JP2010096559A - ２次元分光測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡や眼底カメラなどに用いられる２次元分光測定装置において、走査機構の小型化および走査時間の短縮とともに、高い分解能で測定できるようにする。
【解決手段】対物レンズとして像側テレセントリックレンズ３を設け、その焦点位置にピンホール４ａが２次元配列されたピンホールアレイ４を配置し、像面位置に各ピンホール４ａに個別に対応したマイクロレンズ５ａを有するマイクロレンズアレイ５を配置する。こうして、被測定物像２の各点の光をコリメート光とし、ＤＭＤやＭＥＭＳから成るマイクロミラーアレイ６で反射（偏向）させ、その反射（偏向）光を回折格子７によって分光し、分散光の分光分布をセンサアレイ９で求める。したがって、マイクロミラーアレイ６の微少変位で各点の順次走査を実現するので、小型化および走査時間の短縮を実現できる。また、各点の分光分布は、分光測色計のような構成によって、高い分解能で測定できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡や眼底カメラなどに付加機能として設けられ、２次元の被測定物像内の各点を順次走査して、それぞれの分光分布を測定する２次元分光測定装置に関する。

一般的な分光測定装置は、被測定物表面上のスポット領域の分光分布を測定するものであるが、広い測定領域に対する分光分布を測定するには、２次元的に分光分布を測定できる装置が必要である。そこで、２次元分光分布を測定できる装置として、前記のような眼底カメラや内視鏡、その他医療分野における病変部のイメージング装置への使用が考案されており、広範囲の診断領域から病変部を素早く発見し、正しく診断するために使用される。また、航空写真の撮影時に地上の２次元分光分布を測定することで、環境や資源面などでの有効な情報を得られることが期待されている。

そこで、前記眼底カメラに用いられる２次元分光測定装置として、特許文献１が提案されている。その従来技術によれば、対物レンズの像面位置にスリット開口を配置し、その後に分光ユニットを配置して、スリット開口によって像面上のある一次元方向の光のみを分光ユニットへ導光する一方、その分光ユニットからの分散光が入射される２次元センサでは、スリット方向の画素列でスリット開口像を分割し、スリットと直交する方向の画素列で、前記分散光の分光分布が結像されるようになっている。したがって、スリット開口以降の要素を、スリット方向と直交する方向へ走査することで、２次元センサ上には各スリット開口位置での分光分布が順次結像され、最終的に像面の全領域の分光分布が測定される。
特開２００５−２９６４００号公報

上述の従来技術では、スリット開口以降の光学系全体をメカニカルに走査させる必要があり、走査系が大型化し、装置全体も大型化してしまうという問題がある。また、生体を観察する際、観察対象は静止し続けるとは限らず、高速な走査が必要とされる場合、上記構成では高速走査には対応できないという問題もある。さらにまた、モニタ画像から、医師などの操作者が分光分析の必要な領域を選択し、その領域だけの分析を行う場合にも、前記スリット開口以降の光学系全体を、前記領域の縁に対応した開始位置まで移動させた後、走査を行うことになり、素早く分析したい場合でも、その開始位置まで移動させるのに一定の時間を要することになる。

ところで、スリット開口のみを走査させる方法も考えられるが、スリット位置が変化するとスリット通過光が回折格子に入射する角度が変化し、分光センサ上の光の結像位置がズレてしまう。このため、全ての分散光をセンサに導くには、分散角度を狭くし、受光面積の広いセンサを使用しなくてはならず、構成が困難であるとともに、分散角度を狭くすると、分光分解能が低下してしまう。

本発明の目的は、走査のための機構を小型化することができるとともに、走査時間を短縮することができ、さらに高い分解能で測定することができる２次元分光測定装置を提供することである。

本発明の２次元分光測定装置は、２次元の被測定物像内の各点における分光分布を測定する２次元分光測定装置において、対物レンズとしての像側テレセントリックレンズと、前記像側テレセントリックレンズの焦点位置に配置され、前記被測定物像の光束をそれぞれ分割するピンホールが２次元配列されて成るピンホールアレイと、前記ピンホールアレイにおける各ピンホールに個別に対応したマイクロレンズを有し、該マイクロレンズの焦点位置が前記像側テレセントリックレンズの像面に一致して配置されるマイクロレンズアレイと、複数のマイクロミラーが２次元配列されて成り、前記マイクロレンズアレイによってコリメートされた光を反射するマイクロミラーアレイであって、前記像側テレセントリックレンズから該マイクロミラーアレイまでの光経路外で複数の異なる方向へ、入射光を順次走査して反射可能なマイクロミラーアレイと、前記像側テレセントリックレンズからマイクロミラーアレイまでの光経路外に配置され、前記マイクロミラーアレイで反射された光を分光する回折格子と、前記回折格子による分散光が入射され、その分光分布を求めるセンサアレイとを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、内視鏡や眼底カメラなどに用いられ、２次元の被測定物像内の各点を順次走査して、それぞれの分光分布を測定する２次元分光測定装置において、対物レンズとして像側テレセントリックレンズを設けるとともに、前記像側テレセントリックレンズの焦点位置に、ピンホールが２次元配列されて成るピンホールアレイを配置し、さらに前記像側テレセントリックレンズの像面位置に、前記ピンホールアレイにおける各ピンホールに個別に対応したマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを配置する。こうして、前記ピンホールアレイによって前記被測定物像の光束を各点の光にそれぞれ分割することができるとともに、迷光となる不要成分を除去し、前記像側テレセントリックレンズによって、マイクロレンズアレイに前記各点の光を垂直に入射させることができ、前記マイクロレンズアレイによって前記各点の光をコリメートすることができる。

その各点のコリメート光を、複数のマイクロミラーが２次元配列され、ＤＭＤ（Dgital Micromirror Device）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などから成るマイクロミラーアレイによって、前記像側テレセントリックレンズから該マイクロミラーアレイまでの光経路外の方向へ順次走査して反射（偏向）させ、その反射（偏向）光を回折格子によって分光し、分散光の分光分布をセンサアレイで求める。

したがって、２次元の被測定物像内の各点の分光分布を求めるにあたって、ＤＭＤやＭＥＭＳなどから成るマイクロミラーアレイの微少変位によって前記各点の順次走査を実現するので、走査のための機構を小型化することができるとともに、走査時間を短縮することができる。また、各点の分光分布は、分光測色計のような回折格子にＣＣＤセンサアレイの構成によって、高い分解能で測定することができる。

また、本発明の２次元分光測定装置では、観察用の２次元画像センサに、その撮像画像を表示する表示部をさらに備え、前記マイクロミラーアレイは、入射光を、前記像側テレセントリックレンズから該マイクロミラーアレイまでの光経路外の２つの方向へ切換えて反射可能であり、第１の方向には前記２次元画像センサが配置され、第２の方向には前記回折格子にセンサアレイが設けられることを特徴とする。

上記の構成によれば、操作者は、観察用の２次元画像センサおよび表示部によって、前記２次元の被測定物像を確認しながら、その像内の一部を、前記マイクロミラーアレイによって取出し、分光分布を測定することができる。

さらにまた、本発明の２次元分光測定装置では、操作者の入力操作を受付ける入力操作部と、前記表示部へのモニタ画像の表示に伴い、前記入力操作部によって、前記モニタ画像上で指定された領域に対応するマイクロミラーのみを前記順次走査させる走査制御部とをさらに備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、医師などの操作者が、モニタ画像を確認し、関心領域と指定した領域だけの走査を行うことができる。

したがって、素早く必要な領域の分光分布を測定することができる。

また、本発明の２次元分光測定装置では、前記マイクロミラーアレイのマイクロミラーにおいて、相互に等しい行番号または列番号の素子を連動して制御する走査制御部と、前記回折格子からセンサアレイの間に設けられ、前記の連動して制御される行方向または列方向に母線方向を有するシリンドリカルレンズとをさらに備えて構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、走査制御部は、前記マイクロミラーアレイにおけるマイクロミラーの同じ行番号または列番号の素子を連動して制御し、これによって前記２次元の被測定物像内の各点が、同時にライン状に走査され、その走査が列方向または行方向に展開されて、２次元の走査が行われることになる。そして、前記センサアレイは、前記分散方向に複数の素子が配列され、さらに前記２次元の被測定物像の行方向または列方向に複数の素子が配列されたＣＣＤ２次元アレイセンサから構成されるとともに、前記回折格子からセンサアレイの間には、前記行方向または列方向の走査光を纏めてセンサアレイに導き、分散光を収束させるシリンドリカルレンズが設けられる。

これによって、同じ行番号または列番号のマイクロミラーによる反射光に対して、同時に分光分布を求めることができ、走査時間を一層短縮することができる。

さらにまた、本発明の２次元分光測定装置では、前記マイクロミラーアレイにおけるマイクロミラーは、相互に連動して制御される前記行方向または列方向と直交する列方向または行方向の走査方向に２つのグループに分割されており、そのグループでの反射角度が相互に異なるように設定されるとともに、前記センサアレイは前記２つのグループのそれぞれに対応して設けられることを特徴とする。

上記の構成によれば、マイクロミラーアレイにおけるマイクロミラーが、たとえば走査方向の前半部分と後半部分とのように、或いは奇数番目の行または列と偶数番目の行または列とのように、相互に連動して制御される前記行方向または列方向と直交する列方向または行方向の走査方向に２つのグループに分割されて、前記走査制御部によって、２つのグループの行または列が同時に選択されて回折格子側へ光を反射する。このため、各グループでの反射角度が相互に異なるように設定されるとともに、前記センサアレイは前記２つのグループのそれぞれに対応して設けられる。

したがって、センサアレイが２つ必要になる、或いは1つのセンサのエリアを２分割して使用する必要はあるものの、走査時間を半分にすることができる。

また、本発明の２次元分光測定装置では、前記マイクロミラーアレイにおけるマイクロミラーは、相互に連動して制御される前記行方向または列方向と直交する列方向または行方向の走査方向に２つのグループに分割されており、そのグループでの反射方向が相互に逆方向に設定されるとともに、前記回折格子およびセンサアレイは前記２つのグループのそれぞれに対応して設けられることを特徴とする。

上記の構成によれば、マイクロミラーアレイにおけるマイクロミラーが、たとえば走査方向の前半部分と後半部分とのように、或いは奇数番目の行または列と偶数番目の行または列とのように、相互に連動して制御される前記行方向または列方向と直交する列方向または行方向の走査方向に２つのグループに分割されて、前記走査制御部によって、２つのグループの行または列が同時に選択されて光を反射する。そして、各グループでの反射方向が相互に逆方向に設定されるとともに、前記回折格子およびセンサアレイは前記２つのグループのそれぞれに対応して設けられる。

したがって、回折格子にセンサアレイが２つ必要になるものの、走査時間を半分にすることができる。また、２つのセンサアレイの構成を異なるように設定すれば、一方の測定に対して他方の測定の分解能の向上や、分光波長範囲の拡大をすることも可能である。

さらにまた、本発明の２次元分光測定装置では、前記マイクロミラーアレイと回折格子との間に介在され、前記マイクロレンズアレイによるコリメート光の前記マイクロミラーによる反射光を収束する収束レンズと、前記収束レンズの焦点付近に配置されるスリットと、前記収束レンズの反対側で、かつ該収束レンズの焦点距離よりも遠い位置に配置されて、前記スリットの通過光をコリメート光に変換して前記回折格子に入射させる拡大レンズとをさらに備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記マイクロレンズアレイによるコリメート光は微小スポットであるのに対して、一旦収束レンズで収束させ、スリットで迷光を除去した後、前記スリットから収束レンズの焦点距離よりも遠い位置に配置した拡大レンズによって再びコリメート光に変換することで、前記回折格子に入射させる光束を一次元方向に拡げることができる。

したがって、前記回折格子による分散性能を向上させることができる。

また、本発明の２次元分光測定装置では、前記回折格子は、凹面形状であることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記マイクロレンズアレイによってコリメートされ、マイクロミラーアレイで反射され、さらに回折格子で分散された光は、センサアレイに入射させる際にシリンドリカルレンズ等の収束レンズで収束させる必要のあることがあり、その場合には、前記回折格子を凹面形状に形成することで、前記収束レンズを省略することができる。

本発明の２次元分光測定装置は、以上のように、内視鏡や眼底カメラなどに用いられ、２次元の被測定物像内の各点を順次走査して、それぞれの分光分布を測定する２次元分光測定装置において、対物レンズとして像側テレセントリックレンズを設けるとともに、前記像側テレセントリックレンズの焦点位置に、ピンホールが２次元配列されて成るピンホールアレイを配置し、さらに前記像側テレセントリックレンズの像面位置に、前記ピンホールアレイにおける各ピンホールに個別に対応したマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを配置することで、前記ピンホールアレイによって前記被測定物像の光束を各点の光にそれぞれ分割し、前記像側テレセントリックレンズによってマイクロレンズアレイに前記各点の光を垂直に入射させることができるようにして、前記マイクロレンズアレイによって前記各点の光をコリメートする一方、その各点のコリメート光を、複数のマイクロミラーが２次元配列され、ＤＭＤやＭＥＭＳなどから成るマイクロミラーアレイによって、前記像側テレセントリックレンズから該マイクロミラーアレイまでの光経路外の方向へ順次走査して反射（偏向）させ、その反射（偏向）光を回折格子によって分光し、分散光の分光分布をセンサアレイで求める。

それゆえ、２次元の被測定物像内の各点の分光分布を求めるにあたって、ＤＭＤやＭＥＭＳなどから成るマイクロミラーアレイの微少変位によって前記各点の順次走査を実現するので、走査のための機構を小型化することができるとともに、走査時間を短縮することができる。また、各点の分光分布は、分光測色計のような回折格子にＣＣＤセンサアレイの構成によって、高い分解能で測定することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の第１の形態に係る２次元分光測定装置１の光学系を説明するための斜視図である。この２次元分光測定装置１は、内視鏡や眼底カメラなどに用いられ、２次元の被測定物像２内の各点を順次走査して、それぞれの分光分布を測定するものである。注目すべきは、この２次元分光測定装置１の光学系は、対物レンズとしての像側テレセントリックレンズ３と、前記像側テレセントリックレンズ３の焦点位置に配置され、前記被測定物像２の光束をそれぞれ分割するピンホール４ａが２次元配列されて成るピンホールアレイ４と、前記ピンホールアレイ４における各ピンホール４ａに個別に対応したマイクロレンズ５ａを有し、該マイクロレンズ５ａの焦点位置が前記像側テレセントリックレンズ３の像面に一致して配置されるマイクロレンズアレイ５と、複数のマイクロミラー６ａが２次元配列されて成るマイクロミラーアレイ６と、前記マイクロミラーアレイ６で反射された光を分光する回折格子７と、前記回折格子７による分散光を集光するシリンドリカルレンズ８と、前記シリンドリカルレンズ８からの入射光の分光分布を求めるセンサアレイ９と、前記マイクロミラーアレイ６で反射された光をモニタする観察用の２次元画像センサ１０とを備えて構成されることである。

そして、対物レンズとして前記像側テレセントリックレンズ３を設けるとともに、前記像側テレセントリックレンズ３の焦点位置に、ピンホール４ａが２次元配列されて成るピンホールアレイ４を配置し、さらに前記像側テレセントリックレンズ３の像面位置に、前記ピンホールアレイ４における各ピンホール４ａに個別に対応したマイクロレンズ５ａを有するマイクロレンズアレイ５を配置することで、前記ピンホールアレイ４によって前記被測定物像２の光束を各点の光にそれぞれ分割することができるとともに、迷光となる不要成分を除去し、前記像側テレセントリックレンズ３によってマイクロレンズアレイ５に前記各点の光を垂直に入射させることができ、前記マイクロレンズアレイ５によって前記各点の光をコリメートすることができる。なお、このマイクロレンズアレイ５に、像側テレセントリックレンズ３における色収差は、合わせて、良好に補正されているものとする。

その各点のコリメート光を、ＤＭＤ（Dgital Micromirror Device）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などから成るマイクロミラーアレイ６のマイクロミラー６ａによって、前記像側テレセントリックレンズ３から該マイクロミラーアレイ６までの光経路外の２方向の何れかに順次走査して反射（偏向）させ、一方の反射（偏向）光が回折格子７に入射され、他方の反射（偏向）光が２次元画像センサ１０に入射される。前記マイクロミラーアレイ６のマイクロミラー６ａは、複数の素子が２次元配列されて成り、前記各素子は、前記ピンホールアレイ４における各ピンホール４ａおよびマイクロレンズアレイ５における各マイクロレンズ５ａに対して、個別に対応していてもよく、また対応していなくてもよい。前記マイクロミラー６ａは、後述する走査制御回路によって、電圧が印加されたときにはｏｎとなって、前記コリメート光の光軸に対して＋１２°傾斜して前記回折格子７側に対向し、電圧が印加されないときにはｏｆｆとなって、前記コリメート光の光軸に対して−１２°傾斜して前記２次元画像センサ１０側に対向する。

そして、このマイクロミラー６ａは、前記走査制御回路によって、相互に等しい行番号または列番号（本実施の形態では、以下、列番号とする）の素子が連動して制御される。したがって、分光の分解能は、ＣＣＤ２次元センサから成るセンサアレイ９の分散方向の素子数および回折格子７の回折度合いによって決定され、解像度は、前記マイクロレンズアレイ５のマイクロレンズ５ａと、マイクロミラーアレイ６のマイクロミラー６ａとの分解能が粗い（素子数が少ない）方によって決定される。

前記回折格子７は、前記ｏｎ時におけるいずれのマイクロミラー６ａからの反射光も反射可能なように、前記マイクロミラーアレイ６の面積に対応した大きさに形成され、前記列方向に延びる帯状の反射光を各波長成分に分光して反射する。その波長成分毎の分散光は、分散方向と母線が直交するシリンドリカルレンズ８によってセンサアレイ９上に纏めて結像され、分光分布が求められる。このようなマイクロミラー６ａの１列（ライン状）の走査を、行方向に順次シフト（展開）させて行わせることで、最終的に、前記被測定物像２の全域の分光分布を測定することができる。

図２は、前記２次元分光測定装置１の全体構成を示すブロック図である。この図２において、図１の構成に対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。前記マイクロミラーアレイ６ならびにセンサアレイ９および２次元画像センサ１０の走査タイミングは、前記走査制御回路である制御装置１１によって制御される。前記センサアレイ９および２次元画像センサ１０で得られた画像信号は、それぞれメモリ１２，１３において、少なくとも１フレーム分記憶され、解析処理装置１４に入力される。解析処理装置１４では、前記メモリ１３からのリアルタイム画像を表示部１５に表示させ、分光分布の測定モードとなると、前記２次元画像センサ１０で得られた画像信号から被測定物像２の所定の列方向のラインの分光分析を行い、操作部１６からの操作に応答して、操作者が所望とする領域の分光測定の結果を前記表示部１５に表示する。

図３は、分光測定の動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１では、マイクロミラー６ａをｏｎすべき列番号Ｎが初期値の１にセットされ、ステップＳ２では、制御装置１１は、そのＮ（この場合は１）列目のマイクロミラー６ａに対してｏｎの信号を与えて、ミラー列を回折格子７側に偏向させて、残余はｏｆｆとして、２次元画像センサ１０側に向いたままとする。その状態で、ステップＳ３では、センサアレイ９で分光画像が撮像され、ステップＳ４ではその撮像データがメモリ１２に記憶され、ステップＳ５では、制御装置１１は、Ｎ列目のマイクロミラー６ａをｏｆｆして２次元画像センサ１０側に向け、１列の測定動作を終了する。その後、ステップＳ６で、列番号Ｎがミラー列数に達しているか、すなわち総ての列について測定が終了したか否かが判断され、終了している場合には処理を終了し、終了していない場合にはステップＳ７で、前記列番号Ｎが１だけ加算されて更新され、前記ステップＳ２に戻って、次の列の測定が行われる。

一方、図４には、医師などの操作者による関心領域のみの分光測定を行う場合の動作を説明する。この場合は、ステップＳ１１で表示部１５への２次元画像センサ１０によるモニタ画像から、前記操作者が、マウスなどの操作部１６から関心領域の設定を行うと、制御装置１１は、ステップＳ１２で、その関心領域の両縁部が前記マイクロミラー６に対応する列番号を割出し、Ｎ１，Ｎ２としてセットする。以降は、先ず一方の縁部の列番号Ｎ１を前記列番号Ｎの初期値としてステップＳ２〜Ｓ５の処理によって分光測定を行い、ステップＳ６では、その列番号Ｎが、ミラー列数に代えて、もう１つの縁部の列番号Ｎ２と比較される。こうして、前記被測定物像２の全面を測定する場合に比べて、測定時間を短縮することができる。なお、センサアレイ９による撮像画像の転送や、解析処理装置による分光特性の解析に時間がかかる場合には、前記列番号Ｎ１，Ｎ２だけでなく、行番号も同様にして設定されるようにしてもよい。

このように構成することで、２次元の被測定物像２内の各点の分光分布を求めるにあたって、ＤＭＤやＭＥＭＳなどから成るマイクロミラーアレイ６の微少変位によって前記各点の順次走査を実現するので、走査のための機構を小型化することができるとともに、走査時間を短縮することができる。また、各点の分光分布は、分光測色計のような回折格子７にＣＣＤセンサアレイ９の構成によって、高い分解能で測定することができる。

さらにまた、マイクロレンズアレイ５によってコリメートされた光は、図１および図２で示すように、マイクロミラーアレイ６によって同角度で反射されて回折格子７へ入射されるので、該回折格子７への入射角の変動は無く、分光用のセンサアレイ９上の光の分散位置も変化しないので、分光分解能を低下させること無く、全ての光をセンサアレイ９に導くことができる。

さらにまた、制御装置１１は、同じ列番号のマイクロミラー６ａを連動して制御し、これによって前記２次元の被測定物像２内の各点が同時にライン状に走査され、その走査が行方向に展開されて２次元の走査が行われることになり、これに対応して前記センサアレイ９は、前記分散方向の行方向だけでなく、列方向にも複数の素子が配列されたＣＣＤ２次元アレイセンサから構成されるとともに、前記回折格子７からセンサアレイ９の間に、前記行方向の走査光を纏めてセンサアレイに導き、分散光を収束させるシリンドリカルレンズ８が設けられるので、その同じ列による反射光に対して、同時に分光分布を求めることができ、走査時間を一層短縮することができる。

また、観察用の２次元画像センサ１０に、その撮像画像を表示する表示部１５をさらに備え、前記マイクロミラーアレイ６は、入射光を、回折格子７側と該２次元画像センサ１０側とに切換えて反射可能とすることで、操作者は、観察用の２次元画像センサ１０および表示部１５によって、前記２次元の被測定物像２を確認しながら、その像内の一部を、前記マイクロミラーアレイ６によって取出し、分光分布を測定することができる。

さらに、医師などの操作者の入力操作を受付ける操作部１６を設けるとともに、走査制御部である制御装置１１が、前記表示部１５へのモニタ画像の表示に伴い、前記操作部１６によってモニタ画像上で指定された関心領域に対応するマイクロミラーのみを順次走査させることで、素早く必要な領域の分光分布を測定することもできる。なお、関心領域は画像全体から絞られた領域であり、このため前述のようにその全域について走査して、つぶさに分光分布を測定するのではなく、関心領域全体のミラーを分光ユニット方向へ同時に偏向することで、関心領域（病変部分）の平均的な分光データを瞬時に測定することも可能である。

［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の第２の形態に係る２次元分光測定装置２１の全体構成を示すブロック図である。この２次元分光測定装置２１において、前述の図１および図２で示す２次元分光測定装置１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この２次元分光測定装置２１では、マイクロミラーアレイ２６において、複数の各マイクロミラー２６ａは、相互に連動して制御される前記列方向と直交する行方向の走査方向に２つのグループＧ１，Ｇ２に分割されており、そのグループＧ１，Ｇ２での反射角度（偏向角）が相互に異なるように設定されるとともに、センサアレイ２９も、前記２つのグループＧ１，Ｇ２のそれぞれに対応して設けられ、２つの結像位置を有することである。具体的には、マイクロミラーアレイ２６におけるマイクロミラー２６ａが、たとえばこの図５のように走査方向の前半部分と後半部分とのように、或いは奇数番目の列と偶数番目の列とのように、相互に連動して制御される前記列方向と直交する行方向の走査方向に２つのグループＧ１，Ｇ２に分割されて、制御装置２２によって、２つのグループＧ１，Ｇ２の列が同時に選択されて回折格子７側へ光を反射する。このため、各グループＧ１，Ｇ２での反射角度が相互に異なるように設定されるとともに、前記センサアレイ２９は前記２つのグループＧ１，Ｇ２のそれぞれに対応して設けられる。

図６は、この２次元分光測定装置２１による分光測定の動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ２１では、一方のグループＧ１に対応して、列番号Ｎが初期値の１にセットされるとともに、走査範囲がミラー列数の半分のＭにセットされ、ステップＳ２２では、制御装置２２は、そのＮおよびＮ＋Ｍ列目のマイクロミラー２６ａに対してｏｎの信号を与えて、ミラー列を回折格子７側に偏向させて、残余はｏｆｆとして、２次元画像センサ１０側に向いたままとする。その状態で、ステップＳ２３では、センサアレイ２９で分光画像がそれぞれ撮像され、ステップＳ２４ではその撮像データがメモリ１２にそれぞれ記憶され、ステップＳ２５では、制御装置２２は、ＮおよびＮ＋Ｍ列目のマイクロミラー２６ａをｏｆｆして２次元画像センサ１０側に向け、２列の測定動作を同時に終了する。その後、ステップＳ２６で、列番号Ｎが前記ミラー列数の半分のＭに達しているか、すなわち総ての列について測定が終了したか否かが判断され、終了している場合には処理を終了し、終了していない場合にはステップＳ７で、前記列番号Ｎが１だけ加算されて更新され、前記ステップＳ２２に戻って、次の２列の同時測定が行われる。

このように構成することで、センサアレイ２９は２つ必要になるものの、走査時間を半分にすることができる。前記センサアレイ２９は、２つのＣＣＤ２次元アレイセンサから構成されてもよく、或いは図５のように１つのＣＣＤ２次元アレイセンサが領域分割して使用され、２つの読出しポートからメモリ１２へ読出すようにしてもよい。

このように走査方向に２つのグループＧ１，Ｇ２に分割されたマイクロミラーアレイ２６を用いて、そのグループＧ１，Ｇ２でのｏｎ時の反射（偏向）方向を相互に逆方向に設定するとともに、前記回折格子７およびセンサアレイ９も２つのグループのそれぞれに対応して設けることでも、走査時間を半分にすることができる。この場合、もう１つの回折格子およびセンサアレイは、図５の２次元画像センサ１０の位置に設けられることになる。さらにそれらのセンサアレイを２つのグループに分割して使用すれば、走査時間を１／４にすることができる。

一方、上述のようにマイクロミラーアレイ２６の反射（偏向）方向を相互に逆方向にして、対称位置にそれぞれセンサアレイを配置した場合には、上述のように２次元画像センサ１０除去する必要がある。これに対して、２次元画像センサ１０を残存させる場合は、マイクロミラーアレイ２６のマイクロミラー２６ａを、反射（偏向）方向が、上述のような行方向（図５の上下方向）に有するものと、直交する列方向（図５の紙面に垂直方向）に有するものと２種類作成してそれぞれのグループとし、第１のグループでは前記行方向（図５の上下方向）で反射（偏向）方向を切換えてセンサアレイ９と２次元画像センサ１０とに光を入射し、第２のグループでは列方向（図５の紙面に垂直方向）で反射（偏向）方向を切換えてセンサアレイ９と２次元画像センサ１０とに光を入射すればよい。すなわち、２つのグループを、像側テレセントリックレンズ３からピンホールアレイ４の光軸に対して直交し、かつ互いに直交する２方向に設ける（前記反射（偏向）方向を上下方向と水平方向との２方向とする）。したがって、この場合には、２次元画像センサ１０は２つ必要になる。また、マイクロミラーに２軸での変化が可能なものを使用し、それぞれ任意の方向に反射（偏向）可能とすれば、１つの反射（偏向）方向に２次元画像センサ１０を配置し、残る３つの反射（偏向）方向に回折格子７およびセンサアレイ９の組を設けるようなことも可能になる（この場合、走査速度は３倍）。

［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の第３の形態に係る２次元分光測定装置３１の光学系を説明するための斜視図である。この２次元分光測定装置３１は、前述の図１で示す２次元分光測定１装置に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この２次元分光測定装置３１では、前記マイクロミラーアレイ６と回折格子７との間に、前記マイクロレンズアレイ４によるコリメート光の前記マイクロミラー６ａによる反射光を収束する収束レンズ３２と、前記収束レンズの焦点付近に配置されるスリット３３と、前記スリット３３の収束レンズ３２とは反対側で、かつ該収束レンズ３２の焦点距離よりも遠い位置に配置されて、前記スリット３３の通過光をコリメート光に変換して前記回折格子７に入射させる拡大レンズ３４とがさらに設けられていることである。

前記収束レンズ３２および拡大レンズ３４は、相互に凸面が逆に配置されるシリンドリカルレンズから成る。このようなシリンドリカルレンズを用いたエキスパンダ光学系を介在することで、前記マイクロレンズアレイ５による微小スポットのコリメート光は、一旦収束レンズ３２で収束され、スリット３３で迷光が除去された後、前記スリット３３から収束レンズ３２の焦点距離よりも遠い位置に配置した拡大レンズ３４によって再びコリメート光に変換されることで、前記回折格子７に入射される光束を一次元（行）方向に拡げることができる。これによって、前記回折格子７による分散性能を向上させることができる。

［実施の形態４］
図８は、本発明の実施の第４の形態に係る２次元分光測定装置４１の光学系を説明するための斜視図である。この２次元分光測定装置４１は、前述の図７で示す２次元分光測定装置３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この２次元分光測定装置４１では、回折格子には、シリンドリカル形状の凹面回折格子４７を使用することである。ここで、前記図１の構成では、マイクロレンズアレイ５によってコリメートされ、マイクロミラーアレイ６で反射され、さらに回折格子７で分散された光は、センサアレイ９に入射させる際にシリンドリカルレンズ８等の結像レンズで収束されている。しかしながら、前記回折格子７に代えて、シリンドリカル形状の凹面回折格子４７を用いることで、前記シリンドリカルレンズ８に、拡大レンズ３４も省略することができ、光学系を簡素化することができる。

本発明の実施の第１の形態に係る２次元分光測定装置の光学系を説明するための斜視図である。 前記２次元分光測定装置の全体構成を示すブロック図である。 前記２次元分光測定装置による分光測定の動作を説明するためのフローチャートである。 前記２次元分光測定装置による分光測定の他の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の第２の形態に係る２次元分光測定装置の全体構成を示すブロック図である。 図５で示す２次元分光測定装置による分光測定の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の第３の形態に係る２次元分光測定装置の光学系を説明するための斜視図である。 本発明の実施の第４の形態に係る２次元分光測定装置の光学系を説明するための斜視図である。

符号の説明

１，２１，３１，４１ ２次元分光測定装置
２ 被測定物像
３ 像側テレセントリックレンズ
４ ピンホールアレイ
４ａ ピンホール
５ マイクロレンズアレイ
５ａ マイクロレンズ
６，２６ マイクロミラーアレイ
６ａ，２６ａ マイクロミラー
７ 回折格子
８ シリンドリカルレンズ
９，２９ センサアレイ
１０ ２次元画像センサ
１１，２２ 制御装置
１２，１３ メモリ
１４ 解析処理装置
１５ 表示部
１６ 操作部
３２ 収束レンズ
３３ スリット
３４ 拡大レンズ
４７ 凹面回折格子

Claims (8)

1. ２次元の被測定物像内の各点における分光分布を測定する２次元分光測定装置において、
   対物レンズとしての像側テレセントリックレンズと、
   前記像側テレセントリックレンズの焦点位置に配置され、前記被測定物像の光束をそれぞれ分割するピンホールが２次元配列されて成るピンホールアレイと、
   前記ピンホールアレイにおける各ピンホールに個別に対応したマイクロレンズを有し、該マイクロレンズの焦点位置が前記像側テレセントリックレンズの像面に一致して配置されるマイクロレンズアレイと、
   複数のマイクロミラーが２次元配列されて成り、前記マイクロレンズアレイによってコリメートされた光を反射するマイクロミラーアレイであって、前記像側テレセントリックレンズから該マイクロミラーアレイまでの光経路外で複数の異なる方向へ、入射光を順次走査して反射可能なマイクロミラーアレイと、
   前記像側テレセントリックレンズからマイクロミラーアレイまでの光経路外に配置され、前記マイクロミラーアレイで反射された光を分光する回折格子と、
   前記回折格子による分散光が入射され、その分光分布を求めるセンサアレイとを含むことを特徴とする２次元分光測定装置。
2. 観察用の２次元画像センサに、その撮像画像を表示する表示部をさらに備え、
   前記マイクロミラーアレイは、入射光を、前記像側テレセントリックレンズから該マイクロミラーアレイまでの光経路外の２つの方向へ切換えて反射可能であり、第１の方向には前記２次元画像センサが配置され、第２の方向には前記回折格子にセンサアレイが設けられることを特徴とする請求項１記載の２次元分光測定装置。
3. 操作者の入力操作を受付ける入力操作部と、
   前記表示部へのモニタ画像の表示に伴い、前記入力操作部によって、前記モニタ画像上で指定された領域に対応するマイクロミラーのみを前記順次走査させる走査制御部とをさらに備えることを特徴とする請求項２記載の２次元分光測定装置。
4. 前記マイクロミラーアレイのマイクロミラーにおいて、相互に等しい行番号または列番号の素子を連動して制御する走査制御部と、
   前記回折格子からセンサアレイの間に設けられ、前記の連動して制御される行方向または列方向に母線方向を有するシリンドリカルレンズとをさらに備えて構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の２次元分光測定装置。
5. 前記マイクロミラーアレイにおけるマイクロミラーは、相互に連動して制御される前記行方向または列方向と直交する列方向または行方向の走査方向に２つのグループに分割されており、そのグループでの反射角度が相互に異なるように設定されるとともに、前記センサアレイは前記２つのグループのそれぞれに対応して設けられることを特徴とする請求項４記載の２次元分光測定装置。
6. 前記マイクロミラーアレイにおけるマイクロミラーは、相互に連動して制御される前記行方向または列方向と直交する列方向または行方向の走査方向に２つのグループに分割されており、そのグループでの反射方向が相互に逆方向に設定されるとともに、前記回折格子およびセンサアレイは前記２つのグループのそれぞれに対応して設けられることを特徴とする請求項４記載の２次元分光測定装置。
7. 前記マイクロミラーアレイと回折格子との間に介在され、前記マイクロレンズアレイによるコリメート光の前記マイクロミラーによる反射光を収束する収束レンズと、前記収束レンズの焦点付近に配置されるスリットと、前記収束レンズの反対側で、かつ該収束レンズの焦点距離よりも遠い位置に配置されて、前記スリットの通過光をコリメート光に変換して前記回折格子に入射させる拡大レンズとをさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の２次元分光測定装置。
8. 前記回折格子は、凹面形状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の２次元分光測定装置。

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