CN110537119B - 色分解光学系统、摄像单元及摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制产生彩色阴影的色分解光学系统、摄像单元及摄像装置。色分解光学系统(10)对取出B光的第1棱镜(12)、取出R光的第2棱镜(14)、取出IR光的第3棱镜(16)及取出G光的第4棱镜(18)进行组合而构成。第1棱镜(12)通过第1棱镜第2面(12b)反射并分离B光。第2棱镜(14)通过第2棱镜第2面(14b)反射并分离R光。第3棱镜(16)通过第3棱镜第2面(16b)反射并分离IR光。色分解光学系统(10)以通过光轴Lz的光的入射角成为最大的面成为第3棱镜第2面(16b)的方式构成。

Description

色分解光学系统、摄像单元及摄像装置

技术领域

本发明涉及一种色分解光学系统、摄像单元及摄像装置，尤其涉及一种将入射光束分解为可见区域的三个颜色分量的光及非可见区域的一个颜色分量的光的色分解光学系统、具备该色分解光学系统的摄像单元及具备该摄像单元的摄像装置。

背景技术

已知有如下摄像装置，即，将通过了镜头的光由色分解光学系统分解为R光(R：Red/红色)、G光(G：Green/绿色)、B光(B：Blue/蓝色)及IR光(IR：InfraRed/红外)这四个颜色分量的光，并将所分解的各光通过四个图像传感器来单独受光而拍摄RGB图像及IR图像(例如，专利文献1-3等)。在此，RGB图像是指，一个像素由R、G、B这三个颜色分量的值构成的图像。RGB图像构成所谓的彩色图像。并且，IR图像是指，一个像素由IR这一个颜色分量的值构成的图像。

专利文献1：日本特开2016-178995号公报

专利文献2：日本特开2015-180864号公报

专利文献3：日本特开2017-029763号公报

然而，若使用色分解光学系统，则存在所拍摄的彩色图像中产生彩色阴影这一缺点。彩色阴影是指，即便在画面的中心部分取得了白平衡，在画面的上端及下端依然有着色的现象。彩色阴影由向色分离面的入射角的大小引起而产生，其大小越大，产生量也越变大。彩色阴影被视觉辨认为颜色不均匀，会大幅降低图像质量。

发明内容

发明要解决的技术课题

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制产生彩色阴影的色分解光学系统、摄像单元及摄像装置。

用于解决技术课题的手段

用于解决上述课题的手段如下。

(1)一种色分解光学系统，其将入射光束分解为可见区域的三个颜色分量的光及非可见区域的一个颜色分量的光，该色分解光学系统在光轴上具备：第1可见光分离面，反射并分离可见区域的第1颜色分量的光；第2可见光分离面，反射并分离可见区域的第2颜色分量的光；及非可见光分离面，反射并分离非可见区域的光，在第1可见光分离面、第2可见光分离面及非可见光分离面中，通过光轴的光的入射角成为最大的面为非可见光分离面。

根据本发明，色分解光学系统具备三个分离面，并将入射光束分解为可见区域的三个颜色分量的光及非可见区域的一个颜色分量的光。三个分离面由第1可见光分离面、第2可见光分离面及非可见光分离面构成。第1可见光分离面分离可见区域的第1颜色分量的光。第2可见光分离面分离可见区域的第2颜色分量的光。非可见光分离面分离非可见区域的光。透射了所有分离面的光分离为可见区域的第3颜色分量的光。各分离面选择性地反射分离对象的颜色分量的光而从其他颜色分量的光进行分离。此时，以分离对象的颜色分量的光向规定的方向反射的方式配置各分离面。因此，各分离面相对于光轴倾斜配置。在本方式的色分解光学系统中，以有三个分离面中通过光轴的光的入射角成为最大的面成为非可见光分离面的方式设定各分离面的斜率。由此，能够抑制拍摄基于可见光的彩色图像时产生彩色阴影。彩色阴影由向色分离面的入射角的大小引起而产生，其大小越大，产生量也越变大。将通过光轴的光的入射角成为最大的面设为非可见光分离面，能够缩小分离可见区域的颜色分量的光的分离面上的入射角。由此，能够抑制拍摄基于可见光的彩色图像时产生彩色阴影。

(2)上述(1)的色分解光学系统中，非可见光分离面倾斜配置为从镜头入射了F值为2.0的光束时所有的光以大于布儒斯特角的入射角入射的角度。

根据本方式，非可见光分离面以如下方式倾斜配置。即，倾斜配置为从镜头入射了F值为2.0的光束时所有的光以大于布儒斯特角的入射角入射的角度。在此，“所有的光”的概念中包含可视为几乎所有的范围。由此，能够抑制拍摄基于非可见光的图像时在画面内产生光量差。布儒斯特角(偏振角)是指，在折射率不同的物质的界面上，p偏振光的反射率成为0的入射角。当从镜头入射了F值为2.0的光束时，设定为所有的光以大于布儒斯特角的入射角入射的角度而配置非可见光分离面，由此能够有效地抑制以布儒斯特角入射的光的产生。由此，即使在产生光量差的情况下，能够抑制为实用上没有问题的程度。

(3)上述(1)的色分解光学系统中，非可见光分离面倾斜配置为从镜头入射了最大孔径的光束时所有的光以大于布儒斯特角的入射角入射的角度。

根据本方式，非可见光分离面以如下方式倾斜配置。即，倾斜配置为从镜头入射了最大孔径的光束时所有的光以大于布儒斯特角的入射角入射的角度。在此，“所有的光”的概念中包含可视为几乎所有的范围。由此，能够抑制拍摄基于非可见光的图像时在画面内产生光量差。

(4)上述(1)至(3)中的任一个色分解光学系统还具备：第1可见光反射面，将通过第1可见光分离面分离的可见区域的第1颜色分量的光向射出的方向反射；及第2可见光反射面，将通过第2可见光分离面分离的可见区域的第2颜色分量的光向射出的方向反射。

根据本方式，还具备：第1可见光反射面，将通过第1可见光分离面分离的可见区域的第1颜色分量的光向射出的方向反射；及第2可见光反射面，将通过第2可见光分离面分离的可见区域的第2颜色分量的光向射出的方向反射。由此，能够防止可见区域的第1颜色分量的像及第2颜色分量的像成为第3颜色分量的像的镜(翻转)像而取出。通过将各像对齐后取出，能够简化之后的处理。另外，关于通过非可见光分离面分离的非可见区域的光，可以不反射而直接射出，也可以进一步反射后射出。当不反射而直接射出时，能够简化色分解光学系统的结构。另一方面，当进一步反射后射出时，能够防止非可见光的像成为可见光的像的镜像而取出。

(5)上述(1)至(4)中的任一个色分解光学系统中，第1可见光分离面、第2可见光分离面及非可见光分离面从入射侧以第1可见光分离面、第2可见光分离面及非可见光分离面的顺序配置。

根据本方式，第1可见光分离面、第2可见光分离面及非可见光分离面从入射侧以第1可见光分离面、第2可见光分离面及非可见光分离面的顺序配置。通过将最终的分离面设为非可见光分离面，能够最小限度地减少彩色图像的阴影。

(6)上述(1)至(3)中的任一个色分解光学系统具备：第1棱镜，具有来自镜头的光束入射的第1入射面、第1可见光分离面、及射出通过第1可见光分离面分离的可见区域的第1颜色分量的光的第1射出面；第2棱镜，具有与第1可见光分离面接合且透射了第1可见光分离面的光束入射的第2入射面、第2可见光分离面、及射出通过第2可见光分离面分离的可见区域的第2颜色分量的光的第2射出面；第3棱镜，具有与第2可见光分离面接合且透射了第2可见光分离面的光束入射的第3入射面、非可见光分离面、及射出通过非可见光分离面分离的非可见区域的光的第3射出面；及第4棱镜，具有与非可见光分离面接合且透射了非可见光分离面的光束入射的第4入射面、及射出可见区域的第3颜色分量的光的第4射出面。

根据本方式，色分解光学系统由所谓的复合棱镜构成，且组合第1棱镜、第2棱镜、第3棱镜及第4棱镜而构成。第1棱镜具备来自镜头的光束入射的第1入射面、第1可见光分离面及射出通过第1可见光分离面分离的可见区域的第1颜色分量的光的第1射出面。第2棱镜具备透射了第1可见光分离面的光束入射的第2入射面、第2可见光分离面及射出通过第2可见光分离面分离的可见区域的第2颜色分量的光的第2射出面。第3棱镜具备透射了第2可见光分离面的光束入射的第3入射面、非可见光分离面及射出通过非可见光分离面分离的非可见区域的光的第3射出面。第4棱镜具备透射了非可见光分离面的光束入射的第4入射面及射出可见区域的第3颜色分量的光的第4射出面。第1棱镜及第2棱镜在第1棱镜的第1可见光分离面与第2棱镜的第2入射面之间彼此接合。第2棱镜及第3棱镜在第2棱镜的第2可见光分离面与第3棱镜的第3入射面之间彼此接合。第3棱镜及第4棱镜在第3棱镜的非可见光分离面与第4棱镜的第4入射面之间彼此接合。来自镜头的光束首先入射于第1棱镜的第1入射面。入射于第1入射面的光束通过第1棱镜的第1可见光分离面选择性地反射可见区域的第1颜色分量的光而分离。所分离的可见区域的第1颜色分量的光从第1棱镜的第1射出面射出。透射了第1棱镜的第1可见光分离面的光束接着入射于第2棱镜的第2入射面。入射于第2入射面的光束通过第2棱镜的第2可见光分离面选择性地反射可见区域的第2颜色分量的光而分离。所分离的可见区域的第2颜色分量的光从第2棱镜的第2射出面射出。透射了第2棱镜的第2可见光分离面的光束接着入射于第3棱镜的第3入射面。入射于第3入射面的光束通过第3棱镜的非可见光分离面选择性地反射非可见区域的光而分离。所分离的非可见区域的光从第3棱镜的第3射出面射出。透射了第3棱镜的非可见光分离面的光束接着入射于第4棱镜的第4入射面。入射于第4入射面的光束作为可见区域的第3颜色分量的光而从第4射出面射出。

(7)上述(6)的色分解光学系统中，第1棱镜将通过第1可见光分离面分离的可见区域的第1颜色分量的光通过第1入射面全反射并从第1射出面射出，关于第2棱镜，第2入射面经由气隙与第1可见光分离面接合，并且将通过第2可见光分离面分离的可见区域的第2颜色分量的光通过第2入射面全反射并从第2射出面射出。

根据本方式，第1棱镜的第1入射面及第2棱镜的第2入射面由所谓的全反射面构成。通过第1棱镜的第1可见光分离面分离的可见区域的第1颜色分量的光通过第1入射面全反射并从第1射出面射出。并且，通过第2棱镜的第2可见光分离面分离的可见区域的第2颜色分量的光通过第2入射面全反射并从第2射出面射出。第2棱镜在与第1棱镜之间经由气隙接合，由此第2入射面作为全反射面而构成。

(8)上述(1)至(7)中的任一个色分解光学系统中，非可见光分离面分离红外光。

根据本方式，非可见光分离面分离红外光(IR光)。关于可见区域的光，例如能够设为分离为R光、G光、B光的结构。在该情况下，例如，通过第1可见光分离面分离B光，通过第2可见光分离面分离R光。并且，将透射了所有分离面的光作为G光来分离。

(9)一种摄像单元，其具备：上述(1)至(8)中的任一个色分解光学系统；第1可见光图像传感器，对通过色分解光学系统分解的可见区域的第1颜色分量的光进行受光；第2可见光图像传感器，对通过色分解光学系统分解的可见区域的第2颜色分量的光进行受光；第3可见光图像传感器，对通过色分解光学系统分解的可见区域的第3颜色分量的光进行受光；及非可见光图像传感器，对通过色分解光学系统分解的非可见区域的光进行受光。

根据本方式，以具备图像传感器的摄像单元来构成色分解光学系统。在色分解光学系统中，具备：第1可见光图像传感器，对所分离的可见区域的第1颜色分量的光进行受光；第2可见光图像传感器，对可见区域的第2颜色分量的光进行受光；第3可见光图像传感器，对可见区域的第3颜色分量的光进行受光；及非可见光图像传感器，对非可见区域的光进行受光。

(10)一种摄像装置，其具备：框体；容纳于框体的上述(9)的摄像单元；及卡口，设置于框体，用于装卸自如地安装镜头。

根据本方式，摄像单元组装于能够更换镜头的摄像装置。镜头经由设置于框体的卡口能够装卸。

(11)上述(10)的摄像装置中，以空气换算长度计，法兰距为12.5mm以上且19mm以下。

根据本方式，以空气换算长度计，摄像装置的法兰距构成为12.5mm以上且19mm以下。法兰距是指从卡口面至图像传感器的受光面的距离。例如，采用C卡口及CS卡口的摄像装置与此相符。C卡口为内径24.4mm(1英寸)、节距0.794mm(32牙/1英寸)、法兰距17.526mm(空气换算长度)标准的卡口。CS卡口为将C卡口中的法兰距设为12.5mm(空气换算长度)的卡口。

发明效果

根据本发明，能够抑制产生彩色阴影。

附图说明

图1是表示摄像单元的结构的一例的图。

图2是放大了图1的A、B及C部分的图。

图3是表示从镜头入射于第3棱镜第2面的光的入射角的关系的图。

图4是表示将IR光反射两次后取出时的色分解光学系统的结构例的图。

图5是放大了图4的A、B及C部分的图。

图6是表示相机的结构的一例的图。

图7是表示相机的电结构的框图。

图8是表示相机微型机实现的主要功能的框图。

图9是表示电子内窥镜的一例的图。

图10是表示重叠显示RGB图像及IR图像时的显示处理装置的概略结构的框图。

图11是表示显示RGB图像、IR图像及合成图像的一例的图。

图12是表示第3棱镜的折射率n1、由该折射率n1求出的布儒斯特角γ及第3棱镜第2面需满足的入射角的条件之间的关系的表格。

具体实施方式

以下，按照附图对用于实施本发明的优选方式进行详细说明。

◆◆色分解光学系统及摄像单元◆◆

[色分解光学系统及摄像单元的结构]

图1是表示摄像单元的结构的一例的图。

摄像单元1构成为具备：色分解光学系统10，将入射光束分解为四个颜色分量的光；及四个图像传感器30R、30G、30B、30IR，将通过该色分解光学系统10分解的四个颜色分量的光分别单独受光。

《色分解光学系统》

本实施方式的色分解光学系统10将入射光束分解为R光(红色光)、G光(绿色光)、B光(蓝色光)及IR光(红外光)。R光、G光及B光为可见区域的三个颜色分量的光的一例。并且，IR光为非可见区域的颜色分量的光的一例。

如图1所示，色分解光学系统10组合第1棱镜12、第2棱镜14、第3棱镜16及第4棱镜18这四个棱镜而构成。四个棱镜沿光轴Lz从光的入射侧以第1棱镜12、第2棱镜14、第3棱镜16、第4棱镜18的顺序配置。在本实施方式的色分解光学系统10中，通过第1棱镜12取出B光Lb，通过第2棱镜14取出R光Lr，通过第3棱镜16取出IR光Lir，通过第4棱镜18取出G光Lg。

<第1棱镜>

第1棱镜12为取出B光Lb的棱镜。第1棱镜12具有第1棱镜第1面12a、第1棱镜第2面12b及第1棱镜第3面12c。

第1棱镜第1面12a作为第1入射面及第1可见光反射面而发挥功能。第1棱镜第1面12a配置于光轴Lz上，且相对于光轴Lz正交配置。通过了镜头2的光首先入射于该第1棱镜第1面12a。

第1棱镜第2面12b作为第1可见光分离面而发挥功能。第1棱镜第2面12b配置于光轴Lz上，且相对于光轴Lz倾斜配置。

图2(A)是在图1中放大了由虚线表示的圆A部分的图。如该图所示，第1棱镜第2面12b以通过光轴Lz的光以入射角α1入射的方式相对于光轴Lz倾斜配置。

在第1棱镜第2面12b设置有未图示的B光反射分色膜。B光反射分色膜仅选择性地反射可见区域的第1颜色分量的光即B光Lb，而透射其他颜色分量的光。通过B光反射分色膜仅选择性地反射B光Lb，由此从入射光分离B光Lb。

通过第1棱镜第2面12b分离的B光Lb朝向第1棱镜第1面12a反射。如上所述，第1棱镜第1面12a也作为第1可见光反射面而发挥功能。通过第1棱镜第2面12b分离的B光Lb以规定的入射角入射于第1棱镜第1面12a。该入射角为由第1棱镜第1面12a全反射的角度。第1棱镜第1面12a将通过第1棱镜第2面12b分离的B光Lb朝向第1棱镜第3面12c的方向全反射。

第1棱镜第3面12c作为第1射出面而发挥功能。通过第1棱镜第1面12a全反射的B光Lb从该第1棱镜第3面12c射出。

在第1棱镜第3面12c设置有B光补偿滤波器20B。B光补偿滤波器20B从B光截止多余颜色分量的光，从而提高B光的颜色再现性。

<第2棱镜>

第2棱镜14为取出R光Lr的棱镜。第2棱镜14具有第2棱镜第1面14a、第2棱镜第2面14b及第2棱镜第3面14c。

第2棱镜第1面14a作为第2入射面及第2可见光反射面而发挥功能。第2棱镜第1面14a配置于光轴Lz上，且相对于光轴Lz倾斜配置。其倾斜角度设定为与相对于光轴Lz的第1棱镜第2面12b的倾斜角度相同的角度。即，第2棱镜第1面14a与第1棱镜第2面12b平行配置。

第2棱镜第1面14a也作为与第1棱镜12的接合面而发挥功能。第2棱镜第1面14a例如经由框状间隔物22与第1棱镜第2面12b接合。由此，第1棱镜第2面12b与第2棱镜第1面14a经由气隙24接合。透射了第1棱镜第2面12b的光经由气隙24入射于第2棱镜第1面14a。

第2棱镜第2面14b作为第2可见光分离面而发挥功能。第2棱镜第2面14b配置于光轴Lz上，且相对于光轴Lz倾斜配置。

图2(B)是在图1中放大了由虚线表示的圆B的部分的图。如该图所示，第2棱镜第2面14b以通过光轴Lz的光以入射角α2入射的方式相对于光轴Lz倾斜配置。

在第2棱镜第2面14b设置有未图示的R光反射分色膜。R光反射分色膜仅选择性地反射可见区域的第2颜色分量的光即R光Lr，而透射其他颜色分量的光。通过R光反射分色膜仅选择性地反射R光Lr，由此从入射光分离R光Lr。

通过第2棱镜第2面14b分离的R光Lr朝向第2棱镜第1面14a反射。如上所述，第2棱镜第1面14a也作为第2可见光反射面而发挥功能。通过第2棱镜第2面14b分离的R光Lr以规定的入射角入射于第2棱镜第1面14a。该入射角为通过第2棱镜第1面14a全反射的角度。第2棱镜第1面14a将通过第2棱镜第2面14b分离的R光Lr朝向第2棱镜第3面14c的方向全反射。

第2棱镜第3面14c作为第2射出面而发挥功能。通过第2棱镜第1面14a全反射的R光Lr从该第2棱镜第3面14c射出。

在第2棱镜第3面14c设置有R光补偿滤波器20R。R光补偿滤波器20R从R光截止多余颜色分量的光，从而提高R光的颜色再现性。

<第3棱镜>

第3棱镜16为取出IR光Lir的棱镜。第3棱镜16具有第3棱镜第1面16a、第3棱镜第2面16b及第3棱镜第3面16c。

第3棱镜第1面16a作为第3入射面而发挥功能。第3棱镜第1面16a配置于光轴Lz上，且相对于光轴Lz倾斜配置。其倾斜角度设定为与相对于光轴Lz的第2棱镜第2面14b的倾斜角度相同的角度。即，第3棱镜第1面16a与第2棱镜第2面14b平行配置。

第3棱镜第1面16a也作为与第2棱镜14的接合面而发挥功能。第3棱镜第1面16a经由未图示的粘合剂层与第2棱镜第2面14b接合。由此，第2棱镜14及第3棱镜16成为一体。透射了第2棱镜第2面14b的光入射于第3棱镜第1面16a。

第3棱镜第2面16b作为非可见光分离面而发挥功能。第3棱镜第2面16b配置于光轴Lz上，且相对于光轴Lz倾斜配置。

图2(C)是在图1中放大了由虚线表示的圆C部分的图。如该图所示，第3棱镜第2面16b以通过光轴Lz的光以入射角α3入射方式相对于光轴Lz倾斜配置。该入射角α3为大于向第1棱镜第2面12b的入射角α1及向第2棱镜第2面14b的入射角α2的值(α1＜α3且α2＜α3)。即，在本实施方式的色分解光学系统10中，以有三个分离面(第1棱镜第2面12b、第2棱镜第2面14b及第3棱镜第2面16b)中向第3棱镜第2面16b的入射角α3成为最大的方式构成。由此，能够抑制在彩色图像中产生彩色阴影。关于这一点，将在后面详细叙述。

在第3棱镜第2面16b设置有未图示的IR光反射分色膜。IR光反射分色膜仅选择性地反射非可见区域的光即IR光Lir，而透射其他颜色分量的光。通过IR光反射分色膜仅选择性地反射IR光Lir，由此从入射光分离IR光Lir。通过第3棱镜第2面16b分离的IR光Lir朝向第3棱镜第3面16c的方向反射。

第3棱镜第3面16c作为第3射出面而发挥功能。通过第3棱镜第2面16b分离的IR光Lir直接从第3棱镜第3面16c射出。

在第3棱镜第3面16c设置有IR光补偿滤波器20IR。IR光补偿滤波器20IR从IR光截止多余颜色分量的光，从而能够获取S/N比高的IR光。

<第4棱镜>

第4棱镜18为取出G光Lg的棱镜。第4棱镜18具有第4棱镜第1面18a及第4棱镜第2面18b。

第4棱镜第1面18a作为第4入射面而发挥功能。第4棱镜第1面18a配置于光轴Lz上，且相对于光轴Lz倾斜配置。其倾斜角度设定为与相对于光轴Lz的第3棱镜第2面16b的倾斜角度相同的角度。即，第4棱镜第1面18a与第3棱镜第2面16b平行配置。

第4棱镜第1面18a也作为与第3棱镜16的接合面而发挥功能。第4棱镜第1面18a经由未图示的粘合剂层与第3棱镜第2面16b接合。由此，第3棱镜16及第4棱镜18成为一体。透射了第3棱镜第2面16b的光入射于第4棱镜第1面18a。

第4棱镜第2面18b作为第4射出面而发挥功能。第4棱镜第2面18b配置于光轴Lz上，且相对于光轴Lz正交配置。入射于第4棱镜第1面18a的光直接从第4棱镜第3面18c射出。在此，入射于第4棱镜第1面18a的光为B光、R光及IR光分离的光。该B光、R光及IR光分离的光作为可见区域的第3颜色分量的光即G光而从第4棱镜第2面18b射出。

在第4棱镜第2面18b设置有G光补偿滤波器20G。G光补偿滤波器20G从G光截止多余颜色分量的光，从而提高G光的颜色再现性。

《图像传感器》

四个图像传感器由对B光Lb进行受光的B光图像传感器30B、对R光Lr进行受光的R光图像传感器30R、对G光Lg进行受光的G光图像传感器30G及对IR光Lir进行受光的IR光图像传感器30IR构成。各图像传感器例如由CCD(Charged Coupled Device/电荷耦合器件)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor/互补金属氧化物半导体)等区域图像传感器构成。

<B光图像传感器>

B光图像传感器30B为第1可见光图像传感器的一例。B光图像传感器30B对通过色分解光学系统10分解的可见区域的第1颜色分量的光即B光Lb进行受光，并转换为电信号后输出。B光图像传感器30B经由未图示的托架安装于第1棱镜12的第1棱镜第3面12c或B光补偿滤波器20B上。关于B光图像传感器30B，其受光面配置于从第1棱镜第3面12c射出的B光Lb的光轴上，且相对于该光轴正交配置。

<R光图像传感器>

R光图像传感器30R为第2可见光图像传感器的一例。R光图像传感器30R对通过色分解光学系统10分解的可见区域的第2颜色分量的光即R光Lr进行受光，并转换为电信号后输出。R光图像传感器30R经由未图示的托架安装于第2棱镜14的第2棱镜第3面14c或R光补偿滤波器20R上。关于R光图像传感器30R，其受光面配置于从第2棱镜第3面14c射出的R光Lr的光轴上，且相对于该光轴正交配置。

<G光图像传感器>

G光图像传感器30G为第3可见光图像传感器的一例。G光图像传感器30G对通过色分解光学系统10分解的可见区域的第3颜色分量的光即G光Lg进行受光，并转换为电信号后输出。G光图像传感器30G经由未图示的托架安装于第4棱镜18的第4棱镜第2面18b或G光补偿滤波器20G上。关于G光图像传感器30G，其受光面配置于从第4棱镜第2面18b射出的G光Lg的光轴上，且相对于该光轴正交配置。

<IR光图像传感器>

IR光图像传感器30IR为非可见光图像传感器的一例。IR光图像传感器30IR对通过色分解光学系统10分解的非可见区域的光即IR光Lir进行受光，并转换为电信号后输出。IR光图像传感器30IR经由未图示的托架安装于第3棱镜16的第3棱镜第3面16c或IR光补偿滤波器20IR上。关于IR光图像传感器30IR，其受光面配置于从第3棱镜第3面16c射出的IR光Lir的光轴上，且相对于该光轴正交配置。

[色分解光学系统及摄像单元的作用]

《色分解》

本实施方式的摄像单元1将通过了镜头2的光由色分解光学系统10分解为四个颜色分量的光(R光、G光、B光及IR光)，并各光由四个图像传感器(R光图像传感器30R、G光图像传感器30G、B光图像传感器30B及IR光图像传感器30IR)单独受光。

通过了镜头2的光首先入射于第1棱镜第1面12a。入射于第1棱镜第1面12a的光在第1棱镜第2面12b中仅选择性地反射B光Lb。由此，从入射于第1棱镜12的光分离B光Lb。

所分离的B光Lb朝向第1棱镜第1面12a反射，并入射于第1棱镜第1面12a。入射于第1棱镜第1面12a的B光Lb通过第1棱镜第1面12a全反射，并从第1棱镜第3面12c射出。从第1棱镜第3面12c射出的B光Lb经由B光补偿滤波器20B入射于B光图像传感器30B的受光面。

除了B光Lb以外的颜色分量的光透射第1棱镜第2面12b，并经由气隙24入射于第2棱镜第1面14a。入射于第2棱镜第1面14a的光在第2棱镜第2面14b中仅选择性地反射R光Lr。由此，从入射于第2棱镜14的光分离R光Lr。

所分离的R光Lr朝向第2棱镜第1面14a反射，并入射于第2棱镜第1面14a。入射于第2棱镜第1面14a的R光Lr通过第2棱镜第1面14a全反射，并从第2棱镜第3面14c射出。从第2棱镜第3面14c射出的R光Lr经由R光补偿滤波器20R入射于R光图像传感器30R的受光面。

除了R光Lr以外的颜色分量的光透射第2棱镜第2面14b，并入射于第3棱镜第1面16a。入射于第3棱镜第1面16a的光在第3棱镜第2面16b中仅选择性地反射IR光Lir。由此，从入射于第3棱镜16的光分离IR光Lir。

所分离的IR光Lir朝向第3棱镜第3面16c反射，并从第3棱镜第3面16c射出。从第3棱镜第3面16c射出的IR光Lir经由IR光补偿滤波器20IR入射于IR光图像传感器30IR的受光面。

除了IR光Lir以外的颜色分量的光透射第3棱镜第2面16b，并入射于第4棱镜第1面18a。入射于第4棱镜第1面18a的光作为G光Lg而直接从第4棱镜第2面18b射出。从第4棱镜第2面18b射出的G光Lg经由G光补偿滤波器20G入射于G光图像传感器30G的受光面。

《图像的生成》

如上所述，根据本实施方式的摄像单元1，能够将通过了镜头2的光由色分解光学系统10分解为四个颜色分量的光(R光、G光、B光及IR光)，并将各光由四个图像传感器(R光图像传感器30R、G光图像传感器30G、B光图像传感器30B及IR光图像传感器30IR)单独受光。

通过对从R光图像传感器30R、G光图像传感器30G及B光图像传感器30B输出的信号进行处理，能够生成彩色图像即RGB图像。并且，通过对从IR光图像传感器30IR输出的信号进行处理，能够生成IR图像。

另外，IR光Lir仅反射一次后射出，因此成像于IR光图像传感器30IR的受光面的像相对于RGB图像成为镜像(翻转像)。因此，关于IR图像，需要实施所需的翻转处理。另一方面，通过设为将IR光Lir仅反射一次后取出的结构，能够将色分解光学系统10紧凑化。

但是，如上所述，在本实施方式的摄像单元1中，以在有三个分离面(第1棱镜第2面12b、第2棱镜第2面14b及第3棱镜第2面16b)中的第3棱镜第2面16b上通过光轴Lz的光的入射角成为最大的方式构成(α1＜α3且α2＜α3)。第3棱镜第2面16b为分离IR光Lir的面。如此，通过以在分离IR光Lir的面上通过光轴Lz的光的入射角成为最大的方式构成，能够有效地抑制在RGB图像中产生彩色阴影。

彩色阴影由向色分离面的入射角的大小引起而产生，其大小越大，产生量也越变大。通过将通过光轴Lz的光的入射角成为最大的面设为IR光Lir的分离面(第3棱镜第2面16b)，能够抑制向分离可见区域的颜色分量的光的面(第1棱镜第2面12b及第2棱镜第2面14b)的入射角变大。由此，能够抑制在彩色图像即RGB图像中产生彩色阴影，从而能够生成高质量的彩色图像。

[IR光的分离面(第3棱镜第2面)的优选设定]

关于IR光Lir的分离面即第3棱镜第2面16b，优选设定为避免入射角成为布儒斯特角。

在此，布儒斯特角(偏振角)是指，在折射率不同的物质的界面上，p偏振光的反射率成为0的入射角。布儒斯特角γ由两个物质的折射率求出，由式γ＝Arctan(n2/n1)求出。另外，n1为入射侧的折射率，n2为透射侧的折射率。例如，当第3棱镜16的折射率(入射侧的折射率n1)为1.8，接合第3棱镜16与第4棱镜18的粘合剂的折射率(透射侧的折射率n2)为1.52时，第3棱镜第2面16b上的布儒斯特角为约40.18度。当入射角为布儒斯特角时，透射光(折射光)与反射光所成的角度成为90度。

若光以布儒斯特角入射于第3棱镜第2面16b，则所分离的IR光Lir的光量减少成与p偏振光分量相当的量。因此，优选避免入射于第3棱镜第2面16b的光的入射角成为布儒斯特角。由此，能够防止在画面内产生光量差，从而能够拍摄高质量的IR图像。

若要避免入射于第3棱镜第2面16b的光的入射角成为布儒斯特角，则例如，以从镜头入射了最大孔径的光束时几乎所有的光以大于布儒斯特角的入射角入射的方式设定第3棱镜第2面16b即可。

图3是表示从镜头入射于第3棱镜第2面的光的入射角的关系的图。该图示出了最大孔径的光束入射时的例子。

如图3所示，当第3棱镜第2面16b朝下倾斜时，以最大的入射角入射的光为通过镜头2的下端而入射于第3棱镜第2面16b的光。以该光的入射角αx成为大于布儒斯特角的角度的方式设定第3棱镜第2面16b。由此，能够将从镜头2射出的光均以大于布儒斯特角的入射角来入射于第3棱镜第2面16b。

该条件也能够以如下方式规定。当将从镜头2入射了最大孔径的光束时的光线相对于光轴Lz的最大角度(估计角)设为β，将第3棱镜第2面16b上的布儒斯特角设为γ，将通过光轴Lz入射于第3棱镜第2面16b的光的入射角设为α3时，以满足α3＞β+γ条件的方式设定第3棱镜第2面16b的斜率。由此，能够将来自镜头2的光均以大于布儒斯特角的入射角来入射于第3棱镜第2面16b。并且，由此，能够防止拍摄IR图像时在画面内产生光量差，从而能够拍摄高质量的IR图像。

但是，若要拍摄高质量的IR图像，则优选以满足上述条件的方式设定第3棱镜第2面16b的斜率。

但是，当因如此设定而如摄像单元1大型化时，优选在一定条件下允许产生光量差来设定第3棱镜第2面16b的斜率。即，优选以不致较大破坏图像质量的程度内允许产生光量差来设定第3棱镜第2面16b的斜率。

作为这种条件，例如，当从镜头2入射了F值为2.0的光束时，以几乎所有的光以大于布儒斯特角的入射角入射的方式设定第3棱镜第2面16b的斜率。由此，例如，即使在F值小于2.0光束入射的情况下，也能够将以布儒斯特角入射的光抑制为微小的量，从而能够将所产生的光量差抑制为实用上没有问题的程度。

在此，F值以镜头的焦距除以镜头的有效口径的值来定义。有效口径是指，当假定了位于镜头的光轴上无限远的位置的点光源时，从该点光源向镜头入射的平行光线的光束的直径。若将F值设为Fn，将焦距设为f，将有效口径设为Φ，则成为Fn＝f/Φ。

F值与像侧NA(Numerical Aperture/孔径数)之间存在Fn＝1/(2NA)的关系。像侧NA使用从光轴上的像点窥视了射出光瞳的半角θ来定义为NA＝Nsinθ。在此，N为像点周围的介质的折射率，当为空气时为1。因此，F值Fn存在Fn＝1/(2Nsinθ)的关系。

作为一例，考虑第3棱镜第2面16b上的布儒斯特角γ为约40.18度的情况。该条件是第3棱镜16的折射率n1(入射侧的折射率)为1.8且接合第3棱镜16与第4棱镜18的粘合剂层的折射率n2(透射侧的折射率)为1.52的情况。

若将从镜头2入射了F值为2.0的光束时的光线相对于光轴Lz的最大角度(估计角)β设为7.98度，则第3棱镜第2面16b以通过光轴Lz而入射于第3棱镜第2面16b的光的入射角α3成为大于48.16度(β+γ＝7.98+40.18)的方式设定其斜率即可。

另外，入射角为入射光线在入射点上与介质边界面的法线所成的角度，因此第3棱镜第2面16b以其法线相对于光轴Lz成为大于48.16度的方式设定其斜率即可。

[色分解光学系统的变形例]

《将IR光反射两次后取出的方式》

<结构>

在上述实施方式中，设为将IR光反射一次后取出的结构，但与B光及R光相同地，也能够设为反射两次后取出的结构。由此，不是以镜像来取出IR图像。

图4是表示将IR光反射两次后取出时的色分解光学系统的结构例的图。

本例的色分解光学系统10A在第3棱镜16与第2棱镜14经由气隙28接合的点上与上述实施方式的色分解光学系统10不同。以下，对该不同点进行说明。

如图4所示，取出IR光Lir的棱镜即第3棱镜16其第3棱镜第1面16a作为与第2棱镜14的接合面而发挥功能。第3棱镜第1面16a例如经由框状间隔物26与第2棱镜第2面14b接合。由此，第3棱镜16与第2棱镜14经由气隙28接合。

通过第3棱镜16与第2棱镜14经由气隙28接合，第3棱镜第1面16a作为全反射面而发挥功能。第3棱镜第1面16a以通过第3棱镜第2面16b反射的IR光Lir朝向第3棱镜第3面16c的方向全反射的方式设定。

<作用>

通过了镜头2的光首先入射于第1棱镜第1面12a。入射于第1棱镜第1面12a的光在第1棱镜第2面12b中仅选择性地反射B光Lb。由此，从入射于第1棱镜12的光分离B光Lb。

所分离的B光Lb朝向第1棱镜第1面12a反射，并入射于第1棱镜第1面12a。入射于第1棱镜第1面12a的B光Lb通过第1棱镜第1面12a全反射，并从第1棱镜第3面12c射出。从第1棱镜第3面12c射出的B光Lb经由B光补偿滤波器20B入射于B光图像传感器30B的受光面。

除了B光Lb以外的颜色分量的光透射第1棱镜第2面12b，并经由气隙24入射于第2棱镜第1面14a。入射于第2棱镜第1面14a的光在第2棱镜第2面14b中仅选择性地反射R光Lr。由此，从入射于第2棱镜14的光分离R光Lr。

所分离的R光Lr朝向第2棱镜第1面14a反射，并入射于第2棱镜第1面14a。入射于第2棱镜第1面14a的R光Lr通过第2棱镜第1面14a全反射，并从第2棱镜第3面14c射出。从第2棱镜第3面14c射出的R光Lr经由R光补偿滤波器20R入射于R光图像传感器30R的受光面。

除了R光Lr以外的颜色分量的光透射第2棱镜第2面14b，并经由气隙28入射于第3棱镜第1面16a。入射于第3棱镜第1面16a的光在第3棱镜第2面16b中仅选择性地反射IR光Lir。由此，从入射于第3棱镜16的光分离IR光Lir。

所分离的IR光Lir朝向第3棱镜第1面16a反射，并入射于第3棱镜第1面16a。入射于第3棱镜第1面16a的IR光Lir由第3棱镜第1面16a全反射，并从第3棱镜第3面16c射出。从第3棱镜第3面16c射出的IR光Lir经由IR光补偿滤波器20IR入射于IR光图像传感器30IR的受光面。

除了IR光Lir以外的颜色分量的光透射第3棱镜第2面16b，并入射于第4棱镜第1面18a。入射于第4棱镜第1面18a的光作为G光Lg而直接从第4棱镜第2面18b射出。从第4棱镜第2面18b射出的G光Lg经由G光补偿滤波器20G入射于G光图像传感器30G的受光面。

如此，对于IR光Lir，也与B光及R光相同地，反射两次后取出，由此可以不是以镜像来取出IR图像。由此，能够简化之后的图像处理。

图5是在图4中放大了由虚线表示的圆A、B及C的部分的图。另外，图5(A)是放大了圆A部分的图，图5(B)是放大了圆B部分的图，图5(C)是放大了圆C部分的图。

在本例的情况下，也以有三个分离面(第1棱镜第2面12b、第2棱镜第2面14b及第3棱镜第2面16b)中通过光轴Lz的光的入射角成为最大的面成为第3棱镜第2面16b的方式构成。由此，能够抑制在彩色图像中产生彩色阴影。

《其他色分解光学系统的变形例》

<分离的顺序>

在上述实施方式中，当从入射光束分离R光、G光、B光及IR光这四个颜色分量的光时，以B光、R光、IR光、G光的顺序分离，但分离各颜色分量的光的顺序并不限定于此。例如，也能够设为以IR光、B光、R光、G光的顺序分离的结构。

<分离的光(波道)>

在上述实施方式中，设为作为可见区域的三个颜色分量的光而从入射光束分离R光、G光及B光的结构，但作为可见区域的三个颜色分量的光而分离的光并不限定于此。能够根据用途等适当设定。

并且，在上述实施方式中，设为作为非可见区域的颜色分量的光而分离IR光的结构，但作为非可见区域的颜色分量的光而分离的光并不限定于此。能够根据用途等适当设定。例如，也能够设为分离紫外光的结构。

<无缝时的结构>

关于色分解光学系统，也能够由所谓的无缝棱镜构成。无缝棱镜是指不具备气隙的结构的棱镜。在由无缝棱镜构成的色分解光学系统中，在除了第1棱镜以外的所有的棱镜中，光仅反射一次后被取出。

在由无缝棱镜构成的情况下，也以有三个分离面(第1可见光分离面、第2可见光分离面及非可见光分离面)中通过光轴的光的入射角成为最大的面成为非可见光分离面的方式构成。由此，能够抑制在彩色图像中产生彩色阴影。

<补偿滤波器>

在上述实施方式中，在各棱镜的射出面设置有补偿滤波器，但也能够设为不设置补偿滤波器的结构。并且，也能够仅对特定的射出面设置补偿滤波器。

◆◆相机◆◆

[相机的结构]

图6是表示相机的结构的一例的图。

相机100为摄像装置的一例。本实施方式的相机100作为能够更换镜头的相机而构成。并且，本实施方式的相机100通过使用上述摄像单元1，以能够拍摄RGB图像及IR图像的相机而构成。

相机100具备箱状框体110，在其框体110的内部容纳有摄像单元1。摄像单元1经由未图示的托架配置于框体110内部的规定位置。

框体110在其正面部分设置有相机侧卡口112。相机侧卡口112由C卡口构成。C卡口为内径24.4mm(1英寸)、节距0.794mm(32牙/1英寸)、法兰距17.526mm(空气换算长度)标准的卡口。法兰距FB是指从卡口的卡口面至图像传感器的受光面的距离。

摄像单元1设置成满足C卡口标准。因此，以能够满足C卡口中的法兰距条件的尺寸构成。在各图像传感器30R、30B、30G、30IR中，使用图像尺寸为1型(对角16mm)以下的图像传感器。在本实施方式中，使用图像尺寸为1/3型(对角6mm)的图像传感器。因此，色分解光学系统10由使用1/3型图像传感器时能够满足C卡口中的法兰距条件的尺寸构成。

成像镜头200由C卡口标准的镜头构成。成像镜头200在其镜筒210的基端部设置有C卡口标准的镜头侧卡口212。

[相机的电结构]

图7是表示相机的电结构的框图。

如图7所示，相机100具备R光图像传感器驱动器120R、G光图像传感器驱动器120G、B光图像传感器驱动器120B、IR光图像传感器驱动器120IR、R光模拟信号处理部122R、G光模拟信号处理部122G、B光模拟信号处理部122B、IR光模拟信号处理部122IR及相机微型机124等。

《图像传感器驱动器》

R光图像传感器驱动器120R根据来自相机微型机124的指令，驱动R光图像传感器30R。

G光图像传感器驱动器120G根据来自相机微型机124指令，驱动G光图像传感器30G。

B光图像传感器驱动器120B根据来自相机微型机124指令，驱动B光图像传感器30B。

IR光图像传感器驱动器120IR根据来自相机微型机124指令，驱动IR光图像传感器30IR。

《模拟信号处理部》

R光模拟信号处理部122R读取使R光图像传感器30R输出的每个像素的R光的模拟图像信号，实施规定的信号处理(例如，相关双采样处理、增益调整等)，并将处理后的信号转换为数字信号并输出。从R光模拟信号处理部122R输出的R光Lr的数字图像信号被相机微型机124读取。

G光模拟信号处理部122G读取使G光图像传感器30G输出的每个像素的G光的模拟图像信号，实施规定的信号处理，并将处理后的信号转换为数字信号并输出。从G光模拟信号处理部122G输出的G光Lg的数字图像信号被相机微型机124读取。

B光模拟信号处理部122B读取使B光图像传感器30B输出的每个像素的B光的模拟图像信号，实施规定的信号处理，并将处理后的信号转换为数字信号并输出。从B光模拟信号处理部122B输出的B光Lb的数字图像信号被相机微型机124读取。

IR光模拟信号处理部122IR读取使IR光图像传感器30IR输出的每个像素的IR光的模拟图像信号，实施规定的信号处理，并将处理后的信号转换为数字信号并输出。从IR光模拟信号处理部122IR输出的IR光Lir的数字图像信号被相机微型机124读取。

《相机微型机》

相机微型机124由具备CPU(Central Processing Unit/中央处理装置)、RAM(Random Access Memory/随机存取存储器)及ROM(Read Only Memory/只读存储器)的微型计算机构成。相机微型机124通过执行规定的程序，实现各种功能。程序存储于ROM。

图8是相机微型机实现的主要功能的框图。

如图8所示，相机微型机124通过执行规定的程序，作为图像传感器驱动控制部124a、RGB图像信号处理部124b、IR图像信号处理部124c、RGB图像信号输出部124d及IR图像信号输出部124e等而发挥功能。

<图像传感器驱动控制部>

图像传感器驱动控制部124a经由R光图像传感器驱动器120R、G光图像传感器驱动器120G、B光图像传感器驱动器120B及IR光图像传感器驱动器120IR控制R光图像传感器30R、G光图像传感器30G、B光图像传感器30B及IR光图像传感器30IR的驱动。

<RGB图像信号处理部>

RGB图像信号处理部124b读取从R光模拟信号处理部122R、G光模拟信号处理部122G及B光模拟信号处理部122B输出的R光的图像信号、B光的图像信号及G光的图像信号，并实施规定的信号处理而生成彩色图像即RGB图像。

<IR图像信号处理部>

IR图像信号处理部124c读取从IR光模拟信号处理部122IR输出的IR光的图像信号，并实施规定的信号处理而生成IR图像。

另外，关于IR图像，若直接输出，则相对于RGB图像成为镜像，因此实施所需的翻转处理后输出。

<RGB图像信号输出部>

RGB图像信号输出部124d将由RGB图像信号处理部124b生成的RGB图像从RGB图像信号输出端子126输出。

<IR图像信号输出部>

IR图像信号输出部124e将由IR图像信号处理部124c生成的IR图像从IR图像信号输出端子128输出。

[相机的作用]

通过了成像镜头200的光通过色分解光学系统10分解为R光、G光、B光及IR光。所分解的R光、G光、B光及IR光分别由R光图像传感器30R、G光图像传感器30G、B光图像传感器30B及IR光图像传感器30IR单独受光。

R光图像传感器30R、G光图像传感器30G、B光图像传感器30B及IR光图像传感器30IR将分别受光的R光、G光、B光及IR光转换为电信号并输出。

《RGB图像的输出》

从R光图像传感器30R、G光图像传感器30G及B光图像传感器30B输出的电信号分别被R光模拟信号处理部122R、G光模拟信号处理部122G及B光模拟信号处理部122B读取。R光模拟信号处理部122R、G光模拟信号处理部122G及B光模拟信号处理部122B对所读取的R光、G光及B光实施规定的信号处理并输出至相机微型机124。

相机微型机124对从R光模拟信号处理部122R、G光模拟信号处理部122G及B光模拟信号处理部122B读取的R光的图像信号、B光的图像信号及G光的图像信号实施规定的信号处理，生成彩色图像即RGB图像，并从RGB图像信号输出端子126输出。

在RGB图像信号输出端子126中例如连接有RGB图像用显示器。所拍摄的RGB图像显示于该RGB图像用显示器。

《IR图像的输出》

从IR光图像传感器30IR输出的电信号被IR光模拟信号处理部122IR读取。IR光模拟信号处理部122IR对所读取的IR光实施规定的信号处理并输出至相机微型机124。

相机微型机124对从IR光模拟信号处理部122IR读取的IR光的图像信号实施规定的信号处理，生成IR图像并从IR图像信号输出端子128输出。

在IR图像信号输出端子128中例如连接有1R图像用显示器。所拍摄的IR图像显示于该IR图像用显示器。

另外，也能够设为将IR图像及RGB图像输出至通用的显示器，并根据来自用户的命令切换所显示的图像的方式。并且，也能够将两者并列显示于同一画面。而且，也能够将两者重合显示。关于这一点，将在后面叙述。

[摄像装置的变形例]

《对镜头一体式相机的适用》

在上述实施方式中，以将本发明适用于镜头可换式相机的情况为例子进行了说明，但本发明的适用并不限定于此。在成像镜头一体组装于框体的相机中同样也能够适用本发明。

并且，在通过另一单元实施相机的控制、信号处理等的结构的摄像装置中也能够适用本发明。例如，在将色分解光学系统及图像传感器等组装于摄像头并通过相机控制单元实施其控制及信号处理等的结构的摄像装置也能够适用本发明。

《卡口的结构》

在上述实施方式中，作为用于安装成像镜头的卡口，采用C卡口，但卡口的结构并不限定于此。此外，例如，也能够采用CS卡口等。CS卡口为将C卡口中的法兰距设为12.5mm(空气换算长度)的卡口。

另外，如上述实施方式的摄像单元1，通过设为将IR光仅反射一次后取出的结构，能够实现摄像单元的紧凑化。因此，上述实施方式的摄像单元1在要求摄像单元的紧凑化的摄像装置中尤其有效地发挥作用。要求紧凑化的摄像装置是指，如采用C卡口、CS卡口的摄像装置，以空气换算长度计法兰距为12.5mm以上且19mm以下的摄像装置。

《摄像装置的其他实施方式》

摄像装置例如也能够作为电子内窥镜来构成。

图9是表示电子内窥镜的一例的图。

图9所示的电子内窥镜300为所谓的硬性内窥镜，且作为能够拍摄RGB图像及IR图像的电子内窥镜而构成。电子内窥镜300主要具备观测器310、卡口适配器320及相机主体330而构成。

观测器310为向体腔内的插入部。观测器310在前端设置有观察窗。并且，观测器310在内部设置有多个透镜组。观测器310通过设置于内部的多个透镜组对从观察窗观察的被摄体的光学像进行成像。

卡口适配器320为用于将观测器310安装于相机主体330的部件。卡口适配器320在一端设置有观测器安装部，在另一端设置有相机安装部。观测器安装部为观测器310的安装部，且装卸自如地安装观测器310。相机安装部为向相机主体330的安装部。相机安装部由与设置于相机主体330的卡口对应的卡口构成。

相机主体330具有使用者能够手持的框体330a，且在其框体330a的内部设置有摄像单元1。另外，相机主体330的电结构实质上与上述实施方式的相机100相同。

在框体330a中设置有卡口332，在该卡口332中装卸自如地安装卡口适配器320。卡口332例如由C卡口构成。

在使用了内窥镜的手术中，有时将荧光物质即ICG(Indocyanine Green/吲哚菁绿)注入于体内，对过度积累的肿瘤等部位照射近红外光以使患部发光，并拍摄包含患部的部位。ICG为若以近红外光(例如，峰值波长805nm、750～810nm)来激发，则以更长的波长的近红外光(例如，峰值波长835nm)来荧光发光的物质。

根据本例的电子内窥镜300，通过将ICG注入于体内，对过度积累的肿瘤等部位(患部)照射近红外光并拍摄患部，能够与患部的彩色图像(RGB图像)同时拍摄使患部荧光发光的图像(荧光图像)。

另外，在本例中，以作为光造影剂注入ICG的情况为例子进行了说明，但也可以注入除了ICG以外的光造影剂。在该情况下，根据用于激发光造影剂的激发光的波长，设定非可见光分离面的光谱特性。

并且，在本例中，使用了在红外光的波长区域中荧光发光的药物，但也可以使用在紫外光的波长区域中荧光发光的药物。在该情况下，以由非可见光分离面分离紫外光的方式设定其光谱特性。

《图像的输出方式的另一例》

根据上述实施方式的相机(摄像装置)，能够在同轴上同时拍摄RGB图像及IR图像。两个图像没有视差且高精度一致。因此，也能够将两者重合显示。

图10是表示重叠显示RGB图像及IR图像时的显示处理装置的概略结构的框图。

显示处理装置130具备图像合成处理部130a及图像显示控制部130b。显示处理装置130由计算机构成。即，计算机通过执行规定的程序而作为显示处理装置130发挥功能。

图像合成处理部130a从摄像装置获取RGB图像信号及IR图像信号，并生成重合两者的合成图像。合成处理例如以如下方式进行。首先，对所获取的RGB图像信号及IR图像信号的各像素的信号值乘以规定的系数。在此，设为对RGB图像信号的各像素的信号值乘以系数K1，对IR图像信号的各像素的信号值乘以系数K2。接着，对乘系数后的RGB图像信号的各像素的信号值加乘系数后的IR图像信号的各像素的信号值。加法在所对应的像素之间进行。由此，生成重合了RGB图像及IR图像的合成图像。

另外，对RGB图像信号及IR图像信号乘以系数是因为加法后的各像素的信号值不致饱和。因此，系数K1及系数K2设定为满足K1+K2＝1的关系的值。例如，设定为K1＝0.5，K2＝0.5。

图像显示控制部130b根据操作部132的操作，控制图像向显示装置134的显示。

图11是表示显示RGB图像、IR图像及合成图像的一例的图。该图示出了作为摄像装置的电子内窥镜的显示的一例。尤其示出了向体内注入ICG，对患部照射近红外光并拍摄了患部时拍摄的图像的显示例。在该情况下，拍摄患部的彩色图像(RGB图像)及患部的荧光图像(IR图像)。

图11(A)示出了患部的彩色图像(RGB图像)的一例。图11(B)示出了患部的荧光图像(IR图像)的一例。图11(C)示出了合成图像的一例。

图11(A)所示的患部的彩色图像(RGB图像)及图11(B)所示的患部的荧光图像(IR图像)为没有视差的图像。因此，图11(C)所示的合成图像成为在同轴上拍摄了相同部位的图像。通过显示合成图像，能够一眼掌握荧光图像(IR图像)中的发光部分存在于彩色图像(RGB图像)中的哪一边。

RGB图像、IR图像及合成图像的显示通过操作部132的操作来切换。图像显示控制部130b根据操作部132的操作而切换图像向显示装置134的显示。

另外，在图11所示的例子中，分别单独显示RGB图像、IR图像及合成图像，但也能够组合显示。例如，也能够在一个画面中同时显示三个图像。并且，也能够在一个画面中并列显示任意组合的两个图像。例如，也能够并列显示RGB图像及IR图像。

另外，在本例中，与摄像装置另行设置显示处理装置130，但也能够将显示处理装置130的功能组装于摄像装置。

并且，根据需要，在显示处理装置130中也可以具备对RGB图像及IR图像实施信号处理的功能。例如，也可以具备实施对RGB图像增强轮廓的处理、对IR图像着色为绿色等的处理及提取特定区域的处理等功能。

实施例

如上所述，布儒斯特角γ由入射侧物质的折射率n1及透射侧物质的折射率n2并通过式γ＝Arctan(n2/n1)求出。

在图1所示结构的色分解光学系统10中，求出了第3棱镜16的折射率n1(入射侧的折射率)与布儒斯特角γ之间的关系。并且，在各折射率的条件下，求出了入射了F2.0的光束及F4.0的光束时用于使入射光束避免成为布儒斯特角而入射的条件。用于使入射光束避免成为布儒斯特角而入射的条件作为向第3棱镜第2面16b的通过光轴Lz的光的入射角α3的条件来规定，如上所述，由α3＞β+γ求出。若将从镜头入射了F2.0的光束时的光线相对于光轴Lz的最大角度(估计角)设为βF2，则第3棱镜第2面16b以满足α3＞βF2+γ的方式设定。并且，若将从镜头入射了F4.0的光束时的光线相对于光轴Lz的最大角度(估计角)设为βF4，则第3棱镜第2面16b以满足α3＞βF4+γ的方式设定。

图12是表示第3棱镜的折射率n1、由该折射率n1求出的布儒斯特角γ及第3棱镜第2面需满足的入射角的条件之间的关系的表格。

关于第3棱镜16的折射率n1，设为n1＝1.65、1.7、1.8、1.9、2。这表示棱镜材料即光学玻璃作为例子来可获得的折射率的值，将最大值设为2.0。另外，关于粘合剂层的折射率n2(透射侧的物质的折射率)，一律设为1.52。

如图12的表格所示，第3棱镜的折射率n1越变大，布儒斯特角γ越变大。

并且，如该表所示，始终成为βF2+γ＞βF4+γ，因此关于F2.0的光束，只要避免布儒斯特角γ而设定第3棱镜第2面16b的入射角α3，则关于F4.0的光束，也能够避免布儒斯特角γ来入射。

另外，关于非可见光的分离面即第3棱镜第2面16b，其入射角α3大于可见光的分离面即第1棱镜第2面12b及第2棱镜第2面14b的入射角α1、α2设为条件(α3＞α1且α3＞α2)。因此，若考虑这一点且考虑紧凑化，则关于第3棱镜第2面16b的入射角α3，优选设定为47度以上。

符号说明

1-摄像单元，2-镜头，10-色分解光学系统，10A-色分解光学系统，12-第1棱镜，12a-第1棱镜第1面，12b-第1棱镜第2面，12c-第1棱镜第3面，14-第2棱镜，14a-第2棱镜第1面，14b-第2棱镜第2面，14c-第2棱镜第3面，16-第3棱镜，16a-第3棱镜第1面，16b-第3棱镜第2面，16c-第3棱镜第3面，18-第4棱镜，18a-第4棱镜第1面，18b-第4棱镜第2面，18c-第4棱镜第3面，20B-B光补偿滤波器，20G-G光补偿滤波器，20IR-IR光补偿滤波器，20R-R光补偿滤波器，22-间隔物，24-气隙，26-间隔物，28-气隙，30R-R光图像传感器，30G-G光图像传感器，30B-B光图像传感器，30IR-IR光图像传感器，100-相机，110-框体，112-相机侧卡口，120B-B光图像传感器驱动器，120G-G光图像传感器驱动器，120IR-IR光图像传感器驱动器，120R-R光图像传感器驱动器，122B-B光模拟信号处理部，122G-G光模拟信号处理部，122IR-IR光模拟信号处理部，122R-R光模拟信号处理部，124-相机微型机，124a-图像传感器驱动控制部，124b-RGB图像信号处理部，124c-IR图像信号处理部，124d-RGB图像信号输出部，124e-IR图像信号输出部，126-RGB图像信号输出端子，128-IR图像信号输出端子，130-显示处理装置，130a-图像合成处理部，130b-图像显示控制部，132-操作部，134-显示装置，200-成像镜头，210-镜筒，212-镜头侧卡口，300-电子内窥镜，310-观测器，320-卡口适配器，330-相机主体，330a-框体，332-卡口，FB-法兰距，Lr-R光，Lg-G光，Lb-B光，Lir-IR光，Lz-光轴，α1-向第1棱镜第2面的入射角，α2-向第2棱镜第2面的入射角，α3-向第3棱镜第2面的入射角，αx-向第3棱镜第2面的入射角。

Claims (8)

1.一种色分解光学系统，其特征在于，包括光学玻璃且将入射光束分解为可见区域的三个颜色分量的光及非可见区域的一个颜色分量的光，

所述色分解光学系统在光轴上具备：

第1可见光分离面，反射并分离可见区域的第1颜色分量的光；

第2可见光分离面，反射并分离可见区域的第2颜色分量的光；及

非可见光分离面，反射并分离非可见区域的光，

在所述第1可见光分离面、所述第2可见光分离面及所述非可见光分离面中，通过光轴的光的入射角成为最大的面为所述非可见光分离面，并且所述非可见光分离面被倾斜地配置为通过光轴的光以47度以上的入射角入射的角度，

所述第1可见光分离面、所述第2可见光分离面及所述非可见光分离面从入射侧以所述第1可见光分离面、所述第2可见光分离面及所述非可见光分离面的顺序配置，

射出通过所述非可见光分离面分离的非可见光区域的光的第3射出面与所述光轴为锐角的关系。

2.根据权利要求1所述的色分解光学系统，其中，还具备：

第1可见光反射面，将通过所述第1可见光分离面分离的可见区域的第1颜色分量的光向射出的方向反射；及

第2可见光反射面，将通过所述第2可见光分离面分离的可见区域的第2颜色分量的光向射出的方向反射。

3.根据权利要求1所述的色分解光学系统，其中，具备：

第1棱镜，具有来自镜头的光束入射的第1入射面、所述第1可见光分离面、及射出通过所述第1可见光分离面分离的可见区域的第1颜色分量的光的第1射出面；

第2棱镜，具有与所述第1可见光分离面接合且透射了所述第1可见光分离面的光束入射的第2入射面、所述第2可见光分离面、及射出通过所述第2可见光分离面分离的可见区域的第2颜色分量的光的第2射出面；

第3棱镜，具有与所述第2可见光分离面接合且透射了所述第2可见光分离面的光束入射的第3入射面、所述非可见光分离面、及所述第3射出面；及

第4棱镜，具有与所述非可见光分离面接合且透射了所述非可见光分离面的光束入射的第4入射面、及射出可见区域的第3颜色分量的光的第4射出面。

4.根据权利要求3所述的色分解光学系统，其中，

所述第1棱镜将通过所述第1可见光分离面分离的可见区域的第1颜色分量的光通过所述第1入射面全反射并从所述第1射出面射出，

关于所述第2棱镜，所述第2入射面经由气隙与所述第1可见光分离面接合，并且将通过所述第2可见光分离面分离的可见区域的第2颜色分量的光通过所述第2入射面全反射并从所述第2射出面射出。

5.根据权利要求1所述的色分解光学系统，其中，

所述非可见光分离面分离红外光。

6.一种摄像单元，其特征在于，具备：

权利要求1至5中任一项所述的色分解光学系统；

第1可见光图像传感器，对通过所述色分解光学系统分解的可见区域的第1颜色分量的光进行受光；

第2可见光图像传感器，对通过所述色分解光学系统分解的可见区域的第2颜色分量的光进行受光；

第3可见光图像传感器，对通过所述色分解光学系统分解的可见区域的第3颜色分量的光进行受光；及

非可见光图像传感器，对通过所述色分解光学系统分解的非可见区域的光进行受光。

7.一种摄像装置，其特征在于，具备：

框体；

权利要求6所述的摄像单元，容纳于所述框体；及

卡口，设置于所述框体，用于装卸自如地安装镜头。

8.根据权利要求7所述的摄像装置，其中，

以空气换算长度计，法兰距为12.5mm以上且19mm以下。

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