JP2016090576A - 撮像装置、分光システム、および分光方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
撮像装置D1は、対象物から入射する光の光路上に配置され、第1の光透過率を有する複数の領域と、前記第1の光透過率よりも低い第2の光透過率を有する複数の領域とを有する符号化素子Cと、符号化素子Cを通過した光の少なくとも一部の光路上に配置され、前記少なくとも一部の光を、波長に応じて空間的にシフトさせる分光素子Pと、分光素子Pを通過した光と、分光素子Pを通過していない光とを受けるように配置された少なくとも1つの撮像素子(S1、S2)であって、分光素子Pによって空間的にシフトした波長ごとの光の成分が重畳した第1の画像と、分光素子Pを通過していない光による第2の画像とを取得する少なくとも1つの撮像素子とを備える。
【選択図】図1
Description
(a)ラインセンサ方式
(b)電子フィルタ方式
(c)フーリエ変換方式
(d)干渉フィルタ方式
対象物から入射する光の光路上に配置され、第1の光透過率を有する複数の領域と、前記第1の光透過率よりも低い第2の光透過率を有する複数の領域とを有する符号化素子と、
前記符号化素子を通過した光の少なくとも一部の光路上に配置され、前記少なくとも一部の光を、波長に応じて空間的にシフトさせる分光素子と、
前記分光素子を通過した光と、前記分光素子を通過していない光とを受けるように配置された少なくとも1つの撮像素子であって、前記分光素子によって空間的にシフトした波長ごとの光の成分が重畳した第1の画像と、前記分光素子を通過していない光による第2の画像とを取得する少なくとも1つの撮像素子と、
を備える撮像装置。
前記対象物から入射する光の光路上に配置され、前記光の一部を透過させ、前記光の他の一部を反射させる光線分離素子をさらに備え、
前記分光素子は、前記光線分離素子によって分離された光の一方の光路上に配置され、
前記少なくとも1つの撮像素子は、前記分光素子を通過した光を受けるように配置された第1の撮像素子と、前記光線分離素子によって分離された光の他方の光路上に配置された第2の撮像素子とを含み、前記第1の撮像素子は、前記第1の画像を取得し、前記第2の撮像素子は、前記第2の画像を取得する、
項目1に記載の撮像装置。
前記符号化素子は、前記光線分離素子と前記分光素子との間に配置されている、項目2に記載の撮像装置。
前記対象物と前記光線分離素子との間に配置され、前記対象物からの光を、前記符号化素子の面上に集束させる第1の光学系と、
前記符号化素子と前記分光素子との間に配置され、前記符号化素子を通過した光を前記第1の撮像素子の撮像面上に集束させる第2の光学系と、
をさらに備える項目3に記載の撮像装置。
前記符号化素子は、前記対象物と前記光線分離素子との間に配置され、
前記符号化素子と前記光線分離素子との間に配置され、前記符号化素子を通過した光を前記第1の撮像素子の撮像面上および前記第2の撮像素子の撮像面上に集束させる光学系をさらに備える項目2に記載の撮像装置。
前記撮像素子は、前記第1の画像を取得するための複数の第1光検出セル、および前記第2の画像を取得するための複数の第2光検出セルを有し、
前記分光素子は、前記符号化素子を通過した光の一部の光路上に配置され、
前記撮像素子の撮像面に対向して配置されたアレイ状光学素子であって、前記分光素子を通過した光を前記複数の第1光検出セルに入射させ、前記分光素子を通過していない光を前記複数の第2光検出セルに入射させるアレイ状光学素子をさらに備える、
項目1に記載の撮像装置。
前記第1の画像と、前記第2の画像と、前記符号化素子における光透過率の空間分布とに基づいて、前記分光素子を通過した光の波長帯域ごとの複数の画像を生成する信号処理回路をさらに備える、項目1から6のいずれかに記載の撮像装置。
前記信号処理回路は、統計的方法によって前記波長帯域ごとの複数の画像を生成する、項目7に記載の撮像装置。
前記光の波長帯域ごとの複数の画像におけるデータ数は、前記第1の画像におけるデータ数と前記第2の画像におけるデータ数との合計よりも多い、項目7または8に記載の撮像装置。
前記信号処理回路は、前記第1の画像における複数の画素の信号値、および前記第2の画像における複数の画素の信号値を要素とするベクトルgと、前記符号化素子における光透過率の空間分布および前記分光素子の分光特性によって決定される行列Hとを用いて、
(τΦ(f)は正則化項、τは重み係数)
の式によって計算されるベクトルf’を、前記波長帯域ごとの複数の画像として生成する、
項目7から9のいずれかに記載の撮像装置。
対象物から入射する光の光路上に配置され、第1の光透過率を有する複数の領域と、前記第1の光透過率よりも低い第2の光透過率を有する複数の領域とを有する符号化素子と、前記符号化素子を通過した光の少なくとも一部の光路上に配置され、前記少なくとも一部の光を、波長に応じて空間的にシフトさせる分光素子と、前記分光素子を通過した光と、前記分光素子を通過していない光とを受けるように配置された少なくとも1つの撮像素子であって、前記分光素子によって空間的にシフトした波長ごとの光の成分が重畳した第1の画像と、前記分光素子を通過していない光による第2の画像とを取得する少なくとも1つの撮像素子と、を備える撮像装置と、
前記第1の画像と、前記第2の画像と、前記符号化素子における光透過率の空間分布とに基づいて、前記分光素子を通過した光の波長帯域ごとの複数の画像を生成する信号処理装置と、
を備える分光システム。
対象物から入射する光の強度を空間的に符号化するステップと、
前記符号化した光の少なくとも一部を、波長に応じて空間的にシフトさせるステップと、
前記空間的にシフトした波長ごとの光の成分が重畳した第1の画像と、波長に応じて空間的にシフトしていない光による第2の画像とを取得するステップと、
前記第1の画像と、前記第2の画像と、前記符号化のパターンとに基づいて、波長帯域ごとの複数の画像を生成するステップと、
を含む分光方法。
図1は、実施の形態1の撮像装置D1を示す模式図である。本実施の形態の撮像装置D1は、結像光学系L1、L2と、光線分離素子Bと、符号化素子Cと、分光素子Pと、撮像素子S1、S2とを備える。図1には、撮像素子S1、S2から出力された画像信号を処理する信号処理回路Prも描かれている。信号処理回路Prは、撮像装置D1に組み込まれていてもよいし、撮像装置D1に有線または無線で電気的に接続された信号処理装置の構成要素であってもよい。信号処理回路Prは、撮像素子S1によって取得された第1の画像G1と、撮像素子S2によって取得された第2の画像G2とに基づいて、測定対象物Oからの光の波長帯域ごとに分離された複数の画像(以下、「分光画像」と称することがある。)Fを推定する。
実施の形態2は、符号化パターンの像面上でのボケ状態を利用して分光画像を再構成する点で、実施の形態1と異なっている。以下、実施の形態1と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
実施の形態3は、瞳分割と呼ばれる構成を用いて第1の画像G1および第2の画像G2を取得する点で、実施の形態1と異なっている。本実施の形態において、実施の形態1と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
実施の形態4は、分光素子Pを二つ以上配置する点で、実施の形態3と異なっている。本実施の形態において、実施の形態3と同様の内容についての詳細な説明は省略する。
次に、本開示の実施例を説明する。
比較例として、実施例1において第2の撮影画像G2であるモノクロ画像を使用せずに、第1の撮影画像G1のみを用いて分光画像Fを再構成した。
G1 第1の撮影画像
G2 第2の撮影画像
L、L1、L2 結像光学系
B 光線分離素子
C 符号化素子
P、P1、P2 分光素子
Pr 信号処理回路
S、S1、S2 撮像素子
F、F1、F2、F3、F4、F5 分光画像
L 結像光学系
R1、R2 光束
M1 撮像素子上のマイクロレンズ
M2 光学要素
Ni 撮像面
Ph、Ph1、Ph2 撮像素子上の受光素子
D1、D2、D3 撮像装置
Claims (12)
- 対象物から入射する光の光路上に配置され、第1の光透過率を有する複数の領域と、前記第1の光透過率よりも低い第2の光透過率を有する複数の領域とを有する符号化素子と、
前記符号化素子を通過した光の少なくとも一部の光路上に配置され、前記少なくとも一部の光を、波長に応じて空間的にシフトさせる分光素子と、
前記分光素子を通過した光と、前記分光素子を通過していない光とを受けるように配置された少なくとも1つの撮像素子であって、前記分光素子によって空間的にシフトした波長ごとの光の成分が重畳した第1の画像と、前記分光素子を通過していない光による第2の画像とを取得する少なくとも1つの撮像素子と、
を備える撮像装置。 - 前記対象物から入射する光の光路上に配置され、前記光の一部を透過させ、前記光の他の一部を反射させる光線分離素子をさらに備え、
前記分光素子は、前記光線分離素子によって分離された光の一方の光路上に配置され、
前記少なくとも1つの撮像素子は、前記分光素子を通過した光を受けるように配置された第1の撮像素子と、前記光線分離素子によって分離された光の他方の光路上に配置された第2の撮像素子とを含み、前記第1の撮像素子は、前記第1の画像を取得し、前記第2の撮像素子は、前記第2の画像を取得する、
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記符号化素子は、前記光線分離素子と前記分光素子との間に配置されている、請求項2に記載の撮像装置。
- 前記対象物と前記光線分離素子との間に配置され、前記対象物からの光を、前記符号化素子の面上に集束させる第1の光学系と、
前記符号化素子と前記分光素子との間に配置され、前記符号化素子を通過した光を前記第1の撮像素子の撮像面上に集束させる第2の光学系と、
をさらに備える請求項3に記載の撮像装置。 - 前記符号化素子は、前記対象物と前記光線分離素子との間に配置され、
前記符号化素子と前記光線分離素子との間に配置され、前記符号化素子を通過した光を前記第1の撮像素子の撮像面上および前記第2の撮像素子の撮像面上に集束させる光学系をさらに備える請求項2に記載の撮像装置。 - 前記撮像素子は、前記第1の画像を取得するための複数の第1光検出セル、および前記第2の画像を取得するための複数の第2光検出セルを有し、
前記分光素子は、前記符号化素子を通過した光の一部の光路上に配置され、
前記撮像素子の撮像面に対向して配置されたアレイ状光学素子であって、前記分光素子を通過した光を前記複数の第1光検出セルに入射させ、前記分光素子を通過していない光を前記複数の第2光検出セルに入射させるアレイ状光学素子をさらに備える、
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第1の画像と、前記第2の画像と、前記符号化素子における光透過率の空間分布とに基づいて、前記分光素子を通過した光の波長帯域ごとの複数の画像を生成する信号処理回路をさらに備える、請求項1から6のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記信号処理回路は、統計的方法によって前記波長帯域ごとの複数の画像を生成する、請求項7に記載の撮像装置。
- 前記光の波長帯域ごとの複数の画像におけるデータ数は、前記第1の画像におけるデータ数と前記第2の画像におけるデータ数との合計よりも多い、請求項7に記載の撮像装置。
- 前記信号処理回路は、前記第1の画像における複数の画素の信号値、および前記第2の画像における複数の画素の信号値を要素とするベクトルgと、前記符号化素子における光透過率の空間分布および前記分光素子の分光特性によって決定される行列Hとを用いて、
(τΦ(f)は正則化項、τは重み係数)
の式によって計算されるベクトルf’を、前記波長帯域ごとの複数の画像として生成する、
請求項7に記載の撮像装置。 - 対象物から入射する光の光路上に配置され、第1の光透過率を有する複数の領域と、前記第1の光透過率よりも低い第2の光透過率を有する複数の領域とを有する符号化素子と、前記符号化素子を通過した光の少なくとも一部の光路上に配置され、前記少なくとも一部の光を、波長に応じて空間的にシフトさせる分光素子と、前記分光素子を通過した光と、前記分光素子を通過していない光とを受けるように配置された少なくとも1つの撮像素子であって、前記分光素子によって空間的にシフトした波長ごとの光の成分が重畳した第1の画像と、前記分光素子を通過していない光による第2の画像とを取得する少なくとも1つの撮像素子と、を備える撮像装置と、
前記第1の画像と、前記第2の画像と、前記符号化素子における光透過率の空間分布とに基づいて、前記分光素子を通過した光の波長帯域ごとの複数の画像を生成する信号処理装置と、
を備える分光システム。 - 対象物から入射する光の強度を空間的に符号化するステップと、
前記符号化した光の少なくとも一部を、波長に応じて空間的にシフトさせるステップと、
前記空間的にシフトした波長ごとの光の成分が重畳した第1の画像と、波長に応じて空間的にシフトしていない光による第2の画像とを取得するステップと、
前記第1の画像と、前記第2の画像と、前記符号化のパターンとに基づいて、波長帯域ごとの複数の画像を生成するステップと、
を含む分光方法。
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