JP5796275B2 - 分光測定器 - Google Patents

Description

本発明は、分光測定器等に関する。

分光測定器の一例として、測色器があり、また、他の例としては、光の分光反射率（分光透過率あるいは分光吸収率等）を測定する分光分析器がある。また、分光測定器には、分光画像カメラも含まれる。

物体色の表示方法としては、国際照明委員会（ＣＩＥ）が定めたＸＹＺ表色系による表示方法が広く用いられている。測色用の光源としては、ＩＳＯ／ＣＩＥ，ＪＩＳ等が定める規格（物体色の測定に関する規格）において、標準光源（例えばＣＩＥが定める標準イルミナントおよび補助イルミナントを含む）が規定されている。標準光源とは、例えば、測色用に定められた標準の光を実現するために、ＣＩＥ等によって定められた人工光源のことである。

標準光源としては、例えば、標準イルミナントとして電球色のＡ（Ａ光源）または昼光色のＤ６５（Ｄ６５光源）が規格化されている。従来の測色器の光源はＡ光源を再現できるタングステンランプが主に用いられているが、消費電力が大きいことから、電池を用いる可搬型の測色器では搭載する電池に大型の物を使用する必要があり、これにより測色器の形状や重量が大きくなり、携帯性に優れた小型機器への適用はむずかしい。

また、昼光色を再現するための光源としてはＤ６５光源が規定されている。但し、実際の測色に際しては、Ｄ６５光源に近い分光スペクトルに調整した蛍光灯を用いるのが一般的である。但し、その分光スペクトルは可視領域に数箇所の輝線があり、また、蛍光灯の小型化にも限界がある。

特許文献１では、画像読み取り装置における測色のための光源として、タングステンランプや蛍光灯に代えて、白色ＬＥＤを使用した例が記載されている。特許文献１では、複数のＬＥＤと蛍光板を使用して白色光を生成しており、また、各ＬＥＤの色調ランクを揃えることによって、発光波長のばらつきを低減している。

特開２００３−８９１１号公報

白色ＬＥＤは、小型、低消費電力かつ長寿命という優れた特性をもつが、一方、分光放射輝度（分光放射強度）分布の一部に、不連続な鋭いピークを持っている。よって、被測定物の反射スペクトルを測定した場合に、そのピークの波長付近で測定誤差が大きくなる。特許文献１に記載される技術では、上述の問題を解消することができない。

また、白色ＬＥＤを、分光分析器や分光画像カメラ等に使用した場合でも、上述した不連続なピークの存在が、測定精度を低下させる一因となる。

本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、測色器の測定精度の低下を抑制しつつ、光源の低消費電力化あるいは長寿命化を図ることができる。また、例えば、分光分析器の測定精度の向上を図ることができる。

（１）本発明の分光測定器の一態様は、光源と、前記光源の駆動電力を制御するパワー制御部を含む光源駆動部と、光を波長に応じて分光する分光部を含む測定光学系と、前記測定光学系を通過した、測定対象であるサンプルからの反射光あるいは透過光を受光して電気信号に変換する受光部と、前記受光部から得られる前記電気信号に基づいて、光の波長に対応した受光強度を測定する測定部と、を含み、前記パワー制御部は、前記光源の分光特性、前記測定光学系の分光特性および前記受光部の受光感度特性の少なくとも一つに応じて、前記光源に印加する電力を、光の波長に対応させて変化させる。

本態様によれば、光源の放射輝度（放射強度）を波長に応じて変化させることができる。例えば、測色器において、白色ＬＥＤ光源等の分光放射輝度分布（現実には不連続で急峻なピークを有する）を、ＣＩＥ等に規定される標準光源の相対分光強度分布に近似させることができる。よって、白色ＬＥＤ光源等を標準光源として使用することができる。白色ＬＥＤ光源等の固体発光素子を用いた光源は、小型化に適しており、高輝度化が容易であり、低消費電力、長寿命という特性をもつため、測色器の測定精度の低下を抑制しつつ（つまり、分光放射輝度分布におけるピークを抑制しつつ）、光源の低消費電力化あるいは長寿命化を図ることができる。

また、例えば、分光分析器の光源に適用した場合、光源の波長毎の発光輝度の差（ばらつき）を抑制することによって、分光分析器の測定精度を高めることができる。また、さらに受光素子の波長毎の分光感度のばらつきを、光源の分光放射輝度の補正によって補償することもできる。また、例えば、照明、光学フィルター、レンズ等の測定光学系の分光特性や受光部（フォトダイオード等の検出器）の分光感度等に起因して生じる、受光部の出力の波長毎の強度ばらつきを、波長によって変わらないようにすること（つまり、波長に対して、フラットな強度分布特性を実現すること）も可能である。したがって、分光分析器の測定精度が、波長によって変わらないようにすることができる。

（２）本発明の分光測定器の他の態様では、前記分光測定器は、前記サンプルの色を測定する測色器であり、かつ、前記光源は、波長帯域の一部に不連続なピークを有する分光放射輝度特性を有しており、前記パワー制御部は、前記光源の分光放射輝度の、前記不連続なピークにおける変化が緩和されるように、前記光源に印加する電力を制御する。

本態様では、不連続なピークを有する光源の分光放射輝度特性を変化させて、ピークが緩和された特性に変化させることができる。光源の放射輝度分布に不連続なピークが見られる場合、例えば、実際の発光波長が理想的な発光波長から若干ずれたときに、放射輝度が極端に変動してしまい、このことが測定誤差の原因となる。ピークが緩和されれば、大きな測定誤差が生じにくくなる。よって、測色の誤差や分光分析の誤差を低減することができる。

（３）本発明の分光測定器の他の態様では、前記分光測定器は、前記サンプルの色を測定する測色器であり、前記パワー制御部は、前記光源の分光放射輝度分布が、物体色の測定に関する規格によって規定される標準光源の相対分光強度分布に近似するように、前記光源に印加する電力を制御する。

本態様によれば、多様な光源を、擬似的な標準光源として使用することが可能となる。つまり測色器の光源として、例えば白色ＬＥＤ光源（固体発光素子光源）を使用し、その光源の分光放射輝度特性を、ＣＩＥやＪＩＳ等で規定される標準光源（例えば標準イルミナントあるいは補助イルミナント等）の相対分光強度特性に近似する（一致することを含む）ように調整することができる。よって、測色の精度を低下させずに、光源の低消費電力化や長寿命化を実現することができる。

（４）本発明の分光測定器の他の態様では、前記分光測定器は、前記サンプルを分析するための分光分析器であり、前記パワー制御部は、前記光源の、測定波長帯域における波長毎の放射輝度の差を抑制するように、前記光源に印加する電力を制御する。

本態様では、分光分析器の光源の波長毎の発光輝度の差（ばらつき）を抑制することによって、分光分析器の測定精度を高めることができる。

（５）本発明の分光測定器の他の態様では、前記パワー制御部は、前記光源の波長毎の放射輝度の差を抑制し、かつ、前記受光部の、波長毎の受光感度の差を抑制するように、前記光源に印加する電力を制御する。

本態様では、受光素子の波長毎の分光感度のばらつきを、光源の分光放射輝度の補正によって補償することができる。よって、分光分析器の測定精度をさらに高めることができる。

（６）本発明の分光測定器の他の態様では、前記パワー制御部は、前記光源の放射輝度特性、前記測定光学系の波長毎の分光特性および前記受光部の分光感度特性を総合した分光特性に起因する、測定波長帯域における波長毎の、前記受光部の分光出力のばらつきを抑制するように、前記光源に印加する電力を制御する。

本態様では、光源の放射輝度特性、測定光学系の波長毎の分光特性および受光部の分光感度特性を総合した分光特性に起因する、受光部の分光出力のばらつき（波長毎のばらつき）を抑制することができる。例えば、照明、光学フィルター、レンズ等の測定光学系の分光特性や受光部（フォトダイオード等の検出器）の分光感度等に起因して生じる、受光部の出力の波長毎の強度ばらつきを、波長によって変わらないようにすること（つまり、波長に対して、フラットな強度分布特性を実現すること）が可能である。したがって、分光分析器の測定精度が、波長によって変わらないようにすることができ、分光分析器の測定精度がさらに向上する。

（７）本発明の分光測定器の他の態様では、前記光源は、白熱電球、蛍光灯、放電管、固体発光素子のいずれかである。

上記いずれかの態様では、光源の放射輝度分布を自由に調整することができることから、多様な光源を使用して、高精度の分光測定が可能となる。

（８）本発明の分光測定器の他の態様では、前記分光部は、エタロンフィルター、可変波長フィルター、回折格子のいずれかである。

分光部として、透過型の分光素子（エタロンフィルターや可変波長フィルター等）を使用することができ、また、反射型の分光素子（例えば回折格子）を使用することも可能である。例えば、分光素子として、可変ギャップエタロンフィルターを使用すると、簡易、小型かつ安価な分光部を得ることができるが、高価な分光素子に比べると分光精度が劣るのはやむを得ない。光源の放射輝度特性によっては、さらに測定精度が低下することもあり得るが、上記いずれかの態様によれば、光源の分光放射輝度特性に起因する測定精度の低下は十分に抑制されるため、可変ギャップエタロンフィルター等を使用したとしても、実用に耐える分光測定器を実現することができる。

本発明の分光測定器の構成の一例を示す図 分光測定器の具体的構成の一例を示す図 図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、可変ギャップエタロンフィルターの構成例と特性の一例を示す図 図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、測色器の構成例と、サンプルの色（赤）の測定結果を示す図 図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、白色ＬＥＤの構成例を示すデバイスの断面図 図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、白色ＬＥＤの特性例を示す図 図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、白色ＬＥＤを、標準Ａ光源（標準イルミナントＡ）として使用するための、光源の電力制御例を説明するための図 健康な葉と不健康な葉の分光反射スペクトルの例を示す図 図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、光源の分光放射輝度を、所定の波長範囲においてほぼ一定にするためのパワー制御の一例を示す図 図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は、受光部（検出器）の分光特性を考慮して、光源の放射輝度特性を制御する例を説明するための図

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（第１実施形態）
図１は、本発明の分光測定器の構成の一例を示す図である。分光測定器１００は、光源駆動部１０と、光源の発光輝度（発光強度）を、波長に対応させて制御する制御部２０と、光源３０と、測定光学系４０または４０’と、受光部５０と、測定部６０と、を有する。

具体的には、制御部２０は、例えば、波長対応の発光強度データ（制御データ）をテーブル化したルックアップテーブル（ＬＵＴ）２４を記憶しているメモリー（制御メモリー）２２と、を有する。

また、光源駆動部１０は、制御メモリー２２から読み出された制御データに基づいて、発光強度制御データを生成する発光強度制御データ生成部１４と、発光強度制御データに対応した発光強度制御信号を生成するＤ／Ａ変換器１６と、Ｄ／Ａ変換出力を増幅するアンプ１８と、を有する。

また、光源３０としては、白熱電球、蛍光灯、放電管、ＬＥＤ等の固体発光素子を用いた光源（固体発光素子光源）のいずれかを使用することができる。本実施形態では、光源の放射輝度分布を自由に調整することができることから、多様な光源を使用することができる。なお、固体発光素子光源は、小型化ができ、長寿命かつ低消費電力という特性があることから、小型（例えば携帯できるほどの小型）の分光測定器を実用するのに適している。

また、測定光学系４０または４０’は、いずれか一方を適宜、採用すればよい。測定光学系４０または４０’は、例えば、レンズ３１または３１’と、分光部（例えば波長バンドパスフィルターや回折格子等の分光素子）３４または３４’と、を備えることができる。測定光学系４０では、分光部３４（ここでは、波長バンドパフを、分光測定対象であるサンプル３２の後段に配置する構成が採用されている。測定光学系４０’では、分光部３４’（ここでは回折格子等の反射型の分光素子とする）を、分光測定対象であるサンプル３２の前段に配置する構成が採用されている。

また、測定光学系４０および４０’は、分光測定対象であるサンプル３２の反射光を受光部５０で受光する構成に対応した測定光学系である。但し、これに限定されるものではなく、サンプル３２の透過光を受光部５０で受光する構成に対応するように、構成を変更することも可能である。

また、分光部３４（３４’）としては、エタロンフィルター、可変波長フィルター（例えば、回転可能な円盤に、複数の透過帯域が異なるバンドパスフィルターが組み込まれている回転式バンドパフフィルター等）あるいは回折格子等を使用することができる。分光部３４としては、透過型の分光素子（エタロンフィルターや可変波長フィルター等）を使用することができ、また、反射型の分光素子（例えば回折格子等）を使用することができる。エタロンフィルターの構成等については後述する。

また、受光部５０は、光電変換機能をもつ検出器であり、具体的には、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子３６（あるいは３６’）を備えることができる。また、測定部６０は、受光部５０から出力される受光信号に基づいて、所定の信号処理（例えば、測色用の光学系の分光特性を考慮した信号強度の補正処理等）を実行して、分光測定結果を示す測定信号を生成する。

図１の構成をもつ分光測定器によれば、光源３０の放射輝度（放射強度）を波長に応じて変化させることができる。例えば、測色器において、白色ＬＥＤ光源等の分光放射輝度分布（現実には不連続で急峻なピークを有する）を、ＣＩＥ等に規定される標準光源の相対分光強度分布に近似させることができる。よって、白色ＬＥＤ光源等を標準光源として使用することができる。白色ＬＥＤ光源等の固体発光素子を用いた光源は、小型化に適しており、高輝度化が容易であり、低消費電力、長寿命という特性をもつため、測色器の測定精度の低下を抑制しつつ（つまり、分光放射輝度分布におけるピークを抑制しつつ）、光源の低消費電力化あるいは長寿命化を図ることができる。

また、例えば、分光分析器において、光源３０の波長毎の発光輝度の差（ばらつき）を抑制することによって、分光分析器の測定精度を高めることができる。また、さらに受光部５０（受光素子３６，３６’）の波長毎の分光感度のばらつきを、光源３０の分光放射輝度の補正によって補償することもできる。また、応用例として、例えば、照明、光学フィルター、レンズ等の測定光学系の分光特性や受光部（フォトダイオード等の検出器）の分光感度等に起因して生じる、受光部の出力の波長毎の強度ばらつきを、波長によって変わらないようにすること（つまり、波長に対して、フラットな強度分布特性を実現すること）も可能である。したがって、分光分析器の測定精度が、波長によって変わらないようにすることができる。

図２は、分光測定器の具体的構成の一例を示す図である。なお、サンプル３２の反射光を利用する場合には光源３０を使用し、サンプル３２の透過光を利用する場合には光源３０’を使用する。

サンプル３２の反射光または透過光は、レンズ３１を通過して、分光部３４によって分光される。分光部３４は、実質的に、通過波長帯域が異なるバンドパスフィルターＢＰＦ（１）〜ＢＰＦ（１６）を備える（１６個のバンドパスフィルターを並列に配置してもよく、また、可変ギャップエタロンフィルター等を使用して、一つのフィルターで１６個の透過波長帯域を実現してもよい）。バンドパスフィルターＢＰＦ（１）〜ＢＰＦ（１６）の各々から出力される分光された光は、受光部３８に含まれるフォトダイオードＰＤ（１）〜ＰＤ（１６）の各々で受光され、電気信号に変換される。

測定部６０は、補正演算部４３と、信号処理部４５と、を有する。補正演算部４３は、例えば、測定光学系や受光部の分光特性を補償するような信号処理を実行する（これに限定されるものではない）。また、信号処理部４５は、補正後の信号に基づいて、例えば、波長に対応した相対分光強度値を演算によって求める。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、可変ギャップエタロンフィルターの構成例と特性の一例を示す図である。図３（Ａ）に示すように、可変ギャップエタロンフィルターは、対向して配置される第１基板１１０および第２基板１２０と、第１基板１１０の主面（表面）に設けられる第１反射膜１３０と、第２基板１２０の主面（表面）に設けられる第２反射膜１４０と、各基板によって挟持された、各基板間のギャップ（距離）を調整するための第１アクチュエーター（例えば圧電素子等）１５０ａおよび第２アクチュエーター１５０ｂと、を有する。

第１アクチュエーター１５０ａおよび第２アクチュエーター１５０ｂは各々、第１駆動回路１６０ａおよび第２駆動回路１６０ｂの各々によって駆動される。また、第１駆動回路１６０ａおよび第２駆動回路１６０ｂの動作は、ギャップ制御回路１７０によって制御される。

所定角度θで外部から入射する光Ｌｉｎは、ほとんど散乱されることなく反射膜１３０を通過する。第１基板１１０に設けられた反射膜１３０と第２基板１２０に設けられた反射膜１４０との間で、光の反射が繰り返され、これによって、光の干渉が生じ、入射光の一部は、第２基板１２０上の第２反射膜を通過して、受光素子３６（フォトダイオードＰＤ）に到達する。干渉によってどの波長の光が強め合うかは、第１基板１１０と第２基板１２０との間のギャップに依存する。よって、ギャップを可変に制御することによって、通過する光の波長帯域を変化させることができる。

図３（Ｂ）は、可変ギャップエタロンフィルターの分光特性（２０ｎｍ幅の１６の波長帯域毎の分光強度）を示している。分光部３４として、可変ギャップエタロンフィルターを使用すると、一つのフィルターで複数の透過波長帯域を実現することができることから、簡易、小型かつ安価な分光部を得ることができるという利点がある。

以下、測色器（測色計）を例にとって、具体的に説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、測色器の構成例と、サンプルの色（赤）の測定結果を示す図である。図４（Ａ）に示すように、測色器は、光源としての白色ＬＥＤ光源３０と、レンズ３１と、スリット３３と、先に図３に示した構成と特性をもつ可変ギャップエタロンフィルターを用いた分光部（分光素子）３４と、コンペンセーションフィルター３５と、受光部（検出器）３６と、を有する。なお、コンペンセーションフィルター３５は、図４（Ｂ）に示されるように、ＣＩＥのＸＹＺ表色系における３刺激値に対応したフィルターを有している。

サンプル３２の物体色が赤（ＲＥＤ）である場合、光の波長に対応した相対分光強度分布は、図４（Ｂ）の実線で示されるような分布となる。図４（Ｂ）の白抜きの丸は、サンプリングされた実測値を示す。すなわち、可変ギャップフィルターによって２０ｎｍ幅毎に光を分光し、その分光された光を受光して得られた信号に基づく測定結果が、サンプリングされた実測値（白抜きの丸で示されるサンプルデータ）である。

被測定物の分光反射率を測定する場合、ある波長間隔で測定し連続的な分光スペクトルを近似的に推定する手法が採られる。例えば、測色の場合は５ｎｍ間隔あるいは１０ｎｍ間隔で測定する方法が規格化されているが、本例のように、２０ｎｍ間隔で測定した場合には、補間により１０ｎｍ間隔のデータを生成して色座標を計算する。

上述のとおり、図４（Ａ）の測色器では、電球に比べて小型、低消費電力、長寿命といった利点がある白色ＬＥＤを、測色用Ａ光源（標準イルミナントとしての電球色のＡ）として用いる。

ここで、図５を参照して、白色ＬＥＤの構成例について説明する。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、白色ＬＥＤの構成例を示すデバイスの断面図である。図５（Ａ）の例では、ステム６３と透明基板６１とによってパッケージが構成されており、パッケージ内には、赤色ＬＥＤ６２ａと、緑色ＬＥＤ６２ｂと、青色ＬＥＤ６２ｃとが並置されている。この例では、赤、緑、青（光の３原色）の各光を組み合わせることによって、白色光を得ることができる。

また、図５（Ｂ）の例では、近紫外線ＬＥＤまたは紫ＬＥＤの出射光を、赤色蛍光体６５ａ、緑色蛍光体６５ｂ、青色蛍光体６５ｃの各々に照射し、各蛍光体を発光させることによって白色光を得ることができる。

また、図５（Ｃ）の例では、青色ＬＥＤ６６によって、黄色蛍光体６７を発光させる。青色ＬＥＤ６６から出射される青色光と、黄色蛍光体が発光する黄色光（補色光）との組み合わせによって、白色光を得ることができる。図５（Ｃ）の構成例は最も発光効率が高い。本実施形態における光源としては、いずれの構成を採用してもよいが、低消費電力性や高出力特性を考慮すると、例えば図５（Ｃ）の構成を採用するのが好ましい。以下、白色ＬＥＤとして、図５（Ｃ）の構成を有する白色ＬＥＤが使用されている場合を例にとって説明する。

図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、白色ＬＥＤの特性例を示す図である。図６（Ａ）は白色ＬＥＤの指向特性例を示し、図６（Ｂ）は、白色ＬＥＤの、２５℃における相対放射輝度（相対放射強度）の特性例を示す。図６（Ｂ）に示すように、白色ＬＥＤには、特性曲線ＣＨ１（太い実線）で示される分光強度分布をもつものと、特性曲線ＣＨ２（細い実線）で示される分光強度分布をもつものがあるが、本実施形態では、不要なピークが少ない特性曲線ＣＨ１の特性をもつＬＥＤを使用する。

図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、白色ＬＥＤを、標準Ａ光源（標準イルミナントＡ）として使用するための、光源の電力制御例を説明するための図である。図７（Ａ）に示されるように、標準イルミナントＡの相対放射強度は、３５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域において、ほぼ連続的に上昇する特性を示す。一方、図７（Ｂ）に示される白色ＬＥＤ（青色ＬＥＤと黄色蛍光体を用いて白色光を作り出す構成のＬＥＤ）の相対報謝輝度特性は、標準イルミナントＡの放射輝度特性とは異なっており、特に、４００ｎｍ〜５００ｎｍの間に鋭いピークが見られる。したがって、そのピーク近傍の波長において、測定時に誤差を生じやすい。

なお、サンプル３２の分光反射率を求める場合には、サンプル３２の反射光をフォトダイオードＰＤで受光して得られる受光出力信号に、所定の補正演算処理を施す（図２の補正演算部４０が実行する）。例えば、光源３０の放射輝度特性、受光部５０の受光感度、レンズ３１等の測定光学系の分光特性等を総合的に考慮し、それらの分光特性に起因する波長毎の信号強度のばらつきを相殺する（補償する）ように、補正演算処理を実行する。

ここで、先に説明した、図６の赤色の分光スペクトルを参照する。上述のとおり、白抜きの点は２０ｎｍ間隔の測定点（実測点）を示している。補正演算によって、光源３０の分光特性を相殺する場合に、図７（Ｂ）に示されるように、光源自体に、不連続な鋭いピークが存在すると、分光反射率に大きな誤差を生じる場合がある。

そこで、本実施形態では、光源駆動部１０に含まれるパワー制御部１２（図１参照）が、光源３０の分光放射輝度の、不連続なピークにおける変化が緩和されるように、光源３０に印加する電力を制御する。つまり、不連続なピークを有する光源の分光放射輝度特性を変化させて、ピークが緩和された特性に変化させる。光源３０の放射輝度分布に不連続なピークが見られる場合、例えば、実際の発光波長が理想的な発光波長から若干ずれたときに、放射輝度が極端に変動してしまい、このことが測定誤差の原因となる。ピークが緩和されれば、大きな測定誤差が生じにくくなる。よって、測色の誤差や分光分析の誤差を低減することができる。

また、サンプルの色を特定するために、ＸＹＺ表色系における色座標を計算する場合には、分光分布を測定した後、照明光の分光分布と標準観測者の等色関数から三刺激値を求める。但し、ＣＩＥが定める等色関数は、限られた幾つかの光源を想定したものしか用意されていない。よって、白色ＬＥＤを用いた場合には、何らかの演算処理を行わなければ色座標を計算することができず、演算処理が複雑化する。

そこで、本実施形態では、図７（Ｃ）に示すように、光源３０の相対分光強度特性（図７（Ｂ））に応じて、光源３０に印加する電力（波長に応じた相対電力（単位％））を波長ごとに意図的に変化させる。これによって、擬似的に目的とする光源（ここでは標準イルミナントＡ）の相対分光強度特性（図７（Ｃ））を作り出す。この結果、白色ＬＥＤの相対放射強度特性として、図７（Ｄ）に示すような特性を得ることができた。図７（Ｄ）の特性は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域で、標準イルミナントＡの分光特性と同様の傾きをもって単調増加する特性を有している。よって、白色ＬＥＤは、その波長帯域において、擬似的な標準光源Ａ（標準イルミナントＡ）とみなすことができる。

なお、図７（Ｄ）の特性としては、約８００ｎｍ以上の波長帯域では、図７（Ａ）に示される標準イルミナントＡの相対分光強度特性とは異なる特性となっているが、測色の場合、可視光領域（３８０〜７５０ｎｍ程度）の特性が近似できていれば、特に問題は生じない。なお、図７（Ｃ）に示されるような光源の電力制御は、先に図１を用いて説明したように、例えば、パワー制御部１２が発光強度分布データ２４に基づいて実行する。

このように、本実施形態では、測色器において、パワー制御部１２が、光源３０の分光放射輝度分布が、物体色の測定に関する規格によって規定される標準光源の相対分光強度分布に近似するように、光源３０に印加する電力を制御する。

これによって、多様な光源（白色ＬＥＤ等）を、擬似的な標準光源として使用することが可能となる。つまり測色器の光源として、例えば白色ＬＥＤ光源（固体発光素子光源）を使用し、その光源の分光放射輝度特性を、ＣＩＥやＪＩＳ等で規定される標準光源（例えば標準イルミナントあるいは補助イルミナント等）の相対分光強度特性に近似する（一致することを含む）ように調整することができる。よって、測色の精度を低下させずに、光源の低消費電力化や長寿命化を実現することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、分光分析器において、パワー制御部１２が、光源３０の、測定波長帯域における波長毎の放射輝度の差を抑制するように、光源３０に印加する電力を制御する。これによって、分光分析器の光源の波長毎の発光輝度の差（ばらつき）を抑制することができる。よって、分光分析器の測定精度を高めることができる。

以下、植物の葉に含まれるクロロフィルの分光反射スペクトル（特徴的な波長の反射率）を測定し、植物の健康状態や生育状態を把握する例を用いて、具体的に説明する。

図８は、健康な葉と不健康な葉の分光反射スペクトルの例を示す図である。図中、健康な葉（緑葉）の特性は実線で示され、不健康な葉（ここでは枯れ葉）の特性は点線で示されている。５５０ｎｍ付近（Ａ点付近）は、光合成を行うクロロフィルaの含有量によって反射率が変化することが知られている波長であり、健康な葉は不健康な葉と比較して反射率が大きい。また、６８０ｎｍ付近（Ｂ点付近）はクロロフィルaの吸収率のピーク波長であり、健康な葉では反射率が極小となるが、不健康な葉では反射率が小さくならないことが分かっている。また、７８０ｎｍ（Ｃ点付近）は可視光領域の上限値波長であり、健康な葉は不健康な葉と比較して反射率が大きい。

以上の様な分光反射スペクトルを測定するには、測色の場合と同様に、被測定物に光を照射する必要があるが、光源にタングステンランプ等の白熱電球を使用した場合には、短波長側で充分な光の強度が得られない。また、白色ＬＥＤを使用した場合には、白色ＬＥＤは、図７（Ｂ）に示すような相対分光強度特性を有しており、８００ｎｍ付近の長波長側で充分な光の強度が得られず、かつ、４００〜５００ｎｍの間では鋭いピークを持っていることから、ピーク波長付近で測定精度が低下する。このように、波長により光の放射強度（放射輝度）が異なると、波長により測定精度が変動することになる。

したがって、波長による測定精度の変動を抑えるために、光源３０に与える電力を波長に応じて制御して、光源３０の放射輝度（発光輝度）特性を補正し、使用する波長帯域で、放射強度ができるだけ同じになるように制御するのが好ましい。

図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、光源の分光放射輝度を、所定の波長範囲においてほぼ一定にするためのパワー制御の一例を示す図である。図９（Ａ）は、光源として、タングステンランプ等の白色電球を使用した例を示す。図９（Ｂ）は、光源として、ＬＥＤ（白色ＬＥＤ）を使用した例を示す。

光源３０として、タングステンランプ等の白熱電球を使用した場合には、パワー制御部１２（図１参照）は、図９（Ａ）に示されるような相対印加電力（光源の分光放射輝度特性とは逆の特性を有する）を、光源３０に与える。また、光源３０として、白色ＬＥＤを使用した場合には、パワー制御部１２（図１参照）は、図９（Ｂ）に示されるような相対印加電力（光源の分光放射輝度特性とは逆の特性を有する）を、光源３０に与える。このようなパワー制御によって、図９（Ｃ）に示すような相対放射輝度特性を作り出すことができる。

つまり、図９（Ｃ）の相対分光強度分布は、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域において、放射輝度はほぼ同じであり、発光強度の波長毎のばらつきが十分に抑制されている。よって、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域においては、何れの波長においても同程度の測定精度を確保することができる。

このように、本実施形態では、分光分析器において、パワー制御部１２が、光源３０の、測定波長帯域における波長毎の放射輝度の差を抑制するように、光源３０に印加する電力を制御する。これによって、分光分析器の光源の波長毎の発光輝度の差（ばらつき）を抑制することができる。よって、分光分析器の測定精度を高めることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、光源の放射輝度のばらつきのみならず、受光素子の分光感度特性を補償するように、光源に与える電力を波長に応じて変化させる。また、さらに、測定光学系の分光特性も補償することも可能である。これによって、波長毎の測定精度を、さらに均一化することもできる。

図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は、受光部（検出器）の分光特性を考慮して、光源の放射輝度特性を制御する例を説明するための図である。図１０（Ａ）は、サンプル３２の分光反射率を測定するための主要な構成を示す。図１０（Ｂ）は、受光部５０（受光素子３６）としてのＣＣＤセンサーの分光感度特性の一例を示す。図１０（Ｃ）は、補正後の光源３０の分光強度（分光放射輝度）特性を示す。この分光強度（分光放射輝度）特性は、ＣＣＤセンサーの分光感度特性とは逆の特性を有している。これによって、ＣＣＤセンサーの分光感度特性による受光出力の強度ばらつきが補償される。よって、結果的に、図１０（Ｄ）に示されるような、受光素子（ＣＣＤセンサー）の分光感度特性が得られたことになる。

このように、パワー制御部１２が、光源３０の波長毎の放射輝度の差を抑制し、かつ、受光部５０の、波長毎の受光感度の差を抑制するように、光源３０に印加する電力を制御する。これによって、図１０（Ｃ）に示すような受光素子の相対分光出力を作り出し、その後、サンプル１２の分光反射率を測定する。これによって、さらなる測定精度の均一化（つまり、波長毎の信号強度のばらつき抑制による測定精度の向上）を図ることが可能である。

また、パワー制御部１２が、光源３０の放射輝度特性、測定光学系４０の波長毎の分光特性および受光部５０（受光素子３６）の分光感度特性を総合した分光特性に起因する、測定波長帯域における波長毎の、受光部５０の分光出力の波長毎の強度のばらつきを抑制するように、光源３０に印加する電力を制御することもできる。

この場合には、光源３０の放射輝度特性、測定光学系４０の波長毎の分光特性および受光部５０の分光感度特性を総合した分光特性に起因する、受光部５０（受光素子３６）の分光出力のばらつき（波長毎の強度のばらつき）を抑制することができる。

例えば、照明、光学フィルター、レンズ等の測定光学系の分光特性や受光部（フォトダイオード等の検出器）の分光感度等に起因して生じる、受光部の出力の波長毎の強度ばらつきを、波長によって変わらないようにすること（つまり、波長に対して、フラットな強度分布特性を実現すること）が可能である。したがって、分光分析器の測定精度が、波長によって変わらないようにすることができ、分光分析器の測定精度がさらに向上する。

このような光源のパワー制御は、特に、分光素子として、可変ギャップエタロンフィルターを使用した場合の測定精度の低下の抑制に効果的である。つまり、分光素子として、可変ギャップエタロンフィルターを使用すると、簡易、小型かつ安価な分光部を得ることができるが、高価な分光素子に比べると分光精度が劣るのはやむを得ない。光源の放射輝度特性によっては、さらに測定精度が低下することもあり得るが、上記いずれかの実施形態の分光測定器によれば、光源３０の分光放射輝度特性に起因する測定精度の低下は十分に抑制されるため、可変ギャップエタロンフィルター等の簡易なフィルターを使用したとしても、十分に実用に耐える分光測定器を実現することができる。

以上説明したように、本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、測色器において、例えばＬＥＤを使用しつつ、その光源の分光特性を標準イルミナントあるいは補助イルミナント等の標準光源の特性に合わせることができる。よって、分光測定器の低消費電力化や、光源の長寿命化を図ることができる。また、分光分析器において、例えば、照明、フィルター、レンズ、受光素子（検出器）等の測定系の全てを通過した光の分光特性が、波長によって変わらないようにすることもできる。つまり、波長毎の測定精度のばらつきを抑制することができる。

本発明は、例えば、測色器、分光分析器、分光画像カメラ（ハイパースペクトルカメラ）等に利用することができ、特に、小型軽量で、持ち運びが可能な分光測定器に用いて好適である。

以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。

１０ 光源駆動部、１２ パワー制御部、１４ 発光強度制御データ生成部、
１６ Ｄ／Ａ変換器、１８ アンプ、２０ 制御部、
２２ メモリー（制御メモリー）、
２４ 波長対応の発光強度データを含むルックアップテーブル（ＬＵＴ）、
３０ 光源、３１，３１’ レンズ、３２，３２’ サンプル、
３４，３４’ 分光部（波長バンドパスフィルター等の分光素子）、
３６，３６’ 受光素子（フォトダイオードやＣＣＤセンサー等）、５０ 受光部、
４３ 補正演算部、４５ 信号処理部、６０ 測定部

Claims (5)

1. 光源と、
   前記光源の駆動電力を制御するパワー制御部を含む光源駆動部と、
   前記光源の光が含む波長帯域の中から透過する光の測定波長を選択可能な分光部としてエタロンフィルター、可変波長フィルターのいずれかを含む測定光学系と、
   前記測定光学系を通過した、測定対象であるサンプルからの反射光あるいは透過光を受光して電気信号に変換する受光部と、
   前記受光部から得られる前記電気信号に基づいて、光の波長に対応した受光強度を測定する測定部と、
   を含み、前記パワー制御部は、前記光源の分光特性、前記測定光学系の分光特性および前記受光部の受光感度特性の少なくとも一つに応じて、前記光源に印加する電力を、前記分光部で選択される前記測定波長を前記分光部が変更するごとに変化させ、
   前記パワー制御部は、前記測定光学系での前記測定波長毎の分光特性を補償するように、または、前記受光部での前記測定波長毎の受光感度の差を抑制するように、前記光源に印加する電力を制御することを特徴とする分光測定器。
2. 光源と、
   前記光源の駆動電力を制御するパワー制御部を含む光源駆動部と、
   前記光源の波長ごとの発光強度データをテーブル化したルックアップテーブルを記憶している記憶部と、
   前記光源の光が含む波長帯域の中から透過する光の測定波長を選択可能な分光部としてエタロンフィルター、可変波長フィルターのいずれかを含む測定光学系と、
   前記測定光学系を通過した、測定対象であるサンプルからの反射光あるいは透過光を受光して電気信号に変換する受光部と、
   前記受光部から得られる前記電気信号に基づいて、光の波長に対応した受光強度を測定する測定部と、
   を含み、前記パワー制御部は、前記光源の分光特性、前記測定光学系の分光特性および前記受光部の受光感度特性の少なくとも一つに応じて、前記光源に印加する電力を、前記記憶部に記憶している前記光源の波長ごとの発光強度データを参照して、前記分光部で選択される前記測定波長を前記分光部が変更するごとに変化させ、
   前記パワー制御部は、前記測定光学系での前記測定波長毎の分光特性を補償するように、または、前記受光部での前記測定波長毎の受光感度の差を抑制するように、前記光源に印加する電力を制御することを特徴とする分光測定器。
3. 請求項１または請求項２記載の分光測定器であって、
   前記パワー制御部は、前記光源からの前記測定波長毎の放射輝度の差を抑制するように、前記光源に印加する電力を制御し、併せて、前記測定光学系での前記測定波長毎の分光特性を補償するように、または、前記受光部での前記測定波長毎の受光感度の差を抑制するように、前記光源に印加する電力を制御することを特徴とする分光測定器。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の分光測定器であって、
   前記パワー制御部は、前記光源の放射輝度特性、前記測定光学系の波長毎の分光特性および前記受光部の分光感度特性を総合した分光特性に起因する、測定波長帯域における波長毎の、前記受光部の分光出力のばらつきを抑制するように、前記光源に印加する電力を制御し、
   前記パワー制御部は、前記光源からの前記測定波長毎の放射輝度の差を抑制するように、前記光源に印加する電力を制御し、併せて、前記測定光学系での前記測定波長毎の分光特性を補償するように、かつ、前記受光部での前記測定波長毎の受光感度の差を抑制するように、前記光源に印加する電力を制御することを特徴とする分光測定器。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の分光測定器であって、
   前記光源は、白熱電球、蛍光灯、放電管、固体発光素子のいずれかであることを特徴とする分光測定器。

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