JPS6042701A - カラ−テレビジヨンカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカラーテレビジョン（ＴＶ）カメラに関し、特
に対物レンズと対物レンズの焦点面との間に位（Ｍ　Ｌ
、被写体からの光束を色分解する色分解プリズム系に関
するものである。

カラーＴＶカメラでは、対物レンズの背後に色分解プリ
ズム系を配置し、入射光束を３色の波長領域に分解し、
各々の波長領域に対応する６本の撮像素子上に結像させ
る。各撮像素子は結像面上を走査して画像を電気信号に
変換する。

こねらの、カラーＴＶカメラ、特にニュース取材用のカ
ラーハンディ−ＴＶカメラは、可能な限り軽り小型であ
ることが要求されるため、イメージサイズを小さくし、
色分解プリズム系及び撮像素子を小型化することが行な
われている。

例えば撮像管は、受光面は到達した光のエネルギーを電
子ビームの走査により電流に変換し出力信号を得ている
。従ってイメージサイズを小さくして四−Ｆナンバーの
対物レンズを使用した時、同じ被写体を撮影すると、受
光面上単位面積あたりの光のエネルギーは同じであるが
。

ビーム断面積がイメージサイズに比例して小さくなるた
め出力電ｂＩ１．は減少する。これはイメージサイズを
小さくすると感匿が低下するととを怠味する。従って感
１Ｗの低下を避けるためには、る。

しかしながら％第１図に示す従来の、３個のプリズムに
よって構成される色分解プリズムではＦナンバー１．４
程度が限界であり、大口径化することは困難であった、 ここではまず、第１図の従来例を使って問題点を重連す
る。対物レンズ４により射出された結像光束は色分解プ
リズム系の入射面１′からシ１プリズムに入射し、ダイ
クロイック膜が施さ力た面１′において例えば青色領域
光のみが反射され、さらに入射面１′で全反射された後
、トリミングフィルター６Ｂにより不要な波長成分がカ
ットされてから撮像素子５Ｂの受光面？Ｂ′に結像する
。

ダイクロイック面１′を透過した光束は第２プリズム系
２に入射しダイクロイック膜を施された而２１によって
例えば赤色領域光のみが反射され第１プリズム系１と第
２１リズム系２との間に設けた平行空気間隙との境界面
２′でさらに全反射さｎトリミングフィルター６Ｒによ
り不要な波長成分がカットされてから撮像素子５Ｒの受
光面５’Ｈに結像する。ダイクロイック面２を透過した
光束例えば緑色領域光はプリズム３を通りトリミングフ
ィルター６Ｇで不要な波長成分がカットされてから撮像
素子５Ｇの受光面５Ｆ（）に結像する。またプリズム系
の形状は使用する硝材の屈折率ｎ及びＦＮＯ，等の仕様
により決定さする。第１図のように、第１ブＩＪズム１
、纏２プリズム２の光入射面とダイクロイック面とのな
す角をθ１．θ、また第３プリズム系３の光入射面２と
光射出面３′とのなす角をθ、とすると、これらの角は
以下の条件式を満足しなければならない。

θ、＜５ｔｎ−１（１／ｎ）−８ｉｎ−’　（１／２ｎ
　ＦＮＯ）　−、、、（３）２θ、’）Ｓｉｒｒ’　（
１／ｎ）＋８１ｎ−’　（１／２ｎ　ＦＮＯ）　−−−
、（４）２θ、ンθ、　−１−８ｉｙ’　（１／ｎ）−
）ＳｉＦｌ（１／２ｎＦＮｏ）　、、、　（ｓ）θ、＝
θ、−θ、　・・・・（６） ただし、条件式（３）はダイクロイック面１′で透過す
べき波長領域光が面１′で全反射しないこと、条件式（
４）はダイクロイック面１′で反射された波長領域光が
面１′で全反射すること、条件式（５）はダイクロイッ
ク面２で反射された波長領域光が面２′で全反射するこ
と、条件式（６）は入射面１′と射出面５′が平行とな
ること、のためＫそれぞれ必要である。

こむで第１プリズム系１の光入射面とダイクロイック面
とのなす角、即ち光軸とダイクロイック面１′とが成す
角θ１に注目すると、角θ１が存在できる範囲は条件（
３）　、　（４）に従って硝材の屈折率ｎとＦナンバー
とから決定される。

第２図はこの事柄を示しており、硝材の屈折率ｎをパラ
メータにしてＦナンバーと角θとの関係を示している。

このグラフより、式＜３）　（４）　ｔ−同時に満足す
る角θ１の範囲は硝材の屈折率ｎにかかわらずＦナンバ
ーが１．４より大きな範囲に限られることがわかる。即
ち６個のプリズム系によって構成された色分解プリズム
系ではＦナンバー１．４が限界であり、こねより明るい
レンズを使用しても正規の反射及び全反射が行われない
ため、所定の色分症作用が実行されない。

以上述べたように従来型の色分解プリズムではＦナンバ
ー１．４マでの対物レンズしか使えないため、もしイメ
ージサイズを小さくしてカメラの小型化を行うと感ｔＷ
の低下を免れないと云う欠点を有していた。

これに対し３個のプリズムで構成された色分解プリズム
系の明るさの限界を緩和する方策が［Ｎ８Ｗ　Ｃａｍｅ
ｒａ　Ｔｅｃｈｎｏ’ｌｏｇｙ　ａｎａ　Ｄｉｇｉｔａ
ｌ　Ｔｅｃｈｎｉ　−ｑｕｅ＋Ｔｅ’１ｅｖｉｓｉｏｎ
　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｃｙ　ｉｎ　ｔｒｉ　８０’　ｓ
　Ｊに発表されている。

即ち第３図のように従来の色分解プリズム系の内、第１
プリズムの入射面をダイクロイック面と反射の方向に角
度θ１ｏだけ傾斜させ、かつ色分解プリズム系の入射面
と射出面３′を平行にするため第１プリズム１の列に角
龍θ１ｏの頂角を持つくさび状のプリズムを平行空気間
隔をへだでて設けるものである。この場合、前出の条件
式（４）は次のように変形される。

２θ１．十〇−０≧ｓｉｎ’　（１／ｎ）＋ｓｉｎ’　
（１／２ｎ　ＦＮＯ）、°、２θ、１≧ｓｉｎ→（１／
ｎ　）−１−ｓ　ｉｒｒ’　（１／２ｎ　ＦＩＩＯ）−
〇、。（４）′これは第２図中で（４）の曲線がθ＋　
ｅ　／２だけ下に下がりよって（３）との交点が左の方
つまＪＦナンバーの小さい方へ移動することに相当する
。この４個のプリズムから構成される新規の色分解光学
系では、Ｆナンバーが１．４より明るい例えばＦナンバ
ー１．２の対物レンズが使用可能な色分解プリズムが原
理上可能である。

しかしながら本件発明者の芙施化検討の結果、この色分
解プリズム系の配置では構成プリズムの個数の増加によ
るガラス光路長の増大、Ｆナンバーを小さくするととに
よる入射面の大型化あるいは面数が増加することによる
ゴーストの発生等の問題があることがわかった。

本発明は上記問題点を解決することを目的とし、特にＦ
ナンバーが小さいにもかかわらず大型化を防止すること
を目的とする。そのため、対物レンズ４及び色分解プリ
ズム系によって複数個の撮像装置５Ｒ，５Ｇ、５Ｂの撮
像面上に夫々単色像を形成し撮像するテレビジョンカメ
ラにおいて、ｔ４３図に実施例を示す色分解プリズム系
は前記対物レンズの光軸に浴って対物レンズ側から数え
第１．第２．第５．第４のプリズムを有し、＠１プリズ
ム１０と第２プリズム１１、及び、第２プリズムと第３
プリズム１２は夫々空気啜を介して対向し、第２プリズ
ムの第３プリズム対向面にＦｉｆＭｌのダイクロイック
層が形成され、第３プリズムと第４プリズム１５とは第
２のダイクロイック層を介して接合されており、前記第
１プリズムの頂角をθＩＯｙとすると共にプリズム構成
物質の屈折率をｎとする時、次の条件を満足する。

ｎ）１．６ ５．１３≦θ、。（１５゜ 以下、第６図を使って詳細に説明する。

各プリズムの頂角に係るθＫ。、θｌＩ＋θＩ！＋０１
３の満たすべき条件は以下の通りである。

θ１１≦５ｉｒｒ’（−）−ｅ′ｉｎ−’（−Ｆｏｏ）
　−−−−・（３）ｎ　２ｎ 日は画面短辺寸法の１／２　、　Ｌは対物レンズの射出
瞳と像面との空気中での距離。

、２θ１．’）Ｓｉｒｒｌ　（−！−）　４−　Ｂｉｒ
ｒ’　（−Ｆｎｏ、）　・、　、、−（ｓｌ−ｎ　２ｎ θＩＢ＝０１．−〇、、　、、、、、（６）ここで条件
式（４）′はダイクロイック面１１′で反射された有効
結像光束が面１１′で全反射するために設けたもので、
θ、１．θ１７．θ１．については従来の３個のプリズ
ムから成る系と同様である。また（４）′と（４）“式
に含まれるαは受光面５　Ｂ’に結像する像にゴースト
が発生するのを防＋ｈするための条注である。このこと
をプリズムを光路に清って展開した図、第４図と第５図
を使って説明する。

受光面５′Ｂ′に結像する光束は正規には第４図の光、
％ｌＡ、Ｂの様にダイクロイック面１１′で反射し、更
に空気間隙との境界面１１′で全反射した光束である。

しかし通常の対物レンズは射出瞳４Ｐと像面との距Ｇｆ
が有限の長さであるため例えば第４図中で受光面ジＢ′
の上端に向かう結像光束はＯ，Ｄのような経路を通り軸
上の結像光束Ａ、Ｂに対して傾く。しかもこの傾きは全
反射する＋ｆｉｉ　Ｉに対しては入射角が小さくなる方
向である。各頂角は、色分解プリズム系のガラス光路長
を短く設計するために、軸上光束ム、Ｂに対して（３）
　（４）　’　（５）　（６）を満たす範囲内でできる
だけ小さく決定されることが多いため、光線Ａの面１′
への入射角は臨界角とほぼ等しい角度になることが多い
。このような場合、５Ｂ’の上端へ向かう光線のうちＣ
の面１′への入射角が臨界角より小さくなり、光線の一
部は透過する。この透過光は第５図のようにさらにプリ
ズム１０の入射面１０′で一部反射されゴーストとなる
。このゴーストは対物レンズを開放近くで使用し、被写
体が明るい部分を含む時に出やすく、しかもほぼ焦点が
合った状態であるため、著しく画像を損ねるものとなる
。このゴーストを避けるためには而１′ですべての光束
が全反射するようにθ、。を増やせばよくこの増分がα
である。ＡとＣとのなす角が最大ｔｓｎ−’　（Ｓ／Ｌ
×ｎ）となるの士、αは（４Ｙの範囲で決定する。

この様が状況に基づいて設定した条件が５．１°〈θ＋
ｏ＜１５°　−、−（７）である。壕だプリズム単体表
を短縮し、実現可能な寸法にするため、 ｎ≧１・６　・・・・（８） を定める。

更に設計を容易にするために次の条件を考慮するのが望
ましい。

１６．６９くθ、１≦２４．１°−、、（９）３２．６
°≦θ、、＜ｊ８．７°　、：’、、（１ｏ）θＩｓ＝
θ１．−θ、Ｉ ここでθ富１．θ７１．θ１．け順に第２．第３．第４
プリズムの頂角である。

条件（９）　（１０）の各上限を越えるとプリズムは大
型化し、ゴーストの発生が押えられなくなり、各下限を
越えると本願の目的とする、ｙナンバーの小さなプリズ
ム系を実現するのが著しく困難となる。

次にＦナンバーを小さくすると共に光路長を３５　ｍｍ
以下に小型化し得た数値例を掲げる。

数値例１　１　ＩＩＩ 屈折率　１，６　１．６５　１．７ Ｆナンバー　１．２　１．２　１．２ 画面サイズ　４．８　Ｘ　６，４　４．８Ｘ６．４　４
．８Ｘ（Ｓ、４を含む）　（同左） θ、。　５．１°　５．５°　７゜ θｕ　２４，１°　２５°　２２゜ θ、！３８．７°　６７．５°　５６’斂値例　ｙ　”
ｉ　Ｖｉ 屈折率　１．７５　１，６５　１．７５Ｆナンバー　１
，２　１．２　１．２ 画面サイズ　６６Ｘ８．ｅ　４．８ｘ：６．４　６．６
に８Ｊ３θ１゜　５．５’　１５°　１５゜ θ＋＋　２１．５°　１８．５°　１６．６゜θ１ｔ３
５°　５５．５’　５２．６゜以上の通り本発明によれ
ば色分解プリズムの大口径化が実現され、従ってこれを
小型化することができ、ひいてはカラーＴＶカメラを小
型にする効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の色分解プリズム系の断面図。 第２図は？ナンバー、Ｐ４１プリズムの頂角そして屈折
率の関係を示す図。第３図は本発明の実施例を示す断面
図。第４図と第５図は光学展開図。 図中、４は対物レンズ、５Ｒ，５Ｇ、５Ｂけ撮偉管、１
０は第１プリズム、１１け筒２プリズム、１２は第５プ
リズム、１３け第４プリズムである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）対物レンズ及び色分解プリズム系によって複数個
   の撮像共ａの撮像面上に夫々単色像を形成し撮像するテ
   レビジョンカメラにおいて、前記色分解プリズム系は前
   記対物レンズの光軸に浴って対物レンズ側から数え第１
   、第２゜第３．第４のプリズムを有し、第１プＩＪズム
   と第２プリズム、及び、第２プリズムと第３プリズムは
   夫々空気層を介して対向し、嬉２プリズムの第６プリズ
   ム対向面には第１のダイクロイック層が形成され、第３
   プリズムと繁４プリズムとはｖＪ２のダイクロイック層
   を介して接合されており、前記第１、第２、第３、第４
   プリズムの頂角を順に０１０，０１Ｇ＋６１１゜θ１１
   ．θ１１とし、各プリズムの構成物質の屈ゝ折率をｎと
   する時、 ｎ≧１．６ ５．１°〈θ、。＜１５゜ θ、３＝０１！−〇、。 なる条件を満足するカラーテレビジョンカメラ。 （２）　Ｍ２、Ａ３、第４プリズムの各頂角をθ５、。 θ１７．θ１．とする時、 ？ １６．６°〈θ、、＜１４．１゜ ３２．６°〈θ、、＜１８．７゜ を満足する特許請求の範囲第（１）項記載のカラーテレ
   ビカメラ。