JP2014013185A - 分光撮像装置調整方法および分光撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】分光撮像装置において各部品の間の相対的配置関係を容易に調整することができる分光撮像装置調整方法を提供する。
【解決手段】分光撮像システム１は、光源１０、単一波長光源２２、分光撮像装置３０を備える。分光撮像装置３０は、コリメートレンズ３２、回折格子３３、集光レンズ３４、アレイ型受光部３５、および、これらの部品の間の相対的配置関係を調整する調整手段を備える。単一波長光源２２から分光撮像装置３０に単色光を入力させたときにアレイ型受光部３５の各受光センサからの出力値から所定の計算式により求められる値が最大となるように、各部品の間の相対的配置関係を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、分光撮像装置調整方法および分光撮像システムに関するものである。

分光撮像装置は、入力光をコリメートするコリメートレンズと、コリメートレンズによりコリメートされた光を入力して波長に応じて異なる方向へ光を出力する回折格子と、回折格子から出力された光を波長に応じて異なる位置に集光する集光レンズと、所定ラインに沿ってアレイ配置された複数の受光センサのうちの何れかの受光センサで集光レンズにより集光された光を受光するアレイ型受光部と、を備え、入力光のスペクトルを測定することができる。

例えば、分光撮像装置は、物質の吸収スペクトルを測定することにより、その物質の成分を分析することができる。また、分光撮像装置は、物体光と参照光とで形成される干渉縞のスペクトルを測定するにより、その物体の厚みや相対的な距離を求めることができる。さらに、ＦＤ-ＯＣＴ（Fourier Domain Optical CoherenceTomography）は、測定対象からの物体光と参照光とで形成される干渉縞のスペクトルを分光撮像装置により測定し、この干渉スペクトルをフーリエ変換することで、非侵襲で測定対象の奥行き方向の光断層像を取得することができる（特許文献１参照）。

特開２０１１−０２４８４２号公報

ところで、分光撮像装置により光のスペクトルを高い波長分解能で測定するためには、集光レンズにより集光される各波長の光の集光点が上記所定ライン上に位置することも必要である。しかし、分光撮像装置において、外部からの衝撃および経時的な緩み等に因り、各部品の間の相対的配置関係が変化する場合がある。この場合、集光レンズにより集光される各波長の光の集光点が上記所定ラインから外れると、測定されるスペクトルの波長分解能や検出効率が低下する。また、ＦＤ-ＯＣＴでは、分光撮像装置において集光レンズにより集光される各波長の光の集光点が上記所定ラインから外れると、遠距離で反射する物体光の強度が低下し感度が低下する。

このような問題点を解消するために、分光撮像装置に単色光を入力させて、アレイ型受光部の複数の受光センサ上の集光領域の大きさを求め、その集光領域が小さくなるように分光撮像装置の各光学部品の相対的配置関係を調整すれば、測定されるスペクトルの波長分解能や検出効率の低下が回避され得る。

しかし、このような調整方法では、アレイ型受光部の複数の受光センサ上の集光領域の大きさが各受光センサのサイズの数倍程度以上である必要があるので、この条件で集光領域の大きさを精度よく求めることは難しい。また、分光撮像装置に複数の単色光を入力させた場合には、アレイ型受光部における複数の単色光それぞれの集光領域の大きさを確認する必要があるので、調整に要する時間が長くなり、また、ノイズを集光領域と誤判定する可能性がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、分光撮像装置において各部品の間の相対的配置関係を容易に調整することができる分光撮像装置調整方法、および、このような分光撮像装置調整方法を適用することができる分光撮像システムを提供することを目的とする。

本発明の分光撮像装置調整方法は、入力光をコリメートするコリメートレンズと、コリメートレンズによりコリメートされた光を入力して波長に応じて異なる方向へ光を出力する回折格子と、回折格子から出力された光を波長に応じて異なる位置に集光する集光レンズと、所定ラインに沿ってアレイ配置された複数の受光センサＰ_１〜Ｐ_Ｎのうちの何れかの受光センサで集光レンズにより集光された光を受光するアレイ型受光部とを備える分光撮像装置を調整する方法であって、分光撮像装置に単色光を入力させたときに各受光センサＰ_ｎからの出力値ｆ_ｎについて下記（１）式の値が最大となるように、コリメートレンズ，回折格子，集光レンズおよびアレイ型受光部の間の相対的配置関係を調整することを特徴とする。ただし、ｎは１以上Ｎ以下の各整数である。また、本発明の分光撮像装置調整方法では、単色光のスペクトルの半値全幅がアレイ型受光部の波長分解能より小さいのが好適である。

また、本発明の分光撮像装置調整方法は、入力光をコリメートするコリメートレンズと、コリメートレンズによりコリメートされた光を入力して波長に応じて異なる方向へ光を出力する回折格子と、回折格子から出力された光を波長に応じて異なる位置に集光する集光レンズと、所定ラインに沿ってアレイ配置された複数の受光センサＰ_１〜Ｐ_Ｎのうちの何れかの受光センサで集光レンズにより集光された光を受光するアレイ型受光部とを備える分光撮像装置を調整する方法であって、各単色光のスペクトルの半値全幅がアレイ型受光部の波長分解能より小さく、隣り合う２つの単色光の波長間隔の最小値が波長分解能より大きい複数の単色光λ_１〜λ_Ｍを、分光撮像装置に入力させ、複数の受光センサＰ_１〜Ｐ_Ｎのうち単色光λ_ｍの集光位置を含む連続範囲にある受光センサをグループＧ_ｍが含むように複数の受光センサＰ_１〜Ｐ_ＮをＭ個のグループＧ_１〜Ｇ_Ｍに分割して、各受光センサＰ_ｎからの出力値ｆ_ｎについて下記（２）式の値が最大となるように、コリメートレンズ，回折格子，集光レンズおよびアレイ型受光部の間の相対的配置関係を調整することを特徴とする。ただし、ｎは１以上Ｎ以下の各整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の各整数である。また、本発明の分光撮像装置調整方法では、隣り合う２つの単色光の波長間隔の最小値が波長分解能の１０倍以上であり、アレイ型受光部が受光する光の波長帯域幅が隣り合う２つの単色光の波長間隔の最大値の１０倍以上であるのが好適である。

本発明の分光撮像システムは、入力光をコリメートするコリメートレンズと、コリメートレンズによりコリメートされた光を入力して波長に応じて異なる方向へ光を出力する回折格子と、回折格子から出力された光を波長に応じて異なる位置に集光する集光レンズと、所定ラインに沿ってアレイ配置された複数の受光センサのうちの何れかの受光センサで集光レンズにより集光された光を受光するアレイ型受光部と、コリメートレンズに入力される光の光路上に配置され、コリメートレンズに単色光を入力させる単色光供給源と、コリメートレンズ，回折格子，集光レンズおよびアレイ型受光部の間の相対的配置関係を調整する調整手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の分光撮像システムでは、単色光のスペクトルの半値全幅がアレイ型受光部の波長分解能より小さいのが好適である。また、隣り合う２つの単色光の波長間隔の最小値がアレイ型受光部の波長分解能の１０倍以上であり、アレイ型受光部が受光する光の波長帯域幅が隣り合う２つの単色光の波長間隔の最大値の１０倍以上であるのが好適である。

本発明によれば、分光撮像装置において各部品の間の相対的配置関係を容易に調整することができる。

第１実施形態の分光撮像システム１の構成を示す図である。 単一波長光源２２から出力される単色光を分光撮像装置３０に入力させたときのアレイ型受光部３５から出力されるラインデータを示す図である。 分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係とフォーカススコアとの関係を示す図である。 第１実施形態の変形例の分光撮像システム１Ａの構成を示す図である。 第１実施形態の変形例の分光撮像システム１Ｂの構成を示す図である。 第１実施形態の変形例の分光撮像システム１Ｃの構成を示す図である。 第２実施形態の分光撮像システム２の構成を示す図である。 光量が等しい複数波長の単色光を分光撮像装置３０に入力させたときのアレイ型受光部３５から出力されるラインデータを示す図である。 光量が異なる複数波長の単色光を分光撮像装置３０に入力させたときのアレイ型受光部３５から出力されるラインデータを示す図である。 第２実施形態の変形例の分光撮像システム２Ａの構成を示す図である。 第２実施形態の変形例の分光撮像システム２Ｂの構成を示す図である。 第２実施形態の変形例の分光撮像システム２Ｃの構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）

図１は、第１実施形態の分光撮像システム１の構成を示す図である。分光撮像システム１は、ＦＤ-ＯＣＴにより測定対象３の光断層像を取得するものであって、光源１０、干渉器１１、照射ユニット１２、結合器２１、単一波長光源２２、分光撮像装置３０、データ抽出部４１、断層像データ生成部４２、画像化部４３、フォーカススコア算出部４４および位置制御部４５を備える。

光源１０は、広帯域の連続光を出力することができる。光源１０として、例えば、ＳＣ光源，ＡＳＥ光源およびＳＬＤ等が好適に用いられ得る。干渉器１１は、マイケルソン型干渉計であり、光源１０から出力された光を入力し該光を２分岐して測定光および参照光とし、測定光を照射ユニット１２へ出力するとともに、照射ユニット１２により測定対象３へ測定光が照射されることで測定対象３において生じた物体光を照射ユニット１２から入力し、その物体光および参照光による干渉光を結合器２１へ出力する。

単一波長光源２２は、単一波長の単色光を出力する。この単色光の波長は、分光撮像装置３０が検出することができる波長である。この単色光のスペクトルの半値全幅は、アレイ型受光部３５の波長分解能（アレイ型受光部３５の帯域幅を受光センサの個数で割った値）より小さい。結合器２１は、干渉器１１から出力される光、または、単一波長光源２２から出力される単一波長の単色光を、分光撮像装置３０に入力させる。結合器２１および単一波長光源２２は、分光撮像装置３０に単一波長の単色光を入力させる単色光供給源を構成している。

分光撮像装置３０は、結合器２１から到達した光のスペクトルを測定する。分光撮像装置３０は、光ファイバ３１，コリメートレンズ３２，回折格子３３，集光レンズ３４およびアレイ型受光部３５を備える。また、分光撮像装置３０は、コリメートレンズ３２，回折格子３３，集光レンズ３４およびアレイ型受光部３５の間の相対的配置関係を調整する調整手段を備える。

光ファイバ３１は、結合器２１から出力された光を導いて、該光を端面から出力する。コリメートレンズ３２は。光ファイバ３１の端面から出力された光をコリメートする。回折格子３３は、コリメートレンズ３２によりコリメートされた光を入力して波長に応じて異なる方向へ光を出力する。集光レンズ３４は、回折格子３３から出力された光を波長に応じて異なる位置に集光する。アレイ型受光部３５は、所定ラインに沿って一定ピッチでアレイ配置された複数の受光センサを有し、集光レンズ３４により集光された光を受光する。

相対的配置関係を調整する調整手段は、コリメートレンズ３２，回折格子３３，集光レンズ３４およびアレイ型受光部３５それぞれを平行移動させる手段の他、これらの部品の方位を変更する手段を含む。特に、調整手段は、コリメートレンズ３２の位置を調整する手段と、集光レンズ３４とアレイ型受光部３５との間の距離を調整する手段と、を含む。これらの調整手段として可動ステージ等が用いられる。

データ抽出部４１は、アレイ型受光部３５の複数の受光センサから出力されたラインデータ（各受光センサからの出力データの列）を受け取る。断層像データ生成部４２は、このラインデータをフーリエ変換し、このフーリエ変換の結果に基づいて測定対象３の奥行き方向の１次元の光断層像を取得する。照射ユニット１２は、測定対象３への測定光の照射を１次元または２次元に走査し、断層像データ生成部４２は、その走査の際の各照射位置において測定対象３の奥行き方向の１次元の光断層像を取得する。そして、画像化部４３は、断層像データ生成部４２により取得された１次元の光断層像を積層することによって、測定対象３の２次元または３次元の光断層像を形成し表示する。

フォーカススコア算出部４４は、アレイ型受光部３５からデータ抽出部４１が受け取ったラインデータに基づいて、分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係の良好度合を表す評価値（フォーカススコア）を算出する。位置制御部４５は、このフォーカススコアに基づいて、分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整する調整手段を制御する。

本実施形態では、フォーカススコアを求めて分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整するために、単一波長光源２２から出力される単一波長の単色光を分光撮像装置３０に入力させる。単一波長の単色光が分光撮像装置３０に入力されたとき、アレイ型受光部３５の受光面における光強度分布は、その波長に応じた位置でピークを有し、その位置から離れるほど強度が低下する。アレイ型受光部３５の複数の受光センサそれぞれは、入射光強度に対して出力データが一定の線形関係にあるとする。

アレイ型受光部３５から出力されるラインデータｆ(ｘ)を下記（３）式のガウス関数で表す。ａは、正の値であり、アレイ型受光部３５の受光面における集光領域の大きさを表す。アレイ型受光部３５から出力されるラインデータは、実際には位置ｘについて離散的であるが、ここでは位置ｘを変数とする関数として扱う。

ラインデータｆ(ｘ)の積分値（以下「単純和」という。）は下記（４ａ）式で表される。単純和の値は、ａ値に依らず一定値であり、集光領域の大きさに依らない。一方、ラインデータｆ(ｘ)のα乗の積分値（以下「α乗和」という。）は下記（４ｂ）式で表される。α＞１であるとき、ａ値が大きいほど（集光領域が狭いほど）、α乗和の値は大きい。このことから、α乗和の値をフォーカススコアとして、この値が大きくなるように、分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整すればよい。

ただし、アレイ型受光部３５から出力されるラインデータは実際には位置ｘについて離散的である。そこで、アレイ型受光部３５のアレイ配置された複数の受光センサをＰ_１〜Ｐ_Ｎとし、分光撮像装置３０に単色光を入力させたときの各受光センサＰ_ｎからの出力値をｆ_ｎとして、下記（５）式の値をフォーカススコアとし、このフォーカススコアが最大となるように、分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整すればよい。

分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整する際には、結合器２１は、干渉器１１からの光を分光撮像装置３０に入力させず、単一波長光源２２からの単色光を分光撮像装置３０に入力させる。結合器２１は、干渉器１１から出力される光、および、単一波長光源２２から出力される単色光のうち、何れか一方を選択して分光撮像装置３０に入力させる光スイッチであってもよい。

図２は、単一波長光源２２から出力される単色光を分光撮像装置３０に入力させたときのアレイ型受光部３５から出力されるラインデータを示す図である。このラインデータは、単色光の波長に応じた位置でピークを有し、そのピーク位置から離れるほど値が低下する。分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係が良好である場合Ａでは、ラインデータのピークは高く、ピークの幅は狭い。一方、相対的配置関係が十分でない場合Ｂでは、ラインデータのピークは低く、ピークの幅は広い。

図３は、分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係とフォーカススコアとの関係を示す図である。横軸は、分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係、すなわち、各光学部品の位置や方位を表す。分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係が十分でない場合Ｂと比べて、相対的配置関係が良好である場合Ａでは、フォーカススコアが大きい。分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係の連続的な変化に対して、ラインデータの形状（ピーク高さ及び幅）も連続的に変化し、フォーカススコアも連続的に変化する。

したがって、分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整しながらフォーカススコアの変化を調べ、フォーカススコアが極大となる相対的配置関係を求めれば、最良の相対的配置関係を得ることができる。また、分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係に周期的な変化を与え、このときに得られるフォーカススコアにおける同じ周期の変動成分を抽出して、その成分が最小となるように相対的配置関係を調整してもよい。

図４〜図６は、第１実施形態の変形例の構成を示す図である。図１に示された構成と比較すると、図４〜図６に示される変形例では、分光撮像装置３０に単一波長の単色光を入力させる単色光供給源の構成の点で相違する。

図４は、第１実施形態の変形例の分光撮像システム１Ａの構成を示す図である。図１に示された構成と比較すると、図４に示される分光撮像システム１Ａは、分光撮像装置３０に単一波長の単色光を入力させる単色光供給源として結合器２１および単一波長光源２２を備える点では同じであるが、結合器２１が光源１０と干渉器１１との間に設けられている点で相違する。分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整する際には、結合器２１は、光源１０からの光を干渉器１１に入力させず、単一波長光源２２からの単色光を干渉器１１に入力させる。結合器２１は、光源１０から出力される光、および、単一波長光源２２から出力される単色光のうち、何れか一方を選択して干渉器１１に入力させる光スイッチであってもよい。この変形例では、光源１０と単一波長光源２２とを一つに纏めることができる。

図５は、第１実施形態の変形例の分光撮像システム１Ｂの構成を示す図である。図１に示された構成と比較すると、図５に示される分光撮像システム１Ｂは、分光撮像装置３０に単一波長の単色光を入力させる単色光供給源として、結合器２１、分岐器２３および単一波長透過フィルタ２４を備える点で相違する。分岐器２３は、光源１０と干渉器１１との間に設けられている。結合器２１は、干渉器１１と分光撮像装置３０との間に設けられている。単一波長透過フィルタ２４の透過帯域幅は、分光撮像装置３０の波長分解能より狭い。分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整する際には、光源１０から出力された光を分岐器２３により単一波長透過フィルタ２４に導入し、単一波長透過フィルタ２４を透過した単一波長の単色光を結合器２１により分光撮像装置３０に入力させる。結合器２１または分岐器２３は光スイッチであってもよい。この変形例では、光源１０とは別に、フォーカススコアを求める為の単一波長光源を設ける必要がない。

図６は、第１実施形態の変形例の分光撮像システム１Ｃの構成を示す図である。図５に示された構成と比較すると、図６に示される分光撮像システム１Ｃは、分光撮像装置３０に単一波長の単色光を入力させる単色光供給源として、結合器２１、分岐器２３および単一波長透過フィルタ２４を備える点では同じであるが、結合器２１および分岐器２３の双方が光源１０と干渉器１１との間に設けられている点で相違する。結合器２１または分岐器２３は光スイッチであってもよい。この変形例でも、光源１０とは別に、フォーカススコアを求める為の単一波長光源を設ける必要がない。

（第２実施形態）

図７は、第２実施形態の分光撮像システム２の構成を示す図である。分光撮像システム２は、ＦＤ-ＯＣＴにより測定対象の光断層像を取得するものであって、光源１０、干渉器１１、照射ユニット１２、結合器２１、合波器２５、単一波長光源２６_１〜２６_Ｍ、分光撮像装置３０、データ抽出部４１、断層像データ生成部４２、画像化部４３、フォーカススコア算出部４４および位置制御部４５を備える。

図１に示された第１実施形態の構成と比較すると、図７に示される分光撮像システム２は、分光撮像装置３０に単色光を入力させる単色光供給源として、結合器２１、合波器２５および複数の単一波長光源２６_１〜２６_Ｍを備える点で相違する。

各単一波長光源２６_ｍは、中心波長λ_ｍの単色光を出力する。波長λ_１〜λ_Ｍは、分光撮像装置３０が検出することができる波長であり、互いに異なる。各単色光のスペクトルの半値全幅は、アレイ型受光部３５の波長分解能より小さい。隣り合う２つの単色光の波長間隔の最小値は、アレイ型受光部３５の波長分解能より大きい。隣り合う２つの単色光の波長間隔の最小値は、アレイ型受光部３５の波長分解能の１０倍以上であるのが好適であり、アレイ型受光部３５が受光する光の波長帯域幅は、隣り合う２つの単色光の波長間隔の最大値の１０倍以上であるのが好適である。

合波器２５は、複数の単一波長光源２６_１〜２６_Ｍから出力された波長λ_１〜λ_Ｍの単色光を合波して、その合波した光を結合器２１へ出力する。結合器２１は、干渉器１１から出力される光、または、合波器２５から出力される複数波長の単色光を、分光撮像装置３０に入力させる。

本実施形態では、フォーカススコアを求めて分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整するために、複数の単一波長光源２６_１〜２６_Ｍから出力された波長λ_１〜λ_Ｍの単色光を合波して分光撮像装置３０に入力させる。複数波長の単色光が分光撮像装置３０に入力されたとき、アレイ型受光部３５の受光面における光強度分布は、各々波長に応じた位置でピークを有し、その位置から離れるほど強度が低下する。

複数の単一波長光源２６_１〜２６_Ｍから出力される単色光の光量が一定であれば、第１実施形態と同様のフォーカススコアに基づいて、分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整することができる。複数の単一波長光源２６_１〜２６_Ｍから出力される単色光の光量が一定でない場合、以下のようにして相対的配置関係を調整する。

アレイ型受光部３５から出力されるラインデータを下記（６）式のガウス関数ｆ_ｍ(ｘ)の和で表す。ガウス関数ｆ_ｍ(ｘ)は、単一波長光源２６_ｍから出力された波長λ_ｍの単色光のみが分光撮像装置３０に入力されたときにアレイ型受光部３５から出力されるラインデータを表す。Ａ_ｍは波長λ_ｍの単色光の光量を表し、ａ_ｍは波長λ_ｍの単色光の集光領域の大きさを表し、ｘ_０ｍは波長λ_ｍの単色光の集光領域におけるピーク位置を表す。

単純和は下記（７ａ）式で表される。単純和の値は、ａ_ｍ値に依らず一定値であり、集光領域の大きさに依らない。一方、α乗和は下記（７ｂ）式で表される。α＞１であるとき、ａ_ｍ値が大きいほど（集光領域が狭いほど）、α乗和の値は大きい。しかし、α乗和の値は、光量Ａ_ｍが大きい波長λ_ｍの単色光の寄与が大きい。

そこで、本実施形態では、アレイ型受光部３５の複数の受光センサＰ_１〜Ｐ_Ｎのうち単色光λ_ｍの集光位置を含む連続範囲にある受光センサをグループＧ_ｍが含むように複数の受光センサＰ_１〜Ｐ_ＮをＭ個のグループＧ_１〜Ｇ_Ｍに分割する。各グループＧ_ｍは、単色光λ_ｍの集光位置にある受光センサと、この受光センサの近傍にある受光センサと、を含む。そして、各グループＧ_ｍにおける単純和のα乗の値とα乗和との比（下記（８）式）を求め、この比の総和（下記（９）式）をフォーカススコアとする。このフォーカススコアは、各単色光λ_ｍの光量Ａ_ｍに依存しない。このフォーカススコアが最大となるように、分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整すればよい。

ただし、アレイ型受光部３５から出力されるラインデータは実際には位置ｘについて離散的である。そこで、アレイ型受光部３５のアレイ配置された複数の受光センサをＰ_１〜Ｐ_Ｎとし、分光撮像装置３０に複数波長λ_１〜λ_Ｍの単色光を入力させたときの各受光センサＰ_ｎからの出力値をｆ_ｎとして、下記（１０）式の値をフォーカススコアとし、このフォーカススコアが最大となるように、分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整すればよい。

分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整する際には、結合器２１は、干渉器１１からの光を分光撮像装置３０に入力させず、合波器２５からの複数波長の単色光を分光撮像装置３０に入力させる。結合器２１は、干渉器１１から出力される光、および、合波器２５から出力される複数波長の単色光のうち、何れか一方を選択して分光撮像装置３０に入力させる光スイッチであってもよい。

図８は、光量が等しい複数波長の単色光を分光撮像装置３０に入力させたときのアレイ型受光部３５から出力されるラインデータを示す図である。このラインデータは、単色光の各波長に応じた位置でピークを有し、そのピーク位置から離れるほど値が低下する。分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係が良好である場合Ａでは、ラインデータの全てのピークは高く、全てのピークの幅は狭い。一方、相対的配置関係が十分でない場合Ｂでは、ラインデータの何れかのピークは低く、何れかのピークの幅は広い。複数波長の単色光の光量が等しい場合、第１実施形態と同様のフォーカススコアに基づいて、分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整することができる。

図９は、光量が異なる複数波長の単色光を分光撮像装置３０に入力させたときのアレイ型受光部３５から出力されるラインデータを示す図である。このような状態は、各波長の単色光の出力強度に差がある場合、または、経路の損失が波長によって異なる場合に起こり得る。このような状態の場合には、上記（１０）式のフォーカススコアに基づいて、分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整することができる。

図１０〜図１２は、第２実施形態の変形例の構成を示す図である。図７に示された構成と比較すると、図１０〜図１２に示される変形例では、分光撮像装置３０に複数波長の単色光を入力させる単色光供給源の構成の点で相違する。

図１０は、第２実施形態の変形例の分光撮像システム２Ａの構成を示す図である。図７に示された構成と比較すると、図１０に示される分光撮像システム２Ａは、分光撮像装置３０に複数波長の単色光を入力させる単色光供給源として結合器２１、合波器２５および単一波長光源２６_１〜２６_Ｍを備える点では同じであるが、結合器２１が光源１０と干渉器１１との間に設けられている点で相違する。分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整する際には、結合器２１は、光源１０からの光を干渉器１１に入力させず、合波器２５からの複数波長の単色光を干渉器１１に入力させる。結合器２１は、光源１０から出力される光、および、合波器２５から出力される複数波長の単色光のうち、何れか一方を選択して干渉器１１に入力させる光スイッチであってもよい。この変形例では、光源１０と単一波長光源２６_１〜２６_Ｍとを一つに纏めることができる。

図１１は、第２実施形態の変形例の分光撮像システム２Ｂの構成を示す図である。図７に示された構成と比較すると、図１１に示される分光撮像システム２Ｂは、分光撮像装置３０に複数波長の単色光を入力させる単色光供給源として、結合器２１、分岐器２３および複数波長透過フィルタ２６を備える点で相違する。分岐器２３は、光源１０と干渉器１１との間に設けられている。結合器２１は、干渉器１１と分光撮像装置３０との間に設けられている。複数波長透過フィルタ２６は、離散的な複数波長の光を透過させることができるもので、例えばエタロンフィルタである。複数波長透過フィルタ２６の各々の透過帯域幅は、分光撮像装置３０の波長分解能より狭い。分光撮像装置３０における各光学部品の間の相対的配置関係を調整する際には、光源１０から出力された光を分岐器２３により複数波長透過フィルタ２６に導入し、複数波長透過フィルタ２６を透過した複数波長の単色光を結合器２１により分光撮像装置３０に入力させる。結合器２１または分岐器２３は光スイッチであってもよい。この変形例では、光源１０とは別に、フォーカススコアを求める為の複数の単一波長光源を設ける必要がない。

図１２は、第２実施形態の変形例の分光撮像システム２Ｃの構成を示す図である。図１１に示された構成と比較すると、図１２に示される分光撮像システム２Ｃは、分光撮像装置３０に複数波長の単色光を入力させる単色光供給源として、結合器２１、分岐器２３および複数波長透過フィルタ２６を備える点では同じであるが、結合器２１および分岐器２３の双方が光源１０と干渉器１１との間に設けられている点で相違する。結合器２１または分岐器２３は光スイッチであってもよい。この変形例でも、光源１０とは別に、フォーカススコアを求める為の単一波長光源を設ける必要がない。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…分光撮像システム、３…測定対象、１０…光源、１１…干渉器、１２…照射ユニット、２１…結合器、２２…単一波長光源、２３…分岐器、２４…単一波長透過フィルタ、２５…合波器、２６_１〜２６_Ｍ…単一波長光源、２７…複数波長透過フィルタ、３０…分光撮像装置、３１…光ファイバ、３２…コリメートレンズ、３３…回折格子、３４…集光レンズ、３５…アレイ型受光部、４１…データ抽出部、４２…断層像データ生成部、４３…画像化部、４４…フォーカススコア算出部、４５…位置制御部。

Claims (7)

1. 入力光をコリメートするコリメートレンズと、前記コリメートレンズによりコリメートされた光を入力して波長に応じて異なる方向へ光を出力する回折格子と、前記回折格子から出力された光を波長に応じて異なる位置に集光する集光レンズと、所定ラインに沿ってアレイ配置された複数の受光センサＰ_１〜Ｐ_Ｎのうちの何れかの受光センサで前記集光レンズにより集光された光を受光するアレイ型受光部とを備える分光撮像装置を調整する方法であって、
   前記分光撮像装置に単色光を入力させたときに各受光センサＰ_ｎからの出力値ｆ_ｎについて下記（１）式の値が最大となるように、前記コリメートレンズ，前記回折格子，前記集光レンズおよび前記アレイ型受光部の間の相対的配置関係を調整する、
   ことを特徴とする分光撮像装置調整方法（ただし、ｎは１以上Ｎ以下の各整数）。
   

   
2. 前記単色光のスペクトルの半値全幅が前記アレイ型受光部の波長分解能より小さいことを特徴とする請求項１に記載の分光撮像装置調整方法。
3. 入力光をコリメートするコリメートレンズと、前記コリメートレンズによりコリメートされた光を入力して波長に応じて異なる方向へ光を出力する回折格子と、前記回折格子から出力された光を波長に応じて異なる位置に集光する集光レンズと、所定ラインに沿ってアレイ配置された複数の受光センサＰ_１〜Ｐ_Ｎのうちの何れかの受光センサで前記集光レンズにより集光された光を受光するアレイ型受光部とを備える分光撮像装置を調整する方法であって、
   各単色光のスペクトルの半値全幅が前記アレイ型受光部の波長分解能より小さく、隣り合う２つの単色光の波長間隔の最小値が前記波長分解能より大きい複数の単色光λ_１〜λ_Ｍを、前記分光撮像装置に入力させ、
   前記複数の受光センサＰ_１〜Ｐ_Ｎのうち単色光λ_ｍの集光位置を含む連続範囲にある受光センサをグループＧ_ｍが含むように前記複数の受光センサＰ_１〜Ｐ_ＮをＭ個のグループＧ_１〜Ｇ_Ｍに分割して、各受光センサＰ_ｎからの出力値ｆ_ｎについて下記（２）式の値が最大となるように、前記コリメートレンズ，前記回折格子，前記集光レンズおよび前記アレイ型受光部の間の相対的配置関係を調整する、
   ことを特徴とする分光撮像装置調整方法（ただし、ｎは１以上Ｎ以下の各整数、ｍは１以上Ｍ以下の各整数）。
   

   
4. 隣り合う２つの単色光の波長間隔の最小値が前記波長分解能の１０倍以上であり、
   前記アレイ型受光部が受光する光の波長帯域幅が隣り合う２つの単色光の波長間隔の最大値の１０倍以上である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の分光撮像装置調整方法。
5. 入力光をコリメートするコリメートレンズと、
   前記コリメートレンズによりコリメートされた光を入力して波長に応じて異なる方向へ光を出力する回折格子と、
   前記回折格子から出力された光を波長に応じて異なる位置に集光する集光レンズと、
   所定ラインに沿ってアレイ配置された複数の受光センサのうちの何れかの受光センサで前記集光レンズにより集光された光を受光するアレイ型受光部と、
   前記コリメートレンズに入力される光の光路上に配置され、前記コリメートレンズに単色光を入力させる単色光供給源と、
   前記コリメートレンズ，前記回折格子，前記集光レンズおよび前記アレイ型受光部の間の相対的配置関係を調整する調整手段と、
   を備えることを特徴とする分光撮像システム。
6. 前記単色光のスペクトルの半値全幅が前記アレイ型受光部の波長分解能より小さいことを特徴とする請求項５に記載の分光撮像システム。
7. 隣り合う２つの単色光の波長間隔の最小値が前記アレイ型受光部の波長分解能の１０倍以上であり、
   前記アレイ型受光部が受光する光の波長帯域幅が隣り合う２つの単色光の波長間隔の最大値の１０倍以上である、
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の分光撮像システム。
   

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