JP4110250B2 - 光画像情報変換装置 - Google Patents
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Description
本発明は、２次元画像情報を１次元画像情報に変換し、或いは１次元画像情報を２次元画像情報に変換する光画像情報変換装置に関する。
現在、２次元画像をその形を保ったまま遠方へ伝達するための機材として、ファイバー素線がよじられることなく均質に束ねられたバンドル型光ファイバーが用いられている。或いは、岩石の一種で、自然に存在するバンドル型光ファイバー構造を有するテレビ石が用いられている。これらは、２次元情報を、相対位置を変えずにそのまま伝達することができる。このバンドル型光ファイバーは、エドモンド・オプティクス・ジャパン株式会社により製造されているイメージコンジット（像導伝管）として公知である。これは、像を伝達するロッド型のイメージファイバーであり、このファイバーの末端面を物体に接触させると、コンジットの反対側の末端面にその像を写し出すことができる。バーナーやガラスオーブンで熱することにより曲げることも可能なため、任意の形状にして狭いエリア内で使用することもできる。
また、２次元画像の相対位置を変えずに、拡大或いは縮小のみを行うテーパー型バンドル光ファイバーも、エドモンド・オプティクス・ジャパン株式会社により製造販売されている。イメージコンジットのファイバーバンドルをテーパー状に成形したことにより、像を所定の倍率に拡大、縮小して他方の面に伝達することができる。
しかしながら、このような従来のバンドル型ファイバーは、２次元画像をそのまま伝達させるためのものであり、２次元画像を１次元情報に変換することができなかった。
しかしながら、このような従来のバンドル型ファイバーは、２次元画像をそのまま伝達させるためのものであり、２次元画像を１次元情報に変換することができなかった。
図５は、２次元ＣＣＤを用いた１次元画像分光分析装置を示す図である。図中の画像入力装置は、例えば顕微鏡である。照明光、励起光の下で、対物レンズにより観察された２次元画像は、スリットを経て、マルチチャンネル分光器部に伝達される。
マルチチャンネル分光器部において、２次元画像情報は、まずスリットを通過し、ある１次元の情報が選択される。その後、その一次元情報の各位置ごとで分散素子を介してスペクトルに分割される。そのスペクトル情報は、２次元ＣＣＤ上に投影される。マルチチャンネル分光器部の役割についてさらに図６を参照して説明する。図示したように、２次元ＣＣＤ上では、スリットを通過した１ラインの１次元画像情報が、ＣＣＤの図中縦方向に１次元位置情報として、また図中横方向に各位置におけるスペクトル情報として展開される。このように１次元画像情報が、２次元ＣＣＤ上に展開され、そして、この２次元ＣＣＤを走査することにより電気信号として伝送することができる。このままでは２次元画像情報の１ライン分だけしか分光されないため、２次元画像あるいはスリットをスキャンして、２次元画像全体の分光情報を取得する。
このように２次元ＣＣＤを用いたマルチチャネル分光器は、画像入力装置に入力された２次元画像から１次元画像のみを選んで、分光を行うものであり、一度に２次元画像情報を入力することができない。
このように２次元ＣＣＤを用いたマルチチャネル分光器は、画像入力装置に入力された２次元画像から１次元画像のみを選んで、分光を行うものであり、一度に２次元画像情報を入力することができない。
従来のバンドル型ファイバーは、２次元画像をそのまま伝達させるためのものであった。これを用いると、２次元画像から１次元画像のみを選んで、分光を行うものであり、一度に２次元画像情報を入力することができなかった。
従来の画像分光技術では、画像分光分析を行う際には、
１）スキャニング系を伴う
２）スペクトル解像度が低い（従来装置はどれも5nm程度）
の２つの問題を同時に解決することができていない。
従来の画像分光技術では、画像分光分析を行う際には、
１）スキャニング系を伴う
２）スペクトル解像度が低い（従来装置はどれも5nm程度）
の２つの問題を同時に解決することができていない。
本発明は、係る問題点を解決して、２次元画像情報を１次元画像情報に変換することにより、分光装置で全画像のスペクトル情報を一括して計測することを可能にすることを目的としている。
また、本発明は、この逆の技術となる、１次元画像情報を２次元画像情報に変換することを可能にすることを目的としている。
また、本発明は、この逆の技術となる、１次元画像情報を２次元画像情報に変換することを可能にすることを目的としている。
本発明の光画像情報変換装置は、それぞれの層が一列の光ファイバー素線或いは多数の素線の集合からなるバンドルファイバーにより構成される複数層の光ファイバー層を、一端では縦に積み重ねて２次元構造端面にし、かつこの積み重ね順に、他端では横に並べて１次元構造端面とする多層構造光ファイバーとして構成される。前記２次元構造端面を、顕微鏡或いは内視鏡の２次元画像出力側に接続して、２次元画像情報を入力し、この２次元画像情報を１次元画像情報に変換して、前記１次元構造端面から１次元画像情報を出力し、かつ、該１次元画像情報を、入射光として、マルチチャンネル分光器或いはストリークカメラに入力して分光する。
本発明によれば、２次元画像情報を１次元画像情報に変換することにより、分光装置で画像全体のスペクトルを一括して計測することができる。また、本発明は、１次元画像情報を２次元画像情報に変換することを可能にする。
本発明装置を持ちいることにより、画像取得光学系を用いた場合にも分光分析装置の限界（通常は0.1nm〜0.01nm程度）にまでスペクトルを向上できる。
本発明装置を持ちいることにより、画像取得光学系を用いた場合にも分光分析装置の限界（通常は0.1nm〜0.01nm程度）にまでスペクトルを向上できる。
図１は、本発明の光画像情報変換装置を例示する図である。例示の光画像情報変換装置は、複数層の光ファイバーを、一端では縦に積み重ね、かつこの積み重ね順に、他端では横に並べた多層構造光ファイバーとして構成される。この両端の間では、任意に引き回すことが可能であるが、両端部近くでは直線状にしつつ、その間では最短距離となるように滑らかに連続的に折り曲げることによりコンパクトな構成にすることができる。光ファイバーの各層は、一列の光ファイバー素線、或いは多数の素線の集合からなるバンドルファイバーにより構成される。
このようにバンドルファイバーを配列して多層構造化し、ファイバー両端のうち一端は各層を互いに縦に積み重ねて、断面が２次元平面となる２次元構造にする一方、もう一端は各層を順に横に並べた１次元構造の光ファイバーとする。
このように配列した多層構造光ファイバーの両端のいずれからも光情報を入力し、また、出力することができる。２次元構造面から２次元光情報を入力し、他端の１次元構造面から１次元光情報を出力するとき、本装置は２次元光情報から１次元光情報への変換装置として機能する。これとは逆に、１次元構造面から１次元光情報を入力し、他端の２次元構造面から２次元光情報を出力するとき、本装置は１次元光情報から２次元光情報への変換装置として機能する。
このように配列した多層構造光ファイバーの両端のいずれからも光情報を入力し、また、出力することができる。２次元構造面から２次元光情報を入力し、他端の１次元構造面から１次元光情報を出力するとき、本装置は２次元光情報から１次元光情報への変換装置として機能する。これとは逆に、１次元構造面から１次元光情報を入力し、他端の２次元構造面から２次元光情報を出力するとき、本装置は１次元光情報から２次元光情報への変換装置として機能する。
また、図示の多層構造光ファイバーを用いることにより、２次元光情報と１次元光情報とを空間的に相互に変換できるため、１次元のＬＥＤまたはＬＤのアレイを２次元発光器に変換したり、２次元発光器（ＶＣＳＥＬなど）を１次元発光器に変換することが可能となる。
例示のような多層構造光ファイバーからなる光画像情報変換装置は、種々の分野で用いることができ、例えば、画像分光装置・顕微鏡画像分光装置（生体組織の特定・蛍光画像・材料分析など）、医療機器分野（眼底カメラ・内視鏡）、サーモグラフィー（気象衛星画像・反応炉などの温度画像マッピング）、パターン認識・パターン暗号化技術等において用いることができる。以下、その典型的な実施例についてさらに説明する。
例示のような多層構造光ファイバーからなる光画像情報変換装置は、種々の分野で用いることができ、例えば、画像分光装置・顕微鏡画像分光装置（生体組織の特定・蛍光画像・材料分析など）、医療機器分野（眼底カメラ・内視鏡）、サーモグラフィー（気象衛星画像・反応炉などの温度画像マッピング）、パターン認識・パターン暗号化技術等において用いることができる。以下、その典型的な実施例についてさらに説明する。
図２は、２次元画像情報を１次元画像情報に変換する実施例１を例示する図である。図１に例示した多層構造光ファイバー（光画像情報変換装置）の２次元構造端面から２次元画像光情報を入力し、この２次元画像情報を１次元画像情報に変換して、他端の１次元構造端面から１次元画像情報を出力する。次に、この１次元画像情報は、入射光として、マルチチャンネル分光器に入力されて分光される。
２次元画像データはそのままの形で分光分析できないため、マスキングスリットによって情報を制限し、現状ではスキャニング等の手法を用いた再構成が必要となっているが、これは非常に時間がかかる。例示の装置によれば、一度にかつ非駆動で分光分析できる技術を提供できる。１層を構成するファイバー数と層数との積が分析可能な画素点数になるが、現状の1000万画素CCD程度の装置では、１万点（１層あたり100本×層数100）程度までの画素数に対応できることになる。
２次元画像データはそのままの形で分光分析できないため、マスキングスリットによって情報を制限し、現状ではスキャニング等の手法を用いた再構成が必要となっているが、これは非常に時間がかかる。例示の装置によれば、一度にかつ非駆動で分光分析できる技術を提供できる。１層を構成するファイバー数と層数との積が分析可能な画素点数になるが、現状の1000万画素CCD程度の装置では、１万点（１層あたり100本×層数100）程度までの画素数に対応できることになる。
図３は、１次元画像情報を２次元画像情報に変換する実施例２を例示する図である。図１に例示した多層構造光ファイバーの１次元構造端面から１次元画像光情報を入力し、この１次元画像情報を２次元画像情報に変換して、他端の２次元構造端面から２次元画像情報を出力する。次に、この２次元画像情報は、入射光として、２次元検出器で検出される。
例えば、光を使った表面形状計測やフーリエ変換分析などの光干渉計測に用いられることの多いインターフェログラムは１次元情報であるが、できるだけ多くの信号を取得しようとするとそれだけ画素数の大きな１次元ラインセンサーを用いる必要がある。１次元ラインセンサーは通常1000素子〜数千素子程度であるため、これが限界となる。一方で２次元センサーは安価な256×256素子のものでも、６万５千素子以上になり、素子数が格段に多くなる。（現状では1000万素子以上のセンサーも存在する。）
例示の多層構造光ファイバーにより、１次元情報を２次元に配列し直すことができるため、２次元センサーを用いることができ、取得情報が格段に増加する。
例示の多層構造光ファイバーにより、１次元情報を２次元に配列し直すことができるため、２次元センサーを用いることができ、取得情報が格段に増加する。
図４は、本発明を顕微鏡画像分光分析装置に適用した例を示す図である。図１に例示の多層構造光ファイバーの２次元構造端面を、画像入力装置としての顕微鏡の２次元画像出力側に接続して、２次元画像光情報を入力し、この２次元画像情報を１次元画像情報に変換して、他端の１次元構造端面から１次元光情報を出力する。次に、この１次元光情報は、入射光として、マルチチャンネル分光器或いはストリークカメラに入力されて分光される。このように、多層構造光ファイバーを顕微鏡に接続することによって、生物試料や工業材料の機能同定や材料分析をリアルタイムで行うことが可能になる。
この顕微鏡に代わる画像入力装置として、内視鏡等も用いることができ、この場合、生体内の分光分析によって、生体情報のスペクトル取得と機能分析を行うことができる。
この顕微鏡に代わる画像入力装置として、内視鏡等も用いることができ、この場合、生体内の分光分析によって、生体情報のスペクトル取得と機能分析を行うことができる。
Claims (1)
- それぞれの層が一列の光ファイバー素線或いは多数の素線の集合からなるバンドルファイバーにより構成される複数層の光ファイバー層を、一端では縦に積み重ねて２次元構造端面にし、かつこの積み重ね順に、他端では横に並べて１次元構造端面とする多層構造光ファイバーとして構成されて、
前記２次元構造端面を、顕微鏡或いは内視鏡の２次元画像出力側に接続して、２次元画像情報を入力し、この２次元画像情報を１次元画像情報に変換して、前記１次元構造端面から１次元画像情報を出力し、かつ、該１次元画像情報を、入射光として、マルチチャンネル分光器或いはストリークカメラに入力して分光することから成る光画像情報変換装置。
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| JP2004006434A JP4110250B2 (ja) | 2004-01-14 | 2004-01-14 | 光画像情報変換装置 |
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Country Status (1)
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