(57)【要約】【課題】被写体から反射された光を可視光と非可視光とに高精度に分光することができる撮像光学系、及び当該撮像光学系を用いて画像を生成する撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置の撮像光学系１０は、被写体からの光を、可視光を主に含む第１の光波長成分と、非可視光を主に含む第２の光波長成分と、に分光するビームスプリッタ１２と、前記第１の光波長成分の光路上に配置され、前記第１の光波長成分及び前記第２の光波長成分の重複成分の通過を制限するローパスフィルタ１３と、備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を、可視光を主に含む第１の光波長成分と、非可視光を主に含む第２の光波長成分と、に分光する分光手段と、
前記第１の光波長成分又は前記第２の光波長成分の光路上に配置され、前記第１の光波長成分及び前記第２の光波長成分の重複成分の通過を制限する光成分制限手段と、
を備えた撮像光学系。
【請求項２】
前記光成分制限手段は、前記第１の光波長成分の光路上に配置され、非可視光の通過を制限するローパスフィルタである
請求項１に記載の撮像光学系。
【請求項３】
前記光成分制限手段は、前記第２の光波長成分の光路上に配置され、可視光の通過を制限するバンドパスフィルタ又はハイパスフィルタである
請求項１に記載の撮像光学系。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像光学系と、
前記第１の光波長成分の光路上に配置された第１の撮像素子と、
前記第２の光波長成分の光路上に配置された第２の撮像素子と、
前記第１及び第２の撮像素子から出力された信号について所定の処理を行う信号処理手段と、
を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像光学系及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、可視光を撮像するカラー用撮像素子と、不可視光を撮像する不可視光用撮像素子と、被写体からカラー用撮像素子及び不可視光用撮像素子までの光路上に設けられ、可視光を反射し、かつ不可視光を透過するコート面を有するビームスプリッタと、を備えた撮像装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の撮像装置では、カラー用撮像素子及び不可視光用撮像素子が、各撮像面に結像した被写体像を同時に撮像して、毎秒１０フレームで構成された動画を端末演算部及び端末記録部に出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−８２８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、撮像装置のビームスプリッタは、可視光と不可視光に分光するものであるが、完全に分光することができない。つまり、ビームスプリッタで分光された可視光及び非可視光には、互いに重複する光波長成分が含まれている。このため、カラー用撮像素子により生成される画像には不可視光成分が含まれ、又は、不可視光用撮像素子により生成される画像には可視光成分が含まれてしまい、所望の画像が得られないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような実情を鑑みて提案されたものであり、被写体から反射された光を可視光と非可視光とに高精度に分光することができる撮像光学系、及び当該撮像光学系を用いて画像を生成する撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る撮像光学系は被写体からの光を、可視光を主に含む第１の光波長成分と、非可視光を主に含む第２の光波長成分と、に分光する分光手段と、前記第１の光波長成分又は前記第２の光波長成分の光路上に配置され、前記第１の光波長成分及び前記第２の光波長成分の重複成分の通過を制限する光成分制限手段と、を備える。
【０００８】
本発明に係る撮像装置は、前記撮像光学系と、前記第１の光波長成分の光路上に配置された第１の撮像素子と、前記第２の光波長成分の光路上に配置された第２の撮像素子と、前記第１及び第２の撮像素子から出力された信号について所定の処理を行う信号処理手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、被写体から反射された光を可視光と非可視光とに高精度に分光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】可視光及び近赤外光の分光特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像装置は、被写体からの光が入射される撮像光学系１０と、撮像光学系１０に入射された光に応じて画像信号を生成する信号処理系２０と、を備えている。
【００１２】
撮像光学系１０は、撮像レンズ１１と、撮像レンズ１１を介して被写体からの光が入射されるビームスプリッタ１２と、所定波長を超える光成分をカットして当該所定波長以下の光成分のみ透過できる光学フィルタであるローパスフィルタ１３と、を備えている。
【００１３】
ビームスプリッタ１２は、例えば、正方形の底面を有する四角柱状に形成されている。具体的には、ビームスプリッタ１２は、２つの同一形状の直角プリズム１２ａおよび直角プリズム１２ｂが貼り合わせ面にて互いに貼り合わされたものである。
【００１４】
直角プリズム１２ａ，１２ｂは、同一の三角柱形状を有し、直角三角形の上面及び下面と複数の四角形の側面を備える。複数の四角形の側面のうち、最大面積の側面（上面及び下面の直角を形成しない側面）が貼り合わせ面になる。
【００１５】
直角プリズム１２ａ又は直角プリズム１２ｂの貼り合わせ面には、コート面１２ｃが形成されている。コート面１２ｃは、可視光を主に含む第１の光波長成分（例えば４００〜１０００ｎｍ）を反射し、短波長赤外光（ＳＷＩＲ）を主に含む第２の光波長成分（例えば９００〜１７００ｎｍ）を透過するようにコーティングされている。
【００１６】
このため、撮像レンズ１１から入射された光のうち、第１の光波長成分はコート面１２ｃで反射され後述する撮像素子２１ａに照射され、第２の光波長成分はコート面１２ｃを透過して後述する撮像素子２１ｂに照射される。なお、ビームスプリッタ１２は、上述の構成に限定されるものではなく、撮像レンズ１１から入射された光のうち、第１の光波長成分を撮像素子２１ａに照射し、第２の光波長成分を撮像素子２１ｂに照射できればよい。
【００１７】
ローパスフィルタ１３は、例えば９００ｎｍを超える光波長成分を除去して、９００ｎｍ以下の光（主に可視光）を透過する特性を有する。ローパスフィルタ１３は、ビームスプリッタ１２から撮像素子２１ａまでの第１の光波長成分の光路上に設置されている。このため、撮像素子２１ａの撮像面には、９００ｎｍを超える光波長成分が除去された主に可視光が照射される。
【００１８】
信号処理系２０は、図１に示すように、照射される光に応じて画像信号を生成する撮像素子２１ａ，２１ｂと、画像信号に相関二重サンプリング処理を行うＣＤＳ回路２２ａ，２２ｂと、ＣＤＳ回路２２ａ，２２ｂから出力された画像信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２３ａ，２３ｂと、Ａ／Ｄコンバータ２３ａ，２３ｂから出力された画像信号に所定の信号処理を施す信号処理回路２４と、を備えている。
【００１９】
撮像素子２１ａは、撮像光学系１０から照射される可視光に応じた画像信号を生成する。撮像素子２１ｂは、撮像光学系１０から照射される短波長赤外光に応じた画像信号を生成する。なお、撮像素子２１ａ，２１ｂは、本実施形態ではＣＣＤラインセンサであるが、例えば、ＣＭＯＳセンサでもよいし、エリアイメージセンサでもよい。
【００２０】
ＣＤＳ回路２２ａ，２２ｂは、撮像素子２１ａ，２１ｂからそれぞれ出力された画像信号に相関二重サンプリング処理を施し、当該画像信号に含まれるノイズ成分を除去する。Ａ／Ｄコンバータ２３ａ，２３ｂは、ＣＤＳ回路２２ａ，２２ｂからそれぞれ出力された画像信号をディジタル信号に変換する。
【００２１】
信号処理回路２４は、Ａ/Ｄコンバータ２３ａ，２３ｂからそれぞれ出力された画像信号に所定の処理（ガンマ補正、ゲイン制御、露光制御、ラインレート制御等）を施す。信号処理回路２４は、可視光の画像信号、短波長赤外光の画像信号をそれぞれ同時に出力してもよいし、いずれか一方の画像信号を選択して出力してもよい。
【００２２】
以上のように構成された撮像装置において、被写体からの反射光がビームスプリッタ１２に入射されると、ビームスプリッタ１２は入射された光を第１の光波長成分と第２の光波長成分とに分光する。
【００２３】
図２は、ビームスプリッタ１２によって分離された第１及び第２の光波長成分の分光特性を示す図である。同図に示すように、第１の光波長成分は、４００〜７００ｎｍにおいて相対エネルギーが高いが、７００〜１０００ｎｍにおいてもある程度の相対エネルギーがある。
【００２４】
一方、第２の光波長成分は、短波長赤外光（ＳＷＩＲ）にほぼ一致しており、９００〜１７００ｎｍにおいて相対エネルギーが高く、９００ｎｍ以下において相対エネルギーはほとんどない。このため、ビームスプリッタ１２によって分離される第１の光波長成分と第２の光波長成分は、共に、９００〜１０００ｎｍにおいて重複する波長成分を含んでいる。
【００２５】
ローパスフィルタ１３は、ビームスプリッタ１２によって分離された第１の光波長成分のうち、９００ｎｍを超える波長成分をカットして、９００ｎｍ以下の波長成分のみを透過して撮像素子２１ａに照射する。これにより、撮像素子２１ａは、４００〜９００ｎｍの主に可視光に基づいて画像信号を生成する。一方、撮像素子２１ｂは、９００〜１７００ｎｍの短波長赤外光のみに基づいて画像信号を生成する。
【００２６】
以上のように、本発明に係る撮像装置は、被写体からの反射光を第１及び第２の光波長成分にそれぞれ分離するビームスプリッタ１２と、当該ビームスプリッタ１２からの光が照射される撮像素子２１ａと、の間に配置されたローパスフィルタ１３を備えている。
【００２７】
これにより、撮像装置は、ビームスプリッタ１２から分離された第１の光波長成分から９００ｎｍを超える波長成分を除去することができ、波長成分が重複しない、主に可視光に基づく画像、及び短波長赤外光に基づく画像をそれぞれ生成することができる。この結果、撮像装置は、連続的に可視光から短波長赤外光までの広範囲（４００ｎｍ〜１７００ｎｍ）において被写体を撮像することができる。
【００２８】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で設計変更されたものにも適用可能である。
【００２９】
例えば、第１の光波長成分が可視光（４００〜７００ｎｍ）にほぼ一致し、第２の光波長成分が短波長赤外光よりも広い波長域（例えば６００〜１７００ｎｍ）の場合では、ビームスプリッタ１２と撮像素子２１ｂの間の光路上に、７００ｎｍ以下の波長成分を除去するハイパスフィルタ（又はバンドパスフィルタ）を設けてもよい。これにより、撮像素子２１ａ，２１ｂにそれぞれ照射される光に、重複する波長成分が含まれるのを回避することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０  撮像光学系
１１  撮像レンズ
１２  ビームスプリッタ
１２ａ，１２ｂ  直角プリズム
１３  ローパスフィルタ
２０  信号処理系
２１ａ，２１ｂ  撮像素子
２２ａ，２２ｂ  ＣＤＳ回路
２３ａ，２３ｂ  Ａ／Ｄコンバータ
２４  信号処理回路
【図１】
2015108692.tif 000003
【図２】
2015108692.tif 000004