JP2021117455A - 光学ユニット及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像レンズが着脱自在に装着されるマウントと色分解プリズムとの間に切り替え型フィルタを配置することを可能とする光学ユニット及び撮像装置を提供する。【解決手段】撮像レンズ３０が着脱自在に装着されるマウント２１と、撮像レンズ３０を介して入射する入射光束を色分解する色分解プリズム７０と、を備える光学ユニット２０である。光学ユニット２０は、フランジバックが空気換算長で２０ｍｍ以下であり、マウント２１と色分解プリズム７０との間に配置されたフィルタ特性を切り替え可能な切り替え型フィルタ６０を有する。【選択図】図６

Description

本開示の技術は、光学ユニット及び撮像装置に関する。

特許文献１に記載の技術は、カラーシェーディングの発生を抑制できる色分解光学系、撮像ユニット及び撮像装置を提供する。色分解光学系は、Ｂ光を取り出す第１プリズム、Ｒ光を取り出す第２プリズム、ＩＲ光を取り出す第３プリズム及びＧ光を取り出す第４プリズムを組み合わせて構成される。第１プリズムは、第１プリズム第２面でＢ光を反射して分離する。第２プリズムは、第２プリズム第２面でＲ光を反射して分離する。第３プリズムは、第３プリズム第２面でＩＲ光を反射して分離する。色分解光学系は、光軸を通る光の入射角が最大となる面が第３プリズム第２面となるように構成される。

国際公開第２０１８／２１６３８６号

本開示の技術に係る一つの実施形態は、撮像レンズが装着されるマウントと色分解プリズムとの間に切り替え型フィルタを配置することを可能とする光学ユニット及び撮像装置を提供する。

本開示の技術に係る第１の態様は、撮像レンズが着脱自在に装着されるマウントと、撮像レンズを介して入射する入射光束を色分解する色分解プリズムと、を備える光学ユニットであって、フランジバックが空気換算長で２０ｍｍ以下であり、マウントと色分解プリズムとの間に配置されたフィルタ特性を切り替え可能な切り替え型フィルタを有する光学ユニットである。

本開示の技術に係る第２の態様は、マウントは、Ｃマウントの規格を満たす第１の態様に係る光学ユニットである。

本開示の技術に係る第３の態様は、マウントのマウント面から色分解プリズムの入射面までの距離が実長で８．２ｍｍ以上である第１の態様又は第２の態様に係る光学ユニットである。

本開示の技術に係る第４の態様は、切り替え型フィルタを収容する筐体と、筐体において切り替え型フィルタの入射側に配置された第１透光板と、筐体において切り替え型フィルタの出射側に配置された第２透光板と、を有する第３の態様に係る光学ユニットである。

本開示の技術に係る第５の態様は、マウントは、筐体に設けられており、第１透光板は、マウントの切り替え型フィルタに対向する面に設けられている第４の態様に係る光学ユニットである。

本開示の技術に係る第６の態様は、色分解プリズムの各出射面には、接着層を介してイメージセンサが配置されている第１の態様から第６の態様のうちのいずれか１つに係る光学ユニットである。

本開示の技術に係る第７の態様は、接着層は、各出射面の全面又は部分的に形成されている第６の態様に係る光学ユニットである。

本開示の技術に係る第８の態様は、各出射面には、トリミングフィルタが設けられており、イメージセンサは、トリミングフィルタに接着層を介して配置されている第７の態様に係る光学ユニットである。

本開示の技術に係る第９の態様は、切り替え型フィルタは、回転式の切り替え型ターレットフィルタである第１の態様から第８の態様のうちのいずれか１つに係る光学ユニットである。

本開示の技術に係る第１０の態様は、第１の態様から第９の態様のうちのいずれか１つに係る光学ユニットと、光学ユニットを収容したカメラ本体と、マウントに着脱自在に装着される撮像レンズと、を備えた撮像装置である。

撮像装置の一例であるカメラの構成を示す概略斜視図である。 光学ユニットを全面側から見た分解斜視図である。 光学ユニットを背面側から見た分解斜視図である。 光学ユニットを背面側から見た斜視図である。 カメラの正面図である。 図５のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 光学ユニットの要部を拡大した断面図である。 Ｇ光イメージセンサの構成の一例を示す模式図である。 マウント面から色分解プリズムの入射面までの部分の長さ及び屈折率の一例を示す表である。 色分解プリズムの入射面から受光面までの各部の長さ及び屈折率の一例を示す表である。 カメラ本体の電気的構成を示すブロック図である。 イメージセンサの変形例を示す図である。

添付図面に従って本開示の技術に係る実施形態の一例について説明する。

先ず、以下の説明で使用される文言について説明する。

ＮＤは、“Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ”の略称である。ＣＭＯＳは、“Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”の略称である。ＣＰＵは、“Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ”の略称である。ＲＡＭは、“Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ”の略称である。ＲＯＭは、“Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ”の略称である。

図１は、撮像装置の一例であるカメラ２の構成を示す。カメラ２は、レンズ交換が可能なカメラである。

カメラ２は、箱形状のカメラ本体１０を備え、カメラ本体１０の内部に光学ユニット２０が収容されている。光学ユニット２０は、図示しないホルダを介してカメラ本体１０の内部の予め定められた位置に配置されている。カメラ２は、例えば、監視カメラとして使用される。

カメラ本体１０には、第１開口１２及び第２開口１３が形成されている。第１開口１２は、円形であって、光学ユニット２０に設けられたカメラ側マウント２１をカメラ本体１０の外部に露出させる。第２開口１３は、円形であって、光学ユニット２０に設けられた回転操作部材２２をカメラ本体１０の外部に露出させる。回転操作部材２２は、光学ユニット２０の内部に設けられた、後述するターレットフィルタ６０の切り替え操作を可能とする。

カメラ側マウント２１には、撮像レンズ３０が着脱自在に装着される。本実施形態では、カメラ側マウント２１は、ネジを利用してカメラとレンズとを固定するスクリューマウントの一種であるＣマウントの規格を満たす。Ｃマウントは、口径が２５．４ｍｍ（１インチ）であり、ネジピッチが０．７９４ｍｍであり、フランジバックが１７．５２６ｍｍ（空気換算長）である。フランジバックは、マウントのマウント面からイメージセンサの受光面までの距離の空気換算長として定義される。

撮像レンズ３０は、鏡筒３１とレンズ側マウント３２とで構成されている。レンズ側マウント３２は、鏡筒３１の基端部に設けられている。レンズ側マウント３２は、Ｃマウントの規格を満たすことにより、カメラ側マウント２１に接続可能に構成されている。

図２、図３、及び図４は、光学ユニット２０の構成の一例を示す。図２は、光学ユニット２０を全面側から見た分解斜視図である。図３は、光学ユニット２０を背面側から見た分解斜視図である。図４は、光学ユニット２０を背面側から見た斜視図である。

図２及び図３に示すように、光学ユニット２０は、基体４０、蓋状部材５０、ターレットフィルタ６０、回転操作部材２２、及び色分解プリズム７０を備える。基体４０は、直方形状であって、全面側が開放された箱状部材である。蓋状部材５０は、矩形平板状であって、基体４０の開放された全面側を覆うように基体４０に接続される。

基体４０の四隅には、ネジ８０が螺号するネジ穴４１が形成されている。また、蓋状部材５０の四隅には、ネジ穴４１に対応する位置に、ネジ８０が挿通される貫通孔５１が形成されている。ネジ８０を貫通孔５１に挿入してネジ穴４１に螺合させることにより、蓋状部材５０が基体４０に接続される。ターレットフィルタ６０は、蓋状部材５０が基体４０に接続されることにより形成される内部空間に収容される。基体４０と蓋状部材５０とは、ターレットフィルタ６０を収容する筐体を構成する。ターレットフィルタ６０は、フィルタ特性を切り替え可能な切り替え型フィルタの一例である。

基体４０の内底面４２の中央部には、ターレットフィルタ６０を回転自在に支持する軸支部４３が設けられている。ターレットフィルタ６０は、円形であって、その中央に軸支孔６１が設けられている。ターレットフィルタ６０の軸支孔６１には軸支部４３が挿入される。ターレットフィルタ６０は、軸支部４３を回転軸として回転する。

ターレットフィルタ６０は、円盤状であって、その外周には、歯部６２が形成されている。歯部６２は、回転操作部材２２の基端部に設けられた歯車２２Ａに係合する。ターレットフィルタ６０は、回転操作部材２２の回転に伴って回転する。すなわち、ターレットフィルタ６０は、回転式の切り替え型フィルタである。

基体４０の内底面４２には、回転操作部材２２の基端側が挿入される貫通孔４４が形成されている。また、蓋状部材５０には、回転操作部材２２の先端側が挿入される貫通孔５２が形成されている。回転操作部材２２は、基端部が基体４０と蓋状部材５０とで形成される内部空間に収容され、かつ先端部が外部に露出する。

ターレットフィルタ６０には、本例では、第１フィルタ６３Ａ、第２フィルタ６３Ｂ、第３フィルタ６３Ｃ、及び第４フィルタ６３Ｄの４種の光学フィルタが設けられている。各光学フィルタは、円形であって、軸支孔６１を中心として回転対称となる位置に配置されている。各光学フィルタは、ターレットフィルタ６０の回転に伴って、光軸Ｌｚを順に通過する。光軸Ｌｚは、カメラ側マウント２１に取り付けられた撮像レンズ３０の光軸である。

第１フィルタ６３Ａ、第２フィルタ６３Ｂ、及び第３フィルタ６３Ｃは、例えば光量減衰（ＮＤ）フィルタである。例えば、第１フィルタ６３Ａを、光量を１／４に減光するＮＤ４フィルタとし、第２フィルタ６３Ｂを、光量を１／１６に減光するＮＤ１６フィルタとし、第３フィルタ６３Ｃを、光量を１／６４に減光するＮＤ６４フィルタとする。そして、第４フィルタ６３Ｄは、減光機能を有しない透光板（例えば、透明ガラス）とする。

ターレットフィルタ６０が備える光学フィルタの種類は、ＮＤフィルタに限られない。ターレットフィルタ６０の光学フィルタとして。色温度変換フィルタを用いることができる。色温度変換フィルタは、赤色光を減衰し、かつ青色光を透過させることで、色温度を上昇させる光学フィルタである。この場合、例えば、第１フィルタ６３Ａを、色温度を３２００Ｋから４３００Ｋに上昇させるフィルタとし、第２フィルタ６３Ｂを、色温度を３２００Ｋから６３００Ｋに上昇させるフィルタとし、第３フィルタ６３Ｃを、色温度を３２００Ｋから８０００Ｋに上昇させるフィルタとする。第４フィルタ６３Ｄは、色温度変換機能を有しない透光板（例えば、透明ガラス）とする。

ターレットフィルタ６０が備える光学フィルタの種類は、ＮＤフィルタ及び色温度変換フィルタに限られない。ターレットフィルタ６０が備える光学フィルタとして、特殊効果フィルタ又は波長選択フィルタ等を用いることができる。特殊効果フィルタには、視野内の光源に光条（放射状の光の筋）を付与するクロスフィルタ、明るい部分の光を拡散させてソフトな印象を付与するディフュージョンフィルタ等が含まれる。波長選択フィルタには、短波長透過フィルタ、長波長透過フィルタ、バンドパスフィルタ、赤外線カットフィルタ等が含まれる。

ターレットフィルタ６０が備える複数の光学フィルタは、同種のフィルタでなくてもよく、異なる種類のフィルタを組み合わせてもよい。また、ターレットフィルタ６０が備える光学フィルタの数は、４枚に限られず、３枚以下であってもよい。

蓋状部材５０には、前述のカメラ側マウント２１が設けられている。カメラ側マウント２１の底面２３には、第１透光板２４が設けられている。第１透光板２４は、光軸Ｌｚを中心とした円形のカバーガラスであり、ターレットフィルタ６０に対向する。第１透光板２４は、赤外線カットフィルタ等の光学特性を有するフィルタであってもよい。第１透光板２４は、光学変換機能を有しない透明ガラスであってもよい。

基体４０の内底面４２には、第１透光板２４に対応する位置に第２透光板４５が設けられている。第２透光板４５は、例えば矩形状のカバーガラスであり、ターレットフィルタ６０に対向する。第２透光板４５は、赤外線カットフィルタ等の光学特性を有するフィルタであってもよい。基体４０の背面側には、枠状のスペーサ４６（図３参照）を介して入射面７１Ａが第２透光板４５に対向するように色分解プリズム７０が取り付けられる。スペーサ４６は、第２透光板４５の周囲を囲うように基体４０の背面側に取り付けられている。

第１透光板２４及び第２透光板４５は、ターレットフィルタ６０を収容する基体４０と蓋状部材５０とで構成された筐体に設けられており、ターレットフィルタ６０を防塵する。

色分解プリズム７０の側面には、支持体４７が接着されている。色分解プリズム７０は、支持体４７を、基体４０の背面側に立設された支柱４８に接続することにより、基体４０に取り付けられる（図４参照）。支持体４７と支柱４８とは、図示しないネジによりネジ止めされる。

図５は、カメラ２の正面図である。図６は、図５のＡ−Ａ線に沿った断面図である。当該断面には、光軸Ｌｚが含まれる。

前述のように、カメラ本体１０に設けられたカメラ側マウント２１は、Ｃマウントの規格を満たすので、口径Ｄは、２５．４ｍｍ（１インチ）である。また、カメラ側マウント２１の内面には、雌ネジ部２１Ａが設けられている。雌ネジ部２１Ａのネジピッチは０．７９４ｍｍである。

同様に、撮像レンズ３０に設けられたレンズ側マウント３２は、Ｃマウントの規格を満たすので、口径Ｄは、２５．４ｍｍ（１インチ）である。また、レンズ側マウント３２の外面には、雄ネジ部３２Ａが設けられている。雄ネジ部３２Ａのネジピッチは０．７９４ｍｍである。

撮像レンズ３０の鏡筒３１は、レンズ側マウント３２よりも径が大きく、内部にレンズ及び絞り等を収容している。撮像レンズ３０は、レンズ側マウント３２の雄ネジ部３２Ａを、カメラ側マウント２１の雌ネジ部２１Ａに螺合させることにより、カメラ本体１０に取り付けられる。撮像レンズ３０をカメラ本体１０に取り付けた際、カメラ側マウント２１のマウント面２１Ｂに、鏡筒３１の後端部が当接する。マウント面２１Ｂとは、カメラ側マウント２１の先端側の端面を含み、かつ光軸Ｌｚに直交する平面を意味する。すなわち、マウント面２１Ｂは、鏡筒３１と当接することにより、カメラ本体１０に対する鏡筒３１の光軸方向に関する位置を規定する基準面である。

本実施形態では、色分解プリズム７０は、撮像レンズ３０を介して入射する入射光束を、赤色光（以下、Ｒ光という。）、緑色光（以下、Ｇ光という。）、及び青色光（以下、Ｂ光という。）に分解する３色分解プリズムである。色分解プリズム７０には、Ｒ光を受光するＲ光イメージセンサ９０Ｒと、Ｇ光を受光するＧ光イメージセンサ９０Ｇと、Ｂ光を受光するＢ光イメージセンサ９０Ｂとが取り付けられている。

Ｒ光イメージセンサ９０Ｒ、Ｇ光イメージセンサ９０Ｇ、及びＢ光イメージセンサ９０Ｂは、それぞれ同一のイメージセンサにより構成されている。以下、Ｒ光イメージセンサ９０Ｒ、Ｇ光イメージセンサ９０Ｇ、及びＢ光イメージセンサ９０Ｂを区別する必要がない場合には、単にイメージセンサという。各イメージセンサは、カバーガラス９１とセンサ基板９２とを含んで構成されている。各イメージセンサは、例えば、１／２．８型（対角６．４３ｍｍ）のＣＭＯＳイメージセンサである。

フランジバックＦＢは、マウント面２１Ｂから各イメージセンサの受光面までの距離の空気換算長である。Ｃマウントの規格では、フランジバックＦＢは１７．５２６ｍｍ（空気換算長）である。このように、Ｃマウントの規格では、フランジバックＦＢが短い。従来は、色分解プリズム７０に対して、スペーサ等を介してイメージセンサが取り付けられていたことから、マウント面２１Ｂから色分解プリズム７０の入射面７１Ａまでの距離Ｌが短く、光学ユニット２０の内部にターレットフィルタ６０等の切り替え型フィルタを収容することは困難であった。

本開示の技術では、色分解プリズム７０に各イメージセンサを直接接続し、かつ色分解プリズム７０の入射面７１Ａを後端側へずらすことにより、従来よりも距離Ｌを長くしている。本開示の技術では、距離Ｌを、光学ユニット２０の内部にターレットフィルタ６０等の切り替え型フィルタを収容することを可能とする長さとしている。例えば、距離Ｌは、実長で９．８１１ｍｍである。

図７は、光学ユニット２０の要部を拡大した断面図である。図７に示すように、色分解プリズム７０は、第１プリズム７１、第２プリズム７２、及び第３プリズム７３の３つのプリズムを組み合わせることにより構成されている。３つのプリズムは、光軸Ｌｚに沿って、光の入射側から第１プリズム７１、第２プリズム７２、第３プリズム７３の順に配置されている。各プリズムは、例えば、バリウム・フリント・ガラス（例えば、ＨＯＹＡ社製のＢａＦＤ７）により形成されている。本実施形態の色分解プリズム７０では、第１プリズム７１でＢ光を取り出し、第２プリズム７２でＲ光を取り出し、第３プリズム７３でＧ光を取り出す。

第１プリズム７１は、第１面７１Ａ、第２面７１Ｂ、及び第３面７１Ｃを有する。第１面７１Ａは、光軸Ｌｚに対して直交するように配置されることにより、前述の入射面７１Ａとして機能する。撮像レンズ３０から色分解プリズム７０に入射する光は、第１面７１Ａを透過する。

第２面７１Ｂは、光軸Ｌｚが交わり、かつ光軸Ｌｚに対して傾斜するように配置されている。第２面７１Ｂには、Ｂ光を反射するダイクロイック膜（図示せず）が形成されている。光軸Ｌｚに沿って第２面７１Ｂに入射した光は、第２面７１ＢによりＢ光のみが選択的に反射される。このように、第２面７１Ｂは、光分解面として機能する。第２面７１Ｂで反射されたＢ光は、第１面７１Ａに予め定められた角度で入射する。第１面７１Ａは、反射面としても機能する。第１面７１Ａは、入射したＢ光を第３面７１Ｃに向けて全反射する。

第３面７１Ｃは、第１出射面として機能する。第３面７１Ｃに入射したＢ光は、第３面７１Ｃから出射される。第３面７１Ｃには、接着層７４Ｂを介して第１Ｂ光トリミングフィルタ７５Ｂ１及び第２Ｂ光トリミングフィルタ７５Ｂ２が設けられている。第１Ｂ光トリミングフィルタ７５Ｂ１及び第２Ｂ光トリミングフィルタ７５Ｂ２は積層されている。第１Ｂ光トリミングフィルタ７５Ｂ１及び第２Ｂ光トリミングフィルタ７５Ｂ２は、Ｂ光から余分な色成分の光をカットして、Ｂ光の色再現性を向上させる。なお、第３面７１Ｃに設けるトリミングフィルタは、積層型に限られず、単層であってもよい。

第２プリズム７２は、第１面７２Ａ、第２面７２Ｂ、及び第３面７２Ｃを有する。第１面７２Ａは、入射面として機能する。第１面７２Ａは、光軸Ｌｚが交わり、かつ第１プリズム７１の第２面７１Ｂに平行に配置されている。また、第１面７２Ａは、第１プリズム７１との接合面としても機能する。第１面７２Ａは、例えば、枠状のスペーサ７６を介して、第１プリズム７１の第２面７１Ｂに接合されている。このように、第１面７２Ａと第２面７１Ｂとの間は、エアギャップ７７を介して接合されている。第１プリズム７１の第２面７１Ｂを透過した光は、エアギャップ７７を介して、第２プリズム７２の第１面７２Ａに入射する。

第２面７２Ｂは、光軸Ｌｚが交わり、かつ光軸Ｌｚに対して傾斜するように配置されている。第２面７２Ｂには、Ｒ光を反射するダイクロイック膜（図示せず）が形成されている。光軸Ｌｚに沿って第２面７２Ｂに入射した光は、第２面７２ＢによりＲ光のみが選択的に反射される。このように、第２面７２Ｂは、光分解面として機能する。第２面７２Ｂで反射されたＲ光は、第１面７２Ａに予め定められた角度で入射する。第１面７２Ａは、反射面としても機能する。第１面７２Ａは、入射したＲ光を第３面７２Ｃに向けて全反射する。

第３面７２Ｃは、出射面として機能する。第３面７２Ｃに入射したＲ光は、第３面７２Ｃから出射される。第３面７２Ｃには、接着層７４Ｒを介してＲ光トリミングフィルタ７５Ｒが設けられている。Ｒ光トリミングフィルタ７５Ｒは、Ｒ光から余分な色成分の光をカットして、Ｒ光の色再現性を向上させる。

第３プリズム７３は、第１面７３Ａ及び第２面７３Ｂを有する。第１面７３Ａは、入射面として機能する。第１面７３Ａは、光軸Ｌｚが交わり、かつ第２プリズム７２の第２面７２Ｂに平行に配置されている。また、第１面７３Ａは、第２プリズム７２との接合面としても機能する。第１面７３Ａは、接着層（図示せず）を介して第２プリズム７２の第２面７２Ｂに接合されている。第２プリズム７２の第２面７２Ｂを透過した光は、第１面７３Ａに入射する。

第２面７３Ｂは、出射面として機能する。第２面７３Ｂは、光軸Ｌｚが交わり、かつ光軸Ｌｚに対して傾斜するように配置されている。第１面７３Ａに入射した光は、そのまま第２面７３Ｂから出射される。第２面７３Ｂから出射される光は、Ｇ光である。第２面７３Ｂには、接着層７４Ｇを介してＧ光トリミングフィルタ７５Ｇが設けられている。Ｇ光トリミングフィルタ７５Ｇは、Ｇ光から余分な色成分の光をカットして、Ｇ光の色再現性を向上させる。

Ｇ光イメージセンサ９０Ｇは、接着層７８Ｇを介してＧ光トリミングフィルタ７５Ｇに接着されている。本実施形態では、Ｇ光イメージセンサ９０Ｇのカバーガラス９１の全面が接着層７８Ｇを介してＧ光トリミングフィルタ７５Ｇの表面に接着されている。Ｇ光トリミングフィルタ７５Ｇを通過したＧ光は、接着層７８Ｇ及びカバーガラス９１を介して、センサ基板９２に入射する。

同様に、Ｒ光イメージセンサ９０Ｒは、接着層７８Ｒを介してＲ光トリミングフィルタ７５Ｒに接着されている。本実施形態では、Ｒ光イメージセンサ９０Ｒのカバーガラス９１の全面が接着層７８Ｒを介してＲ光トリミングフィルタ７５Ｒの表面に接着されている。Ｒ光トリミングフィルタ７５Ｒを通過したＲ光は、接着層７８Ｒ及びカバーガラス９１を介して、センサ基板９２に入射する。

同様に、Ｂ光イメージセンサ９０Ｂは、接着層７８Ｂを介して第２Ｂ光トリミングフィルタ７５Ｂ２に接着されている。本実施形態では、Ｂ光イメージセンサ９０Ｂのカバーガラス９１の全面が接着層７８Ｂを介して第２Ｂ光トリミングフィルタ７５Ｂ２の表面に接着されている。第１Ｂ光トリミングフィルタ７５Ｂ１及び第２Ｂ光トリミングフィルタ７５Ｂ２を通過したＢ光は、接着層７８Ｂ及びカバーガラス９１を介して、センサ基板９２に入射する。

接着層７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂ及び接着層７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂは、例えば、紫外線硬化型接着剤により形成されている。

次に、光学ユニット２０の光軸Ｌｚに沿った各部の長さ（実長）について説明する。マウント面２１Ｂから第１透光板２４までは空気層（以下、第１空気層という。）８１である。第１空気層８１の長さをＧ１とする。第１透光板２４の長さをＷ１とする。第１透光板２４とターレットフィルタ６０が備える光学フィルタ（図７では第１フィルタ６３Ａ）との間は、空気層（以下、第２空気層という。）８２である。第２空気層８２の長さをＧ２とする。第１フィルタ６３Ａの長さをＷ２とする。

第１フィルタ６３Ａと第２透光板４５との間は、空気層（以下、第３空気層という。）８３である。第３空気層８３の長さをＧ３とする。第２透光板４５の長さをＷ３とする。第２透光板４５と色分解プリズム７０の入射面７１Ａとの間は、空気層（以下、第４空気層という。）８４である。第４空気層８４の長さをＧ４とする。

マウント面２１Ｂから色分解プリズム７０の入射面７１Ａまでの距離Ｌは、下式（１）で表される。
Ｌ＝Ｇ１＋Ｗ１＋Ｇ２＋Ｗ２＋Ｇ３＋Ｗ３＋Ｇ４ ・・・（１）

また、第１透光板２４の屈折率をｎ１、第１フィルタ６３Ａの屈折率をｎ２、第２透光板４５の屈折率をｎ３とする。この場合における距離Ｌの空気換算長Ｌａは、下式（２）で表される。
Ｌａ＝Ｇ１＋Ｗ１／ｎ１＋Ｇ２＋Ｗ２／ｎ２＋Ｇ３＋Ｗ３／ｎ３＋Ｇ４ ・・・（２）

次に、色分解プリズム７０の光軸Ｌｚに沿った長さをＷ４とする。また、エアギャップ７７の光軸Ｌｚに沿った長さをＧ５とする。ここで、長さＷ４は、エアギャップ７７の長さＧ５を除いた長さとする。

光軸Ｌｚに沿った接着層７４Ｇの長さをＷ５、Ｇ光トリミングフィルタ７５Ｇの長さをＷ６、接着層７８Ｂの長さをＷ７、カバーガラス９１の長さをＷ８とする。そして、図８に示すように、カバーガラス９１からセンサ基板９２の受光面９２Ａまでは空気層９３Ａであり、この空気層９３Ａの長さをＧ６とする。

また、色分解プリズム７０の屈折率をｎ４、接着層７４Ｇの屈折率をｎ５、Ｇ光トリミングフィルタ７５Ｇの屈折率をｎ６、接着層７８Ｂの屈折率をｎ７、カバーガラス９１の屈折率をｎ８とする。この場合におけるフランジバックＦＢ（空気換算長）は、下式（３）で表される。
ＦＢ＝Ｌａ＋Ｗ４／ｎ４＋Ｇ５＋Ｗ５／ｎ５＋Ｗ６／ｎ６＋Ｗ７／ｎ７＋Ｗ８／ｎ８＋Ｇ６ ・・・（３）

ターレットフィルタ６０が備える光学フィルタは、いずれも第１フィルタ６３Ａと同一の長さ及び屈折率を有する。したがって、ターレットフィルタ６０の回転により光学フィルタが切り替えられても距離Ｌの空気換算長Ｌａ及びフランジバックＦＢは変化しない。

上式（３）は、Ｇ光の光路におけるフランジバックＦＢを表している。Ｂ光及びＲ光の光路におけるフランジバックについても、上式（３）で表されるフランジバックＦＢと同一の長さとなるように、各部の長さが設定されている。

図８は、Ｇ光イメージセンサ９０Ｇの構成の一例を示す模式図である。図８に示すように、Ｇ光イメージセンサ９０Ｇは、受光面９２Ａを有するセンサ基板９２上に、受光面９２Ａを囲うように配置されたスペーサ９３を介してカバーガラス９１が接合されている。カバーガラス９１と受光面９２Ａとの間の空気層９３Ａの長さＧ６は、スペーサ９３の厚みにより設定される。カバーガラス９１及びセンサ基板９２の周囲は、樹脂等の封止部材により覆われていてもよい。

Ｇ光イメージセンサ９０Ｇは、受光面９２Ａを構成する複数のフォトダイオードにより入射光であるＧ光を光電変換することにより、画像信号を生成する。

Ｒ光イメージセンサ９０Ｒ及びＢ光イメージセンサ９０Ｂの構成は、Ｇ光イメージセンサ９０Ｇの構成と同様である。

図９は、光学ユニット２０のマウント面２１Ｂから色分解プリズム７０の入射面７１Ａまでの部分における光軸Ｌｚに沿った各部の長さ及び屈折率の一例を示す。図９に示すように各部の実長及び屈折率を設定することにより、マウント面２１Ｂから入射面７１Ａまでの距離Ｌを９．８１１ｍｍとすることができる。この距離Ｌは、光学ユニット２０の内部に、ターレットフィルタ６０等の切り替え型フィルタを収容することを可能とする長さである。この距離Ｌの空気換算長Ｌａは、８．７９５ｍｍとなる。

図１０は、光学ユニット２０の色分解プリズム７０の入射面７１ＡからＧ光イメージセンサ９０Ｇの受光面９２Ａまでの部分における光軸Ｌｚに沿った各部の長さ及び屈折率の一例を示す。図１０に示すように各部の実長及び屈折率を設定することにより、フランジバックＦＢを、Ｃマウントの規格である１７．５２６ｍｍ（空気換算長）とすることができる。このフランジバックＦＢの実長は、２４．３８１ｍｍである。

色分解プリズム７０の屈折率を高くすると空気換算長が短くなるので、空気換算長であるフランジバックＦＢに対する色分解プリズム７０の長さ（空気換算長）が短くなり、入射面７１Ａを後端側へ移動させることができる。これにより、マウント面２１Ｂから入射面７１Ａまでの距離Ｌが長くなり、ターレットフィルタ６０等の切り替え型フィルタを配置するスペースが広がる。

図１１は、カメラ本体１０の電気的構成を示すブロック図である。図１１に示すように、カメラ本体１０には、マイクロコンピュータ１００と、Ｒ光イメージセンサドライバ１１０Ｒと、Ｇ光イメージセンサドライバ１１０Ｇと、Ｂ光イメージセンサドライバ１１０Ｂと、Ｒ光アナログ信号処理部１２０Ｒと、Ｇ光アナログ信号処理部１２０Ｇと、Ｂ光アナログ信号処理部１２０Ｂとが設けられている。これらの各部は、カメラ本体１０の内部に収容されている。なお、イメージセンサドライバ及びアナログ信号処理部は、対応するイメージセンサの内部に設けられていてもよい。

マイクロコンピュータ１００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭ等で構成されている。マイクロコンピュータ１００は、ＲＯＭに格納されたプログラムに基づいて各部を制御することにより、各種機能を実現する。

Ｒ光イメージセンサドライバ１１０Ｒは、マイクロコンピュータ１００からの指令に応じて、Ｒ光イメージセンサ９０Ｒを駆動する。Ｇ光イメージセンサドライバ１１０Ｇは、マイクロコンピュータ１００からの指令に応じて、Ｇ光イメージセンサ９０Ｇを駆動する。Ｂ光イメージセンサドライバ１１０Ｂは、マイクロコンピュータ１００からの指令に応じて、Ｂ光イメージセンサ９０Ｂを駆動する。

Ｒ光アナログ信号処理部１２０Ｒは、Ｒ光イメージセンサ９０Ｒから出力されるアナログの画像信号を取り込んで信号処理（例えば、相関二重サンプリング処理、及びゲイン調整等）を施し、処理後の信号をデジタル信号に変換して出力する。同様に、Ｇ光アナログ信号処理部１２０Ｇは、Ｇ光イメージセンサ９０Ｇから出力されるアナログの画像信号を取り込んで信号処理を施し、処理後の信号をデジタル信号に変換して出力する。Ｂ光アナログ信号処理部１２０Ｂは、Ｂ光イメージセンサ９０Ｂから出力されるアナログの画像信号を取り込んで信号処理を施し、処理後の信号をデジタル信号に変換して出力する。

マイクロコンピュータ１００は、Ｒ光アナログ信号処理部１２０Ｒ、Ｇ光アナログ信号処理部１２０Ｇ、及びＢ光アナログ信号処理部１２０Ｂから出力された各デジタル信号を取り込んで信号処理を施すことにより、カラー画像であるＲＧＢ画像を生成する。そして、マイクロコンピュータ１００は、生成したＲＧＢ画像を、ＲＧＢ画像信号として出力する。

以上のように構成されたカメラ２の作用について説明する。撮影を開始するに際して、ユーザは、回転操作部材２２を操作することにより、ターレットフィルタ６０を回転させ、第１フィルタ６３Ａ、第２フィルタ６３Ｂ、第３フィルタ６３Ｃ、及び第４フィルタ６３Ｄから所望の光学フィルタを選択することができる。

撮像レンズ３０から出射された光は、第１透光板２４、ターレットフィルタ６０、及び第２透光板４５を通過して、色分解プリズム７０の入射面７１Ａに入射する。色分解プリズム７０に入射した光は、Ｒ光、Ｇ光、及びＢ光に分解される。分解されたＲ光、Ｇ光、及びＢ光は、それぞれＲ光イメージセンサ９０Ｒ、Ｇ光イメージセンサ９０Ｇ、及びＢ光イメージセンサ９０Ｂで個別に受光される。

各イメージセンサは、それぞれ光を画像信号に変換して出力する。各アナログ信号処理部は、画像信号に対して信号処理を施して、マイクロコンピュータ１００に出力する。マイクロコンピュータ１００は、ＲＧＢ画像を生成して出力する。マイクロコンピュータ１００から出力されたＲＧＢ画像は、例えば、モニタ（図示せず）に表示される。

以上のように、本開示の技術によれば、フランジバックＦＢが短いカメラ側マウント２１を有する光学ユニット２０において、カメラ側マウント２１と色分解プリズム７０との間に、ターレットフィルタ６０等の切り替え型フィルタを配置することが可能となる。したがって、本開示の技術によれば、フランジバックＦＢが短い小型のカメラ２であっても、ユーザは、切り替え型フィルタの切り替え操作を行うことにより、撮影状況等に応じて最適なフィルタを容易に選択することができる。

＜変形例＞
以下、上記実施形態の各種変形例について説明する。

上記実施形態では、図８に示すように、Ｇ光イメージセンサ９０Ｇのカバーガラス９１の全面に接着層７８Ｇを形成しているが、図１２に示すように、カバーガラス９１の表面に部分的に接着層７８Ｇを形成してもよい。例えば、カバーガラス９１の外周部に接着層７８Ｇを形成してもよい。これにより、カバーガラス９１とＧ光トリミングフィルタ７５Ｇとの間には、空気層９３Ｂが形成される。Ｇ光トリミングフィルタ７５Ｇを通過したＧ光は、空気層９３Ｂ及びカバーガラス９１を介して、センサ基板９２に入射する。

Ｒ光イメージセンサ９０Ｒ及びＢ光イメージセンサ９０Ｂについても同様の変形が可能である。

また、上記実施形態では、色分解プリズムの各プリズムの出射面にトリミングフィルタを設けているが、トリミングフィルタを設けない構成とすることも可能である。この場合、各プリズムの出射面にイメージセンサのカバーガラスを接着すればよい。さらに、特定の出射面にのみトリミングフィルタを設ける構成としてもよい。

また、上記実施形態では、色分解プリズムとして、３色に色分解を行う３色分解プリズムを用いているが、２色又は４色以上に色分解を行う色分解プリズムを用いてもよい。例えば、入射光束を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光、及びＩＲ光（赤外光）に分解する４色分解プリズムを用いることも可能である。

また、上記実施形態では、第１プリズムと第２プリズムとの間にエアギャップを有する色分解プリズムを用いているが、エアギャップを有しない色分解プリズム（いわゆるギャップレスプリズム）を用いることも可能である。ギャップレスプリズムでは、第１プリズム以外のプリズムにおいて、光は一度のみ反射して出射面から取り出される。

また、上記実施形態では、回転式の切り替えフィルタであるターレットフィルタを用いているが、これに代えて、平行移動式の切り替え型フィルタを用いることも可能である。これらの切り替えフィルタは、手動による切り替え操作に限られず、電動による切り替え操作を可能としてもよい。

また、上記実施形態では、撮像装置を、レンズ交換が可能なカメラとして構成しているが、電子内視鏡（例えば、硬性内視鏡）として構成することも可能である。さらに、撮像装置を、監視カメラ又は顕微鏡等として構成することも可能である。

また、上記実施形態では、撮像レンズを装着するためのカメラ側マウントとしてＣマウントの規格を満たすマウントを用いているが、マウントの構成はこれに限定されるものではない。例えば、ＣＳマウント等を用いることも可能である。ＣＳマウントは、フランジバックが１２．５ｍｍ（空気換算長）である。

本開示の技術は、マウントと色分解プリズムとを備える光学ユニットにおいて、マウントと色分解プリズムとの間に切り替え型フィルタを配置することを可能としたものであり、コンパクト化が要求される撮像装置に適用される。コンパクト化が要求される撮像装置とは、Ｃマウント又はＣＳマウント等を用いる撮像装置のように、フランジバックが空気換算長で２０ｍｍ以下の撮像装置である。

マウントと色分解プリズムとの間に切り替え型フィルタを配置するために、マウント面から色分解プリズムの入射面までの距離が実長で８．２ｍｍ以上であることが好ましい。当該距離を８．２ｍｍ以上とすることにより、マウントと色分解プリズムとの間において、切り替え型フィルタの入射側に第１透光板を配置し、かつ切り替え型フィルタの出射側に第２透光板を配置することが可能となる。第１透光板及び第２透光板は、切り替え型フィルタを収容する筐体に設けられ、切り替え型フィルタを防塵する。第１透光板は、マウントの切り替え型フィルタに対向する面に設けられている。

また、マウント面から色分解プリズムの入射面までの距離は、実長で１０．６ｍｍ以下であることが好ましい。すなわち、マウント面から色分解プリズムの入射面までの距離は、実長で８．２ｍｍ以上かつ１０．６ｍｍ以下の値であることが好ましい。さらに、マウント面から色分解プリズムの入射面までの距離は、実長で９．５２ｍｍ以上かつ９．８２ｍｍ以下の値であることが好ましい。

フランジバックが空気換算長で２０ｍｍ以下の光学ユニットにおいて、マウントと色分解プリズムとの間に切り替え型フィルタを配置するためには、光学ユニットの各部を小型化することが好ましい。光学ユニットの各部を小型化するための条件として、第１に、イメージセンサは、１／２．８型（対角６．４３ｍｍ）以下であることが好ましい。これにより、色分解プリズムを小型化することができる。

第２に、色分解プリズムの屈折率が１．７以上であることが好ましい。屈折率を高くすることにより空気換算長が短くなるので、マウント面から色分解プリズムの入射面までの距離を長くすることができる。これにより、切り替え型フィルタを配置可能なスペースが広がる。

第３に、色分解プリズムの出射面からイメージセンサまでの距離（図６の場合、接着層７８Ｇの厚みＷ７）は、０．３ｍｍ以下であることが好ましい。また、第４に、イメージセンサ内の光路長（図６の場合、Ｗ８とＧ６との和）が空気換算長で、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。これらの条件により、マウント面から色分解プリズムの入射面までの距離をより長くすることができる。これにより、切り替え型フィルタを配置可能なスペースがさらに広がる。

以上に示した記載内容及び図示内容は、本開示の技術に係る部分についての詳細な説明であり、本開示の技術の一例に過ぎない。例えば、上記の構成、機能、作用、及び効果に関する説明は、本開示の技術に係る部分の構成、機能、作用、及び効果の一例に関する説明である。よって、本開示の技術の主旨を逸脱しない範囲内において、以上に示した記載内容及び図示内容に対して、不要な部分を削除したり、新たな要素を追加したり、置き換えたりしてもよいことは言うまでもない。また、錯綜を回避し、本開示の技術に係る部分の理解を容易にするために、以上に示した記載内容及び図示内容では、本開示の技術の実施を可能にする上で特に説明を要しない技術常識等に関する説明は省略されている。

本明細書に記載された全ての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

２ カメラ
１０ カメラ本体
１２ 第１開口
１３ 第２開口
２０ 光学ユニット
２１ カメラ側マウント
２１Ａ 雌ネジ部
２１Ｂ マウント面
２２ 回転操作部材
２２Ａ 歯車
２３ 底面
２４ 第１透光板
３０ 撮像レンズ
３１ 鏡筒
３２ レンズ側マウント
３２Ａ 雄ネジ部
４０ 基体
４１ ネジ穴
４２ 内底面
４３ 軸支部
４４ 貫通孔
４５ 第２透光板
４６ スペーサ
４７ 支持体
４８ 支柱
５０ 蓋状部材
５１，５２ 貫通孔
６０ ターレットフィルタ
６１ 軸支孔
６２ 歯部
６３Ａ 第１フィルタ
６３Ｂ 第２フィルタ
６３Ｃ 第３フィルタ
６３Ｄ 第４フィルタ
７０ 色分解プリズム
７１ 第１プリズム
７１Ａ 第１面（入射面）
７１Ｂ 第２面
７１Ｃ 第３面
７２ 第２プリズム
７２Ａ 第１面
７２Ｂ 第２面
７２Ｃ 第３面
７３ 第３プリズム
７３Ａ 第１面
７３Ｂ 第２面
７４Ｒ，７４Ｇ，７４Ｂ 接着層
７５Ｂ１ 第１Ｂ光トリミングフィルタ
７５Ｂ２ 第２Ｂ光トリミングフィルタ
７５Ｇ Ｇ光トリミングフィルタ
７５Ｒ Ｒ光トリミングフィルタ
７６ スペーサ
７７ エアギャップ
７８Ｒ，７８Ｇ，７８Ｂ 接着層
８０ ネジ
８１ 第１空気層
８２ 第２空気層
８３ 第３空気層
８４ 第４空気層
９０Ｂ Ｂ光イメージセンサ
９０Ｇ Ｇ光イメージセンサ
９０Ｒ Ｒ光イメージセンサ
９１ カバーガラス
９２ センサ基板
９２Ａ 受光面
９３ スペーサ
９３Ａ，９３Ｂ 空気層
１００ マイクロコンピュータ
１１０Ｂ Ｂ光イメージセンサドライバ
１１０Ｇ Ｇ光イメージセンサドライバ
１１０Ｒ Ｒ光イメージセンサドライバ
１２０Ｂ Ｂ光アナログ信号処理部
１２０Ｇ Ｇ光アナログ信号処理部
１２０Ｒ Ｒ光アナログ信号処理部
Ｄ 口径
ＦＢ フランジバック
Ｌ 距離
Ｌｚ 光軸

Claims (10)

1. 撮像レンズが着脱自在に装着されるマウントと、
   撮像レンズを介して入射する入射光束を色分解する色分解プリズムと、
   を備える光学ユニットであって、
   フランジバックが空気換算長で２０ｍｍ以下であり、
   前記マウントと前記色分解プリズムとの間に配置されたフィルタ特性を切り替え可能な切り替え型フィルタを有する
   光学ユニット。
2. 前記マウントは、Ｃマウントの規格を満たす請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記マウントのマウント面から前記色分解プリズムの入射面までの距離が実長で８．２ｍｍ以上である請求項１又は２に記載の光学ユニット。
4. 前記切り替え型フィルタを収容する筐体と、
   前記筐体において前記切り替え型フィルタの入射側に配置された第１透光板と、
   前記筐体において前記切り替え型フィルタの出射側に配置された第２透光板と、
   を有する請求項３に記載の光学ユニット。
5. 前記マウントは、前記筐体に設けられており、
   前記第１透光板は、前記マウントの前記切り替え型フィルタに対向する面に設けられている請求項４に記載の光学ユニット。
6. 前記色分解プリズムの各出射面には、接着層を介してイメージセンサが配置されている請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の光学ユニット。
7. 前記接着層は、前記各出射面の全面又は部分的に形成されている請求項６に記載の光学ユニット。
8. 前記各出射面には、トリミングフィルタが設けられており、
   前記イメージセンサは、前記トリミングフィルタに前記接着層を介して配置されている請求項７に記載の光学ユニット。
9. 前記切り替え型フィルタは、回転式の切り替え型フィルタである請求項１から８のうちのいずれか１項に記載の光学ユニット。
10. 請求項１から９のうちのいずれか１項に記載の光学ユニットと、
    前記光学ユニットを収容したカメラ本体と、
    前記マウントに着脱自在に装着される撮像レンズと、
    を備えた撮像装置。

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