(57)【要約】【課題】干渉分光法を利用した被験体の二次元反射スペクトルを高い精度で取得すること。【解決手段】光源Ｌから発せられ且つ標準反射板にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＡ、及び光源Ｌから発せられ且つ被験体１１としてのヒトの皮膚又はヒト皮膚表面付着物にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＢを、それぞれ近赤外二次元フーリエ分光法によって測定し、パワースペクトルＡ及びＢから被験体１１の反射スペクトルを求める方法である。パワースペクトルＡの測定において、標準反射板として、ヒト皮膚に近い反射率を持つ標準反射板を用いる。パワースペクトルＡ及びＢの測定において、皮膚表面組成の解析に足る波長域及び波長分解能のスペクトルの取得に適した光路長差及びサンプリング間隔を用い、ヒトの動作を制限可能な時間内にパワースペクトルＡ及びＢを測定する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられ且つ標準反射板にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＡ、及び光源から発せられ且つ被験体としてのヒトの皮膚又はヒト皮膚表面付着物にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＢを、皮膚表面組成の解析に足る波長域及び波長分解能のスペクトルの取得に適した光路長差及びサンプリング間隔、及びヒトの動作を制限可能な時間内に近赤外二次元フーリエ分光法によって測定し、パワースペクトルＡ及びＢから該被験体の反射スペクトルを求める方法。
【請求項２】
前記標準反射板として反射率が３％以上３０％以下のものを用いる請求項１に記載の反射スペクトルの測定方法。
【請求項３】
前記光路長差が４０μｍ以上８００μｍ以下であり、且つ前記サンプリング間隔が２５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載の反射スペクトルの測定方法。
【請求項４】
前記標準反射板の反射率の逆数をパワースペクトルＡに乗じることで、パワースペクトルＣを算出するステップを更に有し、
パワースペクトルＣとパワースペクトルＢとの比率から前記被験体の反射スペクトルを求める請求項１ないし３のいずれか一項に記載の反射スペクトルの測定方法。
【請求項５】
前記ヒトの動作を制限可能な時間が５秒である、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の反射スペクトルの測定方法。
【請求項６】
前記被験体が顔である、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の反射スペクトルの測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元フーリエ分光法を用いた反射スペクトルの測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
美容カウンセリングを行う場合、被験者の顔をカメラで撮影し、その画像を元に顔の輪郭、凹凸、肌の色等を評価することがしばしば行われている。このような顔の撮影においては、顔面の凹凸によって照明の当たり方にむらが生じ、画像に陰影が写り、皮膚表面のシミやソバカス等の正確な評価が妨げられることがある。そこで、被写体の顔等に最適な照明環境を提供するために、顔全体や体全体を筐体やエンクロージャー等によって覆い、その内部において光源を照射する装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献２にも、被験者の顔を撮影するために用いられる顔撮影装置が記載されている。この装置は、被写体の顔全体の部分を収容し略球状の空間が形成された筐体と、筐体の空間内に光を照射する少なくとも２つの光源と、光源による光が照射された顔全体の部分を撮影する撮像手段とを有するものである。光源は、球状の面において被写体の左右対称の位置にそれぞれ１又は複数配置されている。
【０００４】
これらの技術とは別に、生体成分を非侵襲で精度よく測定できる分光計測装置が提案されている（特許文献３参照）。同文献においては、手の平を測定対象として近赤外光を照射し、干渉分光法によって近赤外光スペクトルを二次元的に取得している。同文献に記載の装置によれば、例えば静脈パターンを認識することで、生体膜表層の血管領域の近赤外二次元分光像をより明確に取得できると、同文献には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５１７５０号公報
【特許文献２】特開２００９−２４５３９３号公報
【特許文献３】特開２００８−３０９７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２に記載されているような肌の評価技術において、特許文献３に記載されている近赤外光二次元スペクトルを得ようとする場合、干渉分光法の測定条件によっては測定を正確に行えない場合がある。
【０００７】
したがって本発明の課題は、干渉分光法を利用した近赤外二次元分光法の技術の改良にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決すべく本発明者が鋭意検討した結果、反射スペクトルを得るために必要なレファレンスのパワースペクトルの測定条件をコントロールすることが有効であることを知見した。
【０００９】
本発明は前記の知見に基づきなされたものであり、光源から発せられ且つ標準反射板にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＡ、及び光源から発せられ且つ被験体としてのヒトの皮膚又はヒト皮膚表面付着物にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＢを、それぞれ近赤外二次元フーリエ分光法によって測定し、パワースペクトルＡ及びＢから該被験体の反射スペクトルを求める方法であって、
パワースペクトルＡの測定において、前記標準反射板として、ヒト皮膚に近い反射率を持つ標準反射板を用い、
パワースペクトルＡ及びＢの測定において、皮膚表面組成の解析に足る波長域及び波長分解能のスペクトルの取得に適した光路長差及びサンプリング間隔を用い、ヒトの動作を制限可能な時間内にパワースペクトルＡ及びＢを測定する、反射スペクトルの測定方法を提供することにより前記の課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、干渉分光法を利用した被験体の二次元反射スペクトルを高い精度において、所定の時間内で取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の測定方法においてスペクトルを測定するための測定系を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明で用いられる分光システムの概略的なシステム構成図である。
【図３】図３は、固定ミラー部及び可動ミラー部の反射面における物体光の照射分布を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、インターフェログラムを示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すインターフェログラムをフーリエ変換したスペクトルの波形図である。
【図５】図５（ａ）ないし（ｃ）はそれぞれ、インターフェログラムの生成原理を説明するための図である。
【図６】図６（ａ）ないし（ｃ）はそれぞれ、位相シフターの動作を示す説明図である。
【図７】図７は、実施例２で得られた反射スペクトル（吸光度表示）である。
【図８】図８は、比較例１で得られた反射スペクトル（吸光度表示）である。
【図９】図９は、実施例３において反射スペクトルを測定するための測定系を示す模式図である。
【図１０】図１０は、実施例３で取得された反射スペクトルと角度θとの関係を示すグラフである。
【図１１】図１１（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ実施例３で取得された、波長と角度θとの関係を示す検量線である。
【図１２】図１２（ａ）は、実施例３で得られた、角度補正後の水の吸光度の強度分布を示す画像であり、図１２（ｂ）は、角度補正前の水の吸光度の強度分布を示す画像である。
【図１３】図１３は、実施例４の測定方法においてスペクトルを測定するための測定系を示す模式図である。
【図１４】図１４は、実施例４で用いた光学フィルタの近赤外光透過特性を示すグラフである。
【図１５】図１５は、実施例４で用いた光源の光が光学フィルタを透過した後のスペクトルを示すグラフである。
【図１６】図１６は、実施例４で得られた近赤外光のパワースペクトルを示すグラフである。
【図１７】図１７は、光学フィルタを用いて実施例４で得られた反射スペクトル（吸光度表示）である。
【図１８】図１８は、光学フィルタを用いずに実施例４で得られた反射スペクトル（吸光度表示）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。本発明は、近赤外光を被験体に照射し、反射光のスペクトルを測定する方法に関するものである。近赤外光とは波長が約８００ｎｍから約２５００ｎｍまでの範囲の電磁波のことである。
【００１３】
本発明における測定の対象である被験体はヒトの皮膚又は／及びヒト皮膚表面付着物である。皮膚の部位に特に制限はなく、測定に支障がない限り身体の任意の部位を被験体に供することができる。例えば、顔、腕、背中、脚などを測定対象とすることができるが、好ましくは顔である。ヒト皮膚表面付着物としては、例えば皮脂、汗、化粧料、及び汚れなどが挙げられる。
【００１４】
本発明の測定は非医療目的で行われる。非医療目的の具体例としては、美容カウンセリング、ユーザーの化粧品の選択、化粧品の開発、おむつや生理用品の開発、衣料の開発、皮膚用洗浄料の開発、及び顧客とのコミュニケーション用の情報交換手段の開発などが挙げられるが、これらに限られない。
【００１５】
被験体は、その測定対象面となる外面が平面（すなわち二次元形状）であってもよく、あるいは凹凸を有する三次元形状をしていてもよい。
【００１６】
本発明の測定方法は、被験体に照射された近赤外光の反射スペクトルを測定して、被験体における測定対象面における反射スペクトルを二次元的に取得することに係る。反射スペクトルを二次元的に取得するとは、例えば測定対象面（この面は完全な平面の二次元的な面でもよく、あるいは凹凸を有する三次元的な面でもよい。）の任意の位置での座標を（ｘｉ、ｙｉ）とし（ｉは測定対象面における座標の数を示し、１からｎまでの数をとる。）、その座標（ｘｉ、ｙｉ）での近赤外光の波長域での反射スペクトルをＰｉとしたとき、（ｘ１、ｙ１）から（ｘｎ、ｙｎ）までのすべての座標での反射スペクトルＰ１からＰｎまでを取得することをいう。したがって、単位面積に含まれる座標（ｘｉ、ｙｉ）の数が多いほど、解像度の高い測定が可能となる。
【００１７】
本発明においては、光源から発せられ且つ標準反射板にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＡ、及び光源から発せられ且つ被験体にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＢを、それぞれ干渉分光法である近赤外二次元フーリエ分光法によって測定する。被験体としては、上述のとおりヒトの皮膚が用いられる。そして、パワースペクトルＡ及びＢから被験体の反射スペクトルを測定する。パワースペクトルＡ及びＢから被験体の反射スペクトルを求める場合には、パワースペクトルＢ／パワースペクトルＡの算出式を用いることができる。
【００１８】
被験体は、光源から発せられた多波長の近赤外光照明下に配置される。光源としては、多波長の近赤外光の照射が可能なものであれば、その種類に特に制限はない。そのような光源の例としては、近赤外光の波長域に連続スペクトルを有するハロゲンランプなどが挙げられる。
【００１９】
測定に際しては、光源とともに検出器を含む分光システムが配置され、これらと被験体とで測定系が構成される。測定系の一例を図１に示す。同図に示すとおり、分光システム１０における検出器の配置位置は、光源Ｌから被験体１１に照射された近赤外光の反射光を検出可能な位置であれば特に制限はない。一般的には、被験体１１に対して、分光システム１０を正面の位置に配置することが、正確な反射スペクトルの測定の点から好ましい。分光システム１０に備えられる検出器としては、近赤外光の検出が可能な装置として、当該技術分野において知られているものを特に制限なく用いることができ、その例としてはＩｎＧａＡｓやＰｂＳｅなどが挙げられる、特にInGaAs/GaAsSb type-II量子井戸受光素子が好ましい。光源Ｌとしては、例えばリング状光源を用いることができる。この場合、被験体１１はリング状光源Ｌの内部に位置するように、両者の位置関係を調整する。
【００２０】
なお図１においては、光源Ｌから発せられた近赤外光の照射位置に被験体１１が配置されており、この配置状態においては、パワースペクトルＢが測定される。一方、パワースペクトルＡを測定する場合には、被験体１１を配置する位置に、該被験体１１に代えて標準反射板（図示せず）を配置すればよい。標準反射板は、被験体１１にて反射した光に対するレファレンスの光を生じさせるために用いられるものであり、それによってレファレンスの標準反射板の反射率に対する被験体の相対反射率を求めることができる。
【００２１】
干渉分光法に用いられてきたこれまでの標準反射板は、一般に、照射する光の波長域において反射率が１００％又はそれに近いものであった。これとは対照的に、本発明においては、標準反射板として、ヒトの皮膚に近い反射率を持つ反射率既知の標準反射板を用いている。ヒトの皮膚の反射率は、身体の部位や人種等によってある程度のばらつきはあるものの、通常３％以上３０％以下の範囲である。したがって、本発明で用いる標準反射板はその反射率が３％以上３０％以下であることが好ましく、１０％以上２０％以下であることが更に好ましい。標準反射板の反射率は、波長１０００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の範囲で測定された値であり、また、反射率の測定は、積分球を用いる、全光束測定システム等で測定された値である。
【００２２】
標準反射板としてはヒトの皮膚に近い反射率を持つ反射率既知の標準反射板を用いることで、反射率が１００％又はそれに近い標準反射板を用いる場合に比べて、パワースペクトルＢを一層精密に測定し得ることが本発明者の検討の結果判明した。皮膚の近赤外光の反射率が上述のとおり約３％〜約３０％であるところ、反射率が同等の反射板を標準板として用いることで、皮膚計測に対して最適な光量でパワースペクトルＡ及びパワースペクトルＢを取得することが可能となる。一方、反射率１００％の反射板を用いた場合には、皮膚計測に適した光量で撮影を行った場合、検出器の検出範囲を超えてしまうため、パワースペクトルＡを取得することができない場合がある。そのため、１００％反射板の測定に適した光量での計測が必要となり、十分な光量での皮膚計測が困難であるため、パワースペクトルＢのＳＮ（シグナル／ノイズ比）が低下する傾向にある。
【００２３】
上述の範囲の反射率を有する標準反射板を構成する物質としては、例えば樹脂、紙、カーボン紙、モデル皮膚、人工皮膚、プラスチック板、無機粒子を均一に塗布した板、ガラス板、金属メッシュなどが挙げられる。樹脂の中で特に、スペクトラロン（ラブスフィア社製）は、広い波長範囲で一定の反射率を有することから、特に望ましい。スペクトラロンはポリ四フッ化エチレンの粉末を押し固めベーキングした物品である。紙としては、黒及び灰色の画用紙などが好適に用いられる。カーボン紙としては、カーボン紙、プラスチックカーボン紙及びノーカーボン紙などが好適に用いられる。モデル皮膚としては、バイオスキン及び切除皮膚などが好適に用いられる。プラスチック板としては、ポリプロピレン、ポリエチレン及びポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂並びに熱硬化性樹脂などが好適に用いられる。無機粒子を均一に塗布した板としては、硫酸バリウム、二酸化チタン、炭酸カルシウム、及び二酸化ケイ素などを均一に塗布した板が好適に用いられる。金属メッシュとしては、金、アルミ等の金属のワイヤを網目状に編んだものなどが好適に用いられる。
【００２４】
本発明において、パワースペクトルＡ及びパワースペクトルＢを測定するには、干渉分光法を利用して、これらのスペクトルを二次元的に取得する。パワースペクトルＡ及びパワースペクトルＢの二次元的な取得には、例えば図２に示す分光システム１０を用いることができる。同図に示す分光システム１０は、光源から標準反射板又は被験体に照射された近赤外光の反射光を、第１及び第２の光に分離する分割光学系と、第１及び第２の光をほぼ同一点に導き干渉像を形成する結像光学系と、第１及び第２の光の光学光路長差を伸縮する光路長差伸縮手段とを備えている。同図に示す分光システム１０を用いた反射スペクトルの二次元的な取得方法は以下のとおりである。
【００２５】
光源Ｌから標準反射板又は被験体１１に対して光が照射されることにより該標準反射板又は被験体１１の一輝点から多様な方向に向かって放射状に生じる散乱光や蛍光発光等の光線群（「物体光」ともいう）は、図２に示す分光システム１０を構成する一部材である対物レンズ１２に入射し、平行光束へ変換される。対物レンズ１２は、レンズ駆動機構１３によって光軸方向に移動可能に構成されている。レンズ駆動機構１３は、対物レンズ１２の合焦位置を走査するためのもので、例えばピエゾ素子により構成することができる。
【００２６】
対物レンズ１２を透過した後の光束は完全な平行光束である必要はない。対物レンズ１２を透過した後の光束は、一つの輝点から生じた光線群を二分割又はそれ以上に分割できる程度に広げることができればよい。尤も、より高い分光計測精度を得るためにはできるだけ平行光束とすることが望ましい。
【００２７】
対物レンズ１２を透過してきた平行光束は位相シフター１４に到達する。位相シフター１４は光路長差伸縮手段として機能するものである。位相シフター１４は、矩形板状の固定ミラー部１５と、その中央の開口部（図示せず）に挿入された円柱状の可動ミラー部１６とを備えている。固定ミラー部１５及び可動ミラー部１６の表面は光学的に平坦であり、且つ分光システム１０が計測対象とする光の波長域を反射可能な光学鏡面となっている。
【００２８】
以下の説明では、位相シフター１４に到達した光束のうち固定ミラー部１５の反射面に到達して反射される光束を固定光線群、可動ミラー部１６の反射面に到達して反射される光束を可動光線群ともいう。これらの部材によって、光源から標準反射板又は被験体に照射された近赤外光の反射光を、第１及び第２の光に分離する分割光学系が構成される。
【００２９】
固定ミラー部１５及び可動ミラー部１６は、駆動ステージ（図示せず）上に設置されている。駆動ステージは、例えば静電容量センサーを具備する圧電素子から構成されており、制御部１７からの制御信号を受けて矢印Ａ方向に沿って進退可能になっている。これにより、可動ミラー部１６は光の波長に応じた精度で矢印Ａ方向に沿って移動する。
【００３０】
位相シフター１４は、対物レンズ１２からの平行光束の光軸に対して固定ミラー部１５及び可動ミラー部１６の反射面が４５度傾くように配置されている。駆動ステージ（図示せず）は、可動ミラー部１６の反射面の光軸に対する傾きを４５度に維持した状態で可動ミラー部１６を移動させる。このような構成により、可動ミラー部１６の光軸方向の移動量は、駆動ステージの移動量の１／√２となる。また、固定光線群と可動光線群の二光束間の相対的な位相変化を与える光路長差は、可動ミラー部１６の光軸方向の移動量の２倍となる。
【００３１】
このように固定ミラー部１５及び可動ミラー部１６を斜めに配置すれば、光線を分岐するためのビームスプリッタが不要となるため、物体光の利用効率を高くすることができる。また、可動ミラー部１６を傾けたことにより、駆動ステージの移動量に対する可動ミラー部１６の光軸方向の移動量が小さくなるため、ステージ移動誤差の分光計測精度への劣化の影響を小さくできる。
【００３２】
位相シフター１４に到達し、固定ミラー部１５及び可動ミラー部１６の反射面にて反射した固定光線群及び可動光線群は、それぞれ結像レンズ２２により収束されて検出部１８の結像面に入る。この部分が、第１及び第２の光をほぼ同一点に導き干渉像を形成する結像光学系を構成する。検出部１８は例えば複数の画素からなる受光素子を備えた二次元ＣＣＤカメラから構成されている。この受光素子が、干渉像の光強度を検出する手段として機能する。受光素子は平面内にわたり二次元的に配置されており、それによって被験体の表面における反射スペクトルの二次元分布が取得可能になっている。固定ミラー部１５の反射面と可動ミラー部１６の反射面は、検出部１８の結像面で２つの光線群の集光位置がずれない程度の精度で平行に構成されている。
【００３３】
前記構成を有する分光システム１０の光学的作用について説明する。まず、蛍光や散乱光など初期位相が必ずしも揃っていない光線群が、対物レンズ１２と結像レンズ２２を経て検出部１８の結像面で位相が揃った波として一つの点に集光し、輝点像（干渉像）を形成する光学モデルに基づいて説明する。
【００３４】
前述したように、標準反射板又は被験体１１の一輝点にて反射した光線群は、対物レンズ１２を経て位相シフター１４の固定ミラー部１５及び可動ミラー部１６の表面に到達する。このとき、図３に示すとおり、固定ミラー部１５の表面及び可動ミラー部１６の表面に光線群が二分割されて到達する。なお、固定ミラー部１５の表面に到達した光線群、すなわち固定光線群と、可動ミラー部１６の表面に到達した光線群、すなわち可動光線群の光量がほぼ等しくなるように、可動ミラー部１６の表面の面積は設定されているが、固定光線群及び可動光線群の一方あるいは両方の光路に減光フィルタを設置して相対的な光量差を調整し、光量の均等化を行うことも可能である。
【００３５】
固定ミラー部１５及び可動ミラー部１６の表面にて反射した光線群は、それぞれ固定光線群及び可動光線群として結像レンズ２２に入射し、検出部１８の結像面において干渉像を形成する。このとき、標準反射板又は被験体１１にて反射した光線群には様々な波長の光が含まれる（且つ各波長の光の初期位相が必ずしも揃っていない）ことから、可動ミラー部１６を移動させて固定光線群と可動光線群との光路長差を変化させることにより、図４（ａ）に示すようなインターフェログラムと呼ばれる結像強度変化（干渉光強度変化）の波形が得られる。つまり、干渉分光法によるインターフェログラムが、検出部１８に備えられた画素ごとに取得される。図４（ａ）は検出部１８の一つの画素におけるインターフェログラムである。なお、図４（ａ）において、横軸は可動ミラー部１６の移動に伴う固定光線群と可動光線群間の光路長差を示し、縦軸は結像面上の一点における結像強度を示す。
【００３６】
取得された各インターフェログラムをフーリエ変換することにより、標準反射板又は被験体１１の一輝点にて反射した光の波長ごとの相対強度である分光特性を画素ごとに取得することができる（図４（ｂ）参照）。そして検出部１８のすべての画素において分光特性を得ることで、光源Ｌから発せられ且つ標準反射板にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＡ、及び被験体１１にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＢの二次元分光計測が行われる。前記のインターフェログラムの生成、及び該インターフェログラムのフーリエ変換によるスペクトルの取得は、処理部としての制御部１７で行われるか、又は制御部１７に接続された演算部（図示せず）によって行われる。
【００３７】
ここで、インターフェログラムの生成原理について説明する。まず、測定波長が単一波長の光の場合の光路長差と干渉光強度との関係について図５（ａ）ないし（ｃ）を参照しながら説明する。図５（ａ）ないし（ｃ）において、横軸は可動ミラー部の移動に伴う固定光線群と可動光線群間の相対的な光路長差を示し、縦軸は検出部の一つの画素における結像強度を示している。
【００３８】
図５（ａ）ないし（ｃ）は波長の長さが異なる３種類の単色光（λａ＞λｂ＞λｃ）の光路長差と干渉光強度との関係を示している。図５の中央付近に示す位相シフト原点（図中、一点鎖線で示す）は、図６（ｂ）に示す可動ミラー部１６の反射面が固定ミラー部１５の反射面と一致している状態をいう。可動ミラー部１６と固定ミラー部１５の反射面が一致しているときは、固定光線群と可動光線群に相対的な位相差が生じていない。つまり、これら二光線群の光線は結像面において位相が揃って到達するため、互いに強め合う。このため、結像面には明るい輝点が形成され、結像強度が大きくなる。
【００３９】
これに対して、可動ミラー部１６を図６（ｂ）に示す位置から移動して固定光線群と可動光線群との間に相対的な光路長差を生じさせると、この光路長差が半波長（λ／２）の奇数倍になった時点で弱め合う干渉条件となるため結像強度は小さくなる。また、光路長差が１波長の整数倍になると、二光束間の干渉条件が強め合う状態となり、結像強度が大きくなる。したがって、可動ミラー部１６を図６（ａ）から（ｂ）を経て（ｃ）の状態へと移動させて光路長差を順次変化させていくと、二光束間の干渉現象による結像強度は周期的に変化することになる。この結像強度変化の周期は、図５（ａ）ないし（ｃ）に示すように、波長が長い光の場合は長く、波長が短い光の場合は短くなる。
【００４０】
多波長の光を測定する分光システムでは、多様な長さの波長の干渉光強度変化が足し合わされた輝度値変化として検出されることになる。これが図６（ａ）に示すインターフェログラムである。固定光線群と可動光線群の相対的な光路長差がない位相シフト原点では、波長に依存せずに２光束は強め合うため、多波長の強度変化を足し合わせた測定値においても高い結像強度となる。しかし、光路長差が大きくなると、各波長の強度変化の周期が合わないため、多波長の強度変化を足し合わせても結像強度は大きくならない。このため、インターフェログラムは、光路長差が大きくなるに従い徐々に輝度値が小さくなっていく結像強度変化が観察される。このようにインターフェログラムは、単一波長の単周期結像強度変化が足し合わされた波形であることから、この波形データをフーリエ変換することにより波長ごとの相対強度である分光特性を取得することができる。
【００４１】
このようにして、パワースペクトルＡ及びＢが二次元的に取得されたら、被験体１１の表面における個々の位置における反射スペクトルを算出する。反射スペクトルの測定には、上述のとおり、パワースペクトルＢ／パワースペクトルＡの算出式を用いることができる。これによって、反射スペクトルが二次元的に取得される。この操作は、例えば図２に示す分光システム１０に備えられた制御部１７において行われるか、又は制御部１７に接続された演算部（図示せず）において行われる。
【００４２】
以上の測定方法におけるパワースペクトルＢの測定では、光路長差を増大することで、近赤外光の波長域における波長分解能を高めることが有利である。二次元フーリエ分光法において、例えば被験体であるヒトの皮膚表面組成の解析のために、皮膚に含まれる水分の量やその分布を、本発明の方法に従い二次元的に取得する場合には、該解析に用いる近赤外光の波長域における水の吸収帯に着目することが一般的である。そのような吸収帯は水のＯＨ伸縮倍音を含む１４５０ｎｍ付近、及び水のＯＨ伸縮結合音を含む１９５０ｎｍ付近がある。これらの吸収帯における吸収を正確に測定するためには、１００ｎｍ以下の波長分解能が必要とされる。ところで波長分解能は以下の式（１）で表される。
波長分解能＝（波長）２／最大光路長差                    ・・・（１）
したがって、皮膚表面組成の解析に足る波長域の一例である、１０００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の測定波長範囲において１００ｎｍ以下の波長分解能を得るためには、光路長差を４０μｍ以上に設定することが好ましく、８０μｍ以上に設定することが更に好ましい。なお、この光路長差は、先に述べた可動ミラー部１６の移動量（ストローク長）に√２を乗じた値である。これは可動ミラー部が４５度に設置されているためであり、可動ミラー部の設置角によって変わり得る。
【００４３】
またパワースペクトルＢの測定においては、測定するスペクトルの波長の半分以下のサンプリング間隔でインターフェログラムを測定することが好ましい。具体的には、測定範囲である１０００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の波長範囲のパワースペクトルを取得するには、最も短波長の１０００ｎｍの半分に相当する、５００ｎｍより狭い間隔でインターフェログラムをサンプリングすることが好ましい。
【００４４】
以上のように、パワースペクトルＢの測定においては、光路長差は４０μｍ以上、インターフェログラムのサンプリング間隔は５００ｎｍ以下で取得することが好ましいが、むやみな光路長差の増大やサンプリング間隔の短縮は、インターフェログラムを構成するポイント数の増大、すなわち撮影する画像の枚数の増大につながり、結果的に測定時間の増大をもたらす。この測定時間中に被験体が動くと測定の精度は大きく低下する。従って測定の精度を高めるためには、測定中にわたり被検体は静止状態であることが望ましい。しかし測定対象である被検体がヒトである場合、被検体であるヒトが自身の動作を制限可能な時間（以下、この時間のことを「静止可能時間」という。）は有限であるため、長い測定時間を設定することは測定の精度を悪化させることにつながる。
【００４５】
静止可能時間について本発明者が検討したところ、静止可能時間の上限は５秒程度であることが判明した。計測時間は以下の式（２）で表させる。
計測時間＝光路長差/サンプリング間隔/検出器サンプリング周波数・・（２）
式（２）より、計測時間が所定の静止可能時間よりも小さくなるように、検出器のサンプリング周波数、光路長差、サンプリング間隔を設定することができる。具体的には、現在、近赤外領域で入手できる最もサンプリング周波数が高い検出器（サンプリング周波数３２０Ｈz）を用いた場合の、光路長差、サンプリング間隔と、計測時間との関係を計算した結果を表１に示す。光路長差の下限に相当する４０μｍ、及びサンプリング間隔の上限に相当する５００ｎｍに相当する境界を太線で示した。更に、計測時間が５秒以内となるセルの背景を灰色で示した。光路長差の下限、サンプリング間隔の上限、及び計測時間の上限をすべて満たす領域を表１より探すことにより、好ましい光路長差域を４０μｍ以上８００μｍ以下、好ましいサンプリング間隔を２５ｎｍ以上５００ｎｍ以下、に設定することが必要であることが判明した。更に好ましくは、上記、光路長差、サンプリング間隔、検出器サンプリング周波数の関係式において、計測時間５秒以内、サンプリング周波数３２０Ｈｚの条件では、式（２）より、以下の式（３）を満たすことが必要である。
サンプリング間隔（ｎｍ）≧光路長差（μｍ）/１．６  ・・・（３）
ここで、光路長差域は４０μｍ以上、サンプリング間隔は５００ｎｍ以下である。
【００４６】
【表１】
2018054450.tif 000003
【００４７】
以上のとおりの条件でパワースペクトルＢが測定されたら、パワースペクトルＢと同一の光路長差、サンプリング間隔で別途に測定されたパワースペクトルＡと、パワースペクトルＢとを用いて上述のとおりの操作によって反射スペクトルを算出する。このとき、算出に先立ち、パワースペクトルＡの測定に用いた標準反射板の反射率の逆数をパワースペクトルＡに乗じることで、仮想的に反射率が１００％の反射板のパワースペクトルＣを算出する追加のステップを行うことが好ましい。具体的には、標準反射板の反射率が１０％でる場合は、０.１の逆数である１０をパワースペクトルＡに乗じ、パワースペクトルＣを算出する。そして、このようにして得られたパワースペクトルＣとパワースペクトルＢとの比率から、反射スペクトルを算出することが好ましい。この追加のステップを行うことで、最終的に得られる反射スペクトルを更に一層高精度なものとすることができる。
【００４８】
以上のとおりの本発明の測定方法は、例えば、ヒト皮膚又はヒト皮膚表面付着物を被験体として、非医療の目的で、皮膚表面付着物又は皮膚水分の分布状態の評価のために、皮膚の反射スペクトルを測定する場合に有用なものである。ヒト皮膚表面付着物としては、例えばヒトの皮膚の表面に施された化粧料などが挙げられるが、これに限られない。
【００４９】
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば前記実施形態では、近赤外光の光源としてリング状の光源を用いたが、光源の形状はこれに限られない。また、近赤外光の照射は直接的であっても、間接的であってもよい。例えば、先に述べた特許文献１及び２に記載の光源を用いることができる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「％」は「質量％」を意味する。
【００５１】
〔実施例１〕
図１及び図２に示す装置を用い、近赤外光の波長域でのヒトの顔の反射スペクトルを二次元的に測定した。測定装置は以下のとおりである。
・装置：結像型二次元フーリエ分光システム（アオイ電子株式会社製）
・光源：リング照明（ハロゲン電球×２０（三菱電機）、リング径φ３５０ｍｍ）
・対物レンズ：固定焦点レンズ（Ｆ１．４、１６ｍｍ、エドモンドオプティクス）
・分光系：
共役面格子：開口幅３０μｍ、遮光幅３０μｍ
分光ユニット内のレンズ：φ２５ｍｍ、焦点距離：１００ｍｍ
可動ミラーのストローク長：５０μｍ(光路長差：７０.７μｍ)
取得枚数：３２０枚
サンプリング間隔：２２０．９７ｎｍ
・検出系：
カメラ：ＣＶ−Ｎ８００（住友電気工業（株）、３２０×２５６ｐｉｘｅｌ）
露光時間：２．５ｍｓｅｃ、フレームレート：３２０Ｈｚ
積算回数：１回
計測時間：１秒
【００５２】
分光システム、光源、及び被験体の位置に標準反射板を図１に示すとおりに配置し、撮影を行い、光源から発せられ且つ標準反射板にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＡを干渉分光法によって測定した。標準反射板としては反射率が１０％であるラブスフィア社製のスペクトラロンを用いた。次いで、標準反射板を取り除き、それに代えて標準反射板を配置した位置にヒトの顔を配置し、顔にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＢを、干渉分光法によって測定した。顔は、あご台と額台で固定し、１秒ごとに１０回連続で計測を行った。得られたパワースペクトルＡ及びパワースペクトルＢから求められた反射スペクトルは、測定開始から５秒を超えた時点で鮮明度が低下した。これはヒトの動きの影響と考えられた。この結果から、被験者が静止可能な時間の上限は５秒であると結論づけられた。
【００５３】
〔実施例２〕
図１及び図２に示す装置を用い、近赤外光の波長域でのヒトの手の平の反射スペクトルを二次元的に測定した。測定装置は以下のとおりである。
・装置：結像型二次元フーリエ分光システム（アオイ電子株式会社製）
・光源：リング照明（ハロゲン電球×２０（三菱電機）、リング径φ３５０ｍｍ）
・対物レンズ：固定焦点レンズ（Ｆ１．４、１６ｍｍ、エドモンドオプティクス）
・分光系：
共役面格子：開口幅３０μｍ、遮光幅３０μｍ
分光ユニット内のレンズ：φ２５ｍｍ、焦点距離：１００ｍｍ
可動ミラーのストローク長：５０μｍ(光路長差：７０.７μｍ)
取得枚数：６４０枚
サンプリング間隔：１１０．４９ｎｍ
・検出系：
カメラ：ＣＶ−Ｎ８００（住友電気工業（株）、３２０×２５６ｐｉｘｅｌ）
露光時間：２．５ｍｓｅｃ、フレームレート：３２０Ｈｚ
積算回数：１回
計測時間：２秒
【００５４】
具体的には分光システム、光源、及び標準反射板を被験体の位置に図１に示すとおりに配置し、撮影を行い、光源から発せられ且つ標準反射板にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＡを干渉分光法によって測定した。標準反射板としては反射率が１０％であるラブスフィア製のスペクトラロン（SRS-10-020）を用いた。次いで、標準反射板に代えてヒトの手の平を配置し、手の平にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＢを、干渉分光法によって測定した。手の平にはその一部に化粧水（花王株式会社製のソフィーナボーテ（登録商標）化粧水  しっとりタイプ）を塗布しておき、塗布部についてのパワースペクトルＢ１、及び非塗布部についてのパワースペクトルＢ２をそれぞれ測定した。測定時間は５秒以下とした。得られたパワースペクトルＡ並びにパワースペクトルＢ１及びＢ２から求められた任意の一画素における反射スペクトル（吸光度表示）を図７に示す。反射スペクトル（吸光度表示）は、Ａ＝−ｌｏｇ１０（パワースペクトルＢ１／（パワースペクトルＡ＊１０））、Ａ＝−ｌｏｇ１０（パワースペクトルＢ２／（パワースペクトルＡ＊１０））の関係より算出した。同図に示すとおり、水のＯＨ伸縮倍音を含む１４５０ｎｍ付近での吸収ピークが、化粧水の塗布部と非塗布部とで相違しており、本発明の測定方法によって、皮膚表面組成の解析が可能であることが判る。
【００５５】
〔比較例１〕
実施例１において、標準反射板として、反射率が９９％であるスペクトラロン（SRS-99-020）を用いた。これ以外は実施例１と同様にして、手の平における化粧水の塗布部及び非塗布部の反射スペクトル（吸光度表示）を得た。その結果を図８に示す。同図に示すとおり、水のＯＨ伸縮倍音を含む１４５０ｎｍ付近での吸収ピークの頂点がつぶれた形状になり、化粧水の塗布部と非塗布部との識別が困難であることが判る。
【００５６】
〔実施例３〕
図１及び図２に示す装置を用いて、ヒトの顔面の皮膚の水分率を測定した。測定は、波長１４５０ｎｍでの水の吸光度を二次元的に測定し、測定結果を画像化することで行った。測定装置は以下のとおりである。
・装置：結像型二次元フーリエ分光システム（アオイ電子株式会社製）
・光源：リング照明（ハロゲン電球×２０（三菱電機）、リング径φ３５０ｍｍ）
・対物レンズ：固定焦点レンズ（Ｆ１．４、１６ｍｍ、エドモンドオプティクス）
・分光系：
共役面格子：開口幅３０μｍ、遮光幅３０μｍ
分光ユニット内のレンズ：φ２５ｍｍ、焦点距離：１００ｍｍ
可動ミラーのストローク長：５０μｍ(光路長差：７０.７μｍ)
サンプリング間隔：１１０．４９ｎｍ
・検出系：
カメラ：ＣＶ−Ｎ８００（住友電気工業（株）、３２０×２５６ｐｉｘｅｌ）
露光時間：２．５ｍｓｅｃ、フレームレート：３２０Ｈｚ
積算回数：１回
計測時間：２秒
【００５７】
具体的には、分光システム、光源、モデル被験体としてのヒトの手の甲を図９のように設置した。図９のように、平面部Ｓとしての手の甲の皮膚を分光システムに対して、０°以上９０°以下の間で１０°ずつ回転させ、撮影を行った。各角度θに対する、反射スペクトル（吸光度表示）を図１０に示した。角度θは、光軸Ｘの法線Ｎと平面部Ｓとのなす角度である。水の吸収のない１０００ｎｍ、水の吸収のある１４５０ｎｍにおける角度に対する反射スペクトル（吸光度表示）を図１１（ａ）及び（ｂ）に示した。図１１（ａ）及び（ｂ）に示す結果から、１０００ｎｍでは角度に対して、単調に吸光度が増大することが判った。一方、１４５０ｎｍでは６０°付近に極大を有した。また、どちらも三次の多項式でフィッティング可能であった。１０００ｎｍでの多項式及び１０００ｎｍでの吸光度に基づき、皮膚の角度の推定が可能である。更に、そのようにして得られた角度と、１４５０ｎｍでの多項式の関係から、角度に起因する吸光度の変化を補正することが可能となる。
【００５８】
分光システム、光源、被験体の位置に標準反射板を図１に示すとおりに配置し、撮影を行い、光源から発せられ且つ標準反射板にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＡを干渉分光法によって測定した。標準反射板としては反射率が１０％であるラブスフィア製のスペクトラロンを用いた。次いで、標準反射板に代わり、ヒトの顔面を置いて撮影を行った。得られた各ピクセルの１０００ｎｍの吸光度から、前記１０００ｎｍの多項式に基づき、各ピクセルの角度を算出した。得られた各ピクセルの角度から、前記１４５０ｎｍの多項式に基づき、１４５０ｎｍの吸光度の補正を行った。１４５０ｎｍと１０００ｎｍの吸光度の差を算出し、強度画像を作成した（図１２（ａ））。角度補正なし（図１２（ｂ））と比較すると、角度補正によって、鼻などの凹凸のある場所での強度のむらが解消されたことが判る。
【００５９】
〔実施例４〕
図２及び図１３に示す装置を用いて、化粧水を塗布した後のヒトの顔面の皮膚における水分率を測定した。図１３中、符号Ｆは光学フィルタを表す。測定は、近赤外光の波長域での水の反射スペクトル（吸光度表示）を二次元的に測定し、測定結果を画像化することで行った。測定装置は以下のとおりである。
・装置：結像型二次元フーリエ分光システム（アオイ電子株式会社製）
・光源：リング照明（ハロゲン電球×２０）、光源のスペクトルを図９に示す。
・光学フィルタ：図１４に示す透過特性を有するもの（誘電多層膜、朝日分光株式会社製）、光学フィルタを透過後の光源のスペクトルを図１５に示す。
・対物レンズ：固定焦点レンズ（Ｆ１．４、１６ｍｍ、エドモンドオプティクス）
・分光系：
共役面格子：開口幅３０μｍ、遮光幅３０μｍ
分光ユニット内のレンズ：φ２５ｍｍ、焦点距離：１００ｍｍ
可動ミラーのストローク長５０μｍ(光路長差：７０.７μｍ)
サンプリング間隔：１１０．４９ｎｍ
・検出系：
カメラ：ＣＶ−Ｎ８００（住友電気工業（株）、３２０×２５６ｐｉｘｅｌ）
露光時間：２．５ｍｓｅｃ、フレームレート：３２０Ｈｚ
積算回数：１回
計測時間：２秒
【００６０】
分光システム、光源、及び被験体の位置に標準反射板を図１３に示すとおりに配置し、撮影を行い、光源から発せられ且つ標準反射板にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＡを干渉分光法によって測定した。標準反射板としては反射率が１０％であるラブスフィア製のスペクトラロンを用いた。次いで、標準反射板に代えて化粧水塗布直後のヒト顔面を配置し、ヒト顔面にて反射した多波長の近赤外光のパワースペクトルＢを、干渉分光法によって測定した。任意の一画素における結果を図１６に示す。得られたパワースペクトルＡ及びＢから求められた反射スペクトル（吸光度表示）を図１７に示す。また、光学フィルタを用いずに得られた反射スペクトル（吸光度表示）を参考例として図１８に示す。図１７と図１８との対比から明らかなとおり、光学フィルタを用いた図１７においては、水に特徴的な吸収帯である１４５０ｎｍ付近及び１９５０ｎｍ付近の双方に吸収ピークが観察される。これに対して、光学フィルタを用いていない図１８においては、１９５０ｎｍ付近に観察されるべき吸収ピークが観察されていない。
【符号の説明】
【００６１】
１０  分光システム
１１  被験体
１２  対物レンズ
１３  レンズ駆動機構
１４  位相シフター
１５  固定ミラー部
１６  可動ミラー部
１７  制御部
１８  検出部
２２  結像レンズ
Ｌ  光源
【図１】
2018054450.tif 000004
【図２】
2018054450.tif 000005
【図３】
2018054450.tif 000006
【図４】
2018054450.tif 000007
【図５】
2018054450.tif 000008
【図６】
2018054450.tif 000009
【図７】
2018054450.tif 000010
【図８】
2018054450.tif 000011
【図９】
2018054450.tif 000012
【図１０】
2018054450.tif 000013
【図１１】
2018054450.tif 000014
【図１２】
2018054450.tif 000015
【図１３】
2018054450.tif 000016
【図１４】
2018054450.tif 000017
【図１５】
2018054450.tif 000018
【図１６】
2018054450.tif 000019
【図１７】
2018054450.tif 000020
【図１８】
2018054450.tif 000021