JPWO2019039421A1

JPWO2019039421A1 - Spectral spectrum measurement methods, measuring devices and measurement programs

Info

Publication number: JPWO2019039421A1
Application number: JP2019537611A
Authority: JP
Inventors: 貴春浅野
Original assignee: Kowa Co Ltd
Current assignee: Kowa Co Ltd
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2020-09-17
Also published as: WO2019039421A1

Abstract

偏光子によって順位相および逆位相のインターフェログラムを生成する分光スペクトルの測定において分光スペクトルを精度よく算出する分光スペクトルの測定方法、測定装置および測定プログラムを提供する。算出装置によって、模擬試料の第１の位相と逆位相である第２の位相のインターフェログラムからバックグラウンドを算出し、測定試料の第１と第２の位相の一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドが該一方のインターフェログラムと重なるようにバックグラウンドとしてのインターフェログラムを係数倍したインターフェログラムを差し引いたインターフェログラムに基づいて、測定試料の分光スペクトルを算出する分光スペクトルの測定方法を提供する。Provided are a method for measuring a spectroscopic spectrum, a measuring device, and a measuring program for accurately calculating a spectroscopic spectrum in the measurement of a spectroscopic spectrum in which an interferogram of rank phase and antiphase is generated by a polarizer. The background is calculated from the interferogram of the second phase, which is the opposite phase to the first phase of the simulated sample, by the calculation device, and is calculated from the interferogram of one of the first and second phases of the measurement sample. The spectral spectrum of the measurement sample is calculated based on the interferogram obtained by subtracting the interferogram obtained by multiplying the interferogram as the background by a coefficient so that the background is overlapped with the one interferogram. A measuring method is provided.

Description

本発明は、分光スペクトルの測定方法、測定装置および測定プログラムに関する。 The present invention relates to a method for measuring a spectral spectrum, a measuring device, and a measuring program.

生体や食品を含むさまざまな試料の反射光、散乱光、透過光、蛍光あるいは発光などの分光スペクトルの測定方法は、試料の化学的性質を非破壊かつ非侵襲で測定できる方法として知られている。分光スペクトルを測定するにあたっては、さまざまな分光方式の中から用途に応じて分光方式を選択して用いるが、微弱な光の分光スペクトルを短い時間間隔で測定するには、分光スペクトルを瞬時に取得でき、スリットを必要としないマルチチャンネルフーリエ変換型の分光方式が適している。 A method for measuring a spectral spectrum such as reflected light, scattered light, transmitted light, fluorescence or light emission of various samples including living organisms and foods is known as a method capable of measuring the chemical properties of a sample in a non-destructive and non-invasive manner. .. When measuring the spectroscopic spectrum, the spectroscopic method is selected and used according to the application from various spectroscopic methods, but in order to measure the spectral spectrum of weak light at short time intervals, the spectral spectrum is obtained instantly. A multi-channel Fourier transform spectroscopic method that does not require a slit is suitable.

この分光方式では、分光器に入射した光が、レンズ、サバール板、偏光子などを介して分岐され、分岐された各光が互いに干渉することでインターフェログラムと呼ばれる干渉縞が生成される。この干渉縞上にラインセンサを配置すると、ラインセンサの各画素に入射した光量に比例した値（以下、画素値）としてインターフェログラムを取得でき、コンピュータでフーリエ変換すれば、分光スペクトルが得られる。また、入射した光がすべて干渉するわけではなく、一部の光は干渉することなくラインセンサに到達する。そのため、観測されるインターフェログラムは、干渉しなかった光に由来する背景光（バックグラウンド）が干渉縞に上乗せされた形状となるため、これをフーリエ変換しても正しい分光スペクトルを得ることはできない。 In this spectroscopic method, the light incident on the spectroscope is branched via a lens, a subar plate, a polarizer, and the like, and the branched lights interfere with each other to generate interference fringes called an interferogram. When a line sensor is placed on the interference fringes, an interferogram can be acquired as a value proportional to the amount of light incident on each pixel of the line sensor (hereinafter referred to as a pixel value), and a spectral spectrum can be obtained by Fourier transforming with a computer. .. Also, not all the incident light interferes, and some light reaches the line sensor without interfering. Therefore, the observed interferogram has a shape in which the background light (background) derived from the non-interfering light is added to the interference fringes, and even if this is Fourier transformed, the correct spectral spectrum cannot be obtained. Can not.

そこで、観測されたインターフェログラムに移動平均を適用して平滑化することでバックグラウンドを算出し、これを元のインターフェログラムから差し引く方法が提案されている（特許文献１）。しかしながら、この方法で算出したバックグラウンドは滑らかな形状となるため、真のバックグラウンドが有する高周波成分を再現できず、これを元のインターフェログラムから差し引いてフーリエ変換しても正しい分光スペクトルを得ることはできない。 Therefore, a method has been proposed in which the background is calculated by applying a moving average to the observed interferogram and smoothed, and this is subtracted from the original interferogram (Patent Document 1). However, since the background calculated by this method has a smooth shape, the high-frequency component of the true background cannot be reproduced, and the correct spectral spectrum can be obtained by subtracting this from the original interferogram and performing a Fourier transform. It is not possible.

また、偏光子を９０度回転させた状態でのインターフェログラムを別途測定する方法も提案されている（特許文献２）。この方法であれば、バックグラウンドはそのままで、干渉縞の明暗（位相）が反転したインターフェログラム（逆位相インターフェログラム）を得ることができるため、偏光子を回転させる前のインターフェログラム（順位相インターフェログラム）との差分を求めることでバックグラウンドを除去した位相差インターフェログラムを生成し、これをフーリエ変換すれば正しい分光スペクトルを得ることができる。しかしながら、この方法は、測定の度に偏光子を回転させるため、偏光子を駆動するモーターなどの自動回転機構が必要となって装置が複雑化することや、偏光子の回転角度が厳密には毎回異なるために測定の繰り返し精度が低下することや、偏光子の回転に要する時間が原因で例えば生きた生体試料などの動きのある試料の分光スペクトルをリアルタイムで測定できないこと、などの問題点がある。 Further, a method of separately measuring the interferogram in a state where the polarizer is rotated by 90 degrees has also been proposed (Patent Document 2). With this method, it is possible to obtain an interferogram (opposite phase interferogram) in which the light and darkness (phase) of the interference fringes is inverted while keeping the background, so that the interferogram before rotating the polarizer ( A phase difference interferogram with the background removed can be generated by obtaining the difference from the ranked phase interferogram), and the correct spectral spectrum can be obtained by Fourier transforming this. However, since this method rotates the polarizer every time measurement is performed, an automatic rotation mechanism such as a motor for driving the polarizer is required, which complicates the device and strictly determines the rotation angle of the polarizer. There are problems such as the accuracy of repeated measurement is reduced because it is different each time, and the spectral spectrum of a moving sample such as a living biological sample cannot be measured in real time due to the time required for rotation of the polarizer. is there.

また、上記の偏光子に代えて、いわゆる複合偏光子（上半分と下半分で偏光方向が直交している偏光子）を用いて順位相および逆位相のインターフェログラムを生成し、センサとしてエリアセンサを用いてエリアセンサの上半分に相当するセンサで順位相インターフェログラムを、下半分に相当するセンサで逆位相インターフェログラムをそれぞれ同時に取得する方法も提案されている（特許文献３）。 Further, instead of the above-mentioned polarizer, a so-called composite polarizer (polarizer whose polarization directions are orthogonal to each other in the upper half and the lower half) is used to generate a rank phase and an antiphase interferogram, and an area is used as a sensor. A method has also been proposed in which a sensor is used to simultaneously acquire a rank phase interferogram with a sensor corresponding to the upper half of an area sensor and an antiphase interferogram with a sensor corresponding to the lower half (Patent Document 3).

この方法であれば、偏光子を回転させる必要がなく、順位相および逆位相の両方のインターフェログラムを同時に取得できるため、位相差インターフェログラムもまた同時に取得することができ、動きのある試料の分光スペクトルをリアルタイムで測定することができる。この方法で使用されるエリアセンサとして、可視光領域の測定であればCharged Coupled Device（ＣＣＤ）やComplementary Metal-Oxide Semiconductor（ＣＭＯＳ）を撮像素子とする比較的安価なエリアセンサを用いることができる。しかしながら、近赤外領域の測定を行うにはInGaAsを撮像素子とするエリアセンサが必要になる。InGaAsエリアセンサは、InGaAsラインセンサと比べて高価である。さらに、この方法は複合偏光子といった特殊な光学素子も必要とする。そのため、この方法を近赤外領域の測定に適用しようとすると、測定装置の製造コストが高くなる懸念がある。 With this method, it is not necessary to rotate the polarizer, and both the ordered phase and the antiphase interferrogram can be acquired at the same time. Therefore, the phase difference interferrogram can also be acquired at the same time, and the sample in motion The spectral spectrum of can be measured in real time. As the area sensor used in this method, a relatively inexpensive area sensor using a Charged Coupled Device (CCD) or a Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) as an image sensor can be used for measurement in the visible light region. However, an area sensor using InGaAs as an image sensor is required to perform measurements in the near infrared region. InGaAs area sensors are more expensive than InGaAs line sensors. In addition, this method also requires special optics such as composite polarizers. Therefore, if this method is applied to the measurement in the near infrared region, there is a concern that the manufacturing cost of the measuring device will increase.

特開平０１−１７６９２１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 01-176921 特開３０９５１６７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 3095167 特開２０１５−１９４３５９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-194359

上記の実情に鑑み、本件開示の技術は、偏光子によって順位相および逆位相のインターフェログラムを生成する分光スペクトルの測定において分光スペクトルを精度よく算出する分光スペクトルの測定方法、測定装置および測定プログラムを提供する。 In view of the above circumstances, the technique disclosed in the present disclosure is a method, a measuring device, and a measuring program for measuring a spectral spectrum that accurately calculates a spectral spectrum in the measurement of a spectral spectrum that generates ordered phase and antiphase interferograms by a polarizer. I will provide a.

本発明者は、上記の実情に鑑み、鋭意検討の結果、インターフェログラムに含まれるバックグラウンドの形状は、分光器に入射した光の分光スペクトルに関係なく一定であり、バックグラウンドの大きさは、分光器に入射した光の光量に比例することを見出した。すなわち、いったんバックグラウンドを取得すれば、その後は順位相のインターフェログラムだけを測定すればよく、その順位相のインターフェログラムのバックグラウンドは、取得したバックグラウンドに基づいて算出できる。これを利用して、偏光子を回転させることなく、順位相のインターフェログラムを測定するだけで、分光スペクトルを精度よく算出することができる測定方法、測定装置および測定プログラムを発明した。 As a result of diligent studies in view of the above circumstances, the present inventor has determined that the shape of the background contained in the interferogram is constant regardless of the spectral spectrum of the light incident on the spectroscope, and the size of the background is large. , Found that it is proportional to the amount of light incident on the spectroscope. That is, once the background is acquired, only the interferogram of the rank phase needs to be measured thereafter, and the background of the interferogram of the rank phase can be calculated based on the acquired background. Utilizing this, we have invented a measuring method, a measuring device, and a measuring program capable of accurately calculating a spectral spectrum simply by measuring an interferogram of a rank phase without rotating a polarizer.

本件開示の分光スペクトルの測定方法は、試料を透過した光から試料について第１の位相のインターフェログラムと第１の位相に対して逆位相である第２の位相のインターフェログラムとを偏光子によって生成し、第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムとを受光素子によって受光し、分光スペクトルを算出装置によって算出する分光スペクトルの測定方法において、算出装置によって、模擬試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムとからバックグラウンドとしてのインターフェログラムを算出し、測定試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムのいずれか一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドとしてのインターフェログラムを差し引いて得られるインターフェログラムに基づいて、測定試料の分光スペクトルを算出する。これにより、模擬試料を用いてバックグラウンドとしてのインターフェログラムを取得する際には偏光子の偏光軸を変更するが、測定装置の光学系の構成が変更されない限り偏光子の偏光軸を変更することなく測定試料の分光スペクトルを算出することができる。なお、本発明における第１の位相と第２の位相との関係は順位相と逆位相の関係としているが、測定に許容される誤差の範囲となる程度の位相ずれは当然許容されるものである。 The method for measuring the spectral spectrum of the present disclosure is to use light that has passed through the sample to polarize the interferogram of the first phase and the interferogram of the second phase, which is the opposite phase to the first phase, with respect to the sample. In the method of measuring the spectral spectrum in which the first phase interferogram and the second phase interferogram are received by the light receiving element and the spectral spectrum is calculated by the calculation device, the simulated sample is generated by the calculation device. The interferogram as the background is calculated from the first phase interferogram and the second phase interferogram of the sample, and the first phase interferogram and the second phase interfero of the measurement sample are calculated. The spectral spectrum of the measurement sample is calculated based on the interferogram obtained by subtracting the calculated background interferogram from the interferogram of either one of the grams. As a result, the polarization axis of the polarizer is changed when the interferogram as the background is acquired using the simulated sample, but the polarization axis of the polarizer is changed unless the configuration of the optical system of the measuring device is changed. The spectral spectrum of the measurement sample can be calculated without any problem. The relationship between the first phase and the second phase in the present invention is the relationship between the ranked phase and the opposite phase, but a phase shift that is within the error range allowed for measurement is naturally allowed. is there.

また、上記の測定方法において、算出装置は、いずれか一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドの少なくとも一部がいずれか一方のインターフェログラムと重なるようにバックグラウンドとしてのインターフェログラムの画素値を所定の係数倍したインターフェログラムを差し引いてもよい。また、バックグラウンドとしてのインターフェログラムは、摸擬試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムの平均としてもよい。また、測定試料の分光スペクトルの波長域は４００ｎｍ〜２５００ｎｍとしてもよい。 Further, in the above measurement method, the calculation device uses the interferogram as the background so that at least a part of the calculated background overlaps with the interferogram of the one of the interferograms. An interferogram obtained by multiplying the pixel value by a predetermined coefficient may be subtracted. Further, the interferogram as a background may be the average of the interferogram of the first phase and the interferogram of the second phase of the simulated sample. Further, the wavelength range of the spectral spectrum of the measurement sample may be 400 nm to 2500 nm.

また、本件開示の分光スペクトルの測定装置は、試料を透過した光から試料について第１の位相のインターフェログラムと第１の位相に対して逆位相である第２の位相のインターフェログラムとを生成する偏光子と、第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムとを受光する受光素子と、分光スペクトルを算出する算出装置とを有する分光スペクトルの測定装置において、算出装置は、模擬試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムとからバックグラウンドとしてのインターフェログラムを算出し、測定試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムのいずれか一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドとしてのインターフェログラムを差し引いて得られるインターフェログラムに基づいて、測定試料の分光スペクトルを算出する。また、上記の測定装置において、算出装置は、いずれか一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドの少なくとも一部がいずれか一方のインターフェログラムと重なるようにバックグラウンドとしてのインターフェログラムの画素値を所定の係数倍したインターフェログラムを差し引いてもよい。また、バックグラウンドとしてのインターフェログラムは、摸擬試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムの平均としてもよい。また、測定試料の分光スペクトルの波長域は４００ｎｍ〜２５００ｎｍとしてもよい。 Further, the device for measuring the spectral spectrum of the present disclosure obtains an interferogram of the first phase and an interferogram of the second phase which is the opposite phase to the first phase for the sample from the light transmitted through the sample. A calculation device in a spectral spectrum measuring device having a polarizer to be generated, a light receiving element that receives light of an interferogram of a first phase and an interferogram of a second phase, and a calculation device for calculating the spectral spectrum. Calculates the background interferogram from the first phase interferogram and the second phase interferogram of the simulated sample, and calculates the first phase interferogram and the second phase of the measurement sample. The spectral spectrum of the measurement sample is calculated based on the interferogram obtained by subtracting the calculated interferogram as the background from the interferogram of either one of the phase interferograms. Further, in the above-mentioned measuring device, the calculation device uses the interferogram as the background so that at least a part of the calculated background overlaps with the interferogram of the one of the interferograms. An interferogram obtained by multiplying the pixel value by a predetermined coefficient may be subtracted. Further, the interferogram as a background may be the average of the interferogram of the first phase and the interferogram of the second phase of the simulated sample. Further, the wavelength range of the spectral spectrum of the measurement sample may be 400 nm to 2500 nm.

また、本件開示の分光スペクトルの測定プログラムは、試料を透過した光から試料について第１の位相のインターフェログラムと第１の位相に対して逆位相である第２の位相のインターフェログラムとを偏光子によって生成し、第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムとを受光素子によって受光し、分光スペクトルを算出装置によって算出する分光スペクトルの測定プログラムにおいて、コンピュータに、模擬試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムとからバックグラウンドとしてのインターフェログラムを算出させ、算出されたバックグラウンドとしてのインターフェログラムを記憶装置に記憶させ、測定試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムのいずれか一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドとしてのインターフェログラムを差し引いて得られるインターフェログラムに基づいて、測定試料の分光スペクトルを算出させる。また、上記の測定プログラムにおいて、コンピュータに、いずれか一方のインターフェログラムから、算出されたバックグラウンドの少なくとも一部がいずれか一方のインターフェログラムと重なるようにバックグラウンドとしてのインターフェログラムの画素値を所定の係数倍したインターフェログラムを差し引かせてもよい。また、バックグラウンドとしてのインターフェログラムは、摸擬試料の第１の位相のインターフェログラムと第２の位相のインターフェログラムの平均としてもよい。また、測定試料の分光スペクトルの波長域は４００ｎｍ〜２５００ｎｍとしてもよい。 In addition, the spectral spectrum measurement program disclosed in the present disclosure uses light transmitted through the sample to obtain an interferogram of the first phase and an interferogram of the second phase that are out of phase with respect to the first phase. In a spectroscopic spectrum measurement program generated by a polarizer, the interferogram of the first phase and the interferogram of the second phase are received by a light receiving element, and the spectral spectrum is calculated by a calculation device, the computer is simulated. The interferogram as the background is calculated from the interferogram of the first phase and the interferogram of the second phase of the sample, and the calculated interferogram as the background is stored in the storage device and measured. Based on the interferogram obtained by subtracting the calculated background interferogram from the interferogram of either the first phase interferogram or the second phase interferogram of the sample. , Calculate the spectral spectrum of the measurement sample. Also, in the above measurement program, the pixels of the interferogram as the background so that at least a part of the background calculated from one of the interferograms overlaps with the one of the interferograms on the computer. An interferogram obtained by multiplying the value by a predetermined coefficient may be subtracted. Further, the interferogram as a background may be the average of the interferogram of the first phase and the interferogram of the second phase of the simulated sample. Further, the wavelength range of the spectral spectrum of the measurement sample may be 400 nm to 2500 nm.

本件開示の技術によれば、偏光子によって順位相および逆位相のインターフェログラムを生成する分光スペクトルの測定において分光スペクトルを精度よく算出する分光スペクトルの測定方法、測定装置および測定プログラムを提供することができる。 According to the technique disclosed in the present disclosure, a method, a measuring device, and a measuring program for accurately calculating a spectroscopic spectrum in measuring a spectroscopic spectrum in which an interferogram of a rank phase and an antiphase are generated by a polarizer are provided. Can be done.

一実施形態における測定装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the measuring apparatus in one Embodiment. 一実施形態における算出装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the calculation apparatus in one Embodiment. 一実施形態における測定装置によって算出される分光スペクトルを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the spectroscopic spectrum calculated by the measuring apparatus in one Embodiment. 一実施形態における測定装置によって実行される処理のフローチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flowchart of the process executed by the measuring apparatus in one Embodiment. 一実施形態における模擬試料のインターフェログラムと基準となるバックグラウンドの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the interferrogram of the simulated sample and the background which becomes a reference in one Embodiment. 一実施形態における測定試料のインターフェログラムと差し引かれるバックグラウンドの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the background which is deducted from the interferogram of the measurement sample in one Embodiment. 一実施形態における測定試料のインターフェログラムと位相差インターフェログラムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the interferogram and the phase difference interferogram of the measurement sample in one embodiment. 測定試料の順位相のインターフェログラムから算出される分光スペクトルと一実施形態に係る測定方法により算出される測定試料の分光スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the spectroscopic spectrum calculated from the interferogram of the rank phase of the measurement sample, and the spectroscopic spectrum of the measurement sample calculated by the measurement method which concerns on one Embodiment. 従来の測定方法により算出される測定試料の分光スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the spectroscopic spectrum of the measurement sample calculated by the conventional measurement method. 摸擬試料であるろ紙の順位相および逆位相のインターフェログラムと基準となるバックグラウンドの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the interferogram of the rank phase and antiphase of the filter paper which is a simulated sample, and the background which becomes a reference. 測定試料であるヒトの指の分光スペクトルを測定する場合の、各回の測定における順位相のインターフェログラムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the interferogram of the rank phase in each measurement at the time of measuring the spectroscopic spectrum of a human finger which is a measurement sample. 図１１に示すインターフェログラムの測定における順位相のインターフェログラムとバックグラウンドの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the interferogram and the background of the rank phase in the measurement of the interferogram shown in FIG. 図１１に示す順位相のインターフェログラムをフーリエ変換して算出した分光スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the spectroscopic spectrum calculated by Fourier transforming the interferogram of the rank phase shown in FIG. ヒトの指が測定試料である場合の位相差インターフェログラムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the phase difference interferogram when a human finger is a measurement sample. 図１４のグラフに例示する位相差インターフェログラムをフーリエ変換して算出した分光スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the spectroscopic spectrum calculated by Fourier transforming the phase difference interferogram illustrated in the graph of FIG. ヒトの指が測定試料である場合の従来の測定方法により測定される分光スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the spectroscopic spectrum measured by the conventional measurement method when a human finger is a measurement sample.

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態に適用できる分光方式は、偏光子の回転によって順位相および逆位相のインターフェログラムを生成するマルチチャンネルフーリエ変換型の分光方式である。なお、順位相のインターフェログラムが第１の位相のインターフェログラムの一例であり、逆位相のインターフェログラムが第２の位相のインターフェログラムの一例である。本実施形態では、測定対象からの光の受光素子としてラインセンサまたはエリアセンサを採用することができるが、ラインセンサを採用することで、本実施形態にかかる測定装置をより安価に製造することができる。さらに、測定装置に用いる偏光子の回転機構として、ステッピングモーターやサーボモーターなどを用いた自動回転機構または手動の回転機構を採用することができるが、手動の回転機構を採用することで、本実施形態にかかる測定装置をより安価に製造することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The spectroscopic method applicable to the present embodiment is a multi-channel Fourier transform spectroscopic method that generates ordered phase and antiphase interferrograms by rotating the polarizer. The rank phase interferogram is an example of the first phase interferogram, and the antiphase interferogram is an example of the second phase interferogram. In the present embodiment, a line sensor or an area sensor can be adopted as a light receiving element of light from a measurement target, but by adopting the line sensor, the measuring device according to the present embodiment can be manufactured at a lower cost. it can. Further, as the rotation mechanism of the polarizer used in the measuring device, an automatic rotation mechanism using a stepping motor, a servo motor, or a manual rotation mechanism can be adopted, but by adopting the manual rotation mechanism, this implementation is carried out. The measuring device according to the form can be manufactured at a lower cost.

（第１実施形態）
第１実施形態に係る測定装置について説明する。以下の説明では、本実施形態において、偏光子を回転させることで順位相および逆位相のインターフェログラムを測定して分光スペクトルを算出するマルチチャンネルフーリエ変換型分光器を用いた測定装置において、測定試料の測定時には偏光子を回転させることなく、測定試料の透過光の分光スペクトルを正しく、すなわち測定時に偏光子を回転させて分光スペクトルを算出する場合と同等の精度で分光スペクトルを測定できることを示す。(First Embodiment)
The measuring device according to the first embodiment will be described. In the following description, in the present embodiment, the measurement is performed by a measuring device using a multi-channel Fourier transform spectroscope that measures the interferrograms of the rank phase and the antiphase by rotating the polarizer to calculate the spectroscopic spectrum. It is shown that the spectroscopic spectrum of the transmitted light of the measurement sample can be correctly measured without rotating the polarizer when measuring the sample, that is, the spectroscopic spectrum can be measured with the same accuracy as when the spectroscopic spectrum is calculated by rotating the polarizer during measurement. ..

図１に、本実施形態における測定装置１の構成の一例を示す。図１に示すように、測定装置１は、ハロゲンランプ１０、光ファイバ２０、試料保持部３０、分光器４０、算出装置５０を有する。また、分光器４０は、偏光子４１、レンズ４２、サバール板４３、回転機構が設けられた偏光子４４、フーリエレンズ４５、ラインセンサ４６を有する。測定装置１では、光源であるハロゲンランプ１０から射出された光が、光ファイバ２０によって試料保持部３０に導かれる。試料保持部３０には分光スペクトルの測定対象である試料が配置されている。光ファイバ２０によって試料保持部３０に導かれた光は、試料に照射される。そして、試料を透過した光は、光ファイバ２０によって分光器４０に導かれる。 FIG. 1 shows an example of the configuration of the measuring device 1 in the present embodiment. As shown in FIG. 1, the measuring device 1 includes a halogen lamp 10, an optical fiber 20, a sample holding unit 30, a spectroscope 40, and a calculating device 50. Further, the spectroscope 40 includes a polarizer 41, a lens 42, a Sabar plate 43, a polarizer 44 provided with a rotation mechanism, a Fourier lens 45, and a line sensor 46. In the measuring device 1, the light emitted from the halogen lamp 10 which is a light source is guided to the sample holding unit 30 by the optical fiber 20. A sample to be measured in the spectral spectrum is arranged in the sample holding unit 30. The light guided to the sample holding portion 30 by the optical fiber 20 irradiates the sample. Then, the light transmitted through the sample is guided to the spectroscope 40 by the optical fiber 20.

分光器４０は、いわゆるマルチチャンネルフーリエ分光器であり、分光器４０に入射した光（すなわち、試料の透過光）のインターフェログラムがラインセンサ４６によって取得される。測定開始前の初期状態では、偏光子４４の回転角度は、順位相のインターフェログラムが観測される角度に設定されており、偏光子を入射光の進行方向を軸として＋９０度回転させると逆位相のインターフェログラムが観測され、当該軸を中心に−９０度回転させることで元の順位相のインターフェログラムが観測される。なお、偏光子を回転させる回転機構は周知の技術を用いて実現できる。また、インターフェログラムはラインセンサ４６によって取得され、ラインセンサ４６によって取得されたインターフェログラムのデータは算出装置５０に送られる。算出装置５０は、ラインセンサ４６によって取得された情報を用いて分光スペクトルに変換する。なお、ラインセンサ４６が受光素子の一例である。なお、ラインセンサの各画素に入射した光量に比例した値が画素値である。 The spectroscope 40 is a so-called multi-channel Fourier spectroscope, and an interferogram of light incident on the spectroscope 40 (that is, transmitted light of a sample) is acquired by a line sensor 46. In the initial state before the start of measurement, the rotation angle of the polarizer 44 is set to the angle at which the interferogram of the rank phase is observed, and when the polarizer is rotated by +90 degrees with respect to the traveling direction of the incident light, it is reversed. A phase interferogram is observed, and the original rank phase interferogram is observed by rotating it by −90 degrees around the axis. The rotation mechanism for rotating the polarizer can be realized by using a well-known technique. Further, the interferogram is acquired by the line sensor 46, and the data of the interferogram acquired by the line sensor 46 is sent to the calculation device 50. The calculation device 50 converts the information acquired by the line sensor 46 into a spectroscopic spectrum. The line sensor 46 is an example of a light receiving element. The pixel value is a value proportional to the amount of light incident on each pixel of the line sensor.

図２に、本実施形態における算出装置５０の構成の一例を示す。算出装置５０は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）５１、Random Access Memory（ＲＡＭ）５２、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）５３、Graphics Processing Unit（ＧＰＵ）５４、入力インタフェース５５、通信インタフェース５６を有する。また、ＧＰＵ５４、入力インタフェース５５、通信インタフェース５６は、モニタ５８、入力装置５９、分光器４０にそれぞれ接続されている。ＣＰＵ５１、ＲＡＭ５２、ＨＤＤ５３、ＧＰＵ５４、入力インタフェース５５、通信インタフェース５６は、バス５７を介して互いに接続されている。 FIG. 2 shows an example of the configuration of the calculation device 50 according to the present embodiment. The calculation device 50 includes a Central Processing Unit (CPU) 51, a Random Access Memory (RAM) 52, a Hard Disk Drive (HDD) 53, a Graphics Processing Unit (GPU) 54, an input interface 55, and a communication interface 56. Further, the GPU 54, the input interface 55, and the communication interface 56 are connected to the monitor 58, the input device 59, and the spectroscope 40, respectively. The CPU 51, RAM 52, HDD 53, GPU 54, input interface 55, and communication interface 56 are connected to each other via a bus 57.

算出装置５０のユーザは、入力装置５９を用いて算出装置５０に種々の指示を行い、算出装置５０の処理結果をモニタ５８で確認する。本実施形態において、ＣＰＵ５１は、ＨＤＤ５３に記憶されている各種プログラムをＲＡＭ５２に展開して実行することで、以下に説明する分光スペクトルの算出に係る処理を実行する。本実施形態によれば、図３に模式的に示すように、分光器４０で得られる試料のインターフェログラムが、算出装置５０によって分光スペクトルに変換される。 The user of the calculation device 50 gives various instructions to the calculation device 50 using the input device 59, and confirms the processing result of the calculation device 50 on the monitor 58. In the present embodiment, the CPU 51 expands various programs stored in the HDD 53 into the RAM 52 and executes them to execute the process related to the calculation of the spectral spectrum described below. According to the present embodiment, as schematically shown in FIG. 3, the interferogram of the sample obtained by the spectroscope 40 is converted into a spectroscopic spectrum by the calculation device 50.

次に、本実施形態において、算出装置５０において実行される処理について、図４を参照しながら説明する。一例として、算出装置５０の電源がオンになると、ＣＰＵ５１が図４の処理を開始する。 Next, in the present embodiment, the processing executed by the calculation device 50 will be described with reference to FIG. As an example, when the power of the calculation device 50 is turned on, the CPU 51 starts the process of FIG.

まず、ＯＰ１０１において、ＣＰＵ５１は、模擬試料を用いて基準となるバックグランドを算出する。試料保持部３０には、分光スペクトルの基準となるバックグラウンドを取得するための模擬試料が設置される。本実施形態では、分光スペクトルの基準となるバックグラウンドを取得するための模擬試料の一例として水を用いる。具体的には、模擬試料の水３ｍＬを封入した１ｃｍ角キュベットが試料保持部３０に設置される。ハロゲンランプ１０から射出された光が光ファイバ２０を経由して模擬試料に照射され、模擬試料を透過した光が分光器４０に送られる。そして、分光器４０のラインセンサ４６によって取得されたデータが算出装置５０に送られる。 First, in OP 101, the CPU 51 calculates a reference background using a simulated sample. In the sample holding unit 30, a simulated sample for acquiring a background that serves as a reference for the spectral spectrum is installed. In this embodiment, water is used as an example of a simulated sample for acquiring a background as a reference of a spectroscopic spectrum. Specifically, a 1 cm square cuvette containing 3 mL of water as a simulated sample is installed in the sample holding portion 30. The light emitted from the halogen lamp 10 is applied to the simulated sample via the optical fiber 20, and the light transmitted through the simulated sample is sent to the spectroscope 40. Then, the data acquired by the line sensor 46 of the spectroscope 40 is sent to the calculation device 50.

本実施形態では、一度インターフェログラムを測定した後、ユーザは偏光子４４を＋９０度回転させてインターフェログラムを測定する。なお、以下の説明において、偏光子４４を＋９０度回転させる前に測定されるインターフェログラムを「順位相のインターフェログラム」と称し、偏光子４４を＋９０度回転させて測定されるインターフェログラムを「逆位相のインターフェログラム」と称する。逆位相のインターフェログラムの測定後、ユーザは偏光子４４を−９０度回転させて元の状態に戻す。なお、本実施形態において偏光子の回転角度は９０度としたが、測定に許容される誤差の範囲となる程度の角度の誤差は当然許容されるものである。 In the present embodiment, after measuring the interferogram once, the user rotates the polarizer 44 by +90 degrees to measure the interferogram. In the following description, the interferogram measured before rotating the polarizer 44 by +90 degrees is referred to as "rank phase interferogram", and the interferrogram measured by rotating the polarizer 44 by +90 degrees. Is referred to as an "opposite phase interferogram". After measuring the anti-phase interferogram, the user rotates the polarizer 44 by −90 degrees to return it to its original state. In the present embodiment, the rotation angle of the polarizer is 90 degrees, but an error of an angle within the range of the error allowed for measurement is naturally allowed.

ＣＰＵ５１は、順位相のインターフェログラムの測定と逆位相のインターフェログラムの測定のそれぞれの測定において、ラインセンサ４６によって取得されたデータに基づいて各インターフェログラムを算出する。さらに、ＣＰＵ５１は、順位相と逆位相それぞれのインターフェログラムを足して２で割って（すなわち、平均して）基準となるバックグラウンドを算出する。ＣＰＵ５１は、算出したバックグラウンドの情報を、一例としてＨＤＤ５３に記憶する。次いで、ＣＰＵ５１は、処理をＯＰ１０２に進める。 The CPU 51 calculates each interferogram based on the data acquired by the line sensor 46 in each of the measurement of the interferogram of the rank phase and the measurement of the interferogram of the opposite phase. Further, the CPU 51 adds the interferograms of the rank phase and the opposite phase, and divides by 2 (that is, on average) to calculate the reference background. The CPU 51 stores the calculated background information in the HDD 53 as an example. Next, the CPU 51 advances the process to OP 102.

本実施形態では、ＯＰ１０１の処理によって、以下の測定試料の分光スペクトルを算出する際に測定試料のインターフェログラムから差し引かれるバックグラウンドをあらかじめ算出する。これによって、以下に説明する測定試料の分光スペクトルの算出時には、偏光子を回転させることなく当該分光スペクトルを精度よく算出することができる。 In the present embodiment, the background to be subtracted from the interferogram of the measurement sample when calculating the spectral spectrum of the following measurement sample by the processing of OP101 is calculated in advance. As a result, when calculating the spectral spectrum of the measurement sample described below, the spectral spectrum can be calculated accurately without rotating the polarizer.

ＯＰ１０２において、試料保持部３０から模擬試料が取り外され、測定試料が試料保持部３０に設置される。測定試料の一例として、イントラリポス原液（イントラリポス輸液２０％、大塚製薬製）を超純水で１００倍希釈したイントラリポス希釈液（０．２％）を用いる。測定試料のイントラリポス希釈液３ｍＬを封入した１ｃｍ角キュベットが試料保持部３０に設置される。そして、ＯＰ１０１と同様に試料に光が照射され、試料を透過した光が分光器４０のラインセンサ４６に到達する。ＣＰＵ５１は、ラインセンサ４６によって取得されたデータを用いて、順位相のインターフェログラムを測定する。さらに、ＣＰＵ５１は、測定試料の順位相のインターフェログラムのバックグラウンドを算出するため、上記の模擬試料を用いて取得した基準となるバックグラウンドを係数倍し、測定試料の順位相のインターフェログラムに重なるようにする。ここで、基準となるバックグラウンドに乗じる係数は、最小二乗法から導かれる下記の式（１）に従ってＣＰＵ５１によって算出される。 In OP102, the simulated sample is removed from the sample holding unit 30, and the measurement sample is installed in the sample holding unit 30. As an example of the measurement sample, an intralipos diluent (0.2%) obtained by diluting the intralipos stock solution (intralipos infusion 20%, manufactured by Otsuka Pharmaceutical) 100 times with ultrapure water is used. A 1 cm square cuvette containing 3 mL of the Intralipos diluent of the measurement sample is installed in the sample holding portion 30. Then, the sample is irradiated with light in the same manner as OP101, and the light transmitted through the sample reaches the line sensor 46 of the spectroscope 40. The CPU 51 measures the interferogram of the rank phase using the data acquired by the line sensor 46. Further, in order to calculate the background of the interferogram of the rank phase of the measurement sample, the CPU 51 coefficient-multiplies the reference background obtained by using the above-mentioned simulated sample, and the interferogram of the rank phase of the measurement sample. Make it overlap with. Here, the coefficient for multiplying the reference background is calculated by the CPU 51 according to the following equation (1) derived from the least squares method.

ここで、ｋは基準となるバックグラウンドに乗じる係数、ｉはラインセンサ４６の画素番号、Ｎはラインセンサ４６の画素数、ＢＧ_ｉは基準となるバックグラウンドの画素番号ｉに対応する画素値、ＩＦ_ｉは順位相のインターフェログラムの画素番号ｉに対応する画素値を示す。一例として、上記の測定試料について算出されるｋの値は０．２１４である。そして、ＣＰＵ５１は、このｋの値を基準となるバックグラウンドの各画素値に乗じてバックグラウンドを算出し、測定試料の順位相のインターフェログラムから算出したバックグラウンドを差し引いたインターフェログラム（以下の説明では「位相差インターフェログラム」と称する）を算出し、位相差インターフェログラムをフーリエ変換して分光スペクトルを算出する。そして、ＣＰＵ５１は、算出した位相差インターフェログラムの分光スペクトルのデータをＨＤＤ５３に記憶し、当該分光スペクトルをモニタ５８に表示し（ＯＰ１０３）、図４のフローチャートの処理を終了する。

Here, k is a coefficient to be multiplied by the reference background, i is the pixel number of the line sensor 46, N is the number of pixels of the line sensor 46, and BG _i is the pixel value corresponding to the pixel number i of the reference background. IF _i indicates the pixel value corresponding to the pixel number i of the interferogram of the rank phase. As an example, the value of k calculated for the above measurement sample is 0.214. Then, the CPU 51 calculates the background by multiplying each pixel value of the background as a reference by the value of k, and subtracts the calculated background from the interferogram of the rank phase of the measurement sample (hereinafter, the interferogram). In the description of the above, it is referred to as "phase difference interferogram"), and the phase difference interferogram is Fourier transformed to calculate the spectral spectrum. Then, the CPU 51 stores the calculated spectral spectrum data of the phase difference interferogram in the HDD 53, displays the spectral spectrum on the monitor 58 (OP103), and ends the processing of the flowchart of FIG.

図５に、上記で説明した摸擬試料である水の、測定装置１により測定される順位相および逆位相のインターフェログラムと、基準となるバックグラウンドの一例を示す。図５のグラフの横軸はラインセンサ４６の画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。図５に示すように、順位相のインターフェログラム（図中「順位相」）の形状は、中心部で緩やかな凸型を示す基準となるバックグラウンド（図中「基準ＢＧ」）に、明暗を繰り返す干渉縞が上乗せされた形状となっている。また、逆位相のインターフェログラム（図中「逆位相」）の形状は、順位相のインターフェログラムと共通のバックグラウンドを有しつつ、順位相のインターフェログラムの明暗が反転した干渉縞が上乗せされた形状となっている。すなわち、基準となるバックグラウンドは、順位相と逆位相のインターフェログラムの双方に共通するバックグラウンドとなっている。 FIG. 5 shows an interferogram of the rank phase and the antiphase measured by the measuring device 1 and an example of the reference background of the water which is the simulated sample described above. The horizontal axis of the graph of FIG. 5 represents the pixel number of the line sensor 46, and the vertical axis represents the pixel value. As shown in FIG. 5, the shape of the interferogram of the rank phase (“rank phase” in the figure) is bright and dark in the background (“reference BG” in the figure) which is a reference showing a gentle convex shape at the center. The shape is such that interference fringes that repeat the above steps are added. In addition, the shape of the anti-phase interferogram (“opposite phase” in the figure) has the same background as the interferogram of the rank phase, but the interference fringes in which the light and darkness of the interferogram of the rank phase is reversed are present. It has an added shape. That is, the reference background is a background common to both the rank phase and the antiphase interferogram.

図６に、上記で説明した測定試料であるイントラリポス希釈液の、測定装置１により測定される順位相のインターフェログラム（図中「順位相」）とバックグラウンド（図中「ＢＧ」）の一例を示す。図６のグラフの横軸はラインセンサ４６の画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。イントラリポス希釈液は、白濁した液体であるため、ハロゲンランプ１０から射出される光の透過光量が小さく、図６に示すように、順位相のインターフェログラムは模擬試料の場合と比べて全体的に小さい値となり、摸擬試料である水の順位相のインターフェログラムとは異なる。それでも、基準となるバックグラウンドに対して、上記で算出した係数（一例として「０．２１４」）を用いて算出したバックグラウンドは、順位相のインターフェログラムと重なっており、順位相のインターフェログラムのバックグラウンドを適切に反映した形状となっていることがわかる。 FIG. 6 shows the interferogram (“ranking phase” in the figure) and the background (“BG” in the figure) of the rank phase measured by the measuring device 1 of the intralipos diluent which is the measurement sample described above. An example is shown. The horizontal axis of the graph of FIG. 6 represents the pixel number of the line sensor 46, and the vertical axis represents the pixel value. Since the Intralipos diluent is a cloudy liquid, the amount of transmitted light emitted from the halogen lamp 10 is small, and as shown in FIG. 6, the interferogram of the rank phase is overall as compared with the case of the simulated sample. It becomes a small value, which is different from the interferogram of the rank phase of water, which is a simulated sample. Nevertheless, for the reference background, the background calculated using the coefficient calculated above (“0.214” as an example) overlaps with the rank phase interferogram, and the rank phase interfero It can be seen that the shape appropriately reflects the background of the gram.

ここで、係数を用いて算出されたバックグラウンドと順位相のインターフェログラムの重なりの程度の指標として、ラインセンサ４６の各画素の画素値の比を用いることができる。例えば、本実施形態においては、順位相のインターフェログラムの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値に対するバックグラウンドの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値の比は１．０２２である。この場合、係数を用いて算出されたバックグラウンドの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値は、順位相のインターフェログラムの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値に対して３％以内で重なっていることを意味する。 Here, the ratio of the pixel values of each pixel of the line sensor 46 can be used as an index of the degree of overlap between the background and the interferogram of the rank phase calculated using the coefficient. For example, in the present embodiment, the ratio of the pixel value of the first pixel of the line sensor 46 to the pixel value of the first pixel of the line sensor 46 in the measurement of the interferogram of the rank phase is 1.022. is there. In this case, the pixel value of the first pixel of the line sensor 46 in the background measurement calculated using the coefficient is 3 with respect to the pixel value of the first pixel of the line sensor 46 in the measurement of the interferogram of the rank phase. It means that they overlap within%.

図７に、上記の測定試料の順位相のインターフェログラム（図中「順位相」）からバックグラウンドを差し引いた位相差インターフェログラム（図中「位相差（順位相−ＢＧ）」）の一例を示す。図７のグラフの横軸はラインセンサ４６の画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。また、図８には、位相差インターフェログラムをフーリエ変換して算出した分光スペクトル（図中「本実施形態」）と、順位相のインターフェログラムをフーリエ変換して算出した分光スペクトル（図中「順位相」）の一例を示す。図８のグラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光量を表す。 FIG. 7 shows an example of a phase difference interferogram (“phase difference (rank phase-BG)” in the figure) obtained by subtracting the background from the interferogram of the rank phase of the above-mentioned measurement sample (“rank phase” in the figure). Is shown. The horizontal axis of the graph of FIG. 7 represents the pixel number of the line sensor 46, and the vertical axis represents the pixel value. Further, FIG. 8 shows a spectral spectrum calculated by Fourier transforming the phase difference interferogram (“the present embodiment” in the figure) and a spectral spectrum calculated by Fourier transforming the rank phase interferogram (in the figure). An example of "ranking phase") is shown. The horizontal axis of the graph of FIG. 8 represents the wavelength (nm), and the vertical axis represents the amount of light.

また、図９に、従来の測定方法によって偏光子を回転させる場合、すなわち、試料の分光スペクトルの測定中に偏光子を回転させることで測定試料の順位相および逆位相のインターフェログラムを測定し、順位相のインターフェログラムと逆位相のインターフェログラムとの差分を算出して得られる位相差インターフェログラムをフーリエ変換して算出される分光スペクトルの一例を示す。図９のグラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光量を表す。 Further, in FIG. 9, when the polarizer is rotated by the conventional measurement method, that is, the interferogram of the rank phase and the antiphase of the measurement sample is measured by rotating the polarizer during the measurement of the spectroscopic spectrum of the sample. , An example of a spectroscopic spectrum calculated by Fourier transforming a phase difference interferogram obtained by calculating the difference between a rank phase interferogram and an antiphase interferogram is shown. The horizontal axis of the graph of FIG. 9 represents the wavelength (nm), and the vertical axis represents the amount of light.

図８に示すように、測定試料の順位相のインターフェログラムをそのままフーリエ変換して求めた分光スペクトル（図中「順位相」）のグラフ形状は、ノイズが含まれているために凹凸のある形状であったのに対し、本実施形態の上記の説明に従って位相差インターフェログラムをフーリエ変換して算出される分光スペクトル（図中「本実施形態」）は、順位相のインターフェログラムをそのままフーリエ変換する場合に比べて、ノイズが少なく、より平滑な形状である。また、本実施形態によって算出される分光スペクトルは、図９に例示する分光スペクトル、すなわち偏光子を回転させながら測定する分光スペクトルとよく一致している。このことから、本実施形態によれば、測定装置１の光学的構成を従来の測定装置の光学的構成よりも安価なものとしつつ測定精度が低下する懸念がなく測定を行うことができる。 As shown in FIG. 8, the graph shape of the spectral spectrum (“ranked phase” in the figure) obtained by Fourier transforming the interferogram of the rank phase of the measurement sample as it is is uneven because it contains noise. In contrast to the shape, the spectroscopic spectrum calculated by Fourier transforming the phase difference interferogram according to the above description of the present embodiment (“the present embodiment” in the figure) is the same as the interferogram of the rank phase. Compared to the case of Fourier transform, there is less noise and the shape is smoother. Further, the spectral spectrum calculated by the present embodiment is in good agreement with the spectral spectrum illustrated in FIG. 9, that is, the spectral spectrum measured while rotating the polarizer. From this, according to the present embodiment, it is possible to perform the measurement without fear that the measurement accuracy is lowered while making the optical configuration of the measuring device 1 cheaper than the optical configuration of the conventional measuring device.

したがって、本実施形態では、摸擬試料に対する分光スペクトルの測定で得た基準となるバックグラウンドを適切に係数倍することで、測定試料に対する分光スペクトルの測定で得た順位相のインターフェログラムに含まれるバックグラウンドを精度よく推定できる。このため、本実施形態によれば、測定試料の測定に際しては、偏光子を回転させることなく、測定試料の透過光の分光スペクトルを正しく算出できる。 Therefore, in the present embodiment, the reference background obtained in the measurement of the spectral spectrum of the simulated sample is appropriately multiplied by a coefficient to be included in the interferogram of the rank phase obtained in the measurement of the spectral spectrum of the measurement sample. The background can be estimated accurately. Therefore, according to the present embodiment, when measuring the measurement sample, the spectral spectrum of the transmitted light of the measurement sample can be correctly calculated without rotating the polarizer.

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態でも第１実施形態と同様に測定装置１を用いて分光スペクトルの測定を行う。本実施形態におけるＣＰＵ５１の処理は、図４に示す処理と同じである。本実施形態では、動きのある測定試料の一例としてヒトの指を挙げ、ヒトの指の透過光の分光スペクトルを測定することを想定する。指の内部では、脈動により血管が周期的に収縮と拡張を繰り返すため、測定装置１において指に照射された光の透過光量も周期的に変動する。本実施形態では、ヒトの指を透過した光の分光スペクトルが脈動によって経時的に変化する様子を精度よく測定できることを示す。(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described. Also in this embodiment, the spectral spectrum is measured by using the measuring device 1 as in the first embodiment. The processing of the CPU 51 in this embodiment is the same as the processing shown in FIG. In the present embodiment, it is assumed that a human finger is taken as an example of a moving measurement sample and the spectral spectrum of the transmitted light of the human finger is measured. Inside the finger, the blood vessels periodically contract and expand due to the pulsation, so that the amount of light transmitted to the finger in the measuring device 1 also changes periodically. In the present embodiment, it is shown that it is possible to accurately measure how the spectral spectrum of light transmitted through a human finger changes with time due to pulsation.

本実施形態では、基準となるバックグラウンドの分光スペクトルを取得するため、模擬試料としてろ紙を用いる。試料保持部３０にろ紙が設置され、順位相のインターフェログラムを測定した後、偏光子４４を第１実施形態と同様に＋９０度回転させて逆位相のインターフェログラムを測定する。その後、偏光子４４を第１実施形態と同様に−９０度回転させて元の状態に戻す。ＣＰＵ５１は、順位相と逆位相それぞれのインターフェログラムを足して２で割って（すなわち、平均して）基準となるバックグラウンドを算出する。ＣＰＵ５１は、算出したバックグラウンドの情報を、一例としてＨＤＤ５３に記憶する。 In this embodiment, a filter paper is used as a simulated sample in order to acquire a reference background spectral spectrum. A filter paper is placed on the sample holding unit 30, and after measuring the interferogram of the rank phase, the polarizer 44 is rotated by +90 degrees in the same manner as in the first embodiment to measure the interferogram of the opposite phase. After that, the polarizer 44 is rotated by −90 degrees in the same manner as in the first embodiment to return to the original state. The CPU 51 adds the interferograms of the rank phase and the opposite phase and divides by 2 (that is, on average) to calculate the reference background. The CPU 51 stores the calculated background information in the HDD 53 as an example.

次に、試料保持部３０からろ紙を取り外し、被験者の指が試料保持部３０に固定される。そして、順位相のインターフェログラムを１０秒間（例えば５０ｍｓｅｃ間隔で２００回）測定する。ＣＰＵ５１は、１０秒間の測定時間における各回の測定の順位相のインターフェログラムに対応するバックグラウンドを算出するため、各回の測定における順位相のインターフェログラムについて、基準となるバックグラウンドに乗じる係数を上記の式（１）に従って決定する。本実施形態では、算出されるｋの値は一例として１．０２１〜１．０８１であるが、ｋの取り得る値の範囲はこれに限られない。 Next, the filter paper is removed from the sample holding portion 30, and the subject's finger is fixed to the sample holding portion 30. Then, the interferogram of the rank phase is measured for 10 seconds (for example, 200 times at intervals of 50 msec). In order to calculate the background corresponding to the interferogram of the rank phase of each measurement in the measurement time of 10 seconds, the CPU 51 calculates the coefficient to be multiplied by the reference background for the interferogram of the rank phase in each measurement. It is determined according to the above formula (1). In the present embodiment, the calculated value of k is 1.021 to 1.081 as an example, but the range of possible values of k is not limited to this.

本実施形態では、ＣＰＵ５１は、上記によって算出した各回の係数を、基準となるバックグラウンドに乗じ、各回の測定における順位相のインターフェログラムのバックグラウンドとする。さらに、ＣＰＵ５１は、測定試料の順位相のインターフェログラムから、上記のバックグラウンドを差し引いて位相差インターフェログラムを算出し、算出した位相差インターフェログラムをフーリエ変換して分光スペクトルを算出する。ＣＰＵ５１は、算出した分光スペクトルのデータをＨＤＤ５３に記憶し、当該分光スペクトルをモニタ５８に表示し、図４のフローチャートの処理を終了する。 In the present embodiment, the CPU 51 multiplies the coefficient of each time calculated as described above by the reference background to obtain the background of the interferogram of the rank phase in each measurement. Further, the CPU 51 calculates the phase difference interferogram by subtracting the above background from the interferogram of the rank phase of the measurement sample, and Fourier transforms the calculated phase difference interferogram to calculate the spectral spectrum. The CPU 51 stores the calculated spectral spectrum data in the HDD 53, displays the spectral spectrum on the monitor 58, and ends the processing of the flowchart of FIG.

図１０に、摸擬試料であるろ紙の順位相および逆位相のインターフェログラムと基準となるバックグラウンドの一例を示す。図１０のグラフの横軸はラインセンサ４６の画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。ろ紙の順位相のインターフェログラムの形状は、図１０に例示するグラフの横軸の中央（画素番号２５０）付近において、緩やかな凸型を示す基準となるバックグラウンドに、明暗を繰り返す干渉縞が上乗せされた形状となっている。また、逆位相のインターフェログラムは順位相のインターフェログラムと共通のバックグラウンドを有しつつ、順位相のインターフェログラムの明暗が反転した干渉縞が上乗せされた形状となっている。すなわち、基準となるバックグラウンドは、順位相と逆位相のインターフェログラムの双方に共通するバックグラウンドとなっている。 FIG. 10 shows an example of an interferogram of the order phase and the opposite phase of the filter paper, which is a simulated sample, and a reference background. The horizontal axis of the graph of FIG. 10 represents the pixel number of the line sensor 46, and the vertical axis represents the pixel value. The shape of the interferogram of the rank phase of the filter paper is such that, in the vicinity of the center of the horizontal axis (pixel number 250) of the graph illustrated in FIG. It has an added shape. Further, the anti-phase interferogram has a common background with the interferogram of the rank phase, and has a shape in which interference fringes in which the light and darkness of the interferogram of the rank phase is reversed are added. That is, the reference background is a background common to both the rank phase and the antiphase interferogram.

図１１に、上記の測定間隔でヒトの指の分光スペクトルを測定する場合の、各回の測定における順位相のインターフェログラムの一例を示す。図１１のグラフの横軸はラインセンサ４６の画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。図１１のグラフには、各回の測定における順位相のインターフェログラムが互いに重ねて示されている。指の脈動が原因で透過光量が変動するため、図１１に示すように、各回の測定における順位相のインターフェログラムが上下にずれて重なっている。また、図１２には、図１１に示すインターフェログラムの測定において、測定開始から最初の５０ｍｓｅｃ経過後に測定された順位相のインターフェログラムとバックグラウンドの一例を示す。図１２のグラフの横軸はラインセンサ４６の画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。 FIG. 11 shows an example of the interferogram of the rank phase in each measurement when the spectral spectrum of the human finger is measured at the above measurement intervals. The horizontal axis of the graph of FIG. 11 represents the pixel number of the line sensor 46, and the vertical axis represents the pixel value. In the graph of FIG. 11, the interferograms of the rank phase in each measurement are shown on top of each other. Since the amount of transmitted light fluctuates due to the pulsation of the finger, as shown in FIG. 11, the interferograms of the rank phases in each measurement are vertically shifted and overlapped. Further, FIG. 12 shows an example of the interferogram and the background of the rank phase measured after the first 50 msec elapses from the start of the measurement in the measurement of the interferogram shown in FIG. The horizontal axis of the graph of FIG. 12 represents the pixel number of the line sensor 46, and the vertical axis represents the pixel value.

図１２に示す例では、基準となるバックグラウンドに対して、係数（一例として１．０５８とする）を用いて算出したバックグラウンドは、順位相のインターフェログラムと重なっている。すなわち、順位相のインターフェログラムのバックグラウンドを適切に反映した形状となっているのがわかる。図１２に示す例では、順位相のインターフェログラムの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値に対するバックグラウンドの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値の比は１．０３６であり、他の回の測定の場合を含めると、当該比は、１．０２５〜１．０４５の範囲内である。ただし、当該比の範囲はこれに限られない。 In the example shown in FIG. 12, the background calculated by using the coefficient (1.058 as an example) with respect to the reference background overlaps with the interferogram of the rank phase. That is, it can be seen that the shape appropriately reflects the background of the interferogram of the rank phase. In the example shown in FIG. 12, the ratio of the pixel value of the first pixel of the line sensor 46 to the pixel value of the first pixel of the line sensor 46 in the measurement of the interferogram of the rank phase is 1.036. Including the case of other measurements, the ratio is in the range of 1.025 to 1.045. However, the range of the ratio is not limited to this.

すなわち、図１２に示す例では、算出されたバックグラウンドの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値は、順位相のインターフェログラムの測定におけるラインセンサ４６の１画素目の画素値に対して５％以内で重なる。また、図１３に、図１１に示す順位相のインターフェログラムをそのままフーリエ変換して算出した分光スペクトルの一例を示す。図１３のグラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光量を表す。この場合の分光スペクトルのグラフ形状は、ノイズが含まれているために凹凸のある形状である。 That is, in the example shown in FIG. 12, the pixel value of the first pixel of the line sensor 46 in the calculated background measurement is relative to the pixel value of the first pixel of the line sensor 46 in the measurement of the interferogram of the rank phase. Overlap within 5%. Further, FIG. 13 shows an example of a spectroscopic spectrum calculated by Fourier transforming the interferogram of the rank phase shown in FIG. 11 as it is. The horizontal axis of the graph of FIG. 13 represents the wavelength (nm), and the vertical axis represents the amount of light. The graph shape of the spectroscopic spectrum in this case is uneven because it contains noise.

図１４に、本実施形態の上記の説明に従って測定を行い、各回の測定において、順位相のインターフェログラムから、対応するバックグラウンドを差し引いて得た位相差インターフェログラムの一例を示す。図１４のグラフの横軸は画素番号を表し、縦軸は画素値を表す。また、図１５には、図１４のグラフに例示する位相差インターフェログラムをフーリエ変換して算出した分光スペクトルの一例を示す。図１５のグラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光量を表す。また、図１６に、ヒトの指を測定試料として、従来の測定方法により測定される分光スペクトル、すなわち、偏光子を回転させつつ指に照射された光の透過光の順位相および逆位相のインターフェログラムの時間平均を測定し、さらに双方のインターフェログラムを差分して得られるインターフェログラムをフーリエ変換することで算出される分光スペクトルの一例を示す。図１６のグラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光量を表す。 FIG. 14 shows an example of a phase difference interferogram obtained by subtracting the corresponding background from the interferogram of the rank phase in each measurement by performing the measurement according to the above description of the present embodiment. The horizontal axis of the graph of FIG. 14 represents the pixel number, and the vertical axis represents the pixel value. Further, FIG. 15 shows an example of a spectroscopic spectrum calculated by Fourier transforming the phase difference interferogram illustrated in the graph of FIG. The horizontal axis of the graph of FIG. 15 represents the wavelength (nm), and the vertical axis represents the amount of light. Further, in FIG. 16, the spectral spectrum measured by the conventional measurement method using a human finger as a measurement sample, that is, the interposition phase and the antiphase of the transmitted light of the light radiated to the finger while rotating the polarizer. An example of a spectroscopic spectrum calculated by measuring the time average of ferrograms and further performing a Fourier transform on the interferrograms obtained by differentiating both interferograms is shown. The horizontal axis of the graph of FIG. 16 represents the wavelength (nm), and the vertical axis represents the amount of light.

図１５のグラフと図１６のグラフからわかるように、本実施形態の上記の説明に従って得られる分光スペクトル（図１５）の形状は、ノイズのない滑らかな形状となり、従来の測定方法によって得た分光スペクトル（図１６）の形状とよく一致していることがわかる。このことから、本実施形態のように動きのある測定試料に対する分光スペクトルを測定する場合でも、測定装置１の光学的構成を従来の測定装置の光学的構成よりも安価なものとしつつ測定精度が低下する懸念なく測定を行うことができる。 As can be seen from the graph of FIG. 15 and the graph of FIG. 16, the shape of the spectral spectrum (FIG. 15) obtained according to the above description of the present embodiment is a smooth shape without noise, and the spectrum obtained by the conventional measurement method. It can be seen that the shape of the spectrum (FIG. 16) is in good agreement. Therefore, even when measuring the spectral spectrum of a moving measurement sample as in the present embodiment, the measurement accuracy can be improved while making the optical configuration of the measuring device 1 cheaper than the optical configuration of the conventional measuring device. Measurements can be made without fear of deterioration.

以上より、本実施形態では、ヒトの指の測定に際しては、偏光子の回転を行わずに、順位相のインターフェログラムを所定の時間間隔で複数回測定するが、それでも、各回の測定における順位相のインターフェログラムに対応するバックグラウンドを精度よく推定して差し引くことができ、結果として、各回の測定における分光スペクトルを精度よく算出することができる。すなわち、本実施形態の測定装置１によれば、ヒトの指に照射された光の透過光の分光スペクトルが脈動によって経時的に変化する様子も精度よく測定することができることがわかる。 From the above, in the present embodiment, when measuring the human finger, the interferogram of the rank phase is measured a plurality of times at predetermined time intervals without rotating the polarizer, but the rank in each measurement is still performed. The background corresponding to the phase interferogram can be accurately estimated and subtracted, and as a result, the spectral spectrum in each measurement can be calculated accurately. That is, according to the measuring device 1 of the present embodiment, it can be seen that it is possible to accurately measure how the spectral spectrum of the transmitted light of the light applied to the human finger changes with time due to the pulsation.

以上が本実施形態に関する説明であるが、上記の測定装置の構成や分光スペクトルの算出方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想と同一性を失わない範囲内において種々の変更が可能である。 The above is the description of the present embodiment, but the configuration of the above-mentioned measuring device and the method of calculating the spectral spectrum are not limited to the above-described embodiment, and the same as the technical idea of the present invention is not lost. Various changes can be made within.

例えば、上記の実施形態において、基準となるバックグラウンドの取得に用いる模擬試料には任意の試料を選択することができるが、分光スペクトルの形状や散乱特性が測定試料と類似している試料を選択することが好ましく、測定試料と同じ試料を選択することがより好ましい。 For example, in the above embodiment, an arbitrary sample can be selected as the simulated sample used for acquiring the reference background, but a sample whose spectral spectrum shape and scattering characteristics are similar to those of the measurement sample is selected. It is more preferable to select the same sample as the measurement sample.

また、上記の実施形態で測定する分光スペクトルは、測定試料の反射光、透過光、散乱光、蛍光、発光などのいずれであってもよい。また、上記の実施形態で測定する分光スペクトルの波長範囲は、４００〜２５００ｎｍが好ましく、従来の測定装置の光学的構成よりも安価なものにできる観点から、特に９００〜１７００ｎｍがより好ましい。 Further, the spectral spectrum measured in the above embodiment may be any of reflected light, transmitted light, scattered light, fluorescence, light emission and the like of the measurement sample. Further, the wavelength range of the spectral spectrum measured in the above embodiment is preferably 400 to 2500 nm, and particularly preferably 900 to 1700 nm from the viewpoint of being able to be cheaper than the optical configuration of the conventional measuring device.

また、基準となるバックグラウンドに乗じる係数は、順位相のインターフェログラムと基準となるバックグラウンドの測定における、ラインセンサ４６の特定の画素（番号）における画素値の比を用いてもよいし、特定の画素の周辺にある複数の画素の画素値の平均値の比を用いてもよいし、ラインセンサ４６の全画素の画素値の平均値の比を用いてもよいし、係数を乗じた後の基準となるバックグラウンドと順位相のインターフェログラムとの残差平方和を最小にする最小二乗法によって決定してもよい。バックグラウンドが、順位相のインターフェログラムとより重なるように、基準となるバックグラウンドに乗ずべき係数を決定できるという観点から、特に最小二乗法を用いるのがより好ましい。 Further, as the coefficient to be multiplied by the reference background, the ratio of the pixel value in the specific pixel (number) of the line sensor 46 in the measurement of the interferogram of the rank phase and the reference background may be used. The ratio of the average value of the pixel values of a plurality of pixels around a specific pixel may be used, the ratio of the average value of the pixel values of all the pixels of the line sensor 46 may be used, or a coefficient is multiplied. It may be determined by the method of least squares that minimizes the sum of squares remaining between the background as a reference later and the interferogram of the rank phase. It is more preferred to use the least squares method, especially from the viewpoint that the coefficient to be multiplied by the reference background can be determined so that the background overlaps the interferogram of the rank phase.

さらに、上記の実施形態では、最初に模擬試料を用いて基準となるバックグラウンドを測定し、続いて測定試料の順位相のインターフェログラムを測定するが、最初に測定試料の順位相のインターフェログラムを測定し、続いて模擬試料を用いて基準となるバックグラウンドを測定してもよい。 Further, in the above embodiment, the reference background is first measured using a simulated sample, and then the interferogram of the rank phase of the measurement sample is measured, but first the interfero of the rank phase of the measurement sample is measured. Grams may be measured, followed by a reference background using a simulated sample.

また、測定試料の順位相のインターフェログラムの代わりに逆位相のインターフェログラムを測定し、逆位相のインターフェログラムを用いて基準となるバックグラウンドに乗じる係数を決定し、測定試料の逆位相のインターフェログラムからバックグラウンドを差分して位相差インターフェログラムを算出してもよい。 Also, instead of the rank phase interferogram of the measurement sample, the antiphase interferogram is measured, and the antiphase interferogram is used to determine the coefficient to be multiplied by the reference background, and the antiphase of the measurement sample is determined. The phase difference interferogram may be calculated by differentiating the background from the interferogram of.

また、偏光子の偏光軸を回転により変更する場合、手動による回転機構を備えていれば本発明の測定方法を実施できるため、モーターなどの機構を用いなくてもよい。また、基準となるバックグラウンドを取得した後は偏光子を回転させずに分光スペクトルの測定を行うことができるため、偏光子を繰り返し回転することで測定精度が低下する懸念もない。さらには、高価な複合偏光子やエリアセンサを使用することなく、動きのある試料に対しても分光スペクトルをリアルタイムで測定できる。例えば、上記の通りヒトの指の透過光の分光スペクトルが脈動によって時間変化する様子を測定することもでき、その分光スペクトルの時間変化から血液の吸収スペクトルを算出できるため、本発明は、中性脂肪やコレステロール、血糖値、HbA1cといった血中成分を非侵襲で測定するのにも有用である。 Further, when the polarization axis of the polarizer is changed by rotation, the measuring method of the present invention can be carried out if a manual rotation mechanism is provided, so that a mechanism such as a motor does not have to be used. Further, since the spectral spectrum can be measured without rotating the polarizer after acquiring the reference background, there is no concern that the measurement accuracy will be lowered by repeatedly rotating the polarizer. Furthermore, the spectral spectrum can be measured in real time even for a moving sample without using an expensive composite polarizer or area sensor. For example, as described above, it is possible to measure how the spectral spectrum of the transmitted light of a human finger changes with time due to pulsation, and the blood absorption spectrum can be calculated from the time change of the spectral spectrum. Therefore, the present invention is neutral. It is also useful for non-invasive measurement of blood components such as fat, cholesterol, blood glucose, and HbA1c.

４０分光器
４１、４４偏光子
４６ラインセンサ
５０算出装置40 Spectrometer 41, 44 Polarizer 46 Line sensor 50 Calculator

Claims

From the light transmitted through the sample, an interferogram having a first phase and an interferrogram having a second phase opposite to the first phase of the sample are generated by a polarizer, and the first phase is generated. In a method for measuring a spectral spectrum in which a phase interferogram and the second phase interferogram are received by a light receiving element and a spectral spectrum is calculated by a calculation device.
By the calculation device
An interferogram as a background was calculated from the first phase interferogram and the second phase interferogram of the simulated sample.
The interferogram obtained by subtracting the calculated interferogram as the background from the interferogram of either the first phase interferogram or the second phase interferogram of the measurement sample. A method for measuring a spectroscopic spectrum, which comprises calculating a spectroscopic spectrum of the measurement sample based on a ferrogram.

The calculation device is a pixel value of the interferogram as the background so that at least a part of the calculated background overlaps with the one of the interferograms from the one of the interferograms. The method for measuring a spectroscopic spectrum according to claim 1, wherein an interferogram obtained by multiplying by a coefficient is subtracted.

The interferogram as the background is the average of the first phase interferogram and the second phase interferogram of the simulated sample, according to claim 1 or 2. The method for measuring a spectral spectrum described.

The method for measuring a spectral spectrum according to any one of claims 1 to 3, wherein the wavelength range of the spectral spectrum of the measurement sample is 400 nm to 2500 nm.

A polarizer that generates a first phase interferogram and a second phase interferogram that is opposite to the first phase for the sample from light transmitted through the sample, and the first phase. In a spectroscopic spectrum measuring device having a light receiving element that receives a phase interferogram and the second phase interferogram, and a calculation device that calculates a spectral spectrum.
The calculation device is
An interferogram as a background was calculated from the first phase interferogram and the second phase interferogram of the simulated sample.
The interferogram obtained by subtracting the calculated interferogram as the background from the interferogram of either the first phase interferogram or the second phase interferogram of the measurement sample. A spectroscopic spectrum measuring device for calculating a spectral spectrum of the measurement sample based on a ferrogram.

The calculation device is a pixel value of the interferogram as the background so that at least a part of the calculated background overlaps with the one of the interferograms from the one of the interferograms. The spectroscopic spectrum measuring apparatus according to claim 5, wherein an interferogram obtained by multiplying the above factors by a coefficient is subtracted.

According to claim 5 or 6, the interferogram as the background is the average of the first phase interferogram and the second phase interferogram of the simulated sample. The described spectroscopic spectrum measuring device.

The device for measuring a spectral spectrum according to any one of claims 5 to 7, wherein the wavelength range of the spectral spectrum of the measurement sample is 400 nm to 2500 nm.

From the light transmitted through the sample, an interferogram having a first phase and an interferrogram having a second phase opposite to the first phase of the sample are generated by a polarizer, and the first phase is generated. In a spectral spectrum measurement program in which a phase interferogram and the second phase interferogram are received by a light receiving element and a spectral spectrum is calculated by a calculation device.
On the computer
An interferogram as a background is calculated from the first phase interferogram and the second phase interferogram of the simulated sample.
The calculated interferogram as the background is stored in the storage device, and the interferogram is stored in the storage device.
The interferogram obtained by subtracting the calculated interferogram as the background from the interferogram of either the first phase interferogram or the second phase interferogram of the measurement sample. A spectral spectrum measurement program for calculating the spectral spectrum of the measurement sample based on the ferrogram.

From the one of the interferograms, the computer is provided with pixel values of the interferogram as the background so that at least a part of the calculated background overlaps with the one of the interferograms. The measurement program for a spectral spectrum according to claim 9, wherein an interferogram multiplied by a coefficient is subtracted.

9 or 10 according to claim 9, wherein the interferogram as the background is the average of the first phase interferogram and the second phase interferogram of the simulated sample. The spectral spectrum measurement program described.

The measurement program for a spectral spectrum according to any one of claims 9 to 11, wherein the wavelength range of the spectral spectrum of the measurement sample is 400 nm to 2500 nm.