JP6930869B2 - 撮像装置、撮像方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、光学フィルタを含む撮像装置に関する。また、本発明は、光学フィルタを用いた撮像方法及びこれを実行するプログラムに関する。

従来から、光学フィルタとして、入射された光の中から所定の波長帯域の光成分を透過させる特性を有する波長選択フィルタが知られている。このような光学フィルタは、撮像装置に搭載されることで、当該撮像装置は分光カメラ又は分光測定装置として機能する。例えば、特許文献１には、波長可変干渉フィルターを備える光学モジュール及びその駆動方法が開示されている。

特開2014-056073号公報

例えば、光学フィルタは、所定の間隔をおいて互いに対向する一対の反射膜（反射ミラー）を有する。このような光学フィルタの場合、当該一対の反射膜間の距離（光学距離）に対応する波長域の光が当該フィルタを透過する。また、例えば、透過する波長域（透過特性）を変化させる機能を有する波長可変型の光学フィルタは、当該一対の反射膜を互いに対して相対的に変位させるように構成されている。

一方、当該光学フィルタを透過する光は、当該反射膜間の距離に対応する複数の波長領域に強度のピークを有する。ここで、当該光学フィルタを透過する光を当該強度のピーク毎に複数の次数成分に分けると、これら複数の次数成分は、それぞれ異なる半値幅を有する。従って、当該複数の次数成分は、互いに異なる光量を有する。

従って、当該複数の次数成分の中から特定の成分のみを選択的に受光して撮像を行う場合、選択する成分によって、撮像された画像の明るさに差が生ずる。これによって、分光カメラ又は分光測定装置において、波長に応じて選択する成分を変えると、撮像された画像のうち、一部の波長域の画像が他の画像に比べて過度に明るい又は暗くなり、正確に分光情報を得ることができない場合がある。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、波長毎の撮像画像の明るさの差が抑制され、正確に分光情報を得ることが可能な撮像装置を提供することを目的としている。また、本発明は、波長毎での撮像画像の明るさの差が抑制され、正確に分光情報を得ることが可能な撮像方法及びプログラムを提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、対向する一対の反射面を有し、一対の反射面間の光学距離に応じた複数の次数成分を含む光を透過させるフィルタと、複数の次数成分のうちの１つの次数成分を対象光として撮像を行い、複数の次数成分のうちの第１の成分を対象光とする場合は第１の感度で撮像し、第１の成分よりも高次の第２の成分を対象光とする場合は第１の感度よりも高い第２の感度で撮像する撮像部と、を有することを特徴としている。

また、請求項９に記載の発明は、対向する一対の反射面を有し、一対の反射面間の光学距離に応じた複数の次数成分を含む光を透過させるフィルタと、複数の次数成分のうちの１つの次数成分を対象光として撮像を行う撮像部と、絞り径を調節してフィルタへの入射光の光量を調節し、撮像部が複数の次数成分のうちの第１の成分を対象光とする場合は絞り径を第１の径に設定し、撮像部が第１の成分よりも高次の第２の成分を対象光とする場合は絞り径を第１の径よりも大きな第２の径に設定する光学絞りと、を有することを特徴としている。

また、請求項１０に記載の発明は、対向する一対の反射面を有し、一対の反射面間の光学距離に応じた複数の次数成分を含む光を透過させるフィルタと、複数の次数成分のうちの１つの次数成分を対象光として撮像を行う撮像部と、対象光の撮像部への露光時間を調節し、撮像部が複数の次数成分のうちの第１の成分を対象光とする場合は露光時間を第１の時間に設定し、撮像部が第１の成分よりも高次の第２の成分を対象光とする場合は露光時間を第１の時間よりも長い第２の時間に設定するシャッタと、を有することを特徴としている。

また、請求項１１に記載の発明は、対向する一対の反射面を有し、一対の反射面間の光学距離に応じた複数の次数成分を含む光を透過させるフィルタを用いた撮像方法であって、複数の次数成分のうちの第１の成分に対して、第１の感度で撮像を行うステップと、複数の次数成分のうちの第１の成分よりも高次の第２の成分に対して、第１の感度よりも高い第２の感度で撮像を行うステップと、を含むことを特徴としている。

また、請求項１２に記載の発明は、対向する一対の反射面を有し、一対の反射面間の光学距離に応じた複数の次数成分を含む光を透過させるフィルタを含む撮像装置に、複数の次数成分のうちの第１の成分に対して、第１の感度で撮像を行うステップと、複数の次数成分のうちの第１の成分よりも高次の第２の成分に対して、第１の感度よりも高い第２の感度で撮像を行うステップと、を実行させることを特徴としている。

実施例１に係る撮像装置の構成図である。 実施例１に係る撮像装置の光学フィルタの断面図である。 実施例１に係る撮像装置の制御部のブロック図である。 実施例１に係る撮像装置における光学フィルタの透過光のスペクトルの例を示す図である。 実施例１に係る撮像装置における光学フィルタの特性と透過光の次数成分毎のピーク波長との関係を示す図である。 実施例１に係る撮像装置における制御部の制御テーブルの例を示す図である。 実施例１に係る撮像装置における撮像波長域と光学フィルタの特性との関係を示す図である。 実施例１に係る撮像装置の動作フローを示す図である。 実施例１に係る撮像装置における波長域毎の輝度値と撮像感度との関係を示す図である。 実施例１に係る撮像装置の動作状態のタイミングチャートを示す図である。 実施例１に係る撮像装置の他の動作フローを示す図である。 実施例２に係る撮像装置のブロック図である。 実施例２に係る撮像装置における制御部の制御テーブルの例を示す図である。 実施例２に係る撮像装置の動作状態のタイミングチャートを示す図である。

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

図１Ａは、実施例１に係る撮像装置１０の構成を模式的に示す図である。図１Ａを用いて、撮像装置１０の全体構成について説明する。本実施例においては、撮像装置１０は、撮像対象物（撮像対象被写体、以下単に対象物と称する）ＯＢからの入射光Ｌ１を分光しつつ撮像する分光カメラである。撮像装置１０は、光学フィルタ（以下、単にフィルタと称する）１１及び撮像部１２を有する。

フィルタ１１は、対象物ＯＢからの入射光Ｌ１を波長選択的に透過させ、透過光Ｌ２を出力する。撮像部１２は、フィルタ１１の透過光Ｌ２を受光して撮像する。例えば、撮像部１２は、マトリクス状に配置された複数の光電変換素子（図示せず）を含むイメージセンサ（撮像素子）を含む。当該複数の光電変換素子の各々は、透過光Ｌ２を受光して透過光Ｌ２に応じた電気信号を生成する。当該複数の光電変換素子の各々が生成した電気信号は、画像の画素情報（輝度値）となる。

また、本実施例においては、撮像装置１０は、対象物ＯＢからの入射光Ｌ１の光量を調節する光学絞り（以下、単に絞りと称する）１３と、フィルタ１１の透過光Ｌ２の撮像部１２への露光時間を調節する光学シャッタ１４とを有する。なお、光学シャッタ１４は、撮像部１２と一体化した電子式のシャッタであってもよい。

また、本実施例においては、撮像装置１０は、対象物ＯＢからの入射光Ｌ１を受光する受光光学系１５を有する。例えば、受光光学系１５は、対物レンズを含む複数のレンズからなるレンズ群（図示せず）を含む。例えば、受光光学系１５が受光する対象物ＯＢからの入射光Ｌ１は、自然光や照明光が対象物ＯＢに反射されて受光光学系１５に入射する光である。

また、本実施例においては、撮像装置１０は、受光光学系１５によって受光された入射光Ｌ１をリレーするリレー光学系１６を有する。本実施例においては、リレー光学系１６は、受光光学系１１の光軸上に設けられた一対のレンズ１６Ａ及び１６Ｂを有する。本実施例においては、レンズ１６Ａはレンズ１６Ｂよりも受光光学系１５側（対象物ＯＢ側）に設けられている。

本実施例においては、絞り１３は受光光学系１５とリレー光学系１６との間に設けられている。また、フィルタ１１はリレー光学系１６におけるレンズ１６Ａとレンズ１６Ｂとの間に設けられている。また、シャッタ１４は、リレー光学系１６と撮像部１２との間に設けられている。

なお、例えば、フィルタ１１、撮像部１２、絞り１３、シャッタ１４、受光光学系１５及びリレー光学系１６の全体は、カメラユニットＣＵとして、１つの筐体内に収容されることができる。

また、撮像装置１０は、カメラユニットＣＵを制御する制御部１７を有する。本実施例においては、制御部１７は、フィルタ１１、撮像部１２、絞り１３及びシャッタ１４の各々の動作を制御する。本実施例においては、制御部１７は、フィルタ１１、撮像部１２、絞り１３及びシャッタ１４の各々を制御する制御信号を生成し、これらの各々に供給する。また、本実施例においては、制御部１７は、撮像部１２が撮像した画像を示す信号を受信する。

また、本実施例においては、撮像装置１０は、撮像部１２が撮像した画像を表示するモニタ１８を有する。モニタ１８は、制御部１７から、撮像部１２の光電変換素子の各々が生成した電気信号の集合を画像信号ＩＭとして受信し、画像信号ＩＭの画像化及び表示を行う。

図１Ｂは、フィルタ１１の断面図である。図１Ｂを用いて、フィルタ１１及び制御部１７の構成について説明する。フィルタ１１は、光学距離ＧＰをおいて互いに対向する一対の反射膜（第１及び第２の反射膜）２３及び２４を有する。具体的には、第１及び第２の反射膜２３及び２４は、互いに対向する反射面Ｍ１及びＭ２を有する。光学距離ＧＰは、この一対の反射面Ｍ１及びＭ２間の光学距離である。

また、本実施例においては、フィルタ１１は、第１及び第２の反射膜２３及び２４間の光学距離ＧＰが可変なように構成されている。制御部１７は、この光学距離ＧＰを変化させる。

より具体的には、本実施例においては、フィルタ１１は、互いに対向する透光性の一対の基板（第１及び第２の基板）２１及び２２を有する。第１及び第２の基板２１及び２２は、例えば、石英、ホウケイ酸ガラス、シリコンなどからなる。また、第１及び第２の基板２１及び２２は、平板形状を有する。なお、本明細書において、透光性とは、光（可視光）を含む電磁波のうち、少なくとも一部の電磁波を透過する特性をいう。

また、第１及び第２の基板２１及び２２は、間隙をおいて互いに対向する一対の表面を有している。第１及び第２の反射膜２３及び２４は、それぞれ第１及び第２の基板２１及び２２の表面上に形成されている。第１及び第２の反射膜２３及び２４は、その互いに対向する反射面Ｍ１及びＭ２が光学距離ＧＰをおいて互いに対向している。

フィルタ１１の第１及び第２の反射膜２３及び２４は、その互いに対向する反射面Ｍ１及びＭ２によって光共振器を有する。本実施例においては、この第１及び第２の反射面Ｍ１及びＭ２は、ファブリペローエタロンを構成する。また、第１及び第２の反射膜２３及び２４は、フィルタ１１におけるフィルタ部（波長選択部）ＦＦを構成する。なお、第１及び第２の反射膜２３及び２４は、例えばＡｇ及びＡｇを含む合金からなる薄膜であり、透過性を有する反射膜（反射性の膜）である。

本実施例においては、第１及び第２の反射膜２３及び２４の各々は、円形状を有する。また、第１及び第２の反射膜２３及び２４の各々は、その中心が入射光Ｌ１の光軸上に配置されている。また、第１及び第２の反射膜２３及び２４の各々は、入射光Ｌ１の光軸に垂直に配置されている。また、第１及び第２の反射膜２３及び２４は、その互いに対向する表面が平行となるように形成及び配置されている。

本実施例においては、入射光Ｌ１は、第１の基板２１を介してフィルタ１１に入射する。入射光Ｌ１は、第１の基板２１を透過した後、第１の反射膜２３を透過する。また、入射光Ｌ１は、第１及び第２の反射膜２３及び２４間において多重反射を繰り返す。

この際、入射光Ｌ１のうち、第１及び第２の反射膜２３及び２４間の光学距離ＧＰ（光学ギャップ）に対応する波長の光は残存し、他の波長の光は減衰する。この残存した波長の光は、透過光Ｌ２として第２の反射膜２４を透過する。そして、透過光Ｌ２は、第２の基板２２を透過して第２の基板２２から出射する。このようにして、フィルタ１１は、入射光Ｌ１（入射された電磁波）を波長選択的に透過（出力）させる。

また、本実施例においては、フィルタ１１の第１の基板２１は、入射光Ｌ１の光軸に沿って移動し、第１の反射膜２３を第２の反射膜２４に対して相対的に変位させる可動部２１Ａを有する。本実施例においては、第１の基板２１は他の部分に比べて板厚が小さい（膜状の）薄膜部を有する。本実施例においては、当該薄膜部の内側部分が可動部２１Ａとして機能する。第１の反射膜２３は、第１の基板２１の可動部２１Ａ上に形成されている。

また、フィルタ１１は、それぞれ第１及び第２の反射膜２３及び２４を取り囲むように第１及び第２の基板２１及び２２の表面上に形成された一対の電極（第１及び第２の電極）２５及び２６を有する。第１及び第２の電極２５及び２６は、可動部２１Ａを移動させ、第１の反射膜２３を入射光Ｌ１の光軸に沿って変位させる静電気力を生成する。本実施例においては、制御部１７は、第１及び第２の電極２５及び２６間に印加する駆動電圧（フィルタ駆動電圧）ＶＦを生成する。

第１及び第２の電極２５及び２６間に電圧が印加されると、第１及び第２の電極２５及び２６間に静電気力（例えば静電引力）が生ずる。本実施例においては、可動部２１Ａの周囲の薄膜部は、当該静電気力によって弾性変形を起こす。これによって、可動部２１Ａは、第１の反射膜２３及び第１の電極２５と共に、第２の反射膜２４に垂直な方向に沿って（例えば第２の基板２２に向かって）移動する。

換言すれば、フィルタ１１は、光学距離ＧＰをおいて互いに対向しかつ光学距離ＧＰが可変の一対の反射膜２３及び２４（反射面Ｍ１及びＭ２）を有する。従って、フィルタ１１は、透過させる電磁波（透過光Ｌ２）の波長を変化させる機能を有する。すなわち、フィルタ１１は、波長可変型の波長選択フィルタである。また、制御部１７は、フィルタ１１における第１及び第２の反射膜２３及び２４間の光学距離ＧＰを制御し、フィルタ１１の波長選択特性を制御する。

図２Ａは、制御部１７のブロック図である。制御部１７は、フィルタ１１を制御するフィルタ制御部３１を有する。フィルタ制御部３１は、フィルタ１１を駆動する駆動電圧ＶＦを生成し、駆動電圧ＶＦをフィルタ１１に供給する。

制御部１７は、フィルタ１１を透過する透過光Ｌ２のピーク波長を、次数毎にフィルタ１１の駆動状態（駆動電圧ＶＦ）に関連付けて記憶するフィルタ特性記憶部（以下、単に記憶部と称する）３２を有する。

ここで、図２Ｂ及び図２Ｃを用いて、透過光Ｌ２及びその次数成分について説明する。まず、図２Ｂは、フィルタ１１の分光透過率特性、すなわち波長毎の強度が一定の白色光を入射した場合の透過光Ｌ２のスペクトル例を示す図である。まず、透過光Ｌ２は、図２Ｂに示すように、第１及び第２の反射膜２３及び２４間の光学距離ＧＰに応じた波長領域に強度のピークを有する複数の次数成分に分けることができる。

なお、透過光Ｌ２の次数成分とは、例えば、透過光Ｌ２に現れる強度のピークをその成分の中心波長（ピーク波長）とし、その中心波長から強度が所定値（例えば半値）となる位置までの領域を含む波長域成分と定義することができる。例えば、図２Ｂに示す場合、透過光Ｌ２は、３つの成分ＬＣ１〜ＬＣ３に分解することができる。

第１の成分ＬＣ１は、透過光Ｌ２における最も長波長側の成分であり、以下においては１次成分と称する。１次成分ＬＣ１は、第１の波長λ１をピーク波長として有する。第２の成分ＬＣ２は、透過光Ｌ２における第１の成分ＬＣ１の次に長波長側の成分であり、以下においては２次成分と称する。２次成分は、第１の波長λ１よりも短い（小さい）第２の波長λ２をピーク波長として有する。

なお、各成分のピーク波長（例えば第１及び第２の波長λ１及びλ２）は、第１及び第２の反射膜２３及び２４間の光学距離ＧＰに基づいて算出することができる。例えば、１次成分ＬＣ１のピーク波長は、光学距離ＧＰの２倍の値（２ＧＰ）及び所定の係数を考慮することで定められる。また、１次成分ＬＣ１よりも高次の成分である２次成分ＬＣ２のピーク波長及び３次成分ＬＣ３のピーク波長は、それぞれ１次成分ＬＣ１のピーク波長の２倍及び３倍に対応する。

なお、実際には、フィルタ１１に対して斜めに入射する入射光Ｌ１の成分が存在する。また、反射面Ｍ１及びＭ２は、完全な平行平面になっていない。これらの要因によって、２次及び３次成分ＬＣ２及びＬＣ３のピーク波長は、それぞれ、正確に１次成分Ｌ１のピーク波長の２倍及び３倍にはならない。しかし、本明細書では、説明の明確さのため、理想的な状態を仮定して説明する。

このように、フィルタ１１は、光学距離ＧＰに応じた互いにピーク波長が異なる複数の次数成分（例えば成分ＬＣ１〜ＬＣ３）を有する光を透過光Ｌ２として透過させる特性を有する。

次に、図２Ｃは、フィルタ１１の駆動電圧ＶＦと透過光Ｌ２のピーク波長との関係を示す図である。図２Ｃは、フィルタの駆動電圧ＶＦを変化させた際の１次成分ＬＣ１及び２次成分ＬＣ２のそれぞれのピーク波長λ１及びλ２の変化を示す図である。

なお、図２Ｃは、印加される駆動電圧ＶＦが大きいほどフィルタ１１における反射膜２３及び２４間の光学距離ＧＰが小さくなるように構成されている場合のピーク波長λ１及びλ２の変化例を示す図である。また、実際には２次成分ＬＣ２よりも高次の次数成分が透過光Ｌ２に含まれるが、図２Ｃには１次成分ＬＣ１及び２次成分ＬＣ２の変化のみを示している。

本実施例においては、フィルタ１１は、駆動電圧ＶＦによって透過光Ｌ２のピーク波長が変化（移動）する波長可変型の光学フィルタである。従って、フィルタ１１の可変域内であれば、撮像対象の波長の光が１次成分ＬＣ１として透過する場合もあるし、２次成分ＬＣ２として透過する場合もある。

具体的には、まず、図２Ｃに示すように、電圧値Ｖａの駆動電圧ＶＦをフィルタ１１に印加した場合、波長λａ１のピーク波長を有する１次成分ＬＣ１と、波長λａ２のピーク波長を有する２次成分ＬＣ２とが透過光Ｌ２としてフィルタ１１を透過する。

従って、波長λｂのピーク波長を有する透過光Ｌ２を透過させる場合、調節可能な範囲内で、透過光Ｌ２のいずれかの次数成分が波長λｂにピーク波長を有するようにフィルタ１１の特性を調節すればよい。具体的には、例えば、フィルタ１１に電圧値Ｖｂ１の駆動電圧ＶＦを印加することで、１次成分ＬＣ１が波長λｂにピーク波長を有する透過光Ｌ２を得ることができる。一方、フィルタ１１に電圧値Ｖｂ２を印加することで、２次成分ＬＣ２が波長λｂにピーク波長を有する透過光Ｌ２を得ることができる。

記憶部３２は、例えば図２Ｂ及び図２Ｃに示すような、フィルタ１１の駆動電圧ＶＦ及びこれに対応する透過光Ｌ２の各次数成分（例えば成分ＬＣ１及びＬＣ２）の中心波長（例えば波長λ１及びλ２）を記憶する。

再度図２Ａを参照すると、制御部１７は、撮像部１２を制御する撮像制御部３３を有する。撮像制御部３３は、撮像部１２（例えば光電変換素子の各々）を駆動する駆動電圧（撮像駆動電圧）を生成し、これを撮像部１２に供給する。また、撮像制御部３３は、撮像部１２が対象物ＯＢを撮像することによって得られた電気信号（画像信号）を受信する。

制御部１７は、撮像部１２が撮像対象（検出対象）とする透過光Ｌ２の次数成分である対象光を設定する対象光設定部３４を有する。対象光設定部３４は、透過光Ｌ２の次数成分（例えば第１〜第３の成分ＬＣ１〜ＬＣ３）のうち、いずれか１つの成分を対象光として選択する。対象光設定部３４は、撮像部１２（撮像制御部３３）に対し、当該対象光の撮像を行う設定を行う。

なお、一般的な撮像素子は、所定の波長範囲に亘って感度を有し、当該波長範囲の光を全て取り込んで電気信号を生成する。換言すれば、一般的な撮像素子を用いて撮像部１２を構成する場合、当該所定の波長範囲内の特定の波長範囲の光のみを取り込むことはできない。従って、撮像装置１０は、撮像波長域によっては、対象光以外の透過光Ｌ２の次数成分を除去するフィルタ（図示せず）を有することを要する場合がある。

例えば、撮像部１２が対象光のみを撮像するためには、対象外の次数成分をカットするローパスフィルタ等の固定波長フィルタを用いる必要がある場合がある。例えば、１次成分ＬＣ１を対象光として撮像素子に取り込ませる場合、２次成分ＬＣ２及びこれより高次の次数成分をカットするように当該ローパスフィルタを構成すればよい。

しかし、後述するように、撮像波長域及びこれを分割した波長域、当該分割した波長域で選択する次数成分（対象光）、また、撮像素子が有する感度域などを適切に設定することで、上記したような対象外の成分を除去する部材を不要とすることができる。

撮像部１２は、透過光Ｌ２の複数の次数成分のうち、対象光設定部３４が設定した１つの成分を対象光として撮像を行う。

制御部１７は、対象光設定部３４が設定した透過光Ｌ２の対象光に基づいて、撮像部１２の撮像感度を設定する感度設定部３５を有する。感度設定部３５は、透過光Ｌ２の対象光（次数成分）に基づいて、撮像部１２が透過光Ｌ２を電気信号に変換する際の信号増幅率（ゲイン）を設定する。感度設定部３５は、撮像部１２（撮像制御部３３）に対し、当該設定した感度で撮像を行う指令を行う。

ここで、再度図２Ｂを用いて感度設定部３５が設定する透過光Ｌ２の次数成分毎の撮像部１２の撮像感度について説明する。図２Ｂに示すように、透過光Ｌ２の１次成分ＬＣ１は、第１の幅Ｗ１の帯域幅（本実施例においては半値幅）を有する。また、２次成分ＬＣ２は、１次成分ＬＣ１の帯域幅である第１の幅Ｗ１よりも狭い（小さな）第２の幅Ｗ２の帯域幅を有する。

これに起因して、透過光Ｌ２における最も長波長側（低次）の次数成分である１次成分ＬＣ１は、透過光Ｌ２の成分の中で最も大きな光量を有することとなる。また、成分の次数が大きくなるほど、その成分の光量は小さい。従って、高次の成分の光を撮像する場合、これよりも低次の成分の光を撮像する場合に比べて画像が暗くなる。

感度設定部３５は、このフィルタ１１の特性に基づく透過光Ｌ２の次数成分毎の光量の差を考慮して、撮像部１２の撮像感度（ゲイン）を設定する。具体的には、感度設定部３５は、例えば、白色光のような平坦なスペクトルを有する基準被写体を事前に撮影し、次数成分間で基準被写体の撮像時の輝度値が連続する（一致する）ように、次数成分毎の撮像感度を設定する。これによって、撮像時における透過光Ｌ２の次数成分の切替前後でスペクトル情報が不連続となることが抑制される。

また、本実施例においては、制御部１７の対象光設定部３４は、撮像波長域を複数の波長域（分割波長域）に分割し、当該分割された波長域において撮像部１２がいずれの次数成分を対象光として取り込むかを設定する。なお、以下においては、当該分割された複数の波長域における隣接する波長域の境界を次数切替波長と称する場合がある。

図２Ｄは、制御部１７が有するフィルタ１１及び撮像部１２の制御テーブルの例を示す図である。図２Ｅは、撮像波長域ＴＷを分割した波長域Ｒ１及びＲ２、並びにその境界である次数切替波長λＳと、これらに対応するフィルタ１１の駆動電圧ＶＦとの関係を模式的に示す図である。制御部１７は、例えば図２Ｄに示すようなテーブルに基づいてフィルタ１１及び撮像部１２を制御する。

図２Ｄには、撮像装置１０（撮像部１２）の撮像波長域ＴＷが４００ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲に設定され、１次成分ＬＣ１を対象光ＴＣとして撮像する波長域である波長域Ｒ１が６００ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲に設定され、２次成分ＬＣ２を対象光ＴＣとして撮像する波長域である波長域Ｒ２が４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に設定されている場合の例を示している。つまり、図２Ｄに示す例では、次数切替波長λＳが６００ｎｍに設定されている。

なお、撮像波長域ＴＷは、例えば、撮像装置１０の初期設定によって設定されることができ、また、オペレータからの指定によって設定されることができる。

まず、設定された撮像波長域ＴＷは、撮像する際に用いられる透過光Ｌ２の次数成分に応じて分類（分割）される。例えば、フィルタ１１の透過特性の可変範囲、及び撮像部１２の感度範囲などを考慮して、撮像波長域ＴＷが複数の分割波長域（例えば第１及び第２の波長域Ｒ１及びＲ２）に分割される。

例えば、第１の波長域Ｒ１は、第１の波長域Ｒ１内の光を透過光Ｌ２の１次成分ＬＣ１として透過させる特性にフィルタ１１を調節することが好ましい波長域である。第１の波長域Ｒ１の範囲内の画像を得る際には、対象光設定部３４は、透過光Ｌ２の１次成分ＬＣ１を撮像部１２の対象光ＴＣとして設定する。また、フィルタ制御部３１は、フィルタ１１に対し、透過光Ｌ２の１次成分ＬＣ１として第１の波長域Ｒ１の範囲内の光が透過するように、記憶部３２に記憶された情報に基づいてフィルタ１１を制御する。

第１の波長域Ｒ１内では、例えば、フィルタ制御部３１は、フィルタ１１の駆動電圧ＶＦを電圧値ＶＦ１からＶＦ２まで徐々に変化させ、光学距離ＧＰを距離ＧＰ１からＧＰ２まで変化させる。また、感度設定部３５は、撮像部１２の撮像感度ＳＥとして、第１の感度（増幅率又はゲイン）ＳＥ１に設定する。撮像制御部３３は、第１の感度ＳＥ１で撮像部１２を制御する。

一方、第２の波長域Ｒ２は、第１の波長域Ｒ１よりも短波長側の波長域である。また、第２の波長域Ｒ２は、第２の波長域Ｒ２内の光を透過光Ｌ２の２次成分ＬＣ２として透過させる特性にフィルタ１１を調節することが好ましい領域である。

第２の波長域Ｒ２の範囲内の画像を得る際には、対象光設定部３４は、透過光Ｌ２の２次成分ＬＣ２を撮像部１２の対象光ＴＣとして設定する。また、フィルタ制御部３１は、フィルタ１１に対し、透過光Ｌ２の２次成分ＬＣ２として第２の領域Ｒ２の範囲内の光が透過するように、記憶部３２に記憶された情報に基づいてフィルタ１１を制御する。

第２の波長域Ｒ２内では、例えば、フィルタ制御部３１は、フィルタ１１の駆動電圧ＶＦを電圧値ＶＦ３からＶＦ４まで徐々に変化させ、光学距離ＧＰを距離ＧＰ３からＧＰ４まで変化させる。また、感度設定部３５は、撮像部１２の撮像感度ＳＥとして、第１の感度ＳＥ１よりも高い第２の感度（増幅率又はゲイン）ＳＥ２に設定する。撮像制御部３３は、第２の感度ＳＥ２で撮像部１２を制御する。撮像装置１０の制御部１７は、このようにフィルタ１１及び撮像部１２の制御設定を行う。

なお、撮像波長域ＴＷの分割基準は、フィルタ１１の特性（すなわち光学距離ＧＰ）の可変域に基づいて予め設定されることができる。例えば、１次成分ＬＣ１として比較的短波長の透過光Ｌ２を透過させようとする場合、光学距離ＧＰを比較的小さくする必要があるが、この場合、反射膜２３及び２４間に混入し得る異物の影響を無視できない場合や、フィルタ１１に高い駆動電圧ＶＦを印加できない場合がある。

また、高次成分、例えば２次成分として比較的長波長の透過光Ｌ２を透過させようとする場合、光学距離ＧＰを大きく変化させる必要があり、反射面Ｍ１及びＭ２の平行度を保つことが困難となる。このように、例えばこれらの制約条件を満たすためにフィルタ１１に高い性能が求められることは好ましくない。撮像波長域ＴＷは、例えばこのようなフィルタ１１の特性に応じて定められることができる。なお、撮像波長域ＴＷは、３つ以上の波長域に分割されてもよい。

図３は、撮像装置１０の動作フローを示す図である。図３を用いて、撮像装置１０の動作フローについて説明する。まず、制御部１７は、撮像波長域ＴＷを決定する（ステップＳ１１）。制御部１７は、撮像波長域ＴＷ、すなわち分光情報を得る波長範囲（例えば上限及び下限）を決定する。例えば、撮像波長域ＴＷは、撮像装置１０が持つ最大撮像域であってもよいし、その中でオペレータに指定された撮像域であってもよい。

続いて、制御部１７は、撮像波長域ＴＷを第１及び第２の波長域（分割波長域）Ｒ１及びＲ２に分割する。また、制御部１７の対象光設定部３４は、第１及び第２の波長域Ｒ１及びＲ２毎に、撮像対象となる透過光Ｌ２の次数成分を設定する（ステップＳ１２）。

次に、制御部１７は、撮像部１２を制御し、所定の感度ＳＥ０を基準感度として設定する（ステップＳ１３）。また、制御部１７は、フィルタ１１を制御し、撮像波長域ＴＷの全域に亘って特性が変化するように、フィルタ１１を駆動する。そして、制御部１７は、撮像部１２を制御し、基準感度ＳＥ０で、撮像波長域ＴＷの基準被写体の撮像を行う。また、制御部１７は、撮像部１２から、撮像した基準被写体のスペクトルを基準スペクトルとして取得する（ステップＳ１４）。

具体的には、撮像装置１０は、例えば白色照明光、又は白色照明光によって照明された白紙などを基準被写体とし、当該基準被写体を所定の感度ＳＥ０で撮像する。この際、フィルタ１１は、制御部１７によって、分割された波長域Ｒ１及びＲ２を含む撮像波長域ＴＷの全体に亘って、当該分割波長域に対応する次数成分によって透過させるように駆動される。

これによって、制御部１７は、次数成分毎、すなわち波長域Ｒ１及びＲ２毎の基準感度ＳＥ０でのスペクトル（輝度値）を基準スペクトルとして取得及び記憶する。なお、本実施例においては、基準感度ＳＥ０は、撮像波長域ＴＷの全域で共通（一定値）に設定される。また、基準感度ＳＥ０は、最も低次の成分である１次成分ＬＣ１を用いる場合に得られる輝度値が飽和しない範囲で比較的大きく設定されることが好ましい。

続いて、感度設定部３５は、第１及び第２の分割波長域Ｒ１及びＲ２毎に、撮像部１２の撮像感度ＳＥを設定する（ステップＳ１５）。撮像感度ＳＥは、例えばステップＳ１４で取得した基準スペクトルに基づいて設定されることができる。

ここで、図４Ａを用いて、感度設定部３５によって設定される撮像感度ＳＥについて説明する。図４Ａは、分割波長域Ｒ１及びＲ２毎に得られた基準被写体の基準スペクトル（輝度値）を模式的に示す図である。

分割波長域Ｒ１及びＲ２毎の基準被写体の輝度は、対象の次数成分による半値幅の影響を受ける。換言すれば、基準被写体として本来一定のスペクトルを有する被写体に対し、互いに異なる次数成分を対象光ＴＣとして撮像した場合、得られる画像（画素）の輝度は互いに異なる。

従って、例えば、図４Ａに示すように、分割波長域Ｒ１、すなわち１次成分ＬＣ１を用いて撮像を行う範囲では、基準被写体の輝度は概ね一定の輝度値ＢＲ１を示す。一方、１次成分ＬＣ１よりも高次の２次成分ＬＣ２を用いて撮像を行う分割波長域Ｒ２では、概ね一定でありかつ輝度値ＢＲ１よりも低い輝度値ＢＲ２を示す。また、基準スペクトルは、分割波長域Ｒ１及びＲ２間の境界で段差を持つこととなる。感度設定部３５は、この輝度値ＢＲ１及びＢＲ２に基づいて、撮像部１２の分割波長域Ｒ１及びＲ２毎の撮像感度ＳＥを設定する。

例えば、感度設定部３５は、分割波長域Ｒ１及びＲ２での輝度値ＢＲ１及びＢＲ２が一致するように、第１及び第２の感度ＳＥ１及びＳＥ２を設定する。具体的には、感度設定部３５は、第２の感度ＳＥ２を、ＳＥ２＝ＳＥ１×（ＢＲ１／ＢＲ２）の式に従って、第１の感度ＳＥ１よりも高く設定する。これによって、図４Ａに示すように、分割波長域Ｒ２における輝度値が分割波長域Ｒ１における輝度値ＢＲ１と同一となるように撮像感度ＳＥが設定されることができる。

なお、撮像波長域ＴＷの全域で正確な分光情報を得ることを考慮すると、第１の感度ＳＥ１は、基準被写体を撮像した際の輝度値が飽和しないように設定されていることが好ましい。すなわち、図４Ａに示すように、分割波長域Ｒ１での基準被写体の輝度値ＢＲ１は、飽和輝度値ＢＲ０未満となるように設定されることが好ましい。このようにして、感度設定部３５は、分割波長域Ｒ１及びＲ２の撮像部１２の撮像感度ＳＥを設定する。

また、感度設定を行う際に用いる基準被写体としては、例えば上記した白色光又は白紙のように、撮像波長域ＴＷの全域で平坦な反射スペクトルを有するものであることが好ましい。

再度図３を参照すると、制御部１７のフィルタ制御部３１及び撮像制御部３３は、分割波長域毎に設定された特性で、フィルタ１１及び撮像部１２を制御する。フィルタ１１及び撮像部１２（並びに絞り１３及びシャッタ１４）は、制御部１７によって駆動及び制御され、撮像動作が行われる。

具体的には、まず、１次成分ＬＣ１を対象光ＴＣとする第１の分割波長域Ｒ１に対しては、撮像部１２の撮像感度ＳＥを第１の感度ＳＥ１に設定し、対象物ＯＢの撮像を行う（ステップＳ１６）。次に、２次成分ＬＣ２を対象光ＴＣとする第２の分割波長域Ｒ２に対しては、撮像部１２の撮像感度ＳＥを第２の感度ＳＥ２に設定して対象物ＯＢの撮像を行う（ステップＳ１７）。

続いて、制御部１７は、撮像部１２から画像信号ＩＭを受信し、記憶する（ステップＳ１８）。例えば、制御部１７は、オペレータからの要求に応じて画像信号ＩＭに適切な処理を行い、特定の波長の２次元画像や、特定の画素のスペクトル情報等をモニタ１８に供給する。モニタ１８は、これらの情報の表示処理を行う（ステップＳ１９）。このようにして、撮像装置１０は撮像動作を行う。

図４Ｂは、撮像部１２の撮像時におけるフィルタ１１に供給される駆動電圧ＶＦ、フィルタ１１の光学距離ＧＰ及び撮像部１２の撮像感度ＳＥのタイミングチャートの例である。図４のタイミングｔ１は、撮像開始（図３におけるステップＳ１５の開始）のタイミングに対応する。

図４Ｂに示すように、タイミングｔ１において、駆動電圧ＶＦは電圧値ＶＦ１に設定され、光学距離ＧＰは電圧値ＶＦ１に対応する距離ＧＰ１となる。例えば、タイミングｔ１においては、駆動電圧ＶＦは最も高く、これによって光学距離ＧＰは最も小さくなる。従って、タイミングｔ１においては、第１及び第２の反射膜２３及び２４が最も近づいた状態となる。

タイミングｔ１からタイミングｔ２の間では、駆動電圧ＶＦが電圧値ＶＦ１から電圧値ＶＦ２まで徐々に低下するように、フィルタ１１に駆動電圧ＶＦが供給される。これによって、光学距離ＧＰは、距離ＧＰ１から距離ＧＰ２まで徐々に大きくなる。

このタイミングｔ１からタイミングｔ２の間は、透過光Ｌ２の１次成分ＬＣ１を対象光ＴＣとして設定し、第１の波長域Ｒ１の撮像を行う。従って、撮像部１２の撮像感度ＳＥは第１の感度ＳＥ１（低感度）に設定されている。

例えば、図２Ｄに示す設定の場合、タイミングｔ１では、透過光Ｌ２の１次成分ＬＣ１の中心波長（第１の波長λ１）が６００ｎｍとなるようにフィルタ１１が駆動されている。そして、タイミングｔ２では、１次成分ＬＣ１の中心波長が７５０ｎｍとなるようフィルタ１１が駆動されている。

次に、タイミングｔ３では、第２の波長域Ｒ２の撮像が開始される。このタイミングｔ３では、フィルタ１１の駆動電圧ＶＦは電圧値ＶＦ３に設定され、光学距離ＧＰは距離ＧＰ３まで大きくなる。そして、駆動電圧ＶＦはタイミングｔ４で電圧値ＶＦ４に至るまで徐々に低下し、光学距離ＧＰはタイミングｔ４で距離ＧＰ４に至るまで徐々に大きくなる。また、タイミングｔ３からタイミングｔ４の間は、撮像部１２の撮像感度ＳＥは第２の感度ＳＥ２（高感度）に設定される。

なお、本実施例においてはフィルタ１１が波長可変型のフィルタである場合について説明したが、フィルタ１１は波長可変型のフィルタである場合に限定されない。例えば、フィルタ１１は波長固定型のフィルタであってもよい。フィルタ１１は、第１及び第２の反射膜２３及び２４の光学距離ＧＰに応じた複数の次数成分（例えば成分ＬＣ１〜ＬＣ２）を有する光を透過光Ｌ２として透過させる特性を有していればよい。

また、本実施例においてはフィルタ１１が第１及び第２の反射膜２３及び２４を有する場合について説明したが、フィルタ１１は第１及び第２の反射膜２３及び２４を有する場合に限定されない。フィルタ１１は、互いに対向する一対の反射面Ｍ１及びＭ２を有していればよい。そして、フィルタ１１は、この一対の反射面Ｍ１及びＭ２間の光学距離ＧＰに応じた複数の次数成分の光を透過光Ｌ２として透過する特性を有していればよい。

また、本実施例においては、撮像装置１０は、制御部１７を有する場合について説明したが、撮像装置１０は、制御部１７を有していなくてもよい。撮像装置１０の撮像部１２が、撮像する透過光Ｌ２の次数成分（対象光ＴＣ）に応じた撮像感度ＳＥで撮像するように構成されていればよい。

このように、撮像装置１０は、一対の反射面Ｍ１及びＭ２を有し、一対の反射面Ｍ１及びＭ２間の光学距離ＧＰに応じた複数の次数成分（例えば１次成分ＬＣ１及び２次成分ＬＣ２）を含む光Ｌ２を透過させるフィルタ１１と、当該複数の次数成分のうちの１つの次数成分を対象光ＴＣとして撮像を行う撮像部１２と、を有する。

また、撮像部１２は、当該複数の次数成分のうちの第１の成分（例えば１次成分ＬＣ１）を対象光ＴＣとする場合は第１の感度ＳＥ１で撮像し、第１の成分よりも高次の第２の成分（例えば２次成分ＬＣ２）を対象光ＴＣとする場合は第１の感度ＳＥ１よりも高い第２の感度ＳＥ２で撮像する。

従って、波長（波長域）毎に設定（選択）したフィルタ１１の透過光Ｌ２の次数成分の半値幅（すなわち光量）の差に起因する撮像画像の明るさの差が抑制され、正確に分光情報を得ることが可能な撮像装置１０を提供することができる。

また、フィルタ１１は、一対の反射面Ｍ１及びＭ２間の光学距離ＧＰが調節されることで複数の次数成分の各々のピーク波長が変化する構成を有する。また、撮像部１２は、対象光ＴＣが第１の成分（例えば１次成分ＬＣ１）となるように光学距離ＧＰが調節された場合は第１の感度ＳＥ１で撮像し、対象光ＴＣが第２の成分（例えば２次成分ＬＣ２）となるように光学距離ＧＰが調節された場合は第２の感度ＳＥ２で撮像する。従って、フィルタ１１が波長可変型のフィルタであっても、対象光ＴＣが透過光Ｌ２のいずれの次数成分であるかに応じて撮像感度ＳＥを調節することで、画像毎（成分毎又は波長毎）の明るさの差が抑制される。

また、撮像部１２の撮像波長域ＴＷは、第１の分割波長域Ｒ１及び第１の分割波長域Ｒ１よりも短波長側の第２の波長域Ｒ２に分割される。また、フィルタ１１における一対の反射面Ｍ１及びＭ２間の光学距離ＧＰは、撮像部１２が第１の分割波長域Ｒ１の撮像を行う場合には第１の成分（例えば１次成分ＬＣ１）のピーク波長が第１の分割波長域Ｒ１に含まれるように調節され、撮像部１２が第２の分割波長域Ｒ２の撮像を行う場合には第２の成分（例えば２次成分ＬＣ２）のピーク波長が第２の分割波長域Ｒ２に含まれるように調節される。

換言すれば、フィルタ１１を駆動させて連続的な分光情報（画像）を得る場合でも、制御部１７は、撮像波長域ＴＷを使用する次数成分に応じて複数の分割波長域（波長域Ｒ１及びＲ２）に分割し、分割波長域毎に異なる撮像感度ＳＥで撮像部１２を制御する。従って、明るさの差が少ない連続した分光情報を得ることができる。

また、第１及び第２の感度ＳＥ１及びＳＥ２は、対象物ＯＢとは異なる基準被写体（例えば白色光）を撮像した際に得られる輝度値が第１及び第２の波長域Ｒ１及びＲ２間（例えば両者の境界）で一致するように設定される。従って、波長域Ｒ１及びＲ２間、すなわち撮像に用いる次数成分間での画像の明るさがほぼ一定となる。

また、容易にかつ正確な感度設定を行うことを考慮すると、当該基準被写体は、撮像波長域ＴＷにおいて平坦な反射スペクトルを有する被写体であることが好ましい。換言すれば、制御部１７は、撮像部１２の撮像動作を制御し、対象物ＯＢの撮像するに先立って当該基準被写体として撮像波長域ＴＷにおいて平坦な反射スペクトルを有する被写体を撮像し、これによって第１及び第２の感度ＳＥ１及びＳＥ２を設定することが好ましい。これによって、適切な感度設定を行うことができる。

また、例えば図４Ｂに示すように、フィルタ１１における一対の反射面Ｍ１及びＭ２間の光学距離ＧＰは、徐々に大きくなる方向のみに調節される。従って、フィルタ１１の動作（反射膜の変位）が安定する。

なお、上記した撮像装置１０の構成、動作フロー及びタイミングチャートは一例に過ぎない。例えば、撮像装置１０は、受光光学系１５、リレー光学系１６及びモニタ１８を有していなくてもよい。

また、撮像波長域ＴＷは３つ以上の波長域に分類されてもよい。また、撮像部１２による撮像動作は、最も長波長側の第１の波長域Ｒ１から先に行う場合に限定されず、対象光ＴＣ毎に異なる撮像感度ＳＥで行われればよい。

また、例えば、図３に示すステップＳ１６及びＳ１７を経ることで、例えばフィルタ１１及び撮像部１２を用いた撮像方法を提供することができる。

すなわち、本発明に係る撮像方法は、対向する一対の反射面Ｍ１及びＭ２を有し、一対の反射面Ｍ１及びＭ２間の光学距離ＧＰに応じた複数の次数成分（例えば１次成分ＬＣ１及び２次成分ＬＣ２）を含む光を透過させるフィルタ１１を用いた撮像方法であって、複数の次数成分のうちの第１の成分（例えば１次成分ＬＣ１）に対して、第１の感度ＳＥ１で撮像を行うステップと、複数の次数成分のうちの第１の成分よりも高次の第２の成分（例えば２次成分ＬＣ２）に対して、第１の感度ＳＥ１よりも高い第２の感度ＳＥ２で撮像を行うステップと、を含む。

また、例えば、本発明は、一般的な撮像装置に上記した方法を行わせるプログラムとしても実現することができる。すなわち、本発明に係るプログラムは、対向する一対の反射面Ｍ１及びＭ２を有し、一対の反射面Ｍ１及びＭ２間の光学距離ＧＰに応じた複数の次数成分（例えば１次成分ＬＣ１及び２次成分ＬＣ２）を含む光を透過させるフィルタ１１を含む撮像装置に、複数の次数成分のうちの第１の成分（例えば１次成分ＬＣ１）に対して、第１の感度ＳＥ１で撮像を行うステップと、複数の次数成分のうちの第１の成分よりも高次の第２の成分（例えば２次成分ＬＣ２）に対して、第１の感度ＳＥ１よりも高い第２の感度ＳＥ２で撮像を行うステップと、を実行させる。

従って、波長毎での撮像画像の明るさの差が抑制され、正確に分光情報を得ることが可能な撮像方法及びプログラムを提供することができる。
［変形例］
図５は、本実施例の変形例として、撮像装置１０による他の動作例を示すフロー図である。撮像装置１０は、図５に示すようなフローに従って動作してもよい。すなわち、制御部１７は、図５に示すようにフィルタ１１及び撮像部１２等を制御するように構成されていてもよい。なお、図５に示すフローは、対象物ＯＢのより正確な分光情報を得ることを考慮した場合に好ましい撮像動作フローである。

本変形例においては、図３に示すステップＳ１５（感度設定）までは、同様の動作を行う。制御部１７は、感度設定部３５によって感度設定を行った後、フィルタ１１及び撮像部１２を制御し、分割波長域Ｒ１において、第１の感度ＳＥ１で、基準被写体（照明光又は当該照明光に照明された白紙）を撮像し、これを記憶する（ステップＳ２１）。次に、制御部１７は、フィルタ１１及び撮像部１２を制御し、分割波長域Ｒ２において、第２の感度ＳＥ２で当該基準被写体を撮像する（ステップＳ２２）。

換言すれば、撮像部１２は、対象物ＯＢを撮像する条件と同一の条件で、基準被写体の撮像を行う。なお、ステップＳ２１及び２２は同一ステップとして連続的に行われてもよい。

続いて、制御部１７は、フィルタ１１及び撮像部１２を制御し、図３に示すステップＳ１６及びステップＳ１７と同一の動作を行う。すなわち、設定された種々の条件で実際に対象物ＯＢを撮像する。

次に、制御部１７は、同一波長で撮像された基準被写体及び対象物ＯＢの画像に基づいて、対象物ＯＢのスペクトルを算出する（ステップＳ２３）。具体的には、本実施例においては、対象物ＯＢを撮像して得られたスペクトルは、対象物ＯＢの反射スペクトルに対し、照明光すなわち対象物ＯＢに入射する入射光のスペクトルが掛け合わされたものである。

従って、対象物ＯＢの正確なスペクトルである分光情報を得ることを考慮すると、基準被写体、例えば上記した白色光（又は白色光に照明された白紙）のスペクトル（波長毎の輝度値）を、対象物ＯＢの撮像スペクトルから除算する演算を行うことが好ましい。

本変形例においては、対象物ＯＢを波長毎で分光及び撮像した画像の各々について、当該画像の撮像時における分光波長（選択波長）で撮像した基準被写体の輝度値を除算する。これによって、基準被写体のスペクトルに基づいた対象物ＯＢのスペクトル（分光情報）を算出する。

制御部１７は、ステップＳ２３で算出した対象物ＯＢのスペクトル情報を記憶する（ステップＳ２４）。このステップＳ２４は、例えば、図３のステップＳ１８に替えて実行されることができる。その後、例えばオペレータからの要求に応じて、当該スペクトル情報を表示する（ステップＳ１９）。撮像装置１０は、このように撮像動作を行ってもよい。

上記したように、撮像部１２は、第１及び第２の分割波長域Ｒ１及びＲ２の各々について、それぞれ第１及び第２の感度ＳＥ１及びＳＥ２で、基準被写体を撮像する（ステップＳ２１及びＳ２２）。そして、制御部１７は、波長毎に得られた基準被写体スペクトルに基づいて、対象物ＯＢのスペクトルを算出する（ステップＳ２３）。

換言すれば、制御部１７は、撮像部１２の撮像動作を制御し、対象物ＯＢの撮像に先立って対象物ＯＢとは異なる基準被写体の撮像波長域ＴＷの撮像を行い、対象物ＯＢ及び当該基準被写体の撮像スペクトルに基づいて、対象物ＯＢの反射スペクトルを算出する。従って、対象物ＯＢのスペクトル情報のみを正確に得ることが可能となる。例えば、撮像部１２の個体特性による影響や、高次の成分を用いた対象物ＯＢの撮像画像への量子化誤差及び暗電流の影響を最小化することができる。

また、本変形例においても、正確な対象物ＯＢの分光情報を得ることを考慮すると、第１及び第２の感度ＳＥ１及びＳＥ２は、基準被写体を撮像した際に得られる輝度値が飽和しない範囲内で設定されることが好ましい。すなわち、撮像部１２は、第１及び第２の感度ＳＥ１及びＳＥ２の各々として、基準被写体の撮像時に得られる輝度値が飽和しない範囲内の感度で、対象物ＯＢの撮像を行うことが好ましい。これによって、撮像されたほぼ全ての画像における画素毎の輝度値が飽和せず、より正確に対象物ＯＢの分光情報を得ることができる。

図６Ａは、実施例２に係る撮像装置４０のブロック図である。図６Ｂは、制御部４１によるカメラユニットＣＵの制御テーブルの例を示す図である。撮像装置４０は、撮像装置１０と同様のフィルタ４１、撮像部４２、絞り４３及びシャッタ４４を有する。また、撮像装置４０は、これらを制御する制御部４５を有する。制御部４５は、制御部１７と同様のフィルタ制御部３１、記憶部３２、撮像制御部３３及び対象光設定部３４を有する。

また、本実施例においては、制御部４５は、絞り４３を制御し、絞り４３の絞り径ＤＭを調節する絞り制御部５１と、透過光Ｌ２の対象光ＴＣに応じて絞り４３の絞り径ＤＭを設定する絞り径設定部５２とを有する。また、制御部４５は、シャッタ４３を制御し、透過光Ｌ２の撮像部１２への露光時間ＥＸを調節するシャッタ制御部５３と、透過光Ｌ２の対象光ＴＣに応じて露光時間ＥＸを設定する露光時間設定部５４とを有する。

換言すれば、制御部４５は、撮像する透過光Ｌ２の次数成分に応じて絞り４３及びシャッタ４４を制御し、撮像部４２が撮像する透過光Ｌ２の光量を調節する。

本実施例においては、制御部４５は、１次成分ＬＣ１を対象光ＴＣとする場合、絞り径ＤＭを第１の径ＤＭ１に設定して撮像部４２を動作させる。一方、制御部４５は、２次成分ＬＣ２（１次成分ＬＣ１よりも高次の成分）を対象光ＴＣとする場合は絞り径ＤＭを第１の径ＤＭ１よりも大きな第２の径ＤＭ２に設定して撮像部４２を動作させる。

すなわち、制御部４５は、透過光Ｌ２の成分の次数が大きくなるほど絞り径ＤＭを大きくする（例えば絞り値（Ｆ値）を小さくする）。これによって、制御部４５は、撮像部４２が受光する透過光Ｌ２の光量を大きくする。

また、本実施例においては、制御部４５は、１次成分ＬＣ１を対象光ＴＣとする場合、露光時間ＥＸを第１の時間ＥＸ１に設定して撮像部１２を動作させる。一方、制御部４５は、２次成分ＬＣ２（１次成分ＬＣ１よりも高次の成分）を対象光ＴＣとする場合は露光時間ＥＸを第１の時間ＥＸ１よりも長い第２の時間ＥＸ２に設定して撮像部４２を動作させる。

すなわち、制御部４５は、透過光Ｌ２の成分の次数が大きくなるほど露光時間ＥＸを長くする（例えばシャッタスピードを遅くする）。これによって、制御部４５は、撮像部４２が受光する透過光Ｌ２の光量を大きくする。

また、図６Ｂに示すように、制御部４５は、撮像装置４０の撮像波長域ＴＷを第１及び第２の波長域Ｒ１及びＲ２に分類する。そして、制御部４５は、第１の波長域Ｒ１の撮像時には、絞り径設定部５２によって、絞り径ＤＭを第１の絞り径ＤＭ１に設定する。また、制御部４５は、第１の波長域Ｒ１の撮像時には、露光時間設定部５４によって、露光時間ＥＸを第１の時間ＥＸ１に設定する。

また、制御部４５は、第２の波長域Ｒ２の撮像時には、絞り径設定部５２によって、絞り径ＤＭを第２の絞り径ＤＭ２に設定する。また、制御部４５は、第２の波長域Ｒ２の撮像時には、露光時間設定部５４によって、露光時間ＥＸを第２の時間ＥＸ２に設定する。

図７は、撮像部４２の撮像時におけるフィルタ４１に供給される駆動電圧ＶＦ、フィルタ４１の光学距離ＧＰ、絞り４３の絞り径ＤＭ及び透過光Ｌ２の露光時間ＥＸのタイミングチャートの例である。なお、図７のタイミングｔ１〜ｔ４において、フィルタ４１の駆動電圧ＶＦ及び光学距離ＧＰの状態は、図４と同様に変化する。

一方、本実施例においては、図７に示すように、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間においては、絞り径ＤＭが第１の径ＤＭ１（小径）に設定される。また、タイミングｔ３からタイミングｔ４までの間においては、絞り径ＤＭは第２の径ＤＭ２（大径）に設定される。

また、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間においては、露光時間ＥＸは第１の時間ＥＸ１（短時間）に設定される。また、タイミングｔ３からタイミングｔ４までの間においては、露光時間ＥＸは第２の時間ＥＸ２（長時間）に設定される。

なお、撮像部４２に受光される透過光Ｌ２の光量を調節することを考慮すると、絞り径ＤＭ及び露光時間ＥＸの一方のみが調節されてもよい。

このように、本実施例においては、撮像装置４０は、絞り４３及びシャッタ４４を有する。また、撮像装置４０は、フィルタ４１を透過する透過光Ｌ２の複数の次数成分のうち、１つの次数成分を対象光ＴＣとして設定し、当該対象光ＴＣに応じた絞り径ＤＭ又は露光時間ＥＸで撮像部４２を動作させる制御部４５を有する。

すなわち、撮像装置４０は、対向する一対の反射面Ｍ１及びＭ２を有し、一対の反射面Ｍ１及びＭ２間の光学距離ＧＰに応じた複数の次数成分を含む光を透過させるフィルタ４１と、複数の次数成分のうちの１つの次数成分を対象光ＴＣとして撮像を行う撮像部４２と、絞り径ＤＭを調節してフィルタ４１への入射光Ｌ１の光量を調節し、撮像部４２が複数の次数成分のうちの第１の成分（例えば１次成分ＬＣ１）を対象光ＴＣとする場合は絞り径ＤＭを第１の径ＤＭ１に設定し、撮像部４１が第１の成分よりも高次の第２の成分（例えば２次成分ＬＣ２）を対象光ＴＣとする場合は絞り径ＤＭを第１の径ＤＭ１よりも大きな第２の径ＤＭ２に設定する光学絞り４３と、を有する。

従って、光量が互いに異なる透過光Ｌ２の複数の次数成分の各々の撮像に際し、入射光Ｌ１の光量を調節することで、撮像された画像の明るさの差を抑制することができる。

また、撮像装置４０は、対向する一対の反射面Ｍ１及びＭ２を有し、一対の反射面Ｍ１及びＭ２間の光学距離ＧＰに応じた複数の次数成分を含む光を透過させるフィルタ４１と、複数の次数成分のうちの１つの次数成分を対象光ＴＣとして撮像を行う撮像部４２と、対象光ＴＣの撮像部４２への露光時間ＥＸを調節し、撮像部４２が複数の次数成分のうちの第１の成分（例えば１次成分ＬＣ１）を対象光ＴＣとする場合は露光時間ＥＸを第１の時間ＥＸ１に設定し、撮像部４２が第１の成分よりも高次の第２の成分（例えば２次成分ＬＣ２）を対象光ＴＣとする場合は露光時間ＥＸを第１の時間ＥＸ１よりも長い第２の時間ＥＸ２に設定するシャッタ４４と、を有する。

従って、光量が互いに異なる透過光Ｌ２の複数の成分に対し、当該複数の成分の撮像部１２への露光時間を調節することで、撮像部１２に受光される透過光Ｌ２の光量を調節することができる。従って、撮像された画像の明るさの差を抑制することができる。

このように絞り径ＤＭ又は露光時間ＥＸを透過光Ｌ２の次数成分毎に調節することで、波長毎の撮像画像の明るさの差が抑制され、正確に分光情報を得ることが可能な撮像装置４０を提供することができる。

また、フィルタ４１を駆動させて連続的な分光情報（画像）を得る場合でも、撮像装置４０においては、撮像波長域ＴＷが透過光Ｌ２の次数成分に応じて複数の波長域（波長域Ｒ１及びＲ２）に分割される。また、絞り４３又はシャッタ４４は、波長域毎に異なる絞り径ＤＭ又は露光時間ＥＸで動作する。従って、明るさの差が少ない連続した分光情報を得ることができる。

なお、本実施例は、実施例１の撮像装置１０と組み合わせて動作されてもよい。例えば、透過光Ｌ２の対象光ＴＣに応じ、撮像部１２の撮像感度ＳＥが調節され、かつ絞り径ＤＭが調節されてもよい。

１０、４０ 撮像装置
１１、４１ 光学フィルタ
１２、４２ 撮像部
１３、４３ 光学絞り
１４、４４ シャッタ

Claims (12)

1. 対向する一対の反射面を有し、前記一対の反射面間の光学距離に応じた複数の次数成分を含む光を透過させるフィルタと、
   各々が第１の波長域及び前記第１の波長域よりも短波長側の第２の波長域を撮像波長域とする複数の撮像素子を含む撮像部と、を有し、
   前記撮像部は、前記第１の波長域の撮像を行う際には、前記複数の次数成分のうちの第１の成分を対象光として前記複数の撮像素子の感度を第１の感度に設定して撮像し、前記第２の波長域の撮像を行う際には、前記第１の成分よりも高次の第２の成分を対象光として前記複数の撮像素子の感度を前記第１の感度よりも高い第２の感度に設定して撮像することを特徴とする撮像装置。
2. 前記フィルタは、前記光学距離が調節されることで前記複数の次数成分の各々のピーク波長が変化する構成を有し、
   前記撮像部は、前記対象光が前記第１の成分となるように前記光学距離が調節された場合は前記第１の感度で撮像し、前記対象光が前記第２の成分となるように前記光学距離が調節された場合は前記第２の感度で撮像することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記フィルタにおける前記光学距離は、前記撮像部が前記第１の波長域の撮像を行う場合には前記第１の成分のピーク波長が前記第１の波長域に含まれるように調節され、前記撮像部が前記第２の波長域の撮像を行う場合には前記第２の成分のピーク波長が前記第２の波長域に含まれるように調節されることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記第１及び第２の感度は、撮像対象物とは異なる基準被写体を撮像した際に得られる輝度値が前記第１及び第２の波長域間で一致するように設定されることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記撮像部の撮像動作を制御し、前記撮像対象物の撮像に先立って前記基準被写体として前記撮像波長域において平坦な反射スペクトルを有する被写体を撮像し、これによって前記第１及び第２の感度を設定する制御部を有することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記撮像部の撮像動作を制御し、撮像対象物の撮像に先立って前記撮像対象物とは異なる基準被写体の前記撮像波長域の撮像を行い、前記撮像対象物及び前記基準被写体の撮像スペクトルに基づいて、前記撮像対象物の反射スペクトルを算出する制御部を有することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
7. 前記第１及び第２の感度は、前記基準被写体を撮像した際に得られる輝度値が飽和しない範囲内で設定されることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記フィルタにおける前記光学距離は、徐々に大きくなるように調節されることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１つに記載の撮像装置。
9. 対向する一対の反射面を有し、前記一対の反射面間の光学距離に応じた複数の次数成分を含む光を透過させるフィルタと、
   前記複数の次数成分のうちの１つの次数成分を対象光として撮像を行う撮像部と、
   絞り径を調節して前記フィルタへの入射光の光量を調節し、前記撮像部が前記複数の次数成分のうちの第１の成分を前記対象光とする場合は前記絞り径を第１の径に設定し、前記撮像部が前記第１の成分よりも高次の第２の成分を前記対象光とする場合は前記絞り径
   を前記第１の径よりも大きな第２の径に設定する光学絞りと、を有することを特徴とする撮像装置。
10. 対向する一対の反射面を有し、前記一対の反射面間の光学距離に応じた複数の次数成分を含む光を透過させるフィルタと、
    前記複数の次数成分のうちの１つの次数成分を対象光として撮像を行う撮像部と、
    前記対象光の前記撮像部への露光時間を調節し、前記撮像部が前記複数の次数成分のうちの第１の成分を前記対象光とする場合は前記露光時間を第１の時間に設定し、前記撮像部が前記第１の成分よりも高次の第２の成分を前記対象光とする場合は前記露光時間を前記第１の時間よりも長い第２の時間に設定するシャッタと、を有することを特徴とする撮像装置。
11. 対向する一対の反射面を有し、前記一対の反射面間の光学距離に応じた複数の次数成分を含む光を透過させるフィルタと、各々が第１の波長域及び前記第１の波長域よりも短波長側の第２の波長域を撮像波長域とする複数の撮像素子を含む撮像部と、を用いた撮像方法であって、
    前記第１の波長域の撮像を行う際には、前記複数の次数成分のうちの第１の成分を対象光として前記複数の撮像素子の感度を第１の感度に設定して撮像を行うステップと、
    前記第２の波長域の撮像を行う際には、前記第１の成分よりも高次の第２の成分を対象光として前記複数の撮像素子の感度を前記第１の感度よりも高い第２の感度に設定して撮像を行うステップと、を含むことを特徴とする撮像方法。
12. 対向する一対の反射面を有し、前記一対の反射面間の光学距離に応じた複数の次数成分を含む光を透過させるフィルタと、各々が第１の波長域及び前記第１の波長域よりも短波長側の第２の波長域を撮像波長域とする複数の撮像素子を含む撮像部と、を含む撮像装置に、
    前記第１の波長域の撮像を行う際には、前記複数の次数成分のうちの第１の成分を対象光として前記複数の撮像素子の感度を第１の感度に設定して撮像を行うステップと、
    前記第２の波長域の撮像を行う際には、前記第１の成分よりも高次の第２の成分を対象光として前記複数の撮像素子の感度を前記第１の感度よりも高い第２の感度に設定して撮像を行うステップと、を実行させることを特徴とするプログラム。

Images