(57)【要約】【課題】解像度が高く、簡単な構成で被写体から発せられる光を複数の波長帯域の光に確実に分光することによって、被写体から発せられる光から波長帯域毎の光に関する情報を取得可能な小型および低価格の撮像装置を提供する。【解決手段】分光フィルタ板２１に配置される複数の互いに異なる波長帯域の光をそれぞれ透過させる複数種類の透光領域２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ、および選択透光板２２が有する複数の透光領域２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂのうち少なくとも一方において、各領域の境界に光を透過しない透光マスクＭを設ける。そして、分光フィルタ板２１および選択透光板２２が、１／３０秒間ずつＲＧＢの各成分の光のみを順次透過させることによって、１／１０秒毎に、被写体表面の色彩のうちのＲ色成分の輝度を示す画像データ、Ｇ色成分の輝度を示す画像データ、およびＢ色成分の輝度を示す画像データの３つの画像データの組を取得する。【選択図】　　　　図８
2004080605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に係る画像を取得する撮像素子を有する撮像装置であって、
複数の互いに異なる波長帯域の光をそれぞれ透過させる複数種類の領域が配列されるフィルタと、
前記フィルタに密接または近接されて配置され、複数の領域を有し、前記複数の領域の一部の領域を光が透過する状態とすることによって、前記複数種類の領域の一部の種類の領域を選択し、選択された領域を通して、前記被写体から発せられる光を前記撮像素子に結像させる選択透光手段と、
前記フィルタに配置される前記複数種類の領域、および前記選択透光手段が有する前記複数の領域のうち少なくとも一方において、各領域の境界に設けられた光を透過しない遮光手段と、
を備え、
前記複数種類の領域から一部ずつの領域を時間順次に選択して、前記撮像素子から撮像データをそれぞれ得ることが可能であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記被写体から発せられる光を前記撮像素子に結像させるためのレンズ系を備え、
前記フィルタおよび前記選択透光手段が、
前記レンズ系の開口絞りの位置、または前記開口絞りの位置の近傍に設置されることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、
前記選択透光手段が、
開口絞りとして機能することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像装置であって、
前記選択透光手段が、
強誘電性液晶パネル、および反強誘電性液晶パネルのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体表面の色彩を反映した画像を取得する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被写体を撮影して得られた画像を利用する際、例えば、モノクロ画像等、画像のトーンを白黒等の一色の濃淡のみを示す輝度情報だけで十分な場合と、被写体表面の色を分析する場合等、被写体表面から発せられる光を複数の波長帯域別の光の輝度情報として得た情報（以下、「分光情報」と称す）を必要とする場合とがある。
【０００３】
しかし、前者の場合においては、画像を利用する用途は限られ、また、画像を取得した後に、被写体表面から発せられる光のうち特定の色の光についての輝度情報等、別の形式の情報を、何らかの画像処理を施すことによって、画像から抽出しようとする際に不利となる。
【０００４】
一方、後者の場合における分光情報として最も身近で利用頻度の高い例はカラー情報である。例えば、被写体表面から発する光を、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の三原色、または、Ｃ（シアン）、Ｍ（マジェンタ）、Ｙ（イエロー）の三補色に対応する波長帯域別に分光し、撮影することによってカラー情報を取得すると、それらのカラー情報を統合して被写体に係るカラー情報を再構成すること等もできる。
【０００５】
カラー情報、即ちカラー画像を実際に取得する方法として、現在最も広く一般的に採用されている方法は、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等のカラーイメージセンサを使用する方法である。カラーイメージセンサは、入射した光を電気信号に変換する微小な光電変換セル（以下、「セル」と略称する）を多数配列し、各セルの前面に、ＲＧＢの三原色、または、ＣＭＹの三補色の各色の光を透過させる微小なフィルタをそれぞれ一つずつ設けたものである。したがって、カラーイメージセンサでは、各セルが特定の波長帯域の光、即ち、特定の色成分の光を検出するように作られているため、被写体表面の各点から発せられる光を、おおよそＲＧＢの三原色等に分光して、分光情報を取得しているとみなすことができる。
【０００６】
このカラーイメージセンサを用いる方法は、装置構成が簡単であるため、撮像装置の小型化を図ることができ、量産も容易に可能であるという長所がある。しかし、カラーイメージセンサを用いる方法には、以下に示す問題点がある。
【０００７】
１つ目の問題点は、分光する波長帯域の数を増加させ難いという問題点である。この問題点について以下説明する。
【０００８】
ＲＧＢの三原色、または、ＣＭＹの三補色に対応するカラーイメージセンサの場合、三つの波長帯域の各波長帯域の光をそれぞれ透過させる微小なフィルタは、４つのセルに割り当てて繰り返し並べられる配列、所謂、ベイヤー配列をとることが一般的である。そして、１つの波長帯域の光は、２セルに１セルの割合、または４セルに１セルの割合で検出される。しかし、例えば、分光する波長帯域の数を６つとすると、１つの波長帯域の光は、６セルに１セルの割合でしか検出されないこととなる等、分光する波長帯域の数を増加させるにつれて、所定の波長帯域の光を検出するセルの割合が低下する。したがって、分光する波長帯域の数を増加させると、解像度が著しく低下してしまうため、分光する波長帯域の数を増加させ難い。
【０００９】
２点目の問題点は、イメージインテンシファイアを用いた高感度撮像装置等、被写体表面から発せられる光がカラーイメージセンサに到達する時点には、既に、被写体表面の色情報が不可避的に失われてしまうような装置構成になると、分光情報を取得することができないという問題点である。この問題点について以下説明する。
【００１０】
イメージインテンシファイアを用いた高感度撮像装置では、まず対物レンズ系によって被写体表面から発する光をイメージインテンシファイアの光電面上に結像させる。光電面の各点では、結像される光のエネルギー密度に応じた数の電子を放出する。放出した電子は、光電面と蛍光面との間に設けられた電位差により、光電面から蛍光面に向けて加速されつつ進み、蛍光面に電子像が結ばれる。蛍光面の各点では、衝突した電子のエネルギー密度に応じた光が発生する。そして、蛍光面から発生した光に基づいて撮像素子が被写体表面に係る画像を取得する。
【００１１】
しかし、蛍光面から発生する光は、蛍光面の材料に依拠した単一色の光であるため、撮像素子に入射する光は、被写体表面から直接発せられたものではなく、被写体表面の色情報を全く反映していない。したがって、このイメージインテンシファイアを用いた高感度撮像装置において、カラーイメージセンサを撮像素子として用いても被写体表面に係る分光情報を取得することができない。
【００１２】
この２点目の問題点に対処するためには、被写体表面から発する光を分光する手段をイメージインテンシファイアよりも被写体表面側に設ける必要性がある。この対処法を実現するために、従来より以下に示す３つの技術（第１〜第３の従来技術）が提案されている。
【００１３】
第１の従来技術では、撮像装置の光学系のいずれかの位置に互いに異なる波長帯域の光をそれぞれ透過させる複数種類のフィルタを順次繰り返して挿入し、時間的に連続して各フィルタを透過する光に基づく画像を取得する。その後、各フィルタを透過する光に基づく画像を合成してカラー画像を生成する。この第６の従来技術は、例えば、特開昭６２−１６３４号公報や特開平７−１２０３２４号公報で提案されている技術において利用されている。
【００１４】
第２の従来技術では、複数の撮像装置を並列して配置し、各撮像装置の光学系に、互いに異なる波長帯域の光をそれぞれ透過させるフィルタを挿入して、各撮像装置において、同一の被写体に係る画像を、同時、または時間的に連続して取得する。その後、各撮像装置において取得した画像を合成してカラー画像を生成する。この第７の従来技術は、例えば、特開２００２−２７４８８公報で提案されている技術において利用されている。
【００１５】
第３の従来技術では、イメージインテンシファイアの光電面の直前および蛍光面の直後に、複数の互いに異なる波長帯域の光をそれぞれ透過させる複数種類の小領域が多数配列されたモザイク状のカラーフィルタを設ける。具体的には、光電面側のカラーフィルタの小領域を透過した光に基づいてイメージインテンシファイアから出力される光が、蛍光面側のカラーフィルタにおいて、光電面側の小領域が透過させる波長帯域の光と同様の波長帯域の光を透過させる小領域を透過するように、２つの同様なカラーフィルタを設置する。このような構成とすることで、蛍光面側のカラーフィルタを透過する光が被写体表面の色彩を再現する。この第８の従来技術は、例えば、特開平９−１７１７８７号公報で提案されている技術において利用されている。
【００１６】
しかし、第１の従来技術では、複数種類のフィルタを設け、かつ、それらのフィルタを順次繰り返して光学系のいずれかの位置に挿入する機能も必要であるため、撮像装置の大型化、および消費エネルギーの増加を招く。
【００１７】
また、第２の従来技術では、複数台の撮像装置が必要であるため、撮像システム全体の大型化、およびコストの上昇を招く。
【００１８】
また、第３の従来技術では、２つのモザイク状のカラーフィルタを取り付ける際に、厳密な精度が要求され、例えば、取得される画像について、十分な解像度を確保するためにはμｍオーダーの精度が必要となる。よって、取り付け精度の向上を図るための製作設備の高価格化と、歩留まりの低下とを避けることができないため、結果として著しい製品コストの上昇を招く。
【００１９】
そこで、以上のような問題点を解決する技術としては、特開平６−１４１３２９号公報において提案されている技術が考えられる。この技術では、同心円状に中央からＧ，Ｂ，Ｒの各色の光を透過する各カラーフィルタが配置されるＲＧＢフィルタと、ＲＧＢフィルタの各カラーフィルタを順次遮光する、各カラーフィルタの形状に対応した同心円状の遮光ユニットが配置される液晶フィルタ（以下、「遮光用ＬＣＤ」と称する）とが、密接して撮影レンズ系の光軸前方に設けられる。そして、遮光用ＬＣＤによる各カラーフィルタの遮光状態の切り替えと、撮像素子であるＣＣＤの撮像動作とが同期されるため、ＲＧＢの三原色の各色の光学像に基づいた１フレーム分の画像データを順次取得することができる。
【００２０】
そして、この技術では、分光する波長帯域の数を増加させても、解像度が低下するといった問題も生じず、イメージインテンシファイアを用いた高感度撮像装置においても、被写体表面から発する光を分光する手段をイメージインテンシファイアよりも被写体表面側に設けることができる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−１４１３２９号公報において提案されている技術では、ＲＧＢフィルタにおいて被写体表面から発する光をＲＧＢの三原色の各色の光に分光する機能（以下、「分光機能」と称する）を担う層と、遮光用ＬＣＤにおいて遮光する機能（以下、「遮光機能」と称する）を担う層とが完全に密着した状態とはなっていない。したがって、ＲＧＢの三原色の各色の光学像に基づいた１フレーム分の画像データを順次取得する際に、ＲＧＢフィルタの各カラーフィルタの境界付近を透過するＲＧＢの三原色の光が混じり合ってしまうといった問題点が生じる。この問題点について以下説明する。
【００２２】
図１６は、ＲＧＢの三原色の光が混じり合ってしまうといった従来技術における問題点を説明するための図である。なお、図１６では、ＲＧＢフィルタ１２１と遮光用ＬＣＤ１２２の一部の断面模式図を示しており、方向関係を明確とするためにＸ軸方向を付している。そして、図１６では、図示を省略するが、ＲＧＢフィルタ１２１および遮光用ＬＣＤ１２２の−Ｘ方向に撮像素子であるＣＣＤが配置される。
【００２３】
図１６に示すように、ＲＧＢフィルタ１２１は、主に、ガラスやプラスチックなどの透光性素材で形成される板１２１Ｇと、その表面にコーティングや染色などを施すことによって形成される分光機能を担う層１２１Ｌとを有して構成される。また、遮光用ＬＣＤ１２２は、一般的な透過型液晶パネルなどであるため、図１６に示すように、主に、遮光機能を担う層１２２Ｌと、ガラス板などの透光性素材で形成される層１２２Ｇとを有して構成される。
【００２４】
このように、ＲＧＢフィルタ１２１と遮光用ＬＣＤ１２２の間には、例えば、ガラス板などが介在するため、ＲＧＢフィルタ１２１の層１２１Ｌと、遮光用ＬＣＤ１２２の層１２２Ｌとを完全に密着させることは困難である。そして、層１２１Ｌと層１２２Ｌとの間には、間隔ｄ０が発生する。一方、撮影レンズ系は、その名のとおり撮影目的の光学系であり、集光目的やコリメート目的で設計されるものではないため、ＲＧＢフィルタ１２１および遮光用ＬＣＤ１２２に入射する光線は非平行となる。
【００２５】
例えば、図１６には、遮光用ＬＣＤ１２２の遮光機能を担う層１２２Ｌが、ブルーの光を透過させる領域ＬＢのみを透光状態とした場合において、領域ＬＢと隣接する領域ＬＧとの境界を通過する２つの光線Ｌ１１，Ｌ１２が示されている。なお、光線Ｌ１１と光線Ｌ１２は、被写体表面の異なる２点から発した光線である。
【００２６】
図１６に示すように、光線Ｌ１１と光線Ｌ１２は、領域ＬＢが透光状態となるときに撮像素子の方向（−Ｘ方向）に進むが、遮光用ＬＣＤ１２２への入射角度がそれぞれ異なる。よって、光線Ｌ１１と光線Ｌ１２が層１２１Ｌを通過する際の通過位置が異なることとなる。そして、図１６に示すように、光線Ｌ１１および光線Ｌ１２は、それぞれ、ＲＧＢフィルタ１２１の層１２１Ｌにおいて、グリーンの光を透過するカラーフィルタ（以下、「グリーンフィルタ」）Ｇ、および、隣接するブルーの光を透過するカラーフィルタ（以下、「ブルーフィルタ」）Ｂを透過する。この結果、領域ＬＢと領域ＬＧとの境界付近を透過する光は、グリーンフィルタＧ、およびブルーフィルタＢを透過するグリーンの光とブルーの光とが混じり合うこととなる。
【００２７】
即ち、図１６に示すように、特定の色成分の光（図１６では、ブルーの光）を検出するために、領域ＬＢが透光状態としたが、撮像素子に到達する光線には、ＲＧＢフィルタ１２１において隣接するカラーフィルタを透過する光（図１６では、グリーンの光）が混入する。したがって、この技術では、被写体表面から発する光をＲＧＢの三原色の各色の光に確実に分光することができない。
【００２８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、解像度が高く、簡単な構成で被写体から発せられる光を複数の波長帯域の光に確実に分光することによって、被写体から発せられる光から波長帯域毎の光に関する情報を取得可能な小型および低価格の撮像装置を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、被写体に係る画像を取得する撮像素子を有する撮像装置であって、複数の互いに異なる波長帯域の光をそれぞれ透過させる複数種類の領域が配列されるフィルタと、前記フィルタに密接または近接されて配置され、複数の領域を有し、前記複数の領域の一部の領域を光が透過する状態とすることによって、前記複数種類の領域の一部の種類の領域を選択し、選択された領域を通して、前記被写体から発せられる光を前記撮像素子に結像させる選択透光手段と、前記フィルタに配置される前記複数種類の領域、および前記選択透光手段が有する前記複数の領域のうち少なくとも一方において、各領域の境界に設けられた光を透過しない遮光手段と、を備え、前記複数種類の領域から一部ずつの領域を時間順次に選択して、前記撮像素子から撮像データをそれぞれ得ることが可能であることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の撮像装置であって、前記被写体から発せられる光を前記撮像素子に結像させるためのレンズ系を備え、前記フィルタおよび前記選択透光手段が、前記レンズ系の開口絞りの位置、または前記開口絞りの位置の近傍に設置されることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、前記選択透光手段が、開口絞りとして機能することを特徴とする。
【００３２】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像装置であって、前記選択透光手段が、強誘電性液晶パネル、および反強誘電性液晶パネルのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする。
【００３３】
この明細書において、「信号強度」とは、光学像における輝度や照度のほか、電子像における電子線の強度等、画像の各部の濃淡を反映する信号情報一般を指す用語として使用する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３５】
＜１．第１実施形態＞
＜撮像システムの概要＞
図１は本発明の第１実施形態に係る撮像システム１の構成概要を例示する模式図である。図１に示すように、撮像システム１は、撮像装置１０、およびパーソナルコンピュータ（以下「パソコン」と略称する）１００とを備えている。撮像装置１０とパソコン１００とは、ケーブルＣＢ１によって電気的に接続され、撮像装置１０とパソコン１００とは相互にデータを送受信し合うことができる。なお、ここでは、ケーブルＣＢ１によって電気的に接続したが、無線回線によって接続しても良いし、有線回線や無線回線等から構成されるネットワークを介して接続しても良い。
【００３６】
撮像装置１０は、主に撮影レンズ系２０と箱形のカメラ本体部３０とによって構成され、例えば、被写体表面の色を分析する色分析用のカメラ等として用いられる。また、撮像装置１０は、被写体表面から発する光を複数種類の色に対応する波長帯域別に分光し、撮影することによってカラー情報を取得し、それらのカラー情報を統合してカラー画像データを生成する等、被写体に係るカラー情報から種々のデータ（以下、「カラー関係データ」と称す）を生成すること等ができる。なお、撮像装置１０は本発明の特徴部分であるが、撮像装置１０については後程詳述する。
【００３７】
また、撮像装置１０は、カラー情報に基づいて生成された種々のカラー関係データを、ケーブルＣＢ１を介してパソコン１００に送信する。
【００３８】
パソコン１００は、各種信号やデータの入出力を行うとともに各種データ処理等を行うパソコン本体部１０１と、種々の画像を可視的に出力するモニタ部１０２と、キーボードやマウス等によって構成される操作部１０３とを備えている。なお、図示を省略するが、パソコン本体部１０１とモニタ部１０２、パソコン本体部１０１と操作部１０３とは、各種信号やデータを互いに送受信可能となるように接続されている。
【００３９】
パソコン本体部１０１は、撮像装置１０の動作を制御したり、撮像装置１０で生成されたカラー情報に係る種々のデータを取り扱う。ここでは、ユーザーが操作部１０３を種々操作することによって、パソコン本体部１０１からケーブルＣＢ１を介して撮像装置１０に種々の制御信号を送信することができる。例えば、パソコン本体部１０１からの制御信号によって、撮像装置１０における撮影の開始や停止、被写体に係るカラー情報に基づいた種々のカラー関係データの生成等を制御することができる。
【００４０】
また、パソコン本体部１０１は、ハードディスク（図示省略）を備えるとともに、前面に設けられた着装部１０４に光ディスクやメモリカード等の記憶媒体を着装することができる。そして、ユーザーが操作部１０３を操作することによって、撮像装置１０からケーブルＣＢ１を介して入力される種々のカラー関係データをハードディスクや記憶媒体に記憶することができる。
【００４１】
パソコン１００では、ユーザーが操作部１０３を操作することによって、撮像装置１０からケーブルＣＢ１を介して入力されるカラー関係データや、ハードディスクや記憶媒体に記憶されるカラー関係データを、直接または、パソコン本体部１０１においてデータ処理を施した後に、モニタ部１０２においてカラー関係データに基づくカラー画像、または種々の画像を可視的に出力することができる。
【００４２】
また、パソコン１００では、モニタ部１０２においてカラー関係データに基づく種々の画像を可視的に出力することによって、被写体表面の色彩の解析を行うことができる。例えば、被写体表面の色彩を複数種類の色のカラー情報として取得している場合は、モニタ部１０２に各色毎にヒストグラム（輝度分布）を表示させたりすることによって、被写体表面の色彩の解析を行うことができる。
【００４３】
＜撮像装置の要部構成＞
図２は撮像装置１０の要部構成を示す模式図である。なお、図２以降には方向関係を明確にするため、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を必要に応じて付している。また、図２には撮影レンズ系２０の光軸Ｌも記載している。
【００４４】
上述したように、撮像装置１０は主に撮影レンズ系２０と箱形のカメラ本体部３０とによって構成される。
【００４５】
＜撮影レンズ系＞
図２に示すように、撮影レンズ系２０には、分光フィルタ板２１、選択透光板２２、および開口絞り２３が設けられている。分光フィルタ板２１および選択透光板２２はともに同様なＹＺ平面が略真円である薄い板状の部位であり、分光フィルタ板２１と選択透光板２２とは密接（貼り合わせた状態）または近接させて、被写体表面５に係る光線３Ｌ１の光路上に設けられている。
【００４６】
開口絞り２３は、撮影レンズ系２０に入射する光線３Ｌ１の光線束の開き角を制限するものであり、この開口絞り２３には、一般的な種々の絞りを適用することができる。また、分光フィルタ板２１と選択透光板２２は、開口絞り２３が設けられているＹＺ平面の位置と略同一、または、その近傍に設けられている。
【００４７】
以下、分光フィルタ板２１と選択透光板２２の詳細について説明する。
【００４８】
＜分光フィルタ板＞
図３は分光フィルタ板２１の外観を例示する斜視模式図である。図３に示すように、分光フィルタ板２１はＹＺ平面が略真円である円盤状の形状を有している。そして、ＹＺ平面について見ると、同心円状に３つの透光領域２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに区切られており、中心から透光領域２１Ｒ、透光領域２１Ｇ、透光領域２１Ｂの順に配列されている。
【００４９】
透光領域２１Ｒは、Ｒ（レッド）色の光を選択的に透過させる領域であり、透光領域２１Ｇは、Ｇ（グリーン）色の光を選択的に透過させる領域であり、透光領域２１Ｂは、Ｂ（ブルー）色の光を選択的に透過させる領域である。
【００５０】
即ち、分光フィルタ板２１は、複数の互いに異なる波長帯域の光（ＲＧＢの三原色の光）をそれぞれ透過させる複数種類の領域（透光領域２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ）が配列されたフィルタとして機能する。
【００５１】
なお、分光フィルタ板２１の具体的な例としては、透明ガラス板上に複数のパターンのリング状のマスクを順次被せながら、ＲＧＢの三原色に対応するように顔料を調合して印刷することによって作製されるものや、ＲＧＢの三原色の光をそれぞれ透過させる３種類の板状の材料を切り出して、互いに組み合わせて作製されるもの等がある。
【００５２】
また、分光フィルタ板２１の作製に際して、透光領域２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの各透光領域における光の透過率が略同一の場合は、各透光領域の面積は略同一とするのが好ましい。しかし、各透光領域を構成する材料によって、各透光領域における光の透過率が略同一とならない場合は、各透光領域を透過する光の光量を略同一とするために、各透光領域の面積を調整した方が好ましい。さらに、ＲＧＢの三原色のうち特にいずれかの色を重要視したい場合は、重要視したい色の光を選択的に透過する透光領域の面積を、他の透光領域の面積よりも相対的に大きくさせても良い。
【００５３】
＜選択透光板＞
図４は選択透光板２２の外観を例示する斜視模式図である。図４に示すように、選択透光板２２はＹＺ平面が略真円である円盤状の形状を有している。そして、ＹＺ平面について見ると、同心円状に３つの透光領域２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂに区切られており、中心から透光領域２２Ｒ、透光領域２２Ｇ、透光領域２２Ｂの順に配列されている。そして、これらの透光領域２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、上述した分光フィルタ板２１における透光領域２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂのそれぞれの形状および大きさと略一致する。
【００５４】
つまり、ここでは、分光フィルタ板２１と選択透光板２２とが密接または近接して配置され、＋Ｘ方向から見た場合、透光領域２１Ｒと透光領域２２Ｒとがほぼ完全に重なり合い、透光領域２１Ｇと透光領域２２Ｇとがほぼ完全に重なり合い、透光領域２１Ｂと透光領域２２Ｂとがほぼ完全に重なり合った状態となっている。
【００５５】
また、選択透光板２２は、後述するカメラ制御部３７の制御によって送信される制御信号に基づいて、選択的に透光領域２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂのうちの任意の領域を光が遮られる遮光状態、または光が透過する透光状態とすることができる機能（以下、「透光切替機能」と称する）を有する。なお、このような選択透光板２２の具体的な例としては、透過型液晶パネルを用いたもの等がある。
【００５６】
図５から図７は、選択透光板２２の透光切替機能を説明する斜視模式図である。図５は透光領域２２Ｇ，２２Ｂを遮光状態とし、透光領域２２Ｒのみを透光状態とした状態を示しており、図６は透光領域２２Ｒ，２２Ｂを遮光状態とし、透光領域２２Ｇのみを透光状態とした状態を示しており、図７は透光領域２２Ｒ，２２Ｇを遮光状態とし、透光領域２２Ｂのみを透光状態とした状態を示している。
【００５７】
図５に示すように、透光領域２２Ｒのみを透光状態とした場合は、被写体表面５から発する光線３Ｌ１は、分光フィルタ板２１を透過するが、選択透光板２２において透光領域２２Ｒのみが透光状態であるため、光線３Ｌ１のうち分光フィルタ板２１の透光領域２１Ｒを透過するＲ色の光線のみが、選択透光板２２を透過して−Ｘ方向に進み、後述する撮像素子３１にＲ色の光学像を結ぶ。
【００５８】
また、図６に示すように、透光領域２２Ｇのみを透光状態とした場合は、被写体表面５から発する光線３Ｌ１は、分光フィルタ板２１を透過するが、選択透光板２２において透光領域２２Ｇのみが透光状態であるため、光線３Ｌ１のうち分光フィルタ板２１の透光領域２１Ｇを透過するＧ色の光線のみが、選択透光板２２を透過して−Ｘ方向に進み、後述する撮像素子３１にＧ色の光学像を結ぶ。
【００５９】
また、図７に示すように、透光領域２２Ｂのみを透光状態とした場合は、被写体表面５から発する光線３Ｌ１は、分光フィルタ板２１を透過するが、選択透光板２２において透光領域２２Ｂのみが透光状態であるため、光線３Ｌ１のうち分光フィルタ板２１の透光領域２１Ｂを透過するＢ色の光線のみが、選択透光板２２を透過して−Ｘ方向に進み、後述する撮像素子３１にＢ色の光学像を結ぶ。
【００６０】
即ち、選択透光板２２は、フィルタ（分光フィルタ板２１）に密接または近接されて配置され、複数の領域（透光領域２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ）を有し、その複数の領域の一部の領域を光が透過する状態（透光状態）とすることによって、複数の互いに異なる波長帯域の光（ＲＧＢの三原色の光）をそれぞれ透過させる複数種類の領域（透光領域２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ）の一部の種類の領域を選択し、選択された領域を通して、被写体表面５から発せられる光を撮像素子３１に結像させる選択透光手段として機能する。
【００６１】
また、撮影動作中には、透光切替機能によって、透光領域２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの透光状態および遮光状態が毎秒３０回のタイミングで切り替わる。つまり、例えば、図５に示す状態から図６に示す状態へ切り替わった１／３０秒後に、図６に示す状態から図７に示す状態へ切り替わる。また、図６に示す状態から図７に示す状態へ切り替わった１／３０秒後に、図７に示す状態から図５に示す状態へ切り替わる。さらに、図７に示す状態から図５に示す状態へ切り替わった１／３０秒後に、図５に示す状態から図６に示す状態へ切り替わる。そして、このような図５に示す状態から図６に示す状態への切り替え、図６に示す状態から図７に示す状態への切り替え、および図７に示す状態から図５に示す状態への切り替えを順次繰り返す。
【００６２】
なお、ここでは、図５から図７に示すように、選択透光板２２によって、撮影レンズ系２０内における、光が透過する経路（以下、「光の透過路」と称す）が遮光される。特に、図７に示すように、透光領域２２Ｒ，２２Ｇが遮光状態となっていると、光の透過路の中央が遮光され、選択透光板２２を透過する光がリング状になる。しかし、ここでは、分光フィルタ板２１および選択透光板２２を、撮影レンズ系２０の開口絞り２３が設けられているＹＺ平面の位置と略同一、または、その近傍に設けており、一般的に、撮影レンズ系における開口絞りの形状が撮影における視野の形状に影響を及ぼさないという幾何光学の周知の事実と照らし合わせると、撮像素子３１に結像される光学像には、光の透過路の中央の遮光部分の影がほとんど生じることなく、光の透過路の中央に遮光部分がない通常の光学像とほぼ同様な光学像が得られる。即ち、後述する撮像素子３１において取得される画像データによって規定される画像についての”けられ”の発生を抑制することができる。
【００６３】
＜分光フィルタ板の隣接する透光領域を透過する光の混入防止＞
図８は、図１６に示した従来技術の問題点を解決するための方策を説明するための図である。なお、図８では、分光フィルタ板２１および選択透光板２２の周辺の一部分の断面を例示する模式図である。また、図８では、方向関係を示すためにＸ軸方向を示している。
【００６４】
例えば、図８に示すように、分光フィルタ板２１は、主に、被写体表面５から発する光を、ＲＧＢの三原色の光に分光する機能（以下、「分光機能」と称する）を担う層（以下、「分光層」と称する）２１Ｌと、ガラス板２１ＧＡなどを備えて構成される。また、選択透光板２２は、主に、透光切替機能を担う層（以下、「透光切替層」）２２Ｌと、ガラス板２２ＧＡなどを備えて構成される。そして、図８に示すように、ガラス板２１ＧＡ，２２ＧＡなどの存在によって、分光フィルタ板２１と選択透光板２２とを密接させても、分光層２１Ｌと透光切替層２２Ｌとを完全に密接させた状態とすることができない。よって、分光層２１Ｌと透光切替層２２Ｌとの間には間隔ｄが生じる。
【００６５】
また、図８には、一例として、透光領域２２Ｇのみを透光状態とした場合において、透光領域２２Ｇと隣接する透光領域２２Ｂとの境界を通過する２つの光線Ｌ１，Ｌ２が示されている。
【００６６】
光線Ｌ１と光線Ｌ２は、被写体表面５の異なる２点から発した光線であり、互いに相反する方向に最大の入射角を持つものである。即ち、光線Ｌ１と光線Ｌ２の各々を発した被写体表面５における点（以下、「起点」と称する）が撮影視野において互いに最も離れて位置する関係にあるものとする。なお、このような関係にあるものは、一般的には、撮影される矩形の画像における対角の頂点に、光線Ｌ１と光線Ｌ２の各々の起点が存在している。
【００６７】
このとき、光線Ｌ１のＢ色成分が透光領域２１Ｂを透過して、透光領域２２Ｂと透光領域２２Ｇとの境界に達する。一方、光線Ｌ２のＧ色成分が透光領域２１Ｇを透過して、透光領域２２Ｂと透光領域２２Ｇとの境界に達する。そして、仮に、分光層２１Ｌと透光切替層２２Ｌとの間に何も設けなければ、光線Ｌ１と光線Ｌ２との間を進む光線が、透光領域２１Ｂを透過して透光領域２２Ｇに到達したり、透光領域２１Ｇを透過して透光領域２２Ｂに達したりすることとなる。
【００６８】
即ち、特定の色成分の光（図８では、Ｇ色の光）を検出するために、透光領域２２Ｇを透光状態としたが、撮像素子３１に到達する光線には、分光フィルタ板２１において隣接する領域を透過する光（図８では、Ｂ色の光）が混入するといった問題が生じる。
【００６９】
このような問題を防ぐために、撮像装置１０では、例えば、図８に示すように、分光フィルタ板２１における分光層２１Ｌの各透光領域２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの各境界に遮光マスクＭを設けている。以下、各透光領域２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの各境界に設けるべき遮光マスクＭの幅について説明する。なお、ここでは、説明を簡単とするために、分光層２１Ｌと透光切替層２２Ｌの厚みを極めて薄いものと仮定し、遮光マスクＭの厚みが極めて薄く、分光フィルタ板２１と選択透光板２２とがほぼ密着していると見なせるとした場合を例にとって説明する。
【００７０】
ここで、Ｘ軸と光線Ｌ１とがなす角度をθ１、Ｘ軸と光線Ｌ２とがなす角度をθ２とすると、光線Ｌ１および光線Ｌ２それぞれの分光層２１Ｌに対する入射位置の距離Ｗは、下式（１）で表される。
【００７１】
Ｗ＝ｄ・（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）　　・・・（１）。
【００７２】
したがって、ここでは、各透光領域２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの各境界に設けるべき遮光マスクＭの幅は、上式（１）の距離Ｗ以上であることが要求される。但し、分光フィルタ板２１と選択透光板２２との間に空気の層など異なる屈折率を持つ媒質が介在する場合などには、上式（１）に加えて、光線Ｌ１および光線Ｌ２の屈折の影響を考慮する必要性がある。
【００７３】
なお、上式（１）では、透光領域２２Ｇと透光領域２２Ｂとの境界に設けられる遮光マスクＭの幅を示すが、透光領域２２Ｇと透光領域２２Ｒとの境界に設けられる遮光マスクＭの幅についても、上式（１）のθ１，θ２の数値を変更することによって求めることができる。
【００７４】
また、ここでは、図８に示したように、遮光マスクＭを分光層２１Ｌの上に被せるように設ける場合を示したが、遮光マスクＭの設置面はこれに限られるものではない。例えば、選択透光板２２の−Ｘ方向の面Ｐなど他の面にも設けることができる。そのときの遮光マスクＭの幅は、上述した方法と同様な方法によって導き出すことができる。さらに、遮光マスクＭを分光層２１Ｌに含めたものとしても良いし、遮光マスクＭの機能と同様な機能を透光切替層２２Ｌに含めたものでも良い。特に、遮光マスクＭの機能と同様な機能を透光切替層２２Ｌに含めた場合では、単に、透光領域２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの設定を変更するのみで良いため、容易に、分光フィルタ板２１において隣接する領域を透過する光が混入するのを防ぐことができる。
【００７５】
即ち、遮光マスクＭが、分光フィルタ板２１に配置される複数種類の領域（透光領域２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ）、および選択透光板２２が有する複数の領域（透光領域２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ）のうち少なくとも一方において、各領域の境界に設けられた光を透過しない遮光する手段として機能する。
【００７６】
＜カメラ本体部＞
図２に示すように、カメラ本体部３０は、主に、撮像素子３１、画像処理機能部３２、カメラ制御部３７によって構成されている。
【００７７】
撮像素子３１は、例えば、一般的なＣＣＤイメージセンサ、或いはＣＭＯＳイメージセンサ等の素子となっており、例えば、毎秒３０フレーム分の画像データを取得することができる。この画像データの取得のタイミングは、カメラ制御部３７によって、選択透光板２２の透光切替機能の切り替えタイミングと同期づけられている。つまり、撮像素子３１の撮像面には、ＲＧＢの三原色の各色の光線が１／３０秒毎に切り替わりながら照射され、Ｒ色の光学像に基づいた１フレーム分の画像データと、Ｇ色の光学像に基づいた１フレーム分の画像データと、Ｂ色の光学像に基づいた１フレーム分の画像データとが、時間的に連続して取得される。
【００７８】
即ち、ここでは、カメラ制御部３７の制御の下で、選択透光板２２が、複数の互いに異なる波長帯域の光（ＲＧＢの三原色の光）をそれぞれ透過させる複数種類の領域（透光領域２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ）から一部ずつの領域を時間順次に選択することによって、撮像素子３１から画像データ等の撮像データをそれぞれ得ることができる。
【００７９】
撮像素子３１の撮像面では、略同一の光電変換セルが縦横に１２８０×９６０個のマトリクス配列を形成しており、撮像面上には入射してきた光を分光する機能を有するカラーフィルタ層が設けられていない。つまり、撮像素子３１は、いわゆるモノクロ撮影用の素子である。よって、ここでは、撮影レンズ系２０を透過して撮像素子３１に結像された光学像（以下、「撮影光学像」と称す）を、常に全ての光電変換セルにおいて画像信号に光電変換して色彩に係る情報を有しない画像データを取得することができる。
【００８０】
なお、上述したように、撮像素子３１の撮像面では、光電変換セルが縦横に１２８０×９６０個のマトリクス配列を形成しているが、これに限られるものではなく、例えば、２５６０×１９２０個のマトリクス配列を形成するなど、その他の配列を形成しても良い。以下、撮像面において光電変換セルが縦横に１２８０×９６０個のマトリクス配列を形成している場合を例にとって説明を続ける。
【００８１】
このように、撮像素子３１はモノクロ撮影用の素子であるため、撮像素子３１において取得される画像データは、１フレームのみに注目すると、被写体表面５の色彩を反映したものとなっていない。しかし、時系列で見ると、上述したように、ＲＧＢの三原色の各色の光学像に基づいた１フレーム分の画像データを１／３０秒毎に順次取得する。
【００８２】
つまり、撮像素子３１では１／１０秒毎に、被写体表面５の色彩のうちのＲ色成分の輝度を示す画像データ（以下、「Ｒ色画像データ」と称す）、被写体表面５の色彩のうちのＧ色成分の輝度を示す画像データ（以下、「Ｇ色画像データ」と称す）、被写体表面５の色彩のうちのＢ色成分の輝度を示す画像データ（以下、「Ｂ色画像データ」と称す）の３つの画像データの組を取得する。
【００８３】
したがって、ここでは、被写体表面５の各点から発せられる光を、おおよそＲＧＢの三原色に分光して画像データを取得しているとみなすことができる。
【００８４】
撮像素子３１で取得された画像データは画像処理機能部３２のＡ／Ｄ変換部３３に出力される。
【００８５】
以下、画像処理機能部３２の機能構成について説明する。
【００８６】
Ａ／Ｄ変換部３３は、撮像素子３１から入力される画像データを例えば１画素あたり１０ビットのデジタル画像データに変換する。Ａ／Ｄ変換部３３から出力されるデジタル画像データは、フレームメモリ部３４へ記憶される。
【００８７】
フレームメモリ部３４は、撮像素子３１で取得され、上記のＡ／Ｄ変換が施されたデジタル画像データを一時的に記憶するメモリである。フレームメモリ部３４は、撮像素子３１で取得されてＡ／Ｄ変換された３種類の画像データ（Ｒ色画像データ、Ｇ色画像データ、Ｂ色画像データ）を、ＲＧＢの三原色の光の輝度を示すデータとしてそれぞれ別々に記憶する。
【００８８】
つまり、フレームメモリ部３４は、Ｒ色画像データをＲ色の光の輝度を示すデータとして記憶するＲ色メモリ３４Ｒ、Ｇ色画像データをＧ色の光の輝度を示すデータとして記憶するＧ色メモリ３４Ｇ、Ｂ色画像データをＢ色の光の輝度を示すデータとして記憶するＢ色メモリ３４Ｂの３つのメモリを備えて構成される。なお、３つのメモリ（Ｒ色メモリ３４Ｒ、Ｇ色メモリ３４Ｇ、Ｂ色メモリ３４Ｂ）はそれぞれ、１２８０×９６０画素分の画素データを１フレーム分記憶することができる。
【００８９】
言い換えれば、フレームメモリ部３４では、３つのカラーメモリ（Ｒ色メモリ３４Ｒ、Ｇ色メモリ３４Ｇ、Ｂ色メモリ３４Ｂ）に、被写体表面５の色彩をＲＧＢの三原色に分光した結果が、それぞれ記憶されていることとなる。
【００９０】
なお、ここでは、後述するカメラ制御部３７において、選択透光板２２の透光切替機能を制御することによって、どのタイミングで、ＲＧＢの三原色のいずれの色の光学像に基づいた画像データを取得するのかを制御しているため、カメラ制御部３７の制御の下で、画像データが３つのカラーメモリ（Ｒ色メモリ３４Ｒ、Ｇ色メモリ３４Ｇ、Ｂ色メモリ３４Ｂ）に順次記憶される。
【００９１】
データ合成部３５は、フレームメモリ部３４に格納された３種類の画像データ（Ｒ色画像データ、Ｇ色画像データ、Ｂ色画像データ）を合成処理して、被写体表面５の色彩を反映した１２８０×９６０画素分の画素データからなる１フレーム分のカラー画像データを生成する。
【００９２】
また、データ合成部３５は、生成されるカラー画像データを、ＮＴＳＣ方式等のアナログ画像信号としたり、ビットマップ形式、ＪＰＥＧ形式、ＭＰＥＧ方式等のようなデジタル画像データとしたりして、出力Ｉ／Ｆ３６、ケーブルＣＢ１を介してパソコン１００に出力することができる。
【００９３】
カメラ制御部３７は、主にマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）からなり、選択透光板２２、撮像素子３１、画像処理機能部３２の各部等の駆動を有機的に制御して、選択透光板２２の透光切替機能、撮像素子３１の撮像タイミング、画像処理機能部３２におけるカラー画像データの生成および出力動作等を統括制御するものである。なお、カメラ制御部３７の機能は、ＣＰＵにおいてプログラムによって実現される。
【００９４】
＜撮像装置の撮影動作＞
図９は、撮像装置１０の撮影動作の動作フローを示すフローチャートである。まず、ユーザーがパソコン１００の操作部１０３を種々操作すると、カメラ制御部３７の制御の下で、撮像装置１０の撮影動作が開始し、図９のステップＳ１に進む。
【００９５】
ステップＳ１では、図５に示すように、選択透光板２２の透光領域２２Ｒのみを透光状態とし、透光領域２２Ｇ，２２Ｂを遮光状態として、ステップＳ２に進む。
【００９６】
ステップＳ２では、Ｒ色画像データを取得し、ステップＳ３に進む。ここでは、透光領域２２Ｒを透過した光線が撮像素子３１の撮像面に照射され、撮像素子３１が被写体表面５の色彩のうちのＲ色成分の輝度を示す画像データを取得して、フレームメモリ部３４のＲ色メモリ３４Ｒに記憶する。
【００９７】
ステップＳ３では、図６に示すように、選択透光板２２の透光領域２２Ｇのみを透光状態とし、透光領域２２Ｒ，２２Ｂを遮光状態として、ステップＳ４に進む。
【００９８】
ステップＳ４では、Ｇ色画像データを取得し、ステップＳ５に進む。ここでは、透光領域２２Ｇを透過した光線が撮像素子３１の撮像面に照射され、撮像素子３１が被写体表面５の色彩のうちのＧ色成分の輝度を示す画像データを取得して、フレームメモリ部３４のＧ色メモリ３４Ｇに記憶する。
【００９９】
ステップＳ５では、図７に示すように、選択透光板２２の透光領域２２Ｂのみを透光状態とし、透光領域２２Ｒ，２２Ｇを遮光状態として、ステップＳ６に進む。
【０１００】
ステップＳ６では、Ｂ色画像データを取得し、ステップＳ７に進む。ここでは、透光領域２２Ｂを透過した光線が撮像素子３１の撮像面に照射され、撮像素子３１が被写体表面５の色彩のうちのＢ色成分の輝度を示す画像データを取得して、フレームメモリ部３４のＢ色メモリ３４Ｂに記憶する。
【０１０１】
ステップＳ７では、ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ６のそれぞれで取得された３種類の画像データを合成してカラー画像データを生成して、出力し、ステップＳ８に進む。ここでは、ステップＳ２で取得されたＲ色画像データ、ステップＳ４で取得されたＧ色画像データ、ステップＳ６で取得されたＢ色画像データを合成してカラー画像データを生成して、ＮＴＳＣ方式等のアナログ画像信号としたり、ビットマップ形式、ＪＰＥＧ形式、ＭＰＥＧ方式等のようなデジタル画像データとしたりして、出力Ｉ／Ｆ３６、ケーブルＣＢ１を介してパソコン１００に出力する。
【０１０２】
ステップＳ８では、撮影動作が終了したか否かを判別する。ここでは、ユーザーがパソコン１００の操作部１０３を操作することによって、撮像装置１０の撮影動作を終了させるための制御信号（以下、「撮影終了信号」と称す）がカメラ制御部３７に入力されたか否かを判別し、撮影終了信号が入力されていれば撮影動作を終了し、撮影終了信号が入力されていなければ、ステップＳ１に戻って、ステップＳ１からステップＳ８までの動作を行う。
【０１０３】
以上、第１実施形態に係る撮像装置１０では、ＲＧＢの三原色の光（複数の互いに異なる波長帯域の光）をそれぞれ透過させる３種類の透光領域（透光領域２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ）から一部ずつの透光領域を時間順次に選択し、その選択された透光領域を通して、被写体表面５から発せられる光を撮像素子３１に結像させて、画像データ等の撮像データをそれぞれ得る。このように、１つの撮像装置１の撮影レンズ系２０の内部に分光フィルタ板２１と選択透光板２２とを組み込むだけなので、簡単な構成とすることができる。また、各色の光学像に基づいた１フレーム分の画像データ（Ｒ色画像データ、Ｇ色画像データ、Ｂ色画像データ）を取得する際に、撮像素子３１の全ての光電変換セルが寄与するため、解像度を高くすることができる。さらに、上述した第３の従来技術のように、作製時に厳密な精度を必要としないため、撮像装置の作製が容易となり、製品コストの上昇を抑制することができる。
【０１０４】
また、分光フィルタ板２１の各透光領域２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの境界に対して、遮光マスクＭを設けることなどによって、分光フィルタ板２１の隣接する透光領域を透過する光が混入するという問題を防止することができる。
【０１０５】
したがって、解像度が高く、簡単な構成で被写体から発せられる光を複数の波長帯域の光に確実に分光することによって、被写体から発せられる光から波長帯域毎の光に関する情報を取得可能な小型および低価格の撮像装置を提供することができる。
【０１０６】
＜２．第２実施形態＞
第１実施形態に係る撮像システム１では、撮像装置１０において、撮影レンズ系２０を透過した被写体から発せられる光を撮像素子３１に直接照射して、画像データを取得したが、第２実施形態に係る撮像システム１Ａでは、撮像装置１０Ａに、撮影レンズ系２０を透過した被写体表面５から発せられる光を増強する素子としてイメージインテンシファイア４０を構成に加え、高感度化を図ったものである。
【０１０７】
図１０は、第２実施形態に係る撮像装置１０Ａの要部構成を示す模式図である。図１０に示すように、第２実施形態に係る撮像装置１０Ａは、第１実施形態に係る撮像装置１０にイメージインテンシファイア４０とリレー光学系５０を追加したものである。したがって、ここでは、主に第１実施形態に係る撮像装置１０と異なる部分を説明し、第１実施形態に係る撮像装置１０と同様な部分については、同様な符号を付して説明を省略する。
【０１０８】
なお、第２実施形態に係る撮像装置１０Ａにおける撮影動作は、第１実施形態に係る撮像装置１０と全く同様となるため、この点についても、ここでは説明を省略する。
【０１０９】
図１０に示すように、被写体表面５から発する光は、撮影レンズ系２０を透過して、イメージインテンシファイア４０に照射される。
【０１１０】
＜イメージインテンシファイア＞
図１０に示すように、イメージインテンシファイア４０は、照射される光のエネルギー密度に応じた電子を放出する光電面４１と、衝突する電子のエネルギーに応じた光を発生させる蛍光面４３とを有している。そして、光電面４１と蛍光面４３との間には蛍光面４３側の電位が相対的に高くなるように電位差が設定されている。また、光電面４１と蛍光面４３との間には電子レンズ４２が設けられており、電子レンズ４２と蛍光面４３との間には蛍光面４３側の電位が相対的に高くなるように電位差が設定されている。
【０１１１】
被写体表面５から発した光線３Ｌ１は撮影レンズ系２０により、カメラ本体部３０Ａ内の光電面４１の＋Ｘ方向の面上に結像される。そして、光電面４１の−Ｘ方向の面上の各点では、結像した光のエネルギー密度に応じた数の電子３Ｅを放出する。
【０１１２】
電子３Ｅは、光電面４１と蛍光面４３との間の電位差によって、光電面４１から蛍光面４３に向けて加速されつつ進み、電子レンズ４２による偏向を受けて、蛍光面４３の＋Ｘ方向の面上に電子像が結ばれる。蛍光面４３の−Ｘ方向の面上の各点では、衝突した電子３Ｅのエネルギー密度に応じた光線３Ｌ２が発生する。
【０１１３】
光線３Ｌ２は、光学レンズ等で構成されるリレー光学系５０によって、撮像素子３１の撮像面に結像され、撮像素子３１において被写体表面５に係る画像データ（Ｒ色画像データ、Ｇ色画像データ、Ｂ色画像データ）を第１実施形態と同様に順次取得する。
【０１１４】
なお、リレー光学系５０は、光学レンズ等で構成されるものに限られず、蛍光面４３の−Ｘ方向の面上から出力される光線３Ｌ２を撮像素子３１に対して直接伝達する光ファイバの束等によって構成される部材等であっても良い。
【０１１５】
イメージインテンシファイア４０では、電子３Ｅが加速によってエネルギーを付与されるため、電子３Ｅについて、加速によってエネルギーが増加した分だけ、最初に光電面４１に入射した光の信号強度としての輝度よりも蛍光面４３で発生する光の信号強度としての輝度の方が高くなる。したがって、撮像装置１０Ａは高感度化を図ることができる。
【０１１６】
なお、イメージインテンシファイア４０は、被写体表面５から発する光の信号強度としての輝度を増強することができるが、イメージインテンシファイア４０の構成としては、これに限られるものではなく、電子レンズ４２を省略したり、あるいは光学像の信号強度としての輝度を増強する度合い（増倍率）をさらに高めるためにマイクロチャンネルプレート（図示省略）と呼ばれる電子増倍機構を加えたりするもの等であっても良い。
【０１１７】
以上、第２実施形態に係る撮像装置１０Ａでは、撮影レンズ系２０を透過した被写体から発せられる光を増強する素子としてイメージインテンシファイア４０を構成に加えることにより、解像度が高く、簡単な構成で被写体から発せられる光を複数の波長帯域の光に確実に分光することによって、被写体から発せられる光から波長帯域毎の光に関する情報を取得可能な小型および低価格の撮像装置を提供することができるとともに、高感度化を図ることができる。
【０１１８】
＜３．変形例＞
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
【０１１９】
◎例えば、上述した実施形態では、透光領域２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂのうち１つの透光領域ずつ順番に透光状態として３つの画像データ（Ｒ色画像データ、Ｇ色画像データ、Ｂ色画像データ）を取得したが、これに限られるものではなく、例えば、透光領域２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂのうち２つの透光領域ずつ順番に透光状態として画像データを取得しても良い。また、透光領域２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの全ての透光領域を透光状態として、画像データを取得することもできる。
【０１２０】
具体的には、透光領域２２Ｒ，２２Ｇの２つの透光領域を透光状態として、被写体表面５の色彩のうちのＹ（イエロー）色成分の輝度を示す画像データ（以下、「Ｙ色画像データ」と称す）を取得し、透光領域２２Ｇ，２２Ｂの２つの透光領域を透光状態として、被写体表面５の色彩のうちのＣ（シアン）色成分の輝度を示す画像データ（以下、「Ｃ色画像データ」と称す）を取得し、透光領域２２Ｒ，２２Ｂの２つの透光領域を透光状態として、被写体表面５の色彩のうちのＭ（マジェンタ）色成分の輝度を示す画像データ（以下、「Ｍ色画像データ」と称す）を順番に取得しても良い。
【０１２１】
◎また、上述した実施形態では、図３および図４に示すような分光フィルタ板２１および選択透光板２２を用いたが、分光フィルタおよび選択透光板の透光領域の配列を種々変更したものを用いても良い。
【０１２２】
図１１から図１３および図１５は分光フィルタ板と選択透光板の組合せの４つの変形例を示す斜視模式図である。なお、分光フィルタ板と選択透光板は、実際には、密接または近接して配置されるが、ここでは、説明を容易とするために、分光フィルタ板２１１〜２１４と選択透光板２２１〜２２４とを分離して図示し、撮影レンズ系２０の光軸Ｌを付している。また、ここでは、遮光マスクＭの図示は省略する。
【０１２３】
１つ目の変形例について説明する。
【０１２４】
図１１に示すように、分光フィルタ板２１１は、ＹＺ平面について見ると、Ｙ軸に沿って周期的にＲＧＢの三原色の光をそれぞれ透過させる透光領域２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂが繰り返し並べられた縞状パターンを有する。
【０１２５】
選択透光板２２１は、ＹＺ平面について見ると、透光領域２２１Ｒ，２２１Ｇ，２２１Ｂが繰り返し並べられた縞状パターンを有する。そして、これらの透光領域２２１Ｒ，２２１Ｇ，２２１Ｂは、上述した分光フィルタ板２１１における透光領域２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂのそれぞれの形状および大きさと略一致する。
【０１２６】
つまり、ここでは、分光フィルタ板２１１と選択透光板２２１とが密接または近接して配置され、＋Ｘ方向から見た場合、透光領域２１１Ｒと透光領域２２１Ｒとがほぼ完全に重なり合い、透光領域２１１Ｇと透光領域２２１Ｇとがほぼ完全に重なり合い、透光領域２１１Ｂと透光領域２２１Ｂとがほぼ完全に重なり合った状態となっている。
【０１２７】
そして、選択透光板２２１は、カメラ制御部３７の制御によって送信される制御信号に基づいて、選択的に透光領域２２１Ｒ，２２１Ｇ，２２１Ｂのうちの任意の領域を光が遮られる遮光状態、または光が透過する透光状態とすることができる透光切替機能を有する。
【０１２８】
２つ目の変形例について説明する。
【０１２９】
図１２に示すように、分光フィルタ板２１２は、ＹＺ平面について見ると、ＲＧＢの三原色の光をそれぞれ透過させる略同一形状である多数の略正方形の小さな透光領域（透光領域２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂ）が縦横に繰り返してマトリクス配列されている構造となっている。
【０１３０】
選択透光板２２２は、ＹＺ平面について見ると、透光領域２２２Ｒ，２２２Ｇ，２２２Ｂが繰り返し並べられたモザイク状のパターンを有する。そして、これらの透光領域２２２Ｒ，２２２Ｇ，２２２Ｂは、上述した分光フィルタ板２１２における透光領域２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂのそれぞれの形状および大きさと略一致する。
【０１３１】
つまり、ここでは、分光フィルタ板２１２と選択透光板２２２とが密接または近接して配置され、＋Ｘ方向から見た場合、透光領域２１２Ｒと透光領域２２２Ｒとがほぼ完全に重なり合い、透光領域２１２Ｇと透光領域２２２Ｇとがほぼ完全に重なり合い、透光領域２１２Ｂと透光領域２２２Ｂとがほぼ完全に重なり合った状態となっている。
【０１３２】
そして、選択透光板２２２は、カメラ制御部３７の制御によって送信される制御信号に基づいて、選択的に透光領域２２２Ｒ，２２２Ｇ，２２２Ｂのうちの任意の領域を光が遮られる遮光状態、または光が透過する透光状態とすることができる透光切替機能を有する。
【０１３３】
３つ目の変形例について説明する。
【０１３４】
図１３に示すように、分光フィルタ板２１３は、ＹＺ平面について見ると、同心円状にＲＧＢの三原色の光をそれぞれ透過させる複数種類の透光領域２１３Ｒ，２１３Ｇ，２１３Ｂが繰り返して配列されるように区切られている。そして、中心から透光領域２１３Ｒ、透光領域２１３Ｇ、透光領域２１３Ｂの順に繰り返して配列されている構造となっている。
【０１３５】
選択透光板２２３は、ＹＺ平面について見ると、同心円状に複数種類の透光領域２２３Ｒ，２２３Ｇ，２２３Ｂが繰り返して配列されるように区切られている。そして、中心側から透光領域２２３Ｒ、透光領域２２３Ｇ、透光領域２２３Ｂの順に繰り返して配列されている構造となっている。そして、これらの透光領域２２３Ｒ，２２３Ｇ，２２３Ｂは、上述した分光フィルタ板２１３における透光領域２１３Ｒ，２１３Ｇ，２１３Ｂのそれぞれの形状および大きさと略一致する。
【０１３６】
つまり、ここでは、分光フィルタ板２１３と選択透光板２２３とが密接または近接して配置され、＋Ｘ方向から見た場合、透光領域２１３Ｒと透光領域２２３Ｒとがほぼ完全に重なり合い、透光領域２１３Ｇと透光領域２２３Ｇとがほぼ完全に重なり合い、透光領域２１３Ｂと透光領域２２３Ｂとがほぼ完全に重なり合った状態となっている。
【０１３７】
そして、選択透光板２２３は、カメラ制御部３７の制御によって送信される制御信号に基づいて、選択的に透光領域２２３Ｒ，２２３Ｇ，２２３Ｂのうちの任意の領域を光が遮られる遮光状態、または光が透過する透光状態とすることができる透光切替機能を有する。
【０１３８】
さらに、図１４に示すように、選択透光板２２３は、周縁側から所定の数の透光領域２２３Ｒ，２２３Ｇ，２２３Ｂを常に遮光状態とすることで、選択透光板２２３が開口絞りとしての機能も果たすことができる。
【０１３９】
例えば、図１４（ａ）に示すように、周縁側の３箇所の透光領域（透光領域２２３Ｒ，２２３Ｇ，２２３Ｂの各１領域ずつ）を常に遮光状態として撮影した場合は、開口絞りが比較的開いた状態での撮影となる。また、図１４（ｂ）に示すように、周縁側の６箇所の透光領域（透光領域２２３Ｒ，２２３Ｇ，２２３Ｂの各２領域ずつ）を常に遮光状態として撮影した場合は、開口絞りが比較的開いた状態での撮影となる。
【０１４０】
したがって、図１４に示すような選択透光板２２３は、開口絞りとしての機能を果たすことができる。したがって、このような構成とすることによって、図２で示した開口絞り２３が不要となり、撮像装置の部品点数を少なくすることができるため、撮像装置のさらなる低価格化を図ることができる。
【０１４１】
なお、図１４では、分光フィルタ板２１３および選択透光板２２３は、ともに９つの透過領域にしか分割されていないが、Ｒ色画像データ、Ｇ色画像データ、Ｂ色画像データを取得する際の被写界深度の変化の影響を抑制するといった観点からすると、より多くの透過領域に細かく分割した方が好ましい。
【０１４２】
４つ目の変形例について説明する。
【０１４３】
図１５に示すように、分光フィルタ板２１４は、ＹＺ平面について見ると、分光フィルタ板２１４の中心から放射状に描かれる直線によって区切られ、ＲＧＢの三原色の光をそれぞれ透過させる３つの同様な扇型の透光領域２１４Ｒ，２１４Ｇ，２１４Ｂが配列されている。
【０１４４】
選択透光板２２４は、ＹＺ平面について見ると、選択透光板２２４の中心から放射状に描かれる直線によって区切られる３つの同様な扇型の透光領域２２４Ｒ，２２４Ｇ，２２４Ｂが配列されている。そして、これらの透光領域２２４Ｒ，２２４Ｇ，２２４Ｂは、上述した分光フィルタ板２１４における透光領域２１４Ｒ，２１４Ｇ，２１４Ｂのそれぞれの形状および大きさと略一致する。
【０１４５】
つまり、ここでは、分光フィルタ板２１４と選択透光板２２４とが密接または近接して配置され、＋Ｘ方向から見た場合、透光領域２１４Ｒと透光領域２２４Ｒとがほぼ完全に重なり合い、透光領域２１４Ｇと透光領域２２４Ｇとがほぼ完全に重なり合い、透光領域２１４Ｂと透光領域２２４Ｂとがほぼ完全に重なり合った状態となっている。
【０１４６】
そして、選択透光板２２４は、カメラ制御部３７の制御によって送信される制御信号に基づいて、選択的に透光領域２２４Ｒ，２２４Ｇ，２２４Ｂのうちの任意の領域を光が遮られる遮光状態、または光が透過する透光状態とすることができる透光切替機能を有する。
【０１４７】
図１５に示すような分光フィルタ板２１４と選択透光板２２４の組合せとすると、透光領域２１４Ｒ，２１４Ｇ，２１４Ｂおよび透光領域２２４Ｒ，２２４Ｇ，２２４Ｂはそれぞれ、撮影レンズ系２０の光軸Ｌに対する位置関係および形状が同様となっている。このような構造とすると、Ｒ色画像データ、Ｇ色画像データ、Ｂ色画像データをそれぞれを取得する場合に生じる撮影レンズ系２０の収差による影響（種々の収差の差等）を抑制することができる。
【０１４８】
なお、図１５では、ＹＺ平面について見ると、分光フィルタ板２１４および選択透光板２２４を、中心から放射状に描かれる直線によって区切られる３つの同様な扇型の透光領域に区切ったが、これに限られるものではなく、例えば、中心から放射状に描かれる直線によって区切られる６つの同様な扇型の透光領域に区切っても良いし、中心から放射状に描かれる直線によって区切られる９つの同様な扇型の透光領域に区切っても良い。
【０１４９】
◎また、上述した実施形態では、撮像装置１０，１０Ａにおいて取得されたＲ色画像データ、Ｇ色画像データ、Ｂ色画像データを合成してカラー画像データを生成していたが、これに限られるものではなく、例えば、Ｒ色画像データ、Ｇ色画像データ、Ｂ色画像データをそのままパソコン１００等の外部機器に出力するようなものであっても良い。
【０１５０】
◎また、上述した実施形態では、被写体表面５側から分光フィルタ板２１，２１１〜２１４、選択透光板２２，２２１〜２２４の順に配置していたが、これに限られるものではなく、被写体表面５側から選択透光板２２，２２１〜２２４、分光フィルタ板２１，２１１〜２１４の順に配置するようなものであっても良い。
【０１５１】
◎また、上述した実施形態では、分光フィルタ板２１，２１１〜２１４と選択透光板２２，２２１〜２２４とは別々のものとしていたが、これに限られるものではなく、例えば、選択透光板２２，２２１〜２２４の表面にＲＧＢの三原色に対応するように顔料を調合して印刷したり、透過型のカラー液晶を用いる等することによって、分光フィルタ板２１，２１１〜２１４と選択透光板２２，２２１〜２２４との機能を１つの部材で果たすようにしても良い。
【０１５２】
したがって、分光フィルタ板２１，２１１〜２１４と選択透光板２２，２２１〜２２４とを別々のものとしていた場合には、分光フィルタ板２１，２１１〜２１４と選択透光板２２，２２１〜２２４とを精密に配置しなければならないが、分光フィルタ板２１，２１１〜２１４と選択透光板２２，２２１〜２２４との機能を１つの部材で果たすような構成にすることによって、製造が容易となるとともに、部品点数を削減することもできる。
【０１５３】
◎また、上述した実施形態では、分光フィルタ板２１，２１１〜２１４および選択透光板２２，２２１〜２２４を、撮影レンズ系２０の開口絞り２３が設けられているＹＺ平面の位置と略同一、または、その近傍に設けていたが、これに限られるものではなく、撮影レンズ系２０のいずれかの位置であれば、分光フィルタ板２１，２１１〜２１４および選択透光板２２，２２１〜２２４とを近接または密接させたまま、光軸Ｌに沿って＋Ｘまたは−Ｘ方向に所定の距離だけずらした位置に、分光フィルタ板２１，２１１〜２１４および選択透光板２２，２２１〜２２４を設けるようにしても良い。
【０１５４】
しかしながら、上述したように、撮影レンズ系における開口絞りの形状が撮影における視野の形状に影響を及ぼさないという幾何光学の周知の事実を加味して、撮像素子３１で取得される画像データ（Ｒ色画像データ、Ｇ色画像データ、Ｂ色画像データ）によって規定される画像についての”けられ”の発生を抑制するといった観点からすると、分光フィルタ板２１，２１１〜２１４および選択透光板２２，２２１〜２２４とを撮影レンズ系２０の開口絞り２３が設けられているＹＺ平面の位置の近傍に設置する方が好ましく、さらに、分光フィルタ板２１，２１１〜２１４および選択透光板２２，２２１〜２２４を撮影レンズ系２０の開口絞り２３が設けられているＹＺ平面と略同一の位置に設置する方が好ましい。
【０１５５】
◎また、上述した実施形態では、複数種類の色に対応する波長帯域の光として、ＲＧＢの三原色に対応する波長帯域の光を用いていたが、これに限られるものではなく、例えば、ＣＭＹの三補色に対応する波長帯域の光であっても良いし、４色以上に対応する波長帯域の光であっても良い。
【０１５６】
なお、ここでは、複数種類の色に対応する波長帯域の光として、４色以上に対応する波長帯域の光を適用しても、撮像素子３１では、各色の光学像に基づいた１フレーム分の画像データを取得する際に、全ての光電変換セルが寄与する。つまり、複数種類の色に対応する波長帯域の数を増加させても、撮像素子３１で所定の波長帯域の光を検出する光電変換セルの割合が低下することがないため、解像度の低下を抑制することができる。したがって、分光する波長帯域の数を増加させ易くなっていると言える。
【０１５７】
◎また、上述した実施形態では、複数の互いに異なる波長帯域として、ＲＧＢの三原色などの可視光線の波長帯域を対象としていたが、これに限られるものではなく、複数の互いに異なる波長帯域として、赤外線や紫外線などの可視光線以外の波長帯域も対象としても良い。例えば、複数の互いに異なる波長帯域の光が、赤外線と紫外線と可視光線に対応する３つの波長帯域の光であっても良い。
【０１５８】
◎また、上述した実施形態では、透光切替機能により、透光領域における透光状態および遮光状態が毎秒３０回のタイミングで切り替わって、毎秒３０フレーム分の画像データが取得されたが、これに限られるものではなく、例えば、透光領域における透光状態および遮光状態が毎秒６０回のタイミングで切り替わって、毎秒６０フレーム分の画像データが取得されるようにしても良いし、透光領域における透光状態および遮光状態がその他のタイミングで切り替わって、そのタイミングに従って画像データが取得されても良い。
【０１５９】
◎また、本発明の実施形態に係る撮像装置１０では、複数の互いに異なる波長帯域の光をそれぞれ透過させる複数種類の領域から一部ずつの領域を時間順次に選択することによって、撮像素子３１から画像データ等の撮像データをそれぞれ得る。したがって、すべての波長帯域に関する一そろいの撮像データを短時間で取得するためには、選択透光板２２における透光切替機能の切り替えを出来る限り高速に行う必要がある。
【０１６０】
例えば、複数の互いに異なる波長帯域の数を６つとした場合、６つの波長帯域すべてに関する一そろいの撮像データの取得を、一般的なビデオレートである約３３ｍｓで実施しようとすると、個々の波長帯域の光の露光に充てられる時間は、単純計算で約５ｍｓとなる。このとき、透光切替機能の切り替えに許容される時間は、大きく見積もっても１ｍｓ程度以下でなければならないと考えられる。現在のところ、ＯＮ−ＯＦＦ間の切り替えが１ｍｓ以下であるような高速応答性を有する液晶パネルは種類が限られており、強誘電性液晶パネル、または、反強誘電性液晶パネルがそれに該当する。
【０１６１】
そこで、選択透光板２２に、強誘電性液晶パネル、または、反強誘電性液晶パネルを用いることで、短時間で多くの撮像データを取得することができるとともに、すべての波長帯域に関する一そろいの撮像データを短時間で取得することができる。このような液晶パネルを用いることは、特に、複数の互いに異なる波長帯域の数を増加させた際に、すべての波長帯域に関する一そろいの撮像データを短時間で取得したい場合に有効である。
【０１６２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、フィルタに配置される複数の互いに異なる波長帯域の光をそれぞれ透過させる複数種類の領域、および選択透光手段が有する複数の領域のうち少なくとも一方において、各領域の境界に光を透過しない透光手段を設け、フィルタに配置される複数種類の領域から一部ずつの領域を時間順次に選択し、その選択された領域を通して、被写体から発せられる光を撮像素子に結像させて、撮像データをそれぞれ得るような構成とすることにより、解像度が高く、簡単な構成で被写体から発せられる光を複数の波長帯域の光に確実に分光することによって、被写体から発せられる光から波長帯域毎の光に関する情報を取得可能な小型および低価格の撮像装置を提供することができる。
【０１６３】
また、請求項２の発明によれば、複数の互いに異なる波長帯域の光をそれぞれ透過させる複数種類の領域が配列されるフィルタと、そのフィルタに密接または近接されて配置され、フィルタにおける複数種類の領域から一部ずつの領域を時間順次に選択し、その選択された領域を通して、被写体から発せられる光を撮像素子に結像させる選択透光手段とが、被写体から発する光を撮像素子に結像させるためのレンズ系の開口絞りの位置、またはその開口絞りの位置の近傍に設置されるような構成とすることによって、得られる画像についてのけられの発生を抑制することができる。
【０１６４】
また、請求項３の発明によれば、選択透光手段が開口絞りとして機能するような構成とすることによって、撮像装置の部品点数を少なくすることができるため、さらなる低価格化を図ることができる。
【０１６５】
また、請求項４の発明によれば、選択透光手段に、強誘電性液晶パネルや、反強誘電液晶パネルを用いるような構成とすることによって、短時間で多くの撮像データを取得することができるとともに、すべての波長帯域に関する一そろいの撮像データを短時間で取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像システムの構成概要を例示する模式図である。
【図２】図１に示す撮像装置システムに含まれる撮像装置の要部構成を示す模式図である。
【図３】分光フィルタ板の外観を例示する斜視模式図である。
【図４】選択透光板の外観を例示する斜視模式図である。
【図５】選択透光板の透光切替機能を説明する斜視模式図である。
【図６】選択透光板の透光切替機能を説明する斜視模式図である。
【図７】選択透光板の透光切替機能を説明する斜視模式図である。
【図８】従来技術の問題点を解決するための方策を説明するための図である。
【図９】撮像装置の撮影動作の動作フローを示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態に係る撮像装置の要部構成を示す模式図である。
【図１１】分光フィルタ板と選択透光板の組合せの変形例を示す斜視模式図である。
【図１２】分光フィルタ板と選択透光板の組合せの変形例を示す斜視模式図である。
【図１３】分光フィルタ板と選択透光板の組合せの変形例を示す斜視模式図である。
【図１４】選択透光板の開口絞りとしての機能を説明する模式図である。
【図１５】分光フィルタ板と選択透光板の組合せの変形例を示す斜視模式図である。
【図１６】従来技術における問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１，１Ａ　撮像システム
１０，１０Ａ　撮像装置
２０　撮影レンズ系
２１，２１１〜２１４　分光フィルタ板
２２，２２１〜２２４　選択透光板
２３　開口絞り
３０，３０Ａ　カメラ本体部
３１　撮像素子
４０　イメージインテンシファイア
１００　パソコン
Ｍ　遮光マスク
【図１】
2004080605.tif 000003
【図２】
2004080605.tif 000004
【図３】
2004080605.tif 000005
【図４】
2004080605.tif 000006
【図５】
2004080605.tif 000007
【図６】
2004080605.tif 000008
【図７】
2004080605.tif 000009
【図８】
2004080605.tif 000010
【図９】
2004080605.tif 000011
【図１０】
2004080605.tif 000012
【図１１】
2004080605.tif 000013
【図１２】
2004080605.tif 000014
【図１３】
2004080605.tif 000015
【図１４】
2004080605.tif 000016
【図１５】
2004080605.tif 000017
【図１６】
2004080605.tif 000018