JP4499476B2 - 分光画像入力装置及びそれを備えた光学装置 - Google Patents

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Description

本発明は、分光画像入力装置及びそれを備えた光学装置に関する。特に、医療用内視鏡において、自家蛍光や蛍光の分光特性を測定するための分光画像入力装置や、工業用で、ＬＥＤ等の発光物の分光特性の測定、被検物の分光反射率特性や分光透過率特性の測定、工業製品の製造ライン上での品質管理等に用いる分光画像入力装置、及びそれを備えた内視鏡、顕微鏡、検査装置等の光学装置に関する。
従来、分光特性を測定する装置としては、例えば、次の特許文献１〜３、非特許文献１に記載のものが提案されている。
特開平２−１０４３３２号公報 特開昭６３−２７１３０８号公報 ＵＳＰ５７８２７７０ スペクトルカメラ、デルフトハイテック株式会社、インターネット検索、 HYPERLINK "http://www.dht.co.jp/products/spectralcamera/spectralcamera.html" http://www.dht.co.jp/products/spectralcamera/spectralcamera.html
特許文献１に記載のものは、分光測定用内視鏡装置であり、回転フィルタを介して照明光を複数の波長域に時系列的に分離して連続的に照射することによって、時系列的に分離された画像信号を取得するように構成されている。
特許文献２に記載のものは、内視鏡光学系であり、観察系内に時分割で連続的に透過率特性を可変にできる透過率特性可変素子を配置して、高速に異なる波長領域の電子画像が得られるように構成されている。
特許文献３に記載のものは、観察対象にリボン状の光を照射し、分散素子を介して分光スペクトルを検出器で検出するように構成されている。
非特許文献１に記載のものは、スペクトラルカメラであり、ライン形状の開口と、イメージング分光器と、２次元のＣＣＤカメラを有し、１ラインのイメージを捉えてそのスペクトラル情報を得るように構成されている。
近年、分光画像入力装置においては、コンパクト化と、高解像度の分光スペクトルの検出と、各スペクトルの同時検出が求められる上に、単に分光情報を得るだけでなく、形態及び測定位置の情報をも合わせて取得し、分光情報と形態及び測定位置の情報とを相関的に関連づけた画像情報が求められている。
しかし、特許文献１に記載の装置では、波長特性をスペクトルごとに細かく得るためには、回転板に多数の分光特性の異なるフィルタを配置しなければならない。
動く被写体では、スペクトルを細かくとろうとすればするほど、フィルタの枚数が増える上、時間ずれがより一層大きくなる。このため、特許文献１に記載の装置では、動く被写体に対して分光スペクトル像を得ることは困難である。
また、特許文献１に記載の装置では、回転フィルタを介して照明光自体の色を変えているので、蛍光観察や発光体の分光特性の測定に用いることができない。
また、特許文献２に記載の装置は、スペクトル数を多くすると各スペクトルの検出による時間差が大きく生じ、各スペクトルを同時に検出することができない。
また、特許文献３に記載のものは、分光スペクトルと形態及び測定位置との相関的な関関連付けをすることができない。
また、非特許文献１に記載の装置も、分光スペクトルと形態及び測定位置との相関的な関連付けをすることができない。
このように、従来の装置では、コンパクト化と、分光スペクトルと形態及び測定位置との相関的な関連付けと、高解像度の分光スペクトルの検出と、各スペクトルの同時検出との全てを満たすことが困難であった。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、コンパクト化と、分光スペクトルと形態及び測定位置との相関的な関連付けと、高解像度の分光スペクトルの検出と、各ペクトルの同時検出との全てを満たすことができる分光画像入力装置及びそれを用いた光学装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明による分光画像入力装置は、結像光学系と前記結像光学系光路内に配置された分光素子と一つの受光素子又は同一面上に配置された複数の受光素子とを有する観察光学系と、観察対象にライン状に光を照明するライン照明手段と、前記観察対象全体を照明する全体照明手段とを備え、前記分光素子が、回折格子で構成されており、前記結像光学系が、前記回折格子で回折される０次光による前記観察対象の全体像及びライン照明像と、前記回折格子で回折される＋１次光及び−１次光のうちの少なくともいずれか一方による前記観察対象のライン状に光を照明された範囲の分光スペクトル像とを、前記一つの受光素子の受光面内で、又は、前記同一面上に配置された複数の受光素子の受光面内で、重ならないようにして、結ぶことを特徴としている。
また、上記目的を達成するため、本発明の分光画像入力装置は、結像光学系と前記結像光学系光路内に配置された分光素子と一つの受光素子又は同一面上に配置された複数の受光素子とを有する観察光学系と、観察対象にスポット状に光を照明するスポット照明手段と、前記観察対象全体を照明する全体照明手段とを備え、前記分光素子が、回折格子で構成されており、前記結像光学系が、前記回折格子で回折される０次光による前記観察対象の全体像及びスポット照明像と、前記回折格子で回折される＋１次光及び−１次光のうちの少なくともいずれか一方による前記観察対象のスポット状に光を照明された範囲の分光スペクトル像とを、前記一つの受光素子の受光面内で、又は、前記同一面上に配置された複数の受光素子の受光面内で、重ならないようにして、結ぶことを特徴としている。
また、上記目的を達成するため、本発明の分光画像入力装置は、結像光学系と前記結像光学系光路内に配置された分光素子と一つの受光素子又は同一面上に配置された複数の受光素子とを有する観察光学系と、観察対象にライン状に光を照明するライン照明手段と、前記観察対象を前記ライン照明手段による照明で走査する走査手段とを備え、前記分光素子が、回折格子で構成されており、前記結像光学系が、前記回折格子で回折される０次光による前記観察対象の全体像及びライン照明像と、前記回折格子で回折される＋１次光及び−１次光のうちの少なくともいずれか一方による前記観察対象のライン状に光を照明された範囲の分光スペクトル像とを、前記一つの受光素子の受光面内で、又は、前記同一面上に配置された複数の受光素子の受光面内で、重ならないようにして、結ぶことを特徴としている。
また、本発明の分光画像入力装置においては、前記観察光学系が、観察対象からの光を結像するための２つの光路を有しているのが好ましい。
また、本発明による内視鏡は、上記いずれかの本発明の分光画像入力装置を有している。
また、本発明による顕微鏡は、上記いずれかの本発明の分光画像入力装置を有している。
また、本発明による検査装置は、上記いずれかの本発明の分光画像入力装置を有している。
本発明の分光画像入力装置及びそれを備えた光学装置によれば、コンパクト化と、分光スペクトルと形態及び測定位置との相関的な関連付けと、高解像度の分光スペクトルの検出と、各ペクトルの同時検出との全てを満たすことができる分光画像入力装置及びそれを用いた光学装置が得られる。
実施形態の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明の分光画像入力装置によれば、結像光学系光路内に配置した分光素子を回折素子で構成し、回折素子で回折される、０次光の結像領域と、＋１次光及び−１次光のうちの少なくともいずれか一方の結像領域とが、重ならないで受光されるようにすることができる。そして、このようにすることにより、フレアを防止しながら、０次光の結像領域で観察対象の関心領域における測定位置の光が受光でき、＋−いずれかの１次光の結像領域で観察対象の関心領域の測定位置における光の分光スペクトルが受光できる。
また、本発明の分光画像入力装置によれば、０次光の結像領域で、観察対象の関心領域全体の像を結像することができる。そして、０次光の結像領域で結像される光を受光することにより、観察対象の関心領域全体における形態と関心領域における測定位置とを得ることができる。
このため、本発明の分光画像入力装置によれば、分光スペクトルの同時検出をすることができる上、分光スペクトルと形態及び測定位置との相関的な関連付けを行うことができる。また、これらの関連付けを結像光学系光路内に分光素子を配置することで行うようにしたので、大掛かりな構成としなくて済みコンパクト化も達成できる。
従って、本発明の分光画像入力装置によれば、コンパクト化と、分光スペクトルと形態及び測定位置との相関的な関連付けと、高解像度の分光スペクトルの検出と、各スペクトルの同時検出とのすべてを満たすことができる。
また、本発明の分光画像入力装置は、前記回折素子で回折される、所定観察領域における０次光と、＋１次光及び−１次光のうちの少なくともいずれか一方とが、同一面内で結像するようにすれば、小型化に寄与できるので好ましい。
この場合、前記受光素子を複数個有し、前記回折素子で回折される、所定観察領域における０次光の結像領域と、＋１次光及び−１次光のうちの少なくともいずれか一方とが、それぞれ別個の受光素子の受光面内に分離されて結像するようにしてもよい。
また、＋１次光及び−１次光のうちの少なくともいずれか一方とが、同一受光素子の受光面内に分離されて結像するようにすれば、受光素子の個数を最小にすることができ、コスト低減、及びコンパクト化の面でより有利となるので好ましい。
また、本発明の分光画像入力装置は、前記観察光学系と、観察対象にライン状に光を照明するライン照明手段を有して構成すれば、回折素子での回折による分光スペクトルの検出を、観察対象の関心領域におけるラインにわたって行うことができる。
また、本発明の分光画像入力装置は、前記観察光学系と、観察対象にスポット状に光を照明するスポット照明手段を有して構成すれば、観察対象の関心領域における所望スポットにおける分光スペクトルの検出を行うことができる。
また、本発明の分光画像入力装置は、前記観察光学系と、観察対象全体を照明する全体照明手段を有して構成すれば、例えば、発光体の検査を行う場合において、観察対象の関心領域全体の形態及び関心領域内で発光体が発光する位置と、その位置で発光した光の分光スペクトルを得ることができる。
また、本発明の分光画像入力装置においては、これらのライン照明手段又はスポット照明手段と、観察対象全体を照明する全体照明手段とを備えた構成とするのが好ましい。
このように構成すれば、観察対象の関心領域における全体の形態と関心領域における測定位置との関連付けを行うことができる。
その場合、ライン照明手段又はスポット照明手段と前記全体照明手段の観察対象に照射する光の波長が、互いに異なるようにするのが好ましい。このようにすれば、０次光の結像領域に、ライン照明手段又はスポット照明手段での照明と全体照明手段での照明とを同時に行った場合に、受光面上における０次光の結像領域では観察対象の関心領域における全体像の中での、ライン又はスポット光の位置を認識し易くなる。
なお、ライン照明手段又はスポット照明手段と全体照明手段の観察対象に照射する光の波長を同じに構成することもできる。その場合は、ライン照明手段又はスポット照明手段による照明と全体照明手段による照明を一方ずつ行ない、全体照明がされていない状態でのライン光又はスポット光の受光素子上での座標位置を検出するとともに、ライン光又はスポット光の画像の色を全体照明による像の色と識別しやすい色に加工し、加工したライン光又はスポット光の画像を全体照明により得た画像における検出した座標位置に合成すればよい。
また、本発明の分光画像入力装置は、前記観察光学系が、観察対象からの光を結像するための２つの光路を有して構成すれば、各光路を通過する光の波長を変えることで、用途を多様化することができる。具体的には、２つの光路のそれぞれに異なる波長特性の光を通過させる２つの照明手段を備え、照明するごとに照明手段を切替えることにより、例えば、一方の光路での可視光による全体観察（形態観察）と他方の光路での励起光による蛍光観察（測定位置の検出と測定位置における分光スペクトル検出）との切替えや、光路ごとに可視光観察と赤外光観察との切替えや、光路ごとの全体観察と測定位置検出及び測定位置における分光スペクトル検出との切替え等、用途に応じて複数種類の観察を行うことができる。
そのためには、前記２つの光路を形成する光学系が、互いに異なる分光透過率特性を有するのが好ましい。
また、本発明の分光画像入力装置は、観察対象の照明領域を走査する走査手段を有すれば、観察対象の関心領域全体にわたり、ライン光又はスポット光と、その光の分光スペクトルを得ることができる。
その場合、観察対象にライン状に光を照明するライン照明手段を有した構成において、前記走査手段が、該ライン照明手段によるライン光の照明位置を、該ラインに対して直交する方向に走査するのが好ましい。
また、本発明の分光画像入力装置においては、前記結像光学系が、平行光束光路を有し、前記分光素子が、該平行光束光路内に配置されているのが好ましい。
また、本発明の分光画像入力装置においては、前記分光素子が、結像作用を備えていてもよい。あるいは、前記分光素子が、屈折作用を備えていてもよい。もちろん、分光素子は、これらの作用を備えずに、単に、分散、回折作用を備えた構成であってもよい。
さらに、本発明の分光画像入力装置においては、前記分光素子は、透過作用のものに限定されず、反射作用を備えたものでもよい。
また、本発明の分光画像入力装置においては、前記分光素子は、回折格子などの回折光学素子（ＤＯＥ）や、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）で構成することができる。
そして、本発明の内視鏡、顕微鏡、検査装置は、上記本発明の分光画像入力装置を有して構成すれば、該本発明の分光画像入力装置の作用効果が得られる。
次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４における−１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図である。なお、図１では便宜上、観察対象の関心領域を斜めに傾けて示してある。
第１実施形態の分光画像入力装置は、結像光学系２と、結像光学系２の光路内に配置された分光素子３と、受光素子４とからなる観察光学系５を備えている。なお、図中、Ｓは開口絞りである。
結像光学系２は、レンズ２1と、コリメートレンズ２2と、分光素子３と、レンズ２3とで構成されている。
分光素子３は、回折格子などのＤＯＥ、又はＨＯＥで構成された、透過型の回折素子であり、コリメートレンズ２2により形成された平行光束光路内に配置されている。また、分光素子３は、０次光を直進させる、即ち、入射角度と同じ角度で出射させるとともに、１次光を波長ごとに異なる角度で分散させながら出射する作用を備えている。
レンズ２3は、０次光と−１次光を受光素子４の受光面上に結像させるように構成されている。
また、結像光学系２は、回折素子３で回折される観察対象の関心領域における０次光の結像領域と−１次光の結像領域とが、重ならないで受光素子４の受光面で受光されるように構成されている。
受光素子４は、ＣＣＤなどの撮像素子を用いて構成されており、光の波長及び強度を検出することができるようになっている。
このように構成された分光画像入力装置の作用について説明する。なお、説明の便宜上、観察対象の関心領域の点Ｐで光が発光されている、又は点Ｐにスポット照明がされているものとする。
観察対象の関心領域において測定を所望する点Ｐからの光はレンズ２1，２2を通り、回折素子３を介して、０次光が入射角度と同じ角度で出射し、１次光が波長ごとに異なる分散角度で分散しながら出射する。
次いで、０次光は、レンズ２3を経て、受光素子４の受光面における０次光の結像領域内に点像として結像する。また、波長ごとに異なる角度で分散された−１次光は、レンズ２3を経て、各スペクトルに分離された分光スペクトルとして受光素子４の受光面における−１次光の結像領域内に結像する。そして、これらの０次光、−１次光を受光素子４が受光する。
このため、第１実施形態の分光画像入力装置によれば、分光スペクトルを同時に検出でき、かつ、観察対象の測定位置と測定位置における分光スペクトルとの関連付けをすることができる。
さらに、観察対象の関心領域の全体に点Ｐから発する光又は点Ｐにスポット照明される光とは異なる波長の光を照明すれば、観察対象の関心領域の全体像が０次光の結像領域に結像される（図示省略）。この０次光の結像領域に結像された観察対象の関心領域全体の像と観察対象のスポット像とを合成すれば、観察対象の関心領域における形態と分光スペクトルの測定位置とを示す画像（本発明では「オリエンテーション画像」という。）が得られる。
このため、第１実施形態の分光画像入力装置によれば、分光スペクトルを同時に検出でき、かつ、観察対象の形態及び測定位置と測定位置における分光スペクトルとの関連付けをすることができる。
なお、１次光の各スペクトルの位置は、０次光の結像位置により求まる。
受光素子４の受光面における０次光の結像位置と１次光の各スペクトルの位置との関係について、図２、図３を用いて説明する。
図２(a)に示すように、波長λの回折格子の光軸に対する入射角をθＩ、回折角をθＩ’とすると、次式(1)が成り立つ。
ＳＩＮθＩ−ＳＩＮθＩ’＝Ｎ・λ／ｄ ・・・(1)
但し、Ｎは回折次数（なお、ここでは、Ｎ＝−１とする。）、ｄは回折格子のピッチである。
よって、平行光束光路に回折素子３を配置した第１実施形態の分光画像入力装置と同様に、図２(b)に示すように、回折格子に垂直に入射する光線に対しては、回折角をθλとすると、回折格子の後ろの群がＳＩＮθ型ディストーションレンズの場合、次式(2)，(3)が成り立つ。
−ＳＩＮθλ＝Ｎ・λ／ｄ ・・・(2)
Ｈλ＝−Ｆ・ＳＩＮθλ
＝Ｆ・Ｎ・λ／ｄ ・・・(3)
但し、Ｆは回折格子の後ろの群の焦点距離、Ｈλは波長λの１次回折光の結像像高、Ｎは回折次数（なお、ここでは、Ｎ＝−１とする。）、ｄは回折格子のピッチである。
ところで、回折格子への入射角度が変わるとそれに応じて、０次光の結像位置、及び、１次光の結像位置も移動する。ここでは、便宜上、分散作用を有し、屈折作用や結像作用は無い回折格子について考えるものとする。このタイプの回折格子では、０次光は、回折せずに入射角度と同じ角度で出射する。
このような回折素子における入射角の変化に伴う０次光の結像位置と１次光の結像位置が移動する様子を図３(a)〜(c)に示す。
ここで、０次光が結像領域の中心以外の位置で結像する場合における結像位置と、１次光のスペクトルの結像位置との関係は、以下の式を用いて表すことができる。
波長λの回折格子の光軸に対する入射角をθＩ、回折角をθＩ’λとすると、次式(4)が成り立つ。
ＳＩＮθＩ−ＳＩＮθＩ’λ＝Ｎ・λ／ｄ ・・・(4)
但し、Ｎは回折次数（なお、ここでは、Ｎ＝−１とする。）、ｄは回折格子（なお、回折格子は既知とする。）のピッチである。
また、回折格子の後ろの群がＳＩＮθ型ディストーションレンズの場合、波長λの１次回折光の結像像高Ｈλは、
Ｈλ＝−Ｆ・ＳＩＮθＩ’λ ・・・(5)
０次光の結像像高Ｈ０は、
Ｈ０＝−Ｆ・ＳＩＮθＩ ・・・(6)
但し、Ｆは回折格子の後ろの群の焦点距離（なお、ここでは既知とする。）である。
よって、
Ｈλ−Ｈ０＝−Ｆ・ＳＩＮθＩ’λ−（−Ｆ・ＳＩＮθＩ）
＝Ｆ（ＳＩＮθＩ−ＳＩＮθＩ’λ）
＝Ｆ・Ｎ・λ／ｄ
Ｈλ＝Ｆ・Ｎ・λ／ｄ＋Ｈ０ ・・・(7)
従って、０次光と、波長λの１次光との間隔は、０次光の入射角度に依存せず一定であり、０次光の結像位置を検出すれば、１次光のスペクトルの波長位置が特定できることがわかる。
なお、上記の例では、回折格子の後群がＳＩＮθ型ディストーションレンズの場合を想定したが、実際には、樽型やＴＡＮθ型など、どのような型のディストーションであっても既知であれば、０次光の結像位置を検出することで、回折格子の入射角θＩを検出すれば、１次光のスぺクトルの波長位置を算出できる。
即ち、まず、受光素子４で得られた画像から０次光の結像像高Ｈ０の位置（即ち、０次光の結像位置）を測定する。次いで、位置Ｈ０、回折格子の後群の焦点距離Ｆ及びディストーション特性に応じて、回折格子への入射角θＩを算出する。次いで、回折素子のピッチｄ、算出した入射角θＩ、回折次数Ｎ、波長λより、波長λの１次光の回折角θＩ’λを算出する。次いで、算出した回折角θＩ’λ、回折格子の後群の焦点距離Ｆ及びディストーション特性より、波長λの１次光の結像像高Ｈλを算出する。これにより、１次光のスぺクトルの波長位置が求まる。
また、回折格子自体が結像作用を有する場合は、回折格子の後群の焦点距離Ｆ、及びディストーション特性に代えて、回折格子の焦点距離Ｆ及びディストーション特性より、波長λの１次光の結像像高Ｈλを算出すれば、１次光のスぺクトルの波長位置が求まる。
（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４における−１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図である。なお、図４では便宜上、観察対象の関心領域を斜めに傾けて示してある。
第２実施形態の分光画像入力装置は、結像光学系２が、レンズ２1と、コリメートレンズ２2と、分光素子３とで構成されており、分光素子３が、結像作用を備え、受光素子４の受光面上に０次光と−１次光とを結像するようになっている。
そして、第２実施形態の分光画像入力装置では、観察対象の関心領域において測定を所望する点Ｐからの光はレンズ２1，２2を通り、回折素子３を介して０次光が光軸上において入射角度と同じ角度で出射するとともに、軸外に向かうにしたがって出射角度が大きくなるように出射し、受光素子４の受光面における０次光の結像領域内に点像として結像する。また、１次光が波長ごとに異なる分散角度で分散されるとともに、各スペクトルに分離された分光スペクトルとして受光素子４の受光面における−１次光の結像領域内に結像する。
その他の構成及び作用効果は第１実施形態の分光画像入力装置とほぼ同じである。
（第３実施形態）
図５は本発明の第３実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４における−１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図である。なお、図５では便宜上、観察対象の関心領域を斜めに傾けて示してある。
第３実施形態の分光画像入力装置は、分光素子３が、屈折作用を備えており、０次光を屈折させるとともに、１次光を波長ごとに異なる角度で分散させながら屈折させる。
そして、第３実施形態の分光画像入力装置では、観察対象の関心領域において測定を所望する点Ｐからの光はレンズ２1，２2を通り、回折素子３を介して０次光が入射角度と異なる角度で出射し、１次光が屈折しながら波長ごとに異なる分散角度で分散される。
その他の構成及び作用効果は第１実施形態の分光画像入力装置とほぼ同じである。
（第４実施形態）
図６は本発明の第４実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４1，４2における＋１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図である。なお、図６では便宜上、観察対象の関心領域を斜めに傾けて示してある。
第４実施形態の分光画像入力装置は、反射型の分光素子を結像光学系の収束光路内に配置するとともに、複数の受光素子を同一受光面上に配置した構成となっている。
具体的には、第４実施形態の分光画像入力装置は、結像光学系２と、結像光学系２の収束光路内に配置された分光素子３と、２つの受光素子４1，４2とからなる観察光学系５を備えている。
結像光学系２は、レンズ２1と、レンズ２2と、分光素子３とで構成されている。
分光素子３は、回折格子などのＤＯＥ、又はＨＯＥで構成された、反射型の回折素子であり、レンズ２2により形成された収束光路内に配置されている。また、分光素子３は、０次光を入射角度と同じ角度で反射するとともに、１次光を波長ごとに異なる角度で分散させながら反射する作用を備えている。
受光素子４1，４2は、同一面上に配置されている。
レンズ２2は、０次光を受光素子４1の受光面上に結像させ、かつ、＋１次光を受光素子４2の受光面上に結像させるように構成されている。
また、結像光学系２は、回折素子３で回折される観察対象の関心領域における０次光の結像領域と＋１次光の結像領域とが、重ならないで受光素子４1，４2の受光面でそれぞれ受光されるように構成されている。
受光素子４は、ＣＣＤなどの撮像素子を用いて構成されており、各画素ごとの強度を検出することができるようになっている。
このように構成された第４実施形態の分光画像入力装置では、観察対象の関心領域において測定を所望する点Ｐからの光はレンズ２1，２2を通り、回折素子３を介して０次光が入射角度と同じ角度で反射され、１次光が波長ごとに異なる分散角度で分散しながら反射される。
次いで、０次光は、受光素子４1の受光面における結像領域内に点像として結像する。また、波長ごとに異なる角度で分散された＋１次光は、各スペクトルに分離された分光スペクトルとして受光素子４2の受光面における＋１次光の結像領域内に結像する。そして、０次光を受光素子４1が受光し、＋１次光を受光素子４2が受光する。
第４実施形態の分光画像入力装置によれば、同一面上に複数の受光素子を設けて０次光と１次光をそれぞれ別個の受光素子で受光させるようにしたので、１つの受光素子において０次光と１次光を受光させる構成に比べて、０次光、１次光のそれぞれの結像領域に対する受光領域が広くなる。このため、同じ範囲の観察対象を結像した場合には、分解能を高くすることができる。他方、同程度の分解能とした場合には、観察対象範囲を広くとることができる。
その他の作用効果は、第１実施形態とほぼ同じである。
（第５実施形態）
図７は本発明の第５実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４における−１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図である。なお、図７では便宜上、観察対象の関心領域を斜めに傾けて示してある。
第５実施形態の分光画像入力装置は、第１実施形態と同様に構成された観察光学系５に加えて、観察対象にライン状の光を照明するライン照明手段６を備えて構成されている。
ライン照明手段６は、図７においてｙ方向に１次元配列された複数のＬＥＤ６1-n（ｎ：１，２・・・）からなるＬＥＤ群６1と、コリメートレンズ６2と、拡散素子６3と、シリンドリカルレンズ６4とで構成されている。拡散素子６3は、入射光を図７においてｘ方向に拡散する作用を備えている。
このように構成された第５実施形態の分光画像入力装置では、ＬＥＤ群６1を構成するＬＥＤ６1-n（ｎ：１，２・・・）のうち、観察対象の関心領域において測定を所望する位置に対応する位置のＬＥＤを点灯させると、該ＬＥＤからの光はコリメートレンズ６2を通り、拡散素子６3でｘ方向に拡散されてライン状の光となり、シリンドリカルレンズ６4を経て、観察対象の関心領域において測定を所望する領域Ｌをライン状に照明する。
観察対象の関心領域においてライン照明された領域Ｌからの光はレンズ２1，２2を通り、回折素子３を介して０次光が入射角度と同じ角度で出射し、１次光が波長ごとに異なる分散角度で分散しながら出射する。
次いで、０次光は、レンズ２3を経て、受光素子４の受光面における０次光の結像領域内にライン状の像として結像する。また、波長ごとに異なる角度で分散された−１次光は、レンズ２3を経て、観察対象の関心領域おいて測定を所望するライン状の領域Ｌにわたって各スペクトルに分離された分光スペクトルとして受光素子４の受光面における−１次光の結像領域内に結像する。そして、これらの０次光、−１次光を受光素子４が受光する。
このため、第５実施形態の分光画像入力装置によれば、分光スペクトルの検出を、観察対象の関心領域におけるラインにわたって行うことができる。
その他の構成及び作用効果は第１実施形態の分光画像入力装置とほぼ同じである。
なお、ライン照明手段は、観察対象にライン状に光を照明することができるものであれば第５実施形態の構成に限定されるものではなく、どのような構成でもよい。例えば、図７(a)の構成において拡散素子６３を設ける代わりに、ライン状に配列（図においてはｘ方向に配列）された複数のＬＥＤを観察対象の関心領域における所望の観察位置に合わせて複数段（図においてはｙ方向に複数段）備えて構成したＬＥＤ群（図示せず）を用いて、各段ごとにＬＥＤを点灯させるようにしてもよい。
（第６実施形態）
図８は本発明の第６実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４における−１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図であり、そのうちの左側は関心領域全体の−１次光と０次光の結像状態、右側は観察対象の関心領域の点Ｐで光が発光されている、又は点Ｐにスポット照明がされている場合における点Ｐの−１次光と０次光の結像状態を示している。なお、図８では便宜上、観察対象の関心領域を斜めに傾けて示してある。
第６実施形態の分光画像入力装置は、第１実施形態と同様に構成された観察光学系５に加えて、観察対象全体を照明する全体照明手段７を備えて構成されている。
全体照明手段７は、図示省略した光源と、ライトガイドファイバ７1と、拡散光を出射する照明レンズ７2を有している。なお、全体照明手段７は、観察対象の関心領域全体を照明することができれば、どのような構成でもよい。
このように構成された第６実施形態の分光画像入力装置では、全体照明手段７を介して観察対象の関心領域全体を照明すると、観察対象の関心領域全体からの光はレンズ２1，２2を通り、回折素子３を介して０次光が入射角度と同じ角度で出射し、１次光が波長ごとに異なる分散角度で分散しながら出射する。
次いで、０次光は、レンズ２3を経て、受光素子４の受光面における０次光の結像領域内に観察対象の関心領域全体の像として結像する。また、波長ごとに異なる角度で分散された−１次光は、レンズ２3を経て、観察対象の関心領域全体の像が多数重なった像として受光素子４の受光面における−１次光の結像領域内に結像する。そして、これらの０次光、−１次光を受光素子４が受光する。
他方、観察対象の関心領域で発光され、又は、図示省略したスポット照明手段を介してスポット照明された点Ｐからの光は、第１実施形態と同様に、レンズ２1，２2を通り、回折素子３を介して０次光が入射角度と同じ角度で出射し、１次光が波長ごとに異なる分散角度で分散しながら出射し、０次光は、レンズ２3を経て、受光素子４の受光面における０次光の結像領域内に点像として結像する。また、波長ごとに異なる角度で分散された−１次光は、レンズ２3を経て、各スペクトルに分離された分光スペクトルとして受光素子４の受光面における−１次光の結像領域内に結像する。そして、これらの０次光、−１次光を受光素子４が受光する。
そこで、この０次光の結像領域に結像された観察対象の関心領域全体の像と観察対象のスポット像とを合成すれば、観察対象の関心領域における形態と分光スペクトルの測定位置とを示す画像（以下、本発明ではオリエンテーション画像という。）が得られる。
なお、全体照明手段７は、観察対象に照射する光の波長を、観察対象の関心領域の点Ｐで発光し、又は点Ｐにスポット照明された光の波長と異なるように構成するのが好ましい。このようにすれば、０次光での全体観察と１次光でのスペクトル観察が共に明るくでき、受光面上における０次光の結像領域における、観察対象の関心領域における全体像の中での、点Ｐで発光し、又は点Ｐにスポット照明された光の位置が認識し易くなる。そこでこの場合は、さらに分光素子３の回折効率を、観察対象の関心領域の点Ｐで発光し、又は点Ｐにスポット照明された光に対して１次光の光量を強くし、０次光の光量が弱くなるように、最適化するのが好ましい。このようにすれば、分光スペクトルを高精度に測定することができる。
また、点Ｐの光が、スポット照明された光である場合は、観察対象に照射する光の波長を、観察対象の関心領域の点Ｐで発光し、又は点Ｐにスポット照明された光の波長と異ならせなくてもよい。その場合には、全体照明とスポット照明を一方ずつ行ない、全体照明がされていない状態でのスポット光の画像を全体照明による像と識別し易いように加工し、加工したスポット光の画像を全体照明により得た画像と合成すれば、観察対象の関心領域全体における分光スペクトルの測定位置であるスポット照明位置を明確に認識できる画像が得られる。
（第７実施形態）
図９は本発明の第７実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４における−１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図であり、そのうちの左側は関心領域全体の−１次光と０次光の結像状態、右側は観察対象の関心領域において測定を所望する領域Ｌにライン照明がされている場合における領域Ｌの−１次光と０次光の結像状態を示している。なお、図９では便宜上、観察対象の関心領域を斜めに傾けて示してある。
第７実施形態の分光画像入力装置は、第１実施形態と同様に構成された観察光学系５に加えて、観察対象にライン状の光を照明するライン照明手段６と、観察対象全体を照明する全体照明手段７を備えて構成されている。
このように構成された第７実施形態の分光画像入力装置では、全体照明手段７を介して観察対象の関心領域全体を照明すると、第６実施形態と同様に、観察対象の関心領域全体からの光はレンズ２1，２2を通り、回折素子３を介して０次光が入射角度と同じ角度で出射し、１次光が波長ごとに異なる分散角度で分散しながら出射する。
次いで、０次光は、レンズ２3を経て、受光素子４の受光面における０次光の結像領域内に観察対象の関心領域全体の像として結像する。また、波長ごとに異なる角度で分散された−１次光は、レンズ２3を経て、観察対象の関心領域全体の像が多数重なった像として受光素子４の受光面における−１次光の結像領域内に結像する。そして、これらの０次光、−１次光を受光素子４が受光する。
また、ＬＥＤ群６1を構成するＬＥＤ６1-n（ｎ：１，２・・・）のうち、観察対象の関心領域において測定を所望する位置に対応する位置のＬＥＤを点灯させると、第５実施形態と同様に、該ＬＥＤの光はコリメートレンズ６2を通り、拡散素子６3でｘ方向に拡散されてライン状の光となり、シリンドリカルレンズ６4を経て、観察対象の関心領域において測定を所望する領域Ｌをライン状に照明する。
観察対象の関心領域においてライン照明された領域Ｌからの光はレンズ２1，２2を通り、回折素子３を介して０次光が入射角度と同じ角度で出射し、１次光が波長ごとに異なる分散角度で分散しながら出射する。
次いで、０次光は、回折素子３の後群であるレンズ２3を経て、受光素子４の受光面における０次光の結像領域内にライン状の像として結像する。また、波長ごとに異なる角度で分散された−１次光は、レンズ２3を経て、観察対象の関心領域おいて測定を所望するライン状の領域Ｌにわたって各スペクトルに分離された分光スペクトルとして受光素子４の受光面における−１次光の結像領域内に結像する。そして、これらの０次光、−１次光を受光素子４が受光する。
そこで、この０次光の結像領域に結像された観察対象の関心領域全体の像と観察対象の関心領域におけるライン像とを合成すれば、観察対象の関心領域におけるラインにわたって形態と分光スペクトルの測定位置とを示す画像が得られる。
なお、全体照明手段７は、観察対象に照射する光の波長を、観察対象の関心領域において測定を所望する領域Ｌにライン照明された光の波長と異なるように構成するのが好ましい。このようにすれば、受光面上における０次光の結像領域では観察対象の関心領域における全体像の中での、測定を所望する領域Ｌにライン照明された光の位置が認識し易くなる。そこでこの場合は、さらに分光素子３の回折効率を、観察対象の関心領域において測定を所望する領域Ｌにライン照明された光に対して１次光の光量を強くし、０次光の光量が弱くなるように、最適化するのが好ましい。このようにすれば、分光スペクトルを高精度に測定することができる。
なお、観察対象に照射する光の波長を、観察対象の関心領域において測定を所望する領域Ｌにライン照明された光の波長と異ならせなくてもよい。その場合には、全体照明とライン照明を一方ずつ行ない、全体照明がされていない状態でのライン光の画像を全体照明による像と識別し易いように加工し、加工したライン光の画像を全体照明により得た画像と合成すれば、観察対象の関心領域における形態と分光スペクトルの測定位置であるライン照明位置を明確に認識できる画像が得られる。
（第８実施形態）
図１０は本発明の第８実施形態にかかる分光画像入力装置の基本構成を示す概念図である。なお、便宜上、観察対象の関心領域を斜めに傾けて示してある。また、１次光は一方の光路（光路Ａ）についてのみ示し、他方の光路（光路Ｂ）については省略してある。
第８実施形態の分光画像入力装置は、結像光学系と観察光学系が２つずつ構成されており、観察対象からの光を結像するための２つの光路Ａ，Ｂを有している。
第１の観察光学系５Ａは、第１の結像光学系２Ａと受光素子４とで構成され、第２の観察光学系５Ｂは、第１の結像光学系２Ｂと受光素子４とで構成されている。
第１の結像光学系２Ａは、光路Ａ上に配置されたレンズ２1Ａと、レンズ２2Ａと、フィルタ８Ａと、光路Ａ，Ｂに跨って配置されたレンズ２3と、光路Ａ上に配置された分光素子３Ａと、光路Ａ，Ｂに跨って配置されたレンズ２4とで構成されている。
第２の結像光学系２Ｂは、光路Ｂ上に配置されたレンズ２1Ｂと、レンズ２2Ｂと、フィルタ８Ｂと、光路Ａ，Ｂに跨って配置されたレンズ２3と、光路Ｂ上に配置された分光素子３Ｂと、光路Ａ，Ｂに跨って配置されたレンズ２4とで構成されている。
フィルタ８Ａとフィルルタ８Ｂは、互いに異なる分光透過率特性を備えており、光路Ａを形成する第１の結像光学系２Ａと光路Ｂを形成する第２の結像光学系２Ｂとは、分光透過率特性が互いに異なっている。
分光素子３Ａは、レンズ２4を介して、０次光が受光素子４の領域Ｌに結像され、−１次光が受光素子４の領域Ｒに結像されるように構成されている。
分光素子３Ｂは、レンズ２4を介して、０次光が受光素子４の領域Ｒに結像され、−１次光が受光素子４の領域Ｌに結像されるように構成されている。
このように構成された第８実施形態の分光画像入力装置によれば、観察対象の関心領域における点Ｐからの光は、光路Ａにおいて、レンズ２1Ａ，２2Ａを通り、フィルタ８Ａを介して所定波長の光が透過し、レンズ２3を通り、回折素子３Ａを介して、０次光が入射角度と同じ角度で出射し、１次光が波長ごとに異なる分散角度で分散しながら出射する。
次いで、０次光は、レンズ２4を経て、受光素子４の受光面における領域Ｌ内に点像として結像する。また、波長ごとに異なる角度で分散された−１次光は、レンズ２4を経て、各スペクトルに分離された分光スペクトルとして受光素子４の受光面における領域Ｒ内に結像する。そして、これらの０次光、−１次光を受光素子４が受光する。
また、観察対象の関心領域における点Ｐからの光は、光路Ｂにおいて、レンズ２1Ｂ，２2Ｂを通り、フィルタ８Ｂを介してフィルタ８Ａとは異なる波長の光が透過し、レンズ２3を通り、回折素子３Ｂを介して、０次光が入射角度と同じ角度で出射し、１次光が波長ごとに異なる分散角度で分散しながら出射する。
次いで、０次光は、レンズ２4を経て、受光素子４の受光面における領域Ｒ内に点像として結像する。また、波長ごとに異なる角度で分散された−１次光は、レンズ２4を経て、各スペクトルに分離された分光スペクトルとして受光素子４の受光面における領域Ｌ内に結像する。そして、これらの０次光、−１次光を受光素子４が受光する。
第８実施形態の分光画像入力装置によれば、例えば、２つの光路のそれぞれに異なる波長特性の光を照明する２つの照明手段を備え、照明する照明手段を切替えることにより、光路ごとの可視光観察と赤外光観察との切替えや、光路ごとの全体観察と測定位置検出及び測定位置における分光スペクトル検出との切替え等（例えば、光路Ａでの可視光全体照明での全体観察（形態観察）と、光路Ｂでの赤外励起光ライン照明による赤外蛍光観察（測定位置の検出と測定位置における分光スペクトル検出）との切替え）、用途に応じて複数種類の観察を行うことができる。
また、光路Ａと光路Ｂとで、異なるタイプの分光素子を差し替え可能に構成すれば、用途に応じて分光域を変えることができる。
また、第１の光路Ａと第２の光路Ｂとで、フィルタ８Ａ，８Ｂとして、分光透過率特性の異なる多種類の分光素子を差し替え可能に構成すれば、所望の分光透過率特性に変えることができる。
そして、これら分光素子、フィルタを組み合わせることにより、用途に応じてさらに多様な観察を行うことができる。
以上、本発明の分光画像入力装置の実施形態について説明したが、結像光学系中のレンズや、分光素子のタイプは、上述の実施形態に限定されるものではなく、多様に組み合わせて構成することができる。
次に、本発明の分光画像入力装置を備えた内視鏡、顕微鏡、検査装置の実施形態について説明する。
（第９実施形態）
図１１は本発明の第９実施形態にかかる分光画像入力装置を備えた蛍光分光内視鏡の説明図であり、(a)は概略構成図、(b)は(a)の内視鏡での観察に用いる波長を示すグラフである。図１２は図１１の内視鏡の受光素子で得た情報を画像処理して表示装置に表示した状態説明図である。
第９実施形態の蛍光分光内視鏡は、内視鏡先端部９に観察光学系５と励起光ライン照明手段６と可視光全体照明手段７とを有する分光画像入力装置を備えている。また、内視鏡本体部９は、光源・ビデオ画像処理装置１０と接続されている。光源・ビデオ画像処理装置１０は、受光素子４で受光された０次光及び1次光で得られた情報に基づき、画像の作成、補正、合成、グラフ化等所定の画像処理を施して表示面１０ａ，１０ｂに表示することができるように構成されている。
観察光学系５は、レンズ２1，２2と、励起光減衰フィルタ８と、レンズ２3と分光素子３と、レンズ２4と、受光素子４を有して構成されている。励起光減衰フィルタ８は、可視光照明による観察領域の関心領域全体の像に対する励起光ライン照明位置が認識可能な範囲内で励起光を極力減衰するように構成されている。
励起光ライン照明手段６は、観察対象の関心領域における所定領域に、図１１(b)に示すような波長帯域の励起光を照明するように構成されている。可視光全体照明手段７は、観察対象の関心領域全体に、図１１(b)に示すような波長帯域の可視光を照明するように構成されている。
このように構成された第９実施形態の内視鏡を用いて蛍光観察を行う場合、まず、可視光全体照明手段７をＯＮにして全体照明を行ないながら、観察対象の関心領域を選定する。このとき、観察対象の関心領域全体に照明された可視光の０次光の像が、観察光学系５を介して受光素子４の０次光の結像領域に結像する。また、−１次光の像が、観察対象の関心領域全体の像が多数重なった像として受光素子４の受光面における−１次光の結像領域内に結像する。そして、０次光、−１次光を受光素子４が受光する。受光素子４で受光された０次光は、光源・ビデオ画像処理装置１０を介して画像処理され、表示面１０ａ，１０ｂのいずれかに関心領域全体の０次光の可視光像が表示される（なお、ここでは図１２(a)の像とする。）。
なお、第９実施形態では、便宜上、関心領域は図１２(b)に示す位置で蛍光が発するものとする。また、図１１の内視鏡は、励起光全体照明手段を備えていないが、励起光全体照明手段を備えてもよい。その場合には、関心領域を選定した後、励起光を関心領域全体に照明することで、光源・ビデオ画像処理装置１０を介して、図１２(b)に示すような蛍光像が得られる。
可視光全体照明により観察対象の関心領域を選定した後、可視光全体照明手段７をＯＦＦにするとともに、励起光ライン照明手段６をＯＮにして、関心領域において測定を所望する領域に励起ライン光を照明する。
励起ライン照明されて反射した領域Ｌからの光及び、領域Ｌ上において蛍光物質が存在する位置で発した蛍光は、観察光学系５を介して、励起ライン照明光の光量が減衰された状態で受光素子４の０次光の結像領域に結像する。この０次光を受光素子４が受光し、光源・ビデオ画像処理装置１０を介して、励起ライン照明の反射光の０次光の画像と、励起ライン照明により生じた蛍光の０次光の画像が、表示面１０ａ，１０ｂのいずれかに表示される（図１２(c)参照。ここでは、表示面１０ａに表示されるものとする。）。
この図１２(c)で示した励起光及び蛍光の０次光の画像と、図１２(a)で示した可視光の０次光の画像とを合成すれば、観察対象の関心領域全体の形態及び観察対象の関心領域における励起ライン照明位置及び蛍光の発光位置を認識することができる。
また、０次光の励起ライン光の受光素子４での受光位置は、光源・ビデオ画像処理装置１０を介して、座標上の位置に変換して検出する。
また、励起ライン照明されて反射した領域Ｌからの光及び、領域Ｌ上において蛍光物質が存在する位置で発した蛍光は、観察光学系５を介して、励起ライン照明光の光量が減衰された状態で受光素子４の−１次光の結像領域に蛍光及び励起光の分光スペクトル像として結像する。この−１次光を受光素子４が受光する。そして、光源・ビデオ画像処理装置１０を介して、この−１次光の励起光と蛍光とが重なった像から蛍光の分光スペクトルを抽出する。なお、受光素子４上における分光スペクトルの波長位置は、光源・ビデオ画像処理装置１０を介して、座標上の位置に変換しておいた０次光の位置に基づき、上述した０次光と１次光との位置関係を示す関係式を用いて算出することができる。
また、蛍光の分光スペクトルは、例えば、図１２(c)の右側の図に示すように、画像以外に、分光強度特性等を示すグラフとして表示することができる（ここでは、表示面１０ａに表示されるものとする。）。
従って、第９実施形態の内視鏡によれば、蛍光観察において、観察対象の関心領域全体の形態及び観察対象の関心領域における励起ライン照明位置及び蛍光の発光位置と発光位置における蛍光の分光スペクトルとの関連付けをすることができる。
（第１０実施形態）
図１３は本発明の第１０実施形態にかかる分光画像入力装置を備えた分光反射率測定用検査装置の説明図であり、(a)は概略構成図、(b)はライン照明手段による照明光束の状態をｚ方向からみた図、(c)はライン照明手段による照明光束の状態をｘ方向からみた図である。図１４は図１３の検査装置の受光素子で得た情報を画像処理して表示装置に表示した状態説明図である。
第１０実施形態の分光反射率測定用検査装置は、対物レンズ１５と、分光素子１３と、結像レンズ１２と、受光素子１４と、白色光ライン照明手段１６と、赤外光全体照明手段１７と、ハーフミラー１８，１９を有して構成されている。
結像光学系は、対物レンズ１５と、ハーフミラー１８，１９と、分光素子１３と、結像レンズ１２とで構成されている。また、観察光学系は、結像光学系と、受光素子１４とで構成されている。
白色光ライン照明手段１６は、白色光源１６1と、コリメートレンズ１６2と、拡散素子１６3を有して構成されている。拡散素子１６3は、拡散素子面で入射光束を所定方向（ｚ方向）は平行光束の状態を維持し（図１３(a)参照）、所定方向に直交する方向（ｙ方向）では拡散する（図１３(b)，(c)）作用を備えている。
赤外光全体照明手段１７は、赤外光源１７1と、拡散素子１７2と、コリメートレンズ１７3を有して構成されている。拡散素子１７2は入射した光をｘ−ｙ方向に均等に拡げる拡散作用を備えている。
その他、第１０実施形態の検査装置には、第９実施形態の内視鏡における光源・ビデオ画像処理装置と同様の画像処理装置（図示省略）が備えられている。
また、ステージ２０をｘ方向に移動するステージ駆動手段（図示省略）が備えられている。
このように構成された第１０実施形態の分光反射率測定用検査装置では、まず、赤外光全体照明手段１７を介して全体照明を行う。具体的には、赤外光源１７1を点灯する。すると、赤外光は、拡散素子１７2、コリメートレンズ１７3を経て平行光束の状態でハーフミラー１９に入射する。ハーフミラー１９で反射し、ハーフミラー１８を透過した赤外光は、対物レンズ１５を経てステージ２０上の観察対象の関心領域全体を照明する。
観察対象全体で反射した赤外光は、対物レンズ１５を経て平行光束の状態でハーフミラー１８に入射する。ハーフミラー１８，１９を透過した赤外光は、分光素子１３、結像レンズ１２を介して、０次光が関心領域の全体像として受光素子１４の０次光の結像領域に結像される。受光素子１４は０次光を受光する。これにより、赤外光による観察対象における関心領域の全体像が得られる。なお、１次光も受光素子１４の１次光の結像領域に結像されるが、多数重なった像であるため、観察には用いない。
次に、白色ライン照明手段１６を介してライン照明を行う。具体的には、白色光源１６1を点灯する。すると、白色光はコリメートレンズ１６2を経て平行光束の状態で拡散素子１６3に入射する。拡散素子１６3に入射した白色光はｙ方向に拡散される。ハーフミラー１８で反射した白色光は、対物レンズ１５を経てステージ２０上において、ｙ方向にライン状に形成された光となって、観察対象の関心領域において測定を所望する領域を照明する。
観察対象の関心領域におけるライン照明された領域で反射した白色ライン光は、対物レンズ１５を経て平行光束の状態でハーフミラー１８に入射する。ハーフミラー１８，１９を透過した白色ライン光は、分光素子１３、結像レンズ１２を介して、０次光が観察対象の関心領域における所望の測定位置を示す白色ライン光の像として受光素子１４上の０次光の結像領域に結像され、＋−いずれかの１次光がライン光の分光スペクトル画像として受光素子１４上の１次光の結像領域に結像される。そして、これらの０次光、１次光を受光素子１４が受光する。これにより、観察対象である被検査物における測定を所望するライン状の領域、及びこのライン状の領域にわたる分光反射率特性が得られる。
図示省略した画像処理装置は、受光素子１４で受光した赤外光の０次光による観察対象における関心領域の全体像と、白色ライン光の０次光による観察対象の関心領域における測定を所望するライン状の領域の像とを合成し、表示面にはこの合成像と、観察対象の関心領域における測定を所望するライン状の領域にわたる分光スペクトルを表示する（図１４(a)）。これにより、観察対象の関心領域全体の形態及び観察対象の関心領域における測定を所望するライン照明位置及びライン照明した領域にわたる分光スペクトルとの関連付けをすることができる。なお、図１４(a)中、Ｐ１はライン照明領域内の１スポット、Ｑ１はスポットＰ１での分光スペクトルを示している。
さらに、画像処理装置は、ライン照明した領域のそれぞれのスポットにおける分光スペクトルを波長に対する強度特性を示すようにグラフ化して表示することもできる（図１４(b)）。
従って、第１０実施形態の検査装置によれば、観察対象の関心領域全体の形態及び観察対象の関心領域における１ラインにわたる分光反射率測定位置及び分光反射率との関連付けをすることができる。
また、第１０実施形態の検査装置は、ｘ方向に移動するステージ駆動手段（図示省略）を介してステージ２０を移動させると、受光素子１４で受光されるライン照明の像は位置が変化せず、観察対象がｘ方向に移動する。
このため、例えば、図１４(a)に示した赤外光の０次光による観察対象における関心領域の全体像と、白色ライン光の０次光による観察対象の関心領域における測定を所望するライン状の領域の像との合成像と、観察対象の関心領域における測定を所望するライン状の領域にわたる分光スペクトルは、ステージ２０を移動させることにより、観察対象が移動して図１４(b)に示すように、観察対象の照明位置が変化し、それに伴い分光スペクトル受光範囲も変化する。なお、図１４(b)中、Ｐ２はライン照明領域内における１スポット、Ｑ２はスポットＰ２での分光スペクトルを示している。
そこで、ステージ２０を１ラインの照明幅ごとにｘ方向に移動させて、１ラインにわたる分光反射率の測定を観察対象の関心領域全体にかけて行えば、観察対象の関心領域全体の形態及び観察対象の関心領域全体にわたり分光反射率測定位置及び分光反射率との関連付けをすることができる。
（第１１実施形態）
図１５は本発明の第１１実施形態にかかる分光画像入力装置を備えた発光体分光測定用検査装置の概略構成図、図１６は図１５の検査装置の受光素子で得た情報を画像処理して表示装置に表示した状態説明図である。
第１１実施形態の発光体分光測定用検査装置は、対物レンズ１５と、分光素子１３と、結像レンズ１２と、受光素子１４と、可視光全体照明手段１７’と、ハーフミラー１９を有して構成されている。
結像光学系は、対物レンズ１５と、ハーフミラー１９と、分光素子１３と、結像レンズ１２とで構成されている。また、観察光学系は、結像光学系と、受光素子１４とで構成されている。
可視光全体照明手段１７’は、可視光光源１７’1と、拡散素子１７2と、コリメートレンズ１７3を有して構成されている。なお、可視光光源１７’1以外は、第１０実施形態の赤外光全体照明手段１７と構成はほぼ同じである。
また、その他の各光学部材も、第１０実施形態と同じ符号を付したものと構成はほぼ同じである。
その他、第１１実施形態の検査装置には、第９実施形態の内視鏡における光源・ビデオ画像処理装置と同様の画像処理装置（図示省略）が備えられている。
また、ステージ２０をｙ方向に移動するステージ駆動手段（図示省略）が備えられている。
このように構成された第１１実施形態の検査装置を用いて観察対象としてＬＥＤ等の発光体等の検査を行う場合について説明する。なお、ステージ２０は、ｙ方向に延び、ステージ２０の上には、発光体としてＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各ＬＥＤを搭載した基板がｙ方向に複数個並べられているものとする。
まず、可視光全体照明手段１７’を介して全体照明を行う。具体的には、可視光光源１７’1を点灯する。すると、可視光は、拡散素子１７2、コリメートレンズ１７2を経て平行光束の状態でハーフミラー１９に入射する。ハーフミラー１９で反射した可視光は、対物レンズ１５を経てステージ２０上の観察対象の関心領域全体を照明する。
観察対象全体で反射した可視光は、対物レンズ１５を経て平行光束の状態でハーフミラー１９に入射する。ハーフミラー１９を透過した可視光は、分光素子１３、結像レンズ１２を介して、０次光が関心領域の全体像として受光素子１４の０次光の結像領域に結像される。受光素子１４は０次光を受光する。これにより、可視光による観察対象における関心領域の全体像（ここでは、ＬＥＤを搭載した基板の像）が得られる。なお、１次光も受光素子１４の１次光の結像領域に結像されるが、多数重なった像であるため、観察には用いない。
このとき観察対象のＲＧＢの各ＬＥＤを搭載した基板からはＲＧＢの光が発光されている。そこで、次に、全体照明を一瞬ＯＦＦにする。
すると、基板に搭載されたＲＧＢの各ＬＥＤから発光されるＲＧＢの光が、対物レンズ１５を経て平行光束の状態でハーフミラー１９に入射する。ハーフミラー１９を透過したＲＧＢの光は、分光素子１３、結像レンズ１２を介して、０次光がＲＧＢ光の像として受光素子１４の０次光の結像領域に結像される。また、−１次光は、ＲＧＢそれぞれの光ごとに各スペクトルに分離された分光スペクトルとして受光素子１４の受光面における−１次光の結像領域内に結像する。そして、これらの０次光、−１次光を受光素子１４が受光する。これにより、ＬＥＤ搭載基板におけるＬＥＤの位置及び各ＬＥＤの分光スペクトルが得られる。
図示省略した画像処理装置は、受光素子１４で受光した可視光の０次光による観察対象における関心領域の全体像（ＬＥＤを搭載した基板の像）と、発光した各ＬＥＤの０次光による像とを合成し、表示面にはこの合成像と、各ＬＥＤの分光スペクトルを表示する（図１６）。これにより、観察対象の関心領域全体（ＬＥＤを搭載した基板）の形態及び観察対象の関心領域における発光体（ここではＬＥＤ）の位置及び発光体（ＬＥＤ）の分光スペクトルとの関連付けをすることができる。
そして、第１１実施形態の検査装置では、全体像を観察しながら、各発光体の分光スペクトルを予め測定しておいた良品の分光スペクトルと比較して製品の良否を判定する。なお、この検査は、図示省略したステージ駆動手段を介してステージ２０を順次ｙ方向に移動させることで、ステージ２０に載置された全てのＬＥＤ搭載基板について行うことができる。
次に、本発明の分光画像入力装置及びそれを用いた光学装置において、適用可能な関心領域全体の走査手段について説明する。
（第１２実施形態）
図１７は本発明の第１２実施形態にかかるライン照明手段を備えた分光画像入力装置及びそれを用いた光学装置に適用可能な観察対象の関心領域全体の走査手段の一例を示す説明図、図１８(a)〜(c)は図１７の走査手段を用いてライン照明で観察対象の関心領域を走査した場合における、０次光の結像領域に結像される観察対象の観察領域の全体像とライン照明像との位置関係を示す説明図である。
第１２実施形態の走査手段は、本発明のライン照明手段を有する分光画像入力装置を備えた検査装置や顕微鏡に適用可能な手段である。基本的には、図１３〜図１６に示した第１０及び第１１実施形態の検査装置に用いたステージ２０を移動させる駆動手段のように、本発明のライン照明手段を備えた分光画像入力装置の位置を固定させたまま、観察対象を載置したステージ２０を所定方向に移動させることができるように構成されている。
また、ライン照明手段６は同軸照明となっている。
このように構成された第１２実施形態の走査手段によれば、全体像及びライン照明光の像が例えば、図１８(a)に示すような位置にある場合において、ｘ方向にステージ２０を移動させたとき、ライン照明光はステージ２０の移動とは無関係に受光素子４の０次光の結像領域において固定された位置に結像する。一方、観察対象はステージの移動に伴い、受光素子４の０次光の結像領域をｘ方向に移動する。
このため、受光素子４の０次光の結像領域において、観察対象の関心領域がライン照明光を通り抜けていくように、ステージ２０をｘ方向に１ラインの照明幅ごとに移動させる。その際、移動ごとに０次光の結像領域に結像した観察像、ライン照明像、及び１次光の結像領域に結像した分光スペクトル像を、図示省略した画像処理装置を介してつなぎあわせる。このようにすれば、観察対象の関心領域全体の形態及び観察対象の関心領域全体にわたり分光反射率測定位置及び分光反射率とを関連付けたデータが得られる。
（第１３実施形態）
図１９は本発明の第１３実施形態にかかるライン照明手段を備えた分光画像入力装置及びそれを用いた光学装置に適用可能な観察対象の関心領域全体の走査手段の他の例を示す説明図である。なお、便宜上、観察対象の関心領域を斜めに傾けて示してある。図２０(a)〜(c)は図１９の走査手段を用いてライン照明で観察対象の関心領域を走査した場合における、０次光の結像領域に結像される観察領域の全体像とライン照明像との位置関係を示す説明図である。
第１３実施形態の走査手段は、図１１の第９実施形態で示したような本発明のライン照明手段を有する分光画像入力装置を備えた内視鏡に適用可能な手段である。基本的には、内視鏡に一般的に備えられている内視鏡先端部９を駆動させるための駆動手段（図示省略）で構成されている。
第１３実施形態の走査手段が適用される内視鏡には、内視鏡先端部９に観察光学系５とライン照明手段６とが設けられている。このため、観察光学系５とライン照明手段６は、内視鏡先端部９と一体となって移動する。
また、ライン照明手段６は観察光学系５とは非同軸となっている。
このように構成された第１３実施形態の走査手段によれば、全体像及びライン照明光の０次光の像が例えば、図２０(a)の下側の図に示すような位置にある場合において、図１９に示す内視鏡先端部９を矢印Ａ方向に移動させたとき、ライン照明光は観察対象の関心領域に対する入射角度が微妙に変化することにより受光素子４の０次光の結像領域を少しずつｙ方向に移動して結像する。一方、観察対象は内視鏡先端部９の移動に伴い、受光素子４の０次光の結像領域をｙ方向であって内視鏡先端の移動方向とは反対方向に大きく移動する（図２０(a)〜(c)参照）。
このため、受光素子４の０次光の結像領域において、観察対象の関心領域がライン照明光を通り抜けていくように、内視鏡先端部９をｙ方向に１ラインの照明幅ごとに移動させる。その際、移動ごとに０次光の結像領域に結像した観察像、ライン照明像、及び１次光の結像領域に結像した分光スペクトル像を、図示省略した画像処理装置を介してつなぎあわせる。
このようにすれば、観察対象の関心領域全体の形態及び観察対象の関心領域全体にわたり分光反射率測定位置及び分光反射率とを関連付けたデータが得られる。
なお、第１３実施形態では、ライン照明手段６は、観察光学系５と非同軸であるため、内視鏡先端部９の移動ごとに受光素子４の０次光の結像領域に結像されるライン光が変形する。しかし、図２、図３を用いて説明したように、ライン照明光の０次光の位置が得られれば、１次光のスペクトル位置は計算で求まる。このため、ラインが変形しても、図示省略した画像処理手段を用いてライン照明光の各座標位置に対応した分光スペクトル位置を求めることで分光スペクトルは検出できる。
また、内視鏡先端部９がｚ方向に移動して、走査ごとに得られる像の倍率が異なる場合には、画像処理手段を介して得られた像の倍率補正処理を行えば、走査した領域全体で同じ倍率の像に対する形状及び測定位置と分光スペクトルの情報が得られる。
（第１４実施形態）
図２１は本発明の第１４実施形態にかかるライン照明手段を備えた分光画像入力装置及びそれを用いた光学装置に適用可能な観察対象の関心領域全体の走査手段のさらに他の例を示す説明図であり、(a)はその一例を示す概略構成図、(b)は(a)の光源部を正面からみた図、(c)は(a)変形例を示す概略構成図、(d)は(c)の光源部を正面からみた図である。なお、便宜上、図２１(a)，(c)において、観察対象の関心領域を斜めに傾けて示してある。図２２(a)〜(c)は図２１の走査手段を用いてライン照明で観察対象の観察領域を走査した場合における、０次光の結像領域に結像される観察領域の全体像とライン照明像との位置関係を示す説明図である。
第１４実施形態の走査手段は、本発明のライン照明手段を有する分光画像入力装置を備えた内視鏡、検査装置、顕微鏡のいずれにも適用可能な手段である。基本的には、図７及び図９に示した第３及び第５実施形態の分光画像入力装置、図１１に示した第９実施形態の内視鏡装置に用いるライン照明手段６において、複数の光源を設け、各光源の点灯を切り替えることで観察対象への照明位置を変えるように構成されている。
図２１(a)に示すライン照明手段６は、ｘ−ｙ方向に２次元配列された複数のＬＥＤからなるＬＥＤ群６’1と、コリメートレンズ６2と、シリンドリカルレンズ６4とで構成されている。
ＬＥＤ群６’1は、ＬＥＤ６’1-nm（ｎ：１，２・・・、ｍ：１，２・・・）を、ｘ方向にライン状に配列し、かつ、ライン状の配列を観察対象の関心領域における所望の観察位置に合わせて、ｙ方向に複数段備えて構成されており、各段のライン状に配置されたＬＥＤ群６’1-n（ｎ：１，２・・・）ごとに点灯するように制御されている。
コリメートレンズ６2は、ＬＥＤ群６’1の所定の段のライン状に配置されたＬＥＤ群６’1-n（ｎ：１，２・・・）より点灯された光を平行光束にする。シリンドリカルレンズ６4は、平光光束をライン状の形状を保ちながら拡大して、観察対象の関心領域において測定を所望する領域に照明するように構成されている。
図２１(c)に示すライン照明手段６は、ｙ方向に１次元配列された複数のＬＥＤからなるＬＥＤ群６1と、コリメートレンズ６2と、一次元方向に拡散する作用を備えた拡散素子６3と、シリンドリカルレンズ６4とで構成されている。
ＬＥＤ群６1は、ＬＥＤ６1-n（ｎ：１，２・・・）を、観察対象の関心領域における所望の観察位置に合わせて、ｙ方向に複数段備えて構成されており、各段ごとに点灯するように制御されている。
コリメートレンズ６2は、ＬＥＤ群６1の所定の段に配置されたＬＥＤ６1-n（ｎ：１，２・・・）より点灯された光束を平行光束にする。拡散素子６3は、入射光をｘ方向に拡散する作用を備えている。シリンドリカルレンズ６4は、拡散素子６3を介してｘ方向に拡散されたライン状の光束の形状を保ちながら拡大して、観察対象の関心領域において測定を所望する領域に照明するように構成されている。
このように構成された第１４実施形態の走査手段によれば、所定の段のＬＥＤを点灯させると、その位置に対応した観察対象の関心領域におけるライン状の領域Ｌが照明される。従って、観察対象の関心領域と分光画像入力装置の観察光学系との位置関係を固定させた状態のまま、照明光学系６において段方向（ここではｙ方向）に沿って順にＬＥＤを点灯させるだけで、図２２(a)〜(c)に示すように、観察対象の関心領域全体をライン照明で走査することができる。
このため、受光素子４の０次光の結像領域において、観察対象の関心領域がライン照明光を通り抜けていくように、ライン照明手段６のＬＥＤ群６1のＬＥＤ６1-n又はＬＥＤ群６’1のＬＥＤ群６’1-nを１段ごとに切り替えて点灯する。その際、ＬＥＤの点灯する段の切り替えごとに０次光の結像領域に結像した観察像、ライン照明像、及び１次光の結像領域に結像した分光スペクトル像を、図示省略した画像処理装置を介してつなぎあわせる。
このようにすれば、観察対象の関心領域全体の形態及び観察対象の関心領域全体にわたり分光反射率測定位置及び分光反射率とを関連付けたデータが得られる。
さらに、第１４実施形態の走査手段によれば、観察対象の関心領域と分光画像入力装置の観察光学系との位置関係が走査中固定させておくことができるので、走査ごとに得られる像の位置ずれを防ぐことができる。
なお、第１４実施形態の走査手段を内視鏡に用いる場合は、ライン照明手段６は、観察光学系５と非同軸となるため、上述したように内視鏡先端部の移動ごとに受光素子４の０次光の結像領域に結像されるライン光が変形する。第１５実施形態においても、図２、図３を用いて説明したように、ライン照明光の０次光の位置が得られれば、１次光のスペクトル位置は計算で求まる。このため、ラインが変形しても、図示省略した画像処理手段を用いてライン照明光の各座標位置に対応した分光スペクトル位置を求めることで分光スペクトルは検出できる。
（第１５実施形態）
図２３は本発明の第１５実施形態にかかる分光画像入力装置を備えた赤外分光特性測定用内視鏡の説明図であり、(a)は概略構成図、(b)は照明光として用いる光の波長帯域を示すグラフである。なお、図２３(a)では便宜上、観察対象は省略してある。
第１５実施形態の内視鏡は、内視鏡先端部９に２つの光路Ａ，Ｂを有する結像光学系２Ａ、２Ｂを有する観察光学系５Ａ，５Ｂと、可視光全体照明手段７と、赤外光全体照明手段７’と、赤外光ライン照明手段６”とを有して構成されている。
第１の結像光学系２Ａは、光路Ａ上に配置された赤外光用光学系２’1Ａと、赤外光用光学系２’1Ａ内に配置された赤外光透過フィルタ８’Ａと、光路Ａ，Ｂに跨って配置されたレンズ２2と、分光素子３と、レンズ２3とで構成されている。
第２の結像光学系２Ｂは、光路Ｂ上に配置された可視光用光学系２’1Ｂと、可視光用光学系２’1Ｂ内に配置された可視光透過フィルタ８’Ｂと、光路Ａ，Ｂに跨って配置されたレンズ２2と、分光素子３と、レンズ２3とで構成されている。
赤外光透過フィルタ８’Ａは、およそ波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光を遮断し、およそ波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍの赤外光を透過させる分光透過率特性を備えている。そして、第１の結像光学系２Ａは、全体の分光透過率特性が、赤外光透過フィルタ８’Ａの分光透過率特性と同じになっている。
可視光透過フィルタ８’Ｂは、およそ波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍの赤外光を遮断し、およそ波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光を透過させる分光透過率特性を備えている。そして、第２の結像光学系２Ｂは、全体の分光透過率特性が、可視光透過フィルタ８’Ｂの分光透過率特性と同じになっている。
可視光全体照明手段７は、およそ波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光を観察対象の関心領域全体に照明することができるように構成されている。
赤外光全体照明手段７’は、およそ波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍの赤外光を観察対象の関心領域全体に照明することができるように構成されている。
なお、可視光全体照明手段７、赤外光全体照明手段７’の基本的な光学構成は、それぞれ上述した本発明のいずれかの実施形態における全体照明手段と同様である。
赤外光ライン照明手段６”は、およそ波長７００ｎｍ〜１０００ｎｍの赤外光を観察対象の関心領域において測定を所望する領域にライン状に照明することができるように構成されている。
なお、赤外光ライン照明手段６”の基本的な光学構成は、上述した本発明のいずれかの実施形態におけるライン光照明手段と同様である。
また、内視鏡本体部９は、図１１で示した第９実施形態の光源・ビデオ画像処理装置と同様の画像処理装置と接続されている（図示省略）。
このように構成された第１５実施形態の内視鏡を用いて赤外光での分光反射率の測定を行う場合、まず、可視光全体照明手段７をＯＮにして観察対象を可視光で照明する。このとき、観察対象で反射した可視光は、第１の光路Ａに設けられた赤外光用光学系２’1Ａ中の赤外光透過フィルタ８’Ａで遮断される。また、観察対象で反射した可視光は、第２の光路Ｂに設けられた可視光用光学系２’1Ｂを通過し、レンズ２2、分光素子３、レンズ２3を経て受光素子４の領域Ｒに０次光の可視光像を結像する。そこで、可視光全体照明で得られる０次光の可視光画像を、図示省略した画像処理装置の一方の表示面に表示させて観察しながら、内視鏡先端部９を移動して観察対象の関心領域を選定する。
観察対象の関心領域を選定後、可視光全体照明手段７をＯＦＦにするとともに赤外光全体照明手段７’をＯＮにして、観察対象の関心領域全体に赤外光を照明する。このとき、観察対象の関心領域全体で反射した赤外光は、第２の光路Ｂに設けられた可視光用光学系２’1Ｂ中の可視光透過フィルタ８’Ｂで遮断される。また、観察対象の関心領域全体で反射した赤外光は、第１の光路Ａに設けられた赤外光用光学系２’1Ａを通過し、レンズ２2、分光素子３、レンズ２3を経て受光素子４の領域Ｌに０次光の赤外光像を結像する。この赤外光全体照明で得られる０次光の赤外光画像を、図示省略した画像処理装置の他方の表示面に表示させる。
次に、赤外光全体照明手段７’をＯＦＦにするとともに赤外光ライン照明手段６”をＯＮにして、観察対象の関心領域において測定を所望する領域にライン状の赤外光を照明する。このとき、観察対象の関心領域で反射したライン状の赤外光は、赤外全体照明光と同じ経路を辿り、受光素子４の領域Ｌに０次光の赤外ライン光像を結像する。また、受光素子４の領域Ｒに１次光の赤外ライン光の分光スペクトル画像を結像する。この赤外光ライン照明で得られる０次光の赤外ライン光画像を、図示省略した画像処理装置を介して、赤外光全体照明で得られた０次光の赤外光画像と合成し、観察対象の関心領域における測定位置が認識できる画像に画像処理して他方の表示面に表示させる。また、赤外光ライン照明で得られる１次光の分光スペクトル画像を、画像表示装置の一方の画面に表示させる。
さらには、画像処理装置を介して赤外光ライン照明で得られる１次光の分光スペクトルの強度をグラフ化して、画像表示装置の一方の画面に表示させてもよい。
第１５実施形態の内視鏡によれば、照明光を切り替えるだけで、可視光画像での観察対象の関心領域の選定と、赤外光による観察対象の関心領域全体の形態の観察と、観察対象の関心領域における測定を所望するライン照明位置、ライン照明した領域にわたる分光スペクトルの観察と、及びこれらの観察で得た情報の関連付けをすることができる。
なお、第１５実施形態の内視鏡において、さらに可視光ライン照明手段を備えれば、可視光による分光測定と、形態及び測定位置の関連付けも行うことができる。
（第１６実施形態）
図２４は本発明の第１６実施形態にかかる分光画像入力装置を備えた蛍光分光内視鏡の説明図であり、(a)は概略構成図、(b)は照明光として用いる光の波長帯域を示すグラフである。なお、図２４(a)では便宜上、観察対象は省略してある。
第１６実施形態の内視鏡は、内視鏡先端部９に２つの光路Ａ，Ｂを有する結像光学系２Ａ，２Ｂを有する観察光学系５Ａ，５Ｂと、可視光全体照明手段７と、赤外光全体照明手段７’と、赤外励起光ライン照明手段６”’とを有して構成されている。
第１の結像光学系２Ａは、光路Ａ上に配置された可視光用光学系２”1Ａと、可視光用光学系２”1Ａ内に配置された可視光透過フィルタ８”Ａと、光路Ａ，Ｂに跨って配置されたレンズ２2，レンズ２3とで構成されている。
第２の結像光学系２Ｂは、光路Ｂ上に配置された赤外光用光学系２”1Ｂと、赤外光用光学系２”1Ｂ内に配置された赤外光透過フィルタ８”Ｂと、光路Ａ，Ｂに跨って配置されたレンズ２2と、光路Ｂ上に配置された分光素子３と、光路Ａ，Ｂに跨って配置されたレンズ２3とで構成されている。
可視光透過フィルタ８”Ａは、およそ波長７００ｎｍ〜９００ｎｍの赤外光を遮断し、およそ波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光を透過させる分光透過率特性を備えている。そして、第１の結像光学系２Ａは、全体の分光透過率特性が、可視光透過フィルタ８”Ａの分光透過率特性と同じになっている。
赤外光透過フィルタ８”Ｂは、およそ波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光を遮断し、およそ波長７００ｎｍ〜９００ｎｍの赤外光を透過させる分光透過率特性を備えている。そして、第２の結像光学系２Ｂは、全体の分光透過率特性が、赤外光透過フィルタ８”Ｂの分光透過率特性と同じになっている。
可視光全体照明手段７は、およそ波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光を観察対象の関心領域全体に照明することができるように構成されている。
赤外光全体照明手段７’は、およそ波長７００ｎｍ〜９００ｎｍの赤外光を観察対象の関心領域全体に照明することができるように構成されている。
なお、可視光全体照明手段７、赤外光全体照明手段７’の基本的な光学構成は、それぞれ上述した本発明のいずれかの実施形態における全体照明手段と同様である。
赤外励起光ライン照明手段６”’は、およそ波長７００ｎｍ〜８００ｎｍの赤外励起光を観察対象の関心領域において測定を所望する領域にライン状に照明することができるように構成されている。
なお、赤外励起光ライン照明手段６”’の基本的な光学構成は、上述した本発明のいずれかの実施形態におけるライン光照明手段と同様である。
また、内視鏡本体部９は、図１１で示した第９実施形態の光源・ビデオ画像処理装置と同様の画像処理装置と接続されている（図示省略）。
このように構成された第１６実施形態の内視鏡を用いて赤外光励起による赤外蛍光観察を行う場合、まず、可視光全体照明手段７をＯＮにして観察対象を可視光で照明する。このとき、観察対象で反射した可視光は、第２の光路Ｂに設けられた赤外光用光学系２”1Ｂ中の赤外光透過フィルタ８”Ｂで遮断される。また、観察対象で反射した可視光は、第１の光路Ａに設けられた可視光用光学系２”1Ａを通過し、レンズ２2、レンズ２3を経て受光素子４の領域Ｌに０次光の可視光像を結像する。そこで、可視光全体照明で得られる０次光の可視光画像を、図示省略した画像処理装置の一方の表示面に表示させて観察しながら、内視鏡先端部９を移動して観察対象の関心領域を選定する。
観察対象の関心領域を選定後、可視光全体照明手段７をＯＦＦにするとともに赤外光全体照明手段７’をＯＮにして、観察対象の関心領域全体に赤外光を照明する。このとき、観察対象の関心領域全体で反射した赤外照明及び赤外照明光の一部の励起波長を照明されることにより関心領域内の所定箇所で発した微量の赤外蛍光は、第１の光路Ａに設けられた可視光用光学系２”1Ａ中の可視光透過フィルタ８”Ａで遮断されるとともに、第２の光路Ｂに設けられた赤外光用光学系２”1Ｂを通過し、レンズ２2、分光素子３、レンズ２3を経て受光素子４の領域Ｒに０次光の赤外光の像を結像する。この赤外光全体照明で得られる０次光の赤外光の画像を、図示省略した画像処理装置の他方の表示面に表示させる。これにより、赤外光全体照明による観察対象の関心領域全体が観察できる。
次に、赤外光全体照明手段７’をＯＦＦにするとともに赤外光励起ライン照明手段６”’をＯＮにして、観察対象の関心領域において蛍光観察を所望する領域にライン状の赤外光を照明する。このとき、観察対象の関心領域で反射したライン状の赤外励起光及び赤外ライン照明光により励起されて関心領域内の所定箇所で発した赤外蛍光は、赤外全体照明光を照明した場合と同じ経路を辿り、第１の光路Ａに設けられた可視光用光学系２”1Ａ中の可視光透過フィルタ８”Ａで遮断されるとともに、第２の光路Ｂに設けられた赤外光用光学系２”1Ｂを通過し、レンズ２2、分光素子３、レンズ２3を経て受光素子４の領域Ｒに０次光の赤外励起ライン照明光及び蛍光の像を結像する。また、受光素子４の領域Ｌに１次光の赤外励起ライン照明光及び赤外蛍光の分光スペクトル画像を結像する。このとき、赤外蛍光は赤外励起光とは、波長帯域が異なるため、区別できる。
この赤外光ライン照明で得られる０次光の赤外励起ライン光及び蛍光の画像を、図示省略した画像処理装置を介して、赤外光全体照明で得られた０次光の赤外光画像と合成し、観察対象の関心領域における蛍光観察位置が認識できる画像に画像処理して他方の表示面に表示させる。また、赤外励起光ライン照明で得られる１次光の蛍光の分光スペクトル画像を、画像表示装置の一方の画面に表示させる。
さらには、画像処理装置を介して赤外励起光ライン照明で得られる１次光の蛍光の分光スペクトルの強度をグラフ化して、画像表示装置の一方の画面に表示させてもよい。
第１６実施形態の内視鏡によれば、照明光を切り替えるだけで、可視光画像での観察対象の関心領域の選定と、赤外光による観察対象の関心領域全体の形態の観察と、観察対象の関心領域における蛍光観察を所望する赤外励起光ライン照明位置、赤外励起光ライン照明により発した赤外蛍光位置、赤外励起光ライン照明することにより発した赤外蛍光の分光スペクトルの観察と、及びこれらの観察で得た情報の関連付けをすることができる。
本発明の第１実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４における−１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図である。 本発明の分光素子に用いられる回折格子の０次光の結像位置と１次光の各スペクトルの位置との関係を説明するための図であり、(a)は波長λの光が回折格子に入射角θＩで入射したときの回折角θＩ’を示す説明図、(b)は回折格子に垂直に入射したときの回折角がθλで、回折格子の後群が焦点距離ＦのＳＩＮθ型ディストーションレンズである場合における像高Ｈλを示す説明図である。 本発明の分光素子に用いられる回折格子の０次光の結像位置と１次光の各スペクトルの位置との関係を説明するための図であり、(a)〜(c)は回折素子における入射角の変化に伴う０次光の結像位置と１次光の結像位置が移動する様子を示す説明図である。 本発明の第２実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４における−１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図である。 本発明の第３実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４における−１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図である。 本発明の第４実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４1，４2における＋１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図である。 本発明の第５実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４における−１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図である。 本発明の第６実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４における−１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図であり、そのうちの左側は関心領域全体の−１次光と０次光の結像状態、右側は観察対象の関心領域の点Ｐで光が発光されている、又は点Ｐにスポット照明がされている場合における点Ｐの−１次光と０次光の結像状態を示している。 本発明の第７実施形態にかかる分光画像入力装置の説明図であり、(a)は分光画像入力装置の基本構成を示す概念図、(b)は(a)の受光素子４における−１次光と０次光の結像領域及び、観察対象の受光位置を正面からみた図であり、そのうちの左側は関心領域全体の−１次光と０次光の結像状態、右側は観察対象の関心領域において測定を所望する領域Ｌにライン照明がされている場合における領域Ｌの−１次光と０次光の結像状態を示している。 本発明の第８実施形態にかかる分光画像入力装置の基本構成を示す概念図である。 本発明の第９実施形態にかかる分光画像入力装置を備えた蛍光分光内視鏡の説明図であり、(a)は概略構成図、(b)は(a)の内視鏡での観察に用いる波長を示すグラフである。 図１１の内視鏡の受光素子で得た情報を画像処理して表示装置に表示した状態説明図である。 本発明の第１０実施形態にかかる分光画像入力装置を備えた分光反射率測定用検査装置の説明図であり、(a)は概略構成図、(b)はライン照明手段による照明光束の状態をｚ方向からみた図、(c)はライン照明手段による照明光束の状態をｘ方向からみた図である。 図１３の検査装置の受光素子で得た情報を画像処理して表示装置に表示した状態説明図である。 本発明の第１１実施形態にかかる分光画像入力装置を備えた発光体分光測定用検査装置の概略構成図である。 図１５の検査装置の受光素子で得た情報を画像処理して表示装置に表示した状態説明図である。 本発明の第１２実施形態にかかるライン照明手段を備えた分光画像入力装置及びそれを用いた光学装置に適用可能な観察対象の関心領域全体の走査手段の一例を示す説明図である。 (a)〜(c)は図１７の走査手段を用いてライン照明で観察対象の関心領域を走査した場合における、０次光の結像領域に結像される観察対象の観察領域の全体像とライン照明像との位置関係を示す説明図である。 本発明の第１３実施形態にかかるライン照明手段を備えた分光画像入力装置及びそれを用いた光学装置に適用可能な観察対象の関心領域全体の走査手段の他の例を示す説明図である。 (a)〜(c)は図１９の走査手段を用いてライン照明で観察対象の関心領域を走査した場合における、０次光の結像領域に結像される観察領域の全体像とライン照明像との位置関係を示す説明図である。 本発明の第１４実施形態にかかるライン照明手段を備えた分光画像入力装置及びそれを用いた光学装置に適用可能な観察対象の関心領域全体の走査手段のさらに他の例を示す説明図であり、(a)はその一例を示す概略構成図、(b)は(a)の光源部を正面からみた図、(c)は(a)変形例を示す概略構成図、(d)は(c)の光源部を正面からみた図である。 (a)〜(c)は図２１の走査手段を用いてライン照明で観察対象の観察領域を走査した場合における、０次光の結像領域に結像される観察領域の全体像とライン照明像との位置関係を示す説明図である。 本発明の第１５実施形態にかかる分光画像入力装置を備えた赤外分光特性測定用内視鏡の説明図であり、(a)は概略構成図、(b)は照明光として用いる光の波長帯域を示すグラフである。 本発明の第１６実施形態にかかる分光画像入力装置を備えた蛍光分光内視鏡の説明図であり、(a)は概略構成図、(b)は照明光として用いる光の波長帯域を示すグラフである。
符号の説明
２、２Ａ、２Ｂ 結像光学系
２1、２2、２3、２4、２1Ａ、２2Ａ、２1Ｂ、２2Ｂ、 レンズ
２’1Ａ、２”1Ｂ 赤外光用光学系
２”1Ａ、２’1Ｂ 可視光用光学系
３、３Ａ、３Ｂ、１３ 分光素子
４、４1、４2、１４ 受光素子
５、５Ａ、５Ｂ 観察光学系
６ ライン照明手段
６” 赤外光ライン照明手段
６”’ 赤外励起光ライン照明手段
６1、６’1 ＬＥＤ群
６2、１６2、１７3 コリメートレンズ
６3、１６3、１７2 拡散素子
６4 シリンドリカルレンズ
７ 全体照明手段
７’ 赤外光全体照明手段
８ 励起光減衰フィルタ
８Ａ、８Ｂ フィルタ
８’Ａ、８”Ｂ 赤外光透過フィルタ
８”Ａ、８’Ｂ 可視光透過フィルタ
９ 内視鏡先端部
１０ 光源・ビデオ画像処理装置
１０ａ、１０ｂ 表示面
１２ 結像レンズ
１５ 対物レンズ
１６ 白色ライン光照明手段
１６1 白色光源
１７ 赤外光全体照明手段
１７1 赤外光源
１７’ 可視光全体照明手段
１７’1 可視光光源
１８、１９ ハーフミラー
２０ ステージ

Claims (7)

  1. 結像光学系と前記結像光学系光路内に配置された分光素子と一つの受光素子又は同一面上に配置された複数の受光素子とを有する観察光学系と、観察対象にライン状に光を照明するライン照明手段と、前記観察対象全体を照明する全体照明手段とを備え、
    前記分光素子が、回折格子で構成されており、
    前記結像光学系が、前記回折格子で回折される０次光による前記観察対象の全体像及びライン照明像と、前記回折格子で回折される＋１次光及び−１次光のうちの少なくともいずれか一方による前記観察対象のライン状に光を照明された範囲の分光スペクトル像とを、前記一つの受光素子の受光面内で、又は、前記同一面上に配置された複数の受光素子の受光面内で、重ならないようにして、結ぶことを特徴とする分光画像入力装置。
  2. 結像光学系と前記結像光学系光路内に配置された分光素子と一つの受光素子又は同一面上に配置された複数の受光素子とを有する観察光学系と、観察対象にスポット状に光を照明するスポット照明手段と、前記観察対象全体を照明する全体照明手段とを備え、
    前記分光素子が、回折格子で構成されており、
    前記結像光学系が、前記回折格子で回折される０次光による前記観察対象の全体像及びスポット照明像と、前記回折格子で回折される＋１次光及び−１次光のうちの少なくともいずれか一方による前記観察対象のスポット状に光を照明された範囲の分光スペクトル像とを、前記一つの受光素子の受光面内で、又は、前記同一面上に配置された複数の受光素子の受光面内で、重ならないようにして、結ぶことを特徴とする分光画像入力装置。
  3. 結像光学系と前記結像光学系光路内に配置された分光素子と一つの受光素子又は同一面上に配置された複数の受光素子とを有する観察光学系と、観察対象にライン状に光を照明するライン照明手段と、前記観察対象を前記ライン照明手段による照明で走査する走査手段とを備え、
    前記分光素子が、回折格子で構成されており、
    前記結像光学系が、前記回折格子で回折される０次光による前記観察対象の全体像及びライン照明像と、前記回折格子で回折される＋１次光及び−１次光のうちの少なくともいずれか一方による前記観察対象のライン状に光を照明された範囲の分光スペクトル像とを、前記一つの受光素子の受光面内で、又は、前記同一面上に配置された複数の受光素子の受光面内で、重ならないようにして、結ぶことを特徴とする分光画像入力装置。
  4. 前記観察光学系が、観察対象からの光を結像するための２つの光路を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の分光画像入力装置。
  5. 請求項１〜４のいずれかに記載の分光画像入力装置を有する内視鏡。
  6. 請求項１〜４のいずれかに記載の分光画像入力装置を有する顕微鏡。
  7. 請求項１〜４のいずれかに記載の分光画像入力装置を有する検査装置。
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