JP2019095280A - Spectroscopic measurement system and spectroscopic measurement method - Google Patents

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松本 和二
Kazutsugi Matsumoto
和二 松本
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Abstract

To provide a spectroscopic measurement system and a spectroscopic measurement method with which it is possible to examine spectral characteristics while specifying a measured portion by an image at measurement time.SOLUTION: According to the present invention, a splitter element has a splitter face and emits two images, one passing and one reflecting an incident image, separately by the splitter face. A fiber captures on the incident side a measurable range of light from one image emitted by the splitter element with a plurality of optical fibers and emits it from the emission side to a spectroscopic imaging unit. The spectroscopic imaging unit separates the light entered from the fiber into spectral components and has an image formed on a sensor, and outputs it as pictorial image information to a processing device. A camera captures the other image emitted by the splitter element as a pictorial image and outputs it to the processing device. The processing device executes the process of calculating spectral characteristics on the basis of information from the spectroscopic imaging unit, and also executes a process for causing the measurement range captured by the fiber to be displayed on the pictorial image captured by the camera.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、分光測定システム及び分光測定方法に関し、特に、撮影した画像と合わせて分光特性を測定可能な分光測定システム及び分光測定方法に関する。   The present invention relates to a spectrometry system and method, and more particularly to a spectrometry system and method capable of measuring spectral characteristics in combination with a captured image.

従来、測定対象の分光特性を調べる場合、調べる測定対象からの光をファイバから受光して分光特性を調べることができる。例えば、特許文献1には、投光ファイバを通して光を照射し、受光ファイバで受光することで、拡散光の強度スペクトルを多成分解析してHbNOの濃度を算出する装置が記載されている。また、特許文献2には、励起光の照射位置に対して相対的に移動可能な試料台を備え、複数の試料が測定できる蛍光測定装置が記載されている。   Conventionally, when the spectral characteristics of the object to be measured are examined, light from the object to be examined can be received from the fiber to examine the spectral characteristics. For example, Patent Document 1 describes an apparatus for calculating the concentration of HbNO by multi-component analysis of the intensity spectrum of diffused light by irradiating light through a light emitting fiber and receiving the light by a light receiving fiber. In addition, Patent Document 2 describes a fluorescence measurement apparatus that includes a sample holder that can move relative to the irradiation position of excitation light, and that can measure a plurality of samples.

特開平7−103888号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-103888 特開2003−294633号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-294633

しかし、従来の手法では、予め測定対象の調査部分を特定してから分光特性を調べる必要がある。さらに、その結果がどの部分の測定結果であったかは、個別のデータごとに記録しておく必要がある。特に、従来の手法であると、動的な対象に対しては、分光特性による測定結果が、どの部分のどの様な状態における測定結果であるかを、正確な記録が容易でなく、後で特定することは難しくなる。   However, in the conventional method, it is necessary to identify the investigation part to be measured in advance and then examine the spectral characteristics. Furthermore, it is necessary to record for each individual data which part the measurement result is. In particular, with the conventional method, it is not easy to accurately record, for dynamic objects, the measurement results in which part and in what state the measurement result by the spectral characteristic is the measurement result. It will be difficult to identify.

本発明は、上記課題に鑑みて、測定時の画像により測定部分を特定しながら分光特性を調べることができる分光測定システム及び分光測定方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the spectroscopy measurement system and the spectroscopy measurement method which can investigate a spectral characteristic, specifying a measurement part by the image at the time of measurement in view of the said subject.

上記目的を達成するため、代表的な本発明の分光測定システムの一つは、レンズを介して測定対象の像を入射するスプリッタ素子と、複数の光ファイバにより構成されるファイバと、2次元のセンサを備えた無収差分光器である分光イメージングユニットと、カメラと、処理装置を備え、前記スプリッタ素子は、スプリッタ面を備え、前記スプリッタ面により、入射した像を透過する像と反射する像の2つの像に分け出射し、前記ファイバは、入射側で前記スプリッタ素子が出射する一方の像を配列された複数の光ファイバで測定範囲の光をとらえて出射側から前記分光イメージングユニットに出射し、前記分光イメージングユニットは、前記ファイバから入射した光を分光して前記センサに結像させて、画像情報として前記処理装置に出力し、前記カメラは、前記スプリッタ素子が出射する他方の像を画像としてとらえて前記処理装置に出力し、前記処理装置は、前記分光イメージングユニットからの情報をもとに分光特性を算出する処理を行うと共に、前記カメラでとらえた画像に対して前記ファイバでとらえた測定範囲を表示させるための処理を行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, one of the representative spectroscopic measurement systems of the present invention comprises a splitter element for receiving an image of an object to be measured through a lens, a fiber composed of a plurality of optical fibers, and a two-dimensional A spectral imaging unit, which is an aberration-free spectroscope equipped with a sensor, a camera, and a processing device, the splitter element has a splitter surface, and the splitter surface transmits and reflects the incident image The light is split into two images, and the fiber captures the light of the measurement range with a plurality of optical fibers arranged on the incident side of one of the images emitted by the splitter element and emits the light from the exit side to the spectral imaging unit The spectral imaging unit splits light incident from the fiber and forms an image on the sensor, and outputs the image as image information to the processing device. The camera captures the other image emitted by the splitter element as an image and outputs the image to the processing device, and the processing device performs processing of calculating spectral characteristics based on information from the spectral imaging unit. And processing for displaying a measurement range captured by the fiber on an image captured by the camera.

さらに、本発明の分光測定方法の一つは、スプリッタ面を備えレンズを介して測定対象の像を入射するスプリッタ素子と、複数の光ファイバにより構成されるファイバと、2次元のセンサを備えた無収差分光器である分光イメージングユニットと、カメラと、処理装置とを用い、前記スプリッタ素子の前記スプリッタ面により、入射した像を透過する像と反射する像の2つの像に分け出射するステップと、前記ファイバにより、入射側で前記スプリッタ素子が出射する一方の像を配列された複数の光ファイバで測定範囲の光をとらえて出射側から前記分光イメージングユニットに出射するステップと、前記分光イメージングユニットにより、前記ファイバから入射した光を分光して前記センサに結像させて画像情報として前記処理装置に出力するステップと、前記カメラにより、前記スプリッタ素子が出射する他方の像を画像としてとらえて前記処理装置に出力するステップと、前記処理装置により、前記分光イメージングユニットからの情報をもとに分光特性を算出する処理を行うと共に、前記カメラでとらえた画像に対して前記ファイバでとらえた測定範囲を表示させるための処理を行うステップとを有することを特徴とする。   Furthermore, one of the spectroscopic measurement methods of the present invention comprises a splitter element having a splitter surface and having an image of the object to be measured incident through a lens, a fiber composed of a plurality of optical fibers, and a two-dimensional sensor Using the spectral imaging unit, which is an aberration-free spectroscope, a camera, and a processing device, the split surface of the splitter element splits and emits an incident image into two images, a transmitted image and a reflected image. And a step of capturing light of a measurement range by a plurality of optical fibers in which one image of the splitter element is output on the incident side by the fiber, and emitting the light from the output side to the spectral imaging unit; Splits the light incident from the fiber and forms an image on the sensor and outputs it as image information to the processing device And the step of capturing the other image emitted by the splitter element as an image by the camera and outputting the image to the processing device; and the processing device performs spectral characteristics based on the information from the spectral imaging unit. And performing processing for calculating and displaying the measurement range captured by the fiber on the image captured by the camera.

本発明によれば、分光測定システム及び分光測定方法において、測定時の画像により測定部分を特定しながら分光特性を調べることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, in the spectrometry system and the spectrometry method, it is possible to examine the spectral characteristics while specifying the measurement portion by the image at the time of measurement.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be apparent from the description of the embodiments below.

本発明の分光測定システムの一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the spectrometry system of this invention. 本発明の分光測定システムにおける光ファイバ形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical fiber shape in the spectrometry system of this invention. 本発明の分光測定システムにおける分光イメージングユニットの一例を示す透視斜視図である。It is a see-through | perspective perspective view which shows an example of the spectroscopy imaging unit in the spectroscopy measurement system of this invention. 本発明の分光測定システムにおける測定範囲の倍率を変更する場合のレンズ配置の例を示す平面図であり(a)は0.8倍、(b)は1倍、(c)は3倍の例を示す。It is a top view which shows the example of lens arrangement in the case of changing the magnification of the measurement range in the spectrometry system of this invention, and (a) is 0.8 times, (b) is 1 time, (c) is an example of 3 times. Indicates 本発明の分光測定システムにおける測定範囲の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the measurement range in the spectrometry system of this invention. 本発明の分光測定システムにおける画像と測定範囲の例を示す図であり、(a)は0.8倍、(b)は1倍、(c)は3倍の例を示す。It is a figure which shows the image in the spectrometry system of this invention, and the example of a measurement range, (a) is 0.8 times, (b) 1 time, (c) shows the example of 3 times. 本発明の分光測定システムにおける測定結果の表示例を示す図である。It is a figure which shows the example of a display of the measurement result in the spectrometry system of this invention. 本発明の分光測定システムの別実施形態を示し、(a)は第1の別実施形態におけるスプリッタ素子とファイバの接続を示し、(b)は第2の別実施形態におけるスプリッタ素子とファイバの接続を示す。The another embodiment of the spectrometry system of this invention is shown, (a) shows the connection of the splitter element and fiber in 1st other embodiment, (b) is the connection of the splitter element and fiber in 2nd other embodiment. Indicates 本発明の分光測定システムの別実施形態を示し、(a)は第3の別実施形態におけるスプリッタ素子とファイバの接続を示し、(b)は第4の別実施形態におけるスプリッタ素子とファイバの接続を示し、(c)は第5の別実施形態におけるスプリッタ素子とファイバの接続を示す。The other embodiment of the spectrometry system of this invention is shown, (a) shows the connection of the splitter element and fiber in 3rd another embodiment, (b) is the splitter element and fiber connection in 4th other embodiment. And (c) show the splitter element-fiber connection in the fifth alternative embodiment. 本発明の分光測定システムにおけるファイバの入射側の様々な配列例を示す。Fig. 6 shows various examples of the arrangement of the input side of the fiber in the spectrometry system of the present invention.

本発明を実施するための形態を説明する。   A mode for carrying out the present invention will be described.

(全体構成)
図1は、本発明の分光測定システムの一実施形態を示す構成図である。
(overall structure)
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the spectrometry system of the present invention.

分光測定システム1は、測定側レンズ11、スプリッタ素子12、倍率調節レンズ13、14、ファイバ15、分光イメージングユニット20、カメラ30、処理装置40を備えている。   The spectrometry system 1 includes a measurement side lens 11, a splitter element 12, magnification adjustment lenses 13 and 14, a fiber 15, a spectral imaging unit 20, a camera 30, and a processing device 40.

測定側レンズ11は測定対象100からの光をとらえるためのレンズであり、スプリッタ素子12の入射面12aよりも測定対象100側に構成されている。測定側レンズ11は、1つでもよいが複数を組み合わせて構成することもできる。   The measurement side lens 11 is a lens for capturing the light from the measurement object 100, and is configured closer to the measurement object 100 than the incident surface 12 a of the splitter element 12. Although the number of the measurement side lens 11 may be one, it can also be comprised combining two or more.

スプリッタ素子12は、入射した測定対象100の光による像を2つに分ける素子である。具体的にはスプリッタ面12bにより透過する像と反射する像に分ける。スプリッタ素子12は、入射面12a、スプリッタ面12b、第1出射面12c、第2出射面12dを備えている。   The splitter element 12 is an element which divides the image by the light of the measuring object 100 which injected into two. Specifically, it is divided into an image transmitted by the splitter surface 12b and an image reflected. The splitter element 12 includes an incident surface 12a, a splitter surface 12b, a first emission surface 12c, and a second emission surface 12d.

入射面12aは、測定側レンズ11からの像を入射する面であり、測定側レンズ11側(測定対象100側)に構成される。   The incident surface 12a is a surface on which an image from the measurement side lens 11 is incident, and is formed on the measurement side lens 11 side (the measurement target 100 side).

スプリッタ面12bは、入射面12aに入射される像の入射方向に対して角度を付けて構成されている。このことにより、入射した像を反射する像と透過する像に分けることができる。例えば、図1の例では45°の角度を付けており、入射方向に対して直角方向に像が反射する。また、透過する像は、入射方向のまままっすぐに透過する。   The splitter surface 12b is configured with an angle with respect to the incident direction of the image incident on the incident surface 12a. By this, the incident image can be divided into an image to be reflected and an image to be transmitted. For example, in the example of FIG. 1, the angle is 45 °, and the image is reflected in the direction perpendicular to the incident direction. Also, the transmitted image is transmitted straight as it is in the incident direction.

第1出射面12cは、透過方向の先に形成される面であり、透過方向に対して直角の面で形成される。第1出射面12cは、入射面12aの反対側に入射面12aと平行に形成することができる。これにより、第1出射面12cには、スプリッタ面12bで透過した像が結像される。   The first exit surface 12c is a surface formed earlier in the transmission direction, and is formed of a surface perpendicular to the transmission direction. The first emission surface 12c can be formed on the opposite side of the incident surface 12a in parallel with the incident surface 12a. Thereby, an image transmitted by the splitter surface 12b is formed on the first emission surface 12c.

第2出射面12dは、反射方向の先に形成される面であり、反射方向に対して直角の面で形成される。例えば、スプリッタ面12bが入射方向に対して45°の角度を形成すれば、第2出射面12dは入射面12aと直角に形成される。これにより、第2出射面12dには、スプリッタ面12bで反射した像が結像される。   The second exit surface 12d is a surface formed ahead of the reflection direction, and is formed of a surface perpendicular to the reflection direction. For example, if the splitter surface 12b forms an angle of 45 ° with the incident direction, the second emission surface 12d is formed at right angles to the incident surface 12a. Thereby, the image reflected by the splitter surface 12b is formed on the second emission surface 12d.

本実施形態では、スプリッタ素子12は立方体状の例を示しており、上から見て正方形の対角線で切断した面を合わせるような形状とすることで、上から見て正方形の対角線で形成される垂直な面をスプリッタ面12bとして形成している。スプリッタ素子12の材質、例えば、透明のガラスや樹脂で形成することができる。そして、入射面12aに対して反対側の面が第1出射面12cとなり、入射面12aに対してスプリッタ面12bを介在しない側の直角側の面が第2出射面12dとなる。   In the present embodiment, the splitter element 12 has a cubic shape, and is formed to be a diagonal of a square as viewed from above by forming a shape in which faces cut by a diagonal of the square are viewed from above. A vertical surface is formed as the splitter surface 12b. It can be formed of the material of the splitter element 12, for example, transparent glass or resin. Then, the surface on the opposite side to the incident surface 12a is the first emission surface 12c, and the surface on the right side on the side where the splitter surface 12b is not interposed to the incident surface 12a is the second emission surface 12d.

スプリッタ素子12として、ビームスプリッタやハーフミラーを適用できる。このとき、ハーフミラーであれば、スプリッタ面12bでの透過光量と反射光量を1:1に分けて形成することができる。   A beam splitter or a half mirror can be applied as the splitter element 12. At this time, in the case of a half mirror, it is possible to divide and form the transmitted light amount and the reflected light amount at the splitter surface 12 b at 1: 1.

倍率調節レンズ13、14は、スプリッタ素子12の第1出射面12cと、ファイバ15の入射側15aの間に配置されるレンズであり倍率調整機構を構成する。この倍率調整機構は、後述するように、分光測定による測定範囲を決めることができる。ここで、倍率調節レンズ13がスプリッタ素子12側に、倍率調節レンズ14がファイバ15側に配置されている。   The magnification adjustment lenses 13 and 14 are lenses disposed between the first emission surface 12 c of the splitter element 12 and the incident side 15 a of the fiber 15 and constitute a magnification adjustment mechanism. The magnification adjustment mechanism can determine the measurement range by spectrometry as described later. Here, the magnification adjustment lens 13 is disposed on the splitter element 12 side, and the magnification adjustment lens 14 is disposed on the fiber 15 side.

ファイバ15は、光を伝搬させるための複数の光ファイバにより構成される。ファイバ15の一端である入射側15aが倍率調節レンズ14側に形成される。また、ファイバ15の他端である出射側15bが分光イメージングユニット20側に形成される。スプリッタ素子12の第1出射面12cから出射される像による光は、倍率調節レンズ13、14を介して、入射側15aからファイバ15に入射され、出射側15bから分光イメージングユニット20へ出射する。ファイバ15の入射側15aは分光特性の測定範囲に合わせて配列されている。ファイバ15の出射側15bは分光イメージングユニット20に入射するために横方向に一直線に並んで配列されている。ここでこれらの光ファイバは、例えば、石英ファイバ又は多成分ファイバを採用することができる。ファイバ15における複数の光ファイバは、9以上、64以上、256以上と数を増やすことで、測定点を増やすことができる。   The fiber 15 is composed of a plurality of optical fibers for propagating light. The incident side 15a which is one end of the fiber 15 is formed on the magnification adjusting lens 14 side. In addition, an emission side 15 b which is the other end of the fiber 15 is formed on the side of the spectral imaging unit 20. The light by the image emitted from the first emission surface 12 c of the splitter element 12 is incident on the fiber 15 from the incident side 15 a through the magnification adjustment lenses 13 and 14, and is emitted to the spectral imaging unit 20 from the emission side 15 b. The incident side 15a of the fiber 15 is arranged in accordance with the measurement range of the spectral characteristic. The output side 15 b of the fiber 15 is aligned in the lateral direction in order to be incident on the spectral imaging unit 20. Here, as these optical fibers, for example, quartz fibers or multicomponent fibers can be adopted. The number of measurement points can be increased by increasing the number of optical fibers in the fiber 15 to 9 or more, 64 or more, 256 or more.

分光イメージングユニット20は、後述する無収差分光器であり、センサ26及び画像処理部27を備えている。分光イメージングユニット20を用いて分光特性が測定される。分光イメージングユニット20でとらえる光は、可視光線だけでなく、赤外線・紫外線も含めることができる。   The spectral imaging unit 20 is an aberration free spectroscope described later, and includes a sensor 26 and an image processing unit 27. Spectral characteristics are measured using the spectral imaging unit 20. The light captured by the spectral imaging unit 20 can include infrared light and ultraviolet light as well as visible light.

カメラ30は、第2出射面12dに出射した像をとらえるカメラであり、動画として動的にとらえることができる。カメラ30は、例えば、ボードカメラ等を適用でき、カラーもしくはモノクロで像をとらえることができる。カメラ30内の構成としては、レンズや撮像素子等で構成される。カメラ30は、例えば、1秒に30フレームや800フレーム等、また、それ以上のスピードで画像をとらえることができる。   The camera 30 is a camera for capturing an image emitted to the second emission surface 12 d, and can be captured dynamically as a moving image. For example, a board camera or the like can be applied to the camera 30, and an image can be captured in color or monochrome. The configuration of the camera 30 is configured of a lens, an imaging device, and the like. The camera 30 can capture an image at, for example, 30 frames or 800 frames per second, or more.

処理装置40は、分光イメージングユニット20とは接続線41で接続され、カメラ30とは接続線42で接続されている。ここで、接続線41、42は、標準的なインターフェースを使用でき、例えば、USB2.0、USB3.0、カメラリンク、GigE、光通信形態等を適用できる。処理装置40は、カメラ30でとらえる映像のフレームごとに、対応するファイバ15でとらえる光の測定範囲を重ね合わせる処理を行うことができる。このとき、第1出射面12cと第2出射面12dでは像が左右逆になるので、これらのことも含めて適切な位置関係になるように調整する処理を行う。さらに、処理装置40は、分光イメージングユニット20のセンサ26が取得した情報に基づき、測定範囲における、測定対象100の分光特性を解析することができる。このため、処理装置40は、カメラ30でとらえた画像に対する、ファイバ15でとらえる測定範囲を重ね合わせて、その測定結果を解析することができる。また、カメラ30と同様に、センサ26も1秒間に30フレームや800フレームのスピードで、また、それ以上のスピードで各々部位ごとのスペクトル情報をとらえることができる。   The processing device 40 is connected to the spectral imaging unit 20 by a connection line 41, and to the camera 30 by a connection line 42. Here, as the connection lines 41 and 42, standard interfaces can be used, and for example, USB 2.0, USB 3.0, camera link, GigE, optical communication mode and the like can be applied. The processing device 40 can perform processing for superposing the light measurement range captured by the corresponding fiber 15 for each frame of the image captured by the camera 30. At this time, since the images on the first emission surface 12c and the second emission surface 12d are reversed in the left and right direction, adjustment processing is performed to obtain an appropriate positional relationship including these matters. Furthermore, the processing device 40 can analyze the spectral characteristics of the measurement target 100 in the measurement range based on the information acquired by the sensor 26 of the spectral imaging unit 20. For this reason, the processing apparatus 40 can superimpose the measurement range captured by the fiber 15 on the image captured by the camera 30 and analyze the measurement result. Further, like the camera 30, the sensor 26 can also capture spectral information for each part at a speed of 30 frames or 800 frames per second, and at a speed higher than that.

処理装置40としては、例えば、パソコンやサーバ等のデータ処理を行えるコンピュータを適用でき、このコンピュータにプログラムを導入して、そのための処理を行わせる。上記の処理は、処理装置40内部の処理部で処理される。ここで、処理部は、CPU等のマクロプロセッサやメモリ等で構成される。処理装置40のOSは、Windows、MACOS、UNIX(登録商標)等を適用でき、適用するプログラムに使用するプログラミング言語もVisualBasic、C++等でよい。   For example, a computer that can perform data processing such as a personal computer or a server can be applied as the processing device 40, and a program is introduced to this computer to perform processing for that. The above processing is processed by a processing unit in the processing device 40. Here, the processing unit is configured of a macro processor such as a CPU, a memory, and the like. The OS of the processing device 40 may be Windows, MACOS, UNIX (registered trademark) or the like, and the programming language used for the program to be applied may be Visual Basic, C ++ or the like.

処理装置40は、表示部40aを備えていてもよい。処理部の処理により表示部40aでカメラ30の画像やその画像に対するそのときの測定範囲や分光特性の測定結果を表示させることができる。表示部40aは、例えば、液晶や有機EL等によるディスプレイが適用できる。また、表示部40aは、別体で構成してもよい。また、処理装置40は、記憶部を内部に備えていてもよく、ここに、映像や測定結果を記憶させる。記憶部としては、例えば、HDD(ハードディスクドライブ)やSSD(ソリッドステートドライブ)等、必要に応じて様々な方式の記憶装置が適用される。   The processing device 40 may include the display unit 40a. By the processing of the processing unit, the display unit 40a can display the image of the camera 30 and the measurement result of the measurement range and the spectral characteristic at that time with respect to the image. As the display unit 40a, for example, a display using liquid crystal or organic EL can be applied. In addition, the display unit 40a may be configured separately. In addition, the processing device 40 may have a storage unit inside, and stores an image and a measurement result here. As the storage unit, for example, storage devices of various types such as a hard disk drive (HDD) and a solid state drive (SSD) may be applied as needed.

また、処理装置40は、タブレット、スマートフォン等でも適用できる。この場合のOSはそのハードの準じた一般的なもの(アンドロイドやiOS等)を使用でき、適用するプログラムに使用するプログラミング言語も上述した言語を含む標準的なものを適用できる。また、接続線41、接続線42を用いずに、カメラ30と処理装置40、画像処理部27と処理装置40の間は、無線による通信で情報をやりとりする構成としてもよい。   Moreover, the processing apparatus 40 is applicable also to a tablet, a smart phone, etc. The OS in this case can be a general one based on the hardware (such as Android or iOS), and the programming language used for the program to be applied can be a standard one including the above-mentioned languages. In addition, without using the connection line 41 and the connection line 42, information may be exchanged by wireless communication between the camera 30 and the processing device 40, and between the image processing unit 27 and the processing device 40.

(ファイバの形状)
図2は、本発明の分光測定システムにおけるファイバ形状の一例を示す図である。
(Fiber shape)
FIG. 2 is a view showing an example of a fiber shape in the spectrometry system of the present invention.

図2に示すように、ファイバ15の入射側15aは、端部を揃えて分光特性の測定範囲に合わせた形状に配列することができる。図2では光ファイバの一端部を縦8個×横8個、合計64個を正方形に配列した構成例を示している。また、ファイバ15の出射側15bは光ファイバの他端部を揃えて64個一列に並べる構成としている。一列に配列することは、分光イメージングユニット20に入射させるための配列構成である。このように、複数の光ファイバで形成されるファイバ15は、入射側15aと出射側15bの配列構成を目的に応じて変更して形成することができる。   As shown in FIG. 2, the incident side 15a of the fiber 15 can be arranged in a shape in which the end portions are aligned and matched to the measurement range of the spectral characteristic. FIG. 2 shows a configuration example in which one end portion of the optical fiber is arranged in a square form of 8 pieces × 8 pieces, 64 pieces in total. Further, on the output side 15 b of the fiber 15, the other ends of the optical fibers are aligned and arranged in a line of 64. Aligning in a row is an array configuration for incidence on the spectral imaging unit 20. Thus, the fibers 15 formed of a plurality of optical fibers can be formed by changing the arrangement configuration of the incident side 15 a and the output side 15 b according to the purpose.

(分光イメージングユニット)
図3は、本発明の分光測定システムにおける分光イメージングユニットの一例を示す透視斜視図である。
(Spectroscopic imaging unit)
FIG. 3 is a transparent perspective view showing an example of a spectral imaging unit in the spectrometry system of the present invention.

図3に示すように、分光イメージングユニット20は、ファイバ15の出射側15bと接続されており、組合せ凸レンズ21、プリズム22、グレーティング23、プリズム24、組合せ凸レンズ25、センサ26を長手方向にこの順で備えている無収差分光器である。また、分光イメージングユニット20は、画像処理部27を備えており、センサ26で受光した情報を画像情報とする等の処理を行う。ファイバ15は、分光イメージングユニット20と接続されるが、ファイバ15の出射側15bでは、各々の光ファイバが2次元のセンサ26の上下の中心の位置で横方向に並ぶように設定される。   As shown in FIG. 3, the spectral imaging unit 20 is connected to the output side 15 b of the fiber 15, and the combination convex lens 21, the prism 22, the grating 23, the prism 24, the combination convex lens 25 and the sensor 26 in this order in the longitudinal direction It is an aberration free spectroscope equipped with. The spectral imaging unit 20 also includes an image processing unit 27, and performs processing such as processing of information received by the sensor 26 as image information. The fibers 15 are connected to the spectral imaging unit 20. On the output side 15b of the fibers 15, the optical fibers are set to be aligned laterally at the upper and lower centers of the two-dimensional sensor 26.

プリズム22は、垂直面22bがグレーティング23側で、斜面22aが組合せ凸レンズ21側の向きで配置されている。プリズム24は、垂直面24bがグレーティング23側で、斜面24aが組合せ凸レンズ25側の向きで配置されている。プリズム22、24は、角度補正用のプリズムである。グレーティング23は、波長分散のためのグレーティングである。センサ26は2次元の光センサである。例えば、CCDカメラやCMOS等、シリコンやInGaAs、MCT等を材料としたモノクロカメラによるセンサを適用できる。ここでのモノクロカメラの本体は、画像処理部27に相当する。   In the prism 22, the vertical surface 22 b is on the grating 23 side, and the inclined surface 22 a is on the combination convex lens 21 side. In the prism 24, the vertical surface 24 b is on the grating 23 side, and the inclined surface 24 a is on the side of the combination convex lens 25. The prisms 22 and 24 are prisms for angle correction. The grating 23 is a grating for wavelength dispersion. The sensor 26 is a two-dimensional light sensor. For example, a sensor using a monochrome camera made of silicon, InGaAs, MCT or the like such as a CCD camera or CMOS can be applied. The main body of the monochrome camera here corresponds to the image processing unit 27.

ファイバ15からの光線は組合せ凸レンズ21、プリズム22、グレーティング23、プリズム24を通して、分散され、最後に組合せ凸レンズ25を通して、+1次光あるいは、−1次光の光が水平にセンサ26に集光される様に設計されている。   The light from the fiber 15 is dispersed through the combination convex lens 21, the prism 22, the grating 23, and the prism 24, and finally the light of the + first order light or the minus first order light is horizontally collected by the sensor 26 through the combination convex lens 25. It is designed to

このように分光イメージングユニット20によって、センサ26に空間情報が保存される。波長毎のエネルギー情報は、波長毎に分解されて、2次元のセンサ26に収斂される形をとる。分光イメージングユニット20内で、ファイバ15の入射ポイント(測定点毎)ごとの空間情報が保存されるため、結果的に、入射ポイントの測定点ごとに波長分散された信号量を捉えることが可能になる。ここでは、センサ26に結像される二次元画像は、横方向は対応する各々の測定点ごとの情報となり、縦方向は各光ファイバに対する波長ごとの光の光量を調べることができる。このように、測定点ごとに波長分散された信号量を捉えることが可能になる。この情報は図1で示した処理装置40に出力される。   Thus, spatial information is stored in the sensor 26 by the spectral imaging unit 20. The energy information for each wavelength is decomposed for each wavelength and converged in a two-dimensional sensor 26. Since spatial information for each incident point (each measurement point) of the fiber 15 is stored in the spectral imaging unit 20, as a result, it is possible to capture the amount of wavelength-dispersed signal for each measurement point of the incident point. Become. Here, in the two-dimensional image formed on the sensor 26, the horizontal direction is information for each corresponding measurement point, and the vertical direction can check the amount of light for each wavelength for each optical fiber. Thus, it becomes possible to capture the amount of wavelength-dispersed signal for each measurement point. This information is output to the processing device 40 shown in FIG.

(測定範囲の変更)
図4は、本発明の分光測定システムにおける測定範囲の倍率を変更する場合のレンズ配置の例を示す平面図であり(a)は0.8倍、(b)は1倍、(c)は3倍の例を示す。
(Change of measurement range)
FIG. 4 is a plan view showing an example of lens arrangement in the case of changing the magnification of the measurement range in the spectrometry system of the present invention, where (a) is 0.8 times, (b) is 1 and (c) is Here is a threefold example.

図4に示すようにスプリッタ素子12の第1出射面12cと、ファイバ15の入射側15aの間における、倍率調整機構である倍率調節レンズ13と倍率調節レンズ14の位置を変えることで、測定範囲を変更することができる。なお、第1出射面12cと入射側15aの距離はいずれも等しい。   As shown in FIG. 4, by changing the positions of the magnification adjustment lens 13 and the magnification adjustment lens 14 which are magnification adjustment mechanisms between the first emission surface 12c of the splitter element 12 and the incident side 15a of the fiber 15, the measurement range Can be changed. The distance between the first exit surface 12c and the incident side 15a is equal to each other.

図4(a)は、倍率を0.8倍にした測定範囲で、測定範囲は広く設定される。すなわち、第1出射面12cの広い範囲をとらえて、ファイバ15の入射側15aへ入射させる。この場合、倍率調節レンズ13及び倍率調節レンズ14は、図4(b)(c)よりもファイバ15の入射側15a側に配置される。   In FIG. 4A, the measurement range is set wide in the measurement range in which the magnification is 0.8. That is, the wide range of the first emission surface 12 c is captured and made incident on the incident side 15 a of the fiber 15. In this case, the magnification adjustment lens 13 and the magnification adjustment lens 14 are disposed closer to the incident side 15 a of the fiber 15 than in FIGS. 4 (b) and 4 (c).

図4(b)は、倍率を1倍にした測定範囲で、測定範囲はファイバ15の入射側15aの配置の範囲と同じ範囲に設定される。この場合、倍率調節レンズ13と倍率調節レンズ14は、それぞれ、図4(a)と図4(c)における倍率調節レンズ13と倍率調節レンズ14に比べて中間の位置に配置される。   In FIG. 4B, the measurement range is set to the same range as the arrangement range of the incident side 15 a of the fiber 15 in the measurement range in which the magnification is 1 ×. In this case, the magnification adjustment lens 13 and the magnification adjustment lens 14 are disposed at intermediate positions as compared with the magnification adjustment lens 13 and the magnification adjustment lens 14 in FIGS. 4A and 4C, respectively.

図4(c)は、倍率を3倍にした測定範囲で、測定範囲は狭く設定される。すなわち、第1出射面12cの狭い範囲をとらえて、ファイバ15の入射側15aへ入射させる。この場合、倍率調節レンズ13及び倍率調節レンズ14は、図4(a)(b)よりもスプリッタ素子12の第1出射面12c側に配置される。   In FIG. 4C, the measurement range is set narrow in the measurement range in which the magnification is tripled. That is, the narrow range of the first emission surface 12 c is captured and made incident on the incident side 15 a of the fiber 15. In this case, the magnification adjustment lens 13 and the magnification adjustment lens 14 are disposed closer to the first emission surface 12 c of the splitter element 12 than in FIGS. 4 (a) and 4 (b).

図5は、本発明の分光測定システムにおける測定範囲の例を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing an example of the measurement range in the spectrometry system of the present invention.

図5では、スプリッタ素子12の一面に、第2出射面12dでとらえるカメラ30における撮影範囲51と、第1出射面12cでとらえる0.8倍測定範囲52、1倍測定範囲53、3倍測定範囲54を並べて示した図である。各測定範囲は図4(a)(b)(c)で説明した倍率における測定範囲と対応している。図5に示すように、撮影範囲51に対して、0.8倍測定範囲52、1倍測定範囲53、3倍測定範囲54とその範囲が狭くなっていることが分かる。ここで、各範囲の中心は合わせてあるため、撮影範囲51の中心からどの範囲を測定するかを決めることができる。   In FIG. 5, the imaging range 51 of the camera 30 captured by the second emission surface 12 d and the 0.8 × measurement range 52 captured by the first emission surface 12 c, the 1 × measurement range 53, and 3 × measurement on one surface of the splitter element 12. It is the figure which arranged the range 54 and showed it. Each measurement range corresponds to the measurement range at the magnification described in FIGS. 4 (a), (b) and (c). As shown in FIG. 5, it can be seen that the 0.8 × measurement range 52, the 1 × measurement range 53, and the 3 × measurement range 54 and their ranges are narrower than the imaging range 51. Here, since the centers of the respective ranges are aligned, it is possible to determine which range is to be measured from the center of the imaging range 51.

(測定範囲の変更の具体例)
図6は、本発明の分光測定システムにおける画像と測定範囲の例を示す図であり、(a)は0.8倍、(b)は1倍、(c)は3倍の例を示す。
(Specific example of change of measurement range)
FIG. 6 is a diagram showing an example of an image and a measurement range in the spectrometry system of the present invention, in which (a) shows an example of 0.8, (b) shows 1 and (c) shows 3 times.

図6に示すように、魚の目の付近を測定する場合について図5で説明した測定範囲に対応して説明する。ここでは、ファイバ15の入射側15aの配列が縦5個×横7個の合計35個の光ファイバを用いた場合の例について示している。   As shown in FIG. 6, the case of measuring the vicinity of a fish's eye will be described corresponding to the measurement range described in FIG. Here, an example in which the arrangement of the incident side 15 a of the fiber 15 is a total of 35 optical fibers of 5 in length × 7 in width is shown.

図6(a)の0.8倍の測定範囲52、図6(b)の1倍の測定範囲53、図6(c)の3倍の測定範囲54と行くに従い、撮影範囲51に対する測定範囲は狭くなる。ここで、測定点の数は35(縦5×横7)で共通であるので、図6(a)、図6(b)、図6(c)に行くに従い、それだけ細かい範囲(編み目の小さい範囲)ごとで分光特性を調べることが可能となる。例えば、図6(a)であれば、魚の目の周りを含めた広めの範囲について調べることができ、図6(c)であれば、魚の目に特化した細かい情報を調べることができる。   As the measurement range 52 of 0.8 times that in FIG. 6A, the measurement range 53 that is 1 times that of FIG. 6B, and the measurement range 54 that is three times that of FIG. Becomes narrower. Here, since the number of measurement points is common to 35 (5 vertical × 7 horizontal), the smaller the range (the stitch size is smaller as it goes to FIGS. 6 (a), 6 (b) and 6 (c) It is possible to examine spectral characteristics for each range. For example, if it is FIG. 6 (a), it can investigate about the wide range including the circumference | surroundings of fish eyes, and if it is FIG. 6 (c), the detailed information specialized in the fish eyes can be investigated.

また、図6で示されるように撮影範囲51と合わせて各測定範囲52、53、54を示すことで、どの範囲の分光特性を調べているかが即座に分かることになる。   Further, by showing the measurement ranges 52, 53, 54 together with the imaging range 51 as shown in FIG. 6, it is possible to immediately know which range of spectral characteristics are being examined.

(測定結果の表示例)
図7は、本発明の分光測定システムにおける測定結果の表示例を示す図である。
(Display example of measurement result)
FIG. 7 is a view showing a display example of measurement results in the spectrometry system of the present invention.

図7では、処理装置40の処理部での処理により分光特性の測定結果や測定範囲を表示部40aで表示させる例を示している。画面表示80には、左側にa*b*表示81、Δa*Δb*表示82を上下に表示し、右側の上に全スペクトル表示83とその下に、画像と測定範囲の表示84、時間と特定成分量の表示85を横に並べて表示させている。   FIG. 7 illustrates an example in which the measurement result and the measurement range of the spectral characteristic are displayed on the display unit 40a by the processing in the processing unit of the processing device 40. On the screen display 80, a * b * display 81 and Δa * Δb * display 82 are displayed up and down on the left side, full spectrum display 83 on the right side and an image and measurement range display 84 and time below it. The display 85 of the specific component amount is displayed side by side.

a*b*表示81は、色空間におけるa*b*表色素の表示例であり、測定点の光がどの色に属しているかを示すことができる。Δa*Δb*表示82は、a*、b*の差であるΔa*、Δb*を表として表している。これらは、分光イメージングユニット20で測定される各測定点の波長より調べることができる。   The a * b * display 81 is a display example of the a * b * surface pigment in the color space, and can indicate to which color the light of the measurement point belongs. The Δa * Δb * display 82 represents Δa * and Δb *, which are differences between a * and b *, as a table. These can be examined from the wavelength of each measurement point measured by the spectral imaging unit 20.

全スペクトル表示83は、測定点ごとのスペクトル表示を表すものである。これらは、入射側15aの配列と同じ配列で対応して分かり易く表示させることができる。図7では、縦8個×横8個の合計64個の測定点の例を示している。各測定点のスペクトルは、分光イメージングユニット20で測定される各測定点の波長から算出することができる。   The full spectrum display 83 represents a spectrum display for each measurement point. These can be displayed in an easy-to-understand manner in the same arrangement as the arrangement on the incident side 15a. FIG. 7 shows an example of a total of 64 measurement points of 8 vertical × 8 horizontal. The spectrum of each measurement point can be calculated from the wavelength of each measurement point measured by the spectral imaging unit 20.

画像と測定範囲の表示84は、図6と同様に、撮影範囲(画像)に対するファイバ15等を介して測定する分光特性の測定範囲の表示を行っている。   The display 84 of the image and the measurement range is the display of the measurement range of the spectral characteristic to be measured via the fiber 15 or the like with respect to the imaging range (image), as in FIG.

時間と特定成分量の表示85は、測定される時間ごとの特定の成分の変化を表したグラフである。例えば、特定の主成分AとBを、分光イメージングユニット20から測定される測定点ごとの波長から導き出すことができる。これは、特定の主成分AとBが示す光の波長の特徴をとらえることで、その成分が時間ごとにどの程度含まれているかを調べることで算出することができる。   The display 85 of the time and the specific component amount is a graph showing the change of the specific component with respect to time measured. For example, specific principal components A and B can be derived from the wavelength for each measurement point measured from the spectral imaging unit 20. This can be calculated by examining the characteristics of the wavelength of light indicated by the specific principal components A and B, and examining how much the component is contained in each time.

(作用)
分光測定システム1の作用について説明する。図1に示すように測定対象100からの像をとらえた光は測定側レンズ11を介してスプリッタ素子12に入射する。そして、スプリッタ素子12のスプリッタ面12bにより反射する光と透過する光に分けられる。ここで、透過した光は第1出射面12cに出射し、反射した光は第2出射面12dに出射する。
(Action)
The operation of the spectrometry system 1 will be described. As shown in FIG. 1, light obtained by capturing an image from the measuring object 100 is incident on the splitter element 12 through the measuring lens 11. Then, the light is divided into light reflected by the splitter surface 12 b of the splitter element 12 and transmitted light. Here, the transmitted light is emitted to the first emission surface 12c, and the reflected light is emitted to the second emission surface 12d.

そして、第1出射面12cに出射した光は、倍率調節レンズ13、14を介してファイバ15の入射側15aに入射する。このとき、入射する範囲を倍率調節レンズ13、14により調整することができる。そして、入射した光はファイバ15を介して分光イメージングユニット20に入射する。分光イメージングユニット20では、図3に示す構成により、二次元画像としてセンサ26に結像される。ここでは、各々の測定点に対する波長ごとの光の光量の情報を得ることができる。そして、これらの情報は、接続線41を介して処理装置40に送られる。   Then, the light emitted to the first emission surface 12 c is incident on the incident side 15 a of the fiber 15 through the magnification adjustment lenses 13 and 14. At this time, the incident range can be adjusted by the magnification adjustment lenses 13 and 14. Then, the incident light enters the spectral imaging unit 20 through the fiber 15. The spectral imaging unit 20 forms an image on the sensor 26 as a two-dimensional image according to the configuration shown in FIG. Here, it is possible to obtain information on the amount of light of each wavelength for each measurement point. Then, these pieces of information are sent to the processing device 40 via the connection line 41.

また、第2出射面12dに出射した光は、全体の画像を映像としてカメラ30でとらえる。そしてこの情報は、接続線42を介して処理装置40に送られる。   The light emitted to the second emission surface 12d is captured by the camera 30 as an image of the entire image. This information is then sent to the processing unit 40 via the connection line 42.

処理装置40では、カメラ30でとらえる映像のフレームごとに、分光イメージングユニット20を介して送られるファイバ15でとらえる測定範囲の情報を重ね合わせる処理を行う。さらに、測定範囲における、測定対象100の分光特性を解析することができ、カメラ30の映像や分光特性の測定範囲や測定結果を表示部40aに表示させることができる。   The processing device 40 performs processing of superposing, on each frame of an image captured by the camera 30, information of a measurement range captured by the fiber 15 transmitted through the spectral imaging unit 20. Furthermore, it is possible to analyze the spectral characteristics of the measurement target 100 in the measurement range, and to display the image of the camera 30, the measurement range of the spectral characteristics and the measurement results on the display unit 40a.

これらの構成により観測者は、映像におけるどの位置のどの状態における分光特性の測定結果の情報であるかを知ることができる。さらに、図4に示した、倍率調節レンズ13、14による倍率調整機構により、ふさわしい倍率に変更することができる。   With these configurations, the observer can know which position of the image in which state the information of the measurement result of the spectral characteristic is. Further, the magnification can be changed to an appropriate magnification by the magnification adjustment mechanism using the magnification adjustment lenses 13 and 14 shown in FIG. 4.

(第1、第2の別実施形態)
図8は、本発明の分光測定システムの別実施形態を示し、(a)は第1の別実施形態におけるスプリッタ素子とファイバの接続を示し、(b)は第2の別実施形態におけるスプリッタ素子とファイバの接続を示す。第1、第2の別実施形態では、図1〜7で説明した実施形態と異なる点について主に説明し、同一の箇所には同一の符号を付してあり、特に説明がない部分は同じ説明を省略している。
(First and second alternative embodiments)
FIG. 8 shows another embodiment of the spectrometry system of the present invention, where (a) shows the splitter element-fiber connection in the first alternative embodiment, and (b) shows the splitter element in the second alternative embodiment. And fiber connections. In the first and second alternative embodiments, points different from the embodiments described in FIGS. 1 to 7 will be mainly described, and the same parts are denoted by the same reference numerals, and parts that are not particularly described are the same. The explanation is omitted.

図8(a)の第1の別実施形態では、図1、4で示した、倍率調節レンズ13、14は用いず、ファイバ15の入射側15aを直接、スプリッタ素子12の第1出射面12cに当てる構成である。これにより、スプリッタ素子12の第1出射面12cで出射した像の光を直接、入射側15aからファイバ15に入射する構成である。ここでは、倍率の調節は行えないものの、倍率調節レンズ13、14を用いないため、簡易でコストを抑えた構成とすることができる。なお、入射側15aでとらえる光の測定範囲は、入射側15aの光ファイバの配列範囲そのものとなり、図4(b)の1倍と同様となる。   In the first alternative embodiment of FIG. 8A, the magnification adjustment lenses 13 and 14 shown in FIGS. 1 and 4 are not used, and the incident side 15a of the fiber 15 is directly connected to the first exit surface 12c of the splitter element 12. The structure Thus, the light of the image emitted at the first emission surface 12 c of the splitter element 12 is directly incident on the fiber 15 from the incident side 15 a. Here, although the magnification adjustment can not be performed, since the magnification adjustment lenses 13 and 14 are not used, the configuration can be simplified and the cost can be reduced. In addition, the measurement range of the light caught by the incident side 15a turns into the arrangement range of the optical fiber of the incident side 15a itself, and becomes the same as 1 time of FIG.4 (b).

図8(b)の第2の別実施形態では、図1、4で示した、倍率調節レンズ13、14の代わりに個別調節レンズ61を用いる構成である。個別調節レンズ61は、ファイバ15における複数の光ファイバごとに、ファイバ15の入射側15aと、スプリッタ素子12の第1出射面12cの間に配置される。この個別調節レンズ61は、光ファイバの数だけ用意される。これにより、用いるレンズの数は多くなるものの光ファイバ毎の細やかな調整も可能となる。   In the second alternative embodiment of FIG. 8B, the individual adjustment lens 61 is used instead of the magnification adjustment lenses 13 and 14 shown in FIGS. The individual adjustment lens 61 is disposed between the incident side 15 a of the fiber 15 and the first exit surface 12 c of the splitter element 12 for each of the plurality of optical fibers in the fiber 15. The individual adjustment lenses 61 are prepared for the number of optical fibers. As a result, although the number of lenses used is increased, fine adjustment for each optical fiber is also possible.

(第3〜第5の別実施形態)
図9は、本発明の分光測定システムの別実施形態を示し、(a)は第3の別実施形態におけるスプリッタ素子とファイバの接続を示し、(b)は第4の別実施形態におけるスプリッタ素子とファイバの接続を示し、(c)は第5の別実施形態におけるスプリッタ素子とファイバの接続を示す。第3〜第5の別実施形態では、図1〜7で説明した実施形態と異なる点について主に説明し、同一の箇所には同一の符号を付してあり、特に説明がない部分は同じ説明を省略している。
(Third to fifth alternative embodiments)
FIG. 9 shows another embodiment of the spectrometry system of the present invention, wherein (a) shows the splitter element-fiber connection in the third embodiment, and (b) shows the splitter element in the fourth embodiment. And (c) show the splitter element-fiber connection in the fifth alternative embodiment. In the third to fifth alternative embodiments, points different from the embodiment described in FIGS. 1 to 7 will be mainly described, and the same parts are denoted by the same reference numerals, and parts that are not particularly described are the same. The explanation is omitted.

図9(a)(b)(c)の第3〜第5の別実施形態では、倍率調節レンズ13、14は用いず、ファイバ15の入射側15aと、スプリッタ素子12の第1出射面12cの間に介在部材71、72、73を介在させる構成である。これらは、内部がファイバ状となっているファイバオプティクスプレートを適用できる。これらの介在部材71、72、73を変更することで分光特性の測定範囲を変更することができる。   In the third to fifth alternative embodiments of FIGS. 9 (a), (b) and (c), the magnification adjustment lenses 13 and 14 are not used, and the incident side 15a of the fiber 15 and the first emission surface 12c of the splitter element 12 The interposing members 71, 72, 73 intervene between the two. These can be applied to a fiber optic plate having a fiber inside. By changing these intervening members 71, 72, 73, the measurement range of the spectral characteristics can be changed.

図9(a)の第3の別実施形態では、介在部材71では、スプリッタ素子側71aでファイバ側71bよりも細く形成されており、スプリッタ素子側71a端部をスプリッタ素子12の第1出射面12cに当てている。また、介在部材71のファイバ側71bでは、ファイバ15の入射側15aと接続されており、ファイバ15の入射側15aに対応した大きさに形成されている。この介在部材71により、スプリッタ素子側71aに出射した像の狭い範囲をファイバ15へ入射させることができる。これにより、図4(c)で示した倍率が1より高い場合の測定範囲に準じた測定を行うことができる。   In the third alternative embodiment of FIG. 9A, the intervening member 71 is formed thinner than the fiber side 71b at the splitter element side 71a, and the end of the splitter element side 71a is the first emission surface of the splitter element 12 I am relying on 12c. The fiber side 71 b of the intervening member 71 is connected to the incident side 15 a of the fiber 15, and is formed to have a size corresponding to the incident side 15 a of the fiber 15. With this interposition member 71, a narrow range of the image emitted to the splitter element side 71a can be made incident on the fiber 15. Thereby, the measurement according to the measurement range in case the magnification shown in FIG.4 (c) is higher than 1 can be performed.

図9(b)の第4の別実施形態では、介在部材72では、スプリッタ素子側72aはファイバ側72bよりも太く形成されており、スプリッタ素子側72a端部をスプリッタ素子12の第1出射面12cに当てている。また、介在部材72のファイバ側72bでは、ファイバ15の入射側15aと接続されており、ファイバ15の入射側15aに対応した大きさに形成されている。この介在部材72により、スプリッタ素子側72aに出射した像の広い範囲をファイバ15へ入射させることができる。これにより、図4(a)で示した倍率が1より低い場合の測定範囲に準じた測定を行うことができる。   In the fourth alternative embodiment of FIG. 9B, in the intervening member 72, the splitter element side 72a is formed thicker than the fiber side 72b, and the end of the splitter element side 72a is the first emission surface of the splitter element 12 I am relying on 12c. The fiber side 72 b of the interposing member 72 is connected to the incident side 15 a of the fiber 15, and is formed to have a size corresponding to the incident side 15 a of the fiber 15. By this interposition member 72, a wide range of the image emitted to the splitter element side 72a can be made incident on the fiber 15. Thereby, the measurement according to the measurement range in the case where the magnification shown in FIG. 4A is lower than 1 can be performed.

図9(c)の第5の別実施形態では、介在部材73では、スプリッタ素子側73aはファイバ側73bと同じ太さに形成されており、スプリッタ素子側73a端部をスプリッタ素子12の第1出射面12cに当てている。この介在部材73により、スプリッタ素子側72aに出射した像をファイバ15の入射側15aと同じ範囲をファイバ15へ入射させることができる。これにより、図4(b)で示した倍率が1と同じ場合の測定範囲と同様の測定を行うことができる。   In the fifth alternative embodiment of FIG. 9C, in the intervening member 73, the splitter element side 73a is formed to have the same thickness as the fiber side 73b, and the end of the splitter element side 73a is the first of the splitter elements 12 It is applied to the emitting surface 12c. The intervening member 73 allows the image emitted to the splitter element side 72 a to be incident on the fiber 15 in the same range as the incident side 15 a of the fiber 15. Thereby, the same measurement as the measurement range in the case where the magnification shown in FIG. 4B is the same as 1 can be performed.

(ファイバの入射側の配列例)
図10は、本発明の分光測定システムにおけるファイバの入射側の様々な配列例を示す。
(Example of arrangement on the incident side of fiber)
FIG. 10 shows various example arrangements of the input side of the fibers in the spectrometry system of the present invention.

図10の(a)〜(g)に示すようにファイバ15の入射側15aは、測定範囲や測定密度などを考慮して様々な配列例を構成することができる。   As shown in (a) to (g) of FIG. 10, the incident side 15a of the fiber 15 can constitute various arrangement examples in consideration of the measurement range, the measurement density, and the like.

図10(a)は、横一例に15個の光ファイバを並べた例を示す。この場合出射側15bの並び方も同様となる。   FIG. 10A shows an example in which fifteen optical fibers are arranged side by side. In this case, the arrangement of the emitting side 15b is the same.

図10(b)は、縦7個×横7個の合計49個の光ファイバを正方形に並べた例を示す。端以外では、1つの光ファイバに対して上下でそれぞれ1つずつ、左右でそれぞれ1つずつ、合計4つの光ファイバが接するように構成されている。   FIG. 10 (b) shows an example in which a total of 49 optical fibers, 7 vertical × 7 horizontal, are arranged in a square. Except for the end, four optical fibers in total are configured to be in contact with one optical fiber, one each at the top and bottom, and one each at the left and right.

図10(c)は、上から横方向に6個、7個、6個、7個、6個、7個、6個、7個の光ファイバを並べて、これらを縦方向に並べた例を示す。合計52個の光ファイバを使用しており全体としては正方形に近い形状である。縦方向に隣接する光ファイバは、各光ファイバ外径の半分ずつ横にずれて隙間を少なくして配置されている。端以外では、1つの光ファイバに対して上下でそれぞれ2つずつ、左右でそれぞれ1つずつ、合計6つの光ファイバが接するようにして構成されている。   FIG. 10C shows an example in which six, seven, six, seven, six, seven, six, seven optical fibers are arranged in the horizontal direction from the top and these are arranged in the longitudinal direction. Show. A total of 52 optical fibers are used, and the shape is almost square as a whole. Optical fibers vertically adjacent to each other are arranged with half gap between the outer diameters of the respective optical fibers with a small gap. Other than the end, a total of six optical fibers are configured to be in contact with one optical fiber, two each at the top and bottom, and one each at the left and right.

図10(d)は、縦3個×横7個の合計21個の光ファイバを長方形に並べた例を示す。端以外では、1つの光ファイバに対して上下でそれぞれ1つずつ、左右でそれぞれ1つずつ、合計4つの光ファイバが接するように構成されている。   FIG. 10D shows an example in which a total of 21 optical fibers, 3 vertical × 7 horizontal, are arranged in a rectangle. Except for the end, four optical fibers in total are configured to be in contact with one optical fiber, one each at the top and bottom, and one each at the left and right.

図10(e)は、上から横方向に7個、6個、7個の光ファイバを並べて、これらを縦方向に並べた例を示す。合計20個の光ファイバを使用しており全体としては長方形に近い形状である。縦方向に隣接する光ファイバは、各光ファイバ外径の半分ずつ横にずれて隙間を少なくして配置されている。端以外では、1つの光ファイバに対して上下でそれぞれ2つずつ、左右でそれぞれ1つずつ、合計6つの光ファイバが接するように構成されている。   FIG. 10 (e) shows an example in which seven, six, and seven optical fibers are arranged in the horizontal direction from the top and those are arranged in the vertical direction. A total of 20 optical fibers are used, and the shape is almost rectangular as a whole. Optical fibers vertically adjacent to each other are arranged with half gap between the outer diameters of the respective optical fibers with a small gap. Other than the end, a total of six optical fibers are configured to be in contact with one optical fiber, two each at the top and bottom, and one each at the left and right.

図10(f)は、上から横方向に3個、5個、7個、7個、7個、5個、3個の光ファイバを並べて、これらを縦方向に並べた例を示す。合計37個の光ファイバを使用しており全体としては六角形に近い形状である。縦横方向に隣接する光ファイバは、同じ中心位置となるように配置されている。端以外では、1つの光ファイバに対して上下でそれぞれ2つずつ、左右でそれぞれ1つずつ、合計6つの光ファイバが接するように構成されている。   FIG. 10 (f) shows an example in which three, five, seven, seven, seven, seven, five and three optical fibers are arranged in the horizontal direction from the top and these are arranged in the vertical direction. A total of 37 optical fibers are used, and the shape is almost hexagonal as a whole. Optical fibers adjacent in the vertical and horizontal directions are arranged at the same center position. Other than the end, a total of six optical fibers are configured to be in contact with one optical fiber, two each at the top and bottom, and one each at the left and right.

図10(g)は、上から横方向に2個、5個、8個、9個、8個、9個、8個、9個、8個、5個、2個の光ファイバを並べて、これらを縦方向に並べた例を示す。合計73個の光ファイバを使用しており全体としては六角形に近い形状である。縦方向に隣接する光ファイバは、各光ファイバ外径の半分ずつ横にずれて隙間を少なくして配置されている。端以外では、1つの光ファイバに対して上下でそれぞれ2つずつ、左右でそれぞれ1つずつ、合計6つの光ファイバが接するように構成されている。   In FIG. 10G, two, five, eight, nine, eight, nine, eight, nine, eight, five, two optical fibers are arranged side by side from the top, An example in which these are arranged in the vertical direction is shown. A total of 73 optical fibers are used, and the shape is almost hexagonal as a whole. Optical fibers vertically adjacent to each other are arranged with half gap between the outer diameters of the respective optical fibers with a small gap. Other than the end, a total of six optical fibers are configured to be in contact with one optical fiber, two each at the top and bottom, and one each at the left and right.

(適用例)
以上説明した分光測定システム1の適用例として、例えば、図6で示したような魚であれば、その表面からの波長毎の光量の情報から、色の状態や主成分を特定して遊泳中の分光的知見を得ることができる。この場合、魚を試料台の上に載せる等する必要はなく、例えば、水槽の前から分光測定システム1によりカメラ30で撮影することで、水槽の中で生きている魚を動的に録画して調べることができる。録画した画像の中で調べたい測定対象のある画像を取り出して、そのときの測定範囲の分光特性の測定結果を確認することで、魚の状態を調べることができる。
(Example of application)
As an application example of the spectroscopic measurement system 1 described above, for example, in the case of a fish as shown in FIG. 6, a color state or a main component is specified from information of the light quantity for each wavelength from the surface to swim. Spectral knowledge of In this case, it is not necessary to place the fish on the sample table, etc. For example, by photographing with the camera 30 with the spectrometry system 1 from the front of the water tank, the live fish in the water tank can be recorded dynamically. Can be examined. The condition of the fish can be examined by taking out an image having a measurement target to be examined in the recorded image and confirming the measurement result of the spectral characteristic of the measurement range at that time.

さらに、火山の状態であれば、噴火口の近くの映像をとらえて、その一部を分光特性の測定範囲とする。この場合、分光特性での解析により、例えば、硫化水素の成分量などを調べることにより、火山の状態を測定することが可能である。このとき、火山の画像はカメラ30でとらえているため、実際の噴火の状態と合わせて主成分の成分量を調べることができる。   Furthermore, in the case of a volcanic state, an image near the crater is captured, and part of it is taken as a measurement range of spectral characteristics. In this case, it is possible to measure the state of the volcano by analyzing the spectral characteristics, for example, by examining the amount of hydrogen sulfide components and the like. At this time, since the image of the volcano is captured by the camera 30, the component amount of the main component can be checked together with the actual state of the eruption.

また、測定対象を空に向ければ、空の状態から、気象について調べることができる。   In addition, by pointing the measurement target to the sky, it is possible to check the weather from the sky state.

以上の様に、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、上述した以外の様々な変形例も含まれる。例えば、上記した実施形態に設けられた全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を削除したり、他の構成に置き換えたりすることも可能である。   As mentioned above, although the embodiment of the present invention was described, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various modifications other than the above-mentioned are included. For example, it is not limited to what has all the configurations provided in the above-described embodiment. Also, part of the configuration of an embodiment may be deleted or replaced with another configuration.

例えば、倍率調整機構は倍率調節レンズ13、14により構成することを説明したがこれに限らず、3以上、5以上など必要に応じて複数レンズを使用してもよい。また、本発明の実施形態に関しては、0.8、1倍、3倍等、代表的な倍率に関して記載したが、その間の倍率、例えば2倍等としてもよい。また、最終応用目的に耐えうるデータを得るための光学収差特性に収まる様に用いられた光学パラメータを有するレンズ系を用いて、必要に応じて、0.8倍以下、3倍以上の倍率にしてもよい。   For example, although it has been described that the magnification adjustment mechanism is configured by the magnification adjustment lenses 13 and 14, the present invention is not limited to this, and a plurality of lenses may be used as needed, such as three or more, five or more. Also, although the embodiments of the present invention have been described with respect to representative magnifications such as 0.8, 1 ×, 3 ×, etc., the magnification between them may be, for example, 2 ×. In addition, using a lens system with an optical parameter that is used to fit into the optical aberration characteristics to obtain data that can withstand the final application purpose, the magnification should be 0.8 times or less, or 3 times or more if necessary. May be

また、ファイバ15の入射側15a側の配列は、上記の実施形態に限らず縦2個以上×横2個以上、縦2個以上×横3個以上、縦3個以上×横3個以上等、一定の測定範囲を形成すればよい。   The arrangement on the incident side 15a side of the fiber 15 is not limited to the above embodiment, and the arrangement is not limited to the above embodiment, but two or more × two or more horizontally, two or more vertically × three or more horizontally, , And a fixed measurement range may be formed.

また、スプリッタ素子12の第1出射面12cの透過側の像をカメラ30により画像をとらえ、スプリッタ素子12の第2出射面12dの反射側の像からファイバ15や分光イメージングユニット20による分光特性を測定してもよい。   The image on the transmission side of the first emission surface 12c of the splitter element 12 is captured by the camera 30, and the spectral characteristics of the fiber 15 and the spectral imaging unit 20 are calculated from the image on the reflection side of the second emission surface 12d of the splitter element 12. It may be measured.

1 分光測定システム
11 測定側レンズ
12 スプリッタ素子
12a 入射面
12b スプリッタ面
12c 第1出射面
12d 第2出射面
13、14 倍率調節レンズ
15 ファイバ
15a 入射側
15b 出射側
20 分光イメージングユニット
26 センサ
27 画像処理部
30 カメラ
40 処理装置
40a 表示部
41、42 接続線
61 個別調節レンズ
71、72、73 介在部材
80 画面表示
100 測定対象
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spectroscopic measurement system 11 Measurement side lens 12 Splitter element 12a Incident surface 12b Splitter surface 12c First outgoing surface 12d Second outgoing surface 13, 14 Magnification adjustment lens 15 Fiber 15a Incident side 15b Outgoing side 20 Spectral imaging unit 26 Sensor 27 Image processing Part 30 Camera 40 Processing device 40a Display part 41, 42 Connection line 61 Individual adjustment lens 71, 72, 73 Intervening member 80 Screen display 100 Measurement target

Claims (7)

レンズを介して測定対象の像を入射するスプリッタ素子と、複数の光ファイバにより構成されるファイバと、2次元のセンサを備えた無収差分光器である分光イメージングユニットと、カメラと、処理装置を備え、
前記スプリッタ素子は、スプリッタ面を備え、前記スプリッタ面により、入射した像を透過する像と反射する像の2つの像に分け出射し、
前記ファイバは、入射側で前記スプリッタ素子が出射する一方の像を配列された複数の光ファイバで測定範囲の光をとらえて出射側から前記分光イメージングユニットに出射し、
前記分光イメージングユニットは、前記ファイバから入射した光を分光して前記センサに結像させて、画像情報として前記処理装置に出力し、
前記カメラは、前記スプリッタ素子が出射する他方の像を画像としてとらえて前記処理装置に出力し、
前記処理装置は、前記分光イメージングユニットからの情報をもとに分光特性を算出する処理を行うと共に、前記カメラでとらえた画像に対して前記ファイバでとらえた測定範囲を表示させるための処理を行うことを特徴とする分光測定システム。
A spectral imaging unit which is an aberration-free spectroscope provided with a splitter element for entering an image of a measurement object via a lens, a fiber composed of a plurality of optical fibers, and a two-dimensional sensor; Equipped
The splitter element has a splitter surface, and the splitter surface splits and emits an incident image into two images, a transmitted image and a reflected image.
The fiber catches the light of the measurement range with a plurality of optical fibers in which one image from the splitter element is arranged on the incident side is captured and emitted from the emission side to the spectral imaging unit.
The spectral imaging unit splits light incident from the fiber, forms an image on the sensor, and outputs the image as image information to the processing device.
The camera captures the other image emitted by the splitter element as an image and outputs the image to the processor.
The processing device performs processing of calculating spectral characteristics based on the information from the spectral imaging unit, and processing of displaying the measurement range captured by the fiber on the image captured by the camera. Spectroscopic measurement system characterized by
請求項1に記載の分光測定システムにおいて、
前記スプリッタ面は、入射方向に対して45°で形成されていることを特徴とする分光測定システム。
In the spectrometry system according to claim 1,
The spectroscopic measurement system according to claim 1, wherein the splitter surface is formed at 45 ° with respect to the incident direction.
請求項1又は請求項2に記載の分光測定システムにおいて、
前記スプリッタ素子と前記ファイバの間に、前記測定範囲の倍率を変更する倍率調節レンズを備えることを特徴とする分光測定システム。
In the spectrometry system according to claim 1 or 2,
A spectroscopy measurement system, comprising a magnification adjustment lens for changing the magnification of the measurement range, between the splitter element and the fiber.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の分光測定システムにおいて、
前記スプリッタ素子が出射する前記一方の像は前記スプリッタ面を透過する像であり、前記スプリッタ素子が出射する前記他方の像は前記スプリッタ面を反射する像であることを特徴とする分光測定システム。
The spectrometry system according to any one of claims 1 to 3.
The spectroscopy system according to claim 1, wherein the one image emitted from the splitter element is an image transmitted through the splitter surface, and the other image emitted from the splitter element is an image reflected from the splitter surface.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の分光測定システムにおいて、
表示部を備え、前記表示部に前記処理装置で算出された分光特性、及び、前記カメラでとらえた画像に対する前記ファイバでとらえた測定範囲を表示することを特徴とする分光測定システム。
The spectrometry system according to any one of claims 1 to 4.
A spectral measurement system comprising: a display unit, and displaying on the display unit a spectral characteristic calculated by the processing device and a measurement range captured by the fiber with respect to an image captured by the camera.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の分光測定システムにおいて、
前記処理装置による分光特性の算出として、スペクトルの算出、及び、特定成分の成分量の算出の少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする分光測定システム。
In the spectrometry system according to any one of claims 1 to 5,
What is claimed is: 1. A spectrometric measurement system comprising: calculation of a spectrum and / or calculation of a component amount of a specific component as calculation of spectral characteristics by the processing device.
スプリッタ面を備えレンズを介して測定対象の像を入射するスプリッタ素子と、複数の光ファイバにより構成されるファイバと、2次元のセンサを備えた無収差分光器である分光イメージングユニットと、カメラと、処理装置とを用い、
前記スプリッタ素子の前記スプリッタ面により、入射した像を透過する像と反射する像の2つの像に分け出射するステップと、
前記ファイバにより、入射側で前記スプリッタ素子が出射する一方の像を配列された複数の光ファイバで測定範囲の光をとらえて出射側から前記分光イメージングユニットに出射するステップと、
前記分光イメージングユニットにより、前記ファイバから入射した光を分光して前記センサに結像させて画像情報として前記処理装置に出力するステップと、
前記カメラにより、前記スプリッタ素子が出射する他方の像を画像としてとらえて前記処理装置に出力するステップと、
前記処理装置により、前記分光イメージングユニットからの情報をもとに分光特性を算出する処理を行うと共に、前記カメラでとらえた画像に対して前記ファイバでとらえた測定範囲を表示させるための処理を行うステップとを有することを特徴とする分光測定方法。
A splitter element having a splitter surface for entering an image of an object to be measured through a lens, a fiber composed of a plurality of optical fibers, a spectral imaging unit which is an aberration-free spectrometer including a two-dimensional sensor, a camera Using the processing device,
Splitting and emitting an image into two images, a transmitted image and a reflected image, by the splitter surface of the splitter element;
A step of capturing light of a measurement range by a plurality of optical fibers arranged by the optical fiber on the incident side of one of the images emitted from the splitter element on the incident side and emitting the light from the output side to the spectral imaging unit;
The spectral imaging unit splits the light incident from the fiber, forms an image on the sensor, and outputs the image as image information to the processing device;
Capturing by the camera the other image emitted by the splitter element as an image and outputting the image to the processing device;
The processing device performs processing of calculating spectral characteristics based on the information from the spectral imaging unit, and processing of displaying the measurement range captured by the fiber on the image captured by the camera. And a step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023145207A1 (en) * 2022-01-25 2023-08-03 国立大学法人大阪大学 Spectrometry device and spectrometry method

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