JP2024028237A - Spectroscopic camera, imaging method, program and recording medium - Google Patents

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Abstract

【目的】高精度の画像を得ることが可能な分光カメラを提供する。【構成】一対のレンズからなる光学系と、光学系の瞳の位置に互いに対向して配された一対の反射面を有し、印加電圧に応じて前記一対の反射面の間隔を変化させ、間隔に応じた波長の光を選択的に透過する波長選択部と、各々が光学系及び波長選択部を通過した光を集光するn個(nは自然数)のレンズを有するレンズアレイと、波長選択部と共役な位置に設けられ、n個のレンズにより集光された光を受光するn個の分割撮像領域を有する撮像素子と、を有する。【選択図】図1[Purpose] To provide a spectroscopic camera that can obtain high-precision images. [Structure] An optical system consisting of a pair of lenses and a pair of reflective surfaces arranged opposite to each other at the position of the pupil of the optical system, the interval between the pair of reflective surfaces being changed according to an applied voltage, a wavelength selection section that selectively transmits light of a wavelength according to the interval; a lens array having n lenses (n is a natural number) each condensing the light that has passed through the optical system and the wavelength selection section; The image sensor includes an image sensor that is provided at a position conjugate with the selection section and has n divided imaging regions that receive light collected by n lenses. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、分光カメラ、撮像方法、プログラム及び記録媒体に関する。 The present invention relates to a spectroscopic camera, an imaging method, a program, and a recording medium.

複数の分光情報を同時に取得し、取得した分光情報に基づいて画像を生成することが可能な分光カメラとして、プレノプティックカメラが用いられている。プレノプティックカメラにおいて、分光スペクトルを測定するため、メインレンズの絞り位置付近に分光透過率が異なる複数のバンドパスフィルタを配置した測定装置が提案されている(例えば、特許文献1)。 A plenoptic camera is used as a spectroscopic camera that can simultaneously acquire a plurality of pieces of spectral information and generate an image based on the acquired spectral information. In order to measure a spectral spectrum in a plenoptic camera, a measuring device has been proposed in which a plurality of bandpass filters having different spectral transmittances are arranged near the aperture position of a main lens (for example, Patent Document 1).

特開2015-132594号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-132594

上記した従来技術では、有限個の固定されたバンドパスフィルタによりマルチスペクトル画像を取得するため、連続的なスペクトルを取得することができないという問題があった。 In the above-mentioned conventional technology, since a multispectral image is acquired using a finite number of fixed bandpass filters, there is a problem in that continuous spectra cannot be acquired.

また、一対の反射面の間隔を連続的に変化させることで、この反射面を透過する光の波長を連続的に変化させる技術は古くから知られている。この技術には反射面間の平行度や面精度が悪いと透過波長の半値幅が悪化するという問題がある。 Furthermore, a technique has long been known in which the wavelength of light transmitted through a pair of reflective surfaces is continuously changed by continuously changing the distance between a pair of reflective surfaces. This technique has a problem in that if the parallelism or surface precision between the reflecting surfaces is poor, the half-width of the transmitted wavelength deteriorates.

本発明が解決しようとする課題としては、一対の反射面の間隔を変化させることで透過波長の選択を行う分光カメラにおいて、製造上のばらつきなどに起因した波長選択性の悪化という問題が一例として挙げられる。 An example of the problem to be solved by the present invention is the problem of deterioration of wavelength selectivity due to manufacturing variations in a spectroscopic camera that selects the transmitted wavelength by changing the distance between a pair of reflective surfaces. Can be mentioned.

請求項1に記載の発明は、一対のレンズからなる光学系と、前記光学系の瞳の位置に互いに対向して配された一対の反射面を有し、印加電圧に応じて前記一対の反射面の間隔を変化させ、前記間隔に応じた波長の光を選択的に透過する波長選択部と、各々が前記光学系及び前記波長選択部を通過した光を集光するn個(nは自然数)のレンズを有するレンズアレイと、前記波長選択部と共役な位置に設けられ、前記n個のレンズにより集光された光を受光するn個の分割撮像領域を有する撮像素子と、を有することを特徴とする。 The invention according to claim 1 has an optical system including a pair of lenses, and a pair of reflective surfaces disposed opposite to each other at the position of a pupil of the optical system, and the pair of reflective surfaces are arranged in accordance with an applied voltage. a wavelength selection section that changes the spacing between surfaces and selectively transmits light of a wavelength corresponding to the spacing; ); and an imaging element provided at a position conjugate with the wavelength selection section and having n divided imaging regions that receive light condensed by the n lenses. It is characterized by

実施例1の分光カメラ10の構成を示す図である。1 is a diagram showing the configuration of a spectroscopic camera 10 of Example 1. FIG. 物体点からの光がイメージセンサ13で受光される様子を模式的に示す図である。3 is a diagram schematically showing how light from an object point is received by an image sensor 13. FIG. 光学系11の瞳EYE上の一点からの光がイメージセンサ13で受光される様子を模式的に示す図である。3 is a diagram schematically showing how light from one point on the pupil EYE of the optical system 11 is received by the image sensor 13. FIG. 瞳に物理的な開口部を配置した場合の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a case where a physical opening is arranged in the pupil. 画素領域の選択により瞳に物理的な開口部を配置したのと同様の画像が得られることを模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing that an image similar to that obtained by arranging a physical opening in the pupil can be obtained by selecting a pixel region. 透過光の強度及び半値幅について、反射面間のギャップがほぼ均一である場合と端部付近においてギャップが不均一である場合とを比較して示す図である。FIG. 4 is a diagram comparing the intensity and half-width of transmitted light between a case where the gap between the reflecting surfaces is substantially uniform and a case where the gap is non-uniform near the end portions. フィルタの直前に開口絞りを配置する場合の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which an aperture stop is placed immediately in front of a filter. 事前撮影の処理動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating processing operations for pre-photography. 事前撮影において単一波長の光を照射する場合の例を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of irradiating light of a single wavelength in pre-photography. 事前撮影において光学系11の手前の位置にバンドパスフィルタを装着して照明光を照射する場合の例を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing an example in which a bandpass filter is attached to a position in front of the optical system 11 and illumination light is irradiated in advance photographing. 事前撮影において波長選択フィルタFFの手前の位置にバンドパスフィルタを装着して照明光を照射する場合の例を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing an example in which a bandpass filter is attached to a position in front of a wavelength selection filter FF and illumination light is irradiated in advance photographing. 実撮影の処理動作を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing the processing operation of actual photographing. 実施例2の分光カメラ20の構成を示す図である。3 is a diagram showing the configuration of a spectroscopic camera 20 in Example 2. FIG. 透過波長の同じバンドパスフィルタを複数設けた構成の例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a configuration in which a plurality of bandpass filters having the same transmission wavelength are provided. 透過波長が異なるバンドパスフィルタを複数設けた構成の例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a configuration in which a plurality of bandpass filters with different transmission wavelengths are provided. 半値幅が異なるバンドパスフィルタを複数設けた構成の例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a configuration in which a plurality of bandpass filters with different half widths are provided. 波長選択フィルタにごみが付着していた場合における撮影の様子を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing the state of photographing when dust is attached to the wavelength selection filter.

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description of each embodiment and the accompanying drawings, substantially the same or equivalent parts are designated by the same reference numerals.

図1は、実施例1に係る分光カメラ10の構成を示す断面図である。分光カメラ10は、例えば物体X(被写体)に光を照射し、物体Xから反射された光又は物体Xを透過した光を受光することによって撮像を行う。分光カメラ10は、光学系11と、マイクロレンズアレイ12及びイメージセンサ13からなるカメラ14と、画像処理部15と、を含む。マイクロレンズアレイ12は、物体Xと共役な位置に配置されている。また、イメージセンサ13は、光学系11の瞳と共役な位置に配置されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a spectroscopic camera 10 according to the first embodiment. The spectroscopic camera 10 performs imaging by, for example, irradiating light onto an object X (subject) and receiving light reflected from the object X or light transmitted through the object X. The spectroscopic camera 10 includes an optical system 11 , a camera 14 including a microlens array 12 and an image sensor 13 , and an image processing section 15 . The microlens array 12 is arranged at a position conjugate with the object X. Further, the image sensor 13 is arranged at a position conjugate with the pupil of the optical system 11.

光学系11は、例えば凸レンズからなる第1のレンズL1及び第2のレンズL2を含む。第1のレンズL1及び第2のレンズL2の間にある光学系11の瞳の位置には、波長選択フィルタFFが配置されている。光学系11は、物体Xの位置に応じて距離の調整が可能な機構(ピント合わせの機構)を有し、物体Xとマイクロレンズアレイ12との共役関係とを維持するように調整される。 The optical system 11 includes a first lens L1 and a second lens L2, which are made of, for example, a convex lens. A wavelength selection filter FF is arranged at the pupil position of the optical system 11 between the first lens L1 and the second lens L2. The optical system 11 has a mechanism (focusing mechanism) that can adjust the distance according to the position of the object X, and is adjusted so as to maintain a conjugate relationship between the object X and the microlens array 12.

第1のレンズL1は物体Xからの光が入射する側(以下、入射側と称する)に配置され、第2のレンズL2はマイクロレンズアレイ12に光を出射する側(以下、出射側と称する)に配置されている。物体Xからの光は第1のレンズL1、波長選択フィルタFF及び第2のレンズL2を通ってマイクロレンズアレイ12に集光する。 The first lens L1 is arranged on the side where the light from the object ). Light from the object X passes through the first lens L1, the wavelength selection filter FF, and the second lens L2, and is focused on the microlens array 12.

波長選択フィルタFFは、例えばファブリペロー型干渉フィルタから構成されている。波長選択フィルタFFは、対向して配置された反射膜RF1及びRF2からなり、反射膜間の間隔に応じた波長の光を透過する。波長選択フィルタFFは、電圧Vの印加を受け、反射膜RF1及びRF2の対抗する面同士の間隔d(以下、反射面間のギャップdと称する)を変化させることにより、透過する光の波長を選択的に設定することが可能に構成されている。 The wavelength selection filter FF is composed of, for example, a Fabry-Perot interference filter. The wavelength selection filter FF is made up of reflective films RF1 and RF2 that are arranged to face each other, and transmits light having a wavelength corresponding to the spacing between the reflective films. The wavelength selection filter FF changes the wavelength of transmitted light by changing the distance d between the opposing surfaces of the reflective films RF1 and RF2 (hereinafter referred to as the gap d between the reflective surfaces) upon application of a voltage V. It is configured so that it can be set selectively.

なお、波長選択フィルタFFにおける反射面間のギャップdは、均一な間隔となるように形成されているのが理想的であるが、製造時や組み立て時におけるばらつきにより、実際には不均一な部分(以下、反射面間のギャップdの不均一性と称する)が存在する。本実施例の分光カメラ10は、かかる反射面間のギャップdの不均一性に応じて撮像画像を補正する機能を有する。 Ideally, the gap d between the reflective surfaces of the wavelength selection filter FF should be formed so that the spacing is uniform, but due to variations during manufacturing and assembly, in reality, there may be uneven portions. (hereinafter referred to as non-uniformity of the gap d between the reflecting surfaces). The spectroscopic camera 10 of this embodiment has a function of correcting the captured image according to the non-uniformity of the gap d between the reflecting surfaces.

マイクロレンズアレイ12は、縦横に配列されたn個(nは自然数)のマイクロレンズから構成されている。物体X上の異なる点からの光は、夫々異なるマイクロレンズに入射する。マイクロレンズの各々は通常のカメラにおける「画素」に対応し、マイクロレンズの数は通常のカメラにおける「画素数」に対応している。マイクロレンズアレイ12の各マイクロレンズは、光学系11を通過した光を受光し、イメージセンサ13に集光する。 The microlens array 12 is composed of n microlenses (n is a natural number) arranged vertically and horizontally. Light from different points on object X enters different microlenses. Each microlens corresponds to a "pixel" in a normal camera, and the number of microlenses corresponds to the "number of pixels" in a normal camera. Each microlens of the microlens array 12 receives the light that has passed through the optical system 11 and focuses the light on the image sensor 13.

イメージセンサ13は、マイクロレンズアレイ12により集光された光を受光し、これを電子情報に変換して撮像画像を得る撮像素子である。イメージセンサ13は、マイクロレンズアレイ12の各々のマイクロレンズに対応するn個の分割撮像領域から構成されている。マイクロレンズアレイ12の各々のマイクロレンズに入射した光は、イメージセンサ13の対応する分割撮像領域で受光される。異なるマイクロレンズに入射した光は、夫々異なる分割撮像領域で受光され、受光される分割撮像領域が重複しないように構成され
ている。
The image sensor 13 is an image sensor that receives light collected by the microlens array 12, converts it into electronic information, and obtains a captured image. The image sensor 13 is composed of n divided imaging regions corresponding to each microlens of the microlens array 12. The light incident on each microlens of the microlens array 12 is received by the corresponding divided imaging area of the image sensor 13. The light incident on different microlenses is received by different divided imaging areas, and the divided imaging areas where the light is received do not overlap.

図2は、物体Xの一点(物体点Pと称する)からの光がイメージセンサ13で受光される様子を模式的に示す図である。物体点Pからの光は、第1のレンズL1、瞳EYE及び第2のレンズL2上の異なる領域を通って、マイクロレンズアレイ12のマイクロレンズML2に入射し、分割撮像領域R2で受光される。この物体点Pの像の輝度値は、分割撮像領域R2内における全画素の輝度値の総和で表される。従って、各分割撮像領域における全画素の輝度値の総和を取得することにより、マイクロレンズの位置にイメージセンサを配した通常のカメラで撮像した画像と同一の撮像結果(撮像画像)が得られる。 FIG. 2 is a diagram schematically showing how light from one point of the object X (referred to as object point P) is received by the image sensor 13. Light from the object point P passes through different regions on the first lens L1, the pupil EYE, and the second lens L2, enters the microlens ML2 of the microlens array 12, and is received by the divided imaging region R2. . The brightness value of the image of the object point P is represented by the sum of the brightness values of all pixels in the divided imaging region R2. Therefore, by obtaining the sum of the brightness values of all pixels in each divided imaging region, the same imaging result (captured image) as an image captured by a normal camera with an image sensor arranged at the position of the microlens can be obtained.

図3は、光学系11の瞳EYE上の一点からの光がイメージセンサ13で受光される様子を模式的に示す図である。瞳EYE上の一点からの光(すなわち、瞳EYE上の一点に入射した光)は、第2のレンズL2の異なる領域及びマイクロレンズアレイ12の異なるマイクロレンズを通って、イメージセンサ13の各々の分割撮像領域における同じ箇所に集光する。 FIG. 3 is a diagram schematically showing how light from one point on the pupil EYE of the optical system 11 is received by the image sensor 13. Light from a single point on the pupil EYE (that is, light incident on a single point on the pupil EYE) passes through different regions of the second lens L2 and different microlenses of the microlens array 12, and is transmitted to each of the image sensors 13. The light is focused on the same location in the divided imaging area.

再び図1を参照すると、画像処理部15は、例えばCPU(Central Processing Unit)等から構成され、イメージセンサ13により取得された物体Xの画像に対して画像補正処理を行う。具体的には、画像処理部15は、事前撮影により得られたイメージセンサ13の各分割撮像領域における輝度分布に応じて画素領域を選択し、選択した画素領域の情報のみを用いて物体Xの撮像画像を構成する。事前撮影では、画像処理部15は、例えば波長選択フィルタFFへの印加電圧を掃引しながらイメージセンサ13により受光された信号をメモリ等の記憶部(図示せず)に記録し、記録された複数の信号情報に基づいて波長選択フィルタFFの透過波長の不均一性(すなわち、反射面のギャップdの不均一性)を示す輝度分布を得る。すなわち、画像処理部15は、波長選択フィルタFFの透過波長の不均一性を検出する検出部としての機能を有する。 Referring again to FIG. 1, the image processing unit 15 is comprised of, for example, a CPU (Central Processing Unit), and performs image correction processing on the image of the object X acquired by the image sensor 13. Specifically, the image processing unit 15 selects a pixel region according to the brightness distribution in each divided imaging region of the image sensor 13 obtained by pre-imaging, and processes the object X using only the information of the selected pixel region. Construct a captured image. In the pre-imaging, the image processing unit 15 records the signals received by the image sensor 13 in a storage unit (not shown) such as a memory while sweeping the voltage applied to the wavelength selection filter FF, and stores the recorded plurality of signals. A brightness distribution indicating the non-uniformity of the transmission wavelength of the wavelength selection filter FF (that is, the non-uniformity of the gap d of the reflecting surface) is obtained based on the signal information. That is, the image processing section 15 has a function as a detection section that detects non-uniformity of the transmission wavelength of the wavelength selection filter FF.

イメージセンサ13の分割撮像領域内の輝度分布は、マイクロレンズアレイ12の対応するマイクロレンズに入射した光が瞳を通過する際にどのような輝度分布であったかを表すものである。従って、あるマイクロレンズに入射した光の輝度値を対応する分割撮像領域の特定の画素領域の和として算出すれば、瞳の特定の領域(分割撮像領域内の画素領域に対応する領域)を通過して受光した光の強度が得られる。さらに、全てのマイクロレンズの輝度値を対応する分割撮像領域の同じ画素領域の和として算出すれば、瞳の特定の領域を通過した光による画像が得られる。これにより、例えば光学系11の瞳に所定の形状を有する物理的な開口部を配置した場合と同様の画像が得られる。 The brightness distribution within the divided imaging area of the image sensor 13 represents the brightness distribution of the light incident on the corresponding microlens of the microlens array 12 when it passes through the pupil. Therefore, if the brightness value of light incident on a certain microlens is calculated as the sum of specific pixel areas in the corresponding divided imaging area, it will pass through the specific area of the pupil (the area corresponding to the pixel area in the divided imaging area). The intensity of the received light can be obtained. Furthermore, if the brightness values of all the microlenses are calculated as the sum of the same pixel areas of the corresponding divided imaging areas, an image based on light that has passed through a specific area of the pupil can be obtained. As a result, an image similar to that obtained when a physical aperture having a predetermined shape is arranged in the pupil of the optical system 11, for example, can be obtained.

図4は、ハート形の形状を有する物理的な開口部APを光学系の瞳位置に配置した場合の例を示す図である。イメージセンサ13の各分割撮像領域では、ハート形の形状(すなわち、開口部APの形状)の上下を反転させた画像が得られる。 FIG. 4 is a diagram showing an example in which a physical opening AP having a heart shape is arranged at the pupil position of the optical system. In each divided imaging area of the image sensor 13, an image obtained by inverting the heart shape (that is, the shape of the opening AP) upside down is obtained.

これに対し、本実施例の分光カメラ10では、選択した画素領域のみを用いて輝度値を計算することにより、図5に示すように、光学系11の瞳に物理的な開口部(図では、ハート形の開口部)を配置した場合と同様の画像(図では、ハート形の上下を反転させた画像)を、物理的な開口部を配置することなく得ることができる。 On the other hand, in the spectroscopic camera 10 of this embodiment, by calculating the brightness value using only the selected pixel area, as shown in FIG. , a heart-shaped opening) can be obtained without arranging a physical opening (in the figure, the heart-shaped image is flipped upside down).

再び図1を参照すると、画像処理部15は、例えばCPU(Central Processing Unit)等から構成され、イメージセンサ13により取得された物体Xの画像に対して画像補正処理を行う。具体的には、画像処理部15は、事前撮影により得られたイメージセンサ13の各分割撮像領域における輝度分布に応じて画素領域を選択し、選択した画素領域の情報のみを用いて物体Xの撮像画像を構成する。事前撮影では、画像処理部15は、例えば波長選択フィルタFFへの印加電圧を掃引しながらイメージセンサ13により受光された信号をメモリ等の記憶部(図示せず)に記録し、記録された複数の信号情報に基づいて波長選択フィルタFFの透過波長の不均一性(すなわち、反射面のギャップdの不均一性)を示す輝度分布を得る。すなわち、画像処理部15は、波長選択フィルタFFの透過波長の不均一性を検出する検出部としての機能を有する。 Referring again to FIG. 1, the image processing unit 15 is comprised of, for example, a CPU (Central Processing Unit), and performs image correction processing on the image of the object X acquired by the image sensor 13. Specifically, the image processing unit 15 selects a pixel region according to the brightness distribution in each divided imaging region of the image sensor 13 obtained by pre-imaging, and processes the object X using only the information of the selected pixel region. Construct a captured image. In the pre-imaging, the image processing unit 15 records the signals received by the image sensor 13 in a storage unit (not shown) such as a memory while sweeping the voltage applied to the wavelength selection filter FF, and stores the recorded plurality of signals. A brightness distribution indicating the non-uniformity of the transmission wavelength of the wavelength selection filter FF (that is, the non-uniformity of the gap d of the reflecting surface) is obtained based on the signal information. That is, the image processing section 15 has a function as a detection section that detects non-uniformity of the transmission wavelength of the wavelength selection filter FF.

イメージセンサ13の分割撮像領域内の輝度分布は、マイクロレンズアレイ12の対応するマイクロレンズに入射した光が瞳を通過する際にどのような輝度分布であったかを表すものである。従って、あるマイクロレンズに入射した光の輝度値を対応する分割撮像領域の特定の画素領域の和として算出すれば、瞳の特定の領域(分割撮像領域内の画素領域に対応する領域)を通過して受光した光の強度が得られる。さらに、全てのマイクロレンズの輝度値を対応する分割撮像領域の同じ画素領域の和として算出すれば、瞳の特定の領域を通過した光による画像が得られる。これにより、例えば光学系11の瞳に所定の形状を有する物理的な開口部を配置した場合と同様の画像が得られる。 The brightness distribution within the divided imaging area of the image sensor 13 represents the brightness distribution of the light incident on the corresponding microlens of the microlens array 12 when it passes through the pupil. Therefore, if the brightness value of light incident on a certain microlens is calculated as the sum of specific pixel areas in the corresponding divided imaging area, it will pass through the specific area of the pupil (the area corresponding to the pixel area in the divided imaging area). The intensity of the received light can be obtained. Furthermore, if the brightness values of all the microlenses are calculated as the sum of the same pixel areas of the corresponding divided imaging areas, an image based on light that has passed through a specific area of the pupil can be obtained. As a result, an image similar to that obtained when a physical aperture having a predetermined shape is arranged in the pupil of the optical system 11, for example, can be obtained.

図4は、ハート形の形状を有する物理的な開口部APを光学系の瞳位置に配置した場合の例を示す図である。イメージセンサ13の各分割撮像領域では、ハート形の形状(すなわち、開口部APの形状)の上下を反転させた画像が得られる。 FIG. 4 is a diagram showing an example in which a physical opening AP having a heart shape is arranged at the pupil position of the optical system. In each divided imaging area of the image sensor 13, an image obtained by inverting the heart shape (that is, the shape of the opening AP) upside down is obtained.

これに対し、本実施例の分光カメラ10では、選択した画素領域のみを用いて輝度値を計算することにより、図5に示すように、光学系11の瞳に物理的な開口部(図では、ハート形の開口部)を配置した場合と同様の画像(図では、ハート形の上下を反転させた画像)を、物理的な開口部を配置することなく得ることができる。 On the other hand, in the spectroscopic camera 10 of this embodiment, by calculating the brightness value using only the selected pixel area, as shown in FIG. , a heart-shaped opening) can be obtained without arranging a physical opening (in the figure, the heart-shaped image is flipped upside down).

ところで、波長選択フィルタFFを構成するファブリペロー型干渉フィルタは、一組の平行な反射膜で構成される干渉フィルタであり、その反射面間のギャップを変化させることにより、透過する光の波長が変化する。反射面の反射率をR、反射面間のギャップをh、入射光の波長をλとすると、ファブリペローフィルタの透過率T(λ)は、次の式(1)で表される。 By the way, the Fabry-Perot interference filter that constitutes the wavelength selection filter FF is an interference filter that is composed of a set of parallel reflective films, and by changing the gap between the reflective surfaces, the wavelength of the transmitted light can be changed. Change. When the reflectance of the reflective surface is R, the gap between the reflective surfaces is h 0 , and the wavelength of the incident light is λ, the transmittance T(λ) of the Fabry-Perot filter is expressed by the following equation (1).

Figure 2024028237000002
Figure 2024028237000002

R=1の反射面では、λ=2hのときにだけ値を持ち、他の波長は通過させない完全な単色フィルタとなる。しかし、実際にはR<1となるため、λ=2hを中心波長としたある範囲の波長を通過させることとなる。その半値幅FWHM(Full Width at Half Maximum)は、次の式(2)で表される。R→1の極限では、FWHM→0となる。 A reflective surface with R=1 has a value only when λ=2h 0 , and becomes a completely monochromatic filter that does not allow any other wavelengths to pass. However, in reality, R<1, so a certain range of wavelengths centered around λ=2h 0 will be passed. The full width at half maximum (FWHM) is expressed by the following equation (2). In the limit of R→1, FWHM→0.

Figure 2024028237000003
Figure 2024028237000003

R→1の極限では、FWHM→0となる。しかし、反射率Rが1であるとしても、実際に作成されるファブリペローフィルタでは反射面間のギャップが不均一であるため、透過光は完全な単色とはならない。 In the limit of R→1, FWHM→0. However, even if the reflectance R is 1, the transmitted light will not be completely monochromatic because the gap between the reflective surfaces is non-uniform in Fabry-Perot filters that are actually produced.

図6(a)及び(b)は、透過光の強度及び半値幅について、反射面間のギャップがほぼ均一である理想的な場合と端部付近においてギャップが不均一である場合とを比較して示す図である。 Figures 6 (a) and (b) compare the intensity and half-width of transmitted light between an ideal case where the gap between the reflective surfaces is almost uniform and a case where the gap is non-uniform near the edges. FIG.

図6(a)に示すように、フィルタの反射面内の全ての領域でギャップが均一な値(d=h)となっているときには、反射面内の全ての箇所における透過光の波長は2hであり、半値幅はほぼ0となる。 As shown in FIG. 6(a), when the gap has a uniform value (d=h 0 ) in all areas within the reflective surface of the filter, the wavelength of the transmitted light at all locations within the reflective surface is 2h 0 , and the half width is approximately 0.

これに対し、図6(b)に示すように、ギャップが不均一である場合には、d≠hである領域ではλ=2h以外の波長の光が透過することになり、半値幅は広くなる。 On the other hand, as shown in Figure 6(b), if the gap is non-uniform, in the region where d≠h 0 , light with a wavelength other than λ = 2h 0 will be transmitted, and the half-value width becomes wider.

このような半値幅の広がりを改善するためには、一般的にフィルタの直前又は直後に開口絞りを配置することが考えられる。例えば、図7(a)に示すように、フィルタの直前に開口絞りを配置することにより、光軸周辺のギャップが均一な領域のみに光を透過させ、半値幅を改善することができる。しかし、かかる方法では半値幅を改善することはできるものの、透過光の光量が小さくなってしまう。 In order to improve such a broadening of the half-width, it is generally considered to place an aperture stop immediately before or after the filter. For example, as shown in FIG. 7A, by arranging an aperture diaphragm just before the filter, light can be transmitted only through a region with a uniform gap around the optical axis, thereby improving the half-width. However, although this method can improve the half-width, the amount of transmitted light becomes small.

また、反射面間のギャップが光軸に対して非対称な不均一性を有する場合、図7(b)のように光軸に対して対称な開口絞りを配置すると透過光の光量がさらに小さくなるため、図7(c)に示すように、ギャップの不均一性に応じた開口絞りを配置する必要がある。しかし、実際にはどの部分が不均一なのかがフィルタによって様々であるため、適切な開口絞りを配置することは困難である。 Additionally, if the gap between the reflective surfaces has non-uniformity that is asymmetrical with respect to the optical axis, the amount of transmitted light will further decrease if an aperture stop is arranged symmetrically with respect to the optical axis as shown in Figure 7(b). Therefore, as shown in FIG. 7(c), it is necessary to arrange an aperture stop according to the non-uniformity of the gap. However, it is difficult to arrange an appropriate aperture diaphragm because the portions that are nonuniform actually vary depending on the filter.

これに対し、本実施例の分光カメラ10では、イメージセンサ13の各分割撮像領域における特定の画素領域のみを選択的に用いることにより画像を構成することが可能である。従って、物理的な開口絞りを設けることなく、波長選択フィルタFFの反射膜RF1及びRF2の間隔が均一な領域を通過した光のみを用いた画像を得ることができる。 In contrast, in the spectroscopic camera 10 of this embodiment, it is possible to construct an image by selectively using only specific pixel areas in each divided imaging area of the image sensor 13. Therefore, without providing a physical aperture stop, it is possible to obtain an image using only the light that has passed through the area where the spacing between the reflective films RF1 and RF2 of the wavelength selection filter FF is uniform.

次に、本実施例の分光カメラ10による撮像及び画素領域の選択方法について説明する。まず、被写体の撮影(実撮影)を行う前の事前撮影について、図8のフローチャート及び図9を参照して説明する。 Next, a method of imaging and selecting a pixel region using the spectroscopic camera 10 of this embodiment will be described. First, preliminary photographing before photographing (actual photographing) of a subject will be described with reference to the flowchart of FIG. 8 and FIG. 9.

事前撮影では、図9に示すように、レーザLRから出射された単一の波長λの光を、レンズL3を介してスクリーンSCに照射する(ステップS101)。 In the preliminary photographing, as shown in FIG. 9, light with a single wavelength λ 1 emitted from the laser LR is irradiated onto the screen SC via the lens L3 (step S101).

分光カメラ10は、波長選択フィルタFFに印加する電圧Vを掃引しながら、スクリーンSCの撮影を行う。画像処理部15は、撮像素子であるイメージセンサ13で受光された信号を記録する(ステップS102)。 The spectroscopic camera 10 photographs the screen SC while sweeping the voltage V applied to the wavelength selection filter FF. The image processing unit 15 records the signal received by the image sensor 13, which is an imaging device (step S102).

波長選択フィルタFFに印加する電圧Vを変化させることにより、反射膜RF1及びRF2の間隔が変化する。波長λの光を最も多く通過させる間隔となったときに、イメージセンサ13の各分割撮像領域の画像が最も明るくなる。このとき、分割撮像領域において得られた画像VDにおいて輝度が高い領域は、対応する瞳上の領域が波長λの光を通過している領域であり、反射面間のギャップd(すなわち、反射膜RF1及びRF2の間隔)が均一な領域を反映したものとなる。 By changing the voltage V applied to the wavelength selection filter FF, the interval between the reflective films RF1 and RF2 is changed. The image of each divided imaging area of the image sensor 13 becomes the brightest when the interval is such that the most light of wavelength λ 1 passes through. At this time, a region with high brightness in the image VD obtained in the divided imaging region is a region in which the corresponding region on the pupil passes light of wavelength λ 1 , and the gap d between the reflective surfaces (i.e., the reflective The distance between the films RF1 and RF2) reflects a uniform area.

画像処理部15は、記録された複数の信号情報に基づいて、波長選択フィルタの反射面間のギャップdの不均一性(透過波長の不均一性)を反映した分割撮像領域の輝度分布を取得する(ステップS103)。 The image processing unit 15 acquires the brightness distribution of the divided imaging areas that reflects the non-uniformity of the gap d between the reflecting surfaces of the wavelength selection filter (non-uniformity of the transmitted wavelength) based on the plurality of recorded signal information. (Step S103).

なお、画素領域選択のための事前撮影を行う際には、単一波長のレーザ光で照明されたスクリーンSCを用いる代わりに、太陽光やハロゲン光などで照明されたスクリーンSCを波長λの光を通過するバンドパスフィルタを通して撮影しても良い。 Note that when performing preliminary imaging for pixel area selection, instead of using a screen SC illuminated with a single wavelength laser beam, a screen SC illuminated with sunlight or halogen light is used with a wavelength λ 1 . The image may be photographed through a bandpass filter that passes light.

例えば、図10に示すように、事前撮影時には入射側から見て光学系11の手前(すなわち、第1のレンズL1の手前)の光路上の位置に波長λの光を透過するバンドパスフィルタBPFを配置して照明光WLを照射して撮影を行い、実撮影時にはバンドパスフィルタBPFを外して撮影を行う。これにより、波長選択フィルタFFの反射面間のギャップに応じた輝度の分布を示す画素領域の情報を取得し、輝度が高い画素領域のみを用いて画像を構成することが出来る。また、図11に示すように、波長選択フィルタの手前の光路上の位置にバンドパスフィルタBPFを配置して事前撮影を行っても良い。すなわち、バンドパスフィルタBPFは光路上に配置されていれば良い。 For example, as shown in FIG. 10, during pre-photography, a bandpass filter that transmits light of wavelength λ 1 is placed on the optical path in front of the optical system 11 (that is, in front of the first lens L1) when viewed from the incident side. Photographing is performed by disposing a BPF and irradiating illumination light WL, and during actual photographing, the band pass filter BPF is removed and photographing is performed. As a result, it is possible to obtain information on pixel regions showing the distribution of brightness according to the gap between the reflective surfaces of the wavelength selection filter FF, and to construct an image using only pixel regions with high brightness. Furthermore, as shown in FIG. 11, a bandpass filter BPF may be placed on the optical path in front of the wavelength selection filter to perform preliminary imaging. That is, the bandpass filter BPF only needs to be placed on the optical path.

次に、被写体の撮影を行う実撮影について、図12のフローチャートを参照して説明する。 Next, actual photographing of a subject will be described with reference to the flowchart of FIG. 12.

まず、被写体(物体X)に対して分光カメラ10をセットする(ステップS201)。分光カメラ10は、波長選択フィルタFFに印加する電圧Vを掃引しながら、物体Xの撮影を行う(ステップS202)。その際、事前撮影とは異なり、単一波長の光ではなく太陽光や白色光等の照明光を用いて被写体の撮影を行う。そして、画像処理部15は、撮像素子であるイメージセンサ13において受光された信号を記録する。 First, the spectroscopic camera 10 is set on the subject (object X) (step S201). The spectroscopic camera 10 photographs the object X while sweeping the voltage V applied to the wavelength selection filter FF (step S202). At this time, unlike pre-photography, the subject is photographed using illumination light such as sunlight or white light rather than single wavelength light. The image processing unit 15 then records the signal received by the image sensor 13, which is an imaging device.

画像処理部15は、事前撮影により得られた波長選択フィルタの反射面間のギャップdの不均一性を示す情報(すなわち、分割撮像領域内の輝度分布の情報)に基づいて、実撮影において反射面間のギャップdが均一な領域を通過した光を受光して得られた第1の画像情報と、不均一な領域を通過した光を受光して得られた第2の画像情報とを算出する(ステップS203)。画像処理部15は、第1の画像情報及び第2の画像情報に基づいて、最終的な撮像画像を得る(ステップS204)。 The image processing unit 15 determines the reflection during actual imaging based on the information indicating the non-uniformity of the gap d between the reflective surfaces of the wavelength selection filter obtained by the pre-imaging (that is, the information about the brightness distribution within the divided imaging area). Calculate first image information obtained by receiving light that has passed through an area where the gap d between surfaces is uniform, and second image information obtained by receiving light that has passed through an area where the gap d between surfaces is uneven. (Step S203). The image processing unit 15 obtains a final captured image based on the first image information and the second image information (step S204).

以上のように、本実施例の分光カメラ10によれば、事前撮影において波長選択フィルタFFの反射面間のギャップdに応じた輝度の分布を示す画像情報を取得し、事前撮影において輝度値が高かった画素領域のみを選択的に用いることにより、波長選択フィルタFFの反射面間のギャップdが均一な領域を通過した光のみを用いて構成された撮像画像を得ることができる。従って、フィルタにおいて透過波長が不均一な領域が存在するような場合においても、高精度の画像を取得することが可能となる。 As described above, according to the spectroscopic camera 10 of this embodiment, image information indicating the brightness distribution according to the gap d between the reflective surfaces of the wavelength selection filter FF is acquired in advance photography, and the brightness value is determined in advance photography. By selectively using only the pixel regions with high values, it is possible to obtain a captured image constructed using only light that has passed through a region where the gap d between the reflective surfaces of the wavelength selection filter FF is uniform. Therefore, even if there is a region where the transmitted wavelength is non-uniform in the filter, it is possible to obtain a highly accurate image.

図13は、実施例2に係る分光カメラ20の構成を示す断面図である。本実施例の分光カメラ20は、マイクロレンズアレイ12を構成するマイクロレンズのうちの1つの出射側表面にバンドパスフィルタBPFが固定して設けられている点で、実施例1の分光カメラ10と異なる。 FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of a spectroscopic camera 20 according to the second embodiment. The spectroscopic camera 20 of this embodiment differs from the spectroscopic camera 10 of the first embodiment in that a bandpass filter BPF is fixedly provided on the exit side surface of one of the microlenses constituting the microlens array 12. different.

マイクロレンズアレイ12の端部に位置するマイクロレンズML1の出射側の表面(すなわち、イメージセンサ13側の表面)には、透過波長λ(通過帯域の中心波長がλ)のバンドパスフィルタBPFが設けられている。マイクロレンズML1は画素選択用のマイクロレンズとして機能し、その他のマイクロレンズは撮像用のマイクロレンズとして機能する。 A bandpass filter BPF with a transmission wavelength λ 1 (the center wavelength of the passband is λ 1 ) is provided on the exit side surface (that is, the surface on the image sensor 13 side) of the microlens ML1 located at the end of the microlens array 12. is provided. The microlens ML1 functions as a pixel selection microlens, and the other microlenses function as imaging microlenses.

イメージセンサ13は、マイクロレンズアレイ12のマイクロレンズML1に対応する分割撮像領域R1を有する。分割撮像領域R1は、マイクロレンズML1に対応する位置(例えばイメージセンサの端部)に設けられている。分割撮像領域R1は画素選択用の分割撮像領域として機能し、その他の分割撮像領域は撮像用の分割撮像領域として機能する。 The image sensor 13 has divided imaging regions R1 corresponding to the microlenses ML1 of the microlens array 12. The divided imaging region R1 is provided at a position corresponding to the microlens ML1 (for example, at the end of the image sensor). The divided imaging region R1 functions as a divided imaging region for pixel selection, and the other divided imaging regions function as divided imaging regions for imaging.

物体Xの撮影時において、マイクロレンズML1に入射した光のうち波長λの光のみが、バンドパスフィルタBPFを通ってイメージセンサ13の分割撮像領域R1で受光される。従って、分割撮像領域R1では、波長選択フィルタFFの反射面間のギャップdを反映した輝度分布を有する画素選択用の画像VDが取得される。 When photographing the object X, of the light incident on the microlens ML1, only the light with wavelength λ1 passes through the bandpass filter BPF and is received by the divided imaging region R1 of the image sensor 13. Therefore, in the divided imaging region R1, an image VD for pixel selection having a brightness distribution reflecting the gap d between the reflective surfaces of the wavelength selection filter FF is acquired.

一方、マイクロレンズアレイ12のマイクロレンズML1以外の領域を通過した光は、バンドパスフィルタBPFを通らずに、イメージセンサ13のその他の分割撮像領域で受光される。従って、イメージセンサ13の分割撮像領域R1以外の分割撮像領域では、物体Xを撮影した通常の撮像画像が得られる。 On the other hand, light that has passed through areas other than the microlens ML1 of the microlens array 12 is received by other divided imaging areas of the image sensor 13 without passing through the bandpass filter BPF. Therefore, in the divided imaging regions other than the divided imaging region R1 of the image sensor 13, a normal captured image of the object X is obtained.

画像処理部15は、分割撮像領域R1において得られた画素選択用の画像VDの画像情報に基づいて、分割撮像領域R1以外で得られた撮像画像に対して画像補正処理を行う。具体的には、画像処理部15は、画素選択用の画像VDに示される輝度分布に応じて画素領域を選択し、選択した画素領域のみを用いて物体Xの撮像画像を構成する。 The image processing unit 15 performs image correction processing on captured images obtained outside the divided imaging region R1, based on the image information of the pixel selection image VD obtained in the divided imaging region R1. Specifically, the image processing unit 15 selects a pixel area according to the brightness distribution shown in the image VD for pixel selection, and configures a captured image of the object X using only the selected pixel area.

従って、本実施例の分光カメラ20によれば、事前撮影及び実撮影という2つのステップで撮影を行う必要がある実施例1とは異なり、一度の撮影により、輝度が高い画素領域のみを用いた撮像画像を得ることが可能となる。 Therefore, according to the spectroscopic camera 20 of this embodiment, unlike in the first embodiment, in which it is necessary to perform imaging in two steps: preliminary imaging and actual imaging, only the pixel areas with high brightness are used in one imaging. It becomes possible to obtain a captured image.

なお、上記構成とは異なり、バンドパスフィルタBPFを複数設けた構成としても良い。例えば、図14に示すように、いずれも透過波長(通過帯域の中心波長)がλである2つのバンドパスフィルタBPFをマイクロレンズアレイ12の両端部のマイクロレンズの出射側の表面に設け、対応する2つの分割撮像領域(分割撮像領域R1及びRx)を画素選択用の分割撮像領域とする。これにより、画素選択用の画像VDが複数得られるため、画素選択を精度よく行うことができる。 Note that, unlike the above configuration, a configuration may be adopted in which a plurality of band pass filters BPF are provided. For example, as shown in FIG. 14, two bandpass filters BPF, both of which have a transmission wavelength (center wavelength of the passband) of λ 1 , are provided on the exit side surfaces of the microlenses at both ends of the microlens array 12, Two corresponding divided imaging regions (divided imaging regions R1 and Rx) are set as divided imaging regions for pixel selection. As a result, a plurality of images VD for pixel selection are obtained, so that pixel selection can be performed with high precision.

また、図15に示すように、透過波長が異なる複数のバンドパスフィルタBPF1(透過波長λ)及びBPF2(透過波長λ)を設けた構成としても良い。分割撮像領域R1における画素選択用の画像と、分割撮像領域Rxにおける画素選択用の画像は、夫々異なる電圧Vを波長選択フィルタFFに印加した際に取得される。例えば、電圧V=Vのときに分割撮像領域R1において画素選択用の画像VD1が得られ、電圧V=Vのときに分割撮像領域Rxにおいて画素選択用の画像VD2が得られる。この場合においても、複数の画素選択用の画像に基づいて画素の選択を行うことができるため、画素選択を精度よく行うことができる。 Furthermore, as shown in FIG. 15, a configuration may be adopted in which a plurality of bandpass filters BPF1 (transmission wavelength λ 1 ) and BPF2 (transmission wavelength λ 2 ) having different transmission wavelengths are provided. The image for pixel selection in the divided imaging region R1 and the image for pixel selection in the divided imaging region Rx are acquired when different voltages V are applied to the wavelength selection filter FF. For example, when voltage V= V1 , a pixel selection image VD1 is obtained in the divided imaging region R1, and when voltage V= V2 , a pixel selection image VD2 is obtained in the divided imaging region Rx. Even in this case, since pixels can be selected based on a plurality of images for pixel selection, pixel selection can be performed with high accuracy.

また、半値幅が異なる複数のバンドパスフィルタを設けた構成としても良い。例えば、図16(a)に示すように、透過波長の中心がλで且つ半値幅がWであるバンドパスフィルタBPFAと、透過波長の中心がλで且つ半値幅がWであるバンドパスフィルタBPFBとを、マイクロレンズアレイ12の両端部のマイクロレンズの出射側の表面に設ける。半値幅W>半値幅Wとすると、図16(b)に示すように、半値幅の小さいバンドパスフィルタBPFAでは透過光の光量が小さく、半値幅の大きいバンドパスフィルタBPFBでは透過光の光量が大きくなる。従って、分割撮像領域Aにおいて得られる画素選択用の画像VD1及び分割撮像領域Bにおいて得られる画素選択用の画像VD3に基づいて、半値幅優先の画素選択と透過光量優先の画素選択とを切り替えつつ行うことができる。 Further, a configuration may be adopted in which a plurality of bandpass filters having different half widths are provided. For example, as shown in FIG. 16(a), there is a band pass filter BPFA whose transmission wavelength is centered at λ 1 and whose half-width is W 1 , and a band-pass filter BPFA whose transmission wavelength is centered at λ 1 and whose half-width is W 2 . A bandpass filter BPFB is provided on the exit side surface of the microlenses at both ends of the microlens array 12. When half width W 2 > half width W 1 , as shown in FIG. 16(b), the amount of transmitted light is small in the band pass filter BPFA with a small width at half value, and the amount of transmitted light is small in the band pass filter BPFB with a large width at half value. The amount of light increases. Therefore, based on the image VD1 for pixel selection obtained in the divided imaging area A and the image VD3 for pixel selection obtained in the divided imaging area B, pixel selection is performed while switching between pixel selection giving priority to half width and pixel selection giving priority to transmitted light amount. be able to.

なお、本発明の実施形態は、上記実施例1及び2で示したものに限られない。例えば、上記実施例では、ある電圧Vが波長選択フィルタFFに印加された状態において、イメージセンサ13の分割撮像領域内で輝度値の高い画素領域を選択して画像処理を行う構成について説明した。例えば、ある単色光を入射させたときに図9のような画像が分割撮像領域で得られた場合、輝度の高い画素領域(図中、白で表される領域)の画素のみを有効画素とし、その他の領域(図中、グレー及び黒で表される領域)の画素の情報は捨てるという判断をしていた。しかし、波長選択フィルタFFに印加する電圧を変化させることにより輝度の高い画素領域は変化するため、複数の電圧における情報を加算して画像情報を得る構成としても良い。 Note that the embodiments of the present invention are not limited to those shown in Examples 1 and 2 above. For example, in the above embodiment, a configuration has been described in which a pixel region with a high luminance value is selected within the divided imaging region of the image sensor 13 and image processing is performed in a state where a certain voltage V is applied to the wavelength selection filter FF. For example, if an image like that shown in Figure 9 is obtained in a divided imaging area when a certain monochromatic light is incident, only the pixels in the pixel area with high brightness (the area represented by white in the figure) are considered to be effective pixels. , the decision was made to discard information on pixels in other areas (areas shown in gray and black in the figure). However, since the pixel region with high brightness changes by changing the voltage applied to the wavelength selection filter FF, a configuration may be adopted in which image information is obtained by adding information at a plurality of voltages.

例えば、波長選択フィルタFFに印加する電圧(以下、印加電圧と称する)をV=Vの前後で変化させ、印加電圧Vのときにグレーで表されていた画素領域の輝度値が印加電圧Vにおいて最大となり、印加電圧Vの時に黒で表されていた画素領域の輝度値が印加電圧Vにおいて最大となったとする。この場合、夫々の電圧値における画素領域の情報を加算して、対応するマイクロレンズの輝度値を算出することにより、波長選択フィルタFFの全面の情報から波長λの画像を得ることができ、光量のロスをさらに減らすことができる。このように1つの波長の画像情報を得るために、複数の印加電圧とその印加電圧に対応した分割撮像領域内のピクセル(画素領域)を使用することにより、光利用効率を最大限確保しつつ、半値幅を改善することが可能となる。 For example, by changing the voltage applied to the wavelength selection filter FF (hereinafter referred to as the applied voltage) before and after V= V1 , the brightness value of the pixel area represented in gray when the applied voltage is V1 is changed to the applied voltage. Suppose that the brightness value of the pixel area reaches a maximum at V2 , and the brightness value of the pixel area, which was represented in black at the applied voltage V1 , reaches the maximum at the applied voltage V3 . In this case, by adding the information of the pixel area at each voltage value and calculating the brightness value of the corresponding microlens, an image of wavelength λ 1 can be obtained from the information of the entire surface of the wavelength selection filter FF, The loss of light amount can be further reduced. In order to obtain image information of one wavelength in this way, by using multiple applied voltages and pixels (pixel areas) within the divided imaging area corresponding to the applied voltages, we can maximize light utilization efficiency while ensuring maximum light utilization efficiency. , it becomes possible to improve the half width.

また、印加電圧Vのときのグレーの領域は別の波長λの情報であり、黒の領域はさらに別の波長λの情報であるとも言えるため、印加電圧ごとに複数波長の情報を取得することが可能である。従って、印加電圧Vを掃引しながらこれらの情報をメモリ(図示せず)等に保持しておき、最後に同じ波長の情報の加算を行うことで各マイクロレンズの輝度値を算出することにより、同様の結果を得ることが出来る。 Furthermore, when the applied voltage is V 1 , the gray area is information on another wavelength λ 2 , and the black area is information on another wavelength λ 3 , so information on multiple wavelengths is stored for each applied voltage. It is possible to obtain. Therefore, by holding this information in a memory (not shown) or the like while sweeping the applied voltage V, and finally calculating the brightness value of each microlens by adding the information of the same wavelength, Similar results can be obtained.

なお、本発明において波長選択フィルタFFは光学系11の瞳部分に配置されるため、瞳におけるある座標を通過した光はマイクロレンズアレイ12の全てのマイクロレンズに一様に入射する。従って、波長選択フィルタFFの反射面間のギャップdに不均一な部分(むら)がある場合には、フィルタのどこを通過した光がマイクロレンズアレイ12に入射するかは時刻により変化するが、各マイクロレンズに光が入射するタイミングは揃っているので、イメージセンサ13において得られる画像にむらは生じない。また、フィルタ上に汚れや欠陥部分があった場合には、汚れや欠陥の面積分だけ輝度が低下するものの、イメージセンサ13において得られる画像に画素の欠陥は生じない。 Note that in the present invention, the wavelength selection filter FF is arranged in the pupil portion of the optical system 11, so that light that has passed through a certain coordinate in the pupil uniformly enters all the microlenses of the microlens array 12. Therefore, if there is a non-uniform part (unevenness) in the gap d between the reflecting surfaces of the wavelength selection filter FF, where on the filter the light passes and enters the microlens array 12 changes depending on the time. Since the timing at which the light enters each microlens is the same, there is no unevenness in the image obtained by the image sensor 13. Further, if there is dirt or a defective portion on the filter, the brightness will be reduced by the area of the dirt or defect, but no pixel defect will occur in the image obtained by the image sensor 13.

また、本発明の分光カメラによれば、波長選択フィルタにごみ等が付着していた場合でも、これを避けて被写体を撮影することが可能である。例えば、図17に示すように、波長選択フィルタFFにごみGBが付着していた場合、白色光等の照明光WLで照明されたスクリーンSCを撮影すると、イメージセンサ13の全ての分割撮像領域にごみGBが映り込むことになる。そこで、ごみGBが映り込む領域を避けて画素領域を選択することにより、ごみGBを避けつつ撮影を行うことが可能となる。また、ごみ以外にも、汚れや傷など、その場所を予測できない異物に対しても対応することが可能である。 Further, according to the spectroscopic camera of the present invention, even if dust or the like is attached to the wavelength selection filter, it is possible to avoid this and photograph the subject. For example, as shown in FIG. 17, when dust GB is attached to the wavelength selection filter FF, when a screen SC illuminated with illumination light WL such as white light is photographed, all divided imaging areas of the image sensor 13 are Garbage GB will be reflected. Therefore, by selecting a pixel area while avoiding the area where the dust GB is reflected, it becomes possible to take an image while avoiding the dust GB. In addition to dust, it is also possible to deal with foreign objects whose locations cannot be predicted, such as dirt and scratches.

また、上記実施例では、分光カメラ10及び20がn個のマイクロレンズが縦横に配列されたマイクロレンズアレイ12を有する例について説明した。しかし、レンズの種類及び配列はこれに限られず、分光カメラはn個のレンズを有するレンズアレイを有していれば良い。 Furthermore, in the above embodiments, an example has been described in which the spectroscopic cameras 10 and 20 have a microlens array 12 in which n microlenses are arranged vertically and horizontally. However, the type and arrangement of lenses is not limited to this, and the spectroscopic camera only needs to have a lens array having n lenses.

また、上記実施例2ではバンドパスフィルタがマイクロレンズの出射面側の表面に設けられている例について説明したが、バンドパスフィルタが配置される位置はこれに限られず、マイクロレンズに集光する光の光路上に配置されていれば良い。また、両端部のマイクロレンズに限らずn個のマイクロレンズのいずれかに対応した位置に配置されていれば良い。 In addition, in the above-mentioned Example 2, an example was explained in which the band-pass filter is provided on the surface of the exit surface of the microlens, but the position where the band-pass filter is arranged is not limited to this, and the light is focused on the microlens. It is sufficient if it is placed on the optical path of light. Moreover, it is not limited to the microlenses at both ends, but may be arranged at a position corresponding to any one of the n microlenses.

また、上記各実施例で説明した一連の処理は、例えばROMなどの記録媒体に格納されたプログラムに従ったコンピュータ処理により行うことができる。 Furthermore, the series of processes described in each of the above embodiments can be performed by computer processing according to a program stored in a recording medium such as a ROM.

10,20 分光カメラ
11 光学系
12 マイクロレンズアレイ
13 イメージセンサ
14 カメラ
15 画像処理部
10, 20 Spectroscopic camera 11 Optical system 12 Microlens array 13 Image sensor 14 Camera 15 Image processing section

Claims (1)

一対のレンズからなる光学系と、
前記光学系の瞳の位置に互いに対向して配された一対の反射面を有し、印加電圧に応じて前記一対の反射面の間隔を変化させ、前記間隔に応じた波長の光を選択的に透過する波長選択部と、
各々が前記光学系及び前記波長選択部を通過した光を集光するn個(nは自然数)のレンズを有するレンズアレイと、
前記波長選択部と共役な位置に設けられ、前記n個のレンズにより集光された光を受光するn個の分割撮像領域を有する撮像素子と、
を有することを特徴とする分光カメラ。
An optical system consisting of a pair of lenses,
The optical system has a pair of reflective surfaces arranged opposite to each other at the position of the pupil, and the distance between the pair of reflective surfaces is changed according to an applied voltage to selectively emit light with a wavelength corresponding to the distance. a wavelength selection section that transmits the
a lens array having n lenses (n is a natural number) each condensing light that has passed through the optical system and the wavelength selection section;
an imaging element provided at a position conjugate with the wavelength selection section and having n divided imaging regions that receive light condensed by the n lenses;
A spectroscopic camera characterized by having.
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