(57)【要約】【課題】簡易な構成で撮影環境の照明光の分光スペクトルを取得すると共に、これを用いて適切なホワイトバランス制御を可能とする、あるいは色を適切に制御することを可能とする撮像装置を提供する。【解決手段】光学系を通して結像させた光を光電変換することにより画像データを得る撮像素子を備える撮像装置であって、光学系を通して入射した光の一部の光学距離を変更する光学距離変更部と、光学距離を変更した光を分光して、撮像素子の一部へ入射させる分光部と、分光部を介して入射した光を撮像素子により光電変換した画像データに基づいて、分光スペクトルデータを生成する画像処理部と、分光スペクトルデータに基づいて、撮像素子により得られる画像データの調整を行う調整部とを備えた。【選択図】図１
2010239291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を通して結像させた光を光電変換することにより画像データを得る撮像素子を備える撮像装置であって、
前記光学系を通して入射した光の一部の光学距離を変更する光学距離変更部と、
前記光学距離を変更した光を分光して、前記撮像素子の一部へ入射させる分光部と、
前記分光部を介して入射した光を前記撮像素子により光電変換した撮像データに基づいて、前記分光スペクトルデータを生成する画像処理部と、
前記分光スペクトルデータに基づいて、前記撮像素子により得られる画像データの調整を行う調整部と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光学距離変更部は、所定の屈折率を有する光学材料の部材内に光を透過させることにより、前記光の光学距離を変更させることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項３】
光学系を通して結像させた光を光電変換することにより画像データを得る第１の撮像素子を備える撮像装置であって、
分光した光を光電変換することにより分光スペクトルデータを得る第２の撮像素子と、
前記光学系を通して入射した光を二つに分離して、一方の光を前記第１の撮像素子に入射させ、他方の光を前記第２の撮像素子に入射させる光分離部と、
前記光分離部と前記第２の撮像素子との間に、前記光分離部との距離が前記光分離部と前記第１の撮像素子との距離と異なるように設けられ、前記他方の光を分光して、前記第２の撮像素子に入射させる分光部と、
前記分光部を介して入射した光を前記第２の撮像素子により光電変換することにより得られた分光スペクトルデータに基づいて、前記第１の撮像素子により得られる画像データの調整を行う調整部と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記分光部は、透過型誘電体多層膜フィルタで構成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記調整部は、前記撮像素子のゲインを調整する事により画像データの調整を行う事を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を備える撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラやデジタルカメラなどに備えられるＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-oxide Semiconductor）といった撮像素子を備えた撮像システムが広く普及している。これらの撮像システムにおいて、撮影環境の照明光や被写体の分光特性を知る目的で、近年光を波長分解して取得する分光スペクトル取得手段を備える撮像システムが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の分光カメラは、撮像素子の一部前面に連続波長フィルタを備え、光分光器によって被写体からの光の一部を分離している。分離した光を結像光学系で結像し、マスクの位置を変えることによって、その結像画像における任意の位置の光を取り出し、それを光ファイバで連続波長フィルタに入射する。この透過光と、光分光器によって分離された光の残りが撮像素子に同時に入射し、被写体画像と被写体の任意の位置の分光スペクトルを取得することができる。
【０００４】
また、特許文献２に記載のカメラシステムは、被写体照明を行う照明手段と、撮影光学系を通して入射した被写体からの反射光の分光特性を測定する分光手段とを備え、照明手段によって被写体照明を行ったときの分光手段による測定結果に基づいて被写体の分光特性を演算し、これと照明手段により被写体照明を行わないときの分光測定結果とを用いて撮影光源の分光特性を演算している。この撮影光源の分光特性に基づいて撮影画像に対するホワイトバランス補正を行い、容易かつ適正なホワイトバランス制御を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−００９３２６号公報
【特許文献２】特開２００２−３２０２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の分光カメラは光ファイバを用いるなど構成が複雑であるほか、被写体の分光スペクトルを取得することは可能であるが、撮影環境の照明光の分光スペクトルを取得することは考慮されておらず、照明光の分光スペクトルの取得あるいは推定は難しいという問題がある。また、特許文献２に記載のカメラシステムでは、あらかじめ分光スペクトルの分かっている特定の照明下における被写体の分光スペクトルを取得し、それを基に実際の撮影環境における照明光分光スペクトルを演算により取得している。そのため、特定照明下と実際の照明下における二度の分光スペクトル取得が必要となり手順が複雑なほか、演算によって撮影照明の分光スペクトルを取得するため処理負荷が大きくなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で撮影環境の照明光の分光スペクトルを取得すると共に、これを用いて適切なホワイトバランス制御を可能とする、あるいは色を適切に制御することを可能とする撮像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】
【０００８】
本発明は、光学系を通して結像させた光を光電変換することにより画像データを得る撮像素子を備える撮像装置であって、前記光学系を通して入射した光の一部の光学距離を変更する光学距離変更部と、前記光学距離を変更した光を分光して、前記撮像素子の一部へ入射させる分光部と、前記分光部を介して入射した光を前記撮像素子により光電変換した画像データに基づいて、前記分光スペクトルデータを生成する画像処理部と、前記分光スペクトルデータに基づいて、前記撮像素子により得られる画像データの調整を行う調整部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、前記光学距離変更部は、所定の屈折率を有する光学材料の部材内に光を透過させることにより、前記光の光学距離を変更させることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、光学系を通して結像させた光を光電変換することにより画像データを得る第１の撮像素子を備える撮像装置であって、分光した光を光電変換することにより分光スペクトルデータを得る第２の撮像素子と、前記光学系を通して入射した光を二つに分離して、一方の光を前記第１の撮像素子に入射させ、他方の光を前記第２の撮像素子に入射させる光分離部と、前記光分離部と前記第２の撮像素子との間に、前記光分離部との距離が前記光分離部と前記第１の撮像素子との距離と異なるように設けられ、前記他方の光を分光して、前記第２の撮像素子に入射させる分光部と、前記分光部を介して入射した光を前記第２の撮像素子により光電変換することにより得られた分光スペクトルデータに基づいて、前記第１の撮像素子により得られる画像データの調整を行う調整部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明は、前記分光部は、透過型誘電体多層膜フィルタで構成することを特徴とする。
【００１２】
本発明は、前記調整部は、前記撮像素子のゲインを調整する事により画像データの調整を行う事を特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、構成が簡易であるほか、複雑な演算を行うことなく撮影環境における照明光の分光スペクトルを取得することが可能となり、より正確なホワイトバランス制御を行うことや、適切な色制御が可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による撮像装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】撮像装置における撮像光学系と撮像部、被写体の関係を示す図である。
【図３】撮像装置における被写界深度と焦点深度に関係を示す図である。
【図４】図１に示す撮像光学系、撮像部、光学距離変更部及び分光部の位置関係を示す説明図である。
【図５】図４に示す撮像部、光学距離変更部及び分光部を拡大した拡大図である。
【図６】図１に示す分光部に入射する光の範囲を示す説明図である。
【図７】図１に示す分光部の構成を示す図である。
【図８】ファブリ・ペロー干渉計の原理を示す説明図である。
【図９】図１に示す分光部の配置位置の一例を示す説明図である。
【図１０】図１に示す分光部の配置位置の一例を示す説明図である。
【図１１】図１に示す分光部の角度特性を示す図である。
【図１２】図１に示す分光部の角度特性を示す図である。
【図１３】図１に示す分光部を用いて取得した蛍光灯の分光スペクトルを示す図である。
【図１４】図１に示す分光部を用いて取得した蛍光灯の分光スペクトルを示す図である。
【図１５】図１に示す撮像装置の変形構成例を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態による撮像装置の一構成例を示すブロック図である。
【図１７】図１６に示す撮像光学系、光分離部、撮像部及び分光部の位置関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態による撮像装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態による撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像装置１００は、交換レンズ部１０１と本体部１０２によって構成される。交換レンズ部１０１は光学レンズによって構成される撮像光学系１０３を含む。本体部１０２は、撮像部１０４、光学距離変更部１０５、分光部１０６、画像処理部１０７、データ保持部１０８及び画像データの調整を行う調整部であるホワイトバランス調整部１０９で構成する。図１においては、光路と電気信号線とを区別するために、白抜きの太い矢印で光の光路を示しており、細い矢印で電気信号やデータの流れを示している。
【００１６】
撮像部１０４は、ＣＣＤ撮像素子で構成し、光電変換を行い撮像データを出力する。光学距離変更部１０５は、ガラス等の光学部材で構成し、撮像光学系１３から出射する光の光学距離（光路長）を変更する。分光部１０６は、透過型誘電体多層膜フィルタで構成し、光学距離変更部１０５によって光学距離が変更された光を波長帯毎に分解する。分光部１０６によって分光された光は撮像部１０４へ入射し、撮像部１０４から分光スペクトルデータとして出力される。撮像部１０４は、撮像対象を撮像した画像データと、分光部１０６によって分光された分光スペクトルデータが出力されることになる。ここでは、この画像データと分光スペクトルデータとで構成するデータを撮像データと称する。画像処理部１０７は、撮像部１０４から出力する撮像データを画像処理する。データ保持部１０８は、メモリ、あるいはＳＤカードなどで構成し、画像処理部１０７が出力する画像処理後の撮像データを保持する。ホワイトバランス調整部１０９は、画像処理部１０７から出力される画像データと分光スペクトルデータに基づき撮像部１０４の画素毎のゲイン調整を行う。
【００１７】
撮影対象からの光は、撮像光学系１０３を通して入射し、入射した光の多くは撮像部１０４に入射し、撮像部１０４により光電変換を経て撮像データとして出力する。入射した光のうちの一部は、光学距離変更部１０５を透過したのち、分光部１０６へ入射し、分光部１０６により波長毎に分光され撮像部１０４に入射する。撮像部１０４は、その画素位置に応じて各波長に対応した強度を取得することになるため、これにより分光スペクトルを得ることができる。撮像部１０４は取得した撮像データを画像処理部１０７へ出力し、画像処理部１０７はこの撮像データから分光スペクトルデータと画像データを分離し、画像データをデータ保持部１０８に、分光スペクトルデータと画像データをホワイトバランス調整部１０９へ出力する。ホワイトバランス調整部１０９は、画像データと分光スペクトルとから撮像部１０４のゲインを設定する。
【００１８】
次に、図２を参照して、撮像装置１００における一般的な画像取得原理について説明する。図２は、被写体１１１と撮像光学系１０３、撮像部１０４の位置関係を示す図である。なお、図２においては簡単のため撮像光学系１０３を一つの凸レンズで表現する。撮像光学系１０３の焦点距離をｆ、被写体１１１と撮像光学系１０３の距離をａ、撮像光学系１０３と撮像部１０４における撮像面１１２の距離をｂとし、被写体１１１が撮像部１０４の撮像面上で結像するものとする。このとき、距離ａ、距離ｂ及び焦点距離ｆは（１）式を満たす。
１／ａ  ＋  １／ｂ  ＝  １／ｆ  ・・・（１）
【００１９】
この位置関係となる時に、被写体１１１は撮像部１０４上に結像し、ピントの合った鮮明な画像を得ることが可能となる。但し、必ずしもこの関係を厳密に満たす必要は無く、ある一定の距離で許容できる。図３はこれを示した図である。撮像面１１２において、図中ｄは結像位置のずれの許容範囲を示している。一般に、ｄは撮像部１０４であるＣＣＤ撮像素子の１画素の大きさに相当する。結像位置のずれが１画素の大きさ以下であれば、結像位置がずれてもボケのない画像を得ることができる。図中ｅで示す撮像面１１２を移動しても像が許容できる距離を焦点深度といい、この範囲に結像する被写体の位置を示す図中ｃの距離を被写界深度という。
【００２０】
以上を踏まえ、図１に示す撮像装置１００について図４を参照して説明する。撮像部１０４の下部前面に、光学距離変更部１０５と分光部１０６を配置する。図５は、図４に示す光学距離変更部１０５、分光部１０６及び撮像部１０４について、詳細を説明するための拡大図である。光学距離変更部１０５は、可視光域で使用される光学材料である光学ガラス（例えば、ＢＫ７）である。ＢＫ７を用いた光学ガラスの屈折率は約１．５１である。図５の符号Ａで示すように、光学距離変更部１０５の入射側の面に対して角度を持って入射する（入射側の面に垂直でない角度で入射する）光は、光学距離変更部１０５が無い場合の光路（波線で示す光路）に対して、屈折により実線で示す光路を進む。
【００２１】
これにより、ボケのない画像を得ることができる１画素あたりの範囲であるｄを大きく超える光が分光部１０６に入射することになる。すなわち、分光部１０６を透過した後の光は本来の焦点面からずれた位置に焦点面が形成されることになる。これは、例えば図６（ａ）に示すような画像に対応する光が撮像光学系１０３に入射しているとすると、光学距離変更部１０５が存在しない場合、分光部１０６に入射する光は図６（ｂ）の点線で示す部分に対応する光のみとなる。一方、光学距離変更部１０５を設けた場合は前述のように光が屈折しｔで示すエリア全体の光が混ざって分光部１０６に入射することとなる。この光が、撮像部１０４に入射することにより、図６（ｂ）に示すようなエリアｔに対応する部分の光の分光スペクトルを取得することが可能となる。
【００２２】
撮像部１０４のそれぞれの画素においては、カラー画像を撮像する場合、ＲＧＢいずれかのカラーフィルタが形成されているのが一般的である。分光部１０６を透過した後の光が入射する画素では、分光された光に対し充分な画素数があれば、ＲＧＢそれぞれで受光し、それぞれの値から波長毎の強度を求めてもよいが、精度が落ちる。また、画素数が充分出ない場合、例えば長波長側（赤）の光がＢフィルタに入射した場合、フィルタでカットされ、その波長成分の強度を取得することができなくなる。そのため、分光部１０６透過後の光が入射する撮像部１０４上の画素では、可視域である３８０ｎｍから７８０ｎｍの全ての波長域に対して透過するようカラーフィルタを形成するか、あるいはカラーフィルタを無くした構成とする。
【００２３】
このように、光学距離変更部１０５を用いて分光部１０６透過後の光が、本来の焦点面である撮像部１０４上で焦点を持たなくなることにより、被写体そのものの分光スペクトル、すなわち物体の分光反射特性ではなく、ある一定のエリアの反射光を混合した光が分光部１０６に入射することにより、被写体を照射している環境光に近い光の分光スペクトルを得ることが可能となる。なお、撮像部１０４の波長毎の分光感度特性をあらかじめ保持しておき、撮像部１０４で得られた各波長毎の光強度を補正する必要がある。
【００２４】
ここで、図７を参照して、誘電体多層膜フィルタで構成する分光部１０６について分光の原理を説明する。図７（ａ）は、分光部１０６の上面図である。図中Ａの方向に進むに従い、厚さが厚くなっている。図７（ａ）の点線で示す部分を拡大した図が図７（ｂ）である。説明を簡単にするため、厚みの変化はこの図では無視している。分光部１０６は、図７（ｂ）に示すように、高屈折率層１２１と低屈折率層１２２が交互に積層され、中央付近のみ低屈折率層が２層となる構成である。各層に使われる物質としては、高屈折率層１２１には硫化亜鉛など、低屈折率層１２２には氷晶石などがある。この分光部１０６に入射した光は、ファブリ・ペロー干渉計と同様の原理により、ある波長の光のみが透過して出射する。
【００２５】
ファブリ・ペロー干渉計とは、図８に示すように、ミラー１２３が平行にある間隔ｔを持って配置され、その間は空気層である。ミラー１２３が向かい合う面がそれぞれ高反射の特性を持っている。図の左方向から角度θで入射した光は、（２）式で与えられる波長λの光のみが、干渉によって強められ、図の右側の方向に出射する。
ｍλ  ＝  ｔｃｏｓθ  ・・・（２）
ここでｍは整数である。残りの光は、互いに打ち消しあうこととなる。このように特定の波長の光のみを取り出すことが可能となる。
【００２６】
分光部１０６は、それぞれの層の厚さは、透過させたい光の波長をλとすると、λ／４の厚みとなる。中央の２つの低屈折率層１２２が並んでいる部分がファブリ・ペローの空気層に対応し、残りの層がミラーの役割となることで、特定波長λの光のみを取り出すことができる。図７（ａ）のように、長手方向（図７（ａ）のＡ方向）に厚さが変化することで、位置により透過してくる光の波長が異なるため、分光スペクトルを得ることが可能となる。なお、多層膜フィルタの素材や層数などこれに限定される物ではなく、また赤外カットのための金属膜フィルタなどが一体形成されていてもよい。
【００２７】
図４においては、分光部１０６を撮像部１０４の下端に配置する例を示したが、この位置に限定されるものではなく、上端に配置してもよく、さらに図９に示すように、上端と下端の両方に配置してもよい。また、右端や左端に配置してもよく、さらに、図１０に示すように、左右端の両方に配置するようにしてもよい。このように、撮像部１０４の端部に分光部１０６、及び光学距離変更部１０５を備えることにより、画像の取得と共に、撮影対象の環境光に近い分光スペクトルを同時に取得することが可能となる。また、左右上下など、複数配置することにより、撮影対象に含まれる被写体の影響を排除し、より精度良く環境光の分光スペクトル取得が可能となる。これは、例えば分光部１０６が１つのみであり、その分光部１０６に入射する撮影対象エリアが青い被写体で覆われている場合、青に相当する短波長側では環境光に近い分光スペクトルが取得可能であるが、赤に相当する長波長側の分光スペクトルは正確に取得できない可能性があるが、複数持つことによりこのような被写体の偏りによる誤差の影響を軽減することができるようにするためである。
【００２８】
誘電体多層膜フィルタで構成する分光部１０６は、角度特性を持ち、平行光を入射すると入射した光を正確に分光することが可能となり、通常入射する光を平行光とするよう光学系を配置する。平行光ではなく角度を持つ光が入射した場合、波長シフトなどが起き、分光スペクトルに誤差が生じる。図１１、図１２は分光部１０６を透過する光が角度に応じてどのように変化するかを示す図である。図１１に示すように、撮像部１０４と分光部１０６が配置されており、角度θで光が入射するとする。なお、図７と同様、Ａの方向にいくにつれ透過する光の波長が長くなるように配置されているものとし、図に記している矢印の方向から光が来た場合を右方向、その逆方向である分光部１０６の法線に対して左側の方向から光が来た場合を左方向とする。
【００２９】
このときの、角度毎の分光部１０６を通過し、撮像部１０４で取得された分光スペクトルの変化を図１２に示す。ここでは、分光部１０６には波長約５５８ｎｍ付近の単波長の光を入射したとする。縦軸は０度の時を１として正規化した光の強度、横軸は波長を示している。左方向の場合は、波長が長波長側にシフトし、右方向の場合は短波長側にシフトしているのがわかる。また、角度が大きくなるに従い、大きく強度が減少しているのがわかる。これは、誘電体多層膜フィルタである分光部１０６での光の屈折と多層膜フィルタが角度を持つ光に対して、透過位置が短波長側にシフトするという特性によるものである。
【００３０】
このように、角度を持つ光に対し誤差が大きくなるが、±１０度以内であれば、強度も１０％以内の変化であり、波長のシフトも比較的少ない。ここでは０度、１０度、２０度のみの光を入射したデータであるが、実際には例えば±１０度以内であれば０〜１０度間での光が入射するため、ピーク位置の変動はあまりない。角度毎の波長シフトにより、ややブロードな分光スペクトルとなる。
【００３１】
図１３は、一般的な蛍光灯の分光スペクトルを±１０度以内で取得した分光スペクトルを示す。図１３（ａ）は蛍光灯本来の分光スペクトル、図１３（ｂ）は±１０度以内で、誘電体多層膜フィルタで取得した分光スペクトルである。但し、撮像素子の感度特性や、フィルタの透過特性は補正を行っている。図１３を参照すると、ピーク部分で半値幅の多少の増大、強度に若干の誤差が見られるものの、ほぼ正確な分光スペクトルを取得できていることが分かる。撮像装置１００内部に分光部１０６を配置しているが、撮像部１０４の受光角度特性があることから撮像装置１００内部の光は角度が限定された光となっている。そのため、分光部１０６を本実施形態のように撮像光学系透過後の位置に配置することで、角度の限定された光が入射し、分光スペクトルを得ることが可能となる。撮像部１０４の特性によっては±１０度を超える光が入射しうるが、誤差は大きくなるものの、ピーク位置等の把握は可能である。よって、このような構成とすることにより、分光部１０６へ入射する光を平行光とする特別な光学系を必要とせず、簡易な構成で誘電体多層膜フィルタを用いた環境光の分光スペクトルの取得が可能となる。
【００３２】
画像処理部１０７は、撮像部１０４より出力される撮像データを処理する。撮像データには、撮像対象の画像データと分光スペクトルデータが混在している。画像処理部１０７は、画像データと分光スペクトルを分離し、画像データをデータ保持部１０８に保持し、分離した画像データと分光スペクトルデータをホワイトバランス調整部１０９へ出力する。画像処理部１０７では、この際デモザイキングや、ＪＰＥＧフォーマットでの画像圧縮などを行う。
【００３３】
ホワイトバランス調整部１０９は、画像処理部１０７から出力される画像データと分光スペクトルデータを基に、分光スペクトルデータから光源の色温度を推定し、それに応じて撮像部１０４上の画素毎のゲインを決定する。光源の分光スペクトルをＸＹＺ表色系における等色関数と積算、ＸＹＺ値を算出しこの値から相関色温度を求めることができるため、この色温度に応じ、例えば色温度が高い場合にはＲのゲインをあげ、Ｂのゲインを下げる、色温度が低い場合には逆にＲのゲインを下げ、Ｂのゲインをあげるといった処理を行う。色温度毎のゲインは、あらかじめテーブルにより保持する、あるいは計算式に基づき算出するなど複数の方法のいずれかを適用可能である。また、画像データより求めた色温度と比較し、平均をとってもよい。分光スペクトルを取得したエリアの被写体の色に大きな偏りがある場合などに有効である。
【００３４】
なお、ここでは色温度としたが、画像データから算出する場合画像を複数のエリアに分割し、それぞれのエリアの平均をＲＧＢそれぞれ算出、白色であると想定されるエリアのＲＧＢそれぞれの平均値を算出し、このＲＧＢバランスがほぼ同一になるようにゲインを調整する方法があり、分光スペクトルからの色温度を用いてテーブルを参照し、ゲインを算出し、画像からのゲインと分光スペクトルからのゲインの平均値を用いて制御に使うゲインを決定してもよい。
【００３５】
前述したように、分光スペクトルを取得したエリアの被写体の色に大きな偏りがある場合などに有効である。また、色温度に限定するものではなく、撮像部１０４における、分光部１０６を通らない光が受光する部分のＲＧＢカラーフィルタの特性をそれぞれ保持しておき、ＲＧＢそれぞれのカラーフィルタと得られた分光スペクトルを積算することでＲＧＢそれぞれの値を算出する。そしてこれをそれぞれ比較しＲＧＢのバランスを調べ、ＲＧＢ全て同一になるようにＲとＢの値を調節してもよい。なお、この際はガンマ特性の補正処理など、全ての処理を含めた上でＲＧＢが同一になるように制御することを意味する。また、光源の雰囲気を残すためといった目的で、ＲＧＢを完全に同一にしない場合もあり、状況に応じ適切な制御は変わる。
【００３６】
また、光源に関するデータベースを備え、出力される分光スペクトルデータと照合して光源を決定してもよい。図１３に示すように、ほぼ一致した分光スペクトルが取得できれば光源の決定に支障がないが、誤差が大きい場合にはピーク波長の位置から光源を推定する方法もある。図１４は、図１３（ａ）に記載した蛍光灯とは異なる分光スペクトルを持つ蛍光灯の分光スペクトルを示している。なお、分光スペクトルは最大値を用いて正規化している。図１４（ａ）の蛍光灯では、図１３（ａ）や図１４（ｂ）にあるような４８０ｎｍ付近のピークが存在せず、これにより光源の特定が可能である。また、図１３（ａ）と図１４（ｂ）の蛍光灯の分光スペクトルを比較すると、ピーク波長はほぼ同じであるものの、最も大きなピーク（５４０ｎｍ付近）に対する４３０ｎｍ付近のピーク強度が大きく異なり、この比を見ることで判別可能であることがわかる。以上のように、ピーク波長の位置とその強度比を用いることで光源を推定することが可能であり、取得した光源分光スペクトルの誤差が大きい場合でも、撮像エリアを照射する環境光を推定することが可能となる。光源が判別できない場合には、画像データのみからホワイトバランス調整用のゲインを決定してもよい。
【００３７】
なお、ここでは一眼デジタルカメラを想定し、交換レンズ部１０１と本体部１０２と分けて記載しているが、コンパクトデジタルカメラやビデオカメラなどのように、撮像光学系１０３が本体部１０２内に備えられていてもよい。図２においては、説明を簡単にするため、撮像光学系１０３を凸レンズ１枚で構成される簡単な例を示したが、通常複数枚のレンズによって構成されていてもよい。また、交換レンズ部１０１は、フォーカス調整のための機構などを含んでいてもよい。
【００３８】
また、ここでは撮像部１０４としてＣＣＤ撮像素子としたが、これに限定されるものではなく、ＣＭＯＳや他の撮像素子であってもよい。分光部１０６と、分光部１０６を透過後の光を受光する撮像部１０４のエリアの画素数は、分光部１０６が３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの分解能を持っていたとすると、１ｎｍあたり１画素である４００画素以上の画素数を持つことが望ましい。これにより、精度良く分光スペクトルを取得することが可能となる。但し、要求される分光スペクトルの精度が低い場合にはこれに限定されるわけではなく、より低い解像度であってもよい。画像処理部１０７の処理においても、圧縮画像フォーマットはＪＰＥＧに限られるものではなく、ＲＡＷデータでの処理やビットマップ形式など他の形式であっても良く、露出を決定するための手段とのデータ受け渡しなど、ここに挙げた機能のみに限定するものではない。ＲＡＷデータのみで保存する場合には、撮像部１０４のゲインは後からパーソナルコンピュータ上などで処理するため、ホワイトバランス調整部１０９はゲインの変更を行わないこともある。
【００３９】
また、ここでは光学距離変更部１０５を使用しているが、分光部１０６自体でも屈折等が起きることから、分光部１０６のみで透過後の焦点位置が撮像素子１０４の受光面とずらす、あるいは焦点を持たないようにすることも可能である。このように光学距離変更部１０５の機能を分光部と一体化して構成すると、光学距離変更部１０５が不要になり、より簡易な構成で本発明を実現することが可能となる。
【００４０】
また、図４に示す構成を、図１５に示すように変形させてもよい。図１５においては、光学距離変更部１０５は存在しないが、撮像部１０４とは異なる別の撮像部１３１を備えている。撮像光学系１０３と撮像部１０４の距離をａ、撮像光学系１０３と撮像部１３１の距離をｂとすると、ａとｂの距離は異なる距離としている。このように、別の撮像部１３１を備え、この前面側に分光部１０６を配置することで、撮像光学系１０３の焦点面である撮像部１０４上からずらすことが可能となり、前述した構成と同様に分光スペクトルデータを取得することが可能となる。
【００４１】
また、ここでは調整部をホワイトバランス調整部として、得られた環境光の分光スペクトル、あるいは判別した光源の情報をホワイトバランス調整に用いているが、色制御に利用してもよい。たとえば光源に応じた各色変換行列情報を定義したテーブルを備え、光源に応じてこの行列を切り替えて色変換を行うことにより、各光源下における実物と色の見えを一致させる、あるいは光源ごとにより彩度が高く鮮やかな画像に仕上げる等の制御を行う事が可能となる。
【００４２】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態による撮像装置について説明する。なお、第１の実施の形態による撮像装置１００と同様の働きをするものについては同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。図１６は、本発明の第２の実施の形態による撮像装置の一構成例を示す図である。本実施の形態による撮像装置２００は、交換レンズ部１０１と本体部２０１によって構成される。図１６においては、光路と電気信号線とを区別するために、白抜きの太い矢印で光の光路を示しており、細い矢印で電気信号やデータの流れを示している。
【００４３】
交換レンズ部１０１はレンズによって構成される撮像光学系１０３を含む。本体部２０１は画像を取得するＣＣＤ撮像素子である撮像部１０４、ハーフミラーによって構成される光学部材である光分離部２０２、入射した光を波長毎に分解する透過型誘電体多層膜フィルタで構成する分光部１０６、分光部１０６を透過した光を受光し分光スペクトルを取得する撮像部１３１、撮像部１０４から出力する撮像データを画像処理する画像処理部１０７、画像データを保持するデータ保持部１０８、画像処理部１０７から出力される画像データ、撮像部１３１から出力される分光スペクトルデータに基づき撮像部１０４のゲイン調整を行うホワイトバランス調整部１０９によって構成される。
【００４４】
撮影対象からの光は、撮像装置２００における撮像光学系１０３を通して入射し、光分離部２０２によって２つに分けられる。一方は撮像部１０４へ入射し、光電変換を経て画像データとして取得される。他方の光は、分光部１０６へ入射し、ここで波長毎に分光され撮像部１３１に入射する。撮像部１３１は、その画素位置に応じて各波長に対応した強度を取得することになるため、これにより分光スペクトルを得ることができる。ここで取得した分光スペクトルデータは、ホワイトバランス調整部１０９へと送られる。撮像部１０４は取得した撮像データを画像処理部１０７へ送り、画像処理部１０７は画像データをデータ保持部１０８とホワイトバランス調整部１０９へ送る。ホワイトバランス調整部１０９は、画像データと分光スペクトルとから撮像部１０４上の画素毎のゲインを設定する。以下、第１の実施の形態と異なる部分について詳細について説明する。
【００４５】
図１７は本実施の形態による撮像装置２００の構成の詳細を説明する図である。撮像光学系１０３を透過した光は、光分離部２０２によって２つの光に分けられる。一方の光は、撮像部１０４へと入射し、他方の光は分光部１０６を透過することにより分光されて撮像部１３１へと入射する。このとき、図１７に示すように光分離部２０２から撮像部１０４までの距離をａ、光分離部２０２から撮像部１３１までの距離をｂとすると、ａとｂの距離が互いに異なるように配置する。これにより、分光部１０６及び撮像部１３１に入射する光の焦点面は撮像部１３１の受光面とは異なる位置に配置されることとなる。したがって第１の実施の形態と同様ボケた画像、すなわちある一定のエリアの光が入射することとなり、被写体のある一部の分光反射光ではなく、一定エリア全体の光が入射することとなり環境光に近い分光スペクトルを取得することが可能となる。
【００４６】
なお、ａとｂの距離に関しては光学的な距離であり、分光部１０６による影響を踏まえて、撮像素子１３１の受光面と焦点面が一致しないように配置する必要がある。ホワイトバランス調整部１０９は、分光スペクトルデータの入力が撮像部１３１からになる以外、他の構成要素の機能は第１の実施の形態と同様であるため、それらの説明については省略する。
【００４７】
なお、一般的なデジタルカメラなどでは、ファインダーで撮影対象を確認するために光の方向を切替える構成を備えていることもあり、この機能を使用して、分光部１０６、撮像部１０４へ光を導くようにしてもよい。この場合、例えば、ファインダーへ導く光の一部を光学距離を変えて分光部１０６へ導くようにすればよい。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、各実施形態の図における各部品や構成図等は、理解を容易にするために誇張や簡略化を行って記載しており、実際の大きさや比とは異なる。また、本発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラなどの撮像システムに利用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１００、２００・・・撮像装置、１０１・・・交換レンズ部、１０２、２０１・・・本体部、１０３・・・撮像光学系、１０４、１３１・・・撮像部、１０５・・・光学距離変更部、１０６・・・分光部、１０７・・・画像処理部、１０８・・・データ保持部、１０９・・・ホワイトバランス調整部、２０２・・・光分離部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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