(57)【要約】【課題】面順次方式で分光画像を取得する際に、レンズ系の色収差による結像位置ずれを簡易かつ安価に低減でき、分光画像の繰返し取得を高速に行える撮像技術を提供する。【解決手段】マルチバンドカメラは、レンズ系と分光フィルタ板とを有する撮影光学系を備えている。分光フィルタ板は、透過波長帯域の異なる複数の分光領域を有しており、分光領域における透光状態と遮光状態との切替えで被写体の分光画像を面順次方式で取得できる。ここで、レンズ系に対する球面収差の調整により、収差特性Ｖｂを、収差特性Ｖｃに変更する。そして、レンズ系に残存する球面収差の特性Ｖｃにより、レンズ系が有する色収差の特性Ｖａを打ち消すことで、結像位置ずれがほぼ生じない収差特性Ｗｄを実現できる。このように色収差の特性に応じた球面収差の調整を行うことにより、色収差による結像位置ずれを簡易かつ安価に低減でき、分光画像の繰返し取得を高速に行える。【選択図】        図１１
2004157059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置であって、
（ａ）撮像レンズ系と、
（ｂ）前記撮像レンズ系を通る光路中に介挿され、互いに異なる複数の波長帯域の光をそれぞれ透過させる複数の分光領域が、前記撮像レンズ系に関する光軸を中心として略同心円状に配列される分光フィルタと、
（ｃ）前記複数の分光領域それぞれについて、少なくとも各分光領域の一部における透光状態と遮光状態とを選択的に切替える切替手段と、
を備え、
前記撮像レンズ系の球面収差が、前記複数の波長帯域それぞれに関して前記撮像レンズ系が有する色収差の結像位置ずれ特性を略打ち消すように調整されているとともに、
前記切替手段により前記透光状態と前記遮光状態とが選択的に切替えられることによって、被写体に係る前記複数の波長帯域ごとの分光画像が撮像手段で取得できることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記複数の分光領域は、分光領域で透過する波長が前記光軸から外向きに相対的に大きくなる順番で配列されることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記複数の分光領域は、分光領域で透過する波長が前記光軸から外向きに相対的に小さくなる順番で配列されることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の撮像装置において、
前記分光フィルタは、前記撮像レンズ系に係る開口絞りの近傍に設けられていることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
互いに異なる波長帯域の光成分を、光軸を中心として同心円状に分布した複数の領域を利用してそれぞれ結像させるレンズ系において、
当該レンズ系の色収差を略打ち消すように前記複数の領域のそれぞれにおける球面収差が調整されていることを特徴とするレンズ光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体に係る複数の波長帯域ごとの分光画像が取得できる撮像技術とそれに関連したレンズ技術とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
被写体を撮影して画像を利用する場合には、１つのトーンの輝度つまりモノクロの情報だけで充分な場合と、複数の波長帯域別に分光した輝度すなわちマルチバンド画像を必要とする場合とがある。ここで、前者のモノクロ画像では利用範囲が限られ、またその後の段階における画像処理によって別形態の情報を抽出する場合でも不利となる。よって、後者のマルチバンド画像の方が利用価値が高くニーズも高い。このマルチバンド画像を撮影する原理は、大きく以下の３つに分類される。
【０００３】
（１）モノクロのイメージセンサの各セル毎に透過波長帯域の異なる微小なフィルタを被せ、これを透過した画像を撮影する原理である。現在広く一般的に採用されているＣＣＤやＣＭＯＳなどのカラーイメージセンサは、本原理を利用している。この原理については、イメージセンサが１つで足りるとともに、分光フィルタもイメージセンサ上にオンチップで形成できるため小型でかつ特別な光学系を要しないという長所がある。その反面、１つのセルが検出できるのは１つの波長帯域即ちバンドのみであるため、各バンドの空間分解能がバンド数の逆数以下程度に低下してしまうという欠点がある。
【０００４】
（２）撮影光学系に入射した光線をバンド毎に別々の光路に分光し、分別された各バンドの光線をモノクロのイメージセンサで撮影する原理である。現在市販されているＣＣＤカラービデオカメラで２板式や３板式と称するものは、本原理を利用している。この原理については、バンド毎に専用のイメージセンサを割り当てるため空間分解能が高いという長所がある。その反面、必要なバンド数だけイメージセンサを備える必要があるとともに、光線の分光にはダイクロイックプリズムなどの光学部品を要するためコストアップとなり、さらにバンド数が増えると光学系の構成が非常に複雑化し設計が困難になるという欠点がある。
【０００５】
（３）撮影光学系の光路内に透過波長帯域の異なる複数のフィルタを順次切替え可能に介挿し、撮影ごとにフィルタを切替えることより、単一のモノクロのイメージセンサで分光画像を取得する原理である。この原理を利用する技術については、特許文献１などで開示されている。本原理は、一般に面順次方式と呼ばれ、１つのバンドの画像を１つのイメージセンサ全体を使って撮影するために空間分解能が高く、またバンド数が多くても光学系を比較的簡単に構成できるという長所がある。特に５、６バンドあるいはそれ以上とバンド数の多いマルチバンドカメラを構築しようとする場合、本原理は上記（１）および（２）の原理に比べて優れている。その反面、全てのバンドの光線を共通のレンズ系で結像させるために、各バンド毎の波長の相違に起因する屈折率の差異により生じる結像面の光軸方向の位置ずれ、すなわち色収差が発生するという短所がある。
【０００６】
上記（３）の短所を改善するための技術としては、例えば以下に挙げる３つのものがある。
【０００７】
▲１▼レンズ系に色収差補正、いわゆる色消しを施すものである。これは写真機のレンズ系や望遠鏡のレンズ系などに広く利用されている考え方である。互いに異なる２つの波長同士の間で収差を低減する基本的な手法としては、例えば互いに分散の異なるガラス材で形成される２種類のレンズを貼り合わせるなどの方法がある。
【０００８】
▲２▼光路内に挿入されるフィルタが切り替わる度に、当該透過波長帯域に対応する結像位置に受光面が一致するようにイメージセンサを光軸方向に位置決め駆動する手法で、例えば特許文献２に記載されている。
【０００９】
▲３▼光路内に挿入されるフィルタが切り替わる度に、当該透過波長帯域の光線がイメージセンサの受光面上に結像するように、レンズを位置決め駆動して合焦動作を行う手法で、例えば特許文献３に記載されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−１４１３２９号公報
【特許文献２】
特開平８−３２９７８号公報
【特許文献３】
特開平１１−３０５１０７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記▲１▼の技術では、色消しを行うためにレンズを追加する光学設計が必要になるとともに、３以上の波長に対して色消しされる、いわゆるアポクロマートのレンズ系を作るには、さらにレンズを追加したり、蛍石などの特殊なガラス材を使用する必要がある。よって、レンズ系の構成が複雑化し、高コスト化と大型化を招くこととなる。また、撮影の有感度帯域を可視域だけでなく紫外や近赤外域まで広範囲に拡げる場合には、光学設計が一層困難となる。
【００１２】
また、上記▲２▼の技術では、全てのバンドにわたり結像位置ずれを解消するためには、光軸に対して垂直姿勢を正確に保持したままイメージセンサを正しく位置決めする必要があるため、機械的機構が複雑となり、また制御回路や制御プログラムが必要となって高コストとなる。また、フィルタが切替わる度に位置決め駆動を行う必要があるため、高速で繰返し撮影する場合に障害となる。
【００１３】
また、上記▲３▼の技術では、結像位置ずれを解消するためには、合焦動作が必要であるため、自動合焦機能いわゆるオートフォーカスの可能なレンズ系が必須条件となる。写真撮影用のレンズ系ではオートフォーカスが主流であるが、産業用途のレンズ系では手動フォーカスの比率が高くオートフォーカスレンズが高価である実情を考えると、汎用性が低い。また、フィルタが切替わる度に合焦動作を行う必要があるため、高速で繰り返し撮影する場合の障害となる。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、面順次方式で分光画像を取得する際に、レンズ系の色収差による結像位置ずれを簡易かつ安価に低減できるとともに、分光画像の繰返し取得を高速で行える撮像技術を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、撮像装置であって、（ａ）撮像レンズ系と、（ｂ）前記撮像レンズ系を通る光路中に介挿され、互いに異なる複数の波長帯域の光をそれぞれ透過させる複数の分光領域が、前記撮像レンズ系に関する光軸を中心として略同心円状に配列される分光フィルタと、（ｃ）前記複数の分光領域それぞれについて、少なくとも各分光領域の一部における透光状態と遮光状態とを選択的に切替える切替手段とを備え、前記撮像レンズ系の球面収差が、前記複数の波長帯域それぞれに関して前記撮像レンズ系が有する色収差の結像位置ずれ特性を略打ち消すように調整されているとともに、前記切替手段により前記透光状態と前記遮光状態とが選択的に切替えられることによって、被写体に係る前記複数の波長帯域ごとの分光画像が撮像手段で取得できる。
【００１６】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る撮像装置において、前記複数の分光領域は、分光領域で透過する波長が前記光軸から外向きに相対的に大きくなる順番で配列される。
【００１７】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る撮像装置において、前記複数の分光領域は、分光領域で透過する波長が前記光軸から外向きに相対的に小さくなる順番で配列される。
【００１８】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記分光フィルタは、前記撮像レンズ系に係る開口絞りの近傍に設けられている。
【００１９】
また、請求項５の発明は、互いに異なる波長帯域の光成分を、光軸を中心として同心円状に分布した複数の領域を利用してそれぞれ結像させるレンズ系において、当該レンズ系の色収差を略打ち消すように前記複数の領域のそれぞれにおける球面収差が調整されている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
＜撮像システムの要部構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像システム１Ａの外観を示す斜視図である。
【００２１】
撮像システム１Ａは、マルチバンドカメラ１０Ａと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。マルチバンドカメラ１０Ａとパソコン１００とは、ケーブルＣＢによって電気的に接続され、マルチバンドカメラ１０Ａとパソコン１００とは相互にデータを送受信することができる。なお、ここでは、ケーブルＣＢ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。
【００２２】
マルチバンドカメラ１０Ａは、主に撮像光学系２Ａと箱形のカメラ本体部３とによって構成され、例えば、被写体表面の色を分析する分析用のカメラ等として用いられる。また、マルチバンドカメラ１０Ａ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、これを撮影することによってマルチバンド画像、具体的にはＲＧＢ各色の分光画像データを生成できる。
【００２３】
また、マルチバンドカメラ１０Ａは、生成された分光画像データを、ケーブルＣＢを介してパソコン１００に送信する。
【００２４】
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。
【００２５】
パソコン本体部１０１は、マルチバンドカメラ１０Ａの動作を制御したり、マルチバンドカメラ１０Ａで生成されたマルチバンド画像情報に係る種々のデータを取り扱う。この場合、ユーザーが操作部１０３を操作することによって、パソコン本体部１０１からケーブルＣＢを介してマルチバンドカメラ１０Ａ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、マルチバンドカメラ１０Ａ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分光画像データの生成等を制御することができる。
【００２６】
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、前面に設けられたドライブ１０４に光ディスク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、マルチバンドカメラ１０ＡからケーブルＣＢを介して入力される分光画像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。
【００２７】
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、マルチバンドカメラ１０ＡからケーブルＣＢを介して入力される分光画像データや、ハードディスクや記憶媒体に記憶される分光画像データを、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において分光画像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できる。
【００２８】
また、パソコン１００では、モニタ部１０２において分光画像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。
【００２９】
＜マルチバンドカメラ１０Ａの要部構成＞
図２は、マルチバンドカメラ１０Ａの要部構成を示す図である。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には撮像光学系２Ａの光軸Ｌも記載している。
【００３０】
上述したように、マルチバンドカメラ１０Ａは、主に撮像光学系２Ａと箱形のカメラ本体部３とによって構成される。
【００３１】
撮像光学系２Ａには、レンズ系２０Ａと、分光フィルタ板２１Ａと、選択透光板２２と、開口絞り２３とが設けられている。レンズ系２０Ａは、複数のレンズで構成されており、被写体の光像を撮像素子３１（後述）に結像させる。また、分光フィルタ板２１Ａおよび選択透光板２２は、ともに同様なＹＺ平面が略円形である薄い板状の部材であり、分光フィルタ板２１Ａ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。なお、分光フィルタ板２１Ａおよび選択透光板２２については、後で詳述する。
【００３２】
開口絞り２３は、撮像光学系２Ａ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２１Ａと選択透光板２２とは、開口絞り２３が設けられているＹＺ平面の位置と略同一、または近接して設けられている。
【００３３】
カメラ本体部３は、撮像素子３１と信号処理部３２とカメラ制御部３６とを備えている。この信号処理部３２は、Ａ／Ｄ変換部３３と画像処理部３４と出力Ｉ／Ｆ３５とを有している。
【００３４】
撮像素子３１は、例えば、一般的なＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサ等の素子であり、撮像手段として機能する。
【００３５】
撮像素子３１の撮像面３１ｓでは、略同一の光電変換セルが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（イメージセンサ）である。よって、ここでは、撮像光学系２Ａ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。
【００３６】
撮像素子３１で取得された画像データは、信号処理部３２のＡ／Ｄ変換部３３に出力される。
【００３７】
Ａ／Ｄ変換部３３は、撮像素子３１から送ら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、画像処理部３４に送られる。
【００３８】
画像処理部３４では、Ａ／Ｄ変換部３３から送られたデジタル画像データに対して、必要に応じて例えばγ補正などの画像処理が施される。
【００３９】
また、画像処理部３４は、画像処理された分光画像データを、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／Ｆ３５およびケーブルＣＢを介してパソコン１００に出力することができる。
【００４０】
カメラ制御部３６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および信号処理部３２を制御して、選択透光板２２の透光切替機能（後述）、撮像素子３１の撮像タイミング、信号処理部３２における分光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。カメラ制御部３６は、具体的には撮像素子３１に対して撮影信号を送出し、この撮影信号に基づいて撮像素子３１で１フレームの画像の露光と光電変換とが行われ、画像信号が出力される。なお、カメラ制御部３６の機能は、ＣＰＵにおいてプログラムによって実現される。
【００４１】
＜分光フィルタ板２１Ａについて＞
図３は、分光フィルタ板２１Ａの外観を示す斜視図である。
【００４２】
分光フィルタ板２１Ａは、ＹＺ平面が略円形の円盤形状を有している。そして、ＹＺ平面について見ると、光軸Ｌを中心とした２つの略同心円Ｃ１、Ｃ２で区分けされた３つの分光領域２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒを有しており、円盤中心から円状の分光領域２１Ｂ、円環状の分光領域２１Ｇ、円環状の分光領域２１Ｒの順に配列されている。
【００４３】
分光領域２１Ｂは、青（Ｂ）色帯域の光を選択的に透過させる領域であり、分光領域２１Ｇは、緑（Ｇ）色帯域の光を選択的に透過させる領域であり、分光領域２１Ｒは、赤（Ｒ）色帯域の光を選択的に透過させる領域である。
【００４４】
即ち、分光フィルタ板２１Ａは、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３つの分光領域２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒが、光軸Ｌから外向きに分光領域で透過する波長が相対的に大きくなる順番で配列されている。
【００４５】
なお、分光フィルタ板２１Ａ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。
【００４６】
また、分光フィルタ板２１Ａの作製に際して、分光領域２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒの各分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、各分光領域を構成する材料によって、各分光領域における光の透過率が略同一とならない場合は、各分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分光領域の面積を、他の分光領域の面積よりも相対的に大きくさせても良い。
【００４７】
＜選択透光板２２について＞
図４は、選択透光板２２の外観を示す斜視図である。図４に示すように、選択透光板２２はＹＺ平面が略円形の円盤形状を有しており、例えば透過型液晶パネルで構成されている。そして、ＹＺ平面について見ると、光軸Ｌを中心として同心円状に３つの透光領域２２Ｂ，２２Ｇ，２２Ｒに区切られており、円盤中心から透光領域２２Ｂ、透光領域２２Ｇ、透光領域２２Ｒの順に配列されている。そして、これらの透光領域２２Ｂ，２２Ｇ，２２Ｒは、上述した分光フィルタ板２１Ａにおける分光領域２１Ｂ，２１Ｇ，２１Ｒのそれぞれの形状および大きさと略一致する。
【００４８】
つまり、ここでは、分光フィルタ板２１Ａ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、分光領域２１Ｒと透光領域２２Ｒとがほぼ完全に重なり合い、分光領域２１Ｇと透光領域２２Ｇとがほぼ完全に重なり合い、分光領域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。
【００４９】
また、選択透光板２２は、カメラ制御部３６の制御によって送信される切替信号に基づいて、選択的に透光領域２２Ｂ，２２Ｇ，２２Ｒ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。すなわち、選択透光板２２は、分光フィルタ２１Ａの分光領域２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒそれぞれについて、各分光領域における透光状態と遮光状態とを選択的に切替える切替手段として機能することとなる。
【００５０】
図５〜図７は、選択透光板２２の透光切替機能を説明するため図である。図５は、透光領域２２Ｇ，２２Ｒ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おり、図６は、透光領域２２Ｂ，２２Ｒ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いる。また、図７は、透光領域２２Ｂ，２２Ｇ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いる。
【００５１】
図５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、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２１Ａの分光領域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、撮像素子３１にＢ色の光学像を結ぶ。
【００５２】
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、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２１Ａの分光領域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、撮像素子３１にＧ色の光学像を結ぶ。
【００５３】
また、図７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、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２１Ａの分光領域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、撮像素子３１にＲ色の光学像を結ぶ。
【００５４】
なお、ここでは、図５〜図７に示すように、選択透光板２２によって、撮像光学系２Ａ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２２Ｂ，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、この場合、分光フィルタ板２１Ａおよび選択透光板２２を、撮像光学系２Ａ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けており、一般的に、撮像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こととなる。
【００５５】
＜色収差および球面収差について＞
上述したように、選択透過板２２を制御することにより、各バンド毎に異なる波長帯域の光線を同一の撮像素子３１の撮像面３１ｓに結像させ、分光画像を取得できるが、実際にはレンズ系２０Ａの色収差、つまり光線の屈折率が波長によって異なるため、以下で説明するように、バンド毎に結像面の位置は光軸方向に不一致となる。
【００５６】
図８は、撮像光学系２Ａにおける色収差を説明するための図である。図８においては、理解を容易にするため、レンズ系２０Ａの径と、分光フィルタ板２１Ａの径とは略一致するものとし、また色収差以外のレンズ収差については無視する。
【００５７】
分光フィルタ板２１Ａは、上述したように光軸Ｌから分光領域２１Ｂ、分光領域２１Ｇおよび分光領域２１Ｒが配置、すなわち円板の中心から外向きに透過波長が昇順で段階的に変化する構成となっている。
【００５８】
また、光線の屈折率は、その波長が大きいほど小さくなる。すなわち、波長の長い光線ほどレンズ系２０Ａによる屈折効果が小さくなるために、結像位置がより遠くなる。この色収差をマルチバンドカメラ１０Ａの撮像光学系２Ａで考えると、例えば分光フィルタ板２１Ａの各透過領域２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒを透過した光線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃは、それぞれ結像位置Ｐｂ、Ｐｇ、Ｐｒで収束されることとなる。
【００５９】
すなわち、光軸Ｌに近くてＢ色の波長帯域を透過させる分光フィルタ板２１Ａの分光領域２１Ｂに入射した光線Ｌａは、相対的に短い距離の位置Ｐｂに結像する。一方、光軸から遠くてＲ色の波長帯域を透過させる分光フィルタ板２１Ａの分光領域２１Ｒに入射した光線Ｌｂは、相対的に遠い距離の位置Ｐｒに結像する。なお、図８では、撮像素子３１の撮像面３１ｓは、分光領域２１Ｂを通過したＢ色の結像位置に調整されている。
【００６０】
よって、Ｂ色のバンド画像（分光画像）は焦点の合ったシャープな画像となるものの、Ｇ色のバンドからＲ色のバンドへと焦点ずれが進行し、撮像素子３１で取得される画像はボケたものとなってしまう。また、一般的なレンズ系の場合には、色収差は入射光線で全体的に発生するが、本実施形態のように分光特性が異なる３種類の分光領域が同心円（環）状に配置される分光フィルタ板２１Ａを開口絞り２３の近傍に備えるレンズ系２０Ａでは、透過波長が入射高さに応じて段階的に変化するため、各色の結像位置は入射高さも考慮する必要がある。
【００６１】
図８による色収差の説明では、色収差以外のレンズ収差については無視することとしていたが、実際のレンズ系に発生する収差として球面収差が存在する。この球面収差とは、レンズ面が球面で構成されることにより、光軸からの距離に応じて光線のレンズへの入射角が急激に変化することに起因する収差である。この球面収差を、以下で説明する。
【００６２】
図９は、撮像光学系２Ａにおける球面収差を説明するための図である。
【００６３】
レンズ系２０Ａに入射する光線は、入射位置が光軸Ｌから離れるにつれて屈折がより大きくなり、光軸Ｌ方向にレンズ系２０Ａから相対的に近い位置で結像する。なお、図９では、撮像素子３１の撮像面３１ｓは、分光領域２１Ｂを通過した入射高さの低い光線Ｌａの結像位置Ｐａに調整されている。
【００６４】
よって、光軸Ｌからの入射高さが相対的に低い光線Ｌａでは、撮像素子３１の撮像面３１ｓに相当する結像位置Ｐａに結像し、撮像素子３１において焦点の合ったシャープな画像を取得できる。一方、光軸Ｌからの入射高さが光線Ｌａより高い光線Ｌｂ、さらに高い光線Ｌｃでは、光線Ｌａの結像位置Ｐａに対してレンズ系２０Ａに向かってずれ量が増した結像位置Ｐｂ、Ｐｃに光線Ｌｂ、Ｌｃが収束することとなり、撮像素子３１で取得される画像はボケたものとなってしまう。すなわち、光軸Ｌから入射高さが高い光線ほど、撮像素子３１の撮像面３１ｓから離れた位置で結像するため、同一の物点から発せられた光線であるのに、同一の像点には収束せずボケを生ずることとなる。
【００６５】
以上より、撮像光学部２Ａについては、色収差の影響から光線の入射高さが低いほど結像位置が被写体に近くなる方向にずれる一方、球面収差の影響から光線の入射高さが低いほど結像位置が被写体から遠くになる方向にずれる性質を有している。
【００６６】
そこで、マルチバンドカメラ１０Ａの撮像光学系２Ａにおいては、球面収差の補正量（調整量）を適切にコントロールすることによって、レンズ系２０Ａにおける色収差の特性と球面収差の特性とを互いに略相殺させる。この球面収差の調整原理を、簡単な例を挙げて以下で説明する。
【００６７】
＜球面収差の調整について＞
理解を容易にするために、レンズ系２０Ａは１枚の単レンズにより構成され、このレンズの径を開口絞り２３の径とみなすものとする。ここで、計算式を単純にするため単レンズは平凸形状とし、第１面の曲率をｃ、第２面の曲率半径を∞と考える。また、分光フィルタ板２１Ａの径は開口絞り２３の径に一致するものとする。
【００６８】
まず、上記で仮定したレンズ系において色収差を求める。ここで、物点が無限遠にあるとすると、薄レンズの近似下で像点のレンズからの距離Ｓ’は、次の式（１）で求められる（共立出版「幾何光学」ｐ８３−式（６．１５）参照）。
【００６９】
Ｓ’≒１／Ｋ  ・・・・・・・・・・（１）：
上式（１）において、Ｋはレンズの屈折力である。また、レンズの屈折率をｎとすると、次の式（２）が成り立つ（共立出版「幾何光学」ｐ８３−式（６．１５）参照）。
【００７０】
Ｋ＝（ｎ−１）×ｃ  ・・・・・・・（２）：
ここで、上記の単レンズはＢＫ７の材質で構成されるとともに、分光フィルタ板２１Ａを透過するＢ、Ｇ、Ｒ色の各帯域を、４３５．８［ｎｍ］（ｇ線）、５４６．１［ｎｍ］（ｅ線）、６５６．３［ｎｍ］（Ｃ線）で代表させると、それぞれの屈折率は、ｎＢ＝１．５２７、ｎＧ＝１．５１９、ｎＲ＝１．５１４となる。
【００７１】
よって、曲率ｃについて曲率半径を例えば０．０４［ｍ］とすると、式（１）および式（２）からＢ、Ｇ、Ｒの各帯域の像点距離は、Ｓ’Ｂ＝７．５９０×１０−２［ｍ］、Ｓ’Ｇ＝７．７０７×１０−２［ｍ］、Ｓ’Ｒ＝７．７８２×１０−２［ｍ］となる。ここでは、図１０に示すように分光フィルタ板２１Ａの直径を０．０３２［ｍ］とし、分光フィルタ板２１Ａに配置された各分光領域２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒを透過したＢ、Ｇ、Ｒ各光に関して光軸Ｌを基準とした入射高さを、それぞれ光軸Ｌからの距離０［ｍ］の点Ｑａ、光軸Ｌからの距離０．０１［ｍ］の点Ｑｂ、および光軸Ｌからの距離０．０１４［ｍ］の点Ｑｃで代表させている。ここで、点Ｑａは光軸Ｌに一致する分光フィルタ板２１Ａの中心点であり、点Ｑｂおよび点Ｑｃはそれぞれ円環状の分光領域２１Ｇ、２１Ｒにおける幅方向の中点に相当する。
【００７２】
以上の結果を収差図で表すと、図１１（ａ）のようになる。図１１（ａ）では、横軸がＢ色を基準として相対的に算出された結像位置の光軸方向のずれ量を示し、縦軸が入射高さを示している。なお、以下で説明する図１１（ｂ）、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）の縦軸および横軸も、同様である。図１１（ａ）によれば収差特性Ｖａは、入射高さが高くなるほど結像位置ずれ量が＋方向に増加していることがわかる。
【００７３】
次に、球面収差を求める。物点を無限遠に置き、上記の色収差の演算と同様に第１面の曲率がｃで第２面が平面の平凸形状の単レンズを考えると、像点距離Ｓ’は、入射高さｈとレンズの屈折率ｎとを用い、薄レンズの幾何光学理論より次の式（３）が成り立つ（共立出版「幾何光学」ｐ１１８−式（８．８）参照）。
【００７４】
Ｓ’＝［（ｎ−１）／ｃ＋｛（ｎ−１）／ｎ｝×｛（ｎ３−２ｎ２＋２）／ｃ３｝×（ｈ２／２）］−１  ・・・・・（３）：
ここで、屈折率ｎについては、波長全体を代表して５８７．６［ｎｍ］（ｄ線）における１．５１７を代入し、曲率半径ｃについては、上記の例に挙げた０．０４［ｍ］を代入する。これにより、図１０に示す光軸Ｌを基準とした入射高さの代表点Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃに対して、各像点距離がＳ’１＝７．７３７×１０−２［ｍ］、Ｓ’２＝７．５９８×１０−２［ｍ］、Ｓ’３＝７．４６９×１０−２［ｍ］と算出される。
【００７５】
以上の結果を収差図で表すと、図１１（ｂ）のようになる。図１１（ｂ）によれば、収差特性（結像位置ずれ特性）Ｖｂは、入射高さが大きくなるほど、結像位置ずれ量が−方向に増加していることがわかる。
【００７６】
そして、図１１（ｂ）に示す収差特性Ｖｂに対して、収差量を７２％相当まで低減させる球面収差補正により収差調整する設計を行い、レンズを作製する。この７２％とは、図１１（ａ）に示す各入射高さの結像位置ずれ量と、図１１（ｂ）に示す各入射高さの結像位置ずれ量との比率に相当している。また、球面収差の補正方法は、数多くの文献で紹介されているが、例えばレンズに対する光線の入射角度を変更する、つまりレンズ表面の形状を変更する方法などがある。この球面補正が施されたレンズに関して、その残存する球面収差の状態を図１１（ｃ）に示す収差特性（結像位置ずれ特性）Ｖｃで表す。
【００７７】
球面補正が施され、収差特性Ｖｃを有するレンズを使用すると、色収差の特性と球面収差の特性とが合成されることとなり、図１１（ｄ）に示す入射高さと結像位置ずれ量との関係が成立する。すなわち、図１１（ａ）に示す色収差の特性と図１１（ｃ）に示す球面収差の特性とがほぼ相殺され、入射高さが異なっても光軸Ｌ方向の結像位置ずれが極めて小さくなる収差特性Ｖｄとなる。換言すれば、球面収差による結像位置ずれ特性Ｖｃにより、ＲＧＢ各色の波長帯域それぞれに関して撮影光学系２Ａが有する色収差の結像位置ずれ特性Ｖａが略打ち消されることとなる。
【００７８】
補正された球面収差と色収差との組合せの考えについては、理解容易なようにレンズ系が簡略化された単レンズで考え、また光軸上での現象を示した。しかし、より複雑な現実のレンズ系を対象とし、また光軸外の光線について考慮する場合にも、上述した球面収差と色収差との組合せにより、同様の効果を奏することは当業者にとって明白である。
【００７９】
＜撮像システムの動作＞
以下では、撮像システム１Ａの動作に関して説明するが、主にマルチバンドカメラ１０Ａの基本的な動作について説明する。
【００８０】
図１２は、マルチバンドカメラ１０Ａの基本的な動作を示すフローチャートである。
【００８１】
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３６によって、マルチバンドカメラ１０Ａの撮影動作が開始し、図９のステップＳ１に進む。
【００８２】
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２２Ｂのみを透光状態とし、透光領域２２Ｇ、２２Ｒを遮光状態とする制御を行う。
【００８３】
ステップＳ２では、Ｂ色の分光画像データを取得する。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３１ｓに照射され、撮像素子３１が被写体表面５の色彩のうちＢ色の波長帯域の分光画像データを取得する。なお、この取得された分光画像データは、信号処理部３２で画像処理などが施された後、パソコン１００に転送される。
【００８４】
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２２Ｂ、２２Ｒを遮光状態とする制御を行う。
【００８５】
ステップＳ４では、Ｇ色の分光画像データを取得する。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３１ｓに照射され、撮像素子３１が被写体表面５の色彩のうちＧ色の波長帯域の分光画像データを取得する。
【００８６】
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２２Ｒのみを透光状態とし、透光領域２２Ｂ、２２Ｇを遮光状態とする制御を行う。
【００８７】
ステップＳ６では、Ｒ色の分光画像データを取得する。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３１ｓに照射され、撮像素子３１が被写体表面５の色彩のうちＲ色の波長帯域の分光画像データを取得する。
【００８８】
ステップＳ７では、撮影動作が終了したか否かを判定する。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、マルチバンドカメラ１０Ａ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３６に入力されたか否かを判断し、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Ｓ７までの動作を繰返す。
【００８９】
上記のステップＳ２、Ｓ４およびＳ６においては、上述したように適切な球面収差補正が施されるレンズ系２０Ａをマルチバンドカメラ１０Ａで採用することにより、撮像素子３１でピントの合ったＲＧＢ各色の分光画像データが取得できることとなる。
【００９０】
以上の撮像システム１Ａの構成および動作により、色収差に応じた球面収差補正が施されたレンズ系２０Ａを使用してマルチバンド画像を取得するため、ピントの合った分光画像が迅速に得られる。すなわち、面順次方式で分光画像を取得する際に、レンズ系の色収差による結像位置ずれを簡易かつ安価に低減できるとともに、分光画像の繰返し取得が高速に行える。
【００９１】
＜第２実施形態＞
＜撮像システムの要部構成＞
本発明の第２実施形態に係る撮像システム１Ｂは、図１および図２に示す第１実施形態の撮像システム１Ａと類似の構成となっているが、撮像光学部の構成が異なっている。
【００９２】
撮像システム１Ｂの撮像光学部２Ｂは、第１実施形態と異なるレンズ系２０Ｂおよび分光フィルタ板２１Ｂを有している。
【００９３】
図１３は、分光フィルタ板２１Ｂの外観を示す斜視図である。
【００９４】
分光フィルタ板２１Ｂは、ＹＺ平面が略円形の円盤形状を有している。そして、ＹＺ平面について見ると、同心円状に３つの分光領域２１ｒ，２１ｇ，２１ｂに区切られており、第１実施形態の分光フィルタ板２１Ａと相違して光軸Ｌから分光領域２１ｒ、分光領域２１ｇ、分光領域２１ｂの順に配列されている。
【００９５】
分光領域２１ｂは、Ｂ（ブルー）色の光を選択的に透過させる領域であり、分光領域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、分光領域２１ｒは、Ｒ（レッド）色の光を選択的に透過させる領域である。
【００９６】
このように分光フィルタ板２１の分光領域２１ｒ，２１ｇ，２１ｂが、第１実施形態と逆に配列されているため、第１実施形態で考慮した色収差の影響も異なってくる。以下では、撮像システム１Ｂの球面収差の調整に関して説明する。
【００９７】
＜球面収差の調整について＞
第１実施形態においては、色収差の影響を低減するために球面収差の補正を行うことを説明したが、第２実施形態のレンズ系２０Ｂについても同様に球面収差の補正が行われる。
【００９８】
ただし、第１実施形態の分光フィルタ板２１Ａは、分光領域で透過する波長が光軸Ｌから外向きに昇順で配置されていたのに対して、第２実施形態の分光フィルタ板２１Ｂは、逆に分光領域で透過する波長が光軸から外向きに相対的に小さくなる順番（降順）で分光領域２１ｒ，２１ｇ，２１ｂが配列されている。
【００９９】
第１実施形態で説明したのと同じ単レンズを考えると、各色における像点距離は第１実施形態と同様になる。また、分光フィルタ板２１ＢにおけるＲＧＢ各色の分光領域２１ｒ、２１ｇ、２１ｂが逆配置となっているため、Ｒ色を基準として相対的に算出された結像位置ずれ量は、図１４（ａ）に示す収差特性Ｗａで表される。すなわち、各入射高さにおける結像位置ずれ量ついては、図１１（ａ）の収差特性Ｖａに対して正負が逆転する。
【０１００】
一方、レンズに関する条件や仮定が第１実施形態の場合と同一と考えると、球面収差による結像位置ずれは、図１１（ｂ）の収差特性Ｖｄと同様の収差特性Ｗｂに表せる（図１４（ｂ））。
【０１０１】
そこで、図１４（ｂ）に示す収差特性Ｗｂに対して、収差量を−７２％相当に調整する球面収差補正を施す設計を行い、レンズを作製する。この７２％とは、図１４（ａ）に示す収差特性Ｗａと、図１４（ｂ）に示す収差特性Ｗｂとの比率に相当するが、−７２％であるためいわゆる過剰補正の状態となる。この球面補正が施されたレンズに関して、その残存する球面収差の状態を表すと図１１（ｃ）に示す収差特性Ｗｃとなる。
【０１０２】
この球面補正が施されたレンズを使用すると、色収差の特性と球面収差の特性とが合成されることにより、図１４（ｄ）に示す収差特性Ｗｄで結像位置ずれ特性が表されることとなる。すなわち、図１４（ａ）に示す色収差の特性Ｗａと図１４（ｃ）に示す球面収差の特性Ｗｃとがほぼ相殺され、入射高さが異なっても光軸Ｌ方向の結像位置ずれが極めて小さくなる。
【０１０３】
以上のような球面収差補正が施されたレンズ系２０Ｂおよび分光フィルタ板２１Ｂを有する撮像システム１Ｂの動作は、図１２のフローチャートと同様の動作となる。
【０１０４】
撮像システム１Ｂの動作において、Ｂ、Ｇ、Ｒ各色の分光画像データを取得する際には、適切な球面収差補正が施されたレンズ系２０Ｂをマルチバンドカメラ１０Ｂで採用することにより、撮像素子３１でピントの合ったＲＧＢ各色の分光画像データが取得できることとなる。
【０１０５】
以上の撮像システム１Ｂの構成および動作により、第１実施形態と同様に、ピントの合った各分光画像が得られることとなる。すなわち、面順次方式で分光画像を取得する際に、レンズ系の色収差による結像位置ずれを簡易かつ安価に低減できるとともに、分光画像の繰返し取得が高速に行える。
【０１０６】
＜変形例＞
◎上記の各実施形態における分光フィルタ板については、ＲＧＢの３種類の分光領域を有するのは必須ではなく、２種類でも４種類以上の透光領域を有するものでも良い。例えば、６種類の分光領域Ｆ１〜Ｆ６を有する分光フィルタ板２１Ｃの外観図を図１５に示す。この分光フィルタ板２１Ｃの各分光領域Ｆ１〜Ｆ６における透過波長帯域の一例を図１６に示す。この場合でも、分光フィルタ板２１Ｃの透光領域Ｆ１〜Ｆ６に関する色収差を低減する球面収差の補正が施されたレンズ系と、６つの分光領域における透光状態と遮光状態とを切替え可能な選択透光板によって、６バンドの分光画像データが適切に取得できることとなる。
【０１０７】
◎上記の各実施形態の撮像システムについては、マルチバンドカメラとパソコンとの組合せで実現するのは必須でなく、パソコンの操作部や表示部に相当するユーザインターフェースがカメラ上に追加されたマルチバンドカメラのみで実現しても良い。
【０１０８】
◎上記の各実施形態においては、分光フィルタ板を選択透光板より撮像素子側に配置しているが、これに限らず分光フィルタ板を選択透光板より被写体側に配置しても良い。
【０１０９】
◎上記の各実施形態における選択透光板については、分光フィルタの各透光領域の全域について透光状態と遮光状態とを切替えるのは必須でなく、分光フィルタの各透光領域の一部における透光状態と遮光状態とを切替えるようにしても良い。このように一部領域を透光状態とする場合には多少光量が低下するが、分光画像の取得は可能である。
【０１１０】
◎上記の各実施形態においては、透過型液晶パネルを利用して透光状態と遮光状態とを切替えるのは必須でなく、例えば図５〜図７に示す透光状態を、順次に切替可能な回転板を撮像光学系に介挿するようにしても良い。
【０１１１】
◎この発明における分光フィルタにおいて、複数の分光領域が透過させる「互いに異なる複数の波長帯域」とは、それぞれの波長帯域が部分的に重なっていることを排除するものではない。
【０１１２】
◎組合せレンズによって構成される撮像レンズ系においては、複数のレンズの合成としての色収差を、複数のレンズの球面収差の合成によって補償すればよく、個々のレンズにおける色収差を当該レンズ自身の球面収差ですべて補償することは必須ではない。
【０１１３】
◎この発明の原理に従って色収差を球面収差によって補償する分光光学系は、マルチバンドカメラにおいて被写体画像を波長帯域ごとに分光する目的だけでなく、入射する光を波長帯域ごとに分光する用途に広く利用できる。
【０１１４】
すなわち、カメラにおける撮像に限らず、より広く分光光学系としてとらえる場合には、
「（ａ）レンズ系と、（ｂ）互いに異なる複数の波長帯域の光をそれぞれ透過させる複数の分光領域が、前記レンズ系に関する光軸を中心として略同心円に配列した分光フィルタとを備え、前記レンズ系の球面収差が、前記複数の波長帯域それぞれに関して前記レンズ系が有する色収差を補償するように調整されていることを特徴とする分光光学系」として構成可能である。
【０１１５】
さらにこの原理を一般化すれば、入射光の波長分離を分光フィルタによって実現しているか否かにかかわらず、互いに異なる波長帯域の光成分を、光軸を中心として同心円状に分布した複数の領域を利用してそれぞれ結像させるレンズ系において、当該レンズ系の色収差を略打ち消すように、それら複数の領域のそれぞれにおける球面収差を調整する、という技術思想となる。
【０１１６】
すなわち一般に、球面収差は「光軸からの距離」に応じて変化するという性質がある一方、色収差は「入射光の波長」によって変化するという性質があるために、通常のレンズ系ではこれら２種類の収差は切り離して扱っている。ところが、この発明が前提とするような、「互いに異なる波長帯域の光成分を、光軸を中心として同心円状に分布した複数の領域を利用してそれぞれ結像させる」場合には、「光軸からの距離」という第１の物理量と、「入射光の波長」という第２物理量との間に相関が生じている。そこで、この発明では、このような相関に着目することにより、従来は別個のものとして取り扱われていた球面収差と色収差とを互いに関連させて収差補償を行うものであり、このような思想原理において、従来にはない新規な技術的意義を有するものである。
【０１１７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項４の発明によれば、撮像レンズ系の球面収差が分光領域の波長帯域それぞれに関して撮像レンズ系が有する色収差の結像位置ずれ特性を略打ち消すように調整されているとともに、複数の分光領域それぞれについて少なくとも各分光領域の一部における透光状態と遮光状態とを選択的に切替えることによって、被写体に係る複数の波長帯域ごとの分光画像が取得できる。その結果、色収差による結像位置ずれを簡易かつ安価に低減できるとともに、分光画像の繰返し取得が高速に行える。
【０１１８】
特に、請求項２の発明においては、複数の分光領域が分光領域で透過する波長が光軸から外向きに相対的に大きくなる順番で分光フィルタに配列されるため、球面収差を容易に調整できる。
【０１１９】
また、請求項３の発明においては、複数の分光領域が分光領域で透過する波長が光軸から外向きに相対的に小さくなる順番で分光フィルタに配列されるため、球面収差を容易に調整できる。
【０１２０】
また、請求項４の発明においては、分光フィルタが撮像レンズ系に係る開口絞りの近傍に設けられているため、分光フィルタの一部が遮光状態であっても被写体画像において影が生じるのを抑えることができる。
【０１２１】
また、請求項５の発明によれば、球面収差によって色収差を略打ち消すことにより、レンズ系の色収差による光学的な誤差を簡易かつ安価に補償できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像システム１Ａの外観を示す斜視図である。
【図２】マルチバンドカメラ１０Ａの要部構成を示す図である。
【図３】分光フィルタ板２１Ａの外観を示す斜視図である。
【図４】選択透光板２２の外観を示す斜視図である。
【図５】選択透光板２２の透光切替機能を説明するため図である。
【図６】選択透光板２２の透光切替機能を説明するため図である。
【図７】選択透光板２２の透光切替機能を説明するため図である。
【図８】撮像光学系２Ａにおける色収差を説明するための図である。
【図９】撮像光学系２Ａにおける球面収差を説明するための図である。
【図１０】光軸Ｌを基準とした入射高さの代表点Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃを説明する図である。
【図１１】入射高さと結像位置ずれ量との関係を表す収差図である。
【図１２】マルチバンドカメラ１０Ａの基本的な動作に示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る分光フィルタ板２１Ｂの外観を示す斜視図である。
【図１４】入射高さと結像位置ずれ量との関係を表す収差図である。
【図１５】本発明の変形例に係る分光フィルタ板２１Ｃの外観を示す斜視図である。
【図１６】分光フィルタ板２１Ｃにおける各透光領域Ｆ１〜Ｆ６の透過波長帯域の一例を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ  撮像システム
２Ａ、２Ｂ  撮像光学系
３  カメラ本体部
１０Ａ、１０Ｂ  マルチバンドカメラ
２０Ａ、２０Ｂ  レンズ系
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ  分光フィルタ板
２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ  分光領域
２２  選択透光板
２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ  透光領域
２３  開口絞り
３１  撮像素子
３１ｓ  撮像面
１００  パーソナルコンピュータ（パソコン）
Ｌ  光軸
【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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