JP2021044790A - Miniaturized luminous flux separation optical system and optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はビデオカメラなどの光学機器に用いられる光束分離光学系に関し、特に医療カメラ、監視カメラ、画像分析・測定カメラなどに有用な赤外光と可視光とに分離する2板式または多板式カメラにおいて、小型化されたプリズム構成を提供する光束分離光学系に関するものである。 The present invention relates to a light beam separation optical system used in an optical device such as a video camera, and is a two-plate or multi-plate camera that separates infrared light and visible light, which is particularly useful for medical cameras, surveillance cameras, image analysis / measurement cameras, and the like. In the present invention, the present invention relates to a light beam separation optical system that provides a miniaturized prism configuration.
内視鏡カメラ、皮膚観察用ダーマスコープ、顕微鏡用カメラなどにおいては、表皮状態や患部状態を診断、観察するために可視光と赤外光(近赤外光、中赤外光を含む))とを分離し、分離した可視光像と赤外光像とを取得する必要がある。可視光像による皮膚表面像と赤外光像による表皮近傍内部の様子とを比較、分析することで、多くの皮膚疾患の観察に用いられている。これら皮膚疾患は、メラノーマといわれる悪性腫瘍と、色素細胞母斑といわれる良性色腫とが表面観察だけでは見分けが困難であり、特に内部炎症、色素沈着などが、毛嚢炎、皮膚がんなどでより内部へ広がっている場合、皮膚疾患をより正確に見分けるには、より皮膚内部の組織構造を観察する必要があるためである。 In endoscopic cameras, dermascopes for skin observation, cameras for microscopes, etc., visible light and infrared light (including near-infrared light and mid-infrared light) for diagnosing and observing the condition of the epidermis and the affected area. It is necessary to separate and obtain the separated visible light image and infrared light image. It is used for observing many skin diseases by comparing and analyzing the appearance of the skin surface by the visible light image and the state of the inside near the epidermis by the infrared light image. It is difficult to distinguish these skin diseases from malignant tumors called melanoma and benign melanoma called melanocytic nevus only by observing the surface. Especially, internal inflammation and pigmentation are caused by hair cystitis, skin cancer, etc. This is because when it spreads more inward, it is necessary to observe the tissue structure inside the skin more accurately in order to distinguish the skin disease more accurately.
また、防犯用監視カメラ、暗視カメラなどにおいては、夜間などの低照度環境、暗視環境での動向を映像として取得するため赤外光を利用して、赤外光像を活用し監視モニタリングを行っている。これらの監視カメラでは、昼間の映像は可視光像を取得し、夜間または暗視下では、低照度下での画像取得が可能となる赤外光像を取得するように切り替えて利用している。 In addition, in security surveillance cameras, night-vision cameras, etc., infrared light is used to acquire trends in low-light environments such as night vision and night-vision environments as images, and infrared light images are used for monitoring and monitoring. It is carried out. These surveillance cameras acquire a visible light image for daytime images, and switch to acquire an infrared light image that enables image acquisition under low illuminance at night or under night vision. ..
上記したような赤外光および可視光を利用した医療用カメラや監視用カメラは、内視鏡や顕微鏡などに内蔵したり、監視対象者から意識されないようにするためより小型化することが求められている。この分野においては、小型化を意識してバックフォーカスの短いCマウント(業界規格)適合レンズが利用されるようになってきたが、これらCマウント適合レンズの多くは単板式カメラを前提としたものであり、プリズムなどを利用して色分解を行い複数の撮像素子により複数の撮像を取り出す2板式・3板式などの多板式カメラに使用するには、プリズムなどの収差の影響があるため適していなかった。 Medical cameras and surveillance cameras that use infrared light and visible light as described above are required to be built into endoscopes and microscopes, and to be made smaller so that they are not noticed by the monitored person. Has been done. In this field, C-mount (industry standard) compatible lenses with a short back focus have been used in consideration of miniaturization, but most of these C-mount compatible lenses are premised on single-panel cameras. Therefore, it is suitable for use in multi-plate cameras such as 2-plate and 3-plate cameras that perform color separation using a prism or the like and take out multiple images with multiple imaging elements because of the influence of aberrations such as prisms. There wasn't.
近年、撮像素子イメージサイズの小型化やプリズムを小型化することで、プリズムを使用した多板式カメラにおいてもCマウントを適用し、プリズムの収差を考慮してガラス補正を施したCマウント適合レンズが開発されてきたが、これらのレンズは、種類が限られている上に、高価であり、極めて利便性に欠けるという問題がある。なお、本発明においては、便宜上、医療用カメラ、監視カメラ、軍事用カメラなどを工業用カメラと称し、2種類または複数の撮像素子により2種類または複数の画像を取得するカメラを多板式カメラと称するが、これにより用途を限定するものではない。 In recent years, by reducing the image size of the image sensor and the size of the prism, C-mount is applied to multi-plate cameras that use prisms, and C-mount compatible lenses that have been glass-corrected in consideration of prism aberration have become available. Although they have been developed, these lenses have problems that they are limited in variety, expensive, and extremely inconvenient. In the present invention, for convenience, a medical camera, a surveillance camera, a military camera, etc. are referred to as an industrial camera, and a camera that acquires two or a plurality of images by two or a plurality of image sensors is referred to as a multi-plate camera. Although it is referred to, this does not limit its use.
色分解プリズムを利用した多板式カメラにおいてバックフォーカスやフランジバックの短い小型レンズを使用して小型化を図る技術は数多く存在する。例えば、特許文献1においては、バックフォーカスが20mm以下の小さい小型レンズを使用するために色分解プリズムを小型化し、撮像素子センサとプリズム出射面との間隔を1mm以上として出射面の傷等を撮像素子で拾わなくして目立たないようにする考案が開示されている。このようにバックフォーカスやフランジバックの短いレンズを使用するための工夫例は多々あるが、撮像素子の寸法やレンズの口径、光学素子などの物理的大きさで小型化自体は制約を受けたり、使用するレンズが特定されてしまうなど利便性に欠けてしまう。 There are many technologies for miniaturizing a multi-plate camera using a color separation prism by using a small lens with a short back focus and flange back. For example, in
また、特許文献2においては、内視鏡などで使用するためにフランジバック長が短いCマウントレンズに適合する色分解プリズム構成が開示されている。この特許文献2においては高屈折率を有するプリズムにより小型化を図ると共に、Cマウントレンズに適合させるような工夫が開示されているが、このような高屈折率化では屈折率を大きくする限界があり、また、このようなCマウントに適合するレンズはプリズム用を意図してガラス補正を施した高価なもので、やはりCマウント用レンズが特定されコスト的にも課題がある。 Further,
そのため、多板式工業用カメラにおいてプリズム用のガラス補正をしていない、比較的安価に入手可能な単板用Cマウントレンズを制約なしに使用出来る小型化プリズム構成が求められていた。つまり、プリズムなどにより複数の画像を取得する多板式工業用カメラにおいて、実質的にガラス補正を施していない単板用Cマウントに適合したレンズが利用可能となれば、多種多様なレンズが利用可能となり、より安価で利便性の高い工業用カメラシステムが構築できる。 Therefore, there has been a demand for a miniaturized prism configuration in which a C-mount lens for a single plate, which is not glass-corrected for a prism and can be obtained at a relatively low price, can be used without restrictions in a multi-plate industrial camera. In other words, in a multi-plate industrial camera that acquires multiple images with a prism or the like, a wide variety of lenses can be used if a lens suitable for a single-plate C mount that is not substantially glass-corrected becomes available. Therefore, a cheaper and more convenient industrial camera system can be constructed.
そのために本発明が解決しようとする課題は、赤外および可視光分離光学系において多種多様で利便性の高い単板用Cマウント適合レンズを使用可能とする小型化多板式工業用カメラの提供を目的とする。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a compact multi-plate industrial camera that enables the use of a wide variety of highly convenient single-plate C-mount compatible lenses in infrared and visible light separation optical systems. The purpose.
さらに、本発明が解決しようとする更なる課題は、赤外光および可視光の光束に分解する光束分解光学系において、より小型化したプリズム構成により内視鏡や監視カメラなど小型化が望まれる多板式工業用カメラに適した光束分離光学系の提供を目的とする。 Further, a further problem to be solved by the present invention is that in a luminous flux decomposition optical system that decomposes into luminous flux of infrared light and visible light, it is desired to reduce the size of an endoscope, a surveillance camera, etc. by a smaller prism configuration. An object of the present invention is to provide a luminous flux separation optical system suitable for a multi-plate industrial camera.
さらに、本発明では、カメラレンズや撮像素子の寸法にできるだけ制限を与えることなく、カメラレンズや撮像素子選択の自由度を有しながら、より小型化した構成により内視鏡や監視カメラなどへ適合する光束分離光学系およびそれらを使用した光学機器の提供を目的とする。 Further, in the present invention, the dimensions of the camera lens and the image sensor are not limited as much as possible, and the camera lens and the image sensor can be freely selected, and the smaller configuration is suitable for an endoscope, a surveillance camera, and the like. It is an object of the present invention to provide a light beam separation optical system and an optical device using them.
かかる課題を解決し上記目的を達成するために、本発明は、請求項1に記載の通り、レンズマウントと、入射光を赤外光と可視光とに分離する分離プリズムと、前記赤外光を赤外光像に変換する赤外光撮像素子と前記可視光を可視光像に変換する可視光撮像素子とを有する光束分離光学系において、前記可視光側側の光路長は、前記レンズマウントに定められた空気換算でのフランジバックを維持しながら、前記可視光側のプリズムの光軸ガラス材の長さを前記可視光撮像素子が他の光学部材と干渉しない範囲で可能な限り短縮し、前記フランジバックを確保するために空気部分の長さを増加させた構成とすることを特徴とする。 In order to solve such a problem and achieve the above object, the present invention has a lens mount, a separation prism that separates incident light into infrared light and visible light, and the infrared light, as described in
また、本発明は、請求項2に記載の通り、請求項1記載の光束分離光学系において、前記赤外光側の光路長は、前記可視光側より長い光路長を有していることを特徴とする。 Further, as described in
また、本発明は、請求項3に記載の通り、請求項1記載の光束分離光学系において、前記分離プリズムに設けられた不要光抑制溝により前記可視光撮像素子が干渉するのを回避するようにして前記可視光側の前記プリズムガラス材の長さを短縮したことを特徴とする。 Further, as described in
さらに本発明は、請求項4に記載の通り、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の光束分離光学系において、前記レンズマウントは、フランジバックが17.526mmのCマウントであることを特徴とする。 Further, as described in claim 4, in the luminous flux separation optical system according to any one of
さらに本発明は、請求項5に記載の通り、請求項4記載の光束分離光学系において、前記レンズマウントに適合するレンズはガラス補正を施していないCマウント適合レンズであることを特徴とする。 Further, as described in claim 5, in the light beam separation optical system according to claim 4, the lens compatible with the lens mount is a C mount compatible lens without glass correction.
さらに本発明は、請求項1ないし請求項5に記載のいずれかの光束分離光学系を具備した光学機器であることを特徴とする。なお、上記した課題を解決する手段は、可能な限り組合せて使用することができる。 Further, the present invention is characterized in that it is an optical device provided with the luminous flux separation optical system according to any one of
本発明における光束分離光学系は、屈折率が1より大きいプリズムの光路上の長さを可視光側のプリズムにおいて赤外光側の部材に干渉しない範囲で、できるだけ短縮し、フランジバック空気換算長の確保に必要な残りの部分を空気により構成している。プリズム部分が相当に短縮されることでガラス補正を行っていない単板用Cマウントレンズを使用しても収差の影響は大幅に減少し、実使用が可能となる。 In the light beam separation optical system of the present invention, the length of the prism having a refractive index greater than 1 on the optical path is shortened as much as possible within the range where the prism on the visible light side does not interfere with the member on the infrared light side, and the flange back air equivalent length is shortened. The rest of the air is made up of air. Since the prism portion is considerably shortened, the influence of aberration is significantly reduced even if a C-mount lens for a single plate without glass correction is used, and actual use becomes possible.
現在市販されている豊富な種類の単板式Cマウントレンズは、プリズムを使用する必要がないためガラス補正を施していないCマウントレンズであり、これらのレンズが使用できることで、安価で多種多様なレンズ交換が可能となる。また、屈折率が1より大きい可視光側のプリズム光路長を短縮し、残りの光路長は屈折率が1の空気を伸長することによりフランジバック長を確保しているため、光束分離光学系の小型化を図ることが出来る。本発明においては、単に可視光側のプリズム部分を短縮しているため、高額な高屈折率(ハイインデックス)のプリズムを使用する必要もなく、部材コスト負担を増加させることなく光束分離光学系の小型化が達成できる。 The wide variety of single-plate C-mount lenses currently on the market are C-mount lenses that are not glass-corrected because they do not require the use of prisms. By using these lenses, a wide variety of inexpensive lenses can be used. It can be replaced. Further, since the prism optical path length on the visible light side having a refractive index larger than 1 is shortened and the flange back length is secured by extending the air having a refractive index of 1 for the remaining optical path length, the light beam separation optical system It is possible to reduce the size. In the present invention, since the prism portion on the visible light side is simply shortened, it is not necessary to use an expensive prism with a high refractive index (high index), and the luminous flux separation optical system does not increase the burden of member cost. Miniaturization can be achieved.
また、本発明における光束分離光学系は、分離プリズムに設けられているゴーストカットなどの不要光抑制溝を利用して、可視光側の撮像素子が赤外光分離プリズムなどと干渉せずにプリズムガラス材の長さを短縮しうるため、プリズム部分が更に短縮され、ガラス補正を行っていない単板用Cマウントレンズを使用しても収差がより影響しない構成が可能となり、簡素な構成で、安価な光束分離光学系が構成でき、利便性に富んだ小型化された工業用カメラなどの光学機器が提供できる。また、可視光側の撮像素子をあえて小型化することなく、より大型の撮像素子などが利用でき、撮像素子の選択自由度が制限されることがない。 Further, the light beam separation optical system in the present invention utilizes an unnecessary light suppression groove such as a ghost cut provided in the separation prism so that the image pickup element on the visible light side does not interfere with the infrared light separation prism or the like. Since the length of the glass material can be shortened, the prism part is further shortened, and even if a C-mount lens for a single plate without glass correction is used, it is possible to configure the structure so that aberration does not affect it more. An inexpensive light beam separation optical system can be configured, and a convenient and compact optical device such as an industrial camera can be provided. Further, a larger image sensor or the like can be used without intentionally downsizing the image sensor on the visible light side, and the degree of freedom in selecting the image sensor is not limited.
本発明を図面に基づいて説明する。以下の実施例に記載されているいずれの図面も本発明の説明用に概略的な模式図として描かれており、実際の寸法や形状は特に限定するものではない。また、構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The present invention will be described with reference to the drawings. All of the drawings described in the following examples are drawn as schematic schematic views for the purpose of explaining the present invention, and the actual dimensions and shapes are not particularly limited. Further, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components are not intended to limit the technical scope of the invention to those alone unless otherwise specified.
図1は、従来の分離プリズムによる赤外光および可視光分離光学系の一例を示す概略説明図である。赤外光と可視光とを分離し、赤外光像および可視光像とを取り出す撮像素子を備えた2板式赤外・可視光分離プリズムの断面を示している。レンズ交換マウント1により各種交換レンズが交換可能となっており、レンズより集光された光束は赤外・可視光分離プリズム2に入射する。プリズム2に入射した光束は分離面3により赤外光帯域の波長Rは反射されプリズム2の反射面4で全反射され、出射面5を介して出射面と平行に設けられた赤外光撮像素子6に入射し、赤外光像を電気信号として出力する。 FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an example of an infrared light and visible light separation optical system using a conventional separation prism. A cross section of a two-plate infrared / visible light separation prism equipped with an imaging element that separates infrared light and visible light and extracts an infrared light image and a visible light image is shown. Various interchangeable lenses are interchangeable by the
この赤外・可視光分離面3は誘電体の多層膜または金属薄膜などにより構成され、赤外光(近赤外光、中赤外光を含む)を反射し、可視光を透過させる。このような分離プリズムでの分離波長は、利用目的により波長600から700nm以上の赤外光を反射光として取り出し、可視光域の波長を透過させている。 The infrared / visible
分離面3を透過した透過光(可視光)Tは、分離プリズム2の後段に配置されたプリズム7に入射し、プリズム7の出射面8を介してその出射面と平行に設けられた可視光撮像素子9に入射し、可視光像を電気信号として出力する。出力される可視光像は利用目的により白黒像であったり、カラー像であったりする。このようなプリズム構成では、その光路中に各種フィルタを挿入したり、各プリズムの出射側にも各種フィルタを挿入したりして出力特性の補正や反射防止などの不要光を抑制して使用される。 The transmitted light (visible light) T transmitted through the
このようなプリズム構成では、各レンズマウントによりフランジバック基準面Aより赤外光および可視光の撮像素子面Bとの間のフランジバック光路長(La+Lb)(空気換算)が規定されており、小型レンズマウントと称される、Cマウントは17.526mmと規定されている。このフランジバック長は、空気換算での光路長であり、光路途中にフィルタ、ガラス、プリズムなど空気と異なる屈折率を有する部材を挿入した場合、その光路長は、当該部材の厚みと屈折率により変化する。 In such a prism configuration, the flange back optical path length (La + Lb) (air equivalent) between the flange back reference surface A and the image sensor surface B of infrared light and visible light is defined by each lens mount, and is compact. The C mount, which is called a lens mount, is defined as 17.526 mm. This flange back length is the optical path length in terms of air, and when a member having a refractive index different from that of air such as a filter, glass, or prism is inserted in the optical path, the optical path length depends on the thickness and refractive index of the member. Change.
ガラスやプリズムなどの光路中の挿入部材屈折率は、1より大きいため光路長は空気換算の光路長より長くなってしまう。そのため小型化を目的とする場合、高屈折率(ハイインデックス)タイプのプリズムを用いることが行われている。図1に示すような汎用プリズムでは、光束がプリズムに入射し、出射し、撮像素子に至るまでほぼプリズム部材により構成されており、その屈折率は1.5から1.8程度の部材が一般的には使用されている。従来の2板式プリズム構成においては、赤外光および可視光プリズムの出射側にトリミングフィルタやその他利用目的に応じたフィルタを介してそれぞれの撮像素子が配置されている。通常、このようなプリズムにより光束分離し複数の撮影像を取得する多板式工業用カメラにはプリズムによる収差の影響を減少させるためガラス補正を施したCマウント適合レンズが使用されている。 Since the refractive index of the insertion member in the optical path such as glass or prism is larger than 1, the optical path length becomes longer than the air-equivalent optical path length. Therefore, for the purpose of miniaturization, a prism of a high refractive index (high index) type is used. In a general-purpose prism as shown in FIG. 1, a light beam enters the prism, emits light, and is almost composed of prism members up to an image sensor, and a member having a refractive index of about 1.5 to 1.8 is generally used. Is used. In the conventional two-plate prism configuration, each image sensor is arranged on the emission side of the infrared light and visible light prisms via a trimming filter and other filters according to the purpose of use. Usually, a C-mount compatible lens with glass correction is used in a multi-plate industrial camera in which light flux is separated by such a prism to acquire a plurality of captured images in order to reduce the influence of aberration caused by the prism.
図2は、本発明の実施例1に係る赤外光および可視光を分離する2板式光束分離光学系の概略説明図である。レンズ交換マウント11により各種交換レンズ10が交換可能となっており、レンズ10より集光された光束は赤外および可視光分離プリズム12に入射する。プリズム12に入射した光束は分離面13により赤外光帯域の波長は反射され、反射光Rとしてプリズム12の反射面14で全反射され、出射面15を介して出射面と平行に設けられた赤外光撮像素子16に入射し、赤外光像を電気信号として出力する。 FIG. 2 is a schematic explanatory view of a two-plate luminous flux separation optical system for separating infrared light and visible light according to the first embodiment of the present invention. Various
また、分離面13を透過した透過光(可視光)Tは、分離プリズム12の後段に配置されたプリズム17に入射し、プリズム17の出射面18および空気間隙19を介してその出射面と平行に設けられた可視光撮像素子20に入射し、カラーまたは白黒の可視光像を電気信号として出力する。ここで、可視光側のプリズム17は、図1における従来型のプリズム長Lbより光路長がLb’へ短縮されており、その分空気間隙19(光路長Lc)を調節することによりレンズ交換マウント11のフランジバック長を維持している。 Further, the transmitted light (visible light) T transmitted through the
図2の実施例においては、可視光側プリズム17を分離プリズム12に相互に干渉しない範囲で可能な限り近接させて短縮し、その分空気間隙19により調節しフランジバック長を確保している。ここで、フランジバック長は、空気換算であるため、空気(厳密には真空)中における屈折率1より大きい屈折率を有するプリズム(またはガラス)部分を短縮し、屈折率1の空気間隙部分を伸長することで、図2で示すフランジバック基準面Aと撮像素子基準面B間の実寸法(La+Lb’+Lc)は、図1で示すフランジバック基準面Aと撮像素子基準面B間の実寸法(La+Lb)に比べ短縮されている。 In the embodiment of FIG. 2, the visible
このプリズム部分の短縮割合は、赤外光分離プリズム、Cマウントレンズ規格、撮像素子の寸法により異なるが、入手可能な一般的プリズム部材の例では、従来構成のプリズム部分を30%から40%程度に短縮可能となった。このような構成により可視光側のプリズム長は、ガラス補正を施していない単板用Cマウントレンズが使用できる程度にまで短縮され、安価で、多種多様な単板式工業用Cマウントレンズを使用しても収差が問題とならない程度の光学系が構成できる。 The shortening ratio of this prism portion varies depending on the infrared light separation prism, the C-mount lens standard, and the dimensions of the image sensor, but in the example of the general prism member available, the prism portion having the conventional configuration is about 30% to 40%. Can be shortened to. With such a configuration, the prism length on the visible light side is shortened to the extent that a single-plate C-mount lens without glass correction can be used, and a wide variety of single-plate industrial C-mount lenses are used at low cost. However, it is possible to construct an optical system to which aberration does not become a problem.
ここで、本発明に適合する単板用Cマウントレンズ10は、一般的にガラス補正なし、またはプリズム補正なしと称して広く市販されている単板式カメラに用いられている工業用Cマウント適合レンズを意味しており、このようなレンズは、プリズムなどによる複数の色分解を必要としない単板用(撮像素子が1枚用)レンズであるためプリズム用ガラス補正を施す必要のないレンズのことである。 Here, the single-plate C-
一方、赤外光側の光路長も可視光側のプリズムおよび撮像素子などの部材と干渉しない範囲で短縮しうるが、赤外光は、可視光より波長が長く焦点距離の影響が大きく、赤外光路上の色収差の影響などによりフォーカス自体がほぼ合わないためあえてプリズム長の短縮を優先してはいない。つまり、本発明においては、可視光側の光路長と赤外光側の光路長とは、異なって構成されており、可視光側のプリズム長を出来る限り短縮することを優先し、赤外光プリズム部材と可視光側の部材とが干渉しないように短縮することで実質的にガラス補正を施していない市販の単板用Cマウントレンズが使用出来るように短縮している。そのため、本発明のプリズム構成例においては、赤外光側の光路長が可視光側より長い光路長を有しているといえる。 On the other hand, the optical path length on the infrared light side can be shortened as long as it does not interfere with members such as prisms and imaging elements on the visible light side, but infrared light has a longer wavelength than visible light and is greatly affected by the focal distance, and is red. Since the focus itself is almost out of focus due to the influence of chromatic aberration on the external light path, shortening the prism length is not given priority. That is, in the present invention, the optical path length on the visible light side and the optical path length on the infrared light side are configured differently, and priority is given to shortening the prism length on the visible light side as much as possible, and infrared light is used. By shortening so that the prism member and the member on the visible light side do not interfere with each other, it is shortened so that a commercially available C-mount lens for a single plate that is not substantially glass-corrected can be used. Therefore, in the prism configuration example of the present invention, it can be said that the optical path length on the infrared light side is longer than that on the visible light side.
また、上記実施例1では、図2に示す通り、可視光側のプリズムを赤外分離プリズム側へできるだけ短縮させ、空気間隙を伸長することによりフランジバック長を確保している。しかし、フランジバック基準面Aからプリズム前面までの距離を若干伸長することで、空気間隙19をその分短縮することも可能である。このようなプリズム構成により可視光側の光路長がより短縮され、光束分離プリズム構成自体の更なる小型化が可能となる。 Further, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the prism on the visible light side is shortened as much as possible to the infrared separation prism side, and the flange back length is secured by extending the air gap. However, by slightly extending the distance from the flange back reference surface A to the front surface of the prism, it is possible to shorten the
このようにして、可視光側のプリズム透過部分が大幅に短縮されることで、Cマウントに適合するガラス補正を施していない単板用交換レンズが使用できるようになる。このような交換レンズが使用可能となることで、多種多様な使用法が工業用カメラにおいても可能となるだけでなくコスト低減を図ることが出来る。また、可視光側のプリズム部分を優先して短縮し、フランジバック長を空気間隙により確保することで、可視光側の長さは短縮され小型化が可能となる。この方法では、単にハイインデックスのプリズムを使用するより、短縮化が可能となるだけでなく、コスト的にも削減が可能となる。 In this way, the prism transmission portion on the visible light side is significantly shortened, so that an interchangeable lens for a single plate that is compatible with the C mount and has not been subjected to glass correction can be used. By making such an interchangeable lens usable, not only can a wide variety of uses be possible in industrial cameras, but also cost reduction can be achieved. Further, by preferentially shortening the prism portion on the visible light side and securing the flange back length by an air gap, the length on the visible light side can be shortened and miniaturization becomes possible. In this method, not only the shortening is possible but also the cost can be reduced as compared with the case of simply using a high index prism.
図3は、本発明の実施例2に係る赤外光および可視光を分離する2板式光束分離光学系の概略説明図である。図2における光束分離光学系に相当する部分には同一の符号が付してある。実施例2では、赤外光分離プリズム12に設けられた不要光抑制溝30を利用して、よりプリズム構成の短縮化を行っている。 FIG. 3 is a schematic explanatory view of a two-plate luminous flux separation optical system for separating infrared light and visible light according to the second embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the portions corresponding to the luminous flux separation optical system in FIG. In the second embodiment, the unnecessary
赤外分離プリズム12に入射した光束は、赤外光分離面13により赤外光が反射光Rとして反射され、可視光が透過光Tとして透過する。透過した可視光Tは、赤外光分離プリズムの後段に設けられた可視光プリズム17を介して可視光撮像素子20へ入射する。 As for the light flux incident on the
ここで、可視光撮像素子20は、図2に示される空気間隙19を介さず直接可視光プリズム17と直接に、またはトリミングフィルタなどの所望フィルタ31を介して設置されている。空気間隙19が省略または大幅に短縮され、かつ可視光プリズム17が短縮されると撮像素子20が赤外分離プリズム12と干渉する状態となるが、実施例2においては、不要光抑制溝30が設けられており撮像素子20が入り込む構成となっている。 Here, the visible
この不要光抑制溝30は、赤外ゴーストカットを主たる目的とするもので、不要光抑制溝30により点線Gで示すゴースト光をカットする例が示されている。不要光抑制溝30は、赤外光分離プリズム12における光路に影響しない場所でゴースト反射光が撮像素子へ入射しないように溝を形成する。この種の不要光抑制溝30は、種々の形状が考えられているが、可視光側のプリズム17をできるだけ短縮した状態でトリミングフィルタ31を挟持して設けられた可視光撮像素子20が赤外光プリズム12と衝突しないようにV字形の切り込みが設けられている。 The unnecessary
可視光撮像素子20は、工業用カメラでは目的に応じてフルサイズから小型サイズの撮像素子まで使用できることが望ましい。赤外光プリズム17の不要光抑制溝30を上述のように形成することで、可視光側のプリズム17を短縮しても撮像素子20の大きさに制限を受けることが少なくなり、撮像素子の選択の自由度が高まる。 It is desirable that the visible
以上説明した通り、本発明によれば、可視光側のプリズム部分が短縮されることによりプリズムを用いた多板式カメラでありながらガラス補正が施されていない多種多様なCマウントに適合する比較的安価な交換レンズが使用でき、かつ赤外光および可視光分離タイプのプリズム構成の小型化が図られるため、各種工業用カメラなどでの利用、応用範囲が広がり、利便性が高まる。 As described above, according to the present invention, the prism portion on the visible light side is shortened, so that the camera is a multi-plate camera using a prism, but is relatively compatible with a wide variety of C mounts that are not glass-corrected. Since an inexpensive interchangeable lens can be used and the prism configuration of infrared light and visible light separation type can be miniaturized, the range of use and application in various industrial cameras is expanded, and the convenience is enhanced.
本発明においては、Cマウントレンズを使用し、赤外光と可視光とを分離する2板式分離プリズムによる実施例を説明したが、本発明の光学系を使用したカメラは、赤外光を取り出して利用するカメラであれば監視用、顕微鏡用、望遠鏡用、軍事用などの多板式ビデオカメラ、静止画カメラ、またCマウントレンズ以外のマウントなどへも広く応用することができる。上記実施例に開示されている範囲に限らず、特許請求の範囲内において複数の構成要素を適宜組み合わせたり、光束分離光学系を利用した機器に広く適用することができ、産業上多大な有用性と利用可能性を有している。 In the present invention, an example using a two-plate separation prism that separates infrared light and visible light by using a C-mount lens has been described, but the camera using the optical system of the present invention extracts infrared light. It can be widely applied to multi-plate video cameras for surveillance, microscopes, telescopes, military use, still image cameras, and mounts other than C-mount lenses. Not limited to the range disclosed in the above examples, a plurality of components can be appropriately combined within the claims, and can be widely applied to equipment using a luminous flux separation optical system, which is of great industrial usefulness. And have availability.
10 交換レンズ
11 カメラマウント
12 赤外光分離プリズム
13 赤外光分離面(分離膜)
14 赤外光反射面
16 赤外光撮像素子
17 可視光プリズム
19 空気間隙
20 可視光撮像素子
30 不要光抑制溝
31 フィルタ10 Interchangeable lens 11 Camera mount 12 Infrared
14 Infrared
Claims (6)
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JP2019177937A JP2021044790A (en) | 2019-09-10 | 2019-09-10 | Miniaturized luminous flux separation optical system and optical device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2024058019A1 (en) * | 2022-09-16 | 2024-03-21 | ソニーグループ株式会社 | Imaging device and medical observation system |
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- 2019-09-10 JP JP2019177937A patent/JP2021044790A/en not_active Ceased
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