JP2018205084A - 光学測定装置及び光学測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】波長帯域によらず高精度でのスペクトルデータを取得する。【解決手段】光学測定装置１は、測定対象物３に対して、所定の波長域を有し光量が互いに異なる複数の測定光を照射する光源部としての光源ユニット１０と、光源部からの測定光の照射により出射される測定対象物３からの拡散反射光を受光し、測定対象物からの前記拡散反射光のスペクトルデータを取得する検出部としての検出ユニット２０と、検出部において取得されたスペクトルデータについて、標準反射板に係るスペクトルデータである標準スペクトルデータを用いて補正を行う補正部、及び、光源部から複数の測定光を照射することで検出部においてそれぞれ検出され、補正部により補正された複数のスペクトルデータを組み合わせて、前記測定対象物に係る対象物スペクトルデータを作成する分析部としての分析ユニット３０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光学測定装置及び光学測定方法に関する。

検査対象物中に混入している異物又は不良品を検出する技術として、検査対象物に対して測定光を照射することで、検査対象物からの反射光を受光して分析を行う方法が知られている。例えば、特許文献１では、近赤外光を照射することで得られる光を分光して、検査対象物に係るスペクトルデータを取得して評価する方法が示されている。

特開２０１４−２１５１７７号公報

ところで、検査対象物における測定光に対する反射率は、検査対象物の材質等に由来して波長特性がある。したがって、検査対象物における反射率が低い波長域のスペクトルデータは、検出器のダイナミックレンジを十分に活用できていないため、測定精度が低下する可能性がある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、波長帯域によらず高精度でのスペクトルデータを取得することが可能な光学測定装置及び光学測定方法を提供することを目的とする。

本願発明は、
（１）測定対象物に対して、所定の波長域を有し光量が互いに異なる複数の測定光を照射する光源部と、
前記光源部からの前記測定光の照射により出射される前記測定対象物からの拡散反射光を受光する受光素子を有し、前記測定対象物からの前記拡散反射光のスペクトルデータを取得する検出部と、
前記検出部において取得された前記スペクトルデータについて、標準反射板に係るスペクトルデータである標準スペクトルデータを用いて補正を行う補正部と、
前記光源部から複数の測定光を照射することで前記検出部においてそれぞれ検出され、前記補正部により補正された複数のスペクトルデータを組み合わせて、前記測定対象物に係る対象物スペクトルデータを作成する分析部と、
を有する光学測定装置、

（２）光源部により、測定対象物に対して、所定の波長域を有し光量が互いに異なる複数の測定光を照射することで、前記測定対象物から出射される拡散反射光を検出部の受光素子で受光し、前記測定対象物からの前記拡散反射光のスペクトルデータを取得する工程と、
補正部において、前記検出部において取得された前記スペクトルデータについて、標準反射板に係るスペクトルデータである標準スペクトルデータを用いて補正を行う工程と、
分析部において、前記光源部から複数の測定光を照射することで前記検出部においてそれぞれ検出され、前記補正部により補正された複数のスペクトルデータを組み合わせて、前記測定対象物に係る対象物スペクトルデータを作成する工程と、
を有する、光学測定方法、
である。

本発明によれば、波長帯域によらず高精度でのスペクトルデータを取得することが可能な光学測定装置及び光学測定方法が提供される。

本発明の一実施形態に係る光学測定装置の概略構成図である。 光学測定方法について説明するフロー図である。 第１の光量の測定光を用いた測定結果を示す図である。 第１の光量の測定光を用いた測定結果に対するダーク・ホワイト補正の結果を示す図である。 第２の光量の測定光を用いた測定結果を示す図である。 第２の光量の測定光を用いた測定結果に対するダーク・ホワイト補正の結果を示す図である。 本実施形態の光学測定方法により得られる対象物スペクトルデータの例である。 グレー板を利用したスペクトルデータの例を示す図である。 グレー板のスペクトルデータによるダーク・ホワイト補正の結果を示す図である。 第１の変形例により得られる対象物スペクトルデータの例である。 第２の変形例に係る光学測定装置の概略構成図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。

本願の光学測定装置は、測定対象物に対して、所定の波長域を有し光量が互いに異なる複数の測定光を照射する光源部と、前記光源部からの前記測定光の照射により出射される前記測定対象物からの拡散反射光を受光する受光素子を有し、前記測定対象物からの前記拡散反射光のスペクトルデータを取得する検出部と、前記検出部において取得された前記スペクトルデータについて、標準反射板に係るスペクトルデータである標準スペクトルデータを用いて補正を行う補正部と、前記光源部から複数の測定光を照射することで前記検出部においてそれぞれ検出され、前記補正部により補正された複数のスペクトルデータを組み合わせて、前記測定対象物に係る対象物スペクトルデータを作成する分析部と、を有する。

上記の光学測定装置によれば、光量が互いに異なる複数の測定光を測定対象物に照射することで、測定光の波長毎にスペクトルデータを取得する検出部における受光素子のダイナミックレンジを十分に活用した測定対象物に係るスペクトルデータを取得することができる。そして、補正部において、標準スペクトルデータを用いて補正した後にこれらを組み合わせて、対象物スペクトルデータを作成する構成とすることで、波長帯域によらず高精度でのスペクトルデータを取得することが可能となる。

また、前記分析部は、前記複数のスペクトルデータのうち、前記光源部から出射された測定光の光量が大きい場合に前記検出部で検出されたスペクトルデータに含まれる情報を優先して使用して、前記対象物スペクトルデータを作成する。

上記のように、光源部から出射された測定光の光量が大きい場合に検出部で検出されたスペクトルデータに含まれる情報を優先して使用して、対象物スペクトルデータを作成する構成とすることで、受光素子のダイナミックレンジを適切に活用した対象物スペクトルデータを作成することができ、波長帯域によらず高精度でのスペクトルデータを取得することが可能となる。

また、前記標準スペクトルデータは、グレー標準反射板に係るスペクトルデータを含む。

標準スペクトルデータとしてグレー標準反射板に係るスペクトルデータを含むことで、補正部においてグレー標準反射板に係るスペクトルデータを用いて補正を行うことができる。グレー標準反射板は、通常用いられるホワイト標準反射板と比較して反射率が低いため、測定光の光量が大きい場合でも、受光素子の検出感度を超えることを防ぎやすい。したがって、測定光の光量が大きい場合でも、標準スペクトルデータに基づいたスペクトルデータの補正を行うことができる。

また、前記光源部は、光量が互いに異なる測定光を照射する光源を含んで複数設けられ、前記検出部は、前記複数の光源部に対応して複数設けられ、前記複数の光源部による照射領域の間において前記測定対象物を搬送する搬送部をさらに有する。

上記のように、光源部が光量が互いに異なる測定光を照射する光源を含んで複数設けられている場合、光量可変光源を用いずに光学測定装置の構成をそろえることができる。

本願の光学測定方法は、光源部により、測定対象物に対して、所定の波長域を有し光量が互いに異なる複数の測定光を照射することで、前記測定対象物から出射される拡散反射光を検出部の受光素子で受光し、前記測定対象物からの前記拡散反射光のスペクトルデータを取得する工程と、補正部において、前記検出部において取得された前記スペクトルデータについて、標準反射板に係るスペクトルデータである標準スペクトルデータを用いて補正を行う工程と、分析部において、前記光源部から複数の測定光を照射することで前記検出部においてそれぞれ検出され、前記補正部により補正された複数のスペクトルデータを組み合わせて、前記測定対象物に係る対象物スペクトルデータを作成する工程と、を有する。

上記の光学測定方法によれば、光量を変化した測定光を測定対象物に照射することで、測定光の波長毎にスペクトルデータを取得する検出部における受光素子のダイナミックレンジを十分に活用した測定対象物に係るスペクトルデータを取得することができる。そして、補正部において、標準スペクトルデータを用いて補正した後にこれらを組み合わせて、対象物スペクトルデータを作成する構成とすることで、波長帯域によらず高精度でのスペクトルデータを取得することが可能となる。

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明に係る光学測定装置及び光学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。

本実施形態に係る光学測定装置１について図１を用いて説明する。光学測定装置１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。光学測定装置１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。

光学測定装置１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、光学測定装置１は、光源ユニット１０（光源部）、検出ユニット２０（検出部）、及び分析ユニット３０（補正部、分析部）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。

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。

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。

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。なお、本実施形態に係る光源ユニット１０は、互いに異なる光量の近赤外光を出射可能とされている。本実施形態では、２種類の光量の近赤外光を出射する場合について説明するが、この構成には限定されない。

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。

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。

なお、光源ユニット１０から出力される近赤外光Ｌ１は、その出力強度が可変である。出力強度が可変な光源ユニット１０を用いることで、後述の一連の光学測定に係る処理を１台の光学測定装置１を用いて行うことができる。

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。

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。ハイパースペクトル画像とは、一画素がＮ個の波長データにより構成されている画像であり、画素毎にそれぞれ複数の波長に対応した反射強度データからなるスペクトル情報が含まれている。すなわち、ハイパースペクトル画像は、画像を構成する画素毎に、それぞれ複数波長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３つの波長帯域における強度データを保有している画素によって構成された画像のことをいう。

なお、本実施形態では光学測定装置１がハイパースペクトル画像を取得する装置としての例を示すが、これに限定されない。また、検出ユニット２０もイメージセンサ及びハイパースペクトルセンサには限定されない。すなわち、検出ユニット２０は、少なくとも測定対象物３に係るスペクトルデータ（分光スペクトル）を取得可能であればよく、その構成は適宜変更することができる。また、光学測定装置１がハイパースペクトル画像を取得装置とする場合であっても、検出ユニット２０は、画素毎に単一波長又は複数波長の光強度情報を取得する機能を有していればよく、その構成は適宜変更することができる。

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。

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。

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。

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。

分析ユニット３０は、入力された信号に基づいて、拡散反射光Ｌ２のスペクトルデータを作成する機能を有する。また、分析ユニット３０では、この作成したスペクトルデータを用いて、測定対象物３に係る各種分析に係る処理を行う。

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。

次に、図２〜図７を参照しながら本実施形態に係る光学測定装置１における光学測定方法（スペクトルデータの作成方法）について説明する。図２は、光学測定方法について説明するフロー図である。また、図３〜図７は、各ステップでの処理の結果を説明する図である。

図２に示すように、まず、測定対象物３について、光源ユニット１０からの近赤外光Ｌ１の光量を第１光量として測定を行う（Ｓ０１：スペクトルデータを取得する工程）。第１光量をどのように選択するかは特に限定されないが、例えば、光源ユニット１０から出力される近赤外光Ｌ１の出力強度の最大を１００％とした場合に対して５０％の光量とすることができる。光源ユニット１０からこの第１光量での測定を行うことで、検出ユニット２０では、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た拡散反射光Ｌ２を検出する。この結果、検出ユニット２０では、測定対象物３に係る第１光量の近赤外光Ｌ１に基づくスペクトルデータが取得される。

次に、第１光量の近赤外光Ｌ１を用いた測定の結果得られたスペクトルデータについて、分析ユニット３０において、ダーク・ホワイト補正を行う（Ｓ０２：スペクトルデータを補正する工程）。ダーク・ホワイト補正とは、光学測定装置１を用いて、照射領域Ａ１に対してダーク板（反射率が０に近い標準反射板）を載置した測定により得られたスペクトルデータ又はカメラレンズ２４に対して入射する光を全て遮った状態で得られたスペクトルデータ（ダークデータ）と、ホワイト板（反射率が１に近い標準反射板）載置した測定により得られたスペクトルデータ（ホワイトデータ）と、を用いて補正を行う処理である。なお、ホワイト板を載置した測定により得られたスペクトルデータのみを用いて補正を行うホワイト補正でもよい。ダーク・ホワイト補正またはホワイト補正を行うことで、ホワイトバランスを調整したスペクトルデータが得られる。

図３は、２種類の物質Ｐ，Ｑについて、光源ユニット１０により第１光量の近赤外光Ｌ１を照射して検出ユニット２０により拡散反射光Ｌ２を検出することで得られたスペクトルデータを示す図である。図３に示すように、物質Ｐは、物質Ｑよりも反射率が高い物質であるが、検出ユニット２０の受光部２３に載置された受光素子のダイナミックレンジが６５５３５であるのに対して、物質Ｐは、最大値が約４５０００であり、物質Ｑは、最大値が約２７０００である。すなわち、検出ユニット２０の受光部２３の受光素子のダイナミックレンジに対して物質Ｐ，Ｑからの拡散反射光Ｌ２の光量が弱いことが分かる。

図３には、ホワイト板のスペクトルデータも示している。ホワイト板のスペクトルデータは物質Ｐ，Ｑよりも反射率が高いものであり、光量の最大値が約６１０００である。ただし、ホワイト板を測定した場合であっても、図３に示すように、波長域によっては検出ユニット２０において検出される光量が小さくなる。そこで、ホワイトデータ及びダークデータを利用して、規格化（ダーク・ホワイト補正）を行う。

図４に、物質Ｐ，Ｑに係るスペクトルデータのダーク・ホワイト補正後の結果を示す。図４に示すように、物質Ｐ，Ｑのそれぞれについて、近赤外光Ｌ１の波長範囲でのダーク・ホワイト補正後のスペクトルデータが得られる。ただし、例えば、短波長側（１２００ｎｍ以下）や長波長側（１６５０ｎｍ以上）では、ホワイト板のスペクトルデータにおいても受光部２３の受光素子のダイナミックレンジを十分に活用できていない状態で取得された情報に基づくものである。したがって、スペクトルデータの精度という観点では、改善の余地がある。

次に、測定対象物３について、光源ユニット１０からの近赤外光Ｌ１の光量を第２光量として測定を行う（Ｓ０３：スペクトルデータを取得する工程）。第２光量をどのように選択するかは特に限定されないが、例えば、光源ユニット１０から出力される近赤外光Ｌ１の出力強度の最大１００％の光量とすることができる。第２光量は、第１光量とは異なる光量であり、且つその差がある程度大きい（例えば、一方の光量に対して他方の光量の割合が２０％以上）ことが好ましい。光源ユニット１０からの近赤外光Ｌ１を第２光量として照射を行うことで、検出ユニット２０では照射領域Ａ１上に載置された測定対象物３により拡散反射された拡散反射光Ｌ２を検出する。この結果、検出ユニット２０では、測定対象物３に係る第２光量の近赤外光Ｌ１に基づくスペクトルデータが取得される。

次に、第２光量の近赤外光Ｌ１を用いた測定の結果得られたスペクトルデータについて、分析ユニット３０において、ダーク・ホワイト補正を行う（Ｓ０４：スペクトルデータを補正する工程）。ここで行われるダーク・ホワイト補正（またはホワイト補正）は、第１光量の近赤外光Ｌ１を用いた測定の結果得られたスペクトルデータに対する補正と同じとされる。すなわち、第１光量の近赤外光Ｌ１を用いた測定結果と、第２光量の近赤外光Ｌ１を用いた測定結果と、について、同じ基準での補正を行う。

図５は、２種類の物質Ｐ，Ｑについて、光源ユニット１０により第２光量の近赤外光Ｌ１を照射して検出ユニット２０により拡散反射光Ｌ２を検出することで得られたスペクトルデータを示す図である。第２光量は第１光量よりも大きいので、図５に示すように、ホワイト板及び物質Ｐのスペクトルデータは一部（１２００ｎｍ〜１７００ｎｍ付近）において、計測不能となっている。一方、物質Ｑは、ダイナミックレンジ６５５３５に対して、最大値が約５００００となっていて、第１光量での測定時よりも受光素子のダイナミックレンジを十分に活用できていることが分かる。

図６に、図５に示す物質Ｐ，Ｑに係るスペクトルデータのダーク・ホワイト補正後の結果を示す。ただし、ホワイトデータが計測不能により取得できていない波長範囲はダーク・ホワイト補正ができないので、ホワイトデータが取得された波長範囲のみダーク・ホワイト補正を行う。その結果が図６である。したがって、図６に示すダーク・ホワイト補正後の結果には、１２００ｎｍ以下及び１６５０ｎｍ以上の波長域の結果のみが含まれる。

図６に示す結果は、図４に示す結果と比較すると、ホワイト板、物質Ｐ，Ｑ及び全てのスペクトルデータにおいて、短波長側（１２００ｎｍ以下）及び長波長側（１６５０ｎｍ以上）において受光部２３の受光素子のダイナミックレンジを十分に活用した状態で取得された情報に基づくものである。したがって、スペクトルデータの精度という観点において、図４に示す結果よりも精度が改善されたものといえる。

そこで、分析ユニット３０において、補正結果を合成して、測定対象物３に係るスペクトルデータである対象物スペクトルデータを作成する（Ｓ０５：対象物スペクトルデータを作成する工程）。

具体的には、図７に示すように、図４に示す結果と図６に示す結果とを組み合わせルことになる。具体的には、第１光量による測定の結果（ダーク・ホワイト補正後）を波長帯域Ｗ１（細線部）に当てはめ、第２光量による測定の結果（ダーク・ホワイト補正後）を波長帯域Ｗ２（太線部）に当てはめる。第２光量による測定の結果は、波長帯域Ｗ２でしか得られていない。分析ユニット３０では、この第２光量による測定の結果を優先して採用し、第２光量による測定の結果が得られていない波長帯域については、第１光量による測定の結果を採用する。分析ユニット３０では、上記の処理を行って、測定対象物３に係るスペクトルデータを作成する。

本実施形態に係る光学測定装置１及び光学測定装置１による光学測定方法（対象物スペクトルデータの作成方法）を用いることで、以下の効果が奏される。上述した第１の光量のように、ダーク・ホワイト補正を行うためにホワイト板のスペクトルデータが検出不能とならない条件でスペクトルデータを取得すると、図３に示すように、受光素子のダイナミックレンジを十分に活用できない波長帯域が生じる。したがって、そのような領域については、受光素子の検出性能を十分に生かしていない状態で測定が行われるため、スペクトルデータの精度が低くなる。

これに対して、本実施形態に係る光学測定装置１による光学測定方法（対象スペクトルデータの作成方法）では、図５に示すように、ホワイト板のスペクトルデータが検出不能となる領域が含まれる第２の光量でも測定対象物３のスペクトルデータを取得する構成とすることで、第１の光量では受光素子のダイナミックレンジを十分に活用できなかった波長帯域でもダイナミックレンジを活用した状態での測定が行われる。

そして、本実施形態に係る光学測定装置１による光学測定方法では、第１の光量での測定で得られたスペクトルデータ（補正後）と第２の光量での測定で得られたスペクトルデータ（補正後）とを組み合わせて、測定対象物３に係る対象物スペクトルデータを作成する構成としている。このような構成とすることで、波長帯域によらず受光素子のダイナミックレンジを十分に活用したスペクトルデータが得られるため、測定対象物３に係る高精度のスペクトルデータである対象物スペクトルデータを得ることができる。

また、上記実施形態では、第２の光量による測定から得られたスペクトルデータ（補正後）を優先して使用して、対象物スペクトルデータを作成している。このような構成とすることで、受光素子のダイナミックレンジを十分に活用した精度の高い対象物スペクトルデータを作成することができる。
（変形例）

次に、上記実施形態で説明した光学測定装置１による光学測定方法の変形例について説明する。まず、第１の変形例として、対象物スペクトルデータを作成する際の処理の変更例について説明する。

上記実施形態では、光源ユニット１０からの近赤外光Ｌ１の強度を変化させた２つのスペクトルデータについて、それぞれダーク・ホワイト補正を行い、その結果を組み合わせて対象物スペクトルデータを作成した。ただし、図５に示すように、光源ユニット１０からの近赤外光Ｌ１の光量を大きくすると、ホワイト板のスペクトルデータが検出不能となる波長帯域が拡がる。ホワイト板のスペクトルデータが検出不能となると、当該波長域のスペクトルデータについてダーク・ホワイト補正ができなくなる。そこで、変形例として、補正を行う際に用いる標準反射板に係るスペクトルデータである標準スペクトルデータとして、ホワイト板（ホワイト標準反射板）を用いたスペクトルデータではなく、グレー板（５０％標準反射板）を用いたスペクトルデータを利用する例について説明する。本変形例では、上記実施形態で説明した２種類のスペクトルデータ（第１の光量による測定結果をホワイト板の標準スペクトルデータにより補正したものと、第２の光量による測定結果をホワイト板の標準スペクトルデータにより補正したもの）に加えて、第２の光量による測定結果をグレー板の標準スペクトルデータにより補正したものを組み合わせて対象物スペクトルデータを作成する場合について説明する。

図８は、図５に対応するものであり、２種類の物質Ｐ，Ｑについて、光源ユニット１０により第２光量の近赤外光Ｌ１を照射して検出ユニット２０により拡散反射光Ｌ２を検出することで得られたスペクトルデータを示す図である。図５では、ホワイト板及び物質Ｐのスペクトルデータは一部（１２００ｎｍ〜１７００ｎｍ付近）において、計測不能となっていたが、図８では、グレー板については、計測不能となっている領域が存在しない。すなわち、グレー板のスペクトルデータを利用した補正が可能となる。この点がホワイト板を使用する場合と相違する。

図９は、図８に示す物質Ｐ，Ｑに係るスペクトルデータのダーク・ホワイト補正後の結果を示す。図９に示す結果は、グレー板を利用してダーク・ホワイト補正を行ったものである。グレー板の反射率（ホワイト板を基準とした反射率比）に関する情報等は、公的機関等で高精度な情報を別途入手することができる。図９に示す結果は、グレー板が有する反射率を利用した補正を行った上で、ダーク・ホワイト補正を行ったものである。この結果と、図６に示す結果とを比較すると、物質Ｐ，Ｑのいずれについても、補正後のスペクトルが得られる波長領域が広くなっていることが分かる。すなわち、グレー板を利用して補正を行うことで、第１の光量と比較して光量が大きい第２の光量を用いて、受光部２３の受光素子のダイナミックレンジを十分に活用した結果をより有効に活用することができる。

ただし、グレー板を利用した補正を行う場合には、上述したように、グレー板の反射率に係る補正を行う必要がある。また、ホワイト板を用いたスペクトルデータに基づくダーク・ホワイト補正が行うことができる波長帯域では、ホワイト板を用いたスペクトルデータに基づくダーク・ホワイト補正を行った結果のほうが、受光素子のダイナミックレンジを有効に活用しているといえる。したがって、分析ユニット３０では、この第２光量による測定の結果のうち、ホワイト板を用いたスペクトルデータに基づくダーク・ホワイト補正を行った結果を優先して採用する。そして、ホワイト板を用いたスペクトルデータに基づくダーク・ホワイト補正を行った結果が得られていない波長帯域のうち、グレー板を用いたスペクトルデータに基づくダーク・ホワイト補正を行った結果が得られている波長帯域については、当該結果を優先して採用する。そして、第２光量による測定の結果が得られていない波長帯域については、第１光量による測定の結果を採用する。すなわち、変形例の場合は、分析ユニット３０では、測定対象物に係る３種類のスペクトルデータ（第１光量による測定の結果、第２光量による測定の結果であってホワイト板を用いたスペクトルデータに基づいて補正を行ったもの、第２光量による測定の結果であってグレー板を用いたスペクトルデータに基づいて補正を行ったもの）を上記の手順で組み合わせて、測定対象物３に係る対象物スペクトルデータを作成する。

その結果、図１０に示すように、図４に示す結果、図６に示す結果、及び、図９に示す結果を組み合わせた対象物スペクトルデータが作成されることになる。具体的には、第１光量による測定の結果（ダーク・ホワイト補正後）を波長帯域Ｗ１（細線部）に当てはめられ、第２光量による測定の結果（ホワイト板に係るスペクトルデータに基づくダーク・ホワイト補正後）を波長帯域Ｗ２（太線部）に当てはめられる。ただし、図７に示す結果では、物質Ｐに係る対象物スペクトルデータのうち、波長帯域Ｗ１に含まれていた領域の一部が、第２光量による測定の結果（グレー板に係るスペクトルデータに基づくダーク・ホワイト補正後）を示す波長帯域Ｗ３（より太線で示される部分）に変更されている。また、物質Ｑに係る対象物スペクトルデータは、第２光量による測定の結果（ホワイト板に係るスペクトルデータに基づくダーク・ホワイト補正後）が用いられる波長帯域Ｗ２と、第２光量による測定の結果（グレー板に係るスペクトルデータに基づくダーク・ホワイト補正後）が用いられる波長帯域Ｗ３とにより構成される。すなわち、物質Ｑに係る対象物スペクトルデータには、第１光量による測定の結果（ダーク・ホワイト補正後）が用いられていない。上述のように、物質Ｑに関しては、第２光量による測定結果であってグレー板のスペクトルデータを用いたダーク・ホワイト補正を行ったスペクトルデータが全波長帯域について得られている。このスペクトルデータは、第１光量による測定結果よりもダイナミックレンジを十分活用できていると考えられるため、このように第２光量による測定結果のうち、グレー板のスペクトルデータを用いてダーク・ホワイト補正を行った測定結果を、第１光量による測定結果よりも優先して用いることで、受光部２３の受光素子のダイナミックレンジを十分に活用した結果をより有効に活用することになり、より精度の高い対象物スペクトルデータを作成することができる。

次に、装置構成に係る変更例である第２の変形例について説明する。上記実施形態で説明した光学測定装置１では、光源ユニット１０から出射される近赤外光Ｌ１の強度が可変であった。これに対して、本発明に係る光学測定装置は、光源部が出射する近赤外光の強度が互いに異なる複数の光源部を有していてもよい。また、複数の光源部を含む場合には、検出部も複数の光源部に対応して複数設けられていてもよい。

図１１は、変形例に係る光学測定装置１Ａの概略構成図である。図１１に示す光学測定装置１Ａは、光源ユニット１０Ａ（光源部）、及び、検出ユニット２０Ａ（検出部）を含む撮像部１００Ａと、光源ユニット１０Ｂ及び検出ユニット２０Ｂを含む撮像部１００Ｂと，を有している。光源ユニット１０Ａの光源１１と、光源ユニット１０Ｂの光源１１とは互いに異なる光量の光を出射し、光源ユニット１０Ａ，１０Ｂにおいて互いに異なる光量の近赤外光Ｌ１が出射される。また、光学測定装置１Ａでは、測定台２が例えばベルトコンベアのように測定対象物を搬送可能な搬送部として機能する。

また、分析ユニット３０（補正部・分析部）は、２つの撮像部１００Ａ，１００Ｂの検出ユニット２０Ａ，２０Ｂに対して接続されているが、分析ユニット３０のうち、ダーク・ホワイト補正を行う補正部としての機能の部分は、２つの撮像部１００Ａ，１００Ｂのそれぞれに設けられていてもよい。

上記の光学測定装置１Ａでは、測定対象物は測定台２により搬送されながら、撮像部１００Ａによる撮像と、撮像部１００Ｂによる撮像とが行われる。そして、撮像部１００Ａの光源ユニット１０Ａから出射される近赤外光Ｌ１と、撮像部１００Ｂの光源ユニット１０Ｂから出射される近赤外光Ｌ１と、は互いに光量が異なるので、撮像部１００Ａ，１００Ｂで取得されるスペクトルデータは互いに異なるものとなる。そして、分析ユニット３０において、これらのスペクトルデータに係るダーク・ホワイト補正を行った後、これらを組み合わせることで、光学測定装置１と同様に対象物スペクトルデータが作成される。また、光源ユニット１０Ａ，１０Ｂのように、光源部が光量が互いに異なる測定光を照射する光源１１を含んで複数設けられている場合、光量が可変の光源を用いずに光学測定装置１Ａの構成をそろえることができるため、装置構成を柔軟に変更することができる。

このように、本発明に係る光学測定装置は、所定の波長域を有し光量が互いに異なる複数の測定光を測定対象物に対して照射し、測定対象物からの拡散反射光を受光することで、複数のスペクトルデータを取得可能であればよく、光源ユニット１０及び検出ユニット２０の構成は、適宜変更することができる。

なお、本発明に係る光学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。

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、光学測定装置１がハイパースペクトル画像を取得する場合その構成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。

１，１Ａ…光学測定装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ…光源ユニット、２０，２０Ａ，２０Ｂ…検出ユニット、３０…分析ユニット。

Claims (5)

1. 測定対象物に対して、所定の波長域を有し光量が互いに異なる複数の測定光を照射する光源部と、
   前記光源部からの前記測定光の照射により出射される前記測定対象物からの拡散反射光を受光する受光素子を有し、前記測定対象物からの前記拡散反射光のスペクトルデータを取得する検出部と、
   前記検出部において取得された前記スペクトルデータについて、標準反射板に係るスペクトルデータである標準スペクトルデータを用いて補正を行う補正部と、
   前記光源部から複数の測定光を照射することで前記検出部においてそれぞれ検出され、前記補正部により補正された複数のスペクトルデータを組み合わせて、前記測定対象物に係る対象物スペクトルデータを作成する分析部と、
   を有する光学測定装置。
2. 前記分析部は、前記複数のスペクトルデータのうち、前記光源部から出射された測定光の光量が大きい場合に前記検出部で検出されたスペクトルデータに含まれる情報を優先して使用して、前記対象物スペクトルデータを作成する、請求項１に記載の光学測定装置。
3. 前記標準スペクトルデータは、グレー標準反射板に係るスペクトルデータを含む、請求項１に記載の光学測定装置。
4. 前記光源部は、光量が互いに異なる測定光を照射する光源を含んで複数設けられ、
   前記検出部は、前記複数の光源部に対応して複数設けられ、
   前記複数の光源部による照射領域の間において前記測定対象物を搬送する搬送部をさらに有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学測定装置。
5. 光源部により、測定対象物に対して、所定の波長域を有し光量が互いに異なる複数の測定光を照射することで、前記測定対象物から出射される拡散反射光を検出部の受光素子で受光し、前記測定対象物からの前記拡散反射光のスペクトルデータを取得する工程と、
   補正部において、前記検出部において取得された前記スペクトルデータについて、標準反射板に係るスペクトルデータである標準スペクトルデータを用いて補正を行う工程と、
   分析部において、前記光源部から複数の測定光を照射することで前記検出部においてそれぞれ検出され、前記補正部により補正された複数のスペクトルデータを組み合わせて、前記測定対象物に係る対象物スペクトルデータを作成する工程と、
   を有する、光学測定方法。

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