(57)【要約】  分光測定装置（１）は、抽出光の波長を変更可能なフィルタ（１２）と、複数の画素領域を有する撮像部（１４）と、フィルタにより抽出光の波長を連続して変更しつつ、抽出光により複数の画素領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を複数の画素領域各々から出力させる制御部（１６，２０）と、一のフレーム画像における複数の画素領域のうち一の画素領域に対応する画素値と、一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における該一の画素領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成部（３１）と、を備える。
2018008069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抽出光の波長を変更可能なフィルタと、
複数の領域を有する撮像部と、
前記フィルタにより前記抽出光の波長を連続して変更しつつ、前記抽出光により前記複数の領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を前記複数の領域各々から出力させる制御部と、
一のフレーム画像における前記複数の領域のうち一の領域に対応する画素値と、前記一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成部と、
を備えることを特徴とする分光測定装置。
【請求項２】
前記一のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値は、前記一の領域が、前記所望波長からの偏差が所定値以下の第１波長の抽出光により露光された際に前記一の領域の出力信号に基づく画素値であり、
前記他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値は、前記一の領域が、前記所望波長からの偏差が前記所定値以下であり且つ前記第１波長とは異なる第２波長の抽出光により露光された際に前記一の領域の出力信号に基づく画素値である
ことを特徴とする請求項１に記載の分光測定装置。
【請求項３】
前記他のフレーム画像は、前記一のフレーム画像に時間的に隣接するフレームであることを特徴とする請求項２に記載の分光測定装置。
【請求項４】
前記生成部は、前記撮像部の少なくとも一部が前記所望波長の抽出光により露光されたタイミングを基準タイミングとして、前記一の領域が前記第１波長の抽出光により露光されたタイミングの前記基準タイミングからのズレと、前記一の領域が前記第２波長の抽出光により露光されたタイミングの前記基準タイミングからのズレとに基づいて、前記一のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値及び前記他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値各々に重み付けをすることを特徴とする請求項２に記載の分光測定装置。
【請求項５】
前記生成部は、前記第１波長の前記所望波長からのズレと、前記第２波長の前記所望波長からのズレとに基づいて、前記一のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値及び前記他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値各々に重み付けをすることを特徴とする請求項２に記載の分光測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記一のフレーム画像の撮像に要する時間あたりの前記抽出光の波長変化量が前記フィルタの波長−抽出率特性の半値全幅以内となるように、前記フィルタを制御することを特徴とする請求項１に記載の分光測定装置。
【請求項７】
前記フィルタは、アクチュエータを備えるファブリペローフィルタであることを特徴とする請求項６に記載の分光測定装置。
【請求項８】
前記撮像部は、ローリングシャッタ方式により露光されることを特徴とする請求項１に記載の分光測定装置。
【請求項９】
抽出光の波長を変更可能なフィルタと、複数の領域を有する撮像部と、を備える分光測定装置における分光測定方法であって、
前記フィルタにより前記抽出光の波長を連続して変更しつつ、前記抽出光により前記複数の領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を前記複数の領域各々から出力させる制御工程と、
一のフレーム画像における前記複数の領域のうち一の領域に対応する画素値と、前記一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成工程と、
を備えることを特徴とする分光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光測定装置及び分光測定方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、例えばエタロン型の光学フィルタを透過した光を撮像することにより取得される分光画像を、光学フィルタを透過する光の波長に対応した分光特性に関する情報に基づいて、光学フィルタを透過する光の波長毎に補正する装置が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２８６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
撮像素子の電子シャッタの方式として、例えばグローバルシャッタ方式やローリングシャッタ方式が知られている。ローリングシャッタ方式では、撮像素子を一又は複数ラインからなるブロックに区画して、ブロック毎に順次露光されることにより画像が取得される。分光測定の露光方法としてローリングシャッタ方式が用いられると、グローバルシャッタ方式に比べて撮像時間が長くなる。【０００５】
特許文献１に記載の技術では、主にグローバルシャッタ方式が用いられるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）が撮像素子として用いられている（段落００１５参照）。つまり、特許文献１に記載の技術では、ローリングシャッタ方式については考慮されていない。【０００６】
本発明は、例えば上記事実に鑑みてなされたものであり、例えばローリングシャッタ方式のように撮像素子の画素領域ごとに露光タイミングが異なる方式を用いた分光測定における撮像時間を短縮することができる分光測定装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の分光測定装置は、上記課題を解決するために、抽出光の波長を変更可能なフィルタと、複数の領域を有する撮像部と、前記フィルタにより前記抽出光の波長を連続して変更しつつ、前記抽出光により前記複数の領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を前記複数の領域各々から出力させる制御部と、一のフレーム画像における前記複数の領域のうち一の領域に対応する画素値と、前記一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成部と、を備える。【０００８】
本発明の分光測定方法は、上記課題を解決するために、抽出光の波長を変更可能なフィルタと、複数の領域を有する撮像部と、を備える分光測定装置における分光測定方法であって、前記フィルタにより前記抽出光の波長を連続して変更しつつ、前記抽出光により前記複数の領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を前記複数の領域各々から出力させる制御工程と、一のフレーム画像における前記複数の領域のうち一の領域に対応する画素値と、前記一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における前記一の領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成工程と、を備える。【０００９】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例に係る分光測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例に係るＣＭＯＳセンサの露光タイミングとファブリペローフィルタの透過波長との関係の一例を示す図である。
【図３】フレーム画像の一例を示す図である。
【図４】理想的な光学フィルタ及び実際のファブリペローフィルタ各々によるフレーム画像の取得概念を示す図である。
【図５】１フレーム毎にフィルタの透過波長を変化させて取得される複数のフレーム画像の画素値の一例を、理想的な光学フィルタ及び実際のファブリペローフィルタ各々について示す図である。
【図６】実施例に係る分光測定装置の動作処理を示すフローチャートである。
【図７】実施例に係る分光画像生成処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の分光測定装置及び方法に係る実施形態について説明する。
【００１２】
（分光測定装置）
実施形態に係る分光測定装置は、抽出光の波長を変更可能なフィルタと、複数の画素領域を有する撮像部と、該フィルタにより抽出光の波長を連続的に変更しつつ、抽出光により複数の画素領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を複数の領域各々から出力させる制御部と、一のフレーム画像における複数の画素領域のうち一の画素領域に対応する画素値と、一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における該一の画素領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成部と、を備える。
【００１３】
当該分光測定装置では、１枚のフレーム画像の生成時に（即ち、１枚のフレーム画像の撮像時に）、撮像部を露光する抽出光の波長が連続的に変更される。このため、画素領域毎に露光波長が異なる。従って、生成されたフレーム画像は、そのままでは分光画像としての要求を満たしていない。
【００１４】
そこで当該分光測定装置では、２枚のフレーム画像（即ち、一のフレーム画像及び他のフレーム画像）を用いて、ある画素領域が所望波長の抽出光で露光される場合に得られる画素値（例えば輝度値等）が推定される。そして、各画素領域について推定された画素値から１枚の分光画像が生成される。
【００１５】
従って、当該分光測定装置は、ある波長の抽出光により撮像部の全ての画素領域が順次露光され分光画像が生成された後、抽出光の波長を変更し、該変更後の抽出光により撮像部の全ての画素領域が順次露光され別の分光画像が生成される場合に比べて、撮像時間を短くしつつ、複数の波長の分光画像を生成することができる。
【００１６】
好適には、制御部は、一のフレーム画像の撮像に要する時間あたりの抽出光の波長変化量がフィルタの波長−抽出率特性の半値全幅以内となるように、フィルタを制御する。
【００１７】
フィルタの一例として、アクチュエータを備えるファブリペローフィルタが挙げられる。
【００１８】
一のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値は、該一の画素領域が、所望波長からの偏差が所定値以下の第１波長の抽出光により露光された際に一の画素領域の出力信号に基づく画素値である。他のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値は、該一の画素領域が、所望波長からの偏差が所定値以下であり且つ第１波長とは異なる第２波長の抽出光により露光された際に一の画素領域の出力信号に基づく画素値である。ここで、他のフレーム画像は、一のフレーム画像に時間的に隣接するフレームであってよい。
【００１９】
生成部は、撮像部の少なくとも一部が所望波長の抽出光により露光されたタイミングを基準タイミングとして、一の画素領域が第１波長の抽出光により露光されたタイミングの基準タイミングからのズレと、一の画素領域が第２波長の抽出光により露光されたタイミングの基準タイミングからのズレとに基づいて、一のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値及び他のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値各々に重み付けをしてよい。
【００２０】
或いは、生成部は、第１波長の所望波長からのズレと、第２波長の所望波長からのズレとに基づいて、一のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値及び他のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値各々に重み付けをしてよい。
【００２１】
これらのように構成すれば、ある画素領域が所望波長の抽出光で露光される場合に得られる画素値の推定精度を向上させることができ、実用上非常に有利である。
【００２２】
（分光測定方法）
実施形態に係る分光測定方法は、抽出光の波長を変更可能なフィルタと、複数の画素領域を有する撮像部と、を備える分光測定装置における分光測定方法である。当該分光測定方法は、フィルタにより抽出光の波長を変更しつつ、抽出光により複数の画素領域を順次露光し、フレーム画像の基となる出力信号を前記複数の領域各々から出力させる制御工程と、一のフレーム画像における複数の画素領域のうち一の画素領域に対応する画素値と、一のフレーム画像とは異なる他のフレーム画像における一の画素領域に対応する画素値とに基づいて所望波長の分光画像を生成する生成工程と、を備える。
【００２３】
実施形態に係る分光測定方法によれば、上述した実施形態に係る分光測定装置と同様に、撮像時間を短縮しつつ、複数の波長の分光画像を生成することができる。尚、実施形態に係る分光測定方法においても、上述した実施形態に係る分光測定装置の各種態様と同様の各種態様を採ることができる。
【実施例】
【００２４】
本発明の分光測定装置に係る実施例について説明する。【００２５】
（構成）
実施例に係る分光測定装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施例に係る分光測定装置の構成を示すブロック図である。【００２６】
図１において、分光測定装置１は、分光カメラ１０と、プロセッサ３１及びメモリ３２を有するホストコンピュータ３０と、を備えて構成されている。【００２７】
分光カメラ１０は、レンズ１１、ファブリペローフィルタ１２、駆動回路２０、ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ１３及びイメージセンサコントローラ１４を備える。【００２８】
ファブリペローフィルタ１２は、そのギャップに応じて、透過光の波長を変更する。言い換えれば、ファブリペローフィルタ１２は、そのギャップに応じた波長の光を選択的に透過させる。尚、厳密にはファブリペローフィルタ１２の透過光には波長幅が存在するが、ここでは簡単のため透過波長幅の中心波長を透過波長と称する。【００２９】
ファブリペローフィルタ１２は、アクチュエータ１２ａを有する。該アクチュエータ１２ａは、駆動回路２０から出力される駆動電圧に応じて、ファブリペローフィルタ１２のギャップを変更可能に構成されている。イメージセンサコントローラ１４は、ＣＭＯＳセンサ１３の出力信号からフレーム画像を生成し、ホストコンピュータ３０に出力する。【００３０】
尚、本実施例では、透過型のファブリペローフィルタを光波長可変選択フィルタとして利用することとしているが、これに限定されず、透過型又は反射型の公知の各種フィルタが採用できる。【００３１】
（撮像動作）
１．ローリングシャッタ方式の問題点
一般的に、ＣＣＤが撮像素子として用いられる場合は、電子シャッタの方式はグローバルシャッタ方式である。グローバルシャッタ方式では、撮像素子の全画素が同時に露光される。近年では、小型化や消費電力等の観点から、ＣＣＤに代えて、ＣＭＯＳセンサが撮像素子として用いられることが多くなっている。【００３２】
一方、ＣＭＯＳセンサは、一般的にその構造上、信号線（水平信号線又は垂直信号線）毎に、各信号線に接続された一又は複数の画素からの信号が順次読み出される。以降、適宜「１本の信号線に接続された一又は複数の画素」を「ライン」と称する。このため、ＣＭＯＳセンサが撮像素子として用いられる場合、ライン毎に露光するローリングシャッタ方式が用いられる。【００３３】
ローリングシャッタ方式では、ライン毎に露光タイミング及び信号読み出しタイミングが異なる。分光画像を撮像する場合、１枚のフレーム画像が撮像される際の波長が変化しないように、全てのラインの露光が終了するまで、ＣＭＯＳセンサに入射する光の波長を変更することができない。すると、互いに異なる波長を有する複数の光について分光画像を生成する場合、撮像時間（測定時間）が比較的長くなる可能性がある。【００３４】
２．実施例に係る分光測定装置１の動作
本実施例では、ファブリペローフィルタ１２の透過波長を変更しつつ、ＣＭＯＳセンサ１３がライン毎に順次露光される。【００３５】
具体的には、ホストコンピュータ３０のプロセッサ３１は、メモリ３２に予め格納されている「駆動電圧−透過波長関係式」に基づいて、ファブリペローフィルタ１２のギャップが連続的に変化するように、駆動回路２０を制御する。そして、ファブリペローフィルタ１２のギャップが変化しているときに、ＣＭＯＳセンサ１３がライン毎に順次露光される。【００３６】
具体的には図２に示すように、ファブリペローフィルタ１２の透過波長が、時間と共に長波長側に変化するように駆動回路２０が制御されるとする。「フレーム１」の撮像時では、例えばライン１の露光波長（厳密には、露光の中心波長）はλ１，１であり、ライン２の露光波長はλ１，２であり、ラインｃの露光波長はλ１，ｃである。この結果、図３に示すように、ライン毎に露光波長の異なるフレーム画像が撮像（又は生成）される。尚、図２及び図３における「フレーム１」等はフレーム画像番号を示しており、「ライン１」等はライン番号を示している。【００３７】
このようにして得られたフレーム画像は、そのままでは分光画像としての要求を満たしてはいない。本実施例では、得られたフレーム画像に基づいて、後述する分光画像生成処理を行うことにより、所望波長の分光画像が生成される。つまり、本実施例では、分光画像生成処理により分光画像を生成することによって、撮像時間を短縮しているのである。【００３８】
（分光画像生成）
本実施例に係る分光画像生成について説明する。尚、ここでは撮像の対象物は、分光画像の撮像中に状態が変化しないことを前提に説明する。例えば図３のフレーム２のラインｃ（図３の網かけ部分参照）の露光波長λ２，ｃが、分光画像の所望波長であるとする。フレーム２のラインｃ以外のラインは、所望波長λ２，ｃとは異なる波長の光で露光されている。このため、分光画像の生成時には、ラインｃ以外の各ラインの画素値が次のように推定される。【００３９】
例えば、波長λ２，ｃの光で露光される場合のフレーム２のライン１の画素値（厳密には、“ライン１に含まれる各画素の画素値”、以下同じ）は、フレーム２のライン１の画素値と、フレーム３のライン１の画素値とに基づく重み付き平均から推定される。波長λ２，ｃの光で露光される場合のライン１の画素値は、波長λ２，１と波長λ３，１の波長差がフィルタの透過波長幅より小さい程度ならば、波長λ２，１の光で露光されたフレーム２のライン１の画素値と、波長λ３，１の光で露光されたフレーム３のライン１の画素値との間の値になると推定されるからである。【００４０】
同様に、波長λ２，ｃの光で露光される場合のフレーム２のラインＭの画素値は、フレーム２のラインＭの画素値と、フレーム１のラインＭの画素値とに基づく重み付き平均から推定される。波長λ２，ｃの光で露光される場合のフレーム２のラインＭの画素値は、波長λ２，Ｍと波長λ１，Ｍの波長差がフィルタの透過波長幅より小さい程度ならば、波長λ２，Ｍの光で露光されたフレーム２のラインＭの画素値と、波長λ１，Ｍの光で露光されたフレーム１のラインＭの画素値との間の値になると推定されるからである。【００４１】
このように、本実施例では、補間（即ち内挿）により、所望波長の光で露光される場合の画素値が推定される。補間するため、所望波長で露光されたライン（ここでは、ラインｃ）よりもライン番号が小さいラインの画素値の推定には、所望波長で露光されたラインを含むフレーム画像（ここでは、フレーム２）と、該フレーム画像に時間的に隣接した次のフレーム画像（ここでは、フレーム３）とが用いられる。他方、所望波長で露光されたラインよりもライン番号が大きいラインの画素値の推定には、所望波長で露光されたラインを含むフレーム画像と、該フレーム画像に時間的に隣接した前のフレーム画像（ここでは、フレーム１）が用いられる。このため、所望波長で露光されたラインを含むフレーム画像の、少なくとも前後１フレーム画像が撮像される。【００４２】
ホストコンピュータ３０のプロセッサ３１は、推定された画素値に基づいて、所望波長の分光画像を生成する。【００４３】
尚、実施例に係る「フレーム２」、「フレーム３」、「波長λ２，１」及び「波長λ３，１」は、夫々、本発明に係る「一のフレーム画像」、「他のフレーム画像」、「第１波長」及び「第２波長」の一例である。実施例に係る「フレーム１」、「波長λ２，Ｍ」及び「波長λ１，Ｍ」は、夫々、本発明に係る「他のフレーム画像」、「第１波長」及び「第２波長」の他の例である。【００４４】
（画素値を推定可能な理由）
ここで、補完により所望波長の光で露光される場合の画素値が推定可能な理由について、図４及び図５を参照して説明する。【００４５】
図４の最上段に示すように、理想的な光学フィルタは、特定の波長のみを透過し、他の波長は一切透過しない。これに対し、実際のファブリペローフィルタは、透過波長に幅があり、透過波長の中心波長を透過中心波長と呼ぶ。【００４６】
図４では、フィルタの違いがわかりやすいように、被写体のスペクトルはレーザのような特定の波長のみで鋭いピークを持つものとする（図４の中段参照）。【００４７】
フィルタの透過波長を変化させずに取得されたフレーム画像の画素値は、単純には、フィルタの透過率と被写体のスペクトルを乗算し積分したものになる（図４の最下段参照）。（厳密には、画素の量子化効率や露光時間、増幅器のゲイン等も乗算されるが、ここでは無視する）
さて、図５の最上段に示すように、分光測定装置においてフィルタの透過波長を変更しつつフレーム画像が取得される場合、横軸をフレーム番号、縦軸をそのフレームの画素値としてプロットし、横軸のフレーム番号を対応するフィルタの透過波長（又は透過中心波長）に置き換えると、分光測定装置で得られる被写体のスペクトルになる。つまり、フィルタ透過率スペクトルと被写体スペクトルとの所謂「畳み込み」になる。【００４８】
理想的な光学フィルタでは、分光測定装置で得られる被写体のスペクトル（図５の最下段参照）は、被写体のスペクトル（図５の中段参照）と一致する。他方、実際のファブリペローフィルタでは、フィルタの透過波長幅より狭い範囲での急激な変化は「ならされて」しまい分光測定装置で得られる被写体のスペクトルは図５の最下段右側のようになる。【００４９】
従って、実際上は、ファブリペローフィルタ１２の透過波長幅程度の波長変化に対して、フレーム画像の画素値が急激に（言い換えれば、不連続に）変化することはない。このため、所望波長の光で露光される場合の画素値が、該所望波長の近傍波長の光で露光された場合の画素値から推定することができるのである。【００５０】
ちなみに、本実施例の如く、１フレーム画像の撮像中にファブリペローフィルタ１２の透過波長が連続的に変化したとしても、その変化量がファブリペローフィルタ１２の透過波長幅程度であれば、１フレーム画像の撮像中に透過波長が変化しない場合とほぼ同じ画素値が得られる。これはファブリペローフィルタ１２の透過率スペクトルが透過中心波長に関して略対称な形をしているからである。【００５１】
当該分光測定装置１のホストコンピュータ３０のプロセッサ３１は、１フレーム画像の撮像中のファブリペローフィルタ１２の透過波長の変化量が、該ファブリペローフィルタ１２の透過波長幅以下となるように、好適には透過波長幅の半値全幅以内となるように、該ファブリペローフィルタ１２のギャップを駆動回路２０を介して制御する。ここで「ファブリペローフィルタ１２の透過波長幅」は、本発明に係る「フィルタの波長−抽出率特性」の一例である。【００５２】
（重み付け平均）
重み付け平均としては、（１）ライン番号による重み付け平均と、（２）波長による重み付け平均とが、例として挙げられる。【００５３】
（１）ライン番号による重み付き平均
当該分光測定装置１では、上述の如く、ローリングシャッタ方式が用いられているため、ライン番号は、露光タイミングと言い換えることができる。加えて、当該分光測定装置１の動作時には、図２の下段に示すように、ファブリペローフィルタ１２の透過光の波長は、一定の割合で変化する（即ち、線形変化する）。このため、ライン番号（及び露光タイミング）と、透過光の波長とは密接に関連する。【００５４】
ＣＭＯＳセンサ１３は、全部でＭライン有しているとする。ラインに付された番号は、１〜Ｍとする（図２参照）。所望の波長の光で露光されたラインに付された番号をｍ（１≦ｍ≦Ｍ）、画素値を推定するラインに付された番号をｙ（１≦ｙ≦Ｍ）とする。所望の波長の光で露光されたラインの画素値を含むフレーム画像に付された番号をｉとする。【００５５】
ｙ＜ｍの場合、フレームｉのラインｙの画素値をＩｉ，ｙ、フレームｉ＋１のラインｙの画素値をＩｉ＋１，ｙとして、推定されるラインｙの画素値Ｉ´ｉ，ｙは、Ｉ´ｉ，ｙ＝（Ｍ＋ｙ−ｍ）／Ｍ×Ｉｉ，ｎ＋（ｍ−ｙ）／Ｍ×Ｉｉ＋１，ｙと表せる。【００５６】
ｙ＞ｍの場合、フレームｉ−１のラインｙの画素値をＩｉ−１，ｙとして、推定されるラインｙの画素値Ｉ´ｉ，ｙは、Ｉ´ｉ，ｙ＝（Ｍ＋ｍ−ｙ）／Ｍ×Ｉｉ，ｎ＋（ｙ−ｍ）／Ｍ×Ｉｉ−１，ｙと表せる。【００５７】
（２）波長による重み付き平均
所望の波長の光で露光されたラインの画素値を含むフレーム画像に付された番号をｉとする。所望の波長の光で露光されたラインに付された番号をｍとして、所望の波長をλｉ，ｍとする。画素値を推定するラインに付された番号をｙとする。【００５８】
ｙ＜ｍの場合、フレームｉのラインｙの露光波長をλｉ，ｙ、画素値をＩｉ，ｙ、フレームｉ＋１のラインｙの露光波長をλｉ＋１，ｙ、画素値をＩｉ＋１，ｙとして、推定されるラインｙの画素値Ｉ´ｉ，ｙは、Ｉ´ｉ，ｙ＝Ｉｉ，ｙ＋（λｉ，ｍ−λｉ，ｙ）／（λｉ＋１，ｙ−λｉ，ｙ）×（Ｉｉ＋１，ｙ−Ｉｉ，ｙ）と表せる。【００５９】
ｙ＞ｍの場合、フレームｉ−１のラインｙの露光波長をλｉ−１，ｙ、画素値をＩｉ−１，ｙとして、推定されるラインｙの画素値Ｉ´ｉ，ｙは、Ｉ´ｉ，ｙ＝Ｉｉ，ｙ＋（λｉ，ｙ−λｉ，ｍ）／（λｉ，ｙ−λｉ−１，ｙ）×（Ｉｉ−１，ｙ−Ｉｉ，ｙ）と表せる。【００６０】
尚、上述の式は、いわゆる線形補間の式であるが、画素値の推定には線形補間に限らず、既存の各種方法を適用可能である。【００６１】
（分光測定装置の動作）
次に、当該分光測定装置１の動作処理について、図６及び図７のフローチャートを参照して説明する。【００６２】
図６において、先ず、ユーザインターフェイス（図示せず）を介して、波長範囲（即ち、ユーザが取得を望む分光イメージデータの波長範囲）が指定されると（ステップＳ１０１）、ホストコンピュータ３０のプロセッサ３１は、ＣＭＯＳセンサ１３の画素領域（即ち、ライン）の露光タイミング差と、ファブリペローフィルタ１２の透過波長の時間あたり変化量に基づいて、補間（即ち、画素値の推定）に必要な分だけ指定された波長範囲を修正する（ステップＳ１０２）。【００６３】
ここでは、開始波長λｓｔｔが、該開始波長λｓｔｔよりも短い波長である波長λｓｔｔ´に、終了波長λｅｎｄが、該終了波長λｅｎｄよりも長い波長である波長λｅｎｄ´に、修正される。当初指定された波長範囲をどの程度修正（又は拡張）するかは適宜設定されてよい。当初指定された波長範囲で撮像可能なフレーム数より少なくとも１フレーム多く撮像可能なように、波長範囲が修正されることが望ましい。【００６４】
次に、ホストコンピュータ３０のプロセッサ３１は、メモリ３２に格納されている「駆動電圧−透過波長関係式」に基づいて、ファブリペローフィルタ１２の透過波長が、波長λｓｔｔ´となるように、駆動回路２０を介してアクチュエータ１２ａを制御する（ステップＳ１０３）。【００６５】
続いて、プロセッサ３１は、ファブリペローフィルタ１２の透過波長が、波長λｅｎｄ´に向かって変化するように、駆動回路２０から出力される駆動電圧の変更を開始する（ステップＳ１０４）。この結果、ファブリペローフィルタ１２のギャップが変化し、透過波長が、波長λｓｔｔ´から波長λｅｎｄ´に向けて徐々に長くなる。【００６６】
ステップＳ１０４の処理と並行して、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７の処理が行われる。即ち、プロセッサ３１は、イメージセンサコントローラ１６を介して、ＣＭＯＳセンサ１３により撮像されたフレーム画像を取得する（ステップＳ１０５）。続いて、プロセッサ３１は、現在のファブリペローフィルタ１２の透過波長の情報を取得する（ステップＳ１０６）。「透過波長の情報」は、透過波長そのものの値であってもよいし、例えば透過波長と対応付けられた駆動電圧の値等であってもよい。つまり、「透過波長の情報」とは、直接的又は間接的に、透過波長を示す情報を意味する。【００６７】
次に、プロセッサ３１は、透過波長の情報により示される現在の透過波長が、波長λｅｎｄ´と等しいか否かを判定する（即ち、撮像を終了するか否かを判定する）（ステップＳ１０７）。この判定において、現在の透過波長が波長λｅｎｄ´とは等しくないと判定された場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、プロセッサ３１は、再度ステップＳ１０５の処理を行う。【００６８】
他方、ステップＳ１０７の判定において、現在の波長が波長λｅｎｄ´と等しいと判定された場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、プロセッサ３１は、駆動回路２０から出力される駆動電圧の変化を停止する（ステップＳ１０８）。【００６９】
次に、プロセッサ３１は、メモリ３２に格納されている「分光画像生成プログラム」を参照して、分光画像生成処理を行う（ステップＳ２）。ここで、分光画像生成処理について、図７のフローチャートを参照して説明を加える。【００７０】
分光画像生成処理では、ステップＳ１０５の処理において取得された時間的に連続する複数のフレーム画像のうち、フレーム画像に付された番号が１〜Ｎｆｒｍであるフレーム画像が処理対象とされるものとする。ＣＭＯＳセンサ１３のライン数は“Ｈｅｉｇｈｔ”本であり、１ラインに含まれる画素数は“Ｗｉｄｔｈ”個であるとする。この結果、１枚のフレーム画像には“Ｗｉｄｔｈ×Ｈｅｉｇｈｔ”個の画素が含まれることとなる。【００７１】
分光画像生成処理では、所望波長は、各フレーム画像のラインｍ（１≦ｍ≦Ｈｅｉｇｈｔ）の画素値が取得された際の露光波長であるとする。尚、ラインｍは、製造者により予め固定値として設定されていてもよいし、ユーザにより設定されてもよい。分光画像生成処理において、フレーム画像に係る変数を“ｉ”（１≦ｉ≦Ｎｆｒｍ）、ラインに係る変数を“ｙ”（１≦ｙ≦Ｈｅｉｇｈｔ）、１ラインに含まれる画素に係る変数を“ｘ”（１≦ｘ≦Ｗｉｄｔｈ）とする。【００７２】
図７において、プロセッサ３１は、変数ｉを初期値である“１”に設定する（ステップＳ２０１）。プロセッサ３１は、変数ｙを初期値である“１”に設定する（ステップＳ２０２）。次に、プロセッサ３１は、現在のラインｙに応じた重みＷ（ｙ）を計算する（ステップＳ２０３）。尚、具体的な重みＷ（ｙ）については、上述した「重み付き平均」を参照されたし。ただし、「重み付き平均」における定数“Ｍ”は、“Ｈｅｉｇｈｔ”と読み替えるものとする。【００７３】
次に、プロセッサ３１は、変数ｘを初期値である“１”に設定する（ステップＳ２０４）。次に、プロセッサ３１は、変数ｙの値がｍより小さいか否かを判定する（ステップＳ２０５）。【００７４】
ステップＳ２０５の判定において、変数ｙの値がｍより小さいと判定された場合（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、プロセッサ３１は、フレームｉのラインｙの画素ｘの画素値を、フレームｉの波長λｉ，ｙの光で露光されたラインｙの画素ｘの画素値と、フレームｉ＋１の波長λｉ＋１，ｙの光で露光されたラインｙの画素ｘの画素値との重み付き平均値に置き換える（ステップＳ２０６）。【００７５】
他方、ステップＳ２０５の判定において、変数ｙの値がｍより小さくないと判定された場合（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、プロセッサ３１は、変数ｙの値がｍより大きいか否かを判定する（ステップＳ２０７）。【００７６】
ステップＳ２０７の判定において、変数ｙの値がｍより大きいと判定された場合（ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、プロセッサ３１は、フレームｉのラインｙの画素ｘの画素値を、フレームｉの波長λｉ，ｙの光で露光されたラインｙの画素ｘの画素値と、フレームｉ−１の波長λｉ−１，ｙの光で露光されたラインｙの画素ｘの画素値との重み付き平均値に置き換える（ステップＳ２０８）。【００７７】
ステップＳ２０７の判定において、変数ｙの値がｍより大きくないと判定された場合（即ち、変数ｙの値がｍと等しい場合）（ステップＳ２０７：Ｎｏ）、又は、ステップＳ２０６の処理若しくはステップＳ２０８の処理の後、プロセッサ３１は、変数ｘの値がＷｉｄｔｈと等しいか否かを判定する（ステップＳ２０９）。つまり、ステップＳ２０９では、ラインｙに含まれる全ての画素について、画素値の置き換えが終了したか否かが判定される。【００７８】
ステップＳ２０９の判定において、変数ｘの値がＷｉｄｔｈと等しくないと判定された場合（ステップＳ２０９：Ｎｏ）、プロセッサ３１は、変数ｘの値をｘ＋１として（即ち、インクリメントして）（ステップＳ２１２）、ステップＳ２０５の処理を行う。【００７９】
他方、ステップＳ２０９の判定において、変数ｘの値がＷｉｄｔｈと等しいと判定された場合（ステップＳ２０９：Ｙｅｓ）、プロセッサ３１は、変数ｙの値がＨｅｉｇｈｔと等しいか否かを判定する（ステップｓ２１０）。つまり、ステップＳ２１０では、フレームｉに含まれる全てのラインについて、画素値の置き換えが終了したか否かが判定される。【００８０】
ステップＳ２１０の判定において、変数ｙの値がＨｅｉｇｈｔと等しくないと判定された場合（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、プロセッサ３１は、変数ｙの値をｙ＋１として（即ち、インクリメントして）（ステップＳ２１３）、ステップＳ２０３の処理を行う。【００８１】
他方、ステップＳ２１０の判定において、変数ｙの値がＨｅｉｇｈｔと等しいと判定された場合（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、プロセッサ３１は、変数ｉの値がＮｆｒｍと等しいか否かを判定する（ステップＳ２１１）。つまり、ステップＳ２１１では、処理対象のフレーム画像全てについて、画素値の置き換えが終了したか否かが判定される。【００８２】
ステップＳ２１１の判定において、変数ｉの値がＮｆｒｍと等しくないと判定された場合（ステップＳ２１１：Ｎｏ）、プロセッサ３１は、変数ｉの値をｉ＋１として（即ち、インクリメントして）（ステップＳ２１４）、ステップＳ２０２の処理を行う。他方、ステップＳ２１１の判定において、変数ｉの値がＮｆｒｍと等しいと判定された場合（ステップＳ２１１：Ｙｅｓ）、プロセッサ３１は、図６のフローチャートのステップＳ１０９の処理を行う。【００８３】
再び図６に戻り、分光画像生成処理の後、プロセッサ３１は、該分光画像生成処理において生成された分光画像（即ち、画素値の置き換えがされたフレーム画像）を、例えばメモリ３２等の記憶装置に保存して、処理を終了する（ステップＳ１０９）。【００８４】
（技術的効果）
当該分光測定装置１では、ファブリペローフィルタ１２の透過光の波長が変更されながら、ＣＭＯＳセンサ１３の各画素領域（即ち、各ライン）が透過光により順次露光される。このため、当該分光測定装置１は、ある波長の透過光によりＣＭＯＳセンサ１３の全ての画素領域が露光された後に、ファブリペローフィルタ１２のギャップを変更することにより透過光の波長を変更し、変更後の透過光によりＣＭＯＳセンサ１３の全ての画素領域が露光される場合に比べて、撮像時間を短くすることができる。【００８５】
当該分光測定装置１では、画素値の推定には、時間的に隣接する２枚のフレーム画像が用いられる。このように構成すれば、時間的に隣接しない２枚のフレーム画像が画素値の推定に用いられる場合に比べて、推定精度を向上させることができる。尚、画素値の推定に、３枚以上のフレーム画像が用いられてもよい。【００８６】
実施例に係る「ファブリペローフィルタ１２」、「ＣＭＯＳセンサ１３」及び「プロセッサ３１」は、夫々、本発明に係る「フィルタ」、「撮像部」、及び「生成部」の一例であり、「イメージセンサコントローラ１４」及び「駆動回路２０」は、本発明に係る「制御部」の一例である。【００８７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う分光測定装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８８】
１…分光測定装置、１０…分光カメラ、１１…レンズ、１２…ファブリペローフィルタ、１２ａ…アクチュエータ、１３…ＣＭＯＳセンサ、１４…イメージセンサコントローラ、２０…駆動回路、３０…ホストコンピュータ、３１…プロセッサ、３２…メモリ
【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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【国際調査報告】
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