(57)【要約】【課題】  一般的に広く用いられている撮像素子を用いた光学構成で実現可能であり、１回の撮像回数で被写体の分光測定に必要なバンド数を撮像することができる。【解決手段】  受光した光の強度に対応する色信号を出力するＲＧＢ３種類の受光セルを有する複数の同一種類の撮像素子１０３、１０４、１０５と、  撮像素子が感度を示すＲＧＢ各帯域の波長を含む被写体からの複合光Ｌを、各ＲＧＢ受光セルの感度帯域ごと波長別に複数に分光するダイクロイックミラー２０４、２０５を有し、分光したそれぞれの光を含む第１から第３の３つの光路２３１〜２３３に分光し、それぞれ対応する撮像素子に入射させる色分解光学系１０２とを有する。各撮像素子は、ＲＧＢの各感度帯域について複数に分割された異なる波長の光を含む入射光に基づいて、各感度帯域ごとにそれぞれ異なる波長の光に基づく分光情報を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感度を示す感度帯域が異なりかつ異なる波長の光に感度ピークを有するような複数種類の受光セル（３０２）を有する複数の同一種類の撮像素子（１０３，１０４，１０５）と、
前記撮像素子（１０３，１０４，１０５）が感度を示す感度帯域の波長を含む被写体からの複合光（Ｌ）を互いに分光透過率特性が異なる複数の光路（２３１，２３２，２３３）に分光し、前記分光したそれぞれの光路をそれぞれ対応する前記撮像素子に入射させる色分解光学系（１０２）と、
前記色分解光学系（１０２）により前記分光された光をそれぞれ受光した前記それぞれの撮像素子（１０３，１０４，１０５）から出力された、波長別に分光された光に対応する色信号に基づいて前記被写体の分光情報を推定する被写体分光情報推定部（１０９）と、を備えることを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
前記撮像素子（１０３，１０４，１０５）は、短波長側から順に互いに異なる第１から第３の感度帯域を有する３種類の受光セルを備えたカラー撮像素子であることを特徴とする、請求項１に記載の撮影装置。
【請求項３】
前記撮像素子（１０３，１０４，１０５）は、ＲＧＢ原色フィルタ（３０３）を備えたカラー撮像素子であることを特徴とする、請求項２に記載の撮影装置。
【請求項４】
前記色分解光学系（１０２）は、前記撮像素子の各種類の受光セル（３０２）が感度を示す感度帯域の光を含む複合光を、各種類の受光セルの感度帯域ごとについて波長別に複数の光路（２３１，２３２，２３３）に分光するダイクロイック層（２０４，２０５）を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の撮影装置。
【請求項５】
前記撮像素子は第１から第３の３つの撮像素子（１０３，１０４，１０５）を備え、
前記ダイクロイック層は、被写体からの光を、前記第１の撮像素子に入力される光路（２２１）と他の光路（２２２）の２つに分光する第１ダイクロイック層（２０４）と、
前記第１のダイクロイック層（２０４）と間隔をおいて位置し、前記第１ダイクロイック層で分光された他の光路（２２２）を、前記第２の撮像素子に入力される光路（２２３）と前記第３の撮像素子に入力される光路（２２４）の２つに分光する第２のダイクロイック層（２０５）とで構成されることを特徴とする、請求項４に記載の撮影装置。
【請求項６】
前記色分解光学系（１０２）は、前記撮像素子の各種類の受光セルの感度帯域を波長別にそれぞれ３つに分割することを特徴とする、請求項５に記載の撮影装置。
【請求項７】
前記撮像素子は第１から第３の３つの撮像素子（１０３，１０４，１０５）を備え、
前記色分解光学系（１０２）は、
被写体からの光が入力される第１光学プリズム（２０１）と、
前記第１光学プリズムからの光が入力される第２光学プリズム（２０２）と、
前記第２光学プリズムからの光が入力される第３光学プリズム（２０３）と、
第１光学プリズムと第２光学プリズムの間に位置し前記第１光学プリズムに入射した光（Ｌ）を前記第１の撮像素子に入力される第１反射光（２２１）と前記第２光学プリズムに入力される第１透過光（２２２）とに分割する第１ダイクロイック層（２０４）と、
第２光学プリズム（２０２）と第３光学プリズム（２０３）の間に位置し前記第１透過光（２２２）を前記第２の撮像素子に入力される第２反射光（２２３）と前記第３の撮像素子に入力される第２透過光（２２４）とに分割する第２ダイクロイック層（２０５）とを備え、
前記第１ダイクロイック層（２０４）は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の一方側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の他方側略３分の１の波長の光を前記第１反射光（２２１）として反射する一方、残りの波長の光を前記第１透過光（２２２）として透過し、
前記第２ダイクロイック層（２０５）は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の他方側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の一方側略３分の１の波長の光を前記第２反射光（２２３）として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光（２２４）として透過することを特徴とする、請求項６に記載の撮影装置。
【請求項８】
前記第１ダイクロイック層（２０４）は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の短波長側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の長波長側略３分の１の波長の光を前記第１反射光（２２１）として反射する一方、残りの波長の光を前記第１透過光（２２２）として透過し、
前記第２ダイクロイック層（２０５）は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の長波長側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の短波長側略３分の１の波長の光を前記第２反射光（２２３）として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光（２２４）として透過することを特徴とする、請求項７に記載の撮影装置。
【請求項９】
感度を示す感度帯域が異なりかつ異なる波長の光に感度ピークを有するような複数種類の受光セル（３０２）を有してなる複数の同一種類の撮像素子（１０３，１０４，１０５）が感度を示す感度帯域の波長を含む被写体からの複合光を複数の分光透過率特性が異なる光路（２３１，２３２，２３３）に分光し、前記分光したそれぞれの光をそれぞれ対応する前記撮像素子（１０３，１０４，１０５）に入射させることを特徴とする、被写体の分光情報の推定に用いられる撮影装置用の色分解光学系。
【請求項１０】
前記撮像素子（１０３，１０４，１０５）が短波長側から順に互いに異なる第１から第３の感度帯域を有する３種類の受光セル（３０２）を備えたカラー撮像素子であることを特徴とする、請求項９に記載の色分解光学系。
【請求項１１】
前記撮像素子（１０３，１０４，１０５）の各種類の受光セル（３０２）が感度を示す感度帯域の光を含む複合光を、各種類の受光セルの感度帯域ごとについて波長別に複数の光に分光するダイクロイック層（２０４，２０５）を有することを特徴とする、請求項９又は１０に記載の色分解光学系。
【請求項１２】
被写体からの光が入力される第１光学プリズム（２０１）と、
前記第１光学プリズムからの光が入力される第２光学プリズム（２０２）と、
前記第２光学プリズムからの光が入力される第３光学プリズム（２０３）と、
第１光学プリズム（２０１）と第２光学プリズム（２０２）の間に位置し前記第１光学プリズム（２０１）に入射した光（Ｌ）を第１の撮像素子（１０３）に入力される第１反射光（２２１）と前記第２光学プリズム（２０２）に入力される第１透過光（２２２）とに分割する第１ダイクロイック層（２０４）と、
第２光学プリズム（２０２）と第３光学プリズム（２０３）の間に位置し前記第１透過光（２２２）を第２の撮像素子（２０２）に入力される第２反射光（２２３）と第３の撮像素子（２０３）に入力される第２透過光（２２４）とに分割する第２ダイクロイック層（２０５）とを備え、
前記第１ダイクロイック層（２０４）は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の一方側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の他方側略３分の１の波長の光を前記第１反射光（２２１）として反射する一方、残りの波長の光を前記第１透過光（２２２）として透過し、
前記第２ダイクロイック層（２０５）は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の他方側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の一方側略３分の１の波長の光を前記第２反射光（２２３）として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光（２２４）として透過することを特徴とする、請求項１１に記載の色分光光学系。
【請求項１３】
前記第１ダイクロイック層（２０４）は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の短波長側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の長波長側略３分の１の波長の光を前記第１反射光（２２１）として反射する一方、残りの波長の光を前記第１透過光（２２２）として透過し、
前記第２ダイクロイック層（２０５）は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の長波長側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の短波長側略３分の１の波長の光を前記第２反射光（２２３）として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光（２２４）として透過することを特徴とする、請求項１２に記載の色分光光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の分光情報の推定に用いられる撮影装置及び撮影装置に用いられる色分解光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の色を分光的に測定するためには被測定物の反射率の分光特性を何らかの方法で特定する必要がある。近年、バンド数と色推定精度のトレードオフに関連した研究（たとえば、村上ら「正確な色再現が可能なカラー画像システムの開発（カラーフォーラムＪＡＰＡＮ‘９９、Ｐ５−Ｐ８）」など）（非特許文献１）が盛んに行われ、分光測定の推定には５バンドから１０バンド程度が適当とする研究報告がなされている。
【０００３】
分光測定の推定に必要な複数のバンド数のマルチバンド情報を得る方法としては、大きく分けて「前分光方式」と「後分光方式」の２つの方法がある。前分光方式の例としては特開２０００−２９２２５９号公報（特許文献１）などに、後分光方式の例としては特開２００１−９９７１０号公報（特許文献２）などに開示されている。これらの方式は、いずれも光源側又はバンドパスフィルタなどで波長を異ならせた複数の波長の順次切り替え、光を同じ被写体に照射して撮像するものである。これらの技術はいずれも同時に複数のバンドの光を測定することはできず、必要なバンド数だけ撮像を繰り返し行わなければならない。
【０００４】
このように、これらの方式では、バンド数の分だけ撮影時間が長くなり、動く被写体を撮影することが困難になる。そこで、特開平４−３２９３２２号公報（特許文献３）には、バンドパスフィルタごとに撮像素子を設け、マルチバンド画像を同時撮影する技術が開示されている。
【０００５】
しかし、上述したように、正確な被写体の分光反射率推定には少なくとも５バンド以上は必要であるとしている。そこで、バンドパスフィルタごとに撮像素子を設ける方式では、最低でも５つの撮像素子が必要である。さらに、撮像レンズから入力した光を５つの光路に分ける光学系が必要になり、装置サイズと重量の増大を招く。また、光学系のサイズが大きくなると、撮像レンズから撮像素子までの距離が長くなり、その結果、撮像レンズの口径の増大をも併発し、撮影装置のコストアップを引き起こす。
【０００６】
これらの問題に鑑みて特開２００３−２３６４３号公報（特許文献４）では、特別なバンドパス特性を持たせた撮像素子とダイクロイックミラーを利用して、１回の撮像で複数のマルチバンド画像を取得する方法が開示されている。この撮影装置は図２８に示す通り、光源５０１から白色光を被写体５００に照射し、その反射光を撮像レンズ５０２で集光させて色分解光学系５０２に入力する。色分解光学系５０３は、入力した光をハーフミラー５０７で２つの光路に分割し、一方の光から輝度撮像素子５０４により輝度画像を生成する一方、他方の光をダイクロイックミラー５０８で短波長成分と長波長成分に分割し、それぞれ短波長成分撮像素子５０６と長波長成分撮像素子５０５を用いて、短波長成分の光および長波長成分の光からそれぞれ被写体の分光情報を推定するようにしたものである。
【０００７】
ダイクロイックミラー５０８は、図２９（ａ）に示す通り、白色光を短波長成分と長波長成分とに分割するものであり、長波長成分撮像素子５０５と短波長成分撮像素子５０６は、それぞれ図２９（ｂ）及び（ｃ）に示すように、短波長成分に含まれる波長の光と長波長成分に含まれる範囲の光に感度を有する特別なバンドパス特性を持った４バンドの撮像素子で構成されている。したがって、それぞれの撮像素子からは、当該バンド数の撮像情報が得られ、輝度撮像素子５０４からの撮像情報と合わせて９バンドのマルチバンド画像を同時撮影することができる。
【特許文献１】特開２０００−２９２２５９号公報
【特許文献２】特開２００１−９９７１０号公報
【特許文献３】特開平４−３２９３２２号公報
【特許文献４】特開２００３−２３６４３号公報
【非特許文献１】村上ら「正確な色再現が可能なカラー画像システムの開発（カラーフォーラムＪＡＰＡＮ‘９９、Ｐ５−Ｐ８）」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記装置では、特別なバンドパス特性を持った専用の撮像素子の開発が必須であり、一般的なカラーＣＣＤなどの撮像素子を用いることはできない。特別なバンドパス特性を持たせた撮像素子を開発することは、膨大な開発費がかかり装置のコストアップにもつながり、また撮像素子開発に関する技術なしに実現することは困難である。
【０００９】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、特別なバンドパス特性の撮像素子が不要で、例えば一般的に広く用いられている撮像素子を用いた光学構成で実現可能であり、１回の撮像回数で被写体の分光測定に必要なバンド数を撮像することができる撮影装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の撮影装置を提供する。
【００１１】
本発明の第１態様によれば、感度を示す感度帯域が異なりかつ異なる波長の光に感度ピークを有するような複数種類の受光セルを有する複数の同一種類の撮像素子と、
前記撮像素子が感度を示す感度帯域の波長を含む被写体からの複合光を互いに分光透過率特性が異なる複数の光路に分光し、前記分光したそれぞれの光路をそれぞれ対応する前記撮像素子に入射させる色分解光学系と、
前記色分解光学系により前記分光された光をそれぞれ受光した前記それぞれの撮像素子から出力された、波長別に分光された光に対応する色信号に基づいて前記被写体の分光情報を推定する被写体分光情報推定部と、を備える撮影装置を提供する。
【００１２】
上記構成において、撮像素子の各感度帯域内の光を色分解光学系により複数の光路に分解し、それぞれ分解された光を個別の撮像素子により測定する。撮像素子は、色フィルタなどを備えて複数種類の感度帯域を有するものである。また、色分解光学系により分割される光の数は、特に限定がなく、分光測定可能な範囲の数の光に分割されるものであればよい。色分解光学系としては、例えば、波長選択性を持たすことができるダイクロイック膜を蒸着させたフィルタやプリズムなどが例示できる。撮像素子により測定された信号は、分光情報推定部により分光情報の推定がなされる。
【００１３】
本発明の第２態様によれば、前記撮像素子は、短波長側から順に互いに異なる第１から第３の感度帯域を有する３種類の受光セルを備えたカラー撮像素子である第１態様の撮影装置を提供する。
【００１４】
本発明の第３態様によれば、前記撮像素子は、ＲＧＢ原色フィルタを備えたカラー撮像素子である、第２の撮影装置を提供する。
【００１５】
本発明の第４態様によれば前記色分解光学系は、前記撮像素子の各種類の受光セルが感度を示す感度帯域の光を含む複合光を、各種類の受光セルの感度帯域ごとについて波長別に複数の光に分光するダイクロイック層を有する第１から第３態様のいずれか１つの撮影装置を提供する。
【００１６】
本発明の第５態様によれば、前記撮像素子は第１から第３の３つの撮像素子を備え、
前記ダイクロイック層は、被写体からの光を、前記第１の撮像素子に入力される光路と他の光路の２つに分光する第１ダイクロイック層と、
前記第１のダイクロイック層と間隔をおいて位置し、前記第１ダイクロイック層で分光された他の光路を、前記第２の撮像素子に入力される光路と前記第３の撮像素子に入力される光路の２つに分光する第２のダイクロイック層とで構成される第４態様の撮影装置を提供する。
【００１７】
本発明の第６態様によれば、前記色分解光学系は、前記撮像素子の各種類の受光セルの感度帯域を波長別にそれぞれ３つに分割する第５態様の撮影装置を提供する。
【００１８】
本発明の第７態様によれば、前記撮像素子は第１から第３の３つの撮像素子を備え、
前記色分解光学系は、
被写体からの光が入力される第１光学プリズムと、
前記第１光学プリズムからの光が入力される第２光学プリズムと、
前記第２光学プリズムからの光が入力される第３光学プリズムと、
第１光学プリズムと第２光学プリズムの間に位置し前記第１光学プリズムに入射した光を前記第１の撮像素子に入力される第１反射光と前記第２光学プリズムに入力される第１透過光とに分割する第１ダイクロイック層と、
第２光学プリズムと第３光学プリズムの間に位置し前記第１透過光を前記第２の撮像素子に入力される第２反射光と前記第３の撮像素子に入力される第２透過光とに分割する第２ダイクロイック層とを備え、
前記第１ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の一方側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の他方側略３分の１の波長の光を前記第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第１透過光として透過し、
前記第２ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の他方側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の一方側略３分の１の波長の光を前記第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光として透過する、第６態様の撮影装置を提供する。
【００１９】
本発明の第８態様によれば、前記第１ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の短波長側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の長波長側略３分の１の波長の光を前記第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第１透過光として透過し、
前記第２ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の長波長側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の短波長側略３分の１の波長の光を前記第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光として透過する、第７態様の撮影装置を提供する。
【００２０】
本発明の第９態様によれば、前記撮像素子は第１から第３の３つの撮像素子を備え、
前記色分解光学系は、被写体からの光が入力される第１光学プリズムと、
前記第１光学プリズムからの光が入力される第２光学プリズムと、
前記第２光学プリズムからの光が入力される第３光学プリズムと、
第１光学プリズムと第２光学プリズムの間に設けられ前記第１光学プリズムに入射した光を前記第１の撮像素子に入力される第１反射光と前記第２光学プリズムに入力される第１透過光とに分割する第１ダイクロイック層と、
第２光学プリズムと第３光学プリズムの間に設けられ前記第１透過光を前記第２の撮像素子に入力される第２反射光と前記第３の撮像素子に入力される第２透過光とに分割する第２ダイクロイック層とを備え、
前記第１ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光及び前記第３の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光を前記第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第１透過光として透過し、
前記第２ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の短波長側略３分の１の波長の光を前記第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光として透過することを特徴とする、第２又は第３態様の撮影装置。
【００２１】
本発明の第１０態様によれば、前記撮像素子は第１から第３の３つの撮像素子を備え、
前記色分解光学系は、被写体からの光が入力される第１光学プリズムと、
前記第１光学プリズムからの光が入力される第２光学プリズムと、
前記第２光学プリズムからの光が入力される第３光学プリズムと、
第１光学プリズムと第２光学プリズムの間に設けられ前記第１光学プリズムに入射した光を前記第１の撮像素子に入力される第１反射光と前記第２光学プリズムに入力される第１透過光とに分割する第１ダイクロイック層と、
第２光学プリズムと第３光学プリズムの間に設けられ前記第１透過光を前記第２の撮像素子に入力される第２反射光と前記第３の撮像素子に入力される第２透過光とに分割する第２ダイクロイック層とを備え、
前記第１ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を前記第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第１透過光として透過し、
前記第２ダイクロイック層は、前記第２の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び前記第３の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を前記第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光として透過することを特徴とする、第２又は第３態様の撮影装置を提供する。
【００２２】
本発明の第１１態様によれば、前記撮像素子は、短波長側から順に互いに異なる第１から第４の感度帯域を有する４種類の受光セルを備えたカラー撮像素子である、第１態様の撮影装置を提供する。
【００２３】
本発明の第１２態様によれば、前記色分解光学系は、
被写体からの光が入力される第１光学プリズムと、
前記第１光学プリズムからの光が入力される第２光学プリズムと、
前記第２光学プリズムからの光が入力される第３光学プリズムと、
第１光学プリズムと第２光学プリズムの間に設けられ前記第１光学プリズムに入射した光を前記第１の撮像素子に入力される第１反射光と前記第２光学プリズムに入力される第１透過光とに分割する第１ダイクロイック層と、
第２光学プリズムと第３光学プリズムの間に設けられ前記第１透過光を前記第２の撮像素子に入力される第２反射光と前記第３の撮像素子に入力される第２透過光とに分割する第２ダイクロイック層とを備え、
前記第１ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光及び前記第４の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光を前記第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第１透過光として透過し、
前記第２ダイクロイック層は、前記第２の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び前記第３の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を前記第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光として透過する、第１１態様の撮影装置を提供する。
【００２４】
本発明の第１３態様によれば、感度を示す感度帯域が異なりかつ異なる波長の光に感度ピークを有するような複数種類の受光セルを有してなる複数の同一種類の撮像素子が感度を示す感度帯域の波長を含む被写体からの複合光を複数の分光透過率特性が異なる光路に分光し、前記分光したそれぞれの光をそれぞれ対応する前記撮像素子に入射させる被写体の分光情報の推定に用いられる撮影装置用の色分解光学系を提供する。
【００２５】
本発明の第１４態様によれば、前記撮像素子が短波長側から順に互いに異なる第１から第３の感度帯域を有する３種類の受光セルを備えたカラー撮像素子である、第１３態様の色分解光学系を提供する。
【００２６】
本発明の第１５態様によれば、前記同一種類の撮像素子の各種類の受光セルが感度を示す感度帯域の光を含む複合光を、各種類の受光セルの感度帯域ごとについて波長別に複数の光に分光するダイクロイック層を有する、第１３又は第１４態様の色分解光学系を提供する。
【００２７】
本発明の第１６態様によれば、被写体からの光が入力される第１光学プリズムと、
前記第１光学プリズムからの光が入力される第２光学プリズムと、
前記第２光学プリズムからの光が入力される第３光学プリズムと、
第１光学プリズムと第２光学プリズムの間に位置し前記第１光学プリズムに入射した光を第１の撮像素子に入力される第１反射光と前記第２光学プリズムに入力される第１透過光とに分割する第１ダイクロイック層と、
第２光学プリズムと第３光学プリズムの間に位置し前記第１透過光を第２の撮像素子に入力される第２反射光と第３の撮像素子に入力される第２透過光とに分割する第２ダイクロイック層とを備え、
前記第１ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の一方側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の他方側略３分の１の波長の光を前記第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第１透過光として透過し、
前記第２ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の他方側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の一方側略３分の１の波長の光を前記第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光として透過する、第１５態様の色分光光学系を提供する。
【００２８】
本発明の第１７態様によれば、前記第１ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の短波長側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の長波長側略３分の１の波長の光を前記第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第１透過光として透過し、
前記第２ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域と前記第３の感度帯域の長波長側略３分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の短波長側略３分の１の波長の光を前記第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光として透過する、第１６態様の色分光光学系を提供する。
【００２９】
本発明の第１８態様によれば、被写体からの光が入力される第１光学プリズムと、
前記第１光学プリズムからの光が入力される第２光学プリズムと、
前記第２光学プリズムからの光が入力される第３光学プリズムと、
第１光学プリズムと第２光学プリズムの間に設けられ前記第１光学プリズムに入射した光を第１の撮像素子に入力される第１反射光と前記第２光学プリズムに入力される第１透過光とに分割する第１ダイクロイック層と、
第２光学プリズムと第３光学プリズムの間に設けられ前記第１透過光を第２の撮像素子に入力される第２反射光と第３の撮像素子に入力される第２透過光とに分割する第２ダイクロイック層とを備え、
前記第１ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光及び前記第３の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光を前記第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第１透過光として透過し、
前記第２ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び前記第２の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を前記第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光として透過する、第１５態様の色分解光学系を提供する。
【００３０】
本発明の第１９態様によれば、被写体からの光が入力される第１光学プリズムと、
前記第１光学プリズムからの光が入力される第２光学プリズムと、
前記第２光学プリズムからの光が入力される第３光学プリズムと、
第１光学プリズムと第２光学プリズムの間に設けられ前記第１光学プリズムに入射した光を第１の撮像素子に入力される第１反射光と前記第２光学プリズムに入力される第１透過光とに分割する第１ダイクロイック層と、
第２光学プリズムと第３光学プリズムの間に設けられ前記第１透過光を第２の撮像素子に入力される第２反射光と第３の撮像素子に入力される第２透過光とに分割する第２ダイクロイック層とを備え、
前記第１ダイクロイック層は、前記第１の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を前記第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第１透過光として透過し、
前記第２ダイクロイック層は、前記第２の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び前記第３の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を前記第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光として透過する、第１５態様の色分解光学系を提供する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の第１及び第１３態様によれば、撮像素子の感度帯域に含まれる光を波長別に複数に分光して、それぞれ別の撮像素子により撮影を行うため、同時に異なる波長の色情報を撮影することができる。また、長波長領域及び短波長領域に分解された光に応じて撮像素子を設計する必要はなく、撮像素子により撮影可能な範囲の光を複数に分割するため、同じ感度領域を有する撮像素子であれば、その感度領域の範囲に関係なく分光情報を得ることができる。したがって、簡単な構成で特殊な撮像素子を用いることなく、一回の撮影で複数の分光情報を得ることができる。
【００３２】
本発明の第２、第３、第１４態様によれば、例えば、ＲＧＢの３つの感度帯域を持ち、また、一般的に広く用いられているカラー撮像素子を用いることによって、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの帯域の光について複数の波長の光に分割し、それぞれ分割された光ごとに分光情報を得ることができる。また、ＲＧＢの色情報を備えたカラー撮像素子を用いることにより、推定された分光情報に基づいて色情報に変換し、被写体の画像を出力することができる。
【００３３】
本発明の第４及び第１５態様によれば、それぞれ感度帯域が異なる複数の受光セルを有する撮像素子に対し、それぞれの受光セルの種類ごとの感度帯域を波長に応じて分割するため、それぞれの受光セルの種類ごとに、波長に応じて分割された分光情報を得ることができる。したがって、受光セルの種類ごとに色分解光学系で分割される光の数の分光情報を得ることができ、分光測定に必要なバンド数の分光情報を簡単な構成で得ることができる。
【００３４】
本発明の第５態様によれば、被写体からの光を２つのダイクロイック層を通過させることにより３種類の分光特性の異なる光にすることができる。したがって、小型で簡単な構成で分光特性が異なり、また、撮像素子の感度帯域を複数に分割する光によってそれぞれ分光情報を得ることができる。
【００３５】
本発明の第６態様によれば、それぞれの種類の受光セルに対応した感度帯域の光を３つに分割することにより、受光セルの種類の３倍の数の分光情報を得ることができる。特に、第４態様のダイクロイック層を用いる場合は、３つに分割されるそれぞれの光にそれぞれの種類の受光セルに対応した感度帯域の光をそれぞれ含ませることができ、９バンドの分光情報を得ることができる。
【００３６】
本発明の第７、第８、第１６、第１７態様によれば、感度特性が異なる感度帯域のうち、最も短波長側の第１の感度帯域と最も長波長側の第３の感度帯域について一端側約１／３の光と第２の感度帯域の他端側を残りの光とに分割し、残り２／３の光をさらに１／３ずつ分割するように構成されているため、中央の第２の感度帯域の端側１／３と第１又は第３の感度帯域の端側とを１つのダイクロイックミラーにより同時に分割することができる。したがって、合計２枚のダイクロイックミラーにより第１から第３の感度帯域を各々３つに分割することができ、小型の構成で９バンドの分光情報を得ることができる。
【００３７】
本発明の第９、第１０、第１８及び第１９態様によれば、それぞれの感度帯域を２つに分割し、それぞれ分割された感度帯域の波長の光を異なる３バンドの撮像素子により撮影することができるため、６バンドの分光情報を得ることができる。
【００３８】
本発明の第１２態様によれば、それぞれの感度帯域を２つに分割し、それぞれ分割された感度帯域の波長の光を異なる４バンドの撮像素子により撮影することができるため、８バンドの分光情報を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の各実施形態に係る撮影装置について、図面を参照しながら説明する。
【００４０】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態における３つの撮像素子でマルチバンド画像を同時に撮影するマルチバンドビデオカメラのシステムについて図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態における３つの撮像素子でマルチバンド画像を同時に撮影するマルチバンドビデオカメラのシステム構成図である。
【００４１】
被写体（図示なし）表面で反射した光Ｌは、撮像レンズ１０１を通して色分解光学系１０２に入る。そして、色分解光学系１０２は入射された光を互いに分光透過率分布の異なる第１の光路、第２の光路、および第３の光路の３光路に分割する。
【００４２】
第１の光路、第２の光路、および第３の光路上には、それぞれ第１撮像素子１０３、第２撮像素子１０４、及び第３撮像素子１０５が配置されており、それぞれの光路の光はこれらの撮像素子に入射される。第１撮像素子１０３、第２撮像素子１０４、第３撮像素子１０５は、いずれも同じ種類の撮像素子であり、後述するように各受光セルにそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの色フィルタが付されたカラーＣＣＤで構成されている。
【００４３】
第１撮像素子１０３、第２撮像素子１０４、第３撮像素子１０５は、Ｒ、Ｇ、Ｂフィルタを介して光を受光する。そして、受光セルごとに入射された光に対応する色信号をそれぞれの撮像素子ごとに設けられている色信号処理部１０６、１０７、１０８に出力する。色信号処理部１０６は、第１撮像素子１０３からの色信号から後述する補間処理によりＲ１画像、Ｇ１画像、Ｂ１画像を生成する。同様にして、色信号処理部１０７はＲ２画像、Ｇ２画像、Ｂ２画像を生成し、色信号処理部１０８はＲ３画像、Ｇ３画像、Ｂ３画像を生成することにより、合計で９つのマルチバンド画像を生成する。
【００４４】
各撮像素子に対応する色信号処理部１０６，１０７，１０８で生成されたマルチバンド画像はともに被写体分光情報推定部１０９へ供給され、被写体の分光情報が推定される。被写体の分光情報とは、被写体が自発光体である場合は、発光スペクトルの推定であり、被写体が照明の光を反射する反射物体である場合は分光反射率となる。また、被写体分光情報推定部１０９による推定結果の分光情報は、分光値出力部１１２を介してカメラ外部へ出力できる。被写体分光情報推定部１０９が推定した被写体の分光情報は、測色値変換部１１０に与えられる。
【００４５】
測色値変換部１１０は、入力された分光情報を、ＣＩＥＸＹＺ三刺激値を経てたとえばＸＹＺ表色系などの測色値に変換する。ただし、測色値の算出に必要な照明の分光情報は予め記憶されていて、測色値変換部１１０へ登録されている。測色値変換部１１０で変換された測色値は、原色変換部１１３へ入力される。また、撮像した被写体の色情報を測色値として取り出したい場合は、測色値変換部１１０で変換された測色値の情報を測色値出力部１１１を介してカメラ外部へ出力できる。測色値変換部１１０から出力された受光セル単位の測色値は、原色変換部１１３で映像表示デバイスが持つ原色系の信号へ変換され、画像出力部１１４を介して外部へ出力される。画像出力部１１４は様々な通信プロトコルに対応するために設けられていて、マルチバンドビデオカメラの撮影映像信号をディスプレイ等の受信デバイスへ定められたプロトコルに則って出力する。
【００４６】
次に、第１〜第３撮像素子１０４，１０５，１０６について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、第１実施形態にかかる第１から第３撮像素子の受光セルと色フィルタの構造を説明する概念図である。
【００４７】
図２（ａ）は、撮像素子を側面から見た模式的構造図であり、第１から第３撮像素子１０４，１０５，１０６に共通する図である。基板３０１の上に、複数の受光セル３０２が並んで配置されている。複数の受光セル３０２上には、それぞれ分光透過率分布が互いに異なる複数の色フィルタ３０３が密接して配置されている。それぞれの撮像素子１０４，１０５，１０６は、色フィルタ３０３を通して、受光セル３０２で光を受ける。
【００４８】
図２（ｂ）は、第１から第３撮像素子の色フィルタの配列を示す概念図である。それぞれの撮像素子１０６は、Ｒ，Ｇ，Ｂからなる３種類の色フィルタをセル単位で備える。各セルに付されているＲ，Ｇ，Ｂの色フィルタは、カラーＣＣＤにおいて一般に広く用いられているものと同じものが使用される。図２（ｂ）において、例えば２行２列目の画素位置はＢしかないため、この画素位置におけるＲ信号は１行１列目のＲ、１行３列目のＲ、３行１列目のＲおよび３行３列目のＲ信号を加算して４で割るという補間処理で生成される。また、Ｇ信号は１行２列目、２行１列目２行３列目および３行２列目のＧ信号から生成される。その他についても同様の補間処理がなされるが、広く一般的に用いられる手法であるので詳述しない。この補間処理は色信号処理部１０６、１０７、１０８で行われる。図３は本実施形態において用いられる撮像素子の感度特性を示す図である。第１から第３撮像素子１０４，１０５，１０６は、色フィルタにより受光する光の波長に応じて異なった感度特性を有する。各色フィルタを備えた受光セルは、異なる波長において感度のピークを示す感度特性であり、互いに感度を示す帯域の一部が重なる。
【００４９】
被写体分光情報推定部１０９は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色フィルタからの信号をもとに被写体の分光情報を推定する。従って、被写体分光情報推定部１１０は、分光情報を縦横共に受光セルの単位をブロック単位として推定し、算出する。
【００５０】
次に色分解光学系１０２について、詳細に説明する。図４Ａは、第１実施形態にかかる色分解光学系の内部構造を説明する図である。
【００５１】
色分解光学系１０２は、被写体からの光を３つ光学プリズムを用いて、３つの光に分解する。分解された３つの光は、後述するように、それぞれ上記撮像素子のＲ，Ｇ，Ｂの受光セルの感度帯域を波長に応じて３つに分割して、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの各色の分割された帯域の光を含む互いに異なる分光特性を有する。
【００５２】
色分解光学系１０２は、三角プリズムである第１光学プリズム２０１と、三角プリズムである第２光学プリズム２０２と、台形プリズムである第３光学プリズム２０３とから構成される。
【００５３】
第１光学プリズム２０１は、撮像レンズ１０１からの入射光Ｌに垂直に配置され、入射光Ｌが入射される入射面である第１面２０７と、第１面２０７の第３撮像素子１０５側と接続され面の法線が第１撮像素子１０３側に所定の角度傾いて設けられ第１ダイクロイックミラー２０４を備えた入射光Ｌのダイクロイック面（第２面）２０９と、第１面２０７の第１撮像素子１０３側と接続され、面法線が第１撮像素子１０３の方向に垂直な透過面である第３面２０８と、から構成される。
【００５４】
第１ダイクロイックミラー２０４は、図５に示すような波長選択性を有する。すなわち第１ダイクロイックミラー２０４の反射と透過の境界の波長、いわゆるカットオフ波長は、約４４０ｎｍ、５５０ｎｍ、６３０ｎｍに設定されており、入射光Ｌを、約４４０ｎｍ以下及び５５０ｎｍ〜６３０ｎｍの波長の光を含む反射光である第１反射光２２１と、４４０ｎｍ〜５５０ｎｍ及び約６３０ｎｍ以上の波長の光を含む透過光である第１透過光２２２の２つの光に分割する。第１ダイクロイックミラー２０４としては、波長選択性の異なる複数枚のダイクロイック膜を重ね合わせて用いることができる。例えば、波長が約４４０ｎｍ以下の光を反射するようなダイクロイック膜と、波長が約５５０ｎｍ〜６３０ｎｍの光を反射するようなダイクロイック膜とを組み合わせたようなものを第１ダイクロイックミラーとして用いることができる。
【００５５】
第１反射光２２１は、第１ダイクロイックミラー２０４を備えたダイクロイック面２０９の法線が第１撮像素子１０３側に傾いているため、入射光Ｌに対して第１撮像素子１０３側に傾いて進む。そして、第１反射光２２１は、第１光学プリズム２０１の第１面２０７に臨界角以上で入射し、すべての第１反射光２２１が第１面２０７で反射されて、第３面２０８の方向に進む。そして、第１反射光２２１は、第３面２０８を透過し第１撮像素子１０３へ入射する（第１の光路）。
【００５６】
一方、第１透過光２２２は、第１光学プリズム２０１と、エアギャップ２０６を介して配置された第２光学プリズム２０２へ入射される。
【００５７】
第２光学プリズム２０２は、第１透過光２２２の入射される透過面であり、エアギャップ２０６を介して第１光学プリズム２０１のダイクロイック面（第２面）２０９と平行に配置された第１面２１０と、第１面２１０の第１撮像素子１０３側と接続され面の法線が第３撮像素子１０５側に所定の角度傾き、第２ダイクロイックミラー２０５を備えた第１透過光２２２の第２ダイクロイック面２１２と、第１面２１０の第２撮像素子１０４側と接続され、面法線が第２撮像素子１０４側に垂直な透過面である第３面２１１と、から構成される。
【００５８】
第２ダイクロイックミラー２０５は、図６に示すような波長選択性を有する。すなわち第２ダイクロイックミラー２０５の反射と透過の境界の波長、いわゆるカットオフ波長は、約４９０ｎｍ、５６０ｎｍ、６７０ｎｍに設定されており、約４９０ｎｍ〜５６０ｎｍ及び６７０ｎｍ以上の波長の光を反射させる一方、約４９０ｎｍ以下及び５６０ｎｍ〜６７０ｎｍの波長の光を透過させる。第２ダイクロイックミラー２０５としては、分光特性の異なる２枚のダイクロイック膜を積層して用いることができる。第２ダイクロイックミラー２０５には、上述のように第１ダイクロイックミラーによって波長選択された４４０ｎｍ〜５５０ｎｍ及び約６３０ｎｍ以上の第１透過光２２２が到達し、図７に示すように、第１透過光２２２を約４９０〜５５０ｎｍ及び６７０ｎｍ以上の第２反射光２２３及び約４５０ｎｍ〜４９０ｎｍ及び６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの第２透過光２２４に分割する。
【００５９】
第２反射光２２３は、第２光学プリズム２０２の第１面２１０に臨界角以上で入射する。第１面２１０と第１光学プリズム２０１との間にはエアギャップ２０６があるので、第２反射光２２３のすべての光が第１面２１０で反射されて、第３面２１１を介して第２撮像素子１０４へ入射する（第２の光路）。
【００６０】
第２透過光２２４は、第３光学プリズム２０３に入射される。第３光学プリズム２０３は、第２光学プリズム２０２の第２ダイクロイックミラー２０５と接触した透過面である第１面２１６と、第１面２１６と所定間隔をあけて、第３撮像素子１０５と水平に配置された第２面２１３と、第２面２１３と垂直にかつ第１面２１６と接触する第３面２１４および第４面２１５と、から構成されている。第２透過光２２４は、第３光学プリズム２０３の第１面２１６から入射し、第３光学プリズムの第２面２１３を透過して第３撮像素子１０５へ入射する（第３の光路）。
【００６１】
以上の構成により、被写体からの光を３つ光学プリズムを用いて、各撮像素子の色フィルタの感度帯域をそれぞれ３つに分解してそれぞれの分解された光をそれぞれの光路に含ませることができ、３つ光学プリズムの容積分だけに小型化できる。
【００６２】
色分解光学系としては、第２撮像素子画像が別に付加する画像処理機能により、画像反転が可能である場合や、撮像素子としてリニアセンサを用いた場合には、第１光学プリズムと第２光学プリズムとの間にエアギャップを設けない以下に示す構成の変形例のものを用いることもできる。図４Ｂは、第１実施形態にかかるマルチバンドビデオカメラに用いられる変形例にかかる色分解光学系の内部構成を示す図である。
【００６３】
色分解光学系１０２は、三角プリズムである第１光学プリズム２０１と、台形プリズムである第２光学プリズム２０２と、台形プリズムである第３光学プリズム２０３とから構成される。
【００６４】
第１光学プリズム２０１は、撮像レンズ１０１からの入射光Ｌに垂直に配置され、入射光Ｌが入射される入射面である第１面２０７と、第１面２０７の第３撮像素子１０５側と接続され面の法線が第１撮像素子１０３側に所定の角度傾いた入射光Ｌのダイクロイック面（第２面）である第１ダイクロイックミラー２０４と、第１面２０７の第１撮像素子１０３側と接続され、面法線が第１撮像素子１０３の方向に垂直な透過面である第３面２０８と、から構成される。
【００６５】
第１ダイクロイックミラー２０４は、図５に示すような波長選択性し、カットオフ波長は、約４４０ｎｍ、５５０ｎｍ、６３０ｎｍに設定されている。したがって、入射光Ｌは、約４４０ｎｍ以下及び５５０ｎｍ〜６３０ｎｍの波長の光を含む反射光である第１反射光２２１と、４４０ｎｍ〜５５０ｎｍ及び約６３０ｎｍ以上の波長の光を含む透過光である第１透過光２２２の２つの光に分割される。
【００６６】
第１反射光２２１は、第１ダイクロイックミラー２０４の法線が第１撮像素子１０３側に傾いているため、入射光Ｌに対して第１撮像素子１０３側に傾いて進む。そして、第１反射光２２１は、第１光学プリズム２０１の第１面２０７に臨界角以上で入射し、すべての第１反射光２２１が第１面２０７で反射されて、第３面２０８の方向に進む。そして、第１反射光２２１は、第３面２０８を透過し第１撮像素子１０３へ入射する（第１の光路）。
【００６７】
一方、第１透過光２２２は、第１光学プリズム２０１を透過して第２光学プリズム２０２へ入射される。
【００６８】
第２光学プリズム２０２は、第１光学プリズム２０１の第１ダイクロイックミラー２０４と接触した透過面である第１面２１０と、第１面２１０の第３撮像素子１０５側と接続され面の法線が第３撮像素子１０５の撮像面に垂直な透過面である第２面２１１と、第１面２１７と所定間隔をあけて、略水平に配置された第２面２１８と、第１面２１０の第１撮像素子１０３側と接続され面の法線が第３撮像素子１０５の撮像面と所定の角度傾き第２ダイクロイックミラー２０５を備えた第１透過光２２２の第２ダイクロイック面と、から構成される。
【００６９】
第２ダイクロイックミラー２０５は、図６に示すような波長選択性を有し、カットオフ波長は、約４９０ｎｍ、５６０ｎｍ、６７０ｎｍに設定されている。第２ダイクロイックミラー２０５には、上述のように第１ダイクロイックミラーによって波長選択された４４０ｎｍ〜５５０ｎｍ及び約６３０ｎｍ以上の第１透過光２２２が到達し、図７に示すように、第１透過光２２２を約４９０〜５５０ｎｍ及び６７０ｎｍ以上の第２反射光２２３及び約４５０ｎｍ〜４９０ｎｍ及び６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの第２透過光２２４に分割する。
【００７０】
第２反射光２２３は、第２光学プリズム２０２の第１面２１０に到達することなく、透過面である第２面を介して第２撮像素子１０４へ入射する（第２の光路）。
【００７１】
第２透過光２２４は、第３光学プリズム２０３に入射される。第３光学プリズム２０３は、第２光学プリズム２０２の第２ダイクロイックミラー２０５と接触した透過面である第１面２１７と、第１面２１７と所定間隔をあけて、第３撮像素子１０５と水平に配置された第２面２１３と、第２面２１３と垂直にかつ第１面２１７と接触する第３面２１４および第４面２１５と、から構成されている。第２透過光２２４は、第３光学プリズム２０３の第１面２１７から入射し、第３光学プリズム２０３の第２面２１３を透過して第３撮像素子１０５へ入射する（第３の光路）。
【００７２】
以上の構成により、被写体からの光を３つ光学プリズムを用いて、各撮像素子の色フィルタの感度帯域をそれぞれ３つに分解でき、３つ光学プリズムの容積分だけに小型化できる。また、エアギャップがないため第１光学プリズムと第２光学プリズムの接触部が増えることにより、色分解光学系の強度が増す。特に製造ライン向けのＦＡカメラの場合、製造ラインからの振動などの影響による破損も考えられるため、用途に応じて色分解光学系を構成することが好ましい。
【００７３】
図８Ａは第１撮像素子の感度特性及び第１反射光分光特性を示す図であり、図８Ｂは第１撮像素子の総合感度特性を示す図である。第１の光路を通って第１撮像素子１０３に入射した第１反射光２２１は、上述のように第１ダイクロイックミラーにより波長選択された光であるため、第１撮像素子のＲＧＢの各色フィルタを備えた受光セルの感度を示す各帯域のそれぞれ一部の波長しか含まれない。したがって、図８Ａに示すように、第１撮像素子１０３は、第１反射光２２１に含まれる波長についてＲＧＢの各受光セルから３バンドの信号を出力する。すなわち、第１反射光２２１において、第１撮像素子１０３のＲＧＢの各受光セルの感度を示す帯域の波長についてのみの信号が出力される。具体的には、図８Ｂに示すように、約４３０ｎｍ、５６０ｎｍ、５９０ｎｍにピークを持つ３つの信号（Ｂ１，Ｇ１，Ｒ１）が出力される。第１撮像素子からの出力信号は、第１撮像素子色信号処理部１０６へ入力される。
【００７４】
図９Ａは第２撮像素子の感度特性及び第２反射光分光特性を示す図であり、図９Ｂは第２撮像素子の総合感度特性を示す図である。第２の光路を通って第２撮像素子１０４に入射した第２反射光２２３は、上述のように第１ダイクロイックミラー２０４及び第２ダイクロイックミラー２０５により波長選択された光であるため、第２撮像素子のＲＧＢの各色フィルタを備えた受光セルの感度を示す各帯域のそれぞれ一部の波長しか含まれない。また、第２反射光２２３に含まれる波長の光は、第１反射光２２１に含まれる波長の光はほとんどなく、図９Ａに示すように、ＲＧＢの各色フィルタからは第１撮像素子から出力される信号とは異なるバンドの信号が出力される。すなわち、第２反射光２２３において、第２撮像素子１０４のＲＧＢの各受光セルの感度を示す帯域の波長についてのみの信号が出力される。具体的には、図９Ｂに示すように、約５１０ｎｍ、５３０ｎｍ、６９０ｎｍにピークを持つ３つの信号（Ｂ２，Ｇ２，Ｒ２）が出力される。第２撮像素子からの出力信号は、第２撮像素子色信号処理部１０７へ入力される。
【００７５】
図１０Ａは第３撮像素子の感度特性及び第２透過光分光特性を示す図である。図１０Ｂは第３撮像素子の総合感度特性を示す図である。第３の光路を通って第３撮像素子１０５に入射した第２透過光２２４は、上述のように第１ダイクロイックミラー２０４及び第２ダイクロイックミラー２０５により波長選択された光であるため、第３撮像素子のＲＧＢの各色フィルタを備えた受光セルの感度を示す各帯域のそれぞれ一部の波長しか含まれない。また、第２透過光２２４に含まれる波長の光は、第１反射光２２１及び第２反射光２２３に含まれる波長の光はほとんどなく、図１０Ａに示すように、ＲＧＢの各色フィルタからは第１及び第２撮像素子から出力される信号とは異なるバンドの信号が出力される。すなわち、第２透過光２２４において、第３撮像素子１０５のＲＧＢの各受光セルの感度を示す帯域の波長についてのみの信号が出力される。具体的には、図１０Ｂに示すように、約４７０ｎｍ、５００ｎｍ、６３０ｎｍにピークを持つ３つの信号（Ｂ３，Ｇ３，Ｒ３）が出力される。第３撮像素子からの出力信号は、第３撮像素子色信号処理部１０８へ入力される。
【００７６】
図１１に第１から第３の撮像素子により得られる全撮像素子の総合感度特性を示す。上記のように、第１から第３撮像素子１０３〜１０５によりそれぞれ得られた３つのバンド信号は感度ピークの波長が異なる９つのマルチバンド信号となる。このようにして第１から第３撮像素子１０３〜１０５により得られた９つのマルチバンド信号に基づいて被写体分光推定部１０９で、被写体の分光情報を推定する。以下、分光情報として、分光反射率を取り上げて説明する。なお、被写体の分高反射率を求める方法は、様々な方法が提案されており、以下の説明は、分光推定方法を制限するものではない。本実施形態にかかる撮影装置では、分光反射率の推定方式として一般的に広く用いられるウィナー推定法を用いた例を説明する。
【００７７】
第１撮像素子の色信号処理部１０６からの出力ＶOUT１、第２撮像素子の色信号処理部１０７からの出力ＶOUT２、第３撮像素子の色信号処理部１０８からの出力ＶOUT３を、それぞれ列ベクトル
【数１】
2005223700.tif 000003
、カメラ特性を行列Ｃ、被写体の分光反射率Ｒを列ベクトル
【数２】
2005223700.tif 000004
とすると、Ｖ＝ＣＲの関係を持つ。なお、Ｔは転置行列を示す。
【００７８】
但し、センサー応答を表す列ベクトルＶは、
【数３】
2005223700.tif 000005
で与えられる。また、カメラ特性を示す行列Ｃは、Ｃ＝ＢＳで与えられる。
【００７９】
なお、色分解分光手段により色分解された分光特性と撮像素子に配置された色フィルタの分光透過率の総合分光特性を表す行列Ｂと、照明の分光分布を表す対角行列Ｓは次のように表される。
【００８０】
【数４】
2005223700.tif 000006
【００８１】
【数５】
2005223700.tif 000007
【００８２】
ここでの説明では、行列Ｂは９つの特性を用いているため、９行ｎ列からなり、例えば、３８０ｎｍ〜７１０ｎｍを１０ｎｍ間隔とした場合には、ｎ＝４１となる。また、行列Ｓは対角成分にｎ個の成分が並ぶことになる。
【００８３】
さて、上記の式、Ｖ＝ＣＲにおいて、センサー応答Ｖの次元と波長の次元が同一であればカメラ特性行列Ｃは、正則であるため、逆行列Ｃ-1によって、式Ｒ＝Ｓ-1Ｖで示すように被写体の分光反射率が求まることとなる。しかし、本実施形態の場合には、正則にならないため、ウィナー推定法を用いる。
【００８４】
被写体の真の分光反射率ｒと、推定された分光反射率ｒ’の間の平均二乗誤差Ｅは以下のように表される。なお、Ｔは転置行列、<>はアンサンブル平均を表す。
【数６】
2005223700.tif 000008
【００８５】
したがって、ｒ’＝Ｇ・ｖの式に表すように、センサー応答ベクトルｖから分光反射率を推定する推定行列Ｇを考えればよい。
【００８６】
このとき最小二乗誤差を最小とする推定行列Ｇは次の式で与えられることとなる。
【数７】
2005223700.tif 000009
ここで、Ｒrv、Ｒvvは、被写体に関するそれぞれのｒとｖの相互関数行列、自己相関行列を示す。
【数８】
2005223700.tif 000010
【００８７】
以上に示したような分光反射率推定を、被写体分光情報推定部１０９で演算処理する。被写体分光情報推定部１０９で推定された分光情報を分光値出力部１１２で出力することができる。
【００８８】
次に、上述した方法により求められた分光情報は、ブロック単位でＣＩＥＸＹＺ三刺激値を算出する。また、ブロック単位は、受光素子の画素単位でもよいし、複数画素をまとめた単位でもよく、ブロックサイズ、数を限定するものではない。受光セル数の増加は、分光推定精度の向上につながるが、反面、解像度の低下を導く。このため、単位ブロックを構成する受光セル数は、分光推定精度と空間解像度のバランスで決まり、各システムの色再現目標に応じて最適化されるべきである。三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚは次の式で求められる。
【００８９】
【数９】
2005223700.tif 000011
ここで、
【数１０】
2005223700.tif 000012
標準の光の分光分布の波長λにおける値をＳ（λ）、
ＸＹＺ表色系における等色関数の値を
【数１１】
2005223700.tif 000013
、被写体の分光反射率をＲ（λ）とする。
【００９０】
したがって、推定した被写体の分光反射率をＲ'(λ)とすると、求められる三刺激値Ｘ'，Ｙ'，Ｚ'は次の式で求められることとなる。
【００９１】
【数１２】
2005223700.tif 000014
【００９２】
なお、三刺激値算出に必要な情報である
【数１３】
2005223700.tif 000015
などは、予め測色値変換部１１０に記憶されている。また、２度視野に基づくＸＹＺ表色系に規定するものではなく、１０度視野に基づくＸ10Ｙ10Ｚ10表色系でもよい。以上のように三刺激値Ｘ'，Ｙ'，Ｚ'が求まるため、その後は色度座標や、ＣＩＥＬＡＢ値など、用途に応じた変換を実施すればよい。
【００９３】
原色変換部１１３は、上記のようにして求まったＣＩＥＸＹＺ三刺激値をＲＧＢ信号に変換する。変換式は次式によって求められる。
【００９４】
【数１４】
2005223700.tif 000016
【００９５】
ここで、ＲＧＢ表色系とＸＹＺ表色系の関係を示すと、変換ベクトルＭは次のようになるので、
【数１５】
2005223700.tif 000017
ＲＧＢの各値は次の式によりもとまる。
【００９６】
【数１６】
2005223700.tif 000018
【００９７】
なお、表示デバイスとしてＲＧＢ表色系を用いるものに限定するものではなく、表示デバイスに合わせるように変換ベクトルを任意に変更することができる。また、表示デバイスがＣＲＴなどのガンマ特性を考慮する必要がある場合には、ガンマ補正も実施することができ、その他、補正が必要な場合にも同様に必要な補正をすることができる。
【００９８】
本実施形態にかかる撮影装置によると、各撮像素子に異なった波長の光を入力することができるようになるため、同時に９つのマルチバンド画像を取得することが可能となる。また、色分解光学系は従来から用いられている色分解効果矩形のダイクロイックミラー特性を改良するだけでよく、撮像素子も特別な特性を持たせたものを開発することなく、一般的なカラー撮像素子を用いて構成することができるため、実現が容易で安価な構成も可能となる。
【００９９】
なお、上記第１実施形態の変形例として、以下の構成の撮影装置を説明する。変形例にかかる撮影装置は、色分光光学系１０２の波長選択性以外の構成は第１実施形態の撮影装置と共通する。
【０１００】
色分解光学系の第１ダイクロイックミラー２０４は、第１の感度帯域と第３の感度帯域の長波長側略３分の１の波長の光及び第２の感度帯域の短波長側略３分の１の波長の光を第１反射光２２１として反射する一方、残りの波長の光を第１透過光２２２として透過する。また、第２ダイクロイックミラー２０５は、第１の感度帯域と第３の感度帯域の短波長側略３分の１の波長の光及び第２の感度帯域の長波長側略３分の１の波長の光を第２反射光２２３として反射する一方、残りの波長の光を第２透過光２２４として透過する。このような構成の色分解光学系を用いた場合であっても、第１から第３の撮像素子１０３、１０４、１０５においては、それぞれ３つずつのマルチバンド画像を得ることができる。
【０１０１】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態にかかる撮影装置について説明する。第２実施形態にかかる撮影装置は、第１実施形態にかかる撮影装置と共通の構成部分を有し、色分解光学系のダイクロイックミラー特性を異ならせた構成である。ここでは、異なる点を主に説明する。第２実施形態にかかる撮影装置は、図１に示す撮影装置と同様に３つの撮像素子でマルチバンド画像を同時に撮影するマルチバンドビデオカメラのシステムである。
【０１０２】
被写体（図示なし）表面で反射した光Ｌは、撮像レンズ１０１を通して色分解光学系１０２に入る。そして、色分解光学系１０２は入射された光を第１の光路、第２の光路、および第３の光路の３光路に分割する。第１の光路、第２の光路、および第３の光路上には、それぞれ第１撮像素子１０３、第２撮像素子１０４、及び第３撮像素子１０５が配置されており、それぞれの光路の光はこれらの撮像素子に入射される。第１撮像素子１０３、第２撮像素子１０４、第３撮像素子１０５は、いずれも同じ種類の撮像素子であり、各受光セルにそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの色フィルタが付されたカラーＣＣＤで構成されている。
【０１０３】
色分解光学系１０２ａは図１２に示す構成であり、被写体からの光を３つ光学プリズムを用いて、３つの光に分解する。色分解光学系１０２ａは、図４Ｂに示したものと同様の構成であり、ダイクロイックミラーの分光特性においてのみ異なる。色分解光学系１０２ａは、三角プリズムである第１光学プリズム２０１と、台形プリズムである第２光学プリズム２０２と、台形プリズムである第３光学プリズム２０３とから構成される。
【０１０４】
第１プリズム２０１は、図１３Ａに示すような波長選択性を持った第１ダイクロイックミラーを備えた第１ダイクロイック面を有する。第１ダイクロイックミラーは、そのカットオフ波長が、約４６０ｎｍ、６００ｎｍに設定されており、入射光Ｌを約４６０ｎｍ以下及び６００ｎｍ以上の波長の光を含む反射光である第１反射光と、４６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光を含む透過光である第１透過光の２つの光に分割する。第１反射光は、第１撮像素子１０４へ入射する（第１の光路）。一方、第１透過光は第１光学プリズム２０１を透過して第２光学プリズム２０２へ入射される。
【０１０５】
第２プリズム２０２は、図１３Ｂに示すような波長選択性を持った第２ダイクロイックミラーを備えた第２ダイクロイック面を有する。第２ダイクロイックミラーは、そのカットオフ波長が、約４６０ｎｍ、５４０ｎｍに設定されており、入射した光を約４６０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長の光を反射光とし、４６０ｎｍ以下及び５４０ｎｍ以上の波長の光を透過光とする２つの光に分割する。第２ダイクロイックミラーには、上述のように第１ダイクロイックミラーによって波長選択された４６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光を含む第１透過光が到達するので、約４６０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長の第２反射光と約５４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の第２透過光の２つの光に分割する。第２反射光は、第２撮像素子１０５へ入射する（第２の光路）。一方、第２透過光は第２光学プリズム２０２を透過して第３光学プリズム２０３へ入射される。
【０１０６】
第２透過光は、第３光学プリズム２０３の第１面から入射し、第３光学プリズム２０３により結像し、第３撮像素子１０５へ入射する（第３の光路）。
【０１０７】
図１４は、第１撮像素子の感度特性を示す図である。第１の光路を通って第１撮像素子１０３に入射した第１反射光は、上述のように第１ダイクロイックミラーにより波長選択された光であるため、第１撮像素子のＲＧＢの各色フィルタを備えた受光セルの感度を示す各帯域のそれぞれ一部の波長しか含まれない。すなわち図１４に示すように、約４６０ｎｍ、６００ｎｍにピークを持ち、Ｂの色フィルタを備えた受光セルの短波長側及びＲの色フィルタを備えた受光セルの長波長側の２つの信号（Ｂ１，Ｒ１）が出力される。第１撮像素子からの出力信号は、第１撮像素子色信号処理部へ入力される。
【０１０８】
図１５は第２撮像素子の感度特性を示す図である。第２の光路を通って第２撮像素子１０４に入射した第２反射光は、上述のように第１ダイクロイックミラー２０４及び第２ダイクロイックミラー２０５により波長選択された光であるため、第２撮像素子のＲＧＢの各色フィルタを備えた受光セルの感度を示す各帯域のそれぞれ一部の波長しか含まれない。また、第２反射光２２３に含まれる波長の光は、第１反射光２２１に含まれる波長の光はほとんどなく、ＲＧＢの各色フィルタからは第１撮像素子から出力される信号とは異なるバンドの信号が出力される。具体的には、図１５に示すように、約４６０ｎｍ、５４０ｎｍにピークを持ち、Ｂの色フィルタを備えた受光セルの長波長側及びＧの色フィルタを備えた受光セルの感度帯域の短波長側の２つの信号（Ｂ２，Ｇ２）が出力される。第２撮像素子からの出力信号は、第２撮像素子色信号処理部へ入力される。
【０１０９】
図１６は第３撮像素子の感度特性を示す図である。第３の光路を通って第３撮像素子１０５に入射した第２透過光は、上述のように第１ダイクロイックミラー２０４及び第２ダイクロイックミラー２０５により波長選択された光であるため、第３撮像素子のＲＧＢの各色フィルタを備えた受光セルの感度を示す各帯域のそれぞれ一部の波長しか含まれない。また、第２透過光に含まれる波長の光は、第１反射光及び第２反射光に含まれる波長の光はほとんどなく、ＲＧＢの各色フィルタからは第１及び第２撮像素子から出力される信号とは異なるバンドの信号が出力される。具体的には、図１６に示すように、約５４０ｎｍ、６００ｎｍにピークを持ち、Ｇの色フィルタを備えた受光セルの長波長側及びＢの色フィルタを備えた受光セルの感度帯域の短波長側の２つの信号（Ｇ３，Ｂ３）が出力される。第３撮像素子からの出力信号は、第３撮像素子色信号処理部へ入力される。
【０１１０】
図１７に第１から第３の撮像素子により得られる総合感度特性を示す。上記のように、第１から第３撮像素子１０３〜１０５によりそれぞれ得られたバンド信号は感度ピークの波長が異なる６つのマルチバンド信号となる。このようにして第１から第３撮像素子１０３〜１０５により得られた６つのマルチバンド信号に基づいて被写体分光推定部１０９で、被写体の分光情報を推定する。
【０１１１】
なお、上記第２実施形態の変形例として、以下の構成の撮影装置を説明する。変形例にかかる撮影装置は、色分光光学系１０２の波長選択性以外の構成は第２実施形態の撮影装置と共通する。
【０１１２】
色分解光学系の第１ダイクロイックミラーは、第２の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び第３の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を第１透過光として透過する。また、第２ダイクロイックミラーは、第１の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を第２透過光として透過する。
【０１１３】
また、さらなる変形例としては、色分解光学系の第１ダイクロイックミラーは、第１の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び第２の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を第１透過光として透過する。また、第２ダイクロイックミラーは、第２の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び第３の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を第２透過光として透過する。
【０１１４】
また、さらなる変形例としては、色分解光学系の第１ダイクロイックミラーは、第１の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び第２の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を第１透過光として透過する。また、第２ダイクロイックミラーは、第１の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光及び第３の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光を第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を第２透過光として透過する。
【０１１５】
また、さらなる変形例としては、色分解光学系の第１ダイクロイックミラーは、第１の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光及び第３の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光を第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を第１透過光として透過する。また、第２ダイクロイックミラーは、第１の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び第２の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を第２透過光として透過する。
【０１１６】
また、さらなる変形例としては、色分解光学系の第１ダイクロイックミラーは、第１の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光及び第３の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光を第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を第１透過光として透過する。また、第２ダイクロイックミラーは、第２の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び第３の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を第２透過光として透過する。
【０１１７】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態にかかる撮影装置について説明する。第３実施形態にかかる撮影装置は、第１実施形態にかかる撮影装置と共通の構成部分を有し、色分解光学系のダイクロイックミラー特性を異ならせた構成である。ここでは、異なる点を主に説明する。第３実施形態にかかる撮影装置は、図１に示す撮影装置と同様に３つの撮像素子でマルチバンド画像を同時に撮影するマルチバンドビデオカメラのシステムである。
【０１１８】
被写体（図示なし）表面で反射した光Ｌは、撮像レンズ１０１を通して色分解光学系１０２に入る。そして、色分解光学系１０２は入射された光を第１の光路、第２の光路、および第３の光路の３光路に分割する。第１の光路、第２の光路、および第３の光路上には、それぞれ第１撮像素子１０３、第２撮像素子１０４、及び第３撮像素子１０５が配置されており、それぞれの光路の光はこれらの撮像素子に入射される。第１撮像素子１０３、第２撮像素子１０４、第３撮像素子１０５は、いずれも同じ種類の撮像素子であり、各受光セルにそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの色フィルタが付されたカラーＣＣＤで構成されている。
【０１１９】
本実施形態にかかる撮影装置の色分解光学系は図４Ｂに示したものと同様の構成でありダイクロイックミラーの分光特性においてのみ異なる。
【０１２０】
第１プリズム２０１は、図１８Ａに示すような波長選択性を持った第１ダイクロイックミラーを備えた第１ダイクロイック面を有する。第１ダイクロイックミラーは、そのカットオフ波長が、約４６０ｎｍに設定されており、入射光Ｌを約４６０ｎｍ以下の波長の光を含む反射光である第１反射光と、４６０ｎｍ以上の波長の光を含む透過光である第１透過光の２つの光に分割する。第１反射光は、第１撮像素子１０４へ入射する（第１の光路）。一方、第１透過光は第１光学プリズム２０１を透過して第２光学プリズム２０２へ入射される。
【０１２１】
第２プリズム２０２は、図１８Ｂに示すような波長選択性を持った第２ダイクロイックミラーを備えた第２ダイクロイック面を有する。第２ダイクロイックミラーは、そのカットオフ波長が、約５４０ｎｍ、６００ｎｍに設定されており、入射した光を約５４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長の光を反射光とし、５４０ｎｍ以下及び６００ｎｍ以上の波長の光を透過光とする２つの光に分割する。第２ダイクロイックミラーには、上述のように第１ダイクロイックミラーによって波長選択された４６０ｎｍ以上の波長の光を含む第１透過光が到達するので、約５４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長の第２反射光と約４６０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下及び６００ｎｍ以上の波長の第２透過光の２つの光に分割する。第２反射光は、第２撮像素子１０５へ入射する（第２の光路）。一方、第２透過光は第２光学プリズム２０２を透過して第３光学プリズム２０３へ入射される。
【０１２２】
第２透過光は、第３光学プリズム２０３の第１面から入射し、第３光学プリズム２０３により結像し、第３撮像素子１０５へ入射する（第３の光路）。
【０１２３】
図１９は、第１撮像素子の総合感度特性を示す図である。第１の光路を通って第１撮像素子１０３に入射した第１反射光は、上述のように第１ダイクロイックミラーにより波長選択された光であるため、第１撮像素子のＲＧＢの各色フィルタを備えた受光セルの感度を示す各帯域のそれぞれ一部の波長しか含まれない。すなわち図１９に示すように、約４６０ｎｍにピークを持ち、Ｂの色フィルタを備えた受光セルの短波長側の１つの信号（Ｂ１）がのみ出力される。第１撮像素子からの出力信号は、第１撮像素子色信号処理部へ入力される。
【０１２４】
図２０（は第２撮像素子の総合感度特性を示す図である。第２の光路を通って第２撮像素子１０４に入射した第２反射光は、上述のように第１ダイクロイックミラー２０４及び第２ダイクロイックミラー２０５により波長選択された光であるため、第２撮像素子のＲＧＢの各色フィルタを備えた受光セルの感度を示す各帯域のそれぞれ一部の波長しか含まれない。また、第２反射光２２３に含まれる波長の光は、第１反射光２２１に含まれる波長の光はほとんどなく、ＲＧＢの各色フィルタからは第１撮像素子から出力される信号とは異なるバンドの信号が出力される。具体的には、図２０に示すように、約５４０ｎｍ、６００ｎｍにピークを持ち、Ｇの色フィルタを備えた受光セルの長波長側及びＲの色フィルタを備えた受光セルの感度帯域の短波長側の２つの信号（Ｇ２，Ｒ２）が出力される。第２撮像素子からの出力信号は、第２撮像素子色信号処理部へ入力される。
【０１２５】
図２１は第３撮像素子の総合感度特性を示す図である。第３の光路を通って第３撮像素子１０５に入射した第２透過光は、上述のように第１ダイクロイックミラー２０４及び第２ダイクロイックミラー２０５により波長選択された光であるため、第３撮像素子のＲＧＢの各色フィルタを備えた受光セルの感度を示す各帯域のそれぞれ一部の波長しか含まれない。また、第２透過光に含まれる波長の光は、第１反射光及び第２反射光に含まれる波長の光はほとんどなく、ＲＧＢの各色フィルタからは第１及び第２撮像素子から出力される信号とは異なるバンドの信号が出力される。具体的には、図２１に示すように、約４６０ｎｍ、５４０ｎｍ，６００ｎｍにピークを持ち、Ｂの色フィルタを備えた受光セルの感度帯域の長波長側、Ｇの色フィルタを備えた受光セルの短波長側及びＲの色フィルタを備えた受光セルの感度帯域の長波長側の３つの信号（Ｂ３，Ｇ３，Ｒ３）が出力される。第３撮像素子からの出力信号は、第３撮像素子色信号処理部へ入力される。
【０１２６】
図２２に第１から第３の撮像素子により得られる全撮像素子の総合感度特性を示す。上記のように、第１から第３撮像素子１０３〜１０５によりそれぞれ得られたバンド信号は感度ピークの波長が異なる６つのマルチバンド信号となる。このようにして第１から第３撮像素子１０３〜１０５により得られた６つのマルチバンド信号に基づいて被写体分光推定部１０９で、被写体の分光情報を推定する。
【０１２７】
（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態にかかる撮影装置について説明する。第４実施形態にかかる撮影装置は４バンドのＣＣＤを撮像素子として用いる。また、色分解光学系は、第１実施形態にかかる撮影装置と共通の構成を有し、ダイクロイックミラー特性が異なっている。第４実施形態にかかる撮影装置は、図１に示す撮影装置と同様に３つの４バンドの撮像素子でマルチバンド画像を同時に撮影するマルチバンドビデオカメラのシステムである。
【０１２８】
被写体（図示なし）表面で反射した光Ｌは、撮像レンズ１０１を通して色分解光学系１０２に入る。そして、色分解光学系１０２は入射された光を第１の光路、第２の光路、および第３の光路の３光路に分割する。第１の光路、第２の光路、および第３の光路上には、それぞれ第１撮像素子１０３、第２撮像素子１０４、及び第３撮像素子１０５が配置されており、それぞれの光路の光はこれらの撮像素子に入射される。第１撮像素子１０３、第２撮像素子１０４、第３撮像素子１０５は、いずれも同じ種類の撮像素子であり、各受光セルにそれぞれ４種類の色フィルタが付されたカラーＣＣＤで構成されている。ここでは、４種類の色フィルタをそれぞれ短波長側から順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、それぞれの特性帯域のピークにおける波長をαｎｍ，βｎｍ，γｎｍ，δｎｍと表すこととする。
【０１２９】
本実施形態にかかる撮影装置の色分解光学系は図４Ｂに示したものと同様の構成でありダイクロイックミラーの分光特性においてのみ異なる。
【０１３０】
第１プリズム２０１は、図２３Ａに示すような波長選択性を持った第１ダイクロイックミラーを備えた第１ダイクロイック面を有する。第１ダイクロイックミラーは、そのカットオフ波長が、略αｎｍ、δｎｍに設定されており、入射光Ｌを約αｎｍ以下及びδｎｍ以上の波長の光を含む反射光である第１反射光と、αｎｍ〜δｎｍの波長の光を含む透過光である第１透過光の２つの光に分割する。第１反射光は、第１撮像素子１０４へ入射する（第１の光路）。一方、第１透過光は第１光学プリズム２０１を透過して第２光学プリズム２０２へ入射される。
【０１３１】
第２プリズム２０２は、図２３Ｂに示すような波長選択性を持った第２ダイクロイックミラーを備えた第２ダイクロイック面を有する。第２ダイクロイックミラーは、そのカットオフ波長が、約βｎｍ、γｎｍに設定されており、入射した光を約βｎｍ以上γｎｍ以下の波長の光を反射光とし、βｎｍ以下及びγｎｍ以上の波長の光を透過光とする２つの光に分割する。第２ダイクロイックミラーには、上述のように第１ダイクロイックミラーによって波長選択されたαｎｍ〜δｎｍの波長の光を含む第１透過光が到達するので、約βｎｍ以上γｎｍ以下の波長の第２反射光と約αｎｍ以上βｎｍ以下及びγｎｍ以上δｎｍ以下の第２透過光の２つの光に分割する。第２反射光は、第２撮像素子１０５へ入射する（第２の光路）。一方、第２透過光は第２光学プリズム２０２を透過して第３光学プリズム２０３へ入射される。
【０１３２】
第２透過光は、第３光学プリズム２０３の第１面から入射し、第３光学プリズム２０３により結像し、第３撮像素子１０５へ入射する（第３の光路）。
【０１３３】
図２４は、第１撮像素子の総合感度特性を示す図である。第１の光路を通って第１撮像素子１０３に入射した第１反射光は、上述のように第１ダイクロイックミラーにより波長選択された光であるため、第１撮像素子のＲＧＢの各色フィルタを備えた受光セルの感度を示す各帯域のそれぞれ一部の波長しか含まれない。すなわち図２４に示すように、約αｎｍ、γｎｍにピークを持ち、Ａの色フィルタを備えた受光セルの短波長側及びＤの色フィルタを備えた受光セルの長波長側の２つの信号（Ａ１，Ｄ１）が出力される。第１撮像素子からの出力信号は、第１撮像素子色信号処理部へ入力される。
【０１３４】
図２５は第２撮像素子の総合感度特性を示す図である。第２の光路を通って第２撮像素子１０４に入射した第２反射光は、上述のように第１ダイクロイックミラー２０４及び第２ダイクロイックミラー２０５により波長選択された光であるため、第２撮像素子のＲＧＢの各色フィルタを備えた受光セルの感度を示す各帯域のそれぞれ一部の波長しか含まれない。また、第２反射光２２３に含まれる波長の光は、第１反射光２２１に含まれる波長の光はほとんどなく、ＲＧＢの各色フィルタからは第１撮像素子から出力される信号とは異なるバンドの信号が出力される。具体的には、図２５に示すように、約βｎｍ、γｎｍにピークを持ち、Ｂの色フィルタを備えた受光セルの長波長側及びＣの色フィルタを備えた受光セルの感度帯域の短波長側の２つの信号（Ｂ２，Ｃ２）が出力される。第２撮像素子からの出力信号は、第２撮像素子色信号処理部へ入力される。
【０１３５】
図２６は第３撮像素子の総合感度特性を示す図である。第３の光路を通って第３撮像素子１０５に入射した第２透過光は、上述のように第１ダイクロイックミラー２０４及び第２ダイクロイックミラー２０５により波長選択された光であるため、第３撮像素子のＲＧＢの各色フィルタを備えた受光セルの感度を示す各帯域のそれぞれ一部の波長しか含まれない。また、第２透過光に含まれる波長の光は、第１反射光及び第２反射光に含まれる波長の光はほとんどなく、ＲＧＢの各色フィルタからは第１及び第２撮像素子から出力される信号とは異なるバンドの信号が出力される。具体的には、図２６に示すように、約αｎｍ、βｎｍ、γｎｍ、δｎｍにピークを持ち、Ａの色フィルタを備えた受光セルの長波長側、Ｂの色フィルタを備えた受光セルの短波長側、Ｃの色フィルタを備えた受光セルの長波長側、Ｂの色フィルタを備えた受光セルの短波長側の４つの信号（Ａ３，Ｂ３，Ｃ３，Ｄ３）が出力される。第３撮像素子からの出力信号は、第３撮像素子色信号処理部へ入力される。
【０１３６】
図２７に第１から第３の撮像素子により得られる全撮像素子の総合感度特性を示す。上記のように、第１から第３撮像素子１０３〜１０５によりそれぞれ得られたバンド信号は感度ピークの波長が異なる８つのマルチバンド信号となる。このようにして第１から第３撮像素子１０３〜１０５により得られた８つのマルチバンド信号に基づいて被写体分光推定部１０９で、被写体の分光情報を推定する。
【０１３７】
なお、上記第４実施形態の変形例として、以下の各構成の撮影装置を説明する。変形例にかかる撮影装置は、色分光光学系１０２の波長選択性以外の構成は第４実施形態の撮影装置と共通する。
【０１３８】
色分解光学系の第１ダイクロイックミラーは、第２の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び第３の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を第１透過光として透過する。また、第２ダイクロイックミラーは、第１の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光及び第４の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光を第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を第２透過光として透過する。
【０１３９】
また、さらなる変形例としては、色分解光学系の第１ダイクロイックミラーは、第１の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び第２の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を第１透過光として透過する。また、第２ダイクロイックミラーは、第３の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び第４の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を第２透過光として透過する。
【０１４０】
また、さらなる変形例としては、色分解光学系の第１ダイクロイックミラーは、第３の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び第４の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を第１透過光として透過する。また、第２ダイクロイックミラーは、第１の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び第２の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を前記第２透過光として透過する。
【０１４１】
また、さらなる変形例としては、色分解光学系の第１ダイクロイックミラーは、第２の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び第３の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を第１透過光として透過する。また、第２ダイクロイックミラーは、第１の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光及び第４の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光を第２反射光として反射する一方、残りの波長の光を第２透過光として透過する。
【０１４２】
以上説明したように、上記実施形態にかかる撮影装置によれば、一般的に広く用いられているカラー撮像素子を用いた光学構成で実現可能であり、１回の撮像回数で５から１０バンドの必要なバンド数を撮像することができる。
【０１４３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【０１４４】
上記各実施形態は３つの撮像素子でマルチバンド取得するように構成されているが、これに限られるものではなく、例えば、２つの撮像素子で６バンド取得するように構成することもできる。この場合の色分解光学形の構成としては、次のものが例示できる。
【０１４５】
被写体からの光が入力される第１光学プリズムと、第１光学プリズムからの光が入力される第２光学プリズムと、第１光学プリズムと第２光学プリズムの間に位置し第１光学プリズムに入射した光を第１の撮像素子に入力される第１反射光と第２光学プリズムに入力される第１透過光とに分割する第１ダイクロイックミラーとを備える。第１ダイクロイックミラーは、第１の感度帯域と第３の感度帯域の一方側略２分の１の波長の光及び第２の感度帯域の他方側略２分の１の波長の光を第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を第１透過光として透過する。
【０１４６】
具体的には、第１ダイクロイックミラーは、第１と第３の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光及び第２の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光を第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を第１透過光として透過するように構成することができる。
【０１４７】
また、さらなる変形例として、第１ダイクロイックミラーは、第１と第３の感度帯域の長波長側略２分の１の波長の光及び第２の感度帯域の短波長側略２分の１の波長の光を第１反射光として反射する一方、残りの波長の光を第１透過光として透過するように構成する。
【０１４８】
例えば、撮像素子は、ＲＧＢ原色フィルタを用いたものでなくてもよく、例えば、ＸＹＺの色フィルタを用いたものであってもよい。また、撮像素子としてリニアセンサを用いることもできる。
【０１４９】
また、色分解光学系は、図４Ａなどに示したプリズム形状のもののほかに、ミラー型、キューブ型のものであってもよい。また、ダイクロイック特性は、撮像素子の各感度帯域の波長を波長に応じて複数に分解できるように構成されていればよく、上記各実施形態及びその変形例にその構成例として示すようにダイクロイックミラーの組み合わせを多様に変更することが可能である。
【０１５０】
また、色分解光学系の構成としては、第１ダイクロイック面をハーフ特性とし、第１撮像素子でＲＧＢ撮像をしてもよいし、輝度情報の精度を上げるために、第１撮像素子のみモノクロ撮像素子にして、第２、第３撮像素子で６バンドの色情報を取得するような構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるマルチバンドビデオカメラの構成を示す図である。
【図２】図１のマルチバンドビデオカメラに用いられる撮像素子の構成を示す図であり、（ａ）は側面から見た模式的構造図であり、（ｂ）は画素配列を示す図である。
【図３】図１の撮像素子の感度特性を示す図である。
【図４Ａ】図１のマルチバンドビデオカメラに用いられる色分解光学系の内部構成を示す図である。
【図４Ｂ】図１のマルチバンドビデオカメラに用いられる変形例にかかる色分解光学系の内部構成を示す図である。
【図５】図４Ａ、図４Ｂの色分解光学系の第１ダイクロイック面の分光特性を示す図である。
【図６】図４Ａ、図４Ｂの色分解光学系の第２ダイクロイック面の分光特性を示す図である。
【図７】第１ダイクロイック面を透過した光が図６の第２ダイクロイック面の分光特性を示す図である。
【図８Ａ】ダイクロイックプリズムにより分光された入射光と、第１撮像素子の感度特性及び第１反射光分光特性を示す図である。
【図８Ｂ】ダイクロイックプリズムにより分光された入射光と第１撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図９Ａ】ダイクロイックプリズムにより分光された入射光と、第２撮像素子の感度特性及び第２反射光分光特性を示す図である。
【図９Ｂ】ダイクロイックプリズムにより分光された入射光と、第２撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図１０Ａ】ダイクロイックプリズムにより分光された入射光と、第３撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図１０Ｂ】ダイクロイックプリズムにより分光された入射光と、第３撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図１１】全撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態にかかるマルチバンドビデオカメラに用いられる色分解光学系の内部構成を示す図である。
【図１３Ａ】図１２の色分解光学系の第１ダイクロイック面の分光特性を示す図である。
【図１３Ｂ】図１２の色分解光学系の第２ダイクロイック面の分光特性を示す図である。
【図１４】第１撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図１５】第２撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図１６】第３撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図１７】撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図１８Ａ】本発明の第３実施形態にかかるマルチバンドビデオカメラに用いられる色分解光学系の第１ダイクロイック面の分光特性を示す図である。
【図１８Ｂ】本発明の第３実施形態にかかるマルチバンドビデオカメラに用いられる色分解光学系の第２ダイクロイック面の分光特性を示す図である。
【図１９】第１撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図２０】第２撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図２１】第３撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図２２】撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図２３Ａ】本発明の第４実施形態にかかるマルチバンドビデオカメラに用いられる色分解光学系の第１ダイクロイック面の分光特性を示す図である。
【図２３Ｂ】本発明の第４実施形態にかかるマルチバンドビデオカメラに用いられる色分解光学系の第２ダイクロイック面の分光特性を示す図である。
【図２４】第１撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図２５】第２撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図２６】第３撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図２７】撮像素子の総合感度特性を示す図である。
【図２８】従来の撮影装置の構成を示す図である。
【図２９】従来の撮影装置に用いられる色分光光学系のダイクロイックミラーの分光特性及び撮像素子の分光特性を示す図である。
【符号の説明】
【０１５２】
１０２  色分解光学系
１０３  第１撮像素子
１０４  第２撮像素子
１０５  第３撮像素子
１０６  第１撮像素子色信号処理部
１０７  第２撮像素子色信号処理部
１０８  第３撮像素子色信号処理部
１０９  被写体分光情報推定部
２０１  第１光学プリズム
２０２  第２光学プリズム
２０３  第３光学プリズム
２０４  第１ダイクロイックミラー
２０５  第２ダイクロイックミラー
【図１】
2005223700.tif 000019
【図２】
2005223700.tif 000020
【図３】
2005223700.tif 000021
【図４Ａ】
2005223700.tif 000022
【図４Ｂ】
2005223700.tif 000023
【図５】
2005223700.tif 000024
【図６】
2005223700.tif 000025
【図７】
2005223700.tif 000026
【図８Ａ】
2005223700.tif 000027
【図８Ｂ】
2005223700.tif 000028
【図９Ａ】
2005223700.tif 000029
【図９Ｂ】
2005223700.tif 000030
【図１０Ａ】
2005223700.tif 000031
【図１０Ｂ】
2005223700.tif 000032
【図１１】
2005223700.tif 000033
【図１２】
2005223700.tif 000034
【図１３Ａ】
2005223700.tif 000035
【図１３Ｂ】
2005223700.tif 000036
【図１４】
2005223700.tif 000037
【図１５】
2005223700.tif 000038
【図１６】
2005223700.tif 000039
【図１７】
2005223700.tif 000040
【図１８Ａ】
2005223700.tif 000041
【図１８Ｂ】
2005223700.tif 000042
【図１９】
2005223700.tif 000043
【図２０】
2005223700.tif 000044
【図２１】
2005223700.tif 000045
【図２２】
2005223700.tif 000046
【図２３Ａ】
2005223700.tif 000047
【図２３Ｂ】
2005223700.tif 000048
【図２４】
2005223700.tif 000049
【図２５】
2005223700.tif 000050
【図２６】
2005223700.tif 000051
【図２７】
2005223700.tif 000052
【図２８】
2005223700.tif 000053
【図２９】
2005223700.tif 000054