JP3718660B2 - 暗視カメラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、夜間の取材などの暗い環境下で、夜行性動物、天体などの暗い被写体を明るく撮影する目的で用いられる暗視カメラに関し、特に、光の増強手段としてイメージ・インテンシファイアを用いた暗視カメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子を用いて、被写体を電子的に撮影するようにしたテレビカメラなどの撮像装置が知られている。一般的なテレビカメラとしては、例えば「イメージセンサの基礎と応用」（日刊工業新聞社刊)１４４ページにあるような、ＣＣＤ撮像素子を用いたカラーテレビカメラが知られている。
【０００３】
図６は、ＣＣＤを用いた従来のカラーテレビカメラの概略構成を示している。このカラーテレビカメラは、入射光１２４側から順に、撮影レンズ１０１と、光学フィルタ１０３と、色分解プリズム１０４と、青色用、緑色用、および赤色用のＣＣＤ１０７，１１０，１１３とを主要な構成要素として備えている。これらの構成要素のうち、光学フィルタ１０３、色分解プリズム１０４、およびＣＣＤ１０７，１１０，１１３は、カメラ筐体１２５に収容されている。一般的なカラーテレビカメラの場合、撮影レンズ１０１からＣＣＤ１０７，１１０，１１３に至るまでの光学系がすべて、いわゆる２／３インチ光学系で構成されている。
【０００４】
このカラーテレビカメラでは、入射光１２４が、撮影レンズ１０１および光学フィルタ１０３を経て色分解プリズム１０４に入射し、そこで赤、緑、青の３つの色光に分解される。各色光は、それぞれの色に対応するＣＣＤ１０７，１１０，１１３によって撮像され、電気信号に変換される。より詳しくは、ＣＣＤ１０７，１１０，１１３の撮像面に形成された各色の光学的な被写体像が、ＣＣＤ１０７，１１０，１１３によって電気信号に変換され、この電気信号が、図示しない信号処理回路によって走査され映像信号として読み出されることで撮影がなされる。
【０００５】
図６に示した一般的な構成のカラーテレビカメラによれば、太陽光の当たる朝から夕方までの屋外での撮影や、蛍光灯や白熱電灯の照明がある室内での撮影、または撮影スタジオの照明下での撮影など、比較的明るい環境下において良好なカラー撮影を行うことができる。
【０００６】
このようなカラーテレビカメラを利用して、暗い被写体条件下での撮影を行う場合には、従来、カメラの電気的なアンプの利得を上げる手法や、ＣＣＤの電荷蓄積時間を延ばす手法などが知られている。しかしながら、前者のアンプの利得を上げる方法では、アンプのノイズが増加して画像を劣化させるという問題がある。また、後者の電荷蓄積時間を延ばす方法では、残像が増えるために動いている被写体がぼやけてしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、例えば、テレビジョン学会１９８８年の年次大会３−１０「ＭＣＰ−Ｉ．Ｉ．超高感度ハンデイカメラ」にあるように、イメージ・インテンシファイア（Image Intensifier:I.I.）を用いた暗視用テレビカメラが提案されている。イメージ・インテンシファイアは、光を増倍する機能を有するものであり、これを利用することで、暗い被写体像を明るくすることができる。
【０００８】
図７は、このイメージ・インテンシファイアを用いた従来の暗視カメラの概略構成を示している。この暗視カメラは、図６に示すカラーテレビカメラの主要な構成要素に加え、色分解プリズム１０４と各色用のＣＣＤ１０７，１１０，１１３との間に、各色用のイメージ・インテンシファイア１０５，１０８，１１１と、各色用のストレート・ファイバ１１４，１１５，１１６とがそれぞれ配設されて構成されている。ストレート・ファイバ１１４，１１５，１１６は、イメージ・インテンシファイア１０５，１０８，１１１により増強された像をＣＣＤ１０７，１１０，１１３に良好に伝達するためのものであり、その入射面がイメージ・インテンシファイア１０５，１０８，１１１の出射面に接続され、出射面がＣＣＤ１０７，１１０，１１３の撮像面に接続されている。ストレート・ファイバ１１４，１１５，１１６による出射像は、入射像に対して倍率１、すなわちその像の大きさは入射像と同じである。
【０００９】
この暗視カメラにおいても、一般的なカラーテレビ用のものである場合、撮影レンズ１０１からＣＣＤ１０７，１１０，１１３に至るまでの光学系がすべて、いわゆる２／３インチ光学系で構成されている。
【００１０】
この暗視カメラでは、色分解プリズム１０４によって分解された各色光が、各色光に対応して設けられたイメージ・インテンシファイア１０５，１０８，１１１によって、それぞれ増強される。この増強された各色光が、各ストレート・ファイバ１１４，１１５，１１６によって各ＣＣＤ１０７，１１０，１１３に伝達され、撮像される。
【００１１】
このように、イメージ・インテンシファイア１０５，１０８，１１１によって明るくした像を各ストレート・ファイバ１１４，１１５，１１６によって各ＣＣＤ１０７，１１０，１１３へ導いて撮像することで、天体などの暗い被写体まで撮影をすることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、イメージ・インテンシファイアを用いた暗視カメラでは、イメージ・インテンシファイアの性質上、撮影時に懐中電灯や車のライトなど、必要以上に強い光が入ると感度が低下する現象が生ずる。また、入射光の光量が大きいほどイメージ・インテンシファイアの寿命が短くなるという問題がある。さらに、イメージ・インテンシファイアを用いることで像を明るくできる一方、解像度がイメージ・インテンシファイアの性能に制限されることになるので、最終的な撮像段階で得られる画像の解像度が低くなってしまうという問題がある。
【００１３】
ところで、テレビカメラの方式として、特に解像度を高くしたハイビジョン方式（高精細テレビジョン方式）のものが知られている。このハイビジョン方式のテレビカメラとしては、例えば、ＣＣＤの画素数をＮＴＳＣ（National Television System Committee）方式よりも数倍多い２２０万画素にしたものなどが知られている。さらに、映像情報メディア学会技術報告Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．７５，ｐｐ．２１〜２６では、ハイビジョン方式のテレビカメラとＶＴＲ（Video Tape Recorder）とを一体型にした使いやすいカメラが報告されている。しかしながら、天体を撮影できるような超高感度のカメラで、かつＶＴＲを一体化できるようなハイビジョン用のカメラは実現していない。カメラそのものの性能についても、上述の図７に示した構成では、ハイビジョン方式の解像度は得られず、また、イメージ・インテンシファイア１０５，１０８，１１１の寿命が短くなりがちで、長時間の安定的な運用が実現できない。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、イメージ・インテンシファイアの長寿命化を達成しつつ、高感度、高解像度での撮影が可能となる暗視カメラを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明による暗視カメラは、撮影レンズと、撮影レンズによって形成された光学像を拡大する拡大光学系と、拡大光学系によって拡大された光学像を増強するイメージ・インテンシファイアと、イメージ・インテンシファイアによって増強された光学像を縮小する縮小光学系と、縮小光学系によって縮小された光学像を電子的に撮像する撮像手段とを備えたものである。
【００１６】
本発明による暗視カメラでは、イメージ・インテンシファイアに、拡大光学系の作用により拡大された光学像が入射される。光学像が拡大されていることにより、イメージ・インテンシファイアに入射する面積当たりの光量が、通常よりも減少する。これにより、光量に起因するイメージ・インテンシファイアの短命化が防止され、長寿命化が図られる。また、イメージ・インテンシファイアとして、通常よりも大きなものを使用することになるため、画質の向上が図られる。
【００１７】
イメージ・インテンシファイアによって増強された光学像は、縮小光学系によって縮小された後、撮像手段によって撮像される。拡大・増強された光学像を縮小することにより、結果的に、最終的な撮像段階での解像度の向上が図られる。このように、本発明による暗視カメラでは、拡大・縮小光学系の組み合わせによって、イメージ・インテンシファイアの性能が最大限に引き出され、高い感度と高い解像度とが実現される。また、本発明による暗視カメラでは、撮影レンズを経て撮像手段に至るまでの間に拡大・縮小作用を施すようにしているため、撮影レンズと撮像手段とについては、従来と同じ仕様のものが使用可能となる。
【００１８】
ここで、本発明による暗視カメラは、さらに、拡大光学系の光の出射側に、拡大光学系からの光を複数の色光に分解する色分解手段を備えていてもよい。この場合、イメージ・インテンシファイア、縮小光学系、および撮像手段は、色分解手段によって分解された各色光のそれぞれに対して設けられる。色分解手段としとしては、例えば色分解プリズムを使用可能である。
【００１９】
このような構成の暗視カメラでは、拡大光学系からの光が、色分解手段によって複数の色光に分解される。各色光は、各色光に対応して設けられたイメージ・インテンシファイアによって、それぞれ増強される。増強された各色光は、縮小光学系によって縮小された後、撮像手段によって電子的に撮像される。これにより、カラー撮影が可能となる。この場合にも、各色用のイメージ・インテンシファイアの性能が最大限に引き出され、高い感度と高い解像度とが実現される。
【００２０】
ところで、この暗視カメラでは、拡大光学系の作用によって像の対角長が長くなるが、色分解手段のサイズは、この対角長に合わせて必ずしも大きくする必要はない。これは、拡大光学系の作用により、開放Ｆ値が大きくなって面積当たりの明るさが暗くなり、撮影レンズの開放Ｆ値よりも色分解手段のＦ値を大きく(暗く)できるためである。
【００２１】
本発明による暗視カメラにおいて、縮小光学系は、例えばテーパファイバによって構成することができる。ここで、「テーパファイバ」とは、多数の光ファイバを束ねた像伝達手段であって、入射像と出射像とを異なる比率に変換できるようになされたものをいう。このテーパファイバを用いることにより、レンズを用いた光学系と比べて、縮小光学系を小型化し易くなる。
【００２２】
本発明による暗視カメラにおいて、拡大光学系の拡大率は、例えば１．２〜２．０の範囲に設定することができる。また、縮小光学系の縮小率は、例えば１／（１．２〜２．０）の範囲に設定することができる。なお、本発明による暗視カメラにおいて、拡大光学系の拡大率と縮小光学系の縮小率は、必ずしも完全に逆数の関係である必要はない。拡大率と縮小率は、暗視カメラの構成や用途に応じて決定される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施の形態に係るカラーテレビ用の暗視カメラの概略構成を示している。なお、図１において、矢印２４は、被写体からカメラへの入射光を表す。
【００２５】
図１に示したように、この暗視カメラは、入射光２４側から順に、撮影レンズ１と、像拡大用レンズ２と、光学フィルタ３と、色分解プリズム４と、青色用、緑色用、および赤色用のイメージ・インテンシファイア５，８，１１と、青色用、緑色用、および赤色用のテーパファイバ６，９，１２と、青色用、緑色用、および赤色用のＣＣＤ７，１０，１３とを主要な構成要素として備えている。これらの構成要素のうち、光学フィルタ３、色分解プリズム４、イメージ・インテンシファイア５，８，１１、テーパファイバ６，９，１２、およびＣＣＤ７，１０，１３は、カメラ筐体２５に収容されている。
【００２６】
ここで、像拡大用レンズ２が、本発明における「拡大光学系」の一具体例に対応し、テーパファイバ６，９，１２が、本発明における「縮小光学系」の一具体例に対応する。また、色分解プリズム４が、本発明における「色分解手段」の一具体例に対応し、ＣＣＤ７，１０，１３が、本発明における「撮像手段」の一具体例に対応する。
【００２７】
撮影レンズ１は、光学的な被写体像（光学像）を形成するためのものである。この撮影レンズ１としては、例えば、テレビカメラとして一般的に用いられている２／３インチ光学系のものを使用することが可能である。撮影レンズ１として、例えば、焦点距離が７．８ｍｍ〜１６４ｍｍのズーム比２１倍のレンズを使用することができる。このときのレンズの開放Ｆ値は、１:１．８で、結像面での像の対角長は１１ｍｍである。
【００２８】
像拡大用レンズ２は、撮影レンズ１の後ろ側（像側）に配置され、凹レンズを主体とした１または複数枚のレンズから構成されている。この像拡大用レンズ２は、撮影レンズ１の諸収差を増加させないように収差補正が施されて光学設計されている。また、この像拡大用レンズ２は、フレアやゴーストを防ぐためにマルチコーティングを施して、光の不要な反射を防止するように構成されていることが望ましい。
【００２９】
この像拡大用レンズ２は、撮影レンズ１によって形成された被写体像の大きさを所定の大きさに拡大する機能を有している。この像拡大用レンズ２を撮影レンズ１の後ろ側に配置することで、被写体像が拡大されるので、像拡大用レンズ２から縮小光学系であるテーパファイバ６，９，１２の前までの光学系に関して、撮影レンズ１に比べて開放Ｆ値が大きくなり、面積当たりの明るさを暗くすることができるようになっている。この像拡大用レンズ２は、撮影レンズ１を２／３インチ光学系とすれば、それを例えば１インチ光学系に変換できるように設計されている。この場合、像の大きさは約１．４５倍に拡大される。またこの場合、焦点距離は、１１．３ｍｍ〜２３８ｍｍになり、開放Ｆ値は２．６に、像の対角長は１６ｍｍになる。この場合、面積当たりの明るさは像拡大用レンズ２を入れなかったときに比べて半分となる。
【００３０】
光学フィルタ３は、撮像に必要とされない不要な光成分を除去するために設けられている。色分解プリズム４は、この光学フィルタ３の後ろ側に配置されている。この色分解プリズム４は、像拡大用レンズ２および光学フィルタ３を経た光を、光の３原色である青、緑および赤の３色の色光に分解する機能を有している。
【００３１】
ここで、この暗視カメラにおいては、像拡大用レンズ２の作用によって、色分解プリズム４に入射する像の対角長が長くなるが、後述する理由により、色分解プリズム４のサイズを、この拡大された対角長に合わせて大きくする必要はない。例えば、撮影レンズ１に２／３インチ光学系を用い、像拡大用レンズ２の拡大率を１．４５倍とした場合、色分解プリズム４としては、従来から２／３インチ光学系で用いられているＦ値１．４用のプリズムと同じ程度の大きさのものを使用することができる。
【００３２】
イメージ・インテンシファイア５，８，１１は、色分解プリズム４によって分解された青、緑、および赤の各色光に対応して配置されている。
【００３３】
図２は、イメージ・インテンシファイア５，８，１１の概略構成を示している。イメージ・インテンシファイア５，８，１１は、図２に示すように、セラミックスなどからなる真空容器１７の中に、入力光２６側から順に、入力窓１８、光電面１９、マイクロ・チャンネル・プレート２０、蛍光面２１、および出力窓２２を並行に配置した近接型構造をしている。近接型構造のものでは、光電面１９、マイクロ・チャンネル・プレート２０、および蛍光面２１を接近させることにより、コンパクト化を図りながらも、画像の再現性を高め、周辺部に歪みのない画像を得ることができる。イメージ・インテンシファイア５，８，１１において、光電面１９、マイクロ・チャンネル・プレート２０、および蛍光面２１には、直流高圧電源２３から電圧が印加されるようになっている。
【００３４】
入力窓１８は、ガラスなどの光の透過率の高い材料によって構成されている。入力窓１８には、色分解プリズム４からの色光が入力光２６として入射するようになっている。
【００３５】
光電面１９は、光を電子に変換する材料から構成されている。光電面１９の材料としては、例えばガリウム・砒素・リン（ＧａＡｓＰ）、またはガリウム・砒素（ＧａＡｓ）などの半導体結晶を使用することができる。なお、光電面１９にこのような半導体結晶を用いたイメージ・インテンシファイアは、一般に第３世代と呼ばれている。第３世代のイメージ・インテンシファイアは、可視光全域で光電面感度が非常に高いことが特徴となっている。従って、第３世代のものを使用すれば、各イメージ・インテンシファイア５，８，１１はすべて同一特性のものを使用することが可能である。
【００３６】
マイクロ・チャンネル・プレート２０は、ガラスなどから形成される極めて小さい多数の管（チャンネルまたはトンネルなどと呼ばれる。）が集まった薄い板から構成され、光電面１９から放出された光電子を増倍する機能を有している。マイクロ・チャンネル・プレート２０におけるトンネルの直径は、例えば６μｍとなっている。マイクロ・チャンネル・プレート２０は、仕様に応じて、１段または複数段を組み合わせたものを使用することができる。
【００３７】
蛍光面２１は、粒状の蛍光体を基板または出力窓２２の入射面上に敷き詰めて形成されている。この蛍光面２１は、マイクロ・チャンネル・プレート２０から放出された光電子に対応した輝点(シングルフォトンスポット)を発生するようになっている。
【００３８】
出力窓２２は、光ファイバ、例えば、数μｍのガラスのシングルファイバを束ねたファイバオプティックプレートで構成されている。この出力窓２２の形状は、後ろ側に配置されるテーパファイバ６，９，１２を直結するのにふさわしい形状であればよく、例えば図２に示すようなストレート形状となっている。
【００３９】
テーパファイバ６，９，１２は、縮小光学系として設けられたものであり、それぞれ、対応する色用のイメージ・インテンシファイア５，８，１１（の出力窓２２）に直結されている。このようにイメージ・インテンシファイア５，８，１１とテーパファイバ６，９，１２とをそれぞれ直結することで、イメージ・インテンシファイア５，８，１１からの増倍光２７の全光量が、テーパファイバ６，９，１２に無駄なく伝達されるようになっている。
【００４０】
図３は、テーパファイバ６，９，１２の概略構成を示している。テーパファイバ６，９，１２は、図３に示すように、数μｍの光ファイバ２８を多数（数百万本〜数千万本）束ねた像伝達手段であって、入射像と出射像とを異なる比率に変換できるようになっている。テーパファイバ６，９，１２を用いることにより、イメージ・インテンシファイア５，８，１１からの増倍光２７を圧縮した形で高効率、低歪みで伝達することができる。各光ファイバ２８は、通常、光を伝達するコアガラス、それを被覆するクラッドガラス、およびコアガラスから漏れた光を吸収する吸収体ガラスの３種類から構成されている。
【００４１】
テーパファイバ６，９，１２は、入射した増倍光２７をすべて同じ比率で縮小してＣＣＤ７，１０，１３に伝達できるように、各光ファイバ２８が同じ縮小率でテーパ状に形成されている。テーパファイバ６，９，１２を用いることにより、レンズを用いた光学系と比べて、縮小光学系を小型化し易くなる。テーパファイバ６，９，１２としては、例えば、入り口側の直径を１６ｍｍ、出口側の直径を１１ｍｍとし、１インチ光学系を２／３インチ光学系に変換できるものを使用する。この場合、入射像の大きさは１／１．４５倍に縮小されて出力される。
【００４２】
ここで、テーパファイバ６，９，１２を構成する１本１本の光ファイバ２８の直径は、ＣＣＤ７，１０，１３の画素ピッチよりも小さく設計すると、入射像を無駄なくＣＣＤ７，１０，１３に伝達できるので好ましい。例えば、ＣＣＤ７，１０，１３の画素ピッチを５μｍとした場合、各光ファイバ２８の入り口側を４μｍ、出力側を２．７６μｍで製作するとよい。
【００４３】
ＣＣＤ７，１０，１３は、テーパファイバ６，９，１２の出射面に、その撮像面がそれぞれ直結する形で接続されている。このようにテーパファイバ６，９，１２とＣＣＤ７，１０，１３とをそれぞれ直結することで、テーパファイバ６，９，１２の出力光２９の全光量が、無駄なくＣＣＤ７，１０，１３に伝達されるようになっている。ＣＣＤ７，１０，１３としては、例えばハイビジョン方式のＣＣＤとして用いられている画素ピッチが５μｍで２２０万画素のＩＴ（インタートランスファー）型ＣＣＤを使用することができる。ＣＣＤ７，１０，１３の大きさは、例えば２／３インチ光学系のもので、その撮像エリアが直径１１ｍｍとなっている。
【００４４】
次に、以上のように構成された暗視カメラの作用、動作について説明する。
【００４５】
この暗視カメラでは、被写体からの入射光２４が、まず撮影レンズ１に入射し、次に、像拡大用レンズ２に入射する。像拡大用レンズ２は、撮影レンズ１からの光学像を所定の倍率に拡大する。この像拡大用レンズ２による拡大作用により、像拡大用レンズ２から縮小光学系であるテーパファイバ６，９，１２の前までの光学系に関して、撮影レンズ１に比べて開放Ｆ値が大きくなり、面積当たりの明るさを暗くすることができる。具体的には、像拡大用レンズ２は、撮影レンズ１を２／３インチ光学系とすれば、それを例えば１インチ光学系に変換するよう、像の大きさを約１．４５倍に拡大する。この場合、撮影レンズ１が、焦点距離：７．８ｍｍ〜１６４ｍｍ、レンズの開放Ｆ値：１．８、結像面での像の対角長：１１ｍｍのものとすれば、像拡大用レンズ２によって、焦点距離が１１．３ｍｍ〜２３８ｍｍ、開放Ｆ値が２．６、像の対角長が１６ｍｍに変換される。またこの場合、面積当たりの明るさは像拡大用レンズ２を入れなかったときに比べて半分となる。この面積当たりの明るさが半分の光をイメージ・インテンシファイア５，８，１１に入力することで、従来に比べ寿命をおよそ２倍にすることができる。
【００４６】
像拡大用レンズ２によって拡大された光は、光学フィルタ３において不要な光成分が除去された後、色分解プリズム４に入射する。色分解プリズム４は、像拡大用レンズ２によって拡大され、光学フィルタ３を通過した光を、青、緑および赤の３色の色光に分解して、イメージ・インテンシファイア５，８，１１側に出射する。
【００４７】
ここで、この暗視カメラでは、像拡大用レンズ２の作用によって、色分解プリズム４に入射する像の対角長が長くなるが、以下の理由により、色分解プリズム４のサイズを、この拡大された対角長に合わせて大きくする必要はない。
【００４８】
すなわちその理由は、像拡大用レンズ２の作用により、開放Ｆ値が大きくなって面積当たりの明るさが暗くなり、撮影レンズ１の開放Ｆ値よりも色分解プリズム４のＦ値を大きく(暗く)できるためである。つまり、開放Ｆ値の小さい明るい光学系の場合には、色分解プリズム４に入射する光線角度が広くなる。その結果、周辺での光線ケラレを少なくするために、色分解プリズム４を大きく設計しなければならない。一方、本実施の形態による暗視カメラのように、像拡大用レンズ２の作用により、撮影レンズ１に比べて開放Ｆ値を大きくして暗い光学系にした場合には、色分解プリズム４に入射する光線角度が狭くなり平行光線に近くなる。この結果、周辺での光線ケラレが少なくなり、色分解プリズム４を大きくする必要がなくなるのである。このように、この暗視カメラでは、色分解プリズム４に入射する段階で、像拡大用レンズ２の作用により、撮影レンズ１に比べて開放Ｆ値が大きくなって暗い光学系にすることができるため、色分解プリズム４のサイズが小さく抑えられる。これにより、カメラ全体の小型化、軽量化を図ることができる。
【００４９】
具体的には、撮影レンズ１に２／３インチ光学系を用い、像拡大用レンズ２の拡大率を１．４５倍とした場合には、結像面の像の対角長が１６ｍｍと長くなるにもかかわらず、色分解プリズム４として、従来から２／３インチ光学系で用いられているＦ値１．４用のプリズムと同じ程度の大きさのものを使用することができる。
【００５０】
色分解プリズム４によって分解された各色光は、それぞれの出射側に配設されたイメージ・インテンシファイア５，８，１１によって増強される。各イメージ・インテンシファイア５，８，１１に入射した入力光２６は、図２に示したように、入力窓１８を透過した後、光電面１９上で結像し、この結像した像が光電面１９により光電子に変換される。光電子は、光電面１９とマイクロ・チャンネル・プレート２０の入力面との間の電圧により加速され、プラスの電圧に引かれてマイクロ・チャンネル・プレート２０の各チャンネルに入射する。入射した電子はマイクロ・チャンネル・プレート２０の両端の電圧勾配により、各チャンネル内部で数十回の衝突が繰り返され、これにより２次電子が増加し、マイクロ・チャンネル・プレート２０の出力端より多数の電子が放出される。
【００５１】
マイクロ・チャンネル・プレート２０によって増倍された電子群は、マイクロ・チャンネル・プレート２０の出力面と蛍光面２１との間の電圧により加速されて蛍光面２１に衝突する。蛍光面２１では、衝突した電子量に応じた光が出力される。このようにして入力光２６がマイクロ・チャンネル・プレート２０で電子増倍され、蛍光面２１は入力光２６よりも明るく発光する。蛍光面２１で明るく発光した光は、出力窓２２を通過し、出力窓２２に直結した像縮小用のテーパファイバ６，９，１２に入力される。
【００５２】
テーパファイバ６，９，１２は、イメージ・インテンシファイア５，８，１１からの増倍光２７を、所定の縮小率で縮小し、解像度を損なうことなく、ＣＣＤ７，１０，１３に伝達する。テーパファイバ６，９，１２から出力された各色の出力光２９は、それぞれの色に対応するＣＣＤ７，１０，１３によって撮像され、電気信号に変換される。より詳しくは、ＣＣＤ７，１０，１３の撮像面に形成された各色の光学的な被写体像が、ＣＣＤ７，１０，１３によって電気信号に変換され、この電気信号が、図示しない信号処理回路によって走査され映像信号として読み出されることで撮影がなされる。
【００５３】
具体的には、例えば、像拡大用レンズ２によって２／３インチ光学系から１インチ光学系へと変換され、１．４５倍された拡大像が、テーパファイバ６，９，１２によって再び２／３インチ光学系に変換され、１／１．４５倍に縮小された像がＣＣＤ７，１０，１３によって撮像される。
【００５４】
ところで、イメージ・インテンシファイア５，８，１１の解像度は、そのトンネルの直径によって制限される。また、イメージ・インテンシファイア５，８，１１において、蛍光面２１を構成する蛍光体の粒状性も解像度を制限する要因となる。しかしながら、本実施の形態では、像拡大用レンズ２によって像を拡大したものをイメージ・インテンシファイア５，８，１１によって増幅した後、さらに、テーパファイバ６，９，１２によって像を縮小していることにより、マイクロ・チャンネル・プレート２０のトンネル直径や蛍光面２１の粒状性などによる解像度の制限の影響が比例的に縮小される効果を生み、単位長さあたりの解像度を高めることができる。このように、本実施の形態では、像拡大用レンズ２とテーパファイバ６，９，１２とによる拡大・縮小光学系の組み合わせによって、イメージ・インテンシファイア５，８，１１の性能が最大限に引き出され、最終的に得られる画像の解像度を高めることができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態の暗視カメラによれば、撮影レンズ１からの光学像を像拡大用レンズ２によって拡大し、その拡大された光学像をイメージ・インテンシファイア５，８，１１に入力するようにしたので、イメージ・インテンシファイア５，８，１１に入射する面積当たりの光量を、通常よりも減少させることができる。これにより、光量に起因するイメージ・インテンシファイア５，８，１１の短命化を防止し、長寿命化を図ることができ、長時間の安定的な運用が可能になる。
【００５６】
また、像拡大用レンズ２とイメージ・インテンシファイア５，８，１１とによって拡大・増強された光学像を、テーパファイバ６，９，１２によって縮小した後、ＣＣＤ７，１０，１３で撮像するようにしたので、結果的に、最終的な撮像段階での解像度の向上を図ることができる。このように、この暗視カメラによれば、拡大・縮小光学系の組み合わせによって、イメージ・インテンシファイア５，８，１１の性能が最大限に引き出され、高い感度と高い解像度とを実現することができる。従って、本実施の形態の暗視カメラによれば、イメージ・インテンシファイア５，８，１１の長寿命化を達成しつつ、高感度、高解像度での撮影が可能となる。これにより、夜間の取材や、夜行性動物の撮影、天体の撮影などを、ハイビジョンの画質で実現できる。具体的には、最終的に得られる画像の解像度を８００テレビ本にすることができ、ハイビジョンとして満足できる水平限界解像度を得ることができる。
【００５７】
さらに、撮影レンズ１を経て撮像手段であるＣＣＤ７，１０，１３に至るまでの間に拡大・縮小作用を施すようにしているため、撮影レンズ１とＣＣＤ７，１０，１３とについては、従来と同じ仕様のものを使用することが可能となる。これにより、低コスト化を図ることができる。具体的には、汎用性のある２／３インチ光学系の撮影用ズームレンズやＣＣＤを利用でき、カメラ全体を安価に製作することができる。
【００５８】
また、像拡大用レンズ２によって拡大された後の光を色分解プリズム４に入射するようにしたので、色分解プリズム４に入射する段階で、像拡大用レンズ２の作用により、撮影レンズ１に比べて開放Ｆ値が大きくなって暗い光学系にすることができ、色分解プリズム４のサイズを小さく抑えることができる。これにより、カメラ全体の小型化、軽量化に大きく貢献できる。
【００５９】
また、本実施の形態によれば、縮小光学系として、テーパファイバ６，９，１２を用いるようにしたので、レンズを用いた光学系と比べて、縮小光学系を小型化し易くなる。これによっても、カメラ全体の小型化、軽量化に大きく貢献できる。
【００６０】
以上のようにカメラ全体の小型化、軽量化を図ることにより、具体的には、本暗視カメラを、ＶＴＲと一体化した構成で撮影レンズ１を含めて１０ｋｇ以下に抑えることができ、肩に担ぐことが可能な大きさと重量にすることができる。従って、テレビカメラとして適した構成にできる。
【００６１】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各光学系のサイズや、光学像の拡大率および縮小率の値などは、上記した具体値に限定されず、他の値であってもよい。また、本発明は、監視カメラ等、テレビカメラ以外の用途の暗視カメラにも適用できる。
【００６２】
また、上記実施の形態では、イメージ・インテンシファイア５，８，１１の出力窓２２（図２）の後に、イメージ・インテンシファイア５，８，１１とは別部品として製造されたテーパファイバ６，９，１２を直結させるものとして説明したが、イメージ・インテンシファイア５，８，１１とテーパファイバ６，９，１２との接続方法はこれに限らない。例えば、イメージ・インテンシファイア５，８，１１を製作する過程で、出力窓２２にテーパファイバ６，９，１２を一体化させる形で組み込んでもよい。また、組立の都合上、テーパファイバ６，９，１２の後にストレートファイバを配置してからＣＣＤ７，１０，１３と接続しても良い。
【００６３】
また、上記実施の形態では、具体例として、２／３インチ光学系から１インチ光学系に像を拡大し、また１インチ光学系から２／３インチ光学系に像を縮小する例を挙げたが、その拡大、縮小率はこの例に限定されない。拡大率は、１．２〜２．０の範囲であれば良く、また縮小率は１／１．２〜１／２．０の範囲であれば同様の効果が得られる。また、拡大率と縮小率は必ずしも完全に逆数の関係である必要はなく、暗視カメラの構成や用途に応じても変更されうる。なお、拡大率を２．０倍以上とすると、２／３インチ光学系用の色分解プリズムの大きさではプリズム射出面側の光束が大きくなるため、光線がケラレたり、ゴーストが発生し易くなり、構成が困難となる。
【００６４】
また、イメージ・インテンシファイア５，８，１１の光電面１９としては、ガリウム・砒素・リンなどの半導体結晶を組み合わせたものに限らず、それ以外の材料を用いたものであってもよい。また、各色のイメージ・インテンシファイア５，８，１１についてそれぞれ、特性の異なるものを用いてもよい。また、イメージ・インテンシファイア５，８，１１としては、第３世代のものに限らず、他の世代のものを使用してもよい。
【００６５】
また、撮像手段としては、ＣＣＤ７，１０，１３に限らず、ＣＭＯＳセンサなどの他の撮像素子を用いてもよい。また撮像手段が真空管であっても、本発明は適用可能である。
【００６６】
また、上記実施の形態では、縮小光学系としてテーパファイバ６，９，１２を用いた例を示したが、縮小光学系はこれに限定されない。
【００６７】
すなわち、図４に示したように、青色用、緑色用および赤色用のテーパファイバ６，９，１２に代えて、レンズ系で構成された、青色用、緑色用および赤色用の縮小レンズ系４１，４２，４３を配置するようにしてもよい。縮小レンズ系４１，４２，４３を用いた場合、テーパファイバ６，９，１２に比べて縮小率の設定の自由度が増し、倍率設定が容易となる。
【００６８】
また、上記実施の形態では、色分解プリズム４と３つのＣＣＤ７，１０，１３とを用いたカラーの暗視カメラについて説明したが、本発明は、これとは異なった構成の暗視カメラにも適用可能である。例えば、１つのＣＣＤのみを用いたモノクロの暗視カメラにも適用可能である。
【００６９】
図５は、本発明をモノクロの暗視カメラに適用した場合の構成例を示している。モノクロの暗視カメラの場合、色分解プリズム４は必要とされず、また、イメージ・インテンシファイア５，８，１１、テーパファイバ６，９，１２、およびＣＣＤ７，１０，１３は、それぞれ１つでよい。すなわち、図５に示したように、像拡大用レンズ２の後ろ側に、イメージ・インテンシファイア５１、テーパファイバ５２、およびＣＣＤ５３をそれぞれ１つずつ備えていればよい。イメージ・インテンシファイア５１、テーパファイバ５２、およびＣＣＤ５３の基本的な構造は、図１の暗視カメラに用いているものと同様である。このモノクロの暗視カメラの場合には、像拡大用レンズ２の代わりにテーパファイバを使用することも可能である。
【００７０】
このようなモノクロの暗視カメラによっても、イメージ・インテンシファイア５１の長寿命化を達成しつつ、高感度、高解像度での撮影が可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の暗視カメラによれば、撮影レンズからの光学像を拡大光学系によって拡大し、その拡大された光学像をイメージ・インテンシファイアによって増強するようにしたので、イメージ・インテンシファイアに入射する面積当たりの光量を、通常よりも減少させることができ、これにより、光量に起因するイメージ・インテンシファイアの短命化を防止し、長寿命化を図ることができる。また、イメージ・インテンシファイアとして、通常よりも大きなものを使用することになるため、画質の向上を図ることができる。
【００７２】
さらに、拡大光学系およびイメージ・インテンシファイアによって拡大・増強された光学像を、縮小光学系によって縮小した後、撮像手段によって撮像するようにしたので、結果的に、最終的な撮像段階での解像度の向上を図ることができる。このように、本発明による暗視カメラによれば、拡大・縮小光学系の組み合わせによって、イメージ・インテンシファイアの性能が最大限に引き出され、高い感度と高い解像度とを実現することができる。従って、本発明によれば、イメージ・インテンシファイアの長寿命化を達成しつつ、高感度、高解像度での撮影が可能となる。また、本発明による暗視カメラによれば、撮影レンズを経て撮像手段に至るまでの間に拡大・縮小作用を施すようにしているため、撮影レンズと撮像手段とについては、従来と同じ仕様のものを使用することが可能となる。これにより、低コスト化を図ることができる。
【００７３】
特に、請求項２記載の暗視カメラによれば、拡大光学系からの光を複数の色光に分解する色分解手段を設けると共に、イメージ・インテンシファイア、縮小光学系、および撮像手段を、色分解手段によって分解された各色光のそれぞれに対応して設けるようにしたので、各色用のイメージ・インテンシファイアのそれぞれの長寿命化を達成しつつ、高感度、高解像度での撮影が可能となり、特に良好なカラー撮影が可能となる。また、この請求項２記載の暗視カメラによれば、拡大光学系によって拡大された後の光を色分解手段に入射するようにしたので、色分解手段に入射する段階で、拡大光学系の作用により、撮影レンズに比べて開放Ｆ値が大きくなって暗い光学系にすることができるため、色分解手段のサイズを小さく抑えることができる。これにより、カメラ全体の小型化、軽量化に大きく貢献できる。
【００７４】
また特に、請求項３記載の暗視カメラによれば、縮小光学系として、テーパファイバを用いるようにしたので、レンズを用いた光学系と比べて、縮小光学系を小型化し易くなり、カメラ全体の小型化、軽量化に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る暗視カメラの構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る暗視カメラに用いられるイメージ・インテンシファイアの一構成例を示す構造図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る暗視カメラに用いられるテーパファイバの一構成例を示す構造図である。
【図４】縮小光学系としてレンズ系を用いた場合の暗視カメラの構成を示す構造図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る暗視カメラの他の構成例を示す構成図である。
【図６】ＣＣＤを用いた従来のカラーテレビカメラの概略を示す構成図である。
【図７】イメージ・インテンシファイアを用いた従来の暗視用カラーテレビカメラの概略を示す構成図である。
【符号の説明】
１…撮影レンズ、２…像拡大用レンズ、３…光学フィルタ、４…色分解プリズム、５，８，１１…青色、緑色、赤色用イメージ・インテンシファイア、６，９，１２…青色用、緑色用、赤色用テーパファイバ、７，１０，１３…青色、緑色、赤色用ＣＣＤ、１７…真空容器、１８…入力窓、１９…光電面、２０…マイクロ・チャンネル・プレート、２１…蛍光面、２２…出力窓、２５…カメラ筐体、２６…入力光、２７…増倍光、２８…光ファイバ、２９…出力光。

Claims (5)

1. 撮影レンズと、
   前記撮影レンズによって形成された光学像を拡大する拡大光学系と、
   前記拡大光学系によって拡大された光学像を増強するイメージ・インテンシファイアと、
   前記イメージ・インテンシファイアによって増強された光学像を縮小する縮小光学系と、
   前記縮小光学系によって縮小された光学像を電子的に撮像する撮像手段と
   を備えたことを特徴とする暗視カメラ。
2. 前記拡大光学系の光の出射側にさらに設けられ、前記拡大光学系からの光を複数の色光に分解する色分解手段を備えるとともに、
   前記イメージ・インテンシファイア、前記縮小光学系、および前記撮像手段が、前記色分解手段によって分解された各色光のそれぞれに対して設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の暗視カメラ。
3. 前記縮小光学系は、テーパファイバにより構成されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の暗視カメラ。
4. 前記拡大光学系の拡大率は、１．２〜２．０である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の暗視カメラ。
5. 前記縮小光学系の縮小率は、１／（１．２〜２．０）である
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の暗視カメラ。

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