderdetector-eenheden 20A, 20B, en 20C van een kleine draagbare kleuren-videocamera. De detectoreenheden 20A-C zijn nagenoeg identieke constructies, waarbij elk in de vorm is van een ladingsinjectie-inrichting, bestaande uit een detectorelement 20 25, ingebed in een keramisch substraat 26, waarvan het tegengekeerde oppervlak is bedekt met een glasplaat 27.Fig. 1 shows an optical system, generally indicated by the numeral 10, constructed according to an embodiment of the invention, for separating color components from incident light and directing these color components, respectively. to three semiconductor detector units 20A, 20B, and 20C of a small portable color video camera. The detector units 20A-C are substantially identical structures, each of which is in the form of a charge injection device, consisting of a detector element 20 embedded in a ceramic substrate 26, the opposite surface of which is covered with a glass plate 27.

De afmetingen van het detectorelement 25 zijn zodanig, dat er een gevoelig beeldgebied wordt verschaft met een hoogte van 8,71 mm en een breedte van 11,61 mm. De videocamera 25 heeft verder bij voorkeur een zoomobjectieflens (niet getoond) geplaatst aan de linkerzijde van het optische systeem 10, zoals gezien in fig. 1, welke lichtstralen richt op het optische systeem 10, waarbij het objéctieflensstelsel bij voorkeur F/l.4, nagenoeg telecentrisch en vignet-vrij is 30 voor de beeldhoogte.The dimensions of the detector element 25 are such as to provide a sensitive image area with a height of 8.71 mm and a width of 11.61 mm. The video camera 25 further preferably has a zoom objective lens (not shown) disposed on the left side of the optical system 10, as seen in Fig. 1, which directs light rays onto the optical system 10, the objective lens system preferably F / 1.4. is virtually telecentric and vignette-free for the image height.

Het optische systeem 10 heeft een niet-reflecterende optische as 30, en omvat drie prisma's, resp. aangegeven met 40, 50 en 60, waarbij elk van deze prisma's bij voorkeur is gevormd van SF4-glas met een brekingsindex van 1,755 35 en een dispersieconstante van 27,6. Het prisma 40 heeft een vlak ingangsoppervlak 41, geplaatst nagenoeg normaal ten opzichte van de niet-reflecterende optische as 30, een uittree-oppervlak 42, geheld ten opzichte van het ingangs-vlak 41 onder een hoek van 23° 30 seconden, en een uittree-40 vlak 43 geheld ten opzichte van het ingangsvlak 41 onder 800 2 9 64 v * * - 3 - een hoek van nagenoeg 47°. Het uittree-oppervlak 43 is bij voorkeur voorzien van een blauw-absorptiefilter 44.The optical system 10 has a non-reflective optical axis 30, and comprises three prisms, respectively. indicated by 40, 50 and 60, each of these prisms preferably being formed of SF4 glass having a refractive index of 1.755 and a dispersion constant of 27.6. The prism 40 has a flat entry surface 41 positioned substantially normal to the non-reflective optical axis 30, an exit surface 42 inclined to the entry plane 41 at an angle of 23 ° 30 seconds, and an exit -40 plane 43 inclined with respect to the entrance plane 41 at 800 2 9 64 v * * - 3 - an angle of almost 47 °. The exit surface 43 is preferably provided with a blue absorption filter 44.

Het uittree-oppervlak 42 is bekleed net een dichroïtische laag 45, waarvan de karakteristiek zodanig is, dat deze 5 de blauwe component van het invalslicht reflecteert en de overblijvende component van het licht doorlaat. De oriëntatie van het uittreevlak 42 is zodanig, dat dit de blauwe component van het licht terugreflecteerd naar het ingangsvlak 41, dat op zijn beurt het blauwe licht inwendig 10 totaal reflecteert naar uittree-oppervlak 43, zodat het blauwe licht wordt geëmitteerd vanuit het uittreevlak 43 en door een absorptiefilter 44 algemeen langs een uittreeweg, waarvan de as is aangegeven met het cijfer 47.The exit surface 42 is coated with a dichroic layer 45, the characteristic of which is that it reflects the blue component of the incident light and transmits the remaining component of the light. The orientation of the exit plane 42 is such that it reflects the blue component of the light back to the input plane 41, which in turn totally reflects the blue light internally to exit surface 43, so that the blue light is emitted from the exit plane 43 and through an absorption filter 44 generally along an exit road, the axis of which is indicated by the number 47.

Het prisma 50 heeft een vlak ingangsvlak 51, dat 15 is geplaatst evenwijdig aan het uittreevlak 42 van het prisma 40, en is daarvan gescheiden door een luchtspleet, algemeen aangegeven door het verwijzingscijfer 56. Het prisma 50 heeft een uittreevlak 52, dat is geheld onder een hoek van 36° ten opzichte van het ingangsvlak 51, 20 en een uittreevlak 53, dat is geheld ten opzichte van het ingangsvlak 41 van het prisma 40 nagenoeg onder een hoek van 72°. Aan het uittree-oppervlak 42 van het prisma 50 is een dichroïtische laag 55 aangebracht, waarvan de karakteristiek zodanig is, dat deze de rode component van 25 het invalslicht reflecteert, en de overblijvende component doorlaat.The prism 50 has a flat entry face 51 positioned parallel to the exit plane 42 of the prism 40, and is separated therefrom by an air gap, generally indicated by the reference numeral 56. The prism 50 has an exit plane 52, which is inclined below an angle of 36 ° with respect to the entrance face 51, 20 and an exit face 53, which is inclined with respect to the entrance face 41 of the prism 40 substantially at an angle of 72 °. A dichroic layer 55 is arranged on the exit surface 42 of the prism 50, the characteristic of which is such that it reflects the red component of the incident light and transmits the remaining component.

Uit het voorgaande is het duidelijk, dat de dichroïtische laag 45 is aangebracht onder een hoek van 23,5° ten opzichte van een vlak loodrecht op de niet-reflecterende 30 optische as 30, terwijl de dichroïtische laag 55 is geheld onder een hoek van 12,5° ten opzichte van het vlak loodrecht op de niet-reflecterende optische as 30. De oriëntatie van de dichroïtische laag 55 is zodanig, dat de invallende rode lichtcomponent wordt gereflecteerd naar 35 het ingangsvlak 51, dat, aangezien het een grens vormt met de luchtspleet 56, deze rode lichtcomponent inwendig totaal reflecteert naar het uittreevlak 53 teneinde daaruit te worden geëmitteerd algemeen langs een uittreeweg, waarvan de as is aangegeven door het cijfer 57.From the foregoing, it is clear that the dichroic layer 45 is disposed at an angle of 23.5 ° to a plane perpendicular to the non-reflective optical axis 30, while the dichroic layer 55 is inclined at an angle of 12 5 ° to the plane perpendicular to the non-reflective optical axis 30. The orientation of the dichroic layer 55 is such that the incident red light component is reflected to the input plane 51, which, since it forms a boundary with the air gap 56, this red light component internally totally reflects to the exit plane 53 to be emitted therefrom generally along an exit path, the axis of which is indicated by the number 57.

40 Het prisma 60 heeft een ingangsvlak 61, dat is 800 2 9 64 ♦ ♦ - 4 - gecementeerd aan het uittreevlak 52 van het prisma 50, waarbij de dichroitische laag 55 daartussen is geplaatst.The prism 60 has an entry face 61, that is, 800 cemented to the exit face 52 of the prism 50, with the dichroic layer 55 interposed therebetween.

Het prisma 60 heeft verder een vlak uittreevlak 63, dat is geplaatst loodrecht op de niet-reflecterende optische 5 as 30. Langs de periferale randen van het prisma 60 is een aantal keerkerven 64 van variërende diepte aangebracht.The prism 60 further has a planar exit face 63 disposed perpendicular to the non-reflective optical axis 30. A plurality of notches 64 of varying depth are provided along the peripheral edges of the prism 60.

In fig. 1 zijn een aantal schuin invallende lichtstralen weergegeven, omvattende de stralen aQ, bQ, cQ, dQ, eQ en fg. De stralen aQ en dQ bevinden zich in de 10 stralenkegel, die een punt vormt aan de bovenrand van het voorwerpsbeeld, de stralen bg en eg zijn in de stralenkegel, die het punt vormt in het midden of de as van het voorwerpsbeeld, en de stralen Cg en fg bevinden zich in de stralenkegel, die een punt vormt aan het de onderrand 15 van het voorwerpsbeeld. De stralen ag en fg zijn begrenzende schuine stralen, terwijl de stralen bg en eg zich bevinden in de axiale stralenbundel. De axiale en schuine bundels zijn in wezen gelijk.In Fig. 1 a number of obliquely incident light rays are shown, comprising the rays aQ, bQ, cQ, dQ, eQ and fg. The rays aQ and dQ are in the ray cone, which forms a point at the top edge of the object image, the rays bg and eg are in the ray cone, which forms the point in the center or axis of the object image, and the rays Cg and fg are located in the ray cone, which forms a point on the bottom edge 15 of the object image. The rays ag and fg are boundary oblique rays, while the rays bg and eg are located in the axial beam. The axial and oblique beams are essentially the same.

Bij wijze van voorbeeld zal de weg van de straal 20 bg worden nagelopen door het optische systeem 10. Het zal duidelijk zijn, dat de overige stralen overeenkomstige reflecties ondergaan, hoewel slechts een paar van de stralen zijn nagelopen tot aan de uittreevlakken van het systeem ter wille van de duidelijkheid en eenvoudigheid van de 25 tekening. De straal bg valt in op het ingangsvlak 41 van het prisma 40 en wordt gebroken, waarbij de gebroken straal invalt op de eerste dichroitische laag 45, waarbij de blauwe component b^ wordt teruggereflecteerd naar het ingangsvlak 41, terwijl de overblijvende component b^ van 30 de straal gaat door de dichroitische laag 45 en de lucht-spleet 56, en invalt op het prisma 50 aan het ingangsvlak 51 daarvan. De blauwe component bg van de straal wordt inwendig totaal reflecteerd aan het ingangsvlak 41 van het prisma 40 en treedt uit door het uittreevlak 43 en het 35 blauwe absorptiefilter 44 daarvan voor transmissie naar de detectoreenheid 20a aan het midden daarvan.For example, the path of the beam 20 bg will be traced through the optical system 10. It will be appreciated that the remaining beams will undergo corresponding reflections, although only a few of the beams have traced to the exit surfaces of the system for for the sake of clarity and simplicity of the drawing. The beam bg is incident on the entrance plane 41 of the prism 40 and is broken, the broken beam incident on the first dichroic layer 45, the blue component b ^ being reflected back to the input plane 41, while the remaining component b ^ of 30 the beam passes through the dichroic layer 45 and the air gap 56, and incident on the prism 50 at the entrance face 51 thereof. The blue component bg of the beam is internally totally reflected at the entrance face 41 of the prism 40 and exits through the exit face 43 and its blue absorption filter 44 for transmission to the detector unit 20a at its center.

De overblijvende component b^ van de straal valt in op de tweede dichroitische laag 55, waarbij de rode component br daarvan wordt gereflecteerd terug naar het 40 ingangsvlak 51, terwijl de overblijvende groene component 800 2 9 64 - 5 - bg daarvan gaat door de dichroïtische laag 55 en intreedt in het prisma 60 aan het ingangsvlak 61 daarvan. De rode component br van de straal wordt inwendig totaal gereflecteerd aan het ingangsvlak 51 en treedt uit door het uittree-5 vlak 53 voor transmissie naar de detectoreenheid 20B aan het midden daarvan. De overblijvende groene component b van de straal treedt uit het prisma 60 aan het uittreevlak 63 daarvan voor transmissie naar de detectoreenheid 20C aan het midden daarvan.The remaining component b ^ of the beam is incident on the second dichroic layer 55, the red component br thereof of which is reflected back to the input face 51, while the remaining green component 800 2 9 64-5 bg thereof passes through the dichroic layer 55 and enters the prism 60 at the entrance face 61 thereof. The red component br of the beam is internally totally reflected at the input face 51 and exits through the exit plane 53 for transmission to the detector unit 20B at its center. The remaining green component b of the beam exits the prism 60 at its exit plane 63 for transmission to the detector unit 20C at its center.

10 Aldus valt in te zien, dat aan de eerste dichroï tische laag 45 de blauwe component van het invalslicht wordt gescheiden en wordt gereflecteerd voor emissie vanuit het optische systeem 10 aan het uittreevlak 43 teneinde het beeld te vormen op de blauwe lichtdetectoreenheid 20A, 15 terwijl de rode component van het invalslicht wordt gereflecteerd aan de tweede dichroïtische laag 55 voor het vormen van het beeld op de rode lichtdetectoreenheid 20B, terwijl de groene lichtcomponent wordt getransmitteerd rechtstreèks en ongereflecteerd door het optische systeem 10 20 voor emissie daaruit aan het uittreevlak 63 voor het vormen van een beeld op de groene lichtdetectoreenheid 20C.Thus, it can be seen that on the first dichroic layer 45, the blue component of the incident light is separated and is reflected for emission from the optical system 10 at the exit plane 43 to form the image on the blue light detector unit 20A, 15 while the red component of the incident light is reflected on the second dichroic layer 55 to form the image on the red light detector unit 20B, while the green light component is transmitted directly and unreflected by the optical system 10 for emission therefrom at the exit surface 63 for imaging the green light detector unit 20C.

Bij een constructioneel model van het optische systeem 10 bedraagt de totaal lengte D tussen het ingangsvlak 41 van het prisma 40 en het uittreevlak 63 van het 25 prisma 60 28 mm. De effektieve hoogte H van het ingangsvlak 41 van het prisma 40, dat wil zeggen de vertikale afstand tussen het punt, waar de bovenste begrenzende schuine straal a^ invalt op het .front daarvan, en het punt, waar de blauwe component f^ van de onderste begrenzende schuine straal 30 inwendig wordt gereflecteerd aan de achterzijde daarvan nagenoeg 25,15 mm bedraagt. Het zal duidelijk zijn, dat zowel de totaal lengte D, als de effektieve hoogte H, bij benadering drie maal de detectorhoogte(8,71 mm) bedraagt.In a constructional model of the optical system 10, the total length D between the entrance face 41 of the prism 40 and the exit face 63 of the prism 60 is 28 mm. The effective height H of the entrance face 41 of the prism 40, i.e. the vertical distance between the point where the upper bounding oblique ray a ^ falls on its front, and the point where the blue component f ^ of the the lower limiting oblique ray 30 is reflected internally at the rear thereof is approximately 25.15 mm. It will be clear that both the total length D and the effective height H are approximately three times the detector height (8.71 mm).

Elk van de uittreevlakken 43, 53 en 63 heeft een effektieve 35 hoogte, dat wil zeggen de afstand tussen de uittreepunten daarop van de bovenste en onderste begrenzende schuine beeldvormende stralen, welke nagenoeg 10,2 mm bedraagt.Each of the exit surfaces 43, 53 and 63 has an effective height, ie the distance between the exit points thereon of the upper and lower bounding oblique imaging beams, which is approximately 10.2 mm.

Aldus zal duidelijk zijn, dat de effektieve hoogtes van de uittreevlakken 43, 53, en 63 respectievelijk iets groter 40 zijn dan, maar vergelijkbaar met de corresponderende hoogtes 800 2 9 64 - 6 - % (8,71 mm) van de bijbehorende detectors 25. Het equivalente luchtspoor van het optische systeem 10 bedraagt 15,90 mm.Thus, it will be appreciated that the effective heights of exit surfaces 43, 53, and 63 are slightly greater than 40, respectively, but comparable to the corresponding heights 800 2 9 64 - 6% (8.71 mm) of the associated detectors. The equivalent air track of the optical system 10 is 15.90 mm.

Fig. 2 toont de kleurtransmissiekarakteristieken van het optische systeem 10. In de grafiek zijn de golf-5 lengtes van het licht, uitgedrukt in nanometers, uitgezet langs de horizontale as, terwijl het percentage van invals-licht, dat wordt geëmitteerd door het systeem, is afgezet langs de vertikale as. De lijnen 70 en 71 geven het blauwe licht aan, geëmitteerd van het uittreevlak 43, de 10 lijnen 72 en 73 het rode licht, geëmitteerd van het uittreevlak 53, en de lijnen 74 en 75 het groene licht, geëmitteerd van het uittreevlak 63.Fig. 2 shows the color transmission characteristics of the optical system 10. In the graph, the wavelengths of light, expressed in nanometers, are plotted along the horizontal axis, while the percentage of incident light emitted by the system is plotted along the vertical axis. Lines 70 and 71 indicate the blue light emitted from exit surface 43, lines 72 and 73 the red light emitted from exit surface 53, and lines 74 and 75 the green light emitted from exit surface 63.

De grafiek van fig. 2 laat zien, dat de halfsterkte-punten liggen op een 40 %'s amplitude, en bijgevolg bij 15 90 % van de volle sterkte pieken ten minste 72 % van de blauwe component van het invalslicht in de golflengtes tussen ongeveer 395 nanometer en 480 nanometer wordt geëmitteerd aan het optische systeem 10 aan het uittreevlak 43, ten minste 72 % van de groene component van het 20 invalslicht in de golflengtes tussen 500 nanometer en 570 nanometer wordt geëmitteerd van het uittreevlak 63, en ten minste 72 % van de rode component van het invalslicht in de golflengtes tussen 590 nanometer en 645 nanometer wordt geëmitteerd van het systeem 10 aan het uittreevlak 25 53. Er valt tevens op te merken, dat het systeem een tamelijk scherpe afsnijding heeft tussen de kleurcomponenten, waarbij de transmittantiekromme voor elke component stijgt van 10 % tot 90 % van de piektransmittantie over een spectraal gebied van slechts ongeveer 20 nanometers.The graph of Figure 2 shows that the semi-strength points are at a 40% amplitude, and therefore at 90% of the full-strength peaks at least 72% of the blue component of the incident light in the wavelengths between about 395 nanometers and 480 nanometers is emitted to the optical system 10 at exit plane 43, at least 72% of the green component of the incident light in the wavelengths between 500 nanometers and 570 nanometers is emitted from exit plane 63, and at least 72% of the red component of the incident light in the wavelengths between 590 nanometers and 645 nanometers is emitted from the system 10 at the exit plane 53. It should also be noted that the system has a fairly sharp cut-off between the color components, with the transmittance curve for each component, from 10% to 90% of the peak transmittance increases over a spectral range of only about 20 nanometers.

30 Hoewel de dichroïtische lagen 45 en 55 zijn beschreven als bekledingen rechtstreeks aangebracht op de betrokken uittreevlakken van de prisma's 40 en 50, zal het duidelijk zijn, dat deze dichroïtische lagen ook kunnen zijn in de vorm van dichroïtische platen, gecementeerd 35 aan de bijbehorende prismavlakken. In fig. 3 is een optisch systeem 110 getoond, dat nagenoeg overeenkomstig is aan het optische systeem 10, en dat drie prisma's omvat, resp. algemeen aangegeven met de cijfers 140, 150 en 160, en resp. nagenoeg identiek aan de prisma's 40, 50 en 60, 40 die hierboven beschreven zijn. Het prisma 140 heeft een 800 2 9 64 ψ" * - 7 - uittreevlak 142, waaraan een eerste dichroïtische glasplaat 145 is bevestigd, waarbij deze dichroïtische plaat 145 een ingangsvlak 144 bezit, dat is gecementeerd aan het uittreevlak 142 van het prisma 140, en een uittreevlak 146, 5 waarop een dichroïtische bekleding of laag 147 is aangebracht. Het uittreevlak 146 van de dichroïtische plaat 145 is gescheiden door een luchtspleet 148 van het ingangsvlak 151 van het prisma 150.Although the dichroic layers 45 and 55 have been described as coatings applied directly to the respective exit surfaces of the prisms 40 and 50, it will be appreciated that these dichroic layers may also be in the form of dichroic plates cemented to the associated prism surfaces . In Fig. 3, an optical system 110 is shown, which is substantially similar to the optical system 10, and which comprises three prisms, respectively. generally indicated by the numbers 140, 150 and 160, and resp. substantially identical to the prisms 40, 50 and 60, 40 described above. The prism 140 has an 800 exit surface 142 to which is attached a first dichroic glass plate 145, said dichroic plate 145 having an entry face 144 cemented to the exit surface 142 of the prism 140, and an exit face 146,5 on which a dichroic coating or layer 147 is applied The exit face 146 of the dichroic plate 145 is separated by an air gap 148 from the entry face 151 of the prism 150.

Een dichroïtische plaat 155 is bevestigd aan het 10 uittreevlak 152 van het prisma 150, waarbij de dichroïtische plaat 155 een ingangsvlak 154 heeft, waarop een dichroïtische bekleding of laag 157 is aangebracht, en welke is gecementeerd aan het uittreevlak 152 van het prisma 150. De dichroïtische plaat 155 heeft verder een uittreevlak 156, dat is gecemen-15 teerd aan het ingangsvlak 161 van het prisma 160.A dichroic plate 155 is attached to the exit surface 152 of the prism 150, the dichroic plate 155 having an entrance surface 154 on which a dichroic coating or layer 157 is applied, and which is cemented to the exit surface 152 of the prism 150. The Dichroic plate 155 further has an exit plane 156, which is joined to the entrance face 161 of the prism 160.

Het zal duidelijk zijn, dat de dichroïtische platen 145 en 155 kunnen worden gemaakt in elke vorm, en het valt in te zien, dat de dichroïtische laag kan worden aangebracht aan elk van het ingangsvlak of het uittreevlak 20 van de plaat in afhankelijkheid van de eisen van het speciale systeem, dat wordt gebruiktv De weglengte moet evenwel voor alle drie kleuren gelijk blijven.It will be appreciated that the dichroic plates 145 and 155 can be made in any shape, and it can be seen that the dichroic layer can be applied to any of the entry face or exit face 20 of the plate depending on requirements. of the special system used. However, the path length must remain the same for all three colors.

Het gebruik van dergelijke dichroïtische platen levert belangrijke fabricagevoordelen. Wanneer dichroïtische 25 bekledingen rechtstreeks worden aangebracht aan de vlakken van prisma's, is een nauwkeurige behandeling van de optische componenten vereist gedurende het bekledingsproces teneinde schade ten gevolge van afslijping of afbladering te voorkomen, terwijl op bestelling vervaardigd duur gereedschap nodig 30 is. Verder zullen, aangezien de te bekleden oppervlakken in houders moeten worden gelegd, sommige randen van de oppervlakken geen bekleding ontvangen. Indien de bekledingen onaanvaardbaar blijken te zijn, moeten de prisma's worden gestript en opnieuw worden bekleed, een procedure die 35 zeer kostbaar is, en welke de prisma's blootstelt aan het risico van extra beschadiging.The use of such dichroic plates provides important manufacturing advantages. When dichroic coatings are applied directly to the surfaces of prisms, careful treatment of the optical components is required during the coating process to avoid damage from abrasion or peeling while custom-made expensive tools are required. Furthermore, since the surfaces to be coated are to be placed in containers, some edges of the surfaces will not receive coating. If the coatings prove to be unacceptable, the prisms must be stripped and re-coated, a procedure which is very expensive and which exposes the prisms to the risk of additional damage.

De dichroïtische plaatsubstraten daarentegen zijn bij voorkeur van commercieel verkrijgbaar dun plaatglas, en kunnen in grote afmetingen worden bekleed en naderhand 40 op maat worden gesneden. Aldus worden minder werkstukken 800 2 9 64 - 8 - V % gehanteerd en is het spectro-fotometrisch testen in grote mate vereenvoudigd. Indien een bekleding onaanvaardbaar zou zijn, kan het substraat eenvoudig worden afgedankt, aangezien het betrekkelijk goedkoop is. Beklede platen 5 worden op exacte grootte gesneden en rechtstreeks gecementeerd aan de daarvoor bestemde prismavlakken. Op deze wijze strekt de bekleding zich uit over het gehele oppervlak-gebied zonder open plaatsen. Dienovereenkomstig worden de voordelen van lagere fabricagekosten en verbeterde 10 kwaliteitcontrole gerealiseerd.The dichroic plate substrates, on the other hand, are preferably made of commercially available thin sheet glass, and can be coated in large dimensions and subsequently cut to size. Thus, fewer workpieces 800 2 9 64 - 8 - V% are handled and spectrophotometric testing is greatly simplified. If a coating is unacceptable, the substrate can simply be discarded since it is relatively inexpensive. Coated plates 5 are cut to exact size and cemented directly to the designated prism surfaces. In this manner, the coating extends over the entire surface area without open spaces. Accordingly, the advantages of lower manufacturing costs and improved quality control are realized.

In de fig. 4 en 5 is een optisch systeem 210 getoond, dat nagenoeg identiek is aan het optische systeem 10, en dat bestaat uit drie prisma's, resp. algemeen aangegeven door de cijfers 240, 250 en 260, welke prisma's 15 resp. zijn voorzien van uittreevlakken 243, 253, en 263.In Figs. 4 and 5, an optical system 210 is shown, which is substantially identical to the optical system 10, and which consists of three prisms, respectively. generally indicated by the numbers 240, 250 and 260, which prisms 15 and 15, respectively. are provided with exit surfaces 243, 253, and 263.

Van de resp. uittreevlakken 243, 253 en 263 worden langs uittreewegen met resp. assen 247, 257 en 267 de blauwe, rode, en groene kleurcomponenten geëmitteerd, die worden gescheiden aan de dichroïtische lagen 245 en 255, waarbij 20 het uittreevlak 243 is voorzien van een absorptiefilter 244. Aangrenzend resp. aan de uittreevlakken 243, 253 en 263 zijn drie halfgeleiderkleurdetectoreenheden resp. 220A, 220B en 220C geplaatst, die elk een halfgeleiderdetector 225 hebben, en resp. identiek in constructie zijn aan de 25 detectoren 20A-20C, getoond in fig. 1. De detectoreenheden 220A-220C zijn resp. vast in hun positie gehouden ten opzichte van de geassocieerde prisma-uittreevlakken (of geassocieerd absorptiefilter) door monterings- en positioner ings lie hamen 270A, 270B en 270C, die bij voorkeur 30 van identieke constructie zijn, zodat er slechts één in detail behoeft te worden beschreven.Of the resp. exit surfaces 243, 253 and 263 are marked along exit roads with resp. shafts 247, 257 and 267 emit the blue, red, and green color components, which are separated at the dichroic layers 245 and 255, the exit face 243 being provided with an absorption filter 244. Adjacent resp. at the exit surfaces 243, 253 and 263 are three semiconductor color detector units, respectively. 220A, 220B and 220C, each having a semiconductor detector 225, and are identical in construction to the detectors 20A-20C shown in Fig. 1. The detector units 220A-220C are resp. held steady in position relative to the associated prism exit surfaces (or associated absorption filter) by mounting and positioning members 270A, 270B and 270C, which are preferably of identical construction so that only one needs to be detailed described.

Hiertoe zij in het bijzonder verwezen naar het monterings- en positioneringslichaam 220C; dit is in de vorm van een rechthoekige pakking 271, welke een recht-35 hoekige opening 272 daar doorheen heeft. Bij voorkeur is de pakking 271 gevormd van een flexibel veerkrachtig geschuimd lichaam van materiaal zoals geschuimd rubber of iets dergelijks, zodanig gedimensioneerd, dat het kan worden tussengeplaatst tussen de detectoreenheid 220C en 40 het geassocieerde prisma-uittreevlak 263 in contact met 800 2 9 64 - 9 - beide, en in omringende betrekking met de detector 225, waarbij de afmetingen van de opening 272 zodanig zijn, dat een ononderbroken transmissie van beeldvormende lichtstralen mogelijk wordt gemaakt van het uittreevlak 263 5 naar de detector 225.For this, reference is made in particular to the mounting and positioning body 220C; this is in the form of a rectangular gasket 271, which has a rectangular opening 272 through it. Preferably, the gasket 271 is formed of a flexible resilient foamed body of material such as foamed rubber or the like, sized to be interposed between the detector unit 220C and 40 the associated prism exit face 263 in contact with 800 2 9 64 - 9 - both, and in surrounding relationship with the detector 225, the dimensions of the aperture 272 being such as to permit uninterrupted transmission of imaging light rays from the exit plane 263 to the detector 225.

Bij het monteren van de detector 220C in het optische systeem 10 wordt eerst de poreuze veerkrachtige pakking 271 ingeschoven tussen de detectoreenheid 220C en het geassocieerde prisma-uittreevlak 263 in contact 10 met beide, en in omringende betrekking met de detector 225, welke het gevoelige beeldoppervlak van de detectoreenheid 220C is. De detectoreenheid 220C wordt dan nauwkeurig gepositioneerd met betrekking tot het uittreevlak 263 en ten opzichte van de as 267 van de uittreeweg daarvan 15 door toepassing van geschikte micropositioneringsorganen of iets dergelijks. Meer in het bijzonder wordt de detectoreenheid 220C zodanig gepositioneerd, dat de detector 225 nauwkeurig is gelegen in de geassocieerde van de drie geconjugeerde lensbrandpuntsvlakken, teneinde 20 het scherpst mogelijke beeld te kunnen leveren. Het is daarom noodzakelijk om de detectoreenheid 220C zonder helling te positioneren, dat wil zeggen zodanig, dat de optische as 267 loodrecht staat op het detectoroppervlak in een juiste X-Y-Z ligging, dat wil zeggen op de juiste 25 afstand van het uittreevlak 263 en in de juiste positie in het brandvlak, en zonder verdraaiing ten opzichte van de andere detectoreenheden 220A en 220B, dat wil zeggen met alle rijen en kolommen van de ladingsinjectieinrichtingen onderling evenwijdig.When mounting the detector 220C in the optical system 10, the porous resilient gasket 271 is first inserted between the detector unit 220C and the associated prism exit plane 263 in contact with both, and in surrounding relationship with the detector 225, which is the sensitive image surface of the detector unit is 220C. The detector unit 220C is then accurately positioned with respect to the exit plane 263 and with respect to the axis 267 of its exit path 15 using appropriate micropositioners or the like. More specifically, the detector unit 220C is positioned such that the detector 225 is accurately located in the associated of the three conjugated lens focal planes to provide the sharpest image possible. It is therefore necessary to position the detector unit 220C without slope, that is, such that the optical axis 267 is perpendicular to the detector surface in a correct XYZ position, that is, at the correct distance from the exit plane 263 and in the correct position in the focal plane, and without rotation relative to the other detector units 220A and 220B, that is, with all rows and columns of the charge injection devices mutually parallel.

30 Wanner de detectoreenheid 220C nauwkeurig is gepositioneerd in de vastgestelde juiste positie ten opzichte van het uittreevlak 263 en de as 267, wordt een hechtend en hardend kitmiddel, bijv. epoxy of iets dergelijks, aangebracht rond de pakking 271, of daarin geïnjecteerd, 35 teneinde de poreuze pakking te impregneren, terwijl de detectoreenheid 220C in zijn juiste positie wordt gehouden. Aldus vormt de pakking, nadat het epoxy is gehard, een stijf lichaam, dat zorgt voor een hechte stijve binding tussen de detectoreenheid 220C en het prisma 226 voor het 40 handhaven van de vastgestelde juiste posities daarvan ten 800 2 9 64 - 10 - opzichte van elkaar.When the detector unit 220C is accurately positioned in the determined correct position relative to the exit plane 263 and the shaft 267, an adhesive and curing sealant, eg epoxy or the like, is applied around the gasket 271, or injected therein, so as to impregnate the porous packing while keeping the detector unit 220C in its correct position. Thus, after the epoxy has cured, the gasket forms a rigid body, which provides a tight rigid bond between the detector unit 220C and the prism 226 to maintain its determined correct positions at 800 2 9 64 - 10 - relative to each other.

Het zal duidelijk zijn, dat de detectoreenheden 220A en 220B op dezelfde wijze worden gepositioneerd en gemonteerd. In verband met de verschillende afmetingen 5 van de uittreevlakken 243, 253 en 263 kunnen de monterings-en positioneringslichamen 270A-270C van iets verschillende grootte zijn, zolang de opening 272 voldoende groot is om een ononderbroken doorgang van lichtstralen mogelijk te maken naar de detectoren 225. In een constructiemodel 10 van het optische systeem 220 zijn de detectoreenheden 22 0A-220C resp. gescheiden van de geassocieerde prisma-uittree-vlakken (of het geassocieerde absorptiefilter) door een afstand van ongeveer 1 mm. Zodoende zullen de geschuimde pakkingen 271 initieel een dikte bezitten, iets groter 15 dan 1 mm teneinde beweging van de geassocieerde detector-eenheid 220 op te kunnen nemen gedurende de positionerings-operatie.It will be understood that the detector units 220A and 220B are positioned and mounted in the same manner. Due to the different dimensions of the exit surfaces 243, 253 and 263, the mounting and positioning bodies 270A-270C may be of slightly different size, as long as the opening 272 is large enough to allow an uninterrupted passage of light rays to the detectors 225 In a construction model 10 of the optical system 220, the detector units 220 are 0A-220C, respectively. separated from the associated prism exit surfaces (or the associated absorption filter) by a distance of about 1 mm. Thus, the foamed gaskets 271 will initially have a thickness slightly greater than 1 mm to accommodate movement of the associated detector unit 220 during the positioning operation.

Aldus valt het in te zien, dat volgens de uitvinding een uniek kleurenscheidingsprismasysteem is 20 verschaft met extreem kleine afmetingen, dat op unieke wijze geschikt is voor toepassing met de kleine injectie-inrichtingskleurdetectoren in kleine, draagbare videokleur-camera's.Thus, it will be appreciated that, according to the invention, there is provided a unique color separation prism system of extremely small dimensions, uniquely suitable for use with the small injection device color detectors in small, portable video color cameras.

Hoewel de uitvinding in het bovenstaande is 25 beschreven aan de hand van voorkeursuitvoeringen, zal het duidelijk zijn, dat er tal van modificaties en variaties kunnen worden aangebracht, zonder daardoor te treden buiten het kader van de uitvinding.While the invention has been described above with reference to preferred embodiments, it will be appreciated that numerous modifications and variations can be made without departing from the scope of the invention.

- conclusies - 800 2 9 64- conclusions - 800 2 9 64

Claims

1. Optical system with an optical member having an axis, a detector disposed adjacent the optical member along the axis, and having an image surface thereon for receiving light rays emitted by the optical member, characterized by positioning members comprising a rigid body mounted between the optical member and the detector, and fixed to each for holding the detector in a fixed position relative to the optical member and the axis, the rigid body having an opening therethrough for uninterrupted passage for light rays from the optical member to the image surface of the detector.

2. Optical system according to claim 1, characterized in that the rigid body efficiently closes the area between the optical member and the detector in surrounding relation to the image surface of the detector.

3. Optical system according to claim 1 or 2, characterized in that the rigid body comprises a porous body impregnated with a curing and adhesive agent.

Optical system according to claim 3, characterized in that the porous body is formed of foamed rubber, and that the curing and bonding agent is epoxy.

5. Optical system according to claim 1, 2, 3 or 4, adapted for use with a small portable video color camera, characterized by means for separating color components from light directed along a non-reflecting optical axis, the system comprising a prism assembly , comprising first, second and third prisms, and with a light entrance face on the first prism, a first dichroic plate fixedly attached to the first 800 2 9 64-12 prism and separated from the second prism by an air gap to receive light entering the first prism through said entrance plane, and for selectively reflecting a first color component, while the remaining 5 light components are transmitted to the second prism, a second dichroic plate, placed between the second and third prisms and fixedly attached to each for selectively reflecting a second color component, while the remaining light component becomes dt 10 transmitted to the third prism, three exit planes, respectively. mounted on the three prisms for the resp. emitting light components from there along three exit paths, each of which has an axis, three detectors, respectively placed. adjacent to the three exit planes and each having an image surface thereon for receiving light rays emitted from the associated exit plane, and three of said positioning members, each comprising a rigid body interposed between the associated detector and the corresponding exit plane, and fixed 20 attached to each for holding the associated detector in a predetermined position relative to the associated exit plane and its axis, each rigid body having an aperture therethrough to permit continuous passage of light rays from the corresponding exit plane to the image surface of the associated detector.

6. A method of manufacturing an optical system according to any one of claims 1 to 5, characterized by the following steps: placing between and in contact with the optical member and the detector a flexible body, which has an opening therethrough sufficient to allow uninterrupted passage of light rays from the optical member to the image surface of the detector, adjusting the detector to a predetermined position with respect to the optical member and its axis, while keeping the body in contact with the optical member and detector, securely attaching the body to the optical 800 2 9 64-13 member and to the detector, and stiffening the flexible body, while holding the detector in the determined position, to form an assembly that the detector rigidly retains 5 in its fixed position.

7. A method according to claim 6, characterized in that the flexible body consists of a porous resilient body, and that the stiffening step comprises impregnating the porous body with a curing and bonding agent, while the detector is in the determined position. and cure this curing agent while the detector is held in the set position.

8. A method according to claim 7, characterized in that the porous body is formed of foamed rubber, and that said curing and bonding agent is epoxy. 800 2 9 64