JP6862989B2 - レンズユニット及び撮像システム - Google Patents
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Description
このため、一般的な撮像装置を用いて、入射光を撮像した撮像画像と、分光画像とを取得できることが要望されている。
これにより、第一受光部によって入射光を撮像した撮像画像を取得でき、第二受光部によって入射光の分光を撮像した分光画像を取得できる。
この構成によれば、入射光を撮像する第一受光部を備えている一般的な撮像装置に対して、本適用例のレンズユニットを取り付けることで、入射光を撮像した撮像画像と、入射光の分光を撮像した分光画像とを取得することができ、利便性を向上できる。
本適用例では、光分離素子が、第一光学レンズ系の後段に設けられているため、第一光学レンズ系に入射した光が、第一受光部及び第二受光部で受光される。これによれば、第一光学レンズ系に入射される同じ撮像範囲の光を、第一受光部及び第二受光部で撮像できるため、第一受光部による撮像画像の撮像範囲と、第二受光部による分光画像の撮像範囲とを一致させることができる。
この構成によれば、光分離素子と第一受光部又は第二受光部との間に、光学レンズ系を設けることなく、第一受光部及び第二受光部の位置を焦点に一致させることができ、第一受光部及び第二受光部に光を結像させることができる。
本適用例によれば、光分離素子から第一受光部までの光学的距離が、光分離素子から第二受光部までの光学的距離と異なる場合であっても、第二光学レンズ系によって、第一受光部の位置を焦点に一致させることができる。このため、第一受光部の配置の自由度を向上できる。
本適用例によれば、光分離素子から第二受光部までの光学的距離が、光分離素子から第一受光部までの光学的距離と異なる場合であっても、第三光学レンズ系によって、第二受光部の位置を焦点に一致させることができる。このため、波長可変干渉フィルター及び第二受光部の配置の自由度を向上できる。
本適用例によれば、入射光を撮像する第一受光部を備えている一般的な撮像装置に対して、レンズユニットを取り付けることで、入射光を撮像した撮像画像と、入射光の分光を撮像した分光画像とを取得することができ、利便性を向上できる。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る実施形態の撮像システム1を示す外観図である。図2は、撮像システム1の概略構成を示す図である。
図1、図2に示すように、撮像システム1は、レンズユニット10と、レンズユニット10が着脱可能に取り付けられるカメラ本体20と、を備えている。
レンズユニット10は、レンズ側筐体11と、第一光学レンズ系12と、ダイクロイックミラー13と、第二光学レンズ系14と、分光モジュール15と、を備えている。
レンズ側筐体11は、筒状に形成された筒状部111と、筒状部111の外周面に設けられた分光モジュール収納部112と、を備えている。筒状部111には、第一光学レンズ系12、ダイクロイックミラー13、及び第二光学レンズ系14が収納される。分光モジュール収納部112には、分光モジュール15が収納される。
筒状部111には、カメラ本体20に設けられた後述する本体側入出力端子21Aと接続されるレンズ側入出力端子11Aが設けられている。
また、分光モジュール収納部112は、レンズユニット10がカメラ本体20に取り付けられた際、カメラ本体20の後述する本体側筐体21と所定距離離間する位置に設けられている。この構成によれば、本体側筐体21に設けられた突起部分などに、分光モジュール収納部112が干渉することを回避できる。
第一光学レンズ系12は、テレセントリック光学系などによって構成されており、撮像可能な範囲(画角)から入射された光を、ダイクロイックミラー13に導く。このとき、第一光学レンズ系12は、主光線が光軸に対して平行となるように、入射光を導く。なお、第一光学レンズ系12は、テレセントリック光学系及び拡大光学系、又は拡大光学系によって構成されていてもよい。
ダイクロイックミラー13は、第一光学レンズ系12から入射する光の光軸に対して、例えば45°傾いて配置され、当該光のうち、可視光の光を透過させて、カメラ本体20が備える後述する本体側撮像素子22に導き、可視光以外の光を反射させて分光モジュール15に導く。すなわち、ダイクロイックミラー13は、光分離素子であり、第一光学レンズ系12から入射した光を、本体側撮像素子22に向かう第一方向の第一光としての可視光と、分光モジュール15に向かう第二方向の第二光としての可視光以外の光とに分離する。
第二光学レンズ系14は、第一光の光路L1上に設けられている。第二光学レンズ系14は、ダイクロイックミラー13から入射した光を、本体側撮像素子22に集光して結像する。なお、第二光学レンズ系14は、拡大光学系などによって構成されていてもよい。
分光モジュール15は、分光モジュール収納部112に収納され、波長可変干渉フィルター5と、第三光学レンズ系151と、レンズ側撮像素子152と、レンズ側制御回路153と、を備えている。
波長可変干渉フィルター5には、第二光の光路L2上に設けられており、ダイクロイックミラー13で反射された可視光以外の光が入射される。
波長可変干渉フィルター5は、透過波長を切り替え可能な光学フィルターである。この波長可変干渉フィルター5は、レンズ側制御回路153に接続されており、レンズ側制御回路153の制御により駆動電圧が変化されることで、透過波長を切り替える。
図3は、波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す断面図である。
波長可変干渉フィルター5は、波長可変型のファブリーペローエタロン素子であり、図3に示すように、透光性の固定基板51及び可動基板52を備え、これらの固定基板51及び可動基板52が、接合膜53により接合されることで、一体的に構成されている。
固定基板51は、エッチングにより形成された第一溝部511、及び第一溝部511より溝深さが浅い第二溝部512を備えている。そして、第一溝部511には、固定電極561が設けられ、第二溝部512には、固定反射膜54が設けられている。
固定電極561は、可動電極562とともに、静電アクチュエーター56を構成し、例えば第二溝部512を囲う環状に形成されており、可動基板52に設けられた可動電極562に対向する。
固定反射膜54は、例えばAg等の金属膜、Ag合金等の合金膜、高屈折層及び低屈折層を積層した誘電体多層膜、又は、金属膜(合金膜)と誘電体多層膜を積層した積層体により構成されている。
可動部521は、保持部522よりも厚み寸法が大きく形成されている。この可動部521は、固定電極561の外周縁の径寸法よりも大きい径寸法に形成されており、可動部521の固定基板51に対向する面に、可動電極562及び可動反射膜55が設けられている。
可動電極562は、固定電極561に対向する位置に設けられ、固定電極561とともに、本発明のギャップ変更部である静電アクチュエーター56を構成する。
可動反射膜55は、固定反射膜54に対向する位置に、ギャップGを介して配置されている。この可動反射膜55としては、上述した固定反射膜54と同一の構成の反射膜を用いることができる。
なお、本実施形態では、ダイアフラム状の保持部522を例示するが、これに限定されず、例えば、平面中心点を中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。
また、波長可変干渉フィルター5の一部には、固定電極561や可動電極562と個別に接続された電極パッド(図示略)が設けられている。これらの電極パッドは、レンズ側制御回路153に接続されている。
なお、固定反射膜54や可動反射膜55に対して電極引出線を接続し、可動基板52の外周部からレンズ側制御回路153に接続してもよい。この場合、レンズ側制御回路153に、固定反射膜54や可動反射膜55の間の静電容量を検出する容量検出回路を設け、検出された静電容量に応じて、静電アクチュエーター(固定電極561及び可動電極562)に印加する電圧をフィードバック制御することが可能となる。
図2に戻り、第三光学レンズ系151は、第二光の光路L2上において、波長可変干渉フィルター5の後段に設けられている。第三光学レンズ系151は、波長可変干渉フィルター5を透過した光(分光)、すなわち、波長可変干渉フィルター5から出射された光を、レンズ側撮像素子152に集光して結像する。なお、第三光学レンズ系151は、テレセントリック光学系や拡大光学系などによって構成されていてもよい。
第二受光部としてのレンズ側撮像素子152は、例えばCCDやCMOS等のイメージセンサーを用いることができる。本実施形態では、レンズ側撮像素子152に、近赤外光を検出可能なモノクロセンサーを用いている。レンズ側撮像素子152は、レンズ側制御回路153の制御により、波長可変干渉フィルター5を透過した光を受光(撮像)し、分光画像を取得する。そして、取得した分光画像を、レンズ側制御回路153に出力する。
レンズ側制御回路153は、配線16を介して、カメラ本体20が備える後述する本体側制御回路26と接続される。配線16は、筒状部111に設けられ、レンズ側入出力端子11Aと接続されている。レンズ側制御回路153は、本体側制御回路26の制御により、波長可変干渉フィルター5の駆動電圧、及びレンズ側撮像素子152の撮像を制御する。そして、取得した分光画像を、配線16を介して本体側制御回路26に出力する。
撮像装置としてのカメラ本体20は、本体側筐体21と、本体側撮像素子22と、ディスプレイ23と、操作部24と、脱着検出部25と、本体側制御回路26と、を備えている。
本体側筐体21は、カメラ本体20を構成する各部材を収納する。また、本体側筐体21には、レンズユニット10が着脱自在に取り付けられる。
また、本体側筐体21には、本体側入出力端子21Aが設けられており、レンズユニット10が取り付けられた際、当該本体側入出力端子21Aと、レンズ側入出力端子11Aとが接続する。そして、カメラ本体20は、当該本体側入出力端子21Aを介して、レンズユニット10との間で信号の送受信や、レンズユニット10への電力供給などを行う。
第一受光部としての本体側撮像素子22は、例えばCCDやCMOS等のイメージセンサーを用いることができる。本実施形態では、本体側撮像素子22に、可視光を検出可能なカラーセンサーを用いている。本体側撮像素子22は、本体側制御回路26の制御によって、第二光学レンズ系14から、本体側筐体21に設けられた入射窓を介して入射した光を受光(撮像)し、RGB画像(可視光画像)を取得する。そして、取得したRGB画像を、本体側制御回路26に出力する。
なお、本実施形態では、本体側撮像素子22の解像度は、レンズ側撮像素子152の解像度と等しい。そして、撮像範囲における同じ位置から入射した第一光及び第二光において、本体側撮像素子22における当該第一光が入射する画素領域の座標と、レンズ側撮像素子152における当該第二光が入射する画素領域の座標とが一致するように、第二光学レンズ系14及び第三光学レンズ系151などが設けられている。この構成により、本体側撮像素子22の撮像範囲と、レンズ側撮像素子152の撮像範囲とを一致させることができる。
なお、レンズ側撮像素子152の解像度を本体側撮像素子22の解像度より低くしてもよく、その場合は処理速度の向上が期待できる。
ディスプレイ23は、本体側筐体21の表示窓に面して設けられる。ディスプレイ23としては、画像を表示可能な構成であればいかなるものでもよく、例えば液晶パネルや有機ELパネルなどを例示できる。
また、本実施形態のディスプレイ23は、タッチパネルを備える構成とし、当該タッチパネルを操作部24の一つとしてもよい。
操作部24は、本体側筐体21に設けられるシャッターボタンや、上述のように、ディスプレイ23に設けられるタッチパネル等により構成される。ユーザーにより入力操作が行われると、操作部24は、入力操作に応じた操作信号を本体側制御回路26に出力する。なお、操作部24としては、上記の構成に限られず、例えば、タッチパネルに代えて、複数の操作ボタン等が設けられる構成としてもよい。
脱着検出部25は、本体側制御回路26の制御により、例えば、本体側入出力端子21Aを流れる電流を検出するなどして、カメラ本体20にレンズユニット10が取り付けられているか否かを検出し、検出信号を本体側制御回路26に出力する。
本体側制御回路26は、CPUやメモリーなどが組み合わされることで構成され、撮像システム1の全体動作を制御する。CPUがメモリーに記憶された制御プログラムを実行することで、本体側制御回路26は、撮像制御部261、画像合成部262、表示制御部263として機能する。なお、制御プログラムは、例えば、出荷時に予めメモリーに記憶させてもよいし、出荷後、カメラ本体20に設けられた図示しない外部通信ポートを介して外部から取得してメモリーに記憶させてもよい。
撮像制御部261は、操作部24の撮像操作に応じて、本体側撮像素子22を制御し、RGB画像を撮像させる。また、カメラ本体20にレンズユニット10が取り付けられている場合は、レンズ側制御回路153を制御し、分光画像を撮像させる。
画像合成部262は、撮像されたRGB画像及び分光画像を合成した合成画像を生成する。
表示制御部263は、撮像されたRGB画像、分光画像、及び生成された合成画像のいずれかを、ディスプレイ23に表示させる。
次に、撮像システム1が実行する撮像制御処理について説明する。
図4は、撮像制御処理を示すフローチャートである。撮像制御処理が実行されると、図4に示すように、撮像制御部261は、操作部24から出力される操作信号に基づいて、撮像操作が行われたか否かを判定する(ステップS1)。撮像制御部261は、ステップS1でYESと判定するまで、ステップS1の判定を繰り返し実行する。
またステップS3に並行して、撮像制御部261は、レンズ側制御回路153を制御し、分光画像を取得させる(ステップS4)。すなわち、レンズ側制御回路153は、波長可変干渉フィルター5の駆動電圧を制御して透過波長を変えながら、波長可変干渉フィルター5を透過した光を、レンズ側撮像素子152に受光(撮像)させ、複数の分光画像を取得し、取得した分光画像を撮像制御部261に出力する。なお、取得する分光画像は1つであってもよい。
そして、画像合成部262は、取得されたRGB画像に分光画像を合成した合成画像を生成し(ステップS5)、表示制御部263は、生成された合成画像を、ディスプレイ23に表示させる(ステップS6)。そして、本体側制御回路26は、撮像制御処理を終了する。
ステップS3とステップS4は並列処理されているが、ステップS3の後にステップS4を行ってもよい。
次に、表示制御部263は、取得されたRGB画像を、ディスプレイ23に表示させる(ステップS8)。そして、本体側制御回路26は、撮像制御処理を終了する。
本実施形態によれば、本体側撮像素子22によって可視光を撮像したRGB画像を取得でき、レンズ側撮像素子152によって入射光の分光を撮像した分光画像を取得できる。この構成によれば、可視光を撮像する本体側撮像素子22を備えている一般的なカメラ本体20に対して、レンズユニット10を取り付けることで、RGB画像と分光画像とを取得することができ、利便性を向上できる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
また、上記実施形態では、ダイクロイックミラー13の前段に第一光学レンズ系12が設けられているが、これに限定されない。例えば、固定焦点の場合などは、第一光学レンズ系12はなくてもよい。
また、ダイクロイックミラー13に替えて、偏光ビームスプリッターを用いることもできる。この場合、P偏光が透過して本体側撮像素子22に導かれ、S偏光が反射されて分光モジュール15に導かれる。この場合も、本体側撮像素子22の前段に、可視光のみ透過させるフィルターを設けることで、本体側撮像素子22によってRGB画像を取得できる。
また、分光モジュール15に、第一波長域の光を検出可能な第一センサーと、第一波長域とは異なる第二波長域の光を検出可能な第二センサーとを設け、例えば操作部24の操作に基づいて、波長可変干渉フィルター5を透過した光が入射するセンサーを、第一センサー及び第二センサーの間で切り替えるようにしてもよい。これによれば、レンズユニット10を交換することなく、例えば近赤外光の分光画像と紫外光の分光画像とを取得することができる。
また、選択されている透過波長をユーザーが確認できるように、表示制御部263は、選択されている透過波長を示す情報を、ディスプレイ23に表示させてもよい。
Claims (6)
- 本体側筐体と、前記本体側筐体の内部に設けられた第一受光部と、を備えた撮像装置に着脱可能なレンズユニットであって、
筒状に形成されて、前記本体側筐体に接続可能な筒状部と、
前記筒状部の外周に設けられた分光モジュール収納部と、
前記筒状部に設けられ、前記筒状部が前記本体側筐体に接続された状態において、入射光の一部の光である第一光を透過させて前記本体側筐体の内部の前記第一受光部に導き、前記入射光の残りの光である第二光を反射させて前記分光モジュール収納部に導く光分離素子と、
前記分光モジュール収納部の前記第二光の光路上に設けられて、互いに対向する一対の反射膜、及び前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を変更するギャップ変更部を含む波長可変干渉フィルターと、
前記分光モジュール収納部に設けられて、前記波長可変干渉フィルターから出射された前記第二光を受光する第二受光部と、
を備えることを特徴とするレンズユニット。 - 請求項1に記載のレンズユニットにおいて、
前記入射光を導く第一光学レンズ系を備え、
前記光分離素子は、前記第一光学レンズ系の後段に設けられている
ことを特徴とするレンズユニット。 - 請求項2に記載のレンズユニットにおいて、
前記第一光の前記光分離素子から前記第一受光部までの光学的距離と、前記第二光の前記光分離素子から前記第二受光部までの光学的距離とが等しい
ことを特徴とするレンズユニット。 - 請求項2に記載のレンズユニットにおいて、
前記第一光の光路上に、前記第一光を前記第一受光部に集光する第二光学レンズ系が設けられている
ことを特徴とするレンズユニット。 - 請求項2又は請求項4に記載のレンズユニットにおいて、
前記第二光の光路上に、前記第二光を前記第二受光部に集光する第三光学レンズ系が設けられている
ことを特徴とするレンズユニット。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のレンズユニットと、
前記第一受光部を有する前記撮像装置と、
を備えたことを特徴とする撮像システム。
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