(57)【要約】【課題】有機物の空間的な分布を分析できる有機物分析装置を提供する。【解決手段】有機物分析装置１は、有機物１００の第１成分に反射されやすい第１波長範囲の光を含む第１光線２０１の群である第１光線群２００を照射可能な照射部１３と、有機物１００が反射した光が形成する像を検出する検出部２０と、有機物１００が配置されていない基準状態において照射部１３が照射し反射された第１光線群２００が形成する第１基準像群、および、有機物１００が配置された配置状態において照射部１３が照射し反射された第１光線群２００が形成する第１像群を用いて第１成分の空間的な分布を分析する分析部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物の第１成分に反射されやすい第１波長範囲の光を含む第１光線の群である第１光線群を照射可能な照射部と、
前記有機物が反射した光が形成する像を検出する検出部と、
前記有機物が配置されていない基準状態において前記照射部が照射し反射された前記第１光線群が形成する第１基準像群、および、前記有機物が配置された配置状態において前記照射部が照射し反射された前記第１光線群が形成する第１像群を用いて前記第１成分の空間的な分布を分析する分析部と、を備える
有機物分析装置。
【請求項２】
前記第１光線は、前記有機物の第２成分に反射されやすい第２波長範囲の光を含み、
前記分析部は、前記第１基準像群と第１像群とを用いて前記第２成分の空間的な分布を分析する
請求項１に記載の有機物分析装置。
【請求項３】
前記照射部は、前記第１波長範囲の光を含む第２光線の群である第２光線群を照射可能であり、
前記有機物が配置される配置部を備え、
前記基準状態は、前記配置部に前記有機物が配置されていない状態であり、
前記分析部は、前記基準状態において反射された前記第２光線群が形成する第２基準像群と、前記配置状態において前記有機物および前記配置部が反射した前記第２光線群が形成する第２像群とをさらに用いて前記第１成分の空間的な分布を分析する
請求項２に記載の有機物分析装置。
【請求項４】
前記照射部は、前記第１波長範囲の光を含む第１光を照射可能であり、
前記基準状態において前記配置部が反射した前記第１光が形成する第１光像は、前記第１基準像群と異なる形状または面積であり、
前記分析部は、前記第１光像と前記第１像群とを用いて前記第１成分の空間的な分布を分析する
請求項３ｘに記載の有機物分析装置。
【請求項５】
前記分析部は、前記第１成分の空間的な分布を用いて前記第１成分の量を求める
請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機物分析装置。
【請求項６】
有機物に光を照射する照射部と、
前記照射部により照射され、前記有機物により反射された光を検出する複数の検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記有機物に含まれる成分の空間的な分布を分析する分析部と、を備える
有機物分析装置。
【請求項７】
前記照射部は、前記有機物の第１成分に反射されやすい第１波長範囲の光と、前記有機物の第１成分に透過されやすい第２波長範囲の光とを照射可能であり、
前記検出部が検出した、前記第１波長範囲の光と前記第２波長範囲の光とに基づいて、前記第１成分の空間的な分布を分析する分析部と、を備える
請求項６に記載の有機物分析装置。
【請求項８】
前記検出部が検出した前記第２波長範囲の光の情報を記憶する記憶部を備え、
前記分析部は、前記記憶部に記憶された前記第２波長範囲の光の情報と、前記検出部により検出された前記第１波長範囲の光とに基づいて、前記第１成分の空間的な分布を分析する、
請求項７に記載の有機物分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品や人体等の有機物に対して近赤外線を照射し、タンパク質、炭水化物、脂質等の成分量を分析する有機物分析装置が知られている。特許文献１は、有機物分析装置の一例として、食品のカロリー測定装置を開示している。特許文献１の測定装置は、食品に近赤外光を照射する照射部、および、食品により反射された光を受光する受光部を備える。この測定装置は、受光した光に基づいて食品の吸光度を算出し、算出した吸光度に基づいて食品のタンパク質等の成分を測定し、食品のカロリーを算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２２４１２号公報
【特許文献２】特開２０１５−２００６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記測定装置によれば、分析結果である被分析物の成分等の情報を、平面的な分布として得ることができるが、空間的な分布としては得られない。被分析物の空間的な分布は、被分析物の体積、および、体積と比重から導かれる被分析物の重量を推定するための情報となり得る。このため、分析精度について向上の余地がある。
【０００５】
本発明の目的は、有機物の空間的な分布を分析できる有機物分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従う有機物分析装置の一形態は、有機物の第１成分に反射されやすい第１波長範囲の光を含む第１光線の群である第１光線群を照射可能な照射部と、前記有機物が反射した光が形成する像を検出する検出部と、前記有機物が配置されていない基準状態において前記照射部が照射し反射された前記第１光線群が形成する第１基準像群、および、前記有機物が配置された配置状態において前記照射部が照射し反射された前記第１光線群が形成する第１像群を用いて前記第１成分の空間的な分布を分析する分析部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
上記有機物分析装置は、有機物の空間的な分布を分析できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の有機物分析装置の構成図。
【図２】図１の２−２線の断面図。
【図３】図１の検出部の構成を示す模式図。
【図４】第１基準像群の一例を示す図。
【図５】図１の有機物に対する第１１像の一例を示す図。
【図６】図１の有機物に対する第１２像の一例を示す図。
【図７】第１実施形態の分析ユニットのブロック図。
【図８】第１関係を示す図。
【図９】第２関係を示す図。
【図１０】分析部の分析した結果の一例を示す図。
【図１１】表示部の表示結果の一例を示す図。
【図１２】第２実施形態の第２１像の一例を示す図。
【図１３】第３実施形態の第１光線群を照射した状態の第１成分の断面図。
【図１４】第３実施形態の第２光線群を照射した状態の第１成分の断面図。
【図１５】第４実施形態の第１光像の一例を示す図。
【図１６】第４実施形態の合成像の一例を示す図。
【図１７】第５実施形態のブロック図。
【図１８】第５実施形態の光強度と時刻との関係を示す図。
【図１９】第１変形例の検出部の構成を示す模式図。
【図２０】第２変形例の検出部の構成を示す模式図。
【図２１】図２０の格子状フィルタおよび受光センサの拡大図。
【図２２】第３変形例の検出部の構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（有機物分析装置が取り得る形態の一例）
〔１〕本発明に従う有機物分析装置の一形態は、有機物の第１成分に反射されやすい第１波長範囲の光を含む第１光線の群である第１光線群を照射可能な照射部と、前記有機物が反射した光が形成する像を検出する検出部と、前記有機物が配置されていない基準状態において前記照射部が照射し反射された前記第１光線群が形成する第１基準像群、および、前記有機物が配置された配置状態において前記照射部が照射し反射された前記第１光線群が形成する第１像群を用いて前記第１成分の空間的な分布を分析する分析部と、を備える。
【００１０】
有機物に第１光線群を照射すると、有機物の第１成分の空間的な分布の高低に応じて検出部が検出する像の大きさが変化する。上記有機物分析装置によれば、有機物が配置されていない基準状態の第１基準像群、および、有機物が配置された配置状態の第１像群により、有機物の第１成分の空間的な分布を分析することができる。
【００１１】
〔２〕前記有機物分析装置の一例によれば、前記第１光線は、前記有機物の第２成分に反射されやすい第２波長範囲の光を含み、前記分析部は、前記第１基準像群と第１像群とを用いて前記第２成分の空間的な分布を分析する。
【００１２】
上記有機物分析装置によれば、有機物が第１成分に加えて第２成分をさらに含むような場合に、第２成分に反射される光を照射することにより、第２成分の空間的な分布を分析できる。
【００１３】
〔３〕前記有機物分析装置の一例によれば、前記照射部は、前記第１波長範囲の光を含む第２光線の群である第２光線群を照射可能であり、前記有機物が配置される配置部を備え、前記基準状態は、前記配置部に前記有機物が配置されていない状態であり、前記分析部は、前記基準状態において反射された前記第２光線群が形成する第２基準像群と、前記配置状態において前記有機物および前記配置部が反射した前記第２光線群が形成する第２像群とをさらに用いて前記第１成分の空間的な分布を分析する。
【００１４】
上記有機物分析装置によれば、第１光線群が照射されない有機物の第１成分の部分を、第２光線群により分析できる。このため、第１成分の空間的な分布の分析精度を向上させることができる。
【００１５】
〔４〕前記有機物分析装置の一例によれば、前記照射部は、前記第１波長範囲の光を含む第１光を照射可能であり、前記基準状態において前記配置部が反射した前記第１光が形成する第１光像は、前記第１基準像群と異なる形状または面積であり、前記分析部は、前記第１光像と前記第１像群とを用いて前記第１成分の空間的な分布を分析する。
【００１６】
上記有機物分析装置によれば、第１光像は、第１基準像群と異なる形状または面積である。このため、第１光像と第１像群とに基づいて、第１光像および第１像群とは異なる擬似的な像を得ることができる。
【００１７】
〔５〕前記有機物分析装置の一例によれば、前記分析部は、前記第１成分の空間的な分布を用いて前記第１成分の量を求める。
上記有機物分析装置によれば、第１成分の空間的な分布により、第１成分が占める体積を推定できる。推定した第１成分の体積により、第１成分の量を分析できる。
【００１８】
〔６〕本発明に従う有機物分析装置の一形態は、有機物に光を照射する照射部と、前記照射部により照射され、前記有機物により反射された光を検出する複数の検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記有機物に含まれる成分の空間的な分布を分析する分析部と、を備える。
【００１９】
複数の検出部の配置される位置は異なるため、各検出部の検出する光による像や輝度等は、それぞれ異なる。このため、各検出部の検出結果を組み合わせることにより、有機物に含まれる成分の空間的な分布が分析できる。
【００２０】
〔７〕前記有機物分析装置の一例によれば、前記照射部は、前記有機物の第１成分に反射されやすい第１波長範囲の光と、前記有機物の第１成分に透過されやすい第２波長範囲の光とを照射可能であり、前記検出部が検出した、前記第１波長範囲の光と前記第２波長範囲の光とに基づいて、前記第１成分の空間的な分布を分析する分析部と、を備える。
【００２１】
第１成分に反射されやすい光と第１成分に透過されやすい光とを有機物に照射することにより、第１成分が多く含まれる層の内部の状態がわかる。このため、第１成分の空間的な分布を分析できる。
【００２２】
〔８〕前記有機物分析装置の一例によれば、前記検出部が検出した前記第２波長範囲の光の情報を記憶する記憶部を備え、前記分析部は、前記記憶部に記憶された前記第２波長範囲の光の情報と、前記検出部により検出された前記第１波長範囲の光とに基づいて、前記第１成分の空間的な分布を分析する。
【００２３】
検出部が同時には第１波長範囲の光および第２波長範囲の光の一方しか検出できない場合に、第２波長範囲の光の検出結果を記憶部に記憶しておくことにより、前記第１成分の空間的な分布を分析できる。
【００２４】
（第１実施形態）
図１を参照して、有機物分析装置１の概略構成について説明する。有機物分析装置１は、測定ユニット１０および分析ユニット６０を備える。測定ユニット１０および分析ユニット６０は、接続ケーブル２を介して電気的に接続されている。
【００２５】
測定ユニット１０は、有機物１００に関する情報を測定する。測定ユニット１０は、筐体１１、配置部１２、照射部１３、および、検出部２０を備える。筐体１１の扉（図示略）が閉じられた場合、筐体１１内に設けられる配置部１２、照射部１３、および、検出部２０が遮光される。図示される例では、有機物１００は、食品である。有機物１００は、例えば、人体であってもよい。その場合、筐体１１には孔（図示略）が設けられ、被分析者は、孔を通して分析部分を筐体１１内に配置する。
【００２６】
配置部１２は、有機物１００が配置される部分である。配置部１２は、金属製、テフロン（登録商標）製等である。配置部１２に光が照射された場合、その反射光が有機物１００の分析対象成分に吸収されにくく、波長範囲毎の吸光度が安定している材質が好ましい。図示される例では、配置部１２は、金属製である。なお、配置部１２は、筐体１１の内面に限られず、有機物１００が配置される皿、容器、シート等であってもよい。
【００２７】
照射部１３は、光源１４、レンズ１５、および、第１マスク１６を含む。図示される例では、有機物１００は、照射部１３の下方に、照射部１３から離して配置されている。また、有機物１００は、照射部１３に接触させて配置されてもよい。
【００２８】
光源１４は、例えば、ハロゲンランプである。光源１４は、例えば、７００ｎｍ〜２５００ｎｍの近赤外光を含む光を照射可能である。光源１４の照射は、連続的であってもよいし、間欠的であってもよい。
【００２９】
レンズ１５は、凸レンズであり、光源１４が照射した光を平行光に変換する。レンズ１５は、光源１４と配置部１２との間に配置される。また、レンズ１５の構成は、任意に変更可能である。凹レンズまたは度数の異なる凸レンズにより、光源１４が照射した光を、拡散または集光してもよい。また、レンズ１５は、分析に使用しない波長範囲の光を通過させないフィルタ機能を有していてもよい。この場合、有機物１００が、光の照射により加熱されにくくなる。
【００３０】
第１マスク１６は、例えば、複数の孔１６Ａが開けられた板である。図示される例では、第１マスク１６には、大きさが等しい円形状の孔１６Ａが碁盤の目状に規則的に形成されている。第１マスク１６は、レンズ１５と配置部１２との間に配置される。また、孔１６Ａの形状は、楕円状、三角形状、四角形状、または、任意の形状であってもよい。また、複数の孔１６Ａの配置は、任意に変更可能である。複数の孔１６Ａは、縞状、格子状、または、不規則な配置であってもよい。また、第１マスク１６の構成は、任意に変更可能である。第１マスク１６は、孔１６Ａ以外の部分の光を完全に遮断しない光学フィルタで構成され、光量または特定の波長の光を制限してもよい。第１マスク１６は、一部の領域を高速に切り替え可能なシャッターや、光の透過度を変更可能な液晶画面等であってもよい。
【００３１】
照射部１３は、第１光線群２００を生成する。第１光線群２００は、第１光線２０１の群である。第１光線２０１は、光源１４から照射され、レンズ１５および第１マスク１６の各孔１６Ａを通過する光線である。また、照射部１３は、第１マスク１６を備えない構成に変更可能である。第１例は、複数の半導体レーザ照射装置である。第２例は、液晶プロジェクタである。
【００３２】
有機物１００は、２種類の成分、すなわち、第１成分および第２成分を含む。また、有機物１００は、第１成分のみを含んでもよいし、３種類以上の成分を含んでもよい。有機物１００は、第１成分層１１０および第２成分層１２０を含む。第１成分層１１０および第２成分層１２０は、例えば、炭水化物、脂肪、タンパク質、水、糖質、食物繊維等であり、これらの成分のうち少なくとも１つを含む。なお、各成分層１１０、１２０はその他の成分を全く含まないのではなく、主にその成分から構成されていればよい。図示される例では、第１成分層１１０は、主として、炭水化物により構成される。第２成分層１２０は、主として、タンパク質により構成される。
【００３３】
第１成分層１１０は、有機物１００の外面を構成し、例えば、四角錐台状である。第１成分層１１０は、頂面１１１、第１側面１１２、第２側面１１３、第３側面１１４、第４側面１１５、および、底面１１６を含む。第２成分層１２０は、例えば、直方体状であり、頂面１２１、第１側面１２２、第２側面１２３、第３側面１２４、第４側面１２５、および、底面１２６を含む。第２成分層１２０は、第１成分層１１０に覆われている。
【００３４】
図２に示されるように、第１光線２０１は、第１波長範囲の光（以下「第１波長光２１１」）および第２波長範囲の光（以下「第２波長光２２１」）を含む。第１波長光２１１は、第１成分層１１０の表面および内部において反射され、特に第１成分層１１０の頂面１１１、および、各側面１１２〜１１５において反射されやすい。
【００３５】
第２波長光２２１は、第１成分層１１０により反射されにくく、第１成分層１１０を透過しやすい。第２波長光２２１は、第２成分層１２０の表面および内部にて反射され、特に第２成分層１２０の頂面１２１において反射されやすい。
【００３６】
図３に示されるように、検出部２０は、集光部３０、分光部４０、および、受光センサ５０を備える。検出部２０は、有機物１００の上方に位置し、配置部１２または有機物１００が反射した光（以下「反射光２１０」）が形成する像を検出する。
【００３７】
集光部３０は、反射光２１０を集光する。集光部３０は、集光レンズ３１および反射部３２を備える。集光レンズ３１は、凸レンズであり、反射光２１０を集光する。反射部３２は、鏡であり、集光レンズ３１により集光された反射光２１０を分光部４０に導く。
【００３８】
分光部４０は、集光部３０により集光された反射光２１０から有機物１００の成分に関する波長の光を分光する。分光部４０は、第１分光部４１、第２分光部４２、および、第３分光部４３を備える。各分光部４１〜４３は、特定の波長の光のみを反射し、他の波長の光を透過する回折格子の分光器である。各分光部４１〜４３は、互いに異なる特定の波長の光のみを反射する。これらの特定の波長は、成分が既知である有機物に関する複数の試料に対する実験等により決定される。このように、有機物の各成分は、分光部４０により種類分けされる。また、各分光部４１〜４３の数は４以上であってもよい。
【００３９】
第１分光部４１は、有機物１００の成分のうちの、例えば、炭水化物と相関する９８０ｎｍ前後の波長の光を選択的に反射する。第２分光部４２は、有機物１００の成分のうちの、例えば、タンパク質と相関する９１０ｎｍ前後の波長の光を選択的に反射する。第３分光部４３は、有機物１００の成分のうちの、例えば、脂質と相関する９３０ｎｍ前後の波長の光を選択的に反射する。
【００４０】
なお、第1分光部４１、第２分光部４２、第３分光部４３のいずれかは、水の波長である９４０〜９６０ｎｍの波長の光を選択的に反射する構成としてもよい。また、波長８８０ｎｍ付近のいずれの成分にも影響されにくい波長の光を選択的に反射する構成としてもよい。これにより、基準像に対しての光量の変化を調べることにより、その他の成分の光量変化が、内部散乱による光路の距離減衰によるものなのか、成分における吸収により光量が減少したものかがわかり、各成分の含有量をより正確に測定することができる。
【００４１】
受光センサ５０は、分光部４０により分光された光を受光する。受光センサ５０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサである。受光センサ５０は、第１受光センサ５１、第２受光センサ５２、および、第３受光センサ５３を含む。第１受光センサ５１は、第１分光部４１において反射した光を受光する。第２受光センサ５２は、第２分光部４２において反射した光を受光する。第３受光センサ５３は、第３分光部４３において反射した光を受光する。
【００４２】
各受光センサ５１〜５３の受光面には、複数の受光素子５４が格子状に配置されている。受光素子５４の材質は、一例として、近赤外領域において幅広く感度を持つシリコン、インジウム、ガリウム、および、ヒ素等が用いられる。各受光素子５４は、受光した光の受光量を検出する。また、受光素子５４の配置は、格子状に限られず、任意に変更可能である。例えば、受光素子５４は一列に配置され、受光センサ５０を移動させることによりまたは、移動可能な鏡を介することにより、第１光線群２００の各第１光線２０１を受光する。受光素子５４の素子数を少なくし、コストを下げる効果が得られる。
【００４３】
図４は、配置部１２に有機物１００が配置されていない基準状態における第１受光センサ５１の検出結果である。検出部２０は、基準状態における第１基準像群２３０の画像情報を検出可能である。第１基準像群２３０は、第１基準像２３１を含む。第１基準像２３１は、基準状態において配置部１２が反射した第１光線群２００の第１光線２０１が形成する像である。第１受光センサ５１により検出される第１基準像２３１は、第１光線２０１のうちの第１波長光２１１が形成する像である。第１基準像２３１は、第１マスク１６の形状に対応するように、円形状である。各第１基準像２３１は、碁盤の目状に規則正しく並び、それぞれの大きさも等しい。このように、第１基準像群２３０は、幾何学的な形状を有している。なお、基準状態における第２受光センサ５２および第３受光センサ５３の検出結果も、第１受光センサ５１の検出結果と同様である。
【００４４】
図５は、配置部１２に有機物１００が配置されている配置状態における第１受光センサ５１の検出結果である。二点鎖線は、第１成分層１１０の空間的な分布を示す仮想線である。なお、空間的分布とは、上記二点鎖線に限定されるものではなく、２次元又は３次元における成分の分布を示すものである。
【００４５】
検出部２０は、配置状態における第１像群２４０の画像情報を検出可能である。第１像群２４０は、第１像２４１を含む。第１像２４１は、配置状態において配置部１２および有機物１００が反射した第１光線群２００の第１光線２０１が形成する像である。第１像２４１は、第１波長光２１１が形成する第１１像２５１、および、第２波長光２２１が形成する第１２像２６１に分けられる。また、第１受光センサ５１は、第１１像２５１を検出する。
【００４６】
第１１像２５１は、頂面１１１の第１１像２５２、第１側面１１２の第１１像２５３、第２側面１１３の第１１像２５４、第３側面１１４の第１１像２５５、第４側面１１５の第１１像２５６、および、配置部１２の第１１像２５８に分けられる。頂面１１１の第１１像２５２は、有機物１００の頂面１１１により反射された第１波長光２１１の像である。第１側面１１２の第１１像２５３は、有機物１００の第１側面１１２により反射された第１波長光２１１の像である。第２側面１１３の第１１像２５４は、有機物１００の第２側面１１３により反射された第１波長光２１１の像である。第３側面１１４の第１１像２５５は、有機物１００の第３側面１１４により反射された第１波長光２１１の像である。第４側面１１５の第１１像２５６は、有機物１００の第４側面１１５により反射された第１波長光２１１の像である。配置部１２の第１１像２５８は、配置部１２により反射された第１波長光２１１の像である。頂面１１１の第１１像２５２の大きさは、第１基準像２３１（図４参照）の大きさに比べて大きい。このため、第１成分層１１０の頂面１１１は、配置部１２よりも高い位置に存在していると推定できる。
【００４７】
図６は、配置状態における第２受光センサ５２の検出結果である。二点鎖線は、第２成分層１２０の空間的な分布を示す仮想線である。第１２像２６１は、頂面１２１の第１２像２６２、底面１１６の第１２像２６７、および、配置部１２の第１２像２６８に分けられる。頂面１２１の第１２像２６２は、有機物１００の頂面１２１により反射された第２波長光２２１の像である。底面１１６の第１２像２６７は、有機物１００の底面１１６により反射された第２波長光２２１の像である。配置部１２の第１２像２６８は、配置部１２により反射された第２波長光２２１の像である。頂面１２１の第１２像２６２の大きさは、第１基準像２３１（図４参照）の大きさに比べて大きい。このため、第２成分の頂面１２１は、配置部１２よりも高い位置に存在していると推定できる。また、頂面１２１の第１２像２６２の大きさは、頂面１１１の第１１像２５２（図５参照）の大きさに比べて小さい。このため、第２成分層１２０の頂面１２１は、第１成分層１１０の頂面１１１の高さよりも低い位置に存在していると推定できる。
【００４８】
図７を参照して、分析ユニット６０の構成について説明する。分析ユニット６０は、記憶部６１、分析部６２、および、表示部６３を備える。記憶部６１は、例えば、フラッシュメモリであり、分析ユニット６０による分析に必要な情報を記憶し、分析結果等を記憶する。第１例として、記憶部６１は、第１成分層１１０または配置部１２の分析対象部分から検出部２０までの距離Ｄと、第１１像２５１または第１基準像２３１の面積Ｓや形状との関係（以下「第１関係」、図８参照）を示す情報を記憶している。距離Ｄが長くなれば面積Ｓが広くなる。第１関係は、予め実験等により決められている。第２例として、記憶部６１は、第１成分層１１０または配置部１２の分析対象部分に沿う平面と配置部１２とのなす角度と、第１１像２５１または第１基準像２３１の楕円率との関係（以下「第２関係」、図９参照）を示す情報を記憶している。第２関係は、予め実験等により決められている。第３例として、記憶部６１は、予め測定された第１基準像群２３０の情報を記憶している。第４例として、記憶部６１は、第１成分層１１０の分析対象部分の角度と、各第１１像２５１の間隔との関係を記憶している。第５例として、記憶部６１は、分析に必要な中間情報を記憶している。例えば、記憶部６１は、第２波長光２２１の情報を記憶する。検出部２０が同時には第１波長光２１１および第２波長光２２１の一方しか検出できない場合に、分析部６２は、記憶部６１に記憶された第２波長光２２１の情報と、検出部２０により検出された第１波長光２１１とに基づいて、第１成分の空間的な分布を分析できる。
【００４９】
分析部６２は、例えば、マイクロコンピュータであり、接続ケーブル２により検出部２０と接続されている。分析部６２は、第１基準像群２３０の情報、および、第１像群２４０の情報を用いて、有機物１００の第１成分および第２成分の空間的な分布を分析する。
【００５０】
表示部６３は、例えば、液晶画面である。表示部６３は、選択操作が可能な機器であるタッチパネルとしての機能を備える。表示部６３には、分析部６２により分析された分析結果、および、記憶部６１が記憶している過去の分析結果等が表示される。
【００５１】
図１０を参照して、分析部６２の分析方法の一例について説明する。まず、分析部６２は、第１基準像群２３０の任意の第１基準像２３１（図４参照）について、面積を算出する。分析部６２は、算出した第１基準像２３１の面積および第１関係に基づいて、検出部２０と配置部１２との距離Ｄ１を求める。
【００５２】
次に、分析部６２は、第１像群２４０の分析対象の第１１像２５１について、面積および楕円率を算出する。分析部６２は、算出した第１１像２５１の面積および第１関係に基づいて、分析対象の第１１像２５１から検出部２０までの距離Ｄ２を求める。分析部６２は、距離Ｄ１および距離Ｄ２により、分析対象の第１１像２５１の高さＨを求める。第１像群２４０の分析対象の第１１像２５１の楕円率が異なる場合には、分析部６２は、算出した第１１像２５１の楕円率および第２関係に基づいて、配置部１２との角度θ１を求める。この計算が第１像群２４０の第１１像２５１全てについて行われ、第１成分層１１０の空間的な分布が求められる。
【００５３】
次に、分析部６２は、第１像群２４０の分析対象の第１２像２６１について、面積および楕円率を算出する。第１１像２５１に関する計算と同様の計算が第１像群２４０の第１２像２６１全てについて行われ、第２成分層１２０の空間的な分布が求められる。
【００５４】
図１１は、第１成分層１１０についての表示部６３の表示の一例である。図１１の各マスは、第１像群２４０の各第１１像２５１に対応している。表示部６３は、分析部６２が求めた各第１１像２５１の結果（図１０参照）に応じて、各マスの表示を変更するように処理を行う。表示部６３は、第２成分層１２０についても同様の表示を行うことができる。また、表示部６３は、第１成分層１１０および第２成分層１２０の断面図の表示を行うことができる。
【００５５】
また、本実施形態では、有機物１００に照射された光の像の面積や形状等に基づいて、照射部１３から有機物１００までの距離や配置部１２との傾き等を測定することができるため、ある成分を含んだ有機物１００の形状を測定することもできる。
【００５６】
（第２実施形態）
第２実施形態では、照射部１３は、第２光線群３００をさらに照射する点において、第１実施形態と相違する。その他の点において、第２実施形態の有機物分析装置１は、第２実施形態の有機物分析装置１と実質的に同じ構成を備える。
【００５７】
照射部１３は、第１マスク１６に加え、第２マスク（図示略）をさらに備える。第２マスクは、第１マスク１６と同様に複数の孔が開けられた板であり、第１マスク１６と交換可能である。第２マスクの孔の位置は、第１マスク１６の孔１６Ａの位置から所定の距離だけオフセットされている。所定の長さは、例えば、第１マスク１６の孔１６Ａの間の距離の半分である。また、第２マスクの孔の形状、孔のオフセット量、および、各孔の位置は、任意に変更可能である。なお、第１マスク１６を光の透過度を変更可能な液晶画面で構成した場合、第２マスクを設けずに第２光線群３００を生成することができる。
【００５８】
第２マスクが取り付けられた照射部１３は、第２光線群３００（図１４参照）を生成する。第２光線群３００は、第２光線３０１の群（図１４参照）である。第２光線３０１は、第１波長範囲の光（以下「第１波長光３１１」）を含む。第２光線群３００は、第１光線群２００とは別に照射される。
【００５９】
図１２は、配置状態において有機物１００に第２光線群３００を照射したときの第１受光センサ５１の検出結果である。検出部２０は、配置状態における第２像群３４０の画像情報を検出可能である。第２像群３４０は、第２像３４１を含む。第２像３４１は、配置状態において配置部１２および有機物１００が反射した第２光線群３００の第２光線３０１が形成する像である。第２像３４１は、第１波長光３１１が形成する第２１像３５１を含む。第１受光センサ５１は、第２１像３５１を検出する。
【００６０】
第２マスクの孔の位置がオフセットされていることにより、第２１像３５１は、第１１像２５１以外の場所からも検出される。このため、第１光線群２００による分析結果と第２光線群３００による分析結果とを併用することにより、有機物１００の第１成分のより詳細な空間的分布を分析することができる。
【００６１】
また、第１光線群２００および第２光線群３００の照射される領域は、任意に変更可能である。有機物１００の反射率が高い場合、例えば、豆腐またはゼリーである場合、一部の受光素子５４の光量が飽和するおそれがある。そこで、第１マスク１６の孔１６Ａを、光量が飽和した受光素子５４の領域に対して、光量を制限して第１光線群２００を照射するように設定する。第２マスクの孔を、光量が飽和しなかった受光素子５４の領域に対して、第２光線群３００を照射するように設定する。有機物分析装置１は、このように設定された第１光線群２００および第２光線群３００を組み合わせて分析することにより、受光素子５４の光量を飽和させにくくする。
【００６２】
（第３実施形態）
第３実施形態では、有機物１００が第１成分層１１０に代えて、光が内部に浸透しやすい第１成分の層（以下「第１成分層１１０Ａ」）を分析する点において第２実施形態と相違する。その他の点において、第３実施形態の有機物分析装置１は、第２実施形態の有機物分析装置１と実質的に同じ構成を備える。
【００６３】
図１３は、第１光線群２００の第１波長光２１１が照射された第１成分層１１０Ａを示す断面図である。第１成分層１１０Ａは、第１成分層１１０に比して光が内部に浸透しやすい点のみが異なる。検出部２０は、第１成分層１１０Ａの表面で反射した光である表面反射光２１２、および、第１成分層１１０Ａの内部で反射した光である内部反射光２１３を検出する。図示される例において、頂面１１１の分析対象部分における表面反射光２１２および内部反射光２１３は、反射した場所の高さが異なるが、検出部２０はどちらも第１１像として検出する。
【００６４】
図１４は、第２光線群３００の第１波長光３１１が照射された第１成分層１１０Ａを示す断面図である。なお、第１光線群２００による内部反射光２１３は、本来は図１４には存在しないが、理解のために図示している。検出部２０は、第１成分層１１０Ａの表面で反射した光である表面反射光３１２、および、第１成分層１１０Ａの内部で反射した光である内部反射光３１３を検出する。
【００６５】
照射部１３と検出部２０とは配置位置が異なるため、検出部２０が検出する内部反射光２１３と、表面反射光３１２とは、軌道が近くなる場合がある。第１光線群２００と第２光線群３００とを併用して分析することにより、第１光線群２００による第１１像２５１から内部反射光２１３を除くことができ、表面反射光２１２の割合を高めやすい。このため、第１成分層１１０Ａの表面を分析しやすく、第１成分の空間的な分布をより正確に分析しやすい。
【００６６】
（第４実施形態）
第４実施形態では、照射部１３は、第１光をさらに照射する点において、第１実施形態と相違する。その他の点において、第４実施形態の有機物分析装置１は、第１実施形態の有機物分析装置１と実質的に同じ構成を備える。
【００６７】
照射部１３は、第１光を生成する。第１光は、例えば、第１マスク１６を取り外して光源１４を発光させることにより照射される。第１光は、第１光線群２００とは別に照射される。
【００６８】
図１５は、第１光を有機物１００に照射した場合における第１光が形成する像（以下「第１光像４１０」）を示す図である。検出部２０の第１受光センサ５１の検出範囲の全面に渡って、第１光像４１０が検出されている。第１光像４１０は、第１基準像群２３０よりも面積が広い。第１光の光量が多いため、第１光像４１０は、受光センサ５０により検出されやすい場合がある。また、第１光像４１０の形状は、任意に変更可能である。第１光像４１０が欠けている部分があってもよい。
【００６９】
図１６は、第１光像４１０と第１像群２４０（図５参照）との差分により得られた合成像４１１である。合成像４１１は、第１像群２４０の照射部分を非照射部分に反転した像である。分析部６２は、このような擬似的な像を得ることができる。
【００７０】
（第５実施形態）
第５実施形態では、変調部１８をさらに備える点において第１実施形態と相違する。その他の点において、第５実施形態の有機物分析装置１は、第１実施形態の有機物分析装置１と実質的に同じ構成を備える。
【００７１】
図１７に示されるように、有機物分析装置１は、変調部１８を備える。変調部１８は、例えば、光源１４に加えられる電圧を変化させ、照射部１３が配置部１２に照射する光を変調する機器である。変調部１８は、レンズ１５の有機物１００側に取り付けられた、高速に切り替え可能なシャッター、または、光の透過度を変更可能な液晶画面であってもよい。また、図示される例では、照射部１３は、第１マスク１６を備えていないが、第１マスク１６を備えていてもよい。
【００７２】
図１８は、光源１４に加えられる電圧の変化により、照射部１３が正弦波に変調された光Ｉを照射する場合の光強度Ｉ（ｔ）と時刻ｔの関係を示す図である。なお、光Ｉは、第１波長範囲の光を含んでいる。実線は、照射部１３が照射した光Ｉを表している。一点鎖線は、配置状態において第１成分層１１０の分析対象部分により反射された光Ｙの、受光素子５４における光強度Ｙ（ｔ）を表している。二点鎖線は、基準状態において上記の受光素子５４が受光した光Ｘの光強度Ｘ（ｔ）を表している。ここで、照射部１３が照射した光Ｉの光強度Ｉ（ｔ）は、［１］式で表される。
【００７３】
【数１】
2018132396.tif 000003
ただし、ｔは時刻、Ａは光Ｉの振幅、Ｂはバイアス成分、Ｔは変調周期、θは光Ｉの位相である。図示される例では、変調周期Ｔは、例えば、３μ秒である。
【００７４】
また、検出部２０が検出した光Ｘの光強度Ｘ（ｔ）は、［２］式で表される。
【００７５】
【数２】
2018132396.tif 000004
ただし、ｔｘは光Ｘの伝搬時間、Ａｘは光Ｘの振幅、θｘは光Ｘの位相である。
【００７６】
また、伝搬時間ｔｘは、［３］式で表される。
【００７７】
【数３】
2018132396.tif 000005
ただし、Ｃは光速、Ｄｘは配置部１２を経由した照射部１３から第１受光センサ５１までの距離である。
【００７８】
また、検出部２０が検出した光Ｙの光強度Ｙ（ｔ）は、［４］式で表される。
【００７９】
【数４】
2018132396.tif 000006
ただし、ｔｙは光Ｙの伝搬時間、Ａｙは光Ｙの振幅、θｙは光Ｙの位相である。
【００８０】
また、伝搬時間ｔｙは、［５］式で表される。
【００８１】
【数５】
2018132396.tif 000007
ただし、Ｄｙは第１成分層１１０の分析部分を経由した照射部１３から第１受光センサ５１までの距離である。
【００８２】
分析部６２は、光強度Ｘ（ｔ）および光強度Ｙ（ｔ）の情報を、検出部２０から受信する。分析部６２は、所定の時間間隔ごとの光強度Ｘ（ｔ）および光強度Ｙ（ｔ）から、［２］式および［４］式に基づいて、位相θｘおよび位相θｙを算出する。所定の時間間隔は、例えば、変調周期Ｔの４分の１である。
【００８３】
分析部６２は、位相θｘ、位相θｙ、および、［２］〜［５］式に基づいて、距離Ｄｘと距離Ｄｙとの差を算出する。距離Ｄｙは、第１成分層１１０の分析部分の高さを含む情報である。このため、分析部６２は、第１成分の空間的な分布を精度良く算出することができる。
【００８４】
また、位相θｘおよび位相θｙを算出する所定の時間間隔を短くすると、第１成分の空間的な分布の精度を高めることができる。
また、光Ｘの振幅Ａｘは、距離Ｄｘによる減衰により、光Ｉの振幅Ａに比較して小さい。光Ｙの振幅Ａｙは、光Ｘの振幅Ａｘに比較して小さい場合がある。この場合、第１波長範囲の光が、別の成分により吸収されたと推定される。このため、有機物１００に第１成分とは別の成分が含まれていると推定することができる。なお、光の種類ごとの吸収波長は、記憶部６１に記憶されている。この吸収波長は、予め水や牛脂等の試料をスペクトルメータで測定し吸光度を算出すること、または、試料を化学分析してＰＬＳ法等の統計的手法を用いて算出すること等により求められる。
【００８５】
また、光Ｉは、正弦波への変調に限られず、例えば、パルス波や三角波等であってもよい。光Ｉがパルス波である場合、立ち上がり時刻および立ち下がり時刻の間隔等により、距離Ｄｘおよび距離Ｄｙが算出される。
【００８６】
（変形例）
上記各実施形態に関する説明は本発明に従う有機物分析装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う有機物分析装置は実施形態以外に例えば以下に示される上記各実施形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。
【００８７】
・有機物分析装置１は、有機物１００により反射された光を検出する複数の検出部２０を備えていてもよい。一例では、有機物分析装置１は、検出部２０を２つ備える。各検出部２０は、それぞれ異なった位置に取り付けられる。各検出部２０の検出する光による像や輝度等は、それぞれ異なる。このため、各検出部２０の検出結果を組み合わせることにより、有機物１００の空間的な分布を分析できる。
【００８８】
・有機物分析装置１は、複数の照射部１３を備えていてもよい。一例では、有機物分析装置１は、照射部１３を２つ備える。各照射部１３は、それぞれ異なった位置に取り付けられる。一方の照射部１３をオンし他方の照射部をオフした場合と、一方の照射部１３をオフし他方の照射部をオンした場合とで、検出部２０の検出する光は、それぞれ像や輝度等が異なる。このため、それぞれの場合の検出部２０の検出する光を組み合わせることにより、有機物１００の空間的な分布を分析できる。
【００８９】
・分析部６２は、分析した第１成分層１１０の空間的な分布に基づいて、第１成分層１１０の体積を求めることができる。
・分析部６２は、第１成分層１１０の体積、および、記憶部６１に記憶された第１成分層１１０の密度、比重等により、第１成分の量を求めることができる。
【００９０】
・有機物１００が食品である場合、分析部６２は、第１成分の量に基づいてカロリーを求めることができる。有機物分析装置１は、第１成分の空間的な分布を分析しカロリーを算出しているため、空間的な分布を分析しない場合に比較して、より正確な結果を算出できる。
【００９１】
・測定ユニット１０は、配置部１２を移動および回転させる機構を有していてもよい。配置部１２に配置された有機物１００に対して、複数の方向から光を照射し、検出部２０により検出できるため、第１成分の空間的分布の分析精度が向上する。
【００９２】
・検出部２０および照射部１３の少なくとも一方を、移動または回転させる機構を有していてもよい。すなわち、検出部２０および照射部１３の少なくとも一方と有機物１００との位置関係は、固定でなくてもよい。例えば、Ｘ線ＣＴスキャンやＭＲＩ等で行われるように上記機構により移動または回転させて、空間的形状をより鮮明に取得してもよい。
【００９３】
・検出部２０の構成は、任意に変更可能である。図１９に示される第１変形例では、検出部２０は、分光部４０に代えて所定の波長範囲の光を選択的に透過させる複数のフィルタ２１およびフィルタ切替部２２を備える。フィルタ２１のいずれかは、集光レンズ３１により集光された反射光２１０を受光センサ５０に導く。フィルタ切替部２２は、複数のフィルタ２１を回転または移動可能に支持し、使用されるフィルタ２１を切り替える。なお、フィルタ切替部２２は、使用されるフィルタ２１を切り替える機能を有していればよく、回転または移動可能な鏡を含んでもよい。第１の変形例の検出部２０によれば、受光センサ５０の数を削減でき、製造コストを削減できる。なお、集光レンズ３１または反射部３２によりフィルタ２１への入射角度を調整すると、フィルタ２１の特性をより向上させることができる。
【００９４】
図２０および図２１に示される第２変形例では、検出部２０は、分光部４０に代えて格子状フィルタ２３を備える。格子状フィルタ２３には、所定の波長範囲の光を選択的に透過させる複数のフィルタが規則的に配置されている。図示される例では、第１フィルタ２３Ａ、第２フィルタ２３Ｂ、および、第３フィルタ２３Ｃが規則的に配置されている。受光センサ５０は、複数の受光素子５４により構成される受光素子組５４Ａを備える。受光素子組５４Ａは、３つの受光素子５４から構成される。受光素子組５４Ａの各受光素子５４は、各フィルタ２３Ａ〜２３Ｃを通過した反射光２１０をそれぞれ検出する。受光素子組５４Ａの検出結果は、有機物１００または配置部１２の各部分の検出結果の最小単位となる。第２変形例の検出部２０によれば、受光センサ５０の数を削減でき、製造コストを削減できる。また、同時に各フィルタ２３Ａ〜２３Ｃを用いて光を検出できるため、検出時間を短縮できる。
【００９５】
図２２に示される第３変形例では、検出部２０は、分光部４０に代えて可変透過波長フィルタ２４を備える。可変透過波長フィルタ２４は、可変透過波長フィルタ２４に入力される電圧に応じて透過させる光の波長範囲を変化可能であり、例えば、液晶フィルタ、音響光学素子等である。第３の変形例の検出部２０によれば、電圧により透過させる光の波長範囲を変化させるため、検出部２０を小型化できる。また、受光センサ５０の数を削減でき、製造コストを削減できる。
【００９６】
第４変形例では、検出部２０は、特許文献２に開示される撮像装置を含む。撮像装置は、有機物１００および配置部１２により反射された光の像を撮像する。その撮像結果を検出部２０の検出結果として、有機物分析装置１は、有機物１００を分析できる。
【００９７】
・配置部１２に有機物１００が配置されていない基準状態における光の検出方法は、任意に変更可能である。例えば、配置部１２に有機物１００が配置された状態で、照射部１３は、有機物１００の全成分を透過する波長範囲の光を照射する。検出部２０は、有機物１００を透過し配置部１２により反射された光を検出し、基準状態における検出結果とする。この検出結果は、記憶部６１に記憶され、分析部６２による分析に使用される。この場合、配置部１２に有機物１００が配置されていない状況を作る労力が軽減される。
【００９８】
・第１光線２０１は、第１波長範囲および第２波長範囲以外の波長範囲の光を含んでいてもよい。また、有機物分析装置１は、その光を用いて有機物１００を分析してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明に従う有機物分析装置は、食品や人体等の有機物の成分の空間的分布を分析することができ、カロリー計算や診断等に用いることができる。
【符号の説明】
【０１００】
１    ：有機物分析装置
１２  ：配置部
１３  ：照射部
２０  ：検出部
６１  ：記憶部
６２  ：分析部
１００：有機物
１１０：第１成分層
１２０：第２成分層
２００：第１光線群
２０１：第１光線
２１０：反射光
２１１：第１波長光
２２１：第２波長光
２３０：第１基準像群
２３１：第１基準像
２４０：第１像群
２４１：第１像
３００：第２光線群
３０１：第２光線
３１１：第１波長光
３４０：第２像群
３４１：第２像
４１０：第１光像
【図１】
2018132396.tif 000008
【図２】
2018132396.tif 000009
【図３】
2018132396.tif 000010
【図４】
2018132396.tif 000011
【図５】
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【図６】
2018132396.tif 000013
【図７】
2018132396.tif 000014
【図８】
2018132396.tif 000015
【図９】
2018132396.tif 000016
【図１０】
2018132396.tif 000017
【図１１】
2018132396.tif 000018
【図１２】
2018132396.tif 000019
【図１３】
2018132396.tif 000020
【図１４】
2018132396.tif 000021
【図１５】
2018132396.tif 000022
【図１６】
2018132396.tif 000023
【図１７】
2018132396.tif 000024
【図１８】
2018132396.tif 000025
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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