(57)【要約】【課題】検査対象物に非接触で成分分析を実施でき、かつ、携帯性が良好な小型の成分分析装置を提供する。【解決手段】成分分析装置１０は、筐体１１と、光源部１３２と、検査対象物からの光を筐体１１内部に導く光入射部１３１と、入射光から所定波長の光を取り出す波長可変干渉フィルター５と、取り出された光を受光し分光画像を撮像する撮像部１３３と、分光画像に基づいて検査対象物の成分分析を実施する制御部１７と、成分分析結果を表示させるディスプレイ１５と、を具備し、光入射部１３１、撮像部１３３、及び制御部１７は、筐体１１内に設けられ、波長可変干渉フィルター５は、固定反射膜を有する固定基板と、固定基板に対向して配置され、固定反射膜に反射膜間ギャップを介して対向する可動反射膜を有する可動基板と、反射膜間ギャップのギャップ量を変更する静電アクチュ―エーターと、を備えた。【選択図】図３
2013181912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体内部に設けられ、検査対象物に対して光を射出する光源部と、
前記検査対象物により反射された光を前記筐体内部に導く入射光学系と、
前記筐体内部に設けられ、前記入射光学系から入射された光から所定波長の光を取り出す波長可変干渉フィルターと、
前記筐体内部に設けられ、前記波長可変干渉フィルターにより取り出された光を受光し分光画像を撮像する撮像部と、
前記筐体内部に設けられ、前記分光画像に基づいて前記検査対象物の成分分析を実施する制御部と、を具備し、
前記波長可変干渉フィルターは、ファブリーペローエタロンである
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の成分分析装置において、
前記入射光学系は、前記検査対象物の虚像を前記撮像部に結像する複数のレンズ群と、入射光の入射角を所定角度以下に制限する光入射角調整手段とを備えた
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の成分分析装置において、
前記光入射角調整手段は、
前記波長可変干渉フィルターの光入射面に対して直交する光入射方向に沿って所定厚み寸法を有する複数の光透過部、及び複数の遮光部を有し、前記光入射方向に対して直交する面内で、これらの前記光透過部及び前記遮光部が交互に隣接配置された視野角制限板を備えた
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の成分分析装置において、
前記撮像部は、前記波長可変干渉フィルターの光射出面に設けられている
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の成分分析装置において、
前記波長可変干渉フィルターは、可視光域から近赤外域における所定波長の光を取り出す
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の成分分析装置において、
前記筐体内部に設けられ、前記検査対象物から反射された光から、可視光域の光を受光して、カラー画像を撮像するカラー撮像部と、
前記カラー撮像部に光を導くカラー画像用入射光学系と、
前記カラー撮像部により撮像された前記カラー画像を表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする成分分析装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の成分分析装置において、
前記撮像部は、モノクロ画像撮像用の撮像素子を備えた
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の成分分析装置において、
前記光源部は、異なる波長の光を射出する複数の光源を備え、
前記制御部は、分析する成分に対応した波長の光を射出する光源を点灯駆動させる
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の成分分析装置において、
前記光源部は、可視光を射出する可視光源を備えた
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の成分分析装置において、
前記制御部は、
分析対象の成分の吸光スペクトルから抽出された特徴量と、前記分析対象成分の成分含有率との相関データが記憶される記憶手段と、
前記波長可変干渉フィルターにより取り出す光の波長を設定するフィルター駆動手段と、
前記分光画像における各画素の光量、及び前記相関データに基づいて、検査対象物の前記分析対象成分の含有率及び含有量を分析する成分分析手段と、
を備えた
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の成分分析装置において、
前記検査対象物の温度を検出する温度検出センサーを備え、
前記制御部は、
検出された温度に基づいて、各成分の吸光スペクトルを補正する補正手段を備えた
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の成分分析装置において、
前記検査対象物は、食品であり、
前記成分分析手段は、前記検査対象物に含まれる脂質、糖質、タンパク質、及び水分のいずれかの成分の含有率及び含有量を分析し、前記検査対象物のカロリーを算出する
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の成分分析装置において、
前記検査対象物が載置されることで質量を測定する質量測定部を備え、
前記成分分析手段は、前記検査対象物に含まれる前記分析対象成分の含有率と、測定された前記検査対象物の質量とから、前記検査対象物における前記分析対象成分の含有量を算出する
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の成分分析装置において、
前記制御部は、
前記検査対象物の撮像画像から当該検査対象物の体積を推算し、前記成分分析手段により分析される所定の成分に対する含有率に基づいて前記検査対象物の比重を推算し、これらの推算された体積及び比重から前記検査対象物の質量を算出する質量推算手段を備え、
前記成分分析手段は、前記検査対象物に含まれる前記分析対象成分の含有率と、推算された前記検査対象物の質量とから、前記検査対象物における前記分析対象成分の含有量を算出する
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の成分分析装置において、
前記制御部は、
前記検査対象物の撮像画像から当該検査対象物の体積を推算し、予め設定された比重と、推算された体積とから前記検査対象物の質量を算出する質量推算手段を備え、
前記成分分析手段は、前記検査対象物の前記分析対象成分の含有率と、推算された前記検査対象物の質量とから、前記検査対象物の前記分析対象成分の含有量を算出する
ことを特徴とする成分分析装置。
【請求項１６】
請求項１４又は請求項１５に記載の成分分析装置において、
前記質量推算手段は、前記検査対象物とともに、大きさが既知である基準物質が撮像された撮像画像に基づいて、前記検査対象物の体積を推算する
ことを特徴とする成分分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光画像を撮像し、撮像された分光画像から検査対象物の成分を分析する成分分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象の成分を分析する成分分析装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
特許文献１に記載の装置は、食品のカロリー測定装置である。この装置は、閉空間に設けられた回転テーブルに検査対象物の食品を載置し、光源部から食品に光を照射し、食品からの反射光または透過光を受光部において受光する。ここで、光源部は、ハロゲンランプから照射される光をライトチョッパにより複数のパルス状の光に分割させ、分割された光を音響光学素子により２ｎｍの分解能で分光させ、分光された光を反射ミラーにより食品に向かって照射させている。そして、この装置は、受光部で受光された光に基づいて、成分分析を行い、カロリーを算出する。
【０００３】
また、特許文献２に記載の装置は、検査対象物に対して検出ヘッド部を接触させ、検出ヘッド部に設けられた投光ヘッドから検査対象物に光を照射させる。そして、検査対象物で拡散された光を受光ヘッドに透過させる。受光ヘッドは、光ファイバー束により装置内部に誘導され、分光センサーユニットにより分光されて分光された光が受光される。分光センサーユニットは、光ファイバー束の出光側端面にイオンアシスト蒸着により設けられる連続可変干渉フィルター（いわゆるリニアバリアブルフィルター）が設けられ、この連続可変干渉フィルターにより分光された光を光電変換素子により受光する。そして、受光した光のスペクトルに基づいて、検査対象物の成分分析を実施する。すなわち、特許文献２に記載の装置は、検出ヘッドに接触した検査対象物の一点に対して、成分分析を実施する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９２１２８号公報
【特許文献２】特開２００５−１２７８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば食品等を検査対象物として成分分析を行う装置において、外出先等に容易に持ち運びができ、手軽に成分分析を実施可能な小型装置が望まれている。
これに対して、上述した特許文献１の装置では、光源部に、音響光学素子が用いられており、このような音響光学素子は、装置サイズが大きく、携帯が可能な小型機器に適さない。また、検査対象物を閉空間内の回転テーブルに設置して成分分析を行う装置であるため、この点からも、小型機器に適していないという課題がある。
特許文献２の装置は、特許文献１よりは小型ではあるが、検出ヘッド部から光ファイバー束により分光センサーユニットまで導光する構成であるため、例えばポケットサイズ等の持ち運びが容易となるサイズまでの小型化をすることができない。これに加え、検出ヘッド部に検査対象物を接触させる必要があり、例えば食品を検査対象物とする場合に、衛生上好ましくなく、接触させた一部のみの成分分析しかできないという課題がある。
【０００６】
本発明は、検査対象物に非接触で成分分析を実施でき、かつ、携帯性が良好な小型の成分分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の成分分析装置は、筐体と、前記筐体内部に設けられ、検査対象物に対して光を射出する光源部と、前記検査対象物により反射された光を前記筐体内部に導く入射光学系と、前記筐体内部に設けられ、前記入射光学系から入射された光から所定波長の光を取り出す波長可変干渉フィルターと、前記筐体内部に設けられ、前記波長可変干渉フィルターにより取り出された光を受光し分光画像を撮像する撮像部と、前記筐体内部に設けられ、前記分光画像に基づいて前記検査対象物の成分分析を実施する制御部と、を具備し、前記波長可変干渉フィルターは、ファブリーペローエタロンであることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、成分分析装置は、筐体内部に設けられた光源部から検査対象物に対して光を照射し、検査対象物で反射された光を入射光学系から筐体内部の波長可変干渉フィルターにより入射させる。そして、波長可変干渉フィルターにより取り出された所定波長の光を撮像部で受光（撮像）させ、制御部は、撮像部で撮像された分光画像に基づいて、検査対象物の成分分析を実施し、その結果を表示手段に表示させる。
ここで、本発明では、筐体内部に波長可変干渉フィルターと、撮像部とが設けられ、波長可変干渉フィルターにより、入射光から特定の波長の光が取り出される。この波長可変干渉フィルターは、ファブリーペリーエタロンにより構成されるものであり、２つのミラーによる多重干渉を利用して所定波長の光を取り出すものであるため、厚み寸法を極めて小さくすることができる。例えば、取り出す光の波長が近赤外域であれば、ミラー間のギャップを例えば２μｍ以下に設定されていればよく、第一基板及び第二基板の厚み寸法は、基板剛性を考慮しても、例えば１ｍｍ以下にすることが可能となる。したがって、例えばＡＯＴＦ（音響光学チューナブルフィルター）やＬＣＴＦ（液晶チューナブルフィルター）等のような大型の分光素子を用いた成分分析装置に比べて、小型化が可能となる。
また、本発明では、検査対象物の撮像画像（分光画像）に基づいて、制御部で成分分析を実施する。したがって、検査対象物に対して非接触で成分分析を実施でき、検査対象物が例えば食品である場合であっても衛生面での問題がなく、接触による検査対象物の破損等も生じない。
これに加え、分光画像に基づいて、成分分析を実施する場合、検査対象物における所定の一点に対する成分分析に加え、分光画像として取得された範囲全体に対して成分分析を実施することができる。すなわち、１つの分光画像から、複数の点に対する成分分析を実施することができる。これにより、検査対象物における成分分布の解析や、検査対象物の全体での成分含有率の算出等も容易に行うことができ、検査対象物に対するより詳細な成分分析を実施することができる。
また、検出ヘッドを検査対象物に接触させて検査対象物の一点の成分分析を実施する従来の装置で複数点に対する成分分析を実施する場合では、検出ヘッドの接触位置を変更し、接触位置における光強度を再度測定する必要があり、煩雑となる。これに対して、本発明では、分光画像内の検査対象物の各点に対する成分分析を１つの分光画像から、容易に実施することができる。
【０００９】
本発明の成分分析装置において、前記入射光学系は、前記検査対象物の虚像を前記撮像部に結像する複数のレンズ群と、入射光の入射角を所定角度以下に制限する光入射角調整手段とを備えていることが好ましい。
本発明では、レンズ群により入射光の入射角を一定の角度以下に制限することができ、これに加えて、光入射角調整手段により、更に入射角を制限する。このような構成では、撮像部には、入射角外からの光の入射が制限されるため、検査対象物の各点からの光を、撮像部に形成される検査対象物の虚像の各点（各画素）に適切に対応付けることができる。つまり、分光画像における所定の一点は、検査対象物の対応する一点に対応した光強度を有するため、制御部は、分光画像の各画素の光強度に基づいて、より精度よく成分分析を実施することができる。したがって、検査対象物の所定の一点に対する成分分析と、撮像画像における検査対象物全体に対する成分分析との双方に対して、高精度な成分分析を実施することができる。
【００１０】
本発明の成分分析装置において、前記波長可変干渉フィルターの光入射面に対して直交する光入射方向に沿って所定厚み寸法を有する複数の光透過部、及び複数の遮光部を有し、前記光入射方向に対して直交する面内で、これらの前記光透過部及び前記遮光部が交互に隣接配置された視野角制限板を備えていることが好ましい。
【００１１】
入射光学系を構成するレンズ群として、テレセントリックレンズを用い、光入射角調整手段として、テレセントリックレンズの焦点位置に設けられる絞りを用いる構成としてもよいが、レンズ群を構成するレンズの数が増大することが考えられる。これに対して、画像内の所定点における吸光スペクトルから、当該所定点に対する成分分析を実施する場合、必ずしもテレセントリックレンズを用いる必要がない。この場合、所定厚み寸法を有する光透過部及び遮光部を交互に配置し、光入射角が遮光部により制限される視野角制限板を用いることで、波長可変干渉フィルターに入射光を入射させる構成としてもよい。このような構成では、テレセントリックレンズを用いた構成に比べて、より成分分析装置の薄型化を図れ、携帯性を向上させることができる。
また、遮光部により所定入射角の範囲外（入射角外）からの光を遮光することができるので、上記発明と同様に、分光画像内の各点（各画素）は、検査対象物における各点に対応した光強度を有する。したがって、制御部は、分光画像の各点に対する高精度な成分分析を実施することができる。
【００１２】
本発明の成分分析装置において、前記撮像部は、前記波長可変干渉フィルターの光射出面に設けられていることが好ましい。
ここで、撮像部が波長可変干渉フィルターの光射出面に設けられているとは、波長可変干渉フィルターに対して撮像部が直接設けられている構成の他、例えば、波長可変干渉フィルターとの間に基板を介して撮像部が設けられる構成等をも含む。このような基板としては、例えば波長可変干渉フィルターを固定する基板、波長可変干渉フィルターを収納する光学パッケージの一部、ギャップ変更部に対して信号を出力するための回路基板等が挙げられる。
本発明では、波長可変干渉フィルターの光射出面に撮像部が設けられているため、波長可変干渉フィルターと撮像部とを限りなく近接して配置することができ、成分分析装置をより小型にすることができる。
【００１３】
本発明の成分分析装置において、前記波長可変干渉フィルターは、可視光域から近赤外域における所定波長の光を取り出すことが好ましい。
この発明では、波長可変干渉フィルターは、反射膜間ギャップが変更されることで、可視光域から近赤外光域までの光を取り出す。このような構成では、１つの波長可変干渉フィルター及び撮像部により、カラー画像（可視光画像）と、検査対象物の成分分析を実施するための近赤外域の分光画像とをそれぞれ取得することができる。このように、カラー画像が取得されると、例えば、成分分析装置に撮像画像を表示させる表示手段が設けられている場合、表示手段に可視画像を表示させることで、検査対象物における成分検査範囲を容易に確認することができる。
【００１４】
本発明の成分分析装置において、前記筐体内部に設けられ、前記検査対象物から反射された光から、可視光域の光を受光して、カラー画像を撮像するカラー撮像部と、前記カラー撮像部に光を導くカラー画像用入射光学系と、前記カラー撮像部により撮像された前記カラー画像を表示する表示手段と、備えたことが好ましい。
【００１５】
上記発明のように、撮像部により、カラー画像と、近赤外域の画像を取得してもよいが、本発明に示すように、別途カラー画像を撮像するためのカラー撮像部を備える構成としてもよい。この場合でも、表示手段にカラー画像を表示させることで、検査対象物における成分分析を実施する範囲を容易に確認することができる。
【００１６】
本発明の成分分析装置において、前記撮像部は、モノクロ画像撮像用の撮像素子を備えることが好ましい。
撮像部で、カラー画像を取得する場合、各画素に対してＲＧＢのカラーフィルターを配置した撮像素子を、画素数分だけ配置する必要があり、各画素に配置する撮像素子のサイズが小さくなる。一方、別途カラー撮像部を設ける構成では、撮像部では、所定波長の近赤外光を取得すればよいため、各画素に対して１つの撮像素子を配置すればよい。したがって、各画素に対して３つの撮像素子を設ける場合に比べて、撮像素子の受光面を大きくできる。これにより、光量の検出精度を向上させることができ、成分分析の精度の向上をも図ることができる。
【００１７】
本発明の成分分析装置において、前記光源部は、異なる波長の光を射出する複数の光源を備え、前記制御部は、分析する成分に対応した波長の光を射出する光源を点灯駆動させることが好ましい。
本発明では、成分分析を実施するために必要な波長の光を射出する光源が、分析する成分の吸光スペクトルに応じて複数種類設けられている。このような構成では、光源を全て点灯させることなく、成分分析に必要な波長に対応して順次光源を点灯させることが可能となり、省電力化を図ることができる。
【００１８】
本発明の成分分析装置において、前記光源部は、可視光を射出する可視光源を備えることが好ましい。
光源部として、可視光を射出する可視光源が設けられているため、例えば、外光が弱い場合であっても、可視光源により検査対象物に可視光を照射することができ、容易に検査対象物を画像内に収めることができる。また、可視画像（カラー画像）を撮像し、表示手段に表示させる場合においても、可視光源により検査対象物に可視光を照射することで、良好なカラー画像を撮像できる。
【００１９】
本発明の成分分析装置において、前記制御部は、分析対象の成分の吸光スペクトルから抽出された特徴量と、前記分析対象成分の成分含有率との相関データが記憶される記憶手段と、前記波長可変干渉フィルターにより取り出す光の波長を設定するフィルター駆動手段と、前記分光画像における各画素の光量、及び前記相関データに基づいて、検査対象物の前記分析対象成分の含有率及び含有量を分析する成分分析手段と、を備えていることが好ましい。
【００２０】
本発明では、制御部は、フィルター駆動手段により波長可変干渉フィルターの反射膜間ギャップを制御することで、入射光から成分分析に必要な特定波長の光を取り出すことができ、撮像部により当該特定波長の分光画像を取得することができる。そして、成分分析手段は、撮像された分光画像における各画素の光量と、相関データとに基づいて、例えばケモメトリックス法等の手法を用いることで、容易に分析対象成分の含有率や含有量を求めることができる。
【００２１】
本発明の成分分析装置において、前記検査対象物の温度を検出する温度検出センサーを備え、前記制御部は、検出された温度に基づいて、各成分の吸光スペクトルを補正する補正手段を備えることが好ましい。
本発明では、検査対象物の温度を検出する温度検出センサーを備え、制御部の補正手段は、分析対象の成分の吸光スペクトルを補正する。一般に、検査対象物に含まれる各成分は、温度変化により吸光スペクトルが変化する。例えば、基準温度Ｔ１で波長λ１において特徴量が検出される成分であっても、温度Ｔ２では、吸光スペクトルが変化し、波長λ２において特徴量が検出される場合がある。
本発明では、上述のように温度が変化した場合でも、吸光スペクトルを補正して、特徴量が検出される波長を検出することができる。したがって、このような補正した吸光スペクトルに基づいて、成分分析に必要な特徴量を取得するので、正確な成分分析を実施することができる。
【００２２】
本発明の成分分析装置において、前記検査対象物は、食品であり、前記成分分析手段は、前記検査対象物に含まれる脂質、糖質、タンパク質、及び水分のいずれかの成分の含有率及び含有量を分析し、前記検査対象物のカロリーを算出することが好ましい。
本発明では、成分分析手段は、食品における脂質、糖質、タンパク質、及び水分のいずれかの成分の含有率及び含有量を分析する。脂質、糖質、タンパク質、及び水分は、食品におけるカロリー計算に用いられる成分である。したがって、これらの成分の含有率及び含有量が分析されることで、当該食品のカロリーを計算することができ、ユーザーの健康増進を支援できる。
【００２３】
本発明の成分分析装置において、前記検査対象物が載置されることで質量を測定する質量測定部を備え、前記成分分析手段は、前記検査対象物に含まれる前記分析対象成分の含有率と、測定された前記検査対象物の質量とから、前記検査対象物における前記分析対象成分の含有量を算出することが好ましい。
本発明では、質量測定部により、検査対象物の正確な質量を測定することができる。したがって、測定された質量と、成分分析手段により分析された分析対象成分の含有率とに基づいて、分析対象成分の正確な含有量を算出することができる。また、脂質、糖質、タンパク質の含有量が算出されれば、食品の正確なカロリーを算出することが可能となる。
【００２４】
本発明の成分分析装置において、前記制御部は、前記検査対象物の撮像画像から当該検査対象物の体積を推算し、前記成分分析手段により分析される所定の成分に対する含有率に基づいて前記検査対象物の比重を推算し、これらの推算された体積及び比重から前記検査対象物の質量を算出する質量推算手段を備え、前記成分分析手段は、前記検査対象物に含まれる前記分析対象成分の含有率と、推算された前記検査対象物の質量とから、前記検査対象物における前記分析対象成分の含有量を算出することが好ましい。
本発明では、制御部は、質量推算手段を備え、この質量推算手段は、撮像画像に基づいて、検査対象物の体積を推算する。比重の推算としては、例えば水分の成分含有量を用いることが好ましいが、その他の成分の含有量を用いて算出されてもよい。そして、質量推算手段は、算出された比重及び体積に基づいて、検査対象物の質量を算出する。
このような構成では、上述した質量測定部により測定される質量に比べて誤差が生じるが、検査対象物を質量測定部に載置する等の工程が不要であり、より手軽に検査対象物に対する分析対象成分の含有量を計算することができる。
【００２５】
本発明の成分分析装置において、前記制御部は、前記検査対象物の撮像画像から当該検査対象物の体積を推算し、予め設定された比重と、推算された体積とから前記検査対象物の質量を算出する質量推算手段を備え、前記成分分析手段は、前記検査対象物の前記分析対象成分の含有率と、推算された前記検査対象物の質量とから、前記検査対象物の前記分析対象成分の含有量を算出することが好ましい。
一般に、食品における比重がほぼ同じ値となる。したがって、推算された体積と、食品の平均的な比重とにより、検査対象物の大凡の質量を算出することができる。本発明では、上述の発明に比べて質量の誤差が大きくなるが、より簡単な処理によりカロリー計算を実施でき、処理速度の向上や、処理負荷に伴う電力消費量の軽減を図ることができる。
【００２６】
本発明の成分分析装置において、前記質量推算手段は、前記検査対象物とともに、大きさが既知である基準物質が撮像された撮像画像に基づいて、前記検査対象物の体積を推算することが好ましい。
検査対象物の体積を推算する方法としては、例えば撮像画像を取得する際に実施するピント合わせ処理により、検査対象物と成分分析装置との距離を取得し、撮像画像を分析して検査対象物の体積を求めることもできる。また、２視点からの撮像画像に基づいて、３次元画像を作成し、体積を推算することも可能である。しかしながら、携帯性が高い小型の成分分析装置において、複雑な画像処理を実施することは、省電力化の面で好ましくない。これに対して、本発明では、例えば寸法や面積等が既知である基準物質と、検査対象物とを有する撮像画像を用いることで、簡単な画像認識により、基準物質に対する検査対象物の寸法比等を容易に算出することができ、検査対象物の体積を容易に推算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る第一実施形態の成分分析装置の正面構成を示す斜視図。
【図２】第一実施形態の成分分析装置の背面構成を示す斜視図。
【図３】第一実施形態の成分分析装置の断面構成を示す概略図。
【図４】第一実施形態の光源部から射出される照明光の分光スペクトル。
【図５】第一実施形態の波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図。
【図６】図５におけるＶＩ−ＶＩ線を断面した際の断面図。
【図７】第一実施形態の成分分析装置の概略構成を示すブロック図。
【図８】第一実施形態の成分分析装置による成分分析方法を示すフローチャート。
【図９】ディスプレイに表示される検査対象物の撮像画像の一例を示す図。
【図１０】図９の指定ポイントの吸光スペクトルを示す図。
【図１１】成分含有率の分析結果を表示したディスプレイの表示例を示す図。
【図１２】成分含有率の分析結果を表示したディスプレイの他の表示例を示す図。
【図１３】成分含有量及びカロリーの分析結果を表示したディスプレイの表示例を示す図。
【図１４】第二実施形態の成分分析装置の断面構成を示す概略図。
【図１５】視野角制限板の概略構成を示す斜視図。
【図１６】視野角制限板の他の例を示す斜視図。
【図１７】視野角制限板の更に他の例を示す斜視図。
【図１８】第四実施形態の成分分析装置における背面の概略構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態に係る成分分析装置について、図面に基づいて説明する。
[成分分析装置の概略構成]
図１は、第一実施形態の成分分析装置の正面構成を示す斜視図である。図２は、成分分析装置の背面構成を示す斜視図である。図３は、成分分析装置の断面構成を示す概略図である。
成分分析装置１０は、図１から図３に示すように、筐体１１と、可視光撮像モジュール１２と、近赤外撮像モジュール１３と、温度検出センサー１４と、ディスプレイ１５（表示手段）と、操作部１６と、制御部１７と、を備えている。
【００２９】
［筐体１１の構成］
筐体１１は、例えば厚み寸法が１〜２ｃｍ程度で、衣服のポケット等により容易に収納可能な薄型箱状に形成されている。この筐体１１は、図１に示すように、正面１１Ａに面して、可視光撮像モジュール１２が配置される可視撮像窓１１１、近赤外撮像モジュール１３が配置される近赤外撮像窓１１２、及び温度検出センサー１４が配置されるセンサー窓１１３を備えている。また、筐体１１は、図２に示すように、背面１１Ｂに面して、ディスプレイ１５が配置される表示窓１１４を備えている。更に、筐体１１は、側面１１Ｃの一部に、操作部１６の一つを構成するシャッターボタンを備える。
【００３０】
［可視光撮像モジュール１２の構成］
可視光撮像モジュール１２は、筐体１１の可視撮像窓１１１に臨んで設けられる可視光入射部１２１（カラー画像用入射光学系）と、カラー撮像部１２２とを備える。
なお、図３では、可視光入射部１２１は、１つのレンズにより構成される例を示すが、実際には、複数のレンズにより構成されており、これらのレンズにより検査対象物の虚像をカラー撮像部に結像する。
カラー撮像部１２２は、複数の撮像素子を備えて構成されている。これらの撮像素子は、例えば、１画素につき、Ｒ（赤）用の撮像素子、Ｇ（緑）用の撮像素子、Ｂ（青）用の撮像素子を備え、それぞれ、受光する色に対応したカラーフィルター（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を有している。
そして、カラー撮像部１２２は、各撮像素子で受光された光に基づいたカラー画像信号を制御部１７に出力する。
【００３１】
［近赤外撮像モジュール１３の構成］
近赤外撮像モジュール１３は、近赤外撮像窓１１２に臨んで設けられる光入射部１３１と、近赤外撮像窓１１２に臨んで設けられる光源部１３２と、光入射部１３１からの光が入射する波長可変干渉フィルター５と、波長可変干渉フィルター５により取り出された光を受光する撮像部１３３と、制御基板１３４とを備えている。
【００３２】
（光入射部１３１の構成）
光入射部１３１は、図３に示すように、複数のレンズにより構成されており、本発明の入射光学系を構成する。この光入射部１３１は、これらの複数のレンズにより、視野角が所定角度以下に制限されており、視野角内の検査対象物の虚像を、波長可変干渉フィルター５を介して撮像部１３３に結像する。また、これらの複数のレンズの内の一部は、例えばユーザーにより操作部１６が操作されることで、レンズ間隔を調整することが可能となり、これにより、取得する画像の拡大縮小が可能となる。本実施形態では、光入射部１３１を構成するこれらのレンズとして、テレセントリックレンズを用いることが好ましい。このようなテレセントリックレンズでは、入射光の光軸を主光線に対して平行な方向に揃えることができ、後述する波長可変干渉フィルター５の固定反射膜５４や可動反射膜５５に対して垂直に入射させることが可能となる。また、光入射部１３１を構成するレンズとしてテレセントリックレンズを用いる場合、テレセントリックレンズの焦点位置に絞りが設けられる。この絞りは、本発明の光入射角調整手段を構成し、制御部１７（図７参照）により絞り径が制御されることで、視野角を制御することが可能となる。なお、レンズ群や絞り等によって制限する入射光の入射角度は、レンズ設計等により異なるが、光学軸から２０度以下に制限されることが好ましい。
【００３３】
（光源部１３２の構成）
光源部１３２は、図１及び図３に示すように、近赤外撮像窓１１２の外周部に沿って、円環状に配列して配置される複数の光源１３２Ａ（ＬＥＤ）を備えている。なお、本実施形態では、光源１３２ＡとしてＬＥＤを例示するが、例えばレーザー光源等が用いられていてもよい。光源１３２ＡとしてＬＥＤやレーザー光源が用いられることで、光源部１３２の小型化、省電力化を図ることができる。
【００３４】
図４は、本実施形態の光源部１３２から射出される照明光の分光スペクトルを示す。
光源部１３２は、図４に示すように、発光波長が異なる複数種類の光源１３２Ａを備える。具体的には、可視光（図４における実線の光）を射出する可視光源と、発光波長帯域が異なる近赤外光（図４における一点鎖線の光）を射出する複数種の近赤外光源とを備える。
ここで、複数種の近赤外光源は、それぞれ、５０〜１００ｎｍ帯域幅を有し、これらの近赤外光源の光を組み合わせることで、近赤外域の各波長に対して略一様な光量を有する光（図４における破線の光）を射出することが可能となる。また、本実施形態の成分分析装置１０では、成分分析の対象となる成分の吸光スペクトルに対応した分光画像に基づいて、成分分析を実施する。ここで、本実施形態では、制御基板１３４は、光源１３２Ａのうち、分析対象となる成分の吸光スペクトルに対応した波長の光源１３２Ａを点灯させ、その他の光源１３２Ａを消灯させる。これにより、より省電力化を促進でき、効率的な成分分析を実施できる。
なお、可視光源は、発光波長帯域が異なる複数種の光源により構成されていてもよい。
【００３５】
（波長可変干渉フィルター５の構成）
図５は、波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図である。図６は、図５のＶＩ-ＶＩ線を断面した際の波長可変干渉フィルターの断面図である。
波長可変干渉フィルター５は、ファブリーペローエタロンである。この波長可変干渉フィルター５は、例えば矩形板状の光学部材であり、厚み寸法が例えば５００μｍ程度に形成される固定基板５１と、厚み寸法が例えば２００μｍ程度に形成される可動基板５２を備えている。これらの固定基板５１及び可動基板５２は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などにより形成されている。そして、これらの固定基板５１及び可動基板５２は、固定基板５１の第一接合部５１３及び可動基板の第二接合部５２３が、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜などにより構成された接合膜５３（第一接合膜５３１及び第二接合膜５３２）により接合されることで、一体的に構成されている。
【００３６】
固定基板５１には、固定反射膜５４が設けられ、可動基板５２には、可動反射膜５５が設けられている。これらの固定反射膜５４および可動反射膜５５は、反射膜間ギャップＧ１を介して対向配置されている。そして、波長可変干渉フィルター５には、この反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を調整（変更）するのに用いられる静電アクチュエーター５６が設けられている。この静電アクチュエーター５６は、固定基板５１に設けられた固定電極５６１と、可動基板５２に設けられた可動電極５６２とにより構成されている。これらの固定電極５６１，可動電極５６２は、電極間ギャップＧ２を介して対向する。ここで、これらの固定電極５６１，可動電極５６２は、それぞれ固定基板５１及び可動基板５２の基板表面に直接設けられる構成であってもよく、他の膜部材を介して設けられる構成であってもよい。ここで、電極間ギャップＧ２のギャップ量は、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量より大きい。
また、波長可変干渉フィルター５を固定基板５１（可動基板５２）の基板厚み方向から見た図５に示すようなフィルター平面視において、固定基板５１及び可動基板５２の平面中心点Ｏは、固定反射膜５４及び可動反射膜５５の中心点と一致し、かつ後述する可動部５２１の中心点と一致する。
なお、以降の説明に当たり、固定基板５１または可動基板５２の基板厚み方向から見た平面視、つまり、固定基板５１、接合膜５３、及び可動基板５２の積層方向から波長可変干渉フィルター５を見た平面視を、フィルター平面視と称する。
【００３７】
（固定基板の構成）
固定基板５１には、エッチングにより電極配置溝５１１および反射膜設置部５１２が形成されている。この固定基板５１は、可動基板５２に対して厚み寸法が大きく形成されており、固定電極５６１および可動電極５６２間に電圧を印加した際の静電引力や、固定電極５６１の内部応力による固定基板５１の撓みはない。
また、固定基板５１の頂点Ｃ１には、切欠部５１４が形成されており、波長可変干渉フィルター５の固定基板５１側に、後述する可動電極パッド５６４Ｐが露出する。
【００３８】
電極配置溝５１１は、フィルター平面視で、固定基板５１の平面中心点Ｏを中心とした環状に形成されている。反射膜設置部５１２は、前記平面視において、電極配置溝５１１の中心部から可動基板５２側に突出して形成されている。この電極配置溝５１１の溝底面は、固定電極５６１が配置される電極設置面５１１Ａとなる。また、反射膜設置部５１２の突出先端面は、反射膜設置面５１２Ａとなる。
また、固定基板５１には、電極配置溝５１１から、固定基板５１の外周縁の頂点Ｃ１，頂点Ｃ２に向かって延出する電極引出溝５１１Ｂが設けられている。
【００３９】
電極配置溝５１１の電極設置面５１１Ａには、固定電極５６１が設けられている。より具体的には、固定電極５６１は、電極設置面５１１Ａのうち、後述する可動部５２１の可動電極５６２に対向する領域に設けられている。また、固定電極５６１上に、固定電極５６１及び可動電極５６２の間の絶縁性を確保するための絶縁膜が積層される構成としてもよい。
そして、固定基板５１には、固定電極５６１の外周縁から、頂点Ｃ２方向に延出する固定引出電極５６３が設けられている。この固定引出電極５６３の延出先端部（固定基板５１の頂点Ｃ２に位置する部分）は、制御基板１３４に接続される固定電極パッド５６３Ｐを構成する。
なお、本実施形態では、電極設置面５１１Ａに１つの固定電極５６１が設けられる構成を示すが、例えば、平面中心点Ｏを中心とした同心円となる２つの電極が設けられる構成（二重電極構成）などとしてもよい。
【００４０】
反射膜設置部５１２は、上述したように、電極配置溝５１１と同軸上で、電極配置溝５１１よりも小さい径寸法となる略円柱状に形成され、当該反射膜設置部５１２の可動基板５２に対向する反射膜設置面５１２Ａを備えている。
この反射膜設置部５１２には、図６に示すように、固定反射膜５４が設置されている。この固定反射膜５４としては、例えばＡｇ等の金属膜や、Ａｇ合金等の合金膜を用いることができる。また、例えば高屈折層をＴｉＯ２、低屈折層をＳｉＯ２とした誘電体多層膜を用いてもよい。さらに、誘電体多層膜上に金属膜（又は合金膜）を積層した反射膜や、金属膜（又は合金膜）上に誘電体多層膜を積層した反射膜、単層の屈折層（ＴｉＯ２やＳｉＯ２等）と金属膜（又は合金膜）とを積層した反射膜などを用いてもよい。
【００４１】
また、固定基板５１の光入射面（固定反射膜５４が設けられない面）には、固定反射膜５４に対応する位置に反射防止膜を形成してもよい。この反射防止膜は、低屈折率膜および高屈折率膜を交互に積層することで形成することができ、固定基板５１の表面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させる。
【００４２】
そして、固定基板５１の可動基板５２に対向する面のうち、エッチングにより、電極配置溝５１１、反射膜設置部５１２、及び電極引出溝５１１Ｂが形成されない面は、第一接合部５１３を構成する。この第一接合部５１３には、第一接合膜５３１が設けられ、この第一接合膜５３１が、可動基板５２に設けられた第二接合膜５３２に接合されることで、上述したように、固定基板５１及び可動基板５２が接合される。
【００４３】
（可動基板の構成）
可動基板５２は、図５に示すようなフィルター平面視において、平面中心点Ｏを中心とした円形状の可動部５２１と、可動部５２１と同軸であり可動部５２１を保持する保持部５２２と、保持部５２２の外側に設けられた基板外周部５２５と、を備えている。
また、可動基板５２には、図５に示すように、頂点Ｃ２に対応して、切欠部５２４が形成されており、波長可変干渉フィルター５を可動基板５２側から見た際に、固定電極パッド５６３Ｐが露出する。
【００４４】
可動部５２１は、保持部５２２よりも厚み寸法が大きく形成され、例えば、本実施形態では、可動基板５２の厚み寸法と同一寸法に形成されている。この可動部５２１は、フィルター平面視において、少なくとも反射膜設置面５１２Ａの外周縁の径寸法よりも大きい径寸法に形成されている。そして、この可動部５２１には、可動電極５６２及び可動反射膜５５が設けられている。
なお、固定基板５１と同様に、可動部５２１の固定基板５１とは反対側の面には、反射防止膜が形成されていてもよい。このような反射防止膜は、低屈折率膜および高屈折率膜を交互に積層することで形成することができ、可動基板５２の表面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させることができる。
【００４５】
可動電極５６２は、電極間ギャップＧ２を介して固定電極５６１に対向し、固定電極５６１と同一形状となる環状に形成されている。また、可動基板５２には、可動電極５６２の外周縁から可動基板５２の頂点Ｃ１に向かって延出する可動引出電極５６４を備えている。この可動引出電極５６４の延出先端部（可動基板５２の頂点Ｃ１に位置する部分）は、制御基板１３４に接続される可動電極パッド５６４Ｐを構成する。
可動反射膜５５は、可動部５２１の可動面５２１Ａの中心部に、固定反射膜５４と反射膜間ギャップＧ１を介して対向して設けられる。この可動反射膜５５としては、上述した固定反射膜５４と同一の構成の反射膜が用いられる。
なお、本実施形態では、上述したように、電極間ギャップＧ２のギャップ量が反射膜間ギャップＧ１のギャップ量よりも大きい例を示すがこれに限定されない。例えば、測定対象光として赤外線や遠赤外線を用いる場合等、測定対象光の波長域によっては、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量が、電極間ギャップＧ２のギャップ量よりも大きくなる構成としてもよい。
【００４６】
保持部５２２は、可動部５２１の周囲を囲うダイアフラムであり、可動部５２１よりも厚み寸法が小さく形成されている。このような保持部５２２は、可動部５２１よりも撓みやすく、僅かな静電引力により、可動部５２１を固定基板５１側に変位させることが可能となる。この際、可動部５２１が保持部５２２よりも厚み寸法が大きく、剛性が大きくなるため、保持部５２２が静電引力により固定基板５１側に引っ張られた場合でも、可動部５２１の形状変化が起こらない。したがって、可動部５２１に設けられた可動反射膜５５の撓みも生じず、固定反射膜５４及び可動反射膜５５を常に平行状態に維持することが可能となる。
なお、本実施形態では、ダイアフラム状の保持部５２２を例示するが、これに限定されず、例えば、平面中心点Ｏを中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。
【００４７】
基板外周部５２５は、上述したように、フィルター平面視において保持部５２２の外側に設けられている。この基板外周部５２５の固定基板５１に対向する面は、第一接合部５１３に対向する第二接合部５２３を備えている。そして、この第二接合部５２３には、第二接合膜５３２が設けられ、上述したように、第二接合膜５３２が第一接合膜５３１に接合されることで、固定基板５１及び可動基板５２が接合されている。
【００４８】
（波長可変干渉フィルター５のサイズ及び配置位置）
そして、本実施形態の成分分析装置１０では、カラー画像は可視光撮像モジュール１２により撮像される。したがって、波長可変干渉フィルター５は、近赤外域の光を透過可能な寸法に形成されていればよい。したがって、反射膜間ギャップＧ１としては、例えば１μｍ以下に設定することで、１次ピーク波長又は２次ピーク波長として近赤外光を取り出すことが可能となる。また、上述したように、固定基板５１の厚み寸法は、例えば５００μｍ程度であり、可動基板５２の厚み寸法は例えば２００μｍ程度に形成されている。したがって、波長可変干渉フィルター５の全体厚み寸法としては、１ｍｍ以下の厚み寸法に抑えることができる。
【００４９】
また、本実施形態では、波長可変干渉フィルター５の可動基板５２の固定基板５１とは反対側の面（光射出面）は、基板外周部５２５が制御基板１３４に固定されている。この制御基板１３４は、固定電極パッド５６３Ｐや可動電極パッド５６４Ｐが接続される端子部を有し、例えば、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）等により各パッド５６３Ｐ,５６４Ｐが端子部に接続されている。また、制御基板１３４の波長可変干渉フィルター５が設けられる面とは反対側の面には、撮像部１３３が固定されている。そして、固定反射膜５４及び可動反射膜５５による多重干渉により取り出された光は、制御基板１３４に設けられた光通過孔１３４Ａを通過して撮像部１３３に受光されることで、撮像部１３３により分光画像が撮像される。すわなち、本実施形態では、制御基板１３４の一方の面に波長可変干渉フィルター５が取り付けられ、制御基板１３４の他方の面に撮像部１３３が取り付けられる構成となり、波長可変干渉フィルター５及び撮像部１３３が近接配置されることになる。これにより、近赤外撮像モジュール１３の更なる薄型化を図れ、成分分析装置１０の小型化、薄型化を図ることができる。
なお、波長可変干渉フィルター５が制御基板１３４に固定される構成を示したが、これに限定されず、例えば波長可変干渉フィルター５がパッケージに格納されており、このパッケージを制御基板１３４に固定する構成などとしてもよい。さらには、波長可変干渉フィルター５が、制御基板１３４以外の基板や筐体１１内に設けられた固定部に固定されており、波長可変干渉フィルター５と制御基板１３４との距離が近接して設けられる構成などとしてもよい。
また、本実施形態では、カラー画像は、可視光撮像モジュール１２により撮像されるため、近赤外撮像モジュール１３において近赤外域における分光画像が撮像されればよい。したがって、波長可変干渉フィルター５を透過する光のうち、例えば２次以降のピーク波長として透過される可視光（及び紫外光）を遮光するために、近赤外域の波長の光のみを透過させる近赤外ハイパスフィルターが設けられていてもよい。このような近赤外ハイパスフィルターとしては、近赤外撮像モジュール１３における入射光の光路上であれば、いかなる位置に設けられていてもよく、例えば、撮像部１３３及び波長可変干渉フィルター５の間や、光入射部１３１及び波長可変干渉フィルター５の間、光入射部１３１のレンズ群の間、成分分析装置１０の近赤外撮像窓１１２などが例示できる。
【００５０】
（撮像部１３３の構成）
撮像部１３３は、波長可変干渉フィルター５を透過した近赤外光を受光する複数の撮像素子を備えている。このような撮像部１３３としては、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサ等を用いることができる。また、本実施形態では、可視光撮像モジュール１２によりカラー画像を撮像するため、撮像部１３３は、赤外域の所定波長のモノクロ画像が撮像されればよく、モノクロ画像撮像用の撮像素子が用いられ、１画素に対して１つの撮像素子が設けられる。このような撮像部１３３では、例えば１画素にＲ、Ｇ、Ｂに対応した撮像素子を配置する必要があるカラー画像撮像用の撮像部に比べ、１画素辺りの受光面を大きくでき、測定対象波長の光量をより効率よく受光することができる。これにより、成分分析に必要な十分な受光量を確保でき、分析精度を向上させることができる。
なお、上述のように、光路内に近赤外ハイパスフィルターが設けられる構成では、撮像部１３３として、近赤外域から可視光域（又は紫外域）の広範囲に対して感度特性を有するイメージセンサを用いることができる。一方、近赤外ハイパスフィルターが設けられない構成では、波長可変干渉フィルター５から２次ピークや３次ピークとして透過される可視光域または紫外域の光を受光させないために、紫外から可視光域に対して感度特性が低く、近赤外域に対して感度特性が高、例えばGaAsフォトセンサー等の撮像素子を用いることができる。
そして、撮像部１３３は、各撮像素子で受光された光に基づいた分光画像の画像信号（分光画像信号）を、制御基板１３４を介して制御部１７に出力する。
【００５１】
（制御基板１３４の構成）
制御基板１３４は、近赤外撮像モジュール１３の動作を制御する回路基板であり、光入射部１３１，光源部１３２，波長可変干渉フィルター５，撮像部１３３に接続される。そして、制御基板１３４は、制御部１７から入力される制御信号に基づいて、各構成の動作を制御する。例えばユーザーによりズーム操作が行われると、光入射部１３１の所定のレンズを移動させたり、絞りの絞り径を変化させたりする。また、成分分析のために検査対象物の撮像が実施する操作が行われると、制御部１７からの制御信号に基づいて、光源部１３２の各光源１３２Ａの点灯及び消灯を制御し、制御信号に基づいた所定電圧を波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する。そして、撮像部１３３で撮像された分光画像（分光画像信号）を制御部１７に出力する。
【００５２】
［温度検出センサー１４の構成］
温度検出センサー１４は、筐体１１のセンサー窓１１３に臨んで配置されており、検査対象物の温度を検出する。この温度検出センサー１４としては、例えばサーモパイルアレイや、非接触型ボロメーター等を用いることができる。
【００５３】
（ディスプレイ１５の構成）
ディスプレイ１５は、筐体１１の表示窓１１４に面して設けられる。ディスプレイ１５としては、画像を表示可能な構成であればいかなるものであってもよく、例えば液晶パネルや有機ＥＬパネルなどを例示できる。
また、本実施形態のディスプレイ１５は、タッチパネルを兼ねており、操作部１６の一つとしても機能する。
【００５４】
（操作部１６の構成）
操作部１６は、上述のように、側面１１Ｃに設けられるシャッターボタンや、ディスプレイ１５に設けられるタッチパネル等により構成される。ユーザーにより入力操作が行われると、操作部１６は、入力操作に応じた操作信号を制御部１７に出力する。なお、操作部１６としては、上記の構成に限られず、例えば、タッチパネルに代えて、複数の操作ボタン等が設けられる構成などとしてもよい。
【００５５】
（制御部１７の構成）
図７は、成分分析装置１０の概略構成を示すブロック図である。
制御部１７は、例えばＣＰＵやメモリー等が組み合わされることで構成され、成分分析装置１０の全体動作を制御する。この制御部１７は、図７に示すように、記憶部１８（記憶手段）及び演算部１９を備える。
【００５６】
記憶部１８は、成分分析装置１０の全体動作を制御するためのＯＳや、各種機能を実現するためのプログラムや、各種データが記憶される。また、記憶部１８には、取得した分光画像やカラー画像、成分分析結果等を一時記憶する一時記憶領域を備える。
そして、記憶部１８には、各種データとしては、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧に対する、当該波長可変干渉フィルター５を透過する光の波長の関係を示すＶ−λデータが記憶される。
また、記憶部１８には、温度に対する、各成分の吸光スペクトルの補正値が記憶される。
更に、記憶部１８には、分析対象の各成分に対する吸光スペクトルから抽出された特徴量（特定波長における吸光度）と、成分含有率との相関を示す相関データ（例えば検量線）が記憶される。
更に、記憶部１８には、検査対象物の種別と、当該検査対象物の鮮度判定時に用いられる成分との関係を示す鮮度判定データが記憶される。
【００５７】
演算部１９は、記憶部１８に記憶されたプログラムを読み込むことで各種処理を実行され、分析対象設定手段１９１、補正手段１９２、光源駆動手段１９３、フィルター駆動手段１９４、画像取得手段１９５、成分分析手段１９６、質量推算手段１９７、鮮度判定手段１９８、及びデータ表示手段１９９を備える。
【００５８】
分析対象設定手段１９１は、例えばユーザーによる操作部１６の操作により、分析する対象となる成分を設定する。また、ユーザーにより分析対象の成分が指定されない場合、初期設定として、脂質、糖質、タンパク質、及び水分が分析対象として設定される。なお、ユーザーの操作により、初期設定に設定される成分が適宜変更可能な構成としてもよい。
【００５９】
補正手段１９２は、温度検出センサー１４により検出された検査対象物の温度に基づいて、吸光スペクトルを補正する。
光源駆動手段１９３は、近赤外撮像モジュール１３の制御基板１３４に光源部１３２を駆動させるための制御信号を出力する。
フィルター駆動手段１９４は、記憶部１８に記憶されたＶ−λデータに基づいて、波長可変干渉フィルター５により取り出す光の波長を設定するための駆動電圧を設定し、制御基板１３４に制御信号を出力する。
【００６０】
画像取得手段１９５は、ユーザーにより操作部１６のシャッターボタンが操作されたタイミングで、可視光撮像モジュール１２のカラー撮像部１２２により撮像されるカラー画像を取得する。また、画像取得手段１９５は、ユーザーにより操作部１６のシャッターボタンが操作されたタイミングから、近赤外撮像モジュール１３の撮像部１３３により撮像される分光画像を順次取得する。
成分分析手段１９６は、図７に示すように、含有率分析手段１９６Ａ、含有量算出手段１９６Ｂ、及びカロリー算出手段１９６Ｃを備える。
含有率分析手段１９６Ａは、取得された分光画像の各画素の光量から吸光度を算出し、記憶部１８に記憶された相関データを用いて各成分に対する含有率を分析する。
含有量算出手段１９６Ｂは、含有率分析手段１９６Ａにより算出された各成分の含有率と、後述する質量推算手段１９７により推算される検査対象物の質量とに基づいて、各成分の含有量を算出する。
カロリー算出手段１９６Ｃは、各成分の含有量に基づいて、検査対象物全体のカロリーを計算する。
【００６１】
質量推算手段１９７は、撮像画像に基づいて、検査対象物の体積を推算し、推算した体積に基づいて、検査対象物の質量を推算する。
鮮度判定手段１９８は、記憶部１８に記憶された鮮度判定データに基づいて、検査対象物の鮮度を判定する。
データ表示手段１９９は、画像取得手段１９５により取得されたカラー画像や分光画像、成分分析手段１９６により分析された分析結果や、鮮度判定手段１９８により推算された体積や質量、鮮度判定手段１９８の判定結果などを、ディスプレイ１５に表示させる。
なお、演算部１９による具体的な処理については、後述する。
【００６２】
［成分分析装置１０による検査対象物の成分分析処理］
次に、上述したような成分分析装置１０による成分分析処理について、図面に基づいて以下に説明する。
図８は、成分分析装置１０による成分分析処理のフローチャートである。
図８に示すように、本実施形態の成分分析装置１０により成分分析を実施する場合、まず、吸光度を算出するための基準受光量を取得する初期処理を実施する（Ｓ１）。このＳ１では、例えば白色板等の基準校正板に対して撮像が行われることで実施され、各波長における受光量Ｉ０が測定される。具体的には、演算部１９は、フィルター駆動手段１９４により静電アクチュエーター５６に印加する電圧を順次切り替え、所定の近赤外波長域（例えば７００ｎｍ〜１５００ｎｍ）に対して、例えば１０ｎｍ間隔で透過波長を切り替えさせる。そして、各波長に対する受光量を撮像部１３３で検出し、記憶部１８に記憶する。ここで、演算部１９は、基準校正板の１点のみの受光量を基準受光量としてもよく、各分光画像のうち、基準校正板の画素範囲を特定し、特定した画素範囲内の所定個数の画素又は全画素における受光量の平均値を算出してもよい。
【００６３】
次に、成分分析装置１０の被写体として検査対象物をセットし、検査対象物に対する成分分析を実施する。
ここで、検査対象物の各成分に対する含有量の算出、カロリー計算を行う場合、検査対象物の体積を推算するために、予め設定されたサイズが既知である皿に検査対象物を載置して成分分析を実施する。なお、含有量やカロリー計算を実施しない場合、例えば、検査対象物の鮮度、糖度、化学物質含有率等、検査対象物の体積を推算する必要がない場合は、皿に載置された状態でなくてもよい。
【００６４】
検査対象物の成分分析では、演算部１９は、分析対象設定手段１９１により、分析対象の成分を設定する（Ｓ２）。
具体的には、分析対象設定手段１９１は、ユーザーによる操作部１６の操作により、分析対象の成分が設定されている場合、設定された成分を分析対象とする。また、分析対象の成分が設定されていない場合、初期設定である脂質、糖質、タンパク質、及び水分を、分析対象の成分とする。
また、このＳ２では、検査対象物の各成分の成分含有率のみを分析するか、成分含有量まで分析するかを選択することが可能である。成分含有量を分析する場合は、質量推算手段１９７による質量推算処理が実施される（後述）。
さらに、ユーザーの操作部１６の操作により、鮮度の分析を実施する旨が選択された場合、分析対象設定手段１９１は、例えばディスプレイ１５に検査対象物の種別を選択させる旨を表示する。そして、ユーザーにより、検査対象物の種別が選択されると、分析対象設定手段１９１は、記憶部１８に記憶された鮮度判定データに基づいて、鮮度判定のために分析すべき成分を分析対象の成分として設定する。例えば、青果に対しての鮮度は、一般にクロロフィルの含有量により判定でき、魚の鮮度は、アデノシン三リン酸等により判定できる。
【００６５】
次に、ユーザーにより成分分析装置１０の可視光入射部１２１が検査対象物に向けられることで、画像取得手段１９５は、検査対象物のカラー画像を撮像する。図９は、成分分析装置１０を検査対象物に向けた際に撮像されたカラー画像の一例である。なお、この時点では、撮像画像を画像データとして一時記憶手段に記憶させる必要はなく、近赤外域の分光画像も取得される必要がない。そして、データ表示手段１９９は、可視光撮像モジュール１２により撮像された画像を、例えば図９に示すように、ディスプレイ１５にリアルタイムで表示させる（Ｓ３）。
なお、本実施形態では、検査対象物全体の成分分析の他、指定ポイントＰに対する成分分析が可能となり、この場合、図９に示すように、成分分析対象の指定ポイントＰがディスプレイ１５上に表示される。
また、本例では、ディスプレイ１５にカラー画像が表示される例を示すが、例えば可視光撮像モジュール１２が設けられていない構成では、ディスプレイ１５に近赤外域における所定波長の分光画像を撮像し、ディスプレイ１５にリアルタイムで表示させる処理をしてもよい。
【００６６】
次に、補正手段１９２は、温度検出センサー１４により検出される検査対象物の温度分布から、検査対象物の各点における温度を検出し、各成分における吸光スペクトルを補正する（Ｓ４）。具体的には、補正手段１９２は、Ｓ２において設定された分析対象の成分の吸光スペクトルにおいて、特徴量が検出される波長に対して、記憶部１８に記憶された補正データの補正値を掛けあわせる。例えば、基準温度Ｔ０において、成分Ａの含有率によって波長λＡ０の吸光度が変化する場合、基準温度Ｔ０における成分Ａの特徴量は、波長λＡ０の吸光度となる。しかしながら、温度Ｔ１では、成分Ａの含有率によって波長λＡ１の吸光度が変化する場合があり、この場合、温度Ｔ１における成分Ａの特徴量は、波長λＡ１の吸光度となる。特に、水分は、温度変化による吸光スペクトルの変化が大きいことが知られており、各成分の分析を行う上で、特徴量が検出される波長を補正する必要がある。
これに対して、本実施形態の補正手段１９２は、記憶部１８に記憶される各成分の各温度に対する補正値を読み出し、波長λＡ０に補正値を掛けあわせ、温度Ｔ１に対して特徴量が検出される波長λＡ１を算出して測定対象波長とする。また、検査対象物の部位によって温度が異なる場合、各部位の温度に対応して、それぞれ測定対象波長を算出する。
【００６７】
次に、演算部１９は、ユーザーの操作部１６の操作により、例えばシャッターボタンが押される等により、画像撮像操作が行われたか否かを判定する（Ｓ５）。
Ｓ５において、画像撮像操作が行われていない場合、Ｓ３及びＳ４の処理を継続し、操作が行われるまで待機する。
一方、画像撮像操作が行われた場合、演算部１９の光源駆動手段１９３，フィルター駆動手段１９４，画像取得手段１９５により撮像処理が実施される（Ｓ６）。
【００６８】
このＳ６の撮像処理では、光源駆動手段１９３は、近赤外撮像モジュール１３の制御基板１３４に光源部１３２を駆動させるための制御信号を出力する。この時、光源駆動手段１９３は、光源１３２Ａを全点灯させるのではなく、Ｓ４により設定された測定対象波長に対応した光源１３２Ａを順次切り替えて点灯させる。
例えば、成分Ａ、Ｂの含有率によって、測定対象波長λＡ,λＢの吸光度が変化する場合、測定対象波長λＡ,λＢの分光画像、又は、測定対象波長λＡ,λＢを中心とした所定範囲の波長域の分光画像が取得されればよい。この場合、光源駆動手段１９３は、例えば測定対象波長λＡの光源１３２Ａを点灯させ、分光画像が取得された後に、測定対象波長λＢの光源１３２Ａを点灯させる。
なお、波長λＡ,λＢの光源１３２Ａを同時に点灯させる処理をしてもよい。この場合でも、全ての光源１３２Ａを全点灯させる場合に比べて、省電力化を図ることができる。
また、本実施形態では、成分分析に必要な特徴量を得るために必要な波長に対してのみ、分光画像を取得する例を示すが、これに限定されない。例えば、近赤外域において、１０ｎｍ間隔毎の分光画像を順次取得する構成としてもよい。この場合でも、取得する分光画像の波長に応じて、順次光源１３２Ａを切り替えることで、省電力化を図れる。
【００６９】
さらに、Ｓ６では、フィルター駆動手段１９４は、記憶部１８に記憶されたＶ−λデータに基づいて、波長可変干渉フィルター５により取り出す光の波長を設定するための駆動電圧を設定し、制御基板１３４に制御信号を出力する。これにより、制御基板１３４は、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に設定された駆動電圧を印加し、波長可変干渉フィルター５から設定電圧に応じた波長の光が取り出される。
ここで、フィルター駆動手段１９４は、光源駆動手段１９３と同様に、Ｓ４により設定された測定対象波長に対応した駆動電圧を順次切り替えて静電アクチュエーター５６に印加させる。
なお、上述したように、近赤外域において、１０ｎｍ間隔毎の分光画像を順次取得する構成としてもよく、この場合、フィルター駆動手段１９４は、波長可変干渉フィルター５を透過する光の波長が１０ｎｍピッチで順次切り替わるように、静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧を一定間隔で切り替えさせる。
【００７０】
そして、Ｓ６では、画像取得手段１９５は、ユーザーにより操作部１６のシャッターボタンが操作されたタイミングから、近赤外撮像モジュール１３の撮像部１３３により撮像される分光画像を順次取得する。具体的には、光源駆動手段１９３により発光させる光源１３２Ａが切り替えられ、フィルター駆動手段１９４により、波長可変干渉フィルター５に印加される電圧が切り替えられたタイミングから、所定時間経過後（例えば、１０ｍｓｅｃ）に撮像部１３３で撮像された分光画像を取得する。
そして、画像取得手段１９５は、取得した分光画像を記憶部１８の一時記憶領域に記憶する。
なお、画像取得手段１９５は、ユーザーにより操作部１６のシャッターボタンが操作されたタイミングで、さらに、可視光撮像モジュール１２のカラー撮像部１２２により撮像されるカラー画像を取得して一時記憶領域に記憶してもよい、
【００７１】
この後、成分分析手段１９６は、得られた複数の分光画像に基づいて、Ｓ２で設定された各成分に対する含有率を分析する（Ｓ７）。
Ｓ７の成分分析処理では、まず、含有率分析手段１９６Ａは、Ｓ１において取得しておいた基準受光量Ｉ０と、撮像された波長λの分光画像の各画素における受光量Ｉλとに基づいて、以下の式（１）により、各画素における波長λの吸光度Ａλを算出する。
【００７２】
[数１]
Ａλ＝−ｌｏｇ（Ｉλ／Ｉ０）      …（１）
【００７３】
ここで、図１０は、図９の点Ｐにおける吸光度の例を示す。含有率分析手段１９６Ａは、取得された各波長の分光画像の各画素に対して吸光度を算出し、図１０に示すような吸光スペクトルを取得する。
なお、図１０は、７５０ｎｍから１０５０ｎｍの範囲において、波長可変干渉フィルター５を透過させる波長を１０ｎｍ毎に切り替えて分光画像を取得した場合の吸光スペクトルである。これに対して、Ｓ２で設定された成分の特徴量を取得するための測定対象波長または、測定対象波長を中心とした所定波長範囲内の吸光スペクトルが取得される処理であってもよい。
【００７４】
この後、含有率分析手段１９６Ａは、算出された吸光度Ａλと、記憶部１８に記憶された相関データとに基づいて、各成分の含有率を分析する。この成分含有率の分析方法としては、従来用いられているケモメトリックス法により行うことができる。ケモメトリックス法としては、例えば、重回帰分析、主成分回帰分析、部分最小二乗法等の方法を用いることができる。なお、これらのケモメトリックス法を用いた各分析手法については、従来用いられている技術であるため、ここでの説明は省略する。
また、含有率分析手段１９６Ａは、取得した分光画像から、検査対象物が映し出されている画素範囲を特定し、検査対象物全体における各成分の含有率を算出する。
検査対象物の特定は、撮像部１３３により得られる分光画像に基づいて特定するものであってもよく、カラー撮像部１２２により取得されたカラー画像に基づいて特定されるものであってもよい。検査対象物の特定方法としては、従来の画像処理技術を用いることができ、例えば、画像内のエッジ検出等により、検査対象物が映し出されている画素範囲を特定する。なお、記憶部１８に検査対象物の形状特徴値が記憶されている場合、形状特徴値に基づいて画像を分析して検査対象物を特定してもよく、その他、いかなる画像処理を用いて検査対象物を特定してもよい。そして、含有率分析手段１９６Ａは、各成分に対して、特定された検査対象物の各画素における含有率の平均値を算出し、検査対象物全体における成分含有率とする。なお、検査対象物全体の成分含有率としては、特定された検査対象物の画素範囲から、複数個の画素をピックアップし、これらの画素に対して分析された成分含有率を平均してもよい。
【００７５】
この後、Ｓ２において、分析対象として、各成分の含有量やカロリーが設定されているか否かを判定する（Ｓ８）。
Ｓ８において、成分含有量やカロリーが設定されている場合、質量推算手段１９７は、検査対象物の質量を推算する（Ｓ９）。
【００７６】
このＳ９では、質量推算手段１９７は、まず、撮像画像に基づいて検査対象物の体積を推算する。撮像画像としては、取得された分光画像のうちの１つであってもよく、撮像中のカラー画像であってもよい。
本実施形態では、上述したように、成分含有量やカロリーを算出する場合では、検査対象物は、図９に示すように、サイズが既知である皿Ｋ（基準物質）に載置された状態で撮像される。したがって、質量推算手段１９７は、撮像画像に基づいて、皿Ｋのサイズと検査対象物のサイズとを比較することで、検査対象物の大凡の体積を推算する。
なお、本実施形態では、皿Ｋを基準物質として検査対象物の体積を推算しているが、皿Ｋに限定されず、例えば、スケールやマーカーを基準物質として、検査対象物とともに撮像して体積を推算する処理をしてもよい。
また、基準物質を用いた体積の推算に限定されず、例えば、画像処理により検査対象物の体積を推算してもよい。例えば、検査対象物を異なる角度から撮像した撮像画像を用い、３次元分析処理により検査対象物の体積を求める処理を行ってもよい。
【００７７】
また、質量推算手段１９７は、Ｓ７により分析された水分の含有率に基づいて、検査対象物の比重を推定する。一般に、検査対象物として食品を対象とする場合、比重は含水率が支配的であり、比重は含水率であると仮定した場合でも大きな誤差は生じない。したがって、本実施形態では、質量推算手段１９７は、分析された含水率を比重と推定する。そして、質量推算手段１９７は、推定した比重と、先に求めた検査対象物の体積とに基づいて、検査対象物の質量を推算する。
【００７８】
この後、含有量算出手段１９６Ｂは、Ｓ９で推算した質量と、Ｓ７により分析された各成分の含有率とに基づいて、各成分の含有量を算出する（Ｓ１０）。また、Ｓ２においてカロリーの分析が設定されている場合、カロリー算出手段１９６Ｃは、Ｓ１０により算出された脂質、糖質、タンパク質の含有量から、式（２）に基づいて、検査対象物のカロリーを算出する。
【００７９】
［数２］
カロリー（kcal）≒脂質量(g)×９＋タンパク質量(g)×４＋糖質量(g)×４  …（２）
【００８０】
そして、Ｓ１０の後、又は、Ｓ８において成分含有量やカロリーが設定されていない場合、すなわち、各成分の含有率、鮮度、糖度等のみが選択されている場合、データ表示手段１９９は、得られた成分分析結果を、ディスプレイ１５に表示させる（Ｓ１１）。
図１１は、成分含有率の分析結果を表示したディスプレイ１５の表示例である。図１２は、成分含有率の分析結果を示す他の表示例である。図１３は、成分含有量及びカロリーの分析結果を表示したディスプレイ１５の表示例である。
【００８１】
分析対象として、各成分の含有率が設定されている場合は、データ表示手段１９９は、Ｓ７により分析された各成分の含有率を表示させる。ここで、分析対象として鮮度が選択されている場合、鮮度判定手段１９８は、Ｓ２において、記憶部１８に記憶される鮮度判定データに基づいて、ユーザーにより選択された検査対象物の種別に対応した成分の分析結果から、鮮度の判定を実施する。例えば、リンゴ等の青果では、鮮度はクロロフィルの含有率から算出することができる。
また、図１１では、鮮度（Frechness）、糖度（Sugar）、化学物質含有率（Chemicals）が表示される例を示すが、その他、例えば含水率等の各種成分の含有率が１画面内に表示されるものであってもよい。
図１１では、分析結果として、棒グラフにより、各成分に対する含有率を表示させる例を示したがこれに限定されず、例えば、成分含有率が数値により表示されていてもよく、円グラフ等により表示させてもよい。棒グラフにより各成分の含有率を表示させる場合、例えば図１１に示すように、標準的な糖度を示すラインＦＢや、鮮度や化学物質含有率のボーダーを示すラインＳＢ，ＣＢを表示させることが好ましい。
【００８２】
また、分析結果の表示としては、指定ポイントＰに対する結果のみが表示されていてもよく、検査対象物全体の分析結果が表示されていてもよい。また、これらの表示を適宜切り替え可能な構成とすることがより好ましい。
さらに、本実施形態では、各画素に対して、成分の含有率を分析するため、図１２に示すように、成分の含有率の分布を表示させることができる。ここで、図１２（Ａ）は、カラー画像の例であり、（Ｂ）は、糖度（糖質含有率）の分布を示す図である。図１２（Ｂ）では、糖度が所定値以上の部位が斜線部で示されているが、例えば糖度によって、色分けした結果画面が表示されてもよい。図１２に示すように、木全体に実ったリンゴから糖度が所定値以上であるリンゴを容易に判別することが可能となるため、例えば農業を営むユーザーが、収穫物を収穫する際に、容易に収穫対象を判別することが可能となる。
【００８３】
また、Ｓ１０の処理が実施された場合は、データ表示手段１９９は、図１３に示すような分析結果を表示させる。
一般に、調理した料理のカロリーや栄養素含有量を求める場合、代表的な料理のカロリーや栄養素含有量が示された食品成分表から摂取する料理を探す必要があり、食品成分表に示される料理としても、代表的なものに限定された。また、例えば創作料理等に対するカロリーや栄養素含有量は、栄養士などの専門知識を有するものが算出する必要があった。これに対して、本実施形態では、分光画像に基づいて各成分の吸光度に基づいて成分分析を実施するため、食品成分表や専門の知識等が不要であり、調理した料理の種類に関わらず、容易にカロリーや含有栄養素量を確認することが可能となる。
【００８４】
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態では、成分分析装置１０は、筐体１１を備える。この筐体１１の近赤外撮像窓１１２には、光入射部１３１及び光源部１３２が配置され、筐体１１の内部には、光入射部１３１により導かれた入射光が入射する波長可変干渉フィルター５と、波長可変干渉フィルター５により取り出された光を受光し分光画像を撮像する撮像部１３３と、分光画像に基づいて検査対象物の成分分析等を実施する制御部１７とが設けられている。
このような成分分析装置１０では、分光画像に基づいて、検査対象物の成分分析を実施するので、成分分析装置１０を検査対象物に接触させる必要がなく、検査対象物の破損を防止できる。また、検査対象物が食品であっても、非接触で成分分析を実施できるので衛生上の問題がない。
これに加え、分光画像に基づいた成分分析では、検査対象物の所定の一点に対する成分分析と、分光画像として撮像された範囲（例えば検査対象物全体）の成分分析とを実施することができる。
そして、本実施形態では、入射光から所定波長の光を取り出す素子として波長可変干渉フィルター５が用いられている。この波長可変干渉フィルター５は、固定反射膜５４が設けられた固定基板５１と、可動反射膜５５が設けられた可動基板５２と、Ｇ１の間隔を調整するための静電アクチュエーター５６とを備えた光学基板であり、例えばＬＣＴＦやＡＯＴＦ等と比べて、厚み寸法を小さくすることができる。したがって、このような波長可変干渉フィルター５を用いた成分分析装置１０では、装置の小型化、薄型化を図ることができる。
【００８５】
本実施形態では、波長可変干渉フィルター５の可動基板５２が制御基板１３４の一面側に固定され、制御基板１３４の他面側には撮像部１３３が固定される。そして、制御基板１３４には、光通過孔１３４Ａが設けられ、波長可変干渉フィルター５を透過した光は、光通過孔１３４Ａを通過して撮像部１３３に入射する。
このような構成では、波長可変干渉フィルター５と撮像部１３３とを近接配置することができる。したがって、例えば波長可変干渉フィルター５及び撮像部１３３の間にスペースを設けて配置する場合に比べて、近赤外撮像モジュール１３や成分分析装置１０の更なる小型化、薄型化を図ることができる。また、制御基板１３４の光通過孔１３４Ａを基準として、波長可変干渉フィルター５の各反射膜５４，５５に対する撮像部１３３のアライメント調整が精度よく実施できる。
さらに、波長可変干渉フィルター５及び撮像部１３３を制御基板１３４に固定するため、波長可変干渉フィルター５及び制御基板１３４の端子部への接続や、撮像部１３３及び制御基板１３４の端子部への接続を容易に実施できる。また、長いリード線が不要となるので配線スペースが不要となり、その分だけ成分分析装置１０及び近赤外撮像モジュール１３をより小型に構成することができる。
【００８６】
本実施形態では、光入射部１３１は、複数のレンズによりテレセントリック光学系が構成され、テレセントリックレンズの焦点位置に光入射角調整手段である絞りが設けられ、入射角が質量測定部２０度以下に制限されている。
このため、入射光の光軸を主光線に対して平行にでき、波長可変干渉フィルター５に対して垂直に光を入射させることができる。このため、波長可変干渉フィルター５により、所定の測定対象波長の光を透過させることができ、所望波長に対する高精度な分光画像を取得することができる。したがって、分光画像の所定の一点に対して、正確な成分分析を実施でき、これらの分析結果から、検査対象物の正確な成分分析を実施することができる。
【００８７】
本実施形態では、可視光撮像モジュール１２を備え、可視光撮像モジュール１２により、カラー画像が撮像される。そして、データ表示手段１９９は、撮像されたカラー画像をディスプレイ１５上に表示する。
このため、ユーザーは、ディスプレイ１５により表示されるカラー画像を確認することで、容易に検査対象物の成分分析範囲を確認することができる。
【００８８】
本実施形態では、光源部１３２は、発光波長が異なる複数の光源１３２Ａを備える。そして、光源駆動手段１９３は、分光画像の取得時において、光源１３２Ａを順次駆動させる。すなわち、光源駆動手段１９３は、分析対象の成分の特徴量を取得するために必要な測定対象波長に対応した光源１３２Ａを点灯駆動させる。
このような構成では、必要な光源１３２Ａを駆動させるので、例えば、光源１３２Ａを全点灯させる場合に比べて、省電力化を図れる。特に、本実施形態のように、小型で、かつ携帯型の成分分析装置１０では、搭載可能な電池が限られており、大電力を供給することが困難となる。これに対して、上記のように省電力化を図ることで、電池の長寿命化を図ることができる。
【００８９】
本実施形態では、撮像部１３３は、モノクロ画像撮像用の複数の撮像素子を備える。
このため、撮像素子として、カラー画像撮像用の撮像素子を用いる構成、つまり１画素に付き、ＲＧＢ用の撮像素子がそれぞれ配置される構成に比べて、１つ辺りの撮像素子の受光面を大きくでき、受光量を大きくすることができる。これにより、撮像部１３３から各撮像素子から出力される信号値も大きくなり、精度の高い分光画像を取得でき、より正確な成分分析を実施することができる。
【００９０】
本実施形態の光源部１３２は、可視光を射出する光源１３２Ａを備える。このため、撮像環境が暗所である場合でも、可視光撮像モジュール１２によりカラー画像を撮像することができ、検査対象物の撮像範囲を容易に確認することができる。
【００９１】
本実施形態の制御部１７は、分析対象となる成分に対する特徴量と、当該成分の含有率との関係を示す相関データを備える。また、制御部１７の演算部１９は、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧を設定するフィルター駆動手段１９４と、測定対象波長の分光画像から、分析対象の成分を分析する成分分析手段１９６とを備える。
このため、フィルター駆動手段１９４の制御により、波長可変干渉フィルター５から測定対象波長の光を取り出すことができ、撮像部１３３により測定対象波長の分光画像を撮像することができる。また、成分分析手段１９６は、撮像された分光画像における光量に基づいて吸光度を算出でき、この吸光度と、相関データとにより、容易に成分分析を実施することができる。
【００９２】
本実施形態では、温度検出センサー１４を備え、制御部１７の補正手段１９２は、温度検出センサー１４により検出された検査対象物の各部位の温度に基づいて、吸光スペクトルの特徴量が検出される波長を補正して、補正した波長を測定対象波長とする。これにより、検査対象物の温度が基準温度と異なる場合は、検査対象物内で温度分布が存在する場合であっても、特徴量が検出される測定対象波長に対応した分光画像を取得することができる。したがって、成分分析手段１９６は、補正後の測定対象波長に対する分光画像に基づいて成分分析を実施することで、より精度の高い成分分析を実施することができる。
【００９３】
本実施形態では、食品を検査対象物としており、含有率分析手段１９６Ａは、脂質、糖質、タンパク質、及び水分の成分含有率を分析し、含有量算出手段１９６Ｂは、得られた含有率と、推算された検査対象物の質量から各成分の含有量を算出し、カロリー算出手段１９６Ｃは、算出された各成分の含有量から、検査対象物のカロリーを算出する。
すなわち、本実施形態の成分分析装置１０では、健康管理の基本となる脂質、糖質、タンパク質、及び水分の含有率、含有量、及び検査対象物の食品のカロリーを算出することができる。また、成分分析装置１０は、上述したように、携帯可能な小型のサイズであるため、手軽に持ち運びができ、例えば外出先等でも手軽に、検査対象物のカロリーを調べることができる。これにより、例えば生活習慣病の改善や食事療法の支援等、ユーザーの健康増進に貢献することができる。
【００９４】
本実施形態の質量推算手段１９７は、検査対象物の撮像画像から体積を推算し、含有率分析手段１９６Ａにより分析された検査対象物の含水率を比重として推定し、これらの体積及び比重に基づいて検査対象物の質量を推算する。
このように、検査対象物の質量が推算されることで、検査対象物に含まれる各成分の含有量やカロリーをより正確に算出することができる。
【００９５】
［第二実施形態］
上記第一実施形態では、光入射角制限手段の例として、可視光入射部１２１を構成するレンズにテレセントリックレンズを適用し、絞りにより視野角を調整する例を示した。この場合、多くのテレセントリックレンズを組み合わせて入射光学系を構成する必要があり、光入射部１３１における厚み寸法が増大することが考えられる。
これに対して、第二実施形態では、入射光学系としてテレセントリックレンズが設けられず、代わりに、光入射角制限手段として、視野角制限板が用いられる点で、上記第一実施形態と相違する。
【００９６】
図１４は、第二実施形態における成分分析装置の断面構成を示す概略図である。
図１５は、視野角制限板の概略構成を示す斜視図である。
図１４に示すように、第二実施形態の成分分析装置１０Ａにおける光入射部１３１は、複数のレンズと、視野角制限板１３１Ａを備える。
この視野角制限板１３１Ａは、図１５に示すように、入射光の進行方向（Ｚ方向）に沿う厚み寸法が所定値（例えば１００μｍから２００μｍ程度）である第一視野角制限板１３１Ａ１と、第二視野角制限板１３１Ａ２とを組み合わせて構成される。
第一視野角制限板１３１Ａ１は、Ｚ方向に対して直交する面内で、Ｘ方向に長手となる光透過部１３１Ａ３及び遮光部１３１Ａ４が、Ｙ方向に沿って交互に配列された光学部材である。第二視野角制限板１３１Ａ２は、Ｚ方向に対して直交する面内で、Ｙ方向に長手となる光透過部１３１Ａ３及び遮光部１３１Ａ４が、Ｘ方向に沿って交互に配列された光学部材である。
このような視野角制限板１３１Ａでは、波長可変干渉フィルター５への入射角が所定角度以上である光は、遮光部１３１Ａ４により遮光され、入射角が所定角度未満の光が光透過部１３１Ａ３を透過して波長可変干渉フィルター５に入射する。
【００９７】
なお、視野角制限板１３１Ａとしては、図１５に示すような構成に限られない。
図１６及び図１７は、視野角制限板の他の例を示す図である。
視野角制限板１３１Ａとしては、図１６に示すように、入射光の進行方向（Ｚ方向）に沿う厚み寸法が所定値（例えば１００μｍから２００μｍ程度）であり、Ｚ方向に対して直交する断面が正方形状の光透過部１３１Ａ３及び遮光部１３１Ａ４を、Ｘ方向及びＹ方向に沿って交互に配置した構成であってもよい。
また、図１６に示すように、遮光板１３１Ｂ１に対して、複数の孔部１３１Ｂ２を形成し、孔部１３１Ｂ２を透過した光を波長可変干渉フィルター５に入射させる視野角制限板１３１Ｂとしてもよい。この場合、各孔部１３１Ｂ２を撮像部１３３の各撮像素子に対応させることがより好ましい。また、筒外周面により遮光部が形成され、筒内部に透光部が設けられる筒状体をＸ方向及びＹ方向に沿ってアレイ状に配置した視野角制限板等を用いてもよい。
【００９８】
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、光入射部１３１は、視野角制限板１３１Ａを備える。この視野角制限板１３１Ａは、固定基板５１及び可動基板５２に対して直交する方向、すなわち、光進行方向（Ｚ方向）に沿って所定厚み寸法を有する第一視野角制限板１３１Ａ１及び第二視野角制限板１３１Ａ２を備える。また、第一視野角制限板１３１Ａ１は、Ｘ方向に長手となる複数の光透過部１３１Ａ３、遮光部１３１Ａ４がＹ方向に沿って交互に配列され、第二視野角制限板１３１Ａ２は、Ｙ方向に長手となる複数の光透過部１３１Ａ３、遮光部１３１Ａ４がＸ方向に沿って交互に配列されている。
このような構成では、遮光部１３１Ａ４により、所定の入射角以上の光を遮光することができるので、上記第一実施形態と同様に、検査対象物からの入射光の角度を所定角度未満に制限することができる。また、テレセントリックレンズを用いて光入射角を制限する構成に比べて、光入射部１３１の厚み寸法を小さくでき、近赤外撮像モジュール１３及び成分分析装置１０の更なる小型化、薄型化を図ることができる。
【００９９】
［第三実施形態］
次に本発明に係る第三実施形態について以下に説明する。
上述した第一実施形態では、質量推算手段１９７は、含有率分析手段１９６Ａにより分析された含水率に基づいて検査対象物の比重を推定し、推定した比重と、推算された体積とに基づいて検査対象物の質量を推算した。
これに対して、第三実施形態では、質量推算手段１９７は、比重の推定を実施しない点で上記第一実施形態と相違する。
なお、第三実施形態は、第一実施形態と同様の構成を有するため、第一実施形態に用いた図面を用いて以下説明する。
【０１００】
検査対象物として食品を対象とする場合、比重はほぼ一定の値と採ることが知られている。したがって、本実施形態では、質量推算手段１９７は、予め設定された比重と、推算された体積とを用いて検査対象物の質量を推算する。
なお、例えば記憶部１８に、検査対象物の種別に対する一般的な比重が記憶されたテーブルデータが記憶され、ユーザーにより指定された検査対象物の種別と、テーブルデータとに基づいて比重を推定するものであってもよい。
【０１０１】
本実施形態では、質量推算手段１９７は、検査対象物の撮像画像から体積を推算し、予め設定された比重に基づいて、検査対象物の質量を算出する。
このような処理では、上記第一実施形態に比べて、算出された質量の誤差は大きくなるが、より簡単な処理により各成分の含有量の算出及びカロリーの算出が実施でき、処理負荷に伴う電力消費量の軽減を図ることができる。
【０１０２】
［第四実施形態］
次に、本発明に係る第四実施形態について、以下に説明する。
上述した第一実施形態では、質量推算手段１９７により検査対象物の質量を推算して、推算した質量と、分析された各成分の含有率とに基づいて各成分の含有量やカロリーを算出した。
これに対して、本実施形態は、検査対象物の質量を計測し、計測された質量と、各成分の含有率とに基づいて各成分の含有量やカロリーを算出する点で上記第一実施形態と相違する。
図１８は、第四実施形態の成分分析装置１０Ｂの背面１１Ｂの概略構成を示す斜視図である。
本実施形態の成分分析装置１０Ｂは、背面１１Ｂに質量測定部２０を備えている。なお、質量測定部２０の配置位置としては、図１８に示すように、背面１１Ｂのディスプレイ１５の周囲に設けられる構成としてもよく、正面１１Ａに設けられる構成としてもよい。
ここで、ディスプレイ１５への接触を防止するために、背面１１Ｂに凹状部が設けられ、凹状部内に表示窓１１４が設けられる構成、又は背面１１Ｂに凸状部が設けられ、凸状部に質量測定部２０が設けられる構成等とすることが好ましい。
そして、質量測定部２０は、検査対象物が載置されることで、検査対象物の質量を測定する質量測定用のセンサーであり、検査対象物の正確な質量を測定することが可能となる。
【０１０３】
本実施形態では、上記第一実施形態における質量推算手段１９７が不要となる。したがって、上記第一実施形態におけるＳ９の処理が省略され、Ｓ１０の処理において、含有量算出手段１９６Ｂは、含有率分析手段１９６Ａにより分析された各成分の含有率と、質量測定部２０により計測された検査対象物の質量とに基づいて、各成分の含有量を算出する。
【０１０４】
［第四実施形態の作用効果］
本実施形態の成分分析装置１０Ｂでは、筐体１１の背面１１Ｂに質量測定部２０が設けられ、検査対象物の質量を直接計測することができる。
このため、検査対象物の正確な質量を測定できるため、含有量算出手段１９６Ｂは、正確な検査対象物の質量に基づいて、各成分の正確な含有量を算出することができ、カロリー算出手段１９６Ｃは、検査対象物のより正確なカロリーを算出することができる。これにより、成分分析装置１０Ｂは、精度の高い成分分析結果をディスプレイ１５に表示することができる。
また、本実施形態では、質量推算手段１９７が不要であり、質量推算手段１９７による体積推算処理、比重推定処理、質量推算処理も不要となる。特に、質量推算手段１９７による体積推算では、撮像画像の画像処理により体積を推算するが、画像処理を実施する場合、当該画像処理のアルゴリズム等にもよるが、処理負荷が増大し、電池消費量も大きくなることが考えられる。これに対して、本実施形態では、質量推算に伴う各種演算が不要となるため、処理負荷を軽減でき、省電力化を図ることができる。
【０１０５】
〔他の実施形態〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上記各実施形態では、成分分析装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、可視光撮像モジュール１２を備え、可視光撮像モジュール１２により、カラー画像が撮像される例を示した。これに対して、可視光撮像モジュール１２が設けられない構成としてもよい。この場合、ディスプレイ１５に、近赤外撮像モジュール１３により撮像された分光画像を表示させてもよい。
また、波長可変干渉フィルター５が、可視光域から近赤外域における所定波長の光を分光可能な構成としてもよく、可視光撮像モジュール１２の代わりに、近赤外撮像モジュール１３によりカラー画像を撮像することができる。
【０１０６】
また、上記実施形態では、近赤外域に対して特徴量を有する成分に対しての成分分析を実施したが、波長可変干渉フィルター５により可視光域から近赤外域の光を分光可能な構成とすることで、可視光域に対して特徴量を有する成分の分析をも実施することができる。同様に、波長可変干渉フィルター５を紫外域の光をも分光可能な構成としてもよく、この場合、さらに紫外域に対して特徴量を有する成分に対する分析や、紫外光に反応する物質の検出や、当該物質の分布状態の分析等を実施することができる。
さらに、検査対象物として、食品を対象としたが、これに限定されず、その他の物質を対象としてもよい。この場合、検査したい検査対象物や、分析対象の成分に応じて、近赤外撮像モジュール１３により取得する分光画像の波長を設定することが好ましい。
【０１０７】
上記第一実施形態では、波長可変干渉フィルター５と撮像部１３３との間に制御基板１３４を介在させる構成を例示したが、波長可変干渉フィルター５の光射出面に撮像部１３３が直接固定される構成などとしてもよい。また、波長可変干渉フィルター５及び撮像部１３３が、それぞれ、筐体１１の内部に設けられる固定片等に直接又は間接的に固定される構成としてもよい。この場合、例えば波長可変干渉フィルター５及び撮像部１３３を当接させた状態で固定する等、波長可変干渉フィルター５及び撮像部１３３を近接配置することが好ましい。
また、波長可変干渉フィルター５が単体で、筐体１１の内部に収納される構成に限らず、例えば、波長可変干渉フィルター５を光通過孔が設けられた光学パッケージ内に収納し、この光学パッケージを筐体１１内部に収納する構成としてもよい。この場合でも、光学パッケージの外面に、波長可変干渉フィルター５の固定電極パッド５６３Ｐや可動電極パッド５６４Ｐに接続される端子部を設けることで、光学パッケージ内部の波長可変干渉フィルター５に設けられた静電アクチュエーター５６に電圧を印加することができる。
更に、波長可変干渉フィルター５及び撮像部１３３が、制御基板１３４に固定される例を示したが、その他の基板に固定される構成等としてもよい。
【０１０８】
波長可変干渉フィルター５は、電圧印加により反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を変動させる静電アクチュエーター５６を備える構成としたが、これに限定されない。
例えば、固定電極５６１の代わりに、第一誘電コイルを配置し、可動電極５６２の代わりに第二誘電コイルまたは永久磁石を配置した誘電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。
更に、静電アクチュエーター５６の代わりに圧電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。この場合、例えば保持部５２２に下部電極層、圧電膜、及び上部電極層を積層配置させ、下部電極層及び上部電極層の間に印加する電圧を入力値として可変させることで、圧電膜を伸縮させて保持部５２２を撓ませることができる。
【０１０９】
また、本実施形態では、波長可変干渉フィルターとして、固定基板５１及び可動基板５２が互いに対向する状態で接合され、固定基板５１に固定反射膜５４が設けられ、可動基板５２に可動反射膜５５が設けられる構成としたが、これに限らない。
すなわち、上記実施形態において、波長可変干渉フィルターであるファブリーペローエタロンの一例を例示したが、上記構成に限られない。例えば、固定基板５１及び可動基板５２が接合されておらず、これらの基板間に圧電素子等の反射膜間ギャップを変更するギャップ変更部が設けられる構成などとしてもよい。
また、２つ基板により構成される構成に限られない。例えば、１つの基板上に犠牲層を介して２つの反射膜を積層し、犠牲層をエッチング等により除去してギャップを形成した波長可変干渉フィルターを用いてもよい。
【０１１０】
また、上記実施形態では、携帯可能な小型の成分分析装置１０、１０Ａ、１０Ｂを例示したが、例えば、携帯電話やスマートフォン等、携帯型端末装置に、本発明の成分分析装置が搭載される構成などとしてもよい。
【０１１１】
また、成分分析装置１０、１０Ａ、１０Ｂが、インターネット等を介して、サーバ装置と通信可能な構成としてもよく、このような場合、例えば記憶部１８に記憶される相関データ等を、サーバ装置の記憶手段から取得する構成などとしてもよい。上述のように、携帯型端末装置に本発明の成分分析装置が搭載されるような場合では、携帯型端末装置の通信手段を用いてサーバ装置を通信することができる。
このように、サーバ装置と通信可能な構成とすることで、成分分析装置１０、１０Ａ、１０Ｂから送信される食品のカロリーや成分含有量を、医療機関等に設置されたサーバ装置に送信することもできる。この場合、例えば、医者等の医療関係者が、ユーザーの健康管理を行ったり、ユーザーに対して健康指導や情報提供を行ったりすることもでき、より利用の拡大を図ることができる。
【０１１２】
さらに、成分分析装置１０、１０Ａ、１０Ｂに、加速度センサーやジャイロセンサーを内蔵してもよく、このような構成では、例えばユーザーの活動量や、消費カロリーを算出することができる。この場合、ユーザーの摂取カロリーと消費カロリーとを同時に管理することで、ユーザーの健康増進活動をより効率的に支援することができる。
【０１１３】
上記実施形態では、光源部１３２を構成する光源１３２Ａとして、発光波長が異なる複数の光源１３２Ａを有し、光源駆動手段１９３は、測定対象波長に応じて、順次光源１３２Ａを駆動させた。これに対して、光源部１３２として、近赤外域の広い波長域をカバー可能な光源を１つまたは複数設ける構成としてもよい。この場合、光源駆動手段１９３は、光源を順次切り替えて駆動させる必要がなく、処理の簡略化を図れる。
また、光源部１３２に可視光源が設けられない構成としてもよい。この場合でも、外光が十分であれば、検査対象物のカラー画像をディスプレイ１５上に表示させることができる。また、外光が不十分である場合には、例えば、近赤外光の光源を用いて、近赤外域の分光画像をディスプレイ１５に表示させることもできる。
【０１１４】
上記実施形態では、温度検出センサー１４を備え、補正手段１９２は、検出された温度に基づいて、分析対象の成分の特徴量を取得可能な波長を補正し、測定対象波長とした。
これに対して、温度検出センサー１４が設けられない構成などとしてもよい。この場合でも、温度による吸光スペクトルの変化が小さい成分に対しては、誤差の少ない成分分析を実施することができる。
【０１１５】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。
【符号の説明】
【０１１６】
５…波長可変干渉フィルター、１０，１０Ａ，１０Ｂ…成分分析装置、１１…筐体、１２…可視光撮像モジュール、１３…近赤外撮像モジュール、１４…温度検出センサー、１５…ディスプレイ（表示手段）、１６…操作部、１７…制御部、１８…記憶部（記憶手段）、１９…演算部、２０…質量測定部、５１…固定基板、５２…可動基板、５４…固定反射膜、５５…可動反射膜、５６…静電アクチュエーター、１２１…可視光入射部（カラー画像用入射光学系）、１２２…カラー撮像部、１３１…光入射部（入射光学系）、１３１Ａ，１３１Ｂ…視野角制限板（光入射角調整手段）、１３１Ａ１…第一視野角制限板、１３１Ａ２…第二視野角制限板、１３１Ａ３…光透過部、１３１Ａ４…遮光部、１３１Ｂ１…遮光板（遮光部）、１３１Ｂ２…孔部（光透過部）、１３２…光源部、１３２Ａ…光源、１３３…撮像部、１３４…制御基板、１３４Ａ…光通過孔、１９１…分析対象設定手段、１９２…補正手段、１９３…光源駆動手段、１９４…フィルター駆動手段、１９５…画像取得手段、１９６…成分分析手段、１９６Ａ…含有率分析手段、１９６Ｂ…含有量算出手段、１９６Ｃ…カロリー算出手段、１９７…質量推算手段、１９８…鮮度判定手段、１９９…データ表示手段。
【図１】
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【図２】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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