JP5812735B2 - Spectral imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、被写体からの光を分光して検出することにより、被写体の分光反射率、分光透過率及び分光放射輝度といった分光情報を記録した画像(以下、分光画像ともいう)を取得する分光撮像装置に関する。   The present invention spectrally captures an image (hereinafter also referred to as a spectral image) in which spectral information such as spectral reflectance, spectral transmittance, and spectral radiance of the subject is recorded by spectrally detecting light from the subject. Relates to the device.

この種の分光撮像装置として、被写体の画像を一度に取得するのではなく、あたかもスキャナで読み取るかのように、被写体のライン状領域の画像を順次取得して、被写体の画像を取得するものが考えられている(特許文献1)。   As this type of spectral imaging apparatus, there is an apparatus that acquires an image of a subject by sequentially acquiring images of a line-shaped region of the subject as if it were read by a scanner, instead of acquiring an image of the subject at once. It is considered (Patent Document 1).

具体的に説明する。被写体からの光は、集光レンズによって集光される。集光された光のうち、被写体のライン状領域からの光が、遮光部材に形成されたスリットを通過して、分光手段で波長ごとに分光され、二次元イメージセンサに到達する。二次元イメージセンサは、分光された光の強度を、ライン状領域の長手方向の位置及び波長ごとに検出する。これにより、被写体のライン状領域の分光画像が取得される。   This will be specifically described. Light from the subject is collected by a condenser lens. Of the collected light, light from the line-shaped region of the subject passes through a slit formed in the light shielding member, and is dispersed for each wavelength by the spectroscopic means, and reaches the two-dimensional image sensor. The two-dimensional image sensor detects the intensity of the dispersed light for each position and wavelength in the longitudinal direction of the linear region. Thereby, a spectral image of the line-shaped region of the subject is acquired.

さらに、被写体を支持するステージが、光軸方向と直交する走査方向に1ライン分駆動した後、前記同様に被写体の別のライン状領域の分光画像が取得される。この動作を繰り返して、被写体の複数のライン状領域の分光画像が取得され、これら各ライン状領域の分光画像を合わせて被写体の分光画像が取得される。   Further, after the stage supporting the subject is driven by one line in the scanning direction orthogonal to the optical axis direction, a spectral image of another line-shaped region of the subject is acquired in the same manner as described above. By repeating this operation, spectral images of a plurality of linear regions of the subject are acquired, and spectral images of the subject are acquired by combining the spectral images of these linear regions.

特開2009−216531号公報JP 2009-216531 A 特開2009−39280号公報JP 2009-39280 A 特開2006−322710号公報JP 2006-322710 A

しかしながら、このような分光画像には、焦点合わせに非常に時間がかかるという問題がある。焦点を合わせるには、例えばレンズやスリット等の位置を調整し、その度に被写体の分光画像を取得して確認することが考えられる。しかしながら、上述したように、被写体の分光画像を取得するには、被写体のライン状領域の分光画像を順次取得する必要があり、時間がかかる。従って、焦点が合うまで被写体の分光画像を何枚も取得するとなると、非常に時間がかかってしまうのである。   However, such a spectral image has a problem that it takes a very long time for focusing. In order to adjust the focus, for example, it is conceivable to adjust the position of a lens, a slit, etc., and acquire and check a spectral image of the subject each time. However, as described above, in order to acquire a spectral image of a subject, it is necessary to sequentially acquire spectral images of a line-shaped region of the subject, which takes time. Therefore, if many spectral images of the subject are acquired until the subject is in focus, it takes a very long time.

本発明は、上記の問題を解決すべく図ったものであり、焦点合わせに要する時間を短縮できる分光撮像装置を提供することをその主たる所期課題とするものである。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its main purpose is to provide a spectral imaging apparatus capable of reducing the time required for focusing.

すなわち、本発明に係る分光撮像装置は、被写体からの光を集光する集光レンズと、当該集光レンズによって集光された光のうち、前記被写体のライン状領域からの光を通過させるスリットが形成された遮光部材と、当該スリットを通過した前記ライン状領域からの光を分光する分光手段と、当該分光手段によって分光された光の強度を、前記ライン状領域の長手方向の位置及び波長ごとに検出することにより、前記ライン状領域の画像を取得する光検出手段と、当該光検出手段から前記ライン状領域の画像を順次受け付けて、受け付けた前記各ライン状領域の画像を合わせた撮像領域の画像を取得する画像取得部とを具備するものであって、前記被写体に対する前記集光レンズ、前記スリット、前記分光手段又は前記光検出手段のうち少なくとも一つの光学要素の光軸方向の相対距離を変更して、前記画像取得部が取得する前記撮像領域の画像の焦点を合わせる焦点合わせ手段をさらに具備し、前記焦点合わせ手段が、前記光学要素を前記被写体に最も近い開始位置と前記被写体から最も遠い終了位置との間で所定の第1ステップ幅ずつ駆動するように構成されており、前記画像取得部が、前記光学要素が前記第1ステップ幅ずつ駆動された各状態において、焦点を合わせようとする部分を含み前記被写体における前記撮像領域よりも狭い領域である焦点合わせ領域の画像をそれぞれ取得するとともに、これらの画像を比較して、最も焦点が合っている画像を取得した前記光学要素の位置を粗焦点位置として算出し、前記焦点合わせ手段が、前記粗焦点位置を基準に前記光学要素を前記第1ステップ幅よりも短い所定の第2ステップ幅ずつ駆動するようにさらに構成されており、前記画像取得部が、前記光学要素が前記第2ステップ幅ずつ駆動された各状態において、前記焦点合わせ領域の画像をそれぞれ取得するとともに、これらの画像を比較して、最も焦点が合っている画像を取得した前記光学要素の位置を高精度焦点位置として算出し、前記光学要素が前記高精度焦点位置にある状態で前記撮像領域の画像を取得するものであることを特徴とするものである。
That is, a spectral imaging apparatus according to the present invention includes a condensing lens that condenses light from a subject, and a slit that allows light from the line-shaped region of the subject to pass among the light collected by the condensing lens. A light-shielding member formed with, a spectroscopic unit that splits the light from the line-shaped region that has passed through the slit, and the intensity and the wavelength of the light split by the spectroscopic unit in the longitudinal direction of the line-shaped region A detection unit that obtains an image of the line-shaped region by detecting each image, and an image obtained by sequentially receiving the image of the line-shaped region from the light detection unit and combining the received images of the line-shaped regions. be one that includes an image acquiring unit that acquires an image of an area, the condenser lens relative to the object, the slit, small of the spectroscopic means or said light detection means Both by changing the relative distance in the optical axis direction of one optical element, wherein further comprising a focusing means for focusing the image of the imaging area by the image acquiring unit acquires, the focusing means, the optical element Is driven by a predetermined first step width between a start position closest to the subject and an end position farthest from the subject, and the image acquisition unit includes the optical element as the first step. In each state driven by the width, each of the images of the focusing area , which includes the portion to be focused and is narrower than the imaging area in the subject , is obtained, and these images are compared, The position of the optical element that has acquired an in-focus image is calculated as a coarse focus position, and the focusing means uses the optical element as a reference based on the coarse focus position. It is further configured to drive by a predetermined second step width shorter than the first step width, and the image acquisition unit is configured to drive the focus in each state in which the optical element is driven by the second step width. Each of the images of the alignment area is acquired, and these images are compared, and the position of the optical element that acquired the most focused image is calculated as a high-precision focal position. An image of the imaging region is acquired in a state where it is in a position .

このようなものであれば、画像取得部が、焦点を合わせようとする部分を含み被写体における撮像領域よりも狭い領域の画像を、前記相対距離を設定して取得し、当該狭い領域の画像の焦点が合うときの前記相対距離で、撮像領域の画像を取得するので、撮像領域全体の画像で焦点を合わせる場合よりも画像の取得に要する時間を短縮でき、焦点合わせに要する時間を短縮できる。また、画像のデータ量を低減することができ、その画像を処理する演算装置への負荷を抑制できる。本発明に係る分光撮像装置と特許文献1−3に記載の発明とを比較すると、少なくとも焦点合わせに要する時間を短縮する機構が設けられている点において、本発明に係る分光撮像装置は、特許文献1−3に記載の発明と全く異なる。   In such a case, the image acquisition unit acquires an image of a region that is narrower than the imaging region of the subject including a portion to be focused by setting the relative distance, and acquires the image of the image of the narrow region. Since the image of the imaging region is acquired at the relative distance when the image is in focus, the time required to acquire the image can be shortened compared to the case where the image is focused on the entire image of the imaging region, and the time required for focusing can be shortened. Further, the data amount of the image can be reduced, and the load on the arithmetic device that processes the image can be suppressed. Comparing the spectral imaging apparatus according to the present invention with the inventions described in Patent Documents 1-3, the spectral imaging apparatus according to the present invention is patented in that at least a mechanism for shortening the time required for focusing is provided. This is completely different from the invention described in Document 1-3.

前記狭い領域を適切に設定して、確実に焦点を合わせるには、前記画像取得部が、前記相対距離を任意の距離とした状態で、前記被写体の一部又は全部の画像をプリ画像として取得するものであり、当該プリ画像に基づいて前記狭い領域が設定されるものが望ましい。   In order to set the narrow area appropriately and focus accurately, the image acquisition unit acquires a part or all of the subject as a pre-image with the relative distance set to an arbitrary distance. It is desirable that the narrow area is set based on the pre-image.

焦点が合っているかどうかを自動的に判別して、焦点合わせに要する時間をさらに短縮するには、前記画像取得部が、前記被写体における撮像領域よりも狭い領域の各画像上の距離に対する、光の強度の変化が最も急激であるときの前記相対距離を、前記狭い領域の画像の焦点が合うときの前記相対距離とするものが望ましい。   In order to automatically determine whether or not the subject is in focus and further reduce the time required for focusing, the image acquisition unit performs light for a distance on each image in a region narrower than the imaging region in the subject. It is desirable that the relative distance when the change in intensity of the image is the steepest is the relative distance when the image of the narrow area is in focus.

前記遮光部材、前記分光手段、及び前記光検出手段を有する分光撮像系をさらに具備し、前記焦点合わせ手段が、当該分光撮像系を光軸方向に駆動させて、前記被写体に対する前記分光撮像系の光軸方向の相対距離を変更するものであれば、特許文献2のように集光レンズとして焦点合わせ機能を有するレンズを用いる必要がなく、様々なレンズを用いることができる。また、特許文献1のように、被写体を支持するステージを駆動して、画像を撮像する撮像装置では、風景や重量物等のように、ステージに載せたり移動させたりすることが困難な被写体を撮像することが難しい。これに対し、このようなものであれば、様々な被写体を容易に撮像することができる。   A spectral imaging system having the light-shielding member, the spectral means, and the light detecting means, wherein the focusing means drives the spectral imaging system in the optical axis direction to If the relative distance in the optical axis direction is changed, it is not necessary to use a lens having a focusing function as a condensing lens as in Patent Document 2, and various lenses can be used. Further, as in Patent Document 1, an imaging apparatus that drives a stage that supports a subject and captures an image captures a subject that is difficult to put on or move on the stage, such as a landscape or a heavy object. It is difficult to take an image. On the other hand, if it is such, various subjects can be easily imaged.

この分光撮像装置の分光撮像方法もまた、本発明の一形態である。具体的にこの分光撮像方法は、被写体からの光を集光する集光レンズと、当該集光レンズによって集光された光のうち、前記被写体のライン状領域からの光を通過させるスリットが形成された遮光部材と、当該スリットを通過した前記ライン状領域からの光を分光する分光手段と、当該分光手段によって分光された光の強度を前記ライン状領域の長手方向の位置及び波長ごとに検出することにより、前記ライン状領域の画像を取得する光検出手段と、当該光検出手段から前記ライン状領域の画像を順次受け付けて、受け付けた前記各ライン状領域の画像を合わせた撮像領域の画像を取得する画像取得部とを具備する分光撮像装置の動作方法であって、前記被写体に対する前記集光レンズ、前記スリット、前記分光手段又は前記光検出手段のうち少なくとも一つの光学要素の光軸方向の相対距離を変更して、前記画像取得部が取得する前記撮像領域の画像の焦点を合わせる焦点合わせステップと、前記焦点合わせステップによって、前記光学要素を前記被写体に最も近い開始位置と前記被写体から最も遠い終了位置との間で所定の第1ステップ幅ずつ駆動し、前記画像取得部が、前記光学要素が前記第1ステップ幅ずつ駆動された各状態において、焦点を合わせようとする部分を含み前記被写体における前記撮像領域よりも狭い領域である焦点合わせ領域の画像をそれぞれ取得するとともに、これらの画像を比較して、最も焦点が合っている画像を取得した前記光学要素の位置を粗焦点位置として算出する粗焦点位置算出ステップと、前記焦点合わせステップによって、前記粗焦点位置を基準に前記光学要素を前記第1ステップ幅よりも短い所定の第2ステップ幅ずつ駆動し、前記画像取得部が、前記光学要素が前記第2ステップ幅ずつ駆動された各状態において、前記焦点合わせ領域の画像をそれぞれ取得するとともに、これらの画像を比較して、最も焦点が合っている画像を取得した前記光学要素の位置を高精度焦点位置として算出する高精度焦点位置算出ステップと、前記画像取得部が、前記光学要素が前記高精度焦点位置にある状態で前記撮像領域の画像を取得する画像取得ステップとを具備するものである。
This spectral imaging method of the spectral imaging apparatus is also an embodiment of the present invention. Specifically, in this spectral imaging method, a condensing lens that condenses light from a subject and a slit that allows light from the line-shaped region of the subject to pass through the light collected by the condensing lens are formed. A light shielding member, a spectroscopic unit that splits light from the line-shaped region that has passed through the slit, and an intensity of light dispersed by the spectroscopic unit for each longitudinal position and wavelength of the line-shaped region By doing so, the light detection means for acquiring the image of the line-shaped area, and the image of the imaging area obtained by sequentially receiving the image of the line-shaped area from the light detection means and combining the received images of the line-shaped areas a method of operating a spectroscopic imaging apparatus comprising: an image acquisition unit for acquiring, the condenser lens relative to the object, the slit, the spectroscopic means or said light detection means By changing the relative distance in the optical axis direction of the at least one optical element, a focusing step of focusing of the image of the imaging area by the image acquiring unit acquires, by the focusing step, the said optical elements subject In each state where the image acquisition unit is driven by the first step width between the start position closest to the end position and the end position furthest from the subject , Each of the images of the focusing area, which is a narrower area than the imaging area of the subject, including the portion to be focused is acquired, and these images are compared to obtain the most focused image. The coarse focus position is calculated by the coarse focus position calculating step for calculating the position of the optical element as the coarse focus position and the focusing step The optical element is driven by a predetermined second step width shorter than the first step width, and the image acquisition unit is configured to drive the focus in each state where the optical element is driven by the second step width. A high-accuracy focal position calculation step for obtaining images of the alignment regions, comparing these images, and calculating a position of the optical element that has acquired the most focused image as a high-precision focal position, The image acquisition unit includes an image acquisition step of acquiring an image of the imaging region in a state where the optical element is at the high-precision focal position .

上述した構成の本発明によれば、被写体の撮像領域よりも狭い領域の画像で、画像の焦点を合わせるので、焦点合わせに要する時間を短縮できる。   According to the present invention having the above-described configuration, the image is focused on an image in an area narrower than the imaging area of the subject, so that the time required for focusing can be shortened.

本発明の実施形態における分光撮像装置の全体斜視図。1 is an overall perspective view of a spectral imaging apparatus in an embodiment of the present invention. 同実施形態における分光撮像装置を模式的に示す構成図。The block diagram which shows typically the spectral imaging device in the embodiment. 同実施形態における分光撮像装置の動作を示すフローチャート。6 is a flowchart showing the operation of the spectral imaging apparatus according to the embodiment. 同実施形態における分光撮像装置の動作を示すフローチャート。6 is a flowchart showing the operation of the spectral imaging apparatus according to the embodiment. 同実施形態における分光撮像装置により取得された画像を示す図。The figure which shows the image acquired by the spectral imaging device in the embodiment. 同実施形態における分光撮像装置により取得された画像及び各画像の光強度の変化を示す図。The figure which shows the change of the light intensity of the image acquired by the spectral imaging device in the embodiment, and each image. 他の実施形態における分光撮像装置を模式的に示す構成図。The block diagram which shows typically the spectral imaging device in other embodiment. さらに他の実施形態における分光撮像装置を模式的に示す構成図。The block diagram which shows typically the spectral imaging device in other embodiment. さらに他の実施形態における分光撮像装置を模式的に示す構成図。The block diagram which shows typically the spectral imaging device in other embodiment. さらに他の実施形態における分光撮像装置により取得された画像を示す図。The figure which shows the image acquired by the spectral imaging device in other embodiment.

本発明の一実施形態に係る分光撮像装置100について、図面を参照して説明する。この分光撮像装置100は、例えば果実の成熟度の測定、工業製品の検査、生体の病巣の分析、細胞や天体の分析等、種々の分光測定に用いられるものである。分光撮像装置100は、図1、図2に示すように、集光レンズ10と、分光撮像系20と、駆動機構30と、演算機構40と、これら各部材を収容する概略直方体形状をなし遮光性材料からなる筺体50とを具備する。   A spectral imaging apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This spectroscopic imaging apparatus 100 is used for various spectroscopic measurements such as measurement of fruit maturity, inspection of industrial products, analysis of lesions of living bodies, analysis of cells and celestial bodies, and the like. As shown in FIGS. 1 and 2, the spectral imaging device 100 has a substantially rectangular parallelepiped shape that houses the condensing lens 10, the spectral imaging system 20, the drive mechanism 30, the arithmetic mechanism 40, and these members. And a housing 50 made of a functional material.

集光レンズ10は、被写体Sと分光撮像系20との間に設けられており、被写体Sが反射する光、被写体Sを透過する光及び被写体Sが発する光等の、被写体Sからの光を集光して分光撮像系20に導くものである。ここでは集光レンズ10を単一のレンズとしたが、複数のレンズを組み合わせて構成してもよい。   The condenser lens 10 is provided between the subject S and the spectral imaging system 20, and emits light from the subject S such as light reflected by the subject S, light transmitted through the subject S, and light emitted from the subject S. The light is condensed and guided to the spectral imaging system 20. Although the condensing lens 10 is a single lens here, a plurality of lenses may be combined.

分光撮像系20は、概略直方体形状をなし、被写体Sのライン状領域からのライン状の光を一度に分光して検出し、被写体Sのライン状領域の画像を取得するものである。分光撮像系20は、筺体50内の収容空間に収容されている。筺体50内の収容空間は、後述する画像取得及び焦点合わせに支障がない程度に分光撮像系20を駆動できるように、分光撮像系20と比較して大きく設定されている。分光撮像系20は、スリット21aが形成された遮光部材21と、分光手段22と、光検出手段26とを有している。   The spectral imaging system 20 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and spectrally detects line-shaped light from the line-shaped region of the subject S at a time, and acquires an image of the line-shaped region of the subject S. The spectral imaging system 20 is housed in a housing space within the housing 50. The housing space in the housing 50 is set to be larger than that of the spectral imaging system 20 so that the spectral imaging system 20 can be driven to the extent that there is no problem in image acquisition and focusing described later. The spectral imaging system 20 includes a light shielding member 21 in which a slit 21 a is formed, a spectral unit 22, and a light detection unit 26.

遮光部材21は、概略直方体形状をなし遮光性材料からなるケースである。遮光部材21は、集光レンズ10によって集光された光のうち、被写体Sのライン状領域からの光を通過させるスリット21aと、集光レンズ10によって集光された光の他の部分及び迷光を遮光して、内部に収容した分光手段22及び光検出手段26に入射しないようにする遮光壁21bとを有する。スリット21aは、集光レンズ10によって光が集光する位置に配置された細長い矩形状の孔である。スリット21aは被写体Sからの光の光軸と直交する方向に所定長さ延びており、また光軸及びスリット21aの長手方向と直交する方向(以下、走査方向ともいう)に所定幅開口している。   The light shielding member 21 is a case having a substantially rectangular parallelepiped shape and made of a light shielding material. The light shielding member 21 includes a slit 21 a that allows light from the line-shaped region of the subject S to pass through the light collected by the condenser lens 10, other portions of the light collected by the condenser lens 10, and stray light. And a light shielding wall 21b for preventing light from entering the spectroscopic means 22 and the light detecting means 26 accommodated therein. The slit 21 a is an elongated rectangular hole disposed at a position where light is collected by the condenser lens 10. The slit 21a extends a predetermined length in a direction orthogonal to the optical axis of the light from the subject S, and has a predetermined width opening in a direction orthogonal to the optical axis and the longitudinal direction of the slit 21a (hereinafter also referred to as a scanning direction). Yes.

分光手段22は、スリット21aを通過した光を分光して波長ごとに集光するものである。具体的にこの分光手段22は、スリット21aを通過した光を平行化する平行化レンズ23と、平行化された光を分光する回折格子24と、分光された光を波長ごとに集光して光検出手段26の受光面に結像させる結像レンズ25とを有する。この結像レンズ25は、スリット21aの長手方向と直交する方向(以下、波長方向ともいう)に沿って、波長の短い光から波長の長い光をそれぞれ集光する。   The spectroscopic means 22 divides the light that has passed through the slit 21a and collects it for each wavelength. Specifically, the spectroscopic unit 22 includes a collimating lens 23 that collimates the light that has passed through the slit 21a, a diffraction grating 24 that disperses the collimated light, and condenses the dispersed light for each wavelength. And an imaging lens 25 that forms an image on the light receiving surface of the light detection means 26. The imaging lens 25 collects light having a short wavelength to light having a long wavelength along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the slit 21a (hereinafter also referred to as a wavelength direction).

光検出手段26は、分光手段22によって分光された光の強度を、ライン状領域の長手方向の位置及び波長ごとに検出することにより、ライン状領域の画像を取得するものである。具体的にこの光検出手段26は、光検出素子を平面状に並べた2次元イメージセンサであり、ここではCCDイメージセンサとしたが、CMOSイメージセンサや、近赤外領域の光の検出に適したInGaAsイメージセンサ等であってもよい。光検出手段26の受光面は、波長方向及びスリット21aの長手方向に沿って配置されている。そして、異なる波長の光が、波長方向に沿ってそれぞれ異なる光検出素子に入射するようにしてある。また、被写体Sのライン状領域における異なる位置からの光が、波長方向に沿ってそれぞれ異なる光検出素子に入射するようにしてある。   The light detection unit 26 acquires the image of the line-shaped region by detecting the intensity of the light separated by the spectroscopic unit 22 for each position and wavelength in the longitudinal direction of the line-shaped region. Specifically, the photodetection means 26 is a two-dimensional image sensor in which photodetection elements are arranged in a plane. Here, the photodetection means 26 is a CCD image sensor, but is suitable for detection of light in a CMOS image sensor or near infrared region. Alternatively, an InGaAs image sensor or the like may be used. The light receiving surface of the light detection means 26 is disposed along the wavelength direction and the longitudinal direction of the slit 21a. Then, light of different wavelengths is incident on different light detection elements along the wavelength direction. In addition, light from different positions in the line-shaped region of the subject S is incident on different light detection elements along the wavelength direction.

駆動機構30は、分光撮像系20を走査方向及び光軸方向に駆動するものであり、ここではアクチュエータである。駆動機構30は、分光撮像系20を光軸方向に駆動することにより、被写体Sに対する分光撮像系20の光軸方向の相対距離を変更して、被写体Sの画像の焦点を合わせる焦点合わせ手段として機能する。駆動機構30を用いた焦点合わせについては後述する。   The drive mechanism 30 drives the spectral imaging system 20 in the scanning direction and the optical axis direction, and is an actuator here. The driving mechanism 30 is a focusing unit that drives the spectral imaging system 20 in the optical axis direction to change the relative distance in the optical axis direction of the spectral imaging system 20 with respect to the subject S, thereby focusing the image of the subject S. Function. Focusing using the drive mechanism 30 will be described later.

演算機構40は、汎用又は専用のコンピュータであり、メモリに所定のプログラムを格納し、当該プログラムに従ってCPUがその周辺機器を協働動作させることによって、画像取得部41としての機能を発揮する。この画像取得部41には、分光画像を、例えば数値、グラフ又は波長ごとの画像として、あるいは分光画像から変換されたRGB画像として表示する表示部42たるディスプレイが接続されている。   The calculation mechanism 40 is a general-purpose or dedicated computer, stores a predetermined program in a memory, and the CPU functions as a peripheral device according to the program, thereby exhibiting a function as the image acquisition unit 41. The image acquisition unit 41 is connected to a display serving as a display unit 42 that displays a spectral image as, for example, an image for each numerical value, graph, or wavelength, or as an RGB image converted from the spectral image.

画像取得部41は、光検出手段26から被写体Sのライン状領域の画像を順次受け付けて、受け付けた各ライン状領域の画像を合わせた撮像領域A1の画像を取得するものである。より詳しくは、画像取得部41が、光検出手段26から1の被写体Sのライン状領域の画像を受け付けて、メモリ(図示しない)に格納する。次に、画像取得部41が駆動機構30に制御信号を送信し、駆動機構30が分光撮像系20を走査方向に1又は複数のライン分駆動した後、画像取得部41が別のライン状領域の画像を受け付けて、メモリに格納する。この動作を繰り返して、被写体Sの複数のライン状領域の画像が取得され、撮像領域A1の画像が取得される。   The image acquisition unit 41 sequentially receives the image of the line-shaped area of the subject S from the light detection unit 26, and acquires the image of the imaging area A1 that combines the received images of the line-shaped areas. More specifically, the image acquisition unit 41 receives an image of the line-shaped region of one subject S from the light detection means 26 and stores it in a memory (not shown). Next, after the image acquisition unit 41 transmits a control signal to the drive mechanism 30 and the drive mechanism 30 drives the spectral imaging system 20 for one or more lines in the scanning direction, the image acquisition unit 41 moves to another line-shaped region. Are received and stored in the memory. By repeating this operation, images of a plurality of linear regions of the subject S are acquired, and an image of the imaging region A1 is acquired.

しかして、本実施形態では、画像取得部41が、焦点を合わせる機能を有している。画像取得部41は、被写体Sの撮像領域A1全ての画像で焦点を合わせるのではなく、焦点を合わせようとする部分を含み被写体Sにおける撮像領域A1よりも狭い領域である焦点合わせ領域A2の画像を用いて、焦点を合わせるものである。画像取得部41は、被写体Sに対する分光撮像系20の光軸方向の相対距離を設定して、焦点合わせ領域A2の画像を1又は複数取得し、焦点合わせ領域A2の画像の焦点が合うときの前記相対距離で、撮像領域A1の画像を取得する。   Therefore, in this embodiment, the image acquisition unit 41 has a function of focusing. The image acquisition unit 41 does not focus on the entire image of the imaging area A1 of the subject S, but includes an image of the focusing area A2 that includes a portion to be focused and is narrower than the imaging area A1 of the subject S. To focus. The image acquisition unit 41 sets the relative distance in the optical axis direction of the spectral imaging system 20 with respect to the subject S, acquires one or a plurality of images in the focusing area A2, and the image in the focusing area A2 is in focus. An image of the imaging area A1 is acquired at the relative distance.

画像取得部41の動作説明を兼ねて、図3、4のフローチャート及び図5、6に示す画像を参照して、分光撮像装置100の動作を説明する。ここでは、分光撮像系20の光軸方向の位置Lが、0からLtまで駆動可能であるとして説明する。まず、図3に示すように、画像取得部41が、分光撮像系20を任意の位置(ここでは分光撮像系20の駆動可能範囲における中央位置Lt/2)に配置する(S1)。次に、被写体Sの一部の画像(ここでは、被写体Sにおけるライン状領域と平行なストライプ状の領域の画像)を、プリ画像として取得して表示部42に表示する(S2、図5A)。ここでは、画像取得部41は、取得した画像からRGB3波長における画像を抜き出し、RGB画像を合成して表示部42に表示する。ユーザは、プリ画像で被写体Sの全体像を確認し、焦点を合わせようとする焦点合わせ領域A2を設定する(S3、図5B)。   The operation of the spectral imaging apparatus 100 will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 3 and 4 and the images shown in FIGS. Here, description will be made assuming that the position L in the optical axis direction of the spectral imaging system 20 can be driven from 0 to Lt. First, as illustrated in FIG. 3, the image acquisition unit 41 places the spectral imaging system 20 at an arbitrary position (here, the center position Lt / 2 in the drivable range of the spectral imaging system 20) (S1). Next, a partial image of the subject S (here, an image of a striped region parallel to the line-shaped region in the subject S) is acquired as a pre-image and displayed on the display unit 42 (S2, FIG. 5A). . Here, the image acquisition unit 41 extracts an image at the RGB three wavelengths from the acquired image, combines the RGB images, and displays them on the display unit 42. The user confirms the entire image of the subject S in the pre-image, and sets the focusing area A2 to be focused (S3, FIG. 5B).

焦点合わせ領域A2の入力を受け付けると、画像取得部41は、分光撮像系20を被写体Sに最も近い開始位置に配置し(S4)、焦点合わせ領域A2の一部の画像(ここでは、焦点合わせ領域A2のうち、プリ画像として画像を取得した領域の画像)を取得し、メモリに格納する(S5、図5C)。続いて、画像取得部41は、分光撮像系20を予め定められた第1ステップ幅(ここではLt/n)だけ、被写体Sから離間する方向に駆動した後(S6)、同様に焦点合わせ領域A2の一部の画像を取得して格納する。これを繰り返して、分光撮像系20が被写体Sから最も遠い終了位置までくると(S7)、画像の取得は一旦終了する。   When receiving the input of the focusing area A2, the image acquisition unit 41 places the spectral imaging system 20 at the start position closest to the subject S (S4), and a part of the focusing area A2 (here, focusing). In the area A2, the image of the area from which the image is acquired as a pre-image) is acquired and stored in the memory (S5, FIG. 5C). Subsequently, the image acquisition unit 41 drives the spectral imaging system 20 in a direction away from the subject S by a predetermined first step width (here, Lt / n) (S6), and then similarly focuses on the focusing region. A part of the image of A2 is acquired and stored. When this is repeated and the spectral imaging system 20 reaches the end position farthest from the subject S (S7), the image acquisition is once ended.

画像取得部41は、取得した各焦点合わせ領域A2の一部の画像を比較して、最も焦点が合っている画像を選び出し、その画像を取得したときの分光撮像系20の光軸方向の位置を、大まかに焦点が合う位置である粗焦点位置として算出する(S8)。ここでは、画像取得部41が、各焦点合わせ領域A2の一部の画像について、画像上の距離に対する光の強度の変化を算出し、その変化が最も急激であるときの分光撮像系20の光軸方向の位置を、粗焦点位置として算出する。   The image acquisition unit 41 compares a part of the acquired images in each focusing area A2, selects the most focused image, and acquires the position of the spectral imaging system 20 in the optical axis direction when the image is acquired. Is calculated as a rough focus position, which is a position that is roughly in focus (S8). Here, the image acquisition unit 41 calculates the change in the intensity of light with respect to the distance on the image for a part of the image in each focusing area A2, and the light of the spectral imaging system 20 when the change is the most abrupt. The position in the axial direction is calculated as the coarse focus position.

具体的に説明する。画像取得部41は、取得した各焦点合わせ領域A2の一部の画像から、任意の画像(ここでは、分光撮像系20の駆動した範囲における中央位置(Lt/2)での画像)を選び、その画像の各ライン状領域から、光強度の変化幅が最も大きいものを抽出する。画像取得部41は、抽出されたライン状領域の画像について、光強度が最大値となる座標近傍での、光の強度の変化を算出する(図6)。同様に、画像取得部41は、他の各焦点合わせ領域A2の一部の画像における、同一座標近傍での光の強度の変化をそれぞれ算出する。画像取得部41は、それらの変化を比較して、変化を示す波形が最も矩形波に近い形状であり、つまり変化が最も急激であるときの画像(ここでは、図6C)を取得したときの、分光撮像系20の位置(ここではL=2Lt/n)を、粗焦点位置として算出する。   This will be specifically described. The image acquisition unit 41 selects an arbitrary image (here, the image at the center position (Lt / 2) in the range driven by the spectral imaging system 20) from the acquired partial image of each focusing area A2, and From each line-like region of the image, the one having the largest light intensity change width is extracted. The image acquisition unit 41 calculates the change in the light intensity in the vicinity of the coordinate where the light intensity is maximum for the extracted image of the line-shaped region (FIG. 6). Similarly, the image acquisition unit 41 calculates a change in light intensity in the vicinity of the same coordinate in a partial image of each other focusing area A2. The image acquisition unit 41 compares these changes, and the waveform indicating the change is the shape closest to the rectangular wave, that is, the image when the change is the steepest (here, FIG. 6C) is acquired. The position of the spectral imaging system 20 (here, L = 2Lt / n) is calculated as the coarse focus position.

さらに、図4に示すように、画像取得部41は、分光撮像系20を、粗焦点位置よりも第1ステップ幅だけ被写体Sに近い位置から、粗焦点位置よりも第1ステップ幅だけ被写体Sから遠い位置まで、移動させながら、同様に焦点合わせ領域A2の一部の画像を取得して格納する(S9〜S12、図5C)。このとき、画像取得部41は、分光撮像系20を第1ステップ幅(Lt/n)よりも短い第2ステップ幅ずつ(Lt/(n×m))移動させながら、画像を取得するので、より細かく焦点を合わせることができる。なお、粗焦点位置が開始位置である場合には、分光撮像系20の駆動する範囲を、開始位置から、第1ステップ幅だけ被写体Sよりも遠い位置までとする(0<L<Lt/n)。また、粗焦点位置が終了位置である場合には、分光撮像系20の駆動する範囲を、終了位置から第1ステップ幅だけ被写体Sに近い位置から、終了位置までとする(Lt(n−1)/n<L<Lt)。焦点合わせ領域A2の一部の画像の取得が終了すると、S8での手順と同様に、画像取得部41は、各焦点合わせ領域A2の一部の画像に基づいて、粗焦点位置よりも精度よく焦点が合う位置である高精度焦点位置を算出する(S13)。   Further, as shown in FIG. 4, the image acquisition unit 41 moves the spectral imaging system 20 from the position closer to the subject S by the first step width than the coarse focus position to the subject S by the first step width from the coarse focus position. Similarly, a part of the image in the focusing area A2 is acquired and stored while being moved to a position far from the center (S9 to S12, FIG. 5C). At this time, the image acquisition unit 41 acquires the image while moving the spectral imaging system 20 by a second step width (Lt / (n × m)) shorter than the first step width (Lt / n). Can focus more finely. When the coarse focus position is the start position, the range in which the spectral imaging system 20 is driven is from the start position to a position farther than the subject S by the first step width (0 <L <Lt / n ). When the coarse focus position is the end position, the range in which the spectral imaging system 20 is driven is set from the position close to the subject S by the first step width from the end position to the end position (Lt (n−1)). ) / N <L <Lt). When acquisition of a part of the image in the focusing area A2 is completed, the image acquisition unit 41 is more accurate than the coarse focus position based on the part of the image in each focusing area A2, as in the procedure in S8. A high-precision focal position, which is a focal position, is calculated (S13).

画像取得部41は、分光撮像系20を高精度焦点位置に配置して(S14)、焦点合わせ領域A2全ての画像を取得して、表示部42に表示する(S15、図5D)。ユーザは、表示された画像の焦点が合っているかどうかを確認する(S16)。表示された画像の焦点が合っている場合には、画像取得部41は被写体Sの撮像領域A1全ての画像(ここでは被写体S全ての画像)を取得し、分光撮像装置の画像取得フローが終了する(S17、図5E)。このとき、集光レンズ10によって光が集光する位置と、スリット21aの位置とが略一致しているとともに、分光手段22の結像レンズ25によって光が集光する位置と、光検出手段26の受光面とが略一致している。   The image acquisition unit 41 places the spectral imaging system 20 at a high-precision focal position (S14), acquires all the images of the focusing area A2, and displays them on the display unit 42 (S15, FIG. 5D). The user confirms whether or not the displayed image is in focus (S16). When the displayed image is in focus, the image acquisition unit 41 acquires all images of the imaging area A1 of the subject S (here, all images of the subject S), and the image acquisition flow of the spectral imaging apparatus ends. (S17, FIG. 5E). At this time, the position where the light is collected by the condenser lens 10 and the position of the slit 21 a substantially coincide with each other, the position where the light is collected by the imaging lens 25 of the spectroscopic means 22, and the light detection means 26. Is substantially coincident with the light receiving surface.

表示された画像の焦点が合っていない場合には、マニュアルモードに入る。ユーザが、入力インターフェースたる入力バー(図示しない)を操作することにより、分光撮像系20の位置を入力すると(S18)、画像取得部41は、分光撮像系20を入力された位置に配置して、焦点合わせ領域A2の一部の画像を取得して表示する(S19)。表示された画像の焦点が合っていなければ、再びユーザが分光撮像系20の位置を設定して、焦点合わせ領域A2の一部の画像を取得する。表示された画像の焦点が合っていれば、画像取得部41は被写体Sの撮像領域A1全ての画像を取得し、画像取得フローが終了する(S17)。   If the displayed image is not in focus, the manual mode is entered. When the user inputs the position of the spectral imaging system 20 by operating an input bar (not shown) as an input interface (S18), the image acquisition unit 41 places the spectral imaging system 20 at the input position. Then, a partial image of the focusing area A2 is acquired and displayed (S19). If the displayed image is not in focus, the user sets the position of the spectral imaging system 20 again, and acquires a partial image of the focusing area A2. If the displayed image is in focus, the image acquisition unit 41 acquires the entire image of the imaging area A1 of the subject S, and the image acquisition flow ends (S17).

本実施形態の分光撮像装置100によれば、画像取得部41が、焦点を合わせようとする部分を含み被写体Sにおける撮像領域A1よりも狭い焦点合わせ領域A2の画像を、前記相対距離を設定して取得し、当該焦点合わせ領域A2の画像の焦点が合うときの前記相対距離で、撮像領域A1の画像を取得するので、撮像領域A1全体の画像で焦点を合わせる場合よりも画像の取得に要する時間を短縮でき、焦点合わせに要する時間を短縮できる。また、画像のデータ量を低減することができ、その画像を処理する演算機構40への負荷を抑制できる。   According to the spectral imaging apparatus 100 of the present embodiment, the image acquisition unit 41 sets the relative distance of an image in the focusing area A2 that includes a portion to be focused and is narrower than the imaging area A1 in the subject S. Since the image of the imaging area A1 is acquired at the relative distance when the image of the focusing area A2 is in focus, it is necessary to acquire the image as compared with the case of focusing on the entire imaging area A1. Time can be shortened and the time required for focusing can be shortened. In addition, the amount of image data can be reduced, and the load on the arithmetic mechanism 40 that processes the image can be suppressed.

さらに、粗く焦点位置の見当をつけてから、細かく焦点位置を探すようにして、複数段階で画像の焦点を合わせているので、1段階で画像の焦点を合わせる場合と比較して、より少ない枚数の画像で精度良く焦点を合わせることができる。   Furthermore, since the focus position is roughly determined and then the focus position is searched finely, the image is focused in a plurality of stages, so the number of images is smaller than in the case where the image is focused in one stage. The image can be focused with high accuracy.

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、分光手段22は回折格子24を用いたものに限られない。例えば、プリズム27を用いた分光手段22(図7)や、回折格子28a及びプリズム28bを組み合わせた光学部材28を用いた分光手段22を用いてもよい。この光学部材28としては、例えば、図8に示すように、グリズムとも呼ばれる、2つのプリズム28bの間に回折格子28aを組み合わせたものがある。これにより、光学部材28から射出される光の光軸が屈折することなく、元の光軸に沿って進むようにしてある。また、透過型の分光手段22ではなく、2つの凹面鏡29及び回折格子24を用いた分光手段22のような、反射型の分光手段22を用いてもよい(図9)。また、収差を低減するためには、凹面鏡ではなく放物面鏡等を用いることが好ましい。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the spectroscopic means 22 is not limited to the one using the diffraction grating 24. For example, the spectroscopic means 22 using the prism 27 (FIG. 7) or the spectroscopic means 22 using the optical member 28 in which the diffraction grating 28a and the prism 28b are combined may be used. As this optical member 28, for example, as shown in FIG. 8, there is one in which a diffraction grating 28a is combined between two prisms 28b, also called a grism. As a result, the optical axis of the light emitted from the optical member 28 proceeds along the original optical axis without being refracted. Further, instead of the transmission type spectroscopic means 22, a reflection type spectroscopic means 22 such as a spectroscopic means 22 using two concave mirrors 29 and a diffraction grating 24 may be used (FIG. 9). In order to reduce aberration, it is preferable to use a parabolic mirror instead of a concave mirror.

前記実施形態では、焦点合わせ領域の画像の焦点を合わせるときに、画像取得部が、各焦点合わせ領域の一部の画像における、1の座標近傍での光の強度の変化をそれぞれ算出して、それら変化を比較するようにしたが、これに限られるものではない。例えば、画像取得部が、複数の座標近傍での光の強度の変化を示す値を算出して、それらの値を比較してもよい。複数の座標は、焦点合わせ領域の一部の画像における、同一のライン状領域の画像から選択してもよいし、異なるライン状領域の画像から選択してもよい。また、変化を示す値を比較するときには、各座標における光強度の変化を示す値の平均値を用いてもよいし、座標の重要度ごとに適宜重み付けした値を用いてもよい。   In the embodiment, when focusing the image of the focusing area, the image acquisition unit calculates a change in light intensity in the vicinity of one coordinate in each partial image of the focusing area, The changes are compared, but the present invention is not limited to this. For example, the image acquisition unit may calculate a value indicating a change in light intensity near a plurality of coordinates, and compare the values. The plurality of coordinates may be selected from images of the same line-shaped region in a partial image of the focusing region, or may be selected from images of different line-shaped regions. Further, when comparing values indicating changes, an average value of values indicating changes in light intensity at each coordinate may be used, or a value appropriately weighted for each importance of coordinates may be used.

また、画像取得部は、ライン状領域と平行な画像上の距離に対する光の強度の変化ではなく、ライン状領域に対して斜め又は直交する画像上の距離に対する光の強度の変化を算出するようにしてもよい。   In addition, the image acquisition unit calculates the change in the light intensity with respect to the distance on the image that is oblique or orthogonal to the line area, not the change in the light intensity with respect to the distance on the image parallel to the line area. It may be.

さらに、画像取得部は、所定波長での光の強度の変化を算出するようにしてもよいし、複数波長での光の強度の合計値の変化を算出するようにしてもよい。   Furthermore, the image acquisition unit may calculate a change in light intensity at a predetermined wavelength, or may calculate a change in the total value of light intensities at a plurality of wavelengths.

加えて言えば、画像取得部は、焦点合わせ領域の画像を取得したときの分光撮像系の位置(L=0、Lt/n、2Lt/n、3Lt/n、・・・、Lt)の中から、粗焦点位置又は高精度焦点位置を選択するのではなく、それら各位置の間にある位置(例えばL=2.13Lt/nなど)を、光の強度の変化を示す値から粗焦点位置又は高精度焦点位置として算出するようにしてもよい。   In addition, the image acquisition unit is in the position of the spectral imaging system (L = 0, Lt / n, 2Lt / n, 3Lt / n,..., Lt) when the image of the focusing area is acquired. From the value indicating the change in the light intensity, the position between the positions (for example, L = 2.13Lt / n) is not selected from the coarse focus position or the high-precision focus position. Alternatively, it may be calculated as a high-precision focal position.

焦点位置を算出する際に、画像取得部は、焦点合わせ領域の一部の画像として、焦点合わせ領域の複数のライン状領域の画像を取得したが、焦点合わせ領域の1のライン状領域の画像のみを取得するようにしてもよい。また、焦点位置を算出する際に、画像取得部が、焦点合わせ領域全ての画像を取得するようにしてもよい。   When calculating the focal position, the image acquisition unit acquires images of a plurality of linear regions in the focusing region as a partial image of the focusing region, but the image of one linear region in the focusing region You may make it acquire only. Further, when calculating the focal position, the image acquisition unit may acquire images of the entire focusing area.

参照位置を算出する際、画像取得部は、分光撮像系を被写体から離れる方向に駆動するようにしたが、近づく方向に駆動するようにしてもよい。   When calculating the reference position, the image acquisition unit is driven in the direction away from the subject, but may be driven in the approaching direction.

画像取得部は、粗焦点位置及び高精度焦点位置を算出することにより、2段階で画像の焦点を合わせるようにしたが、3以上の複数段階や1段階で焦点を合わせるようにしてもよい。   The image acquisition unit calculates the coarse focus position and the high-accuracy focus position so that the image is focused in two stages, but may be focused in three or more stages or in one stage.

表示された画像の焦点が十分に合っていない場合には、画像取得部はマニュアルモードに入るようにしたが、第2ステップ幅よりもさらに短いステップ幅で分光撮像系を駆動したり、分光撮像系の駆動範囲を変更又は広げたりして、焦点合わせ領域の画像を取得し、焦点位置を算出するようにしてもよい。   When the displayed image is not sufficiently focused, the image acquisition unit enters the manual mode. However, the spectral imaging system is driven with a step width shorter than the second step width, or spectral imaging is performed. The driving range of the system may be changed or expanded to acquire an image of the focusing area, and the focal position may be calculated.

実施形態では、被写体Sの全ての領域を撮像領域A1としたが、撮像領域A1を被写体Sの一部の領域としてもよい。例えば、図10に示すように、被写体Sであるリンゴの果皮の一部を撮像領域A1として、リンゴの軸部を焦点合わせ領域A2としてもよい。このとき、焦点合わせ領域A2は、撮像領域A1外に設定してもよいし、撮像領域A1内に設定してもよいし、撮像領域A1内から撮像領域A1外にかけて設定してもよい。要は、焦点合わせ領域A2が、撮像領域A1の焦点を合わせようとする部分、又は焦点を合わせようとする部分と光軸方向の位置が略一致する部分を含んでいるとともに、撮像領域A1よりも狭い領域であればよい。   In the embodiment, the entire area of the subject S is the imaging area A1, but the imaging area A1 may be a partial area of the subject S. For example, as shown in FIG. 10, a part of the skin of an apple that is the subject S may be set as the imaging region A1, and the shaft portion of the apple may be set as the focusing region A2. At this time, the focusing area A2 may be set outside the imaging area A1, may be set within the imaging area A1, or may be set from inside the imaging area A1 to outside the imaging area A1. The point is that the focusing area A2 includes a part to be focused on the imaging area A1, or a part whose position in the optical axis direction substantially coincides with the part to be focused, and from the imaging area A1. May be a narrow region.

前記実施形態では、駆動機構が分光撮像系を駆動するようにしたが、集光レンズや被写体を支持するステージを駆動することにより、被写体に対する集光レンズ、スリット、分光手段、又は/及び光検出手段の光軸方向の相対位置を変更するようにしてもよい。   In the above embodiment, the driving mechanism drives the spectral imaging system. However, by driving the condenser lens and the stage that supports the subject, the condenser lens, slit, spectroscopic means, and / or light detection for the subject are driven. You may make it change the relative position of the optical axis direction of a means.

例えば、被写体が白い紙のような色や明るさの差が乏しいものである場合、白黒の棒のような、色や明るさの差が大きい焦点合わせ補助部材を、被写体近傍に配置したり、被写体を支持するステージに設けたりすることが望ましい。   For example, if the subject has a small color or brightness difference, such as white paper, a focus assisting member with a large color or brightness difference, such as a black and white bar, can be placed near the subject, It is desirable to provide it on a stage that supports the subject.

前記筐体に、集光レンズを交換可能に保持するレンズ保持部を設けてもよい。このようなものであれば、例えば森林の風景の分光画像と、その森林から採取した葉の分光画像とを同一の分光撮像装置100で取得することができ、分光撮像装置の個体差による誤差を低減することができる。このとき、マクロ撮像用のレンズとスリットとの距離(例えば20mm)よりも、ミクロ撮像用のレンズとスリットとの距離(例えば150mm)を大きく設定することが望ましい。   You may provide the lens holding | maintenance part which hold | maintains a condensing lens in the said housing | casing so that replacement | exchange is possible. If it is such, for example, a spectral image of a forest landscape and a spectral image of a leaf collected from the forest can be acquired by the same spectral imaging device 100, and errors due to individual differences of the spectral imaging devices can be obtained. Can be reduced. At this time, it is desirable to set the distance (for example, 150 mm) between the micro imaging lens and the slit larger than the distance (for example, 20 mm) between the macro imaging lens and the slit.

画像取得部は、プリ画像として、被写体の一部の画像を取得するようにしたが、被写体全ての画像を取得するようにしてもよい。また、ユーザがプリ画像を確認して焦点合わせ領域を設定するのではなく、プリ画像の中央領域等が焦点合わせ領域として自動的に設定されるようにしてもよい。   Although the image acquisition unit acquires a part of the subject as the pre-image, the image acquisition unit may acquire all the images of the subject. Further, instead of the user confirming the pre-image and setting the focusing area, the center area or the like of the pre-image may be automatically set as the focusing area.

さらに、スリットの長さと比較して、集光レンズのレンズ径が大きい場合では、集光レンズが集光する領域すべてを撮像することはできず、特にスリットの長手方向について撮像可能な領域が制限されてしまうという問題がある。これに対し、駆動機構が互いに直交する3つの方向に分光撮像系を駆動するものとし、つまり、走査方向及び光軸方向に加えて、スリットの長手方向に分光撮像系を駆動するものとすることが望ましい。このようなものであれば、スリットの長手方向に撮像可能な領域を広げることができ、集光レンズが集光する領域すべてを撮像することも可能となる。この効果は、特に分光撮像系を小型化した場合に顕著である。その他、本発明は上記の各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前述した種々の構成の一部又は全部を適宜組み合わせて構成してもよい。   Furthermore, when the lens diameter of the condensing lens is large compared to the length of the slit, it is not possible to image the entire region where the condensing lens condenses, and in particular, the region that can be imaged in the longitudinal direction of the slit is limited. There is a problem of being done. In contrast, the driving mechanism drives the spectral imaging system in three directions orthogonal to each other, that is, the spectral imaging system is driven in the longitudinal direction of the slit in addition to the scanning direction and the optical axis direction. Is desirable. If it is such, the area | region which can be imaged in the longitudinal direction of a slit can be expanded, and it also becomes possible to image all the area | regions which a condensing lens condenses. This effect is particularly remarkable when the spectral imaging system is downsized. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be configured by appropriately combining some or all of the various configurations described above without departing from the spirit of the present invention.

100・・・分光撮像装置
10・・・集光レンズ
20・・・分光撮像系
21・・・遮光部材
21a・・・スリット
22・・・分光手段
26・・・光検出手段
30・・・駆動機構(焦点合わせ手段)
41・・・画像取得部
S・・・被写体
A1・・・撮像領域
A2・・・焦点合わせ領域(狭い領域)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Spectral imaging device 10 ... Condensing lens 20 ... Spectral imaging system 21 ... Light shielding member 21a ... Slit 22 ... Spectral means 26 ... Light detection means 30 ... Drive Mechanism (focusing means)
41 ... Image acquisition unit S ... Subject A1 ... Imaging area A2 ... Focusing area (narrow area)

Claims (6)

被写体からの光を集光する集光レンズと、当該集光レンズによって集光された光のうち、前記被写体のライン状領域からの光を通過させるスリットが形成された遮光部材と、当該スリットを通過した前記ライン状領域からの光を分光する分光手段と、当該分光手段によって分光された光の強度を、前記ライン状領域の長手方向の位置及び波長ごとに検出することにより、前記ライン状領域の画像を取得する光検出手段と、当該光検出手段から前記ライン状領域の画像を順次受け付けて、受け付けた前記各ライン状領域の画像を合わせた撮像領域の画像を取得する画像取得部とを具備するものであって、
前記被写体に対する前記集光レンズ、前記スリット、前記分光手段又は前記光検出手段のうち少なくとも一つの光学要素の光軸方向の相対距離を変更して、前記画像取得部が取得する前記撮像領域の画像の焦点を合わせる焦点合わせ手段をさらに具備し、
前記焦点合わせ手段が、前記光学要素を前記被写体に最も近い開始位置と前記被写体から最も遠い終了位置との間で所定の第1ステップ幅ずつ駆動するように構成されており、
前記画像取得部が、前記光学要素が前記第1ステップ幅ずつ駆動された各状態において、焦点を合わせようとする部分を含み前記被写体における前記撮像領域よりも狭い領域である焦点合わせ領域の画像をそれぞれ取得するとともに、これらの画像を比較して、最も焦点が合っている画像を取得した前記光学要素の位置を粗焦点位置として算出し、
前記焦点合わせ手段が、前記粗焦点位置を基準に前記光学要素を前記第1ステップ幅よりも短い所定の第2ステップ幅ずつ駆動するようにさらに構成されており、
前記画像取得部が、前記光学要素が前記第2ステップ幅ずつ駆動された各状態において、前記焦点合わせ領域の画像をそれぞれ取得するとともに、これらの画像を比較して、最も焦点が合っている画像を取得した前記光学要素の位置を高精度焦点位置として算出し、前記光学要素が前記高精度焦点位置にある状態で前記撮像領域の画像を取得するものであることを特徴とする分光撮像装置。
A condensing lens that condenses the light from the subject, a light shielding member formed with a slit through which light from the line-shaped region of the subject out of the light collected by the condensing lens, and the slit Spectroscopic means for spectrally separating the light from the line-shaped region that has passed through, and detecting the intensity of light dispersed by the spectroscopic means for each position and wavelength in the longitudinal direction of the line-shaped region, thereby the linear region A light detection unit that acquires an image of the first region, and an image acquisition unit that sequentially receives the image of the line-shaped region from the light detection unit and acquires an image of the imaging region that is a combination of the received images of the line-shaped regions. Comprising
An image of the imaging region acquired by the image acquisition unit by changing a relative distance in the optical axis direction of at least one optical element of the condenser lens, the slit, the spectroscopic unit, or the light detection unit with respect to the subject. Further comprising a focusing means for focusing
The focusing means is configured to drive the optical element by a predetermined first step width between a start position closest to the subject and an end position furthest from the subject;
In each state in which the optical element is driven by the first step width , the image acquisition unit includes an image of a focusing area that includes a portion to be focused and is narrower than the imaging area in the subject. With each acquisition, comparing these images, the position of the optical element that acquired the most focused image is calculated as the coarse focus position,
The focusing means is further configured to drive the optical element by a predetermined second step width shorter than the first step width based on the rough focus position;
In each state where the optical element is driven by the second step width, the image acquisition unit acquires images of the focusing area, and compares these images to obtain the most focused image. The spectral imaging apparatus is characterized in that the position of the optical element that has acquired the above is calculated as a high-precision focal position, and the image of the imaging region is obtained in a state where the optical element is at the high-precision focal position .
前記画像取得部が、前記相対距離を任意の距離とした状態で、前記被写体の一部又は全部の画像をプリ画像として取得するものであり、当該プリ画像に基づいて前記狭い領域が設定される請求項1記載の分光撮像装置。   The image acquisition unit acquires a part or all of the subject as a pre-image in a state where the relative distance is an arbitrary distance, and the narrow region is set based on the pre-image. The spectral imaging apparatus according to claim 1. 前記画像取得部が、前記各狭い領域の画像上の距離に対する、光の強度の変化が最も急激であるときの前記相対距離を、前記狭い領域の画像の焦点が合うときの前記相対距離とする請求項1又は2記載の分光撮像装置。   The relative distance when the image of the narrow area is in focus is the relative distance when the change in light intensity with respect to the distance on the image of each narrow area is the most rapid. The spectral imaging apparatus according to claim 1 or 2. 前記遮光部材、前記分光手段、及び前記光検出手段を有する分光撮像系をさらに具備し、前記焦点合わせ手段が、当該分光撮像系を光軸方向に駆動させて、前記被写体に対する前記分光撮像系の光軸方向の相対距離を変更するものである請求項1乃至3いずれかに記載の分光撮像装置。   A spectral imaging system having the light-shielding member, the spectral means, and the light detecting means, wherein the focusing means drives the spectral imaging system in the optical axis direction to The spectral imaging apparatus according to claim 1, wherein the relative distance in the optical axis direction is changed. 前記集光レンズを、交換可能に保持するレンズ保持部をさらに具備する請求項1乃至4いずれかに記載の分光撮像装置。   The spectral imaging apparatus according to claim 1, further comprising a lens holding unit that holds the condenser lens in a replaceable manner. 被写体からの光を集光する集光レンズと、当該集光レンズによって集光された光のうち、前記被写体のライン状領域からの光を通過させるスリットが形成された遮光部材と、当該スリットを通過した前記ライン状領域からの光を分光する分光手段と、当該分光手段によって分光された光の強度を前記ライン状領域の長手方向の位置及び波長ごとに検出することにより、前記ライン状領域の画像を取得する光検出手段と、当該光検出手段から前記ライン状領域の画像を順次受け付けて、受け付けた前記各ライン状領域の画像を合わせた撮像領域の画像を取得する画像取得部とを具備する分光撮像装置の動作方法であって、
前記被写体に対する前記集光レンズ、前記スリット、前記分光手段又は前記光検出手段のうち少なくとも一つの光学要素の光軸方向の相対距離を変更して、前記画像取得部が取得する前記撮像領域の画像の焦点を合わせる焦点合わせステップと、
前記焦点合わせステップによって、前記光学要素を前記被写体に最も近い開始位置と前記被写体から最も遠い終了位置との間で所定の第1ステップ幅ずつ駆動し、前記画像取得部が、前記光学要素が前記第1ステップ幅ずつ駆動された各状態において、焦点を合わせようとする部分を含み前記被写体における前記撮像領域よりも狭い領域である焦点合わせ領域の画像をそれぞれ取得するとともに、これらの画像を比較して、最も焦点が合っている画像を取得した前記光学要素の位置を粗焦点位置として算出する粗焦点位置算出ステップと、
前記焦点合わせステップによって、前記粗焦点位置を基準に前記光学要素を前記第1ステップ幅よりも短い所定の第2ステップ幅ずつ駆動し、前記画像取得部が、前記光学要素が前記第2ステップ幅ずつ駆動された各状態において、前記焦点合わせ領域の画像をそれぞれ取得するとともに、これらの画像を比較して、最も焦点が合っている画像を取得した前記光学要素の位置を高精度焦点位置として算出する高精度焦点位置算出ステップと、
前記画像取得部が、前記光学要素が前記高精度焦点位置にある状態で前記撮像領域の画像を取得する画像取得ステップとを具備することを特徴とする分光撮像方法。
A condensing lens that condenses the light from the subject, a light shielding member formed with a slit through which light from the line-shaped region of the subject out of the light collected by the condensing lens, and the slit Spectroscopic means for spectrally separating the light from the line-shaped region that has passed, and by detecting the intensity of the light dispersed by the spectral means for each position and wavelength in the longitudinal direction of the line-shaped region, A light detection unit that acquires an image; and an image acquisition unit that sequentially receives an image of the line-shaped region from the light detection unit and acquires an image of an imaging region obtained by combining the received images of the line-shaped regions. An operating method of the spectral imaging apparatus,
An image of the imaging region acquired by the image acquisition unit by changing a relative distance in the optical axis direction of at least one optical element of the condenser lens, the slit, the spectroscopic unit, or the light detection unit with respect to the subject. A focusing step to focus
The focusing step drives the optical element by a predetermined first step width between a start position closest to the subject and an end position furthest from the subject, and the image acquisition unit includes the optical element In each state driven by the first step width, each of the images of the focusing area that is a narrower area than the imaging area of the subject including the portion to be focused is acquired, and these images are compared. A coarse focus position calculating step for calculating the position of the optical element that acquired the most focused image as a coarse focus position;
In the focusing step, the optical element is driven by a predetermined second step width shorter than the first step width on the basis of the coarse focus position, and the image acquisition unit includes the optical element in the second step width. In each driven state, each image of the focusing area is acquired, and these images are compared, and the position of the optical element that acquired the most focused image is calculated as a high-precision focal position. A high-accuracy focal position calculating step,
A spectral imaging method comprising: the image acquiring unit acquiring an image of the imaging region in a state where the optical element is at the high-precision focal position .
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