(57)【要約】【課題】  非特許文献１に記載のイメージ分光器は、画像と分光を同時に得ることができることは既に公知であるが、文献１の従来技術では分光後の画像が暗い欠点がある。本発明は、上記欠点を解消することを目的とする。【解決手段】  本発明のイメージ分光器は、対象からの光を受ける対物レンズからの光を二次元平面で多数の微小区域に分割するマイクロレンズアレイが配置されていることを特徴とする。【選択図】図２
2010066018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の形状と光学成分とを同時に取得できるイメージ分光器であって、対象からの光を受ける対物レンズからの光を二次元平面で多数の微小区域に分割するマイクロレンズアレイが配置されていることを特徴とするイメージ分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象の形状と光学成分とを同時に取得できるイメージ分光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１に記載のイメージ分光器は、画像と分光を同時に得ることができることは既に公知であるが、文献１の従来技術では分光後の画像が暗い欠点がある。
【非特許文献１】Ｒｅｎ  Ｎｇ  Ｍａｒｃ  Ｌｅｖｏｙ  Ｍａｔｈｉｅｕ  Ｂｒ´ｅｄｉｆ  Ｇｅｎｅ  Ｄｕｖａｌ  Ｍａｒｋ  Ｈｏｒｏｗｉｔｚ  Ｐａｔ  Ｈａｎｒａｈａｎ  Ｓｔａｎｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｄｕｖａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記欠点を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のイメージ分光器は、対象からの光を受ける対物レンズからの光を二次元平面で多数の微小区域に分割するマイクロレンズアレイが配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明では、従来のイメージ分光器がピンホールで画像を取り込むことにより分光後の画像が暗かった点を改良する。
さらに、イメージ分光器では回折格子を駆動しなければ複数波長を得ることができなかったものを回折格子を積層することにより同時に複数波長を取り込むことができる。
被写体を主レンズ用いることにより取り込まれた画像は、主レンズからの光束の各点にマイクロレンズアレイおくことにより、新たな波面を構成する。
この現象によりマイクロレンズの数だけ画像を明るくすることが可能となる。
各マイクロレンズから出射された光束は積層回折格子で回折されＣＣＤ検出器で検出される。
さらにＣＣＤ検出器の各画素に、積層された各々の回折格子から到達した光は、その後画像処理を施すことにより逆写像を得て周波数情報を得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
光の取り込みスリットを従来はピンホール１個であったところをマイクロレンズｍ  ｘ  ｎ個配置することで、ピンホール１個に比べ、およそｍ  ｘ  ｎ倍明るくした。
本システムはＭＥＭＳを用いて作製したラメラ回折格子を取り付けることでより鮮明な画像を得るとともに、マイクロレンズアレイ以降の要素部品を１００μｍの大きさにおさめることが可能であり、十分内視鏡のカメラとして体内に入れる大きさにできる。
上記文献３のＦｉｇｕｒｅ２に記載の主レンズとマイクロレンズのｆマッチングから、実施例１０のマイクロレンズアレイの数を６８２  ｘ６８２からそれ以上の数に置換しても同様な作用効果を発揮させ得ることは容易に類推できる。
さらに既知の理論からマイクロレンズアレイの数を増やすほど、
マイクロレンズアレイを用いて得られる画像の明るさが増すことは容易に類推できる。
既知の理論であるところの、ブレーズを起こして出て行く光の方向は、入射角、鏡面の角度、溝の間隔と、波長に依存する。したがって、異なる波長の分光をするときには、この情報から光の出て行く方向を計算し、それに適した視野限定用マイクロホールアレイを設置することで、実施例１３のホール径およびホール間隔を実施例以外の値に置換しても同様な作用効果を発揮させ得ることは容易に類推できる。
【実施例１】
【０００７】
本発明は、２次元でかつ複数の波長を機械駆動系なしで明るく分光できる分光器である。
２次元画像を得なおかつ分光を行う優れた手法である既存のピンホールタイプの従来型イメージ分光器の概要を示す。
分光器の構成は（１）対物レンズ（２）分光器（３）結像レンズ（４）ＣＣＤ検出器とし、（１）対象試料１０ｍｍ×１０ｍｍを１ｍに先配置とし、分光器の焦点距離を１６０ｍｍ、回折格子：６００本／ｍｍ（図１）でシミュレーションした結果を示す。
【実施例２】
【０００８】
シミュレーション結果の全体図を図２に示す。
【実施例３】
【０００９】
分光器入射口
対物レンズで回折格子上に結像させる光束で、試料面の下（赤）、中央（青）、上（緑）からの光束が入射スリットで交差し、分光器のコリメータ鏡に入射している光路のシミュレーション結果を表示する。
【実施例４】
【００１０】
分光器射出口
分光器を通って出射スリットから射出される５５０ｎｍ光の結像レンズでＣＣＤ受光面上に収束されるシミュレーション結果を表示する。赤、青、緑は、それぞれ試料面の下、中央、上からの光束に対応する。
【実施例５】
【００１１】
５４０ｎｍ結像図
試料面から３波長の光が同様に射出される場合での３波長の結像状態を確認するシミュレーションした結果。ＣＣＤ上における結像は（スケール・サイズ＝５ｍｍ）においてそれぞれ  ３波長（５４０ｎｍ、５５０ｎｍ、５６０ｎｍ）重畳像が３波長で共に同一位置に結像されている。
【実施例６】
【００１２】
５５０ｎｍ結像図。
分光器を５５０ｎｍに設定した場合の測定される像は図６のように得られ、２次元空間上で結像点は図５と同一である。すなわち、波長に依存せずに正しく画像を得ることができることを示す。
【実施例７】
【００１３】
既存の方法では、各波長ごとでの像を測定するためには波長走査することが必要である。
マイクロレンズアレイおよび積層回折格子を用いた２次元分光器概念図である。
本発明では、上述の実施例６までに示す従来のイメージ分光器がピンホールで画像を取り込むことにより分光器が暗かった点を改良する。
さらに  回折格子を積層することにより同時に複数波長を取り込むことができる。
被写体を主レンズを用いることにより取り込まれた画像は、主レンズからの光束の各点にマイクロレンズアレイをおくことにより、新たな波面を構成する。
各マイクロレンズから出射された光束は積層回折格子で回折されＣＣＤ検出器で検出される。
今ＣＣＤ検出器の各画素に、積層された各々の回折格子から到達した光は、その後画像処理を施すことにより逆写像を得て周波数情報を得る。
【実施例８】
【００１４】
構  成
１）対物レンズ：像側テレセントリックレンズ
２）イメージ分光器
（１）  入射側マイクロレンズアレイ
（２）  マイクロ回折格子アレイ
（３）  マイクロホールアレイ
（４）  出射側マイクロレンズアレイ
３）ＣＣＤ検出器
【実施例９】
【００１５】
各部の仕様
分光器本体
容  器        ：  真空対応
・ガス置換対応可能  
入射側マイクロレンズアレイのＦ値と像側テレセントリックレンズのＦ値とが一致するように配置する。
１）レンズ径／焦点距離：  ４０．５μｍ／ｆ２００μｍ    
Ｆ＝４．９３８２７１６
２）レンズ間隔        ：  ４０．５μｍ
３）レンズ数          ：  ６８２×６８２
【００１６】
各回折格子の仕様例を表１に示す。
【００１７】
【表１】
2010066018.tif 000003
【００１８】
ブレーズ波長λの場合の溝深さと回折効率の関係計算値を表２に示す。
【００１９】
【表２】
2010066018.tif 000004
【００２０】
マイクロ回折格子アレイは、マイクロレンズの後ろ側では平行光であるため、任意の位置に設置する。
基本回折格子      
（１）  タイプ          ：  Ｌａｍｉｎａｒタイプ透過回折格子
２）アレイ単位      ：  ブレーズ波長用回折格子４個を１単位
（１）  １単位配置  ＝  ８１μｍ□／１波長用口径：４０．５μｍ
３）アレイ数        ：  ３４１×３４１
４）  材  質        ：  基板、回折格子共に、４６０〜６５０ｎｍで透過率の良好で、屈折率の変化が小さいこと。
【００２１】
マイクロホールアレイをマイクロ回折格子の後ろ視野限定できる２箇所に置く。
１）目  的        ：  視野限定（特に、波長）
２）ホール径      ：  Φ３０μｍ（基板両面加工）
３）ホール間隔    ：  ４０．５μｍ
４）アレイ数      ：  ６８２×６８２
【００２２】
出射側マイクロレンズアレイを用いてＣＣＤ素子に結像する。
１）レンズ径／焦点距離：  ４０．５μｍ／ｆ２００μｍ    
２）レンズ間隔        ：  ４０．５μｍ
３）レンズ数          ：  ６８２×６８２
【００２３】
ＣＣＤ検出器
１）画素数／画素寸法：  ２０４８×２０４８  ｐｉｘｅｌｓ、１３．５μｍ
２）冷却／到達温度  ：  空冷電子冷却／−７０℃
３）Ａ／Ｄ            ：  １ＭＨｚ
４）入射口          ：  出射側マイクロレンズアレイに接続
５）容  器          ：  真空対応
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】シミュレーション配置図
【図２】全体図。
【図３】分光器入射口。
【図４】分光器射出口。
【図５】５４０ｎｍ結像図。
【図６】５５０ｎｍ結像図。
【図７】マイクロレンズアレイおよび積層回折格子を用いた２次元分光器概念図
【図８】構成概略図
【図９】回折格子の形状（側面図）
【図１０】アレイ単位      ：  ブレーズ波長用回折格子４個を１単位
【図１】
2010066018.tif 000005
【図２】
2010066018.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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