(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される駆動信号に応じて、被写体光の透過波長帯域を変化させるフィルタ手段と、
このフィルタ手段に駆動信号を入力して、前記透過波長帯域を複数段に変化させる分光制御手段と、
前記フィルタ手段の後方に配置され、該フィルタ手段が透過波長帯域を変化させる毎に撮像する単一の撮像手段と、
この単一の撮像手段により撮像された複数の画像データを記録手段に記録する記録制御手段と、
前記単一の撮像手段により撮像された前記複数の透過波長帯域毎の画像データを、その透過波長帯域に応じて補正し、マルチプレーン加算合成する合成手段とを備え、
前記記録制御手段は、前記合成手段により合成された単一の画像データを記録手段に記録することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記合成手段による前記補正には、前記撮像手段に被写体像を結像させる光学系の透過率特性、前記フィルタ手段の透過率特性、前記撮像手段の撮影感度特性のいずれか少なくとも一つに基づく補正が含まれることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記分光制御手段は、前記透過波長帯域を複数段に変化させた際の駆動履歴を記憶する駆動履歴記憶手段と、
この駆動履歴記憶手段に記憶された前回の駆動量及び駆動方向に基づき、今回の駆動量及び駆動方向を補正する補正手段とを備え、
この補正手段により補正された駆動量及び駆動方向に基づき、前記フィルタ手段に駆動信号を入力して、前記透過波長帯域を複数段に変化させることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記分光制御手段は、温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段により検出された温度に基づき、今回の駆動量及び駆動方向を補正する補正手段とを備え、
この補正手段により補正された駆動量及び駆動方向に基づき、前記フィルタ手段に駆動信号を入力して、前記透過波長帯域を複数段に変化させることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項５】
入力される駆動信号に応じて、被写体光の透過波長帯域を変化させるフィルタ手段と、このフィルタ手段の後方に配置された単一の撮像手段とを備える撮像装置が有するコンピュータを、
前記フィルタ手段に駆動信号を入力して、前記透過波長帯域を複数段に変化させる分光制御手段と、
前記フィルタ手段が透過波長帯域を変化させる毎に前記単一の撮像手段を動作させる撮像制御手段と、
前記単一の撮像手段により撮像された複数の画像データを記録手段に記録する記録制御手段と、
前記単一の撮像手段により撮像された前記複数の透過波長帯域毎の画像データを、その透過波長帯域に応じて補正し、マルチプレーン加算合成する合成手段として機能させ、
前記記録制御手段は、前記合成手段により合成された単一の画像データを記録手段に記録することを特徴とする撮像装置制御プログラム。
【請求項６】
前記合成手段による前記補正には、前記撮像手段に被写体像を結像させる光学系の透過率特性、前記フィルタ手段の透過率特性、前記撮像手段の撮影感度特性のいずれか少なくとも一つに基づく補正が含まれることを特徴とする請求項５記載の撮像装置制御プログラム。
【請求項７】
前記分光制御手段は、前記透過波長帯域を複数段に変化させた際の駆動履歴を記憶手段に記憶する駆動履歴記憶制御手段と、
前記記憶手段に記憶された前回の駆動量及び駆動方向に基づき、今回の駆動量及び駆動方向を補正する補正手段とを含み、
この補正手段により補正された駆動量及び駆動方向に基づき、前記フィルタ手段に駆動信号を入力して、前記透過波長帯域を複数段に変化させることを特徴とする請求項５又は６記載の撮像装置制御プログラム。
【請求項８】
前記分光制御手段は、温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段により検出された温度に基づき、今回の駆動量及び駆動方向を補正する補正手段とを含み、
この補正手段により補正された駆動量及び駆動方向に基づき、前記フィルタ手段に駆動信号を入力して、前記透過波長帯域を複数段に変化させることを特徴とする請求項５又は６記載の撮像装置制御プログラム。
【請求項９】
入力される駆動信号に応じて、被写体光の透過波長帯域を変化させるフィルタ手段と、このフィルタ手段の後方に配置された単一の撮像手段とを備える撮像装置の制御方法であって、
前記フィルタ手段に駆動信号を入力して、前記透過波長帯域を複数段に変化させる分光制御ステップと、
前記フィルタ手段が透過波長帯域を変化させる毎に前記単一の撮像手段を動作させる撮像制御ステップと、
前記単一の撮像手段により撮像された複数の画像データを記録手段に記録する記録制御ステップと、
前記単一の撮像手段により撮像された前記複数の透過波長帯域毎の画像データを、その透過波長帯域に応じて補正し、マルチプレーン加算合成する合成ステップとを含み、
前記記録制御ステップは、前記合成ステップにより合成された単一の画像データを記録手段に記録することを特徴とする撮像装置制御方法。
【請求項１０】
前記合成ステップによる前記補正には、前記撮像手段に被写体像を結像させる光学系の透過率特性、前記フィルタ手段の透過率特性、前記撮像手段の撮影感度特性のいずれか少なくとも一つに基づく補正が含まれることを特徴とする請求項９記載の撮像装置制御方法。
【請求項１１】
前記分光制御ステップは、前記透過波長帯域を複数段に変化させた際の駆動履歴を記憶手段に記憶する駆動履歴記憶制御ステップと、
前記記憶手段に記憶された前回の駆動量及び駆動方向に基づき、今回の駆動量及び駆動方向を補正する補正ステップとを含み、
この補正ステップにより補正された駆動量及び駆動方向に基づき、前記フィルタ手段に駆動信号を入力して、前記透過波長帯域を複数段に変化させることを特徴とする請求項９又は１０記載の撮像装置制御方法。
【請求項１２】
前記分光制御ステップは、温度を検出する温度検出ステップと、
この温度検出ステップにより検出された温度に基づき、今回の駆動量及び駆動方向を補正する補正ステップとを含み、
この補正ステップにより補正された駆動量及び駆動方向に基づき、前記フィルタ手段に駆動信号を入力して、前記透過波長帯域を複数段に変化させることを特徴とする請求項９又は１０記載の撮像装置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光撮影機能を備えた撮像装置、及びこの撮像装置に用いられる撮像装置制御プログラム及び撮像装置制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のデジタルカメラにおいては、単板方式を採用するものと多板方式を採用するものとが存在する。単板方式のデジタルカメラにあっては、二次元に配列したＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等の単一の撮像素子を用い、この撮像素子にＲＧＢ原色フィルタやＣＭＹ補色フィルタなどのカラーフィルタをベイヤー（Ｂａｙｅｒ）配列して、カラー画像を撮影する。
【０００３】
多板方式のデジタルカメラにあっては複数の撮像素子を用い、撮影レンズの後部にビームスプリッタなどの被写体光の分光手段を設け、分光したＲＧＢを各撮像素子（例えば３ＣＣＤ）でカラーフィルタを介して撮像した後、合成することによりカラー画像を撮影する（例えば、非特許文献１参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、単板方式及び多板方式のいずれにおいても、透過する波長帯域がカラーフィルタの特性により撮影時点で決まってしまうので、撮影後に信号処理しても、波長帯域毎の分光画像を得ることは原理的に困難となる。
【０００５】
しかも、多板方式にあっては、複数の撮像素子が必要となるのみならず、これら複数の撮像素子の位置合わせが必要となる。
【０００６】
本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、小型でありながら、分光帯域毎に分光画像を得ることのできる撮像装置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】
【０００７】
前記課題を解決するために本発明に係る撮像装置にあっては、入力される駆動信号に応じて、被写体光の透過波長帯域を変化させるフィルタ手段と、このフィルタ手段に駆動信号を入力して、前記透過波長帯域を複数段に変化させる分光制御手段と、前記フィルタ手段の後方に配置され、該フィルタ手段が透過波長帯域を変化させる毎に撮像する単一の撮像手段と、この単一の撮像手段により撮像された複数の画像データを記録手段に記録する記録制御手段と、前記単一の撮像手段により撮像された前記複数の透過波長帯域毎の画像データを、その透過波長帯域に応じて補正し、マルチプレーン加算合成する合成手段とを備え、前記記録制御手段は、前記合成手段により合成された単一の画像データを記録手段に記録することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明に係る撮像装置制御プログラムにあっては、入力される駆動信号に応じて、被写体光の透過波長帯域を変化させるフィルタ手段と、このフィルタ手段の後方に配置された単一の撮像手段とを備える撮像装置が有するコンピュータを、前記フィルタ手段に駆動信号を入力して、前記透過波長帯域を複数段に変化させる分光制御手段と、前記フィルタ手段が透過波長帯域を変化させる毎に前記単一の撮像手段を動作させる撮像制御手段と、前記単一の撮像手段により撮像された複数の画像データを記録手段に記録する記録制御手段と、前記単一の撮像手段により撮像された前記複数の透過波長帯域毎の画像データを、その透過波長帯域に応じて補正し、マルチプレーン加算合成する合成手段として機能させ、前記記録制御手段は、前記合成手段により合成された単一の画像データを記録手段に記録することを特徴とする
【００２７】
また、本発明に係る撮像装置制御方法にあっては、入力される駆動信号に応じて、被写体光の透過波長帯域を変化させるフィルタ手段と、このフィルタ手段の後方に配置された単一の撮像手段とを備える撮像装置の制御方法であって、前記フィルタ手段に駆動信号を入力して、前記透過波長帯域を複数段に変化させる分光制御ステップと、前記フィルタ手段が透過波長帯域を変化させる毎に前記単一の撮像手段を動作させる撮像制御ステップと、前記単一の撮像手段により撮像された複数の画像データを記録手段に記録する記録制御ステップと、前記単一の撮像手段により撮像された前記複数の透過波長帯域毎の画像データを、その透過波長帯域に応じて補正し、マルチプレーン加算合成する合成ステップとを含み、前記記録制御ステップは、前記合成ステップにより合成された単一の画像データを記録手段に記録することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、小型でありながら、分光帯域毎の分光画像、つまりは複数の狭帯域の波長毎に分光画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施の形態を図に従って説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るデジタルカメラ（分光カメラ）１の回路構成を示すブロック図である。図に示すように、デジタルカメラ１は、制御回路２を有している。制御回路２には、ＣＰＵ３とこのＣＰＵ３にデータバス４を介して各々接続されたインタフェース５、音声入出力回路６、入力回路７、メモリカード・ＩＦ８、ＵＳＢコントローラ９、入出力インタフェース１０、入出力回路１１、入出力ポート１２、１３、ＨＤＤ・ＩＦ１４が設けられている。音声入出力回路６には、マイク１６がアンプ１７及びＡ／Ｄ変換器１８を介して接続されているとともに、スピーカ１９がアンプ２０及びＤ／Ａ変換器２１を介して接続されている。入力回路７には、各種操作キー、スイッチ等が設けられた操作入力部２２が接続され、メモリカード・ＩＦ８には脱着自在に設けられた画像メモリ媒体２５が接続されている。ＵＳＢコントローラ９はＵＳＢ端子２６に接続されており、入出力インタフェース１０はアンテナ２７を有する無線ＬＡＮ送受信部２８に通信コントローラ２９を介して接続されている。また、入出力回路１１には、外部トリガー端子３０がトリガー検出部３１を介して接続されている。
【００３０】
前記入出力ポート１２には、分光フィルタ駆動部３２、温度検出回路３３、焦点レンズ駆動部３４、ズーム駆動部３５、ブレ補正駆動部３６、絞り駆動部３７及びシャッタ駆動部３８が接続されているとともに、ストロボ３９がストロボ駆動回路４０を介して接続され、ＬＥＤ４１がＬＥＤ駆動回路４２を介して接続されている。前記温度検出回路３３は、分光フィルタ５９近傍の温度を検出するものである。前記入出力ポート１３には、当該デジタルカメラ１の上下方向のブレを検出する角速度センサ（Ｙ／Ｐｉｔｃｈ）４３と、上下方向のブレを検出する角速度センサ（Ｘ／Ｙａｗ）とが各々検出回路４４、４６を介して接続されている。ＨＤＤ・ＩＦ１４には、ＨＤＤ記憶装置４７が接続されている。ＨＤＤ記憶装置４７は、ディスク媒体４８を有するとともに、モータ４９、モータドライバ５０、マイコン部５１、ＶＣモータ５２、ヘッドアンプ５３、リード／ライトチャンネル＋ＣＯＤＥＣ５４、ＨＤＤ制御部５５等を有している。
【００３１】
また、制御回路２には、電池５６が電源制御部５７を介して接続され、電源制御部５７は制御回路２により制御されて各部に電池５６からの電力を供給する。さらに、前記データバス４には音声ＣＯＤＥＣ（符号器／復号器）１５、プログラムメモリ２３及びデータメモリ２４が接続されている。音声ＣＯＤＥＣ１５は、音声信号を符号化するとともに音声データを復号化する。プログラムメモリ２３は、後述するフローチャートに示す制御回路２が動作するためのプログラムを格納しており、データメモリ２４は各種データが予め格納されているとともに画像データ以外の他のデータを格納する。
【００３２】
一方、撮像光学系５８は、前記焦点レンズ駆動部３４、ズーム駆動部３５、ブレ補正駆動部３６により駆動されるレンズ群から構成され、前方光軸上には分光フィルタ５９が配置されているとともに、後方光軸上には撮像素子６０が配置されている。
【００３３】
ところで、今日においては６百万画素の解像度で６０フレーム／秒、ＶＧＡの低解像度でも３００フレーム／秒以上など、高解像度かつ高フレームレートで撮影が可能なＣＭＯＳイメージセンサが開発され、実用化されるに至っている。本実施の形態は、このような既に開発、実用化されている高解像度かつ高フレームレート撮影可能なイメージセンサの存在を前提として、このイメージセンサを撮像素子６０として用いるものである。また、撮像光学系５８中には、前記絞り駆動部３７により駆動される絞り６１及び前記シャッタ駆動部３８により駆動されるシャッタ６２が介挿されている。
【００３４】
前記撮像素子６０は、並列読み出しなどの前記高フレームレートでの撮影を行うための高速読み出しが可能なものであるが、一般的な撮像素子とは異なり、画素毎のベイヤー配列のＲＧＢカラーフィルター等は設けられていない。この撮像素子６０は、イメージセンサ部６３、水平走査部６４、垂直走査部６５、Ｐ／Ｓ変換部６６を有している。水平走査部６４は、信号読み出し、信号処理部、ＣＤＳ（相関二重サンプル回路）／ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）を備えている。この撮像素子６０には、ＤＳＰ部６７が接続されている。ＤＳＰ部６７には、撮像素子６０のＰ／Ｓ変換部６６から取り込んだ画像信号を処理するためのＳ／Ｐ変換部６８、前処理部６９、バッファメモリ（Ａ）７０、帯域別信号処理部７１、マルチプレーン加算回路７２、ＲＧＢ変換部７３、階調変換ガンマ補正部７４、カラーマトリクス回路７５、解像度変換部７６を備えているとともに、前記垂直走査部６５の周期を制御するためのコントローラ７７や、画像特徴抽出処理・画像認識処理部７８、測光処理／合焦検出／分光特性抽出処理部７９を備えている。
【００３５】
前記解像度変換部７６、画像特徴抽出処理・画像認識処理部７８、測光処理／合焦検出／分光特性抽出処理部７９は、画像データバス８０を介してバッファメモリ（Ｂ）８１、画像ＣＯＤＥＣ（符号器／復号器）８２、動画像ＣＯＤＥＣ（符号器／復号器）８３及び表示駆動回路８４に接続され、画像データバス８０は前記制御回路２のインタフェース５に接続されている。バッファメモリ（Ｂ）８１は、画像ＣＯＤＥＣ８２及び動画像ＣＯＤＥＣ８３が符号化及び復号化処理する際の画像データを一時的に格納し、表示駆動回路８４は、ＬＣＤからなる表示部８５を駆動する。
前記分光フィルタ５９は、狭帯域の透過波長特性を持つフィルタである。この狭帯域の透過波長特性を持つフィルタとしては、後述するリオ（Ｌｙｏｔ）フィルタや、ファブリペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）干渉フィルタ等がある。また、ＬＣＴＦ（液晶チューナブルフィルタ）やＬＣＦＰ（液晶ファブリペロー）エタロンなどの電子制御可能なフィルタも用いることができる。
【００３６】
図２及び図３は、本実施の形態における撮影制御の処理手順を示す一連のフローチャートである。本実施の形態は、分光撮影モードとして、所定の波長帯域の「分光画像の単写モード」と、複数の波長帯域に渡って、順次波長帯域を切り替えながら複数枚の分光画像を高速速写する「分光画像の高速速写モード」、及び可視光の全波長領域など、複数の波長帯域に渡って、順次波長帯域を切り替えながら高速速写するとともに、各分光画像をマルチプレーン加算合成して、通常のＲＧＢデータやＹＵＶデータなど広帯域のカラー画像信号に変換して保存記録できる「分光画像の連写合成撮影モード」とを備える。そして、「分光画像の連写合成撮影モード」では、各分光撮影時の波長帯域毎のフィルタやレンズの透過率、撮像素子の撮影感度など、分光撮影特性のバラツキの補正処理を行ってから、加算合成やＲＧＢデータなどへの変換処理を行うようにしたものである。
【００３７】
制御回路２はプログラムメモリ２３に格納されているプログラムに基づき、このフローチャートに示すような処理を実行する。先ず、ユーザーによる操作入力部２２での操作に応じて、撮影モードを選択するとともに、撮影条件等を選択する（ステップＳ１）。次に、この選択された撮影モードが分光撮影モードであるか否かを判断し（ステップＳ２）、分光撮影モードでない場合にはその他のモード処理に移行する（ステップＳ３）。
【００３８】
分光撮影モードであった場合には、ユーザーによる操作入力部２２での操作に応じて、スルー映像の波長帯域、撮影波長帯域をそれぞれ選択する（ステップＳ４）。ここで、スルー映像の波長帯域とは、表示部８５に表示させるスルー画像の波長帯域であり、撮影波長帯域とは、分光撮影モードにおいて後述する「分光画像の単写」が選択されている場合において記録する画像の波長帯域である。
【００３９】
引き続き、電子制御フィルタ（分光フィルタ５９）を前記ステップＳ４で選択されたスルー映像用の波長帯域に設定して、この選択帯域のスルー映像を表示部８５に表示させる処理を実行する（ステップＳ５）。このステップＳ５の詳細については、図６に示すフローチャートに従って後述する。
【００４０】
次に、ズーム処理、ＡＦ処理等を実行する（ステップＳ６）。このステップＳ６の処理に際しては、図４に示すように、ユーザーが操作入力部２２により選択したズーム枠８５１の被写体にＡＦ処理やＡＥ処理を実行する。引き続き、操作入力部２２に設けられているレリーズ釦が押下された否かを判断し（ステップＳ７）、押下されなかった場合には、その他のキー処理を実行する（ステップＳ８）。レリーズ釦が押下された場合には、測光処理を実行し、これによりえられた測光値と前記ステップＳ１で選択された撮影条件に応じて、露出条件（絞り、露出時間ｔ）を設定する（ステップＳ９）。
【００４１】
また、前記ステップＳ１で選択された撮影条件等が分光画像の連写合成撮影であるか否かを判断し（ステップＳ１０）、分光画像の連写合成撮影でない場合には、後述する図３のステップＳ２３に進む。分光画像の連写合成撮影である場合には、撮像素子６０とＤＳＰ部６７を高速連写＆マルチプレーン加算モードに設定する（ステップＳ１１）。
【００４２】
次に、撮影条件に応じて、透過波長帯域の数（ｎ）と各露出時間（ｔ／ｎ）を再設定する（ステップＳ１２）。つまり、１枚の撮影画像をｎ個の透過波長帯域毎に、前記ステップＳ９で設定された露出時間（ｔ）内において、露出及び撮影処理を行うと、透過波長帯域毎の露出時間は「ｔ／ｎ」となるので、この露出時間（ｔ／ｎ）と透過波長帯域の数（ｎ）とを設定する。
【００４３】
次に、透過波長帯域の数（ｎ）に分割された画像の波長帯域において、最初の波長帯域（λｉ＝λ１）を選択する（ステップＳ１３）。この最初の波長帯域（λｉ＝λ１）は、波長が最も短い帯域側でもよいし、最も長い帯域側でもよい。そして、電子制御フィルタ（分光フィルタ５９）に、所定の駆動信号を加えて、透過波長帯域を前記ステップＳ１３で選択した波長帯域λ１に設定する（ステップＳ１４）。引き続き、露出＆撮影処理を実行して、イメージセンサ部６３からの画像データをバッファメモリ（Ａ）７０に記憶する（ステップＳ１５）。したがって、このステップＳ１５での処理により、バッファメモリ（Ａ）７０には分光フィルタ５９を透過した波長帯域λｉからなる分光画像データが記憶されることとなる。
【００４４】
次に、前記ステップＳ１２で再設定された各露出時間（ｔ／ｎ）が経過したか否かを判断し（ステップＳ１６）、経過したならば次のステップＳ１７に進む。したがって、ステップＳ１４〜Ｓ２２のループは、各露出時間（ｔ／ｎ）毎に繰り返される。そして、ステップＳ１６に続くステップＳ１７では、前記ステップＳ１５で撮影されてバッファメモリ（Ａ）７０に記憶された分光画像データを、該バッファメモリ（Ａ）７０から読み出す（ステップＳ１７）。
【００４５】
引き続き、この読み出した分光画像データを、波長帯域（λｉ）毎に、透過率Ｔ（λｉ）、感度Ｓ（λｉ）などを補正する（ステップＳ１８）。また、各画素の輝度値Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）に等色関数を乗算して、Ｒ，Ｇ，Ｂデータに変換する（ステップＳ１９）。さらに、撮影された各波長帯の分光画像の各画素のＲ，Ｇ，Ｂデータをマルチプレーン加算合成して、バッファメモリ（Ｂ）８１に記憶する（ステップＳ２０）。したがって、バッファメモリ（Ｂ）８１には、ｔ／ｎ毎に撮影された分光画像の各画素のＲ，Ｇ，Ｂデータをマルチプレーン加算合成した合成画像が更新されつつ記憶される。
【００４６】
なお、ステップＳ１７〜Ｓ２０の処理内容については詳細に後述する。
【００４７】
次に、帯域数ｎ枚の分光画像を撮影済みか否か、つまりｉ≧ｎとなったか否かを判断する（ステップＳ２１）。ｉ≧ｎとなっておらず、帯域数ｎ枚の分光画像を撮影済みでない場合には、ｉをインクリメントして（ｉ＝ｉ＋１）、このｉの値により示される次の波長帯域（λｉ）を選択し（ステップＳ２２）、ステップＳ１４からの処理を繰り返す。したがって、ステップＳ１４〜Ｓ２１の処理は、ｔ／ｎのタイミングでｎ回繰り返され、ｎ回繰り返されると、ステップＳ２１の判断がＹＥＳとなって、ステップＳ２１から図３のステップＳ４５に進む。また、ステップＳ２０の処理がｎ回繰り返されることにより、バッファメモリ（Ｂ）８１には、ｎ個の各波長帯の分光画像の各画素のＲ，Ｇ，Ｂデータがマルチプレーン加算合成された単一の合成画像が記憶されることとなる。
【００４８】
一方、前記ステップＳ１０での判断の結果、分光画像の連写合成撮影が選択されていない場合には、ステップＳ１０から図３のステップＳ２３に進み、分光画像の高速連写が選択されているか否かを判断する。分光画像の高速連写が選択されていない場合には、後述するステップＳ３６に進む。分光画像の高速連写が選択されている場合には、撮像素子６０とＤＳＰ部６７を高速連写モード（加算なし）に設定する（ステップＳ２４）。
【００４９】
次に、ユーザーによる操作入力部２２での操作に応じて、連写枚数又は透過波長帯域の数（ｎ）を設定する（ステップＳ２５）。引き続き、透過波長帯域の数（ｎ）に分割された画像の波長帯域において、最初の波長帯域（λｉ＝λ１）を選択する（ステップＳ２６）。この最初の波長帯域（λｉ＝λ１）は、波長が最も短い帯域側でもよいし、最も長い帯域側でもよい。そして、電子制御フィルタ（分光フィルタ５９）に、所定の駆動信号を加えて、透過波長帯域を前記ステップＳ２６で選択した波長帯域λ１に設定する（ステップＳ２７）。引き続き、露出＆撮影処理を実行して、イメージセンサ部６３からの画像データをバッファメモリ（Ａ）７０に記憶する（ステップＳ２８）。したがって、このステップＳ２８での処理により、バッファメモリ（Ａ）７０には分光フィルタ５９を透過した波長帯域λｉからなる分光画像データが記憶されることとなる。
【００５０】
次に、各露出時間ｔ／ｎが経過したか否かを判断し（ステップＳ２９）、経過したならば次のステップＳ３０に進む。したがって、ステップＳ２７〜Ｓ３５のループは、各露出時間（ｔ／ｎ）毎に繰り返される。そして、ステップＳ２９に続くステップＳ３０では、前記ステップＳ２８で撮影されてバッファメモリ（Ａ）７０に記憶された分光画像データを、該バッファメモリ（Ａ）７０から読み出す（ステップＳ３０）。
【００５１】
引き続き、この読み出した分光画像データを、波長帯域（λｉ）毎に、透過率Ｔ（λｉ）、感度Ｓ（λｉ）などを補正する（ステップＳ３１）。また、各画素の輝度値Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）に等色関数を乗算して、Ｒ，Ｇ，Ｂデータに変換する（ステップＳ３２）。さらに、補正及び変換された各波長帯の分光画像を順次バッファメモリ（Ｂ）８１に記憶する（ステップＳ３３）。したがって、バッファメモリ（Ｂ）８１には、ｔ／ｎ毎に撮影された各波長帯の分光画像が順次記憶される。
【００５２】
なお、ステップＳ３０〜Ｓ３３の処理内容については詳細に後述する。
【００５３】
次に、帯域数ｎ枚の分光画像を撮影済みか否か、つまりｉ≧ｎとなったか否かを判断する（ステップＳ３４）。ｉ≧ｎとなっておらず、帯域数ｎ枚の分光画像を撮影済みでない場合には、ｉをインクリメントして（ｉ＝ｉ＋１）、このｉの値により示される次の波長帯域（λｉ）を選択し（ステップＳ３５）、ステップＳ２７からの処理を繰り返す。したがって、ステップＳ２７〜Ｓ３４の処理は、ｔ／ｎのタイミングでｎ回繰り返され、ｎ回繰り返されると、ステップＳ２１の判断がＹＥＳとなって、ステップＳ３４から後述するステップＳ４５に進む。また、ステップＳ２０の処理がｎ回繰り返されることにより、バッファメモリ（Ｂ）８１には、ｎ個の各波長帯の分光画像が記憶されることとなる。
【００５４】
他方、ステップＳ２３の判断がＮＯである場合には、分光画像の単写が選択されている。この場合には、ステップＳ２３からステップＳ３６に進み、撮像素子６０とＤＳＰ部６７を単写モード（加算なし）に設定する（ステップＳ３６）。次に、ユーザーによる操作入力部２２での操作により設定された波長帯域（λｉ）を選択し（ステップＳ３７）、電子制御フィルタ（分光フィルタ５９）に、所定の駆動信号を加えて、透過波長帯域を前記ステップＳ３７で選択した波長帯域λ１に設定する（ステップＳ３８）。引き続き、露出＆撮影処理を実行して、イメージセンサ部６３からの画像データをバッファメモリ（Ａ）７０に記憶する（ステップＳ３９）。したがって、このステップＳ３９での処理により、バッファメモリ（Ａ）７０には分光フィルタ５９を透過した波長帯域λｉからなる分光画像データが記憶されることとなる。
【００５５】
次に、前記ステップＳ９で設定された露出時間ｔが経過したか否かを判断し（ステップＳ４０）、経過したならば前記ステップＳ３９で撮影されてバッファメモリ（Ａ）７０に記憶された分光画像データを、該バッファメモリ（Ａ）７０から読み出す（ステップＳ４１）。引き続き、この読み出した分光画像データを、波長帯域（λｉ）毎に、透過率Ｔ（λｉ）、感度Ｓ（λｉ）などを補正する（ステップＳ４２）。また、各画素の輝度値Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）に等色関数を乗算して、Ｒ，Ｇ，Ｂデータに変換する（ステップＳ４３）。さらに、補正及び変換された各波長帯の分光画像を順次バッファメモリ（Ｂ）８１に記憶する（ステップＳ４４）。したがって、バッファメモリ（Ｂ）８１には、ユーザーにより設定された波長帯域（λ１）である単一の分光画像が記憶される。
【００５６】
そして、図２のステップＳ２１、及び図３のステップＳ３４又はステップＳ４４のいずれかに続くステップＳ４５においては、バッファメモリ（Ｂ）８１記憶されている撮影画像データの圧縮及び符号化処理を実行する。さらに、この圧縮及び符号化処理した撮影画像データを画像メモリ媒体２５に保存記録し（ステップＳ４６）、この画像メモリ媒体２５に保存記録した撮影画像データに基づく画像を表示部８５にプレビュー表示する（ステップＳ４７）。
【００５７】
したがって、分光画像の連写合成撮影モードが選択された場合には、撮影された各波長帯の分光画像の各画素のＲ，Ｇ，Ｂデータをマルチプレーン加算合成して生成された単一の画像が画像メモリ媒体２５に記録されるとともに、プレビュー表示される。また、分光画像の高速連写モードが選択された場合には、各波長帯域で撮影された複数（ｎ枚）の分光画像が画像メモリ媒体２５に記録されるとともに、これら複数の分光画像がプレビュー表示される。また、分光画像の単写モードが選択された場合には、ユーザーにより選択された波長帯域である単一の分光画像が画像メモリ媒体２５に記録されるとともに、この単一の分光画像がプレビュー表示されることとなる。
よって、小型でありながら、高分解能でのカラー撮影を可能にし、さらに狭帯域の波長毎に分光画像を得ることもできる。
【００５８】
すなわち、図４に示すように、（Ａ）風景と人物（昼光）を撮影した場合において、可視光領域で、特定の波長帯を選択して分光撮影を行った場合には、当該選択領域の分光画像を記録することができ、順次透過波長を切り替えて、分光撮影を行った場合には、分光画像を多重合成した広帯域画像を記録することができる。また、（Ｂ）夜景を撮影した場合において、近紫外〜可視光領域〜近赤外光領域で、特定の波長帯を選択して分光撮影を行った場合には、当該選択領域の分光画像を記録することができ、順次透過波長を切り替えて、分光撮影を行った場合には、分光画像を多重合成した広帯域画像を記録することができる。また、（Ｃ）赤外線撮影を行うべく、赤〜近赤外領域で、特定の波長帯を選択して分光撮影を行った場合には、赤〜近赤外領域の分光画像を多重合成し、疑似カラーに変換して記録することができる。
【００５９】
さらに、図５に示すように、近紫外〜可視光〜近赤外領域で、特定の波長帯を選択して分光撮影を行った場合には、選択領域の分光画像、又は分光画像を合成した広帯域画像、若しくは疑似カラー画像を記録することができる。
【００６０】
図６は、前記ステップＳ５の詳細であって、本実施の形態における分光スルー画像の表示処理手順を示すフローチャートである。制御回路２はプログラムメモリ２３に格納されているプログラムに基づき、このフローチャートに示すような処理を実行する。先ず、ユーザーによる操作入力部２２での操作に応じて、スルー映像表示の波長帯域（λｉ）を選択して設定する（ステップＳ１０１）。このスルー映像表示の波長帯域（λｉ）は、単数であってもよいし複数であってもよい。次に、撮像素子６０とＤＳＰ部６７を、高速ドラフトモード又はスルー画像表示（モニタリング）用高速読み出しモードに設定する（ステップＳ１０２）。また、スルー表示の波長帯域の数（ｎ）と表示更新周期（Ｔｄ）に応じて、読み出し更新周期（Ｔｒ）を設定する（ステップＳ１０３）。この読み出し周期（Ｔｒ）は、Ｔｒ≦Ｔｄ×（１／ｎ）となる値である。次に、透過波長帯域の数（ｎ）に分割された画像の波長帯域において、最初の波長帯域（λｉ＝λ１）を選択する（ステップＳ１０４）。この最初の波長帯域（λｉ＝λ１）は、波長が最も短い帯域側でもよいし、最も長い帯域側でもよい。
【００６１】
そして、電子制御フィルタ（分光フィルタ５９）に、所定の駆動信号を加えて、透過波長帯域を前記ステップＳ１３で選択した波長帯域λ１に設定する（ステップＳ１０５）。引き続き、高速ドラフトモード又はスルー映像読み出しモードで撮像素子６０を駆動する（ステップＳ１０６）。そして、設定された読み出し周期時間（Ｔｒ）が経過したか否かを判断し（ステップＳ１０７）、経過したならば次のステップＳ１０８に進む。したがって、ステップＳ１０５〜Ｓ００５のループは、読み出し周期（Ｔｒ）毎に繰り返される。そして、ステップＳ１０７に続くステップＳ１０８では、透過波長帯域（λｉ）のスルー映像信号（ｘｙ；λｉ）をバッファメモリ（Ａ）７０に読み出す（ステップＳ１０８）。
【００６２】
引き続き、波長帯域（λｉ）毎に、レンズやフィルタの透過率Ｔ（λｉ）、撮像素子の感度Ｓ（λ）などの分光特性のバラツキを補正する（ステップＳ１０９）。この補正は、下記例次式により行う。
Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）＝Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）×｛Ｔ０（λｉ）／Ｔ（λｉ）｝×｛Ｓ０（λｉ）／Ｓ（λｉ）｝
又は、
Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）＝Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）×｛１／Ｔ（λｉ）｝×｛１／Ｓ（λｉ）｝
ここで
Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）：輝度信号
Ｔ（λｉ）：帯域毎の撮影レンズや干渉フィルタ等の分光透過率
Ｓ（λｉ）：撮像センサの分光撮像感度
Ｔ０（λｉ）：理想の分光特性（透過率１００％）や標準の分光透過率
Ｓ０（λｊ）：理想の分光感度や標準の分光感度。
【００６３】
次に、疑似カラー表示に設定されているか否かを判断する（ステップＳ１１０）。疑似カラー表示に設定されている場合には、各画素の輝度値Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）に、設定された疑似カラー変換関数ｒ′（λｉ）、ｇ′（λｉ）、ｂ′（λｉ）を乗算して、下記式に示すように、擬似的に３刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂを得る（ステップＳ１１１）。
Ｒｉ（ｘ、ｙ）＝ｒ′（λｉ）・Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）、
Ｇｉ（ｘ、ｙ）＝ｇ′（λｉ）・Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）、
Ｂｉ（ｘ、ｙ）＝ｂ′（λｉ）・Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）。
【００６４】
また、疑似カラー表示が設定されておらず、リアルカラー表示が設定されている場合には、各画素の輝度値Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）に、等色関数ｒ￣（λｉ）、ｇ￣（λｉ）、ｂ￣（λｉ）を乗算して、下記式に示すように３刺激値Ｒ，Ｇ，Ｂを得る（ステップＳ１１２）。
Ｒｉ（ｘ、ｙ）＝ｒ￣（λｉ）・Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）、
Ｇｉ（ｘ、ｙ）＝ｇ￣（λｉ）・Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）、
Ｂｉ（ｘ、ｙ）＝ｂ￣（λｉ）・Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）。
【００６５】
そして、ステップＳ１１１又はステップＳ１１２に続くステップＳ１１３では、各波長帯の分光画像の各画素のＲ，Ｇ，Ｂを下記式に示すように順次加算して、バッファメモリ（Ｂ）８１に記憶する（ステップＳ１１３）。
Ｒ（ｘ，ｙ）＝ΣｉＲｉ（ｘ，ｙ）、
Ｇ（ｘ，ｙ）＝ΣｉＧｉ（ｘ，ｙ）、
Ｂ（ｘ，ｙ）＝ΣｉＢｉ（ｘ，ｙ）。
したがって、バッファメモリ（Ｂ）８１には、読み出し周期時間（Ｔｒ）毎に、各波長帯の分光画像の各画素のＲ，Ｇ，Ｂが順次加算されて更新されていく。
【００６６】
つまり、従来のモザイク状のＲＧＢカラーフィルタ設けた３色カラー撮像素子の場合のマルチプレーン加算処理では、各連写画像のＢａｙａｒ配列データのうち、輝度成分や解像感をよく反映するＧ（緑）画像の相関度を求めて位置合わせを行い、またＢａｙｅｒ配列データでは欠けている縦、横、斜め画素の補間処理を行い、フル画素のＧ（緑）データを生成する。Ｒ（赤）、Ｂ（青）データは、Ｇ（緑）データの位置合わせ結果に準じて、位置合わせとラー補間処理を行い、フルサイズのＲＧＢデータに変換する。これに対して、本実施の形態のデジタルカメラ１におけるマルチプレーン加算回路７２は、図７に示すように、速写撮像した波長帯域毎の分光画像Ｖを、分光特性バラツキなどを補正した後、全波長領域に渡って、マルチプレーン加算合成、ＲＧＢやＹＵＶなど通常の広帯域カラー画像データに変換することができる。
【００６７】
次に、帯域数ｎ枚の分光画像を撮影済みか否か、つまりｉ≧ｎとなったか否か、又は設定された表示更新周期（Ｔｄ）が経過したか否かを判断する（ステップＳ１１４）。ｉ≧ｎとなっておらず、又は表示更新周期（Ｔｄ）が経過していなければ、ｉをインクリメントして（ｉ＝ｉ＋１）、このｉの値により示される次の波長帯域（λｉ）を選択し（ステップＳ１１５）、ステップＳ１０５からの処理を繰り返す。したがって、ステップＳ１０５〜Ｓ１１４の処理は、ｎ回又は表示更新周期（Ｔｄ）が経過するまで繰り返される。
【００６８】
そして、ステップＳ１１４の判断がＹＥＳになると、ＲＧＢ変換されたスルー映像信号を階調変換、ガンマ補正、色マトリクス処理など信号処理する（ステップＳ１１７）。さらに、この信号処理したスルー映像信号を表示部８５に出力した後（ステップＳ１１７）、以上の処理を繰り返す。
【００６９】
したがって、ユーザーが操作により、（単数又は複数の）狭帯域の波長帯域、あるいは、可視光（波長：約４００〜７００ｎｍ）だけでなく、近赤外線（波長：約７００ｎｍ〜２５００ｎｍ）や、近紫外線（波長：約２００〜４００ｎｍ）なども含む領域を選択すると、ａ）スルー映像表示中には、選択帯域における分光画像の連続映像が表示部８５に表示される。このとき、近赤外や近紫外など可視光領域外の帯域が選択されている場合には、これら帯域成分が含まれる映像信号を、可視光領域側にシフト変換するか、若しくは、ＲＧＢ変換式を変更して、所望の色データに変換して、擬似カラー表示を行い、撮影ユーザーが暗所における被写体や構図の確認が容易にできるようにする。
【００７０】
これにより、可視光では観察しにくいシーンや夜間などでも、ユーザーが観察しやすい所望の波長帯を選択して、被写体像を観察しながら、分光撮影又は通常撮影ができるので、被写体を容易にまた確実に狙ったり、追従撮影したりすることができる。
【００７１】
すなわち、図８に示すように、（Ａ）風景と人物（昼光）を撮影する場合において、可視光領域で、透過波長帯域を順次切り替えてスルー撮像した場合には、選択領域の分光画像を多重合成し、リアルカラー（又は疑似カラー）でスルー映像が表示されることとなる。また、（Ｂ）夜景を撮影する場合において、近紫外〜可視光領域〜近赤外領域で、透過波長帯域を順次切り替えてスルー撮像した場合には、（近赤外を含む）選択領域の分光画像を多重合成し、リアルカラー（又は疑似カラー）でスルー映像が表示されることとなる。また、（Ｃ）赤外線撮影する場合において、赤色〜近赤外領域で、透過波長帯域を順次切り替えてスルー撮像した場合には、赤〜近赤外領域の分光画像を多重合成し、帯域をシフトして、所望の疑似カラーに変換して、スルー映像が表示されることとなる。
【００７２】
さらに、図９に示すように、モンシロチョウの♂（オス）と♀（メス）とでは、人間の眼や可視光映像では、同じような色に見えるので識別は難しいが、紫外線映像では、モンシロチョウの♂（オス）は、長波長紫外線を吸収して黒く見えるので、明るい色め♀（メス）とは容易に区別できる。したがって、近紫外〜可視光〜近赤外領域で、透過波長帯域を順次切り替えてスルー撮像した場合には、モンシロチョウの♂（オス）と♀（メス）と識別できる形態でスルー映像が表示されることとなる。同様に、ヒマワリ（キク科）やコマツヨイグサ（アカバナ科）、菜の花（アブラナ科）などの花では、肉眼や可視光映像では識別できないが、紫外線映像では、舌状花の基部などが、外側の部分と比べて暗く見えたり、可視光では同じような色に見え葯と柱頭も、紫外線画像では、葯の方がずっと暗く見えたりするなど、様変わりした姿が観察でき、あたかも、蝶や蜂など他の生物がどのように草花を見ているか、識別しているのか等を実感できるような特殊画像も、本実施の形態に係るデジタルカメラ１で簡単に撮影することができる。
【００７３】
次に、本実施の形態における構成上の詳細、動作及び作用上の詳細について説明する。
［分光フィルタ５９］
前記分光フィルタ５９としては、狭帯域の透過波長特性を持つフィルタを用いる。この狭帯域の透過波長特性を持つフィルタとしては、リオ（Ｌｙｏｔ）フィルタや、ファブリペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）干渉フィルタ等がある。また、ＬＣＴＦ（液晶チューナブルフィルタ）やＬＣＦＰ（液晶ファブリペロー）エタロンなどの電子制御可能なフィルタも用いることができる。
【００７４】
（１）リオ・フィルタ
リオ・フィルタ（ＬｙｏｔＦｉｌｔｅｒ）は、複屈折性の結晶板による干渉を利用し、非常に狭い波長の光を透過する光学フィルタであって、２枚の平行な偏光板の間に、方解石や水晶など複屈折性（ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）の結晶板を配したものである。複屈折性の結晶板（厚さｄ）を透過した光は、互いに垂直な振動方向の通常光と異常光の２光線に分離し、それぞれ異なる屈折率と位相速度を持つ。結晶のＸ軸方向に直線偏光した光に対して屈折率Ｎｅ、Ｙ軸方向に直線偏光した光に対して屈折率Ｎｏの場合、
位相差δは、δ＝（２π／λ）（Ｎｅ−Ｎｏ）ｄ・・・式（１）
透過率Ｔは、Ｔ＝ｃｏｓ２δ／２・・・式（２）
となり、分離した通常光と異常光は、同じ偏光状態で光路長の整数倍に等しい波長の光だけが、結晶板から出射される。２枚の平行な偏光板の間に、結晶板を４５度回転させて配すると、全体の波長特性は、周期的に多数の透過ピークがある櫛歯状の透過波長特性となる。結晶板の角度をモータ等で回転させることにより、透過波長のピークを変えて、フィルタ特性をチューニングできる。
【００７５】
また、複数Ｎ枚の結晶板を、順次、次の結晶板より厚さｄが２倍となるように、ｄｋ＝２ｋ−１×ｄ（ｋ＝１、２・・・、Ｎ−１）として積層すると、透過波長の多数のピークから所望波長の光だけ選択できる。多層フィルタによる全体の透過率は、ｘ＝δ／２とおくと、次式となる。
Ｔ＝Ｔ１Ｔ２Ｔ３・・・ＴＮ−１＝ｃｏｓ２×（２ｘ）ｃｏｓ２（４ｘ）・・・ｃｏｓ２（２Ｎ−１ｘ）・・・式（３）
【００７６】
（２）ファフリー・ペロー干渉フィルタ
ファブリ・ペロー干渉フィルタ（Ｆａｂｒｙ−ＰｅｒｏｔＦｉｌｔｅｒ、Ｆａｂｒｙ−ＰｅｒｏｔＥｔａｌｏｎ）は、多重反射光線の干渉効果を利用して、狭い波長城の光だけを透過する。水晶の平行平板の両面、若しくは、２枚のガラス板の内面に、金属薄膜や誘電体多層薄膜など反射膜をコートした単純な構造で、各種光学機器に広く利用されている。反射膜（半透鏡）を透過して内部に入射された光線は、２枚の面の間を多重反射する。透過光の波面は、その内、偶数回の反射を受けた後に透過する各成分波面の重畳となる。
位相差δ＝（２π／λ）２ｎｄｃｏｓθ＝４πｎｄｃｏｓθ／λ・・・式（４）
入射光Ｉｉｎに対し、透過光Ｉｔは、Ｉｔ＝Ｉｉｎ×（１−Ｒ２／｛（１−Ｒ）２＋４Ｒｓｉｎ２（δ）｝となるので、
透過率Ｔ＝（１−Ｒ）２／｛（１−Ｒ）２＋４Ｒｓｉｎ２（δ）・・・式（５）
ここで、δ：位相差、λ：波長、θ：入射角、ｄ：ミラー間の物理的間隔、ｎ：媒質の屈折率（空気の場合ｎ＝１）、Ｒ：ミラーの反射率。
【００７７】
各成分波面間に位相差がないとき透過光が最大になり、このとき光学距離の差は、波長λの整数倍になる。ｍλ＝２ｎｄｃｏｓθ、（ｍ＝１，２，３，・・・）・・・式（６）
このとき、他の波長では、各透過成分波面間で打ち消し合いの干渉が起こり、透過光がゼロ近くまで減少する。ミラーは、可視光ではＡｇ、Ａｕ、ＡＩ、Ｃｒ、Ｒｈなどを蒸着した金属膜コーティングでも可能だが、吸収ロスが大きいために、主に、多層の誘電体薄膜等が用いられる。可視光域では、高屈折率のＨ膜（ＺｎＳ等）と低屈折率のＬ膜（ＭｇＦ２等）を、λ／４厚づつ交互に１３層重ねた誘電体多層膜で、９９．５％程度の反射率が得られる。
【００７８】
ミラーの間隔ｄは、数ミクロン（μｍ）〜数センチ（ｃｍ）まで様々に設計でき、この間隔ｄ、若しくは、媒質の屈折率ｎを変えることで、透過する波長を選択できる。また、フィルタの傾きを調整することで波長特性を微調整できる。プリズムや回折格子に比べ、分解能が非常に高く、偏光板を使用するリオ・フィルタ等に比べ、透過率が高く、吸収が少ない。隣のピーク波長との間隔ＦＳＲ（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）を、最小帯域幅となる透過ピークの半値全幅ＦＷＨＭ（Ｆｕ１１  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）で割った値は、フィネス（Ｆｉｎｅｓｓｅ）と呼ばれ、フィルタ性能をあらわす。
フィネスＦ＝ＦＳＲ／ＦＷＨＭ＝Δλ／δλ＝π√Ｒ／（１−Ｒ）・・・式（７）
【００７９】
ここで、フリースペクトラルレンジＦＳＲ＝Δλ＝δλ＝λｏ２／（２ｎｄ）・・・式（８）
ピーク波長の半値全幅ＦＷＨＭ＝δλ＝ＦＳＲ／Ｆ・・・式（９）
鏡面の反射率Ｒを上げるほど、フィネスＦが高くなり、波長分解能であるＦＷＨＭ＝δλを狭くし、透過ピークを鋭くすることができる。
また、入射角θで入射する波長λの透過光の強度Iｔ（θ，λ）は、次式で表される。
Iｔ（θ，λ）＝Ｉｏ（λ）／［１＋｛４Ｒ／（１−Ｒ）２｝ｓｉｎ２（２πでｎｄ・ｃｏｓθ／λ）］＝Ｉｏ（λ）／｛１＋（Ｆ／π）２ｓｉｎ２（δ／２）｝・・・式（１０）
ここで、Iｏ（λ）は、同心円状の干渉パターン（Ｈａｄｉｎｇｅｒ ｆｒｉｎｇｅ）の中心での透過光強度。
【００８０】
光源が単色性（単一波長）ならば、エタロンは特定の条件を満たす入射角でのみ、光を透過させる。このため単色球面波を入射させると、同心円状の円環（干渉パターン）を生成する。なお、ファブリ・ペロー・エタロン（固定間隔のものはエタロン板と呼ばれる）をフィルタとして用いる際には、入射角θが、最も内側の干渉リング（円環）に相当する入射角よりも小さくなるよう、次式の視野角ＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ）を制限する必要がある。
視野角ＦＯＶ＝√｛（８／λ）Ｘδλ｝・・・式（１１）
【００８１】
（３）電子制御可能な干渉フィルタ
前述のリオ・フィルタや、ファブリ・ペロー・フィルタに、液晶素子や電気光学結晶などの複屈折性要素を挿入して組み合わせると、透過波長特性を電子的に可変できる狭帯域フィルタを構成でき、選択された所望の波長帯域で分光撮影ができる。
【００８２】
液晶同調フィルタ（ＬＣＴＦ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）は、前述のリオ・フィルタの各層において、入力偏光子と出力偏光子の２枚の偏光子の間に、複屈折性結晶板と液晶素子とを挟んでサンドイッチ構造とし、複数段積層したものである。入射光は、入力偏光子を通り、次に、偏光子の偏光輪に対し結晶軸が４５度に設置された複屈折結晶板により、それぞれ位相速度の異なった常光、異常光の２成分に等量に分割される。液晶分子の長輪方向と短輪方向での屈折率の違いにより、長輪方向に偏光している光と、直交する偏光方向の光との間には光路長差（Δ１φ＝２πΔｚ／λ）が生じる。液晶素子の電極間にかける電圧を変化させると、液晶分子の長輪方向が傾くので光路長差が小さくなる。液晶素子に加える電圧（Ｖ）により、液晶の結晶軸の一方の屈折係数が変化するので、一方の光は他方の光に比べ遅延する。このように、液晶素子は遅相器として働き、液晶素子を出た２つの成分は出力偏光子で合成されるが、干渉により波長に関して周期的な透過特性となる。
【００８３】
これらを１段として、次々に、複屈折結晶板の厚さが前段の２倍になるようにして複数段重ねることで、入射光の最終的な透過特性を狭帯域にすることができる。したがって、リオ・フィルタのように結晶板を回転させる代りに、各層に挿入した液晶素子の透明電極間に印加する電圧を変えるだけで、各層の選択波長を連続して高速で可変して、その組合せにより、全ての層を透過する所望波長の光だけを選択的に透過させ、ＣＣＤなどで撮像すると、狭帯域の分光カメラが実現できる。
【００８４】
（４）ＬＣＴＦの透過波長の選択
所望の波長において、全フィルタにおける透過率のピークを揃えるためには、液晶にかけるＡＣ（交流）若しくは直流（ＤＣ）矩形波の電圧を調整して、所望の狭帯域波長に各フィルタの透過率ピークを合わせる必要がある。
各層フィルタの各電圧における分光透過率の特性データ、又は各波長（λｉ）に調整する為に各層の液晶素子にかける電圧データを、参照テーブル（ＬＵＴ）として予めメモリに記憶しておき、制御回路２では、それらを参照してフィルタの選択特性を自動調整できるように制御すればよい。
【００８５】
なお、積層型のＬＣＴＦで、不要な方向の偏光を遮断する為に、液晶と結晶板の両側に偏光板が必要である。また、選択波長の帯域を５〜１０ｎｍ程度の狭帯域だけの光で撮像して分光画像を得る為には、フィルタ層の数、すなわち、結晶板と液晶層の数を増やして、同時に透過する波長を分離する必要があり、偏光板の数が増えるので透過率が落ちる。特に短波長側（紫〜紫外線側）では透過率がかなり低下する（暗くなる）難点がある。中心部と周辺部とでも透過率が変わり、一様ではない。また、ＬＣＴＦでは、液晶の立ち上がり時間や、波長特性の切り替え処理や調整処理に時間がかかると、高速撮影が制限される。例えば、可視光領域の４００〜７００ｎｍを波長間隔１０ｎｍ毎に撮影する場合、３１枚撮影する必要があり、液晶の立ち上がり時間や波長の切り替えに約５０ｍｓ以上かかるとすると、露出条件などが満たされたとしても、秒当たり２０枚（帯域）程度しか撮影できないので、全帯域の撮影に、１．５秒以上かかってしまう等の制約がある。
【００８６】
（５）液晶ファブリ・ペロー・エタロン（ＬＣＦＰ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａ１  Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔｅｔａｌｏｎ）
液晶ファブリ・ペロー・エタロン（ＬＣＦＰ）としては、米国ＳＳＩ社（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ  ｌｎｃ．）のものが公知である。ＬＣＦＰは、前述の多重反射を利用するファブリ・ペロー干渉フィルタの、薄膜ミラーが形成された２枚のガラス板（又は水晶板）等の間に、液晶層を封入し、両側に透明電極を形成したものである。所定の波長特性となるようにミラー間隔（ギャップ）を最適に設計するのに加え、エタロンのギャップ幅を埋める液晶層の両側電極に印加する電圧を変えることで、液晶層の屈折率ｎを変化させて、それまでピークではなかった波長に透過率ピークを与えるように変化させ、前述のファブリ・ペロー干渉フィルタにおける前述の式（４）、式（５）により、
間隔ｄ、液晶層も含む屈折率ｎを式（４）に代入して、
位相差δ＝４πｎｄｃｏｓθ／λ・・・前述式（４）
を求め、当該位相差δを式（５）に代入して、
透過率Ｔ＝（１−Ｒ）２／｛（１−Ｒ）２＋４Ｒｓｉｎ２（δ）｝・・・前述式（５）
を求めることができ、フィルタの各波長における分光透過率特性を求めることができる。  あるいは、これら理論式によるシミュレーション結果又は逆算結果と、液晶の駆動電圧−屈折率特性データから、所望の透過特性となる液晶の屈折率ｎ、及び、所要の駆動電圧Ｖを求めることができ、各層フィルタを所望の分光透過率特性とすることができる。さらに、異なるミラー間隔のエタロンを多層に積層し、各層に設けた液晶層に印加する電圧を変えることで、複数層のフィルタ全てを透過する波長帯域を、所望の狭帯域の波長帯城λにチューニングすることができ、順次選択した波長帯域の光だけを撮像して、分光撮影に利用できる。ただし、液晶の特性として、この屈折率変化は偏光の直交２成分のうち、１成分のみにしか機能しないため、他方の成分はチューニングには寄与できず、この不要成分をブロックするためにＬＣＦＰと直列に偏光板を挿入する必要がある。
【００８７】
（６）液晶ファブリ・ペロー・エタロン（ＬＣＦＰ）の設計
分光撮影で利用するフィルタの動作波長範囲を、例えば、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光全域とする場合、その全域において高反射率となるコーティングを、平面度の高いエタロン基板上に蒸着する必要がある。また、コーティングの反射率と透過率との相反や、エタロン面の平坦度や間隔の平行精度などから、実用的に無理なく実現できるフィネスＦには、例えば（ＳＳＩ社製ＬＣＦＰの標準品の場合）波長４００ｎｍでＦ≦８、６００ｎｍでＦ≦１０、８００ｎｍでＦ≦１２、ｉ２００ｎｍでＦ≦１５、１５００ｎｍでＦ≦２０などと、ある程度の限界がある。
【００８８】
所望の帯域における波長分解能（最小帯域幅）を、ＦＷＨＭ＝δλ＝５０ｎｍ、あるいは、１０ｎｍに設定したい場合、例えば、４００〜７００ｎｍの可視光域では、実現できるフィネスＦ＝８〜１０程度と考えると、前述の式（６）から、フィネスＦ＝Δｊλ／δλであるので、δλ＝５０ｎｍの場合には、ピーク波長の間隔ＦＳＲ＝Δ１λ＝δλ×Ｆ＝５０ｎｍ×８＝４００ｎｍとなり、単一のエタロンでも可視光全域で利用できるが、δλ＝１０ｎｍの場合、ＦＳＲ＝δλＸＦ＝１０ｎｍ×８＝８０ｎｍとなり、帯域内で３〜４個のピーク波長が同時に透過されてしまうことになり、３〜４個の次数分離フィルタを必要とする。また、フィネスの点からは所望のＦＳＲが可能であっても、種々のギャップ幅（ミラー間隔）に対するＦＳＲと波長λの関係から、例えば、実現できるエタロンの最小ギャップ幅が３μｍの場合、単一エタロンでは、可視光全域ではＦＳＲは３０〜８０ｎｍ程度しか得られないので、次数分離フィルタが４〜１０個程度必要になることがわかる。このような場合、複数のエタロンを組み合わせた多層のＬＣＦＰを利用する。
【００８９】
（７）多層のＬＣＦＰ
複数のエタロンを直列に組み合わせて使う場合、ギャップ幅の大きな方の第１エタロン（波長分解エタロン）が、系全体の透過幅を規定し、ギャップ幅の小さな方の第２エタロン（次数抑制エタロン）がＦＳＲを規定する。系全体のＦＳＲは、両エタロンのＦＳＲの比に依存する。第１エタロンのＦＳＲ１と、第２エタロンのＦＳＲ２との整数比が、Ｂ／Ａで表現できるとすると、
ＦＳＲ＝Ａ×ＦＳＲ１＝Ｂ×ＦＳＲ２・・・式（１２）
Ｂ＝１の場合は、第２エタロンのＦＳＲ２そのものが全体系のＦＳＲになる。それ以外なら、全体系のＦＳＲは次数抑制エタロンのＦＳＲ２よりもＢ倍だけ大きくなる。式（１２）から、２台のエタロンを組合せた系では、波長分解エタロンのＦＳＲはＡ倍に拡大し、全体系のＦＳＲの中に存在できる透過帯の総数も、Ａ倍（ＦＳＲ拡大係数）に拡大することができる。
【００９０】
次数分離フィルタの数を最少にするためには、液晶のチューナブルレンジ（屈折率の変化範囲）よりも大きくならない範囲で、エタロンのＦＳＲを最大化することが必要である。例えば、ギャップ幅３μｍのエタロンでは、可視光域（４００４ｍ〜７００ｎ面が１０個の次数で満たされるが、ギャップ幅６μｍと、７．４μｍのエタロンを組み合わせると、得られるＦＳＲは、ギャップ幅３μｍの単体エタロンの２倍、ギャップ幅１．５μｍの単体エタロンに相当するものが実現できる。
【００９１】
図１０は、前記ステップＳ１４、Ｓ２７、Ｓ３８で実行される分光フィルタ５９の制御例（１）を示すフローチャートである。先ず、予めプログラムメモリ２３に記憶させてある分光フィルタ５９の仕様データ、構成層数（ｍ）を読み込む（ステップＳ５１）。次に、ユーザーによる操作入力部２２での操作に応じて、フィルタの設定波長帯域（中心λｉ、帯域幅Δλｉを入力する（ステップＳ５２）。また、温度検出回路３３からの検出信号を取り込んで、分光フィルタ５９周辺の温度計測データを読み込む（ステップＳ５３）。
【００９２】
引き続き、ｉ＝１として、ｉの値で示される分光フィルタ５９の第１層を選択する（ステップＳ５４）。また、予めプログラムメモリ２３に記憶させてあるフィルタ駆動用ＬＵＴ（参照テーブル）から、第（ｉ）層のフィルタの波長帯域λｉに設定する為の駆動データ（ＬＣ（液晶）駆動電圧など）、及び個別バラツキ補正データ等を読み込む（ステップＳ５５）。そして、このステップＳ５５で読み込んだ最適駆動データ（第（ｉ）層のフィルタの波長帯域λｉに設定する為の駆動データ）を、前記ステップＳ５３で読み込んだ温度、及びステップＳ５５で読み込んだ個別バラツキ補正データに基づいて補正し、補正駆動データを求める（ステップＳ５６）。
【００９３】
さらに、このステップＳ５６で補正された駆動データに応じて、駆動電圧などの駆動信号を、第（ｉ）層フィルタの駆動部に加えて（ステップＳ５７）、被写体輝度又はコントラスト（又はフィルタの透過特性）をチェックする（ステップＳ５８）。そして、このチェックの結果、所定値以上の輝度（又はコントラスト、透過率）か否かを判断する（ステップＳ５９）。この判断の結果、所定以上の輝度（又はコントラスト、透過率）でない場合には、駆動データ又は駆動電圧を調整して（ステップＳ６０）、ステップＳ５６からの処理を繰り返す。
【００９４】
このようにして、ステップＳ５５〜Ｓ６０のループが繰り返されると、やがて所定以上の輝度（又はコントラスト、透過率）となって、ステップＳ５９の判断がＹＥＳとなる。したがって、ステップＳ５９からステップＳ６１に進み、全てのフィルタ層を駆動設定済みか否か、つまりｉ≧ｍとなったか否かを判断する（ステップＳ６１）。ｉ≧ｍとなっておらず、全てのフィルタ層ｍを駆動設定していない場合には、ｉをインクリメントして（ｉ＝ｉ＋１）（ステップＳ６２）、ステップＳ５５からの処理を繰り返す。
【００９５】
図１１は、前記ステップＳ１４、Ｓ２７、Ｓ３８で実行される分光フィルタ５９の制御例（２）を示すフローチャートである。先ず、予めプログラムメモリ２３に記憶させてある干渉フィルタ（分光フィルタ５９）の仕様データ、構成層数（ｍ）を読み込む（ステップＳ７１）。次に、ユーザーによる操作入力部２２での操作に応じて、フィルタの設定波長帯域（中心λｉ、帯域幅Δλｉを入力する（ステップＳ７２）。また、温度検出回路３３からの検出信号を取り込んで、分光フィルタ５９周辺の温度計測データを読み込む（ステップＳ７３）。
【００９６】
引き続き、フィルタ各層の駆動部にそれぞれ所定の駆動電圧を加え、所定の初期位置（初期の分光特性）にリセットする（ステップＳ７４）。そして、ｉ＝１として、ｉの値で示される分光フィルタ５９の第１層を選択する（ステップＳ７５）。また、下記に例示する、干渉フィルタの透過率の分光特性計算式を用いて、第（ｉ）層フィルタの透過波長をλに設定する為の駆動データ（ＬＣやアクチュエータの駆動電圧など）を算出又は逆算する（ステップＳ７６）。
【００９７】
（例）次式の透過率Ｔ（λ）がピーク又は所定値以下となる位相差（δ）を実現する屈折率（Ｎ）又はＬＣ駆動電圧（Ｖ）を求める。
ａ）Ｌｙｏｔ系のフィルタの場合
Ｔ（λ）＝ｃｏｓ２δ／２、
ただし、δ＝（２π／λ）（Ｎｅ−Ｎｏ）ｄ、
ｂ）Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ系フィルタの場合
Ｔ（λ）＝（１−Ｒ）２／｛（１−Ｒ）２＋４Ｒｓｉｎ２（δ）、
ただし、δ＝４πｎｄｃｏｓθ／λ
【００９８】
次に、予めプログラムメモリ２３に記憶させてあるＬＵＴ（参照テーブル）から、当該層フィルタの補正用データを読み出す（ステップＳ７７）。そして、前記ステップＳ７６で算出した駆動データを、前記ステップＳ７３で読み込んだ温度及び前記ステップＳ７７で読み出した補正用データに基づいて補正し、補正駆動データを求める（ステップＳ７８）。引き続き、この補正された駆動データ（補正駆動データ）に応じて、駆動信号（駆動電圧など）を、第（ｉ）層フィルタの駆動部に加えて（ステップＳ７９）、被写体輝度又はコントラスト（又はフィルタの透過特性）をチェックする（ステップＳ８０）。そして、このチェックの結果、所定値以上の輝度（又はコントラスト、透過率）か否かを判断する（ステップＳ８１）。この判断の結果、所定以上の輝度（又はコントラスト、透過率）でない場合には、駆動データ又は駆動電圧を調整して（ステップＳ８２）、ステップＳ７８からの処理を繰り返す。
【００９９】
このようにして、ステップＳ７８〜Ｓ８２のループが繰り返されると、やがて所定以上の輝度（又はコントラスト、透過率）となって、ステップＳ８１の判断がＹＥＳとなる。したがって、ステップＳ８１からステップＳ８３に進み、全てのフィルタ層を駆動設定済みか否か、つまりｉ≧ｍとなったか否かを判断する（ステップＳ８３）。ｉ≧ｍとなっておらず、全てのフィルタ層ｍを駆動設定していない場合には、ｉをインクリメントして（ｉ＝ｉ＋１）（ステップＳ８４）、ステップＳ７６からの処理を繰り返す。
【０１００】
［撮像素子６０］
従来のように、撮像素子６０をＣＣＤで構成する場合には、入射光によってフォトダイオードに発生した信号電荷を増幅せずにそのまま、垂直と水平のＣＣＤ転送路によって順繰りに転送され、出力回路で初めてＦＤ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）アンプにより信号電圧に増幅されて出力される。ＣＣＤから出力された撮像信号は、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関二重サンプル）回路でノイズ除去及びサンプル＆ホールド処理され、ＡＧＣ（自動利得制御）アンプで増幅され、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）でデジタル撮像信号に変換され、ＤＳＰ（信号処理回路）に出力される。
【０１０１】
一方、撮像素子６０をＣＭＯＳイメージセンサで構成する場合には、一般的なＡＰＳ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｉｘｅ１  Ｓｅｎｓｏｒ、増幅型画素センサ）型のＣＭＯＳセンサでは、フォトダイオードを含む単位画素回路毎に増幅素子が内蔵されており、フォトダイオードで光電変換された信号電荷は画素回路内のアンプで一旦増幅され、垂直走査回路からの行アドレス選択信号と水平走査回路からの列選択信号によりＸＹアドレス方式で選択された画素毎の撮像信号が、出力から順次電圧又は電流として取り出すことができる。ＣＣＤのように順番に取り出さなくとも、ＣＭＯＳセンサでは、任意の画素や領域の撮像信号だけを任意の順序で取り出しできるので、デジタルズーム処理で所定領域のみを切出して読出す場合などに高速で読み出せる。また、ＣＣＤでは信号電荷をそのまま転送するのでスミアやノイズに弱いが、ＣＭＯＳセンサでは、画素毎にランダムアクセスで読出せ、各面素回路は電気的に分離しているので伝送ノイズに強く、また同じＣＭＯＳ製造プロセスにてイメージセンサの周辺に、加算演算回路など論理回路や信号処理回路を高集積化して一緒に作りこめる利点がある。
【０１０２】
反面、ＣＭＯＳセンサでは、画素毎のアンプの闇値など、個々の素子バラツキによる固定パターンノイズ（ＦＰＮ）や暗電流、ｋＴＣ雑音が大きい難点があったが、今日においては、（ＣＣＤと同様に）埋め込みフォトダイオードとＦＤアンプを用いる構造にして、暗電流とＫＴＣ雑音を低減できるようになった。また、列信号線毎に並列に並んだ列回路に設けたＣｏｌｕｍｎ型ＣＤＳ／ＡＤＣ回路等により、フォトダイオードをリセットする前と後の信号を減算して固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を除去できるようになり、列回路毎に積分型や巡回型、逐次型などのＡＤ変換器を組み込んで、デジタル信号での撮像信号出力もできるようになった。
【０１０３】
（１）高速イメージセンサ
本実施の形態に係るデジタルカメラ１に用いるイメージセンサ部６３では、任意のサイズの画像領域を選択して、領域内の画素の撮像信号を読み出す選択読み出しができるようにする。また、ＣＭＯＳセンサの列回路のＣＤＳ／ＡＤＣ回路の後段や水平出力回路に、各面素に隣接する同色フィルタの複数の画素の撮像信号同士をデジタル信号で加算する加算回路などを設けて、デジタルズーム時や高感度撮影時には、選択領域内の画素データを任意の行列毎に複数画素分加算された撮像信号を読み出しできるように構成する。これにより、画素当たりの撮影感度を実質的に加算数分だけ上げることができ、短い露出時間でも露出が良好な撮影ができ、高速レートの動画撮影や連続撮影でも、画像データ量の小さい撮像信号に変換して出力できるようにする。なお、選択読み出し、あるいは、さらに画素加算された撮像信号は、列回路のＣＤＳ／ＡＤＣ回路から水平走査回路の列選択信号により選択された列信号が順次出力されるが、このとき、高速クロックに同期させて並列デジタル信号として出力するか、並列／直列変換回路により変換して直列（シリアル）のデジタル撮像信号として、ＬＶＤＳ（小振幅差動信号方式）の送信回路等により、高速レートでＤＳＰに転送出力できる。
【０１０４】
（２）ＣＤＳ／ＡＤＣ回路と加算回路
特開２００５−２７８１３５号公報には、積分型のＡＤＣ回路を、列並列のＡＤＣ比較器とアップ／ダウンカウンタを用いてＣＤＳ／ＡＤＣ回路として構成して、デジタル衆値をメモリ部に書き込み、例えば、カウンタをリセットせずに次の画素値を続けてカウントさせると目算器なしで画素加算演算を行えるようにしたＣＭＯＳイメージセンサが開示されている。したがって、本実施の形態におけるイメージセンサ部６３として、前記ＣＭＯＳイメージセンサを用いてもよい。
【０１０５】
また、図１２は、前記公報記載のＣＤＳ／ＡＤＣ回路に画素加算以外の任意の演算や信号処理もできるように行演算回路１１０、列演算回路１１１を設け、出力路に並列デジタル／直列デジタル変換回路１１２やＬＶＤＳドライバ１１３を設けた例であり、図１３はその動作タイミングチャートである。
【０１０６】
列回路部は、列信号線１０１毎に設けられたＣＤＳ／ＡＤＣ回路１０２を有し、垂直走査回路１１４に接続された各単位画素回路１０８から列毎に出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。各列のＡＤＣ回路（アナログ−デジタル変換回路）部の構成は、制御信号によって、全領域の撮像信号を読み出すプログレッシブ走査方式での（加算なしの）通常フレームレートモードと、単位画素の露光時間を１／Ｎに設定してフレームレートをＮ倍、例えば２倍に上げる（垂直加算を行う）高速フレームレートモードとの各動作モードに対応したＡ／変換動作を切り替えられる構成となっており、各ＡＤＣは、比較器１０３と、Ｕ／Ｄ（アップ／ダウン）カウンタ１０４など計数器、転送スイッチ１０５及びメモリ１０６から成る。
【０１０７】
参照電圧の供給部は、例えばＤＡＣ（デジタル−アナログ変換回路）１０７などを内蔵し、タイミング制御部１１５からのクロックＣＬＫに基づいて、時間経過につれて電位が傾斜状に変化するいわゆるランプ（ＲＡＭＰ）波形の参照電圧Ｖｒｅｆを生成する。比較器１０３は、ｎ列目の列信号線の信号電圧Ｖｘと、参照電圧供給部からのランプ波形の参照電圧Ｖｒｅｆとを比較し、例えば、参照電圧Ｖｒｅｆが列信線１０１の信号電圧ｖｘよりも大きいときに比較器１０３の出力ｖｃｏが「Ｈ」レベルになり、参照電圧Ｖｒｅｆが信号電圧Ｖｘ以下のときに比較器１０３出力Ｖｃｏが「Ｌ」レベルになる。
Ｕ／Ｄカウンタ１０４は、非同期カウンタで、クロックＣＬＫに同期してダウン（ＤＯＷＮ）カウント、又は、アップ（ＵＰ）カウントを行うことにより、比較器１０３で比較開始から比較終了までの比較時間を計測し、参照電圧Ｖｒｅｆは電圧が線形に上昇するＲＭＰ波形なので、カウント値はデジタル電圧値を表すことになる。１回目の読み出し動作では、（単位画素毎にばらつく固パターンノイズを含む）単位画素のリセット成分ΔＶが読み出され、２回目の読み出し動作では、リット成分ΔＶに加えて、単位画素毎の入射光量に応じた信号成分が、同様の動作によって読み出しされる。
【０１０８】
通常フレームレートモードでは、１つの画素からの信号読み出しにおいて、１回目の読み出し時に、比較器出力Ｖｃｏが「Ｈ」から「Ｌ」へ反転するまで、ダウンカントを行うことにより１回目読み出し時の比較時間を計測し、２回目の読み出し時に、Ｖｃｏが逆に「Ｌ」から「Ｈ」へ反転するまで、アップカウントを行うことにより２回目読み出し時の比較時間を計測する。また、ダウンカウント後にアップカウントを行うことにより、２回目と１回目の減算を行うことになり、
（２回目の比較時間）−（１回目の比較時間）＝（信号成分ｖｓｉｇ＋リセット成分ΔＶ＋ＡＤＣオフセット成）−（リセット成分ΔＶ＋ＡＤＣオフセット成分）＝（信号成分Ｖｓｉｇ）
となるので、２回の読み出し動作とＵ／Ｄカウンタ１０４で減算処理により、単位画素毎のばらつきを含んだリセット成分ΔＶに加えて、ＡＤＣ毎のオフセット分も除去され、単位画素毎の入射光量に応じた信号成分Ｖｓｉｇのみを取り出すことができる。ＡＣ回路に加え、ＣＤＳ回路の働きを兼ねることができる。
【０１０９】
一方、（Ｎ画素加算による）高速フレームレートモードで、ある行の単位画素についてのカウント結果をそのまま保持しておき、引き続き、次行の単位画素について、前回カウント結果から１回目の読み出し時にダウンカウント、２回目の読み出し時にアップカントを行うので、同様にＣＤＳ／ＡＤＣ処理を行うとともに、画素値が引き続き加算されることになり、らに垂直加算回路の働きをも兼ねることができる。
【０１１０】
転送スイッチ１０５は、（加算なしの）通常フレームレートモードでは、ある行の単位画素についてのアップ／ダウンカウンタのカウント動作が完了した時点でオンとなってＵ／Ｄカウンタ１０４のカウント結果をメモリ１０６に転送する。一方、（例えば、Ｎ＝２の）画素加算読み出しによる高速フレームレートでは、ある行の単位画素についてのアップ／ダウンカウント動作が完了した時点でオフのままで、引き続き、次行の単位画素についてのアップ／ダウンカウント動作が完了した時点でオン状態となってＵ／Ｄカウンタ１０４の垂直２画素分についてのカウント結果をメモリ１０６に転送する。カウント結果を、転送スイッチ１０５を介して選択的にメモリ１０６に転送できるため、カウント動作と、カウント結果の水平信号線への読み出し動作とを独立して制御できる。このようにして、各単位画素回路１０８から列毎に供給されるアナログ信号が、ＡＤＣにおける比較器及びカウンタ動作により、Ｎビットのデジタル信号に変換されメモリ１０６に格納される。水平走査回路（Ｈレジスタ、列走査回路）１０９からの列選択言号に応じて、各ＡＤＣでＡ／Ｄ変換されたＮビットのデジタル信号は順に水平信号線に読出され、水平信号線を経由して出力回路から撮像データとして出力される。
【０１１１】
（３）撮像信号の高速読み出し
通常読み出し、又は加算読み出しされた撮像信号のデジタル信号は、並列／直列変換回路で順次シリアル（直列）のデジタル信号に変換されて出力されＤＳＰに転送される。高解像度、高速フレームで撮像を行うためには、当然ながら、撮像信号を高速でＤＳＰに転送する必要がある。一般のＣＭＯＳ入出力回では、入出力信号の振幅は、電源電圧範囲の一杯の範囲で振らせるので、消費電力が大きくなり転送できる速度も遅くなってしまう。これに対し、例えば、ＣＭＬ系（Ｃｕｅｎｔ  Ｍｏｄｅ  Ｌｏｇｉｃ、電流モードロジック）の入出力回路では、トランジスタを不飽和領域で使用して、インピーダンスを低くし、電圧を振らせるというよりは電流をｏｎ／ｏｆｆさせる方法で、（ｖｄｄ−０．４Ｖ）の電位を中心に低振幅で動作させる。浮遊容量を充・放電する量が少なくなるので高速動作できる。また、ＬＶＤＳ系（Ｌｏｗ−ｖｏｌｔｇｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ、小振幅差動信号方式）は、２本の信号線を使って情報を運ぶ差動信号式で、単一チャネルあたり数百〜数千Ｍｂｐｓ（メガビット／秒）の高速度でデータ伝送でき、かつ、ｍＷレベルの低消費電力の差動データ伝送方式として、内部バスの信号線の本数も減らせるため、モニタ表示装置とＰＣ本体等とのデジタル入出力インタフェースとして利用されている。
【０１１２】
ＬＶＤＳ（小振幅差動信号方式）では、電流モード・ドライバの採用と、＋１．２Ｖ電位を中心に０．３Ｖの上下振幅内で振らせる小振幅によって、コモンモードノイズを除去でき、広い周波数範囲に対して高いノイズ耐性が得られる。ＣＭＯＳ回路でも、高速でシリアル伝送でるＣＭＬ系やＬＶＤＳ系など低振幅や差動信号方式の入出力インタフェースを用いて、また、直列（シリアル）信号に変換されたデジタル撮像信号を撮像素子の出力回路（トランシーバー）から出力して、少ない端子数でも後段のＤＳＰ（映像信号処理回路）へ高速で伝送し、ＤＳＰ側の入力回路（レシーバー）では、受信した直列デジタル信号を並列／直列変換回路で並列デジタル信号に復変換して、デジタル撮像信号として映像信号処理に用いることができる。
【０１１３】
例えば、１０ビットパラレルのＬＶＤＳ出力を搭載すると、９００×２２００画素＝約６００万両素、各画素当たり１０ビットの撮像信号も、画素レート約４００ＭＨｚの速で転送出力すると、約６００万両素の高解像度でも、秒当たり６０フレーム（６０ｆｐｓ）以上の高速で、ＤＳＰに転送出力できる。同様に、垂直５×加算読み出し、又は、垂直１／５間引を行なってデータ圧縮した場合（約６００万÷５＝約１２０万両素）には、同レートでは、約３００ｆｐｓ当の高速で転送出力できることになる。
【０１１４】
（４）高速ＤＳＰ
図１に示したように、ＣＭＯイメージセンサ内蔵のＣＤＳ／ＡＤＣ回路でデジタル変換され、並列又は直列のデジタル信号で高速転送された撮像信号を入力すると、ＤＳＰ（デジタル信号処理回路）では、まずシェーディング正や黒レベル補正、欠陥画素補正など前処理を行った後、デジタルＡＧＣ回路で増幅するとともに、ホワイトバランス調整やカラーバランス調整を行う。通常のＲＧＢ３色カラーの撮像素子の場合には、撮像素子の前面に設けられたモザイク状のＲＧＢカラーフィルタ配列に従って、画素毎には一つの色分しか持たないＢａｙｅｒデータから、他の色差成分の画素値も、近隣周辺の画素値等から画素関して求めて、面素毎にＲＧＢ各色差成分毎の階調値を持つデジタル画像データに変換するラー補間処理などを行うが、本例の高速度分光撮影カメラでは、撮像素子に画素のカラーフィルタを設けずに、撮像素子の全面素で同時に受光し、順次フィルタの透過波長特性を切り替えながら、高速で連続撮影した波長帯域毎の分光画像を撮影する。
【０１１５】
また、波長帯域毎の分光特性バラツキなどを補正した後、各面素の３刺激値Ｒ、Ｇ、Ｂを算出して、全波長帯域でマルチプレーン加算合成して、また、通常のＲＧＢなどの空間座標の広帯域の画像信号に変換（ＲＧＢ信号への変換処理）することができる。さらに、以降は、通常のカラーフィルタ付き撮像素子による撮像信号の信号処理と同様に、ＲＧＢ系のデジタル画像信号は、階調補正やガンマ補正され、バッファメモリ（Ｂ）８１に一時記憶された後、ＬＣＤモニタや電子ファインダ（ＥＶＦ）に再生表示されるか、カラーマトリクス回路７５でＲＧＢ系からＹＵＶ系／ＹＣｂＣｒ系など所定の色空間の画像信号に変換され、画像ＣＯＤＥＣ８２により、ＪＰＥＧ静止画像データやＭＰＥＧ４や、Ｈ．２６４動画像データなどに圧縮／符号化処理され、メモリカード媒体２５などに保存記録される。また、必要に応じて、表示サイズや所の記録画像サイズなどに応じて、リサイズ（Ｒｅｓｉｚｅ）、若しくは、補間処理（ｌｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）、縮小／拡処理など、撮像画像サイズを異なる画像サイズに変換する解像度変換処理などを行う。
【０１１６】
（５）カラー画像の撮影プロセス
一般に、波長（λ）における３次元空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）の時間（ｔ）における、ある反射物体の分光反射率の関数をＯ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，λ）で表すと、この物質を、分光放射率Ｅ（λ）の光源で照明して、分光透過率ＴＬ（λ）のレンズを通して結像し、分光透過率ＴＦｉ（λ）のフィルタ、分光感度Ｓ（λ）を有する撮像素子のカメラで撮影するとき、カメラの撮像出力である２次元画像Ｖｉ（ｘ，ｙ）は、次式で表すことができる。
Ｖｉ（ｘ，ｙ）＝∫∫∫ＴＬ（λ）ＴＦｉ（λ）Ｓ（λ）ｔ（ｔ）Ａ（ｚ）Ｏ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，λ）Ｅ（λ）ｄλｄｔｄｚ・・・式（１３）
（ただし、ｔ（ｔ）：露光時間、Ａ（ｚ）：レンズによる結像関数（３次元−２次元変換関数））。
【０１１７】
カメラでは露出時間ｔも所定時間ＯＮ／ＯＦＦの矩形関数近似できるので、ここでは、色の再現性に注目して、座標軸や時間関数、レンズ結像関数などを略化して考えると、
Ｖｉ（ｘ，ｙ）＝∫ＴＬ（λ）ＴＦｉ（λ）Ｓ（λ）Ｏ（ｘ，ｙ，λ）（λ）ｄλ・・・式（１４）
となる。
従来の３原色に基づくＲＧＢの３バンド画像の場合には、上記式で、ｉ＝Ｒ，Ｇ，Ｂで、分光透過率ＴＦｉ（λ）は、それぞれ、ＴＦＲ（λ），ＴＦＧ（λ），ＴＦＢ（λ）のカーフィルタである。
本実施の形態に係る分光カメラ（デジタルカメラ１）や、狭帯域毎の分光画像の場合にはバンド番号ｉ＝１，２，・・・，ｎとすると、分光透過率Ｔ・（λ）が、それぞれ、ＴＦ１（λ），ＴＦ２，・・・，ＴＦｎ（λ）の狭帯域バンド毎のフィルタに相当する。（なお上記式で、反射物体と光源のＯ（λ）Ｅ（λ）の代わりに、物体の分光放射輝度Ｏｅ（λ）に置き換えると、放射物体の場合にも同様に扱える。）
【０１１８】
（６）３原色による色再現
一般に、色再現では３色の分解像ＶＲ、ＶＧ，ＶＢを、例えば、ＣＩＥ−ＸＹＺ表色系における等色関数ｘ￣（λ），ｙ￣（λ），ｚ￣（λ）などを用いて、元の物体の３刺激値（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）が、下記の（ＸＯ，ＹＯ，ＺＯ）と対応するような、所謂測色的な色再現が行われている。
ＸＯ＝ＫＯ∫Ｏ（λ）Ｅ（λ）ｘ￣（λ）ｄλ、
ＹＯ＝ＫＯ∫Ｏ（λ）Ｅ（λ）ｙ￣（λ）ｄλ、
ＺＯ＝ＫＯ∫Ｏ（λ）Ｅ（λ）ｚ￣（λ）ｄλ、・・・式（１５）
ここで、ＫＯ＝１００［％］／｛∫Ｅ（入）ｙ￣（λ）ｄλ｝、
【０１１９】
また、記録された画像をハードコピーとして、別の分光放射率の照明光源Ｅ′（λ）で観察する場合も、光源Ｅ（λ）をＥ′（λ）に、物体の分光反射率Ｏ（λ）を、画像の分光反射率（又は、分光濃度）Ｏ′（λ）に置き換えると、３刺激値（Ｘｈ，Ｙｈ，Ｚｈ）は次式で表される。
Ｘｈ＝Ｋ∫Ｏ′（λ）Ｅ′（λ）ｘ￣（λ）ｄλ、
Ｙｈ＝Ｋ∫Ｏ′（λ）Ｅ′（λ）ｙ￣（λ）ｄλ、
Ｚｈ＝Ｋ∫Ｏ′（λ）Ｅ′（λ）ｚ￣（λ）ｄλ、・・・式（１６）
ここで、Ｋ＝１００［％］／｛∫Ｅ′（λ）ｙ￣（λ）ｄλ｝、
【０１２０】
フィルムや写真、印刷などのハードコピー、又は、電子ディスプレーなど、個々に表現形式や変換行列又はＬＵＴ（Ｌｏｏｋｕｐ  Ｔａｂｌｅ、変換表）は異なっても、上記と同様に考えることができる。このように、式（１５）、（１６）からも明らかなように、物体、画像の３刺激値は、照明光源の分光放射率Ｅ（λ）、Ｅ′（λ）などに依存することになる。
【０１２１】
（７）分光画像の色表現
本実施の形態のような分光画像の場合も式（１４）から、
Ｖｉ（ｘ，ｙ）＝∫ＴＬ（λ）ＴＦｉ（λ）Ｓ（λ）Ｏ（ｘ，ｙ，λ）（λ）ｄλ・・・前式（１４）
（ただし、ｖｉ（ｘ，ｙ）：２次元画像、Ｅ（λ）：光源の分光放率、ＴＬ（λ）：撮影レンズの分光透過率、ＴＦｉ（λ）：ｉ番目のフィルタの分光透過率、Ｓ（λ）撮像素子の分光感度、Ｏ（ｘ，ｙ，λ．）：物体の分光反射率である。
【０１２２】
（８）広帯域画像への変換
得られた複数枚の分光画像データを高速で転送入力したＤＳＰでは、各波長帯λｉにおける画の輝度信号Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）を、帯域毎の撮影レンズや干渉フィルタ等の分光透過率Ｔ（λｉ）、撮像センサの分光撮像感度Ｓ（λｉ）など、実際のカメラの分光特性や固体バラツキデータ等予めカメラ内のメモリに記憶しておき、実際の分光特性Ｔ（λｉ）や、Ｓ（λｉ）と、理想の分光特性（透過率１００％）や標準の分光透過率Ｔ０（λｉ）や分光感度Ｓ０（λｊ）との比率で除算する、又は、比率の逆数を波長帯域（λ）毎の変換係数として乗算することにより、波長帯域別の感度性バラツキが補正された分光画像Ｖ′（ｘ，ｙ；λｉ）を得る。つまり、
Ｖ′（ｘ，ｙ；λｉ）＝Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）×｛Ｔ０（λｉ）／Ｔ（λｉ）｝×｛Ｓ０（λｉ）／Ｓ（λｉ）｝・・・式（１７ａ）
又は、
Ｖ′（ｘ，ｙ；λｉ）＝Ｖ（ｘ，ｙ；λｉ）×｛１／Ｔ（λｉ）｝×｛１／Ｓ（λｉ）｝・・・式（１７ｂ）
【０１２３】
また、補正された分光画像Ｖ′（ｘ，ｙ；λｉ）に対して、さらに、各分光画像の波長帯域（λｉ）毎におけるｒ￣（λｉ）、ｇ（λｉ）ｂ￣（λｉ）など等色関数などを乗算して、各面素（ｘ、ｙ）毎のＲ、Ｇ、Ｂなどの３刺激値を求め、各分光画像をＲＧＢカラーデタに変換し、
Ｒｉ（ｘ、ｙ）＝Ｖ′（ｘ，ｙ；λｉ）×ｒ￣（λｉ）、
Ｇｉ（ｘ、ｙ）＝Ｖ′（ｘ，ｙ；λｉ）×ｇ￣（λｉ）、
Ｂｉ（ｘ、ｙ）＝Ｖ′（ｘ，ｙ；λｉ）×ｂ￣（λｉ）、・・・式（１８）
さらに、ＤＳＰ内のマルチプレーン加算回路により、各波帯域（λｉ）の各面素（ｘ、ｙ）のＲＧＢ値をそれぞれ加算合成して、ＲＧＢなど広帯域カラーの画データに変換することができる。
Ｒ（ｘ，ｙ）＝ΣｉＲｉ（ｘ，ｙ）、
Ｇ（ｘ，ｙ）＝ΣｉＧｉ（ｘ，ｙ）、
Ｂ（ｘ，ｙ）＝ΣｉＢｉ（ｘ，ｙ）、・・・式（１９）
【０１２４】
また、標準モニター等のガンマ特性に合わせて、諧調補正やガンマ補正を行ったり、各画素（ｘ、ｙ）毎のｒｇｂ色度値やＹＵＶ（ＹＣｒＣｂ）信号など、他の色空間座標に変換して出力してもよい。このようにして、複数の波長帯域の殆んど同じタイミングとなる微小時間内で高速速写された分光画像を高速に読み出し、加算合成して、色再現性の高い高解像度からなる１枚の広帯域画像データを生成し、出力又は記録できる。
【０１２５】
［圧電アクチュエータを用いた干渉フィルタ］
前述のように、積層型のＬＣＦＴでは、不要な方向の偏光を遮断する為に、液晶と液晶板の両側に偏光板が必要となることから、フィルタ層が増えるほど、偏光板の数が増える。よって、透過率が落ちる難点や、液晶の立ち上がり時間や切替時間が長くかかり、高速撮影が制限される難点が生ずる。
【０１２６】
本実施の形態においては、前述のＬＣＴＦやＬＣＦＰのように液晶の複屈曲性を利用したり、複数の偏光板を用いる代わりに、多重反射を用いるＦＰ（ファブリペロー）エタロンの誘導体多層膜等でコートした２枚の透明板のギャップ間隔を、圧電アクチュエータにより、数ミクロン（μm）単位の微細寸法で駆動して、透過波長を選択できる圧電アクチュエータ式の干渉フィルタを構成し、複数層組み合わせて、分光フィルタを実現するものである。
【０１２７】
圧電アクチュエータ式の干渉フィルタでは、その誘導体多層膜などのミラー間の物理的間隔（ｄ）を、圧電アクチュエータにより機械的に可変駆動する点以外は、前述のファブリ・ペロー干渉フィルタと同様であり、
位相差δ及び透過率の分光特性は、前述の式（４）、式（５）で表される。
位相差δ＝（２π／λ）２ｎｄｃｏｓθ＝４πｎｄｃｏｓθ／λ・・・式（４）
透過率Ｔ＝（１−Ｒ）２／｛（１−Ｒ）２＋４Ｒｓｉｎ２（δ）・・・式（５）
ここで、δ：位相差、λ：波長、θ：入射角、ｄ：ミラー間の物理的間隔、ｎ：媒質の屈折率（空気の場合ｎ＝１）、Ｒ：ミラーの反射率。
【０１２８】
（１）圧電アクチュエータ式多層型干渉フィルタ
【０１２９】
図１４（Ａ）に示す例は、ガラス板、水晶板などの基板２０１、２０２に、金属薄膜、誘電体多層薄膜などの反射膜２０３、２０４が設けられており、基板２０１、２０２のギャップ間隔（又は反射膜２０３、２０４間隔）に圧電アクチュエータ素子２０５を挟んで設け、圧電アクチュエータ素子２０５の両端に印加する電圧を変化させることにより、アクチュエータの厚さを可変駆動するものである。この単純な構造では、反射膜２０３、２０４間隔のギャップをアクチュエータの厚さ未満の寸法にできないので、干渉フィルタで実現できる分光透過率特性の制限が大きくなる。
【０１３０】
これに対して、図１４（Ｂ）に示すものは、一方の基板２０１に基台２０６とスペーサ２０７とを設け、他方の基板２０２にスペーサ又は緩衝材２０８を設け、この緩衝材２０８と前記基台２０６間に積層型圧電アクチュエータ素子２０９を配置してある。また、図１４（Ｃ）に示すものは、反射膜２０３、２０４間に弾性体又はバネ２１０を配置する一方、基台２１１と他方の基板２０２間に積層型圧電アクチュエータ素子２１２を配置してある。このように、外周部に圧電アクチュエータを設ける構成にすると、圧電アクチュエータ自体の厚さや取り付け厚などの制約を受けずに、圧電アクチュエータ自体の厚さより薄いギャップ間隔ｄも実現でき、分光透過率特性の制約が少ない利点がある。
【０１３１】
また、図１５に示すように、圧電アクチュエータ素子２０９を有する圧電アクチュエータ式の干渉フィルタ２１６を複数層重ねて、又は固定式の干渉フィルタ２１５と圧電アクチュエータ式の干渉フィルタ２１６とを組み合わせて、サーミスタ等からなる温度センサー２１３で検出された温度等に基づき、圧電アクチュエータ式の干渉フィルタ２１６の分光特性を可変して、それらを組み合わせて、総合特性を所望の狭帯域の波長帯域に限定して、前述のＬＣＦＴやＬＣＦＰなどと同じように、分光カメラの可変フィルタとして利用できる。また、圧電アクチュエータ式の多層型干渉フィルタを構成し、液晶や偏光板が不要になるので、透過率の高い（明るい）高感度の分光撮影ができる。また、圧電アクチュエータにより高速で波長帯域を切り替えすることができるので、従来より高速の分光撮影ができ、連写合成により広帯域画像を得る際にも、被写体のブレの少ない高解像度の画像が得られる。
【０１３２】
（２）圧電アクチュエータの構造と変位量
積層型の圧電アクチュエータでは、平方ミリあたり３キログラムレベルと駆動力が大きく、数十μｍまでの変位量を０．０１μｍの高精度で制御でき、１０μｓｅｃ．レベルと応答性に優れる。容量型なので消費電力も少ないが、変位量は単層型で数ミクロン、積層型でも０．０５ｍｍ程度と小さい。積層型の圧電アクチュエータでは、変位の大きさＬは、次式で表される。
変位の大きさＬ＝ｄ３３・Ｖ・Ｎ［ｍ］・・・式（２０）
ただし、ｄ３３：圧電定数（例ｄ３３＝６２０〜７７０ｐｍ／Ｖ）、Ｖ：駆動電圧、Ｎ：積層数。
【０１３３】
なお、圧電セラミックスとしては、ニッケル酸ニオブ酸鉛−チタン酸鉛−ジルコン酸鉛、などのセラミック圧電材料や、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）系など、発生ひずみが電場に略比例する圧電材料が用いられるが、大きな駆動電圧では強誘電体的分極の履歴現象（ヒステリシス）などで、駆動変位量が駆動電圧に比例しなくなったり、に示すように、環境温度によって、駆動変位量が異なってしまう難点がある。より大きな駆動力を要したり、サーボ駆動等を行う場合には、発生ひずみが電場の２乗に比例し、ヒステリシスも無いＰＭＮ（マグネシウムニオブ酸鉛）系など電歪材料を用いたアクチュエータ（電歪アクチュエータ）等を用いてもよい。又は、積層型の圧電アクチュエータの代りに、バイモルフ型やバイモルフ・パラレル型のアクチュエータ等を用いるように構成してもよい。
【０１３４】
バイモルフ・パラレル型のピエゾセラミック・アクチュエータでは、２枚の圧電セラミックの間に燐青銅やＣＦＲＰ、ステンレスなどのシム材を挟み、各圧電セラミックス端とシム材間に電圧を加えることで、圧電セラミックスが撓むように曲げて変位させることできる。両圧電セラミックスの分極方向を逆方向とするバイモルフ型と、同一方向とするバイモルフ・パラレル型とがある。例えば、バイモルフパラレル型・ピエゾセラミック・アクチュエータの変位の大きさＬは、下式で求められる。
変位の大きさＬ＝３Ｖ・ｄ３１・（１／ｔ）２・（１十ｔＳ／ｔ）・α［ｍ］、・・・式（２１）
ただし、Ｖ：電圧、１：長さ、ｔ：総厚、ｔＳ：シム材厚、ｄ３１：等価圧電定数、α：非線形補正係数≒２、
【０１３５】
（３）干渉フィルタのアクチュエータの履歴補正、温度補正
図１６は、各層の干渉フィルタに設ける圧電アクチュエータの駆動制御例を示すフローチャートである。図１５に示した圧電アクチュエータ式の干渉フィルタ等を複数層組み合わせて、分光カメラを実現する際、干渉フィルタを駆動するアクチュエータ等による駆動変位の前回の駆動電圧や駆動変位量、駆動方向などの駆動履歴データメモリと、前記フィルタ駆動手段における駆動電圧一駆動変位量の履歴特性（ヒステリシス特性）を、予めＥＥＰＲＯＭなど不揮発性メモリなどに記憶しておく。そして、履歴特性データ・メモリとを設け、今回必要な駆動変位量と前回の駆動電圧又は駆動変位量や駆動方向など駆動履歴データと、予めに記憶された電圧一変位量の履歴特性（ヒステリシス特性）データとに基づいて、今回必要な駆動変位量に対応する駆動電圧を補正して、補正された駆動電圧を用いてフィルタを駆動制御できるようにするものである。
【０１３６】
すなわち、今回の位置を入力し（ステップＳ２０１）、データメモリ２４に記憶させてある今回の駆動位置と駆動方向とを読み込む（ステップＳ２０２）。次に、今回の駆動位置＝今回の駆動位置−前回の駆動位置を算出し（ステップＳ２０３）、温度検出回路（温度センサー２１３）から温度計測値を読み込む（ステップＳ２０４）。この読み込んだ温度計測値に相当する温度特性データに応じて、駆動すべき変位量を補正する（ステップＳ２０５）。また、変位位置の個別バラツキデータに基づいて、駆動すべき変位位置を補正する（ステップＳ２０６）。また、これら補正した駆動すべき方向である駆動方向は変位量の増加（＋）方向であるか否かを判断する（ステップＳ２０７）。
【０１３７】
このステップＳ２０７での判断の結果、駆動方向が変位量の増加（＋）方向である場合には、前回の駆動方向は減少方向（−）であったか否かを判断する（ステップＳ２０８）。そして、今回の駆動方向が（＋）でかつ前回の駆動方向が（−）であった場合には、往復駆動回数をカウント（カウンタＣ＝Ｃ＋１）し（ステップＳ２０９）、このカウンタＣの値により示される往復駆動回数（Ｃ）が所定値（Ｎ）以上であるか否か、つまりＣ≧Ｎでるあるか否かを判断する（ステップＳ２１０）。このステップＳ２１０の判断がＹＥＳであって、Ｃ≧Ｎでるある場合には、駆動電圧を０として、変位量を一度リセットする（ステップＳ２１１）。また、往復駆動回数もリセットしてＣ＝０とし（ステップＳ２１２）、前回の駆動位置を０に変更して（ステップＳ２１３）、ステップＳ２０３からの処理を繰り返す。
【０１３８】
つまり、駆動方向が（十）方向と（−）方向の反転駆動回数や往復駆動回数などが繰り返されると、ヒステリシス特性による駆動変位量の誤差が累積されて、変位位置の誤差が大きくなるので、干渉フィルタの所望透過波長帯域への駆動精度が低下してしまう。このため、反転駆動や往復駆動が所定回数以上繰り返された場合には、一旦圧電アクチュエー¬夕の駆動電圧を０Ｖまで戻してから、（十）方向で今回の駆動位置まで駆動して、アクチュエータの履歴特性（ヒステリシス特性）をリセットできるようにする。
【０１３９】
一方、ステップＳ２０８の判断がＮＯであって、前回の駆動方向も（＋）であった場合、及びステップＳ２１０の判断がＮＯであって、Ｃ≧Ｎとなっていない場合には、補正された変位量に相当する駆動電圧を、増加（＋）方向の特性データに基づいて求める（ステップＳ２１４）。また、変位特性の個別バラツキデータに基づいて、駆動電圧を補正し（ステップＳ２１５）、この補正した駆動電圧を当該フィルタの駆動部に出力する（ステップＳ２１６）。
【０１４０】
他方、ステップＳ２０７での判断の判断がＮＯであって、駆動方向が減少（−）方向であった場合には、前回の駆動方向は増加（＋）方向であったか否かを判断する（ステップＳ２０８）。そして、今回の駆動方向が（−）でかつ前回の駆動方向が（＋）であった場合には、往復駆動回数をカウント（カウンタＣ＝Ｃ＋１）し（ステップＳ２１８）、このカウンタＣの値により示される往復駆動回数（Ｃ）が所定値（Ｎ）以上であるか否か、つまりＣ≧Ｎでるあるか否かを判断する（ステップＳ２１９）。このステップＳ２１９の判断がＹＥＳであって、Ｃ≧Ｎでるある場合には、前述したステップＳ２１１に進む。
【０１４１】
また、ステップＳ２１７の判断がＮＯであって、前回の駆動方向も（−）であった場合、及びステップＳ２１９の判断がＮＯであって、Ｃ≧Ｎとなっていない場合には、補正された変位量に相当する駆動電圧を、減少（−）方向の特性データに基づいて求め（ステップＳ２２０）、前述したステップＳ２１５に進む。
【０１４２】
このように、図１５に示した圧電アクチュエータ駆動式の干渉フィルタを、図１６に示したフローに従って制御すれば、液晶や偏光板が不要になるので、透過率が高い（明るい）高感度の分光撮影ができる。また、圧電アクチュエータにより高速で波長帯域を切替えできるので、従来より高速の分光撮影ができ、速写合成により広帯域画像を得る際にも、被写体ブレの少ない高解像度の画像を得られる。
【０１４３】
また、電圧一変位特性の履歴（ヒステリシス）特性や温度−変位特性が大きな積層型圧電アクチュエータ等を用いて、多層型干渉フィルタの各層のミラー間隔を駆動制御する場合には、駆動履歴補正や温度補正を行って、駆動変位量の誤差も大きくならないように駆動制御できるので、圧電アクチュエータ式の干渉フィルタにおいても、所望の透過波長帯域に高精度で高速に駆動できる。結果的に、透過率が高く高感度の分光撮影ができ、高速で波長帯域を切替えできるので、高速速写による分光画像を加算合成して色再現性の高い広帯域カラー画像を得られ、また、加算合成する際にも、被写体ブレの少ない広帯域画像を得られる。
【０１４４】
圧電アクチュエータ以外でも、履歴（ヒステリシス）特性や温度変化の大きなアクチュエータや駆動手段を用いてフィルタを駆動する場合、あるいは、前述の液晶ファブリ・ペロー・エタロン（ＬＣＦＰエタロン）など、温度特性の大きな液晶の屈折率を変化させて、フィルタの分光透過率特性や透過波長帯域を選択切り替え制御する場合などでも、前述と同様の考え方で、履歴（ヒステリシス）特性に対する補正処理や、温度特性に対する補正処理を行ない、駆動精度を高くして、より確実に所望の特性にフィルタ特性をチューニングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の一実施の形態に係るデジタルカメラの回路構成を示すブロック図である。
【図２】撮影制御処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図２に続くフローチャートである。
【図４】撮影処理の処理手順を示す説明図である。
【図５】撮影処理の処理手順を示す説明図である。
【図６】分光スルー映像の表示処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】マルチプレーン加算処理の処理手順を示す説明図である。
【図８】スルー映像処理の処理手順を示す説明図である。
【図９】スルー映像処理の処理手順を示す説明図である。
【図１０】フィルタの駆動制御例（１）の手順を示すフローチャートである。
【図１１】フィルタの駆動制御例（２）の手順を示すフローチャートである。
【図１２】ＣＭＯＳイメージセンサの列回路と画素加算回路の構成例を示す図である。
【図１３】ＣＭＯＳイメージセンサの列回路と画素加算回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図１４】圧電アクチュエータ式多層型干渉フィルタの構成例を示す断面図である。
【図１５】圧電アクチュエータ式多層型干渉フィルタの他の構成例を示す断面図である。
【図１６】各層の干渉フィルタに設ける圧電アクチュエータの駆動制御例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４６】
１    デジタルカメラ
２    制御回路
３    ＣＰＵ
２２    操作入力部
２３    プログラムメモリ
２４    データメモリ
２５    メモリカード媒体
２５    画像メモリ媒体
３２    分光フィルタ駆動部
３３    温度検出回路
３４    焦点レンズ駆動部
３５    ズーム駆動部
３６    ブレ補正駆動部
４７    ＨＤＤ記憶装置
４８    ディスク媒体
４９    モータ
５８    撮像光学系
５９    分光フィルタ
６０    撮像素子
６２    シャッタ
６３    イメージセンサ部
６４    水平走査部
６５    垂直走査部
６６    Ｐ／Ｓ変換部
６７    ＤＳＰ部
６８    Ｓ／Ｐ変換部
６９    前処理部
７１    帯域別信号処理部
７２    マルチプレーン加算回路
７３    ＲＧＢ変換部
７４    階調変換ガンマ補正部
７５    カラーマトリクス回路
７６    解像度変換部
【図１】
0005082648.tif 000002
【図２】
0005082648.tif 000003
【図３】
0005082648.tif 000004
【図４】
0005082648.tif 000005
【図５】
0005082648.tif 000006
【図６】
0005082648.tif 000007
【図７】
0005082648.tif 000008
【図８】
0005082648.tif 000009
【図９】
0005082648.tif 000010
【図１０】
0005082648.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005082648.tif 000013
【図１３】
0005082648.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0005082648.tif 000016
【図１６】
0005082648.tif 000017