JP3429589B2 - 画像分光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多色の物体像を分光し
てほぼ単色の分光画像を得る画像分光装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の画像分光装置としては、例えば、
米国特許Pat.No.4455087やCharly Allemand による論
文、"monochromatic imaging from UV to IR using a s
ubtractive double monochromator"（Applied Optics v
ol.22,No.1 January 1983 pp16 17)に記載されている減
色二重モノクロメータ（Subtractive Double Monochrom
ator）が知られている。

【０００３】図１１は、この画像分光装置の構成図であ
る。この装置では、分光すべき多色の物体像が結像レン
ズ２１により縮小された後、明るさ絞りである入射スリ
ット板３１の入射スリット上に結像される。入射スリッ
トを透過した物体１０からの多色光束はコリメータ４０
により平行光束とされ、回折格子５１に入射する。この
入射光束は、回折格子５１で回折され、分散された後、
再結像レンズ２２により中間スリット板３２の中間スリ
ット上に照射される。これにより、物体１０の連続スペ
クトル像（色の流れた像）が中間スリット板３２上に結
像される。

【０００４】物体１０からの光のうち、ほぼ単一の波長
の光束のみが中間スリットを通過してコリメータ６０に
よって平行光束とされ、回折格子５２に入射する。回折
格子５２で回折された光束は、再結像レンズ２３によっ
て出射スリット板３３の出射スリット上に収束される。
出射スリットを通過した光を撮像装置等で検出すること
でほぼ単色の物体像（分光画像）が得られる。

【０００５】中間スリットを通過するのは、回折格子５
１によって与えられた回折角に応じて決まる所定波長を
中心としたバンド幅を有する光である。したがって、物
体１０からの光の回折格子５１への入射角度を調節する
ことで、得られる分光画像の波長を選択することができ
る。この場合、二つの回折格子５１及び５２を連動して
互いに反対方向に回転させれば、選択される波長が連続
的に変化する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の画像分光装置
は、以下のような問題点を有している。 （１）入射スリット上に物体像を結像させるため、極め
て細長い画像しか扱えない。 （２）幅の広い物体の画像を得るために、入射スリット
の幅を広げ、その上に物体像を結像させると、出射スリ
ット上にできる物体の分光画像は、たとえ中間スリット
の幅を狭くしても、回折格子の分散方向に沿って波長が
連続的に変化した色にじみのある画像になってしまう。 （３）中間スリットはある波長成分のみを通過させ、他
の波長成分は吸収してしまうため、多数の波長成分の分
光画像を得るには効率が悪く、時間が掛かる。このた
め、例えば時間的に変化する分光画像を得るには不向き
である。

【０００７】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、大きな多色物体の分光画像であって色
にじみの少ないものを得ることができる画像分光装置を
提供することを目的とし、さらに多数の分光画像を同時
に得ることの可能な画像分光装置を提供することをも目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明の画像分光装置は、多色物体の画像を分
光し、予め定められた一つ以上の表示波長に一対一に対
応した結像領域にその結像領域に対応した表示波長を有
するほぼ単色の分光画像を結像させる画像分光装置であ
って、明るさ絞りを有し、多色物体からの多色光束が入
射されることにより、この多色物体の実像を所定の位置
に結像させる第１の結像光学系と、第１の結像光学系に
よる多色物体の結像位置に配置され、多色光束を分光し
てこの多色光束の波長ごとの成分光束を互いに異なる方
向へ出射させる分光手段と、成分光束のうち表示波長を
有するものをその表示波長に対応した結像領域に入射さ
せ、この結像領域にその表示波長を有する分光画像を結
像させる第２の結像光学系とを備えている。

【０００９】本発明において、第１の結像光学系は、明
るさ絞りの多色物体側に配置された第１の収束レンズ系
と、明るさ絞りの分光手段側に配置され、明るさ絞りを
透過した多色光束を平行光束にするとともに、第１収束
レンズ系との収束作用の組み合わせにより分光手段上に
前記多色物体の実像を結像させる第２の収束レンズ系と
を備えるものであっても良い。

【００１０】この場合、第１の結像光学系が有する明る
さ絞りは、平板にスリットが形成されたスリット板であ
り、分光手段は、多色光束を単一の特定方向に沿って分
光するものであり、第２の結像光学系は、分光手段から
出射した成分光束が入射される第３の収束レンズ系と、
この第３収束レンズ系から出射した成分光束のうち表示
波長を有するものを屈曲させてその表示波長に対応する
方向に出射させるプリズムと、このプリズムから出射し
た光束が入射され、表示波長を有する分光画像をその表
示波長に対応する結像領域に結像させる第４の収束レン
ズ系とを備えるものであってもよい。

【００１１】上記のプリズムは、複数の表示波長に一対
一に対応した複数の構成プリズムが上記の特定方向に沿
って配列されたプリズムアレイであり、各構成プリズム
は、第３収束レンズ系から出射した成分光束のうちその
構成プリズムに対応する表示波長を有するものを屈曲さ
せてその表示波長に対応する結像領域に向けて出射させ
るものであっても良い。このプリズムアレイは、成分光
束のうち表示波長を有するものを２次元的に配列された
複数の結像領域のうちその表示波長を有するものに向け
て出射させる構成プリズムが配列されたものであっても
良い。

【００１２】上記の画像分光装置は、プリズムの像側に
配置され、プリズムの色収差を低減させる色消し用プリ
ズムをさらに備えていても良い。

【００１３】また、第１の結像光学系が有する明るさ絞
りは、平板にピンホールが形成されたピンホール板であ
り、分光手段は、成分光束のうち表示波長を有するもの
をその表示波長に対応する方向に出射させるものであ
り、第２の結像光学系は、分光手段から出射した成分光
束が入射される第５の収束レンズ系と、この第５収束レ
ンズ系から出射した成分光束のうち表示波長を有するも
のをその表示波長に対応する結像領域に入射させ、この
結像領域にその表示波長を有する分光画像を結像させる
第６の収束レンズ系とを備えるものであっても良い。

【００１４】第６の収束レンズ系は、複数の表示波長に
一対一に対応した複数の構成レンズが配列されたレンズ
アレイであり、各構成レンズは、その構成レンズに対応
する表示波長を有する分光画像をその表示波長に対応す
る結像領域に結像させるものであっても良い。このレン
ズアレイは、構成レンズとして成分光束を屈曲させ表示
波長に対応した結像領域に向けて出射させる構成プリズ
ムレンズが配列されたプリズムレンズアレイであっても
良い。

【００１５】上記の画像分光装置は、プリズムレンズア
レイの像側に配置され、プリズムレンズアレイの色収差
を低減させる色消し用プリズムアレイをさらに備えてい
ても良い。

【００１６】分光手段は、成分光束のうち表示波長を有
するものを２次元的に配列された複数の結像領域のうち
その表示波長に対応したものに向けて２次元的に出射さ
せるものであっても良い。

【００１７】以上の画像分光装置は、結像領域を含む受
光領域を有し、この受光領域に結像された分光画像の光
強度分布をこれに対応する電流分布に変換して出力する
画像検出手段をさらに備えていても良い。

【００１８】なお、上記においてレンズ系とは、単レン
ズのみならず複数のレンズからなるレンズ群をも含んで
いる。

【００１９】

【作用】本発明の画像分光装置において、第１の結像光
学系に多色物体からの多色光束が入射されると、この多
色光束の一部は明るさ絞りを透過して分光手段に入射
し、分光手段上に物体の実像が結像される。

【００２０】特に、第１の結像光学系が第１および第２
の収束レンズ系を備えるものである場合、物体からの多
色光束は、第１の収束レンズ系によって収束されながら
明るさ絞りに照射され、明るさ絞りを透過した多色光束
は、第２の収束レンズ系によって平行光束にされた後、
分光手段に入射する。このとき、第１および第２収束レ
ンズ系の双方の収束作用が相まって、分光手段上に多色
物体の実像が結像される。

【００２１】分光手段は多色光束を分光し、多色光束の
波長ごとの成分光束を互いに異なる方向に出射させて、
第２の結像光学系に入射させる。この第２結像光学系に
より、所定の表示波長を有する成分光束はその表示波長
に対応した結像領域に入射され、その結像領域にその表
示波長を有するほぼ単色の分光画像が結像される。

【００２２】特に、明るさ絞りとしてスリット板を備
え、第２の結像光学系が第３収束レンズ系、プリズムお
よび第４収束レンズ系を備えるものである画像分光装置
の場合、分光手段から出射した成分光束のうち所定の表
示波長を有するものは、第３収束レンズ系によって収束
されてからプリズムに入射する。プリズムは、表示波長
を有する成分光束を屈曲させてその表示波長に対応する
方向に出射させる。

【００２３】プリズムが複数の構成プリズムが配列され
たプリズムアレイである場合、第３収束レンズ系により
収束された成分光束のうち表示波長を有するものはその
表示波長に対応した構成プリズムに入射される。各構成
プリズムは、入射した成分光束をその表示波長に対応し
た結像領域に向けて出射させる。

【００２４】構成プリズムが２次元的に配列された結像
領域に向けて成分光束を出射させるものである場合、波
長の異なる分光画像の２次元的な配列が得られる。

【００２５】プリズムを出射した成分光束は、第４収束
レンズ系を透過して、その表示波長に対応した結像領域
に入射する。第４収束レンズ系の結像作用によって、そ
の結像領域に所定の表示波長を有する分光画像が結像さ
れる。

【００２６】プリズムの像側に色消し用プリズムが配置
されている場合、プリズムの色収差が低減される結果、
極めて色にじみの少ない分光画像が結像される。

【００２７】一方、明るさ絞りとしてピンホール板を備
え、第２の結像光学系が第５及び第６収束レンズ系を備
える画像分光装置の場合、分光手段は表示波長を有する
成分光束をその表示波長に対応した方向に出射させる。
この成分光束は、第５収束レンズ系によって収束されて
から第６収束レンズ系に入射される。成分光束は、第６
収束レンズ系を透過して、その表示波長に対応した結像
領域に入射する。第６収束レンズ系の結像作用によっ
て、その結像領域に所定の表示波長を有する分光画像が
結像される。

【００２８】第６収束レンズ系が複数の構成レンズが配
列されたレンズアレイである場合、第５収束レンズ系に
より収束された成分光束のうち表示波長を有するものは
その表示波長に対応した構成レンズに入射される。各構
成レンズは、入射した成分光束をその表示波長に対応し
た結像領域で結像させる。

【００２９】さらに、レンズアレイが、入射光束を屈曲
させる作用を有するプリズムレンズアレイである場合、
各構成プリズムレンズに入射した光束は、屈曲されてそ
の光束が有する表示波長に対応した結像領域に入射され
る。これにより、その結像領域に所定の表示波長の分光
画像が結像される。

【００３０】プリズムレンズアレイの像側に色消し用プ
リズムアレイが配置されている場合、プリズムレンズア
レイの色収差が低減される結果、極めて色にじみの少な
い分光画像が結像される。

【００３１】また、分光手段が２次元的に配列された結
像領域に向けて成分光束を出射するものである場合、波
長の異なる分光画像の２次元的な配列が得られる。

【００３２】本発明の画像分光装置では、従来のように
第１結像光学系の明るさ絞りの位置ではなく、分光手段
の光入射領域に物体の実像を結像させるので、絞りの大
きさに応じて分光画像の大きさが制限されることがな
い。したがって、分光手段の光入射領域を物体の面積に
応じた十分な大きさにすることで、任意の面積を有する
物体について分光画像を得ることができる。

【００３３】また、第１結像光学系の絞りを大きくしな
くても大面積の物体について分光画像を得ることができ
るので、絞りの大きさを適切に設定して分光手段の分光
精度を良好にすることで、分光画像の色にじみを抑える
こともできる。

【００３４】また、本発明の画像分光装置では、多色物
体の波長スペクトルから複数の表示波長を選択すること
で、各表示波長に対応した結像領域にその表示波長を有
する分光画像が結像される。これにより、異なる表示波
長の画像、すなわち色の異なる分光画像が同時に得られ
る。

【００３５】本発明の画像分光装置のうち画像検出手段
を備えるものによれば、この画像検出手段の出力に基づ
いて分光画像を表示装置等に再現することができる。こ
の画像分光装置は、分光画像の光強度分布を電流分布に
変換して出力するので、この出力を電気的に増幅するこ
とで、容易に鮮明な画像が再現される。

【００３６】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の実施
例を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の
要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【００３７】実施例１ 本実施例の画像分光装置は、検出対象物（多波長発光体
など）の波長スペクトルから予め選択された複数の表示
波長（λ１〜λ１０）を有する分光画像をその表示波長
に一対一に対応した複数の結像領域でそれぞれ結像させ
て、検出対象物１０の色の異なる分光画像を同時に得る
装置である。

【００３８】図１は、本実施例の画像分光装置の構成を
示す全体斜視図である。また、図２はこの装置の平面図
であり、図３は立面図である。本実施例の画像分光装置
は、多色の検出対象物１０からの多色光束の光路上に順
次に配置された第１の結像レンズ２０、スリット板３
０、第１のコリメータレンズ４０、透過型回折格子５
０、第２のコリメータレンズ６０、マイクロプリズムア
レイ７０、第２の結像レンズ９０及び２次元アレイセン
サ１００を備えている。各構成要素は、検出対象物１０
の倒立実像が回折格子５０上に結像されるように配置さ
れている。

【００３９】第１の結像レンズ２０は、検出対象物１０
からの多色光束を収束させながらスリット板３０に照射
する収束レンズである。このスリット板３０は、平板上
に細長い長方形の開口（スリット）が形成されたもので
あり、図１のようにＸ及びＹ方向を定めると、スリット
の長さ方向はＹ方向となり、スリットの幅方向はＸ方向
となる。

【００４０】スリット板３０のスリットは、図２に示さ
れるように第１コリメータレンズ４０の前側焦点位置に
配置されている。この第１コリメータレンズ４０は、ス
リットを透過した多色光束を平行光束にする収束レンズ
である。図２に示されるように、スリット自身の像は、
第１コリメータレンズ透過後、無限遠に結ぶようにな
る。

【００４１】透過型回折格子５０は、平板に周期的な溝
が形成されたものであり、この溝が配列されている領域
（光入射領域）に入射した光を回折させ、単一の特定方
向（分光方向）に沿って波長ごとに異なる角度で出射さ
せる分光素子である。回折格子５０の溝の長さ方向はＹ
方向であり、スリットの長さ方向と回折格子５０の溝の
長さ方向とは平行になっている。これにより、回折格子
５０の分光方向とスリットの長さ方向とが略垂直にな
る。

【００４２】第２コリメータレンズ６０は、回折格子５
０から出射した平行光束を収束させる収束レンズであ
る。第２コリメータレンズ６０の後側焦点面には、回折
格子５０によって分光された波長の異なる光の焦線が分
光方向に沿って並ぶことになる。

【００４３】マイクロプリズムアレイ７０は、複数のマ
イクロプリズム７１〜８０が回折格子５０の分光方向に
沿って配列されたマイクロプリズム７１〜８０の集合体
であり、図１に示されるように、マイクロプリズム７１
〜８０が有する複数の細長い入射面と単一の射出平面と
を有している。

【００４４】各マイクロプリズム７１〜８０は、表示波
長λ１〜λ１０に一対一に対応しており、各入射面は、
対応する表示波長についての第２コリメータレンズ６０
の後側焦点を含んでいる。これにより、マイクロプリズ
ムアレイ７０上にスリットの分光像が形成される。図４
は、このスリットの分光像を示したものである。図の１
本１本がある波長を有する入射スリットの像であり、波
長の異なるこれらの入射スリット像が回折格子５０の分
光方向に沿って並ぶことにより検出対象物１０の領域全
体の総和の分光エネルギー分布に比例したスペクトルが
構成されている。

【００４５】また、マイクロプリズム７１〜８０は、そ
のマイクロプリズムに対応した表示波長を有する入射光
束をその表示波長に対応した結像領域に向けて出射させ
るような頂角を有している。また、各入射面の長さはス
リット像の長さよりも長くなっている。

【００４６】第２の結像レンズ９０は、マイクロプリズ
ムアレイ７０から出射した光束が入射されると、所定の
表示波長を有する光束を２次元的に配列された結像領域
のうちその表示波長に対応するものに、その表示波長を
有する分光画像を結像させる収束レンズである。

【００４７】２次元アレイセンサ１００は、表示波長λ
１〜λ１０に対応する上記の結像領域に配置されたセン
サ１０１〜１１０が２次元的に配列されたものである。
センサ１０１〜１１０の受光領域は、表示波長λ１〜λ
１０に対応する結像領域を含んでいる。これらのセンサ
１０１〜１１０は、その受光領域に形成された画像を検
出して、この画像を形成している入射光の光強度分布を
これに対応した電流分布に変換して出力する。

【００４８】本実施例の画像分光装置の構成を、（ａ）
第１結像レンズ２０、スリット板３０および第１コリメ
ータレンズ４０からなる前系（第１の結像光学系）と、
（ｂ）回折格子５０と、（ｃ）第２コリメータレンズ６
０、マイクロプリズムアレイ７０及び第２結像レンズ９
０からなる後系（第２の結像光学系）とに分けて考え
る。

【００４９】前系は検出対象物１０の倒立実像を回折格
子５０の光入射領域上に形成する像界側テレセントリッ
ク結像系である。この結像光学系において、スリット板
３０は明るさ絞りとして働く。

【００５０】後系も、マイクロプリズムアレイ７０を除
いて考えれば、前系と同様に回折格子５０上の倒立実像
を、２次元アレイセンサ１００の各センサ１０１〜１１
０上に再度倒立実像として形成する物界側テレセントリ
ック結像系となる。マイクロプリズムアレイ７０は、こ
の後系の明るさ絞りの位置に配置されている。

【００５１】以下、本実施例の画像分光装置の動作を説
明する。まず、検出対象物１０からの多色光束は、図２
及び図３に示されるように、第１結像レンズ２０によっ
て収束されながらスリット板３０に照射される。この多
色光束のうちスリットを透過したものは、図２に示され
るように第１コリメータレンズ４０によってＸ断面内で
平行光束とされた後、回折格子５０の光入射領域に入射
する。

【００５２】このとき、図３において実線で示されるよ
うに、検出対象物１０の一つの物点から出射した光束
は、第１結像レンズ２０及び第１コリメータレンズ４０
の収束作用の組み合わせにより回折格子５０の光入射領
域上で一つの像点を結ぶ。これにより、回折格子５０上
に検出対象物１０の倒立実像が結像される。

【００５３】回折格子５０に入射した多色光束は分光方
向に沿って分光され、多色光束の各成分光束が波長ごと
に異なる方向へ出射される。この平行成分光束群は第２
コリメータレンズ６０に入射し、図２及び図３に示され
るように収束されながらマイクロプリズムアレイ７０に
入射する。各マイクロプリズム７１〜８０の各入射面に
は、そのマイクロプリズムに対応した表示波長を中心と
してそのマイクロプリズムの入射面の幅に応じた波長幅
にわたる光が入射される。前述したように、マイクロプ
リズム７１〜８０の各入射面は、そのマイクロプリズム
に対応する表示波長についての第２コリメータレンズ６
０の後側焦点を含んでいるので、表示波長を有する成分
光束はその表示波長に対応したマイクロプリズムの入射
面上で焦点を結ぶ。

【００５４】マイクロプリズム７１〜８０の各入射面に
入射した成分光束は、マイクロプリズムのプリズム作用
により屈曲される。すなわち、成分光束は、表示波長ご
とに左右および上下方向に所定の偏角を与えられ、表示
波長ごとに異なる方向に出射される。出射方向は、表示
波長に対応したセンサ１０１〜１１０の位置に応じて定
められる。

【００５５】マイクロプリズムアレイ７０を出射した光
束のうち表示波長を有するものは、図２及び図３に示さ
れるように、第２結像レンズ９０を透過してその表示波
長に対応したセンサに入射する。図３において実線で示
されるように、検出対象物１０の一つの物点から出射し
た光束のうち所定の表示波長を有するものは、第２結像
レンズ９０の収束作用によりこの表示波長に対応したセ
ンサ上で一つの像点を結ぶ。これにより、センサ１０１
〜１１０の受光領域にはそのセンサに対応した表示波長
を有する検出対象物１０の分光画像が結像される。

【００５６】この画像は、検出対象物１０の波長スペク
トルから抜き出された波長スペクトルを有する分光画像
であり、この波長スペクトルは、表示波長を中心とし、
プリズムアレイの入射面の幅に対応した狭い波長幅を有
している。波長幅は十分に狭く、分光画像はほぼ単色と
なる。この分光画像は、図１に示されるように、回折格
子５０上の倒立実像が再度倒立したもので、検出対象物
１０の正立実像である。

【００５７】センサ１０１〜１１０の各受光領域に、互
いに波長の異なる、すなわち色の異なる検出対象物１０
の実像が結像される結果、色の異なる分光画像が２次元
的に配列されることになる。こうして、検出対象物１０
の色の異なる分光画像を同時に得ることができる。

【００５８】各センサの出力信号に基づいて検出対象物
１０の画像をディスプレイ上に再現すれば、検出対象物
１０の鮮明な分光画像を容易に得ることができる。な
お、２次元アレイセンサ１００のかわりに各表示波長に
対応した結像領域を全て含むスクリーンを配置して、こ
のスクリーン上に２次元的に配列された複数の分光画像
を直接表示させることも可能である。

【００５９】本実施例の画像分光装置では、従来のよう
に前系のスリットの位置ではなく、回折格子５０の光入
射領域に検出対象物１０の実像を結像させるので、スリ
ットの大きさによって分光画像の大きさが制限されるこ
とがない。したがって、回折格子５０の光入射領域を検
出対象物１０の面積に応じた十分な大きさにすること
で、任意の面積を有する検出対象物１０について分光画
像を得ることができる。

【００６０】スリット幅を大きくしなくても大面積の物
体について分光画像を得ることができるので、スリット
幅を適切に設定して回折格子の分光精度を良好にするこ
とができ、これにより分光画像の色にじみを抑えること
もできる。

【００６１】次に、図２及び図３を参照しながら、さら
に具体的に分光画像の結像について説明する。図２で
は、説明の簡単のため、検出対象物１０からの多色光束
は波長λ１及びλ３の二波長からなるとしている。既に
述べたように、第１結像レンズ２０と第１コリメータレ
ンズ４０によって回折格子５０の光入射領域には検出対
象物１０の実像が形成される。この実像は、λ１とλ３
の二波長成分が重畳したものである。

【００６２】図２において実線で示されるように、スリ
ット自身の像は、第１コリメータレンズ４０によって一
旦無限遠に作られるようになるが、回折格子５０により
分光された後、第２コリメータレンズ６０により、マイ
クロプリズム７１及び７３の各入射面上に再び結像され
る。マイクロプリズム７１の入射面には波長λ１成分の
全ての情報を担ったスリット像が結像され、マイクロプ
リズム７３の入射面には波長λ３成分の全ての情報を担
ったスリット像が結像される。

【００６３】マイクロプリズム７１は、そこに入射する
光束をセンサ１０１に向けて図２の上方に曲げるような
頂角を有しており、マイクロプリズム７１から出射した
波長λ１の光束は第２結像レンズ９０を経て、２次元ア
レイセンサ１００のセンサ１０１に入射する。これによ
り、センサ１０１上に波長λ１成分の分光画像が結像さ
れる。同様に、マイクロプリズム７３は、そこに入射す
る光束をセンサ１０３に向けてわずかだけ図２の下方に
曲げるような頂角を有しており、マイクロプリズム７３
から出射した波長λ３の光束は、第２結像レンズ９０を
経て、２次元アレイセンサ１００のセンサ１０３に入射
する。これにより、センサ１０３上に波長λ３成分の分
光画像が結像される。

【００６４】なお、上記において、マイクロプリズムの
頂角は、光束の入射位置及びセンサ１０１〜１０５の配
列方向を含み、射出平面に垂直なマイクロプリズムの断
面において定まるものである。

【００６５】次に、図３では、説明の簡単のため、検出
対象物１０からの多色光束は波長λ３及びλ８の二波長
からなるとしている。図３において点線で示されるよう
に、マイクロプリズム７３の入射面には波長λ３成分の
全ての情報を担ったスリット像が結像され、マイクロプ
リズム７８の入射面には波長λ８成分の全ての情報を担
ったスリット像が結像される。

【００６６】また、図３に示されるように、マイクロプ
リズム７３は入射光束を図３の上方（＋Ｙ方向）に屈曲
させて出射させるような頂角を有しており、マイクロプ
リズム７８は入射光束を図３の下方（−Ｙ方向）に屈曲
させて出射させるような頂角を有している。これによ
り、センサ１０３上に波長λ３成分の分光画像が、セン
サ１０８には波長λ８成分の分光画像が結像される。

【００６７】なお、上記において、マイクロプリズムの
頂角は、光束の入射位置及びセンサ１０３と１０８とが
配列される方向を含み、射出平面に垂直なマイクロプリ
ズムの断面において定まるものである。

【００６８】次に、分光画像の色にじみについて考察す
る。既に述べたように、マイクロプリズム７１〜８０に
は表示波長λ１〜λ１０を中心として、その入射面の幅
に応じた波長幅にわたる光が入射される。従って、例え
ば、検出対象物１０からの多色光束のスペクトルが、表
示波長λ１の付近でスペクトル幅を有するものである場
合、λ１に対応したマイクロプリズム７１の入射面には
回折格子５０の分光方向に沿って色のにじんだスリット
像が形成される。しかし、マイクロプリズムの色分散が
十分に小さければ、センサ１０１上に形成される分光画
像は、波長λ１を中心としてマイクロプリズム７１の入
射面の幅に応じた波長幅にわたる光成分が重畳して、各
成分光の強度の積分値に比例した強度を有する色にじみ
の少ない画像となる。

【００６９】以下、マイクロプリズムアレイ７０を構成
するマイクロプリズムの色分散と分光画像の色にじみと
の関係について、詳しく検討する。図５は、マイクロプ
リズムの色分散がない理想的な場合における分光画像の
結像を示した平面図である。理解を容易にするため、回
折格子５０は第２コリメータレンズ６０の前側焦点位置
に配置されているものとする。また、第２コリメータレ
ンズ６０の後側焦点と第２結像レンズ９０の前側焦点と
は、マイクロプリズムの入射面上で一致しているものと
する。このような配置としても、マイクロプリズムの分
散による最終像の微小な色ずれを扱う場合には、一般性
を失わない。なお、各レンズは無収差レンズと考える。

【００７０】図５に光路が示されている光は、いずれも
回折格子５０上の実像の一つの像点から出射するもので
ある。このうち、λ１及びλ２は表示波長であり、λ
１′（＝λ１＋Δλ）及びλ２′（＝λ２＋Δλ）は表
示波長からわずかに異なる波長である。

【００７１】ここでは、第２コリメータレンズ６０を無
収差レンズと考えているので、第２コリメータレンズ６
０を透過した波長λ１及びλ１′の光は互いに平行とな
る。マイクロプリズムに色分散がない場合を考えている
ので、波長λ１及びλ１′の光は、マイクロプリズムア
レイ７０によって屈曲された後でも互いに平行を保つ。
第２結像レンズ９０も無収差レンズと考えているので、
波長λ１及びλ１′の光は、センサ１０１上の一つの像
点で交わる。従って、波長がΔλだけずれた画像がセン
サ１０１上で一致することになり、色にじみのない分光
画像が結像される。以上は、波長λ２及びλ２′の光に
ついても、同様である。

【００７２】次に、マイクロプリズムに色分散がある場
合について検討する。一般的なプリズムによる光線の屈
曲作用については、扱いを簡単にするため図６のように
プリズムの一方の面に光線が垂直に入射する場合を考え
ると、 ｎ・ｓｉｎθ＝ｓｉｎ（δ＋θ） ｎ：プリズムの屈折率 θ：プリズムの頂角 δ：光線の偏角 が成り立つ。この式は、頂角θ及び偏角δがともに微小
であるとすると、

【００７３】

【数１】

【００７４】となる。

【００７５】ここで、プリズムのアッベ数をνとする
と、 ν＝（ｎ−１）／（ｎ_F −ｎ_C ） …（２） ｎ_F ：Ｈ輝線スペクトルのＦ線に対するプリズムの屈折
率 ｎ_C ：Ｈ輝線スペクトルのＣ線に対するプリズムの屈折
率 である。また、Ｈ輝線スペクトルのＦ線の波長をλ_F 、
Ｃ線の波長をλ_C とすると、λ_F −λ_C ＝１７０ｎｍで
ある。

【００７６】（１）から、

【００７７】

【数２】

【００７８】であり、また、（２）から、

【００７９】

【数３】

【００８０】である。

【００８１】（３）及び（４）から、

【００８２】

【数４】

【００８３】が得られる。

【００８４】従って、センサ上の分光画像の色にじみ量
ΔＹは、

【００８５】

【数５】

【００８６】となる。

【００８７】ここで、以下のような実際的な数値を
（５）に代入してみる。 ｆ２＝３０ｍｍ ν＝５８（ＰＭＭＡ材料の値） δ＝１５゜（＝０．２６２Ｒａｄ．） 一つのマイクロプリズムに入射する光に１０ｎｍの波長
幅がある場合、Δλ＝１０ｎｍとすると、色にじみ量Δ
Ｙは０．００８ｍｍと求まる。センサ１０１〜１１０と
してＣＣＤエリアセンサを用いた場合、この程度の色に
じみはほぼ１ピクセル内に収まるので、ほとんど問題に
ならない。

【００８８】しかし、偏角δや一つのマイクロプリズム
に入射する光の波長幅Δλが大きい場合、ΔＹが大きく
なり、色にじみの影響を無視することができなくなる。
このような場合には、図７に示されるような色消しプリ
ズム７５をマイクロプリズムアレイ７０の代わりに配置
すればよい。これは、ν値の大きいＰＭＭＡ（ポリメチ
ルメタアクリレート）を材料とする図１のマイクロプリ
ズムアレイ７０とν値の小さいＰＣ（ポリカーボネー
ト）を材料とする色消し用のマイクロプリズムアレイ７
１とを組み合わせたものである。これにより、色消しプ
リズム７５のνを実効的に無限大として、色にじみ量Δ
Ｙを０とすることが可能である。

【００８９】以上、検討したように、本実施例の画像分
光装置によれば、一つのマイクロプリズムに入射する光
の波長幅が狭い場合はもちろん、波長幅が広い場合で
も、マイクロプリズムアレイ７０の像側に色収差を低減
させる色消し用マイクロプリズムアレイ７１を配置する
ことにより色にじみが十分に少ない分光画像を得ること
ができる。従って、例えば、マイクロプリズムアレイ７
０を構成するマイクロプリズムをＲ、Ｇ、Ｂの各波長に
対応した３個にして、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色分解画像を得
ることも可能である。

【００９０】なお、上記の考察では、各レンズを無収差
として扱ったが、レンズの収差を考慮しても、各レンズ
の収差が極端に大きいものでない限り、色にじみは実用
上問題ない程度に抑えられる。

【００９１】実施例２ 図８は、本実施例の画像分光装置の構成を示す全体斜視
図である。本実施例の画像分光装置は、前系（第１結像
光学系）の明るさ絞りとしてピンホール板３５を備え、
透過型回折格子５０の代わりに回折型分光素子５５、マ
イクロプリズムアレイ７０の代わりにマイクロプリズム
レンズアレイ１２０を備えている点が実施例１と異なっ
ている。

【００９２】ピンホール板３５は、平板上に略円形の小
開口（ピンホール）が形成されたものである。このピン
ホールは、第１コリメータレンズ４０の前側焦点位置に
配置されている。なお、ピンホールは、楕円形のもので
あっても構わない。

【００９３】回折型分光素子５５としては、ホログラフ
ィック型回折素子あるいは計算機ホログラム型回折素子
を用いることができる。いずれも、入射する多色平行光
束を回折現象により分光し、多色平行光束の成分光束を
波長ごとに定められた上下左右の方向に平行光束として
出射させるものである。

【００９４】マイクロプリズムレンズアレイ１２０は、
レンズ作用とプリズム作用を兼ね備えたマイクロプリズ
ムレンズ１２１〜１３０がセンサ１０１〜１１０に一対
一に対応して２次元的に配列されたマイクロプリズムレ
ンズの集合体で、各マイクロプリズムレンズ１２１〜１
３０が有する複数の入射面と単一の射出平面とを有して
いる。マイクロプリズムレンズ１２１〜１３０は、セン
サ１０１〜１１０と同じく、表示波長λ１〜λ１０に一
対一に対応している。マイクロプリズムレンズ１２１〜
１３０は、所定の表示波長を有する入射光束を屈曲させ
てその表示波長に対応した結像領域に向けて出射させる
とともに、その結像領域にその表示波長を有する分光画
像を結像させる。

【００９５】以下、本実施例の画像分光装置の動作を説
明する。まず、検出対象物１０からの多色光束は、第１
結像レンズ２０によって収束されながらピンホール板３
５に照射される。ピンホールを透過した多色光束は、第
１コリメータレンズ４０によって平行光束とされた後、
回折型分光素子５５に入射する。実施例１と同様に、第
１結像レンズ２０及び第１コリメータレンズ４０の収束
作用の組み合わせによって、回折型分光素子５５の光入
射領域に検出対象物１０の倒立実像が結像される。

【００９６】回折型分光素子５５は多色光束を分光し
て、その成分光束のうち表示波長λ１〜１０を有するも
のを、その表示波長に応じて定められた方向に出射させ
る。この出射方向は、その表示波長に対応したセンサ１
０１〜１１０の位置に応じて定められる。本実施例のよ
うに複数のセンサが２次元的に配列されている場合、実
施例１のように多色光束が単一の分光方向に沿って分光
されることはない。

【００９７】回折型分光素子５５を出射した平行成分光
束群は第２コリメータレンズ６０に入射し、収束されな
がらマイクロプリズムレンズアレイ１２０に入射する。
マイクロプリズムレンズの入射面には、そのマイクロプ
リズムレンズに対応した表示波長を中心として入射面の
面積に応じた波長幅にわたる光が入射される。

【００９８】マイクロプリズムレンズ１２１〜１３０の
入射面は、そのマイクロプリズムレンズに対応した表示
波長についての第２コリメータレンズ６０の後側焦点を
含んでいるので、表示波長を有する成分光束はその表示
波長に対応したマイクロプリズムレンズの入射面上で合
焦する。従って、各マイクロプリズムレンズの入射面に
は、検出対象物１０の領域全体の総和の分光エネルギー
分布に比例した強度を持った所定の表示波長のピンホー
ル像が形成される。

【００９９】マイクロプリズムレンズの結像及び屈曲作
用により、センサ１０１〜１１０にそのセンサに対応し
た表示波長の分光画像が結像される。これにより、２次
元アレイセンサ１００上には色の異なる分光画像が２次
元的に配列される。

【０１００】本実施例の画像分光装置でも、従来のよう
に前系の明るさ絞りの位置ではなく、回折型分光素子５
５上に検出対象物１０の実像を結像させるので、前系の
明るさ絞りであるピンホールの大きさによって分光画像
の大きさが制限されることがない。従って、回折型分光
素子５５の光入射領域を検出対象物１０の面積に応じた
十分な大きさにすることが出来る。

【０１０１】また、実施例１と同様に、一つのマイクロ
プリズムレンズに入射する光の波長幅が狭い場合はもち
ろん、波長幅が広い場合でも、マイクロプリズムレンズ
アレイ１２０の像側に色収差を低減させる色消し用のマ
イクロプリズムアレイを配置することにより色にじみが
十分に少ない分光画像を得ることができる。

【０１０２】さらに、本実施例の画像分光装置は、前系
の明るさ絞りをピンホール板３５としているので、スリ
ット板３０を用いた場合よりも像の分解能の方向に応じ
た差異を低減することができる。すなわち、スリット板
３０を用いた場合では、スリットの長さ方向とそれに直
交する方向とで像の分解能に差異が生じるが、ピンホー
ル板３５を用いる場合では、これが抑制されることにな
る。

【０１０３】なお、本実施例では、プリズム作用（光の
屈曲作用）を有するマイクロプリズムレンズアレイ１２
０を用いたが、回折型分光素子５５の波長分散角の大き
さが十分に大きければ、第２コリメータレンズ６０の位
置及び焦点距離、並びに２次元アレイセンサ１００の位
置を適切に設定することで、プリズム作用を有しない単
なるマイクロレンズアレイを用いることも可能である。

【０１０４】この場合、実施例１で検討したようなプリ
ズムの色分散による色にじみが生じないので好適であ
る。また、プリズム作用がなくなることで設計や作製の
労力が軽減される。

【０１０５】以下では、プリズム作用を有しないマイク
ロレンズアレイを用いつつ、波長の異なる分光画像を互
いに重複しないように２次元的に配列するための条件に
ついて検討する。

【０１０６】図９は、マイクロレンズアレイ１４０を備
える画像分光装置の一部を示す平面図である。図におい
て、１５０は回折型分光素子５５上の検出対象物１０の
像を、１６０は回折型分光素子５５上の検出対象物１０
の像１５０の第２コリメータレンズ６０による虚像を、
１７０は２次元アレイセンサが備えるセンサ上に形成さ
れる検出対象物１０の分光画像をそれぞれ示している。
また、図において、 ｆ：マイクロレンズの焦点距離 Ｐ：相隣るマイクロレンズ間の間隔 ｆ′：第２コリメータレンズ６０の焦点距離 ｄ１：回折型分光素子５５上の検出対象物１０の像１５
０と第２コリメータレンズ６０との間隔 ｄ２：虚像１６０と第２コリメータレンズ６０との間隔 ｄ３：虚像１６０とマイクロレンズアレイ１４０との間
隔 ｄ４：マイクロレンズアレイ１４０と２次元アレイセン
サ１００との間隔 Ｗ：像１５０の大きさ Ｗ′：虚像１６０の大きさ Ｗ″：センサ上に形成された検出対象物１０の分光画像
１７０の大きさ Ｈ：虚像１６０上の一つの像点に対応する像点であっ
て、相隣るセンサ上に形成されたもの同士の間隔 である。

【０１０７】第２コリメータレンズ６０（焦点距離
ｆ′）に関する結像と倍率の式は、 １／ｄ１−１／ｄ２＝１／ｆ′ …（１） Ｗ′／Ｗ＝ｄ２／ｄ１ …（２） である。また、マイクロレンズ（焦点距離ｆ）に関する
結像と倍率の式は、 １／ｄ３＋１／ｄ４＝１／ｆ …（３） Ｗ″／Ｗ′＝ｄ４／ｄ３ …（４） である。

【０１０８】また、図に示されるように、 ｄ３＝ｄ２＋ｆ′ …（５） である。

【０１０９】また、２次元アレイセンサの大きさＳは、
一方向に沿って配列されたセンサの数をｎ（図９では、
ｎ＝５である。）とすると、 Ｓ＝ｎ・Ｈ …（６） と表される。

【０１１０】波長の異なる各分光画像が互いに重ならな
いための条件式は、 Ｈ≧Ｗ″ …（７） Ｐ／Ｈ＝ｄ３／（ｄ３＋ｄ４） …（８） と表される。

【０１１１】（２）、（４）、（６）を用いて（７）を
変形すると、 Ｗ≧（Ｓ／ｎ）・（ｄ１／ｄ２）・（ｄ３／ｄ４） …（９） また、（６）を用いて（８）を変形すると、 Ｐ＝ｄ３・Ｓ／｛ｎ・（ｄ３＋ｄ４）｝ …（１０） となる。

【０１１２】このままでは、変数が多くて自由度が余る
ので、以下では、ｄ１及びｆ′に適当な値を与えて定数
とする。（１）、（５）及び（３）を変形すると、 ｄ２＝ｄ１・ｆ′／（ｆ′−ｄ１） …（１１） ｄ３＝ｄ１・ｆ′／（ｆ′−ｄ１）＋ｆ′ …（１２） ｄ４＝ｆ・ｆ′² ／｛ｆ′² −（ｆ′−ｄ１）・ｆ｝ …（１３） となる。（１１）〜（１３）を（９）及び（１０）に代
入すると、ｆとＰを変数とする２元の連立方程式が求ま
るので、これを解いてｆとＰに関する条件を求めればよ
い。なお、この連立方程式は（ｆ、Ｐ）の一次式でない
ので、実際には、逐次近似法により近似的に解くことに
なる。

【０１１３】以上では、図９の紙面上で条件を求めた
が、図９の紙面に垂直な平面上でも同様にして条件を求
めることができる。こうして求まったｆとＰに関する条
件に従って光学系を設計すれば、分光画像が重なること
はないので、好適な画像分光を行う画像分光装置を得る
ことができる。

【０１１４】次に、回折型分光素子５５であるホログラ
フィック型回折素子及び計算機ホログラム型回折素子の
作製方法を説明する。

【０１１５】図１０は、ホログラフィック型回折素子の
作製方法を示す図である。図示しない波長可変レーザ光
源から出射した所定波長（例えば、図１０の波長λ１）
のレーザビームは、ハーフミラー２１０により二つのビ
ームに分岐される。ハーフミラー２１０を透過したビー
ム（参照ビーム）は、使用する波長可変レーザの波長よ
りも十分に厚い感光層を有し、極めて高い解像力（〜３
０００本／ｍｍ以上）を持つ感光材料にほぼ垂直に入射
させる。ハーフミラー２１０で反射されたビーム（信号
ビーム）は、ハーフミラー２１０に対し所定の相対的傾
きを持たせた反射鏡２２０によって反射させる。これに
よって、信号ビームを参照ビームと所定の角度を持たせ
ながら感光材料に入射させる。このようにすると、二つ
のビームが交わる空間では、ビームの波長と二つのビー
ム間の角度とにより定まるピッチ及び縞の配列方向を有
する干渉縞が生じる。この干渉縞を感光材料に照射して
感光させることで、感光材料に一つの干渉縞パターンが
記録される。

【０１１６】一つの波長について感光が終了したら、レ
ーザビームの波長を別の波長（図１０の波長λ２）に変
えるとともに、反射鏡２２０を平行移動させたり回転さ
せ、必要な場合にはハーフミラー２１０も回転させて、
信号ビームの入射角度を所定の値だけ変える。これによ
り、感光材料に別に干渉縞パターンを記録する。信号ビ
ームの角度は、参照ビームに対して２次元的に変えても
良い。所定の全ての波長について繰り返し露光を行い、
これが完了した後、現像などの適当な処理を行うとホロ
グラフィック型回折素子が完成する。

【０１１７】感光材料に記録された一つの干渉パターン
には一つの表示波長が対応することになる。干渉縞パタ
ーンのピッチや縞の配列方向を調節することで、回折の
方向や角度を適切に設定することができ、所定の表示波
長の光をその表示波長について定められた方向へ出射さ
せることができる。

【０１１８】続いて、計算機ホログラム型回折素子の作
製方法を説明する。これは、ホログラフィック型回折素
子のように繰り返し露光を行って干渉縞パターンを多重
記録する代わりに、露光される全ての干渉縞の空間的光
強度分布を累積した強度分布を算出し、これに応じて露
光を一度だけ行う方法である。ホログラフィック型回折
素子の作製方法において、ある波長の参照ビームと信号
ビームとがある相対角度で交わっている場合、任意の平
面上（例えば、感光材料の表面上）の各点における合成
波の複素振幅は確定する。従って、複素振幅の２乗で表
される干渉縞の光強度も確定する。ビームの波長及び相
対角度という露光条件を変えつつ各点ごとに光強度を求
め、各点における光強度の累積値を算出する。この計算
結果に従って、電子ビームリソグラフィー等の微細加工
技術を用いることにより、ホログラフィック型回折素子
と等価な計算機ホログラム型回折素子を作製することが
可能である。

【０１１９】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、様々な変形が可能である。例えば、実施例１のお
いてスリット板３０から第２コリメータレンズ６０の後
側焦点面までの構造は、ツェルニー、ターナー型等のポ
リクロメータと同等であり、各レンズは凹面球面反射
鏡、あるいは軸外し放物面鏡に置き換えることができ
る。また、透過型回折格子５０は、反射型回折格子、分
光用プリズム、超音波型回折素子などに置き換えること
ができる。

【０１２０】また、実施例２のマイクロプリズムレンズ
アレイやマイクロレンズアレイは、例えばフレネルゾー
ンプレートの集合体のようなパターンを持ち、光を回折
させることによりレンズ作用やプリズム作用と等価な作
用を奏する素子であってもよい。このような素子は、計
算機ホログラム型回折素子と同様に、電子ビームリソグ
ラフィー等の微細加工技術によって作製することができ
る。

【０１２１】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の画
像分光装置によれば、分光手段の光入射領域に物体の実
像を結像させるので、第１結像光学系の明るさ絞りの大
きさに応じて分光画像の大きさが制限されることがな
い。このため、分光手段の光入射領域を物体の面積に応
じた十分な大きさにすることで、任意の面積を有する物
体について分光画像を得ることができる。

【０１２２】また、第１結像光学系の明るさ絞りを大き
くしなくても大面積の物体について分光画像を得ること
ができるので、絞りの大きさを適切に設定して分光手段
の分光精度を良好にすることで、分光画像の色にじみを
抑えることもできる。

【０１２３】また、本発明の画像分光装置では、多色物
体の波長スペクトルから複数の表示波長を選択すること
で、各表示波長に対応した結像領域にその表示波長を有
する分光画像が結像される。これにより、異なる表示波
長の画像、すなわち色の異なる分光画像を同時に得るこ
とができ、効率のよい分光画像検出が可能である。

【０１２４】また、本発明の画像分光装置のうち画像検
出手段を備えるものによれば、この画像検出手段の出力
に基づいて分光画像を表示装置等に再現することができ
る。この画像分光装置の出力を電気的に増幅すること
で、容易に鮮明な画像を再現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の画像分光装置の構成を示す全体斜視
図である。

【図２】実施例１の画像分光装置の平面図である。

【図３】実施例１の画像分光装置の立面図である。

【図４】マイクロプリズムアレイ上のスリットの分光像
を示す図である。

【図５】マイクロプリズムの色分散がない理想的な場合
における分光画像の結像を示す平面図である。

【図６】マイクロプリズムによる光線の屈曲を示す図で
ある。

【図７】色消しプリズムを示す図である。

【図８】実施例２の画像分光装置の構成を示す全体図で
ある。

【図９】マイクロレンズアレイ１４０を備える画像分光
装置の一部を示す平面図である。

【図１０】ホログラフィック型回折素子の作製方法を示
す図である。

【図１１】従来の画像分光装置を示す平面図である。

【符号の説明】

１０…検出対象物、２０…第１結像レンズ、３０…スリ
ット板、３５…ピンホール板、４０…第１コリメータレ
ンズ、５０…透過型回折格子、５５…回折型分光素子、
６０…第２コリメータレンズ、７０…マイクロプリズム
アレイ、９０…第２結像レンズ、１００…２次元センサ
アレイ、１２０…マイクロプリズムレンズアレイ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多色物体の画像を分光し、予め定められ
   た一つ以上の表示波長に一対一に対応した結像領域にそ
   の結像領域に対応した前記表示波長を有するほぼ単色の
   分光画像を結像させる画像分光装置であって、 明るさ絞りを有し、前記多色物体からの多色光束が入射
   されることにより、この多色物体の実像を所定の位置に
   結像させる第１の結像光学系と、 前記第１の結像光学系による前記多色物体の結像位置に
   配置され、前記多色光束を分光してこの多色光束の波長
   ごとの成分光束を互いに異なる方向に出射させる分光手
   段と、 前記成分光束のうち前記表示波長を有するものをその表
   示波長に対応した前記結像領域に入射させ、この結像領
   域にその表示波長を有する前記分光画像を結像させる第
   ２の結像光学系と、 を備える画像分光装置。
2. 【請求項２】 前記第１の結像光学系は、 前記明るさ絞りの前記多色物体側に配置された第１の収
   束レンズ系と、 前記明るさ絞りの前記分光手段側に配置され、前記明る
   さ絞りを透過した前記多色光束を平行光束にするととも
   に、前記第１収束レンズ系との収束作用の組み合わせに
   より前記分光手段の光入射領域に前記多色物体の実像を
   結像させる第２の収束レンズ系と、 を備えるものであることを特徴とする請求項１記載の画
   像分光装置。
3. 【請求項３】 前記第１の結像光学系が有する前記明る
   さ絞りは、平板にスリットが形成されたスリット板であ
   り、 前記分光手段は、前記多色光束を単一の特定方向に沿っ
   て分光するものであり、 前記第２の結像光学系は、前記分光手段から出射した前
   記成分光束が入射される第３の収束レンズ系と、この第
   ３収束レンズ系から出射した前記成分光束のうち前記表
   示波長を有するものを屈曲させてその表示波長に対応す
   る方向に出射させるプリズムと、このプリズムから出射
   した光束が入射され、前記表示波長を有する前記分光画
   像をその表示波長に対応する前記結像領域に結像させる
   第４の収束レンズ系とを備えるものであることを特徴と
   する請求項２記載の画像分光装置。
4. 【請求項４】 前記プリズムは、複数の前記表示波長に
   一対一に対応した複数の構成プリズムが前記特定方向に
   沿って配列されたプリズムアレイであり、各構成プリズ
   ムは、前記第３収束レンズ系から出射した前記成分光束
   のうちその構成プリズムに対応する前記表示波長を有す
   るものを屈曲させてその表示波長に対応する前記結像領
   域に向けて出射させることを特徴とする請求項３記載の
   画像分光装置。
5. 【請求項５】 前記プリズムアレイは、前記成分光束の
   うち前記表示波長を有するものを２次元的に配列された
   複数の前記結像領域のうちその表示波長を有するものに
   向けて出射させる前記構成プリズムが配列されたもので
   あることを特徴とする請求項４記載の画像分光装置。
6. 【請求項６】 前記プリズムの像側に配置され、前記プ
   リズムの色収差を低減させる色消し用プリズムをさらに
   備えることを特徴とする請求項３〜５のいずれか記載の
   画像分光装置。
7. 【請求項７】 前記第１の結像光学系が有する前記明る
   さ絞りは、平板にピンホールが形成されたピンホール板
   であり、 前記分光手段は、前記成分光束のうち前記表示波長を有
   するものをその表示波長に対応する方向に出射させるも
   のであり、 前記第２の結像光学系は、前記分光手段から出射した前
   記成分光束が入射される第５の収束レンズ系と、この第
   ５収束レンズ系から出射した前記成分光束のうち前記表
   示波長を有するものをその表示波長に対応する前記結像
   領域に入射させ、この結像領域にその表示波長を有する
   前記分光画像を結像させる第６の収束レンズ系とを備え
   るものであることを特徴とする請求項２記載の画像分光
   装置。
8. 【請求項８】 前記第６の収束レンズ系は、複数の前記
   表示波長に一対一に対応した複数の構成レンズが配列さ
   れたレンズアレイであり、各構成レンズは、その構成レ
   ンズに対応する前記表示波長を有する前記分光画像をそ
   の表示波長に対応する前記結像領域に結像させることを
   特徴とする請求項７記載の画像分光装置。
9. 【請求項９】 前記レンズアレイは、前記構成レンズと
   して前記成分光束を屈曲させ前記表示波長に対応した前
   記結像領域に向けて出射させる構成プリズムレンズが配
   列されたプリズムレンズアレイであることを特徴とする
   請求項８記載の画像分光装置。
10. 【請求項１０】 前記プリズムレンズアレイの像側に配
    置され、前記プリズムレンズアレイの色収差を低減させ
    る色消し用プリズムアレイをさらに備えることを特徴と
    する請求項９のいずれか記載の画像分光装置。
11. 【請求項１１】 前記分光手段は、前記成分光束のうち
    前記表示波長を有するものを２次元的に配列された複数
    の前記結像領域のうちその表示波長に対応したものに向
    けて出射させることを特徴とする請求項８〜１０のいず
    れか記載の画像分光装置。
12. 【請求項１２】 前記結像領域を含む受光領域を有し、
    この受光領域に結像された前記分光画像の光強度分布を
    これに対応する電流分布に変換して出力する画像検出手
    段をさらに備える請求項１〜１１のいずれか記載の画像
    分光装置。