特開 2024-80535 撮像光学系及び撮像装置

(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】P2024080535

(43)【公開日】2024-06-13

(54)【発明の名称】撮像光学系及び撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/06 20060101AFI20240606BHJP

   G02B 21/36 20060101ALI20240606BHJP

   G02B 21/00 20060101ALI20240606BHJP

   G01J 3/36 20060101ALI20240606BHJP

   G01J 3/12 20060101ALI20240606BHJP

   G01J 3/50 20060101ALI20240606BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20240606BHJP

   H04N 23/58 20230101ALI20240606BHJP

   H04N 23/12 20230101ALI20240606BHJP

【ＦＩ】

G01J3/06

G02B21/36

G02B21/00

G01J3/36

G01J3/12

G01J3/50

G02B26/10 101

H04N23/58

H04N23/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022193832

(22)【出願日】2022-12-02

(71)【出願人】

【識別番号】391009936

【氏名又は名称】株式会社住田光学ガラス

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100202326

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 大佑

(72)【発明者】

【氏名】堺 礼志

(72)【発明者】

【氏名】神澤 智秀

【テーマコード（参考）】

2G020

2H045

2H052

5C065

5C122

【Ｆターム（参考）】

2G020AA08

2G020CC01

2G020CC02

2G020CC42

2G020CC62

2G020CC63

2G020CD03

2G020CD06

2G020CD24

2G020CD34

2G020CD36

2G020CD37

2G020DA12

2G020DA32

2H045AC01

2H045BA02

2H045DA14

2H052AA07

2H052AB01

2H052AB06

2H052AF07

2H052AF14

5C065AA06

5C065BB30

5C065CC01

5C065EE02

5C065EE12

5C122EA37

5C122FB02

5C122FB11

5C122HA82

(57)【要約】

【課題】対象物及び撮像素子を移動させずに簡易的な機構で対象物を走査可能な撮像光学系を提供する。
【解決手段】本開示に係る撮像光学系１０は、対象物Ｓを撮像するための光Ｌを撮像素子３１に導き、対象物Ｓの分光画像を得るために用いられる撮像光学系１０であって、対物レンズ７０側に位置する第１絞り１１と、第１絞り１１を通過した光Ｌによる結像位置よりも撮像素子３１側に位置する走査部１２と、走査部１２を通過した光Ｌを集光する集光部１３と、集光部１３よりも撮像素子３１側に位置する第２絞り１４と、光Ｌが第２絞り１４を通過して集光部１３により集光する位置に配置されているスリット１５と、を備え、スリット１５は、走査部１２を通過した光Ｌのうち対象物Ｓの所定領域に対応する光Ｌのみを通過させ、走査部１２は、結像位置と集光部１３との間の光路長を一定に維持しながら所定領域を変化させて対象物Ｓを走査する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物を撮像するための光を撮像素子に導き、前記対象物の分光画像を得るために用いられる撮像光学系であって、
対物レンズ側に位置する第１絞りと、
前記第１絞りを通過した前記光による結像位置よりも前記撮像素子側に位置する走査部と、
前記走査部を通過した前記光を集光する集光部と、
前記集光部よりも前記撮像素子側に位置する第２絞りと、
前記光が前記第２絞りを通過して前記集光部により集光する位置に配置されているスリットと、
を備え、
前記スリットは、前記走査部を通過した前記光のうち前記対象物の所定領域に対応する前記光のみを通過させ、
前記走査部は、前記結像位置と前記集光部との間の光路長を一定に維持しながら前記所定領域を変化させて前記対象物を走査する、
撮像光学系。

【請求項2】

請求項１に記載の撮像光学系であって、
前記走査部は、前記対象物の走査の間、前記スリットの短手方向に沿って互いに同一方向及び同一距離だけ移動する第１ミラー及び第２ミラーを有する、
撮像光学系。

【請求項3】

請求項２に記載の撮像光学系であって、
前記走査部は、前記第１ミラーで反射した前記光を前記第２ミラーへと折り返す第３ミラーと、前記第２ミラーで反射した前記光を前記集光部へと折り返す第４ミラーと、を有する、
撮像光学系。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像光学系であって、
前記第１絞りは、４以下の開放Ｆ値で開放した状態で配置されている、
撮像光学系。

【請求項5】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像光学系であって、
前記第２絞りは、１１以上１６以下のＦ値を有する、
撮像光学系。

【請求項6】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像光学系であって、
前記スリットの短手方向におけるスリット幅は、８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲に含まれる、
撮像光学系。

【請求項7】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像光学系であって、
前記スリットを通過した前記光をハイパースペクトルで規定された複数の波長領域に分光する分光素子をさらに備える、
撮像光学系。

【請求項8】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像光学系と、前記対物レンズと、前記撮像素子と、を備える撮像装置。

【請求項9】

請求項８に記載の撮像装置であって、
前記撮像装置は、硬性鏡を含む、
撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、撮像光学系及び撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、観察対象となる対象物の表面を走査して分光画像を取得し、２次元的に分光スペクトルを視覚化するための技術が知られている。例えば、対象物を移動させずに分光画像を取得する方法として、カメラ内蔵スキャン型のマルチスペクトルカメラ及びハイパースペクトルカメラなどが知られている。対象物を走査する仕組みとして、撮像素子などの内部センサを移動させる方式及びミラーを回転させる方式などが用いられている。

【0003】

例えば、特許文献１には、対物レンズより後段の構成を一体的に所定方向に移動し、撮影位置を所定方向に移動させる移動手段を有する分光放射輝度計が開示されている。分光放射輝度計において移動手段により移動する、対物レンズより後段の構成には、入射した光束に基づく信号を取得する２次元撮像検出器も含まれる。分光放射輝度計は、短時間で広範囲空間の１画素ごとの分光情報を取得し、任意の表色系の色表示と相互変換が可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－１６６６８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した従来の方式を用いると、撮像素子などの内部センサを移動させるための光学ステージにより撮像装置が大きくなるといった問題があった。その他にも、対象物を走査するときに撮像光学系における光路長が変動し、当該変動に対する補正パラメータなどによって対象物の視野及び奥行きによっては専用の設計が必要になるといった問題もあった。

【0006】

本開示は、対象物及び撮像素子を移動させずに簡易的な機構で対象物を走査可能な撮像光学系及び撮像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】

【0007】

以下に本開示の実施形態の一部について例示する。しかしながら、本開示の実施形態はこれらに限定されない点に留意されたい。
［付記１］
対象物を撮像するための光を撮像素子に導き、前記対象物の分光画像を得るために用いられる撮像光学系であって、
対物レンズ側に位置する第１絞りと、
前記第１絞りを通過した前記光による結像位置よりも前記撮像素子側に位置する走査部と、
前記走査部を通過した前記光を集光する集光部と、
前記集光部よりも前記撮像素子側に位置する第２絞りと、
前記光が前記第２絞りを通過して前記集光部により集光する位置に配置されているスリットと、
を備え、
前記スリットは、前記走査部を通過した前記光のうち前記対象物の所定領域に対応する前記光のみを通過させ、
前記走査部は、前記結像位置と前記集光部との間の光路長を一定に維持しながら前記所定領域を変化させて前記対象物を走査する、
撮像光学系。
［付記２］
付記１に記載の撮像光学系であって、
前記走査部は、前記対象物の走査の間、前記スリットの短手方向に沿って互いに同一方向及び同一距離だけ移動する第１ミラー及び第２ミラーを有する、
撮像光学系。
［付記３］
付記２に記載の撮像光学系であって、
前記走査部は、前記第１ミラーで反射した前記光を前記第２ミラーへと折り返す第３ミラーと、前記第２ミラーで反射した前記光を前記集光部へと折り返す第４ミラーと、を有する、
撮像光学系。
［付記４］
付記１乃至３のいずれか１つに記載の撮像光学系であって、
前記第１絞りは、４以下の開放Ｆ値で開放した状態で配置されている、
撮像光学系。
［付記５］
付記１乃至４のいずれか１つに記載の撮像光学系であって、
前記第２絞りは、１１以上１６以下のＦ値を有する、
撮像光学系。
［付記６］
付記１乃至５のいずれか１つに記載の撮像光学系であって、
前記スリットの短手方向におけるスリット幅は、８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲に含まれる、
撮像光学系。
［付記７］
付記１乃至６のいずれか１つに記載の撮像光学系であって、
前記スリットを通過した前記光をハイパースペクトルで規定された複数の波長領域に分光する分光素子をさらに備える、
撮像光学系。
［付記８］
付記１乃至７のいずれか１つに記載の撮像光学系と、前記対物レンズと、前記撮像素子と、を備える撮像装置。
［付記９］
付記８に記載の撮像装置であって、
前記撮像装置は、硬性鏡を含む、
撮像装置。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、対象物及び撮像素子を移動させずに簡易的な機構で対象物を走査可能な撮像光学系及び撮像装置を提供可能である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態に係る撮像光学系の概略構成を示す模式図である。

【図2】図１の撮像装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

【図3】図１の撮像装置によって得られる分光画像の第１例を示す図である。

【図4】図１の撮像装置によって得られる分光画像の第２例を示す図である。

【図5】図１の撮像装置によって得られる分光画像の第３例を示す図である。

【図6】図１の撮像装置によって得られる分光画像の第４例を示す図である。

【図7】図１の撮像装置によって得られる分光画像の第５例を示す図である。

【図8A】図２の撮像装置により実行される画像処理の一例を説明するための第１図である。

【図8B】図２の撮像装置により実行される画像処理の一例を説明するための第２図である。

【図9】図１の撮像装置によって得られる分光画像の第６例を示す図である。

【図10】図１の撮像装置によって得られる分光画像の第７例を示す図である。

【図11】図１の撮像装置によって得られる分光画像の第８例を示す図である。

【図12】図１の撮像装置によって得られる分光画像の第９例を示す図である。

【図13】図１の撮像装置によって得られる分光画像の第１０例を示す図である。

【図14】図１の撮像装置によって得られる分光画像の第１１例を示す図である。

【図15】図１の撮像装置を用いた分光画像の解析処理を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下では、添付図面を参照しながら本開示の一実施形態について主に説明する。

【0011】

図１は、本開示の一実施形態に係る撮像光学系１０の概略構成を示す模式図である。一実施形態に係る撮像光学系１０は、例えば撮像装置１に搭載される。図１は、撮像光学系１０が搭載される撮像装置１の側面方向から撮像光学系１０を視たときの様子を示す。図１において、撮像装置１は、対象物Ｓ側から順に、対物レンズ７０と、撮像光学系１０と、撮像素子３１と、を有する。撮像装置１は、例えば、硬性鏡を含む。

【0012】

図１では、対象物Ｓを撮像するための光Ｌが対象物Ｓから対物レンズ７０を介して撮像光学系１０に入射し、撮像素子３１まで導かれる様子が示されているが、光Ｌのうちの一部のみが光線として複数の線種で概念的に表現されている。後述する第２ミラー１２ｂからレンズ１８までの光路においては、光線をさらに簡略化している。光Ｌは、図１のような側面視において、上下方向に沿って広がっているが、紙面に直交する方向に沿っても同様に広がっている。撮像対象となる対象物Ｓの表面は、図１のような側面視において、上下方向及び紙面に直交する方向に沿って２次元的に広がっている。

【0013】

撮像光学系１０は、対象物Ｓを撮像するための光Ｌを撮像素子３１に導き、対象物Ｓの分光画像を得るために用いられる。本開示において、「対象物Ｓ」は、例えば、検査対象となる人体内部の臓器、器官、及び組織などの任意の観察対象物を含む。これに限定されず、対象物Ｓは、撮像装置１により観察が可能な任意の観察対象物を含んでもよい。「光Ｌ」は、例えば、後述する撮像装置１の光源部２０により対象物Ｓに向けて照射される照明光が対象物Ｓの表面において反射したときの反射光などを含む。光Ｌの波長は、可視領域及び赤外領域における任意の範囲に含まれていてもよい。

【0014】

撮像光学系１０は、対物レンズ７０側から順に、第１絞り１１と、中間結像面Ｍと、走査部１２と、集光部１３と、第２絞り１４と、スリット１５と、レンズ１６と、分光素子１７と、レンズ１８と、を有する。対物レンズ７０を通過した光Ｌは、撮像光学系１０に含まれるこれらの構成部を順に通過して撮像素子３１まで導かれる。

【0015】

第１絞り１１は、撮像光学系１０において対物レンズ７０側に位置する。第１絞り１１は、例えば、第１絞り１１の穴の大きさを変化させることで第１絞り１１を通過する光Ｌの量を調整可能な任意の遮蔽物を含む。第１絞り１１の穴の大きさによって第１絞り１１を通過する光Ｌの量は、第１絞り１１のＦ値と対応する。第１絞り１１は、穴の大きさを小さくすることも可能であるが、図１に示す撮像光学系１０では一例として開放した状態で配置されている。例えば、第１絞り１１は、４以下の開放Ｆ値で開放した状態で配置されている。

【0016】

走査部１２は、第１絞り１１を通過した光Ｌによる結像位置よりも撮像素子３１側に位置する。本開示において、「結像位置」は、第１絞り１１と走査部１２との間に形成される中間結像面Ｍの位置である。中間結像面Ｍでは、撮像対象となる対象物Ｓの表面の中間像が虚像として形成されている。走査部１２は、対象物Ｓの表面の所定領域ごとに分光画像の情報が得られるように対象物Ｓを走査する。走査部１２は、結像位置と集光部１３との間の光路長を一定に維持しながら所定領域を変化させて対象物Ｓを走査する。

【0017】

走査部１２は、対象物Ｓの走査の間、スリット１５の短手方向に沿って互いに同一方向及び同一距離だけ移動する第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂを有する。本開示において、「スリット１５の短手方向」は、例えば、図１における上下方向、すなわち紙面に沿って平行な方向に対応する。一方で、「スリット１５の長手方向」は、例えば、図１における上下左右方向に直交する方向、すなわち紙面に垂直な方向に対応する。

【0018】

走査部１２は、第１ミラー１２ａで反射した光Ｌを第２ミラー１２ｂへと折り返す第３ミラー１２ｃと、第２ミラー１２ｂで反射した光Ｌを集光部１３へと折り返す第４ミラー１２ｄと、をさらに有する。走査部１２は、対物レンズ７０側から順に配置される第１ミラー１２ａ、第３ミラー１２ｃ、第２ミラー１２ｂ、及び第４ミラー１２ｄの４つのミラーを有する。４つのミラーの各々は、例えば、プリズムミラーであってもよいし、光Ｌを所定の反射率で反射させることが可能な任意の他の光学素子であってもよい。

【0019】

集光部１３は、走査部１２を通過した光Ｌを集光する。集光部１３は、対物レンズ７０側に配置されている第１レンズ１３ａ及び第１レンズ１３ａよりも撮像素子３１側に配置されている第２レンズ１３ｂの２つのレンズを有する。第１レンズ１３ａは、走査部１２を通過して広がる光Ｌを平行光にする任意のコリメートレンズを含む。第２レンズ１３ｂは、第１レンズ１３ａにより平行光となった光Ｌを集光する任意の集光レンズを含む。集光部１３は、走査部１２を通過した光Ｌを一度平行光としてからスリット１５が配置されている位置で焦点を結ぶように集光する。

【0020】

第２絞り１４は、集光部１３よりも撮像素子３１側に位置する。第２絞り１４は、例えば、第２絞り１４の穴の大きさを変化させることで第２絞り１４を通過する光Ｌの量を調整可能な任意の遮蔽物を含む。第２絞り１４の穴の大きさによって第２絞り１４を通過する光Ｌの量は、第２絞り１４のＦ値と対応する。第２絞り１４は、図１に示す撮像光学系１０では一例として開放した状態ではなく穴の大きさを小さくした状態で配置されている。例えば、第２絞り１４は、１１以上１６以下のＦ値を有する。

【0021】

スリット１５は、光Ｌが第２絞り１４を通過して集光部１３により集光する位置に配置されている。スリット１５は、集光部１３により集光される光Ｌの焦点位置に配置されている。スリット１５は、矩形状の穴を有する。スリット１５の穴は、図１における上下方向、すなわち紙面に沿って平行な方向に短辺を有し、上下左右方向に直交する方向、すなわち紙面に垂直な方向に長辺を有する。スリット１５の短手方向におけるスリット幅は、８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲に含まれる。スリット１５は、走査部１２を通過した光Ｌのうち対象物Ｓの所定領域に対応する光Ｌのみを通過させる。

【0022】

レンズ１６は、スリット１５よりも撮像素子３１側に配置されている。レンズ１６は、スリット１５を通過して広がる光Ｌを平行光にする任意のコリメートレンズを含む。

【0023】

分光素子１７は、レンズ１６よりも撮像素子３１側に配置され、レンズ１６により平行光となった光Ｌを受ける。分光素子１７は、スリット１５を通過した光Ｌをハイパースペクトルで規定された複数の波長領域に分光する。分光素子１７は、例えば、回折格子を含む。分光素子１７が光Ｌをハイパースペクトルで規定された複数の波長領域に分光することで、撮像装置１は、ハイパースペクトルカメラとして機能する。

【0024】

レンズ１８は、分光素子１７よりも撮像素子３１側に配置されている。レンズ１８は、分光素子１７で分光された光Ｌを撮像素子３１に向けて集光する任意の集光レンズを含む。

【0025】

撮像素子３１は、撮像光学系１０から出射した光Ｌを検出する任意のセンサ素子を含む。撮像素子３１は、例えば、固体撮像素子（Charge Coupled Device：ＣＣＤ）及び相補性金属酸化膜半導体（Complementary Metal Oxide Semiconductor：ＣＭＯＳ）などのセンサ素子を含む。撮像素子３１は、撮像光学系１０から出射した光Ｌを検出し、対象物Ｓの分光画像に関する情報として検出信号を出力する。撮像素子３１は、可視領域及び赤外領域における光Ｌの波長範囲に対応した波長特性を有する。

【0026】

図２は、図１の撮像装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。撮像装置１は、図１で示した対物レンズ７０及び撮像光学系１０に加えて、光源部２０、撮像素子３１を有する検出部３０、記憶部４０、駆動部５０、及び制御部６０をさらに有する。図２を参照しながら、撮像装置１の構成の一例について主に説明する。

【0027】

光源部２０は、対象物Ｓを照らす照明光を照射する任意の光源を有する。光源は、例えば、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）、ＬＤ（Laser Diode）、及びランプ光源などを含む。光源部２０は、例えば、人体の内部で対象物Ｓの周囲が暗い状況下であっても、対象物Ｓの分光画像を取得可能とするために対象物Ｓに照明光を照射して対象物Ｓを明るく照らす。

【0028】

検出部３０は、撮像素子３１を有し、撮像光学系１０から出射した光Ｌを検出する。検出部３０は、撮像光学系１０から出射した光Ｌを検出し、対象物Ｓの分光画像に関する情報として検出信号を制御部６０に出力する。

【0029】

記憶部４０は、任意の記憶モジュールを有する。記憶モジュールは、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを含む。記憶部４０は、例えば、主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能する。記憶部４０は、撮像装置１の動作に用いられる任意の情報を記憶する。

【0030】

記憶部４０は、検出部３０により検出された光Ｌの検出信号に基づいて、走査部１２における第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂが移動するごとに、対象物Ｓの表面の所定領域の分光画像の情報を順番に記憶する。記憶部４０は、走査部１２による対象物Ｓの走査完了後に制御部６０が行う演算処理に基づき得られた分光画像を記憶する。その他にも、記憶部４０は、システムプログラム及びアプリケーションプログラムなどを記憶する。記憶部４０は、撮像装置１に内蔵されているものに限定されず、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などのデジタル入出力ポートによって接続されている外付け型の記憶モジュールを有してもよい。

【0031】

駆動部５０は、走査部１２における第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂを対象物Ｓの走査に合わせて移動させる任意の駆動機構を有する。駆動機構は、例えば、第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂの各々を直線上で移動させるステージ並びに当該ステージを駆動するためのモータを含む。ステージは、例えば、一軸ステージを含む。これに限定されず、ステージは、例えば、二軸ステージ及び三軸ステージなどの任意の他のステージを含んでもよい。

【0032】

制御部６０は、１つ以上のプロセッサを有する。プロセッサは、例えば、汎用のプロセッサ及び特定の処理に特化した専用のプロセッサなどを含む。制御部６０は、撮像装置１を構成する各構成部と通信可能に接続され、撮像装置１全体の動作を制御する。

【0033】

制御部６０は、光源部２０を制御して、対象物Ｓを照らす照明光を光源部２０から照射させる。撮像装置１の光源部２０により対象物Ｓに向けて照射される照明光が対象物Ｓの表面において反射したときの反射光が光Ｌとして撮像装置１に入射する。対象物Ｓの表面から撮像装置１に入射した光Ｌは、初めに撮像装置１の対物レンズ７０を通過する。

【0034】

光Ｌは、その後、撮像光学系１０に入射し、走査部１２が有する４つのミラーで反射する。制御部６０は、駆動部５０を制御して、撮像光学系１０の走査部１２における第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂを移動させる。制御部６０は、対象物Ｓの走査の間、スリット１５の短手方向に沿って互いに同一方向及び同一距離だけ第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂを移動させる。

【0035】

例えば、図１に示されるように、第１ミラー１２ａが実線で表された最下部に位置するとき、第２ミラー１２ｂも実線で表された最下部に位置する。このとき、光Ｌとして概念的に示した複数の光線のうち、実線で表された、第１ミラー１２ａの手前で最下部に位置する光線のみが第２絞り１４及びスリット１５を通過する。第１ミラー１２ａの手前で最下部に位置する光線がスリット１５の長手方向に広がっているが、第２絞り１４及びスリット１５は、当該長手方向に広がる光線の一部を遮ることなくその全体を通過させる。図１における上下方向の異なる位置を伝搬する他の光線は、走査部１２を同様に通過して集光部１３により集光されるが、第２絞り１４又はスリット１５によって遮られる。制御部６０は、スリット１５、レンズ１６、分光素子１７、及びレンズ１８を通過して撮像素子３１により検出された光Ｌの検出信号を検出部３０から取得する。以上により、制御部６０は、対象物Ｓの表面のうち第１領域における分光画像の情報を取得する。

【0036】

例えば、図１に示されるように、第１ミラー１２ａが仮想線で表された上下方向の中央部に位置するとき、第２ミラー１２ｂも仮想線で表された上下方向の中央部に位置する。このとき、光Ｌとして概念的に示した複数の光線のうち、点線で表された、第１ミラー１２ａの手前で上下方向の中央部に位置する光線のみが第２絞り１４及びスリット１５を通過する。第１ミラー１２ａの手前で上下方向の中央部に位置する光線がスリット１５の長手方向に広がっているが、第２絞り１４及びスリット１５は、当該長手方向に広がる光線の一部を遮ることなくその全体を通過させる。図１における上下方向の異なる位置を伝搬する他の光線は、走査部１２を同様に通過して集光部１３により集光されるが、第２絞り１４又はスリット１５によって遮られる。制御部６０は、スリット１５、レンズ１６、分光素子１７、及びレンズ１８を通過して撮像素子３１により検出された光Ｌの検出信号を検出部３０から取得する。以上により、制御部６０は、対象物Ｓの表面のうち第１領域に隣接する第２領域における分光画像の情報を取得する。

【0037】

例えば、図１に示されるように、第１ミラー１２ａが仮想線で表された最上部に位置するとき、第２ミラー１２ｂも仮想線で表された最上部に位置する。このとき、光Ｌとして概念的に示した複数の光線のうち、破線で表された、第１ミラー１２ａの手前で最上部に位置する光線のみが第２絞り１４及びスリット１５を通過する。第１ミラー１２ａの手前で最上部に位置する光線がスリット１５の長手方向に広がっているが、第２絞り１４及びスリット１５は、当該長手方向に広がる光線の一部を遮ることなくその全体を通過させる。図１における上下方向の異なる位置を伝搬する他の光線は、走査部１２を同様に通過して集光部１３により集光されるが、第２絞り１４又はスリット１５によって遮られる。制御部６０は、スリット１５、レンズ１６、分光素子１７、及びレンズ１８を通過して撮像素子３１により検出された光Ｌの検出信号を検出部３０から取得する。以上により、制御部６０は、対象物Ｓの表面のうち第２領域に隣接する第３領域における分光画像の情報を取得する。

【0038】

以上のように、制御部６０は、走査部１２における第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂを駆動部５０により移動させて、対象物Ｓの表面を複数の所定領域にわたり連続的に走査する。上記では、一例として、第１領域乃至第３領域の３つの所定領域についてのみ説明したが、これに限定されない。走査部１２による対象物Ｓの表面の走査において、より多くの数の所定領域ごとに分光画像の情報が取得されてもよい。

【0039】

制御部６０は、検出部３０により検出された光Ｌの検出信号に基づいて、走査部１２における第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂが移動するごとに、対象物Ｓの表面の所定領域における分光画像の情報を記憶部４０に順番に格納する。制御部６０は、走査部１２による対象物Ｓの走査完了後に、記憶部４０に蓄積された情報に基づいて対象物Ｓの表面全体の分光画像を取得し、記憶部４０に格納する。

【0040】

このような分光画像には、例えば、分光素子１７においてハイパースペクトルで規定された複数の波長領域に対応する数の画像情報が含まれる。制御部６０は、例えば、全ての波長領域における画像情報を重ね合わせて1枚の分光画像を得ることも可能である。制御部６０は、例えば、複数の波長領域のうちの特定の波長領域ごとに１枚の分光画像を得ることも可能である。

【0041】

図３は、図１の撮像装置１によって得られる分光画像の第１例を示す図である。図３では、被写体となる対象物Ｓは、３ｍｍ×３ｍｍのサイズを一マスとして複数のマスが格子状に配列された模様が描かれている解像力チャートなどの紙媒体を含む。図３に示す分光画像は、波長５５０ｎｍを含む特定の波長領域に対して得られたものである。図３に示されるように、撮像装置１は、撮像光学系１０の走査部１２を用いた対象物Ｓの走査によって、対象物Ｓ及び撮像素子３１を移動させずとも、特定の波長領域に対する分光画像を鮮明に得ることができる。

【0042】

図４は、図１の撮像装置１によって得られる分光画像の第２例を示す図である。図４は、第２絞り１４のＦ値が１６である場合に第１絞り１１のＦ値を変化させたときの、分光画像中の対象物Ｓの外周部において発生する影の様子を示したものである。図４の（ａ）は、第１絞り１１のＦ値が８であるときの様子を示す。図４の（ｂ）は、第１絞り１１のＦ値が４であるときの様子を示す。図４の（ｃ）は、第１絞り１１のＦ値が１．４であるときの様子を示す。

【0043】

図４に示される各分光画像が得られたときの他の条件は以下のとおりである。対物レンズ７０の焦点距離ｆは５０ｍｍである。作動距離ＷＤは２１０ｍｍである。光源部２０からの照明光の照度は、２０万ｌｘである。スリット１５の短手方向におけるスリット幅は、１００μｍである。

【0044】

図４の（ａ）に示されるように、第２絞り１４のＦ値が１６である場合であって、第１絞り１１のＦ値が８であるとき、分光画像中の対象物Ｓの外周部に影が発生し、当該外周部において対象物Ｓの一部が分光画像に正確に写っていない。分光画像における対象物Ｓの外周部の影は、例えば第１絞り１１の穴の外周において光Ｌの一部が遮られることで発生する。当該影は、第１絞り１１に限定されず、光Ｌの外周を遮るような任意の他の光学部品によっても発生し得る。図４の（ａ）に示すケースのように、第１絞り１１を絞ると、対象物Ｓの外周部が分光画像において正確に写らなくなる。

【0045】

図４の（ｂ）に示されるように、第２絞り１４のＦ値が１６である場合であって、第１絞り１１のＦ値が４であるとき、分光画像中の対象物Ｓの外周部に発生していた影はなくなり、当該外周部において対象物Ｓの一部が分光画像に正確に写っている。図４の（ｃ）に示されるように、第２絞り１４のＦ値が１６である場合であって、第１絞り１１のＦ値が１．４であるとき、同様に、当該外周部において対象物Ｓの一部が分光画像に正確に写っている。以上のように、第１絞り１１の穴を大きく開けて第２絞り１４を絞ることで、分光画像において対象物Ｓの外周部に影が写り込まない。

【0046】

図５は、図１の撮像装置１によって得られる分光画像の第３例を示す図である。図５は、図４に示されるような対象物Ｓの表面全体の分光画像を表すのではなく、走査部１２における第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂの複数の位置のうちのいずれか１つの位置に対応する対象物Ｓの表面の所定領域のみの分光画像を表す。

【0047】

図５は、第１絞り１１のＦ値が１．４である場合に第２絞り１４のＦ値を変化させたときの分光画像の解像度の変化の様子を示したものである。図５の（ａ）は、第２絞り１４のＦ値が１６であるときの様子を示す。図５の（ｂ）は、第２絞り１４のＦ値が１１であるときの様子を示す。図５の（ｃ）は、第２絞り１４のＦ値が３であるときの様子を示す。

【0048】

図５に示される各分光画像が得られたときの他の条件は図４に示される各分光画像が得られたときの他の条件と同様に以下のとおりである。対物レンズ７０の焦点距離ｆは５０ｍｍである。作動距離ＷＤは２１０ｍｍである。光源部２０からの照明光の照度は、２０万ｌｘである。スリット１５の短手方向におけるスリット幅は、１００μｍである。

【0049】

図５の（ｃ）に示されるように、第１絞り１１のＦ値が１．４である場合であって、第２絞り１４のＦ値が３であるとき、分光画像の解像度が著しく低下し、分光画像がぼやけている。第２絞り１４のＦ値が小さく第２絞り１４の穴が大きいと、第２絞り１４を通過する光Ｌの量が大きくなり、対象物Ｓの表面の所定領域ごとに分解ができなくなる。したがって、複数の所定領域に対応する光Ｌが混ざってしまい、分光画像がぼやける。

【0050】

図５の（ｂ）に示されるように、第１絞り１１のＦ値が１．４である場合であって、第２絞り１４のＦ値が１１であるとき、分光画像のぼやけが抑制される。同様に、図５の（ａ）に示されるように、第１絞り１１のＦ値が１．４である場合であって、第２絞り１４のＦ値が１６であるとき、分光画像のぼやけが抑制される。第２絞り１４のＦ値が大きく第２絞り１４が絞られることで、第２絞り１４を通過する光Ｌの量が限定的となる。したがって、対象物Ｓの表面の所定領域ごとの分解が可能となる。このとき、解像度として、例えば、２ＬＰ／ｍｍ又はＭＴＦ（Modulation Transfer Function）２０％以上の目標設定値が定められている。ＬＰ／ｍｍは、ラインペア／ｍｍと称し、分光画像の解像度を示す。

【0051】

表１は、他の条件及び目標設定値を図４及び図５に示される各分光画像が得られたときの他の条件及び目標設定値と同一としたまま第１絞り１１のＦ値及び第２絞り１４のＦ値の組み合わせを変えたときの外周部の影の有無及び２ＬＰ／ｍｍの解像度を満たすか否かについてまとめた表である。

【0052】

【表1】

【0053】

表１において、第１絞り１１のＦ値が４以下であり、かつ第２絞り１４のＦ値が１１以上１６以下となるケース５、６、８、９において、外周部の影が無く、目標設定値の解像度が得られていることが分かる。ケース６は、図４の（ｂ）に対応する。ケース８は、図５の（ｂ）に対応する。ケース９は、図５の（ａ）に対応する。図５の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、分光画像の解像度は、第２絞り１４のＦ値が１１のときよりも１６のときの方がさらに向上する。

【0054】

図６は、図１の撮像装置１によって得られる分光画像の第４例を示す図である。図６の（ａ）は、第１絞り１１のＦ値を８とし、かつ第２絞り１４を絞り径φ１２で開放したときの様子を示す。図６の（ｂ）は、第１絞り１１を開放Ｆ値１．４で開放し、かつ第２絞り１４の絞り径をＦ１１相当のφ３．５としたときの様子を示す。

【0055】

図６に示される各分光画像が得られたときの他の条件は図４に示される各分光画像が得られたときの他の条件と同様に以下のとおりである。対物レンズ７０の焦点距離ｆは５０ｍｍである。作動距離ＷＤは２１０ｍｍである。光源部２０からの照明光の照度は、２０万ｌｘである。スリット１５の短手方向におけるスリット幅は、１００μｍである。

【0056】

図６の（ｂ）に示されるように、対物レンズ７０側に位置する第１絞り１１を開放し、集光部１３とスリット１５との間に位置する第２絞り１４を絞ることで、分光画像において対象物Ｓの外周部に影が写らない。したがって、分光画像において、対象物Ｓの視野範囲が広がる。

【0057】

図７は、図１の撮像装置１によって得られる分光画像の第５例を示す図である。図７は、図６に示されるように対象物Ｓの表面全体の分光画像を表すのではなく、走査部１２における第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂの複数の位置のうちのいずれか１つの位置に対応する対象物Ｓの表面の所定領域のみの分光画像を表す。それ以外の点では、図７の（ａ）に示される分光画像が得られたときの条件は、図６の（ａ）に示される分光画像が得られたときの条件と同一である。図７の（ｂ）に示される分光画像が得られたときの条件は、図６の（ｂ）に示される分光画像が得られたときの条件と同一である。

【0058】

図７の（ｂ）に示されるように、対物レンズ７０側に位置する第１絞り１１を開放し、集光部１３とスリット１５との間に位置する第２絞り１４を絞ることで、分光画像の解像度が向上する。すなわち、コントラストの高い分光画像が得られる。

【0059】

撮像装置１の制御部６０は、分光画像を取得するにあたり所定の画像処理を実行する。以下では、このような画像処理について主に説明する。

【0060】

図８Ａは、図２の撮像装置１により実行される画像処理の一例を説明するための第１図である。図８Ａは、ベース台Ｂに対象物Ｓが配置されておらず、ベース台Ｂに基づくバックグラウンド画像のみを撮像して実行される前処理の様子を示す。

【0061】

図８Ａの（ａ）に示されるように、画像処理のステップＳ１では、撮像装置１の制御部６０は、光源部２０によりベース台Ｂに対して照射された照明光の反射光を光Ｌとして、撮像光学系１０を介し検出部３０により検出する。これにより、制御部６０は、対象物Ｓを走査して分光画像を取得する上記と同様の方法で、ベース台Ｂの表面を撮像した分光画像をバックグラウンド画像として取得する。

【0062】

図８Ａの（ｂ）に示されるように、画像処理のステップＳ２では、撮像装置１の制御部６０は、ステップＳ１において取得された分光画像を輝度分布が均一となるような分光画像へと補正する。

【0063】

図８Ｂは、図２の撮像装置１により実行される画像処理の一例を説明するための第２図である。図８Ｂは、ベース台Ｂに対象物Ｓが配置されており、対象物Ｓを走査して得られた対象物Ｓの分光画像に対する処理の様子を示す。図８Ｂに示す分光画像は、波長９４０ｎｍを含む特定の波長領域に対して得られた解像力チャートに関するものである。

【0064】

図８Ｂの（ａ）に示されるように、画像処理のステップＳ３では、撮像装置１の制御部６０は、対象物Ｓを走査して分光画像を取得する上記と同様の方法で対象物Ｓの分光画像を取得する。

【0065】

図８Ｂの（ｂ）に示されるように、画像処理のステップＳ４では、撮像装置１の制御部６０は、ステップＳ２における分光画像の補正に用いられた補正値に基づいて対象物Ｓの分光画像を同様に補正し、輝度分布の不均一性を抑制する。

【0066】

図８Ｂの（ｃ）に示されるように、画像処理のステップＳ５では、撮像装置１の制御部６０は、ステップＳ４において補正された分光画像に対して平滑化処理を実行する。例えば、制御部６０は、ステップＳ４において補正された分光画像中に残るスジを見えにくくするために、輝度値の移動平均などを用いた平滑化処理を当該分光画像に対して実行する。すなわち、制御部６０は、輝度値が極端にずれているピクセルに対して輝度値を平均化し、スジをぼかして目立たなくする。

【0067】

以上のような画像処理によって、撮像装置１は、観察にあたり対象物Ｓを移動させないことに起因して発生する照明光のムラを抑制するにあたり、光源部２０から均一照明を提供する必要がない。したがって、光源部２０に用いる光源の選択の自由度が向上する。

【0068】

その後、撮像装置１の制御部６０は、ステップＳ５までのステップにより画像処理が施された分光画像を用いて解析処理を実行する。このような解析処理については、図１５を用いながら後述する。

【0069】

以上をまとめると、撮像装置１は、基準となる試料であるベース台Ｂを用いてリファレンス画像を取得し、輝度分布の不均一性が解消するような補正処理をリファレンス画像に対して実行する。撮像装置１は、このときの補正値を用いて、観察する対象物Ｓの分光画像も同様に補正する。撮像装置１は、図１５を用いて後述するように、リファレンス画像と分光画像とを互いに比較しながら解析処理を実行する。

【0070】

図９は、図１の撮像装置１によって得られる分光画像の第６例を示す図である。図９に示す分光画像は、波長５５０ｎｍを含む特定の波長領域に対して得られたものである。図９の（ａ）は、スリット１５の短手方向におけるスリット幅が５０μｍであり、かつ上述した画像処理を施す前の様子を示す。図９の（ｂ）は、スリット１５の短手方向におけるスリット幅が１００μｍであり、かつ上述した画像処理を施す前の様子を示す。

【0071】

図９に示される各分光画像が得られたときの他の条件は図４に示される各分光画像が得られたときの他の条件と同様に以下のとおりである。対物レンズ７０の焦点距離ｆは５０ｍｍである。作動距離ＷＤは２１０ｍｍである。光源部２０からの照明光の照度は、２０万ｌｘである。

【0072】

図９に示されるように、スリット１５の短手方向におけるスリット幅が５０μｍから１００μｍに広がることで、分光画像に形成されている縦スジが低減している。したがって、分光画像がより鮮明となる。

【0073】

図１０は、図１の撮像装置１によって得られる分光画像の第７例を示す図である。図１０は、図９で得られた分光画像の各々に対して上述した画像処理を施した後の分光画像を示す。図１０の（ａ）は、図９の（ａ）に示す分光画像の実線囲み部に対応する部分の様子を示す。図１０の（ｂ）は、図９の（ｂ）に示す分光画像の実線囲み部に対応する部分の様子を示す。

【0074】

図１０の（ａ）に示されるように、スリット１５の短手方向におけるスリット幅が５０μｍであるとき、分光画像に形成されている縦スジは鮮明に残り、画像処理を施したとしても除去されない。一方で、図１０の（ｂ）に示されるように、スリット１５の短手方向におけるスリット幅が１００μｍであるとき、分光画像に形成されている縦スジは除去され、画像処理前と比較して分光画像がさらに鮮明となっている。

【0075】

表２は、他の条件を図９及び図１０に示される各分光画像が得られたときの他の条件と同一としたままスリット１５の短手方向におけるスリット幅を変えたときの分光画像における縦スジの状態及び解像度を満たすか否かについてまとめた表である。表２において、解像度の目標設定値は、スリット１５の長手方向に対しては１ＬＰ／ｍｍである。解像度の目標設定値は、スリット１５の短手方向に対しては５ＬＰ／ｍｍである。

【0076】

【表2】

【0077】

表２において、スリット１５の短手方向におけるスリット幅が８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲に含まれるケース２のみにおいて、分光画像における縦スジの状態が良く、かつ長手方向及び短手方向の両方で目標設定値の解像度が得られていることが分かる。縦スジの状態が良いとは、例えば、図９の（ｂ）及び図１０の（ｂ）に示す分光画像のように縦スジが低減し、又は除去されて、分光画像が鮮明である状態を意味する。

【0078】

図１１は、図１の撮像装置１によって得られる分光画像の第８例を示す図である。図１１の（ａ）は、スリット１５の短手方向におけるスリット幅が６０μｍであるときの図１０に対応する分光画像である。図１１の（ｂ）は、図１１の（ａ）の分光画像における第１位置ｓｐ１及び第２位置ｓｐ２での分光スペクトルを、横軸を波長（ｎｍ）とし、縦軸を輝度値の積算値として示したものである。

【0079】

図１１に示されるように、スリット幅が６０μｍであるとき、上述した画像処理を施した場合であっても、第１位置ｓｐ１と第２位置ｓｐ２との間で分光スペクトルの強度がずれる。例えば、輝度値について、第１位置ｓｐ１の積算値は、第２位置ｓｐ２の積算値と比較して１０％程度小さくなる。これは、分光画像において輝度分布が発生していることを意味する。このような輝度分布は、光源部２０による照明ムラ、外乱光の入射、及びスリット１５に起因する分光画像の縦スジなどが原因となって発生する。例えば、スリット幅を狭めると分光画像に濃い縦スジが発生し、輝度分布の発生要因となり得る。

【0080】

図１２は、図１の撮像装置１によって得られる分光画像の第９例を示す図である。図１２の（ａ）は、スリット１５の短手方向におけるスリット幅が１００μｍであるときの図１０に対応する分光画像である。図１２の（ｂ）は、図１２の（ａ）の分光画像における第１位置ｓｐ１及び第２位置ｓｐ２での分光スペクトルを、横軸を波長（ｎｍ）とし、縦軸を輝度値の積算値として示したものである。

【0081】

図１２に示されるように、スリット幅が１００μｍであるとき、上述した画像処理を施すことで、第１位置ｓｐ１と第２位置ｓｐ２との間の分光スペクトルの強度のずれが改善する。例えば、輝度値について、第１位置ｓｐ１の積算値は、第２位置ｓｐ２の積算値と略同一である。これは、分光画像において輝度分布が抑制されていることを意味する。このように、スリット１５の短手方向におけるスリット幅を最適化し、かつ上述した画像処理を実行することで、分光画像の輝度分布は大幅に改善する。

【0082】

図１３は、図１の撮像装置１によって得られる分光画像の第１０例を示す図である。図１３の（ａ）は、上述した画像処理を施す前の、図９の（ｂ）に対応する分光画像である。図１３の（ｂ）は、図１３の（ａ）の分光画像における実線に沿ったピクセルの輝度値の分布を、横軸をピクセル番号とし、縦軸をピクセル値として示したものである。

【0083】

図１３の（ｂ）に示されるように、対物レンズ７０の周辺減光によっても輝度分布が発生し得る。分光画像の中央部においては輝度値が大きい一方で、中央部から外側に向かうにつれて輝度値が小さくなっている。

【0084】

図１４は、図１の撮像装置１によって得られる分光画像の第１１例を示す図である。図１４の（ａ）は、上述した画像処理を施した後の、図１０の（ｂ）に対応する分光画像である。図１４の（ｂ）は、図１４の（ａ）の分光画像における実線に沿ったピクセルの輝度値の分布を、横軸をピクセル番号とし、縦軸をピクセル値として示したものである。

【0085】

図１４の（ｂ）に示されるように、対物レンズ７０の周辺減光により発生していた輝度分布は、画像処理によって大幅に抑制されている。分光画像の中央部から外側に向かった位置においても、分光画像の中央部における輝度値と略同一の輝度値が得られている。

【0086】

図１５は、図１の撮像装置１を用いた分光画像の解析処理を説明するための模式図である。図１５では、一例として、対象物Ｓは水滴を含む。図１５の（ａ）は、ベース台Ｂに対して対象物Ｓが付着しているときの様子を示す。皿状のベース台Ｂにおける第１位置ｓｐ１に対象物Ｓとしての水滴が付着し、ベース台Ｂにおける第２位置ｓｐ２には対象物Ｓとしての水滴が付着していない。図１５の（ｂ）は、図１５の（ａ）で示す第１位置ｓｐ１及び第２位置ｓｐ２の各々における分光スペクトルを、横軸を波長（ｎｍ）とし、縦軸を相対強度として示したものである。「相対強度」は、例えば、分光画像における第２位置ｓｐ２での輝度値に対する第１位置ｓｐ１での輝度値の比率を示す。「第１位置ｓｐ１での輝度値」は、例えば、第１位置ｓｐ１を含む位置指定領域内での輝度値の平均値を含む。「第２位置ｓｐ２での輝度値」は、例えば、第２位置ｓｐ２を含む位置指定領域内での輝度値の平均値を含む。

【0087】

撮像装置１の制御部６０は、図８Ａの（ｂ）で示す分光画像に対し図８Ｂの（ｃ）で示す分光画像を比較して比率を求め、図１５の（ｂ）に示すようなグラフを作成することも可能である。図１５の（ｂ）では、バックグラウンドとなるベース台Ｂの第２位置ｓｐ２に対して、対象物Ｓがベース台Ｂに付着している第１位置ｓｐ１での輝度値による相対強度の波長依存性が示されている。

【0088】

図１５の（ｂ）に示されるように、第１位置ｓｐ１に付着している対象物Ｓによって、第１位置ｓｐ１での輝度値による相対強度が波長９７０ｎｍ付近においてバックグラウンドのレベルから１０％ほど低下している。したがって、撮像装置１の制御部６０は、対象物Ｓが位置する第１位置ｓｐ１及びバックグラウンドとなる第２位置ｓｐ２での分光スペクトルを互いに比較することで、対象物Ｓを検出したり、対象物Ｓの種類を特定したりすることも可能である。

【0089】

以上のような一実施形態に係る撮像光学系１０及び撮像装置１によれば、対象物Ｓ及び撮像素子３１を移動させずに簡易的な機構で対象物Ｓを走査可能である。走査部１２が、結像位置と集光部１３との間の光路長を一定に維持しながら対象物Ｓの所定領域を変化させて対象物Ｓを走査することで、撮像光学系１０は、走査による分光画像のピンボケを抑制可能である。撮像光学系１０は、対象物Ｓの走査に起因する光路長変動に対する補正パラメータなどによって専用の設計が必要になるといった従来の問題も解消する。

【0090】

撮像光学系１０は、走査部１２によって対象物Ｓの走査を可能にするので、対象物Ｓを移動させずに、その表面の分光画像を撮像装置１が精度良く取得することを可能にする。撮像光学系１０は、２次元的に分光スペクトルを視覚化する方法を提供可能である。

【0091】

走査部１２が、スリット１５の短手方向に沿って互いに同一方向及び同一距離だけ移動する第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂを有することで、撮像光学系１０は、簡易的な機構で対象物Ｓを走査可能であり、撮像装置１の大型化を抑制可能である。撮像光学系１０は、撮像素子などの内部センサを移動させるための光学ステージにより撮像装置が大きくなるといった従来の問題を解消する。撮像光学系１０は、対象物Ｓの走査にあたりミラーを移動させる方式を採用することで、上述したように、光路長を一定に維持してピンボケを抑制可能である。加えて、撮像光学系１０は、任意の開口数を有する市販の対物レンズ７０に対応できる汎用性も有する。すなわち、撮像装置１は、市販の対物レンズ７０を複数交換できる対物レンズ７０交換式の装置として実現可能である。

【0092】

走査部１２が１軸方向の制御で対象物Ｓを走査するため、撮像光学系１０は、観察する対象物Ｓを移動させないで走査でき、走査時に光路長を合わせるための機構も不要となる。このような走査方式により、撮像装置１は、観察する対象物Ｓが対物レンズ７０に対して被写界深度内にあれば、ピンボケが抑制された画像を取得可能である。

【0093】

走査部１２は、第１ミラー１２ａで反射した光Ｌを第２ミラー１２ｂへと折り返す第３ミラー１２ｃと、第２ミラー１２ｂで反射した光Ｌを集光部１３へと折り返す第４ミラー１２ｄと、を有する。これにより、撮像光学系１０は、上述した効果をより顕著に奏する。

【0094】

第１絞り１１が４以下の開放Ｆ値で開放した状態で配置されていることで、撮像光学系１０は、図４及び表１を用いて上述したように、第１絞り１１の穴を大きく開けて、分光画像における対象物Ｓの外周部での影の写り込みを抑制可能である。

【0095】

第２絞り１４が１１以上１６以下のＦ値を有することで、撮像光学系１０は、図５及び表１を用いて上述したように、第２絞り１４を絞って第２絞り１４を通過する光Ｌの量を限定的とすることができる。したがって、撮像装置１は、対象物Ｓの表面の所定領域ごとの分解を可能にする。分光画像の解像度が向上し、コントラストの高い分光画像が得られる。

【0096】

第１絞り１１のＦ値及び第２絞り１４のＦ値の組み合わせを最適化することで、撮像光学系１０は、分光画像における対象物Ｓの外周部での影の写り込みを抑制して対象物Ｓの視野範囲を広げることが可能となる。加えて、撮像光学系１０は、分光画像の解像度を向上させて、コントラストの高い分光画像を撮像装置１に取得させることが可能となる。

【0097】

スリット１５の短手方向におけるスリット幅が８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲に含まれることで、図９、１０及び表２を用いて上述したように、分光画像に形成されている縦スジが低減し、又は除去されて、分光画像がより鮮明となる。加えて、撮像装置１は、分光画像の解像度を向上させて、コントラストの高い分光画像を取得可能である。

【0098】

撮像装置１は、スリット１５の短手方向におけるスリット幅が８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲に含まれるときに上述した画像処理を分光画像に対してさらに施すことで、分光画像に形成されている縦スジをさらに低減し、又は除去することが可能である。したがって、撮像装置１は、画像処理前と比較してより鮮明となる分光画像を取得可能である。

【0099】

撮像装置１は、図１１乃至図１４を用いて上述したように、スリット幅が８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲に含まれるときに、分光画像に対して画像処理を施すことで、分光画像における輝度分布を抑制可能である。撮像装置１は、スリット１５の短手方向におけるスリット幅を最適化し、かつ上述した画像処理を実行することで、分光画像の輝度分布を大幅に改善可能である。

【0100】

分光素子１７がスリット１５を通過した光Ｌをハイパースペクトルで規定された複数の波長領域に分光することで、撮像光学系１０は、撮像装置１をハイパースペクトルカメラとして機能させることが可能となる。

【0101】

撮像装置１は、硬性鏡として使用可能である。このとき、当該硬性鏡は、撮像光学系１０を有することで、対象物Ｓ及び硬性鏡自体を移動させずに、対象物Ｓの分光画像を精度良く取得可能である。通常、硬性鏡は大きく、内部センサを移動させるために硬性鏡を移動させることは容易ではない。加えて、硬性鏡により観察する対象物Ｓは、人体の臓器などを含み、移動させることが容易ではない。このような条件下であっても、撮像光学系１０を有する撮像装置１は、対象物Ｓを走査可能であり、上述した様々な効果を同様に奏する。

【0102】

本開示は、その精神又はその本質的な特徴から離れることなく、上述した実施形態以外の他の所定の形態で実現できることは当業者にとって明白である。したがって、先の記述は例示的であり、これに限定されない。開示の範囲は、先の記述によってではなく、付加した請求項によって定義される。あらゆる変更のうちその均等の範囲内にあるいくつかの変更は、その中に包含されるとする。

【0103】

例えば、上述した各構成部の形状、大きさ、配置、向き、及び個数は、上記の説明及び図面における図示の内容に限定されない。各構成部の形状、大きさ、配置、向き、及び個数は、その機能を実現できるのであれば、任意に構成されてもよい。図示した撮像光学系１０及び撮像装置１の各構成要素は機能概念的なものであり、各構成要素の具体的形態は図示のものに限定されない。

【0104】

上記実施形態では、走査部１２は、対象物Ｓの走査の間、スリット１５の短手方向に沿って互いに同一方向及び同一距離だけ移動する第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂを有すると説明したが、これに限定されない。走査部１２は、結像位置と集光部１３との間の光路長を一定に維持しながら対象物Ｓの所定領域を変化させて対象物Ｓを走査することができるのであれば、任意の他の構成を有してもよい。例えば、第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂの移動方向は、互いに同一でなくてもよい。例えば、第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂの移動距離は、互いに同一でなくてもよい。

【0105】

上記実施形態では、走査部１２は、第１ミラー１２ａで反射した光Ｌを第２ミラー１２ｂへと折り返す第３ミラー１２ｃと、第２ミラー１２ｂで反射した光Ｌを集光部１３へと折り返す第４ミラー１２ｄと、を有すると説明したが、これに限定されない。

【0106】

走査部１２は、その機能を実現可能であれば、任意の位置のミラーを移動させてもよい。例えば、走査部１２は、第２ミラー１２ｂに代えて、第３ミラー１２ｃ及び第４ミラー１２ｄの少なくとも一方を移動させてもよい。例えば、走査部１２は、第１ミラー１２ａに代えて、第３ミラー１２ｃ及び第４ミラー１２ｄの少なくとも一方を移動させてもよい。

【0107】

走査部１２は、その機能を実現可能な任意の数のミラーを有してもよい。例えば、走査部１２は、第３ミラー１２ｃ及び第４ミラー１２ｄを有さずに、第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂの２つのミラーのみを有してもよい。

【0108】

上記実施形態では、第１絞り１１は、４以下の開放Ｆ値で開放した状態で配置されていると説明したが、これに限定されない。第１絞り１１は、開放した状態ではなく、同等のＦ値を有する状態で絞られていてもよい。第１絞り１１は、４以下のＦ値に限定されず、撮像光学系１０がその機能を実現可能な任意の他の値のＦ値を有してもよい。

【0109】

上記実施形態では、第２絞り１４は、１１以上１６以下のＦ値を有すると説明したが、これに限定されない。第２絞り１４は、１１以上１６以下のＦ値に限定されず、撮像光学系１０がその機能を実現可能な任意の他の値のＦ値を有してもよい。

【0110】

上記実施形態では、スリット１５の短手方向におけるスリット幅は、８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲に含まれると説明したが、これに限定されない。スリット幅は、８０μｍ以上１２０μｍ以下の範囲に限定されず、撮像光学系１０がその機能を実現可能な任意の他の値であってもよい。

【0111】

上記実施形態では、分光素子１７は、スリット１５を通過した光Ｌをハイパースペクトルで規定された複数の波長領域に分光すると説明したが、これに限定されない。分光素子１７は、撮像光学系１０がその機能を実現可能な任意の数の波長領域に光Ｌを分光してもよい。例えば、分光素子１７は、スリット１５を通過した光Ｌをマルチスペクトルで規定された複数の波長領域に分光してもよい。このとき、撮像装置１は、マルチスペクトルカメラとして機能してもよい。

【0112】

上記実施形態では、撮像装置１は、硬性鏡を含むと説明したが、これに限定されない。撮像装置１は、例えば、軟性鏡などの他の内視鏡を含んでもよい。その他にも、撮像装置１は、フィルムなどの色ムラを検査するための検査装置、プラスチックの種類を識別するための識別装置、及び食品に混入した異物を検出するための検出装置などを含んでもよい。

【符号の説明】

【0113】

１ 撮像装置
１０ 撮像光学系
１１ 第１絞り
１２ 走査部
１２ａ 第１ミラー
１２ｂ 第２ミラー
１２ｃ 第３ミラー
１２ｄ 第４ミラー
１３ 集光部
１３ａ 第１レンズ
１３ｂ 第２レンズ
１４ 第２絞り
１５ スリット
１６ レンズ
１７ 分光素子
１８ レンズ
２０ 光源部
３０ 検出部
３１ 撮像素子
４０ 記憶部
５０ 駆動部
６０ 制御部
７０ 対物レンズ
Ｂ ベース台
Ｌ 光
Ｍ 中間結像面
Ｓ 対象物
ｓｐ１ 第１位置
ｓｐ２ 第２位置

【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14】

【図15】