JP2005337789A - スペクトル計測装置及び計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速で高精度な２次元分布が得られるスペクトル計測装置及び計測方法を提供する。
【解決手段】 測定対象面２０に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面２０における２次元分布を計測する装置において、光を出射する光源１１と、測定対象面２０から反射されたサンプル光Ｌ１を走査する走査手段１２と、走査手段１２からサンプル光Ｌ１を導入し、案内する第１光ガイド部材１３と、光源１１から出射された光を一端側から導入し、案内する第２光ガイド部材１４と、各光ガイド部材１３，１４の他端側に接続され、かつ、サンプル光Ｌ１及びレファレンス光Ｌ２をそれぞれ所定の波長バンドごとに掃引、変調するプログラマブル回折格子２６、及び各波長バンドごとに各光のスペクトルの差を検出するアレイ検出素子２９を有するマルチチャンネル分光器１５とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、測定対象物を走査し、その濃度分布や温度分布を測定する２次元計測装置と計測方法に係り、特に、分光器を用いたハイパースペクトル計測装置と計測方法に関するものである。

物体の物性、性質を分析するために、物体の反射光や透過光のスペクトル分布を得る計測方法には、マルチチャンネル分光器及び二次元走査システム等とを用いてスペクトル分布を得る方法と、波長可変フィルタ及びＣＣＤカメラ等とを用いてスペクトル分布を得る方法とがある。

前者の計測方法は、対象物（面）の微少な一点での反射光を分光器で分光して、波長毎に変化する光の強度変化から、一点におけるスペクトルを取得し、走査システムで対象物を走査して、面内の多数の点において各々スペクトルを得る操作を繰り返し実行して、結果的に対象面全体におけるスペクトル分布を得る方法である。

一方、後者の計測方法は、対象面に波長フィルタを通過させた狭帯域光を照射し、ＣＣＤ（固体撮像素子）により各波長毎に測定対象面全体を撮像し、この操作を照射させる光の波長を変えて多数の分光画像を取り込み、各波長毎のスペクトル分布を得る方法である（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２６５４０８号公報

しかしながら、従来のマルチチャンネル分光器を用いた計測方法において、一点におけるスペクトルの測定に掛かる時間は最低２０ミリ秒を必要とし、対象となる範囲全体を計測するのに非常に時間が掛かり、実用的ではなかった。さらに、対象面に照射される光の強度が、分光分析中に変化するので、測定値の誤差が大きくなってしまうという問題点もあった。

また、波長可変フィルタとＣＣＤを用いた計測方法の場合では、波長フィルタの性能により波長の掃引幅が限られている。よって、スペクトル分布を得ることで、検量線から材料の種類やその濃度等を測定するので、計測適用範囲が限られるという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高速で高精度な２次元分布が得られるスペクトル計測装置及び計測方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度分布や温度分布等の２次元分布を計測する装置において、
光を出射する光源と、
上記測定対象面から反射されたサンプル光を走査する走査手段と、
上記走査手段からサンプル光を導入し、案内する第１光ガイド部材と、
光源から出射された光をレファレンス光として一端側から導入し、案内する第２光ガイド部材と、
各光ガイド部材の他端側に接続され、かつ、サンプル光及びレファレンス光をそれぞれ所定の波長バンドごとに掃引、変調するプログラマブル回折格子、及び各波長バンドごとに各光のスペクトルの差を検出するアレイ検出素子を有するマルチチャンネル分光器と、を備えたスペクトル計測装置である。

請求項２の発明は、測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度分布や温度分布等の２次元分布を計測する装置において、
光を出射する光源と、
上記測定対象面から反射されたサンプル光を走査する走査手段と、
上記走査手段からサンプル光を導入し、案内する第１光ガイド部材と、
光源から出射された光をレファレンス光として一端側から導入し、案内する第２光ガイド部材と、
サンプル光及びレファレンス光がそれぞれ照射され、各光を反射し、所定の波長バンドごとに分光する回折格子と、
回折格子で分光された各光を反射させる光反射手段と、
反射された各光の波長バンドごとのスペクトルを交互に検出し、サンプル光とレファレンス光のスペクトルの差を出力するアレイ検出素子と、
アレイ検出素子からの出力に基づいてスペクトルの演算を行う演算手段と、
を備えたスペクトル計測装置である。

請求項３の発明は、測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度分布や温度分布等の２次元分布を計測する装置において、
光を出射する光源と、
上記測定対象面から反射されたサンプル光を走査する走査手段と、
上記走査手段からサンプル光を導入し、案内する第１光ガイド部材と、
光源から出射された光をレファレンス光として一端側から導入し、案内する第２光ガイド部材と、
各光ガイド部材の他端側に接続され、かつ、サンプル光及びレファレンス光をそれぞれ所定の波長バンドごとに掃引、変調するプログラマブル回折格子、及び各光の光量の総和を検出する検出素子を有するマルチチャンネル分光器と、
を備えたスペクトル計測装置である。

請求項４の発明は、測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度分布や温度分布等の２次元分布を計測する装置において、
光を出射する光源と、
上記測定対象面から反射されたサンプル光を走査する走査手段と、
上記走査手段からサンプル光を導入し、案内する第１光ガイド部材と、
光源から出射された光をレファレンス光として一端側から導入し、案内する第２光ガイド部材と、
サンプル光及びレファレンス光がそれぞれ照射され、各光を反射し、所定の波長バンドごとに分光する回折格子と、
回折格子で分光された各光を反射させる光反射手段と、
サンプル光の波長バンドごとのスペクトルに、予め作製しておいた検量スペクトルと同じ重みの重み付けを行うべく、上記光反射手段でのサンプル光の反射率の制御を波長バンドごとに行う演算手段と、
反射された各光を集光する手段と、
集光された各光の光量の総和を交互に検出する検出素子と、
を備えたスペクトル計測装置である。

請求項５の発明は、上記光反射手段が、分光された上記各光を所定の波長バンドごとに掃引、変調するプログラマブル回折格子であるスペクトル計測装置である。

請求項６の発明は、上記プログラマブル回折格子が、ＭＥＭＳアクチュエータを有するスペクトル計測装置である。

請求項７の発明は、上記サンプル光とレファレンス光を別々に反射、偏向させるべく、上記光反射偏向手段を少なくとも２つ設けたスペクトル計測装置である。

請求項８の発明は、上記集光手段が、第２回折格子または積分球であるスペクトル計測装置である。

請求項９の発明は、測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度や温度等の計測値の２次元分布を計測する方法において、
ａ）光源から出射された光を上記測定対象面に照射し、反射させてサンプル光とし、光の一部を出射された状態のままのレファレンス光とし、
ｂ）上記測定対象面の一点を計測ポイントとし、その計測ポイントで反射された上記サンプル光と、上記レファレンス光とを所定の波長バンドごとに分光し、
ｃ）分光された各光を反射させると共に、反射された各光の波長バンドごとのスペクトルをそれぞれ検出器で検出し、波長バンドごとに上記計測ポイントで反射されたサンプル光とレファレンス光のスペクトルの差を出力し、
ｄ）その出力値に基づき、上記計測ポイントにおける濃度や温度等の計測値を求め、計測ポイントと計測値とを記憶し、
ｅ）上記測定対象面を走査すべく、上記計測ポイントを変えて、その計測ポイントで反射されたサンプル光と、上記レファレンス光とを所定の波長バンドごとに分光し、
上記（ｃ）〜（ｅ）の操作を順次繰り返すことにより、測定対象面を走査して計測値の二次元分布を得るスペクトル計測方法である。

請求項１０の発明は、測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度や温度等の計測値の２次元分布を計測する方法において、
ａ）光源から出射された光を上記測定対象面に照射し、反射させてサンプル光とし、光の一部を出射された状態のままのレファレンス光とし、
ｂ）上記測定対象面の一点を計測ポイントとし、その計測ポイントで反射された上記サンプル光と、上記レファレンス光とを所定の波長バンドごとに分光し、
ｃ）分光された各光を反射させると共に、分光されたサンプル光の反射率の制御を波長バンドごとに行って、サンプル光の波長バンドごとのスペクトルに、予め作製しておいた計測値算出用のスペクトルと同じ重みの重み付けを順次行い、
ｄ）反射された各光を集光し、集光された各光量の総和を検出器で検出し、各総和を用いて濃度や温度等の計測値を求めて、上記計測ポイントの位置と上記計測値とを記憶し、
ｅ）上記測定対象面を走査すべく、上記計測ポイントを変えて、その計測ポイントで反射された上記サンプル光と、上記レファレンス光とを所定の波長バンドごとに分光し、 上記（ｃ）〜（ｅ）の操作を順次繰り返すことにより、測定対象面を走査して計測値の二次元分布を得るスペクトル計測方法である。

請求項１１の発明は、測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度や温度等の計測値の２次元分布を計測する方法において、
ａ）光源から出射された光を上記測定対象面に照射し、反射させてサンプル光とし、光の一部を出射された状態のままレファレンス光とし、
ｂ）上記測定対象面の一点を計測ポイントとし、その計測ポイントで反射された上記サンプル光と、上記レファレンス光とを所定の波長バンドごとに分光し、
ｃ）分光された各光を反射させると共に、分光されたサンプル光の反射率の制御を波長バンドごとに行って、サンプル光の波長バンドごとのスペクトルに、予め作製しておいた計測値算出用のスペクトルと同じ重みを表す重荷関数による重み付けを行い、
ｄ）反射された各光を集光し、集光された各光量の総和を検出器で検出し、各総和を用いて濃度や温度等の計測値を求めて、上記計測ポイントの位置と計測値とを記憶し、
ｅ）上記測定対象面を走査すべく、上記計測ポイントを変えて、その計測ポイントで反射された上記サンプル光と、上記レファレンス光とを所定の波長バンドごとに分光し、 ｆ）上記（ｃ）〜（ｅ）の操作を順次繰り返すことにより、上記測定対象面を走査して、ある計測値算出用の重荷関数におけるある計測値の二次元分布を求めて記憶し、
その後、上記重荷関数を変えて、上記（ｂ）〜（ｆ）の操作を繰り返すことにより、全ての計測値算出用の重荷関数における全ての計測値の二次元分布を得るスペクトル計測方法である。

請求項１２の発明は、反射された各光の波長バンドごとのスペクトルが交互に検出器で検出されるように、各光を反射させる際、各光を偏向させると共に、その偏向制御を同期させて行うスペクトル計測方法である。

請求項１３の発明は、集光された各光の光量が交互に検出器で検出されるように、各光を反射させる際、各光を偏向させると共に、その偏向制御を同期させて行うスペクトル計測方法である。

本発明によれば、高速で正確に計測値の２次元分布が得られるといった優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１及び図２は本発明に係るスペクトル計測装置の好適な実施の形態を示した概略図である。

図１及び図２に示すスペクトル計測装置（以下、計測装置）１０は、ある測定の対象となる測定対象面２０に光を照射して、その反射光から測定対象面２０における温度分布や濃度分布等の２次元分布を計測する装置であり、光源１１と、走査手段１２と、第１光ガイド部材１３及び第２光ガイド部材１４と、マルチチャンネル分光器（以下、分光器）１５とで構成される。

光源１１は、測定対象面２０に光を照射する部材であり、光源１１から出射される光Ｌとしては、広帯域のスペクトルを有する光であればよく、特に限定するものではない。ここで、光源１１としては、装置コストが安価なランプが好ましい。

走査手段１２は、分光器１５と第１光ガイド部材１３を介して光学的に接続され、測定対象面２０から反射された光のうち、測定対象面２０内のある一点からの反射光をサンプル光Ｌ１として、順次分光器１５に取り込むものである。走査手段１２としては、測定対象面２０を走査するミラー１７を備え、速度の速いポリゴンミラーやガルバノミラーを備えたスキャニングシステムが好ましい。ガルバノミラーは、単一のミラーに軸を付け、電気信号に応じてミラーの回転角を変えられるようにした偏向器であり、ポリゴンミラーは、回転軸の周囲に一連の平面ミラーを備えた回転多面体からなる偏向器である。

第１光ガイド部材１３は、光源１１から出射した光Ｌを測定対象面２０に照射し、反射させてなるサンプル光Ｌ１の一部を走査手段１２を介して分光器１５に導入するものである。また、第２光ガイド部材１４は、光源１１から出射された光Ｌをレファレンス光Ｌ２として分光器１５に直接導入するものである。第１及び第２光ガイド部材１３，１４としては、慣用の光ファイバなどが適用される。第１及び第２光ガイド部材１３，１４は、同一のものであることが好ましい。また、光ガイド部材１３，１４として、内側にミラーを備えるチューブ等の光導波路、或いはミラー、レンズ、プリズム等を組み合わせて形成した光学系を用いてもよい。

マルチチャンネル分光器１５は、第１及び第２光ガイド部材１３，１４の他端側に光学的に接続される。分光器１５は、図３に示すように、光の伝搬方向上流側から、回折格子２５、光反射偏向手段（光反射手段）２６、アパチャ２７、屈折手段２８、アレイ検出素子２９の順に設けられる。

回折格子２５には、第１光ガイド部材１３を経て出射されたサンプル光Ｌ１が照射され、反射される。サンプル光Ｌ１は、光源１１から出射された光を測定対象面２０に照射し、反射させてなるものである。また、回折格子２５には、第２光ガイド部材１４を経て出射されたレファレンス光Ｌ２が照射され、反射される。反射された各光Ｌ１，Ｌ２は、所定の波長バンドごとに分光される。

光反射偏向手段２６には、回折格子２５で分光された各光Ｌ１，Ｌ２が照射され、反射、偏向される。この光反射偏向手段２６は、分光された各光Ｌ１，Ｌ２を所定の波長バンドごとに掃引、変調するプログラマブル回折格子であることが好ましい。また、プログラマブル回折格子が、ＭＥＭＳアクチュエータを有することがより好ましい。さらに、光反射偏向手段２６は、サンプル光Ｌ１とレファレンス光Ｌ２を別々に反射、偏向させるべく、光ガイド部材の経路数と同数（図３中では２６ａ，２６ｂの２つ）設けることが好ましい。

アパチャ２７は、偏向された各光Ｌ１，Ｌ２の通過／遮断を行う遮光絞りである。偏向された各光Ｌ１，Ｌ２が、遮断体２７ａに照射されると伝搬遮断となる。また、偏向された各光Ｌ１，Ｌ２が、隣接する遮断体２７ａ間の開口部に向けて照射されると通過となる。遮断体２７ａの形状は、特に限定するものではなく、矩形状の他に、円形状であってもよい。開口部は、遮断体２７ａ自体に設けた溝（スリット）であってもよい。

屈折手段２８（例えば、プルーフプリズム）には、アパチャ２７を通過した各光Ｌ１，Ｌ２が照射され、各光Ｌ１，Ｌ２の波長バンドごとのスペクトルが、アレイ検出素子２９に達するように屈折させる。屈折手段２８としては、アパチャ２７を通過した各光Ｌ１，Ｌ２を、アレイ検出素子２９の位置に屈折させることができるものであれば特に限定するものではなく、プリズムの他に、円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）などが挙げられる。

アレイ検出素子２９は、プリズム２８によって屈折された各スペクトルを検出し、サンプル光Ｌ１とレファレンス光Ｌ２のスペクトルの差を出力するものである。アレイ検出素子２９には、ＡＣアンプを介して演算手段（例えば、データ演算装置）１６が電気的に接続されており、演算手段１６はアレイ検出素子２９の出力値を記憶し、その出力値に基づいて、測定対象面２０の二次元分布を算出する装置である。

次に、本実施の形態の作用について説明する。

本実施の形態のハイパースペクトル計測方法は、図１に示したように、測定対象面２０の横軸をｉ方向、縦軸をｊ方向とする座標（ｉ，ｊ）のある一点におけるサンプル光Ｌ１が、スキャニングシステム１２のミラー角度を調整して分光器１５へ導入されるときの一点を計測ポイント２１とすると、対象面２０内の全ての計測ポイント２１においてそれぞれ分光分析すべく、対象面２０を走査し、各計測ポイント２１での計測値を求めて計測値の２次元分布を得る方法である。

以下に、計測方法を図６を用いて具体的に説明する。

まず、光源１１から測定対象面２０に光Ｌを照射する。このとき光源１１からの光Ｌは第２光ガイド部材１４にも入力される。すなわち、測定対象面２０に照射される光Ｌと、第２光ガイド部材１４に入射されるレファレンス光Ｌ２はスペクトルの同じ光である。

光源１１から照射された光Ｌは、測定対象面２０で反射される。その際、スキャニングシステム１２の備えるミラー１７は測定対象面２０内の計測ポイント（１，１）からの反射光を捉えるべく、その角度が調整される。また、第１光ガイド部材１３にサンプル光Ｌ１が入射されるようミラー１７とサンプル光Ｌ１の光軸が合致するように光軸の調整がなされる（ステップSa４）。

ここで、ステップSa１は、計測ポイント２１のｉ方向座標及びｊ方向座標の初期化、ステップSa２は、計測ポイント２１がｊ方向終端（ｊｍａｘ）となるまでステップSa３〜９を繰り返す条件分岐、ステップSa３は、計測ポイント２１がｉ方向終端（ｉｍａｘ）となるまでSa４〜８を繰り返す条件分岐を示している。

スキャニングシステム１２に入射され、ミラー１７によって光軸の合わせられたサンプル光Ｌ１は第１光ガイド部材１３を経由して分光器１５へ入射され、詳細は後述するが、サンプル光Ｌ１とレファレンス光Ｌ２とが分光器１５内で分光分析され、計測ポイント（１，１）におけるサンプル光Ｌ１とレファレンス光Ｌ２とのスペクトルの差（差スペクトル）が出力され、その出力値が演算装置１６の備えるメモリに記憶される（ステップSa５→Sa６→Sa７）。

次に、スキャニングシステム１２のミラー１７の角度を変えて、ｉ方向一つ隣りの計測ポイント（２，１）を選択する（ステップSa８）。その計測ポイント（２，１）から反射されるサンプル光Ｌ１を分光器１５に導入すべく、サンプル光Ｌ１とミラー１７との光軸を合わせる（ステップSa３→Sa４）。この計測ポイント（２，１）におけるサンプル光Ｌ１も同様に、分光器１５内で分析され、光Ｌ２と光Ｌ１のスペクトルの差を得て、このスペクトルの差がメモリに記憶される（ステップSa５→Sa６→Sa７）。

計測ポイント２１を変える毎にステップSa５〜７の動作を繰り返し、ｉ方向終端の計測ポイント（ｉｍａｘ，１）まで走査し、スペクトルの計測をした後、サンプル光Ｌ１とミラー１７の光軸をｊ方向２列目の計測ポイント（１，２）に合わせる（ステップSa９）。次も同様に、上述のステップSa３〜８の操作を繰り返し実行して、ｉ方向に走査する毎に、ｊ方向２列目の各計測ポイントにおける差スペクトルを順次得て、その差スペクトルを計測ポイントの座標と共に記憶する。

さらに、ｉ方向の差スペクトルを順次求め終える（ｉ＝ｉｍａｘとなる）毎に、ｊ方向に一つ移動して、ｊ方向終端の計測ポイント（ｊ＝ｊｍａｘ）まで走査して、各計測ポイントにおける差スペクトルを計測し、測定対象面上の全ての計測ポイントおける差スペクトルをそれぞれ得て、記憶し終了とする。

次に、ある計測ポイント（ｉ，ｊ）における分光器１５での作用について説明する。

測定対象面２０に光強度Ｉ０の光Ｌを照射し、反射させることで、光Ｌの一部の波長バンドが吸光され、光強度Ｉ１のサンプル光Ｌ１として出射される。
この時、入射光Ｌとサンプル光Ｌ１との間には、
Ｌ１（λ）＝Ｌ（λ）×Ｔ（λ）
ここで、Ｔ（λ）は反射率
の関係が成り立つ。光強度が減衰された波長バンドから材質が、光減衰の程度からその濃度、温度等の値がわかる。

ところで、光源１１であるランプから出射される光Ｌの光強度が常に一定であれば、最初に光Ｌの光強度を測定しておくことで、常に正確に測定対象面２０の材質や濃度の計測を行うことができる。しかし、光Ｌの光強度は、周囲の気温の変化などに応じて変動する。

そこで、本実施の形態に係る計測装置１０においては、サンプル光Ｌ１の参照対象であるレファレンス光Ｌ２を、サンプル光Ｌ１と同時に計測し、レファレンス光Ｌ２の光強度を、常時、光Ｌの光強度としてフィードバックすることで、常に精度の高いスペクトル分布を得ることができる。

具体的には、サンプル光Ｌ１は、対象面２０の材質に依存した波長バンドの光強度が減衰されており、固定された回折格子２５で反射される。同様に、レファレンス光Ｌ２もまた、固定された回折格子２５で反射される。この時、サンプル光Ｌ１とレファレンス光Ｌ２は、回折格子２５の別々の位置（図２中では上段と下段）で反射されるので、互いに干渉されることはない。回折格子２５によって、光は波長バンドごとのスペクトルに分光される。

分光されたサンプル光Ｌ１とレファレンス光Ｌ２は、上下二段に配置された２つの光反射偏向手段（MEMS（Micro Electro Mechanical System）アクチュエータを有するプログラマブル回折格子（以下、MEMS型プログラマブル回折格子と記す））２６ａ，２６ｂで反射、偏向される。MEMS型プログラマブル回折格子２６ａ，２６ｂにおける各MEMSアクチュエータ（以下、MEMS１，MEMS２と記す）に到達した各光Ｌ１，Ｌ２は、所定の角度範囲で高速で反射、偏向され、交互にアパチャ２７へと向かう。この反射、偏向によって、各光Ｌ１，Ｌ２の光強度が調整される（ステップSa５）。

例えば、図４（ａ）に示すように、MEMS１（又はMEMS２）は、基板５１上に静止電極５２ａ…５２ｎ（図４（ａ）中では５２ａのみ図示）が設けられ、各静止電極５２ａ…５２ｎと離間して移動電極５３ａ…５３ｎ（図４（ａ）中では５３ａのみ図示）を設けたものである。各移動電極５３ａ…５３ｎは、各静止電極５２ａ…５２ｎに対して当接、離間自在（図４（ａ）中では上下方向移動自在）に設けられる。また、各移動電極５３ａ…５３ｎは、基板５１に設けられる脚部５４ａ，５４ｂと、電極本体部（ミラー部）５５と、一端が脚部５４ａ，５４ｂに固定して設けられ、他端が電極本体部５５を吊設するフレキシブル接続部５６ａ，５６ｂとを有している。フレキシブル接続部５６ａ，５６ｂの厚さＤ１は、電極本体部５５の厚さＤ２よりも薄く（例えば、約１／３）形成しておくことで、フレキシブル接続部５６ａ，５６ｂは自在に屈曲される。電極本体部５５は剛直で、屈曲しない。各静止電極５２ａ…５２ｎは、それぞれが制御手段（例えば、コンピュータ（図示せず））の各アドレスに独立して接続されている。

各静止電極５２ａ…５２ｎと各移動電極５３ａ…５３ｎ間の電圧（電位差）を、制御手段によりそれぞれ制御することで、各移動電極５３ａ…５３ｎを独立させて駆動させることができる。その結果、各静止電極５２ａ…５２ｎと各移動電極５３ａ…５３ｎ間の離間距離Ｈ１…Ｈｎ（図４（ａ）中ではＨ１のみ図示）を、それぞれ無段階に自在に調節することができる。電圧と離間距離Ｈ１…Ｈｎとの関係は予め検量線を作成しておき、この検量線に基づいて、離間距離Ｈ１…Ｈｎを調節する。このように、静止電極と移動電極の各離間距離Ｈ１…Ｈｎを、それぞれ無段階に自在に調節することで、アパチャ２７を通過する光の強度を波長バンドごとに調節することができる。また、MEMS１，MEMS２の各移動電極５３ａ…５３ｎの制御は、高速で、かつ、制御手段によって同期させて交互に行われる。

具体的には、図４（ｂ）に示すように、全ての移動電極５３ａ…５３ｎを動かさず、静止電極５２ａ…５２ｎから離間させたままとすることで（全ＯＦＦ時）、アパチャ２７において、所定の波長バンドの光（図４（ｂ）中では光５９ａ〜５９ｃ）が全て遮断される。また、図４（ｃ）に示すように、全ての移動電極５３ａ…５３ｎを静止電極５２ａ…５２ｎと当接させることで（全ＯＮ時）、所定の波長バンドの光（図４（ｃ）中では光５９ａ〜５９ｃ）がアパチャ２７間を通過する。また、図４（ｄ）に示すように、移動電極５３ａ…５３ｎの一部を静止電極５２ａ…５２ｎと当接又は近接させ、残部の移動電極５３ａ…５３ｎを動かさず、離間させたままとすることで（光強度調整時）、当接又は近接させる静止電極と対応したある波長バンドの光（図４（ｄ）中では光５９ｂ，５９ｃ）だけが、光強度を調整されてアパチャ２７を通過する。離間させたままの静止電極と対応したある波長バンドの光（図４（ｄ）中では光５９ａ）は、アパチャ２７で遮断される。

アパチャ２７，２７を通過した各光Ｌ１，Ｌ２は、屈折手段２８に照射される。屈折手段２８に入射した各光Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ屈折させられ、波長バンドごとのスペクトルがアレイ検出素子２９に達するように出射される。

屈折手段２８を通過した各光Ｌ１，Ｌ２は、図３に示したように、検出器（アレイ検出素子）２９で受光される。アレイ検出素子２９は、水平に配列、配置された各検出部を有しており、各検出部で各波長バンドごとのスペクトルがそれぞれ受光される。各検出部で、プリズム２８によって屈折された各光Ｌ１，Ｌ２の各スペクトルが交互に検出され、サンプル光Ｌ１とレファレンス光Ｌ２の各波長ごとのスペクトルの差（差分スペクトル）がそれぞれＡＣ出力される。図３中では、検出器２９から出力δＩが出力される。このＡＣ出力は、各波長ごとのスペクトルの吸収度合いに比例している（ステップSa６）。

各ＡＣ出力が演算手段１６に取り込まれ、演算手段１６が備えるメモリに記憶される（ステップSa７）。

以上の操作により、図７に示すように、各計測ポイント毎に、レファレンス光Ｌ２とサンプル光Ｌ１との差スペクトル３７ａ，３７ｂ…を得ることができる。得られた差スペクトルは、縦軸がサンプル光Ｌ１とレファレンス光Ｌ２の光強度差を表し、横軸が波長を表す。各差スペクトル３７ａ，３７ｂ…からケモメトリックスなどの多変量解析手法を用いて波形処理を行うことで、測定対象面２０における材料の濃度等の計測値の算出がなされる。さらに、その計測値と計測ポイントとは対応しており、計測値の２次元分布を得ることができる。

本実施の形態のスペクトル計測方法では、予め作成しておいた計測値（濃度等）算出用のスペクトルｂ（重みスペクトルや、回帰ベクトルなど）と検出器２９からの出力δIとの積を、全ての波長バンドで計算し、その総和を求めることで、測定対象面の濃度ｙが求まる。濃度算出用のスペクトルｂは、測定対象面の材質の種類ごとに、演算装置のメモリに記憶、保存されている。濃度ｙは以下の(1)式で表される。

ｙ＝δＩ・ｂ
＝δＩ（１）・ｂ１＋δＩ（２）・ｂ２＋ …
＋δＩ（ｎ）・ｂｎ …（１）式
本実施の形態のスペクトル計測方法は、濃度演算を、サンプル光Ｌ１とレファレンス光Ｌ２の各波長ごとのスペクトルの差を基に行っている。よって、ある波長のスペクトルの差が小さくても、言い換えると分析対象材料に依存するある波長の光吸収が小さくても、分割波長バンドの全域に亘って各波長ごとのスペクトルの差を光強度調整（光強度を増幅及び／又は減衰）することで、ある波長のスペクトルの差を強調させる（増幅させる）ことができる。

例えば、図４（ｄ）における光強度調整の一例を図５に示すように、波長範囲がλ４〜λ９、光強度がＰ４の入射光６１は、図４（ｄ）に示したMEMS１（又はMEMS２）により反射され、アパチャを通過することで通過光６２となる。この通過光６２は、λ６〜λ７、λ８〜λ９の波長バンドにおいて光強度がＰ５（＜Ｐ４）に調整される。また、通過光６２は、λ４〜λ５の波長バンドにおいて光強度がＰ６（＜Ｐ５）に調整される。さらに、通過光６２は、λ５〜λ６の波長バンドで、光強度がＰ６からＰ７（＜Ｐ６）に連続的に減少するように調整される。また、通過光６２は、λ７〜λ８の波長バンドにおいて光強度がＰ８（＜Ｐ７）に調整される。このように、MEMS１（又はMEMS２）は、波長バンドごとに、入射光６１を偏向させると共に、入射光６１の光強度を自在に調整することができる。

次に、レファレンス光Ｌ２を参照する操作（ステップSa５，Sa６）について、具体的に説明する。

光源１１から出射され、サンプル光Ｌ１及びレファレンス光Ｌ２となる各光は各波長ごとのスペクトルの差をアレイ検出素子２９からＡＣ出力される。この時、各ＡＣ出力がゼロとなるように、MEMS２の各移動電極５３ａ…５３ｎを調節し、この状態をMEMSデータ１として記憶させておく。

その後、測定対象面２０で反射させたサンプル光Ｌ１と、レファレンス光Ｌ２が分光器１５内に入射させ、各波長ごとのスペクトルに分光された各光Ｌ１，Ｌ２を、MEMS１，MEMS２で反射、偏向させる。MEMS１，MEMS２は、各波長ごとのスペクトルに分光された各光Ｌ１，Ｌ２がアレイ検出素子２９に達するように、各光Ｌ１，Ｌ２を反射、偏向させる。この時、MEMS１，MEMS２は、各光Ｌ１，Ｌ２の各スペクトルが交互にアレイ検出素子２９で検出されるべく、それぞれ制御手段により同期させて制御される。また、光Ｌ２がアレイ検出素子２９に達するように光Ｌ２をMEMS２で反射、偏向させる際、MEMS２は予め記憶しておいたMEMSデータ１の状態に制御される。

一方、光源１１から出射される光の光強度は、周囲の気温の変化などにより変動する。しかし、光強度がＩ０からＩ０′に変動した場合でも、レファレンス光Ｌ２は、MEMSデータ１の状態に調節されたMEMS２で反射、偏向される。その際、アレイ検出素子２９で、光強度Ｉ０′のレファレンス光Ｌ２に対応した各光スペクトルを検出し、この新たな検出値と、光強度Ｉ０のレファレンス光Ｌ２に対応した各光スペクトルとを比較することで、光強度の変動量が求められる。この光強度の変動量から新たな光強度Ｉ０′が決定され、この新たな光強度Ｉ０′は、即座にサンプル光Ｌ１の光強度Ｉ０′としてフィードバックされる。

本実施の形態に係る計測装置１０においては、実際に測定対象面２０に照射される光の一部をレファレンス光Ｌ２として、常時、サンプル光Ｌ１の入射光Ｉ０の光強度としてフィードバックしている。よって、常に光強度の変動を検出でき、常に精度良くスペクトル計測を行うことができる。

本実施の形態の計測装置１０の分光器１５では、計測ポイント一点における分析が約１ミリ秒と従来の分光器に比べて非常に短い時間で処理できる。さらに、ポリゴンミラー等を備えた走査手段１２により、短時間で対象面２０を走査できるので、本実施の形態の計測装置１０を用いた計測方法では、多数の計測ポイントで分光分析処理をしても、実用的な速度で計測することができる。

本実施の形態の計測装置及び計測方法は、ある面内に混在する試料の種類の判別とその濃度との二次元分布を計測することができる。

例えば、建築物に使用されるコンクリート壁を測定対象面２０としたときに、コンクリートの材料毎の濃度分布を計測して、コンクリート材料の濃度分布から補強が必要な箇所を検知したりするのに用いてもよい。また、壁に塗布された塗料等、建築物に使用される材料に含まれる有害物質の分布の計測に適用することができる。また、多種のプラスチック等が混在する集積ゴミを測定対象面２０として、そのゴミに混在する多種のプラスチック等の化学物質の分布を計測することもできる。さらには、光源を太陽光として、畑に散布される肥料の濃度分布を計測することも考えられる。

また、濃度分布の他に、測定対象面２０の放射輝度率の違いを利用して温度分布を計測することも可能である。

次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図８に示すように、本実施の形態に係る計測装置３０の基本的な構成は、図１及び図３に示した計測装置１０と略同じである。計測装置３０が、計測装置１０と異なる点は、アパチャ２７と屈折手段２８との間に第２回折格子（集光手段）３２を設け、検出手段として検出器３３を設け、各MEMS型プログラマブル回折格子２６ａ，２６ｂに制御演算手段３１を接続した点である。

第２回折格子３２としては、回折格子２５と同じものが使用可能である。回折格子３２により、各波長バンドごとのスペクトル（例えば、虹色の光）に分光された各光Ｌ１，Ｌ２が、単一光（白色光）にコンデンス（集光）される。また、集光手段として、第２回折格子３２の代わりに積分球を用いてもよい。

検出器３３としては、アレイ型の検出器である必要はなく、シングル型の検出器で十分である。

制御演算手段３１は、各MEMS型プログラマブル回折格子２６ａ，２６ｂの制御手段としての機能と、図１に示したアレイ検出素子に接続された演算手段１６としての機能を併せ持つものである。制御手段としての機能部と演算手段としての機能部は、一体に設けてもよく、又はそれぞれ別体に設けてもよい。

次に、本実施の形態に係るハイパースペクトル計測装置を用いたスペクトル計測方法を図９を用いて説明する。

本実施の形態に係る計測装置を用いた計測方法は、基本的に前実施の形態に係るスペクトル計測装置を用いたスペクトル計測方法と同じであるが、計測値算出の演算手法が異なる。

図９に示すように、先ず、前実施の形態の計測方法と同様に、計測ポイント（１，１）のサンプル光Ｌ１とレファレンス光Ｌ２とが分光器３５に導入される。

ここで、ステップSb１は、計測ポイント２１のｊ方向座標の初期化、ステップSb３は計測ポイント２１のｉ方向座標の初期化、ステップSb２は、計測ポイント２１がｊ方向終端（ｊｍａｘ）となるまでステップSb３以下を繰り返す条件分岐、ステップSb４は、計測ポイント２１がｉ方向終端（ｉｍａｘ）となるまでステップSb５以下を繰り返す条件分岐を示している。

サンプル光Ｌ１は、測定対象面２０で反射されることで、光強度がＩ１に減衰され、固定された回折格子２５で反射される。同様に、レファレンス光Ｌ２も固定された回折格子２５で反射される。回折格子２５によって、光は波長バンドごとのスペクトルに分光される。

分光されたサンプル光Ｌ１とレファレンス光Ｌ２は、上下二段に配置された２つのMEMS型プログラマブル回折格子２６ａ，２６ｂで反射、偏向される。MEMS型プログラマブル回折格子２６ａ，２６ｂにおけるMEMS１，MEMS２に到達した各光Ｌ１，Ｌ２は、所定の角度範囲で高速で反射、偏向される（ステップSb６）。

ここで、MEMS１における反射、偏向は、前実施の形態で示した（1）式の演算結果に基づいてなされる。具体的には、（１）式の演算内容と同じことが、MEMS１において光学的に行われる。この時、計測値算出用スペクトルｂと同じ割合となるように、MEMS１の各移動電極５３ａ…５３ｎを調節して光の反射率Ｒ(λ)を制御し、波長バンドごとのスペクトルに分光されたサンプル光Ｌ１を、各波長バンドごとに反射率を変えて反射、偏向させる。言い換えると、MEMS１において、分光されたサンプル光Ｌ１の反射率の制御を波長バンドごとに行って、サンプル光Ｌ１の波長バンドごとのスペクトルに、予め作製しておいた測定値算出用スペクトルｂと同じ重みを表す重荷関数による重み付けを行い、この状態で分光されたサンプル光Ｌ１を反射、偏向させる（ステップSb９）。

重荷関数とは、測定対象面２０の材質をパラメータとした関数であり、材質に応じてサンプル光Ｌ１の吸収波長バンドが異なるため、分光された各波長光のうち、吸収波長バンドの光を変調すべく、MEMSの設定値を表したものである。対象面の材質に応じた濃度等の計測値を算出するために、材質を判定する検量線となる既知のスペクトルに準じてMEMS１の各移動電極５３ａ…５３ｎの配置を設定する。

ここで、ステップSb７は、材質ｋに依存する重荷関数の初期化、ステップSb８は、予め作製しておいた重荷関数すべてについて濃度計算を行うまでステップSb９以下を遂行する条件分岐を示している。

MEMS１，MEMS２において、所定の角度範囲で高速で反射、偏向された各光Ｌ１，Ｌ２は、交互にアパチャ２７，２７へと向かう。アパチャ２７，２７を交互に通過した各光Ｌ１，Ｌ２は、第２回折格子３２で集光される。この集光によって、各光Ｌ１，Ｌ２の全波長バンドのスペクトルがまとめられる（足し合わされる）。

その後、集光された各光Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ屈折手段２８で屈折させられ、波長バンドごとのスペクトルが検出器３３に達するように出射される。

屈折手段２８を通過した各光Ｌ１，Ｌ２は、交互に検出器３３で受光される（ステップSb１０）。検出器３３でそれぞれ受光、検出されるのは、各光Ｌ１，Ｌ２の全波長バンドにおける光量の総和である。よって、検出器３３からの出力が、そのまま計測ポイント２１における濃度となり、その濃度は計測ポイントの座標と共にメモリに記憶される（ステップSb１１）。

次に、スキャニングシステム１２のミラー１７の角度を変えて、ｉ方向隣りの計測ポイント（２，１）を選択する（ステップSb１３）。その計測ポイント（２，１）から反射されるサンプル光Ｌ１を分光器１５に導入すべく、サンプル光Ｌ１の光軸を合わせる（ステップSb４→Sb５）。このサンプル光Ｌ１も同様に、MEMS１，MEMS２が設定された後（ステップSb６〜９）、分光器１５内で分析され、各々の重荷関数について得られた濃度が計測ポイントの座標と共にメモリに記憶される（ステップSb１０〜１１）。

ステップSb５〜Sb１３の動作をｉ方向に沿って順次実行し、ｉ方向終端（ｉｍａｘ）の計測ポイントまで終了した後、サンプル光Ｌ１の光軸をｊ方向２列目の計測ポイント（１，２）に合わせて（ステップSb１４）、２列目の各計測ポイントにおける座標と濃度とをそれぞれ順次記憶する。さらに、ｉ方向の各計測ポイントの走査が終わる毎に、ｊ方向一つ進んで計測ポイントの濃度を計測し、ｊ方向終端（ｊｍａｘ）の計測ポイントまで濃度の計測及び記憶を実行すると、測定対象面２０上の全ての計測ポイントにおける濃度が得られ終了とする。

本実施の形態のスペクトル計測方法では、光反射手段２６であるMEMSの各波長毎の反射率を、重荷関数に対応させるように演算装置３１で制御してMEMSが各波長バンド毎に変調し、MEMSでの反射光が波長バンド毎に重み付けられて、検出器でその総和を求めているので、MEMSが演算装置として機能されている。よって、検出器３３から直接濃度が出力されるので、図３に示したアレイ検出素子２９から出力される多量のデータを演算手段１６で演算する必要がなくなる。そのため、より高速なスペクトル計測が可能となり、測定対象面２０の走査に時間遅れすることなくリアルタイムで計測値の２次元分布を算出することができる。

次に、本実施の形態のハイパースペクトル計測方法の変形例について図１０を用いて説明する。

この変形例は、計測方法のアルゴリズムにおいて、スキャニングシステム１２の動作とMEMS１の動作との優先順位を変更させた例である。

図９に示した本実施の形態の計測方法では、先にある一点の計測ポイントを固定（ミラー１７の角度を固定）して重荷関数（MEMSの各移動電極５３ａ…５３ｎの配置）を順次変え、計測ポイント一点における計測値を演算、記憶してから、計測ポイントを変えて各々計測値を求めていた。

これに対し、これから説明する変形例では、先に、重荷関数を固定して、測定対象面２０を順次走査し、各計測ポイント２１で一つの重荷関数下の計測値を計測、記憶し、測定対象面内の計測ポイント２１を走査し終わるごとに重荷関数の値を順次変えて計測値の２次元分布を求める。

図１０を用いて具体的な計測方法を説明する。

先ず、MEMS１の移動電極５３ａ…５３ｎの配置をある材質ｋに依存する重荷関数に対応させるべく設定する（ステップSc３）。

ここで、ステップSc１は、材質ｋに依存する重荷関数の初期化、ステップSc２は、予め作製しておいた重荷関数すべてについて濃度計算を行うまでステップSc３以下を遂行する条件分岐を示している。

また、ステップSc４は、計測ポイント２１のｊ方向座標の初期化、ステップSc６は計測ポイント２１のｉ方向座標の初期化、ステップSc５は、計測ポイント２１がｊ方向終端（ｊｍａｘ）となるまでステップSc６以下を繰り返す条件分岐、ステップSc７は、計測ポイント２１がｉ方向終端（ｉｍａｘ）となるまでステップSc８以下を繰り返す条件分岐を示している。

前実施の形態の計測方法と同様に、座標（１，１）の計測ポイントに、サンプル光Ｌ１の光軸を合わせ（ステップSc８）、MEMS２の移動電極５３ａ…５３ｎの配置を、導入されるレファレンス光Ｌ２の光量に合わせて設定する（ステップSc９）。導入された各光Ｌ１，Ｌ２は分光され、各波長毎にMEMS１，MEMS２で変調される。この光を屈折手段２８で集光して、検出器３３で光量の総和を検出する。この検出された光量の総和は、求める濃度に対応しており、予め作製された検量線と光量を用いて、濃度を算出する（ステップSc１０）。次に、求められた濃度と、計測ポイント２１の位置をメモリに記憶する（ステップSc１１）。

次に、計測ポイントをｉ方向に一つずらして（ステップSc１２）、ステップSc８〜Sc１１の操作を繰り返し行い、算出された濃度を、計測ポイントの座標と共にメモリに記憶させる。

ｉ方向終端（ｉｍａｘ，１）まで走査した後、計測ポイントをｊ方向に一つずらした位置（１，２）に合わせ（ステップSc１３）、ステップSc８〜Sc１１の操作を行う。同様に、ｊ方向２列目（ｊ＝２）を走査するときについても、ｉ方向に計測ポイント一つ走査する毎に濃度を求め、ｉ方向終端まで走査した後、ｊ方向に一つずらした位置を計測ポイントとし、これらステップSc５〜Sc１３を繰り返す。ｊ方向終端（ｊｍａｘ）まで計測ポイントを走査し、対象面全ての各計測ポイントにおける濃度を、計測ポイントの座標と共に、メモリへ記憶させる。

ここまでの操作（ステップSc５以下）では、MEMS１をある一つの重荷関数（ｋ＝１）に対応して設定したときの濃度を算出したまでであり、次に、重荷関数を変える。即ち、判別する材質によって決まるMEMS１における移動電極５３ａ…５３ｎの配置を変える（ステップSc１４→Sc２→Sc３）。ｋ＝２とした重荷関数のときも、ｋ＝１のときと同様に、ステップSc４〜Sc１３の操作を行い、測定対象面全ての計測ポイントでの濃度を算出し、記憶する。

さらに、予め作製した重荷関数すべての値（１≦ｋ≦ｋｍａｘ）それぞれについて測定対象面全ての計測ポイントでの各濃度を算出してメモリに記憶し終了となる。

これにより、求められた各計測ポイントでの濃度は、多種の重荷関数について算出されており、すなわち、測定対象面に存在する多種類の材質について計測されている。

本実施の形態のハイパースペクトル計測装置を示す斜視概略図である。 図１のスペクトル計測装置を示す模式図である。 図１のマルチチャンネル分光器の詳細を示す斜視概略図である。 MEMSアクチュエータの概略図である。図４（ａ）は横断面図、図４（ｂ）は全OFF時のモデル図、図４（ｃ）は全ON時のモデル図、図４（ｄ）は光強度調整時のモデル図である。 入射光及び通過光における波長と光強度との関係を示す図である。 本実施の形態のスペクトル計測方法のアルゴリズムを示す図である。 本実施の形態のスペクトル計測方法で得られる２次元面内の差スペクトルを表す図である。 他の実施の形態のスペクトル計測装置の一部を示す斜視概略図である。 他の実施の形態のスペクトルの計測方法のアルゴリズムを示す図である。 図９のアルゴリズムの変形例を示す図である。

符号の説明

１０ スペクトル計測装置
１１ 光源
１２ 走査手段
１３ 第１光ガイド部材
１４ 第２光ガイド部材
１５ マルチチャンネル分光器
１６ 演算手段
２０ 測定対象面
２１ 計測ポイント
２５ 回折格子
２６ 光反射手段
２９ アレイ検出素子
Ｌ１ サンプル光
Ｌ２ レファレンス光

Claims (13)

1. 測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度分布や温度分布等の２次元分布を計測する装置において、
   光を出射する光源と、
   上記測定対象面から反射されたサンプル光を走査する走査手段と、
   上記走査手段からサンプル光を導入し、案内する第１光ガイド部材と、
   光源から出射された光をレファレンス光として一端側から導入し、案内する第２光ガイド部材と、
   各光ガイド部材の他端側に接続され、かつ、サンプル光及びレファレンス光をそれぞれ所定の波長バンドごとに掃引、変調するプログラマブル回折格子、及び各波長バンドごとに各光のスペクトルの差を検出するアレイ検出素子を有するマルチチャンネル分光器と、を備えたことを特徴とするスペクトル計測装置。
2. 測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度分布や温度分布等の２次元分布を計測する装置において、
   光を出射する光源と、
   上記測定対象面から反射されたサンプル光を走査する走査手段と、
   上記走査手段からサンプル光を導入し、案内する第１光ガイド部材と、
   光源から出射された光をレファレンス光として一端側から導入し、案内する第２光ガイド部材と、
   サンプル光及びレファレンス光がそれぞれ照射され、各光を反射し、所定の波長バンドごとに分光する回折格子と、
   回折格子で分光された各光を反射させる光反射手段と、
   反射された各光の波長バンドごとのスペクトルを交互に検出し、サンプル光とレファレンス光のスペクトルの差を出力するアレイ検出素子と、
   アレイ検出素子からの出力に基づいてスペクトルの演算を行う演算手段と、
   を備えたことを特徴とするスペクトル計測装置。
3. 測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度分布や温度分布等の２次元分布を計測する装置において、
   光を出射する光源と、
   上記測定対象面から反射されたサンプル光を走査する走査手段と、
   上記走査手段からサンプル光を導入し、案内する第１光ガイド部材と、
   光源から出射された光をレファレンス光として一端側から導入し、案内する第２光ガイド部材と、
   各光ガイド部材の他端側に接続され、かつ、サンプル光及びレファレンス光をそれぞれ所定の波長バンドごとに掃引、変調するプログラマブル回折格子、及び各光の光量の総和を検出する検出素子を有するマルチチャンネル分光器と、
   を備えたことを特徴とするスペクトル計測装置。
4. 測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度分布や温度分布等の２次元分布を計測する装置において、
   光を出射する光源と、
   上記測定対象面から反射されたサンプル光を走査する走査手段と、
   上記走査手段からサンプル光を導入し、案内する第１光ガイド部材と、
   光源から出射された光をレファレンス光として一端側から導入し、案内する第２光ガイド部材と、
   サンプル光及びレファレンス光がそれぞれ照射され、各光を反射し、所定の波長バンドごとに分光する回折格子と、
   回折格子で分光された各光を反射させる光反射手段と、
   サンプル光の波長バンドごとのスペクトルに、予め作製しておいた検量スペクトルと同じ重みの重み付けを行うべく、上記光反射手段でのサンプル光の反射率の制御を波長バンドごとに行う演算手段と、
   反射された各光を集光する手段と、
   集光された各光の光量の総和を交互に検出する検出素子と、
   を備えたことを特徴とするスペクトル計測装置。
5. 上記光反射手段が、分光された上記各光を所定の波長バンドごとに掃引、変調するプログラマブル回折格子である請求項２または４記載のスペクトル計測装置。
6. 上記プログラマブル回折格子が、ＭＥＭＳアクチュエータを有する請求項５記載のスペクトル計測装置。
7. 上記サンプル光とレファレンス光を別々に反射、偏向させるべく、上記光反射偏向手段を少なくとも２つ設けた請求項２，４，５，６いずれかに記載のスペクトル計測装置。
8. 上記集光手段が、第２回折格子または積分球である請求項４記載のスペクトル計測装置。
9. 測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度や温度等の計測値の２次元分布を計測する方法において、
   ａ）光源から出射された光を上記測定対象面に照射し、反射させてサンプル光とし、光の一部を出射された状態のままのレファレンス光とし、
   ｂ）上記測定対象面の一点を計測ポイントとし、その計測ポイントで反射された上記サンプル光と、上記レファレンス光とを所定の波長バンドごとに分光し、
   ｃ）分光された各光を反射させると共に、反射された各光の波長バンドごとのスペクトルをそれぞれ検出器で検出し、波長バンドごとに上記計測ポイントで反射されたサンプル光とレファレンス光のスペクトルの差を出力し、
   ｄ）その出力値に基づき、上記計測ポイントにおける濃度や温度等の計測値を求め、計測ポイントと計測値とを記憶し、
   ｅ）上記測定対象面を走査すべく、上記計測ポイントを変えて、その計測ポイントで反射されたサンプル光と、上記レファレンス光とを所定の波長バンドごとに分光し、
   上記（ｃ）〜（ｅ）の操作を順次繰り返すことにより、測定対象面を走査して計測値の二次元分布を得ることを特徴とするスペクトル計測方法。
10. 測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度や温度等の計測値の２次元分布を計測する方法において、
    ａ）光源から出射された光を上記測定対象面に照射し、反射させてサンプル光とし、光の一部を出射された状態のままのレファレンス光とし、
    ｂ）上記測定対象面の一点を計測ポイントとし、その計測ポイントで反射された上記サンプル光と、上記レファレンス光とを所定の波長バンドごとに分光し、
    ｃ）分光された各光を反射させると共に、分光されたサンプル光の反射率の制御を波長バンドごとに行って、サンプル光の波長バンドごとのスペクトルに、予め作製しておいた計測値算出用のスペクトルと同じ重みの重み付けを順次行い、
    ｄ）反射された各光を集光し、集光された各光量の総和を検出器で検出し、各総和を用いて濃度や温度等の計測値を求めて、上記計測ポイントの位置と上記計測値とを記憶し、
    ｅ）上記測定対象面を走査すべく、上記計測ポイントを変えて、その計測ポイントで反射された上記サンプル光と、上記レファレンス光とを所定の波長バンドごとに分光し、 上記（ｃ）〜（ｅ）の操作を順次繰り返すことにより、測定対象面を走査して計測値の二次元分布を得ることを特徴とするスペクトル計測方法。
11. 測定対象面に光を照射し、その反射光を分光分析して、測定対象面における濃度や温度等の計測値の２次元分布を計測する方法において、
    ａ）光源から出射された光を上記測定対象面に照射し、反射させてサンプル光とし、光の一部を出射された状態のままのレファレンス光とし、
    ｂ）上記測定対象面の一点を計測ポイントとし、その計測ポイントで反射された上記サンプル光と、上記レファレンス光とを所定の波長バンドごとに分光し、
    ｃ）分光された各光を反射させると共に、分光されたサンプル光の反射率の制御を波長バンドごとに行って、サンプル光の波長バンドごとのスペクトルに、予め作製しておいた計測値算出用のスペクトルと同じ重みを表す重荷関数による重み付けを行い、
    ｄ）反射された各光を集光し、集光された各光量の総和を検出器で検出し、各総和を用いて濃度や温度等の計測値を求めて、上記計測ポイントの位置と計測値とを記憶し、
    ｅ）上記測定対象面を走査すべく、上記計測ポイントを変えて、その計測ポイントで反射された上記サンプル光と、上記レファレンス光とを所定の波長バンドごとに分光し、 ｆ）上記（ｃ）〜（ｅ）の操作を順次繰り返すことにより、上記測定対象面を走査して、ある計測値算出用の重荷関数におけるある計測値の二次元分布を求めて記憶し、
    その後、上記重荷関数を変えて、上記（ｂ）〜（ｆ）の操作を繰り返すことにより、全ての計測値算出用の重荷関数における全ての計測値の二次元分布を得ることを特徴とするスペクトル計測方法。
12. 反射された各光の波長バンドごとのスペクトルが交互に検出器で検出されるように、各光を反射させる際、各光を偏向させると共に、その偏向制御を同期させて行う請求項９記載のスペクトル計測方法。
13. 集光された各光の光量が交互に検出器で検出されるように、各光を反射させる際、各光を偏向させると共に、その偏向制御を同期させて行う請求項１０または１１記載のスペクトル計測方法。
    

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