JP7121892B2 - 光学モジュール及び光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、赤外光波、可視光Ｐ偏光波、可視光Ｓ偏光波の３分光光学モジュール構成及び３分光光学モジュールを使用した光学装置に関するものである。

人体、動物の皮膚表面の観察装置としてダーモスコープが知られている。このダーモスコープは、観察対象である病変皮膚面に光を照射し、目視による疾患状態を拡大して観察する。この観察法はダーモスコピー検査法として広く利用されており、皮膚表面の病変部分にジェルを塗布しダーモスコ―プの先端の透明板を圧接させて皮膚表面の乱反射を少なくして皮膚面及び表皮下の構造を観察する。

この接触式ダーモスコープは、ジェルを塗布する必要があり、ダーモスコープとの間に気泡が入るなどの問題点がある上、ジェル塗布による煩わしさや感染の恐れがある。

そのため、これらの問題点を解決した非接触式ダーモスコープが開発されている。この非接触式ダーモスコープは、光源を直線偏光したりすることにより病変表面の乱反射を遮断し、表皮内層の組織構造が観察できるため、非接触、非侵襲の皮膚疾患の観察、検査が可能となっている。透過光は旋光性を有しているため皮膚を透過して反射された光を選択的に観察する。したがって、光源の波長により表皮下層の深さに応じた病変組織を観察することが可能となる。（特許文献１など）

接触式であれ、非接触式であれ、ダーモスコープにより表皮下の肉眼で見えない色素構造をある程度観察することが可能であり、多くの皮膚疾患の観察に有用である。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。

表皮部分だけでなく、より深く内部組織を観察するには近赤外光、中赤外光の波長帯の光を照射し、皮膚内部の組織構造を観察、検査することも種々の検査機器で利用されている。

略１μｍ以下の近赤外線波長では、これらの波長に対応する汎用品として商品化されているＣＣＤやＣＭＯＳなどのシリコン系高解像度撮像素子を用いてイメージ観察することができる。生体内に存在する鉄－ポルフィリン錯化合物のヘムやインドシアニン色素では光吸収帯が７００～９００ｎｍであり、これらの波長光を透過させたり、反射させたりして、イメージ像を取得し表皮内側の組織を観察している。また、蛍光物質や識別剤により細胞中で蛋白質と結合したヘモグロビンあるいはミオグロビンを検出、可視化することも可能である。

この様な１μｍ以下の近赤外線を利用して表皮下の組織構造や血管の状態を病理検査、観察し、皮膚炎症、皮膚がん、変性、再生などの生体組織情報を取得することもできる。また、この帯域の近赤外照射により血管を可視化したり、血管内のヘモグロビンやミオグロビンを計測する技術が特許文献２に開示されている。

また、１μｍ以上の波長を有する近中赤外光領域では、人体の多くの生体分子を構成する水分、脂肪、グルコースなどの光吸収帯のピークが存在するため、これらの赤外波長帯を用いて人体内部の血流、脂肪、リンパなどの組織状態を把握し、観察、検査を行うことができる。

これら１μｍ以上の近中赤外波長光を照射し、脂肪透過率と血管の透過率との差が極大となる事を利用して血管走行状態を可視化する装置が特許文献３において提案されている。

上述した装置は、人体や動物の皮膚表面観察装置や可視化装置という医療用の応用を例示したが、これらの照射光の偏光状態や波長を変化させることにより、種々の物体や現象の表面やその内部を可視化して観察する表面状態観察装置に応用することができる。例えば、半導体の製造過程におけるウェファー、液体表面の状態、瓶やガラス製品などの表面及び内部状態を観察、比較、検知することで製品の傷、欠陥、ほこり、ちりなどを把握し、その数や程度を計測するなど、各種産業において工程検査、品質検査、欠陥検知、偽造品検知、監視カメラ等に広く応用されている。

特開２０１５－１８８５９０号公報 特開２００４－２３７０５１号公報 特開２００７－２４４６８０号公報

これらの表面状態観測装置や監視カメラなどにより撮影イメージを比較、観察する際に赤外光撮像と通常可視光撮影の両方の画像イメージを取得し、かつ通常可視光をＰ偏光像及びＳ偏光像に分離して撮像するには、可視光撮影カメラと赤外像撮影カメラとは別々に観察、撮影することが一般的である。

そのため、人体や物体の表面観察のために通常の可視光画像をＰ偏光波、Ｓ偏光波に分離しそれぞれの撮影画像を観察し、さらにより深い内部組織構造や状態を観察する必要がある場合には改めて赤外光波像を観察することとなる。この様な場合、それぞれの機能を有する複数のカメラを用いたり、それぞれの撮像素子を含むレンズモジュールを交換したり、又は偏光フィルタなどを切り換える必要があった。

さらに、これらの可視光画像や赤外画像を同時撮影したり、これらの画像を同時に同一スクリーン上に表示したり、それぞれの画像を比較したり、また差分検知したり、最良の画像観察や検知を行うことは、極めて煩雑で困難性があった。

一方で、監視カメラや表面状態監視装置は、ますます小型化、軽量化が要望されおり、できるだけ簡易な構成で上述の課題を解決するような撮影装置やその構成部品が必要となっている。特に、１台の撮像カメラで赤外画像と可視光画像をＰ波、Ｓ波に区別して同時に取得できるような光学装置が望まれている。

本発明では、このような従来の構成が有している課題を解決しようとするものであり、小型、軽量化を達成できる分光プリズムで、赤外光像とＰ偏光波像とＳ偏光波像とを分光する分光素子、それぞれの像に対応した撮像素子と一体化した分光光学モジュールおよびかかる分光光学モジュールを利用した光学装置を実現することを目的とするものである。

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、３分光光学モジュールにおいて請求項１記載の通り、入射光から第一の分光成分である赤外光と第二の分光成分である可視光とを分離する第一の分光素子と、前記第一の分光成分である赤外光像を撮影する第一の撮像素子と、前記第二の分光成分をＰ偏光波像とＳ偏光波像とに分離する第二の分光素子と、前記第二の分光素子により分離された前記Ｐ偏光波像を撮影する第二の撮像素子と、前記Ｓ偏光波像を撮影する第三の撮像素子とを一体化し、前記赤外光像、前記Ｐ偏光波像および前記Ｓ偏光波像を同時に取得することを主たる特徴とする。

さらに本発明は、請求項２記載の通り、請求項１記載の３分光光学モジュールにおいて、前記第二の分光素子は、前記Ｓ偏光波像又はＰ偏光波像のいずれかを反転させて出力することを特徴とする。

さらに本発明は、請求項３記載の通り、請求項１記載の３分光光学モジュールにおいて、前記第一の分光素子は赤外光と可視光を分離するプリズム又はプレート板で構成され、前記第二の分光素子はＰ偏光波とＳ偏光波とを分離するビームスプリッタプリズム又は偏光プレート板で構成されていることを特徴とする。

さらに本発明は、請求項４記載の通り、請求項１記載の３分光光学モジュールにおいて、前記第一の分光素子はハーフミラーを構成するプリズム又は
プレート板で構成され、前記第一の分光素子の射出面に赤外光バンドパスフィルタにより赤外光像を取り出す構成であることを特徴とする。

さらに本発明は、請求項５記載の通り、請求項１記載の３分光光学モジュールにおいて、前記Ｐ偏光波及びＳ偏光波の射出面の少なくともどちらか一方に、その出力波と同方向の偏光を透過させる補正フィルタを備えていることを特徴とする。

さらに本発明は、請求項６、請求項７記載の通り、種々の光学装置及び人体などの表面観察撮像装置として構成することができる。

この様な構成により、赤外光領域の撮像、Ｐ偏光波による可視光像、Ｓ偏光波による可視光像を３分光プリズムモジュールにより取得し、出力する分光モジュールを構成し、それらの分光モジュールを利用して光学観察装置を構成する。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。

本発明により簡易な光学素子のモジュール構成により、小型化、軽量化された赤外波、可視光Ｐ偏光波、可視光Ｓ偏光波の３分光光学モジュールが達成でき、このモジュールを利用した人体や物体の表面状態の観察、検査、監視装置などの各種光学装置を構成することができる。

本発明を利用した皮膚表面観察装置（ダーモスコープ）では、人体の皮膚表面の病変部分を観察することで、可視光によるＰ偏光波像及びＳ偏光波像、さらに赤外線像が同時に１台のカメラで取得することができる。Ｐ偏光波像又はＳ偏光波像では、病変部分の表面反射波を除去した像が得られる。Ｐ偏光波とＳ偏光波とでは病変部分の反射波の除去が異なるため、それぞれの像を比較、観察し、いずれか明瞭な方を観察する。

皮膚表面病変部分が、どの程度の広がりか、変色度合いなどの表皮状態を確認し、さらに表面観察で見分けられない内部炎症、色素沈着、皮膚がんなど内部の組織構造を赤外像により観察し把握することが可能となる。このように本発明を利用した皮膚表面観察装置では、１台のカメラで赤外像、可視光Ｐ偏光波像、可視光Ｓ偏光波像を同時に表示し、比較、観察できるためより正確な皮膚表面観察が可能となる。

また、その他の光学装置に本発明を適用することで、小型、軽量の赤外波像、可視光Ｐ偏光波像、可視光Ｓ波偏光波像を１台で取得する撮像カメラ光学装置が得られ、かつ同時にモニターディスプレイ上で表示できるため、透明、半透明物体、液体などの表面構造、傷、ゴミ、表面状態把握などを比較、観察、検知することができる。これにより、より詳細で正確な状態比較、観察、検知が可能となる。さらに、夜間や暗部でのガラス越しや水中での状態把握など広く観察、監視することができるため、高速道路での交通違反監視カメラ、夜間の監視装置、防犯カメラ装置など幅広い用途に用いることができ多大な効果を有するものである。

本発明の実施例１に係る３分光プリズムモジュールの概略構成図である。 本発明の実施例１に係る３分光プリズムモジュールを適用した皮膚表面観察装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施例２に係る３分光プリズムモジュール構成の概略図である。 本発明の実施例３に係る３分光光学モジュール構成の概略図である。

本発明は、人体や物体の表面状態及びその表面下の状態を簡易な構成でより詳細に観察、検査、比較しうる表面観察装置及びそれに用いられる３分光光学モジュール構成である。

以下、本発明の実施例について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、構成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は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。

図１は、本発明の実施例１に係る３分光プリズムモジュールの概略構成図である。３分光プリズムモジュール１は、赤外光波と可視光波とを分離する分光プリズム２と、可視光波をＰ偏光波とＳ偏光波に分離するプリズム３とを備えている。プリズム３がキューブ型ビームスプリッタの場合、分光プリズム２との間に楔形の透過リレープリズム４を挟持して分光プリズム２とＰ／Ｓ波分離プリズム３とを間隙なく密着させて構成する。勿論、Ｐ／Ｓ波分離プリズム３とリレープリズム４とは一体として成形してもかまわない。

レンズ５を通して集光した映像光は、分光プリズム２の入射面６に被写体を入射する。入射面６はレンズ光学系の光軸に対し垂直に配置される。入射面６に入射した映像光は斜面の赤外光反射層７において赤外光成分は反射され、可視光成分は透過する。

この赤外光反射層７は、多層の誘電体又は金属薄膜により構成されており、反射する赤外光の波長帯域及び透過する可視光帯域を用途に応じて適切に選択する必要がある。例えば、前述の皮膚表面観察装置（ダーモスコープ）の場合は、近赤外光波長帯域の７００ｎｍ～９００ｎｍ帯域の近赤外光を反射させる。また、より内部組織の生体分子である水分、脂肪、グルコースなどの観察、検査装置としては１～２．５μｍ帯域の近赤外線を反射させるような多層膜を選定して構成する。

赤外光反射層７により反射された赤外光は、プリズム２の入射面６の内側で全反射するように構成し、入射面６で反射された赤外光の光路に対し垂直に形成された赤外光射出面８よりプリズム外へ射出される。この赤外光射出面８と平行に赤外光用固体撮像素子９が設けられて、この撮像素子９により赤外光像を撮影する。

プリズム２の赤外光射出面８と赤外光撮像素子９との間には赤外光透過用バンドパスフィルタ１０が設けられている。このバンドパスフィルタ１０は近赤外光、中近赤外光など波長を制限することで利用目的に沿った赤外光を取り出すためのものである。特に赤外光の制限を必要としない場合は特に設けなくても良い。

また、プリズム２において赤外光の反射層でなく、ハーフミラーのような赤外光反射波長特性を持たず、入射光を分離するだけのプリズムで構成した場合、赤外光透過用バンドパスフィルタ１０のみにより所望の赤外光を取り出すように設計することもできる。

分光プリズム２の赤外光射出面８には、反射防止（ＡＲ）コーティングが施されているのが望ましい。このＡＲコーティングは、戻り反射による迷光に起因するゴースト抑え、希望する赤外光の透過率を向上させるためのもので、利用目的に応じて透過すべき波長（例えば、ダーモスコープの場合は波長７００ｎｍ以上、より内部の組織検査器の場合は１．２μｍ以上）の反射防止剤を用いる。反射防止剤はＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）などで誘電体多層膜を形成する真空蒸着法、イオンアシスト法などで形成される。

一方、プリズム２を透過した可視光は、プリズム２と密着して構成されているリレープリズム４を介して分光プリズム３に入射する。分光プリズム３は偏光ビームスプリッタで、入射した可視光はＰ偏光波とＳ偏光波の分離膜を施した斜面（以下、Ｐ／Ｓ分離層）１１により、Ｐ偏光波を透過し、Ｓ偏光波を反射させる。一般的には透過対反射率は、略５０％：５０％に設定されている。

この分光プリズム３は、入射した可視光をＰ偏光波とＳ偏光波に略均等分離するもので、入射光がレーザ光のように偏光されていても、自然光のように時間経過と共に偏光状態が変化するものであっても、常にＰ波、Ｓ波の偏光画像が得られる偏光タイプのプリズムを用いるのが望ましい。しかし、使用目的に応じて、例えば防犯監視カメラなどの用途では、ガラス越しの監視対象物を監視撮影するのにより良い画像を捉えれば十分であり、偏光状態をＰ偏光波又はＳ偏光波に厳密に揃えなくても偏光波がある程度分離されて画像比較されるようなビームスプリッタでも良い。

このＰ／Ｓ分離層１１は、多層の誘電体又は金属薄膜により構成されており、可視光帯域である７００ｎｍ以下の波長でのＰ／Ｓ偏光分離を選択する。この分光プリズム３は、キューブタイプのものであれば小型化が可能であり、誘電体多層膜のＰ／Ｓ分離層１１の４５°傾斜アライメントが正確に確保できるなどの特徴を有する。このキューブタイプ分光プリズム３と赤外光分離用プリズム２との間隙はリレープリズム４により埋められて一体化されているが、分光プリズム３とプリズム４とを一体化したものを用いれば、リレープリズム４は不要である。

キューブタイプの偏光ビームスプリッタの場合、分離されたＰ偏光波とＳ偏光波との光路長は同じであり、Ｐ／Ｓ偏光波の射出面はそれぞれＰ／Ｓ偏光波の光軸と垂直となる。これら射出面と平行にＰ偏光波撮像素子１２、Ｓ偏光波の射出面と平行にＳ偏光波撮像素子１３が設けられており、Ｐ偏光波像及びＳ偏光波像をそれぞれ撮影し、映像信号として出力する。このＰ又はＳ偏光波用撮像素子は単板カラー撮像素子で一定レベルの高解像度を要求されるもので構成されている。

Ｓ偏光波像は、分光プリズム３に入射した可視光がＰ／Ｓ分離層１１により像が反転するため、反転した裏像としてＳ偏光波撮像素子１３に入射する。従って、このＳ偏光波像は、Ｓ偏光波撮像素子１３の出力を電子的に映像処理手段により反転し表像として用いる必要がある。これは、通常の映像反転技術によりソフトウェア処理でも可能である。

分光プリズム３のＰ偏光波又はＳ偏光波の光射出面には、反射防止（ＡＲ）コーティングが施されているのが望ましい。このＡＲコーティングは、前述の赤外光分離プリズム２における反射防止コーティングと同様戻り反射による迷走に起因するゴーストを防止するものであるが、透過させる可視光波帯域波長に適応するＡＲコーティングを施して形成される。また、分光プリズム２、３およびリレープリズム４の入出射光路面以外の面には外光、乱反射などを防止するために黒色コーティングが施されていることが望ましい。

また、Ｐ偏光波撮像素子１２とＰ偏光波射出面との間にはＰ偏光波を透過するＰ波偏光フィルタ１４が選択的に設けられている。このＰ波偏光フィルタ１４は、Ｐ偏光波以外を除去する補正用偏光フィルタとして機能する。同様に、Ｓ偏光波撮像素子１２とＳ偏光波射出面との間にはＳ偏光波を透過するＳ波偏光フィルタ１５が選択的に設けられている。

このように、入射した映像光を赤外光像と可視光像とに分光する分光プリズム２と、分光プリズム２を透過した可視光像をさらにＰ偏光波像とＳ偏光波像に分離する分光プリズム３と、分光プリズム２より取り出した赤外光像を撮影する撮像素子９と、分光プリズム３より取り出したＰ偏光波像を撮影する撮像素子１２とＳ偏光波像を撮影する撮像素子１３とを上述のように構成し、一体化して３分光プリズムモジュール１を形成する。

この分光プリズムモジュールの映像光入射側に、Ｃマウント、ＥＮＧ用Ｂ４マウントなどのレンズ交換マウント１６を設けることにより、工業用、放送用、医療用などの各種レンズ、各種顕微鏡又はカメラと組合せて使用することができる。

図２は、本発明の実施例１に係る３分光プリズムモジュールを適用した皮膚表面観察装置（ダーモスコープ）２０の構成を示す概略図である。この皮膚表面観察装置２０は、本発明に係る分光プリズムモジュール１、拡大レンズ２１，光源２２を備えており、人体や動物２４の皮膚表面の病変部位２５などを観察する。

この光源２２は、白色光光源や、可視光から近赤外光帯域を発光する広帯域波長のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、又は可視光帯域のＬＥＤ光源と赤外光帯域のＬＥＤ光源とを組合せたり、切り替えたりして使用しても良い。また、光源２２に偏光フィルタなどを設けて直線偏光波（又は平面偏光波）として照射したり、レーザ光などの光源を使用したりすることでより特定の部位を詳細に観察することも可能である。いずれの場合も赤外光による観察を行う場合は、可視光帯域と赤外光帯域を含む光源とする。明るい場所での自然光で観察する場合は特別これら光源２２を設ける必要もなく、簡易な観察ルーペ拡大鏡にこの分光プリズムを取り付けて観察することもできる。

皮膚表面観察装置２０の先端部は当接部２３を備えており、この当接部２３により病変部位２５を覆うように皮膚表面２４に当接させる。可視光から赤外光までの波長帯域を有する光源２２により照射された光は病変部位２５で反射され、レンズ２１を介して分光モジュール１にその映像を入射する。

分光モジュール１に取り込まれた映像光は前述の通り、赤外光像、可視光Ｐ偏光波像、可視光Ｓ偏光波像をそれぞれの撮像素子から取り出し、映像処理回路２６により映像信号としてモニター２７上に表示する。モニター２７のスクリーン上には、それぞれの映像が同時にマルチ分割スクリーンとして表示したり、また個別にＰ偏光波像、Ｓ偏光波像、又は赤外光像などの所望の映像を拡大表示することができる構成となっている。

皮膚はある程度の光透過性を有しており、Ｓ偏光波像又はＰ偏光波像のいずれかは反射波を除去した表皮内部の像を表示する。一般的にＳ偏光波の方が反射率は高いのでＳ偏光像は表面に近い方の皮膚病変部位状態の像を表示し、Ｐ偏光波像はより皮膚内部の部位状態を表示する。Ｓ偏光波像とＰ偏光波像とをスクリーン上で同時に表示し観察、評価することで皮膚の病変状態ある程度見分けることができる。

さらに皮膚表面２４の病変部位２５が内部へ広がっているメラノーマなどの悪性腫瘍や内部炎症、色素沈着、毛嚢炎、皮膚がんなどは赤外光波像と比較しつつ観察する。Ｐ偏光波像、Ｓ偏光波像、赤外光波像が同一モニターディスプレイ２７のスクリーン上で同時に表示されるため、病変部位２５の状態が表面状態だけでなく、表皮下の組織構造を含め観察し、ダーモスコピー検査を簡便に行うことができる。

上述の応用例は、皮膚状態観察装置を中心に説明したが、監視カメラに応用した場合、車のフロントガラスによる光反射を除去し車内状態を撮影することができる。また、赤外光像を撮影できることから夜間や暗部での赤外光像撮影し、表示、比較することにより監視カメラとして簡便にそれぞれの状況を映像として捉えることができる。その他ガラス、液体、物体の表面観察装置、偽造防止などにも同様に適用することができる。

図３は、本発明の実施例２に係る３分光プリズムモジュール構成の概略図である。図１における分光プリズムモジュールに相当する部分には同一の符号が付してある。実施例１のＳ偏光波像が裏像として反転しているのに対し、実施例２の分光モジュールではＳ偏光波像を表像として取得している。

レンズ５を通して集光した映像光は、実施例１と同様、分光プリズム２により赤外光と可視光とに分離される。反射された赤外光像は撮像素子９へ射出され赤外光像として出力する。一方、分光プリズム２を透過した可視光は分光プリズム３０へ入射する。

分光プリズム３０は、Ｐ偏光波とＳ偏光波を分離する多層誘電体層を有する三角プリズムで構成され、分光プリズム２の光路上の後段でエアギャップＧをもって配設されている。このギャップＧは、後段に配置された分光プリズム３０の反射光の影響を受けないようにするなどの効果を有する。

分光プリズム３０に入射した映像光はＰ／Ｓ分離層３１においてＳ偏光波を反射し、Ｐ偏光波を透過させる。Ｐ／Ｓ分離層３１は実施例１のＰ／Ｓ分離層１０と同様の誘電体層又は金属薄膜で形成されている。Ｐ偏光波とＳ偏光波との透過と反射の率は略均等で５０％対５０％である。

Ｐ／Ｓ分離層３１を透過したＰ偏光波はプリズム３２を介してプリズム３２の射出面３３から射出される。この射出面３３はＰ偏光波の光軸に対し垂直となるよう構成される。射出されたＰ偏光波はＰ偏光波撮像素子１２によりＰ偏光波像として出力される。

一方、Ｐ／Ｓ分離層３１で反射されたＳ偏光波は分光プリズム３０の反射面３４で反射され、射出面３５から射出される。この射出面３５はＳ偏光波の光軸に対し垂直となるよう構成される。射出されたＳ偏光波はＳ偏光波撮像素子１３によりＳ偏光波像として出力される。

この実施例２においても、実施例１と同様、赤外光反射プリズム２及びＰ／Ｓ分離プリズム３０の各射出面に反射防止（ＡＲ）コーティングが施されていることが望ましい。また、Ｐ偏光波撮像素子１２とプリズム３２の射出面３３との間にＰ波偏光フィルタ１４が、Ｓ偏光波撮像素子１３とプリズム３０の射出面３５との間にＳ波偏光フィルタ１５が設けられている。

この実施例２の構成により得られるＳ偏光波像はＰ／Ｓ分離層３１で分離された後に反射面３４で反射されているためＰ偏光波像と同じ表像として射出される。そのため、実施例１のようにＳ偏光波像の映像出力を電子的に反転させる必要はなく、赤外光像、Ｐ偏光波像と同様、そのまま出力されたＳ偏光像を表像として使用することができる。また、光学モニターなどでＳ偏光波像を確認する場合もそのまま反転すること無く利用することができる。

図４は、本発明の実施例３に係る３分光光学モジュール構成の概略図である。本発明の実施例１及び実施例２においては、キューブタイプ又は三角プリズムタイプの赤外光波分光プリズムとＰ／Ｓ偏光波分離プリズムとの組合せにより構成しているが、実施例３においては偏光板などのプレート板を利用して３分光光学モジュール４０を構成したものである。実施例１及び実施例２における分光プリズムモジュールに相当する部分には同一の符号が付してある。

レンズ５により集光された撮像光は、プレート４１に入射する。プレート４１は、一定率の割合で赤外光を反射し、可視光を透過させる赤外光反射層４２を有している分光フィルタである。この赤外光反射層４２は、入射光軸に対し４５°の傾斜で固定されている。プレート４１に入射した撮像光は赤外光が反射され、赤外光バンドパスフィルタ１０を介して赤外光像撮像素子９に入射する。赤外光像は撮像素子９により映像信号として出力される。

このプレート４１を赤外光を反射する波長選択性を有するプレート板でなく、入射光を分離するハーフミラーで構成する場合、反射した入射光を赤外光バンドパスフィルタ１０のみで取り出してもよい。

一方、プレート４１を透過した可視光成分は、Ｐ／Ｓ波分離用の偏光プレート４３に入射する。Ｐ／Ｓは、分離層４４において入射光のＳ偏光波成分を反射し、Ｐ偏光波成分を透過するＰ／Ｓ分離ビームスプリッタの役目を有している。偏光プレート４３は、映像光入射光軸に対し４５°に傾斜し固定されている。

Ｐ／Ｓ分離偏光プレート４３により反射されたＳ偏光波像はＳ偏光波補正フィルタ１５を介してＳ偏光波像撮像素子１３に入射する。Ｓ偏光波像は撮像素子１３により映像信号として出力される。また、偏光プレート４３を透過したＰ偏光波像はＰ偏光波補正フィルタ１４を介してＰ偏光波像撮像素子１２に入射し、撮像素子１２により映像信号として出力される。

図１及び図３に示すキューブタイプ及びプリズムタイプの分光プリズムモジュールにおいては、分光プリズム２及び３における４５度偏光波像のための入射光の反射角度がプリズム内で固定されているため、反射角度のアライメントは容易であるが、このプレート板を使用する場合は、入射光軸に対しそれぞれの撮像素子に対し反射光を正対して入射させるよう４５度にアライメントする必要がある。

また、プレートの厚さにより透過光の屈折が生じ透過光路が若干変り、光路長も変化するため、全体としての光学的、機械的アライメントが重要となる。そのため、プレートにより構成するには、プレート４１、偏光プレート４３、赤外光フィルタ１０、Ｐ／Ｓ波補正フィルタ１４、１５及び撮像素子９、１２、１３をモジュール筐体（図示せず）で固定して構成する。

プレート板による分光モジュールはアライメントの難しさは生じるが、プレートは、サイズバリエーションが豊富である。したがって、プレートを使用したモジュール構成の方がモジュール全体の設計を柔軟に行うことができ、かつ軽量化、低価格が達成できるなどのメリットを有している。

本発明においては、３分光プリズム又はプレートのモジュール構成として赤外光像、Ｐ偏光波像及びＳ偏光波像を取り出して、比較、分析することで人体や動物の皮膚表面観察装置（ダーモスコープ）する例を中心に説明したが、本発明はこれに限らず、上記実施例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせたりすることにより防犯カメラ、監視カメラ、薄膜検査、偽造品検査、果実の表面検査、材料の品質検査用光学装置などに広く応用することができ、産業上多大な有用性と利用可能性を有している。

１ ３分光プリズムモジュール
２ 赤外光分光プリズム
３ Ｐ／Ｓ分光プリズム
４ リレープリズム
５ レンズ
６ 入射面
７ 赤外光反射層
８ 赤外光射出面
９ 赤外光像撮像素子
１０ 赤外光バンドパスフィルタ
１１ Ｐ／Ｓ偏光波分離層
１２ Ｐ波撮像素子
１３ Ｓ波撮像素子
１４ Ｐ波補正フィルタ
１５ Ｓ波補正フィルタ
１６ レンズマウント
２１ 拡大レンズ
２２ 光源
２４ 皮膚表面
２５ 病変部位
２６ 映像信号処理回路
２７ モニターディスプレイ
３０ Ｐ／Ｓ分離分光プリズム
３１ Ｐ／Ｓ偏光波分離層
４１ 赤外光反射プレート
４２ 赤外光反射層
４３ Ｐ／Ｓ分離偏光プレート
４４ Ｐ／Ｓ分離層

Claims (7)

1. ３分光光学モジュールにおいて、入射光から第一の分光成分である赤外光と第二の分光成分である可視光とを分離する第一の分光素子と、前記第一の分光成分である赤外光像を撮影する第一の撮像素子と、前記第二の分光成分をＰ偏光波像とＳ偏光波像とに分離する第二の分光素子と、前記第二の分光素子により分離された前記Ｐ偏光波像を撮影する第二の撮像素子と、前記Ｓ偏光波像を撮影する第三の撮像素子とを一体化し、前記赤外光像、前記Ｐ偏光波像および前記Ｓ偏光波像を同時に取得することを特徴とする３分光光学モジュール。
2. 前記第二の分光素子は、前記Ｓ偏光波像またはＰ偏光波像のいずれかを反転させて出力することを特徴とする請求項１に記載の３分光光学モジュール。
3. 前記第一の分光素子は赤外光と可視光を分離するプリズムまたはプレート板で構成され、前記第二の分光素子はＰ偏光波とＳ偏光波とを分離するビームスプリッタプリズムまたは偏光プレート板で構成されていることを特徴とする請求項１記載の３分光光学モジュール。
4. 前記第一の分光素子はハーフミラーを構成するプリズムまたはプレート板で構成され、前記第一の分光素子の射出面に赤外光バンドパスフィルタにより赤外光像を取り出す構成であることを特徴とする請求項１記載の３分光光学モジュール。
5. 前記Ｐ偏光波及びＳ偏光波の射出面の少なくともどちらか一方に、その出力波と同方向の偏光を透過させる補正フィルタを備えていることを特徴とする請求項１記載の３分光光学モジュール。
6. 請求項１乃至５に記載する３分光光学モジュールのいずれかを備え、観察対象物を撮影するレンズを備えたことを特徴とする光学装置。
7. 前記光学装置の観察対象物が人体又は動物の皮膚表面部分であることを特徴とする請求項６記載の光学装置。

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