JP2017208585A - 撮像装置および画像データ生成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】非可視の３波長帯のそれぞれを可視の３原色に割り当てる撮像システムが知られている。【解決手段】６００ｎｍから２５００ｎｍの波長帯域に受光感度を有する複数の光電変換部と、被写体光束を通過させる波長帯がそれぞれ異なり、かつ、それぞれが通過させる波長帯域が受光感度を有する波長帯域を含むｎ種類（ｎは４以上の自然数）の波長フィルタと、複数の光電変換部のうち予め定められた条件によって組合せが決定されるｍ種類（ｍは３以上ｎ未満の自然数）の波長フィルタのいずれかを通過した被写体光束を受光した光電変換部から出力された画素信号を用いて画像データを生成する画像データ生成部とを備え、ｍ種類の波長フィルタのそれぞれの波長帯域のうち最も短波長側の波長帯域と最も長波長側の波長帯域とが重複し、かつ、ｍ種類の波長フィルタのそれぞれが通過させる波長帯域が予め決定される有効波長帯域を含むように組合せが決定される撮像装置。【選択図】図３

Description

本発明は、撮像装置および画像データ生成プログラムに関する。

互いに中心波長が異なる非可視の３波長帯のそれぞれを可視の３原色（ＲＧＢ）に割り当てる撮像システムが知られている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］国際公開番号ＷＯ２００７／０８３４３７号公報

この種の撮像システムが、特定の波長帯域を反射する被写体を、当該特定の波長帯域を含む、より広い波長帯域を通過させる波長フィルタを用いて撮像した場合に、特定の波長帯域内の微小帯域でのスペクトルの強弱は画像に反映され難くなる。結果として、被写体画像における色弁別が困難になる場合がある。一方で、撮像システムが、特定の波長帯域を反射する被写体を、当該特定の波長帯域内の一部の波長帯域のみを通過させる波長フィルタを用いて撮像した場合に、一部の波長帯域の被写体光束しか画像に反映させることができなくなる。この場合にも、結果として、被写体画像における色弁別が困難になる場合がある。

本発明の第１の態様における撮像装置は、６００ｎｍから２５００ｎｍの波長帯域に受光感度を有し、被写体光束を受光して画素信号を出力する複数の光電変換部と、被写体光束を通過させる波長帯域がそれぞれ異なり、かつ、それぞれが通過させる波長帯域が受光感度を有する波長帯域を含むｎ種類（ｎは４以上の自然数）の波長フィルタと、複数の光電変換部のうち、予め定められた条件によって組合せが決定されたｍ種類（ｍは３以上ｎ未満の自然数）の波長フィルタのいずれかを通過した被写体光束を受光した光電変換部から出力された画素信号を用いて画像データを生成する画像データ生成部とを備え、ｍ種類の波長フィルタのそれぞれの波長帯域のうち、最も短波長側の波長帯域と最も長波長側の波長帯域とが重複し、かつ、ｍ種類の波長フィルタのそれぞれが通過させる波長帯域が予め決定される有効波長帯域を含むように組合せが決定される。

本発明の第２の態様における画像データ生成プログラムは、６００ｎｍから２５００ｎｍの波長帯域に受光感度を有し、被写体光束を受光して画素信号を出力する複数の光電変換部と、被写体光束を通過させる波長帯域がそれぞれ異なり、かつ、それぞれが通過させる波長帯域が受光感度を有する波長帯域を含むｎ種類（ｎは４以上の自然数）の波長フィルタとを備える撮像装置に用いられる画像データ生成プログラムであって、複数の光電変換部のうち、予め定められた条件によって組合せが決定されたｍ種類（ｍは３以上ｎ未満の自然数）の波長フィルタを選択する選択ステップと、ｍ種類の波長フィルタのいずれかを通過した被写体光束を受光した光電変換部から出力された画素信号を用いて画像データを生成する画像データ生成ステップとをコンピュータに実行させ、ｍ種類の波長フィルタのそれぞれの波長帯域のうち、最も短波長側の波長帯域と最も長波長側の波長帯域とが重複し、かつ、ｍ種類の波長フィルタのそれぞれが通過させる波長帯域が予め決定される有効波長帯域を含むように組合せが決定される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る一眼レフカメラの要部断面図である。 撮像素子の各光電変換部上に配置された波長フィルタを説明する図である。 フィルタセットの種類を説明する図である。 フィルタセットに含まれる波長フィルタの条件を説明する図である。 被写体のスペクトルとＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像を説明する図である。 他の被写体のスペクトルとＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像を説明する図である。 他の一眼レフカメラの要部断面図である。 フィルタユニットの構成を説明する図である。 他のナロータイプのフィルタセットを説明する図である。 他のナロータイプのフィルタセットを説明する図である。 有効帯域外の成分を除去する方法を説明する図である。 ６つの成分の近赤外におけるスペクトルを説明する図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る一眼レフカメラ２００の要部断面図である。一眼レフカメラ２００は、撮影レンズであるレンズユニット２１０とカメラボディであるカメラユニット２３０とが組み合わされて撮像装置として機能する。

レンズユニット２１０は、光軸２０１に沿って配列されたレンズ群２１１を備える。レンズ群２１１には、フォーカスレンズ２１２、ズームレンズ２１３が含まれる。また、光軸２０１に沿って、絞り２１４も配列される。

レンズユニット２１０は、フォーカスレンズ２１２および絞り２１４の駆動などのレンズユニット２１０の制御および演算を司るレンズシステム制御部２１６を備える。レンズシステム制御部２１６は、後述するカメラシステム制御部２４５からの制御信号を受けて各種動作を実行する。レンズユニット２１０を構成する各要素は、レンズ鏡筒２１７に支持されている。

また、レンズユニット２１０は、カメラユニット２３０との接続部にレンズマウント２１８を備え、カメラユニット２３０が備えるカメラマウント２３１と係合して、カメラユニット２３０と一体化する。レンズマウント２１８およびカメラマウント２３１はそれぞれ、機械的な係合部の他に電気的な接続部も備え、カメラユニット２３０からレンズユニット２１０への電力の供給および相互の通信を実現している。

カメラユニット２３０は、レンズユニット２１０から入射される被写体像を反射するメインミラー２３２と、メインミラー２３２で反射された被写体像が結像するピント板２３４を備える。メインミラー２３２は、回転軸２３３周りに回転して、光軸２０１を中心とする被写体光束中に斜設される状態と、被写体光束から退避する状態を取り得る。ピント板２３４側へ被写体像を導く場合には、メインミラー２３２は被写体光束中に斜設される。また、ピント板２３４は、撮像素子２４３の受光面と共役の位置に配置されている。

ピント板２３４で結像した被写体像は、ペンタプリズム２３５で正立像に変換され、接眼光学系２３６を介してユーザに観察される。また、ペンタプリズム２３５の射出面上方にはＡＥセンサ２３７が配置されており、被写体像の輝度分布を検出する。

斜設状態におけるメインミラー２３２の光軸２０１の近傍領域は、ハーフミラーとして形成されており、入射される光束の一部が通過する。通過した光束は、メインミラー２３２と連動して動作するサブミラー２３８で反射されて、ＡＦ光学系２３９へ導かれる。ＡＦ光学系２３９を通過した被写体光束は、ＡＦセンサ２４０へ入射される。ＡＦセンサ２４０は、受光した被写体光束から位相差信号を検出する。本実施形態においては、ＡＦセンサ２４０は、近赤外でピントを合わせるように構成されている。なお、サブミラー２３８は、メインミラー２３２が被写体光束から退避する場合は、メインミラー２３２に連動して被写体光束から退避する。

斜設されたメインミラー２３２の後方には、光軸２０１に沿って、フォーカルプレーンシャッタ２４１、撮像素子２４３が配列されている。フォーカルプレーンシャッタ２４１は、撮像素子２４３へ被写体光束を導くときに開放状態を取り、その他のときに遮蔽状態を取る。

撮像素子２４３は、例えばＣＭＯＳセンサなどの近赤外用の光電変換素子であり、受光面で結像した被写体像を画素信号に変換する。撮像素子２４３は、２次元的に配列された複数の画素を有する。複数の画素のそれぞれは、被写体光束を受光して画素信号を出力する光電変換部と、当該光電変換部に対応して設けられた波長フィルタとを備える。波長フィルタの詳細は後述する。撮像素子２４３として、ＩｎＧａＡｓ系材料を含む撮像素子を用いることができる。本実施形態においては、撮像素子２４３の光電変換部は、近赤外の帯域である８００ｎｍから２５００ｎｍのうち、９００ｎｍから１７００ｎｍの波長帯域に感度を有する。なお、撮像素子２４３は、他の材料を用いることにより、可視の帯域の一部を含む６００ｎｍから２５００ｎｍの波長帯域に受光感度を有することができる。

メイン基板２４４に搭載された画像処理部２４６は、カメラシステム制御部２４５からの指令に従って、撮像素子２４３で光電変換された画素信号を画像データに処理する。画像処理部２４６とカメラシステム制御部２４５は、協働して、複数の光電変換部のうち、ｍ種類の波長フィルタのいずれかを通過した被写体光束を受光した光電変換部から出力された画素信号を用いて画像データを生成する画像データ生成部の役割を担う。ここで、ｍは３以上ｎ未満の自然数であり、ｎは４以上の自然数である。詳しくは後述するが、ｍ種類の波長フィルタは、予め定められた条件によって組合せが決定される。また、詳しくは後述するが、画像処理部２４６は、近赤外（すなわち非可視）の波長帯域の画素信号を可視の波長帯域の画素信号に変換してフルカラーの画像データを生成する。本明細書では、このようなカラー画像データを「ＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データ」と記し、当該カラー画像データを基に表示されるカラー画像、すなわち、可視の表示系に変換されたカラー画像を「ＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像」と記す場合がある。

メイン基板２４４に搭載されたカメラメモリ２４９は、一眼レフカメラ２００を制御するプログラム、各種パラメータなどを記録する。カメラメモリ２４９は、予め定められた条件として、後述する条件を満たす波長フィルタの組合せに関する情報を記憶する。本実施形態においては、カメラメモリ２４９は、後述するブロードタイプのフィルタセットに含まれる波長フィルタを示す情報、およびナロータイプのフィルタセットに含まれる波長フィルタを示す情報をテーブルとして記憶している。

メイン基板２４４には、さらに、カメラユニット２３０のシステムを統合的に制御するＭＰＵであるカメラシステム制御部２４５が搭載されている。カメラシステム制御部２４５は、カメラシーケンスを管理すると共に、各構成要素の入出力処理等を行う。また、カメラシステム制御部２４５は、ユーザの指定を受け付ける受付部の役割を担う。

カメラユニット２３０の背面には、液晶モニタ等による表示部２４７が配設されている。画像処理部２４６で処理された画像データ、すなわちＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データは、表示部２４７に送信されて表示される。ユーザは、表示部２４７に表示されたＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像を見ることができる。表示部２４７には、各種設定のためのメニュー画面も表示される。ユーザは、表示部２４７に表示されたメニュー画面を確認しながら、操作部材を介して波長フィルタの組合せを選択することができる。また、カメラユニット２３０には、着脱可能な二次電池２４８が収容され、カメラユニット２３０に限らず、レンズユニット２１０にも電力を供給する。

図２は、撮像素子２４３の各光電変換部上に配置された波長フィルタの説明図である。波長フィルタの種類は４種類以上である。本実施形態においては、波長フィルタの種類は６種類である。各種の波長フィルタにおける、被写体光束を通過させる波長帯域は、互いに異なる。各種の波長フィルタは、近赤外に被写体光束を通過させる波長帯域を有する。各種の波長フィルタは、複数の光電変換部に１対１に対応して、複数の光電変換部の受光面に設けられている。本実施形態においては、図示されるように、ＩＲ_１フィルタ、ＩＲ_２フィルタ、ＩＲ_３フィルタ、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、およびＩＲ_６フィルタのいずれかが、各光電変換部上に設けられている。より詳細には、ＩＲ_１フィルタ、ＩＲ_２フィルタ、およびＩＲ_３フィルタがこの順序で繰り返し配置された行と、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、およびＩＲ_６フィルタがこの順序で繰り返し配置された行とが、列方向に交互に設けられている。なお、波長フィルタの配列は、本例に限られない。

本明細書では、上述の６つのフィルタを特に区別しない場合、つまり任意の１つを示す場合に、単に「ＩＲフィルタ」と記す場合がある。６つのフィルタを纏めて示す場合には、「ＩＲ_１−６フィルタ」と記す場合がある。また、ＩＲ_１フィルタ、ＩＲ_２フィルタ、およびＩＲ_３フィルタの３つのフィルタを纏めて示す場合には、「ＩＲ_１−３フィルタ」と記し、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、およびＩＲ_６フィルタの３つのフィルタを纏めて示す場合には、「ＩＲ_４−６フィルタ」と記す場合がある。

詳しくは後述するが、ＩＲ_１フィルタ、ＩＲ_２フィルタ、およびＩＲ_３フィルタは、後述する条件を満たす組合せであり、本明細書では、この組合せをブロードタイプのフィルタセットと記す。同様に、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、およびＩＲ_６フィルタは、後述する条件を満たす組合せであり、本明細書では、この組合せをナロータイプのフィルタセットと記す。ＩＲ_１−３フィルタのそれぞれは、互いに異なる可視の波長帯域に対応付けられる。同様に、ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれは、互いに異なる可視の波長帯域に対応付けられる。本実施形態においては、ＩＲ_１フィルタおよびＩＲ_４フィルタの波長帯域は青色波長帯域に対応付けられ、ＩＲ_２フィルタおよびＩＲ_５フィルタの波長帯域は緑色波長帯域に対応付けられ、ＩＲ_３フィルタおよびＩＲ_６フィルタの波長帯域は赤色波長帯域に対応付けられる。

各画素が感度を有する波長帯域は、それぞれに設けられたＩＲフィルタによって規制される。規制される波長帯域の詳細は後述する。撮像素子２４３の全体としては、２次元的に配列された複数の画素のそれぞれが離散的にＩＲ_１−６フィルタのいずれかを備えることになる。したがって、撮像素子２４３は、入射する被写体光束をそれぞれの波長帯域に分離して検出すると言える。換言すれば、撮像素子２４３は、受光面に結像する被写体像を近赤外の６つの波長帯域に分離して光電変換する。

本実施形態においては、ブロードタイプおよびナロータイプのどちらのフィルタセットを使用するか、すなわち、どちらのフィルタセットに対応する画素の画素信号を用いるかは、ユーザにより予め設定されている。カメラシステム制御部２４５は、設定に従って、テーブルを参照して組合せを決定する。すなわち、どちらのフィルタセットに対応する画素の画素信号を用いるかを決定する。その後、画像処理部２４６は、カメラシステム制御部２４５により決定された組合せに従って、全画素の画素信号のうち、ブロードタイプのフィルタセットおよびナロータイプのフィルタセットのいずれか一方に対応する画素の画素信号を用いて、ＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを生成する。この場合に、他方のフィルタセットに対応する画素の画素値は、一旦除去された上で、周辺画素の画素値を用いて補間処理により算出される。なお、画像処理部２４６は、全画素の画素信号を受信してもよいし、決定されたフィルタセットに対応する画素の画素信号のみを受信してもよい。

図３は、フィルタセットの種類を説明する図である。図３（ａ）は、ブロードタイプのフィルタセットの特性を示し、図３（ｂ）は、ナロータイプのフィルタセットの特性を示す。図３（ａ）、図３（ｂ）において、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は透過率［％］を示す。図３（ａ）において、実線はＩＲ_１フィルタの波長特性を示し、破線はＩＲ_２フィルタの波長特性を示し、一点鎖線はＩＲ_３フィルタの波長特性を示す。図３（ｂ）において、実線はＩＲ_４フィルタの波長特性を示し、破線はＩＲ_５フィルタの波長特性を示し、一点鎖線はＩＲ_６フィルタの波長特性を示す。透過率が高い波長の光ほど、光電変換部を構成するフォトダイオードに到達することを表す。

図３（ａ）に示すように、ＩＲ_１フィルタ、ＩＲ_２フィルタ、およびＩＲ_３フィルタにおいては、それらの波長特性の波形は全体的に略同一であり、かつ、それらの透過波長帯域は互いに異なる。ＩＲ_１−３フィルタのそれぞれの半値幅は実質的に同一である。なお、実質的に同一とは、ＩＲ_１−３フィルタの製造誤差等により、厳密には同一にならないものの、その差が微差であり、同一とみなせる場合を含む。以上のように、ＩＲ_１−３フィルタのそれぞれの波長特性の波形が全体的に等しければ、後述する色変換処理を施す場合に、ゲインによるノイズ成分を抑制することができる。また、ＩＲ_１フィルタはＩＲ_１−３フィルタの中で最も短波長側にピークを有し、そのピーク波長Ｐ１は約１０８０ｎｍである。なお、ピーク波長Ｐ１は、ＩＲ_１フィルタにおける半値幅の中央の波長である。ＩＲ_２フィルタはＩＲ_１フィルタのピークとＩＲ_３フィルタのピークとの間にピークを有し、そのピーク波長Ｐ２は約１３３０ｎｍである。ＩＲ_３フィルタはＩＲ_１−３フィルタの中で最も長波長側にピークを有し、そのピーク波長Ｐ３は約１６００ｎｍである。ブロードタイプのフィルタセットは、ＩＲ_１フィルタ、ＩＲ_２フィルタ、およびＩＲ_３フィルタによって、光電変換部の感度帯である９００ｎｍから１７００ｎｍの全域をカバーする。

図３（ｂ）に示すように、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、およびＩＲ_６フィルタにおいては、それらの波長特性の波形は全体的に略同一であり、かつ、それらの波長帯域は互いに異なる。ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれの半値幅は実質的に同一である。実質的に同一の意味は、既に説明した通りである。また、ＩＲ_４フィルタはＩＲ_４−６フィルタの中で最も短波長側にピークを有し、そのピーク波長Ｐ４は約１２８０ｎｍである。ＩＲ_５フィルタはＩＲ_４フィルタのピークとＩＲ_６フィルタのピークとの間にピークを有し、そのピーク波長Ｐ５は約１４３０ｎｍである。ＩＲ_６フィルタはＩＲ_４−６フィルタの中で最も長波長側にピークを有し、そのピーク波長Ｐ６は約１５８０ｎｍである。

図示されるように、ナロータイプのフィルタセットに含まれる各ＩＲ_４−６フィルタの波長帯域幅は、ブロードタイプのフィルタセットに含まれる各ＩＲ_１−３フィルタの波長帯域幅よりも狭い。例えば、半値幅を比較すると、ＩＲ_１フィルタの半値幅ｗ_{ｂｒｏａｄ}が３００ｎｍ程度であるのに対し、ＩＲ_４フィルタの半値幅ｗ_{ｎａｒｒｏｗ}は１５０ｎｍ程度である。ナロータイプのフィルタセットは、９００ｎｍから１７００ｎｍのうち特定の範囲をカバーする。本実施形態においては、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、およびＩＲ_６フィルタによって、１１００ｎｍ付近から１８００ｎｍ付近の範囲をカバーする。

図４は、フィルタセットに含まれる波長フィルタの条件を説明する図である。横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は透過率［％］を示す。ここでは、ナロータイプのフィルタセットを例に挙げて説明するが、ブロードタイプのフィルタセットに対しても同様のことが言える。

上述したように、画像処理部２４６は、近赤外の波長帯域の画素信号を可視の波長帯域の画素信号に変換する。このとき、ＩＲ_４−６フィルタの波長帯域のそれぞれが離散的であれば、ナロータイプのフィルタセットがカバーする波長帯域において、被写体情報を取得できない帯域が存在することになる。そうすると、画像処理部２４６がＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを生成する場合に、正確に色を表現することは困難である。

本実施形態においては、図示されるように、互いに隣り合う波長帯域であるＩＲ_４フィルタとＩＲ_５フィルタ、および、ＩＲ_５フィルタとＩＲ_６フィルタは十分な重なり部分を有している。互いに隣り合う波長帯域の交点ｐ１、ｐ２においては、透過率が５０％以上であることが好ましい。また、ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれの半値幅をｗ１、ｗ２、ｗ３とする場合に、下記の条件を満足することが好ましい。なお、Ｐ４−Ｐ６のそれぞれは、既に説明した通り、ピーク波長を示す。
（Ｐ５−Ｐ４）≦ｗ１，ｗ２
（Ｐ６−Ｐ５）≦ｗ２，ｗ３

一方、ＩＲ_４フィルタの波長帯域とＩＲ_６フィルタの波長帯域も、離散することなく、多少の重なり部分を有している。換言すると、ナロータイプのフィルタセットのそれぞれの波長帯域のうち、最も短波長側の波長帯域の一部と、最も長波長側の波長帯域の一部とが、互いに重複している。なお、最も短波長側とは、ピーク波長が最も短波長側であることを示し、最も長波長側とは、ピーク波長が最も長波長側であることを示す。したがって、ＩＲ_４フィルタの波形とＩＲ_６フィルタの波形との交点ｐ３が存在している。この交点ｐ３における透過率は、１０％以上であることが望ましい。さらに、ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれの波形では、透過率が２０％以下の領域において、緩やかに傾斜して延伸する裾部分が設けられている。さらに、ＩＲ_４フィルタとＩＲ_６フィルタの間にあるＩＲ_５フィルタも同様に、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_６フィルタとそれぞれ重複している。したがって、ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれは、より広範囲の波長帯域にわたって互いに重複することになる。ＩＲ_４フィルタにおける１％以上の透過率を有する最も短波長側の波長をＸ１、ＩＲ_６フィルタにおける１％以上の透過率を有する最も長波長側の波長をＸ２とする場合に、Ｘ１からＸ２の範囲である有効波長帯域において、ＩＲ_４−６フィルタは全て１％以上の透過率を有することが好ましい。結果として、ＩＲ_４フィルタが設けられた画素は、波長帯域１１１と共に波長帯域１１２にもある程度の感度を有し、さらに波長帯域１１３にも多少の感度を有することになる。同様に、ＩＲ_６フィルタが設けられた画素は、波長帯域１１３と共に波長帯域１１２にもある程度の感度を有し、さらに波長帯域１１１にも多少の感度を有する。ＩＲ_５フィルタが設けられた画素は、波長帯域１１２と共に波長帯域１１１にも波長帯域１１３にもある程度の感度を有する。

以上の説明では、縦軸に透過率、すなわち波長フィルタ単独の特性を示したが、縦軸を分光感度に置き換えても同様のことが言える。例えば、波長フィルタと光電変換部の組合せにより定まる分光感度が、互いに隣り合う波長帯域の交点ｐ１、ｐ２において５０％以上であってもよいし、有効波長帯域において１％以上であってもよい。

画像処理部２４６は、ＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを生成するに当たり、ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれを互いに異なる可視の波長帯域に対応付けるだけでなく、ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれの波長帯域の画素信号を用いて、可視の波長帯域の画素信号に変換する。例えば、ＩＲ_４フィルタの波長帯域の画素信号を、当該画素信号に加えてＩＲ_５フィルタの波長帯域の画素信号およびＩＲ_６フィルタの波長帯域の画素信号を用いて、可視の波長帯域の画素信号に変換する。このように、ＩＲ_４−６フィルタの全ての波長帯域の画素信号を用いることにより、分解能の高い色表現をすることができる。一例として、画像処理部２４６は、以下に示すように、マトリクス演算を施すことにより色変換処理を行う。なお、Ｒ'、Ｇ'、およびＢ'のそれぞれは、近赤外から可視へ変換後の画素信号を示し、ＮＩＲ１はＩＲ_４フィルタの波長帯域の画素信号を示し、ＮＩＲ２はＩＲ_５フィルタの波長帯域の画素信号を示し、ＮＩＲ３はＩＲ_６フィルタの波長帯域の画素信号を示す。ａ１、ａ２、ａ３、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｃ１、ｃ２、ｃ３は色変換用の係数である。
Ｒ' ＝ ａ１× ＮＩＲ１ ＋ｂ１× ＮＩＲ２ ＋ｃ１×ＮＩＲ３
Ｇ' ＝ ａ２× ＮＩＲ１ ＋ｂ２× ＮＩＲ２ ＋ｃ２×ＮＩＲ３
Ｂ' ＝ ａ３× ＮＩＲ１ ＋ｂ３× ＮＩＲ２ ＋ｃ３×ＮＩＲ３
上記式において、ＩＲ_４−６フィルタが設けられた画素に感度があると、Ｒ'Ｇ'Ｂ'をＮＩＲ１−３の全てを用いて変換することができるので、ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれの波長帯域が重複する範囲が広いほど、より多色での色表現が可能になる。

色表現の分解能を高めるために、上述したように、有効波長帯域においてＩＲ_４−６フィルタは全て１％以上の透過率を有することが好ましいが、少なくとも、最も短波長側であるＩＲ_４フィルタの波長帯域のピーク波長において、最も長波長側であるＩＲ_６フィルタの波長帯域が重複していてもよい。具体的には、ＩＲ_４フィルタの波長帯域のピーク波長である約１２８０ｎｍにおいて、ＩＲ_６フィルタが１％以上の透過率を有する。一方、少なくとも、最も長短波長側であるＩＲ_６フィルタの波長帯域のピーク波長において、最も短波長側であるＩＲ_４フィルタの波長帯域が重複していてもよい。具体的には、ＩＲ_６フィルタの波長帯域のピーク波長である約１５８０ｎｍにおいて、ＩＲ_４フィルタが１％以上の透過率を有する。このような組み合わせでも、ＩＲ_４−６フィルタは、少なくともそれぞれのピーク波長を含む範囲の波長帯域にわたって互いに重複するので、多色での色表現が可能になる。

図５は、被写体のスペクトルとＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像を説明する図である。横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸はスペクトル強度を示す。被写体として塩、砂糖、合成甘味料を例に挙げて説明する。実線は塩のスペクトルを示し、一点鎖線は砂糖のスペクトルを示し、二点鎖線は合成甘味料のスペクトルを示す。

図示されるように、塩は、近赤外の波長帯域の広範囲にわたってスペクトル強度を有している。より詳細には、塩のスペクトル強度は、９００ｎｍから１３００ｎｍ付近にかけて０付近から３０００強まで上昇し、１３００ｎｍ付近から１７００ｎｍ付近にかけて３０００強から０付近まで下降する。特に、１３００ｎｍ付近から１６００ｎｍ付近にかけて３０００強から２０００付近まで緩やかに下降し、１６００ｎｍ付近から急激に下降する。

砂糖のスペクトル強度は、９００ｎｍから１３００ｎｍ付近にかけて０付近から３０００付近まで上昇し、１３００ｎｍ付近から１７００ｎｍ付近にかけて３０００付近から０付近まで下降する。より詳細には、１３００ｎｍ付近から１４５０ｎｍ付近にかけて３０００付近から５００付近まで急激に下降し、１４００ｎｍ付近から１５００ｎｍ付近にかけて全体的に横ばいで推移し、１６５０ｎｍ付近から１７００ｎｍ付近にかけて急激に下降する。

合成甘味料のスペクトル強度は、９００ｎｍから１３００ｎｍ付近にかけて０付近から２５００強まで上昇し、１３００ｎｍ付近から１７００ｎｍ付近にかけて２５００強から０付近まで下降する。より詳細には、１３００ｎｍ付近から１５００ｎｍ付近にかけて２５００強から５００付近まで急激に下降し、１５００ｎｍ付近から１７００ｎｍ付近にかけて緩やかに下降する。

一眼レフカメラ２００が以上説明した３つの被写体を撮像しＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを生成する場合に、フィルタセットの違いが、生成されるＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データにどのような影響を及ぼすかを説明する。なお、塩、砂糖、および合成甘味料は、可視の波長帯域の画素信号から生成されたカラー画像であるＲＧＢ画像においては、全て白色として認識される。

まず、ブロードタイプのフィルタセットを用いる場合を説明する。上述のように、塩のスペクトル強度は、近赤外の波長帯域の広範囲にわたる。塩は、近赤外の波長帯域において比較的一様に反射するので、ＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像においても白色として認識される。一方、砂糖および合成甘味料のスペクトル強度は、９００ｎｍから１３００ｎｍ付近にかけては塩のスペクトル強度とは大きな差はないものの、１３００ｎｍ付近以降では塩のスペクトル強度とは大きな差がある。ＩＲ_２フィルタおよびＩＲ_３フィルタの波長帯域に相当するスペクトル強度が相対的に小さいので、ＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像において全体的に青系統の色として認識される。以上のように、可視の波長帯域の情報を基にしたＲＧＢ画像では、塩と、砂糖および合成甘味料とを色弁別することができなくても、近赤外の波長帯域の情報を基にしたＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像では、これらを容易に色弁別することができる。また、色弁別により各被写体の構造の違いも区別し易くなることが期待できる。

上述のように、砂糖のスペクトル強度の波形と合成甘味料のスペクトル強度の波形とは、同一ではない。例えば、１４００ｎｍ付近から１５００ｎｍ付近の範囲では、合成甘味料のスペクトル強度が砂糖のスペクトル強度よりも大きくなっているのに対し、１５００ｎｍ付近から１７００ｎｍ付近の範囲では、砂糖のスペクトル強度が合成甘味料のスペクトル強度よりも大きくなっている。したがって、砂糖と合成甘味料は、互いに異なる青系統の色として認識される。ただし、ブロードタイプのフィルタセットが使用される場合には、ＩＲ_３フィルタが設けられた画素では、１４００ｎｍ付近から１７００ｎｍ付近の範囲を含む波長帯域が受光される。すなわち、１４００ｎｍ付近から１５００ｎｍ付近の範囲、または１５００ｎｍ付近から１７００ｎｍ付近の範囲に絞った波長帯域のみが受光されるわけではない。したがって、上述のような微小な波長帯域でのスペクトル強度の差異は反映され難く、結果として、色弁別し難い画像となる場合がある。

次に、ナロータイプのフィルタセットを用いる場合を説明する。塩は近赤外の波長帯域の広範囲にわたってスペクトル強度を有しているので、ブロードタイプのフィルタセットを用いる場合と同様に、ＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像においても白色として認識される。また、砂糖および合成甘味料のスペクトル強度のピーク波長は１３００ｎｍ付近であるので、ブロードタイプのフィルタセットを用いる場合と同様に、砂糖および合成甘味料はＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像において全体的に青系統の色として認識される。ただし、ナロータイプのフィルタセットが使用される場合には、透過波長帯域がより制限されるので、微小な帯域でのスペクトル強度の差異が反映され易く、結果として、色弁別し易い画像となる。具体的には、砂糖のスペクトル強度は合成甘味料のスペクトル強度よりも短波長側で低下するので、砂糖はＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像において紫（赤をより含んだ青）として認識され、合成甘味料は青緑（緑をより含んだ青）として認識される。したがって、ユーザは、塩と、砂糖および合成甘味料とを容易に色弁別することはもちろんのこと、砂糖と合成甘味料とを比較的容易に色弁別することができる。

ユーザが自身の目で複数の被写体を直接見る場合、すなわち複数の被写体を可視の波長帯域で捉える場合には、複数の被写体が同じような色であれば、複数の被写体を色弁別することは困難である。本実施形態の一眼レフカメラ２００によれば、そのような場合であっても、近赤外の波長帯域の情報を用いて、複数の被写体の色弁別が容易な画像データを生成することができる。さらに、一眼レフカメラ２００は、波長フィルタの組合せに関する設定情報をユーザから適宜受け付けることにより、被写体に応じて波長フィルタの組合せを変更することができる。また、図５および図６で説明したように、色弁別の観点から、それぞれの被写体のスペクトルの差が比較的大きな波長帯域の情報を使用することが好ましい。特に、被写体のスペクトルによっては、近赤外の波長帯域の全域を利用するのではなく、スペクトル強度に差が存在する波長帯域に絞ることにより、色弁別し易いＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを得ることができる。

図６は、他の被写体のスペクトルとＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像を説明する図である。横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は正規化されたスペクトル強度を示す。被写体として油および水を例に挙げて説明する。実線は油のスペクトルを示し、破線は水のスペクトルを示す。なお、油および水は、ＲＧＢ画像においてどちらも無色透明として認識される。

図示されるように、油は、近赤外の波長帯域の広範囲にわたってスペクトル強度を有している。より詳細には、油のスペクトル強度は、９００ｎｍから１３５０ｎｍ付近にかけては、１１５０ｎｍ付近から１２００ｎｍ付近の間で若干下降するものの、全体的には上昇しており、０．１付近から１付近まで上昇する。１３５０ｎｍ付近から１７００ｎｍ付近にかけては、１４１０ｎｍ付近から１４８０付近ｎｍの間で一旦上昇するものの、全体的には下降しており、１付近から０．１付近まで下降する。

水のスペクトル強度は、９００ｎｍから１１００ｎｍ付近にかけて０．２弱から１付近まで上昇する。１１００ｎｍ付近から１４００ｎｍ付近にかけては、１１５０ｎｍ付近から１２７０ｎｍ付近の間で一旦上昇するものの、全体的には下降しており、１付近から０．２付近まで下降する。１４００ｎｍ付近から１７００ｎｍ付近にかけては、略横ばいに推移し、１６５０ｎｍ付近から１７００の間で若干下降する。

一眼レフカメラ２００が以上説明した２つの被写体を撮像しＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを生成する場合に、フィルタセットの違いが、生成されるＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データにどのような影響を及ぼすかを説明する。

まず、ブロードタイプのフィルタセットを用いる場合を説明する。上述のように、油のスペクトル強度は、近赤外の波長帯域において比較的広範囲にわたる。したがって、油はＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像において白色に近い色として認識される。一方、水のスペクトル強度は、１１００ｎｍ付近まで急激に上昇し、１２５０ｎｍ付近以降に急激に下降するので、１１００ｎｍ付近までの帯域および１２００ｎｍ付近以降の帯域において油のスペクトル強度とは大きな差がある。ＩＲ_２フィルタおよびＩＲ_３フィルタの波長帯域に相当するスペクトル強度が相対的に小さいので、水はＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像において全体的に青系統の色として認識される。以上のように、可視の波長帯域の情報を基にしたＲＧＢ画像では、油と水を色弁別することができなくても、近赤外の波長帯域の情報を基にしたＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像では、これらを容易に色弁別することができる。

次に、ナロータイプのフィルタセットを用いる場合を説明する。油は近赤外の波長帯域において比較的広範囲にわたってスペクトル強度を有しているので、ブロードタイプのフィルタセットを用いる場合と同様に、ＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像において白色に近い色として認識される。水のスペクトル強度においては１２８０ｎｍ付近に最もスペクトル強度が強い帯域が存在するので、ブロードタイプのフィルタセットを用いる場合と同様に、ＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像において全体的に青系統の色として認識される。さらに、上述したように、ナロータイプのフィルタセットが使用される場合には、透過波長帯域がより制限されるので、結果として、色弁別し易い画像となる。なお、油および水の量によってもスペクトル強度は変化する。したがって、油および水の量の違いをＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像の色により表現することができる。換言すると、油および水の量を検出することができる。

図７は、他の一眼レフカメラ４００の要部断面図である。一眼レフカメラ４００は、図１で説明した一眼レフカメラ２００の構成に加えて、フィルタユニット３００、アクチュエータ３１０および回転軸３１１を有する。フィルタユニット３００は、フォーカスレンズ２１２とズームレンズ２１３の間に、光軸２０１に交差して配設される。カメラシステム制御部２４５は、ユーザによる設定に従って、テーブルを参照して組合せを決定する。そして、決定した組合せに含まれる波長フィルタを被写体光束の範囲に順に配置すると共に、それぞれの配置に同期して撮影動作を行う。

フィルタユニット３００は、被写体光束を通過させる波長帯域がそれぞれ異なるｎ種類の波長フィルタを備える。ここでは、図１で説明した一眼レフカメラ２００の構成と同様に、波長フィルタとしてＩＲ_１−６フィルタの６種類の波長フィルタを備える。本例の一眼レフカメラ４００では、フィルタユニット３００が波長フィルタを備えるので、撮像素子２４３の各光電変換上には、波長フィルタが形成されていない。アクチュエータ３１０は、フィルタユニット３００を回転軸３１１周りに回転させる。

図８は、フィルタユニット３００の構成を説明する図である。図８（ａ）は光軸２０１方向から見た正面図であり、図８（ｂ）は側面図である。

フィルタユニット３００は、波長フィルタを保持する保持枠３０１を備える。保持枠３０１は、全体として円形を成し、回転軸３１１を中心として互いに６０度の間隔を成す対称位置に、被写体光束と略同じ大きさの６つの開口を備えている。保持枠３０１は、図示する矢印方向へ回転自在に支持されている。保持枠３０１の外周部には、ギア３０６が全周にわたって設けられている。ギア３０６は、アクチュエータ３１０の駆動ギアと噛合する。

波長フィルタは、６つの開口のそれぞれに張設される。すなわち、６つの波長フィルタのそれぞれは、被写体光束と略同じ大きさである。本例においては、６つの開口のうち中央上部の開口にＩＲ_１フィルタが張設され、そこから時計回りに、ＩＲ_２フィルタ、ＩＲ_３フィルタ、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、およびＩＲ_６フィルタのそれぞれが順に張設される。

カメラシステム制御部２４５は、レンズシステム制御部２１６を介して、アクチュエータ３１０の駆動によりフィルタユニット３００を回転させる。これにより、ＩＲ_１−６フィルタのいずれかを、光軸２０１を中心とする被写体光束中に配設することができる。カメラシステム制御部２４５は、組合せを決定すると、決定した組合せに応じてアクチュエータ３１０の駆動を制御する。ブロードタイプのフィルタセットを用いて被写体を撮影するときには、ＩＲ_１フィルタ、ＩＲ_２フィルタ、ＩＲ_３フィルタを順に被写体光束に配置させる。カメラシステム制御部２４５は、ＩＲ_１−３フィルタのそれぞれの配置に同期して撮像動作を実行する。すなわち、３回撮像動作を実行する。同様に、ナロータイプのフィルタセットを用いて被写体を撮影するときには、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、ＩＲ_６フィルタを順に被写体光束に配置させる。カメラシステム制御部２４５は、ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれの配置に同期して撮像動作を実行する。

画像処理部２４６は、フィルタセットに応じた３つの画像データを撮像素子２４３から順次取得する。ブロードタイプのフィルタセットを用いて被写体が撮影されたときには、ＩＲ_１−３フィルタのそれぞれの波長帯域に対応した画像データであるＩＲ_１フィルタプレーン画像データ、ＩＲ_２フィルタプレーン画像データ、ＩＲ_３フィルタプレーン画像データを取得する。画像処理部２４６は、ＩＲ_１フィルタプレーン画像データ、ＩＲ_２フィルタプレーン画像データ、およびＩＲ_３フィルタプレーン画像データを用いて、上述したマトリクス演算を行うことにより、色変換処理を行う。ナロータイプのフィルタセットを用いて被写体が撮影されたときには、ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれの波長帯域に対応した画像データであるＩＲ_４フィルタプレーン画像データ、ＩＲ_５フィルタプレーン画像データ、ＩＲ_６フィルタプレーン画像データを取得する。画像処理部２４６は、ＩＲ_４フィルタプレーン画像データ、ＩＲ_５フィルタプレーン画像データ、およびＩＲ_６フィルタプレーン画像データを用いて、上述したマトリクス演算を行うことにより、色変換処理を行う。フィルタユニット３００を用いた構成によれば、全ての画素に関して、ＩＲ_１−３フィルタのそれぞれの波長帯域に対応した画素信号、またはＩＲ_４−６フィルタのそれぞれの波長帯域に対応した画素信号を得ることができるので、上述の補間処理をしなくてもよい。

なお、保持枠３０１のうち、６つの開口を形成するプレート部分は非透過部材で形成することが好ましい。さらには、植毛紙等の遮光部材で表面を処理することが好ましい。このような対策により、鏡筒内の迷光を遮断することが期待できる。

以上の説明においては、フィルタセットとして、図３に示したブロードタイプのフィルタセットおよびナロータイプのフィルタセットを例に挙げたが、ブロードタイプのフィルタセットおよびナロータイプのフィルタセットには他にも種々のバリエーションが存在する。ここでは、ナロータイプのフィルタセットを例に挙げて説明するが、ブロードタイプのフィルタセットに対しても同様のことが言える。例えば、ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれの波長特性の波形を維持しつつ、それらの波長帯域を長波長方向、または短波長方向にずらしてもよい。さらに、以下に示すように、波長特性の波形を変化させてもよい。

図９および図１０は、他のナロータイプのフィルタセットを説明する図である。図９（ａ）から（ｄ）、図１０（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、他のナロータイプのフィルタセットの特性を示す。各図において、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は透過率［％］を示す。

図９（ａ）に示す、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、およびＩＲ_６フィルタにおいては、図３（ｂ）で説明したナロータイプのフィルタセットと同様に、それらの波長特性の波形は全体的に略同一であり、かつ、それらの波長帯域は互いに異なる。ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれの半値幅は実質的に同一である。ただし、８００ｎｍ付近から１０００ｎｍ付近において、ＩＲ_５フィルタの透過率とＩＲ_６フィルタの透過率とが逆転している。すなわち、ＩＲ_５フィルタの透過率は、ＩＲ_６フィルタの透過率よりも小さくなっている。同様に、１３２０ｎｍ付近から１４５０ｎｍ付近において、ＩＲ_４フィルタの透過率とＩＲ_５フィルタの透過率とが逆転している。すなわち、ＩＲ_４フィルタの透過率は、ＩＲ_５フィルタの透過率よりも大きくなっている。以上のように、ＩＲ_４−６フィルタの透過率の大小関係は、特定の帯域において逆転してもよい。

図９（ｂ）に示す、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、およびＩＲ_６フィルタにおいては、それらの波長特性の波形は全体的に略同一であり、かつ、それらの波長帯域は互いに異なる。ただし、ＩＲ_４−６フィルタの半値幅に着目すると、ＩＲ_４フィルタの半値幅が最も大きく、ＩＲ_５フィルタの半値幅が最も小さくなっている。以上のように、ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれの半値幅は互いに異なってもよい。ただし、ゲインによるノイズ成分を抑制するという観点からは、ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれの半値幅の差異は小さい方が好ましい。

図９（ｃ）に示す、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、およびＩＲ_６フィルタにおいては、ＩＲ_４フィルタのピーク波長に、ＩＲ_６フィルタの２次ピーク波長が存在する。また、７００ｎｍ付近から９００ｎｍ付近において、ＩＲ_５フィルタの透過率とＩＲ_６フィルタの透過率とが逆転している。すなわち、ＩＲ_５フィルタの透過率は、ＩＲ_６フィルタの透過率よりも小さくなっている。

図９（ｄ）に示す、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、およびＩＲ_６フィルタにおいては、ＩＲ_６フィルタのピーク波長に、ＩＲ_４フィルタの２次ピーク波長が存在する。また、１３００ｎｍ付近から１５００ｎｍ付近において、ＩＲ_５フィルタの透過率とＩＲ_６フィルタの透過率とが逆転している。すなわち、ＩＲ_５フィルタの透過率は、ＩＲ_６フィルタの透過率よりも小さくなっている。

図９（ｃ）、（ｄ）に示されるように、ＩＲ_４−６フィルタのそれぞれは、他のＩＲフィルタのピーク波長に、２次ピーク波長を有してもよい。さらに、ＩＲ_４−６フィルタの透過率の大小関係は、特定の帯域において逆転してもよい。

図１０（ａ）に示す、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、およびＩＲ_６フィルタにおいては、ＩＲ_４フィルタとＩＲ_５フィルタの交点における透過率と、ＩＲ_５フィルタとＩＲ_６フィルタの交点における透過率とが異なっている。ただし、ゲインによるノイズ成分を抑制するという観点からは、各交点における透過率の差異は小さい方が好ましい。

図１０（ｂ）に示す、ＩＲ_４フィルタ、ＩＲ_５フィルタ、およびＩＲ_６フィルタにおいては、それらの波長特性の波形は全体的に略同一であり、かつ、それらの波長帯域は互いに異なる。ただし、ＩＲ_４−６フィルタの半値幅に着目すると、ＩＲ_４フィルタの半値幅が最も大きく、ＩＲ_５フィルタの半値幅が最も小さくなっている。また、８５０ｎｍ付近から９２０ｎｍ付近において、ＩＲ_５フィルタの透過率とＩＲ_６フィルタの透過率とが逆転し、さらに、７５０ｎｍ付近から８５０ｎｍ付近において、再度逆転している。すなわち、８５０ｎｍ付近から９２０ｎｍ付近において、ＩＲ_５フィルタの透過率は、ＩＲ_６フィルタの透過率よりも小さくなり、７５０ｎｍ付近から８５０ｎｍ付近において、ＩＲ_５フィルタの透過率は、ＩＲ_６フィルタの透過率よりも大きくなっている。以上のように、ＩＲ_４−６フィルタの透過率の大小関係は、複数回逆転してもよい。

以上の説明では、フィルタセットに含まれる波長フィルタのうち、最も短波長側の波長フィルタにおける１％以上の透過率を有する最短波長をＸ１、最も長波長側の波長フィルタにおける１％以上の透過率を有する最長波長をＸ２とし、Ｘ１からＸ２の範囲を有効波長帯域と定義したが、有効波長帯域外で再度１％よりも大きな透過率を有する場合がある。有効波長帯域外のスペクトル成分は画像データを生成するにあたってノイズ成分になるので、除去されることが好ましい。

図１１は、有効波長帯域外の成分を除去する方法を説明する図である。図１１（ａ）は、ナロータイプのフィルタセットの特性を示す。横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は透過率［％］を示す。図示されるように、ＩＲ_６フィルタは、１４５０ｎｍ付近から１６５０ｎｍ付近、すなわち有効波長帯域外において、１％よりも大きな透過率を有する（楕円ａ１部分を参照）。図１１（ｂ）は、バンドパスフィルタの特性を示す。横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は透過率［％］を示す。バンドパスフィルタは、図１１（ａ）で示した有効波長帯域に応じて設定される。具体的には、バンドパスフィルタは、６５０ｎｍ付近から１４００ｎｍ付近の波長帯域を通過させる。図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）で示したバンドパスフィルタを施した後のナロータイプのフィルタセットの特性を示す。図示されるように、バンドパスフィルタによって、ＩＲ_６フィルタの透過率は、１４５０ｎｍ付近から１６５０ｎｍ付近、すなわち有効波長帯域外において、十分に小さくなる（楕円ａ２部分を参照）。以上のように、有効波長帯域に応じたバンドパスフィルタを用いることにより、ノイズ成分を除去することができる。

以上の説明では、最も短波長側の波長フィルタにおける１％以上の透過率を有する最短波長Ｘ１と、最も長波長側の波長フィルタにおける１％以上の透過率を有する最長波長Ｘ２との間の範囲を有効波長帯域としたが、有効波長帯域はこの範囲に限らない。例えば、最も短波長側の波長フィルタにおける５％以上の透過率を有する最短波長をＸ１、最も長波長側の波長フィルタにおける５％以上の透過率を有する最長波長をＸ２とし、Ｘ１からＸ２の範囲を有効波長帯域としてもよい。以上の説明では、波長フィルタとして近赤外のうちの主に短波長側の波長帯域を通過させる波長フィルタを例に挙げたが、長波長側の波長帯域を通過させる波長フィルタを用いることもできる。その例を以下に説明する。

図１２は、６つの成分の近赤外におけるスペクトルを説明する図である。具体的には、１１００ｎｍから２５００ｎｍの範囲における大豆、米、タンパク質、デンプン、水、および脂質のスペクトルを示す。横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は吸光度を示す。

楕円ａ３部分に示されるように、１１００ｎｍから２５００ｎｍの範囲においては、水のピーク波長は約１９３５ｎｍである。したがって、波長フィルタとして１９３５ｎｍ近辺の波長帯域、例えば１９００ｎｍから２１００ｎｍの範囲を通過させる波長フィルタを用いることにより、被写体中の水を検出することができる。一方、１９３５ｎｍ近辺の波長帯域を除く波長帯域、例えば１６００ｎｍから１８００ｎｍの範囲を通過させる波長フィルタを用いることにより、被写体中の水による吸光の影響を抑制して、色弁別のし易いＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを生成することができる。

楕円ａ４部分に示されるように、１１００ｎｍから２５００ｎｍの範囲においては、脂質のピーク波長は約２３０５ｎｍおよび約２３４５ｎｍである。したがって、波長フィルタとして約２３０５ｎｍおよび約２３４５ｎｍ近辺の波長帯域、例えば２２００ｎｍから２４００ｎｍの範囲を通過させる波長フィルタを用いることにより、被写体中の脂質を検出することができる。一方、２３０５ｎｍおよび２３４５ｎｍ近辺の波長帯域を除く波長帯域、例えば２０００ｎｍから２２００ｎｍの範囲を通過させる波長フィルタを用いることにより、被写体中の脂質による吸光の影響を抑制して、色弁別のし易いＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを生成することができる。

ここでは詳細な説明を省略するが、大豆、米、タンパク質、およびデンプンについても同様のことが言える。すなわち、それぞれのピーク波長近辺の波長帯域を通過させる波長フィルタを用いれば、被写体中の該当成分を検出することができ、比較的吸光度が低い波長帯域の波長フィルタを用いれば、被写体中の該当成分による吸光の影響を抑制して、色弁別のし易いＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを生成することができる。

図５および図６では、それぞれの被写体のスペクトルの差が比較的大きな波長帯域を使用することにより、色弁別し易いＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを生成したが、図１２で説明したように、吸光の影響が大きい帯域を除いた帯域を使用することにより、色弁別し易いＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを生成することもできる。

以上の説明では、カメラシステム制御部２４５は、テーブルを参照して組合せを決定したが、ユーザによる、任意のｍ種類の波長フィルタの選択に応じて組合せを決定してもよい。カメラシステム制御部２４５は、プリキャプチャにより被写体を解析し、解析結果に応じて自動的に組合せを決定してもよい。カメラシステム制御部２４５は、被写体のスペクトルが特定されていない場合に、ブロードタイプのフィルタセットを選択してもよい。画像処理部２４６は、第１の処理として、ブロードタイプおよびナロータイプの一方に属する波長フィルタが対応付けられた画素の画素信号を用いてＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを生成してもよい。そして、このＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データが色弁別に適していない旨のユーザ入力を受け付けた場合に、第２の処理として、他方が対応付けられた画素の画素値を用いてＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを生成してもよい。また、撮像素子２４３の読出し制御部は、全画素の画素信号を読み出すのではなく、ブロードタイプおよびナロータイプの一方に対応する画素の画素信号のみを読み出し、画像処理部２４６に出力してもよい。

画像処理部２４６は、互いに異なる波長帯域の波長フィルタが対応付けられた複数の画素の画素信号を加算してもよい。例えば、波長帯域が１１００ｎｍから１５００ｎｍの範囲である波長フィルタに対応付けられた画素の画素信号と、波長帯域が１３００ｎｍから１７００ｎｍの範囲である波長フィルタに対応付けられた画素の画素信号とを加算する。そうすると、波長帯域が１１００ｎｍから１７００ｎｍの範囲である波長フィルタに対応付けられた画素の画素信号を近似的に得ることができる。これにより、波長フィルタの種類を実質的に増やすことができる。

以上の説明では、波長フィルタとして近赤外の波長帯域を通過するＩＲ_１−６フィルタを用いたが、近赤外よりも長波長側の波長帯域を通過するフィルタを用いてもよいし、可視の波長帯域よりも短波長側のフィルタを用いてもよい。撮像素子２４３は、用いられる波長フィルタの波長帯域に感度を有するように適宜決定される。また、撮像素子２４３には、近赤外の波長フィルタとＲＧＢカラーフィルタとが混在して設けられてもよい。

以上の説明では、ブロードタイプおよびナロータイプのそれぞれのフィルタセットは、互いに波長帯域が異なる３つの波長フィルタを含んだが、互いに波長帯域が異なる４つのフィルタセットを含んでもよい。また、フィルタセットの種類はブロードタイプとナロータイプの２種類であったが、３種類以上でもよい。例えば、ブロードタイプとナロータイプの間の波長帯域幅を有するスタンダードタイプのフィルタセットを設けてもよい。さらに、フィルタセットの種類は１種類でもよく、この場合には、当該フィルタセットは互いに波長帯域が異なる４つ以上の波長フィルタを含む。画像処理部２４６は、４つ以上の波長フィルタのうちの少なくとも３つの波長フィルタに対応する画素の画素信号を用いてＮＩＲ−Ｒ'Ｇ'Ｂ'変換画像データを生成することができる。

以上の説明では、撮像素子２４３が１つだけ配置されたが、波長フィルタの数に合わせて複数配置されてもよい。上述の例を用いれば、６つの撮像素子２４３が配置される。６つの撮像素子２４３のそれぞれには、ＩＲ_１−６フィルタのうちの互いに異なる単一のＩＲフィルタが形成されている。６つの撮像素子２４３のそれぞれに被写体光束を導くことにより、全画素について６つの波長帯域の画素信号を得ることができる。具体的には、光軸に沿って５つのハーフミラーと６つのうちの１つの撮像素子２４３とを配置し、残りの５つの撮像素子２４３を５つのハーフミラーのそれぞれに対応するように、光軸２０１に対して垂直に配置すればよい。

以上の実施形態においては、撮像装置として一眼レフカメラを例に挙げて説明したが、上述の態様は、一眼レフカメラに限らず様々な撮像装置に適用し得る。例えば、医療用装置、食品検査用装置等にも適用できる。また、以上の説明では、非可視の波長帯域を通過させる波長フィルタを例に挙げたが、可視の波長帯域を通過させる波長フィルタに対しても同様のことが言える。例えば、赤色を鮮明に表現する場合には、被写体光束を通過させる波長帯域が狭い波長フィルタを使用するとよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の撮影動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

２００ 一眼レフカメラ、２０１ 光軸、２１０ レンズユニット、２１１ レンズ群、２１２ フォーカスレンズ、２１３ ズームレンズ、２１４ 絞り、２１６ レンズシステム制御部、２１７ レンズ鏡筒、２１８ レンズマウント、２３０ カメラユニット、２３１ カメラマウント、２３２ メインミラー、２３３ 回転軸、２３４ ピント板、２３５ ペンタプリズム、２３６ 接眼光学系、２３７ ＡＥセンサ、２３８ サブミラー、２３９ ＡＦ光学系、２４０ ＡＦセンサ、２４１ フォーカルプレーンシャッタ、２４３ 撮像素子、２４４ メイン基板、２４５ カメラシステム制御部、２４６ 画像処理部、２４７ 表示部、２４８ 二次電池、２４９、 カメラメモリ、３００ フィルタユニット、３０１ 保持枠、３０６ ギア、３１０ アクチュエータ、３１１ 回転軸、４００ 一眼レフカメラ

Claims (11)

1. ６００ｎｍから２５００ｎｍの波長帯域に受光感度を有し、被写体光束を受光して画素信号を出力する複数の光電変換部と、
   前記被写体光束を通過させる波長帯域がそれぞれ異なり、かつ、それぞれが通過させる前記波長帯域が前記受光感度を有する波長帯域を含むｎ種類（ｎは４以上の自然数）の波長フィルタと、
   前記複数の光電変換部のうち、予め定められた条件によって組合せが決定されたｍ種類（ｍは３以上ｎ未満の自然数）の前記波長フィルタのいずれかを通過した前記被写体光束を受光した光電変換部から出力された前記画素信号を用いて画像データを生成する画像データ生成部と
   を備え、
   ｍ種類の前記波長フィルタのそれぞれの前記波長帯域のうち、最も短波長側の波長帯域と最も長波長側の波長帯域とが重複し、かつ、ｍ種類の前記波長フィルタのそれぞれが通過させる前記波長帯域が予め決定される有効波長帯域を含むように前記組合せが決定される撮像装置。
2. 前記画像データ生成部は、前記画素信号を可視帯域に対応する画素信号として扱うことにより、可視画像としてのカラー画像を表す前記画像データを生成する請求項１に記載の撮像装置。
3. ｍ種類の前記波長フィルタのそれぞれの前記波長帯域の半値幅が互いに等しいように前記組合せが決定される請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
4. ｎ種類の前記波長フィルタは、前記半値幅が互いに異なる少なくとも２つの前記組合せを含む請求項３に記載の撮像装置。
5. ｍ種類のそれぞれの前記波長フィルタは、ｍ種類の前記波長フィルタのうち、最も短波長側の波長フィルタにおける、予め設定された透過率を有する最も短波長側の波長と、最も長波長側の波長フィルタにおける、予め設定された透過率を有する最も長波長側の波長との間の範囲を、前記有効波長帯域として通過させる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. ｍ種類の前記波長フィルタのそれぞれの前記波長帯域において、隣り合う波長帯域の交点の透過率は５０％以上である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. ユーザの指定を受け付ける受付部を備え、
   前記指定に基づいて前記組合せが決定される請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. プリセットされた複数の組合せの中から選択されて前記組合せが決定される請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記波長フィルタが前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して設けられた撮像素子を備え、
   前記画像データ生成部は、前記撮像素子から出力された前記画素信号のうちｍ種類の前記波長フィルタに対応する画素信号を用いて前記画像データを生成する請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記複数の光電変換部を有する撮像素子と、
    ｎ種類の前記波長フィルタを保持し、前記複数の光電変換部に到達する前記被写体光束を通過させるように１つの前記波長フィルタを選択的に配置するフィルタユニットと
    を備え、
    前記画像データ生成部は、ｍ種類の前記波長フィルタがそれぞれ配置されて前記撮像素子から順次出力された前記画素信号を用いて前記画像データを生成する請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. ６００ｎｍから２５００ｎｍの波長帯域に受光感度を有し、被写体光束を受光して画素信号を出力する複数の光電変換部と、前記被写体光束を通過させる波長帯域がそれぞれ異なり、かつ、それぞれが通過させる前記波長帯域が前記受光感度を有する波長帯域を含むｎ種類（ｎは４以上の自然数）の波長フィルタとを備える撮像装置に用いられる画像データ生成プログラムであって、
    前記複数の光電変換部のうち、予め定められた条件によってｍ種類（ｍは３以上ｎ未満の自然数）の前記波長フィルタの組合せを決定する決定ステップと、
    ｍ種類の前記波長フィルタのいずれかを通過した前記被写体光束を受光した光電変換部から出力された前記画素信号を用いて画像データを生成する画像データ生成ステップと
    をコンピュータに実行させ、
    ｍ種類の前記波長フィルタのそれぞれの前記波長帯域のうち、最も短波長側の波長帯域と最も長波長側の波長帯域とが重複し、かつ、ｍ種類の前記波長フィルタのそれぞれが通過させる前記波長帯域が予め決定される有効波長帯域を含むように前記組合せが決定される画像データ生成プログラム。

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