特許 6923897 フィルタ、画像撮影装置および画像撮影システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6923897

(24)【登録日】2021年8月3日

(45)【発行日】2021年8月25日

(54)【発明の名称】フィルタ、画像撮影装置および画像撮影システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/30 20060101AFI20210812BHJP

   G02B 21/36 20060101ALI20210812BHJP

   G02B 21/00 20060101ALI20210812BHJP

   G01J 3/40 20060101ALI20210812BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20210812BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/30

   G02B21/36

   G02B21/00

   G01J3/40

   H04N5/225

【請求項の数】4

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-175460(P2016-175460)

(22)【出願日】2016年9月8日

(65)【公開番号】特開2018-40976(P2018-40976A)

(43)【公開日】2018年3月15日

【審査請求日】2019年8月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】304036743

【氏名又は名称】国立大学法人宇都宮大学

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100152272

【弁理士】

【氏名又は名称】川越 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100181722

【弁理士】

【氏名又は名称】春田 洋孝

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100139686

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 史朗

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(72)【発明者】

【氏名】篠田 一馬

(72)【発明者】

【氏名】大寺 康夫

【審査官】 菅原 奈津子

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００７／０２９７１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１６２４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０１７２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１２９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４４５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３８６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０３１０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０６３９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／００３１４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／１５６３６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００７／０７０３０６（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０００３６７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００５８０３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０３９６９８４０（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ５／３０

Ｇ０１Ｊ ３／００− ４／０４

Ｈ０４Ｎ ５／２２５−５／２５７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

透過させる波長帯域の種類と偏光の方位の種類とがそれぞれ割り当てられた分光偏光セルを複数備え、
前記偏光の方位の種類は４種類以上であり、
前記分光偏光セルは、割り当てられた前記波長帯域の種類の光を透過可能とする格子ピッチと、割り当てられた前記偏光の方位の種類に合った格子方向と、を有する単一のフォトニック結晶で構成されている、
フィルタ。

【請求項2】

請求項１に記載のフィルタを受光部に備える、
画像撮影装置。

【請求項3】

請求項２に記載の画像撮影装置と、
前記分光偏光セルのそれぞれに割り当てられた光の前記波長帯域の種類及び前記偏光の方位の種類と、前記分光偏光セルのそれぞれを透過し、前記画像撮影装置によって取得された前記分光偏光セルごとの光強度と、を記憶する記憶装置と、
前記記憶装置に記憶された前記分光偏光セルのそれぞれに割り当てられた前記波長帯域の種類と前記光強度に基づいて前記分光偏光セルごとのスペクトル情報を算出すると共に、前記記憶装置に記憶された前記分光偏光セルのそれぞれに割り当てられた前記偏光の方位の種類と前記光強度に基づいて前記分光偏光セルごとの偏光情報を算出する演算装置と、
前記演算装置で演算された前記分光偏光セルごとのスペクトル情報を画像として表示すると共に、前記演算装置で演算された前記分光偏光セルごとの偏光情報を画像として表示
する表示装置と、
を備える、
画像撮影システム。

【請求項4】

請求項２に記載の画像撮影装置と、
前記分光偏光セルのそれぞれを透過し、前記画像撮影装置によって取得された前記分光偏光セルごとの光強度を記憶する記憶装置と、
前記分光偏光セルのそれぞれに割り当てられた前記波長帯域の種類と前記記憶装置に記憶された前記光強度に基づいて前記分光偏光セルごとのスペクトル情報を算出すると共に、前記分光偏光セルのそれぞれに割り当てられた前記偏光の方位の種類と前記記憶装置に記憶された前記光強度に基づいて前記分光偏光セルごとの偏光情報を算出する演算装置と、
前記演算装置で演算された前記分光偏光セルごとのスペクトル情報を画像として表示すると共に、前記演算装置で演算された前記分光偏光セルごとの偏光情報を画像として表示する表示装置と、
を備える、
画像撮影システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学機器のフィルタ、画像撮影装置および画像撮影システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、カラー画像すなわちＲＧＢ画像よりも多くのスペクトル情報を持つマルチスペクトル画像（Multispectral Image：ＭＳＩ）が注目されている。ＭＳＩは、照明によらない忠実な色再現や、人間の目視では認識できない分光レベルでの物体認識を可能とする。そのため、リモートセンシングでの利用や病理診断、青果物の糖度測定など、様々な分野でのＭＳＩの応用が期待されている。例えば、肝病理標本のＭＳＩにおいて組織分類を行い、分類精度の向上を図る試みもなされている。

【0003】

ＭＳＩの撮影システムには、様々なものが提案されている。例えば、マルチスペクトルフィルタアレイ(Multispectral Filter Array：ＭＳＦＡ)を用いた撮影システムは、機器コストが小さく簡便な撮影が可能であることから、産業界における普及が期待されている。具体的には、受光器の入射側にＭＳＦＡを備えたワンショット分光イメージングカメラが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

【0004】

一方では、近年、光学部品や薄膜製品、生体組織の偏光特性、すなわち複屈折を測定し、測定によって得られた偏光特性をふまえて測定対象物の詳細な物性やふるまい等を解明したいという要望がある。

【0005】

従来の主な偏光特性の測定方法に、回転検光子法がある。ところが、回転検光子法では、偏光フィルタを回転させるための回転モータや回転角の検出センサ、筐体等を用意する必要があるため、測定光学系が複雑になり、計測面の面上のデータにおける位置ずれが生じやすいという問題があった。

【0006】

そこで、測定対象物から透過した透過光の偏光状態を変える、すなわちＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の受光器の入射側に受光素子、すなわち画素と同じサイズで、画素と同数の偏光子を備えたワンショット偏光イメージングカメラが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】P-J. Lapray, X. Wang, J-B. Thomas, P. Gouton, “Multispectral Filter Arrays: Recent Advances and Practical Implementation,” Sensors, Vol.14, pp.21626-21659, 2014

【非特許文献2】川上彰二郎, 川嶋貴之, 井上喜彦, 本間洋, 佐藤尚, 太田晋一, 長嶋聖, 青木孝文, 「フォトニック結晶偏光子を用いた偏光イメージングカメラの開発」, 電子情報通信学会論文誌C, Vol.90, No.1, pp.17-24, Jan. 2007

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従来のワンショット分光イメージングカメラは、ワンショットで、画素ごとに異なる分光情報を取得することでＭＳＩを取得することができる。しかしながら、偏光（すなわち、偏光方位）情報については、それぞれの画素のマルチスペクトルフィルタの偏光透過特性に一致する偏光状態での取得に限られ、ワンショットで、測定対象物のあらゆる方位の偏光情報を取得することはできない。

【0009】

一方、従来のワンショット偏光イメージングカメラは、画素ごとに異なる４方向の偏光情報を取得することで、ワンショットで、４方向の偏光ごとの画像を取得することができる。しかしながら、スペクトル（すなわち、波長）情報については、それぞれの画素の偏光子の分光透過特性を有する波長帯域の範囲内での取得に限定されており、ワンショットで、測定対象物のカラー画像や分光情報を得ることは難しい。そのため、例えば医療用にはコラーゲンの可視化のために偏光顕微鏡が実用化されているが、このような偏光顕微鏡は通常の光学顕微鏡とは異なる構成となるため、診断やＲＧＢ画像またはＭＳＩの撮影には別途、光学顕微鏡やその他の光学機材が必要となる。

【0010】

すなわち、従来のワンショット分光イメージングカメラやワンショット偏光イメージングカメラの何れを用いた場合でも、ＭＳＩと偏光情報とをワンショットで同時に取得することは難しく、ＭＳＩと偏光情報の両方を取得するためには、複数回の撮影を必要とするので、手間と時間がかかるという問題があった。

【0011】

以下、本明細書では、ワンショット分光イメージングカメラやワンショット偏光イメージングカメラ等（光学機器）の計測面において、方位が配向されている最小単位や所定の分光透過特性を有する最小単位を「セル」と称する。複数の「セル」は、個々に分離されているものや、互いに隣接し、外周にフレーム等が設けられているもの等を全て含んでいる。

【0012】

ＭＳＩと偏光情報とをワンショットで同時に取得する場合、原理的には、ＭＳＦＡと偏光フィルタアレイとを重ねればよいと想到される。
しかしながら、本発明者は、従来のマルチスペクトルアレイと偏光フィルタアレイとを単に重ね合わせても、ＭＳＩと偏光情報とをワンショットで同時に、かつ良好に取得することが難しいという点に着目した。そして、本発明者は、セル毎の分光透過特性と偏光透過特性との相関関係が所定の条件を満たすことが重要であることを見い出し、本発明を完成させるに至った。

【0013】

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであって、ＭＳＩと偏光情報とをワンショットで同時に取得可能とするフィルタ、画像撮影装置および画像撮影システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明に係るフィルタは、透過させる波長帯域の種類と偏光の方位の種類とがそれぞれ割り当てられた分光偏光セルを複数備え、前記偏光の方位の種類は４種類以上であり、前記分光偏光セルは、割り当てられた前記波長帯域の種類の光を透過可能とする格子ピッチと、割り当てられた前記偏光の方位の種類に合った格子方向と、を有する単一のフォトニック結晶で構成されていることを特徴とする。
ここで、透過させる光の波長帯域の種類が複数あり、透過させる偏光の方位の種類も複数ある。隣り合う分光偏光セル同士の波長帯域の種類、および隣り合う分光偏光セル同士の偏光の方位の種類は、それぞれ互いに一致していてもよく、互いに異なっていてもよい。

【0020】

本発明に係る画像撮影装置は、上述のフィルタを受光部に備えていることを特徴とする。

【0021】

本発明に係る画像撮影システムは、上述の画像撮影装置と、前記分光偏光セルのそれぞれを透過可能な光の前記波長帯域の種類及び前記偏光の方位の種類と、前記分光偏光セルのそれぞれを透過し、前記画像撮影装置によって取得された前記分光偏光セルごとの光強度と、を記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶された前記分光偏光セルのそれぞれの前記波長帯域の種類と前記光強度に基づいて前記分光偏光セルごとのスペクトル情報を算出すると共に、前記記憶装置に記憶された前記分光偏光セルのそれぞれの前記偏光の方位の種類と前記光強度に基づいて前記分光偏光セルごとの偏光情報を算出する演算装置と、前記演算装置で演算された前記分光偏光セルごとのスペクトル情報を画像として表示すると共に、前記演算装置で演算された前記分光偏光セルごとの偏光情報を画像として表示する表示装置と、を備えていることを特徴とする。

【0022】

本発明に係る画像撮影システムは、上述の画像撮影装置と、前記分光偏光セルのそれぞれに割り当てられた光の前記波長帯域の種類及び前記偏光の方位の種類と、前記分光偏光セルのそれぞれを透過し、前記画像撮影装置によって取得された前記分光偏光セルごとの光強度と、を記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶された前記分光偏光セルのそれぞれに割り当てられた前記波長帯域の種類と前記光強度に基づいて前記分光偏光セルごとのスペクトル情報を算出すると共に、前記記憶装置に記憶された前記分光偏光セルのそれぞれに割り当てられた前記偏光の方位の種類と前記光強度に基づいて前記分光偏光セルごとの偏光情報を算出する演算装置と、前記演算装置で演算された前記分光偏光セルごとのスペクトル情報を画像として表示すると共に、前記演算装置で演算された前記分光偏光セルごとの偏光情報を画像として表示する表示装置と、を備えていることを特徴とする。

【0023】

上述の画像撮像システムにおいて、前記分光偏光セルのそれぞれに割り当てられた前記波長帯域の種類および前記偏光の方位の種類は、記憶装置に記憶されずに、演算装置に直接導入されてもよい。

【発明の効果】

【0026】

本発明に係るフィルタ、画像撮影装置および画像撮影システムによれば、従来のワンショット分光イメージングカメラやワンショット偏光イメージングカメラと同程度の機材構成および機材コストによって、ＭＳＩと偏光情報とをワンショットで同時に取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明に係る一実施形態のフィルタ、画像撮影装置の概略図である。

【図2】本発明を適用した第一の態様のフィルタを示す概略図である。

【図3】本発明に係る一実施形態のフィルタを用いて取得される情報について説明するための概略図である。

【図4】フォトニック結晶を用いた第一の態様のフィルタを示す概略図である。

【図5】本発明を適用した第二の態様のフィルタの構成を示す概略図である。

【図6】本発明に係る一実施形態のフィルタ、画像撮影装置を用いた画像復元方法を説明するための概略図であり、想定するフィルタの構成を示す図である。

【図7】本発明に係る一実施形態のフィルタ、画像撮影装置を用いた画像復元方法を説明するための概略図であり、撮影された画像の構成とデータ取得点との関係を表す図である。

【図8】本発明に係る一実施形態のフィルタ、画像撮影装置を用いた画像復元方法を説明するための概略図であり、４バンド４偏光の場合において撮影された画像の復元方法を示す図である。

【図9】本発明を適用した第一の態様の画像撮影システムを示す概略図である。

【図10】本発明を適用した第二の態様の画像撮影システムを示す概略図である。

【図11】実施例におけるオリジナルのマルチスペクトル画像である。

【図12】実施例において、シミュレーションによって作成したワンショット撮像画像である。

【図13】実施例において、偏光の方位φ＝９０°において、４種類の波長帯域Ｗのマルチスペクトル画像をＲＧＢ画像化したものを示す。

【図14】実施例において、波長帯域Ｗ＝６５０ｎｍにおいて、４種類の偏光の方位φに基づいて求めた直線偏光強度画像を示す。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明に係るフィルタ、画像撮影装置および画像撮影システムの実施形態（以下、本実施形態とする）について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、及び厚みの比率等は実際のものと同一とは限らず、適宜変更できる。

【0029】

図１に示すように、本発明を適用した一実施形態の画像撮影装置２は、受光部４を備えて撮像可能なものであれば、特に限定されないが、例えばカメラや撮像用の光学機器等である。受光部４には、複数の画素Ｐを有する受光素子５が設けられている。本実施形態のマルチスペクトル偏光フィルタアレイ（フィルタ、以下、フィルタアレイとする）６Ａは、受光素子５において光が入射する側に設けられている。

【0030】

図１に示すフィルタアレイ６Ａは、本発明を適用したフィルタの第一の態様であり、複数の分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎが配列されたものである。複数の分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎはそれぞれ、受光素子５の画素Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｑ（ただし、図１において、画素Ｐ１，Ｐ２はフィルタアレイ６Ａに隠れている）のそれぞれに対向配置できるように形成されている。受光素子５の全ての画素Ｐに対してフィルタアレイ６Ａが対向可能となるように、複数の分光偏光セルＣの数ｎは、受光素子５の画素Ｐの数ｑに応じて適宜設定されている。図１に示すように、１つの分光偏光セルＣに対して１つの画素Ｐが対向する場合は、ｎ＝ｑである。

【0031】

なお、本明細書では、分光偏光セルＣの個数と、分光偏光セルＣに関係するパラメータおよび分光偏光セルＣに対向し得る構成要素の個数をｎとして説明する。また、分光偏光セルＣでいえば、１番目の分光偏光セルＣをＣ１、２番目の分光偏光セルＣをＣ２、…と表し、不特定のｘ，ｙ番目の分光偏光セルＣをＣｘ，Ｃｙと表し、分光偏光セルＣに関係するパラメータおよび分光偏光セルＣに対向し得る構成要素にも同様の表現を援用する。それぞれの分光偏光セルＣｘは、図示していないが特定の波長帯域Ｗｘおよび偏光の方位φｘが割り当てられ、波長帯域Ｗｘの範囲内の波長の光を透過させると共に、配向された方位φｘの光を透過させることができる。

【0032】

隣接する分光偏光セルＣｘ，Ｃｙのぞれぞれに割り当てられた波長帯域Ｗｘ，Ｗｙの種類は、基本的に互いに異なっている。「基本的に」という意味は、隣接する分光偏光セルＣｘ，Ｃｙが互いに特定の波長帯域Ｗｘ，Ｗｙを透過させることができればよいことを示している。例えば、分光偏光セルＣｘには、４００ｎｍ以上４５０ｎｍの波長帯域が割り当てられ、分光偏光セルＣｙには４５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長帯域が割り当てられている。ただし、後述する偏光の方位φが互いに異なって割り当てられれば、分光偏光セルＣｘ，Ｃｙの両方に４５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長帯域が割り当てられていても構わない。
上述のように、フィルタアレイ６Ａは、波長帯域Ｗｘ，Ｗｙのそれぞれの範囲内の波長の光を通過させるフィルタを交換することによって通過させる光の波長を変えるのに替えて、フィルタアレイ６Ａの板面（すなわち、画像撮影装置２の受光部４の受光面）を空間分割し、複数の波長の分光情報をワンショットで取得可能としたものである。

【0033】

隣接する分光偏光セルＣｘ，Ｃｙのそれぞれに割り当てられた偏光の方位φｘ，φｙの種類も、互いに異なっている。
図２には、紙面の縦方向および横方向（すなわち、フィルタアレイ６Ａの行と列の各方向）に隣接する４つの分光偏光セルＣに対向する画素Ｐで受光した光の情報をそれぞれ比較及び演算し、不図示の測定対象物の偏光情報および分光情報を取得する構成例を示している。そのため、例えば４つの分光偏光セルＣｘ，Ｃｘ＋１，Ｃｙ，Ｃｙ＋１のそれぞれに割り当てられた偏光の方位φｘ，φｘ＋１，φｙ，φｙ＋１は、−４５°，０°，４５°，９０°に設定されている。すなわち、フィルタアレイ６Ａは、偏光子を回転させることによって通過させる光の方位を変えることに替えて、フィルタアレイ６Ａの板面（すなわち、画像撮影装置２の受光面）を空間分割し、複数の方位の偏光情報をワンショットで取得可能としたものでもある。

【0034】

例えば、フィルタアレイ６Ａにおいて、波長帯域Ｗの種類がｍ個あり、偏光の方位φの種類がｋ個あり、複数の分光偏光セルＣにこれらの何れかの種類が割り当てられる場合、図２に示す構成例では、ｍ＝１６，ｋ＝４である。別の例として、ｍ＝６，ｋ＝４（偏光の方位φの種類は、−４５°，０°，４５°，９０°の４種類である）の場合は、図３に示すように、４種類の方位φの偏光につき、６種類の波長帯域Ｗのスペクトル情報が得られる。
なお、波長帯域Ｗの種類の数と、偏光の方位φの種類の数は、一致していてもよく、上述の例のように一致していなくてもよい。何れの場合でも、分光偏光セルＣのそれぞれに割り当てられた波長帯域Ｗの種類と偏光の方位φの種類がわかっていれば、後述する処理方法等を用いることによって、波長帯域Ｗと偏光の方位φとに基づく分光偏光セルＣごとの分光情報および偏光情報が得られる。

【0035】

フィルタアレイ６Ａを構成するものは、複数の分光偏光セルＣを有し、それぞれの分光偏光セルＣに波長帯域Ｗの種類と偏光の方位φの種類を割り当てることが可能なものであれば、特に限定されない。このようなフィルタアレイ６Ａを構成するものとしては、例えば、フォトニック結晶等が挙げられる。

【0036】

フォトニック結晶は、図４に示すような多層干渉膜からなり、優れた透過率を有するデバイスである。それぞれの分光偏光セルＣをフォトニック結晶で構成した場合、分光偏光セルＣごとに格子ピッチを変化させることで分光透過特性、すなわち透過波長帯域を変えることができる。言い換えれば、分光偏光セルＣを構成するフォトニック結晶の格子ピッチは、分光偏光セルＣを透過させる波長帯域Ｗの種類に合わせて適宜設定されている。

【0037】

また、フォトニック結晶は、格子方向によって偏光特性を制御することが可能なデバイスでもある。言い換えれば、それぞれの分光偏光セルＣを構成するフォトニック結晶の格子方向は、分光偏光セルＣを透過させる偏光の方位φの種類に合わせて適宜設定されている。
よって、図４に示すように、石英等からなる基板の上に形成された多層干渉膜において、分光偏光セルＣごとに格子方向および間隔を変えることによって、分光偏光セルＣごとに透過させる光の分光特性および偏光特性が容易に調整可能となっている。このように、フォトニック結晶が用いられた場合、単一デバイスによるフィルタアレイ６Ａが実現される。１つの分光偏光セルＣの平面サイズは、例えば５μｍ×５μｍである。多層干渉膜としては、例えば、二酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_２）と二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）との積層膜が挙げられる。また、格子ピッチは、約３００ｎｍ以下とされているが、これらの数値は特に限定されない。

【0038】

以上説明した第一の態様のフィルタアレイ６Ａによれば、図示しない測定対象物からの光のように、分光情報および偏光情報を含む光が入射した際に、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれにおいて、割り当てられた所定の波長帯域Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｎの範囲内かつ所定の偏光の方位φ１，φ２，…，φｎの光を分光偏光セルＣごとに並列で透過させることができる。また、フォトニック結晶を用いることで、波長帯域Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｎの範囲内であって、かつ所定の偏光の方位φ１，φ２，…，φｎの光を単一のデバイスで分光偏光セルＣごとに並列で透過させることができる。

【0039】

本発明を適用したフィルタの第二の態様として、フィルタアレイ６Ｂが挙げられる。フィルタアレイ６Ｂは、フィルタアレイ６Ａの分光偏光セルＣに替えて、複数の複合セルｃ１，ｃ２，…，ｃｎが配列されたものである。複数の複合セルｃ１，ｃ２，…，ｃｎはそれぞれ、図１に示すような画像撮影装置２の受光部４の画素Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｑのそれぞれに対向可能になるように形成されている。

【0040】

フィルタアレイ６Ｂは、図５に示すＭＳＦＡ（分光フィルタアレイ）１１と、偏光フィルタアレイ１２と、を一体的に備え、具体的にはＭＳＦＡ１１と偏光フィルタアレイ１２とを積層したものである。

【0041】

ＭＳＦＡ１１では、波長帯域Ｗの種類が割り当てられた分光セルＳＣ１，ＳＣ２，…，ＳＣｎが複数配列されている。一方、偏光フィルタアレイ１２では、偏光の方位φの種類が割り当てられた偏光セルＰＣ１，ＰＣ２，…，ＰＣｎが複数配列されている。
すなわち、フィルタアレイ６Ｂの複合セルｃ１，ｃ２，…，ｃｎは、分光セルＳＣ１，ＳＣ２，…，ＳＣｎのそれぞれと、偏光セルＰＣ１，ＰＣ２，…，ＰＣｎのそれぞれが積層されたものである。なお、透過する光の光学特性に影響を与えないものであれば、ＭＳＦＡ１１と偏光フィルタアレイ１２との間に介在するものがあっても構わない。

【0042】

ただし、ＭＳＦＡ１１と偏光フィルタアレイ１２とを重ねる場合の条件として、ＭＳＦＡ１１の偏光特性が十分弱いこと、および、偏光フィルタアレイ１２の分光特性が測定対象範囲において十分な感度があることが重要である。

【0043】

すなわち、分光セルＳＣ１，ＳＣ２，…，ＳＣｎが透過させる偏光の方位は、対向配置される偏光セルＰＣ１，ＰＣ２，…，ＰＣｎが透過させる偏光の方位φ１，φ２，…，φｎに少なくとも等しく、偏光の方位φ１，φ２，…，φｎを含んでいればよい。一方、偏光セルＰＣ１，ＰＣ２，…，ＰＣｎが透過させる光の波長帯域は、対向配置される分光セルＳＣ１，ＳＣ２，…，ＳＣｎが透過させる光の波長帯域Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｎに少なくとも一致し、波長帯域Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｎを含んでいればよい。具体的には、図５に例示するように、偏光セルＰＣｘが透過させる光の波長帯域Ｗ´は、少なくとも分光セルＳＣｘが透過させる光の波長帯域Ｗを含んでいる。また、波長帯域Ｗ´の半値幅ω（ＰＣｘ）は、波長帯域Ｗの半値幅ω（ＳＣｘ）以上とされている。

【0044】

上述の条件が満たされることで、分光セルＳＣ１，ＳＣ２，…，ＳＣｎのそれぞれを透過する光が偏光セルＰＣ１，ＰＣ２，…，ＰＣｎのそれぞれの分光特性によって遮られることがなく、偏光セルＰＣ１，ＰＣ２，…，ＰＣｎのそれぞれを透過する光が分光セルＳＣ１，ＳＣ２，…，ＳＣｎのそれぞれの偏光特性によって遮られることもない。

【0045】

図６には、ｍ＝４，ｋ＝４のフィルタアレイ６Ｂの例を示している。ＭＳＦＡ１１では、隣接する分光セルＳＣごとに透過させる波長帯域Ｗの種類が異なり、４種類のフィルタを用いるのと同様に構成されている。偏光の方位φの種類と構成については、フィルタアレイ６Ａで説明したとおりである。

【0046】

ＭＳＦＡ１１の感度および配置最適化については、公知の文献（例えば、柳悠大，篠田一馬，長谷川まどか，加藤茂夫，石川雅浩，駒形英樹，小林直樹：「観測波長とフィルタ配置を考慮したマルチスペクトルフィルタアレイの最適化手法」，電子情報通信学会論文誌，Vol.J99-D，No.8，pp.794-804，Aug. 2016等を参照）で提案されている。例示した公知の文献においては、何らかのオリジナルの画像を用意し、シミュレーション上でフィルタアレイによる撮影と画像復元を行うことが開示されている。その際に、ＭＳＦＡ１１の分光感度を可能な限り、総当りで画像復元を行い、最も復元精度が高い分光感度を選ぶことでフィルタ設計を行うことも開示されている。

【0047】

ＭＳＦＡ１１を構成するものは、複数の分光セルＳＣを有し、それぞれの分光セルＳＣに波長帯域Ｗの種類を割り当てることが可能なものであれば、特に限定されない。このようなＭＳＦＡ１１を構成するものとしては、例えば、染料、顔料色素（以下、単に顔料という場合がある）、合成樹脂、多層干渉膜等が挙げられる。

【0048】

特に、染料は、特定の偏光特性を持たないため、偏光セルＰＣ１，ＰＣ２，…，ＰＣｎのいずれかを透過した光を遮る可能性が低く、ＭＳＦＡ１１に用いるものとして好適である。
現在主流となっているＭＳＦＡには主に顔料が用いられているが、顔料には偏光を打ち消す作用（消偏性）がある。そのため、顔料については、上述の条件をふまえ、偏光セルＰＣ１，ＰＣ２，…，ＰＣｎを透過する光の偏光の方位φの種類を勘案し、粒子の微細化によって消偏性を抑制することで、ＭＳＦＡ１１に用いられることが好ましい。
合成樹脂や多層干渉膜についても、上述のように、適用する分光セルＳＣ１，ＳＣ２，…，ＳＣｎのそれぞれに対向する偏光セルＰＣ１，ＰＣ２，…，ＰＣｎのそれぞれを透過する方位φ１，φ２，…，φｎの偏光を遮らず、透過させるように各種パラメータを設定することが好ましい。

【0049】

偏光フィルタアレイ１２の感度および配置最適化については、市販されているものでは、２×２の複合セルで４種類の偏光の方位の情報を取得するフィルタが一般的となっている。特に方位φ＝０°での画像とφ＝９０°での画像とを足すことで、元の光強度が復元できるため、製造上の簡便さと画像復元の簡便さの観点から、実用上は、偏光の方位φは、０°，９０°，４５°，−４５°のように４種類以上確保されていることが好ましい。

【0050】

偏光フィルタアレイ１２を構成するものは、複数の偏光セルＰＣを有し、それぞれの偏光セルＰＣに偏光の方位φの種類を割り当てることが可能なものであれば、特に限定されない。このような偏光フィルタアレイ１２を構成するものとしては、例えば、フォトニック結晶、ワイヤーグリッド構造、合成樹脂、多層干渉膜等が挙げられる。

【0051】

それぞれの偏光セルＰＣをフォトニック結晶で構成した場合、図５に示すように、偏光セルＰＣごとに割り当てられた偏光の方位φの種類に合わせて格子方向を変化させることで、偏光特性を制御することができる。この場合、それぞれの偏光セルＰＣを構成するフォトニック結晶の格子ピッチは、対向する分光セルＳＣ１，ＳＣ２，…，ＳＣｎのそれぞれを透過する波長帯域Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｎの光を少なくとも遮らず、透過させるように、均一に設定されている。

【0052】

ワイヤーグリッド構造は、例えば、溶融石英等からなるガラス基板の間に挟まれ、互いに平行に複数並べられた金属ワイヤーで構成されたデバイスである。ワイヤーグリッド構造は、もともと広い透過波長帯域を有している。例えば、可視域ワイヤーグリッド偏光子であれば、４００ｎｍから７００ｎｍに対応した反射防止コーティング等が施されることもあり、波長帯域Ｗの全種類を透過波長帯域として設定することができる。

【0053】

また、ワイヤーグリッド構造は、金属ワイヤーが張られる方向によって偏光特性を制御することが可能なデバイスである。したがって、それぞれの偏光セルＰＣをワイヤーグリッド構造で構成した場合、金属ワイヤーが張られる方向がそれぞれの偏光セルＰＣに割り当てられた偏光の方位φに合っている。言い換えれば、偏光セルＰＣを構成するワイヤーグリッド構造のグリッド方向は、偏光セルＰＣを透過させる偏光の方位φに合わせて適宜設定されている。

【0054】

以上説明した第二の態様のフィルタアレイ６Ｂによれば、図示しない測定対象物の情報を含む光が入射した際に、分光セルＳＣ１，ＳＣ２，…，ＳＣｎのそれぞれにおいて、割り当てられた種類の波長帯域Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｎの光を並列に一括して透過させることができる。また、分光セルＳＣ１，ＳＣ２，…，ＳＣｎのそれぞれに対向可能な偏光セルＰＣ１，ＰＣ２，…，ＰＣｎのそれぞれにおいて、割り当てられた種類の方位φ１，φ２，…，φｎの光を並列に一括して透過させることができる。したがって、フィルタアレイ６Ｂによれば、フィルタアレイ６Ａと同様の作用効果が得られる。

【0055】

また、フィルタアレイ６Ａ，６Ｂを備えた画像撮影装置２によれば、測定対象物の情報を含む光等を受光した際に、複数の画素Ｐのそれぞれに対向する分光偏光セルＣまたは、分光セルＳＣおよび偏光セルＰＣに割り当てられた種類の波長帯域Ｗおよび偏光の方位φにおける測定対象物の光学情報を一括し、ワンショットで取得することができる。例えば、受光素子５のそれぞれの画素Ｐには、前述の光学情報が反映された光強度が取得される。

【0056】

ここで、フィルタアレイ６Ａを備えた画像撮影装置２で撮影された画像と、その画像から各種画像を復元する方法の一例について、説明する。言うまでもなく、フィルタアレイ６Ｂを備えた画像撮影装置２においても、フィルタアレイ６Ａを備えた画像撮影装置２と同様の画像復元方法を適用可能である。

【0057】

例として、図６に示すように構成されたフィルタアレイ６Ａによって撮影した画像を想定する。フィルタアレイ６Ａの分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれに割り当てられた波長帯域Ｗの種類は、４５０ｎｍ（図６に示す「１」、図７に示すＢａｎｄ１）、５５０ｎｍ（図６に示す「２」、図７に示すＢａｎｄ２）、６５０ｎｍ（図６に示す「３」、図７に示すＢａｎｄ３）、７５０ｎｍ（図６に示す「４」、図７に示すＢａｎｄ４）、の４種類である。一方、フィルタアレイ６Ａの分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれに割り当てられた偏光の方位φの種類は、−４５°（図６に示す「＼」）、０°（図６に示す「―」）、４５°（図６に示す「／」）、９０°（図６に示す「｜」）、の４種類である。

【0058】

図６に示すフィルタアレイ６Ａを用いて撮影された画像は、図７に示す意味をもつ画像となる。例えば、波長帯域Ｗの種類のうち、４５０ｎｍについては、太い破線で囲んだ範囲内に図示している４つの分光偏光セルＣ（紙面左上から右側に数え、次の行に連続する数え方でいえば、分光偏光セルＣ１，Ｃ３，Ｃ９，Ｃ１１）で測定対象物の情報を含む光を受光する。一方、偏光の方位φの種類のうち、０°については、細い破線で囲んだ範囲内に図示している４つの分光偏光セルＣ（紙面左上から右側に数え、次の行に連続する数え方でいえば、分光偏光セルＣ１，Ｃ７，Ｃ１０，Ｃ１６）で測定対象物の情報を含む光を受光する。

【0059】

例示したフィルタアレイ６Ａは、図７に示すように、４種類の波長帯域Ｗおよび４種類の偏光の方位φに基づく画像を取得することができる。ただし、特定の波長帯域Ｗの種類と特定の偏光の方位φの種類とが割り当てられた分光偏光セルＣは互いに離間しているので、実際に測定対象物からの光を受光すると、特定の波長帯域Ｗの種類と偏光の方位φの種類とを取得可能な分光偏光セルＣ以外の画素（図８に示す白い画素）Ｐはデータが欠損している。そのため、実用上は復元処理が必要と考えられるが、復元処理には既存の画素補間手法をそのまま適用することができる。このような復元処理として最も簡単な方法として、図８に示すように、解像度が実質上小さくなるものの、未補間の分光偏光セルＣで受光した光強度（すなわち、光学情報）を削除して観測対象の分光偏光セルＣのみで受光した光強度をまとめる方法が挙げられる。

【0060】

また、撮影された画像の補完を行う場合には、最近傍補間、内挿補間、最小二乗法等の従来の画素補間方法をそのまま適用することができる。マルチスペクトル画像のための画素補間方法もこれまでいくつか提案されているため、それらの画素補間方法を偏光の方位φの種類が割り当てられた分光偏光セルＣでの情報取得に適用することでも補間することができる。

【0061】

さらに、フィルタアレイ６Ａを備えた画像撮影装置２で撮影された画像から各種画像を復元する方法の他の例について、説明する。
フィルタアレイへの入射光の列ベクトル表現をｘ, フィルタアレイの感度行列をΦ，撮影された画像をｙとすると，撮影された画像ｙはｙ＝Φｘという式（すなわち、行列による計算式）でモデル化することができる。

【0062】

上述のモデル化により、入射光の復元は、撮影された画像ｙを既知として、｜ｙ−Φｘ｜を最小化するｘを求めることになる。したがって、最も単純な復元方法は、Φ^＋を一般化疑似逆行列として、ｘ^＝Φ^＋ｙの関係式によって、ｘの推定値を求める方法である。なお、本明細書では、ｘの推定値を「ｘ^」と表記する。

【0063】

また，波長帯域Ｗのそれぞれの種類において偏光の方位φのそれぞれの種類の画像を、それぞれ独立にbilinear補間することで、ｘ^を求めることもできる。ｘ^は分光偏光画像（すなわち、図３に示す画像）となるため、各画像は以下のようにして算出することができる。なお、以下の求め方は、分光偏光画像から各種画像を算出する方法の一例であって、以下の内容に限定されるわけではない。

【0064】

例えば、分光画像は、ｘ^の方位０°の画像に方位９０°の画像（または、方位４５°に画像と−４５°の画像）を加えることで得られる。
また、ＲＧＢ画像については、分光画像をｒとし、照明光強度の対角行列をＥとし、ＸＹＺ等色関数をＴとし、XYZ-RGB色変換行列をＣとすると、線形ＲＧＢ画像ｇがｇ＝ＣＴＥｒという行列計算によって求められる。このような行列計算の後、得られた線形ＲＧＢ画像ｇに対して、表示装置や再生機器に応じた適切な色域変換やガンマ補正を行うことで、ＲＧＢ画像が得られる。
さらに、直線偏光強度画像は、ｘ^の各波長帯の画像において、次に示す計算：
｛（方位０°の画像−方位９０°の画像）^２＋（方位４５°の画像−方位−４５°の画像）^２｝／（方位０°の画像＋方位９０°の画像）、
を実行することで得られる。

【0065】

次いで、本発明を適用した一実施形態の画像撮影システムについて、説明する。
第一の態様の画像撮影システム２０Ａは、図９に示すように、受光部４にフィルタアレイ６Ａを備えた画像撮影装置２と、記憶装置２２Ａと、演算装置２４Ａと、表示装置２６と、を備えている。

【0066】

記憶装置２２Ａは、いわゆるメモリであって、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれに割り当てられた光の波長帯域Ｗの種類及び偏光の方位φの種類と、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれを透過し、画像撮影装置２によって取得された分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎごとの光強度と、を記憶する装置である。
なお、記憶装置２２Ａは、図９に示すように画像撮影装置２の外部に設けられていてもよく、図示していないが画像撮影装置２に内蔵されていてもよい。

【0067】

演算装置２４Ａは、記憶装置２２Ａに記憶されている、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれに割り当てられた波長帯域Ｗの種類と画像撮影装置２によって取得された光強度に基づいて、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎごとのスペクトル情報を算出する。また、演算装置２４Ａは、記憶装置２２Ａに記憶されている、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれに割り当てられた偏光の方位φの種類と画像撮影装置２によって取得された光強度に基づいて、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎごとの偏光情報を算出する。
なお、演算装置２４Ａについても、図９に示すように画像撮影装置２の外部に設けられていてもよく、図示していないが画像撮影装置２に内蔵されていてもよい。

【0068】

演算装置２４Ａにおいては、上述の画像復元方法や公知の画像復元方法や補完方法を用いて、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎごとの分光情報や偏光情報を算出することができる。

【0069】

表示装置２６は、再生装置ともいえるものであり、演算装置２４Ａで演算された分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎごとのスペクトル情報を画像として表示すると共に、演算装置２４Ａで演算された分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎごとの偏光情報を画像として表示する。
なお、表示装置２６は、図９に示すように画像撮影装置２の外部に設けられていてもよく、図示していないが画像撮影装置２の外装体に付設されていてもよい。

【0070】

以上説明した第一の態様の画像撮影システム２０Ａでは、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれに割り当てられた波長帯域Ｗの種類および偏光の方位φの種類等の物性データが記憶装置２２Ａに保有され、光強度のデータに含まれる波長帯域Ｗおよび偏光の方位φのそれぞれの種類が演算装置２４Ａで活用される。

【0071】

第一の態様の画像撮影システム２０Ａによれば、フィルタアレイ６Ａの分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれに割り当てられた波長帯域Ｗの種類および偏光の方位φの種類に基づいて、ワンショットで、測定対象物Ｂの偏光情報と分光情報を同時取得し、取得した測定対象物の偏光情報と分光情報を画像として表示することができる（図３参照）。したがって、画像撮影システム２０Ａの使用者に対して測定対象物の偏光情報と分光情報とを瞬時に、わかりやすく見せることができる。

【0072】

なお、図９に示すように、第一の態様の画像撮影システム２０Ａの変形例として、受光部４にフィルタアレイ６Ｂを備えた画像撮影装置２と、記憶装置２２Ａと、演算装置２４Ａと、表示装置２６と、を有する画像撮影システム２０Ｂが挙げられる。画像撮影システム２０Ｂについては、画像撮影システム２０Ａに関する説明において、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎを複合セルｃ１，ｃ２，…，ｃｎに置き換えて適用すればよいので、説明は省略する。

【0073】

第二の態様の画像撮影システム２０Ｃは、図１０に示すように、受光部４にフィルタアレイ６Ａを備えた画像撮影装置２と、記憶装置２２Ｃと、演算装置２４Ｃと、表示装置２６と、を備えている。なお、画像撮影装置２と表示装置２６については、画像撮影システム２０Ａの画像撮影装置２と表示装置２６と同様であるため、説明を省略する。

【0074】

記憶装置２２Ｃは、いわゆるメモリであって、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれを透過し、画像撮影装置２によって取得された分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎごとの光強度のみを、いわゆるメタデータとして記憶する装置である。
なお、記憶装置２２Ｃは、図１０に示すように画像撮影装置２の外部に設けられていてもよく、図示していないが画像撮影装置２に内蔵されていてもよい。

【0075】

演算装置２４Ｃには、フィルタアレイ６Ａの分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれに割り当てられた波長帯域Ｗの種類と偏光の方位φの種類が導入されている。波長帯域Ｗの種類と偏光の方位φの種類は、演算装置２４Ｃに予め入力されてもよく、演算装置２４Ｃに対して画像撮影システム２０Ｃの外部から直接入力されてもよい。
演算装置２４Ｃは、導入された分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎごとの波長帯域Ｗの種類と、記憶装置２２Ａに記憶されている光強度に基づいて、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎごとのスペクトル情報を算出する。また、演算装置２４Ｃは、導入された分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれに割り当てられた偏光の方位φの種類と、記憶装置２２Ａに記憶されている光強度に基づいて、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎごとの偏光情報を算出する。
なお、演算装置２４Ｃについても、図１０に示すように画像撮影装置２の外部に設けられていてもよく、図示していないが画像撮影装置２に内蔵されていてもよい。

【0076】

以上説明した第二の態様の画像撮影システム２０Ｃでは、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれで取得された光強度のデータが記憶装置２２Ａに保有され、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎのそれぞれに割り当てられた波長帯域Ｗおよび偏光の方位φのそれぞれの種類が演算装置２４Ａで入手された後、光強度のデータが活用される。
上述のようにデータの入手と活用の流れが異なるが、第二の態様の画像撮影システム２０Ｃによれば、画像撮影システム２０Ａと同様の作用効果が得られる。

【0077】

なお、図１０に示すように、第二の態様の画像撮影システム２０Ｃについても、その変形例として、受光部４にフィルタアレイ６Ｂを備えた画像撮影装置２と、記憶装置２２Ｃと、演算装置２４Ｃと、表示装置２６と、を有する画像撮影システム２０Ｄが挙げられる。画像撮影システム２０Ｄについては、画像撮影システム２０Ｃに関する説明において、分光偏光セルＣ１，Ｃ２，…，Ｃｎを複合セルｃ１，ｃ２，…，ｃｎに置き換えて適用すればよいので、説明は省略する。

【0078】

上述のように、本発明を適用したフィルタ、画像撮影装置および画像撮影システムによれば、従来のワンショット分光イメージングカメラやワンショット偏光イメージングカメラと同程度の機材構成および機材コストによって、ＭＳＩと偏光情報とをワンショットで同時に取得することができる。
また、本発明を適用したフィルタ、画像撮影装置および画像撮影システムによれば、取得されたマルチスペクトル偏光画像、すなわち測定対象物の分光情報と偏光情報を含むマルチスペクトル画像から、偏光情報を持たない通常のマルチスペクトル画像や、ＲＧＢ画像、偏光強度画像を得ることができるため、従来のＲＧＢイメージセンサ、マルチスペクトルイメージセンサ、偏光イメージセンサの役割を１つのセンサに集約することができる。

【0079】

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【0080】

例えば、図１等には、行と列の各方向にわたって各種セル（すなわち、分光偏光セルＣ、分光セルＳＣ、偏光セルＰＣ）が隣接するように配列されたフィルタアレイ６Ａ，６Ｂを例示して説明したが、フィルタアレイ６Ａ，６Ｂの各種セルは、必ずとも互いに隣接していなくてもよく、配列されていなくてもよい。つまり、フィルタアレイ６Ａ，６Ｂの各種セルは、それぞれに割り当てられている波長帯域Ｗと偏光の方位φとがわかっていれば、任意の相対位置に配されていても構わない。

【0081】

また、分光偏光セルＣや分光セルＳＣ、偏光セルＰＣに割り当てられる波長帯域Ｗの種類および偏光の方位φの種類と各種類の数は、上述の実施形態で記載した種類や数に限定されない。例えば、偏光の方位φが４種類である場合、０°，４５°，９０°，−４５°以外の４種類であってもよい。偏光の方位φの種類の数は、４つに限らず、３つ以下でもよく、５つ以上であってもよい。
さらに、複数の各種セルのそれぞれは、受光素子５の複数の画素Ｐに亘って対向可能となるようにタイル状に構成されていても構わない。

【実施例】

【0082】

次いで、本発明に係る実施形態のフィルタ、画像撮影装置および画像撮影システムの効果を裏付けるために行った実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0083】

４種類の波長帯域Ｗと４種類の偏光の方位φのマルチスペクトル画像の撮影および復元を行った。光源には、ハロゲンライト投光機（型番：CHP-500-0.3、サイズ名：５００Ｗ、製造元：Caster）を２個使用した。測定対象物は、市販の色鉛筆、金属製のステイプラー、陶器製の置物とポット、液晶画面を有する携帯端末の並べて置いたものとした。波長帯域Ｗの種類は、４５０ｎｍ，５５０ｎｍ，６５０ｎｍ，７５０ｎｍの４種類とした。また、偏光の方位φの種類は、−４５°,０°,４５°,９０°の４種類とし、方位φを変えるために偏光板（型番：TEG1465DU、製造元：日東電工株式会社）を使用した。また、測定対象物の撮影および波長帯域Ｗの分光を行うために、ハイパースペクトルカメラ（型番：NH-7、画素数：1280×1024pixels、製造元：エバ・ジャパン株式会社）を使用した。

【0084】

本実施例では、偏光板の角度（すなわち、方位φの種類）を変えながら、マルチスペクトルカメラを使用してマルチスペクトル画像を４回撮影した。撮影したマルチスペクトル画像をオリジナルとし、シミュレーション上でフイルタアレイによる間引きを行い、グレイスケール画像を取得した。その後、内挿補間により、いわゆる４バンド４偏光方位のマルチスペクトル画像を復元し、復元画像からＲＧＢ画像と直線偏光強度画像を取得した。

【0085】

図１１には、オリジナルの４バンド４偏光方位のマルチスペクトル画像のうち、φ＝９０°におけるマルチスペクトル画像をＲＧＢ画像化したものを示す。なお、図１１に示すオリジナルの画像は、本来フルカラーの画像であるが、本図面ではグレースケールで表示している。図１２には、上述のようにシミュレーションによって作成したワンショット撮像画像を示す。図１３には、４種類の偏光の方位φの一例として、φ＝９０°において、４種類の波長帯域Ｗ（すなわち、４バンド）のマルチスペクトル画像をＲＧＢ画像化したものを示す。さらに、図１４には、４種類の波長帯域Ｗの一例として、Ｗ＝６５０ｎｍにおいて、４種類の偏光の方位φに基づいて直線偏光強度画像を求めたものを示す。

【0086】

図１１から図１４に示すように、オリジナルのマルチスペクトル画像から、特定の偏光の方位φでのＲＧＢ画像や特定の波長帯域Ｗでの偏光強度画像が復元されていることがわかる。特に、図１４に示す偏光強度画像では、偏光特性が強い携帯端末画面や光沢の強いステイプラーが白く表示され、良好な偏光強度画像が復元されている。

【0087】

以上説明した実施例の結果から、本発明を適用したフィルタアレイ６Ａ，６Ｂの実現により、各種セル（すなわち、分光偏光セルＣ、分光セルＳＣ、偏光セルＰＣ）のそれぞれにおいて、割り当てられた波長帯域Ｗの種類かつ所定の偏光の方位φの種類の光を一括して各種セルごとに透過させ、ワンショットで、分光情報と偏光情報を同時に取得することができるといえる。

【産業上の利用可能性】

【0088】

本発明を適用したフィルタ、画像撮影装置および画像撮影システムによれば、上述のように、ワンショットで、分光情報と偏光情報を同時に取得することができる。本発明を適用したフィルタの実機実装は、既存技術の組み合わせによって実現可能である。また、本発明を適用したフィルタ、画像撮影装置および画像撮影システムを用いて取得したデータからのマルチスペクトル偏光画像の復元、および得られたマルチスペクトル偏光画像からのＲＧＢ画像、マルチスペクトル画像、偏光強度画像等の計算も既存技術により実現することができる。このように本発明を適用したフィルタ、画像撮影装置および画像撮影システムは、種々の利点を持ち、分光情報と偏光情報の取得を必要とする様々な産業分野での幅広い利用が期待される。

【符号の説明】

【0089】

２…画像撮影装置
６Ａ，６Ｂ…フィルタアレイ（フィルタ）
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ…画像撮影システム
２２Ａ，２２Ｃ…記憶装置
２４Ａ，２４Ｃ…演算装置
２６…表示装置
Ｃ…分光偏光セル
ｃ…複合セル
ＰＣ…偏光セル
ＳＣ…分光セル
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｎ…波長帯域
φ，φ１，φ２，…，φｎ…偏光の方位

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】