図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2016年12月8日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

1台の撮像装置入射される複数の出射画像光光路長を等しくする。

解決手段

入射画像光が、第2プリズム10によって2つの光束V1とV2とに分光されて、正三角柱状とされた第1プリズム20の第1の面M1から垂直に入射される。第1プリズム20には、第1の面M1と第3の面M3との交点α2を通って、第2の面M2に垂直な分割面B1を有する。第1光束V1が、分割面B1で反射光V11直進光V12とに分光される。第2光束V2が、分割面B1で、反射光V21と直進光V22とに分光される。各反射光V11、V21は、それぞれ、第1プリズム20内で全反射されることなく、第1の面M1で全反射されて、第2の面M2から垂直に出射される。各直進光V12、V22は、それぞれ、第1プリズム20内で全反射されることなく、第3の面M3で全反射されて、第2の面M2から垂直に出射される。各出射画像光は、1つの撮像装置30でもって同時に撮像されて、複数の画像が完全に同期した状態で取得される。

概要

背景

画像処理によってある画像から情報を引き出すときに、ある画像を光学フィルタを通すことにより特定の機能を持たせる一方、特定の機能が互いに異なる複数の画像に基づいて演算処理を行うことがある。

特許文献1(の図2)には、第1の面と第2の面と第3の面とを有する正三角柱状の第1プリズムと、1つの入射画像光を互いに平行な2つの光束に分光する第2プリズムとを用いて、4つの互いに平行な出射画像光を得て、この4つの出射画像光を1つの撮像装置でもって同時に撮像するものが開示されている。具体的には、第2プリズムで分光された平行な2つの光束を、第1プリズムの第1の面から垂直に入射させて、第1プリズムの第2の面から垂直に出射される互いに平行な4つの出射画像光を得るようにしている。そして、第2の面と撮像装置との間に、任意の出射画像光に対応させて適宜の外部光フィルタを介在させることにより、特定の機能を持たせた複数の画像を互いに同期した状態で取得することができる。

概要

1台の撮像装置に入射される複数の出射画像光の光路長を等しくする。入射画像光が、第2プリズム10によって2つの光束V1とV2とに分光されて、正三角柱状とされた第1プリズム20の第1の面M1から垂直に入射される。第1プリズム20には、第1の面M1と第3の面M3との交点α2を通って、第2の面M2に垂直な分割面B1を有する。第1光束V1が、分割面B1で反射光V11直進光V12とに分光される。第2光束V2が、分割面B1で、反射光V21と直進光V22とに分光される。各反射光V11、V21は、それぞれ、第1プリズム20内で全反射されることなく、第1の面M1で全反射されて、第2の面M2から垂直に出射される。各直進光V12、V22は、それぞれ、第1プリズム20内で全反射されることなく、第3の面M3で全反射されて、第2の面M2から垂直に出射される。各出射画像光は、1つの撮像装置30でもって同時に撮像されて、複数の画像が完全に同期した状態で取得される。

目的

本発明は以上のような事情案してなされたもので、その第1の目的は、金属膜エアギャップを形成することなく、1つの入射画像光から互いに平行な複数の出射画像光を同時に取得できるようにした多機能画像取得装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

第1の面と、該第1の面の一端に60度の頂角を形成するように連なる第2の面と、該第1の面の他端に60度の頂角を形成するように連なると共に該第2の面に対しても60度の角度をなす第3の面と、を有する第1プリズムと、入射画像光を互いに平行な第1光束と第2光束とに分光して、該2つの光束を前記第1の面に垂直に入射させる第2プリズムと、前記第2の面に臨ませて配置された1つの撮像装置と、を備え、前記第1プリズムは、前記第1の面と前記第3の面との交点を通って前記第2の面と直交する分割面を有し、前記分割面に、前記第1光束を第1直進光と第1反射光とに分光する第1内部光フィルタと、前記第2光束を第2直進光と第2反射光とに分光する第2内部光学フィルタとが設定され、前記第1直進光と前記第2直進光とが、それぞれ前記第1プリズム内全反射されることなく前記第3の面でのみ全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される2つの出射画像光とされ、前記第1反射光と前記第2反射光とが、それぞれ前記第1プリズム内で全反射されることなく前記第1の面でのみ全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される2つの出射画像光とされ、前記撮像装置が、前記各出射画像光を同時に撮像して複数の画像を同時に取得する、ことを特徴とする多機能画像取得装置

請求項2

請求項1において、前記第2の面と前記撮像装置との間に、任意の1つまたは2以上の前記出射画像光に対応させて外部フィルタが配設されている、ことを特徴とする多機能画像取得装置。

請求項3

請求項1において、前記第2プリズムによって分光される前記第1光束と前記第2光束とが、黄色光青色光とに色分離され、前記黄色光が、前記分割面でもって赤色光緑色光とに色分離され、前記複数の出射画像光が、赤色光、青色光および緑色光とされている、ことを特徴とする多機能画像取得装置。

請求項4

請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記第1プリズムが、正三角柱状とされている、ことを特徴とする多機能画像取得装置。

請求項5

第1の面と、該第1の面の一端に60度の頂角を形成するように連なる第2の面と、該第1の面の他端に60度の頂角を形成するように連なると共に該第2の面に対しても60度の角度をなす第3の面と、を有する第1プリズムと、入射画像光を互いに平行な青色光と黄色光とに分光して、該2つの分光を前記第1の面に垂直に入射させる第2プリズムと、前記第2の面に臨ませて配置された1つの撮像装置と、を備え、前記第1プリズムは、前記第1の面と前記第3の面との交点を通って前記第2の面と直交する分割面を有し、前記分割面には、前記青色光を反射する反射膜と、前記黄色光を直進光と反射光とに分光すると共に赤色光と緑色光とに色分離する内部光学フィルタとが設定され、前記第1の面に入射された青色光が、前記反射膜で反射された後、前記第1の面で全反射されて、前記第2の面から垂直に出射される出射画像光とされ、前記直進光が、前記第3の面で全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される出射画像光とされ、前記反射光が、前記第1の面で全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される出射画像光とされ、前記撮像装置が、青色光、赤色光、緑色光の出射画像光を同時に撮像する、ことを特徴とする多機能画像取得装置。

請求項6

請求項5において、前記第1プリズムが、正三角柱状のプリズムのうち前記第1の面とは遠い側の頂点部分がカットされた形状とされて、前記分割面と略平行に延びる第4の面を有している、ことを特徴とする多機能画像取得装置。

請求項7

第1の面と、該第1の面の一端に60度の頂角を形成するように連なる第2の面と、該第1の面の他端に60度の頂角を形成するように連なると共に該第2の面に対しても60度の角度をなす第3の面と、を有するプリズムであって、前記第1の面と前記第3の面との交点を通って前記第2の面と直交する分割面を有し、前記分割面に、前記第1の面に垂直に入射される第1光束を第1直進光と第1反射光とに分光する第1内部光学フィルタと、前記第1光束と平行に前記第1の面に入射される第2光束を第2直進光と第2反射光とに分光する第2内部光学フィルタとが設定され、前記第1直進光と前記第2直進光とが、前記第1プリズム内で全反射されることなく前記第3の面でのみ全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される互いに平行な2つの出射画像光とされ、前記第1反射光と前記第2反射光とが、内部で全反射されることなく前記第1の面でのみ全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される互いに平行な2つの出射画像光とされる、ことを特徴とするプリズム。

請求項8

第1の面と、該第1の面の一端に60度の頂角を形成するように連なる第2の面と、該第1の面の他端に60度の頂角を形成するように連なると共に該第2の面に対しても60度の角度をなす第3の面と、を有するプリズムであって、前記第1の面と前記第3の面との交点を通って前記第2の面と直交する分割面を有し、前記分割面に、前記第1の面に垂直に入射される黄色光を直進光と反射光とに分光すると共に赤色光と緑色光とに色分離する内部光学フィルタと、前記第1光束と平行に前記第1の面に入射される青色光とされた第2光束を反射させる反射膜とが設定され、前記直進光が、内部で全反射されることなく前記第3の面でのみ全反射された後、前記第2の面から垂直に出射され、前記反射光と前記反射膜で反射された前記第2光束とが、内部で全反射されることなく前記第1の面で全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される、ことを特徴とするプリズム。

請求項9

請求項8において。正三角柱状のプリズムのうち前記第1の面とは遠い側の頂点部分がカットされた形状とされて、前記分割面と略平行に延びる第4の面を有している、ことを特徴とするプリズム。

請求項10

請求項2において、前記外部フィルタが遅延用とされている、ことを特徴とする多機能画像取得装置。

請求項11

請求項1または請求項2において、前記第1プリズムの分割面に、前記第2プリズムからの前記2つの光束に作用して、第1波長と該第1波長よりも大きい第2波長との間の中間域波長のみを通過させる第1フィルタが配設され、前記第2プリズムに、入射画像光を前記第1波長と前記第2波長との間の波長となる第3波長以上の長波長のみを通過させる第2フィルタが配設され、前記第2の面から出射される出射画像光が、互いに波長域の異なる4つの出射画像光とされる、ことを特徴とする多機能画像取得装置。

請求項12

請求項1において、前記第2プリズムと前記撮像装置との間に、前記第1プリズムが2以上の複数段に渡って配設されて、該第2プリズムと複数の該第1プリズムとの総個数をn個としたとき(n≧3)、前記撮像装置の直前に位置する最終段の該第1プリズムから出射される互いに平行な出射画像光の数が2nとされる、ことを特徴とする多機能画像取得装置。

技術分野

0001

本発明は、多機能画像取得装置およびそのリズムに関するものである。

背景技術

0002

画像処理によってある画像から情報を引き出すときに、ある画像を光学フィルタを通すことにより特定の機能を持たせる一方、特定の機能が互いに異なる複数の画像に基づいて演算処理を行うことがある。

0003

特許文献1(の図2)には、第1の面と第2の面と第3の面とを有する正三角柱状の第1プリズムと、1つの入射画像光を互いに平行な2つの光束に分光する第2プリズムとを用いて、4つの互いに平行な出射画像光を得て、この4つの出射画像光を1つの撮像装置でもって同時に撮像するものが開示されている。具体的には、第2プリズムで分光された平行な2つの光束を、第1プリズムの第1の面から垂直に入射させて、第1プリズムの第2の面から垂直に出射される互いに平行な4つの出射画像光を得るようにしている。そして、第2の面と撮像装置との間に、任意の出射画像光に対応させて適宜の外部光フィルタを介在させることにより、特定の機能を持たせた複数の画像を互いに同期した状態で取得することができる。

先行技術

0004

特開2013−238850号公報

発明が解決しようとする課題

0005

前述した特許文献1に開示のものは、1つの撮像装置でもって、特定機能をもたせた複数の画像を同時に取得できるという点において、極めて好ましいものとなる。しかしながら、各出射画像光の光路長のうち、一部の出射画像光の光路長が他の出射画像光の光路長に比してわずかに相違してしまうものとなっていた。すなわち、特許文献1において、出射画像光W2の光学経路は、第1プリズム内において、第2の面と第3の面とが交差する頂点部に近い領域において設定された分割面(特許文献1における分割面B2)でもって全反射されることから、この分割面にエアギャップを設定する必要がある。しかしながら、エアギャップを形成することは、製作手間取り、強度にも不安があり、さらにエアギャップへのクリーニング液浸透させるなど取り扱いがデリケートになってしまうことになる。また、エアギャップに相当する光路長分だけ、他の出射画像光(W1、W3、W4)の光路長と相違してしまうことになっていた。また、特許文献1における分割面B1においては、分割面内の一部に金属面を作成して光を完全に反射させていた。しかし、金属面を精度よく蒸着するのは困難であり、さらに金属面の端部において光が回折してしまい、結果的に出力画像画質の低下を招いていた。

0006

本発明は以上のような事情案してなされたもので、その第1の目的は、金属膜やエアギャップを形成することなく、1つの入射画像光から互いに平行な複数の出射画像光を同時に取得できるようにした多機能画像取得装置を提供することにある。

0007

本発明の第2の目的は、上記多機能画像取得装置に用いて好適なプリズムを提供することにある。

0008

前記第1の目的を達成するため、本発明における多機能画像取得装置にあっては次のような第1の解決手法採択してある。すなわち、請求項1に記載のように、
第1の面と、該第1の面の一端に60度の頂角を形成するように連なる第2の面と、該第1の面の他端に60度の頂角を形成するように連なると共に該第2の面に対しても60度の角度をなす第3の面と、を有する第1プリズムと、
入射画像光を互いに平行な第1光束と第2光束とに分光して、該2つの光束を前記第1の面に垂直に入射させる第2プリズムと、
前記第2の面に臨ませて配置された1つの撮像装置と、
を備え、
前記第1プリズムは、前記第1の面と前記第3の面との交点を通って前記第2の面と直交する分割面を有し、
前記分割面に、前記第1光束を第1直進光と第1反射光とに分光する第1内部光学フィルタと、前記第2光束を第2直進光と第2反射光とに分光する第2内部光学フィルタとが設定され、
前記第1直進光と前記第2直進光とが、それぞれ前記第1プリズム内で全反射されることなく前記第3の面でのみ全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される2つの出射画像光とされ、
前記第1反射光と前記第2反射光とが、それぞれ前記第1プリズム内で全反射されることなく前記第1の面でのみ全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される2つの出射画像光とされ、
前記撮像装置が、前記各出射画像光を同時に撮像して複数の画像を同時に取得する、
ようにしてある。上記解決手法によれば、エアギャップを形成する必要がないので、エアギャップの形成に伴う製作の手間、強度的不安、取り扱いのデリケートという問題をなんら生じさせることなく、各出射画像光の光路長を完全に等しく設定して、撮像装置で同時に取得される複数の画像を完全に同期したものとすることができる。さらに、分割面の一部に金属膜を設ける必要がないため、分割面への成膜が容易になる。結果として、構成する光学素子の数を減らすことができ、形状もシンプルになる。

0009

上記第1の解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項2〜請求項4に記載のとおりである。すなわち、
前記第2の面と前記撮像装置との間に、任意の1つまたは2以上の前記出射画像光に対応させて外部フィルタが配設されている、ようにしてある(請求項2対応)。この場合、外部光学フィルタを利用して、機能の異なる画像を完全に同期した状態で同時に取得することができる。

0010

前記第2プリズムによって分光される前記第1光束と前記第2光束とが、黄色光青色光とに色分離され、
前記黄色光が、前記分割面でもって赤色光緑色光とに色分離され、
前記複数の出射画像光が、赤色光、青色光および緑色光とされている、
ようにしてある(請求項3対応)。この場合、青色光と赤色光と緑色光との光の3原色に分離された出射画像光を、完全に同期した状態でもって同時に取得することができる。特に、高速マルチカラーカメラ用として好適である。

0011

前記第1プリズムが、正三角柱状とされている、ようにしてある(請求項4対応)。この場合、一般的な直角三角柱状体のプリズムを2個用いて、第1プリズムを構成することができる。

0012

前記第1の目的を達成するため、本発明にあっては次のような第2の解決手法を採択してある。すなわち、請求項5に記載のように、
第1の面と、該第1の面の一端に60度の頂角を形成するように連なる第2の面と、該第1の面の他端に60度の頂角を形成するように連なると共に該第2の面に対しても60度の角度をなす第3の面と、を有する第1プリズムと、
入射画像光を互いに平行な青色光と黄色光とに分光して、該2つの分光を前記第1の面に垂直に入射させる第2プリズムと、
前記第2の面に臨ませて配置された1つの撮像装置と、
を備え、
前記第1プリズムは、前記第1の面と前記第3の面との交点を通って前記第2の面と直交する分割面を有し、
前記分割面には、前記青色光を反射する反射膜と、前記黄色光を直進光と反射光とに分光すると共に赤色光と緑色光とに色分離する内部光学フィルタとが設定され、
前記第1の面に入射された青色光が、前記反射膜で反射された後、前記第1の面で全反射されて、前記第2の面から垂直に出射される出射画像光とされ、
前記直進光が、前記第3の面で全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される出射画像光とされ、
前記反射光が、前記第1の面で全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される出射画像光とされ、
前記撮像装置が、青色光、赤色光、緑色光の出射画像光を同時に撮像する、
ようにしてある(請求項5対応)。この場合、青色光と赤色光と緑色光との光の3原色に分離された出射画像光を、その光路長を完全に等しくして、完全に同期した状態でもって同時に取得することができる。特に、高速マルチカラーカメラ用として好適である。

0013

上記第2の解決手法を前提として、次のような解決手法を採択することができる。すなわち、
前記第1プリズムが、正三角柱状のプリズムのうち前記第1の面とは遠い側の頂点部分がカットされた形状とされて、前記分割面と略平行に延びる第4の面を有している、ようにしてある(請求項6対応)。この場合、第1プリズムの小型、軽量化やプリズム材料の使用量低減等の上で好ましいものとなる。

0014

前記第2の目的を達成するため、本発明にあっては次のような第3の解決手法を採択してある。すなわち、請求項7に記載のように、
第1の面と、該第1の面の一端に60度の頂角を形成するように連なる第2の面と、該第1の面の他端に60度の頂角を形成するように連なると共に該第2の面に対しても60度の角度をなす第3の面と、を有するプリズムであって、
前記第1の面と前記第3の面との交点を通って前記第2の面と直交する分割面を有し、
前記分割面に、前記第1の面に垂直に入射される第1光束を第1直進光と第1反射光とに分光する第1内部光学フィルタと、前記第1光束と平行に前記第1の面に入射される第2光束を第2直進光と第2反射光とに分光する第2内部光学フィルタとが設定され、
前記第1直進光と前記第2直進光とが、前記第1プリズム内で全反射されることなく前記第3の面でのみ全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される互いに平行な2つの出射画像光とされ、
前記第1反射光と前記第2反射光とが、内部で全反射されることなく前記第1の面でのみ全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される互いに平行な2つの出射画像光とされる、
ようにしてある。上記解決手法によれば、請求項1〜請求項4に記載の多機能画像取得装置における第1プリズムとし使用されるプリズムを提供することができる。

0015

前記第2の目的を達成するため、本発明にあっては次のような第4の解決手法を採択してある。すなわち、請求項8に記載のように、
第1の面と、該第1の面の一端に60度の頂角を形成するように連なる第2の面と、該第1の面の他端に60度の頂角を形成するように連なると共に該第2の面に対しても60度の角度をなす第3の面と、を有するプリズムであって、
前記第1の面と前記第3の面との交点を通って前記第2の面と直交する分割面を有し、
前記分割面に、前記第1の面に垂直に入射される黄色光を直進光と反射光とに分光すると共に赤色光と緑色光とに色分離する内部光学フィルタと、前記第1光束と平行に前記第1の面に入射される青色光とされた第2光束を反射させる反射膜とが設定され、
前記直進光が、内部で全反射されることなく前記第3の面でのみ全反射された後、前記第2の面から垂直に出射され、
前記反射光と前記反射膜で反射された前記第2光束とが、内部で全反射されることなく前記第1の面で全反射された後、前記第2の面から垂直に出射される、
ようにしてある。上記解決手法によれば、請求項5、請求項6に記載の多機能画像取得装置における第1プリズムとして使用されるプリズムを提供することができる。

0016

上記第4の解決手法を前提として、次のような解決手法採択することがができる。すなわち、
正三角柱状のプリズムのうち前記第1の面とは遠い側の頂点部分がカットされた形状とされて、前記分割面と略平行に延びる第4の面を有している、ようにしてある(請求項9対応)。この場合、小型、軽量化やプリズム材料の使用量低減等の上で好ましいものとなる。

0017

前記第1の解決手法を前提として、次のような解決手法を採択することができる。すなわち、
前記外部フィルタが遅延用とされている、ようにしてある(請求項10対応)。この場合、入射画像光を例えばパルスビームとして、互いに時間がわずかにずれた複数の出射画像光を同時に取得することができる。

0018

前記第1の解決手法を前提として、次のような解決手法を採択することができる。すなわち、
前記第1プリズムの分割面に、前記第2プリズムからの前記2つの光束に作用して、第1波長と該第1波長よりも大きい第2波長との間の中間域波長のみを通過させる第1フィルタが配設され、
前記第2プリズムに、入射画像光を前記第1波長と前記第2波長との間の波長となる第3波長以上の長波長のみを通過させる第2フィルタが配設され、
前記第2の面から出射される出射画像光が、互いに波長域の異なる4つの出射画像光とされる、
ようにしてある(請求項11対応)。この場合、互いに波長域の異なる4つの出射画像光を同時に取得することができる。例えば、青色光、緑色光、赤色光、近赤外光の4つの出射画像光を得ることも可能となって、色画像熱画像との同時取得する等の上で好ましいものとなる。

0019

前記第2プリズムと前記撮像装置との間に、前記第1プリズムが2以上の複数段に渡って配設されて、該第2プリズムと複数の該第1プリズムとの総個数をn個としたとき(n≧3)、前記撮像装置の直前に位置する最終段の該第1プリズムから出射される互いに平行な出射画像光の数が2nとされる、ようにしてある(請求項12対応)。この場合、互いに平行な互いに同期した出射画像光の数を飛躍的に増加させることができる。

発明の効果

0020

本発明の多機能画像取得装置によれば、第2の面からそれぞれ垂直に出射される複数の出射画像光の光路長を互いに等しくすることができ、これにより1つの撮像装置で取得される複数の画像を完全に同期したものとすることができる。また、本発明のプリズムによれば、上記多機能画像取得装置における第1プリズムとして好適なものを提供することができる。

図面の簡単な説明

0021

本発明の一実施形態を示す全体説明図。
本発明のプリズム部分の詳細を示すもので、図1のDで囲った部分の詳細図。
本発明の第2の実施形態を示すもので、図2に対応した図。
本発明の第3の実施形態を示す図。
本発明の第4の実施形態を示すもので、図2に対応した図。
図5の実施形態におけるフィルタの特性を示す図。

実施例

0022

図1において、1はレーザ発信器である(例えばHe−Ne系)。レーザ発信器1から発信されたレーザは、スペイシャルフィルタ2、レンズ3、反射ミラー4を経て、平行光としてビームスプリッタ5に入射され、このビームスプリッタ5で2つの光束に分割される。

0023

ビームスプリッタ5による一方の光束がP波とされて、反射ミラー6を経て、ビームスプリッタ7に入射される。また、ビームスプリッタ5を通過する他方の光束はS波とされて、反射ミラー8を経て、ビームスプリッタ7に入射される。これらの光束が後述する第1プリズムに対する入射画像光とされる。

0024

ビームスプリッタ5を通過した一方の光束は、例えば参照光とされ、他方の光束は、被検対象物質中を通過する検知光とされる。すなわち、例えば、ある物体による空気の乱れ状態を計測するとき、層流空気が流れる風洞中に設置されたある物体の後方を、検知光が通過するようにその光路が設定される。また、風洞内を加温して、例えば上下方向に温度差を有するような温度分布状態が形成される。風洞中のある物体を層流状態の空気が流れるとき、ある物体によって空気が乱れることにより、ある物体の後方における温度分布状態が変化する。温度変化があると、空気の屈折率が変化し検知光の位相が変化することになる。そして、参照光と位相変化された検知光との間で干渉が生じて、干渉縞を形成することが可能となるが、参照光はS波、検知光がP波とされているので、この両方の光を単に集光させただけでは、干渉縞を画像で確認出来にくいものとなり、後述する光路形成によって、コントラストの大きい干渉縞の画像が取得されることになる。なお、P波を参照光とし、S波を検知光とすることもできる。

0025

ビームスプリッタ7を通過した入射画像光は、後述するように、分光プリズムとしての第2プリズム10および第1プリズム20を経て、撮像手段としてのCCDカメラ30に入射される。

0026

図2は、図1のビームスプリッタ7を通過した後の部分(図1のD部分)を拡大して示すものである。第2プリズム10は、ビームスプリッタ7からの入射画像光を、出射状態において互いに平行な第1光束V1と第2光束V2との2つに分岐して、各光束V1、V2をそれぞれ第1プリズム20に入射させる。各光束V1、V2の強度(明るさ)は互いにほぼ等しくなるように設定され、かつ、この第2プリズム10は、入射光偏光状態を維持しつつ2等分する無偏光ビームスプリッタ膜を具備している。なお、このような分光プリズムとしての第2プリズム10自体はよく知られているので、その詳細な説明は省略する。

0027

第1プリズム20は後述するように、上記第1光束V1を2つの光束に分光すると共に、この2つの光束を、互いに平行で同一方向に向かう第1、第2の2つの出射画像光W1、W2として出射させる機能を有する。また、第1プリズム20は、上記第2光束V2を、2つに分光して、上記第1、第2の出射画像光W1、W2と平行で同一方向に向かう第3、第4の2つの出射画像光W3、W4として出射させる機能を有する。

0028

第1プリズム20の詳細について説明する。まず、第1プリズム20は、全体的に、断面正三角形とされた正三角柱状とされて、第1の面M1と、第2の面M2と、第3の面M3とを有する。第1プリズム20の3つの頂点(各面M1〜M3との間での交点)が、α1、α2、α3として示される。各頂点でのなす角度は60度である。

0029

第1プリズム20は、それぞれ直角三角柱状とされた2つのプリズムP1とP2とを接合することにより構成され、その接合面が分割面B1となる。すなわち、分割面B1は、第1の面M1と前記第3の面M3との交点となる頂点α2を通って第2の面M2と直交するように設定されている。この分割面B1には、前述した第2プリズム10からの2つの光束をそれぞれ2つに分光するための第1、第2の内部光学フィルタが設定されている(無偏光ビームスプリッタ膜で構成)。

0030

前記第1の面M1と第3の面M3との全反射面には、全反射で発生する位相変化を減少させる位相制御膜が施されている。この位相制御膜は、垂直入射においては反射防止機能を有し、迷光を低減する効果を併せ持つ。

0031

第1プリズム20の第1の面M1に垂直に入射された第1光束V1は、分割面B1(の第1内部光学フィルタ)でもって反射光V11と直進光V12とに分光される。反射光V11は、第1の面M1でのみ全反射されて、第2の面M2から垂直に出射される第1の出射画像光W1とされる。また、直進光V12は、第3の面M3でのみ全反射されて、第2の面M2から垂直に出射される第2の出射画像光W2とされる。

0032

第1プリズム20の第1の面M1に垂直に入射された第2光束V2は、分割面B1(の第2内部光学フィルタ)でもって反射光V21と直進光V22とに分光される。反射光V21は、第1の面M1でのみ全反射されて、第2の面M2から垂直に出射される第3の出射画像光W3とされる。また、直進光V12は、第3の面M3でのみ全反射されて、第2の面M2から垂直に出射される第2の出射画像光W2とされる。

0033

第2の面M2から垂直に出射される各出射画像光W1〜W4は、互いに平行で、かつ第2の面M2に沿って互いにずれた位置からそれぞれCCDカメラ30に入射される。すなわち、CCDカメラ30のCCDを符合31で示してあり、このCCD31は、第2の面M2に沿って細長伸びている。各出射画像光W1〜W4に対応した画像が、CCD31において単一平面上に並べて4つの画像として取得される。このため1つのCCD31に映し出された4つの画像は、同一CCD31内のピクセル間演算を施すことができる。CCD31の画素位置によって、各出射光W1〜W4に対応した画像を明確に区別することができる。各出射光W1〜W4に対応した画像の区切り位置が、符合31a〜31cで示される。

0034

第1プリズム20とCCDカメラ30との間には、複数の外部光学フィルタとなる光学フィルタ41〜43が配設される。光学フィルタ41は、出射光W1に対応して配設されて、出射光W1のみが通過するものである。光学フィルタ42は、出射光W2に対応して配設されて、出射光W2のみが通過するものである。光学フィルタ43は、出射光W3に対応して配設されて、出射光W3のみが通過するものである。そして、出射光W4に対しては、光学フィルタが設けられていない。

0035

上記各光学フィルタ41〜43は、一実施形態では偏光板とし、その偏光角偏光方向)は互いに120度ずれた関係とされている。これにより、CCDカメラ30には、位相が120度ずつずれた干渉縞の画像が取得されることになる。また、第4出射画像光W4には光学フィルタが配設されておらず、出射光の強度(明るさ)が取得される。外部光学フィルタとしては、偏光板の他、カラーフィルタバンドパスフィルタ位相板RGBフィルタ、UV/IRカットフィルタダイクロイックフィルタNDフィルタ反射防止膜ハーフミラー等適宜のもの、或いはその組合せを用いることができる。なお、外部光学フィルタ41〜43は、任意の1つあるいは2以上の出射画像光に対して設けることができる。

0036

ここで、第1プリズム20における入射から出射までの光路長は、各出射画像光W1〜W4間において互いに等しくなっている。特に、各出射画像光W1〜W4に対応した第1プリズム20内での光学経路中には、全反射のためのエアギャップが設定されていないので、各出射画像光W1〜W4の光路長を完全に等しく設定することができる(CCDカメラ30で取得された4つの画像の完全な同期を確保)。

0037

CCDカメラ30として、高速のものを用いることにより(例えば毎秒数十フレーム以上で、数百〜数千フレームのものを用いることもできる)、非常に短い時間内で変化する現象を、機能を持たせた複数枚の画像を同時に取得することができる。フレームレートに関しては何ら限界値が存在しない。従って本発明方式では、高速撮影に関しては上限がCCDカメラの性能に起因し、本発明システムには起因しない。勿論、撮像手段としても、CCDカメラ30以外のもの、例えばハイスピードカメラに使用されるCMOSイメージセンサを使用したカメラ、フィルム式カメラ等を適宜用いることができる。

0038

次に、複数の出射画像光を青色、赤色、緑色に分離させた状態で撮像する高速マルチカラーカメラ用として適用して好適な例について説明する。まず、第2プリズム10での分光を青色光と黄色光とに色分離して分光する(色分離膜の利用)。例えば第1光束V1を黄色光とし、第2高速V2を青色光とする。また、分割面B1での分光に際しても、色分離膜を利用して、黄色光の第1光束V1を、緑色光の直進光と赤色光の反射光とに色分離した状態で分光する。これにより、出射画像光W1が赤色光とされ、出射画像光W2が緑色光とされる。また、青色光とされた第3および第4の出射画像光W3、W4は、それぞれ青色光とされる。なお、外部光学フィルタ41〜43は廃止される。このようにして、CCDカメラ30は、入射画像光を、互いに同期された青色光と赤色光と緑色光とに分離した状態で撮像することができる(R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の波長毎に分解して撮像されることになる)。なお、第1光束V1を青色光とし、第2光束V2を黄色光とすることもできる。

0039

図3は、本発明の第2の実施形態を示すもので、出射画像光として、青色光と赤色光と緑色光との3つを得て、高速マルチカラーカメラとして好適な例を示す。なお、前記実施形態と同一構成要素には同一符号を付してその重複した説明は省略する。

0040

本実施形態では、第2プリズム10での色分離を、第1光束V1を青色光とし、第2光束V2を黄色光としてある。また、第1プリズム20の分割面M1には、青色光を反射する反射膜Hを設定してある。青色光とされた第1光束V1は、反射膜Hで反射された後、第1の面M1で全反射されて、第2の面M2から垂直に青色光として出射される。

0041

黄色光とされた第2光束V2は、分割面B1に設定された色分離膜により、緑色光とされた反射光V21と赤色光とされた直進光V22とに分光される。反射光V21は、第1の面M1で全反射されて、第2の面M2から垂直に緑色光として出射される。また、直進光V22は、第3の面M3で全反射されて、第2の面M2から垂直に赤色光として出射される。これにより、CCDカメラ30は、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の波長毎に分解して撮像することになる
図3の実施形態では、出射画像光として3つのみであることから、第2プリズム20の形状が、図2の場合を若干変更されている。すなわち、図3の実施形態では、図2に示す正三角柱状のプリズムにおける一部の角部領域をカットしてある(カット領域Cを一点鎖線で囲んで示してある)。すなわち、正三角柱状のプリズムから、第2の面M2と第3の面M3とを延長した交点付近の領域がカットされて、第4の面M4を有するものとなっている。第4の面M4は、分割面B1と略平行とされている(実施形態では完全に平行)。カット領域Cの分だけ、小型、軽量化され、また用いるプリズム材料も節約されることになる。

0042

ここで、図2の実施形態において、各出射画像光W1〜W4についての有効径を大きなものとしつつ、各出射画像光W1〜W4の間隔(撮像装置30での撮像面において画像が存在しない境界領域)を極力小さくすることが望まれることになる。例えば、各出射画像光W1〜W4の有効径を例えば3.5mm、その間隔を例えば0.4〜0.55mmとする場合に、第1プリズム20における3つの面M1、M2、M3の長さ(例えば頂点α1とα2との間の1辺の長さ)は、例えば16mm程度と極めて小さくすることができる(第2プリズム10の1辺の長さは8mm程度)。

0043

図4は、本発明の第3の実施形態を示すものである。本実施形態では、図2に示すプリズム10,20を用いて、わずかに時間の異なる複数枚(実施形態では4枚)の画像を取得するものとなっている。すなわち、パルス発振レーザ50からのパルスビームが被写体を通過した後にプリズム10に入射されて、プリズム20から4つのパルス状の出射光が出射される。

0044

プリズム20の第2の面(出射面)M2には、3つの出射光W1〜W3が通過する位置において、遅延用フィルタとして互いに厚さの異なる厚さの遅延用ガラス51〜53が配置されている。これにより、時間の異なる4枚の画像がCCDカメラ30によって撮像されることになる。遅延用ガラスの屈折率が1.5で、その厚さが3mmのとき、遅延用ガラスなしの場合に比して3.3psの時間だけ遅延されることになる。ちなみに、遅延用ガラス51〜53の厚さを3mm、2mm、1mmに設定したときは、それぞれ、遅延用ガラスがない場合に比して、3.3ps、2.2ps、1.2psだけ遅延されることになる。

0045

図5図6は、本発明の第4の実施形態を示すものである。本実施形態では、図2に示すプリズム10,20を用いて、互いに波長域の異なる4つの出射画像光を取得するようにしてある。すなわち、図5に示すように、第1プリズム20の分割面B1に、中間域の波長のみを通過させる第1フィルタH1が設けられている。具体的には、第1フィルタH1は、図6破線で示すように、第1波長λ1とλ1よりも大きい第2波長λ2との間の中間位置波長のみを通過させるように設定されている(中間域波長以外の光は反射させる)。

0046

一方、第2プリズム10には、第2フィルタH2が設けられている。この第2フィルタH2は、図6実線で示すように、第3波長λ3以上の波長のみを通過させるように設定されている(第3波長未満の光は反射)。第3波長λ3は、前記第1波長λ1とλ2との中間の波長とされている。

0047

以上のような構成において、第2フィルタH2を通過する第1光束V1は、第3波長λ3以上の長波長の光となる。この第1光束V1は、第1フィルタH1で反射光と通過光とに分光されて、出射画像光W1,W2となる。反射光となる出射画像光W1は赤色光とされ、通過光となる出射画像光W2は近赤外光とされる。

0048

第2フィルタH2で反射された第2光束V2は、第3波長λ3未満の短波長となる、この第2光束V2は、第1フィルタ第H1で反射光と通過光とに分光されて、出射画像光W3,W4となる。反射光となる出射画像光W3は青色光とされ、通過光となる出射画像光W4は緑色光とされる。

0049

このように、本実施形態では、青色光、緑色光、赤色光と近赤外光とを同時に取得して、色画像と熱画像との同時取得が可能となる。勿論、図6に示す波長λ1、λ2,λ3の設定を変更することにより、任意の異なる4つの波長域に分解された4つの出射画像光を同時に取得することができる。

0050

本発明の応用例として、第1プリズム20を2個以上設けて、ある第1プリズム20の第2の面M2からの出射画像光を、次の第1プリズム20の第1の面M1に垂直に入射させることにより、出射画像光の数を増大させることができる。すなわち、第1のプリズム20の数が1の場合は、分光数は4となるが(図2の実施形態対応)、第1プリズム20を2個設けた場合は、最終的な分光の数が8となり、第1プリズム20を3個設けた場合は、最終的な分光の数が16となる。すなわち、第2のプリズム10を1個と第1プリズム20の個数の加算値をn個とすれば、最終的に得られる分光数は「2のn乗」個となる。

0051

上実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、適宜の変更が可能であり、特に特許文献1に開示された内容をそのまま適用(利用)することができる。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

0052

本発明は、例えば流体の流れの解析を行う等のために利用される画像取得装置として、あるいは小型のカラー画像取得装置として好適である。

0053

10:第2プリズム
20:第1プリズム
30:CCDカメラ(撮像手段)
31:CCD
41〜43:外部光学フィルタ
S波:検知光
P波:参照光
H:反射膜
M1:第1の面
M2:内2の面
M3:第3の面
B1:分割面
W1:第1出射画像光
W2:第2出射画像光
W3:第3出射画像光
W4:第4出射画像光

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ