JP7334325B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本開示の技術は、撮像装置に関する。

特開２００８－１４５２７０号公報に記載の技術は、赤外画像と可視画像とが視差を生じず、構造が単純なサーモグラフィ装置を提供する。特開２００８－１４５２７０号公報に記載のサーモグラフィ装置は、可視光波長に感度を有するカメラと、赤外光波長に感度を有するカメラとが光軸Ｃ１と光軸Ｃ２とを交差して配置されており、二つのカメラのうち一方のカメラから被測定物Ｏに向かう直線光路Ｃ１上に、被測定物Ｏ側の片面が鏡面であって光透過孔を有する移動チョッパーを備える。該移動チョッパーの鏡面による反射光路が前記二つのカメラのうち別な一方のカメラの光軸Ｃ２に一致するように配置されている。

本開示の技術に係る一つの実施形態は、近赤外の被写体像に加えて、熱輻射像を取得することを可能とする撮像装置を提供する。

上記目的を達成するために、本開示の撮像装置は、１５５０ｎｍを含む近赤外光波長域の近赤外光を透過させる光透過特性を有する撮像光学系と、撮像光学系を透過した近赤外光を撮像することにより撮像信号を出力する撮像センサと、を備える撮像装置であって、撮像センサは、被写体からの熱輻射に感度を有しており、撮像信号は、熱輻射による熱輻射像の情報を含む。

撮像信号は、近赤外光によって撮像された被写体像と、熱輻射による熱輻射像との両方の情報を含むことが好ましい。

撮像光学系は、複数のレンズを有し、少なくとも１つのレンズに、光透過特性を有するコーティング層が形成されており、光透過特性は、近赤外光波長域内に透過率ピークを有することが好ましい。

光透過特性は、近赤外光波長域において、１５５０ｎｍを含む近赤外光ピーク波長域よりも短波長側の光透過率が、近赤外光ピーク波長域の短波長端の光透過率から波長が短くなるにつれて減少し、近赤外光ピーク波長域よりも長波長側の光透過率が、近赤外光ピーク波長域の長波長端の光透過率から波長が長くなるにつれて減少することが好ましい。

光透過特性は、近赤外光ピーク波長域における光透過率が６０％以上であることが好ましい。

光透過特性は、１５５０ｎｍを中心とした光透過帯域幅が２００ｎｍ以下であることが好ましい。

光透過帯域幅を有するバンドパスフィルタを備え、撮像センサは、撮像光学系及びバンドパスフィルタを透過した近赤外光を撮像することが好ましい。

近赤外光を射出する光源と、光源の駆動により、光源から射出される近赤外光の強度又は周波数に時間的な変調をかける光源駆動制御部と、撮像信号の直流成分と変調成分とに基づいて、近赤外光による被写体像を表す第１画像データと熱輻射を表す第２画像データとを生成する画像処理部と、を備えることが好ましい。

画像処理部は、変調成分に基づいて第１画像データを生成し、かつ、直流成分に基づいて第２画像データを生成することが好ましい。

撮像光学系は、近赤外光を透過させるとともに、可視光波長域の可視光を透過させる光透過特性を有していてもよい。

この場合、撮像センサは、可視光に対しても感度を有しており、近赤外光と可視光とを選択的に透過させる切り替え型のフィルタを備え、撮像センサは、撮像光学系及びフィルタを透過した近赤外光と可視光とを選択的に撮像することが好ましい。

撮像センサが近赤外光を撮像することにより出力される撮像信号に基づいて近赤外画像データを生成し、かつ撮像センサが可視光を撮像することにより出力される撮像信号に基づいて可視画像データを生成し、近赤外画像データから可視画像データを減算することにより、熱輻射像を表す画像データを生成する画像処理部を備えることが好ましい。

撮像光学系は、複数のレンズを有し、少なくとも１つのレンズに、光透過特性を有するコーティング層が形成されており、光透過特性は、近赤外光波長域と可視光波長域との間に、近赤外光及び可視光に対する光透過率よりも、光透過率が小さい低光透過率領域を有することが好ましい。

撮像光学系は、ズーム機能を有することが好ましい。

撮像センサは、ＩｎＧａＡｓ撮像素子であることが好ましい。

撮像センサへの入射光量を調節する絞りを備えることが好ましい。

撮像装置の一例であるカメラの構成を示す概略斜視図である。 カメラの内部構成を示す概略図である。 図２のＡ‐Ａ方向から見たターレットフィルタの概略図である。 制御部の構成を示すブロック図である。 コンピュータの構成を示すブロック図である。 照明光の強度波形を示すグラフである。 照明光、反射光、及び熱輻射について説明する図である。 近赤外被写体像及び熱輻射像を分離して取得するための画像処理について説明する図である。 熱出力の波長依存性を示すグラフである。 被写体の温度が１６００℃の場合における熱出力の理論値を示すグラフである。 撮像処理の流れの一例を示すフローチャートである。 記憶媒体からプログラムが撮像装置にインストールされる態様を示す概念図である。 第２実施形態に係るカメラによる撮像処理の流れの一例を示すフローチャートである。 撮像光学系の光透過率のプロファイルの一例を示す図である。 撮像光学系の光透過率のプロファイルの他の一例を示す図である。 大気中の微粒子の粒子数を示す図である。 レンズ中の吸収及び散乱による光損失量を示す図である。 熱輻射像のフィルタ依存性について説明する図である。 近赤外撮像の被写体の温度及び照明に対する依存性について説明する図である。 比較例としてのボロメーターにより得られた温度画像を示す図である。

添付図面に従って本開示の技術に係る実施形態の一例について説明する。

先ず、以下の説明で使用される文言について説明する。

以下の説明において、「ＬＥＤ」は、“Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ”の略称である。「ＮＤ」は、“Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ”の略称である。「ＣＰＵ」は“Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ”の略称である。「ＲＯＭ」は、“Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ”の略称である。「ＤＶＤ－ＲＯＭ」は、“Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ－Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ”の略称である。「ＲＡＭ」は、“Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ”の略称である。「Ｉ／Ｆ」は、“Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ”の略称である。「ＨＤＤ」は、“Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ”の略称である。「ＥＥＰＲＯＭ」は、“Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ”の略称である。「ＦＰＧＡ」は、“Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ”の略称である。「ＰＬＤ」は、“Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ”の略称である。「ＡＳＩＣ」は、“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ”の略称である。「ＳＳＤ」は、“Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ”の略称である。「ＵＳＢ」は、“Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ”の略称である。

［第１実施形態］
図１は、撮像装置の一例であるカメラ２の構成を示す。本実施形態のカメラ２は、カメラ本体１０と、レンズユニット２０とにより構成される。カメラ２は、可視光による撮像（以下、「可視撮像」という。）と、近赤外光による撮像（以下、「近赤外撮像」という。）とを可能とする。近赤外撮像により得られる画像には、近赤外光が被写体により反射されることによる被写体像（以下、「近赤外被写体像」という。）と、被写体からの熱輻射による熱輻射像とが含まれる。

カメラ本体１０の前面１１には、レンズユニット２０を取り付けるためのカメラ側マウント１２が設けられている。また、カメラ本体１０の前面１１には、被写体に向けて照明光ＩＬを照射するための照射窓１３が設けられている。

カメラ本体１０の内部には、照明光ＩＬを発生する光源１５が設けられている。光源１５は、例えば、ピーク波長が１５５０ｎｍの近赤外光を、照明光ＩＬとして発するＬＥＤである。光源１５が発生した照明光ＩＬは、照射窓１３を透過してカメラ本体１０の外部に射出される。また、カメラ本体１０の内部には、撮像センサ１４が設けられている。撮像センサ１４は、レンズユニット２０を介して入射する光を撮像する。撮像センサ１４は、図示しないホルダを介して、カメラ本体１０の内部の予め定められた位置に配置されている。

撮像センサ１４は、可視光波長域から近赤外光波長域までの広範囲な波長域の光を検出可能な検出性能を有する撮像素子である。撮像センサ１４は、例えば、５００ｎｍから１７００ｎｍまでの波長域で光を検出可能なＩｎＧａＡｓ撮像素子である。また、撮像センサ１４は、被写体からの熱輻射に感度を有する。撮像センサ１４が感度を有する熱輻射は、約２００℃以上の被写体から発せられる近赤外領域の電磁波である。

撮像センサ１４の撮像面１４Ａには、例えば、画素サイズが１５μｍの画素がマトリクス状に配列されている。画素数は、例えば、６４０×４８０である。

レンズユニット２０は、鏡筒２１とレンズ側マウント２２とで構成されている。レンズ側マウント２２は、鏡筒２１の基端部に設けられている。レンズ側マウント２２は、カメラ本体１０のカメラ側マウント１２に接続可能に構成されている。なお、本例では、レンズユニット２０をカメラ本体１０に着脱自在としたが、レンズユニット２０は、カメラ本体１０に着脱不能に接続されていてもよい。

図２は、レンズユニット２０をカメラ本体１０に接続した状態におけるカメラ２の内部構成を示す。レンズユニット２０は、複数のレンズ等で構成される撮像光学系を有する望遠レンズである。レンズユニット２０は、対物側から結像側に向かって、対物レンズ３０、フォーカスレンズ３１、ズームレンズ３２、絞り３３、ターレットフィルタ４０、及び調整レンズ３４を備えている。レンズユニット２０は、複数のレンズによって、撮像センサ１４の撮像面１４Ａに被写体の光学像を結像させる。

対物レンズ３０、フォーカスレンズ３１、ズームレンズ３２、絞り３３、ターレットフィルタ４０、及び調整レンズ３４は、本開示の技術に係る「撮像光学系」の一例である。レンズユニット２０は、上記の光学素子に限られず、ハーフミラー、又は偏光素子等の光学素子を含んでいてもよい。

また、レンズユニット２０の内部には、ズームレンズ駆動機構３５、ターレット駆動機構３６、及び調整レンズ駆動機構３７が設けられている。ズームレンズ駆動機構３５、ターレット駆動機構３６、及び調整レンズ駆動機構３７は、鏡筒２１の後端部に設けられた電気接点３８を介して、カメラ本体１０と電気的に接続される。

カメラ本体１０の内部には、撮像センサ１４、光源１５、制御部５０、入力部５１、及び画像表示部５２が設けられている。制御部５０は、カメラ側マウント１２に設けられた電気接点５３を介して、レンズユニット２０に電気的に接続される。カメラ本体１０の電気接点５３がレンズユニット２０の電気接点３８に接触することにより、制御部５０が、ズームレンズ駆動機構３５、ターレット駆動機構３６、及び調整レンズ駆動機構３７と電気的に接続される。

ズームレンズ駆動機構３５、ターレット駆動機構３６、及び調整レンズ駆動機構３７は、モータ等のアクチュエータを含む駆動機構である。なお、ズームレンズ駆動機構３５、ターレット駆動機構３６、及び調整レンズ駆動機構３７は、カメラ本体１０の内部に配置されていてもよい。

レンズユニット２０に含まれる撮像光学系は、少なくとも１５５０ｎｍを含む近赤外光波長域の近赤外光を透過させる光透過特性を有する。この光透過特性は、対物レンズ３０、フォーカスレンズ３１、ズームレンズ３２、及び調整レンズ３４の各レンズの表面に形成されたコーティング層６０により実現されている。なお、コーティング層６０は、撮像光学系に含まれる複数のレンズのうちの少なくとも１つのレンズに設けられていればよい。

詳しくは後述するが、本実施形態では、コーティング層６０は、可視光及び近赤外光の特定の波長域において高い光透過率を有する（図１４参照）。例えば、コーティング層６０は、近赤外光波長域（８００ｎｍから３０００ｎｍ）のうちの１３００ｎｍ以上の波長域において高い透過率を有する。また、コーティング層６０は、可視光波長域（４００ｎｍから８００ｎｍ）において高い透過率を有する。

仮に、可視光波長域から近赤外光波長域までの広範な波長域にわたって光透過域を有する撮像光学系を設計した場合には、逆に、当該広範な波長域で高い光透過率が得られない。この場合、近赤外撮像により得られる画像の明るさが、ユーザが要求するレベルに達しないことがある。その結果、画像の解像度が、ユーザが要求するレベルよりも低くなってしまうおそれがある。

上記のような光透過特性を有するコーティング層６０を形成することにより、広範な光透過域を有する撮像光学系よりも、特定の波長域での光透過率を高めることができる。例えば、８００ｎｍから１３００ｎｍの波長域の透過率を低下させることで、１５５０ｎｍを含む波長域の光透過率を高めることができる。この結果、明るさ及び解像度がユーザの要求レベルを満たす画像を得ることができる。

対物レンズ３０は、レンズ等の各光学素子を保持する鏡筒２１に固定されており、被写体からの光を集光する。

フォーカスレンズ３１は、光学像の合焦位置を調節するための光学系である。ズームレンズ３２は、ズーム倍率を調節するための光学系である。フォーカスレンズ３１及びズームレンズ３２は、カム機構（図示せず）により互いに連動しながら、レンズユニット２０の光軸ＯＰに沿って前後に移動する。これにより、ズーム機能及びフォーカス機能が実現され、ズーム倍率と合焦位置とが調節される。

フォーカスレンズ３１及びズームレンズ３２は、ズームレンズ駆動機構３５によりズームカム（図示せず）を回転させることで駆動される。ズームレンズ駆動機構３５は、ユーザから入力部５１に対して与えられた指示に応じて、制御部５０により制御される。

絞り３３は、迷光等の不要光を遮光することにより光束を絞る光学素子である。すなわち、絞り３３は、撮像センサ１４への入射光量を調節する。絞り３３の開口は、ユーザにより、鏡筒２１の外周に設けられた絞りリング（図示せず）を用いて調節される。本実施形態では、絞り３３は、ズームレンズ３２とターレットフィルタ４０との間に配置されているが、絞り３３の位置はこれに限定されない。例えば、絞り３３は、フォーカスレンズ３１とズームレンズ３２との間に移動可能に配置されていてもよい。

ターレットフィルタ４０は、近赤外光と可視光とを選択的に透過させる切り替え型のフィルタの一例である。図３に示すように、ターレットフィルタ４０は、円板４０Ａに、第１光学フィルタ４１、第２光学フィルタ４２、第３光学フィルタ４３、及び第４光学フィルタ４４を配置した回転式のフィルタである。

ターレットフィルタ４０は、円板４０Ａがターレット駆動機構３６により回転駆動される。これにより、第１光学フィルタ４１、第２光学フィルタ４２、第３光学フィルタ４３、及び第４光学フィルタ４４のいずれかの光学フィルタが、光軸ＯＰ上に配置される。

また、光軸ＯＰ上にいずれの光学フィルタが配置されているかを検出するために、円板４０Ａの回転位置を検出するためのセンサ（図示せず）が設けられている。このセンサは、ターレット駆動機構３６に設けられていてもよい。ターレット駆動機構３６は、ユーザから入力部５１に対して与えられた指示に応じて、制御部５０により制御される。なお、円板４０Ａの回転位置を検出するためのセンサは、ロータリーエンコーダ等により構成される。

なお、本実施形態では、ターレットフィルタ４０は、絞り３３と調整レンズ３４との間に配されているが、ターレットフィルタ４０の位置はこれに限定されない。ターレットフィルタ４０は、レンズユニット２０内の光軸ＯＰ上のいずれの位置に配置されていてもよい。さらに、ターレットフィルタ４０は、カメラ本体１０内に配置されていてもよい。

第１光学フィルタ４１は、可視光を透過させるバンドパスフィルタである。例えば、第１光学フィルタ４１は、後述の可視光ピーク波長域ＶＩＳ（図１４及び図１５参照）の可視光を透過させるバンドパスフィルタである。可視光ピーク波長域ＶＩＳは、例えば、４５０ｎｍから７００ｎｍの波長域である。第１光学フィルタ４１は、可視撮像を行う場合に、光軸ＯＰ上に配置される。

第２光学フィルタ４２は、近赤外光を透過させるバンドパスフィルタである。例えば、第２光学フィルタ４２は、後述の近赤外光ピーク波長域ＮＩＲ（図１４及び図１５参照）の近赤外光を透過させるバンドパスフィルタである。近赤外光ピーク波長域ＮＩＲは、例えば、１４５０ｎｍから１６５０ｎｍの波長域である。すなわち、例えば、第２光学フィルタ４２は、１５５０ｎｍを中心とした光透過帯域幅が２００ｎｍのバンドパスフィルタである。第２光学フィルタ４２は、近赤外撮像を行う場合に、光軸ＯＰ上に配置される。

第３光学フィルタ４３は、透明なガラス板であって、第１光学フィルタ４１、第２光学フィルタ４２、及び第４光学フィルタ４４の各光学フィルタの屈折率と近い屈折率を有する。第３光学フィルタ４３は、光路長を、第１光学フィルタ４１、第２光学フィルタ４２、及び第４光学フィルタ４４を使用した場合の光路長と合わせるための光路長調整用フィルタである。

第４光学フィルタ４４は、撮像センサ１４への入射光量を減光するための光量調整用のＮＤフィルタである。

第１光学フィルタ４１を透過する可視光における焦点距離は、第２光学フィルタ４２を透過する近赤外光における焦点距離よりも短い。この焦点距離の差を補正するために、第１光学フィルタ４１のＮＤ値は、第２光学フィルタ４２のＮＤ値よりも大きい値に設定されている。ＮＤ値は、屈折率と厚さの積であり、光路長を表す。

この構成により、可視光での合焦位置と近赤外光での合焦位置とのずれを小さくすることができる。以下で説明する調整レンズ３４によっても可視光と近赤外光との間における合焦位置のずれの調整が行われるが、上記のＮＤ値による調整は、調整レンズ３４により十分に調整することができない場合に特に有用である。

調整レンズ３４は、第１光学フィルタ４１と第２光学フィルタ４２とを切り替えた場合における焦点距離の差異を調整するためのレンズである。上述のように、可視光よりも波長の長い近赤外光では、焦点距離が、可視光の焦点距離よりも長くなる。フォーカスレンズ３１及びズームレンズ３２は、可視光での変倍時における合焦位置を、撮像センサ１４の撮像面１４Ａに合わせるように構成されているため、近赤外光での合焦位置を正確に調整することはできない。そのため、調整レンズ３４は、第２光学フィルタ４２を光軸ＯＰ上に配置して行われる近赤外撮像時に、合焦位置を撮像面１４Ａに合わせるように位置調整される。

調整レンズ３４は、調整レンズ駆動機構３７により駆動される。調整レンズ駆動機構３７は、ユーザからの指示に応じて、制御部５０により制御される。具体的には、制御部５０は、ユーザによって入力部５１を介して指示された撮像条件に応じて、調整レンズ駆動機構３７を制御する。ここで、撮像条件には、例えば、可視撮像と近赤外撮像とのいずれを実行するかの選択情報と、ズーム倍率の選択情報とが含まれる。なお、調整レンズ３４の合焦位置とは、撮像センサ１４の撮像面１４Ａに対して光を合焦状態で結像させるための調整レンズ３４の位置を意味する。

制御部５０は、ターレットフィルタ４０に設けられたセンサにより得られる回転位置情報に基づいて、光軸ＯＰ上に配置された光学フィルタの種類を検知した後、後述する合焦位置データに基づいて、調整レンズ３４の位置を調整してもよい。例えば、ユーザにより、入力部５１を介して可視撮像の実行が指示されると、第１光学フィルタ４１が、制御部５０によって光軸ＯＰ上に配置される。また、ユーザにより、入力部５１を介して、制御部５０に対して近赤外撮像の実行が指示されると、第２光学フィルタ４２が光軸ＯＰ上に配置される。制御部５０は、上述のセンサによって、光軸ＯＰ上に配置された光学フィルタの種類を検知し、検知した光学フィルタの種類に基づいて調整レンズ３４の位置調整を行う。なお、調整レンズ３４は、カメラ本体１０を交換した場合におけるバックフォーカスの調整に用いることも可能である。

図４は、制御部５０の構成を示す。制御部５０は、コンピュータ７０、ズームレンズ駆動部７１、ターレット駆動部７２、調整レンズ駆動部７３、光源駆動制御部７４、出力Ｉ／Ｆ７５、入力Ｉ／Ｆ７６、外部Ｉ／Ｆ７７、及び画像処理部７８を含む。これらは、バスライン７９を介して接続されている。コンピュータ７０は、制御部５０内の各部を統括的に制御する。

ズームレンズ駆動部７１は、ズームレンズ駆動機構３５に接続されている。ターレット駆動部７２は、ターレット駆動機構３６に接続されている。調整レンズ駆動部７３は、調整レンズ駆動機構３７に接続されている。光源駆動制御部７４は、光源１５に接続されている。出力Ｉ／Ｆ７５は、画像表示部５２に接続されている。入力Ｉ／Ｆ７６は、撮像センサ１４及び入力部５１に接続されている。

画像表示部５２は、出力Ｉ／Ｆ７５を介して画像処理部７８から入力される画像データに基づいて、画像を表示する。入力部５１は、ユーザから与えられた指示を受け付ける。入力Ｉ／Ｆ７６は、撮像センサ１４からの撮像信号、及び入力部５１からの指示信号を受信し、撮像信号及び指示信号をコンピュータ７０に送信するインターフェースである。画像処理部７８は、撮像センサから出力された撮像信号に対して各種の画像処理を施すことにより画像データを生成する。

ズームレンズ駆動部７１は、コンピュータ７０の指示に従って、ズームレンズ駆動機構３５を制御することにより、フォーカスレンズ３１の位置と、ズームレンズ３２の位置とを調整する。ターレット駆動部７２は、コンピュータ７０の指示に従って、ターレット駆動機構３６を制御することにより、ターレットフィルタ４０の光学フィルタを切り替える。調整レンズ駆動部７３は、コンピュータ７０の指示に従って、調整レンズ駆動機構３７を制御することにより、調整レンズ３４の位置を調整する。

光源駆動制御部７４は、コンピュータ７０の指示に従って、光源１５を駆動制御する。コンピュータ７０は、ユーザにより入力部５１を介して、近赤外撮像の実行が指示された場合に、光源駆動制御部７４に指示を与えて、光源１５を駆動させる。本実施形態では、光源駆動制御部７４は、光源１５を変調駆動することにより、光源１５から射出される近赤外光の強度に時間的な変調をかける。

出力Ｉ／Ｆ７５は、画像処理部７８によって画像処理が行われることで得られた画像データに基づく画像表示信号を、画像表示部５２に送るためのインターフェースである。

レンズユニット２０の撮像光学系によって結像される光学像は、撮像センサ１４によって撮像信号に変換され、各種の画像処理が行われてから、後述の画像表示部５２に画像として表示される。また、画像処理された画像は、有線又は無線でカメラ２の外部へ送信されてもよい。

図５は、コンピュータ７０の構成を示す。コンピュータ７０は、互いにバスライン７９で接続されたＣＰＵ８０、ＲＡＭ８１、及びＲＯＭ８２を有する。ＣＰＵ８０は、カメラ２の全体を制御する。ＲＡＭ８１は、撮像装置制御プログラムの実行時のワークエリア等として用いられる例えば揮発性のメモリである。ＲＯＭ８２は、カメラ２を制御する撮像装置制御プログラム８３及び合焦位置データ８４等を記憶する不揮発性のメモリである。なお、本実施形態では、１つのＣＰＵでコンピュータ７０を構成しているが、複数のＣＰＵでコンピュータを構成することも可能である。

ＣＰＵ８０は、ＲＯＭ８２から撮像装置制御プログラム８３を読み出し、読み出した撮像装置制御プログラム８３をＲＡＭ８１に展開する。そして、ＣＰＵ８０は、撮像装置制御プログラム８３を実行することで、ズームレンズ駆動部７１、ターレット駆動部７２、調整レンズ駆動部７３、及び光源駆動制御部７４を制御する。

合焦位置データ８４は、可視撮像を実行する場合の調整レンズ３４の位置と、近赤外撮像を実行する場合の調整レンズ３４の位置とがズーム倍率と関連付けられたデータである。これは、可視撮像を実行する場合と近赤外撮像を実行する場合との合焦位置の差がズーム倍率によって変化するためである。前述のように、可視撮像を実行する場合とは、光軸ＯＰ上に第１光学フィルタ４１を配置して可視光を撮像する場合である。近赤外撮像を実行する場合とは、光軸ＯＰ上に第２光学フィルタ４２を配置して近赤外光を撮像する場合である。合焦位置データ８４は、例えば、可視撮像の場合と近赤外撮像の場合とにおいて、設定可能なズーム倍率ごとに、調整レンズ３４の位置を対応づけた位置データとして記憶されている。

図６は、光源１５から射出される照明光ＩＬの強度波形を示す。照明光ＩＬは、前述のように、例えば、ピーク波長が１５５０ｎｍの近赤外光である。光源１５は、光源駆動制御部７４により変調駆動されることにより、発光強度が時間的に変化する近赤外光を、照明光ＩＬとして射出する。照明光ＩＬの強度波形は、例えば正弦波形状である。なお、照明光ＩＬの強度波形は、正弦波形状に限られず、矩形パルス状等のその他の波形であってもよい。

図７に示すように、カメラ２の光源１５から射出された照明光ＩＬは、照射窓１３を透過して被写体を照明する。照明光ＩＬは、一部が被写体により反射されることにより、反射光ＲＬとしてカメラ２の方向へ向かう。この反射光ＲＬには、照明光ＩＬの強度変調が維持されている。

また、被写体には、その被写体自身の温度に応じた熱輻射が生じている。レンズユニット２０には、反射光ＲＬに加えて、熱輻射による光が入射し、近赤外光成分が第２光学フィルタ４２を透過して撮像センサ１４の撮像面１４Ａに入射する。したがって、撮像センサ１４から出力される撮像信号は、近赤外被写体像と、熱輻射による熱輻射像との両方の情報を含む。

図８は、画像処理部７８により行われる画像処理について説明する。画像処理部７８は、撮像センサ１４から出力される撮像信号の変調成分に基づいて近赤外被写体像を表す第１画像データを生成し、かつ、撮像信号の直流成分に基づいて熱輻射像を表す第２画像データを生成する。

撮像信号は、近赤外撮像の場合に、撮像センサ１４の各画素により取得される画素信号の集合である。各画素信号は、図８に示すように、時間的に信号値が変化する。画素信号のうち、時間的に信号値が変化する変調成分は、反射光ＲＬに対応する。一方、画素信号のうち、時間的に信号値が変化しない直流成分は、熱輻射に対応する。

画像処理部７８は、各画素信号から変調成分を抽出する処理を行い、抽出した各画素の変調成分に基づいて、近赤外被写体像（すなわち、近赤外光による被写体の光学像）を表す第１画像データを生成する。画像処理部７８は、例えば、各画素の変調成分の時間平均値を、第１画像データの各画素値とする。

また、画像処理部７８は、各画素信号から直流成分を抽出する処理を行い、抽出した各画素の直流成分に基づいて、熱輻射像（すなわち、被写体の温度画像）を表す第２画像データを生成する。画像処理部７８は、例えば、各画素の直流成分の時間平均値を、第２画像データの各画素値とする。

画像処理部７８により生成された第１画像データ及び第２画像データは、被写体の近赤外被写体像及び熱輻射像として、画像表示部５２に表示される。

なお、可視撮像の場合には、光源１５は動作せず、照明光ＩＬは用いられない。この場合、太陽光等に含まれる可視光による被写体からの反射光が、レンズユニット２０に入射する。この反射光の可視光成分が、第１光学フィルタ４１を透過して撮像センサ１４の撮像面１４Ａに入射する。

なお、被写体からの熱輻射は可視光波長域では強度が小さく、かつ、撮像センサ１４は可視光波長域では感度が低い。このため、可視撮像の場合には、撮像センサ１４において熱輻射成分は殆ど得られない。したがって、可視撮像の場合には、画像処理部７８は、上記の変調成分及び直流成分を抽出する処理を行うことなく、撮像信号に基づいて画像データを生成する。

図９は、近赤外光波長域における熱輻射による出力（以下、「熱出力」という。）の波長依存性を示す。図９に示す熱出力は、下式（１）で表されるプランク分布関数に基づいて算出した値である。

ここで、Ｔは被写体の絶対温度を表す。λは熱輻射の波長を表す。ｈはプランク定数を表す。ｋはボルツマン定数を表す。ｃは光速を表す。Ｍ_λ（Ｔ）は被写体の絶対温度がＴである場合における熱出力を表す。

図９において、実線は、被写体の温度が２００℃である場合の熱出力の波長依存性を示している。一点鎖線は、被写体の温度が１５０℃である場合の熱出力の波長依存性を示している。二点鎖線は、被写体の温度が１００℃である場合の熱出力の波長依存性を示している。

波長１５５０ｎｍ付近に注目すると、被写体の温度が２００℃である場合を基準として、被写体の温度が１５０℃である場合は、熱出力が約１／１０に低下する。また、被写体の温度が２００℃である場合を基準として、被写体の温度が１００℃である場合は、熱出力が約１／１００以下に低下する。撮像センサ１４としてＩｎＧａＡｓ撮像素子を用いた場合には、被写体の温度が１５０℃である場合に感度的に限界となり、被写体の温度が１００℃である場合には熱輻射の検出は困難である。すなわち、撮像センサ１４としてＩｎＧａＡｓ撮像素子を用いた場合には、被写体の温度が２００℃以上である場合に、当該被写体からの熱輻射を良好に検出することができる。

図１０は、被写体の温度が１６００℃の場合における熱出力の理論値を示す。図１０に示すように、波長１５５０ｎｍ付近の熱出力は、被写体の温度が１６００℃の場合に最も高くなる。これは、被写体の温度が１６００℃以上である場合には、近赤外波長域（０．８μｍから３μｍ）における熱出力が、中赤外波長域（３μｍから６μｍ）及び遠赤外領域（６μｍから１５μｍ）における熱出力よりも高くなることを示している。

したがって、本実施形態のカメラ２は、中赤外波長域又は遠赤外領域を撮像する従来のサーモカメラよりも、近赤外波長域の熱輻射像を高感度に撮像することができる。

次に、以上のように構成されたカメラ２の作用を説明する。図１１は、ＣＰＵ８０により撮像装置制御プログラム８３に従って実行される撮像処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０で、ＣＰＵ８０は、ユーザによって入力部５１を介して撮像の実行が指示されたか否かを判定する。ステップＳ１０において、ユーザによって撮像の実行が指示された場合には、判定が肯定されて、撮像処理はステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１で、ＣＰＵ８０は、ステップＳ１０で実行が指示された撮像の種類が近赤外撮像であるか否かを判定する。ステップＳ１１において、撮像の種類が近赤外撮像である場合、判定が肯定されて、撮像処理はステップＳ１２に移行する。ステップＳ１１において、撮像の種類が近赤外撮像でない場合、すなわち、可視撮像である場合には、判定が否定されて、撮像処理はステップＳ１８に移行する。

ステップＳ１２で、ＣＰＵ８０は、ターレット駆動部７２を制御することにより、第２光学フィルタ４２を光軸ＯＰ上に配置する。次のステップＳ１３で、ＣＰＵ８０は、調整レンズ駆動部７３を制御することにより、近赤外光での合焦位置を撮像センサ１４の撮像面１４Ａに合わせるように、調整レンズ３４の位置調整を行う。

次のステップＳ１４で、ＣＰＵ８０は、光源駆動制御部７４を制御することにより、発光強度が変調された照明光ＩＬを射出させる（図７参照）。次のステップＳ１５で、ＣＰＵ８０は、撮像センサ１４に近赤外撮像を行わせ、撮像センサ１４から出力される撮像信号を取得する。

次のステップＳ１６で、ＣＰＵ８０は、画像処理部７８に、撮像信号に基づいて、近赤外被写体像を表す第１画像データと、熱輻射像を表す第２画像データとを生成させる（図８参照）。次のステップＳ１７で、ＣＰＵ８０は、画像表示部５２に、第１画像データ及び第２画像データを、被写体の近赤外被写体像及び熱輻射像として画像表示させる。以上により、ＣＰＵ８０は、近赤外撮像の実行が指示された場合における撮像処理を終了する。

次に、可視撮像の実行が指示された場合に移行されるステップＳ１８で、ＣＰＵ８０は、ターレット駆動部７２を制御することにより、第１光学フィルタ４１を光軸ＯＰ上に配置する。次のステップＳ１９で、ＣＰＵ８０は、調整レンズ駆動部７３を制御することにより、可視光での合焦位置を撮像センサ１４の撮像面１４Ａに合わせるように、調整レンズ３４の位置調整を行う。

次のステップＳ２０で、ＣＰＵ８０は、撮像センサ１４に可視撮像を行わせ、撮像センサ１４から出力される撮像信号を取得する。次のステップＳ２１で、ＣＰＵ８０は、画像処理部７８に、撮像信号に基づいて、可視光像を表す画像データを生成させる。次のステップＳ２２で、ＣＰＵ８０は、画像表示部５２に、ステップＳ２１で生成された画像データを、可視光が被写体により反射されることによる被写体像（以下、「可視被写体像」という。）として画像表示させる。以上により、ＣＰＵ８０は、可視撮像の実行が指示された場合における撮像処理を終了する。

なお、上記の撮像処理はあくまでも一例である。従って、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよいことは言うまでもない。

また、本実施形態では、撮像装置制御プログラム８３及び合焦位置データ８４が制御部５０のＲＯＭ８２に記憶されている例を説明しているが、本開示の技術はこれに限定されない。例えば、撮像装置制御プログラム８３及び合焦位置データ８４のうちの少なくとも１つが、バスライン７９に接続されたＨＤＤ、ＥＥＰＲＯＭ、又はフラッシュメモリ等に記憶されていてもよい。

また、図１２に示すように、ＳＳＤ、ＵＳＢメモリ、又はＤＶＤ－ＲＯＭ等の任意の可搬型の記憶媒体３００に撮像装置制御プログラム８３を記憶させておいてもよい。記憶媒体３００は、プログラムを非一時的に記憶する、コンピュータ７０で読み取り可能な記憶媒体である。記憶媒体３００に記憶された撮像装置制御プログラム８３が制御部５０のコンピュータ７０にインストールされ、インストールされた撮像装置制御プログラム８３が制御部５０のＣＰＵ８０によって実行される。

また、通信網（図示省略）を介してカメラ２の制御部５０に接続される他のコンピュータ又はサーバ装置等の記憶部に撮像装置制御プログラム８３を記憶させておき、撮像装置制御プログラム８３がカメラ２の要求に応じてダウンロードされるようにしてもよい。その場合、ダウンロードされた撮像装置制御プログラム８３は制御部５０のＣＰＵ８０によって実行される。

なお、制御部５０は、レンズユニット２０内に配置されていてもよい。レンズユニット２０の種類が複数存在する場合には、それぞれのレンズユニットごとの制御プログラムをすべて記憶した制御部５０を、カメラ本体１０に設けてもよい。これにより、カメラ本体１０に接続される複数種類のレンズユニット２０を、制御部５０により制御することが可能となる。

以上のように本実施形態では、近赤外被写体像に加えて、熱輻射像を取得することができる。また、本実施形態では、強度変調された照明光ＩＬを用いて近赤外撮像を行うことにより得られた撮像信号から変調成分及び直流成分をそれぞれ抽出することにより、被写体の近赤外被写体像及び熱輻射像を生成している。このように、本実施形態では、被写体の近赤外被写体像と熱輻射像とを分離して取得することができる。

なお、上記実施形態では、強度変調された照明光ＩＬを用いて近赤外撮像を行っているが、強度変調に限られず、周波数変調された照明光ＩＬを用いて近赤外撮像を行ってもよい。この場合においても、上記実施形態と同様に、撮像信号から変調成分及び直流成分をそれぞれ抽出することが可能である。

［第２実施形態］
次に、本開示の第２実施形態について説明する。第１実施形態では、強度変調された照明光ＩＬを用いて近赤外撮像を行うことにより得られた撮像信号から変調成分を抽出することにより被写体の熱輻射像を生成している。第２実施形態では、照明光ＩＬを用いずに近赤外撮像を行うことにより得られた撮像信号と、可視撮像を行うことにより得られた撮像信号とから被写体の熱輻射像を生成する。

本実施形態は、近赤外光と可視光との間で、上記の散乱等の影響が小さく、近赤外被写体像と可視被写体像との差異が小さい場合に有用である。本実施形態では、例えば、可視光と近赤外光とを含む太陽光等のもとで被写体の撮像が行われる。

図１３は、第２実施形態において、ＣＰＵ８０により撮像装置制御プログラム８３に従って実行される撮像処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、本実施形態の近赤外撮像処理では、照明光ＩＬは近赤外撮像に用いられないため、カメラ２の構成上、光源１５及び光源駆動制御部７４は必須ではない。

以下、本実施形態における撮像処理の処理手順について説明する。まず、ステップＳ３０で、ＣＰＵ８０は、ユーザによって入力部５１を介して撮像の実行が指示されたか否かを判定する。ステップＳ３０において、ユーザによって撮像の実行が指示された場合には、判定が肯定されて、撮像処理はステップＳ３１に移行する。

ステップＳ３１で、ＣＰＵ８０は、ターレット駆動部７２を制御することにより、第１光学フィルタ４１を光軸ＯＰ上に配置する。次のステップＳ３２で、ＣＰＵ８０は、調整レンズ駆動部７３を制御することにより、可視光での合焦位置を撮像センサ１４の撮像面１４Ａに合わせるように、調整レンズ３４の位置調整を行う。

次のステップＳ３３で、ＣＰＵ８０は、撮像センサ１４に可視撮像を行わせ、撮像センサ１４から出力される撮像信号を取得する。次のステップＳ３４で、ＣＰＵ８０は、画像処理部７８に、撮像信号に基づいて、可視光像を表す画像データ（以下、「可視画像データ」という。）を生成させる。

ステップＳ３５で、ＣＰＵ８０は、ターレット駆動部７２を制御することにより、第２光学フィルタ４２を光軸ＯＰ上に配置する。次のステップＳ３６で、ＣＰＵ８０は、調整レンズ駆動部７３を制御することにより、近赤外光での合焦位置を撮像センサ１４の撮像面１４Ａに合わせるように、調整レンズ３４の位置調整を行う。

次のステップＳ３７で、ＣＰＵ８０は、撮像センサ１４に近赤外撮像を行わせ、撮像センサ１４から出力される撮像信号を取得する。次のステップＳ３８で、ＣＰＵ８０は、画像処理部７８に、撮像信号に基づいて、近赤外光像を表す画像データ（以下、「近赤外画像データ」という。）を生成させる。

次のステップＳ３９で、ＣＰＵ８０は、画像処理部７８に、ステップＳ３８で得られた近赤外画像データから、ステップＳ３４で得られた可視画像データを減算する減算処理を行わせる。近赤外画像データには、被写体の近赤外被写体像と熱輻射像との両方の情報が含まれる。可視画像データには、被写体の可視被写体像が含まれる。前述のように、本実施形態では、被写体は、近赤外被写体像と可視被写体像とはほぼ等しい状況下で撮像が行われている。したがって、画像処理部７８の減算処理の結果生成される画像データは、熱輻射による熱輻射像を表す。

次のステップＳ４０で、ＣＰＵ８０は、画像表示部５２に、ステップＳ３９で生成された画像データを、被写体の熱輻射像として画像表示させる。なお、ステップＳ４０では、熱輻射像に加えて、可視画像データに基づいて、可視光像を画像表示部５２に表示させてもよい。以上により、ＣＰＵ８０は、撮像処理を終了する。

なお、上記の撮像処理はあくまでも一例である。従って、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよいことは言うまでもない。

以上のように、本実施形態では、照明光ＩＬを用いずに、可視光と近赤外光とを含む太陽光等のもとで、撮像センサ１４により近赤外光と可視光とを選択的に撮像し、撮像により得られた近赤外被写体像から可視被写体像を減算することにより熱輻射像が得られる。このように、本実施形態では、近赤外光用の光源を用いることなく、太陽光等のもとで被写体を撮像することにより、被写体の熱輻射像を取得することができる。

なお、上記第１及び第２実施形態では、近赤外光による被写体の近赤外被写体像と熱輻射像とを分離して画像表示しているが、近赤外被写体像と熱輻射像との両方の情報を含む１つの近赤外画像を画像表示してもよい。この近赤外画像は、鮮明な近赤外被写体像に、熱輻射像が重畳された画像である。

また、上記第１及び第２実施形態では、絞り３３により撮像センサ１４への入射光量を調節することで、撮像信号の飽和を抑制し、鮮明な画像を得ることができる。なお、絞り３３に代えて、メカシャッタを設け、メカシャッタのシャッタ速度を調節することにより、撮像信号の飽和を抑制することも可能である。また、撮像センサ１４の電荷蓄積時間を調節（すなわち、電子シャッタのシャッタ速度を調節）することにより、撮像信号の飽和を抑制することも可能である。

また、上記第１及び第２実施形態では、回転式のフィルタ装置であるターレットフィルタ４０を設けているが、回転式のフィルタ装置に限られず、平行移動式のフィルタ装置を用いることも可能である。

（撮像光学系の光学特性）
次に、レンズユニット２０に含まれる撮像光学系の光学特性について詳細に説明する。各レンズには、コーティングによって前述のコーティング層６０が形成されている。コーティング層６０は、レンズ面にＴｉＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＭｇＦ_２等の光を透過する材料を薄膜状に積層することにより形成される。コーティング層６０は、複数の層で構成されることが好ましい。薄膜を形成する材料の屈折率と厚さと層数とを調整することで、特定の波長域の光透過率を高くし、かつ特定の波長域の光透過率を小さくすることができる。このためのコーティング材料、コーティング厚さ、及びコーティング層数は、コンピュータシミュレーション等により決定することができる。

光透過率とは、ある波長の光を例えばレンズに入射させた場合の、レンズに入射する光の強度に対するレンズから出射する光の強度の割合を意味し、次式で表される。
光透過率（％）＝１００×（出射光強度）／（入射光強度）

図２では簡略化して図示しているが、対物レンズ３０、フォーカスレンズ３１、ズームレンズ３２、及び調整レンズ３４は、それぞれが１枚以上のレンズ群で構成される。レンズユニット２０に含まれる撮像光学系は、全体として、数枚から数十枚のレンズで構成される。各レンズに、コーティング層６０が形成されている。コーティング層６０は、撮像光学系の一部のレンズにだけ形成してもよいが、全てのレンズに形成することがより好ましい。

近赤外撮像を可能とするために、撮像光学系は、１５５０ｎｍ付近の波長で高い光透過率を有することが好ましい。さらに、可視撮像を可能とするために、撮像光学系は、可視光のできるだけ広い領域で高い光透過率を有することが好ましい。

上述の２つの条件を満足するためには、近赤外光波長域において、１５５０ｎｍを含む近赤外光ピーク波長域ＮＩＲに、近赤外光波長域における光透過率のピークを有することが好ましい。つまり、１５５０ｎｍを含む近赤外光ピーク波長域ＮＩＲよりも短波長側の光透過率が、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲの短波長端の光透過率から波長が短くなるにつれて減少することが好ましい。また、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲよりも長波長側の光透過率が、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲの長波長端の光透過率から波長が長くなるにつれて減少することが好ましい。

また、可視光波長域において、５００ｎｍから６５０ｎｍの範囲を含む可視光ピーク波長域ＶＩＳを有することが好ましい。つまり、５００ｎｍから６５０ｎｍの範囲を含む可視光ピーク波長域ＶＩＳよりも短波長側の光透過率が、可視光ピーク波長域の短波長端の光透過率から波長が短くなるにつれて減少することが好ましい。また、可視光ピーク波長域ＶＩＳよりも長波長側の光透過率が、可視光ピーク波長域ＶＩＳの長波長端の光透過率から波長が長くなるにつれて減少することが好ましい。

発明者等は、上述の特徴を有する光透過率ピークを有するコーティング層６０を形成することにより、近赤外光と可視光の両方で高い解像度を有し、特に近赤外光で非常に高い解像度を有する撮像光学系を製造できることを発見した。

なお、近赤外光は、大気中に存在する微粒子による散乱量が少ないことから、近赤外撮像は、遠方の撮像において可視撮像よりも鮮鋭度の高い画像が得られる。ズーム機能を用いて、遠方の被写体を撮像対象として近赤外撮像を実行する場合を考慮すると、大気及びレンズによる近赤外光の散乱及び吸収は１５５０ｎｍ付近で最も少ないことから、撮像光学系は、１５５０ｎｍ付近で高い光透過率を有することが好ましい。

「近赤外光ピーク波長域」とは、１５５０ｎｍ付近の光透過率をできるだけ高めるために、設計上、近赤外光波長域の光透過率のピークが存在することが許容される波長域を指す。後述するように、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲに高さの同じ又は異なるピークが複数存在してもよい。近赤外光ピーク波長域ＮＩＲは、例えば、波長１４５０ｎｍから１６５０ｎｍの領域である。好ましくは、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲは、波長１４８０ｎｍから１６２０ｎｍの領域である。より好ましくは、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲは、波長１５００ｎｍから１５８０ｎｍの領域である。特に、撮像光学系を、遠距離まで観察可能な長焦点ズーム撮像光学系とした場合、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲの光透過率が低下するにつれて観察距離が低下するため、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲの光透過率が重要となる。

近赤外光ピーク波長域ＮＩＲの光透過率は、６０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、８０％以上であることがさらに好ましい。また、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲにおける光透過率のピーク値は、８０％以上であることが好ましく、８５％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい。特に、波長１５５０ｎｍにおける光透過率が、８０％以上であることが好ましく、８５％以上であることがより好ましく、８８％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい。

「可視光ピーク波長域」とは、１５５０ｎｍ付近の光透過率をできるだけ高め、かつ可視光波長域に光透過率の高い領域を確保するために、設計上、可視光波長域の光透過率のピークが存在することが許容される波長域を指す。後述するように、可視光ピーク波長域ＶＩＳに高さの同じ又は異なるピークが複数存在してもよい。可視光ピーク波長域ＶＩＳは、例えば、波長４５０ｎｍから７００ｎｍの領域である。好ましくは、可視光ピーク波長域ＶＩＳは、波長４８０ｎｍから６８０ｎｍの領域である。より好ましくは、可視光ピーク波長域ＶＩＳは、波長５００ｎｍから６５０ｎｍの領域である。

可視光ピーク波長域ＶＩＳの光透過率は、５０％以上であることが好ましく、６０％以上であることがより好ましく、７０％以上であることがさらに好ましい。可視光ピーク波長域ＶＩＳにおける光透過率のピーク値は、８５％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、９３％以上であることがさらに好ましい。

上述の光透過率は、レンズユニット２０に含まれる撮像光学系全体の光透過率である。この光透過率は、それぞれのレンズの光透過率の積算値である。例えば、個々のレンズの光透過率がすべて同じｘであり、レンズの枚数がｎとすると、撮像光学系全体の光透過率Ｘは、Ｘ＝ｘ^ｎで与えられる。レンズの枚数にもよるが、レンズ１枚あたりの光透過率は、９５％以上であることが好ましく、９８％以上であることがより好ましく、９９％以上であることがさらに好ましい。

図１４に、撮像光学系の光透過率のプロファイルの一例を示す。図１４に示すように、撮像光学系の光透過率のプロファイルは、１４５０ｎｍから１６５０ｎｍの近赤外光ピーク波長域ＮＩＲに、第１透過率ピークＰＫ１を有する。本例では、第１透過率ピークＰＫ１の光透過率は、１５２０ｎｍの波長で約９２％である。また、波長１４９０ｎｍから１５６０ｎｍの範囲の光透過率は９０％以上である。

また、撮像光学系の光透過率のプロファイルは、４５０ｎｍから７００ｎｍの可視光ピーク波長域ＶＩＳに、第２透過率ピークＰＫ２を有する。本例では、第２透過率ピークＰＫ２の光透過率は、５７０ｎｍから５８０ｎｍの波長で約９６％である。また、波長４８０ｎｍから６６０ｎｍの範囲の光透過率は９０％以上である。

また、可視光波長域に含まれる青色波長域のうちの短波長側の波長域の光透過率は、青色波長域のうちの長波長側の波長域の光透過率よりも低い。具体的には、青色波長域の４５０ｎｍ以下の波長域の光透過率は、４５０ｎｍより長い波長域の光透過率より小さい。また、波長４００ｎｍから４３０ｎｍの光透過率は、５０％以下である。波長４００ｎｍから４３０ｎｍの光透過率を５０％より大きくすると、近赤外波長域のピークとなる３倍波である１２００ｎｍから１２９０ｎｍの光透過率も大きくなる。これは近赤外波長域のピークが広がることを意味し、波長１５５０ｎｍ付近の光透過率が低下する、又はリップルが残留するなどの特性低下を生じる可能性がある。

さらに、撮像光学系は、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲと可視光ピーク波長域ＶＩＳとの間の波長９００ｎｍから１１００ｎｍにわたって、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲと可視光ピーク波長域ＶＩＳよりも光透過率が小さい、低光透過率領域ＬＯＷを有する。低光透過率領域ＬＯＷの光透過率は５％以下であることが好ましい。低光透過率領域ＬＯＷは、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲに近赤外光域における光透過率ピークを形成し、かつ可視光ピーク波長域ＶＩＳに可視光域における光透過率ピークを形成したことに伴い生じる領域である。低光透過率領域ＬＯＷの波長は、可視撮像及び近赤外撮像のいずれにも寄与しない波長域であるので、低光透過率領域ＬＯＷの光透過率が低いことは、可視撮像及び近赤外撮像において問題とはならない。

このように、撮像光学系の光透過特性に、低光透過率領域ＬＯＷを設けることにより、広範な光透過域を有する撮像光学系よりも、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲと可視光ピーク波長域ＶＩＳとでの光透過率を高めることができる。

図１４に示す光透過率のプロファイルは、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲに１つの第１透過率ピークＰＫ１を有し、かつ可視光ピーク波長域ＶＩＳに１つの第２透過率ピークＰＫ２を有している。しかし、本開示の光透過率のプロファイルはこれに限られない。近赤外光ピーク波長域ＮＩＲに、複数の光透過率ピークによる波形の形状（リップル）が生じていてもよい。また、可視光ピーク波長域ＶＩＳにリップルが生じていてもよい。リップルは、光透過率の変動の１つの特性を示す形状である。このように、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲに光透過率ピークを有し、かつ可視光ピーク波長域ＶＩＳに光透過率ピークを有するプロファイルであればよく、リップルの有無、つまり光透過率ピークの数は限定されない。

近赤外光ピーク波長域ＮＩＲに形成される第１透過率ピークＰＫ１は、できるだけ半値幅が狭いほうがよい。可視光に比較して波長の長い近赤外光は、波長範囲が広がると色収差が可視光に比べて出やすい。したがって、撮像する波長範囲はできるだけ狭いほうが好ましい。

図１４に示す光透過率のプロファイルは、１５５０ｎｍ付近にピークを有する基本波の１／３波長に対応する光透過率ピークが、可視光ピーク波長域ＶＩＳに存在するようにコーティング層を形成することによって得られる。また、この基本波の１／２波長に対応する光透過率ピークが存在せず、かつ、１／３波長に対応する光透過率ピークが大きくなるようにコーティング層を形成することにより、上述の条件を満たす光透過率プロファイルが得られる。

図１５に、撮像光学系の光透過率のプロファイルの他の一例を示す。図１５に示す光透過率プロファイルは、可視光ピーク波長域ＶＩＳにリップルが現れている。一方、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲには、リップルが現れていない。リップルは、例えばコーティング層の層数が少ない場合に発生しやすい。つまり、コーティング層の層数を増やすことで、リップルの数又は大きさを減らすことができる。なお、リップルの数とは、ピークの数を意味する。また、リップルの大きさは、例えば、隣接するピークとの間の最低位置からの高さのうち、最も大きい高さを意味する。

なお、可視光ピーク波長域ＶＩＳに加えて、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲにリップルが現れていてもよい。この場合には、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲのリップルは、大きさ及び数のうちの少なくとも一方が、可視光ピーク波長域ＶＩＳのリップルよりも小さいことが好ましい。

ただし、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲにはリップルが生じていないことがより好ましい。近赤外光ピーク波長域ＮＩＲにリップルがない単一の光透過率ピークを生じさせることで、近赤外光ピーク波長域ＮＩＲにおいて光透過率ピーク値を高めることができる。これにより、近赤外撮像で得られる画像の解像度を高めることができる。

（散乱現象）
次に、可視光と近赤外光との大気による散乱現象について説明する。

図１６は、大気中に含まれる微小な水滴及び微小な塵の粒子数を示す。図１６に示すように、粒子径が数ｎｍから数十ｎｍの間と、百ｎｍから数百ｎｍの間に蒸気の微粒子のピークがある。すなわち、この範囲の径を有する蒸気微粒子の存在量が多いことが知られている。大気中を通過する光は、主に前者の径を持つ蒸気微粒子により散乱され、かつ、後者の径を持つ蒸気微粒子により散乱される。前者の散乱はレイリー散乱であり、後者の散乱はミー散乱である。

これらの散乱により、カメラ２の撮像距離が長くなるにつれて、カメラ２に到達する光量が減少する。この減少率は、可視光のほうが近赤外光に比べて大きい。したがって、近赤外撮像のほうが、可視撮像した場合よりも解像度の高い撮像画像が得られる。

一方、撮像光学系を通過する光も、撮像光学系に含まれるレンズの成分により散乱及び吸収を受ける。図１７に示すように、レンズ中を通過する光は、レンズの主成分である二酸化ケイ素により、レイリー散乱と赤外吸収を受ける。レイリー散乱は、図中に一点鎖線で示すように波長が長いほど小さくなる。また、Ｓｉ－Ｏ結合による赤外吸収は、図中に二点鎖線で示すように、波長１５５０ｎｍ辺りから吸収が始まり、波長が長いほど吸収が大きくなる。なお、波長１４００ｎｍ付近に現れている強い吸収は、レンズ成分のＯＨ^－による吸収ピークである。

図中の実線は、レンズ中の散乱及び吸収による光量の低下量（損失）を表している。このように、光量の損失は、波長１５５０±１００ｎｍ付近の領域で最も大きくなる。すなわち、レンズ光学の光の透過率は、１５５０±１００ｎｍの波長域で最も高くなる。

レイリー散乱の場合、散乱強度は、散乱光の波長の４乗に反比例する。したがって、レイリー散乱の場合、波長１５５０ｎｍの近赤外光の散乱強度は、波長５５３ｎｍの可視光の散乱強度の約７２分の１である。

また、ミー散乱の場合には、波長１５５０ｎｍの近赤外光の散乱量（前方散乱量）は、波長７７０ｎｍの光の散乱量の約１９１分の１となることが知られている。

以上のように、近赤外光のなかでも、波長１５５０ｎｍ付近の光が、最も大気中及びレンズによる散乱及び吸収を抑制するのに適した波長であることが判る。このような考察に基づき、本発明者等は、可視光と近赤外光とで撮像可能な撮像装置において、近赤外光の撮像波長域として、波長１５５０ｎｍを含む領域を撮像波長域に設定することが撮像画像の解像度を向上させるために最も適していることを見出した。

したがって、撮像光学系の透過率プロファイルは、１５５０ｎｍを含む領域に透過率のピークを有することが好ましい。さらに、撮像光学系は、可視光波長域においても光透過率の高い領域を有することが好ましい。本発明者等による鋭意検討の結果、撮像光学系の透過率プロファイルは、可視光波長域と、１５５０ｎｍを含む近赤外光波長域との間に光透過率の低い領域を形成することが好ましいことが明らかとなった。

また、可視光における特定の波長の光透過率を低下させることにより、１５５０ｎｍを含む波長域の光透過率をより向上させることができることが判明した。これは、近赤外撮像で得られる画像の解像度を、可視撮像で得られる画像の解像度よりも、優先して高める場合に有用である。

（実施例１）
次に、近赤外撮像により得られる熱輻射像のフィルタ依存性について説明する。図１８は、照明をオフとした暗室において、温度４８０℃の半田ごての先端部を被写体として近赤外撮像することにより得られた画像を例示している。すなわち、図１８に示す画像は、上記実施形態の熱輻射像に対応する。

（Ａ）は、光軸上に光学フィルタを配置せずに得られた熱輻射像である。（Ｂ）は、１５５０±１００ｎｍの波長域に透過性を有する光学フィルタを光軸上に配置した場合の熱輻射像である。（Ｃ）は、１５５０±５０ｎｍの波長域に透過性を有する光学フィルタを光軸上に配置した場合の熱輻射像である。（Ｄ）は、１５５０±２５ｎｍの波長域に透過性を有する光学フィルタを光軸上に配置した場合の熱輻射像である。すなわち、（Ｂ）から（Ｃ）は光学フィルタの光透過帯域幅が異なる。

図１８に示すように、１５５０ｎｍを中心とした光透過帯域幅を有する光学フィルタを配置して近赤外撮像を行うことにより、被写体の熱輻射像が鮮明化されることがわかる。さらに、光学フィルタの光透過帯域幅を狭めるほど、熱輻射像の解像度が向上することがわかる。これは、光透過帯域幅を狭めるほど、色収差が減少するためであると考えられる。

このように、近赤外撮像では、１５５０ｎｍを中心とした光透過帯域幅が２００ｎｍ以下のバンドパスフィルタを用いることが好ましい。これにより、鮮明な熱輻射像を取得することができる。

（実施例２）
次に、近赤外撮像の被写体の温度及び照明に対する依存性について説明する。図１９は、１５５０±５０ｎｍの波長域に透過性を有する光学フィルタを用い、照明をオン又はオフとした状態で近赤外撮像を行うことにより得られた画像を例示している。ここで、被写体は、実施例１と同様に半田ごての先端部としている。また、光源として、ピーク波長が１５５０ｎｍの近赤外光を発するＬＥＤを用いている。なお、照明光は変調されていない。各画像は、暗室において、照明をオン又はオフとして被写体を近赤外撮像することにより得られた画像である。

（Ａ）は、照明をオンとし、かつ被写体を室温（２５℃）として近赤外撮像を行うことにより得られた画像である。被写体が２５℃の場合には、撮像センサの熱輻射に対する感度が低く、殆ど熱輻射像は得られない。このため、（Ａ）に示す画像は、被写体の近赤外被写体像に対応する。

（Ｂ）は、被写体を２００℃とした状態で照明をオンとして近赤外撮像を行うことにより得られた画像である。被写体が２００℃の場合には、撮像センサは熱輻射に対して感度を有するので、近赤外被写体像と熱輻射像との両方の情報を含む画像が得られる。このため、（Ｂ）に示す画像は、近赤外被写体像に熱輻射像が重畳された画像に対応する。被写体の高温部は、熱輻射像により表されるのに対して、被写体の低温部は、近赤外被写体像により表される。（Ｂ）に示す画像中の白色部は、被写体の高温部に対応する。したがって、（Ｂ）に示す画像によれば、ユーザは、被写体の高温部を視覚的に認識することができる。

（Ｃ）は、被写体を２００℃とした状態で照明をオフとして近赤外撮像を行うことにより得られた画像である。照明がオフであるので、（Ｃ）に示す画像は、被写体の熱輻射像に対応する。この画像では、被写体の温度情報のみが得られる。この画像により、近赤外撮像では、中赤外光又は遠赤外光による撮像では観察することができない被写体の温度ムラを、鮮明に観察可能であることがわかる。

（比較例）
図２０は、比較例として、温度が約２００℃の半田ごての先端部を被写体として、従来の温度センサであるボロメーターにより撮像を行うことにより得られた温度画像（熱輻射像）を例示している。

従来の温度計測では、１００℃以下の感度を得るために、中赤外光又は遠赤外光に感度を有する温度センサが用いられている。例えば、ボロメーターは、吸熱による抵抗変化に基づいて温度計測を行うため、画素サイズが大きい。画素サイズは、例えば５０μｍ以上である。このため、ボロメーターでは、図２０に示すように、鮮明な熱輻射像を得ることはできない。

また、ボロメーターでは、中赤外光又は遠赤外光に対する光透過性が高い撮像光学系が用いられる。このような撮像光学系には、ゲルマニウム等の材料により形成されたレンズが用いられるので、可視光は不透過である。このため、ボロメーターでは、可視撮像を行うことはできない。また、撮像光学系に、ズーム機能を持たせることも困難である。

これに対して、本開示の技術では、撮像センサ１４として、５００ｎｍから１７００ｎｍまでの波長域で光を検出可能なＩｎＧａＡｓ撮像素子を用いている。撮像センサ１４は、近赤外光に加えて、可視光に対しても感度を有し、また、画素サイズがボロメーターに比べて小さいので、鮮明な近赤外像（近赤外被写体像及び熱輻射像）に加えて、鮮明な可視被写体像を取得することができる。また、この場合、撮像光学系には、シリコン等の材料により形成されたレンズを用いることができるので、撮像光学系にズーム機能を持たせることが可能である。これにより、遠方の被写体の熱輻射像の取得（すなわち、遠方の被写体の温度計測）を行うことができる。

上記各実施形態において、例えば、制御部５０のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサを用いることができる。上記各種のプロセッサには、上述したように、ソフトウェア（プログラム）を実行して各制御部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡなどの製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるＰＬＤ、又はＡＳＩＣなどの特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路などが含まれる。

制御部５０は、これらの各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせや、ＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。また、複数の制御部を１つのプロセッサで構成してもよい。

複数の制御部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアント及びサーバなどのコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウェアの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の制御部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｎ Ｃｈｉｐ：ＳＯＣ）などに代表されるように、複数の制御部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣチップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、制御部５０は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの１つ以上を用いて構成できる。

さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた電気回路を用いることができる。

以上に示した記載内容及び図示内容は、本開示の技術に係る部分についての詳細な説明であり、本開示の技術の一例に過ぎない。例えば、上記の構成、機能、作用、及び効果に関する説明は、本開示の技術に係る部分の構成、機能、作用、及び効果の一例に関する説明である。よって、本開示の技術の主旨を逸脱しない範囲内において、以上に示した記載内容及び図示内容に対して、不要な部分を削除したり、新たな要素を追加したり、置き換えたりしてもよいことは言うまでもない。また、錯綜を回避し、本開示の技術に係る部分の理解を容易にするために、以上に示した記載内容及び図示内容では、本開示の技術の実施を可能にする上で特に説明を要しない技術常識等に関する説明は省略されている。

本明細書に記載された全ての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (13)

1. １５５０ｎｍを含む近赤外光波長域の近赤外光を透過させる光透過特性を有する撮像光学系と、
   被写体からの熱輻射に感度を有し、前記撮像光学系を透過した前記近赤外光を撮像することにより、前記熱輻射による熱輻射像の情報を含む撮像信号を出力する撮像センサと、
   前記近赤外光を射出する光源と、
   前記光源の駆動により、前記光源から射出される前記近赤外光の強度又は周波数に時間的な変調をかける光源駆動制御部と、
   前記撮像信号の直流成分と変調成分とに基づいて、前記近赤外光による被写体像を表す第１画像データと前記熱輻射を表す第２画像データとを生成する画像処理部と、
   を備える撮像装置。
2. 前記撮像信号は、前記近赤外光によって撮像された被写体像と、前記熱輻射による熱輻射像との両方の情報を含む、
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像光学系は、複数のレンズを有し、
   少なくとも１つの前記レンズに、前記光透過特性を有するコーティング層が形成されており、
   前記光透過特性は、前記近赤外光波長域内に透過率ピークを有する、
   請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記光透過特性は、前記近赤外光波長域において、１５５０ｎｍを含む近赤外光ピーク波長域よりも短波長側の光透過率が、前記近赤外光ピーク波長域の短波長端の光透過率から波長が短くなるにつれて減少し、前記近赤外光ピーク波長域よりも長波長側の光透過率が、前記近赤外光ピーク波長域の長波長端の光透過率から波長が長くなるにつれて減少する、
   請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記光透過特性は、前記近赤外光ピーク波長域における光透過率が６０％以上である、
   請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記光透過特性は、１５５０ｎｍを中心とした光透過帯域幅が２００ｎｍ以下である、
   請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記光透過帯域幅を有するバンドパスフィルタを備え、
   前記撮像センサは、前記撮像光学系及び前記バンドパスフィルタを透過した近赤外光を撮像する、
   請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記画像処理部は、前記変調成分に基づいて前記第１画像データを生成し、かつ、前記直流成分に基づいて前記第２画像データを生成する
   請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
9. １５５０ｎｍを含む近赤外光波長域の近赤外光を透過させるとともに、可視光波長域の可視光を透過させる光透過特性を有する撮像光学系と、
   前記近赤外光と前記可視光とを選択的に透過させる切り替え型のフィルタと、
   被写体からの熱輻射及び前記可視光に対して感度を有し、前記撮像光学系及び前記フィルタを透過した前記近赤外光と前記可視光とを選択的に撮像することにより撮像信号を出力する撮像センサと、
   前記撮像センサが前記近赤外光を撮像することにより出力される前記撮像信号に基づいて近赤外画像データを生成し、かつ前記撮像センサが前記可視光を撮像することにより出力される前記撮像信号に基づいて可視画像データを生成し、前記近赤外画像データから前記可視画像データを減算することにより、熱輻射像を表す画像データを生成する画像処理部と、
   を備える撮像装置。
10. 前記撮像光学系は、複数のレンズを有し、
    少なくとも１つの前記レンズに、前記光透過特性を有するコーティング層が形成されており、
    前記光透過特性は、前記近赤外光波長域と前記可視光波長域との間に、前記近赤外光及び前記可視光に対する光透過率よりも、光透過率が小さい低光透過率領域を有する、
    請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記撮像光学系は、ズーム機能を有する、
    請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 前記撮像センサは、ＩｎＧａＡｓ撮像素子である、
    請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の撮像装置。
13. 前記撮像センサへの入射光量を調節する絞りを備える、
    請求項１から請求項１２のうちのいずれか１項に記載の撮像装置。