JPWO2018216386A1 - 色分解光学系、撮像ユニット及び撮像装置 - Google Patents

色分解光学系、撮像ユニット及び撮像装置 Download PDF

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Abstract

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（１０）は、Ｂ光を取り出す第１プリズム（１２）、Ｒ光を取り出す第２プリズム（１４）、ＩＲ光を取り出す第３プリズム（１６）及びＧ光を取り出す第４プリズム（１８）を組み合わせて構成される。第１プリズム１２は、第１プリズム第２面（１２ｂ）でＢ光を反射して分離する。第２プリズム（１４）は、第２プリズム第２面（１４ｂ）でＲ光を反射して分離する。第３プリズム（１６）は、第３プリズム第２面（１６ｂ）でＩＲ光を反射して分離する。色分解光学系（１０）は、光軸Ｌｚ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（１６ｂ）となるように構成される。

Description

本発明は、色分解光学系、撮像ユニット及び撮像装置に係り、特に、入射光束を可視領域の３つの色成分の光と非可視領域の１つの色成分の光とに分解する色分解光学系、その色分解光学系を備えた撮像ユニット、及び、その撮像ユニットを備えた撮像装置に関する。
レンズを通った光を色分解光学系によってＲ光（R:Red／赤色）、Ｇ光（G:Green／緑色）、Ｂ光（B:Blue／青色）及びＩＲ光（IR:InfraRed／赤外）の４つの色成分の光に分解し、分解された各光を４つのイメージセンサで個別に受光して、ＲＧＢ画像及びＩＲ画像を撮像する撮像装置が知られている（たとえば、特許文献１−３等）。ここで、ＲＧＢ画像とは、１つの画素がＲ、Ｇ、Ｂの３つの色成分の値からなる画像のことである。ＲＧＢ画像は、いわゆるカラー画像を構成する。また、ＩＲ画像とは、１つの画素がＩＲの１つの色成分の値からなる画像のことである。
特開2016-178995号公報 特開2015-180864号公報 特開2017-29763号公報
しかしながら、色分解光学系を使用すると、撮像されるカラー画像にカラーシェーディングが発生するという欠点がある。カラーシェーディングとは、画面の中心部分でホワイトバランスがとれていても、画面の上端及び下端に色が付く現象のことである。カラーシェーディングは、色分離面への入射角の大きさに起因して発生し、その大きさが大きくなるほど、発生量も大きくなる。カラーシェーディングは、色ムラとして視認され、画像品質を大きく低下させる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、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ことを目的とする。
上記課題を解決するための手段は、次のとおりである。
（１）入射光束を可視領域の３つの色成分の光と非可視領域の１つの色成分の光とに分解する色分解光学系であって、可視領域の第１色成分の光を反射して分離する第１可視光分離面と、可視領域の第２色成分の光を反射して分離する第２可視光分離面と、非可視領域の光を反射して分離する非可視光分離面と、を光軸上に備え、第１可視光分離面、第２可視光分離面及び非可視光分離面のうち光軸を通る光の入射角が最大となる面が非可視光分離面である、色分解光学系。
本発明によれば、色分解光学系が３つの分離面を備え、入射光束を可視領域の３つの色成分の光と非可視領域の１つの色成分の光とに分解する。３つの分離面は、第１可視光分離面、第２可視光分離面及び非可視光分離面で構成される。第１可視光分離面は、可視領域の第１色成分の光を分離する。第２可視光分離面は、可視領域の第２色成分の光を分離する。非可視光分離面は、非可視領域の光を分離する。すべての分離面を透過した光が、可視領域の第３色成分の光として分離される。各分離面は、分離する対象の色成分の光を選択的に反射して、他の色成分の光から分離する。この際、分離する対象の色成分の光が、所定の方向に反射するように、各分離面が配置される。したがって、各分離面は、光軸に対して傾けられて配置される。本態様の色分解光学系では、３つある分離面のうち光軸を通る光の入射角が最大となる面が非可視光分離面となるように、各分離面の傾きが設定される。これにより、可視光によるカラー画像を撮像する際のカラーシェーディングの発生を抑制できる。カラーシェーディングは、色分離面への入射角の大きさに起因して発生し、その大きさが大きくなるほど、発生量も大きくなる。光軸を通る光の入射角が最大となる面を非可視光分離面とすることで、可視領域の色成分の光を分離する分離面での入射角を小さくできる。これにより、可視光によるカラー画像を撮像する際のカラーシェーディングの発生を抑制できる。
（２）非可視光分離面は、レンズからＦナンバが２．０の光束を入射した場合に、すべての光がブリュースター角よりも大きな入射角で入射する角度に傾けられて配置される、上記（１）の色分解光学系。
本態様によれば、非可視光分離面が、次のように傾けられて配置される。すなわち、レンズからＦナンバが２．０の光束を入射した場合に、すべての光がブリュースター角よりも大きな入射角で入射する角度に傾けられて配置される。ここで、「すべての光」の概念には、ほぼすべてとみなし得る範囲が含まれる。これにより、非可視光による画像を撮像する際に画面内で光量差が生じるのを抑制できる。ブリュースター角（偏光角）とは、屈折率の異なる物質の界面において、p偏光の反射率が0となる入射角のことである。レンズからＦナンバが２．０の光束を入射した場合に、すべての光がブリュースター角よりも大きな入射角で入射する角度に設定して、非可視光分離面を配置することにより、ブリュースター角で入射する光の発生を効果的に抑制できる。これにより、光量差が生じる場合であっても、実用上問題のないレベルに抑えることができる。
（３）非可視光分離面は、レンズから最大開口の光束を入射した場合に、すべての光がブリュースター角よりも大きな入射角で入射する角度に傾けられて配置される、上記（１）の色分解光学系。
本態様によれば、非可視光分離面が、次のように傾けられて配置される。すなわち、レンズから最大開口の光束を入射した場合に、すべての光がブリュースター角よりも大きな入射角で入射する角度に傾けられて配置される。ここで、「すべての光」の概念には、ほぼすべてとみなし得る範囲が含まれる。これにより、非可視光による画像を撮像する際に画面内で光量差が生じるのを抑制できる。
（４）第１可視光分離面で分離した可視領域の第１色成分の光を出射させる方向に反射させる第１可視光反射面と、第２可視光分離面で分離した可視領域の第２色成分の光を出射させる方向に反射させる第２可視光反射面と、を更に備えた上記（１）から（３）のいずれか一の色分解光学系。
本態様によれば、第１可視光分離面で分離した可視領域の第１色成分の光を出射させる方向に反射させる第１可視光反射面と、第２可視光分離面で分離した可視領域の第２色成分の光を出射させる方向に反射させる第２可視光反射面と、が更に備えられる。これにより、可視領域の第１色成分の像及び第２色成分の像が、第３色成分の像のミラー（反転）像となって取り出されるのを防止できる。各像を揃えて取り出せることにより、その後の処理を簡素化できる。なお、非可視光分離面で分離した非可視領域の光については、反射させずにそのまま出射させてもよいし、更に反射させて出射させてもよい。反射させずにそのまま出射させた場合は、色分解光学系の構成を簡素化できる。一方、更に反射させて出射させた場合は、非可視光の像が可視光の像のミラー像となって取り出されるのを防止できる。
（５）第１可視光分離面、第２可視光分離面及び非可視光分離面は、入射側から第１可視光分離面、第２可視光分離面、非可視光分離面の順で配置される、上記（１）から（４）のいずれか一の色分解光学系。
本態様によれば、第１可視光分離面、第２可視光分離面及び非可視光分離面が、入射側から第１可視光分離面、第２可視光分離面、非可視光分離面の順で配置される。最終の分離面を非可視光分離面とすることでカラー画像のシェーディングを極小に低減できる。
（６）レンズからの光束が入射される第１入射面と、第１可視光分離面と、第１可視光分離面で分離した可視領域の第１色成分の光を出射する第１出射面と、を有する第１プリズムと、第１可視光分離面に接合され、第１可視光分離面を透過した光束が入射される第２入射面と、第２可視光分離面と、第２可視光分離面で分離した可視領域の第２色成分の光を出射する第２出射面と、を有する第２プリズムと、第２可視光分離面に接合され、第２可視光分離面を透過した光束が入射される第３入射面と、非可視光分離面と、非可視光分離面で分離した非可視領域の光を出射する第３出射面と、を有する第３プリズムと、非可視光分離面に接合され、非可視光分離面を透過した光束が入射される第４入射面と、可視領域の第３色成分の光を出射する第４出射面と、を有する第４プリズムと、を備えた上記（１）から（３）のいずれか一の色分解光学系。
本態様によれば、色分解光学系が、いわゆる複合プリズムで構成され、第１プリズム、第２プリズム、第３プリズム及び第４プリズムを組み合わせ構成される。第１プリズムは、レンズからの光束が入射される第１入射面と、第１可視光分離面と、第１可視光分離面で分離した可視領域の第１色成分の光を出射する第１出射面と、を備える。第２プリズムは、第１可視光分離面を透過した光束が入射される第２入射面と、第２可視光分離面と、第２可視光分離面で分離した可視領域の第２色成分の光を出射する第２出射面と、を備える。第３プリズムは、第２可視光分離面を透過した光束が入射される第３入射面と、非可視光分離面と、非可視光分離面で分離した非可視領域の光を出射する第３出射面と、を備える。第４プリズムは、非可視光分離面を透過した光束が入射される第４入射面と、可視領域の第３色成分の光を出射する第４出射面と、を備える。第１プリズム及び第２プリズムは、第１プリズムの第１可視光分離面と第２プリズムの第２入射面との間で互いに接合される。第２プリズム及び第３プリズムは、第２プリズムの第２可視光分離面と第３プリズムの第３入射面との間で互いに接合される。第３プリズム及び第４プリズムは、第３プリズムの非可視光分離面と第４プリズムの第４入射面との間で互いに接合される。レンズからの光束は、まず、第１プリズムの第１入射面に入射する。第１入射面に入射した光束は、第１プリズムの第１可視光分離面で可視領域の第１色成分の光が選択的に反射されて分離される。分離された可視領域の第１色成分の光は、第１プリズムの第１出射面から出射される。第１プリズムの第１可視光分離面を透過した光束は、続いて、第２プリズムの第２入射面に入射する。第２入射面に入射した光束は、第２プリズムの第２可視光分離面で可視領域の第２色成分の光が選択的に反射されて分離される。分離された可視領域の第２色成分の光は、第２プリズムの第２出射面から出射される。第２プリズムの第２可視光分離面を透過した光束は、続いて、第３プリズムの第３入射面に入射する。第３入射面に入射した光束は、第３プリズムの非可視光分離面で非可視領域の光が選択的に反射されて分離される。分離された非可視領域の光は、第３プリズムの第３出射面から出射される。第３プリズムの非可視光分離面を透過した光束は、続いて、第４プリズムの第４入射面に入射する。第４入射面に入射した光束は、可視領域の第３色成分の光として第４出射面から出射される。
（７）第１プリズムは、第１可視光分離面で分離した可視領域の第１色成分の光を第１入射面で全反射させて、第１出射面から出射させ、第２プリズムは、第２入射面がエアギャップを介して第１可視光分離面に接合され、第２可視光分離面で分離した可視領域の第２色成分の光を第２入射面で全反射させて、第２出射面から出射させる、上記（６）の色分解光学系。
本態様によれば、第１プリズムの第１入射面及び第２プリズムの第２入射面が、いわゆる全反射面で構成される。第１プリズムの第１可視光分離面で分離した可視領域の第１色成分の光は、第１入射面で全反射して、第１出射面から出射される。また、第２プリズムの第２可視光分離面で分離した可視領域の第２色成分の光は、第２入射面で全反射して、第２出射面から出射される。第２プリズムは、第１プリズムとの間でエアギャップを介して接合されることにより、第２入射面が全反射面として構成される。
（８）非可視光分離面は、赤外光を分離する、上記（１）から（７）のいずれか一の色分解光学系。
本態様によれば、非可視光分離面が赤外光（ＩＲ光）を分離する。可視領域の光については、たとえば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に分離する構成とすることができる。この場合、たとえば、第１可視光分離面でＢ光を分離し、第２可視光分離でＲ光を分離する。また、すべての分離面を透過した光をＧ光として分離する。
（９）上記（１）から（８）のいずれか一の色分解光学系と、色分解光学系で分解された可視領域の第１色成分の光を受光する第１可視光イメージセンサと、色分解光学系で分解された可視領域の第２色成分の光を受光する第２可視光イメージセンサと、色分解光学系で分解された可視領域の第３色成分の光を受光する第３可視光イメージセンサと、色分解光学系で分解された非可視領域の光を受光する非可視光イメージセンサと、を備えた撮像ユニット。
本態様によれば、イメージセンサを備えた撮像ユニットとして、色分解光学系が構成される。色分解光学系には、分離した可視領域の第１色成分の光を受光する第１可視光イメージセンサと、可視領域の第２色成分の光を受光する第２可視光イメージセンサと、可視領域の第３色成分の光を受光する第３可視光イメージセンサと、非可視領域の光を受光する非可視光イメージセンサと、が備えられる。
（１０）筐体と、筐体に収容された上記（９）の撮像ユニットと、筐体に備えられ、レンズが着脱自在に装着されるマウントと、を備えた撮像装置。
本態様によれば、レンズ交換が可能な撮像装置に撮像ユニットが組み込まれる。レンズは、筐体に備えられたマウントを介して着脱される。
（１１）フランジバックが、空気換算長で１２．５ｍｍ以上、１９ｍｍ以下である、上記（１０）の撮像装置。
本態様によれば、撮像装置のフランジバックが空気換算長で１２．５ｍｍ以上、１９ｍｍ以下で構成される。フランジバックとは、マウント面からイメージセンサの受光面までの距離のことである。たとえば、Ｃマウント、ＣＳマウントを採用する撮像装置が、これに該当する。Ｃマウントは、内径２４．４ｍｍ（１インチ）、ピッチ０．７９４ｍｍ（３２山／１インチ）、フランジバック１７．５２６ｍｍ（空気換算長）の規格のマウントである。ＣＳマウントは、Ｃマウントにおけるフランジバックを１２．５ｍｍ（空気換算長）としたものである。
本発明によれば、カラーシェーディングの発生を抑制できる。
撮像ユニットの構成の一例を示す図 図１のＡ、Ｂ及びＣの部分を拡大した図 レンズから第３プリズム第２面に入射する光の入射角の関係を示す図 ＩＲ光を２回反射させて取り出す場合の色分解光学系の構成例を示す図 図４のＡ、Ｂ及びＣの部分を拡大した図 カメラの構成の一例を示す図 カメラの電気的構成を示すブロック図 カメラマイコンが実現する主な機能のブロック図 電子内視鏡の一例を示す図 ＲＧＢ画像及びＩＲ画像を重ねて表示する場合の表示処理装置の概略構成を示すブロック図 ＲＧＢ画像、ＩＲ画像及び合成画像の表示の一例を示す図 第３プリズムの屈折率ｎ１と、その屈折率ｎ１から求められるブリュースター角γと、第３プリズム第２面が満たすべき入射角の条件との関係を示す表
以下、添付図面に従って本発明を実施するための好ましい形態について詳説する。
◆◆色分解光学系及び撮像ユニット◆◆
［色分解光学系及び撮像ユニットの構成］
図１は、撮像ユニットの構成の一例を示す図である。
撮像ユニット１は、入射光束を４つの色成分の光に分解する色分解光学系１０と、その色分解光学系１０で分解された４つの色成分の光を各々個別に受光する４つのイメージセンサ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ、３０ＩＲと、を備えて構成される。
《色分解光学系》
本実施の形態の色分解光学系１０は、入射光束をＲ光（赤色光）、Ｇ光（緑色光）、Ｂ光（青色光）及びＩＲ光（赤外光）に分解する。Ｒ光、Ｇ光及びＢ光は、可視領域の３つの色成分の光の一例である。また、ＩＲ光は、非可視領域の色成分の光の一例である。
図１に示すように、色分解光学系１０は、第１プリズム１２、第２プリズム１４、第３プリズム１６及び第４プリズム１８の４つのプリズムを組み合わせて構成される。４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１２、第２プリズム１４、第３プリズム１６、第４プリズム１８の順で配置される。本実施の形態の色分解光学系１０では、第１プリズム１２でＢ光Ｌｂ、第２プリズム１４でＲ光Ｌｒ、第３プリズム１６でＩＲ光Ｌｉｒ、第４プリズム１８でＧ光Ｌｇを取り出す。
〈第１プリズム〉
第１プリズム１２は、Ｂ光Ｌｂを取り出すプリズムである。第１プリズム１２は、第１プリズム第１面１２ａ、第１プリズム第２面１２ｂ及び第１プリズム第３面１２ｃを有する。
第１プリズム第１面１２ａは、第１入射面及び第１可視光反射面として機能する。第１プリズム第１面１２ａは、光軸Ｌｚ上に配置され、かつ、光軸Ｌｚに対して直交して配置される。レンズ２を通った光は、最初に、この第１プリズム第１面１２ａに入射する。
第１プリズム第２面１２ｂは、第１可視光分離面として機能する。第１プリズム第２面１２ｂは、光軸Ｌｚ上に配置され、かつ、光軸Ｌｚに対して傾けて配置される。
図２（Ａ）は、図１において、破線で示す円Ａの部分を拡大した図である。同図に示すように、第１プリズム第２面１２ｂは、光軸Ｌｚを通る光が、入射角α１で入射するように、光軸Ｌｚに対して傾けて配置される。
第１プリズム第２面１２ｂには、図示しないＢ光反射ダイクロイック膜が備えられる。Ｂ光反射ダイクロイック膜は、可視領域の第１色成分の光であるＢ光Ｌｂのみを選択的に反射し、その他の色成分の光を透過させる。Ｂ光反射ダイクロイック膜によってＢ光Ｌｂのみを選択的に反射させることにより、入射光からＢ光Ｌｂが分離される。
第１プリズム第２面１２ｂで分離されたＢ光Ｌｂは、第１プリズム第１面１２ａに向けて反射される。上記のように、第１プリズム第１面１２ａは、第１可視光反射面としても機能する。第１プリズム第２面１２ｂで分離されたＢ光Ｌｂは、第１プリズム第１面１２ａに所定の入射角で入射する。この入射角は、第１プリズム第１面１２ａで全反射する角度である。第１プリズム第１面１２ａは、第１プリズム第２面１２ｂで分離されたＢ光Ｌｂを第１プリズム第３面１２ｃの方向に向けて全反射する。
第１プリズム第３面１２ｃは、第１出射面として機能する。第１プリズム第１面１２ａで全反射されたＢ光Ｌｂは、この第１プリズム第３面１２ｃから出射される。
第１プリズム第３面１２ｃには、Ｂ光トリミングフィルタ２０Ｂが備えられる。Ｂ光トリミングフィルタ２０Ｂは、Ｂ光から余分な色成分の光をカットし、Ｂ光の色再現性を向上させる。
〈第２プリズム〉
第２プリズム１４は、Ｒ光Ｌｒを取り出すプリズムである。第２プリズム１４は、第２プリズム第１面１４ａ、第２プリズム第２面１４ｂ及び第２プリズム第３面１４ｃを有する。
第２プリズム第１面１４ａは、第２入射面及び第２可視光反射面として機能する。第２プリズム第１面１４ａは、光軸Ｌｚ上に配置され、かつ、光軸Ｌｚに対して傾けて配置される。その傾斜角度は、光軸Ｌｚに対する第１プリズム第２面１２ｂの傾斜角度と同じ角度に設定される。すなわち、第２プリズム第１面１４ａは、第１プリズム第２面１２ｂと平行に配置される。
第２プリズム第１面１４ａは、第１プリズム１２との接合面としても機能する。第２プリズム第１面１４ａは、たとえば、枠状のスペーサ２２を介して、第１プリズム第２面１２ｂに接合される。これにより、第１プリズム第２面１２ｂ及び第２プリズム第１面１４ａがエアギャップ２４を介して接合される。第１プリズム第２面１２ｂを透過した光は、エアギャップ２４を介して、第２プリズム第１面１４ａに入射する。
第２プリズム第２面１４ｂは、第２可視光分離面として機能する。第２プリズム第２面１４ｂは、光軸Ｌｚ上に配置され、かつ、光軸Ｌｚに対して傾けて配置される。
図２（Ｂ）は、図１において、破線で示す円Ｂの部分を拡大した図である。同図に示すように、第２プリズム第２面１４ｂは、光軸Ｌｚを通る光が、入射角α２で入射するように、光軸Ｌｚに対して傾けて配置される。
第２プリズム第２面１４ｂには、図示しないＲ光反射ダイクロイック膜が備えられる。Ｒ光反射ダイクロイック膜は、可視領域の第２色成分の光であるＲ光Ｌｒのみを選択的に反射し、その他の色成分の光を透過させる。Ｒ光反射ダイクロイック膜によってＲ光Ｌｒのみを選択的に反射させることにより、入射光からＲ光Ｌｒが分離される。
第２プリズム第２面１４ｂで分離されたＲ光Ｌｒは、第２プリズム第１面１４ａに向けて反射される。上記のように、第２プリズム第１面１４ａは、第２可視光反射面としても機能する。第２プリズム第２面１４ｂで分離されたＲ光Ｌｒは、第２プリズム第１面１４ａに所定の入射角で入射する。この入射角は、第２プリズム第１面１４ａで全反射する角度である。第２プリズム第１面１４ａは、第２プリズム第２面１４ｂで分離されたＲ光Ｌｒを第２プリズム第３面１４ｃの方向に向けて全反射する。
第２プリズム第３面１４ｃは、第２出射面として機能する。第２プリズム第１面１４ａで全反射されたＲ光Ｌｒは、この第２プリズム第３面１４ｃから出射される。
第２プリズム第３面１４ｃには、Ｒ光トリミングフィルタ２０Ｒが備えられる。Ｒ光トリミングフィルタ２０Ｒは、Ｒ光から余分な色成分の光をカットし、Ｒ光の色再現性を向上させる。
〈第３プリズム〉
第３プリズム１６は、ＩＲ光Ｌｉｒを取り出すプリズムである。第３プリズム１６は、第３プリズム第１面１６ａ、第３プリズム第２面１６ｂ及び第３プリズム第３面１６ｃを有する。
第３プリズム第１面１６ａは、第３入射面として機能する。第３プリズム第１面１６ａは、光軸Ｌｚ上に配置され、かつ、光軸Ｌｚに対して傾けて配置される。その傾斜角度は、光軸Ｌｚに対する第２プリズム第２面１４ｂの傾斜角度と同じ角度に設定される。すなわち、第３プリズム第１面１６ａは、第２プリズム第２面１４ｂと平行に配置される。
第３プリズム第１面１６ａは、第２プリズム１４との接合面としても機能する。第３プリズム第１面１６ａは、図示しない接着剤層を介して、第２プリズム第２面１４ｂに接合される。これにより、第２プリズム１４及び第３プリズム１６が一体化される。第２プリズム第２面１４ｂを透過した光は、第３プリズム第１面１６ａに入射する。
第３プリズム第２面１６ｂは、非可視光分離面として機能する。第３プリズム第２面１６ｂは、光軸Ｌｚ上に配置され、かつ、光軸Ｌｚに対して傾けて配置される。
図２（Ｃ）は、図１において、破線で示す円Ｃの部分を拡大した図である。同図に示すように、第３プリズム第２面１６ｂは、光軸Ｌｚを通る光が、入射角α３で入射するように、光軸Ｌｚに対して傾けて配置される。この入射角α３は、第１プリズム第２面１２ｂへの入射角α１及び第２プリズム第２面１４ｂへの入射角α２よりも大きな値である（α１＜α３かつα２＜α３）。すなわち、本実施の形態の色分解光学系１０では、３つある分離面（第１プリズム第２面１２ｂ、第２プリズム第２面１４ｂ及び第３プリズム第２面１６ｂ）のうち第３プリズム第２面１６ｂへの入射角α３が最も大きくなるように構成されている。これにより、カラー画像でカラーシェーディングが発生するのを抑制できる。この点については、後に詳述する。
第３プリズム第２面１６ｂには、図示しないＩＲ光反射ダイクロイック膜が備えられる。ＩＲ光反射ダイクロイック膜は、非可視領域の光であるＩＲ光Ｌｉｒのみを選択的に反射し、その他の色成分の光を透過させる。ＩＲ光反射ダイクロイック膜によってＩＲ光Ｌｉｒのみを選択的に反射させることにより、入射光からＩＲ光Ｌｉｒが分離される。第３プリズム第２面１６ｂで分離されたＩＲ光Ｌｉｒは、第３プリズム第３面１６ｃの方向に向けて反射される。
第３プリズム第３面１６ｃは、第３出射面として機能する。第３プリズム第２面１６ｂで分離されたＩＲ光Ｌｉｒは、そのまま第３プリズム第３面１６ｃから出射される。
第３プリズム第３面１６ｃには、ＩＲ光トリミングフィルタ２０ＩＲが備えられる。ＩＲ光トリミングフィルタ２０ＩＲは、ＩＲ光から余分な色成分の光をカットし、Ｓ／Ｎ比の高いＩＲ光が取得できる。
〈第４プリズム〉
第４プリズム１８は、Ｇ光Ｌｇを取り出すプリズムである。第４プリズム１８は、第４プリズム第１面１８ａ及び第４プリズム第２面１８ｂを有する。
第４プリズム第１面１８ａは、第４入射面として機能する。第４プリズム第１面１８ａは、光軸Ｌｚ上に配置され、かつ、光軸Ｌｚに対して傾けて配置される。その傾斜角度は、光軸Ｌｚに対する第３プリズム第２面１６ｂの傾斜角度と同じ角度に設定される。すなわち、第４プリズム第１面１８ａは、第３プリズム第２面１６ｂと平行に配置される。
第４プリズム第１面１８ａは、第３プリズム１６との接合面としても機能する。第４プリズム第１面１８ａは、図示しない接着剤層を介して、第３プリズム第２面１６ｂに接合される。これにより、第３プリズム１６及び第４プリズム１８が一体化される。第３プリズム第２面１６ｂを透過した光は、第４プリズム第１面１８ａに入射する。
第４プリズム第２面１８ｂは、第４出射面として機能する。第４プリズム第２面１８ｂは、光軸Ｌｚ上に配置され、かつ、光軸Ｌｚに対して直交して配置される。第４プリズム第１面１８ａに入射した光は、そのまま第４プリズム第３面１８ｃから出射される。ここで、第４プリズム第１面１８ａに入射する光は、Ｂ光、Ｒ光及びＩＲ光が分離された光である。このＢ光、Ｒ光及びＩＲ光が分離された光が、可視領域の第３色成分の光であるＧ光として、第４プリズム第２面１８ｂから出射される。
第４プリズム第２面１８ｂには、Ｇ光トリミングフィルタ２０Ｇが備えられる。Ｇ光トリミングフィルタ２０Ｇは、Ｇ光から余分な色成分の光をカットし、Ｇ光の色再現性を向上させる。
《イメージセンサ》
４つのイメージセンサは、Ｂ光Ｌｂを受光するＢ光イメージセンサ３０Ｂ、Ｒ光Ｌｒを受光するＲ光イメージセンサ３０Ｒ、Ｇ光Ｌｇを受光するＧ光イメージセンサ３０Ｇ及びＩＲ光Ｌｉｒを受光するＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲで構成される。各イメージセンサは、たとえば、ＣＣＤ（Charged Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のエリアイメージセンサで構成される。
〈Ｂ光イメージセンサ〉
Ｂ光イメージセンサ３０Ｂは、第１可視光イメージセンサの一例である。Ｂ光イメージセンサ３０Ｂは、色分解光学系１０で分解された可視領域の第１色成分の光であるＢ光Ｌｂを受光し、電気信号に変換して出力する。Ｂ光イメージセンサ３０Ｂは、図示しないホルダを介して、第１プリズム１２の第１プリズム第３面１２ｃ又はＢ光トリミングフィルタ２０Ｂに取り付けられる。Ｂ光イメージセンサ３０Ｂは、その受光面が、第１プリズム第３面１２ｃから出射されるＢ光Ｌｂの光軸上に配置され、かつ、その光軸に対して直交して配置される。
〈Ｒ光イメージセンサ〉
Ｒ光イメージセンサ３０Ｒは、第２可視光イメージセンサの一例である。Ｒ光イメージセンサ３０Ｒは、色分解光学系１０で分解された可視領域の第２色成分の光であるＲ光Ｌｒを受光し、電気信号に変換して出力する。Ｒ光イメージセンサ３０Ｒは、図示しないホルダを介して、第２プリズム１４の第２プリズム第３面１４ｃ又はＲ光トリミングフィルタ２０Ｒに取り付けられる。Ｒ光イメージセンサ３０Ｒは、その受光面が、第２プリズム第３面１４ｃから出射されるＲ光Ｌｒの光軸上に配置され、かつ、その光軸に対して直交して配置される。
〈Ｇ光イメージセンサ〉
Ｇ光イメージセンサ３０Ｇは、第３可視光イメージセンサの一例である。Ｇ光イメージセンサ３０Ｇは、色分解光学系１０で分解された可視領域の第３色成分の光であるＧ光Ｌｇを受光し、電気信号に変換して出力する。Ｇ光イメージセンサ３０Ｇは、図示しないホルダを介して、第４プリズム１８の第４プリズム第２面１８ｂ又はＧ光トリミングフィルタ２０Ｇに取り付けられる。Ｇ光イメージセンサ３０Ｇは、その受光面が、第４プリズム第２面１８ｂから出射されるＧ光Ｌｇの光軸上に配置され、かつ、その光軸に対して直交して配置される。
〈ＩＲ光イメージセンサ〉
ＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲは、非可視光イメージセンサの一例である。ＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲは、色分解光学系１０で分解された非可視領域の光であるＩＲ光Ｌｉｒを受光し、電気信号に変換して出力する。ＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲは、図示しないホルダを介して、第３プリズム１６の第３プリズム第３面１６ｃ又はＩＲ光トリミングフィルタ２０ＩＲに取り付けられる。ＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲは、その受光面が、第３プリズム第３面１６ｃから出射されるＩＲ光Ｌｉｒの光軸上に配置され、かつ、その光軸に対して直交して配置される。
［色分解光学系及び撮像ユニットの作用］
《色分解》
本実施の形態の撮像ユニット１は、レンズ２を通った光を色分解光学系１０で４つの色成分の光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光及びＩＲ光）に分解し、各光を４つのイメージセンサ（Ｒ光イメージセンサ３０Ｒ、Ｇ光イメージセンサ３０Ｇ、Ｂ光イメージセンサ３０Ｂ及びＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲ）で個別に受光する。
レンズ２を通った光は、まず、第１プリズム第１面１２ａに入射する。第１プリズム第１面１２ａに入射した光は、第１プリズム第２面１２ｂにおいて、Ｂ光Ｌｂのみが選択的に反射される。これにより、第１プリズム１２に入射した光からＢ光Ｌｂが分離される。
分離されたＢ光Ｌｂは、第１プリズム第１面１２ａに向けて反射され、第１プリズム第１面１２ａに入射する。第１プリズム第１面１２ａに入射したＢ光Ｌｂは、第１プリズム第１面１２ａで全反射され、第１プリズム第３面１２ｃから出射される。第１プリズム第３面１２ｃから出射されたＢ光Ｌｂは、Ｂ光トリミングフィルタ２０Ｂを介して、Ｂ光イメージセンサ３０Ｂの受光面に入射する。
Ｂ光Ｌｂ以外の色成分の光は、第１プリズム第２面１２ｂを透過し、エアギャップ２４を介して第２プリズム第１面１４ａに入射する。第２プリズム第１面１４ａに入射した光は、第２プリズム第２面１４ｂにおいて、Ｒ光Ｌｒのみが選択的に反射される。これにより、第２プリズム１４に入射した光からＲ光Ｌｒが分離される。
分離されたＲ光Ｌｒは、第２プリズム第１面１４ａに向けて反射され、第２プリズム第１面１４ａに入射する。第２プリズム第１面１４ａに入射したＲ光Ｌｒは、第２プリズム第１面１４ａで全反射され、第２プリズム第３面１４ｃから出射される。第２プリズム第３面１４ｃから出射されたＲ光Ｌｒは、Ｒ光トリミングフィルタ２０Ｒを介して、Ｒ光イメージセンサ３０Ｒの受光面に入射する。
Ｒ光Ｌｒ以外の色成分の光は、第２プリズム第２面１４ｂを透過し、第３プリズム第１面１６ａに入射する。第３プリズム第１面１６ａに入射した光は、第３プリズム第２面１６ｂにおいて、ＩＲ光Ｌｉｒのみが選択的に反射される。これにより、第３プリズム１６に入射した光からＩＲ光Ｌｉｒが分離される。
分離されたＩＲ光Ｌｉｒは、第３プリズム第３面１６ｃに向けて反射され、第３プリズム第３面１６ｃから出射される。第３プリズム第３面１６ｃから出射されたＩＲ光Ｌｉｒは、ＩＲ光トリミングフィルタ２０ＩＲを介して、ＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲの受光面に入射する。
ＩＲ光Ｌｉｒ以外の色成分の光は、第３プリズム第２面１６ｂを透過し、第４プリズム第１面１８ａに入射する。第４プリズム第１面１８ａに入射した光は、Ｇ光Ｌｇとして、そのまま第４プリズム第２面１８ｂから出射される。第４プリズム第２面１８ｂから出射されたＧ光Ｌｇは、Ｇ光トリミングフィルタ２０Ｇを介して、Ｇ光イメージセンサ３０Ｇの受光面に入射する。
《画像の生成》
上記のように、本実施の形態の撮像ユニット１によれば、レンズ２を通った光を色分解光学系１０で４つの色成分の光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光及びＩＲ光）に分解し、各光を４つのイメージセンサ（Ｒ光イメージセンサ３０Ｒ、Ｇ光イメージセンサ３０Ｇ、Ｂ光イメージセンサ３０Ｂ及びＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲ）で個別に受光できる。
Ｒ光イメージセンサ３０Ｒ、Ｇ光イメージセンサ３０Ｇ及びＢ光イメージセンサ３０Ｂから出力される信号を処理することにより、カラー画像であるＲＧＢ画像を生成できる。また、ＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲから出力される信号を処理することにより、ＩＲ画像を生成できる。
なお、ＩＲ光Ｌｉｒは、一度だけ反射して射出されるため、ＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲの受光面に結像される像は、ＲＧＢ画像に対してミラー像（反転像）となる。したがって、ＩＲ画像については、所要の反転処理を施す必要がある。一方、ＩＲ光Ｌｉｒを一度だけ反射させて取り出す構成とすることにより、色分解光学系１０をコンパクト化できる。
ところで、上記のように、本実施の形態の撮像ユニット１では、３つある分離面（第１プリズム第２面１２ｂ、第２プリズム第２面１４ｂ及び第３プリズム第２面１６ｂ）のうち第３プリズム第２面１６ｂにおいて、光軸Ｌｚを通る光の入射角が最大となるように構成されている（α１＜α３かつα２＜α３）。第３プリズム第２面１６ｂは、ＩＲ光Ｌｉｒを分離する面である。このようにＩＲ光Ｌｉｒを分離する面において、光軸Ｌｚを通る光の入射角が最大となるように構成することにより、ＲＧＢ画像にカラーシェーディングが発生するのを効果的に抑制できる。
カラーシェーディングは、色分離面への入射角の大きさに起因して発生し、その大きさが大きくなるほど、発生量も大きくなる。光軸Ｌｚを通る光の入射角が最大となる面をＩＲ光Ｌｉｒの分離面（第３プリズム第２面１６ｂ）とすることで、可視領域の色成分の光を分離する面（第１プリズム第２面１２ｂ及び第２プリズム第２面１４ｂ）の面への入射角が大きくなるのを抑制できる。これにより、カラー画像であるＲＧＢ画像にカラーシェーディングが発生するのを抑制でき、高品質なカラー画像を生成できる。
［ＩＲ光の分離面（第３プリズム第２面）の好ましい設定］
ＩＲ光Ｌｉｒの分離面である第３プリズム第２面１６ｂについては、入射角がブリュースター角となるのを避けて設定することが好ましい。
ここで、ブリュースター角（偏光角）とは、屈折率の異なる物質の界面において、p偏光の反射率が0となる入射角のことである。ブリュースター角γは、２つの物質の屈折率から求められ、式 γ＝Ａｒｃｔａｎ（ｎ２／ｎ１） により求められる。なお、ｎ１は入射側の屈折率、ｎ２は透過側の屈折率である。たとえば、第３プリズム１６の屈折率（入射側の屈折率ｎ１）が１．８であり、第３プリズム１６と第４プリズム１８とを接合する接着剤の屈折率（透過側の屈折率ｎ２）が１．５２の場合、第３プリズム第２面１６ｂにおけるブリュースター角は、約４０．１８度である。入射角がブリュースター角の場合、透過光（屈折光）と反射光とのなす角は９０度となる。
第３プリズム第２面１６ｂにブリュースター角で光が入射すると、分離されるＩＲ光Ｌｉｒは、ｐ偏光成分の分だけ光量が低下する。したがって、第３プリズム第２面１６ｂに入射する光の入射角が、ブリュースター角となるのを避けることが好ましい。これにより、画面内で光量差が生じるのを防止でき、高品質なＩＲ画像を撮像できる。
第３プリズム第２面１６ｂに入射する光の入射角がブリュースター角となるのを避けるためには、たとえば、レンズから最大開口の光束を入射した場合に、ほぼすべての光がブリュースター角よりも大きな入射角で入射するように、第３プリズム第２面１６ｂを設定すればよい。
図３は、レンズから第３プリズム第２面に入射する光の入射角の関係を示す図である。同図は、最大開口の光束が入射した場合の例を示している。
同図に示すように、第３プリズム第２面１６ｂが下向きに傾いている場合、最も大きな入射角で入射する光は、レンズ２の下端を通って第３プリズム第２面１６ｂに入射する光である。この光の入射角αｘがブリュースター角よりも大きな角度となるように、第３プリズム第２面１６ｂを設定する。これにより、レンズ２から出射される光をすべてブリュースター角よりも大きな入射角で第３プリズム第２面１６ｂに入射させることができる。
当該条件は、次のようにも規定できる。レンズ２から最大開口の光束を入射した場合の光線の光軸Ｌｚに対する最大角度（見込み角）をβ、第３プリズム第２面１６ｂにおけるブリュースター角をγ、光軸Ｌｚを通って第３プリズム第２面１６ｂに入射する光の入射角をα３とした場合に、α３＞β＋γの条件を満たすように、第３プリズム第２面１６ｂの傾きを設定する。これにより、レンズ２からの光をすべてブリュースター角よりも大きな入射角で第３プリズム第２面１６ｂに入射させることができる。また、これにより、ＩＲ画像を撮像する際に画面内で光量差が生じるのを防止でき、高品質なＩＲ画像を撮像できる。
ところで、高品質なＩＲ画像を撮像するためには、上記条件を満足するように、第３プリズム第２面１６ｂの傾きを設定することが好ましい。
しかし、このように設定することで、撮像ユニット１が大型化するような場合は、一定の条件で光量差が生じるのを許容して、第３プリズム第２面１６ｂの傾きを設定することが好ましい。すなわち、画像品質を大きく損なわないレベルで光量差の発生を許容し、第３プリズム第２面１６ｂの傾きを設定することが好ましい。
このような条件としては、たとえば、レンズ２からＦナンバが２．０の光束を入射した場合に、ほぼすべての光がブリュースター角よりも大きな入射角で入射するように、第３プリズム第２面１６ｂの傾きを設定する。これにより、たとえば、Ｆナンバが２．０未満の光束が入射した場合であっても、ブリュースター角で入射する光を僅かな量に抑えることができ、発生する光量差を実用上問題のないレベルに抑えることができる。
ここで、Ｆナンバは、レンズの焦点距離をレンズの有効口径を割った値として定義される。有効口径とは、レンズの光軸上無限遠の位置にある点光源を想定した場合に、その点光源からレンズへ入射する平行光線の光束の直径のことである。ＦナンバをＦｎ、焦点距離をｆ、有効口径をΦとすると、Ｆｎ＝ｆ／Φとなる。
Ｆナンバと像側ＮＡ（Numerical Aperture／開口数）との間には、Ｆｎ＝１／（２ＮＡ）の関係がある。像側ＮＡは、光軸上の像点から射出瞳をのぞき込んだ半角θを使ってＮＡ＝Ｎsinθと定義される。 ここで、Ｎは、像点周囲の媒質の屈折率であり、空気の場合は１である。よって、ＦナンバＦｎは、Ｆｎ＝１／（２Ｎsinθ）の関係がある。
一例として、第３プリズム第２面１６ｂにおけるブリュースター角γが約４０．１８度の場合を考える。当該条件は、第３プリズム１６の屈折率ｎ１（入射側の屈折率）が１．８であり、第３プリズム１６と第４プリズム１８とを接合する接着剤層の屈折率ｎ２（透過側の屈折率）が１．５２の場合である。
レンズ２からＦナンバが２．０の光束を入射した場合の光線の光軸Ｌｚに対する最大角度（見込み角）βを７．９８度とすると、第３プリズム第２面１６ｂは、光軸Ｌｚを通って第３プリズム第２面１６ｂに入射する光の入射角α３が、４８．１６度（β＋γ＝７．９８＋４０．１８）より大きくなるように、その傾きを設定すればよい。
なお、入射角は、射光線が入射点で媒質境界面の法線となす角であるので、第３プリズム第２面１６ｂは、その法線が光軸Ｌｚに対して４８．１６度より大きくなるように、その傾きを設定すればよい。
［色分解光学系の変形例］
《ＩＲ光を２回反射させて取り出す形態》
〈構成〉
上記実施の形態では、ＩＲ光を１回反射させて取り出す構成としているが、Ｂ光及びＲ光と同様に、２回反射させて取り出す構成とすることもできる。これにより、ＩＲ画像をミラー像とせずに取り出せる。
図４は、ＩＲ光を２回反射させて取り出す場合の色分解光学系の構成例を示す図である。
本例の色分解光学系１０Ａは、第３プリズム１６と第２プリズム１４とがエアギャップ２８を介して接合される点で上記実施の形態の色分解光学系１０と相違する。以下、この相違点について説明する。
図４に示すように、ＩＲ光Ｌｉｒを取り出すプリズムである第３プリズム１６は、その第３プリズム第１面１６ａが第２プリズム１４との接合面として機能する。第３プリズム第１面１６ａは、たとえば枠状のスペーサ２６を介して、第２プリズム第２面１４ｂに接合される。これにより、第３プリズム１６と第２プリズム１４とがエアギャップ２８を介して接合される。
第３プリズム１６と第２プリズム１４とがエアギャップ２８を介して接合されることにより、第３プリズム第１面１６ａが全反射面として機能する。第３プリズム第１面１６ａは、第３プリズム第２面１６ｂで反射されたＩＲ光Ｌｉｒが、第３プリズム第３面１６ｃの方向に向けて全反射するように設定される。
〈作用〉
レンズ２を通った光は、まず、第１プリズム第１面１２ａに入射する。第１プリズム第１面１２ａに入射した光は、第１プリズム第２面１２ｂにおいて、Ｂ光Ｌｂのみが選択的に反射される。これにより、第１プリズム１２に入射した光からＢ光Ｌｂが分離される。
分離されたＢ光Ｌｂは、第１プリズム第１面１２ａに向けて反射され、第１プリズム第１面１２ａに入射する。第１プリズム第１面１２ａに入射したＢ光Ｌｂは、第１プリズム第１面１２ａで全反射され、第１プリズム第３面１２ｃから出射される。第１プリズム第３面１２ｃから出射されたＢ光Ｌｂは、Ｂ光トリミングフィルタ２０Ｂを介して、Ｂ光イメージセンサ３０Ｂの受光面に入射する。
Ｂ光Ｌｂ以外の色成分の光は、第１プリズム第２面１２ｂを透過し、エアギャップ２４を介して第２プリズム第１面１４ａに入射する。第２プリズム第１面１４ａに入射した光は、第２プリズム第２面１４ｂにおいて、Ｒ光Ｌｒのみが選択的に反射される。これにより、第２プリズム１４に入射した光からＲ光Ｌｒが分離される。
分離されたＲ光Ｌｒは、第２プリズム第１面１４ａに向けて反射され、第２プリズム第１面１４ａに入射する。第２プリズム第１面１４ａに入射したＲ光Ｌｒは、第２プリズム第１面１４ａで全反射され、第２プリズム第３面１４ｃから出射される。第２プリズム第３面１４ｃから出射されたＲ光Ｌｒは、Ｒ光トリミングフィルタ２０Ｒを介して、Ｒ光イメージセンサ３０Ｒの受光面に入射する。
Ｒ光Ｌｒ以外の色成分の光は、第２プリズム第２面１４ｂを透過し、エアギャップ２８を介して第３プリズム第１面１６ａに入射する。第３プリズム第１面１６ａに入射した光は、第３プリズム第２面１６ｂにおいて、ＩＲ光Ｌｉｒのみが選択的に反射される。これにより、第３プリズム１６に入射した光からＩＲ光Ｌｉｒが分離される。
分離されたＩＲ光Ｌｉｒは、第３プリズム第１面１６ａに向けて反射され、第３プリズム第１面１６ａに入射する。第３プリズム第１面１６ａに入射したＩＲ光Ｌｉｒは、第３プリズム第１面１６ａで全反射され、第３プリズム第３面１６ｃから出射される。第３プリズム第３面１６ｃから出射されたＩＲ光Ｌｉｒは、ＩＲ光トリミングフィルタ２０ＩＲを介して、ＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲの受光面に入射する。
ＩＲ光Ｌｉｒ以外の色成分の光は、第３プリズム第２面１６ｂを透過し、第４プリズム第１面１８ａに入射する。第４プリズム第１面１８ａに入射した光は、Ｇ光Ｌｇとして、そのまま第４プリズム第２面１８ｂから出射される。第４プリズム第２面１８ｂから出射されたＧ光Ｌｇは、Ｇ光トリミングフィルタ２０Ｇを介して、Ｇ光イメージセンサ３０Ｇの受光面に入射する。
このように、ＩＲ光Ｌｉｒについても、Ｂ光及びＲ光と同様に２回反射させて取り出すことにより、ＩＲ画像をミラー像とせずに取り出せる。これにより、後の画像処理を簡素化できる。
図５は、図４において、破線で示す円Ａ、Ｂ及びＣの部分を拡大した図である。なお、同図（Ａ）は、円Ａの部分、同図（Ｂ）は円Ｂの部分、同図（Ｃ）は円Ｃの部分を拡大した図である。
本例の場合も３つある分離面（第１プリズム第２面１２ｂ、第２プリズム第２面１４ｂ及び第３プリズム第２面１６ｂ）のうち光軸Ｌｚ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１６ｂとなるように構成される。これにより、カラー画像でカラーシェーディングが発生するのを抑制できる。
《その他の色分解光学系の変形例》
〈分離する順番〉
上記実施の形態では、入射光束からＲ光、Ｇ光、Ｂ光及びＩＲ光の４つの色成分の光を分離する際、Ｂ光、Ｒ光、ＩＲ光、Ｇ光の順で分離しているが、各色成分の光を分離する順番は、これに限定されるものではない。たとえば、ＩＲ光、Ｂ光、Ｒ光、Ｇ光の順で分離する構成とすることもできる。
〈分離する光（チャネル）〉
上記実施の形態では、可視領域の３つの色成分の光として、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光を入射光束から分離する構成としているが、可視領域の３つの色成分の光として分離する光は、これに限定されるものではない。用途等に応じて適宜設定できる。
また、上記実施の形態では、非可視領域の色成分の光として、ＩＲ光を分離する構成としているが、非可視領域の色成分の光として分離する光は、これに限定されるものではない。用途等に応じて適宜設定できる。たとえば、紫外光を分離する構成とすることもできる。
〈ギャップレスでの構成〉
色分解光学系については、いわゆるギャップレスプリズムで構成することもできる。ギャップレスプリズムとは、エアギャップを備えていない構成のプリズムのことである。ギャップレスプリズムで構成される色分解光学系では、第１プリズム以外すべてのプリズムにおいて、光が一度しか反射せずに取り出される。
ギャップレスプリズムで構成する場合も３つある分離面（第１可視光分離面、第２可視光分離面及び非可視光分離面）のうち光軸を通る光の入射角が最大となる面が非可視光分離面となるように構成する。これにより、カラー画像でカラーシェーディングが発生するのを抑制できる。
〈トリミングフィルタ〉
上記実施の形態では、各プリズムの出射面にトリミングフィルタを備えているが、トリミングフィルタを備えない構成とすることも可能である。また、特定の出射面についてのみトリミングフィルタを備えることも可能である。
◆◆カメラ◆◆
［カメラの構成］
図６は、カメラの構成の一例を示す図である。
カメラ１００は、撮像装置の一例である。本実施の形態のカメラ１００は、レンズ交換が可能なカメラとして構成される。また、本実施の形態のカメラ１００は、上記撮像ユニット１を使用することにより、ＲＧＢ画像及びＩＲ画像の撮像が可能なカメラとして構成される。
カメラ１００は、箱状の筐体１１０を備え、その筐体１１０の内部に撮像ユニット１が収容される。撮像ユニット１は、図示しないホルダを介して、筐体１１０の内部の所定位置に配置される。
筐体１１０は、その正面部分にカメラ側マウント１１２を備える。カメラ側マウント１１２は、Ｃマウントで構成される。Ｃマウントは、内径２４．４ｍｍ（１インチ）、ピッチ０．７９４ｍｍ（３２山／１インチ）、フランジバック１７．５２６ｍｍ（空気換算長）の規格のマウントである。フランジバックＦＢとは、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ことである。
撮像ユニット１は、Ｃマウントの規格を満たして設置される。したがって、Ｃマウントにおけるフランジバックの条件を満たし得るサイズで構成される。各イメージセンサ３０Ｒ、３０Ｂ、３０Ｇ、３０ＩＲには、イメージサイズが１型（対角１６ｍｍ）以下のイメージセンサが使用される。本実施の形態では、イメージサイズが１／３型（対角６ｍｍ）のイメージセンサが使用される。したがって、色分解光学系１０は、１／３型のイメージセンサを使用した場合にＣマウントにおけるフランジバックの条件を満たし得るサイズで構成される。
撮像レンズ２００は、Ｃマウント規格のレンズで構成される。撮像レンズ２００は、その鏡胴２１０の基端部にＣマウント規格のレンズ側マウント２１２を備える。
［カメラの電気的構成］
図７は、カメラの電気的構成を示すブロック図である。
同図に示すように、カメラ１００は、Ｒ光イメージセンサドライバ１２０Ｒ、Ｇ光イメージセンサドライバ１２０Ｇ、Ｂ光イメージセンサドライバ１２０Ｂ、ＩＲ光イメージセンサドライバ１２０ＩＲ、Ｒ光アナログ信号処理部１２２Ｒ、Ｇ光アナログ信号処理部１２２Ｇ、Ｂ光アナログ信号処理部１２２Ｂ、ＩＲ光アナログ信号処理部１２２ＩＲ、カメラマイコン１２４等を備える。
《イメージセンサドライバ》
Ｒ光イメージセンサドライバ１２０Ｒは、カメラマイコン１２４からの指令に応じて、Ｒ光イメージセンサ３０Ｒを駆動する。
Ｇ光イメージセンサドライバ１２０Ｇは、カメラマイコン１２４からの指令に応じて、Ｇ光イメージセンサ３０Ｇを駆動する。
Ｂ光イメージセンサドライバ１２０Ｂは、カメラマイコン１２４からの指令に応じて、Ｂ光イメージセンサ３０Ｂを駆動する。
ＩＲ光イメージセンサドライバ１２０ＩＲは、カメラマイコン１２４からの指令に応じて、ＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲを駆動する。
《アナログ信号処理部》
Ｒ光アナログ信号処理部１２２Ｒは、Ｒ光イメージセンサ３０Ｒを出力される画素ごとのＲ光のアナログの画像信号を取り込み、所定の信号処理（たとえば、相関二重サンプリング処理、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。Ｒ光アナログ信号処理部１２２Ｒから出力されたＲ光Ｌｒのデジタルの画像信号は、カメラマイコン１２４に取り込まれる。
Ｇ光アナログ信号処理部１２２Ｇは、Ｇ光イメージセンサ３０Ｇを出力される画素ごとのＧ光のアナログの画像信号を取り込み、所定の信号処理を施し、処理後の信号を、デジタル信号に変換して出力する。Ｇ光アナログ信号処理部１２２Ｇから出力されたＧ光Ｌｇのデジタルの画像信号は、カメラマイコン１２４に取り込まれる。
Ｂ光アナログ信号処理部１２２Ｂは、Ｂ光イメージセンサ３０Ｂを出力される画素ごとのＢ光のアナログの画像信号を取り込み、所定の信号処理を施し、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１２２Ｂから出力されたＢ光Ｌｂのデジタルの画像信号は、カメラマイコン１２４に取り込まれる。
ＩＲ光アナログ信号処理部１２２ＩＲは、ＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲを出力される画素ごとのＩＲ光のアナログの画像信号を取り込み、所定の信号処理を施し、処理後の信号を、デジタル信号に変換して出力する。ＩＲ光アナログ信号処理部１２２ＩＲから出力されたＩＲ光Ｌｉｒのデジタルの画像信号は、カメラマイコン１２４に取り込まれる。
《カメラマイコン》
カメラマイコン１２４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit／中央処理装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）を備えたマイクロコンピュータで構成される。カメラマイコン１２４は、所定のプログラムを実行することにより、各種機能を実現する。プログラムは、ＲＯＭに格納される。
図８は、カメラマイコンが実現する主な機能のブロック図である。
同図に示すように、カメラマイコン１２４は、所定のプログラムを実行することにより、イメージセンサ駆動制御部１２４ａ、ＲＧＢ画像信号処理部１２４ｂ、ＩＲ画像信号処理部１２４ｃ、ＲＧＢ画像信号出力部１２４ｄ、ＩＲ画像信号出力部１２４ｅ等として機能する。
〈イメージセンサ駆動制御部〉
イメージセンサ駆動制御部１２４ａは、Ｒ光イメージセンサドライバ１２０Ｒ、Ｇ光イメージセンサドライバ１２０Ｇ、Ｂ光イメージセンサドライバ１２０Ｂ、ＩＲ光イメージセンサドライバ１２０ＩＲを介して、Ｒ光イメージセンサ３０Ｒ、Ｇ光イメージセンサ３０Ｇ、Ｂ光イメージセンサ３０Ｂ、ＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲの駆動を制御する。
〈ＲＧＢ画像信号処理部〉
ＲＧＢ画像信号処理部１２４ｂは、Ｒ光アナログ信号処理部１２２Ｒ、Ｇ光アナログ信号処理部１２２Ｇ及びＢ光アナログ信号処理部１２２Ｂから出力されるＲ光の画像信号、Ｂ光の画像信号及びＧ光の画像信号を取り込み、所定の信号処理を施して、カラー画像であるＲＧＢ画像を生成する。
〈ＩＲ画像信号処理部〉
ＩＲ画像信号処理部１２４ｃは、ＩＲ光アナログ信号処理部１２２ＩＲから出力されるＩＲ光の画像信号を取り込み、所定の信号処理を施して、ＩＲ画像を生成する。
なお、ＩＲ画像は、そのまま出力するとＲＧＢ画像に対してミラー像となるので、所要の反転処理が施されて出力される。
〈ＲＧＢ画像信号出力部〉
ＲＧＢ画像信号出力部１２４ｄは、ＲＧＢ画像信号処理部１２４ｂで生成されたＲＧＢ画像をＲＧＢ画像信号出力端子１２６から出力させる。
〈ＩＲ画像信号出力部〉
ＩＲ画像信号出力部１２４ｅは、ＩＲ画像信号処理部１２４ｃで生成されたＩＲ画像をＩＲ画像信号出力端子１２８から出力させる。
［カメラの作用］
撮像レンズ２００を通った光は、色分解光学系１０でＲ光、Ｇ光、Ｂ光及びＩＲ光に分解される。分解されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光及びＩＲ光は、それぞれＲ光イメージセンサ３０Ｒ、Ｇ光イメージセンサ３０Ｇ、Ｂ光イメージセンサ３０Ｂ及びＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲで個別に受光される。
Ｒ光イメージセンサ３０Ｒ、Ｇ光イメージセンサ３０Ｇ、Ｂ光イメージセンサ３０Ｂ及びＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲは、それぞれ受光したＲ光、Ｇ光、Ｂ光及びＩＲ光を電気信号に変換して出力する。
《ＲＧＢ画像の出力》
Ｒ光イメージセンサ３０Ｒ、Ｇ光イメージセンサ３０Ｇ及びＢ光イメージセンサ３０Ｂから出力された電気信号は、それぞれＲ光アナログ信号処理部１２２Ｒ、Ｇ光アナログ信号処理部１２２Ｇ及びＢ光アナログ信号処理部１２２Ｂに取り込まれる。Ｒ光アナログ信号処理部１２２Ｒ、Ｇ光アナログ信号処理部１２２Ｇ及びＢ光アナログ信号処理部１２２Ｂは、取り込んだＲ光、Ｇ光及びＢ光に所定の信号処理を施して、カメラマイコン１２４に出力する。
カメラマイコン１２４は、Ｒ光アナログ信号処理部１２２Ｒ、Ｇ光アナログ信号処理部１２２Ｇ及びＢ光アナログ信号処理部１２２Ｂから取り込んだＲ光の画像信号、Ｂ光の画像信号及びＧ光の画像信号に所定の信号処理を施して、カラー画像であるＲＧＢ画像を生成し、ＲＧＢ画像信号出力端子１２６から出力する。
ＲＧＢ画像信号出力端子１２６には、たとえば、ＲＧＢ画像用のモニタが接続される。撮像されたＲＧＢ画像は、このＲＧＢ画像用のモニタに表示される。
《ＩＲ画像の出力》
ＩＲ光イメージセンサ３０ＩＲから出力された電気信号は、ＩＲ光アナログ信号処理部１２２ＩＲに取り込まれる。ＩＲ光アナログ信号処理部１２２ＩＲは、取り込んだＩＲ光に所定の信号処理を施して、カメラマイコン１２４に出力する。
カメラマイコン１２４は、ＩＲ光アナログ信号処理部１２２ＩＲから取り込んだＩＲ光の画像信号に所定の信号処理を施して、ＩＲ画像を生成し、ＩＲ画像信号出力端子１２８から出力する。
ＩＲ画像信号出力端子１２８には、たとえば、ＩＲ画像用のモニタが接続される。撮像されたＩＲ画像は、このＩＲ画像用のモニタに表示される。
なお、ＩＲ画像及びＲＧＢ画像を共通のモニタに出力し、ユーザからの指示に応じて、表示する画像を切り替える態様とすることも可能である。また、両者を同一画面に並列して表示することも可能である。更に、両者を重ね合わせて表示することも可能である。この点については、後述する。
［撮像装置の変形例］
《レンズ一体式のカメラへの適用》
上記実施の形態では、本発明をレンズ交換式のカメラに適用した場合を例に説明したが、本発明の適用は、これに限定されるものではない。撮像レンズが、筐体に一体的に組み付けられたカメラにも同様に本発明を適用できる。
また、カメラの制御、信号処理等を別のユニットで実施する構成の撮像装置にも本発明は適用できる。たとえば、色分解光学系、イメージセンサ等をカメラヘッドに組み込み、その制御、信号処理等は、カメラコントロールユニットで実施する構成の撮像装置にも本発明は適用できる。
《マウントの構成》
上記実施の形態では、撮像レンズを装着するためのマウントとして、Ｃマウントを採用しているが、マウントの構成は、これに限定されるものではない。この他、たとえば、ＣＳマウント等を採用することもできる。ＣＳマウントは、Ｃマウントにおけるフランジバックを１２．５ｍｍ（空気換算長）としたものである。
なお、上記実施の形態の撮像ユニット１のように、ＩＲ光を一度だけ反射させて取り出す構成とすることにより、撮像ユニットのコンパクト化が可能になる。したがって、上記実施の形態の撮像ユニット１は、撮像ユニットのコンパクト化が要求される撮像装置において、特に有効に作用する。コンパクト化が要求される撮像装置とは、Ｃマウント、ＣＳマウントを採用する撮像装置のように、フランジバックが、空気換算長で１２．５ｍｍ以上、１９ｍｍ以下の撮像装置である。
《撮像装置のその他の実施の形態》
撮像装置は、たとえば、電子内視鏡として構成することもできる。
図９は、電子内視鏡の一例を示す図である。
同図に示す電子内視鏡３００は、いわゆる硬性内視鏡であり、ＲＧＢ画像及びＩＲ画像を撮像可能な電子内視鏡として構成される。電子内視鏡３００は、主として、スコープ３１０、マウントアダプタ３２０及びカメラ本体３３０を備えて構成される。
スコープ３１０は、体腔内への挿入部である。スコープ３１０は、先端に観察窓を備える。また、スコープ３１０は、内部に複数のレンズ群を備える。スコープ３１０は、内部に備えられた複数のレンズ群によって、観察窓から観察される被写体の光学像を結像させる。
マウントアダプタ３２０は、スコープ３１０をカメラ本体３３０に装着するための部材である。マウントアダプタ３２０は、一端にスコープ装着部を備え、他端にカメラ装着部を備える。スコープ装着部は、スコープ３１０の装着部であり、スコープ３１０が着脱自在に装着される。カメラ装着部は、カメラ本体３３０への装着部である。カメラ装着部は、カメラ本体３３０に備えられたマウントに対応したマウントで構成される。
カメラ本体３３０は、使用者が手で把持可能な筐体３３０ａを有し、その筐体３３０ａの内部に撮像ユニット１が備えられる。なお、カメラ本体３３０の電気的な構成は、上記実施の形態のカメラ１００と実質的に同じである。
筐体３３０ａには、マウント３３２が備えられ、このマウント３３２にマウントアダプタ３２０が着脱自在に装着される。マウント３３２は、たとえば、Ｃマウントで構成される。
内視鏡を用いた手術では、蛍光物質であるＩＣＧ(Indocyanine Green／インドシアニングリーン）を体内に投与し、過剰に集積した腫瘍等の部位に近赤外光を当てて患部を光らせ、患部を含む部位を撮像することがある。ＩＣＧは、近赤外光（たとえば、ピーク波長８０５ｎｍ、７５０〜８１０ｎｍ）で励起すると、より長波長の近赤外光（たとえば、ピーク波長８３５ｎｍ）で蛍光発光する物質である。
本例の電子内視鏡３００によれば、ＩＣＧを体内に投与し、過剰に集積した腫瘍等の部位（患部）に近赤外光を当てて、患部を撮像することにより、患部のカラー画像（ＲＧＢ画像）と同時に患部を蛍光発光させた画像（蛍光画像）を撮像できる。
なお、本例では、光造影剤としてＩＣＧを投与する場合を例に説明したが、ＩＣＧ以外の光造影剤を投与してもよい。この場合、光造影剤を励起するための励起光の波長に応じて、非可視光分離面の分光特性が設定される。
また、本例では、赤外光の波長領域において蛍光発光する薬品を用いたが、紫外光の波長領域において蛍光発光する薬品を用いてもよい。この場合、非可視光分離面で紫外光が分離されるように、その分光特性が設定される。
《画像の出力形態の他の例》
上記実施の形態のカメラ（撮像装置）によれば、ＲＧＢ画像及びＩＲ画像を同軸上で同時に撮像できる。２つの画像は、視差がなく、高精度に一致する。したがって、両者を重ね合わせて表示することができる。
図１０は、ＲＧＢ画像及びＩＲ画像を重ねて表示する場合の表示処理装置の概略構成を示すブロック図である。
表示処理装置１３０は、画像合成処理部１３０ａ及び画像表示制御部１３０ｂを備える。表示処理装置１３０は、コンピュータで構成される。すなわち、コンピュータが、所定のプログラムを実行することにより、表示処理装置１３０として機能する。
画像合成処理部１３０ａは、撮像装置からＲＧＢ画像信号及びＩＲ画像信号を取得し、両者を重ね合わせた合成画像を生成する。合成処理は、たとえば、次のように行われる。まず、取得したＲＧＢ画像信号及びＩＲ画像信号の各画素の信号値に所定の係数を乗算する。ここでは、ＲＧＢ画像信号の各画素の信号値に係数Ｋ１を乗算し、ＩＲ画像信号の各画素の信号値に係数Ｋ２を乗算するものとする。次に、係数乗算後のＲＧＢ画像信号の各画素の信号値に係数乗算後のＩＲ画像信号の各画素の信号値を加算する。加算は、対応する画素間で行われる。これにより、ＲＧＢ画像及びＩＲ画像を重ね合わせた合成画像が生成される。
なお、ＲＧＢ画像信号及びＩＲ画像信号に係数を乗算するのは、加算後の各画素の信号値が飽和しないようにするためである。したがって、係数Ｋ１及び係数Ｋ２は、Ｋ１＋Ｋ２＝１の関係を満たす値に設定される。たとえば、Ｋ１＝０．５、Ｋ２＝０．５として設定される。
画像表示制御部１３０ｂは、操作部１３２の操作に基づいて、表示装置１３４への画像の表示を制御する。
図１１は、ＲＧＢ画像、ＩＲ画像及び合成画像の表示の一例を示す図である。同図は、撮像装置としての電子内視鏡の表示の一例を示している。特に、体内にＩＣＧを投与し、患部に近赤外光を当てて、患部を撮像した場合に撮像される画像の表示例を示している。この場合、患部のカラー画像（ＲＧＢ画像）及び患部の蛍光画像（ＩＲ画像）が撮像される。
図１１（Ａ）は、患部のカラー画像（ＲＧＢ画像）の一例を示している。図１１（Ｂ）は、患部の蛍光画像（ＩＲ画像）の一例を示している。図１１（Ｃ）は、合成画像の一例を示している。
図１１（Ａ）に示す患部のカラー画像（ＲＧＢ画像）と、図１１（Ｂ）に示す患部の蛍光画像（ＩＲ画像）は、視差のない画像である。したがって、図１１（Ｃ）に示す合成画像は、同じ部位を同軸上で撮像した画像となる。合成画像を表示することにより、蛍光画像（ＩＲ画像）における発光部分が、カラー画像（ＲＧＢ画像）のどの辺りに存在するのかを一目で把握できる。
ＲＧＢ画像、ＩＲ画像及び合成画像の表示は、操作部１３２の操作によって切り替えられる。画像表示制御部１３０ｂは、操作部１３２の操作に基づいて、表示装置１３４への画像の表示を切り替える。
なお、図１１に示す例では、ＲＧＢ画像、ＩＲ画像及び合成画像をそれぞれ単独で表示させているが、組み合わせて表示させることもできる。たとえば、１画面に３つの画像を同時に表示させることもできる。また、１画面に任意に組み合わせた2つの画像を並列して表示させることもできる。たとえば、ＲＧＢ画像及びＩＲ画像を並列して表示させることもできる。
なお、本例では、撮像装置とは別に表示処理装置１３０を設けているが、表示処理装置１３０の機能を撮像装置に組み込むことも可能である。
また、表示処理装置１３０には、必要に応じて、ＲＧＢ画像及びＩＲ画像に信号処理を施す機能を備えてもよい。たとえば、ＲＧＢ画像について輪郭を強調する処理、ＩＲ画像について緑色等に着色する処理、特定の領域を抽出する処理等を施す機能を備えてもよい。
上記のように、ブリュースター角γは、入射側の物質の屈折率ｎ１と透過側の物質の屈折率ｎ２とから、式 γ＝Ａｒｃｔａｎ（ｎ２／ｎ１） により求められる。
図１に示す構成の色分解光学系１０において、第３プリズム１６の屈折率ｎ１（入射側の屈折率）とブリュースター角γとの関係を求めた。また、各屈折率の条件において、Ｆ２．０の光束及びＦ４．０の光束を入射した場合に、入射光束がブリュースター角となるのを避けて入射するための条件を求めた。入射光束がブリュースター角となるのを避けて入射するための条件は、第３プリズム第２面１６ｂへの光軸Ｌｚを通る光の入射角α３の条件として規定され、上記のように、α３＞β＋γにより求められる。レンズからＦ２．０の光束を入射した場合の光線の光軸Ｌｚに対する最大角度（見込み角）をβＦ２とすると、第３プリズム第２面１６ｂは、α３＞βＦ２＋γを満たすように設定される。また、レンズからＦ４．０の光束を入射した場合の光線の光軸Ｌｚに対する最大角度（見込み角）をβＦ４とすると、第３プリズム第２面１６ｂは、α３＞βＦ４＋γを満たすように設定される。
図１２は、第３プリズムの屈折率ｎ１と、その屈折率ｎ１から求められるブリュースター角γと、第３プリズム第２面が満たすべき入射角の条件との関係を示す表である。
第３プリズム１６の屈折率ｎ１については、ｎ１＝１．６５、１．７、１．８、１．９、２としている。これは、プリズムの素材である光学ガラスが、例として取り得る屈折率の値であり、最大を２．０としている。なお、接着剤層の屈折率ｎ２（透過側の物質の屈折率）については、一律に１．５２としている。
図１２の表に示すように、第３プリズムの屈折率ｎ１が大きくなるほど、ブリュースター角γは大きくなる。
また、同表に示すように、常にβＦ２＋γ＞βＦ４＋γとなるので、Ｆ２．０の光束について、ブリュースター角γを避けて第３プリズム第２面１６ｂの入射角α３を設定すれば、Ｆ４．０の光束についても、ブリュースター角γを避けて入射させることができる。
なお、非可視光の分離面である第３プリズム第２面１６ｂについては、その入射角α３が、可視光の分離面である第１プリズム第２面１２ｂ及び第２プリズム第２面１４ｂの入射角α１、α２よりも大きいことが条件とされる（α３＞α１かつα３＞α２）。したがって、この点を考慮し、かつ、コンパクト化を考慮すると、第３プリズム第２面１６ｂの入射角α３については、４７度以上に設定することが好ましい。
１ 撮像ユニット
２ レンズ
１０ 色分解光学系
１０Ａ 色分解光学系
１２ 第１プリズム
１２ａ 第１プリズム第１面
１２ｂ 第１プリズム第２面
１２ｃ 第１プリズム第３面
１４ 第２プリズム
１４ａ 第２プリズム第１面
１４ｂ 第２プリズム第２面
１４ｃ 第２プリズム第３面
１６ 第３プリズム
１６ａ 第３プリズム第１面
１６ｂ 第３プリズム第２面
１６ｃ 第３プリズム第３面
１８ 第４プリズム
１８ａ 第４プリズム第１面
１８ｂ 第４プリズム第２面
１８ｃ 第４プリズム第３面
２０Ｂ Ｂ光トリミングフィルタ
２０Ｇ Ｇ光トリミングフィルタ
２０ＩＲ ＩＲ光トリミングフィルタ
２０Ｒ Ｒ光トリミングフィルタ
２２ スペーサ
２４ エアギャップ
２６ スペーサ
２８ エアギャップ
３０Ｒ Ｒ光イメージセンサ
３０Ｇ Ｇ光イメージセンサ
３０Ｂ Ｂ光イメージセンサ
３０ＩＲ ＩＲ光イメージセンサ
１００ カメラ
１１０ 筐体
１１２ カメラ側マウント
１２０Ｂ Ｂ光イメージセンサドライバ
１２０Ｇ Ｇ光イメージセンサドライバ
１２０ＩＲ ＩＲ光イメージセンサドライバ
１２０Ｒ Ｒ光イメージセンサドライバ
１２２Ｂ Ｂ光アナログ信号処理部
１２２Ｇ Ｇ光アナログ信号処理部
１２２ＩＲ ＩＲ光アナログ信号処理部
１２２Ｒ Ｒ光アナログ信号処理部
１２４ カメラマイコン
１２４ａ イメージセンサ駆動制御部
１２４ｂ ＲＧＢ画像信号処理部
１２４ｃ ＩＲ画像信号処理部
１２４ｄ ＲＧＢ画像信号出力部
１２４ｅ ＩＲ画像信号出力部
１２６ ＲＧＢ画像信号出力端子
１２８ ＩＲ画像信号出力端子
１３０ 表示処理装置
１３０ａ 画像合成処理部
１３０ｂ 画像表示制御部
１３２ 操作部
１３４ 表示装置
２００ 撮像レンズ
２１０ 鏡胴
２１２ レンズ側マウント
３００ 電子内視鏡
３１０ スコープ
３２０ マウントアダプタ
３３０ カメラ本体
３３０ａ 筐体
３３２ マウント
ＦＢ フランジバック
Ｌｒ Ｒ光
Ｌｇ Ｇ光
Ｌｂ Ｂ光
Ｌｉｒ ＩＲ光
Ｌｚ 光軸
α１ 第１プリズム第２面への入射角
α２ 第２プリズム第２面への入射角
α３ 第３プリズム第２面への入射角
αｘ 第３プリズム第２面への入射角
本態様によれば、非可視光分離面が赤外光（ＩＲ光）を分離する。可視領域の光については、たとえば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に分離する構成とすることができる。この場合、たとえば、第１可視光分離面でＢ光を分離し、第２可視光分離面でＲ光を分離する。また、すべての分離面を透過した光をＧ光として分離する。
カラーシェーディングは、色分離面への入射角の大きさに起因して発生し、その大きさが大きくなるほど、発生量も大きくなる。光軸Ｌｚを通る光の入射角が最大となる面をＩＲ光Ｌｉｒの分離面（第３プリズム第２面１６ｂ）とすることで、可視領域の色成分の光を分離する面（第１プリズム第２面１２ｂ及び第２プリズム第２面１４ｂ）への入射角が大きくなるのを抑制できる。これにより、カラー画像であるＲＧＢ画像にカラーシェーディングが発生するのを抑制でき、高品質なカラー画像を生成できる。
ここで、Ｆナンバは、レンズの焦点距離をレンズの有効口径で割った値として定義される。有効口径とは、レンズの光軸上無限遠の位置にある点光源を想定した場合に、その点光源からレンズへ入射する平行光線の光束の直径のことである。ＦナンバをＦｎ、焦点距離をｆ、有効口径をΦとすると、Ｆｎ＝ｆ／Φとなる。
なお、入射角は、入射光線が入射点で媒質境界面の法線となす角であるので、第３プリズム第２面１６ｂは、その法線が光軸Ｌｚに対して４８．１６度より大きくなるように、その傾きを設定すればよい。

Claims (11)

  1. 入射光束を可視領域の３つの色成分の光と非可視領域の１つの色成分の光とに分解する色分解光学系であって、
    可視領域の第１色成分の光を反射して分離する第１可視光分離面と、
    可視領域の第２色成分の光を反射して分離する第２可視光分離面と、
    非可視領域の光を反射して分離する非可視光分離面と、
    を光軸上に備え、
    前記第１可視光分離面、前記第２可視光分離面及び前記非可視光分離面のうち光軸を通る光の入射角が最大となる面が前記非可視光分離面である、
    色分解光学系。
  2. 前記非可視光分離面は、レンズからＦナンバが２．０の光束を入射した場合に、すべての光がブリュースター角よりも大きな入射角で入射する角度に傾けられて配置される、
    請求項１に記載の色分解光学系。
  3. 前記非可視光分離面は、レンズから最大開口の光束を入射した場合に、すべての光がブリュースター角よりも大きな入射角で入射する角度に傾けられて配置される、
    請求項１に記載の色分解光学系。
  4. 前記第１可視光分離面で分離した可視領域の第１色成分の光を出射させる方向に反射させる第１可視光反射面と、
    前記第２可視光分離面で分離した可視領域の第２色成分の光を出射させる方向に反射させる第２可視光反射面と、
    を更に備えた請求項１から３のいずれか１項に記載の色分解光学系。
  5. 前記第１可視光分離面、前記第２可視光分離面及び前記非可視光分離面は、入射側から前記第１可視光分離面、前記第２可視光分離面、前記非可視光分離面の順で配置される、
    請求項１から４のいずれか１項に記載の色分解光学系。
  6. レンズからの光束が入射される第１入射面と、前記第１可視光分離面と、前記第１可視光分離面で分離した可視領域の第１色成分の光を出射する第１出射面と、を有する第１プリズムと、
    前記第１可視光分離面に接合され、前記第１可視光分離面を透過した光束が入射される第２入射面と、前記第２可視光分離面と、前記第２可視光分離面で分離した可視領域の第２色成分の光を出射する第２出射面と、を有する第２プリズムと、
    前記第２可視光分離面に接合され、前記第２可視光分離面を透過した光束が入射される第３入射面と、前記非可視光分離面と、前記非可視光分離面で分離した非可視領域の光を出射する第３出射面と、を有する第３プリズムと、
    前記非可視光分離面に接合され、前記非可視光分離面を透過した光束が入射される第４入射面と、可視領域の第３色成分の光を出射する第４出射面と、を有する第４プリズムと、
    を備えた請求項１から３のいずれか１項に記載の色分解光学系。
  7. 前記第１プリズムは、前記第１可視光分離面で分離した可視領域の第１色成分の光を前記第１入射面で全反射させて、前記第１出射面から出射させ、
    前記第２プリズムは、前記第２入射面がエアギャップを介して前記第１可視光分離面に接合され、前記第２可視光分離面で分離した可視領域の第２色成分の光を前記第２入射面で全反射させて、前記第２出射面から出射させる、
    請求項６に記載の色分解光学系。
  8. 前記非可視光分離面は、赤外光を分離する、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の色分解光学系。
  9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の色分解光学系と、
    前記色分解光学系で分解された可視領域の第１色成分の光を受光する第１可視光イメージセンサと、
    前記色分解光学系で分解された可視領域の第２色成分の光を受光する第２可視光イメージセンサと、
    前記色分解光学系で分解された可視領域の第３色成分の光を受光する第３可視光イメージセンサと、
    前記色分解光学系で分解された非可視領域の光を受光する非可視光イメージセンサと、
    を備えた撮像ユニット。
  10. 筐体と、
    前記筐体に収容された請求項９に記載の撮像ユニットと、
    前記筐体に備えられ、レンズが着脱自在に装着されるマウントと、
    を備えた撮像装置。
  11. フランジバックが、空気換算長で１２．５ｍｍ以上、１９ｍｍ以下である、
    請求項１０に記載の撮像装置。
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