JP2024085499A - ハイパースペクトルカメラ用光学ユニット及びハイパースペクトルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】分解能を高めることができると共に製造コストの増加を抑制することができるハイパースペクトルカメラ用光学ユニット及びハイパースペクトルカメラを提供する。【解決手段】光学ユニット２は、ファブリペロー干渉フィルタ１０と、ファブリペロー干渉フィルタ１０に向かう光Ｌ、又はファブリペロー干渉フィルタ１０を透過した光Ｌが通過する第１アパーチャＰ１と、ファブリペロー干渉フィルタ１０及び第１アパーチャＰ１を通過した光Ｌを結像させる結像レンズ部２３と、ファブリペロー干渉フィルタ１０、第１アパーチャＰ１及び結像レンズ部２３を収容しており、ファブリペロー干渉フィルタ１０に入射する光Ｌの入射部２１ａを有する筐体２１と、を備える。光軸方向Ｄから見た場合に、結像レンズ部２３による光Ｌの結像領域Ｒの幅は、第１アパーチャＰ１の幅よりも広い。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイパースペクトルカメラ用光学ユニット及びハイパースペクトルカメラに関する。

例えば特許文献１には、ファブリペロー干渉フィルタにより光を波長ごとに分光し、分光された光を撮像するハイパースペクトルカメラが記載されている。特許文献１に記載のハイパースペクトルカメラでは、ファブリペロー干渉フィルタを透過した光が集束レンズにより集束されて画像センサに入射する。

特表２０２０－５２５８３０号公報

上述したようなハイパースペクトルカメラには、分解能を高めることが求められ、また、製造コストの増加を抑制することが併せて求められる。

そこで、本発明は、分解能を高めることができると共に製造コストの増加を抑制することができるハイパースペクトルカメラ用光学ユニット及びハイパースペクトルカメラを提供することを目的とする。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［１］「互いの間の距離が可変である一対のミラー部を有し、入射した光を前記一対のミラー部間の距離に応じて透過させるファブリペロー干渉フィルタと、前記ファブリペロー干渉フィルタに向かう前記光、又は前記ファブリペロー干渉フィルタを透過した前記光が通過する第１アパーチャと、前記ファブリペロー干渉フィルタ及び前記第１アパーチャを通過した前記光を結像させる結像レンズ部と、前記ファブリペロー干渉フィルタ、前記第１アパーチャ及び前記結像レンズ部を収容しており、前記ファブリペロー干渉フィルタに入射する前記光の入射部を有する筐体と、を備え、光軸方向から見た場合に、前記結像レンズ部による前記光の結像領域の幅は、前記第１アパーチャの幅よりも広い、ハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」である。

このハイパースペクトルカメラ用光学ユニットでは、光軸方向から見た場合に、結像レンズ部による光の結像領域の幅が、第１アパーチャの幅よりも広い。換言すれば、第１アパーチャの幅が、結像レンズ部による光の結像領域の幅よりも狭い。第１アパーチャの幅を狭くすることで、光を波長ごとに精度良く取り出すことができ、分解能を高めることができる。また、第１アパーチャの幅が狭いことで、ファブリペロー干渉フィルタのサイズを小さくすることができ、その結果、ファブリペロー干渉フィルタの生産性を確保することができると共に、分解能の低下を抑制することができる。すなわち、例えば結像レンズ部による光の結像領域と同程度の大きさにまでファブリペロー干渉フィルタのサイズを大きくした場合、ファブリペロー干渉フィルタの製造が難しくなり、製造コストが増加するおそれがある。また、ファブリペロー干渉フィルタにおける一対のミラー部間の距離を精度良く制御することが難しくなり、分解能が低下するおそれもある。この点、この光学ユニットでは、ファブリペロー干渉フィルタのサイズを小さくすることができるため、上述したような製造コストの増加や分解能の低下を抑制することができる。また、結像レンズ部による光の結像領域の幅が広いことで、例えば、結像された光を検出する撮像素子として面積が大きいものを用いることが可能となる。このように、このハイパースペクトルカメラ用光学ユニットによれば、分解能を高めることができると共に、製造コストの増加を抑制することができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［２］「前記第１アパーチャは、前記ファブリペロー干渉フィルタと一体に形成されている、［１］に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合、第１アパーチャ及びファブリペロー干渉フィルタのサイズを併せて小さくすることができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［３］「前記結像レンズ部は、前記光の幅を拡大させる拡大レンズ部と、前記拡大レンズ部からの光を集光する集光レンズ部と、を有する、［１］又は［２］に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合、第１アパーチャを通過した光を、拡大させた後に集光して結像させることができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［４］「前記ファブリペロー干渉フィルタに向かう前記光、又は前記ファブリペロー干渉フィルタを透過した前記光が通過する第２アパーチャを更に備え、前記結像レンズ部は、前記ファブリペロー干渉フィルタ、前記第１アパーチャ及び前記第２アパーチャを通過した前記光を結像させる、［１］～［３］のいずれかに記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合、第１アパーチャ及び第２アパーチャを通過した光を撮像することができ、分解能を一層高めることができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［５］「前記第２アパーチャは、支持体に形成された開口によって構成されており、前記ファブリペロー干渉フィルタは、前記支持体に固定されている、［４］に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合、ファブリペロー干渉フィルタを第２アパーチャの近くに好適に固定することができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［６］「前記第２アパーチャは、前記入射部と前記ファブリペロー干渉フィルタとの間に配置されている、［４］又は［５］に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合、一対のミラー部への入射前に第２アパーチャによって迷光や大きな入射角の光をカットすることができ、ノイズを低減することができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［７］「前記光軸方向から見た場合に、前記結像領域の幅は、前記第１アパーチャの幅よりも１．５倍以上広い、［１］～［６］のいずれかに記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合、例えば、結像された光を検出する撮像素子として面積が大きいものを用いることが可能となる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［８］「前記入射部と前記ファブリペロー干渉フィルタとの間に配置され、前記光の幅を縮小させる追加光学系を更に含む、［１］～［７］のいずれかに記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合、ファブリペロー干渉フィルタへの入射前に光の幅を縮小させることで、光の利用効率を高めることができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［９］「前記入射部と前記ファブリペロー干渉フィルタとの間に配置され、前記光を平行化する追加光学系を更に含む、［１］～［７］のいずれかに記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合、ファブリペロー干渉フィルタへの入射前に光を平行化することで、ファブリペロー干渉フィルタにおける波長シフトの発生を抑制することができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［１０］「前記追加光学系は、前記光の幅を縮小させる、［９］に記載のハイパースペクトルカメラ用レンズユニット」であってもよい。この場合、光の利用効率を高めることができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［１１］「前記筐体は、前記結像レンズ部からの前記光が出射する出射部を更に有する、［１］～［１０］のいずれかに記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合、例えば出射部から出射した光を撮像することで、波長ごとに分光された光を撮像することができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［１２］「前記筐体は、前記出射部に対して前記入射部が位置する側に設けられ、第１光学装置が着脱可能に取り付けられる第１取付部と、前記入射部に対して前記出射部が位置する側に設けられ、第２光学装置が着脱可能に取り付けられる第２取付部と、を更に有する、［１１］に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合、例えば、第１光学装置としてレンズユニットを第１取付部に取り付け、第２光学装置として撮像素子を有するカメラユニットを第２取付部に取り付けることで、ハイパースペクトルカメラを構成することができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［１３］「前記筐体内に配置され、前記結像レンズ部からの前記光を撮像する撮像素子を更に備える、［１］～［１２］のいずれかに記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合、波長ごとに分光された光を筐体内の撮像素子により撮像することができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［１４］「前記ファブリペロー干渉フィルタは、第１表面及び前記第１表面とは反対側の第２表面を含む基板と、前記第１表面上に配置された第１積層構造と、を有し、前記第１積層構造は、前記第１表面上に配置され、前記一対のミラー部の一方を有する第１積層体と、前記第１積層体に対して前記基板とは反対側に配置され、前記一対のミラー部の他方を有する第２積層体と、を有する、［１］～［１３］のいずれかに記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合にも、分解能を高めることができると共に、製造コストの増加を抑制することができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［１５］「前記ファブリペロー干渉フィルタは、前記基板の前記第２表面上に配置された第２積層構造を更に有し、前記第２積層構造における前記基板とは反対側の表面には、凹部が形成されており、前記凹部の少なくとも一部は、前記光軸方向から見た場合に前記第１アパーチャと重なっている、［１４］に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合、凹部が形成されていることで、ファブリペロー干渉フィルタにおける第１アパーチャと重なる部分において光を透過させやすくすることができ、光の利用効率を高めることができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［１６］「前記ファブリペロー干渉フィルタは、第１表面を有する第１基板と、前記第１表面と向かい合う第２表面を有する第２基板と、前記第１表面上に形成された前記一対のミラー部の一方と、前記第２表面上に形成された前記一対のミラー部の他方と、を有する、［１］～［１３］のいずれかに記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合にも、分解能を高めることができると共に、製造コストの増加を抑制することができる。

本発明のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットは、［１７］「前記第１アパーチャは、前記ファブリペロー干渉フィルタにおける光透過領域以外の領域に遮光層が設けられる一方で前記光透過領域に前記遮光層が設けられていないことにより、形成されている、［１］～［１６］のいずれかに記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット」であってもよい。この場合、第１アパーチャをファブリペロー干渉フィルタと一体に形成することができる。

本発明のハイパースペクトルカメラは、［１８］「［１］～［１７］のいずれかに記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットと、前記筐体から出射した前記光を撮像する撮像素子を有し、前記筐体に取り付けられたカメラユニットと、を備える、ハイパースペクトルカメラ」である。このハイパースペクトルカメラによれば、上述した理由により、分解能を高めることができると共に、製造コストの増加を抑制することができる。

本発明によれば、分解能を高めることができると共に製造コストの増加を抑制することができるハイパースペクトルカメラ用光学ユニット及びハイパースペクトルカメラを提供することが可能となる。

実施形態に係るハイパースペクトルカメラの構成図である。 フィルタユニットの斜視図である。 図２のIII－III線に沿ってのフィルタユニットの断面図である。 ファブリペロー干渉フィルタの斜視図である。 図４のV－V線に沿ってのファブリペロー干渉フィルタの断面図である。 第１変形例の構成図である。 第２変形例の構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は、他の変形例の構成図である。 第３変形例のファブリペロー干渉フィルタの断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、ハイパースペクトルカメラ１は、光学ユニット２（ハイパースペクトルカメラ用光学ユニット）と、レンズユニット４（第１光学装置）と、カメラユニット５（第２光学装置）と、を備えている。ハイパースペクトルカメラ１は、光を波長に応じて数十バンド～数百バンドに分光してバンドごとの像を取得することができるカメラである。

光学ユニット２は、筐体２１と、筐体２１内に配置された光学系２２と、を備えている。光学系２２は、ファブリペロー干渉フィルタ１０と、結像レンズ部２３と、を含んでいる。ファブリペロー干渉フィルタ１０は、支持体３１に固定されており、支持体３１と共にフィルタユニット３０を構成している。カメラユニット５は、筐体５１と、筐体５１内に配置された撮像素子５２と、を有している。ハイパースペクトルカメラ１では、レンズユニット４により集光された光Ｌが光軸方向Ｄに沿ってファブリペロー干渉フィルタ１０を透過する。ファブリペロー干渉フィルタ１０を透過した光Ｌは、結像レンズ部２３により結像され、撮像素子５２により撮像される。以下ではまず、図４及び図５を参照しつつ、ファブリペロー干渉フィルタ１０について説明する。
［ファブリペロー干渉フィルタ］

図４に示されるように、ファブリペロー干渉フィルタ１０は、光透過領域１０ａを有している。ファブリペロー干渉フィルタ１０は、矩形板状の素子である。後述するように、ファブリペロー干渉フィルタ１０は、厚さ方向が光軸方向Ｄと平行になるように配置されている。光透過領域１０ａは、光軸方向Ｄに平行な中心線を有する円柱状の領域である。光軸方向Ｄから見た場合に、光透過領域１０ａの中心は、ファブリペロー干渉フィルタ１０の中心に一致している。

図５に示されるように、ファブリペロー干渉フィルタ１０は、光軸方向Ｄを厚さ方向とする基板１１を備えている。基板１１の材料は、例えばシリコン、石英又はガラス等である。基板１１は、第１表面１１ａと、第１表面１１ａとは反対側の第２表面１１ｂと、を有している。第１表面１１ａ及び第２表面１１ｂは、例えば光軸方向Ｄと垂直な平坦面である。第１表面１１ａ上には第１積層構造１２が積層されており、第２表面１１ｂ上には第２積層構造１３が積層されている。

第１積層構造１２は、反射防止層１２１、第１積層体１２２、中間層１２３及び第２積層体１２４を含んでいる。反射防止層１２１、第１積層体１２２、中間層１２３及び第２積層体１２４は、この順序で基板１１の第１表面１１ａ上に積層されている。すなわち、第１積層体１２２は、反射防止層１２１を介して第１表面１１ａ上に配置されており、第２積層体１２４は、第１積層体１２２に対して基板とは反対側（図５中の上側）に配置されている。第１積層体１２２と第２積層体１２４との間には、枠状の中間層１２３によって空隙（エアギャップ）Ｓが形成されている。基板１１の材料がシリコンである場合、反射防止層１２１及び中間層１２３のそれぞれの材料は、例えば、酸化シリコン等である。中間層１２３の厚さは、例えば、設計中心波長の１／２の整数倍である。なお、中間層１２３の厚さは、必要に応じて、設計中心波長の１／２の整数倍よりも大きくされてもよい。

第１積層体１２２のうち光透過領域１０ａに対応する部分は、ミラー部１４として機能する。すなわち、第１積層体１２２は、ミラー部１４を有している。ミラー部１４は、反射防止層１２１を介して基板１１に支持されている。一例として、第１積層体１２２は、複数のポリシリコン層と複数の窒化シリコン層とが一層ずつ交互に積層されることで構成されている。ミラー部１４を構成する各層の光学厚さは、例えば、設計中心波長の１／４の整数倍である。なお、窒化シリコン層の代わりに酸化シリコン層が用いられてもよい。

第２積層体１２４のうち光透過領域１０ａに対応する部分は、ミラー部１５として機能する。すなわち、第２積層体１２４は、ミラー部１５を有している。ミラー部１５は、反射防止層１２１、第１積層体１２２及び中間層１２３を介して基板１１に支持されており、光軸方向Ｄにおいて空隙Ｓを介してミラー部１４と向かい合っている。一例として、第２積層体１２４は、複数のポリシリコン層と複数の窒化シリコン層とが一層ずつ交互に積層されることで構成されている。ミラー部１５を構成する各層の光学厚さは、例えば、設計中心波長の１／４の整数倍である。なお、窒化シリコン層の代わりに酸化シリコン層が用いられてもよい。なお、第２積層体１２４のうち空隙Ｓに対応する部分には、ミラー部１５の機能に実質的に影響を与えない程度に、複数の貫通孔が形成されている。複数の貫通孔は、エッチングによって中間層１２３の一部を除去することで空隙Ｓを形成する際に用いられたものである。

ミラー部１４には、第１電極１２５及び第２電極１２６が形成されている。第１電極１２５は、光軸方向Ｄから見た場合に光透過領域１０ａを包囲している。第２電極１２６は、光軸方向Ｄから見た場合に光透過領域１０ａと重なっている。光軸方向Ｄから見た場合における第２電極１２６の形状は、光軸方向Ｄから見た場合における光透過領域１０ａの形状と略同一である。第１電極１２５及び第２電極１２６のそれぞれは、ポリシリコン層の一部分に不純物をドープして当該一部分を低抵抗化することで形成されている。

ミラー部１５には、第３電極１２７が形成されている。第３電極１２７は、空隙Ｓを介して第１電極１２５及び第２電極１２６と向かい合っている。第３電極１２７は、ポリシリコン層の一部分に不純物をドープして当該一部分を低抵抗化することで形成されている。一例として、第２電極１２６と第３電極１２７との間の距離は、第１電極１２５と第３電極１２７との間の距離と略同一である。

第１積層構造１２には、光透過領域１０ａを挟むように一対の端子１６が設けられている（図４参照）。各端子１６は、基板１１とは反対側に開口し且つ第１積層体１２２に至るように第２積層体１２４及び中間層１２３に形成された貫通孔内に配置されている。各端子１６は、配線１２５ａを介して第１電極１２５と電気的に接続されている。

第１積層構造１２には、光透過領域１０ａを挟むように一対の端子１７が設けられている（図４参照）。各端子１７は、基板１１とは反対側に開口し且つ中間層１２３に至るように第２積層体１２４及び中間層１２３に形成された貫通孔内に配置されている。各端子１７は、配線１２６ａを介して第２電極１２６と電気的に接続されていると共に、配線１２７ａを介して第３電極１２７と電気的に接続されている。なお、一対の端子１７が光透過領域１０ａを挟んでいる方向は、一対の端子１６が光透過領域１０ａを挟んでいる方向に垂直な方向である（図４参照）。

第１積層体１２２には、一対のトレンチ１２２ａが形成されている。各トレンチ１２２ａは、配線１２６ａのうち各端子１７から光軸方向Ｄに延在している部分を包囲するように、環状に延在している。各トレンチ１２２ａは、第１電極１２５と配線１２６ａとを電気的に絶縁している。第１積層体１２２には、トレンチ１２２ｂが形成されている。トレンチ１２２ｂは、第１電極１２５の内縁に沿って環状に延在している。トレンチ１２２ｂは、第１電極１２５と第２電極１２６とを電気的に絶縁している。各トレンチ１２２ａ，１２２ｂ内の領域は、絶縁材料で埋められていてもよいし、空隙であってもよい。

第２積層体１２４には、一対のトレンチ１２４ａが形成されている。各トレンチ１２４ａは、各端子１６を包囲するように環状に延在している。各トレンチ１２４ａは、各端子１６と第３電極１２７とを電気的に絶縁している。各トレンチ１２４ａ内の領域は、絶縁材料で埋められていてもよいし、空隙であってもよい。

第２積層構造１３は、反射防止層１３１、第３積層体１３２、中間層１３３及び第４積層体１３４を含んでいる。反射防止層１３１、第３積層体１３２、中間層１３３及び第４積層体１３４は、この順序で基板１１の第２表面１１ｂ上に積層されている。反射防止層１３１及び中間層１３３は、それぞれ、反射防止層１２１及び中間層１２３と同様の構成を有している。第３積層体１３２及び第４積層体１３４は、それぞれ、基板１１を基準として第１積層体１２２及び第２積層体１２４と対称の積層構造を有している。反射防止層１３１、第３積層体１３２、中間層１３３及び第４積層体１３４は、基板１１の反りを抑制する機能を有している。

第２積層構造１３における基板１１とは反対側の表面１３ａには、凹部１８が形成されている。凹部１８は、基板１１とは反対側に開口している。凹部１８は、光軸方向Ｄから見た場合に光透過領域１０ａと重なっている。光軸方向Ｄから見た場合における凹部１８の形状は、光軸方向Ｄから見た場合における光透過領域１０ａの形状と略同一であり、この例では円形状である。凹部１８の中心線は、光透過領域１０ａの中心線に一致している。凹部１８は、第３積層体１３２、中間層１３３及び第４積層体１３４に形成されており、反射防止層１３１に至っている。

第２積層構造１３の表面１３ａ上には、遮光層１３５が形成されている。遮光層１３５は、例えば表面１３ａの全面にわたって形成されている。遮光層１３５の材料は、例えばアルミニウム等である。遮光層１３５は、光Ｌを遮断する。この例では、遮光層１３５は、光Ｌを反射させることにより遮断する。一方、遮光層１３５が形成されていない領域（この例では凹部１８が形成された領域）においては、光Ｌが通過する。すなわち、光透過領域１０ａは、遮光層１３５が形成されていない領域に対応する。このように、ファブリペロー干渉フィルタ１０では、遮光層１３５により光透過領域１０ａを画定する第１アパーチャＰ１が形成されている。すなわち、第１アパーチャＰ１は、光軸方向Ｄから見た場合にファブリペロー干渉フィルタ１０における光透過領域１０ａ以外の領域に遮光層１３５が設けられる一方で光透過領域１０ａに遮光層１３５が設けられていないことにより、形成されている。また、第１アパーチャＰ１は、ファブリペロー干渉フィルタ１０と一体に形成されている。第１アパーチャＰ１の幅は、固定されている（変化しない）。

第１アパーチャＰ１は、光軸方向Ｄから見た場合に円形状に形成されている。凹部１８の全体は、光軸方向Ｄから見た場合に第１アパーチャＰ１と重なっている。この例では、光軸方向Ｄから見た場合における凹部１８の形状は、光軸方向Ｄから見た場合における第１アパーチャＰ１の形状と略同一である。凹部１８の中心線は、第１アパーチャＰ１の中心線に一致している。

遮光層１３５上及び凹部１８の内面上には、保護層１３６が形成されている。保護層１３６の材料は、例えば酸化アルミニウム等である。なお、保護層１３６の厚さを１００ｎｍ以下（好ましくは、３０ｎｍ程度）にすることで、保護層１３６による光学的な影響を無視することができる。

以上のように構成されたファブリペロー干渉フィルタ１０では、複数の端子１６，１７を介して第１電極１２５及び第３電極１２７に電圧が印加されることで第１電極１２５と第３電極１２７との間に電位差が発生すると、当該電位差に応じた静電気力が第１電極１２５と第３電極１２７との間に発生する。第１電極１２５と第３電極１２７との間に静電気力が発生することでミラー部１４にミラー部１５が引き付けられ、ミラー部１４とミラー部１５との間の距離が調整される。このとき、第３電極１２７と同電位である第２電極１２６が補償電極として機能し、光透過領域１０ａにおいてミラー部１５が平坦に保たれる。

このように、ファブリペロー干渉フィルタ１０では、光軸方向Ｄにおいて互いに向かい合っている一対のミラー部１４，１５が、互いの間の距離が可変である一対のミラー部として機能する。ここで、ファブリペロー干渉フィルタ１０を透過する光の波長は、ミラー部１４とミラー部１５との間の距離に依存する。したがって、第１電極１２５及び第３電極１２７に印加する電圧（第１電極１２５と第３電極１２７との間に発生する電位差）を調整することで、ファブリペロー干渉フィルタ１０を透過する光の波長を選択することができる。このように、ファブリペロー干渉フィルタ１０は、入射した光のうち、ミラー部１４，１５間の距離に応じた波長の光を透過させる。
［フィルタユニット］

図１～図３に示されるように、フィルタユニット３０は、支持体３１（アパーチャプレート）と、上述したファブリペロー干渉フィルタ１０と、バンドパスフィルタ３２と、を備えている。後述するように、フィルタユニット３０は、ファブリペロー干渉フィルタ１０の厚さ方向が光軸方向Ｄと平行になるように配置されている。図２では、ファブリペロー干渉フィルタ１０が破線で示され、バンドパスフィルタ３２が二点鎖線で示されている。

支持体３１は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料により略円形板状に形成されている。支持体３１は、第１表面３１ａと、第１表面３１ａとは反対側の第２表面３２ｂと、を有している。第１表面３１ａ及び第２表面３１ｂは、例えば光軸方向Ｄと垂直な平坦面である。支持体３１には、ファブリペロー干渉フィルタ１０及びバンドパスフィルタ３２を配置するための凹部３３が形成されている。凹部３３は、第１表面３１ａに形成されており、第１表面３１ａに開口している。

凹部３３は、第１凹部３４と、第２凹部３５と、を有している。第１凹部３４の底面３４ａ及び第２凹部３５の底面３５ａは、光軸方向Ｄに垂直な同一平面上に位置している。第１凹部３４及び第２凹部３５は、Ｘ方向（光軸方向Ｄに垂直な方向）に並んでいる。

光軸方向Ｄから見た場合に、第１凹部３４及び第２凹部３５の各々は、矩形状に形成されている。この例では、光軸方向Ｄから見た場合に、第１凹部３４及び第２凹部３５の各々は、Ｘ方向を長手方向とする長方形状に形成されている。光軸方向Ｄから見た場合に、第１凹部３４は支持体３１の外縁に至っていないが、第２凹部３５は支持体３１の外縁に至っている。すなわち、第２凹部３５は支持体３１の側面に開口している。

Ｙ方向（光軸方向Ｄ及びＸ方向の両方に垂直な方向）における第２凹部３５の幅は、Ｙ方向における第１凹部３４の幅よりも広い。支持体３１には、開口３６及び貫通孔３７が形成されている。開口３６及び貫通孔３７の各々は、第１凹部３４の底面３４ａ及び支持体３１の第２表面３１ｂに開口している。開口３６及び貫通孔３７は、Ｘ方向に並んでいる。開口３６及び貫通孔３７の各々は、光軸方向Ｄから見た場合に、例えば円形状に形成されている。開口３６は、ファブリペロー干渉フィルタ１０に向かう光Ｌが通過する第２アパーチャＰ２を構成している。この例では、第２アパーチャＰ２の直径（幅）は、第１アパーチャＰ１の直径（幅）よりも大きい。第２アパーチャＰ２の幅は、固定されている（変化しない）。貫通孔３７は、例えば、フィルタユニット３０の製造時に、ファブリペロー干渉フィルタ１０及びバンドパスフィルタ３２を固定するための接着材から発生するガスを逃がすために用いられる。

支持体３１には、拡幅部３８が形成されている。拡幅部３８は、第１凹部３４の開口に対して、Ｘ方向における第２凹部３５とは反対側、及びＹ方向における両側に拡幅されている。拡幅部３８は、光軸方向Ｄを深さ方向として第１表面３１ａに開口し且つ第１凹部３４の開口に至るように支持体３１に形成された凹部である。本実施形態では、Ｙ方向における拡幅部３８の幅は、Ｙ方向における第２凹部３５の幅に等しい。

支持体３１は、仕切部３９を有している。仕切部３９は、第１凹部３４と第２凹部３５との間に配置されている。本実施形態では、仕切部３９は、第１凹部３４の底面３４ａと第２凹部３５の底面３５ａとの間においてＹ方向に延在している壁部である。底面３４ａ及び底面３５ａが位置する平面を基準とすると、光軸方向Ｄにおける仕切部３９の高さは、光軸方向Ｄにおける支持体３１の第１表面３１ａの高さよりも低く、光軸方向Ｄにおける拡幅部３８の底面３８ａの高さよりも低い。

ファブリペロー干渉フィルタ１０は、光軸方向Ｄから見た場合に第２アパーチャＰ２（開口３６）と重なるように、且つ厚さ方向が光軸方向Ｄと平行になるように、支持体３１上に配置されている。より具体的には、ファブリペロー干渉フィルタ１０は、光軸方向Ｄから見た場合に開口３６と重なるように、且つ厚さ方向が光軸方向Ｄと平行になるように、第１凹部３４内に配置されている。ファブリペロー干渉フィルタ１０は、第１凹部３４内において仕切部３９と接触している。第１凹部３４の底面３４ａを基準とすると、光軸方向Ｄにおけるファブリペロー干渉フィルタ１０の高さは、光軸方向Ｄにおける支持体３１の第１表面３１ａの高さよりも低く、光軸方向Ｄにおける拡幅部３８の底面３８ａの高さよりも低い。第１凹部３４の底面３４ａを基準とすると、光軸方向Ｄにおける仕切部３９の高さは、光軸方向Ｄにおけるファブリペロー干渉フィルタ１０の高さ以下である。

上述したように、ファブリペロー干渉フィルタ１０は、光軸方向Ｄを厚さ方向とする矩形板状の素子である。ファブリペロー干渉フィルタ１０は、光軸方向Ｄから見た場合に矩形状の外縁の各辺がＸ方向又はＹ方向に平行となり且つ第１アパーチャＰ１が第２アパーチャＰ２（開口３６）と向かい合うように、第１凹部３４の底面３４ａ上に配置されている。ファブリペロー干渉フィルタ１０は、例えば接着材により底面３４ａに固定されている。第１アパーチャＰ１の中心線は、第２アパーチャＰ２の中心線に一致している。

バンドパスフィルタ３２は、第１凹部３４の開口を覆うように、且つ厚さ方向が光軸方向Ｄと平行になるように、支持体３１上に配置されている。より具体的には、バンドパスフィルタ３２は、第１凹部３４の開口を覆うように、且つ厚さ方向が光軸方向Ｄと平行になるように、拡幅部３８内に配置されている。バンドパスフィルタ３２は、例えば接着材により拡幅部３８の底面３８ａに固定されている。本実施形態では、バンドパスフィルタ３２は、第１凹部３４の開口を覆うと共に、第２凹部３５の開口の一部を覆っている。拡幅部３８の底面３８ａを基準とすると、光軸方向Ｄにおけるバンドパスフィルタ３２の高さは、光軸方向Ｄにおける支持体３１の第１表面３１ａの高さよりも低い。

バンドパスフィルタ３２は、光軸方向Ｄを厚さ方向とし且つＸ方向を長手方向とする矩形板状に形成されている。バンドパスフィルタ３２は、光軸方向Ｄから見た場合に矩形状の外縁の各辺がＸ方向又はＹ方向に平行となるように、拡幅部３８の底面３８ａ上に配置されている。バンドパスフィルタ３２は、所定の波長範囲の光を透過させる。また、図示は省略されているが、第２凹部３５には、例えばファブリペロー干渉フィルタ１０と電気的に接続された配線基板等が配置されている。
［光学ユニット、レンズユニット及びカメラユニット］

図１に示されるように、光学ユニット２は、筐体２１と、筐体２１内に配置された光学系２２と、を備えている。光学系２２は、上述したファブリペロー干渉フィルタ１０と、結像レンズ部２３と、を含んでいる。また、光学系２２は、上述した第１アパーチャＰ１及び第２アパーチャＰ２を更に含んでいる。

筐体２１は、例えば略円筒状に形成されている。筐体２１は、光Ｌが入射する入射部２１ａと、光Ｌが出射する出射部２１ｂと、レンズユニット４が着脱可能に取り付けられた第１取付部２１ｃと、カメラユニット５が着脱可能に取り付けられた第２取付部２１ｄと、を有している。この例では、入射部２１ａは光軸方向Ｄにおける筐体２１の一方側の端部により構成されており、出射部２１ｂは光軸方向Ｄにおける筐体２１の他方側の端部により構成されている。光学ユニット２においては、入射部２１ａから入射した光Ｌがファブリペロー干渉フィルタ１０に入射し、結像レンズ部２３により結像された光Ｌが出射部２１ｂからカメラユニット５に向けて出射する。

第１取付部２１ｃは、出射部２１ｂに対して入射部２１ａが位置する側（光軸方向Ｄにおける一方側）に設けられている。この例では、第１取付部２１ｃは、筐体２１における入射部２１ａ側の端部（光軸方向Ｄにおける一方側の端部）に設けられている。第１取付部２１ｃは、後述するレンズユニット４の取付部４１ａと着脱可能に係合する。例えば、光学ユニット２とレンズユニット４とが螺合により着脱可能に取り付けられる場合、第１取付部２１ｃにはネジ山及びネジ溝の一方が設けられ、取付部４１ａには当該一方と螺合するネジ山及びネジ溝の他方が設けられる。

第２取付部２１ｄは、入射部２１ａに対して出射部２１ｂが位置する側（光軸方向Ｄにおける他方側）に設けられている。この例では、第２取付部２１ｄは、筐体２１における出射部２１ｂ側の端部（光軸方向Ｄにおける他方側の端部）に設けられている。第２取付部２１ｄは、後述するカメラユニット５の取付部５１ａと着脱可能に係合する。例えば、光学ユニット２とカメラユニット５とが螺合により着脱可能に取り付けられる場合、第２取付部２１ｄにはネジ山及びネジ溝の一方が設けられ、取付部５１ａには当該一方と螺合するネジ山及びネジ溝の他方が設けられる。

筐体２１には、フィルタユニット３０の支持体３１が固定されている。支持体３１は、例えば外周部において筐体２１に嵌められて固定されている。これにより、ファブリペロー干渉フィルタ１０が、入射部２１ａと結像レンズ部２３との間において光軸Ａ上に固定されている。フィルタユニット３０は、ファブリペロー干渉フィルタ１０の光透過領域１０ａの中心線、第１アパーチャＰ１の中心線、及び第２アパーチャＰ２の中心線が光軸Ａ上に位置するように、光軸Ａ上に固定されている（図１～図５参照）。この固定状態においては、支持体３１の第２表面３１ｂが入射部２１ａの側を向いており、第１アパーチャＰ１がファブリペロー干渉フィルタ１０のミラー部１４，１５に対して入射部２１ａの側に位置している。第２アパーチャＰ２が、入射部２１ａとファブリペロー干渉フィルタ１０との間に位置している。すなわち、第２アパーチャＰ２は、第１アパーチャＰ１に対して入射部２１ａの側に位置している。

結像レンズ部２３は、入射部２１ａから入射して第２アパーチャＰ２、第１アパーチャＰ１及びファブリペロー干渉フィルタ１０をこの順に通過又は透過した光Ｌを結像する結像光学系である。この例では、結像レンズ部２３は、拡大レンズ部２３ａと、集光レンズ部２３ｂと、を含んでいる。拡大レンズ部２３ａは、光Ｌの幅を拡大させる拡大光学系であり、少なくとも１つのレンズを含んで構成されている。集光レンズ部２３ｂは、拡大レンズ部２３ａからの光Ｌを集光させる集光光学系であり、少なくとも１つのレンズを含んで構成されている。すなわち、この例では、結像レンズ部２３は、光Ｌの幅を拡大させた後に集光させる拡大光学系であり、光学ユニット２は、コンバージョンレンズユニットである。結像レンズ部２３（拡大レンズ部２３ａ及び集光レンズ部２３ｂ）は、例えば外周部において筐体２１に嵌められて固定されている。

レンズユニット４は、筐体４１と、筐体４１内に配置されたレンズ部（図示省略）と、を有している。レンズユニット４は、光学ユニット２に対して交換可能に（着脱可能に）取り付けられる交換レンズ装置である。筐体４１は、例えば円筒状に形成されており、光軸方向Ｄにおける他方側（光学ユニット２の側）に円筒状の取付部４１ａを有している。取付部４１ａは、上述した光学ユニット２の第１取付部２１ｃと着脱可能に係合する。筐体４１内に配置されたレンズ部は、入射部２１ａへ向かう光Ｌを集光する集光光学系であり、例えば少なくとも１つのレンズを含んで構成されている。

カメラユニット５は、筐体５１と、筐体５１内に配置された撮像素子５２と、を有している。筐体５１は、例えば円筒状に形成されており、光軸方向Ｄにおける一方側（光学ユニット２の側）に円筒状の取付部５１ａを有している。取付部５１ａは、上述した光学ユニット２の第２取付部２１ｄと着脱可能に係合する。

筐体５１内には、撮像素子５２が配置されている。撮像素子５２は、例えばＩｎＧａＡｓイメージセンサである。撮像素子５２は、結像レンズ部２３による光Ｌの結像面上に（結像レンズ部２３の焦点位置に）配置された受光面５２ａを有し、出射部２１ｂから出射した光Ｌを撮像する。この例では、撮像素子５２は、パッケージ５３内に収容されている。また、筐体５１内には、撮像素子５２を制御するための制御回路、撮像素子５２により取得された画像を処理するための画像処理回路、及び撮像素子５２を冷却するための冷却機構等が更に配置されている。図１では、それらが符号５４で示されている。

ハイパースペクトルカメラ１においては、レンズユニット４に入射した光Ｌがレンズユニット４内において集光され、光学ユニット２の入射部２ａに入射する。入射部２１ａに入射した光Ｌは、フィルタユニット３０に向かって進行する（図１、図３参照）。フィルタユニット３０に向かって進行した光Ｌは、第２アパーチャＰ２、第１アパーチャＰ１、ミラー部１４，１５及びバンドパスフィルタ３２をこの順に通過又は透過する（図１、図３、図５参照）。光Ｌは、ファブリペロー干渉フィルタ１０（ミラー部１４，１５）を透過する際に波長に応じて分光される。フィルタユニット３０（バンドパスフィルタ３２）から出射した光Ｌは、結像レンズ部２３によって撮像素子５２の受光面５２ａ上に結像され、撮像素子５２により撮像される。

ハイパースペクトルカメラ１においては、光軸方向Ｄから見た場合に、第１アパーチャＰ１への入射位置における光Ｌの幅（スポット幅）が、第１アパーチャＰ１の幅よりも広い。これにより、ファブリペロー干渉フィルタ１０（ミラー部１４，１５）に向かう光Ｌを第１アパーチャＰ１によって絞ることができる。一例として、第１アパーチャＰ１への入射位置において光Ｌは直径１．６ｍｍの円形状であり、第１アパーチャＰ１は直径１．５ｍｍの円形状である。なお、本実施形態では、光軸方向Ｄに垂直な全ての方向において、第１アパーチャＰ１への入射位置における光Ｌの幅が第１アパーチャＰ１の幅よりも広くなっているが、光軸方向Ｄに垂直な少なくとも１つの方向において、第１アパーチャＰ１への入射位置における光Ｌの幅が第１アパーチャＰ１の幅よりも広くなっていればよい。

ハイパースペクトルカメラ１においては、光軸方向Ｄから見た場合に、結像レンズ部２３による光Ｌの結像領域Ｒの幅（結像レンズ部２３の焦点位置におけるスポット幅）が、第１アパーチャＰ１の幅よりも広い。この例では結像領域Ｒは撮像素子５２の受光面５２ａの全面であり、図１には結像領域Ｒの外縁Ｒａが示されている。結像領域Ｒは、例えば１２．８ｍｍ×９．６ｍｍの長方形状である。第１アパーチャＰ１は例えば直径１．５ｍｍ～５ｍｍの円形状であり、この場合、結像領域Ｒの幅は、第１アパーチャＰ１の幅よりも１．５倍以上広い。なお、本実施形態では、光軸方向Ｄに垂直な全ての方向において、結像領域Ｒの幅が第１アパーチャＰ１の幅よりも広くなっているが、光軸方向Ｄに垂直な少なくとも１つの方向において、結像領域Ｒの幅が第１アパーチャＰ１の幅よりも広くなっていればよい。
［作用及び効果］

光学ユニット２では、光軸方向Ｄから見た場合に、結像レンズ部２３による光Ｌの結像領域Ｒの幅が、第１アパーチャＰ１の幅よりも広い。換言すれば、第１アパーチャＰ１の幅が結像領域Ｒの幅よりも狭い。第１アパーチャＰ１の幅を狭くすることで、光Ｌを波長ごとに精度良く取り出すことができ、分解能を高めることができる。また、第１アパーチャＰ１の幅が狭いことで、ファブリペロー干渉フィルタ１０のサイズを小さくすることができ、その結果、ファブリペロー干渉フィルタ１０の生産性を確保することができると共に、分解能の低下を抑制することができる。すなわち、例えば結像領域Ｒと同程度の大きさにまでファブリペロー干渉フィルタ１０のサイズを大きくした場合、ファブリペロー干渉フィルタ１０の製造が難しくなり、製造コストが増加するおそれがある。また、ファブリペロー干渉フィルタ１０における一対のミラー部１４，１５間の距離を精度良く制御することが難しくなり、分解能が低下するおそれもある。この点、光学ユニット２では、ファブリペロー干渉フィルタ１０のサイズを小さくすることができるため、上述したような製造コストの増加や分解能の低下を抑制することができる。また、結像領域Ｒの幅が広いことで、例えば、結像された光Ｌを検出する撮像素子５２として面積が大きいものを用いることが可能となり、画角を広くすることが可能となる。このように、光学ユニット２によれば、分解能を高めることができると共に、製造コストの増加を抑制することができる。また、ファブリペロー干渉フィルタ１０が光学ユニット２を構成しており、光学ユニット２に対してレンズユニット４及びカメラユニット５が着脱可能となっているため、レンズユニット４及びカメラユニット５の選択の自由度を高めることができる。また、ファブリペロー干渉フィルタ１０の有効径よりも大きな面積を有する撮像素子５２を用いることができる。

第１アパーチャＰ１が、ファブリペロー干渉フィルタ１０と一体に形成されている。これにより、第１アパーチャＰ１及びファブリペロー干渉フィルタ１０のサイズを併せて小さくすることができる。

結像レンズ部２３が、光Ｌの幅を拡大させる拡大レンズ部２３ａと、拡大レンズ部２３ａからの光Ｌを集光する集光レンズ部２３ｂと、を有する。これにより、第１アパーチャＰ１を通過した光Ｌを、拡大させた後に集光して結像させることができる。拡大レンズ部２３ａによって光Ｌの幅を拡大させることで、解像度を高めることができる。

光学系２２が、ファブリペロー干渉フィルタ１０に向かう光Ｌが通過する第２アパーチャＰ２を更に有しており、結像レンズ部２３が、ファブリペロー干渉フィルタ１０、第１アパーチャＰ１及び第２アパーチャＰ２を通過した光Ｌを結像。これにより、第１アパーチャＰ１及び第２アパーチャＰ２を通過した光を撮像することができ、分解能を一層高めることができる。

第２アパーチャＰ２が、支持体３１に形成された開口３６によって構成されており、ファブリペロー干渉フィルタ１０が、支持体３１に固定されている。これにより、ファブリペロー干渉フィルタ１０を第２アパーチャＰ２の近くに好適に固定することができる。

第２アパーチャＰ２が、入射部２１ａとファブリペロー干渉フィルタ１０との間に配置されている。これにより、一対のミラー部１４，１５への入射前に第２アパーチャＰ２によって迷光や大きな入射角の光をカットすることができ、ノイズを低減することができる。

光軸方向Ｄから見た場合に、結像領域Ｒの幅が、第１アパーチャＰ１の幅よりも１．５倍以上広い。これにより、例えば、結像された光Ｌを検出する撮像素子５２として面積が大きいものを用いることが可能となる。

筐体２１が、結像レンズ部２３からの光が出射する出射部２１ｂを有している。これにより、例えば出射部２１ｂから出射した光Ｌを撮像することで、波長ごとに分光された光Ｌを撮像することができる。

筐体２１が、出射部２１ｂに対して入射部２１ａが位置する側に設けられ、レンズユニット４（第１光学装置）が着脱可能に取り付けられる第１取付部２１ｃと、入射部２１ａに対して出射部２１ｂが位置する側に設けられ、カメラユニット５（第２光学装置が）着脱可能に取り付けられる第２取付部２１ｄと、を有している。これにより、例えば、レンズユニット４を第１取付部２１ｃに取り付け、撮像素子５２を有するカメラユニット５を第２取付部２１ｄに取り付けることで、ハイパースペクトルカメラ１を構成することができる。

ファブリペロー干渉フィルタ１０が、第１表面１１ａ及び第２表面１１ｂを含む基板１１と、第１表面１１ａ上に配置された第１積層構造１２と、を有している。第１積層構造１２は、第１表面１１ａ上に配置され、ミラー部１４を有する第１積層体１２２と、第１積層体１２２に対して基板１１とは反対側に配置され、ミラー部１５を有する第２積層体１２４と、を有している。この場合にも、ハイパースペクトルカメラ１による撮像を良好に行うことができる。

ファブリペロー干渉フィルタ１０が、基板１１の第２表面１１ｂ上に配置された第２積層構造１３を有し、第２積層構造１３における基板１１とは反対側の表面１３ａには、凹部１８が形成されている。凹部１８は、光軸方向Ｄから見た場合に第１アパーチャＰ１と重なっている。これにより、凹部１８が形成されていることで、ファブリペロー干渉フィルタ１０における第１アパーチャＰ１と重なる部分において光Ｌを透過させやすくすることができ、光の利用効率を高めることができる。

第１アパーチャＰ１が、ファブリペロー干渉フィルタ１０における光透過領域１０ａ以外の領域に遮光層１３５が設けられる一方で光透過領域１０ａに遮光層１３５が設けられていないことにより、形成されている。これにより、第１アパーチャＰ１をファブリペロー干渉フィルタ１０と一体に形成することができる。
［変形例］

図６に示される第１変形例のように、光学系２２は、入射部２１ａとファブリペロー干渉フィルタ１０との間に配置され、光Ｌの幅を縮小させる縮小光学系２６（追加光学系）を更に含んでいてもよい。この例では、縮小光学系２６は、入射部２１ａと第２アパーチャＰ２との間に配置されている。縮小光学系２６は、例えば複数のレンズを含んで構成されている。このような第１変形例によっても、上記実施形態と同様に、分解能を高めることができると共に、製造コストの増加を抑制することができる。また、縮小光学系２６によってファブリペロー干渉フィルタ１０への入射前に光Ｌの幅を縮小させることで、光の利用効率を高めることができる。

図７に示される第２変形例では、縮小光学系２６が、光Ｌの幅を縮小させると共に光Ｌを平行化する（ファブリペロー干渉フィルタ１０への入射角、すなわち光軸方向Ｄに対する角度を小さくする）光学系として構成されている。すなわち、縮小光学系２６は、入射部２１ａからファブリペロー干渉フィルタ１０（縮小光学系２６）に向かう光Ｌの角度よりも、光Ｌのファブリペロー干渉フィルタ１０への入射角を小さくする。この場合、結像レンズ部２３は、光Ｌの角度を平行化される前の角度に戻す（光軸方向Ｄに対する角度を元の角度に戻す）光学系（レンズ）を更に含んで構成される。この光学系は、例えばファブリペロー干渉フィルタ１０と拡大レンズ部２３ａとの間に配置される。このような第２変形例によっても、上記実施形態と同様に、分解能を高めることができると共に、製造コストの増加を抑制することができる。また、ファブリペロー干渉フィルタ１０への入射前に光Ｌの幅を縮小させることで、光の利用効率を高めることができる。また、ファブリペロー干渉フィルタ１０への入射前に光Ｌを平行化（コリメート）することで、ファブリペロー干渉フィルタ１０における波長シフトの発生を抑制することができる。なお、第２変形例において、光学系２２は、縮小光学系２６に代えて、光Ｌの幅を縮小させることなく光Ｌを平行化する追加光学系を備えていてもよい。この場合にも、波長シフトの発生を抑制することができる。

図８に示されるように、上記実施形態又は第２変形例において、光学ユニット２及びカメラユニット５は一体化されて１つの光学ユニット２Ａを構成していてもよい。光学ユニット２Ａは、上述した筐体２１及び筐体５１に対応する円筒状の筐体２１Ａを有している。筐体２１Ａは、入射部２１ａ及び第１取付部２１ｃを有し、出射部２１ｂ、第２取付部２１ｄ及び取付部５１ａを有していない。図８（ａ）の例では、筐体２１Ａ内に、フィルタユニット３０（ファブリペロー干渉フィルタ１０、第１アパーチャＰ１及び第２アパーチャＰ２）、結像レンズ部２３及び撮像素子５２が配置されている。図８（ｂ）の例では、筐体２１Ａ内に縮小光学系２６が更に配置されている。これらの変形例によっても、上記実施形態と同様に、分解能を高めることができると共に、製造コストの増加を抑制することができる。また、波長ごとに分光された光Ｌを筐体２１Ａ内の撮像素子５２により撮像することができる。また、一体の筐体２１Ａ内に撮像素子５２が配置されるため、撮像素子５２の受光面５２ａ上へのパーティクルの付着を抑制することができる。また、カメラユニット５に対応する部分を含めて光学設計を行うことができるため、迷光の発生等を効果的に抑制することができる。なお、第１変形例において、光学ユニット２及びカメラユニット５が一体化されて１つの光学ユニット２Ａを構成してもよい。

図９に示される第３変形例のファブリペロー干渉フィルタ４００がファブリペロー干渉フィルタ１０に代えて用いられてもよい。ファブリペロー干渉フィルタ４００は、基板層４１１（第１基板）と、ミラー部４１２と、駆動電極４１３と、を備えている。基板層４１１は、互いに向かい合っている表面４１１ａ及び表面４１１ｂを有している。基板層４１１は、光透過性材料によって形成されている。ミラー部４１２は、例えば、金属膜、誘電体多層膜、又はそれらの複合膜である。駆動電極４１３は、例えば、金属材料によって形成されている。

ファブリペロー干渉フィルタ４００は、基板層４２１（第２基板）と、ミラー部４２２と、駆動電極４２３と、を更に備えている。基板層４２１は、互いに向かい合っている表面４２１ａ及び表面４２１ｂを有している。基板層４２１は、光透過性材料によって形成されている。ミラー部４２２は、例えば、金属膜、誘電体多層膜、又はそれらの複合膜である。駆動電極４２３は、例えば、金属材料によって形成されている。

基板層４１１の表面４１１ａには、凹部４１４が形成されている。凹部４１４の底面４１４ａには、凸部４１５が設けられている。底面４１４ａを基準とすると、凸部４１５の端面４１５ａの高さは、基板層４１１の表面４１１ａの高さよりも低い。ミラー部４１２は、凸部４１５の端面４１５ａ（第１表面）に設けられている。駆動電極４１３は、凸部４１５を包囲するように凹部４１４の底面４１４ａに設けられている。駆動電極４１３は、例えば、基板層４１１に設けられた配線（図示省略）を介して、電極パッド（図示省略）と電気的に接続されている。当該電極パッドは、例えば、基板層４１１のうち外部からアクセス可能な領域に設けられている。

基板層４２１の表面４２１ｂは、例えば、プラズマ接合等によって、基板層４１１の表面４１１ａと接合されている。基板層４２１の表面４２１ｂ（第２表面）には、ミラー部４２２及び駆動電極４２３が設けられている。基板層４２１の表面４２１ｂは、光軸方向Ｄにおいて基板層４１１の端面４１５ａと向かい合っている。ミラー部４２２は、光軸方向Ｄにおいて空隙Ｓを介してミラー部４１２と向かい合っている。駆動電極４２３は、ミラー部４２２を包囲するように基板層４２１の表面４２１ｂに設けられており、空隙Ｓを介して駆動電極４１３と向かい合っている。駆動電極４２３は、例えば、基板層４２１に設けられた配線（図示省略）を介して、電極パッド（図示省略）と電気的に接続されている。当該電極パッドは、例えば、基板層４２１のうち外部からアクセス可能な領域に設けられている。

基板層４２１の表面４２１ａには、光軸方向Ｄから見た場合に、ミラー部４２２及び駆動電極４２３を包囲するように溝４２４が形成されている。溝４２４は、円環状に延在している。基板層４２１のうち溝４２４に包囲された部分は、溝４２４が形成された部分をダイヤフラム状の保持部４２５として、一対のミラー部４１２，４２２が互いに向かい合っている方向に移動可能である。

なお、ダイヤフラム状の保持部４２５は、光軸方向Ｄから見た場合にミラー部４２２及び駆動電極４２３を包囲する溝が、基板層４２１の表面４２１ａ及び表面４２１ｂの少なくとも一方に形成されることで、構成されていてもよい。光軸方向Ｄから見た場合にミラー部４１２及び駆動電極４１３を包囲する溝が、基板層４１１に形成されることで、基板層４１１においてダイヤフラム状の保持部が構成されていてもよい。ダイヤフラム状の保持部に代えて、放射状に配置された複数の梁によって保持部が構成されていてもよい。

ファブリペロー干渉フィルタ４００では、駆動電極４１３及び駆動電極４２３に電圧が印加されることで駆動電極４１３と駆動電極４２３との間に電位差が発生すると、当該電位差に応じた静電気力が駆動電極４１３と駆動電極４２３との間に発生する。駆動電極４１３と駆動電極４２３との間に静電気力が発生することで、基板層４２１のうち溝４２４に包囲された部分が基板層４１１側に引き付けられ、ミラー部４１２とミラー部４２２との間の距離が調整される。これにより、ミラー部４１２とミラー部４２２との間の距離に応じた波長を有する光が透過する。

このような第３変形例のファブリペロー干渉フィルタ４００がファブリペロー干渉フィルタ１０に代えて用いられた場合にも、上記実施形態と同様に、ハイパースペクトルカメラ１による撮像を良好に行うことができる。なお、ファブリペロー干渉フィルタ４００においても、例えば基板層４１１における基板層４２１とは反対側の表面４１１ｂ上に遮光層が形成されることで、第１アパーチャＰ１がファブリペロー干渉フィルタ４００と一体に形成されていてもよい。このような第１アパーチャＰ１は、上記実施形態と同様に、ファブリペロー干渉フィルタ４００における光透過領域以外の領域に遮光層が設けられる一方で光透過領域に遮光層が設けられないことにより、形成され得る。あるいは、基板層４２１における基板層４１１とは反対側の表面４２１ａ上に遮光層が形成されることで、第１アパーチャＰ１がファブリペロー干渉フィルタ４００と一体に形成されてもよい。この場合、第１アパーチャＰ１は、ファブリペロー干渉フィルタ１４００のミラー部４１２，４２２に対して入射部２１ａとは反対側（出射部２１ｂの側）に位置する。

本発明は、上記実施形態及び変形例に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。

上記実施形態ではファブリペロー干渉フィルタ１０が支持体３１に接触していたが、ファブリペロー干渉フィルタ１０は支持体３１から離れて配置されていてもよい。例えば、ファブリペロー干渉フィルタ１０と支持体３１との間に空隙が形成されていてもよいし、ファブリペロー干渉フィルタ１０と支持体３１との間にガラス部材が配置されていてもよい。

第１アパーチャＰ１は、ファブリペロー干渉フィルタ１０のミラー部１４，１５に対して入射部２１ａとは反対側（出射部２１ｂの側）に位置していてもよい。この場合、ファブリペロー干渉フィルタ１０を透過した光Ｌが第１アパーチャＰ１を通過する。例えば、上記実施形態においてファブリペロー干渉フィルタ１０を光軸方向Ｄに関して反対の向きで支持体３１に固定することで、そのような配置を実現することができる。あるいは、上記実施形態においてミラー部１４，１５に対して入射部２１ａの側に遮光層１３５を形成して第１アパーチャＰ１を設けることに代えて、ミラー部１４，１５に対して入射部２１ａとは反対側に（例えばファブリペロー干渉フィルタ１０における入射部２１ａとは反対側の表面に）遮光層１３５を形成して第１アパーチャＰ１を設けることによっても、当該配置を実現することができる。

第２アパーチャＰ２は、ファブリペロー干渉フィルタ１０のミラー部１４，１５に対して入射部２１ａとは反対側（出射部２１ｂの側）に位置していてもよい。すなわち、第２アパーチャＰ２は、ファブリペロー干渉フィルタ１０と結像レンズ部２３との間に配置されていてもよい。この場合、ファブリペロー干渉フィルタ１０を透過した光Ｌが第２アパーチャＰ２を通過する。あるいは、第１アパーチャＰ１及び第２アパーチャＰ２の両方が、ファブリペロー干渉フィルタ１０のミラー部１４，１５に対して入射部２１ａとは反対側（出射部２１ｂの側）に位置していてもよい。

第１アパーチャＰ１は、ファブリペロー干渉フィルタ１０と一体に形成されていなくてもよい。例えば、ファブリペロー干渉フィルタ１０とは別に、第１アパーチャＰ１を構成する開口が形成されたアパーチャ部材が設けられてもよい。光軸方向Ｄから見た場合に、第１アパーチャＰ１への入射位置における光Ｌの幅は、第１アパーチャＰ１の幅よりも狭くてもよい。すなわち、光Ｌは必ずしも第１アパーチャＰ１によって絞られなくてもよい。光軸方向Ｄから見た場合に、第２アパーチャＰ２への入射位置における光Ｌの幅は、第２アパーチャＰ２の幅よりも狭くてもよい。すなわち、光Ｌは必ずしも第２アパーチャＰ２によって絞られなくてもよい。

ファブリペロー干渉フィルタ１０は、支持体３１に固定されていなくてもよく、第２アパーチャＰ２が形成された部材とは別の部材に固定されていてもよい。第２アパーチャＰ２は、支持体３１に形成された開口３６によって構成されていなくてもよく、例えば支持体３１とは別に、第２アパーチャＰ２を構成する開口が形成されたアパーチャ部材が設けられてもよい。第２アパーチャＰ２の直径（幅）は、第１アパーチャＰ１の直径（幅）よりも小さくてもよい。第２アパーチャＰ２は省略されてもよい。

結像レンズ部２３は、拡大レンズ部２３ａを有していなくてもよい。この場合、結像レンズ部２３は、ファブリペロー干渉フィルタ１０を透過して拡がった光Ｌを集光レンズ部２３ｂにより集光して結像させてもよい。光軸方向Ｄから見た場合に、結像領域Ｒの幅は、第１アパーチャＰ１の幅の１．５倍よりも狭くてもよい。

光軸方向Ｄから見た場合に凹部１８の少なくとも一部が第１アパーチャＰ１と重なっていればよく、光軸方向Ｄから見た場合に凹部１８の外縁が第１アパーチャＰ１の外縁の外側に位置していてもよいし、或いは第１アパーチャＰ１の外縁が凹部１８の外縁よりも外側に位置していてもよい。上記実施形態において、遮光層１３５は、第２積層構造１３の表面１３ａの全面に形成されていなくてもよく、Ｚ方向から見た場合に、第１アパーチャＰ１の外縁が凹部１８の外縁よりも外側に位置していてもよい。凹部１８は設けられていなくてもよい。

筐体２１の第１取付部２１ｃには、レンズユニット４以外の光学装置が取り付けられてもよい。筐体２１の第２取付部２１ｄには、カメラユニット５以外の光学装置が取り付けられてもよい。

１…ハイパースペクトルカメラ、２…光学ユニット（ハイパースペクトルカメラ用光学ユニット）、４…レンズユニット（第１光学装置）、５…カメラユニット（第２光学装置）、１０…ファブリペロー干渉フィルタ、１０ａ…光透過領域、１１…基板、１１ａ…第１表面、１１ｂ…第２表面、１２…第１積層構造、１２２…第１積層体、１２４…第２積層体、１３…第２積層構造、１３ａ…表面、１３５…遮光層、１４，１５…ミラー部、１８…凹部、２１…筐体、２１ａ…入射部、２１ｂ…出射部、２１ｃ…第１取付部、２１ｄ…第２取付部、２３…結像レンズ部、２３ａ…拡大レンズ部、２３ｂ…集光レンズ部、２６…縮小光学系（追加光学系）、３１…支持体、３６…開口、５２…撮像素子、４００…ファブリペロー干渉フィルタ、４１１…基板層（第１基板）、４１２，４２２…ミラー部、４１５ａ…端面（第１表面）、４２１…基板層（第２基板）、４２１ｂ…表面（第２表面）、Ｐ１…第１アパーチャ、Ｐ２…第２アパーチャ、Ａ…光軸、Ｄ…光軸方向、Ｌ…光、Ｒ…結像領域。

Claims (18)

1. 互いの間の距離が可変である一対のミラー部を有し、入射した光を前記一対のミラー部間の距離に応じて透過させるファブリペロー干渉フィルタと、
   前記ファブリペロー干渉フィルタに向かう前記光、又は前記ファブリペロー干渉フィルタを透過した前記光が通過する第１アパーチャと、
   前記ファブリペロー干渉フィルタ及び前記第１アパーチャを通過した前記光を結像させる結像レンズ部と、
   前記ファブリペロー干渉フィルタ、前記第１アパーチャ及び前記結像レンズ部を収容しており、前記ファブリペロー干渉フィルタに入射する前記光の入射部を有する筐体と、を備え、
   光軸方向から見た場合に、前記結像レンズ部による前記光の結像領域の幅は、前記第１アパーチャの幅よりも広い、ハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
2. 前記第１アパーチャは、前記ファブリペロー干渉フィルタと一体に形成されている、請求項１に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
3. 前記結像レンズ部は、前記光の幅を拡大させる拡大レンズ部と、前記拡大レンズ部からの光を集光する集光レンズ部と、を有する、請求項１又は２に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
4. 前記ファブリペロー干渉フィルタに向かう前記光、又は前記ファブリペロー干渉フィルタを透過した前記光が通過する第２アパーチャを更に備え、
   前記結像レンズ部は、前記ファブリペロー干渉フィルタ、前記第１アパーチャ及び前記第２アパーチャを通過した前記光を結像させる、請求項１又２に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
5. 前記第２アパーチャは、支持体に形成された開口によって構成されており、
   前記ファブリペロー干渉フィルタは、前記支持体に固定されている、請求項４に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
6. 前記第２アパーチャは、前記入射部と前記ファブリペロー干渉フィルタとの間に配置されている、請求項４に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
7. 前記光軸方向から見た場合に、前記結像領域の幅は、前記第１アパーチャの幅よりも１．５倍以上広い、請求項１又は２に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
8. 前記入射部と前記ファブリペロー干渉フィルタとの間に配置され、前記光の幅を縮小させる追加光学系を更に含む、請求項１又は２に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
9. 前記入射部と前記ファブリペロー干渉フィルタとの間に配置され、前記光を平行化する追加光学系を更に含む、請求項１又は２に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
10. 前記追加光学系は、前記光の幅を縮小させる、請求項９に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
11. 前記筐体は、前記結像レンズ部からの前記光が出射する出射部を更に有する、請求項１又は２に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
12. 前記筐体は、前記出射部に対して前記入射部が位置する側に設けられ、第１光学装置が着脱可能に取り付けられる第１取付部と、前記入射部に対して前記出射部が位置する側に設けられ、第２光学装置が着脱可能に取り付けられる第２取付部と、を更に有する、請求項１１に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
13. 前記筐体内に配置され、前記結像レンズ部からの前記光を撮像する撮像素子を更に備える、請求項１又は２に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
14. 前記ファブリペロー干渉フィルタは、第１表面及び前記第１表面とは反対側の第２表面を含む基板と、前記第１表面上に配置された第１積層構造と、を有し、
    前記第１積層構造は、
    前記第１表面上に配置され、前記一対のミラー部の一方を有する第１積層体と、
    前記第１積層体に対して前記基板とは反対側に配置され、前記一対のミラー部の他方を有する第２積層体と、を有する、請求項１又２に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
15. 前記ファブリペロー干渉フィルタは、前記基板の前記第２表面上に配置された第２積層構造を更に有し、
    前記第２積層構造における前記基板とは反対側の表面には、凹部が形成されており、
    前記凹部の少なくとも一部は、前記光軸方向から見た場合に前記第１アパーチャと重なっている、請求項１４に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
16. 前記ファブリペロー干渉フィルタは、第１表面を有する第１基板と、前記第１表面と向かい合う第２表面を有する第２基板と、前記第１表面上に形成された前記一対のミラー部の一方と、前記第２表面上に形成された前記一対のミラー部の他方と、を有する、請求項１又２に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
17. 前記第１アパーチャは、前記ファブリペロー干渉フィルタにおける光透過領域以外の領域に遮光層が設けられる一方で前記光透過領域に前記遮光層が設けられていないことにより、形成されている、請求項１又は２に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニット。
18. 請求項１又は２に記載のハイパースペクトルカメラ用光学ユニットと、
    前記筐体から出射した前記光を撮像する撮像素子を有し、前記筐体に取り付けられたカメラユニットと、を備える、ハイパースペクトルカメラ。

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