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特開2024-342フォトニックバンドイメージング装置、フォトニックバンドイメージング方法およびプログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024000342
(43)【公開日】2024-01-05
(54)【発明の名称】フォトニックバンドイメージング装置、フォトニックバンドイメージング方法およびプログラム
(51)【国際特許分類】
G01N 21/27 20060101AFI20231225BHJP
G01N 21/3563 20140101ALI20231225BHJP
【ＦＩ】
G01N21/27 A
G01N21/3563
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022099080
(22)【出願日】2022-06-20
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業、チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）、「トポロジカル材料科学に基づく革新的機能を有する材料・デバイスの創出」、「人工グラフェンに基づくトポロジカル状態創成と新規特性開発」、「トポロジカルフォトニクスの光通信デバイス応用」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】304021417
【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学
(71)【出願人】
【識別番号】301023238
【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構
(71)【出願人】
【識別番号】395023060
【氏名又は名称】株式会社東京インスツルメンツ
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】雨宮 智宏
(72)【発明者】
【氏名】岡田 祥
(72)【発明者】
【氏名】古月 暁
(72)【発明者】
【氏名】河村 賢一
【テーマコード（参考）】
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G059AA05
2G059BB08
2G059BB12
2G059EE02
2G059FF01
2G059HH01
2G059HH02
2G059JJ02
2G059JJ11
2G059JJ22
2G059KK03
2G059KK04
2G059MM01
2G059MM09
2G059MM10
(57)【要約】
【課題】観測対象の微細構造由来の情報を反映した画像を取得することができるフォトニックバンドイメージング装置、フォトニックバンドイメージング方法およびプログラムを提供する。
【解決手段】フォトニックバンドイメージング装置１は、観測対象の局所領域に広帯域光を照射する照射光学系と、観測対象の局所領域から反射された散乱光の波長ごとのフーリエ面を撮像するカメラを有する赤外光撮像光学系５，可視光撮像光学系６と、カメラによって撮像されたフーリエ面のフーリエ画像を波長ごとに取得するとともに、波長ごとに取得したフーリエ画像を観測対象全域でマッピングするマッピング部５３と、マッピング部５３がマッピングしたマッピング画像をもとに、波数およびエネルギー軸に対して所定値を指定して、特定の光の情報を抽出した画像を出力する特定光情報抽出部５４と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】フォトニックバンドイメージング装置１は、観測対象の局所領域に広帯域光を照射する照射光学系と、観測対象の局所領域から反射された散乱光の波長ごとのフーリエ面を撮像するカメラを有する赤外光撮像光学系５，可視光撮像光学系６と、カメラによって撮像されたフーリエ面のフーリエ画像を波長ごとに取得するとともに、波長ごとに取得したフーリエ画像を観測対象全域でマッピングするマッピング部５３と、マッピング部５３がマッピングしたマッピング画像をもとに、波数およびエネルギー軸に対して所定値を指定して、特定の光の情報を抽出した画像を出力する特定光情報抽出部５４と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
観測対象の局所領域に広帯域光を照射する照射光学系と、
前記観測対象の局所領域から反射された散乱光の波長ごとのフーリエ面を撮像するカメラを有する撮像光学系と、
前記カメラによって撮像されたフーリエ面のフーリエ画像を波長ごとに取得するとともに、波長ごとに取得した前記フーリエ画像を観測対象全域でマッピングするマッピング部と、
前記マッピング部がマッピングしたマッピング画像をもとに、波数およびエネルギー軸に対して所定値を指定して、特定の光の情報を抽出した画像を出力する出力部と、を備える
ことを特徴とするフォトニックバンドイメージング装置。
前記観測対象の局所領域から反射された散乱光の波長ごとのフーリエ面を撮像するカメラを有する撮像光学系と、
前記カメラによって撮像されたフーリエ面のフーリエ画像を波長ごとに取得するとともに、波長ごとに取得した前記フーリエ画像を観測対象全域でマッピングするマッピング部と、
前記マッピング部がマッピングしたマッピング画像をもとに、波数およびエネルギー軸に対して所定値を指定して、特定の光の情報を抽出した画像を出力する出力部と、を備える
ことを特徴とするフォトニックバンドイメージング装置。
【請求項2】
前記観測対象は、所定周期のナノ構造が所定方向に並んで観測対象を構成していることを示す微細構造由来である
ことを特徴とする請求項１に記載のフォトニックバンドイメージング装置。
ことを特徴とする請求項１に記載のフォトニックバンドイメージング装置。
【請求項3】
前記エネルギー軸は、少なくとも可視から赤外までを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のフォトニックバンドイメージング装置。
ことを特徴とする請求項１に記載のフォトニックバンドイメージング装置。
【請求項4】
観測対象の局所領域に広帯域光を照射するステップ、
前記観測対象の局所領域から反射された散乱光の波長ごとのフーリエ面を撮像するステップと、
前記撮像されたフーリエ面のフーリエ画像を波長ごとに取得するとともに、波長ごとに取得した前記フーリエ画像を観測対象全域でマッピングするステップと、
前記マッピングしたマッピング画像をもとに、波数およびエネルギー軸に対して所定値を指定して、特定の光の情報を抽出した画像を出力するステップと、実行する
ことを特徴とするフォトニックバンドイメージング方法。
前記観測対象の局所領域から反射された散乱光の波長ごとのフーリエ面を撮像するステップと、
前記撮像されたフーリエ面のフーリエ画像を波長ごとに取得するとともに、波長ごとに取得した前記フーリエ画像を観測対象全域でマッピングするステップと、
前記マッピングしたマッピング画像をもとに、波数およびエネルギー軸に対して所定値を指定して、特定の光の情報を抽出した画像を出力するステップと、実行する
ことを特徴とするフォトニックバンドイメージング方法。
【請求項5】
コンピュータを、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のフォトニックバンドイメージング装置として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フォトニックバンドイメージング装置、フォトニックバンドイメージング方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
マルチバンドパスセンシングに用いられるマルチスペクトル（ＭＳ）またはハイパースペクトルイメージングは、多色カメラを用いてキャプチャされた色画像を、赤、緑、および青（ＲＧＢ）のチャンネルに分解する。また、ハイパースペクトルイメージングは、それぞれのスペクトル領域がそれ自身のそれぞれのカメラシステムで画像化され得るように、さまざまなビームスプリッタ構成を用いて、マルチスペクトルイメージングのための同時イメージングを実行する。この場合、可視および近赤外（near-Infrared、ＮＩＲ）スペクトル範囲のような非常に限定されたスペクトルバンドにおけるイメージングを実行するのに限られたハンドヘルドＭＳイメージャーを用いる。
【0003】
特許文献１には、試料をさまざまな波長の電磁（electromagnetic、ＥＭ）放射に曝露させ、分析のために試料と相互作用をするＥＭ放射に対する応答を分析する試料分析方法が記載されている。
【0004】
また、有機物の化学構造などを把握する方法としては、例えば顕微ラマン分光法や顕微フーリエ変換赤外分光法（顕微ＦＴＩＲ）といった分光手法がある。
顕微ラマン分光法は、光学顕微鏡とレーザラマン分光器を組み合わせた顕微ラマン分光システムである。顕微ラマン分光法は、顕微鏡に単色光（レーザ光）を導入し、顕微鏡下に置かれた微小試料にレーザ光を集光し、微小試料からの散乱光を顕微鏡で収集し、それをラマン分光計に導入してラマンスペクトルを得る。試料にレーザ光を照射した際に発生するラマン散乱光を検出・分光することにより、試料の化学結合や結晶状態などに関する情報を得るもので、各種化合物の化学分析を高い空間分解能で行うことができる。また、測定された試料のラマンスペクトルを、既知物質のスペクトルのデータベースと照らし合わせることで、試料の物質名を特定することができる。
顕微ラマン分光法は、光学顕微鏡とレーザラマン分光器を組み合わせた顕微ラマン分光システムである。顕微ラマン分光法は、顕微鏡に単色光（レーザ光）を導入し、顕微鏡下に置かれた微小試料にレーザ光を集光し、微小試料からの散乱光を顕微鏡で収集し、それをラマン分光計に導入してラマンスペクトルを得る。試料にレーザ光を照射した際に発生するラマン散乱光を検出・分光することにより、試料の化学結合や結晶状態などに関する情報を得るもので、各種化合物の化学分析を高い空間分解能で行うことができる。また、測定された試料のラマンスペクトルを、既知物質のスペクトルのデータベースと照らし合わせることで、試料の物質名を特定することができる。
【0005】
特許文献２には、積層体の表面を観測し、異物の介在に起因して表面に生じる異物領域の位置を特定する異物領域特定工程と、異物領域を分断するように積層体を切断し、その切断面に異物を露出させる切断工程と、切断面に露出する異物を分析する分析工程と、を有し、分析工程は、異物に対してＸ線を照射してＥＤＸスペクトルを取得する第１取得工程と、異物の周囲にある樹脂層に対して所定のレーザ光強度でレーザ光を照射し、樹脂層の炭化の有無を確認する確認工程と、異物に対して、確認工程で炭化が確認されなかったレーザ光強度でレーザ光を照射して、ラマンスペクトルを取得する第２取得工程と、を有し、ＥＤＸスペクトルおよびラマンスペクトルに基づいて異物を分析する、積層体に内在する異物の分析方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０２２－５９５９６号公報
【特許文献2】特開２０２１－１２８１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、このような商用化されているイメージング装置（可視ハイパースペクトルイメージング、顕微ＦＴＩＲ、ラマンイメージング）では、観測対象の微細構造由来の情報を反映した画像を取得することは困難であった。
【0008】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、観測対象の微細構造由来の情報を反映した画像を取得することができるフォトニックバンドイメージング装置、フォトニックバンドイメージング方法およびプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記した課題を解決するため、本発明に係るフォトニックバンドイメージング装置は、観測対象の局所領域に広帯域光を照射する照射光学系と、前記観測対象の局所領域から反射された散乱光の波長ごとのフーリエ面を撮像するカメラを有する撮像光学系と、前記カメラによって撮像されたフーリエ面のフーリエ画像を波長ごとに取得するとともに、波長ごとに取得した前記フーリエ画像を観測対象全域でマッピングするマッピング部と、前記マッピング部がマッピングしたマッピング画像をもとに、波数およびエネルギー軸に対して所定値を指定して、特定の光の情報を抽出した画像を出力する出力部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、観測対象の微細構造由来の情報を反映した画像を取得することができるフォトニックバンドイメージング装置、フォトニックバンドイメージング方法およびプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置の構造を示す図である。
【図2】本発明の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置のＤＵＴから、赤外線カメラのイメージング表面までの光路を簡略化して示す図である。
【図3】本発明の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置の微細構造由来を説明するための観測対象画像を示す図である。
【図4】本発明の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置の微細構造由来について説明する図である。
【図5A】本発明の原理説明図である。
【図5B】本発明の原理説明図である。
【図6】本発明の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置の局所領域のハイパースペクトルフーリエ画像を取得するための観測対象画像を示す図である。
【図7】本発明の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置の局所領域における、波数軸およびエネルギー軸のハイパースペクトルフーリエ画像を示す図である。
【図8】本発明の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置の散乱光の波長ごとの波数軸およびエネルギー軸のハイパースペクトルフーリエ画像を示す図である。
【図9】本発明の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置のフォトニックバンドイメージング方法を説明する図である。
【図10】本発明の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置のフォトニックバンドイメージング処理を示すフローチャートである。
【図12】本発明の実施形態に係るＰＢＩによって得られたさまざまな波数とエネルギーにおける各構造由来のフォトニックバンドイメージングを示す図である。
【図13】本発明の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置のＰＢＩによって得られたさまざまな波数とエネルギーにおける各構造由来のフォトニックバンドイメージングを示す図である。
【図14】本発明の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置の機能を実現するコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置の構造を示す図である。
本発明は、ハイパースペクトル近赤外フーリエ画像分光法（NIRFIS）に基づくフォトニックバンドイメージング（ＰＢＩ：Photonic band imaging）の装置、方法およびプログラムである。ＰＢＩは、本発明者らが命名したものである。本発明は、フォトニックバンド内の指定されたパラメータによって決定された構造由来の情報を反映するマッピング画像を取得することを可能にする。
図１は、本発明の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置の構造を示す図である。
本発明は、ハイパースペクトル近赤外フーリエ画像分光法（NIRFIS）に基づくフォトニックバンドイメージング（ＰＢＩ：Photonic band imaging）の装置、方法およびプログラムである。ＰＢＩは、本発明者らが命名したものである。本発明は、フォトニックバンド内の指定されたパラメータによって決定された構造由来の情報を反映するマッピング画像を取得することを可能にする。
【0013】
フォトニックバンドイメージング装置１は、観測対象の微細構造由来情報を可視化する。
フォトニックバンドイメージング装置１は、ハイパースペクトル近赤外フーリエ画像分光法に基づくフォトニックバンドイメージングである。フォトニックバンドイメージング装置１は、フォトニックバンド内の指定されたパラメータによって決定された構造由来の情報を反映するマッピング画像を取得することが可能になる。
［装置構成］
図１に示すように、フォトニックバンドイメージング装置１は、テスト対象デバイスＤＵＴ（device under test）１０と、ＤＵＴ１０を載せた載置台（図示略）をＸＹ方向（水平方向）に移動させるＸＹステージ２と、ＤＵＴ１０にブロードバンド光を照射する照射光学系３と、を備える。
フォトニックバンドイメージング装置１は、ハイパースペクトル近赤外フーリエ画像分光法に基づくフォトニックバンドイメージングである。フォトニックバンドイメージング装置１は、フォトニックバンド内の指定されたパラメータによって決定された構造由来の情報を反映するマッピング画像を取得することが可能になる。
［装置構成］
図１に示すように、フォトニックバンドイメージング装置１は、テスト対象デバイスＤＵＴ（device under test）１０と、ＤＵＴ１０を載せた載置台（図示略）をＸＹ方向（水平方向）に移動させるＸＹステージ２と、ＤＵＴ１０にブロードバンド光を照射する照射光学系３と、を備える。
【0014】
<照射光学系３>
照射光学系３は、ブロードバンド光源（Broadband source）１１と、ブロードバンド光源１１から入光する照射光を完全な平行光線に近づけるコリメートレンズ（Collimator lens）１２と、を有する。
そして、コリメートレンズ１２からの照射光は、第１ビームスプリッタ（beam splitter）（ＢＳ）２１により反射して対物レンズ（Objective lens）４から載置台の上に載置されたＤＵＴ１０に照射される。第１ビームスプリッタ（ＢＳ）２１および対物レンズ４は、照射光学系３と後述する赤外光撮像光学系５、可視光撮像光学系６および制御光学系７とによって共用されている。
照射光学系３は、ブロードバンド光源（Broadband source）１１と、ブロードバンド光源１１から入光する照射光を完全な平行光線に近づけるコリメートレンズ（Collimator lens）１２と、を有する。
そして、コリメートレンズ１２からの照射光は、第１ビームスプリッタ（beam splitter）（ＢＳ）２１により反射して対物レンズ（Objective lens）４から載置台の上に載置されたＤＵＴ１０に照射される。第１ビームスプリッタ（ＢＳ）２１および対物レンズ４は、照射光学系３と後述する赤外光撮像光学系５、可視光撮像光学系６および制御光学系７とによって共用されている。
【0015】
フォトニックバンドイメージング装置１は、ＤＵＴ１０の測りたい局所領域から反射された散乱光（Scattering light）の赤外光によるハイパースペクトルフーリエ面（以下、フーリエ面という）を撮像する赤外線カメラ（Infrared camera）２７を有する赤外光撮像光学系５と、
前記散乱光の可視光によるフーリエ面を撮像する光学カメラ（Visible camera）３１を有する可視光撮像光学系６と、
前記散乱光の可視光によるフーリエ面を撮像する光学カメラ３３を有し、Mapping controlを行うための画像を取得する制御光学系７と、
赤外線カメラ２７および／または光学カメラ３１のイメージング表面（Imaging surface）２７ａ（撮像面）（図２）によって撮像されたフーリエ面の画像からフォトニックバンドイメージング（Photonic band imaging）制御を行うとともに、光学カメラ３３によって撮像されたフーリエ面の画像からマッピングコントロール（Mapping control）制御を行う制御部５０と、を備える。
前記散乱光の可視光によるフーリエ面を撮像する光学カメラ（Visible camera）３１を有する可視光撮像光学系６と、
前記散乱光の可視光によるフーリエ面を撮像する光学カメラ３３を有し、Mapping controlを行うための画像を取得する制御光学系７と、
赤外線カメラ２７および／または光学カメラ３１のイメージング表面（Imaging surface）２７ａ（撮像面）（図２）によって撮像されたフーリエ面の画像からフォトニックバンドイメージング（Photonic band imaging）制御を行うとともに、光学カメラ３３によって撮像されたフーリエ面の画像からマッピングコントロール（Mapping control）制御を行う制御部５０と、を備える。
【0016】
<赤外光撮像光学系５>
赤外光撮像光学系５の撮像を行う光路上には、ＤＵＴ１０の測りたい局所領域から反射した散乱光の第１ビームスプリッタ（ＢＳ）２１を透過した光の分光を入射させる第１フローライトレンズ（Fluorite lens：蛍石レンズ）（Ｌ１）２２と、第１フローライトレンズ（Ｌ１）２２を通過した反射光の可変絞りを行う可変アパーチャ（Iris）２３と、ダイクロイックミラー（dichroic mirror）（ＤＭ）２４と、ダイクロイックミラー（ＤＭ）２４の透過光が入射する第２フローライトレンズ（その１）（Ｌ２）２５と、赤外線波長可変フィルタ（Infrared tunable filter）２６と、を有する。
赤外光撮像光学系５の撮像を行う光路上には、ＤＵＴ１０の測りたい局所領域から反射した散乱光の第１ビームスプリッタ（ＢＳ）２１を透過した光の分光を入射させる第１フローライトレンズ（Fluorite lens：蛍石レンズ）（Ｌ１）２２と、第１フローライトレンズ（Ｌ１）２２を通過した反射光の可変絞りを行う可変アパーチャ（Iris）２３と、ダイクロイックミラー（dichroic mirror）（ＤＭ）２４と、ダイクロイックミラー（ＤＭ）２４の透過光が入射する第２フローライトレンズ（その１）（Ｌ２）２５と、赤外線波長可変フィルタ（Infrared tunable filter）２６と、を有する。
【0017】
ダイクロイックミラー（ＤＭ）２４は、薄膜（反射面に、高屈折率と低屈折率の所定の厚さの薄膜を交互に重ねた多層膜）による光の干渉を利用して、特定の波長領域の光を透過し、残りの波長領域を反射する。照射対象物に対し、有用な波長を照射し、不要な波長を後方に逃がすことができる。
赤外線波長可変フィルタ２６は、赤外線カメラ２７で撮像される反射光をスイープにより所望の波長の反射光を通過させるように変更する。
赤外線カメラ２７は、９５０ｎｍ～１７００ｎｍの近赤外波長領域に高い感度を持つ例えばＩｎＧａＡｓセンサを搭載したカメラである。
赤外線波長可変フィルタ２６は、赤外線カメラ２７で撮像される反射光をスイープにより所望の波長の反射光を通過させるように変更する。
赤外線カメラ２７は、９５０ｎｍ～１７００ｎｍの近赤外波長領域に高い感度を持つ例えばＩｎＧａＡｓセンサを搭載したカメラである。
【0018】
ＤＵＴ１０の測りたい局所領域から反射された散乱光は、赤外光撮像光学系５のダイクロイックミラー（ＤＭ）２４で分光され、可視光撮像光学系６および制御光学系７に入光する。
【0019】
<可視光撮像光学系６>
可視光撮像光学系６は、ダイクロイックミラー（ＤＭ）２４の分光が入射する第２フローライトレンズ（その２）（Ｌ２）２８と、第２ビームスプリッタ（ＢＳ）２９からの分光が入射する可視波長可変フィルタ（Visible tunable filter）３０と、ＤＵＴ１０の測りたい局所領域から反射された散乱光の可視光によるハイパースペクトルフーリエ面を撮像する光学カメラ３１と、を有する。
可視光撮像光学系６は、ダイクロイックミラー（ＤＭ）２４の分光が入射する第２フローライトレンズ（その２）（Ｌ２）２８と、第２ビームスプリッタ（ＢＳ）２９からの分光が入射する可視波長可変フィルタ（Visible tunable filter）３０と、ＤＵＴ１０の測りたい局所領域から反射された散乱光の可視光によるハイパースペクトルフーリエ面を撮像する光学カメラ３１と、を有する。
【0020】
このように、フォトニックバンドイメージング装置１は、ＤＵＴ１０の測りたい局所領域から反射された散乱光の赤外光によるハイパースペクトルフーリエ面を観測する赤外光撮像光学系５と、ダイクロイックミラー（ＤＭ）２４で分けられ、可視光によるハイパースペクトルフーリエ面を観測する可視光撮像光学系６と、を備え、２つのフーリエ面を観測する。２つのフーリエ面を観測することで、可視から赤外光までのブロードバンドのフーリエ面を取得することができる。
【0021】
<制御光学系７>
制御光学系７は、ダイクロイックミラー（ＤＭ）２４の透過光が入射する第３フローライトレンズ（Ｌ３）３２と、光学カメラ（Visible camera）３３と、を有し、Mapping controlを行うための画像を取得する。
制御光学系７は、ダイクロイックミラー（ＤＭ）２４の透過光が入射する第３フローライトレンズ（Ｌ３）３２と、光学カメラ（Visible camera）３３と、を有し、Mapping controlを行うための画像を取得する。
【0022】
<制御部５０>
ＸＹステージ２、赤外線波長可変フィルタ２６、赤外線カメラ２７、可視波長可変フィルタ３０、光学カメラ３１、および光学カメラ３３は、制御部５０に接続されている。
ＸＹステージ２、赤外線波長可変フィルタ２６、赤外線カメラ２７、可視波長可変フィルタ３０、光学カメラ３１、および光学カメラ３３は、制御部５０に接続されている。
【0023】
制御部５０は、赤外線カメラ２７および光学カメラ３１に対し、フォトニックバンドイメージング（Photonic band imaging）制御を行う（図１破線参照）。すなわち、制御部５０は、赤外光撮像光学系５の赤外線カメラ２７に対し、赤外線カメラ２７のイメージング表面２７ａに各波長のハイパースペクトルフーリエ画像を投影する制御を行う。このとき、制御部５０は、赤外線カメラ２７の前段に載置された赤外線波長可変フィルタ２６を所望の波長の反射光を通過させるように変更する。制御部５０は、赤外線カメラ２７のイメージング表面２７ａ（フーリエ面である観測点）に各波長のハイパースペクトルフーリエ画像を投影するフォトニックバンドイメージング制御を行う。
【0024】
同様に、制御部５０は、可視光撮像光学系６の光学カメラ３１および可視波長可変フィルタ３０に対しても、赤外光撮像光学系５の場合と同様なフォトニックバンドイメージング制御を行い、ダイクロイックミラー（ＤＭ）２４によって赤外光撮像光学系５から分光された可視光域の画像を撮像する。
このように、赤外光撮像光学系５で赤外光によって撮像している同じＤＵＴ１０を、可視光撮像光学系６を用いて可視光域で観測することができる。
このように、赤外光撮像光学系５で赤外光によって撮像している同じＤＵＴ１０を、可視光撮像光学系６を用いて可視光域で観測することができる。
【0025】
一方、制御部５０は、赤外線カメラ２７および／または光学カメラ３１のイメージング表面２７ａによって撮像されたフーリエ面の画像からフォトニックバンドイメージング（Photonic band imaging）制御を行うとともに、光学カメラ３３によって撮像されたフーリエ面の画像からマッピングコントロール（Mapping control）制御を行う。そして、制御部５０は、実像表示部としてのモニタ６０に、フーリエ面の画像とともにＤＵＴ１０の実像を映し出す。
【0026】
また、制御部５０は、制御光学系７の光学カメラ３３に対し、マッピングコントロール（Mapping control）制御を行い（図１破線参照）、第２ビームスプリッタ（ＢＳ）２９によって赤外光撮像光学系５から透過された可視光域の画像を撮像する。
このように、可視光撮像光学系６で撮像している同じＤＵＴ１０を、制御光学系７を用いて可視光域で取得することができる。このため、ＸＹステージ２を用いて、ＤＵＴ１０と対物レンズ４との位置関係を容易に調整して（図１破線参照）、マッピングコントロール制御を行うことができる。
このように、可視光撮像光学系６で撮像している同じＤＵＴ１０を、制御光学系７を用いて可視光域で取得することができる。このため、ＸＹステージ２を用いて、ＤＵＴ１０と対物レンズ４との位置関係を容易に調整して（図１破線参照）、マッピングコントロール制御を行うことができる。
【0027】
制御部５０は、画像生成部５１、ハイパースペクトルイメージング取得部５２、マッピング部５３、および特定光情報抽出部５４を備える。
画像生成部５１は、撮影に適切となる位置までＸＹステージ２または対物レンズ４を移動させる。
ハイパースペクトルイメージング取得部５２およびマッピング部５３は、カメラによって撮像されたフーリエ面のフーリエ画像を波長ごとに取得するとともに、波長ごとに取得したフーリエ画像を観測対象全域でマッピングする。
特定光情報抽出部５４は、マッピング部５３がマッピングしたマッピング画像をもとに、波数およびエネルギー軸に対して所定値を指定して、特定の光の情報を抽出した画像を出力する。
画像生成部５１は、撮影に適切となる位置までＸＹステージ２または対物レンズ４を移動させる。
ハイパースペクトルイメージング取得部５２およびマッピング部５３は、カメラによって撮像されたフーリエ面のフーリエ画像を波長ごとに取得するとともに、波長ごとに取得したフーリエ画像を観測対象全域でマッピングする。
特定光情報抽出部５４は、マッピング部５３がマッピングしたマッピング画像をもとに、波数およびエネルギー軸に対して所定値を指定して、特定の光の情報を抽出した画像を出力する。
【0028】
図２は、ＤＵＴ１０から、赤外線カメラ２７のイメージング表面２７ａまでの光路を簡略化して示す図である。
赤外線波長可変フィルタ２６から赤外線カメラ２７のイメージング表面２７ａまでは、テンセントリック光学系である。
赤外線波長可変フィルタ２６から赤外線カメラ２７のイメージング表面２７ａまでは、テンセントリック光学系である。
【0029】
［微細構造由来］
微細構造由来について説明する。
図３は、微細構造由来を説明するための観測対象画像を示す図である。図３右図は、観測対象であるアゲハチョウ（アカネアゲハ）の画像、図３左図は、そのアゲハチョウの羽の一部を光学顕微鏡で観測した光学顕微鏡画像である。図３左図に示すように、羽の鱗がマイクロ／ナノ周期構造を有し、構造に由来する情報が示されている。
微細構造由来について説明する。
図３は、微細構造由来を説明するための観測対象画像を示す図である。図３右図は、観測対象であるアゲハチョウ（アカネアゲハ）の画像、図３左図は、そのアゲハチョウの羽の一部を光学顕微鏡で観測した光学顕微鏡画像である。図３左図に示すように、羽の鱗がマイクロ／ナノ周期構造を有し、構造に由来する情報が示されている。
【0030】
マイクロ／ナノ構造を介した特定の波長の光の散乱と反射によって生成される色は、構造色と呼ばれる。従来の光学顕微鏡を使用して色素由来の情報と構造由来の情報を区別することは困難であり、走査型電子顕微鏡または他の方法を使用して破壊的な評価を行う必要がある。
【0031】
図４は、微細構造由来について説明する図である。
フォトニックバンドイメージング装置１が、観測対象とする微細構造は、マイクロ／ナノ周期構造を有し、構造に由来する情報である。
図４上図に示すように、マイクロ／ナノ周期構造７０ａを有する構造体７０に上方から垂直にエネルギーが異なる光８１を照射すると、マイクロ／ナノ周期構造７０ａに応じて散乱方向が異なる散乱光（Scattering light）８２が出射される。同様に、図４下図に示すように、マイクロ／ナノ周期構造７１ａを有する構造体７１に上方から垂直にエネルギーが異なる光８１を照射すると、マイクロ／ナノ周期構造７１ａに応じて、図４上図とは散乱方向が異なる散乱光８２が出射される。散乱光８２の散乱方向は、マイクロ／ナノ周期構造によって異なる。
本発明は、エネルギーの異なる散乱光をマッピングすることで、微細構造由来の情報を可視化する。
フォトニックバンドイメージング装置１が、観測対象とする微細構造は、マイクロ／ナノ周期構造を有し、構造に由来する情報である。
図４上図に示すように、マイクロ／ナノ周期構造７０ａを有する構造体７０に上方から垂直にエネルギーが異なる光８１を照射すると、マイクロ／ナノ周期構造７０ａに応じて散乱方向が異なる散乱光（Scattering light）８２が出射される。同様に、図４下図に示すように、マイクロ／ナノ周期構造７１ａを有する構造体７１に上方から垂直にエネルギーが異なる光８１を照射すると、マイクロ／ナノ周期構造７１ａに応じて、図４上図とは散乱方向が異なる散乱光８２が出射される。散乱光８２の散乱方向は、マイクロ／ナノ周期構造によって異なる。
本発明は、エネルギーの異なる散乱光をマッピングすることで、微細構造由来の情報を可視化する。
【0032】
図５Ａ－Ｂは、本発明の原理説明図である。図５Ａ上図は、入力画像（Input image）、図５Ａ下図は、その入力画像を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）したマグニチュードスペクトル（Magnitude Spectrum）である。
図５Ｂ上図は、図５Ａ下図のマグニチュードスペクトルを模式化したパワー分布図である。図５Ｂ下図は、図５Ｂ上図のパワー分布図上の点Ａ（●点）と、垂直および水平周波数軸上の各点Ｂ－Ｄ（〇点）のイメージ図である。
図５Ｂ上図の点Ａ（●点）は、Ａ方向に伝播する波の成分がどれくらいのパワーで分布しているかをプロットしている。このマッピングされている波の強度を全部足し合わせると、図５Ｂ上図が構成される。ここで、従来は、画像全体に対してフーリエ変換したものであるのに対し、本発明は、フーリエ面に着目し、局所領域においてフーリエ面を出すことによって、局所領域に対してマイクロ／ナノ周期構造によって影響される光の成分がどれくらいかを測定する（Photonic band imaging）。その上で、画像全体のフーリエ面の画像をマッピングする（Mapping control）ことで、観測対象の微細構造由来の情報を反映した画像を取得する。
図５Ｂ上図は、図５Ａ下図のマグニチュードスペクトルを模式化したパワー分布図である。図５Ｂ下図は、図５Ｂ上図のパワー分布図上の点Ａ（●点）と、垂直および水平周波数軸上の各点Ｂ－Ｄ（〇点）のイメージ図である。
図５Ｂ上図の点Ａ（●点）は、Ａ方向に伝播する波の成分がどれくらいのパワーで分布しているかをプロットしている。このマッピングされている波の強度を全部足し合わせると、図５Ｂ上図が構成される。ここで、従来は、画像全体に対してフーリエ変換したものであるのに対し、本発明は、フーリエ面に着目し、局所領域においてフーリエ面を出すことによって、局所領域に対してマイクロ／ナノ周期構造によって影響される光の成分がどれくらいかを測定する（Photonic band imaging）。その上で、画像全体のフーリエ面の画像をマッピングする（Mapping control）ことで、観測対象の微細構造由来の情報を反映した画像を取得する。
【0033】
［局所領域のハイパースペクトルフーリエ画像］
図６は、局所領域のハイパースペクトルフーリエ画像を取得するための観測対象画像を示す図である。図６に示すように、観測対象画像９０に領域指定のためのグリッドを設ける。ここでは、アゲハチョウの羽の一部分を局所領域（図６の符号ｐ参照）のハイパースペクトルフーリエ画像を取得する。
図６は、局所領域のハイパースペクトルフーリエ画像を取得するための観測対象画像を示す図である。図６に示すように、観測対象画像９０に領域指定のためのグリッドを設ける。ここでは、アゲハチョウの羽の一部分を局所領域（図６の符号ｐ参照）のハイパースペクトルフーリエ画像を取得する。
【0034】
図７は、図６の局所領域における、波数軸およびエネルギー軸（Energy(Wavelength)）のハイパースペクトルフーリエ画像１００を示す図である。図１の赤外線カメラ２７のイメージング表面２７ａ（フーリエ面である観測点）で観測することで、図７に示すハイパースペクトルフーリエ画像１００が撮像される。ハイパースペクトルフーリエ画像１００では、光エネルギーの関数としての３Ｄブリルアンゾーン情報が逆格子空間（reciprocal lattice space）（Ｋ－Γ－Ｍ）で表記される。逆格子空間（Ｋ－Γ－Ｍ）は、逆格子ベクトルによって構成される空間であり、実空間の周期性が反映される。図７では、ＰＢＩのパラメータ（ｋｘ，ｋｙ，ｈν）として（１／１０ｋｘ，１／１０ｋｙ）を示している。図７に示すように、逆格子空間（Ｋ－Γ－Ｍ）におけるパワー分布に偏りが生じていることがわかる。
後記するように、ハイパースペクトルフーリエ画像１００の任意の点の強度が対象サンプルの微細構造由来の情報を持つ。
後記するように、ハイパースペクトルフーリエ画像１００の任意の点の強度が対象サンプルの微細構造由来の情報を持つ。
【0035】
図８は、図６の局所領域における、散乱光の波長ごとの波数軸およびエネルギー軸のハイパースペクトルフーリエ画像１００１～１００５を示す図である。図７に示すように、ハイパースペクトルフーリエ画像１００１～１００５のパワー分布には、散乱光（Scattering light）の波長ごとに特徴があることがわかる。
【0036】
図８に示すフォトニックバンド構造では、指定された波数とエネルギー（ｋｘ、ｋｙ、ｈν）での強度情報から観測対象のマッピング画像を取得できる。これにより、特定の波数とエネルギーを持つ光と相互作用する構造から得られた情報を反映した画像が可能になる。
【0037】
［観測対象全域でのマッピング］
図９は、フォトニックバンドイメージング装置１のフォトニックバンドイメージング方法を説明する図である。
まず、図９左上図に示すように、局所領域（図９の符号ｐ参照）のハイパースペクトルフーリエ画像１００１～１００３を波長ごとに取得する。赤外線カメラ２７の前段には、赤外線波長可変フィルタ２６が設けられている。図１の画像生成部５１（図１参照）は、赤外線波長可変フィルタ２６を制御して、波長可変フィルタ２６が透過する波長を変更する。図１の赤外線カメラ２７のイメージング表面２７ａで、波長ごとに生成されるハイパースペクトルフーリエ画像１００１～１００３を撮像する。
図９は、フォトニックバンドイメージング装置１のフォトニックバンドイメージング方法を説明する図である。
まず、図９左上図に示すように、局所領域（図９の符号ｐ参照）のハイパースペクトルフーリエ画像１００１～１００３を波長ごとに取得する。赤外線カメラ２７の前段には、赤外線波長可変フィルタ２６が設けられている。図１の画像生成部５１（図１参照）は、赤外線波長可変フィルタ２６を制御して、波長可変フィルタ２６が透過する波長を変更する。図１の赤外線カメラ２７のイメージング表面２７ａで、波長ごとに生成されるハイパースペクトルフーリエ画像１００１～１００３を撮像する。
【0038】
次に、図９右図に示すように、上記波長ごとのハイパースペクトルフーリエ画像１００１～１００３の取得を、観測対象全域でマッピングする。具体的には、ＤＵＴ１０をＸＹステージ２により、ピクセル単位で移動し（図９の符号ａ参照）して、観測対象全域でマッピングする。
【0039】
次に、観測対象全域でマッピングしたハイパースペクトルフーリエ画像１００をもとに、波数軸およびエネルギー軸に対して値を指定し、特定の光の情報のみを抽出した画像２００を取得する（図９左下図参照）。
そして、コリメートレンズ１２からの照射光は、第１ビームスプリッタ（beam splitter）（ＢＳ）２１により反射して対物レンズ（Objective lens）４から載置台の上に載置されたＤＵＴ１０に照射される。第１ビームスプリッタ（ＢＳ）２１および対物レンズ４は、照射光学系３と後述する赤外光撮像光学系５および制御光学系７とによって共用されている。
そして、コリメートレンズ１２からの照射光は、第１ビームスプリッタ（beam splitter）（ＢＳ）２１により反射して対物レンズ（Objective lens）４から載置台の上に載置されたＤＵＴ１０に照射される。第１ビームスプリッタ（ＢＳ）２１および対物レンズ４は、照射光学系３と後述する赤外光撮像光学系５および制御光学系７とによって共用されている。
【0040】
また、フォトニックバンドイメージング装置１は、ＤＵＴ１０から反射された散乱光のハイパースペクトルフーリエ面を撮像する赤外線カメラ（Infrared camera）２７を有する赤外光撮像光学系５と、赤外線カメラ（infrared camera）２７のイメージング表面（Imaging surface）２７ａ（撮像面）（図２）によって撮像されたハイパースペクトルフーリエ面のフーリエ画像を波長ごとに取得するとともに、波長ごとに取得したフーリエ画像を観測対象全域でマッピングするマッピング部（ハイパースペクトルイメージング取得部５２，マッピング部５３）と、マッピング部５３がマッピングしたマッピング画像をもとに、波数およびエネルギー軸に対して所定値を指定して、特定の光の情報を抽出した画像を出力する出力部（特定光情報抽出部５４）と、を備えている。
【0041】
赤外光撮像光学系５の撮像を行う光路上には、ＤＵＴ１０の測りたい局所領域から反射された散乱光の第１ビームスプリッタ（ＢＳ）２１を透過した光の分光を入射させる第１フローライトレンズ（Fluorite lens：蛍石レンズ）（Ｌ１）２２と、第１フローライトレンズ（Ｌ１）２２を通過した光の可変絞りを行う可変アパーチャ（Iris）２３と、ダイクロイックミラー（dichroic mirror）（ＤＭ）２４と、ダイクロイックミラー（ＤＭ）２４の透過光が入射する第２フローライトレンズ（その１）（Ｌ２）２５と、赤外線波長可変フィルタ（Infrared tunable filter）２６と、を有する。
【0042】
以下、上述のように構成されたフォトニックバンドイメージング装置１の動作について説明する。
［動作概要］
図１に示すように、ブロードバンド光源１１からの広帯域光を、第１ビームスプリッタ（ＢＳ）２１により反射して対物レンズ４を通してＤＵＴ１０（サンプル）の特定の点に入射させる。
ＤＵＴ１０（サンプル）から散乱された光を赤外光撮像光学系５を通して赤外線カメラ２７のイメージング表面２７ａ（フーリエ面である観測点）で観測する。このとき、赤外線カメラ２７の前段に載置された赤外線波長可変フィルタ２６によって所望の波長の反射光を通過させるように調整する。ＤＵＴ１０（サンプル）から散乱された光のフーリエ画像を、赤外線カメラ２７を使用して、例えば８５０ｎｍから１８００ｎｍの範囲の任意の波長で観測する（<Photonic band imaging>）。
［動作概要］
図１に示すように、ブロードバンド光源１１からの広帯域光を、第１ビームスプリッタ（ＢＳ）２１により反射して対物レンズ４を通してＤＵＴ１０（サンプル）の特定の点に入射させる。
ＤＵＴ１０（サンプル）から散乱された光を赤外光撮像光学系５を通して赤外線カメラ２７のイメージング表面２７ａ（フーリエ面である観測点）で観測する。このとき、赤外線カメラ２７の前段に載置された赤外線波長可変フィルタ２６によって所望の波長の反射光を通過させるように調整する。ＤＵＴ１０（サンプル）から散乱された光のフーリエ画像を、赤外線カメラ２７を使用して、例えば８５０ｎｍから１８００ｎｍの範囲の任意の波長で観測する（<Photonic band imaging>）。
【0043】
そして、図８に示すように、得られたフーリエ画像をエネルギー軸方向（すなわち、波長方向）に重ね合わせた観測点でのフォトニックバンド構造を取得する。
【0044】
上記の操作は、観測点を移動しながらサンプル領域全体で実行する（<Mapping control>）（後記）。高速性と汎用性を実現するために、上記の一連の操作をソフトウェア上で自動的に実行できるように設定する。
【0045】
<Mapping control>により、指定された波数とエネルギー（ｋｘ，ｋｙ，ｈν）での強度情報から観測対象のマッピング画像を取得できる。これにより、特定の波数とエネルギーを持つ光と相互作用する構造から得られた情報を反映した画像が可能になる。
【0046】
［フローチャート］
図１０は、フォトニックバンドイメージング装置１のフォトニックバンドイメージング処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１で画像生成部５１は、波数およびエネルギーを指定する。例えば、(０．５Γ-Ｍ，０．８ｅＶ)を選択する。
図１０は、フォトニックバンドイメージング装置１のフォトニックバンドイメージング処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１で画像生成部５１は、波数およびエネルギーを指定する。例えば、(０．５Γ-Ｍ，０．８ｅＶ)を選択する。
【0047】
ステップＳ２でハイパースペクトルイメージング取得部５２は、局所領域（図９の符号ｐ参照）のハイパースペクトルフーリエ画像１００１～１００３を波長ごとに取得する。図１の画像生成部５１（図１参照）は、赤外線波長可変フィルタ２６を制御して、波長可変フィルタ２６が透過する波長を変更する。図１の赤外線カメラ２７のイメージング表面２７ａで、波長ごとに生成されるハイパースペクトルフーリエ画像１００１～１００３を撮像する。
【0048】
ステップＳ３でマッピング部５３は、該当箇所の強度（例えば、Ｋ－Γ－Ｍのｋｘ，ｋｙｋの３番）を順々に測定し、波長ごとのハイパースペクトルフーリエ画像１００の取得を、観測対象全域でマッピングする。具体的には、画像生成部５１は、ＤＵＴ１０をＸＹステージ２により、ピクセル単位で移動し（図９の符号ａ参照）して、観測対象全域でマッピングする。
【0049】
ステップＳ４で特定光情報抽出部５４は、観測対象全域でマッピングしたハイパースペクトルフーリエ画像１００をもとに、波数軸およびエネルギー軸に対して値を指定し、特定の光の情報のみを抽出した画像２００を取得する（図９左下図参照）。
【0050】
［適用例］
以下、図面を参照して観測例について述べる。
<観測例１>
図１１は、ＰＢＩを図３のアカネアゲハの画像に適用した結果<観測例１>を説明する図である。図１１上図は、観測対象（アカネアゲハの羽の一部）の光学顕微鏡画像９０の表示例であり、図１１下図は、同じ観測点における、ＰＢＩでパラメータ（ｋｘ，ｋｙ，ｈν）を指定して得られた同じ領域の画像２００の表示例である。
図１１上図に示す画像９０には、アゲハチョウの羽の鱗の斑点（図１１上図の符号ｘ参照）が光学的に表示されている。
以下、図面を参照して観測例について述べる。
<観測例１>
図１１は、ＰＢＩを図３のアカネアゲハの画像に適用した結果<観測例１>を説明する図である。図１１上図は、観測対象（アカネアゲハの羽の一部）の光学顕微鏡画像９０の表示例であり、図１１下図は、同じ観測点における、ＰＢＩでパラメータ（ｋｘ，ｋｙ，ｈν）を指定して得られた同じ領域の画像２００の表示例である。
図１１上図に示す画像９０には、アゲハチョウの羽の鱗の斑点（図１１上図の符号ｘ参照）が光学的に表示されている。
【0051】
図１１下図に示す画像２００には、図１１上図のアゲハチョウの羽の鱗の斑点の色に由来する特徴（Features derived from pigment）と、本ＰＢＩで初めて明らかとなった、構造から派生した機能（Features derived from the structure）（図１１上図の符号ｙ参照）が表示されている。図１１上図の符号ｙに示す画像は、「観測対象の微細構造由来の情報を反映した画像」である。
ここで、光学顕微鏡で得られた画像は、色素由来と構造由来の情報をすべて含んでいるのに対し、ＰＢＩを使用して得られた画像は、主に観測対象の構造由来の情報を示している。
ここで、光学顕微鏡で得られた画像は、色素由来と構造由来の情報をすべて含んでいるのに対し、ＰＢＩを使用して得られた画像は、主に観測対象の構造由来の情報を示している。
【0052】
<観測例２>
図１２は、ＰＢＩによって得られたさまざまな波数とエネルギーにおける各構造由来のフォトニックバンドイメージングを示す図である。図１２は、アゲハチョウの羽の画像に適用した結果<観測例２>を説明する。図１２の下段の図は、近赤外顕微鏡分光計によって測定された同じ領域の画像を示している。なお、図１２の羽の画像の局所領域（スケールバー：１ｍｍ）である。
図１２の符号ｘに示す部分は、アゲハチョウの羽の鱗の斑点の色に由来する特徴（Features derived from pigment）を示し、図１２の符号ｙに示す部分は、ＰＢＩによって得られた構造から派生した機能（Features derived from the structure）（「観測対象の微細構造由来の情報を反映した画像」を示す。
図１２は、ＰＢＩによって得られたさまざまな波数とエネルギーにおける各構造由来のフォトニックバンドイメージングを示す図である。図１２は、アゲハチョウの羽の画像に適用した結果<観測例２>を説明する。図１２の下段の図は、近赤外顕微鏡分光計によって測定された同じ領域の画像を示している。なお、図１２の羽の画像の局所領域（スケールバー：１ｍｍ）である。
図１２の符号ｘに示す部分は、アゲハチョウの羽の鱗の斑点の色に由来する特徴（Features derived from pigment）を示し、図１２の符号ｙに示す部分は、ＰＢＩによって得られた構造から派生した機能（Features derived from the structure）（「観測対象の微細構造由来の情報を反映した画像」を示す。
【0053】
<観測例２>の測定で使用されたＰＢＩ条件は、下記の通りである。
Pixel size：50 ×50 μm
Total number of pixe：l160 ×160pixels
Energy(wavelength) range： 0.75 ~1.46 eV (1650 ~ 850 nm)
Filter resolution：100 nm（Maximumfilterresolutionis5nm.）
Measurement points (kx, ky)：30（The maximum number of points depends on the pixel size of the infrared camera.）
Measurement time：~ 20 min / image
Pixel size：50 ×50 μm
Total number of pixe：l160 ×160pixels
Energy(wavelength) range： 0.75 ~1.46 eV (1650 ~ 850 nm)
Filter resolution：100 nm（Maximumfilterresolutionis5nm.）
Measurement points (kx, ky)：30（The maximum number of points depends on the pixel size of the infrared camera.）
Measurement time：~ 20 min / image
【0054】
測定時間は、エネルギー方向の分解能によって決定される。この測定では、100nmのフィルタ分解能で約２０分／画像である。ここで、（（3／5）ｋｘ、０、1.31 eV）の場合、ＰＢＩで得られた画像は、顕微鏡分光計の画像と類似しており、構造由来の成分が優勢であることを示している。一方、（（1/10）ｋｘ，（1/10）ｋｙ，1.08 eV）の場合、ＰＢＩで取得した画像と顕微鏡分光計で取得した画像の間に明らかな違いが見られ、色素由来の情報が示された。構造から派生した情報は正常に分離された。
結果として、他のマッピング方法（FTIRイメージング、ハイパースペクトルイメージング、ラマンイメージングなど）と組み合わせたこの方法は、観測対象の固有の構造と機能を非破壊的に分析するのに非常に効果的である。
結果として、他のマッピング方法（FTIRイメージング、ハイパースペクトルイメージング、ラマンイメージングなど）と組み合わせたこの方法は、観測対象の固有の構造と機能を非破壊的に分析するのに非常に効果的である。
【0055】
<観測例３>
図１３は、ＰＢＩによって得られたさまざまな波数とエネルギーにおける各構造由来のフォトニックバンドイメージングを示す図である。図１３は、アゲハチョウの羽の画像に適用した結果<観測例２>を説明する。図１３の下段の図は、近赤外顕微鏡分光計によって測定された同じ領域の画像を示している。
図１３は、ＰＢＩによって得られたさまざまな波数とエネルギーにおける各構造由来のフォトニックバンドイメージングを示す図である。図１３は、アゲハチョウの羽の画像に適用した結果<観測例２>を説明する。図１３の下段の図は、近赤外顕微鏡分光計によって測定された同じ領域の画像を示している。
【0056】
波数：3/5 Γ－Ｋ or 1/10 Γ－Ｍ
波長（エネルギー）：950 nm－1650 nm
図１３上段の（（3／5）ｋｘ、０、1.31 eV）の場合、ＰＢＩで得られた画像は、顕微鏡分光計の画像と類似しており、構造由来の成分が優勢であることを示している。一方、（（1/10）ｋｘ、（1/10）ｋｙ、1.08 eV）の場合、ＰＢＩで取得した画像と顕微鏡分光計で取得した画像の間に明らかな違いが見られた。
波長（エネルギー）：950 nm－1650 nm
図１３上段の（（3／5）ｋｘ、０、1.31 eV）の場合、ＰＢＩで得られた画像は、顕微鏡分光計の画像と類似しており、構造由来の成分が優勢であることを示している。一方、（（1/10）ｋｘ、（1/10）ｋｙ、1.08 eV）の場合、ＰＢＩで取得した画像と顕微鏡分光計で取得した画像の間に明らかな違いが見られた。
【0057】
［ハードウェア構成］
実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置１は、例えば図１４に示すような構成の物理装置であるコンピュータ９００によってフォトニックバンドイメージング処理が実現される。
図１４は、フォトニックバンドイメージング装置の機能を実現するコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）９０２、ＲＡＭ９０３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）９０４、入出力Ｉ／Ｆ（Interface）９０５、通信Ｉ／Ｆ９０６およびメディアＩ／Ｆ９０７を有する。
実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置１は、例えば図１４に示すような構成の物理装置であるコンピュータ９００によってフォトニックバンドイメージング処理が実現される。
図１４は、フォトニックバンドイメージング装置の機能を実現するコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）９０２、ＲＡＭ９０３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）９０４、入出力Ｉ／Ｆ（Interface）９０５、通信Ｉ／Ｆ９０６およびメディアＩ／Ｆ９０７を有する。
【0058】
ＣＰＵ９０１は、ＲＯＭ９０２またはＨＤＤ９０４に記憶されたプログラムに基づき作動し、図１にフォトニックバンドイメージング装置１の各処理部による制御を行う。ＲＯＭ９０２は、コンピュータ９００の起動時にＣＰＵ９０１により実行されるブートプログラムや、コンピュータ９００のハードウェアに係るプログラム等を記憶する。
【0059】
ＣＰＵ９０１は、カメラによって撮像されたフーリエ面のフーリエ画像を波長ごとに取得するとともに、波長ごとに取得したフーリエ画像を観測対象全域でマッピングするマッピング部と、マッピング部がマッピングしたマッピング画像をもとに、波数およびエネルギー軸に対して所定値を指定して、特定の光の情報を抽出した画像を出力する出力部としての機能を有する。
【0060】
ＣＰＵ９０１は、入出力Ｉ／Ｆ９０５を介して、マウスやキーボード等の入力装置９１０、および、ディスプレイ等の出力装置９１１を制御する。ＣＰＵ９０１は、入出力Ｉ／Ｆ９０５を介して、入力装置９１０からデータを取得するともに、計測・分析したデータを出力装置９１１へ出力する。
【0061】
ＨＤＤ９０４は、ＣＰＵ９０１により実行されるプログラムおよび当該プログラムによって使用されるデータ等を記憶する。通信Ｉ／Ｆ９０６は、通信網（例えば、ＮＷ（Network）９２０）を介して他の装置からデータを受信してＣＰＵ９０１へ出力し、また、ＣＰＵ９０１が生成したデータを、通信網を介して他の装置へ送信する。
【0062】
メディアＩ／Ｆ９０７は、記録媒体９１２に格納されたプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ９０３を介してＣＰＵ９０１へ出力する。ＣＰＵ９０１は、目的の処理に係るプログラムを、メディアＩ／Ｆ９０７を介して記録媒体９１２からＲＡＭ９０３上にロードし、ロードしたプログラムを実行する。記録媒体９１２は、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＰＤ（Phase change rewritable Disk）等の光学記録媒体、ＭＯ（Magneto Optical disk）等の光磁気記録媒体、磁気記録媒体、導体メモリテープ媒体又は半導体メモリ等である。
【0063】
例えば、コンピュータ９００が第１および第２の実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置として機能する場合、コンピュータ９００のＣＰＵ９０１は、ＲＡＭ９０３上にロードされたプログラムを実行することによりフォトニックバンドイメージング装置の機能を実現する。また、ＨＤＤ９０４には、ＲＡＭ９０３内のデータが記憶される。ＣＰＵ９０１は、目的の処理に係るプログラムを記録媒体９１２から読み取って実行する。この他、ＣＰＵ９０１は、他の装置から通信網（ＮＷ９２０）を介して目的の処理に係るプログラムを読み込んでもよい。
【0064】
［効果］
以上説明したように、本実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置１は、観測対象の局所領域に広帯域光を照射する照射光学系と、観測対象の局所領域から反射された散乱光の波長ごとのフーリエ面を撮像するカメラを有する撮像光学系（赤外光撮像光学系５，可視光撮像光学系６）と、カメラによって撮像されたフーリエ面のフーリエ画像を波長ごとに取得するとともに、波長ごとに取得したフーリエ画像を観測対象全域でマッピングするマッピング部（ハイパースペクトルイメージング取得部５２，マッピング部５３）と、マッピング部５３がマッピングしたマッピング画像をもとに、波数およびエネルギー軸に対して所定値を指定して、特定の光の情報を抽出した画像を出力する出力部（特定光情報抽出部５４）と、を備える。
以上説明したように、本実施形態に係るフォトニックバンドイメージング装置１は、観測対象の局所領域に広帯域光を照射する照射光学系と、観測対象の局所領域から反射された散乱光の波長ごとのフーリエ面を撮像するカメラを有する撮像光学系（赤外光撮像光学系５，可視光撮像光学系６）と、カメラによって撮像されたフーリエ面のフーリエ画像を波長ごとに取得するとともに、波長ごとに取得したフーリエ画像を観測対象全域でマッピングするマッピング部（ハイパースペクトルイメージング取得部５２，マッピング部５３）と、マッピング部５３がマッピングしたマッピング画像をもとに、波数およびエネルギー軸に対して所定値を指定して、特定の光の情報を抽出した画像を出力する出力部（特定光情報抽出部５４）と、を備える。
【0065】
これによって、観測対象の微細構造由来の情報を反映した画像を取得することができる。フォトニックバンドイメージング装置１は、フォトニックバンド内の指定されたパラメータによって決定された構造由来の情報を反映するマッピング画像を取得することが可能になる。
【0066】
本発明は、上記各実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
【0067】
また、上記した実施形態および変形例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【0068】
また、上記実施形態では、フォトニックバンドイメージング装置およびフォトニックバンドイメージング方法という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、装置の発明の名称は試料分析装置、試料測定装置等であってもよい。また、方法の発明の名称は、試料の測定方法等であってもよい。
【符号の説明】
【0069】
１ フォトニックバンドイメージング装置
３ 照射光学系
４ 対物レンズ
５ 赤外光撮像光学系（撮像光学系）
６ 可視光撮像光学系（撮像光学系）
７ 制御光学系
１０ ＤＵＴ（観測対象）
２６ 赤外線波長可変フィルタ
２７ 赤外線カメラ
２７ａ イメージング表面（フーリエ面である観測点）
３０ 可視波長可変フィルタ
３１，３３ 光学カメラ
５０ 制御部
５１ 画像生成部
５２ ハイパースペクトルイメージング取得部（マッピング部）
５３ マッピング部
５４ 特定光情報抽出部（出力部）
３ 照射光学系
４ 対物レンズ
５ 赤外光撮像光学系（撮像光学系）
６ 可視光撮像光学系（撮像光学系）
７ 制御光学系
１０ ＤＵＴ（観測対象）
２６ 赤外線波長可変フィルタ
２７ 赤外線カメラ
２７ａ イメージング表面（フーリエ面である観測点）
３０ 可視波長可変フィルタ
３１，３３ 光学カメラ
５０ 制御部
５１ 画像生成部
５２ ハイパースペクトルイメージング取得部（マッピング部）
５３ マッピング部
５４ 特定光情報抽出部（出力部）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
