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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-13
(45)【発行日】2022-07-22
(54)【発明の名称】非接触分光測定装置および非接触分光測定方法
(51)【国際特許分類】
G01J 3/42 20060101AFI20220714BHJP
【ＦＩ】
G01J3/42 Z
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2018171633
(22)【出願日】2018-09-13
(65)【公開番号】P2019184560
(43)【公開日】2019-10-24
【審査請求日】2021-04-30
(31)【優先権主張番号】P 2018076888
(32)【優先日】2018-04-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000236436
【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100140442
【弁理士】
【氏名又は名称】柴山 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100110582
【弁理士】
【氏名又は名称】柴田 昌聰
(72)【発明者】
【氏名】與儀 修
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 仁
(72)【発明者】
【氏名】内田 哲也
(72)【発明者】
【氏名】土屋 広司
【審査官】小澤 瞬
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－００９４４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－０８３００９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１７０９９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１０１１９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０１００９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０３６８８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２４４２７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１５４６２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０２２６５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－０６８１２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００５／００９８７１３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００６－１５３７７０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ １／００ － Ａ６１Ｂ １／３２
Ａ６１Ｂ ３／００ － Ａ６１Ｂ ３／１８
Ｇ０１Ｊ ３／００ － Ｇ０１Ｊ ４／０４
Ｇ０１Ｊ ７／００ － Ｇ０１Ｊ ９／０４
Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／０１
Ｇ０１Ｎ ２１／１７ － Ｇ０１Ｎ ２１／６１
Ｇ０３Ｂ ７／００ － Ｇ０３Ｂ ７／３０
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
広帯域の光を出力する光源と、前記光源から測定対象物へ至る第１光路の途中に設けられ、前記光源から出力された光を入力して、特定偏光の光を前記測定対象物へ出力する第１偏光子と、
到達した光が結像される結像面と前記結像面上に設けられた光入射スリットとを含み、 前記測定対象物で生じた光のうち前記光入射スリットを通過して前記結像面に到達した光のスペクトルを取得する分光器と、
前記測定対象物から前記分光器へ至る第２光路の途中に設けられ、前記測定対象物で生じた光を入力して、前記特定偏光の光を除く光を前記分光器へ出力する第２偏光子と、
前記第２光路の途中であって前記第２偏光子の後段に設けられ、前記第２偏光子を経た光を入力して前記結像面上に結像するレンズと、
前記第２光路の途中であって前記レンズの後段に設けられ、前記光入射スリットへの光の入射の方向を制限する絞りと、
前記光源から出力された光を前記測定対象物に照射している期間に前記分光器が取得した第１スペクトルから、前記光源から出力される光を前記測定対象物に照射していない期間に前記分光器が取得した第２スペクトルを減算して、その減算結果として第３スペクトルを求め、前記第３スペクトルを前記光源の出力光スペクトルで除算した結果として第４スペクトルを求め、前記第４スペクトルまたは前記第４スペクトルを処理して得られた第５スペクトルに基づいて前記測定対象物を評価する演算部と、
を備える非接触分光測定装置。
【請求項2】
前記演算部は、前記第４スペクトルを標準化処理して第５スペクトルを求め、この第５スペクトルに基づいて前記測定対象物を評価する、請求項１に記載の非接触分光測定装置。
【請求項3】
前記第１光路および前記第２光路は、前記測定対象物に対して光が入出射する部分が共通の光路である、請求項１または２に記載の非接触分光測定装置。
【請求項4】
前記第１偏光子および前記第２偏光子は、直線偏光の光を出力する偏光子である、請求項１～３の何れか１項に記載の非接触分光測定装置。
【請求項5】
前記第１偏光子および前記第２偏光子は、円偏光の光を出力する偏光子である、請求項１～３の何れか１項に記載の非接触分光測定装置。
【請求項6】
前記第１偏光子および前記第２偏光子は、円偏光の光を出力する偏光子であり、前記共通の光路の途中に共通の偏光子として設けられている、請求項３に記載の非接触分光測定装置。
【請求項7】
前記第２光路の途中に設けられ、前記測定対象物からの光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、前記第１分岐光を前記分光器へ出力するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタから出力された前記第２分岐光を受光して、前記測定対象物を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された前記測定対象物の画像を表示する表示部と、
を更に備える請求項１～６の何れか１項に記載の非接触分光測定装置。
【請求項8】
前記表示部は、前記測定対象物の画像において、前記分光器が分光測定する範囲を表示する、請求項７に記載の非接触分光測定装置。
【請求項9】
レーザ光を出力するレーザ光源と、前記第２光路の途中に設けられ、前記測定対象物からの光を前記分光器へ出力するとともに、前記レーザ光源からのレーザ光を前記第２光路に沿って前記測定対象物へ出力するビームスプリッタと、
を更に備える請求項１～８の何れか１項に記載の非接触分光測定装置。
【請求項10】
前記第１光路を経て前記測定対象物に光が照射される範囲は視認可能なスポット形状である、請求項１～９の何れか１項に記載の非接触分光測定装置。
【請求項11】
光源から測定対象物へ至る第１光路の途中に設けられた第１偏光子により、前記光源から出力された広帯域の光を特定偏光の光として前記測定対象物に照射し、その照射期間に、前記測定対象物から分光器へ至る第２光路の途中に設けられた第２偏光子、レンズおよび絞りにより、前記測定対象物で生じた光のうち前記特定偏光の光を除いた光を前記分光器に入射させて、その入射した光の第１スペクトルを前記分光器により取得する第１スペクトル取得ステップと、前記光源から出力される光を前記測定対象物に照射していない期間に、前記分光器に入射した光の第２スペクトルを前記分光器により取得する第２スペクトル取得ステップと、
前記第１スペクトルから前記第２スペクトルを減算した結果として第３スペクトルを求める減算ステップと、
前記第３スペクトルを前記光源の出力光スペクトルで除算した結果として第４スペクトルを求める除算ステップと、
前記第４スペクトルまたは前記第４スペクトルを処理して得られた第５スペクトルに基づいて前記測定対象物を評価する評価ステップと、
を備え 、
前記分光器が、到達した光が結像される結像面と前記結像面上に設けられた光入射スリットとを含み、前記測定対象物で生じた光のうち前記光入射スリットを通過して前記結像面に到達した光のスペクトルを取得し、
前記レンズが、前記第２光路の途中であって前記第２偏光子の後段に設けられ、前記第２偏光子を経た光を入力して前記結像面上に結像し、
前記絞りが、前記第２光路の途中であって前記レンズの後段に設けられ、前記光入射スリットへの光の入射の方向を制限する 、
非接触分光測定方法。
【請求項12】
前記第４スペクトルを標準化処理して第５スペクトルを求める標準化ステップを更に備え、前記評価ステップにおいて、この第５スペクトルに基づいて前記測定対象物を評価する、
請求項１１に記載の非接触分光測定方法。
【請求項13】
前記第１光路および前記第２光路は、前記測定対象物に対して光が入出射する部分が共通の光路である、請求項１１または１２に記載の非接触分光測定方法。
【請求項14】
前記第１偏光子および前記第２偏光子は、直線偏光の光を出力する偏光子である、請求項１１～１３の何れか１項に記載の非接触分光測定方法。
【請求項15】
前記第１偏光子および前記第２偏光子は、円偏光の光を出力する偏光子である、請求項１１～１３の何れか１項に記載の非接触分光測定方法。
【請求項16】
前記第１偏光子および前記第２偏光子は、円偏光の光を出力する偏光子であり、前記共通の光路の途中に共通の偏光子として設けられている、請求項１３に記載の非接触分光測定方法。
【請求項17】
前記第２光路の途中に設けられたビームスプリッタにより、前記測定対象物からの光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、前記第１分岐光を前記分光器へ出力するとともに、前記第２分岐光を撮像部へ出力し、前記第２分岐光を受光した前記撮像部により前記測定対象物を撮像し、
前記撮像部により撮像された前記測定対象物の画像を表示部により表示する、
請求項１１～１６の何れか１項に記載の非接触分光測定方法。
【請求項18】
前記表示部により、前記測定対象物の画像において、前記分光器が分光測定する範囲を表示する、請求項１７に記載の非接触分光測定方法。
【請求項19】
前記第２光路の途中に設けられたビームスプリッタにより、前記測定対象物からの光を前記分光器へ出力するとともに、レーザ光源からのレーザ光を前記第２光路に沿って前記測定対象物へ出力する、請求項１１～１８の何れか１項に記載の非接触分光測定方法。
【請求項20】
前記第１光路を経て前記測定対象物に光が照射される範囲は視認可能なスポット形状である、請求項１１～１９の何れか１項に記載の非接触分光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非接触で分光測定を行う装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
測定対象物に光を照射した際に該測定対象物で生じる光のスペクトルを分光器により取得することで、このスペクトルに基づいて該測定対象物を評価することができる。このような分光測定の対象物としては様々なものがある。非特許文献１には、分光測定により、果実の糖度、米の食味、牛肉の脂肪、魚の脂肪、飼料の栄養成分、建材の含有成分、等を非破壊で評価することができると記載されている。
【0003】
例えば、農産物の含有成分を非破壊の分光測定により評価することができれば、その農産物の品質の管理が容易となり、また、その農産物の適切な収穫時期を明確化することができて、農産物の品質向上および生産効率改善が期待される。食品を測定対象物とする場合等には、非破壊で分光測定することに加えて、測定対象物の汚染を回避するために非接触で分光測定することが重要である。
【0004】
非破壊かつ非接触で分光測定することができる装置の発明が特許文献１に記載されている。この文献に記載された非接触分光測定装置は、複数の特定波長それぞれにおいて、植物により反射された太陽光の強度を測定するとともに、直接入射した太陽光の強度を測定して、前者の強度を後者の強度で補正する。そして、この非接触分光測定装置は、複数の特定波長それぞれにおける補正後の強度に基づいて植物の生育状況を評価する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第４２４３０１４号公報
【非特許文献】
【0006】
【文献】大倉力、「日常生活に生きる近赤外分光技術」、応用物理、第８７巻、第１号、第６頁～第１０頁（２０１８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１に記載された発明を含む従来の分光測定技術では、取得されるスペクトルは非接触分光測定装置と測定対象物との間の光学系の設定に依存し、測定対象物を適正に評価することは困難である。このことについては、非特許文献１に、「観察されるスペクトルは試料光学系の配置により影響を受ける」と記載され、「屈折・散乱そして表面反射は物質情報を反映していない」と記載され、また、光学系について「鏡面反射を回避する配置を選択する」ことが重要である旨が記載されている。
【0008】
一方、小型で可搬性を有し現場での分光測定が容易な非接触分光測定装置が求められている。しかし、このような非接触分光測定装置と測定対象物との間の光学系を適切に設定することは容易でないので、測定対象物を適正に評価することは更に困難である。
【0009】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、測定対象物を適正に評価することが容易な非接触分光測定装置および非接触分光測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の非接触分光測定装置は、(1) 広帯域の光を出力する光源と、(2) 光源から測定対象物へ至る第１光路の途中に設けられ、光源から出力された光を入力して、特定偏光の光を測定対象物へ出力する第１偏光子と、(3) 測定対象物で生じた光のうち到達した光のスペクトルを取得する分光器と、(4) 測定対象物から分光器へ至る第２光路の途中に設けられ、測定対象物で生じた光を入力して、特定偏光の光を除く光を分光器へ出力する第２偏光子と、(5) 光源から出力された光を測定対象物に照射している期間に分光器が取得した第１スペクトルから、光源から出力される光を測定対象物に照射していない期間に分光器が取得した第２スペクトルを減算して、その減算結果として第３スペクトルを求め、第３スペクトルを光源の出力光スペクトルで除算した結果として第４スペクトルを求め、第４スペクトルまたは第４スペクトルを処理して得られた第５スペクトルに基づいて測定対象物を評価する演算部と、を備える。演算部は、第４スペクトルを標準化処理して第５スペクトルを求め、この第５スペクトルに基づいて測定対象物を評価するのが好適である。
【0011】
本発明の非接触分光測定装置では、第１光路および第２光路は、測定対象物に対して光が入出射する部分が共通の光路であるのが好適である。第１偏光子および第２偏光子は、直線偏光の光を出力する偏光子であってもよい。第１偏光子および第２偏光子は、円偏光の光を出力する偏光子であってもよい。また、第１偏光子および第２偏光子は、円偏光の光を出力する偏光子であり、共通の光路の途中に共通の偏光子として設けられていてもよい。
【0012】
本発明の非接触分光測定装置は、(1) 第２光路の途中に設けられ、測定対象物からの光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、第１分岐光を分光器へ出力するビームスプリッタと、(2) ビームスプリッタから出力された第２分岐光を受光して、測定対象物を撮像する撮像部と、(3) 撮像部により撮像された測定対象物の画像を表示する表示部と、を更に備えるのが好適である。表示部は、測定対象物の画像において、分光器が分光測定する範囲を表示するのが好適である。本発明の非接触分光測定装置は、(1) レーザ光を出力するレーザ光源と、(2) 第２光路の途中に設けられ、測定対象物からの光を分光器へ出力するとともに、レーザ光源からのレーザ光を第２光路に沿って測定対象物へ出力するビームスプリッタと、を更に備えるのが好適である。また、第１光路を経て測定対象物に光が照射される範囲は視認可能なスポット形状であるのが好適である。
【0013】
本発明の非接触分光測定方法は、(1) 光源から測定対象物へ至る第１光路の途中に設けられた第１偏光子により、光源から出力された広帯域の光を特定偏光の光として測定対象物に照射し、その照射期間に、測定対象物から分光器へ至る第２光路の途中に設けられた第２偏光子により、測定対象物で生じた光のうち特定偏光の光を除いた光を分光器に入射させて、その入射した光の第１スペクトルを分光器により取得する第１スペクトル取得ステップと、(2) 光源から出力される光を測定対象物に照射していない期間に、分光器に入射した光の第２スペクトルを分光器により取得する第２スペクトル取得ステップと、(3) 第１スペクトルから第２スペクトルを減算した結果として第３スペクトルを求める減算ステップと、(4) 第３スペクトルを光源の出力光スペクトルで除算した結果として第４スペクトルを求める除算ステップと、(5) 第４スペクトルまたは第４スペクトルを処理して得られた第５スペクトルに基づいて測定対象物を評価する評価ステップと、を備える。本発明の非接触分光測定方法は、第４スペクトルを標準化処理して第５スペクトルを求める標準化ステップを更に備え、評価ステップにおいて、この第５スペクトルに基づいて測定対象物を評価するのが好適である。
【0014】
本発明の非接触分光測定方法では、第１光路および第２光路は、測定対象物に対して光が入出射する部分が共通の光路であるのが好適である。第１偏光子および第２偏光子は、直線偏光の光を出力する偏光子であってもよい。第１偏光子および第２偏光子は、円偏光の光を出力する偏光子であってもよい。また、第１偏光子および第２偏光子は、円偏光の光を出力する偏光子であり、共通の光路の途中に共通の偏光子として設けられていてもよい。
【0015】
本発明の非接触分光測定方法は、第２光路の途中に設けられたビームスプリッタにより、測定対象物からの光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、第１分岐光を分光器へ出力するとともに、第２分岐光を撮像部へ出力し、第２分岐光を受光した撮像部により測定対象物を撮像し、撮像部により撮像された測定対象物の画像を表示部により表示するのが好適である。表示部により、測定対象物の画像において、分光器が分光測定する範囲を表示するのが好適である。本発明の非接触分光測定方法は、第２光路の途中に設けられたビームスプリッタにより、測定対象物からの光を分光器へ出力するとともに、レーザ光源からのレーザ光を第２光路に沿って測定対象物へ出力するのが好適である。また、第１光路を経て測定対象物に光が照射される範囲は視認可能なスポット形状であるのが好適である。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、測定対象物を適正に評価することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0019】
先ず、第１実施形態の非接触分光測定装置１Ａについて説明する。図１は、第１実施形態の非接触分光測定装置１Ａの構成を示す図である。非接触分光測定装置１Ａは、測定ヘッド２Ａおよび制御装置３を備える。測定ヘッド２Ａは、光源１０、分光器２０、撮像部３０、第１偏光子４１、第２偏光子４２、シャッタ５１、ビームスプリッタ５２、レンズ５４および絞り５５を備える。図２は、第１実施形態の非接触分光測定装置１Ａの測定ヘッド２Ａにおける光源１０から分光器２０へ至るまでの光学系を説明する図である。なお、図２では、シャッタ５１およびビームスプリッタ５２の図示が省略されている。
【0020】
光源１０は、広帯域の光を出力する。光源１０としては、分光測定の対象である測定対象物Ｓａおよび分光測定による評価項目などに応じた波長帯域の光を出力するものが用いられる。光源１０の出力波長帯域は、赤外域または可視域を含んでいてもよく、また、紫外域を含んでいてもよい。光源１０は、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、蛍光灯、放電灯などであってもよい。また、光源１０は、例えば秒単位で点灯／消灯を繰り返すことができるものであってもよく、短時間に高強度の光を放つストロボ動作をすることができるもの（例えば、キセノンフラッシュ光源、一眼レフカメラ用のフラッシュランプ、コンパクトカメラ用のＬＥＤフラッシュランプ、等）であってもよい。
【0021】
第１偏光子４１およびシャッタ５１は、光源１０から測定対象物Ｓａへ至る第１光路の途中に設けられている。第１偏光子４１は、光源１０から出力された光を入力して、特定偏光（特定方向の直線偏光または特定回転方向の円偏光）の光を測定対象物Ｓａへ出力する。シャッタ５１は、光源１０から出力された光の測定対象物Ｓａへの照射／非照射を制御する。シャッタ５１は、光源１０から測定対象物Ｓａへ至る第１光路に対する遮蔽板の挿入／待避により、測定対象物Ｓａへの光の照射／非照射を制御してもよい。また、シャッタ５１は、第１光路上に配置された液晶パネルの光の透過／遮断により、測定対象物Ｓａへの光の照射／非照射を制御してもよい。シャッタ５１を設けることなく、光源１０からの光の出射／非出射により、測定対象物Ｓａへの光の照射／非照射を制御してもよい。また、短い周期（例えば数十ｍｓ～数百ｍｓ）で測定対象物Ｓａへの光の照射／非照射を複数回繰り返すことで、日照などの周囲環境光の短時間の変化に追随できるようにしてもよく、この場合、照射時間および非照射時間それぞれを例えば１００ｍｓとしてよい。
【0022】
第２偏光子４２、レンズ５４および絞り５５は、測定対象物Ｓａから分光器２０へ至る第２光路の途中に設けられている。第２偏光子４２は、測定対象物Ｓａで生じた光を入力して、上記特定偏光の光を除く光を分光器２０へ出力する。レンズ５４は、測定対象物Ｓａの光照射領域で生じ第２偏光子４２を経た光を入力して、その光照射領域の像を結像面２２上に結像する。分光器２０の光入射スリット２１は結像面２２上にある。絞り５５は、レンズ５４の後段に設けられ、分光器２０の光入射スリット２１への光の入射の方向（指向性）を制限する。
【0023】
レンズ５４の焦点距離および絞り５５の開口径を適切に選択することにより、レンズ５４の過焦点距離の１／２より遠くに測定対象物Ｓｂが位置する場合であっても、その測定対象物Ｓｂの像が結像面２２上に結像され得る。このことにより、測定対象物Ｓａと装置との間の距離の設定の自由度を高めることができる。また、分光器２０の光入射スリット２１のサイズが小さいほど、分光器２０による分光測定の範囲が狭まり、測定角θが狭く指向性が高い状態を実現することができる。
【0024】
分光器２０は、測定対象物Ｓａから到達した光のうち光入射スリット２１を通過した光のスペクトルを取得する。分光器２０は、光源１０から出力される光の帯域において感度を有する。分光器２０の分光可能な波長帯域は、光源１０から出力される白色光の波長帯域に含まれるのが好適である。分光器２０は、光源１０から出力された光が測定対象物Ｓａに照射されている期間に第１スペクトルを取得し、光源１０から出力される光が測定対象物Ｓａに照射されていない期間に第２スペクトルを取得する。
【0025】
分光器２０として、例えば浜松ホトニクス株式会社製のマイクロ分光器C12666MAまたはC12880MAが好適に用いられる。これらのマイクロ分光器は、光入射スリット、グレーティングおよびＣＭＯＳリニアイメージセンサをＭＯＥＭＳ（Micro Opto Electro Mechanical Systems）技術により一体に組み込んだものであり、サイズが W20.1 x D12.5 x H10.1 mm という小型であるので、可搬性を有する非接触分光測定装置１Ａを構成する上で好適である。
【0026】
ビームスプリッタ５２は、第２偏光子４２からレンズ５４へ至る光路の途中に設けられている。ビームスプリッタ５２は、第２偏光子４２から出力された光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、第１分岐光を分光器２０へ出力し、第２分岐光を撮像部３０へ出力する。撮像部３０は、ビームスプリッタ５２から出力された第２分岐光を受光して、測定対象物Ｓａを撮像して、その撮像により得られた画像データを出力する。撮像部３０は、光源１０から出力される光の帯域において感度を有する。撮像部３０は、ＣＣＤカメラであってもよいし、ＣＭＯＳカメラであってもよい。
【0027】
制御装置３は、測定ヘッド２Ａと電気的に接続されている。制御装置３は、測定ヘッド２Ａの動作（例えば、測定対象物Ｓａへの光の照射／非照射、分光器２０によるスペクトル取得、撮像部３０による撮像）を制御する。制御装置３は、撮像部３０から出力される画像データを入力して、撮像部３０により撮像された測定対象物Ｓａの画像を表示する表示部３ａを含む。また、制御装置３は、分光器２０により取得された第１スペクトルおよび第２スペクトルを入力して、それらのスペクトルに基づいて所定の演算（後述）を行う演算部として用いられる。制御装置３としては、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）が用いられるが、小型で可搬性を有するノートＰＣまたはタブレットＰＣなどが用いられるのが好適である。
【0028】
第１偏光子４１は、光源１０から出力された広帯域の白色光（一般に非偏光の光）のうち特定偏光（特定方向の直線偏光または特定回転方向の円偏光）の光を出力する。これに対して、第２偏光子４２は、測定対象物Ｓａで生じた光のうち該特定偏光の光を除く光を出力する。すなわち、第２偏光子４２は、光源１０から出力され第１偏光子４１により特定偏光とされて測定対象物Ｓａに照射された光のうち、測定対象物Ｓａの表面で反射された特定偏光を維持する光を選択的に遮断し、また、測定対象物Ｓａの内部における光吸収を反映した拡散反射光（一般に非偏光の光）のうち特定偏光を維持する光を選択的に遮断し、他の偏光成分の光を選択的に透過させる。第２偏光子４２から出力される光は、測定対象物Ｓａの内部における光吸収を反映した拡散反射光のうち特定偏光の光を除く光である。このような拡散反射光が分光器２０および撮像部３０それぞれにより受光される。
【0029】
第１偏光子４１および第２偏光子４２は、直線偏光の光を出力する偏光子であってよい。この場合、第１偏光子４１および第２偏光子４２は、各々が出力する直線偏光の偏光方位が互いに直交するよう配置される。
【0030】
第１偏光子４１および第２偏光子４２は、円偏光の光を出力する偏光子であってもよい。この場合、第１偏光子４１および第２偏光子４２は、互いに同じ回転方位の円偏光の光を出力する。一般に、このような偏光子は、直線偏光フィルタ層と１／４波長板層とが積層された構造を有する。第１偏光子４１の直線偏光フィルタ層と第２偏光子４２の直線偏光フィルタ層とは、各々が出力する直線偏光の偏光方位が互いに同じであってよい。光源１０から出力される広帯域の白色光は、第１偏光子４１の直線偏光フィルタ層を通過して特定の直線偏光状態となった後、第１偏光子４１の１／４波長板層を通過して左回転および右回転の何れかの円偏光状態となる。第１偏光子４１から出力された円偏光の光が測定対象物Ｓａに照射されたとき、その測定対象物Ｓａの表面で反射された光は、照射光とは逆方向の回転方位の円偏光状態となるから、第２偏光子４２の１／４波長板層により直線偏光となると、第２偏光子４２の直線偏光フィルタ層により遮断される。したがって、第２偏光子４２から出力される光は、測定対象物Ｓａの内部における光吸収を反映した拡散反射光のうち特定偏光の光を除く光である。
【0031】
光源１０から出力された光が測定対象物Ｓａへ照射される方向（測定対象物Ｓａにおける第１光路の方向）と、測定対象物Ｓａで生じた光が測定対象物Ｓａから分光器２０および撮像部３０へ出射される方向（測定対象物Ｓａにおける第２光路の方向）とがなす角度を、αとする。この角度αは可変であるのが好適である。測定対象物Ｓａまでの距離に応じて角度αを適切に調整することにより、光源１０からの光が測定対象物Ｓａにおいて照射される範囲（照射範囲Ｒａ）が、分光器２０の受光範囲および撮像部３０の撮像範囲と重なるように設定することができる。
【0032】
光源１０から第１光路を経て測定対象物Ｓａに光が照射される範囲（照射範囲Ｒａ）は視認可能なスポット形状であるのが好適である。また、照射範囲Ｒａは狭いほど好適である。したがって、光源１０として、出力光が可視光を含み、できるかぎり点光源と見做すことができるものを用いて、輪郭が明瞭である照射範囲Ｒａを照射光学系により形成するのが好適である。
【0033】
また、制御装置３の表示部３ａは、撮像部３０により撮像された測定対象物Ｓａの画像の表示に加えて、その測定対象物Ｓａの画像において、分光器２０が分光測定する範囲（分光可能範囲Ｒｂ）を表示するのが好適である。このようにすることで、測定対象物Ｓａのうちの所望の範囲を分光測定することが容易となる。
【0034】
次に、第２実施形態の非接触分光測定装置１Ｂについて説明する。図３は、第２実施形態の非接触分光測定装置１Ｂの構成を示す図である。非接触分光測定装置１Ｂは、測定ヘッド２Ｂおよび制御装置３を備える。測定ヘッド２Ｂは、光源１０、分光器２０、第１偏光子４１、第２偏光子４２、シャッタ５１、ビームスプリッタ５２、レンズ５４、絞り５５およびビームダンパ５６を備える。以下では、第１実施形態の非接触分光測定装置１Ａの構成と相違する点について主に説明する。
【0035】
第２実施形態における測定ヘッド２Ｂでは、光源１０から測定対象物Ｓａへ至る第１光路と、測定対象物Ｓａから分光器２０へ至る第２光路とは、測定対象物Ｓａに対して光が入出射する部分（測定対象物Ｓａとビームスプリッタ５２との間の光路の部分）が共通の光路となっている。
【0036】
第１偏光子４１およびシャッタ５１は、光源１０とビームスプリッタ５２との間の光路上に配置されている。第２偏光子４２は、ビームスプリッタ５２とレンズ５４との間の光路上に配置されている。第１偏光子４１および第２偏光子４２は、直線偏光の光を出力する偏光子であってよいし、円偏光の光を出力する偏光子であってもよい。
【0037】
光源１０から出力された広帯域の白色光は、第１偏光子４１により特定偏光とされ、シャッタ５１を通過して、ビームスプリッタ５２に入力される。光源１０からビームスプリッタ５２に入力された光は、ビームスプリッタ５２を透過して、測定対象物Ｓａへ照射される。このとき、光源１０からビームスプリッタ５２に入力された光の一部がビームスプリッタ５２で反射されるが、その反射光はビームダンパ５６により吸収される。また、測定対象物Ｓａで生じた光は、ビームスプリッタ５２で反射されて分光器２０へ出力される。
【0038】
第２実施形態の非接触分光測定装置１Ｂは、第１光路および第２光路において測定対象物Ｓａに対して光が入出射する部分が共通の光路となっていることから、測定対象物Ｓａまでの距離が変化しても、明瞭な輪郭を有するスポット照明で照射範囲Ｒａを形成することができ、その範囲内の一点または一部範囲を確実に分光測定することができる。
【0039】
次に、第３実施形態の非接触分光測定装置１Ｃについて説明する。図４は、第３実施形態の非接触分光測定装置１Ｃの構成を示す図である。非接触分光測定装置１Ｃは、測定ヘッド２Ｃおよび制御装置３を備える。図４に示される第３実施形態における測定ヘッド２Ｃは、図３に示された第２実施形態における測定ヘッド２Ｂの構成に加えて、ビームスプリッタ５３、ビームダンパ５７および撮像部３０を更に備える。以下では、第２実施形態の非接触分光測定装置１Ｂの構成と相違する点について主に説明する。
【0040】
第３実施形態における測定ヘッド２Ｃでは、ビームスプリッタ５２に加えてビームスプリッタ５３も設けられている。ビームスプリッタ５３は、第１偏光子４１およびシャッタ５１とビームスプリッタ５２との間の光路上に配置されている。
【0041】
第１偏光子４１およびシャッタ５１は、光源１０とビームスプリッタ５３との間の光路上に配置されている。第２偏光子４２は、ビームスプリッタ５２とレンズ５４との間の光路上に配置されている。第１偏光子４１および第２偏光子４２は、直線偏光の光を出力する偏光子であってよいし、円偏光の光を出力する偏光子であってもよい。
【0042】
光源１０から出力された広帯域の白色光は、第１偏光子４１により特定偏光とされ、シャッタ５１を通過して、ビームスプリッタ５３に入力される。光源１０からビームスプリッタ５３に入力された光は、ビームスプリッタ５３を透過して、ビームスプリッタ５２へ出力される。このとき、光源１０からビームスプリッタ５３に入力された光の一部がビームスプリッタ５３で反射されるが、その反射光はビームダンパ５７により吸収される。
【0043】
ビームスプリッタ５３からビームスプリッタ５２に入力された光は、ビームスプリッタ５２を透過して、測定対象物Ｓａへ照射される。ビームスプリッタ５３からビームスプリッタ５２に入力された光の一部がビームスプリッタ５２で反射されるが、その反射光はビームダンパ５６により吸収される。
【0044】
測定対象物Ｓａで生じた光の一部はビームスプリッタ５２で反射されて分光器２０へ出力され、残部はビームスプリッタ５２を透過してビームスプリッタ５３へ出力される。ビームスプリッタ５２からビームスプリッタ５３に入力された光は、ビームスプリッタ５３で反射されて撮像部３０へ出力される。
【0045】
第３実施形態の非接触分光測定装置１Ｃも、第１光路および第２光路において測定対象物Ｓａに対して光が入出射する部分が共通の光路となっていることから、測定対象物Ｓａまでの距離が変化しても、明瞭な輪郭を有するスポット照明で照射範囲Ｒａを形成することができ、その範囲内の一点または一部範囲を確実に分光測定することができる。また、第３実施形態の非接触分光測定装置１Ｃは、撮像部３０および表示部３ａを備えていることにより、測定対象物Ｓａの画像を表示することができ、その画像において分光可能範囲Ｒｂを表示することができる。
【0046】
次に、第４実施形態の非接触分光測定装置１Ｄについて説明する。図５は、第４実施形態の非接触分光測定装置１Ｄの構成を示す図である。非接触分光測定装置１Ｄは、測定ヘッド２Ｄおよび制御装置３を備える。図５に示される第４実施形態における測定ヘッド２Ｄは、図３に示された第２実施形態における測定ヘッド２Ｂの構成と比較すると、第１偏光子４１および第２偏光子４２に替えて偏光子４０を備える点で相違する。以下では、第２実施形態の非接触分光測定装置１Ｂの構成と相違する点について主に説明する。
【0047】
第４実施形態における測定ヘッド２Ｄでは、光源１０から測定対象物Ｓａへ至る第１光路と、測定対象物Ｓａから分光器２０へ至る第２光路とは、測定対象物Ｓａに対して光が入出射する部分（測定対象物Ｓａとビームスプリッタ５２との間の光路の部分）が共通の光路となっている。偏光子４０は、円偏光の光を出力する偏光子である。偏光子４０は、第１偏光子４１および第２偏光子４２の双方を兼ねるものとして、その共通の光路に配置されている。
【0048】
光源１０から出力された広帯域の白色光は、シャッタ５１を通過して、ビームスプリッタ５２に入力される。光源１０からビームスプリッタ５２に入力された光は、ビームスプリッタ５２を透過し、偏光子４０により特定の円偏光とされて、測定対象物Ｓａへ照射される。このとき、光源１０からビームスプリッタ５２に入力された光の一部がビームスプリッタ５２で反射されるが、その反射光はビームダンパ５６により吸収される。また、測定対象物Ｓａで生じた光は、偏光子４０により特定の円偏光が除去された後に、ビームスプリッタ５２で反射されて分光器２０へ出力される。
【0049】
次に、第５実施形態の非接触分光測定装置１Ｅについて説明する。図６は、第５実施形態の非接触分光測定装置１Ｅの構成を示す図である。非接触分光測定装置１Ｅは、測定ヘッド２Ｅおよび制御装置３を備える。図６に示される第５実施形態における測定ヘッド２Ｅは、図４に示された第３実施形態における測定ヘッド２Ｃの構成と比較すると、第１偏光子４１および第２偏光子４２に替えて偏光子４０を備える点で相違する。以下では、第３実施形態の非接触分光測定装置１Ｃの構成と相違する点について主に説明する。
【0050】
第５実施形態における測定ヘッド２Ｅでは、光源１０から測定対象物Ｓａへ至る第１光路と、測定対象物Ｓａから分光器２０へ至る第２光路とは、測定対象物Ｓａに対して光が入出射する部分（測定対象物Ｓａとビームスプリッタ５２との間の光路の部分）が共通の光路となっている。偏光子４０は、円偏光の光を出力する偏光子である。偏光子４０は、第１偏光子４１および第２偏光子４２の双方を兼ねるものとして、その共通の光路に配置されている。
【0051】
光源１０から出力された広帯域の白色光は、シャッタ５１を通過して、ビームスプリッタ５３に入力される。光源１０からビームスプリッタ５３に入力された光は、ビームスプリッタ５３を透過して、ビームスプリッタ５２へ出力される。このとき、光源１０からビームスプリッタ５３に入力された光の一部がビームスプリッタ５３で反射されるが、その反射光はビームダンパ５７により吸収される。
【0052】
ビームスプリッタ５３からビームスプリッタ５２に入力された光は、ビームスプリッタ５２を透過し、偏光子４０により特定の円偏光とされて、測定対象物Ｓａへ照射される。ビームスプリッタ５３からビームスプリッタ５２に入力された光の一部がビームスプリッタ５２で反射されるが、その反射光はビームダンパ５６により吸収される。
【0053】
測定対象物Ｓａで生じた光は、偏光子４０により特定の円偏光が除去された後に、その一部はビームスプリッタ５２で反射されて分光器２０へ出力され、残部はビームスプリッタ５２を透過してビームスプリッタ５３へ出力される。ビームスプリッタ５２からビームスプリッタ５３に入力された光は、ビームスプリッタ５３で反射されて撮像部３０へ出力される。
【0054】
次に、第６実施形態の非接触分光測定装置１Ｆについて説明する。図３２は、第６実施形態の非接触分光測定装置１Ｆの構成を示す図である。非接触分光測定装置１Ｆは、測定ヘッド２Ｆおよび制御装置３を備える。図３２に示される第６実施形態における測定ヘッド２Ｆは、図４に示された第３実施形態における測定ヘッド２Ｃの構成と比較すると、光源１０、分光器２０および撮像部３０の間の光学的配置関係の点で相違する。以下では、第３実施形態の非接触分光測定装置１Ｃの構成と相違する点について主に説明する。
【0055】
第６実施形態における測定ヘッド２Ｆでは、撮像部３０と測定対象物Ｓａとの間の光路にビームスプリッタ５２，５３が設けられている。ビームスプリッタ５２，５３のうち測定対象物Ｓａに近い位置に設けられているビームスプリッタ５２は、光源１０から出力されて第１偏光子４１を透過した光を測定対象物Ｓａへ向けて反射させ、また、測定対象物Ｓａから到達した光を第２偏光子４２へ向けて透過させる。ビームスプリッタ５２，５３のうち撮像部３０に近い位置に設けられているビームスプリッタ５３は、ビームスプリッタ５２から第２偏光子４２を経て到達した光を２分岐して、一方の分岐光を分光器２０へ出力し、他方の分岐光を撮像部３０へ出力する。
【0056】
光源１０から出力された広帯域の白色光は、第１偏光子４１により特定偏光とされ、シャッタ５１を通過して、ビームスプリッタ５２に入力される。光源１０からビームスプリッタ５２に入力された光は、ビームスプリッタ５２で反射されて、測定対象物Ｓａに照射される。このとき、光源１０からビームスプリッタ５２に入力された光の一部がビームスプリッタ５２を透過するが、その透過光はビームダンパ５６により吸収される。
【0057】
測定対象物Ｓａで生じてビームスプリッタ５２に入力された光は、ビームスプリッタ５２および第２偏光子４２を経て、ビームスプリッタ５３に入力される。測定対象物Ｓａからビームスプリッタ５３に入力された光の一部はビームスプリッタ５３で反射されて分光器２０へ出力され、残部はビームスプリッタ５３を透過して撮像部３０へ出力される。
【0058】
第６実施形態では、光源１０から出力された光が測定対象物Ｓａへ照射されるまでに通過するビームスプリッタが１つのみであるので、測定対象物Ｓａへ照射されるまでの光の減衰を小さくすることができる。したがって、低光量の光源１０を用いることができ、装置の消費電力低減、小型化および可搬性向上が可能となる。
【0059】
次に、第７実施形態の非接触分光測定装置１Ｇについて説明する。図３３は、第７実施形態の非接触分光測定装置１Ｇの構成を示す図である。非接触分光測定装置１Ｇは、測定ヘッド２Ｇおよび制御装置３を備える。図３３に示される第７実施形態における測定ヘッド２Ｇは、図３２に示された第６実施形態における測定ヘッド２Ｆの構成と比較すると、第１偏光子４１および第２偏光子４２に替えて偏光子４０を備える点で相違する。以下では、第６実施形態の非接触分光測定装置１Ｆの構成と相違する点について主に説明する。
【0060】
第７実施形態における測定ヘッド２Ｇでは、ビームスプリッタ５２と測定対象物Ｓａとの間の光路上に偏光子４０が配置されている。偏光子４０は、円偏光の光を出力する偏光子であり、第１偏光子４１および第２偏光子４２の双方を兼ねる。
【0061】
光源１０から出力された広帯域の白色光は、シャッタ５１を通過して、ビームスプリッタ５２に入力される。光源１０からビームスプリッタ５２に入力された光は、ビームスプリッタ５２で反射され、偏光子４０により特定の円偏光とされて、測定対象物Ｓａに照射される。光源１０からビームスプリッタ５２に入力された光の一部がビームスプリッタ５２を透過するが、その透過光はビームダンパ５６により吸収される。
【0062】
測定対象物Ｓａで生じた光は、偏光子４０により特定の円偏光が除去された後に、ビームスプリッタ５２を経てビームスプリッタ５３に入力される。測定対象物Ｓａからビームスプリッタ５３に入力された光の一部はビームスプリッタ５３で反射されて分光器２０へ出力され、残部はビームスプリッタ５３を透過して撮像部３０へ出力される。
【0063】
第７実施形態でも、光源１０から出力された光が測定対象物Ｓａへ照射されるまでに通過するビームスプリッタが１つのみであるので、測定対象物Ｓａへ照射されるまでの光の減衰を小さくすることができる。したがって、低光量の光源１０を用いることができ、装置の消費電力低減、小型化および可搬性向上が可能となる。
【0064】
次に、第８実施形態の非接触分光測定装置１Ｈについて説明する。図３４は、第８実施形態の非接触分光測定装置１Ｈの構成を示す図である。非接触分光測定装置１Ｈは、測定ヘッド２Ｈおよび制御装置３を備える。図３４に示される第８実施形態における測定ヘッド２Ｈは、図３２に示された第６実施形態における測定ヘッド２Ｆの構成と比較すると、ビームスプリッタ５３に対する分光器２０および撮像部３０の配置の点で相違する。以下では、第６実施形態の非接触分光測定装置１Ｆの構成と相違する点について主に説明する。
【0065】
第６実施形態における測定ヘッド２Ｆでは、測定対象物Ｓａからビームスプリッタ５３に入力された光の一部はビームスプリッタ５３で反射されて分光器２０へ出力され、残部はビームスプリッタ５３を透過して撮像部３０へ出力される。これに対して、第８実施形態における測定ヘッド２Ｈでは、測定対象物Ｓａからビームスプリッタ５３に入力された光の一部はビームスプリッタ５３で反射されて撮像部３０へ出力され、残部はビームスプリッタ５３を透過して分光器２０へ出力される。レンズ５４および絞り５５は、ビームスプリッタ５３と分光器２０との間に設けられている。
【0066】
このように構成される第８実施形態の非接触分光測定装置１Ｈも、第６実施形態の非接触分光測定装置１Ｆと同様の効果を奏する。なお、第１実施形態（図１）および第７実施形態（図３３）の構成においても、ビームスプリッタに対する分光器２０および撮像部３０の配置の変更が可能である。
【0067】
次に、第９実施形態の非接触分光測定装置１Ｉについて説明する。図３５は、第９実施形態の非接触分光測定装置１Ｉの構成を示す図である。非接触分光測定装置１Ｉは、測定ヘッド２Ｉおよび制御装置３を備える。図３５に示される第９実施形態における測定ヘッド２Ｉは、図３２に示された第６実施形態における測定ヘッド２Ｆの構成と比較すると、撮像部３０に替えてレーザ光源６０を備える点で相違し、ビームダンパ５７を更に備える点で相違する。以下では、第６実施形態の非接触分光測定装置１Ｆの構成と相違する点について主に説明する。
【0068】
レーザ光源６０はレーザ光を出力する。小型化および可搬性向上の点で、レーザ光源６０はレーザダイオードであるのが好適である。レーザ光の波長は、可視域であり、測定対象物Ｓａの色に応じて適切に選択される。例えば、測定対象物Ｓａが緑色であれば、レーザ光の波長は赤色（例えば６３５ｎｍ）であるのが好適である。
【0069】
測定対象物Ｓａから第２光路に沿ってビームスプリッタ５３に入力された光の一部はビームスプリッタ５３で反射されて分光器２０へ出力される。レーザ光源６０からビームスプリッタ５３に入力されたレーザ光の一部は、ビームスプリッタ５３を透過して第２光路に沿って測定対象物Ｓａへ出力され、残部はビームスプリッタ５３で反射されてビームダンパ５７により吸収される。
【0070】
測定対象物Ｓａにおけるレーザ光の照射位置は、分光測定可能な位置または範囲を示している。すなわち、レーザ光源６０は、分光測定可能な位置または範囲を示すレーザポインタとして用いられる。これにより、測定対象物Ｓａにおける照射範囲または分光可能範囲の確認が容易となる。
【0071】
なお、第１実施形態（図１）、第３実施形態（図４）、第５実施形態（図６）、第７実施形態（図３３）および第８実施形態（図３４）の構成においても、撮像部３０に替えてレーザ光源６０を用いることができる。また、ビームスプリッタに対する分光器２０およびレーザ光源６０の配置の変更も可能である。
【0072】
次に、本実施形態の非接触分光測定装置の動作について説明するとともに、本実施形態の非接触分光測定方法について、図７～図１４を用いて説明する。以下の動作説明は、第１～第９の実施形態の非接触分光測定装置の何れを用いた場合にも適用できる。
【0073】
図７および図８は、本実施形態の非接触分光測定方法を説明するフローチャートである。図７は、メインルーチンのフローチャートである。図８は、サブルーチンのフローチャートである。図９～図１４は、各種のスペクトルを模式的に示す図である。図９は、光源１０の出力光スペクトルＳｐ０を模式的に示す図である。図１０は、第１スペクトルＳｐ１を模式的に示す図である。図１１は、第２スペクトルＳｐ２を模式的に示す図である。図１２は、第３スペクトルＳｐ３を模式的に示す図である。図１３は、第４スペクトルＳｐ４を模式的に示す図である。図１４は、第５スペクトルＳｐ５を模式的に示す図である。
【0074】
図７に示されるように、先ず、光源１０の出力光スペクトルＳｐ０が未だ取得されていない場合（ステップＳｔ１でＮｏの場合）、光源１０の出力光スペクトルＳｐ０（図９）を取得する（ステップＳｔ２）。また、評価用計算式が未だ取得されていない場合（ステップＳｔ３でＮｏの場合）、評価用計算式を取得する（ステップＳｔ４）。評価用計算式は、相対反射スペクトルＳｐ５（後述）と評価値との間の相関を表すものであり、相対反射スペクトルＳｐ５に基づいて測定対象物を評価する際に用いられる。
【0075】
光源１０の出力光スペクトルＳｐ０および評価用計算式が準備できれば、個々の測定対象物について、相対反射スペクトルＳｐ５を取得し（ステップＳｔ５）、その取得した相対反射スペクトルＳｐ５および評価用計算式に基づいて測定対象物を評価する（評価ステップＳｔ６）。なお、測定対象物および評価項目は、例えば、植物の葉緑素濃度、果実の糖度、米の食味、牛肉の脂肪、魚の脂肪、飼料の栄養成分、建材の含有成分、等である。相対反射スペクトルＳｐ５の取得（ステップＳｔ５）の詳細な手順は図８に示されている。
【0076】
なお、第９実施形態（図３５）の構成のようにレーザポインタとしてのレーザ光源６０が設けられている場合には、光源１０およびレーザ光源６０の双方がオフである状態から、光源１０およびレーザ光源６０の双方をオン状態として、測定対象物Ｓａにおける照射範囲または分光可能範囲を確認して所望範囲に設定する。その後にレーザ光源６０をオフ状態として、図８に示される処理を行う。
【0077】
図８に示されるように、第１スペクトルＳｐ１の取得（ステップＳｔ１１）および第２スペクトルＳｐ２の取得（ステップＳｔ１２）を行う。これら２つのステップＳｔ１１，Ｓｔ１２の実行順序は任意である。ステップＳｔ１１とステップＳｔ１２とを交互に繰り返して行い、複数のステップＳｔ１１それぞれで得られたスペクトルの平均を第１スペクトルＳｐ１としてもよいし、複数のステップＳｔ１２それぞれで得られたスペクトルの平均を第２スペクトルＳｐ２としてもよい。ステップＳｔ１１およびステップＳｔ１２では分光測定条件（露出時間、感度等）を互いに同一として、第１スペクトルＳｐ１および第２スペクトルＳｐ２が含む周囲環境光およびダーク信号の検出量を互いに等しくする。
【0078】
第１スペクトル取得ステップＳｔ１１において、光源１０から測定対象物へ至る第１光路の途中に設けられた第１偏光子４１により、光源１０から出力された広帯域の光を特定偏光の光として測定対象物に照射する。その照射期間に、測定対象物から分光器２０へ至る第２光路の途中に設けられた第２偏光子４２により、測定対象物で生じた光のうち特定偏光の光を除いた光を分光器２０に入射させて、その入射した光のスペクトル（第１スペクトルＳｐ１）を分光器２０により取得する。この第１スペクトルＳｐ１（図１０）は、光源１０からの光が測定対象物に照射されて測定対象物の内部における光吸収を反映した拡散反射光のスペクトル、周囲環境光が測定対象物に照射されたことにより測定対象物で生じた反射光のスペクトル、および、分光器２０のダーク信号のスペクトルを含む。周囲環境光は、屋外であれば例えば太陽光であり、屋内であれば例えば屋内照明の光である。
【0079】
第２スペクトル取得ステップＳｔ１２において、光源１０から出力される光を測定対象物に照射していない期間に、分光器２０に入射した光のスペクトル（第２スペクトルＳｐ２）を分光器２０により取得する。この第２スペクトルＳｐ２（図１１）は、周囲環境光が測定対象物に照射されたことにより測定対象物で生じた反射光のスペクトル、および、分光器２０のダーク信号のスペクトルを含む。なお、図１１において破線は分光器２０のダーク信号のスペクトルを示す。
【0080】
制御装置３は、以上のような第１スペクトルＳｐ１および第２スペクトルＳｐ２を分光器２０から入力して、演算部として以降の演算処理（ステップＳｔ１３～Ｓｔ１５、Ｓｔ６）を行う。
【0081】
第３スペクトル取得ステップ（減算ステップ）Ｓｔ１３において、第１スペクトルＳｐ１から第２スペクトルＳｐ２を減算し、その減算結果として第３スペクトルＳｐ３（＝Ｓｐ１－Ｓｐ２）を求める。この減算により得られる第３スペクトルＳｐ３（図１２）は、周囲環境光の影響および分光器２０のダーク信号が除去されたものであって、光源１０からの光が測定対象物に照射されて測定対象物の内部における光吸収を反映した拡散反射光のスペクトルを表している。このような減算を行って第３スペクトルＳｐ３を求めることにより、測定の度に異なる周囲環境光の影響を除去することができ、また、一般に温度によって異なる分光器２０のダーク信号の影響を除去することができる。
【0082】
第４スペクトル取得ステップ（除算ステップ）Ｓｔ１４において、第３スペクトルＳｐ３を光源１０の出力光スペクトルＳｐ０で除算し、その除算結果として第４スペクトルＳｐ４（＝Ｓｐ３／Ｓｐ０）を求める。この除算により得られる第４スペクトルＳｐ４（図１３）は、反射率のスペクトルを表している。
【0083】
通常、測定対象物の反射率のスペクトルを求める際は、測定対象物からの反射光のスペクトルの取得の前後に、周囲環境光を含めて同一の照明条件の下で測定対象物の位置に置いた標準白色板等からの反射光のスペクトルを取得し、これを照明光スペクトルとして利用する。しかし、例えば屋外の圃場では日照状況および光源からの距離等により照明条件が大きく異なることから、標準白色板を用いる場合には、測定毎に照明光スペクトルを取得する必要がある。圃場でこの作業を繰り返すことは、煩雑であり大きな労力負担となる。そこで、本実施形態では、光源１０の出力光スペクトルＳｐ０を予め取得しておき、圃場等の現場では反射光スペクトルのみを取得して反射スペクトルを計算することが便利である。
【0084】
前述の評価ステップＳｔ６においては、第４スペクトルＳｐ４および評価用計算式に基づいて測定対象物を評価してもよい。しかし、この場合、測定の度に、測定対象物までの距離が異なる可能性が高く、測定対象物における照射強度が異なることが考えられる。それ故、測定の度に得られる第４スペクトルＳｐ４が異なり、第４スペクトルＳｐ４に基づく測定対象物の評価が適正な結果とならない場合がある。そこで、評価ステップＳｔ６においては、次に説明する第５スペクトル取得ステップＳｔ１５で求められた相対反射スペクトル（第５スペクトル）Ｓｐ５に基づいて測定対象物の評価を行うのが好ましい。
【0085】
第５スペクトル取得ステップ（標準化ステップ）Ｓｔ１５において、第４スペクトルＳｐ４を標準化処理して第５スペクトルＳｐ５（図１４）を求める。標準化処理の手法は様々あるが、そのうちＳＮＶ補正（Standard Normal Variate Correction）による標準化処理は次のとおりである。第４スペクトルＳｐ４を波長λの関数としてＩ(λ)と表し、或る波長範囲におけるＩ(λ)の平均値をＩaveとするとともに標準偏差をＩstddevとする。第５スペクトルＳｐ５を波長λの関数としてＩ'(λ)と表すと、Ｉ'(λ)＝{Ｉ(λ)－Ｉave}／Ｉstddev なる式で表される。このＩ'(λ)は無次元量である。
【0086】
以上のとおり、本実施形態では、光源１０から測定対象物へ至る第１光路の途中に第１偏光子４１が設けられ、測定対象物から分光器２０へ至る第２光路の途中に第２偏光子４２が設けられる。そして、これら第１偏光子４１および第２偏光子４２により、測定対象物の内部における光吸収を反映した拡散反射光が選択的に分光器２０により受光されて、この拡散反射光のスペクトルが分光器２０により取得される。したがって、非接触分光測定装置と測定対象物との間の光学系の設定の自由度が高く、測定対象物を適正に評価することが容易となる。
【0087】
また、本実施形態では、測定対象物において輪郭が明瞭である照射範囲Ｒａが照射光学系により形成される。或いは、撮像部および表示部により測定対象物の画像において分光可能範囲Ｒｂが表示される。これにより、測定対象物における照射範囲Ｒａまたは分光可能範囲Ｒｂの確認が容易であるので、光軸を安定させることが困難である圃場のような場であっても、測定対象物の目標箇所からの拡散反射光のスペクトルを安定して取得することが容易となる。
【0088】
また、本実施形態では、非破壊かつ非接触で測定対象物からの反射光スペクトルを取得することが可能である。この取得された反射光スペクトルを解析することで、破壊および病原菌感染が生じること無く、測定対象物を評価をすることができる。例えば、葉緑素濃度を表すＳＰＡＤ値等の様々な植物生育指標を求めることができ、生育管理および収穫基準の明確化等に寄与することができる。
【実施例】
【0089】
以下に説明する実施例では、図１に示された第１実施形態の非接触分光測定装置１Ａを用いて、測定対象物としてのコマツナのＳＰＡＤ値を評価し、その評価結果を市販のＳＰＡＤ計（コニカミノルタ株式会社製SPAD-502）による測定結果と比較した。なお、このＳＰＡＤ計は、光源部と検出部との間に測定対象物を挟んで複数波長の吸収率を測定することで、測定対象物の葉緑素濃度を測定することができる。このＳＰＡＤ計は、測定の際に測定対象物に接触するので、測定対象物の汚染（病原菌等の媒介）の虞がある。
【0090】
実験室内の作業台上に測定対象物（コマツナ）を置き、非接触分光測定装置を作業台の上方に配置した。周囲環境光は主に室内照明の光であった。光源１０から測定対象物へ至る第１光路は測定対象物の上方から鉛直下方とした。測定対象物から分光器２０へ至る第２光路は水平方向から上方４５°とした。光源１０としてハロゲンランプを用いた。ＳＰＡＤ値を求めるには７００ｎｍ以上の照射光帯域が必要であることから、赤外線カットフィルタを取り外したハロゲンランプを用いた。分光器２０として浜松ホトニクス株式会社製のマイクロ分光器C12666MAを用いた。この分光器の光入射スリットのサイズは鉛直方向５０μｍ×水平方向７５０μｍである。撮像部３０として小型のＣＭＯＳカメラモジュールを用いた。第１偏光子４１および第２偏光子４２として、円偏光を出力する偏光子を用いた。
【0091】
光源１０から出力された白色光は、ライトガイドにより導かれ、アパーチャを通って、測定対象物において明瞭な輪郭を持つスポット形状に照射された。また、測定対象物においてスポット状に照明された領域は、撮像部３０により撮像され、表示部３ａにより表示された。また、表示部３ａにより、測定対象物の画像において分光器２０が分光測定する範囲（分光可能範囲Ｒｂ）として、画面中央の十字線の交点の周りの円が表示された。図１５は、分光器２０における鉛直方向の指向性を示すグラフである。図１６は、分光器２０における水平方向の指向性を示すグラフである。両図において、横軸は分光器の光軸からの角度であり、縦軸は相対感度である。鉛直方向の半値角は約０.５°であり、水平方向の半値角は約１.２°であった。そこで、大きく見積もって分光器の光軸を挟み２°の角度範囲を分光可能範囲Ｒｂとして円で表示した。
【0092】
表示部３ａ上の分光可能範囲Ｒｂを利用すれば、測定対象物上の異物あるいは対象外の部位（葉脈等）を避けて分光測定することが可能となり、測定精度向上に寄与することができる。表示部がない実施形態（図３、図５）の照射範囲Ｒａも同様の寄与があると期待される。一方、測定対象物の葉を挟んで使用する市販のＳＰＡＤ計では、測定部位が隠れるので、位置の確認が難しいという問題がある。
【0093】
レンズ５４の焦点距離および絞り５５の開口径を適切に選択することにより、過焦点距離を２５０ｍｍとし、レンズ５４から１２５ｍｍ以上離れた位置にある全ての測定対象物がレンズ５４の後焦点位置に結像するようにした。したがって、本実施例では、第１スペクトルＳｐ１および第２スペクトルＳｐ２の取得は、測定対象物がレンズ５４から１２５ｍｍ以上離れていれば、焦点合わせ無しで可能であった。
【0094】
図１７は、第１スペクトル取得ステップＳｔ１１で取得された第１スペクトルＳｐ１を示す図である。図１８は、第２スペクトル取得ステップＳｔ１２で取得された第２スペクトルＳｐ２を示す図である。図１９は、第３スペクトル取得ステップＳｔ１３で取得された第３スペクトルＳｐ３を示す図である。第３スペクトルＳｐ３（＝Ｓｐ１－Ｓｐ２）は、周囲環境光の影響および分光器２０のダーク信号が除去されたものであって、光源１０からの光が測定対象物に照射されて測定対象物の内部における光吸収を反映した拡散反射光のスペクトルを表している。なお、これらのスペクトルＳｐ１，Ｓｐ２，Ｓｐ３は、分光器２０からの生データであって波長感度補正をしていないが、後に、同様に生データのままである出力光スペクトルＳｐ０で第３スペクトルＳｐ３を除算するので問題ない。
【0095】
図２０は、光源１０の出力光スペクトルＳｐ０および第３スペクトルＳｐ３を示す図である。図２１は、第４スペクトル取得ステップＳｔ１４で取得された第４スペクトルＳｐ４を示す図である。第４スペクトルＳｐ４（＝Ｓｐ３／Ｓｐ０）は、反射率のスペクトルを表している。なお、おおよそ波長４００ｎｍ以下の波長帯域では、出力光スペクトルＳｐ０の強度が小さいことから、第４スペクトルＳｐ４のノイズが大きい。また、おおよそ波長５００ｎｍ以下の波長帯域では、第３スペクトルＳｐ３の強度は小さく、第４スペクトルＳｐ４の強度も小さい。したがって、以降では、波長５００ｎｍ以上の帯域を扱うことにする。
【0096】
図２２は、１６枚のコマツナの葉それぞれを測定対象物として第４スペクトル取得ステップＳｔ１４で取得された第４スペクトルＳｐ４を示す図である。図２３は、１６枚のコマツナの葉それぞれを測定対象物として第５スペクトル取得ステップＳｔ１５で取得された第５スペクトルＳｐ５を示す図である。目視によると、これら１６枚のコマツナの葉の緑色の濃度は様々であった。また、これら１６枚のコマツナの葉のＳＰＡＤ値を市販のＳＰＡＤ計により測定した。
【0097】
図２２に示されるように、１６枚のコマツナの葉それぞれについて取得された第４スペクトルＳｐ４は、大きなバラツキが存在するように見え、扱いが困難である。しかし、図２３に示されるように、第４スペクトルＳｐ４に対してＳＮＶ補正処理をして得られた相対反射スペクトル（第５スペクトル）Ｓｐ５は、１６枚のコマツナの葉の間でバラツキが低減されている。
【0098】
１６枚のコマツナの葉それぞれの第５スペクトルＳｐ５と市販のＳＰＡＤ計による測定結果との間の相関を評価した。その結果、第５スペクトルＳｐ５における波長５４７ｎｍおよび７１８ｎｍそれぞれの強度が、ＳＰＡＤ計による測定結果に対して相関が高いことが分かった。そこで、第５スペクトルＳｐ５における波長５４７ｎｍ付近および７１８ｎｍ付近それぞれの強度の値を利用して多重回帰分析を行い、ＳＰＡＤ値を推定した。
【0099】
図２４は、第５スペクトルＳｐ５に基づくＳＰＡＤ推定値とＳＰＡＤ計によるＳＰＡＤ実測値との間の相関を示すグラフである。この図は、１６枚のコマツナの葉それぞれについてＳＰＡＤ推定値およびＳＰＡＤ実測値を表す位置を示している。クロスバリデーションの予測誤差は２.１８であり、良好な結果であった。
【0100】
また、この多重回帰分析の結果から、相対反射スペクトル（第５スペクトル）Ｓｐ５において波長５４７ｎｍでの相対反射率をＲ１とし、波長７１８ｎｍでの相対反射率をＲ２とすると、本実験例におけるＳＰＡＤ推定値の計算式は下記の通りである。
SPAD推定値 =6.8139 x R1 + 13.6028 x R2 + 20.8201
圃場で個別の植物サンプルの反射スペクトルを取得すれば、この計算式を評価ステップＳｔ６で用いることにより、対応するＳＰＡＤ値を逐次取得することができるようになる。なお、相関評価および多重回帰分析は、多変量解析ソフトウェア「The Unscrambler X」を用いて実施された。
SPAD推定値 =6.8139 x R1 + 13.6028 x R2 + 20.8201
圃場で個別の植物サンプルの反射スペクトルを取得すれば、この計算式を評価ステップＳｔ６で用いることにより、対応するＳＰＡＤ値を逐次取得することができるようになる。なお、相関評価および多重回帰分析は、多変量解析ソフトウェア「The Unscrambler X」を用いて実施された。
【0101】
以上のとおり、本実施形態により従来のＳＰＡＤ計と同等の結果を非接触で得ることができる。
【0102】
次に、周囲環境光を様々に設定した場合で各スペクトルを取得した。周囲環境光の光源として、蛍光灯、キセノンランプまたは赤色灯を用いた。何れの場合においても、共通の光源１０を用い、共通の測定対象物（コマツナ）を用いた。図２５は、周囲環境光源として蛍光灯を用いた場合のスペクトルＳｐ１～Ｓｐ３を示す図である。図２６は、周囲環境光源としてキセノンランプを用いた場合のスペクトルＳｐ１～Ｓｐ３を示す図である。図２７は、周囲環境光源として赤色灯を用いた場合のスペクトルＳｐ１～Ｓｐ３を示す図である。第１スペクトルＳｐ１は、光源１０および周囲環境光源の双方により測定対象物を照射したときに分光器２０により取得されたスペクトルである。第２スペクトルＳｐ２は、周囲環境光源のみにより測定対象物を照射したときに分光器２０により取得されたスペクトルである。第３スペクトルＳｐ３は、第１スペクトルＳｐ１から第２スペクトルＳｐ２を減算して得られたスペクトルである。
【0103】
図２８は、周囲環境光源として蛍光灯、キセノンランプおよび赤色灯それぞれを用いた場合の第３スペクトルＳｐ３を示す図である。図２９は、周囲環境光源として蛍光灯、キセノンランプおよび赤色灯それぞれを用いた場合の第３スペクトルＳｐ３に対してＳＮＶ補正による標準化処理をして得られたスペクトルを示す図である。図２８に示されるように、測定機会によって周囲環境光が異なると、標準化処理前の第３スペクトルＳｐ３が異なることが分かる。これに対して、図２９に示されるように、周囲環境光が異なっていても、第３スペクトルＳｐ３に対して標準化処理をして得られたスペクトルは略同一の形状であることが分かる。すなわち、標準化処理をして得られる各スペクトルは、相似しており、相対強度で比較する場合には同一のものとして扱ってよいことが分かる。
【0104】
図３０は、周囲環境光源として蛍光灯、キセノンランプおよび赤色灯それぞれを用いた場合の第２スペクトルＳｐ２を示す図である。図３１は、周囲環境光源として蛍光灯、キセノンランプおよび赤色灯それぞれを用いた場合の第２スペクトルＳｐ２に対してＳＮＶ補正による標準化処理をして得られたスペクトルを示す図である。これらの図に示されるように、測定機会によって周囲環境光が異なると、標準化処理前の第２スペクトルＳｐ２が異なるだけでなく、第２スペクトルＳｐ２に対して標準化処理をして得られたスペクトルも異なることが分かる。
【0105】
したがって、測定対象物からの反射光のスペクトルを得るには、測定対象物の近傍に配置された白色散乱板等からの反射光を分光測定して、周囲環境光のスペクトルを取得する必要がある。また、この周囲環境光のスペクトルの取得は、測定機会毎に実施する必要がある。圃場でこの作業を煩雑に繰り返すことは労力の負担が大きい。しかし、本実施例では、装置が白色光源を備え、第１スペクトルＳｐ１から第２スペクトルＳｐ２を減算することで反射光スペクトル（第３スペクトル）Ｓｐ３を取得し、この第３スペクトルＳｐ３を白色光源の出力光スペクトルＳｐ０で除算することで反射率スペクトル（第４スペクトル）Ｓｐ４を取得するので、測定対象物を容易に評価することができる。
【符号の説明】
【0106】
１Ａ～１Ｉ…非接触分光測定装置、２Ａ～２Ｉ…測定ヘッド、３…制御装置（演算部）、３ａ…表示部、１０…光源、２０…分光器、３０…撮像部、４０…偏光子、４１…第１偏光子、４２…第２偏光子、５１…シャッタ、５２，５３…ビームスプリッタ、５４…レンズ、５５…絞り、５６，５７…ビームダンパ、６０…レーザ光源、Ｒａ…照射範囲、Ｒｂ…分光可能範囲、Ｓａ，Ｓｂ…測定対象物。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】