JPH06129908A - 分光イメージングセンサ - Google Patents
分光イメージングセンサInfo
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- JPH06129908A JPH06129908A JP4277144A JP27714492A JPH06129908A JP H06129908 A JPH06129908 A JP H06129908A JP 4277144 A JP4277144 A JP 4277144A JP 27714492 A JP27714492 A JP 27714492A JP H06129908 A JPH06129908 A JP H06129908A
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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B5/201—Filters in the form of arrays
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械的強度が高く、簡易に使用することがで
きる分光イメージングセンサを提供することを目的とす
る。 【構成】 このような目的を達成するために本発明は、
予め決められた複数のピクセルを一群とし、多数群が二
次元平面上に繰り返して配列されるピクセル配列に対応
して、各群の各々のピクセルに対し夫々異なる透過分光
特性を有する微小フィルタ部の配列された群フィルタ部
が上記多数群に対応して繰り返し配列されて成る分光フ
ィルタと、上記ピクセル配列の各ピクセル毎に対応して
設けられた多数の光電変換素子を有する二次元固体撮像
デバイスと、上記各々の微小フィルタ部と上記各々の光
電変換素子との間を光学的に接続する光学ファイバの集
合から成る光学ファイバプレートを具備し、上記分光フ
ィルタから入射した像を光学ファイバプレートを介して
二次元固体撮像デバイスが撮像する構成とした。
きる分光イメージングセンサを提供することを目的とす
る。 【構成】 このような目的を達成するために本発明は、
予め決められた複数のピクセルを一群とし、多数群が二
次元平面上に繰り返して配列されるピクセル配列に対応
して、各群の各々のピクセルに対し夫々異なる透過分光
特性を有する微小フィルタ部の配列された群フィルタ部
が上記多数群に対応して繰り返し配列されて成る分光フ
ィルタと、上記ピクセル配列の各ピクセル毎に対応して
設けられた多数の光電変換素子を有する二次元固体撮像
デバイスと、上記各々の微小フィルタ部と上記各々の光
電変換素子との間を光学的に接続する光学ファイバの集
合から成る光学ファイバプレートを具備し、上記分光フ
ィルタから入射した像を光学ファイバプレートを介して
二次元固体撮像デバイスが撮像する構成とした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被写体像を所定波長毎
に波長分解して撮像する分光イメージングセンサに関す
る。
に波長分解して撮像する分光イメージングセンサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、高感度で広い波長感度領域を有す
るセンサの開発、および光学設計技術の向上と新しい光
学材料の開発に伴い、ポイント測定の分光分析より、２
次元分布測定、いわゆる画像の分光分析手法を用いた研
究、開発が盛んになってきている。その応用は天体観測
や、リモートセンシングなどの大きなスケールのものか
ら色彩計測、または顕微分光などの小さなスケールのも
のまで広範囲にわたっている。
るセンサの開発、および光学設計技術の向上と新しい光
学材料の開発に伴い、ポイント測定の分光分析より、２
次元分布測定、いわゆる画像の分光分析手法を用いた研
究、開発が盛んになってきている。その応用は天体観測
や、リモートセンシングなどの大きなスケールのものか
ら色彩計測、または顕微分光などの小さなスケールのも
のまで広範囲にわたっている。
【０００３】これらの研究・開発及び応用を促進するた
めに、構造的に安定で簡易に使用することができる分光
イメージングセンサの開発が望まれていた。
めに、構造的に安定で簡易に使用することができる分光
イメージングセンサの開発が望まれていた。
【０００４】従来の分光イメージングセンサとしては、
例えば以下に述べるような数種類のものが代表的に知ら
れている。
例えば以下に述べるような数種類のものが代表的に知ら
れている。
【０００５】まず、夫々特定波長の光のみを透過させる
複数個の干渉フィルタが配列されたターレットとイメー
ジセンサとを備え、ターレットを機械的に回転等させる
ことにより、被写体とイメージセンサ間に介在する干渉
フィルタを入れ替えて、夫々のフィルタの透過波長帯毎
の被写体像をイメージセンサで撮像して映像信号処理す
る、ターレット型分光フィルタを適用した分光イメージ
ングセンサがあり、顕微鏡への使用例が知られている。
複数個の干渉フィルタが配列されたターレットとイメー
ジセンサとを備え、ターレットを機械的に回転等させる
ことにより、被写体とイメージセンサ間に介在する干渉
フィルタを入れ替えて、夫々のフィルタの透過波長帯毎
の被写体像をイメージセンサで撮像して映像信号処理す
る、ターレット型分光フィルタを適用した分光イメージ
ングセンサがあり、顕微鏡への使用例が知られている。
【０００６】又、主光軸上に配置された複数個のハーフ
ミラーと干渉フィルタと、これらのハーフミラー面毎に
対向して設けられた複数個のイメージセンサとを備え、
これらのハーフミラーと干渉フィルタ面を通過する特定
波長帯毎の被写体像を夫々特定のイメージセンサで撮像
する、ハーフミラーと干渉フィルタを適用した分光イメ
ージングセンサがあり、生物組織の撮像装置等への使用
例が知られている。
ミラーと干渉フィルタと、これらのハーフミラー面毎に
対向して設けられた複数個のイメージセンサとを備え、
これらのハーフミラーと干渉フィルタ面を通過する特定
波長帯毎の被写体像を夫々特定のイメージセンサで撮像
する、ハーフミラーと干渉フィルタを適用した分光イメ
ージングセンサがあり、生物組織の撮像装置等への使用
例が知られている。
【０００７】又、光音響フィルタをイメージセンサに適
用して複数の波長帯毎の被写体像を撮像する分光イメー
ジングセンサや、液晶偏光干渉計を用いた像面フーリエ
分光映像法を適用して分光画像を得る分光イメージング
センサ等が知られている。
用して複数の波長帯毎の被写体像を撮像する分光イメー
ジングセンサや、液晶偏光干渉計を用いた像面フーリエ
分光映像法を適用して分光画像を得る分光イメージング
センサ等が知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ターレ
ット型分光フィルタを適用した分光イメージングセンサ
にあっては、ターレットを機械的に回転動作させるの
で、高速撮像を行うことができない等の機能上の限界
や、適用分野が限定されてしまう等の問題や、機械的精
度や経年変化、装置全体が大型となる等の問題もあっ
た。
ット型分光フィルタを適用した分光イメージングセンサ
にあっては、ターレットを機械的に回転動作させるの
で、高速撮像を行うことができない等の機能上の限界
や、適用分野が限定されてしまう等の問題や、機械的精
度や経年変化、装置全体が大型となる等の問題もあっ
た。
【０００９】又、上記ハーフミラーと干渉フィルタを適
用した分光イメージングセンサにあっては、光軸合わせ
等の調整精度によって分光特性が変動するので、かかる
調整が繁雑であり、更に機械的精度や経年変化、コスト
高を招来する等の問題があった。 又、光音響フィルタ
を適用した分光イメージングセンサにあっては、光音響
フィルタ内の音波の不完全さによって生じる、最終像の
色の滲みや揺らぎを除去できないので、実用域に到達さ
せるまでに極めて多くの解決すべき課題が残されてい
る。
用した分光イメージングセンサにあっては、光軸合わせ
等の調整精度によって分光特性が変動するので、かかる
調整が繁雑であり、更に機械的精度や経年変化、コスト
高を招来する等の問題があった。 又、光音響フィルタ
を適用した分光イメージングセンサにあっては、光音響
フィルタ内の音波の不完全さによって生じる、最終像の
色の滲みや揺らぎを除去できないので、実用域に到達さ
せるまでに極めて多くの解決すべき課題が残されてい
る。
【００１０】又、液晶偏光干渉計を用いた像面フーリエ
分光映像法を適用した分光イメージングセンサにあって
は、光音響フィルタと同様の問題、即ち液晶の不安定性
に起因する、最終像の色の滲みや揺らぎを除去できない
という問題と、液晶の制御信号に対する応答特性が悪い
等の問題があり、実用域に到達させるまでに極めて多く
の解決すべき課題が残されている。
分光映像法を適用した分光イメージングセンサにあって
は、光音響フィルタと同様の問題、即ち液晶の不安定性
に起因する、最終像の色の滲みや揺らぎを除去できない
という問題と、液晶の制御信号に対する応答特性が悪い
等の問題があり、実用域に到達させるまでに極めて多く
の解決すべき課題が残されている。
【００１１】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、機械的強度が高く、簡易に使
用することができる分光イメージングセンサを提供する
ことを目的とする。
みてなされたものであり、機械的強度が高く、簡易に使
用することができる分光イメージングセンサを提供する
ことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、予め決められた複数のピクセルを一
群とし、多数群が二次元平面上に繰り返して配列される
ピクセル配列に対応して、各群の各々のピクセルに対し
夫々異なる透過分光特性を有する微小フィルタ部の配列
された群フィルタ部が上記多数群に対応して繰り返し配
列されて成る分光フィルタと、上記ピクセル配列の各ピ
クセル毎に対応して設けられた多数の光電変換素子を有
する二次元固体撮像デバイスと、上記各々の微小フィル
タ部と上記各々の光電変換素子との間を光学的に接続す
る光学ファイバの集合から成る光学ファイバプレートを
具備し、上記分光フィルタから入射した像を光学ファイ
バプレートを介して二次元固体撮像デバイスが撮像する
構成とした。
るために本発明は、予め決められた複数のピクセルを一
群とし、多数群が二次元平面上に繰り返して配列される
ピクセル配列に対応して、各群の各々のピクセルに対し
夫々異なる透過分光特性を有する微小フィルタ部の配列
された群フィルタ部が上記多数群に対応して繰り返し配
列されて成る分光フィルタと、上記ピクセル配列の各ピ
クセル毎に対応して設けられた多数の光電変換素子を有
する二次元固体撮像デバイスと、上記各々の微小フィル
タ部と上記各々の光電変換素子との間を光学的に接続す
る光学ファイバの集合から成る光学ファイバプレートを
具備し、上記分光フィルタから入射した像を光学ファイ
バプレートを介して二次元固体撮像デバイスが撮像する
構成とした。
【００１３】又、予め決められた複数のピクセルを一群
とし、多数群が二次元平面上に繰り返して配列されるピ
クセル配列に対応して、各群の各々のピクセルに対し夫
々異なる透過分光特性を有する微小フィルタ部の配列さ
れた群フィルタ部が上記多数群に対応して繰り返し配列
されて成る分光フィルタと、各々の微小フィルタ部に対
向する光電変換素子が上記各ピクセルの配列に対応して
多数形成された二次元固体撮像デバイスと、上記分光フ
ィルタの二次元固体撮像デバイスとは反対側に、各々の
微小フィルタ部に対して光学的に接続する光学ファイバ
の集合から成る光学ファイバプレートとを具備し、光学
ファイバプレートから入射した像を分光フィルタを介し
て二次元固体撮像デバイスが撮像する構成とした。
とし、多数群が二次元平面上に繰り返して配列されるピ
クセル配列に対応して、各群の各々のピクセルに対し夫
々異なる透過分光特性を有する微小フィルタ部の配列さ
れた群フィルタ部が上記多数群に対応して繰り返し配列
されて成る分光フィルタと、各々の微小フィルタ部に対
向する光電変換素子が上記各ピクセルの配列に対応して
多数形成された二次元固体撮像デバイスと、上記分光フ
ィルタの二次元固体撮像デバイスとは反対側に、各々の
微小フィルタ部に対して光学的に接続する光学ファイバ
の集合から成る光学ファイバプレートとを具備し、光学
ファイバプレートから入射した像を分光フィルタを介し
て二次元固体撮像デバイスが撮像する構成とした。
【００１４】
【作用】かかる構成を有する本発明の分光イメージング
センサによれば、被写体像は、分光フィルタの各々の群
に区分けさられた所定数の微小フィルタ部によって、該
所定数分の異なった透過波長帯の光に分離されると共
に、二次元平面上に多数配列されている群の数の分の組
み合わせ透過波長帯の光に分光される。例えば、１つの
群が、透過波長帯の異なる１６個の微小フィルタ部で構
成され、かかる群が二次元平面上に繰り返して多数配列
されているとすれば、１６種類の波長帯の光が群フィル
タ部の数と配列に対応して発生する。そして、夫々の光
は二次元固体撮像デバイスの各々の光電変換素子によっ
て光電変換されるので、１６種類の波長帯のピクセル信
号が群の数と配列に対応して得られる。又、光学ファイ
バプレートの各光学ファイバが各々のピクセルに対応し
ているので、ピクセル間でのクロストークが少ない。
又、光学ファイバプレートと分光フィルタ及び二次元固
体撮像デバイスは機械的強度が高く、更にこれらの要素
間は定常的に固定化されていて可動部分が存在しないの
で、全体として機械強度が高く、且つ調整が不要である
ので簡易に使用することができる。更に、光学ファイバ
プレートと分光フィルタ及び二次元固体撮像デバイスを
微細且つ高密度に製造できるので、処理すべき全波長帯
における各分光波長帯を細かくして分解能を上げても、
機能に比して装置の大型化を招来せず、小型の分光イメ
ージングセンサを実現することができる。そして、測色
や、映像機器の色再現、各種化学的・物理的現象のスペ
クトル分析、その他の広範な技術分野への応用が可能で
ある。
センサによれば、被写体像は、分光フィルタの各々の群
に区分けさられた所定数の微小フィルタ部によって、該
所定数分の異なった透過波長帯の光に分離されると共
に、二次元平面上に多数配列されている群の数の分の組
み合わせ透過波長帯の光に分光される。例えば、１つの
群が、透過波長帯の異なる１６個の微小フィルタ部で構
成され、かかる群が二次元平面上に繰り返して多数配列
されているとすれば、１６種類の波長帯の光が群フィル
タ部の数と配列に対応して発生する。そして、夫々の光
は二次元固体撮像デバイスの各々の光電変換素子によっ
て光電変換されるので、１６種類の波長帯のピクセル信
号が群の数と配列に対応して得られる。又、光学ファイ
バプレートの各光学ファイバが各々のピクセルに対応し
ているので、ピクセル間でのクロストークが少ない。
又、光学ファイバプレートと分光フィルタ及び二次元固
体撮像デバイスは機械的強度が高く、更にこれらの要素
間は定常的に固定化されていて可動部分が存在しないの
で、全体として機械強度が高く、且つ調整が不要である
ので簡易に使用することができる。更に、光学ファイバ
プレートと分光フィルタ及び二次元固体撮像デバイスを
微細且つ高密度に製造できるので、処理すべき全波長帯
における各分光波長帯を細かくして分解能を上げても、
機能に比して装置の大型化を招来せず、小型の分光イメ
ージングセンサを実現することができる。そして、測色
や、映像機器の色再現、各種化学的・物理的現象のスペ
クトル分析、その他の広範な技術分野への応用が可能で
ある。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面と共に説明す
る。まず、図１に示すように、この実施例の分光イメー
ジングセンサは、分光機能を有する分光機構１が半導体
パッケージ２のキャビティ３内に収納され、分光機構１
の構成要素である二次元固体撮像デバイス５に設けられ
ている所定の接続端子群と半導体パッケージ２に設けら
れている複数のリード端子４とが電気的に接続され、更
に、透明ガラス板６で封止された一体化構造となってい
る。そして、透明ガラス板６を透過してきた被写体像の
光ｈνを分光機構１が分光し、二次元固体撮像デバイス
５がそれを光電変換して所定のリード端子４に出力す
る。
る。まず、図１に示すように、この実施例の分光イメー
ジングセンサは、分光機能を有する分光機構１が半導体
パッケージ２のキャビティ３内に収納され、分光機構１
の構成要素である二次元固体撮像デバイス５に設けられ
ている所定の接続端子群と半導体パッケージ２に設けら
れている複数のリード端子４とが電気的に接続され、更
に、透明ガラス板６で封止された一体化構造となってい
る。そして、透明ガラス板６を透過してきた被写体像の
光ｈνを分光機構１が分光し、二次元固体撮像デバイス
５がそれを光電変換して所定のリード端子４に出力す
る。
【００１６】分光機構１は、図２及び図３に示す構造と
なっている。即ち、縦断面構造を示す図２において、二
次元固体撮像デバイス５は、（ｘ−ｙ）二次元平面上に
おいて予め設定された二次元ピクセル配列に対応して、
多数の光電変換素子（フォトダイオード等）７がマトリ
クス状に配列形成されている。図示しないが、これらの
光電変換素子７に発生する各々のピクセル信号は、信号
読出しのための走査読出回路の制御に基いて所定のリー
ド端子４に出力されるようになっており、かかる走査制
御回路と多数の光電変換素子７は半導体製造技術によっ
て二次元固体撮像デバイス５に一体形成されている。し
たがって、多数の光電変換素子７は、図３（ｃ）に示す
ような配列で形成されている。
なっている。即ち、縦断面構造を示す図２において、二
次元固体撮像デバイス５は、（ｘ−ｙ）二次元平面上に
おいて予め設定された二次元ピクセル配列に対応して、
多数の光電変換素子（フォトダイオード等）７がマトリ
クス状に配列形成されている。図示しないが、これらの
光電変換素子７に発生する各々のピクセル信号は、信号
読出しのための走査読出回路の制御に基いて所定のリー
ド端子４に出力されるようになっており、かかる走査制
御回路と多数の光電変換素子７は半導体製造技術によっ
て二次元固体撮像デバイス５に一体形成されている。し
たがって、多数の光電変換素子７は、図３（ｃ）に示す
ような配列で形成されている。
【００１７】二次元固体撮像デバイス５の光電変換素子
７が形成されている端面（受光面）には、光学ボンド若
しくは光学グリスによる固着層８によって光学ファイバ
プレート９の端面（光を出力する側の端面）が固着され
ている。即ち、図３（ｂ）に示すように、光学ファイバ
プレート９は、微細で光学特性が均質な多数の光学ファ
イバ１０の集合から成り、夫々の光学ファイバ１０の側
端が光を透過しない接着材層１１によって一体に固着さ
れている。又、これらの光学ファイバ１０は多数の光電
変換素子７に対向して配列され、所定本数ずつの光学フ
ァイバ１０が、二次元固体撮像デバイス５の各々の光電
変換素子７に対向している。図３は、一例として４本ず
つの光学ファイバ１０が、各光電変換素子７に対向した
構造を示している。但し、これは一例であり、更に微細
な光学ファイバを適用して多数本ずつを各光電変換素子
７に対向させるようにしてもよいし、各光電変換素子７
の受光面に対向する直径の光学ファイバを適用して、各
光学ファイバ１０と光電変換素子７を一対一に対応ずけ
るようにしてもよい。
７が形成されている端面（受光面）には、光学ボンド若
しくは光学グリスによる固着層８によって光学ファイバ
プレート９の端面（光を出力する側の端面）が固着され
ている。即ち、図３（ｂ）に示すように、光学ファイバ
プレート９は、微細で光学特性が均質な多数の光学ファ
イバ１０の集合から成り、夫々の光学ファイバ１０の側
端が光を透過しない接着材層１１によって一体に固着さ
れている。又、これらの光学ファイバ１０は多数の光電
変換素子７に対向して配列され、所定本数ずつの光学フ
ァイバ１０が、二次元固体撮像デバイス５の各々の光電
変換素子７に対向している。図３は、一例として４本ず
つの光学ファイバ１０が、各光電変換素子７に対向した
構造を示している。但し、これは一例であり、更に微細
な光学ファイバを適用して多数本ずつを各光電変換素子
７に対向させるようにしてもよいし、各光電変換素子７
の受光面に対向する直径の光学ファイバを適用して、各
光学ファイバ１０と光電変換素子７を一対一に対応ずけ
るようにしてもよい。
【００１８】光学ファイバプレート９の光入射側の端面
には、分光フィルタ１２が積層されている。かかる分光
フィルタ１２は、各々が異なった透過分光特性を有する
複数の微小フィルタ部１３で構成され、これら微小フィ
ルタ部１３は、光電変換素子７の配列及び光学ファイバ
プレート９の光学ファイバ１０の配列と一対一に対応し
て配列されている。更に、各々が異なった分光特性を有
し所定配列された所定数ｎの微小フィルタ部１３を一群
とし、これと同一の群を（ｘ−ｙ）二次元平面上に繰り
返し配列された構造となっている。したがって、夫々の
群はピクセル配列に対応するｎ種類の透過分光特性を有
し、分光フィルタ１２全体としてこの透過分光特性を有
する群を例えばｍ個備えた構造となっている。図３
（ａ）は、一つの群の構造を、二次元固体撮像デバイス
５の光電変換素子７の配列と光学ファイバプレート９の
光学ファイバ１０の配列に対応して例示している。即
ち、各々の光電変換素子７に対応する所定数（この実施
例では４本）の光学ファイバ１０の光入射端面に対し
て、１個の微小フィルタ部１３が対応しており、この実
施例では、ｎ＝１６個の微小フィルタ部１３から成って
いる。したがって、各々の微小フィルタ部１３を透過し
た光は、所定の光学ファイバ１０を通って、所定の光電
変換素子７で受光される。
には、分光フィルタ１２が積層されている。かかる分光
フィルタ１２は、各々が異なった透過分光特性を有する
複数の微小フィルタ部１３で構成され、これら微小フィ
ルタ部１３は、光電変換素子７の配列及び光学ファイバ
プレート９の光学ファイバ１０の配列と一対一に対応し
て配列されている。更に、各々が異なった分光特性を有
し所定配列された所定数ｎの微小フィルタ部１３を一群
とし、これと同一の群を（ｘ−ｙ）二次元平面上に繰り
返し配列された構造となっている。したがって、夫々の
群はピクセル配列に対応するｎ種類の透過分光特性を有
し、分光フィルタ１２全体としてこの透過分光特性を有
する群を例えばｍ個備えた構造となっている。図３
（ａ）は、一つの群の構造を、二次元固体撮像デバイス
５の光電変換素子７の配列と光学ファイバプレート９の
光学ファイバ１０の配列に対応して例示している。即
ち、各々の光電変換素子７に対応する所定数（この実施
例では４本）の光学ファイバ１０の光入射端面に対し
て、１個の微小フィルタ部１３が対応しており、この実
施例では、ｎ＝１６個の微小フィルタ部１３から成って
いる。したがって、各々の微小フィルタ部１３を透過し
た光は、所定の光学ファイバ１０を通って、所定の光電
変換素子７で受光される。
【００１９】尚、この分光フィルタ１２は、例えば干渉
フィルタ等で形成され、１６個の微小フィルタ部１３の
透過分光特性は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲を
２０ｎｍの波長帯ずつに分割した夫々の特性を有するよ
うに設計されている。
フィルタ等で形成され、１６個の微小フィルタ部１３の
透過分光特性は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲を
２０ｎｍの波長帯ずつに分割した夫々の特性を有するよ
うに設計されている。
【００２０】このように、この実施例によれば、ｎ個の
波長帯の光に分光して二次元撮像することができ、機械
的可動部分が無いので、光学的調整が不要であり、経年
変化の問題も無い。
波長帯の光に分光して二次元撮像することができ、機械
的可動部分が無いので、光学的調整が不要であり、経年
変化の問題も無い。
【００２１】次に、他の実施例を図４と共に説明する。
尚、図４は図２に対応して示す縦断面図である。図１〜
図３に示した先の実施例との相違点を述べると、分光フ
ィルタ１２の光入射側に、更に光学ボンド層や光学グリ
スから成る固着層１４を介して副透過帯カットフィルタ
１５が固着されている。尚、分光フィルタ１２と光学フ
ァイバプレート９及び二次元固体撮像デバイス５の対応
構造は先の実施例と等しくなっている。この実施例で
は、副透過帯カットフィルタ１５が、処理すべき波長帯
域以外の波長を予め除去するので、分光特性の更なる向
上を図ることができる。
尚、図４は図２に対応して示す縦断面図である。図１〜
図３に示した先の実施例との相違点を述べると、分光フ
ィルタ１２の光入射側に、更に光学ボンド層や光学グリ
スから成る固着層１４を介して副透過帯カットフィルタ
１５が固着されている。尚、分光フィルタ１２と光学フ
ァイバプレート９及び二次元固体撮像デバイス５の対応
構造は先の実施例と等しくなっている。この実施例で
は、副透過帯カットフィルタ１５が、処理すべき波長帯
域以外の波長を予め除去するので、分光特性の更なる向
上を図ることができる。
【００２２】次に、更に他の実施例を図５に基いて説明
する。尚、図５は図２及び図４に対応して示す縦断面図
であり、同一又は相当する部分を同一符号で示してい
る。図１〜図４に示した二実施例との相違点を述べる
と、二次元固体撮像デバイス５の多数の光電変換素子７
が形成されている側に、光学ボンド層や光学グリスから
成る固着層１６を介して分光フィルタ１２が固着され、
更に分光フィルタ１２は光学ファイバプレート９の光出
力端に固着されている。光学ファイバプレート９の光入
射端には、光学ボンド層１７を介して副透過帯カットフ
ィルタ１５が固着されている。尚、光学ファイバプレー
ト９と分光フィルタ１２及び二次元固体撮像デバイス５
の対応構造は先の実施例と等しくなっている。そして、
副透過帯カットフィルタ１５でまず被写体像の処理すべ
き波長帯域以外の波長を除去して光学フィルタ９の各光
学ファイバ１０に通し、分光フィルタ１２の所定透過分
光特性を有する各々の微小フィルタ部で分光し、夫々の
波長の光を二次元固体撮像デバイス５の各々の光電変換
素子７で受光して光電変換する。この実施例も、機械的
強度が高く、簡易に使用することができるという効果が
得られる。
する。尚、図５は図２及び図４に対応して示す縦断面図
であり、同一又は相当する部分を同一符号で示してい
る。図１〜図４に示した二実施例との相違点を述べる
と、二次元固体撮像デバイス５の多数の光電変換素子７
が形成されている側に、光学ボンド層や光学グリスから
成る固着層１６を介して分光フィルタ１２が固着され、
更に分光フィルタ１２は光学ファイバプレート９の光出
力端に固着されている。光学ファイバプレート９の光入
射端には、光学ボンド層１７を介して副透過帯カットフ
ィルタ１５が固着されている。尚、光学ファイバプレー
ト９と分光フィルタ１２及び二次元固体撮像デバイス５
の対応構造は先の実施例と等しくなっている。そして、
副透過帯カットフィルタ１５でまず被写体像の処理すべ
き波長帯域以外の波長を除去して光学フィルタ９の各光
学ファイバ１０に通し、分光フィルタ１２の所定透過分
光特性を有する各々の微小フィルタ部で分光し、夫々の
波長の光を二次元固体撮像デバイス５の各々の光電変換
素子７で受光して光電変換する。この実施例も、機械的
強度が高く、簡易に使用することができるという効果が
得られる。
【００２３】尚、上記の３実施例では、光学ファイバプ
レート９を互いに平行に配置した多数の光学ファイバ１
０の束として構成したが、分光フィルタ１２の各々の微
小フィルタ部１３と二次元固体撮像デバイス５の各々の
光電変換素子７とが所定のピクセル配列に対応づけられ
た関係になっていれば、例えば、図６に示すように、各
々の微小フィルタ部１３の光入射面積に対して各々の光
電変換素子７の受光面積を小さくして、各々の光学ファ
イバ１０の微小フィルタ部１３に対向する側の直径を大
きくし、光電変換素子７に対向する側の直径を小さくし
た光学ファイバを適用する構造としてもよい。
レート９を互いに平行に配置した多数の光学ファイバ１
０の束として構成したが、分光フィルタ１２の各々の微
小フィルタ部１３と二次元固体撮像デバイス５の各々の
光電変換素子７とが所定のピクセル配列に対応づけられ
た関係になっていれば、例えば、図６に示すように、各
々の微小フィルタ部１３の光入射面積に対して各々の光
電変換素子７の受光面積を小さくして、各々の光学ファ
イバ１０の微小フィルタ部１３に対向する側の直径を大
きくし、光電変換素子７に対向する側の直径を小さくし
た光学ファイバを適用する構造としてもよい。
【００２４】更に、これらの実施例では、ピクセル配列
を二次元平面上の直交座標（ｘ−ｙ）に沿ってマトリク
ス状に設定し、このピクセル配列に従って光電変換素子
７と光学ファイバ１０及び微小フィルタ部１３を対応さ
せるようにしたが、本発明は、このような直交座標に沿
った配列構造に限定されるものではない。即ち、微小フ
ィルタ部１３と光学ファイバ１０と光電変換素子７とが
所定のピクセル配列に従って互いに対応していればピク
セル配列は適宜に設定してよい。例えば、周知の光学フ
ァイバ製造技術によって多数の光学ファイバ束から成る
光学ファイバプレートを製造する場合、まず、１本の光
学ファイバを加熱しながら引伸ばして細線状にし、これ
を更に複数本束ねてから同様に引伸し、更にそれを複数
本束ねて同様に引伸ばすという処理工程を多数回にわた
って繰り返すが、このような製造工程を経ると最終的に
形成された各々の細い光学ファイバの配列は、正六角形
の頂点位置に配列された蜂の巣状の配列となる。したが
って、従来の光学ファイバプレートを適用するようにピ
クセル配列を設定して、その配列に対応するように分光
フィルタの微小フィルタ部の形状と配列を設定すると共
に、二次元固体撮像デバイスの各々の光電変換素子の受
光面の形状及び配列を設定してもよい。
を二次元平面上の直交座標（ｘ−ｙ）に沿ってマトリク
ス状に設定し、このピクセル配列に従って光電変換素子
７と光学ファイバ１０及び微小フィルタ部１３を対応さ
せるようにしたが、本発明は、このような直交座標に沿
った配列構造に限定されるものではない。即ち、微小フ
ィルタ部１３と光学ファイバ１０と光電変換素子７とが
所定のピクセル配列に従って互いに対応していればピク
セル配列は適宜に設定してよい。例えば、周知の光学フ
ァイバ製造技術によって多数の光学ファイバ束から成る
光学ファイバプレートを製造する場合、まず、１本の光
学ファイバを加熱しながら引伸ばして細線状にし、これ
を更に複数本束ねてから同様に引伸し、更にそれを複数
本束ねて同様に引伸ばすという処理工程を多数回にわた
って繰り返すが、このような製造工程を経ると最終的に
形成された各々の細い光学ファイバの配列は、正六角形
の頂点位置に配列された蜂の巣状の配列となる。したが
って、従来の光学ファイバプレートを適用するようにピ
クセル配列を設定して、その配列に対応するように分光
フィルタの微小フィルタ部の形状と配列を設定すると共
に、二次元固体撮像デバイスの各々の光電変換素子の受
光面の形状及び配列を設定してもよい。
【００２５】更に、これらの実施例のように、分光フィ
ルタ１２の各群フィルタ部毎の微小フィルタ部の透過分
光帯を波長帯に従って順番に配列することに限定される
ものではない。適用分野に応じて任意の配列にしてもよ
い。
ルタ１２の各群フィルタ部毎の微小フィルタ部の透過分
光帯を波長帯に従って順番に配列することに限定される
ものではない。適用分野に応じて任意の配列にしてもよ
い。
【００２６】ところで、以上に説明した実施例の分光イ
メージングセンサは、例えば、次のような分野に適用す
ることが可能であり、優れた効果を発揮する。
メージングセンサは、例えば、次のような分野に適用す
ることが可能であり、優れた効果を発揮する。
【００２７】まず、染色物、塗装面などの測定をこのセ
ンサを用いて行えば測定面全体の分光データを用いるこ
とにより、染色物、塗装面に用いられている色材の判定
だけでなく、染色物の染着濃度、染色分布の判定，評価
ならびに塗膜中の顔料濃度，濃度分布の判定評価が可能
となる。その上、実施例の分光イメージセンサは機械的
走査を必要とせず簡易なセンサである為、オンライン上
でも使用可能となる。又、色技術の分野においては、４
００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域で５ｎｍ，１０ｎｍ，２
０ｎｍ毎の光に分光して処理することが規格化がおこな
われているが、本発明の分光イメージングセンサの構造
によれば、このような多数の波長光を同時に且つ簡易に
処理することがでセンサを簡易に製造することができ
る。又、顕微鏡分光画像計測に応用した場合、各部位毎
の分光データを用いることにより、観測画像内に含まれ
ている成分数ならびに各物質の空間分布も推定でき、ま
たそれらを画像化できるなどの利点がある。特に、実施
例の分光イメージセンサはモジュール化されたひとつの
センサである為、顕微鏡に簡単に取付けることができる
という特徴を持つ。
ンサを用いて行えば測定面全体の分光データを用いるこ
とにより、染色物、塗装面に用いられている色材の判定
だけでなく、染色物の染着濃度、染色分布の判定，評価
ならびに塗膜中の顔料濃度，濃度分布の判定評価が可能
となる。その上、実施例の分光イメージセンサは機械的
走査を必要とせず簡易なセンサである為、オンライン上
でも使用可能となる。又、色技術の分野においては、４
００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域で５ｎｍ，１０ｎｍ，２
０ｎｍ毎の光に分光して処理することが規格化がおこな
われているが、本発明の分光イメージングセンサの構造
によれば、このような多数の波長光を同時に且つ簡易に
処理することがでセンサを簡易に製造することができ
る。又、顕微鏡分光画像計測に応用した場合、各部位毎
の分光データを用いることにより、観測画像内に含まれ
ている成分数ならびに各物質の空間分布も推定でき、ま
たそれらを画像化できるなどの利点がある。特に、実施
例の分光イメージセンサはモジュール化されたひとつの
センサである為、顕微鏡に簡単に取付けることができる
という特徴を持つ。
【００２８】他に、現在研究が盛んな光ＣＴのセンサと
して用いた場合、生体における各部位毎の分光情報も同
時にとり込むことができる為、生体中の物質まで判定で
きるようになる。
して用いた場合、生体における各部位毎の分光情報も同
時にとり込むことができる為、生体中の物質まで判定で
きるようになる。
【００２９】特に、実施例の分光イメージセンサはモジ
ュール化された、ひとつのセンサである為、光ＣＴ用の
センサとして簡易に取付け可能という特徴を持つ。
ュール化された、ひとつのセンサである為、光ＣＴ用の
センサとして簡易に取付け可能という特徴を持つ。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
写体像を、分光フィルタの各々の群フィルタ部に設けら
れた所定数の微小フィルタ部によって該所定数分の異な
った透過波長帯の光に分離すると共に、二次元平面上に
多数配列されている群フィルタ分の組み合わせ透過波長
帯の光に分光し、光学ファイバプレートを介して被写体
像或いは分光後の光を伝送させ、夫々の光を二次元固体
撮像デバイスの各々の光電変換素子によって光電変換す
る構造としたので、ピクセル間でのクロストークが少な
く、全体として機械強度が高く、且つ調整が不要な簡易
な分光イメージングセンサを提供することができる。更
に本発明の構造によれば、光学ファイバプレートと分光
フィルタ及び二次元固体撮像デバイスを微細且つ高密度
に製造できるので、処理すべき全波長帯における各分光
波長帯を細かくして分解能を上げても、機能に比して装
置の大型化を招来せず、小型の分光イメージングセンサ
を実現することができる。そして、測色や、映像機器の
色再現、各種化学的・物理的現象のスペクトル分析、そ
の他の広範な技術分野への応用が可能である。
写体像を、分光フィルタの各々の群フィルタ部に設けら
れた所定数の微小フィルタ部によって該所定数分の異な
った透過波長帯の光に分離すると共に、二次元平面上に
多数配列されている群フィルタ分の組み合わせ透過波長
帯の光に分光し、光学ファイバプレートを介して被写体
像或いは分光後の光を伝送させ、夫々の光を二次元固体
撮像デバイスの各々の光電変換素子によって光電変換す
る構造としたので、ピクセル間でのクロストークが少な
く、全体として機械強度が高く、且つ調整が不要な簡易
な分光イメージングセンサを提供することができる。更
に本発明の構造によれば、光学ファイバプレートと分光
フィルタ及び二次元固体撮像デバイスを微細且つ高密度
に製造できるので、処理すべき全波長帯における各分光
波長帯を細かくして分解能を上げても、機能に比して装
置の大型化を招来せず、小型の分光イメージングセンサ
を実現することができる。そして、測色や、映像機器の
色再現、各種化学的・物理的現象のスペクトル分析、そ
の他の広範な技術分野への応用が可能である。
【図１】一実施例の全体構造を分解して示す分解斜視図
である。
である。
【図２】一実施例の分光機構１の縦断面構造を示す断面
図である。
図である。
【図３】一実施例の分光機構１の要部構造を分解して示
す分解斜視図である。
す分解斜視図である。
【図４】他の実施例の構造を示す縦断面図である。
【図５】更に他の実施例の構造を示す縦断面図である。
【図６】更に他の実施例の構造を示す縦断面図である。
１…分光機構、５…二次元固体撮像デバイス、７…光電
変換素子、８，１４，１６…固着層、９…光学ファイバ
プレート、１０…光学ファイバ、１１…接着材層、１２
…分光フィルタ、１３…微小フィルタ部。
変換素子、８，１４，１６…固着層、９…光学ファイバ
プレート、１０…光学ファイバ、１１…接着材層、１２
…分光フィルタ、１３…微小フィルタ部。
Claims (4)
- 【請求項１】 予め決められた複数のピクセルを一群と
し、多数群が二次元平面上に繰り返して配列されるピク
セル配列に対応して、各群の各々のピクセルに対し夫々
異なる透過分光特性を有する微小フィルタ部の配列され
た群フィルタ部が上記多数群に対応して繰り返し配列さ
れて成る分光フィルタと、 上記ピクセル配列の各ピクセル毎に対応して設けられた
多数の光電変換素子を有する二次元固体撮像デバイス
と、 上記各々の微小フィルタ部と上記各々の光電変換素子と
の間を光学的に接続する光学ファイバの集合から成る光
学ファイバプレートとを具備し、 上記二次元固体撮像デバイスが上記分光フィルタから入
射した像を光学ファイバプレートを介して撮像すること
を特徴とする分光イメージングセンサ。 - 【請求項２】 予め決められた複数のピクセルを一群と
し、多数群が二次元平面上に繰り返して配列されるピク
セル配列に対応して、各群の各々のピクセルに対し夫々
異なる透過分光特性を有する微小フィルタ部の配列され
た群フィルタ部が上記多数群に対応して繰り返し配列さ
れて成る分光フィルタと、 各々の微小フィルタ部に対向する光電変換素子が上記各
ピクセルの配列に対応して多数形成された二次元固体撮
像デバイスと、 上記分光フィルタの二次元固体撮像デバイスとは反対側
に、各々の微小フィルタ部に対して光学的に接続する光
学ファイバの集合から成る光学ファイバプレートとを具
備し、 上記二次元固体撮像デバイスが上記光学ファイバプレー
トから入射した像を分光フィルタを介して撮像すること
を特徴とする分光イメージングセンサ。 - 【請求項３】 前記各々の群フィルタ部は、夫々異なる
透過分光特性を有する１６個の微小フィルタ部で構成さ
れることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分
光イメージングセンサ。 - 【請求項４】 前記分光フィルタは、干渉フィルタから
成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分
光イメージングセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4277144A JP2713838B2 (ja) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | 分光イメージングセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4277144A JP2713838B2 (ja) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | 分光イメージングセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06129908A true JPH06129908A (ja) | 1994-05-13 |
| JP2713838B2 JP2713838B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=17579418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4277144A Expired - Fee Related JP2713838B2 (ja) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | 分光イメージングセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2713838B2 (ja) |
Cited By (48)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002054994A (ja) * | 2000-08-11 | 2002-02-20 | Sony Corp | 撮像装置、撮像表示システムおよび撮像印刷システム |
| WO2007029714A1 (ja) * | 2005-09-06 | 2007-03-15 | Tohoku Techno Arch Co., Ltd. | 波長分割画像計測装置 |
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| JP2011210807A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Seiko Epson Corp | 受光素子、光センサー及び分光センサー |
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| US8068224B2 (en) | 2007-06-08 | 2011-11-29 | Hamamatsu Photonics K.K. | Spectroscopic module |
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