JP2653190B2 - 色分解光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は色分解光学系に関し、例えばテレビカメラ等
において、対物レンズからの光束を色分解光学系を介し
て波長領域の異なる複数の色光に分解し、該分解された
各色光の光束を撮像手段へ導光するようにした色分解光
学系に関するものである。

（従来の技術） 従来よりカラーテレビカメラ等においては対物レンズ
と撮像管や固体撮像素子等から成る撮像手段との間に色
分解光学系を配置して入射光束を複数の所定の色光の光
束に分解して、各々の撮像手段に導光している。

このとき用いられる色分解光学系は主に色分解用の多
層膜を一面に設けた同一材質で、かつ光学的に同一厚の
複数のプリズムを一体的に組み合わせたプリズムブロッ
クより構成されている。

そして対物レンズから入射してきた光束を各プリズム
の反射面を介して波長領域の異なる複数の色光に分割し
た後、所定の撮像手段面上に各々結像させるように構成
している。

第６図は従来の３つのプリズムより成る色分解光学系
の要部概略図である。同図において6Bは青色分解プリズ
ムであり、該青色分解プリズム6Bの反射面6bは主として
青色成分光は反射させ、緑，赤色成分光は透過させる青
色ダイクロイック膜が施されている。

6Rは赤色分解プリズムであり、該赤色分解プリズム6R
の反射面6Cには主として赤色成分光は反射させ、緑色成
分光は透過させる赤色ダイクロイック膜が施されてお
り、青色分解プリズム6Bと微少な間隔を隔てて配置され
ている。

6Gは緑色分解プリズムであり、赤色分解プリズム6Rの
反射面6Cと接着されている。又各プリズム6B,6R,6Gの射
出面には色成分別のトリミングフィルター6B−3,6R−3,
6G−３が設けられている。65は対物レンズ、7B,7R,7Gは
各々所定の色分解系用の撮像管（又は固体撮像素子）で
ある。

同図において対物レンズ65を通過した光束は青色分解
プリズム6Bにて青色成分光が分離され、赤色分解プリズ
ム6Rにて赤色成分光が分離される。そして青色，赤色成
分光以外の緑色成分光は緑色分解プリズム6Gを通過す
る。

そしてこれらの成分光は各々の色分解プリズム6B,6R,
6Gの射出面に設けたトリミングフィルター6B−3,6R−3,
6G−３を通過して不要の色光を除去した青色光，赤色
光，緑色光の３本の光束となり各々撮像管7B,7R,7G上に
青色像，赤色像，緑色像を形成している。

同図における色分解光学系は赤（Ｒ），緑（Ｇ），青
（Ｂ）の各々の領域（チャンネル）において、対物レン
ズ内で発生する球面収差等の諸収差及び光路長を等しく
する為に該色分解光学系を構成する各々のプリズム6B,6
R,6Gは同一材質でかつ同一の厚さよりなっている。

そしてこの様な色分解光学系において色収差等の諸収
差の補正は、該色分解光学系の前方に設置された対物レ
ンズ内において行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点） 一般に対物レンズにより特定の第1,第２の２つの波長
に対して結像位置を合わせて色収差を補正しても第３の
波長に対しては色収差が多少残存してくる。

即ち２つの波長の光束について色収差補正しても第３
の波長の光束との間の焦点位置のズレが生じ、所謂残留
色収差が存在してくる。

第５図は色分解光学系を介した後の対物レンズの残留
色収差を示す一例の説明図である。

同図に於いては従来の色分解光学系を通過する多数の
波長の光束の結像位置をｅ線（輝線スペクトル，波長:5
46.07nm）の結像位置を基準とし、それとの相対位置を
表わしている。

同図に示す様に対物レンズには残留色収差が存在して
いる為、各波長領域内の色光による結像位置に相対差が
生じ、その為結像性能の劣化が生じてくる。特に青
（Ｂ）領域，赤（Ｒ）領域においては波長の違いによる
光束の結像位置の相対差が大きくズレている。この残留
色収差を対物レンズ内で例えば螢石等の異常分散ガラス
を用いて補正しようとしても、一般にそれには限界があ
る。この為多くの場合、青（Ｂ）領域と赤（Ｒ）領域の
結像性能が劣化してくるという問題点があった。

従来のトリミングフィルターもプリズム材質とν値の
異なるものであったが、このフィルターは分光特性の要
求から必然的に材質及びν値が決まってしまうものであ
り、色収差の補正を目的とするものではなかった。また
厚みも比較的薄いもので、色収差の補正の効果もほとん
ど期待できるものではなかった。

本発明は色分解光学系を構成する複数のプリズムを適
切に構成することにより、各々の波長領域において独立
に残留色収差を良好に補正し結像性能の低下を効果的に
防止することができる色分解光学系の提供を目的とす
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明の色分解光学系は、入射光束を波長領域の異な
る複数の色光に分解し、射出させる少なくとも２つのプ
リズムを有する色分解光学系において、トリミングフィ
ルター以外に対物レンズの残留色収差を補正するために
該複数の波長領域のうち短波長領域の色光の通過するプ
リズム1Bの一部を該プリズム1Bの材質のν値よりも大き
いν値の材質より成る透明部材で又は／及び長波長領域
の色光の通過するプリズム1Rの一部を該プリズム1Rの材
質のν値よりも小さいν値の材質より成る透明部材で構
成したことを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の色分解光学系の要部概略
図である。

同図において1Bは青色分解プリズムであり、互いにν
値（アッベ数）の異なる材質のガラスブロック1B−１と
ガラスブロック1B−２の２つのガラスブロックとから成
っている。このうちガラスブロック1B−２は、その材質
のν値がガラスブロック1B−１の材質のν値より大きい
材質より構成している。青色分解プリズム1Bの反射面1b
には主として青色成分光のみを反射し、緑，赤色成分光
は透過する青色ダイクロイック膜が施されている。

1Rは赤色分解プリズムであり、互いにν値の異なる材
質のガラスブロック1R−１とガラスブロック1R−２の２
つのガラスブロックとから成っている。このうちガラス
ブロック1R−２はその材質のν値がガラスブロック1R−
１の材質のν値より小さい材質より構成している。

赤色分解プリズム1Rの反射面2bには主として赤色成分
光のみを反射し、緑色成分光は透過する赤色ダイクロイ
ック膜が施されている。又赤色分解プリズム1Rは青色分
解プリズム1Bと微少間隔を隔てて配置されている。

1Gは緑色分解プリズムであり、互いにν値の異なる材
質のガラスブロック1G−１とガラスブロック1G−２の２
つのガラスブロックとから成っており、赤色分解プリズ
ム1Rの反射面2bと接着されている。

1B−4,1R−4,1G−４は各々青色，赤色，緑色用の撮像
管（又は固体撮像素子）、４は対物レンズである。

本実施例において各々のガラスブロック1B−1,1R−1,
1G−１は、前記第６図で示した色分解光学系を構成する
プリズムの材質と同様に屈折率及びν値の等しいガラス
を配している。又ガラスブロック1B−2,1R−2,1G−２は
後述するように各々の波長領域での残留色収差を補正
（削減）するのに最適なν値を有するガラスを配してお
り、これにより各々の色分解プリズム1B,1R,1Gを構成し
ている。

この様な構成において対物レンズ４を通過した光束は
青色分解プリズム1Bに入射し、該光束のうち青色波長帯
の光束は青色ダイクロイック膜が施されている反射面1b
で反射された後、青色分解プリズム1Bの入射面1aと同一
平面上の反射面で全反射して射出面1cより射出して撮像
管1B−４上に青色像を形成している。

又、反射面1bを透過した青色成分光以外の光束は赤色
分解プリズム1Rに入射する。そして赤色ダイクロイック
膜が施されている反射面2bによって赤色成分光が反射さ
れ、該赤色成分光は赤色分解プリズム1Rの入射面2aと同
一平面上の反射面で全反射して射出面2cより射出して撮
像管1R−４上に赤色像を形成している。

又、反射面2bを透過した緑色成分光は緑色分解プリズ
ム1Gに入射して射出面3cより射出して撮像管1G−４上に
緑色像を形成している。

一般に収れん光束中に平行平面板を配置すると該平行
平面板は収差的には発散レンズと同様の光学的作用をす
る。

本実施例ではこのような光学的性質を利用して色分解
光学系を構成する各プリズムの一部を該プリズムの他部
とは材質のν値の異なるガラス材より構成して各波長領
域毎において独自に最適な色収差の補正を行っている。

即ち、短波長領域の色光の通過する青色分解プリズム
1Bを前述の如く構成し、又長波長領域の色光の通過する
赤色分解プリズム1Rを前述の如く構成し、これにより波
長の違いによる結像面位置の相対差を極力小さくしてい
る。

この様にして本実施例では各波長領域において各々独
立に対物レンズに残留する残留色収差を補正して結像性
能を良好に維持している。

尚、緑色分解プリズム1Gは、この波長領域の色収差は
一般に第５図に示すように少なく結像性能の低下は少な
いので各々のガラスブロック1G−1,1G−２を同一ガラス
で形成しても良い。

次に本実施例において具体的な数値例について説明す
る。

一般にガラスの任意の波長に対する屈折率は可視域の
波長に対しては近似的に （ｎλ）^２＝A₀＋A₁λ^２＋A₂λ^-2＋A₃λ^-4 ＋A₄λ^-6＋A₅λ^-6 λ：波長（μｍ） ｎλ：波長λのときのガラスの屈折率 A₀〜A₅:ガラス固有の定数 で与えられる。

従来の色分解光学系の第４図においては各々ガラスブ
ロック4B,4G,4Rは例えば共に ガラス長 30mm（数値例） A₀＝2.5078369 A₁＝−8.9471520×10^-3 A₂＝2.0469459×10^-2 A₃＝8.9114494×10^-4 A₄＝−3.6312577×10^-5 A₅＝4.5477906×10^-6 なる固有定数をもつガラスＸ（F5（株式会社オハラ製,A
₀〜A₅:オハラカタログより参照））より構成されてい
る。

一般に色分解光学系を透過した多数の波長の結像位置
をｅ線なる輝線スペクトルの結像位置を基準とし、その
位置との相対位置を比較してみると、Ｂ（青色）領域で
はその領域全体で結像位置の誤差の幅が約30μｍにも及
んでいる。

そこで本発明においては上記の誤差の幅を極力小さく
抑える為に前述したように各波長領域でのプリズムの一
部を、該プリズムの他部とは材質のν値の異なるガラス
を配して、即ち残留色収差を削除するのに最適なν値を
有するガラスを設けて対物レンズに残留する色収差を効
果的に補正している。

次に本発明をＢ（青色）領域のみに適用したときの実
施例を第２図に示し、第４図の従来の色分解光学系との
Ｂ（青色）領域における波長の結像位置との相違につい
て具体的に説明する。

第２図は本発明の他の一実施例の色分解光学系の要部
概略図である。

本実施例においては青色分解プリズム2Bのみを互いに
ν値の異なる材質のガラスブロック2B−１とガラスブロ
ック2B−２より構成している。即ちガラスブロック2B−
２の材質のν値はガラスブロック2B−１の材質のν値よ
り大きい。

そしてガラスブロック2B−１と赤色分解プリズム2Rと
緑色分解プリズム2Gは第４図に示した従来と同様の材質
の屈折率及びν値の等しいガラスＸ（F5（株式会社オハ
ラ製））を配して各波長領域の色分解プリズムを構成し
ている。

又、各々の色分解プリズム2B,2R,2Gの射出面にはトリ
ミングフィルター2B−3,2R−3,2G−３を設けている。

本実施例においては青色分解プリズム2B（ガラス長30
mm）のうちガラスブロック2B−２のガラス長10mm（数値
例）を A₀＝2.5596925 A₁＝−1.0144636×10^-2 A₂＝1.4261777×10^-2 A₃＝4.7531992×10^-4 A₄＝−3.1287664×10^-5 A₅＝1.7359880×10^-6 なる固有定数をもつガラスＹ（SK4（株式会社オハラ製,
A₀〜A₅はオハラカタログより参照））を配して青色分解
プリズム2Bを構成している。

この様に構成された色分解光学系において対物レンズ
24からの光束が該色分解光学系を介して波長領域の異な
る３つの光束に分割され、各々不図示の撮像管上に結像
したときの各波長領域毎の残留色収差（ｅ線からの相対
差）を第３図に示す。

又、このときのガラス（青色分解プリズム2B）を通過
したときの空気換算長と前記第４図で示した色分解光学
系の青色分解プリズム（ガラスＸ）を通過したときの空
気換算長との比較を表−１に示す。

上記表−１に示した様に従来の色分解光学系とガラス
の空気換算長を比較してみると、本実施例のＢ（青色）
領域における各波長の結像面の位置は波長が0.418μｍ
のとき約0.0005mm、波長が0.450μｍのとき約0.11mm、
波長が0.482μｍのとき約0.019mmだけ各々長くなってい
る。

これにより青色成分光の波長領域での波長による結像
位置は第３図に示した様に従来の結像位置より変化す
る。このときのＢ（青色）領域での結像位置の誤差の幅
は高々12μｍしかなく第４図の従来例に対し見かけ上1/
2以下の残留色収差となっている。この様に本実施例で
は波長による結像面位置の相対差を極力小さく抑えて結
像性能を向上させている。

尚、本実施例では短波長領域の色光の通過するＢ（青
色）領域についてのみ本発明を適用した構成について具
体的に述べたが、当然長波長領域の色光が通過するＲ
（赤色）領域についても前述した如く残留色収差を削減
するのに最適なν値を有するガラスを配して赤色分解プ
リズムを構成すれば同様の効果を得ることができる。

この様に本発明は各々の波長領域での残留色収差を補
正（削減）するのに最適なνを有する材質のガラスを各
々独立に選択して各色分解プリズムを適切に構成するこ
とにより、対物レンズによる色収差補正の負担を軽減さ
せて各波長領域での結像性能を向上させている。

又、材質のν値（アッベ数）だけではなく屈折率も考
慮して色分解光学系を構成すれば波長による結像面位置
の相対差を小さく抑えながら任意の結像面位置に各々の
色光を結像させることも出来る。

（発明の効果） 本発明によれば色分解光学系を構成する各々のプリズ
ムの一部の材質を前述した如く対物レンズに残留する色
収差を補正するのに最適なν値（アッベ数）を有する材
質より構成し、即ち各々の波長領域毎で独立に最適な材
質より成るプリズムを選択して色分解プリズムを構成す
ることにより、波長の違いによる結像面位置の相対差を
極力小さく抑えることができ、これにより各波長領域に
おいて独立にしかも効果的に結像性能を向上させること
ができる高精度な色分解光学系を達成することができ
る。

又、本発明によれば材質のアッベ数だけではなく屈折
率も考慮すれば波長による結像面位置の相対差を小さく
抑えながら任意の結像面位置に各々の色光による物体像
を良好に結像させることができるという特長を有した色
別解光学系を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の色分解光学系の要部概略
図、第２図は本発明の他の一実施例の色分解光学系の要
部概略図、第３図は第２図に於ける色分解光学系を介し
た後の残留色収差（ｅ線からの相対差）を示す説明図、
第４図，第６図は各々従来の色分解光学系の要部概略
図、第５図は第４図の従来の色分解光学系を介した後の
対物レンズの残留色収差（ｅ線からの相対差）を示す説
明図である。 図中、1B,2Bは青色分解プリズム、1R,2Rは赤色分解プリ
ズム、1G,2Gは緑色分解プリズム、1B−1,1B−2,1R−1,1
R−2,1G−1,1G−2,2B−1,2B−２はガラスブロック、1B
−4,1R−4,1G−４は撮像管（又は固体撮像素子）,2B−
3,2R−3,2G−３はトリミングフィルター、4,24は対物レ
ンンズである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射光束を波長領域の異なる複数の色光に
   分解し、射出させる少なくとも２つのプリズムを有する
   色分解光学系において、トリミングフィルター以外に対
   物レンズの残留色収差を補正するために該複数の波長領
   域のうち短波長領域の色光の通過するプリズム1Bの一部
   を該プリズム1Bの材質のν値よりも大きいν値の材質よ
   り成る透明部材で又は／及び長波長領域の色光の通過す
   るプリズム1Rの一部を該プリズム1Rの材質のν値よりも
   小さいν値の材質より成る透明部材で構成したことを特
   徴とする色分解光学系。