JPH06331446A - 分光画像計測装置 - Google Patents
分光画像計測装置Info
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- JPH06331446A JPH06331446A JP12571193A JP12571193A JPH06331446A JP H06331446 A JPH06331446 A JP H06331446A JP 12571193 A JP12571193 A JP 12571193A JP 12571193 A JP12571193 A JP 12571193A JP H06331446 A JPH06331446 A JP H06331446A
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- diffraction gratings
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ２次元的広がりを有する被検体から発せられ
た光に関して、所定スペクトル毎の強度分布を測定可能
で、小型に形成できる分光画像計測装置を得る。 【構成】 被検体10から発せられた光11を集光してこの
被検体10の像を結像させるレンズ12，13からなる結像光
学系内に、上記光10を互いに異なる方向に回折させる複
数の回折格子31，32，33および34と、これら複数の回折
格子31，32，33および34の各々を通る光11の光路にそれ
ぞれ配されて、互いに異なる所定波長域の光のみを通過
させるバンドパス色フィルター21，22，23および24とを
配置する。そして、上記複数の回折格子により互いに光
路がずれたそれぞれの光が結ぶ像を各々２次元光検出器
41，42，43および44によって検出する。
た光に関して、所定スペクトル毎の強度分布を測定可能
で、小型に形成できる分光画像計測装置を得る。 【構成】 被検体10から発せられた光11を集光してこの
被検体10の像を結像させるレンズ12，13からなる結像光
学系内に、上記光10を互いに異なる方向に回折させる複
数の回折格子31，32，33および34と、これら複数の回折
格子31，32，33および34の各々を通る光11の光路にそれ
ぞれ配されて、互いに異なる所定波長域の光のみを通過
させるバンドパス色フィルター21，22，23および24とを
配置する。そして、上記複数の回折格子により互いに光
路がずれたそれぞれの光が結ぶ像を各々２次元光検出器
41，42，43および44によって検出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は分光画像計測装置、特に
詳細には、２次元的広がりを有する被検体から発せられ
た光の所定スペクトル毎の強度分布を測定する分光画像
計測装置に関するものである。
詳細には、２次元的広がりを有する被検体から発せられ
た光の所定スペクトル毎の強度分布を測定する分光画像
計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、被測定光を分光計測する装置
が種々提供されている。また、２次元的広がりを有する
被検体から発せられた光を、被検体の各点毎に分光計測
する分光画像計測装置も種々提供されている。この分光
画像計測装置は、被検体から発せられた光を被検体上の
各画素毎にスペクトル分析したり、あるいは被検体から
発せられた光に関して、所定のいくつかのスペクトル毎
の強度分布を測定するものである。
が種々提供されている。また、２次元的広がりを有する
被検体から発せられた光を、被検体の各点毎に分光計測
する分光画像計測装置も種々提供されている。この分光
画像計測装置は、被検体から発せられた光を被検体上の
各画素毎にスペクトル分析したり、あるいは被検体から
発せられた光に関して、所定のいくつかのスペクトル毎
の強度分布を測定するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、上述のような分
光画像計測装置においては、スペクトル情報を空間に展
開するために空間の１軸を使用しているので、２次元マ
ルチチャンネルによる計測は不可能であり、走査光学系
を利用して画像データを時間軸に展開して収集する必要
があった。そこで、走査光学系を設置するための物理的
スペースが必要となるが、例えば生体体腔内の被検体等
について分光画像計測しようとする場合は、上記のよう
なスペースを確保することが難しく、計測は非常に困難
となる。
光画像計測装置においては、スペクトル情報を空間に展
開するために空間の１軸を使用しているので、２次元マ
ルチチャンネルによる計測は不可能であり、走査光学系
を利用して画像データを時間軸に展開して収集する必要
があった。そこで、走査光学系を設置するための物理的
スペースが必要となるが、例えば生体体腔内の被検体等
について分光画像計測しようとする場合は、上記のよう
なスペースを確保することが難しく、計測は非常に困難
となる。
【０００４】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、２次元的広がりを有する被検体から発せ
られた光の所定スペクトル毎の強度分布を測定可能で、
小型に形成され得る簡単な構造の分光画像計測装置を提
供することを目的とするものである。
たものであり、２次元的広がりを有する被検体から発せ
られた光の所定スペクトル毎の強度分布を測定可能で、
小型に形成され得る簡単な構造の分光画像計測装置を提
供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による分光画像計
測装置は、２次元的広がりを有する被検体から発せられ
た光を集光してこの被検体の像を結ぶ結像光学系と、こ
の結像光学系内に配され、上記の光を互いに異なる方向
に回折させる複数の回折格子と、これらの回折格子の各
々を通る光の光路にそれぞれ配されて、互いに異なる所
定波長域の光のみを通過させる複数のバンドパス色フィ
ルターと、上記複数の回折格子により互いに光路がずれ
たそれぞれの光を、上記結像光学系による結像位置で検
出する複数の２次元光検出器とからなることを特徴とす
るものである。
測装置は、２次元的広がりを有する被検体から発せられ
た光を集光してこの被検体の像を結ぶ結像光学系と、こ
の結像光学系内に配され、上記の光を互いに異なる方向
に回折させる複数の回折格子と、これらの回折格子の各
々を通る光の光路にそれぞれ配されて、互いに異なる所
定波長域の光のみを通過させる複数のバンドパス色フィ
ルターと、上記複数の回折格子により互いに光路がずれ
たそれぞれの光を、上記結像光学系による結像位置で検
出する複数の２次元光検出器とからなることを特徴とす
るものである。
【０００６】
【作用および発明の効果】上記の構成において、複数の
回折格子の各々によって回折して互いに異なる光路を辿
る光は、各回折格子に対応させて設けられているバンド
パス色フィルターの作用で、それぞれ固有の波長域に有
るものとなる。したがって、このように互いに光路がず
れた光を各々２次元光検出器で検出すれば、上記波長域
の所定スペクトルの光の強度分布を個別に測定可能とな
る。
回折格子の各々によって回折して互いに異なる光路を辿
る光は、各回折格子に対応させて設けられているバンド
パス色フィルターの作用で、それぞれ固有の波長域に有
るものとなる。したがって、このように互いに光路がず
れた光を各々２次元光検出器で検出すれば、上記波長域
の所定スペクトルの光の強度分布を個別に測定可能とな
る。
【０００７】そして上記構成の本発明による分光画像計
測装置は、走査光学系を備えないものであるから、構造
が簡単で、小型に形成可能となる。
測装置は、走査光学系を備えないものであるから、構造
が簡単で、小型に形成可能となる。
【０００８】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例による分光
画像計測装置を示すものである。この分光画像計測装置
は、２次元的広がりを有する被検体から発せられた光を
集光してこの被検体の像を結ぶ２枚のレンズ12および13
と、これらのレンズ12，13の間に配された回折格子／色
フィルター板20と、上記レンズ13の焦点面上で互いに離
して配された一例として４個の２次元光検出器41，42，
43および44とから構成されている。
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例による分光
画像計測装置を示すものである。この分光画像計測装置
は、２次元的広がりを有する被検体から発せられた光を
集光してこの被検体の像を結ぶ２枚のレンズ12および13
と、これらのレンズ12，13の間に配された回折格子／色
フィルター板20と、上記レンズ13の焦点面上で互いに離
して配された一例として４個の２次元光検出器41，42，
43および44とから構成されている。
【０００９】上記回折格子／色フィルター板20は、レン
ズ12側から見た図２に示すように、円形透明部材の一表
面の４分割領域に相異なるコーティングが施されて、そ
れらの領域が各々透過中心波長が異なるバンドパス色フ
ィルター21，22，23および24とされ、そして他表面側に
は、それぞれ上記バンドパス色フィルター21，22，23お
よび24と対応する位置において、それぞれ格子周期およ
び格子方向が相異なる回折格子31，32，33および34が形
成されてなるものである。この回折格子／色フィルター
板20は、レンズ12の瞳面の近傍に配置されている。
ズ12側から見た図２に示すように、円形透明部材の一表
面の４分割領域に相異なるコーティングが施されて、そ
れらの領域が各々透過中心波長が異なるバンドパス色フ
ィルター21，22，23および24とされ、そして他表面側に
は、それぞれ上記バンドパス色フィルター21，22，23お
よび24と対応する位置において、それぞれ格子周期およ
び格子方向が相異なる回折格子31，32，33および34が形
成されてなるものである。この回折格子／色フィルター
板20は、レンズ12の瞳面の近傍に配置されている。
【００１０】被検体10は、例えば図示しない励起光の照
射を受けて比較的広い波長領域に亘る蛍光を発する生体
試料等である。上記蛍光等の光11はレンズ12，13により
集光され、図１のｘ’−ｙ’面において被検体10の像を
結ぶ。ここで、光11は上述のような回折格子31，32，33
および34を通過するので、それらの各々により互いに異
なる方向に回折する。ＭＯＳイメージセンサあるいはＣ
ＣＤイメージセンサ等からなる２次元光検出器41，42，
43および44は各々、回折格子31，32，33および34で回折
した光11（１次回折光）による結像位置に配されてい
る。なお図１中の40は０次回折光による結像位置、51，
52，53および54はそれぞれ回折格子31，32，33および34
で回折した−１次回折光による結像位置を示している。
射を受けて比較的広い波長領域に亘る蛍光を発する生体
試料等である。上記蛍光等の光11はレンズ12，13により
集光され、図１のｘ’−ｙ’面において被検体10の像を
結ぶ。ここで、光11は上述のような回折格子31，32，33
および34を通過するので、それらの各々により互いに異
なる方向に回折する。ＭＯＳイメージセンサあるいはＣ
ＣＤイメージセンサ等からなる２次元光検出器41，42，
43および44は各々、回折格子31，32，33および34で回折
した光11（１次回折光）による結像位置に配されてい
る。なお図１中の40は０次回折光による結像位置、51，
52，53および54はそれぞれ回折格子31，32，33および34
で回折した−１次回折光による結像位置を示している。
【００１１】上記のように回折格子31，32，33および34
で回折した１次回折光は、それぞれバンドパス色フィル
ター21，22，23および24を透過したものであるから、２
次元光検出器41，42，43および44が検出する被検体10の
像は、それぞれバンドパス色フィルター21，22，23およ
び24の透過中心波長λ1 ，λ2 ，λ3 およびλ4 近辺の
波長の光のみによるものとなる。このようにして、被検
体10から発せられた光11のうち、波長λ1 ，λ2 ，λ3
およびλ4 近辺の光の２次元強度分布を計測可能とな
る。
で回折した１次回折光は、それぞれバンドパス色フィル
ター21，22，23および24を透過したものであるから、２
次元光検出器41，42，43および44が検出する被検体10の
像は、それぞれバンドパス色フィルター21，22，23およ
び24の透過中心波長λ1 ，λ2 ，λ3 およびλ4 近辺の
波長の光のみによるものとなる。このようにして、被検
体10から発せられた光11のうち、波長λ1 ，λ2 ，λ3
およびλ4 近辺の光の２次元強度分布を計測可能とな
る。
【００１２】以上のようにして被検体10に関して分光画
像計測するには、回折格子31，32，33および34で回折し
た１次回折光による像が、ｘ’−ｙ’面上で互いに分離
し、またその他の光による像とも分離していることが必
要である。以下、そのようにするための条件について詳
しく説明する。
像計測するには、回折格子31，32，33および34で回折し
た１次回折光による像が、ｘ’−ｙ’面上で互いに分離
し、またその他の光による像とも分離していることが必
要である。以下、そのようにするための条件について詳
しく説明する。
【００１３】ここで、レンズ12，13の焦点距離をそれぞ
れｆ1 ，ｆ2 とし、図１に示すように被検体10はレンズ
12の前側焦点面（ｘ−ｙ面）に配され、２次元光検出器
41〜44はレンズ13の後側焦点面（ｘ’−ｙ’面）に配さ
れるとする。そして回折格子31，32，33および34の格子
周期を各々ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 およびｄ4 とし、それぞれ
の格子方向（格子が延びる方向）はｙ軸方向、45°方
向、ｘ軸方向、−45°方向であるとする。また、被検体
10の横、縦の長さをそれぞれＸ，Ｙとし、像の横，縦の
長さをＸ’，Ｙ’とする。以上の条件下では、被検体サ
イズと像サイズとの関係は、 Ｘ’／Ｘ＝Ｙ’／Ｙ＝ｆ2 ／ｆ1 …(1) となる。
れｆ1 ，ｆ2 とし、図１に示すように被検体10はレンズ
12の前側焦点面（ｘ−ｙ面）に配され、２次元光検出器
41〜44はレンズ13の後側焦点面（ｘ’−ｙ’面）に配さ
れるとする。そして回折格子31，32，33および34の格子
周期を各々ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 およびｄ4 とし、それぞれ
の格子方向（格子が延びる方向）はｙ軸方向、45°方
向、ｘ軸方向、−45°方向であるとする。また、被検体
10の横、縦の長さをそれぞれＸ，Ｙとし、像の横，縦の
長さをＸ’，Ｙ’とする。以上の条件下では、被検体サ
イズと像サイズとの関係は、 Ｘ’／Ｘ＝Ｙ’／Ｙ＝ｆ2 ／ｆ1 …(1) となる。
【００１４】一方、周期ｄ1 の回折格子31に波長λ1 の
光11が垂直入射した場合の光の回折角をθ1 とすると、 ｄ1 sin θ1 ＝λ1 …(2) である。また、回折格子31による１次回折光がｘ’−
ｙ’面に結像したとき、その像の中心位置を（ｘ1 ’，
０）とすると、 ｘ1 ’＝ｆ2 tan θ1 …(3) である。そして波長λ1 の１次回折光による像が０次光
による像と重ならないためには、 ｘ1 ’≧Ｘ’ …(4) である。この(4) 式を上の(1) ，(2) および(3) 式を用
いて書き直すと、
光11が垂直入射した場合の光の回折角をθ1 とすると、 ｄ1 sin θ1 ＝λ1 …(2) である。また、回折格子31による１次回折光がｘ’−
ｙ’面に結像したとき、その像の中心位置を（ｘ1 ’，
０）とすると、 ｘ1 ’＝ｆ2 tan θ1 …(3) である。そして波長λ1 の１次回折光による像が０次光
による像と重ならないためには、 ｘ1 ’≧Ｘ’ …(4) である。この(4) 式を上の(1) ，(2) および(3) 式を用
いて書き直すと、
【００１５】
【数１】
【００１６】以上と同様にして回折格子33による光の回
折を考えると、
折を考えると、
【００１７】
【数２】
【００１８】次に、回折格子32による光の回折を考え
る。周期ｄ2 の回折格子32に波長λ2の光11が垂直入射
した場合の光の回折角をθ2 とすると、 ｄ2 sin θ2 ＝λ2 …(7) である。また回折格子32による１次回折光がｘ’−ｙ’
面に結像したとき、その像の中心位置を（ｘ2 ’，
ｙ2 ’）とすると、
る。周期ｄ2 の回折格子32に波長λ2の光11が垂直入射
した場合の光の回折角をθ2 とすると、 ｄ2 sin θ2 ＝λ2 …(7) である。また回折格子32による１次回折光がｘ’−ｙ’
面に結像したとき、その像の中心位置を（ｘ2 ’，
ｙ2 ’）とすると、
【００１９】
【数３】
【００２０】である。そして波長λ3 の１次回折光によ
る像が０次光による像と重ならないためには、
る像が０次光による像と重ならないためには、
【００２１】
【数４】
【００２２】である。この(9) 式を上の(1) ，(7) およ
び(8) 式を用いて書き直すと、
び(8) 式を用いて書き直すと、
【００２３】
【数５】
【００２４】以上と同様にして回折格子34による光の回
折を考えると、
折を考えると、
【００２５】
【数６】
【００２６】以上求めた(5) ，(6) ，(10)および(11)式
に基づいて、実際の数値例を考える。
に基づいて、実際の数値例を考える。
【００２７】被検体10 ：Ｘ＝Ｙ＝20ｍｍ レンズ12および13：ｆ1 ＝50ｍｍ，ｆ2 ＝25ｍｍ 像サイズ ：上の数値と(1) 式より Ｘ’＝Ｙ’＝10ｍｍ 透過中心波長 ：λ1 ＝500 ｎｍ λ2 ＝600 ｎｍ λ3 ＝700 ｎｍ λ4 ＝800 ｎｍ とすると、(5) 式より ｄ1 ≦1.35μｍ (6) 式より ｄ3 ≦1.88μｍ (10)式より ｄ2 ≦1.22μｍ (11)式より ｄ4 ≦1.62μｍ となる。したがって、例えばｄ1 ＝ｄ2 ＝ｄ3 ＝ｄ4 ＝
１μｍ等に設定すれば、十分余裕をもって４つの１次回
折光による各像を０次光による像と分離させることがで
き、したがって当然、他の１次回折光による像および−
１次回折光による像とも分離させることができる。
１μｍ等に設定すれば、十分余裕をもって４つの１次回
折光による各像を０次光による像と分離させることがで
き、したがって当然、他の１次回折光による像および−
１次回折光による像とも分離させることができる。
【００２８】なお、以上説明した実施例においては、結
像光学系が２枚のレンズ12，13から構成されているが、
本発明における結像光学系はその他例えば図３に示すよ
うに、１枚のレンズ60のみから構成されてもよい。この
ようにする場合、回折格子／色フィルター板20はレンズ
60の瞳面近く、つまりレンズ60に十分近接させて配置す
る。
像光学系が２枚のレンズ12，13から構成されているが、
本発明における結像光学系はその他例えば図３に示すよ
うに、１枚のレンズ60のみから構成されてもよい。この
ようにする場合、回折格子／色フィルター板20はレンズ
60の瞳面近く、つまりレンズ60に十分近接させて配置す
る。
【００２９】また、回折格子／色フィルター板20の分割
領域数つまり分光計測する波長数も、上記実施例におけ
る４に限られるものではなく、目的に応じて20程度まで
適宜設定することができる。ただし、この分割領域数お
よび各回折格子で回折させる方向に応じて、前述したよ
うな像分離のための条件は変わることになる。
領域数つまり分光計測する波長数も、上記実施例におけ
る４に限られるものではなく、目的に応じて20程度まで
適宜設定することができる。ただし、この分割領域数お
よび各回折格子で回折させる方向に応じて、前述したよ
うな像分離のための条件は変わることになる。
【００３０】また回折格子としては、できるだけ１次回
折光へのパワー分配比が高いものを選択使用して、０次
像や−１次像はできるだけ弱くするのが望ましい。その
ためには、位相型でより厚い回折格子を用いるとよい。
折光へのパワー分配比が高いものを選択使用して、０次
像や−１次像はできるだけ弱くするのが望ましい。その
ためには、位相型でより厚い回折格子を用いるとよい。
【図１】本発明の一実施例による分光画像計測装置を示
す斜視図
す斜視図
【図２】上記実施例装置に用いられた回折格子／色フィ
ルター板を示す正面図
ルター板を示す正面図
【図３】本発明に用いられる結像光学系の別の例を示す
側面図
側面図
10 被検体 11 光 12，13，60 レンズ 20 回折格子／色フィルター板 21，22，23，24 バンドパス色フィルター 31，32，33，34 回折格子 41，42，43，44 ２次元光検出器
Claims (1)
- 【請求項１】 ２次元的広がりを有する被検体から発せ
られた光を集光してこの被検体の像を結ぶ結像光学系
と、 この結像光学系内に配され、前記光を互いに異なる方向
に回折させる複数の回折格子と、 これらの回折格子の各々を通る光の光路にそれぞれ配さ
れて、互いに異なる所定波長域の光のみを通過させる複
数のバンドパス色フィルターと、 前記複数の回折格子により互いに光路がずれたそれぞれ
の光を、前記結像光学系による結像位置で検出する複数
の２次元光検出器とからなる分光画像計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12571193A JPH06331446A (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | 分光画像計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12571193A JPH06331446A (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | 分光画像計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06331446A true JPH06331446A (ja) | 1994-12-02 |
Family
ID=14916855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12571193A Withdrawn JPH06331446A (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | 分光画像計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06331446A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1560039A1 (en) * | 2004-02-02 | 2005-08-03 | Ube Industries, Ltd. | Small sized wide wave-range spectroscope |
| JP2005337793A (ja) * | 2004-05-25 | 2005-12-08 | Olympus Corp | 分光画像入力装置及びそれを備えた光学装置 |
-
1993
- 1993-05-27 JP JP12571193A patent/JPH06331446A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1560039A1 (en) * | 2004-02-02 | 2005-08-03 | Ube Industries, Ltd. | Small sized wide wave-range spectroscope |
| US7193707B2 (en) | 2004-02-02 | 2007-03-20 | Ube Industries, Ltd. | Small sized wide wave-range spectroscope |
| JP2005337793A (ja) * | 2004-05-25 | 2005-12-08 | Olympus Corp | 分光画像入力装置及びそれを備えた光学装置 |
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