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JP2015099116A - 成分分析装置 - Google Patents

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Kazunori Sakurai
和▲徳▼ 櫻井
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Abstract

【課題】高精度な成分分析が実施できる小型の成分分析装置を提供する。
【解決手段】成分分析装置１は、測定対象を載置する載置部４１、及び測定対象の質量を計測する質量計測部を有する台座部４と、測定対象の分光画像を取得する分光カメラ２と、台座部４に設けられ、分光カメラ２における撮像方向が載置部４１に向かう方向となり、載置部４１及び分光カメラ２の距離が所定の距離となる位置で当該分光カメラ２を支持する支持部３と、分光画像、及び質量計測部により計測された質量に基づき、測定対象の成分を分析する制御部と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は成分分析装置に関する。
従来、測定対象のカロリーを測定するカロリー測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の装置は、測定対象である食品を収容室内に設けられたテーブルに載置し、カロリー測定手段により測定対象のカロリーを測定する装置である。この装置では、収容室は、近赤外光を遮断する赤外線遮断膜や電磁波を遮断する電磁波遮断部材を有し、外部からの赤外光や電磁波が遮断されている。また、この装置は、テーブルに載置された測定対象の質量を計測する質量計測器を備えている。カロリー測定手段は、収容室内に測定対象に対して近赤外領域の光を照射し、その反射光又は透過光を受光部で受光する。そして、カロリー測定手段は、受光部での受光量、及び計測された質量に基づいて、被測定物のカロリーを算出する。
ところで、上述した特許文献１のカロリー測定装置は、測定対象を、外光や電磁波の侵入を防止する収容室に収容する必要があり、装置が大型化してしまうという課題がある。
これに対して、小型のカロリー測定装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２に記載のシステムは、携帯用秤と、この携帯用秤にケーブルにより接続可能なデジタルカメラとを備えたシステムである。このシステムでは、携帯用秤上に測定対象を載置し、デジタルカメラにより、その画像を撮像する。そして、携帯用秤により計測された測定対象の重量と、デジタルカメラにより撮像された画像とを用いて、利用者の食事の摂取重量、摂取カロリーを推定する装置である。
特開２００９−０９８０１５号公報 特開２０１２−１１２８５５号公報
ところで、上述したような特許文献２に記載のシステムでは、デジタルカメラにより携帯用秤上の測定対象の画像を撮像する際に、デジタルカメラを手で持って撮像する必要がある。このため、デジタルカメラから携帯用秤までの距離が撮影毎に変化し、測定対象のサイズを精度よく測定することが困難であるという課題がある。これに対して、特許文献２では、測定基準となるサイズ指標を用いて、サイズを検出しているが、測定の度に、サイズ指標を設置する必要があり、操作が煩雑になるという課題がある。また、携帯型のカロリー測定装置において、このようなサイズ指標を毎回携帯することは煩雑であり、例えば、サイズ指標を携帯していなかった場合、測定精度が低下するという課題がある。
本発明は、高精度な成分分析が実施できる小型の成分分析装置を提供することを目的とする。
本発明の成分分析装置は、測定対象を載置する載置部、及び前記測定対象の質量を計測する質量計測部を有する台座部と、前記測定対象の分光画像を取得する分光撮像部と、前記台座部に設けられ、前記分光撮像部における撮像方向が前記載置部に向かう方向となり、前記載置部及び前記分光撮像部の距離が所定の距離となる位置で当該分光撮像部を支持する支持部と、前記分光画像、及び前記質量計測部により計測された質量に基づき、前記測定対象の成分を分析する成分分析部と、を備えていることを特徴とする。
本発明では、台座部の載置部に質量計測部が設けられているため、載置部に測定対象を載置することで、測定対象の正確な質量を計測することができる。また、台座部に支持部が設けられ、この支持部に撮像方向が載置部に向くように分光撮像部が支持されている。このような構成では、例えば手で分光カメラを持って測定対象を撮像する場合に比べて、手振れ等による分光画像のブレがなくなる。また、分光撮像部と載置部との位置が所定距離に保たれるため、例えば、サイズ指標等を用いることなく、分光画像から測定対象の正確なサイズを算出することができる。したがって、成分分析部は、測定対象の分光画像、質量、及びサイズに基づいて、測定対象の成分を高精度に分析することができる。
また、台座部に対して支持部により分光撮像部を支持した構成であり、例えば、収納室を有する筐体内に載置部を設ける装置に比べて、構成の簡略化を図れる。
本発明の成分分析装置において、前記支持部は、前記載置部及び前記分光撮像部の距離を変化させる距離変更手段を有し、当該成分分析装置は、前記載置部及び前記分光撮像部の距離を測定する距離測定手段を備えていることが好ましい。
本発明では、載置部と分光撮像部との距離を調節できるので、例えば測定対象が分光画像内に収まらない場合は、測定対象が分光画像内に収まるように載置部及び分光撮像部の距離を長くする等の調整ができる。また、このように距離を調節した場合でも、距離測定手段により測定された距離と、分光画像とを用いることで、測定対象の正確なサイズを測定できる。
本発明の成分分析装置において、前記距離変更手段は、前記支持部の前記台座部に対する姿勢を変更する姿勢変更部を備えていることが好ましい。
本発明では、支持部の姿勢を変化させる姿勢変更部を備えるので、支持部の姿勢を変化させることで、分光撮像部による測定対象に対する撮像角度を調節することができる。
本発明の成分分析装置において、前記距離変更手段は、前記支持部の前記台座部に対する姿勢を検出する姿勢検出手段を備え、前記距離測定手段は、検出された前記姿勢に基づいて前記分光撮像部及び前記載置部の距離を算出することが好ましい。
本発明では、支持部の台座部に対する姿勢（例えば、支持部の台座部に対する回動角）を検出し、その姿勢に基づいて、分光撮像部及び載置部の距離を算出する。支持部において、分光撮像部の支持位置から支持部及び台座部の接続位置までの長さが分かっていれば、検出された支持部の姿勢に基づいて容易に分光撮像部及び載置部の距離を算出することができる。
本発明の成分分析装置において、前記分光撮像部の前記撮像方向を検出する方向検出手段を備え、前記距離測定手段は、検出された前記撮像方向に基づき、前記分光撮像部及び前記載置部の距離を算出することが好ましい。
本発明では、方向検出手段により検出された撮像方向に基づいて、分光撮像部及び載置部の距離を算出する。すなわち、分光撮像部の支持位置から支持部及び台座部の接続位置までの長さが分かっていれば、撮像方向に基づいて容易に分光撮像部及び載置部の距離を算出することができる。また、上述したような姿勢検出手段により検出された支持部の姿勢と撮像方向とに基づいて、分光撮像部から載置部までのより正確な距離を算出できる。
本発明の成分分析装置において、前記支持部は、互いに回動自在に連結された複数の部分支持部を備えていることが好ましい。
本発明では、例えばアーム等の複数の部分支持部により構成されている。このため、これらの部分支持部の角度を調整することで、分光撮像部の位置を細かく制御することができる。
本発明の成分分析装置において、前記支持部は、前記台座部に対して回動自在に設けられ、前記台座部は、前記支持部を前記台座部側に回動させた際に、当該支持部を折り畳み収納可能な収納部を備えていることが好ましい。
本発明では、支持部を収納部に収納することで、成分分析装置をより小型化することができ、携帯性の向上を図れる。
本発明の成分分析装置において、前記支持部の一部に設けられ、前記測定対象に対して光を照射する光源部を備えていることが好ましい。
本発明では、支持部の一部に光源部があり、支持部の姿勢を変化させることで、光源部からの光の照射方向を変化させることができる。分光撮像部により分光画像を撮像する際に、光源部からの光が正反射する部位が存在すると、当該部位における正確な分光スペクトルが取得できないことがあり、精度の高い成分分析が実施できない。これに対して、本発明では、上述のように支持部の角度を変化させて照射方向を変化させることで、正反射部位を変化させることができる。すなわち、正反射部位が生じないように光源部からの照射方向を適宜修正することができる。
また、正反射部位が異なる２つの分光画像を用い、一方の分光画像の正反射部位の分光スペクトルを、他方の分光画像の対応する位置の分光スペクトルに置き換えることで、正確な分光スペクトルを取得することもできる。
本発明の成分分析装置において、前記分光撮像部は、前記支持部に着脱自在に設けられていることが好ましい。
本発明では、分光撮像部が支持部に対して着脱可能となるので、分光撮像部のメンテナンスを好適に行うことができる。
本発明の成分分析装置において、前記成分分析部は、前記台座部又は前記支持部のいずれかに設けられ、かつ、前記分光撮像部と無線通信を行う第一通信部を有し、前記分光撮像部は、前記第一通信部と無線通信を行う第二通信部を有することが好ましい。
本発明では、上記のように、分光撮像部が支持部から分離された場合でも、分光撮像部により撮像された撮像画像を成分分析部に送信することができる。
本発明の成分分析装置において、前記載置部は、基準反射率を有する基準部を有することが好ましい。
本発明では、基準部を用いてキャリブレーションを実施することで、例えば外光が存在する場合でも、測定対象の分光スペクトルを精度よく取得することができ、精度の高い成分分析を実施できる。また、別途キャリブレーション用の基準物を用意する必要がなく、構成の簡略化を図れる。
特に、基準反射率として、測定対象となる波長域（近赤外〜赤外波長域）の各波長に対して反射率が高い第一基準部、各波長に対して反射率が低い第二基準部を含む、各波長に対する反射率がそれぞれ異なる複数の基準部を備えることが好ましい。
本発明の成分分析装置において、前記分光撮像部は、前記測定対象からの光が入射され、入射された光から所定波長の光を選択し、かつ当該波長を変更可能な波長可変型ファブリーペローエタロンと、前記ファブリーペローエタロンから出射された光を受光する受光素子とを備えていることが好ましい。
本発明では、分光撮像部は、波長可変型ファブリーペローエタロンにより所定波長の光を選択して、その出射光を受光素子で受光する。ファブリーペローエタロンは、一対の反射膜を対向配置させるだけの簡単な構成にでき、反射膜間のギャップ寸法を変更することで容易に分光波長を変化させることができる。したがって、このような波長可変型ファブリーペローエタロンを用いることで、例えばＡＯＴＦ（音響光学チューナブルフィルター）やＬＣＴＦ（液晶チューナブルフィルター）等のような大型の分光部を用いる場合に比べて、分光撮像部及び成分分析装置の小型化を図ることができる。
本発明の成分分析装置において、分析対象成分の吸光スペクトルから抽出された特徴量と、前記分析対象成分の成分含有率との相関データが記憶される記憶手段を備え、前記成分分析部は、前記載置部に複数の前記測定対象が載置された際に、前記分光画像の各画素の光量、及び前記相関データに基づいて算出される前記各測定対象に含まれる前記分析対象成分の含有率を算出し、前記載置部及び前記分光撮像部の距離に基づいて算出される前記各測定対象の推定体積、及び前記各測定対象に含まれる前記分析対象成分の含有率に基づいて前記各測定対象に含まれる前記分析対象成分の推定重量、前記各測定対象のそれぞれの推定重量を算出し、前記各測定対象のそれぞれの推定重量の和、及び前記質量計測部により計測された質量との比に基づいて、前記各測定対象に含まれる前記分析対象の成分の推定重量を補正することが好ましい。
本発明では、載置部に複数の測定対象が載置された場合であっても、上述のように、各測定対象に含まれる各成分の含有量を正確な質量に基づいて補正することができる。すなわち、載置部に複数の測定対象が載置された場合では、質量計測部によりこれらの測定対象の質量の和が計測されるのみであり、各測定対象のそれぞれの質量は不明となる。これに対して、本発明では、上述のように、距離に基づいて推定される推定体積に基づいて各成分、各測定対象の推定質量を求めることができるので、これらの推定質量の和と、測定された質量とに基づいて、適切な補正を行うことができるため、各測定対象に対する成分分析を個別に実施する必要がなくなる。
第一実施形態の成分分析装置の概略構成を示す斜視図。 第一実施形態の成分分析装置におけるシステム構成を示すブロック図。 第一実施形態の台座部及び支持部の概略構成を示す図。 第一実施形態の分光カメラの概略構成を示す図。 第一実施形態の波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図。 図５のＡ−Ａ線における断面図。 第一実施形態の成分分析装置の成分分析方法を示すフローチャート。 第二実施形態の成分分析装置の成分分析方法を示すフローチャート。 第二実施形態の支持部の姿勢変更を示す概略図。 第二実施形態における第一分光画像、サイズ補正された第二分光画像、及び補正された分光画像の一例を示す図。 第三実施形態の成分分析装置の概略構成を示す斜視図。 第三実施形態の支持部の概略を示す図。 本発明における変形例の成分分析装置の一例を示す概略図。 本発明における変形例の成分分析装置の他の一例を示す斜視図。
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態に係る成分分析装置について、図面に基づいて説明する。
［成分分析装置の概略構成］
図１は、第一実施形態の成分分析装置１の概略構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態の成分分析装置１におけるシステム構成を示すブロック図である。図３は、台座部４及び支持部３の概略構成を示す図である。
成分分析装置１は、図１に示すように、分光カメラ２と、分光カメラ２が着脱自在に取り付けられる支持部３と、支持部３が接続される台座部４と、を備えている。
［分光カメラの構成］
図４は、本実施形態における分光カメラ２の概略構成を示す図である。
図４に示すように、分光カメラ２は、本発明の分光撮像部を構成し、筐体２１と、取付部２２と、操作部２３（図２参照）と、撮像モジュール２４と、本発明の第二通信部であるカメラ通信部２５と、方向検出センサー２６（方向検出手段）と、ディスプレイ２７と、制御回路部２８と、を含んで構成されている。
取付部２２としては、例えば、支持部３に着脱可能に取り付けられる構成であれば、いかなる構成であってもよい。例えば、取付部２２として、係合孔を備え、支持部３に設けられた係合ピンが係合されることで取付部２２が支持部３に取り付けられる構成、筐体２１に設けられたネジ穴に支持部３に設けられた雄ネジ部を螺合させる構成等が挙げられる。
（操作部の構成）
筐体２１の一部には、操作部２３が設けられている。
この操作部２３は、筐体２１に設けられるシャッターボタンや、ディスプレイ２７に設けられるタッチパネル等により構成される。そして、操作部２３は、ユーザーにより入力操作が行われると、入力操作に応じた操作信号を制御回路部２８に出力する。
（撮像モジュールの構成）
筐体２１は、撮像窓を備え、この撮像窓に臨んで撮像モジュール２４が配置されている。
この撮像モジュール２４は、光入射部２４１と、波長可変干渉フィルター５（波長可変型ファブリーペローエタロン）と、入射光を受光する撮像部２４２（本発明の受光素子）と、波長可変干渉フィルター５や撮像部２４２を制御するドライバ回路２４３と、を備えている。
（光入射部の構成）
光入射部２４１は、例えば、複数のレンズにより構成されている。これらのレンズとしては、テレセントリック光学系を構成し、視野角を所定角度以下に制限し、視野角内の測定対象の像を、撮像部２４２に結像することが好ましい。このようなテレセントリック光学系を用いることで、入射光の光軸を主光線に対して平行な方向に揃えることができ、後述する波長可変干渉フィルター５の固定反射膜５４や可動反射膜５５に対して、入射光を垂直に入射させることが可能となる。また、これらのレンズの焦点位置には、絞りが設けられ、例えばユーザー操作等に応じて絞り径が制御されることで、視野角を制御することが可能となる。
また、光入射部２４１には、その他、拡大縮小光学系が設けられることが好ましい。拡大縮小光学系が設けられることで、例えばユーザー操作に応じてレンズ間隔を調整することで、取得する画像の拡大縮小が可能となる。
（波長可変干渉フィルターの構成）
図５は、波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図である。図６は、図５のＡ−Ａ線における波長可変干渉フィルターの断面図である。
波長可変干渉フィルター５は、ファブリーペローエタロンであり、一対の基板（固定基板５１、可動基板５２）を備えている。これらの基板５１，５２は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などにより形成されている。なお、本実施形態では、測定対象の赤外域における分光画像を取得するものであるため、基板５１，５２として、赤外域の光を透過可能なシリコン等により構成されていてもよい。
そして、これらの固定基板５１及び可動基板５２は、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜などにより構成された接合膜５３により接合されることで、一体的に構成されている。
そして、固定基板５１には、固定反射膜５４が設けられ、可動基板５２には、可動反射膜５５が設けられている。これらの固定反射膜５４および可動反射膜５５は、反射膜間ギャップＧ１を介して対向配置されている。そして、波長可変干渉フィルター５には、この反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を調整（変更）するのに用いられる静電アクチュエーター５６が設けられている。この静電アクチュエーター５６は、固定基板５１に設けられた固定電極５６１と、可動基板５２に設けられた可動電極５６２とにより構成されている。これらの固定電極５６１，可動電極５６２は、電極間ギャップＧ２を介して対向する。ここで、これらの固定電極５６１，可動電極５６２は、それぞれ固定基板５１及び可動基板５２の基板表面に直接設けられる構成であってもよく、他の膜部材を介して設けられる構成であってもよい。
また、本実施形態における波長可変干渉フィルター５では、固定基板５１（可動基板５２）の基板厚み方向から見た図５に示すような平面視（以降、フィルター平面視と称する）において、固定基板５１及び可動基板５２の平面中心点Ｏは、固定反射膜５４及び可動反射膜５５の中心点と一致し、かつ後述する可動部５２１の中心点と一致する。
（固定基板の構成）
固定基板５１には、例えばエッチング等により電極配置溝５１１および反射膜設置部５１２が形成されている。また、固定基板５１の頂点Ｃ１には、切欠部５１４が形成されており、波長可変干渉フィルター５を固定基板５１側から見た際に、後述する可動電極パッド５６４Ｐが露出する。
電極配置溝５１１は、フィルター平面視で、固定基板５１の平面中心点Ｏを中心とした環状に形成されている。反射膜設置部５１２は、前記平面視において、電極配置溝５１１の中心部から可動基板５２側に突出して形成されている。この電極配置溝５１１の溝底面は、固定電極５６１が配置される電極設置面５１１Ａとなる。また、反射膜設置部５１２の突出先端面は、反射膜設置面５１２Ａとなる。
また、固定基板５１には、電極配置溝５１１から、固定基板５１の外周縁の頂点Ｃ１，頂点Ｃ２に向かって延出する電極引出溝５１１Ｂが設けられている。
電極配置溝５１１の電極設置面５１１Ａには、固定電極５６１が設けられている。より具体的には、固定電極５６１は、電極設置面５１１Ａのうち、後述する可動部５２１の可動電極５６２に対向する領域に設けられている。また、固定電極５６１上に、固定電極５６１及び可動電極５６２の間の絶縁性を確保するための絶縁膜が積層される構成としてもよい。
そして、固定基板５１には、固定電極５６１の外周縁から、頂点Ｃ２方向に延出する固定引出電極５６３が設けられている。この固定引出電極５６３の延出先端部（固定基板５１の頂点Ｃ２に位置する部分）は、ドライバ回路２４３に接続される固定電極パッド５６３Ｐを構成する。
なお、本実施形態では、電極設置面５１１Ａに１つの固定電極５６１が設けられる構成を示すが、例えば、平面中心点Ｏを中心とした同心円となる２つの電極が設けられる構成（二重電極構成）などとしてもよい。
反射膜設置部５１２は、上述したように、電極配置溝５１１と同軸上で、電極配置溝５１１よりも小さい径寸法となる略円柱状に形成され、当該反射膜設置部５１２の可動基板５２に対向する反射膜設置面５１２Ａを備えている。
この反射膜設置部５１２には、図５及び図６に示すように、固定反射膜５４が設置されている。この固定反射膜５４としては、例えばＡｇ等の金属膜や、Ａｇ合金等の合金膜を用いることができる。また、例えば高屈折層をＴｉＯ２、低屈折層をＳｉＯ２とした誘電体多層膜を用いてもよい。さらに、誘電体多層膜上に金属膜（又は合金膜）を積層した反射膜や、金属膜（又は合金膜）上に誘電体多層膜を積層した反射膜、単層の屈折層（ＴｉＯ２やＳｉＯ２等）と金属膜（又は合金膜）とを積層した反射膜などを用いてもよい。
そして、固定基板５１の可動基板５２に対向する面のうち、エッチングにより、電極配置溝５１１、反射膜設置部５１２、及び電極引出溝５１１Ｂが形成されない面は、第一接合部５１３を構成する。この第一接合部５１３は、接合膜５３により可動基板５２に接合される。
（可動基板の構成）
可動基板５２は、図５に示すようなフィルター平面視において、平面中心点Ｏを中心とした円形状の可動部５２１と、可動部５２１と同軸であり可動部５２１を保持する保持部５２２と、保持部５２２の外側に設けられた基板外周部５２５と、を備えている。
また、可動基板５２には、図５に示すように、頂点Ｃ２に対応して、切欠部５２４が形成されており、波長可変干渉フィルター５を可動基板５２側から見た際に、固定電極パッド５６３Ｐが露出する。
可動部５２１は、保持部５２２よりも厚み寸法が大きく形成され、例えば、本実施形態では、可動基板５２の厚み寸法と同一寸法に形成されている。この可動部５２１は、フィルター平面視において、少なくとも反射膜設置面５１２Ａの外周縁の径寸法よりも大きい径寸法に形成されている。そして、この可動部５２１には、可動電極５６２及び可動反射膜５５が設けられている。
可動電極５６２は、電極間ギャップＧ２を介して固定電極５６１に対向し、固定電極５６１と同一形状となる環状に形成されている。また、可動基板５２には、可動電極５６２の外周縁から可動基板５２の頂点Ｃ１に向かって延出する可動引出電極５６４を備えている。この可動引出電極５６４の延出先端部（可動基板５２の頂点Ｃ１に位置する部分）は、ドライバ回路２４３に接続される可動電極パッド５６４Ｐを構成する。
可動反射膜５５は、可動部５２１の可動面５２１Ａの中心部に、固定反射膜５４と反射膜間ギャップＧ１を介して対向して設けられる。この可動反射膜５５としては、上述した固定反射膜５４と同一の構成の反射膜が用いられる。
なお、本実施形態では、上述したように、電極間ギャップＧ２のギャップ量が反射膜間ギャップＧ１のギャップ量よりも大きい例を示すがこれに限定されない。例えば、測定対象光として赤外線や遠赤外線を用いる場合等、測定対象光の波長域によっては、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量が、電極間ギャップＧ２のギャップ量よりも大きくなる構成としてもよい。
保持部５２２は、可動部５２１の周囲を囲うダイアフラムであり、可動部５２１よりも厚み寸法が小さく形成されている。このような保持部５２２は、可動部５２１よりも撓みやすく、僅かな静電引力により、可動部５２１を固定基板５１側に変位させることが可能となる。この際、可動部５２１が保持部５２２よりも厚み寸法が大きく、剛性が大きくなるため、保持部５２２が静電引力により固定基板５１側に引っ張られた場合でも、可動部５２１の形状変化が起こらない。したがって、可動部５２１に設けられた可動反射膜５５の撓みも生じず、固定反射膜５４及び可動反射膜５５を常に平行状態に維持することが可能となる。
なお、本実施形態では、ダイアフラム状の保持部５２２を例示するが、これに限定されず、例えば、平面中心点Ｏを中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。
基板外周部５２５は、上述したように、フィルター平面視において保持部５２２の外側に設けられている。この基板外周部５２５の固定基板５１に対向する面は、第一接合部５１３に対向し、接合膜５３により固定基板５１に接合される。
（撮像部の構成）
撮像部２４２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）素子等の光電交換素子を有し、受光した光を電気信号として、ドライバ回路２４３を介して制御回路部２８に出力する。
（カメラ通信部の構成）
カメラ通信部２５は、台座部４に設けられた後述する本体通信部４３と通信する。本実施形態では、カメラ通信部２５は、無線通信装置であり、無線通信により本体通信部４３と通信する。無線通信としては、例えば赤外線通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）等の中継ポイントを介した無線ＬＡＮ通信等、いかなる通信手段を用いてもよい。
（方向検出センサーの構成）
方向検出センサー２６は、本発明の方向検出手段であり、例えば、ジャイロセンサー及び加速度センサーを組み合わせて構成される。この方向検出センサー２６は、加速度センサーにより重力方向を検出しつつ、ジャイロセンサーによりその変位角を検出することで、分光カメラ２の鉛直方向に対する傾斜角、傾斜方向を検出する。すなわち、撮像モジュール２４による撮像方向を検出する。
（ディスプレイの構成）
ディスプレイ２７は、図１及び図４に示すように、筐体２１の撮像窓とは反対側の背面側に設けられる。ディスプレイ２７は、制御回路部２８の制御の下、例えば、成分分析の分析結果等を画像として表示させる。
（制御回路部の構成）
制御回路部２８は、撮像部２４２や波長可変干渉フィルター５の各電極パッド５６３Ｐ，５６４Ｐに接続されるドライバ回路２４３、操作部２３からの入力信号を受け付ける入力回路、カメラ通信部２５、方向検出センサー２６、及びディスプレイ２７等を制御する各種制御回路を備える。さらに、制御回路部２８は、図２に示すように、例えばＣＰＵ等により構成されるカメラ制御部２８１、及びメモリー等により構成された記憶部２８２を備えている。
記憶部２８２には、例えば、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧に対する、当該波長可変干渉フィルター５を透過する光の波長の関係を示すＶ−λデータが記憶される。また、記憶回路には、分光カメラを制御するための各種プログラムが記憶されている。
そして、カメラ制御部２８１は、これらの各種プログラムが読み出し、実行することで、分光画像を取得する。具体的には、カメラ制御部２８１は、各種プログラムを実行することで、フィルター制御手段２８３、撮像制御手段２８４、及び表示制御手段２８５として機能する。
フィルター制御手段２８３は、記憶部２８２に記憶されたＶ−λデータに基づいて、分光画像の波長に対応した電圧を読み出し、電圧制御回路を制御して当該電圧を静電アクチュエーター５６に印加する。
撮像制御手段２８４は、撮像部２４２を制御し、分光画像を取得する。
表示制御手段２８５は、例えば本体通信部４３からカメラ通信部２５に送信された成分分析結果等の情報をディスプレイ２７に表示させる。
（支持部の構成）
支持部３は、複数の支持アーム３１（部分支持部）を備えている。これらの支持アーム３１は、分光カメラ２と台座部４の載置部４１との距離を変更するものであり、本発明の距離変更手段に相当する。
具体的には、支持部３は、図３に示すように、第一アーム３１Ａと、第二アーム３１Ｂと、カメラ装着部３１Ｃとを備えている。
第一アーム３１Ａの一端部は、第一回動軸３１１を中心に台座部４に回動自在に連結されている。第一アーム３１Ａの他端部は、第二回動軸３１２を中心に第二アーム３１Ｂに回動自在に連結されている。
第二アーム３１Ｂの一端部は、第二回動軸３１２を中心に第一アーム３１Ａに回動自在に連結されている。第二アーム３１Ｂの他端部は、第三回動軸３１３を中心にカメラ装着部３１Ｃに回動自在に連結されている。
カメラ装着部３１Ｃの一端部は、第三回動軸３１３を中心に第二アーム３１Ｂに回動自在に連結されている。カメラ装着部３１Ｃは、分光カメラ２の取付部２２が着脱可能に取り付けられる。
すなわち、各アーム３１Ａ，３１Ｂ及びカメラ装着部３１Ｃは、互いに連結角度を変更することで分光カメラ２の姿勢を変更するものであり、本発明における姿勢変更部を構成する。
また、支持部３には、支持部３の姿勢を検出する姿勢センサー３２（本発明における姿勢検出手段）を備えている。具体的には、姿勢センサー３２は、第一回動軸３１１における台座部４に対する回動角を検出する第一角度検出センサー３２Ａ、及び第二回動軸３１２における第一アーム３１Ａに対する第二アーム３１Ｂの角度を検出する第二角度検出センサー３２Ｂを備えている。
姿勢センサー３２により検出された角度（角度に応じた検出信号）は、それぞれ、台座部４に設けられた制御部４５に出力される。
また、第二アーム３１Ｂには、光源部３３が設けられている。この光源部３３は、台座部４の制御部４５により点灯及び消灯が制御される。
光源部３３から照射される光は、例えば、成分分析処理に用いられる近赤外波長（例えば７００ｎｍ〜１５００ｎｍ）の光である。また、光源部３３としては、ＬＥＤが用いられてもよく、レーザー光源が用いられてもよい。このようなＬＥＤやレーザー光源を用いることで、光源部３３の小型化、省電力化を図ることができる。
（台座部の構成）
次に、台座部４の構成について説明する。
台座部４は、図１及び図２に示すように、載置部４１と、質量計測部４２（図２参照）と、本発明の第一通信部である本体通信部４３（図２参照）と、記憶部４４（図２参照）と、制御部４５（図２参照）と、を含んで構成される。
載置部４１は、測定対象が載置される水平な載置面を有する板状部材である。
また、載置部４１の載置面には、本発明の基準部である色基準部４１１（図１参照）が設けられている。色基準部４１１は、成分分析処理において必要となる各波長（赤外域）に対して反射率（基準反射率）が既知である複数の部分基準部を備えている。これらの複数の部分基準部としては、例えば、各波長に対して反射率が高い高反射基準部、及び各波長に対して反射率が低い低反射基準部を含むことが好ましい。また、色基準部４１１は、特定波長に対して高反射率であり、他の波長に対して低反射率である部分基準部が複数設けられ、各部分基準部において、高反射率である特定波長が異なるものを用いてもよい。
質量計測部４２は、載置部４１の下方に設けられる。この質量計測部４２は、載置部４１に載置された測定対象の質量を計測し、計測した結果を制御部４５に出力する。
本体通信部４３は、カメラ通信部２５と同じ無線通信方式の通信装置であり、カメラ通信部２５との間でデータの送受信を行う。すなわち、分光カメラ２により撮像された分光画像や分光カメラ２の撮像方向を受信し、成分分析結果や質量計測結果を送信する。
なお、本実施形態では、本体通信部４３が台座部４に設けられる例を示すが支持部３に設けられる構成などとしてもよい。
記憶部４４は、分析対象の各成分に対する吸光スペクトルから抽出された特徴量（特定波長における吸光度）と、成分含有率との相関を示す相関データ（例えば検量線）が記憶される。また、記憶部４４は、その他成分分析処理に用いられる各種データ（例えば、測定対象の温度に対する、各成分の吸光スペクトルの補正値等）が記録されていてもよい。
制御部４５は、例えば、ＣＰＵ等の演算回路により構成され、記憶部４４に記憶された各種プログラムを読み込むことで、各種処理を実行する。具体的には、制御部４５は、各種処理を実行することで、光源制御手段４５１、分光画像取得手段４５２、初期処理手段４５３、距離算出手段４５４（距離測定手段）、及び成分分析手段４５５等として機能する。すなわち、本実施形態において制御部４５は、成分分析部として機能する。
光源制御手段４５１は、支持部３に設けられた光源部３３の点灯を制御する。
分光画像取得手段４５２は、本体通信部４３で受信した、分光カメラ２からの分光画像を取得する。
初期処理手段４５３は、成分分析における初期処理（キャリブレーション）を実施する。
距離算出手段４５４は、支持部３に設けられた姿勢センサー３２による検出結果や、分光カメラの撮像方向等に基づいて、分光カメラ２から載置部４１までの距離を算出する。
成分分析手段４５５は、取得した分光画像、計測された測定対象の質量、算出された分光カメラ２及び載置部４１の距離等に基づいて、測定対象の成分を分析し、成分量の算出やカロリーの算出を行う。
なお、各構成の具体的な処理については、後述する。
（成分分析装置の動作）
次に、上述したような成分分析装置１による動作について、図面に基づいて以下に説明する。
本実施形態の成分分析装置１により成分分析を実施する場合、まず、支持部３の各アーム３１Ａ，３１Ｂを適当な角度（載置部４１の色基準部４１１を撮像可能な角度）に設定して、吸光度を算出するための初期処理を実施する。
この初期処理では、光源制御手段４５１により、光源部３３を点灯させる。
この後、制御部４５は、分光カメラ２に初期処理を実施する旨の初期処理開始指令を、本体通信部４３からカメラ通信部２５に送信する。これにより、分光カメラ２のフィルター制御手段２８３は、Ｖ−λデータを読み出して静電アクチュエーター５６に印加する電圧を順次切り替える。例えば所定の近赤外波長域（例えば７００ｎｍ〜１５００ｎｍ）に対して、１０ｎｍ間隔で波長可変干渉フィルター５を透過させるように、電圧を順次切り替えさせる。また、撮像制御手段２８４は、電圧が順次切り替えられる毎に撮像部２４２からの分光画像を取得する。これらの分光画像は、色基準部４１１を各波長毎に撮像した画像となる。得られた分光画像は、カメラ通信部２５から本体通信部４３に送信される。
初期処理手段４５３は、各波長に対する分光画像を受信すると、当該各分光画像における色基準部４１１の位置を判定する。色基準部４１１の位置の判定は、例えば、分光画像において、画素間で光量が大きく変化するエッジ部を検出する等により実施することができる。
そして、初期処理手段４５３は、各波長の分光画像の色基準部４１１における光量に基づいて、各波長における基準受光量Ｉ０を測定し、当該基準受光量Ｉ０を記憶部４４に記憶する。
次に、載置部４１に測定対象が載置された後、測定対象の成分分析を実施した際の処理（成分分析処理）について説明する。図７は、成分分析処理を示すフローチャートである。
成分分析処理では、まず、距離算出手段４５４は、分光カメラ２から載置部４１までの距離を算出する。
具体的には、距離算出手段４５４は、姿勢センサー３２（第一角度検出センサー３２Ａ，第二角度検出センサー３２Ｂ）の検出角度を取得する。また、分光カメラ２において、方向検出センサー２６により検出された分光カメラ２の撮像方向を取得する（ステップＳ１）。
そして、距離算出手段４５４は、ステップＳ１により検出された検出角度、撮像方向に基づいて、分光カメラ２の撮像部２４２から載置部４１までの距離を算出する（ステップＳ２）。
ステップＳ２の処理を、図３に基づいて説明する。
ここで、第一角度検出センサー３２Ａにより検出される台座部４に対する第一アーム３１Ａの角度をα、第二角度検出センサー３２Ｂにより検出される第一アーム３１Ａ及び第二アーム３１Ｂの角度をβ、分光カメラ２の撮像方向と鉛直方向との為す角をγとする。
また、第一アーム３１Ａにおける第一回動軸３１１から第二回動軸３１２までの長さｌ１、第二アーム３１Ｂにおける第二回動軸３１２から第三回動軸３１３までの長さｌ２、及びカメラ装着部３１Ｃにおける第三回動軸３１３から分光カメラ２の装着位置までの長さｌ３は、予め記憶部４４に記憶されている。さらに、分光カメラ２における取付部２２から撮像部２４２（例えば画像中心画素に対応した位置）までの距離ｌ４は、例えば初期使用時に登録されるものとする。また、第一回動軸３１１は、載置部４１と同一高さ位置であるとする。
距離算出手段４５４は、第二回動軸３１２の載置部４１からの高さ寸法Ｌ１（＝ｌ１ｓｉｎα）、第二回動軸３１２から第三回動軸３１３までの高さ寸法Ｌ２（＝ｌ２ｓｉｎ（β−α））、及び、第三回動軸３１３から撮像部２４２までの高さ寸法Ｌ３（＝（ｌ３＋ｌ４）ｓｉｎγ）をそれぞれ算出し、載置部４１から撮像部２４２までの高さ寸法Ｌ´（＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）を算出する。
この後、距離算出手段４５４は、撮像方向における撮像部２４２から載置部４１までの距離Ｌ（＝Ｌ´／ｃｏｓγ）を算出する。
この後、光源制御手段４５１は、光源部３３を制御して、測定対象に対して光を照射させる（ステップＳ３）。また、分光画像取得手段４５２は、分光カメラ２に分光画像の取得を要求する要求信号を送信する。
分光カメラ２のフィルター制御手段２８３は、要求信号を受信すると、記憶部２８２に記憶されたＶ−λデータを参照して、目標波長に対応した電圧を順次読み出し、当該電圧を静電アクチュエーター５６に印加する。また、撮像制御手段２８４は、電圧が順次切り替えられる毎に撮像部２４２からの分光画像を取得する（ステップＳ４）。撮像された分光画像は、カメラ通信部２５から本体通信部４３に送信され、記憶部４４に記憶される。
なお、取得する分光画像の目標波長としては、例えば、成分分析装置１により分析処理を実施する成分により設定されてもよく、測定者により適宜設定されてもよい。例えば、分光分析装置により食品の脂質、糖質、タンパク質、及び水分の成分量及びカロリーを検出する場合、少なくとも脂質、糖質、タンパク質、及び水分に対する特徴量が得られる波長が目標波長として設定され、ステップＳ４において、これらの目標波長の分光画像が取得されればよい。また、所定波長間隔（例えば１０ｎｍ間隔）の分光画像を順次取得してもよい。
また、成分分析装置１に測定対象の温度を測定する温度センサーが設けられている場合、取得する分光画像の目標波長を、温度に基づいて設定してもよい。この場合、測定対象の温度分布から、各点（撮像画像の各画素）における温度を検出し、検出した温度に基づいて各測定対象波長を補正してもよい。
例えば、基準温度Ｔ０において、成分Ａの含有率によって波長λＡ０の吸光度が変化する場合、基準温度Ｔ０における成分Ａの特徴量は、波長λＡ０の吸光度となる。しかしながら、温度Ｔ１では、成分Ａの含有率によって波長λＡ１の吸光度が変化する場合があり、この場合、温度Ｔ１における成分Ａの特徴量は、波長λＡ１の吸光度となる。特に、水分は、温度変化による吸光スペクトルの変化が大きいことが知られており、各成分の分析を行う上で、特徴量が検出される波長を補正することが好ましい。
上記のように温度センサーが設けられる構成では、記憶部４４に各成分の各温度に対する補正値を記憶しておく。そして、この補正値を読み出し、波長λＡ０に補正値をかけあせて、温度Ｔ１に対して特徴量が検出される目標波長λＡ１を算出する。また、検査対象物の部位によって温度が異なる場合、各部位の温度に対応して、それぞれ目標波長を算出する。
次に、成分分析手段４５５により成分分析を実施する。
ここで、本実施形態では、載置部４１に複数の測定対象が載置された場合を例示する。つまり、本実施形態では、質量計測部４２により計測される質量と、距離算出手段４５４により算出された距離に基づいて推定される推定質量とを用いることで、複数の測定対象を個別に載置部４１に載置して複数の測定を実施することなく、これらの複数の測定対象の成分分析を実施することができる。
具体的には、成分分析手段４５５は、各測定対象が映し出されている画素範囲を特定し、各測定対象における各成分の含有率を算出する（ステップＳ５）。測定対象食品の特定は、撮像された分光画像に基づいて特定することができる。例えば、測定対象の特定方法として、従来の画像処理技術を用いることができ、画像内のエッジ検出等により、測定対象が映し出されている画素範囲を特定する。なお、測定対象の特定方法としてはこれに限定されず、例えば、記憶部４４に測定対象の形状特徴値が記憶されている場合、形状特徴値に基づいて画像を分析して測定対象を特定してもよい。
そして、成分分析手段４５５は、各成分に対して、特定された各測定対象の各画素における含有率の平均値を算出し、それぞれの測定対象における成分含有率（ｍｇ／ｃｍ３）とする。なお、特定された測定対象の画素範囲から、複数個の画素をピックアップし、これらの画素に対して分析された成分含有率を平均してもよい。
含有率の求め方としては、例えば基準受光量Ｉ０と、撮像された波長λの分光画像の各画素における受光量Ｉλとに基づいて、以下の式（１）により、各画素における波長λの吸光度Ａλを算出する。
Ａλ＝−ｌｏｇ（Ｉλ／Ｉ０） …（１）
この後、成分分析手段４５５は、算出された吸光度Ａλと、記憶部４４に記憶された相関データとに基づいて、各成分の含有率を分析する。この成分含有率の分析方法としては、従来用いられているケモメトリックス法により行うことができる。ケモメトリックス法としては、例えば、重回帰分析、主成分回帰分析、部分最小二乗法等の方法を用いることができる。なお、これらのケモメトリックス法を用いた各分析手法は周知技術であるため、ここでの説明は省略する。
次に、成分分析手段４５５は、ステップＳ２により算出された撮像部２４２から載置部４１までの距離Ｌと、各分光画像において特定された各測定対象の画素範囲とから、各測定対象のサイズ（推定体積）を算出する（ステップＳ６）。
次に、成分分析手段４５５は、ステップＳ６により算出された各測定対象の推定体積（ｃｍ３）と、ステップＳ５により算出された各測定対象の各成分含有率（ｍｇ／ｃｍ３）との積により、各測定対象の各成分含有量（ｇ）を算出し、各測定対象に対する各成分含有量の和から、各測定対象の推定質量（ｇ）、及び、各測定対象の推定質量の和である推定総質量（ｇ）を算出する（ステップＳ７）。
この後、成分分析手段４５５は、質量計測部４２により計測された測定対象の計測質量（ｇ）を取得する（ステップＳ８）。
そして、成分分析手段４５５は、ステップＳ８で取得された計測質量と、ステップＳ８で算出された各測定対象の推定質量から、補正値（計測質量／推定質量）を算出し、ステップＳ８で算出された各測定対象の各成分含有量（ｇ）に当該補正値を掛けあわせる（ステップＳ９）。
以上により、載置部４１に複数の測定対象が載置された場合において、容易にこれらの測定対象に含まれる成分含有量を算出することが可能となる。
以下の表１に、測定対象Ａ，Ｂが載置部４１に載置された際の、上記ステップＳ５からステップＳ９の処理により算出される値の例を示す。
Figure 2015099116
また、成分分析手段４５５は、算出された各成分の重量（脂質、糖質、タンパク質の重量）から、式（２）に基づいて、測定対象のカロリーを算出する（ステップＳ１０）。
カロリー（kcal）＝脂質量(g)×９＋タンパク質量(g)×４＋糖質量(g)×４ …（２）
そして、成分分析手段４５５は、ステップＳ９で算出された各成分の含有量、及びステップＳ１０で算出された測定対象のカロリーを分光カメラ２に送信し、分光カメラ２のディスプレイ２７に表示させる（ステップＳ１１）。
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態では、台座部４に質量計測部４２が設けられているため、測定対象の正確な質量を計測することができる。
また、台座部４に設けられた支持部３により、分光カメラ２が支持されているため、例えば手振れ等による分光画像のブレがなく、分光カメラ２から台座部４の載置部４１までの距離が一定に保たれ、当該距離で測定対象の分光画像を取得することができる。したがって、分光カメラ２から載置部４１までの距離から正確な測定対象のサイズを算出でき、測定対象の質量、及び分光画像の各画素の光量に基づいて、測定対象の成分含有量を高精度に算出することができる。
また、台座部４に対して支持部３により分光カメラ２を支持する簡素な構成で成分分析を実施でき、例えば、大型の収納室を有する筐体内に載置部を設けて成分分析を実施する従来の装置に比べて、構成の簡略化を図れる。
本実施形態では、支持部３は、互いの連結角度を変更可能な第一アーム３１Ａ、第二アーム３１Ｂ、及びカメラ装着部３１Ｃを備えている。このため、各アーム３１Ａ，３１Ｂやカメラ装着部３１Ｃの連結角度を調整することで、測定対象のサイズに応じて、測定対象が分光画像内に収まるように、載置部４１から分光カメラ２までの距離や撮像方向を自由に変更することができる。
また、本実施形態では、各回動軸３１１，３１２，３１３の回動角度を検出する姿勢センサー３２が設けられており、制御部４５は、姿勢センサー３２による検出角度や、分光カメラ２に設けられた方向検出センサーにより検出された撮像方向に基づいて、分光カメラ２から載置部４１までに距離を算出する距離算出手段４５４を備えている。
このため、上記のように、支持部３の姿勢を変化させた場合でも、分光カメラ２から載置部４１までの正確な距離を算出することができ、測定対象のサイズを算出することができる。
本実施形態では、カメラ装着部３１Ｃに対して分光カメラ２が着脱自在に設けられている。このため、分光カメラ２を取り外すことで、分光カメラ２のメンテナンスを好適に行うことができる。また、既存の分光カメラ２をカメラ装着部３１Ｃに装着する等、利用の拡大を図れる。
本実施形態では、台座部４に本体通信部４３が設けられ、分光カメラ２にカメラ通信部２５が設けられている。このため、上記のように、分光カメラ２が着脱自在な構成である場合でも、別途配線等を実施することなく、分光カメラ２にて撮像された分光画像を台座部４の制御部４５に出力することができる。
本実施形態では、載置部４１の一部に、色基準部４１１が設けられている。このため、キャリブレーション時において、別途既知の反射率を有する基準物を用意する必要がなく、載置部４１上の色基準部４１１により適切なキャリブレーションを実施できる。
本実施形態では、分光カメラ２において、ファブリーペローエタロン素子が用いられている。このため、例えばＡＯＴＦやＬＣＴＦ等のような大型の分光部を用いることなく、分光カメラ２の小型化を図れる。
第二アーム３１Ｂに光源部３３が設けられている。一般に、光源部３３から照射された光が測定対象で正反射されて撮像された場合、当該正反射された部位では光量異常となり、正確な成分分析ができない。これに対して、本実施形態では、第二アーム３１Ｂの姿勢を変更することで、光源部３３からの光照射方向も変化し、これによって測定対象における正反射部位の位置も変化する。したがって、正反射部位が存在しないように、支持部３の姿勢を変更することができ、精度の高い成分分析を実施できる。
本実施形態では、載置部４１に複数の測定対象が載置された場合でも、ステップＳ５〜ステップＳ９の処理により、各測定対象の成分含有推定量から、実際の質量計測値に基づいた成分含有量に補正することで、より精度の高い成分計測結果を求めることができる。したがって、カロリー計算等においても、より正確な値を算出できる。
［第二実施形態］
上述した第一実施形態では、分光カメラ２から台座部４までの距離を一定に保ち、測定対象の成分分析を実施した。
これに対して、光源部３３の光が測定対象によって正反射され、当該正反射された部位に対する成分分析を適切に実施できない場合がある。上記第一実施形態においても、支持部３の姿勢を変更することで、測定対象における正反射部位の位置を移動させ、測定対象内に入り込まないようにすることができる。しかしながら、例えば、測定対象のサイズ等によっては、正反射部位がどこかに存在してしまう場合があり、この場合、その正反射部位に対する成分分析の精度が低下する。第二実施形態では、このような場合に対して、正反射部位の光量を適切な値に補正することでより正確な成分分析を実施する。
つまり、本実施形態では、支持部３の姿勢を変更することで、支持部３に設けられた光源部３３の光出射方向を変化させて、各波長に対して正反射部位が異なる２つの分光画像を取得する。この際、分光カメラ２から台座部４までの距離を正確に算出することにより、支持部３の姿勢を変更した場合でも、取得された２つの分光画像における各画素が測定対象のどの位置に対応する画素であるかを容易に判定することができる。
なお、以降の実施形態の説明にあたり、上記第一実施形態と同一の構成及び処理については同符号を付し、その説明を省略、又は簡略化する。
図８は、本実施形態における成分分析処理を示すフローチャートである。
本実施形態では、図８に示すように、ステップＳ４にて各波長に対する分光画像（以降、第一分光画像と称する場合がある）を取得した後、支持部３の姿勢を変更する（ステップＳ２１）。
図９は、支持部３の姿勢変更を示す概略図である。
図９に示すように、支持部３の姿勢を変更すると、光源部３３から出射される光の出射方向が変化する。例えば、図９に示すように、ステップＳ４での分光画像取得時の支持部３の姿勢をＰ１とし、ステップＳ２１において、支持部３の姿勢をＰ２に変化させると、測定対象での正反射部位がＱ１からＱ２に移動する。
この後、距離算出手段４５４は、ステップＳ１，Ｓ２と同様、姿勢センサー３２（第一角度検出センサー３２Ａ，第二角度検出センサー３２Ｂ）の検出角度を取得し（ステップＳ２２）、検出された検出角度、撮像方向に基づいて、分光カメラ２の撮像部２４２から載置部４１までの距離を算出する（ステップＳ２３）。
そして、分光画像取得手段４５２は、分光カメラ２に分光画像の取得を要求する要求信号を送信する。これにより、分光カメラ２のフィルター制御手段２８３は、ステップＳ４と同様の処理を実施し、各波長に対する分光画像（以降、第二分光画像と称する場合がある）を取得する（ステップＳ２４）。
この後、成分分析手段４５５は、取得された第二分光画像を、ステップＳ２により算出された距離（第一距離）、及びステップＳ２３により算出された距離（第二距離）に基づいて、画像補正する。すなわち、成分分析手段４５５は、第一距離及び第二距離の距離比（第一距離／第二距離）を算出し、第二分光画像を距離比に応じて拡大又は縮小して、第一分光画像の測定対象と第二分光画像の測定対象とのサイズを合わせ、トリミング処理を実施する（ステップＳ２５）。
この後、成分分析手段４５５は、第一分光画像のうち、正反射部位Ｑ１に対応する画素（異常画素）を検出し、この異常画素の光量を補正する（ステップＳ２６）。
図１０は、第一分光画像、サイズ補正された第二分光画像、及び補正された分光画像の一例を示す図である。図１０（Ａ）は、姿勢Ｐ１で撮像された第一分光画像の例、図１０（Ｂ）は、姿勢Ｐ２で撮像された第二分光画像の例、図１０（Ｃ）は、補正された第一分光画像の例である。
具体的には、成分分析手段４５５は、各波長に対する第一分光画像の各画素の光量に対し、基準受光量Ｉ０に対する比（反射率比）を算出する。そして、成分分析手段４５５は、当該反射率比が１より大きい画素を検出する。なお、反射率比が１より大きい画素がない場合は、画素補正を行わず、ステップＳ５の処理を実施すればよい。
成分分析手段４５５は、異常画素（例えば、図１０（Ａ）における画素ｑ１）が検出されると、その異常画素の画素位置を記憶部４４に記憶する。
一方、成分分析手段４５５は、第一分光画像において、異常画素を検出した場合は、その画素位置に対応した第二分光画像の画素（図１０（Ｂ）における画素ｑ１´）の光量を取得する。そして、成分分析手段４５５は、図１０（Ｃ）に示すように、第一分光画像の異常画素ｑ１の光量を、第二分光画像の対応する画素ｑ１´の光量に置き換える。
この後、光量が補正された第一分光画像に基づいて、第一実施形態と同様に、ステップＳ５〜ステップＳ１１の処理を実施する。
また、本実施形態では、上記第一実施形態の構成に対して、さらに、支持部３の姿勢を自動で変更する構成を備えていてもよい。
例えば、支持部３の各回動軸３１１，３１２，３１３に、駆動モーター（図示略）からの駆動力が伝達されることで回転する歯車が設けられ、制御部４５の制御により駆動モーターの駆動を制御することで、各回動軸におけるアーム３１Ａ，３１Ｂやカメラ装着部３１Ｃの回動角度を変更する。
この場合、制御部４５は、上記ステップＳ２１において、分光カメラ２の方向検出センサー２６により検出される撮像方向が、ステップＳ１１での分光画像の取得時と同一方向となるように、支持部３の姿勢を変更することが好ましい。この場合、撮像方向の変化による画素ずれを抑制でき、上記のような第一分光画像における正反射部位と、その正反射部位に対応した第二分光画像の画素位置とをより精度よく検出でき、より精度の高い成分分析を実施することができる。
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、前記第一実施形態と同様、支持部３の第二アーム３１Ｂに光源部３３が設けられている。
したがって、第一分光画像として光源部３３からの光が正反射する正反射部位に対応する異常画素がある場合でも、支持部３の姿勢を変更することで、測定対象の正反射部位の位置を変更できる。したがって、姿勢変更後の第二分光画像を取得し、第一分光画像における異常画素を、当該異常画素に対応する第二分光画像の画素の光量で置き換えることで、正反射部位に対しても精度の高い成分分析を実施することができる。
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１１は、本実施形態の成分分析装置の概略構成を示す斜視図である。
図１１に示すように、本実施形態における成分分析装置１Ａでは、台座部４に、支持部３Ａ及び分光カメラ２を収納する収納部４６が設けられている。
支持部３Ａは、収納部４６の内部に回動自在に軸支される、第一支柱３１Ｄと、第一支柱３１Ｄに対して進退する第二支柱３１Ｅと、第二支柱３１Ｅに対して回動自在に軸支されるカメラ装着部３１Ｃとを備えている。
図１２は、本実施形態の支持部の概略を示す図である。
図１２に示すように、第一支柱３１Ｄは、中空状に形成され、第二支柱３１Ｅが第一支柱３１Ｄに挿通されることで、第一支柱３１Ｄの軸方向に沿って移動可能となる。また、第一支柱３１Ｄ内には、第二支柱３１Ｅの移動量を検出する移動量検出センサー３２Ｄが設けられている。また、第二支柱３１Ｅにおけるカメラ装着部３１Ｃを軸支する軸部３１４には、回動角検出センサー３２Ｅが設けられている。これらの移動量検出センサー３２Ｄ及び回動角検出センサー３２Ｅは本発明における姿勢検出手段を構成する。
また、分光カメラ２は、カメラ装着部３１Ｃに対して、カメラ装着部３１Ｃの長手方向を回動軸として回動可能に設けられることが好ましい。これにより、図１１に示すように、載置部４１の方向に分光カメラ２を回動させることで、測定対象の分光画像の撮像が可能となる。
本実施形態では、第二支柱３１Ｅを第一支柱３１Ｄ内に収納し、カメラ装着部３１Ｃを第二支柱３１Ｅ側に回動させ、第一支柱３１Ｄを台座部４側に回動させることで、支持部３Ａを収納部４６内に収納することができる。
したがって、成分分析装置１Ｂをより小型化することができ、携帯性を向上させることができる。
［他の実施形態］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上記第一実施形態において、支持部３に距離変更手段であるアーム３１Ａ，３１Ｂが距離変更手段として設けられ、これらのアーム３１Ａ，３１Ｂにより分光カメラ２から載置部４１までの距離を変更可能な構成を例示した。また、第二実施形態においては、第一支柱３１Ｄ、第二支柱３１Ｅ、カメラ装着部３１Ｃが距離変更手段として設けられ、分光カメラ２から載置部４１までの距離を変更可能な構成を例示した。
これに対して、図１３に示すような構成としてもよい。図１３は、本発明における変形例の成分分析装置の一例を示す概略図である。
すなわち、図１３に示す例では、成分分析装置１Ｂにおいて、支持部３Ｂに、距離変更手段が設けられず、分光カメラ２が装着される位置が固定となる。すなわち、支持部３において、台座部４から分光カメラ２が装着される位置までの距離が固定値Ｌｃとなり、姿勢センサーが不要となる。
この場合では、制御部４５における距離算出手段４５４は、分光カメラ２の装着位置が固定位置となるので、分光カメラ２により検出される撮像方向に基づいて、三角関数を用いて分光カメラ２から載置部４１までの距離を容易に算出することができる。また、分光カメラ２が支持部３Ｂに固定された装置としてもよく、この場合、撮像方向も一定方向となる。したがって、分光カメラ２から載置部４１までの距離を予め計測しておくことで、別途距離を算出する必要がなく、処理の簡略化を図れる。
また、上記第一実施形態では、姿勢センサー３２により検出された各アーム３１Ａ，３１Ｂの角度を用いて距離算出手段４５４が分光カメラ２から載置部４１までの距離を算出したが、これに限定されない。
例えば、第一実施形態において、第一アーム３１Ａに複数の係止部が設けられ、第二アーム３１Ｂに前記係止部に係合する係合部が設けられる構成とし、係合部が係止部に係合される際の第一アーム３１Ａに対する第二アーム３１Ｂの角度が予め記憶部４４に記憶されている構成などとしてもよい。この場合、姿勢センサーとして、係合部がどの係止部に係止された位置を検出するスイッチ装置等を用いることができる。また、距離算出手段４５４は、スイッチ装置により検出された係合部の係止位置に対応した角度を記憶部４４から読み出し、その角度を用いて分光カメラ２から載置部４１への距離を算出する。
なお、台座部４に対する第一アーム３１Ａに対しても同様であり、係合部及び係止部により予め設定された角度に回動可能な構成としてもよい。第二及び第三実施形態においても同様である。
第一実施形態において、姿勢センサー３２及び方向検出センサー２６を用いて分光カメラ２から載置部４１までの距離を算出したが、これに限定されない。例えば、第二アーム３１Ｂに対するカメラ装着部３１Ｃの角度を検出する姿勢センサーを設ける構成とし、距離算出手段４５４は、３つの姿勢センサーからの検出角度に基づいて、分光カメラ２から載置部４１までの距離を算出してもよい。
また、上記実施形態において、支持部として、アームや支柱を例示したが、これに限定されない。例えば、図１４に示すような構成としてもよい。
図１４（Ａ）に示す成分分析装置１Ｃでは、台座部４に対して支持部３Ｃが回動自在に設けられている。この支持部３Ｃは、筐体３４を有し、筐体３４内に、分光カメラ２が内部に組み込まれている。また、図１４に示すように、筐体３４の一部にディスプレイ３５が設けられている。
このような構成では、支持部３Ｃに対して分光カメラ２の撮像方向が固定されるので、距離算出手段は、支持部３Ｃの回動角により分光カメラ２から載置部４１までの距離を算出できる。
また、図１４（Ｂ）に示すように、支持部３Ｃを台座部４側に回動させることで、アームや支柱が設けられていない分、より小型化が可能となり携帯性を向上させることができる。
また、このような分光カメラ２が組み込まれた成分分析装置１Ｃでは、台座部４側の記憶部に、分光カメラ２を駆動させるための各種データ（例えばＶ−λデータ等）を記憶し、台座部４側に設けられた制御部により、分光カメラ２の制御を行ってもよい。
上記各実施形態では、本体通信部４３及びカメラ通信部２５が無線通信により通信する構成を例示するが、これに限定されない。例えば、分光カメラ２を支持部３に装着した際に、支持部３に設けられた端子に接続されることで、本体通信部とカメラ通信部と通信可能に接続される構成などとしてもよい。
上記各実施形態において、波長可変干渉フィルター５は、電圧印加により反射膜５４，５５間のギャップ寸法を変動させる静電アクチュエーター５６を備える構成としたが、これに限定されない。
例えば、固定電極５６１の代わりに、第一誘電コイルを配置し、可動電極５６２の代わりに第二誘電コイルまたは永久磁石を配置した誘電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。
更に、静電アクチュエーター５６の代わりに圧電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。この場合、例えば保持部５２２に下部電極層、圧電膜、及び上部電極層を積層配置させ、下部電極層及び上部電極層の間に印加する電圧を入力値として可変させることで、圧電膜を伸縮させて保持部５２２を撓ませることができる。
また、本実施形態では、ファブリーペローエタロンとして、固定基板５１及び可動基板５２が互いに対向する状態で接合され、固定基板５１に固定反射膜５４が設けられ、可動基板５２に可動反射膜５５が設けられる波長可変干渉フィルター５を例示したが、これに限らない。
例えば、固定基板５１及び可動基板５２が接合されておらず、これらの基板間に圧電素子等の反射膜間ギャップを変更するギャップ変更部が設けられる構成などとしてもよい。
また、２つ基板により構成される例に限られない。例えば、１つの基板上に犠牲層を介して２つの反射膜を積層し、犠牲層をエッチング等により除去してギャップを形成した波長可変干渉フィルターを用いてもよい。
また、分光素子として、例えばＡＯＴＦやＬＣＴＦが用いられてもよい。ただし、この場合、分光カメラ２の小型化が困難になる可能性もあるため、ファブリーペローエタロンを用いることが好ましい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…成分分析装置、２…分光カメラ（分光撮像部）、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…支持部、４…台座部、５…波長可変干渉フィルター、２２…取付部、２５…カメラ通信部（第二通信部）、２６…方向検出センサー（方向検出手段）、３１…支持アーム、３１Ａ…第一アーム、３１Ｂ…第二アーム、３１Ｃ…カメラ装着部、３１Ｄ…第一支柱、３１Ｅ…第二支柱、３２…姿勢センサー（姿勢検出手段）、３２Ａ…第一角度検出センサー、３２Ｂ…第二角度検出センサー、３２Ｄ…移動量検出センサー、３２Ｅ…回動角検出センサー、３３…光源部、４１…載置部、４２…質量計測部、４３…本体通信部（第一通信部）、４４…記憶部、４５…制御部、４６…収納部、５４…固定反射膜、５５…可動反射膜、２４２…撮像部、３１１…第一回動軸、３１２…第二回動軸、３１３…第三回動軸、４１１…色基準部、４５１…光源制御手段、４５２…分光画像取得手段、４５３…初期処理手段、４５４…距離算出手段、４５５…成分分析手段。

Claims (13)

  1. 測定対象を載置する載置部、及び前記測定対象の質量を計測する質量計測部を有する台座部と、
    前記測定対象の分光画像を取得する分光撮像部と、
    前記台座部に設けられ、前記分光撮像部における撮像方向が前記載置部に向かう方向となり、前記載置部及び前記分光撮像部の距離が所定の距離となる位置で当該分光撮像部を支持する支持部と、
    前記分光画像、及び前記質量計測部により計測された質量に基づき、前記測定対象の成分を分析する成分分析部と、
    を備えていることを特徴とする成分分析装置。
  2. 請求項１に記載の成分分析装置において、
    前記支持部は、前記載置部及び前記分光撮像部の距離を変化させる距離変更手段を有し、
    当該成分分析装置は、前記載置部及び前記分光撮像部の距離を測定する距離測定手段を備えている
    ことを特徴とする成分分析装置。
  3. 請求項２に記載の成分分析装置において、
    前記距離変更手段は、前記支持部の前記台座部に対する姿勢を変更する姿勢変更部を備えている
    ことを特徴とする成分分析装置。
  4. 請求項３に記載の成分分析装置において、
    前記距離変更手段は、前記支持部の前記台座部に対する姿勢を検出する姿勢検出手段を備え、
    前記距離測定手段は、検出された前記姿勢に基づいて前記分光撮像部及び前記載置部の距離を算出する
    ことを特徴とする成分分析装置。
  5. 請求項３又は請求項４に記載の成分分析装置において、
    前記分光撮像部の前記撮像方向を検出する方向検出手段を備え、
    前記距離測定手段は、検出された前記撮像方向に基づき、前記分光撮像部及び前記載置部の距離を算出する
    ことを特徴とする成分分析装置。
  6. 請求項３から請求項５のいずれかに記載の成分分析装置において、
    前記支持部は、互いに回動自在に連結された複数の部分支持部を備えている
    ことを特徴とする成分分析装置。
  7. 請求項３から請求項６のいずれかに記載の成分分析装置において、
    前記支持部は、前記台座部に対して回動自在に設けられ、
    前記台座部は、前記支持部を前記台座部側に回動させた際に、当該支持部を折り畳み収納可能な収納部を備えている
    ことを特徴とする成分分析装置。
  8. 請求項３から請求項７のいずれかに記載の成分分析装置において、
    前記支持部の一部に設けられ、前記測定対象に対して光を照射する光源部を備えている
    ことを特徴とする成分分析装置。
  9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の成分分析装置において、
    前記分光撮像部は、前記支持部に着脱自在に設けられている
    ことを特徴とする成分分析装置。
  10. 請求項９に記載の成分分析装置において、
    前記成分分析部は、前記台座部又は前記支持部のいずれかに設けられ、かつ、前記分光撮像部と無線通信を行う第一通信部を有し、
    前記分光撮像部は、前記第一通信部と無線通信を行う第二通信部を有する
    ことを特徴とする成分分析装置。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の成分分析装置において、
    前記載置部は、基準反射率を有する基準部を有する
    ことを特徴とする成分分析装置。
  12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載の成分分析装置において、
    前記分光撮像部は、前記測定対象からの光が入射され、入射された光から所定波長の光を選択し、かつ当該波長を変更可能な波長可変型ファブリーペローエタロンと、前記ファブリーペローエタロンから出射された光を受光する受光素子とを備えている
    ことを特徴とする成分分析装置。
  13. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載の成分分析装置において、
    分析対象成分の吸光スペクトルから抽出された特徴量と、前記分析対象成分の成分含有率との相関データが記憶される記憶手段を備え、
    前記成分分析部は、
    前記載置部に複数の前記測定対象が載置された際に、前記分光画像の各画素の光量、及び前記相関データに基づいて算出される前記各測定対象に含まれる前記分析対象成分の含有率を算出し、前記載置部及び前記分光撮像部の距離に基づいて算出される前記各測定対象の推定体積、及び前記各測定対象に含まれる前記分析対象成分の含有率に基づいて前記各測定対象に含まれる前記分析対象成分の推定重量、前記各測定対象のそれぞれの推定重量を算出し、前記各測定対象のそれぞれの推定重量の和、及び前記質量計測部により計測された質量との比に基づいて、前記各測定対象に含まれる前記分析対象の成分の推定重量を補正する
    ことを特徴とする成分分析装置。
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