JP-2026076594-A - 分光イメージングユニット調整システム

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Abstract

【課題】分光イメージングユニットの調整を容易にするとともに調整精度の向上を図ることができる分光イメージングユニット調整システムを提供することである。【解決手段】分光イメージングユニット調整システム１は、光源２からの光を、スリット１４ａを介して入射する調整用スリット部材１４と、回転非対称の回折ユニット３０と、撮像素子３６ａを備える分光結像センサ３６とを有する分光イメージングユニットを調整し、調整用スリット部材１４を用いて少なくとも回折ユニット３０の回転角度を分光結像センサ３６の結像領域に表示させる分光イメージングユニット調整システム１であって、スリット１４ａは十字形状であり、光源２の波長は、分光範囲を４５０ｎｍ～１７００ｎｍとした場合に、十字形状のスリット１４ａを介して回折ユニット３０から出射される出射光の波長が分光範囲の波長の１／２又は１／３となるように設定される。【選択図】図１

Inventors

楊永涛

Assignees

株式会社アバールデータ

Dates

Publication Date: 20260512
Application Date: 20241024

Claims (4)

光源からの光を、スリットを介して入射する調整用スリット部材と、回転非対称の回折ユニットと、撮像素子を備える分光結像センサとを有する分光イメージングユニットを調整し、前記調整用スリット部材を用いて少なくとも前記回折ユニットの回転角度を前記分光結像センサの結像領域に表示させる分光イメージングユニット調整システムであって、前記スリットは十字形状であり、前記光源の波長は、分光範囲を４５０ｎｍ～１７００ｎｍとした場合に、十字形状の前記スリットを介して回折ユニットから出射される出射光の波長が分光範囲の波長の１／２又は１／３となるように設定される、ことを特徴とする分光イメージングユニット調整システム。
十字形状の前記スリットは、第１の長穴および前記第１の長穴と直交する第２の長穴で構成され、前記スリットを介して前記分光結像センサの結像領域に結像される前記第１の長穴に対応する第１の結像長さ、および、前記第２の長穴に対応する第２の結像長さは、前記分光結像センサの結像領域における幅方向長さの１／４以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の分光イメージングユニット調整システム。
前記分光素子群は、グレーティングと、前記グレーティングを挟んで対称に配置され、それぞれ同じウェッジ角度をもつ一対のプリズムとを有し、前記グレーティングおよび前記一対のプリズムを固定するための固定治具が前記回折ユニットに取り付けられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の分光イメージングユニット調整システム。
前記固定治具は、リング形状であり、幅狭板状部材と幅広板状部材を備えて構成され、前記幅狭板状部材と前記幅広板状部材は周方向に沿って交互に形成されており、一体に成形され、前記固定治具の内径は前記回折ユニットの外径と同じ若しくはわずかに大きい、ことを特徴とする請求項３に記載の分光イメージングユニット調整システム。

Description

本発明は、分光イメージングユニット調整システムに関し、特に４５０ｎｍ～１７００ｎｍの波長範囲で分光する分光イメージングユニット調整システムに関する。分光イメージングユニットは、複数の測定箇所の光を受光して空間軸と波長軸でセンサに結像する装置である。分光イメージングユニットとしては、光軸方向の入射側端部にスリットを備え、スリットからガラス板、コリメータレンズ、第１のプリズム、グレーティング、第２のプリズムおよびフォーカスレンズ、分光結像センサを長手方向にこの順で備えた分光イメージングユニットが知られている（以下の特許文献１参照）。なお、コリメータレンズ、第１のプリズム、グレーティング、第２のプリズムおよびフォーカスレンズは、入射した光を結像のために用いる結像光学系となる。分光結像センサは、光軸に対して上側をスリットから離れる方向に傾いて設置されている。特許文献１の分光イメージングユニットにおいては、分光イメージングユニットに接続されている演算処理部によって分光結像センサが得た結像結果に基づき透過特性が算出される。特開２０２３－１３９６０５号公報実施形態に係る分光イメージングユニット調整システム１の構成を示した図である。分光イメージングユニット３、スリット部材１４および固定冶具６０の外観を示した図である。回折ユニットの非回転対称を説明するための図である。０次光～２次光の分光波長を説明するための図である。分光イメージングユニット３を含んだ分光イメージングカメラの外観を示した斜視図である。分光結像センサ３６の結像領域（結像面）を示した図である。分光結像センサ３６の結像領域に結像された十字形状の結像対象を示した図である。分光イメージングユニット調整システム１による調整を説明するための図である。分光イメージングユニット調整システム１による調整を説明するための図である。以下に、実施形態に係る分光イメージングユニット調整システム１の構成について、図面を参照して説明する。＜分光イメージングユニット１の全体構成＞図１は、実施形態に係る分光イメージングユニット調整システム１の構成を示した図である。実施形態に係る分光イメージングユニット調整システム１の構成を示した図である。図２は、分光イメージングユニット３、スリット部材１４および固定冶具６０の外観を示した図である。図３は、回折ユニットの非回転対称を説明するための図である。図４は、０次光～２次光の分光波長を説明するための図である。図５は、分光イメージングユニット３を含んだ分光イメージングカメラの外観を示した斜視図である。図６は、分光結像センサ３６の結像領域（結像面）を示した図である。図７は、分光結像センサ３６の結像領域に結像された十字形状の結像対象を示した図であり、横軸は分光結像センサ３６の結像面のＸ軸方向の長さ（サイズ：ｍｍ）であり、縦軸は分光結像センサ３６の結像面のＹ軸方向の長さ（サイズ：ｍｍ）である。図８は、分光イメージングユニット調整システム１による調整を説明するための図である。図９は、分光イメージングユニット調整システム１による調整を説明するための図である。なお、図１の前後方向が分光イメージングユニット３の長手方向であり、図１の上下方向が分光イメージングユニット３の上下方向である。また、分光イメージングユニット３の前後方向は、光の進行方向（光軸方向）でもある。また、実施形態を説明するための各図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。図１に示すように、分光イメージングユニット調整システム１は、光源２と、分光イメージングユニット３を備えて構成されている。分光イメージングユニット３は、光源２からの光を入射する入射側端部に設けられたスリット部材１４、コリメータレンズ群（組合せ凸レンズ）２０、回折ユニット（分光素子群、プリズム群）３０、フォーカスレンズ群（組合せ凸レンズ）４０および分光結像センサ３６を備える。コリメータレンズ群２０、回折ユニット３０およびフォーカスレンズ群４０は、入射した光を結像するために用いる結像光学系である。分光結像センサ３６には、後述する画像処理装置３９（図５参照）が接続されている。＜光源＞光源２としては、分光波長が１次波長～２次波長が４５０ｎｍ～１７００ｎｍの間になるように４５０ｎｍ～１７００ｎｍの１／ｎ（ｎは２または３）の波長の光を出射するレーザ光源を用いる。分光波長を、例えば、１次波長～２次波長を４５０ｎｍ～１７００ｎｍの間とするのは、この範囲外の場合には、光源から光がスリットを介して分光結像センサ３６の結像領域に結像された結像対象が分光結像センサ３６の結像領域の範囲外に結像されてしまい、後述の調整に必要な結像対象が見えなくなってしまうからである。なお、図４に示すように、０次光はすべての波長集光位置のため、分光結像センサ３６の結像面への結像には０次光を使用されていない。すなわち図４の黒塗り領域が分光結像センサ３６の結像面へ結像される領域である。例えば、光源２からの出射光の波長を分光波長の１／２にして６５０ｎｍにした場合には、分光波長は、１次で６５０ｎｍ、２次で１３００ｎｍとなり、１次波長～２次波長は４５０ｎｍ～１７００ｎｍの範囲内に収まる。また、光源２からの出射光の波長を分光波長の１／３にして５００ｎｍにした場合には、分光波長範囲は、１次で５００ｎｍ、２次で１０００ｎｍ、３次で１５００ｎｍとなり、１次波長～３次波長は４５０ｎｍ～１７００ｎｍの範囲内に収まる。なお、出射光の波長を分光波長の１／ｎにする場合において、ｎの値は２又は３になることが好ましい。＜スリット部材＞スリット部材１４は、被写体（光源）からの光を受光する対物レンズ３８（図５参照、図１では省略）を介した光が入射するように分光イメージングユニット３の前後方向（光軸方向）の前側に設けられる。スリット部材１４には、図２に示すように光源２からの光が入射される十字形状スリット（入射口）１４ａが形成されている。十字形状スリット１４ａは、縦方向長穴１４ａ１（第１の長穴）と、縦方向長穴１４ａ１と直交する横方向長穴１４ａ２（第２の長穴）とで構成されている。なお、光源２からの出射光がスリット１４ａに入射するように対物レンズ３８とスリット１４ａの光軸方向位置が決定される。スリット１４ａは、分光イメージングユニット３の左右方向及び上下方向（以下、「水平垂直方向」と呼ぶ。）に延びて設けられ、垂直方向の長さが水平方向の長さよりも短くなっている。なお、図２（ｂ）の符号５０はコリメータレンズ群２０の入射側に配置されるスリット固定部材である。図８（ｃ）に示すように、１次光の縦方向長穴（第１の長穴）１４ａ１に対応する第１の結像線１４２ａ１と、横方向長穴（第２の長穴）１４ａ２に対応する第２の結像線１４２ａ２は、十字形状スリット１４ａ（２図参照）を介して分光結像センサ３６の結像領域７０に結像される。第１の結像線１４２ａ１の長さおよび第２の結像線１４２ａ２の長さは、分光結像センサ３６の結像領域７０における幅方向長さ（Ｈａ）の１／４以上であることが必要である（図８（ｃ）参照）。さらに、２次光の縦方向長穴（第１の長穴）１４ａ１に対応する第１の結像線２４２ａ１と、横方向長穴（第２の長穴）１４ａ２に対応する第２の結像線２４２ａ２は、十字形状スリット１４ａ（２図参照）を介して分光結像センサ３６の結像領域７０に結像される。第１の結像線１４２ａ１の長さおよび第２の結像線１４２ａ２の長さは、分光結像センサ３６の結像領域７０における幅方向長さ（Ｈａ）の１／４以上であることが必要である（図８（ｃ）参照）。１／４未満とすると、後述の調整に必要な結像対象が結像領域７０の範囲内で見えにくくなるため分光結像センサ３６の幅方向に対する水平、縦方向に対する垂直の判断が困難になってしまうからである。また、分光イメージングユニット３には画像処理装置３９（図５参照）が接続され、画像処理装置３９は、分光結像センサ３６で受光した情報を画像情報とする等の処理を行う画像処理部（図示せず）を有している。画像処理部は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等のマクロプロセッサやメモリ等で構成される。なお、画像処理装置３９は、表示部（図示せず）を備えていてもよく、表示部に測定結果等を表示させる。表示部は、例えば、液晶や有機ＥＬ等によるディスプレイを適用することができる。また、表示部は、別体でもよい。また、画像処理装置３９は、記憶部（図示せず）を内部に備えていてもよく、ここに、画像処理装置３９からの画像データや解析結果を記憶させる。記憶部としては、例えば、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）やＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）等、必要に応じて様々な方式の記憶装置が適用される。＜コリメータレンズ群＞コリメータレンズ群２０は、接合レンズ２１と凸レンズ２２を組み合わせた組み合わせ凸レンズであり、正の屈折力をもつ。スリット部材１４とコリメータレンズ群２０の間には光学部品は配置されていない。なお、一般的には、光路変更を目的として、ミラー（光学部品）が配置され、収差補正を目的として、非球面レンズ（光学部品）や球面レンズ（光学部品）が配置されるが、本実施形態では光路変更や収差補正をしないのでスリット部材１４とコリメータレンズ群２０の間には光学部品は配置されていない。＜回折ユニット（プリズム群）＞回折ユニット３０は、図１に示すように、グレーティング３３、入射側プリズム３１および出射側プリズム３２を備え、回転非対称の構造である。回転非対称の場合には、図２の上側に示されるように結像領域に結像される結像対象も回転し見え方が変わってしまう（結像線１５０，１５２参照）ので、後述する分光イメージングユニットの調整が必要となる。しかし、回転対称の場合には、図２の下側に示されるように結像領域に結像される結像対象は回転せず見え方も変わらない（結像線１５０参照）ので、後述する分光イメージングユニットの調整は不要である。入射側プリズム３１は、入射側プリズム３１の垂直面がグレーティング３３側で、斜面がコリメータレンズ群２０側の向きで配置される。出射側プリズム３２は、出射側プリズム３２の垂直面がグレーティング３３側で、斜面が後述するフォーカスレンズ群４０側の向きで配置されている。入射側プリズム３１および出射側プリズム３２は、角度補正用のプリズムである。グレーティング３３は、波長分散のためのものである。（回折ユニット固定治具）回折ユニット固定治具６０は、図２に示すように、リング形状であり、幅狭板状部材６１と幅広板状部材６３を備えて構成されている。幅狭板状部材６１と幅広板状部材６３は周方向に沿って交互に形成されており、一体に成形されている。固定治具６０の内径は回折ユニット３０の外径と同じかわずかに大きい。回折ユニット固定治具６０は、ある程度の可撓性を有する樹脂材料や金属、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等で形成されていることが好ましいが、後述する回折ユニット３０を固定する機能を発揮できる程度の可撓性、硬さがあれば材料はこれに限定されない。回折ユニット３０への固定は、回折ユニット３０自体の回転（角度）位置や、回折ユニット３０を構成するプリズム３１，３２、グレーティング３３の個々の回転（角度）位置を所望の回転（角度）位置にした状態で回折ユニット３０に回折ユニット固定治具６０を嵌合させることにより行われる。＜フォーカスレンズ群＞フォーカスレンズ群４０は、図１に示すように、凸レンズ４１と、両凸レンズおよび凹レンズからなる接合レンズ４２とを組み合わせた組み合わせレンズであり、正の屈折力をもつ。フォーカスレンズ群４０の焦点距離ｆは、フォーカスレンズ群４０の主平面から後述する撮像素子