JP2005309072A

JP2005309072A - 可視光・赤外光撮影用アダプター

Info

Publication number: JP2005309072A
Application number: JP2004125560A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yoshikawa; 和雄吉川
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】既存の単一の撮影レンズ、可視光撮影用カメラ、赤外光撮影用カメラを使用して可視光と赤外光での撮影を同時に行えるようにすると共に撮影レンズとカメラとの間に装着される可視光・赤外光撮影用アダプターであって、撮影レンズを通過した被写体光を可視光領域と赤外光領域の被写体光に分割する色分解プリズムと共に、被写体光の結像位置までの光路長を長くするアダプターレンズを配置することによって撮影レンズとカメラとの間に不具合なく色分解プリズム等を配置できるようにした可視光・赤外光撮影用アダプターを提供する。
【解決手段】撮影レンズ１０と、可視光撮影用カメラ１４及び赤外光撮影用カメラ１６との間にアダプターレンズＡＬと色分解プリズムＰを備えた可視光・赤外光撮影用アダプター１８が装着される。
【選択図】図１

Description

本発明は可視光・赤外光撮影用アダプターに係り、特に既存のカメラと既存の撮影レンズを用いて可視光と赤外光による撮影を撮影条件を連動させて同時に行うことができる可視光・赤外光撮影用アダプターに関する。

夕刻や夜間等のように被写体が暗い場合でも被写体を明瞭に映すことができる赤外光による撮影と、カラー情報など被写体の映像情報を多く得ることができる可視光による撮影とを被写体距離（撮影距離）、画角などの撮影条件を連動させて同時に行うことができる撮影システムは、監視等の用途において好適である。

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、一方の被写体光により可視光での撮影を行い、他方の被写体光により赤外光での撮影を行うようにした撮像装置が提案されている。これによれば、可視光での撮影と赤外光での撮影とを同一撮影条件で行うことができる。
特開２００３−６９８６５号公報

ところで、特許文献１の撮像装置は可視光と赤外光での撮影を行うための特殊な装置であり、また、可視光のみでの撮影に比べると可視光と赤外光の両方での撮影は特殊であるため、ユーザの要望に対応して様々な性能のものを提供するのは困難である。

一方、通常の可視光撮影用のカメラや撮影レンズには市販されている既存のものでも様々なものが提供されており、それらのカメラや撮影レンズを使用して上述のように可視光と赤外光での撮影を撮影条件を連動させて同時に行えるようにすることは、特に可視光での撮影を３板式カメラ等のように既存の高画質カメラで行いたいという要望等にも容易に対応できるため有意義である。

また、可視光と赤外光との撮影とを撮影条件を連動させて同時に行う場合、それぞれ別個のカメラと撮影レンズを使用してシステムを構築するよりも単一の撮影レンズを共用した方が、レンズ制御が容易であり、コトスも低減できるため好適である。

そこで、既存の撮影レンズで、かつ、単一の撮影レンズを共用して上述のような撮影システムを構築する方法としては、撮影レンズの後段において被写体光を可視光撮影用と赤外光撮影用に分割する光分割光学系を配置し、これによって分割した各被写体光によって可視光撮影用のカメラと赤外光撮影用のカメラとで可視光と赤外光の撮影を行えるようにすることが考えられる。

しかしながら、通常、カメラや撮影レンズは、それらを直接マウントで装着して使用するように光学設計されており、カメラと撮影レンズの間に不具合なくスペースを空けることは困難である。そのため、カメラと撮影レンズの間に被写体光を可視光撮影用と赤外光撮影用とに分割する光分割光学系を単純に配置することはできないという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、既存のカメラや撮影レンズを用いて可視光と赤外光での撮影を撮影条件を連動させて同時に行うことができる可視光・赤外光撮影用アダプターを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の可視光・赤外光撮影用アダプターは、撮影レンズを通過した被写体光を光分割光学系により可視光撮影用の被写体光と赤外光撮影用の被写体光に分割し、前記可視光撮影用の被写体光により結像された像を可視光撮影用カメラの撮像手段により撮像し、前記赤外光撮影用の被写体光により結像された像を赤外光撮影用カメラの撮像手段により撮像する撮影システムに適用される可視光・赤外光撮影システム用アダプターであって、前記撮影レンズを通過した被写体光の結像位置までの光路長を長くするアダプターレンズを備え、前記撮影レンズよりも後段の位置に着脱可能に装着されることを特徴としている。

本発明によれば、カメラと撮影レンズの間に可視光・赤外光撮影用アダプターを装着することによって撮影レンズを通過した被写体光の結像位置までの光路長を長くすることができる。即ち、撮影レンズのバックフォーカスを長くすることができる。そのため、既存のカメラや撮影レンズを使用する場合であってもそれらの間に被写体光を可視光撮影用と赤外光撮影用に分割する光分割光学系を不具合なく配置することができるようになる。

請求項２に記載の可視光・赤外光撮影システム用アダプターは、請求項１に記載の発明において、前記アダプターレンズは、前記撮影レンズの焦点距離を変更することを特徴としている。本発明では、アダプターレンズは、単に結像位置までの光路長を長くするだけでなく、撮影レンズの焦点距離を変更する作用も有するため、目的に合わせて画角を変えることができる。また監視用途などにおいては拡大撮影が可能となり効果的である。

請求項３に記載の可視光・赤外光撮影用アダプターは、請求項１又は２に記載の発明において、前記アダプターレンズと前記光分割光学系を備えたことを特徴としている。可視光・赤外光撮影用アダプターにはアダプターレンズと共に光分割光学系を搭載することによって撮影システム全体の構成が簡素化される。

請求項４に記載の可視光・赤外光撮影用アダプターは、請求項３に記載の発明において、前記撮影レンズ、前記可視光撮影用カメラ、及び、前記赤外光撮影用カメラに着脱可能に装着するためのマウントを備えたことを特徴としている。これによれば、本発明の可視光・赤外光撮影用アダプターを使用することによって撮影レンズ、可視光撮影用カメラ、赤外撮影用カメラの全てに既存のものを使用して可視光と赤外光での撮影を撮影条件を連動させて同時に行う撮影システムを構築することができる。

本発明に係る可視光・赤外光撮影用アダプターによれば、既存のカメラ、撮影レンズを用いて可視光と赤外光での撮影を不具合なく行うことができるようになる。

以下、添付図面に従って本発明に係る可視光・赤外光撮影用アダプターの好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明に係る可視光・赤外光撮影用アダプターを使用した可視光・赤外光撮影システムの全体構成を示した図である。監視等の用途で使用される同図の撮影システムは可視光と赤外光（近赤外光）での撮影を被写体距離、画角等の撮影条件を連動（一致）させて同時に行えるようにしたシステムである。同図に示すように本撮影システムは、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（例えばＣＣＤ）ＤＡを搭載した可視光撮影用カメラ１４と、赤外光（近赤外）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を搭載した赤外光撮影用カメラ１６と、本発明に係る可視光・赤外光撮影用アダプター１８（以下、単にアダプター１８という）とから構成されている。

光学系１０と制御系１２とから構成されているレンズ装置、可視光撮影用カメラ１４、及び、赤外光撮影用カメラ１６は、本撮影システムを構築するために製造されたものでなくてもよく、例えば、監視用、テレビ放送用、民生用など現在市販されている既存のものが使用されている。

アダプター１８は、詳細は後述するが被写体光を可視光撮影用の被写体光と赤外光撮影用の被写体光に分割するための光分割光学系を備えており、単一の撮影レンズを使用して可視光と赤外光での撮影を行えるようにするものである。尚、本撮影システムのように可視光と赤外光での撮影に単一の撮影レンズを共用することによって被写体距離や画角などの撮影条件を可視光撮影と赤外光撮影とで同一又は連動させることができる。このアダプター１８は、撮影レンズ１０と可視光撮影用カメラ１４の間に着脱可能に装着できるようになっており、アダプター１８の鏡胴の前部には可視光撮影用カメラ１４や赤外光撮影用カメラ１６に設けられているものと同一のレンズ装着用のマウント１８Ａが設けられ、鏡胴の後部及び側部には撮影レンズ１０の鏡胴の後部に設けられているものと同一のマウント１８Ｂ、１８Ｃが設けられている。従って、撮影レンズ１０の後部のマウント１０Ａとアダプター１８の前部のマウント１８Ａとを接合し、アダプター１８の後部のマウント１８Ｂと可視光撮影用カメラ１４のマウント１４Ａとを接合することによって撮影レンズ１０がアダプター１８を介して可視光撮影用カメラ１４に装着されるようになっている。また、アダプター１８の側部のマウント１８Ｃと赤外光撮影用カメラ１６のマウント１６Ａとを接合することによって撮影レンズ１０、アダプター１８、可視光撮影用カメラ１４、赤外光用カメラ１６が一体的に装着されるようになっている。

撮影レンズ１０は、例えば可視光撮影用の既存の撮影レンズであり、撮影レンズ１０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）Ｉ、リレーレンズ（群）ＲＬ等が配置されている。フォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩは、制御系１２の制御によって各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭによって電動で駆動されるようになっている。詳細な説明は省略するが、制御系１２に配置された制御回路２０には、コントローラ等からフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩの位置や速度に関する指令信号が与えられると共に、各位置センサＦＰ、ＺＰ、ＩＰからフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩの現在位置を示す位置信号が与えられており、制御回路２０はこれらの信号に基づいて各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭを駆動して、フォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩの位置や速度を制御している。

フォーカスレンズＦＬは、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、これによってフォーカスレンズＦＬの位置が変わるとピントが合う被写体までの距離（被写体距離）が変更される。ズームレンズＺＬも、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、ズームレンズＺＬの位置が変わると撮影レンズ１０の焦点距離が変更される。絞りＩは、モータＩＭによって開閉動作するようになっており、絞りＩの位置（開閉度）が変わると像の明るさが変更される。尚、撮影レンズ１０の制御は任意の手段によるものでよく、例えば、フォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩを電動ではなく手動で操作するものであってもよい。

リレーレンズＲＬは、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トラッキング調整を行う際に手動で操作される。

撮影レンズ１０に入射した被写体光は、上述のフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞り、リレーレンズを順に通過してアダプター１８に入射する。

アダプター１８には、アダプターレンズ（群）ＡＬと光分割光学として色分解プリズムＰが配置されている。アダプターレンズＡＬの構成、作用については後述するものとし、色分解プリズムＰについて説明すると、色分解プリズムＰは、撮影レンズ１０を通過してアダプター１８に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する。可視光領域の被写体光は、ミラー面ＰＭを透過して光軸Ｏ方向にそのまま進行する。一方、赤外光領域の被写体光は、ミラー面ＰＭで反射して光軸Ｏに対してほぼ直角する光軸Ｏ′方向に進行する。

図２に色分解プリズム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解プリズム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解プリズムＰで反射する。

尚、上記色分解プリズム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解プリズムやダイクロイックミラーと異なり、波長領域に関係なく光を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。

上記のように色分解プリズムＰによって分割されて光軸Ｏ方向に進行した可視光領域の被写体光は、アダプター１８から可視光撮影用カメラ１４に入射する。可視光撮影用カメラ１４には、撮像素子ＤＡが配置されており、可視光撮影用カメラ１４に入射した可視光領域の被写体光はその撮像素子ＤＡの撮像面に結像される。可視光撮影用カメラ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から光電変換されて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。これによって可視光で撮影された被写体の映像が得られる。尚、可視光撮影用カメラ１４は、カラー映像を撮影するものであってもよいし、白黒映像を撮影するものであってもよく、また、カラー映像用の場合に、カラー映像用の１つの撮像素子のみを搭載した単板式のものであってもよいし、例えばＲ、Ｇ、Ｂごとの撮像素子を搭載した３板式のもの（又はそれ以上の撮像素子を有するもの）であってもよい。例えば３板式カメラの場合、カメラ内には入射した被写体光をＲ、Ｇ、Ｂの各色の光に分解する３色分解プリズムが配置され、それによって分解された各色の被写体光が各色用の撮像素子に入射するようになっている。

一方、上記のように色分解プリズムＰによって分割されて光軸Ｏ′方向に進行した赤外光領域の被写体光は、アダプター１８から赤外光撮影用カメラ１６に入射する。赤外光撮影用カメラ１６には、撮像素子ＤＢが配置されており、赤外光撮影用カメラ１６に入射した赤外光領域の被写体光はその撮像素子ＤＢの撮像面に結像される。可視光撮影用カメラ１４と同様に赤外光撮影用カメラ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から光電変換されて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。これによって赤外光で撮影された被写体の映像が得られる。

このようにして可視光撮影用カメラ１４と赤外光撮影用カメラ１６とで可視光の映像と赤外光の映像とを同時に取得することができると共に、これらの映像は共通の撮影レンズ１０を通過した被写体光によるものであるため、被写体距離や画角が連動すると共に被写体距離や画角が略一致している。

尚、本撮影システムでは、アダプター１８の後部に可視光撮影用カメラ１４を装着し、アダプター１８の側部に赤外光撮影用カメラ１６を装着するようにしたが、可視光撮影用カメラ１４と赤外光撮影用カメラ１６のアダプター１８に対する装着位置が反対となるようにしてもよい。

次に上記アダプター１８のアダプターレンズＡＬについて説明する。市販のレンズ装置（撮影レンズ１０）や可視光撮影用カメラ１４は、通常、撮影レンズ１０を可視光撮影用カメラ１４に直接装着して使用するように設計されており、バックフォーカスやフランジバックなどの距離で表される位置に決められている（例えば２／３型３板式カメラではフランジバックは４８．０ｍｍ）。このため撮影レンズ１０のバックフォーカスＢＦ１０（図３参照）は可視光撮影用カメラ１４が取付け可能な光路長のみ確保されている。このために、バックフォーカスＢＦ１０の光路長内で、例えば色分解プリズムＰと市販の３板式可視光撮影用カメラを配置することは不可能である。

そこで、撮影レンズ１０から入射した被写体光の結像面の位置をアダプター１８を挿入することにより、光路長を長くする（バックフォーカスＢＦ１８（図３参照）を長くする）ことによって、被写体光を可視光撮影用カメラ１４の結像面位置（撮像素子ＤＡ）と赤外光撮影用カメラ１６の結像面位置（撮像素子ＤＢ）に導くアダプターレンズＡＬが配置されている。

図４は、アダプターレンズＡＬの構成の一例を示した構成図である。同図に示すようにアダプターレンズＡＬは、凹レンズＬ１と凸レンズＬ２によって構成されている。同図において光線Ｂ１、Ｂ２は、同一物点から出射されて撮影レンズ１０からアダプター１８に入射した被写体光の光線を示し、アダプターレンズＡＬがない場合にはそれらの光線Ｂ１、Ｂ２は、点線Ｂ１′、Ｂ２′で示すように撮影レンズ１０で予定している結像面Ｘ′の位置で像を結ぶものとする。

これに対して、アダプター１８にアダプターレンズＡＬを配置した場合、撮影レンズ１０からアダプター１８に入射した被写体光の光線Ｂ１、Ｂ２は、まず、凹レンズＬ１により発散の作用を受ける。そして次に、凸レンズＬ２により集光の作用を受ける。これにより、光線Ｂ１、Ｂ２は結像面Ｘ′よりも光路長が長い結像面Ｘの位置で像を結ぶことになる。

このように撮影レンズ１０で予定している結像面Ｘ′の位置までの距離をアダプターレンズＡＬで結像面Ｘの位置まで長くすることによってその結像面Ｘの位置と可視光撮影用カメラ１４の撮像素子ＤＡの撮像面の位置とを一致させることができ、撮影レンズ１０と可視光撮影用カメラ１４との間にアダプター１８を不具合なく配置することができるようになっている。

また、可視光撮影用カメラ１４だけでなく赤外光撮影用カメラ１６においてもその撮像素子ＤＢの撮像面と、赤外光領域の被写体光の結像面の位置とがアダプターレンズＡＬによって一致するようになっている。

尚、可視光と赤外光とでは撮影レンズ１０等の光学特性が相違する。可視光領域の被写体光の結像位置は、例えば、トラッキングレンズＴＬによって微調整して正確に可視光撮影用カメラ１４の撮像素子ＤＡの撮像面に一致させることができるが、赤外光領域の被写体光の結像位置はフォーカスレンズＦＬやズームレンズＺＬの位置によって赤外光撮影用カメラ１６の撮像素子１６の撮像面からずれる場合がある。これによって可視光での撮影と赤外光での撮影とで被写体距離が相違することが問題になる場合には、赤外光領域の被写体光の光路（光軸Ｏ′上）にそれを補正するレンズ群を配置するようにしてもよい。

また、アダプターレンズＡＬは、上述のように撮影レンズ１０を通過した被写体光の結像位置までの光路長を単に長くする特性だけでなく、横倍率を変更する特性を持たせることも可能である。即ち、撮影レンズ１０の焦点距離をアダプターレンズ１０によって変更することができる。例えば、撮影レンズ１０の横倍率を変更しない場合、アダプターレンズＡＬによって撮影レンズ１０の主点の位置のみを変更し焦点距離を変更しないようにする。これに対して、撮影レンズ１０の横倍率を変更する場合にはアダプターレンズＡＬによって焦点距離を変更し、それに応じて結像位置が撮像素子ＤＡ、ＤＢの撮像面と一致するように撮影レンズ１０の主点の位置を変更する。このようなアダプターレンズＡＦの特性は、凹レンズＬ１や凸レンズＬ２の特性（焦点距離等）やそれらの配置間隔等によって任意に設定することができる。

以上、上記実施の形態では、アダプター１８にはアダプターレンズＡＬと光分割光学系である色分解プリズムＰを配置したが、アダプター１８にはアダプターレンズＡＬのみを配置し、光分割光学系は別体のものとしてもよい。また、アダプター１８は、アダプターレンズＡＬ、光分割光学系と共に例えば赤外光撮影用カメラ１６（又は可視光撮影用カメラ１４）と一体のものとしてもよい。

図１は、本発明に係る可視光・赤外光撮影用アダプターを使用した可視光・赤外光撮影システムの全体構成を示した図である。図２は、色分解プリズムの波長特性の一例を示した図である。図３は、アダプターのアダプターレンズの作用の説明に使用した説明図である。図４は、アダプターのアダプターレンズの構成の一例を示した構成図である。

符号の説明

１０…光学系（撮影レンズ）、１２…制御系、１４…可視光撮影用カメラ、１６…赤外光撮影用カメラ、１８…可視光・赤外光撮影用アダプター（アダプター）、ＦＬ…フォーカスレンズ（群）、ＺＬ…ズームレンズ（群）、Ｉ…絞り、ＲＬ…リレーレンズ、ＡＬ…アダプターレンズ（群）、Ｐ…色分解プリズム、ＰＭ…ミラー面、ＤＡ、ＤＢ…撮像素子

Claims

撮影レンズを通過した被写体光を光分割光学系により可視光撮影用の被写体光と赤外光撮影用の被写体光に分割し、前記可視光撮影用の被写体光により結像された像を可視光撮影用カメラの撮像手段により撮像し、前記赤外光撮影用の被写体光により結像された像を赤外光撮影用カメラの撮像手段により撮像する撮影システムに適用される可視光・赤外光撮影システム用アダプターであって、
前記撮影レンズを通過した被写体光の結像位置までの光路長を長くするアダプターレンズを備え、前記撮影レンズよりも後段の位置に着脱可能に装着されることを特徴とする可視光・赤外光撮影用アダプター。
前記アダプターレンズは、前記撮影レンズの焦点距離を変更することを特徴とする請求項１の可視光・赤外光撮影用アダプター。
前記アダプターレンズと前記光分割光学系を備えたことを特徴とする請求項１又は２の可視光・赤外光撮影用アダプター。
前記撮影レンズ、前記可視光撮影用カメラ、及び、前記赤外光撮影用カメラに着脱可能に装着するためのマウントを備えたことを特徴とする請求項３の可視光・赤外光撮影用アダプター。