(57)【要約】  従来よりも汎用性が高く、観察対象物質の状態を可視化し得る撮像装置を提供すること。撮像装置１は、フィルタ部１１１と、受光部１１２と、画像処理部１３とを有する。フィルタ部１１１は、分光透過特性が異なる複数のフィルタを有し、観察対象物質の吸光スペクトル又は蛍光スペクトルに応じた特定の波長帯域の光を透過させる。受光部１１２は、フィルタ部１１１で透過された光を受光し、受光した光を光電変換素子１１２ａによって電気信号に変換して出力する。画像処理部１３は、受光部１１２から出力された電気信号を可視光波長域の信号に変換して表示装置２へ出力する。
2016009925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置において表示可能な可視光波長帯域の一部、又は前記可視光波長帯域外の波長帯域であって、観察対象物質の吸光スペクトル又は蛍光スペクトルに応じた特定波長帯域の光を透過させるフィルタ部と、
前記フィルタ部で透過された光を受光し、受光した光を電気信号に変換する撮像素子を有する受光部と、
前記受光部で変換された電気信号の信号成分を、前記可視光波長帯域における可視光信号に変換して前記表示装置へ出力する画像処理部と、
を備える撮像装置。
【請求項２】
さらに、前記特定波長帯域における波長を含む光を前記観察対象物質に照射する光源を備える、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
さらに、前記観察対象物質に励起光を照射する光源を備える、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記フィルタ部は、分光透過特性が異なる複数のフィルタを有し、
前記複数のフィルタは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタのうちの任意の複数のカラーフィルタと、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタのうちの任意の２つのカラーフィルタを積層した積層フィルタとを含み、
前記画像処理部は、前記積層フィルタを透過した光の信号成分と、前記複数のカラーフィルタの各々を透過した光の信号成分と前記積層フィルタを透過した光の信号成分との差分の各々を前記可視光信号に変換する、請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記フィルタ部は、分光透過特性が異なる複数のフィルタを有し、
前記複数のフィルタは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタのうちの任意の複数のカラーフィルタと、屈折率が異なる複数の誘電体を積層した積層フィルタとを含み、
前記積層フィルタの透過波長域は、近赤外波長域を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
さらに、前記画像処理部から出力された前記可視光信号に基づくカラー画像を表示する表示部を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力される可視光信号に基づく画像を表示する表示装置と、
を備える解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び解析装置に関し、特に、生体物質の観察に用いる撮像装置及び解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、農畜産物、植物、人体等の生体物質の成分や状態を測定するための分光学的手法が多く開発され、農業、医療、美容等の様々な分野で利用されている。生体物質は、近紫外から近赤外の波長の光に対して、特有の吸収波長を有する。観察対象となる生体物質（以下、観察対象物質）に特有の吸収波長が可視光の範囲内であれば、肉眼や通常のカラーカメラによって、その物質の状態を色によって観察することができる。このような例としては、紅葉、果実の成熟度によって変化する色、肌の日焼けやシミなどによる変色等が挙げられる。【０００３】
一方、観察対象物質の吸光波長が可視光領域以外の場合や、複数の観察対象物質の各吸光波長がカラーカメラにおける１つのカラーフィルタの透過波長域に含まれる場合、観察対象物質の状態を色によって区別して観察することができない。【０００４】
このような観察対象物質を可視化する技術としては、任意の波長の光を受光して画像化するハイパースペクトルカメラが知られている（Shippert, P. “Why use Hyperspectral Imagery,” Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 377-380 (2004)、及びGowen, A.A., O’Donnell, C.P., Cullen, P.J., Downey, G., Frias, J.M., “Hyperspectral imaging - an emerging process analytical tool for food quality and safety control.”, Trends in Food Science and Technology 18, 590-598 (2007)参照）。ハイパースペクトルカメラは、プリズム、音響光学素子、液晶レオフィルタ等を用いた分光光学系を備え、５〜１０ｎｍ程度の波長分解能で広範囲の波長域の中から特定の波長成分の反射強度を画像化する。また、光学系における光源の波長域を観察対象物質の吸光波長に合わせて撮影する技術（Tatsuya Yoshida, Haruhiro Inoue, MD, Shinsuke Usui, MD, Hitoshi Satodate, Norio Fukami, Shin-ei Kudo, MD, “Narrow-band imaging system with magnifying endoscopy for superficial esophageal lesions”, Gastrointestinal Endoscopy、Vol.59, Issue2, February 2004, page 288参照）や、カメラのフィルタ側に観察対象物質の吸光波長を透過する光学フィルタを取り付けて可視化する技術（特開２０１０−２１７８８２号公報参照）等も提案されている。
【発明の開示】
【０００５】
ハイパースペクトルカメラは、観察対象物質の光の吸収特性を特定し、その成分や状態を観察することができるが、機構が複雑で高価であるため研究用途に限られる。また、上記非特許文献３及び特許文献１の技術は、光源やカメラの外部に取り付けられたカラーフィルタに工夫を凝らしているが、イメージングデバイスとして、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）の一般的なカラーフィルタを用いたカラーカメラが用いられている。そのため、ＲＧＢフィルタの透過波長域内における観察対象物質の吸収スペクトルの変化しか観察することができない。また、複数の観察対象物質の各吸光波長が１つのカラーフィルタの透過波長域に含まれる場合、各観察対象物質の状態を色によって区別することができない。
【０００６】
本発明は、従来よりも汎用性が高く、観察対象物質の状態を可視化し得る技術を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明に係る撮像装置は、表示装置において表示可能な可視光波長帯域の一部、又は前記可視光波長帯域外の波長帯域であって、観察対象物質の吸光スペクトル又は蛍光スペクトルに応じた特定波長帯域の光を透過させるフィルタ部と、前記フィルタ部で透過された光を受光し、受光した光を電気信号に変換する撮像素子を有する受光部と、前記受光部で変換された電気信号の信号成分を、前記可視光波長帯域における可視光信号に変換して前記表示装置へ出力する画像処理部と、を備える。
【０００８】
本発明の構成によれば、従来と比べて汎用性が高く、観察対象物質の状態を可視化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態における撮像装置の構成例を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示す撮像装置の機能ブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２に示す撮像部の断面を表す模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第１実施形態のフィルタの配置例を示す模式図である。
【図４】図４は、第１実施形態における撮像装置のスペクトル特性を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、埃と細菌の蛍光スペクトルを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、スギ花粉の蛍光スペクトルを示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第２実施形態における撮像部の断面を表す模式図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第２実施形態のフィルタの配置例を示す模式図である。
【図７】図７は、第２実施形態における撮像装置のスペクトル特性を示す図である。
【図８】図８は、クロロフィルの吸光スペクトルを示す図である。
【図９】図９は、第２実施形態の適用例の撮像装置の構成例を示す模式図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第３実施形態における撮像部の断面を表す模式図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第３実施形態のフィルタの配置例を示す模式図である。
【図１１】図１１は、第３実施形態における撮像装置のスペクトル特性を示す図である。
【図１２】図１２は、第４実施形態における撮像装置１の機能ブロック図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、第４実施形態における撮像部の断面を表す模式図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、第４実施形態のフィルタの配置例を示す模式図である。
【図１４】図１４は、第４実施形態における誘電体多層膜の構成例を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、第４実施形態のフィルタの分光透過特性を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、第４実施形態における撮像装置のスペクトル特性を示す図である。
【図１６】図１６は、第４実施形態の適用例１の撮像装置の構成例を示す模式図である。
【図１７】図１７は、第４実施形態の適用例２の撮像装置の構成例を示す模式図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、変形例（１）における撮像部の断面を表す模式図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、変形例（１）のフィルタの配置例を示す模式図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、変形例（２）における撮像部の断面を表す模式図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、変形例（２）のフィルタの配置例を示す模式図である。
【図２０】図２０は、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る撮像装置は、表示装置において表示可能な可視光波長帯域の一部、又は前記可視光波長帯域外の波長帯域であって、観察対象物質の吸光スペクトル又は蛍光スペクトルに応じた特定波長帯域の光を透過させるフィルタ部と、前記フィルタ部で透過された光を受光し、受光した光を電気信号に変換する撮像素子を有する受光部と、前記受光部で変換された電気信号の信号成分を、前記可視光波長帯域における可視光信号に変換して前記表示装置へ出力する画像処理部と、を備える（第１の構成）。
【００１１】
第１の構成によれば、フィルタ部は、表示装置における可視光波長帯域の一部、又は、可視光波長帯域外の波長帯域において、観察対象物質の吸光又は蛍光特性に応じた特定波長帯域の光を透過させる。フィルタ部を透過した光の電気信号の信号成分は、画像処理部により、表示装置における可視光波長帯域の信号成分として表示装置へ出力される。つまり、観察対象物質の吸光又は蛍光波長が、可視光波長帯域の一部の波長帯域や可視光波長帯域外の波長帯域であっても、可視光波長帯域における可視光信号として表示装置に表示させることができる。そのため、ハイパースペクトルカメラのような複雑な光学系を備えることなく、各観察対象物質の状態を可視化することが可能となる。
【００１２】
第２の構成は、第１の構成において、さらに、前記特定の波長帯域における波長を含む光を前記観察対象物質に照射する光源を備えることとしてもよい。
【００１３】
第２の構成によれば、光源を用いない場合と比べ、観察対象物質による特定の波長帯域の光の吸収の変化をより明確に可視化することができる。
【００１４】
第３の構成は、第１の構成において、さらに、前記観察対象物質に励起光を照射する光源を備えることとしてもよい。
【００１５】
第３の構成によれば、光源を用いない場合と比べ、観察対象物質による特定の波長帯域の蛍光の吸収の変化をより明確に可視化することができる。
【００１６】
第４の構成は、第１から第３のいずれかの構成において、前記フィルタ部は、分光透過特性が異なる複数のフィルタを有し、前記複数のフィルタは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタのうちの任意の複数のカラーフィルタと、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタのうちの任意の２つのカラーフィルタを積層した積層フィルタとを含み、前記画像処理部は、前記積層フィルタを透過した光の信号成分と、前記複数のカラーフィルタの各々を透過した光の信号成分と前記積層フィルタを透過した光の信号成分との差分の各々を前記可視光信号に変換することとしてもよい。
【００１７】
第４の構成によれば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタのうち、複数のカラーフィルタを透過した波長成分から、積層フィルタの波長成分、つまり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタのうち任意の２つのカラーフィルタの透過波長域が重なる波長成分を分離した可視光信号を出力することができる。そのため、２つのカラーフィルタの透過波長域において吸光又は蛍光特性を有する観察対象物質の状態をより明確に可視化することができる。
【００１８】
第５の構成は、第１から第３のいずれかの構成において、前記フィルタ部は、分光透過特性が異なる複数のフィルタを有し、前記複数のフィルタは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタのうちの任意の複数のカラーフィルタと、屈折率が異なる複数の誘電体を積層した積層フィルタとを含み、前記積層フィルタの透過波長域は、近赤外波長域を含む、こととしてもよい。
【００１９】
第５の構成によれば、積層フィルタは近赤外波長域の光を透過させることができるので、観察対象物質の吸光波長が近赤外波長域である場合であっても、観察対象物質の状態を表示装置において可視化することができる。また、カラーフィルタとして有機材料を用いる場合、選択した有機材料によって透過波長が限定されるが、誘電体を用いることで、誘電体の材料や積層構造によって有機材料よりも選択的に透過波長を作り出すことが可能となる。
【００２０】
第６の構成は、第１から第５のいずれかの構成において、さらに、前記画像処理部から出力された前記可視光信号に基づくカラー画像を表示する表示部を備えることとしてもよい。第６の構成によれば、観察対象物質の状態をカラー画像によって確認することができる。
【００２１】
第７の構成は、第４の構成において、前記任意の複数のカラーフィルタは、Ｇ（緑）及びＢ（青）のカラーフィルタを含み、前記任意の２つのカラーフィルタは、Ｇ（緑）及びＢ（青）のカラーフィルタであることとしてもよい。第７の構成によれば、Ｇ（緑）とＢ（青）のカラーフィルタを透過した波長成分から、Ｇ（緑）とＢ（青）のカラーフィルタの透過波長域が重なる波長成分を分離した可視光信号を出力することができる。その結果、Ｇ（緑）とＢ（青）の波長の分解能が向上し、Ｇ（緑）とＢ（青）の波長域に吸光又は蛍光特性を有する観察対象物質の状態を明確に可視化することができる。
【００２２】
第８の構成は、第４の構成において、前記任意の複数のカラーフィルタは、Ｒ（赤）及びＧ（緑）のカラーフィルタを含み、前記任意の２つのカラーフィルタは、Ｒ（赤）及びＧ（緑）のカラーフィルタであることとしてもよい。第８の構成によれば、Ｒ（赤）とＧ（緑）のカラーフィルタを透過した波長成分から、Ｒ（赤）とＧ（緑）のカラーフィルタの透過波長域が重なる波長成分を分離した可視光信号を出力することができる。その結果、Ｒ（赤）とＧ（緑）の波長の分解能が向上し、Ｒ（赤）とＧ（緑）の波長域に吸光又は蛍光特性を有する観察対象物質の状態を明確に可視化することができる。
【００２３】
第９の構成は、第４の構成において、前記任意の複数のカラーフィルタは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、及びＢ（青）のカラーフィルタを含み、前記任意の２つのカラーフィルタは、Ｒ（赤）及びＢ（青）のカラーフィルタであることとしてもよい。第９の構成によれば、Ｒ（赤）とＢ（青）の波長域が重なる波長域と、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、及びＢ（青）の各波長域の光を透過させることができるので、観察対象物質の状態と観察対象物質そのものを可視化することができる。
【００２４】
第１０の構成は、第５の構成において、前記任意の複数のカラーフィルタは、Ｒ（赤）及びＢ（青）のカラーフィルタを含み、さらに、前記フィルタ部の前に可視光カットフィルタを備えることとしてもよい。第１０の構成によれば、フィルタ部は近赤外波長域の光しか透過しないため、近赤外波長域に吸光波長を有する観察対象物質の状態をより明確に可視化することができる。
【００２５】
本発明の一実施形態に係る解析装置は、第１から第１０のいずれかの構成の撮像装置と、前記撮像装置から出力される可視光信号に基づく画像を表示する表示装置と、を備える。（第１１の構成）
【００２６】
第１１の構成によれば、撮像装置は、表示装置における可視光波長帯域の一部、又は、可視光波長帯域外の波長帯域において、観察対象物質の吸光又は蛍光特性に応じた特定波長帯域の光を透過させ、透過した光の電気信号の信号成分を可視光波長帯域における可視光信号として表示装置に出力する。表示装置は、撮像装置から出力される可視光信号に基づいて画像を表示する。そのため、観察対象物質の吸光又は蛍光波長が、可視光波長帯域の一部の波長帯域や可視光波長帯域外の波長帯域であっても、可視光波長帯域における信号成分として表示装置に表示させることができる。そのため、ハイパースペクトルカメラのような複雑な光学系を備えることなく、観察対象物質の状態を可視化し、観察対象物質の状態を観察することができる。
【００２７】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２８】
＜第１実施形態＞
（構成）
図１は、本実施形態における撮像装置の構成例を示す模式図である。図２は、図１に示す撮像装置１の機能ブロック図である。以下、撮像装置の構成について、図１及び図２を用いて説明する。
【００２９】
図１及び図２に示すように、撮像装置１は、撮像部１１、光源１２、及び画像処理部１３を備える。撮像部１１は、観察対象物質３の吸光スペクトル又は蛍光スペクトルに応じた特定波長帯域の光を画素ごとに受光して電気信号に変換する。光源１２は、特定波長帯域の光を観察対象物質３へ照射する。画像処理部１３は、撮像部１１及び表示装置２と電気的に接続されている。画像処理部１３は、撮像部１１から出力される画素ごとの電気信号を、表示装置２において表示可能な可視光波長域の信号(可視光信号)に変換し、表示装置２に出力する。
【００３０】
表示装置２は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等で構成される。表示装置２は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画素を複数備える表示パネルと、各画素を駆動するための駆動回路を有する（いずれも図示略）。表示装置２は、撮像装置１から可視光信号を受け取り、その可視光信号に基づいて各画素を駆動してカラー画像を表示する。
【００３１】
次に、撮像装置１の各部について具体的に説明する。図２において、撮像部１１は、画素ごとに、フィルタ部１１１と、受光部１１２とを有する。フィルタ部１１１は、有機フィルタ１１１ａを有する。有機フィルタ１１１ａは、有機顔料を色材とするＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタのうちの任意の２つのカラーフィルタによって構成されている。
【００３２】
受光部１１２は、信号処理部１１２ａ、及び光電変換素子１１２ｂを有する。光電変換素子１１２ｂは、フォトダイオード等で構成され、入射した光の受光量に応じた電荷を蓄積する。信号処理部１１２ａは、光電変換素子１１２ｂで蓄積された電荷の量に応じた電気信号を画像処理部１３に出力する。なお、本実施形態では、画素ごとに信号処理部１１２ａが設けられ、画素ごとに電荷に応じた電気信号を出力するが、信号処理部１１２ａは画素ごとに設けられていなくてもよい。例えば、信号処理部１１２ａは、複数の列の各画素の光電変換素子１１２ｂによって変換された電荷を並行して転送し、各列の電荷に応じた電気信号を画像処理部１３に順次出力してもよい。
【００３３】
図３Ａは、撮像部１１の断面を模式的に表した断面図である。図３Ａに示すように、撮像部１１は、画素１１ｐ＿１、１１ｐ＿２、１１ｐ＿３の各々に、有機フィルタ１１１ａと、信号処理部１１２ａと、光電変換素子１１２ｂとが積層されて構成されている。なお、図３Ａでは図示を省略するが、有機フィルタ１１１ａの上部には、観察対象物質３からの光を集光するマイクロレンズ（図示略）が配置されている。
【００３４】
有機フィルタ１１１ａは、マイクロレンズ（図示略）で集光された光のうち、観察対象物質３の吸光スペクトル又は蛍光スペクトルに応じた特定波長帯域の光を透過させる。本実施形態において、観察対象物質３は、４００〜５５０ｎｍにおいて吸光又は蛍光波長を有する。
【００３５】
有機フィルタ１１１ａは、カラーフィルタ１１１ａ＿Ｇ及び１１１ａ＿Ｂと、積層フィルタ１１１ａ＿ＢＧを含み、３５０〜６５０ｎｍの波長域の光を透過させる。以下、カラーフィルタ１１１ａ＿Ｇ及び１１１ａ＿Ｂと、積層フィルタ１１１ａ＿ＢＧとを、フィルタ１１１ａ＿Ｇ、１１１ａ＿Ｂ、１１１ａ＿ＢＧと称する。
【００３６】
フィルタ１１１ａ＿Ｇは、４５０〜６００ｎｍの緑の波長帯域の光を透過させる。フィルタ１１１ａ＿Ｂは、３５０〜５００ｎｍの青の波長帯域の光を透過させる。フィルタ１１１ａ＿ＢＧは、フィルタ１１１ａ＿Ｇの上にフィルタ１１１ａ＿Ｂが積層されて構成されている。フィルタ１１１ａ＿ＢＧは、フィルタ１１１ａ＿Ｇとフィルタ１１１ａ＿Ｂの透過波長域が重なる、４５０〜５００ｎｍの波長帯域の光を透過させる。
【００３７】
マイクロレンズ（図示略）で集光された光は、フィルタ１１１ａ＿Ｇ、１１１ａ＿Ｂ、及びフィルタ１１１ａ＿ＢＧによって分光され、受光部１１２に入射する。
【００３８】
なお、図３Ａでは、説明の便宜上、フィルタ１１１ａ＿Ｇ、１１１ａ＿Ｂ、１１１ａ＿ＢＧを横に並べて配置された画素の例を示しているが、フィルタ１１１ａ＿Ｇ、１１１ａ＿ＢＧ、１１１ａ＿Ｂは、ベイヤ配列（Ｒ×１、Ｇ×２、Ｂ×１）に対応させて配置されるものとする。つまり、図３Ｂに示すように、撮像部１１における画素群において、ベイヤ配列のＲに対応する画素１１ｐ＿Ｒにフィルタ１１１ａ＿Ｇを配置し、ベイヤ配列のＧに対応する画素１１ｐ＿Ｇにフィルタ１１１ａ＿ＢＧを配置する。また、ベイヤ配列のＢに対応する画素１１ｐ＿Ｂにフィルタ１１１ａ＿Ｂを配置する。
【００３９】
図２に戻り、説明を続ける。光源１２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）で構成され、フィルタ部１１１の透過波長域（３５０〜６００ｎｍ）にピーク波長を有する光を照射する。
【００４０】
画像処理部１３は、例えばＰＣ（Personal Computer）等で構成され、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ(Random Access Memory)及びＲＯＭ(Read Only Memory)を含むメモリとを有する。画像処理部１３は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、信号変換部１３１と表示制御部１３２の各機能を実現する。
【００４１】
信号変換部１３１は、図３Ｂに示す４つの画素を１組とし、画素１１ｐ＿Ｒ、１１ｐ＿Ｇ、１１ｐ＿Ｂの信号成分を以下の式（１）〜（３）によって変換する。
【００４２】
Ｉｂ−Ｉｂｇ＝Ｂ  ・・・式（１）
Ｉｂｇ＝Ｇ        ・・・式（２）
Ｉｇ−Ｉｂｇ＝Ｒ  ・・・式（３）
【００４３】
なお、上記Ｉｂは、フィルタ１１１ａ＿Ｂが配置された画素１１ｐ＿Ｂから出力される信号成分である。上記Ｉｂｇは、フィルタ１１１ａ＿ＢＧが配置された画素１１ｐ＿Ｇから出力される信号成分である。また、上記Ｉｇは、フィルタ１１１ａ＿Ｇが配置された画素１１ｐ＿Ｒから出力される信号成分である。
【００４４】
つまり、フィルタ１１１ａ＿Ｂを透過した青の波長成分から、フィルタ１１１ａ＿ＢＧを透過した波長成分、すなわち、青の波長帯域と重なる緑の波長成分を減算した結果を、表示装置２におけるＢ信号成分として出力する。また、フィルタ１１１ａ＿Ｇを透過した緑の波長成分から、フィルタ１１１ａ＿ＢＧを透過した波長成分、すなわち、緑の波長帯域と重なる青の波長成分を減算した結果を、表示装置２におけるＲ信号成分として出力する。そして、フィルタ１１１ａ＿ＢＧを透過した波長成分、すなわち、青と緑の波長帯域が重なる波長成分を、表示装置２におけるＧ信号成分として出力する。
【００４５】
図４は、上記変換処理後の各信号成分のスペクトル特性を示す図である。図４において、破線で示す波形はＲ信号成分、一点鎖線で示す波形はＧ信号成分、実線で示す波形はＢ信号成分を表している。
【００４６】
図４に示すように、Ｂ信号成分のスペクトル特性は、４２０ｎｍ近傍のピーク波長を有し、４００〜４８０ｎｍと６３０〜６８０ｎｍの波長域を有する。Ｇ信号成分のスペクトル特性は、５００ｎｍ近傍のピーク波長を有し、４５０〜５５０ｎｍの波長域を有する。また、Ｒ画素のスペクトル特性は、５５０ｎｍ近傍のピーク波長を有し、５００〜７００ｎｍの波長域を有する。
【００４７】
従来のＲＧＢのカラーフィルタを用いたカラーカメラの場合、４５０〜５００ｎｍにおいてＢとＧの透過波長域が重なるため、この波長域に、観察対象物質３の状態に応じた吸光又は蛍光特性がある場合、観察対象物質３の状態を色によって区別することができない。本実施形態では、図４のスペクトル特性に示すように、４５０〜５００ｎｍの波長域において、ＢよりもＧの透過率が高いため、この波長域に観察対象物質３の状態に応じた吸光又は蛍光特性がある場合であっても、観察対象物質３の状態を色によって区別することができる。なお、図４に示すスペクトル特性では、４００〜６００ｎｍの波長帯域の他に、６３０ｎｍ以降の波長帯域に透過特性を有する。そのため、必要に応じて、例えば赤外線カットフィルタを撮像部１１の前に配置し、６３０ｎｍ以降の波長域の光を透過させないようにしてもよい。
【００４８】
図２に戻り、説明を続ける。表示制御部１３２は、信号変換部１３１によって変換されたＲ，Ｇ，Ｂの信号成分の各々を、表示装置２におけるＲ，Ｇ，Ｂの各波長帯域に割り当てる。そして、表示制御部１３２は、割り当て後のＲ，Ｇ，Ｂの各信号成分を、表示装置２におけるＲ、Ｇ、Ｂの各画素の信号として出力する。
【００４９】
（適用例）
次に、本実施形態における撮像装置１の適用例について説明する。本適用例では、紫外光によって励起する埃、大腸菌やサルモネラ菌等の細菌、スギ花粉を観察対象物質３とし、埃、細菌、スギ花粉を区別して可視化する例を説明する。
【００５０】
図５Ａは、埃と細菌の蛍光スペクトルを示す図であり、図５Ａにおいて、二点鎖線は埃の蛍光スペクトル、破線と実線はサルモネラ菌と大腸菌の蛍光スペクトルを示している。また、図５Ｂは、スギ花粉の蛍光スペクトルを示している。
【００５１】
本適用例では、光源１２として、３５０〜３７０ｎｍ付近にピーク波長を有する紫外光を照射するＬＥＤを用いる。これにより、上記各観察対象物質３を励起させることができる。
【００５２】
スギ花粉の蛍光特性は、図５Ｂに示すように、４８０ｎｍ近傍にピーク波長を有し、４５０〜７００ｎｍの波長域を有する。従って、スギ花粉は、撮像装置１におけるＧ信号及びＲ信号で表され、赤味がかった緑色のスギ花粉の画像が表示装置２に表示される。
【００５３】
また、埃の蛍光特性は、図５Ａに示すように、４５０ｎｍ近傍のピーク波長を有し、４００〜４７０ｎｍの波長域を有する。従って、埃は、撮像装置１において、Ｂ信号成分とＧ信号成分で表され、青味を帯びた緑色の埃の画像が表示装置２に表示される。
【００５４】
また、大腸菌やサルモネラ菌等の細菌は、図５Ａに示すように、ピーク波長が４８０〜５００ｎｍ付近であり、４５０〜５５０ｎｍの波長域を有する。従って、細菌は、Ｇ信号成分で表され、緑色の細菌の画像が表示装置２に表示される。
【００５５】
なお、上記適用例では、埃、細菌、スギ花粉を撮像する例を説明したが、例えば、観察対象物質３として稲を撮像し、稲の成熟状態を可視化してもよい。稲は、その成熟度合によってタンパク質の含有量が変化する。タンパク質の含有量は、４００〜４６０ｎｍ付近のクロロフィルの反射率と、４６０〜５１０ｎｍ付近のカロテンの反射率との比の間に高い相関性を有することが知られている。
【００５６】
そのため、撮像装置１で稲を撮像することにより、表示装置２において、稲に含まれるクロロフィルの状態を青色、稲に含まれるカロテンの状態を緑色で表すことができる。稲におけるクロロフィルとカロテンが可視化されることによって、稲に含まれるタンパク質の状態を観察することができ、タンパク質の状態から稲の成熟度合を推定することができる。
【００５７】
＜第２実施形態＞
上述した第１実施形態では、有機フィルタ１１１ａをＢとＧのカラーフィルタによって構成する例について説明した。本実施形態では、第１実施形態とは異なる有機フィルタ１１１ａの構成例について説明する。以下、本実施形態における撮像装置について、第１実施形態と異なる構成を主に説明する。
【００５８】
図６Ａは、本実施形態における撮像部の断面を模式的に表した断面図である。この図において第１実施形態と同じ構成には第１実施形態と同様の符号を付している。
【００５９】
本実施形態において、観察対象物質３は、４５０〜７００ｎｍにおいて吸光又は蛍光波長を有し、撮像部におけるフィルタ部は、４５０〜７００ｎｍの波長域の光を透過させる。具体的には、図６Ａに示すように、本実施形態における撮像部１１Ａは、有機フィルタ１１１ａとして、積層フィルタ１１１ａ＿ＧＲと、カラーフィルタ１１１ａ＿Ｇ及び１１１ａ＿Ｒとを備える。以下、積層フィルタ１１１ａ＿ＧＲとカラーフィルタ１１１ａ＿Ｇ及び１１１ａ＿Ｒを、フィルタ１１１ａ＿ＧＲ、１１１ａ＿Ｇ、１１１ａ＿Ｒと称する。
【００６０】
フィルタ１１１ａ＿Ｇは、４５０〜６００ｎｍの波長帯域の光を透過させる。フィルタ１１１ａ＿Ｒは、５５０〜７００ｎｍの波長帯域の光を透過させる。フィルタ１１１ａ＿ＧＲは、フィルタ１１１ａ＿Ｒの上にフィルタ１１１ａ＿Ｇが積層されて構成されている。フィルタ１１１ａ＿ＧＲは、フィルタ１１１ａ＿Ｇとフィルタ１１１ａ＿Ｒの透過波長域が重なる、５５０〜６００ｎｍの波長帯域の光を透過させる。従って、この例におけるフィルタ部１１１の透過波長域は４５０〜７００ｎｍである。
【００６１】
図６Ａでは、説明の便宜上、フィルタ１１１ａ＿ＧＲ、１１１ａ＿Ｇ、１１１ａ＿Ｒを横に並べて配置された画素の例を示しているが、フィルタ１１１ａ＿ＧＲ、１１１ａ＿Ｇ、１１１ａ＿Ｒは、ベイヤ配列（Ｒ×１、Ｇ×２、Ｂ×１）に対応させて配置されるものとする。つまり、図６Ｂに示すように、ベイヤ配列のＲに対応する画素１１ｐ＿Ｒにフィルタ１１１ａ＿Ｒを配置し、ベイヤ配列のＧに対応する画素１１ｐ＿Ｇにフィルタ１１１ａ＿ＧＲを配置し、ベイヤ配列のＢに対応する画素１１ｐ＿Ｂにフィルタ１１１ａ＿Ｇを配置する。
【００６２】
本実施形態における光源１２（図２参照）は、フィルタ部１１１の透過波長域（４５０〜７００ｎｍ）にピーク波長を有する光を照射する。
【００６３】
また、画像処理部１３における信号変換部１３１（図２参照）は、図６Ｂに示す４画素を１組とし、画素１１ｐ＿Ｒ、１１ｐ＿Ｇ、１１ｐ＿Ｂの信号成分を以下の式（４）〜（６）によって変換する。
【００６４】
Ｉｇ−Ｉｇｒ＝Ｂ  ・・・式（４）
Ｉｇｒ＝Ｇ        ・・・式（５）
Ｉｒ−Ｉｇｒ＝Ｒ  ・・・式（６）
【００６５】
なお、上記Ｉｒは、フィルタ１１１ａ＿Ｒが配置された画素１１１ａ＿Ｒから出力される信号成分である。上記Ｉｇｒは、フィルタ１１１ａ＿ＧＲが配置された画素１１ｐ＿Ｇから出力される信号成分である。上記Ｉｇは、フィルタ１１１ａ＿Ｇが配置された画素１１ｐ＿Ｂから出力される信号成分である。
【００６６】
つまり、本実施形態では、フィルタ１１１ａ＿Ｇを透過した緑の波長成分から、フィルタ１１１ａ＿ＧＲを透過した波長成分、すなわち、緑の波長帯域と重なる赤の波長成分を減算した結果を表示装置２におけるＢ信号成分とする。また、フィルタ１１１ａ＿Ｒを透過した赤の波長成分から、フィルタ１１１ａ＿ＧＲを透過した波長成分、すなわち、赤の波長帯域と重なる緑の波長成分を減算した結果を表示装置２におけるＲ信号成分とする。そして、フィルタ１１１ａ＿ＧＲを透過した波長成分、すなわち、赤と緑の波長帯域が重なる波長成分を表示装置２におけるＧ信号成分とする。
【００６７】
図７は、上記変換処理後の信号成分のスペクトル特性を示す図である。図７において、破線で示す波形はＲ信号成分、一点鎖線で示す波形はＧ信号成分、実線で示す波形はＢ信号成分を表している。
【００６８】
図７に示すように、Ｂ信号成分のスペクトル特性は、５６０ｎｍ近傍のピーク波長を有し、４８０〜６００ｎｍの波長域を有する。Ｇ信号成分のスペクトル特性は、５９０ｎｍ近傍のピーク波長を有し、４６０〜６３０ｎｍの波長域を有する。また、Ｒ信号成分のスペクトル特性は、ピーク波長が６６０ｎｍ近傍であり、５８０〜７００ｎｍの波長域を有する。
【００６９】
(適用例)
本実施形態における撮像装置１は、植物の葉の変化の観察に用いることができる。図８は、植物の葉に含まれるクロロフィルの吸光スペクトルを示す図である。図８に示すように、クロロフィルの吸光スペクトルは、４２０ｎｍ付近と６８０ｎｍ付近にピーク波長を有する。クロロフィルのピーク波長６８０ｎｍは、図７に示すように、Ｒ信号のスペクトル範囲に含まれるため、クロロフィルの変化をＲ信号成分で表すことができる。植物の状態や果実の生育状態に応じてわずかに変化する色を肉眼や通常のカラーカメラで観察することは困難であるが、クロロフィルを可視化することにより、植物の状態や果実の生育状態のわずかな変化も観察することができる。
【００７０】
なお、植物のクロロフィルの含有量に応じた色の変化をより強調するために、クロロフィルの吸光波長に応じた光を観察対象物質３に照射して撮像してもよい。図９は、この場合における撮像装置の構成例を示す模式図である。
【００７１】
図９において、撮像装置１Ａは、光源１２として、白色ＬＥＤで構成される光源１２Ａ＿１と、６６０〜６８０ｎｍにピーク波長を有する光源１２Ａ＿２とを備える。また、撮像装置１Ａにおいて、光源１２Ａ＿１の前方には、例えば５８０ｎｍ以下の光を透過させる長波長カットフィルタ１４が設置されている。
【００７２】
長波長カットフィルタ１４を設置することにより、光源の赤色成分は光源１２Ａ＿２が発する光の波長成分に絞られる。クロロフィルの吸収波長と光源１２Ａ＿２の波長とが重なるため、Ｒ信号成分によって、クロロフィルによる赤色成分の光の吸収の変化を捉えることができ、植物の状態の変化をより明確に表示させることができる。
【００７３】
＜第３実施形態＞
上述した第１実施形態及び第２実施形態では、可視光波長領域における一部の波長の光を透過させる有機フィルタ１１１ａの構成例を説明した。本実施形態では、近赤外の波長域の光を透過させる有機フィルタ１１１ａの構成例について説明する。以下、本実施形態における撮像装置について、第２実施形態と異なる構成を主に説明する。
【００７４】
図１０Ａは、本実施形態における撮像部の断面を模式的に表した断面図である。この図において第２実施形態と同じ構成には第１実施形態と同様の符号を付している。
【００７５】
本実施形態では、観察対象物質３は、５００〜１０００ｎｍにおいて吸光又は蛍光波長を有し、撮像部におけるフィルタ部は、５００〜１０００ｎｍの波長域の光を透過させる。具体的には、図１０Ａに示すように、本実施形態における撮像部１１Ｂは、有機フィルタ１１１ａとして、積層フィルタ１１１ａ＿ＢＲと、カラーフィルタ１１１ａ＿Ｇ及び１１１ａ＿Ｒとを備える。積層フィルタ１１１ａ＿ＢＲは、フィルタ１１１ａ＿Ｒの上にフィルタ１１１ａ＿Ｂが積層されたフィルタであり、フィルタ１１１ａ＿Ｂとフィルタ１１１ａ＿Ｒの双方を透過する８００〜１０００ｎｍの波長帯域の光を透過させる。以下、積層フィルタ１１１ａ＿ＢＲと、カラーフィルタ１１１ａ＿Ｇ及び１１１ａ＿Ｒを、フィルタ１１１ａ＿ＢＲ、１１１ａ＿Ｇ、１１１ａ＿Ｒと称する。
【００７６】
図１０Ａでは、説明の便宜上、フィルタ１１１ａ＿ＢＲ、１１１ａ＿Ｇ、１１１ａ＿Ｒを横に並べて配置された画素の例を示しているが、フィルタ１１１ａ＿ＢＲ、１１１ａ＿Ｇ、１１１ａ＿Ｒは、ベイヤ配列（Ｒ×１、Ｇ×２、Ｂ×１）に対応させて配置されるものとする。つまり、図１０Ｂに示すように、ベイヤ配列のＲに対応する画素１１ｐ＿Ｒにフィルタ１１１ａ＿ＢＲを配置し、ベイヤ配列のＧに対応する画素１１ｐ＿Ｇにフィルタ１１１ａ＿Ｒを配置し、ベイヤ配列のＢに対応する画素１１ｐ＿Ｂにフィルタ１１１ａ＿Ｇを配置する。
【００７７】
また、画像処理部１３における信号変換部１３１（図２参照）は、図１０Ｂに示す４画素を１組とし、画素１１ｐ＿Ｒ、１１ｐ＿Ｇ、１１ｐ＿Ｂの信号成分を以下の式（７）〜（９）によって変換する。
【００７８】
Ｉｇ−Ｉｂｒ＝Ｂ  ・・・式（７）
Ｉｒ−Ｉｂｒ＝Ｇ  ・・・式（８）
Ｉｂｒ＝Ｒ        ・・・式（９）
【００７９】
なお、上記Ｉｂｒは、フィルタ１１１ａ＿ＢＲが配置された画素１１ｐ＿Ｒから出力される信号成分を示している。
【００８０】
つまり、本実施形態では、フィルタ１１１ａ＿Ｇを透過した緑の波長成分から、フィルタ１１１ａ＿ＢＲを透過した波長成分、すなわち、緑の波長帯域と重なる赤と青の積層波長成分を減算した結果を表示装置２におけるＢ信号成分とする。また、フィルタ１１１ａ＿Ｒを透過した赤の波長成分から、フィルタ１１１ａ＿ＢＲを透過した波長成分、すなわち、赤の波長帯域と重なる赤と青の積層波長成分を減算した結果を表示装置２におけるＧ信号成分とする。そして、フィルタ１１１ａ＿ＢＲを透過した波長成分、すなわち、赤と青の波長帯域が重なる波長成分を表示装置２におけるＲ信号成分とする。
【００８１】
図１１は、上記変換処理後の各信号成分のスペクトル特性を示す図である。図１１において、破線で示す波形はＲ信号成分、一点鎖線で示す波形はＧ信号成分、実線で示す波形はＢ信号成分を表している。
【００８２】
図１１に示すように、この例では、Ｂ信号成分のスペクトル特性は、５４０ｎｍ近傍のピーク波長を有し、４６０〜６２０ｎｍの波長域を有する。Ｇ信号成分のスペクトル特性は、６００ｎｍ近傍のピーク波長を有し、５８０〜７８０ｎｍの波長域を有する。また、Ｒ信号成分のスペクトル特性は、８００ｎｍ近傍のピーク波長を有し、４００〜１０００ｎｍの波長域を有する。
【００８３】
(適用例)
本実施形態における撮像装置１は、植物の活性度の観察に適用することができる。植物の色素に関わるクロロフィルは、赤の波長域の光を吸収し、緑の波長域の光を反射する。また、植物の葉や実を構成する海綿状の組織体は近赤外の波長域の光を反射する。つまり、植物におけるクロロフィルの含有量の変化によって赤の波長域の光の反射率が変化し、植物の葉や実を構成する海綿状の組織体の状態の変化によって近赤外の波長域の光の反射率が変化する。そのため、撮像装置１で植物を撮像することにより、Ｇ信号成分から植物におけるクロロフィルの含有量の変化を観察することができ、Ｒ信号成分から組織体の状態の変化を観察することができる。
【００８４】
また、撮像装置１において、植生指数ＮＤＶＩ（Normalized Difference Vegetation Index）を表す画像を表示してもよい。植生指数は、クロロフィルが吸収する赤の波長域の光の反射率と、植物の葉や実を構成する組織体が反射する近赤外の波長域の光の反射率の正規化差分を表す。従って、この場合には、画像処理部１３は、撮像部１１から出力される電気信号を用いて、以下の式（１０）の演算を行う。そして、表示制御部１３２において、その演算結果を示す画像を表示装置２に表示させる。
【００８５】
ＮＤＶＩ＝（Ｉｂｒ−Ｉｒ）÷（Ｉｂｒ＋Ｉｒ）        ・・・式（１０）
（−１≦ＮＤＶＩ≦１）
【００８６】
ＮＤＶＩの演算に用いられる信号成分（Ｉｂｒ、Ｉｒ）は、画素１１ｐ＿Ｒと画素１１ｐ＿Ｇ（図１０Ｂ参照）から出力される信号成分である。画像処理部１３において、画素１１ｐ＿Ｒと画素１１ｐ＿Ｇについて上記式（１０）の演算を行った植生指数ＮＤＶＩを算出する。また、画素１１ｐ＿Ｂについては、画素１１ｐ＿Ｒと画素１１ｐ＿Ｇの植生指数ＮＤＶＩを用いて補間処理を行ってもよいし、所定の値を設定してもよい。
【００８７】
表示制御部１３２は、上記演算を行って得られた各画素の植生指数（−１≦ＮＤＶＩ≦１）の値をモノクロ変換した白黒の画像データを表示装置２へ出力してもよい。または、表示制御部１３２は、各画素の植生指数ＮＤＶＩを、その値に応じた緑又は赤の階調で表した画像データを表示装置２へ出力してもよい。
【００８８】
また、赤の波長域の光の反射率に替えて、植物に含まれるアントシアニンによって吸収される緑の波長域の光の反射率を用いたグリーンＮＤＶＩを表す画像を表示してもよい。この場合、信号変換部１３１は、撮像部１１から出力される電気信号を用いて、画素１１ｐ＿Ｒと画素１１ｐ＿Ｂについて、以下の式（１１）の演算を行う。画素１１ｐ＿Ｇは、画素１１ｐ＿Ｒと画素１１ｐ＿ＢのグリーンＮＤＶＩを用いて補間処理を行ってもよいし、所定の値を設定してもよい。
グリーンＮＤＶＩ＝（Ｉｂｒ−Ｉｇ）÷（Ｉｂｒ＋Ｉｇ）      ・・・式（１１）
【００８９】
表示制御部１３２は、表示装置２に、各画素の植生指数ＮＤＶＩ及びグリーンＮＤＶＩの一方をモノクロ又は階調表示させてもよいし、植生指数ＮＤＶＩ及びグリーンＮＤＶＩの各々を表示させてもよい。これにより、植物におけるクロロフィルやアントシアニンの含有量の変化が可視化され、変化する植物の状態を観察することができる。
【００９０】
＜第４実施形態＞
上述した第３実施形態では、有機フィルタ１１１ａを用い、赤と近赤外の波長域の光を透過させるようにフィルタ部１１１を構成する例について説明した。本実施形態では、赤外領域の光を透過させるフィルタ部の構成例について説明する。
【００９１】
図１２は、本実施形態における撮像装置１の機能ブロック図である。図１２に示すように、撮像部１１Ｃにおけるフィルタ部１１１Ｃは、有機フィルタ１１１ａに加えて誘電体多層膜１１１ｂを有する。
【００９２】
図１３Ａは、撮像部１１Ｃの断面を模式的に表した断面図である。この図において第３実施形態と同じ構成には第３実施形態と同様の符号を付している。
【００９３】
本実施形態では、観察対象物質３は、４００〜１０００ｎｍにおいて吸光又は蛍光波長を有し、撮像部は、４００〜１０００ｎｍの波長域の光を透過させる。具体的には、図１３Ａに示すように、画素１１ｐ＿３１と画素１１ｐ＿３３の各々には、有機フィルタ１１１ａ（１１１ａ＿Ｒ、１１１ａ＿Ｂ）が配置され、画素１１ｐ＿３２には、誘電体多層膜（無機フィルタ）１１１ｂが配置されている。以下、有機フィルタ１１１ａ＿Ｒ、１１１ａ＿Ｂ、誘電体多層膜１１１ｂを、フィルタ１１１ａ＿Ｒ、１１１ａ＿Ｂ、１１１ｂと称する。
【００９４】
誘電体多層膜１１１ｂは、低屈折率の誘電体膜と高屈折率の誘電体膜を交互に積層して構成されている。低屈折率の誘電体膜と高屈折率の誘電体膜の材料の組み合わせとしては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）と酸化チタン（ＴｉＯ２）、又は、ＳｉＯ２と窒化シリコン（Ｓｉ２Ｎ４）が挙げられる。
【００９５】
図１４は、ＳｉＯ２膜とＳｉ２Ｎ４膜の屈折率と膜厚とを例示した図である。図１４において、Ｌ０、Ｌ１、…Ｌ４はＳｉＯ２膜、Ｈ１、Ｈ２、…Ｈ４はＳｉ２Ｎ４を示している。誘電体多層膜１１１ｂは、５５０〜６５０ｎｍの可視光波長域と、９００ｎｍ以上の近赤外波長域の光を透過させる。
【００９６】
図１３Ａでは、説明の便宜上、フィルタ１１１ａ＿Ｒ、１１１ｂ、１１１ａ＿Ｂを横に並べて配置された画素の例を示しているが、フィルタ１１１ａ＿Ｒ、１１１ｂ、１１１ａ＿Ｂは、ベイヤ配列（Ｒ×１、Ｇ×２、Ｂ×１）に対応させて配置されるものとする。つまり、図１３Ｂに示すように、ベイヤ配列のＲに対応する画素１１ｐ＿Ｒにフィルタ１１１ｂを配置し、ベイヤ配列のＧに対応する画素１１ｐ＿Ｇにフィルタ１１１ａ＿Ｒを配置し、ベイヤ配列のＢに対応する画素１１ｐ＿Ｂにフィルタ１１１ａ＿Ｂを配置する。
【００９７】
図１５Ａは、フィルタ部１１１Ｃの分光透過特性を示す図である。図１５Ａにおいて、一点鎖線は画素１１ｐ＿Ｒ、破線は画素１１ｐ＿Ｇ、実線は画素１１ｐ＿Ｂの各分光透過特性を示している。図１５Ａに示すように、フィルタ１１１ｂが配置された画素１１ｐ＿Ｒは、５００〜６００ｎｍ、９００〜１０００ｎｍの波長域の光が透過する。フィルタ１１１ａ＿Ｒが配置された画素１１ｐ＿Ｇは、５５０〜１０００ｎｍの波長域の光が透過する。また、フィルタ１１１ａ＿Ｂが配置された画素１１ｐ＿Ｂは、４００〜５５０ｎｍと８００〜１０００ｎｍの波長域の光が透過する。
【００９８】
また、画像処理部１３における信号変換部１３１（図１２参照）は、図１３Ｂに示す４画素を１組とし、画素１１ｐ＿Ｒ、１１ｐ＿Ｇ、１１ｐ＿Ｂの信号成分を以下の式（１２）〜（１４）によって変換する。
【００９９】
Ｉｒ−Ｉｂ＝Ｂ    ・・・式（１２）
Ｉｂ−Ｉｄｍ＝Ｇ  ・・・式（１３）
Ｉｄｍ＝Ｒ        ・・・式（１４）
【０１００】
上記Ｉｄｍは、フィルタ１１１ｂが配置された画素１１ｐ＿Ｒから出力される信号成分である。
【０１０１】
つまり、本実施形態では、フィルタ１１１ａ＿Ｒを透過した赤の波長成分からフィルタ１１１ａ＿Ｂを透過した波長成分を減算した結果を表示装置２におけるＢ信号成分とする。また、フィルタ１１１ａ＿Ｂを透過した波長成分からフィルタ１１１ｂを透過した波長成分を減算した結果を表示装置２におけるＧ信号成分とする。そして、フィルタ１１１ｂを透過した近赤外の波長成分を表示装置２におけるＲ信号成分とする。
【０１０２】
さらに、本実施形態では、撮像装置１において観察対象物質３による赤外波長域の光の吸収を観察するため、撮像部１１Ｃに７００ｎｍ以下の可視光の波長域の光をカットする可視光カットフィルタを設置してもよい。または、暗所で光源１２から近赤外波長域の光を照射し、観察対象物質３を撮像してもよい。要は、可視光の波長域の光が撮像部１１Ｃに入射されないように構成されていればよい。
【０１０３】
図１５Ｂは、可視光カットフィルタを設置した状態で観察対象物質３を撮像し、上記変換処理を行った後の信号成分のスペクトル特性を示す図である。図１５Ｂにおいて、破線はＲ信号成分、一点鎖線はＧ信号成分、実線はＢ信号成分を表している。
【０１０４】
図１５Ｂに示すように、この例では、Ｂ信号成分のスペクトル特性は、７００ｎｍ近傍のピーク波長を有し、７００〜８２０ｎｍの波長域を有する。Ｇ信号成分のスペクトル特性は、８２０ｎｍ近傍のピーク波長を有し、７５０〜９００ｎｍの波長域を有する。また、Ｒ信号成分のスペクトル特性は、９２０ｎｍ近傍のピーク波長を有し、８５０〜１０００ｎｍの波長域を有する。
【０１０５】
本実施形態における撮像装置１は、観察対象物質３による赤〜近赤外の波長域の光の吸収をＲ、Ｇ、Ｂの信号成分で表し、Ｒ，Ｇ，Ｂの各信号成分を表示装置２に出力することにより、赤〜近赤外の波長域において吸光特性を有する観察対象物質３の状態を可視化することができる。以下、このような撮像装置１の適用例について説明する。
【０１０６】
(適用例１)
本適用例では、撮像装置で食肉（豚肉）を撮像することにより、食肉の質を示す画像を表示装置２に表示させる例について説明する。
【０１０７】
図１６は、本適用例の撮像装置の構成例を示す模式図である。図１６に示すように、本適用例の撮像装置１Ｄは、光源１２として、光源１２＿１〜１２＿４を備える。光源１２＿２は、７５０ｎｍをピーク波長とするＬＥＤで構成されている。光源１２＿３は、８００ｎｍをピーク波長とするＬＥＤで構成されている。光源１２＿４は、９３０ｎｍをピーク波長とするＬＥＤで構成されている。また、光源１２＿１は、白色ＬＥＤで構成されている。
【０１０８】
豚肉は、そのオレイン酸の含有量に応じて、７５０ｎｍ、８００ｎｍ、９３０ｎｍの各波長付近の光の吸収が変化する。そのため、本適用例では、光源１２＿２〜１２＿４の各々を同時に点灯して豚肉を撮像する。これにより、豚肉による上記各波長の吸収をＲ、Ｇ、Ｂの各信号成分で表した画像を表示装置２に表示させることができる。つまり、７５０ｎｍ付近の光の吸収をＢ信号、８００ｎｍ付近の光の吸収をＧ信号、９３０ｎｍ付近の光の吸収をＲ信号で表した豚肉のオレイン酸の含有量を示す画像が表示される。
【０１０９】
また、光源１２＿２〜１２＿４を消灯し、光源１２＿１を点灯して豚肉を撮像することにより、上記オレイン酸の含有量を示す画像に加え、豚肉による光源１２＿１の光の吸収をＲ、Ｇ、Ｂの各信号成分で表した画像、つまり、豚肉のカラー画像を表示装置２に表示してもよい。
【０１１０】
（適用例２）
本適用例では、撮像装置で果実を撮像することにより、果実の糖度を示す画像を表示装置２に表示させる例について説明する。
【０１１１】
従来より、果実の糖度の計測には、果実の赤外光の吸収スペクトルと、その２次微分スペクトルを用いて作成された検量線とに基づいて糖度を計測する非破壊計測法が用いられている。本適用例では、２次微分スペクトルのピーク波長の信号成分と、そのピーク波長の前後の波長の信号成分とを演算した結果を画像化することで果実の糖度を可視化する。
【０１１２】
例えば、梨の糖度は、梨の赤外光の吸収による２次微分スペクトルのピーク波長９１８ｎｍ、９９６ｎｍ、８８２ｎｍ、７００ｎｍと強い相関関係がある。図１７は、本適用例における撮像装置１の構成例を示す模式図である。本適用例では、図１７に示すように、光源１２として、９１８ｎｍ、９９６ｎｍ、８８２ｎｍ、７００ｎｍを各々ピーク波長とする光源１２＿１〜１２＿４（以下、基準光源群と称する）を備える。
【０１１３】
さらに、光源１２は、基準光源群よりもピーク波長が１０〜５０ｎｍ短い波長を有する光源１２＿１１、１２＿２１、１２＿３１、１２＿４１を備える。つまり、光源１２＿１１のピーク波長は、光源１２＿１のピーク波長９１８ｎｍよりも１０〜５０ｎｍ短く、光源１２＿２１のピーク波長は、光源１２＿２のピーク波長９９６ｎｍよりも１０〜５０ｎｍ短い。また、光源１２＿３１のピーク波長は、光源１２＿３のピーク波長８８２ｎｍよりも１０〜５０ｎｍ短く、光源１２＿４１のピーク波長は、光源１２＿４のピーク波長７００ｎｍよりも１０〜５０ｎｍ短い。
【０１１４】
また、さらに、光源１２は、基準光源群よりもピーク波長が１０〜５０ｎｍ長い波長を有する光源１２＿１２、１２＿２２、１２＿３２、１２＿４２を備える。つまり、光源１２＿１２のピーク波長は、光源１２＿１のピーク波長９１８ｎｍよりも１０〜５０ｎｍ長く、光源１２＿２２のピーク波長は、光源１２＿２のピーク波長９９６ｎｍよりも１０〜５０ｎｍ長い。また、光源１２＿３２のピーク波長は、光源１２＿３のピーク波長８８２ｎｍよりも１０〜５０ｎｍ長く、光源１２＿４２のピーク波長は、光源１２＿４のピーク波長７００ｎｍよりも１０〜５０ｎｍ長い。
【０１１５】
本変形例では、まず、光源１２＿１、光源１２＿３、光源１２＿４（以下、第１光源群）を点灯して撮像する第１撮像処理を行う。その後、第１光源群よりもピーク波長が短い、光源１２＿１１、光源１２＿３１、光源１２＿４１（以下、第２光源群）を点灯して撮像する第２撮像処理を行う。続いて、第１光源群よりもピーク波長が長い、光源１２＿１２、光源１２＿３２、光源１２＿４２（以下、第３光源群）を点灯して撮像する第３撮像処理を行う。さらに、光源１２＿２を点灯して撮像する第４撮像処理と、光源１２＿２１を点灯して撮像する第５撮像処理と、光源１２＿２２を点灯して撮像する第６撮像処理とを順次行う。
【０１１６】
第１〜第３撮像処理の各々によって得られる画素ごとの電気信号を上記式（１２）〜（１４）を用いて変換し、変換後の信号を第１の画像信号、第２の画像信号、第３の画像信号とする。また、第４〜第６撮像処理の各々によって得られる画素ごとの電気信号を上記式（１２）〜（１４）を用いて変換し、変換後の信号を第１の画像信号、第２の画像信号、第３の画像信号とする。
【０１１７】
画像処理部１３は、第１〜第３撮像処理の各々によって得られる画素ごとの第１〜第３の画像信号を用いて、以下の式（１５）の演算を行う。さらに、第４〜第６撮像処理の各々によって得られる画素ごとの第１〜第３の画像信号を用いて以下の式（１５）の演算を行う。
（第１の画像信号）−２×（第２の画像信号）＋（第３の画像信号）…式（１５）
【０１１８】
図１５Ｂに示すように、８８２ｎｍ付近の光の波長成分は画素１１ｐ＿Ｇの信号として出力され、７００ｎｍ付近の光の波長成分は画素１１ｐ＿Ｂの信号として出力される。また、９１８ｎｍ付近と９９６ｎｍ付近の光の波長成分は画素１１ｐ＿Ｒの信号として出力される。画素１１ｐ＿Ｒについての上記演算結果は、果実の赤外光の吸収スペクトルの９１８ｎｍと９９６ｎｍにおける２次微分スペクトルの信号成分に対応する。また、画素１１ｐ＿Ｇについての上記演算結果は、果実の赤外光の吸収スペクトルの８８２ｎｍにおける２次微分スペクトルの信号成分に対応する。また、画素１１ｐ＿Ｂについての上記演算結果は、果実の赤外光の吸収スペクトルの７００ｎｍにおける２次微分スペクトルの信号成分に対応する。
【０１１９】
なお、９１８ｎｍ付近と９９６ｎｍ付近の光の波長成分は画素１１ｐ＿Ｒで受光されるため、画素１１ｐ＿Ｒについては、第１〜第３撮像処理で得られた第１〜第３の画像信号に基づく演算結果と、第４〜第６撮像処理で得られた第１〜第３の画像信号に基づく演算結果とが得られる。そのため、画像処理部１３は、画素１１ｐ＿Ｇと画素１１ｐ＿Ｂについては、画素ごとに１つの演算結果をＲＡＭに記憶し、画素１１ｐ＿Ｒについては、波長ごとの演算結果をＲＡＭに記憶する。
【０１２０】
画像処理部１３は、９１８ｎｍ、９９６ｎｍ、８８２ｎｍ、７００ｎｍの演算結果のうち、３つの波長の各々に対応する画素の演算結果を表示装置２に出力する。画像処理部１３は、例えば、撮像装置１において上記４つの波長から３つの波長の選択を受け付け、受け付けた３つの波長の各々に対応する各画素の演算結果を表示装置２に出力する。また、画像処理部１３において、各波長に対応する画素ごとの演算結果の大きさに応じて３つの波長を選択し、選択した波長に対応する画素の演算結果を表示装置２に出力してもよい。また、２次微分スペクトルの各ピーク波長に対して重回帰分析を行って得られる係数を用いて、上記４つの波長に対応する各画素の上記演算結果の線形和を算出し、算出結果をモノクロ又は階調変換した信号を表示装置２に出力してもよい。
【０１２１】
＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。以下、本発明の変形例について説明する。
【０１２２】
（１）上記第３実施形態の適用例では、植生指数ＮＤＶＩを表す画像を表示したが、クロロフィルの吸光スペクトルは大気中のエアロゾル等の影響によって変化する。そのため、本変形例では、エアロゾルの影響を低減し、植生指数ＮＤＶＩよりも感度の高い拡張植生指数ＥＶＩ（Enhanced Vegetation Index）を可視化する例について説明する。
【０１２３】
本変形例では、図１８Ａに示すように、上述した第３実施形態の有機フィルタ１１１ａとして、カラーフィルタ１１１ａ＿Ｇに替えて、カラーフィルタ１１１ａ＿Ｂを備える。この場合には、図１８Ｂに示すように、画素１１ｐ＿Ｇにカラーフィルタ１１１ａ＿Ｒ、画素１１ｐ＿Ｂにカラーフィルタ１１１ａ＿Ｂが配置されるように構成すればよい。
【０１２４】
信号変換部１３１は、図１８Ｂに示す各画素から出力される電気信号を用いて、以下の式（１６）の演算を行い、拡張植生指数ＥＶＩを算出する。表示制御部１３２は、画素ごとの拡張植生指数ＥＶＩを、その値に応じたコントラスト又は階調色で表した画像を表示装置２に表示させてもよい。
ＥＶＩ＝（Ｉｂｒ−Ｉｒ）÷（Ｉｂｒ＋Ｃ１×Ｉｒ−Ｃ２×Ｉｂ＋１）…式（１６）
Ｃ１，Ｃ２：エアロゾル補正係数
【０１２５】
（２）また、上記第３実施形態の適用例におけるフィルタ部１１１を図１９Ａに示すように構成してもよい。図１９Ａに示すように、本変形例では、有機フィルタ１１１ａとして、さらに、カラーフィルタ１１１ａ＿Ｂを備える。この場合、図１９Ｂに示すように、画素１１ｐ＿Ｒにフィルタ１１１ａ＿Ｒを配置し、画素１１ｐ＿Ｂにフィルタ１１１ａ＿Ｂを配置する。また、フィルタ１１１ａ＿Ｇとフィルタ１１１ａ＿ＢＲは、画素１１ｐ＿Ｇに各々配置するようにする。
【０１２６】
このように構成することにより、フィルタ部１１１は、近赤外とＲ、Ｇ、Ｂの各波長域の光を透過させることができるので、フィルタ１１１ａ＿Ｒ、１１１ａ＿Ｇ、１１１ａ＿Ｂが配置された画素１１ｐ＿Ｒ、１１ｐ＿Ｇ、１１ｐ＿Ｂを透過した電気信号に基づくカラー画像を表示装置２に表示させることができる。
【０１２７】
（３）上記第３実施形態の別の適用例として、りんごの打撲損傷の有無を可視化してもよい。りんごの打撲損傷の有無に応じて、７４０〜８１０ｎｍの波長域でのりんごの分光反射率の回帰直線の傾きが異なる。本変形例では、撮像装置１における光源１２として、８１０ｎｍをピーク波長とするＬＥＤと、７４０ｎｍをピーク波長とするＬＥＤとを用い、りんごの反射光を撮像する。これにより、７４０ｎｍの吸光スペクトルはＧ信号成分で表され、８１０ｎｍの吸光スペクトルはＲ信号で表されるため（図１１参照）、赤と緑の画像の割合からりんごの打撲損傷の有無を確認することができる。
【０１２８】
なお、上記では７４０ｎｍと８１０ｎｍのピーク波長を有する光源を用いたが、フィルタ部１１１を、有機フィルタ１１１ａと無機多層膜とを組み合わせて構成してもよい。例えば、フィルタ部１１１は、カラーフィルタ１１１ａ＿Ｇと、カラーフィルタ１１１ａ＿Ｒと第１無機多層膜とを積層した積層フィルタと、カラーフィルタ１１１ａ＿Ｂと第２無機多層膜とを積層した積層フィルタとで構成する。第１無機多層膜は８１０ｎｍの光を透過させるように構成し、第２無機多層膜は７４０ｎｍの光を透過させるように構成する。これにより、赤外波長域の光を照射する光源を用いた場合であっても、りんごの打撲損傷の有無を可視化することができる。
【０１２９】
（４）また、上記第３実施形態の別の適用例として、血液に含まれる酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸収を画像化し、血液の酸素飽和濃度を観察してもよい。図２０は、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光スペクトルを示す図である。図２０において、破線で示す波形は酸化ヘモグロビンの吸光スペクトルを示し、実線で示す波形は還元ヘモグロビンの吸光スペクトルを示している。
【０１３０】
図２０に示すように、６００〜８００ｎｍの波長域では酸化ヘモグロビンよりも還元ヘモグロビンの吸収が大きく、８００ｎｍ以上の波長域では還元ヘモグロビンよりも酸化ヘモグロビンの吸収が大きくなっている。そのため、この場合には、光源１２として、ピーク波長が６６０ｎｍの光源と、ピーク波長が８５０ｎｍの光源とを用いる。
【０１３１】
図１１に示すように、６６０ｎｍ近傍の吸収はＧ信号成分で表され、８５０ｎｍの吸収はＲ信号成分で表される。つまり、酸化ヘモグロビンは緑の画像、還元ヘモグロビンは赤の画像として表示装置２に各々表示される。その結果、赤と緑の画像から還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンの割合を確認でき、血中の酸素飽和濃度の状態を観察することができる。
【０１３２】
（５）上述した第１実施形態から第４実施形態では、フィルタ部の各フィルタを、フィルタの透過波長の大きい順に画素１１ｐ＿Ｒ、画素１１ｐ＿Ｇ、画素１１ｐ＿Ｂに各々配置したが、フィルタの配置はこれに限定されない。例えば、フィルタの透過波長の小さい順に、画素１１ｐ＿Ｒ、画素１１ｐ＿Ｇ、画素１１ｐ＿Ｂに各々配置してもよいし、フィルタの透過波長の大きさに限らず、画素１１ｐ＿Ｒ、画素１１ｐ＿Ｇ、画素１１ｐ＿Ｂのうちの任意に定めたいずれかの画素に配置してもよい。要は、フィルタ部１１１における各フィルタを、ベイヤ配列のＲ，Ｇ，Ｂのいずれかに対応する画素に配置すればよい。
【０１３３】
（６）上述した第１実施形態から第４実施形態では、画像処理部１３の表示制御部１３２から出力されたＲ、Ｇ、Ｂの各信号成分を表示装置２に出力することにより、観察対象物質３の状態をカラー表示する例を説明したが、撮像装置１に表示部が設けられる場合には、その表示部にＲ、Ｇ、Ｂの各信号成分を出力してもよい。
【０１３４】
（７）上述した第１実施形態から第４実施形態において、式（１）〜（９）、及び式（１２）〜（１４）を用いて演算した結果を表示装置２におけるＲ、Ｇ、Ｂの信号成分とし、Ｒ，Ｇ，Ｂの色の割り当てを行う例を説明したが、例えば、この演算結果に対して所定の演算処理を施して、表示装置２におけるＲ，Ｇ，Ｂの色の割り当てを行ってもよい。また、式（１）〜（９）、及び式（１２）〜（１４）では、フィルタ部の透過波長域における短波長成分から順にＢ、Ｇ、Ｒの信号成分に割り当てているが、これに限定されるものではない。例えば、短波長成分から順にＲ、Ｂ、Ｇの信号成分に割り当てるなど、わかりやすさに応じて表示装置２における色の割り当てを行ってもよい。要は、フィルタ部の透過波長域の波長成分を表示装置２におけるＲ，Ｇ，Ｂの任意の信号成分に割り当てればよい。
【０１３５】
（８）また、本発明は、上述した第１実施形態から第４実施形態におけるフィルタ部と受光部と画像処理部とを有する撮像装置１と、表示装置２とを含む解析装置であるとしてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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