JP2021184632A

JP2021184632A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2021184632A
Application number: JP2021129289A
Authority: JP
Inventors: 宏和高橋; Hirokazu Takahashi
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2021-08-05
Publication date: 2021-12-02
Also published as: JP2017181290A; JP2023017831A

Abstract

【課題】撮像装置の小型化及び低コスト化を図りつつ、複数の波長域での撮像を可能とする。【解決手段】撮像装置（１）は、第１波長帯域の光を遮断し、該第１波長帯域より波長が長い第２波長帯域の光を通過可能な第１領域（１２ａ）と、第１波長帯域及び第２波長帯域の光を通過する第２領域（１２ｂ）と、を有するフィルタ部（１２）と、フィルタ部を通過した光に基づく画像を取得する取得部（１３）と、取得部により取得された、第２領域のみを通過した光に基づく第１画像、並びに、第１領域及び第２領域を通過した光に基づく第２画像に基づき、第１領域を通過した光の強度に応じた第３画像を生成する生成部（１４）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に分光されたスペクトルを用いる撮像装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、被検体から受ける光の赤外部分をガイドする第１経路と、該被検体から受ける光の発光部分をガイドする第２経路とを備え、第１経路の光から被検体の空間的温度イメージを取得し、第２経路の光から被検体の発光イメージを取得する装置が提案されている（特許文献１参照）。

特表２００９−５３８４１９号公報

例えば赤外光による画像が取得された場合、該画像だけでは被写体のどこが撮像されたのかを認識することは困難である。他方で、上記特許文献１に記載の技術のように、光の波長毎に光路を設けると、装置の大型化や高コスト化を招いてしまう。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型化及び低コスト化を図りつつ、複数の波長域での撮像が可能な撮像装置を提供することを課題とする。

本発明の撮像装置は、上記課題を解決するために、選択波長を変更可能な第１領域と、第１波長帯域の光及び前記第１波長帯域より波長が長い第２波長帯域の光を通過させ、且つ、波長選択性のない第２領域と、を有するフィルタ部と、前記フィルタ部を通過した光を受光して、前記第２領域のみを通過した光に基づく第１画像と、前記第１領域を通過した光及び前記第２領域を通過した光に基づく第２画像を取得する取得部と、前記第１画像及び前記第２画像に基づき、第３画像を生成する生成部と、を備え、前記フィルタ部は、前記第１領域が前記第１波長帯域の光及び前記第２波長帯域の光を遮断する第１状態と、前記第１領域が前記第１波長帯域の光を遮断し、且つ、前記第２波長帯域の光を通過させる第２状態と、に変化し得るものであって、前記取得部は、前記フィルタ部が前記第１状態となった際に前記第１画像を取得し、前記フィルタ部が前記第２状態となった際に前記第２画像を取得する。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

実施例に係る赤外線イメージカメラの構成を示す概略構成図である。実施例に係るファブリ・ペロー・フィルタの正面図である。画像の撮像で使われた光の波長分布の一例を示す図である。実施例に係る赤外線イメージカメラにより生成される画像の概念を示す概念図である。実施例に係るファブリ・ペロー・フィルタの変形例を示す図である。実施例に係る赤外線イメージカメラの光学系の変形例を示す図である。

本発明の撮像装置に係る実施形態について説明する。

実施形態に係る撮像装置は、第１波長帯域の光を遮断し、該第１波長帯域より波長が長い第２波長帯域の光を通過可能な第１領域と、第１波長帯域及び第２波長帯域の光を通過する第２領域と、を有するフィルタ部と、該フィルタ部を通過した光に基づく画像を取得する取得部と、該取得部により取得された、第２領域のみを通過した光に基づく第１画像、及び第１領域及び第２領域を通過した光に基づく第２画像に基づき、第１領域を通過した光の強度に応じた第３画像を生成する生成部と、を備える。

例えば、第１波長帯域を可視領域とし、第２波長帯域を赤外領域とすれば、第１画像は、被写体により反射された可視光に基づく画像であり、第３画像は、被写体からの赤外光に基づく画像である。つまり、本実施形態では、一つの取得部により、可視光に基づく画像と、赤外光に基づく画像とが取得される。従って、本実施形態によれば、撮像装置の小型化及び低コスト化を図りつつ、複数の波長域での撮像ができる。

実施形態に係る撮像装置の一態様では、フィルタ部は、第２領域に相当する部分に孔が形成された、第２領域に相当する部分が欠けた、又は第２領域に相当する部分が第１波長帯域及び第２波長帯域の光を通過する部材で構成された、ファブリ・ペロー・フィルタである。この態様によれば、第１画像及び第２画像を比較的容易に取得することができる。

本発明の撮像装置に係る実施例について、図１乃至図４を参照して説明する。以下の実施例では、本発明の撮像装置の一例として、赤外線イメージカメラを挙げる。

（装置の構成）
実施例に係る赤外線イメージカメラの構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、実施例に係る赤外線イメージカメラの構成を示す概略構成図である。図２は、実施例に係るファブリ・ペロー・フィルタの正面図である。

図１において、赤外線イメージカメラ１は、レンズ１１、ファブリ・ペロー・フィルタ１２、イメージセンサ１３及び処理部１４を備えて構成されている。レンズ１１は、単一のレンズに限らず、複数のレンズが組み合わされて構成されていてもよい。

ファブリ・ペロー・フィルタ１２は、シリコンを基材として構成されている。シリコンは、１１００ｎｍ（ナノメートル）以下の波長を有する光を吸収する。つまり、シリコンは、１１００ｎｍ以下の波長を有する可視光を透過させることはできない。そこで、ファブリ・ペロー・フィルタ１２には、開口１２ｂが設けられている（図２参照）。

本実施例では、ファブリ・ペロー・フィルタ１２は、そのギャップに応じて、赤外領域の光を選択透過可能に構成されている。加えて、ファブリ・ペロー・フィルタ１２は、そのギャップによっては、シリコン基材部分１２ａ（図２参照）に入射する全ての光を遮断することも可能である。

従って、当該赤外線イメージカメラ１では、ファブリ・ペロー・フィルタ１２の開口１２ｂを通過した可視光等を含む光と、ファブリ・ペロー・フィルタ１２のギャップに応じてシリコン基材部分１２ａ（図２参照）を選択透過した赤外光と、がイメージセンサ１３に入射する。

（イメージ生成）
次に、当該赤外線イメージカメラ１におけるイメージ生成について、図３を参照して説明する。図３は、画像の撮像で使われた光の波長分布の一例を示す図である。

ファブリ・ペロー・フィルタ１２のシリコン基材部分１２ａに入射した全ての光が遮断される場合、イメージセンサ１３には、ファブリ・ペロー・フィルタ１２の開口１２ｂのみを通過した光が入射する。このとき、イメージセンサ１３により撮像された画像において、撮像で使われた光の波長分布は、例えば図３（ａ）のようになる。

他方、ファブリ・ペロー・フィルタ１２のシリコン基材部分１２ａを選択透過した赤外線と、開口１２ｂを通過した光とがイメージセンサ１３に入射する場合、イメージセンサ１３により撮像された画像において、撮像で使われた光の波長分布は、例えば図３（ｂ）のようになる。ファブリ・ペロー・フィルタ１２により選択透過された赤外線が増加するので、図３（ｂ）に示すように、赤外領域の波長の強度が顕著に増加する。

処理部１４（図１参照）は、図３（ａ）に示す波長分布の光で撮像された画像と、図３（ｂ）に示す波長分布の光で撮像された画像との差分をとることにより、図３（ｃ）に示す波長分布の光で撮像された画像（即ち、ファブリ・ペロー・フィルタ１２のシリコン基材部分１２ａを選択透過した赤外光のみによる画像）を生成する。

本実施例において、図３のような光の波長分布はイメージセンサ１３の画素毎に生成され、また、光の波長分布は画素毎に異なる。

（赤外線イメージカメラの動作）
次に、上述の如く構成された赤外線イメージカメラ１の動作について、図４を参照して説明する。図４は、実施例に係る赤外線イメージカメラにより生成される画像の概念を示す概念図である。

赤外線イメージカメラ１では、先ず、ファブリ・ペロー・フィルタ１２のシリコン基材部分１２ａが入射する全ての光を遮断するようにギャップが変更される（典型的には、ギャップがゼロとされる）。この結果、ファブリ・ペロー・フィルタ１２の開口１２ｂを通過した光のみがイメージセンサ１３に入射する。処理部１４は、このときイメージセンサ１３により撮像された画像を画像ｇ（０）として記録する。この画像ｇ（０）は、可視領域の波長を含む画像である。

次に、赤外線イメージカメラ１では、ファブリ・ペロー・フィルタ１２により波長λ１の赤外光が選択透過されるようにギャップが変更される。この結果、ファブリ・ペロー・フィルタ１２の開口１２ｂを通過した光と、ファブリ・ペロー・フィルタ１２のシリコン基材部分１２ａを選択透過した波長λ１の赤外光とがイメージセンサ１３に入射する。処理部１４は、このときイメージセンサ１３により撮像された画像を画像ｇ（１）として記録する。そして、処理部１４は、画像ｇ（０）及び画像ｇ（１）の差分をとり、波長λ１の赤外光による画像を生成し、記録する。

同様の処理が、波長λ２の赤外光〜波長λｎの赤外光の各々について繰り返し行われることにより、図４に示すように、波長λ２の赤外光による画像〜波長λｎの赤外光による画像が生成される。

当該赤外線イメージカメラ１では、上述の如く、画像ｇ（０）との差分をとることにより赤外光による画像を生成している。このため、ファブリ・ペロー・フィルタ１２の開口１２ｂの面積は、ファブリ・ペロー・フィルタ１２全体の面積の１０分の１以下であることが望ましい。これは、開口１２ｂを通過する光の光量が比較的多いと、鮮明な赤外光による画像が得られないからである。

（技術的効果）
実施例に係る赤外線イメージカメラ１による複数の画像（図４参照）は、ファブリ・ペロー・フィルタ１２のギャップ以外の光学条件を変更せずに生成される。このため、複数の画像は、例えば座標変換等の画像処理を必要とせずに、互いに重ね合わせることができる。従って、当該赤外線イメージカメラ１のユーザは、赤外光による画像と可視光を含む画像との対応関係を比較的容易に認識することができる。

更に、当該赤外線イメージカメラ１は、単一の光学系により、可視光を含む画像と、赤外光による複数の画像とを生成できるので、当該赤外線イメージカメラ１の小型化及び低コスト化を図ることができる。

実施例に係る「ファブリ・ペロー・フィルタ１２」、「イメージセンサ１３」及び「処理部１４」は、夫々、本発明に係る「フィルタ部」、「取得部」及び「生成部」の一例である。実施例に係る「シリコン基材部分１２ａ」、「開口１２ｂ」、「画像ｇ（０）」及び「画像ｇ（１）」は、夫々、本発明に係る「第１領域」、「第２領域」、「第１画像」及び「第２画像」の一例である。実施例に係る「波長λ１の赤外光による画像〜波長λｎの赤外光による画像」は、本発明に係る「第３画像」の一例である。

（変形例）
ファブリ・ペロー・フィルタ１２には、図５（ａ）に示すように、２以上の開口が設けられていてもよい。或いは、ファブリ・ペロー・フィルタ１２は、開口１２ｂに代えて、図５（ｂ）に示すように、ファブリ・ペロー・フィルタ１２を通過してイメージセンサ１３に入射する光が通過する領域の一部が欠けていてよい。或いは、ファブリ・ペロー・フィルタ１２は、シリコン基材に代えて、ガラス基板の面上にシリコン薄膜が積層された構造を有していてよい。この場合、ガラス基板の面のうちシリコン薄膜により覆われていない部分が、開口１２ｂに相当する。

ファブリ・ペロー・フィルタ１２は、図１に示すように、光路上のレンズ１１及びイメージセンサ１３間に配置されることに限らず、例えば図６に示すように、レンズ１１の光の入射側に配置されてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う撮像装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…赤外線イメージカメラ、１１…レンズ、１２…ファブリ・ペロー・フィルタ、１３…イメージセンサ、１４…処理部

Claims

選択波長を変更可能な第１領域と、第１波長帯域の光及び前記第１波長帯域より波長が長い第２波長帯域の光を通過させ、且つ、波長選択性のない第２領域と、を有するフィルタ部と、
前記フィルタ部を通過した光を受光して、前記第２領域のみを通過した光に基づく第１画像と、前記第１領域を通過した光及び前記第２領域を通過した光に基づく第２画像を取得する取得部と、
前記第１画像及び前記第２画像に基づき、第３画像を生成する生成部と、
を備え、
前記フィルタ部は、前記第１領域が前記第１波長帯域の光及び前記第２波長帯域の光を遮断する第１状態と、前記第１領域が前記第１波長帯域の光を遮断し、且つ、前記第２波長帯域の光を通過させる第２状態と、に変化し得るものであって、
前記取得部は、前記フィルタ部が前記第１状態となった際に前記第１画像を取得し、前記フィルタ部が前記第２状態となった際に前記第２画像を取得する
ことを特徴とする撮像装置。
前記生成部は、前記第１画像と前記第２画像との差分に基づいて、前記第２波長帯域の光に対応する前記第３画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記フィルタ部は、前記第２領域に相当する部分に孔が形成された、前記第２領域に相当する部分が欠けた、又は前記第２領域に相当する部分が前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域の光を通過する部材で構成された、ファブリ・ペロー・フィルタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。