(57)【要約】【課題】本発明は、測定精度を向上する。【解決手段】本発明は、光源２から照射されて照射面ＩＦで反射した光を２次元配列された複数のレンズ６Ａで集光し、該レンズ６Ａを透過した光をそれぞれプリズム１０Ａで分光して所定帯域ごとにイメージャ１１で受光するようにしたことにより、複数の領域で反射した光を分光して受光するので、複数の領域における測定対象の成分量を測定することができ、かくして測定精度を向上することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射手段により照射される所定波長域の光が照射対象において反射した光を集光する２次元配置された複数のレンズと、
上記複数のレンズをそれぞれ透過した光を所定波長域ごとに分光する分光手段と、
上記分光手段を通過した所定波長域ごとの光をそれぞれ別々に受光する受光手段と、
上記受光手段によって得られた受光結果を用いて上記照射対象における測定対象の成分量を算出する算出手段と
を有する分光測定装置。
【請求項２】
上記複数のレンズを透過した光が通過する範囲をそれぞれ変更する空間変調手段
をさらに有し、
上記分光手段は、
上記空間変調部を透過した光をそれぞれ波長域ごとに分光する
請求項１に記載の分光測定装置。
【請求項３】
上記空間変調手段は、
上記照射対象において正反射した光又は散乱した光の一方を遮断し、他方を透過させる
請求項２に記載の分光測定装置。
【請求項４】
上記レンズを透過した上記正反射した光及び上記散乱した光の上記空間変調手段における照射位置を検出する検出手段と、
上記照射位置に応じて上記空間変調手段における上記範囲を変更する制御手段と
をさらに有する請求項３に記載の分光測定装置。
【請求項５】
上記照射対象は人体表面である
請求項４に記載の分光測定装置。
【請求項６】
照射手段により照射される所定波長域の光が照射対象において反射した光が２次元配置された複数のレンズで集光され、該集光された光が分光手段によって所定波長域ごとに分光された光をそれぞれ別々に受光する受光ステップと、
上記受光ステップによって得られた受光結果を用いて上記照射対象における測定対象の成分量を算出する算出ステップと
を有する分光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分光測定装置及び分光測定方法に関し、例えば皮膚の成分量を測定する場合に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定帯域の光を皮膚（肌）に照射し、該皮膚で反射された光を分光して重回帰分析することにより、皮膚における測定対象の成分量を測定するようになされた分光測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、光源から出射された光を積分球の内面で拡散反射させて均一な光として皮膚に照射するようになされた分光測定装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２９９７４３号公報
【特許文献２】特開２０００−３５０７０２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで上述した分光測定装置では、光を照射する領域が限られているため、その領域での皮膚における測定対象の成分量しか測定することができず、位置によってばらつきがある成分量を測定する場合、局所的な領域での成分量しか測定できないのでばらつきを考慮することができず、精度よく測定ができないといった問題があった。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、測定精度を向上し得る分光測定装置及び分光測定方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため本発明においては、分光測定装置であって、照射手段により照射される所定波長域の光が照射対象において反射した光を集光する２次元配置された複数のレンズと、複数のレンズをそれぞれ透過した光を所定波長域ごとに分光する分光手段と、分光手段を通過した所定波長域ごとの光をそれぞれ別々に受光する受光手段と、受光手段によって得られた受光結果を用いて照射対象における測定対象の成分量を算出する算出手段とを有する。
【０００８】
また本発明においては、分光測定方法であって、照射手段により照射される所定波長域の光が照射対象において反射した光が２次元配置された複数のレンズで集光され、該集光された光が分光手段によって所定波長域ごとに分光された光をそれぞれ別々に受光する受光ステップと、受光ステップによって得られた受光結果を用いて照射対象における測定対象の成分量を算出する算出ステップとを有する。
【０００９】
これにより、複数のレンズにそれぞれ入射した光を分光して取得し、取得結果を用いて照射対象における測定対象の成分量を領域ごとに別々に算出するので、複数の領域における測定対象の成分量を算出することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明によれば、複数のレンズにそれぞれ入射した光を分光して取得し、取得結果を用いて照射対象における測定対象の成分量を領域ごとに別々に算出するので、複数の領域における測定対象の成分量を算出することができ、かくして測定精度を向上し得る分光測定装置及び分光測定方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】分光測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】皮膚での反射を示す概略図である。
【図３】マイクロレンズアレイ及び空間変調器の構成を示す概略図である。
【図４】マイクロプリズムアレイ及びイメージャの構成を示す概略図である。
【図５】制御分析部の構成を示す概略図である。
【図６】ＣＰＵの機能的構成を示す概略図である。
【図７】モードに応じた空間変調器の設定を示す概略図である。
【図８】成分量検出モードにおける空間変調器の制御を示す概略図である。
【図９】色成分検出モードにおける空間変調器の制御を示す概略図である。
【図１０】制御分析処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序とする。
＜１．実施の形態＞
＜２．他の実施の形態＞
【００１３】
＜１．実施の形態＞
［１−１．分光測定装置の構成］
図１において、本一実施の形態による分光測定装置１を示す。この分光測定装置１は、光源２、ミラー３、ハーフミラー４、ポラライザ５、マイクロレンズアレイ６、ハーフミラー７、空間変調器８、ポラライザ９、マイクロプリズムアレイ１０、イメージャ１１、ディテクタアレイ１２及び制御分析部１３によって構成される。
【００１４】
光源２は、有機ＥＬ（Electro Luminescence）照明、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)照明、レーザ、キセノンランプ、水銀ランプ、白色蛍光灯などが適応され、均一なスペクトラムの白色光を出射する。特に、光源２として太陽光のスペクトラムに近い所定面積を有する有機ＥＬ照明を適応することにより、該有機ＥＬ照明から面照射で広範囲に一様に照明することができる。
【００１５】
光源２から出射された光は、ミラー３で反射されてハーフミラー４に導かれる。ハーフミラー４は、所定の割合で光を透過及び反射するようになされており、ミラー３で反射されて到達した光のうちのハーフミラー４を透過した光が照射面ＩＦに照射される。
【００１６】
照射面ＩＦに人の皮膚２０が配置された場合、図２に示すように、皮膚２０に照射された光Ｌ１は、表皮２１の表面で反射する光（以下、これを表面反射光とも呼ぶ）Ｌ２と、皮膚２０の内部に入射する光とに分かれる。
【００１７】
皮膚２０の内部に入射した光は、表皮２１と真皮２２との間で乱反射して皮膚表面から出射する光（以下、これを内部散乱光とも呼ぶ）Ｌ３と、表皮２１と真皮２２との間で吸収される光と、表皮２１と真皮２２との界面で正反射して皮膚表面から出射する光（以下、これを内部反射光とも呼ぶ）Ｌ４とに分かれる。
【００１８】
皮膚２０に照射された光Ｌ１が平行光であった場合、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４は、平行光としてハーフミラー４に導かれる。一方、内部散乱光Ｌ３は、光Ｌ１が表皮２１と真皮２２との間で乱反射されるので、乱反射した位置を点光源とみなした拡散光としてハーフミラー４に導かれる。
【００１９】
照射面ＩＦから到達した光のうちハーフミラー４で反射された光は、ポラライザ５に入射する。ポラライザ５は、入射した光のうちの直線偏光成分だけを通過させ、通過させた光をマイクロレンズアレイ６に導く。
【００２０】
マイクロレンズアレイ６は、図３（Ａ）に示すように、多数のレンズ６Ａが２次元的（格子状）に配置された構造となっており、各レンズ６Ａに入射した平行光を集光すると共に、入射した拡散光を平行光に変換してハーフミラー７に導く。なお、図３では説明の便宜上、ハーフミラー７を省略している。
【００２１】
ハーフミラー７（図１）は、例えば入射した光の９０％を透過し、１０％を反射する特性を有しており、透過した光を空間変調器８に導くと共に、反射した光をディテクタアレイ１２に導く。
【００２２】
空間変調器８は、図３（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ６の各レンズ６Ａに対してそれぞれ複数の画素が上下方向に配置された２次元配列の液晶素子が適応される。本実施の形態においては、各レンズ６Ａに対してそれぞれ上下方向に７画素８Ａ〜８Ｇが配置された場合について説明するが、これはあくまでも一例であり、他の画素数が設定されていてもよいものである。
【００２３】
空間変調器８は、レンズ６Ａに平行光ＰＬが入射した際に、該レンズ６Ａによって平行光ＰＬが集光された光が上下方向に配列された７画素８Ａ〜８Ｇのうちの中央の画素８Ｄにだけ入射するような位置に配置される。すなわち、マイクロレンズアレイ６と空間変調器８とは、レンズ６Ａの焦点距離だけ離れて配置される。
【００２４】
また空間変調器８は、レンズ６Ａに拡散光ＤＬが入射した際に、拡散光ＤＬが該レンズ６Ａに集光された平行光が上下方向に配列された７画素８Ａ〜８Ｇの全てに入射されるように、レンズ６Ａの直径と７画素８Ａ〜８Ｇの上下方向長さとがほぼ同じとされる。
【００２５】
空間変調器８は、後述するように、制御分析部１３の制御に基づいて、画素８Ａ〜８Ｇに対する電圧を切り替えることにより、液晶の配向状態が変化し、該画素８Ａ〜８Ｇを通過する光の偏光方向を変化させる。
【００２６】
空間変調器８を通過した光はポラライザ９に入射する。ポラライザ９は、所定の偏光方向の光を透過してマイクロプリズムアレイ１０に導き、それ以外の偏光方向の光を遮断するようになされている。
【００２７】
マイクロプリズムアレイ１０は、図４（Ａ）に示すように、空間変調器８の画素数と同数のプリズム１０Ａが２次元（格子状）に配列される。プリズム１０Ａは、入射された光の波長が短いほど界面での光が曲がる角度（屈折率）が大きいため、屈折率の差によって複数の波長成分に分光してイメージャ１１に導く。
【００２８】
イメージャ１１は、図４（Ｂ）に示すように、マイクロプリズムアレイ１０の各プリズム１０Ａに対して例えば左右方向に７画素が配置された２次元配列の撮像素子が適応される。すなわちマイクロプリズムアレイ１０のプリズム１０Ａにより分光された光が、所定波長帯域ごとに７つの異なる画素に照射されるようになされている。
【００２９】
従って分光測定装置１は、マイクロレンズアレイ６の各レンズ６Ａを透過した光が空間変調器８で上下方向に７つの光に分けられ、７つに分けられた光がマイクロプリズムアレイ１０で左右方向に波長帯域ごとに７つの光に分けられる。これにより、マイクロレンズアレイ６における各レンズ６Ａを透過した光は、イメージャ１１における７×７＝４９画素にわたって受光されることになる。
【００３０】
このようにして分光測定装置１は、マイクロレンズアレイ６の各レンズ６Ａに入射された光をそれぞれイメージャ１１の異なる画素で受光するようになされているので、照射面ＩＦにおけるレンズ６Ａの数と同数の領域の分光を一度に取得することができる。
【００３１】
イメージャ１１は、マイクロプリズムアレイ１０で分光された光を受光すると、その受光結果を制御分析部１３に送出する。
【００３２】
一方、ハーフミラー７で反射した光は、ディテクタアレイ１２に照射される。ディテクタアレイ１２は、例えば、空間変調器８と同数の画素数でなる撮像素子が適応される。
【００３３】
ディテクタアレイ１２は、マイクロレンズアレイ６からの距離が該マイクロレンズアレイ６から空間変調器８までの距離と同じとなる位置に配置される。またディテクタアレイ１２は、それぞれの画素が空間変調器８の各画素と対応する位置に配置される。
【００３４】
ディテクタアレイ１２は、それぞれの画素で光を受光すると、その受光結果を制御分析部１３に送出する。
【００３５】
制御分析部１３は、イメージャ１１から供給される受光結果に基づいて、照射面ＩＦに配置された照射対象における測定対象の成分量を算出する。また制御分析部１３は、ディテクタアレイ１２から供給された受光結果に基づいて、空間変調器８の各画素に印可する電圧を制御する。
【００３６】
［１−２．制御分析部の構成］
制御分析部１３は、図５に示すように、制御を司るＣＰＵ(Central Processing Unit)３１に対して各種ハードウェアを接続することにより構成される。
【００３７】
具体的にはＲＯＭ(Read Only Memory)３２、ＣＰＵ３１のワークメモリとなるＲＡＭ(Random Access Memory)３３、ユーザの操作に応じた命令を入力する操作入力部３４、インターフェイス部３５、表示部３６及び記憶部３７がバス３８を介して接続される。
【００３８】
ＲＯＭ３２には、照射面ＩＦから到来する光のうちの対象とすべき光のみをイメージャ１１で受光して測定対象の成分量を分析するプログラム（以下、これを制御分析プログラムとも呼ぶ）が格納される。
【００３９】
インターフェイス部３５は、専用伝送路を介して空間変調器８、イメージャ１１及びディテクタアレイ１２と接続され、有線又は無線の伝送路を介して他の装置と接続可能とされる。
【００４０】
表示部３６には、液晶ディスプレイ又はＥＬディスプレイ等が適用される。また記憶部３７には、ＨＤ（Hard Disc）に代表される磁気ディスクもしくは半導体メモリ又は光ディスク等が適用される。ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＣＦ（Compact Flash）メモリ等のようにリムーバブルメモリ（可搬型メモリ）が適用されてもよい。
【００４１】
ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に格納される複数のプログラムのうち、操作入力部３４から与えられる命令に対応するプログラムをＲＡＭ３３に展開し、該展開したプログラムにしたがってインターフェイス部３５、表示部３６又は記憶部３７を適宜制御する。
【００４２】
［１−３．制御分析処理］
ＣＰＵ３１は、操作入力部３４から測定対象の成分量を算出すべき命令に対応する制御分析プログラムをＲＡＭ３３に展開した場合、図６に示すように、駆動制御部４１、空間制御部４２、算出部４３及び表示制御部４４として機能する。
【００４３】
駆動制御部４１は、予め設定されたモード、又は操作入力部３４から指定されるモードを決定する。モードとして、この実施の形態では、皮膚２０内の成分（メラニン、ヘモグロビン）の量（濃度）を検出する成分量検出モード、又は皮膚２０の色成分量を検出する色成分検出モードが設定される。
【００４４】
（１）成分量検出モード
ところで、内部散乱光Ｌ３（図２）は、表皮２１内部で乱反射して皮膚表面から出射した光であるため、表皮２１に含まれるメラニンやヘモグロビンなどの成分量（濃度）が反映される。すなわち内部散乱光Ｌ３を受光することによりメラニンやヘモグロビンなどの成分量（濃度）を算出し得る。
【００４５】
そこで駆動制御部４１は、成分量検出モードが選択された場合、イメージャ１１に対して内部散乱光Ｌ３だけを照射するように空間変調器８を設定する。具体的に、駆動制御部４１は、図７（Ａ）に示すように、レンズ６Ａから画素８Ａ〜８Ｇに照射される光のうちの中央に配置された画素８Ｄを透過した光だけがポラライザ９によって遮断され、それ以外の画素８Ａ〜８Ｃ、８Ｅ〜８Ｇを透過した光がポラライザ９を透過するように、画素８Ａ〜８Ｇの配向方向を切り替える。
【００４６】
駆動制御部４１は、光源２に対して照射光量等の照射条件を設定し、該照射条件の光を照射するよう光源２を駆動させる。また駆動制御部４１は、イメージャ１１及びディテクタアレイ１２に対して露光時間等の受光条件を設定し、該受光条件で照射面ＩＦに配置された皮膚２０から反射した光を受光させる。
【００４７】
空間制御部４２は、ディテクタアレイ１２で受光することにより得られる受光結果を取得すると、該受光結果から空間変調器８の画素８Ａ〜８Ｇに照射される光の強度を検出する。
【００４８】
そして空間制御部４２は、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４をポラライザ９で遮断させ、内部散乱光Ｌ３のみをポラライザ９で透過させるように空間変調器８を調整する。
【００４９】
ここで、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４がレンズ６Ａの光軸と平行でかつ平行光でレンズ６Ａに入射した場合、該レンズ６Ａで集光された表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４がディテクタアレイ１２における画素８Ｄと対応する画素に集光する。
【００５０】
また点光源から出射された光とみなせる内部散乱光Ｌ３は、レンズ６Ａで集光されてディテクタアレイ１２における画素８Ａ〜８Ｇとそれぞれ対応する画素に略均一に照射される。
【００５１】
従ってディテクタアレイ１２は、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４がレンズ６Ａの光軸と平行でかつ平行光でレンズ６Ａに入射した場合、画素８Ｄと対応する画素の輝度値がその他の画素と比べて高い値となる。
【００５２】
しかしながら、図８（Ａ）に示すように、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４がレンズ６Ａの光軸に対して所定角度をなして該レンズ６Ａに入射した場合、該レンズ６Ａで集光された表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４が例えば空間変調器８における画素８Ｅに集光する。
【００５３】
この場合、ディテクタアレイ１２での受光結果では、画素８Ｅに対応する画素の輝度値がその他の画素に比べて高い値となる。このとき空間制御部４２は、ディテクタアレイ１２で得られた受光結果から、空間変調器８における画素８Ｅに表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４が集光していると判断する。
【００５４】
そして空間制御部４２は、レンズ６Ａから画素８Ａ〜８Ｇに照射される光のうちの画素８Ｅを透過した光がポラライザ９によって遮断され、それ以外の画素８Ａ〜８Ｄ、８Ｆ〜８Ｇを透過した光がポラライザ９を透過するように、画素８Ａ〜８Ｇの配向方向を切り替える。
【００５５】
また図８（Ｂ）に示すように、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４がレンズ６Ａの光軸に平行でかつ収束光として該レンズ６Ａに入射した場合、該レンズ６Ａで集光された表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４が例えば空間変調器８における画素８Ｃ〜８Ｅに照射される。
【００５６】
この場合、ディテクタアレイ１２での受光結果では、画素８Ｃ〜８Ｅに対応する画素の輝度値がその他の画素に比べて高い値となる。このとき空間制御部４２は、ディテクタアレイ１２で得られた受光結果から、空間変調器８における画素８Ｃ〜８Ｅに表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４が照射されていると判断する。
【００５７】
そして空間制御部４２は、レンズ６Ａから画素８Ａ〜８Ｇに照射される光のうちの画素８Ｃ〜８Ｅを透過した光がポラライザ９によって遮断され、それ以外の画素８Ａ〜８Ｂ、８Ｆ〜８Ｇを透過した光がポラライザ９を透過するように、画素８Ａ〜８Ｇの配向方向を切り替える。
【００５８】
さらに図８（Ｃ）に示すように、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４がレンズ６Ａの光軸に平行でかつ発散光として該レンズ６Ａに入射した場合、該レンズ６Ａで集光された表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４が例えば空間変調器８における画素８Ｃ〜８Ｅに照射される。
【００５９】
この場合、ディテクタアレイ１２での受光結果では、画素８Ｃ〜８Ｅに対応する画素の輝度値がその他の画素に比べて高い値となる。このとき空間制御部４２は、ディテクタアレイ１２で得られた受光結果から、空間変調器８における画素８Ｃ〜８Ｅに表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４が照射されていると判断する。
【００６０】
そして空間制御部４２は、レンズ６Ａから画素８Ａ〜８Ｇに照射される光のうちの画素８Ｃ〜８Ｅを透過した光がポラライザ９によって遮断され、それ以外の画素８Ａ〜８Ｂ、８Ｆ〜８Ｇを透過した光がポラライザ９を透過するように、画素８Ａ〜８Ｇの偏光方向を切り替える。
【００６１】
このようにして空間制御部４２は、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４をポラライザ９で遮断させ、内部散乱光Ｌ３のみをポラライザ９を透過させてイメージャ１１で受光させる。
【００６２】
ここで、皮膚２０で反射した表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４は、該皮膚２０が平面でないため、場所ごとに角度のずれ、発散光、収束光など異なった特性を示す。
【００６３】
これに対応して空間制御部４２は、皮膚２０における複数の領域でそれぞれ反射して各レンズ６Ａを透過した光ごとに、角度のずれ、発散光、収束光などに応じた空間変調器８の画素制御を行う。
【００６４】
これにより空間制御部４２は、場所ごとに異なった特性を示す光が入射された場合であっても、角度のずれ、発散光、収束光などに応じた画素制御をそれぞれの位置ごとに行い、それぞれの位置ごとに最適化することができる。
【００６５】
算出部４３は、イメージャ１１で受光することにより得られる受光結果を取得すると、該受光結果に基づいて皮膚２０の成分量を算出する。
【００６６】
具体的には算出部４３は、イメージャ１１から取得した受光結果を用いて、各レンズ６Ａにそれぞれ対応する領域ごとの、例えばメラニン、ヘモグロビンの成分量（濃度）をランベルト・ベールの法則に基づく吸光式を重回帰分析して算出する。なおヘモグロビンは、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンを別々に算出してもよい。
【００６７】
算出部４３は、算出したメラニン、ヘモグロビンの成分量を、算出した領域及び算出した時点の日時と対応付けて記憶部３７に記憶する。
【００６８】
表示制御部４４は、算出部４３によって成分量が算出された場合、又は操作入力部３４から成分量を提示すべき命令があった場合、記憶部３７に記憶される成分量と領域とを対応付けた表示画面を表示部３６に表示する。
【００６９】
（２）色成分検出モード
ところで表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４は、皮膚２０で正反射した光であるため、該皮膚２０の色に関する情報を有している。すなわち表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４をイメージャ１１で受光することにより皮膚２０の成分に応じた肌色成分量や該皮膚２０に塗布された化粧品の成分に応じた色成分量を算出し得る。
【００７０】
そこで駆動制御部４１は、色成分検出モードが選択された場合、イメージャ１１に対して内部散乱光Ｌ３が照射しないように空間変調器８を設定する。具体的には、駆動制御部４１は、図７（Ｂ）に示すように、レンズ６Ａから画素８Ａ〜８Ｇに照射される光のうちの画素８Ｄを透過した光だけがポラライザ９によって透過され、それ以外の画素８Ａ〜８Ｃ、８Ｅ〜８Ｇを透過した光がポラライザ９で遮断されるように、画素８Ａ〜８Ｇの配向方向を設定する。
【００７１】
なお、実際には画素８Ｄを透過した光には内部散乱光Ｌ３の一部が含まれるが、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４と比べて少なく、無視できるものである。
【００７２】
駆動制御部４１は、光源２に対して照射光量等の照射条件を設定し、該照射条件の光を照射するよう光源２を駆動させる。また駆動制御部４２は、イメージャ１１及びディテクタアレイ１２に対して露光時間等の受光条件を設定し、該受光条件で照射面ＩＦに配置された皮膚２０から反射した光を受光させる。
【００７３】
空間制御部４２は、ディテクタアレイ１２で受光することにより得られる受光結果を取得すると、該受光結果を基に、内部散乱光Ｌ３をポラライザ９で遮断させ、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４をポラライザ９から透過させるように空間変調器８を調整する。
【００７４】
例えば、図９（Ａ）に示すように、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４がレンズ６Ａの光軸に対して所定角度をなして該レンズ６Ａに入射した場合、空間制御部４２は、ディテクタアレイ１２で得られた受光結果から、空間変調器８における画素８Ｅに表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４が集光していると判断する。
【００７５】
そして空間制御部４２は、レンズ６Ａから画素８Ａ〜８Ｇに照射される光のうちの画素８Ａ〜８Ｄ、８Ｆ〜８Ｇを透過した光がポラライザ９によって遮断され、画素８Ｅを透過した光がポラライザ９を透過するように、画素８Ａ〜８Ｇの配向方向を切り替える。
【００７６】
また図９（Ｂ）に示すように、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４がレンズ６Ａの光軸に平行でかつ収束光として該レンズ６Ａに入射した場合、空間制御部４２は、ディテクタアレイ１２で得られた受光結果から、空間変調器８における例えば画素８Ｃ〜８Ｅに表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４が照射されていると判断する。
【００７７】
そして空間制御部４２は、レンズ６Ａから画素８Ａ〜８Ｇに照射される光のうちの画素８Ａ〜８Ｂ、８Ｆ〜８Ｇを透過した光がポラライザ９に遮断され、画素８Ｃ〜８Ｅを透過した光がポラライザ９を透過するように、画素８Ａ〜８Ｇの配向方向を切り替える。
【００７８】
さらに図９（Ｃ）に示すように、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４がレンズ６Ａの光軸に平行でかつ発散光として該レンズ６Ａに入射した場合、空間制御部４２は、ディテクタアレイ１２で得られた受光結果から、例えば空間変調器８における画素８Ｃ〜８Ｅに表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４が照射されていると判断する。
【００７９】
そして空間制御部４２は、レンズ６Ａから画素８Ａ〜８Ｇに照射される光のうちの画素８Ａ〜８Ｂ、８Ｆ〜８Ｇを透過した光がポラライザ９によって遮断され、画素８Ｃ〜８Ｅを透過した光がポラライザ９を透過するように、画素８Ａ〜８Ｇの配向方向を切り替える。
【００８０】
このようにして空間制御部４２は、内部散乱光Ｌ３をポラライザ９で遮断させ、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４をポラライザ９で透過させてイメージャ１１で受光させる。
【００８１】
算出部４３は、イメージャ１１から取得した受光結果を用いて、マイクロレンズアレイ６における各レンズ６Ａにそれぞれ対応する領域ごとの、波長に基づく色成分量を算出し、該色成分量を算出した領域及び算出した時点の日時と対応付けて記憶部３７に記憶する。
【００８２】
表示制御部４４は、算出部４３によって色成分量が算出され、又は操作入力部３４から色成分量を提示すべき命令があった場合、記憶部３７に記憶される色成分量に基づき選択された色成分量を示す表示画面を表示部３６に表示する。
【００８３】
［１−４．制御分析処理手順］
次に上述した制御分析処理の手順について図１０に示すフローチャートを用いて説明する。ＣＰＵ３１は、ルーチンＲＴ１の開始ステップから入って次のステップＳＰ１に移り、成分量検出モード、又は色成分検出モードを設定し、次のステップＳＰ２に移る。
【００８４】
ステップＳＰ２においてＣＰＵ３１は、設定されたモードに応じて、レンズ６Ａを透過した光のうちのイメージャ１１で受光する光以外をポラライザ９で遮断するように空間変調器８の画素８Ａ〜８Ｇの配向方向を設定し、次のステップＳＰ３に移る。
【００８５】
ステップＳＰ３においてＣＰＵ３１は、光源２から光を出射させ、次のステップＳＰ４で、照射面ＩＦとして配置された皮膚２０で反射した光をディテクタアレイ１２で受光し、次のステップＳＰ５に移る。
【００８６】
ステップＳＰ５においてＣＰＵ３１は、ディテクタアレイ１２で受光して得られた受光結果に基づいて、イメージャ１１で受光すべき光だけがポラライザ９を透過しているか否かを判断し、否定結果が得られるとステップＳＰ６に移る。
【００８７】
ステップＳＰ６においてＣＰＵ３１は、ディテクタアレイ１２で受光して得られた受光結果に基づいて、イメージャ１１で受光すべき光だけがポラライザ９を透過するように、空間変調器８の画素８Ａ〜８Ｇの配向方向を再設定し、ステップＳＰ４に戻る。
【００８８】
一方、ステップＳＰ５で肯定結果が得られるとＣＰＵ３１はステップＳＰ７に移り、照射面ＩＦとして配置された皮膚２０で反射した光のうちの受光すべき光をイメージャ１１で受光し、次のステップＳＰ８に移る。
【００８９】
ステップＳＰ８においてＣＰＵ３１は、イメージャ１１で受光して得られる受光結果を基に、各モードで設定された測定対象の成分量を、レンズ６Ａに対応する領域ごとにそれぞれ算出し、該算出結果を記憶部３７に記憶し、次のステップＳＰ９に移る。
【００９０】
ステップＳＰ９においてＣＰＵ３１は、記憶部３７に記憶される成分量を領域ごとに対応付けた表示画面を表示部３６に表示し、次のステップに移って処理を終了する。
【００９１】
［１−５．実施例］
（実施例１）肌の状態測定
分光測定装置１は、例えば操作入力部３４の操作に応じて成分量検出モードを設定し、光源２から出射した光を照射面ＩＦに配置されたユーザの顔全体に照射させ、該顔全体におけるそれぞれの領域で反射した光をマイクロレンズアレイ６の各レンズ６Ａでそれぞれ集光する。
【００９２】
分光測定装置１は、皮膚２０の表皮２１内で散乱した内部散乱光Ｌ３のみをポラライザ９で透過させてイメージャ１１で受光し、受光結果からメラニン、ヘモグロビンの成分量を算出し、顔全体にわたるメラニン、ヘモグロビンの成分量を表示部３６に表示する。
【００９３】
これによりユーザは、顔全体にわたるメラニン、ヘモグロビンの成分量の分布を確認することができ、日焼け、しみ、そばかすなどの肌の状態を容易に確認することができる。さらに分光測定装置１は、記憶部３７に記憶された過去のメラニン、ヘモグロビンの成分量を表示することにより、メラニン、ヘモグロビンの成分量の変化状態も確認させることができる。
【００９４】
また分光測定装置１は、例えば顔全体にわたるメラニン、ヘモグロビンの成分量の分布に応じて、最適な化粧品の見積もりをユーザに提供するサービスや、インターネットを介して取得した紫外線情報を基に日焼け止めの選択を行うサービスを提供することもできる。
【００９５】
（実施例２）ファンデーションの塗り具合の測定
分光測定装置１は、例えば操作入力部３４の操作に応じて色成分検出モードを設定し、光源２から出射した光を照射面ＩＦに配置されたユーザの顔全体に照射させ、該顔全体におけるそれぞれの領域で反射した光をマイクロレンズアレイ６の各レンズ６Ａでそれぞれ集光する。
【００９６】
分光測定装置１は、皮膚２０で正反射した表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４をポラライザ９で透過させてイメージャ１１で受光して例えば肌色成分量を算出し、顔全体にわたる肌色成分量の分布を表示部３６に表示する。
【００９７】
これによりユーザは、ファンデーションの塗り具合や左右のアンバランスなどを容易に確認することができる。さらに分光測定装置１は、成分量検出モードに設定してメラニン、ヘモグロビンの成分量を算出して肌色成分量の分布と共に表示することにより、しみやそばかすなどの位置も合わせて確認させることができ、しみやそばかすなどの隠れ具合なども確認させることができる。
【００９８】
また分光測定装置１は、例えば顔全体にわたるファンデーションの塗り具合から、個人の化粧技術のアシストや、しわ、しみ、そばかすなどを考慮した化粧技術のアシストなどのサービスを提供することもできる。
【００９９】
（実施例３）化粧品のトータル測定
分光測定装置１は、例えば操作入力部３４の操作に応じて色成分検出モードを設定し、光源２から出射した光を照射面ＩＦに配置されたユーザの顔全体に照射させ、該顔全体におけるそれぞれの領域で反射した光をマイクロレンズアレイ６の各レンズ６Ａでそれぞれ集光する。
【０１００】
分光測定装置１は、皮膚２０で正反射した表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４をポラライザ９で透過させてイメージャ１１で受光して幅広いスペクトルの色成分量を算出し、顔全体にわたる例えば口紅、アイシャドー、チークなどの分布を表示部３６に表示する。これによりユーザは、化粧のトータル的な塗り具合を容易に確認することができる。
【０１０１】
また分光測定装置１は、例えば顔全体にわたる化粧の塗り具合から、個人の化粧技術のアシストや、プロのメイクアーティストの色使いなどのサービスを提供することもできる。
【０１０２】
［１−６．動作及び効果］
以上の構成において、分光測定装置１は、光源２から照射されて照射面ＩＦで反射した光をマイクロレンズアレイ６における２次元配列された複数のレンズ６Ａでそれぞれ集光する。そして分光測定装置１は、複数のレンズ６Ａを透過した光をそれぞれマイクロプリズムアレイ１０のプリズム１０Ａで分光して所定帯域ごとにイメージャ１１で受光するようにした。
【０１０３】
これにより分光測定装置１は、照射面ＩＦにおける複数の領域で反射した光を１回で同時に測定することができるので、１箇所で測定した場合に比べて、広範囲でかつ複数の領域の対象の成分量を測定することができ、測定精度を向上することができる。また複数の領域を１回で同時に測定するので、小型化することができる。
【０１０４】
また分光測定装置１は、レンズ６Ａを透過した光のうちのポラライザ９を通過させる範囲を切り替える空間調整器８が設けられる。そして分光測定装置１は、照射面ＩＦで正反射する光及び散乱する光のどちらか一方をイメージャ１１で受光するように、空間調整器８を切り替えるようにした。
【０１０５】
これにより分光測定装置１は、測定対象の成分量が反映された正反射する光、又は散乱する光のどちらか一方だけをイメージャ１１で受光することができるので、より測定精度を向上させることができる。
【０１０６】
さらに分光測定装置１は、空間変調器８に照射される光を検出するディテクタアレイ１２を設け、該ディテクタアレイ１２で検出された受光結果に基づいてポラライザ９を透過させる光の範囲を空間変調器８により変更するようにした。
【０１０７】
これにより分光測定装置１は、マイクロレンズアレイ６におけるレンズ６Ａに対して光軸と平行に光が入射しなかった場合であっても、ポラライザ９を透過させる光の範囲を空間変調器８で変更するので、透過すべき光を透過し、遮断すべき光を遮断することができる。
【０１０８】
また、複数の領域での分光を受光する分光測定装置１においては、照射面ＩＦに凹凸がある場合、該照射面ＩＦで正反射する光の反射方向が一定にならないが、それぞれのレンズ６Ａを透過した光ごとに透過させる光を調整できるので、特に有用である。
【０１０９】
以上の構成によれば、光源２から照射されて照射面ＩＦで反射した光を２次元配列された複数のレンズ６Ａで集光し、該レンズ６Ａを透過した光をそれぞれプリズム１０Ａで分光して所定帯域ごとにイメージャ１１で受光するようにした。
【０１１０】
これにより分光測定装置１は、複数の領域で反射した光を分光して受光するので、広範囲でかつ複数の領域における測定対象の成分量を測定することができ、１箇所で測定する場合と比して、測定精度を向上することができる。
【０１１１】
＜２．他の実施の形態＞
上述した実施の形態においては、マイクロレンズアレイ６を透過した光の一部をハーフミラー７で反射させてディテクタアレイ１２で受光することにより、空間変調器８に照射される光を検出し、イメージャ１１で受光する光を空間変調器８で制御するようにした場合について述べた。
【０１１２】
本発明はこれに限らず、例えばハーフミラー７及びディテクタアレイ１２を設けることなく、イメージャ１１で受光する光を空間変調器８で制御するようにしてもよい。具体的には、レンズ６Ａを透過した光のすべてをポラライザ９で透過するように空間変調器８を設定し、該全ての光をイメージャ１１で受光する。
【０１１３】
そして、イメージャ１１で受光した受光結果に応じて、ポラライザ９で透過させるべき光を透過させ、ポラライザ９で遮断させるべき光を遮断させるように、空間変調器８を切り替えるようにする。これにより、ハーフミラー７及びディテクタアレイ１２を設けることなく、イメージャ１１で受光すべき光だけを受光することができる。
【０１１４】
上述した実施の形態においては、ディテクタアレイ１２として空間変調器８と同数の画素数でなる撮像素子が適応された場合について述べた。本発明はこれに限らず、ディテクタアレイ１２として例えば空間変調器８の画素数と同数のフォトディテクタが設けられるようにしてもよい。
【０１１５】
上述した実施の形態においては、ポラライザ５で光の偏光方向を直線偏光にし、空間変調器８で偏光方向を切り替え、ポラライザ９で透過又は遮断することにより、イメージャ１１で受光する光を切り替えるようにした場合について述べた。
【０１１６】
本発明はこれに限らず、照射面ＩＦで正反射した光及び散乱した光の一方をイメージャ１１で受光することができる構成であれば、他の構成であってもよい。
【０１１７】
上述した実施の形態においては、レンズ６Ａの光軸に平行でかつ平行光でない表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４が入射した場合、空間変調器８における画素８Ａ〜８Ｇの配向方向を切り替えて表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４をポラライザ９で透過させるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、レンズ６Ａの光軸に平行でかつ平行光でない表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４が入射した場合、表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４をレンズ６Ａの光軸に平行でかつ平行光な光に変換してからレンズ６Ａに入射させるようにしてもよい。
【０１１８】
例えば、ガルバノミラーを設けてレンズ６Ａの光軸に対して平行となるように光の角度を変更するようにしてもよい。またレンズ６Ａの前方に可変焦点のコリメータレンズを設け、レンズ６Ａに入射する光のコリメートを調整するようにしてもよい。さらにレンズ６Ａの前方にＭＥＭＳ（Micro Electro Systems）を設け、空間的に局所的な位置を変化させるようにしてもよい。
【０１１９】
上述した実施の形態においては、照射面ＩＦに皮膚２０が配置され、該皮膚２０の成分を測定するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば、サンプルから発せられる蛍光を測定する蛍光顕微鏡に適応してもよい。また野菜などの鮮度を測定するセンサとして適応してもよいし、さらにコンクリートの状態の測定、空気中のガスの測定、土壌の測定などの装置に適応してもよい。
【０１２０】
上述した実施の形態においては、皮膚２０で正反射した表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４を受光して色成分量を算出するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば、光源２から出射させる光を皮膚２０に所定角度の入射角で照射し、光路差に基づいて表面反射光Ｌ２及び内部反射光Ｌ４の一方だけを受光して色成分量を算出するようにしてもよい。
【０１２１】
上述した実施の形態においては、選択されたモードに応じて空間変調器８を予め設定してからディテクタアレイ１２の受光結果に応じて再設定するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、ディテクタアレイ１２の受光結果及び選択されたモードに応じて空間変調器８を設定するようにしてもよい。
【０１２２】
上述した実施の形態においては、空間変調手段としてポラライザ５、空間変調器８及びポラライザ９を設けるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、照射面ＩＦから到来する平行光及び散乱光のうち一方をイメージャ１１に照射させるものであればよい。
【０１２３】
さらに上述した実施の形態においては、ＣＰＵ３１がＲＯＭ３２に格納されている制御分析プログラムに従い、上述した制御分析処理を行うようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、記憶媒体からインストールしたり、インターネットからダウンロードした制御分析プログラムに従って上述した制御分析処理を行うようにしても良い。またその他種々のルートによってインストールした制御分析プログラムに従って上述した制御分析処理を行うようにしても良い。
【０１２４】
さらに上述した実施の形態においては、レンズとしてレンズ６Ａ、分光手段としてマイクロプリズムアレイ１０、受光部としてイメージャ１１が設けられるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなるレンズ、分光手段、受光手段を設けるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、生物実験、医薬の創製又は患者の経過観察などのバイオ産業上において利用可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
１……分光測定装置、２……光源、３……ミラー、４、７……ハーフミラー、５、９……ポラライザ、６……マイクロレンズアレイ、８……空間変調器、１０……マイクロプリズムアレイ、１１……イメージャ、１２……ディテクタアレイ、１３……制御分析部、２０……皮膚、２１……表皮、２２……真皮、３１……ＣＰＵ、３２……ＲＯＭ、３３……ＲＡＭ、３４……操作入力部、３５……インターフェイス部、３６……表示部、３７……記憶部、３８……バス、４１……駆動制御部、４２……空間制御部、４３……算出部。
【図１】
2011164022.tif 000003
【図２】
2011164022.tif 000004
【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】
2011164022.tif 000009
【図８】
2011164022.tif 000010
【図９】
2011164022.tif 000011
【図１０】
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