JP2010102281A - 可視光・赤外光撮影用レンズアダプタ - Google Patents

Abstract

【課題】可視光・赤外光撮影用レンズアダプタにおいて、１つの撮影レンズを通して被写体の可視光像および赤外光像を互に異なる位置に結像させるときの結像品質の低下を抑制する。
【解決手段】撮影レンズ１０を通った被写体１からの光を可視光と赤外光とに分離する色分離光学系Ｐと、この光を撮影レンズ１０のみを通して結像させてなる第１の光学像をリレーするための、色分離光学系Ｐに至るまでの光路中に配された入射側リレーレンズＲＬ１と、第１の光学像を、入射側リレーレンズＲＬ１を介してリレーして可視光像Ｍｋを結像させる、可視光の光路中に配された可視光用リレーレンズＲＬ２と、第１の光学像を、入射側リレーレンズＲＬ１を介してリレーして赤外光像Ｍｓを結像させる、赤外光の光路中に配された赤外光用リレーレンズＲＬ３とを備え、被写体１を表す可視光像Ｍｋおよび赤外光像Ｍｓを互に異なる位置に結像させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、同一の撮影レンズを通った光を可視光と赤外光とに分離して、被写体を表す可視光像と赤外光像とを互に異なる位置に結像させる可視光・赤外光撮影用レンズアダプタに関するものである。

従来より、撮影レンズを通して被写体を撮影する監視カメラが知られている。このような監視カメラに使用される撮影素子は赤外光に対しても感度を有してはいるが、昼間の可視光による監視と夜間の赤外光による監視とを１つの撮像素子が兼ねることは難しい。

夜間における監視能力を向上させる方式として、例えば、撮影レンズを通った光を可視光と赤外光とに分離して、可視光と赤外光とを個別の専用の撮影素子、すなわち可視光撮影用の撮影素子と赤外光撮影用の撮影素子とを用いて撮影する方式が知られている（特許文献１参照）。

また、既存の撮影装置に装着して撮影レンズを通った光を可視光と赤外光とに分離して撮影するレンズアダプタも知られている（特許文献２参照）。このレンズアダプタは、撮像素子が配された撮像部と撮影レンズとの間に装着されて使用されるものであり、撮影レンズを通った光を可視光と赤外光とに分離して、被写体を表す赤外光像とこの同じ被写体を表す可視光像とを異なる位置に結像させるものである。なお、レンズアダプタを通して結像される可視光像および赤外光像は、それぞれ専用の撮影素子上に結像されて個別に撮影される。

なお、このレンズアダプタは、光路長延長光学系と色分離光学系とを備えたものである。すなわち、既存の撮影装置は、撮影レンズとこの撮影レンズを通して結像される光学像との間隔（撮影レンズのバックフォーカス）が小さいので、撮影レンズを通ってから光学像が結像されるまでの光路中に色分離光学系を挿入することはできない。そのため、このレンズアダプタでは、レンズアダプタの前段に、撮影レンズのバックフォーカスを長くして撮影レンズを通ってから光学像が結像されるまでの光路長を長くする光路長延長光学系を配置するとともに、レンズアダプタの後段に色分離光学系を配置して、可視光像および赤外光像を互に異なる位置に結像させるようにしている。

なお、光路長延長光学系には、光束を発散させるパワーが大きい凹レンズが配置されており、この凹レンズによる光束を発散させるパワーを利用して、撮影レンズのバックフォーカスを長くしている。
特開２００３−６９８６５号公報 特開２００５−３０９０７２号公報

ところで、撮影レンズと、光路長延長光学系を備えたレンズアダプタとを通して光学像を結像させると、光路長延長光学系を構成するパワーの大きい凹レンズの影響により、結像される光学像の品質が低下するという問題がある。すなわち、撮影レンズを通った光が、パワーの大きい凹レンズにより強く曲げられた光路を通るため、結像される光学像に大きな収差が生じてしまう。

そのため、このような色分離光学系を備えたレンズアダプタを使用するときに生じる結像性能の低下を抑制したいという要請がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、同一の撮影レンズおよび色分離光学系を通して互に異なる位置に可視光像および赤外光像を結像させるときの結像品質の低下を抑制することができる可視光・赤外光撮影用レンズアダプタを提供することを目的とするものである。

本発明の可視光・赤外光撮影用レンズアダプタは、１つの撮影レンズを通して入射させられた被写体からの光を可視光と赤外光とに分離する色分離光学系を備え、色分離光学系を通して分離された可視光および赤外光それぞれからなる被写体を表す可視光像および赤外光像を互に異なる位置に結像させるための可視光・赤外光撮影用レンズアダプタであって、被写体から発せられた光を撮影レンズのみを通して結像させてなる被写体を表す第１の光学像をリレーするための入射側リレーレンズと、第１の光学像を、入射側リレーレンズを介してリレーして前記可視光像を結像させるための可視光用リレーレンズと、第１の光学像を、入射側リレーレンズを介してリレーして前記赤外光像を結像させるための赤外光用リレーレンズとを備え、入射側リレーレンズが、撮影レンズを通ってから色分離光学系に入射するまでの光の光路中に配され、可視光用リレーレンズが、色分離光学系で分離された可視光の光路中に配され、赤外光用リレーレンズが、色分離光学系で分離された赤外光の光路中に配されていることを特徴とするものである。

前記可視光・赤外光撮影用レンズアダプタは、撮像レンズ、可視光像を撮像するための可視光撮像装置、および赤外光像を撮影するための赤外光撮像装置それぞれに対して着脱可能となるように構成されているものとすることが望ましい。

前記第１の光学像をリレーして可視光像を結像させるときの結像倍率の絶対値、および前記第１の光学像をリレーして赤外光像を結像させるときの結像倍率の絶対値は、両方共に１倍とすることが望ましい。

なお、結像倍率の絶対値が１倍とは、正立等倍像または倒立等倍像が結像される場合を意味する。

前記入射側リレーレンズ、可視光用リレーレンズ、および赤外光用リレーレンズは、同一のレンズ構成からなるものとすることが望ましい。

前記同一のレンズ構成とは、同じ設計値からなるレンズ構成を意味するものである。より具体的には、レンズ枚数、各レンズの屈折率および分散、各レンズ面の曲率半径等が一致する同じ設計値を持つレンズ構成を意味するものである。

前記色分離光学系における最も撮影レンズの側に位置する光学面、最も可視光像の形成される側に位置する光学面、および最も赤外光像の形成される側に位置する光学面は、いずれも曲面を成すものとすることが望ましい。

本発明の可視光・赤外光撮影用レンズアダプタによれば、撮影レンズのみを通して被写体からの光を結像させてなる第１の光学像をリレーして可視光像を形成するとともに、この第１の光学像をリレーして赤外光像を形成するようにしたので、可視光像および赤外光像の結像品質の低下を抑制することができる。

すなわち、従来のように、撮像レンズのバックフォーカスを長くする光学系を配して色分離光学系を配置するスペースを確保する方式では、光路長延長光学系を構成するためのパワーが大きい凹レンズの作用により強く曲げられた光路を通して可視光像や赤外光像を結像せるので結像品質が大きく低下する。これに対して、本発明の可視光・赤外光撮影用レンズアダプタは、リレー光学系を配置して色分離光学系を配置するスペースを確保するので、強く曲げられた光路を通すことなく可視光像や赤外光像を結像せることができる。これにより、可視光像および赤外光像の結像品質の低下を抑制することができる。

また、第１の光学像をリレーして可視光像を結像させるときの結像倍率の絶対値、および第１の光学像をリレーして赤外光像を結像させるときの結像倍率の絶対値を両方共に１倍とすれば、可視光像および赤外光像の結像品質の低下をさらに抑制することができる。

すなわち、例えば、入射側リレーレンズを通して射出させた光をミラーで反射させてこの入射側リレーレンズ中を逆行させると、入射側リレーレンズを順行させたときに生じた収差をこの入射側リレーレンズの逆行によりキャンセルすることができる。これと同様に、第１の光学像をリレーして可視光像を結像させるときの結像倍率の絶対値を１倍にすると、入射側リレーレンズを通して発生した収差を可視光用リレーレンズを通してキャンセルすることができる。このように設計した各リレーレンズの適用により、可視光像の結像品質の低下をより確実に抑制することができる。

上記と同様に、第１の光学像をリレーして赤外光像を結像させるときの結像倍率の絶対値を１倍にすれば、入射側リレーレンズを通して発生した収差を赤外光用リレーレンズを通してキャンセルすることができるので、このように設計した各リレーレンズの適用により、赤外光像の結像品質の低下をより確実に抑制することができる。

また、上記構成に加えて入射側リレーレンズ、可視光用リレーレンズ、および赤外光用リレーレンズを、互いにレンズ構成が一致したものとすれば、結像させる可視光像および赤外光像の結像品質の低下をさらに確実に抑制することができる。

すなわち、入射側リレーレンズ、可視光用リレーレンズ、および赤外光用リレーレンズの構成を一致させて、それぞれを等倍の結像光学系とすれば、入射側リレーレンズを通して発生した収差を可視光用リレーレンズや赤外光用リレーレンズを通してキャンセルする設計をより確実に行うことができる。このように設計した各リレーレンズの適用により、可視光像および赤外光像の結像品質の低下をさらに確実に抑制することができる。

また、色分離光学系における、最も撮影レンズの側に位置する入射側の光学面、最も可視光像の形成される側に位置する可視光側の光学面、および最も赤外光像の形成される側に位置する赤外光側の光学面を、いずれも曲面を成すものとすれば、入射側の光学面、可視光側の光学面、赤外光側の光学面で反射して形成された可視光像のゴースト像や赤外光像のゴースト像の発生を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る可視光・赤外光撮影用レンズアダプタを適用した撮影システムの全体構成を示す図である。この撮影システムは、監視等の用途で使用されるものであり、同一被写体を表す可視光像と赤外光像とを同じ撮影レンズを通して撮影可能とするものである。図２はダイクロイックプリズムの波長分離特性を示す図、図３はカラー撮影用の撮像素子を拡大して示した図である。

図示の撮影システム２００は、撮影レンズ１０と、撮影レンズ１０を制御する制御系２０と、主に可視光に感度を有する撮像素子ＤＡを搭載した可視光撮影部１４と、主に赤外光に感度を有する撮像素子ＤＢを搭載した赤外光撮影部１６と、本発明に係る可視光・赤外光撮影用レンズアダプタ１００（以下、単にアダプタ１００という）とから構成されている。

なお、撮像素子ＤＡ、撮像素子ＤＢには、ＣＣＤ素子、ＣＭＯＳ素子、あるいは撮像管等を適用することができる。

撮影レンズ１０、可視光撮影部１４、および赤外光撮影部１６には、本撮影システム２００を構成するために製造したものでなくてもよく、例えば、監視用、テレビ放送用、民生用等に市販されている既存の撮影レンズや撮像部を採用することができる。

すなわち、撮影レンズと可視光撮影部とを備えた一般に市販されている監視用カメラや、撮影レンズと赤外光撮影部とを備えた一般に市販されている監視カメラ等を、本撮影システム２００に適用することができる。

アダプタ１００は、詳細は後述するが、１つの撮影レンズ１０を通って入射した光を可視光と赤外光に分離するための色分離光学系であるダイクロイックプリズムＰを備えており、撮影レンズ１０およびダイクロイックプリズムＰを通って分離された可視光および赤外光により形成される同一の被写体を表す可視光像および赤外光像それぞれを互に異なる位置に同時に結像させる。すなわち、アダプタ１００は、同一の撮影レンズ１０を通して可視光の撮影と赤外光の撮影とを行えるようにするものである。

ここで、例えば、撮影レンズ１０のみを通して結像される被写体１を表す可視光像の結像位置と赤外光像の結像位置との位置ずれが少ない場合には、撮影システム２００の設定を変更することなく可視光像と赤外光像との撮影を同時に行い、上記位置ずれが大きい場合には、可視光像の撮影と赤外光像の撮影とで撮影システム２００の設定を変更してそれぞれの撮影を個別に行うようにすることができる。

このアダプタ１００は、撮影レンズ１０と可視光撮影部１４との間、および撮影レンズ１０と赤外光撮像部１６との間に着脱可能に構成されている。アダプタ１００の入射側には、可視光撮影部１４や赤外光撮影部１６を撮影レンズ１０に装着するために設けられているものと同一のマウント１０１Ａが設けられている。また、アダプタ１００における可視光の射出側および赤外光の射出側には撮影レンズ１０の射出側に設けられているものと同一のマウント１０１Ｂおよび１０１Ｃが設けられている。

従って、撮影レンズ１０の射出側のマウント１０Ａにアダプタ１００の入射側のマウント１０１Ａを接続し、アダプタ１００における可視光の射出側のマウント１０１Ｂに可視光撮影部１４の入射側のマウント１４Ａを接続することによって撮影レンズ１０がアダプタ１００を介して可視光撮影部１４に装着される。

また、撮影レンズ１０の射出側のマウント１０Ａにアダプタ１００の入射側のマウント１０１Ａを接続し、アダプタ１００における赤外光の射出側のマウント１０１Ｃと赤外光撮影部１６の入射側のマウント１６Ａとを接続することによって撮影レンズ１０がアダプタ１００を介して赤外光撮影部１６に装着される。

このように各部の接続により撮影レンズ１０、アダプタ１００、可視光撮影部１４、赤外光撮影部１６の互いの位置関係が固定されて一体化される。

上記のように、アダプタ１００は、撮像レンズ１０、可視光像を撮像するための可視光撮像部１４、および赤外光像を撮影するための赤外光撮像部１６それぞれに対して着脱可能となるように構成されている。

撮影レンズ１０は、光軸Ｃに沿って対物側から順にフォーカスレンズ（群）ＦＣＬ、ズームレンズ（群）ＺＬ、絞り（絞り機構）ＩＳ、撮影レンズ用のリレーレンズ（群）ＲＬＸ等を内蔵している。

この撮影レンズ１０には、例えば既存の、監視用に製作された撮影レンズ等を適用することができる。

なお、撮影レンズ用のリレーレンズＲＬＸは、被写体１の光学像を結像するレンズ群であり、その一部に配置されたトラッキング調整（フランジバック調整）用のトラッキングレンズ（群）ＴＬが光軸Ｃ方向に移動可能となっており、このトラッキングレンズＴＬの移動によりフランジバックの位置が変更される。したがって、トラッキングレンズＴＬの位置は、例えば撮影開始前などに調節されるものであり、撮影中に頻繁に調節されるものではない。

制御系２０は、フォーカスレンズＦＣＬ、ズームレンズＺＬ、トラッキングレンズＴＬ、絞りＩＳそれぞれを駆動するためのモータＦＭ、ＺＭ、ＴＭ、ＩＭおよび各モータＦＭ、ＺＭ、ＴＭ、ＩＭを制御してフォーカスレンズＦＣＬ、ズームレンズＺＬ、トラッキングレンズＴＬそれぞれの位置や、絞りＩＳの開口を定めるための制御回路２２を有している。

なお、制御回路２２には、撮影システム２００の操作部（図示は省略）から入力された命令等に応じてフォーカスレンズＦＣＬ、ズームレンズＺＬ、トラッキングレンズＴＬそれぞれの位置や、絞りＩＳの開口に関する指令信号が与えられると共に、各位置センサＦＰ、ＺＰ、ＴＰ、ＩＰからフォーカスレンズＦＣＬ、ズームレンズＺＬ、トラッキングレンズＴＬそれぞれの現在位置や、絞りＩＳの開口度合いを示す検出信号が与えられ、制御回路２２はこれらの信号に基づいて各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭ、ＩＰを駆動して、フォーカスレンズＦＣＬ、ズームレンズＺＬ、トラッキングレンズＴＬの位置や、絞りＩＳの開口を制御する。

フォーカスレンズＦＣＬは、モータＦＭによって光軸Ｃ方向に前後動するようになっており、フォーカスレンズＦＣＬの位置が変わるとピントが合う被写体までの距離（撮影距離）が変更される。

ズームレンズＺＬも、モータＺＭによって光軸Ｃ方向に前後動するようになっており、ズームレンズＺＬの位置が変わると撮影レンズ１０の焦点距離が変更される。

また、トラッキングレンズＴＬは、モータＴＭによって光軸Ｃ方向に前後動するようになっており、トラッキングレンズＴＬの位置が変わるとフランジバックの位置が変更される。

絞りＩＳは、モータＩＭによって開閉動作するようになっており、絞りＩＳの開口度合いが変わると像の明るさが変更される。

なお、撮影レンズ１０の制御は任意の手段によるものでよく、例えば、フォーカスレンズＦＣＬ、ズームレンズＺＬ、トラッキングレンズＴＬ、絞りＩＳを電動ではなく手動で操作するようにしてもよい。

撮影レンズ１０に入射した光は、上述のフォーカスレンズＦＣＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩＳ、撮影レンズ用のリレーレンズＲＬＸをこの順に通過してアダプタ１００に入射する。

アダプタ１００には、撮影レンズ１０のみを通して被写体１から発せられた光を結像させてなるこの被写体１を表す第１の光学像Ｍ１をリレーするための入射側リレーレンズＲＬ１と、上述の色分離光学系であるダイクロイックプリズムＰと、上記第１の光学像Ｍ１を、入射側リレーレンズＲＬ１を通しリレーして可視光像Ｍｋを形成するための可視光用リレーレンズＲＬ２と、上記第１の光学像Ｍ１を、入射側リレーレンズＲＬ１を通しリレーして赤外光像Ｍｓを形成するための赤外光用リレーレンズＲＬ３とを備えている。

なお、入射側リレーレンズＲＬ１は、撮影レンズ１０通ってダイクロイックプリズムＰに入射する光の光路中に配置されている。

可視光用リレーレンズＲＬ２は、ダイクロイックプリズムＰで分離された可視光の光路中に配置されている。

赤外光用リレーレンズＲＬ３は、ダイクロイックプリズムＰで分離された赤外光の光路中に配置されている。

ここで、可視光像Ｍｋは、撮影レンズ１０を通して結像された第１の光学像Ｍ１を、入射側リレーレンズＲＬ１、ダイクロイックプリズムＰ、可視光用リレーレンズＲＬ２を通してリレーし結像させたものである。

また、赤外光像Ｍｓは、撮影レンズ１０を通して結像された第１の光学像Ｍ１を、入射側リレーレンズＲＬ１、ダイクロイックプリズムＰ、赤外光用リレーレンズＲＬ３を通してリレーし結像させたものである。

ここでは、ダイクロイックプリズムＰは光束を収束させたり発散させたりするパワーを持たないので、アダプタ１００は、例えば、入射側リレーレンズＲＬ１を前群、可視光用リレーレンズＲＬ２を後群とするリレー光学系と、入射側リレーレンズＲＬ１を前群、赤外光用リレーレンズＲＬ３を後群とするリレー光学系とを有するものとみなすことができる。

なお、アダプタ１００は、例えば、撮影レンズ１０のみを通して結像させてなる被写体を表す第１の光学像Ｍ１をリレーして、この被写体１を表す第２の光学像を結像させるための入射側リレーレンズＲＬ１（リレー光学系）と、上記第２の光学像をリレーして可視光像Ｍｋを結像させるための可視光用リレーレンズＲＬ２（リレー光学系）と、上記第２の光学像をリレーして赤外光像Ｍｓを結像させるための赤外光用リレーレンズＲＬ３（リレー光学系）とを有するものとすることもできる。

ダイクロイックプリズムＰは、撮影レンズ１０を通過してアダプタ１００に入射した光を、ダイクロイック面ＰＭで可視光と赤外光とに分光する。可視光はダイクロイック面ＰＭを透過して光軸Ｃ方向にそのまま進行する。一方、赤外光はダイクロイックＰＭで反射して光軸Ｃに対してほぼ直交する光軸Ｃ′方向に進行する。

図２にダイクロイックプリズムＰの波長特性を示す。同図に示すように７００ｎｍを境にそれより短い波長を持つ光は約９０パーセントの透過率でダイクロイックプリズムＰを透過し、７００ｎｍより長い波長を持つ光は約９０パーセントの反射率でダイクロイックプリズムＰで反射させられる。

なお、上記ダイクロイックプリズムＰの代わりにダイクロイックミラー等を用いてもよい。

上記のようにダイクロイックプリズムＰによって分離され光軸Ｃ方向に進行した可視光は、アダプタ１００から射出され可視光撮影部１４に入射する。可視光撮影部１４には、可視光撮影用の撮像素子ＤＡが配置されており、可視光撮影部１４に入射した可視光は撮像素子ＤＡの撮像面上に結像される。すなわち、撮像素子ＤＡの撮像面上に可視光像Ｍｋが結像される。

可視光撮影部１４には信号処理回路が搭載されており、撮像素子ＤＡにより光電変換され出力された信号はこの信号処理回路によって映像信号に変換され外部に出力される。このようにして、撮影システム２００は、被写体１の可視光像Ｍｋを表す映像信号を得る。

なお、可視光撮影部１４は、カラー映像を撮影するものであってもよいし、白黒映像を撮影するものであってもよい。また、可視光撮影部１４がカラー映像用の場合には、カラー映像用の１つの撮像素子のみを搭載した単板式のものであってもよいし、例えばＲ、Ｇ、Ｂの各色ごとの撮像素子を搭載した３板式のもの（又はそれ以上の撮像素子を有するもの）であってもよい。

一方、上記のようにダイクロイックプリズムＰによって分離され光軸Ｃ′方向に進行した赤外光は、アダプタ１００から射出され赤外光撮影部１６に入射する。赤外光撮影部１６には、赤外光撮影用の撮像素子ＤＢが配置されており、赤外光撮影部１６に入射した赤外光はこの撮像素子ＤＢの撮像面上に結像される。すなわち、撮像素子ＤＢの撮像面上に赤外光像Ｍｓが結像される。

可視光撮影部１４と同様に、赤外光撮影部１６にも信号処理回路が搭載されており、撮像素子ＤＢにより光電変換され出力された信号はその信号処理回路によって映像信号に変換され外部に出力される。このようにして、撮影システム２００は、被写体１の赤外光像Ｍｓを表す映像信号を得る。

このように、可視光撮影部１４と赤外光撮影部１６とにより可視光を記録した映像と赤外光を記録した映像とを同時に取得することができる。さらに、これらの映像は共通の撮影レンズ１０を通して撮影したものなので、撮影距離や画角が一致している。

上記のように、撮影レンズ１０、入射側リレーレンズＲＬ１、ダイクロイックプリズムＰ、可視光用リレーレンズＲＬ２を通して撮像素子ＤＡに結像された被写体１を表す可視光像Ｍｋが、可視光撮影部１４によって撮像される。

また、撮影レンズ１０、入射側リレーレンズＲＬ１、ダイクロイックプリズムＰ、赤外光用リレーレンズＲＬ３を通して撮像素子ＤＢに結像された被写体１を表す赤外光像Ｍｓが、赤外光撮影部１６によって撮像される。

ここでは、撮影レンズ１０のみを通して結像された被写体１を表す第１の光学像をリレーして可視光像Ｍｋを結像させるときの結像倍率の絶対値は１倍である。また、上記第１の光学像をリレーして赤外光像Ｍｓを結像させるときの結像倍率の絶対値も１倍である。しかしながら必ずしも結像倍率の絶対値を１倍としなくても、本発明の効果を奏することができる。

また、アダプタ１００が備える入射側リレーレンズＲＬ１、可視光用リレーレンズＲＬ２、および赤外光用リレーレンズＲＬ３は、互いにレンズ構成が一致するものを採用してもよい。

すなわち、入射側リレーレンズＲＬ１、可視光用リレーレンズＲＬ２、および赤外光用リレーレンズＲＬ３を、同一構成からなるものとすれば、各リレーレンズを同一の光学設計図面に基づいて製造することができるので、アダプタ１００の製造コストを低減することができる。

また、入射側リレーレンズＲＬ１で発生した収差を可視光用リレーレンズＲＬ２でキャンセルするとともに、入射側リレーレンズＲＬ１で発生した収差を赤外光用リレーレンズＲＬ３でキャンセルするように設計することが望ましい。

なお、本撮影システムでは、撮影レンズ１０の光軸Ｃ上のアダプタ１００の後部に可視光撮影部１４を装着し、光軸Ｃと直交する光軸Ｃ′上のアダプタ１００の側部に赤外光撮影部１６を装着するようにしたが、アダプタ１００に対する可視光撮影部１４と赤外光撮影部１６の装着位置を入れ替えてもよい。

なお、可視光と赤外光とでは波長が違うため撮影システム２００を通る光路が多少異なる。そのため、さらに品質の高い画像を得ようとするときには、トラッキングレンズＴＬの微調整により、撮像レンズ１０を通して結像される第１の光学像Ｍ１の位置を光軸Ｃの方向へ移動させて、可視光像Ｍｋの結像位置を撮像素子ＤＡの撮像面上へ正確に位置させたり、あるいは赤外光像Ｍｓの結像位置を撮像素子ＤＢの撮像面上へ正確に位置させることもできる。

例えば、制御系２０の制御により、昼間は可視光像Ｍｋを撮像素子ＤＡの撮像面上へ正確に結像させ。夜間は赤外光像Ｍｓを撮像素子ＤＢの撮像面上へ正確に結像させるように調節することもできる。

図３に示すように、例えば、ＲＧＢ（赤色、緑色、青色）の３種類の画素（赤色画素Ｒ、緑色画素Ｇ、青色画素Ｂ）を有するカラー撮影用の撮像素子においては、１つの赤色画素Ｒ，２つの緑色画素Ｇ，１つの青色画素Ｂからなる４画素を１単位（図中符号Ｔａで示す）として撮像を行う。そのため、赤外光にも感度を有する赤色画素Ｒの画素数は撮像素子全体の画素数の１/４になる。一方、この撮影システム２００のように赤外光撮影用に専用の撮像素子を設けた場合には、全画素数を赤外光の撮影に使用することができ、カラー撮影用の撮像素子に比して撮影画素数を実質的に４倍にすることができ、赤外光の撮影において優れた解像力で被写体１を表す赤外光によって形成された画像を得ることができる。

なお、ダイクロイック面ＰＭを透過して結像された可視光像Ｍｋを撮像素子ＤＡで撮像して得られる可視光画像は、ダイクロイック面ＰＭで反射されて結像された赤外光像Ｍｓを撮像素子ＤＢで撮像して得られる赤外光画像を反転させたものに対応する。このような場合には、撮像素子ＤＢで撮像して得られた赤外光画像を表す画像信号を反転させて、すなわち鏡像を正像にするように赤外光画像を表す画像信号を反転させて、この赤外光画像の表示を撮像素子ＤＡで撮像して得られる可視光画像の表示に合致させることができる。

図４は、本発明の可視光・赤外光撮影用レンズアダプタの第１の変形例を示す図である。

図示の撮影システム２１０の備えている第１の変形例の可視光・赤外光撮影用レンズアダプタ１１０（以下、単にアダプタ１１０という）は、上述の撮影システム２００のアダプタ１００に対してフィールドレンズＦＬＬを加えたものである。この撮影システム２１０の構成は、上記フィールドレンズＦＬＬを加えたこと以外は上述の実施の形態の撮影システム２００と同様であり、対応する図面の説明における同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明については省略する。

このフィールドレンズＦＬＬを加えたアダプタ１１０は、フィールドレンズＦＬＬを配置したことにより、第１の光学像Ｍ１を結像させるための撮影レンズ１０の射出瞳の位置と、このアダプタ１１０の入射瞳の位置とを合致させることができる。

この第１の変形例におけるその他の構成および作用は、説明済みの上記実施の形態の撮影システム２００の場合と同様である。

図５は、本発明の可視光・赤外光撮影用レンズアダプタの第２の変形例を示す図である。

図示の撮影システム２２０の備えている第２の変形例の可視光・赤外光撮影用レンズアダプタ１２０（以下、単にアダプタ１２０という）は、上述の撮影システム２００のアダプタ１００に配されたダイクロイックプリズムＰの代わりに色分離光学部Ｐｘを採用したものである。この撮影システム２２０の構成は、上記色分離光学部Ｐｘを採用したこと以外は上述の実施の形態の撮影システム２００と同様であり、対応する図面の説明における同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明については省略する。

このアダプタ１２０の色分離光学部Ｐｘは、アダプタ１００のダイクロイックプリズムＰを変形させたものであり、このダイクロイックプリズムＰと略同等の作用を奏するものである。ただし、この色分離光学部Ｐｘにおいては、最も撮影レンズ１０の側に位置する光学面Ｈ１、最も可視光像Ｍｋの形成される側に位置する光学面Ｈ２、および最も赤外光像Ｍｓの形成される側に位置する光学面Ｈ３が、いずれも曲面を成すものである。

このように、色分離光学部Ｐｘにおける入射面（光学面Ｈ１）、可視光の射出面（光学面Ｈ２）、および赤外光の射出面（光学面Ｈ３）それぞれを曲面とすることにより、色分離光学部Ｐｘの入射面や射出面で反射された光が可視光像Ｍｋや赤外光像Ｍｓの結像位置の近傍に結像されることを防止することができる。

例えば、色分離光学部Ｐｘの入射面や射出面と撮像素子ＤＡや撮像素子ＤＢの撮像面との間で反射させられて結像された可視光像Ｍｋや赤外光像Ｍｓを表すゴースト像が、可視光撮影部１４や赤外光撮影部１６によって得られた画像中に生じることを防止することができる。

この第２の変形例におけるその他の構成および作用は、説明済みの上記実施の形態の撮影システム２００の場合と同様である。

上記のように、本発明による可視光・赤外光撮影用レンズアダプタを撮影システムに適用することにより、同一の撮影レンズを通して互に異なる位置に可視光像および赤外光像を結像させるときの結像品質の低下を抑制することができる。

以下、上記第２の変形例のアダプタ１２０に関する具体的な設計値について説明する。

図６は上記第２の変形例に対応する可視光・赤外光撮影用レンズアダプタであるアダプタ１２０Ａのレンズ構成と光路を示す図、図７は第２の変形例に対応する可視光・赤外光撮影用レンズアダプタであるアダプタ１２０Ｂのレンズ構成と光路を示す図である。

また、表１Ａは上記アダプタ１２０Ａのレンズデータを示し、表１Ｂは上記アダプタ１２０Ｂのレンズデータを示している。

なお、各表中において曲率半径が値０．００００で示される光学面は平面である。

上記図６、７中に示す各レンズ面等に付した１〜２９の符号は、表１Ａ，１Ｂに示すレンズデータの面番号１〜２９それぞれに対応している。

面番号１は被写体を表す光学像Ｍ１に対応するものである。

なお、入射側リレーレンズＲＬ１、色分離光学部Ｐｘ、可視光用リレーレンズＲＬ２を通して形成される可視光像Ｍｋを示す面番号は、表１Ａ，１Ｂ中には表示されていない。入射側リレーレンズＲＬ１、色分離光学部Ｐｘ、赤外光用リレーレンズＲＬ３を通して形成される赤外光像Ｍｓを示す面番号も表１Ａ，１Ｂ中には表示されていない。

また、色分離光学部Ｐｘが有する曲面をなす光学面Ｈ１が面番号１３に対応し、色分離光学部Ｐｘが有する曲面をなす光学面Ｈ２、Ｈ３がいずれも面番号１６に対応している。

なお、色分離光学部Ｐｘが有する、入射した光を可視光と赤外光とに分離するダイクロイック面ＰＭに対応する面番号は表１Ａ，１Ｂ中には表示されていない。

面番号１４は、上記光学面Ｈ１が形成された光学部材とダイクロイック面ＰＭが形成された光学部材（キューブビームスプリッタ）との境界面（平面）を示している。

面番号１５は、上記光学面Ｈ２、Ｈ３それぞれが形成された各光学部材とダイクロイック面ＰＭが形成された光学部材（キューブビームスプリッタ）との境界面（平面）それぞれを示している。

アダプタ１２０Ａの色分離光学部Ｐｘが有する光学面Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は凸面をなし、アダプタ１２０Ｂの色分離光学部Ｐｘが有する光学面Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は凹面をなしている。

アダプタ１２０Ａ中の面番号６、７で示される２つのレンズ面の間隔は、アダプタ１２０Ｂ中の面番号６、７で示される２つのレンズ面の間隔よりも小さい。また、アダプタ１２０Ａ中の面番号２２、２３で示される２つのレンズ面の間隔は、アダプタ１２０Ｂ中の面番号２２、２３で示される２つのレンズ面の間隔よりも小さい。

このように設計された本発明による可視光・赤外光撮影用レンズアダプタを撮影システムに適用することにより、同一の撮影レンズを通して互に異なる位置に可視光像および赤外光像を結像させるときの結像品質の低下を抑制することができる。

本発明に係る可視光・赤外光撮影用レンズアダプタを使用した撮影システムの全体構成を示す図 ダイクロイックプリズムの波長分離特性を示した図 カラー撮影用の撮像素子を拡大して示した図 可視光・赤外光撮影用レンズアダプタの第１の変形例を示す図 可視光・赤外光撮影用レンズアダプタの第２の変形例を示す図 第２の変形例に対応するアダプタ１２０Ａのレンズ構成と光路を示す図 第２の変形例に対応するアダプタ１２０Ｂのレンズ構成と光路を示す図

符号の説明

１０ 撮影レンズ
１４ 可視光撮影部
１６ 赤外光撮影部
２０ 制御系
１００ 可視光・赤外光撮影用レンズアダプタ
ＲＬ１ 入射側リレーレンズ
Ｐ ダイクロイックプリズム
ＲＬ２ 可視光用リレーレンズ
ＲＬ３ 赤外光用リレーレンズ
ＰＭ ダイクロイック面、
ＤＡ 可視光用の撮像素子
ＤＢ 赤外光用の撮像素子

Claims (4)

1. １つの撮影レンズを通して入射させられた被写体からの光を可視光と赤外光とに分離する色分離光学系を備え、前記色分離光学系を通して分離された前記被写体を表す可視光像および赤外光像を互に異なる位置に結像させるための可視光・赤外光撮影用レンズアダプタであって、
   前記光を前記撮影レンズのみを通して結像させてなる前記被写体を表す第１の光学像をリレーするための、前記撮影レンズから前記色分離光学系に至るまでの光路中に配された入射側リレーレンズと、
   前記第１の光学像を、前記入射側リレーレンズを介しリレーして前記可視光像を結像させるための、前記色分離光学系で分離された可視光の光路中に配された可視光用リレーレンズと、
   前記第１の光学像を、前記入射側リレーレンズを介しリレーして前記赤外光像を結像させるための、前記色分離光学系で分離された赤外光の光路中に配された赤外光用リレーレンズとを備えたことを特徴とする可視光・赤外光撮影用レンズアダプタ。
2. 前記第１の光学像をリレーして前記可視光像を結像させるときの結像倍率の絶対値、および前記第１の光学像をリレーして前記赤外光像を結像させるときの結像倍率の絶対値が両方共に１倍であることを特徴とする請求項１記載の可視光・赤外光撮影用レンズアダプタ。
3. 前記入射側リレーレンズ、可視光用リレーレンズ、および赤外光用リレーレンズが、同一のレンズ構成からなるものであることを特徴とする請求項２記載の可視光・赤外光撮影用レンズアダプタ。
4. 前記色分離光学系における最も前記撮影レンズの側に位置する光学面、最も前記可視光像の形成される側に位置する光学面、および最も前記赤外光像の形成される側に位置する光学面が、いずれも曲面を成すものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の可視光・赤外光撮影用レンズアダプタ。

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