(57)【要約】【課題】迷光が発生するのを防止したマルチバンドカメラを提供する。【解決手段】互いに分光反射特性が異なる複数の分光反射領域を有する分光反射部２１と、分光反射部２１に達した光のうち分光反射領域で反射しない光を吸収する光吸収部２６と、二次元撮像素子４０に検出された検出信号に基づいて、複数のマイクロレンズ３１により形成された複数の分光反射部２１の像における分光反射領域に対応した１６バンドの分光強度をそれぞれ算出し、当該分光強度をそれぞれ複数のマイクロレンズ３１の配列に対応させて、１６バンドの二次元分光画像を取得する画像処理部５０とを備えて構成される。【選択図】図１
2013051544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の像を所定の結像面上に結像させる結像光学系と、
前記結像光学系の開口絞りの位置に配設され、互いに分光反射特性が異なる複数の分光
反射領域、もしくは、分光反射特性が連続的に変化する分光反射領域を有して、前記結像
光学系に入射した光を像側に向けて反射させる分光反射部と、
前記分光反射部に達した光のうち前記分光反射領域で反射しない光を吸収する光吸収部
と、
前記所定の結像面上に二次元的に配列された正の屈折力を有する複数のマイクロレンズ
からなり、前記複数のマイクロレンズにより複数の分光反射部の像をそれぞれ同一平面上
に形成するマイクロレンズアレイと、
前記同一平面上に二次元的に配列された複数の受光部を有し、前記複数の受光部により
前記複数の分光反射部の像をそれぞれ検出する光電変換素子と、
前記光電変換素子に検出された検出信号に基づいて、前記複数の分光反射部の像におけ
る前記分光反射領域に対応した複数種の設定波長帯域での分光強度をそれぞれ算出し、前
記複数の分光反射部の像における前記分光強度をそれぞれ前記結像面における前記複数の
マイクロレンズの配列に対応させて、前記物体の画像情報を前記複数種の設定波長帯域ご
とに求める画像処理部とを備えて構成されることを特徴とするマルチバンドカメラ。
【請求項２】
前記分光反射部は、前記複数種の設定波長帯域を全て含む全波長帯域の光を反射させる
全波長帯反射領域と、前記全波長帯域から前記設定波長帯域を除いた光を反射させる前記
分光反射領域とを有し、
前記光吸収部は、前記分光反射部に達した光のうち前記全波長帯反射領域および前記分
光反射領域で反射しない光を吸収し、
前記光電変換素子は、前記複数のマイクロレンズにより形成された前記複数の分光反射
部の像について、前記複数の受光部のうち、前記全波長帯反射領域からの光を全波長帯受
光部で検出するとともに、前記分光反射領域からの光を分光反射領域受光部で検出し、
前記画像処理部は、前記全波長帯受光部で検出された前記全波長帯反射領域の検出信号
強度と、前記分光反射領域受光部で検出された前記分光反射領域の検出信号強度との差に
基づいて、前記複数の分光反射部の像における前記複数種の設定波長帯域での分光強度を
それぞれ算出し、前記複数の分光反射部の像における前記分光強度をそれぞれ前記結像面
における前記複数のマイクロレンズの配列に対応させて、前記物体の画像情報を前記複数
種の設定波長帯域ごとに求める画像情報演算部と、
前記画像情報演算部により前記複数種の設定波長帯域ごとに求められた前記物体の画像
情報を外部に出力可能な画像出力部とを有して構成されることを特徴とする請求項１に記
載のマルチバンドカメラ。
【請求項３】
前記分光反射部は、分光反射特性が連続的に変化する前記分光反射領域を有し、
前記光電変換素子は、前記分光反射領域からの光を部分領域ごとに複数の分光反射領域
受光部で検出し、
前記分光反射領域の前記部分領域は、前記全波長帯域から前記複数種の設定波長帯域の
うちいずれかを除いた光を反射させ、前記全波長帯域から除かれる前記設定波長帯域が前
記部分領域ごとの分光反射特性に応じて変化するように設定され、
前記画像情報演算部は、前記全波長帯受光部で検出された前記全波長帯反射領域の検出
信号強度と、前記複数の分光反射領域受光部でそれぞれ検出された前記部分領域の検出信
号強度との差に基づいて、前記複数の分光反射部の像における前記複数種の設定波長帯域
での分光強度をそれぞれ算出することを特徴とする請求項２に記載のマルチバンドカメラ
。
【請求項４】
前記画像処理部は、前記複数のマイクロレンズにより形成される前記複数の分光反射部
の像に対応した、前記全波長帯受光部および前記分光反射領域受光部をそれぞれ設定する
ための処理を行う設定演算部を有して構成されることを特徴とする請求項２または３に記
載のマルチバンドカメラ。
【請求項５】
前記結像光学系は、前記開口絞りの位置よりも物体側に配置された第１光学系と、前記
開口絞りの位置よりも像側に配置された第２光学系とを有し、
前記第１光学系が合焦機能を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に
記載のマルチバンドカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一回の撮像でマルチバンドの二次元分光画像を得るマルチバンドカメラに関
する。
【背景技術】
【０００２】
二次元画像のうち特定の波長域のみを抽出した二次元分光画像は、例えばマルチバンド
カメラによって撮像取得される。マルチバンドカメラの一形態として、対物レンズと、複
数の撮像波長領域に分割された分光フィルタアレイと、複数のマイクロレンズからなるマ
イクロレンズアレイと、分光フィルタアレイで分割されたスペクトル毎の画像を撮像する
二次元検出器とを備えて構成されるものがある（例えば、特許文献１を参照）。このよう
な形態のマルチバンドカメラの光学系の入射瞳位置に配置された分光フィルタアレイを構
成する個々のフィルタは、光学系に入射した光の一部の波長帯域を透過させる。このよう
なフィルタとして、所定の波長帯域のみを透過させるバンドパスフィルタが用いられる。
バンドパスフィルタのような複雑な分光特性が要求される場合、通常は誘電体多層膜から
なる干渉フィルタが適用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４３３０４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、干渉フィルタは透過光以外の光を反射する性質があるため、分光フィル
タアレイの前にレンズが配置されていると、干渉フィルタで反射した光成分が該レンズの
表面で反射され、再び分光フィルタアレイに戻る。このとき、レンズからの戻り光が最初
に反射された干渉フィルタ以外の干渉フィルタに戻ると、干渉フィルタの分光特性によっ
ては、大部分の戻り光が干渉フィルタを透過し、迷光として撮像デバイス（二次元検出器
）まで到達する可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、迷光が発生するのを防止した
マルチバンドカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的達成のため、本発明を例示する態様に従えば、物体の像を所定の結像面
上に結像させる結像光学系と、前記結像光学系の開口絞りの位置に配設され、互いに分光
反射特性が異なる複数の分光反射領域、もしくは、分光反射特性が連続的に変化する分光
反射領域を有して、前記結像光学系に入射した光を像側に向けて反射させる分光反射部と
、前記分光反射部に達した光のうち前記分光反射領域で反射しない光を吸収する光吸収部
と、前記所定の結像面上に二次元的に配列された正の屈折力を有する複数のマイクロレン
ズからなり、前記複数のマイクロレンズにより複数の分光反射部の像をそれぞれ同一平面
上に形成するマイクロレンズアレイと、前記同一平面上に二次元的に配列された複数の受
光部を有し、前記複数の受光部により前記複数の分光反射部の像をそれぞれ検出する光電
変換素子と、前記光電変換素子に検出された検出信号に基づいて、前記複数の分光反射部
の像における前記分光反射領域に対応した複数種の設定波長帯域での分光強度をそれぞれ
算出し、前記複数の分光反射部の像における前記分光強度をそれぞれ前記結像面における
前記複数のマイクロレンズの配列に対応させて、前記物体の画像情報を前記複数種の設定
波長帯域ごとに求める画像処理部とを備えて構成されることを特徴とするマルチバンドカ
メラが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、迷光が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】マルチバンドカメラの概要構成図である。
【図２】分光反射部の像の１画素あたりの投影図である。
【図３】分光反射部を示す模式図である。
【図４】（ａ）は分光反射部および光吸収部の側面図であり、（ｂ）は分光反射部および光吸収部の正面図である。
【図５】テレセントリック状態におけるマイクロレンズアレイでの光線の通り方を示す説明図である。
【図６】非テレセントリック状態におけるマイクロレンズアレイでの光線の通り方を示す説明図である。
【図７】テレセントリック結像の場合の画素構成ピクセル群を示す説明図である。
【図８】非テレセントリック結像の場合の画素構成ピクセル群を示す説明図である。
【図９】非テレセントリック結像の場合の画素構成ピクセル群を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は第１区画部の分光反射特性を示すグラフであり、（ｂ）は第２区画部の分光反射特性を示すグラフである。
【図１１】（ａ）は第３区画部の分光反射特性を示すグラフであり、（ｂ）は帯域制限フィルタの分光透過特性を示すグラフである。
【図１２】被写体画像の分光情報取得方法を（ａ）〜（ｃ）の順に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態に係る
マルチバンドカメラが図１に示されている。本実施形態のマルチバンドカメラ１は、撮像
光学系１０と、二次元撮像素子４０と、画像処理部５０と、これらが内部に収容されるカ
メラ筐体５とを備えて構成される。また、撮像光学系１０は、光軸ＡＸに沿って物体側か
ら順に並んだ、第１光学系１１と、第１平面鏡１４と、分光反射部材２０と、第２平面鏡
１６と、第２光学系１７と、帯域制限フィルタ１８と、マイクロレンズアレイ３０とを有
して構成される。
【００１０】
図示しない被写体（物体）からの光は、第１光学系１１、第１平面鏡１４、分光反射部
材２０、第２平面鏡１６、第２光学系１７を経て、さらに帯域制限フィルタ１８およびマ
イクロレンズアレイ３０を通過後、所定の結像面Ｓ１上で結像して物体像Ｍ１が形成され
る。ここで、第１平面鏡１４および第２平面鏡１６は、光路を折り曲げるだけの作用をす
る。また、分光反射部材２０は、詳細は後述するが、撮像光学系１０の瞳位置に配設され
、光路を折り曲げると同時に開口絞りとしても機能する。すなわち、開口絞りの位置より
も物体側に配置された第１光学系１１と、開口絞りの位置よりも像側に配置された第２光
学系１７とが、物体の像を所定の結像面Ｓ１上に結像させる結像光学系を構成する。
【００１１】
マイクロレンズアレイ３０は、所定の結像面Ｓ１上に二次元的に配列された正の屈折力
を有する複数の複数のマイクロレンズ３１から構成される。すなわち、物体像Ｍ１が各マ
イクロレンズ３１のレンズ面近傍に形成されるようにマイクロレンズアレイ３０を配置し
て、複数のマイクロレンズ３１により物体像Ｍ１を分割する。
【００１２】
図２に示すように、マイクロレンズアレイ３０中の個々のマイクロレンズ３１は、分光
反射部材２０を構成する分光反射部２１の像（以下、分光反射部の像２１´と称する）を
（同一平面上に）それぞれ一つ形成する。なお図２には、一つのマイクロレンズ３１につ
いての投影光路を示してある。マイクロレンズ３１の数だけ形成された分光反射部の像２
１´は、複数の受光部からなる二次元撮像素子４０の撮像面Ｓ２上に互いに重なり合わな
いように形成され、それぞれ二次元撮像素子４０により撮像される。二次元撮像素子４０
には画像処理部５０が電気的に接続され、二次元撮像素子４０により撮像取得したマルチ
バンド画像データの処理・保存を行う。なお、画像処理部５０は、設定演算部５１、画像
情報演算部５２、記憶部５３、画像出力部５４等を有して構成されている。
【００１３】
ここで、焦点調整について説明する。図１に示すように、第１光学系１１は、第１レン
ズ群１２と、レンズ保持枠１３とを有し、カメラ筐体５に対し撮像光学系１０の光軸ＡＸ
に沿って前後移動可能に構成される。第１レンズ群１２は円筒状に形成されたレンズ保持
枠１３に保持されており、レンズ保持枠１３の基端側にはネジ部（おねじ）が形成されて
いる。カメラ筐体５の先端部にはネジ部（めねじ）を有する穴状の第１光学系取付部６が
形成されており、レンズ保持枠１３のネジ部（おねじ）を第１光学系取付部６のネジ部（
めねじ）に螺合させることで、第１光学系１１（レンズ保持枠１３）が第１光学系取付部
６に取り付けられる。そして、レンズ保持枠１３を撮像光学系１０の光軸ＡＸ中心に回転
させて、第１光学系１１全体を撮像光学系１０の光軸ＡＸに沿って前後移動させることで
、撮像光学系１０の焦点合わせを行う。
【００１４】
なお、焦点調整の方式は、本実施形態のように第１レンズ群１２が一体的に撮像光学系
１０の光軸ＡＸに沿って前後移動する方式に限定されるものではない。例えば、第１レン
ズ群１２がさらに複数の部分群に分かれて非一体的に撮像光学系１０の光軸ＡＸに沿って
前後移動する方式であってもよい。
【００１５】
第１光学系１１よりも像側の光学系は全てカメラ筐体５に対して固定された状態となる
。したがって、物体像Ｍ１の任意の１点に集光する光線群に着目したとき、これらの光線
群の分光反射部材２０（分光反射部２１）への入射角度は焦点合わせによって動かない。
誘電体多層膜による干渉膜の反射・透過分光特性は、干渉膜への光線入射角度に応じて変
化するが、分光反射部材２０における反射については光線角度変化がないので、このよう
な干渉膜を分光反射部材２０に配設しても反射分光特性が安定することになる。なお、撮
影視野角を変えたいときは、第１光学系１１を異なる焦点距離のものに交換する。その場
合でも、物体像Ｍ１の任意の１点に集光する光線群の分光反射部材２０（分光反射部２１
）への光線入射角度は変わらない。
【００１６】
分光反射部材２０は、図１および図４に示すような円柱状に形成され、撮像光学系１０
（結像光学系）の開口絞りの位置に配設される分光反射部２１と、分光反射部２１の周囲
に配置される光吸収部２６とを有して構成される。分光反射部２１は、図３に示すように
、透明ガラス材を基材として正方形に形成される。この透明ガラス材の平面研磨面上には
、いずれも矩形の第１区画部２２、第２区画部２３、および第３区画部２４が形成され、
それ以外の領域は透明なままになっている。第１区画部２２と第２区画部２３は、区画形
状が同一であり、端をそろえて平行に形成されている。第３区画部２４は、第１区画部２
２および第２区画部２３よりも長手方向が短く、第１区画部２２および第２区画部２３に
対して平行に形成されている。
【００１７】
第１区画部２２および第２区画部２３は、誘電体多層膜からなる干渉膜（例えば、リニ
アバリアフルフィルタ：ＬＶＦ）を用いて形成され、所定の波長帯域の光を透過させると
ともに、透過しない波長帯域の光を反射させる分光区画（分光反射領域）である。また、
第１区画部２２および第２区画部２３は、長手方向に沿って連続的に薄膜の膜厚が変化す
ることで、所定の撮像波長範囲内において透過波長帯域が連続的に変化するようになって
いる。図３における第１区画部２２の右端部と第２区画部２３の左端部は、所定範囲で反
射波長帯域（透過波長帯域）が重なるように設定されている。第３区画部２４は、第１区
画部２２および第２区画部２３の全ての透過波長帯域を含む所定の撮像波長範囲の光をほ
ぼ均等に反射する反射区画（全波長帯反射領域）であり、例えば保護コート付きアルミニ
ウムコート鏡が用いられる。
【００１８】
図４に示すように、分光反射部２１の周囲および裏側は光吸収部２６で囲まれている。
光吸収部２６は、分光反射部２１の周囲に設けられた周囲吸収材２７と、分光反射部２１
の裏面に設けられた裏面吸収材２８とから構成されている。周囲吸収材２７は、分光反射
部２１を支持する基台部分の内側側面に塗布された黒色塗料であり、分光反射部２１の外
側にあふれた入射光を吸収する。裏面吸収材２８は、分光反射部２１の裏面に接合された
光吸収フィルムであり、分光反射部２１を透過した（すなわち、第１区画部２２、第２区
画部２３、および第３区画部２４で反射しなかった）入射光を吸収する。
【００１９】
マイクロレンズアレイ３０を構成する複数のマイクロレンズ３１の一つずつが、それぞ
れ一画素として機能する。一つのマイクロレンズ３１は、図２に示すように、一つの分光
反射部の像２１´を撮像面Ｓ２上に形成する。分光反射部の像２１´の投影倍率は、分光
反射部の像２１´の大きさがマイクロレンズ３１の中に納まるように設定される。なお、
図１および図２に示すように、分光反射部２１は撮像光学系１０の光軸ＡＸに対して反射
面が直交していないため、分光反射部の像２１´も撮像面Ｓ２に対して若干角度を持って
形成されるが、投影倍率が小さいため像が傾くことによって発生する焦点ぼけは無視でき
る。
【００２０】
図５に示すように、物体像Ｍ１がテレセントリック結像している場合は、結像光束がど
のマイクロレンズ３１に対しても同等に通過し、マイクロレンズ３１と分光反射部の像２
１´の位置関係は全てのマイクロレンズ３１について同じになる。マイクロレンズ３１の
縦横の大きさはそれぞれ二次元撮像素子４０のピクセル（受光部）の整数倍に設定されて
いる。本実施形態では、マイクロレンズ３１の縦横の大きさをそれぞれ１０ピクセルに合
わせてある。この場合、図７に示すように１０×１０ピクセルを１単位とした画素構成ピ
クセル群４１が、画像を構成する画素になる。複数の画素構成ピクセル群４１，４１，…
が撮像面Ｓ２を縦横に区切り、二次元的に隙間なく並ぶことで画像を形成する。分光反射
部２１における第１区画部２２の像、第２区画部２３の像、および第３区画部２４の像（
以下、第１区画部の像２２´、第２区画部の像２３´、および第３区画部の像２４´と称
する）は、どの画素構成ピクセル群４１内においても、相対的に同じ位置関係にある特定
の複数のピクセルに対応付けられる。
【００２１】
一方、図６に示すように、物体像Ｍ１が非テレセントリック結像している場合は、結像
光束は像点の撮像光学系１０の光軸ＡＸからの距離に応じてマイクロレンズ３１を異なる
角度で通過し、それに応じてマイクロレンズ３１と分光反射部の像２１´の位置関係も変
化する。図６に示した例では、像点が撮像光学系１０の光軸ＡＸから離れるほど、分光反
射部の像２１´がマイクロレンズ３１の光軸ＢＸに対して撮像光学系１０の光軸ＡＸから
離れる方向にずれて形成される。このような場合、画素構成ピクセル群４１の撮像面Ｓ２
上での番地決めは、例えば次のようにして行う。
【００２２】
まず、各画素構成ピクセル群４１の原点となる基準ピクセルＰ（０，０）を決定する。
予め、図１に示すように、物体位置に撮像領域全体にわたって撮像波長範囲全域で光る面
光源６０を設置し、撮像する。面光源６０に焦点を合わせる必要は必ずしもない。このと
き、図８および図９に示すように、第３区画部の像２４´が第１区画部の像２２´および
第２区画部の像２３´と比べて短く形成されることを利用して、第３区画部の像２４´を
識別する。ここで、図８および図９の中央領域には、撮像面Ｓ２上のピクセル配列の一部
が示されている。また、図８および図９の下方領域には、選択された横方向一行にある複
数ピクセルの出力値を表す棒グラフが示され、右側領域には、選択された縦方向一列にあ
る複数ピクセルの出力値を表す棒グラフが示されている。
【００２３】
なお、撮像光学系１０は、各ピクセル（受光部）の撮像波長範囲における分光特性、お
よび個々のピクセルの感度ばらつきについてフラット較正がなされているものとし、以下
ピクセルの出力値（信号出力値）と称する場合は、いずれも較正後の出力値であり、いず
れのピクセルについても同じ入力光量に対しては同じ出力値を示すものとする。
【００２４】
基準ピクセルＰ（０，０）を決定するには、最初に、画素構成ピクセル群４１の横方向
の境界を求める。このとき、画素構成ピクセル群４１において、図８に太い横向き矢印で
示した第３区画部の像２４´の位置に該当すると認識されたピクセル行に着目する。図８
に示す例では、ピクセル図の下側に示された出力パターンの中に、最低出力を示すピクセ
ルが横方向に５個存在する。このように最低出力ピクセルが奇数個存在する場合は、最低
出力ピクセル群の中央のピクセル列（図８の細い下向き矢印を参照）から左に１０列目の
ピクセル列を画素構成ピクセル群４１の左端境界のピクセル列とする。一方、図９に示す
例では、ピクセル図の下側に示された出力パターンの中に、最低出力を示すピクセルが横
方向に４個存在する。このように最低出力ピクセルが偶数個存在する場合は、最低出力ピ
クセル群の中央右側のピクセル列（図９の細い下向き矢印を参照）を画素構成ピクセル群
４１の左端境界のピクセル列とする。
【００２５】
次に、画素構成ピクセル群４１の縦方向の境界を求める。このとき、画素構成ピクセル
群４１において、図８に太い下向き矢印で示した左端境界のピクセル列に該当すると認識
されたピクセル列に着目する。図８に示す例では、ピクセル図の右側に示された出力パタ
ーンの中に、最低出力を示すピクセルが縦方向に２個存在する。このように最低出力ピク
セルが偶数個存在する場合は、最低出力ピクセル群の中央下側のピクセル行（図８の細い
横向き矢印を参照）を画素構成ピクセル群４１の下端境界のピクセル行とする。一方、図
９に示す例では、ピクセル図の右側に示された出力パターンの中に、最低出力を示すピク
セルが縦方向に３個存在する。このように最低出力ピクセルが奇数個存在する場合は、最
低出力ピクセル群の中央のピクセル行の下側に隣接するピクセル行（図９の細い横向き矢
印を参照）を画素構成ピクセル群４１の下端境界のピクセル行とする。
【００２６】
このようにして決めた左端境界のピクセル列と下端境界のピクセル行に共通のピクセル
を、画素構成ピクセル群４１の基準ピクセルＰ（０，０）と決める。各画素構成ピクセル
群４１の基準ピクセルＰ（０，０）が決まったら、各ピクセルの出力パターンから、各画
素構成ピクセル群４１内で、撮像時に使用するピクセルの割り振りを行う。本実施形態で
は、基準ピクセルＰ（０，０）から右に１ピクセル目、上に７ピクセル目のピクセルＰ（
１，７）と、同じく右に８ピクセル目、上に７ピクセル目のピクセルＰ（８，７）とを左
右境界とする８個のピクセルＰ（１，７）〜Ｐ（８，７）を、第１区画部撮像ピクセル群
４２とする。
【００２７】
また、基準ピクセルＰ（０，０）から右に１ピクセル目、上に４ピクセル目のピクセル
Ｐ（１，４）と、同じく右に８ピクセル目、上に４ピクセル目のピクセルＰ（８，４）と
を左右境界とする８個のピクセルＰ（１，４）〜Ｐ（８，４）を、第２区画部撮像ピクセ
ル群４３とする。さらに、基準ピクセルＰ（０，０）から右に４ピクセル目、上に１ピク
セル目のピクセルＰ（４，１）と、同じく右に５ピクセル目、上に１ピクセル目のピクセ
ルＰ（５，１）とからなる２個のピクセルを、第３区画部撮像ピクセル群４４とする。な
お、以上で述べた、第３区画部の像２４´の識別、基準ピクセルＰ（０，０）の決定、お
よびピクセルの割り振り等は、画像処理部５０の設定演算部５１によって実行される。
【００２８】
また、以上で述べたように、基準ピクセルＰ（０，０）から右にｍピクセル目（基準ピ
クセルと同じ列の場合はｍ＝０とする）、上にｎピクセル目（基準ピクセルと同じ行の場
合はｎ＝０とする）のピクセルをＰ（ｍ，ｎ）と表すことにする。これにより、１０×１
０ピクセルを１単位とした画素構成ピクセル群４１において、画素構成ピクセル群４１の
左下端部に位置する基準ピクセルＰ（０，０）からの右上端部に位置するピクセルＰ（９
，９）までの全てのピクセルを個別に表すことができる。
【００２９】
以上、非テレセントリック結像の場合においては、画素構成ピクセル群４１中の１８ピ
クセルを使用して、１画素あたり１６波長チャネルのマルチバンド撮像を行う。但し、以
上で述べた方法は、画素構成ピクセル群４１の撮像面Ｓ２上での番地決め方法の一例であ
って、これに限定されるものではない。
【００３０】
以上のように構成されるマルチバンドカメラ１を用いた、被写体画像の分光特性情報の
取得方法について説明する。最短波長側の波長バンド（波長帯域）の中心波長をλｓとし
、最長波長側の波長バンドの中心波長をλｅとして、図１に示す帯域制限フィルタ１８を
通したときの第１区画部２２の分光反射特性を図１０（ａ）に示し、第２区画部２３の分
光反射特性を図１０（ｂ）に示す。また、同じ波長スケールにおける第３区画部２４の分
光反射特性を図１１（ａ）に示す。図１０（ａ）、図１０（ｂ）、および図１１（ａ）に
おいて、いずれも実線で示す最短波長側と最長波長側の撮像波長範囲境界での分光特性曲
線は、図１１（ｂ）に示す帯域制限フィルタ１８の分光特性によって決まる。各光学素子
本来の撮像波長範囲外の分光特性については、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、および図１
１（ａ）において、点線で示してある。また、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に破線で
複数描かれているグラフ曲線は、それぞれ第１区画部２２および第２区画部２３上の複数
点における分光反射特性にそれぞれ対応している。なお、破線で描かれたグラフ曲線につ
いては、該当箇所において欠落させている波長バンド付近の分光特性しか描いていない。
【００３１】
任意のマイクロレンズ３１で切り出された物体像Ｍ１の一画素領域における分光特性情
報の取得は次のように行う。なお前述の通り、撮像光学系１０は、ピクセル（受光部）の
撮像波長範囲における分光特性、および個々のピクセルの感度ばらつきについてフラット
較正がなされているとし、以下ピクセルの出力値（信号出力値）と称する場合は、いずれ
も較正後の出力値であり、いずれのピクセルについても同じ入力光量に対しては同じ出力
値を示すものとする。
【００３２】
マイクロレンズ３１によって物体像Ｍ１中の一要素分（一画素領域分）の光束が切り取
られ、撮像面Ｓ２上に第１区画部の像２２´が形成される。第１区画部の像２２´の一部
が第１区画部撮像ピクセル群４２に含まれる８つの波長バンドのピクセルによって撮像さ
れる。図８および図９に示す非テレセントリック結像の場合、８個のピクセルＰ（１，７
）〜Ｐ（８，７）によって撮像される。この８個のピクセルＰ（１，７）〜Ｐ（８，７）
に対応する第１区画部２２の部分領域をそれぞれ、第１部分領域Ｒ１〜第８部分領域Ｒ８
と称することにする。第１部分領域Ｒ１〜第８部分領域Ｒ８におけるそれぞれの平均的分
光反射特性の例を図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）からわかるように、第１部分領域Ｒ
１〜第８部分領域Ｒ８からそれぞれ第１区画部撮像ピクセル群４２の８個のピクセルＰ（
１，７）〜Ｐ（８，７）に達する光は、撮像波長範囲のうちそれぞれ異なる波長バンドの
光成分が除かれる。
【００３３】
例えば、第１部分領域Ｒ１から第１区画部撮像ピクセル群４２の一番左側のピクセルＰ
（１，７）に達する光は、中心波長がλｓとなる最短波長側の波長バンドの光成分が除か
れる。そして、第１部分領域Ｒ１から第８部分領域Ｒまで右方へ移動するにしたがって、
撮像波長範囲から除かれる波長バンド（中心波長）が図１０（ａ）の右方へ（波長の増加
する方向へ）段階的にシフトする。
【００３４】
そこで、第１区画部撮像ピクセル群４２の８個のピクセルＰ（１，７）〜Ｐ（８，７）
は、撮像波長範囲のうちそれぞれ異なる所定の（第１部分領域Ｒ１〜第８部分領域Ｒ８の
分光反射特性に応じた）波長帯域情報が欠落した光を受光し、その光強度を光電変換して
画像処理部５０へ出力する。このとき、第１区画部撮像ピクセル群４２の一番左側のピク
セルＰ（１，７）が第１部分領域Ｒ１からの光を検出し、これより右側に隣接した、ピク
セルＰ（２，７）が第２部分領域Ｒ２からの光を検出し、ピクセルＰ（３，７）が第３部
分領域Ｒ３からの光を検出し、ピクセルＰ（４，７）が第４部分領域Ｒ４の光からの光を
検出し、ピクセルＰ（５，７）が第５部分領域Ｒ５からの光を検出し、ピクセルＰ（６，
７）が第６部分領域Ｒ６からの光を検出し、ピクセルＰ（７，７）が第７部分領域Ｒ７か
らの光を検出し、ピクセルＰ（８，７）が第８部分領域Ｒ８からの光を検出する。
【００３５】
マイクロレンズ３１によって切り出された物体像Ｍ１の一画素領域における第２区画部
の像２３´についても同様に、その一部が第２区画部撮像ピクセル群４３の８個のピクセ
ルＰ（１，４）〜Ｐ（８，４）によって撮像される。この８個のピクセルＰ（１，４）〜
Ｐ（８，４）に対応する第２区画部２３の部分領域をそれぞれ、第９部分領域Ｒ９〜第１
６部分領域Ｒ１６と称することにする。第９部分領域Ｒ９〜第１６部分領域Ｒ１６におけ
るそれぞれの平均的分光反射特性の例を図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）からわかるよ
うに、第９部分領域Ｒ９〜第１６部分領域Ｒ１６からそれぞれ第２区画部撮像ピクセル群
４３の８個のピクセルＰ（１，４）〜Ｐ（８，４）に達する光は、撮像波長範囲のうちそ
れぞれ異なる波長バンドの光成分が除かれる。
【００３６】
例えば、第９部分領域Ｒ９から第２区画部撮像ピクセル群４３の一番左側のピクセルＰ
（１，４）に達する光は、第８部分領域Ｒ８の波長バンドに（波長の増加する方向に）隣
接した波長バンドの光成分が除かれる。さらに、第９部分領域Ｒ９から第１６部分領域Ｒ
１６まで右方へ移動するにしたがって、撮像波長範囲から除かれる波長バンド（中心波長
）が図１０（ｂ）の右方へ（波長の増加する方向へ）段階的にシフトする。そして、第１
６部分領域Ｒ１６から第２区画部撮像ピクセル群４３の一番右側のピクセルＰ（８，４）
に達する光は、中心波長がλｅとなる最長波長側の波長バンドの光成分が除かれる。
【００３７】
そこで、第２区画部撮像ピクセル群４３の８個のピクセルＰ（１，４）〜Ｐ（８，４）
は、撮像波長範囲のうちそれぞれ異なる所定の（第９部分領域Ｒ９〜第１６部分領域Ｒ１
６の分光反射特性に応じた）波長帯域情報が欠落した光を受光し、その光強度を光電変換
して画像処理部５０へ出力する。このとき、第２区画部撮像ピクセル群４３のうち一番左
側のピクセルＰ（１，４）が第９部分領域Ｒ９からの光を検出し、これより右側に隣接し
た、ピクセルＰ（２，４）が第１０部分領域Ｒ１０からの光を検出し、ピクセルＰ（３，
４）が第１１部分領域Ｒ１１からの光を検出し、ピクセルＰ（４，４）が第１２部分領域
Ｒ１２の光からの光を検出し、ピクセルＰ（５，４）が第１３部分領域Ｒ１３からの光を
検出し、ピクセルＰ（６，４）が第１４部分領域Ｒ１４からの光を検出し、ピクセルＰ（
７，４）が第１５部分領域Ｒ１５からの光を検出し、ピクセルＰ（８，４）が第１６部分
領域Ｒ１６からの光を検出する。
【００３８】
なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）からわかるように、撮像波長範囲の短波長側半
分を第１区画部撮像ピクセル群４２の８個のピクセルＰ（１，７）〜Ｐ（８，７）が受け
持ち、撮像波長範囲の長波長側半分を第２区画部撮像ピクセル群４３の８個のピクセルＰ
（１，４）〜Ｐ（８，４）が受け持っている。
【００３９】
マイクロレンズ３１によって切り出された物体像Ｍ１の一画素領域における第３区画部
の像２４´の一部は、第３区画部撮像ピクセル群４４を構成する２個のピクセルＰ（４，
１）〜Ｐ（５，１）によって撮像される。なお、第３区画部の像２４´の分光特性は、マ
イクロレンズ３１によって切り出された物体像Ｍ１の一画素領域に含まれる撮像波長領域
内の分光特性を全て含んでいる。すわなち、第３区画部２４は、第１区画部２２および第
２区画部２３の第１〜第１６部分領域Ｒ１〜Ｒ１６と比較して、撮像波長領域の光を全て
反射させる全波長帯反射領域となる。第３区画部撮像ピクセル群４４の２個のピクセルＰ
（４，１）〜Ｐ（５，１）は、撮像波長範囲内の（第１〜第１６部分領域Ｒ１〜Ｒ１６に
対応した）全ての波長帯域情報を有した光を受光し、その光強度を光電変換して画像処理
部５０へ出力する。
【００４０】
次に、画像処理部５０に入力された各ピクセル情報を処理する。まず、第３区画部撮像
ピクセル群４４の２個のピクセルＰ（４，１）〜Ｐ（５，１）の出力値（信号強度）の平
均を求め、求めた平均値（平均出力密度）を基準出力値とする。説明のため、物体の発光
分光特性が撮像波長範囲でフラットであるとすると、第３区画部撮像ピクセル群４４の２
個のピクセルＰ（４，１）〜Ｐ（５，１）で受光した光の分光特性は図１２（ａ）のよう
になり、図１２（ａ）に示されるグラフの曲線の積分値を基準出力値とみなすことができ
る。この基準出力値から、第１区画部撮像ピクセル群４２の８個のピクセルＰ（１，７）
〜Ｐ（８，７）および第２区画部撮像ピクセル群４３の８個のピクセルＰ（１，４）〜Ｐ
（８，４）の出力値（すなわち、１６種類の出力値）をそれぞれ減算する。
【００４１】
図１２（ｂ）に、一例として第１区画部撮像ピクセル群４２の一番左側のピクセルＰ（
１，７）で受光した光の分光特性を示す。このピクセルＰ（１，７）の出力値について上
記減算処理を行った後の減算値（信号強度）は、図１２（ａ）に示されるグラフの値（す
なわち、全波長帯域での出力値）から図１２（ｂ）に示されるグラフの値（すなわち、第
１部分領域Ｒ１に対応する波長帯域情報が欠落した出力値）を差し引いた、図１２（ｃ）
に示されるグラフの曲線を積分したものである。すなわち、図１２（ｃ）に示す分光特性
を有する（第１部分領域Ｒ１において欠落した波長帯域が透過波長帯域となる）バンドパ
スフィルタを通して撮像した場合と同等の結果となる。
【００４２】
以降同様にして、第１区画部撮像ピクセル群４２の８個のピクセルＰ（１，７）〜Ｐ（
８，７）および第２区画部撮像ピクセル群４３の８個のピクセルＰ（１，４）〜Ｐ（８，
４）について、所定の分光特性（透過波長帯域）を有する１６波長のバンドパスフィルタ
を通した場合と同等の撮像結果を得る。その結果、マイクロレンズ３１に対応する１画素
あたり、合計１６バンドからなるマルチバンド情報（すなわち、１６バンドの設定波長帯
域における物体からの光の信号強度）を取得することができる。
【００４３】
以上の過程を全てのマイクロレンズ３１（分光反射部の像２１´）について行うことで
、被写体画像（物体像Ｍ１）を構成する全ての画素（マイクロレンズ３１）に対応したマ
ルチバンド情報を求める。なお、以上で述べた、被写体画像の分光特性情報（マルチバン
ド情報）の取得は、画像処理部５０の画像情報演算部５２によって実行される。画像情報
演算部５２で求めたマルチバンド情報は、画像処理部５０の記憶部５３に記憶され、画像
出力部５４に接続されたＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの外部情報処理システム（
図示せず）からの要求に応じて、記憶部５３に記憶されたマルチバンド情報が画像出力部
５４を通じて外部に出力される。
【００４４】
この結果、本実施形態によれば、画像処理部５０は、二次元撮像素子４０に検出された
検出信号に基づいて、各マイクロレンズ３１によって形成された複数の分光反射部の像２
１´における各部分領域Ｒ１〜Ｒ１６に対応した１６バンドの設定波長帯域での分光強度
（信号強度）をそれぞれ算出し、複数の分光反射部の像２１´における分光強度（信号強
度）をそれぞれ結像面Ｓ１における複数のマイクロレンズ３１の配列に対応させて、物体
の画像情報（被写体画像の分光特性情報）を１６バンドの設定波長帯域ごとに求めること
ができる。このとき、分光反射部２１に達した光のうち第１区画部２２および第２区画部
２３（分光反射領域）で反射しない光が光吸収部２６によって吸収されるため、第１区画
部２２および第２区画部２３でのフィルタリングによって発生する不要な光が迷光化する
ことなく、迷光が発生するのを防止することが可能になる。
【００４５】
また、画像処理部５０は、第３区画部撮像ピクセル群４４の各ピクセル（全波長帯受光
部）の検出信号強度と、第１区画部撮像ピクセル群４２および第２区画部撮像ピクセル群
４３の各ピクセル（分光反射領域受光部）の検出信号強度との差に基づいて、複数の分光
反射部の像２１´における各部分領域Ｒ１〜Ｒ１６に対応した１６バンドの設定波長帯域
での分光強度（信号強度）をそれぞれ算出し、複数の分光反射部の像２１´における分光
強度（信号強度）をそれぞれ結像面Ｓ１における複数のマイクロレンズ３１の配列に対応
させて、物体の画像情報（被写体画像の分光特性情報）を１６バンドの設定波長帯域ごと
に求める画像情報演算部５２を有している。このようにすれば、誘電体多層膜からなる干
渉膜を用いて第１区画部２２および第２区画部２３（分光反射領域）を形成することがで
きるため、撮像波長範囲（全波長帯域）を広くすることが可能である。
【００４６】
また、画像処理部５０は、各マイクロレンズ３１により形成される複数の分光反射部の
像２１´に対応した、第３区画部撮像ピクセル群４４の各ピクセル（全波長帯受光部）と
、第１区画部撮像ピクセル群４２および第２区画部撮像ピクセル群４３の各ピクセル（分
光反射領域受光部）とをそれぞれ設定する設定演算部５１を有している。そのため、物体
像Ｍ１の結像状態に拘らず、分光反射部２１における全波長帯反射領域（第３区画部２４
）および分光反射領域（第１区画部２２および第２区画部２３）からの光を正確に検出す
ることができ、より正確な二次元分光画像を取得することが可能である。
【００４７】
また、開口絞りの位置よりも物体側に配置された第１光学系１１と、開口絞りの位置よ
りも像側に配置された第２光学系１７とを有して結像光学系が構成され、第１光学系１１
が合焦機能を有している。このように、開口絞りに該当する分光反射部２１の前後に光学
系を配置することで、高い結像性能を実現しながら、第１光学系１１のレンズ面での不要
な光の反射を防止して、迷光が発生するのを防止することができ、より正確で明瞭な二次
元分光画像を取得することが可能である。また、焦点調整によって第１光学系１１が動い
ても、分光反射部２１への光線入射角度条件が不変に保たれるため、分光特性が変動しな
いという効果もある。また、焦点合わせに使用する第１光学系１１だけを交換することに
よって、様々な撮像視野を実現することができる。
【００４８】
なお、上述の実施形態において、撮像波長範囲は、紫外域や、可視域、赤外域など、所
望の波長帯域に設定することができる。
【００４９】
また、上述の実施形態において、分光反射部２１の表面に、誘電体多層膜からなる干渉
膜を用いて形成された第１区画部２２および第２区画部２３（分光反射領域）と、アルミ
ニウムコート鏡を用いて形成された第３区画部２４（全波長帯反射領域）とが形成されて
いるが、これに限られるものではない。例えば、透過波長帯域が連続的に変化する第１区
画部２２および第２区画部２３に代えて、透過波長帯域が互いに異なる複数の区画部（分
光反射領域）を分光反射部２１の表面に形成し、各区画部からの光を複数のピクセル（分
光反射領域受光部）で（１ピクセルもしくは複数ピクセルごとに）検出してもよい。また
例えば、実施例に比べて撮像波長範囲が狭くなる可能性はあるが、分光反射部の表面に所
定の波長帯域の光だけを反射させるノッチフィルタを設けるようにしてもよい。この場合
、第３区画部２４を用いずに、ノッチフィルタで反射した光の検出信号強度に基づいて、
二次元分光画像を取得することが可能である。
【００５０】
また、上述の実施形態において、非テレセントリック結像の場合における、被写体画像
の分光特性情報の取得方法について説明しているが、これに限られるものではなく、テレ
セントリック結像の場合においても、同様にして被写体画像の分光特性情報を取得するこ
とができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  マルチバンドカメラ
１０  撮像光学系
１１  第１光学系                        １７  第２光学系
２０  分光反射部材
２１  分光反射部
２２  第１区画部（第１の分光反射領域）
２３  第２区画部（第２の分光反射領域）
２４  第３区画部（全波長帯反射領域）
２６  光吸収部
３０  マイクロレンズアレイ              ３１  マイクロレンズ
４０  二次元撮像素子（光電変換素子）
４２  第１区画部撮像ピクセル群（分光反射領域受光部）
４３  第２区画部撮像ピクセル群（分光反射領域受光部）
４４  第３区画部撮像ピクセル群（全波長帯受光部）
５０  画像処理部
５１  設定演算部                        ５２  画像情報演算部
５３  記憶部                            ５４  画像出力部
Ｍ１  物体像
Ｓ１  結像面                            Ｓ２  撮像面
Ｒ１〜Ｒ１６  第１〜第１６部分領域
【図１】
2013051544.tif 000003
【図２】
2013051544.tif 000004
【図３】
2013051544.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2013051544.tif 000009
【図９】
2013051544.tif 000010
【図１０】
2013051544.tif 000011
【図１１】
2013051544.tif 000012
【図１２】
2013051544.tif 000013
【図４】
2013051544.tif 000014