(57)【要約】【課題】空気間隔による非点収差を抑制可能な光束分割プリズムを提供すること。【解決手段】光束を入射させる為の第１面と、その光束を第１面への反射及び透過に分解するダイクロイック膜を施した第１面に対し傾斜を有する第２面と、第２・第１面の順の反射光束を射出する第３面を有する第１プリズムと、第２面の透過光束を空気間隔を介し入射させる第４面と、その光束を第４面への反射及び透過に分解するダイクロイック膜を施した第５面と、第５・第４面の順の反射光束を射出する第６面を有する第２プリズムと、第５面の透過光束を射出する第１面に対し傾斜を有する第７面を有する第３プリズムと、第７面の透過光束を空気間隔を介し入射させる第８面と、その光束を射出する第９面を有する第４プリズムとからなる色分解光学系において、第７及び第８面が第２及び第３面の傾斜方向に対し、第１面に入射する光束の光軸を中心として９０°回転した方向に傾斜を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【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面より入射した光束を色成分別に該第１面方向へ反射する光束と透過する光束とに分解するダイクロイック膜を施した該第１面に対して傾斜を有して配置した第２面と、該第２面そして該第１面の順で反射した光束を射出するための第３面を有する第１プリズムと、該第２面を透過した光束を平行な微小な空気間隔を介して入射させる第４面と、該第４面より入射した光束を色成分別に該第４面方向へ反射する光束と透過する光束とに分解するダイクロイック膜を施した第５面と、該第５面そして該第４面の順で反射した光束を射出するための第６面を有する第２プリズムと、第５面を透過した光束を射出するための該第１面に対して傾斜を有して配置した第７面を有する第３プリズムと、該第７面を透過した光束を平行な微小な空気間隔を介して入射させる第８面と、該第８面を透過した光束を射出するための第９面を有する第４プリズムとからなる色分解光学系において、
該第７面及び該第８面が、該第２面及び該第３面の傾斜方向に対し、該第１面に入射する光束の光軸を中心として９０°回転した方向に傾斜を有していることを特徴とする光束分割プリズム。
【請求項２】
前記第７面及び前記第８面の前記第１面に対する傾斜の大きさは、前記第３面及び前記第４面の前記第１面に対する傾斜の大きさと同じであることを特徴とする請求項１に記載の光束分割プリズム。
【請求項３】
前記第７面及び前記第８面による前記空気間隔の大きさは、前記第３面及び前記第４面による前記空気間隔の大きさと同じであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光束分割プリズム。
【請求項４】
前記光束分割プリズムによって分割された光線のうち、前記第９面から射出される光線が、前記第３面及び前記第６面から射出される光線に対し、最も解像力に寄与する波長域であることを特徴とする請求項１及至請求項３の何れか一項に記載の光束分割プリズム。
【請求項５】
請求項１及至４のいずれか１項に記載の光束分割プリズムと、該光束分割プリズムによって分割され前記第３面及び前記第６面及び前記第９面からそれぞれ射出された光線を結像し受光する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束分割プリズムに関し、特に複数のプリズムより成り、このうち２つのプリズムを微小な間隔を隔てて配置したときの該微小な空気間隔を光束が通るときの上側光線と下側光線のプリズムへの入射角の差異により発生する非点収差を良好に補正したカラーテレビカメラやビデオカメラ等の撮像装置に好適な色分解光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりカラーテレビカメラ等においては、撮像レンズと撮像手段（例えば撮像管や固体撮像素子）との間に色分解光学系が用いられている。該色分解光学系において、特に３つのプリズムを有し、該３つのプリズムを物体側から順に第１，第２，第３プリズムとしたとき第１プリズムと第２プリズムの間に微小な空気間隔を有したフィリプス型と呼ばれる色分解光学系が多く用いられている。
【０００３】
図４は従来の３つのプリズムより成るフィリプス型の色分解光学系の要部概略図、図５は図４の一部分を拡大して示した説明図である。
【０００４】
同図において１は対物レンズ、２は第１プリズム、３は第２プリズムであり、その入射面３ａは第１プリズム２と微小な間隙を隔てて配置されている。４は第３プリズムであり、その入射面４ａは第２プリズム３の反射面３ｂと接着されている。
【０００５】
同図において対物レンズ１を通過した光束のうち第１プリズム２のダイクロイック膜を施した反射面２ｂにて青色光Ｂが反射分離され、入射面２ａで全反射した後、射出面２ｃより射出する。赤色光Ｒは第２プリズム３のダイクロイック膜を施した反射面３ｂで反射し、入射面３ａで全反射した後、射出面３ｃより射出する。そして青色、赤色成分以外の緑色光束Ｇは第３プリズム４の入射面４ａに入射し、射出面４ｂより射出する。そしてこれら青色光Ｂ，赤色光Ｒ，緑色光Ｇをそれぞれ、撮像素子５，６，７にて撮像している。
同図においては、特に赤色光Ｒを効率良く入射面３ａで全反射させる為に第１プリズム２と第２プリズム３との間に微小の空気間隔（ｄ＝０．０１〜０．０４ｍｍ程度）を設けている。
【０００６】
しかしながら、上記従来例では第１プリズム２と第２プリズム３とを相対する面が互いに平行となるように配置し、空気間隔を形成していたため、該空気間隔を通過する光束の上側光線と下側光線の屈折角が互いに異なり、非点収差を発生していた。特に、画面中心に結像すべき光束において、Ｘ−Ｚ平面内の光束（以後、これをサジタル光線と呼ぶ）とＸ−Ｙ平面内の光束（以後、これをメリディオナル光線と呼ぶ）の結像位置が異なってしまい所謂中心アスとなって観測されていた。
【０００７】
図５において入射光束が大変細い場合、第１プリズムと第２プリズムの材質の屈折率をｎ、入射角をθ、屈折角θ′、空気間隔の幅をｄ、空気間隔がない場合の結像位置をｓ′とすれば、サジタル光線の結像位置ｓ′（ｓ）及びメリディオナル光線の結像位置ｓ′（ｍ）はそれぞれ、
ｓ′（ｓ）＝ｓ′−ｎ＊ｄ／ｃｏｓθ′
ｓ′（ｍ）＝ｓ′−ｎ＊ｄ＊（ｃｏｓ２θ／ｃｏｓ３  θ′）
で表される。故に次式で表される非点隔差ｄｓｋ′が生じ結像性能を劣化させる原因となっていた。
ｄｓｋ′＝ｓ′（ｓ）−ｓ′（ｍ）
特許文献１には、上記の非点収差を改善するために、第１プリズム２と第２プリズム３とを相対する面が互いに平行ではなく、くさび型にする光束分割プリズムが開示されている。  特許文献２では上記の非点収差を改善するために、第２プリズムの屈折率を第１プリズムの屈折率に対し、高くする光束分割プリズムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−１８００１０号公報
【特許文献２】特開平７−１１３９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献１に開示された従来技術では、図７に示すような第１プリズム２を透過し、第２プリズム３で反射する光路をたどるゴーストがゴースト光源からより離れるため、そのゴースト光が顕著に観測されてしまう。また、上記の特許文献２に開示された従来技術では、限れた硝種のなかから、条件に合う硝材を探すのが困難である。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、微小の空気間隔による非点収差を抑制することを可能にした光束分割プリズムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明に係る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面より入射した光束を色成分別に該第１面方向へ反射する光束と透過する光束とに分解するダイクロイック膜を施した該第１面に対して傾斜を有して配置した第２面と、該第２面そして該第１面の順で反射した光束を射出するための第３面を有する第１プリズムと、該第２面を透過した光束を平行な微小な空気間隔を介して入射させる第４面と該第４面より入射した光束を色成分別に該第４面方向へ反射する光束と透過する光束とに分解するダイクロイック膜を施した第５面と、該第５面そして該第４面の順で反射した光束を射出するための第６面を有する第２プリズムと、第５面を透過した光束を射出するための該第１面に対して傾斜を有して配置した第７面を有する第３プリズムと、該第７面を透過した光束を平行な微小な空気間隔を介して入射させる第８面と該第８面を透過した光束を射出するための第９面を有する第４プリズムとからなる色分解光学系において、
該第７面及び該第８面が、該第２面及び該第３面の傾斜方向に対し、該第１面に入射する光束の光軸を中心として９０°回転した方向に傾斜を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、微小の空気間隔による非点収差を抑制した光束分割プリズムの提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る実施例の要部概略図（ａ）メリディオナル面での断面図（ｂ）第３プリズム及び第４プリズムのサジタル断面図
【図２】図１（ｂ）の一部分拡大説明図
【図３】実施例１におけるＭＴＦディフォーカス特性及びスポットダイヤグラム
【図４】従来のフィリップスタイプの光束分割プリズム要部概略図
【図５】従来の色分解素子の一部分拡大説明図
【図６】従来のフィリップスタイプの光束分割プリズムにおけるＭＴＦディフォーカス特性及びスポットダイヤグラム
【図７】従来技術（特許文献１）におけるゴースト光路図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る実施例の要部概略図であり、図１（ａ）はメリディオナル面での断面を、図１（ｂ）はその一部のサジタル面での断面を示している。
【００１６】
図中１は対物レンズ、２は第１プリズム、３は第２プリズムであり、その入射面３ａが第１プリズム２の射出面２ｂと平行な空気間隔を隔てて配置されている。４は第３プリズムであり、その入射面４ａは第２プリズム３の反射面３ｂに屈折率差の少ない接着剤で固定されている。８は第４プリズムであり、その入射面８ａが第３プリズム４の射出面４ｂと平行な空気間隔を隔てて配置されている。
【００１７】
同図において対物レンズ１を通過した光束は、第１プリズム２のダイクロイック膜を施した反射面２ｂで所定の波長域の色光Ｂ（例えば青色光）が反射・分岐され、入射面２ａで全反射した後、射出面２ｃより射出し、撮像素子５に入射する。また、該反射面２ｂを透過した色光は平行な空気間隔を通過した後、第２プリズム３の反射面３ｂに施されたダイクロイック膜で所定の波長域の色光Ｒ（例えば赤色光）が反射・分岐され、入射面３ａで全反射した後、射出面３ｃより射出し、撮像素子６に入射する。そして、反射面３ｂを透過した色光Ｂ，色光Ｒ以外の色光Ｇ（例えば緑色光）は、射出面４ｂより射出して平行な空気間隔を通過した後、第４プリズム８の射出面８ｂより射出し、撮像素子７に入射する。射出面３ｂ及び入射面８ａは反射防止膜を施している。
【００１８】
本実施例において対物レンズ１を通過した光束は第１プリズム２の反射面２ｂへ入射角θで入射しており、該対物レンズ１の光軸Ｌａと該反射面２ｂの法線を含む面をメリディオナル平面（図中Ｘ−Ｙ面）、該メリディオナル平面と直交する面をサジタル平面（図中Ｙ−Ｚ面）とし、以下メリディオナル平面内の光線をメリディオナル光線、サジタル平面内の光線をサジタル光線と称する。
【００１９】
第１プリズム２の射出面２ｂ及び第２プリズム３の入射面３ａは、第１プリズム２の入射面２ａに対し、ｚ軸の周りに一定の大きさの傾斜を持たせている。第３プリズム４の射出面４ｂ及び第４プリズム８の入射面８ａは、第１プリズム２の射出面２ｂ及び第２プリズム３の入射面３ａに対し、ｘ軸の周りで９０°回転した方向の傾斜を持たせている。このとき、射出面２ｂ及び入射面３ａの第１プリズム２の入射面１ａに対するｚ軸周りの傾斜の大きさと、射出面４ｂ及び入射面８ａの第１プリズム２の入射面１ａに対するｙ軸周りの傾斜の大きさが同程度となるように配置されている。
【００２０】
図２は図１（ｂ）に示した第３プリズム４と第４プリズム８とで形成する空気間隔を拡大して示した説明図であり、まず図２を用いて本発明の色分解光学系の光学作用について説明する。
【００２１】
同図において、射出面４ｂと入射面８ａは、互いに平行となるように配置されて空気間隔を形成しているため、該空気間隔を通過する光束の右側光線と左側光線の屈折角が互いに異なり、非点収差を発生させる。
【００２２】
同図において入射光束が大変細い場合、第３プリズムと第４プリズムの材質の屈折率をｎ、入射角をθｙ、屈折角θｙ′、空気間隔の幅をｄ２、空気間隔がない場合の結像位置をｓ′とすれば、射出面４ｂと入射面８ａの空気間隔の影響によるサジタル光線の結像位置ｓ２′（ｓ）及びメリディオナル光線の結像位置ｓ２′（ｍ）はそれぞれ、
ｓ２′（ｓ）＝ｓ′−ｎ＊ｄ２＊（ｃｏｓ２θｙ／ｃｏｓ３θｙ′）
ｓ２′（ｍ）＝ｓ′−ｎ＊ｄ２／ｃｏｓθｙ′
で表される。従って、射出面２ｂと入射面３ａの空気間隔の影響によるサジタル光線の結像位置ｓ１′（ｓ）及びメリディオナル光線の結像位置ｓ１′（ｍ）とすると、本発明の非点隔差ｄｓｋ′は
ｄｓｋ′＝（ｓ１′（ｓ）−ｓ１′（ｍ））＋（ｓ２′（ｓ）−ｓ２′（ｍ））
で表される。
【００２３】
これより、射出面２ｂと入射面３ａの空気間隔ｄと射出面４ｂと入射面８ａの空気間隔ｄ２を等しくし、射出面２ｂへの入射角θと射出面４ｂへの入射角θｙの大きさを等しくすることで、非点収差を０にしている。
【００２４】
また、これら一連の関係式は大変細い光束について成り立つ式であるので、実際の色分解光学系において入射角θｙを決定する射出面４ｂの傾斜を設定するには、数値計算によるシミュレーションを行っている。
【００２５】
また本発明は、３つの撮像素子へ入射する光線のうち、最も解像力に寄与する波長域を撮像素子７に入射させることで、その波長域の非点収差を抑制することができるため、高い効果を発揮する。
【実施例１】
【００２６】
以下、本発明の実施例による光束分割プリズムについて説明する。図１から図３は本実施例の色分解光学系に関し、各プリズムの硝材をＮ−ＢＡＦ５２（ｎｄ＝１．６０８６３）、第１プリズムの射出面への入射角θ＝２６．５°とし、図３は１６００ＴＶＬにおけるＭＴＦディフォーカス特性及び、スポットダイヤグラムである。
尚、ＭＴＦディフォーカス特性において実線はサジタル光線、破線はメリディオナル光線を示している。
【００２７】
第１プリズムの射出角θは、第１プリズムの入射面に対してｚ軸の周りでの角度である。第１プリズムの射出面と第２プリズムの入射面の空気間隔はｄ＝０．０１ｍｍで平行に配置されている。図４及び図６は本実施例と同条件で、第３プリズムと第４プリズムによる空気間隔をなくして一体のプリズムとしたものであり、メリディオナル光線のピーク・ディフォーカス位置がサジタル光線に対して−６μｍアンダーにあり非点収差が発生している。
【００２８】
そして本実施例では第１プリズム及び第２プリズムによる空気間隔による非点収差を、第３プリズム及び第４プリズム間の空気間隔で打ち消すことができる構成としている。第３プリズムの射出面及び第４プリズムの入射面は、第１プリズムの射出面及び第２プリズムの入射面の傾斜方向に対してｘ軸の周りに−９０°回転した方向の傾斜を持たせている。また、第３プリズムの射出面への入射角θｙ＝２６．５°で第１プリズムの射出面への入射角θと同じ大きさとしている。ただし、射出角θｙは第１プリズムの入射面に対してｙ軸の周りでの角度である。また、第３プリズムの射出面と第４プリズムの入射面の空気間隔はｄ２＝０．０１ｍｍで平行に配置されている。以上により、図３に示すように非点収差を良好に補正している。
【００２９】
また、本実施例では、可視光線のうち最も解像力に寄与する波長域である４７０ｎｍ〜６００ｎｍの波長域の光線を撮像素子７に入射させることで、その波長域の非点収差を良好に補正し高い解像力を実現している。
【００３０】
本実施例では、第３プリズムの射出面及び第４プリズムの入射面は、第１プリズムの射出面及び第２プリズムの入射面の傾斜方向に対してｘ軸の周りに−９０°回転した方向の傾斜を持たせているが＋９０°回転した場合についても同様である。
【００３１】
また、本実施例では、θ＝θｙ＝２６．５°としたが、θ及びθｙが同程度であれば、２６．５°に限定されない。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  対物レンズ、２  第１プリズム、３  第２プリズム、４  第３プリズム、
５，６，７  撮像素子、８  第４プリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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