JP2529687B2 - 分光撮像装置 - Google Patents

分光撮像装置

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JP2529687B2
JP2529687B2 JP62105268A JP10526887A JP2529687B2 JP 2529687 B2 JP2529687 B2 JP 2529687B2 JP 62105268 A JP62105268 A JP 62105268A JP 10526887 A JP10526887 A JP 10526887A JP 2529687 B2 JP2529687 B2 JP 2529687B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は物体像の非常に広い波長帯の光像を種々の波
長ごとにほぼリアルタイムでとらえることのできる分光
撮像装置に関するものである。
〔従来の技術〕
物体の光像の時間変化をとらえる場合、1つの波長の
光像により観察するだけでなく、例えば紫外線、可視光
線、赤外線等の像を同時に観察することができればより
多くの情報が得られることとなる。そのため、従来、例
えば紫外像撮像装置、可視像撮像装置、赤外像撮像装置
とそれぞれ独立したカメラで物体の光像の時間変化をと
らえていた。
〔発明が解決すべき問題点〕
しかしながらそれぞれ独立したカメラによる観察で
は、それぞれのカメラの視角も異なるので、同じ光像の
分光像であるとは言えず、また別々のカメラを使用する
ので高価となってしまうなどの欠点がある。特に、顕微
鏡で微小生物の観察を行うような場合には、複数台のカ
メラを設置するのはスペース的にも困難である。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、同一の
カメラで異なる波長帯ごとの物体の像をリアルタイムで
とらえることのできる安価な分光撮像装置を提供するこ
とを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
そのために本発明の分光撮像装置は、波長指定信号発
生器と、波長指定信号発生器からの波長選択信号に応じ
て異なる発光波長の光源または透過波長域の異なるフィ
ルタを選択し、分光試料像を得る手段と、分光試料像が
入射される反射型対物レンズと、反射型対物レンズによ
り分光試料像が光電変換面に結像される光電変換イメー
ジデバイスと、光電変換イメージデバイスの出力面上に
得られた出力像を撮像する撮像手段と、モニター手段と
を備え、波長指定信号発生器で指定する波長の分光像を
得ることを特徴とする。
〔作用〕
本発明の分光撮像装置は、波長指定信号発生器からの
波長選択信号に応じた分光試料像を反射型対物レンズに
より光電変換イメージデバイスの光電変換面に結像さ
せ、光電変換イメージデバイスの出力面上に得られる出
力像を撮像して波長指定信号発生器で指定する波長の分
光像を得ると共に、モニター上に表示し、異なる波長帯
ごとの像をリアルタイムでとらえることが可能となる。
〔実施例〕 以下、実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明による分光撮像装置の全体構成を示す
ブロック図で、1は光源、2は試料支持台、3は基板、
4は試料、5は反射型対物レンズ、5aは凸面鏡、5bは凹
面鏡、6はイメージコンバーター管、7は駆動電源、8
は波長指定信号発生器、9はリレーレンズ、10はTVカメ
ラ、11はTVモニター、12は映像信号処理回路、13はTVモ
ニターである。
図において、光源1は紫外、可視、赤外というように
大きく異なる波長の光源を順次繰り返して発生するよう
に構成されている。
このような光源1の実施例を第2図〜第4図により説
明する。
第2図は光源の一実施例を示す図で、図中、21は可視
レーザー、22は赤外レーザー、23は紫外レーザー、24は
ハーフミラーである。
本実施例においては、各レーザー駆動部に波長指定信
号発生器8からの波長選択信号を入力することにより、
各レーザーを順次、リアルタイムで切り換えて駆動す
る。このとき、これらレーザーの出力はハーフミラー24
を通していずれも試料3を照射できるようになってい
る。
第3図は光源の他の実施例を示す図で、第2図と同一
番号は同一内容を示している。なお、図中、31は回転ミ
ラー、32は回転軸である。
本実施例においては、回転ミラー31を回転して順次各
レーザーで試料を照射する。回転角を波長指定信号発生
器からの波長選択信号で制御することにより、波長の切
り換えを行っている。
第4図はさらに光源の他の実施例を示す図で、41は白
色光源、42は回転円板、43は円板駆動モーター電源、44
は可視光透過フィルター、45は赤外光透過フィルター、
46は紫外光透過フィルター、47は駆動モーターである。
本実施例においては、白色光源41と試料4の間には、
例えば可視光のみを透過させるフィルター43、赤外線光
のみを透過させるフィルター45、紫外光のみを透過させ
るフィルター46を回転円板42の周上に配列し、これを回
転することにより試料を照射する波長を選択する。この
場合、回転角を波長指定信号発生器8からの波長選択信
号で制御することにより、波長の切換が可能である。
こうして光源1からの光を試料支持台2に固定された
試料4に入射させる。この場合、第1図に示すように試
料支持台2に基板3を取りつけてこれに試料を載置し、
基板3を通して光源1からの光を試料4に入射する時
は、基板は広い波長域に対して透過性である必要があ
る。この場合、紫外、可視、赤外に渡って良好な透過特
性を示すMgF2やUVガラス等の材料からなる基板を用いれ
ばよい。
次に、試料4の光像を反射型対物レンズ5を介して光
電変換イメージングデバイスであるイメージコンバータ
管6の光電面に結像させる。この場合対物レンズとして
は、従来広く使われでいる透過型屈折レンズを用いず、
図示するように反射型レンズ5を用いる。これは反射型
レンズに特有の2つの重要な特性を利用するためであ
る。つまり透過型屈折レンズでは、レンズの材料により
光が吸収されるので、紫外、可視、赤外をすべて効率よ
く伝達できない。例えば、MgF2のような広い範囲で透過
特性の良い材料を使うことも考えられるが、単独の材料
では色収差が出てしまい、いろいろな波長の光に対して
良好な分解能を保つことができず、どうしても複数の材
料で色収差の補正を行う必要があり、そうなると、紫外
〜赤外の広い波長域にわたって良好な透過特性をもたす
材料の組合わせが見あたらない。また、色収差の補正を
行っても、紫外〜赤外の広い範囲では補正しきれず、せ
いぜい可視光の中での狭い範囲の補正となってしまう。
また、紫外〜赤外の広い波長域では、波長を変えると光
学系の出力像の結像面の位置が光軸上で変動し、最良の
分解能を光電変換面で得るには光学レンズの位置を光軸
上で移動して調整することが必要となる。リアルタイム
でいろいろの波長の像を得るにはこの調整は時間がかか
りすぎて不適当である。一方反射型レンズ系は、波長に
よる光伝達効率の差も紫外〜赤外でほとんどなく、色収
差も波長による結像面の移動もないことが知られてお
り、本発明の対物レンズとして最適である。第1図に示
す反射型対物レンズ5は、凸面鏡5aと凹面鏡5bからなっ
ている。
なお、第5図に示すように、回転双曲面51と回転楕円
面52からなる斜入射反射型対物レンズを使用して光電面
面へ結像させるようにしてもよい。
こうして、試料を色々の波長で照射したときの光像が
反射型対物レンズ5により光電変換イメージングデバイ
スの光電変換面上に結像される。光電変換デイバスは、
イメージコンバーター管、またはイメージ管と呼ばれる
電子管6からなっている。
第6図はイメージコンバーター管を示す図で、図中、
61はMgF2窓、62マルチアルカリ光電面、63は入射光像、
64は光電子、65は集束電極、66は陽極、67は螢光面、68
は出力光像、69は駆動電源である。
図において、光電変換面は紫外〜可視の広い波長帯に
感度を持たせるために、例えばMgF2窓61の内側に蒸着さ
れたマルチアルカリ光電面62からなっており、紫外〜赤
外の種々の波長の光像63が光電面に結像されると、その
光強度の空間分布に対応して光電面より光電子64が放出
される。この光電子は光電面上の各点から色々の方向に
いろいろの速さで放出されるので、そのままではボケて
しまうが、集束電極65と陽極66から形成されるいわゆる
電子レンズによって再び螢光面67上に出力光像68として
結像し、螢光面を衝撃し螢光面上に発光像が得られる。
こうして、紫外や赤外の不可視像をイメージコンバータ
ーの出力面である螢光面上の可視光像に変換できる。こ
のイメージコンバーター管の駆動電源69からは、例えば
図示するような電圧を供給し、集束電極への印加電圧を
調整することにより、電子光学系の結像状態を最適化す
ることができる。なお、必ずしも必要ではないが光電面
に入射する光の波長ごとに集束電極の電圧を変え、より
良好な分解能を得ることができる。これは光電面に入射
する光の波長によって光電面から放出される光電子のエ
ネルギーが異なるので、最適の集束電極の電圧が多少異
なるためである。この場合、波長ごとにその電圧値を予
め求めておけば、波長指定信号発生器8からの波長選択
信号によりイメージコンバータ管の駆動電源69の集束電
極電圧を抑制し、最適の電圧をリアルタイムで印加する
ことができる。
第7図は光電変換デバイスの他の実施例である拡大管
を示す図で、第6図と同一符号は同一内容を示してい
る。なお、図中、71はメッシュ加速電極、72は第1集束
コイル、73は第2集束コイル、74は偏向コイル、75は駆
動電源、76はコイル駆動電源である。
本実施例における拡大管はイメージコンバーター管の
変種と言え、光電面上に結像される光像に対して、出力
螢光面上に得られる構造を数倍〜数百倍に拡大できる。
光像の拡大は光電子像の結像も行う第1収束コイル72、
第2収束コイル73の電流を調整することにより行う。さ
らに偏向コイル74の電流を調整することにより光電面上
の光像の所望の場所を螢光面上に拡大光像として得るこ
とができる。試料が生物の細胞等の微小なものの場合、
この機能は非常に有益である。また集束条件の調整は、
コイル駆動電源76により第1、第2集束コイル72、73へ
の電流を微調整して行う。
こうして螢光面上に得られた光像はリレーレンズ9を
介してTVカメラ10で撮像され、色々な波長の像がTVモニ
ター11上に得られる。より便利で有益なデータを得るた
めには、ビデオ信号を映像信号処理回路12を通してから
TVモニタ13に像を表示する。この場合、例えば波長指定
信号発生器8で順次切換えることにより得られた紫外、
可視、赤外のそれぞれのビデオ信号を、映像信号処理回
路12に波長選択信号を加えて例えば、紫外像を青色、可
視像を緑色、赤外像を赤色に対応させ、擬似カラービデ
オ信号を合成してTVモニター13上にカラー像として表示
することも可能である。また、TVモニターを3台設け
て、紫外、可視、赤外の像を別々に表示すおようにして
もよい。
また、反射型対物レンズは、X線像も結像できるので
光源にX線管、イメージコンバーター管にX線や紫外線
に感度を持つ有機材料からなる薄窓の上に設けられたAu
光電面を用いれば、X線像と紫外線像をほぼリアルタイ
ムで観測することも可能である。
さらに、別の変形例として試料自体が発光する場合で
もよく、この場合は、第1図の光源1が不要となり、例
えば、試料と反射型対物レンズまたは、反射型対物レン
ズと光電変換デバイスの間に第4図に示したような多数
の分光フィルターを周辺に配した回転板を入れて、波長
選択を行えば良い。ただし、この場合は透過フィルター
のため、光学系の結像面が少し異なってくるが、フィル
ターの厚みを調整すればこの補正をすることができる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、波長指定信号発生器か
らの波長選択信号に応じた分光試料像を反射型対物レン
ズにより広い分光感度領域を持つ光電変換イメージデバ
イスの光電変換面に結像させ、光電変換イメージデバイ
スの出力面上に得られる出力像を撮像して波長指定信号
発生器で指定する波長の分光像を得るようにし、波長指
定信号発生器で各装置を同期して制御するようにしてい
るので、高い精度で同一視角、同一視野のいろいろな波
長の分光像を1台のカメラでほぼリアルタイムでとらえ
ることができ、さらにコスト低減化を図ることもできる
等大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明による分光撮像装置の全体構成を示すブ
ロック図、第2図、第3図、第4図は光源の実施例を示
す図、第5図は斜入射反射型対物レンズを示す図、第6
図はイメージコンバーター管を示す図、第7図は拡大管
を示す図である。 1……光源、2……試料支持台、3……基板、4……試
料、5……反射型対物レンズ、5a……凸面鏡、5b……凹
面鏡、6……イメージコンバーター管、7……駆動電
源、8……波長指定信号発生器、9……リレーレンズ、
10……TVカメラ、11……TVモニター、12……映像信号処
理回路、13……TVモニター、21……可視レーザー、22…
…赤外レーザー、23……紫外レーザー、24……ハーフミ
ラー、31……回転ミラー、32……回転軸、41……白色光
源、42……回転円板、43……円板駆動モーター電源、44
……可視光透過フィルター、45……赤外光透過フィルタ
ー、46……紫外光透過フィルター、47……駆動モータ
ー、51……回転双曲面、52……回転楕円面。

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】波長指定信号発生器と、波長指定信号発生
    器からの波長選択信号に応じて異なる発光波長の光源ま
    たは透過波長域の異なるフィルタを選択し、分光試料像
    を得る手段と、分光試料像が入射される反射型対物レン
    ズと、反射型対物レンズにより分光試料像が光電変換面
    に結像される光電変換イメージングデバイスと、光電変
    換イメージングデバイスの出力面上に得られる出力像を
    撮像する撮像手段と、モニター手段とを備え、波長指定
    信号発生器で指定する波長の分光像を得ることを特徴と
    する分光撮像装置。
  2. 【請求項2】前記異なる発光波長の光源は可視レーザ
    ー、赤外レーザー、紫外レーザーからなる特許請求の範
    囲第1項記載の分光撮像装置。
  3. 【請求項3】前記フィルタにより白色光源からの光を波
    長選択信号に応じて選択する特許請求の範囲第1項記載
    の分光撮像装置。
  4. 【請求項4】前記フィルタにより、自発光試料からの光
    を波長選択信号に応じて選択する特許請求の範囲第1項
    記載の分光撮像装置。
  5. 【請求項5】前記光電変換イメージングデバイスへ印加
    される集束電極電圧を波長指定信号発生器からの波長指
    定信号で制御する特許請求の範囲第1項記載の分光撮像
    装置。
  6. 【請求項6】前記撮像手段からのビデオ信号は波長指定
    信号発生器からの波長選択信号で制御される映像信号処
    理回路により処理される特許請求の範囲第1項記載の分
    光撮像装置。
  7. 【請求項7】前記反射型対物レンズは凹面鏡と凸面鏡か
    らなる特許請求の範囲第1項記載の分光撮像装置。
  8. 【請求項8】前記反射型対物レンズは斜入射反射型対物
    レンズからなる特許請求の範囲第1項記載の分光撮像装
    置。
  9. 【請求項9】前記光電変換イメージングデバイスは有機
    材料からなる薄窓の上に設けられたAu光電面を有する特
    許請求の範囲第1項記載の分光撮像装置。
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