JPH04104243A - 分光画像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被写体を画像計測し映像化する場合の分光光
学移に係り、特に、−入光口より取り入れた像を多数の
像を効果的に分岐する分光装置に関する。

〔従来の技術〕

最近の映像機器の高性能化や画像処理技術の発達によっ
て、各分野で診断や現象解明などに画像計測が盛んに行
われている１画像計測に対する要求は測定対象や目的に
よって多種多様であり、従来、映像装置の高性能化や画
像処理の高速性、高細密化などの個々の機器の分野で目
覚しい進歩がみられた。今後は、これら高性能機器の応
用面で、新しい使用領域が広がるものと思われる。映像
装置を数台有機的に組み合せて、外部トリガ信号を受け
て動作し、（１）高速連続画像計測や、（２）多現象の
同時画像計測などが行える機能をもつ装置に対する需要
が高くなると予想される。

上記の（］）　、　（２）の要求に対して、火炎計測の
場合を例にとって以下に説明する。

炭化水素系の燃料が燃焼する過程で多種類の不安定化学
種（ラジカルなど）が発生する。これらのラジカルは化
学反応熱によって電子エネルギ準位間で励起され、基底
エネルギ準位に遷移する過程で発光となってエネルギを
光として放出する。

これら発光はラジカル毎に特定の波長帯を占めており、
その波長帯毎に分光画像化すればそれぞれのラジカルの
分布状況を間接的に知ることができる。これらラジカル
は燃焼状態量と密接な関係をもっているので各ラジカル
分布が同時刻に観測できれば火炎構造を診断するうえで
重要な情報が提供できる。

次に、実用燃焼炉内の火炎は通常乱流火炎であり、ＩＫ
Ｈｚ前後の不規則な乱流場で化学反応を伴う流れとして
現象を把握する必要がある。

この非定常で高速に変動する火炎挙動を画像で映像化し
て乱流火炎構造を明かにするにはμｓｅｃ〜ｍ　Ｓｅｃ
オーダの時間分解で連続的に火炎像を記録できるものが
求められる。これには従来からフィルムに像映させる高
速度カメラがあるが、フィルムの現像など後処理が必要
で、解析に時間がかかる難点があった。これに対して、
ＣＣＤカメラに用いられている固体撮像素子などは光の
蓄積や映像化のためのデジタル処理が高速にできるなど
すぐれた点をもっているので、理論的には数多くの固体
撮像素子を配列し、順次、映像を記録できるような光学
系を装置化することにより高速連続な画像計測ができる
。

以上、火炎計測を例にとって高速連続画像計測と多現象
の同時画像計測に対するニーズの一端を述べたが、他分
野でもこのニーズは今後増々高くなるものと予想される
。

ところで本提案では以下の光学条件を満たす範囲で上記
の二種類の画像計測モードを行う場合に限るものとする
。即ち、従来のフィルムを用いた高速度カメラのように
被写体を写す位置は一箇所に固定され、視野角なども一
定のもとで入力される像を複数個の等サイズ像に分岐し
、複数個のＣＣＤカメラなどの映像装置に記録する場合
である。このような光学機器では入光像の分岐光学系が
重要な要素となる。なお、入光像を分岐する光学系に関
連するものとして特開昭６０−１６１２１号公報があり
、ここに用いられているハーフミラや反射ミラーは光を
分岐する光学部品の代表的なものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

被写体像を多分岐する光学系の提案はこれまでみられな
い。ただし、基本的なやり方とした前述の従来技術の中
で一個のハーフミラ−を用いて像を二分岐する方式が採
られている。この従来技術では像を二分岐するだけの技
術ですでに公知となっているものである。

本発明の目的は、入光像を二個以上の複数個の分岐光学
系について、光学調整が容易にして、等サイズ像、等強
度像を作ることのできる分岐光学装置を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は分岐するために使
用するハーフミラ−やビームスプリッタを独立して光学
配置するのではなく、一体化されたマウントに前記ハー
フミラ−又はビームスプリッタを挿入してなる光学像分
岐装置を用い、各ミラー毎の調整（例えば角度調整など
）を排除すると共に、光学機構の移動等に伴って発生す
る光軸のずれの可能性を少なくしている。さらに、等サ
イズ像を映像装置に結像させるためには、像の分岐始点
から結像素子までの距離を等距離にすることが絶対条件
であり、その他に、分岐光線のオ〕ずかなずれを補正で
きる光学系を備え、像の分岐を容易に短時間で調整でき
るようにしたものである。

ハーフミラ−は通常４５°前後の角度で使用するとき最
高の分岐性能を発揮する場合が普通であるので本ハーフ
ミラ−を支持する光学マウントは入射光に対して、すべ
て４５°の傾きをもって固定されるように構成されてい
る。

〔作用〕

上記の構成によって （ａ）一定の視野角で入光する光学像を必要に応して複
数個の等サイズ像に分割する方法として連続固定された
光学マウントに分割数に応してハーフミラ−等の分光部
品を挿入するだけで像分割ができ５個々のハーフミラ−
の角度調節など複雑で時間のかかる光学調整が不要とな
る。

（ｂ）分割する像の強度比率を変えるような場合、単に
違った反射率のハーフミラ−に変えるだけで、全体の光
路にほとんど影響を与えず、短時間に変更ができる。

（ｃ）光学像を分割し、各映像装置の同じ撮像素子位置
に同じ大きさの像を写すことが求められる。

この場合、分岐光学系の始点から各映像装置の撮像素子
までの距離を同じくすることはもちろんであるが、結像
位置の微調機構が必要となり、本発明ではこの微調を容
易に行うことができる。

（ｄ）分岐光学マウントがコンパクトにできることと分
岐光路方向を規則化できるので、その後に配列される映
像装置の取付けや、移動方向を一方向に限定でき、シス
テム全体の配置が単純化できる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図ないし第４図により説
明する。

第１図は本発明の一例で被写体１から放出される光（像
）を回合の映像装置１２に分岐する方法を示している。

勿論、ここに示した光学系を繰返し用いることによって
複数台の映像装置に分岐できることは言うまでもない。

また映像装置の配置は水平面だけでなく垂直面内でもよ
い。

さて、被写体１から放出された光はあらゆる方向に伝播
するが、その中で映像化されるのに必要な光の代表光路
を２とする１本例では一体化されて装置化されているハ
ーフミラ−マウント−β−１及び、ハーフミラ−４、全
反射ミラー５によって像が分岐される。この例ではハー
フミラ−４が隣り合うミラーと互いに９０″の角度をな
すようにジグザグに配置されている。

ハーフミラ−マウント３の構造をさらに理解し易くする
ために第２図に立体図を示した。ここに示した図は矩形
（又は正方形）のハーフミラ−４を上部から挿入し固定
できるように矩形支持枠１６を備えた単一ハーフミラ−
マウント１７があり、この単一ハーフミラ−マウント１
７がその接続部でジヨイント角８が９０度になるように
連続して継ぎ合せて（この例ではジグザグに）ものを本
文ではハーフミラ−マウント３と呼ぶ。

矩形支持枠１６のハーフミラ−４の固定方法は全く簡単
にできる。矩形支持枠１６の上部からハーフミラ−４を
挿入してゆき着底の後、矩形支持枠の四隅に設けである
押えねし７を締めて支持枠１６にハーフミラ−４を軽く
密着する程度に押えればよい。

第１図では光の上流側から三枚のハーフミラ−４を配置
し、Ｍ後は全反射ミラー５を配置し、映像装置を互いに
向い合うようにレイアウトされている。勿論、最後の全
反射ミラーを用いないで光線の進む方向に映像装置を配
置することは可能である。しかし、等サイズの像を得る
場合に、まず、光路分岐始点９から各映像装置の撮像素
子までの距離を等間隔にセットすることが必要となる。

その調整のし易さ（映像装置の微少移動）の点で、映像
装置の光学配置の点で方向が同一である方が望ましい。

本光学系ではハーフミラ−マウント３の構造」二の特質
から被写体１からの光が最初のハーフミラ−４の表面に
対して４５°になるように方向を定めれば最高の効率で
像分岐ができるようにしである。このためにはハーフミ
ラ−４は光線に対して傾角４５°で最高分岐性能がでる
ように製作されるべきである。ハーフミラ−マウント３
のジヨイント角８が正確に９０度にできていて、ハーフ
ミラ−４の性能にばらつきがないとすれば各ハーフミラ
−４、及び、全反射ミラー５によって分岐された光線（
像）に理論的に入射光路２に対して直角方向にあるはず
である。しかし、ハーフミラ−マウント３の製作精度の
制約等から理論通りには行かず、多少の誤差が発生する
。この誤差を補正するための光学機器が光路微調装置１
０である。

この詳細を第３図に示す。この装置は三層の枠組と最内
部枠組に取付けた厚肉石英板よりなり、石英板を傾けら
れる構造になっている。

即ち、石英板を光が通過するときの光の屈折率の違いを
利用して光路をわずかに変更するものである。固定枠１
８の内側に上下一対の左右回転軸２１．２１によって固
定枠１８に支持されている左右回転枠１９がある。上下
回転枠２０は一対の上下回転軸２２．２２を介して左右
回転枠１９の内側に支持されている。この左右回転枠１
９の内部には厚肉石英板２３がはめ込まれている。従っ
て、厚肉石英板は固定枠１８に対して左右、上下方向に
自由に回転できるようになっている。

厚肉石英板２３に入射する光は石英板の傾き角と屈折率
によってその出射位置が変わるが、屈折率は一定である
ので傾き角の大きさに応じて任意に光路が変えられるこ
とになる。これによって映像装置１２に入射する光路の
ずれを補正することができる。

次に、本システムの応用例となる同時画像計測や、連続
高速計測の方法について触れておく。

まず、連続高速画像計測の場合であるが、コンピュータ
等より映像取込信号１３が発せられると１４のトリガ発
生器で四個のトリガ信号を作り、デイレ−ユニット１５
で各映像装置に行くトリガ信号の時間間隔が設定される
。目的に合った時間間隔を選定することにより、連続画
像計測ができる。

同時画像計測の場合は、−例として火炎からの発光を波
長分光して画像計測するような場合がこれに当たる、こ
の場合、映像装置の前にはある特定波長の光を透過する
光学フィルタ１１等が用いられる。制御はデイレ−ユニ
ット１５の時間間隔をＯに設定すればよく、上述の連続
高速画像計測の場合の制御モードと基本的には同じでよ
い。

第４図に変形例を示す。ハーフミラ−マウント２４の構
成が違うのみで、他の構成は第１図で示したものと全く
同じである。第４図に示す例は、映像装置１０の配列が
全て同−向きに配列できるという特徴がある。ハーフミ
ラ−マウント２４は被写体１からの光路に対してハーフ
ミラ−４を４５度の傾角でセットできるように一体化さ
れており、ハーフミラ−マウント２４の上部よりハーフ
ミラ−４、又は、全反射ミラー５を挿入して押えねじ７
を用いて固定する方法は第１図に示す方法と全く同じで
ある。

光路微調整装置１０や計測制御モードも先の方法と同じ
であるので説明は省略する。

第５図も一変形例である。第１図、第４図に示した例が
分割する像の数に制限がなかったのに対し、この例では
最大分割像が四個と制限がある。

しかし、この方式の利点は、分岐光学系を図に示すよう
に正方形に構成しているので分岐光学系の占める領域を
小さくすることができる。また１分岐光学系が軸対称の
構成となっているので、入射光の方向は四箇用とれるこ
とがある。

ハーフミラ−マウント２５は単一ハーフミラ−・マウン
ト１７を互いに９０度に回教組み合せて一体化して製作
されている点に特徴があり、他の構成は先の二側と全く
同じである。

〔発明の効果〕

本発明はこのように構成されているので以下に記載され
るような効果を奏する。

一体化されたハーフミラ−マウントを用いることにより
、−個のハーフミラ−毎に光軸調整をするという複雑で
時間のかかる作業が不要となる。

また、ハーフミラ−マウントは、ハーフミラ−を最小間
隔に接続して配置できるので、映像システム全体の光学
配置とコンパクト化できる。さらに、本光学系では各映
像装置に入る光路ずれを簡単に調節できる光路微調機端
を備え、等サイズ像の結像作業等が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は第１図に
示すハーフミラ−マウントの構成の斜視図、第３図は第
１図に示す光路微調装置の斜視図、第４図は本発明の第
二の実施例の説明図、第５図は本発明の第三の実施例の
説明図である。 第 図 第 図 第２図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、一箇所の観測位置から一定視野角で被写体を観測し
   、その像を複数個の等サイズ像に分割し、これを複数個
   の映像装置で、同時、もしくは連続的に高速度記録する
   映像光学系において、像分割を行う複数個の像分岐光学
   部品を所定の光学条件を満たし、固定配置ができるよう
   にした光学マウントを備え、前記映像装置に入射する光
   路のわずかな偏差を調節する光路変更微調装置を備えた
   ことを特徴とする分光画像装置。