光学装置及び電子機器
【課題】被写体の画像と被写体の任意の箇所におけるスペクトルデータの両方を、簡易な構成で精度良く取得可能な光学装置を提供することを目的とする。
【解決手段】被写体からの光を結像させる結像光学系と、結像光学系により結像された光を受光する撮像部と、撮像部の撮像領域において、所定の領域を覆う反射型分光素子と、反射型分光素子により反射された光の分光スペクトルを検出するスペクトル検出部と、を含む光学装置とする。
【解決手段】被写体からの光を結像させる結像光学系と、結像光学系により結像された光を受光する撮像部と、撮像部の撮像領域において、所定の領域を覆う反射型分光素子と、反射型分光素子により反射された光の分光スペクトルを検出するスペクトル検出部と、を含む光学装置とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被写体の画像及び分光スペクトルの両方を取得する光学装置及びそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、被写体の分光スペクトルと被写体の画像データを取得する分光画像カメラの開発が進められ、様々な分野への応用が進められている。
例えば、下記特許文献1では、臓器内を観察する内視鏡において、癌等の患部からの放射光や反射光のスペクトルを測定することにより、被写体の患部を同定することが記載されている。
この内視鏡では、レンズによって集光された被写体からの光は、スリットを通して回折格子に入射される。そして、回折格子によって分光された光をその後段に配置されたレンズによって撮像部上に結像させることで、被写体からの光の分光スペクトルを取得している。
【0003】
また、下記特許文献2では、画像の取得用と分光スペクトルの取得用とで、それぞれ別々の受光領域を設けることが記載されている。すなわち、被写体からの光を回折格子に入射させ、その0次光を0次光専用の受光領域上に結像させることで被写体の画像を取得するものである。また、回折格子の1次光は、1次光専用の受光領域によって受光され、分光スペクトルが検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−39280号公報
【特許文献2】特開2005−337793号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、上記特許文献1では、被写体側に配置されたレンズによる被写体の結像位置にスリットが配置されている。したがって、その結像面においてスリットの開口が配置された箇所に対応する一次元方向の被写体領域のデータしか取得することができない。
【0006】
このため、被写体全体の2次元的な画像データを取得しようとすると、上記特許文献1に記載されているように、スリットから撮像部までの光路中の構成全体をスキャン移動させて各部位のデータを取得した後、2次元データへと合成する必要がある。したがって、得られるデータはリアルタイム性に欠けたものとなり、また、スキャン機構を要するため、装置の小型化に不利である。
また、一度結像させた被写体の像をスリットによって回折させ、回折された光を別のレンズで撮像素子上に再び結像させている。すなわち、被写体の像を2度結像させる必要があるため、光学系が複雑となる。
【0007】
また、上記特許文献2では、被写体上のスペクトルデータを取得したい箇所のみに照明光を照らす必要がある。
上記特許文献2では、被写体からの光を分光させる回折格子がフーリエ面近傍、すなわち絞りの近傍に配置されている。
このため、画角内における被写体の各部位からの光全てが絞りを通った後回折格子に入射し、その回折光が受光されるので、被写体全体の2次元的なデータを取得することは可能である。ところが、被写体の全領域からの全ての光を同一回折格子にて同時に回折させることになるので、得られるスペクトルデータは、被写体の各領域のスペクトルが混じったものとなる。
【0008】
したがって、被写体上の任意の箇所におけるスペクトルを判別することは困難であり、上述のように被写体のスペクトルデータを取得したい箇所のみに光のスポット照射を行うことで、その他の領域のスペクトルが混じることを防がなければならない。
また、被写体全体の画像データを取得する場合には、逆に被写体の全領域に照明光を照らす必要があり、照明光のスポット照射と、照明光の全体照射の2つの構成を要するためコストも高くなる。
【0009】
また、上記特許文献1,2では、回折格子と撮像部が別部品として構成されるため、回折格子と撮像部との間の位置精度には限界があり、計測誤差が生じやすい。また、装置の組み立て時に較正を行ったとしても、構造的に回折格子と撮像部が離れて配置されていることから、経時変化によるズレが生じることは避けられない。
【0010】
本発明は上記課題に鑑み、被写体の画像と被写体の任意の箇所におけるスペクトルデータの両方を、簡易な構成で精度良く取得可能な光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために、本発明による光学装置は、被写体からの光を結像させる結像光学系と、結像光学系により結像された光を受光する撮像部と、撮像部の撮像領域において、所定の領域を覆う反射型分光素子と、反射型分光素子により反射された光の分光スペクトルを検出するスペクトル検出部と、を含んで構成される。
【0012】
本発明によれば、被写体からの光を受光する撮像領域の所定の領域上を反射型分光素子が覆う。このため、反射型分光素子が覆う所定領域に対応する被写体の特定領域のみからの光を反射させて取り出し、分光させることができる。また、その他の光は撮像部によってそのまま受光される。
また、撮像領域上を覆って反射型分光素子を配設することにより、撮像部と反射型分光素子とを一体化することが可能となる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、撮像部の撮像領域上において反射型分光素子が覆う領域に対応した被写体の特定領域のみからの光が取り出され、分光される。また、それ以外の光は撮像部によって受光される。このため、被写体全体の画像と、被写体の任意の箇所におけるスペクトルを精度良く取得することが可能である。
また、撮像領域上を覆って反射型分光素子を配設することにより、撮像部と反射型分光素子を一体化することが可能となるため、位置精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る光学装置を示す概略構成図である。
【図2】反射型分光素子と撮像部とスペクトル検出部を示す概略上面図である。
【図3】撮像部とスペクトル検出部を示す概略上面図である。
【図4】3個の反射型分光素子を撮像部の撮像領域上に設けた場合の撮像部とスペクトル検出部の構成を示す概略上面図である。
【図5】3個の反射型分光素子を撮像部の撮像領域上に設けた場合の撮像部とスペクトル検出部の構成を示す概略上面図である。
【図6】撮像部の撮像領域と反射型分光素子と導波路部を示す概略断面図である。
【図7】撮像部の撮像領域と反射型分光素子と導波路部を示す概略断面図である。
【図8】撮像部の撮像領域と反射型分光素子と導波路部を示す概略断面図である。
【図9】Aは被写体を示す説明図であり、Bは撮像部の撮像領域上に形成される被写体の像を示す説明図であり、Cは反射型分光素子によって反射、分光された光を受光するスペクトル検出領域を示す説明図である。
【図10】異なる波長の光であっても、同じ方向に分光、回折される様子を示す説明図である。
【図11】本発明の第2の実施の形態に係る光学装置を示す概略構成図である。
【図12】本発明の第3の実施の形態に係る電子機器を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(導波路部と撮像部とスペクトル検出部が一体化されている例)
2.第2の実施の形態(撮像部とスペクトル検出部を別々に配置する例)
3.第3の実施の形態(カメラ等の電子機器に用いる例)
【0016】
1.第1の実施の形態(導波路部と撮像部とスペクトル検出部が一体化されている例)
図1は、第1の実施の形態による光学装置100の構成を示す概略構成図である。本実施の形態による光学装置100は、被写体からの光を結像させる結像光学系1と、結像光学系1によって結像される光を受光する撮像部2と、撮像部2の撮像領域の所定領域上を覆って配設された反射型分光素子4を備える。
【0017】
被写体からの光は、結像光学系1によって撮像部2の撮像領域上に結像される。結像光学系1は、ここでは負の屈折力を有する平凹形状の第1レンズ11と、正の屈折力を有するメニスカス形状の第2レンズ13と、正の屈折力を有する合成レンズである第3レンズ14と、絞り12を含んで構成されている。
結像光学系1の構成は、被写体からの光を撮像部2の撮像領域上に結像させるものであれば、特に限定するものではない。また、後述するように、絞り12に可変絞りを用い、結像光学系1のF値が変更可能とされることが好ましい。
【0018】
例えば、結像光学系1によって集光された被写体からの光線群L1,L2は、撮像部2及びスペクトル検出部3上に配設された導波路部5を透過し、撮像部2の撮像領域上に結像する。これにより、被写体の2次元画像が取得される。
また、撮像部2の撮像領域上の任意の領域を覆うように、反射型分光素子4が配設されている。この反射型分光素子4は、撮像部2の表面に接して配設されていてもよいし、撮像部2の表面に一体化して形成されていてもよい。また、後述するように、撮像部2の表面から離れていてもよい。この反射型分光素子4には、例えば反射型回折格子や、ホログラム素子、プリズム等を用いることができる。
【0019】
また、結像光学系1によって集光された被写体からの光のうち、反射型分光素子4に入射した光は、例えば光線群L3に示すように反射されるとともに分光され、導波路部5内を進む。反射型分光素子4によって反射された光は、導波路部5の結像光学系1側の面51によって全反射されることによりスペクトル検出部3の検出領域上に導かれ、受光される。これにより、被写体のスペクトルが検出される。
【0020】
特に本実施の形態では、必要とするスペクトルの波長範囲よりも短波長側の光は、矢印A1に示すように導波路部5の面51において全反射されることなく透過する。また、必要とするスペクトルの波長範囲よりも長波長側の光は、矢印A2に示すように導波路部5の面51において全反射された後、導波路部5の側面52を透過して導波路部5の外に出射される。
【0021】
導波路部5の面51に対して全反射条件を満たす波長λの光の入射角度Θは、スネルの法則により、下記式1によって決定される。
sinΘ=Nλ’/Nλ ・・・(式1)
Nλ:波長λの光に対する導波路部5の屈折率
N’λ:波長λの光に対する導波路部5外部の屈折率
例えば、導波路部5に屈折率1.5程度のガラスを用いた場合には、所望の波長範囲における最短波長の光が面51に入射する角度を41.81度よりも大きくする。これにより、その波長よりも短い波長成分は全反射条件を満たさないため、導波路部5の外に出射される。したがって、不要な波長の光が導波路部5内を伝播しないので、スペクトル検出部3では、ノイズが抑制される。
【0022】
導波路部5の上面をミラー加工することにより、反射型分光素子4からの光を反射させることも可能である。しかし、ミラー加工においては少なからず光の吸収が生じるのに対し、全反射では理論的に100%の光が反射されるので、光の利用効率が高い。また、結像系の有効エリア内においてミラー加工を行うと、そこで全てまたは一部の光が反射されてしまう。したがって、レンズの有効径が大きい場合には、撮像部2での撮像がさまたげられるが、全反射によって光を反射させる場合には、結像光学系1から導波路部5に入射する光を全て透過させることが可能なので、こうした制約を受けない。
【0023】
また、導波路部5の側面52には、例えば黒塗りを行う等、吸光体を設けることが好ましい。これにより、側面52によって光が反射されたり、導波路部5の外に出射された光が迷光となって再び導波路部5内に侵入し、撮像部2上に結像するのが抑制され、ゴーストの発生を防止できる。
撮像部2やスペクトル検出部3、導波路部5を覆う遮光部6を設け、外部からの不要な光を遮断することが好ましい。また、遮光部6の内壁面にも同様に吸光体を設けることにより、矢印A1,A2等に示した光がゴーストを生じるのを抑制できる。
【0024】
図2は、撮像部2及びスペクトル検出部3を上方から見た概略上面図である。本実施の形態では、撮像部2とスペクトル検出部3は一体して形成されており、同一基板上に撮像領域21とスペクトル検出領域が配設されている。
このように、撮像部2とスペクトル検出部3とが一体して形成されている場合には、さらに導波路部5を撮像部2とスペクトル検出部3上に一体化して形成することが可能となるので、よりコンパクト化を図ることが可能である。
撮像領域21には、複数の光電変換素子が例えばマトリックス状に2次元配列されている。また、スペクトル検出領域31には、光電変換素子が1次元配列されている。
【0025】
撮像領域21の例えば中央には反射型分光素子4が配設されている。反射型分光素子4に入射した光は、反射されるとともに分光され、図示しない導波路部5の上面にて全反射された後、スペクトル検出領域31に到達する。ここでは、例えば波長620nmから860nmmまで40nm刻みの光が、スペクトル検出領域31上に形成するスポットS1〜S7を模式的に示している。ただし、実際には、波長620nm〜860nmまで波長の連続した光が、スペクトル検出領域31に入射する。
スペクトル検出領域において、1次元配列された光電変換素子は、同じ大きさのものが等間隔に配置されている。したがって、例えばスポットS7に示す波長860nm付近の光強度を検出したい時には、スポットS7が形成されている領域下の光電変換素子の出力を積算することで、スペクトルが検出されることになる。
【0026】
また、スペクトル検出領域31に配設される光電変換素子は、等間隔で配置される必要はなく、例えば図3に示すように、少しずつサイズを変えて配置してもよい。図3の例では、波長620nmから860nmmまで40nm刻みの光が形成するスポットの大きさに合わせて、光電変換素子の大きさを変えている。
【0027】
また、図4に示すように、撮像領域21上に配設する反射型分光素子は複数個であってもよい。撮像部2の撮像領域21上には、3個の反射型分光素子41,42,43が配設されている。
スペクトル検出部3のスペクトル検出領域31には、この3個の反射型分光素子41,42,43に対応して、3行の1次元配列された光電変換素子群32,33,34が配列されている。この光電変換素子群32,33,34には、反射型分光素子41,42,43によって反射、分光された光がそれぞれ受光され、例えば図示するようなスポットを形成する。
ここでは、形成されるスポットの大きさに対応して光電変換素子の大きさを変化させる例としてあるが、等間隔に同じ大きさの光電変換素子を配設してもよい。
【0028】
また、図5では、撮像領域21上に配設された3つの反射型分光素子41,42,43によって反射、分光された光を受光するスペクトル検出領域が3つの領域に分けて配置されている。
反射型分光素子41,43からの光を受光するスペクトル検出領域35,37は、撮像領域21に対して同一側に配設されている。一方、反射型分光素子41,43の間に配設されている反射型分光素子42からの光を受光するスペクトル検出領域36は、撮像領域21に対してスペクトル検出領域35,37とは反対側に配設されている。
このように、複数のスペクトル検出領域を、撮像領域に対してそれぞれ交互に反対側に配設してもよい。これにより、隣り合うスペクトル検出領域35,37間の距離を大きくとることが可能となる。したがって、例えば反射型分光素子41によって反射、分光された光が破線L4に示すように広がったとしても、隣の撮像領域37に侵入するのを抑制できる。また、隣り合う反射型分光素子41,42からの反射光同士が重なることもない。
【0029】
図6に、撮像部2の撮像領域21と、導波路部5、反射型分光素子4の概略断面図を示す。
撮像部2の撮像領域21には、受光量に応じた電気信号を発する例えばSiフォトダイオード等の光電変換素子22が二次元配列されている。この光電変換素子22上には、例えばRGBのカラーフィルタ23a,23b,23cがそれぞれ配設されている。
また、カラーフィルタ23a,23b,23c上には、光電変換素子22に光を集光させる集光レンズ24が形成される。この撮像領域21の構成は特に限定するものではなく、既知の撮像素子に用いられる種々の形態をとってよい。また、光電変換素子として例えばInGaAs系のフォトダイオードも一緒に配列し、赤外光も受光するようにしてもよい。
【0030】
集光レンズ24上には、集光レンズ24を覆い、導波路部5との接合層となるカバー層25が配設される。カバー層25は例えばガラスや樹脂等によって形成される。このカバー層25を設けることにより集光レンズ24による凹凸が平面化され、撮像領域21上に空気層を介在させることなく、導波路部5を密着させて配設することが可能となる。
【0031】
カバー層25上には、導波路部5がカバー層25の表面と接して配設されている。導波路部5は、測定対象の波長の光に対する十分な透過率と、光の全反射を起こすための屈折率を考慮してその材料が選択される。例えばガラスや樹脂等を用いてよい。
【0032】
導波路部5において撮像領域21と接触する側の表面には、反射型分光素子4として、例えば反射型回折格子44が形成されている。この回折格子の凹凸は、例えば導波路部5の成形時に同時に形成してもよいし、切削により形成してもよい。この凹凸の表面に、例えばAl等をコーティングすることにより反射型回折格子44が形成される。このように、導波路部5表面に反射型分光素子4を一体に形成することで、組立後の経時精度変化の向上加え、部品点数も削減され、装置の小型化が図れる。
【0033】
また、反射型回折格子44の凸部の表面高さは、導波路部5の表面と一致または低くさせている。これにより、導波路部5を撮像部2やスペクトル検出部3(図示せず)の表面に接して密着配置することが可能となる。したがって、撮像部2とスペクトル検出部3と導波路部5とを一体化して配設することができるので、よりコンパクトな構成を実現できる。
【0034】
反射型回折格子44を配設する面積は、スペクトル検出部3においてスペクトルを検出できるだけの光量を反射させるものであれば、特に限定しない。例えば、反射型回折格子44が配設される長さLは、少なくとも測定対象とする光の波長以上の長さであれば、光の回折を生じさせる。
【0035】
また、図7に示すように、撮像領域21のカバー層25の表面に一体化して反射型回折格子44を設けてもよい。この場合には、反射型回折格子44の凸部の表面高さがカバー層25の表面高さに一致させることにより、導波路部5とカバー層25を密着して配設させる。
【0036】
なお、図6,7に示すように、反射型回折格子44が配設される箇所には、導波路部5とカバー層25との間に空層45が介在することになる。しかし、図6のように、導波路部5表面に反射型回折格子44を形成する場合には、反射型回折格子44表面のAl等による反射コーティングによって、光は空層45を経由することなく反射される。
図7のように、カバー層25の表面に反射型回折格子44を設ける場合には、空層45は例えば樹脂やガラス等の導波路部5と同じ材料で埋められ、その界面での反射や散乱が抑制される。
【0037】
また、反射型回折格子44等の反射型分光素子は、撮像部2に対して接していなくてもよい。例えば図8では、図6におけるカバー層25を無くし、撮像領域21と反射型回折格子44(導波路部5)との間に空層26を設けたものである。
ここでは、撮像領域21上において導波路部5に切欠き部を設けることで、カバー2層5と撮像領域21との間に空層26を配設している。また、この切欠き部における導波路部5の表面に反射型回折格子44を形成している。
【0038】
なお、スペクトル検出領域31上においては、空層26を設けないことが好ましい。スペクトル検出領域31に到達する光は、光路Lpに示すように、導波路部5の上面を全反射しており、全反射条件を満たしたまま導波路部5の下面に入射する。したがって、導波路部5とスペクトル検出領域31との間に空層が存在すると、導波路部5と空層との境界においても光の全反射が生じてしまい、スペクトル検出領域31に光を入射させることができない。
【0039】
このように、反射型回折格子44は撮像部2に接していなくてもよいが、撮像部2から離れすぎると、被写体上のスペクトルを取得したい領域以外からの光も反射型回折格子44に入射することになる。したがって、ある程度光束が収束している位置に反射型回折格子44を配置することが望ましいが、結像光学系1の構成や所望とするスペクトル検出の精度等に合わせて、結像光学系1と撮像部2の間における配置位置を適宜定めてよい。
例えば、反射型回折格子44と撮像部2との間の距離は、結像光学系1の焦点深度の200倍以内の位置に配置することが好ましい。この場合、結像光学系1のF値が2.8で、光電変換素子22のサイズが1μmとすると、反射型回折格子44と撮像部2との間の距離は1mm以下とすることになる。少なくとも、反射型回折格子44と撮像部2との間の距離が5mm以内であれば、被写体の特定領域からの光のみを反射型回折格子44上に入射させる結像光学系1の設計自由度を大きくとれる。
【0040】
また、ここでは、反射型回折格子44として、矩形状の溝を有するラミナーグレーティング型の回折格子を示したが、測定対称とする光の波長に応じてその他のタイプのものを用いてよい。
例えば、紫外域から可視域の特定の波長に対しては、鋸歯状の溝を有するブレーズド・ホログラフィック・グレーティング型の反射型回折格子を用いることにより、高い回折効率が得られる。また、広い波長域や近赤外域の光に対しては、正弦波状の溝を有するホログラフィック・グレーティング型の反射型回折格子を用いることができる。製造上の制約がある場合には、上述の曲面形状や斜面形状を近似したステップ構造により構成してもよい。
また、反射型分光素子としては、上述の反射型回折格子以外にもプリズムやホログラム素子を用いることも可能である。
【0041】
例えば、ラミナーグレーティング型の反射型回折格子を用いる場合、回折格子周期(格子ピッチ)と、光の波長と、回折次数が決まると、光の入射角αと回折角βの関係は下記式2により一義的に定まる。
n(sinα±sinβ)=Nmλ (式2)
N:1mmあたりのスリット数(溝本数)=1/(回折格子周期)
m:回折次数(m=0,±1,±2,・・・)
λ:光の波長
n:媒質の屈折率
【0042】
表1に、図1及び図6に示した構成で、導波路部5の硝材にボロシリケートクラウンガラス(BK7)を用い、回折格子周期を500nm,620nm,600nm,700nmとした場合の入射角度α=0度のときの波長400nmから900nmの光に対する回折角を示す。なお、回折次数が1次の光に対して回折角を求めている。また、各波長の光に対して導波路部5が全反射を起こす臨界角も示してある。
【0043】
【表1】
【0044】
例えば、入射角度α=0度で回折格子周期が500nmの場合、波長500nmの光に対する1次光の回折角は約40.09度であり、臨界角と略等しい。したがって、波長500nm未満の光は導波路部5の外に出射され、500nm以上の光が全反射を起こして導波路内を伝播し、スペクトル検出部3に到達することになる。
【0045】
これに対して、回折格子周期が600nmの場合には、波長600nmの光に対する1次光の回折角は約41.26度であり、臨界角と略等しい。したがって、波長600nm未満の光は導波路部5の外に出射され、600nm以上の光が導波路内を伝播する。
また、回折格子周期が700nmの場合は、波長700nmの光に対する1次光の回折角は約41.37度であり、波長700nmの光に対する導波路部5の臨界角に略等しくなる。したがって、波長700nm未満の光が導波路部5の外に出射され、700nm以上の光が導波路部5内を伝播する。
【0046】
このように、反射型回折格子の回折格子周期を変え、各波長の光に対する回折角を調整することにより、短波長側の不要な光が導波路部5内を伝播し、スペクトル検出部3に到達するのを抑制することが可能である。
例えば、図2のように波長520nm以上の光のスペクトルを検出したい場合には、反射回折格子の回折格子周期を620nmにして設ければよい。これにより、波長500nm〜620nmの光は導波路部5の外に出射され、620nm〜900nmの光が導波路部5を伝播しスペクトル検出部3に到達することになる。
【0047】
表2は、例えば図2に示したように、反射型分光素子4から、反射型分光素子4によって反射された光が導波路部5を伝播してスペクトル検出領域31に到達した位置までの距離(以降到達距離と呼ぶ)を求めたものである。なお、反射型分光素子4には、回折格子周期が600nmの反射型回折格子を用い、導波路部5の厚さを0.95mm、1mm、1.05mmとした場合の距離を光の波長毎に求めている。
【0048】
【表2】
【0049】
例えば反射型分光素子4が撮像領域21の中央に配設され、撮像領域21の幅W1が3.6mmであるとすると、反射型分光素子4によって反射された光がスペクトル検出領域31に到達するためには、到達距離を少なくとも1.8mm以上にする必要がある。
導波路部5の厚さが0.95mmの場合、波長620nmの光の到達距離は1.77mmである。したがって、波長620nmの光はスペクトル検出領域31に到達しないためスペクトルを検出することができない。また、こうした光が撮像領域21内に到達することによりノイズとして検出されてしまう。
【0050】
一方、導波路部5の厚さを1mmとした場合には、波長620nmの光の到達距離は約1.86mmであり、波長620nmの光をスペクトル検出領域31まで導くことが可能である。したがって、波長620nmの光のスペクトル検出を行うには、導波路部5の厚さを1mm以上とすればよいと言える。
さらに、長波長側の不要な光の到達距離を求め、この光がスペクトル検出領域31上に到達せず、例えば導波路部5の面52(図1参照)に導かれるように導波路部5の厚さが設定される。面52には、黒塗りを行う等の処理が施され、面52に到達した長波長側の光を吸収する。
【0051】
また、ここでは、撮像部2の光受光面が、結像光学系1の光軸に対して垂直となる配置としたが、撮像部2を結像光学系1の光軸に対して傾けて配設してもよい。例えば、撮像部2を傾けて配置することにより、反射型分光素子4に入射する光の入射角度を変え、回折角を調整してもよい。これにより、任意の波長の光を導波路部5の面51において全反射または透過させることができる。
また、導波路部5の面51の少なくとも一部を結像光学系1の光軸に対して傾けて形成することにより、面51への光の入射角度を調整し、光の到達距離や全反射を起こす光の波長を設定することも可能である。
【0052】
このように、本実施の形態の光学装置100では、撮像部2の撮像領域上に反射型分光素子4を配設している。反射型分光素子4の配置されていない撮像領域上に結像された光は、そのまま2次元の画像データとして取得されるため、従来のようにデータの再合成等を行うことなく被写体全体の画像が得られる。
【0053】
また、撮像領域上に結像される光の一部を、反射型分光素子4により取り出すことでスペクトルを検出する。したがって、被写体の画像とともに、被写体のスペクトルも同時に取得することが可能である。
反射型分光素子4は、撮像部2の撮像領域上、すなわち結像光学系1の結像面上に配設されている。したがって、反射型分光素子4に入射する光は、反射型分光素子4が配置された箇所に対応する被写体の特定領域からの光のみである。このように、スペクトル検出部には被写体全体からの光が混じることが無いので、被写体上の特定の領域のみにおけるスペクトルを検出することが可能となる。
【0054】
また、被写体の画像と、被写体上の特定の領域のスペクトルとを同時に取得可能であるので、被写体の画像をリアルタイムに確認しながら、スペクトルの検出を行うこともできる。
例えば、手の平の静脈におけるスペクトルを検出する場合について図9の模式図を用いて説明する。
ここでは、被写体として、図9Aに示す手の平を写し、その領域T1における静脈のスペクトルを検出する場合を例に挙げる。領域T1を本実施の形態による光学装置100によって撮像すると、撮像部2の撮像領域21には図9Bに示す指の像が結像され、画像が取得される。
【0055】
また、ここでは撮像領域21の中央に反射型分光素子4が配置されており、例えば撮像される画像(動画)をリアルタイムで視認しながら、スペクトルを取得したい静脈上に画像中心を合わせる。すると、静脈からの光は反射型分光素子4によって反射され、例えば光束L5に示すように広がりながら図示しない導波路部5内を全反射して伝播し、図2Cに示すスペクトル検出部3のスペクトル検出領域31に受光される。これにより、指の静脈のスペクトルが検出される。
【0056】
なお、照射される特定の波長の光に対して特定のスペクトルを放射または反射させる被写体の測定を行う場合には、例えば発光波長幅の狭いLED光源によって被写体を照らすようにしてもよい。
また、特定の波長に限らず白色光源を備えていてもよい。専用の発光源を備えることにより、周囲環境に関わらず安定した画像データ及びスペクトルデータが取得される。
【0057】
反射型分光素子4が配置される箇所は任意であってよい。例えば光学装置100の向きや位置を合わせて、その配置箇所に、スペクトル検出の対象とする箇所からの光を入射させることで、被写体の任意の箇所のスペクトルを検出できる。
例えば、反射型分光素子4が配置された箇所に対応する画像の表示領域には、アライメントマーク表示等をしておいてもよい。撮像された画像を視認しながら、アライメントマークが目標とする被写体の領域上に配置されるように光学装置100の向きや位置を合わせることで、容易に所望の箇所におけるスペクトルを検出できる。
【0058】
反射型分光素子4の直下に配設された光電変換素子は、反射型分光素子4により光が遮光された領域となる。取得される画像において、この光電変換素子に対応する位置には、被写体が表示されない。この被写体が表示されない表示領域を逆にアライメントマークとして利用してもよい。
【0059】
また、反射型分光素子4は、撮像部2上に接して設けられるので、製造時における反射型分光素子の位置精度を容易に向上させることができ、経時的な位置ズレも抑制される。
また、従来のように回折格子を光学系のフーリエ面近傍に配置する場合には、絞りを通った直後の全光束を回折格子に入射させるため、そのサイズも大きくなる。しかし、本実施の形態では、反射型分光素子4を撮像部2上に接して設けているので、撮像領域上のスペクトルを取得する箇所にのみ反射型分光素子4を配置すればよい。したがって、反射型分光素子4のサイズを小さくすることが可能であり、装置のコンパクト化が図れる。
【0060】
なお、結像光学系1の絞り12(図1参照)を可変絞りとすることにより、測定環境に応じて結像光学系1のF値を変化させてもよい。例えば、図10の模式図に示すように、結像光学系1によって反射型分光素子4のある一点上に集光される光は、主光線L6に対して角度+Θ,−Θ傾いた光線L7,L8等による光錐を形成している。すなわち、同じ一点上に集光される光であっても、反射型分光素子4に入射する入射角度には幅が存在する。
【0061】
例えば反射型分光素子4が反射型回折格子である場合、このように反射型回折格子への入射角度に幅があると、その回折方向にも幅が生じることになる。図10では、例えば波長700nmの光が、光線L9,10,11に示すように回折方向に幅をもって反射され、波長800nmの光が光線L12,13,14に示すように回折方向に幅をもって反射されている。
すると、領域T1においては、波長700nmの光と波長800nmの光が混在することになり、正確な分光を行うことができない。また、異なる波長の光が混在したまま受光されることにより、スペクトル検出において波長700nmの光に対する信号と、波長800nmの光に対する信号とのクロストークが生じる。
【0062】
表3に、参考値としてレンズのF値と、そのレンズに平行光を入射し集光させた場合の光錐において、最外周の光線が主光線となす角度を示す。
【0063】
【表3】
【0064】
このように、F値が大きい場合には、結像光学系1による光錐の頂角は小さくなるので、上述のクロストークを抑制することが可能である。しかし、F値を大きくし過ぎると、光量が小さくなり画像が暗くなるので、被写体の確認を行うことができない。
これに対し、本実施の形態では、絞り12を可変絞りとし、被写体の撮像時とスペクトルの検出時とで、結像光学系1のF値を変更可能としてもよい。
【0065】
例えば、結像光学系1のF値を1.2〜8程度に小さくして被写体を撮像し、得られる明るい画像でリアルタイムに確認しながら被写体上のスペクトルを検出したい箇所に位置合わせを行う。
位置合わせを終えた後、絞り12を絞って結像光学系1のF値を大きくし、スペクトルの検出を行うことで、クロストークを抑制した正確な測定を行うことが可能である。
この場合には、撮像とスペクトル検出とを別々に行うことになるが、絞りを変えるという非常に簡易な作業でより精度の高いデータの取得を行うことができる。
【0066】
2.第2の実施の形態(撮像部とスペクトル検出部を別々に配置する例)
第1の実施の形態においては、撮像部とスペクトル検出部とが一体とされている例を示したが、別々に配設されていてもよい。
【0067】
図11は第2の実施の形態に係る光学装置200を示す概略構成図である。本実施の形態による光学装置200は、被写体からの光を結像させる結像光学系60と、結像光学系60によって結像される光を受光する撮像部80と、撮像部80の撮像領域の所定領域を覆う反射型分光素子70を備える。
【0068】
結像光学系60の構成は、第1の実施の形態(図1参照)と同様、被写体からの光を撮像部80の撮像領域上に結像させるものであれば、特に限定するものではない。ここでは第1の実施の形態と同様に、結像光学系60は、負の屈折力を有する平凹形状の第1レンズ61と、正の屈折力を有するメニスカス形状の第2レンズ63と、正の屈折力を有する合成レンズである第3レンズ64と、絞り62を含んで構成したものを示している。
【0069】
また、撮像部80の撮像領域上の任意の箇所には、反射型分光素子70が配設されている。この反射型分光素子70は、撮像部80の表面に接して配設されていてもよいし、撮像部80の表面に一体化して形成されていてもよい。この反射型分光素子4には、例えば反射型回折格子や、ホログラム素子、プリズム等を用いることができる。
なお、反射型分光素子70は、第1の実施の形態において示した図7のように、撮像部80の光電変換素子上を覆うカバー層25の表面に一体して形成されることが好ましいが、その際には導波路部5の有無は問わない。
また、第1の実施の形態と同様に、反射型分光素子70と撮像部80の表面は必ずしも接している必要はなく、間に空層や光透過性材料による層が介在されていてもよい。
【0070】
例えば光線群L14,15に示すように、被写体からの光は結像光学系60によって撮像部80の撮像領域上に結像されることにより、被写体の画像が取得される。
また、撮像部2の撮像領域上に配設された反射型分光素子70上に集光される光線群L16は、反射型分光素子70によって反射、分光され、そのままスペクトル検出部90によって受光される。
【0071】
本実施の形態の光学装置200においても、撮像部80の撮像領域の所定領域を覆って反射型分光素子70が配設されており、撮像領域上に結像する光の一部を取り出すことでスペクトルが検出される。したがって、被写体の画像とともに、被写体のスペクトルも同時に取得することが可能である。
また、反射型分光素子70は結像光学系60の結像面上に配設されている。このことにより、反射型分光素子4に入射する光は、反射型分光素子4が配置された箇所に対応する被写体の特定領域からの光のみである。スペクトル検出部には被写体全体からの光が混じることが無いので、被写体上の特定の領域のみにおけるスペクトルを検出することが可能である。
【0072】
図11においては、反射型分光素子70によって反射、分光された光をそのまま直接受光するために、スペクトル検出部90は、撮像部80の受光面に対してその受光面を傾けて別々に配置されている。このように、撮像部80とスペクトル検出部90を個々に構成し、配置してもよい。
また、反射型分光素子4によって反射、分光された光をスペクトル検出部90で直接受光させることにより、導波路部を必要としないのでコスト低減を図れる。
【0073】
また、本実施の形態においては、反射型分光素子4によって反射、分光された光をスペクトル検出部90で直接受光させることにより導波路部を省いたこと以外は、第1の実施の形態(図1)と同様の構成をとることが可能である。
したがって、例えば絞り62を可変絞りとすることにより、被写体の撮像時には結像光学系60のF値を小さくし、スペクトルの検出時には結像光学系60のF値を大きくさせてもよい。これにより、明るい画像で被写体を確認するとともに、クロストークを抑制した精度の高いスペクトル検出を行うことができる。
【0074】
3.第3の実施の形態(カメラ等の電子機器に搭載する例)
図12に、本発明による光学装置を例えばカメラ等の電子機器に適用する例を示す。本実施形態に係る電子機器は、静止画像又は動画撮影可能なカメラを例としたものである。本実施形態例の電子機器300は、被写体からの光を受光する光学装置310と、光学装置310の動作を制御する制御部320と、光学装置310からの出力信号を処理する信号処理回路330を含んで構成される。
【0075】
光学装置310には、第1の実施の形態(図1参照)や、第2の実施の形態(図11参照)において示した光学装置100,200のいずれかが適用される。
制御部320は、例えば光学装置310内の撮像部やスペクトル検出部にタイミング信号を供給し、取得される信号の転送動作を指示する。
また、信号処理回路330は、光学装置310の撮像部やスペクトル検出部からの出力信号に対して例えば相関二重サンプリング等の信号処理を行う。そして、信号処理後の画像データやスペクトルデータ等を例えばメモリ等の記録媒体に記録したり、モニタ等の表示装置や外部機器へと出力する。
このように、カメラ等の電子機器に本発明の光学装置を適用することで、被写体の画像と、被写体の任意の箇所のスペクトルの両方を容易に取得することができる。
【0076】
以上、本発明による光学装置の実施の形態について説明した。本発明は上記実施の形態にとらわれることなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、考えられる種々の形態を含むものである。
【0077】
1,60・・・結像光学系、2,80・・・撮像部、3,90・・・スペクトル検出部、4,41,42,43,70・・・反射型分光素子、5・・・導波路部、6・・・遮光部、11,13,14,24,61,63,64・・・レンズ、12,62・・・絞り、21・・・撮像領域、22・・・光電変換素子、23a,23b,23c・・・カラーフィルタ、25・・・カバー層、26・・・空層、31・・・スペクトル検出領域、32,33,34,35,36,37・・・光電変換素子群、44・・・反射型回折素子、45・・・空層、51,52・・・面、100,200,310・・・光学装置、300・・・電子機器、320・・・制御部、330・・・信号処理部
【技術分野】
【0001】
本発明は、被写体の画像及び分光スペクトルの両方を取得する光学装置及びそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、被写体の分光スペクトルと被写体の画像データを取得する分光画像カメラの開発が進められ、様々な分野への応用が進められている。
例えば、下記特許文献1では、臓器内を観察する内視鏡において、癌等の患部からの放射光や反射光のスペクトルを測定することにより、被写体の患部を同定することが記載されている。
この内視鏡では、レンズによって集光された被写体からの光は、スリットを通して回折格子に入射される。そして、回折格子によって分光された光をその後段に配置されたレンズによって撮像部上に結像させることで、被写体からの光の分光スペクトルを取得している。
【0003】
また、下記特許文献2では、画像の取得用と分光スペクトルの取得用とで、それぞれ別々の受光領域を設けることが記載されている。すなわち、被写体からの光を回折格子に入射させ、その0次光を0次光専用の受光領域上に結像させることで被写体の画像を取得するものである。また、回折格子の1次光は、1次光専用の受光領域によって受光され、分光スペクトルが検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−39280号公報
【特許文献2】特開2005−337793号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、上記特許文献1では、被写体側に配置されたレンズによる被写体の結像位置にスリットが配置されている。したがって、その結像面においてスリットの開口が配置された箇所に対応する一次元方向の被写体領域のデータしか取得することができない。
【0006】
このため、被写体全体の2次元的な画像データを取得しようとすると、上記特許文献1に記載されているように、スリットから撮像部までの光路中の構成全体をスキャン移動させて各部位のデータを取得した後、2次元データへと合成する必要がある。したがって、得られるデータはリアルタイム性に欠けたものとなり、また、スキャン機構を要するため、装置の小型化に不利である。
また、一度結像させた被写体の像をスリットによって回折させ、回折された光を別のレンズで撮像素子上に再び結像させている。すなわち、被写体の像を2度結像させる必要があるため、光学系が複雑となる。
【0007】
また、上記特許文献2では、被写体上のスペクトルデータを取得したい箇所のみに照明光を照らす必要がある。
上記特許文献2では、被写体からの光を分光させる回折格子がフーリエ面近傍、すなわち絞りの近傍に配置されている。
このため、画角内における被写体の各部位からの光全てが絞りを通った後回折格子に入射し、その回折光が受光されるので、被写体全体の2次元的なデータを取得することは可能である。ところが、被写体の全領域からの全ての光を同一回折格子にて同時に回折させることになるので、得られるスペクトルデータは、被写体の各領域のスペクトルが混じったものとなる。
【0008】
したがって、被写体上の任意の箇所におけるスペクトルを判別することは困難であり、上述のように被写体のスペクトルデータを取得したい箇所のみに光のスポット照射を行うことで、その他の領域のスペクトルが混じることを防がなければならない。
また、被写体全体の画像データを取得する場合には、逆に被写体の全領域に照明光を照らす必要があり、照明光のスポット照射と、照明光の全体照射の2つの構成を要するためコストも高くなる。
【0009】
また、上記特許文献1,2では、回折格子と撮像部が別部品として構成されるため、回折格子と撮像部との間の位置精度には限界があり、計測誤差が生じやすい。また、装置の組み立て時に較正を行ったとしても、構造的に回折格子と撮像部が離れて配置されていることから、経時変化によるズレが生じることは避けられない。
【0010】
本発明は上記課題に鑑み、被写体の画像と被写体の任意の箇所におけるスペクトルデータの両方を、簡易な構成で精度良く取得可能な光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために、本発明による光学装置は、被写体からの光を結像させる結像光学系と、結像光学系により結像された光を受光する撮像部と、撮像部の撮像領域において、所定の領域を覆う反射型分光素子と、反射型分光素子により反射された光の分光スペクトルを検出するスペクトル検出部と、を含んで構成される。
【0012】
本発明によれば、被写体からの光を受光する撮像領域の所定の領域上を反射型分光素子が覆う。このため、反射型分光素子が覆う所定領域に対応する被写体の特定領域のみからの光を反射させて取り出し、分光させることができる。また、その他の光は撮像部によってそのまま受光される。
また、撮像領域上を覆って反射型分光素子を配設することにより、撮像部と反射型分光素子とを一体化することが可能となる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、撮像部の撮像領域上において反射型分光素子が覆う領域に対応した被写体の特定領域のみからの光が取り出され、分光される。また、それ以外の光は撮像部によって受光される。このため、被写体全体の画像と、被写体の任意の箇所におけるスペクトルを精度良く取得することが可能である。
また、撮像領域上を覆って反射型分光素子を配設することにより、撮像部と反射型分光素子を一体化することが可能となるため、位置精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る光学装置を示す概略構成図である。
【図2】反射型分光素子と撮像部とスペクトル検出部を示す概略上面図である。
【図3】撮像部とスペクトル検出部を示す概略上面図である。
【図4】3個の反射型分光素子を撮像部の撮像領域上に設けた場合の撮像部とスペクトル検出部の構成を示す概略上面図である。
【図5】3個の反射型分光素子を撮像部の撮像領域上に設けた場合の撮像部とスペクトル検出部の構成を示す概略上面図である。
【図6】撮像部の撮像領域と反射型分光素子と導波路部を示す概略断面図である。
【図7】撮像部の撮像領域と反射型分光素子と導波路部を示す概略断面図である。
【図8】撮像部の撮像領域と反射型分光素子と導波路部を示す概略断面図である。
【図9】Aは被写体を示す説明図であり、Bは撮像部の撮像領域上に形成される被写体の像を示す説明図であり、Cは反射型分光素子によって反射、分光された光を受光するスペクトル検出領域を示す説明図である。
【図10】異なる波長の光であっても、同じ方向に分光、回折される様子を示す説明図である。
【図11】本発明の第2の実施の形態に係る光学装置を示す概略構成図である。
【図12】本発明の第3の実施の形態に係る電子機器を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(導波路部と撮像部とスペクトル検出部が一体化されている例)
2.第2の実施の形態(撮像部とスペクトル検出部を別々に配置する例)
3.第3の実施の形態(カメラ等の電子機器に用いる例)
【0016】
1.第1の実施の形態(導波路部と撮像部とスペクトル検出部が一体化されている例)
図1は、第1の実施の形態による光学装置100の構成を示す概略構成図である。本実施の形態による光学装置100は、被写体からの光を結像させる結像光学系1と、結像光学系1によって結像される光を受光する撮像部2と、撮像部2の撮像領域の所定領域上を覆って配設された反射型分光素子4を備える。
【0017】
被写体からの光は、結像光学系1によって撮像部2の撮像領域上に結像される。結像光学系1は、ここでは負の屈折力を有する平凹形状の第1レンズ11と、正の屈折力を有するメニスカス形状の第2レンズ13と、正の屈折力を有する合成レンズである第3レンズ14と、絞り12を含んで構成されている。
結像光学系1の構成は、被写体からの光を撮像部2の撮像領域上に結像させるものであれば、特に限定するものではない。また、後述するように、絞り12に可変絞りを用い、結像光学系1のF値が変更可能とされることが好ましい。
【0018】
例えば、結像光学系1によって集光された被写体からの光線群L1,L2は、撮像部2及びスペクトル検出部3上に配設された導波路部5を透過し、撮像部2の撮像領域上に結像する。これにより、被写体の2次元画像が取得される。
また、撮像部2の撮像領域上の任意の領域を覆うように、反射型分光素子4が配設されている。この反射型分光素子4は、撮像部2の表面に接して配設されていてもよいし、撮像部2の表面に一体化して形成されていてもよい。また、後述するように、撮像部2の表面から離れていてもよい。この反射型分光素子4には、例えば反射型回折格子や、ホログラム素子、プリズム等を用いることができる。
【0019】
また、結像光学系1によって集光された被写体からの光のうち、反射型分光素子4に入射した光は、例えば光線群L3に示すように反射されるとともに分光され、導波路部5内を進む。反射型分光素子4によって反射された光は、導波路部5の結像光学系1側の面51によって全反射されることによりスペクトル検出部3の検出領域上に導かれ、受光される。これにより、被写体のスペクトルが検出される。
【0020】
特に本実施の形態では、必要とするスペクトルの波長範囲よりも短波長側の光は、矢印A1に示すように導波路部5の面51において全反射されることなく透過する。また、必要とするスペクトルの波長範囲よりも長波長側の光は、矢印A2に示すように導波路部5の面51において全反射された後、導波路部5の側面52を透過して導波路部5の外に出射される。
【0021】
導波路部5の面51に対して全反射条件を満たす波長λの光の入射角度Θは、スネルの法則により、下記式1によって決定される。
sinΘ=Nλ’/Nλ ・・・(式1)
Nλ:波長λの光に対する導波路部5の屈折率
N’λ:波長λの光に対する導波路部5外部の屈折率
例えば、導波路部5に屈折率1.5程度のガラスを用いた場合には、所望の波長範囲における最短波長の光が面51に入射する角度を41.81度よりも大きくする。これにより、その波長よりも短い波長成分は全反射条件を満たさないため、導波路部5の外に出射される。したがって、不要な波長の光が導波路部5内を伝播しないので、スペクトル検出部3では、ノイズが抑制される。
【0022】
導波路部5の上面をミラー加工することにより、反射型分光素子4からの光を反射させることも可能である。しかし、ミラー加工においては少なからず光の吸収が生じるのに対し、全反射では理論的に100%の光が反射されるので、光の利用効率が高い。また、結像系の有効エリア内においてミラー加工を行うと、そこで全てまたは一部の光が反射されてしまう。したがって、レンズの有効径が大きい場合には、撮像部2での撮像がさまたげられるが、全反射によって光を反射させる場合には、結像光学系1から導波路部5に入射する光を全て透過させることが可能なので、こうした制約を受けない。
【0023】
また、導波路部5の側面52には、例えば黒塗りを行う等、吸光体を設けることが好ましい。これにより、側面52によって光が反射されたり、導波路部5の外に出射された光が迷光となって再び導波路部5内に侵入し、撮像部2上に結像するのが抑制され、ゴーストの発生を防止できる。
撮像部2やスペクトル検出部3、導波路部5を覆う遮光部6を設け、外部からの不要な光を遮断することが好ましい。また、遮光部6の内壁面にも同様に吸光体を設けることにより、矢印A1,A2等に示した光がゴーストを生じるのを抑制できる。
【0024】
図2は、撮像部2及びスペクトル検出部3を上方から見た概略上面図である。本実施の形態では、撮像部2とスペクトル検出部3は一体して形成されており、同一基板上に撮像領域21とスペクトル検出領域が配設されている。
このように、撮像部2とスペクトル検出部3とが一体して形成されている場合には、さらに導波路部5を撮像部2とスペクトル検出部3上に一体化して形成することが可能となるので、よりコンパクト化を図ることが可能である。
撮像領域21には、複数の光電変換素子が例えばマトリックス状に2次元配列されている。また、スペクトル検出領域31には、光電変換素子が1次元配列されている。
【0025】
撮像領域21の例えば中央には反射型分光素子4が配設されている。反射型分光素子4に入射した光は、反射されるとともに分光され、図示しない導波路部5の上面にて全反射された後、スペクトル検出領域31に到達する。ここでは、例えば波長620nmから860nmmまで40nm刻みの光が、スペクトル検出領域31上に形成するスポットS1〜S7を模式的に示している。ただし、実際には、波長620nm〜860nmまで波長の連続した光が、スペクトル検出領域31に入射する。
スペクトル検出領域において、1次元配列された光電変換素子は、同じ大きさのものが等間隔に配置されている。したがって、例えばスポットS7に示す波長860nm付近の光強度を検出したい時には、スポットS7が形成されている領域下の光電変換素子の出力を積算することで、スペクトルが検出されることになる。
【0026】
また、スペクトル検出領域31に配設される光電変換素子は、等間隔で配置される必要はなく、例えば図3に示すように、少しずつサイズを変えて配置してもよい。図3の例では、波長620nmから860nmmまで40nm刻みの光が形成するスポットの大きさに合わせて、光電変換素子の大きさを変えている。
【0027】
また、図4に示すように、撮像領域21上に配設する反射型分光素子は複数個であってもよい。撮像部2の撮像領域21上には、3個の反射型分光素子41,42,43が配設されている。
スペクトル検出部3のスペクトル検出領域31には、この3個の反射型分光素子41,42,43に対応して、3行の1次元配列された光電変換素子群32,33,34が配列されている。この光電変換素子群32,33,34には、反射型分光素子41,42,43によって反射、分光された光がそれぞれ受光され、例えば図示するようなスポットを形成する。
ここでは、形成されるスポットの大きさに対応して光電変換素子の大きさを変化させる例としてあるが、等間隔に同じ大きさの光電変換素子を配設してもよい。
【0028】
また、図5では、撮像領域21上に配設された3つの反射型分光素子41,42,43によって反射、分光された光を受光するスペクトル検出領域が3つの領域に分けて配置されている。
反射型分光素子41,43からの光を受光するスペクトル検出領域35,37は、撮像領域21に対して同一側に配設されている。一方、反射型分光素子41,43の間に配設されている反射型分光素子42からの光を受光するスペクトル検出領域36は、撮像領域21に対してスペクトル検出領域35,37とは反対側に配設されている。
このように、複数のスペクトル検出領域を、撮像領域に対してそれぞれ交互に反対側に配設してもよい。これにより、隣り合うスペクトル検出領域35,37間の距離を大きくとることが可能となる。したがって、例えば反射型分光素子41によって反射、分光された光が破線L4に示すように広がったとしても、隣の撮像領域37に侵入するのを抑制できる。また、隣り合う反射型分光素子41,42からの反射光同士が重なることもない。
【0029】
図6に、撮像部2の撮像領域21と、導波路部5、反射型分光素子4の概略断面図を示す。
撮像部2の撮像領域21には、受光量に応じた電気信号を発する例えばSiフォトダイオード等の光電変換素子22が二次元配列されている。この光電変換素子22上には、例えばRGBのカラーフィルタ23a,23b,23cがそれぞれ配設されている。
また、カラーフィルタ23a,23b,23c上には、光電変換素子22に光を集光させる集光レンズ24が形成される。この撮像領域21の構成は特に限定するものではなく、既知の撮像素子に用いられる種々の形態をとってよい。また、光電変換素子として例えばInGaAs系のフォトダイオードも一緒に配列し、赤外光も受光するようにしてもよい。
【0030】
集光レンズ24上には、集光レンズ24を覆い、導波路部5との接合層となるカバー層25が配設される。カバー層25は例えばガラスや樹脂等によって形成される。このカバー層25を設けることにより集光レンズ24による凹凸が平面化され、撮像領域21上に空気層を介在させることなく、導波路部5を密着させて配設することが可能となる。
【0031】
カバー層25上には、導波路部5がカバー層25の表面と接して配設されている。導波路部5は、測定対象の波長の光に対する十分な透過率と、光の全反射を起こすための屈折率を考慮してその材料が選択される。例えばガラスや樹脂等を用いてよい。
【0032】
導波路部5において撮像領域21と接触する側の表面には、反射型分光素子4として、例えば反射型回折格子44が形成されている。この回折格子の凹凸は、例えば導波路部5の成形時に同時に形成してもよいし、切削により形成してもよい。この凹凸の表面に、例えばAl等をコーティングすることにより反射型回折格子44が形成される。このように、導波路部5表面に反射型分光素子4を一体に形成することで、組立後の経時精度変化の向上加え、部品点数も削減され、装置の小型化が図れる。
【0033】
また、反射型回折格子44の凸部の表面高さは、導波路部5の表面と一致または低くさせている。これにより、導波路部5を撮像部2やスペクトル検出部3(図示せず)の表面に接して密着配置することが可能となる。したがって、撮像部2とスペクトル検出部3と導波路部5とを一体化して配設することができるので、よりコンパクトな構成を実現できる。
【0034】
反射型回折格子44を配設する面積は、スペクトル検出部3においてスペクトルを検出できるだけの光量を反射させるものであれば、特に限定しない。例えば、反射型回折格子44が配設される長さLは、少なくとも測定対象とする光の波長以上の長さであれば、光の回折を生じさせる。
【0035】
また、図7に示すように、撮像領域21のカバー層25の表面に一体化して反射型回折格子44を設けてもよい。この場合には、反射型回折格子44の凸部の表面高さがカバー層25の表面高さに一致させることにより、導波路部5とカバー層25を密着して配設させる。
【0036】
なお、図6,7に示すように、反射型回折格子44が配設される箇所には、導波路部5とカバー層25との間に空層45が介在することになる。しかし、図6のように、導波路部5表面に反射型回折格子44を形成する場合には、反射型回折格子44表面のAl等による反射コーティングによって、光は空層45を経由することなく反射される。
図7のように、カバー層25の表面に反射型回折格子44を設ける場合には、空層45は例えば樹脂やガラス等の導波路部5と同じ材料で埋められ、その界面での反射や散乱が抑制される。
【0037】
また、反射型回折格子44等の反射型分光素子は、撮像部2に対して接していなくてもよい。例えば図8では、図6におけるカバー層25を無くし、撮像領域21と反射型回折格子44(導波路部5)との間に空層26を設けたものである。
ここでは、撮像領域21上において導波路部5に切欠き部を設けることで、カバー2層5と撮像領域21との間に空層26を配設している。また、この切欠き部における導波路部5の表面に反射型回折格子44を形成している。
【0038】
なお、スペクトル検出領域31上においては、空層26を設けないことが好ましい。スペクトル検出領域31に到達する光は、光路Lpに示すように、導波路部5の上面を全反射しており、全反射条件を満たしたまま導波路部5の下面に入射する。したがって、導波路部5とスペクトル検出領域31との間に空層が存在すると、導波路部5と空層との境界においても光の全反射が生じてしまい、スペクトル検出領域31に光を入射させることができない。
【0039】
このように、反射型回折格子44は撮像部2に接していなくてもよいが、撮像部2から離れすぎると、被写体上のスペクトルを取得したい領域以外からの光も反射型回折格子44に入射することになる。したがって、ある程度光束が収束している位置に反射型回折格子44を配置することが望ましいが、結像光学系1の構成や所望とするスペクトル検出の精度等に合わせて、結像光学系1と撮像部2の間における配置位置を適宜定めてよい。
例えば、反射型回折格子44と撮像部2との間の距離は、結像光学系1の焦点深度の200倍以内の位置に配置することが好ましい。この場合、結像光学系1のF値が2.8で、光電変換素子22のサイズが1μmとすると、反射型回折格子44と撮像部2との間の距離は1mm以下とすることになる。少なくとも、反射型回折格子44と撮像部2との間の距離が5mm以内であれば、被写体の特定領域からの光のみを反射型回折格子44上に入射させる結像光学系1の設計自由度を大きくとれる。
【0040】
また、ここでは、反射型回折格子44として、矩形状の溝を有するラミナーグレーティング型の回折格子を示したが、測定対称とする光の波長に応じてその他のタイプのものを用いてよい。
例えば、紫外域から可視域の特定の波長に対しては、鋸歯状の溝を有するブレーズド・ホログラフィック・グレーティング型の反射型回折格子を用いることにより、高い回折効率が得られる。また、広い波長域や近赤外域の光に対しては、正弦波状の溝を有するホログラフィック・グレーティング型の反射型回折格子を用いることができる。製造上の制約がある場合には、上述の曲面形状や斜面形状を近似したステップ構造により構成してもよい。
また、反射型分光素子としては、上述の反射型回折格子以外にもプリズムやホログラム素子を用いることも可能である。
【0041】
例えば、ラミナーグレーティング型の反射型回折格子を用いる場合、回折格子周期(格子ピッチ)と、光の波長と、回折次数が決まると、光の入射角αと回折角βの関係は下記式2により一義的に定まる。
n(sinα±sinβ)=Nmλ (式2)
N:1mmあたりのスリット数(溝本数)=1/(回折格子周期)
m:回折次数(m=0,±1,±2,・・・)
λ:光の波長
n:媒質の屈折率
【0042】
表1に、図1及び図6に示した構成で、導波路部5の硝材にボロシリケートクラウンガラス(BK7)を用い、回折格子周期を500nm,620nm,600nm,700nmとした場合の入射角度α=0度のときの波長400nmから900nmの光に対する回折角を示す。なお、回折次数が1次の光に対して回折角を求めている。また、各波長の光に対して導波路部5が全反射を起こす臨界角も示してある。
【0043】
【表1】
【0044】
例えば、入射角度α=0度で回折格子周期が500nmの場合、波長500nmの光に対する1次光の回折角は約40.09度であり、臨界角と略等しい。したがって、波長500nm未満の光は導波路部5の外に出射され、500nm以上の光が全反射を起こして導波路内を伝播し、スペクトル検出部3に到達することになる。
【0045】
これに対して、回折格子周期が600nmの場合には、波長600nmの光に対する1次光の回折角は約41.26度であり、臨界角と略等しい。したがって、波長600nm未満の光は導波路部5の外に出射され、600nm以上の光が導波路内を伝播する。
また、回折格子周期が700nmの場合は、波長700nmの光に対する1次光の回折角は約41.37度であり、波長700nmの光に対する導波路部5の臨界角に略等しくなる。したがって、波長700nm未満の光が導波路部5の外に出射され、700nm以上の光が導波路部5内を伝播する。
【0046】
このように、反射型回折格子の回折格子周期を変え、各波長の光に対する回折角を調整することにより、短波長側の不要な光が導波路部5内を伝播し、スペクトル検出部3に到達するのを抑制することが可能である。
例えば、図2のように波長520nm以上の光のスペクトルを検出したい場合には、反射回折格子の回折格子周期を620nmにして設ければよい。これにより、波長500nm〜620nmの光は導波路部5の外に出射され、620nm〜900nmの光が導波路部5を伝播しスペクトル検出部3に到達することになる。
【0047】
表2は、例えば図2に示したように、反射型分光素子4から、反射型分光素子4によって反射された光が導波路部5を伝播してスペクトル検出領域31に到達した位置までの距離(以降到達距離と呼ぶ)を求めたものである。なお、反射型分光素子4には、回折格子周期が600nmの反射型回折格子を用い、導波路部5の厚さを0.95mm、1mm、1.05mmとした場合の距離を光の波長毎に求めている。
【0048】
【表2】
【0049】
例えば反射型分光素子4が撮像領域21の中央に配設され、撮像領域21の幅W1が3.6mmであるとすると、反射型分光素子4によって反射された光がスペクトル検出領域31に到達するためには、到達距離を少なくとも1.8mm以上にする必要がある。
導波路部5の厚さが0.95mmの場合、波長620nmの光の到達距離は1.77mmである。したがって、波長620nmの光はスペクトル検出領域31に到達しないためスペクトルを検出することができない。また、こうした光が撮像領域21内に到達することによりノイズとして検出されてしまう。
【0050】
一方、導波路部5の厚さを1mmとした場合には、波長620nmの光の到達距離は約1.86mmであり、波長620nmの光をスペクトル検出領域31まで導くことが可能である。したがって、波長620nmの光のスペクトル検出を行うには、導波路部5の厚さを1mm以上とすればよいと言える。
さらに、長波長側の不要な光の到達距離を求め、この光がスペクトル検出領域31上に到達せず、例えば導波路部5の面52(図1参照)に導かれるように導波路部5の厚さが設定される。面52には、黒塗りを行う等の処理が施され、面52に到達した長波長側の光を吸収する。
【0051】
また、ここでは、撮像部2の光受光面が、結像光学系1の光軸に対して垂直となる配置としたが、撮像部2を結像光学系1の光軸に対して傾けて配設してもよい。例えば、撮像部2を傾けて配置することにより、反射型分光素子4に入射する光の入射角度を変え、回折角を調整してもよい。これにより、任意の波長の光を導波路部5の面51において全反射または透過させることができる。
また、導波路部5の面51の少なくとも一部を結像光学系1の光軸に対して傾けて形成することにより、面51への光の入射角度を調整し、光の到達距離や全反射を起こす光の波長を設定することも可能である。
【0052】
このように、本実施の形態の光学装置100では、撮像部2の撮像領域上に反射型分光素子4を配設している。反射型分光素子4の配置されていない撮像領域上に結像された光は、そのまま2次元の画像データとして取得されるため、従来のようにデータの再合成等を行うことなく被写体全体の画像が得られる。
【0053】
また、撮像領域上に結像される光の一部を、反射型分光素子4により取り出すことでスペクトルを検出する。したがって、被写体の画像とともに、被写体のスペクトルも同時に取得することが可能である。
反射型分光素子4は、撮像部2の撮像領域上、すなわち結像光学系1の結像面上に配設されている。したがって、反射型分光素子4に入射する光は、反射型分光素子4が配置された箇所に対応する被写体の特定領域からの光のみである。このように、スペクトル検出部には被写体全体からの光が混じることが無いので、被写体上の特定の領域のみにおけるスペクトルを検出することが可能となる。
【0054】
また、被写体の画像と、被写体上の特定の領域のスペクトルとを同時に取得可能であるので、被写体の画像をリアルタイムに確認しながら、スペクトルの検出を行うこともできる。
例えば、手の平の静脈におけるスペクトルを検出する場合について図9の模式図を用いて説明する。
ここでは、被写体として、図9Aに示す手の平を写し、その領域T1における静脈のスペクトルを検出する場合を例に挙げる。領域T1を本実施の形態による光学装置100によって撮像すると、撮像部2の撮像領域21には図9Bに示す指の像が結像され、画像が取得される。
【0055】
また、ここでは撮像領域21の中央に反射型分光素子4が配置されており、例えば撮像される画像(動画)をリアルタイムで視認しながら、スペクトルを取得したい静脈上に画像中心を合わせる。すると、静脈からの光は反射型分光素子4によって反射され、例えば光束L5に示すように広がりながら図示しない導波路部5内を全反射して伝播し、図2Cに示すスペクトル検出部3のスペクトル検出領域31に受光される。これにより、指の静脈のスペクトルが検出される。
【0056】
なお、照射される特定の波長の光に対して特定のスペクトルを放射または反射させる被写体の測定を行う場合には、例えば発光波長幅の狭いLED光源によって被写体を照らすようにしてもよい。
また、特定の波長に限らず白色光源を備えていてもよい。専用の発光源を備えることにより、周囲環境に関わらず安定した画像データ及びスペクトルデータが取得される。
【0057】
反射型分光素子4が配置される箇所は任意であってよい。例えば光学装置100の向きや位置を合わせて、その配置箇所に、スペクトル検出の対象とする箇所からの光を入射させることで、被写体の任意の箇所のスペクトルを検出できる。
例えば、反射型分光素子4が配置された箇所に対応する画像の表示領域には、アライメントマーク表示等をしておいてもよい。撮像された画像を視認しながら、アライメントマークが目標とする被写体の領域上に配置されるように光学装置100の向きや位置を合わせることで、容易に所望の箇所におけるスペクトルを検出できる。
【0058】
反射型分光素子4の直下に配設された光電変換素子は、反射型分光素子4により光が遮光された領域となる。取得される画像において、この光電変換素子に対応する位置には、被写体が表示されない。この被写体が表示されない表示領域を逆にアライメントマークとして利用してもよい。
【0059】
また、反射型分光素子4は、撮像部2上に接して設けられるので、製造時における反射型分光素子の位置精度を容易に向上させることができ、経時的な位置ズレも抑制される。
また、従来のように回折格子を光学系のフーリエ面近傍に配置する場合には、絞りを通った直後の全光束を回折格子に入射させるため、そのサイズも大きくなる。しかし、本実施の形態では、反射型分光素子4を撮像部2上に接して設けているので、撮像領域上のスペクトルを取得する箇所にのみ反射型分光素子4を配置すればよい。したがって、反射型分光素子4のサイズを小さくすることが可能であり、装置のコンパクト化が図れる。
【0060】
なお、結像光学系1の絞り12(図1参照)を可変絞りとすることにより、測定環境に応じて結像光学系1のF値を変化させてもよい。例えば、図10の模式図に示すように、結像光学系1によって反射型分光素子4のある一点上に集光される光は、主光線L6に対して角度+Θ,−Θ傾いた光線L7,L8等による光錐を形成している。すなわち、同じ一点上に集光される光であっても、反射型分光素子4に入射する入射角度には幅が存在する。
【0061】
例えば反射型分光素子4が反射型回折格子である場合、このように反射型回折格子への入射角度に幅があると、その回折方向にも幅が生じることになる。図10では、例えば波長700nmの光が、光線L9,10,11に示すように回折方向に幅をもって反射され、波長800nmの光が光線L12,13,14に示すように回折方向に幅をもって反射されている。
すると、領域T1においては、波長700nmの光と波長800nmの光が混在することになり、正確な分光を行うことができない。また、異なる波長の光が混在したまま受光されることにより、スペクトル検出において波長700nmの光に対する信号と、波長800nmの光に対する信号とのクロストークが生じる。
【0062】
表3に、参考値としてレンズのF値と、そのレンズに平行光を入射し集光させた場合の光錐において、最外周の光線が主光線となす角度を示す。
【0063】
【表3】
【0064】
このように、F値が大きい場合には、結像光学系1による光錐の頂角は小さくなるので、上述のクロストークを抑制することが可能である。しかし、F値を大きくし過ぎると、光量が小さくなり画像が暗くなるので、被写体の確認を行うことができない。
これに対し、本実施の形態では、絞り12を可変絞りとし、被写体の撮像時とスペクトルの検出時とで、結像光学系1のF値を変更可能としてもよい。
【0065】
例えば、結像光学系1のF値を1.2〜8程度に小さくして被写体を撮像し、得られる明るい画像でリアルタイムに確認しながら被写体上のスペクトルを検出したい箇所に位置合わせを行う。
位置合わせを終えた後、絞り12を絞って結像光学系1のF値を大きくし、スペクトルの検出を行うことで、クロストークを抑制した正確な測定を行うことが可能である。
この場合には、撮像とスペクトル検出とを別々に行うことになるが、絞りを変えるという非常に簡易な作業でより精度の高いデータの取得を行うことができる。
【0066】
2.第2の実施の形態(撮像部とスペクトル検出部を別々に配置する例)
第1の実施の形態においては、撮像部とスペクトル検出部とが一体とされている例を示したが、別々に配設されていてもよい。
【0067】
図11は第2の実施の形態に係る光学装置200を示す概略構成図である。本実施の形態による光学装置200は、被写体からの光を結像させる結像光学系60と、結像光学系60によって結像される光を受光する撮像部80と、撮像部80の撮像領域の所定領域を覆う反射型分光素子70を備える。
【0068】
結像光学系60の構成は、第1の実施の形態(図1参照)と同様、被写体からの光を撮像部80の撮像領域上に結像させるものであれば、特に限定するものではない。ここでは第1の実施の形態と同様に、結像光学系60は、負の屈折力を有する平凹形状の第1レンズ61と、正の屈折力を有するメニスカス形状の第2レンズ63と、正の屈折力を有する合成レンズである第3レンズ64と、絞り62を含んで構成したものを示している。
【0069】
また、撮像部80の撮像領域上の任意の箇所には、反射型分光素子70が配設されている。この反射型分光素子70は、撮像部80の表面に接して配設されていてもよいし、撮像部80の表面に一体化して形成されていてもよい。この反射型分光素子4には、例えば反射型回折格子や、ホログラム素子、プリズム等を用いることができる。
なお、反射型分光素子70は、第1の実施の形態において示した図7のように、撮像部80の光電変換素子上を覆うカバー層25の表面に一体して形成されることが好ましいが、その際には導波路部5の有無は問わない。
また、第1の実施の形態と同様に、反射型分光素子70と撮像部80の表面は必ずしも接している必要はなく、間に空層や光透過性材料による層が介在されていてもよい。
【0070】
例えば光線群L14,15に示すように、被写体からの光は結像光学系60によって撮像部80の撮像領域上に結像されることにより、被写体の画像が取得される。
また、撮像部2の撮像領域上に配設された反射型分光素子70上に集光される光線群L16は、反射型分光素子70によって反射、分光され、そのままスペクトル検出部90によって受光される。
【0071】
本実施の形態の光学装置200においても、撮像部80の撮像領域の所定領域を覆って反射型分光素子70が配設されており、撮像領域上に結像する光の一部を取り出すことでスペクトルが検出される。したがって、被写体の画像とともに、被写体のスペクトルも同時に取得することが可能である。
また、反射型分光素子70は結像光学系60の結像面上に配設されている。このことにより、反射型分光素子4に入射する光は、反射型分光素子4が配置された箇所に対応する被写体の特定領域からの光のみである。スペクトル検出部には被写体全体からの光が混じることが無いので、被写体上の特定の領域のみにおけるスペクトルを検出することが可能である。
【0072】
図11においては、反射型分光素子70によって反射、分光された光をそのまま直接受光するために、スペクトル検出部90は、撮像部80の受光面に対してその受光面を傾けて別々に配置されている。このように、撮像部80とスペクトル検出部90を個々に構成し、配置してもよい。
また、反射型分光素子4によって反射、分光された光をスペクトル検出部90で直接受光させることにより、導波路部を必要としないのでコスト低減を図れる。
【0073】
また、本実施の形態においては、反射型分光素子4によって反射、分光された光をスペクトル検出部90で直接受光させることにより導波路部を省いたこと以外は、第1の実施の形態(図1)と同様の構成をとることが可能である。
したがって、例えば絞り62を可変絞りとすることにより、被写体の撮像時には結像光学系60のF値を小さくし、スペクトルの検出時には結像光学系60のF値を大きくさせてもよい。これにより、明るい画像で被写体を確認するとともに、クロストークを抑制した精度の高いスペクトル検出を行うことができる。
【0074】
3.第3の実施の形態(カメラ等の電子機器に搭載する例)
図12に、本発明による光学装置を例えばカメラ等の電子機器に適用する例を示す。本実施形態に係る電子機器は、静止画像又は動画撮影可能なカメラを例としたものである。本実施形態例の電子機器300は、被写体からの光を受光する光学装置310と、光学装置310の動作を制御する制御部320と、光学装置310からの出力信号を処理する信号処理回路330を含んで構成される。
【0075】
光学装置310には、第1の実施の形態(図1参照)や、第2の実施の形態(図11参照)において示した光学装置100,200のいずれかが適用される。
制御部320は、例えば光学装置310内の撮像部やスペクトル検出部にタイミング信号を供給し、取得される信号の転送動作を指示する。
また、信号処理回路330は、光学装置310の撮像部やスペクトル検出部からの出力信号に対して例えば相関二重サンプリング等の信号処理を行う。そして、信号処理後の画像データやスペクトルデータ等を例えばメモリ等の記録媒体に記録したり、モニタ等の表示装置や外部機器へと出力する。
このように、カメラ等の電子機器に本発明の光学装置を適用することで、被写体の画像と、被写体の任意の箇所のスペクトルの両方を容易に取得することができる。
【0076】
以上、本発明による光学装置の実施の形態について説明した。本発明は上記実施の形態にとらわれることなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、考えられる種々の形態を含むものである。
【0077】
1,60・・・結像光学系、2,80・・・撮像部、3,90・・・スペクトル検出部、4,41,42,43,70・・・反射型分光素子、5・・・導波路部、6・・・遮光部、11,13,14,24,61,63,64・・・レンズ、12,62・・・絞り、21・・・撮像領域、22・・・光電変換素子、23a,23b,23c・・・カラーフィルタ、25・・・カバー層、26・・・空層、31・・・スペクトル検出領域、32,33,34,35,36,37・・・光電変換素子群、44・・・反射型回折素子、45・・・空層、51,52・・・面、100,200,310・・・光学装置、300・・・電子機器、320・・・制御部、330・・・信号処理部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被写体からの光を結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像された光を受光する撮像部と、
前記撮像部の撮像領域において、所定の領域を覆う反射型分光素子と、
前記反射型分光素子により反射された光の分光スペクトルを検出するスペクトル検出部と、
を含む
光学装置。
【請求項2】
前記撮像部及び前記スペクトル検出部と前記結像光学系との間に配置され、かつ、少なくとも前記スペクトル検出部のスペクトル検出領域に接して設けられ、前記反射型分光素子により反射された光を前記スペクトル検出部に導く導波路部を備える請求項1に記載の光学装置。
【請求項3】
前記導波路部は、前記反射型分光素子により反射された光の少なくとも一部を全反射させ、前記スペクトル検出部に導く請求項2に記載の光学装置。
【請求項4】
前記反射型分光素子により反射された光のうち、所望とする前記分光スペクトルの波長範囲よりも短波長側の光は前記導波路部を透過し、所望とする前記分光スペクトルよりも長波長側の光は、前記導波路部内で全反射することにより、前記スペクトル検出部のスペクトル検出領域外に導かれる請求項3に記載の光学装置。
【請求項5】
前記反射型分光素子は、前記導波路部または前記撮像部の表面に一体して形成されている請求項2〜4のいずれか1項に記載の光学装置。
【請求項6】
前記結像光学系は可変絞りを備え、前記可変絞りは、前記分光スペクトルの検出時における前記結像光学系のF値を、前記撮像部での撮像時における前記結像光学系のF値よりも大きくする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学装置。
【請求項7】
前記結像光学系の光軸に対して、前記撮像部を傾けて配設する請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学装置。
【請求項8】
前記撮像部の撮像領域上面に対して、前記導波路部の全反射面の一部または全面を傾けて形成する請求項1〜7のいずれか1項に記載の光学装置。
【請求項9】
前記反射型分光素子は、回折格子またはプリズムである請求項1〜8のいずれか1項に記載の光学装置。
【請求項10】
被写体からの光を結像させる結像光学系と、前記結像光学系により結像された光を受光する撮像部と、前記撮像部の撮像領域において、所定の領域を覆う反射型分光素子と、前記反射型分光素子により反射された光の分光スペクトルを検出するスペクトル検出部と、を含む光学装置を備えた
電子機器。
【請求項1】
被写体からの光を結像させる結像光学系と、
前記結像光学系により結像された光を受光する撮像部と、
前記撮像部の撮像領域において、所定の領域を覆う反射型分光素子と、
前記反射型分光素子により反射された光の分光スペクトルを検出するスペクトル検出部と、
を含む
光学装置。
【請求項2】
前記撮像部及び前記スペクトル検出部と前記結像光学系との間に配置され、かつ、少なくとも前記スペクトル検出部のスペクトル検出領域に接して設けられ、前記反射型分光素子により反射された光を前記スペクトル検出部に導く導波路部を備える請求項1に記載の光学装置。
【請求項3】
前記導波路部は、前記反射型分光素子により反射された光の少なくとも一部を全反射させ、前記スペクトル検出部に導く請求項2に記載の光学装置。
【請求項4】
前記反射型分光素子により反射された光のうち、所望とする前記分光スペクトルの波長範囲よりも短波長側の光は前記導波路部を透過し、所望とする前記分光スペクトルよりも長波長側の光は、前記導波路部内で全反射することにより、前記スペクトル検出部のスペクトル検出領域外に導かれる請求項3に記載の光学装置。
【請求項5】
前記反射型分光素子は、前記導波路部または前記撮像部の表面に一体して形成されている請求項2〜4のいずれか1項に記載の光学装置。
【請求項6】
前記結像光学系は可変絞りを備え、前記可変絞りは、前記分光スペクトルの検出時における前記結像光学系のF値を、前記撮像部での撮像時における前記結像光学系のF値よりも大きくする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学装置。
【請求項7】
前記結像光学系の光軸に対して、前記撮像部を傾けて配設する請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学装置。
【請求項8】
前記撮像部の撮像領域上面に対して、前記導波路部の全反射面の一部または全面を傾けて形成する請求項1〜7のいずれか1項に記載の光学装置。
【請求項9】
前記反射型分光素子は、回折格子またはプリズムである請求項1〜8のいずれか1項に記載の光学装置。
【請求項10】
被写体からの光を結像させる結像光学系と、前記結像光学系により結像された光を受光する撮像部と、前記撮像部の撮像領域において、所定の領域を覆う反射型分光素子と、前記反射型分光素子により反射された光の分光スペクトルを検出するスペクトル検出部と、を含む光学装置を備えた
電子機器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2012−117867(P2012−117867A)
【公開日】平成24年6月21日(2012.6.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−266296(P2010−266296)
【出願日】平成22年11月30日(2010.11.30)
【出願人】(000002185)ソニー株式会社 (34,172)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年6月21日(2012.6.21)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年11月30日(2010.11.30)
【出願人】(000002185)ソニー株式会社 (34,172)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]