分光圖像拍攝裝置、分光圖像拍攝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及分光圖像拍攝裝置、分光圖像拍攝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，已知有使入射光入射至法布里-泊羅標(biāo)準(zhǔn)具（Fabry-Perot etalon)(波長(zhǎng) 可變干涉濾波器）且使規(guī)定波長(zhǎng)的光透過(guò)并利用拍攝元件進(jìn)行拍攝，從而拍攝分光圖像的 分光圖像拍攝裝置（例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
[0003] 在波長(zhǎng)可變干涉濾波器中，與相互對(duì)置的一對(duì)反射膜的反射膜間的間隙尺寸對(duì)應(yīng) 的光透過(guò)。因此，在使入射光相對(duì)于一對(duì)反射膜以不同的角度入射的情況下，反射膜間的光 學(xué)距離各不相同，各不相同的波長(zhǎng)的光透過(guò)。因此，在專利文獻(xiàn)1所記載的裝置中，在波長(zhǎng) 可變干涉濾波器的前段以及后段配置光纖板，使入射至波長(zhǎng)可變干涉濾波器的入射光的入 射角一致成與反射膜正交從而成為平行光線。由此，射向波長(zhǎng)可變干涉濾波器的入射光的 入射角一致，所希望波長(zhǎng)的光透過(guò)，該波長(zhǎng)的分光圖像被拍攝。
[0004] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2000 - 162043號(hào)公報(bào)
[0005] 然而，在專利文獻(xiàn)1所記載的裝置中，由于在波長(zhǎng)可變干涉濾波器的前后配置光 纖板，所以存在相應(yīng)地光學(xué)系統(tǒng)大型化的課題。特別是，近年來(lái)，例如有移動(dòng)電話、智能手 機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等小型且薄型的便攜式拍攝裝置，希望對(duì)這樣的拍攝裝置安裝設(shè)置有波長(zhǎng)可 變干涉濾波器的光學(xué)模塊來(lái)拍攝分光圖像。然而，如上述那樣，若將用于使射向波長(zhǎng)可變干 涉濾波器的入射光的入射角一致的入射光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置于光學(xué)模塊，則光學(xué)模塊大型化，進(jìn) 而安裝了該光學(xué)模塊的拍攝裝置也大型化，便攜性惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供小型且性能良好的分光圖像拍攝裝置以及分光圖像拍攝 方法。
[0007] 本應(yīng)用例的分光圖像拍攝裝置具備：拍攝部，其具有多個(gè)像素，接收由聚光單元引 導(dǎo)的光；波長(zhǎng)可變干涉濾波器，其具有一對(duì)反射膜以及能夠變更上述一對(duì)反射膜的間隙尺 寸的間隙變更部，并且被配置在向上述拍攝部入射的光的光路上；以及接收光波長(zhǎng)獲取部， 其獲取入射至上述多個(gè)像素的每一個(gè)的光的中心波長(zhǎng)，上述接收光波長(zhǎng)獲取部獲取由上述 多個(gè)像素的每一個(gè)接收的光的基于射向上述一對(duì)反射膜的一方的入射位置處的入射角的 上述中心波長(zhǎng)。
[0008] 上述多個(gè)像素也可以配置為二維陣列結(jié)構(gòu)。
[0009] 在本應(yīng)用例中，由拍攝部的各像素接收透過(guò)波長(zhǎng)可變干涉濾波器的光從而得到拍 攝圖像。此時(shí)，接收光波長(zhǎng)獲取部針對(duì)各像素，獲取基于射向反射膜的入射位置處的入射角 的中心波長(zhǎng)。
[0010] 在這里，像素所接收的光在其光路上以某個(gè)已決定的入射角入射至波長(zhǎng)可變干涉 濾波器的一對(duì)反射膜，在一對(duì)反射膜間以與該入射角對(duì)應(yīng)的光學(xué)距離多重干涉后，所選擇 的波長(zhǎng)的光透過(guò)并被像素接收。即，入射至像素的光為與間隙尺寸和入射角對(duì)應(yīng)的規(guī)定波 長(zhǎng)的光。在這樣的本應(yīng)用例中，在波長(zhǎng)可變干涉濾波器的前段，不需要用于使入射光的入射 角一致的光學(xué)部件，從而能夠提供小型的分光圖像拍攝裝置。另外，能夠通過(guò)接收光波長(zhǎng)獲 取部獲取入射至各像素的光的中心波長(zhǎng)，所以能夠獲取高精度的分光圖像。
[0011] 在本應(yīng)用例的分光圖像拍攝裝置中，優(yōu)選上述接收光波長(zhǎng)獲取部基于上述拍攝部 與上述聚光單元之間的距離、和從上述多個(gè)像素中的配置在上述拍攝部的中心的像素到上 述多個(gè)像素中的規(guī)定像素的距離，計(jì)算在上述規(guī)定像素所接收的光的中心波長(zhǎng)。
[0012] 在本應(yīng)用例中，基于從聚光單元到拍攝部的距離L、和從配置在拍攝部的中心的像 素到規(guī)定像素的距離X，來(lái)計(jì)算由該規(guī)定像素接收的光的中心波長(zhǎng)。透過(guò)波長(zhǎng)可變干涉濾波 器的光的波長(zhǎng)λ利用反射膜間的介質(zhì)的折射率 n、反射膜間的間隙尺寸d、次數(shù)m以及射向 一對(duì)反射膜的入射光的入射角Φ來(lái)求出。
[0013] 另外，射向反射膜的入射光的入射角能夠通過(guò)使用距離L、x，利用簡(jiǎn)單的三角函數(shù) 容易地計(jì)算出。另外，這些距離Ux為設(shè)備固有的已知的值。因此，接收光波長(zhǎng)獲取部能夠 容易地計(jì)算出入射至各像素的光的波長(zhǎng)λ。
[0014] 在本應(yīng)用例的分光圖像拍攝裝置中，優(yōu)選上述接收光波長(zhǎng)獲取部基于與通過(guò)上述 聚光單元入射至配置在上述拍攝部的最外周的像素的光對(duì)應(yīng)的上述入射角、和從配置在上 述拍攝部的中心的像素到配置在上述拍攝部的最外周的像素的距離，計(jì)算上述拍攝部與上 述聚光單元之間的距離。
[0015] 在本應(yīng)用例中，基于針對(duì)入射至配置在拍攝部的最外周的像素的光的入射光的入 射角Θ、和從配置在拍攝部的中心的像素到配置在最外周的像素的距離X，來(lái)計(jì)算上述距 離。這里，入射角Θ是相機(jī)的視場(chǎng)角，在一般的拍攝裝置中為分別預(yù)先設(shè)定的已知的值。
[0016] 在這樣的本應(yīng)用例中，即使在從聚光單元到拍攝部的距離L不清楚的情況下，也 能夠如上述那樣基于視場(chǎng)角Θ和距離X，容易地計(jì)算距離L。因此，與上述發(fā)明相同，能夠 容易地計(jì)算出入射至各像素的光的中心波長(zhǎng)。
[0017] 在本應(yīng)用例的分光圖像拍攝裝置中，優(yōu)選具有存儲(chǔ)部，該存儲(chǔ)部存儲(chǔ)有以與多個(gè) 上述間隙尺寸的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的方式記錄了入射至上述多個(gè)像素的每一個(gè)的光的中心波長(zhǎng) 的表數(shù)據(jù)，上述接收光波長(zhǎng)獲取部基于上述表數(shù)據(jù)，獲取在上述多個(gè)像素的每一個(gè)所接收 的光的中心波長(zhǎng)。
[0018] 在本應(yīng)用例中，接收光波長(zhǎng)獲取部基于存儲(chǔ)部所存儲(chǔ)的表數(shù)據(jù)，來(lái)獲取在各像素 所接收的光的中心波長(zhǎng)。即，接收光波長(zhǎng)獲取部獲取通過(guò)間隙變更部變更后的一對(duì)反射膜 間的間隙尺寸，并從與該間隙尺寸對(duì)應(yīng)的表數(shù)據(jù)中獲取由各像素接收的光的中心波長(zhǎng)。在 該情況下，不需要如上述發(fā)明那樣的中心波長(zhǎng)的計(jì)算處理，能夠更加容易地針對(duì)各像素獲 取所接收的光的中心波長(zhǎng)。另外，即使在沒(méi)有與表數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的相對(duì)于間隙尺寸的中心波長(zhǎng) 的情況下，也能夠容易地進(jìn)行插值處理。
[0019] 在本應(yīng)用例的分光圖像拍攝裝置中，優(yōu)選上述接收光波長(zhǎng)獲取部獲取由上述多個(gè) 像素的每一個(gè)接收的光的基于射向上述一對(duì)反射膜的一方的入射位置處的上述間隙尺寸 以及上述入射角的上述中心波長(zhǎng)。
[0020] 在本應(yīng)用例中，獲取除了基于如上述的發(fā)明那樣的射向一對(duì)反射膜的入射光的入 射角以外，還基于該入射位置處的間隙尺寸的中心波長(zhǎng)。換句話說(shuō)，在波長(zhǎng)可變干涉濾波器 中，存在一對(duì)反射膜間的間隙尺寸產(chǎn)生偏差的情況。在該情況下，根據(jù)光的入射位置而透過(guò) 光的波長(zhǎng)發(fā)生變動(dòng)。與此相對(duì)，在本應(yīng)用例中，例如，通過(guò)在制造時(shí)檢查間隙尺寸的偏差，從 而準(zhǔn)確地把握與各像素對(duì)應(yīng)的相對(duì)于入射位置的間隙尺寸。而且，獲取考慮了這樣的間隙 尺寸的偏差的由像素接收的光的中心波長(zhǎng)。由此，能夠進(jìn)行更高精度的分光圖像的拍攝。
[0021] 在本應(yīng)用例的分光圖像拍攝裝置中，優(yōu)選具備：測(cè)定控制部，其使上述間隙變更部 依次變更上述一對(duì)反射膜的間隙尺寸；以及圖像生成部，其基于由上述多個(gè)像素的每一個(gè) 接收到的目標(biāo)波長(zhǎng)的光的光量，生成相對(duì)于上述目標(biāo)波長(zhǎng)的分光圖像。
[0022] 在本應(yīng)用例中，通過(guò)測(cè)定控制部使間隙尺寸依次變化，從而獲取在各像素的光量。 此時(shí)，以使得得到目標(biāo)波長(zhǎng)的分光圖像的各像素（圖像像素）的光量，依次使間隙尺寸變 化。然后，圖像生成部基于由各像素接收到的目標(biāo)波長(zhǎng)的光的光量，生成分光圖像。例如， 在以間隙尺寸Ga且在像素 A(與拍攝圖像中的圖像像素 Pa對(duì)應(yīng)）接收目標(biāo)波長(zhǎng)λ的光， 以間隙尺寸Gb且在像素 B(與拍攝圖像中的圖像像素 Pb對(duì)應(yīng)）接收目標(biāo)波長(zhǎng)λ的光的情 況下，使間隙尺寸依次變化為Ga、Gb。而且，將間隙尺寸Ga時(shí)的在像素 A的接收光量作為 圖像像素 Pa的值，將間隙尺寸Gb時(shí)的在像素 B的接收光量作為像素 Pb的值，來(lái)合成分光 圖像。
[0023] 由此，能夠合成將所希望的目標(biāo)波長(zhǎng)的光的光量作為各圖像像素的像素值（例如 亮度值）的分光圖像。另外，在本應(yīng)用例中，也能夠依次變化為能夠由各像素接收目標(biāo)波長(zhǎng) 的光的間隙尺寸，僅獲取在對(duì)應(yīng)的像素的接收光量來(lái)生成該目標(biāo)波長(zhǎng)的分光圖像。
[0024] 在本應(yīng)用例的分光圖像拍攝裝置中，優(yōu)選具備光譜運(yùn)算部，該光譜運(yùn)算部測(cè)定由 上述多個(gè)像素的每一個(gè)接收的光的分光光譜。
[0025] 在本應(yīng)用例中，通過(guò)測(cè)定控制部對(duì)規(guī)定的波長(zhǎng)范圍掃描間隙尺寸，通過(guò)光譜運(yùn)算 部，基于相對(duì)于各波長(zhǎng)的在各像素的接收光量，來(lái)運(yùn)算由各像素接收的光的分光光譜。在這 樣的構(gòu)成中，能夠獲取與各像素對(duì)應(yīng)的各圖像像素中的準(zhǔn)確的分光光譜。
[0026] 在本應(yīng)用例的分光圖像拍攝裝置中，優(yōu)選上述圖像生成部基于由上述多個(gè)像素的 每一個(gè)接收的光的分光光譜，獲取由上述多個(gè)像素接收的與上述目標(biāo)波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)的光 量，生成與上述目標(biāo)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的分光圖像。
[0027] 在本應(yīng)用例中，如上述發(fā)明那樣基于所測(cè)定的與各像素對(duì)應(yīng)的各圖像像素中的分 光光譜，生成分光圖像。即，從各圖像像素的分光光譜中檢測(cè)所希望的目標(biāo)波長(zhǎng)的光量，基 于這些光量生成目標(biāo)波長(zhǎng)的分光圖像。在該情況下，在獲取的分光圖像是多個(gè)的情況（具 有多個(gè)目標(biāo)波長(zhǎng)的情況）、在拍攝操作之后設(shè)定目標(biāo)波長(zhǎng)的情況下，無(wú)需反復(fù)進(jìn)行拍攝操 作，能夠容易地獲取所希望的目標(biāo)波長(zhǎng)的分光圖像。
[0028] 在本應(yīng)用例的分光圖像拍攝裝置中，優(yōu)選具備：濾波器部，其具有上述波長(zhǎng)可變干 涉濾波器；以及拍攝主體，其具有上述拍攝部以及上述接收光波長(zhǎng)獲取部，上述濾波器部被 設(shè)置成相對(duì)于上述拍攝主體能夠自由拆裝。
[0029] 在本應(yīng)用例中，濾波器部相對(duì)于拍攝主體能夠自由拆裝。在這樣的結(jié)構(gòu)中，能夠?qū)?拍攝主體與具有各種功能的其他拍攝主體交換。因此，只要將濾波器部安裝于現(xiàn)有的拍攝 主體，就能夠容易地獲取分光圖像。
[0030] 本應(yīng)用例的分光圖像拍攝方法是具備以下部件的分光圖像拍攝裝置的分光圖像 拍攝方法：拍攝部，其具有多個(gè)像素，接收由聚光單元引導(dǎo)的光；以及波長(zhǎng)可變干涉濾波 器，其具有一對(duì)反射膜及能夠變更上述一對(duì)反射膜的間隙尺寸的間隙變更部，被配置在向 上述拍攝部入射的光的光路上，該分光圖像拍攝方法的特征在于，獲取由上述多個(gè)像素的 每一個(gè)接收的光的基于射向上述一對(duì)反射膜的一方的入射位置處的入射角的中心波長(zhǎng)，通 過(guò)上述間隙變更部使上述一對(duì)反射膜的間隙尺寸依次變化，基于由上述多個(gè)像素的每一個(gè) 接收的目標(biāo)波長(zhǎng)的光的光量，生成相對(duì)于上述目標(biāo)波長(zhǎng)的分光圖像。
[0031] 在本應(yīng)用例中，與上述發(fā)明相同，針對(duì)各像素，獲取基于一對(duì)反射膜的間隙尺寸和 射向反射膜的光的入射角的中心波長(zhǎng)。而且，以能夠由各像素接收目標(biāo)波長(zhǎng)的光的方式，使 間隙尺寸依次變化，基于由各像素接收