分光測定装置
【課題】 正確で安定した分光特性を得ることができる分光測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】分光測定装置（１００）は、対象物体をヴィネッティング無しで且つテレセントリックに結像可能な対物光学系（１１）と、所定方向に沿って透過波長が異なるように形成された第１透過波長選択フィルタ（１２）と、第１透過波長選択フィルタを移動させる駆動部と、対象物体の像の共役像をヴィネッティングなしで投影する投影光学系（１５）と、対物光学系または投影光学系（１５）に設置されて、第１透過波長選択フィルタ上に物体像を結像し透過する光束のうち、撮像に使う成分をヴィネッティング無しで且つテレセントリックとする開口絞り（１５３）と、共役像を撮像する二次元撮像素子（１６）と、共役像を記憶する記憶部と、対象物体の分光特性を測定する測定部と、を備える。
【解決手段】分光測定装置（１００）は、対象物体をヴィネッティング無しで且つテレセントリックに結像可能な対物光学系（１１）と、所定方向に沿って透過波長が異なるように形成された第１透過波長選択フィルタ（１２）と、第１透過波長選択フィルタを移動させる駆動部と、対象物体の像の共役像をヴィネッティングなしで投影する投影光学系（１５）と、対物光学系または投影光学系（１５）に設置されて、第１透過波長選択フィルタ上に物体像を結像し透過する光束のうち、撮像に使う成分をヴィネッティング無しで且つテレセントリックとする開口絞り（１５３）と、共役像を撮像する二次元撮像素子（１６）と、共役像を記憶する記憶部と、対象物体の分光特性を測定する測定部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択フィルタを介して得られる分光画像を用いて対象物の反射分光特性や透過分光特性を測定する分光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示された分光測定装置は、分光測定装置の撮影レンズの画像結像位置にフォーカシングスクリーンを設置し、フォーカシングスクリーンに投影された像を分光測定装置内の受光素子が撮像する。撮影レンズとフォーカシングスクリーンの間には、連続的に透過波長が変化する波長選択フィルタが配設されており、波長選択フィルタの透過波長が変化する方向に波長選択フィルタを移動できるように駆動装置を介して取り付けられている。波長選択フィルタを任意の波長間隔に対応した移動距離で波長選択フィルタを透過波長が変化する方向に移動させ、波長選択フィルタの各々の移動位置において、分光測定装置内の受光素子が複数の画像を得る。これら複数の画像ファイルをコンピュータによって処理して各画像の同一位置に対応した対象物体の部位の各測定波長に対応した画像信号を抽出、組み合わせて所定の波長間隔による分光反射率又は分光透過率を算出することによって対象物の分光特性を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３００５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された分光測定装置では、波長選択フィルタを透過する光束にヴィネッティングが存在し、又はテレセントリックでないような透過の仕方をすることが有り得る。そのような場合、光線成分の波長選択フィルタ透過角度が像高によって変動してしまうことにより、波長選択フィルタ上同一箇所であっても分光透過特性が変化し、正確な分光特性が得られないこともある。
そこで、本発明は正確で安定した分光特性を得ることができる分光測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本態様の分光測定装置は、対象物体像をヴィネッティング無しで且つテレセントリックに結像可能な対物光学系と、対物光学系による対象物体像の結像面に配置され第１波長から第１波長より長い波長の第２波長までの光を透過させるとともに所定方向に沿って透過波長が異なるように形成された第１透過波長選択フィルタと、結像面内で所定方向に第１透過波長選択フィルタを所定ピッチごとに移動させる駆動部と、第１透過波長選択フィルタをテレセントリックに透過した光束成分だけで対象物体の像の共役像をヴィネッティングなしで投影する投影光学系と、対物光学系または投影光学系内に設置され、第１透過波長選択フィルタ上に対象物体像を形成して透過する光束のうち撮像に使う成分をヴィネッティング無しで且つテレセントリックとする開口絞りと、所定方向におよび所定方向と直交する直交方向に配置された複数の画素からなり投影光学系により投影された共役像を二次元で撮像する二次元撮像素子と、二次元撮像素子で撮像された共役像を記憶する記憶部と、所定ピッチごと第１透過波長選択フィルタが移動した際に、移動毎に二次元撮像素子で共役像を撮像して記憶部に記憶し対象物体の分光特性を測定する測定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の分光測定装置は、対物光学系が対象物体像をヴィネッティング無しで且つテレセントリックに波長選択フィルタ上に結像するので、正確で安定した分光特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】分光測定装置１００の概略構成図である。
【図２】分光測定装置１００の概略光路図である。
【図３】ヴィネッティング現象を説明するための図である。
【図４】透過波長が変化する第１透過波長選択フィルタ１２Ａの特性の説明図である。
【図５】ピッチ毎における第１透過波長選択フィルタ１２Ａと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示した図である。
【図６】ピッチ毎における第１透過波長選択フィルタ１２Ａと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示した図である。
【図７】制御部１７及び画像処理部１８を示した概略図である。
【図８Ａ】透過波長と二次元撮像素子１６の受光面１６１との対応関係を示した説明図である。
【図８Ｂ】第１透過波長選択フィルタ１２ＡをピッチＳでずらしながらＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６の６回の撮影で得られた分光特性を示したグラフである。
【図９】第１実施形態の第１透過波長選択フィルタ１２Ａの平面図である。
【図１０】画像処理部１８によってモニターに表示された分光特性の一例を示した図である。
【図１１】第２実施形態の第２フィルタ保持部１３Ｂと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示している図である。
【図１２】第３実施形態の第３フィルタ保持部１３Ｃと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示している図である。
【図１３】第４実施形態の第４フィルタ保持部１３Ｄと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示している図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１実施形態）
＜分光測定装置１００の概要＞
図１は、分光測定装置１００の概略構成図である。図２は、分光測定装置１００の概略光路図である。図１に示されたように、分光測定装置１００は光軸Ａｘに沿って対物光学系１１、第１透過波長選択フィルタ１２Ａ、投影光学系１５及び二次元撮像素子１６が順に配置されている。また、第１透過波長選択フィルタ１２Ａは第１フィルタ保持部１３Ａに保持されている。第１フィルタ保持部１３Ａは一次元の直線駆動機構を持つ駆動ステージ１４に搭載され、矢印ＡＲ１（光軸Ａｘに垂直）に沿って移動することができる。制御部１７は、駆動ステージ１４と二次元撮像素子１６とを制御する。また制御部１７は画像処理部１８と接続されている。制御部１７及び画像処理部１８は、撮像された画像を記憶し、対象物体の分光特性を測定する。
【０００９】
対物光学系１１は、図２に示されたように光軸Ａｘに沿って配置された対物レンズ１１１、１１２を備えている。ここで、対物レンズ１１１、１１２は凸レンズに描かれているが、複数のレンズにより構成されたレンズ群である。この対物光学系１１は、倍率を調整するために交換式であってもよい。また、対物光学系１１はヴィネッティング無しで且つテレセントリックに物体像Ｉｍ１を結像面Ｍｉに結像することができる。なお対象物体は図示していない。ここでヴィネッティングは、レンズ枠などによって画像周辺部を形成する光束の一部がけられる現象で、結像された画像中心部と画像周辺部とに明るさの差が発生することの一つの原因となる。
【００１０】
ヴィネッティングが波長選択フィルタ透過分光特性に与える影響について、図２及び図３を参照しながら説明する。図３は、ヴィネッティング現象を説明するための図である。ヴィネッティングのない軸上光束ＦＬとヴィネッティングが発生している軸外光束ＦＬ’を描いてある。なお、波長選択フィルタ１２Ａに対してテレセントリック結像しているとする。図３（ａ）では波長選択フィルタ１２Ａ上の点Ｈを軸外光束ＦＬ’が透過している。この状態から波長選択フィルタ１２Ａを移動させたのが図３（ｂ）であり、点Ｈを軸上光束ＦＬが通過している。軸外光束ＦＬ’ではヴィネッティングによって光束端の一部がなくなっているため、軸上光束ＦＬに比べて波長選択フィルタ１２Ａを傾いた角度で通過する光線成分が相対的に少なくなる。波長選択フィルタ１２Ａ上の干渉フィルタ膜１２２の分光特性は、光線通過角度によって変動する。通常は光線が斜めになるほど透過帯域が短波長側に広がる。したがって、点Ｈが示す分光透過特性は図３（ａ）と図３（ｂ）との場合で等しくするほうが望ましいが、実際には差異が生ずることとなる。その結果、分光測定装置１００で得られる分光特性に影響を与える。
【００１１】
分光測定装置１００の対物光学系１１は物体像Ｉｍ１を第１透過波長選択フィルタ１２Ａ上に形成し、投影光学系１５は二次元撮像素子１６上に物体像Ｉｍ１の共役像Ｉｍ２を形成するが、開口絞り１５３の働きにより第１透過波長選択フィルタ１２Ａを透過する物体像Ｉｍ１結像光束のうち二次元撮像素子１６まで到達する成分は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａをヴィネッティング無し且つテレセントリックに透過する。このため、分光測定装置１００で正確な分光特性が得られる。
【００１２】
また、図１に示されたように第１透過波長選択フィルタ１２Ａは第１フィルタ保持部１３Ａによって保持され、一次元の直線駆動する駆動ステージ１４に搭載されて矢印ＡＲ１（Ｘ軸方向）に沿って移動することができる。ここで、第１フィルタ保持部１３Ａは第１透過波長選択フィルタ１２Ａの光透過領域だけ窓が開いており、そのほかの部分は遮光するように構成されている。駆動ステージ１４は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａを所定のピッチＳ（図５を参照）ずつ矢印ＡＲ１（Ｘ軸方向）に移動させることができる。
【００１３】
また、第１透過波長選択フィルタ１２Ａは平行平面板１２１の片面に多層膜の干渉フィルタ層１２２を有する多層膜の光学素子であり、所定の波長帯域の光に対して選択的に透過させることができる。第１透過波長選択フィルタ１２ＡはＹ軸方向の所定の位置では、Ｘ軸方向に直線的に透過波長が変化している（図４を参照）。
【００１４】
図４は、透過波長が変化する第１透過波長選択フィルタ１２Ａの特性の説明図である。詳しく説明すると、例えば第１透過波長選択フィルタ１２Ａがその移動方向で透過領域Ａ〜Ｇを有する場合、透過領域Ａの波長帯域がλ１〜λ２で、透過領域Ｂの波長帯域がλ２〜λ３で、…、透過領域Ｇの波長帯域がλ７〜λ８である。また、透過波長λ１〜λ８は図４に示されたようにリニアに変化する。例えば、透過波長λ１〜λ８が可視光の４００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長帯域に対応すれば、透過領域Ａがもっとも短い透過波長帯域４００ｎｍ〜４５０ｎｍに対応され、透過領域Ｇがもっとも長い透過波長帯域７００ｎｍ〜７５０ｎｍに対応される。
【００１５】
つまり、干渉フィルタ層１２２の厚さが第１透過波長選択フィルタ１２Ａの移動方向（図１の矢印ＡＲ１の方向）に沿って変化することで、第１透過波長選択フィルタ１２Ａを透過する光の透過波長が第１透過波長選択フィルタ１２Ａの移動方向に沿って直線的に変化する。第１透過波長選択フィルタ１２Ａはその透過波長帯域内に含まれるすべての波長の光が、矢印ＡＲ１方向のいずれかの干渉フィルタ層１２２で必ず透過するように成膜されている。
なお、理解を容易にするため、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの干渉フィルタ層１２２が図１、図５及び図６に示されたように、透過波長帯域をＹ軸方向に伸びＸ軸方向に複数に分割された領域として描かれている。
【００１６】
図２に戻り、第１透過波長選択フィルタ１２Ａは干渉フィルタ層１２２を対象物体の結像面Ｍｉに合わせるように配置される。これにより、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの干渉フィルタ層１２２には対物レンズ１１により物体像Ｉｍ１が形成される。
【００１７】
投影光学系１５は、図２に示されたように光軸Ａｘに沿って配置された一対の投影レンズ１５１、１５２を備えている。ここで、投影レンズ１５１、１５２は凸レンズに描かれているが、複数のレンズにより構成されたレンズ群である。また、投影光学系１５は投影レンズ１５１と投影レンズ１５２との間に開口絞り１５３を有している。また、投影光学系１５は対物レンズ１１により結像された物体像Ｉｍ１の共役像Ｉｍ２をヴィネッティング無しで二次元撮像素子１６の受光面１６１に投影することができる。なお、開口絞り１５３は対物光学系１１の対物レンズ１１１と対物１１２との間に設けてもよい。
【００１８】
二次元撮像素子１６は、モノクロの画像センサであり、例えば二次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、または二次元ＣＭＯＳイメージセンサであればよい。
【００１９】
投影光学系１５により結像される共役像Ｉｍ２は対象物体の物体像であると同時に第１透過波長選択フィルタ１２Ａの共役像でもある。このため、二次元撮像素子１６の受光面１６１上で共役像Ｉｍ２を形成する光の波長はＸ軸方向の位置によって異なる。すなわち、共役像Ｉｍ２のいずれかの部位に着目したとき、この部位に共役な第１透過波長選択フィルタ１２Ａ上の部位を透過する波長帯域の光によって、共役像Ｉｍ２の該当部位が形成される。また、駆動ステージ１４によって第１透過波長選択フィルタ１２ＡをＸ軸方向に移動させると、受光面１６１上に結像された第１透過波長選択フィルタ１２Ａの像も動く。このため、二次元撮像素子１６が受光する光の波長も変化する。
【００２０】
上述した第１透過波長選択フィルタ１２Ａの分光透過特性は、透過光束の角度によって変化する。つまり、第１透過波長選択フィルタ１２Ａに斜めから光束が入射すると、透過波長が変わってしまう。一方、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが駆動ステージ１４によって矢印方向ＡＲ１（図１：Ｘ軸方向）に移動する際に、第１透過波長選択フィルタ１２Ａと物体像Ｉｍ１との相対位置（Ｚ軸方向）が変化することがある。上述のように、対物光学系１１はテレセントリックに対象物体の物体像Ｉｍ１を結像面Ｍｉに結像するため、干渉フィルタ層１２２がＺ軸方向に変化した場合であっても、ＸＹ面の同一位置を透過する光束の透過波長帯域はほとんど変化しない。
【００２１】
対物光学系１１はテレセントリックであるため、物体像Ｉｍ１を形成する光束はいずれかの集光点でも集光角度がほとんど半角θを保ち、主光線ＬＬ１、すなわち開口絞り１５３の中心Ｏを通過する主光線ＬＬ１がいずれも第１透過波長選択フィルタ１２Ａに対して垂直透過する。このため、第１透過波長選択フィルタ１２Ａを透過する光束の角度特性がいずれも等価となる。したがって、主光線が第１透過波長選択フィルタ１２Ａに対して斜めに透過する場合に比べてより正確な分光特性が得られる。
【００２２】
また、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの透過波長帯域の分光特性の形は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの設計と開口絞り１５３の径Ｒとによって決まる。一般的には、開口絞り１５３の径Ｒを大きく取るほど集光角度が広がり、透過波長帯域が短波長側に広がってしまうので、要求仕様に応じた径に設定する。
【００２３】
分光測定装置１００に使用される対物光学系１１および投影光学系１５は、幅広い波長帯域の光束を集光したり投影したりするため、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長帯域、例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍに対して、色収差が補正されている光学系が用いられることが好ましい。
【００２４】
＜分光測定装置１００の撮像経過＞
図５および図６は、分光測定装置１００による撮像経過の説明図で、光軸Ａｘ方向（Ｚ軸方向）から見た平面図である。図５（ａ）〜（ｇ）および図６（ｈ）〜（ｍ）は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが駆動ステージ１４により所定のピッチＳで移動するときのピッチＳ毎における第１透過波長選択フィルタ１２Ａと二次元撮像素子１６の受光面１６１との関係を示した図である。
【００２５】
第１透過波長選択フィルタ１２Ａは図４で示されたように直線的に透過波長が変化するが、図５および図６では、第１透過波長選択フィルタ１２Ａを透過波長が異なる７つの透過領域Ａ〜Ｇに分けて説明する。透過領域Ａの透過波長帯域が例えば４００ｎｍ〜４５０ｎｍ、透過領域Ｂの透過波長帯域が例えば４５０ｎｍ〜５００ｎｍ、…、透過領域Ｇの透過波長帯域が例えば７００ｎｍ〜７５０ｎｍである。第１フィルタ保持部１３Ａは第１透過波長選択フィルタ１２Ａが配置された窓を除いて遮光部である。
【００２６】
以下の説明では、図５又は図６で描かれた受光面１６１上の四角形印を付けてある画素領域Ｐおよび画素領域Ｑに着目する。
図５（ａ）において、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが＋Ｘ軸方向に移動し始め、透過領域Ａを透過した光束のみが二次元撮像素子１６の受光面１６１に入り、共役像Ｉｍ２が形成される。このため、受光面１６１の画素領域Ｐには、波長帯域４００ｎｍ〜４５０ｎｍの光が入射する。
【００２７】
図５（ｂ）において、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが図５（ａ）の状態から＋Ｘ軸方向にピッチＳだけ移動する。すると、透過領域Ａ、Ｂを透過した光のみが二次元撮像素子１６の受光面１６１に入り、共役像Ｉｍ２が形成される。また、受光面１６１の画素領域Ｐは透過領域Ｂに対応し、受光面１６１の画素領域Ｐには波長帯域４５０ｎｍ〜５００ｎｍの光が入射する。
【００２８】
図５（ｃ）において、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが図５（ｂ）の状態から＋Ｘ軸方向にピッチＳだけ移動する。すると、透過領域Ａ〜Ｃを透過した光のみが二次元撮像素子１６の受光面１６１に入り、共役像Ｉｍ２が形成される。また、受光面１６１の画素領域Ｐは透過領域Ｃに対応し、受光面１６１の画素領域Ｐには波長帯域５００ｎｍ〜５５０ｎｍの光が入射する。
【００２９】
第１透過波長選択フィルタ１２Ａが＋Ｘ軸方向にピッチＳずつ移動を続く。このため、図５（ｄ）において受光面１６１の画素領域Ｐは透過領域Ｄに対応し、受光面１６１の画素領域Ｐでは波長帯域５５０ｎｍ〜６００ｎｍの光が入射する。図５（ｅ）において受光面１６１の画素領域Ｐは透過領域Ｅに対応し、受光面１６１の画素領域Ｐには波長帯域６００ｎｍ〜６５０ｎｍの光が入射する。図５（ｆ）において受光面１６１の画素領域Ｐは透過領域Ｆに対応し、受光面１６１の画素領域Ｐは波長帯域６５０ｎｍ〜７００ｎｍの光が入射する。
【００３０】
図５（ｇ）において、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが図５（ｆ）の状態から＋Ｘ軸方向にピッチＳだけ移動する。受光面１６１の画素領域Ｐは透過領域Ｇに対応し、受光面１６１の画素領域Ｐには波長帯域７００ｎｍ〜７５０ｎｍの光が入射する。また、受光面１６１の画素領域Ｑは透過領域Ａに対応し、受光面１６１の画素領域Ｑには波長帯域４００ｎｍ〜４５０ｎｍの光が入射する。この図５（ｇ）に描かれた第１透過波長選択フィルタ１２Ａと受光面１６１との関係では、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの全ての透過領域Ａ〜Ｇを透過した光が二次元撮像素子１６の受光面１６１に共役像Ｉｍ２として形成されている。
【００３１】
上述のように、図５（ａ）から図５（ｇ）までに示されたように第１透過波長選択フィルタ１２Ａが＋Ｘ軸方向に１ピッチずつ移動することで、受光面１６１の画素領域Ｐは、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの全ての波長領域４００ｎｍ〜７５０ｎｍによる撮像が完了する。
【００３２】
その後、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが図５（ｇ）の状態から＋Ｘ軸方向に沿ってピッチＳずつさらに６ピッチ移動すると、図６（ｈ）から図６（ｍ）までで描かれた状態になる。つまり受光面１６１の画素領域Ｑには波長帯域４５０ｎｍ〜５００ｎｍ……波長帯域７００ｎｍ〜７５０ｎｍの光が入射する。これにより、受光面１６１全面で第１透過波長選択フィルタ１２Ａの全ての波長領域４００ｎｍ〜７５０ｎｍによる撮像が完了する。
【００３３】
図５および図６では、第１透過波長選択フィルタ１２ＡがピッチＳ（例えば１０ｍｍ）毎移動すると、波長帯域が５０ｎｍずつ変化した。しかし分光特性をより正確に測定する場合には、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが移動するピッチＳを細かくすることが好ましい。つまり、例えば第１透過波長選択フィルタ１２Ａが小さなピッチＳ（例えば２ｍｍ）毎移動するとき波長帯域が１０ｎｍずつ変化する。したがって、より細かい分光特性を測定することができる。一方、図５および図６では二次元撮像素子１６が１３回の撮影を行ったが、ピッチＳを５分の１にすれば６０回以上の撮影が必要となる。このため、分光特性の測定時間が長くなる。
【００３４】
＜制御部１７及び画像処理部１８の概要＞
図７は、制御部１７及び画像処理部１８を示した概略図である。
図７に示されたように制御部１７は駆動部１７１及び記憶部１７２を備えている。駆動部１７１は、駆動ステージ１４に接続されている。駆動部１７１は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａを保持している第１フィルタ保持部１３Ａを所定のピッチＳずつ矢印ＡＲ１（図１を参照）に沿って移動するように駆動ステージ１４をコントロールする。記憶部１７２は二次元撮像素子１６に接続されている。記憶部１７２は二次元撮像素子１６により撮像された対象物体の共役像Ｉｍ２を記憶する。
【００３５】
制御部１７は、第１補正部１７３をさらに有する。第１補正部１７３は、所定のピッチＳが矢印ＡＲ１（図１を参照）に沿って配置された二次元撮像素子１６の１画素ｐｉを超える際、所定のピッチＳに対応する矢印ＡＲ１方向の複数の画素ｐｉで撮像された共役像Ｉｍ２に対して透過波長のずれを補正する。
【００３６】
図８Ａは上述の透過波長のずれを示した説明図で、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの透過領域Ｄに対して説明する図である。第１透過波長選択フィルタ１２Ａの透過領域Ｄにおける波長帯域はλ４〜λ５である（図４を参照）。波長帯域λ４〜λ５は、例えば波長帯域５５０ｎｍ〜６００ｎｍである。
【００３７】
図８Ａに示されたように、所定のピッチＳ（１０ｍｍ）は二次元撮像素子１６の５画素ｐｉの幅（一つの画素幅２ｍｍ）に対応する。すなわち透過領域Ｄに対応される二次元撮像素子１６の受光面１６１には５つの画素列Ｐ１〜Ｐ５を有している。なお、実際の二次元撮像素子１６の画素列の幅は数μｍ〜数十μｍであるが、説明のため幅２ｍｍとして説明する。
【００３８】
画素列Ｐ１が波長帯域λ４〜λ４１（５５０ｎｍ〜５６０ｎｍ）に、画素列Ｐ２が波長帯域λ４１〜λ４２（５６０ｎｍ〜５７０ｎｍ）に、画素列Ｐ３が波長帯域λ４２〜λ４３（５７０ｎｍ〜５８０ｎｍ）に、画素列Ｐ４が波長帯域λ４４〜λ４４（５８０ｎｍ〜５９０ｎｍ）に、画素列Ｐ５が波長帯域λ４４〜λ５（５９０ｎｍ〜６００ｎｍ）に対応する。ここで、波長λ４〜λ４１、λ４１〜λ４２……λ４４〜λ５の間であっても直線状に透過波長は変化している（図４を参照）。
【００３９】
つまり、図８Ａの状態で画素列Ｐ１における画素ｐｉでは波長帯域λ４〜λ４１の光束が入射する。同様に、画素列Ｐ２では波長帯域λ４１〜λ４２の光束が入射し、画素列Ｐ３では波長帯域λ４２〜λ４３の光束が入射し、画素列Ｐ４では波長帯域λ４３〜λ４４の光束が入射し、画素列Ｐ５では波長帯域λ４４〜λ５の光束が入射する。したがって、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが図８Ａの状態から所定のピッチＳだけ移動すると、画素列Ｐ１には第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長帯域λ４１〜λ５（５６０ｎｍ〜６００ｎｍ）を透過した光束が入射しない。同様に、画素列Ｐ２では第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長帯域λ４〜λ４１（５５０ｎｍ〜５６０ｎｍ）、λ４２〜λ５（５７０ｎｍ〜６００ｎｍ）を透過した光束が入射しない。画素列Ｐ３では第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長帯域λ４〜λ４２（５５０ｎｍ〜５７０ｎｍ）、λ４３〜λ５（５８０ｎｍ〜６００ｎｍ）を透過した光束が入射しない。画素列Ｐ４では第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長帯域λ４〜λ４３（５５０ｎｍ〜５８０ｎｍ）、λ４４〜λ５（５９０ｎｍ〜６００ｎｍ）を透過した光束が入射しない。画素列Ｐ５では第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長帯域λ４〜λ４４（５５０ｎｍ〜５９０ｎｍ）を透過した光束が入射しない。
【００４０】
図８Ａに示す画素列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５が第１透過波長選択フィルタ１２ＡをピッチＳでずらしながらＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６の６回の撮影で得られた分光特性例を図８Ｂに示す。図８Ｂでは実際に得られたデータは黒丸で示してある。横軸の波長値は第１透過波長選択フィルタ１２Ａの透過波長帯域中心波長である。図８Ｂに示すように、画素列に応じて１回の撮影にあたる第１透過波長選択フィルタ１２Ａの透過波長帯域の中心波長はずれている。複数回の撮影で得られたディスクリートなデータ列を補間することによって、画素ごとに連続的な分光特性測定結果が得られるが、補間計算の際には画素列に応じたグラフ横軸における第１透過波長選択フィルタ１２Ａ透過波長帯域中心波長のずれを加味する。この第１透過波長選択フィルタ１２Ａ透過波長帯域中心波長のずれを加味した分光特性補間計算は第１補正部１７３によって行われる。
【００４１】
第１補正部１７３は、二次元撮像素子１６の画素ｐｉの幅および図４に示された第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長分布に基づいて、画素ｐｉに対する第１透過波長選択フィルタ１２Ａ透過波長帯域中心波長ずれ量を演算する。また、波長較正用対象物体を撮影して画素ｐｉに対する補正量をルックアップテーブルで記憶していてもよい。
【００４２】
なお、所定のピッチＳが二次元撮像素子１６の１画素ｐｉの幅と一致しない場合は第１補正部１７３により上述の波長ずれを補正する必要があるが、所定のピッチＳが二次元撮像素子１６の１画素ｐｉと一致する場合は上述の補正が必要でない。
【００４３】
再び図７に戻り、制御部１７について説明する。制御部１７は、第２補正部１７４をさらに有し、第２補正部１７４は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａ自体による波長ずれを補正する。図８Ｂまでの説明では、第１透過波長選択フィルタ１２ＡはＸ軸方向に直線的に透過波長が変化していると説明し、Ｙ軸方向には変化しないことを前提として説明してきた。しかし、第１透過波長選択フィルタ１２Ａに干渉フィルタ層１２２を形成する際に、Ｙ軸方向に透過波長が変化してしまうことがある。
【００４４】
図９は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの平面図である。第１透過波長選択フィルタ１２Ａは矩形の平行平面板１２１の片面に多層膜の干渉フィルタ層１２２を有する多層膜の光学素子である。一般に平行平面板１２１に干渉フィルタ層１２２を形成すると、透過波長の分布が図９に示されたように同じ透過波長を有する領域が、例えばＸ側に向かって膨らんだ点線で示される分布となっている場合がある。このため、例えば同じＸ軸方向の位置Ｍ１において、そのＹ軸方向に異なった点、例えば点Ｔ１及び点Ｔ２、においては、透過波長が異なっている。第２補正部１７４は、このような第１透過波長選択フィルタ１２Ａ自体に生じる波長ずれを補正する。
【００４５】
第１透過波長選択フィルタ１２Ａ自体が有している波長ずれ補正のため、波長較正用対象物体を撮影して第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長ずれを予め測定しておき、その波長ずれ量をルックアップテーブルに記憶しておく。第２補正部１７４は、Ｙ０軸を基準として例えば点Ｔ１に対して３ｎｍの波長補正を行い、点Ｔ２に対して９ｎｍの波長補正を行う。
【００４６】
もちろん、第１透過波長選択フィルタ１２Ａを大きな平行平面板１２１で制作し、例えば図９の破線に示されたようなフィルタ１２Ｚを切り出してもよい。そうすれば、フィルタ１２Ｚ自体の波長ずれはかなり小さくなる。このような場合には必ずしも第２補正部１７４がフィルタ自体の波長補正を行う必要はない。
【００４７】
また、図７では第１補正部１７３が波長の補正を行った後で第２補正部１７４が波長の補正を行っているが、最初に第２補正部１７４が波長補正を行い、次に第１補正部１７３が波長補正を行ってもよい。
【００４８】
制御部１７は測定部１７５を有する。測定部１７５は、所定のピッチＳ毎に第１透過波長選択フィルタ１２Ａが移動する際、ピッチＳ毎に二次元撮像素子１６で撮像された共役像Ｉｍ２の画像データを取得する。測定部１７５は、その画像データに基づいて対象物体の分光特性を測定する。
【００４９】
また、分光測定装置１００は、測定部１７５が取得した画像データに基づいて、画像要素毎の分光強度分布を処理できる画像処理部１８をさらに有する。ここで画像要素とは、第１透過波長選択フィルタ１２ＡがピッチＳ毎で移動した際に、そのピッチＳに対応する二次元撮像素子１６の画素領域からの画像データである。なお、制御部１７と画像処理部１８とは、パーソナルコンピュータなどであってもよい。画像処理部１８は接続されたモニターＣＲＴに画像データなどの測定結果を表示させる。
【００５０】
また図１０は、画像処理部１８により処理されてモニターＣＲＴに表示された分光特性の一例を示した図である。なお、例えば分光測定装置１００が医学分野に使用され、図１０がある臓器を観察した場合の分光特性を示している。観察者は分光特性を示したグラフでこの臓器に病気があるか否かを判断できる。例えばこの臓器が正常である際、各波長帯域Ａ〜Ｇでの分光特性グラフは図１０の実線で示されたとおりである。しかし、この臓器が病気であると、波長帯域Ａ〜Ｄ、Ｆ、Ｇでの分光特性Ｉ１〜Ｉ４、Ｉ６、Ｉ７はほとんど変化しないが、波長帯域Ｅでの分光特性Ｉ５は大幅に減少して分光特性Ｉ５’となる。波長帯域Ｅが変化しているだけでは、観察者の眼では正常な臓器の色彩と病気の臓器の色彩とを明確に区別できないおそれがある。臓器の分光特性をモニターＣＲＴに表示させることにより、観察者はこの臓器に病気があるか否かを判断することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
第２実施形態の分光測定装置１００は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａに加えて、透明平行平板１２１ａおよび遮光平行平板１２１ｂを有する第２フィルタ保持部１３Ｂを使用する。以下は第２フィルタ保持部１３Ｂについて図１１を参照しながら説明する。
【００５２】
図１１は、第２フィルタ保持部１３Ｂと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示している図である。図１１に示されたように、第２フィルタ保持部１３Ｂはその中央部に第１実施形態で説明された第１透過波長選択フィルタ１２Ａが設けられている。また、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの矢印ＡＲ１方向の両側には第１透過波長選択フィルタ１２Ａの平行平板１２１と同一素材、同一厚さからなる透明平行平板１２１ａ、遮光平行平板１２１ｂが第１透過波長選択フィルタ１２Ａと接着するようにそれぞれ設けられている。透明平行平板１２１ａの面には何も形成されておらず透明である。遮光平行平板１２１ｂの面には例えばクロムメッキされ、対物レンズ１１からの光束を遮光する。
【００５３】
図１１（ａ）に示されたように、透明平行平板１２１ａが受光面１６１全てを覆う位置で停止している。そのため二次元撮像素子１６は第１透過波長選択フィルタ１２Ａを透過しない物体像を撮像することができる。この状態において、物体像はモノクロ像として撮像されるので、撮像構図決めや焦点合わせに利用される。透明平行平板１２１ａは、第１透過波長選択フィルタ１２Ａと同一屈折率および同一厚さであるため、焦点合わせた後、第２フィルタ保持部１３Ｂが移動しても焦点位置が変化することがない。
【００５４】
次に、第２フィルタ保持部１３Ｂを矢印ＡＲ１の方向にピッチＳ毎に移動しながら二次元撮像素子１６で撮像すると、図５及び図６で説明したように分光測定を行うことができる。ピッチＳ毎の移動が行われていくと、受光面１６１は遮光平行平板１２１ｂで覆われてくる。遮光平行平板１２１ｂは第１フィルタ保持部１３Ａ（図１）の遮光枠の役目を行う。
【００５５】
（第３実施形態）
第３実施形態の分光測定装置１００は、２枚の第１透過波長選択フィルタ１２Ａを有する第３フィルタ保持部１３Ｃを用いている。以下は第３フィルタ保持部１３Ｃについて図１２を参照しながら説明する。
【００５６】
図１２は、第３フィルタ保持部１３Ｃと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示している図である。図１２に示されたように、第３フィルタ保持部１３Ｃは第１実施形態で説明された第１透過波長選択フィルタ１２Ａを２枚有している。すなわち、２枚の第１透過波長選択フィルタ１２Ａが第３フィルタ保持部１３Ｃの移動方向（矢印ＡＲ１の方向）に沿って接着するように形成されている。
【００５７】
まず、第２実施形態で説明されたように透明平行平板１２１ａを使って焦点合わせが行われる。次に、第３フィルタ保持部１３Ｃが図１２（ａ）に示される位置まで移動される。この移動量は７ピッチ分であり、１つ目の第１透過波長選択フィルタ１２Ａが受光面１６１全てを覆う位置まで移動する。この状態で二次元撮像素子１６により１回目の撮像が行われる。二次元撮像素子１６の受光面１６１全面で、波長帯域Ａから波長帯域Ｇまで同時に撮像する。その後、第３フィルタ保持部１３ＣがピッチＳ毎に移動する。
【００５８】
図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の状態から第３フィルタ保持部１３Ｃが３ピッチ分に移動した状態を示した図である。二次元撮像素子１６の受光面１６１は、１つの第１透過波長選択フィルタ１２Ａにおける波長帯域Ａ、Ｂ、Ｃと別の第１透過波長選択フィルタ１２Ａにおける波長帯域Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇとに同時に撮像している。
【００５９】
図１２（ｃ）は、図１２（ａ）の状態から第３フィルタ保持部１３Ｃが６ピッチ分に移動した状態を示した図である。１つの第１透過波長選択フィルタ１２Ａにおける波長帯域Ｇと別の第１透過波長選択フィルタ１２Ａにおける波長帯域Ａ〜Ｆとが、が受光面１６１を覆っている。二次元撮像素子１６の受光面１６１は、波長帯域Ａから波長帯域Ｇまで同時に撮像する。つまり、図１２（ａ）から（ｃ）に至るまで１ピッチ毎、６回第３フィルタ保持部１３Ｃが移動することで、二次元撮像素子１６の受光面１６１全面で、波長帯域Ａから波長帯域Ｇまでを撮像することができる。
【００６０】
第１実施形態では、図５および図６で示されたように二次元撮像素子１６が１３回の撮影を行った。第３実施形態によれば、二次元撮像素子１６が７回の撮影を行えばよい。このため撮像時間を短縮することもできる。
【００６１】
（第４実施形態）
第４実施形態の分光測定装置１００は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａと波長域が異なる第２透過波長選択フィルタ１２Ｂとを有する第４フィルタ保持部１３Ｄを用いている。以下は第４フィルタ保持部１３Ｄについて図１３を参照しながら説明する。
【００６２】
図１３は、第４フィルタ保持部１３Ｄと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示している図である。図１３に示されたように、第４フィルタ保持部１３Ｄは図の右側から順に透明平行平板１２１ａ、第１透過波長選択フィルタ１２Ａ、第２透過波長選択フィルタ１２Ｂおよび遮光平行平板１２１ｂを有している。
【００６３】
ここで、第２透過波長選択フィルタ１２Ｂは第１実施形態で説明された第１透過波長選択フィルタ１２Ａと同じ種類の光学素子であるが、その透過波長の波長帯域が異なる。例えば、第１透過波長選択フィルタ１２Ａは波長帯域４００ｎｍ〜７５０ｎｍまでの可視光を透過するが、第２透過波長選択フィルタ１２Ｂは波長帯域７５０ｎｍ〜１１００ｎｍまでの赤外光を透過する。例えば第２透過波長選択フィルタ１２Ｂがその移動方向に透過領域Ｈ〜Ｎを備える場合、透過領域Ｈの波長帯域は７５０ｎｍ〜８００ｎｍ、透過領域Ｉの波長帯域は８００ｎｍ〜８５０ｎｍ、透過領域Ｊの波長帯域は８５０ｎｍ〜９００ｎｍ、透過領域Ｋの波長帯域は９００ｎｍ〜９５０ｎｍ、透過領域Ｌの波長帯域は９５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、透過領域Ｍの波長帯域は１０００ｎｍ〜１０５０ｎｍ、透過領域Ｎの波長帯域は１０５０ｎｍ〜１１００ｎｍである。
【００６４】
このような構成にすれば、例えば図１３（ｂ）の状態において、二次元撮像素子１６の受光面１６１全面は第１透過波長選択フィルタ１２Ａにおける波長帯域Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇと第２透過波長選択フィルタ１２Ｂにおける波長帯域Ｈ、Ｉ、Ｊとに同時に対応することができる。
【００６５】
また、例えば図１３（ｃ）の状態では、二次元撮像素子１６の受光面１６１は、波長帯域Ｈから波長帯域Ｎまで同時に撮像する。このように、第４実施形態の分光測定装置１００は第１〜第３実施形態より広い波長帯域に対して分光特性が得られる。第２透過波長選択フィルタ１２Ｂは赤外光領域で説明したが、第２透過波長選択フィルタ１２Ｂが紫外光領域であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上、本発明の最適な実施形態について説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施例に様々な変更を加えて実施することができる。例えば、第２実施形態における透明平行平板１２１ａ、遮光平行平板１２１ｂおよび第１透過波長選択フィルタ１２Ａは、一枚の透明平行平板を３つの部分に分けて構成してもよい。また第３実施形態における２つの第１透過波長選択フィルタ１２Ａを一枚の透明平行平板に形成してもよい。さらに第４実施形態では、第１透過波長選択フィルタ１２Ａと第２透過波長選択フィルタ１２Ｂとを一枚の透明平行平板に構成してもよい。
【００６７】
また、例えば、第２〜第４実施形態において、第１透過波長選択フィルタ１２Ａ、第２透過波長選択フィルタ１２Ｂ、透明平行平板１２１ａ及び遮光平行平板１２１ｂは互いに直接に接着してフィルタ保持部に保持されていた。しかし、１枚１枚別々の板で構成し、複数の窓を有するフィルタ保持部で保持された構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１１ … 対物光学系
１２Ａ、１２Ｂ … 第１透過波長選択フィルタ
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ … フィルタ保持部
１４ … 駆動ステージ
１５ … 投影光学系
１６ … 二次元撮像素子
１７ … 制御部
１８ … 画像処理部
１９ａ、１９ｂ … 平行平面板
１００ … 分光測定装置
１１１、１１２、１５１、１５２ … レンズ
１２１、１２１ａ、１２１ｂ … 平行平面板
１２２ … 干渉フィルタ層
１５３ … 開口絞り
１６１ … 受光面
１７１ … 駆動部
１７２ … 記憶部
１７３ … 第１補正部、 １７４ … 第２補正部
１７５ … 測定部
Ａｘ … 光軸
Ｉｍ１ … 物体像、 Ｉｍ２ … 共役像
ＣＲＴ … モニター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択フィルタを介して得られる分光画像を用いて対象物の反射分光特性や透過分光特性を測定する分光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示された分光測定装置は、分光測定装置の撮影レンズの画像結像位置にフォーカシングスクリーンを設置し、フォーカシングスクリーンに投影された像を分光測定装置内の受光素子が撮像する。撮影レンズとフォーカシングスクリーンの間には、連続的に透過波長が変化する波長選択フィルタが配設されており、波長選択フィルタの透過波長が変化する方向に波長選択フィルタを移動できるように駆動装置を介して取り付けられている。波長選択フィルタを任意の波長間隔に対応した移動距離で波長選択フィルタを透過波長が変化する方向に移動させ、波長選択フィルタの各々の移動位置において、分光測定装置内の受光素子が複数の画像を得る。これら複数の画像ファイルをコンピュータによって処理して各画像の同一位置に対応した対象物体の部位の各測定波長に対応した画像信号を抽出、組み合わせて所定の波長間隔による分光反射率又は分光透過率を算出することによって対象物の分光特性を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３００５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された分光測定装置では、波長選択フィルタを透過する光束にヴィネッティングが存在し、又はテレセントリックでないような透過の仕方をすることが有り得る。そのような場合、光線成分の波長選択フィルタ透過角度が像高によって変動してしまうことにより、波長選択フィルタ上同一箇所であっても分光透過特性が変化し、正確な分光特性が得られないこともある。
そこで、本発明は正確で安定した分光特性を得ることができる分光測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本態様の分光測定装置は、対象物体像をヴィネッティング無しで且つテレセントリックに結像可能な対物光学系と、対物光学系による対象物体像の結像面に配置され第１波長から第１波長より長い波長の第２波長までの光を透過させるとともに所定方向に沿って透過波長が異なるように形成された第１透過波長選択フィルタと、結像面内で所定方向に第１透過波長選択フィルタを所定ピッチごとに移動させる駆動部と、第１透過波長選択フィルタをテレセントリックに透過した光束成分だけで対象物体の像の共役像をヴィネッティングなしで投影する投影光学系と、対物光学系または投影光学系内に設置され、第１透過波長選択フィルタ上に対象物体像を形成して透過する光束のうち撮像に使う成分をヴィネッティング無しで且つテレセントリックとする開口絞りと、所定方向におよび所定方向と直交する直交方向に配置された複数の画素からなり投影光学系により投影された共役像を二次元で撮像する二次元撮像素子と、二次元撮像素子で撮像された共役像を記憶する記憶部と、所定ピッチごと第１透過波長選択フィルタが移動した際に、移動毎に二次元撮像素子で共役像を撮像して記憶部に記憶し対象物体の分光特性を測定する測定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の分光測定装置は、対物光学系が対象物体像をヴィネッティング無しで且つテレセントリックに波長選択フィルタ上に結像するので、正確で安定した分光特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】分光測定装置１００の概略構成図である。
【図２】分光測定装置１００の概略光路図である。
【図３】ヴィネッティング現象を説明するための図である。
【図４】透過波長が変化する第１透過波長選択フィルタ１２Ａの特性の説明図である。
【図５】ピッチ毎における第１透過波長選択フィルタ１２Ａと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示した図である。
【図６】ピッチ毎における第１透過波長選択フィルタ１２Ａと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示した図である。
【図７】制御部１７及び画像処理部１８を示した概略図である。
【図８Ａ】透過波長と二次元撮像素子１６の受光面１６１との対応関係を示した説明図である。
【図８Ｂ】第１透過波長選択フィルタ１２ＡをピッチＳでずらしながらＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６の６回の撮影で得られた分光特性を示したグラフである。
【図９】第１実施形態の第１透過波長選択フィルタ１２Ａの平面図である。
【図１０】画像処理部１８によってモニターに表示された分光特性の一例を示した図である。
【図１１】第２実施形態の第２フィルタ保持部１３Ｂと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示している図である。
【図１２】第３実施形態の第３フィルタ保持部１３Ｃと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示している図である。
【図１３】第４実施形態の第４フィルタ保持部１３Ｄと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示している図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１実施形態）
＜分光測定装置１００の概要＞
図１は、分光測定装置１００の概略構成図である。図２は、分光測定装置１００の概略光路図である。図１に示されたように、分光測定装置１００は光軸Ａｘに沿って対物光学系１１、第１透過波長選択フィルタ１２Ａ、投影光学系１５及び二次元撮像素子１６が順に配置されている。また、第１透過波長選択フィルタ１２Ａは第１フィルタ保持部１３Ａに保持されている。第１フィルタ保持部１３Ａは一次元の直線駆動機構を持つ駆動ステージ１４に搭載され、矢印ＡＲ１（光軸Ａｘに垂直）に沿って移動することができる。制御部１７は、駆動ステージ１４と二次元撮像素子１６とを制御する。また制御部１７は画像処理部１８と接続されている。制御部１７及び画像処理部１８は、撮像された画像を記憶し、対象物体の分光特性を測定する。
【０００９】
対物光学系１１は、図２に示されたように光軸Ａｘに沿って配置された対物レンズ１１１、１１２を備えている。ここで、対物レンズ１１１、１１２は凸レンズに描かれているが、複数のレンズにより構成されたレンズ群である。この対物光学系１１は、倍率を調整するために交換式であってもよい。また、対物光学系１１はヴィネッティング無しで且つテレセントリックに物体像Ｉｍ１を結像面Ｍｉに結像することができる。なお対象物体は図示していない。ここでヴィネッティングは、レンズ枠などによって画像周辺部を形成する光束の一部がけられる現象で、結像された画像中心部と画像周辺部とに明るさの差が発生することの一つの原因となる。
【００１０】
ヴィネッティングが波長選択フィルタ透過分光特性に与える影響について、図２及び図３を参照しながら説明する。図３は、ヴィネッティング現象を説明するための図である。ヴィネッティングのない軸上光束ＦＬとヴィネッティングが発生している軸外光束ＦＬ’を描いてある。なお、波長選択フィルタ１２Ａに対してテレセントリック結像しているとする。図３（ａ）では波長選択フィルタ１２Ａ上の点Ｈを軸外光束ＦＬ’が透過している。この状態から波長選択フィルタ１２Ａを移動させたのが図３（ｂ）であり、点Ｈを軸上光束ＦＬが通過している。軸外光束ＦＬ’ではヴィネッティングによって光束端の一部がなくなっているため、軸上光束ＦＬに比べて波長選択フィルタ１２Ａを傾いた角度で通過する光線成分が相対的に少なくなる。波長選択フィルタ１２Ａ上の干渉フィルタ膜１２２の分光特性は、光線通過角度によって変動する。通常は光線が斜めになるほど透過帯域が短波長側に広がる。したがって、点Ｈが示す分光透過特性は図３（ａ）と図３（ｂ）との場合で等しくするほうが望ましいが、実際には差異が生ずることとなる。その結果、分光測定装置１００で得られる分光特性に影響を与える。
【００１１】
分光測定装置１００の対物光学系１１は物体像Ｉｍ１を第１透過波長選択フィルタ１２Ａ上に形成し、投影光学系１５は二次元撮像素子１６上に物体像Ｉｍ１の共役像Ｉｍ２を形成するが、開口絞り１５３の働きにより第１透過波長選択フィルタ１２Ａを透過する物体像Ｉｍ１結像光束のうち二次元撮像素子１６まで到達する成分は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａをヴィネッティング無し且つテレセントリックに透過する。このため、分光測定装置１００で正確な分光特性が得られる。
【００１２】
また、図１に示されたように第１透過波長選択フィルタ１２Ａは第１フィルタ保持部１３Ａによって保持され、一次元の直線駆動する駆動ステージ１４に搭載されて矢印ＡＲ１（Ｘ軸方向）に沿って移動することができる。ここで、第１フィルタ保持部１３Ａは第１透過波長選択フィルタ１２Ａの光透過領域だけ窓が開いており、そのほかの部分は遮光するように構成されている。駆動ステージ１４は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａを所定のピッチＳ（図５を参照）ずつ矢印ＡＲ１（Ｘ軸方向）に移動させることができる。
【００１３】
また、第１透過波長選択フィルタ１２Ａは平行平面板１２１の片面に多層膜の干渉フィルタ層１２２を有する多層膜の光学素子であり、所定の波長帯域の光に対して選択的に透過させることができる。第１透過波長選択フィルタ１２ＡはＹ軸方向の所定の位置では、Ｘ軸方向に直線的に透過波長が変化している（図４を参照）。
【００１４】
図４は、透過波長が変化する第１透過波長選択フィルタ１２Ａの特性の説明図である。詳しく説明すると、例えば第１透過波長選択フィルタ１２Ａがその移動方向で透過領域Ａ〜Ｇを有する場合、透過領域Ａの波長帯域がλ１〜λ２で、透過領域Ｂの波長帯域がλ２〜λ３で、…、透過領域Ｇの波長帯域がλ７〜λ８である。また、透過波長λ１〜λ８は図４に示されたようにリニアに変化する。例えば、透過波長λ１〜λ８が可視光の４００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長帯域に対応すれば、透過領域Ａがもっとも短い透過波長帯域４００ｎｍ〜４５０ｎｍに対応され、透過領域Ｇがもっとも長い透過波長帯域７００ｎｍ〜７５０ｎｍに対応される。
【００１５】
つまり、干渉フィルタ層１２２の厚さが第１透過波長選択フィルタ１２Ａの移動方向（図１の矢印ＡＲ１の方向）に沿って変化することで、第１透過波長選択フィルタ１２Ａを透過する光の透過波長が第１透過波長選択フィルタ１２Ａの移動方向に沿って直線的に変化する。第１透過波長選択フィルタ１２Ａはその透過波長帯域内に含まれるすべての波長の光が、矢印ＡＲ１方向のいずれかの干渉フィルタ層１２２で必ず透過するように成膜されている。
なお、理解を容易にするため、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの干渉フィルタ層１２２が図１、図５及び図６に示されたように、透過波長帯域をＹ軸方向に伸びＸ軸方向に複数に分割された領域として描かれている。
【００１６】
図２に戻り、第１透過波長選択フィルタ１２Ａは干渉フィルタ層１２２を対象物体の結像面Ｍｉに合わせるように配置される。これにより、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの干渉フィルタ層１２２には対物レンズ１１により物体像Ｉｍ１が形成される。
【００１７】
投影光学系１５は、図２に示されたように光軸Ａｘに沿って配置された一対の投影レンズ１５１、１５２を備えている。ここで、投影レンズ１５１、１５２は凸レンズに描かれているが、複数のレンズにより構成されたレンズ群である。また、投影光学系１５は投影レンズ１５１と投影レンズ１５２との間に開口絞り１５３を有している。また、投影光学系１５は対物レンズ１１により結像された物体像Ｉｍ１の共役像Ｉｍ２をヴィネッティング無しで二次元撮像素子１６の受光面１６１に投影することができる。なお、開口絞り１５３は対物光学系１１の対物レンズ１１１と対物１１２との間に設けてもよい。
【００１８】
二次元撮像素子１６は、モノクロの画像センサであり、例えば二次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、または二次元ＣＭＯＳイメージセンサであればよい。
【００１９】
投影光学系１５により結像される共役像Ｉｍ２は対象物体の物体像であると同時に第１透過波長選択フィルタ１２Ａの共役像でもある。このため、二次元撮像素子１６の受光面１６１上で共役像Ｉｍ２を形成する光の波長はＸ軸方向の位置によって異なる。すなわち、共役像Ｉｍ２のいずれかの部位に着目したとき、この部位に共役な第１透過波長選択フィルタ１２Ａ上の部位を透過する波長帯域の光によって、共役像Ｉｍ２の該当部位が形成される。また、駆動ステージ１４によって第１透過波長選択フィルタ１２ＡをＸ軸方向に移動させると、受光面１６１上に結像された第１透過波長選択フィルタ１２Ａの像も動く。このため、二次元撮像素子１６が受光する光の波長も変化する。
【００２０】
上述した第１透過波長選択フィルタ１２Ａの分光透過特性は、透過光束の角度によって変化する。つまり、第１透過波長選択フィルタ１２Ａに斜めから光束が入射すると、透過波長が変わってしまう。一方、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが駆動ステージ１４によって矢印方向ＡＲ１（図１：Ｘ軸方向）に移動する際に、第１透過波長選択フィルタ１２Ａと物体像Ｉｍ１との相対位置（Ｚ軸方向）が変化することがある。上述のように、対物光学系１１はテレセントリックに対象物体の物体像Ｉｍ１を結像面Ｍｉに結像するため、干渉フィルタ層１２２がＺ軸方向に変化した場合であっても、ＸＹ面の同一位置を透過する光束の透過波長帯域はほとんど変化しない。
【００２１】
対物光学系１１はテレセントリックであるため、物体像Ｉｍ１を形成する光束はいずれかの集光点でも集光角度がほとんど半角θを保ち、主光線ＬＬ１、すなわち開口絞り１５３の中心Ｏを通過する主光線ＬＬ１がいずれも第１透過波長選択フィルタ１２Ａに対して垂直透過する。このため、第１透過波長選択フィルタ１２Ａを透過する光束の角度特性がいずれも等価となる。したがって、主光線が第１透過波長選択フィルタ１２Ａに対して斜めに透過する場合に比べてより正確な分光特性が得られる。
【００２２】
また、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの透過波長帯域の分光特性の形は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの設計と開口絞り１５３の径Ｒとによって決まる。一般的には、開口絞り１５３の径Ｒを大きく取るほど集光角度が広がり、透過波長帯域が短波長側に広がってしまうので、要求仕様に応じた径に設定する。
【００２３】
分光測定装置１００に使用される対物光学系１１および投影光学系１５は、幅広い波長帯域の光束を集光したり投影したりするため、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長帯域、例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍに対して、色収差が補正されている光学系が用いられることが好ましい。
【００２４】
＜分光測定装置１００の撮像経過＞
図５および図６は、分光測定装置１００による撮像経過の説明図で、光軸Ａｘ方向（Ｚ軸方向）から見た平面図である。図５（ａ）〜（ｇ）および図６（ｈ）〜（ｍ）は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが駆動ステージ１４により所定のピッチＳで移動するときのピッチＳ毎における第１透過波長選択フィルタ１２Ａと二次元撮像素子１６の受光面１６１との関係を示した図である。
【００２５】
第１透過波長選択フィルタ１２Ａは図４で示されたように直線的に透過波長が変化するが、図５および図６では、第１透過波長選択フィルタ１２Ａを透過波長が異なる７つの透過領域Ａ〜Ｇに分けて説明する。透過領域Ａの透過波長帯域が例えば４００ｎｍ〜４５０ｎｍ、透過領域Ｂの透過波長帯域が例えば４５０ｎｍ〜５００ｎｍ、…、透過領域Ｇの透過波長帯域が例えば７００ｎｍ〜７５０ｎｍである。第１フィルタ保持部１３Ａは第１透過波長選択フィルタ１２Ａが配置された窓を除いて遮光部である。
【００２６】
以下の説明では、図５又は図６で描かれた受光面１６１上の四角形印を付けてある画素領域Ｐおよび画素領域Ｑに着目する。
図５（ａ）において、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが＋Ｘ軸方向に移動し始め、透過領域Ａを透過した光束のみが二次元撮像素子１６の受光面１６１に入り、共役像Ｉｍ２が形成される。このため、受光面１６１の画素領域Ｐには、波長帯域４００ｎｍ〜４５０ｎｍの光が入射する。
【００２７】
図５（ｂ）において、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが図５（ａ）の状態から＋Ｘ軸方向にピッチＳだけ移動する。すると、透過領域Ａ、Ｂを透過した光のみが二次元撮像素子１６の受光面１６１に入り、共役像Ｉｍ２が形成される。また、受光面１６１の画素領域Ｐは透過領域Ｂに対応し、受光面１６１の画素領域Ｐには波長帯域４５０ｎｍ〜５００ｎｍの光が入射する。
【００２８】
図５（ｃ）において、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが図５（ｂ）の状態から＋Ｘ軸方向にピッチＳだけ移動する。すると、透過領域Ａ〜Ｃを透過した光のみが二次元撮像素子１６の受光面１６１に入り、共役像Ｉｍ２が形成される。また、受光面１６１の画素領域Ｐは透過領域Ｃに対応し、受光面１６１の画素領域Ｐには波長帯域５００ｎｍ〜５５０ｎｍの光が入射する。
【００２９】
第１透過波長選択フィルタ１２Ａが＋Ｘ軸方向にピッチＳずつ移動を続く。このため、図５（ｄ）において受光面１６１の画素領域Ｐは透過領域Ｄに対応し、受光面１６１の画素領域Ｐでは波長帯域５５０ｎｍ〜６００ｎｍの光が入射する。図５（ｅ）において受光面１６１の画素領域Ｐは透過領域Ｅに対応し、受光面１６１の画素領域Ｐには波長帯域６００ｎｍ〜６５０ｎｍの光が入射する。図５（ｆ）において受光面１６１の画素領域Ｐは透過領域Ｆに対応し、受光面１６１の画素領域Ｐは波長帯域６５０ｎｍ〜７００ｎｍの光が入射する。
【００３０】
図５（ｇ）において、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが図５（ｆ）の状態から＋Ｘ軸方向にピッチＳだけ移動する。受光面１６１の画素領域Ｐは透過領域Ｇに対応し、受光面１６１の画素領域Ｐには波長帯域７００ｎｍ〜７５０ｎｍの光が入射する。また、受光面１６１の画素領域Ｑは透過領域Ａに対応し、受光面１６１の画素領域Ｑには波長帯域４００ｎｍ〜４５０ｎｍの光が入射する。この図５（ｇ）に描かれた第１透過波長選択フィルタ１２Ａと受光面１６１との関係では、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの全ての透過領域Ａ〜Ｇを透過した光が二次元撮像素子１６の受光面１６１に共役像Ｉｍ２として形成されている。
【００３１】
上述のように、図５（ａ）から図５（ｇ）までに示されたように第１透過波長選択フィルタ１２Ａが＋Ｘ軸方向に１ピッチずつ移動することで、受光面１６１の画素領域Ｐは、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの全ての波長領域４００ｎｍ〜７５０ｎｍによる撮像が完了する。
【００３２】
その後、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが図５（ｇ）の状態から＋Ｘ軸方向に沿ってピッチＳずつさらに６ピッチ移動すると、図６（ｈ）から図６（ｍ）までで描かれた状態になる。つまり受光面１６１の画素領域Ｑには波長帯域４５０ｎｍ〜５００ｎｍ……波長帯域７００ｎｍ〜７５０ｎｍの光が入射する。これにより、受光面１６１全面で第１透過波長選択フィルタ１２Ａの全ての波長領域４００ｎｍ〜７５０ｎｍによる撮像が完了する。
【００３３】
図５および図６では、第１透過波長選択フィルタ１２ＡがピッチＳ（例えば１０ｍｍ）毎移動すると、波長帯域が５０ｎｍずつ変化した。しかし分光特性をより正確に測定する場合には、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが移動するピッチＳを細かくすることが好ましい。つまり、例えば第１透過波長選択フィルタ１２Ａが小さなピッチＳ（例えば２ｍｍ）毎移動するとき波長帯域が１０ｎｍずつ変化する。したがって、より細かい分光特性を測定することができる。一方、図５および図６では二次元撮像素子１６が１３回の撮影を行ったが、ピッチＳを５分の１にすれば６０回以上の撮影が必要となる。このため、分光特性の測定時間が長くなる。
【００３４】
＜制御部１７及び画像処理部１８の概要＞
図７は、制御部１７及び画像処理部１８を示した概略図である。
図７に示されたように制御部１７は駆動部１７１及び記憶部１７２を備えている。駆動部１７１は、駆動ステージ１４に接続されている。駆動部１７１は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａを保持している第１フィルタ保持部１３Ａを所定のピッチＳずつ矢印ＡＲ１（図１を参照）に沿って移動するように駆動ステージ１４をコントロールする。記憶部１７２は二次元撮像素子１６に接続されている。記憶部１７２は二次元撮像素子１６により撮像された対象物体の共役像Ｉｍ２を記憶する。
【００３５】
制御部１７は、第１補正部１７３をさらに有する。第１補正部１７３は、所定のピッチＳが矢印ＡＲ１（図１を参照）に沿って配置された二次元撮像素子１６の１画素ｐｉを超える際、所定のピッチＳに対応する矢印ＡＲ１方向の複数の画素ｐｉで撮像された共役像Ｉｍ２に対して透過波長のずれを補正する。
【００３６】
図８Ａは上述の透過波長のずれを示した説明図で、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの透過領域Ｄに対して説明する図である。第１透過波長選択フィルタ１２Ａの透過領域Ｄにおける波長帯域はλ４〜λ５である（図４を参照）。波長帯域λ４〜λ５は、例えば波長帯域５５０ｎｍ〜６００ｎｍである。
【００３７】
図８Ａに示されたように、所定のピッチＳ（１０ｍｍ）は二次元撮像素子１６の５画素ｐｉの幅（一つの画素幅２ｍｍ）に対応する。すなわち透過領域Ｄに対応される二次元撮像素子１６の受光面１６１には５つの画素列Ｐ１〜Ｐ５を有している。なお、実際の二次元撮像素子１６の画素列の幅は数μｍ〜数十μｍであるが、説明のため幅２ｍｍとして説明する。
【００３８】
画素列Ｐ１が波長帯域λ４〜λ４１（５５０ｎｍ〜５６０ｎｍ）に、画素列Ｐ２が波長帯域λ４１〜λ４２（５６０ｎｍ〜５７０ｎｍ）に、画素列Ｐ３が波長帯域λ４２〜λ４３（５７０ｎｍ〜５８０ｎｍ）に、画素列Ｐ４が波長帯域λ４４〜λ４４（５８０ｎｍ〜５９０ｎｍ）に、画素列Ｐ５が波長帯域λ４４〜λ５（５９０ｎｍ〜６００ｎｍ）に対応する。ここで、波長λ４〜λ４１、λ４１〜λ４２……λ４４〜λ５の間であっても直線状に透過波長は変化している（図４を参照）。
【００３９】
つまり、図８Ａの状態で画素列Ｐ１における画素ｐｉでは波長帯域λ４〜λ４１の光束が入射する。同様に、画素列Ｐ２では波長帯域λ４１〜λ４２の光束が入射し、画素列Ｐ３では波長帯域λ４２〜λ４３の光束が入射し、画素列Ｐ４では波長帯域λ４３〜λ４４の光束が入射し、画素列Ｐ５では波長帯域λ４４〜λ５の光束が入射する。したがって、第１透過波長選択フィルタ１２Ａが図８Ａの状態から所定のピッチＳだけ移動すると、画素列Ｐ１には第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長帯域λ４１〜λ５（５６０ｎｍ〜６００ｎｍ）を透過した光束が入射しない。同様に、画素列Ｐ２では第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長帯域λ４〜λ４１（５５０ｎｍ〜５６０ｎｍ）、λ４２〜λ５（５７０ｎｍ〜６００ｎｍ）を透過した光束が入射しない。画素列Ｐ３では第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長帯域λ４〜λ４２（５５０ｎｍ〜５７０ｎｍ）、λ４３〜λ５（５８０ｎｍ〜６００ｎｍ）を透過した光束が入射しない。画素列Ｐ４では第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長帯域λ４〜λ４３（５５０ｎｍ〜５８０ｎｍ）、λ４４〜λ５（５９０ｎｍ〜６００ｎｍ）を透過した光束が入射しない。画素列Ｐ５では第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長帯域λ４〜λ４４（５５０ｎｍ〜５９０ｎｍ）を透過した光束が入射しない。
【００４０】
図８Ａに示す画素列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５が第１透過波長選択フィルタ１２ＡをピッチＳでずらしながらＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６の６回の撮影で得られた分光特性例を図８Ｂに示す。図８Ｂでは実際に得られたデータは黒丸で示してある。横軸の波長値は第１透過波長選択フィルタ１２Ａの透過波長帯域中心波長である。図８Ｂに示すように、画素列に応じて１回の撮影にあたる第１透過波長選択フィルタ１２Ａの透過波長帯域の中心波長はずれている。複数回の撮影で得られたディスクリートなデータ列を補間することによって、画素ごとに連続的な分光特性測定結果が得られるが、補間計算の際には画素列に応じたグラフ横軸における第１透過波長選択フィルタ１２Ａ透過波長帯域中心波長のずれを加味する。この第１透過波長選択フィルタ１２Ａ透過波長帯域中心波長のずれを加味した分光特性補間計算は第１補正部１７３によって行われる。
【００４１】
第１補正部１７３は、二次元撮像素子１６の画素ｐｉの幅および図４に示された第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長分布に基づいて、画素ｐｉに対する第１透過波長選択フィルタ１２Ａ透過波長帯域中心波長ずれ量を演算する。また、波長較正用対象物体を撮影して画素ｐｉに対する補正量をルックアップテーブルで記憶していてもよい。
【００４２】
なお、所定のピッチＳが二次元撮像素子１６の１画素ｐｉの幅と一致しない場合は第１補正部１７３により上述の波長ずれを補正する必要があるが、所定のピッチＳが二次元撮像素子１６の１画素ｐｉと一致する場合は上述の補正が必要でない。
【００４３】
再び図７に戻り、制御部１７について説明する。制御部１７は、第２補正部１７４をさらに有し、第２補正部１７４は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａ自体による波長ずれを補正する。図８Ｂまでの説明では、第１透過波長選択フィルタ１２ＡはＸ軸方向に直線的に透過波長が変化していると説明し、Ｙ軸方向には変化しないことを前提として説明してきた。しかし、第１透過波長選択フィルタ１２Ａに干渉フィルタ層１２２を形成する際に、Ｙ軸方向に透過波長が変化してしまうことがある。
【００４４】
図９は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの平面図である。第１透過波長選択フィルタ１２Ａは矩形の平行平面板１２１の片面に多層膜の干渉フィルタ層１２２を有する多層膜の光学素子である。一般に平行平面板１２１に干渉フィルタ層１２２を形成すると、透過波長の分布が図９に示されたように同じ透過波長を有する領域が、例えばＸ側に向かって膨らんだ点線で示される分布となっている場合がある。このため、例えば同じＸ軸方向の位置Ｍ１において、そのＹ軸方向に異なった点、例えば点Ｔ１及び点Ｔ２、においては、透過波長が異なっている。第２補正部１７４は、このような第１透過波長選択フィルタ１２Ａ自体に生じる波長ずれを補正する。
【００４５】
第１透過波長選択フィルタ１２Ａ自体が有している波長ずれ補正のため、波長較正用対象物体を撮影して第１透過波長選択フィルタ１２Ａの波長ずれを予め測定しておき、その波長ずれ量をルックアップテーブルに記憶しておく。第２補正部１７４は、Ｙ０軸を基準として例えば点Ｔ１に対して３ｎｍの波長補正を行い、点Ｔ２に対して９ｎｍの波長補正を行う。
【００４６】
もちろん、第１透過波長選択フィルタ１２Ａを大きな平行平面板１２１で制作し、例えば図９の破線に示されたようなフィルタ１２Ｚを切り出してもよい。そうすれば、フィルタ１２Ｚ自体の波長ずれはかなり小さくなる。このような場合には必ずしも第２補正部１７４がフィルタ自体の波長補正を行う必要はない。
【００４７】
また、図７では第１補正部１７３が波長の補正を行った後で第２補正部１７４が波長の補正を行っているが、最初に第２補正部１７４が波長補正を行い、次に第１補正部１７３が波長補正を行ってもよい。
【００４８】
制御部１７は測定部１７５を有する。測定部１７５は、所定のピッチＳ毎に第１透過波長選択フィルタ１２Ａが移動する際、ピッチＳ毎に二次元撮像素子１６で撮像された共役像Ｉｍ２の画像データを取得する。測定部１７５は、その画像データに基づいて対象物体の分光特性を測定する。
【００４９】
また、分光測定装置１００は、測定部１７５が取得した画像データに基づいて、画像要素毎の分光強度分布を処理できる画像処理部１８をさらに有する。ここで画像要素とは、第１透過波長選択フィルタ１２ＡがピッチＳ毎で移動した際に、そのピッチＳに対応する二次元撮像素子１６の画素領域からの画像データである。なお、制御部１７と画像処理部１８とは、パーソナルコンピュータなどであってもよい。画像処理部１８は接続されたモニターＣＲＴに画像データなどの測定結果を表示させる。
【００５０】
また図１０は、画像処理部１８により処理されてモニターＣＲＴに表示された分光特性の一例を示した図である。なお、例えば分光測定装置１００が医学分野に使用され、図１０がある臓器を観察した場合の分光特性を示している。観察者は分光特性を示したグラフでこの臓器に病気があるか否かを判断できる。例えばこの臓器が正常である際、各波長帯域Ａ〜Ｇでの分光特性グラフは図１０の実線で示されたとおりである。しかし、この臓器が病気であると、波長帯域Ａ〜Ｄ、Ｆ、Ｇでの分光特性Ｉ１〜Ｉ４、Ｉ６、Ｉ７はほとんど変化しないが、波長帯域Ｅでの分光特性Ｉ５は大幅に減少して分光特性Ｉ５’となる。波長帯域Ｅが変化しているだけでは、観察者の眼では正常な臓器の色彩と病気の臓器の色彩とを明確に区別できないおそれがある。臓器の分光特性をモニターＣＲＴに表示させることにより、観察者はこの臓器に病気があるか否かを判断することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
第２実施形態の分光測定装置１００は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａに加えて、透明平行平板１２１ａおよび遮光平行平板１２１ｂを有する第２フィルタ保持部１３Ｂを使用する。以下は第２フィルタ保持部１３Ｂについて図１１を参照しながら説明する。
【００５２】
図１１は、第２フィルタ保持部１３Ｂと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示している図である。図１１に示されたように、第２フィルタ保持部１３Ｂはその中央部に第１実施形態で説明された第１透過波長選択フィルタ１２Ａが設けられている。また、第１透過波長選択フィルタ１２Ａの矢印ＡＲ１方向の両側には第１透過波長選択フィルタ１２Ａの平行平板１２１と同一素材、同一厚さからなる透明平行平板１２１ａ、遮光平行平板１２１ｂが第１透過波長選択フィルタ１２Ａと接着するようにそれぞれ設けられている。透明平行平板１２１ａの面には何も形成されておらず透明である。遮光平行平板１２１ｂの面には例えばクロムメッキされ、対物レンズ１１からの光束を遮光する。
【００５３】
図１１（ａ）に示されたように、透明平行平板１２１ａが受光面１６１全てを覆う位置で停止している。そのため二次元撮像素子１６は第１透過波長選択フィルタ１２Ａを透過しない物体像を撮像することができる。この状態において、物体像はモノクロ像として撮像されるので、撮像構図決めや焦点合わせに利用される。透明平行平板１２１ａは、第１透過波長選択フィルタ１２Ａと同一屈折率および同一厚さであるため、焦点合わせた後、第２フィルタ保持部１３Ｂが移動しても焦点位置が変化することがない。
【００５４】
次に、第２フィルタ保持部１３Ｂを矢印ＡＲ１の方向にピッチＳ毎に移動しながら二次元撮像素子１６で撮像すると、図５及び図６で説明したように分光測定を行うことができる。ピッチＳ毎の移動が行われていくと、受光面１６１は遮光平行平板１２１ｂで覆われてくる。遮光平行平板１２１ｂは第１フィルタ保持部１３Ａ（図１）の遮光枠の役目を行う。
【００５５】
（第３実施形態）
第３実施形態の分光測定装置１００は、２枚の第１透過波長選択フィルタ１２Ａを有する第３フィルタ保持部１３Ｃを用いている。以下は第３フィルタ保持部１３Ｃについて図１２を参照しながら説明する。
【００５６】
図１２は、第３フィルタ保持部１３Ｃと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示している図である。図１２に示されたように、第３フィルタ保持部１３Ｃは第１実施形態で説明された第１透過波長選択フィルタ１２Ａを２枚有している。すなわち、２枚の第１透過波長選択フィルタ１２Ａが第３フィルタ保持部１３Ｃの移動方向（矢印ＡＲ１の方向）に沿って接着するように形成されている。
【００５７】
まず、第２実施形態で説明されたように透明平行平板１２１ａを使って焦点合わせが行われる。次に、第３フィルタ保持部１３Ｃが図１２（ａ）に示される位置まで移動される。この移動量は７ピッチ分であり、１つ目の第１透過波長選択フィルタ１２Ａが受光面１６１全てを覆う位置まで移動する。この状態で二次元撮像素子１６により１回目の撮像が行われる。二次元撮像素子１６の受光面１６１全面で、波長帯域Ａから波長帯域Ｇまで同時に撮像する。その後、第３フィルタ保持部１３ＣがピッチＳ毎に移動する。
【００５８】
図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の状態から第３フィルタ保持部１３Ｃが３ピッチ分に移動した状態を示した図である。二次元撮像素子１６の受光面１６１は、１つの第１透過波長選択フィルタ１２Ａにおける波長帯域Ａ、Ｂ、Ｃと別の第１透過波長選択フィルタ１２Ａにおける波長帯域Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇとに同時に撮像している。
【００５９】
図１２（ｃ）は、図１２（ａ）の状態から第３フィルタ保持部１３Ｃが６ピッチ分に移動した状態を示した図である。１つの第１透過波長選択フィルタ１２Ａにおける波長帯域Ｇと別の第１透過波長選択フィルタ１２Ａにおける波長帯域Ａ〜Ｆとが、が受光面１６１を覆っている。二次元撮像素子１６の受光面１６１は、波長帯域Ａから波長帯域Ｇまで同時に撮像する。つまり、図１２（ａ）から（ｃ）に至るまで１ピッチ毎、６回第３フィルタ保持部１３Ｃが移動することで、二次元撮像素子１６の受光面１６１全面で、波長帯域Ａから波長帯域Ｇまでを撮像することができる。
【００６０】
第１実施形態では、図５および図６で示されたように二次元撮像素子１６が１３回の撮影を行った。第３実施形態によれば、二次元撮像素子１６が７回の撮影を行えばよい。このため撮像時間を短縮することもできる。
【００６１】
（第４実施形態）
第４実施形態の分光測定装置１００は、第１透過波長選択フィルタ１２Ａと波長域が異なる第２透過波長選択フィルタ１２Ｂとを有する第４フィルタ保持部１３Ｄを用いている。以下は第４フィルタ保持部１３Ｄについて図１３を参照しながら説明する。
【００６２】
図１３は、第４フィルタ保持部１３Ｄと二次元撮像素子１６の受光面１６１との相対関係を示している図である。図１３に示されたように、第４フィルタ保持部１３Ｄは図の右側から順に透明平行平板１２１ａ、第１透過波長選択フィルタ１２Ａ、第２透過波長選択フィルタ１２Ｂおよび遮光平行平板１２１ｂを有している。
【００６３】
ここで、第２透過波長選択フィルタ１２Ｂは第１実施形態で説明された第１透過波長選択フィルタ１２Ａと同じ種類の光学素子であるが、その透過波長の波長帯域が異なる。例えば、第１透過波長選択フィルタ１２Ａは波長帯域４００ｎｍ〜７５０ｎｍまでの可視光を透過するが、第２透過波長選択フィルタ１２Ｂは波長帯域７５０ｎｍ〜１１００ｎｍまでの赤外光を透過する。例えば第２透過波長選択フィルタ１２Ｂがその移動方向に透過領域Ｈ〜Ｎを備える場合、透過領域Ｈの波長帯域は７５０ｎｍ〜８００ｎｍ、透過領域Ｉの波長帯域は８００ｎｍ〜８５０ｎｍ、透過領域Ｊの波長帯域は８５０ｎｍ〜９００ｎｍ、透過領域Ｋの波長帯域は９００ｎｍ〜９５０ｎｍ、透過領域Ｌの波長帯域は９５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、透過領域Ｍの波長帯域は１０００ｎｍ〜１０５０ｎｍ、透過領域Ｎの波長帯域は１０５０ｎｍ〜１１００ｎｍである。
【００６４】
このような構成にすれば、例えば図１３（ｂ）の状態において、二次元撮像素子１６の受光面１６１全面は第１透過波長選択フィルタ１２Ａにおける波長帯域Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇと第２透過波長選択フィルタ１２Ｂにおける波長帯域Ｈ、Ｉ、Ｊとに同時に対応することができる。
【００６５】
また、例えば図１３（ｃ）の状態では、二次元撮像素子１６の受光面１６１は、波長帯域Ｈから波長帯域Ｎまで同時に撮像する。このように、第４実施形態の分光測定装置１００は第１〜第３実施形態より広い波長帯域に対して分光特性が得られる。第２透過波長選択フィルタ１２Ｂは赤外光領域で説明したが、第２透過波長選択フィルタ１２Ｂが紫外光領域であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上、本発明の最適な実施形態について説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施例に様々な変更を加えて実施することができる。例えば、第２実施形態における透明平行平板１２１ａ、遮光平行平板１２１ｂおよび第１透過波長選択フィルタ１２Ａは、一枚の透明平行平板を３つの部分に分けて構成してもよい。また第３実施形態における２つの第１透過波長選択フィルタ１２Ａを一枚の透明平行平板に形成してもよい。さらに第４実施形態では、第１透過波長選択フィルタ１２Ａと第２透過波長選択フィルタ１２Ｂとを一枚の透明平行平板に構成してもよい。
【００６７】
また、例えば、第２〜第４実施形態において、第１透過波長選択フィルタ１２Ａ、第２透過波長選択フィルタ１２Ｂ、透明平行平板１２１ａ及び遮光平行平板１２１ｂは互いに直接に接着してフィルタ保持部に保持されていた。しかし、１枚１枚別々の板で構成し、複数の窓を有するフィルタ保持部で保持された構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１１ … 対物光学系
１２Ａ、１２Ｂ … 第１透過波長選択フィルタ
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ … フィルタ保持部
１４ … 駆動ステージ
１５ … 投影光学系
１６ … 二次元撮像素子
１７ … 制御部
１８ … 画像処理部
１９ａ、１９ｂ … 平行平面板
１００ … 分光測定装置
１１１、１１２、１５１、１５２ … レンズ
１２１、１２１ａ、１２１ｂ … 平行平面板
１２２ … 干渉フィルタ層
１５３ … 開口絞り
１６１ … 受光面
１７１ … 駆動部
１７２ … 記憶部
１７３ … 第１補正部、 １７４ … 第２補正部
１７５ … 測定部
Ａｘ … 光軸
Ｉｍ１ … 物体像、 Ｉｍ２ … 共役像
ＣＲＴ … モニター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物体像をヴィネッティング無しで且つテレセントリックに結像可能な対物光学系と、
前記対物光学系による前記対象物体像の結像面に配置され、第１波長から第１波長より長い波長の第２波長までの光を透過させるとともに所定方向に沿って透過波長が異なるように形成された第１透過波長選択フィルタと、
前記結像面内で前記所定方向に前記第１透過波長選択フィルタを所定ピッチごとに移動させる駆動部と、
前記第１透過波長選択フィルタをテレセントリックに透過した光束成分だけで、前記対象物体の像の共役像をヴィネッティングなしで投影する投影光学系と、
前記対物光学系または前記投影光学系内に設置され、前記第１透過波長選択フィルタ上に対象物体像を形成して透過する光束のうち撮像に使う成分をヴィネッティング無しで且つテレセントリックとする開口絞りと、
前記所定方向におよび前記所定方向と直交する直交方向に配置された複数の画素からなり、前記投影光学系により投影された前記共役像を二次元で撮像する二次元撮像素子と、
前記二次元撮像素子で撮像された前記共役像を記憶する記憶部と、
前記所定ピッチごと前記第１透過波長選択フィルタが移動した際に、移動毎に前記二次元撮像素子で共役像を撮像して前記記憶部に記憶し、前記対象物体の分光特性を測定する測定部と、
を備える分光測定装置。
【請求項２】
前記第１透過波長選択フィルタは、平行平面板の片面に多層膜の干渉フィルタ層を有し、前記多層膜の厚さが前記所定方向に沿って変化することによって、前記第１透過波長選択フィルタを透過する光の前記透過波長が前記所定方向に沿って前記第１波長から前記第２波長まで直線的に変化する請求項１に記載の分光測定装置。
【請求項３】
前記所定ピッチが前記所定方向に配置された前記二次元撮像素子の１画素を超えて移動する際、前記所定ピッチに対応する前記所定方向の複数の画素で撮像された共役像に対して、前記透過波長のずれを補正する第１補正部を備える請求項１又は請求項２に記載の分光測定装置。
【請求項４】
前記第１透過波長選択フィルタの前記直交方向に異なる位置では、前記透過波長が異なる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項５】
前記直交方向に異なる位置に対応する前記画素で撮像された前記共役像に対して、前記透過波長のずれを補正する第２補正部を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項６】
さらに、多層膜の干渉フィルタ層が形成されておらず前記平行平面板と同じ材質及び厚さの基準平面板を備え、
前記駆動部は、前記基準平面板を前記結像面まで移動させる請求項２に記載の分光測定装置。
【請求項７】
前記第１透過波長選択フィルタが前記所定方向に沿って少なくとも２つ配置され、
前記測定部は、前記所定ピッチごと２つの前記第１透過波長選択フィルタを移動させ、移動毎に前記二次元撮像素子で前記共役像を撮像して前記記憶部に記憶する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項８】
前記第１透過波長選択フィルタと前記所定方向に沿って配置され、前記第２波長から前記第２波長より長い波長の第３波長までの光を透過させるとともに前記所定方向に沿って透過波長が異なるように形成された第２透過波長選択フィルタを有し、
前記測定部は、前記所定ピッチごと前記第１透過波長選択フィルタ及び前記第２透過波長選択フィルタを移動させ、移動毎に前記二次元撮像素子で前記共役像を撮像して前記記憶部に記憶する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項９】
前記第２透過波長選択フィルタは、平行平面板の片面に多層膜の干渉フィルタ層を有し、前記多層膜の厚さが前記所定方向に沿って変化することによって、前記第２透過波長選択フィルタを透過する光の前記透過波長が前記所定方向に沿って前記第２波長から前記第３波長まで直線的に変化する請求項８に記載の分光測定装置。
【請求項１０】
前記第２透過波長選択フィルタの前記直交方向に異なる位置では、前記透過波長が異なる請求項８又は請求項９に記載の分光測定装置。
【請求項１１】
前記所定ピッチごと前記記憶部に記憶された前記共役像の画像データに基づいて、前記共役像を前記所定ピッチごとの画像要素に変換した上で前記画像要素毎の分光強度分布を表示させる画像処理部を有する請求項１から請求項１０に記載の分光測定装置。
【請求項１】
対象物体像をヴィネッティング無しで且つテレセントリックに結像可能な対物光学系と、
前記対物光学系による前記対象物体像の結像面に配置され、第１波長から第１波長より長い波長の第２波長までの光を透過させるとともに所定方向に沿って透過波長が異なるように形成された第１透過波長選択フィルタと、
前記結像面内で前記所定方向に前記第１透過波長選択フィルタを所定ピッチごとに移動させる駆動部と、
前記第１透過波長選択フィルタをテレセントリックに透過した光束成分だけで、前記対象物体の像の共役像をヴィネッティングなしで投影する投影光学系と、
前記対物光学系または前記投影光学系内に設置され、前記第１透過波長選択フィルタ上に対象物体像を形成して透過する光束のうち撮像に使う成分をヴィネッティング無しで且つテレセントリックとする開口絞りと、
前記所定方向におよび前記所定方向と直交する直交方向に配置された複数の画素からなり、前記投影光学系により投影された前記共役像を二次元で撮像する二次元撮像素子と、
前記二次元撮像素子で撮像された前記共役像を記憶する記憶部と、
前記所定ピッチごと前記第１透過波長選択フィルタが移動した際に、移動毎に前記二次元撮像素子で共役像を撮像して前記記憶部に記憶し、前記対象物体の分光特性を測定する測定部と、
を備える分光測定装置。
【請求項２】
前記第１透過波長選択フィルタは、平行平面板の片面に多層膜の干渉フィルタ層を有し、前記多層膜の厚さが前記所定方向に沿って変化することによって、前記第１透過波長選択フィルタを透過する光の前記透過波長が前記所定方向に沿って前記第１波長から前記第２波長まで直線的に変化する請求項１に記載の分光測定装置。
【請求項３】
前記所定ピッチが前記所定方向に配置された前記二次元撮像素子の１画素を超えて移動する際、前記所定ピッチに対応する前記所定方向の複数の画素で撮像された共役像に対して、前記透過波長のずれを補正する第１補正部を備える請求項１又は請求項２に記載の分光測定装置。
【請求項４】
前記第１透過波長選択フィルタの前記直交方向に異なる位置では、前記透過波長が異なる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項５】
前記直交方向に異なる位置に対応する前記画素で撮像された前記共役像に対して、前記透過波長のずれを補正する第２補正部を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項６】
さらに、多層膜の干渉フィルタ層が形成されておらず前記平行平面板と同じ材質及び厚さの基準平面板を備え、
前記駆動部は、前記基準平面板を前記結像面まで移動させる請求項２に記載の分光測定装置。
【請求項７】
前記第１透過波長選択フィルタが前記所定方向に沿って少なくとも２つ配置され、
前記測定部は、前記所定ピッチごと２つの前記第１透過波長選択フィルタを移動させ、移動毎に前記二次元撮像素子で前記共役像を撮像して前記記憶部に記憶する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項８】
前記第１透過波長選択フィルタと前記所定方向に沿って配置され、前記第２波長から前記第２波長より長い波長の第３波長までの光を透過させるとともに前記所定方向に沿って透過波長が異なるように形成された第２透過波長選択フィルタを有し、
前記測定部は、前記所定ピッチごと前記第１透過波長選択フィルタ及び前記第２透過波長選択フィルタを移動させ、移動毎に前記二次元撮像素子で前記共役像を撮像して前記記憶部に記憶する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項９】
前記第２透過波長選択フィルタは、平行平面板の片面に多層膜の干渉フィルタ層を有し、前記多層膜の厚さが前記所定方向に沿って変化することによって、前記第２透過波長選択フィルタを透過する光の前記透過波長が前記所定方向に沿って前記第２波長から前記第３波長まで直線的に変化する請求項８に記載の分光測定装置。
【請求項１０】
前記第２透過波長選択フィルタの前記直交方向に異なる位置では、前記透過波長が異なる請求項８又は請求項９に記載の分光測定装置。
【請求項１１】
前記所定ピッチごと前記記憶部に記憶された前記共役像の画像データに基づいて、前記共役像を前記所定ピッチごとの画像要素に変換した上で前記画像要素毎の分光強度分布を表示させる画像処理部を有する請求項１から請求項１０に記載の分光測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２２６８７６（Ｐ２０１１−２２６８７６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９５６９２（Ｐ２０１０−９５６９２）
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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