JP4502104B2 - 複合プリズム光学系を有する撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、監視・計測用撮像装置又は画像読取装置など撮像装置に係り、撮像光学系の光路中にプリズムを用いて可視光像と非可視光像を分離して撮像できる複合プリズム光学系を有する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非可視光として赤外光を利用しているフィルムスキャナの画像読取装置においては、フィルム等被写体に照明光を照射することにより、被写体の画像情報を含む光を撮像光学系を介して光電変換素子の受光面に投影・結像し、前記光電変換素子により光電変換することにより、被写体からの画像情報を電気信号に変換して画像データとして読み取っている。
また、このような装置では、照明光学系及び撮像光学系に付着したゴミ、フィルム上のゴミ、傷、指紋等は読み取った画像データ上に黒点等となって現れ、結果的にフィルムスキャナで再現する画像の欠陥となり画質の劣化をもたらしていた。
【０００３】
これに対して、赤外光を利用してこのような画像の欠陥を自動的に見えなくし、或いは十分に軽減するように補正する方法が各種提案されている。これは、フィルムの赤外光に対する透過率特性に着目して、上述の画質劣化の原因となるゴミ、傷、指紋等のみを赤外光により検知し、検知したゴミや傷等の欠陥データにより可視光で読み取った被写体の画像データを修正するという方法である。
【０００４】
しかし、レンズ等撮像光学系では可視光と赤外光の波長の違いによる光路長のずれが生じ、赤外光による結像面は、可視光による結像面よりも一般的に遠方に存在する。
【０００５】
したがって、「特公平６−７８９９２号公報」（従来例１）では、赤、緑、青の各色分解フィルタと、ＩＲ（赤外線）フィルタを装着したフィルタホルダを回転して３原色画像とＩＲ画像を１個の光電変換素子で順次読み取っているが、ＩＲフィルタによるＩＲ画像データ読取時には、駆動機構によってセンサ（光電変換素子）を光軸方向に微少量変化させて結像位置を制御している。
【０００６】
「特開２０００−３２４３０３号公報」（従来例２）では、可視光と赤外光の波長の違いによる結像位置の違いを可視光用フィルタと赤外光用フィルタの厚みを変えることにより補正している。実際には可視光による結像面よりも、赤外光による結像面は遠方に存在するので、この結像位置の違いを補正すべく可視光読取の際には赤外光読取の場合よりも厚いフィルタを挿入して結像面の位置補正を行っている。このことにより、可視光読取と赤外光読取の場合で各々適切な光路長に制御して１個の光電変換素子により画像を読み取ることが可能となる。さらにレンズ移動手段により結像レンズを光軸に沿って移動することによって結像位置を制御することもできる。
【０００７】
「特開２００１−２１１２９５号公報」（従来例３）では、光学フィルタとしての赤外光カットフィルタと可視光カットフィルタをフィルタ用モータで切り替えると同時に、一体的に保持枠に保持され光軸間距離が予め調整されている結像レンズとラインセンサ（撮像素子）がフォーカスモータによって可視光像及び赤外光像それぞれがベストピント（最良合焦）状態になるようフォーカス調整することによってそれぞれの光路長を補正している。
【０００８】
一方、近年、電子・通信技術のデジタル化に伴い２４０サイズで透明な磁気層が形成された写真フィルム（いわゆる「ＡＰＳフィルム」）の登場もあり、従来の１３５サイズの写真フィルム、１１０，１２０及び２２０サイズ（ブローニサイズ）等も含めて、画像読取装置は多様なサイズの写真フィルムに対応する必要が生じてきた。そこで画像読取装置には自由に画枠設定が可能なズームレンズを対物レンズとして使用するようになってきた。
【０００９】
そのほかに、非可視光として紫外光領域を利用している従来例として、近年ますます微細化されつつある半導体集積回路のパターンを高分解能で精度良く検査することのできる紫外線顕微鏡装置として、「特開平５−１２７０９６号公報」（従来例４）では、可視光域から近紫外域の波長を有する光源（水銀ランプ）からの光は、照明レンズ系、対物レンズ系を通じてステージに保持された被検体としての半導体デバイスへ照射される。半導体デバイスで反射した光は前記対物レンズを再度通過し、ダイクロイックミラーにより紫外線の光路と可視光の光路とに分離される。分離された光は、２つに分離された鏡筒のそれぞれの鏡筒内を通過し変倍レンズ系を介して、紫外線は紫外線用ＣＣＤ（モノクローム）カメラへ、可視光はカラーＣＣＤカメラへ導かれる。
したがって、半導体デバイスのパターンは、高解像力、高倍率の紫外線画像と、半導体デバイスのパターンの色を視認できるカラー画像とを同時に表示したり、画像処理装置を通じて紫外線画像とカラー画像とを重畳させて表示することにより、紫外線画像を疑似カラー画像として表示可能となる。
ここで、前記変倍レンズ系は、近紫外域と可視光域の光に対してそれぞれ像位置の色収差及び倍率の色収差が補正されている。また、紫外線顕微鏡の総合倍率を可変とするように、変倍レンズ系と対物レンズ系との組み合わせが選択可能となっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例１〜３のように赤外光を利用している画像読取装置においては、Ｒ，Ｇ，Ｂフィルタ及びＩＲフィルタや、赤外カットフィルタ、可視光カットフィルタ等をフィルタ切替用モータで切り替え、さらにその都度レンズフォーカスを制御したり又は一体的に保持枠に保持され光軸間距離が予め調整されている結像レンズとラインセンサをフォーカスモータで制御する方式では、フィルタを順次切替ながら画像を読み込むため処理速度が自ずから制限され、また、フィルタ切替制御とそのための機構が装置を大型化、複雑化する傾向にあった。
【００１１】
さらに、レンズは、使用するガラスの屈折率が光の波長によって異なるために軸上色収差・倍率色収差を生じ、特にズームレンズではズーミングとともに軸上色収差が変動し、この変動量が問題となる。軸上色収差は一般的に望遠端で最も大きくなると言われている。この軸上色収差が大きく残っていると、トラッキング（Ｒ，Ｇ，Ｂチャンネルのフォーカス合わせ）を広角端で正確に合わせても望遠端でＢ，Ｒチャンネルのトラッキングエラーが生じ、色のにじみとなって現れる。
近年では、レンズ光学系の設計がコンピュータの活用により容易になり、精密に、かつ高速で行え、さらに、通常の光学ガラスとは分散の異なる蛍石という結晶や、異常分散ガラス等ガラス材料の開発もあり、可視光領域での軸上色収差も殆ど問題にならない程度に改良が進んでいる。
【００１２】
しかし、通常の写真撮影用のズームレンズにおいては、可視光領域に対し近赤外光・赤外光など長波長領域では軸上色収差は改善が困難で、そのため、多様なサイズの写真フィルムに対応するためズームレンズを画像読取装置に使用する場合、ズーミングによる長波長領域での広角端から望遠端までの軸上色収差の変移は画像読取装置の光学系で補正する必要があった。
【００１３】
また、前記従来例４の紫外線顕微鏡装置においては、２つに分離された鏡筒にそれぞれ専用のカメラを搭載するなど、装置が複雑で、大型化しやすい傾向にあった。
【００１４】
以上説明した現状に鑑み、赤外光を使用した画像読取装置などにおけるＲ，Ｇ，Ｂフィルタ及びＩＲフィルタや、赤外カットフィルタ、可視光カットフィルタ等を装着したフィルタディスクを使用せず、さらに、広角端から望遠端までズームレンズのズーム倍率が変化しても軸上色収差を自動補正できる非可視光焦点位置補正が可能であり、また、紫外線顕微鏡装置においては、一つの鏡筒と１台のカメラ装置にできる複合プリズム光学系を有する撮像装置を提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は，上記に鑑み鋭意研究の結果、次の手段によりこの課題を解決した。
【００１６】
（１）結像倍率が可変なズームレンズと、同ズームレンズによって結像される被写体の光学像を光電変換する可視光用撮像デバイス及び非可視光用撮像デバイスと、前記ズームレンズと前記両撮像デバイスとの間の光路中に配設された、非可視光領域の波長を透過し、可視光領域の波長を反射する被膜を備えた反射面を有しプリズム固定台に固定された第１のプリズムと、該第１のプリズムの前記反射面と一定空隙を介して対向する面を有する第２のプリズムとで構成された複合プリズムと、前記第２のプリズムを第１のプリズムの前記反射面に沿って移動制御し、前記結像倍率変更による可視光と非可視光との波長の違いによる結像面の位置ずれを補正するプリズム駆動手段と、予め設定された前記ズームレンズの結像倍率データがメモリされた結像倍率データメモリとを備え、
前記第１のプリズムで反射された可視光の光学像を光電変換するために可視光用撮像デバイスが可視光の光学像の結像位置に配設され、前記第１のプリズムを透過し、さらに第２のプリズムを透過した非可視光の光学像を光電変換するための非可視光用撮像デバイスが非可視光の光学像の結像位置に配設されてなることを特徴とする複合プリズム光学系を有する撮像装置。
【００１７】
（２）前記結像倍率データが、前記ズームレンズのそれぞれの焦点距離における可視光画像の結像倍率に対応する非可視光画像の結像倍率データであることを特徴とする（１）項に記載の複合プリズム光学系を有する撮像装置。
【００１８】
（３）前記第２のプリズムが、前記ズームレンズの結像倍率が変化すると、当該結像倍率に対応した前記結像倍率データメモリの結像倍率データに基づいて前記プリズム駆動手段により第１のプリズムの前記反射面に沿って移動するように駆動されてなることを特徴とする（１）又は（２）項に記載の複合プリズム光学系を有する撮像装置。
【００１９】
（４）前記撮像装置が、さらに前記被写体としてのネガ又はポジフィルムに付着したゴミ、傷、又は指紋により生ずる画像の欠陥を補正するフィルム欠陥補正手段を備え、かつ同撮像装置が、フィルムスキャナに画像読取装置として装着されてなることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の複合プリズム光学系を有する撮像装置。
【００２０】
（５）前記撮像装置が、さらに被写体を可視光及び非可視光領域の波長を含む波長で照明する照明手段又は非可視光領域の波長のみで照明する照明手段と、同照明手段を制御する照明制御手段とを備えてなることを特徴とする（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の複合プリズム光学系を有する撮像装置。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施の形態について、実施例の図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本願発明実施例１の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置をフィルムスキャナの画像読取装置として使用した場合のブロック図であり、図２は、同発明実施例のプリズム駆動機構説明図であり、図３は、同発明実施例の四角形状に形成された複合プリズムの非可視光焦点位置補正の説明図であり、図４は、同発明実施例２の複合プリズム光学系を有する撮像装置を監視用テレビカメラとして使用した場合のブロック図であり、図５は、同発明実施例３の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置を紫外線顕微鏡装置用撮像装置として使用した場合の模式図であり、図６は、同発明実施例３の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置を紫外線顕微鏡装置用撮像装置として使用した場合のブロック図であり、図７は、同発明実施例の四角形状以外の複合プリズムの非可視光焦点位置補正の説明図である。
【００２２】
【実施例１】
図１において、集光光学系を含む照明光源として赤外光領域と可視光領域の波長を合わせ持つ光源Ｌによって照射された光は、フィルム駆動装置１によって一定方向・一定速度で走行するネガフィルム２を透過し、ズームレンズ３により複合プリズム４を介してラインセンサ型撮像デバイス５，６の光電変換素子面に結像する。
【００２３】
前記複合プリズム４は、前記ズームレンズ３と前記撮像デバイス５，６間の光路中に配設され赤外光領域の波長を透過し、可視光領域の波長を反射する干渉膜が蒸着された被膜面４ｃを有し、プリズム固定台１０２ａ（図２）に固定された二等辺直角三角形形状の第１のプリズム４ａと、該第１のプリズム４ａの前記被膜面４ｃと一定空隙を介して相対し、かつプリズム駆動手段１６により移動可能な二等辺直角三角形形状の第２のプリズム４ｂとで正四角形状に形成されている。
第２のプリズム４ｂは、プリズム駆動手段１６によって第１のプリズム４ａの被膜面４ｃに沿って⇔印（図３）で示す方向に移動できる。
前記複合プリズム４において、可視光領域の波長又は赤外光領域の波長のみを取り出すために２つのプリズム４ａ，４ｂのそれぞれの射出面に、余分な波長領域等をカットする光学フィルタとしてそれぞれ赤外光カット用トリミングフィルタ及び可視光カット用トリミングフィルタ又は赤外光特定波長（例えば８００ｎｍ〜８５０ｎｍ）のバンドパスフィルタ等を貼着することが好ましい。
【００２４】
前記第１のプリズム４ａの被膜面４ｃで反射された可視光の光学像を光電変換するために可視光用撮像デバイス５が配設され、前記第１のプリズム４ａを透過し、さらに第２のプリズム４ｂを透過した赤外光の光学像を光電変換するための赤外光用撮像デバイス６が配設されている。
上記撮像デバイスの一例としては、可視光領域とともに赤外光領域にも感度を有する固体撮像デバイス（ＣＣＤ）がある。またこの撮像デバイスは、画像のカラー読取が可能な赤・緑・青（Ｒ，Ｇ，Ｂ）光の感度を兼ね備えている。
本実施例では、可視光用撮像デバイス５として、受光部がある一定の間隔をおいて平行に配置されている３ライン（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を持つ３ラインセンサを用いている。また、赤外光用撮像デバイス６としては、赤外光領域の波長に感度の優れた１ラインの撮像デバイスを用いてもよい。
【００２５】
一定方向・一定速度で走行するフィルム２に同期してライン・バイ・ラインで画像を読み取る２つの撮像デバイス５，６の光電変換された電気信号（以降、画像信号と記述）は、Ａ／Ｄ変換、自動利得調整、シェーディング補正、ガンマ補正等公知の画像処理回路を有する増幅回路７，８でそれぞれ増幅され、フィルム欠陥補正手段９に入力される。
なお、フィルム欠陥補正前の各増幅回路７，８の出力画像は端子１８，１９に、フィルム欠陥補正後の出力画像は端子２０にビデオモニタを接続することにより監視できる。
【００２６】
フィルム欠陥補正手段９では、前述したように、照明光学系及び撮像光学系に付着したゴミ、フィルム上のゴミ、傷、指紋等が読み取った画像データ上に黒点等（ポジフィルムの場合は白点等）となって現れ、結果的に画像読取装置で再現する画像の欠陥となり画質の劣化をもたらしてしまうので、このようなの画像の欠陥を自動的に見えなくし、或いは十分に軽減するように補正する公知の技術を使用している。
すなわちフィルムの赤外光に対する透過率特性に着目して、上記の画質劣化の原因となるゴミ、傷、指紋等のみを赤外光により検知し、検知したゴミや傷等の画像データにより可視光で読み取った画像データを修正するという方法である。
フィルム欠陥補正手段９の信号出力は出力端子２０を介して図示しない画像メモリ、画像処理回路等を備えた公知の写真プリント装置へ供給される。
【００２７】
このように、可視光用撮像デバイス５及び赤外光用撮像デバイス６から光電変換された画像信号に基づいてフィルムの欠陥補正を行うが、自由に画枠設定が可能なズームレンズ３によってサイズの異なる多種類のフィルムに対応し、かつフィルムサイズによってズーム倍率を変更してもそれぞれの撮像デバイスの受光面に適正な光学像を結像するために、可視光と赤外光との波長の違いによる結像面の位置ずれを補正できるように、本願発明では複合プリズム４を利用して赤外光の光路長を変更可能としている。
【００２８】
図１において、ズームレンズ３には、レンズ駆動手段１０としてアイリス、フォーカス、ズームの各機構に図示しない小型モータによる駆動手段を取り付け、フィルムサイズの自動又は手動切替、ネガ・ポジフィルムの選択切替等の機能を有する制御パネル１７からの指令に基づいて、それぞれ手動又は自動制御機能を備えたアイリス制御手段１１、フォーカス制御手段１２、ズーム制御手段１３を介してレンズ駆動手段１０を駆動している。
さらに、ズームレンズ３の広角端から望遠端までの可視光領域における各焦点距離値に対し、赤外光領域の波長によって生ずる焦点距離のずれ量を予め計測し、これで得たズーム倍率データを結像倍率データメモリ１５にメモリしておく。
なお、可視光領域におけるズームレンズ３の各焦点距離は緑チャンネルの中心波長を基準とすることが好ましい。
また、赤外光領域の波長の中心値は、赤外光でゴミ、傷等を効率よく検知できる波長領域と、赤外光用撮像デバイス６の感度の比較的高い波長領域とを勘案して設定することが好ましい。
【００２９】
フィルム駆動装置１に装填されたフィルム２のサイズに対応して制御パネル１７で選択されたフィルムサイズ制御信号により、ズーム制御手段１３、レンズ駆動手段１０を介して、ズームレンズ３のズーム倍率値（焦点距離）を可視光用撮像デバイス５の受光面に適正な大きさの光学像が結像されるように所定の値に制御すると同時に、制御パネル１７で選択されたフィルムサイズ制御信号により、結像倍率データメモリ１５に入力されている前記所定のズーム倍率値に対応した前記赤外光によるズーム倍率データを読み出してプリズム駆動手段１６に加えることにより第２のプリズム４ｂを駆動して、赤外光用撮像デバイス６の受光面にゴミ、傷等の欠陥画像を結像するようにプリズム４の光路長を補正する。
【００３０】
ズームレンズ３と撮像デバイス５，６との光路中に配設される複合プリズム４に、二等辺直角三角形形状のプリズムを使用した場合、図２に示すように、第１のプリズム４ａは、その被膜面４ｃを光軸４２（図３参照）に対して、例えば、４５度の傾斜となるようにプリズム固定台１０２ａに取り付けられ、かつプリズム固定台１０２ａはプリズム取付板１０１に固定されている。
また第２のプリズム４ｂは、第１のプリズム４ａの被膜面４ｃと十数ミクロンの一定空隙を介して相対するようにプリズム固定台１０２ｂに取り付けられ、かつ被膜面４ｃに沿って⇔印（図３）で示す方向に移動できるようにプリズム取付板１０１に取り付けられている。
プリズム固定台１０２ｂは、動力源としてモータ１０３を備えたプリズム駆動機構１０４によって駆動される。
モーター１０３は、結像倍率データメモリ１５から制御ケーブル１０５を介して送出された駆動信号によって制御・駆動される。
【００３１】
ここで図３に基づいて、光路長の補正手段について説明する。
例えば、水面下にあるコインは浮き上がって見える。これは、屈折率の高い媒質中では見かけの長さが短くなることを示している。
コインの深さをｄ、水の屈折率をｎとすると、見かけのコインの深さは
見かけの深さ＝ｄ／ｎ
となる。
ガラスブロックの場合も同様で、厚さｄ、屈折率ｎのガラスブロックは、空気中に換算すると、ｄ／ｎの厚さとなる。
したがって、光路中に厚みｄのガラスブロックを挿入すると、光路長は（１−１／ｎ）×ｄだけ伸びることになる。すなわちガラスブロックの厚さｄを変化すれば光路長を制御できることになる。
【００３２】
図３において、赤外光領域の波長を透過し、可視光領域の波長を反射する被膜面４ｃで反射し屈折した可視光は、可視光用撮像デバイス５の受光面に結像する。
一方、赤外光領域の波長の光は、第１のプリズム４ａの被膜面４ｃを透過し、さらに第２のプリズム４ｂを透過して赤外光用撮像デバイスの受光面６ｂに結像する。
ここで、ズームレンズ３のズーム倍率（焦点距離）位置が一定と仮定すると、第２のプリズム４ｂが被膜面４ｃに沿って⇔印で示す方向に移動し一点鎖線で示した４ｂｘの位置に到達すると、複合プリズム４の光軸４２方向のガラス厚みは薄くなり、結像点は一点鎖線で示した６ｘに移動する。
また、第２のプリズム４ｂが被膜面４ｃに沿って⇔印で示す方向に移動し点線で示した４ｂｙの位置に到達すると、複合プリズム４の光軸４２方向のガラス厚みは厚くなり、結像点は点線で示した６ｙに移動する。
【００３３】
前記説明は、原理を理解しやすいようにズームレンズ３のズーム倍率が一定値の場合で行ったが、実際には前述の通りズーミングによる長波長領域（赤外光領域）での広角端から望遠端までの軸上色収差が変化し結像点が移動するので、結像点の移動に追従して自動補正できるように、本願発明では複合プリズム４を利用して赤外光の光路長を制御可能としている。
【００３４】
なお、実施例としてラインセンサ型撮像デバイスを使用したが、フィルム２を撮像位置で静止し、エリアセンサ型撮像デバイスを用いて撮像する方式でもよい。
また、赤外光用撮像デバイス６は光学像の結像位置に配設するように記述したが、公知のフィルム欠陥補正方法によっては、光学像の結像位置から若干ぼけるような位置に予め配設してもよい。
【００３５】
本実施例１の複合プリズム４は、プリズム加工上の容易さ等から二等辺直角三角形状としたが、撮像装置１４の複合プリズム４及び撮像デバイス５，６の配置上の制約などから、異なる形状の２つのプリズムの組み合わせで図７に示すように複合プリズム４’を構成しても良い。
特に第１のプリズム４’ａを、例えば、テレビジョンカメラ用Ｒ，Ｇ，Ｂ３板式プリズム光学系の青チャンネル用のプリズムと同様なくさび状の形状とし、該第１のプリズム４’ａの被膜面４’ｃで反射された可視光の光学像を入射面側で全反射させてから可視光用撮像デバイス５に光学像を結像させる。
第２のプリズム４’ｂの光軸中心のガラス厚みは、前記第１のプリズム４’ａの被膜面４’ｃから射出面までの光路長とほぼ同一とすればよい。
このような構成にすることによって、複合プリズム４’の形状が複雑になるが第１のプリズム４’ａによる画像の左右（又は上下）の反転を防止することができる。その他の構成及び作用については図３の説明と同様である。
【００３６】
【実施例２】
図４は、四角形状に形成された複合プリズム光学系を有する撮像装置を監視用テレビカメラとして使用した場合のブロック図であって、例えば、エリアセンサ型撮像デバイスを使用して夜間は赤外光照明を使用する昼夜兼用監視カメラ、又は赤外光の放射を伴う被写体の監視用カメラ等に適用する場合に好適である。
【００３７】
図４において、増幅回路７，８の出力信号を手動又は自動切替のできる画像処理手段２１と、赤外光照明ランプＩＲＬをオン・オフ制御できる照明制御手段２３は、図示しない被写体の明るさを検知するセンサ出力か、又はビデオレベルを検知して、画像処理手段２１の画像切替と、赤外光照明ランプＩＲＬの点滅を自動制御するか又は手動で制御することもできる。出力端子１８，１９，２２に監視用ビデオモニタを接続すればそれぞれの画像を監視することができる。
本実施例では、監視用として対物レンズ３’に固定焦点レンズを使用した場合を示しているため、前記複合プリズム４は、第１のプリズム４ａと第２のプリズム４ｂを貼着して固定し、それぞれの撮像デバイス５，６は予め想定される結像位置に固着されている。
このため実施例１で示した結像倍率データメモリ１５、プリズム駆動手段１６等も使用せず装置全体の簡略化が図られている。もちろん、対物レンズ３’にズームレンズを使用し、非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム４光学系、結像倍率データメモリ１５、プリズム駆動手段１６等を装着して実施例１と同様の作用・効果を期待しても良い。
その他の構成及び作用は、実施例１と同様である。
【００３８】
【実施例３】
本実施例は、非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置１４を紫外線顕微鏡装置用カメラとして使用した場合を示す。
図５において、紫外線顕微鏡装置３９は鏡脚２４にアーム２５を介して鏡筒２６を支持し、鏡筒２６上部にはターレット４０を介してズームレンズ等対物レンズを含まない撮像装置１４が装着されている。
また、高倍率観察時にも、例えば被写体である半導体デバイス３６をスムーズに移動可能な機械的ステージ３８がアーム２５に装着され、該機械的ステージ３８は、Ｚステージ３８Ｚと、Ｚステージ３８Ｚに取り付けられたＸステージ３８Ｘ及び図示しないＹステージ３８Ｙで構成され、Ｚステージ３８Ｚは焦点合わせのために半導体デバイス３６と対物レンズ系２９との相対位置を変えられるように、調節ねじ３７Ｚを操作することにより対物レンズ系２９の光軸（Ｚ軸）に沿って微少移動ができる。
さらに、Ｘステージ３８Ｘ及びＹステージ３８Ｙは、調節ねじ３７Ｘ及び図示しない調節ねじ３７Ｙを操作することによりそれぞれＺステージ３８Ｚに垂直方向に微少移動可能である。
そして、床から伝わる振動を機械的に防止するため、鏡脚２４下部に防振台４１が設置されていることが好ましい。
【００３９】
可視〜近紫外の波長の光を発する、例えば水銀ランプ、キセノンランプ、水銀・キセノンランプ等の光源２７からの光は、照明レンズ系２８により適宜に収束されてハーフミラー３２で反射され、レボルバ３０に取り付けられた複数のレンズからなる対物レンズ系２９によって合焦されて被写体、例えば半導体デバイス３６へ入射する。
半導体デバイス３６からの反射した光は再度対物レンズ系２９、ハーフミラー３２、結像レンズ系３１、ハーフミラー３３を透過し、ターレット４０に収容された複数のレンズで構成される拡大レンズ系３４によって本願発明の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置１４のエリアセンサ型撮像デバイス上に結像する。
一方、ハーフミラー３３で反射した光はアイピース系３５レンズにより目視観測できる。
【００４０】
ここで、例えば、対物レンズ系２９に倍率１０，５０，１００のレンズをレボルバ３０に装着し、ターレット４０に拡大レンズ系３４として倍率１，２，４のレンズを装着して組み合わせることにより、１０，２０，４０，５０，１００，２００，４００倍の７種類の総合結像倍率が得られ、半導体デバイス３６のパターン等を低倍率から高倍率まで切り替えて観察することができる。
しかし、これらの総合結像倍率の変更に伴い、先に説明したズームレンズのズーム倍率を変化させた場合と同様に可視光領域に対し非可視光の波長領域での軸上色収差が発生するため、これを補正する必要がある。
【００４１】
そのため、対物レンズ系２９と拡大レンズ系３４の組み合わせによって発生する軸上色収差の補正について図６に基づいて説明する。
紫外線顕微鏡装置３９は、対物レンズ系２９が装着されたレボルバ（３０）及び拡大レンズ系３４が装着されたターレット（４０）をそれぞれ駆動できるレンズ駆動手段５１と、該レンズ駆動手段５１を介してそれぞれのレンズを選択・組み合わせ制御できる制御パネル５２と、制御パネル５２によって選択された前記対物レンズ系２９と拡大レンズ系３４の組み合わせによる総合結像倍率値に基づいて結像倍率データを結像倍率データメモリ５３から読み出し、複合プリズム４の第２のプリズム４ｂを駆動するプリズム駆動手段１６を備えている。
前記結像倍率データは、対物レンズ系２９と拡大レンズ系３４の組み合わせによる前記総合結像倍率毎に、可視光領域における各総合結像倍率値（焦点距離）に対し、紫外光領域の波長によって生ずる結像倍率のずれ量を予め計測し、これで得た結像倍率データが結像倍率データメモリ５３にメモリされている。
【００４２】
前記制御パネル５２で対物レンズ系２９と拡大レンズ系３４の任意の組み合わせを選択すると、レンズ駆動手段５１によってレボルバ３０とターレット４０を駆動し指定の対物レンズ系２９と拡大レンズ系３４を選択し、同時に結像倍率データメモリ５３から所定の結像倍率データを読み出してプリズム駆動手段１６を介して第２のプリズム４ｂを駆動し、プリズム４の光路長を補正する。
【００４３】
軸上色収差が補正された被写体像は、可視光用撮像デバイス５に結像し光電変換された半導体デバイス（３６）の色を確認できるカラー画像として出力端子１９に出力し、非可視光用撮像デバイス６に結像し光電変換された半導体デバイス（３６）の高解像力、高倍率の紫外画像として出力端子１８に出力される。
また、画像処理手段２１によって紫外画像とカラー画像とを重畳させて表示することにより紫外画像を疑似カラー画像として出力端子２２から出力し図示しないビデオモニタに表示することもできる。
【００４４】
以上の説明において、「・・・レンズ系」とは、単数又は複数の光学レンズを含む系を意味する。また、「アイピース系」とは、肉眼で観察するためのアイレンズ、視野レンズ等を含む系を意味する。
ここで、ハーフミラー３３は全反射ミラーとし、半導体デバイス３６からの全反射光を撮像装置１４に効率よく供給するため上下端のいずれかに回転ひんじを備えて、アイピース系３５で観察する場合は図５で示す位置にして半導体デバイス３６からの全反射光をアイピース系３５へ供給し、撮像装置１４で観察する場合はひんじを利用して全反射ミラーを光路中からはずれるようにしても良い。
また、紫外線に弱い被写体を観察・計測する場合には、照明レンズ系２８の光路中のいずれかに図示しない機械的シャッタを配設し、光源２７をオン・オフすることなく、被写体に対する紫外線の照射を防ぎ、被写体の損傷を最小限にするようにしても良い。
その他の構成及び作用は、実施例１と同様である。
【００４５】
【発明の効果】
本願発明によれば、次のような効果が発揮される。
１．対物レンズによって結像される被写体の光学像を光電変換する可視光用撮像デバイス及び非可視光用撮像デバイスと、前記対物レンズと前記両撮像デバイスとの間の光路中に配設され非可視光領域の波長を透過し、可視光領域の波長を反射する被膜を備えた反射面を有する第１のプリズムと、該第１のプリズムの前記反射面と対向する面を有する第２のプリズムとで構成された複合プリズムを備えているので、１台の撮像装置によって可視光像と非可視光像の両方を同時撮像することが可能で、装置の小型化、低廉化を図ることができる。
【００４６】
２．結像倍率が可変なズームレンズと、同ズームレンズによって結像される被写体の光学像を光電変換する可視光用撮像デバイス及び非可視光用撮像デバイスと、前記ズームレンズと前記両撮像デバイスとの間の光路中に配設された、非可視光領域の波長を透過し、可視光領域の波長を反射する被膜を備えた反射面を有しプリズム固定台に固定された第１のプリズムと、該第１のプリズムの前記反射面と一定空隙を介して対向する面を有する第２のプリズムとで構成された複合プリズムと、前記第２のプリズムを第１のプリズムの前記反射面に沿って移動制御可能なプリズム駆動手段と、予め設定された前記ズームレンズの結像倍率データがメモリされた結像倍率データメモリとを備えているので、
ズームレンズの結像倍率を変えることによって生ずる非可視光領域の軸上色収差を、２つのプリズムを組み合わせた複合プリズムの光軸方向のガラス厚みを制御することによって、連続的に、かつ自動的に補正でき、可視光領域と非可視光領域の適正な光学像をそれぞれの撮像デバイスの受光面に結像することができると同時に、撮像装置の小型化、低廉化を図ることができる。
【００４７】
３．Ｒ，Ｇ，Ｂフィルタ及びＩＲフィルタや、赤外カットフィルタ、可視光カットフィルタ等を使用せず、複合プリズムにより可視光領域と非可視光領域の波長を分離して、可視光用撮像デバイスと非可視光用撮像デバイスによりそれぞれの波長領域の画像を同時に得ているので、例えばフィルムスキャナ等の画像読取装置として使用すれば、処理速度が高速で、かつ装置の小型化、簡易化、低価格化を容易に図ることができる。
【００４８】
４．ズームレンズと撮像デバイス間の光路中にプリズムを配設しているので、プリズムの小型化及び装置の小型化を図ることが可能である。
【００４９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明実施例１の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置をフィルムスキャナの画像読取装置として使用した場合のブロック図。
【図２】同発明実施例のプリズム駆動機構説明図。
【図３】同発明実施例の四角形状に形成された複合プリズムの非可視光焦点位置補正の説明図。
【図４】同発明実施例２の複合プリズム光学系を有する撮像装置を監視用テレビカメラとして使用した場合のブロック図。
【図５】同発明実施例３の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置を紫外線顕微鏡装置用撮像装置として使用した場合の模式図。
【図６】同発明実施例３の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置を紫外線顕微鏡装置用撮像装置として使用した場合のブロック図。
【図７】同発明実施例の四角形状以外の複合プリズムの非可視光焦点位置補正の説明図。
【符号の説明】
１：フィルム駆動装置 ２：フィルム
３：ズームレンズ ３’：対物レンズ
４，４’：複合プリズム ４ａ，４’ａ：第１のプリズム
４ｂ，４’ｂ：第２のプリズム
４ｂｘ，４ｂｙ，４’ｂｘ，４’ｂｙ：第２のプリズムの移動位置
４ｃ，４’ｃ：被膜面 ５，６：撮像デバイス
６ｂ，６ｘ，６ｙ：結像点 ７，８：増幅回路
９：フィルム欠陥補正手段 １０：レンズ駆動手段
１１：アイリス制御手段 １２：フォーカス制御手段
１３：ズーム制御手段 １４：撮像装置
１５：結像倍率データメモリ １６：プリズム駆動手段
１７：制御パネル １８，１９，２０，２２：出力端子
２１：画像処理手段 ２３：照明制御手段
２４：鏡脚 ２５：アーム
２６：鏡筒 ２７：光源
２８：照明レンズ系 ２９：対物レンズ系
３０：レボルバ ３１：結像レンズ系
３２，３３：ハーフミラー ３４：拡大レンズ系
３５：アイピース系 ３６：半導体デバイス
３７Ｘ，３７Ｚ：調節ねじ ３８：機械的ステージ
３８Ｘ：Ｘステージ ３８Ｚ：Ｚステージ
３９：紫外線顕微鏡装置 ４０：ターレット
４１：防振台 ４２：光軸
５１：レンズ駆動手段 ５２：制御パネル
５３：結像倍率データメモリ
Ｌ：光源 ＩＲＬ：赤外光照明ランプ
１０１：プリズム取付板 １０２ａ，１０２ｂ：プリズム固定台
１０３：モータ １０４：プリズム駆動機構
１０５：制御ケーブル
【発明の属する技術分野】
本発明は、監視・計測用撮像装置又は画像読取装置など撮像装置に係り、撮像光学系の光路中にプリズムを用いて可視光像と非可視光像を分離して撮像できる複合プリズム光学系を有する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非可視光として赤外光を利用しているフィルムスキャナの画像読取装置においては、フィルム等被写体に照明光を照射することにより、被写体の画像情報を含む光を撮像光学系を介して光電変換素子の受光面に投影・結像し、前記光電変換素子により光電変換することにより、被写体からの画像情報を電気信号に変換して画像データとして読み取っている。
また、このような装置では、照明光学系及び撮像光学系に付着したゴミ、フィルム上のゴミ、傷、指紋等は読み取った画像データ上に黒点等となって現れ、結果的にフィルムスキャナで再現する画像の欠陥となり画質の劣化をもたらしていた。
【０００３】
これに対して、赤外光を利用してこのような画像の欠陥を自動的に見えなくし、或いは十分に軽減するように補正する方法が各種提案されている。これは、フィルムの赤外光に対する透過率特性に着目して、上述の画質劣化の原因となるゴミ、傷、指紋等のみを赤外光により検知し、検知したゴミや傷等の欠陥データにより可視光で読み取った被写体の画像データを修正するという方法である。
【０００４】
しかし、レンズ等撮像光学系では可視光と赤外光の波長の違いによる光路長のずれが生じ、赤外光による結像面は、可視光による結像面よりも一般的に遠方に存在する。
【０００５】
したがって、「特公平６−７８９９２号公報」（従来例１）では、赤、緑、青の各色分解フィルタと、ＩＲ（赤外線）フィルタを装着したフィルタホルダを回転して３原色画像とＩＲ画像を１個の光電変換素子で順次読み取っているが、ＩＲフィルタによるＩＲ画像データ読取時には、駆動機構によってセンサ（光電変換素子）を光軸方向に微少量変化させて結像位置を制御している。
【０００６】
「特開２０００−３２４３０３号公報」（従来例２）では、可視光と赤外光の波長の違いによる結像位置の違いを可視光用フィルタと赤外光用フィルタの厚みを変えることにより補正している。実際には可視光による結像面よりも、赤外光による結像面は遠方に存在するので、この結像位置の違いを補正すべく可視光読取の際には赤外光読取の場合よりも厚いフィルタを挿入して結像面の位置補正を行っている。このことにより、可視光読取と赤外光読取の場合で各々適切な光路長に制御して１個の光電変換素子により画像を読み取ることが可能となる。さらにレンズ移動手段により結像レンズを光軸に沿って移動することによって結像位置を制御することもできる。
【０００７】
「特開２００１−２１１２９５号公報」（従来例３）では、光学フィルタとしての赤外光カットフィルタと可視光カットフィルタをフィルタ用モータで切り替えると同時に、一体的に保持枠に保持され光軸間距離が予め調整されている結像レンズとラインセンサ（撮像素子）がフォーカスモータによって可視光像及び赤外光像それぞれがベストピント（最良合焦）状態になるようフォーカス調整することによってそれぞれの光路長を補正している。
【０００８】
一方、近年、電子・通信技術のデジタル化に伴い２４０サイズで透明な磁気層が形成された写真フィルム（いわゆる「ＡＰＳフィルム」）の登場もあり、従来の１３５サイズの写真フィルム、１１０，１２０及び２２０サイズ（ブローニサイズ）等も含めて、画像読取装置は多様なサイズの写真フィルムに対応する必要が生じてきた。そこで画像読取装置には自由に画枠設定が可能なズームレンズを対物レンズとして使用するようになってきた。
【０００９】
そのほかに、非可視光として紫外光領域を利用している従来例として、近年ますます微細化されつつある半導体集積回路のパターンを高分解能で精度良く検査することのできる紫外線顕微鏡装置として、「特開平５−１２７０９６号公報」（従来例４）では、可視光域から近紫外域の波長を有する光源（水銀ランプ）からの光は、照明レンズ系、対物レンズ系を通じてステージに保持された被検体としての半導体デバイスへ照射される。半導体デバイスで反射した光は前記対物レンズを再度通過し、ダイクロイックミラーにより紫外線の光路と可視光の光路とに分離される。分離された光は、２つに分離された鏡筒のそれぞれの鏡筒内を通過し変倍レンズ系を介して、紫外線は紫外線用ＣＣＤ（モノクローム）カメラへ、可視光はカラーＣＣＤカメラへ導かれる。
したがって、半導体デバイスのパターンは、高解像力、高倍率の紫外線画像と、半導体デバイスのパターンの色を視認できるカラー画像とを同時に表示したり、画像処理装置を通じて紫外線画像とカラー画像とを重畳させて表示することにより、紫外線画像を疑似カラー画像として表示可能となる。
ここで、前記変倍レンズ系は、近紫外域と可視光域の光に対してそれぞれ像位置の色収差及び倍率の色収差が補正されている。また、紫外線顕微鏡の総合倍率を可変とするように、変倍レンズ系と対物レンズ系との組み合わせが選択可能となっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例１〜３のように赤外光を利用している画像読取装置においては、Ｒ，Ｇ，Ｂフィルタ及びＩＲフィルタや、赤外カットフィルタ、可視光カットフィルタ等をフィルタ切替用モータで切り替え、さらにその都度レンズフォーカスを制御したり又は一体的に保持枠に保持され光軸間距離が予め調整されている結像レンズとラインセンサをフォーカスモータで制御する方式では、フィルタを順次切替ながら画像を読み込むため処理速度が自ずから制限され、また、フィルタ切替制御とそのための機構が装置を大型化、複雑化する傾向にあった。
【００１１】
さらに、レンズは、使用するガラスの屈折率が光の波長によって異なるために軸上色収差・倍率色収差を生じ、特にズームレンズではズーミングとともに軸上色収差が変動し、この変動量が問題となる。軸上色収差は一般的に望遠端で最も大きくなると言われている。この軸上色収差が大きく残っていると、トラッキング（Ｒ，Ｇ，Ｂチャンネルのフォーカス合わせ）を広角端で正確に合わせても望遠端でＢ，Ｒチャンネルのトラッキングエラーが生じ、色のにじみとなって現れる。
近年では、レンズ光学系の設計がコンピュータの活用により容易になり、精密に、かつ高速で行え、さらに、通常の光学ガラスとは分散の異なる蛍石という結晶や、異常分散ガラス等ガラス材料の開発もあり、可視光領域での軸上色収差も殆ど問題にならない程度に改良が進んでいる。
【００１２】
しかし、通常の写真撮影用のズームレンズにおいては、可視光領域に対し近赤外光・赤外光など長波長領域では軸上色収差は改善が困難で、そのため、多様なサイズの写真フィルムに対応するためズームレンズを画像読取装置に使用する場合、ズーミングによる長波長領域での広角端から望遠端までの軸上色収差の変移は画像読取装置の光学系で補正する必要があった。
【００１３】
また、前記従来例４の紫外線顕微鏡装置においては、２つに分離された鏡筒にそれぞれ専用のカメラを搭載するなど、装置が複雑で、大型化しやすい傾向にあった。
【００１４】
以上説明した現状に鑑み、赤外光を使用した画像読取装置などにおけるＲ，Ｇ，Ｂフィルタ及びＩＲフィルタや、赤外カットフィルタ、可視光カットフィルタ等を装着したフィルタディスクを使用せず、さらに、広角端から望遠端までズームレンズのズーム倍率が変化しても軸上色収差を自動補正できる非可視光焦点位置補正が可能であり、また、紫外線顕微鏡装置においては、一つの鏡筒と１台のカメラ装置にできる複合プリズム光学系を有する撮像装置を提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は，上記に鑑み鋭意研究の結果、次の手段によりこの課題を解決した。
【００１６】
（１）結像倍率が可変なズームレンズと、同ズームレンズによって結像される被写体の光学像を光電変換する可視光用撮像デバイス及び非可視光用撮像デバイスと、前記ズームレンズと前記両撮像デバイスとの間の光路中に配設された、非可視光領域の波長を透過し、可視光領域の波長を反射する被膜を備えた反射面を有しプリズム固定台に固定された第１のプリズムと、該第１のプリズムの前記反射面と一定空隙を介して対向する面を有する第２のプリズムとで構成された複合プリズムと、前記第２のプリズムを第１のプリズムの前記反射面に沿って移動制御し、前記結像倍率変更による可視光と非可視光との波長の違いによる結像面の位置ずれを補正するプリズム駆動手段と、予め設定された前記ズームレンズの結像倍率データがメモリされた結像倍率データメモリとを備え、
前記第１のプリズムで反射された可視光の光学像を光電変換するために可視光用撮像デバイスが可視光の光学像の結像位置に配設され、前記第１のプリズムを透過し、さらに第２のプリズムを透過した非可視光の光学像を光電変換するための非可視光用撮像デバイスが非可視光の光学像の結像位置に配設されてなることを特徴とする複合プリズム光学系を有する撮像装置。
【００１７】
（２）前記結像倍率データが、前記ズームレンズのそれぞれの焦点距離における可視光画像の結像倍率に対応する非可視光画像の結像倍率データであることを特徴とする（１）項に記載の複合プリズム光学系を有する撮像装置。
【００１８】
（３）前記第２のプリズムが、前記ズームレンズの結像倍率が変化すると、当該結像倍率に対応した前記結像倍率データメモリの結像倍率データに基づいて前記プリズム駆動手段により第１のプリズムの前記反射面に沿って移動するように駆動されてなることを特徴とする（１）又は（２）項に記載の複合プリズム光学系を有する撮像装置。
【００１９】
（４）前記撮像装置が、さらに前記被写体としてのネガ又はポジフィルムに付着したゴミ、傷、又は指紋により生ずる画像の欠陥を補正するフィルム欠陥補正手段を備え、かつ同撮像装置が、フィルムスキャナに画像読取装置として装着されてなることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の複合プリズム光学系を有する撮像装置。
【００２０】
（５）前記撮像装置が、さらに被写体を可視光及び非可視光領域の波長を含む波長で照明する照明手段又は非可視光領域の波長のみで照明する照明手段と、同照明手段を制御する照明制御手段とを備えてなることを特徴とする（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の複合プリズム光学系を有する撮像装置。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施の形態について、実施例の図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本願発明実施例１の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置をフィルムスキャナの画像読取装置として使用した場合のブロック図であり、図２は、同発明実施例のプリズム駆動機構説明図であり、図３は、同発明実施例の四角形状に形成された複合プリズムの非可視光焦点位置補正の説明図であり、図４は、同発明実施例２の複合プリズム光学系を有する撮像装置を監視用テレビカメラとして使用した場合のブロック図であり、図５は、同発明実施例３の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置を紫外線顕微鏡装置用撮像装置として使用した場合の模式図であり、図６は、同発明実施例３の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置を紫外線顕微鏡装置用撮像装置として使用した場合のブロック図であり、図７は、同発明実施例の四角形状以外の複合プリズムの非可視光焦点位置補正の説明図である。
【００２２】
【実施例１】
図１において、集光光学系を含む照明光源として赤外光領域と可視光領域の波長を合わせ持つ光源Ｌによって照射された光は、フィルム駆動装置１によって一定方向・一定速度で走行するネガフィルム２を透過し、ズームレンズ３により複合プリズム４を介してラインセンサ型撮像デバイス５，６の光電変換素子面に結像する。
【００２３】
前記複合プリズム４は、前記ズームレンズ３と前記撮像デバイス５，６間の光路中に配設され赤外光領域の波長を透過し、可視光領域の波長を反射する干渉膜が蒸着された被膜面４ｃを有し、プリズム固定台１０２ａ（図２）に固定された二等辺直角三角形形状の第１のプリズム４ａと、該第１のプリズム４ａの前記被膜面４ｃと一定空隙を介して相対し、かつプリズム駆動手段１６により移動可能な二等辺直角三角形形状の第２のプリズム４ｂとで正四角形状に形成されている。
第２のプリズム４ｂは、プリズム駆動手段１６によって第１のプリズム４ａの被膜面４ｃに沿って⇔印（図３）で示す方向に移動できる。
前記複合プリズム４において、可視光領域の波長又は赤外光領域の波長のみを取り出すために２つのプリズム４ａ，４ｂのそれぞれの射出面に、余分な波長領域等をカットする光学フィルタとしてそれぞれ赤外光カット用トリミングフィルタ及び可視光カット用トリミングフィルタ又は赤外光特定波長（例えば８００ｎｍ〜８５０ｎｍ）のバンドパスフィルタ等を貼着することが好ましい。
【００２４】
前記第１のプリズム４ａの被膜面４ｃで反射された可視光の光学像を光電変換するために可視光用撮像デバイス５が配設され、前記第１のプリズム４ａを透過し、さらに第２のプリズム４ｂを透過した赤外光の光学像を光電変換するための赤外光用撮像デバイス６が配設されている。
上記撮像デバイスの一例としては、可視光領域とともに赤外光領域にも感度を有する固体撮像デバイス（ＣＣＤ）がある。またこの撮像デバイスは、画像のカラー読取が可能な赤・緑・青（Ｒ，Ｇ，Ｂ）光の感度を兼ね備えている。
本実施例では、可視光用撮像デバイス５として、受光部がある一定の間隔をおいて平行に配置されている３ライン（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を持つ３ラインセンサを用いている。また、赤外光用撮像デバイス６としては、赤外光領域の波長に感度の優れた１ラインの撮像デバイスを用いてもよい。
【００２５】
一定方向・一定速度で走行するフィルム２に同期してライン・バイ・ラインで画像を読み取る２つの撮像デバイス５，６の光電変換された電気信号（以降、画像信号と記述）は、Ａ／Ｄ変換、自動利得調整、シェーディング補正、ガンマ補正等公知の画像処理回路を有する増幅回路７，８でそれぞれ増幅され、フィルム欠陥補正手段９に入力される。
なお、フィルム欠陥補正前の各増幅回路７，８の出力画像は端子１８，１９に、フィルム欠陥補正後の出力画像は端子２０にビデオモニタを接続することにより監視できる。
【００２６】
フィルム欠陥補正手段９では、前述したように、照明光学系及び撮像光学系に付着したゴミ、フィルム上のゴミ、傷、指紋等が読み取った画像データ上に黒点等（ポジフィルムの場合は白点等）となって現れ、結果的に画像読取装置で再現する画像の欠陥となり画質の劣化をもたらしてしまうので、このようなの画像の欠陥を自動的に見えなくし、或いは十分に軽減するように補正する公知の技術を使用している。
すなわちフィルムの赤外光に対する透過率特性に着目して、上記の画質劣化の原因となるゴミ、傷、指紋等のみを赤外光により検知し、検知したゴミや傷等の画像データにより可視光で読み取った画像データを修正するという方法である。
フィルム欠陥補正手段９の信号出力は出力端子２０を介して図示しない画像メモリ、画像処理回路等を備えた公知の写真プリント装置へ供給される。
【００２７】
このように、可視光用撮像デバイス５及び赤外光用撮像デバイス６から光電変換された画像信号に基づいてフィルムの欠陥補正を行うが、自由に画枠設定が可能なズームレンズ３によってサイズの異なる多種類のフィルムに対応し、かつフィルムサイズによってズーム倍率を変更してもそれぞれの撮像デバイスの受光面に適正な光学像を結像するために、可視光と赤外光との波長の違いによる結像面の位置ずれを補正できるように、本願発明では複合プリズム４を利用して赤外光の光路長を変更可能としている。
【００２８】
図１において、ズームレンズ３には、レンズ駆動手段１０としてアイリス、フォーカス、ズームの各機構に図示しない小型モータによる駆動手段を取り付け、フィルムサイズの自動又は手動切替、ネガ・ポジフィルムの選択切替等の機能を有する制御パネル１７からの指令に基づいて、それぞれ手動又は自動制御機能を備えたアイリス制御手段１１、フォーカス制御手段１２、ズーム制御手段１３を介してレンズ駆動手段１０を駆動している。
さらに、ズームレンズ３の広角端から望遠端までの可視光領域における各焦点距離値に対し、赤外光領域の波長によって生ずる焦点距離のずれ量を予め計測し、これで得たズーム倍率データを結像倍率データメモリ１５にメモリしておく。
なお、可視光領域におけるズームレンズ３の各焦点距離は緑チャンネルの中心波長を基準とすることが好ましい。
また、赤外光領域の波長の中心値は、赤外光でゴミ、傷等を効率よく検知できる波長領域と、赤外光用撮像デバイス６の感度の比較的高い波長領域とを勘案して設定することが好ましい。
【００２９】
フィルム駆動装置１に装填されたフィルム２のサイズに対応して制御パネル１７で選択されたフィルムサイズ制御信号により、ズーム制御手段１３、レンズ駆動手段１０を介して、ズームレンズ３のズーム倍率値（焦点距離）を可視光用撮像デバイス５の受光面に適正な大きさの光学像が結像されるように所定の値に制御すると同時に、制御パネル１７で選択されたフィルムサイズ制御信号により、結像倍率データメモリ１５に入力されている前記所定のズーム倍率値に対応した前記赤外光によるズーム倍率データを読み出してプリズム駆動手段１６に加えることにより第２のプリズム４ｂを駆動して、赤外光用撮像デバイス６の受光面にゴミ、傷等の欠陥画像を結像するようにプリズム４の光路長を補正する。
【００３０】
ズームレンズ３と撮像デバイス５，６との光路中に配設される複合プリズム４に、二等辺直角三角形形状のプリズムを使用した場合、図２に示すように、第１のプリズム４ａは、その被膜面４ｃを光軸４２（図３参照）に対して、例えば、４５度の傾斜となるようにプリズム固定台１０２ａに取り付けられ、かつプリズム固定台１０２ａはプリズム取付板１０１に固定されている。
また第２のプリズム４ｂは、第１のプリズム４ａの被膜面４ｃと十数ミクロンの一定空隙を介して相対するようにプリズム固定台１０２ｂに取り付けられ、かつ被膜面４ｃに沿って⇔印（図３）で示す方向に移動できるようにプリズム取付板１０１に取り付けられている。
プリズム固定台１０２ｂは、動力源としてモータ１０３を備えたプリズム駆動機構１０４によって駆動される。
モーター１０３は、結像倍率データメモリ１５から制御ケーブル１０５を介して送出された駆動信号によって制御・駆動される。
【００３１】
ここで図３に基づいて、光路長の補正手段について説明する。
例えば、水面下にあるコインは浮き上がって見える。これは、屈折率の高い媒質中では見かけの長さが短くなることを示している。
コインの深さをｄ、水の屈折率をｎとすると、見かけのコインの深さは
見かけの深さ＝ｄ／ｎ
となる。
ガラスブロックの場合も同様で、厚さｄ、屈折率ｎのガラスブロックは、空気中に換算すると、ｄ／ｎの厚さとなる。
したがって、光路中に厚みｄのガラスブロックを挿入すると、光路長は（１−１／ｎ）×ｄだけ伸びることになる。すなわちガラスブロックの厚さｄを変化すれば光路長を制御できることになる。
【００３２】
図３において、赤外光領域の波長を透過し、可視光領域の波長を反射する被膜面４ｃで反射し屈折した可視光は、可視光用撮像デバイス５の受光面に結像する。
一方、赤外光領域の波長の光は、第１のプリズム４ａの被膜面４ｃを透過し、さらに第２のプリズム４ｂを透過して赤外光用撮像デバイスの受光面６ｂに結像する。
ここで、ズームレンズ３のズーム倍率（焦点距離）位置が一定と仮定すると、第２のプリズム４ｂが被膜面４ｃに沿って⇔印で示す方向に移動し一点鎖線で示した４ｂｘの位置に到達すると、複合プリズム４の光軸４２方向のガラス厚みは薄くなり、結像点は一点鎖線で示した６ｘに移動する。
また、第２のプリズム４ｂが被膜面４ｃに沿って⇔印で示す方向に移動し点線で示した４ｂｙの位置に到達すると、複合プリズム４の光軸４２方向のガラス厚みは厚くなり、結像点は点線で示した６ｙに移動する。
【００３３】
前記説明は、原理を理解しやすいようにズームレンズ３のズーム倍率が一定値の場合で行ったが、実際には前述の通りズーミングによる長波長領域（赤外光領域）での広角端から望遠端までの軸上色収差が変化し結像点が移動するので、結像点の移動に追従して自動補正できるように、本願発明では複合プリズム４を利用して赤外光の光路長を制御可能としている。
【００３４】
なお、実施例としてラインセンサ型撮像デバイスを使用したが、フィルム２を撮像位置で静止し、エリアセンサ型撮像デバイスを用いて撮像する方式でもよい。
また、赤外光用撮像デバイス６は光学像の結像位置に配設するように記述したが、公知のフィルム欠陥補正方法によっては、光学像の結像位置から若干ぼけるような位置に予め配設してもよい。
【００３５】
本実施例１の複合プリズム４は、プリズム加工上の容易さ等から二等辺直角三角形状としたが、撮像装置１４の複合プリズム４及び撮像デバイス５，６の配置上の制約などから、異なる形状の２つのプリズムの組み合わせで図７に示すように複合プリズム４’を構成しても良い。
特に第１のプリズム４’ａを、例えば、テレビジョンカメラ用Ｒ，Ｇ，Ｂ３板式プリズム光学系の青チャンネル用のプリズムと同様なくさび状の形状とし、該第１のプリズム４’ａの被膜面４’ｃで反射された可視光の光学像を入射面側で全反射させてから可視光用撮像デバイス５に光学像を結像させる。
第２のプリズム４’ｂの光軸中心のガラス厚みは、前記第１のプリズム４’ａの被膜面４’ｃから射出面までの光路長とほぼ同一とすればよい。
このような構成にすることによって、複合プリズム４’の形状が複雑になるが第１のプリズム４’ａによる画像の左右（又は上下）の反転を防止することができる。その他の構成及び作用については図３の説明と同様である。
【００３６】
【実施例２】
図４は、四角形状に形成された複合プリズム光学系を有する撮像装置を監視用テレビカメラとして使用した場合のブロック図であって、例えば、エリアセンサ型撮像デバイスを使用して夜間は赤外光照明を使用する昼夜兼用監視カメラ、又は赤外光の放射を伴う被写体の監視用カメラ等に適用する場合に好適である。
【００３７】
図４において、増幅回路７，８の出力信号を手動又は自動切替のできる画像処理手段２１と、赤外光照明ランプＩＲＬをオン・オフ制御できる照明制御手段２３は、図示しない被写体の明るさを検知するセンサ出力か、又はビデオレベルを検知して、画像処理手段２１の画像切替と、赤外光照明ランプＩＲＬの点滅を自動制御するか又は手動で制御することもできる。出力端子１８，１９，２２に監視用ビデオモニタを接続すればそれぞれの画像を監視することができる。
本実施例では、監視用として対物レンズ３’に固定焦点レンズを使用した場合を示しているため、前記複合プリズム４は、第１のプリズム４ａと第２のプリズム４ｂを貼着して固定し、それぞれの撮像デバイス５，６は予め想定される結像位置に固着されている。
このため実施例１で示した結像倍率データメモリ１５、プリズム駆動手段１６等も使用せず装置全体の簡略化が図られている。もちろん、対物レンズ３’にズームレンズを使用し、非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム４光学系、結像倍率データメモリ１５、プリズム駆動手段１６等を装着して実施例１と同様の作用・効果を期待しても良い。
その他の構成及び作用は、実施例１と同様である。
【００３８】
【実施例３】
本実施例は、非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置１４を紫外線顕微鏡装置用カメラとして使用した場合を示す。
図５において、紫外線顕微鏡装置３９は鏡脚２４にアーム２５を介して鏡筒２６を支持し、鏡筒２６上部にはターレット４０を介してズームレンズ等対物レンズを含まない撮像装置１４が装着されている。
また、高倍率観察時にも、例えば被写体である半導体デバイス３６をスムーズに移動可能な機械的ステージ３８がアーム２５に装着され、該機械的ステージ３８は、Ｚステージ３８Ｚと、Ｚステージ３８Ｚに取り付けられたＸステージ３８Ｘ及び図示しないＹステージ３８Ｙで構成され、Ｚステージ３８Ｚは焦点合わせのために半導体デバイス３６と対物レンズ系２９との相対位置を変えられるように、調節ねじ３７Ｚを操作することにより対物レンズ系２９の光軸（Ｚ軸）に沿って微少移動ができる。
さらに、Ｘステージ３８Ｘ及びＹステージ３８Ｙは、調節ねじ３７Ｘ及び図示しない調節ねじ３７Ｙを操作することによりそれぞれＺステージ３８Ｚに垂直方向に微少移動可能である。
そして、床から伝わる振動を機械的に防止するため、鏡脚２４下部に防振台４１が設置されていることが好ましい。
【００３９】
可視〜近紫外の波長の光を発する、例えば水銀ランプ、キセノンランプ、水銀・キセノンランプ等の光源２７からの光は、照明レンズ系２８により適宜に収束されてハーフミラー３２で反射され、レボルバ３０に取り付けられた複数のレンズからなる対物レンズ系２９によって合焦されて被写体、例えば半導体デバイス３６へ入射する。
半導体デバイス３６からの反射した光は再度対物レンズ系２９、ハーフミラー３２、結像レンズ系３１、ハーフミラー３３を透過し、ターレット４０に収容された複数のレンズで構成される拡大レンズ系３４によって本願発明の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置１４のエリアセンサ型撮像デバイス上に結像する。
一方、ハーフミラー３３で反射した光はアイピース系３５レンズにより目視観測できる。
【００４０】
ここで、例えば、対物レンズ系２９に倍率１０，５０，１００のレンズをレボルバ３０に装着し、ターレット４０に拡大レンズ系３４として倍率１，２，４のレンズを装着して組み合わせることにより、１０，２０，４０，５０，１００，２００，４００倍の７種類の総合結像倍率が得られ、半導体デバイス３６のパターン等を低倍率から高倍率まで切り替えて観察することができる。
しかし、これらの総合結像倍率の変更に伴い、先に説明したズームレンズのズーム倍率を変化させた場合と同様に可視光領域に対し非可視光の波長領域での軸上色収差が発生するため、これを補正する必要がある。
【００４１】
そのため、対物レンズ系２９と拡大レンズ系３４の組み合わせによって発生する軸上色収差の補正について図６に基づいて説明する。
紫外線顕微鏡装置３９は、対物レンズ系２９が装着されたレボルバ（３０）及び拡大レンズ系３４が装着されたターレット（４０）をそれぞれ駆動できるレンズ駆動手段５１と、該レンズ駆動手段５１を介してそれぞれのレンズを選択・組み合わせ制御できる制御パネル５２と、制御パネル５２によって選択された前記対物レンズ系２９と拡大レンズ系３４の組み合わせによる総合結像倍率値に基づいて結像倍率データを結像倍率データメモリ５３から読み出し、複合プリズム４の第２のプリズム４ｂを駆動するプリズム駆動手段１６を備えている。
前記結像倍率データは、対物レンズ系２９と拡大レンズ系３４の組み合わせによる前記総合結像倍率毎に、可視光領域における各総合結像倍率値（焦点距離）に対し、紫外光領域の波長によって生ずる結像倍率のずれ量を予め計測し、これで得た結像倍率データが結像倍率データメモリ５３にメモリされている。
【００４２】
前記制御パネル５２で対物レンズ系２９と拡大レンズ系３４の任意の組み合わせを選択すると、レンズ駆動手段５１によってレボルバ３０とターレット４０を駆動し指定の対物レンズ系２９と拡大レンズ系３４を選択し、同時に結像倍率データメモリ５３から所定の結像倍率データを読み出してプリズム駆動手段１６を介して第２のプリズム４ｂを駆動し、プリズム４の光路長を補正する。
【００４３】
軸上色収差が補正された被写体像は、可視光用撮像デバイス５に結像し光電変換された半導体デバイス（３６）の色を確認できるカラー画像として出力端子１９に出力し、非可視光用撮像デバイス６に結像し光電変換された半導体デバイス（３６）の高解像力、高倍率の紫外画像として出力端子１８に出力される。
また、画像処理手段２１によって紫外画像とカラー画像とを重畳させて表示することにより紫外画像を疑似カラー画像として出力端子２２から出力し図示しないビデオモニタに表示することもできる。
【００４４】
以上の説明において、「・・・レンズ系」とは、単数又は複数の光学レンズを含む系を意味する。また、「アイピース系」とは、肉眼で観察するためのアイレンズ、視野レンズ等を含む系を意味する。
ここで、ハーフミラー３３は全反射ミラーとし、半導体デバイス３６からの全反射光を撮像装置１４に効率よく供給するため上下端のいずれかに回転ひんじを備えて、アイピース系３５で観察する場合は図５で示す位置にして半導体デバイス３６からの全反射光をアイピース系３５へ供給し、撮像装置１４で観察する場合はひんじを利用して全反射ミラーを光路中からはずれるようにしても良い。
また、紫外線に弱い被写体を観察・計測する場合には、照明レンズ系２８の光路中のいずれかに図示しない機械的シャッタを配設し、光源２７をオン・オフすることなく、被写体に対する紫外線の照射を防ぎ、被写体の損傷を最小限にするようにしても良い。
その他の構成及び作用は、実施例１と同様である。
【００４５】
【発明の効果】
本願発明によれば、次のような効果が発揮される。
１．対物レンズによって結像される被写体の光学像を光電変換する可視光用撮像デバイス及び非可視光用撮像デバイスと、前記対物レンズと前記両撮像デバイスとの間の光路中に配設され非可視光領域の波長を透過し、可視光領域の波長を反射する被膜を備えた反射面を有する第１のプリズムと、該第１のプリズムの前記反射面と対向する面を有する第２のプリズムとで構成された複合プリズムを備えているので、１台の撮像装置によって可視光像と非可視光像の両方を同時撮像することが可能で、装置の小型化、低廉化を図ることができる。
【００４６】
２．結像倍率が可変なズームレンズと、同ズームレンズによって結像される被写体の光学像を光電変換する可視光用撮像デバイス及び非可視光用撮像デバイスと、前記ズームレンズと前記両撮像デバイスとの間の光路中に配設された、非可視光領域の波長を透過し、可視光領域の波長を反射する被膜を備えた反射面を有しプリズム固定台に固定された第１のプリズムと、該第１のプリズムの前記反射面と一定空隙を介して対向する面を有する第２のプリズムとで構成された複合プリズムと、前記第２のプリズムを第１のプリズムの前記反射面に沿って移動制御可能なプリズム駆動手段と、予め設定された前記ズームレンズの結像倍率データがメモリされた結像倍率データメモリとを備えているので、
ズームレンズの結像倍率を変えることによって生ずる非可視光領域の軸上色収差を、２つのプリズムを組み合わせた複合プリズムの光軸方向のガラス厚みを制御することによって、連続的に、かつ自動的に補正でき、可視光領域と非可視光領域の適正な光学像をそれぞれの撮像デバイスの受光面に結像することができると同時に、撮像装置の小型化、低廉化を図ることができる。
【００４７】
３．Ｒ，Ｇ，Ｂフィルタ及びＩＲフィルタや、赤外カットフィルタ、可視光カットフィルタ等を使用せず、複合プリズムにより可視光領域と非可視光領域の波長を分離して、可視光用撮像デバイスと非可視光用撮像デバイスによりそれぞれの波長領域の画像を同時に得ているので、例えばフィルムスキャナ等の画像読取装置として使用すれば、処理速度が高速で、かつ装置の小型化、簡易化、低価格化を容易に図ることができる。
【００４８】
４．ズームレンズと撮像デバイス間の光路中にプリズムを配設しているので、プリズムの小型化及び装置の小型化を図ることが可能である。
【００４９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明実施例１の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置をフィルムスキャナの画像読取装置として使用した場合のブロック図。
【図２】同発明実施例のプリズム駆動機構説明図。
【図３】同発明実施例の四角形状に形成された複合プリズムの非可視光焦点位置補正の説明図。
【図４】同発明実施例２の複合プリズム光学系を有する撮像装置を監視用テレビカメラとして使用した場合のブロック図。
【図５】同発明実施例３の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置を紫外線顕微鏡装置用撮像装置として使用した場合の模式図。
【図６】同発明実施例３の非可視光焦点位置補正が可能な複合プリズム光学系を有する撮像装置を紫外線顕微鏡装置用撮像装置として使用した場合のブロック図。
【図７】同発明実施例の四角形状以外の複合プリズムの非可視光焦点位置補正の説明図。
【符号の説明】
１：フィルム駆動装置 ２：フィルム
３：ズームレンズ ３’：対物レンズ
４，４’：複合プリズム ４ａ，４’ａ：第１のプリズム
４ｂ，４’ｂ：第２のプリズム
４ｂｘ，４ｂｙ，４’ｂｘ，４’ｂｙ：第２のプリズムの移動位置
４ｃ，４’ｃ：被膜面 ５，６：撮像デバイス
６ｂ，６ｘ，６ｙ：結像点 ７，８：増幅回路
９：フィルム欠陥補正手段 １０：レンズ駆動手段
１１：アイリス制御手段 １２：フォーカス制御手段
１３：ズーム制御手段 １４：撮像装置
１５：結像倍率データメモリ １６：プリズム駆動手段
１７：制御パネル １８，１９，２０，２２：出力端子
２１：画像処理手段 ２３：照明制御手段
２４：鏡脚 ２５：アーム
２６：鏡筒 ２７：光源
２８：照明レンズ系 ２９：対物レンズ系
３０：レボルバ ３１：結像レンズ系
３２，３３：ハーフミラー ３４：拡大レンズ系
３５：アイピース系 ３６：半導体デバイス
３７Ｘ，３７Ｚ：調節ねじ ３８：機械的ステージ
３８Ｘ：Ｘステージ ３８Ｚ：Ｚステージ
３９：紫外線顕微鏡装置 ４０：ターレット
４１：防振台 ４２：光軸
５１：レンズ駆動手段 ５２：制御パネル
５３：結像倍率データメモリ
Ｌ：光源 ＩＲＬ：赤外光照明ランプ
１０１：プリズム取付板 １０２ａ，１０２ｂ：プリズム固定台
１０３：モータ １０４：プリズム駆動機構
１０５：制御ケーブル
Claims (5)
- 結像倍率が可変なズームレンズと、同ズームレンズによって結像される被写体の光学像を光電変換する可視光用撮像デバイス及び非可視光用撮像デバイスと、前記ズームレンズと前記両撮像デバイスとの間の光路中に配設された、非可視光領域の波長を透過し、可視光領域の波長を反射する被膜を備えた反射面を有しプリズム固定台に固定された第１のプリズムと、該第１のプリズムの前記反射面と一定空隙を介して対向する面を有する第２のプリズムとで構成された複合プリズムと、前記第２のプリズムを第１のプリズムの前記反射面に沿って移動制御し、前記結像倍率変更による可視光と非可視光との波長の違いによる結像面の位置ずれを補正するプリズム駆動手段と、予め設定された前記ズームレンズの結像倍率データがメモリされた結像倍率データメモリとを備え、
前記第１のプリズムで反射された可視光の光学像を光電変換するために可視光用撮像デバイスが可視光の光学像の結像位置に配設され、前記第１のプリズムを透過し、さらに第２のプリズムを透過した非可視光の光学像を光電変換するための非可視光用撮像デバイスが非可視光の光学像の結像位置に配設されてなることを特徴とする複合プリズム光学系を有する撮像装置。 - 前記結像倍率データが、前記ズームレンズのそれぞれの焦点距離における可視光画像の結像倍率に対応する非可視光画像の結像倍率データであることを特徴とする請求項１に記載の複合プリズム光学系を有する撮像装置。
- 前記第２のプリズムが、前記ズームレンズの結像倍率が変化すると、当該結像倍率に対応した前記結像倍率データメモリの結像倍率データに基づいて前記プリズム駆動手段により第１のプリズムの前記反射面に沿って移動するように駆動されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合プリズム光学系を有する撮像装置。
- 前記撮像装置が、さらに前記被写体としてのネガ又はポジフィルムに付着したゴミ、傷、又は指紋により生ずる画像の欠陥を補正するフィルム欠陥補正手段を備え、かつ同撮像装置が、フィルムスキャナに画像読取装置として装着されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合プリズム光学系を有する撮像装置。
- 前記撮像装置が、さらに被写体を可視光及び非可視光領域の波長を含む波長で照明する照明手段又は非可視光領域の波長のみで照明する照明手段と、同照明手段を制御する照明制御手段とを備えてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合プリズム光学系を有する撮像装置。
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