(57)【要約】【課題】光学装置において、装着されたフィルタを自動検出できるとともに、検出対象となるフィルタの増加に簡単に対応可能とすること。【解決手段】光源と、該光源からの光を被写体に導く光学系と、該光学系から出射された光の成分を変換するフィルタと該フィルタを保持するための保持部材とを含み、装置本体に着脱可能なフィルタユニット１４と、フィルタユニット１４から出射された光を検出するエリアセンサ１５と、エリアセンサ１５にて検出された光を処理する信号処理部と、を備えた光学装置。フィルタユニット１４は、光源からの光をフィルタの種類に応じて異なる信号光に変換する信号光領域４２を有し、エリアセンサ１５は、信号光を検出するための識別領域５２を有している。信号処理部は、識別領域５２からの信号情報に基づいてフィルタユニット１４の種類を識別する識別手段を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を被写体に導く光学系と、
前記光学系から出射された光の成分を変換するフィルタと該フィルタを保持するための保持部材とを含み、装置本体に着脱可能なフィルタユニットと、
前記フィルタユニットから出射された光を検出するエリアセンサと、
前記エリアセンサにて検出された光を処理する信号処理部と、
を備え、
前記フィルタユニットは、前記光源からの光をフィルタの種類に応じて異なる信号光に変換する信号光領域を有し、
前記エリアセンサは、前記信号光を検出するための識別領域を有し、
前記信号処理部は、前記識別領域からの信号情報に基づいて前記フィルタユニットの種類を識別する識別手段を有すること、
を特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、前記エリアセンサにて検出された前記信号光に基づいて光量を算出する光量算出手段と、算出された光量に基づいて前記光源の発光量を補正する補正手段とを有すること、を特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、前記エリアセンサにて検出された前記信号光に基づいて光量を算出する光量算出手段と、算出された光量に基づいて前記エリアセンサの感度を補正する補正手段とを有すること、を特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、前記エリアセンサにて検出された前記信号光に基づいて光量分布を算出する光量分布算出手段と、算出された光量分布に基づいて前記信号処理部の出力を補正する補正手段とを有すること、を特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、前記エリアセンサにて検出された前記信号光に基づいて光量分布を算出する光量分布算出手段と、算出された光量分布に基づいて前記信号処理部の感度を補正する補正手段とを有すること、を特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、前記識別領域からの信号情報と該信号情報に対応する前記フィルタユニットの種類とを対応させたデータを格納した信号光記憶手段を有すること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光学装置。
【請求項７】
前記フィルタユニットは、被写体の測定光領域と前記信号光領域とが単一の基板に形成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光学装置。
【請求項８】
前記信号光領域は、光を透過させる特定形状のパターン、透過光量が異なる特定のパターン、偏光パターンのいずれかを備えていること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置、特に、フィルタ着脱式のマルチスペクトルカメラなどの光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マルチスペクトルカメラなどの光学装置において、エリアセンサの画素単位で波長による特徴を抽出する技術が注目されている。これらの技術では、フィルタとセンサとの対応関係が重要である。さらに、汎用性を高める必要から、被写体ごとにフィルタを交換するといったフィルタ着脱式が採用されている。例えば、農業の分野では、作物の生育状態、健康状態を撮像して確認する際、作物ごとに必要とする波長が異なるため、撮像ごとにフィルタを交換することになる。
【０００３】
フィルタ着脱式の光学装置において、装置に取り付けられたフィルタの種類を識別する手段として、特許文献１には、識別対象の表面に視認性を高める識別マークを設けることが記載されている。また、特許文献２には、インクカセットに関してであるが、識別対象に取り付けた識別用部材をセンサにて自動検出することが記載されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の識別手段では、目視による識別であって自動的に識別するものではない。特許文献２に記載の識別手段では、一の識別用部材に対して一のセンサが対応するため、センサに対応しない識別用部材を有する識別対象は自動検出されない、即ち、識別対象の数に制約がある。さらに、着脱可能なフィルタの数が多くなると、対応するセンサも増加することになり、装置の大型化、高コスト化を招来する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３０４８７号公報
【特許文献２】特開平９−１２３５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、装着されたフィルタを自動検出できるとともに、検出対象となるフィルタの増加に簡単に対応できる光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態である光学装置は、
光源と、
前記光源からの光を被写体に導く光学系と、
前記光学系から出射された光の成分を変換するフィルタと該フィルタを保持するための保持部材とを含み、装置本体に着脱可能なフィルタユニットと、
前記フィルタユニットから出射された光を検出するエリアセンサと、
前記エリアセンサにて検出された光を処理する信号処理部と、
を備え、
前記フィルタユニットは、前記光源からの光をフィルタの種類に応じて異なる信号光に変換する信号光領域を有し、
前記エリアセンサは、前記信号光を検出するための識別領域を有し、
前記信号処理部は、前記識別領域からの信号情報に基づいて前記フィルタユニットの種類を識別する識別手段を有すること、
を特徴とする。
【０００８】
前記光学装置においては、装着されたフィルタユニットの信号光領域でフィルタの種類に応じて変換された信号光をエリアセンサの識別領域で検出し、信号処理部が識別領域からの信号情報に基づいてフィルタユニットの種類を識別する。それゆえ、装着されたフィルタを自動的に検出可能であり、かつ、着脱可能なフィルタの種類が増加しても、専用のセンサなどを増設することなく、一のエリアセンサによって識別することが可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、装着されたフィルタを自動検出できるとともに、検出対象となるフィルタの増加に簡単に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施例であるマルチスペクトルカメラの概略説明図である。
【図２】フィルタユニットの第１例とエリアセンサとの組合せを示す説明図である。
【図３】フィルタユニットの第２例とエリアセンサとの組合せを示す説明図である。
【図４】フィルタユニットの第３例とエリアセンサとの組合せを示す説明図である。
【図５】制御部を示すブロック図である。
【図６】制御手順の第１例を示すフローチャート図である。
【図７】制御手順の第２例を示すフローチャート図である。
【図８】フィルタユニットにおける信号光領域の種々の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る光学装置の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において、同じ部材、部分については共通する符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
（マルチスペクトルカメラの概略構成、図１参照）
本発明に係る光学装置の一実施例として図１にマルチスペクトルカメラを示す。このマルチスペクトルカメラは、被写体が持つ分光特性の情報を取得することができる光学装置であり、フィルタ着脱式を採用している。図１において、マルチスペクトルカメラ１は、概略、光源１１と、光源１１からの光を被写体１６に導く光源光学系１２と、被写体１６からの光を収束させるコリメート光学系１３と、フィルタユニット１４と、フィルタユニット１４から出射された光を検出するエリアセンサ１５と、で構成されている。カメラ１の基本的な構成、動作及びフィルタユニット１４を着脱するための構成は周知であり、その説明は省略する。
【００１３】
（フィルタユニット及びエリアセンサ、図２〜図４参照）
フィルタユニット１４は、光学系１２から出射されて被写体１６を介して照射された光の成分を変換するフィルタであり、その第１例を図２に、第２例を図３に、第３例を図４にそれぞれ示す。図２に示すフィルタユニット１４は、光を被写体１６の測定に必要な特定成分にのみ制約する測定光領域（カラーフィルタや偏光子など）４１と、光をフィルタの種類に応じて異なる信号光に変換する信号光領域４２と、これらのフィルタ部４１，４２を保持する枠状の保持部材４５とを備えている。測定光領域４１と信号光領域４２とは単一の基板に形成されていることが好ましい。
【００１４】
エリアセンサ１５は、ＣＣＤであり、前記測定光領域４１からの光を受光する測定光検出領域５１と、前記信号光領域４２からの光を受光する信号光検出領域５２とを備えている。測定光領域５１は、被写体１６の映像を取得するための領域である。信号光検出領域５２は、信号光領域４２からの光を検出して測定光領域（フィルタ部）４１の種類を識別するための領域であり、識別領域とも称する。
【００１５】
信号光領域４２は、測定光領域４１の種類によって信号光を生成する部分が異なっており、図２においては、信号光を生成する部分を符号４３で示し、信号光を生成しない領域を符号４４で示している。つまり、信号光生成部分４３が信号光検出領域５２において識別部分５３として生成される。
【００１６】
第２例であるフィルタユニット１４は、図３に示すように、複数種類のそれぞれ異なるフィルタ機能を有する測定光領域４１１，４１２，４１３，４１４をマトリクス状に設けたものである。さらに、信号光領域４２は２辺に設けられている。なお、図示しないが、枠状の保持部材も設けられている。
【００１７】
第３例であるフィルタユニット１４は、図４に示すように、それぞれ異なるフィルタ機能を有する３枚の光学フィルタ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを重ねて配置したものである。フィルタ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃには、それぞれ、測定光領域４１及び信号光領域４２が設けられている。各フィルタ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃごとに信号光生成部分４３が異なっており、それらがエリアセンサ１５の信号光検出領域５２で識別部分５３として生成される。なお、図示しないが、フィルタ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃごとに枠状の保持部材も設けられている。フィルタ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが一つの保持部材に保持されていてもよい。
【００１８】
フィルタユニット１４は、カメラ１に対して、被写体１６の必要に応じて１枚だけが装着されたり、２枚、３枚が同時に装着されたりし、複数種のものが準備されている。実際に装着されたフィルタユニット１４については、それぞれの信号光領域４２に形成されている信号光生成部分４３がエリアセンサ１５の信号光検出領域５２上に形成する識別部分５３に基づいて以下に説明する信号処理部１００にてフィルタユニット１４の種類や枚数が識別される。
【００１９】
（信号処理部、図５参照）
信号処理部１００は、図５に示すように、ＣＰＵ１１３を中心として構成され、半導体メモリであるＲＡＭ／ＲＯＭ１１４とＥＥＰＲＯＭ１１５を備えている。また、ＣＰＵ１１３はインターフェース１１２を介して前記エリアセンサ１５と接続され、かつ、ＰＷＭ回路１１１を介して前記光源１１と接続されている。さらに、信号処理部１００には、ＣＰＵ１１３と接続された以下の回路、即ち、フィルタ枚数識別回路１１６、フィルタ種類識別回路１１７、光量算出回路１１８、発光量制御回路１１９、ＣＣＤ感度制御回路１２０、光量分布算出回路１２１、処理部出力制御回路１２２、及び、処理部感度制御回路１２３を備えている。なお、フィルタ枚数識別回路１１６とフィルタ種類識別回路１１７は、信号処理部１００とは別に設けてもよい。
【００２０】
フィルタ枚数識別回路１１６は、エリアセンサ１５にて検出された信号光に基づいてカメラ１に装着されたフィルタユニット１４の枚数を識別する。フィルタ種類識別回路１１７は、エリアセンサ１５にて検出された信号光に基づいてフィルタユニット１４の種類を識別する。光量算出回路１１８は、エリアセンサ１５にて検出された信号光に基づいて光源１１の光量を算出する。発光量制御回路１１９は、光量算出回路１１８で算出された光量に基づいて光源１１の発光量を補正する、具体的には光源１１への供給電力を制御する。ＣＣＤ感度制御回路１２０は、光量算出回路１１９で算出された光量に基づいてエリアセンサ１５の感度を補正する。
【００２１】
光量分布算出回路１２１は、エリアセンサ１５にて検出された信号光に基づいて光源１１の光量分布を算出する。処理部出力制御回路１２２は、光量分布算出回路１２１で算出された光量分布に基づいて信号処理部１００の出力を補正する。処理部感度制御回路１２３は、光量分布算出回路１２１で算出された光量分布に基づいて信号処理部１００の感度を補正する。
【００２２】
ＥＥＰＲＯＭ１１５には、信号光検出領域（識別領域）５２からの信号情報と該信号情報に対応するフィルタユニット１４の種類とを対応させたデータをテーブルとして格納されている。つまりＥＥＰＲＯＭ１１５は信号光記憶手段としても機能する。
【００２３】
（制御手順、図６及び図７参照）
ここで、前記信号処理部１００による検出動作の制御手順の第１例について図６を参照して説明する。まず、エリアセンサ１５の信号光検出領域５２にて信号光を検出する（ステップＳ１）。検出された信号光のデータは装着されているフィルタユニット１４のそれぞれに対応しており、それらの信号光データはＲＡＭ／ＲＯＭ１１４に一時的に保存される。次に、ＲＡＭ／ＲＯＭ１１４に保存された信号光データに基づいてフィルタ枚数識別回路１１６によってフィルタ枚数を算出する（ステップＳ２）。その後、ＲＡＭ／ＲＯＭ１１４に保存されている信号光データを引き出して、予めＥＥＰＲＯＭ１１５に格納されている信号光とフィルタ種類との対応データを参照することで、フィルタ種類識別回路１１７によってフィルタ種類を識別する（ステップＳ３）。
【００２４】
次に、前記ステップＳ３で識別したフィルタの枚数が前記ステップＳ２で算出した枚数と一致するまでは（ステップＳ４でＮＯ）、前記ステップＳ３を繰り返す。一致した場合は（ステップＳ４でＹＥＳ）、識別したフィルタ情報をＣＰＵ１１３に送信し（ステップＳ５）、検出動作を終了する。
【００２５】
制御手順の第２例について図７を参照して説明する。図７において、ステップＳ１〜Ｓ５については図６で説明したとおりであり、この第２例では補正処理が加わっている。即ち、ステップＳ１で検出した信号光に基づいて光量算出回路１１８によって光源１１の光量を算出する（ステップＳ６）。ここで算出された光量を、ＥＥＰＲＯＭ１１５に予め格納されている光量目標値と比較し、算出光量が適切な光量か否かを判断する（ステップＳ７）。光量が適切であれば（ステップＳ７でＹＥＳ）、ここでの動作を終了する。光量が適切でなければ（ステップＳ７でＮＯ）、発光量制御回路１１９によって、算出光量に基づいて光源１１に供給すべき電力を算出し、この電力を光源１１に供給することで発光量を補正する（ステップＳ８）。
【００２６】
なお、前記ステップＳ６〜Ｓ８と同様の手順で、ＣＣＤ感度制御回路１２０を用いてエリアセンサ１５の感度を補正できる。また、処理部出力制御回路１２２を用いて信号処理部１００の出力を補正でき、処理部感度制御回路１２３を用いて信号処理部１００の感度を補正することができる。
【００２７】
（信号光領域の種々の例、図８参照）
フィルタユニット１４の信号光領域４２に形成される信号光生成部分４３の種々の例を図８に示す。図８（Ａ）は、生成部分４３を光を透過させない円形状のパターンとして測定光領域４１の１辺に設けたものであり、三角形状などその他の形状のパターンであってもよい。図８（Ｂ）は、生成部分４３を光を透過させない四角形状のパターンとして測定光領域４１の４辺に設けたものであり、他の形状のパターンであってもよいことは勿論である。
【００２８】
図８（Ｃ）は、複数の生成部分４３ごとに光の透過率を変えたものであり、例えば、最上部の生成部分４３は透過率０％、上から２番目の生成部分４３は透過率５０％、最下部の生成部分４３は透過率７５％としている。図８（Ｄ）は、複数の生成部分４３ごとに偏光方向を異ならせたものである。図８（Ｅ）は、生成部分４３を光を透過させない四角形状のパターンの中に光を透過させる円形状のパターンを設けたものである。なお、信号生成部分４３の形状、構成は図８に示したもの以外に種々の例を採用できることは勿論である。
【００２９】
（実施例のまとめ）
以上説明した実施例においては、装着されたフィルタユニット１４の測定光を生成する領域４１とは別にフィルタ情報を含む信号光領域４２を設けている。この信号光領域４２でフィルタの種類に応じて変換された信号光をエリアセンサ１５の識別領域５２で検出し、信号処理部１００が識別領域５２からの信号情報に基づいてフィルタユニット１４の種類を識別する。それゆえ、装着されたフィルタを自動的に検出可能であり、かつ、着脱可能なフィルタの種類が増加しても、専用のセンサなどを増設することなく、一のエリアセンサ１５によって識別することが可能である。複数枚のフィルタユニットが装着された場合でも、フィルタユニットごとの信号光がエリアセンサ１５の識別領域５２で重複しないように信号光を生成することで一つのエリアセンサ１５で複数枚のフィルタの種類を識別することができる。
【００３０】
信号処理部１００は、エリアセンサ１５にて検出された信号光に基づいて光量を算出する光量算出手段１１８と、算出された光量に基づいて光源１１の発光量を補正する補正手段１１９とを有している。これにて、光源１１の劣化やフィルタ枚数／種類などに応じて光源１１の発光量を制御でき、エリアセンサ１５にて検出される光量の変化を小さくし、常時安定した測定が可能になる。信号処理部１００は、さらに、光量算出手段１１８で算出された光量に基づいてエリアセンサ１５の感度を補正する補正手段１２０を有している。これにて、光源１１の劣化やフィルタ枚数／種類などに応じてエリアセンサ１５の感度を制御でき、エリアセンサ１５にて検出される光量の変化を小さくし、常時安定した測定が可能になる。
【００３１】
また、信号処理部１００は、エリアセンサ１５にて検出された信号光に基づいて光量分布を算出する光量分布算出手段１２１と、算出された光量分布に基づいて信号処理部１００の出力を補正する補正手段１２２とを有している。これにて、検出した光量分布に基づいて光量分布のばらつきにより発生する測定誤差が小さくなる。信号処理部１００は、さらに、光量分布算出手段１２１で算出された光量分布に基づいて信号処理部１００の感度を補正する補正手段１２３を有している。これにて、検出した光量分布に基づいて光量分布のばらつきにより発生する測定誤差が小さくなる。
【００３２】
また、信号処理部１００は、識別領域５２からの信号情報と該信号情報に対応するフィルタユニット１４の種類とを対応させたデータを格納した信号光記憶手段１１５を有している。信号光にてフィルタの種類を識別することで信号光記憶手段１１５からフィルタ情報を取得できるので、フィルタユニット１４の信号光領域４２にフィルタ情報の詳細を識別するための情報領域を設ける必要がなくなり、信号光領域４２及び識別領域５２をコンパクトに構成できる。
【００３３】
フィルタユニット１４は、被写体１６の測定光領域４１と信号光領域４２とが単一の基板に形成されていることが好ましい。これにて、領域４１，４２を同時に製造することができ、より安価にフィルタユニット１４を製造することができる。また、信号光領域４２は、光を透過させる特定形状のパターン、透過光量が異なる特定のパターン、偏光パターンのいずれかを備えていてもよい。より多くのフィルタ情報を信号光に載せることができる。
【００３４】
（他の実施例）
なお、本発明に係る光学装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００３５】
特に、マルチスペクトルカメラの具体的な構成は任意であり、フィルタユニットやエリアセンサの細部の構成、形状、あるいは、信号処理部の構成なども任意である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明は、マルチスペクトルカメラなどの光学装置に有用であり、特に、装着されたフィルタを自動検出できるとともに、検出対象となるフィルタの増加に簡単に対応できる点で優れている。
【符号の説明】
【００３７】
１…マルチスペクトルカメラ
１１…光源
１２…光源光学系
１３…コリメート光学系
１４…フィルタユニット
１５…エリアセンサ
１６…被写体
４１，４１１，４１２，４１３，４１４…測定光領域
４２…信号光領域
４５…保持部材
５１…測定光検出領域
５２…信号光検出領域
１００…信号処理部
１１３…ＣＰＵ
１１６…フィルタ枚数識別回路
１１７…フィルタ種類識別回路
１１８…光量算出回路
１１９…発光量制御回路
１２０…ＣＣＤ感度制御回路
１２１…光量分布算出回路
１２２…処理部出力制御回路
１２３…処理部感度制御回路
【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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