立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第26号) 2017

分光情報の三次元地図から消化器系の病変を発見する分光センサの開発
Development of spectroscopic sensor for detecting digestive disease from
3D map of spectroscopic information2151032

研究代表者

神奈川大学

工学部准教授松本光

広メージング分光器を，実際に作成して構成する。

[研 究 の 目 的][研究の内容，成果］

イメージング分光器は，対象物から分光器に入射する光を分光することで，光の波長を知ることができる。対象物から入射する光の領域は，イメージング分光器の構造と仕組み

イメージング分光器の前方における線状領域で

図 1 にイメージング分光器の構造と仕組みをある。イメージング分光器周りの全方位におけ示す。イメージング分光器は対物レンズ，分光る対象物の光の波長を知るためには，分光器を部およびカメラにより構成される。イメージン回転駆動させて走査する必要がある。イメージ

グ分光器周りの全方向の円状領域における対象

ング分光器を駆動させる走査では，全方位を走物からの光は，対物レンズから分光器に入射す査するまでに時間がかかり，走査する方位にる。入射した光は，対物レンズによりイメージよって測定時間に差が生じる。研究代表者はセング分光器の中心軸方向に進む。対物レンズかンサを駆動させずに，センサ周りの円状領域をら分光部に進んだ光は，円環スリットを通り，多点同時に分光できる分光センサを開発した。

分光部のレンズにより分光される。分光された

しかし開発した分光センサは，対象物からの光光は，カメラの分光検出面に投影される。投影を集光せずに，かつ透過型回折格子を用いた分された分光の位置は，光の波長により異なる。

光により分光効率が低いため，分光できる対象イメージング分光器は，検出面に投影された分物はレーザ光などの強い光のみに止まっている。

光の位置から光の波長を知ることができる。開多数の対象物の中心付近にイメージング分光器

発するイメージング分光器は，分光部におけるを設置すれば，分光器周りの円状領域におけるレンズを透過させて分光するために，分光効率

全方位の対象物について，多点同時に光の波長が高い。

を知ることができる。対象物の光の波長を用いることで，対象物を把握できる。本研究では，円イメージング分光器の設計
イメージング分光器の構造と仕組みを用いて，状領域の対象物からの光を多点同時に分光して光の波長を知ることができるイメージング分光分光器を設計する。表 1 にイメージング分光器器を開発する。イメージング分光器の構造と仕の光学諸元を示す。表 1 に示す各項目の諸元を組みを示して，分光器を設計する。設計したイ用いて，これらを満たすイメージング分光器に― 1 ―立石科学技術振興財団

図1

イメージング分光器の構造と仕組み

表1

イメージング分光器の光学諸元

Item

Data

Model of field lens

FUJINON FE185C057HA-1

Focal range of field lens

1.8 mmFno of field lens

1.4-16

Image size

2.83 mm

Target wavelength λ400 nm-650 nm

Model of camera

PointGrey BFLY-PGE-50S5M-C

Pixel size of camera

3.45 μm

Number of pixels in camera

2448×2048

Size of light receiving section in camera

8.45 mm×7.07 mm

Size of spectral image

3.25 mm at λ=400 nm

Acceptable error about non-concentricity ofaxis between detector and spectroscopic unit

0.3 mm-0.285 mm

Magnification of spectroscopic unit

1.15 at λ=400 nm, 0.91 at λ=700 nm

Position and diameter of diaphragm inspectroscopic unit

Fixed position and diameter,
Diameter of Fno=8.5 at intermediate image plane by field lensPosition and diameter of entrance pupil inspectroscopic unit

Partial luminous flux to injection luminous flux offield lens regardless of wavelength

Toric slit

Diameter of ϕ5.66 mm. Width of 8.5 μm.
Width of 9.5 μm at final image plane in spetroscopic unit

Accessory function of focus adjustment

Transmissive portion of ϕ2.5 mm in the central area of toric slit

Imaging performance of spectroscopic unit

RMS spot diameter of monochromatic image of 1pixel

おける分光部について光学設計を進めた。図 2

設計を進めた。分光部には対物レンズを取り付にイメージング分光器の分光部における光路図けるために，C マウントを設置した。円環スを示す。表 2 および表 3 にイメージング分光器リットを取り付けるために，スリットリングをの分光部における設計値を示す。図 2 に示す光設置した。イメージング分光器を三脚に取り付路図を用いて，表 2 および表 3 に示す設計値をけるために，台座を設置した。カメラと分光部

算 出 し た。各 設 計 値 は，波 長 が 400 nm か らにおける回転位相を調整するために，機構を設

700 nm の 50 nm 毎について，それぞれ算出し置した。カメラを分光部に固定するために，た。図 3 にイメージング分光器の設計図を示す。

ロックリングを設置した。

イメージング分光器の分光部における光学設計の結果を用いて，分光器の分光部における機械― 2 ―Tateisi Science and Technology Foundation

図2

イメージング分光器の分光部における光路図

表2

イメージング分光器の分光部における設計値

Wavelength[nm]Lateralmagnification

Final image
height A [mm]Fno at intermediate
image plane side

Fno at final
image plane side

700

0.9045

2.578

10.09

7.72

650

0.9171

2.614

10.03

7.76

600

0.9340

2.662

9.96

7.82

550

0.9574

2.729

9.86

7.90

500

0.9917

2.826

9.74

8.03

450

1.0453

2.979

9.56

8.23

400

1.1392

3.247

9.28

8.59

表3

RMS spot diameter ofmonochromatic image

Less than ϕ5 μm

イメージング分光器の分光部における設計値

Wavelength [nm]Linear dispersion [mm/50 nm]

Wavelength resolution R

700-650

0.036

69.4

650-600

0.048

85.7

600-550

0.067

110.1

550-500

0.097

145.5500-4500.153207.6

450-400

0.268

325.4

BFLY-PGE-50S5M-C を 購 入 し た。な お カ メ

イメージング分光器の作成
イメージング分光器の設計図を用いて，実際

ラ 内 部 に 設 置 さ れ て い た，IR フ ィ ル タ，IRに分光器を構成した。図 4 に構成したイメージフィルタ固定器具およびガスケットは取り外しング分光器を示す。設計した分光部を，図 3 にた。作成した分光部，購入した対物レンズおよ示す設計図を用いて実際に作成した。対物レンびカメラを用いて，イメージング分光器を実際

ズは，表 1 に示す光学諸元で用いた FUJINOに構成した。の FE185C057HA-1 を 購 入 し た。カ メ ラ は，
表 1 に 示 す 光 学 諸 元 で 用 い た PointGrey の― 3 ―立石科学技術振興財団

図3

イメージング分光器の設計図[今後の研究の方向，課題］
本研究では，円状領域の対象物からの光を多点同時に分光して光の波長を知ることができるイメージング分光器を開発した。イメージング分光器の構造と仕組みを示して，分光器を設計した。設計したイメージング分光器を，実際に図4構成したイメージング分光器作成して構成した。今後イメージング分光器における，対物レンズおよび分光部とカメラのピント調整を行う。また黒体炉をイメージング分光器に見せることで，分光キャリブレーションを行う。

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