JPH08128899A

JPH08128899A - 分光画像収集装置

Info

Publication number: JPH08128899A
Application number: JP29221694A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kawada; 聡河田; Sadahiro Takemoto; 禎広竹本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 1996-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】分光被検体としての物体に制約を課すことがな
く、また、任意の波長の分光画像を得られるようにして
汎用性をもたせること、特に顕微画像分光に好適な分光
画像収集装置を提供することを目的とする。【構成】物体の原像(３)を第１のレンズ系(４)によって
波長可変フィルタ(５)に結像する。フィルタ(５)で分光
された透過像は第２のレンズ系によって撮像手段の光電
面(８)に結像する。波長可変フィルタ(５)を波長変化方
向に移動し、複数の画像(Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃，…)をメモリ
(11)に記憶する。波長を指定し、メモリ(11)の画像情報
を処理して分光画像(Ｓ₁，Ｓ₂，…)を再構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分光画像収集装置に関
し、特に、汎用性があり小型化できかつ取扱いが容易
で、とりわけ顕微画像分光に好適な分光画像収集装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術と問題点】画像分光法は、２次元の空間軸
(画像)に波長軸を加えた３次元データより、物体・物質
の分析を行うものである。画像のもつ空間情報と、光と
物体・物質との相互作用であるスペクトル(吸収、反
射、蛍光等)により、形状、濃度分布、定性・定量分
析、成分パターンなど、様々な情報を得ることができ
る。利用されている分野も広く、顕微鏡をもちいた微細
領域の分析・測定をはじめ、望遠鏡による天体の分析や
航空機による森林資源、海洋資源の分布測定などが挙げ
られる。原理も単に干渉フィルタを用いただけのものか
ら、回折格子型分光器と結像光学系の組合わせ、フーリ
エ画像分光法など多様な手法が知られている。

【０００３】ここでは主に利用されている顕微画像分光
を例にすると、一般に、顕微画像分光法では、顕微鏡の
照明光学系に干渉フィルタを挿入し、単色化した照明光
を試料に照射して分光画像を得る手法が用いられる(例
示として「分光撮像装置」と題する特開昭６３−２６９
８７５号公報の技術が知られている)。この単色光照射
により得られる透過像または反射像より、その波長の光
を吸収するあるいは反射する物質の分布がわかる。顕微
分光法が検出器としてポイントディテクタを用いるのに
対し、顕微画像分光法ではテレビカメラなどのイメージ
センサを用いることになるため、走査すべき軸は波長方
向のみとなる。つまり波長走査は、干渉フィルタを短い
波長のものから長い波長のものに、順次交換することに
より行う。顕微画像分光法では、結果が画像しとして得
られるため非常に直感的なデータが得られることにな
る。例えば透過顕微鏡の場合、観測波長で吸収の多い物
質の分布状態が画像として得られることになる。得られ
る３次元データより、数学的に成分パターンを推定する
方法や固有値解析により成分数を求める手法も知られて
おり(特開平１−２４２９４１号公報)、顕微画像分光法
を用いる利点は医学、薬学、解剖学、生物学、化学、電
子工学など広範な分野で非常に大きい。

【０００４】本願発明と関連する公知技術として、特
開昭６１−２２６６３８号公報、特開昭６３−２９０
９４６号公報が挙げられる。によれば「顕微鏡と、波
長を変化させて試料を照射する照光装置と、上記顕微鏡
の像を電気信号に変換する撮像装置と、その撮像装置の
画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器とディジタル変
換された複数画面の画像信号を記憶するメモリと、その
メモリに記憶されている異なる画面の画像信号を読み出
して互いに演算を行わせる演算手段と、その演算結果を
表示する画像表示手段を有し、異なる波長により照光さ
れた試料の顕微鏡像を互いに演算して合成された画像を
形成するよう構成された顕微鏡分光像形成装置」を開示
している。また、によれば「顕微鏡の視野下に置かれ
た細胞を識別するための装置において、選択自在の複数
の干渉フィルタと、選択された上記干渉フィルタを介し
て顕微鏡像を撮像する撮像手段と、その撮像手段による
画像を表示する表示手段を備えた細胞識別装置」が開示
されている。

【０００５】ところで、の技術は、照光装置が、白色
光源を内蔵した分光器で構成され、分光器により波長を
変化させて試料を照明しており、従来の、多数個の干渉
フィルタを順次に交換することを分光器に代替したもの
と基本的に変わりはない。欠点は、照明系に分光器を用
いることから全体に大型化し、また、特定の波長光での
み試料を照明するという構成であるため、試料は小さな
顕微試料程度に限られてしまい、汎用性(例えば、広義
に、自然界の一般の物体を被検体とするようなこと)は
全く可能でない。又、の技術では、干渉フィルタはタ
ーレット円盤に複数個配列されていて、顕微鏡で得られ
た試料像に対し、選択信号により選択された干渉フィル
タの１つが適用される。しかし、干渉フィルタはターレ
ット円盤に配列されることから、その個数は自ずと制限
され、個々の干渉フィルタの波長刻みは比較的に粗くな
らざるを得ず、波長間隔の粗い分光画像しか得られず細
密な分析には適さない問題がある。また、仮に、波長刻
みの小さい干渉フィルタが多数個準備されていて、置き
換えたり或いはターレット円盤自体を取り替えたりする
ことが考えられるが、それら操作は大変に煩わしいに相
違ない。そして、分光計測においては、被検体の分光波
長特性が先験されていないことが多く、上記ターレット
方式では、たとえ多数個の干渉フィルタが準備されてい
たとしても取扱いの不便さとともに、汎用性に欠ける
(任意の波長で行えない)という問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、被検体とし
ての物体に制約を課すことがない分光画像収集装置を提
供することを基本的な課題とする。他の課題は、被検体
の分光波長特性が先験されていない場合でも、これを容
易に克服できるように汎用性をもたせること、換言すれ
ば、任意の波長の分光画像が得られるようにすることで
ある。また、他の課題は、小型化を追及することであ
り、特に、顕微分光に適用する場合には、画像分光部が
顕微鏡に搭載可能な程度に小型化できるようにすること
である。さらに他の課題は、顕微分光に使用する場合に
おいて、異なる顕微鏡機種に容易に適用可能にすること
である。

【０００７】

【課題を達成するための手段】本発明に係る分光画像収
集装置は、物体の像を結像する第１のレンズ系と、第１
のレンズ系の結像面に配置される波長可変フィルタと、
波長可変フィルタに結像される物体像を結像する第２の
レンズ系と、第２のレンズ系の結像面に光電面が配置さ
れる撮像手段と、前記波長可変フィルタを波長変化方向
に移動させる移動手段と、波長可変フィルタの移動に従
って前記撮像手段によって得られる画像情報を逐次に記
憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された画像情報を波
長ごとに１画像に再構成する画像処理手段とを備え、波
長可変フィルタの１回の移動により物体の多波長にわた
る分光画像を得るようにしたことを基本的な特徴として
いる。

【０００８】好ましくは、前記物体は顕微試料であり、
前記第１のレンズ系、波長可変フィルタ、第２のレンズ
系及び撮像手段からなる構造体を顕微鏡に搭載する。さ
らに好ましくは、前記撮像手段は２次元固体撮像素子で
構成する。

【０００９】

【作用】第１のレンズ系によって、波長可変フィルタ上
に白色の物体像が結像される。この白色の物体像は波長
可変フィルタを透過し、透過するとき、波長可変フィル
タにより分光される。分光された透過像は、第２のレン
ズ系によって、撮像手段の光電面に結像される。光電面
に結像された分光透過像は、光電面の１ラインごとに異
なる波長の画像となっている。記憶手段は、撮像手段に
よって得られる１ラインごとに異なる波長の画像情報を
記憶するが、波長可変フィルタは移動手段によって波長
変化方向に移動され、移動に従って前記記憶手段は逐次
に異なる波長範囲の画像情報を記憶する。画像処理手段
は、記憶手段に記憶された異なる波長範囲の画像情報か
ら、同一波長のラインを抽出し、波長ごとに１画像に再
構成する。

【００１０】

【発明の原理】図を用い、本発明の原理をより詳しく説
明する。図１に波長可変フィルタの断面模式図を示して
いる。リニア波長可変フィルタ(ＬｉｎｅａｒＶａｒ
ｉａｂｌｅＩｎｔｅｒｆｅｒｒｅｎｃｅＦｉｌｔｅ
ｒ)と称される干渉フィルタである。その構造は、くさ
び状のカラーガラスフィルタ１に、多重の干渉膜２をく
さび状に形成し、所定の厚さとされている。基本的に
は、一般の干渉フィルタと同様、干渉膜２の多重干渉し
た光が出射するため、干渉膜の厚みで透過波長が異なる
(λ_s＜λ_l)ことになる。リニア波長可変フィルタでは、
干渉膜２の厚さがくさび状に連続して変化しているた
め、透過する波長が膜厚の変化方向に連続に変化する。
このため、入射光(白色光)をフィルタ上のどの位置に通
過させるかにより波長選択が行える。カラーガラスフィ
ルタ１には、変化する透過波長に応じてグラデーション
がかけられており、高次の干渉光をカットする。透過率
は全波長領域(λ_s〜λ_l)でほぼ均一であり、４０％以上
はある。半値全幅は１０ｎｍ前後である。

【００１１】図２、図３は本発明の原理の説明図であ
る。図２において、３は図示しない固有のスペクトル情
報を有した物体の原像を示し、原像３は第１のレンズ系
４によって、波長可変フィルタ５の面上に結像される。
波長可変フィルタ５に結像された像は白色像であり、こ
の白色像６は波長可変フィルタ５を透過するとき、波長
可変フィルタ５の長手方向に連続する波長ごとに分光さ
れる。透過した分光像は、第２のレンズ系７によって、
図示しない撮像手段の光電面８上に結像される。波長可
変フィルタ５を波長変化方向に移動させて、複数の画像
Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃，……を得る。画像Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃，……
はイメージプロセサ９によりディジタル符号化され、逐
一コンピュータ１０を介してメモリ１１に格納される。
図３(a)は、撮像ないしメモリ１１に格納された画像
Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃，……を模式的に示している。図３に示
す個々の画像は、ｙ方向(光電面８のライン方向に相当
する)には同一の波長であるが、ｘ方向(波長可変フィル
タ５の波長が変化する移動方向に相当する)には波長が
連続して変化しており、個々の画像はその始端と終端の
波長が異なっている。波長可変フィルタ５の移動位置す
なわち波長の位置と、光電面８上の画像のライン位置と
は一定の関係で結びつけられるので、コンピュータ１０
内蔵の画像処理手段によって、メモリ１１に格納された
情報から、目的とする波長の分光画像Ｓ₁，Ｓ₂，……を
得ることができる。図３(b)には、同図(a)の画像を再構
成した分光画像セットを模式的に示している。なお、図
３(c)に示すように、同一座標(ｘ，ｙ)の画素の強度
(Ｉ)を連続して記録ないし記憶すれば、波長可変フィル
タ５の１度の移動で、その画素(ｘ，ｙ)の成分のスペク
トル分布を簡単に得ることができる。

【００１２】上記から明らかなように、波長可変フィル
タ５に物体の白色像さえ結像させればよいので、被検体
としての物体に何ら制約が課せられることがない。小さ
な顕微試料から、きわめて広い領域、例えば航空機から
とらえられる各種の光像であってもよく、また、望遠鏡
を介した天体の像であってもよい。又、波長可変フィル
タ５の１回の移動による画像セットをメモリに記憶しさ
えすれば、画像処理によって、任意の波長の分光画像が
出力できるので、きわめて汎用性に富むということがで
きる。被検体の分光波長特性が予め知れていない場合に
は、従来、多数個のフィルタの準備とそれらの交換作業
等に時間と労力を費やし、また熟練も必要とされていた
が、本発明によれば、何の熟練も要求されずにデータを
収集でき、波長ごとに連続して分光画像を表示させるこ
とにより、きわめて短時間のうちに、有意な分光波長特
性の波長域を見いだすことが可能となる。さらに、本発
明に係る装置は自動化が容易なので、他の装置と組み合
わせてシステムを構成する場合、システムの全自動化に
大きく貢献するということができる。

【００１３】以下では、物体が顕微試料である場合、す
なわち本発明に係る分光画像収集装置を顕微鏡に適用し
た場合の実施例を具体的に説明する。

【００１４】

【実施例】図４は実施例の構成図を示している。図４に
おいて、２０は顕微鏡本体であり、この顕微鏡本体２０
に試料像を結像するリレーレンズ２１を結合し、リレー
レンズ２１の上に波長可変フィルタを移動するフィルタ
移動機構部２２を連結している。フィルタ移動機構部２
２の上には、波長可変フィルタの透過像を結像するため
のマクロレンズ２３を連結し、マクロレンズ２３にはＣ
ＣＤカメラ２４を連結している。ＣＣＤカメラ２４に
は、２次元ＣＣＤ固体撮像素子を内蔵し、出力はイメー
ジプロセサ２５に入力される。イメージプロセサ２５
は、ＣＣＤカメラ２４からのビデオ信号をＡ／Ｄ変換し
１フレームを５１２×５１２画素、濃度レベル８ｂｉｔ
にディジタル符号化し、イメージプロセサ内蔵のメモリ
(４フレーム分、２５６ＫＢ×４)に格納する機能を有
し、パーソナルコンピュータ２６によって制御される。
パーソナルコンピュータ２６は、多数枚の画像データを
記憶するための大容量ハードディスク装置を備えてい
る。ハードディスク装置２７の容量は、この例では８０
ＭＢである。フィルタ移動機構部２２の波長可変フィル
タの移動及び位置決めは、コンピュータ２６の指令出力
に基づいて行う構成であるので、そのインターフェース
部及びサーボ回路２８を設けている。モニタ２９は、Ｃ
ＣＤカメラ２４で撮像した画像や、測定し処理した結果
の分光画像をイメージプロセサ２５を介して表示するこ
とができる。

【００１５】図５には上記フィルタ移動機構部２２の詳
細を示している。図５において、平滑な基台３０上に、
図示しないガイドに案内されて直線動自在なリニアステ
ージ３１が設けられている。リニアステージ３１にはフ
ィルタホルダ３２が固定され、フィルタホルダ３２に波
長可変フィルタ３３が保持されている。リニアステージ
３１は下部に固定した送りネジ螺合ナット３４を備え、
送りネジ３５の回転によって基台上を直線動する。送り
ネジ３５は、ＤＣモータ３６により正逆回転駆動され
る。ピニオンとギヤ３７は減速用であり、ウォームとギ
ア３８を介して送りネジ３５は回転される。リニアステ
ージ３１の一端には、直線変位精密ポテンショメータ３
９の軸３９ａが連結されている。ポテンショメータ３９
の出力によりリニアステージ３１の位置、すなわち波長
可変フィルタ３３の位置情報が与えられる。

【００１６】図６は、図４に示したリレーレンズ２１の
上に搭載される構造体を詳しく示している。フィルタ移
動機構部２２の基台３０の上下には、顕微鏡におけるＣ
マウント方式の規格に適合するＣマウント座金４１，４
２を取り付けている。Ｃマウント座金４２には取付方向
調整リング４３を連結し、リング４３には微調整用の像
倍率可変リング４４を連結している。そして、リング４
４に像倍率１倍のマクロレンズ２３を取り付け、マクロ
レンズ２３にＣＣＤカメラ２４を連結している。図４に
示したリレーレンズ２１は像倍率が５倍のものを使用し
ており、Ｃマウント座金４１の端面から１７.５ｍｍの
距離に位置する波長可変フィルタ３３の干渉膜面に顕微
試料像を結像する。干渉膜面に結像された顕微試料像
は、マクロレンズ２３及びＣＣＤカメラ２４のレンズに
よって、ＣＣＤカメラ２４内蔵の２次元ＣＣＤ素子の光
電面に結像される。なお、Ｃマウント座金４１，４２を
用いたのは、異なる顕微鏡機種への取り付けを容易に可
能にするためである。

【００１７】尚、上記のパーソナルコンピュータ２６
は、具体的には、(株)日本電気製・品番ＰＣ９８０１Ｖ
Ｘを用いており、また、イメージプロセサ２５は(株)シ
バソク製・品番ＶＭ２１Ｂ１を、ＣＣＤカメラ２４は
(株)日本電気製・型番ＴＩ−２３Ａ、ＤＣモータ３６は
(株)マブチモータ製・品番ＲＥ２８０、マクロレンズ２
３は(株)酒井硝子製・品番ＬＭＣ１０Ｍ１００を用いて
いる。波長可変フィルタ３３は、(株)ショットガラス社
(ＳＣＨＯＴＴＧＬＡＳＷＥＲＫＥ)製の品番ＶＥＲＩ
ＬＳ６０を用いている。このＶＥＲＩＬＳ６０は、
有効長が４１.９ｍｍで可変波長域は４００〜７００ｎ
ｍである。すなわち、フィルタの移動長１ｍｍに対し
て、７.１６ｎｍ波長が変化する。また、ポテンショメ
ータ３９は、(株)三京貿易が発売元となっている品番Ｒ
ＥＣＴＩＰ１２−５０を用いており、有効ストローク
長が５０ｍｍであり、位置データＤを８ビットで出力し
ているので、約０.２ｍｍの分解能で位置決めが可能で
ある。これは、波長可変フィルタの波長変化量の約１.
４ｎｍに相当する。

【００１８】図７は、図４のインターフェース部及びサ
ーボ回路２８の詳細な回路図を示している。コンピュー
タ２６からは、基本的に、リセット信号(ＲＥＳＥＴ)と
ステージの再起動のためのストローブ信号(ＳＴＲＯＢ
Ｅ)、及びリニアステージ３１が位置すべき位置データ
Ｄ(８ｂｉｔ)が与えられる。回路は、データセレクタ５
０を含むＤ／Ａ変換回路５１とリニアステージの位置決
め用のサーボ回路５２とを備える。サーボ回路５２は、
ポテンショメータ３９の出力信号と、コンピュータ２６
から出力された位置データＤのＤ／Ａ変換信号とをオペ
アンプ５３において比較し、リニアステージ３１が位置
データＤで指定される目標位置に近づくように、ＤＣモ
ータ３６を正回転(或いは逆回転)させるようにトランジ
スタ群５４をスイッチングする。なお、データセレクタ
５０は、コンピュータ２６からの位置データＤと８ビッ
ト・ディップスイッチ５５の設定データとを選択するた
めのもので、この回路をコンピュータに接続しない場合
には、位置データＤをディップスイッチ５５で設定でき
るようにしている。また、サーボ回路５２の電源投入直
後と、コンピュータ２６のリセット(ＲＥＳＥＴ信号の
反転)直後は、データセレクタ５０がデイップスイッチ
５５の設定データを出力できるように回路を構成してい
る。

【００１９】以上の構成の分光画像収集装置の性能を検
証するため、まず、波長可変フィルタ３３の半値全幅を
測定した。次いで、リニアステージ３１の位置とＣＣＤ
カメラ２４の測定画面における座標との関係、つまり波
長可変フィルタ３３の位置に係る波長と測定画面のライ
ン位置との関係を求めた。波長可変フィルタ３３は、製
造会社から特定仕様のものを入手できるとはいえ、製造
工程上のバラツキ等に起因して個々には特性が一様でな
く、したがって、装置に用いた場合には装置に固有の特
性を予め知っておく必要がある。特に、後者の関係性
は、分光画像を再構成する場合に必須となる。

【００２０】波長可変フィルタ３３の半値全幅を調べる
ために、低圧水銀ランプの輝線スペクトルを利用した。
低圧水銀ランプの放射光をコリメートし、波長可変フィ
ルタ３３に照射する。このとき、波長可変フィルタによ
り、特定の輝線の像が得られる。波長範囲を選んで、５
７７ｎｍと５４６ｎｍの輝線を用いた。輝線は、フィル
タの半値幅に比べれば充分に単色とみなせるので、この
輝線の像の拡がりを測定することによって、半値全幅の
値が得られる。得られた半値全幅の値は１０ｎｍであっ
た。

【００２１】次に、波長可変フィルタ３３と測定画面
(ＣＣＤカメラ２４の光電面)の位置関係を求めた。図８
に一般化した説明図を示す。Ｆは波長可変フィルタを示
し、ｘ−ｙ座標系で与えられる測定画面はＭで示してい
る。Ｌ２は第２のレンズ系である。波長可変フィルタＦ
を矢印方向、すなわち測定画面Ｍのｘ方向に移動する場
合を考える。コンピュータ２６より、Ｄ／Ａ変換回路５
１にデータＤを出力したとき、測定画面のｘ軸、座標が
Ｘのライン(ｘ＝Ｘの破線で示すライン)は、波長可変フ
ィルタＦの破線で示す波長λの透過光を測定していると
する。データＤのＬＳＢの１ｂｉｔに対して、波長可変
フィルタＦがａ(ｎｍ／ｂｉｔ)移動し、Ｄ＝０でＸ＝０
のラインが波長ｂ(ｎｍ)の透過光を測定しており、測定
画面Ｍのｘ軸１ラインに対して、測定波長がｃ(ｍｍ)変
化しているものとすれば、データＤ、座標Ｘ、波長λ
(ｎｍ)の関係は次の(１)式で与えられる。

【００２２】 λ＝ａ・Ｄ＋ｂ＋ｃ・Ｘ ……………(１) (１)式の係数ａ，ｂ，ｃがわかれば、任意のデータＤを
出力したとき、任意のラインで測定している波長λの値
が分かることになる。反対に、波長λの値を与えれば、
特定のデータＤにおける特定のＸの値が分かることにな
る。係数ａ，ｂ，ｃは、Ｄ，Ｘ，λのデータセットによ
り、最小二乗法により求めることができる。すなわち、
ｎをデータセット数とし、Σはｎについての総和を表す
ものとして、係数ａ，ｂ，ｃは以下の(２)式で与えられ
る。

【００２３】

【数１】

【００２４】Ｄ，Ｘ，λのデータセットを得るために、
前述した、半値全幅の測定に用いた低圧水銀ランプの輝
線スペクトルを用いた。輝線スペクトルの像が、測定画
面Ｍ上のどこにピークがあるかを調べる。コンピュータ
２６より、データＤを出力し、低圧水銀ランプの４０５
ｎｍ，４３６ｎｍ，５４６ｎｍ，５７８ｎｍの輝線が測
定画面上のどの位置で、強度が最大になるかを調べ、強
度ピークラインの座標Ｘを求めた。そして、求めたλ，
Ｘ，Ｄの４つのデータセットから前記の係数ａ，ｂ，ｃ
を求めた。

【００２５】図４の構成において、画像データセットの
取り込み処理は、コンピュータ２６におけるプログラム
に基づいて行っている。基本的なフローは、コンピュー
タ２６から回路２８にデータＤを送出し、イメージプロ
セサ２５を制御してＣＣＤカメラ２４からの画像信号を
Ａ／Ｄ変換しイメージプロセサ２５内蔵のフレームメモ
リに記憶させて、コンピュータ２６を経由させてハード
ディスク装置２７に記憶させるというよく知られたの一
連の処理であり、データＤを所定の刻みでもって増分な
いし減分して処理を反復し、複数枚の画像データを得
る。例えば、回路２８に０から２５２まで、４間隔すな
わち２ビット間隔(波長で約４.７ｎｍ間隔)でデータＤ
を送信し、それぞれのフィルタ位置で１画像を取り込む
とすると、合計６４枚の画像データをハードディスク装
置２７に得ることができる。

【００２６】また、分光画像を再構成する処理は、コン
ピュータ２６におけるプログラムに基づいて行ってい
る。基本的なフローは、波長λの値が与えられると、前
記の式(１)に基づき、Ｄ₀，Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃，……におい
て(１)式を満足するライン座標Ｘｎを求める。そして、
求められたライン座標Ｘｎのライン情報で画像の骨格を
形成する。Ｘｎ以外のライン情報は隣接するＸ_kとＸ_k-1
の実測ラインデータより(画素データの)直線補間により
演算して求める。このようにして、任意の波長λの分光
画像を再構成することができる。なお、メモリ２７が大
容量であり、多数の画像を格納できる場合には、前記の
直線補間による処理を不要にできることは言うまでもな
い。

【００２７】また、使用法の一態様において、波長可変
フィルタ３３の一回目の移動は、データＤの刻みを粗く
して(例えば、上記のように４間隔)、分光特性の有意な
波長範囲を見い出すことに用い、次には、その有意な波
長範囲をデータＤの刻みを細かくして(例えば、最小の
刻み１で)、波長走査することにより、より情報量の多
い分光画像を得ることが可能である。

【００２８】上記に示した実施例の構成において顕微画
像分光測定を行った結果を次に示す。測定試料(２色Ｌ
ＥＤ、植物試料、ＩＣパターン)に応じて異なる顕微鏡
を用い、透過照明系、反射照明系のいずれの照明光学系
にも対応できることが確認される。

【００２９】第１は、２色ＬＥＤの構造を顕微鏡観察
し、得られる顕微画像に対して、画像分光測定と発光部
分のスペクトル測定を行った。試料として用いたＬＥＤ
は(株)東芝製の品番ＴＬＯＧ２０５で、緑色(ピーク波
長は５６５ｎｍ)と橙色(ピーク波長は６１０ｎｍ)の２
色で点灯する。これを点灯させた状態でＬＥＤの構造部
を上方から顕微鏡観察し、画像分光測定を行った。図９
(a)〜(e)に得られた顕微分光画像の写真像を示す。５７
０ｎｍ(同図(b))及び６１０ｎｍ(同図(d))の分光画像
で、発光部の強度が最大になっていることが確認でき
る。図１０(a)，(b)は測定したスペクトル分布特性であ
り、同図(c)に掲載したカタログデータと一致している
ことが確認できる。なお、顕微鏡には(株)オリンパス製
の機種品番ＢＨ−２を用い、４倍の対物レンズを適用し
た。

【００３０】第２には、植物試料に対して顕微画像分光
測定を行った。試料は、カボチャの網紋道管((株)京都
科学製)で、２色の染料(サフラニン、ファーストグリー
ン)により染色されているものである。得られた顕微分
光画像を図１１(a)〜(f)に写真像として示す。物質の違
いにより、別々の染料に染色されているため、波長によ
り、吸収パターンが異なっていることが確認できる。用
いた顕微鏡は、ツァイス社製・品名Ａｘｉｏｐｈｏｔｏ
で、透過顕微鏡である。用いた対物レンズは１０倍であ
る。

【００３１】第３には、落射照明系によりＥＰＲＯＭの
ＩＣパターンを測定した。得られた分光画像を図１２
(a)〜(f)に写真像として示す。用いた顕微鏡は、蛍光顕
微鏡であり、(株)ニコン製の品名Ｏｐｔｉｐｈｏｔｏで
ある。なお、この顕微鏡は照明光学系の光源に高圧水銀
灯が使用されているが、高圧水銀灯の発光波長特性はス
パイク状のピークをもつため画像分光測定の光源にはな
じまない。このため、投光管の位置からハロゲン光源の
ファイバ照明装置により照明を行った。また、対物レン
ズは金属対物でなく蛍光用のものをそのまま用いてい
る。このため写真像には多少の収差がある。

【００３２】なお、上記の実施例では、波長可変フィル
タをステップ的に移動させているが、撮像手段に高速動
作のものを使用し制御を高速化すれば、波長可変フィル
タを等速で連続に移動させることができる。１回の移動
を２〜３秒、また１秒程度にまで高速化が可能である。
又、波長可変フィルタは、上記の実施例では、可視域
(４００〜７００ｎｍ)のものを用いているが、測定対象
に応じて、紫外域または赤外域の波長可変フィルタを適
用することができる。

【００３３】本発明では、第１のレンズ系によって波長
可変フィルタに物体像を結像するようにしているが、こ
の第１のレンズ系は、広義には結像光学系であり、鏡面
を有する光学素子からなるものであってもよく、また鏡
面を有する光学素子を含むものでもよい。

【００３４】本発明における撮像手段は、固体撮像素子
に限ることなく、撮像管であってもよい。撮像管では、
蓄積型が好ましく、いわゆるイメージオルシコン型と称
される光電型のほか、いわゆるビジコン型と称される光
導電型のものを含むものとする。２次元固体撮像素子を
用いると、装置は小型化するのみならず、その取り扱い
がきわめて容易になる利点がある。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、波長可
変フィルタに測定対象である物体の像さえ結像させれば
よいので、物体に制約を課されることがなく任意の物体
に対して分光画像の収集が行えると共に、波長可変フィ
ルタの１回の移動により任意の波長の分光画像を得るこ
とができ、取り扱いの容易さとともに汎用性があり、し
かも、光学系を顕微鏡に搭載可能な程度に小型化でき、
多用される顕微画像分光に好適に適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】波長可変フィルタの説明図である。

【図２】本発明の原理の説明図である。

【図３】得られる画像、再構成した分光画像、及び画素
のスペクトルをそれぞれ示す模式的説明図である。

【図４】本発明の一実施例の構成図である。

【図５】フィルタ移動機構部の詳細説明図である。

【図６】光学系の構成を実態に即して示した拡大図であ
る。

【図７】コンピュータとのインターフェース部及びサー
ボ回路を示す回路図である。

【図８】波長可変フィルタと測定画面との関係を説明す
るための図である。

【図９】２色点灯ＬＥＤの各波長における分光画像を示
す図面に代わる写真である。

【図１０】それぞれスペクトル分布の特性図である。

【図１１】２色の染料により染色されたカボチャの網紋
道管の各波長における分光画像を示す生物の形態に係る
図面に代わる写真である。

【図１２】ＩＣパターンの各波長における分光画像を示
す基板上の微細なパターンに係る図面に代わる写真であ
る。

【符号の説明】

３物体の原像４第１のレンズ系５，３３，Ｆ波長可変フィルタ６物体像７，Ｌ２第２のレンズ系８光電面９，２５イメージプロセサ１０，２６コンピュータ１１，２７メモリまたはハードディスク装置２１リレーレンズ２２フィルタ移動機構部２３マクロレンズ２４ＣＣＤカメラ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体の像を結像する第１のレンズ系と、第
１のレンズ系の結像面に配置される波長可変フィルタ
と、波長可変フィルタに結像される物体像を結像する第
２のレンズ系と、第２のレンズ系の結像面に光電面が配
置される撮像手段と、前記波長可変フィルタを波長変化
方向に移動させる移動手段と、波長可変フィルタの移動
に従って前記撮像手段によって得られる画像情報を逐次
に記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された画像情報
を波長ごとに１画像に再構成する画像処理手段とを備
え、波長可変フィルタの１回の移動により物体の多波長
にわたる分光画像を得るようにしたことを特徴とする分
光画像収集装置。
【請求項２】前記物体は顕微試料である請求項１記載の
分光画像収集装置。
【請求項３】前記撮像手段は２次元固体撮像素子である
請求項１または２のいずれかに記載の分光画像収集装
置。