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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-16
(45)【発行日】2024-07-24
(54)【発明の名称】分光カメラ
(51)【国際特許分類】
H04N 23/55 20230101AFI20240717BHJP
G01J 3/26 20060101ALI20240717BHJP
H04N 23/51 20230101ALI20240717BHJP
【ＦＩ】
H04N23/55
G01J3/26
H04N23/51
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020160999
(22)【出願日】2020-09-25
(65)【公開番号】P2022054037
(43)【公開日】2022-04-06
【審査請求日】2023-06-02
(73)【特許権者】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179475
【弁理士】
【氏名又は名称】仲井 智至
(74)【代理人】
【識別番号】100216253
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 宏紀
(74)【代理人】
【識別番号】100225901
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 真之
(72)【発明者】
【氏名】工藤 慧
【審査官】彦田 克文
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－２１２７５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０３１２９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平０４－１１６１６５（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１５－１５８４３９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｎ ２３／５５
Ｇ０１Ｊ ３／２６
Ｈ０４Ｎ ２３／５１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一開口、及び第二開口を規定する筐体であって、前記第一開口及び前記第二開口が互いに対向する位置に設けられた筐体と、前記第一開口に配置される第一光学素子と、
前記第二開口に配置される第二光学素子と、
前記筐体の内部に保持される波長可変干渉フィルターであって、一対の反射膜、及び、一対の前記反射膜の間隔を変更するギャップ変更部を備え、前記第一開口から入射した第一画像光から、一対の前記反射膜の間隔に応じた波長の第二画像光を、前記第二開口に向かって出射させる前記波長可変干渉フィルターと、
前記第二開口から出射された前記第二画像光を撮像する撮像素子と、を備え、
前記第一光学素子は、前記第一画像光の主光線を平行にして、一対の前記反射膜に入射させる入射光学系を構成する、分光カメラ。
【請求項2】
前記筐体の前記撮像素子とは反対側で、前記第一画像光の光路上に第一光学絞りが設けられている、請求項１に記載の分光カメラ。
【請求項3】
第一開口、及び第二開口を規定する筐体であって、前記第一開口及び前記第二開口が互いに対向する位置に設けられた筐体と、前記第一開口に配置される第一光学素子と、
前記第二開口に配置される第二光学素子と、
前記筐体の内部に保持される波長可変干渉フィルターであって、一対の反射膜、及び、一対の前記反射膜の間隔を変更するギャップ変更部を備え、前記第一開口から入射した第一画像光から、一対の前記反射膜の間隔に応じた波長の第二画像光を、前記第二開口に向かって出射させる前記波長可変干渉フィルターと、
前記第二開口から出射された前記第二画像光を撮像する撮像素子と、を備え、
前記第二光学素子は、前記第二画像光を前記撮像素子に結像させる結像光学系を構成する、分光カメラ。
【請求項4】
前記筐体と前記撮像素子との間に第二光学絞りが設けられている、請求項３に記載の分光カメラ。
【請求項5】
前記第一光学素子は、前記第一開口を封止し、前記第二光学素子は、前記第二開口を封止し、
前記筐体は、前記第一光学素子及び前記第二光学素子により、内部空間が気密に保持されている、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の分光カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、分光カメラに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、分光カメラは、被写体である対象物からの画像光が入射する入射窓、画像光から所定波長の光を分光する分光素子、及び分光素子により分光された画像光を撮像する撮像素子を備えている。特に、分光素子として、一対の反射膜を有し、かつ反射膜の間の間隔を変更することで、分光波長を選択できるファブリーペローエタロンを用いることが好ましい。このようなファブリーペローエタロンは、小型化及び薄型化を図ることができ、これにより、分光カメラの薄型化及び小型化を図ることができる。
このような、ファブリーペローエタロンを用いた分光カメラで、精度よく所定波長の画像光を撮像するためには、ファブリーペローエタロンに入射する画像光の主光線を平行にする（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の分光カメラでは、ファブリーペローエタロン（波長可変干渉フィルター）の前段に、複数のレンズにより構成された入射光学系を配置し、ファブリーペローエタロンの後段に、複数のレンズにより構成され導光光学系を配置し、さらに結像光学系を配置して画像光を撮像素子に結像させている。
このような、ファブリーペローエタロンを用いた分光カメラで、精度よく所定波長の画像光を撮像するためには、ファブリーペローエタロンに入射する画像光の主光線を平行にする（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の分光カメラでは、ファブリーペローエタロン（波長可変干渉フィルター）の前段に、複数のレンズにより構成された入射光学系を配置し、ファブリーペローエタロンの後段に、複数のレンズにより構成され導光光学系を配置し、さらに結像光学系を配置して画像光を撮像素子に結像させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１５－２１２７５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に記載の分光カメラでは、複数のレンズにより、入射光学系、導光光学系、結像光学系が構成され、構成が複雑化するとの課題がある。
特に、近年では、スマートフォンやタブレット端末などの薄型の電子デバイスに分光カメラを搭載することが考案されている。このため、分光カメラの薄型化が要望されているが、上記特許文献１の構成では、複数のレンズ群を用いる必要があって、分光カメラの薄型化を図ることができない。
また、特許文献１に記載の分光カメラでは、入射光学系の中に直接ファブリーペローエタロンが配置されているが、ファブリーペローエタロンの保護のため、当該ファブリーペローエタロンをパッケージ筐体内に保持し、パッケージ筐体を入射光学系に配置することが好ましい。しかしながら、このようなパッケージ筐体を用いる場合、ファブリーペローエタロンを単体で用いる場合に比べて、パッケージ筐体の厚みが大きくなるので、分光カメラの薄型化がさらに困難になるとの課題がある。
特に、近年では、スマートフォンやタブレット端末などの薄型の電子デバイスに分光カメラを搭載することが考案されている。このため、分光カメラの薄型化が要望されているが、上記特許文献１の構成では、複数のレンズ群を用いる必要があって、分光カメラの薄型化を図ることができない。
また、特許文献１に記載の分光カメラでは、入射光学系の中に直接ファブリーペローエタロンが配置されているが、ファブリーペローエタロンの保護のため、当該ファブリーペローエタロンをパッケージ筐体内に保持し、パッケージ筐体を入射光学系に配置することが好ましい。しかしながら、このようなパッケージ筐体を用いる場合、ファブリーペローエタロンを単体で用いる場合に比べて、パッケージ筐体の厚みが大きくなるので、分光カメラの薄型化がさらに困難になるとの課題がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の第一態様にかかる分光カメラは、第一開口、及び第二開口を規定する筐体であって、前記第一開口及び前記第二開口が互いに対向する位置に設けられた筐体と、前記第一開口に配置される第一光学素子と、前記第二開口に配置される第二光学素子と、前記筐体の内部に保持される波長可変干渉フィルターであって、一対の反射膜、及び、一対の前記反射膜の間隔を変更するギャップ変更部を備え、前記第一開口から入射した第一画像光から、一対の前記反射膜の間隔に応じた波長の第二画像光を、前記第二開口に向かって出射させる前記波長可変干渉フィルターと、前記第二開口から出射された前記第二画像光を撮像する撮像素子と、を備え、前記第一光学素子は、前記第一画像光の主光線を平行にして、一対の前記反射膜に入射させる入射光学系を構成する。
【0006】
本開示の第二態様にかかる分光カメラは、第一開口、及び第二開口を規定する筐体であって、前記第一開口及び前記第二開口が互いに対向する位置に設けられた筐体と、前記第一開口に配置される第一光学素子と、前記第二開口に配置される第二光学素子と、前記筐体の内部に保持される波長可変干渉フィルターであって、一対の反射膜、及び、一対の前記反射膜の間隔を変更するギャップ変更部を備え、前記第一開口から入射した第一画像光から、一対の前記反射膜の間隔に応じた波長の第二画像光を、前記第二開口に向かって出射させる前記波長可変干渉フィルターと、前記第二開口から出射された前記第二画像光を撮像する撮像素子と、を備え、前記第二光学素子は、前記第二画像光を前記撮像素子に結像させる結像光学系を構成する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第一実施形態のスマートフォンの一例を示す図。
【図2】第一実施形態の分光カメラの断面の概略構成を示す模式図。
【図3】第一実施形態の光学フィルターデバイスの概略構成を示す断面図。
【図4】比較例としての、従来の分光カメラの概略構成を示す図。
【図5】第二実施形態の分光カメラの概略構成を示す模式図。
【図6】第三実施形態の分光カメラの概略構成を示す模式図。
【図7】変形例１にかかる第一光学素子の他の例を示す図。
【図8】変形例１にかかる第一光学素子の他の例を示す図。
【図9】変形例１にかかる第一光学素子の他の例を示す図。
【図10】変形例１にかかる第二光学素子の他の例を示す図。
【図11】変形例１にかかる第二光学素子の他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
［第一実施形態］
以下、第一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の分光カメラを備えた電子機器を示す図である。本実施形態では、電子機器として、スマートフォン１を例示する。図１は、スマートフォン１の裏側面を示す概略図である。図示は省略するが、当該スマートフォン１は、表側面にタッチパネルを備えたディスプレイを備えており、内部には、スマートフォン１の各種動作を制御するＣＰＵ等の制御回路、メモリー等の記憶回路が設けられている。
以下、第一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の分光カメラを備えた電子機器を示す図である。本実施形態では、電子機器として、スマートフォン１を例示する。図１は、スマートフォン１の裏側面を示す概略図である。図示は省略するが、当該スマートフォン１は、表側面にタッチパネルを備えたディスプレイを備えており、内部には、スマートフォン１の各種動作を制御するＣＰＵ等の制御回路、メモリー等の記憶回路が設けられている。
【0009】
［分光カメラ２の構成］
図２は、本実施形態の分光カメラ２の断面の概略構成を示す模式図である。
スマートフォン１の外装フレーム１１には、分光カメラ２に入射する画像光を取り入れる開口窓１２が設けられており、当該開口窓１２には、カバーガラス１３がはめ込まれている。分光カメラ２は、第一光学絞り２０、光学フィルターデバイス３０、結像光学系５０、及び撮像素子４０を備える。カバーガラス１３を透過した画像光のうち、第一光学絞り２０を通過した光は、光学フィルターデバイス３０、及び結像光学系５０を介して、撮像素子４０に結像され、撮像素子４０により画像が撮像される。
図２は、本実施形態の分光カメラ２の断面の概略構成を示す模式図である。
スマートフォン１の外装フレーム１１には、分光カメラ２に入射する画像光を取り入れる開口窓１２が設けられており、当該開口窓１２には、カバーガラス１３がはめ込まれている。分光カメラ２は、第一光学絞り２０、光学フィルターデバイス３０、結像光学系５０、及び撮像素子４０を備える。カバーガラス１３を透過した画像光のうち、第一光学絞り２０を通過した光は、光学フィルターデバイス３０、及び結像光学系５０を介して、撮像素子４０に結像され、撮像素子４０により画像が撮像される。
【0010】
［光学フィルターデバイス３０の構成］
図３は、光学フィルターデバイス３０の概略構成を示す断面図である。
光学フィルターデバイス３０は、波長可変干渉フィルター３１と、筐体３２と、第一光学素子３３と、第二光学素子３４と、を含んで構成されている。
図３は、光学フィルターデバイス３０の概略構成を示す断面図である。
光学フィルターデバイス３０は、波長可変干渉フィルター３１と、筐体３２と、第一光学素子３３と、第二光学素子３４と、を含んで構成されている。
【0011】
波長可変干渉フィルター３１は、ファブリーペローエタロンであり、互いに対向する一対の反射膜３１３，３１４と、一対の反射膜３１３，３１４の間隔（ギャップＧ）を変更するギャップ変更部３１５を備えている。
例えば、本実施形態では、波長可変干渉フィルター３１は、第一反射膜３１３が設けられる第一基板３１１と、第二反射膜３１４が設けられる第二基板３１２とを備える。第二基板３１２は、第二反射膜３１４が設けられる可動部３１２Ａと、可動部３１２Ａを第一基板３１１に向かう方向に進退可能に保持するダイアフラム部３１２Ｂとを備える。そして、第一基板３１１には、第一電極３１５Ａが設けられ、第二基板３１２には、第一電極３１５Ａに対向する第二電極３１５Ｂが設けられており、これらの第一電極３１５Ａ及び第二電極３１５Ｂにより、ギャップ変更部３１５である静電アクチュエーターが構成されている。
このような波長可変干渉フィルター３１では、第一電極３１５Ａ及び第二電極３１５Ｂの間に電圧を印加することで、静電引力を作用させることができ、電圧値を制御することで、ギャップＧの間隔を所望の値に変更することができる。これにより、波長可変干渉フィルター３１は、入射光である第一画像光から、所望の波長の第二画像光を透過させることができる。
例えば、本実施形態では、波長可変干渉フィルター３１は、第一反射膜３１３が設けられる第一基板３１１と、第二反射膜３１４が設けられる第二基板３１２とを備える。第二基板３１２は、第二反射膜３１４が設けられる可動部３１２Ａと、可動部３１２Ａを第一基板３１１に向かう方向に進退可能に保持するダイアフラム部３１２Ｂとを備える。そして、第一基板３１１には、第一電極３１５Ａが設けられ、第二基板３１２には、第一電極３１５Ａに対向する第二電極３１５Ｂが設けられており、これらの第一電極３１５Ａ及び第二電極３１５Ｂにより、ギャップ変更部３１５である静電アクチュエーターが構成されている。
このような波長可変干渉フィルター３１では、第一電極３１５Ａ及び第二電極３１５Ｂの間に電圧を印加することで、静電引力を作用させることができ、電圧値を制御することで、ギャップＧの間隔を所望の値に変更することができる。これにより、波長可変干渉フィルター３１は、入射光である第一画像光から、所望の波長の第二画像光を透過させることができる。
【0012】
筐体３２は、波長可変干渉フィルター３１を保持する容器状のケースであり、例えば、図３に示すように、側面部３２１と、底面部３２２とを備える。
側面部３２１は、底面部３２２から光入射側、つまり、カバーガラス１３側に延伸する筒状部材であり、内周面の一部に、波長可変干渉フィルター３１の側面が接合されている。側面部３２１の底面部３２２とは反対側の開口端面は、カバーガラス１３に対向する第一開口部３２１Ａを構成する。そして、側面部３２１の開口端面には、第一光学素子３３が接合されることで、第一開口部３２１Ａが閉塞されている。このように、第一光学素子３３のおかげで、第一開口部３２１Ａの開口（第一開口）を介した気体を含む流体の移動が抑制されている。
側面部３２１は、底面部３２２から光入射側、つまり、カバーガラス１３側に延伸する筒状部材であり、内周面の一部に、波長可変干渉フィルター３１の側面が接合されている。側面部３２１の底面部３２２とは反対側の開口端面は、カバーガラス１３に対向する第一開口部３２１Ａを構成する。そして、側面部３２１の開口端面には、第一光学素子３３が接合されることで、第一開口部３２１Ａが閉塞されている。このように、第一光学素子３３のおかげで、第一開口部３２１Ａの開口（第一開口）を介した気体を含む流体の移動が抑制されている。
【0013】
底面部３２２は、側面部３２１の第一開口部３２１Ａを構成する開口端面とは反対側に設けられる板状部材であり、第二開口部３２２Ａが設けられている。つまり、筐体３２において、第二開口部３２２Ａは、第一開口部３２１Ａに対向する位置に設けられている。第二開口部３２２Ａの開口中心は、波長可変干渉フィルター３１の一対の反射膜３１３，３１４の中心を通る光軸上に位置する。よって、波長可変干渉フィルター３１から出射された第二画像光が、第二開口部３２２Ａから撮像素子４０に向かって通過する。
この第二開口部３２２Ａには、第二光学素子３４が接合されており、これにより、第二開口部３２２Ａは、閉塞されている。このように、第二光学素子３４のおかげで、第二開口部３２２Ａの開口（第二開口）を介した気体を含む流体の移動が抑制されている。
なお、図示は省略するが、底面部３２２には、波長可変干渉フィルター３１の第一電極３１５Ａや第二電極３１５Ｂに接続される配線電極が設けられており、当該配線電極は、底面部３２２または側面部３２１に設けられた貫通電極を介して外部に引き出されている。
この第二開口部３２２Ａには、第二光学素子３４が接合されており、これにより、第二開口部３２２Ａは、閉塞されている。このように、第二光学素子３４のおかげで、第二開口部３２２Ａの開口（第二開口）を介した気体を含む流体の移動が抑制されている。
なお、図示は省略するが、底面部３２２には、波長可変干渉フィルター３１の第一電極３１５Ａや第二電極３１５Ｂに接続される配線電極が設けられており、当該配線電極は、底面部３２２または側面部３２１に設けられた貫通電極を介して外部に引き出されている。
【0014】
以上のように、本実施形態の光学フィルターデバイス３０では、筐体３２の第一開口部３２１Ａが第一光学素子３３により気密封止され、第二開口部３２２Ａが第二光学素子３４により気密封止されることで、筐体３２の内部空間が気密に密閉されている。そして、この筐体３２の内部空間は、大気圧よりも減圧されている。これにより、波長可変干渉フィルター３１の反射膜３１３，３１４の酸化等による劣化を抑制できる。また、ギャップ変更部３１５により可動部３１２Ａを変位させる際の空気抵抗を減少させることができるので、可動部３１２Ａの振動を抑制でき、波長可変干渉フィルター３１の応答性を良好にできる。すなわち、分光カメラ２により所望の波長の画像光を撮像する場合に、波長可変干渉フィルター３１のギャップＧを、迅速に当該所望波長に対応した寸法に設定することができ、迅速な撮像処理を実現できる。
【0015】
ここで、本実施形態では、図２に示すように、第一光学素子３３は、第一光学絞り２０の開口を通過した第一画像光の主光線を平行にする平行化レンズにより構成されている。つまり、第一光学絞り２０は、第一画像光の主光線の光路上に配置されている。
したがって、本実施形態の分光カメラ２では、第一光学絞り２０を通過した光（第一画像光）は、第一光学素子３３によって主光線が平行とされた後、波長可変干渉フィルター３１の一対の反射膜３１３，３１４に垂直に入射する。つまり、波長可変干渉フィルター３１を透過する第二画像光の波長は、反射膜３１３，３１４への入射位置によらず均一となり、ギャップＧに応じた均一な波長の第二画像光が撮像素子４０に結像されることになる。
したがって、本実施形態の分光カメラ２では、第一光学絞り２０を通過した光（第一画像光）は、第一光学素子３３によって主光線が平行とされた後、波長可変干渉フィルター３１の一対の反射膜３１３，３１４に垂直に入射する。つまり、波長可変干渉フィルター３１を透過する第二画像光の波長は、反射膜３１３，３１４への入射位置によらず均一となり、ギャップＧに応じた均一な波長の第二画像光が撮像素子４０に結像されることになる。
【0016】
一方、本実施形態では、第二光学素子３４は、平行平板ガラスにより構成されている。したがって、光学フィルターデバイス３０から出射された光は、複数のレンズにより構成された結像光学系５０により撮像素子４０に結像される。
本実施形態では、結像光学系５０は、例えば、図２に示すように、第一結像レンズ５１、第二結像レンズ５２、及び第三結像レンズ５３により構成されている。
本実施形態では、結像光学系５０は、例えば、図２に示すように、第一結像レンズ５１、第二結像レンズ５２、及び第三結像レンズ５３により構成されている。
【0017】
図４に、比較例として、従来の分光カメラ９０の概略構成を示す。比較例の分光カメラ９０では、波長可変干渉フィルター３１が筐体３２に格納された光学フィルターデバイス９１を用いる。この光学フィルターデバイス９１では、第一光学素子９２及び第二光学素子９３がレンズ機能を有さず、平行平板ガラスにより構成されている。
したがって、波長可変干渉フィルター３１に対して、第一画像光の主光線を平行とするために、光学フィルターデバイス９１とカバーガラス１３との間に、複数のレンズにより構成された入射光学系６０が必要となる。
図２及び図４を比較すると分かるように、本実施形態の分光カメラ２では、比較例の分光カメラ９０に比べて、入射光学系６０の構成が不要となり、その分、分光カメラ２において、カバーガラス１３から撮像素子４０までの距離を短くでき、つまり、薄型化を図れる。
したがって、波長可変干渉フィルター３１に対して、第一画像光の主光線を平行とするために、光学フィルターデバイス９１とカバーガラス１３との間に、複数のレンズにより構成された入射光学系６０が必要となる。
図２及び図４を比較すると分かるように、本実施形態の分光カメラ２では、比較例の分光カメラ９０に比べて、入射光学系６０の構成が不要となり、その分、分光カメラ２において、カバーガラス１３から撮像素子４０までの距離を短くでき、つまり、薄型化を図れる。
【0018】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の分光カメラ２は、波長可変干渉フィルター３１と、筐体３２と、第一光学素子３３と、第二光学素子３４と、撮像素子４０と、を備える。筐体３２は、第一開口部３２１Ａ、及び第二開口部３２２Ａを有し、第一開口部３２１Ａの第一開口及び第二開口部３２２Ａの第二開口が互いに対向する位置に設けられている。波長可変干渉フィルター３１は、筐体３２の内部に保持されており、一対の反射膜３１３，３１４と、一対の反射膜３１３，３１４の間隔（ギャップＧ）を変更するギャップ変更部３１５とを有する。波長可変干渉フィルター３１は、第一開口部３２１Ａを通過した第一画像光から、ギャップＧに応じた波長の第二画像光を第二開口部３２２Ａから出射させる。第一光学素子３３は、第一開口部３２１Ａに配置されている。第二光学素子３４は、第二開口部３２２Ａに配置されている。撮像素子４０は、第二開口部３２２Ａから出射された第二画像光を撮像する。そして、第一光学素子３３は、第一画像光の主光線を平行にして、波長可変干渉フィルター３１の一対の反射膜３１３，３１４に入射させるレンズにより構成されている。
本実施形態の分光カメラ２は、波長可変干渉フィルター３１と、筐体３２と、第一光学素子３３と、第二光学素子３４と、撮像素子４０と、を備える。筐体３２は、第一開口部３２１Ａ、及び第二開口部３２２Ａを有し、第一開口部３２１Ａの第一開口及び第二開口部３２２Ａの第二開口が互いに対向する位置に設けられている。波長可変干渉フィルター３１は、筐体３２の内部に保持されており、一対の反射膜３１３，３１４と、一対の反射膜３１３，３１４の間隔（ギャップＧ）を変更するギャップ変更部３１５とを有する。波長可変干渉フィルター３１は、第一開口部３２１Ａを通過した第一画像光から、ギャップＧに応じた波長の第二画像光を第二開口部３２２Ａから出射させる。第一光学素子３３は、第一開口部３２１Ａに配置されている。第二光学素子３４は、第二開口部３２２Ａに配置されている。撮像素子４０は、第二開口部３２２Ａから出射された第二画像光を撮像する。そして、第一光学素子３３は、第一画像光の主光線を平行にして、波長可変干渉フィルター３１の一対の反射膜３１３，３１４に入射させるレンズにより構成されている。
【0019】
このような分光カメラ２では、波長可変干渉フィルター３１を格納する筐体３２の第一開口部３２１Ａに、第一画像光の主光線を平行にするレンズにより構成された第一光学素子３３が設けられている。このため、分光カメラ２において、入射光学系として他のレンズを不要にできる。つまり、第一開口部３２１Ａを平板ガラスで閉塞する場合では、波長可変干渉フィルター３１に入射させる第一画像光の主光線を平行光にする光学レンズ等により構成された入射光学系６０を別途配置する必要がある。これに対し、本実施形態では、これらの入射光学系６０を不要にでき、分光カメラ２の薄型化、すなわち、スマートフォン１のカバーガラス１３から撮像素子４０までの距離を短くできる。
【0020】
本実施形態では、筐体３２の撮像素子４０とは反対側で、第一画像光の光路上に第一光学絞り２０が設けられている。つまり、本実施形態では、カバーガラス１３と光学フィルターデバイス３０との間に、第一光学絞り２０が設けられている。
これにより、第一光学絞り２０及び第一光学素子３３により、像側テレセントリック光学系を構成することができ、第一光学絞り２０を透過した所定の画角の第一画像光の主光線を、一対の反射膜３１３，３１４に対して平行にできる。
これにより、第一光学絞り２０及び第一光学素子３３により、像側テレセントリック光学系を構成することができ、第一光学絞り２０を透過した所定の画角の第一画像光の主光線を、一対の反射膜３１３，３１４に対して平行にできる。
【0021】
本実施形態では、第一光学素子３３が筐体３２の第一開口部３２１Ａを封止し、第二光学素子３４が第二開口部３２２Ａを封止することで、筐体３２は、第一光学素子３３及び第二光学素子３４により、内部空間が気密に保持されている。
これにより、筐体３２の内部への、波長可変干渉フィルター３１の反射膜３１３，３１４を劣化させるガスの侵入を抑制でき、反射膜３１３，３１４の劣化による分光精度の低下を抑制できる。
さらに、本実施形態では、筐体３２の内部空間が大気圧よりも減圧されている。このため、波長可変干渉フィルター３１を駆動させる際に可動部３１２Ａの応答性が良好となり、分光画像の撮像処理にかかる時間を短縮できる。
これにより、筐体３２の内部への、波長可変干渉フィルター３１の反射膜３１３，３１４を劣化させるガスの侵入を抑制でき、反射膜３１３，３１４の劣化による分光精度の低下を抑制できる。
さらに、本実施形態では、筐体３２の内部空間が大気圧よりも減圧されている。このため、波長可変干渉フィルター３１を駆動させる際に可動部３１２Ａの応答性が良好となり、分光画像の撮像処理にかかる時間を短縮できる。
【0022】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。
第一実施形態では、光学フィルターデバイス３０の第一光学素子３３がレンズ機能を有し、第二光学素子３４がレンズ機能を有さない例を示した。これに対して、第二実施形態では、第二光学素子３４がレンズ機能を有する点で第一実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、既に説明した事項に関しては同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
次に、第二実施形態について説明する。
第一実施形態では、光学フィルターデバイス３０の第一光学素子３３がレンズ機能を有し、第二光学素子３４がレンズ機能を有さない例を示した。これに対して、第二実施形態では、第二光学素子３４がレンズ機能を有する点で第一実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり、既に説明した事項に関しては同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【0023】
図５は、第二実施形態の分光カメラ２Ａの概略構成を示す模式図である。
本実施形態の分光カメラ２Ａは、第一実施形態と同様、光学フィルターデバイス３０Ａと、撮像素子４０とを備えている。そして、本実施形態では、光学フィルターデバイス３０Ａと、撮像素子４０との間に、第二光学絞り２０Ａが設けられている。
ここで、本実施形態では、第一光学素子３３Ａが平行平板ガラスにより構成されている。一方、本実施形態では、第二光学素子３４Ａが、レンズ機能を有し、例えば、結像レンズとして機能する。
このため、図５示すように、本実施形態では、複数のレンズにより構成された入射光学系６０が設けられるものの、結像光学系５０を不要にできる。
本実施形態の分光カメラ２Ａは、第一実施形態と同様、光学フィルターデバイス３０Ａと、撮像素子４０とを備えている。そして、本実施形態では、光学フィルターデバイス３０Ａと、撮像素子４０との間に、第二光学絞り２０Ａが設けられている。
ここで、本実施形態では、第一光学素子３３Ａが平行平板ガラスにより構成されている。一方、本実施形態では、第二光学素子３４Ａが、レンズ機能を有し、例えば、結像レンズとして機能する。
このため、図５示すように、本実施形態では、複数のレンズにより構成された入射光学系６０が設けられるものの、結像光学系５０を不要にできる。
【0024】
さらに、本実施形態では、光学フィルターデバイス３０Ａと撮像素子４０との間に、第二光学絞り２０Ａが設けられている。この第二光学絞り２０Ａは、ピンホールであり、第二光学素子３４Ａの焦点位置に設けられている。これにより、第二光学素子３４Ａ及び第二光学絞り２０Ａにより、スペイシャルフィルターが構成され、第二画像光内の干渉縞成分を除去した精度高い分光画像を撮像することができる。このような分光カメラ２Ａでは、図５に示すように、波長可変干渉フィルター３１を透過した第二画像光のうち、第二光学絞り２０Ａを通過する光は、波長可変干渉フィルター３１の反射膜３１３，３１４に対して主光線が主直に入射した光である。よって、分光カメラ２Ａにおいて、精度の高い分光画像を撮像することができる。
【0025】
なお、本実施形態において、第一光学素子３３Ａとして、第一実施形態と同様、入射レンズとして機能する第一光学素子３３を用いてもよい。
さらに、光学フィルターデバイス３０Ａと、カバーガラス１３との間に、第一光学絞り２０が設けられ、像側テレセントリック光学系が構成されていてもよい。
さらに、光学フィルターデバイス３０Ａと、カバーガラス１３との間に、第一光学絞り２０が設けられ、像側テレセントリック光学系が構成されていてもよい。
【0026】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態では、第二光学素子３４Ａは、第二画像光を撮像素子４０に結像させる結像レンズにより構成されている。
これにより、本実施形態では、波長可変干渉フィルター３１を透過した第二画像光を撮像素子４０に結像させる結像光学系５０を不要にでき、分光カメラ２の薄型化を図れる。
本実施形態では、第二光学素子３４Ａは、第二画像光を撮像素子４０に結像させる結像レンズにより構成されている。
これにより、本実施形態では、波長可変干渉フィルター３１を透過した第二画像光を撮像素子４０に結像させる結像光学系５０を不要にでき、分光カメラ２の薄型化を図れる。
【0027】
本実施形態の分光カメラ２Ａでは、光学フィルターデバイス３０Ａの筐体３２と撮像素子４０との間に第二光学絞り２０Ａが設けられている。
これにより、第二光学絞り２０Ａと第二光学素子３４Ａとでスペイシャルフィルターを構成することができ、分光カメラ２Ａで分光画像を撮像する際に、干渉縞等を抑制できる。
これにより、第二光学絞り２０Ａと第二光学素子３４Ａとでスペイシャルフィルターを構成することができ、分光カメラ２Ａで分光画像を撮像する際に、干渉縞等を抑制できる。
【0028】
［第三実施形態］
次に第三実施形態について説明する。
第一実施形態では、第一光学素子３３により入射光学系が構成され、第二実施形態では、第二光学素子３４Ａにより結像光学系が構成される例を示した。これに対して、第三実施形態では、光学フィルターデバイスの他に、結像光学系や入射光学系を構成するレンズまたはレンズ群が設けられている点で、第一実施形態及び第二実施形態と相違する。
次に第三実施形態について説明する。
第一実施形態では、第一光学素子３３により入射光学系が構成され、第二実施形態では、第二光学素子３４Ａにより結像光学系が構成される例を示した。これに対して、第三実施形態では、光学フィルターデバイスの他に、結像光学系や入射光学系を構成するレンズまたはレンズ群が設けられている点で、第一実施形態及び第二実施形態と相違する。
【0029】
図６は、本実施形態の分光カメラ２Ｂの概略構成を示す模式図である。
本実施形態では、光学フィルターデバイス３０Ｂの前段及び後段に１つまたは２つ以上のレンズが配置されている。そして、光学フィルターデバイス３０Ｂの前段に設けられた１つまたは２つ以上のレンズと、光学フィルターデバイス３０Ｂの第一光学素子３３Ｂにより、入射光学系６０が構成される。また、光学フィルターデバイス３０Ｂの後段に設けられた１つまたは２つ以上のレンズと、光学フィルターデバイス３０Ｂの第二光学素子３４Ｂにより、結像光学系５０が構成される。
図６の例では、第一光学素子３３Ｂが、図４に示す第二入射レンズ６２として機能する例であり、第一入射レンズ６１と第一光学素子３３Ｂとによって、入射光学系６０が構成される。また、入射光学系６０に第一光学絞り２０が設けられることで、第一実施形態と同様、像側テレセントリック光学系が構成される。
また、第二光学素子３４Ｂが、図４に示す第一結像レンズ５１として機能する。したがって、第二光学素子３４Ｂ、第二結像レンズ５２、及び第三結像レンズ５３、により結像光学系が構成される。
本実施形態では、光学フィルターデバイス３０Ｂの前段及び後段に１つまたは２つ以上のレンズが配置されている。そして、光学フィルターデバイス３０Ｂの前段に設けられた１つまたは２つ以上のレンズと、光学フィルターデバイス３０Ｂの第一光学素子３３Ｂにより、入射光学系６０が構成される。また、光学フィルターデバイス３０Ｂの後段に設けられた１つまたは２つ以上のレンズと、光学フィルターデバイス３０Ｂの第二光学素子３４Ｂにより、結像光学系５０が構成される。
図６の例では、第一光学素子３３Ｂが、図４に示す第二入射レンズ６２として機能する例であり、第一入射レンズ６１と第一光学素子３３Ｂとによって、入射光学系６０が構成される。また、入射光学系６０に第一光学絞り２０が設けられることで、第一実施形態と同様、像側テレセントリック光学系が構成される。
また、第二光学素子３４Ｂが、図４に示す第一結像レンズ５１として機能する。したがって、第二光学素子３４Ｂ、第二結像レンズ５２、及び第三結像レンズ５３、により結像光学系が構成される。
【0030】
【0031】
［変形例］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【0032】
［変形例１］
上記第一実施形態及び第三実施形態において、第一光学素子３３，３３Ｂを凸型のレンズにより構成する例を示したが、これに限定されない。
図７～図９は、第一光学素子の他のレンズの例を示す図である。
例えば、図７に示す第一光学素子３３Ｃのように、筐体３２の内部に対して凸となるレンズを用いてもよい。また、図８の第一光学素子３３Ｄのように凹型のレンズを用いてもよい。図８において、筐体３２の内部に向けて第一光学素子３３Ｄの凹面が形成される構成としてもよい。さらには、図９に示す第一光学素子３３Ｅのように、フレネルレンズを用いてもよい。このようなフレネルレンズを用いる場合では、第一光学素子３３Ｅの厚みをさらに小さくでき、その分、分光カメラの薄型化を図れる。また、図９において、筐体３２の内部に向けて、第一光学素子３３Ｅの凸面が形成されていてもよい。
上記第一実施形態及び第三実施形態において、第一光学素子３３，３３Ｂを凸型のレンズにより構成する例を示したが、これに限定されない。
図７～図９は、第一光学素子の他のレンズの例を示す図である。
例えば、図７に示す第一光学素子３３Ｃのように、筐体３２の内部に対して凸となるレンズを用いてもよい。また、図８の第一光学素子３３Ｄのように凹型のレンズを用いてもよい。図８において、筐体３２の内部に向けて第一光学素子３３Ｄの凹面が形成される構成としてもよい。さらには、図９に示す第一光学素子３３Ｅのように、フレネルレンズを用いてもよい。このようなフレネルレンズを用いる場合では、第一光学素子３３Ｅの厚みをさらに小さくでき、その分、分光カメラの薄型化を図れる。また、図９において、筐体３２の内部に向けて、第一光学素子３３Ｅの凸面が形成されていてもよい。
【0033】
第二光学素子に関しても同様であり、第二実施形態や第三実施形態で示したレンズ形状に限られない。
図１０及び図１１は、第二光学素子の他の例を示す図である。
例えば、図１０に示すように、筐体３２の内部に向かって凸となる凸型レンズの第二光学素子３４Ｃを用いてもよい。
また、図１１に示す第二光学素子３４Ｄのように凹型レンズを用いてもよい。図１１の例では、凹面が撮像素子４０に向かう方向に形成されているが、筐体３２の内部に向かって凹面が形成される凹型レンズを用いてもよい。
図１０及び図１１は、第二光学素子の他の例を示す図である。
例えば、図１０に示すように、筐体３２の内部に向かって凸となる凸型レンズの第二光学素子３４Ｃを用いてもよい。
また、図１１に示す第二光学素子３４Ｄのように凹型レンズを用いてもよい。図１１の例では、凹面が撮像素子４０に向かう方向に形成されているが、筐体３２の内部に向かって凹面が形成される凹型レンズを用いてもよい。
【0034】
［変形例２］
第一実施形態では、入射光学系を構成するレンズ群（例えば第一入射レンズ６１や第二入射レンズ６２）が不要であり、第二実施形態では、結像光学系を構成するレンズ群（例えば、第一結像レンズ５１、第二結像レンズ５２、及び第三結像レンズ５３）が不要である例を示した。これに対して、筐体３２に対して、第一開口部３２１Ａを第一実施形態の第一光学素子３３により封止し、第二開口部３２２Ａを第二実施形態の第二光学素子３４Ａで封止してもよい。この場合、入射光学系、及び結像光学系のレンズ構成をより簡素化でき、分光カメラの薄型化をさらに促進できる。
第一実施形態では、入射光学系を構成するレンズ群（例えば第一入射レンズ６１や第二入射レンズ６２）が不要であり、第二実施形態では、結像光学系を構成するレンズ群（例えば、第一結像レンズ５１、第二結像レンズ５２、及び第三結像レンズ５３）が不要である例を示した。これに対して、筐体３２に対して、第一開口部３２１Ａを第一実施形態の第一光学素子３３により封止し、第二開口部３２２Ａを第二実施形態の第二光学素子３４Ａで封止してもよい。この場合、入射光学系、及び結像光学系のレンズ構成をより簡素化でき、分光カメラの薄型化をさらに促進できる。
【0035】
また、上記実施形態では、第一光学素子が第一開口部３２１Ａを気密に封止し、第二光学素子が第二開口部３２２Ａを気密に封止する構成を例示したがこれに限定されない。
例えば、反射膜３１３，３１４として劣化しにくい素材を用いた場合であれば、筐体３２の内部が気密空間でなくてもよい。
例えば、反射膜３１３，３１４として劣化しにくい素材を用いた場合であれば、筐体３２の内部が気密空間でなくてもよい。
【0036】
さらに、上記実施形態では、筐体３２の内部空間が大気圧に対して減圧されているが、これに限定されない。すなわち、上記実施形態では、ギャップ変更部３１５が静電アクチュエーターにより構成され、静電引力によって可動部３１２Ａを吸引することで、ギャップＧを変更した。この場合、ギャップＧに空気が存在する場合に、エアダンパとして作用し、応答性が悪化する。これに対して、例えば、第一基板３１１と第二基板３１２との間のピエゾ素子を配置し、ピエゾ素子への電圧印加によってピエゾ素子を伸縮させることでギャップＧを変更する場合等、空気抵抗の影響が極めて小さい駆動系を用いる場合では、筐体３２の内部が大気圧であってもよい。
【0037】
［本発明のまとめ］
本開示の第一態様にかかる分光カメラは、第一開口、及び第二開口を規定する筐体であって、前記第一開口及び前記第二開口が互いに対向する位置に設けられた筐体と、前記第一開口に配置される第一光学素子と、前記第二開口に配置される第二光学素子と、前記筐体の内部に保持される波長可変干渉フィルターであって、一対の反射膜、及び、一対の前記反射膜の間隔を変更するギャップ変更部を備え、前記第一開口から入射した第一画像光から、一対の前記反射膜の間隔に応じた波長の第二画像光を、前記第二開口に向かって出射させる前記波長可変干渉フィルターと、前記第二開口から出射された前記第二画像光を撮像する撮像素子と、を備え、前記第一光学素子は、前記第一画像光の主光線を平行にして、一対の前記反射膜に入射させる入射光学系を構成する。
本開示の第一態様にかかる分光カメラは、第一開口、及び第二開口を規定する筐体であって、前記第一開口及び前記第二開口が互いに対向する位置に設けられた筐体と、前記第一開口に配置される第一光学素子と、前記第二開口に配置される第二光学素子と、前記筐体の内部に保持される波長可変干渉フィルターであって、一対の反射膜、及び、一対の前記反射膜の間隔を変更するギャップ変更部を備え、前記第一開口から入射した第一画像光から、一対の前記反射膜の間隔に応じた波長の第二画像光を、前記第二開口に向かって出射させる前記波長可変干渉フィルターと、前記第二開口から出射された前記第二画像光を撮像する撮像素子と、を備え、前記第一光学素子は、前記第一画像光の主光線を平行にして、一対の前記反射膜に入射させる入射光学系を構成する。
【0038】
これにより、分光カメラにおいて、第一光学素子を入射光学系の一部、または、第一光学素子により入射光学系を構成することができ、他のレンズの配置量を減らすことができる。よって、分光カメラの薄型化を促進できる。
【0039】
本態様の分光カメラにおいて、前記筐体の前記撮像素子とは反対側で、前記第一画像光の光路上に第一光学絞りが設けられている。
これにより、第一光学絞りと第一光学素子を含む入射光学系とにより、テレセントリック光学系を構成することができる。
これにより、第一光学絞りと第一光学素子を含む入射光学系とにより、テレセントリック光学系を構成することができる。
【0040】
本態様の第二態様の分光カメラにおいて、第一開口、及び第二開口を規定する筐体であって、前記第一開口及び前記第二開口が互いに対向する位置に設けられた筐体と、前記第一開口に配置される第一光学素子と、前記第二開口に配置される第二光学素子と、前記筐体の内部に保持される波長可変干渉フィルターであって、一対の反射膜、及び、一対の前記反射膜の間隔を変更するギャップ変更部を備え、前記第一開口から入射した第一画像光から、一対の前記反射膜の間隔に応じた波長の第二画像光を、前記第二開口に向かって出射させる前記波長可変干渉フィルターと、前記第二開口から出射された前記第二画像光を撮像する撮像素子と、を備え、前記第二光学素子は、前記第二画像光を前記撮像素子に結像させる結像光学系を構成する。
【0041】
これにより、分光カメラにおいて、第二光学素子を結像光学系の一部、または、第二光学素子により結像光学系を構成することができ、他のレンズの配置量を減らすことができる。よって、分光カメラの薄型化を促進できる。
【0042】
本態様の分光カメラにおいて、前記筐体と前記撮像素子との間に第二光学絞りが設けられている。
これにより、第二光学素子を含む結像光学系と第二光学絞りにより、スペイシャルフィルターを構成することができ、高精度な分光画像を撮像できる。
これにより、第二光学素子を含む結像光学系と第二光学絞りにより、スペイシャルフィルターを構成することができ、高精度な分光画像を撮像できる。
【0043】
第一態様または第二態様の分光カメラにおいて、前記第一光学素子は、前記第一開口部を封止し、前記第二光学素子は、前記第二開口部を封止し、前記筐体は、前記第一光学素子及び前記第二光学素子により、内部空間が気密に保持されている。
このように、筐体の内部を気密に保持することで、波長可変干渉フィルターの反射膜の劣化を抑制できる。また、筐体の内部を大気圧に対して減圧した状態に維持することができ、これにより、波長可変干渉フィルターにおいて、一対の反射膜の間隔を制御する際に、当該間隔が振動的に変化することを抑制でき、波長可変干渉フィルターの応答性を良好にできる。
このように、筐体の内部を気密に保持することで、波長可変干渉フィルターの反射膜の劣化を抑制できる。また、筐体の内部を大気圧に対して減圧した状態に維持することができ、これにより、波長可変干渉フィルターにおいて、一対の反射膜の間隔を制御する際に、当該間隔が振動的に変化することを抑制でき、波長可変干渉フィルターの応答性を良好にできる。
【符号の説明】
【0044】
１…スマートフォン、２，２Ａ，２Ｂ…分光カメラ、１１…外装フレーム、１２…開口窓、１３…カバーガラス、２０…第一光学絞り、２０Ａ…第二光学絞り、３０，３０Ａ，３０Ｂ…光学フィルターデバイス、３１…波長可変干渉フィルター、３２…筐体、３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅ…第一光学素子、３４，３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ…第二光学素子、４０…撮像素子、５０…結像光学系、５１…第一結像レンズ、５２…第二結像レンズ、５３…第三結像レンズ、６０…入射光学系、６１…第一入射レンズ、６２…第二入射レンズ、３１２Ａ…可動部、３１２Ｂ…ダイアフラム部、３１３…第一反射膜、３１４…第二反射膜、３１５…ギャップ変更部、３１５Ａ…第一電極、３１５Ｂ…第二電極、３２１…側面部、３２１Ａ…第一開口部、３２２…底面部、３２２Ａ…第二開口部、Ｇ…ギャップ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】