(57)【要約】【課題】撮影レンズに入射し、フォーカスレンズを通過した被写体光を色分離プリズム等で可視光領域の被写体光と赤外光領域の被写体光に分光し、それぞれの被写体光を可視光用撮像素子と赤外光用撮像素子で撮像すると共に、赤外光領域の被写体光の結像位置を補正レンズで調整できるようにすることで、可視光と赤外光での撮影を同一距離の被写体にピントを合わせて同時に行うことができるようにした可視光・赤外光撮影用レンズシステムを提供する。【解決手段】可視光用に設計された撮影レンズ１０の最後尾に色分離プリズムＰが配置され、可視光領域の被写体光は色分離プリズムＰを透過して可視光用撮像素子ＤＡに入射し、赤外光領域の被写体光は色分離プリズムＰで反射して絞りＩＢ及び補正レンズＣＬを含むリレーレンズＲＬＢを通過した後、赤外光用撮像素子ＤＢに入射する。【選択図】      図１
2004354714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一被写体に対する可視光及び赤外光での撮影を同時に行うことを可能にする可視光・赤外光撮影用レンズシステムであって、
可視光領域と赤外光領域のうちいずれか一方の波長領域を第１波長領域とし、他方の波長領域を第２波長領域とし、前記第１波長領域の被写体光により結像された被写体像を撮像する第１の撮像手段と、
前記第２波長領域の被写体光により結像された被写体像を撮像する第２の撮像手段と、
前記第１の撮像手段により被写体を撮像するための第１の被写体光を前記第１の撮像手段の撮像面に結像する光学系であって、所望の被写体距離の被写体にピントを合わせるために光軸方向に移動可能なフォーカスレンズを備えた光学系と、
前記光学系に配置されると共に前記フォーカスレンズよりも後側に配置される光分割手段であって、前記光学系に入射した被写体光を前記第１の被写体光と、前記第２の撮像手段により被写体を撮像するための第２の被写体光に分割する光分割手段と、
前記光分割手段によって分割され、前記光学系の作用により結像した後の前記第２の被写体光を再度結像させるためのリレー光学系であって、結像位置を調整するために光軸方向に移動可能な補正レンズを備えたリレー光学系と、
前記第１の撮像手段の撮像面に対してピントが合う被写体の被写体距離と、前記第２の撮像手段の撮像面に対してピントが合う被写体の被写体距離とが一致するように前記フォーカスレンズの位置に基づいて前記補正レンズの位置を制御する補正レンズ制御手段と、
を備えたことを特徴とする可視光・赤外光撮影用レンズシステム。
【請求項２】
前記光分割手段よりも前側にズーム倍率を可変するために光軸方向に移動可能なズームレンズを備え、前記補正レンズ制御手段は、前記フォーカスレンズの位置及び前記ズームレンズの位置に基づいて前記補正レンズの位置を制御することを特徴とする請求項１の可視光・赤外光撮影用レンズシステム。
【請求項３】
同一被写体に対する可視光及び赤外光での撮影を同時に行うことを可能にする可視光・赤外光撮影用レンズシステムであって、
可視光領域と赤外光領域のうちいずれか一方の波長領域を第１波長領域とし、他方の波長領域を第２波長領域とし、前記第１波長領域の被写体光により結像された被写体像を撮像する第１の撮像手段と、
前記第２波長領域の被写体光により結像された被写体像を撮像する第２の撮像手段と、
前記第１の撮像手段により被写体を撮像するための第１の被写体光を前記第１の撮像手段の撮像面に結像する光学系であって、所望の被写体距離の被写体にピントを合わせるために光軸方向に移動可能なフォーカスレンズを備えた光学系と、
前記光学系に配置されると共に前記フォーカスレンズよりも後側に配置される光分割手段であって、前記光学系に入射した被写体光を前記第１の被写体光と、前記第２の撮像手段により被写体を撮像するための第２の被写体光に分割すると共に、前記第２の被写体光を前記第２の撮像手段の撮像面に導く光分割手段と、
前記光分割手段によって分割され、前記光学系の作用により結像した後の前記第２の被写体光を再度結像させるためのリレー光学系と、
前記第１の撮像手段の撮像面に対してピントが合う被写体の被写体距離と、前記第２の撮像手段の撮像面に対してピントが合う被写体の被写体距離とが一致するように前記フォーカスレンズの位置に基づいて前記第２の撮像手段の撮像面の位置を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする可視光・赤外光撮影用レンズシステム。
【請求項４】
前記光分割手段は、入射した被写体光を可視光領域の被写体光と赤外光領域の被写体光とに波長領域で分光する分光手段であることを特徴とする請求項１、２又は３の可視光・赤外光撮影用レンズシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可視光・赤外光撮影用レンズシステムに係り、特に可視光と赤外光により同時に同一被写体を撮影することを可能にした可視光・赤外光撮影用レンズシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレビカメラ（例えばＣＣＴＶカメラ）で監視等の用途で撮影を行う場合に、日中等の明るい環境の下では可視光での撮影が行われ、夜間等の可視光では被写体が観察できない暗い環境の下では赤外（近赤外）光での撮影が行われている。
【０００３】
従来、可視光での撮影と赤外光での撮影とを一台のカメラで行う場合があり、カメラ本体に装着される撮影レンズも可視光用と赤外光用とで交換することなく使用できるようにしたものが知られている。例えば、可視光での撮影用に設計された撮影レンズをそのまま赤外光での撮影に使用すると、赤外光での軸上色収差が大きくなるなどの問題がある。特にズーム機能を備えた可視光用の撮影レンズを赤外光用に使用した場合にはトラッキング調整（フランジバック調整）を行ったとしてもズーム倍率を変更するとピントがずれ、トラッキング調整（フランジバック調整）を有効に行うことができないという問題がある。
【０００４】
そのため、可視光で使用される撮影レンズを赤外光での撮影に兼用する場合には、例えば、レンズに蛍石やＥＤガラスなどの低分散ガラスを用いることで光学的に赤外光の波長領域まで色収差を少なくする方法や、色収差を補正する光学部材（レンズ・プリズム）を撮影レンズの光学系に挿入する方法等が適用されている。
【０００５】
また、例えば、夕刻のように少し暗い撮影条件の下では、被写体を明瞭に映すことができる赤外光での撮影と、被写体のカラー情報を得ることができる可視光による撮影とを同時に行いたい場合がある。しかしながら、一台のカメラを可視光と赤外光の撮影とで切り替えて使用する場合、可視光と赤外光の撮影とを同時に行うことはできない。そのため、従来、可視光用と赤外光用の２台のカメラで同時に撮影を行う場合があった。ところが、２台のカメラを用いると、フォーカスやズーム等のレンズ操作を２台同時に、且つ、撮影距離（ピントが合う被写体位置までの距離（被写体距離））や画角が一致するように操作しなければならないという手間を要するという問題があった。また、２台のカメラを用いるとカメラ間に視差が生じ、可視光で撮影した映像の画角と赤外光で撮影した映像の画角とが一致しないという問題もあった。
【０００６】
これに対して特許文献１には、撮影レンズに入射した被写体光をハーフミラーで分割し、一方を可視光用の被写体光として撮像し、他方を赤外光用の被写体光として撮像するようにした撮像装置が提案されている。これによれば、可視光で撮影した映像の画角と赤外光で撮影した映像の画角とを一致させることができる。
【０００７】
また、可視光用と赤外光用の２台のカメラを用い、例えば、撮影する被写体からの被写体光を可視光用と赤外光用の被写体光にミラーやプリズムで分割した後にそれぞれ可視光用のカメラと赤外光用のカメラの撮影レンズに入射させることによって可視光用のカメラで撮影した映像の画角と赤外光用のカメラで撮影した映像の画角とを一致させることも可能である。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２００３−６９８６５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、可視光と赤外光の撮影とを同時に行うことが想定されていないため、可視光の撮影と赤外光の撮影とを同時に行う場合に問題がある。即ち、ハーフミラーより前段においてフォーカスレンズ（群）やズームレンズ（群）等の光学系を配置した場合に、その光学系の波長特性が可視光領域と赤外光領域とで相違する。そのため、フォーカスレンズとズームレンズを所定位置に設定している状態において可視光と赤外光の撮影距離が一致しているとしてもフォーカスレンズやズームレンズをその所定位置から動かすと可視光と赤外光の撮影距離が一致しなくなるという問題がある。また、引用文献１では可視光と赤外光のピント位置を個別に調整する手段がないため可視光と赤外光の撮影距離が異なる場合にそれを補正することができない。
【００１０】
一方、上述のように撮影する被写体からの被写体光を可視光用と赤外光用の被写体光にミラーやプリズムで分割した後にそれぞれ可視光用のカメラと赤外光用のカメラの撮影レンズに入射させるようにした場合には、各カメラの撮影レンズで個別にフォーカス調整を行うことができるため、同じ位置の被写体にピントを合わせることができる。しかしながら、２台のカメラを用いると、フォーカスやズーム等のレンズ操作を２台同時に、且つ、撮影距離や画角が一致するように操作しなければならないという手間を要するという問題がある。また、装置全体として大型化すると共に可視光用カメラと赤外光用カメラとで撮影レンズを２つ使用する必要があるためコストも高くなるという問題もある。更に、撮影レンズの前にミラーやプリズムを配置する場合には撮影レンズの前玉レンズよりも大きいものを使用する必要があるため、ミラーやプリズムが大きくなり、これによっても装置の大型化を招くと共にコストも高くなるという問題がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、可視光と赤外光とで同一被写体を同時に且つ操作者の手間なく容易に撮影することができ、また、装置の大型化やコストの上昇を抑止することができる可視光・赤外光撮影用レンズシステムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、同一被写体に対する可視光及び赤外光での撮影を同時に行うことを可能にする可視光・赤外光撮影用レンズシステムであって、可視光領域と赤外光領域のうちいずれか一方の波長領域を第１波長領域とし、他方の波長領域を第２波長領域とし、前記第１波長領域の被写体光により結像された被写体像を撮像する第１の撮像手段と、前記第２波長領域の被写体光により結像された被写体像を撮像する第２の撮像手段と、前記第１の撮像手段により被写体を撮像するための第１の被写体光を前記第１の撮像手段の撮像面に結像する光学系であって、所望の被写体距離の被写体にピントを合わせるために光軸方向に移動可能なフォーカスレンズを備えた光学系と、前記光学系に配置されると共に前記フォーカスレンズよりも後側に配置される光分割手段であって、前記光学系に入射した被写体光を前記第１の被写体光と、前記第２の撮像手段により被写体を撮像するための第２の被写体光に分割する光分割手段と、前記光分割手段によって分割され、前記光学系の作用により結像した後の前記第２の被写体光を再度結像させるためのリレー光学系であって、結像位置を調整するために光軸方向に移動可能な補正レンズを備えたリレー光学系と、前記第１の撮像手段の撮像面に対してピントが合う被写体の被写体距離と、前記第２の撮像手段の撮像面に対してピントが合う被写体の被写体距離とが一致するように前記フォーカスレンズの位置に基づいて前記補正レンズの位置を制御する補正レンズ制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光分割手段よりも前側にズーム倍率を可変するために光軸方向に移動可能なズームレンズを備え、前記補正レンズ制御手段は、前記フォーカスレンズの位置及び前記ズームレンズの位置に基づいて前記補正レンズの位置を制御することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、同一被写体に対する可視光及び赤外光での撮影を同時に行うことを可能にする可視光・赤外光撮影用レンズシステムであって、可視光領域と赤外光領域のうちいずれか一方の波長領域を第１波長領域とし、他方の波長領域を第２波長領域とし、前記第１波長領域の被写体光により結像された被写体像を撮像する第１の撮像手段と、前記第２波長領域の被写体光により結像された被写体像を撮像する第２の撮像手段と、前記第１の撮像手段により被写体を撮像するための第１の被写体光を前記第１の撮像手段の撮像面に結像する光学系であって、所望の被写体距離の被写体にピントを合わせるために光軸方向に移動可能なフォーカスレンズを備えた光学系と、前記光学系に配置されると共に前記フォーカスレンズよりも後側に配置される光分割手段であって、前記光学系に入射した被写体光を前記第１の被写体光と、前記第２の撮像手段により被写体を撮像するための第２の被写体光に分割すると共に、前記第２の被写体光を前記第２の撮像手段の撮像面に導く光分割手段と、前記光分割手段によって分割され、前記光学系の作用により結像した後の前記第２の被写体光を再度結像させるためのリレー光学系と、前記第１の撮像手段の撮像面に対してピントが合う被写体の被写体距離と、前記第２の撮像手段の撮像面に対してピントが合う被写体の被写体距離とが一致するように前記フォーカスレンズの位置に基づいて前記第２の撮像手段の撮像面の位置を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１、２、又は３に記載の発明において、前記光分割手段は、入射した被写体光を可視光領域の被写体光と赤外光領域の被写体光とに波長領域で分光する分光手段であることを特徴としている。
【００１６】
本発明によれば、可視光での撮像でピントが合う被写体の被写体距離と赤外光での撮影でピントが合う被写体の被写体距離とを補正レンズ等によって一致させるようにしたため、可視光と赤外光とで同一被写体距離にある同一被写体にピントを合わせて同時に撮影することができるようになる。また、補正レンズ等の制御もフォーカスレンズの位置等に基づいて自動で制御されるため、操作者の手間を必要としない。
【００１７】
また、可視光用の被写体光と赤外光用の被写体光とを分割する光分割手段を、可視光と赤外光の撮影で共通に使用されるフォーカスレンズよりも後側に配置するようにしたため、光分割手段が大型化することなく、システムの大型化やコストの上昇を抑止することができる。可視光と赤外光の撮影にフォーカスレンズを共用していることによってもコストの低減が図られる。特に光分割手段を可視光領域の被写体光又は赤外光領域の被写体光の光学系の最後尾に配置することによって光分割手段以外の光学系の構成として従来から使用されている一般の撮影レンズの構成をそのまま適用することができ、設計が容易であると共に特別な製造コストも低減することができる。
【００１８】
更に、光分割手段によって分割した一方の被写体光を一度結像した後に再度撮像素子の撮像面に結像するようにし、その間の光路に補正レンズ等を配置するようにしたため、補正レンズ等の光学部品を配置するスペースを十分に確保することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下添付に従って本発明に係る可視光・赤外光撮影用レンズシステムの好ましい実施の形態について詳説する。
【００２０】
図１は、本発明が適用されるレンズシステムの全体構成を示した図である。監視用テレビカメラなどに使用される同図のレンズシステムは可視光と赤外光（近赤外光）により同一被写体を同時に撮影できるようにしたシステムである。同図に示すように本レンズシステムは、光学系（撮影レンズ）１０と制御系１２とから構成されるレンズ装置と、可視光の波長領域（可視光領域）の被写体光により被写体を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）ＤＡを搭載した可視光用カメラ本体１４と、赤外光の波長領域（赤外光領域）の被写体光により被写体を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）ＤＢを搭載した赤外光用カメラ本体１６とから構成される。各種光学部品をレンズ鏡胴内に配置した撮影レンズ１０は、可視光用カメラ本体１４及び赤外光用カメラ本体１６に所定のマウントによって着脱できるようになっている。
【００２１】
撮影レンズ１０は、可視光領域の被写体光と赤外光領域の被写体光が共に通過する主光学系と、主光学系から分岐された赤外光領域の被写体光のみが通過する副光学系とから構成されている。
【００２２】
主光学系には、光軸Ｏに沿って対物側から順にフォーカスレンズ（群）ＦＬ、ズームレンズ（群）ＺＬ、絞り（絞り機構）ＩＡ、リレーレンズ（群）ＲＬＡ、及び、色分離プリズムＰが配置される。光軸Ｏ上における色分離プリズムＰの後段には可視光用カメラ本体１４の撮像素子ＤＡが配置される。
【００２３】
一方、副光学系には光軸Ｏに対してほぼ直交する光軸Ｏ´に沿ってリレーレンズ（群）ＲＬＢが配置され、リレーレンズＲＬＢの構成部内には絞りＩＢが配置される。リレーレンズＲＬＢの後段には赤外光用カメラ本体１６の撮像素子ＤＢが配置される。
【００２４】
撮影レンズ１０に入射した被写体光のうち可視光領域の被写体光は、主光学系のフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩＡ、リレーレンズＲＬＡ、及び、色分離プリズムＰを順に通過して可視光用の撮像素子ＤＡの撮像面に入射する。
【００２５】
一方、赤外光領域の被写体光は、主光学系のフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩＡ、及び、リレーレンズＲＬＡを順に通過し、その後、色分離プリズムＰで反射する。そして、副光学系のリレーレンズＲＬＢを通過して赤外光用の撮像素子ＤＢの撮像面に入射する。
【００２６】
尚、以下において、可視光用光学系という場合には、可視光領域の被写体光が通過する光学系、即ち、主光学系であって色分離プリズムＰを透過する光路の光学系をいう。一方、赤外光用光学系という場合には、赤外光領域の被写体光が通過する光学系、即ち、主光学系であって色分離プリズムＰで反射する光路の光学系と、副光学系をいうものとする。
【００２７】
フォーカスレンズＦＬは、フォーカス用モータＦＭによって光軸Ｏ方向に前後動するようになっており、可視光用光学系及び赤外光用光学系のフォーカス調整の際に駆動される。フォーカスレンズＦＬの位置が変化した場合、可視光領域の被写体光に対する可視光用光学系の結像作用により、可視光用の撮像素子ＤＡの撮像面に対してピントが合う被写体位置（撮像面と共役の物体面）までの距離が変化すると共に、赤外光領域の被写体光に対する赤外光用光学系の結像作用により、赤外光用の撮像素子ＤＢの撮像面に対してピントが合う被写体位置までの距離が変化する。尚、以下の説明において、撮像素子ＤＡの撮像面に対してピントが合う被写体位置までの距離を、可視光用光学系の被写体距離といい、撮像素子ＤＢの撮像面に対してピントが合う被写体位置までの距離を、赤外光用光学系の被写体距離という。
【００２８】
ズームレンズＺＬは、ズーム用モータＺＭによって光軸Ｏ方向に前後動するようになっており、可視光用光学系及び赤外光用光学系のズーム調整（焦点距離の調整）の際に駆動される。尚、ズームレンズＺＬは、変倍系レンズ（群）と補正系レンズ（群）とからなり、これらのレンズが所定の位置関係で連動することによってズーム倍率（焦点距離）を変更した場合に可視光領域及び赤外光領域の被写体光の結像位置が変動しないように補正される。即ち、可視光用光学系及び赤外光用光学系の被写体距離が変動しないように補正される。ただし、赤外光用光学系の被写体距離についてはズーム倍率の変更による変動を完全に補正することはできないため、後述するように補正レンズＣＬによって補正される。
【００２９】
絞りＩＡは、絞り用モータＩＭＡによって開閉動作するようになっており、絞り調整の際、即ち、撮像素子ＤＡの撮像面に入射する可視光領域の被写体光及び撮像素子ＤＢの撮像面に入射する赤外光領域の被写体光の光量を調整する際に駆動される。
【００３０】
リレーレンズＲＬＡは、可視光領域の被写体光及び赤外光領域の被写体光を結像するレンズ群であり、その一部に配置されたトラッキング調整（フランジバック調整）用のトラッキングレンズ（群）ＴＬが光軸Ｏ方向に前後動するようになっている。トラッキングレンズＴＬは、例えば撮影開始前などに可視光用光学系のトラッキング調整を行う際に手動で操作され、ズームレンズＺＬをワイド端からテレ端まで動かしても可視光用光学系の結像位置（即ち、可視光用光学系の被写体距離）が変動しないようにする位置に設定される。尚、同図のシステムではトラッキングレンズＴＬは手動で操作されるようになっているが、モータによって駆動できるようにしてもよい。
【００３１】
色分離プリズムＰは、入射した被写体光をミラー面ＰＭで可視光領域の被写体光と近赤外光領域の被写体光とに分光し、可視光領域の被写体光を透過させると共に、赤外光領域の被写体光を反射させる。従って、可視光領域の被写体光は光軸Ｏ方向にそのまま進行し、赤外光領域の被写体光は光軸Ｏに対してほぼ直角をなす光軸Ｏ´方向に進行する。
【００３２】
図２に色分離プリズムＰの波長特性の一例を示しておく。同図に示すように約７００ｎｍを境にそれより短波長側にある可視光領域の被写体光は約９０パーセント前後の透過率で色分離プリズムＰを透過し、約７００ｎｍより長波長側にある赤外光領域の被写体光は約９０パーセントを超える反射率で色分離プリズムＰで反射する。
【００３３】
尚、上記色分離プリズムＰの代わりにダイクロイックミラーやハーフミラーを用いて撮影レンズ１０に入射した被写体光を可視光用の被写体光と赤外光用の被写体光と分割するようにしてもよい。ただし、波長領域によって被写体光を分割する色分離プリズムやダイクロイックミラーと異なり、ほとんど等価な波長領域の光に分割するハーフミラーのような光分割手段を用いた場合には分割後における可視光用及び可視光用の被写体光から不要な波長領域の光をフィルタによって除去することが望ましい。
【００３４】
また、本実施の形態のように可視光用光学系（主光学系）の最後尾に色分離プリズムＰ等の光分割手段を配置するようにした場合、光分割手段を除く可視光用光学系の構成を、３板カラーＣＣＤのカメラで使用されるテレビレンズと全く同一の設計とすることができる。即ち、同図に示すように可視光用カメラ本体１４の撮像素子として単板カラーＣＣＤを用いた場合、３板カラーＣＣＤで使用されるＲＧＢ３色分離プリズムが配置されない。そのため、可視光用光学系を３板カラーＣＣＤのカメラで使用されるテレビレンズと同一構成とし、且つ、単板カラーＣＣＤのカメラに用いることによって、ＲＧＢ３色分離プリズムの光路分だけスペースを作ることができ、そのスペースに本実施の形態の色分離プリズムＰを配置することができる。
【００３５】
可視光用カメラ本体１４の撮像素子ＤＡは、撮像面上に結像された可視光領域の被写体光を光電変換し、被写体の像を電気信号として出力する。可視光用カメラ本体１４には所要の信号処理回路が搭載されており、撮像素子ＤＡから出力された信号はその信号処理回路によって映像信号に変換され外部機器等に出力される。
【００３６】
リレーレンズＲＬＢは、赤外光領域の被写体光を最終的に結像するレンズ群であり、主光学系の結像作用により一度結像された赤外光領域の被写体光を再度結像する。
【００３７】
即ち、フォーカスレンズＦＬの位置に対応して予定されている被写体距離の被写体から主光学系を通過して副光学系に導かれた赤外光領域が主光学系の結像作用により結像される位置を図１の副光学系に示す結像面Ｓとすると、リレーレンズＲＬＢはその結像面Ｓに結像された像を撮像素子ＤＢの撮像面上に結像させる。
【００３８】
また、リレーレンズＲＬＢの一部には、補正レンズ（群）ＣＬが配置されると共に、リレーレンズＲＬＢの構成部内に絞りＩＢが配置される。
【００３９】
補正レンズＣＬは、補正用モータＣＭによって光軸Ｏ´方向に前後動するようになっており、フォーカスレンズＦＬやズームレンズＺＬの位置変化に追従して駆動される。即ち、補正レンズＣＬの位置が変化すると赤外光領域の被写体光の結像位置が変化して赤外光用光学系の被写体距離が変化することから、補正レンズＣＬの位置を制御することによって、赤外光用光学系の被写体距離が可視光用光学系の被写体距離、即ち、フォーカスレンズＦＬの位置に対応して予定されている被写体距離に一致するように調整される。尚、詳細は後述する。
【００４０】
絞りＩＢは、絞り用モータＩＭＢによって開閉動作するようになっており、赤外光用光学系の絞り調整の際、即ち、撮像素子ＤＢの撮像面に入射する赤外光領域の被写体光の光量を調整する際に駆動される。
【００４１】
赤外光用カメラ本体１６の撮像素子ＤＢは、撮像面上に結像された赤外光領域の被写体光を光電変換し、被写体の像を電気信号として出力する。赤外光用カメラ本体１６には所要の信号処理回路が搭載されており、撮像素子ＤＢから出力された信号はその信号処理回路によって映像信号に変換され外部機器等に出力される。
【００４２】
制御系１２の制御回路２０は、上記フォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩＡ、絞りＩＢ、補正レンズＣＬの位置をそれぞれポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰＡ、ＩＰＢ、ＣＰにより検出しながら上記フォーカス用モータＦＭ、ズーム用モータＺＭ、アイリス用モータＩＭＡ、ＩＭＢ、補正用モータＣＭを駆動し、各レンズや絞りの位置（又は動作速度）を制御する。
【００４３】
例えば、図示しないコントローラにおける操作者のフォーカス操作やズーム操作に基づいて、コントローラから制御回路２０にフォーカスレンズＦＬやズームレンズＺＬの移動目標位置（又は移動目標速度）を示す指令信号が与えられるようになっており、制御回路２０は与えられた指令信号に基づいてフォーカス用モータＦＭやズーム用モータＺＭを駆動制御し、フォーカスレンズＦＬやズームレンズＺＬの位置又は速度を制御する。
【００４４】
また、例えば、可視光用カメラ本体１４や赤外光用カメラ本体１６においてそれぞれ撮像素子ＤＡ、ＤＢによって撮像した映像が適切な明るさとなる絞り値が求められるようになっており、その絞り値への設定を指示する指令信号が各カメラ本体１４、１６から制御回路２０に与えられるようになっている。制御回路２０はそれらの指令信号に基づいてアイリス用モータＩＭＡ、ＩＭＢを駆動し、絞りＩＡ、ＩＢの位置を制御する。
【００４５】
ここで、赤外光での撮影を行う場合、赤外光照明器具で被写体に赤外光を照射することが多い。そのため、可視光領域の被写体光に比べて赤外光領域の被写体光の方が強度が大きい場合が多い。このような事情を考慮しているため、赤外光領域の被写体光に対しては、絞りＩＡの他に絞りＩＢによって光量調整を行えるようになっている。例えば、絞りＩＡは、可視光用カメラ本体１４からの指令信号により指示される絞り値によって制御され、可視光領域の被写体光により撮影される映像の明るさが適切となる位置に設定される。一方、赤外光領域の被写体光に対しては絞りＩＡのみの光量調整のみでは光量オーバーとなる可能性が高いため、絞りＩＢを赤外光用カメラ本体１６からの指令信号により指示される絞り値によって制御する。このとき、赤外光用カメラ本体１６からの指令信号により指示される絞り値は、絞りＩＡと絞りＩＢの両方によって満たされるべき値であるため、絞りＩＡの位置を考慮して絞りＩＢの位置を制御する。
【００４６】
尚、絞りＩＢは必ずしも設ける必要はない。また、色分離プリズムＰよりも後段側の可視光領域の被写体光が通過する位置と赤外光領域の被写体光が通過する位置の両方又はいずれか一方に絞り、ＮＤフィルタ切替機構、又は液晶可変透過機構などの光量調整機構を配置するようにしてもよい。
【００４７】
また、フォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩＡ、ＩＢの制御は上述の以外の方法で行われる場合であってもよい。
【００４８】
一方、補正レンズＣＬの制御は、予めメモリ２２に記憶されている補正データを参照し、補正レンズＣＬがその補正データによって読み取った位置となるように補正用モータＣＭを駆動して行われる。
【００４９】
ここで、可視光用光学系の被写体距離は、フォーカスレンズＦＬの位置に対応して予定されている被写体距離に一致し、且つ、トラッキングレンズＴＬＡでトラッキング調整を事前に行っておくことによってズームレンズＺＬの位置を変化させてもその被写体距離は変動しない。一方、赤外光用光学系の被写体距離は、可視光用光学系と共通に使用される光学部品（フォーカスレンズＦＬやズームレンズＺＬ等）が可視光領域の被写体光に適応するように設計されているため、フォーカスレンズＦＬの位置に対応して予定されている被写体距離（即ち、可視光用光学系の被写体距離）に一致せず、そのずれ量もフォーカスレンズＦＬの位置によって異なる。また、ズームレンズＺＬの位置を変化させると赤外光用光学系の被写体距離が変動し、その変動量もズームレンズＺＬの位置で異なる。
【００５０】
そこで、赤外光用光学系の被写体距離がフォーカスレンズＦＬの位置に対応して予定されている被写体距離（即ち、可視光用光学系の被写体距離）に一致するように、且つ、ズームレンズＺＬの位置を変化させても赤外光用光学系の被写体距離が変動しないように補正レンズＣＬの位置が制御され赤外光用光学系の被写体距離が補正されるようになっている。そして、その赤外光用光学系の被写体距離を補正するための補正レンズＣＬの位置はフォーカスレンズＦＬ及びズームレンズＺＬの各位置に対して理論演算等によって事前に算出されてメモリ２２に補正データとして記憶されており、その補正データを参照することによって撮影時における補正レンズＣＬの位置が決定されるようになっている。
【００５１】
図３は、補正データの一例をデータテーブルとして表した図であり、図４は、その補正データを３次元グラフにより表した図である。これらの図から分かるように補正データは、フォーカスレンズＦＬ及びズームレンズＺＬの各位置に対して補正レンズＣＬの所定の基準位置からの補正量を対応付けたもので、ポテンショメータＦＰ、ＺＰから読み取られるフォーカスレンズＦＬ及びズームレンズＺＬの現在位置、又は、指令信号に基づいて設定しようとしているフォーカスレンズＦＬ及びズームレンズＺＬの目標位置を補正データにおけるフォーカスレンズＦＬ及びズームレンズＺＬの位置とし、それらの位置に対応する補正レンズＣＬの補正量を補正データから読み取ることで、赤外光用光学系の被写体距離を可視光用光学系の被写体距離に一致させるための補正レンズＣＬの基準位置からの補正量を知ることができるようになっている。
【００５２】
制御回路２０は、フォーカスレンズＦＬ又はズームレンズＺＬを指令信号に基づいて変位させる場合には、ポテンショメータＦＰ、ＺＰから読み取られるフォーカスレンズＦＬ及びズームレンズＺＬの現在位置、又は、指令信号に基づいて設定しようとしているフォーカスレンズＦＬ及びズームレンズＺＬの目標位置に対する補正レンズＣＬの補正量を上述のように補正データから読み取る。そして、補正データから読み取った補正量分だけ所定の基準位置から補正レンズＣＬを変位させることによって赤外光用光学系の被写体距離を可視光用光学系の被写体距離に一致させる。これによって、可視光用光学系によりピントが合わせられる被写体位置と赤外光用光学系によりピントが合わせられる被写体位置とが一致し、同一被写体にピントを合わせた可視光による映像と赤外光による映像とを撮像素子ＤＡ、ＤＢによって同時に撮影することができるようになる。
【００５３】
また、ズームレンズＺＬを可視光用光学系と赤外光用光学系とで共用しているためズーム倍率（撮影画角）についても可視光による映像と赤外光による映像とでほぼ一致する。但し、撮影画角は必ずしも一致している必要はなく、撮影画角の中心がしめす撮影位置がほぼ一致していれば運用上十分であり、少なくともこの条件は満たされている。また、リレーレンズＲＬＢの配置や構成によって意図的に可視光での撮影画角と赤外光での撮影画角とを不一致にすることもでき、又は、撮像素子ＤＡと撮像素子ＤＢのイメージサイズが異なる場合の撮影画角を一致させること等もできる。更に、副光学系に変倍系のレンズを配置し、モータ等で駆動できるようにすることで、赤外光での撮影画角を所望のズーム倍率に変更できるようにしてもよい。
【００５４】
尚、図３、図４のような形式の補正データの場合、補正レンズＣＬの補正量がフォーカスレンズＦＬ及びズームレンズＺＬの離散的な位置に対して対応付けられており、求めようとしているフォーカスレンズＦＬ及びズームレンズＺＬの位置に対する補正レンズＣＬの補正量が直接補正データから読み取れない場合がある。そのような場合には、例えば、補間演算によってデータを補間することによってフォーカスレンズＦＬ及びズームレンズＺＬの所望の位置に対する補正レンズＣＬの補正量を求めることができる。
【００５５】
また、補正データは、赤外光領域のなかでも特定波長（主要波長）の被写体光に対して最適な補正量となるデータを示しているが、例えば、赤外光での撮影を行う場合には赤外光照明器具により被写体を照明することがあり、この場合には、その照明光の主要波長（最大強度の波長）に合わせた補正データを用いることが好適である。例えば、照明光の主要波長が９５０ｎｍであれば、９５０ｎｍの被写体光に対して最適な補正量が得られる補正データを使用することが好適である。また、主要波長が異なる数種類の補正データをメモリ２２に記憶させておき、実際に参照する補正データを照明光の主要波長等に応じて適宜ユーザが選択できるようにしてもよいし、又は、主要波長をセンサによって検出し、それに合わせて最適な補正データを選択するようにしてもよい。
【００５６】
また、補正レンズＣＬの補正量を求める方法は上述の方法に限らず、数式を用いた演算で補正量を求めるなどの他の方法を用いてもよい。
【００５７】
また、赤外光用光学系の被写体距離は、正確には絞りＩＢの位置によっても変化するため、補正レンズＣＬの補正量は、フォーカスレンズＦＬ及びズームレンズＺＬの位置の他に絞りＩＢの位置を考慮して決定されるようにすると好適である。
【００５８】
更に、補正レンズＣＬの前記基準位置は、可視光用光学系におけるトラッキングレンズＴＬの位置に応じて変更する必要が生じる場合があり、この場合には例えば、制御回路２０においてトラッキングレンズＴＬの位置を検出できるようにし、トラッキングレンズＴＬの位置に対して適切な基準位置をメモリ２２に事前に記憶したデータテーブルによって調整できるようにすることで対処できる。
【００５９】
以上、上記実施の形態では、フォーカスレンズＦＬ及びズームレンズＺＬの位置に応じて赤外光用光学系の被写体距離を補正レンズＣＬによって補正するようにしたが、赤外光用光学系の被写体距離を補正するのではなく、フォーカスレンズＦＬ及びズームレンズＺＬの位置に応じて可視光用光学系の被写体距離を補正するようにしてもよい。即ち、上記実施の形態における可視光用光学系の構成及び制御を赤外光用光学系の構成及び制御として適用すると共に、上記実施の形態における赤外光用光学系の構成及び制御を可視光用光学系の構成及び制御として適用するようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施の形態では、色分離プリズムＰにおいて可視光領域の被写体光を透過させ、赤外光領域の被写体光を反射させるようにしたが逆であってもよい。
【００６１】
また、上記実施の形態ではフォーカスレンズＦＬとズームレンズＺＬを備えた撮影レンズに本発明を適用した場合について説明したが、ズームレンズＺＬを備えていない固定焦点距離の撮影レンズ、即ち、単焦点レンズにおいても本発明を同様に適用できる。
【００６２】
また、上記実施の形態では、色分離プリズムＰを主光学系の最後尾に配置しているが、主光学系の他の位置に配置してもよい。
【００６３】
また、上記実施の形態では、補正レンズＣＬの位置を動かすことによって赤外光用光学系の被写体距離を補正するようにしたが、補正レンズＣＬの位置を動かす代わりに撮像素子ＤＢの撮像面の位置を動かすことによって赤外光用光学系の被写体距離を補正することもできる。また、撮像素子ＤＢの撮像面の位置を動かす方法として撮像素子ＤＢを直接動かす場合の他に、撮影レンズ１０と赤外光用カメラ本体１６とを装着するマウント部分を動かし、撮影レンズ１０に対して赤外光用カメラ本体１６全体を動かすようにしてもよい。
【００６４】
また、上記実施の形態では、赤外光用光学系において、分解プリズムＰによって赤外光領域の被写体がミラー面ＰＭによって反射されるため撮像素子ＤＢにより撮影される画像は反転画像ととなるが、これを解消するために撮像後の信号処理で電気的に画像を反転させるようにしてもよいが、光学的に反転させるようにしてもよい。図５は、その場合の撮影レンズの構成を示した図である。尚、図５において図１と同一又は類似作用の構成要素には同一符号を付してその説明を省略する。図５に示す撮影レンズ１０は、可視光用光学系（主光学系）の構成は図１と全く同様に構成されており、赤外光用光学系（副光学系）の構成が図１と異なる。即ち、図５の赤外光用光学系において、色分離プリズムＰのミラー面ＰＭによって反射されて光軸Ｏ´を進行する赤外光領域の被写体は、続いてミラーＭにより光軸Ｏ´とほぼ垂直の光軸Ｏ″方向に反射される。そして、光軸Ｏ″上のリレーレンズＲＬＢを通過して赤外光用カメラ本体１６の撮像素子ＤＢの撮像面に入射するようになっている。このように赤外光用光学系に配置したミラーＭで赤外光領域の被写体光を反射させるようにすることで、撮像素子ＤＢにより撮影される画像が反転画像になることが光学的に解消される。
【００６５】
また、図５に示したミラーＭの反射方向を撮影レンズの後方向とするのではなく、図６に示すように前方向とするようにしてもよく、このようにすると撮影レンズ１０がコンパクトになるという利点がある。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る可視光・赤外光撮影用レンズシステムによれば、可視光での撮像でピントが合う被写体の被写体距離と赤外光での撮影でピントが合う被写体の被写体距離とを補正レンズ等によって一致させるようにしたため、可視光と赤外光とで同一被写体距離にある同一被写体にピントを合わせて同時に撮影することができるようになる。また、補正レンズ等の制御もフォーカスレンズの位置等に基づいて自動で制御されるため、操作者の手間を必要としない。
【００６７】
また、可視光用の被写体光と赤外光用の被写体光とを分割する光分割手段を、可視光と赤外光の撮影で共通に使用されるフォーカスレンズよりも後側に配置するようにしたため、光分割手段が大型化することなく、システムの大型化やコストの上昇を抑止することができる。可視光と赤外光の撮影にフォーカスレンズを共用していることによってもコストの低減が図られる。特に光分割手段を可視光領域の被写体光又は赤外光領域の被写体光の光学系の最後尾に配置することによって光分割手段以外の光学系の構成として従来から使用されている一般の撮影レンズの構成をそのまま適用することができ、設計が容易であると共に特別な製造コストも低減することができる。
【００６８】
更に、光分割手段によって分割した一方の被写体光を一度結像した後に再度撮像素子の撮像面に結像するようにし、その間の光路に補正レンズ等を配置するようにしたため、補正レンズ等の光学部品を配置するスペースを十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明が適用されるレンズシステムの全体構成を示した図である。
【図２】図２は、色分離プリズムの波長特性の一例を示した図である。
【図３】図３は、補正レンズの補正データの一例をデータテーブルとして表した図である。
【図４】図４は、図３の補正データを３次元グラフにより示した図である。
【図５】図５は、撮影レンズの他の実施の形態の構成を示した図である。
【図６】図６は、撮影レンズの他の実施の形態の構成を示した図である。
【符号の説明】
１０…光学系（撮影レンズ）、１２…制御系、１４…可視光用カメラ本体、１６…赤外光用カメラ本体、ＤＡ、ＤＢ…撮像素子、ＦＬ…フォーカスレンズ、ＺＬ…ズームレンズ、Ｐ…色分離プリズム、ＩＡ、ＩＢ…絞り、ＲＬＡ、ＲＬＢ…リレーレンズ、ＦＭ…フォーカス用モータ、ＺＭ…ズーム用モータ、ＩＭＡ，ＩＭＢ…絞り用モータ、ＴＬ…トラッキングレンズ、ＣＬ…補正レンズ、ＣＭ…補正用モータ、２０…制御回路、２２…メモリ
【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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