JP2001311877A

JP2001311877A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2001311877A
Application number: JP2000127887A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Fujimoto; 正俊藤本; Shinichiro Aoshima; 紳一郎青島; Makoto Hosoda; 誠細田
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2001-11-09
Also published as: US20030095255A1; EP1278091A4; EP1278091B1; US7046360B2; DE60121746T2; AU4117301A; EP1278091A1; DE60121746D1; WO2001084208A1

Abstract

(57)【要約】【課題】開口部の機械的誤差に因らず入射光像を撮像
すると共に入射光像内の特定位置の光束を検出可能な撮
像装置を提供する。【解決手段】本撮像装置によれば、開口部５を一方向
に通過した光束Ｌ_Fを検出部９によって検出すると共
に、開口部５を逆方向に通過した位置指定用の光束Ｌ_B
を、第２光像ＩＭ２の特定位置（ｘ，ｙ）に対応する撮
像面上の第１光像ＩＭ１の位置（ｘ，ｙ）に入射させる
ので、開口部５移動時の機械的誤差に因らず、検出部９
で検出された光束Ｌ_Fの検出結果は位置指定用の光束Ｌ_B
によって示される入射光像の特定位置のデータを示すこ
ととなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高強度レーザ光の照射による媒質
の屈折率変化現象が注目されている。そのため、媒質中
にレーザ光が入射すると光のスペクトルが変化する。こ
のようなスペクトル変化が生じている媒質内の位置を知
ることができれば、かかる現象の解析に有用である。

【０００３】一方、走査型レーザ顕微鏡に関する技術が
知られている。走査型レーザ顕微鏡は、光ファイバから
出射されるレーザ光を対象物上へ結像させ、ここから発
生した蛍光を他の光ファイバで受光し、検出器へと導く
装置であり、対象物又は結像系を走査することで画像を
得ることができる。フォトダイオードを検出器として全
体を走査した後に得られた画像上の興味ある点をもう一
度サンプルして得られた蛍光を分光器に導く。このよう
な装置は、[Tony Wilson & Colin Sheppard, THEORY AN
D PRACTICE OF SCANNING OPTICAL MICROSCOPY (Academi
c press, England, 1984, pp.173-175)」、「新しい光
学顕微鏡、ｐ．３１、監修：藤田哲也、編集：河田聡、
学際企画（株））」に記載されている。

【０００４】また、顕微鏡視野内の特定点に対応する光
を取出して、そのスペクトルを計測する技術は幾つか知
られている。通常の顕微鏡システムにおいて、対物光学
系でコリメートされた光を光分岐光学系で２つに分割
し、一方を結像光学系を介してカメラへ、他方を同じく
結像光学系を介して光ファイバへと導く。光ファイバ端
面（開口部）の位置は予めカメラの画素上のどの点に対
応するのかを調べておき、この点をカメラから得られた
像にマークすることで、位置と光ファイバでサンプルし
た光とを対応づけることができる。例えば、ＸＹステー
ジを移動させることにより、興味ある１点を画像上のマ
ークされた位置へと移動させ、光照射を行う。このよう
な装置は、[Tony Wilson & Colin Sheppard, THEORY AN
D PRACTICEOF SCANNING OPTICAL MICROSCOPY (Academic
press, England, 1984, pp.176-177)」に記載されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
撮像装置においては、ＸＹステージの駆動位置から画像
内におけるスペクトル測定地点を決定しており、ＸＹス
テージの駆動に誤差が生じると正確な測定が困難とな
る。本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので
あり、開口部の機械的誤差に因らず、入射光像を撮像す
ると共に入射光像内の特定位置の光束を検出可能な撮像
装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の撮像装置は、入力光像を該入力光像と同一
の第１及び第２光像に分岐する分岐手段と、第１光像を
その撮像面上に結像させて撮像する撮像装置と、第２光
像の結像位置に配置され第２光像内の特定位置の光束を
通過させる開口部と、開口部を一方向に通過した特定位
置の光束を検出する検出部と、開口部を一方向とは逆方
向に通過する位置指定用の光束を出射する光出射部とを
備え、分岐手段は、開口部を逆方向に通過した位置指定
用の光束を、第２光像の特定位置に対応する撮像面上の
第１光像の位置に入射させるように配置されていること
を特徴とする。

【０００７】本装置によれば、開口部を一方向に通過し
た光束を検出部によって検出すると共に、開口部を逆方
向に通過した位置指定用の光束を、第２光像の特定位置
に対応する撮像面上の第１光像の位置に入射させるの
で、検出部で検出された光束の検出結果は位置指定用の
光束によって示される入射光像の特定位置のデータを示
すこととなる。なお、撮像面上には、第１光像と位置指
定用の光束を同時に入射させてもよいが、異なるタイミ
ングで入射させることもできる。

【０００８】この検出部は、特定位置の光束が入力され
る分光器と、分光器の出力を受光する受光器とを備える
ことが好ましく、回折格子やプリズム等の分光器によっ
て光束はスペクトル分解され、これを受光器によって受
光することにより、受光器からはスペクトル強度に応じ
た電気信号が出力される。受光器は、単一のホトダイオ
ードであってもよいが、ＣＣＤやＭＯＳ型イメージセン
サであってもよい。

【０００９】また、分岐手段は、入力光像が入射し該入
力光像を反射及び透過させることによって第１及び第２
光像を出力するハーフミラーと、ハーフミラーで反射及
び透過した光像の一方を第１光像として結像させる第１
結像光学系と、この第１光像の結像位置に配置された反
射光学系と、反射光学系によって反射された第１光像を
第１結像光学系及びハーフミラーを介して受光し撮像面
上に結像させる第２結像光学系とを備えることが好まし
い。この場合、第２光像の出射方向とは逆方向に開口部
から入射する位置指定用の光束は、ハーフミラーで反射
され又は透過し、第２結像光学系を介して撮像面上に入
射することとなる。

【００１０】また、分岐手段は、ハーフミラーの代わり
に、偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタに
おける入力光像の入力側及び偏光ビームスプリッタと第
１結像光学系との間に配置された第１及び第２偏光変換
素子とを備えることとしてもよい。この場合、第１偏光
変換素子、偏光ビームスプリッタ、及び第２偏光変換素
子を通過することによって偏光方向が変わる。反射光学
系によって反射された第１光像は、反射光学系に入射し
た時とは異なり、偏光ビームスプリッタを透過する又は
反射されることとなる。また、偏光ビームスプリッタに
入射する位置指定用の光束を所定偏光方向の直線偏光と
しておけば、撮像装置方向へ出射する光束の割合を最適
に設定することができ、ハーフミラーに比較して光の反
射率及び透過率を可変制御させることができる。ハーフ
ミラーに偏光特性を持たせてもよい。

【００１１】なお、入力光像は対象物に照明光を照射し
た時の対象物における反射光又は透過光であることが好
ましいが、入力光像は、特定媒質に変化を与えるポンプ
光にプローブ光を照射した時のプローブ光、或いはポン
プ光によって変化を受けた特定媒質にプローブ光を照射
した時のプローブ光としてもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係る撮像装置
について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い
ることとし、重複する説明は省略する。

【００１３】図１は、本実施の形態に係る撮像装置のブ
ロック図である。対象物Ｏから出力される当該対象物Ｏ
の像（入力光像とする）は、コリメート光学系１を介し
て平行光とされ、分岐手段２に入射する。分岐手段２
は、入力光像を、この入力光像と同一画像である第１及
び第２光像ＩＭ１，ＩＭ２に分岐する。なお、入力光像
の特定位置を（ｘ，ｙ）とする。

【００１４】分岐手段２から出力された第１光像ＩＭ１
は撮像装置３に導かれ、撮像装置３は第１光像ＩＭ１を
撮像面上に結像させて撮像する。撮像装置３は第１光像
ＩＭ１の映像信号Ｖを出力し、映像信号Ｖはコンピュー
タ１０に入力される。なお、この像の拡大率や歪等は使
用した光学系の特性によって決定される。また、撮像装
置３としてはＣＣＤカメラ、特に、冷却ＣＣＤカメラ、
ＩＣＣＤカメラ、ＥＢ−ＣＣＤカメラ等を用いることが
できる。

【００１５】分岐手段２から出力された第２光像ＩＭ２
は結像光学系４を介してその焦点位置に結像する。第２
光像ＩＭ２の結像位置には、第２光像ＩＭ２内の特定位
置（ｘ，ｙ）の光束を通過させる開口部５が配置されて
いる。開口部５を一方向に通過した特定位置（ｘ，ｙ）
の光束Ｌ_Fは、第２の分岐手段７を介して検出部９に導
かれ当該検出部９によって検出される。ここで、開口部
５はＸＹ平面内において移動可能であり、駆動機構６に
よって移動させられる。駆動機構６はコンピュータ１０
からの制御信号Ｃによって駆動される。なお、特定位置
（ｘ，ｙ）は、開口部５を含む結像面（ＸＹ平面）にお
ける入力光像内の座標を示す。検出部９からは特定位置
（ｘ，ｙ）からの光束Ｌ_Fに応じた電気信号Ｓが出力さ
れ、これはコンピュータ１０に入力される。なお、開口
部５と検出部９の間の位置関係は固定しておくことが重
要であり、これには、例えば光ファイバ等を用いると良
い。

【００１６】なお、本装置は、開口部５を上記一方向と
は逆方向に通過する位置指定用の光束Ｌ_Bを出射する光
出射部８を備えている。すなわち、光出射部８から出力
された位置指定用の光束Ｌ_Bは、第２の分岐手段７を介
して開口部５に入力され、ここから出力される。開口部
５を逆方向に通過した位置指定用の光束Ｌ_Bは、結像光
学系４及び分岐手段２を介して撮像装置３に入射する。
詳説すれば、位置指定用の光束Ｌ_Bは第２光像ＩＭ２の
特定位置（ｘ，ｙ）に対応する撮像面上の第１光像ＩＭ
１の位置（ｘ，ｙ）に入射する。換言すれば、分岐手段
２は、開口部５を逆方向に通過した位置指定用の光束Ｌ
_Bを、第２光像ＩＭ２の特定位置（ｘ，ｙ）に対応する
撮像面上の第１光像ＩＭ１の位置（ｘ，ｙ）に入射させ
るように配置されている。

【００１７】ここでも同様に、光出射部８と開口部５と
の間の位置関係は固定しておくことが望ましく、これに
は、例えば光ファイバ等を用いると良い。

【００１８】本撮像装置によれば、開口部５を一方向に
通過した光束Ｌ_Fを検出部９によって検出すると共に、
開口部５を逆方向に通過した位置指定用の光束Ｌ_Bを、
第２光像ＩＭ２の特定位置（ｘ，ｙ）に対応する撮像面
上の第１光像ＩＭ１の位置（ｘ，ｙ）に入射させるの
で、検出部９で検出された光束Ｌ_Fの検出結果は第１光
像ＩＭ１上に位置指定用の光束Ｌ_Bによって示される入
射光像の特定位置（ｘ，ｙ）に対応するデータを示すこ
とを容易に察知できる。

【００１９】なお、撮像装置３の撮像面上には、第１光
像ＩＭ１と位置指定用の光束Ｌ_Bを同時に入射させても
よいが、異なるタイミングで入射させることもできる。
また、背景光を抑制するためには、検出部９における光
束Ｌ_Fの検出時に位置指定用の光束Ｌ_Bを切っておく方が
好ましい。

【００２０】コンピュータ１０は、第１光像ＩＭ１（入
力光像）と、位置指定用の光束Ｌ_Bの撮像面上での入射
位置（ｘ，ｙ）を記憶し、これに対応して検出部９から
の信号Ｓを記憶する。開口部５をＸＹ平面内で走査すれ
ば、例えば、入力光像の位置（ｘ、ｙ）を指定するだけ
で、この位置に対応した信号Ｓを得ることができる。

【００２１】本撮像装置によれば、開口部５の機械的誤
差に因らず、入射光像を撮像装置３によって撮像すると
共に、撮像装置３に入射する位置指定用の光束Ｌ_Bによ
って入射光像内の特定位置（ｘ、ｙ）を指定することが
でき、この位置の光束を検出部９によって検出すること
ができる。

【００２２】図２は、上記撮像装置の好適な一例を示す
システム構成図である。本例においては、入力光像は、
対象物Ｏに照明光を照射した時の対象物Ｏにおける反射
光又は透過光である。

【００２３】入力光像はコリメータレンズ（例えば対物
レンズ）１ａによって平行光とされ、ハーフミラー２ａ
によって反射され（第１光像ＩＭ１）、結像光学系２ｂ
によって焦点位置に結像し、この位置に配置された反射
光学系（例えば平面反射鏡）２ｃによって反射され、結
像光学系２ｂを逆方向に通過して平行光束とされた後、
ハーフミラー２ａを透過し、結像光学系２ｄによって、
その焦点位置に結像する。この結像位置には撮像装置３
が配置されており、その撮像面３ａ上には第１光像ＩＭ
１が結像することとなる。なお、結像光学系２ｂ，２ｄ
は焦点距離が無限大のカメラレンズを用いることができ
る。

【００２４】一方、コリメータレンズ１ａによって平行
光とされ、ハーフミラー２ａを透過した光（第２光像Ｉ
Ｍ２）は、平行光束のまま結像光学系４ａに入射し、そ
の焦点位置に結像する。なお、結像光学系４ａは焦点距
離が無限大のカメラレンズを用いることができる。この
結像位置には光ファイバＦ５の端面が開口部５として位
置している。光ファイバＦ５は、駆動機構（光ファイバ
位置可変器）６を構成するＸＹステージ６ａ及びホルダ
ー６ｂによってＸＹ平面（直交２軸Ｘ，Ｙによって規定
される結像面に平行な平面）内を移動させられる。すな
わち、ホルダー６ｂは光ファイバＦ５の端部を保持して
おり、ＸＹステージ６ａがホルダー６ｂをＸＹ平面内で
移動させると、光ファイバ端面５が移動する。この移動
を制御するため、例えばＸＹステージ６ａを電気的駆動
装置付きとし、制御信号Ｃを外部から与えることで、Ｘ
Ｙステージ６ａを駆動することも可能である。

【００２５】光ファイバＦ５を通過した光束Ｌ_Fは、光
ファイバカプラ７を介して分光器９ａに入射し、分光後
に受光器９ｂに入射する。すなわち、検出部９は、特定
位置（ｘ，ｙ）の光束Ｌ_Fが入力される分光器９ａと、
分光器９ａの出力を受光する受光器９ｂとを備えてい
る。回折格子やプリズム等の分光器９ａによって光束Ｌ
_Fはスペクトル分解（波長分解）され、これを受光器９
ｂによって受光することにより、受光器９ｂからはスペ
クトル強度に応じた電気信号が出力される。なお、受光
器９ｂは、単一のホトダイオードであってもよいが、Ｃ
ＣＤやＭＯＳ型イメージセンサであってもよい。これら
は検出光の強度のダイナミックレンジ等に応じて選択す
る。

【００２６】光出射部８は、例えばレーザダイオード８
ａと減衰器（アッテネータ）８ｂを光ファイバＦ８ａで
接続してなり、減衰器８ｂの出力は光ファイバＦ８ｂを
介して光ファイバカプラ７に入力される。減衰器８ｂの
減衰率は、撮像面上における開口像の強度を撮像装置３
によってモニタすることにより調整する。

【００２７】なお、光ファイバカプラ７は、光サーキュ
レータや光束の通過切換を行う光スイッチからなること
としてもよい。光出射部８から出力された位置指定用の
光束Ｌ_Bは光ファイバカプラ７を介して開口部５から出
射され、結像光学系４ａによって平行光束とされ、ハー
フミラー２ａによって反射され、結像光学系２ｄを介し
て撮像装置３の撮像面３ａ上に入射する。すなわち、結
像光学系２ｄによって開口部５の像（開口像）が撮像面
３ａ上に結像する。

【００２８】撮像面３ａ上での入力光像と開口像の相対
的な大きさは結像光学系２ｄの拡大率とは無関係であ
る。一方、結像光学系４ａの拡大率を増加させるに伴っ
て開口部５に導かれる光束の空間領域は小さくなり、ま
た、撮像面３ａ上の開口像も小さくなる。本例では、結
像光学系４ａの拡大率（倍率）は可変とされており、こ
れらの像の空間領域を変化させることができる。

【００２９】また、結像光学系４ａの結像面上に開口部
５の代わりに反射光学系を配置すると、反射された光の
一部が撮像面３ａ上で第２光像ＩＭ２に対応する像を結
ぶが、これは第１光像ＩＭ１と完全に一致するようにあ
らかじめ光学系が調整されている。すなわち、結像光学
系４ａの結像面上の開口部５から光束Ｌ_Bを出射させた
場合に撮像面３ａ上に結ばれる像は、当該結像面におけ
る対象物Ｏの像の位置についての情報を有しているが、
この情報は、撮像面３ａ上の第１光像ＩＭ１と同時に開
口像（光ファイバＦ５のコア像）を撮像し、この画像上
におけるスポット位置（開口像）を観察することによっ
て得ることができる。これにより、対象物Ｏのどの位置
からの光を抽出して計測しているかを正確にモニタしな
がら、検出部９において抽出した光の波長・強度等を測
定することができる。また、上記スポットの大きさは対
象物Ｏのどの範囲からの光を抽出しているかに対応す
る。

【００３０】ここでは、開口を通過した特定位置の光を
分光器と受光器を用いて検出する例を示したが、これに
限ることはなく、例えば、高速フォトダイオードとオシ
ロスコープを用いて時間波形を調べるようにしても良
く、さらに、開口をスリット状にしてストリークカメラ
で一度に一次元の時間波形を求めるようにしても良い。
あるいは、J.Opt.Soc.Am.B/Vol.11,No.11,p.2206-2215,
1994に記載のような周波数分解光ゲート（ＦＲＯＧ）測
定をしてもよい。

【００３１】なお、上記においては、ハーフミラー２ａ
で最初に反射された光束を第１光像ＩＭ１とし、透過し
た光束を第２光像ＩＭ２としたが、これらの反射及び透
過は逆の構成とすることとしてもよい。また、各光学系
１ａ，２ｂ，２ｄ，４ａにおいて、任意の２つはテレセ
ントリック或いは共役な関係を有することもできる。

【００３２】以上、説明したように、本例では、分岐手
段２は、入力光像が入射し該入力光像を反射及び透過さ
せることによって第１及び第２光像ＩＭ１，ＩＭ２を出
力するハーフミラー２ａと、ハーフミラー２ａで反射及
び透過した光像の一方を第１光像ＩＭ１として結像させ
る第１結像光学系２ｂと、この第１光像ＩＭ１の結像位
置に配置された反射光学系２ｃと、反射光学系２ｃによ
って反射された第１光像ＩＭ１を第１結像光学系２ｂ及
びハーフミラー２ａを介して受光し撮像面３ａ上に結像
させる第２結像光学系２ｄとを備えている。この場合、
第２光像ＩＭ２の出射方向とは逆方向に開口部５から入
射する位置指定用の光束Ｌ_Bは、ハーフミラー２ａで反
射され又は透過し、第２結像光学系２ｄを介して撮像面
３ａ上に入射することとなる。

【００３３】なお、上述のように、撮像装置３の撮像面
３ａ上には第１光像ＩＭ１と位置指定用の光束Ｌ_Bを異
なるタイミングで入射させることも可能である。背景光
を抑制するためには、検出部９における光束Ｌ_Fの検出
時に位置指定用の光束Ｌ_Bを切っておく方が好ましい。
別の計測位置を検出部９において検出する場合には、開
口部５を移動させた後、開口部５から位置指定用の光束
Ｌ_Bを出射し、改めて開口像を撮像面３ａ上に投影し、
この前の段階或いはしかる後、検出部９において光束Ｌ
_Fの検出を行う。

【００３４】また、開口部５の開口径を変化させるか、
結像光学系４ａの光学定数を変化させると、開口部５に
入射する光の空間範囲を任意に設定することができる。
なお、この場合においても、第２光像ＩＭ２の二次元形
状は変化しない。

【００３５】図３は、図２における分岐手段２の主要部
の別の一例を示す説明図である。すなわち、本例におい
ては、分岐手段２は、ハーフミラー２ａの代わりに、偏
光ビームスプリッタ２ａ₀’と、偏光ビームスプリッタ
２ａ₀’における入力光像の入力側並びに偏光ビームス
プリッタ２ａ₀’と第１結像光学系２ｂとの間に配置さ
れた第１偏光変換素子２ａ₁’及び第２偏光変換素子２
ａ₂’とを備えている。

【００３６】ここでは、偏光ビームスプリッタ２ａ₀’
はｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射するものとする。第１
偏光変換素子２ａ₁’は１／２波長板からなり、第２偏
光変換素子２ａ₂’は１／４波長板からなる。入力光像
が直線偏光であり、これが第１偏光変換素子２ａ₁’の
透過によって任意の方向の直線偏光に変換されたとする
と、そのうちのｓ偏光成分のみが、偏光ビームスプリッ
タ２ａ₀’によって反射され、結像光学系２ｂ方向に出
射されるが、この光束は反射されて戻ってくるため、第
２偏光変換素子２ａ₂’を合計２度通過することとな
り、偏光方位が９０度回転した直線偏光（ｐ偏光する）
となり、結像光学系２ｄ方向へ向けて偏光ビームスプリ
ッタ２ａ₀’を透過する。

【００３７】第１光像ＩＭ１の偏光ビームスプリッタ２
ａ₀’における反射率を向上させる場合には、上記偏光
方向の一致度を調整する（ｓ偏光成分を相対的に増加さ
せる）ことによって第１光像ＩＭ１の撮像面上での強度
を増加させ、第２光像ＩＭ２の偏光ビームスプリッタ２
ａ₀’における透過率を向上させる場合には、上記偏光
方向の一致度を調整する（ｐ偏光成分を相対的に増加さ
せる）ことによって第２光像ＩＭ２の開口部５上での強
度を増加させる。

【００３８】なお、広い帯域に亙って良好な検出を行う
ためには、第１及び第２偏光変換素子（１／２波長板、
１／４波長板）２ａ₁’，２ａ₂’はファーストオーダー
のものが好ましい。また、第２偏光変換素子２ａ₂’と
して、１／４波長板の代わりに４５度の偏光回転子を用
いることもできる。また、ハビネーソレイユ素子を用い
ることもできる。

【００３９】本例においては、第１偏光変換素子２
ａ₁’、偏光ビームスプリッタ２ａ₀’、及び第２偏光変
換素子２ａ₂’を通過することによって偏光方向が変わ
る。反射光学系２ｃによって反射された第１光像ＩＭ１
は、反射光学系２ｃに入射した時とは異なり、偏光ビー
ムスプリッタ２ａ₀’を透過する又は反射されることと
なる。また、偏光ビームスプリッタ２ａ₀’に入射する
位置指定用の光束を所定偏光方向の直線偏光としておけ
ば、撮像装置３方向へ出射する光束の割合を最適に設定
することができ、ハーフミラー２ａに比較して光の反射
率及び透過率を可変制御させることができる。ハーフミ
ラー２ａに偏光特性を持たせてもよい。なお、開口部５
から出射されるレーザ光は、撮像装置３上に入射するよ
うに、適宜、偏光方向を調整する。

【００４０】また、上記入力光像は特定媒質を励起もし
くは変化を与える強いパルス（ポンプ光）を照射した時
のプローブ光であることとしてもよい。

【００４１】図４は、図１において対象物Ｏを上記特定
媒質とした場合の撮像装置の変更部分を示す説明図であ
る。このような構成は特開平１１−１８７９３号公報
（光飛跡検出装置）に記載されている。

【００４２】対象物Ｏを例えば石英ガラスセル内に封じ
た気体或いは液体、もしくはポンプ光及びプローブ光に
対して十分な透過性のある固体とする。また、ポンプ光
は紙面垂直方向、プローブ光は紙面に対し、４５度方向
に電場ベクトルを有する直線偏光であるとする。このと
き、ポンプ光の強度が非常に高ければ対象物Ｏにおける
ポンプ光の存在領域の屈折率が非等方的に変化し、プロ
ーブ光の偏光状態はポンプ光の強度分布に応じて変化す
る。そこで、検光子１ｂを入射プローブ光の偏光方向に
対し、垂直方向成分のみ透過するように配置すると、ポ
ンプ光によって変調を受けたプローブ光の成分のみが通
過でき、分岐手段２へと入射する。すなわち、このとき
撮像装置３で得られる像はポンプ光の瞬間的な強度分布
を表すものとなる。なお、図４ではコリメート光学系１
ａの後ろに検光子１ｂを配したが、この逆の構成（１ａ
の前におく構成）も可能である。

【００４３】この装置においては、プローブ光はポンプ
光に対して垂直に同一タイミングで対象物Ｏに入射し、
プローブ光が受ける空間的変調によってポンプ光の瞬間
的な形状を計測することができる。なお、ポンプ光の存
在領域はコリメート光学系１ａの焦点面に配置される。

【００４４】さて、ポンプ光が非常に強いと、その大き
な電場・磁場の作用によって、ブレークダウン、アブレ
ーション、光非線形効果等のため、対象物Ｏが非常に高
速な屈折率変調を受けることになる。ここにプローブ光
が入射すると、この高速な屈折率変調のため、入射スペ
クトルとは異なるスペクトルへと変化する。このスペク
トル変化は、対象物Ｏの変化の過程そのものを表すもの
である。すなわち、本実施例によって、ポンプ光の特定
の位置で、特定の時刻に、ポンプ光が対象物Ｏに、どの
ような作用を及ぼすかを直接測定することができる。こ
こで、撮像をすでに済ませてしまえば、検光子１ｂは光
の進行方向を中心に回転させることもでき、この場合、
複数の偏光方向に対するプローブ光のスペクトルシフト
を検出部９（図２）で検出することができる。

【００４５】本実施例以外にも、例えば、シュリーレン
像、シャドーグラフ像等の撮像により、これを第１光像
とすることも可能なのはいうまでもない。また、ポンプ
光とプローブ光の入射の方向も互いに垂直とは限らず、
測定対象に応じて任意にとっても構わない。さらに、ポ
ンプ光とプローブ光は完全に同一タイミングである必要
もなく、例えば、ポンプ光が特定媒質に何らかの変化を
与え、その変化が起っている間にプローブ光を照射して
媒質の変化の様子を探ることのできる配置も可能であ
る。

【００４６】

【発明の効果】本発明の撮像装置によれば、開口部の機
械的誤差に因らず、入射光像を撮像すると共に入射光像
内の特定位置の光束を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る撮像装置のブロック図であ
る。

【図２】撮像装置の好適な一例を示すシステム構成図で
ある。

【図３】図２における分岐手段２の主要部の別の一例を
示す説明図である。

【図４】図１において対象物Ｏを上記特定媒質とした場
合の撮像装置の変更部分を示す説明図である。

【符号の説明】

２…分岐手段、３…撮像装置、４…結像光学系、５…開
口部、８…光出射部、９…検出部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者細田誠静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内Ｆターム(参考） 2H052 AA01 AA07 AC04 AC15 AC26 AC27 AD32 AD35 AF13 AF14 5C022 AA01 AC42 AC51 AC54

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力光像を該入力光像と同一の第１及び
第２光像に分岐する分岐手段と、前記第１光像をその撮
像面上に結像させて撮像する撮像装置と、前記第２光像
の結像位置に配置され前記第２光像内の特定位置の光束
を通過させる開口部と、前記開口部を一方向に通過した
前記特定位置の光束を検出する検出部と、前記開口部を
前記一方向とは逆方向に通過する位置指定用の光束を出
射する光出射部とを備え、前記分岐手段は、前記開口部
を前記逆方向に通過した前記位置指定用の光束を、前記
第２光像の特定位置に対応する前記撮像面上の前記第１
光像の位置に入射させるように配置されていることを特
徴とする撮像装置。
【請求項２】前記検出部は、前記特定位置の光束が入
力される分光器と、前記分光器の出力を受光する受光器
とを備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装
置。
【請求項３】前記分岐手段は、前記入力光像が入射し
該入力光像を反射及び透過させることによって前記第１
及び第２光像を出力するハーフミラーと、前記ハーフミ
ラーで反射及び透過した光像の一方を前記第１光像とし
て結像させる第１結像光学系と、この第１光像の結像位
置に配置された反射光学系と、前記反射光学系によって
反射された第１光像を前記第１結像光学系及び前記ハー
フミラーを介して受光し前記撮像面上に結像させる第２
結像光学系とを備えることを特徴とする請求項１に記載
の撮像装置。
【請求項４】前記分岐手段は、ハーフミラーの代わり
に、偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッ
タにおける前記入力光像の入力側及び前記偏光ビームス
プリッタと前記第１結像光学系との間に配置された第１
及び第２偏光変換素子とを備えることを特徴とする請求
項３に記載の撮像装置。
【請求項５】前記入力光像は、対象物に照明光を照射
した時の前記対象物における反射光又は透過光であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】前記入力光像は、特定媒質に変化を与え
るポンプ光にプローブ光を照射した時の前記プローブ光
であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】前記入力光像は、ポンプ光によって変化
を受けた特定媒質にプローブ光を照射した時の前記プロ
ーブ光であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装
置。