JP2005526276A - 色分解プリズムを含む装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、色分解プリズムを含む装置で、センサ表面がほぼ直方体の形状である少なくとも２つの像センサ（１２、１３、１４）と、平面でほぼ直方体の形状である機能的部分の前面（２）を有する色分解プリズムとを備え、色分解プリズムの機能的部分の前面が、第１辺長（ｌ₁）およびそれに直角の第２辺長（ｌ₂）を有する装置に関する。本発明の装置では、色分解プリズムの機能的部分の前面の第１辺長（ｌ₁）が、第２辺長（ｌ₂）より非常に短い。

Description

本発明は、色線走査カメラ、色スキャナおよび他のこのような光電子装置などの色プリズムを装備した装置に関する。

色線走査カメラは、高いフレーム率、高品質の色分解および高解像度の像を必要とする産業およびオフィスの用途に使用される。色線走査カメラは、色分解を生成する２つの基本的技術を使用する。第１の方法では、異なる波長範囲に、形状および次数は変化するが、色分解を実際のセンサ要素で、通常はフィルタを使用して実行することを特徴とする別個のセンサを設ける。第１の方法による装置では、異なる波長範囲のセンサを、通常は間隔が狭い自身の列に配置する。第１方法による典型的な装置には、青、緑および赤色の色路のために隣接するセンサの列を設ける。第２の方法は、選択的に反射する表面および全反射を使用して各色を自身の像表面へと分解する色分解プリズムに基づく。

実際のセンサ要素で色分解を実行する上述の第１方法による装置の問題は、色の位置合わせが不正確なことである。というのは、異なる色の像が、同じ光源から全く同じ時間及びポイントに保存されないからである。さらなる問題は、異なる色の像が、同じ方向からも、同じ光学的距離でも保存されないことである。

色プリズムを装備した色線走査カメラにより、特定の物体の各色の像を、同じ方向から、および同じ光学距離で同時に保存することができるが、この方法では空気に加えてプリズムのガラスも対物レンズと像センサとの間に位置するので、光学的特性が、ガラス中で光が進む距離の長さによって決定される分だけ低下する。色分解プリズムが従来の対物レンズの光学的特性を低下させるのは、従来の対物レンズが、像表面の前にある媒質が空気であるとの仮定で設計されているからである。色線走査カメラに対物レンズを設けて、プリズムの像の品質を低下させる特性を減少可能にすることにより、問題を解決しようとされてきた。この方法により、対物レンズが特定の用途に向けて設計され、対物レンズのＦ数を低下できる場合に、極めて良好な結果を獲得することができる。この方法の問題は、注文作成の対物レンズによって、色線走査カメラがはるかに高価になってしまうことである。色線走査カメラは、比較的包括的なコンピュータ・ビジョン・システムの部品であることが多く、この場合は、上記で開示した方法を使用すると、コンピュータ・ビジョン・システム全体もさらに高価になってしまう。Ｆ数が低下するので、さらに効率的な照明が必要だからである。

色線走査カメラに加えて、上記で説明した先行技術の問題は、色スキャナなど、対応する他の光電子装置全てにも関係する。

本発明の目的は、線状の像を形成し、色分解プリズムを装備した装置を提供することであり、ここで光がプリズムの材料中を進む距離は、既知の対応する装置の場合より短く、その像の品質は、光が進む距離が短縮されるので向上する。本発明の目的は、独立請求項で開示されたことを特徴とする装置によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項で開示される。

本発明の元となる概念は、光が色分解プリズムの材料中を進む距離が、プリズムを新規の方法で成形することにより短縮されるということである。線状の像を形成する本発明の装置の利点は、線状の像を形成するが、プリズムによって引き起こされる有害な効果を減少させるための光学系を含まない既知の装置のそれと比較して、良好な光学的特性を含み、線状の像を形成し、プリズムによって引き起こされる有害な効果を減少させる光学系を含む既知の装置のそれと比較して、価格が低いことである。

次に、本発明を添付図面に関してさらに詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態によるプリズム１を、特定のプリズムに当たる光を青、赤および緑色の成分に分解するために使用する状況を説明する。青色光は、青色光を反射する表面３から生じる反射、およびプリズムの前面２から生じる全反射によって、青色光像センサ１３に搬送される。赤色光は、赤色光を反射する表面７から生じる反射、およびエア・ギャップ５によって引き起こされる全反射によって、赤色光像センサ１２に搬送される。緑色光は、プリズム１を通過して緑色光像センサ１４へと直進する。

本発明の装置は、２つ以上の像センサ１２、１３および１４を有し、このセンサ表面は、ほぼ直方体の形状であり、さらに色分解プリズム１を有する。色分解プリズム１の機能的部分の前面２、つまりプリズム１に到達した光が最初に当たる表面は平面で、ほぼ直方体の形状であり、この場合、色分解プリズムの機能的部分の前面２は、第１辺長ｌ₁およびそれに直角である第２辺長ｌ₂を有する。本発明の装置は、色分解プリズムの機能的部分の前面の第１辺長ｌ₁が、第２辺長ｌ₂より非常に短いことを特徴とする。

色分解プリズムは、プリズムに当たる光の成分が異なる像センサへと搬送されるよう成形することが好ましく、色分解プリズムを使用してこのように分解された成分は、プリズムの材料中を等しい長さの距離だけ進むので、プリズムの機能的部分の前面を本発明に従い成形すると、プリズムの他の寸法にも影響を及ぼす。入射光を３つの成分に分割する図１および図２などの色分解プリズムでは、色分解プリズム１の機能的部分の前面２を本発明に従い成形すると、つまり前面の第１辺長ｌ₁が第２辺長ｌ₂より非常に短いと、プリズムの深さの寸法ｌ₃も先行技術の解決法と比較して減少するような影響を及ぼす。光がプリズム１の材料中を進む距離は、プリズムの機能的部分の前面２の幅ｌ₁を減少させるために使用するのと同じ分だけ減少する。つまり、例えばプリズムの機能的部分の前面の幅を半分に減少させることにより、光がプリズムの材料中を進む距離を半減することなどが可能になる。

既知のプリズムはエリア・センサとして設計され、したがって線像センサの横断方向にも大きい。線状の像を形成する装置に既知のプリズムを使用すると、装置の像センサに当たる光がプリズムの材料中を不必要に長い距離だけ進むことになる。つまり、本発明の解決法と比較すると、像の品質が低下する。

線状の像を形成する装置によって、新規のプリズムが使用可能になる理由は、光がレンズから細長い像センサまで進む方法にある。レンズにおいて、センサが供給する光の情報は、レンズのそれと同様の形状の断面を有する路に沿って進む。つまり、例えば通常の丸いレンズでは、上述した路の断面が円形である。特定の像センサに当たる光線が使用する路の断面は、光がレンズから像センサへと進むにつれて減少し、したがって断面は、最終的にまさに、レンズと像センサの間でほぼ楕円形である像センサの形状、つまり線状になる。本発明は、像センサに近づくほど、色分解プリズムが必要とする面積が小さくなるという事実を利用する。

本発明の装置では、色分解プリズム１の機能的部分の前面２の辺の比率ｌ₁：ｌ₂は、例えば１：５、１：１０、１：２０または１：３０でよい。本発明による色線走査カメラでは、例えば色分解プリズムの機能的部分の前面の辺の比率は、おそらく約１：２０であることが多い。

本発明による色分解プリズム１の機能的部分の前面２の辺の比率については、正確な最小限度または最大限度を決定することができない。しかし、辺の比率が既知の色分解プリズムの対応する比率に近づきすぎると、本発明の構造によって達成される利点が減少することが明白である。同様に、色分解プリズム１を極めて細くすることはできず、作成および材料技術に関する事項が特定の制限を設定することが明白である。

光が色分解プリズム１の材料中を進む距離に加えて、達成すべき像の品質も、使用すべき像センサ１２、１３および１４の像要素のサイズから影響を受けることが明白である。つまり、例えば特定の像要素のサイズを有する像センサを使用する場合、プリズムの「厚さ」の限界値を計算することができ、それより薄いプリズムを選択すると、実際には像の品質をそれ以上改良することができない。

先行技術の装置では、各像センサ１２、１３および１４を通常は自身の別個のハウジング１５で囲み、ハウジングは、センサ表面に平行な方向に幅ｌ₅を、センサ表面が接続されたプリズムの部分に対して直角に深さｌ₆を有し、この場合、幅ｌ₅は、センサ表面の幅ｌ₄より大きい。本明細書では、センサ表面の幅ｌ₄とは、プリズムの前面の幅ｌ₁に平行な方向を有する物体がセンサ表面上に生成される方向で、センサ表面の辺の長さを指す。像センサのハウジングの幅ｌ₅は、センサ表面の幅ｌ₄に平行である。

先行技術の装置では、像センサ１２、１３および１４をそれぞれ別個に囲む上述の解決法が、完璧に働く。特定の状態では、本発明による装置にも、この解決法を使用することができる。しかし、機能的部分の前面２が極めて細長い色分解プリズム１を、比較的小さいサイズの装置に使用する状況では、像センサ１２、１３および１４のハウジング１５の寸法が、プリズムの機能的部分の前面の辺の比率の選択を制限するという状況が生じることがある。３つの像センサを装備した図１による色分解プリズム１の場合は、像センサ１２および１３のハウジング１５の縁部が、プリズム１，または像センサ１４のハウジング１５の深さの方向ｌ₃に平行な方向にある辺と接触するほど、プリズムの寸法が減少すると、このような状況が生じる。

像センサ１２、１３および１４のハウジング１５の寸法が、プリズム１の機能的部分の前面２の寸法を制限しないために、状況によっては、装置の２つ以上の像センサを同じハウジングに入れる本発明の実施形態による解決法を使用することが好ましい。多くの場合は、装置の全ての像センサを同じハウジングに封入することが適切であるが、装置の像センサの一部を別々に封入し、一部を同じハウジング内に、１つまたは複数の他の像センサとともに配置するという解決法を使用することも可能である。像センサは、部分的に、または全く封入しなくてもよい。像センサをプリズムと同じハウジングに封入することも可能であり、これにより極めてコンパクトな構造になる。

使用目的に応じて、本発明の装置は２つ、３つ、またはそれ以上の像センサを含む。使用する像センサが示した光の波長は、決して従来の青、緑、および赤に、さらには可視光線にも限定されない。つまり、所望に応じて、本発明の装置は、部分的または完全に可視光線の外側にある波長範囲で使用するよう配置構成することもできる。本発明の装置で使用するプリズム１は、ガラス材料で作成する必要はなく、適切な光学的特性を有する他の任意の材料を使用してよいことを、さらに明記しておく。

単純にするため、以上の説明、さらに添付図面では、像センサ１２、１３および１４のハウジングの幅ｌ₅および深さｌ₆、さらに像センサのセンサ表面の幅ｌ₄は、同じ装置の全ての像センサで同じであるものとする。しかし、異なる像センサのハウジングの寸法と、異なるセンサ表面の寸法とが相互に異なる本発明による装置を構築することが、完全に可能である。特にハウジング１５の寸法は、異なる像センサ１２、１３および１４で相互に同一である必要がないが、実際的な理由から、これは通常、各像センサ１２、１３および１４を別個に封入する解決法の場合のようである。像センサのセンサ表面の寸法も、相互に同一である必要がないが、これは通常、使用するセンサ表面の形状のために装置が生成する像の形状によって設定された要件、および光の様々な色の成分が通常はプリズムの材料中を等しい長さの距離だけ進むという事実によるものである。

色プリズム１の機能的部分の前面２および像センサ１２、１３および１４のセンサ表面など、構成要素の特定の形状について、これが長方形の形状であると仮定して以上で検討してきたが、本発明は、特定の形状が直方体からわずかに異なるという解決法も含むことが明白である。したがって本発明は、例えば１つまたは複数の像センサのセンサ表面、プリズムの機能的部分の前面の隅を丸めた装置など、さらに他の対応する変形も含む。

本発明の基本的概念を多くの様々な意味で解釈できることが、当業者には明白である。本発明およびその実施形態は、したがって以上の例に限定されず、請求の範囲内で変更することができる。

本発明の実施形態による装置の色分解プリズムと、光線の青、緑および赤の成分が、プリズムの材料中を光軸が進む方向にてプリズムに当たる方向にある面で、それに固定した像センサとを示す断面図である。 図１を見る方向および図１の光軸に対して直角の方向で見た図１の色分解プリズムを示す。

Claims (6)

1. 色分解プリズムを含む装置で、センサ表面がほぼ直方体の形状である少なくとも２つの像センサ（１２、１３、１４）と、平面でほぼ直方体の形状である機能的部分の前面（２）を有する色分解プリズムとを備え、色分解プリズムの機能的部分の前面が、第１辺長（ｌ₁）およびそれに直角の第２辺長（ｌ₂）を有する装置であって、色分解プリズムの機能的部分の前面の第１辺長（ｌ₁）が、第２辺長（ｌ₂）より非常に短いことを特徴とする装置。
2. 色分解プリズム（１）の機能的部分の前面（２）の第１辺長（ｌ₁）と、第２辺長（ｌ₂）との比率が、少なくとも１：５、好ましくは約１：２０であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 色分解プリズム（１）および少なくとも２つの像センサ（１２、１３、１４）が同じハウジングに内蔵されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 可視光線の波長で作動するよう配置構成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. ３つの像センサ（１２、１３、１４）を備え、第１が青色光を示すように配置構成され、第２が緑色光を示すように配置構成され、第３が赤色光を示すように配置構成されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 色分解プリズム（１）をガラス材料で作成することを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。

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