(57)【要約】【課題】反射率を精度良く測定することができる分光測定器を提供する。【解決手段】分光測定器１は波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光を測定対象に同時に射出する発光部７と、測定対象３１により反射された反射光２８ａを所定の波長に分光する波長可変フィルター１６と、波長可変フィルター１６が分光した光２８を受光して受光した光の光量を示す第２受光量を出力する受光素子２２と、各波長の第２受光量を入力して測定対象３１に光２８を照射したときの反射スペクトルを演算するスペクトル演算部６３と、を備え、スペクトル演算部６３は複数の波長における第２受光量を用いて所定の波長における反射率を演算することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出する発光部と、
前記測定対象により反射された反射光を所定の波長に分光する分光部と、
前記分光部が分光した光を受光して受光した光の光量を示す第２受光量を出力する受光部と、
各波長の前記第２受光量を入力して前記測定対象に光を照射したときの反射スペクトルを演算する演算部と、を備え、
前記演算部は複数の波長における前記第２受光量を用いて所定の波長における反射率を演算することを特徴とする分光測定器。
【請求項２】
請求項１に記載の分光測定器であって、
前記発光部が標準基板に光を射出して反射した反射光を前記分光部が分光し前記受光部が受光した光の光量を第１受光量とし、
前記分光測定器で測定した測定反射率スペクトルから基準分光測定器で測定した基準反射率スペクトルを推定するための行列を変換行列とするとき、
前記演算部は前記受光部から前記第１受光量を入力して、各波長における前記第２受光量を前記第１受光量で除算して前記反射率を演算し、複数の波長における前記反射率から前記測定反射率スペクトルを演算し、前記変換行列を用いて前記基準反射率スペクトルを推定する演算を行うことを特徴とする分光測定器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の分光測定器であって、
前記発光部は複数のＬＥＤで構成され、
波長の範囲が４００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する第１光源と、
波長の範囲が４３０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する第２光源と、を備えることを特徴とする分光測定器。
【請求項４】
請求項３に記載の分光測定器であって、
前記第１光源は、紫色ＬＥＤであり、
前記第２光源は、白色ＬＥＤであることを特徴とする分光測定器。
【請求項５】
請求項１または２に記載の分光測定器であって、
前記発光部は、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する第３光源を備えることを特徴とする分光測定器。
【請求項６】
請求項５に記載の分光測定器であって、
前記第３光源は、紫白色ＬＥＤであることを特徴とする分光測定器。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の分光測定器であって、
前記発光部は、波長の範囲が３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する第４光源を備えることを特徴とする分光測定器。
【請求項８】
請求項７に記載の分光測定器であって、
前記第４光源は、紫外線ＬＥＤであることを特徴とする分光測定器。
【請求項９】
請求項３〜７のいずれか一項に記載の分光測定器であって、
前記発光部が備える前記ＬＥＤはチップ型ＬＥＤであることを特徴とする分光測定器。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の分光測定器を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
基準分光測定器で測定した基準反射率スペクトルと分光測定器で測定した測定反射率スペクトルとを用いて変換行列を設定し、
前記分光測定器を用いて波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を標準基板に同時に射出し、
前記標準基板により反射された反射光から波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光を分光し、
分光した光を受光して受光した光の光量を示す受光量である第１受光量を出力し、
波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出し、
前記測定対象により反射された反射光から波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光を分光し、
分光した光を受光して受光した光の光量を示す受光量である第２受光量を出力し、
各波長における前記第２受光量を前記第１受光量で除算して反射率を演算し、前記変換行列を用いて前記基準反射率スペクトルを推定する演算を行うことを特徴とする分光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光測定器、電子機器及び分光測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測定対象に光を照射し反射光を分析して分光スペクトルを測定する分光測定器が活用されている。分光測定器は分光計測器ともいわれる。そして、分光測定器が特許文献１に開示されている。この分光測定器は蛍光体を含む測定対象の反射スペクトルを測定できる。反射スペクトルは測定対象等で反射した光のスペクトルである。それによると、分光測定器は白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、紫ＬＥＤ及び紫外線ＬＥＤを備えている。
【０００３】
そして、白色ＬＥＤ、紫ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤをそれぞれ個別に点灯して測定対象に光を照射し、反射光のスペクトルを測定した。さらに、分光測定器は白色ＬＥＤ及び紫ＬＥＤを点灯して測定対象に光を照射し、反射光のスペクトルを測定した。さらに、分光測定器は白色ＬＥＤ、紫ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤを点灯して測定対象に光を照射し、反射光のスペクトルを測定した。次に、５つの反射光のスペクトルのデータを用いて反射光成分と蛍光成分とを分析し、反射スペクトルを演算していた。光源に電球を用いる代わりにＬＥＤを用いることにより分光測定器を小型にすることが可能になっている。
【０００４】
特許文献１の分光測定器は測定回数が多いので、測定回数を減らす方法が特許文献２に開示されている。この方法では、１回の測定で反射スペクトルを演算している。それによると、光源を点灯して測定対象に光を照射し、反射光のスペクトルを測定した。次に、反射光のスペクトルを示すデータ配列をベクトル形式にして変換行列としての推定行列を乗算して反射スペクトルを演算していた。この変換行列は分光測定器で測定したスペクトルのデータを用いて分光測色計で測定したスペクトルのデータを推定するための行列形式のデータである。分光測色計は分光測定器より複雑な構成で高精度の分光測定ができる。分光測色計は分光測定器より各波長の光強度を精度良く測定できる装置である。この変換行列は反射光のスペクトルを測定する前に基準となる反射板を複数測定して演算したデータである。
【０００５】
分光測定器は光を分光する分光素子や光を受光して電気信号に変換する受光素子を備えている。そして、分光素子は分光特性があり、受光素子は受光特性がある。一方、所定の波長における光強度は、分光測色計で測定した値の方が、分光測定器で測定した値より正確である。そこで、測定結果のデータ配列に変換行列を乗算して、分光測色計で測定した測定結果に近づけていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２３６４８６号公報
【特許文献２】特開２０１４−０３８０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２の分光計測器では測定範囲内の測定データが全て存在することが必要になっている。図２７は従来例における光源のスペクトルの例を示す図である。この光源には白色ＬＥＤと紫外線ＬＥＤが用いられている。この光源では波長が４００ｎｍ〜４３０ｎｍの間で光の強度が小さくなっている。図２８は従来例における反射率のスペクトルの例を示す図である。この反射率のスペクトルは図２７に示すスペクトルの発光特性を有する光源が用いられている。図２８に示すように、光源が射出する光の強度が小さくなっている波長域である４００ｎｍ〜４３０ｎｍの間では反射率が異常に大きくなっている。照射する光が弱い波長域では受光部が受光量を測定できない。このため、測定データが存在しないので、反射率の演算結果が異常になる。
【０００８】
また、変換行列を乗算するとき、測定データが存在しない波長域の部分の影響が他の波長域に及ぼす。そこで、測定した波長の範囲に受光量が検出されない範囲をなくし、反射率を精度良く測定することができる分光測定器が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の分光測定器は、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出する発光部と、前記測定対象により反射された反射光を所定の波長に分光する分光部と、前記分光部が分光した光を受光して光の光量を示す第２受光量を出力する受光部と、各波長の前記第２受光量を入力して前記測定対象に光を照射したときの反射スペクトルを演算する演算部と、を備え、前記演算部は複数の波長における前記第２受光量を用いて所定の波長における反射率を演算することを特徴とする。
【００１０】
上記の分光測定器は、前記発光部が標準基板に光を射出して反射した反射光を前記分光部が分光し前記受光部が受光した光の光量を第１受光量とし、前記分光測定器で測定した測定反射率スペクトルから基準分光測定器で測定した基準反射率スペクトルを推定するための行列を変換行列とするとき、前記演算部は前記受光部から前記第１受光量を入力して、各波長における前記第２受光量を前記第１受光量で除算して前記反射率を演算し、複数の波長における前記反射率から前記測定反射率スペクトルを演算し、前記変換行列を用いて前記基準反射率スペクトルを推定する演算を行うことが好ましい。
【００１１】
上記の分光測定器は、前記発光部は複数のＬＥＤで構成され、波長の範囲が４００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する第１光源と、波長の範囲が４３０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する第２光源と、を備えることが好ましい。
【００１２】
上記の分光測定器は、前記第１光源は、紫色ＬＥＤであり、前記第２光源は、白色ＬＥＤであることが好ましい。
【００１３】
上記の分光測定器は、前記発光部は、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する第３光源を備えることが好ましい。
【００１４】
上記の分光測定器は、前記第３光源は、紫白色ＬＥＤであることが好ましい。
【００１５】
上記の分光測定器は、前記発光部は、波長の範囲が３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する第４光源を備えることが好ましい。
【００１６】
上記の分光測定器は、前記第４光源は、紫外線ＬＥＤであることが好ましい。
【００１７】
上記の分光測定器は、前記発光部が備える前記ＬＥＤはチップ型ＬＥＤであることが好ましい。
【００１８】
本願の電子機器は、上記に記載の分光測定器を備えたことを特徴とする。
【００１９】
本願の分光測定方法は、基準分光測定器で測定した基準反射率スペクトルと分光測定器で測定した測定反射率スペクトルとを用いて変換行列を設定し、前記分光測定器を用いて波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を標準基板に同時に射出し、前記標準基板により反射された反射光から波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光を分光し、分光した光を受光して受光した光の光量を示す受光量である第１受光量を出力し、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出し、前記測定対象により反射された反射光から波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光を分光し、分光した光を受光して受光した光の光量を示す受光量である第２受光量を出力し、各波長における前記第２受光量を前記第１受光量で除算して反射率を演算し、前記変換行列を用いて前記基準反射率スペクトルを推定する演算を行うことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態に係わる分光測定器の構造を示す概略斜視図。
【図２】基板の構成を示す概略斜視図。
【図３】分光測定器の構造を示す模式側断面図。
【図４】光源ユニットの構成を示す模式平面図。
【図５】発光素子の相対位置を説明するための模式側断面図。
【図６】発光素子の相対位置を説明するための模式側断面図。
【図７】波長可変フィルターの構造を示す模式側断面図。
【図８】分光測定器の電気制御ブロック図。
【図９】分光測定方法のフローチャート。
【図１０】分光測定方法を説明するための図。
【図１１】分光測定方法を説明するための図。
【図１２】分光測定方法を説明するための図。
【図１３】分光測定方法を説明するための図。
【図１４】分光測定方法を説明するための図。
【図１５】分光測定方法を説明するための図。
【図１６】分光測定方法を説明するための図。
【図１７】分光測定方法を説明するための図。
【図１８】分光測定方法を説明するための図。
【図１９】分光測定方法を説明するための図。
【図２０】分光測定方法を説明するための図。
【図２１】分光測定方法を説明するための図。
【図２２】分光測定方法を説明するための図。
【図２３】第２の実施形態に係わる光源ユニットの構成を示す模式平面図。
【図２４】光源ユニットが照射する光のスペクトルを示す図。
【図２５】第３の実施形態に係わる分光部及び受光部の構成を示す模式側断面図。
【図２６】第４の実施形態に係わる食物分析装置の構成を示すブロック図。
【図２７】従来例における光源のスペクトルの例を示す図。
【図２８】反射率のスペクトルの例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
【００２２】
（第１の実施形態）
本実施形態では、分光測定器の特徴的な例について、図に従って説明する。第１の実施形態に係わる分光測定器について図１〜図８に従って説明する。図１は、分光測定器の構造を示す概略斜視図である。図１に示すように、分光測定器１は筒状の筐体２を備えている。筐体２には第１開口部２ａが設置され、第１開口部２ａにおいて第２光源としての第２発光素子３、第１光源としての第１発光素子４及び第４光源としての第４発光素子５が露出する。第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５はそれぞれ外形形状の異なる発光素子６である。発光素子６は図示しない測定対象に向けて光を照射する。第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５により発光部７が構成されている。換言すれば、発光部７は第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５を備えている。
【００２３】
複数種類の発光素子６は発光する波長分布の異なる３種類の発光素子６で構成されている。測色を行うためには可視光全域の波長の光を測定対象に照射するのが好ましい。１種類の発光素子６が射出する光の波長分布は波長の範囲が限定されていることが多い。このときにも、波長分布の異なる３種類以上の発光素子６から光を照射することにより自然光に近い波長分布の光を測定対象に照射できる。従って、３種類以上の波長分布の発光素子６を設置するのが好ましい。
【００２４】
各発光素子６の構成は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、第１発光素子４は紫色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）である。第１発光素子４は波長の範囲が４００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する。第２発光素子３は白色ＬＥＤである。第２発光素子３は波長の範囲が４３０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する。第４発光素子５は紫外線ＬＥＤである。第４発光素子５は波長の範囲が３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する。発光部７は複数のＬＥＤで構成されている。
【００２５】
第１発光素子４及び第２発光素子３が点灯するとき発光部７は波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出する。
【００２６】
発光部７は第１発光素子４及び第２発光素子３を備えている。第１発光素子４及び第２発光素子３を同時に点灯させるとき、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出することができる。第４発光素子５を点灯させるとき、波長の範囲が３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出することができる。そして、発光部７が第１発光素子４、第２発光素子３及び第４発光素子５を同時に点灯するとき、測定対象に波長の範囲が３６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に照射することができる。第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５を同時に照射させるとき発光部７は自然光に近い光を射出できる。
【００２７】
筒状の筐体２の軸付近には第２開口部２ｂが設置されている。分光測定器１は測定対象で反射した光のうち第２開口部２ｂを通過した光を検出する。
【００２８】
筒状の筐体２の側面から第１基板８、第２基板９及び第３基板１０が突出している。そして、第１基板８、第２基板９及び第３基板１０は第１制御部１１と配線１２により電気的に接続されている。
【００２９】
図２は基板の構成を示す概略斜視図であり、分光測定器１から筐体２を除いた図である。図２に示すように、第１基板８には第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５が設置されている。第１基板８には孔８ａが設置され、第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５は孔８ａを囲んで配置されている。
【００３０】
第１基板８にはスイッチ回路１３及び第１コネクター１４が設置されている。第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５は図示しない配線によりスイッチ回路１３と電気的に接続されている。さらに、スイッチ回路１３は第１コネクター１４と電気的に接続されている。そして、第１コネクター１４は配線１２により第１制御部１１と電気的に接続されている。
【００３１】
発光部７の第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５にはチップ型ＬＥＤが用いられている。チップ型ＬＥＤは面実装型ＬＥＤともいう。チップ型ＬＥＤは薄いので第１基板８に表面実装することができる。また、チップ型ＬＥＤはチップ抵抗やチップトランジスターと同じ工程で実装できるので、生産性良く第１基板８に実装することができる。また、チップ型ＬＥＤはフィラメントランプや砲弾型のＬＥＤに比べて小型である。従って、チップ型ＬＥＤを用いることにより分光測定器１を小型にすることができる。
【００３２】
第１制御部１１はスイッチ回路１３に電力及び制御信号を出力する。制御信号は発光素子６の点灯と消灯を指示する信号である。スイッチ回路１３が発光素子６の点灯を指示する制御信号を入力するとき、スイッチ回路１３は発光素子６に電力を供給する。スイッチ回路１３は発光素子６の消灯を指示する制御信号を入力するとき、発光素子６への電力の供給を停止する。従って、発光素子６は第１制御部１１が出力する制御信号に従って点灯と消灯とを行う。第１基板８、発光素子６、スイッチ回路１３等により光源ユニット１５が構成されている。
【００３３】
第２基板９には波長可変フィルター１６、フィルター駆動回路１７及び第２コネクター１８が設置されている。波長可変フィルター１６はフィルター駆動回路１７と図示しない配線で電気的に接続されている。フィルター駆動回路１７は第２コネクター１８と図示しない配線で電気的に接続されている。波長可変フィルター１６は波長可変ファブリ・ペロー・エタロンである。波長可変ファブリ・ペロー・エタロンは小型な波長可変フィルター１６である。従って、分光測定器１を小型にすることができる。フィルター駆動回路１７は波長可変フィルター１６を駆動する回路である。フィルター駆動回路１７は波長可変フィルター１６を通過する光の波長を制御する。
【００３４】
フィルター駆動回路１７は第２コネクター１８と電気的に接続されている。そして、第２コネクター１８は配線１２により第１制御部１１と電気的に接続されている。第１制御部１１はフィルター駆動回路１７に制御信号を出力する。制御信号は波長可変フィルター１６を通過させる光の波長を指示する信号である。フィルター駆動回路１７は制御信号に従って、波長可変フィルター１６を通過させる波長を制御する。波長可変フィルター１６、フィルター駆動回路１７及び第２基板９等により分光部としてのフィルターユニット２１が構成されている。波長可変フィルター１６は測定対象により反射された反射光を所定の波長に分光する。
【００３５】
第３基板１０には受光素子２２、受光素子駆動回路２３及び第３コネクター２４が設置されている。受光素子２２は受光素子駆動回路２３と電気的に接続されている。受光素子駆動回路２３は第３コネクター２４と電気的に接続されている。そして、第３コネクター２４は配線１２により第１制御部１１と電気的に接続されている。受光素子２２は入射する光の強度を検出する。そして、光の強度に対応する電圧信号を出力する。受光素子２２にはシリコンフォトダイオードやフォトＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いることができる。受光素子２２は受光部が１つのポイントセンサーでも良く、受光部が多数配列したラインセンサーやエリアセンサーでも良い。本実施形態では、例えば、受光素子２２は受光部が１つのポイントセンサーとする。
【００３６】
受光素子駆動回路２３は受光素子２２を駆動する回路である。受光素子駆動回路２３は受光素子２２に電力を供給し、受光素子２２が出力する電圧信号を入力してデジタル信号に変換する。そして、受光素子駆動回路２３は光の強度を示すデジタル信号を第１制御部１１に出力する。波長可変フィルター１６が通過させる光の波長の調整を終了したタイミングに合わせて、第１制御部１１は受光素子駆動回路２３が出力するデジタル信号を入力する。従って、第１制御部１１は特定の波長の光の強度を品質良く検出できる。
【００３７】
受光素子２２、受光素子駆動回路２３及び第３基板１０等により受光部としての受光ユニット２５が構成されている。フィルターユニット２１が分光した光を受光ユニット２５が受光して光の光量を示す受光量のデータを第１制御部１１に出力する。そして、フィルターユニット２１及び受光ユニット２５により受光器２６が構成されている。フィルターユニット２１が波長可変ファブリ・ペロー・エタロンを備えているので、受光器２６は波長可変ファブリ・ペロー・エタロンを備えている。受光器２６と光源ユニット１５によりセンサーユニット２７が構成されている。
【００３８】
受光素子２２には受光感度分布における感度の高い方向を示す光軸２２ａがある。孔８ａ及び波長可変フィルター１６は光軸２２ａが通る場所に設置されている。
【００３９】
図３は分光測定器の構造を示す模式側断面図である。図３に示すように、第１基板８、第２基板９及び第３基板１０が光軸２２ａ方向にそれぞれ間隔をあけて配置されている。第１基板８と第２基板９との間には筐体２の一部が設置され、第２基板９と第３基板１０との間にも筐体２の一部が設置されている。筐体２は複数の部分が組み立てられた構造になっている。
【００４０】
分光測定器１は発光素子６が光２８を射出する側に光透過性のある保護部２９が設置されている。発光素子６は光２８を測定対象３１に向けて射出する。そして、保護部２９は発光素子６と測定対象３１との間に位置する。測定対象３１の付近には塵や水分粒子が浮遊する場合がある。このとき、保護部２９は発光素子６や受光器２６に塵や水分粒子が付着することを抑制する。
【００４１】
保護部２９は通過させる光２８の波長を限定するフィルターである。例えば、分光測定器１が可視光の波長領域における分光反射測定をするときには、保護部２９には可視光の波長領域に限定した光２８を通過させるフィルターを用いる。保護部２９が透過する光２８の波長特性は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、保護部２９は波長が３５０ｎｍ〜７００ｎｍの間の光２８を透過する。そして、保護部２９は波長が３５０ｎｍ未満の光２８及び波長が７００ｎｍを超える光２８を非透過にする。これにより、保護部２９は受光器２６が受光したい波長以外の光２８が受光器２６に進行することを抑制することができる。近赤外光など測定する対象でない波長の光２８はノイズ成分になるので、保護部２９が近赤外光を通過させないことにより精度の高い測定を行うことができる。
【００４２】
保護部２９は支持部３０に接着固定されている。支持部３０は筒状の外周部３０ａと円板状の天板部３０ｂとが接合された形状になっている。天板部３０ｂには開口部３０ｃが設置され、この開口部３０ｃに保護部２９が設置されている。外周部３０ａは筐体２に挿入されており、筐体２から外すことが可能になっている。そして、保護部２９は支持部３０により筐体２と着脱可能に設置されている。従って、保護部２９に塵や水分粒子が付着するときにも、保護部２９を分光測定器１から外して塵や水分粒子を拭き取ることができる。そして、清浄化された保護部２９を分光測定器１に再設置することができる。従って、保護部２９を保守し易くすることができる。
【００４３】
受光素子２２の光軸２２ａ上の場所に測定対象３１を設置した状態で分光測定器１が使用される。そして、保護部２９からの距離が所定の距離の場所に測定対象３１が配置される。発光素子６から射出された光２８は測定対象３１を照射する。測定対象３１の表面では光２８が乱反射する。光軸２２ａ上の測定対象３１の表面を観測点３１ａとする。分光測定器１は観測点３１ａで反射した光２８を分析する。
【００４４】
測定対象３１の表面で反射した光２８の一部は保護部２９を通過する。保護部２９は赤外光を除去する。保護部２９を通過した光２８の一部は波長可変フィルター１６に到達する。波長可変フィルター１６は特定の波長の光２８を通過させる。通過させる光２８の波長は第１制御部１１により制御される。
【００４５】
保護部２９と波長可変フィルター１６との間には第２開口部２ｂ及び第３開口部２ｃが設置されている。第２開口部２ｂ及び第３開口部２ｃは筐体２の一部である。第２開口部２ｂ及び第３開口部２ｃは測定対象３１で反射した光２８のみを受光素子２２に進行させるための絞りとして機能する。
【００４６】
波長可変フィルター１６を通過した光２８は受光素子２２を照射する。そして、受光素子２２は照射された光２８の強度を検出して受光素子駆動回路２３に出力する。このように、受光器２６は光２８を受光する。発光部７が測定対象３１に光２８を照射し、測定対象３１で反射した反射光２８ａを受光器２６が受光するとき、受光した光２８の受光量を第２受光量とする。また、発光部７が第１標準板に光２８を照射し、第１標準板に光２８で反射した反射光２８ａを受光器２６が受光するとき、受光した光２８の受光量を第１受光量とする。第１標準板はタイルや琺瑯等であり、白色の釉を焼き固めた面を有している。第１標準板は４００ｎｍから７００ｎｍの波長を含む光２８を反射する。
【００４７】
図４は光源ユニットの構成を示す模式平面図である。図５及び図６は発光素子の相対位置を説明するための模式側断面図である。図４に示すように、第１基板８には第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５の３種類の発光素子６が設置されている。つまり、複数種類の発光素子６が第１基板８に設置されている。第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５が光２８を発光する部分をそれぞれ、第２発光部３ａ、第１発光部４ａ及び第４発光部５ａとする。第２発光部３ａ、第１発光部４ａ及び第４発光部５ａは発光部７に相当する。
【００４８】
第１基板８上には３つの第２発光素子３が設置されている。第２発光素子３では光軸２２ａと第２発光部３ａとの間の距離が第２距離３２となっている。第１発光素子４では光軸２２ａと第１発光部４ａとの間の距離が第１距離３３となっている。第４発光素子５では光軸２２ａと第４発光部５ａとの間の距離が第４距離３４となっている。
【００４９】
第１基板８上では第２発光素子３、第１発光素子４、第４発光素子５がこの順で光軸２２ａを中心にして反時計回りで順番に繰り返して配置されている。そして、隣り合う発光素子６と光軸２２ａとが成す角度は４０度になっている。従って、発光素子６は等角度で配列されている。
【００５０】
測定対象３１の表面に凹凸があるとき光２８を照射する方向により反射する光２８の強度やスペクトルが異なる。分光測定器１では第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５がそれぞれ３方向から光２８を照射している為、測定対象３１の表面に凹凸があるときにも分光測定器１が検出するスペクトルの測定精度を向上させることができる。
【００５１】
図５及び図６に示すように、第１基板８から第２発光部３ａまでの高さを第２発光部高さ３ｂとする。第１基板８から第１発光部４ａまでの高さを第１発光部高さ４ｂとする。第１発光部高さ４ｂは第２発光部高さ３ｂより高い。このように、第２発光部高さ３ｂと異なる第１発光部高さ４ｂの発光素子６が第１基板８に設置されている。第１発光部高さ４ｂが高い第１発光素子４は第２発光部高さ３ｂが低い第２発光素子３より光軸２２ａとの距離が近い場所に設置されている。
【００５２】
第１基板８から第４発光部５ａまでの高さを発光部高さとしての第４発光部高さ５ｂとする。第４発光部高さ５ｂは第１発光部高さ４ｂより高い。このように、第２発光部高さ３ｂ及び第１発光部高さ４ｂと異なる第４発光部高さ５ｂの発光素子６が第１基板８に設置されている。
【００５３】
第４発光部高さ５ｂが高い第４発光素子５は第１発光部高さ４ｂが低い第１発光素子４より光軸２２ａとの距離が近い場所に設置されている。第２発光部高さ３ｂ、第１発光部高さ４ｂ及び第４発光部高さ５ｂを発光部高さとする。このとき、発光部高さが異なる複数種類の発光素子６が第１基板８に設置されている。そして、発光部高さが高い発光素子６は発光部高さが低い発光素子６より受光器２６が受光する光２８の光軸２２ａとの距離が近い場所に設置されている。
【００５４】
第２発光素子３の第２発光部３ａから光軸２２ａ上の測定対象３１である観測点３１ａに進む光２８と光軸２２ａとがなす角度を第２角度３５とする。第１発光素子４の第１発光部４ａから光軸２２ａ上の測定対象３１である観測点３１ａに進む光２８と光軸２２ａとがなす角度を第１角度３６とする。第４発光素子５の第４発光部５ａから光軸２２ａ上の測定対象３１である観測点３１ａに進む光２８と光軸２２ａとがなす角度を第４角度３７とする。
【００５５】
第２角度３５、第１角度３６及び第４角度３７は同じ角度になっている。つまり、複数種類の発光素子６から受光器２６が受光する光２８の光軸２２ａ上の測定対象３１に進む光２８と光軸２２ａとがなす角度が同じになっている。このとき、受光器２６が測定対象３１に照射された光２８を受光するとき、複数種類の発光素子６から照射された光を同じ反射状態で受光することができる。
【００５６】
第２角度３５、第１角度３６及び第４角度３７は４５度になっている。つまり、複数種類の発光素子６から光軸２２ａ上の測定対象３１に進む光２８と光軸２２ａとがなす角度が４５度になっている。このとき、受光器２６は測定対象３１で反射した光の内で正反射成分を除いた光２８を受光することができる。
【００５７】
図７は波長可変フィルターの構造を示す模式側断面図である。図７に示すように、波長可変フィルター１６は固定基板３８及び可動基板４１を備えている。固定基板３８は四角形の板状になっている。固定基板３８の中央には円柱状に突出する反射膜設置部３８ａが設置されている。この反射膜設置部３８ａを囲んで円環状に凹んだ電極設置溝３８ｂが設置されている。電極設置溝３８ｂの周囲には可動基板４１側に突出する第１接合部３８ｃが設置されている。第１接合部３８ｃは可動基板４１と接合する部位である。
【００５８】
固定基板３８の材質は光２８を透過する材質であり、強度があれば良く特に限定されない。固定基板３８の材質にはケイ酸ガラスが用いられている。
【００５９】
反射膜設置部３８ａには第１反射膜４２が設置されている。電極設置溝３８ｂには第１電極４３が設置されている。第１電極４３は円環状になっている。
【００６０】
可動基板４１には中央を囲む円環状の溝４１ａが設置されている。溝４１ａに囲まれた円柱状の部分を可動部４１ｂとする。可動部４１ｂは固定基板３８の反射膜設置部３８ａと対向して配置されている。溝４１ａの部分では可動基板４１の厚みが薄くなっているので、可動部４１ｂは容易に図中上下方向に移動することが可能になっている。可動基板４１の材質は光２８を透過する材質であり、強度があれば良く特に限定されない。可動基板４１の材質にはケイ酸ガラスが用いられている。
【００６１】
可動部４１ｂの固定基板３８側の面には第２反射膜４４が設置されている。第１反射膜４２と第２反射膜４４とは対向配置されている。可動基板４１の固定基板３８側の面には第２電極４５が設置されている。第１電極４３と第２電極４５とは対向配置されている。
【００６２】
第１電極４３及び第２電極４５は配線１２により第１制御部１１と電気的に接続されている。第１制御部１１は第１電極４３と第２電極４５との間に印加する電圧を制御する。第１電極４３と第２電極４５との間の電圧を変えることにより、第１電極４３と第２電極４５との間に加わる静電力が変わる。そして、第１制御部１１は第１電極４３と第２電極４５との間に印加する電圧を制御することにより第１反射膜４２と第２反射膜４４との間の距離を制御する。
【００６３】
第１反射膜４２と第２反射膜４４との間の距離を制御することにより、第１反射膜４２及び第２反射膜４４を透過する光２８の波長の半値幅を制御することができる。波長可変フィルター１６の厚みは２ｍｍ以下であり、波長可変フィルター１６を用いることにより分光測定器１を小型にすることができる。
【００６４】
図８は分光測定器の電気制御ブロック図である。図８において、分光測定器１は分光測定器１の動作を制御する第１制御部１１を備えている。そして、第１制御部１１はプロセッサーとして各種の演算処理を行うＣＰＵ４６（中央演算処理装置）と、各種情報を記憶するメモリー４７を備えている。受光ユニット２５、フィルターユニット２１、光源ユニット１５、入力装置４８及び表示装置４９は入出力インターフェイス５０及びデータバス５１を介してＣＰＵ４６に接続されている。
【００６５】
センサーユニット２７には受光器２６及び光源ユニット１５が含まれる。受光器２６には受光ユニット２５及びフィルターユニット２１が含まれる。光源ユニット１５はＣＰＵ４６の指示信号を入力する。指示信号は光源ユニット１５が光２８を射出するか否かの情報を含んでいる。そして、光源ユニット１５は指示信号に基づいて光２８の射出と射出停止との切り替えを行う。
【００６６】
フィルターユニット２１もＣＰＵ４６の指示信号を入力する。指示信号はフィルターユニット２１が通過させる光２８の波長の情報を含んでいる。そして、フィルターユニット２１は指示信号に基づいて通過させる光２８の波長を限定する。
【００６７】
受光ユニット２５もＣＰＵ４６の指示信号を入力する。指示信号は受光ユニット２５が受光した光２８の受光量を示すデータを出力するか否かの情報を含んでいる。そして、受光ユニット２５は指示信号に基づいて受光した光２８の受光量をデジタルデータに変換してＣＰＵ４６へ出力する。
【００６８】
入力装置４８はキーボードやマウス等の装置である。入力装置４８は操作者が分光測定器１に測定開始と測定終了、測定条件等の各種の指示をするための装置である。表示装置４９は測定結果や測定に係わる情報を表示する装置である。表示装置４９には液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、プラズマディスプレイ、表面電界ディスプレイを用いることができる。
【００６９】
メモリー４７は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等といった半導体メモリーや、ハードディスクといった外部記憶装置を含む概念である。メモリー４７は分光測定器１の動作の制御手順や距離測定の演算手順が記述されたプログラム５２を記憶する。他にも、メモリー４７は第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５が発光する光２８の強度等の測定条件データ５３を記憶する。測定条件データ５３にはフィルターユニット２１に出力する電圧とフィルターユニット２１が透過させる光２８の波長との関係を示すデータが含まれている。
【００７０】
他にも、メモリー４７はフィルターユニット２１が通過させる光２８の波長に係わるデータであるフィルター関連データ５４を記憶する。他にも、メモリー４７は受光ユニット２５が受光した光２８の受光量のデータである受光量データ５５を記憶する。他にも、メモリー４７はフィルターユニット２１を通過した光２８の波長と受光量との関係を示すスペクトルデータ５６を記憶する。スペクトルデータ５６には測定対象３１に光２８を照射して検出した受光量を用いて演算したスペクトルのデータを有する。さらに、スペクトルデータ５６には標準板に光２８を照射して検出した受光量を用いて演算したスペクトルのデータを有する。他にも、メモリー４７はスペクトルデータ５６を変換するときに用いる変換データ５７を記憶する。他にも、ＣＰＵ４６が動作するためのワークエリアやテンポラリーファイル等として機能する記憶領域やその他各種の記憶領域を備える。
【００７１】
ＣＰＵ４６は、メモリー４７内に記憶されたプログラム５２に従って、センサーユニット２７を駆動させる。そして、ＣＰＵ４６は測定対象３１で反射した光２８のスペクトルを演算して表示装置４９に表示させる。第１制御部１１は入力装置４８、表示装置４９及びＣＰＵ４６を搭載したコンピューターとして機能する。プログラム５２が動作するＣＰＵ４６は具体的な機能実現部として光源制御部５８を有する。光源制御部５８は測定条件データ５３を用いて第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５が発光する光２８の強度を制御する。
【００７２】
他にも、ＣＰＵ４６はフィルター制御部６１を有する。フィルター制御部６１はフィルターユニット２１を通過する光２８の波長を制御する。フィルター制御部６１は測定する波長の範囲内でフィルターユニット２１を通過する光２８の波長を順次変更する。
【００７３】
他にも、ＣＰＵ４６は受光制御部６２を有する。受光制御部６２は受光ユニット２５が光２８の受光量を検出するタイミングを制御する。受光制御部６２はフィルターユニット２１が通過させる光２８の波長の変更が終了した後で受光ユニット２５に光２８の強度を検出させる指示信号を出力する。フィルターユニット２１の動作が完了した後で受光ユニット２５が光２８の受光量を検出するので、受光ユニット２５は品質良く光２８の強度を検出することができる。
【００７４】
他にも、ＣＰＵ４６は演算部としてのスペクトル演算部６３を有する。スペクトル演算部６３はフィルターユニット２１が通過させた光２８の波長のデータと受光ユニット２５が検出した光２８の受光量のデータとを組み合わせる。そして、スペクトル演算部６３は光２８の波長に対する強度の関係を示すスペクトルデータ５６を演算する。
【００７５】
このように、スペクトル演算部６３は各波長の受光量を入力して測定対象３１に光を照射したときの反射スペクトルを演算する。反射スペクトルは物体に光２８を照射して反射した反射光２８ａのスペクトルをいう。発光部７が発光した光が測定対象３１で反射した反射光２８ａを測定した反射スペクトルを測定対象スペクトルとする。そして、メモリー４７には標準板に光２８を照射して検出した第１受光量を用いて演算したスペクトルのデータが記憶されている。標準板に光２８を照射して検出した第１受光量を用いて演算したスペクトルを標準スペクトルとする。このとき、測定対象３１の各波長における反射率は測定対象スペクトル及び標準スペクトルを用いて求められる。そして、スペクトル演算部６３は複数の波長における第１受光量及び第２受光量を用いて所定の波長における反射率を演算する。
【００７６】
他にも、ＣＰＵ４６は表示制御部６４を有する。表示制御部６４はフィルターユニット２１が通過させる光２８の波長と受光ユニット２５が受光した光２８の受光量とを表形式で表示装置４９に表示する制御を行う。他にも、表示制御部６４はスペクトル演算部６３が演算したスペクトルデータ５６を表示する制御を行う。
【００７７】
次に、分光測定器１が反射スペクトルを演算する動作を説明する。分光測定器１は波長の範囲が４００ｎｍから７００ｎｍのスペクトルを測定することとする。まず、光源制御部５８が光源ユニット１５を駆動させて第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５から測定対象３１に光２８を射出する。予め、測定対象３１に照射される光２８のスペクトルが自然光に近くなるように、第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５が射出する光２８の強度のデータを測定条件データ５３の一部として設定しておく。光源制御部５８は測定条件データ５３を用いて光源ユニット１５を駆動させる。これにより、光源ユニット１５から測定対象３１に自然光に近づけた光２８を照射することができる。
【００７８】
次に、フィルター制御部６１がフィルターユニット２１に４００ｎｍの光２８を通過させる指示信号を出力する。フィルターユニット２１は指示信号を入力して、通過させる光２８の波長を４００ｎｍに調整する。続いて、受光制御部６２は受光ユニット２５に光２８の受光量を検出する指示信号を出力する。受光ユニット２５は指示信号を入力して、受光ユニット２５が受光する光２８の受光量を検出する。そして、光２８の受光量を示す受光量データ５５のデータをＣＰＵ４６に送付する。受光制御部６２は光強度を示す受光量データ５５と光２８の波長が４００ｎｍであることを示すデータをメモリー４７に記憶する。
【００７９】
次に、フィルター制御部６１がフィルターユニット２１に４０５ｎｍの光２８を通過させる指示信号を出力する。フィルターユニット２１は指示信号を入力して、通過させる光２８の波長を４０５ｎｍに調整する。続いて、受光ユニット２５が受光する光２８の受光量を検出して受光量データ５５のデータをＣＰＵ４６に送付する。受光制御部６２は光強度を示す受光量データ５５と光２８の波長が４０５ｎｍであることを示すデータをメモリー４７に記憶する。
【００８０】
次に、フィルター制御部６１がフィルターユニット２１に光２８を通過させる波長をさらに５ｎｍ長くする指示信号を出力する。そして、受光ユニット２５が光２８の強度を検出して、光強度を示す受光量データ５５を受光制御部６２はメモリー４７に記憶する。
【００８１】
以上のように、光２８を通過させる波長が７００ｎｍになるまで波長を５ｎｍずつ増加するステップと、受光ユニット２５が光２８の強度を検出するステップと、受光量データ５５と光２８の波長データをメモリー４７に記憶するステップを繰り返す。
【００８２】
次に、スペクトル演算部６３が反射スペクトルを演算する。受光ユニット２５が光２８の強度を検出するときの波長を横軸にして縦軸には受光ユニット２５が検出した光２８の強度をスペクトル演算部６３がプロットする。スペクトル演算部６３は光２８の波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍに対する光２８の強度をプロットして反射スペクトルの演算を終了する。
【００８３】
次に上述した分光測定器１を用いて反射率を測定する分光測定方法について図９〜図２２にて説明する。反射率の測定は波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍに対する光２８に対して行われる。従って、本方法では反射率のスペクトルが得られる。反射率のスペクトルを反射率スペクトルとする。
【００８４】
図９は、分光測定方法のフローチャートである。図１０〜図２２は、分光測定方法を説明するための図である。図９のフローチャートにおいて、ステップＳ１は変換行列設定工程である。変換行列は分光測定器１で測定した測定反射率スペクトルから基準分光測定器６５で測定した基準反射率スペクトルを推定するための行列形式のデータ配列である。この工程は分光測定器１を用いて測定した反射率のスペクトルをマルチチャンネル分光測色計で測定した反射率のスペクトルに変換する変換行列をスペクトル演算部６３が演算する工程である。スペクトル演算部６３は変換行列をメモリー４７に変換データ５７の１つとして記憶する。尚、以降マルチチャンネル分光測色計をマルチ分光測色計とする。
【００８５】
次にステップＳ２に移行する。ステップＳ２は計測工程である。この工程は、分光測定器１を用いて反射率のスペクトルを測定する工程である。次にステップＳ３に移行する。ステップＳ３はスペクトル変換工程である。この工程は、測定した反射率のスペクトルのデータと変換行列とを用いて推定スペクトルを演算する工程である。推定スペクトルはマルチ分光測色計で測定したときの反射率を推定したスペクトルである。以上の工程で分光測定工程を終了する。
【００８６】
次に、図１０〜図２２を用いて、図９に示したステップと対応させて、分光測定方法を詳細に説明する。
図１０〜図１５はステップＳ１の変換行列設定工程に対応する図である。図１０に示すように、ステップＳ１において、基準分光測定器６５を用意する。基準分光測定器６５は分光測定の基準となる測定器である。精度良く反射スペクトルが測定できる装置を選定して基準分光測定器６５とする。本実施形態では基準分光測定器６５にマルチ分光測色計を用いた。
【００８７】
マルチ分光測色計はスペクトルを直接測定することができる特殊な光学系を搭載した測定器である。マルチ分光測色計は分光測定器１とは異なり、非常に狭い波長範囲の光のみを取り出すことができる。詳しくは、マルチ分光測色計は波長幅で数ｎｍ程度の光を取り出せる。マルチ分光測色計で計測したスペクトルは、精度の良いスペクトルを測定することができる。
【００８８】
分光測定器１ではある波長での受光量を測定しても、実際に得られる値は、その波長を含んだある波長幅の中での光強度に重みを付けて積分した値となってしまう。これは波長可変フィルター１６の特性に起因するものである。“重みを付けて積分した値“の重みは正規分布に類似した関数になっている。尚、分光測定器１で得られるこのようなスペクトルを「測定スペクトル」とし、基準分光測定器６５を用いて計測したスペクトルを「基準スペクトル」とする。
【００８９】
測定スペクトルから得られる反射率のスペクトルを「測定反射率スペクトル」とする。そして、基準スペクトルから得られる反射率のスペクトルを「基準反射率スペクトル」とする。測定反射率スペクトル及び基準反射率スペクトルから変換行列が演算される。測定反射率スペクトルと変換行列とを用いて基準反射率スペクトルを推定することができる。基準反射率スペクトルを推定したスペクトルを「推定スペクトル」とする。測定反射率スペクトルから推定スペクトルを推定する演算に変換行列が用いられる。
【００９０】
基準分光測定器６５は光源６６及び第２制御部６７を備えている。光源６６には白熱電球が用いられている。白熱電球は広範囲の波長の光２８を射出する。白熱電球が射出する光２８を標準光とする。光源６６が光２８を照射する場所に標準基板としての第１標準板６８を配置する。
【００９１】
そして、光源６６から第１標準板６８に光２８を照射させて、反射した光２８を基準分光測定器６５が受光して分光する。基準分光測定器６５は波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲における各波長の受光量を第２制御部６７に出力する。波長が４００ｎｍから７００ｎｍまでの５ｎｍ毎の波長間隔で各波長における受光量を基準分光測定器６５が出力する。そして、第２制御部６７は各波長の受光量から基準スペクトルを演算する。第１標準板６８を基準分光測定器６５が測定したスペクトルを第１基準スペクトルとする。第２制御部６７は第１制御部１１と電気的に接続されている。そして、第２制御部６７は第１制御部１１に第１基準スペクトルのデータを転送する。第１制御部１１は第１基準スペクトルのデータをスペクトルデータ５６の１つとしてメモリー４７に記憶する。
【００９２】
図１１に示すように、次に、光源６６が光２８を照射する場所に第２標準板６９を配置する。第２標準板６９は第１標準板６８と同様にタイルや琺瑯等であり、白色の釉を焼き固めた面を有している。第２標準板６９も第１標準板６８と同じく４００ｎｍから７００ｎｍの波長の光２８を反射する。第２標準板６９は第１標準板６８と異なる色調を有している。
【００９３】
そして、光源６６から第２標準板６９に光２８を照射させて、反射した光２８を基準分光測定器６５が受光して分光する。波長が４００ｎｍから７００ｎｍまでの５ｎｍ毎の波長間隔で各波長における受光量を基準分光測定器６５が第２制御部６７に出力する。そして、第２制御部６７は各波長の受光量から基準スペクトルを演算する。第２標準板６９を基準分光測定器６５が測定したスペクトルを第２基準スペクトルとする。第１基準スペクトルと第２基準スペクトルとは異なる分布になる。そして、第２制御部６７は第１制御部１１に第２基準スペクトルのデータを転送する。第１制御部１１は第２基準スペクトルのデータをスペクトルデータ５６の１つとしてメモリー４７に記憶する。
【００９４】
次に、第１制御部１１は反射率を演算する。反射率は式（１）により求められる。λは波長を示し、４００ｎｍから７００ｎｍまでの５ｎｍの間隔の値になっている。ＲＲ（λ）は波長がλのときの反射率を示す。ＬＶＰ１（λ）は波長がλのときの第１標準板の受光量を示し、第１基準スペクトルから得られる。ＬＶＰ２（λ）は波長がλのときの第２標準板の受光量を示し、第２基準スペクトルから得られる。ＣＯＲＰ１は第１標準板の校正値を示す定数である。
【００９５】
【数１】
2020020702.tif 000003
式（１）に示すように、波長λの反射率は第２標準板の受光量（λ）を第１標準板の受光量（λ）にて除算し、第１標準板の校正値を乗算して算出される。図１２に示すように、各波長λにおける反射率の分布を示すスペクトルが得られる。尚、図中に示すスペクトルは１つの例を示している。このようにして基準反射率スペクトルが演算される。反射スペクトルは反射光２８ａのスペクトルであり、反射率スペクトルは２種類の面で反射した反射光２８ａの比率のスペクトルを示す。
【００９６】
図１３に示すように、次に、分光測定器１における発光部７が光２８を照射する場所に第１標準板６８を配置する。そして、発光部７から第１標準板６８に光２８を照射させて、反射した光２８をフィルターユニット２１が分光して受光ユニット２５が受光する。分光測定器１は波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲における各波長の受光量を測定してメモリー４７に記憶する。波長が４００ｎｍから７００ｎｍまでの５ｎｍ毎の波長間隔で各波長における受光量を分光測定器１が測定して記憶する。そして、第１制御部１１は各波長の受光量から反射スペクトルを演算する。第１標準板６８を分光測定器１が測定したスペクトルを第１測定スペクトルとする。
【００９７】
図１４に示すように、次に、分光測定器１における発光部７が光２８を照射する場所に第２標準板６９を配置する。そして、発光部７から第２標準板６９に光２８を照射させて、反射した光２８をフィルターユニット２１が分光して受光ユニット２５が受光する。分光測定器１は波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲における各波長の受光量を測定してメモリー４７に記憶する。波長が４００ｎｍから７００ｎｍまでの５ｎｍ毎の波長間隔で各波長における受光量を分光測定器１が測定して記憶する。そして、第１制御部１１は各波長の受光量から反射スペクトルを演算する。第２標準板６９を分光測定器１が測定したスペクトルを第２測定スペクトルとする。第１測定スペクトルと第２測定スペクトルとは異なる分布になる。
【００９８】
次に、第１制御部１１は反射率を演算する。反射率は式（１）により求められる。第１標準板の受光量（λ）は第１測定スペクトルから得られる。第２標準板の受光量（λ）は第２測定スペクトルから得られる。図１５に示すように、各波長λにおける反射率の分布を示すスペクトルが得られる。尚、図中に示すスペクトルは１つの例を示している。このようにして測定反射率スペクトルが演算される。
【００９９】
基準反射率スペクトル、測定反射率スペクトル及び変換行列の関係は特許文献２に詳しく記載されている。本実施形態では概略を記載する。測定反射率スペクトルにおける波長が４００ｎｍから７００ｎｍまでの５ｎｍ毎の波長間隔の反射率を並べた数列を測定反射率スペクトルＤとする。測定反射率スペクトルＤの要素数は６１個である。測定反射率スペクトルＤは数列をベクトル形式に表示した形態である。同様に、基準反射率スペクトルにおける波長が４００ｎｍから７００ｎｍまでの５ｎｍ毎の波長間隔の反射率を並べた数列を基準反射率スペクトルＳとする。基準反射率スペクトルＳは数列をベクトル形式に表示した形態である。基準反射率スペクトルＳの要素数は６１個である。変換行列Ｍは行列の形式で表示した形態である。
【０１００】
このとき、測定反射率スペクトルＤ、基準反射率スペクトルＳ及び変換行列Ｍの関係は式（２）で示される。基準反射率スペクトルＳはｓ１〜ｓ６１の数列である。測定反射率スペクトルＤはｄ１〜ｄ６１の数列である。変換行列Ｍはｍ１・１〜ｍ６１・６１の６１行６１列の行列である。測定反射率スペクトルＤ及び基準反射率スペクトルＳは横ベクトルの形式で表す。
【０１０１】
【数２】
2020020702.tif 000004
【０１０２】
測定反射率スペクトルＤ及び基準反射率スペクトルＳは行ベクトルの形式で示される。そして、式２は式（３）の形式でも表示される。
Ｓt＝Ｍ・Ｄt                    （３）
尚、Ｓt、Ｄtの「ｔ」は転置を示す。
【０１０３】
Ｍ・ＤtがＳtに近くなるようなＭを演算する。この演算方法を説明するために式（４）に示す評価関数Ｆを設定する。
Ｆ（Ｍ）＝｜Ｓt―Ｍ・Ｄt｜2              （４）
評価関数Ｆ（Ｍ）が最少になるときのＭが式（３）におけるＭになる。評価関数Ｆ（Ｍ）が最少になるための必要十分条件は式（５）に示すように評価関数Ｆ（Ｍ）をＭで偏微分した値が０になることである。
【０１０４】
【数３】
2020020702.tif 000005
尚、評価関数Ｆ（Ｍ）をＭで偏微分するのは評価関数Ｆ（Ｍ）を変換行列Ｍの各要素（ｍ１・１、ｍ１・２、ｍ１・３、・・・）で偏微分することである。
【０１０５】
式（５）を変形してＭを演算することにより式（６）が得られる。
【０１０６】
【数４】
2020020702.tif 000006
【０１０７】
測定反射率スペクトルＤ及び基準反射率スペクトルＳの各要素数が６１個のとき変換行列Ｍは一意的に決定できない。そこで、光源ユニット１５及び光源６６にカラーフィルターを設置して複数種類の光における反射スペクトルを測定する。第１標準板６８及び第２標準板６９に照射する光２８をサンプル光とする。
【０１０８】
そして、基準反射率スペクトルＳを複数のサンプル光を照射して基準分光測定器６５で測定した基準反射率スペクトルＳを式（７）に示す。基準反射率スペクトルＳは行列の形式で表現される。サンプル光には複数色の光で測定が行われる。基準反射率スペクトルＳの列毎に各サンプル光で測定された反射率の値が設置される。Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４はそれぞれ第１色、第２色、第３色、第４色を示す。ｎは色数を示し、ｋはスペクトル点数を示す。
【０１０９】
【数５】
2020020702.tif 000007
【０１１０】
測定反射率スペクトルＤを複数のサンプル光を照射して分光測定器１で測定した測定反射率スペクトルＤを式（８）に示す。測定反射率スペクトルＤは行列の形式で表現される。サンプル光には複数色の光で測定が行われる。測定反射率スペクトルＤの列毎に各サンプル光で測定された反射率の値が設置される。Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４はそれぞれ第１色、第２色、第３色、第４色を示す。ｎは色数を示し、ｍはスペクトル点数を示す。
【０１１１】
【数６】
2020020702.tif 000008
【０１１２】
続いて、式（６）に式（７）及び式（８）を代入してスペクトル演算部６３が変換行列Ｍを演算する。このように、光源６６から標準光を第１標準板６８及び第２標準板６９に照射して基準分光測定器６５で測定した反射率スペクトルと発光部７が射出する光２８を第１標準板６８及び第２標準板６９に照射して分光測定器１で測定した反射率スペクトルとを用いて変換行列を設定する。
【０１１３】
図１６〜図２１はステップＳ２の計測工程に対応する図である。図１６に示すように、ステップＳ２において、分光測定器１における発光部７が光２８を照射する場所に測定対象３１を配置する。そして、発光部７から測定対象３１に光２８を照射させて、反射した光２８をフィルターユニット２１が分光して受光ユニット２５が受光する。分光測定器１は波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲における各波長の受光量を測定してメモリー４７に記憶する。波長が４００ｎｍから７００ｎｍまでの５ｎｍ毎の波長間隔で各波長における受光量を分光測定器１が測定して記憶する。そして、第１制御部１１は各波長の受光量から反射スペクトルを演算する。測定対象３１を分光測定器１が測定したスペクトルを対象物測定スペクトルとする。
【０１１４】
図１７は光源ユニット１５が照射する光２８のスペクトルを示す。図１７において、縦軸は光源ユニット１５が照射する光２８の強度を示す。図中のグラフでは最も強い光の強度が１になるようにデータが規格化されている。横軸は波長を示す。第１波長域７０は第１発光素子４が発光する波長域である。第１波長域７０の波長は３８０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下である。従って、第１発光素子４は波長の範囲が４００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光２８を射出する。第２波長域７１は第２発光素子３が発光する波長域である。第２波長域７１の波長は４２０ｎｍ以上７００ｎｍ以上である。従って、第２発光素子３は波長の範囲が４３０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光を射出する。第４波長域７２は第４発光素子５が発光する波長域である。第４波長域７２の波長は３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。従って、第４発光素子５は波長の範囲が３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光を射出する。
【０１１５】
測定対象３１が蛍光体を含まないとき、分光測定器１が測定するときには第１発光素子４及び第２発光素子３をともに点灯する。そして、発光部７は波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象３１に同時に射出する。発光部７が射出する光２８は測定対象３１を照射する。測定対象３１は照射された光２８の一部を反射する。測定対象３１で反射した光２８の一部はフィルターユニット２１に向かって進行する。フィルターユニット２１は測定対象３１により反射された反射光２８ａから波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の所定の波長の光を分光する。
【０１１６】
測定対象３１が蛍光体を含むとき、分光測定器１が測定するときには第１発光素子４、第２発光素子３及び第４発光素子５をともに点灯する。そして、発光部７が照射する光２８の波長の範囲を３６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下にする。そして、フィルターユニット２１が分光する光２８の波長の範囲は４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下である。測定対象３１が蛍光体を含むとき、測定対象３１を照射する波長が３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の光２８を測定対象３１が受けて４００ｎｍ以上の波長の光２８を射出する。このため、発光部７は測定する波長の範囲より短い波長の光２８を測定対象３１に照射して測定する。
【０１１７】
フィルターユニット２１により分光された光２８は受光ユニット２５を照射する。受光ユニット２５は分光した光２８を受光して受光した光２８の光量を示す受光量である第２受光量を出力する。
【０１１８】
フィルター制御部６１はフィルターユニット２１が分光する波長を４００ｎｍから７００ｎｍまでの５ｎｍ毎に変更する。そして、フィルターユニット２１が分光する光２８の波長を切り換えるとき、受光制御部６２は受光ユニット２５が受光した第２受光量を受光量データ５５の１つとしてメモリー４７に記憶する。従って、メモリー４７には４００ｎｍから７００ｎｍまでの５ｎｍ毎の波長における第２受光量が記憶される。そして、スペクトル演算部６３は各波長における第２受光量を用いて対象物測定スペクトルを演算する。
【０１１９】
その結果、図１８に示すように、対象物測定スペクトルが得られる。図１８の縦軸は受光ユニット２５が出力する受光部出力の電流値を示している。横軸はフィルターユニット２１が分光する光２８の波長を示している。測定スペクトルには波長が４００ｎｍから７００ｎｍまでの第２受光量が示されている。
【０１２０】
図１９に示すように、ステップＳ２において、分光測定器１における発光部７が光２８を照射する場所に第１標準板６８を配置する。そして、発光部７から第１標準板６８に光２８を照射させて、反射した光２８をフィルターユニット２１が分光して受光ユニット２５が受光する。分光測定器１は波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲における各波長の第１受光量を測定してメモリー４７に記憶する。波長が４００ｎｍから７００ｎｍまでの５ｎｍ毎の波長間隔で各波長における第１受光量を分光測定器１が測定して記憶する。そして、第１制御部１１のスペクトル演算部６３は各波長の第１受光量から反射スペクトルを演算する。この反射スペクトルは第１標準板６８を分光測定器１が測定したスペクトルなので第１測定スペクトルである。
【０１２１】
分光測定器１が測定するときには第１発光素子４、第２発光素子３及び第４発光素子５をともに点灯する。そして、発光部７は波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を第１標準板６８に同時に射出する。発光部７が射出する光２８は第１標準板６８を照射する。第１標準板６８は照射された光２８の一部を反射する。第１標準板６８で反射した光２８の一部はフィルターユニット２１に向かって進行する。フィルターユニット２１は第１標準板６８により反射された反射光２８ａから波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の所定の波長の光を分光する。
【０１２２】
フィルターユニット２１により分光された光２８は受光ユニット２５を照射する。受光ユニット２５は分光した光２８を受光して受光した光２８の光量を示す受光量である第１受光量を出力する。第１受光量は第１標準板６８で反射した反射光２８ａをフィルターユニット２１が分光し受光ユニット２５が受光した光２８の光量である。
【０１２３】
フィルター制御部６１はフィルターユニット２１が分光する波長を４００ｎｍから７００ｎｍまでの５ｎｍ毎に変更する。そして、フィルターユニット２１が分光する光２８の波長を切り換えるとき、受光制御部６２は受光ユニット２５が受光した第１受光量を受光量データ５５の１つとしてメモリー４７に記憶する。従って、メモリー４７には４００ｎｍから７００ｎｍまでの５ｎｍ毎の波長における第１受光量が記憶される。そして、スペクトル演算部６３は各波長における第１受光量を用いて測定スペクトルを演算する。
【０１２４】
その結果、図２０に示すように、第１受光量の測定スペクトルが得られる。図２０の縦軸は受光ユニット２５が出力する受光部出力の電流値を示している。受光部出力の電流値は第１受光量に相当するデータである。横軸はフィルターユニット２１が分光する光２８の波長を示している。測定スペクトルには波長が４００ｎｍから７００ｎｍまでの第１受光量が示されている。
【０１２５】
次に、スペクトル演算部６３が反射率を演算する。スペクトル演算部６３は受光ユニット２５から各波長の第１受光量及び第２受光量を入力して測定対象３１に光２８を照射したときの反射率スペクトルを演算する。反射率の演算には式（９）が用いられる。ＲＲ（λ）は波長がλのときの反射率を示す。ＬＶ１（λ）は波長がλのときの第１受光量を示す。ＬＶ２（λ）は波長がλのときの第２受光量を示す。ＣＯＲＰ１は第１標準板の校正値を示す定数である。式（９）が示すように、スペクトル演算部６３は所定の波長における第２受光量を第１受光量で除算して第１標準板の校正値を乗算して反射率を演算する。そして、スペクトル演算部６３は複数の波長における反射率から測定反射率スペクトルを演算する。
【０１２６】
【数７】
2020020702.tif 000009
【０１２７】
その結果、図２１に示すように、測定反射率スペクトルが得られる。図中縦軸に反射率が示され、横軸には波長が示されている。測定した波長の範囲に受光量を検出されない範囲があると所定の波長における反射率を精度良く演算できない。本方法では波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光が第１標準板６８に同時に射出される。そして、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光が測定対象３１に同時に射出される。従って、測定した波長の範囲に受光量を検出されない範囲がないので所定の波長における反射率を精度良く演算することができる。
【０１２８】
図２２はステップＳ３のスペクトル変換工程に対応する図である。ステップＳ３では測定反射率スペクトルＤと変換行列Ｍから推定反射率スペクトルＥを演算する。測定反射率スペクトルＤ、変換行列Ｍ及び推定反射率スペクトルＥの関係式は式（１０）に示される。
Ｅt＝Ｍ・Ｄt                    （１０）
つまり、変換行列Ｍに転置した測定反射率スペクトルＤを乗算することにより推定反射率スペクトルＥが算出される。その結果、図２２に示すように、推定反射率スペクトルＥが得られる。図中縦軸に反射率が示され、横軸には波長が示されている。推定反射率スペクトルＥは基準分光測定器６５を用いて測定対象３１の反射率のスペクトルを測定したときのスペクトルを推定したものである。このように、スペクトル演算部６３は変換行列を用いて基準分光測定器６５で測定したときの基準反射率スペクトルを推定する演算を行う。以上の工程により分光測定工程を終了する。
【０１２９】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、発光部７が測定対象３１に光２８を射出する。このとき、発光部７は複数のＬＥＤで構成され波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８を同時に測定対象３１に向けて射出する。そして、測定対象３１により光２８が反射される。フィルターユニット２１が反射光２８ａから所定の波長の光２８を分光する。フィルターユニット２１が分光した光を受光ユニット２５が受光する。受光ユニット２５は受光した光２８の光量を示す第２受光量を出力する。出力された第２受光量をスペクトル演算部６３が入力して測定対象３１の反射スペクトルである測定対象反射スペクトルを演算している。
【０１３０】
スペクトル演算部６３は複数の波長における第２受光量を用いて所定の波長における反射率を演算する。従って、測定した波長の範囲に第２受光量を検出されない範囲があると所定の波長における反射率を精度良く演算できない。分光測定器１の発光部７は波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光２８を測定対象３１に同時に射出する。従って、測定した波長の範囲に受光量を検出されない範囲がないので、測定した波長の範囲の各波長における反射率を精度良く演算することができる。
【０１３１】
（２）本実施形態によれば、発光部７が第１標準板６８に光２８を射出した反射光２８ａをフィルターユニット２１が分光し、受光ユニット２５が受光する。センサーユニット２７は第１受光量をスペクトル演算部６３に出力する。そして、出力された第１受光量をスペクトル演算部６３が入力する。スペクトル演算部６３は各波長における第２受光量を第１受光量で除算して反射率を演算する。反射率は各波長において演算されるので、反射率スペクトルが演算される。スペクトル演算部６３は、複数の波長における反射率から測定反射率スペクトルを演算する。そして、スペクトル演算部６３は変換行列を用いて測定対象３１の推定スペクトルを演算する。この変換行列は分光測定器１で測定した反射率スペクトルのデータをもちいて基準分光測定器６５で測定した反射率スペクトルのデータを推定するための行列データである。従って、基準分光測定器６５で測定したときの反射率スペクトルを推定することができる。
【０１３２】
（３）本実施形態によれば、第１発光素子４は波長の範囲が４００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光２８を射出する。そして、第２発光素子３は波長の範囲が４３０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８を射出する。従って、第１発光素子４及び第２発光素子３を同時に点灯させるとき、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８を測定対象３１に同時に射出することができる。
【０１３３】
（４）本実施形態によれば、発光部７は紫色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）及び白色ＬＥＤを備えている。紫色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤを同時に点灯させるとき、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８を測定対象３１に同時に射出することができる。
【０１３４】
（５）本実施形態によれば、第４発光素子５は波長の範囲が３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８を射出する。従って、第４発光素子５を含むＬＥＤを同時に点灯させるとき、波長の範囲が３６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８を測定対象３１に同時に射出することができる。そして、波長の範囲が３６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８を測定対象３１に射出することができる。
【０１３５】
（６）本実施形態によれば、発光部７は紫外線ＬＥＤを備えている。紫外線ＬＥＤを含むＬＥＤを同時に点灯させるとき、波長の範囲が３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８を測定対象３１に同時に射出することができる。そして、波長の範囲が３６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８を測定対象３１に射出することができる。
【０１３６】
（７）本実施形態によれば、発光部７が備えるＬＥＤはチップ型ＬＥＤである。チップ型ＬＥＤは薄いので回路基板に表面実装することができる。従って、生産性良くＬＥＤを実装することができる。
【０１３７】
（８）本実施形態によれば、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８を第１標準板６８に同時に射出している。そして、第１標準板６８により反射された反射光２８ａから波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の所定の波長の光２８を分光している。そして、分光した光２８を受光して受光した光２８の光量を示す第１受光量を出力している。波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８を測定対象３１に同時に射出している。そして、測定対象３１により反射された反射光２８ａから所定の波長の光２８を分光している。そして、分光した光２８を受光して受光した光２８の光量を示す第２受光量を出力している。そして、所定の波長における第２受光量を第１受光量で除算して反射率を演算している。
【０１３８】
測定対象３１の測定をする前に標準光を照射して測定した反射率スペクトルと発光部７が射出する光２８を照射して測定した反射率スペクトルとを用いて変換行列を設定している。そして、測定対象３１の測定をするときには複数の波長における受光量から各波長における反射率を演算している。次に、各波長における反射率と変換行列とを用いて反射率スペクトルを演算している。
【０１３９】
測定した波長の範囲に受光量を検出されない範囲があると所定の波長における反射率を精度良く演算できない。本実施形態では波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８が第１標準板６８に同時に射出される。そして、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８が測定対象３１に同時に射出される。従って、測定した波長の範囲に受光量を検出されない範囲がないので所定の波長における反射率を精度良く演算することができる。さらに、変換行列を乗算するとき、測定データが存在しない波長域の部分がないので、測定データが存在しない波長域の部分の影響が他の波長域にでることを抑制できる。その結果、分光測定方法は反射率スペクトルを精度良く測定することができる。
【０１４０】
（第２の実施形態）
次に、分光測定器の一実施形態について図２３及び図２４を用いて説明する。図２３は光源ユニットの構成を示す模式平面図である。図２４は光源ユニットが照射する光のスペクトルを示す図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、発光部７を構成するＬＥＤが異なる点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【０１４１】
すなわち、本実施形態では、図２３に示すように分光測定器７５は第１基板７６を備えている。第１基板７６には第３光源としての第３発光素子７７及び第４発光素子５の２種類の発光素子６が設置されている。つまり、複数種類の発光素子６が第１基板７６に設置されている。第３発光素子７７が光２８を発光する部位をそれぞれ、第３発光部７７ａとする。第３発光部７７ａ及び第４発光部５ａは発光部７８に相当する。
【０１４２】
このように、発光部７８は第３発光素子７７を備えている。そして、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８を第３発光素子７７が射出する。第３発光素子７７は、紫白色ＬＥＤである。
【０１４３】
第３光源である第３発光素子７７は波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する。従って、第３発光素子７７を点灯させるとき、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象３１に同時に射出することができる。
【０１４４】
図２４において縦軸は光源ユニット１５が照射する光２８の強度を示す。最も強い強度が１になるようにデータが規格化されている。横軸は波長を示す。第３波長域７９は第３発光素子７７が発光する波長域である。第３波長域７９の波長は３８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である。従って、第３発光素子７７は波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光２８を射出する。第４発光素子５が発光する波長域である第４波長域７２の波長は３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。波長が４００ｎｍ付近では光２８の強度が低いがセンサーユニット２７が反射光２８ａの受光量を測定可能な光２８の強度になっている。
【０１４５】
分光測定器７５が測定するときには第３発光素子７７及び第４発光素子５をともに点灯する。そして、発光部７８は波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象３１に同時に射出する。発光部７８が射出する光２８は測定対象３１を照射する。測定対象３１は照射された光２８の一部を反射する。測定対象３１で反射した光２８の一部はフィルターユニット２１に向かって進行する。フィルターユニット２１は測定対象３１により反射された反射光２８ａから波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の所定の波長の光を分光する。
【０１４６】
本実施形態の発光部７８は波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象３１に同時に射出する。従って、測定した波長の範囲に受光量を検出されない範囲がないので、測定した波長の範囲の各波長における反射率を精度良く演算することができる。
【０１４７】
（第３の実施形態）
次に、分光測定器の一実施形態について図２５を用いて説明する。図２５は分光部及び受光部の構成を示す模式側断面図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、分光部及び受光部の構成が異なる点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【０１４８】
図２５に示すように、分光測定器８１は第１の実施形態におけるフィルターユニット２１に代えて分光部としてのＬＶＦ８２（Ｌｉｎｅａｒ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）を備えている。さらに、分光測定器８１は第１の実施形態における受光素子２２に代えてラインセンサー８３を備えている。
【０１４９】
ＬＶＦ８２は基板８４を備えている。基板８４は光透過性のあるガラス基板である。基板８４上には第１半透過膜８５、透過膜８６、第２半透過膜８７が積層されている。透過膜８６は光２８が進行する方向の厚みが場所により異なっている。図中左側が右側より薄くなっている。そして、透過膜８６の厚みは図中左端からの距離に比例して厚くなっている。このため、ＬＶＦ８２は図中左側は波長の短い光２８が通過し、図中右側は波長の長い光２８が通過する。従って、図中左側から右側に行くに従ってＬＶＦ８２を通過する光２８の波長が長くなる。
【０１５０】
ラインセンサー８３はフォトトランジスターが図中左右に多数配列した装置である。ラインセンサー８３において図中左側のフォトトランジスターは波長の短い光２８の受光量を測定する。そして、ラインセンサー８３において図中右側のフォトトランジスターは波長の長い光２８の受光量を測定する。ラインセンサー８３は波長が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光２８を測定可能になっている。
【０１５１】
分光測定器８１の発光部７８は波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象３１に同時に射出する。そして、ラインセンサー８３が波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光２８を含む光を検出することができる。ＬＶＦ８２は通過する波長を制御するフィルター制御部６１が不要であり、第１制御部１１を簡易にすることができる。
【０１５２】
（第４の実施形態）
次に、上記の分光測定器１を備えた食物分析装置の一実施形態について図２６を用いて説明する。食物分析装置は分光による糖類の非侵襲的測定装置や食物、生体、鉱物等の情報の非侵襲的測定装置等の物質成分分析装置に用いることができる。食物分析装置は物質成分分析装置の１種である。尚、上記の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【０１５３】
図２６は、食物分析装置の構成を示すブロック図である。図２６に示すように、電子機器としての食物分析装置９１は検出器９２、制御部９３及び表示部９４を備えている。検出器９２は光２８を射出する光源９５、測定対象物９６からの反射光２８ａが導入される受光レンズ９７、受光レンズ９７から導入された反射光２８ａを分光する光モジュール９８を備えている。さらに、検出器９２は分光された光を検出する光センサー９９を備えている。そして、検出器９２に分光測定器１、分光測定器７５または分光測定器８１が用いられていている。光源９５は第１の実施形態の発光部７に加え近赤外光を発光するＬＥＤを備えている。光モジュール９８は第１の実施形態の波長可変フィルター１６に相当する。光センサー９９は第１の実施形態の受光素子２２に相当する。尚、光センサー９９は２次元のエリアセンサーになっている。
【０１５４】
制御部９３は光源９５の点灯・消灯制御、点灯時の明るさ制御を実施する光源制御部１００及び光モジュール９８を制御する制御部としての波長制御部１０１を備えている。波長制御部１０１は光モジュール９８を制御する。さらに、制御部９３は光センサー９９を制御して光センサー９９で受光された分光画像を取得する検出制御部１０２、信号処理部１０３及び記憶部１０４を備えている。
【０１５５】
光源制御部１００は分光測定器１の光源制御部５８に相当し、波長制御部１０１は分光測定器１のフィルター制御部６１に相当する。検出制御部１０２は分光測定器１の受光制御部６２に相当し、信号処理部１０３は分光測定器１のスペクトル演算部６３の機能を含む。
【０１５６】
食物分析装置９１を駆動させると光源制御部１００により光源９５が制御されて光源９５から測定対象物９６に光２８が照射される。そして、測定対象物９６で反射された光２８は受光レンズ９７を通って光モジュール９８に入射する。光モジュール９８は波長制御部１０１の制御により駆動される。これにより、検出器９２は光モジュール９８から目的とする波長の光２８を取り出すことができる。そして、取り出された光２８は、光センサー９９に受光される。また、受光された光２８は分光画像として記憶部１０４に蓄積される。また、信号処理部１０３は波長制御部１０１を制御して光モジュール９８に印加する電圧値を変化させ、各波長に対する分光画像を取得する。
【０１５７】
そして、信号処理部１０３は記憶部１０４に蓄積された各画像における各画素のデータを演算処理し、各画素におけるスペクトルを求める。また、記憶部１０４にはスペクトルに対する食物の成分に関する情報が記憶されている。記憶部１０４に記憶された食物に関する情報を基に信号処理部１０３は求めたスペクトルのデータを分析する。そして、信号処理部１０３は測定対象物９６に含まれる食物成分と各食物成分含有量を求める。また、得られた食物成分及び含有量から信号処理部１０３は食物カロリーや鮮度等をも算出することができる。更に、画像内のスペクトル分布を分析することで、信号処理部１０３は検査対象の食物の中で鮮度が低下している部分の抽出等をも実施することができる。更には、信号処理部１０３は食物内に含まれる異物等の検出をも実施することができる。そして、信号処理部１０３は上述のようにして得られた検査対象の食物の成分や含有量、カロリーや鮮度等の情報を表示部９４に表示させる処理をする。
【０１５８】
食物分析装置９１の検出器９２には上記の分光測定器１、分光測定器７５または分光測定器８１が用いられていている。上記の分光測定器１、分光測定器７５及び分光測定器８１は反射率スペクトルを精度良く測定することができる。従って、食物分析装置９１は反射率スペクトルを精度良く測定することができる分光測定器を備えた食物分析装置９１とすることができる。
【０１５９】
また、食物分析装置９１の他にも略同様の構成により、上述したようなその他の情報の非侵襲的測定装置としても利用することができる。例えば、血液等の体液成分の測定、分析等、生体成分を分析する生体分析装置として用いることができる。このような生体分析装置としては、例えば、血液等の体液成分を測定する装置に食物分析装置９１を用いることができる。他にも、エチルアルコールを検知する装置とすれば、運転者の飲酒状態を検出する酒気帯び運転防止装置に食物分析装置９１を用いることができる。また、このような生体分析装置を備えた電子内視鏡システムとしても用いることができる。更には、鉱物の成分分析を実施する鉱物分析装置としても用いることができる。
【０１６０】
更に、上記の分光測定器１、分光測定器７５及び分光測定器８１を用いた電子機器としては、以下のような装置に適用することができる。例えば、インクジェット式のプリンターに用いることができる。インクジェットヘッドを移動させるキャリッジに上記の分光測定器１、分光測定器７５または分光測定器８１を設置する。そして、インクジェットヘッドが吐出するインキ滴により描画された画像の反射率スペクトルを分光測定器１、分光測定器７５または分光測定器８１が測定する。分光測定器１、分光測定器７５または分光測定器８１は反射率スペクトルを精度良く測定することができる。従って、インクジェット式のプリンターは反射率スペクトルを精度良く測定することができる分光測定器を備えた電子機器とすることができる。
【０１６１】
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、波長可変フィルター１６が光２８を分光した。前記第３の実施形態では、ＬＶＦ８２が光２８を分光した。他にも、光２８を分光する方法には回折格子を用いても良い。回折格子を用いることにより光２８を分光することができる。
【０１６２】
（変形例２）
前記第１の実施形態では、ステップＳ１の変換行列設定工程で第１標準板６８の反射光２８ａを測定した後で第２標準板６９の反射光２８ａを測定した。標準板の測定順番は逆でもよい。第２標準板６９の反射光２８ａを測定した後で第１標準板６８の反射光２８ａを測定してもよい。また、基準分光測定器６５を用いて第１標準板６８及び第２標準板６９の反射光２８ａを測定した後で分光測定器１を用いて第１標準板６８及び第２標準板６９の反射光２８ａを測定した。測定する測定器の順番は逆でもよい。分光測定器１を用いて第１標準板６８及び第２標準板６９の反射光２８ａを測定した後で、基準分光測定器６５を用いて第１標準板６８及び第２標準板６９の反射光２８ａを測定しても良い。
【０１６３】
ステップＳ２の計測工程では測定対象３１の反射光２８ａを測定した後で第１標準板６８の反射光２８ａを測定した。測定順番は逆でもよい。第１標準板６８の反射光２８ａを測定した後で測定対象３１の反射光２８ａを測定してもよい。
【０１６４】
（変形例３）
前記第１の実施形態では、発光部７の第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５にはチップ型ＬＥＤを用いた。他にも第２発光素子３、第１発光素子４及び第４発光素子５には砲弾型ＬＥＤや多セグメント型ＬＥＤを用いても良い。
【０１６５】
（変形例４）
前記第１の実施形態では、発光素子６の構成に紫色ＬＥＤ、白色ＬＥＤ及び紫外線ＬＥＤを用いた。前記第２の実施形態では、紫白色ＬＥＤ及び紫外線ＬＥＤを用いた。ＬＥＤの色の組み合わせはこの２種類に限らない。赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ等を含んだ組み合わせにしても良い。ＬＥＤの組み合わせを調整して白熱電球に近い発光スペクトルにしても良い。
【０１６６】
以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。
【０１６７】
分光測定器は、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出する発光部と、前記測定対象により反射された反射光を所定の波長に分光する分光部と、前記分光部が分光した光を受光して受光した光の光量を示す第２受光量を出力する受光部と、各波長の前記第２受光量を入力して前記測定対象に光を照射したときの反射スペクトルを演算する演算部と、を備え、前記演算部は複数の波長における第２受光量を用いて所定の波長における反射率を演算することを特徴とする。
【０１６８】
この構成によれば、発光部が測定対象に光を射出する。このとき、発光部は波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を同時に射出する。そして、測定対象により光が反射される。この反射した光を反射光とする。分光部が反射光から所定の波長の光を分光する。分光部が分光した光を受光部が受光する。受光部は受光した光の光量を示す第２受光量を出力する。出力された第２受光量を演算部が入力して測定対象の反射スペクトルを演算する。反射スペクトルは反射光のスペクトルである。
【０１６９】
演算部は複数の波長における第２受光量を用いて所定の波長における反射率を演算する。従って、測定した波長の範囲に第２受光量を検出されない範囲があると所定の波長における反射率を精度良く演算できない。本構成の発光部は波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出する。従って、測定した波長の範囲に第２受光量を検出されない範囲がないので所定の波長における反射率を精度良く演算することができる。
【０１７０】
上記の分光測定器は、前記発光部が標準基板に光を射出して反射した反射光を前記分光部が分光し前記受光部が受光した光の光量を第１受光量とし、前記分光測定器で測定した測定反射率スペクトルから基準分光測定器で測定した基準反射率スペクトルを推定するための行列を変換行列とするとき、前記演算部は前記受光部から前記第１受光量を入力して、各波長における前記第２受光量を前記第１受光量で除算して反射率を演算し、前記変換行列を用いて前記基準反射率スペクトルを推定する演算を行うことが好ましい。
【０１７１】
この構成によれば、発光部が標準基板に光を射出した反射光を分光部が分光し、受光部が受光した光の光量を第１受光量とする。受光部は第１受光量を演算部に出力する。そして、出力された第１受光量を演算部が入力する。演算部は各波長における第２受光量を第１受光量で除算して反射率を演算する。反射率は各波長において演算されるので、反射率スペクトルが演算される。そして、演算部は変換行列を用いて測定対象の反射率スペクトルを演算する。この変換行列は分光測定器で測定した反射率スペクトルのデータを用いて基準分光測定器で測定した反射率スペクトルのデータを推定するための行列データである。従って、基準分光測定器で測定したときの反射率スペクトルを推定することができる。
【０１７２】
上記の分光測定器は、前記発光部は複数のＬＥＤで構成され、波長の範囲が４００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する第１光源と、波長の範囲が４３０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する第２光源と、を備えることが好ましい。
【０１７３】
この構成によれば、第１光源は波長の範囲が４００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する。そして、第２光源は波長の範囲が４３０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する。従って、第１光源及び第２光源を同時に点灯させるとき、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出することができる。
【０１７４】
上記の分光測定器は、前記第１光源は、紫色ＬＥＤであり、前記第２光源は、白色ＬＥＤであることが好ましい。
【０１７５】
この構成によれば、発光部は紫色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）及び白色ＬＥＤを備えている。紫色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤを同時に点灯させるとき、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出することができる。
【０１７６】
上記の分光測定器は、前記発光部は、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する第３光源を備えることが好ましい。
【０１７７】
この構成によれば、第３光源は波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する。従って、第３光源を点灯させるとき、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出することができる。
【０１７８】
上記の分光測定器は、前記第３光源は、紫白色ＬＥＤであることが好ましい。
【０１７９】
この構成によれば、発光部は紫白色ＬＥＤを備えている。紫白色ＬＥＤを点灯させるとき、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出することができる。
【０１８０】
上記の分光測定器は、前記発光部は、波長の範囲が３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する第４光源を備えることが好ましい。
【０１８１】
この構成によれば、第４光源は波長の範囲が３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を射出する。従って、第４光源を含むＬＥＤを同時に点灯させるとき、波長の範囲が３６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出することができる。
【０１８２】
上記の分光測定器は、前記第４光源は、紫外線ＬＥＤであることが好ましい。
【０１８３】
この構成によれば、発光部は紫外線ＬＥＤを備えている。紫外線ＬＥＤを含むＬＥＤを同時に点灯させるとき、波長の範囲が３６０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出することができる。そして、波長の範囲が３６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に射出することができる。
【０１８４】
上記の分光測定器は、前記発光部が備える前記ＬＥＤはチップ型ＬＥＤであることが好ましい。
【０１８５】
この構成によれば、発光部が備えるＬＥＤはチップ型ＬＥＤである。チップ型ＬＥＤは薄いので回路基板に表面実装することができる。従って、生産性良くＬＥＤを実装することができる。
【０１８６】
電子機器は、上記に記載の分光測定器を備えたことを特徴とする。
【０１８７】
この構成によれば、電子機器は上記に記載の分光測定器を備えている。上記に記載の分光測定器は反射率を精度良く測定することができる。従って、電子機器は反射率を精度良く出力できる分光測定器を備えた電子機器とすることができる。
【０１８８】
分光測定方法は、基準分光測定器で測定した基準反射率スペクトルと分光測定器で測定した測定反射率スペクトルとを用いて変換行列を設定し、前記分光測定器を用いて波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を標準基板に同時に射出し、前記標準基板により反射された反射光から波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光を分光し、分光した光を受光して受光した光の光量を示す受光量である第１受光量を出力し、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出し、前記測定対象により反射された反射光から波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光を分光し、分光した光を受光して受光した光の光量を示す受光量である第２受光量を出力し、各波長における前記第２受光量を前記第１受光量で除算して反射率を演算し、前記変換行列を用いて前記基準反射率スペクトルを推定する演算を行うことを特徴とする。
【０１８９】
この方法によれば、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を標準基板に同時に射出している。そして、標準基板により反射された反射光から波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の所定の波長の光を分光している。そして、分光した光を受光して受光した光の光量を示す第１受光量を出力している。次に、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光を測定対象に同時に射出している。そして、測定対象により反射された反射光から所定の波長の光を分光している。そして、分光した光を受光して受光した光の光量を示す第２受光量を出力している。そして、各波長における第２受光量を第１受光量で除算して反射率を演算している。
【０１９０】
測定対象の測定をする前に標準光を照射して基準分光測定器で測定した基準反射率スペクトルと発光部が射出する光を照射して分光測定器で測定した測定反射率スペクトルとを用いて変換行列を設定している。そして、測定対象の測定をするときには複数の波長における受光量から各波長における反射率を演算している。次に、各波長における反射率と変換行列とを用いて反射率スペクトルを演算している。
【０１９１】
測定した波長の範囲に受光量を検出されない範囲があると所定の波長における反射率を精度良く演算できない。本方法では波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光が標準基板に同時に射出される。そして、波長の範囲が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の全ての波長の光を含む光が測定対象に同時に射出される。従って、測定した波長の範囲に受光量を検出されない範囲がないので所定の波長における反射率を精度良く演算することができる。さらに、変換行列を乗算するとき、測定データが存在しない波長域の部分がないので、測定データが存在しない波長域の部分の影響が他の波長域にでることを抑制できる。その結果、分光測定方法は反射率スペクトルを精度良く測定することができる。
【符号の説明】
【０１９２】
１，７５，８１…分光測定器、３…第２光源としての第２発光素子、４…第１光源としての第１発光素子、５…第４光源としての第４発光素子、７，７８…発光部、２１…分光部としてのフィルターユニット、２５…受光部としての受光ユニット、２８…光、２８ａ…反射光、３１…測定対象、６３…演算部としてのスペクトル演算部、６５…基準分光測定器、６８…標準基板としての第１標準板、７７…第３光源としての第３発光素子、９１…電子機器としての食物分析装置。
【図１】
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【図２】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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