JPWO2015137148A1 - 撮像装置、アイリス装置、撮像方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

本開示は、より小型な機構で多分光撮像を行うことができるようにする撮像装置、アイリス装置、撮像方法、およびプログラムに関する。撮像装置は、被写体を撮像する撮像素子と、被写体からの光を撮像素子に結像する光学系と、光学系を通過する光の光量を制限するアイリス機構とを備え、アイリス機構は、被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、複数枚の絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタとを有する。そして、絞り羽根に設けられた光学フィルタが、その絞り羽根以外の他の絞り羽根により隠された状態で、開口が所定の大きさとなる位置に複数枚の絞り羽根が駆動され、所定の光学フィルタが設けられた絞り羽根が、所定のタイミングで順次、その光学フィルタにより開口を覆うように駆動される。本技術は、例えば、アイリス機構を備える撮像装置に適用できる。

Description

本開示は、撮像装置、アイリス装置、撮像方法、およびプログラムに関し、特に、より小型な機構で多分光撮像を行うことができるようにした撮像装置、アイリス装置、撮像方法、およびプログラムに関する。

従来、固体撮像素子は、例えば、ベイヤー配列により画素ごとに、赤色、緑色、および青色の三原色のカラーフィルタが配置されて構成されている。そして、固体撮像素子においては、カラーフィルタにより分光されたそれぞれの色の光を画素が受光することによって、三原色により構成される画像を撮像することができる。

これに対し、例えば、三原色よりも多くの色に分光された光を画素で受光することによって、それぞれの色により構成される複数枚の画像（以下適宜、多分光画像と称する）を撮像することができる撮像装置が開発されている。

例えば、複数枚の撮像素子を備え、ビームスプリッタにより光を分割して、それぞれの撮像素子に対して固定されているカラーフィルタを透過する色の光によって、複数枚の多分光画像を撮像する光分割方式を採用した撮像装置が開発されている。また、例えば、１枚の撮像素子の前方に、複数枚のカラーフィルタを機械的に切り替え可能に配置し、それらのカラーフィルタを順次切り替えることによって、複数枚の多分光画像を撮像する時分割方式を採用した撮像装置が開発されている。

ところで、特許文献１には、例えば、視差画像を単一の光学系で同時に撮像する撮像装置において、アイリス羽根にフィルタを実装する構成が開示されている。しかしながら、特許文献１には、それらのフィルタを時分割駆動する構成については開示されていない。

特開２００３−１３４５３３号公報

上述したような光分割方式を採用した撮像装置は、分割する光の数だけ撮像素子を備える必要があるため、装置が大型化するとともに、高コスト化することが懸念される。さらに、多層膜数が増大し、仕様の精度を満たすことが困難であった。また、上述したような時分割方式を採用した撮像装置においても、回転式やスライド式などによりカラーフィルタを切り替える機構を備える必要があるため、装置が大型化するだけでなく、消費電力が増大し、摩耗などによる故障の原因となることが懸念される。

そのため、より小型な機構で多分光撮像を実現することが可能な撮像装置が求められていた。

本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より小型な機構で多分光撮像を行うことができるようにするものである。

本開示の一側面の撮像装置は、被写体を撮像する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像する光学系と、前記光学系を通過する光の光量を制限するアイリス機構とを備え、前記アイリス機構は、前記被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、複数枚の前記絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタとを有し、前記絞り羽根に設けられた前記光学フィルタが、その絞り羽根以外の他の前記絞り羽根により隠された状態で、前記開口が所定の大きさとなる位置に複数枚の前記絞り羽根が駆動され、所定の前記光学フィルタが設けられた前記絞り羽根が、所定のタイミングで順次、その光学フィルタにより前記開口を覆うように駆動される。

本開示の一側面のアイリス装置は、被写体を撮像する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像する光学系とを有する撮像装置の前記光学系を通過する光の光量を制限するアイリス装置であって、前記被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、複数枚の前記絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタとを備え、前記絞り羽根に設けられた前記光学フィルタが、その絞り羽根以外の他の前記絞り羽根により隠された状態で、前記開口が所定の大きさとなる位置に複数枚の前記絞り羽根が駆動され、所定の前記光学フィルタが設けられた前記絞り羽根が、所定のタイミングで順次、その光学フィルタにより前記開口を覆うように駆動される。

本開示の一側面の撮像方法またはプログラムは、被写体を撮像する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像する光学系と、前記光学系を通過する光の光量を制限するアイリス機構とを備え、前記アイリス機構は、前記被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、複数枚の前記絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタとを有する撮像装置の撮像方法、または、その撮像装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムにおいて、前記絞り羽根に設けられた前記光学フィルタが、その絞り羽根以外の他の前記絞り羽根により隠された状態で、前記開口が所定の大きさとなる位置に複数枚の前記絞り羽根が駆動し、所定の前記光学フィルタが設けられた前記絞り羽根が、所定のタイミングで順次、その光学フィルタにより前記開口を覆うように駆動するステップを含む。

本開示の一側面においては、絞り羽根に設けられた光学フィルタが、その絞り羽根以外の他の絞り羽根により隠された状態で、開口が所定の大きさとなる位置に複数枚の絞り羽根が駆動され、所定の光学フィルタが設けられた絞り羽根が、所定のタイミングで順次、その光学フィルタにより開口を覆うように駆動される。

本開示の一側面によれば、より小型な機構で多分光撮像を行うことができる。

本技術を適用した撮像装置の第１の実施の形態の構成例を示すブロック図である。 アイリス機構の構成を示す図である。 光学フィルタが、隣接する絞り羽根に隠れる状態について説明する図である。 光学フィルタが、多分光撮像時に順次、最小絞り状態の開口に配置される状態を示す図である。 光学フィルタそれぞれが透過する波長範囲について説明する図である。 アイリス機構の状態を示す図である。 撮像装置による撮像処理を説明するフローチャートである。 本技術を適用した撮像装置の第２の実施の形態の構成例を示すブロック図である。 アイリス機構の構成を示す図である。 光学フィルタチェンジャの第１の構成例を示す図である。 光学フィルタチェンジャの第２の構成例を示す図である。

以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本技術を適用した撮像装置の第１の実施の形態の構成例を示すブロック図である。

図１において、撮像装置１１は、第１の光学系２１、第２の光学系２２、アイリス機構２３、撮像素子２４、増幅部２５、信号処理部２６、制御部２７、および駆動部２８を備えて構成される。また、撮像装置１１は、図１において破線で示すように、撮像の対象となる被写体からの光が第１の光学系２１および第２の光学系２２により集光され、被写体を撮像する。

第１の光学系２１および第２の光学系２２は、被写体からの光を集光して撮像素子２４の受光面に結像するための光学系を構成し、フォーカス用のレンズや、ズーム用のレンズ、補正用のレンズ、結像用のレンズなどの複数枚のレンズにより構成される。第１の光学系２１は、アイリス機構２３よりも被写体側に配置され、第２の光学系２２は、アイリス機構２３よりも撮像素子２４側に配置される。

アイリス機構２３は、第１の光学系２１および第２の光学系２２の間に配置され、第１の光学系２１および第２の光学系２２により構成される光学系を通過する光の光量を制限する。例えば、アイリス機構２３は、複数枚の絞り羽根（後述の図２参照）を備えて構成され、それらの絞り羽根により形成される開口の大きさを変更することで、光学系を通過する光の光量を調整することができる。

撮像素子２４は、例えば、CCD（Charge Coupled Device）やCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどにより構成され、複数の画素が形成される受光面に結像する被写体の像を撮像し、その結果得られる画像信号を出力する。また、撮像素子２４は、光学系を通過した光で画素を露光させ、画素において光電変換を行わせる時間である露光時間（シャッタスピード）を変更することができ、制御部２７による制御に従った露光時間で撮像を行う。

増幅部２５は、撮像素子２４から出力される画像信号を、制御部２７による制御に従った増幅率で増幅して信号処理部２６に供給する。

信号処理部２６は、増幅部２５により増幅された画像信号に対して、例えば、ホワイトバランス調整やガンマ補正などの信号処理を施し、図示しない後段の回路に出力する。

制御部２７は、撮像装置１１を構成する各ブロックに対する制御を行い、被写体を撮像する撮像処理を行う。例えば、制御部２７は、図示しない操作部をユーザが操作して、撮像装置１１の撮像モードを指定すると、その指定された撮像モードで撮像されるように制御を行う。

駆動部２８は、アイリス機構２３を構成する複数枚の絞り羽根を駆動するためのアクチュエータや、アクチュエータの動力を伝達する機構などを有しており、制御部２７による制御に従って、それらの絞り羽根を駆動する。

以上のように構成される撮像装置１１では、例えば、ユーザがシャッタボタンを操作すると、制御部２７は、そのときの被写体の明るさに応じた適切な開口となるように駆動部２８によりアイリス機構２３を駆動させ、所定の露光時間で撮像素子２４を露光させる。これにより、撮像装置１１は、撮像素子２４の受光面に配置されたＲＧＢ（赤色、緑色、および青色の三原色）のカラーフィルタに応じた三原色により構成される画像を撮像すること（以下適宜、通常撮像と称する）ができる。

また、撮像装置１１は、このような通常撮像以外に、三原色よりも多くの色により分光された画像を撮像すること（以下適宜、多分光撮像と称する）ができる。即ち、図２に示すように、アイリス機構２３を構成する複数枚の絞り羽根３２には、特定の波長範囲の光を透過する光学フィルタ３３が設けられており、撮像装置１１は、それぞれの光学フィルタ３３を透過した波長の光による撮像を行うことができる。

次に、図２を参照して、アイリス機構２３の構成について説明する。

図２に示すように、アイリス機構２３は、アイリス外郭３１に６枚の絞り羽根３２−１乃至３２−６が取り付けられて構成され、６枚の絞り羽根３２−１乃至３２−６にはそれぞれ６枚の光学フィルタ３３−１乃至３３−６が設けられている。図２には、絞り羽根３２−１乃至３２−６により形成される開口が最も小さくなるように絞られた状態である最小絞り状態のアイリス機構２３が示されている。

アイリス外郭３１には、絞り羽根３２−１乃至３２−６が開閉可能に取り付けられており、絞り羽根３２−１乃至３２−６により形成される開口が第１の光学系２１および第２の光学系２２の光軸上に配置されるように、アイリス外郭３１が撮像装置１１に実装される。また、アイリス外郭３１の内部には、開口が最も大きくなるように開放された状態である最大絞り状態において絞り羽根３２−１乃至３２−６を収納する収納空間が設けられ、絞り羽根３２−１乃至３２−６を開閉するための機構が組み込まれている。

絞り羽根３２−１乃至３２−６は、それぞれが連動して最大絞り状態から最小絞り状態まで駆動することにより、撮像素子２４に照射される光が通過する開口の大きさを変更する。また、絞り羽根３２−１乃至３２−６は、開口が最小絞り状態であるとき、絞り羽根３２−１乃至３２−６それぞれが順次、単独で駆動することができるように構成される。例えば、図４を参照して後述するように、絞り羽根３２−１乃至３２−６は、光学フィルタ３３−１乃至３３−６それぞれが順次、最小絞り状態の開口に配置されるように駆動する。

光学フィルタ３３−１乃至３３−６は、撮像素子２４の受光面に配置されるＲＧＢカラーフィルタそれぞれの色のフィルタを透過する波長範囲よりも狭い波長範囲の光を透過する。また、光学フィルタ３３−１乃至３３−６は、最大絞り状態から最小絞り状態までの間、絞り羽根３２−１乃至３２−６により隠される位置に配置され、通常撮像時には、光学フィルタ３３−１乃至３３−６を光が透過することは防止される。例えば、所定の絞り羽根３２に設けられている光学フィルタ３３は、その絞り羽根３２に隣接する他の絞り羽根３２に隠れる位置に配置される。

図３を参照して、光学フィルタ３３が、隣接する絞り羽根３２に隠れる状態について説明する。図３には、絞り羽根３２−１乃至３２−６が１枚ずつ順に、最小絞り状態における配置位置に配置されている状態が示されている。

図３のＡには、絞り羽根３２−１が、最小絞り状態における配置位置に配置されている状態が示されており、図３のＢには、絞り羽根３２−１および３２−２が、最小絞り状態における配置位置に配置されている状態が示されている。図３のＢに示すように、絞り羽根３２−１の光学フィルタ３３−１（図３のＡ）は、絞り羽根３２−１に隣接する絞り羽根３２−２によって隠される。

また、図３のＣには、絞り羽根３２−１乃至３２−３が、最小絞り状態における配置位置に配置されている状態が示されており、絞り羽根３２−２の光学フィルタ３３−２（図３のＢ）は、絞り羽根３２−２に隣接する絞り羽根３２−３によって隠される。同様に、図３のＤには、絞り羽根３２−１乃至３２−４が、最小絞り状態における配置位置に配置されている状態が示されており、絞り羽根３２−３の光学フィルタ３３−３（図３のＣ）は、絞り羽根３２−３に隣接する絞り羽根３２−４によって隠される。

また、図３のＥには、絞り羽根３２−１乃至３２−５が、最小絞り状態における配置位置に配置されている状態が示されており、絞り羽根３２−４の光学フィルタ３３−４（図３のＤ）は、絞り羽根３２−４に隣接する絞り羽根３２−５によって隠される。同様に、図３のＦには、絞り羽根３２−１乃至３２−６が、最小絞り状態における配置位置に配置されている状態が示されており、絞り羽根３２−５の光学フィルタ３３−５（図３のＥ）は、絞り羽根３２−５に隣接する絞り羽根３２−６によって隠される。さらに、絞り羽根３２−６の光学フィルタ３３−６は、絞り羽根３２−６に隣接する絞り羽根３２−１によって隠される。

このように、光学フィルタ３３−１乃至３３−６は、最大絞り状態から最小絞り状態までの間で隠された状態となっている。そして、撮像装置１１により通常撮像が行われるときには、光学フィルタ３３−１乃至３３−６が隠されたまま、開口を通過する光により撮像が行われる。一方、撮像装置１１により多分光撮像が行われるときには、光学フィルタ３３−１乃至３３−６が順次、最小絞り状態の開口に配置されて、光学フィルタ３３−１乃至３３−６それぞれを透過した光により撮像が行われる。

図４を参照して、光学フィルタ３３−１乃至３３−６が、多分光撮像時に順次、最小絞り状態の開口に配置される状態について説明する。

図４のＡには、最小絞り状態から絞り羽根３２−１が駆動することにより、光学フィルタ３３−１が最小絞り状態の開口に配置される状態が示されている。また、図４のＢには、最小絞り状態から絞り羽根３２−２が駆動することにより、光学フィルタ３３−２が最小絞り状態の開口に配置される状態が示されている。以下、同様に、図４のＣには、光学フィルタ３３−３が最小絞り状態の開口に配置される状態が示されており、図４のＤには、光学フィルタ３３−４が最小絞り状態の開口に配置される状態が示されている。また、図４のＥには、光学フィルタ３３−５が最小絞り状態の開口に配置される状態が示されており、図４のＦには、光学フィルタ３３−６が最小絞り状態の開口に配置される状態が示されている。

このように、撮像装置１１では、多分光撮像を行うときに、光学フィルタ３３−１乃至３３−６が順次、最小絞り状態の開口に配置され、光学フィルタ３３−１乃至３３−６それぞれが透過する波長範囲の光による画像を、時分割で撮像することができる。

例えば、図５を参照して、光学フィルタ３３−１乃至３３−６それぞれが透過する波長範囲について説明する。

図５には、光の波長に応じた感度の違いである分光感度が示されており、横軸が波長を表し、縦軸が分光感度を表している。そして、図５では、赤色、緑色、および青色の光の感度のピーク分布が示されている。

図５に示すように、光学フィルタ３３−１乃至３３−６は、可視光域（例えば、380nm〜780nm）のうちの、所定範囲を６分割した波長範囲Ｗ１乃至Ｗ６の光をそれぞれ透過するように設定される。例えば、光学フィルタ３３−１は、約400nm〜445nmの波長範囲Ｗ１の光を透過し、光学フィルタ３３−２は、約445nm〜490nmの波長範囲Ｗ２の光を透過し、光学フィルタ３３−３は、約490nm〜535nmの波長範囲Ｗ３の光を透過する。また、光学フィルタ３３−４は、約535nm〜580nmの波長範囲Ｗ４の光を透過し、光学フィルタ３３−５は、約580nm〜625nmの波長範囲Ｗ５の光を透過し、光学フィルタ３３−６は、約625nm〜670nmの波長範囲Ｗ６の光を透過する。

このように、撮像装置１１は、光学フィルタ３３−１乃至３３−６によって波長範囲Ｗ１から波長範囲Ｗ６までの波長の光を分光することで、時分割で、それぞれの波長範囲の光による画像を撮像することができる。即ち、撮像装置１１は、例えば、通常のＲＧＢのカラーフィルタよりも、より波長分解能が高い画像を撮像することができる。

次に、図６を参照して、アイリス機構２３の状態について説明する。

図６のＡには、開口が最も大きくなるように開放されている最大絞り状態のアイリス機構２３が示されている。例えば、撮像装置１１は、被写体が暗いときには、アイリス機構２３を最大絞り状態にして撮像を行う。

図６のＢには、開口が最も小さくなるように絞られている最小絞り状態のアイリス機構２３が示されている。例えば、撮像装置１１は、被写体が十分に明るいときには、アイリス機構２３を最小絞り状態にして撮像を行う。

図６のＣには、所定の光学フィルタ３３が最小絞り状態の開口に配置される状態のアイリス機構２３が示されている。例えば、撮像装置１１は、多分光撮像時に、最小絞り状態の開口に光学フィルタ３３を配置して撮像を行う。

次に、図７には、撮像装置１１による撮像処理を説明するフローチャートが示されている。

例えば、撮像装置１１の電源が投入されると処理が開始され、ステップＳ１１において、制御部２７は、多分光撮像を行う多分光撮像モードと通常撮像を行う通常撮像モードとのどちらに撮像モードが設定されているかを判定する。例えば、ユーザは、図示しない操作部を操作することにより撮像モードを設定することができる。

ステップＳ１１において、制御部２７が、撮像モードは多分光撮像モードに設定されていると判定した場合、処理はステップＳ１２に進み、制御部２７は、駆動部２８に対して、アイリス機構２３を最小絞り状態にするように制御を行う。これに従い、駆動部２８は、アイリス機構２３の絞り羽根３２−１乃至３２−６を駆動して、図６のＢに示したように、アイリス機構２３を最小絞り状態にする。

ステップＳ１３において、制御部２７は、増幅部２５の増幅率または撮像素子２４の露光時間を、多分光撮像モードに適した値に設定する。例えば、多分光撮像時には、アイリス機構２３は最小絞り状態であり、最小の開口を通過した少ない光量の光により撮像が行われるため、画像が暗くなる。そこで、制御部２７は、多分光撮像において撮像される画像の明るさが適切なものとなるように、例えば、増幅部２５の増幅率を、通常撮像における画像の明るさと同等のものとなるように設定し、画像信号を増幅する。即ち、増幅部２５は、画像信号の信号強度が、通常撮像時に出力される画像信号の信号強度を維持するように、画像信号を増幅する。また、増幅部２５による増幅に替えて、例えば、撮像素子２４の露光時間を増加して、長時間露光となるように設定してもよい。

ステップＳ１４において、制御部２７は、ユーザによりシャッタ操作が行われたか否かを判定し、ユーザによりシャッタ操作が行われたと判定されるまで処理を待機する。そして、ユーザがシャッタボタンを押下し、その操作信号が操作部から供給されると、制御部２７は、シャッタ操作が行われたと判定し、処理はステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５において、制御部２７は、多分光撮像において撮像される複数枚の画像のうちの、Ｎ番目の画像を指定するパラメータであるキャプチャ信号Ｎに１をセットする。例えば、キャプチャ信号Ｎは、図２に示したように、アイリス機構２３に６枚の光学フィルタ３３−１乃至３３−６が設けられている場合には、１から６までの値が順次、セットされる。

ステップＳ１６において、制御部２７は、絞り羽根３２−１乃至３２−６のうちのＮ番目の絞り羽根３２−Ｎを閉じるように駆動部２８に対する制御を行う。これに従い、駆動部２８は、Ｎ番目の絞り羽根３２−Ｎを閉じるように駆動して、図６のＣに示したように、最小絞り状態の開口に光学フィルタ３３−Ｎが配置される。

ステップＳ１７において、制御部２７は、撮像素子２４に対して撮像を行うように制御し、撮像素子２４は、アイリス機構２３の開口に配置されている光学フィルタ３３−Ｎを透過する波長範囲の光での撮像を行う。そして、撮像素子２４から出力される画像信号に対し、増幅部２５は、ステップＳ１３で設定された増幅率に従って増幅し、信号処理部２６を介して、Ｎ番目の波長範囲の光で撮像された画像が出力される。

ステップＳ１８において、制御部２７は、絞り羽根３２−１乃至３２−６のうちのＮ番目の絞り羽根３２−Ｎを開けるように駆動部２８に対する制御を行い、駆動部２８は、Ｎ番目の絞り羽根３２−Ｎを開くように駆動する。

ステップＳ１９において、制御部２７は、全ての光学フィルタ３３−１乃至３３−６それぞれの波長範囲の光で撮像が行われたか否か、即ち、全ての絞り羽根３２−１乃至３２−６を順次閉じた状態で撮像を行ったか否かを判定する。

ステップＳ１９において、制御部２７が、全ての光学フィルタ３３−１乃至３３−６それぞれの波長範囲の光で撮像が行われていないと判定した場合、制御部２７は、キャプチャ信号Ｎを１つインクリメント（Ｎ＝Ｎ＋１）して、処理はステップＳ１６に戻る。これにより、次の波長範囲の光で撮像が行われる。

一方、ステップＳ１９において、制御部２７が、全ての光学フィルタ３３−１乃至３３−６それぞれの波長範囲の光で撮像が行われたと判定した場合（例えば、キャプチャ信号Ｎ＝６の場合）、処理はステップＳ２０に進む。即ち、この場合、光学フィルタ３３−１乃至３３−６それぞれの波長範囲の光による６枚の多分光画像が撮像されている。

ステップＳ２０において、制御部２７は、撮像モードが多分光撮像モードおよび通常撮像モードのどちらに設定されているかを判定する。ステップＳ２０において、制御部２７が、撮像モードは多分光撮像モードに設定されていると判定した場合、処理はステップＳ１４に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。

一方、ステップＳ２０において、制御部２７が、撮像モードは通常撮像モードに設定されていると判定した場合、処理はステップＳ２１に進み、制御部２７は、駆動部２８に対して、アイリス機構２３を初期化するように制御を行う。これにより、駆動部２８は、ステップＳ１２において設定していたアイリス機構２３の最小絞り状態を解除し、アイリス機構２３は、通常撮像において被写体の明るさに応じた開口となるように制御される。

ステップＳ２２において、制御部２７は、増幅部２５の増幅率を初期化する。これにより、増幅部２５は、ステップＳ１３で設定した増幅率を解除し、通常撮像において被写体の明るさに応じた増幅率となるように制御される。

ステップＳ２２の処理後、または、ステップＳ１１において制御部２７が、撮像モードは通常撮像モードに設定されていると判定した場合、処理はステップＳ２３に進み、制御部２７は、通常撮像を行うように撮像装置１１の各ブロックを制御する。即ち、被写体の明るさに応じて適切に、アイリス機構２３の開口の大きさが制御され、撮像素子２４の露光時間が制御され、増幅部２５の増幅率が制御されて撮像が行われる。そして、ステップＳ２３の処理後、処理は終了される。

以上のように、撮像装置１１では、多分光撮像モードおよび通常撮像モードを切り替えて撮像を行うことができる。そして、多分光撮像時には、光学フィルタ３３−１乃至３３−６が、所定のタイミングで順次、最小絞り状態の開口に配置され、光学フィルタ３３−１乃至３３−６それぞれを透過した光による複数枚の多分光画像を時分割で撮像することができる。このとき、撮像素子２４の受光面に画素ごとに配置される三原色のカラーフィルタの波長特性と、光学フィルタ３３−１乃至３３−６の波長特性とが重ね合わされて取得される波長特性の光による多分光画像が撮像される。

また、最小絞り状態の開口で多分光画像を撮像することで、被写体からの光のうち、光学フィルタ３３の法線に対して入射角の大きい（高ＮＡ（Numerical Aperture：開口数）な）ものを遮断し、光学フィルタ３３の法線に対して入射角の小さい（低ＮＡな）ものに絞って光学フィルタ３３を透過させることで、光学フィルタ３３の入射角依存性の影響を低減させることができる。これにより、波長精度の向上を図ることができる。

また、撮像装置１１は、増幅部２５により画像信号を増幅することで、通常撮像時と同等の信号強度の画像信号を出力することができる。なお、撮像装置１１において、増幅部２５の増幅率を増加させる他、例えば、撮像素子２４の露光時間を長くして、フレーム積分として画像信号を大きくすることで、通常撮像時と同等の信号強度の画像信号を出力することができる。

また、撮像装置１１は、例えば、従来の撮像装置と比較して、アイリス機構２３の絞り羽根３２−１乃至３２−６に光学フィルタ３３−１乃至３３−６を設けるのみで多分光撮像を実現することができ、新規の実装部品の増加を必要とすることがない。従って、撮像装置１１は、例えば、複数枚の撮像素子を用いてビームスプリッタで分光された光を撮像することで多分光撮像を実現するような撮像装置よりも、より小型な機構で多分光撮像を実現することができる。

なお、撮像装置１１は、６枚の光学フィルタ３３−１乃至３３−６を設ける構成とされているが、光学フィルタ３３の枚数は６枚に限定されるものではなく、少なくとも３枚以上（通常のＲＧＢよりも多く）であればよく、６枚以上でも６枚以下でもよい。また、絞り羽根３２−１乃至３２−６の全てに光学フィルタ３３が設けられている必要はなく、絞り羽根３２の枚数と、光学フィルタ３３の枚数とが異なっていてもよい。例えば、６枚の絞り羽根３２−１乃至３２−６のうちの、４枚または５枚にだけ光学フィルタ３３が設けられる構成や、１枚の絞り羽根３２に複数枚の光学フィルタ３３が設けられる構成などを採用することができる。

さらに、光学フィルタ３３は、上述の図５に示したような可視光の波長範囲の光を透過する他、可視光以外の波長範囲の光（例えば、赤外光）を透過するように設定することができる。

また、撮像素子２４は、上述したような三原色のカラーフィルタが画素ごとに配置されていない構成とすることができる。即ち、この場合、撮像素子２４は、輝度信号のみを検出する構成とされ、アイリス機構２３の開口に配置される光学フィルタ３３−１乃至３３−６の波長特性のみの光による画像を撮像することができる。

次に、図８は、本技術を適用した撮像装置の第２の実施の形態の構成例を示すブロック図である。

図８に示される撮像装置１１Ａにおいて、図１の撮像装置１１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。即ち、撮像装置１１Ａは、第１の光学系２１、第２の光学系２２、撮像素子２４、増幅部２５、信号処理部２６、制御部２７、および駆動部２８を備える点で、図１の撮像装置１１と共通する構成となっている。但し、撮像装置１１Ａは、アイリス機構２３Ａを備える点で、図１の撮像装置１１と異なる構成となっている。

アイリス機構２３Ａは、第１の光学系２１および第２の光学系２２の間に配置され、図１のアイリス機構２３と同様に、光学系を通過する光の光量を制限する。図１のアイリス機構２３は、６枚の絞り羽根３２−１乃至３２−６により構成されていたのに対し、アイリス機構２３Ａは、３つのアイリス機構２３が重ねられて、１８枚の絞り羽根３２−１乃至３２−１８により構成される。

即ち、アイリス機構２３Ａは、図９に示すような第１のアイリス機構部２３Ａ−１、第２のアイリス機構部２３Ａ−２、および第３のアイリス機構部２３Ａ−３が、光軸方向に重ねられて構成される。第１のアイリス機構部２３Ａ−１、第２のアイリス機構部２３Ａ−２、および第３のアイリス機構部２３Ａ−３は、それぞれアイリス機構２３（図２）と同様に構成される。

つまり、図９のＡに示す第１のアイリス機構部２３Ａ−１は、６枚の絞り羽根３２−１乃至３２−６に６枚の光学フィルタ３３−１乃至３３−６がそれぞれ設けられて構成される。また、図９のＢに示す第２のアイリス機構部２３Ａ−２は、６枚の絞り羽根３２−７乃至３２−１２に６枚の光学フィルタ３３−７乃至３３−１２がそれぞれ設けられて構成される。また、図９のＣに示す第３のアイリス機構部２３Ａ−３は、６枚の絞り羽根３２−１３乃至３２−１８に６枚の光学フィルタ３３−１３乃至３３−１８がそれぞれ設けられて構成される。

アイリス機構２３Ａにおいて、絞り羽根３２−１乃至３２−１８は、開口が最小絞り状態であるとき、絞り羽根３２−１乃至３２−１８それぞれが順次、単独で駆動し、光学フィルタ３３−１乃至３３−１８が最小絞り状態の開口に配置される。また、光学フィルタ３３−１乃至３３−１８は、それぞれ異なる波長範囲の光を透過する。

従って、撮像装置１１Ａでは、光学フィルタ３３−１乃至３３−１８それぞれを透過した光により撮像が行われる。これにより、より狭い波長範囲ごとの光による多分光画像を撮像することができる。

なお、上述した実施の形態においては、アイリス機構２３が備える絞り羽根３２に光学フィルタ３３が設けられた構成について説明したが、例えば、通常のアイリス機構と光学フィルタチェンジャとを組み合わせた構成により多分光撮像を行ってもよい。

図１０および図１１には、通常のアイリス機構と光学フィルタチェンジャとを組み合わせた構成例が示されている。

図１０に示す第１の構成例では、通常のアイリス機構２３Ｂと、回転式の光学フィルタチェンジャ６１とが組み合わされている。

通常のアイリス機構２３Ｂは、上述したアイリス機構２３と異なり、光学フィルタ３３−１乃至３３−６が設けられずに構成されている。そして、光学フィルタチェンジャ６１は、光学フィルタ３３−１乃至３３−６が設けられたターレット６２が回転部６３を中心に回転可能に構成されている。そして、多分光撮像時には、通常のアイリス機構２３Ｂの開口に、ターレット６２が回転することで光学フィルタ３３−１乃至３３−６が順次配置され、光学フィルタ３３−１乃至３３−６それぞれを透過した光による撮像を行うことができる。また、ターレット６２には、大開口部６４が形成されており、通常撮像時には、光軸上に大開口部６４が配置される。

図１１に示す第２の構成例では、通常のアイリス機構２３Ｂと、スライド式の光学フィルタチェンジャ７１とが組み合わされている。

通常のアイリス機構２３Ｂは、上述したアイリス機構２３と異なり、光学フィルタ３３−１乃至３３−６が設けられずに構成されている。そして、光学フィルタチェンジャ７１は、光学フィルタ３３−１乃至３３−６が設けられたプレート７２がスライド可能に構成されている。そして、多分光撮像時には、通常のアイリス機構２３Ｂの開口に、プレート７２がスライドすることで光学フィルタ３３−１乃至３３−６が順次配置され、光学フィルタ３３−１乃至３３−６それぞれを透過した光による撮像を行うことができる。また、プレート７２には、大開口部７３が形成されており、通常撮像時には、光軸上に大開口部７３が配置される。

なお、上述のフローチャートを参照して説明した各処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むものである。また、プログラムは、１のCPUにより処理されるものであっても良いし、複数のCPUによって分散処理されるものであっても良い。

また、上述した一連の処理（撮像方法）は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラムが記録されたプログラム記録媒体からインストールされる。

例えば、図１の制御部２７は、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）、および、不揮発性のメモリなどよりなる記憶部を備えて構成されており、ROMまたは記憶部に記憶されているプログラムがRAMにロードされ、CPUにより実行されることにより、上述した一連の処理が行われる。また、そのプログラムは、あらかじめ記憶部に記憶させておく他、通信部またはリムーバブルメディアを介してダウンロードし、記憶部にインストールしたりアップデートしたりすることができる。

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
被写体を撮像する撮像素子と、
前記被写体からの光を前記撮像素子に結像する光学系と、
前記光学系を通過する光の光量を制限するアイリス機構と
を備え、
前記アイリス機構は、
前記被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、
複数枚の前記絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタと
を有し、
前記絞り羽根に設けられた前記光学フィルタが、その絞り羽根以外の他の前記絞り羽根により隠された状態で、前記開口が所定の大きさとなる位置に複数枚の前記絞り羽根が駆動され、
所定の前記光学フィルタが設けられた前記絞り羽根が、所定のタイミングで順次、その光学フィルタにより前記開口を覆うように駆動される
撮像装置。
（２）
前記アイリス機構が有する複数枚の前記絞り羽根により形成される開口が最も小さくなるように絞られた状態である最小絞り状態において、その開口に前記光学フィルタが順次配置され、複数の前記光学フィルタをそれぞれ透過した光による複数枚の画像を時分割で撮像する多分光撮像を行う
上記（１）に記載の撮像装置。
（３）
前記撮像素子が前記被写体を撮像して出力する画像信号を増幅する増幅部をさらに備え、
前記増幅部は、前記多分光撮像時に出力される前記画像信号の信号強度が、前記多分光撮像以外の撮像が行われるときに出力される前記画像信号の信号強度を維持するように、前記画像信号を増幅する
上記（２）に記載の撮像装置。
（４）
前記撮像素子は、前記多分光撮像時に出力される前記画像信号の信号強度が、前記多分光撮像以外の撮像が行われるときに出力される前記画像信号の信号強度を維持するように、前記被写体からの光による露光時間を増加させる
上記（２）に記載の撮像装置。
（５）
前記アイリス機構が有する前記光学フィルタを透過させない光により画像を撮像する通常撮像モードと、前記アイリス機構が有する複数の前記光学フィルタをそれぞれ透過した光により複数枚の画像を撮像する多分光撮像モードとが切り替えられる
上記（１）から（４）までのいずれかに記載の撮像装置。
（６）
前記アイリス機構は、前記被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、複数枚の前記絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタとを有するアイリス機構部が、前記光学系の光軸方向に複数重ねられて構成される
上記（１）から（５）までのいずれかに記載の撮像装置。
（７）
前記撮像素子は、前記被写体からの光を受光する受光面に配置される画素ごとに、所定の配列で三原色のカラーフィルタが配置されて構成されており、前記開口に配置される複数の前記光学フィルタの波長特性と重ね合わされて取得される波長特性の光による画像を撮像する
上記（１）から（６）までのいずれかに記載の撮像装置。
（８）
前記撮像素子は、前記開口に配置される複数の前記光学フィルタの波長特性の光のみによる画像を撮像する
上記（１）から（６）までのいずれかに記載の撮像装置。
（９）
前記アイリス機構には、少なくとも３つ以上の前記光学フィルタが設けられ、少なくとも３つ以上の波長範囲に分光された光による撮像が行われる
上記（１）から（８）までのいずれかに記載の撮像装置。
（１０）
前記光学フィルタは、前記撮像素子の受光面に配置される三原色のカラーフィルタそれぞれが透過する光の波長範囲よりも、狭い波長範囲の光を透過する
上記（１）から（９）までのいずれかに記載の撮像装置。
（１１）
前記光学フィルタは、可視光の波長範囲、または、可視光以外の波長範囲のうちの、特定の波長範囲の光を透過する
上記（１）から（１０）までのいずれかに記載の撮像装置。
（１２）
被写体を撮像する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像する光学系とを有する撮像装置の前記光学系を通過する光の光量を制限するアイリス装置であって、
前記被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、
複数枚の前記絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタと
を備え、
前記絞り羽根に設けられた前記光学フィルタが、その絞り羽根以外の他の前記絞り羽根により隠された状態で、前記開口が所定の大きさとなる位置に複数枚の前記絞り羽根が駆動され、
所定の前記光学フィルタが設けられた前記絞り羽根が、所定のタイミングで順次、その光学フィルタにより前記開口を覆うように駆動される
アイリス装置。
（１３）
被写体を撮像する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像する光学系と、前記光学系を通過する光の光量を制限するアイリス機構とを備え、前記アイリス機構は、前記被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、複数枚の前記絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタとを有する撮像装置の撮像方法において、
前記絞り羽根に設けられた前記光学フィルタが、その絞り羽根以外の他の前記絞り羽根により隠された状態で、前記開口が所定の大きさとなる位置に複数枚の前記絞り羽根を駆動し、
所定の前記光学フィルタが設けられた前記絞り羽根を、所定のタイミングで順次、その光学フィルタにより前記開口を覆うように駆動する
ステップを含む撮像方法。
（１４）
被写体を撮像する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像する光学系と、前記光学系を通過する光の光量を制限するアイリス機構とを備え、前記アイリス機構は、前記被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、複数枚の前記絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタとを有する撮像装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
前記絞り羽根に設けられた前記光学フィルタが、その絞り羽根以外の他の前記絞り羽根により隠された状態で、前記開口が所定の大きさとなる位置に複数枚の前記絞り羽根を駆動し、
所定の前記光学フィルタが設けられた前記絞り羽根を、所定のタイミングで順次、その光学フィルタにより前記開口を覆うように駆動する
ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。

なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１１ 撮像装置， ２１ 第１の光学系， ２２ 第２の光学系， ２３ アイリス機構， ２４ 撮像素子， ２５ 増幅部， ２６ 信号処理部， ２７ 制御部， ２８ 駆動部， ３１ アイリス外郭， ３２−１乃至３２−６ 絞り羽根， ３３−１乃至３３−６ 光学フィルタ， ６１ 光学フィルタチェンジャ， ６２ ターレット， ６３ 回転部， ６４ 大開口部， ７１ 光学フィルタチェンジャ， ７２ プレート， ７３ 大開口部

Claims (14)

1. 被写体を撮像する撮像素子と、
   前記被写体からの光を前記撮像素子に結像する光学系と、
   前記光学系を通過する光の光量を制限するアイリス機構と
   を備え、
   前記アイリス機構は、
   前記被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、
   複数枚の前記絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタと
   を有し、
   前記絞り羽根に設けられた前記光学フィルタが、その絞り羽根以外の他の前記絞り羽根により隠された状態で、前記開口が所定の大きさとなる位置に複数枚の前記絞り羽根が駆動され、
   所定の前記光学フィルタが設けられた前記絞り羽根が、所定のタイミングで順次、その光学フィルタにより前記開口を覆うように駆動される
   撮像装置。
2. 前記アイリス機構が有する複数枚の前記絞り羽根により形成される開口が最も小さくなるように絞られた状態である最小絞り状態において、その開口に前記光学フィルタが順次配置され、複数の前記光学フィルタをそれぞれ透過した光による複数枚の画像を時分割で撮像する多分光撮像を行う
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像素子が前記被写体を撮像して出力する画像信号を増幅する増幅部をさらに備え、
   前記増幅部は、前記多分光撮像時に出力される前記画像信号の信号強度が、前記多分光撮像以外の撮像が行われるときに出力される前記画像信号の信号強度を維持するように、前記画像信号を増幅する
   請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記撮像素子は、前記多分光撮像時に出力される前記画像信号の信号強度が、前記多分光撮像以外の撮像が行われるときに出力される前記画像信号の信号強度を維持するように、前記被写体からの光による露光時間を増加させる
   請求項２に記載の撮像装置。
5. 前記アイリス機構が有する前記光学フィルタを透過させない光により画像を撮像する通常撮像モードと、前記アイリス機構が有する複数の前記光学フィルタをそれぞれ透過した光により複数枚の画像を撮像する多分光撮像モードとが切り替えられる
   請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記アイリス機構は、前記被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、複数枚の前記絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタとを有するアイリス機構部が、前記光学系の光軸方向に複数重ねられて構成される
   請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記撮像素子は、前記被写体からの光を受光する受光面に配置される画素ごとに、所定の配列で三原色のカラーフィルタが配置されて構成されており、前記開口に配置される複数の前記光学フィルタの波長特性と重ね合わされて取得される波長特性の光による画像を撮像する
   請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記撮像素子は、前記開口に配置される複数の前記光学フィルタの波長特性の光のみによる画像を撮像する
   請求項１に記載の撮像装置。
9. 前記アイリス機構には、少なくとも３つ以上の前記光学フィルタが設けられ、少なくとも３つ以上の波長範囲に分光された光による撮像が行われる
   請求項１に記載の撮像装置。
10. 前記光学フィルタは、前記撮像素子の受光面に配置される三原色のカラーフィルタそれぞれが透過する光の波長範囲よりも、狭い波長範囲の光を透過する
    請求項１に記載の撮像装置。
11. 前記光学フィルタは、可視光の波長範囲、または、可視光以外の波長範囲のうちの、特定の波長範囲の光を透過する
    請求項１に記載の撮像装置。
12. 被写体を撮像する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像する光学系とを有する撮像装置の前記光学系を通過する光の光量を制限するアイリス装置であって、
    前記被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、
    複数枚の前記絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタと
    を備え、
    前記絞り羽根に設けられた前記光学フィルタが、その絞り羽根以外の他の前記絞り羽根により隠された状態で、前記開口が所定の大きさとなる位置に複数枚の前記絞り羽根が駆動され、
    所定の前記光学フィルタが設けられた前記絞り羽根が、所定のタイミングで順次、その光学フィルタにより前記開口を覆うように駆動される
    アイリス装置。
13. 被写体を撮像する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像する光学系と、前記光学系を通過する光の光量を制限するアイリス機構とを備え、前記アイリス機構は、前記被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、複数枚の前記絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタとを有する撮像装置の撮像方法において、
    前記絞り羽根に設けられた前記光学フィルタが、その絞り羽根以外の他の前記絞り羽根により隠された状態で、前記開口が所定の大きさとなる位置に複数枚の前記絞り羽根を駆動し、
    所定の前記光学フィルタが設けられた前記絞り羽根を、所定のタイミングで順次、その光学フィルタにより前記開口を覆うように駆動する
    ステップを含む撮像方法。
14. 被写体を撮像する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像する光学系と、前記光学系を通過する光の光量を制限するアイリス機構とを備え、前記アイリス機構は、前記被写体からの光を通過させる開口の大きさを調整する複数枚の絞り羽根と、複数枚の前記絞り羽根の少なくとも１枚以上に設けられ、所定の波長の光を透過する光学フィルタとを有する撮像装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
    前記絞り羽根に設けられた前記光学フィルタが、その絞り羽根以外の他の前記絞り羽根により隠された状態で、前記開口が所定の大きさとなる位置に複数枚の前記絞り羽根を駆動し、
    所定の前記光学フィルタが設けられた前記絞り羽根を、所定のタイミングで順次、その光学フィルタにより前記開口を覆うように駆動する
    ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。

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