JP2014532173A5 - - Google Patents
Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014532173A5 JP2014532173A5 JP2014532306A JP2014532306A JP2014532173A5 JP 2014532173 A5 JP2014532173 A5 JP 2014532173A5 JP 2014532306 A JP2014532306 A JP 2014532306A JP 2014532306 A JP2014532306 A JP 2014532306A JP 2014532173 A5 JP2014532173 A5 JP 2014532173A5
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- slit
- light
- light source
- spectrometer
- detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims description 54
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 52
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 38
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 10
- 230000000051 modifying Effects 0.000 claims description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 37
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 8
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 2
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon(0) Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Description
本発明は、共焦点分光計および共焦点分光計における画像形成方法に関する。
共焦点分光計は共通の焦点を有する光学系を基に作動する。これにより結像すべき対象物における散乱光の空間的に点状の測定を行うことができる。従来の単チャネル分光計は一般に1つのチャネルに対しスペクトルの撮影用の1つの行カメラを利用する。それゆえ対象物表面の格子化によって初めて、すなわち時間的スキャンによって、対象物の空間的に分解された画像を検出することが可能である。
多チャネル分光計は表面の行状の走査用のカメラチップを利用するもので、カメラチップ上のスペクトル分解が空間的分解とは垂直方向に行われる。この種の系はいわゆるハイパースペクトル画像形成系(ハイパースペクトラルイメージング)としても知られている。この系でも対象物表面の格子化が対象物の画像形成の検出に必要である。
特許文献1は、対象物のプロフィルのコード化が多色光源のスペクトラル経過を介して行われる共焦点分光計系を開示している。このため色収差を有する結像光学系が使用されており、光軸に沿って結像焦点の波長に依存する位置を作成している。
特許文献2は、結像すべき対象物上に照明パターンを結像するため変調手段を使用して、照明パターンシーケンスを介して対象物の空間的分解を可能にする共焦点分光結像系を開示している。
静止状態にある対象物のため各画像点に対し画像コントラストを作成するため反射光もしくは散乱光のスペクトルを提供する画像形成分光計が求められている。
本発明の一態様はそれゆえ、広帯域光源と、光源の前に配置され主スリット方向の第1のスリット格子を備えるとともに光源のスリット状パターンを作成するように設計された第1の絞り装置と、光源のスリット状パターンを結像(撮像)すべき対象物上に集束させるように設計された第1の結像光学系と、検出器系とを備え、該検出器系が、対象物から反射された光を対象物のスペクトル分解された画像を作成するために検出するように設計された検出器装置と、反射光を検出器装置上に集束させるように設計された第2の結像光学系と、第2の結像光学系の前に配置され、対象物からの反射光を第2の結像光学系の光軸に垂直な分散軸に沿ってスペクトル分散するように設計された分散素子とを備えた共焦点分光計にある。
本発明の主要な考えは、1つの分光計において対象物の画像の完全な空間分解と完全なスペクトル分解とを時間的に同時に可能にすることにある。このため結像絞り装置が使用され、その際この絞り装置はスリット格子を対象物全体に投射するスリットパターンを有する。投射されたスリット格子により対象物から反射された光が共焦点で検出器装置上に結像されると、スリット格子の中間室内でスペクトル分解が行われる。これは、反射光をスペクトル分解してそれぞれスリット中間室へ結像するスペクトル分散素子が可能にする。
一実施態様によれば、検出器系はさらに第1のスリット格子の主スリット方向の第2のスリット格子を備えた第2の絞り装置を有し、この装置は分散素子と検出器装置との間に配置され、検出器装置に当たる反射光のスペクトル選択を講じるように設計されている。
有利な一実施態様によれば、第2の絞り装置は分散軸方向に沿ってシフト可能にされる。これは有利なことに反射光の結像すべき波長の機械的選択を可能にする。
別の実施態様によれば、第2のスリット格子は、第1のスリット格子のスリットに関して第1の予め定められた距離だけ主スリット方向に対し垂直方向にシフトされた多数の第1のスリットと、第1のスリット格子のスリットに関して第1の距離とは異なる第2の予め定められた距離だけ主スリット方向に対して垂直方向にシフトされた多数の第2のスリットとを有することができる。これは、反射光の特別な波長が重要となる一定の応用分野、たとえば外科または組織診断における医療用の画像形成法に対して、第2の絞り装置を機械的に分散軸に沿ってシフトする必要なしに、一連の波長の予め定めた選択を行うことができるという利点を供する。これによりごく短時間内で対象物の空間的およびスペクトル的に分解された完全な画像を共焦点で検出することができる。
別の実施態様によれば、第1の絞り装置は、光源の光を第1のスリット格子のスリットへ結像するように設計された多数の円筒レンズを有することができる。これは、光源のほぼ全部の光をスリット格子にコリメートできるので、光源の光強度を最大限に利用できるという利点を供する。
別の実施態様によれば、分光計はさらにビームスプリッタ素子を有し、この素子は第1の結像光学系の光路内に配置され、対象物の反射光を第1の結像光学系の光路から検出器系に向けるように設計されている。これにより有利なことに検出器系を結像光学系から物理的に分離することが可能になる。
別の実施態様によれば、分散素子はプリズム、回折格子、干渉フィルタまたは音響光学変調器を含むことができる。
別の実施態様によれば、検出器装置はCCDセンサアレイ、CMOSセンサアレイまたはアバランシェホトダイオードを有することができる。この場合検出器装置は、対象物の反射画像点をアレイ軸に沿ってスペクトル分解するように設計されている。これは特に、対象物の個々の画像ピクセルがそれぞれ検出器装置のアレイのピクセルのサブアレイ上に結像できるので有利である。ピクセルのこのサブアレイにより対象物の空間的にもスペクトル的にも分解された画像が作られるので、これは特に医療用の画像形成の応用において対象物の空間的表示における情報の豊富化を意味する。
別の実施態様によれば光源は白色光源とすることができる。これにより有利なことに画像形成の各時点で各スペクトル成分が反射光スペクトルにおいても同様に検出用に供される。特にこれにより反射光スペクトルの種々の波長を同時に検出することができる。
本発明は別の態様によれば、以下の工程、すなわちスリットパターンを作成するため主スリット方向の第1のスリット格子を備えた第1の絞り装置上に広帯域光源を結像する工程、結像(撮像)すべき対象物上にスリットパターンを集束させる工程、対象物により反射された光を主スリット方向とは垂直方向の分散軸に沿ってスペクトル分散する工程、スペクトル分散された反射光を検出器装置上に集束させる工程、対象物のスペクトル分解された画像の作成のため検出器装置内の反射光を検出する工程を有する共焦点分光計における画像形成方法を提供する。
別の実施態様によれば、この方法はさらに、検出器装置の前に配置され第1のスリット格子の主スリット方向の第2のスリット格子を備えた第2の絞り装置上にスペクトル分散された反射光を集束させる工程を含む。
有利な実施態様によれば、この方法は、検出光の波長の選択のため分散方向に沿って第2の絞り装置をシフトする工程を含む。これにより反射光スペクトルの種々の波長を所期通りに分光撮影中に検出用に選択することが可能となる。
その他の修正点および変化点は従属請求項の特徴部分から明らかである。本発明の種々の実施形態および実施態様を以下に添付の図面を参照して詳述する。
以下に説明する実施態様および発展形態は意義があるかぎり任意に互いに組み合わせることができる。本発明の別の可能性のある実施形態、発展態様および補充態様は予めまたは以下に実施例について記述した発明の特徴の明確には挙げていない組み合わせをも含むものとする。
添付の図面は発明の実施形態のさらなる理解に供すべきものである。これらの図面は実施形態を具現化するもので明細書の記載と関連して発明の原理および構想の説明に役立つ。ほかの実施形態および多くの利点は図面を参照して明らかにされる。図面の各要素は必ずしも互いに寸法通りに示されてはいない。同じ符号はこの場合同じまたは同様に作用する部材を示す。以下に使用する方向を表す用語「上」「下」「右」「左」「前」「後」等は単に図面を容易に理解するために使用され、普遍性を限定するものではない。
図1は共焦点分光計100の概略図である。分光計100は、光源11の光を分光分析すべき対象物16上に集束させるように設定された結像系1を有する。分光計100はさらに、対象物16により散乱および/または反射された光を検出しそれから対象物16の画像を作成する検出器系2を有する。
結像系1は光源11を有する。光源11は広帯域または多色光源11とすることができ、すなわち光源11は光を広い周波数もしくは波長範囲にわたり放出する。たとえば光源11は白色ランプ、グローバー、ネルンストランプ、ニッケルクロムコイル、ハロゲンガス放電ランプ、キセノンガス放電ランプ、スーパールミネセンスダイオード、LEDまたは同様の多色光源とすることができる。さらに光源11の放出スペクトルのスペクトル波長範囲は紫外線範囲、可視光範囲および/または赤外線範囲とすることができる。
光源11から放出された光はレンズ12を介して平行線束でコリメートされ、第1の絞り装置14に向けられる。第1の絞り装置14はスリットまたはスリット形の格子を有することができる。この種のスリット格子(スリットグリッド)の一例は図2に概略的に示されている。図2の第1の絞り装置14は通過スリット14kから成る構造を有する。通過スリットはスリット状パターンで配置されているので、2つの隣接する通過スリット14kおよび14k+1は横方向に予め規定された間隔をあけられている。この場合通過スリット14kの数は任意である。同様に通過スリット14kの幅も任意の大きさである。通過スリット14kは対象物16上の分解すべき範囲の長さに相当する長さを有することができる。
結像系1では、コリメートされた光が円筒レンズ13aを介して円筒レンズ装置13内で第1の絞り装置14のスリット格子14kのスリットに集束されるようにされている。この場合各通過スリット14kにはそれぞれ円筒レンズ13aの1つが割り当てられる。円筒レンズ装置13はたとえば第1の絞り装置14と一体に接続することができる。円筒レンズ13により光源11の光の大部分が第1の絞り装置14のスリット格子14kを対象物16上に投影するために利用される。
第1の絞り装置14を通過する光は第1の結像光学系15を介して対象物16に集束される。この場合対象物16はその表面の焦点16a上に光源11の光により照明される。照明は第1の絞り装置14のスリット構造のパターンにおいて行われる。このためたとえば鏡胴レンズ15a並びに対物レンズ装置15bが使用される。
対象物16により散乱もしくは反射された光は対物レンズ装置15bにより再び結像光学系15に戻される。結像光学系15にはビームスプリッタ素子15cが配置されるが、これはたとえば偏光ビームスプリッタ、干渉フィルタまたは入射光線を分割する同様の光学部材とすることができる。散乱もしくは反射光は光軸を備えた光路を介して検出器系2に導かれる。
検出器系2はスペクトル分散素子21を有しており、これは対象物の広帯域の反射光を分散方向に沿ってスペクトル的に分割する作用をする。分散方向軸Dはこの場合光軸Aに垂直方向にあるので、散乱もしくは反射光のスペクトル情報は分散方向軸Dに沿って分解される。分散素子21はたとえばプリズム、回折格子、ホログラフ格子、ブレーズ格子、音響光学変調器、干渉フィルタまたは同様の素子とすることができる。
スペクトル分散された光は集束レンズ22を介して第2の絞り装置23に集束される。第2の絞り装置23はこの場合特に第1の絞り装置14と同様のスリット格子を有することができる。スペクトル分散された光は第2の絞り装置23を通って検出器装置24上に結像される。
この場合検出器装置24としては、一次元センサアレイ、たとえばCCDセンサアレイ、CMOSセンサアレイ、アバランシェホトダイオードアレイまたは同様の光に敏感なセンサ素子の行マトリックスを有することが可能である。検出器装置24はこの場合第2の絞り装置23と共に分散方向軸Dに沿ってシフトすることができるので、第2の絞り装置23によりそれぞれ分散素子21のスペクトル分散された光の一部を選択して検出器装置24上に結像することができる。
代替的に第2の絞り装置23を用いないことも可能である。この場合には二次元センサアレイ、たとえばCCDセンサアレイ、CMOSセンサアレイ、アバランシェホトダイオードアレイまたは同様の光に敏感なセンサ素子の面状マトリックスを検出器装置24として使用することができる。このようにしてスペクトル分散された光の各波長成分は分散方向軸Dに平行なアレイ軸に沿って検出される。このためスペクトル分散された光は集束レンズ22を介して直接検出器装置24上に集束される。このような検出器装置24の例示的な実施形態は図3に概略的に具体化されている。
図3は検出器ピクセルから成るアレイ24aを有する検出器装置24を示す。この場合検出器ピクセルをたとえばアレイ24aの個々のセンサ素子が含むことができる。第1の絞り装置14のビーム格子14kはこの場合共焦点で検出器アレイ24aに結像される。この場合たとえばスリット結像25xから成る線パターンが生じる。図示のスリット結像25kはこの場合それぞれ反射およびスペクトル分散された光の一定の波長に相当する。対象物16の画像点は検出器アレイ24aのサブアレイ26k,nに結像される。この場合主スリット方向Rでは対象物16の空間的分解が垂直方向に行われるのに対し、アレイ軸Sに沿ってはスペクトル分解が行われる。
破線の枠にはサブアレイ26k,nの2つの隣接ピクセル26k+1,n、26k,n+1が示されている。隣接ピクセル26k+1,nはこの場合ピクセル26k,nに横の空間方向に続く対象物16の画像点を結像するのに対し、隣接ピクセル26k,n+1はピクセル26k,nに縦の空間方向に続く対象物16の画像点を写す。アレイ軸Sに沿って各サブアレイ内では対象物16の各画像点のスペクトル分解が行われる。なぜならスペクトル分散素子21が対象物画像のスペクトル分割をたとえばアレイ軸Sと一致する分散方向軸Dに沿って行うからである。反射光の求めるべきスペクトル範囲の選択はたとえばサブアレイ26k,n内のそれぞれアレイ軸Sに沿っているスペクトル的に割り当てられたピクセルの電子制御を介して行うことができる。
第2の絞り装置23が使用される場合には、第1の絞り装置13の位置を基準に分散方向軸Dに沿った第2の絞り装置23の横方向のシフトに相当するスペクトル分散光のスペクトル部分のみがそれぞれ検出器装置24に向けられる。換言すれば第2の絞り装置23のスリット格子の横方向のシフトにより反射光のスペクトル選択が行われるので、二次元検出器装置24の一部のみが照明される。
図4は第2の絞り装置23の概略図である。第2の絞り装置23はこの場合第1の絞り装置14のスリット格子に相当し得るスリット格子23kを有することができる。分散方向軸Dに沿って一定の距離dだけ横方向にシフトすることにより第2の絞り装置23は反射光のスペクトル的に分割された一定部分を選択することができる。予め定められた異なる距離dだけ第2の絞り装置23のシフトの変化により散乱もしくは反射光の全スペクトルが検出器アレイ24aのサブアレイ26k,nのアレイ軸Sに沿って結像される。
図5は対象物16の画像のスペクトル成分の例示的結像の概略図を示す。たとえば第1の絞り装置14に対し予め定められた距離dだけ横方向にシフトされた絞り装置23が検出器アレイ24a上にスリットパターン23kを結像するものとする。このスリットパターン23kはスリットパターン25kに対してアレイ軸Sに沿ってシフトされ、同時に対象物の分散もしくは反射光の別のスペクトル範囲を検出器アレイ24aに結像する。これにより検出器装置24のサブアレイ26k,nにおける対象物16の画像点の拡大を介して同時に対象物の空間分解、すなわち対象物の画像形成と、スペクトル分解が行われる。
スペクトル画像検出はたとえば絞り装置23のスキャン的な横方向のシフト運動を介して行われる。代替的に検出器装置24のピクセルの電子制御を介してスペクトル選択を講じることも可能である。
たとえば医療分野における一定の応用に対しては分解すべきスペクトル範囲の予備選択を講じることが重要である。図6は第2の絞り装置23の概略図を示し、この絞り装置は第1のスリット格子23kのほかに第1のスリット格子23kに対し予め定めた距離だけシフトされた第2のスリット格子27kを有する。このスリット格子の数は図6では例として2つだけ示されているが、たとえば任意の数のスリット格子を多数の分解すべき波長範囲の選択に使用することも原理的には可能である。波長範囲の予備選択により第2の絞り装置23を動かす必要はもはやなくなる。なぜなら各スリット格子23kおよび27kはそれらに与えられたスペクトル分散された波長範囲を検出器アレイ24aの分離ピクセル範囲に投影できるからである。このようにしてたとえば高い光感度を有する一次元検出器アレイ24a、たとえばアバランシェホトダイオードアレイを使用することができる。なぜなら検出器装置24の予め定められたスリット範囲だけが対象物16からの光の検出に使用できるからである。考えられる応用は画像形成的組織診断における良種の組織と腫瘍組織との間のスペクトラルコントラストの獲得である。
図7は、共焦点分光計、特に図1に示した共焦点分光計100における画像形成のための方法200の概略図を示す。方法200は第1の工程201としてスリットパターンを作成するため主スリット方向の第1のスリット格子を有する第1の絞り装置への広帯域光源の結像を含む。光源はこの場合たとえば白色光源または多色光源とすることができる。光源の結像はこの場合、光源が第1のスリット格子のスリット上にこれらのスリットに割り当てられた多数の円筒レンズにより結像されるようにして行われる。
第2の工程202において結像すべき対象物へのスリットパターンの集束が行われる。第3の工程203において主スリット方向に垂直な分散軸に沿って対象物により反射された光のスペクトル分散が行われる。スペクトル分散はたとえばプリズム、回折格子、干渉フィルタまたは音響光学変調器により実施される。
第4の工程204ではスペクトル分散された反射光の検出器装置上への集束が行われる。この場合スペクトル分散光を第1のスリット格子の主スリット方向の第2のスリット格子を有する第2の絞り装置へ集束させることが可能である。この場合対象物から反射された光の分割はビームスプリッタ素子によりスリットパターンの結像の光路から行うことが可能である。
第5の工程205では対象物のスペクトル分解画像を作成するため反射光の検出が行われる。反射光の検出はたとえば二次元CCDセンサアレイ、CMOSセンサアレイまたはアバランシェホトダイオードにより実施できる。この場合対象物の反射画像点はアレイ軸に沿ってスペクトル分解される。第2の絞り装置が使用されれば、検出された光の波長の選択のために第2の絞り装置を分散軸方向に沿ってシフトすることができる。この場合検出器装置としては一次元センサアレイ、たとえば感度のよい一次元アバランシェホトダイオードアレイも使用することができ、これを第2の絞り装置と共に分散軸方向に沿ってシフトすることができる。
図8は共焦点分光計300の概略図を示す。分光計300は結像系1を含み、この結像系は光源11の光を分光分析すべき対象物16上に集束させるように設計されている。分光計300はさらに検出器系2を含み、この系は対象物16により散乱および/または反射された光を検出してそこから対象物16の画像を作成するように設計されている。
結像系1は光源11を含む。光源11は広帯域または多色光源11とすることができ、すなわち光源11は広い周波数もしくは波長範囲の光を放出する。たとえば光源11は白色光源、グローバー、ネルンストランプ、ニッケルクロムコイル、ハロゲンガス放電ランプ、キセノンガス放電ランプ、スーパールミネセンスダイオード、LEDまたは同様の多色光源とすることができる。さらに光源11の放出スペクトルを含むスペクトル波長範囲は紫外線範囲、可視光範囲および/または赤外線範囲とすることができる。
光源11から放出された光はレンズ12を介して平行光束にコリメートされ、第1の絞り装置34に向けられる。第1の絞り装置34は多数の通過孔、いわゆるピンホールの構造化配置を有することができる。この種の構造化配置の一例はたとえば図9に示したニプコー円板である。
図9の第1の絞り装置34は円板状であり通過孔35kの構造を有する。通過孔35kは円板状の同心的な種々の直径を有する軌道36kに沿って配置されているので、2つの隣接通過孔35kと35k+1は第1の絞り装置34の周囲に沿って予め定められた間隔だけ離間している。この場合通過孔35kの数は任意である。第1の絞り装置34を速く回転することにより対象物16の全体が絞り装置34の全体にわたって時間的にスキャンされる。なぜなら対象物16の各画像点は軌道36kの段階的配置により絞り装置34の一回転中に少なくとも1つの通過孔35kにより一度は通過させられるからである。絞り装置34はニプコー円板とも呼ばれる。
結像系1ではコリメートされた光がレンズ装置33のレンズ33aを介して第1の絞り装置34の通過孔に集束されるようにしている。この場合各通過孔34kにはそれぞれレンズ33aの1つが所属するようにできる。レンズ装置33はたとえば第1の絞り装置34に一体に接続することができる。レンズ33により光源11の光の大部分が第1の絞り装置34の通過孔34kの構造を対象物16上に投影するために利用される。
第1の絞り装置14を通過する光は第1の結像光学系15を介して対象物16に集束される。この場合対象物16の表面は焦点16a上に光源11の光により照明される。照明は第1の絞り装置34の回転により対象物16の全視野上で行われる。このためたとえば鏡胴レンズ15a並びに対物レンズ装置15bが使用される。
対象物16から散乱もしくは反射された光は対物レンズ装置15bにより再び結像光学系15に戻される。結像光学系15にはビームスプリッタ素子15cが配置されており、これはたとえば偏光ビームスプリッタ、干渉フィルタまたは同様の入射光線を分割する光学部材とすることができる。散乱もしくは反射光は光軸Aを有する光路を介して検出器系2に導かれる。
検出器系2はスペクトル分散素子41を有し、これは対象物の広帯域に反射された光をスペクトル分割する作用をする。分散方向軸Dはこの場合光軸Aに対し垂直にあるので、散乱もしくは反射光のスペクトル情報が分散方向軸Dに沿って分解される。分散素子41はたとえばプリズム、回折格子、ホログラフ格子、ブレーズ格子、音響光学変調器、干渉フィルタまたは同様の素子を有することができる。
スペクトル分散光は集束レンズ22を介して第2の絞り装置43に集束される。第2の絞り装置43はこの場合特に第1の絞り装置34に類似した通過孔パターン35kを有することができる。スペクトル分散光は第2の絞り装置43を通って検出器装置24上に結像される。検出器装置24はたとえば二次元CCDセンサアレイ、CMOSセンサアレイ、アバランシェホトダイオードアレイまたは同様の光に敏感なセンサ素子のマトリックスを有することができる。
第2の絞り装置43はこの場合軸Bを中心に回転できるので、通過孔の回転は第1の絞り装置34の通過孔35kの回転と一致する。これにより対象物16により反射もしくは散乱された光は第1の絞り装置43と共焦点で結像される。これは深さ選択が行われることを意味する。なぜなら焦点16の焦点深さ内にある対象物16の画像点だけが第2の絞り装置43を通って結像されるからである。
分散軸Dに沿った分散素子41のスペクトル分散により対象物16の共焦点で検出された光のスペクトル選択のためのこの分散軸Dに沿った第2の絞り装置43の横方向のシフトが行われる。換言すれば対象物16の完全な横方向の分解と同時に、第1の絞り装置34と第2の絞り装置43との間の横方向のシフトが光軸Aを基準に調整されることにより対象物16のスペクトル分解が同時に可能である。
代替的に、分散素子41の操作により光軸に関するスペクトルのシフトを達成することも可能である。たとえばプリズム41を回転するかまたは音響光学変調器41を相応に調整することができる。
図10には別の共焦点分光計400が概略図で示されている。図10の分光計400は図8の分光計300とは主として、第1の絞り装置34が共通の照明および結像装置として利用されることで区別される。このため第1の絞り装置34の後に結像光学系45が設けられ、ここでビームスプリッタ素子45a、45b、45c、45dおよびミラー素子45e、45fにより入射および反射光の種々の光路が実現される。
このためレンズ12の後に偏光器41が設けられ、光源11からの光がリニア偏光される。入射光はビームスプリッタ45a、45bを、これらが偏光ビームスプリッタ、たとえばs偏光ビームスプリッタを有するときには直線状に通過する。p偏光ビームスプリッタ45c、45d並びにミラー素子45e、45fを介して入射光は光路Wに沿って対象物に導かれる。λ/4板46により90°の偏光位相回転が行われる。
対象物16から散乱もしくは反射された光はλ/4板46により改めて90°位相シフトされるので、反射光はp偏光ビームスプリッタ45d、45cを妨げられることなく直線的に通過でき、ビームスプリッタ45bに光路Xに沿って偏向される。光路W、Xの光学的路長はこの場合同一とすることができる。光路Xには対象物の反射もしくは散乱光のスペクトル分割を行うスペクトル分散素子43、たとえばプリズムが設けられる。ビームスプリッタ45aの回転により反射もしくは散乱光のスペクトル選択が行われ、絞り装置34を介してビームスプリッタ42に導かれてそこから集束レンズ22により検出器装置24に導かれる。代替的にスペクトル分散素子41の回転により検出器装置24への結像のための波長選択を達成することも可能である。
図11には共焦点分光計、特に図8から図10に関連して説明した共焦点分光計300または400における画像形成方法500の概略図を示す。
第1の工程501では多数の通過孔の構造的配置を有する回転可能な絞り装置による広帯域光源の結像が行われる。この場合光源は白色光源または多色光源を含み得る。回転可能な絞り装置はこの場合たとえばニプコー円板を含み得る。第2の工程502では結像すべき対象物への多数の通過孔の構造的配置の結像の集束が行われる。この場合光源の結像は通過孔に所属する多数のレンズによる多数の通過孔の構造的配置への光源の結像を含み得る。
第3の工程503では対象物により反射された光のスペクトル分散が分散素子、たとえばプリズム、回折格子、干渉フィルタまたは音響光学変調器により行われる。第4の工程504では多数の通過孔の構造的配置を有する回転可能な絞り装置へのスペクトル分散された反射光の集束が行われる。この場合回転可能な絞り装置は検出された光の波長選択のため分光計の光軸に垂直にシフトされる。代替的に分散素子が検出された光の波長選択のため分光計の光軸に垂直にシフトされる。
第5の工程505では対象物のスペクトル分解された画像の作成のため回転可能な絞り装置を通過する反射光の検出が行われる。反射光の検出はCCDセンサアレイ、CMOSセンサアレイまたはアバランシェホトダイオードアレイにより実施できるので、対象物の反射画像点はアレイ軸に沿ってスペクトル分解できる。
原理、技術的効果および特徴を図面のそれぞれ1つを参照して説明してきたが、図の1つで説明した実施形態を残りの図に示した別の実施形態へ変更および修正することは簡単に可能である。
本発明は、広帯域光源、光源の前に配置され主スリット方向の第1のスリット格子を備えるとともに光源のスリット状パターンを作成するように設計された第1の絞り装置、光源のスリット状パターンを結像(撮像)すべき対象物に集束させるように設計された第1の結像光学系、および検出器系を備え、該検出器系が、対象物からの反射光を対象物のスペクトル分解された画像の作成のために検出するように設計された検出器装置と、反射光を第2の絞り装置に集束させるように設計された第2の結像光学系と、分散素子とを有し、該分散素子が第2の結像光学系の前に配置されるとともに、対象物からの反射光を分散軸に沿って第2の結像光学系の光軸と垂直方向にスペクトル分散するように設計された共焦点分光計に関する。
1 結像系
2 検出器系
11 光源
12 レンズ
13 円筒レンズ装置
14 第1の絞り装置
15 結像光学系
16 対象物
21 スペクトル分散素子
22 集束レンズ
23 第2の絞り装置
24 検出器装置
100 共焦点分光計
2 検出器系
11 光源
12 レンズ
13 円筒レンズ装置
14 第1の絞り装置
15 結像光学系
16 対象物
21 スペクトル分散素子
22 集束レンズ
23 第2の絞り装置
24 検出器装置
100 共焦点分光計
Claims (15)
- 広帯域光源(11)と、
光源(11)の前に配置され主スリット方向(R)の第1のスリット格子(14k)を備えるとともに光源(11)のスリット状パターン(25k)を作成するように設計された第1の絞り装置(14)と、
光源(11)のスリット状パターン(25k)を結像すべき対象物(16)上に集束させるように設計された第1の結像光学系(15)と、
検出器系(2)とを備え、該検出器系が、
対象物(16)から反射された光を対象物(16)のスペクトル分解された画像を作成するために検出するように設計された検出器装置(24)と、
前記反射された光を検出器装置(24)上に集束させるように設計された第2の結像光学系(22)と、
第2の結像光学系(22)の前に配置され、対象物(16)からの反射光を第2の結像光学系(22)の光軸(A)に垂直な分散軸(D)に沿ってスペクトル分散するように設計された分散素子(21)と、
を備えた共焦点分光計(100)。 - 検出器系(2)がさらに第1のスリット格子(14k)の主スリット方向(R)の第2のスリット格子(23k)を備えた第2の絞り装置(23)を有し、第2の絞り装置が分散素子(21)と検出器装置(24)との間に配置されるとともに、検出器装置(24)に当たる反射光のスペクトル選択を講じるように設計された
請求項1記載の分光計(100)。 - 第2の絞り装置(23)が検出器装置(24)に当たる反射光の波長の選択のため分散軸方向(D)に沿ってシフト可能である請求項2記載の分光計(100)。
- 第2のスリット格子(23k)が、第1のスリット格子(14k)のスリットに関して第1の予め定められた距離だけ主スリット方向(R)に垂直方向にシフトされた多数の第1のスリット(23k)と、第1のスリット格子(14k)のスリットに関して第1の距離とは異なる第2の予め定められた距離だけ主スリット方向(R)に垂直方向にシフトされた多数の第2のスリット(27k)とを有する請求項2または3記載の分光計(100)。
- 第1の絞り装置(14)が、光源(11)の光を第1のスリット格子(14k)のスリット上に結像するように設計された多数の円筒レンズ(13a)を有する請求項1から4の1つに記載の分光計(100)。
- 第1の結像光学系(15)の光路に配置されるとともに、対象物(16)の反射光を第1の結像光学系(15)の光路から検出器系(2)に向けるように設計されたビームスプリッタ素子(15c)を備えた請求項1から5の1つに記載の分光計(100)。
- 分散素子(21)がプリズム、回折格子、干渉フィルタまたは音響光学変調器を含む請求項1から6の1つに記載の分光計(100)。
- 検出器装置(24)がCCDセンサアレイ、CMOSセンサアレイまたはアバランシェホトダイオードアレイを有し、検出器装置(24)が対象物(16)の反射画像点をアレイ軸(S)に沿ってスペクトル分解するように設計されている請求項1から7の1つに記載の分光計(100)。
- 光源(11)が白色光源である請求項1から7の1つに記載の分光計(100)。
- 以下の工程、
スリットパターン(25k)を作成するため主スリット方向の第1のスリット格子(14k)を備えた第1の絞り装置(14)上に広帯域光源(11)を結像する工程(201)、
結像すべき対象物(16)上にスリットパターン(25k)を集束させる工程(202)、
対象物(16)により反射された光を主スリット方向(R)とは垂直方向の分散軸(D)に沿ってスペクトル分散する工程(203)、
スペクトル分散された反射光を検出器装置(24)上に集束させる(204)、
対象物(16)のスペクトル分解された画像の作成のため検出器装置(24)内の反射光を検出する工程(205)
を有する共焦点分光計における画像形成方法(100)。 - さらに、第1のスリット格子(14k)の主スリット方向(R)の第2のスリット格子(23k)を備えるとともに検出器装置(24)の前に配置された第2の絞り装置(23)上にスペクトル分散された反射光を集束させる工程を有する請求項10記載の方法(200)。
- さらに、検出光の波長選択のため分散軸方向(D)に沿って第2の絞り装置(23)をシフトする工程を有する請求項11記載の方法(200)。
- さらに、対象物(16)からの反射光をビームスプリッタ素子(15c)によりスリットパターンの結像の光路から分割する工程を有する請求項10から12の1つに記載の方法(200)。
- 反射光を検出する工程が、CCDセンサアレイ、CMOSセンサアレイまたはアバランシェホトダイオードアレイにより実施され、対象物(16)の反射画像点がアレイ軸(S)に沿ってスペクトル分解される請求項10から13の1つに記載の方法(200)。
- 光源(11)を結像する工程(201)が、光源(11)を第1のスリット格子のスリット上に、各スリットに割り当てられた多数の円筒レンズ(13a)により結像することを含む請求項10から14の1つに記載の方法(200)。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011083718A DE102011083718A1 (de) | 2011-09-29 | 2011-09-29 | Konfokales Spektrometer und Verfahren zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer |
DE102011083718.3 | 2011-09-29 | ||
PCT/EP2012/067421 WO2013045250A1 (de) | 2011-09-29 | 2012-09-06 | Konfokales spektrometer und verfahren zur bildgebung in einem konfokalen spektrometer |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014532173A JP2014532173A (ja) | 2014-12-04 |
JP2014532173A5 true JP2014532173A5 (ja) | 2015-07-09 |
JP6084620B2 JP6084620B2 (ja) | 2017-02-22 |
Family
ID=47002830
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014532306A Expired - Fee Related JP6084620B2 (ja) | 2011-09-29 | 2012-09-06 | 共焦点分光計および共焦点分光計における画像形成方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20140218731A1 (ja) |
EP (1) | EP2737288A1 (ja) |
JP (1) | JP6084620B2 (ja) |
DE (1) | DE102011083718A1 (ja) |
WO (1) | WO2013045250A1 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6928623B2 (ja) | 2016-07-01 | 2021-09-01 | シライト プロプライエタリー リミテッド | 分散型構造化照明を使用する共焦点顕微鏡法のための装置及び方法 |
US9606000B1 (en) * | 2016-08-10 | 2017-03-28 | Essential Products, Inc. | Ambient light sensor |
CN109945797B (zh) * | 2017-12-20 | 2024-03-26 | 北京卓立汉光仪器有限公司 | 一种表面形貌测量装置 |
CN108020171B (zh) * | 2017-12-25 | 2023-06-20 | 东莞市三姆森光电科技有限公司 | 基于光谱共焦的手机曲面外壳轮廓测量方法及其测量设备 |
TWI653440B (zh) | 2017-12-27 | 2019-03-11 | 國立臺灣大學 | 光譜影像相關比對式共焦形貌量測系統及方法 |
US10753734B2 (en) | 2018-06-08 | 2020-08-25 | Dentsply Sirona Inc. | Device, method and system for generating dynamic projection patterns in a confocal camera |
CN111879239B (zh) * | 2020-06-11 | 2022-09-02 | 东莞市神州视觉科技有限公司 | 光谱共焦测量装置及测量方法 |
CN112147622B (zh) * | 2020-09-02 | 2024-02-06 | Oppo广东移动通信有限公司 | 测距装置、测距方法、摄像头及电子设备 |
CN115876447B (zh) * | 2023-02-17 | 2023-06-06 | 聚时科技(深圳)有限公司 | 一种单波长光学器件检测装置 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5257086A (en) * | 1992-06-09 | 1993-10-26 | D.O.M. Associates Int'l | Optical spectrophotometer having a multi-element light source |
DE19510102C1 (de) * | 1995-03-20 | 1996-10-02 | Rainer Dr Uhl | Konfokales Fluoreszenzmikroskop |
ATE272224T1 (de) * | 1997-11-17 | 2004-08-15 | Max Planck Gesellschaft | Konfokales spektroskopiesystem und -verfahren |
JP2000321138A (ja) * | 1999-05-07 | 2000-11-24 | Suzuki Motor Corp | 分光計 |
EP1983331B1 (en) * | 1999-05-28 | 2011-07-13 | Yokogawa Electric Corporation | Optical system for reading a biochip |
JP2001041821A (ja) * | 1999-08-02 | 2001-02-16 | Hamamatsu Photonics Kk | スリット像検出装置 |
GB2380344B (en) * | 2000-04-26 | 2005-04-06 | Arete Associates | Very fast time resolved imaging in multiparameter measurement space |
GB0221014D0 (en) * | 2002-09-11 | 2002-10-23 | Medical Res Council | Spectral discrimination apparatus and method |
WO2005121724A2 (en) * | 2004-01-21 | 2005-12-22 | Optical Insights, Llc | Method and apparatus for multi-mode spectral imaging |
DE102004031049A1 (de) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Optische Anordnung zum spektralselektiven Nachweis von Licht eines Lichtstrahls |
DE102006007172B4 (de) * | 2006-02-08 | 2013-01-17 | Universität Stuttgart | Verfahren und Anordnung zur schnellen, ortsaufgelösten, flächigen, spektroskopischen Analyse, bzw. zum Spectral Imaging oder zur 3D-Erfassung mittels Spektroskopie |
DE102006007170B4 (de) * | 2006-02-08 | 2009-06-10 | Sirona Dental Systems Gmbh | Verfahren und Anordnung zur schnellen und robusten chromatisch konfokalen 3D-Messtechnik |
DE102007019267A1 (de) * | 2007-04-24 | 2008-10-30 | Degudent Gmbh | Messanordnung sowie Verfahren zum dreidimensionalen Messen eines Objekts |
DE102011083726A1 (de) * | 2011-09-29 | 2013-04-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Konfokales Spektrometer und Verfahren zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer |
-
2011
- 2011-09-29 DE DE102011083718A patent/DE102011083718A1/de not_active Ceased
-
2012
- 2012-09-06 JP JP2014532306A patent/JP6084620B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2012-09-06 US US14/348,514 patent/US20140218731A1/en not_active Abandoned
- 2012-09-06 EP EP12769615.1A patent/EP2737288A1/de not_active Withdrawn
- 2012-09-06 WO PCT/EP2012/067421 patent/WO2013045250A1/de active Application Filing
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6084620B2 (ja) | 共焦点分光計および共焦点分光計における画像形成方法 | |
JP5840789B2 (ja) | 共焦点分光計および共焦点分光計における画像形成方法 | |
JP2014532173A5 (ja) | ||
JP6771647B2 (ja) | 複数の目標からのオーバレイ信号の同時取得 | |
US10365218B2 (en) | Systems and methods for 4-D hyperspectral imaging | |
JP6448532B2 (ja) | 光学顕微鏡および光学顕微鏡を用いた画像記録方法 | |
US7787132B2 (en) | Method and arrangement for a rapid and robust chromatic confocal 3D measurement technique | |
JP5734191B2 (ja) | 試料を検査するための装置、特に顕微鏡 | |
JP5120873B2 (ja) | 分光計測装置及び分光計測方法 | |
EP3465157B1 (en) | Systems and methods for 4-d hyperspectral imaging | |
JP7089719B2 (ja) | 分光顕微鏡、及び分光観察方法 | |
JP5648961B2 (ja) | 分光特性測定装置及びその校正方法 | |
JP6385288B2 (ja) | 分光特性測定装置 | |
KR102135999B1 (ko) | 조명 패터닝을 이용하는 압축 감지 | |
JP7350936B2 (ja) | 高スループットハイパースペクトル画像化システム | |
US6208413B1 (en) | Hadamard spectrometer | |
US9232130B2 (en) | Multispectral camera using zero-mode channel | |
TW202014671A (zh) | 光學地量測與成像一量測物件的裝置與方法 | |
JP6484234B2 (ja) | 試料の共焦点観察のための装置 | |
JP2012047502A (ja) | 分光画像取得装置及び方法 | |
WO2011134111A1 (en) | Optical spectrometer and method for enhancing signal intensity for optical spectroscopy | |
JP2010127723A (ja) | 形状測定装置 | |
JP2023008411A (ja) | 蛍光顕微鏡装置、観察条件最適化方法、及びプログラム | |
JP5454942B2 (ja) | 分光装置とそれを用いた顕微鏡 | |
US20240003672A1 (en) | Single frame-tilted wave interferometer |