(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物からの光をイメージセンサで受光し、そのイメージセンサの各ピクセル出力に対して、前処理として、
イメージセンサの出力が入射光量に比例するようにイメージセンサの出力を補正する直線化補正、及び
基準物を測定したときにイメージセンサの各ピクセル出力を直線化補正したものが均一になるように各ピクセル出力を補正する光むら補正を施した後、
前記被測定物の発色域を選択して少なくとも一方向については発色域より大きい領域について、この前処理後のピクセル出力の積分値を算出する測定方法であって、
前記直線化補正は次の工程（Ａ）と（Ｂ）を含んでいることを特徴とする測定方法。
（Ａ）受光する光量に対して出力が直線性をもつ光検出器を別途設け、前記イメージセンサに入射する光をその光検出器にも同時に入射させるとともに、その入射光量を変化させたときのイメージセンサ出力と前記光検出器の出力との関係を直線化データとして保持しておく工程、及び
（Ｂ）被測定物を測定したときのイメージセンサ出力を前記直線化データに基づいて前記光検出器の出力に比例するように補正する工程。
【請求項２】
被測定物からの光をイメージセンサで受光し、そのイメージセンサの各ピクセル出力に対して、前処理として、
イメージセンサの出力が入射光量に比例するようにイメージセンサの出力を補正する直線化補正、及び
基準物を測定したときにイメージセンサの各ピクセル出力を直線化補正したものが均一になるように各ピクセル出力を補正する光むら補正を施した後、
前記被測定物の発色域を選択して少なくとも一方向については発色域より大きい領域について、この前処理後のピクセル出力の積分値を算出する測定方法であって、
前記直線化補正は次の工程（Ａ）と（Ｂ）を含んでいることを特徴とする測定方法。
（Ａ）発生する光が既知で互いに異なる複数の標準板を用意し、それらの標準板を測定したときのイメージセンサ出力と標準板からの光との関係を直線化データとして保持しておく工程、及び
（Ｂ）被測定物を測定したときのイメージセンサ出力を前記直線化データに基づいて前記標準板からの光に比例するように補正する工程。
【請求項３】
被測定物からの光をイメージセンサで受光し、そのイメージセンサの各ピクセル出力に対して、前処理として、
イメージセンサの出力が入射光量に比例するようにイメージセンサの出力を補正する直線化補正、及び
基準物を測定したときにイメージセンサの各ピクセル出力を直線化補正したものが均一になるように各ピクセル出力を補正する光むら補正を施した後、
前記被測定物の発色域を選択して少なくとも一方向については発色域より大きい領域について、この前処理後のピクセル出力の積分値を算出する測定方法であって、
前記直線化補正は次の工程（Ａ）と（Ｂ）を含んでいることを特徴とする測定方法。
（Ａ）前記イメージセンサは露光時間の設定が可変なものであり、１つの基準物を測定する露光時間を複数段階に異ならせて測定したときのイメージセンサ出力と露光時間との関係を、露光時間に比例した基準物からの光に関する直線化データとして保持しておく工程、及び
（Ｂ）被測定物を測定したときのイメージセンサ出力を直線化データに基づいて露光時間から導かれる基準物からの光に比例するように補正する工程。
【請求項４】
前記基準物として面内の濃淡が均一な反射板又はブランクを用いる請求の範囲第１項から第３項のいずれかに記載の測定方法。
【請求項５】
前記積分値の算出は、被測定物の発色領域を挟む２点のピクセル出力を結ぶ直線をピクセル出力のベースライン値とし、被測定物の各位置に対応するピクセル出力を前記ベースライン値により変換した値を基にして求める請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載の測定方法。
【請求項６】
前記直線化補正を画像内で最も明るいピクセル付近の幾つかのピクセルを選択して、それらのピクセルの出力の平均値を用いて行なう請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載の測定方法。
【請求項７】
前記直線化補正をピクセルごとに行なう請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載の測定方法。
【請求項８】
前記光むら補正は、基準物を測定し、ピクセルが飽和光量に達したときの受光量に対する飽和光量に近い一定割合の受光量での画像データに対して行なう請求の範囲第１項から第７項のいずれかに記載の測定方法。
【請求項９】
請求の範囲第１項から第８項のいずれかに記載の方法により求めた積分値に、その積分値と被測定物の試料濃度との関係を表わす検量線データを適用して被測定物の試料濃度を算出することを特徴とする被測定物測定方法。
【請求項１０】
被測定物からの光を受光するイメージセンサと、
前記イメージセンサの各ピクセル出力を用いて、前記被測定物の発色域の少なくとも一方向については発色域より大きい領域について、前記被測定物の面内からの光の積分値を算出する算出部と、
受光量がゼロのときの出力をダークデータとして差し引いた後の前記イメージセンサの出力が入射光量に比例するようにイメージセンサの出力を補正する直線化補正データを保持した直線化補正データ保持部と、
前記イメージセンサの出力を前記直線化補正データ保持部に保持された直線化補正データに基づいて直線化補正する直線化補正部と、
基準物を測定したときの前記イメージセンサの各ピクセル出力を前記直線化補正データで補正したものが均一になるように各ピクセル出力を補正する光むら補正データを保持した光むら補正データ保持部と、
前記直線化補正された前記イメージセンサの出力を前記光むら補正データ保持部に保持された光むら補正データに基づいて光むらを補正する光むら補正部と、
前記直線化補正データを作成して前記直線化補正データ保持部に保持させるための直線化補正データ作成部と、
受光量に対して出力が直線性をもち、前記イメージセンサに入射する光が同時に入射するように設けられた光検出器と、を備え、
前記直線化補正データ作成部は、前記イメージセンサへの入射光量を変化させたときのイメージセンサ出力と前記光検出器の出力との関係を直線化補正データとするものであり、
前記算出部は前記直線化補正と前記光むら補正が施されたピクセル出力を用いて前記被測定物の面内からの光の積分値を算出するものであることを特徴とする測定装置。
【請求項１１】
受光する光量に対して出力が直線性をもつ前記光検出器としてフォトダイオードを用いる請求の範囲第１０項に記載の測定装置。
【請求項１２】
被測定物からの光を受光するイメージセンサと、
前記イメージセンサの各ピクセル出力を用いて、前記被測定物の発色域の少なくとも一方向については発色域より大きい領域について、前記被測定物の面内からの光の積分値を算出する算出部と、
受光量がゼロのときの出力をダークデータとして差し引いた後の前記イメージセンサの出力が入射光量に比例するようにイメージセンサの出力を補正する直線化補正データを保持した直線化補正データ保持部と、
前記イメージセンサの出力を前記直線化補正データ保持部に保持された直線化補正データに基づいて直線化補正する直線化補正部と、
基準物を測定したときの前記イメージセンサの各ピクセル出力を前記直線化補正データで補正したものが均一になるように各ピクセル出力を補正する光むら補正データを保持した光むら補正データ保持部と、
前記直線化補正された前記イメージセンサの出力を前記光むら補正データ保持部に保持された光むら補正データに基づいて光むらを補正する光むら補正部と、
前記直線化補正データを作成して前記直線化補正データ保持部に保持させるための直線化補正データ作成部と、
前記直線化補正データ作成部は、発生する光が既知で互いに異なる複数の標準板を測定したときのイメージセンサ出力と標準板からの光との関係を直線化補正データとするものであり、
前記算出部は前記直線化補正と前記光むら補正が施されたピクセル出力を用いて前記被測定物の面内からの光の積分値を算出するものであることを特徴とする測定装置。
【請求項１３】
被測定物からの光を受光するイメージセンサと、
前記イメージセンサの各ピクセル出力を用いて、前記被測定物の発色域の少なくとも一方向については発色域より大きい領域について、前記被測定物の面内からの光の積分値を算出する算出部と、
受光量がゼロのときの出力をダークデータとして差し引いた後の前記イメージセンサの出力が入射光量に比例するようにイメージセンサの出力を補正する直線化補正データを保持した直線化補正データ保持部と、
前記イメージセンサの出力を前記直線化補正データ保持部に保持された直線化補正データに基づいて直線化補正する直線化補正部と、
基準物を測定したときの前記イメージセンサの各ピクセル出力を前記直線化補正データで補正したものが均一になるように各ピクセル出力を補正する光むら補正データを保持した光むら補正データ保持部と、
前記直線化補正された前記イメージセンサの出力を前記光むら補正データ保持部に保持された光むら補正データに基づいて光むらを補正する光むら補正部と、
前記直線化補正データを作成して前記直線化補正データ保持部に保持させるための直線化補正データ作成部と、
前記イメージセンサは露光時間の設定が可変なものであり、
前記直線化補正データ作成部は１つの基準物を測定する露光時間を複数段階に異ならせて測定したときのイメージセンサ出力と露光時間との関係を直線化補正データとするものであり、
前記算出部は前記直線化補正と前記光むら補正が施されたピクセル出力を用いて前記被測定物の面内からの光の積分値を算出するものであることを特徴とする測定装置。
【請求項１４】
被測定物からの光を受光するイメージセンサと、
前記イメージセンサの各ピクセル出力を用いて、前記被測定物の発色域の少なくとも一方向については発色域より大きい領域について、前記被測定物の面内からの光の積分値を算出する算出部と、
受光量がゼロのときの出力をダークデータとして差し引いた後の前記イメージセンサの出力が入射光量に比例するようにイメージセンサの出力を補正する直線化補正データを保持した直線化補正データ保持部と、
前記イメージセンサの出力を前記直線化補正データ保持部に保持された直線化補正データに基づいて直線化補正する直線化補正部と、
基準物を測定したときの前記イメージセンサの各ピクセル出力を前記直線化補正データで補正したものが均一になるように各ピクセル出力を補正する光むら補正データを保持した光むら補正データ保持部と、
前記直線化補正された前記イメージセンサの出力を前記光むら補正データ保持部に保持された光むら補正データに基づいて光むらを補正する光むら補正部と、
前記直線化補正データを作成して前記直線化補正データ保持部に保持させるための直線化補正データ作成部と、
前記直線化補正データ作成部は、基準物を測定し、画像内で最も明るいピクセル付近の幾つかのピクセルを選択して、それらのピクセル出力の平均値を用いて直線化補正データを作成するものであり、
前記算出部は前記直線化補正と前記光むら補正が施されたピクセル出力を用いて前記被測定物の面内からの光の積分値を算出するものであることを特徴とする測定装置。
【請求項１５】
被測定物からの光を受光するイメージセンサと、
前記イメージセンサの各ピクセル出力を用いて、前記被測定物の発色域の少なくとも一方向については発色域より大きい領域について、前記被測定物の面内からの光の積分値を算出する算出部と、
受光量がゼロのときの出力をダークデータとして差し引いた後の前記イメージセンサの出力が入射光量に比例するようにイメージセンサの出力を補正する直線化補正データを保持した直線化補正データ保持部と、
前記イメージセンサの出力を前記直線化補正データ保持部に保持された直線化補正データに基づいて直線化補正する直線化補正部と、
基準物を測定したときの前記イメージセンサの各ピクセル出力を前記直線化補正データで補正したものが均一になるように各ピクセル出力を補正する光むら補正データを保持した光むら補正データ保持部と、
前記直線化補正された前記イメージセンサの出力を前記光むら補正データ保持部に保持された光むら補正データに基づいて光むらを補正する光むら補正部と、
面内で濃淡が均一な平板を測定したときの前記イメージセンサの各ピクセル出力を前記直線化補正データで補正したものが均一になるように各ピクセル出力を補正する光むら補正データを作成して前記光むら補正データ保持部へ保持させる光むら補正データ作成部と、を備え、
前記算出部は前記直線化補正と前記光むら補正が施されたピクセル出力を用いて前記被測定物の面内からの光の積分値を算出するものであることを特徴とする測定装置。
【請求項１６】
前記光むら補正データ作成部は、基準物を測定し、ピクセルが飽和光量に達したときの光量に対する一定割合の光量での画像データに対して光むら補正データを作成するものである請求の範囲第１５項に記載の測定装置。
【請求項１７】
前記算出部は、前記積分値の算出にあたり、被測定物の発色領域を挟む２点のピクセル出力を結ぶ直線をピクセル出力のベースライン値とし、試験片の各位置に対応するピクセル出力を前記ベースライン値により変換した値を基にして積分値を算出するものである範囲第１０項から第１６項のいずれかに記載の測定装置。
【請求項１８】
前記算出部は被測定物の面内の二次元について被測定物からの光を積分するものである請求の範囲第１０項から第１７項のいずれかに記載の測定装置。
【請求項１９】
前記算出部は被測定物の面内の１つの直線上で被測定物からの光を積分するものである請求の範囲第１０項から第１７項のいずれかに記載の測定装置。
【請求項２０】
前記直線化補正データを作成して前記直線化補正データ保持部に保持させるための直線化補正データ作成部をさらに備えた請求の範囲第１５項に記載の測定装置。
【請求項２１】
前記直線化補正データ作成部はピクセルごとに直線化補正データを作成するものである請求の範囲第１０項から第２０項のいずれかに記載の測定装置。
【請求項２２】
前記イメージセンサとしてＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型センサを用いる請求の範囲第１０項から第２１項のいずれかに記載の測定装置。
【請求項２３】
請求の範囲第１０項から第２２項のいずれかに記載の測定装置に、
被測定物からの光の積分値と被測定物の試料濃度との関係を保持している検量線データ保持部と、
前記算出部で求められた被測定物からの光の節分値に前記検量線データ保持部の検量線データを適用して被測定物の試料濃度を算出する定量部とをさらに備えたことを特徴とする被測定物測定装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は試験片などの被測定物を光照射しその被測定物からの光をエリアセンサやイメージスキャナなどのイメージセンサで受光して二次元的又は一直線に沿って測定する測定方法、その測定値に基づいて被検出部の試料濃度を求める被測定物測定方法及びそれらを実現するための装置に関するものである。
本発明で測定対象とする被測定物からの光は、反射光、透過光、蛍光、燐光、化学発光など、定量測定や定性測定に使用されるあらゆる光を含んでいる。
背景技術
光検出器にはフォトダイオードのような単素子の光検出素子、フォトダイオードアレイのような光検出素子がライン上に配列されたリニアセンサ、及びＣＣＤ（電荷結合デバイス）センサやＣＭＯＳセンサのように光検出素子が二次元に配列されたイメージセンサがある。
被測定物からの光を測定する測定装置のセンサとしては、精度の良さ、コストパフォーマンス、技術的難易度の観点から主にフォトダイオードが用いられている。しかし、フォトダイオードを用いて複数項目の反射率等を得ようとした場合、光学系あるいは被測定物を移動させる必要がある。
また、フォトダイオードはスポット径内の平均化されたデータを得るものであるため、斑発色検知に代表されるような発色具合の詳細検知を行なう場合には不向きである。
イムノクロマト試験片測定装置としても、光学系が試験片上を移動しながら測光する駆動測光式のものが検討されているのみである。
これらの問題を解消する一つの手段として、イメージセンサの採用が考えられる。イメージセンサのデータは対象領域の画像情報であるため、１フレームの情報から複数の項目の測定、斑発色の検知、試験片の位置ずれの補正等を行なうことができる。
イメージセンサによって対象物の形状や色彩を検出することは広く知られている。例えば、免疫測定用のテストストリップの画像をＣＣＤカメラで取り込み、画像の面積又は縦と横の長さの比率に基づいて判定を行なう方法が提案されている（特開平９−２５７７０８号公報参照）。そこでは取り込んだ信号を輝度信号として二値化した後に画像の形状を測定しており、その画像内の濃淡を測定するものではない。
イメージセンサを用いて二次元的な測定を行なっている他の例としては、尿測定機がある。そこでは、尿試験紙の発色の濃淡（明度）ではなく、色調（色相）を判定することによって測定するのが一般的であり、カラーＣＣＤが用いられている。
イメージセンサで試験片の二次元的な濃淡分布を精度よく検出しようとすると、光の照射むら、レンズの収差などのほか、イメージセンサのピクセル（画素）間の感度差により面内の光むらが発生する。そのため、精度よく検出を行なうために、機械的な駆動系を用いてセンサ又は試験片を移動させるのが一般的である。その場合、イメージセンサを用いていても、一次元のリニアセンサとして利用されているにすぎない。
ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサを用いて反射率等を二次元的に測定できるかどうかは不明である。
そこで、本発明の第１の目的は、イメージセンサを用いて被測定物からの光を二次元的に又は一直線に沿って測定できる測定方法及び装置を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、イメージセンサを検出器に用いた被測定物からの光の測定に基づいてイムノクロマト試験片などの被測定物の定量測定を行なうことのできる被測定物の測定方法及び装置を実現することである。
発明の開示
第１の目的を達成するための本発明の測定方法は、被測定物からの光をイメージセンサで受光し、そのイメージセンサの各ピクセル出力に対して前処理を施し、その前処理後のピクセル出力の積分値を算出することを特徴とする。ピクセル出力の前処理は、イメージセンサの出力が入射光量に比例するようにイメージセンサの出力を補正する直線化補正、及び基準物を測定したときにイメージセンサの各ピクセル出力を直線化補正したものが均一になるように各ピクセル出力を補正する光むら補正を含んでいる。
基準物として、例えば面内で濃淡が均一な反射板又はブランク（被測定物を置かないで測定光を全てイメージセンサに入射させる状態）を用いる。
これにより、反射率を二次元的に又は一直線に沿って簡便に測定できるようになる。
もし、検出範囲を発色領域だけに固定した場合、被測定物の位置ずれによって検出強度に影響がでる。また、被測定物の発色後の強度と面積が変動すれば、測定結果のばらつきが大きくなる。
そこで、被測定物の発色領域からの光の積分値を求める好ましい方法として、被測定物の発色領域よりも大きい領域で非発色領域を含めて測定した後、発色領域からの光の積分値を求める。その方法として、被測定物の発色領域を挟む２点のピクセル出力を結ぶ直線をピクセル出力のベースライン値とし、被測定物の各位置に対応するピクセル出力をベースライン値により変換した値を基にして求めるのが好ましい。
そのような被測定物からの光の積分値算出方法によれば、被測定物の非発色領域も含めて演算するが、発色領域の強度は損なわれない。被測定物の位置が多少ずれても、発色領域が検出範囲内にあれば、演算結果への影響を回避できる。
そして、被測定物の発色領域を挟む２点のピクセル出力、すなわち発色領域の両端部の非発色部分のピクセル出力を結ぶ直線をベースライン値とするので、被測定物の着色による強度変動、被測定物の高さや勾配などによる強度変動を軽減することができる。
その結果、被測定物の発色強度や面積が変動しても、演算結果への影響を回避することができる。
前処理の直線化補正の第１の局面は、次の工程（Ａ）と（Ｂ）を含んだものである。
（Ａ）受光する光量に対して出力が直線性をもつ光検出器を別途設け、前記イメージセンサに入射する光をその光検出器にも同時に入射させるとともに、その入射光量を変化させたときのイメージセンサ出力と前記光検出器の出力との関係を直線化データとして保持しておく工程、及び
（Ｂ）被測定物を測定したときのイメージセンサ出力を前記直線化データに基づいて前記光検出器の出力に比例するように補正する工程。
前処理の直線化補正の第２の局面は、次の工程（Ａ）と（Ｂ）を含んだものである。
（Ａ）発生する光が既知で互いに異なる複数の標準板を用意し、それらの標準板を測定したときのイメージセンサ出力と標準板からの光との関係を直線化データとして保持しておく工程、及び
（Ｂ）被測定物を測定したときのイメージセンサ出力を直線化データに基づいて標準板からの光に比例するように補正する工程。
前処理の直線化補正の第３の局面は、次の工程（Ａ）と（Ｂ）を含んだものである。
（Ａ）前記イメージセンサは露光時間の設定が可変なものであり、１つの基準物を測定する露光時間を複数段階に異ならせて測定したときのイメージセンサ出力と露光時間との関係を、露光時間に比例した基準物からの光に関する直線化データとして保持しておく工程、及び
（Ｂ）被測定物を測定したときのイメージセンサ出力を直線化データに基づいて露光時間から導かれる基準物からの光に比例するように補正する工程。
本発明の測定方法を実施するための測定装置は、被測定物からの光を受光するイメージセンサと、そのイメージセンサの各ピクセル出力を用いて、被測定物の面内からの光の積分値を算出する算出部とを備えている。
第２の目的を達成するための本発明の被測定物測定方法は、本発明の方法により求めた積分値に、その積分値と被測定物の試料濃度との関係を表わす検量線データを適用して被測定物の試料濃度を算出するものである。
これにより、イムノクロマト試験片などの被測定物の濃度測定を簡便に行なうことができるようになる。
本発明の被測定物測定方法を実施するための被測定物測定装置は、本発明の測定装置に、被測定物からの光の積分値と被測定物の試料濃度との関係を保持している検量線データ保持部と、算出部で求められた被測定物からの光の積分値に検量線データ保持部の検量線データを適用して被測定物の試料濃度を算出する定量部とをさらに備えたものである。
発明を実施するための最良の形態
イメージセンサを用いて、反射率等をもとにした定量測定を行なおうとすると、次のような問題が生じる。
（１）光量に対するリニアセンサのピクセルの出力特性は、フォトダイオードのような直線性をもったものではなく、光量の小さい領域と大きい領域で直線から外れたＳ字型の感度特性をもっている。そのため定量には適さないと考えられてきた。
（２）二次元的又は一次元的な測定を行なおうとすると、光の照射むら、レンズの収差、場所によるピクセルの感度のバラツキなどに基づいて面内での光むらが発生するため、定量結果に場所的なバラツキが生じる。
そこで、イメージセンサを検出器に用いた場合に起こるこれらの問題を解決することは、機械的な駆動系を必要としない簡便な二次元の測定装置を実現する上で好ましいことである。
以下では反射率を測定する場合を例として説明するが、本発明は反射率に代えて透過率、蛍光、燐光、化学発光などを測定する場合にも同様に適用することができる。
本発明を反射率測定装置に適用した実施の形態の概略を第１図に示す。
その反射率測定装置は、試験片を保持する試料台と、試料台に保持された試験片を光照射する光源と、試料台に保持された試験片からの反射光を受光するイメージセンサ８と、イメージセンサ８の出力が入射光量に比例するようにイメージセンサの出力を補正する直線化補正データを保持した直線化補正データ保持部１０２と、イメージセンサ８の出力を直線化補正データ保持部１０２に保持された直線化補正データに基づいて直線化補正する直線化補正部１０４と、試験片として面内で濃淡が均一な平板を測定したときのイメージセンサ８の各ピクセル出力を直線化補正データで補正したものが均一になるように各ピクセル出力を補正する光むら補正データを保持した光むら補正データ保持部１０６と、直線化補正されたイメージセンサ出力を光むら補正データ保持部１０６に保持された光むら補正データに基づいて光むらを補正する光むら補正部１０８と、面内に濃淡を持つ試験片を測定したときのイメージセンサ８の各ピクセル出力で、直線化補正と光むら補正が施された出力を用いて、その試験片の面内における反射率の積分値を算出する反射率算出部１１０とを備えている。
直線化補正部１０４はイメージセンサ８の出力を直線化補正データ保持部１０２に保持された直線化補正データに基づいて直線化補正する。光むら補正部１０８は直線化補正されたイメージセンサ出力を光むら補正データ保持部１０６に保持された光むら補正データに基づいて光むらを補正する。反射率算出部１１０は面内に濃淡を持つ試験片を測定したときのイメージセンサ８の各ピクセル出力で、直線化補正と光むら補正が施された出力を用いて、その試験片の面内における反射率の積分値を算出する。
この反射率測定装置を用いて撮像した生の画像情報は、イメージセンサ８の各ピクセル感度の個体差、ＬＥＤ４の照射むら、レンズ６のコサイン４乗則（収差）などの影響を受ける。「光むら」はこれらの全ての影響を受けて生じたものである。
試験片測定装置は、上の反射率測定装置にさらに、反射率と試験片の試料濃度との関係を保持している検量線データ保持部１１２と、反射率算出部で求められ積分された反射率に検量線データ保持部１１２の検量線データを適用して試験片の試料濃度を算出する定量部１１４とを備えている。
検量線データ保持部１１２に保持される検量線データは、他の試験片測定装置で求めたものを用いることもできるが、イメージセンサの感度特性や装置の光むらなどを考えれば、用いる試験片測定装置自体で標準試料を測定して定量部で検量線データを作成し、検量線データ保持部１１２に保持するようにするのがよい。
この実施の形態では、試験片を光照射しその被検出部からの反射光をイメージセンサ８で受光した後、次の（Ａ）直線化補正と（Ｂ）光むら補正によってイメージセンサ８の出力を補正する。
（Ａ）直線化補正部１０４による直線化補正では、直線化補正データ保持部１０２に保持された直線化補正データに基づいて、光量を変化させたときのイメージセンサ８の出力が光量に比例するようにイメージセンサ８の出力を補正する。
（Ｂ）光むら補正部１０８による光むら補正では、試験片として面内で濃淡が均一な平板を測定したときのイメージセンサ８の各ピクセル出力を直線化補正データで補正したものが均一になるように各ピクセル出力を補正する。
イメージセンサからの出力及び光検出器の出力は、光量がゼロのときの出力をダークデータとして差し引いたオフセット処理後の値であることが好ましい。
この実施の形態によれば、直線化補正によりイメージセンサ８からの出力が直線性をもったものになり、光むら補正により被測定面内での光むらがなくなり、機械的な駆動系を用いなくても試験片の面内での二次元又は一直線に沿った反射率測定を精度よく行なうことができるようになる。
そして、その反射率を基にして試験片の試料濃度を定量できるようになる。
［実施例１］
第１の実施例として、センサとしてエリアセンサを使用し、本発明の第１の局面による出力補正方法を適用した二次元の反射率測定装置を示す。
直線化補正データ保持部１０２に保持する直線化補正データと、光むら補正データ保持部１０６に保持する光むら補正データは、この反射率測定装置又は試験片測定装置において作成することができる。そのためには、第２図に示されるように、試料台に保持された試験片からの反射光を受光する位置に設けられ、受光する光量に対して出力が直線性をもつ光検出器１０と、光源からの光量を変化させたときのイメージセンサ８の出力が光検出器１０の出力に比例するようにイメージセンサ８の出力を補正する直線化補正データを作成して直線化補正データ保持部１０２へ保持させる直線化補正データ作成部１２２と、試験片として面内で濃淡が均一な平板を測定したときのイメージセンサ８の各ピクセル出力を直線化補正データで補正したものが均一になるように各ピクセル出力を補正する光むら補正データを作成して光むら補正データ保持部１０６へ保持させる光むら補正データ作成部１２４をさらに備えていることが好ましい。
直線化補正データ作成部１２２は、例えば、試験片として白板を測定し、画像内で最も明るいピクセル付近の幾つかのピクセルを選択して、それらのピクセル出力の平均値を用いて直線化補正データを作成するものである。
光むら補正データ作成部１２４は、例えば、試験片として白板を測定し、ピクセルが飽和光量に達したときの光量に対する一定割合の光量での画像データに対して光むら補正データを作成するものである。
イメージセンサ８として、例えばＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型センサを用いることができる。
受光する光量に対して出力が直線性をもつ光検出器１０として、例えばフォトダイオードを用いることができる。
反射率算出部１１０は、その試験片面内の二次元又はその試験片面内の１つの直線上で反射率を積分するものである。
光学系を含むこの実施例の反射率測定装置の概要を第３図に示す。
２は被測定物である試験片であり、試料台（図示略）に保持されて所定の位置に載置される。臨床検査などの実際の測定では、試験片２は尿試験紙や免疫測定用試験紙などの試験紙、化学分析における薄層クロマトなどであるが、イメージセンサを補正する場合には表面での反射率が均一な白板が該当する。試験片２を照射するために、光源として３つのＬＥＤ（発光ダイオード）４が試験片２の周囲上方に互いに１２０度間隔で同じ高さに配置され、試験片２の中心に向かって４５度の入射角で試験片２を照射する。ＬＥＤ４はいずれも発光の中心波長が６３５ｎｍのものである。
試験片２の上方には結像レンズ６を介してＣＭＯＳエリアセンサ８が配置されている。この実施例では、イメージセンサとしてＣＭＯＳエリアセンサを用いた。試験片２の反射光がそのレンズ６によってエリアセンサ８に結像されることにより、試験片２の画情報がエリアセンサ８により検出される。
ＬＥＤ４の光量を感知できる場所で、かつエリアセンサ８の画角外の場所に光検出器（ＰＤ）１０が配置されている。光検出器１０はフォトダイオードであり、受光する光量に対して出力が直線性をもっており、試験片２への照射光量を電圧に変換する。１２はその光検出器１０が受光した光量を電圧に変換する電圧計である。
破線のブロック１４は、ＬＥＤ４、レンズ６、エリアセンサ８及び光検出器１０がこの反射率測定装置の光学系を構成していることを示している。
破線のブロック２０はエリアセンサドライブ回路であり、エリアセンサ８の出力を増幅する増幅器２４、増幅されたアナログ出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２４及び取り込んだデジタル信号を一時的に保持するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２６を備えている。エリアセンサドライブ回路２０は、撮像時間などのレジスタ設定、画像データ取込み等、エリアセンサ８を制御するものである。また、エリアセンサドライブ回路２０は、ＬＥＤ４の光量を調整したり、パソコン２８とシリアル通信（５６０００ｂｐｓ）を行なったり、パソコン２８からの命令を実行したりする。
パソコン２８は、エリアセンサ８の各種レジスタ設定を行なったり、エリアセンサドライブ回路２０に命令を与えたり、画像情報を取り込み、モニタに表示したりする。また、適宜の形式のフォーマットでデータを保存する。パソコン２８は、第１図の枠１００で囲まれたデータ処理部１００内に含まれる各部、及び第２図の枠１２０で囲まれた補正データ作成部１２０内に含まれる各部の機能も実現するものである。
第４図は光学系１４の具体例を示したものである。（ａ）は光学系の外観図であり、（ｂ）はその垂直断面図、（ｃ）は（ｂ）における円内の拡大図である。
この光学系は、レンズ６から試験片２までの距離、及びレンズ６からエリアセンサ８までの距離を自在に微調整できる構造になっており、焦点あわせ、倍率の変更などが容易にできる。また、試験片２は試料台のベースプレート３ごと交換できるようになっている。
エリアセンサ８として三菱製ＣＭＯＳイメージセンサ（Ｈ６４２８３ＦＰ）を使用して反射率測定を行なった結果について説明する。
まず、エリアセンサ８の補正処理について説明する。
（１）オフセット処理（ダーク処理）：
ＬＥＤ４の電流値を０（ｍＶ）としたときの、エリアセンサ８の出力（Ａ／Ｄカウント値）をダーク（オフセット）とした。以降に記述する全ての演算結果（補正処理、反射率演算等）は、ＬＥＤ４照射時のエリアセンサ８の出力（Ａ／Ｄカウント値）とダーク成分の差をエリアセンサ８の生出力（Ａ／Ｄカウント値）とした。
（２）光量とエリアセンサ出力の関係（直線化補正）：
試験片２に対してＬＥＤ４が放つ光の量とエリアセンサ８の出力（ＶｏｕｔをＡ／Ｄ変換したカウント値）とは正比例の関係にはない。
第５図のグラフは、白板（ＮＤ（ニュートラル・デンシティ）９．５、反射率実測値８７．００％（反射率実測値は分光測色計（ＭＩＮＯＬＴＡ  ＣＭ−５０３ｃ）により測定した（以下も同じ））を試験片２とし、ＬＥＤ４の光量を変化させたときのエリアセンサ８の出力を示している。横軸は光学系１４内に配置した光検出器１０の出力（ｍＶ）、縦軸はエリアセンサ８が最も強く光を受ける部分の連続して並ぶ適当な５ピクセルのデータを平均した値である。
光むら補正を行なうためには、エリアセンサ８の出力（Ａ／Ｄカウント値）を光検出器１０の出力（ｍＶ）に換算する処理を前処理として行なう必要がある。光むら補正を行なう前に、２５℃の環境下で第５図の特性を測定し、その結果をもとにエリアセンサ８の各ピクセルの出力を補正演算する。
（３）画像のむら（光むら）補正：
この反射率測定装置を用いて撮像した生の画像情報は、エリアセンサ８の各ピクセル感度の個体差、ＬＥＤ４の照射むら、レンズ６のコサイン４乗則の影響などを受けて光むらを生じている。第６図は、白板（ＮＤ９．５、反射率実測値８７．００％）を撮像し（画角範囲内は全て白板領域）、その画情報を３次元等高面グラフにしたものである。等高面は、画像を１０×１０の領域に分割し、各領域に含まれるピクセルの平均値から生成した。
白板のように濃淡具合の均一な平面を撮像した場合にも、光むらの影響を受けて画角内の濃淡情報がドーム状に変形してしまっていることが第６図のグラフから読み取れる。このドーム状に変形した画像情報を濃淡の一様な水平面に補正する処理は、エリアセンサ８を反射率測定装置の光検出器として用いる場合に必須である。本発明では、測定結果は、すべてこの光むら補正を施したものである。
本発明では、以下の手順によって補正処理を行なった。第７図を参照してその手順を説明する。
＜補正参照データ獲得手順＞
（１）  白板（ＮＤ９．５、反射率実測値８７．００％）を試験片２とし、撮像した画像内の最も明るいピクセルが飽和光量に達するときの光検出器（ＰＤ）１０の電圧値を求める（ステップＳ１〜Ｓ５）。
（２）  ０（ｍＶ）からピクセルが飽和光量に達したときの光検出器１０の電圧値を２０等分し、２１段階の各電圧値を求め、低い方からＰ０〜Ｐ２１とする（ステップＳ６）。
（３）  ＬＥＤ４の光量を調整し、光検出器１０の電圧値が各段階になるようにセットする。それそれの光量で白板を撮像しデータを記憶する（２１枚の画像データが得られる。０（ｍＶ）のときの画像はダークデータである）（ステップＳ７〜Ｓ１１）。
（４）  全ての画像のデータをオフセット処理する（ピクセルごとに各画像データからダークデータの値を引く）（ステップＳ１２）。
（５）  画像内で最も明るいピクセル付近の連続して並ぶ５ピクセルの値を平均する。この処理を各画像に対して行ない、光検出器１０の電圧値に対するエリアセンサ出力の関係（第５図）を獲得する（ステップＳ１３）。
この関係を直線化補正データとして直線化補正データ保持部１０２に記憶させる。
（６）  ２１枚の画像データのなかで、飽和光量×０．８あたりの画像データを光むら補正参照用白板データとする（ステップＳ１４）。
＜測定画像の光むら補正手顆＞
（７）  測定画像の１２８×１２８ピクセル分のＡ／Ｄデータを直線化補正データ保持部１０２に保持された第５図の関係から光検出器１０の電圧値に変換（ＰＤ電圧値変換：直線化処理）する（ステップＳ１５）。変換は、第５図のグラフのサンプル点間を直線補間することにより行なう。
（８）  （６）で獲得した光むら補正参照用白板データに対しても同様に、ＰＤ電圧値変換を行なう。
（９）  光むら補正参照用白板データ（ＰＤ電圧値変換後）対する測定画像のデータ（ＰＤ電圧値変換後）の比を１２８×１２８の各ピクセルに対して求める。この比を光むら補正データとして光むら補正データ保持部１０６に記憶させる（ステップＳ１６）。
（ピクセル補正例）
前述までの補正方法により、生の各ピクセルの出力から反射光量を導いた例を示す。補正するピクセルは第８図に示す５点であり、それぞれ点１（３２，３２）、点２（９６，３２）、点３（６４，６４）、点４（３２，９６）、点５（９６，９６）とした。
第９図（ａ）のグラフは、白板（ＮＤ９．５、反射率実測値８７．００％）を試験片２として、ＬＥＤ４の光量を変化させたときの、第８図で示す５点のエリアセンサの出力である。
これを第５図のグラフの関係からエリアセンサ出力（Ａ／Ｄカウント値）を光検出器の電圧値に変換（ＰＤ電圧値変換）すると、第９図（ｂ）のように補正される。第９図（ｂ）では各点の反射光量に、光むらの影響などを受けて差異が生じているが、各点はＬＥＤ４の光量に対して正比例の関係を持つようになる。
第９図（ｃ）は（ｂ）に対して光むら補正データを用いて光むらを補正したグラフである。各点はほぼ同一線上にプロットされている。（ｃ）でエリアセンサの補正出力が１のときに完全に５点が一致するのは、この明るさの白板データから光むらを補正しているためである。（ｃ）からは光量が下がるほど各点がばらつき、補正精度が悪くなっていることも読み取ることができる。
（領域補正例）
第１０図（ａ）のグラフは、ＬＥＤ光量の暗いものから明るいものまで３段階に分けて白板（ＮＤ９．５、反射率実測値８７．００％）を撮像し（画角範囲内は全て白板領域）、その画情報を並べて３次元等高面グラフにしたものである。等高面は、画像を１０×１０の領域に分割し、各領域に含まれるピクセルの出力の平均値から生成している。３つのドーム状の白板データのうち、左端のものが最も光量が少なく、右端のものが最も光量が多い。
右端の白板データは、真中の白板データに比べて光量が多いにもかかわらず最大値と最小値の差が狭くなっている。これは白板の明るい部分のピクセル光量が飽和量に近づいているためである。
第１０図（ａ）のグラフに対して光むら補正を行なうと、第１０図（ｂ）のグラフのように平坦になる。
（同時再現性１）
同一ピクセルを対象に異なる反射率のＮＤペーパを撮像し、それらの濃淡値の比を反射率として演算した場合の同時再現性を検証した。
手順は次の通りである。
（１）ＬＥＤ４の電流値を０ｍＡにし、ダーク（オフセット）画像を撮像する。
（２）ＮＤ９．５（反射率実測値８７．００％）とＮＤ６．５（反射率実測値３６．２１％）をそれそれベースプレートに貼り付けたものを用意し、これらを交互に１０回撮像する。
（３）各ピクセルを光むら補正した後で、１枚の画像を第１１図のように１１×１１の領域（１つの領域は１０×１０＝１００ピクセル）に分割し、各領域の光量の平均値を算出する。この光量の平均値のＮＤ９．５とＮＤ６．５の比を反射率として、各領域について演算する。
表１は、１０回測定したうちの１回分の測定結果である。表の上段はＮＤ９．５を撮像したときの各領域の光量の平均、中段はＮＤ６．５を撮像したときの各領域の光量の平均、下段は各々同じ領域の比を反射率として求めたものである。
0003774192.tif 000002
表中で、ＡＶＥ．は平均値、Ｃ．Ｖ．（％）は変化率で、（標準偏差／平均値）を表わしている。Δは領域内の最大値と最小値との差を表わす。
表２は、１０回測定した結果の各領域の反射率の平均値（上段）と各領域の反射率のばらつき（下段）を示したものである。
0003774192.tif 000003
表１、表２から各領域の反射率を比較すると、レンズ８の光軸付近（あるいはＬＥＤ４の照射光が最も集光している部分）のばらつきが最も少なく、そこから同心円状に離れていくほどばらつきが多くなる傾向がみられる。これは、光軸から遠いほど補正量が多くなるためであると考えられる。
また、エリアセンサを用いて反射率を測定する場合の特徴として、濃淡が一様なはずの試験片を測定しても、各領域別に得られる反射率にかなりの差異があることがわかる。原因としては、光むら補正精度が場所によって異なることや、もともと試験片にある濃淡むらの影響が考えられる。
（同時再現性２）
同一画像内に異なる反射率のＮＤペーパを配置し、それらの濃淡値の比を反射率として演算した場合の同時再現性を検証した。手順は次の通りである。
（１）ＬＥＤ４の電流値を０ｍＶにし、ダーク（オフセット）画像を撮像する。
（２）ＮＤ９．５（反射率実測値８７．００％）とＮＤ６．５（反射率実測値３６．２１％）が画角に半分づつ入るようにベースプレートに貼り付けたものを用意し、これを１０回撮像する。
（３）各ピクセルを光むら補正した後で、１枚の画像を第１２図のように１１×１１の領域（１つの領域は１０×１０＝１００ピクセル）に分割し、各領域の光量の平均値を算出する。この光量の平均値のＮＤ９．５とＮＤ６．５の比を反射率として、各領域の反射率を算出する。
表３は、１０回測定したうちの１回分の測定結果である。表３の上段左側はＮＤ９．５、上段右側はＮＤ６．５の各領域の光量の平均である。下段の左側は、画像内でＮＤ９．５とＮＤ６．５の交わる部分を中心線とし、これから線対称に求めた比を反射率としたものである（対称反射率と記述）。また、下段の右側は、その中心線で領域をＮＤ９．５とＮＤ６．５の領域に分割し、それぞれの同じ領域（例：横軸１０の領域と５０の領域、横軸５０の領域と１１０の領域）の比を反射率としたものである（一方向反射率と記述）。
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表４は、表３下段のような演算を１０測定分行なった場合の平均値（上段）とばらつき（下段）を示している。
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同時再現性１の結果に比べて、同時再現性２の結果はＣ．Ｖ．（％）で約２倍程度良好である。これは同時再現性１の測定では、測定毎に被写体を手で交換しなければならないのに対して、同時再現性２の測定では全く手を触れる必要がなかったためであると考えられる。つまり、同時再現性２の結果は純粋なＣＭＯＳエリアセンサの撮像再現性に近いものであるとも考えられる。
（反射率直線性）
精度管理された既存の分光色測計（ＭＩＮＯＬＴＡ  ＣＭ−５０３ｃ：エリアセンサを用いたものではない）にて、異なる反射率のＮＤペーパを複数種類測定し、本発明の実施例の反射率測定装置との相関を検証した。
あらかじめ、分光色測計により対象とする複数種のＮＤペーパの反射率を測定しておく。反射率はＮＤペーパ上の無作為な位置５点について測定し、平均したものを用いる。
（１）ＬＥＤ４の電流値を０ｍＡにし、ダーク（オフセット）画像を撮像する。
（２）あらかじめ分光色測計にて計測しておいたＮＤペーパを撮像する。
（３）第８図に示されるように、各画像の一様に分布した５点（ピクセル）について光むら補正を行なう。
第１３図のグラフは、横軸が分光色測計で測定した値、縦軸が本発明により第８図で示す各画像の５点（ピクセル）を光むら補正してプロットしたものである。
第１３図のグラフの結果は領域平均ではなくピクセル単位での結果を示しているが、光軸に近いピクセル点３（９６，３２）などの直線性は良好であるといえる。点１（３２，３２）は５つのピクセルの中では最も暗い値を示す（生データにて）ピクセルであるが、直線性は５つのピクセルの中で最も劣っている。この実験からも、光軸から離れた部分の光むら補正が難しいことが読み取れる。
（温度特性）
実施例の反射率測定装置の温度特性を把握するための測定を行なった。
以下の操作を１０℃、２０℃、３０℃の各環境でシステム（電源ＯＮ状態）を十分になじませた後行なう。ＮＤ９．５（反射率実測値８７．００％）とＮＤ６．５（反射率実測値３６．２１％）が画角に半分づつ入るようにベースプレートに貼り付けたものを試験片とする。
（１）ＬＥＤ４の電流値を０ｍＡにし、ダーク（オフセット）画像を撮像する。
（２）各環境温度でＬＥＤ４の電流値を（１０℃：１６．５２（ｍＶ）、２０℃：１７．２０（ｍＡ）、３０℃：１７．９５（ｍＡ））にセットし、光検出器１０が検知するＬＥＤ光量が（１０℃：０．７８８（Ｖ）、２０℃：０．７８６（Ｖ）、３０℃：０．７８３（Ｖ））を超えるのを待つ。
（３）（２）の条件を満たした直後、撮像する。以上の作業を１０回繰り返す。
表５は各１０回の測定による各温度での全領域平均反射率の結果を示したものである。Ｓ．Ｄ．は標準偏差である。
0003774192.tif 000006
環境温度による影響はほとんどなく、およそ０．２８（％／１０℃）の程度の温度傾向であった。
（ドリフト特性）
使用状態（時間、温度を含む）における、実施例の反射率測定装置のドリフト傾向を把握するための測定を行なった。
（１）実施例の反射率測定装置の主なユニット（ドライブ回路２０内、ＬＥＤ４付近、エリアセンサ８付近）に熱電対を装着して温度をモニタできるようにする。
（２）反射率測定装置を電源ＯＦＦの状態で十分に環境になじませる。
（３）ＬＥＤ４の電流値を０ｍＶにし、ダーク（オフセット）画像を撮像する。
（４）ＬＥＤ４の電流値を１７．３（ｍＶ）にセットし、光検出器１０が検知するＬＥＤ光量が０．７８９（Ｖ）を超えるのを待つ。
（５）（２）の条件を満たした直後、３回撮像する。
（６）（３）〜（５）の処理を１０分おきに繰り返し、モニタしているユニット温度が全て平衡になるまで行なう。
第１４図のグラフは、実施例の反射率測定装置の主なユニット（ドライブ回路２０付近、ＬＥＤ４付近、エリアセンサ８付近）の時間経過（１０分おき）と温度の関係を示している。
第１５図のグラフは１０分おきに３回ずつ測定した反射率の結果をプロットしたものである。
第１４図、第１５図の結果から、使用環境（温度、時間を含む）におけるドリフト現象は確認できず、仮りに存在するとしても、同時測定毎に発生するばらつきの中に包含される程度である。
以上の検証の結果、実施例の反射率測定装置は、同時再現性（ｎ＝１０）では、Ｃ．Ｖ．＝０．２３％（反射率４５％付近にて）、温度特性としては反射率４５％付近において、およそ０．２８（％／１０℃）、使用状態（時間、温度を含む）においてドリフトの傾向はほとんど見られないことが確認された。
実施例で使用したＣＭＯＳエリアセンサは、尿試験紙の測定機など半定量レベルの測定には十分適用できることが判明した。
［実施例２］
反射率測定装置の第２の実施例として、第２の局面による出力補正方法を適用したものの概要を第１６図に示す。
第３図の反射率測定装置と比較すると、光量をモニタする光検出器１０が配置されていない点で異なる。他の構成は基本的に同じである。被測定物２の反射光が反射板５を介してレンズ６によりエリアセンサ８ａに結像される。エリアセンサ８ａは第３図における増幅器２２まで含んだものを示している。エリアセンサ８ａの検出信号はＡ／Ｄ変換器２４を経て演算部２８ａに取り込まれる。演算部２８ａは、第３図におけるＲＡＭ２６とパソコン２８に該当するものである。演算部２８ａには、表示器３０、キーボード３２、プリンタ３４が接続されている。３６は取り込んだ画像データを保存するイメージ保存部であり、例えばハードディスク装置により構成される。演算部２８ａで算出された反射率を濃度に変換するために検量線データ４０がハードディスク装置やフロッピーディスク装置に保存されている。
演算部２８ａのデータ処理結果は外部出力３８として必要な外部機器に取り出すことができる。
この実施例ではエリアセンサ８ａの出力と被測定物２の反射率との関係を直線化データとして取得するために、被測定物２として反射率が既知の標準板を測定する。標準板としてはＮＤペーパーを使用し、反射率が最も大きいものから最も小さいものまで１１段階のものを用意する。
それらの標準板を被測定物２として測定した結果をエリアセンサ８ａの出力とともに示したものが第１７図である。縦軸は出力を表わし、横軸は各標準板を反射率の大きいものから順に並べたものである。各標準板の出力データは光むら補正処理を施していないので湾曲したものとなっている。
エリアセンサ８ａの１つのピクセルについて反射率と出力の関係を示したものが第１８図である。縦軸はエリアセンサ８ａの出力を表わし、横軸は標準板の既知の反射率を表している。エリアセンサ８ａは受光量に対して出力が非直線性を持っているので、この曲線はＳ字型を示しており、第５図に示したものと同じことを意味している。
エリアセンサ８ａの各ピクセルについて第１８図に示されるようなデータをピクセルごとの直線化データとして保持しておく。
反射率が未知の試料を測定したとき、各ピクセルについてそれぞれの直線化データを用いてその出力から第１８図中に矢印で示されるように反射率を求める。反射率はこの直線化データの実測点の間を補間することにより得られる。
このようにして得られた未知試料の反射率は、光源による照射むらやレンズ、エリアセンサ８ａの非直線性を含めて補正された反射率データとなり、直線性を持った反射率的データとなる。
この動作を第１９図と第２０図により改めて説明する。
第１９図は直線化データを得るための手順を示したものである。基準板として反射率の異なるＮ種類のものを用意する。反射率は１００％から０まで１０％単位で変化している１１種類である。１つの基準板を被測定物２の位置に置き、エリアセンサ８ａにより撮像する。そのときのその基準板の既知の反射率ｒと撮像データを記憶する。この動作を全ての基準板について繰り返す。
これにより撮像データの各ピクセルの出力と反射率の関係を示す第１８図の直線化データがピクセルごとに得られる。
第２０図の操作では、反射率が未知の試料を被測定物の位置に置き、エリアセンサ８ａで撮像する。その撮像結果から、ピクセルの位置を示す座標（ｘ，ｙ）について、各ピクセルの出力データから第１６図に矢印で示されるように反射率を求める。この動作を全ピクセルについて行う。
［実施例３］
反射率測定装置の第３の実施例として、第３の局面による出力補正方法を適用したものを説明する。
光学系は第１６図に示されたものと同じである。
この実施例ではエリアセンサ８ａとして受光する露光時間がプログラム可能なものを使用する。そのようなエリアセンサとしては、例えば、第３図の実施例で使用した三菱製ＣＭＯＳイメージセンサ（Ｈ６４２８３ＦＰ）を使用する。しかし、用いるエリアセンサ８ａは、ＣＭＯＳイメージセンサに限らず、ＣＣＤイメージセンサでも露光時間がプログラム可能なものであれば、使用することができる。
エリアセンサ８ａの出力は受光量に対して直線性を持っていないが、受光量は露光時間に比例する。また、受光量は反射率に比例するので、１つの基準板を使用して露光時間を異ならせることにより、基準板を共通に使用しても露光時間を変えることによって反射率の異なる基準板を用いた測定と等価な結果を得ることができる。
第１６図における被測定物２の位置に基準板となる白板を載置する。まず基準の露光時間で測定する。次に被測定物の白板はそのままにして、露光時間を基準の露光時間の９０％に下げて同じ測定を行う。同様にして８０％、７０％…というように露光時間を変化させていく。
第２１図はそのように露光時間を減少させていったときのエリアセンサ８ａの出力（縦軸）と露光時間（横軸。右側ほど露光時間が短い）を示したものである。この場合もエリアセンサ８ａ内での光むら補正を行っていないので、ピクセル間での出力は変動している。
各ピクセルについて出力と露光時間の関係を図示すると、第２２図のようになり、この結果は第１８図及び第５図と同じものである。各ピクセルについて第２２図のデータを直線化データとして記憶しておく。
第２３図はこの直線化データを取得する手順をまとめて示したものである。基準白板を被測定物２としてセットし、基準露光時間ｔをセットする。その露光時間で照射し、エリアセンサ８ａによる撮像を行ない、露光時間ｔと撮像データを記憶する。
次に、露光時間を１０％減少して同じ測定を繰り返す。このように、露光時間が順次減少するように設定して繰り返して測定していき、各ピクセルについてセンサ出力と露光時間の関係を図示したものが第２２図である。横軸の露光時間は反射率に該当している。
第２４図は反射率が未知の試料を測定したときの手順を示したものであり、第２０図に示した手順と同じである。この実施例ではピクセルごとに反射率に該当する露光時間が得られる。
この実施例において補正後のデータの精度を確認した。反射率が既知の複数の被写体を測定した。エリアセンサ８ａの中央部と周辺部の各位置でのピクセルを第２５図のように選び出し、それぞれのピクセルにおける補正された出力と反射率の関係を第２６図に示す。各位置でのピクセルの出力は、１個のピクセルの出力であってもよく、その位置周辺での幾つかのピクセルの出力の平均値であってもよい。直線は全ピクセルの平均値である。第２６図で、横軸は既知の反射率、縦軸は補正された出力である。
第２６図の結果から、エリアセンサ８ａ内のピクセルの位置にかかわらず、照射むらやレンズ、エリアセンサの非直線性を含めて直線的な反射率的値に補正されていることがわかる。
［実施例４］
本発明の反射率測定装置をイムノクロマト分析に適用するためにイムノクロマト試験片の測定を想定した測定を行なった。用意したサンプル試験紙は、第２７図にＡからＦで示したような６種類であり、カラーインクジェットプリンタを用いて作成した。サンプル試験片サイズは画角範囲内の１０ｍｍ×１０ｍｍとした。
これらのサンプル試験片を実施例の反射率測定装置により画像として取り込んだ。第２８図は第２７図の６パターンのうち、Ｅ（薄いグラデーション）を撮像して三次元等高面グラフとして表示したものである。ＸＹ面はサンプル試験片の平面に対応し、高さ（Ｚ方向）は反射率で、等高面は５×５ピクセルを領域平均して作成した。第２８図から、この反射率測定装置はサンプル試験片の発色した部分を忠実に検出していることがわかる。
第２９図は第２７図の６パターンのサンプル試験片を実施例の反射率測定装置により画像として取り込み、それぞれの試験片の中心付近の１ラインについてグラフ化したものである。第２９図中の符号ＡからＦは第２７図の６パターンの符号に対応している。縦軸は反射率であり、分かりやすくするために、Ｅ，Ｆについては上方にシフトさせて表示した。横軸は測定したライン上の位置を表わしている。第２９図から、この反射率測定装置はサンプル試験片の発色した部分の濃い、薄い、太い、細いといった特徴を忠実に読み取っていることがわかる。
したがって、第２８図の等高面の窪んだ部分を体積分するか、又は第２９図用に横方向の１ラインについて面積分することにより、試験片の反応量（濃度）を定量できることがわかる。
表６はそれぞれ同じ濃さの細いパターンと太いパターンの試験片のペアについて、発色範囲が太い場合と細い場合の定量結果を示したものである。Σは積分値である。
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表６からそれぞれの濃度において太い発色に対する細い発色はほぼ同じ値を示していることがわかる。
第３０図に、第１の実施例の反射率測定装置を実際のイムノクロマト分析の測定装置として適用した例を示す。横軸はＣＲＰ（Ｃ−ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｐｒｏｔｅｉｎ：炎症が起こった際に著しく増加する結晶タンパクの１つ）濃度、縦軸はそれぞれのＣＲＰ濃度により発色したイムノクロマト試験片を実施例の反射率測定装置により測定したときのエリアセンサ出力である。この関係は本発明で反射率から試料濃度を定量する際の検量線データとして利用する。
［実施例５］
反射率測定装置により測定したエリアセンサ出力から発色部分の反射率積分値を求める好ましい実施例について説明する。エリアセンサ出力は実施例１〜３のいずれかの方法により前処理が施されている。
第３１図の（Ａ）はエリアセンサによる撮像画像であり、（Ｂ）は１つのＸ軸に沿った検出強度を表わす。
５０は試験片であり、そのうちの中央部の実線で示された部分（Ｌで示された範囲）がエリアセンサにより撮像された範囲である。５２は発色領域である。５４は反射率の積分値を求める範囲であり、Ｘ方向に関して発色領域５２よりも大きい領域で非発色領域を含めて積分処理を行なう。各Ｙ座標についてＸ座標でＸ１からＸ２まで積分し、次にそれをＹ座標についてＹ１からＹ２まで積分する。
具体的には次のように行なう。各Ｙ座標についてＸ軸方向で領域指定した範囲５４の両端ポイントＸ１，Ｘ２を直線で結ぶ。又は強度が同一レベルになる両端ポイント（これもＸ１，Ｘ２とする）を探して直線で結ぶ。この両端ポイントは非発色領域に存在する。この直線を「ベースライン」という。Ｙ軸は固定し、Ｘ軸で両端座標Ｘ１，Ｘ２での検出強度をＺ１，Ｚ２とする。ベースラインｆ（Ｘ）は、
ｆ（Ｘ）＝｛（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｘ２−Ｘ１）｝（Ｘ−Ｘ１）＋Ｚ１
と表わすことができる。同じＹ軸上にあるピクセル（座標（Ｘ，Ｙ））の検出強度をＺとする。ベースライン上のその座標（Ｘ，Ｙ）の値を上のｆ（Ｘ）の式から求める。この値を基準値ＲＥＦとする。すなわち、基準値ＲＥＦ＝ｆ（Ｘ）である。基準値ＲＥＦはまた、Ｙ座標の関数でもあるので、ＲＥＦ＝ｆ（Ｘ，Ｙ）である。
座標（Ｘ，Ｙ）での検出強度Ｚを基準値ＲＥＦからの吸収比率ｒに変換する。すなわち、
ｒ＝１−（Ｚ／ＲＥＦ）
として計算する。このｒをＸ１からＸ２まで積分すると、そのＹ軸における積分値Ｖ（Ｙ）が算出される。
このＶ（Ｙ）を求める操作をＹ軸検出範囲のＹ１からＹ２まで積分すると、その領域５４での積分値Ｖが算出される。
この算出された積分値Ｖをこの測定装置に内蔵している検量線を用いて濃度などの定量的な数値に変換する。
試験片を測定した結果を表７に示す。
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表７中の実施例の欄は上の実施例５による結果であり、参考例の欄は発色領城の一端側の非発色領域でのＺ値を基準値ＲＥＦとして積分値を算出した結果である。いずれも１０回測定を行なった。ＡＶＥ．は平均値、Δは領域内の最大値と最小値との差、Ｓ．Ｄ．は標準偏差、Ｃ．Ｖ．（％）は変化率で、（標準偏差／平均値）を表わしている。Δ、Ｓ．Ｄ．及びＣ．Ｖ．を比べると実施例の方が数値が小さく、すなわち測定値のばらつきが小さく、再現性が優れていることを示している。
産業上の利用可能性
このような反射率測定方法、試験片測定方法、及びそれらを実現する装置は、試薬部を支持体に設けた試験片を用いるイムノクロマト試験片測定装置などのドライケミストリ分析計を初め、種々の分析計として、臨床検査、食品分析、化学分析などの多くの分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施形態を概略的に示すブロック図である。第２図は本発明の好ましい態様を概略的に示すブロック図である。第３図は本発明の一実施例を一部ブロック図で示す概略構成図である。第４図は同実施例における光学系の具体例を示したものであり、（ａ）は光学系の外観図、（ｂ）はその垂直断面図、（ｃ）は（ｂ）における円内の拡大図である。第５図はエリアセンサの出力特性を示す図である。第６図はエリアセンサにて白板を撮像したときの３次元等高面グラフである。第７図は本発明における補正処理の一例を示すフローチャート図である。第８図は補正を行なうピクセルの位置を示す平面図である。第９図は補正の一例を示す図であり、（ａ）は白板を試験片としたときのエリアセンサの各ピクセル出力のグラフ、（ｂ）はＰＤ電圧値変換した後の出力のグラフ、（ｃ）はさらに（ｂ）に対して光むら補正したグラフである。第１０図（ａ）はＬＥＤ光量の暗いものから明るいものまで３段階に分けて白板を撮像し、その画情報を並べて３次元等高面グラフにしたもの、（ｂ）は（ａ）のグラフに対して光むら補正を行なったものである。第１１図は１枚の画像を１１×１１の領域に分割する例を示す平面図である。第１２図は１枚の画像を１１×１１の領域に分割する例を示す平面図である。第８図は光むら補正を行なうピクセルの位置を示す平面図である。第１３図は第８図で示す各画像の５点を光むら補正してプロットした図である。第１４図は実施例の反射率測定装置の主なユニットの時間経過と温度の関係を示す図である。第１５図は１０分おきに３回ずつ測定した反射率の結果をプロットした図である。第１６図は反射率測定装置の第２の実施例を一部ブロック図で示す概略構成図である。第１７図は第２の実施例において反射率の異なる標準板を測定した結果をエリアセンサの出力とともに示したものである。第１８図は第１７図の結果をエリアセンサの１つのピクセルについて示したものである。第１９図は同実施例で直線化データを得るための手順を示したフローチャート図である。第２０図は未知試料の反射率測定手順を示したフローチャート図である。第２１図は反射率測定装置の第３の実施例において露光時間を減少させていったときのエリアセンサの出力と露光時間の関係を示した図である。第２２図は第２１図の結果をエリアセンサの１つのピクセルについて示したものである。第２３図は同実施例で直線化データを得るための手順を示したフローチャート図である。第２４図は未知試料の反射率測定手順を示したフローチャート図である。第２５図は同実施例において補正後のデータの精度を確認するためのデータ取得ピクセル位置を示す平面図である。第２６図はそれぞれのピクセルにおける補正された出力と反射率の関係を示すグラフである。第２７図はサンプル試験紙のパターンを示す図である。第２８図は第１の実施例の反射率測定装置で薄いグラデーションパターンのサンプル試験紙を測定したときの三次元等高面グラフである。第２９図は同実施例の反射率測定装置で６種類のサンプル試験片の中心付近の１ラインについて反射率を測定した結果を示す図である。第３０図は同実施例の反射率測定装置でＣＲＰを測定したときの検量線を示す図である。第３��図（Ａ）はエリアセンサによる撮像画像を示す平面図、（Ｂ）はその撮像画像における１つのＸ軸に沿った検出強度を表わす図である。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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