JP3294918B2 - 画像のスペクトル解析の方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像のスペクトル解折
の方法および装置に関し、特に被写界の光学的画像を解
析して、そのそれぞれの画素のスペクトル強度を決定す
る方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】分光計は、光を受けてそれを成分波長に
分離（分散）し、スペクトルを検出するように設計され
た装置である。画像分光計は、被写界からの入射光を集
め、それを解析して、そのそれぞれの画素のスペクトル
強度を決定する分光計である。

【０００３】通常の画像分光計は、解析されるべき被写
界を走査して、走査された光を検出器のアレイ上に集束
させるための、画像平面内のスリットを含む。２次元的
検出器アレイが使用される時は、該アレイの１つの次元
は単一画素に関連する異なる波長をサンプリングするの
に用いられ、視野は１次元的走査器および該アレイの残
りの次元によって覆われる。１次元的検出器アレイが使
用される時は、視野は機械的に２方向に走査され、全て
の検出器は任意の与えられた時刻において単一画素の異
なる波長をサンプリングするためにのみ用いられる。双
方の場合に画像平面内のスリットは、それぞれの検出器
が任意の時刻において、単一画素の単一波長における寄
与のみを見ることを保証するが、そうでなければ、それ
ぞれの画素のスペクトルを分離することは不可能であ
る。

【０００４】しかし、通常のスリット形画像分光計は、
１フレームの大部分の画素を、たとえ分光計の前部光学
装置が実際にそれらの全てからの入射光を同時に集めた
としても、任意の与えられた時刻において測定しえない
という欠点を有する。このようにして、通常のスリット
形の技術では、１つの波長を除き、任意の与えられた時
刻において被測定画素から発射されて特定の検出器に到
達する大部分の放射が排除されるので、得られる情報に
関して無駄が多い。その結果、一定のＳＮ比で必要な情
報を得るために比較的に長い測定時間を要するか、また
は一定の測定時間の場合はＳＮ比（感度）が実質的に低
下する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、以上
の点において利点を有する、画像のスペクトル解析の新
しい方法および装置を提供することである。さらに詳述
すると、本発明の目的は、集められた画像の入射光から
得られる全ての情報をより良く利用して、通常の「スリ
ット」形の画像分光計に比し、必要なフレーム時間を実
質的に減少させ、かつ／または、ＳＮ比を実質的に増加
させることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、被写
界の光学的画像を解析して、そのそれぞれの画素のスペ
クトル強度を決定する方法が提供され、該方法は、
（ａ）該被写界からの入射光を集めるステップと、
（ｂ）該光をして干渉計を通過せしめ、該干渉計をして
それぞれの画素から発射された光のスペクトル強度の１
次結合の所定の組に対応する変調された光を出力せしめ
るステップと、（ｃ）該干渉計から出力された該光を検
出器アレイ上に集束せしめるステップと、（ｄ）該検出
器アレイの出力を処理してそのそれぞれの画素のスペク
トル強度を決定するステップと、を含む。

【０００７】この方法は、さまざまな形式の干渉計、す
なわち干渉計全体または干渉計の素子を移動させること
によってＯＰＤ（光路差）を変化させ光を変調する移動
形、および入来放射の入射角と共にＯＰＤを変化させる
非移動形、の双方を利用することによって実施されう
る。すなわち、移動形干渉計においては、各瞬間におい
て、それぞれの検出器は被写界の固定点を見、その信号
はそれから発射される放射のスペクトル内容の１次結合
であり、それは時間と共に変化する。走査器が干渉計の
１回の走査を完了した時は、被写界は該スペクトル内容
の全ての関係のある１次結合について走査され終わって
いる。ＯＰＤが入来光の入射角と共に変化する非移動形
干渉計においては、それぞれの検出器は被写界の異なる
点を見、その信号はスペクトル内容の異なる１次結合と
なる。走査器が１フレームの走査を完了した時は、該完
全なフレームはスペクトル内容の全ての関係のある１次
結合について走査され終わっている。

【０００８】例解のため、以下においては本発明は、移
動形干渉計の例としてのヘァブリ・ペローおよびマイケ
ルソンの干渉計の使用によって構成され、また非移動形
干渉計の例としてのマイケルソンおよびサニャック（Ｓ
ａｇｎａｃ）の干渉計の使用によって構成されるものと
して説明される。

【０００９】本発明はまた、上述の方法による画像のス
ペクトル解析の装置をも提供する。上述の特徴を有する
方法および装置が従来のスリット形画像分光計と異なる
点は、集められたエネルギーを開口またはスリットによ
って制限することなく、グレーティングまたはプリズム
の代わりに上述のように干渉計を利用し、それによって
装置の処理能力を実質的に増大させている点である。従
って、この方法および装置は、解析されるべき被写界の
入射光から得られる全情報をより良く利用し、それによ
って測定時間を実質的に減少させ、かつ／または、ＳＮ
比（感度）を実質的に増大させる。

【００１０】例えば、ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇ，Ｖｏｌ．７５０，ｐ，１４０（１９８７）に所載
の、Ｊｏｈｎ Ｂ．Ｗｅｌｌｍａｎ著、Ｉｍａｇｉｎｇ
Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｔｅｒｒｅｓ
ｔｒｉａｌ ａｎｄ Ｐｌａｎｅｔａｒｙ Ｒｅｍｏｔ
ｅ Ｓｅｎｓｉｎｇに説明されている、「洋服ブラシ」
設計を考察されたい。

【００１１】直線的アレイ内の検出器数をｎ、１フレー
ム内の画素数をｍ×ｍ、フレーム時間をＴとする。アレ
イの全検出器について加算された、１フレーム内のそれ
ぞれの画素において費やされる合計時間は次のようにな
る。

【００１２】

【数１】ｎＴ／ｍ^２

【００１３】本発明の方法において、同じ大きさのアレ
イと同じフレーム率とを用いることにより、特定の画素
において費やされる時間を全検出器について加算した合
計時間は、同じｎＴ／ｍ²となる。しかし、従来のグレ
ーティングまたはプリズムの方法においては、任意の時
刻において毎検出器によって見られるエネルギーは、波
長分解能が領域の１／ｎになるので、合計の１／ｎ程度
となるが、本発明の方法においては、そのエネルギー
は、変調関数が正弦関数（マイケルソン）または類似の
周期関数（ファブリ・ペローでは低フィネスのエアリ関
数）で、多数周期についてのその平均が５０％になるの
で、１の程度となる。干渉計測の教科書に記載されてい
るジャキノの利点（またはマルチプレックスの利点）を
有する標準的処理に基づけば、本発明の装置のＳＮ比が
赤外領域においてｎ^0.5の因子だけ（バックグラウンド
が制限されたパフォーマンス）、また、可視領域内の狭
いピークの諸波長での、特定の波長における信号の、ス
ペクトル領域内の平均信号に対する比の平方根だけ（信
号の光子雑音が制限されたパフォーマンス）、改善され
ることを示せる。ファブリ・ペロー干渉計の数学的処理
および定義と、エアリ関数の定義とについては、Ｍａｘ
ＢｏｒｎおよびＥｍｉｌ Ｗｏｌｆ著、Ｐｒｉｎｃｉ
ｐｌｅｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐ
ｒｅｓｓ，１９８０，ｐ．３２９を参照されたい。

【００１４】後述される本発明の全ての実施例におい
て、必要な全ての光位相差は視野の空間的走査により同
時に走査され、それによってスペクトルを再構成するた
めに必要な全情報が得られるので、スペクトル情報は画
像情報と同時に収集される。

【００１５】本発明は、遠隔検知のための望遠鏡、実験
室での解析のための顕微鏡、産業上の監視のためのファ
イバ光学装置、その他の、多くの異なる光学的構成に用
いられうる。さらに、任意の波長領域が、適切なフィル
タおよび光学装置により選択されうる。以下添付図面を
参照しつつ、実施例によって本発明を説明する。

【００１６】

【実施例】図２から図１５までに示されている本発明が
より良く理解されるように、まず、図１に示されている
ような検出器の２次元的アレイを利用した通常の（すな
わち従来技術の）スリット形画像分光計の構成および動
作を参考にする。

【００１７】例えば、図１に示されている従来技術のス
リット形画像分光計は、概略的に４に示されている被写
界からの入射光を集め、被写界の実質的に平行な光を、
視野を定めるスリット６により占有された第１焦点面上
に集束させるための、２に示されている望遠鏡などの集
光光学装置を含む。スリット６から出た光は、コリメー
タレンズ８においてコリメートされ、透過形または反射
形グレーティング１０を通過せしめられて諸波長を分離
される。グレーティング１０からの出力は集束レンズ１
２によって、第２焦点面内の２次元的検出器アレイ１４
上に集束せしめられる。検出器アレイ１４の出力は、信
号プロセッサ１６へ供給される。

【００１８】図１の従来技術の画像分光計内に示されて
いる２次元的検出器アレイ１４においては、装置の移動
（例えば航空機内に設置されている時）が、１つの次元
に沿っての走査を実現する。第２次元に沿っての走査
は、装置の移動方向に垂直な向きのスリット６によって
行われる。すなわち、スリット６は、アレイ１４内のそ
れぞれの検出器が任意の時刻において、１画素の単一波
長における寄与のみを見ることを保証する。これは、そ
れぞれの画素のスペクトルを分離するために必要であ
る。

【００１９】前述のように、図１に示されている従来技
術の方法の欠点は、１フレームの大部分の画素が、たと
え望遠鏡（２または他の集光光学装置）がそれら全てか
らのエネルギーを実際に同時に集めたとしても、任意の
与えられた時刻において測定されないことである。その
結果、必要なフレーム時間がかなり増大し、かつ／また
は、そのようなスリットを必要としない装置がもしある
とすればその装置に対してＳＮ比（感度）が実質的に減
少する。

【００２０】図２は、本発明に従って構成された画像分
光計の主要成分を示すブロック図である。例えば、図２
の画像分光計は、全体的に２０で示された集光光学装置
と、ブロック２２で示された１次元的または２次元的走
査器と、ブロック２４で示された光路差（ＯＰＤ）発生
器または干渉計と、ブロック２６で示された１次元的ま
たは２次元的検出器アレイと、ブロック２８で示された
信号プロセッサおよびディスプレイと、を含む。

【００２１】解析されるべき光などの放射は、常にさま
ざまな源から来うるものと考える。例えば、源は、放射
を自然に発射し、またはランプまたは他の照明された物
体からの放射を反射し、または透過するものでありう
る。さらに、レーザのＵＶなどの適切な照明を用い、ま
た照明波長がスペクトル画像装置に到達するのを阻止す
る適切な手段を用い、蛍光またはラマンスペクトルの画
像測定を行って、それぞれの場合における問題の物体ま
たは諸物体についての異なる情報を得ることもできる。

【００２２】新装置における重要な素子は光路差発生器
または干渉計２４であり、これは、解析されるべき被写
界のそれぞれの画素から発射される光のスペクトル強度
の１次結合の所定の組に対応する変調された光を出力す
る。干渉計の出力は、検出器アレイ２６上に集束せしめ
られる。このようにして、全ての必要な光位相差は視野
の空間的走査によって同時に走査され、それによってス
ペクトルを再構成するのに必要な全情報が得られる。こ
のようにして、被写界の全ての画素のスペクトルは、画
像情報と同時に収集され、それによってリアルタイムで
の画像の解析が可能となる。

【００２３】本発明の方法および装置は、極めてさまざ
まな構成で実施される。詳述すると、使用される干渉計
は、移動形または非移動形のいずれでもありえ、検出器
アレイイは、干渉計の形式によらず１次元または２次元
的なものでありうる。干渉計が移動形のものであり、検
出器アレイが２次元的なものである時は、ＯＰＤ走査で
ある干渉計の移動を除外すれば、走査の必要はない。干
渉計が移動形のものであり、検出器アレイが１次元的な
ものである時は、１つの次元における空間的走査が必要
である。干渉計が非移動形のものであり、検出器アレイ
が２次元的なものである時は、１つの次元におけるＯＰ
Ｄ走査が必要である。干渉計が非移動形のものであり、
検出器アレイが１次元的なものである時は、２つの次元
における走査が必要であり、一方の次元は空間的走査に
関連し、他方はＯＰＤ走査に関連する。

【００２４】図３は、本発明に従って構成された画像分
光計の１形式を示す。この分光計は、光を変調するため
にＯＰＤが変化せしめられる移動形干渉計、すなわち走
査される厚さを有するファブリ・ペロー干渉計３３の使
用に基づいている。

【００２５】このようにして、図３に示されている画像
分光計は、被写界のそれぞれの画素のスペクトル強度を
決定するために解析されるべき、全体的に３０で示され
た源すなわち被写界を含む。被写界３０は、コヒーレン
トでない非単色放射の源でありうる。それは、遠隔検知
のための距離にありえ、その場合には、３１に概略的に
示されている集光光学装置は望遠鏡となり、あるいは被
写界３０は、顕微鏡的解析のための近接距離にありえ、
その場合には、集光光学装置３１は顕微鏡となる。

【００２６】光学装置３１は、被写界を走査するための
一次元的又は二次元的走査器、例えば３２に示されてい
るミラー走査器へ出力を供給する。走査器３２からの出
力は、互いに距離「ｄ」の間隔にある２つの平面的平行
反射器から作られたエタロンを有するファブリ・ペロー
干渉計３３へ供給される。この例においては、距離
「ｄ」は、機械的走査器、この場合は圧電走査器３４を
用いることによって可変である。

【００２７】ファブリ・ペロー干渉計３３からの出力
は、再集束光学装置３５を経て１次元的検出器アレイ３
６上へ供給され、その出力は、信号プロセッサ３７へ供
給される。もし二次元的検出器アレイが使用される時
は、以下に述べる様に走査器３２は省略されうる。

【００２８】光学装置３１、例えば無限焦点望遠鏡また
は顕微鏡は、実質的に平行なビーム（すなわち、正確に
平行であるか、または極めて大きいＦ数を有する）をそ
の出力に発生する。そのわけは、このようにするとアレ
イ３６内のそれぞれの検出器は、ファブリ・ペロー干渉
計３３のエタロン３３を経ての単一の光位相差に対応す
るからである。光学装置３１は、屈折形または反射形の
いずれのものでもありうる。干渉計のエタロン３３は装
置の光軸に対して９０°をなす。視野を制限する開口ま
たはスリットは使用されていないことに注意すべきであ
る。

【００２９】図３に示されている画像分光計は、次のよ
うに動作する。アレイ３６の検出器素子ｉは、エタロン
３３を、ビームの視線とエタロンの法線との間の固定角
（φ_ｉ）をもって通過する該ビームから放射を受け、従
ってそれはこの放射を常に、

【数２】 δ_ｉ＝２π２ｄ（ｎ^２−ｓｉｎ^２φ_ｉ）^０．５／λ （１） によって与えられる光位相差δ_ｉによって見る。ただ
し、λは考察されている放射の波長であり、ｎは板の間
の空気の屈折率である。

【００３０】放射入力３０の特定の画素ｋから、任意の
与えられた時刻において検出器ｉ_ｋに到達する全放射
は、次のような、エアリ関数によるその画素のスペクト
ルのたたみ込みとなる（Ｍａｘ ＢｏｒｎおよびＥｍｉ
ｌ Ｗｏｌｆ著、Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｏｐｔ
ｉｃｓ，Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ，１９８０，
ｐ．３２７）。

【００３１】

【数３】 Ｉ_ｉｋ＝∫｛Ｉ_ｋ（λ）／（１＋Ｆｓｉｎ^２［δ_ｉ（λ）／２］）｝ｄλ （２） ただし、この積分はλ_１とλ_２との間で行われ、 λ_１，λ_２＝スペクトル領域の限界 Ｉ_ｋ（λ）＝画素ｋにおける源のスペクトル強度 Ｆ ＝フィネスの係数で、エタロンの反射率Ｒ
に、次式によって関連する。

【数４】Ｆ＝４Ｒ／（１−Ｒ）^２ ｉ_ｋ ＝画素ｋを光位相差δ_ｉ（λ）によって画像
形成する特定の検出器

【００３２】視野およびエタロン３３の厚さを走査する
多くの方法のうちの１つを次に述べる。アレイ３６は、
Ｎ個の検出器の直線的な組から構成され、それらの信号
は同時に且つ独立してモニタされうるものとする。走査
器３２は、ｍ本の水平線（ｍはＮより大）のラスタ形走
査を行い、図３の紙面は垂直方向をなすものとする。Ｎ
本の水平線が走査されてしまうまで、走査器３２が１水
平線を走査する毎に、エタロン３３の厚さ「ｄ」は圧電
走査器３４により走査器３２と同期してｄ＝０から出発
して１ステップだけ増大せしめられ、Ｎ個の厚さのステ
ップが形成される。この瞬間、エタロンの厚さは元の値
に復帰し、走査器３２は水平線Ｎ＋１においてラスタ走
査を継続し、厚さは再び走査される。このプロセスは、
走査器が完全な１フレームを走査してしまうまで繰返さ
れる。

【００３３】視野の頂部および底部におけるＮ本の線の
縁領域を除外すれば、視野の全画素は異なる検出器によ
り、Ｎ個の光位相差によって測定される。全ての検出器
信号は、画像および全画素の双方を再構成するために必
要とされる全情報が収集されて信号プロセッサ３７へ供
給されるように、高速度でサンプリングされ且つ記録さ
れる。

【００３４】上述のように、もう１つの可能な構成は検
出器の２次元的アレイを含む構成である。その場合にも
同じ構想が適用されるが、１つの空間的走査は省略され
る。例えば、もしアレイが、ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇｓ，Ｖｏｌ．７５０，ｐ．１４０（１９８７）に
所載のＪｏｈｎ Ｂ．Ｗｅｌｌｍａｎ著、Ｉｍａｇｉｎ
ｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｔｅｒｒｅ
ｓｔｒｉａｌ ａｎｄ Ｐｌａｎｅｔａｒｙ Ｒｅｍｏ
ｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇの第１４２ページに記載されてい
るものと同様の「プッシュブルーム（ｐｕｓｈ ｂｒｏ
ｏｍ）」法によるＮ×ｍマトリックスであれば、Ｎ行お
よびｍ列は、物体空間内の同じマトリックスに対応す
る。

【００３５】この構成においては、ファブリ・ペロー干
渉計の厚さまたは光位相差は、１つの線の完成時間の間
は固定される。次に、走査器は垂直方向に１ステップを
行い、ファブリ・ペロー干渉計の厚さｄはそれと同期し
て、ゼロから出発してＮ回のステップが行われるまで、
１ステップだけステップせしめられる。Ｎ回のステップ
が行われた時には、厚さが再びゼロから出発するように
して、走査器は垂直方向の走査を続け、全視野が走査さ
れるまでこれらのステップは繰返される。

【００３６】このようにして、全ての光位相差を用いて
全画素が測定され、記録された情報が処理されて、こと
ごとくの画素のスペクトルが得られる。もし二次元検出
器配列の行の数が視野内の画素の線に等しければ、そこ
では走査器３２は不必要であり、ファブリ・ペロー干渉
計の厚さｄだけが走査される。同様にもし垂直の一次元
検査器配列（アレイ）３６における検出器の数が視野内
の画素の数に等しければ、そこで走査器３２は水平走査
だけを行い、１回の水平走査は各厚み値ｄに対する。こ
とごとくの画素のスペクトルの再構成は、以下のように
適切な数学的処理によって行われうる。対象となってい
るスペクトル領域であるλ₁からλ₂までをＮ個の区間Δ
λに分割する。もし方程式（２）の積分をＮ個の波長区
間についての和として近似すれば、方程式（２）は、

【数５】 で与えられるＮ×Ｎ次元のマトリックスと、Ｎ次元のベ
クトルＩ_k（λ_j）との積となり、ここでｊはＮ個の波長
区間を走査し、ｋは視野内の特定の画素である。方程式
(3)においては、δ _i (λ _j ）に対する速記記号として「δ
_ij 」が使用されている。もしマトリックスＡ_ijを反転
し、それをベクトルＩ_ik（ｉ_k＝１，．．．ないしｎ）
に乗ずれば、画素ｋのスペクトルであるベクトルＩ
_k（λ_j）が得られる。

【００３７】スペクトルの分解能に関し、同じ画素位置
に置かれた２つの準単色源を考察する。ファブリ・ペロ
ー干渉計３３のフィネスＦは、Ｆ＝１０付近の領域内に
あるのが好ましい。そのわけは、（前述のＢｏｒｎおよ
びＷｏｌｆの出版物の図７．５８から）その場合にはエ
アリ関数に十分な変調が得られることと、同時にそれが
極めて狭い線を生じないこととがわかるからである。事
実、この構成は極めて高い波長分解能には対応しない
が、エアリ関数の狭いピーク間においてかなりの量の放
射を損失しないためにはそれが必要である。いかなる場
合にも画像形成により、高分解能は余りにも多くの処理
すべき情報を与えるので、これは望ましい状況である。

【００３８】ＢｏｒｎおよびＷｏｌｆの出版物の第３３
４ページにおいて、分解能はパラメタεにより定義され
る。そこでの処理は、高いフィネスに対して（方程式４
１）

【外１】 を与えている。その処理は１０のオーダのＦに対しても
成立し、その理由は、もし

【数６】 とおくと、ｓｉｎε／４をε／４で近似することによっ
て約１０％の誤差を生じることがわかるからである。

【００３９】そこでＢｏｒｎ及びＷｏｌｆの出版物の第
３２８ページの方程式(22)により、従って、この場合に
は、

【数７】 が得られ、分解能は、Ｂｏｒｎ及びＷｏｌｆの出版物の
第３３３ページでは、２つの単色成分の平均波長λとそ
れらの波長の差Δλとの比として定義され、これは

【数８】 となる。

【００４０】大きさの程度を知って妥当性を点検するた
めに、

【数９】 Ｎ＝５０（アレイ内の検出器数） （７）

【数１０】 Ａλ＝３μ／５０＝０．０６μ （８） および

【数１１】 λ＝２ないし５μ （９） を仮定する。

【００４１】従って、ｄは、

【数１２】

【他３／】の範囲となる。

【００４２】２〜５μ範囲における典型的な波長として

【外２】 をとり空気に対してｎ＝１にとると、方程式（１０）
は、

【数１３】 を与える。

【００４３】ｄの範囲は、下限のｄ ₁ から上限のｄ ₂ まで
で、それが波長範囲と同じ光位相差の範囲を走査するよ
うになっている。従って、

【数１４】 または、方程式(9)で定義される様にλ ₁ ＝２μでλ ₂ ＝
５μとすると、

【数１５】 となる。

【００４４】上述の例の様に、Ｎ＝５０は、また厚さス
テップの数であり、従って、厚さのステップは、

【数１６】 の程度となる。

【００４５】８μから１４μまでのスペクトル範囲にお
いては、

【数１７】 典型的な値λ＝１１μを方程式(10)に代入すると、

【数１８】 および、

【数１９】 が得られる。

【００４６】従って、厚さのステップは１μの程度であ
る。０．４μから０．８μまでの可視領域においては、
Δλ＝０．００８μであるから、

【数２０】 ｄ＝０．６^２／（０．００８×１０）＝４．５μ （１８） となる。

【００４７】（１８）から、

【数２１】 ｄ_２−ｄ_１＝４．５〔１−１／２〕＝２．２５μ （１９） となり、従ってｄのステップは、

【数２２】２／５０＝０．０４μ （２０） となる。

【００４８】要約すると、図３に示されている装置の著
しい特徴には、ｉ）干渉計の厚さの範囲およびフィネス
と、検出器アレイの大きさおよび検出器数およびスペク
トル分解能との特殊な整合、およびｉｉ）１フレームが
構築される時間内にスペクトル的および空間的情報を同
時に得るための、厚さの走査と空間的走査との間の同
期、が含まれる。

【００４９】同期を必要としない、多くの他の走査構成
が存在しうる。そのような構成においては、データをと
るシーケンスは、検出器アレイの信号走査の形式と、検
出器アレイが１次元的なものか２次元的なものかとに依
存する。全てのそのような構成は、本発明の範囲内に属
する。

【００５０】図３に示されているような移動形干渉計を
使用する時には、光軸に対して小さい角（φ≒０）をな
して干渉計に入射するビームは、φ^２またはそれ以上の
φの累乗に従って変化する光路差を生じることがわか
る。全画素における全スペクトル情報は、光路差を、被
写界走査と同期して走査することにより収集され、その
終了時においては、ことごとくの画素が異なる検出器に
よって全光路差を用いて測定され終わっている。注意深
い記録によって、また（フーリエ変換のような）適切な
マトリックス変換の適用によって、ことごとくの画素の
スペクトルが計算されうる。記録が必要とされるのは、
異なる検出器が、異なる時刻において１画素の異なるＯ
ＰＤの情報を収集するからである。このようにして、３
０ｍｓｅｃの時間（標準的ビデオの通常のフレーム時
間）内に、標準的ビデオフレームのことごとくの画素に
おけるスペクトルが測定されうる。これは、５００×５
００画素毎フレームの典型的なマトリックスの場合、１
００分解点毎画素の程度になる。

【００５１】図４の構成においては、ＯＰＤ（光路差）
を干渉計内の素子を移動させる（すなわち、図３に示さ
れているファブリ・ペロー干渉計内の板ミラー間の間隔
ｄを変化させる）ことによって変化させる移動形干渉計
を用いる代わりに、本発明を、非移動形干渉計を用いる
ことによって実施しており、この場合は、ＯＰＤは、入
来放射の入射角によって変化する。図４は、後者の形式
の干渉計を用いることによって、すなわちマイケルソン
形干渉計を用いることによって実施された本発明を示
す。

【００５２】このようにして、図４に示されている干渉
計は、光学的集光装置および走査器（それぞれ図３の３
１および３２）からのビームを受け、該ビームを２経路
に分割するビームスプリッタ４０を含む。走査器３２
は、検出器アレイ３６が２次元的であるか、１次元的で
あるかによって、それぞれ１次元的であるか、２次元的
である。１経路は補償器４１および逆行反射器４２を含
み、第２経路は補償器４３および逆行反射器４４を含
む。２つの補償器４１および４３は、同じ材料および同
じ厚さの同じブロックであり、光軸に平行なビームのみ
が補償されるように、２アーム内に反対称的に置かれ
る。２つの逆行反射器４２および４４は、ビームスプリ
ッタ４０から等距離に置かれる。ビームスプリッタ４０
は、光軸に平行な光線に対し完全に補償された装置を得
るため、隅の立方体を通るビームの並進が利用されるよ
うに、それぞれの側の表面の一部分のみに半反射コーテ
ィングを有する。

【００５３】このようにして、図４に示されているマイ
ケルソン形干渉計においては、装置の光軸に平行なビー
ムは、干渉計の２アーム間において補償されるが、装置
の光軸から外れた方向のビームは２アーム間においてＯ
ＰＤ（光路差）を生じ、これは入射角と共に直線的に変
化する。この差は、光軸からの角偏移に比例する。

【００５４】従って、干渉計の出口におけるコリメート
されたビームが、図３のアレイ３６のような検出器アレ
イ上に集束せしめられると、アレイのそれぞれの素子
は、２アーム間において異なるＯＰＤを生じた光を受け
る。このようにして、補償器４１をビームスプリッタ４
０に平行にし、補償器４３をそれに垂直にした場合に
は、光軸に対して角φで入射し、ビームスプリッタ４０
及び補償器４１及び４３を通り反射及び透過される光線
を考え、ビームスプリッタ４０、補償器４１及び４３、
及び空気との間の屈折率の差に起因する光路の差を考慮
し、最終的には得られた式をφに関してテイラー展開の
第１次項に近似することにより、２アーム間における光
路差は、小さいφに対して次の関係を満足することが示
されうる。

【００５５】

【数２３】 ただし、φ₀＝ビームスプリッタ４０と光軸との間の角
である。簡単にするためにはφ₀は４５°にとられうる
が、これは本質的なことではない。ｎは２つの補償器４
１および４３の屈折率であり、ｄは２つの補償器４１及
び４３の各々の厚さであり、φは光軸からの角偏移であ
る。

【００５６】例えば、もし２つの隣接する検出器間にお
いて必要なＯＰＤの変化が〜１μであり、屈折率ｎが任
意に２（ｄはｎには強く依存しない）をとり、２つの隣
接する検出器の視野間における方向の変化が

【外３】 であれば、ｄは１ｍｍの程度となる。事実、

【数２４】 である。

【００５７】もし補償器４１が除去され、ビームスプリ
ッタ４０が入来ビームの側の全表面上において半反射的
になっていれば、補償された光軸を有するもう１つの可
能な構成が得られることに注意すべきである。図４の構
成のスペクトル分解能に関し、検出器に到達する放射の
スペクトル範囲が、適切なフィルタの使用によって、ま
たは光学装置の透過性によって、

【数２５】λ_１≦λ≦λ_２ に制限されているものと仮定する。

【００５８】ナイキストのサンプリング定理により、エ
イリアスを避けるためには、インタフェログラムはλ_１
／２より大きくないＯＰＤステップによってサンプリン
グされなくてはならない。例解のためには、これも２つ
の隣接検出器によって得られるＯＰＤの差であると仮定
しうる。１周期は１波長のＯＰＤ変化であるから、２つ
の隣接検出器素子が見るＯＰＤの最大の差は、

【数２６】λ_１／２ でなくてはならない。

【００５９】ここで、入射放射は、Ｉ_０の強度を有する
波数ｖおよびｖ＋Δｖの２つの線から成るものと仮定す
る。ｘのＯＰＤに対し結果として得られる強度は、

【数２７】 Ｉ（ｘ）＝０．５Ｉ_０（１＋２ｃｏｓ２πｖｘ）＋０．５Ｉ_０（１＋２ｃ ｏｓ２π（ｖ＋Δｖ））ｘ） （２３） となる。

【００６０】もし定数項を減算すれば、

【数２８】

【００６１】レイリーの判断基準と同様に、もし比、

【数２９】 が所定量、例えば０．９より小ならば、２つの線は「分
解された」ものと定める。これは、定められた分解能を
得るために必要なｘの最大値ｘ_maxに対する条件を与え
る。

【００６２】上記条件を満足するｘ_maxの値は、

【数３０】 または、

【数３１】 を満たす。

【００６３】ここで、アレイ内の検出器の総数をＮ_dと
すると、

【数３２】 かつ、

【数３３】 または、

【数３４】 となる。

【００６４】ｖ₂＝１／λ ₂ とすると、

【数３５】 となる。

【００６５】数値例としては、もし、λ_１＝５μｍ、λ
_２＝２μｍ、かつＮ_ｄ＝１００ならば、

【数３６】Δｖ／ｖ_２＝０．７％ となる。

【００６６】要約すると、図４に示されている装置の独
自性は、ｉ）ＯＰＤが、干渉計への入来放射の入射角の
１次関数であるために、アレイの異なる検出器がそれを
異なるＯＰＤで見ること、といえる。この事実は、空間
的走査および適正な記録と組合わされると、それぞれの
画素のスペクトルのインタフェログラムまたはフーリエ
変換を、画像情報と同時に測定しうるようにする。非移
動形干渉計の場合における走査も、検出器アレイが１次
元的なものであるか、２次元的なものであるかにより、
それぞれ２次元的なものであるか、１次元的なものであ
りうる。

【００６７】図５は、マイケルソン干渉計を含む画像分
光計であるが、移動形のものを示し、これは図４に示す
非移動形マイケルソン干渉計とは異なり、図３のファブ
リ・ペロー干渉計に類似している。すなわち、そこでは
ＯＰＤは、干渉計の素子の移動に伴って変化する。図５
の干渉計においては、源５０からの光は、光学的集光装
置５１によって集められ、走査ミラー５２上へコリメー
トされた後に、ビームを２アーム内へ分割するビームス
プリッタ５３を通過する。１アームは補償器５４および
ミラー５５を含み、第２アームはミラー５６のみを含
む。２ミラーからの光は、ビームスプリッタ５３および
集束レンズ５７を経て検出器アレイ５８上へ送られる。

【００６８】図５のスペクトル画像装置において、もし
検出器アレイが直線的なものであれば、走査の方向は直
線的アレイの方向に対して垂直となり、走査ミラー５２
は被写界を１つの次元において走査する。もし検出器ア
レイが２次元的なものであれば走査器５２の必要はな
い。走査器５９ａは、ミラー５６とビームスプリッタ５
３との間の距離を制御する。伝統的なマイケルソン干渉
計に関し、ミラー５５を固定してミラー５６を走査すれ
ば、被写界内の全画素に対し、２アームのＯＰＤが同時
に変化せしめられる。同期を必要としないものを含め
て、多くの異なる走査構成が可能であり、一方、画像走
査器は、検出器アレイが１次元的なものであるか、また
は２次元的なものであるかによって、必要とされ、また
は必要とされない。

【００６９】図６ａは、本発明に従って構成された画像
分光計であるが、もう１つの形式の干渉計、すなわちＯ
ＰＤが入来放射の入射角によって変化する、非移動形の
改変されたサニャック干渉計を用いたものを示す。図４
に示されている画像分光計に関して前述したように、光
軸に対して小さい角をなして干渉計に入射するビーム
は、この角と共に直線的に変化するＯＰＤを生じる。

【００７０】図６ａの分光計内に示されている改変され
たサニャック干渉計は、Ｄ．Ｅ．Ｈｅｃｈｔ著、Ｏｐｔ
ｉｃｓ，Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓ
ｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，ｐ．３５９（１９８７）に
記載されているものである。この干渉計においては、全
画素の源６０からの全放射は、光学的集光装置６１によ
ってコリメートされた後、機械的走査器６２によって走
査される。光は次にビームスプリッタ６３を経て第１反
射器６４へ、さらに次に第２反射器６５へ送られ、第２
反射器６５は光を反射して、ビームスプリッタ６３を
経、さらに次に集束レンズ６６を経て、検出器アレイ６
７に到達せしめる。このビームは、６３によって反射さ
れ、次に６５によって反射され、最後に反射器６４によ
って反射されたビームと干渉する。１次元的アレイの場
合は２次元的走査が要求されるが、２次元的アレイの場
合は１次元的走査のみが要求される。

【００７１】１回の走査が終わると、ことごとくの画素
は、異なる時刻において異なる検出器により全ＯＰＤを
用いて測定され終わっており、従って、スペクトルはフ
ーリエ変換によって再構成されうる。光軸に平行なビー
ムは補償され、光軸に対して角（φ）をなすビームは、
ビームスプリッタ６３の厚さ、その屈折率、および角φ
の関数であるＯＰＤを生じる。このＯＰＤは、角が小さ
い場合はφに比例する。適切な変換を適用し、注意深い
記録を行えば、ことごとくの画素のスペクトルが計算さ
れる。

【００７２】図６ｂを参照すると、これは図６ａの装置
のわずかに改変されたものを示しており、装置の視野内
における、光軸上の中心ビームと、それに対してゼロで
ない角をなす他の平行ビームとを含むビームは、干渉計
に入射し、ビームスプリッタ６３によって２つのコヒー
レントビームに分割される。２つの分割されたビーム
は、ミラー６４および６５によって反射された後再結合
されて、集束レンズ６６によりそれらが集束される検出
器アレイ６７上に干渉パターンを作る。

【００７３】ここに説明されたさまざまな構成は、必要
な場合は、さまざまな形式の照明に適応するように改造
されうる。図６ｂは、この考え方を例解するために用い
られうる。例えば、蛍光放射の場合においては、源６０
を照明するのにレーザまたはＵＶランプ６８が用いられ
る。源６０から発射される誘発された蛍光スペクトル
は、次にスペクトル画像装置によって測定される。蛍光
の場合は、発射量は通常入射光と比較すると極めてわず
かなので、ノッチフィルタ６９が検出器アレイ６７の前
部、または任意の他の適切な位置に置かれることに注意
すべきである。

【００７４】ノッチフィルタ６９の機能は、散乱または
反射されたレーザまたはランプ自体の放射を阻止するこ
とである。この阻止は、望ましくない信号による検出器
アレイ６７のフラッディングを防止するために必要であ
る。ノッチフィルタ６９の機能は、反射または散乱され
たランプからの光をカットオフしうる任意の適切な形式
のフィルタによっても代行されうる。ＵＶランプの場合
は、通常はランプ自体が、サンプル上に入射する光のス
ペクトル範囲を制限するカットオフフィルタを含む。さ
らに、蛍光は通常は弱いので、測定のＳＮ比を増大させ
るために、冷却または強化された検出器アレイが使用さ
れうる。

【００７５】ラマン分光の適用においては、レーザ６８
が使用されること以外は、蛍光の場合と同様である。反
射解析の場合は、放射源は図６ｂと同様に置かれる。透
過解析の場合は、放射源は源６０の背後、すなわち図６
ｂにおける源６０の左方に置かれる。

【００７６】被写界と干渉縞との間の走査は、干渉計の
外部の走査器（移動被写界）を用いることによって、ま
たは干渉計自体を回転させること（移動縞）によって行
われうる。これは、図７を参照すると良く理解でき、そ
こでは、サニャック干渉計の入口において角θだけ回転
せしめられた任意の光線、例えば図示されている中心光
線が、出力において同じ角だけ回転せしめられることが
見られる。しかし、対応する分割されたビーム間のＯＰ
Ｄは変化する。

【００７７】同様にして、図８を参照すると、サニャッ
ク干渉計の角θだけの回転は、出力ビームを空間内で固
定されたままにするが、ＯＰＤを前と同量だけ変化させ
る。図６ａおよび図６ｂのサニャック構成においては、
光軸に平行に干渉計に入る光線、従ってビームスプリッ
タに角βで入射した光線（図６ａではβ＝６０°、図６
ｂではβ＝４５°）は、ＯＰＤ＝０で干渉計を通過する
が、光軸に対して角θで入る光線、従ってビームスプリ
ッタ上に一般的な角β−θで入射した光線は次の方程式
で与えられるＯＰＤを生じる。

【００７８】

【数３７】 ＯＰＤ（β，θ，ｔ，ｎ）＝ｔ［（ｎ^２−ｓｉｎ^２（β＋θ））^０．５− （ｎ^２−ｓｉｎ^２（β−θ））^０．５ ＋ ２ｓｉｎβｓｉｎθ］ （３０） ただし、 β＝ビームスプリッタへの光線の入射角（図６ａにおい
ては６０°、図６ｂにおいては４５°） θ＝光軸からの光線の角距離または中心位置に関するサ
ニャック回転角 ｔ＝ビームスプリッタの厚さ ｎ＝ビームスプリッタの屈折率 である。

【００７９】方程式（３０）は、次の１次方程式によっ
て近似されうる。

【数３８】

【００８０】以下に述べることは、図４の構成および方
程式（２１）に対しても成立する。方程式（３０）から
は、中心位置に関して正負双方の角に走査することによ
り、ことごとくの画素に対する両側のインタフェログラ
ムを得ることができ、それが位相誤差の解消を助けて、
フーリエ変換の計算においてより正確な結果を与えるこ
とがわかる。走査の振幅は達成される最大のＯＰＤを決
定し、それは測定のスペクトル分解能に関連する。角ス
テップの大きさはＯＰＤステップを決定し、それはさら
に、装置が感度を示す最短波長によって定められる。事
実、ナイキストの定理によれば、このＯＰＤステップ
は、装置が感度を示す最短波長の半分より小さくなくて
はならない。

【００８１】考慮されるべきもう１つのパラメータは、
マトリックス内の検出器素子の限定された大きさであ
る。集束光学装置を経て該素子は、サニャック干渉計内
の限定されたＯＰＤを見、それはインタフェログラムを
方形関数でたたみ込む効果を有する。これは結果とし
て、短波長における装置の感度の低下をもたらし、それ
は素子が見るＯＰＤに等しいか、またはそれ以下である
波長に対してはゼロまで低下する。この理由により、変
調伝達関数（ＭＴＦ）条件が満足されること、すなわち
検出器素子が干渉計内に見るＯＰＤが、装置が感度を示
す最短波長より小であること、が保証されなくてはなら
ない。

【００８２】図９は、図５に示されているものに類似し
ているが、光が顕微鏡の対物レンズを経て反射器上に集
束されるように構成された、移動形のマイケルソン干渉
計を含むもう１つの画像分光計を示す。すなわち、図９
に示されている分光計は、光源７１と、物体７２ｂ上に
集束させるための、集光レンズ７２ａを含む顕微鏡の光
学装置７２を備えている。光学装置７２はさらに光を、
走査器７３を経、ビームスプリッタ７４を経て２つの反
射器７５および７６へ、さらに集束レンズ７７を経て検
出器アレイ７８上へ送るためのコリメータレンズ７２ｃ
を含む。図９の構成における検出器アレイ７８、また前
述の構成における検出器アレイは、ＣＣＤ（電荷結合デ
バイス）でありうる。

【００８３】走査器７３は、もし検出器アレイが１次元
的なものであれば、視野を１つの次元において走査す
る。もし検出器アレイが２次元的なものであれば、それ
は必要ない。反射器７５および顕微鏡光学装置は、光軸
に沿っていっしょに移動し、図５に関連して前述したよ
うに、走査器７３（もし存在すれば）と同期してＯＰＤ
の走査を行う。

【００８４】前述のように、ことごとくの画素に対する
ＯＰＤは、以下の２つの方法で走査されうる。 （１）干渉計が固定位置に保たれる固定形の干渉計が使
用され、被写界は光学的走査器によって走査される。検
出器アレイ内のそれぞれの検出器は焦点面上の位置に着
座し、そこからそれは固定されたＯＰＤによって放射を
見、そのＯＰＤは検出器毎に変化するので、被写界の走
査は、それぞれの画素が走査の終了時には全ての検出器
によって、従って全てのＯＰＤによって、見られること
を保証する。走査の終了時には、全画素に対してフーリ
エ変換が適用されうる。 （２）被写界が固定状態に保たれる移動形干渉計が使用
され、干渉計の素子または全干渉計自体が、それぞれの
検出器が常に同じ画素を、しかし異なる時刻には異なる
ＯＰＤを通して見るように、走査される。走査の終了時
には、全画素が全ＯＰＤを用いて測定され終わってい
る。従って、ことごとくの検出器によって測定された信
号関数に対してフーリエ変換が適用されうる。

【００８５】検出器が直線的アレイである場合は、もし
被写界全体が解析されるべきであれば、干渉計の走査に
対して被写界の光学的走査が追加されなくてはならな
い。線走査器の場合（被写界が領域ではなく線である場
合）には、干渉計以外の追加の光学的走査は必要ない
が、検出器アレイの次元性および使用される干渉計の形
式により多くの動作構成がありうる。

【００８６】いずれの方法が好ましいかの決定は、それ
ぞれの場合における特殊な要求および幾何学的制限に基
づくべきである。例えば、方法（１）においては、スペ
クトル分解能は、セットアップの幾何学的条件によって
許容される検出器数および全ＯＰＤの範囲によって制限
される。方法（２）においては、使用される干渉計の形
式によって、極めて大きいＯＰＤに達することが可能で
ある。達成されうるスペクトル分解能は、走査される最
大ＯＰＤが大きいほど大きくなるので、高分解能が要求
される時は第２の方法の方が適していることは明らかで
ある。

【００８７】図１０から図１５までの諸実施例は、第２
方法、すなわち被写界が固定され、ＯＰＤ走査が干渉計
の可動素子または干渉計自体によって行われる方法に、
また、被写界を固定状態に保ち被写界を横切って干渉縞
を走査するために、追加の補償走査器ミラー（片面また
は両面形）を有する固定干渉計に基づく第３方法に、基
づいている。第２および第３方法においては、光は移動
形干渉計を通過せしめられ、その場合、干渉計の素子ま
たは補償ミラー、または干渉計自体を移動させることに
よってＯＰＤが変化せしめられて光を変調し、それによ
って、それぞれの瞬間においてそれぞれの検出器が、そ
れぞれの画素から発射される光のスペクトル内容の１次
結合（フーリエ変換）を見、またそれが被写界の異なる
画素を見るようになっており、また走査器が１回の走査
を完了した時完全な被写界が、スペクトル内容の、全て
の関係のある１次結合について走査され終わっているよ
うになっている。

【００８８】全てのこれらの方法において、もし検出器
アレイが直線的なものであれば、被写界はやはり１つの
次元において走査されなくてはならない。図面におい
て、図１０から図１５までは、第２方法の別の実施およ
び第３方法の２つの実施、すなわち被写界が固定状態に
保たれ、干渉縞が被写界を走査する場合を示している。

【００８９】図１０は、走査が画像を走査することによ
って行われる前述の方法（１）に基づくのではなく、前
述の方法（２）、すなわち干渉計の可動素子によって走
査を行う方法に基づく以外の点では、図６ａに示されて
いる改変されたサニャック干渉計と同様な形式の画像分
光計を示す。

【００９０】すなわち、図１０に示されている画像分光
計は、光学画像源１１０を含み、その全画素の全スペク
トル情報が、光学的集光装置１１１によってコリメート
された後、機械的走査器１１２により走査される点にお
いて、図６ａに示されているものと同様である。この走
査器は、検出器アレイが直線的なものであった場合にの
み必要とされる。もしそれが２次元的なものであれば、
この走査器はいらない。光は次にビームスプリッタ１１
３を経て第１反射器１１４へ、さらに次に第２反射器１
１５へ送られ、第２反射器１１５は光を、ビームスプリ
ッタ１１３を経、さらに次に集束レンズ１１６を経て、
検出器アレイ１１７へ反射する。しかし、図１０に示さ
れている装置においては、ビームスプリッタ１１３が光
路に対して垂直（かつ紙面に対しても垂直）な軸の回り
に回転せしめられて、走査を行う。すなわち、ビームス
プリッタのこの回転は、画素からのコリメートされたビ
ームが、それの集束される相手の検出器を変えることな
く、特定の検出器に到達するためのＯＰＤを変化せしめ
る。従って、光軸に対するビームスプリッタ角の走査
が、ことごとくの画素をあるＯＰＤ範囲によって走査さ
れるようにすることは明らかである。

【００９１】このようにして、上述の方法（２）（走査
が干渉計によって行われる）においては、検出器が置か
れた焦点面に着目すると、干渉計の形式によって、被写
界の画像が、いくつかの移動する干渉縞に重ね合わさ
れ、または明暗の被写界間で交互することがわかる。上
述の方法（１）（被写界走査形方法）においては、光学
的走査器が移動するのに伴い、被写界の画像は焦点面を
通って走査するが、縞はこの面上に静止したままになっ
ていることがわかる。従って、被写界のそれぞれの点は
焦点面上の異なるＯＰＤに対応する諸位置を通過する。
１回の走査の終了時には、それぞれの画素に対する全て
の必要な情報が収集される。従って、２方法の結果は同
様であるが、第２方法に基づく構成は、上述のようにい
くつかの利点を有する。

【００９２】図１１は、最大ＯＰＤを増大させ、従って
装置のスペクトル分解能を増大させる、光透過性材料か
らなる光学板１２８を含む点以外では、上述の図１０ま
たは図６のものと同様な画像分光計示す。この場合、光
学板１２８はビームスプリッタ１２３と第２反射器１２
５との間に置かれ、第２反射器１２５は第１反射器１２
４からの光を、ビームスプリッタ１２３を経、さらに次
に集束レンズ１２６を経て、検出器アレイ１２８へ反射
する。

【００９３】図１２は、第１反射器１３４、第２反射器
１３５、光学板１３８、ビームスプリッタ１３３、およ
び集束レンズ１３６を含めての検出器アレイ１３７が、
わずかに異なる方向を有する以外の点では、図１１のも
のと極めて類似した画像分光計を示す。

【００９４】図１３は、図５と同様の、マイケルソン形
干渉計を含む画像分光計を示す。しかし、この場合は、
２次元的検出器アレイ１４７が使用されており、従っ
て、図５に示されている装置におけるような２次元的走
査ではなく、１次元的走査で十分である。従って、図１
３においては、走査は走査器１４９ａによって制御され
るミラー１４６によって行われて、該ミラーとビームス
プリッタ１４３との間の距離を変化させ、それによって
ＯＰＤを変化せしめる。このようにして、図１３に示さ
れている装置は、図５に含まれている同期回路５９およ
び走査ミラー５２の必要性を回避している。

【００９５】図１４および図１５は、本発明のさらに別
の２つの実施例を示し、これらは図１０に示されている
実施例にまさる利点を有する。すなわち、回転するビー
ムスプリッタを備えたサニャック干渉計に基づく図１０
に示されている装置においては、縞間距離はビームスプ
リッタの角の関数として変化する。これは変換アルゴリ
ズムを不便なものにし、使用困難にする。しかし、図１
４および図１５に示されている実施例においては、縞
は、それらの間の距離を変えることなく画像を走査す
る。このようにして、一定した縞の距離が実現され、よ
り高いスペクトル分解能と、より容易なアルゴリズムと
が可能になる。

【００９６】図１４は、走査ミラー１５２およびビーム
スプリッタ１５３を含むサニャック干渉計に基づく装置
を示す。しかし、この場合は、ビームスプリッタ１５３
ではなく、走査ミラー１５２が、光軸に対して垂直（か
つ紙面に対しても垂直）な軸の回りに回転せしめられて
走査を行う。図１４に示されているように、ミラー１５
２は両面形ミラーである。

【００９７】図１５は、走査ミラー１６２が片面形のも
ので、図１４におけるミラー１５２のように回転せしめ
られることにより、ビームスプリッタ１６３を経てＯＰ
Ｄ走査を行う点以外では、図１４におけると同様な構成
を示す。図１４および図１５においては、干渉計は移動
形のものではないが、走査ミラーの特殊な配置によっ
て、移動形の場合におけると同様に働く。本発明のその
他の変形、改変、および応用は明らかであろう。

【００９８】

【発明の効果】このようにして、本発明に従って構成さ
れた画像分光計は、単に視野内のことごとくの画素から
来る光の強度を測定するのみでなく、あらかじめ定めら
れている波長範囲内におけるそれぞれの画素のスペクト
ルをも測定する。それらはまた、任意の与えられた時刻
において視野内のそれぞれの画素が発射する全放射をよ
り良く利用し、従って、フレーム時間の顕著な減少およ
び／または分光計の感度の顕著な増大を可能ならしめ
る。このような分光計は、異なる形式の干渉計および光
学的集光および集束装置を用いることができ、また医学
的診断への応用、地質学上および農学上の研究のための
遠隔検知、などを含むさまざまな応用に使用されうる。

【００９９】以上においては、本発明を限られた数の実
施例に関して説明してきたが、多くの変形、改変、およ
び本発明の他の応用がなされうることを認識すべきであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】通常の（従来技術の）スリット形画像分光計を
示す図。

【図２】本発明に従って構成された画像分光計の主要成
分を示すブロック図。

【図３】移動形干渉計、すなわち走査される厚さを有す
るヘァブリ・ペロー干渉計の使用に基づき、本発明に従
って構成された画像分光計を示す図。

【図４】図２の画像分光計内の非移動形干渉計として用
いられる、逆行反射器を有するマイケルソン干渉計を示
す図。

【図５】本発明の画像分光計内の干渉計として用いられ
るもう１つの移動形干渉計、すなわちマイケルソン形干
渉計を示す図。

【図６】ａは、本発明の画像分光計内に用いられるもう
１つの非移動形干渉計、すなわち改変されたサニャック
干渉計を示し、ｂは、本発明の画像分光計内に用いられ
るさらにもう１つの非移動形干渉計、すなわち改変され
たサニャック干渉計を示す図。

【図７】図６ａおよび図６ｂの干渉計のような干渉計へ
の入口における光縮の回転が、出力における光線をも同
じ角だけ回転させ、かつ対応する分割ビーム間のＯＰＤ
を変化させることを概略的に示す図。

【図８】図７に示されている効果と同じ効果が、干渉計
の回転によって実現されうることを概略的に示す図。

【図９】もう１つの移動形干渉計の例として、顕微鏡の
対物レンズを経てミラー上への集束が行われる、改変さ
れたマイケルソン画像分光計によって実施された本発明
を示す図。

【図１０】図６ａおよび図６ｂにおけるような改変され
たサニャック干渉計であるが、走査が干渉計の可動素子
によって行われるものを示す図。

【図１１】図６ａおよび図６ｂにおけるような干渉計で
あるが、ビームスプリッタに対して９０°をなす、光を
透過させる材料で作られた追加の光学板を有するものを
示す図。

【図１２】図１１の干渉計と同様の干渉計であるが、諸
成分は異なった方向を有し、追加の光学板１３８はビー
ムスプリッタに対してやはり９０°をなす図。

【図１３】図５に示されているものと同様のマイケルソ
ン形干渉計であるが、２次元的検出器アレイを有するも
のを示す図。

【図１４】図１０におけると同様のサニャック干渉計で
あるが、ビームスプリッタではなく走査ミラーを有する
ものを示す図。

【図１５】走査ミラーが片面形のものである点を除外す
れば図１４と同様の図。

【符号の説明】

２０ 集光光学装置 ２２ 走査器 ２４ 干渉計または光路差発生器 ２６ 検出器アレイ ２８ 信号プロセッサおよびディスプレイ ３３ ファブリ・ペロー干渉計 ５３ ビームスプリッタ ５６ ミラー １１３ ビームスプリッタ １２８ 光学板 １５２ 走査ミラー １６２ 走査ミラー

フロントページの続き (72)発明者 ロバート エー．バックウォールド イスラエル国30 095 ラマト イシヤ イ，ハダゴン １ (56)参考文献 特開 平５−180696（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−92293（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−144324（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−190124（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−339225（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−41887（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−10767（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−187923（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−82882（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−270572（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 3/00 - 3/52 G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ) 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写界の画像を検出しながら二次元被写
   界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル強度を測
   定する方法であって、 （ａ）マイクロスコープを使用して被写界からの入射光
   を集める段階と、 （ｂ）光路差が到来光の入射角と共に変化する形式の干
   渉計を備える段階と、 （ｃ）前記集められた光が所定の複数の入射角の各々に
   おいて連続的に前記干渉計に入る様に、前記干渉計を固
   定位置に維持し、かつ、前記集められた光を１つの方向
   に走査しながら前記集められた光を前記干渉計を通過さ
   せ、前記入射角の各々において且つ被写界の各画素に対
   して、前記各画素のスペクトル強度の線形の組合せに対
   応する変調された出力光を生成する段階であって、前記
   走査の振幅は、所望の最大光路差を得るように選択さ
   れ、前記走査のステップの大きさは、最短所望波長の１
   ／２以下の対応する光路差を提供するように選択される
   前記段階と、 （ｄ）前記変調された出力光を二次元検出器配列上に集
   束させ、前記検出器配列の各検出器は、各前記入射角に
   おいて信号を発生し、前記信号は、被写界の画素の１つ
   に対する前記各入射角に関連する前記線形の組合せに対
   応し、前記被写界のいずれか１つの画素に対応する前記
   信号は、前記いずれか１つの画素に対応するインタフェ
   ログラムを構成する段階であって、前記検出器配列の各
   検出器素子は、前記最短の所望波長以下の光路差の範囲
   を定める前記段階と、 （ｅ）各前記位置における各前記検出器の前記信号を記
   録する段階と、から成るスペクトル強度を測定する方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法であって、さらに、 （ｆ）前記集められた光をコリメイトする段階を含み、
   前記コリメイトされた光は、前記集められた光の代わり
   に走査され、前記干渉計を経て通過される前記方法。
3. 【請求項３】 被写界の画像を検出しながら二次元被写
   界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル強度を測
   定する方法であって、 （ａ）マイクロスコープを使用して被写界からの入射光
   を集める段階と、 （ｂ）光路差が到来光の入射角と共に変化する形式の干
   渉計を備える段階と、 （ｃ）前記干渉計を固定位置に維持し、かつ、前記集め
   られた光を第１の方向及び第２の方向に走査しながら前
   記集められた光を前記干渉計を通過させ、前記第１の方
   向の走査は、前記集められた光を所定の複数の入射角の
   各々において連続的に前記干渉計に入る様にさせ、前記
   入射角の各々において且つ被写界の各画素に対して、前
   記各画素のスペクトル強度の線形の組合せに対応する変
   調された出力光を生成する段階であって、前記走査の振
   幅は、所望の最大光路差を得るように選択され、前記走
   査のステップの大きさは、最短の所望波長の１／２以下
   の対応する光路差を提供するように選択される前記段階
   と、 （ｄ）前記変調された出力光を前記第２の方向に垂直に
   向いている一次元検出器配列上に集束させ、前記検出器
   配列の各検出器は、各前記入射角において信号を発生
   し、前記信号は、被写界の画素の１つに対する前記各入
   射角に関連する前記線形の組合せに対応し、前記被写界
   のいずれか１つの画素に対応する前記信号は、前記いず
   れか１つの画素に対応するインタフェログラムを構成す
   る段階であって、前記検出器配列の各検出器素子は、前
   記最短の所望波長以下の光路差の範囲を定める前記段階
   と、 （ｅ）各前記位置における各前記検出器の前記信号を記
   録する段階と、から成るスペクトル強度を測定する方
   法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の方法であって、さらに、 （ｆ）前記集められた光をコリメイトする段階を含み、
   前記コリメイトされた光は、前記集められた光の代わり
   に走査され、前記干渉計を経て通過される前記方法。
5. 【請求項５】 被写界の画像を検出しながら二次元被写
   界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル強度を測
   定する装置であって、 （ａ）被写界からの入射光を集めるマイクロスコープ
   と、 （ｂ）到来光の入射角と共に光路差が変化する形式の干
   渉計と、 （ｃ）前記干渉計を固定位置に維持して前記集められた
   光を１つの方向に走査し、次に前記走査された光を前記
   干渉計を通して通過させ、前記走査された光が所定の複
   数の入射角の各々において連続的に前記干渉計に入る様
   にし、前記位置の各々において且つ被写界の各画素に対
   して、前記各画素のスペクトル強度の線形の組合せに対
   応する変調された出力光を生成する手段であって、前記
   走査の振幅は、所望の最大光路差を得るように選択さ
   れ、前記走査のステップの大きさは、最短の所望波長の
   １／２以下の対応する光路差を提供するように選択され
   る前記手段と、 （ｄ）二次元検出器配列と、 （ｅ）前記干渉計により生成された前記変調された出力
   光を前記検出器配列上に集束させ、前記入射角の各々に
   おいて、前記検出器配列の各検出器は、被写界の画素の
   １つに対する前記各位置に関連する前記線形の組合せに
   対応する信号を発生し、前記検出器配列の各検出器素子
   は、前記最短の所望波長以下の光路差の範囲を定め、前
   記被写界のいずれか１つの画素に対応する前記信号は、
   前記いずれか１つの画素に対応するインタフェログラム
   を構成する手段と、 （ｆ）各前記位置における各前記検出器の前記信号を記
   録する記録機構と、から成るスペクトル強度を測定する
   装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の装置であって、さらに、 （ｇ）前記集められた光をコリメイトする手段を含み、
   前記走査手段は、前記集められた光の代わりに前記コリ
   メイトされた光を走査する前記装置。
7. 【請求項７】 被写界の画像を検出しながら二次元被写
   界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル強度を測
   定する装置であって、 （ａ）被写界からの入射光を集めるマイクロスコープ
   と、 （ｂ）到来光の入射角と共に光路差が変化する形式の干
   渉計と、 （ｃ）前記干渉計を固定位置に維持して前記集められた
   光を第１の方向及び第２の方向に走査し、次に前記走査
   された光を前記干渉計を通して通過させ、前記第１の方
   向における前記走査は前記走査された光が所定の複数の
   入射角の各々において連続的に前記干渉計に入る様に
   し、各前記位置において且つ被写界の各画素に対して、
   前記各画素のスペクトル強度の線形の組合せに対応する
   変調された出力光を生成する手段であって、前記走査の
   振幅は、所望の最大光路差を得るように選択され、前記
   走査のステップの大きさは、最短の所望波長の１／２以
   下の対応する光路差を提供するように選択される前記手
   段と、 （ｄ）前記第２の方向に垂直に向いている一次元検出器
   配列と、 （ｅ）前記干渉計により生成された前記変調された出力
   光を前記検出器配列上に集束させ、前記入射角の各々に
   おいて、前記検出器配列の各検出器素子は、被写界の画
   素の１つに対する前記各位置に関連する前記線形の組合
   せに対応する信号を発生し、前記検出器配列の各検出器
   素子は、前記最短の所望波長以下の光路差の範囲を定
   め、前記被写界のいずれか１つの画素に対応する前記信
   号は、前記いずれか１つの画素に対応するインタフェロ
   グラムを構成する手段と、 （ｆ）各前記位置における各前記検出器の前記信号を記
   録する記録機構と、から成るスペクトル強度を測定する
   装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の装置であって、さらに、 （ｇ）前記集められた光をコリメイトする手段を含み、
   前記走査手段は、前記集められた光の代わりに前記コリ
   メイトされた光を走査する前記装置。
9. 【請求項９】 被写界の画像を検出しながら二次元被写
   界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル強度を測
   定する方法であって、 （ａ）被写界からの入射光を集める段階と、 （ｂ）干渉計又はその少なくとも１つの素子が光路差を
   変化させるため複数の位置の間で回転する回転サニャッ
   ク型の干渉計を備える段階と、 （ｃ）前記干渉計又はその前記少なくとも１つの素子を
   所定の複数の前記位置の間で回転させながら前記集めら
   れた光を前記干渉計を通過させ、前記入射角の各々にお
   いて且つ被写界の各画素に対して、前記各画素のスペク
   トル強度の線形の組合せに対応する変調された出力光を
   生成する段階であって、前記回転の振幅は、所望の最大
   光路差を得るように選択され、前記回転のステップの大
   きさは、最短の所望波長の１／２以下の対応する光路差
   を提供するように選択される前記段階と、 （ｄ）前記変調された出力光を二次元検出器配列上に集
   束させ、前記検出器配列の各検出器は、各前記位置にお
   いて信号を発生し、前記信号は、被写界の画素の１つに
   対する前記各入射角に関連する前記線形の組合せに対応
   し、前記被写界のいずれか１つの画素に対応する前記信
   号は、前記いずれか１つの画素に対応するインタフェロ
   グラムを構成する段階であって、前記検出器配列の各検
   出器素子は、前記最短の所望波長以下の光路差の範囲を
   定める前記段階と、 （ｅ）各前記位置における各前記検出器の前記信号を記
   録する段階と、から成るスペクトル強度を測定する方
   法。
10. 【請求項１０】 被写界の画像を検出しながら二次元被
    写界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル強度を
    測定する方法であって、 （ａ）被写界からの入射光を集める段階と、 （ｂ）前記集められた光を１つの方向に走査する段階
    と、 （ｃ）干渉計又はその少なくとも１つの素子が光路差を
    変化させるため複数の位置の間で回転する回転サニャッ
    ク型の干渉計を備える段階と、 （ｄ）前記干渉計又はその前記少なくとも１つの素子を
    所定の複数の前記位置の間で回転させながら前記走査さ
    れた光を前記干渉計を通過させ、前記入射角の各々にお
    いて且つ被写界の各画素に対して、前記各画素のスペク
    トル強度の線形の組合せに対応する変調された出力光を
    生成する段階であって、前記回転の振幅は、所望の最大
    光路差を得るように選択され、前記回転のステップの大
    きさは、最短の所望波長の１／２以下の対応する光路差
    を提供するように選択される前記段階と、 （ｅ）前記変調された出力光を前記走査の前記方向に垂
    直に向いている一次元検出器配列上に集束させ、前記検
    出器配列の各検出器は、各前記位置において信号を発生
    し、前記信号は、被写界の画素の１つに対する前記各位
    置に関連する前記線形の組合せに対応し、前記被写界の
    いずれか１つの画素に対応する前記信号は、前記いずれ
    か１つの画素に対応するインタフェログラムを構成する
    段階であって、前記検出器配列の各検出器素子は、前記
    最短の所望波長以下の光路差の範囲を定める前記段階
    と、 （ｆ）各前記位置における各前記検出器の前記信号を記
    録する段階と、から成るスペクトル強度を測定する方
    法。
11. 【請求項１１】 被写界の画像を検出しながら二次元被
    写界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル強度を
    測定する装置であって、 （ａ）被写界からの入射光を集める手段と、 （ｂ）干渉計又はその少なくとも１つの素子が光路差を
    変化させるため複数の位置の間で回転する形式の回転サ
    ニャック干渉計と、 （ｃ）前記干渉計又はその前記少なくとも１つの素子を
    所定の複数の前記位置の間で回転させながら前記集めら
    れた光を前記干渉計を通して通過させ、各前記位置にお
    いて且つ被写界の各画素に対して、前記各画素のスペク
    トル強度の線形の組合せに対応する変調された出力光を
    生成する手段であって、前記回転の振幅は、所望の最大
    光路差を得るように選択され、前記回転のステップの大
    きさは、最短の所望波長の１／２以下の対応する光路差
    を提供するように選択される前記手段と、 （ｄ）二次元検出器配列と、 （ｅ）前記干渉計により生成された前記変調された出力
    光を前記検出器配列上に集束させ、各前記位置におい
    て、前記検出器配列の各検出器は、被写界の画素の１つ
    に対する前記各位置に関連する前記線形の組合せに対応
    する信号を発生し、前記検出器配列の各検出器素子は、
    前記最短の所望波長以下の光路差の範囲を定め、前記被
    写界のいずれか１つの画素に対応する前記信号は、前記
    いずれか１つの画素に対応するインタフェログラムを構
    成する手段と、 （ｆ）各前記位置における各前記検出器の前記信号を記
    録する記録機構と、から成るスペクトル強度を測定する
    装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の装置において、前記
    干渉計は、光透過性材の光学板を含み、前記光学板は、
    最大光路差及び前記装置のスペクトル分解能を増加させ
    るスペクトル強度を測定する装置。
13. 【請求項１３】 被写界の画像を検出しながら二次元被
    写界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル強度を
    測定する装置であって、 （ａ）被写界からの入射光を集める手段と、 （ｂ）前記集められた光を１つの方向へ走査する手段
    と、 （ｃ）干渉計又はその少なくとも１つの素子が光路差を
    変化させるため複数の位置の間で回転する回転サニャッ
    ク型の干渉計と、 （ｄ）前記干渉計又はその前記少なくとも１つの素子を
    所定の複数の前記位置の間で回転させながら、前記走査
    された光を前記干渉計を通して通過させ、各前記位置に
    おいて且つ被写界の各画素に対して、前記各画素のスペ
    クトル強度の線形の組合せに対応する変調された出力光
    を生成する手段であって、前記回転の振 幅は、所望の最
    大光路差を得るように選択され、前記回転のステップの
    大きさは、最短の所望波長の１／２以下の対応する光路
    差を提供するように選択される前記手段と、 （ｅ）前記走査の前記方向に垂直に向いている一次元検
    出器配列と、 （ｆ）前記干渉計により生成された前記変調された出力
    光を前記検出器配列上に集束させ、各前記位置におい
    て、前記検出器配列の各検出器は、被写界の画素の１つ
    に対する前記各位置に関連する前記線形の組合せに対応
    する信号を発生し、前記検出器配列の各検出器素子は、
    前記最短の所望波長以下の光路差の範囲を定め、前記被
    写界のいずれか１つの画素に対応する前記信号は、前記
    いずれか１つの画素に対応するインタフェログラムを構
    成する手段と、 （ｇ）各前記位置における各前記検出器の前記信号を記
    録する記録機構と、から成るスペクトル強度を測定する
    装置。
14. 【請求項１４】 被写界の画像を検出しながら二次元被
    写界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル強度を
    測定する方法であって、 （ａ）被写界からの入射光を集める段階と、 （ｂ）到来光の入射角と共に光路差が変化する形式の干
    渉計を備える段階と、 （ｃ）前記干渉計を固定位置に維持し、かつ、前記集め
    られた光を１つの方向に走査しながら、前記集められた
    光を前記干渉計を通して通過させ、前記集められた光が
    所定の複数の入射角の各々において連続的に前記干渉計
    に入るようにし、各前記入射角においてかつ被写界の各
    画素に対して、前記各画素のスペクトル強度の線形の組
    合せに対応する変調された出力光を生成する段階であっ
    て、前記走査の振幅は、所望の最大光路差を得るように
    選択され、前記走査のステップの大きさは、最短の所望
    波長の１／２以下の対応する光路差を提供するように選
    択される前記段階と、 （ｄ）前記変調された出力光を二次元検出器配列上に集
    束させ、前記検出器配列の各検出器素子は、各前記入射
    角において信号を発生し、前記信号は、被写界の画素の
    １つに対する前記各入射角に関連する前記線形の組合せ
    に対応し、前記被写界のいずれか１つの画素に対応する
    前記信号は、前記いずれか１つの画素に対応するインタ
    フェログラムを構成する段階であって、前記検出器配列
    の各検出 器素子は、前記最短の所望波長以下の光路差の
    範囲を定める前記段階と、 （ｅ）各前記位置における各前記検出器の前記信号を記
    録する段階と、から成るスペクトル強度を測定する方
    法。
15. 【請求項１５】 被写界の画像を検出しながら二次元被
    写界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル強度を
    測定する方法であって、 （ａ）被写界からの入射光を集める段階と、 （ｂ）到来光の入射角と共に光路差が変化する形式の干
    渉計を備える段階と、 （ｃ）前記干渉計を固定位置に維持し、かつ、前記集め
    られた光を第１の方向及び第２の方向へ走査しながら、
    前記集められた光を前記干渉計を通過させ、前記第１の
    方向の前記走査は、前記集められた光が所定の複数の入
    射角の各々において連続的に前記干渉計に入るように
    し、前記入射角の各々においてかつ被写界の各画素に対
    して、前記各画素のスペクトル強度の線形の組合せに対
    応する変調された出力光を生成する段階であって、前記
    走査の振幅は、所望の最大光路差を得るように選択さ
    れ、前記走査のステップの大きさは、最短の所望波長の
    １／２以下の対応する光路差を提供するように選択され
    る前記段階と、 （ｄ）前記変調された出力光を前記第２の方向に垂直に
    向いている一次元検出器配列上に集束させ、前記検出器
    配列の各検出器は、各前記入射角において信号を発生
    し、前記信号は、被写界の画素の１つに対する前記各入
    射角に関連する前記線形の組合せに対応し、前記被写界
    のいずれか１つの画素に対応する前記信号は、前記いず
    れか１つの画素に対応するインタフェログラムを構成す
    る段階であって、前記検出器配列の各検出器素子は、前
    記最短の所望波長以下の光路差の範囲を定める前記段階
    と、 （ｅ）各前記位置における各前記検出器の前記信号を記
    録する段階と、から成るスペクトル強度を測定する方
    法。
16. 【請求項１６】 被写界の画像を検出しながら二次元被
    写界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル強度を
    測定する装置であって、 （ａ）被写界からの入射光を集める手段と、 （ｂ）到来光の入射角と共に光路差が変化する形式の干
    渉計と、 （ｃ）前記干渉計を固定位置に維持して前記集められた
    光を１つの方向に走査し、次に前記走査された光を前記
    干渉計を通して通過させ、前記走査された光が所定の複
    数の入射角の各々において連続的に前記干渉計に入るよ
    うにし、前記入射角の各々において、かつ被写界の各画
    素に対して、前記各画素のスペクトル強度の線形の組合
    せに対応する変調された出力光を生成する手段であっ
    て、前記走査の振幅は、所望の最大光路差を得るように
    選択され、前記走査のステップの大きさは、最短の所望
    波長の１／２以下の対応する光路差を提供するように選
    択される前記手段と、 （ｄ）二次元検出器配列と、 （ｅ）前記干渉計により生成された前記変調された出力
    光を前記検出器配列上に集束させ、前記入射角の各々に
    おいて、前記検出器配列の各検出器素子は、被写界の画
    素の１つに対する前記各位置に関連する前記線形の組合
    せに対応する信号を発生し、前記検出器配列の各検出器
    素子は、前記最短の所望波長以下の光路差の範囲を定
    め、前記被写界のいずれか１つの画素に対応する前記信
    号は、前記いずれか１つの画素に対応するインタフェロ
    グラムを構成する手段と、 （ｆ）各前記位置における各前記検出器の前記信号を記
    録する記録機構と、から成るスペクトル強度を測定する
    装置。
17. 【請求項１７】 被写界の画像を検出しながら二次元被
    写界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル強度を
    測定する装置であって、 （ａ）被写界からの入射光を集める手段と、 （ｂ）到来光の入射角と共に光路差が変化する形式の干
    渉計と、 （ｃ）前記干渉計を固定位置に維持して前記集められた
    光を第１の方向及び第２の方向に走査し、次に前記走査
    された光を前記干渉計を通して通過させ、前記第１の方
    向の前記走査は、前記走査された光が所定の複数の入射
    角の各々において連続的に前記干渉計に入るようにし、
    前記入射角の各々において、かつ被写界の各画素に対し
    て、前記各画素のスペクトル強度の線形の組合せに対応
    する変調された出力光を生成する手段であって、前記走
    査の振幅は、所望の最大光路差を得るように選択され、
    前記走査のステップの大きさは、最短の所望波長の１／
    ２以下の対応する光路差を提供するように選択される前
    記手段と、 （ｄ）前記第２の方向に垂直に向いている一次元検出器
    配列と、 （ｅ）前記干渉計により生成された前記変調された出力
    光を前記検出器配列上に集束させ、前記入射角の各々に
    おいて、前記検出器配列の各検出器素子は、被写界の画
    素の１つに対する前記各位置に関連する前記線形の組合
    せに対応する信号を発生し、前記検出器配列の各検出器
    素子は、前記最短の所望波長以下の光路差の範囲を定
    め、前記被写界のいずれか１つの画素に対応する前記信
    号は、前記いずれか１つの画素に対応するインタフェロ
    グラムを構成する手段と、 （ｆ）各前記位置における各前記検出器の前記信号を記
    録する記録機構と、から成るスペクトル強度を測定する
    装置。
18. 【請求項１８】 被写界の実静止画像を検出しながら二
    次元被写界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル
    強度を同時に測定する方法であって、 （ａ）二次元被写界の全部の点から同時に入射光を集め
    平行にする段階と、 （ｂ）干渉計系を通して前記入射平行光を通過させ、前
    記光は、最初に前記干渉計の内部を異る方向に走る２つ
    のコヒーレントビームに分離され，次に前記２つのコヒ
    ーレントビームは、再結合し相互に干渉して出射光を形
    成し、前記干渉計系は、前記２つのコヒーレントビーム
    により発生する前記２つのコヒーレントビームの間の光
    路差を走査するため回転可能な少なくとも１つの素子を
    含み、前記走査の振幅は、所望の最大光路差を得るよう
    に選択され、前記走査のステップの大きさは、最短の所
    望波長の１／２以下の対応する光路差を提供するように
    選択され、前記光路差は、被写界の全部の画素に対して
    同時に走査される段階と、 （ｃ）前記出射光を集束光学系を通して通過させ，この
    集束光学系は、前記出射光を検出器素子の二次元配列を
    もつ検出器上に集束させ、その結果、各瞬間において前
    記検出器素子の各々は、測定の全期間にわたって前記被
    写界の１つ、かつ常時、同一の画素の画像であり、その
    結果、前記被写界の実画像は、測定中のいかなる時も検
    出器配列の平面上に静止し、画像は依然として目視可能
    かつ認識可能であり、その結果、前記検出器素子の各々
    は、前記画素から異る波長で発した光強度の特定の線形
    の組合せである信号を発生し、各検出器素子は、前記最
    短の所望波長以下の光路差の範囲を定め、前記線形の組
    合せは、瞬時光路差の関数であり、前記被写界のいずれ
    か１つの画素に対応する前記信号は、前記いずれか１つ
    の画素に対応するインタフェログラムを構成する段階
    と、 （ｄ）前記干渉計系の前記少なくとも１つの回転可能素
    子を回転し、被写界の全部の画素に対する前記２つのコ
    ヒーレントビームの間の前記光路差を同時に走査する段
    階と、 （ｅ）記録装置を使用して前記検出器素子の各々の前記
    信号を時間の関数として記録する段階と、から成るスペ
    クトル強度を同時に測定する方法。
19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の方法において、前
    記干渉計系の前記少なくとも１つの素子は、２つのミラ
    ーと１つのビームスプリッタを含み、前記光路差は、前
    記ビームスプリッタと前記２つのミラーを一緒に前記２
    つのコヒーレントビームにより形成される平面に垂直な
    軸の回りに回転することにより走査されるスペクトル強
    度を同時に測定する方法。
20. 【請求項２０】 請求項１８に記載の方法において、前
    記干渉計系は、 （ｉ）両面ミラーと、 （ｉｉ）第１の単面ミラーと、 （ｉｉｉ）ビームスプリッタと、 （ｉｖ）第２の単面ミラーと、 （ｖ）第３の単面ミラーと、 （ｖｉ）第４の単面ミラーとを含み、 これら前記ミラーと前記ビームスプリッタは、相互関係
    にかつ前記入射平行光と相対的に位置し、その結果、前
    記入射平行光は、前記両面ミラーの第１の側面から前記
    第１の単面ミラーへ反射され、また前記第１の単面ミラ
    ーから前記ビームスプリッタへ反射され、前記入射平行
    光は、前記ビームスプリッタにより前記２つのコヒーレ
    ントビームに分離され、前記２つのコヒーレントビーム
    の第１は、前記第２の単面ミラーから前記第３の単面ミ
    ラーへ反射され、また前記第３の単面ミラーから前記ビ
    ームスプリッタへ戻り、前記２つのコヒーレントビーム
    の第２は、前記第３の単面ミラーから前記第２の単面ミ
    ラーへ反射され、また前記第２の単面ミラーから前記ビ
    ームスプリッタへ戻り、前記２つのコヒーレントビーム
    は、前記ビームスプリッタにおいて再結合して前記出射
    光を形成し、前記出射光は、前記第４の単面ミラーから
    前記両面ミラーの第２の側面へ反射され、また前記両面
    ミラーの第２の側面から前記光学集束系へ反射され、前
    記光路差は、前記両面ミラーを前記２つのコヒーレント
    ビームにより画定される平面に垂直な軸の回りに回転す
    ることにより走査されるスペクトル強度を同時に測定す
    る方法。
21. 【請求項２１】 請求項１８に記載の方法において、前
    記干渉計系は、 （ｉ）第１のミラーと、 （ｉｉ）ビームスプリッタと、 （ｉｉｉ）第２のミラーと、 （ｉｖ）第３のミラーとを含み、 これら前記ミラーと前記ビームスプリッタは、相互関係
    にかつ前記入射平行光と相対的に位置し、その結果、前
    記入射平行光は、前記第１のミラーから前記ビームスプ
    リッタへ反射され、前記入射平行光は、前記ビームスプ
    リッタにより前記２つのコヒーレントビームに分離さ
    れ、前記２つのコヒーレントビームの第１は、前記第２
    のミラーから前記第３のミラーへ反射され、また前記第
    ３のミラーから前記ビームスプリッタへ戻り、前記２つ
    のコヒーレントビームの第２は、前記第３のミラーから
    前記第２のミラーへ反射され、また前記第２のミラーか
    ら前記ビームスプリッタへ戻り、前記２つのコヒーレン
    トビームは、前記ビームスプリッタにおいて再結合して
    前記出射光を形成し、前記出射光は、前記第１のミラー
    から前記光学集束系へ反射され、前記光路差は、前記前
    記第１のミラーを前記２つのコヒーレントビームにより
    画定される平面に垂直な軸の回りに回転することにより
    走査されるスペクトル強度を同時に測定する方法。
22. 【請求項２２】 被写界の実静止画像を検出しながら二
    次元被写界の全部の画素の波長の関数としてスペクトル
    強度を同時に測定する装置であって、 （ａ）二次元被写界の全部の点から同時に集められた入
    射光を受ける干渉計系であって、前記光は、最初に前記
    干渉計の内部で異る方向に走る２つのコヒーレントビー
    ムに分離され、前記２つのコヒーレントビームは、再結
    合して相互に干渉して出射光を形成し、前記干渉計系
    は、幾つかの素子をもち、前記素子は、回転可能であ
    り、前記干渉計系により発生した前記２つのコヒーレン
    トビームの間の光路差は、被写界の全部の画素に対して
    同時に走査される前記干渉計系であって、前記走査の振
    幅は、所望の最大光路差を得るように選択され、前記走
    査のス テップの大きさは、最短の所望波長の１／２以下
    の対応する光路差を提供するように選択される前記干渉
    計系と、 （ｂ）前記出射光が通過して集束光を形成する集束光学
    系と、 （ｃ）前記集束光が指向される検出器素子の二次元配列
    をもつ検出器であって、各瞬間において、前記検出器素
    子の各々は、測定の全期間にわたって前記被写界の１つ
    の且つ常時同一の画素の画像であり、その結果、被写界
    の実画像は、検出器配列の平面上に静止し、その結果、
    前記検出器素子の各々は、前記画素により異る波長で発
    する光強度の特定の線形の組合せである信号を発生発生
    し、各検出器素子は、前記最短の所望波長以下の光路差
    の範囲を定め、前記線形の組合せは、瞬時光路差の関数
    であり、前記被写界のいずれか１つの画素に対応する前
    記信号は、前記いずれか１つの画素に対応するインタフ
    ェログラムを構成する前記検出器と、 （ｄ）記録装置を使用して前記検出器素子の各々の前記
    信号を時間の関数として受ける記録機構とから成るスペ
    クトル強度を同時に測定する装置。