(57)【要約】【課題】被測定物の所定の波長域の分光特性を測定すること。【解決手段】測定装置１００は、被測定物の所定の波長域の分光特性を測定するための測定装置であって、スペクトル特性の異なった所定の波長域の複数の測定光を順次、被測定物に照射する照明手段と、所定の分光感度特性を有し、被測定物からの複数の測定光を順次受光して、複数の光電信号を順次出力する光電検出手段と、光電検出手段から出力される複数の光電信号と、照明手段から照射される複数の測定光のスペクトル特性と、光電検出手段の所定の分光感度特性とに基づいて、被測定物の所定の波長域の分光特性を算出する演算手段とを備える。【選択図】図１
2012026867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の所定の波長域の分光特性を測定するための測定装置であって、
スペクトル特性の異なった前記所定の波長域の複数の測定光を順次、前記被測定物に照射する照明手段と、
所定の分光感度特性を有し、前記被測定物からの前記複数の測定光を順次受光して、複数の光電信号を順次出力する光電検出手段と、
前記光電検出手段から出力される前記複数の光電信号と、前記照明手段から照射される前記複数の測定光のスペクトル特性と、前記光電検出手段の所定の分光感度特性とに基づいて、前記被測定物の所定の波長域の分光特性を算出する演算手段とを備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置において、
前記照明手段は、Ｎ個の測定光を照射し、
前記光電検出手段は、Ｍ個の分光感度特性を有し、
前記演算手段は、Ｍ×Ｎ個の分光特性を算出することを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の測定装置において、
前記被測定物からの前記測定光を赤色波長成分と緑色波長成分と青色波長成分とに分離する分離手段をさらに備え、
前記光電検出手段は、前記赤色波長成分を検出可能な分光感度特性を有するイメージセンサと、前記緑色波長成分を検出可能な分光感度特性を有するイメージセンサと、前記青色波長成分を検出可能な分光感度特性を有するイメージセンサとを含むことを特徴とする測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の測定装置において、
前記光電検出手段は、前記赤色波長成分、前記緑色波長成分、前記青色波長成分をそれぞれ透過させるカラーフィルタと、前記カラーフィルタを透過した前記測定光を順次受光して、光電変換を行う光電変換部とを含み、
前記光電検出手段の分光感度特性は、前記カラーフィルタの分光感度特性と前記光電変換部の分光感度特性との合成値であることを特徴とする測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記照明手段が照射する複数の測定光のうちの一つは、前記所定の波長域において連続スペクトルであることを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
次のような分光測定システムが知られている。この分光測定システムは、任意の照明光下における物体の色やスペクトルを測定する（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３３７０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の分光測定システムでは、統計的手法を用いて任意の照明光下における物体の色やスペクトルを測定するため、推定されるスペクトルは測定できるが、推定外のスペクトルは測定精度が低下するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による測定装置は、被測定物の所定の波長域の分光特性を測定するための測定装置であって、スペクトル特性の異なった所定の波長域の複数の測定光を順次、被測定物に照射する照明手段と、所定の分光感度特性を有し、被測定物からの複数の測定光を順次受光して、複数の光電信号を順次出力する光電検出手段と、光電検出手段から出力される複数の光電信号と、照明手段から照射される複数の測定光のスペクトル特性と、光電検出手段の所定の分光感度特性とに基づいて、被測定物の所定の波長域の分光特性を算出する演算手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、被測定物の所定の波長域の分光特性を精度高く算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】測定装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】プログラマブル光源１０１から照射される複数の照明光の分光特性を示す第１の図である。
【図３】プログラマブル光源１０１から照射される複数の照明光の分光特性を示す第２の図である。
【図４】本実施の形態における測定装置１００を反射型顕微鏡に適用した場合の図である。
【図５】本実施の形態における測定装置１００を透過型顕微鏡に適用した場合の図である。
【図６】３ＣＣＤカラーカメラの構成を模式的に示した図である。
【図７】カラーカメラ１０２が備えるバンドパスフィルタの分光感度特性の具体例を示す図である。
【図８】カラーカメラ１０２が備えるＣＣＤイメージセンサの分光感度特性の具体例を示す図である。
【図９】演算装置１０４へのデータの入出力状況を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本実施の形態における測定装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。測定装置１００は、プログラマブル光源１０１と、カラーカメラ１０２と、制御装置１０３と、演算装置１０４と、表示装置１０５とを備えている。本実施の形態では、この測定装置１００を用いて、被測定物１０６の所定の波長域の分光特性を算出する。
【０００９】
プログラマブル光源１０１は、白色光源１０１ａとチューナブルフィルタ１０１ｂとを備えている。白色光源１０１ａとしては、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、白色ＬＥＤ、白色レーザ等が用いられる。チューナブルフィルタ１０１ｂは、白色光源１０１ａから入射される光を、スペクトル特性の異なった所定の波長域の複数の照明光（測定光）に変換して、順次、被測定物１０６に照射する。
【００１０】
本実施の形態では、プログラマブル光源１０１は、被測定物１０６の分光特性を測定したい波長域について、スペクトル特性を変えた複数パターンの照明光を照射する。図２、図３は、プログラマブル光源１０１から照射される複数の照明光の分光特性を示す図である。プログラマブル光源１０６は、例えば、図２（ａ）〜（ｄ）に示すスペクトル特性がそれぞれ異なる波長域２ａの４パターンの照明光を照射する。または、プログラマブル光源１０６は、例えば、図３（ａ）〜（ｄ）に示すスペクトル特性がそれぞれ異なる波長域２ａの４パターンの照明光を照射する。
【００１１】
例えば、プログラマブル光源１０１は、図２（ａ）に示すような波長域２ａにおいて連続スペクトルとなる照明光と、図２（ｂ）〜（ｄ）に示すような分光特性の波長域２ａの照明光を測定光として被測定物１０６へ順次照射する。あるいは、図３（ａ）に示すような波長域２ａにおいて連続スペクトルとなる照明光と、図３（ｂ）〜（ｄ）に示すような分光特性の波長域２ａの照明光を測定光として被測定物１０６へ順次照射する。
【００１２】
被測定物１０６が光を反射する物体である場合には、プログラマブル光源１０１から照射された照明光の被測定物１０６による反射光がカラーカメラ１０２に入射される。例えば、本実施の形態における測定装置１００を図４に示すような反射型顕微鏡に適用した場合には、プログラマブル光源１０１からの照明光は、被測定物１０６で反射され、その反射光がカラーカメラ１０２に入射される。
【００１３】
あるいは、被測定物１０６が光を透過する物体である場合には、プログラマブル光源１０１から照射された照明光の被測定物１０６による透過光がカラーカメラ１０２に入射される。例えば、本実施の形態における測定装置１００を図５に示すような透過型顕微鏡に適用した場合には、プログラマブル光源１０１からの照明光は、被測定物１０６を透過し、その透過光がカラーカメラ１０２に測定光として入射される。なお、以下の説明では、被測定物１０６が光を反射する物体である場合の処理について説明する。
【００１４】
カラーカメラ１０２は、例えば、３ＣＣＤカラーカメラであって、図６に示すような撮影光学系を備えている。すなわち、カラーカメラ１０２は、図７に示すような分光感度特性（フィルタ透過率）のＲフィルター１０２ｂとＧフィルター１０２ｃとＢフィルター１０２ｄとを備えている。これらのバンドパスフィルタにより、レンズ１０２ａを介して入射される測定光は、赤色波長成分（Ｒ成分）と緑色波長成分（Ｇ成分）と青色波長成分（Ｂ成分）とに分離される。
【００１５】
また、カラーカメラ１０２は、図８に示すような分光感度曲線によって表される分光感度特性のＣＣＤイメージセンサ、すなわち、上記Ｒフィルター１０２ｂにより分離された測定光のＲ成分を検出可能な分光感度特性を有するイメージセンサ（Ｒセンサ）と、上記Ｇフィルター１０２ｃにより分離された測定光のＧ成分を検出可能な分光感度特性を有するイメージセンサ（Ｇセンサ）と、上記Ｂフィルター１０２ｄにより分離された測定光のＢ成分を検出可能な分光感度特性を有するイメージセンサ（Ｂセンサ）の３つのＣＣＤイメージセンサを備えている。
【００１６】
これら３つのＣＣＤイメージセンサは、それぞれ検出した各色成分の信号を光電変換した後、光電信号を制御装置１０３へ出力する。すなわち、カラーカメラ１０２は、プログラマブル光源１０１から順次照射される複数の照明光の反射光を順次受光して、複数の各色成分の光電信号を制御装置１０３へ出力する。制御装置１０３は、カラーカメラ１０２から入力された光電信号を演算装置１０４へ出力して、演算装置１０４に対して、被測定物１０６の所定の波長域、例えば上述した波長域２ａの分光特性を算出するように指示する。
【００１７】
演算装置１０４は、入力された複数の光電信号と、プログラマブル光源１０１によって照射された照明光の複数のスペクトル特性と、カラーカメラ１０２の分光感度特性とに基づいて、被測定物１０６の所定の波長域の分光特性を算出する。なお、プログラマブル光源１０１によって照射された照明光の複数のスペクトル特性は、上述したように既知であり、あらかじめ不図示のメモリに記録されている。また、カラーカメラ１０２の分光感度特性は、図８に示したＣＣＤイメージセンサの分光感度特性と、図７に示したバンドパスフィルタの分光感度特性との合成値であって、これも既知であり、あらかじめ不図示のメモリに記録されている。
【００１８】
図９は、本実施の形態における演算装置１０４へのデータの入出力状況を模式的に示した図である。この図９に示すように、演算装置１０４には、カラーカメラ１０２のＲセンサからの光電信号の出力データ９ａ、Ｇセンサからの光電信号の出力データ９ｂ，Ｂセンサからの光電信号の出力データ９ｃが入力される。また、演算装置１０４には、メモリに記録されているプログラマブル光源１０１によって照射された照明光の複数のスペクトル特性のデータ９ｄ、Ｒセンサの分光感度特性とＲフィルター１０２ｂの分光感度特性の合成値のデータ９ｅ、Ｇセンサの分光感度特性とＧフィルター１０２ｃの分光感度特性の合成値のデータ９ｆ、Ｂセンサの分光感度特性とＢフィルター１０２ｄの分光感度特性の合成値のデータ９ｇが入力される。また、以下で説明する演算処理によって得られた演算結果のデータ９ｈ、すなわち被測定物１０６の所定の波長域の分光特性を示すデータは、表示装置１０５へ出力されて、演算結果がモニタ表示される。
【００１９】
以下、演算装置１０４による具体的な演算方法について説明する。なお、本実施の形態では、プログラマブル光源１０１からは、例えば、図２や図３に示したような、４パターンの異なるスペクトル特性の照明光が順次照射される場合について説明する。また、被測定物１０６の測定したい波長域は、λｍｉｎ〜λｍａｘとし、例えばλｍｉｎ＝４００ｎｍ、λｍａｘ＝６７５ｎｍ、サンプリング波長幅Δλ＝２５ｎｍとする。この場合、サンプリング数Ｎｓｍｐは次式（１）により算出されるように、１２となる。
【数１】
2012026867.tif 000003
【００２０】
ここで、求めたい被測定物１０６の所定の波長域の分光特性をｒ（λ）とすると、上述したように、λｍｉｎ＝４００ｎｍ、λｍａｘ＝６７５ｎｍ、サンプリング波長幅Δλ＝２５ｎｍであるため、ｒ（λ）＝（ｒ４００，ｒ４２５，ｒ４５０，・・・ｒ６５０，ｒ６７５）となる。また、以下の説明では、プログラマブル光源１０１から照射される照明光の照明スペクトル特性をＬｉ（λ）とする。ここで、ｉ＝１〜Ｎであり、Ｎは、プログラマブル光源１０１から照射する複数の照明光の数、すなわち本実施の形態ではＮ＝４となる。また、カラーカメラ１０２の分光感度特性をＳ（λ）とし、カラーカメラ１０２のバンドパスフィルタの分光感度特性をｆｊ（λ）とする。ここで、ｊ＝１〜Ｍであり、Ｍは、カラーカメラ１０２が備えるＣＣＤの数、すなわち本実施の形態ではＭ＝３となる。
【００２１】
まず、カラーカメラ１０２から得られる信号量ｇｉｊ、すなわち図９に示したカラーカメラ１０２の出力データ９ａ、９ｂ，９ｃの信号量ｇｉｊは、次式（２）により表される。
【数２】
2012026867.tif 000004
ここで、Ｈｉｊ＝Ｌｉ（λ）・ｆｊ（λ）・Ｓ（λ）とおくと、式（２）は式（３）のように書き換えられる。
【数３】
2012026867.tif 000005
この式（３）を離散化表現すると次式（４）のようになる。
【数４】
2012026867.tif 000006
なお、式（４）において、ｋはサンプリング波長を表している。
【００２２】
また、ｇｉｊは、Ｍ×Ｎ要素からなるベクトルであり、ｇ＝（ｇ１１，ｇ２１，・・・ｇＭ１，ｇ１２，ｇ２２，・・・ｇ１Ｎ，・・・ｇＭＮ）となる。また、ｒは、Ｎｓｍｐ要素からなるベクトルで、ｒ＝（ｒ１，・・・・ｒＮｓｍｐ）となる。また、ＨはＮ×Ｎｓｍｐからなる行列で、Ｈ＝（Ｌｉ１・ｆｊ１・Ｓ（λ）・・・Ｌｉｋ・ｆｊｋ・Ｓ（λ）・・・ＬｉＮｓｍｐ・ｆｊＮｓｍｐ・Ｓ（λ））となる。これらに基づいて、式（４）を行列表現すると次式（５）のように表される。
ｇ＝Ｈｒ  ・・・（５）
【００２３】
本実施の形態では、演算装置１０４は、既知のＬｉ（λ）、ｆｊ（λ）、Ｓ（λ）に基づいて、Ｎｓｍｐにおける未知数ｒ（λ）を求める。具体的には、Ｎ×Ｍ＝Ｎｓｍｐとなるようにプログラマブル光源１０１から照射する複数の照明光の数Ｎを決定し、かつＨ（＝Ｈｉｊｋ）がＮｓｍｐ×Ｎｓｍｐ（１２×１２）の正方行列となるように（ｄｅｔ（Ｈ）≠０となるように）Ｌｉ（λ）を決定することにより、すなわち、図２や図３に示したように、スペクトル形状が相似でないマルチプレックスな照射パターンとなるように、プログラマブル光源１０６から照射する照明光のスペクトル特性を決定することにより、式（５）は、次式（６）のように表すことができる。
【数５】
2012026867.tif 000007
【００２４】
ここで、上述したように、Ｈｉｊｋは、１２×１２の正方行列であることから、式（６）は、次式（７）のように表すことができる。よって、演算装置１０４は、次式（７）の演算を行うことによりＮｓｍｐにおけるｒ（λ）を算出することができる。すなわち、所定の波長域（λｍｉｎ（４００）〜λｍａｘ（６７５））の各サンプリング波長における被測定物１０６の分光特性を算出することができる。
【数６】
2012026867.tif 000008
【００２５】
以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）演算装置１０４は、プログラマブル光源１０１から照射される照明光の照明スペクトル特性Ｌｉ（λ）と、カラーカメラ１０２の分光感度特性Ｓ（λ）と、カラーカメラ１０２のバンドパスフィルタの分光感度特性ｆｊ（λ）とに基づいて、被測定物１０６の所定の波長域λｍｉｎ〜λｍａｘの分光特性ｒ（λ）を算出するようにした。これによって、被測定物１０６の所定の波長域の分光特性を精度高く算出することができる。
【００２６】
（２）プログラマブル光源１０１は、スペクトル特性の異なった所定の波長域の複数の照明光を順次被測定物１０６へ照射し、カラーカメラ１０２は、被測定物１０６からの反射光を光電信号に変換し、演算装置１０４は、カラーカメラ１０２から順次出力される光電信号に基づいて、被測定物１０６の所定の波長域の分光特性を算出するようにした。このとき、プログラマブル光源１０１は、スペクトル形状が相似でないマルチプレックスな照射パターンの複数の照明光を順次被測定物１０６へ照射するようにした。これによって、以下のような効果を得ることができる。
【００２７】
従来のモノクロメーターによって単波長の照明光を照射する場合には、分光器を用いて単波長の光を取り出して照射するに当たって、光量を確保するために分解能を犠牲にしてスロットやフィルターの半値幅を広げる必要があったが、本発明によれば、照明光の分解能を犠牲にすることなく、十分な光量の確保が可能となる。また、該従来の方法では、波長をスキャンする必要があるため、測定に時間がかかるという問題があったが、本発明によれば測定時間を短縮することができる。また、従来の単波長の照明光を照射して測定を行う場合と比較して、ＳＮ比を改善することができる。さらに、カラーカメラ１０２は、既製の３ＣＣＤカメラを使用することができるため、装置を安価に構成することができ、コスト的に有利である。
【００２８】
―変形例―
なお、上述した実施の形態の測定装置は、以下のように変形することもできる。
（１）上述した実施の形態では、プログラマブル光源１０１から照射される照明光の照明スペクトル特性Ｌｉ（λ）と、カラーカメラ１０２の分光感度特性Ｓ（λ）と、カラーカメラ１０２のバンドパスフィルタの分光感度特性ｆｊ（λ）とは、既知である例について説明した。しかしながら、これらのうち、カラーカメラ１０２の分光感度特性をＳ（λ）と、カラーカメラ１０２のバンドパスフィルタの分光感度特性をｆｊ（λ）、すなわちカラーカメラ１０２の分光感度特性が未知である場合には、演算装置１０４は、あらかじめ校正処理を行って、カラーカメラ１０２の分光感度特性を算出するようにしてもよい。具体的には、透過率測定であれば、ｒ（λ）＝１の透明サンプルを用意し、反射率測定であれば、ｒ（λ）＝１の標準白色板を用意した上で、式（２）に基づいて、カラーカメラ１０２の分光感度特性ｆｊ（λ）Ｓ（λ）を算出すればよい。
【００２９】
（２）上述した実施の形態では、カラーカメラ１０２として、３ＣＣＤカラーカメラを用いる例について説明した。しかしながら、カラーカメラ１０２としは、ＲＧＢフィルタタイプのカラーカメラを用いてもよい。
【００３０】
（３）上述した実施の形態では、本実施の形態における測定装置１００を図４に示した反射型顕微鏡や図５に示した透過型顕微鏡に適用する例について説明した。しかしながら、測定装置１００は、他の装置にも適用が可能である。
【００３１】
なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。また、上述の実施の形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１００  測定装置、１０１  プログラマブル光源、１０１ａ  白色光源、１０１ｂ  チューナブルフィルタ、１０２  カラーカメラ、１０３  制御装置、１０４  演算装置、１０５  表示装置
【図１】
2012026867.tif 000009
【図２】
2012026867.tif 000010
【図３】
2012026867.tif 000011
【図４】
2012026867.tif 000012
【図５】
2012026867.tif 000013
【図６】
2012026867.tif 000014
【図７】
2012026867.tif 000015
【図８】
2012026867.tif 000016
【図９】
2012026867.tif 000017