(57)【要約】【課題】ハイパースペクトル画像を用いた測定対象物に係る定量分析の精度が向上した分光測定装置及び分光測定方法を提供する。【解決手段】分光測定装置１００では、検量線を作成する際に、スペクトルデータを取得する複数の画素に対応する一または複数の受光素子それぞれについて個別に検量線を作成することを特徴とする。これにより、１画素に係るスペクトルデータを得るために用いられる受光素子の特性を考慮した検量線を作成することができることから、測定対象物に係る定量分析の精度の向上を実現可能とする。【選択図】図４
2017003499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素のそれぞれ毎にスペクトルデータを有するハイパースペクトル画像に基づいて、測定対象物に含まれる特定成分の濃度を定量分析する分光測定装置であって、
前記特定成分の濃度が既知である検量線用試料及び前記測定対象物に対して測定光を照射する照射手段と、
２次元配置された複数の受光素子を含み、前記照射手段より照射された前記測定光による前記検量線用試料及び前記測定対象物からの光を受光することで、前記検量線用試料及び前記測定対象物を撮像し、前記複数の画素それぞれのスペクトルデータを前記複数の受光素子のうち一方向に配列された複数の受光素子で取得して、ハイパースペクトル画像を得る撮像手段と、
前記撮像手段による撮像により得られた前記検量線用試料のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータを取得した前記一方向に配列された複数の受光素子について個別に検量線を作成する検量線作成手段と、
前記撮像手段による撮像により得られた前記測定対象物のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータと、該スペクトルデータを取得した前記一方向に配列された複数の受光素子について作成された前記検量線に基づいて、前記測定対象物の定量分析を行う解析手段と、
前記解析手段において求められた前記測定対象物の定量分析の結果を、画素毎に表示して画像出力する出力手段と、
を備える分光測定装置。
【請求項２】
複数の画素のそれぞれ毎にスペクトルデータを有するハイパースペクトル画像に基づいて、測定対象物に含まれる特定成分の濃度を定量分析する分光測定装置であって、
前記特定成分の濃度が既知である検量線用試料及び前記測定対象物に対して測定光を照射する照射手段と、
複数の受光素子を含み、前記照射手段より照射された前記測定光による前記検量線用試料及び前記測定対象物からの光を受光することで、前記検量線用試料及び前記測定対象物を撮像し、前記複数の画素のそれぞれのスペクトルデータを前記複数の受光素子のそれぞれで取得して、ハイパースペクトル画像を得る撮像手段と、
前記撮像手段による撮像により得られた前記検量線用試料のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータを取得した前記複数の受光素子のそれぞれについて個別に検量線を作成する検量線作成手段と、
前記撮像手段による撮像により得られた前記測定対象物のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータと、該スペクトルデータを取得した前記複数の受光素子それぞれについて作成された前記検量線に基づいて、前記測定対象物の定量分析を行う解析手段と、
前記解析手段において求められた前記測定対象物の定量分析の結果を、画素毎に表示して画像出力する出力手段と、
を備える分光測定装置。
【請求項３】
複数の画素のそれぞれ毎にスペクトルデータを有するハイパースペクトル画像に基づいて、測定対象物に含まれる特定成分の濃度を定量分析する分光測定方法であって、
前記特定成分の濃度が既知である検量線用試料及び前記測定対象物に対して測定光を照射する照射ステップと、
前記照射ステップより照射された前記測定光による前記検量線用試料及び前記測定対象物からの光を２次元配置された複数の受光素子で受光することで、前記検量線用試料及び前記測定対象物を撮像し、前記複数の画素それぞれのスペクトルデータを前記複数の受光素子のうち一方向に配列された複数の受光素子で取得して、ハイパースペクトル画像を得る撮像ステップと、
前記撮像ステップにおける撮像により得られた前記検量線用試料のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータを取得した前記一方向に配列された複数の受光素子について個別に検量線を作成する検量線作成ステップと、
前記撮像ステップにおける撮像により得られた前記測定対象物のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータと、該スペクトルデータを取得した前記一方向に配列された複数の受光素子について作成された前記検量線に基づいて、前記測定対象物の定量分析を行う解析ステップと、
前記解析ステップにおいて求められた前記測定対象物の定量分析の結果を、画素毎に表示して画像出力する出力ステップと、
を備える分光測定方法。
【請求項４】
複数の画素のそれぞれ毎にスペクトルデータを有するハイパースペクトル画像に基づいて、測定対象物に含まれる特定成分の濃度を定量分析する分光測定方法であって、
前記特定成分の濃度が既知である検量線用試料及び前記測定対象物に対して測定光を照射する照射ステップと、
前記照射ステップより照射された前記測定光による前記検量線用試料及び前記測定対象物からの光を２次元配置された複数の受光素子で受光することで、前記検量線用試料及び前記測定対象物を撮像し、前記複数の画素のそれぞれのスペクトルデータを前記複数の受光素子のそれぞれで取得して、ハイパースペクトル画像を得る撮像ステップと、
前記撮像ステップにおける撮像により得られた前記検量線用試料のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータを取得した前記複数の受光素子のそれぞれについて個別に検量線を作成する検量線作成ステップと、
前記撮像ステップにおける撮像により得られた前記測定対象物のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータと、該スペクトルデータを取得した前記複数の受光素子それぞれについて作成された前記検量線に基づいて、前記測定対象物の定量分析を行う解析ステップと、
前記解析ステップにおいて求められた前記測定対象物の定量分析の結果を、画素毎に表示して画像出力する出力ステップと、
を備える分光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物のスペクトルデータを取得して分析を行う分光測定装置及び分光測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物のスペクトルデータを取得して分析を行う際、検量のための検量線を予め作成した上で測定対象物の評価を行うことが一般的に知られている。例えば、特許文献１では、ラインセンサで受光した信号に基づいて糖度値を算出する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２１３８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この方法は、複数波長の光に対する強度情報を画素毎に保持するハイパースペクトル画像を用いて測定対象物に含まれる特定の成分の定量分析を行う場合にも適用することができると考えられる。しかしながら、従来はハイパースペクトル画像を用いた定量分析自体が一般的ではなく、定量分析の測定精度の向上については検討されていなかった。
【０００５】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、ハイパースペクトル画像を用いた測定対象物に係る定量分析の精度が向上した分光測定装置及び分光測定方法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】
【０００６】
本願発明の分光測定装置は、複数の画素のそれぞれ毎にスペクトルデータを有するハイパースペクトル画像に基づいて、該測定対象物に含まれる特定成分の濃度を定量分析する分光測定装置であって、
前記特定成分の濃度が既知である検量線用試料及び前記測定対象物に対して測定光を照射する照射手段と、
複数の受光素子を含み、前記照射手段より照射された前記測定光による前記検量線用試料及び前記測定対象物からの光を受光することで、前記検量線用試料及び前記測定対象物を撮像して、ハイパースペクトル画像を得る撮像手段と、
検量線を作成する検量線作成手段と、
前記撮像手段による撮像により得られた前記測定対象物のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータと、前記検量線に基づいて、前記測定対象物の定量分析を行う解析手段と、
前記解析手段において求められた前記測定対象物の定量分析の結果を、画素毎に表示して画像出力する出力手段と、
を備える。
【０００７】
この分光測定装置において、（１）撮像手段は、受光素子が２次元配置されており、複数の画素それぞれのスペクトルデータを複数の受光素子のうち一方向に配列された複数の受光素子で取得するラインカメラの形態であってもよい。この場合、検量線作成手段は、検量線用試料のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータを取得した一方向に配列された複数の受光素子について個別に検量線を作成する。解析手段は、測定対象物のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータと、該スペクトルデータを取得した一方向に配列された複数の受光素子について作成された検量線に基づいて、測定対象物の定量分析を行う。
【０００８】
あるいは、（２）撮像手段は、複数の画素のそれぞれのスペクトルデータを複数の受光素子のそれぞれで取得するエリアカメラの形態であってもよい。この場合、検量線作成手段は、検量線用試料のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータを取得した複数の受光素子のそれぞれについて個別に検量線を作成する。解析手段は、測定対象物のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータと、該スペクトルデータを取得した複数の受光素子それぞれについて作成された検量線に基づいて、測定対象物の定量分析を行う。
【０００９】
本願発明の分光測定方法は、複数の画素のそれぞれ毎にスペクトルデータを有するハイパースペクトル画像に基づいて、該測定対象物に含まれる特定成分の濃度を定量分析する分光測定方法であって、
前記特定成分の濃度が既知である検量線用試料及び前記測定対象物に対して測定光を照射する照射ステップと、
前記照射ステップより照射された前記測定光による前記検量線用試料及び前記測定対象物からの光を複数の受光素子で受光することで、前記検量線用試料及び前記測定対象物を撮像して、ハイパースペクトル画像を得る撮像ステップと、
検量線を作成する検量線作成ステップと、
前記撮像ステップにおける撮像により得られた前記測定対象物のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータと、前記検量線に基づいて、前記測定対象物の定量分析を行う解析ステップと、
前記解析ステップにおいて求められた前記測定対象物の定量分析の結果を、画素毎に表示して画像出力する出力ステップと、
を備える。
【００１０】
この分光測定方法において、（３）撮像ステップは、複数の画素それぞれのスペクトルデータを２次元配置された複数の受光素子のうち一方向に配列された複数の受光素子で取得するラインカメラの形態であってもよい。この場合、検量線作成ステップは、検量線用試料のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータを取得した一方向に配列された複数の受光素子について個別に検量線を作成する。解析ステップは、測定対象物のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータと、該スペクトルデータを取得した一方向に配列された複数の受光素子について作成された検量線に基づいて、測定対象物の定量分析を行う。
【００１１】
あるいは、（４）撮像ステップは、複数の画素のそれぞれのスペクトルデータを複数の受光素子のそれぞれで取得するエリアカメラの形態であってもよい。この場合、検量線作成ステップは、検量線用試料のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータを取得した複数の受光素子のそれぞれについて個別に検量線を作成する。解析ステップは、測定対象物のハイパースペクトル画像に含まれる複数の画素のそれぞれのスペクトルデータと、該スペクトルデータを取得した複数の受光素子それぞれについて作成された検量線に基づいて、測定対象物の定量分析を行う。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、各受光素子の特性を考慮した検量線を作成することができることから、ハイパースペクトル画像を用いた測定対象物に係る定量分析の精度が向上した分光測定装置及び分光測定方法が提供される。加えて、（１）の分光測定装置、および、（３）の分光測定方法によれば、測定対象物に係る定量分析の精度の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る分光測定装置の構成を示す図である。
【図２】ハイパースペクトル画像についてその概略を説明する図である。
【図３】分析部について説明する図である。
【図４】本実施形態に係る分光測定方法を説明する図である。
【図５】従来の検量線の作成方法を用いた水分率予測の結果を示す図である。
【図６】本実施形態の検量線の作成方法を用いた水分率予測の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明に係る分光測定装置及び分光測定方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００１５】
本実施形態に係る分光測定装置１００について図１を用いて説明する。分光測定装置１００は、測定台２上に載置された測定対象物３について、その測定対象となる領域毎の定量分析を行う装置である。分光測定装置１００の測定対象物３は特に限定されない。また、定量分析を行う対象としては、例えば、測定対象物３に含まれる特定成分の濃度や物性が挙げられる。
【００１６】
分光測定装置１００は、近赤外光である測定光を測定対象物３に対して照射することにより得られる拡散反射光のスペクトルを測定し、そのスペクトルに基づいて測定対象物３の分光測定を行う。このため、分光測定装置１００は、光源ユニット１０（照射手段）、検出ユニット２０（撮像手段）、及び分析ユニット３０（検量線作成手段、解析手段、出力手段）を備える。なお、以下の実施形態では近赤外光を分光測定に使用する場合について説明するが、他の波長範囲の光を測定に用いてもよい。また、拡散反射光のスペクトルに替えて透過光又は散乱光のスペクトルを測定してもよい。
【００１７】
光源ユニット１０は、測定光を測定台２上における所定の照射領域Ａ１へ向けて照射する。光源ユニット１０が照射する測定光の波長範囲は、測定対象物３によって適宜選択される。測定光の波長は特に制限されないが、測定光として近赤外光を用いた場合、有機物は近赤外光に対する吸収ピークを持っている場合が多いため、定量が可能な成分が多くなる。近赤外光を測定光として用いる場合、具体的には、波長範囲が８００ｎｍ〜２５００ｎｍの光が好適に用いられ、特に１０００ｎｍ〜２３００ｎｍの光が好適に用いられる。なお、本実施形態では、ハロゲンランプからなる光源１１を含む光源ユニット１０について説明する。
【００１８】
照射領域Ａ１とは、測定対象物３を載置する測定台２の表面の一部の領域である。この照射領域Ａ１は、測定台２の一の方向（図１のｘ軸方向）に広がるライン状に延びる領域である。
【００１９】
光源ユニット１０は、光源１１と、照射部１２と、光源１１と照射部１２とを接続する光ファイバ１３と、を備える。光源１１は、近赤外光を発生させる。
【００２０】
光源１１により発生された近赤外光は、光ファイバ１３の一方の端面へ入射される。この近赤外光は、光ファイバ１３のコア領域を導波し、もう一方の端面から照射部１２に対して出射される。
【００２１】
照射部１２は、光ファイバ１３の端面から出射される近赤外光を測定対象物３が載置される照射領域Ａ１に対して照射する。照射部１２は、光ファイバ１３から出射される近赤外光を入射して、照射領域Ａ１に対応した１次元のライン状に出射するため、照射部１２としてシリンドリカルレンズが好適に用いられる。このように照射部１２においてライン状に整形された近赤外光Ｌ１が、照射部１２から照射領域Ａ１に対して照射される。
【００２２】
光源ユニット１０から出力された近赤外光Ｌ１は、照射領域Ａ１上に載置された測定対象物３により拡散反射される。そして、その一部が、拡散反射光Ｌ２として検出ユニット２０に入射する。
【００２３】
検出ユニット２０は、２次元に配置された受光素子によってハイパースペクトル画像を取得するハイパースペクトルセンサとしての機能を有する。ここで、本実施形態におけるハイパースペクトル画像について図２を用いて説明する。図２は、ハイパースペクトル画像についてその概略を説明する図である。図２に示すように、ハイパースペクトル画像とは、Ｎ個の単位領域（画素）Ｐ１〜ＰＮにより構成されている画像である。図２ではそのうちの一例として２個の単位領域Ｐｎ及びＰｍについて具体的に示している。単位領域Ｐｎ及びＰｍには、それぞれ複数の強度データからなるスペクトル情報Ｓｎ及びＳｍが含まれている。この強度データとは、特定の波長（又は波長帯域）におけるスペクトル強度を示すデータであり、図２では、１５個の強度データがスペクトル情報Ｓｎ及びＳｍとして保持されている。このように、ハイパースペクトル画像は、画像を構成する領域毎に、それぞれ複数の強度データを持つという特徴から、画像としての二次元的要素と、スペクトルデータとしての要素をあわせ持った三次元的構成のデータである。なお、本実施形態では、ハイパースペクトル画像とは、１画素あたり少なくとも５つの波長帯域における強度データを保有している画像のことをいう。
【００２４】
図２では測定対象物３もあわせて示している。すなわち、図２においてＰｎは測定対象物３を撮像した測定対象物上の領域であり、Ｐｍは背景（例えば、測定台２）上の領域である。このように、検出ユニット２０では、測定対象物３だけでなく背景を撮像した画像も取得される。
【００２５】
図１に戻り、本実施形態に係る検出ユニット２０は、カメラレンズ２４と、スリット２１と、分光器２２と、受光部２３と、を備える。この検出ユニット２０は、その視野領域２０ｓ（撮像領域）が照射領域Ａ１と同じ（ｘ軸方向）に延びている。検出ユニット２０の視野領域２０ｓは、測定台２上の照射領域Ａ１に含まれるライン状の領域であって、スリット２１を通過した拡散反射光Ｌ２が受光部２３上に像を結ぶ領域である。
【００２６】
スリット２１は、照射領域Ａ１の延在方向（ｘ軸方向）と平行な方向に開口が設けられる。検出ユニット２０のスリット２１に入射した拡散反射光Ｌ２は、分光器２２へ入射する。
【００２７】
分光器２２は、スリット２１の長手方向、すなわち照射領域Ａ１の延在方向に垂直な方向（ｙ軸方向）に拡散反射光Ｌ２を分光する。分光器２２により分光された光は、受光部２３によって受光される。
【００２８】
受光部２３は、複数の受光素子が２次元に配列された受光面を備え、各受光素子が光を受光する。これにより、受光部２３が測定台２上の照射領域Ａ１の延在方向（ｘ軸方向）に沿った領域で反射した拡散反射光Ｌ２の各波長の光をそれぞれ受光することとなる。各受光素子は、受光した光の強度に応じた信号を位置と波長とからなる二次元平面状の一点に関する情報として出力する。受光素子としては、ＩｎＧａＡｓ、ＭＣＴ、ＰｂＳ又はＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂタイプの量子井戸型センサ等を用いることができる。この受光部２３の受光素子から出力される信号が、ハイパースペクトル画像に係るスペクトルデータとして、検出ユニット２０から分析ユニット３０に送られる。
【００２９】
分析ユニット３０は、入力された信号により拡散反射光Ｌ２のスペクトルを得て、この得られた画素毎のスペクトルデータを用いて、測定対象物３に係る定量分析に係る処理を行う。
【００３０】
この分析ユニット３０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（Random  Access  Memory）及びＲＯＭ（Read  Only  Memory）、検出ユニット等の他の機器との間の通信を行う通信モジュール、並びにハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。そして、これらの構成要素が動作することにより、分析ユニット３０としての機能が発揮される。
【００３１】
分析ユニット３０の機能について図３を参照しながらさらに説明する。図３に示すように分析ユニット３０は、データ読み取り部３１と、演算部３２と、検量線データベース３３と、画像化部３４とを含んで構成される。
【００３２】
データ読み取り部３１は、検出ユニット２０から送られるスペクトルデータを読み取る機能を有する。演算部３２は、検量線データベース３３に格納された検量線を利用した測定対象物の定量分析を行う機能を有する。演算部３２による演算結果は、分析データとして出力することもできるし、画像化部３４に送って画像化に係る処理を行うこともできる。また、検量線データベース３３は、定量分析に係る検量線についての情報を保持し、演算部３２からの要請に基づいて分析に必要な検量線に係る情報を提供する。そして、画像化部３４は、演算部３２における演算結果に基づいたイメージングを行う機能を有する。定量分析結果のイメージングを行った後に、画像データを画像化部３４から出力（画像出力）することができる。このように、分析ユニット３０は、定量分析に係る一連の処理を行う機能を有する。
【００３３】
上記の分光測定装置１００は、一度の撮像によって、照射領域Ａ１の延在方向（ｘ軸方向）に沿って配列された画素毎にそれぞれスペクトルデータを取得することができる。したがって、測定対象物３が載置された測定台２を移動するか、又は、分光測定装置１００による撮像領域を移動させることによって、測定対象物３全体について、２次元に配列された領域毎のスペクトルデータを取得することができる。
【００３４】
このような分光測定装置１００は、照射領域Ａ１の延在方向に沿って受光面上に配列された複数のセンサにより構成されるラインセンサであるともいえる。（各々のセンサが「画素」に対応する。）そして、１つのセンサにより受光される各波長の光は、分光器２２において分光されることで、照射領域Ａ１の延在方向に対して直交する方向（ｙ軸方向）に配列された複数の受光素子により受光されてスペクトルデータを構成する。すなわち、ｙ軸方向に配列された複数の受光素子によって、１つの画素に係るスペクトルデータが取得される。換言すると、ラインセンサを構成する、ｘ軸に沿って配列された各センサに係るスペクトルデータは、それぞれｙ軸方向に配列された複数の受光素子において受光された光の情報に基づいて形成される。この「１画素に係るスペクトルデータを構成するデータ（光の強度情報）を取得するｙ軸方向に配列された複数の受光素子」は分光器２２によって予め決められている。したがって、「１画素」と「当該１画素のスペクトルデータを構成するデータを取得する複数の受光素子」との対応関係は固定されていて、撮像の度に変化することはない。
【００３５】
同一の規格により生産された受光素子の性能は一定となることが望まれている。しかしながら、実際には、受光素子毎に特性に若干のバラつきが生じる。したがって、ラインセンサを構成する各センサにて取得されるスペクトルデータを比較すると、同一のサンプルのスペクトルデータを撮像した場合であっても、センサ毎にその形状に若干の違いが生じる。これは、ラインセンサを構成する各センサのスペクトルデータを取得するための受光素子が互いに異なるからである。ここでの受光素子の特性のバラつきとは、例えば同一波長で同一強度の光を受光したとしても、受光した光の強度を信号として出力する際の信号が異なることをいう。
【００３６】
したがって、高い測定精度が望まれる定量分析を行う場合に、ラインセンサを構成する各センサで取得されるスペクトルデータを全て平均化して検量線を作成してしまうと、受光素子の特性のバラつき等を何ら考慮しない検量線となってしまう。したがって、受光素子の特性のバラつきの分だけ、検量線の精度が低下すると考えられる。
【００３７】
そこで、本実施形態における分光測定装置１００では、検量線を作成する際に、スペクトルデータを取得する複数の画素それぞれに対応する一または複数の受光素子について個別に検量線を作成することを特徴とする。これにより、１画素に係るスペクトルデータを得るために用いられる受光素子の特性を考慮した検量線を作成することができることから、測定対象物に係る定量分析の精度の向上を実現可能とする。特に、本実施形態の分光測定装置１００のように、ｙ軸方向に配列された複数の受光素子によって、一の画素に係るスペクトルデータが取得される場合には、一の画素のスペクトルデータの取得に係る複数の受光素子によって取得されるデータ毎に、当該一の画素に係る検量線を作成する構成とすることで、測定対象物に係る定量分析の精度の向上を実現することができる。
【００３８】
上記の分光測定装置１００を用いた測定対象物３に係る定量分析方法を図４に示す。ハイパースペクトル画像の取得は、分光測定装置１００の光源ユニット１０、検出ユニット２０によって行われ、その他の処理は、分析ユニット３０によって行われる。なお、図４では、測定対象物３に含まれる特定の成分の濃度を定量分析する場合について説明する。
【００３９】
まず、定量分析のための検量線を作成する。具体的には、定量分析の対象となる特定成分の濃度が既知の試料である検量線用試料を複数水準（互いに異なる濃度のものを複数）準備し、各検量線用試料についてのハイパースペクトル画像を取得する（Ｓ０１：照射ステップ、撮像ステップ）。次に、このハイパースペクトル画像から、有効画素、すなわち、検量線用試料を撮像した画素を抽出する（Ｓ０２）。有効画素の抽出方法は適宜設定することができる。例えば、所定の波長の光の受光強度が所定の値以上である画素を有効画素と判定する方法等を用いて、検量線用試料を撮像した画素を抽出する方法が用いられる。
【００４０】
次に、抽出した検量線用試料を撮像した画素に係るスペクトルデータから検量線を作成する（Ｓ０３：検量線作成ステップ）。このとき、検量線用試料を撮像した画素のデータを全て平均化して検量線を作成するのではなく、画素に対応する一または複数の受光素子毎にスペクトルデータを区別して保持しておき、検量線をそれぞれ作成する。
【００４１】
なお、検量線の作成の際には、取得されたスペクトルデータに対して、例えば標準正規変量（Standard  Normal  Variate：ＳＮＶ）等を用いた規格化等を行ってもよい。その後、複数水準のハイパースペクトル画像から生成されたスペクトルデータを用いて、公知の解析手法を用いて濃度とスペクトルとの相関関係を示す検量線を作成する。作成された検量線は、検量線を作成した画素に対応する一または複数の受光素子を特定する情報（例えば受光素子を示す座標等を用いることができる）と対応付けて検量線データベース３３に格納される。
【００４２】
次に、測定対象物３のハイパースペクトル画像を取得する（Ｓ０４：撮像ステップ）。その後、画素毎に対応する一または複数の受光素子の検量線を適用して定量測定を行う（Ｓ０５：解析ステップ）。このとき、撮像した画素に対応した一または複数の受光素子の検量線をそれぞれ検量線データベース３３から取得して、定量分析を行う。これにより、受光素子の特性を反映した検量線に基づいた定量測定が可能となる。
【００４３】
その後、定量分析の結果のイメージングを行う（Ｓ０６：出力ステップ）。イメージングとしては、定量分析を行った画素毎に、定量分析の結果（濃度）に基づいて、予め濃度に対応したカラーマップ（例えば、Ｊｅｔ：赤→緑→青と変遷するもの）や白黒の濃淡（グレイスケール）を定めておき、定量結果に基づいた着色を行う。これにより、定量分析の結果を視覚的に容易に認識することができる。
【００４４】
従来から、ハイパースペクトル画像を用いた定量分析は可能であると考えられていたものの、実際にはほとんど行われていなかった。したがって、定量分析の結果の精度も考慮した具体的な分光測定方法は検討されていなかった。また、一般的な従来の分光測定法による定量分析では、検量線を作成する際のデータの数が多い方が、ノイズ成分等を除去することができるため好ましいと考えられていた。したがって、ハイパースペクトル画像を用いた定量分析に対して従来の定量分析における思想を適用した場合、各画素で取得された検量線用のスペクトルデータを平均化して検量線を作成することが好ましいと考えられるのが当然である。
【００４５】
しかしながら、ハイパースペクトル画像を撮像する際には、スペクトルデータの特性が画素毎に異なる。これは、スペクトルデータを取得する際に用いられる受光素子が画素毎に異なるためである。従来の分光測定法では同一の受光素子により繰り返し測定を行うことが一般的である。したがって、受光素子が互いに異なることにより画素毎に取得されるスペクトルデータの特性が異なるという可能性という点までは着目されていなかった。このように、上記の課題は、ハイパースペクトル画像を用いた定量分析の際にのみ生じるものである。これに対して、本実施形態に係る分光測定装置及び分光測定方法によれば、画素に対応する一または複数の受光素子毎に検量線を作成する構成とすることで、より高い精度の定量分析を実現する。
【００４６】
この点について、実施例を参照しながらさらに説明する。水分量が既知の酒石酸ナトリウム二水和物（水分量１５．６６％）について、分光測定装置１００により水分量を測定した。受光部２３として、空間方向（ｘ軸方向）に３２０個、波長方向（ｙ軸方向）に２５６個の受光素子が配置された受光面を使用した。すなわち、一度の撮像により３２０画素のスペクトル情報を取得することができ、１画素のスペクトルデータは２５６個のデータにより構成される。検量線を作成するために、濃度が異なる複数水準のサンプルを測定して検量線を作成した後、上記の酒石酸ナトリウム二水和物（水分量１５．６６％）のハイパースペクトル画像から水分量の予測値を算出した。
【００４７】
図５は、従来の定量分析法のように、空間方向（ｘ軸方向）の３２０画素分のスペクトルデータの全平均を基に検量線を作成した後に、その検量線を用いて測定した水分量の予測値の結果を画素毎にプロットしたものである。水分量の真値が１５．６６％であるのに対し、予測値は１４．２％〜１７．１％となり、予測結果にバラつきがあることが確認できる。
【００４８】
これに対し、図６は、空間方向の３２０画素それぞれについて、波長方向の２５６個の受光素子で得られたデータを用いたスペクトルデータに関する検量線を個別に作成した後に、それぞれの検量線を利用して試料の水分量を測定した結果を画素毎にプロットしたものである。図６では、試料に関して１０回測定を行った結果のエラーバーを併せて示している。図６に示すように、画素毎に検量線を作成した場合、水分量の真値の１５．６６％に対して±０．１％以内のバラつきとなることが確認された。したがって、画素毎に検量線を作成することで、定量分析の精度を向上することができることが確認された。
【００４９】
なお、本発明に係る分光測定装置は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態のように分光測定装置が光源ユニット、検出ユニットおよび分析ユニットを備えている構成には限定されない。
【００５０】
また、上記実施形態では、２次元に配列された受光素子のうち、一方向（波長方向：ｙ軸方向）に配列された複数の受光素子を用いて１画素に係るスペクトルデータを取得していたが、ハイパースペクトル画像を取得することができる分光測定装置１００の装置は上記に限定されない。例えば、１受光素子がスペクトルデータを取得することにより、各受光素子において取得されたスペクトルデータを各画素のスペクトルデータとすることができる分光測定装置（エリアカメラ）でもハイパースペクトル画像を取得することができる。具体的には、光源ユニット１０からの光の波長を変化させるか、又は、検出ユニット２０の分光器２２に代えて特定の波長のみを選択して透過できるフィルタ又はバンドパスフィルタ等を設けることで、時間と共に光の波長を変えながら受光部２３に２次元に配置された受光素子のそれぞれで受光をすることで、各受光素子でスペクトルデータを得ることができる。
【００５１】
上記の分光測定装置の場合、１画素におけるスペクトルデータは１受光素子にて取得されたデータにより構成される。この場合、各受光素子における感度の波長依存性がそのまま各画素のスペクトルの特性として表れる。したがって、このような分光測定装置において定量分析を行う場合には、画素毎、すなわち、受光素子毎に検量線を作成することが好ましく、このような構成を備えることで、定量分析の精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５２】
２…測定台、３…測定対象物、１０…光源ユニット、２０…検出ユニット、３０…分析ユニット、１００…分光測定装置。
【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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