(57)【要約】      （修正有）【課題】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を提供する。【解決手段】対物レンズ１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面に対して傾きを有して配置した第２面と、該第２面、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２と、該第２面を透過した光束を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、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３と第５面を透過した光束を射出するための第７面を有する第３プリズム４を色分解光学系において、第６面３ｃおよび第７面４ｂにトーリック面を有する構成とした。【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面に対して傾き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面とを有する第２プリズムと第５面を透過した光束を射出するための第７面を有する第３プリズムを色分解光学系において、
第６面および第７面にトーリック面を構成することを特徴とする光束分割プリズム。
【請求項２】
前記トーリック面の曲率中心は対物レンズの光軸と一致しないことを特徴とする光束分割プリズム。
【請求項３】
前記微小な空気間隔をdair[mm]、メリディオナル平面におけるトーリック面の曲率半径をＲ[mm]とした場合、以下の条件式を満たすことを特徴とした光束分割プリズム。
1300＜Ｒ*( dair)/0.01)＜3500・・・・（１）
【請求項４】
前記トーリック面の曲率中心位置と光軸の間隔をdax[mm]とした場合、以下の条件式を満たすことを特徴とした光束分割プリズム。
0＜dax*(0.01/dair)＜30・・・・（２）
【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空気間隔を隔てて配置した光束分割プリズムに関する。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光束分割プリズムに関するものである。
【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。
【０００３】
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。
【０００４】
図９は従来の３つのプリズムより成るフィリップス型の色分解光学系の要部概略図、図８は図９の一部分を拡大して示した説明図である。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
図８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′・・・・（３）
ｓ′（ｍ）＝ｓ′−ｎ＊ｄ＊（ｃｏｓ2 θ／ｃｏｓ3 θ′）・・・・（４）
で表される。故に次式（５）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′（ｍ）−ｓ′（ｓ）・・・・（５）
例えば、特許文献１で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】
【００１１】
【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】
【００１２】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、図１１に示すような第１プリズム２を透過し、第２プリズム３の入射面３a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。
【００１３】
また、上述の特許文献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。
【００１４】
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である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、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面に対して傾き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面とを有する第２プリズムと第５面を透過した光束を射出するための第７面を有する第３プリズムを色分解光学系において、
第６面および第７面にトーリック面を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る実施例の要部概略図
【図２】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３】実施例２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】実施例３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５】実施例４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６】実施例５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】実施例６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８】図９の拡大図
【図９】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１０】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１１】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】
【００１８】
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。図１は、本発明に係る実施例の要部概略図であり、メリディオナル面での断面を示している。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。
【００１９】
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。
【００２０】
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より射出した後、撮像素子７に入射する。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）とする。また、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）する。また、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。
【００２１】
本発明において、３ｃおよび４ｂ面はトーリック面で構成されている。ここでいうトーリック面とは、前記メリディオナル平面で見たときの曲率と、前記サジタル平面で見たときの曲率が異なる面を表す。本実施例においては前記メリディオナル平面で見たときは曲率を持ち、前記サジタル平面で見たときは平面となるようなトーリック面を構成する。
【００２２】
（１）式は前記トーリック面における曲率半径を規定している。上限を超えると非点収差の補正不足となり、下限を下回ると非点収差が補正過剰となるとともにＭＴＦのピークが下がる。
【００２３】
（２）式は前記トーリック面における曲率中心と光軸との間隔を規定している。上限を超えると非点収差の補正過剰となるとともにＭＴＦのピークが下がり、下限を下回ると補正不足となる。
【００２４】
［実施例１］
以下、図２を参照して、本発明の第1の実施例による光束分割プリズムについて説明する。本実施例の色分解光学系に関し、各プリズムの硝材はＮ−ＢＡＦ５２（ｎｄ＝1.60863）であり、第１プリズム２の射出面２ｂと第２プリズム３の入射面はdair ＝0.010mmの間隔を開けて平行に配置されている。図２は入射角θ＝２６．５°，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。
【００２５】
図１０は実施例１と同条件で３ｃおよび４ｂを平面で構成した場合であり、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。これに対し、本実施例では第２プリズム射出面３ｃおよび第３プリズム射出面４ｂに像側に凹面を向けたトーリック面を形成している。ここでメリディオナル平面における曲率半径Rは1500mmであり、サジタル平面における曲率半径は0mmである。また、メリディオナル平面における曲率中心と光軸の間隔daxを+10mmとしている。
【００２６】
本実施例における（１）式の値は１５００、（２）式の値は１０であり、各条件式を満たしている。
【００２７】
上記のトーリック面を形成することで、非点収差を0μmとし、解像力を向上している。
【００２８】
［実施例２］
以下、図３を参照して、本発明の第２の実施例による光束分割プリズムについて説明する。硝材等の諸条件は実施例１と同様である。実施例１と異なるのは、トーリック面のメリディオナル平面における曲率半径Rであり、１３５０mmとしている。
【００２９】
本実施例における（１）式の値は１３５０であり、下限を満たしている。（２）式の値は１０であり、各条件式を満たしている。
【００３０】
上記のトーリック面を形成することで、非点収差を＋２μmとし、解像力を向上している。
【００３１】
［実施例３］
以下、図４を参照して、本発明の第３の実施例による光束分割プリズムについて説明する。硝材等の諸条件は実施例１と同様である。実施例１と異なるのは、トーリック面のメリディオナル平面における曲率半径Rであり、３０００mmとしている。
【００３２】
本実施例における（１）式の値は３０００であり、下限を満たしている。（２）式の値は１０であり、各条件式を満たしている。
【００３３】
上記のトーリック面を形成することで、非点収差を−３μmとし、解像力を向上している。
【００３４】
［実施例４］
以下、図５を参照して、本発明の第４の実施例による光束分割プリズムについて説明する。硝材等の諸条件は実施例１と同様である。実施例１と異なるのは、トーリック面のメリディオナル平面における曲率中心と光軸の間隔daxであり、＋５mmとしている。
【００３５】
本実施例における（１）式の値は１５００であり、条件を満たしている。（２）式の値は５であり、下限を満たしている。
【００３６】
上記のトーリック面を形成することで、非点収差を＋４μmとし、解像力を向上している。
【００３７】
［実施例５］
以下、図６を参照して、本発明の第５の実施例による光束分割プリズムについて説明する。硝材等の諸条件は実施例１と同様である。実施例１と異なるのは、トーリック面のメリディオナル平面における曲率中心と光軸の間隔daxであり、＋１３mmとしている。
【００３８】
本実施例における（１）式の値は１５００であり、条件を満たしている。（２）式の値は１３であり、上限を満たしている。
【００３９】
上記のトーリック面を形成することで、非点収差を0μmとし、解像力を向上している。
【００４０】
［実施例６］
以下、図７を参照して、本発明の第６の実施例による光束分割プリズムについて説明する。硝材等の諸条件は実施例１と同様である。実施例１と異なるのは、第１プリズム２の射出面２ｂと第２プリズム３の入射面の間隔dairであり、0.005mmとしている。また、メリディオナル平面における曲率半径Rは3000mmであり
本実施例における（１）式の値は３０００であり、条件を満たしている。（２）式の値は２０であり、上限を満たしている。
【００４１】
上記のトーリック面を形成することで、非点収差を0μmとし、解像力を向上している。
【００４２】
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。
【００４３】
【表１】
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【符号の説明】
【００４４】
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
３ｃ：第２プリズム射出面
４ｂ：第３プリズム射出面
Ｌａ：光軸
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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