(57)【要約】  偏光子によって順位相および逆位相のインターフェログラムを生成する分光スペクトルの測定において分光スペクトルを精度よく算出する分光スペクトルの測定方法、測定装置および測定プログラムを提供する。算出装置によって、模擬試料の第１の位相と逆位相である第２の位相のインターフェログラムからバックグラウンドを算出し、測定試料の第１と第２の位相の一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドが該一方のインターフェログラムと重なるようにバックグラウンドとしてのインターフェログラムを係数倍したインターフェログラムを差し引いたインターフェログラムに基づいて、測定試料の分光スペクトルを算出する分光スペクトルの測定方法を提供する。
2019039421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を透過した光から前記試料について第１の位相のインターフェログラムと前記第１の位相に対して逆位相である第２の位相のインターフェログラムとを偏光子によって生成し、前記第１の位相のインターフェログラムと前記第２の位相のインターフェログラムとを受光素子によって受光し、分光スペクトルを算出装置によって算出する分光スペクトルの測定方法において、
前記算出装置によって、
模擬試料の前記第１の位相のインターフェログラムと前記第２の位相のインターフェログラムとからバックグラウンドとしてのインターフェログラムを算出し、
測定試料の前記第１の位相のインターフェログラムと前記第２の位相のインターフェログラムのいずれか一方のインターフェログラムから、前記算出された前記バックグラウンドとしてのインターフェログラムを差し引いて得られるインターフェログラムに基づいて、前記測定試料の分光スペクトルを算出する
ことを特徴とする分光スペクトルの測定方法。
【請求項２】
前記算出装置は、前記いずれか一方のインターフェログラムから、前記算出された前記バックグラウンドの少なくとも一部が前記いずれか一方のインターフェログラムと重なるように前記バックグラウンドとしてのインターフェログラムの画素値を係数倍したインターフェログラムを差し引く、ことを特徴とする請求項１に記載の分光スペクトルの測定方法。
【請求項３】
前記バックグラウンドとしてのインターフェログラムは、前記摸擬試料の前記第１の位相のインターフェログラムと前記第２の位相のインターフェログラムの平均である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の分光スペクトルの測定方法。
【請求項４】
前記測定試料の分光スペクトルの波長域は４００ｎｍ〜２５００ｎｍである、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の分光スペクトルの測定方法。
【請求項５】
試料を透過した光から前記試料について第１の位相のインターフェログラムと前記第１の位相に対して逆位相である第２の位相のインターフェログラムとを生成する偏光子と、前記第１の位相のインターフェログラムと前記第２の位相のインターフェログラムとを受光する受光素子と、分光スペクトルを算出する算出装置とを有する分光スペクトルの測定装置において、
前記算出装置は、
模擬試料の前記第１の位相のインターフェログラムと前記第２の位相のインターフェログラムとからバックグラウンドとしてのインターフェログラムを算出し、
測定試料の前記第１の位相のインターフェログラムと前記第２の位相のインターフェログラムのいずれか一方のインターフェログラムから、前記算出された前記バックグラウンドとしてのインターフェログラムを差し引いて得られるインターフェログラムに基づいて、前記測定試料の分光スペクトルを算出する
ことを特徴とする分光スペクトルの測定装置。
【請求項６】
前記算出装置は、前記いずれか一方のインターフェログラムから、前記算出された前記バックグラウンドの少なくとも一部が前記いずれか一方のインターフェログラムと重なるように前記バックグラウンドとしてのインターフェログラムの画素値を係数倍したインターフェログラムを差し引く、ことを特徴とする請求項５に記載の分光スペクトルの測定装置。
【請求項７】
前記バックグラウンドとしてのインターフェログラムは、前記摸擬試料の前記第１の位相のインターフェログラムと前記第２の位相のインターフェログラムの平均である、ことを特徴とする請求項５または６に記載の分光スペクトルの測定装置。
【請求項８】
前記測定試料の分光スペクトルの波長域は４００ｎｍ〜２５００ｎｍである、ことを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の分光スペクトルの測定装置。
【請求項９】
試料を透過した光から前記試料について第１の位相のインターフェログラムと前記第１の位相に対して逆位相である第２の位相のインターフェログラムとを偏光子によって生成し、前記第１の位相のインターフェログラムと前記第２の位相のインターフェログラムとを受光素子によって受光し、分光スペクトルを算出装置によって算出する分光スペクトルの測定プログラムにおいて、
コンピュータに、
模擬試料の前記第１の位相のインターフェログラムと前記第２の位相のインターフェログラムとからバックグラウンドとしてのインターフェログラムを算出させ、
前記算出された前記バックグラウンドとしてのインターフェログラムを記憶装置に記憶させ、
測定試料の前記第１の位相のインターフェログラムと前記第２の位相のインターフェログラムのいずれか一方のインターフェログラムから、前記算出された前記バックグラウンドとしてのインターフェログラムを差し引いて得られるインターフェログラムに基づいて、前記測定試料の分光スペクトルを算出させる
ための分光スペクトルの測定プログラム。
【請求項１０】
前記コンピュータに、前記いずれか一方のインターフェログラムから、前記算出された前記バックグラウンドの少なくとも一部が前記いずれか一方のインターフェログラムと重なるように前記バックグラウンドとしてのインターフェログラムの画素値を係数倍したインターフェログラムを差し引かせる、ことを特徴とする請求項９に記載の分光スペクトルの測定プログラム。
【請求項１１】
前記バックグラウンドとしてのインターフェログラムは、前記摸擬試料の前記第１の位相のインターフェログラムと前記第２の位相のインターフェログラムの平均である、ことを特徴とする請求項９または１０に記載の分光スペクトルの測定プログラム。
【請求項１２】
前記測定試料の分光スペクトルの波長域は４００ｎｍ〜２５００ｎｍである、ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の分光スペクトルの測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光スペクトルの測定方法、測定装置および測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体や食品を含むさまざまな試料の反射光、散乱光、透過光、蛍光あるいは発光などの分光スペクトルの測定方法は、試料の化学的性質を非破壊かつ非侵襲で測定できる方法として知られている。分光スペクトルを測定するにあたっては、さまざまな分光方式の中から用途に応じて分光方式を選択して用いるが、微弱な光の分光スペクトルを短い時間間隔で測定するには、分光スペクトルを瞬時に取得でき、スリットを必要としないマルチチャンネルフーリエ変換型の分光方式が適している。【０００３】
この分光方式では、分光器に入射した光が、レンズ、サバール板、偏光子などを介して分岐され、分岐された各光が互いに干渉することでインターフェログラムと呼ばれる干渉縞が生成される。この干渉縞上にラインセンサを配置すると、ラインセンサの各画素に入射した光量に比例した値（以下、画素値）としてインターフェログラムを取得でき、コンピュータでフーリエ変換すれば、分光スペクトルが得られる。また、入射した光がすべて干渉するわけではなく、一部の光は干渉することなくラインセンサに到達する。そのため、観測されるインターフェログラムは、干渉しなかった光に由来する背景光（バックグラウンド）が干渉縞に上乗せされた形状となるため、これをフーリエ変換しても正しい分光スペクトルを得ることはできない。【０００４】
そこで、観測されたインターフェログラムに移動平均を適用して平滑化することでバックグラウンドを算出し、これを元のインターフェログラムから差し引く方法が提案されている（特許文献１）。しかしながら、この方法で算出したバックグラウンドは滑らかな形状となるため、真のバックグラウンドが有する高周波成分を再現できず、これを元のインターフェログラムから差し引いてフーリエ変換しても正しい分光スペクトルを得ることはできない。【０００５】
また、偏光子を９０度回転させた状態でのインターフェログラムを別途測定する方法も提案されている（特許文献２）。この方法であれば、バックグラウンドはそのままで、干渉縞の明暗（位相）が反転したインターフェログラム（逆位相インターフェログラム）を得ることができるため、偏光子を回転させる前のインターフェログラム（順位相インターフェログラム）との差分を求めることでバックグラウンドを除去した位相差インターフェログラムを生成し、これをフーリエ変換すれば正しい分光スペクトルを得ることができる。しかしながら、この方法は、測定の度に偏光子を回転させるため、偏光子を駆動するモーターなどの自動回転機構が必要となって装置が複雑化することや、偏光子の回転角度が厳密には毎回異なるために測定の繰り返し精度が低下することや、偏光子の回転に要する時間が原因で例えば生きた生体試料などの動きのある試料の分光スペクトルをリアルタイムで測定できないこと、などの問題点がある。【０００６】
また、上記の偏光子に代えて、いわゆる複合偏光子（上半分と下半分で偏光方向が直交している偏光子）を用いて順位相および逆位相のインターフェログラムを生成し、センサとしてエリアセンサを用いてエリアセンサの上半分に相当するセンサで順位相インターフェログラムを、下半分に相当するセンサで逆位相インターフェログラムをそれぞれ同時に取得する方法も提案されている（特許文献３）。【０００７】
この方法であれば、偏光子を回転させる必要がなく、順位相および逆位相の両方のインターフェログラムを同時に取得できるため、位相差インターフェログラムもまた同時に取得することができ、動きのある試料の分光スペクトルをリアルタイムで測定することができる。この方法で使用されるエリアセンサとして、可視光領域の測定であればCharged Coupled Device（ＣＣＤ）やComplementary Metal-Oxide Semiconductor（ＣＭＯＳ）を撮像素子とする比較的安価なエリアセンサを用いることができる。しかしながら、近赤外領域の測定を行うにはInGaAsを撮像素子とするエリアセンサが必要になる。InGaAsエリアセンサは、InGaAsラインセンサと比べて高価である。さらに、この方法は複合偏光子といった特殊な光学素子も必要とする。そのため、この方法を近赤外領域の測定に適用しようとすると、測定装置の製造コストが高くなる懸念がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０１−１７６９２１号公報
【特許文献２】特開３０９５１６７号公報
【特許文献３】特開２０１５−１９４３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の実情に鑑み、本件開示の技術は、偏光子によって順位相および逆位相のインターフェログラムを生成する分光スペクトルの測定において分光スペクトルを精度よく算出する分光スペクトルの測定方法、測定装置および測定プログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記の実情に鑑み、鋭意検討の結果、インターフェログラムに含まれるバックグラウンドの形状は、分光器に入射した光の分光スペクトルに関係なく一定であり、バックグラウンドの大きさは、分光器に入射した光の光量に比例することを見出した。すなわち、いったんバックグラウンドを取得すれば、その後は順位相のインターフェログラムだけを測定すればよく、その順位相のインターフェログラムのバックグラウンドは、取得したバックグラウンドに基づいて算出できる。これを利用して、偏光子を回転させることなく、順位相のインターフェログラムを測定するだけで、分光スペクトルを精度よく算出することができる測定方法、測定装置および測定プログラムを発明した。【００１１】
本件開示の分光スペクトルの測定方法は、試料を透過した光から試料について第１の位相のインターフェログラムと第１の位相に対して逆位相である第２の位相のインターフェログラムとを偏光子によって生成し、第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムとを受光素子によって受光し、分光スペクトルを算出装置によって算出する分光スペクトルの測定方法において、算出装置によって、模擬試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムとからバックグラウンドとしてのインターフェログラムを算出し、測定試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムのいずれか一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドとしてのインターフェログラムを差し引いて得られるインターフェログラムに基づいて、測定試料の分光スペクトルを算出する。これにより、模擬試料を用いてバックグラウンドとしてのインターフェログラムを取得する際には偏光子の偏光軸を変更するが、測定装置の光学系の構成が変更されない限り偏光子の偏光軸を変更することなく測定試料の分光スペクトルを算出することができる。なお、本発明における第１の位相と第２の位相との関係は順位相と逆位相の関係としているが、測定に許容される誤差の範囲となる程度の位相ずれは当然許容されるものである。【００１２】
また、上記の測定方法において、算出装置は、いずれか一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドの少なくとも一部がいずれか一方のインターフェログラムと重なるようにバックグラウンドとしてのインターフェログラムの画素値を所定の係数倍したインターフェログラムを差し引いてもよい。また、バックグラウンドとしてのインターフェログラムは、摸擬試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムの平均としてもよい。また、測定試料の分光スペクトルの波長域は４００ｎｍ〜２５００ｎｍとしてもよい。【００１３】
また、本件開示の分光スペクトルの測定装置は、試料を透過した光から試料について第１の位相のインターフェログラムと第１の位相に対して逆位相である第２の位相のインターフェログラムとを生成する偏光子と、第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムとを受光する受光素子と、分光スペクトルを算出する算出装置とを有する分光スペクトルの測定装置において、算出装置は、模擬試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムとからバックグラウンドとしてのインターフェログラムを算出し、測定試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムのいずれか一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドとしてのインターフェログラムを差し引いて得られるインターフェログラムに基づいて、測定試料の分光スペクトルを算出する。また、上記の測定装置において、算出装置は、いずれか一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドの少なくとも一部がいずれか一方のインターフェログラムと重なるようにバックグラウンドとしてのインターフェログラムの画素値を所定の係数倍したインターフェログラムを差し引いてもよい。また、バックグラウンドとしてのインターフェログラムは、摸擬試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムの平均としてもよい。また、測定試料の分光スペクトルの波長域は４００ｎｍ〜２５００ｎｍとしてもよい。【００１４】
また、本件開示の分光スペクトルの測定プログラムは、試料を透過した光から試料について第１の位相のインターフェログラムと第１の位相に対して逆位相である第２の位相のインターフェログラムとを偏光子によって生成し、第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムとを受光素子によって受光し、分光スペクトルを算出装置によって算出する分光スペクトルの測定プログラムにおいて、コンピュータに、模擬試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムとからバックグラウンドとしてのインターフェログラムを算出させ、算出されたバックグラウンドとしてのインターフェログラムを記憶装置に記憶させ、測定試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムのいずれか一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドとしてのインターフェログラムを差し引いて得られるインターフェログラムに基づいて、測定試料の分光スペクトルを算出させる。また、上記の測定プログラムにおいて、コンピュータに、いずれか一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドの少なくとも一部がいずれか一方のインターフェログラムと重なるようにバックグラウンドとしてのインターフェログラムの画素値を所定の係数倍したインターフェログラムを差し引かせてもよい。また、バックグラウンドとしてのインターフェログラムは、摸擬試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムの平均としてもよい。また、測定試料の分光スペクトルの波長域は４００ｎｍ〜２５００ｎｍとしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本件開示の技術によれば、偏光子によって順位相および逆位相のインターフェログラムを生成する分光スペクトルの測定において分光スペクトルを精度よく算出する分光スペクトルの測定方法、測定装置および測定プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態における測定装置の構成の一例を示す図である。
【図２】一実施形態における算出装置の構成の一例を示す図である。
【図３】一実施形態における測定装置によって算出される分光スペクトルを模式的に示す図である。
【図４】一実施形態における測定装置によって実行される処理のフローチャートの一例を示す図である。
【図５】一実施形態における模擬試料のインターフェログラムと基準となるバックグラウンドの一例を示す図である。
【図６】一実施形態における測定試料のインターフェログラムと差し引かれるバックグラウンドの一例を示す図である。
【図７】一実施形態における測定試料のインターフェログラムと位相差インターフェログラムの一例を示す図である。
【図８】測定試料の順位相のインターフェログラムから算出される分光スペクトルと一実施形態に係る測定方法により算出される測定試料の分光スペクトルの一例を示す図である。
【図９】従来の測定方法により算出される測定試料の分光スペクトルの一例を示す図である。
【図１０】摸擬試料であるろ紙の順位相および逆位相のインターフェログラムと基準となるバックグラウンドの一例を示す図である。
【図１１】測定試料であるヒトの指の分光スペクトルを測定する場合の、各回の測定における順位相のインターフェログラムの一例を示す図である。
【図１２】図１１に示すインターフェログラムの測定における順位相のインターフェログラムとバックグラウンドの一例を示す図である。
【図１３】図１１に示す順位相のインターフェログラムをフーリエ変換して算出した分光スペクトルの一例を示す図である。
【図１４】ヒトの指が測定試料である場合の位相差インターフェログラムの一例を示す図である。
【図１５】図１４のグラフに例示する位相差インターフェログラムをフーリエ変換して算出した分光スペクトルの一例を示す図である。
【図１６】ヒトの指が測定試料である場合の従来の測定方法により測定される分光スペクトルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態に適用できる分光方式は、偏光子の回転によって順位相および逆位相のインターフェログラムを生成するマルチチャンネルフーリエ変換型の分光方式である。なお、順位相のインターフェログラムが第１の位相のインターフェログラムの一例であり、逆位相のインターフェログラムが第２の位相のインターフェログラムの一例である。本実施形態では、測定対象からの光の受光素子としてラインセンサまたはエリアセンサを採用することができるが、ラインセンサを採用することで、本実施形態にかかる測定装置をより安価に製造することができる。さらに、測定装置に用いる偏光子の回転機構として、ステッピングモーターやサーボモーターなどを用いた自動回転機構または手動の回転機構を採用することができるが、手動の回転機構を採用することで、本実施形態にかかる測定装置をより安価に製造することができる。
【００１８】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る測定装置について説明する。以下の説明では、本実施形態において、偏光子を回転させることで順位相および逆位相のインターフェログラムを測定して分光スペクトルを算出するマルチチャンネルフーリエ変換型分光器を用いた測定装置において、測定試料の測定時には偏光子を回転させることなく、測定試料の透過光の分光スペクトルを正しく、すなわち測定時に偏光子を回転させて分光スペクトルを算出する場合と同等の精度で分光スペクトルを測定できることを示す。
【００１９】
図１に、本実施形態における測定装置１の構成の一例を示す。図１に示すように、測定装置１は、ハロゲンランプ１０、光ファイバ２０、試料保持部３０、分光器４０、算出装置５０を有する。また、分光器４０は、偏光子４１、レンズ４２、サバール板４３、回転機構が設けられた偏光子４４、フーリエレンズ４５、ラインセンサ４６を有する。測定装置１では、光源であるハロゲンランプ１０から射出された光が、光ファイバ２０によって試料保持部３０に導かれる。試料保持部３０には分光スペクトルの測定対象である試料が配置されている。光ファイバ２０によって試料保持部３０に導かれた光は、試料に照射される。そして、試料を透過した光は、光ファイバ２０によって分光器４０に導かれる。
【００２０】
分光器４０は、いわゆるマルチチャンネルフーリエ分光器であり、分光器４０に入射した光（すなわち、試料の透過光）のインターフェログラムがラインセンサ４６によって取得される。測定開始前の初期状態では、偏光子４４の回転角度は、順位相のインターフェログラムが観測される角度に設定されており、偏光子を入射光の進行方向を軸として＋９０度回転させると逆位相のインターフェログラムが観測され、当該軸を中心に−９０度回転させることで元の順位相のインターフェログラムが観測される。なお、偏光子を回転させる回転機構は周知の技術を用いて実現できる。また、インターフェログラムはラインセンサ４６によって取得され、ラインセンサ４６によって取得されたインターフェログラムのデータは算出装置５０に送られる。算出装置５０は、ラインセンサ４６によって取得された情報を用いて分光スペクトルに変換する。なお、ラインセンサ４６が受光素子の一例である。なお、ラインセンサの各画素に入射した光量に比例した値が画素値である。
【００２１】
図２に、本実施形態における算出装置５０の構成の一例を示す。算出装置５０は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）５１、Random Access Memory（ＲＡＭ）５２、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）５３、Graphics Processing Unit（ＧＰＵ）５４、入力インタフェース５５、通信インタフェース５６を有する。また、ＧＰＵ５４、入力インタフェース５５、通信インタフェース５６は、モニタ５８、入力装置５９、分光器４０にそれぞれ接続されている。ＣＰＵ５１、ＲＡＭ５２、ＨＤＤ５３、ＧＰＵ５４、入力インタフェース５５、通信インタフェース５６は、バス５７を介して互いに接続されている。
【００２２】
算出装置５０のユーザは、入力装置５９を用いて算出装置５０に種々の指示を行い、算出装置５０の処理結果をモニタ５８で確認する。本実施形態において、ＣＰＵ５１は、ＨＤＤ５３に記憶されている各種プログラムをＲＡＭ５２に展開して実行することで、以下に説明する分光スペクトルの算出に係る処理を実行する。本実施形態によれば、図３に模式的に示すように、分光器４０で得られる試料のインターフェログラムが、算出装置５０によって分光スペクトルに変換される。
【００２３】
次に、本実施形態において、算出装置５０において実行される処理について、図４を参照しながら説明する。一例として、算出装置５０の電源がオンになると、ＣＰＵ５１が図４の処理を開始する。
【００２４】
まず、ＯＰ１０１において、ＣＰＵ５１は、模擬試料を用いて基準となるバックグランドを算出する。試料保持部３０には、分光スペクトルの基準となるバックグラウンドを取得するための模擬試料が設置される。本実施形態では、分光スペクトルの基準となるバックグラウンドを取得するための模擬試料の一例として水を用いる。具体的には、模擬試料の水３ｍＬを封入した１ｃｍ角キュベットが試料保持部３０に設置される。ハロゲンランプ１０から射出された光が光ファイバ２０を経由して模擬試料に照射され、模擬試料を透過した光が分光器４０に送られる。そして、分光器４０のラインセンサ４６によって取得されたデータが算出装置５０に送られる。
【００２５】
本実施形態では、一度インターフェログラムを測定した後、ユーザは偏光子４４を＋９０度回転させてインターフェログラムを測定する。なお、以下の説明において、偏光子４４を＋９０度回転させる前に測定されるインターフェログラムを「順位相のインターフェログラム」と称し、偏光子４４を＋９０度回転させて測定されるインターフェログラムを「逆位相のインターフェログラム」と称する。逆位相のインターフェログラムの測定後、ユーザは偏光子４４を−９０度回転させて元の状態に戻す。なお、本実施形態において偏光子の回転角度は９０度としたが、測定に許容される誤差の範囲となる程度の角度の誤差は当然許容されるものである。
【００２６】
ＣＰＵ５１は、順位相のインターフェログラムの測定と逆位相のインターフェログラムの測定のそれぞれの測定において、ラインセンサ４６によって取得されたデータに基づいて各インターフェログラムを算出する。さらに、ＣＰＵ５１は、順位相と逆位相それぞれのインターフェログラムを足して２で割って（すなわち、平均して）基準となるバックグラウンドを算出する。ＣＰＵ５１は、算出したバックグラウンドの情報を、一例としてＨＤＤ５３に記憶する。次いで、ＣＰＵ５１は、処理をＯＰ１０２に進める。
【００２７】
本実施形態では、ＯＰ１０１の処理によって、以下の測定試料の分光スペクトルを算出する際に測定試料のインターフェログラムから差し引かれるバックグラウンドをあらかじめ算出する。これによって、以下に説明する測定試料の分光スペクトルの算出時には、偏光子を回転させることなく当該分光スペクトルを精度よく算出することができる。
【００２８】
ＯＰ１０２において、試料保持部３０から模擬試料が取り外され、測定試料が試料保持部３０に設置される。測定試料の一例として、イントラリポス原液（イントラリポス輸液２０％、大塚製薬製）を超純水で１００倍希釈したイントラリポス希釈液（０．２％）を用いる。測定試料のイントラリポス希釈液３ｍＬを封入した１ｃｍ角キュベットが試料保持部３０に設置される。そして、ＯＰ１０１と同様に試料に光が照射され、試料を透過した光が分光器４０のラインセンサ４６に到達する。ＣＰＵ５１は、ラインセンサ４６によって取得されたデータを用いて、順位相のインターフェログラムを測定する。さらに、ＣＰＵ５１は、測定試料の順位相のインターフェログラムのバックグラウンドを算出するため、上記の模擬試料を用いて取得した基準となるバックグラウンドを係数倍し、測定試料の順位相のインターフェログラムに重なるようにする。ここで、基準となるバックグラウンドに乗じる係数は、最小二乗法から導かれる下記の式（１）に従ってＣＰＵ５１によって算出される。
【００２９】
【数１】
2019039421.tif 000003
ここで、ｋは基準となるバックグラウンドに乗じる係数、ｉはラインセンサ４６の画素番号、Ｎはラインセンサ４６の画素数、ＢＧｉは基準となるバックグラウンドの画素番号ｉに対応する画素値、ＩＦｉは順位相のインターフェログラムの画素番号ｉに対応する画素値を示す。一例として、上記の測定試料について算出されるｋの値は０．２１４である。そして、ＣＰＵ５１は、このｋの値を基準となるバックグラウンドの各画素値に乗じてバックグラウンドを算出し、測定試料の順位相のインターフェログラムから算出したバックグラウンドを差し引いたインターフェログラム（以下の説明では「位相差インターフェログラム」と称する）を算出し、位相差インターフェログラムをフーリエ変換して分光スペクトルを算出する。そして、ＣＰＵ５１は、算出した位相差インターフェログラムの分光スペクトルのデータをＨＤＤ５３に記憶し、当該分光スペクトルをモニタ５８に表示し（ＯＰ１０３）、図４のフローチャートの処理を終了する。
【００３０】
図５に、上記で説明した摸擬試料である水の、測定装置１により測定される順位相および逆位相のインターフェログラムと、基準となるバックグラウンドの一例を示す。図５のグラフの横軸はラインセンサ４６の画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。図５に示すように、順位相のインターフェログラム（図中「順位相」）の形状は、中心部で緩やかな凸型を示す基準となるバックグラウンド（図中「基準ＢＧ」）に、明暗を繰り返す干渉縞が上乗せされた形状となっている。また、逆位相のインターフェログラム（図中「逆位相」）の形状は、順位相のインターフェログラムと共通のバックグラウンドを有しつつ、順位相のインターフェログラムの明暗が反転した干渉縞が上乗せされた形状となっている。すなわち、基準となるバックグラウンドは、順位相と逆位相のインターフェログラムの双方に共通するバックグラウンドとなっている。
【００３１】
図６に、上記で説明した測定試料であるイントラリポス希釈液の、測定装置１により測定される順位相のインターフェログラム（図中「順位相」）とバックグラウンド（図中「ＢＧ」）の一例を示す。図６のグラフの横軸はラインセンサ４６の画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。イントラリポス希釈液は、白濁した液体であるため、ハロゲンランプ１０から射出される光の透過光量が小さく、図６に示すように、順位相のインターフェログラムは模擬試料の場合と比べて全体的に小さい値となり、摸擬試料である水の順位相のインターフェログラムとは異なる。それでも、基準となるバックグラウンドに対して、上記で算出した係数（一例として「０．２１４」）を用いて算出したバックグラウンドは、順位相のインターフェログラムと重なっており、順位相のインターフェログラムのバックグラウンドを適切に反映した形状となっていることがわかる。
【００３２】
ここで、係数を用いて算出されたバックグラウンドと順位相のインターフェログラムの重なりの程度の指標として、ラインセンサ４６の各画素の画素値の比を用いることができる。例えば、本実施形態においては、順位相のインターフェログラムの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値に対するバックグラウンドの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値の比は１．０２２である。この場合、係数を用いて算出されたバックグラウンドの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値は、順位相のインターフェログラムの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値に対して３％以内で重なっていることを意味する。
【００３３】
図７に、上記の測定試料の順位相のインターフェログラム（図中「順位相」）からバックグラウンドを差し引いた位相差インターフェログラム（図中「位相差（順位相−ＢＧ）」）の一例を示す。図７のグラフの横軸はラインセンサ４６の画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。また、図８には、位相差インターフェログラムをフーリエ変換して算出した分光スペクトル（図中「本実施形態」）と、順位相のインターフェログラムをフーリエ変換して算出した分光スペクトル（図中「順位相」）の一例を示す。図８のグラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光量を表す。
【００３４】
また、図９に、従来の測定方法によって偏光子を回転させる場合、すなわち、試料の分光スペクトルの測定中に偏光子を回転させることで測定試料の順位相および逆位相のインターフェログラムを測定し、順位相のインターフェログラムと逆位相のインターフェログラムとの差分を算出して得られる位相差インターフェログラムをフーリエ変換して算出される分光スペクトルの一例を示す。図９のグラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光量を表す。
【００３５】
図８に示すように、測定試料の順位相のインターフェログラムをそのままフーリエ変換して求めた分光スペクトル（図中「順位相」）のグラフ形状は、ノイズが含まれているために凹凸のある形状であったのに対し、本実施形態の上記の説明に従って位相差インターフェログラムをフーリエ変換して算出される分光スペクトル（図中「本実施形態」）は、順位相のインターフェログラムをそのままフーリエ変換する場合に比べて、ノイズが少なく、より平滑な形状である。また、本実施形態によって算出される分光スペクトルは、図９に例示する分光スペクトル、すなわち偏光子を回転させながら測定する分光スペクトルとよく一致している。このことから、本実施形態によれば、測定装置１の光学的構成を従来の測定装置の光学的構成よりも安価なものとしつつ測定精度が低下する懸念がなく測定を行うことができる。
【００３６】
したがって、本実施形態では、摸擬試料に対する分光スペクトルの測定で得た基準となるバックグラウンドを適切に係数倍することで、測定試料に対する分光スペクトルの測定で得た順位相のインターフェログラムに含まれるバックグラウンドを精度よく推定できる。このため、本実施形態によれば、測定試料の測定に際しては、偏光子を回転させることなく、測定試料の透過光の分光スペクトルを正しく算出できる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態でも第１実施形態と同様に測定装置１を用いて分光スペクトルの測定を行う。本実施形態におけるＣＰＵ５１の処理は、図４に示す処理と同じである。本実施形態では、動きのある測定試料の一例としてヒトの指を挙げ、ヒトの指の透過光の分光スペクトルを測定することを想定する。指の内部では、脈動により血管が周期的に収縮と拡張を繰り返すため、測定装置１において指に照射された光の透過光量も周期的に変動する。本実施形態では、ヒトの指を透過した光の分光スペクトルが脈動によって経時的に変化する様子を精度よく測定できることを示す。
【００３８】
本実施形態では、基準となるバックグラウンドの分光スペクトルを取得するため、模擬試料としてろ紙を用いる。試料保持部３０にろ紙が設置され、順位相のインターフェログラムを測定した後、偏光子４４を第１実施形態と同様に＋９０度回転させて逆位相のインターフェログラムを測定する。その後、偏光子４４を第１実施形態と同様に−９０度回転させて元の状態に戻す。ＣＰＵ５１は、順位相と逆位相それぞれのインターフェログラムを足して２で割って（すなわち、平均して）基準となるバックグラウンドを算出する。ＣＰＵ５１は、算出したバックグラウンドの情報を、一例としてＨＤＤ５３に記憶する。
【００３９】
次に、試料保持部３０からろ紙を取り外し、被験者の指が試料保持部３０に固定される。そして、順位相のインターフェログラムを１０秒間（例えば５０ｍｓｅｃ間隔で２００回）測定する。ＣＰＵ５１は、１０秒間の測定時間における各回の測定の順位相のインターフェログラムに対応するバックグラウンドを算出するため、各回の測定における順位相のインターフェログラムについて、基準となるバックグラウンドに乗じる係数を上記の式（１）に従って決定する。本実施形態では、算出されるｋの値は一例として１．０２１〜１．０８１であるが、ｋの取り得る値の範囲はこれに限られない。
【００４０】
本実施形態では、ＣＰＵ５１は、上記によって算出した各回の係数を、基準となるバックグラウンドに乗じ、各回の測定における順位相のインターフェログラムのバックグラウンドとする。さらに、ＣＰＵ５１は、測定試料の順位相のインターフェログラムから、上記のバックグラウンドを差し引いて位相差インターフェログラムを算出し、算出した位相差インターフェログラムをフーリエ変換して分光スペクトルを算出する。ＣＰＵ５１は、算出した分光スペクトルのデータをＨＤＤ５３に記憶し、当該分光スペクトルをモニタ５８に表示し、図４のフローチャートの処理を終了する。
【００４１】
図１０に、摸擬試料であるろ紙の順位相および逆位相のインターフェログラムと基準となるバックグラウンドの一例を示す。図１０のグラフの横軸はラインセンサ４６の画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。ろ紙の順位相のインターフェログラムの形状は、図１０に例示するグラフの横軸の中央（画素番号２５０）付近において、緩やかな凸型を示す基準となるバックグラウンドに、明暗を繰り返す干渉縞が上乗せされた形状となっている。また、逆位相のインターフェログラムは順位相のインターフェログラムと共通のバックグラウンドを有しつつ、順位相のインターフェログラムの明暗が反転した干渉縞が上乗せされた形状となっている。すなわち、基準となるバックグラウンドは、順位相と逆位相のインターフェログラムの双方に共通するバックグラウンドとなっている。
【００４２】
図１１に、上記の測定間隔でヒトの指の分光スペクトルを測定する場合の、各回の測定における順位相のインターフェログラムの一例を示す。図１１のグラフの横軸はラインセンサ４６の画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。図１１のグラフには、各回の測定における順位相のインターフェログラムが互いに重ねて示されている。指の脈動が原因で透過光量が変動するため、図１１に示すように、各回の測定における順位相のインターフェログラムが上下にずれて重なっている。また、図１２には、図１１に示すインターフェログラムの測定において、測定開始から最初の５０ｍｓｅｃ経過後に測定された順位相のインターフェログラムとバックグラウンドの一例を示す。図１２のグラフの横軸はラインセンサ４６の画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。
【００４３】
図１２に示す例では、基準となるバックグラウンドに対して、係数（一例として１．０５８とする）を用いて算出したバックグラウンドは、順位相のインターフェログラムと重なっている。すなわち、順位相のインターフェログラムのバックグラウンドを適切に反映した形状となっているのがわかる。図１２に示す例では、順位相のインターフェログラムの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値に対するバックグラウンドの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値の比は１．０３６であり、他の回の測定の場合を含めると、当該比は、１．０２５〜１．０４５の範囲内である。ただし、当該比の範囲はこれに限られない。
【００４４】
すなわち、図１２に示す例では、算出されたバックグラウンドの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値は、順位相のインターフェログラムの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値に対して５％以内で重なる。また、図１３に、図１１に示す順位相のインターフェログラムをそのままフーリエ変換して算出した分光スペクトルの一例を示す。図１３のグラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光量を表す。この場合の分光スペクトルのグラフ形状は、ノイズが含まれているために凹凸のある形状である。
【００４５】
図１４に、本実施形態の上記の説明に従って測定を行い、各回の測定において、順位相のインターフェログラムから、対応するバックグラウンドを差し引いて得た位相差インターフェログラムの一例を示す。図１４のグラフの横軸は画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。また、図１５には、図１４のグラフに例示する位相差インターフェログラムをフーリエ変換して算出した分光スペクトルの一例を示す。図１５のグラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光量を表す。また、図１６に、ヒトの指を測定試料として、従来の測定方法により測定される分光スペクトル、すなわち、偏光子を回転させつつ指に照射された光の透過光の順位相および逆位相のインターフェログラムの時間平均を測定し、さらに双方のインターフェログラムを差分して得られるインターフェログラムをフーリエ変換することで算出される分光スペクトルの一例を示す。図１６のグラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光量を表す。
【００４６】
図１５のグラフと図１６のグラフからわかるように、本実施形態の上記の説明に従って得られる分光スペクトル（図１５）の形状は、ノイズのない滑らかな形状となり、従来の測定方法によって得た分光スペクトル（図１６）の形状とよく一致していることがわかる。このことから、本実施形態のように動きのある測定試料に対する分光スペクトルを測定する場合でも、測定装置１の光学的構成を従来の測定装置の光学的構成よりも安価なものとしつつ測定精度が低下する懸念なく測定を行うことができる。
【００４７】
以上より、本実施形態では、ヒトの指の測定に際しては、偏光子の回転を行わずに、順位相のインターフェログラムを所定の時間間隔で複数回測定するが、それでも、各回の測定における順位相のインターフェログラムに対応するバックグラウンドを精度よく推定して差し引くことができ、結果として、各回の測定における分光スペクトルを精度よく算出することができる。すなわち、本実施形態の測定装置１によれば、ヒトの指に照射された光の透過光の分光スペクトルが脈動によって経時的に変化する様子も精度よく測定することができることがわかる。
【００４８】
以上が本実施形態に関する説明であるが、上記の測定装置の構成や分光スペクトルの算出方法は、上記の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と同一性を失わない範囲内において種々の変更が可能である。
【００４９】
例えば、上記の実施形態において、基準となるバックグラウンドの取得に用いる模擬試料には任意の試料を選択することができるが、分光スペクトルの形状や散乱特性が測定試料と類似している試料を選択することが好ましく、測定試料と同じ試料を選択することがより好ましい。
【００５０】
また、上記の実施形態で測定する分光スペクトルは、測定試料の反射光、透過光、散乱光、蛍光、発光などのいずれであってもよい。また、上記の実施形態で測定する分光スペクトルの波長範囲は、４００〜２５００ｎｍが好ましく、従来の測定装置の光学的構成よりも安価なものにできる観点から、特に９００〜１７００ｎｍがより好ましい。
【００５１】
また、基準となるバックグラウンドに乗じる係数は、順位相のインターフェログラムと基準となるバックグラウンドの測定における、ラインセンサ４６の特定の画素（番号）における画素値の比を用いてもよいし、特定の画素の周辺にある複数の画素の画素値の平均値の比を用いてもよいし、ラインセンサ４６の全画素の画素値の平均値の比を用いてもよいし、係数を乗じた後の基準となるバックグラウンドと順位相のインターフェログラムとの残差平方和を最小にする最小二乗法によって決定してもよい。バックグラウンドが、順位相のインターフェログラムとより重なるように、基準となるバックグラウンドに乗ずべき係数を決定できるという観点から、特に最小二乗法を用いるのがより好ましい。
【００５２】
さらに、上記の実施形態では、最初に模擬試料を用いて基準となるバックグラウンドを測定し、続いて測定試料の順位相のインターフェログラムを測定するが、最初に測定試料の順位相のインターフェログラムを測定し、続いて模擬試料を用いて基準となるバックグラウンドを測定してもよい。
【００５３】
また、測定試料の順位相のインターフェログラムの代わりに逆位相のインターフェログラムを測定し、逆位相のインターフェログラムを用いて基準となるバックグラウンドに乗じる係数を決定し、測定試料の逆位相のインターフェログラムからバックグラウンドを差分して位相差インターフェログラムを算出してもよい。
【００５４】
また、偏光子の偏光軸を回転により変更する場合、手動による回転機構を備えていれば本発明の測定方法を実施できるため、モーターなどの機構を用いなくてもよい。また、基準となるバックグラウンドを取得した後は偏光子を回転させずに分光スペクトルの測定を行うことができるため、偏光子を繰り返し回転することで測定精度が低下する懸念もない。さらには、高価な複合偏光子やエリアセンサを使用することなく、動きのある試料に対しても分光スペクトルをリアルタイムで測定できる。例えば、上記の通りヒトの指の透過光の分光スペクトルが脈動によって時間変化する様子を測定することもでき、その分光スペクトルの時間変化から血液の吸収スペクトルを算出できるため、本発明は、中性脂肪やコレステロール、血糖値、HbA1cといった血中成分を非侵襲で測定するのにも有用である。
【符号の説明】
【００５５】
４０    分光器
４１、４４    偏光子
４６    ラインセンサ
５０    算出装置
【図１】
2019039421.tif 000004
【図２】
2019039421.tif 000005
【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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【国際調査報告】
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2019039421.tif 000021
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