(57)【要約】【課題】  広い波長帯域に亘って十分な精度で高速に分光測定が行える実用的な技術を提供する。【解決手段】  パルス光源１から出射された広帯域パルス光は、伸長素子２としてのファイバ２０でパルス幅が伸長された後、ダイクロイックミラー３２で長波長側の光と短波長側の光に分割され、対象物Ｓに照射される。長波長側の光が照射された対象物Ｓからの光は第一の受光器４１で受光され、短波長側の光が照射された対象物Ｓからの光は第二の受光器４２で受光される。各受光器４１，４２からの出力データは、ＡＤ変換器７を介して演算手段５に入力され、測定プログラム５３により処理されて分光スペクトルが算出される。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域パルス光を出射するパルス光源と、
パルス光源からの広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長する伸長素子と、
伸長素子でパルス幅が伸長された広帯域パルス光を二つに分割する分割素子と、
分割素子で分割されたうちの一方の光が照射された対象物からの光を受光する第一の受光器と、
分割素子で分割されたうちの他方の光が照射された対象物からの光を受光する第二の受光器と、
第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算手段と
を備えており、
第一第二の受光器は、分光感度特性が互いに異なるものであることを特徴とする分光測定装置。
【請求項２】
前記第一の受光器は、第一の波長範囲において前記第二の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、前記第二の受光器は、第一の波長範囲とは異なる第二の波長範囲において前記第一の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、
前記演算手段は、第一の波長範囲については前記第一の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算し、第二の波長範囲については前記第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算する手段であることを特徴とする請求項１記載の分光測定装置。
【請求項３】
広帯域パルス光を出射するパルス光源と、
パルス光源からの広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長する伸長素子と、
伸長素子でパルス幅が伸長された広帯域パルス光を、分割波長を境にして長い波長と短い波長とに分割する分割素子と、
分割素子で分割されたうちの長い波長の光が照射された対象物からの光を受光する第一の受光器と、
分割素子で分割されたうちの短い波長の光が照射された対象物からの光を受光する第二の受光器と、
第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算手段と
を備えていることを特徴とする分光測定装置。
【請求項４】
広帯域パルス光を出射するパルス光源と、
パルス光源から出射された広帯域パルス光を、分割波長を境にして長い波長と短い波長とに分割する分割素子と、
分割素子で分割されたうちの長い波長の光についてパルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるようにパルス幅を伸長する第一の伸長素子と、
分割素子で分割されたうちの短い波長の光についてパルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるようにパルス幅を伸長する第二の伸長素子と、
第一の伸長素子でパルス幅が伸長された光が照射された対象物からの光を受光する第一の受光器と、
第二の伸長素子でパルス幅が伸長された光が照射された対象物からの光を受光する第二の受光器と、
第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算手段と
を備えていることを特徴とする分光測定装置。
【請求項５】
広帯域パルス光を出射するパルス光源と、
パルス光源からの広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長する伸長素子と、
伸長素子で伸長された広帯域パルス光が照射された対象物からの光を二つに分割する分割素子と、
分割素子で分割されたうちの一方の光を受光する第一の受光器と、
分割素子で分割されたうちの他方の光を受光する第二の受光器と、
第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算手段と
を備えており、
第一第二の受光器は、分光感度特性が互いに異なるものであることを特徴とする分光測定装置。
【請求項６】
前記第一の受光器は、第一の波長範囲において前記第二の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、前記第二の受光器は、第一の波長範囲とは異なる第二の波長範囲において前記第一の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、
前記演算手段は、第一の波長範囲については前記第一の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算し、第二の波長範囲については前記第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算する手段であることを特徴とする請求項５記載の分光測定装置。
【請求項７】
広帯域パルス光を出射するパルス光源と、
パルス光源からの広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長する伸長素子と、
伸長素子で伸長された広帯域パルス光が照射された対象物からの光を、分割波長を境にして長い波長と短い波長とに分割する分割素子と、
分割素子で分割されたうちの長い波長の光を受光する第一の受光器と、
分割素子で分割されたうちの短い波長の光を受光する第二の受光器と、
第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算手段と
を備えていることを特徴とする分光測定装置。
【請求項８】
前記伸長素子は、シングルモードファイバ、シングルモードのマルチコアファイバ、シングルモードファイバのバンドルファイバ、マルチモードファイバ、回折格子、チャープドファイバブラッググレーティング又はプリズムであることを特徴とする請求項１、２、３、５、６又は７記載の分光測定装置。
【請求項９】
前記第一の伸長素子及び前記第二の伸長素子は、シングルモードファイバ、シングルモードのマルチコアファイバ、シングルモードファイバのバンドルファイバ、マルチモードファイバ、回折格子、チャープドファイバブラッググレーティング又はプリズムであることを特徴とする請求項４記載の分光測定装置。
【請求項１０】
前記第一の伸長素子及び前記第二の伸長素子は、互いに異なる伸長特性の素子であることを特徴とする請求項４又は９記載の分光測定装置。
【請求項１１】
前記分割素子は、ダイクロイックミラー、波長分割多重カプラ、回折格子、アレイ導波路グレーティングのいずれかであることを特徴とする請求項３、４又は７記載の分光測定装置。
【請求項１２】
前記パルス光源は、スーパーコンティニウム光源であることを特徴とする請求項１乃至１１に記載の分光測定装置。
【請求項１３】
前記パルス光源は、９００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の波長域において少なくとも１０ｎｍの波長幅に亘って連続している光を出力するスーパーコンティニウム光源であることを特徴とする請求項１２に記載の分光測定装置。
【請求項１４】
前記第一の受光器は、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード受光器であることを特徴とする請求項１乃至１３いずれかに記載の分光測定装置。
【請求項１５】
前記第二の受光器は、Ｓｉフォトダイオード受光器であることを特徴とする請求項１乃至１４いずれかに記載の分光測定装置。
【請求項１６】
前記対象物を、前記分割素子で分割されたうちの一方の光が照射される位置と、前記分割素子で分割されたうちの他方の光が照射される位置との間で移動させる移動機構を備えていることを特徴とする請求項１、２、５又は６記載の分光測定装置。
【請求項１７】
前記対象物を、前記分割素子で分割されたうちの長い波長の光が照射される位置と、前記分割素子で分割されたうちの短い波長の光が照射される位置との間で移動させる移動機構を備えていることを特徴とする請求項３又は７記載の分光測定装置。
【請求項１８】
前記対象物を、前記第一の伸長素子でパルス幅が伸長された光が照射される位置と、前記第二の伸長素子でパルス幅が伸長された光が照射される位置との間で移動させる移動機構を備えていることを特徴とする請求項４記載の分光測定装置。
【請求項１９】
広帯域パルス光をパルス光源から出射させる出射工程と、
出射工程において出射された広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長素子で伸長するパルス伸長工程と、
パルス伸長工程においてパルス幅が伸長された広帯域パルス光を分割素子で二つに分割する分割工程と、
分割工程において分割されたうちの一方の光が照射された対象物からの光を第一の受光器で受光する第一の受光工程と、
分割工程において分割されたうちの他方の波長の光が照射された対象物からの光を第二の受光器で受光する第二の受光工程と、
第一の受光工程において受光した第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光工程において受光した第二の受光器からの出力の時間的変化を演算手段によりスペクトルに変換する演算工程と
を備えていることを特徴とする分光測定方法。
【請求項２０】
前記第一の受光器は、第一の波長範囲において前記第二の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、前記第二の受光器は、第一の波長範囲とは異なる第二の波長範囲において前記第一の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、
前記演算工程は、第一の波長範囲については前記第一の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算し、第二の波長範囲については前記第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算する工程であることを特徴とする請求項１９記載の分光測定方法。
【請求項２１】
広帯域パルス光をパルス光源から出射させる出射工程と、
出射工程において出射された広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長素子で伸長するパルス伸長工程と、
パルス伸長工程においてパルス幅が伸長された広帯域パルス光を、分割波長を境にして長い波長と短い波長に分割素子で分割する分割工程と、
分割工程において分割されたうちの長い波長の光が照射された対象物からの光を第一の受光器で受光する第一の受光工程と、
分割工程において分割されたうちの短い波長の光が照射された対象物からの光を第二の受光器で受光する第二の受光工程と、
第一の受光工程において受光した第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光工程において受光した第二の受光器からの出力の時間的変化を演算手段によりスペクトルに変換する演算工程と
を備えていることを特徴とする分光測定方法。
【請求項２２】
広帯域パルス光をパルス光源から出射させる出射工程と、
出射工程において出射された広帯域パルス光を、分割波長を境にして長い波長と短い波長とに分割する分割素子と、
分割工程において分割された広帯域パルス光のうちの長い波長の光についてパルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように第一の伸長素子でパルス伸長する第一のパルス伸長工程と、
分割工程において分割されたうちの短い波長の光についてパルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように第二の伸長素子でパルス伸長する第二のパルス伸長工程と、
第一のパルス伸長工程においてパルス伸長された光が照射された対象物からの光を第一の受光器で受光する第一の受光工程と、
第二のパルス伸長工程においてパルス伸長された光が照射された対象物からの光を第二の受光器で受光する第二の受光工程と、
第一の受光工程において受光した第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光工程において受光した第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算工程と
を備えていることを特徴とする分光測定方法。
【請求項２３】
広帯域パルス光をパルス光源から出射させる出射工程と、
出射工程において出射された広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長素子で伸長するパルス伸長工程と、
パルス伸長工程においてパルス幅が伸長された広帯域パルス光が照射された対象物からの光を分割素子で二つに分割する分割工程と、
分割工程において分割されたうちの一方の光を第一の受光器で受光する第一の受光工程と、
分割工程において分割されたうちの他方の光を第二の受光器で受光する第二の受光工程と、
第一の受光工程において受光した第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光工程において受光した第二の受光器からの出力の時間的変化を演算手段によりスペクトルに変換する演算工程と
を備えていることを特徴とする分光測定方法。
【請求項２４】
前記第一の受光器は、第一の波長範囲において前記第二の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、前記第二の受光器は、第一の波長範囲とは異なる第二の波長範囲において前記第一の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、
前記演算工程は、第一の波長範囲については前記第一の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算し、第二の波長範囲については前記第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算する工程であることを特徴とする請求項２３記載の分光測定方法。
【請求項２５】
広帯域パルス光をパルス光源から出射させる出射工程と、
出射工程において出射された広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長素子でパルス伸長する伸長工程と、
伸長工程において伸長された広帯域パルス光が照射された対象物からの光を、分割波長を境にして長い波長と短い波長とに分割素子で分割する分割工程と、
分割工程において分割されたうちの一方の光を第一の受光器で受光する第一の受光工程と、
分割工程において分割されたうちの他方の光を第二の受光器で受光する第二の受光工程と、
第一の受光工程において受光した第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光工程において受光した第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算工程とを備えていることを特徴とする分光測定方法。
【請求項２６】
前記伸長素子は、シングルモードファイバ、シングルモードのマルチコアファイバ、シングルモードファイバのバンドルファイバ、マルチモードファイバ、回折格子、チャープドファイバブラッググレーティング又はプリズムであることを特徴とする請求項１９，２０、２１、２３、２４又は２５記載の分光測定方法。
【請求項２７】
前記第一の伸長素子及び前記第二の伸長素子は、シングルモードファイバ、シングルモードのマルチコアファイバ、シングルモードファイバのバンドルファイバ、マルチモードファイバ、回折格子、チャープドファイバブラッググレーティング又はプリズムであることを特徴とする請求項２２記載の分光測定方法。
【請求項２８】
前記第一の伸長素子及び前記第二の伸長素子は、互いに異なる伸長特性の素子であることを特徴とする請求項２２又は２７記載の分光測定方法。
【請求項２９】
前記分割素子は、ダイクロイックミラー、波長分割多重カプラ、回折格子、アレイ導波路グレーティングのいずれかであることを特徴とする請求項２１、２２又は２５いずれかに記載の分光測定方法。
【請求項３０】
前記広帯域パルス光はスーパーコンティニウム光であることを特徴とする請求項１９乃至２９いずれかに記載の分光測定方法。
【請求項３１】
前記広帯域パルス光は、９００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の波長域において少なくとも１０ｎｍの波長幅に亘って連続しているスーパーコンティニウム光であることを特徴とする請求項３０に記載の分光測定方法。
【請求項３２】
前記第一の受光器は、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード受光器であることを特徴とする請求項１９乃至３１いずれかに記載の分光測定方法。
【請求項３３】
前記第二の受光器は、Ｓｉフォトダイオード受光器であることを特徴とする請求項１９乃至３２いずれかに記載の分光測定方法。
【請求項３４】
広帯域パルス光をパルス光源から出射させる第一の出射工程と、
第一の出射工程において出射された広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長素子で伸長する第一のパルス伸長工程と、
第一のパルス伸長工程においてパルス伸長された広帯域パルス光を対象物に照射する第一の照射工程と、
第一の照射工程において照射された対象物からの光を、第一の受光器で受光する第一の受光工程と、
別の広帯域パルス光をパルス光源から出射させる第二の出射工程と、
第二の出射工程において出射された広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長素子で伸長する第二のパルス伸長工程と、
第二のパルス伸長工程においてパルス伸長された広帯域パルス光を前記対象物に照射する第二の照射工程と、
第二の照射工程において照射された対象物からの光を、第一の受光器とは分光感度特性が異なる第二の受光器で受光する第二の受光工程と、
第一の受光工程において受光した第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光工程において受光した第二の受光器からの出力の時間的変化を演算手段によりスペクトルに変換する演算工程と
を備えていることを特徴とする分光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、分光測定の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対象物に光を照射し、その対象物からの光（透過光、反射光、散乱光等）のスペクトルを測定する分光測定の技術は、対象物の組成や性質を分析する技術として代表的なものである。典型的な分光測定の手法は、回折格子を用いる手法である。入射スリットから入射する被測定光を凹面鏡によって平行光にして回折格子に照射し、回折格子からの分散光を同様に凹面鏡で集光し、集光位置に受光器を配置して検出する。回折格子の姿勢を変化（スキャン）させることで、受光器には順次異なった波長の光が入射し、受光器の出力がスペクトルとなる。
【０００３】
このような回折格子を使用した分光測定では、回折格子のスキャンが必要なため、高速の測定ができない。また、入射スリットにおいて光を限定するため、測定のＳＮ比を高くすることができない。このため、スキャンを何回か繰り返して受光器に入射する光の総量（光量）を多くすることが必要で、この点も高速測定ができない要因となっている。
【０００４】
近年、多数の光電変換素子を一列に配列したエリアセンサを使用するマルチチャンネル型の分光計が開発されている。マルチチャンネル型の場合、回折格子のスキャンは不要であるため、高速化が期待できる。しかしながら、入射スリットで光を限定して凹面鏡で回折格子に照射するという基本構造はそのままであるため、ＳＮ比が小さいという問題は解決されず、光量をかせぐために測定時間が長くなる欠点は解消されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２０５３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、光源技術の分野では、パルス光源から出射されるパルス光の波長を広帯域化させる研究が盛んに行われている。パルス光源の典型的なものは、パルス発振のレーザ（パルスレーザ）である。特に、超短パルスのレーザ光をファイバ等の非線形素子に通すと、自己位相変調のような非線形光学効果によって広帯域化する。この光は、スーパーコンティニウム光（以下、ＳＣ光という。）と呼ばれている。
【０００７】
ＳＣ光のような広帯域パルス光は、波長域としては伸長されているが、パルス幅（時間幅）としては狭いままである。しかし、波長間に適宜の伝送遅延差を生じさせると、パルス幅も伸長することができる。例えば、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）のような適宜の群遅延特性を有するファイバに広帯域パルス光を通すと、波長間の伝送遅延差のため、パルス幅が伸長される。パルス伸長の際、適切な波長分散特性を持つ素子を選択すると、パルス内の経過時間（時刻）と波長とが１対１に対応した状態でパルス伸長することができる。
【０００８】
このようにパルス伸長させた広帯域パルス光（以下、広帯域伸長パルス光という。）における経過時間と波長との対応関係は、分光測定に効果的に利用することが可能である。つまり、広帯域伸長パルス光をある受光器で受光した場合、受光器が検出した光強度の時間的変化は、各波長の光強度即ちスペクトルに対応している。したがって、受光器の出力データの時間的変化をスペクトルに変換することができ、回折格子のような特別な分散素子を用いなくても分光測定が可能になる。つまり、広帯域伸長パルス光を試料に照射してその試料からの光を受光器で受光してその時間的変化を測定することで、その試料の分光特性（例えば分光透過率）を知ることができるようになる。
【０００９】
しかしながら、発明者の研究によると、実際には、パルス伸長を行う素子の特性の問題や広帯域伸長パルス光を検出する受光器の特性の問題があり、分光測定系全体として考えると実用上の課題が存在している。
この出願の発明は、広帯域伸長パルス光を分光測定に利用する際の上記課題を解決するために為されたものであり、広い波長帯域に亘って十分な精度で高速に分光測定が行える実用的な技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本願の分光測定装置の発明は、広帯域パルス光を出射するパルス光源と、
パルス光源からの広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長する伸長素子と、
伸長素子でパルス幅が伸長された広帯域パルス光を二つに分割する分割素子と、
分割素子で分割されたうちの一方の光が照射された対象物からの光を受光する第一の受光器と、
分割素子で分割されたうちの他方の光が照射された対象物からの光を受光する第二の受光器と、
第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算手段と
を備えており、
第一第二の受光器は、分光感度特性が互いに異なるものであるという構成を有する。
また、この分光測定装置は、第一の受光器が、第一の波長範囲において第二の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、第二の受光器は、第一の波長範囲とは異なる第二の波長範囲において第一の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、演算手段は、第一の波長範囲については第一の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算し、第二の波長範囲については前記第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算する手段であるという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、本願の分光測定装置の発明は、広帯域パルス光を出射するパルス光源と、
パルス光源からの広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長する伸長素子と、
伸長素子でパルス幅が伸長された広帯域パルス光を、分割波長を境にして長い波長と短い波長とに分割する分割素子と、
分割素子で分割されたうちの長い波長の光が照射された対象物からの光を受光する第一の受光器と、
分割素子で分割されたうちの短い波長の光が照射された対象物からの光を受光する第二の受光器と、
第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算手段と
を備えているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の分光測定装置の発明は、広帯域パルス光を出射するパルス光源と、
パルス光源から出射された広帯域パルス光を、分割波長を境にして長い波長と短い波長とに分割する分割素子と、
分割素子で分割されたうちの長い波長の光についてパルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるようにパルス幅を伸長する第一の伸長素子と、
分割素子で分割されたうちの短い波長の光についてパルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるようにパルス幅を伸長する第二の伸長素子と、
第一の伸長素子でパルス幅が伸長された光が照射された対象物からの光を受光する第一の受光器と、
第二の伸長素子でパルス幅が伸長された光が照射された対象物からの光を受光する第二の受光器と、
第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算手段と
を備えているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の分光測定装置は、広帯域パルス光を出射するパルス光源と、
パルス光源からの広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長する伸長素子と、
伸長素子で伸長された広帯域パルス光が照射された対象物からの光を二つに分割する分割素子と、
分割素子で分割されたうちの一方の光を受光する第一の受光器と、
分割素子で分割されたうちの他方の光を受光する第二の受光器と、
第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算手段と
を備えており、
第一第二の受光器は、分光感度特性が互いに異なるものであるという構成を有する。
また、この分光測定装置は、第一の受光器が、第一の波長範囲において第二の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、第二の受光器は、第一の波長範囲とは異なる第二の波長範囲において第一の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、演算手段は、第一の波長範囲については第一の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算し、第二の波長範囲については前記第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算する手段であるという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、本願の分光測定装置は、広帯域パルス光を出射するパルス光源と、
パルス光源からの広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長する伸長素子と、
伸長素子で伸長された広帯域パルス光が照射された対象物からの光を、分割波長を境にして長い波長と短い波長とに分割する分割素子と、
分割素子で分割されたうちの長い波長の光を受光する第一の受光器と、
分割素子で分割されたうちの短い波長の光を受光する第二の受光器と、
第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算手段とを備えているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の分光測定方法は、広帯域パルス光をパルス光源から出射させる出射工程と、
出射工程において出射された広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長素子で伸長するパルス伸長工程と、
パルス伸長工程においてパルス幅が伸長された広帯域パルス光を分割素子で二つに分割する分割工程と、
分割工程において分割されたうちの一方の光が照射された対象物からの光を第一の受光器で受光する第一の受光工程と、
分割工程において分割されたうちの他方の波長の光が照射された対象物からの光を第二の受光器で受光する第二の受光工程と、
第一の受光工程において受光した第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光工程において受光した第二の受光器からの出力の時間的変化を演算手段によりスペクトルに変換する演算工程とを備えており、
第一第二の受光器は、分光感度特性が互いに異なるものであるという構成を有する。
また、この分光測定方法は、第一の受光器が、第一の波長範囲において第二の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、第二の受光器は、第一の波長範囲とは異なる第二の波長範囲において第一の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、
演算工程は、第一の波長範囲については第一の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算し、第二の波長範囲については第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算する工程であるという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、本願の分光測定方法は、広帯域パルス光をパルス光源から出射させる出射工程と、
出射工程において出射された広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長素子で伸長するパルス伸長工程と、
パルス伸長工程においてパルス幅が伸長された広帯域パルス光を、分割波長を境にして長い波長と短い波長に分割素子で分割する分割工程と、
分割工程において分割されたうちの長い波長の光が照射された対象物からの光を第一の受光器で受光する第一の受光工程と、
分割工程において分割されたうちの短い波長の光が照射された対象物からの光を第二の受光器で受光する第二の受光工程と、
第一の受光工程において受光した第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光工程において受光した第二の受光器からの出力の時間的変化を演算手段によりスペクトルに変換する演算工程とを備えているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の分光測定方法は、広帯域パルス光をパルス光源から出射させる出射工程と、
出射工程において出射された広帯域パルス光を、分割波長を境にして長い波長と短い波長とに分割する分割素子と、
分割工程において分割された広帯域パルス光のうちの長い波長の光についてパルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように第一の伸長素子でパルス伸長する第一のパルス伸長工程と、
分割工程において分割されたうちの短い波長の光についてパルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように第二の伸長素子でパルス伸長する第二のパルス伸長工程と、
第一のパルス伸長工程においてパルス伸長された光が照射された対象物からの光を第一の受光器で受光する第一の受光工程と、
第二のパルス伸長工程においてパルス伸長された光が照射された対象物からの光を第二の受光器で受光する第二の受光工程と、
第一の受光工程において受光した第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光工程において受光した第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算手段とを備えているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の分光測定方法の発明は、広帯域パルス光をパルス光源から出射させる出射工程と、
出射工程において出射された広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長素子で伸長するパルス伸長工程と、
パルス伸長工程においてパルス幅が伸長された広帯域パルス光が照射された対象物からの光を分割素子で二つに分割する分割工程と、
分割工程において分割されたうちの一方の光を第一の受光器で受光する第一の受光工程と、
分割工程において分割されたうちの他方の光を第二の受光器で受光する第二の受光工程と、
第一の受光工程において受光した第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光工程において受光した第二の受光器からの出力の時間的変化を演算手段によりスペクトルに変換する演算工程とを備えており、
第一第二の受光器は、分光感度特性が互いに異なるものであるという構成を有する。
また、この分光測定方法は、第一の受光器が、第一の波長範囲において第二の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、第二の受光器は、第一の波長範囲とは異なる第二の波長範囲において第一の受光器よりも分光感度が高い受光器であり、
演算工程は、第一の波長範囲については第一の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算し、第二の波長範囲については第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに換算する工程であるという構成を持ち得る。
また、上記課題を解決するため、本願の分光測定方法の発明は、広帯域パルス光をパルス光源から出射させる出射工程と、
出射工程において出射された広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長素子でパルス伸長する伸長工程と、
伸長工程において伸長された広帯域パルス光が照射された対象物からの光を、分割波長を境にして長い波長と短い波長とに分割素子で分割する分割工程と、
分割工程において分割されたうちの一方の光を第一の受光器で受光する第一の受光工程と、
分割工程において分割されたうちの他方の光を第二の受光器で受光する第二の受光工程と、
第一の受光工程において受光した第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光工程において受光した第二の受光器からの出力の時間的変化をスペクトルに変換する演算工程とを備えているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、本願の分光測定方法は、広帯域パルス光をパルス光源から出射させる第一の出射工程と、
第一の出射工程において出射された広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長素子で伸長する第一のパルス伸長工程と、
第一のパルス伸長工程においてパルス伸長された広帯域パルス光を対象物に照射する第一の照射工程と、
第一の照射工程において照射された対象物からの光を、第一の受光器で受光する第一の受光工程と、
別の広帯域パルス光をパルス光源から出射させる第二の出射工程と、
第二の出射工程において出射された広帯域パルス光のパルス幅を、パルス内における経過時間と波長との関係が１対１となるように伸長素子で伸長する第二のパルス伸長工程と、
第二のパルス伸長工程においてパルス伸長された広帯域パルス光を前記対象物に照射する第二の照射工程と、
第二の照射工程において照射された対象物からの光を、第一の受光器とは分光感度特性が異なる第二の受光器で受光する第二の受光工程と、
第一の受光工程において受光した第一の受光器からの出力の時間的変化及び第二の受光工程において受光した第二の受光器からの出力の時間的変化を演算手段によりスペクトルに変換する演算工程とを備えているという構成を有する。
上記各構成において、伸長素子は、シングルモードファイバ、シングルモードのマルチコアファイバ、シングルモードファイバのバンドルファイバ、マルチモードファイバ、回折格子、チャープドファイバブラッググレーティング又はプリズムであり得る。
上記各構成において、第一の伸長素子及び第二の伸長素子は、互いに異なる伸長特性の素子であり得る。
上記各構成において、分割素子は、ダイクロイックミラー、波長分割多重カプラ、回折格子、アレイ導波路グレーティングのいずれかであり得る。
上記各構成において、パルス光源はスーパーコンティニウム光源であり得る。
上記各構成において、パルス光源は、９００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の波長域において少なくとも１０ｎｍの波長幅に亘って連続している光を出力するスーパーコンティニウム光源であり得る。
上記各構成において、第一の受光器は、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード受光器であり得る。
上記各構成において、第二の受光器は、Ｓｉフォトダイオード受光器であり得る。
上記各構成において、分光測定装置は、対象物を、分割素子で分割されたうちの一方の光又は長い波長の光が照射される位置と、分割素子で分割されたうちの他方の光又は短い波長の光が照射される位置との間で移動させる移動機構を備え得る。
上記各構成において、分光測定装置は、対象物を、第一の伸長素子でパルス幅が伸長された光が照射される位置と、第二の伸長素子でパルス幅が伸長された光が照射される位置との間で移動させる移動機構を備え得る。
【発明の効果】
【００１１】
以下に説明する通り、本願の分光測定装置又は分光測定方法によれば、パルス伸長された広帯域パルス光の時間波長一意性を利用した分光測定において、二つの検出系に分けて測定を行うので、伸長素子の特性や受光器の特性に応じて各波長域の光の検出が最適化することができる。このため、広い波長帯域に亘って十分な精度で高速に分光測定が行えるようになる。
また、本願の分光測定装置又は分光測定方法によれば、パルス伸長された広帯域パルス光の時間波長一意性を利用した分光測定において、波長域に応じて二つの検出系に分けて測定を行うので、伸長素子の特性や受光器の特性に応じて各波長域の光の検出が最適化することができる。このため、広い波長帯域に亘って十分な精度で高速に分光測定が行えるようになる。
また、広帯域パルス光を分割素子が波長分割した後にパルス伸長を行う構成において、第一第二の伸長素子が異なる伸長特性のものであると、波長域に応じてパルス伸長を最適化することができる。
また、対象物からの光を二つに分けて二つの検出系で測定する装置又は方法によれば、構造的によりシンプルになり、また広帯域パルス光の再現性が万が一低下した場合でも測定精度が低下することがないという効果が得られる。
また、パルス光源が９００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の波長域において少なくとも１０ｎｍの波長幅に亘って連続している光を出力するスーパーコンティニウム光源であると、固相や液相の対象物の分光分析に特に有意義となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一の実施形態の分光測定装置の概略図である。
【図２】広帯域パルス光のパルス伸長の原理について示した概略図である。
【図３】各受光器の分光感度特性の一例を示した概略図である。
【図４】伸長素子として用いたあるファイバの伝送特性を示した図である。
【図５】測定プログラムが取り扱うデータについて示した概略図である。
【図６】測定プログラムの概略図を示したフローチャートである。
【図７】第二の実施形態の分光測定装置の概略図である。
【図８】第三の実施形態の分光測定装置の概略図である。
【図９】第四の実施形態の分光測定装置の概略図である。
【図１０】第五の実施形態の分光測定装置の概略図である。
【図１１】他の分割素子の例について示した概略図である。
【図１２】第六の実施形態の分光測定装置の概略図である。
【図１３】第七の実施形態の分光測定装置の概略図である。
【図１４】第八の実施形態の分光測定装置の概略図である。
【図１５】伸長素子の他の例について示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この出願の発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
図１は、第一の実施形態の分光測定装置の概略図である。図１に示す分光測定装置は、対象物Ｓにパルス光を照射して分光測定する装置であり、前述したように、パルス内における時間と波長との関係が１対１であるパルス光を照射して分光測定する装置となっている。
具体的には、図１に示す分光装置は、広帯域パルス光を出射するパルス光源１と、パルス光源１からの広帯域パルス光のパルス幅を伸長させる伸長素子２と、パルス幅が伸長されたパルス光を対象物Ｓに照射する照射光学系３と、パルス光が照射された対象物Ｓからの光を受光する受光器４１，４２と、受光器４１，４２からの出力に従ってスペクトルを算出する演算手段５とを備えている。
【００１４】
パルス光源１としては、この実施形態では、ＳＣ光を出射するものとなっている。ＳＣ光源であるパルス光源１は、超短パルスレーザ源１１と、非線形素子１２とを備えている。
超短パルスレーザ源１１には、ゲインスイッチレーザ、マイクロチップレーザ、ファイバレーザ等を用いることができる。また、非線形素子１２としては、ファイバが使用される場合が多い。例えば、フォトニッククリスタルファイバやその他の非線形ファイバが非線形素子１２として使用できる。ファイバのモードとしてはシングルモードの場合が多いが、マルチモードであっても十分な非線形性を示すものであれば、非線形素子１２として使用できる。
【００１５】
広帯域パルス光の波長域としては、特に限定はされない。ＳＣ光については、例えば５００〜２０００ｎｍ程度までの非常に広い波長域に亘って連続したスペクトルとすることも可能であり、この程度まで広帯域のパルス光とされる場合もある。これほど広くはなく、必要な範囲で広帯域とされたパルス光を出射するものがパルス光源１として使用される場合もある。例えば、近赤外域での分光測定用の場合、９００〜１３００ｎｍ程度の範囲において少なくとも１０ｎｍ、５０ｎｍ又は１００ｎｍに亘って連続スペクトルであるパルス光を出射する光源がパルス光源１として使用され得る。
伸長素子２としては、この実施形態ではシングルモードのファイバ２０が使用されている。例えば、光通信分野で分散補償ファイバ（ＤＣＦ）として使用されているような所定の群遅延特性を有するファイバが伸長素子２として使用できる。
【００１６】
図２は、広帯域パルス光のパルス伸長の原理について示した概略図である。ＳＣ光のような広帯域パルス光のパルス幅を伸長させる手段としては、例えば、ある波長範囲において連続スペクトルであるＳＣ光Ｌ１を当該波長範囲で正の分散特性を有するファイバ２０に通すと、パルス幅が効果的に伸長される。即ち、図２に示すように、ＳＣ光Ｌ１においては、超短パルスではあるものの、１パルスの初期に最も長い波長λ１の光が存在し、時間が経過すると徐々に短い波長の光が存在し、パルスの終期には最も短い波長λｎの光が存在する。この光を、正常分散のファイバ２０に通すと、正常分散のファイバ２０では、波長の短い光ほど遅れて伝搬するので、１パルス内の時間差が増長され、ファイバ２０を出射する際には、短い波長の光は長い波長の光に比べてさらに遅れるようになる。この結果、出射するＳＣ光Ｌ２は、時間対波長の一意性が確保された状態でパルス幅が伸長された光となる。即ち、図２の下側に示すように、時刻ｔ１〜ｔｎは、波長λ１〜λｎに対してそれぞれ１対１で対応した状態でパルス伸長される。
【００１７】
尚、パルス伸長のためのファイバ２０には、異常分散ファイバを使用することも可能である。この場合は、ＳＣ光においてパルスの初期に存在していた長波長側の光が遅れ、後の時刻に存在していた短波長側の光が進む状態で分散するので、１パルス内での時間的関係が逆転し、１パルスの初期に短波長側の光が存在し、時間経過とともにより長波長側の光が存在する状態でパルス伸長されることになる。但し、正常分散の場合に比べると、パルス伸長のための伝搬距離をより長くすることが必要になる場合が多く、損失が大きくなり易い。したがって、この点で正常分散の方が好ましい。
【００１８】
照射光学系３は、この実施形態では、ビームエキスパンダ３０を含んでいる。伸長素子２としてのファイバ２０からの光は、時間伸長された広帯域パルス光ではあるものの、超短パルスレーザ源１１からの光であり、ビーム径が小さいことを考慮したものである。この他、ガルバノミラーのようなスキャン機構を設け、ビームスキャンにより広い照射領域をカバーする場合もある。
【００１９】
この実施形態では、対象物Ｓの吸収スペクトルを測定することを想定しており、したがって受光器４１，４２は、対象物Ｓからの透過光が入射する位置に設けられている。尚、照射光学系３による広帯域パルス光の照射位置には、受け板６１，６２が設けられている。受け板６１，６２は、測定波長域において透明である。対象物Ｓは、受け板６１，２６上に載置される。照射光学系３は上側から光照射するようになっており、受光器４１，４２は受け板６１，６２の出射側（この例では下方）に位置する。
【００２０】
演算手段５としては、この実施形態では汎用ＰＣが使用されている。受光器４１，４２と演算手段５の間にはＡＤ変換器７が設けられており、受光器４１，４２の出力はＡＤ変換器７によりデジタル化されて演算手段に入力される。
演算手段５は、プロセッサ５１や記憶部（ハードディスク、メモリ等）５２を備えている。記憶部５２には、受光器４１，４２からの出力データを処理してスペクトルを算出する測定プログラム５３やその他の必要なプログラムがインストールされている。
【００２１】
このような実施形態の分光測定装置において、伸長素子２の特性や受光器４１，４２の特性を考慮し、分光測定系全体が最適化されている。具体的には、実施形態の装置における分光測定系は、広帯域パルス光を二つに分け、それぞれ個別に検出する系となっており、第一第二の二つの異なる検出系が設けられている。
【００２２】
より具体的に説明すると、図１に示すように、照射光学系３は、分割素子を含んでいる。分割素子としては、この実施形態でビームスプリッタ３１が使用されている。ビームスプリッタ３１は、１／２分割のミラーであり、１／２ずつの光束に分割する素子である。
分割素子としてのビームスプリッタ３１が配置されているため、図１に示すように、伸長素子２からの光路は、第一の光路Ｐ１と、第二の光路Ｐ２に分岐する。そして、各光路Ｐ１，Ｐ２上に、それぞれ受け板６１，６２が設けられており、受け板６１，６２の出射側にそれぞれ受光器４１，４２が配置されている。
【００２３】
異なる検出系を構成するものとして、この実施形態では、分光感度特性が互いに異なる受光器４１，４２を採用している。即ち、測定波長域に応じて分光感度特性が異なる受光器４１，４２が使用されている。受光器４１，４２を第一の受光器４１、第二の受光器４２とすると、第一の受光器４１は、第一の波長範囲において第二の受光器４２よりも分光感度が高く、第二の受光器４２は、第一の波長範囲と異なる第二の波長範囲において第一の受光器４１よりも分光感度が高いものが使用されている。一例を示すと、第一の受光器４１としてはＩｎＧａＡｓダイオードを受光セルとして採用したＩｎＧａＡｓダイオード受光器が使用でき、第二の受光器４２には、Ｓｉダイオードを受光セルとして採用したＳｉダイオード受光器が使用できる。
【００２４】
図３は、各受光器の分光感度特性の一例を示した概略図である。図３の例では、同様に、第一の受光器４１としてのＩｎＧａＡｓダイオード受光器の分光感度特性と、第二の受光器４２としてのＳｉダイオード受光器の分光感度特性が示されている。図３に示すように、ＩｎＧａＡｓダイオード受光器は１０００〜１７００ｎｍ程度の範囲に良好な感度を有し、Ｓｉダイオード受光器は５００〜１０００ｎｍ程度の範囲に良好な感度を有する。
【００２５】
実施形態の分光測定装置がこのように二つの異なる検出系を備えているのは、伸長素子２として使用したファイバの伝送特性及び受光器自体の感度特性を考慮したためである。以下、この点について説明する。
図４は、伸長素子２として用いたあるファイバの伝送特性を示した図である。図４に伝送特性が示されたファイバは、正の分散特性を有する石英系のシングルモードファイバである。図４において、横軸は波長、縦軸は１ｋｍあたりの減衰率（ｄＢ）を示す。図４に示すように、このファイバは、波長が短くなるに従って減衰率が高くなる伝送特性を有している。
【００２６】
一方、実施形態のように伸長素子２として用いる場合、ある程度の長さが必要である。これは、時間波長一意性における勾配（図２に示すΔλ／Δｔ）をある程度緩やかにする必要があるからである。勾配がきついと、受光器の応答速度（信号払い出し周期）との関係から、波長分解能が低くなってしまうからである。勾配Δλ／Δｔを緩やかにするには、伸長量を大きくすることが必要で、そのためにはファイバを長くする必要がある。
【００２７】
しかしながら、図４から解るように、ファイバを長くすれば光の減衰が多くなり、減衰量は特に短波長側で多くなる。つまり、波長分解能を高くすべくファイバを長くすると、特に短波長側で減衰が多くなってしまう。この結果、パルス光源１が波長間でフラットな強度特性の広帯域パルス光を出射するものであったとしても、パルス伸長後には短波長域での強度低下により波長間での強度バランスが低下した状態となり得る。
【００２８】
また、別の問題として、受光器は広帯域の光に対して均一な感度特性を持つことが難しいという事情も存在する。例えば、近赤外域の分光測定をする場合、ＩｎＧａＡｓを受光セルとして採用したＩｎＧａＡｓダイオード受光器を好適に使用できる。しかしながら、可視域から近赤外域の広い帯域に亘って分光測定をしようとした場合、ＩｎＧａＡｓダイオード受光器は、図３に示すように、９００ｎｍ未満の短波長域では十分な感度を持っていない。
【００２９】
実施形態の分光測定装置は、これらを考慮し、検出系を二つの波長帯に分け、それぞれに最適な受光器を使用している。即ち、前述したように、第一の波長範囲（長波長域）では第一の受光器４１としてＩｎＧａＡｓダイオード受光器を使用し、第二の波長範囲（短波長域）では第二の受光器４２としてＳｉダイオード受光器を使用している。図３に示すように、Ｓｉダイオード受光器は、１０５０ｎｍ程度までの短波長域で良好な感度を有しており、伸長素子２としてのファイバにおける減衰が原因で短波長域で強度が低下したとしても、十分な光電変換出力を得ることができ、この波長域での分光測定を支障なく行うことができる。
【００３０】
次に、演算手段に実装されている測定プログラム５３について説明する。図５は、測定プログラム５３が取り扱うデータについて示した概略図、図６は、測定プログラム５３の概略図を示したフローチャートである。
図５及び図６の例は、測定プログラム５３が分光特性として吸収スペクトル（分光吸収率）を測定するプログラムの例となっている。前述したように、各受光器４１，４２からの出力は、ＡＤ変換器７を介してそれぞれ演算手段５に入力される。これは、各受光器４１，４２における信号払い出し周期毎のデータ（光電変換値）の集まりであり、データセットである。以下、第一の受光器４１からＡＤ変換器７を介して入力されるデータセットを第一のデータセットとし、第二の受光器４２からＡＤ変換器７を介して入力されるデータセットを第二のデータセットとする。
上記のように第一の受光器４１は、第一の波長範囲についての測定用であり、第二の受光器４２は、第二の波長範囲についての測定用である。以下、説明の都合上、第一の波長範囲をλ１〜λｍとする。また、第二の波長範囲を、λｍ＋１〜λｎとする。
【００３１】
吸収スペクトルの算出に際しては、基準スペクトルデータが使用される。基準スペクトルデータは、吸収スペクトルを算出するための基準となる波長毎の値である。基準スペクトルデータは、広帯域パルス伸長光を対象物Ｓを経ない状態で各受光器４１，４２に入射させることで予め取得しておく。即ち、対象物Ｓを経ないで光を各受光器４１，４２に直接入射させ、各受光器４１，４２の出力を同様に各ＡＤ変換器７経由で入力させる。以下、このようにして入力されるデータセットを、第一の基準データセット、第二の基準データセットと呼ぶ。各基準データセットは、それぞれファイルに記録され、各ファイルは記憶部５２に記憶される。
【００３２】
各基準データセットは、時間分解能Δｔごとの各時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・の基準強度である（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，・・・）。時間分解能Δｔとは、検出器５の応答速度（信号払い出し周期）であり、信号を出力する時間間隔である。以下、第一の基準データセットは、第一の波長範囲についての基準データセットであり、時刻ｔ１〜ｔｍにおける基準強度Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，・・・，Ｖｍである。第二の基準データセットは、第二の波長範囲についての基準データセットであり、時刻ｔｍ＋１〜ｔｎにおける基準強度Ｖｍ＋１，Ｖｍ＋２，Ｖｍ＋３，・・・，Ｖｎである。
【００３３】
第一の基準データセットについて１パルス内の時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・，ｔｍと波長との関係が予め調べられており、各時刻の値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，・・・，Ｖｍが各λ１，λ２，λ３，・・・，λｍでの光強度であると取り扱われる。第二の基準データセットについても同様であり、１パルス内の各時刻の値Ｖｍ＋１，Ｖｍ＋２，Ｖｍ；３，・・・，Ｖｎが各λｍ＋１，λｍ＋２，λｍ＋３，・・・，λｎでの光強度であると取り扱われる。
【００３４】
図６に示すように、測定プログラム５３は、まず、第一のデータセットと第一の基準データセットとをそれぞれファイルから取得する。そして、第一のデータセット内の各測定値を第一の基準データセット内の各基準値と比較し（ｖ１／Ｖ１，ｖ２／Ｖ２，ｖ３／Ｖ３，・・・，ｖｍ／Ｖｍ）、その結果を一時的に変数（配列変数）に格納する。
次に、測定プログラム５３は、第二のデータセット及び第二の基準データセットをそれぞれファイルから取得する。そして、そして、第二のデータセット内の各測定値を第二の基準データセット内の各基準値と比較し（ｖｍ＋１／Ｖｍ＋１，ｖｍ＋２／Ｖｍ＋２，ｖｍ＋３／Ｖｍ＋３，・・・，ｖｎ／Ｖｎ）、その結果を一時的に別の変数（配列変数）に格納する。
【００３５】
次に、測定プログラム５３は、各変数から算出結果を取得し、それを連続した算出結果であるとして吸収スペクトルＳＡの算出結果とする。即ち、ｖ１／Ｖ１をλ１での吸収率とし、ｖ２／Ｖ２をλ２での吸収率とし、・・・ｖｍ／Ｖｍをλｍでの吸収率とする。また、ｖｍ＋１／Ｖｍ＋１をλｍ＋１での吸収率とし、ｖｍ＋２／Ｖｍ＋２をλｍ＋２での吸収率とし、・・・ｖｎ／Ｖｎをλｎでの吸収率とする。尚、必要に応じて各逆数の対数を取って吸収率とする。これにより、λ１〜λｎの各吸収率即ち吸収スペクトルＳＡが得られる。測定プログラム５３は、得られた吸収スペクトルＳＡをプログラムの実行結果であるとして終了する。
【００３６】
このような実施形態の分光測定装置の動作について、以下に説明する。以下の説明は、実施形態の分光測定方法の説明でもある。
まず、対象物Ｓを第一の受け板６１の上に置き、パルス光源１を動作させる。パルス光源１において、超短パルスレーザ源１１からの超短パルス光は、非線形素子１２に入射し、非線形光学効果によって広帯域化して広帯域パルス光として出射する。広帯域パルス光は、伸長素子２に入射し、伸長素子２によってパルス幅が伸長される。
【００３７】
パルス幅が伸長されたパルス光は、分割素子としてのビームスプリッタ３１で分割され、一方の光は第一の光路Ｐ１に沿って進み、他方の光は第二の光路Ｐ２に沿って進む。第一の光路Ｐ１に沿って進んだ光は、対象物Ｓに照射される。そして、対象物Ｓを透過した光は、第一の受光器４１に入射する。第一の受光器４１からの出力は、ＡＤ変換器７を介して演算手段５に入力され、一時的にファイルに記録されて記憶部５２に記憶される。
【００３８】
次に、パルス光源１の動作をいったん止め、当該（同一の）対象物Ｓ（第一の光路Ｐ１を進んだ光で測定がされた対象物Ｓ）を第二の受け板６２に移載する（例えば測定者が手で移載する）。この状態で、再びパルス光源１を動作させる。同様に、広帯域パルス光が伸長素子２で伸長され、分割素子としてのビームスプリッタ３１で分割される。今度は、第二の光路Ｐ２を進んだ他方の光が対象物Ｓに照射され、対象物Ｓを透過した光が第二の受光器４２で受光される。第二の受光器４２の出力は、ＡＤ変換器７を介して演算手段５に入力される。そして、同様に一時的にファイルに記録されて記憶部５２に記憶される。
このようにして、二つの検出系による透過光の検出が完了すると、測定プログラム５３が動作し、前述したように吸収スペクトルが算出される。算出された吸収スペクトルは、適宜ディスプレイへの表示等がされる。
【００３９】
尚、上記動作において、第一の受光器４１からの出力にはｔｍ＋１〜ｔｎまでの値ｖｍ＋１〜ｖｎが含まれ、第二の受光器４２からの出力にはｔ１〜ｔｍまでの値ｖ１〜ｖｍが含まれるが、これらは最終的な測定結果には含まれない。但し、第二の受光器４２からの出力データについては、ｔｍ＋１の時刻を特定する上でｔ１の時刻（パルスの立ち上がり）を特定する必要がある。その部分ではｔｍ＋１以前の時刻のデータも測定に使用している。即ち、ｔ１の時刻を基準にし、それに対してｔｍ＋１の時間が経過した時刻をλｍ＋１の波長の強度であるとしてスペクトルを求める。λｍ＋２以降も同様である。
【００４０】
このような実施形態の分光測定装置及び分光測定方法によれば、パルス伸長された広帯域パルス光の時間波長一意性を利用した分光測定において、二つの検出系に分けているので、伸長素子２の特性や受光器４１，４２の特性に応じて各波長域の光の検出が最適化することができる。このため、広い波長帯域に亘って十分な精度で高速に分光測定が行える分光測定装置及び分光測定方法が提供される。
上記実施形態では、二つの検出系に分けた構成が採用されているが、三つ以上の検出系に分けても良いことは勿論である。
【００４１】
尚、上記動作及び方法はいずれかの検出系を選択的に使用して測定を行う構成であるため、選択されていない検出系における測定をキャンセルする構成を採用すると好適である。例えば、各受け板６１，６２には、対象物Ｓが載置されているかどうかを検出するセンサが設けられ、対象物Ｓが載置されていない場合、対応する受光器４１，４２の出力は演算手段５には入力されない（又は入力されてもキャンセルされる）構成があり得る。もしくは、各検出系において適宜シャッタが設けられ、使用していない検出系においてはシャッタにより光が受光器４１，４２に入射しない構成としても良い。
【００４２】
上記実施形態では、パルス光源１からの広帯域パルス光の波長帯域や二つの受光器４１，４２のトータルの有感波長帯域は、９００〜１３００ｎｍの近赤外域に亘っている。この点は、対象物Ｓが固相や液相であり、吸収によって対象物Ｓの分析を行うのに好適であるという意義を有する。９００〜１３００ｎｍの帯域には、多くの材料が吸収波長を持っており、二つの検出系によってこの帯域を広くカバーすることは、固相や液相の対象物Ｓの分光分析に特に有意義である。例えば、薬剤（錠剤等）の分析に、実施形態の分光測定装置、分光測定方法を利用することができる。
【００４３】
上記説明では、パルス光源１から出射された１パルスの広帯域パルス光により分光測定が行われるように説明したが、実際には、複数パルスの広帯域パルス光により分光測定が行われる場合が多い。この場合、上記各データセットは複数のデータセットということになるが、各データセットによる測定値の平均によってスペクトルが算出される。
また、上記の例では吸収スペクトルを分光特性として測定したが、反射スペクトル、散乱スペクトル等の他のスペクトルであっても良い。反射スペクトルを測定する場合には対象物Ｓからの反射光を受光する位置に各受光器４１，４２が配置され、散乱スペクトルを測定する場合に散乱光を受光する位置に各受光器４１，４２が配置される。
【００４４】
次に、第二の実施形態の分光測定装置及び分光測定方法について説明する。図７は、第二の実施形態の分光測定装置の概略図である。
第二の実施形態においても、第一第二の二つの検出系が設けられている。第二の実施形態が第一の実施形態と異なるは、分割素子が伸長素子よりも手前の光路上に設けられており、この結果、第一第二の二つの伸長素子２１，２２が設けられている点である。この実施形態においても、分割素子としてはビームスプリッタ３１が使用されている。
【００４５】
ビームスプリッタ３１を透過した一方の光の光路Ｐ１上には、第一の伸長素子２１としてのファイバ（以下、第一のファイバ）２１０の入射端が配置され、ビームスプリッタ３１に反射した他方の光の光路Ｐ２上には、第二の伸長素子２２としてのファイバ（以下、第二のファイバ）２２０の入射端が配置される。そして、第一のファイバ２１０から出射する光の照射位置に第一の受け板６１が配置され、第二のファイバ２２０から出射する光の照射位置に第二の受け板６２が配置されている。さらに、第一の実施形態と同様、第一の受け板６１の出射側には第一の受光器４１が配置され、第二の受け板６２の出射側には第二の受光器４２が配置されている。
【００４６】
第一の実施形態と第二の実施形態の違いは、パルス伸長をした後に光を波長分割するかパルス伸長の前にパルス伸長をするかの違いであり、他の部分では基本的に同様である。分割素子としてのビームスプリッタ３１を透過した一方の光は、第一のファイバ２１０で伝送されてパルス幅が伸長され、その後、対象物Ｓに照射される。そして、対象物Ｓを透過した光が第一の受光器４１で検出される。また、ビームスプリッタ３１に反射した他方の光は、第二のファイバ２２０で伝送されてパルス幅が伸長され、その後、対象物Ｓに照射される。そして、対象物Ｓを透過した光が第二の受光器４２で検出される。そして、各受光器４１，４２からの出力はＡＤ変換器７を介して演算手段５に入力され、測定プログラム５３によってスペクトルが算出される。
【００４７】
第二の実施形態の構成は、パルス伸長素子が各検出系に組み込まれた構成ということができる。この構成には、検出系の特性に応じて最適な伸長素子を採用することができるという優位性がある。即ち、異なる分散特性の伸長素子２１，２２適宜使用することで所望の分散を得る使用することで全体としてパルス伸長を最適化することができる。例えば、第一のファイバ２１０と第二のファイバ２２０について異なる群分散特性のものを使用することができる。また、第一のファイバ２１０と第二のファイバ２２０について長さの異なるものを使用することもできる。
【００４８】
より好適な構成を示すと、図２に示すパルス伸長において、伸長後の時間対波長の傾き（Δλ／Δｔ）は、波長域の全域に亘って一定であることが望ましい。その方が、時間と波長とを対応させるのが容易になり、スペクトルの算出精度が高まるからである。この場合、伸長素子２１，２２として用いたファイバ２１０，２２０は、例えば同じ正の分散であっても波長によって遅延の大きさが異なる場合が多い。このため、第一の受光器４１を備えて第一の波長範囲の測定を目的する第一の検出系と第二の受光器４２を備えて第二の波長範囲の測定を目的とする第二の検出系において別々のファイバでパルス伸長を行い、それぞれの遅延量を最適化する。これによって、パルス伸長後のΔλ／Δｔを全体として均一化することができる。このようなことが可能になる点で、第二の実施形態の構成は第一の実施形態に比べて優位性がある。
但し、２個の伸長素子２が必要になるため、その点では高コストとなる。逆にいえば、パルス伸長を行ってから波長分割する第一の実施形態の方がコスト的には有利である。
【００４９】
次に、第三の実施形態について説明する。図８は、第三の実施形態の分光測定装置の概略図である。
第三の実施形態は、第一の実施形態の構成において、分割素子としてビームスプリッタ３１ではなくダイクロイックミラー３２を使用した構成となっている。他の構成は、第一の実施形態と同様である。
ダイクロイックミラー３２は、光を波長に応じて二つの光に分割する素子である。例えば、図９に示すように、分割波長λｃよりも長波長の光を透過し、λｃよりも短い波長の光を透過するものが使用される。そして、長波長用の第一の光路Ｐ１上に第一の受光器４１が配置され、短波長用の第二の光路Ｐ２に第二の受光器４２が配置されている。
【００５０】
この実施形態では、波長に応じて分割素子で光を分割した上で波長範囲ごとに異なる検出系としているので、波長範囲に応じて検出系を最適化する際、損失を少なくすることができ、この点でより好適な分光測定装置となっている。以下、この点について説明する。
第一の実施形態では、特に波長に応じた分割はせずにビームスプリッタ３１により光を二つに分け、対象物Ｓを介して第一第二の受光器４１，４２で受光している。そして、第一第二の受光器４１，４２からの出力のうち、より分光感度が高い波長範囲についてそれぞれ選択して波長に換算し、測定結果としている。この構成では、分光感度が低い波長範囲については測定に使用しておらず、その分はある意味で損失となっている。
【００５１】
一方、第三の実施形態では、波長に応じて光を分割するダイクロイックミラー３２を分割素子として使用しているので、第一第二の受光器４１，４２の分光感度特性に応じて分割波長λｃを適宜選定しておけば、より分光感度が高い波長範囲を選択して波長に変換する際に損失がなくなる。このため、広い波長帯域に亘って十分な精度で高速に且つ効率良く分光測定が行える分光測定装置及び分光測定方法が提供される。
【００５２】
分割波長は、第一の実施形態における第一の波長範囲と第二の波長範囲の境界波長とすることができる。即ち、上記のようにＩｎＧａＡｓダイオード受光器とＳｉダイオード受光器とを使用する場合、両者は、９００〜１１００ｎｍ程度の範囲で共に感度を有している（有感波長域が重なっている）。したがって、この範囲内で分割波長が選択され、例えば１０５０ｎｍ程度とすることができる。即ち、分割素子としてのダイクロイックミラー３２は、１０５０ｎｍ以上透過、１０５０ｎｍ未満反射のミラーとされ得る。
【００５３】
尚、演算手段の構成は、基本的には第一第二の実施形態の構成と同様であるが、第二の受光器４２からの出力データの処理が若干異なる。第一第二の実施形態では、第二の受光器４２からの出力データの処理において、最初の波長λｍ＋１の時刻ｔｍ＋１を特定するのに、第二の受光器４２の出力データにおけるｔ１（パルスの立ち上がり）の時刻を基準にした。第三の実施形態では、ｔ１に対応するλ１の波長の光は第二の受光器４２には入ってこない。第二の受光器４２に入射する最初の波長の光は、λｃよりも短く且つ実効的な強度（例えば、パルスのピークに対して５％以上の強度）を有する光のうちλｃに最も近い波長（以下、分割基準波長という。）の光である。分割基準波長の時刻が、第二の受光器４２からの出力データの処理における基準時刻となり、これに対するΔｔごとの経過時間により、各波長の光の強度が取得される。分割基準波長は、予め調べられており、第二の受光器４２からの出力データのうち実効的な強度を最初に観測した時刻を分割基準波長の時刻とする。そして、以降は、Δｔごとの対応関係により各波長の強度とする。
【００５４】
次に、第四の実施形態について説明する。図９は、第四の実施形態の分光測定装置の概略図である。
第四の実施形態の分光測定装置は、第ニの実施形態の構成において、分割素子としてビームスプリッタ３１ではなくダイクロイックミラー３２を使用した構成となっている。他の構成は、第二の実施形態と同様である。
【００５５】
ダイクロイックミラー３２は、同様に広帯域パルス光を波長に応じて二つの光に分割する素子であり、図９に示すように、分割波長よりも長波長の光を透過し、分割波長よりも短い波長の光を透過するものが使用される。そして、長波長用の第一の光路Ｐ１上には、第一の伸長素子２１としての第一のファイバ２１０の入射端が配置され、短波長用の第二の光路Ｐ２には第二の伸長素子２２としての第二のファイバ２２０の入射端が配置される。そして、同様に、第一のファイバ２１０から出射する光を対象物Ｓを介して受光する位置に第一の受光器４１が配置され、第二のファイバ２２０から出射する光を対象物Ｓを介して受光する位置に第二の受光器４２が配置されている。
尚、第四の実施形態においても、第二の受光器４２には、λ１の光は入ってこないので、第三の実施形態と同様、分割基準波長を予め調べておき、最初に実効的な強度を観測した時刻を分割基準波長であるとする。そして、以降は、Δｔごとの対応関係により各波長の光の強度を取得する。
【００５６】
第四の実施形態においても、検出系の特性に応じて最適な伸長素子を採用することができるという優位性がある。即ち、異なる分散特性の伸長素子２１，２２適宜使用することで所望の分散を得る使用することで全体としてパルス伸長を最適化することができる。この際、波長に応じて光を分割するダイクロイックミラー３２を分割素子として使用しているので、伸長素子２１，２２の各特性をより活かすことができる。そして、第三の実施形態と同様、測定に使用しない分の光はなく、高効率の分光測定装置及び分光測定方法となる。
【００５７】
次に、第五の実施形態について説明する。図１０は、第五の実施形態の分光測定装置の概略図である。
図１０に示す第五の実施形態は、分割素子としてＷＤＭ（波長分割多重）カプラ３３を使用している。その他の構成は、図８に示す第三の実施形態と同様である。
この実施形態では、ＷＤＭカプラ３３はファイバ型であり、シングルモード又はマルチモードの二本のファイバを融着延伸したものが使用されている。図１０に示すように、入射側の一端は終端されており、伸長素子２からの光は他方の入射端３３１から入射する。二つに分岐した一方の出射端３３２からは、分割波長よりも長い波長の光が出射し、他方の出射端３３３からは、分割波長よりも短い波長が出射する。
【００５８】
第五の実施形態では、ファイバ型のＷＤＭカプラ３３をしているため、伸長素子２としてファイバ２０が使用される場合、相互に親和性が高いので好適となる。即ち、ファイバ同士との接続になるため、コネクタ等を適宜使用して低損失で接続、伝送することができ、高効率の分光測定装置とすることができる。
尚、同様に対象物Ｓへの照射の際にはビームエキスパンダ３０を設けることが好ましく、ビームエキスパンダ３０は、図１０に示すように、分割素子としてのＷＤＭカプラ３３の出射側にそれぞれ設けられる。
【００５９】
また、ファイバ型のＷＤＭカプラ３３は、図９に示す第四の実施形態においても分割素子として使用することが可能である。この場合は、ＷＤＭカプラ３３の入射端３３１には非線形素子１２としてのファイバの出射端が接続される。また、分岐した出射端の一方３３２が第一のファイバ２１０に接続され、他方３３３が第二のファイバ２２０に接続される。ここでも、それぞれファイバ同士の接続となるため、低損失の接続、伝送となり、高効率の分光測定装置とすることができる。
【００６０】
図１１は、他の分割素子の例について示した概略図である。
図１１に示すように、分割素子としては、上記の他、回折格子やＡＷＧ（アレイ導波路グレーティング）等を使用することができる。
例えば、図１１（１）に示すように、伸張素子２からの光を回折格子３５で波長分散させ、分割波長に応じてレンズ３６３でそれぞれ集光して補助ファイバ３６１，３６２に入射させる。第一の補助ファイバ３６１は、第一の受け板６１上の対象物Ｓに対して光照射するよう出射端が配置され、第二の補助ファイバ３６２は、第二の受け板６２上の対象物Ｓに対して光照射するよう出射端が配置される。この際、各補助ファイバ３６１，３６２をパルス伸長用のファイバ（第一第二のファイバ２１０，２２０）とすることも可能である。
【００６１】
また、図１１（２）に示すように、分割素子としてＡＷＧ３７を使用することができる。ＡＷＧ３７は、基板３７１上に各機能導波路３７２〜３７７を形成することで構成されている。各機能導波路は、光路長が僅かずつ異なる多数のアレイ導波路３７２と、アレイ導波路３７２の両端（入射側と出射側）に接続されたスラブ導波路３７３，３７４と、入射側スラブ導波路３７３に光を入射させる入射側導波路３７５と、出射側スラブ導波路３７４から各波長の光を取り出す各出射側導波路３７６となっている。
【００６２】
スラブ導波路３７３，３７４は自由空間であり、入射側導波路３７５を通って入射した光は、入射側スラブ導波路３７３において広がり、各アレイ導波路３７２に入射する。各アレイ導波路３７２は、僅かずつ長さが異なっているので、各アレイ導波路３７２の終端に達した光は、この差分だけ位相がそれぞれずれる（シフトする）。各アレイ導波路３７２からは光が回折して出射するが、回折光は互いに干渉しながら出射側スラブ導波路３７４を通り、出射側導波路３７６の入射端に達する。この際、位相シフトのため、干渉光は波長に応じた位置で最も強度が高くなる。つまり、各出射端導波路３７６には波長が順次異なる光が入射するようになり、光が空間的に分光される。厳密には、そのように分光される位置に各入射端が位置するよう各出射側導波路３７６が形成される。
【００６３】
出射側導波路３７６に対して、分割波長に応じて二つの補助ファイバ３７７，３７８が接続される。即ち、分割波長より長い波長を出射する出射側導波路３７６に対して第一の補助ファイバ３７７が接続され、分割波長より短い波長を出射する出射側導波路３７６に対して第二の補助ファイバ３７８が接続される。各補助ファイバ３７７，３７８の接続には、不図示のレンズを介在させたり、ファンインファンアウトデバイスが使用されたりする。この場合も、各補助ファイバ３７７，３７８は、それぞれ受け板６１，６２上の対象物Ｓに対して光照射するものであり、また同様にパルス伸長用のファイバとすることができる。
尚、図１１（１）（２）の例についても、ファイバとの親和性が高いため、非線形素子１２としてのファイバに対して低損失で容易に接続することができ、高効率の分光測定装置とすることができる。
【００６４】
次に、第六の実施形態について説明する。図１２は、第六の実施形態の分光測定装置の概略図である。
上述した第一の実施形態において、第一の受け板６１から第二の受け板６２への対象物Ｓの移載は、測定者が行うようなイメージで説明したが、ロボット等の移載機構を別途設けて自動的に行っても良い。第六の実施形態では、このような観点で第三の実施形態を変形した実施形態となっている。
【００６５】
この実施形態では、第一の検出系での測定と第二の検出系での測定とを連続して高速に行うため、対象物Ｓを移動させる移動機構８が設けられている。具体的に説明すると、この実施形態では、多数の受け板６３が水平方向に一列に並んで設けられている。移動機構８は、各受け板６３が並んでいる方向（以下、移動方向）に各受け板６３を直線移動させる機構である。例えば、移動方向に垂直な水平方向を左右とすると、左右の一方の側にリニアガイドを設け、他方の側にリニアモータのような直線駆動源を設けた構成が採用され得る。各受け板６３は相互に連結され、直線駆動源によりリニアガイドにガイドされながら直線移動する。
この実施形態では、受け板６３には対象物Ｓがずれないように不図示の凹部が設けられている。各対象物Ｓは、凹部に落とし込まれた状態で各受け板６３に載置される。
【００６６】
移動機構８には、制御部８１が設けられている。制御部８１は、各受光器４１，４２の上方に設定されている照射位置に各受け板６３を順次位置させるよう構成される。制御部８１は、直線駆動源に対して各受け板６３が一体に所定のストロークで移動するよう制御する。装置において、第一の光路Ｐ１を進んだ光が照射される位置（以下、第一の照射位置）と、第二の光路Ｐ２を進んだ光が照射される位置（以下、第二の照射位置）とが設定されており、所定のストロークとは、第一第二の照射位置の離間間隔である。制御部８１は、演算手段５からの信号が入力されるようになっている。演算手段５には、制御部８１を含む装置の各部を所定のシーケンスで動作させるシーケンスプログラム５４が実装されている。
【００６７】
このような第六の実施形態の分光測定装置は、大量の対象物Ｓについて順次高速に分光測定する用途に向いている。例えば、分光測定は、製造ラインにおいて製品の検査の際に行われ得る。良品である場合の基準吸収スペクトルが予め調べられており、各製品の吸収スペクトルを分光測定により求めて基準吸収スペクトルと比較することで製品の合否が判断される。第六の実施形態の装置は、このような用途に好適に使用される。この用途では、図１２に示すように、演算手段５に合否判定プログラム５５が実装され、基準吸収スペクトルを記録した不図示のファイルが記憶部５２に記憶される。
【００６８】
具体的には、各対象物Ｓは、各受け板６３の凹部に落とし込まれて保持される。そして、移動機構８により、各受け板６３上の対象物Ｓは、第一の照射位置と第二の照射位置に順次移動する。そして、第一の照射位置に位置した際、パルス光源１が動作して長波長側の光が対象物Ｓに照射されてその透過光が第一の受光器４１で受光される。そして、当該対象物Ｓについて長波長側のデータセット（第一のデータセット）がファイルに一時的に記録される。
【００６９】
この受け板６３は、次に第二の照射位置に移動し、この状態でパルス光源１が動作して短波長側の光が当該対象物Ｓに照射される。そして、当該対象物Ｓについての短波長側のデータセット（第二のデータセット）がファイルに一時的に記録される。
その後、測定プログラム５３が動作し、当該対象物Ｓについての吸収スペクトルが算出される。次に、合否判定プログラム５５が動作し、合否判定を行う。即ち、算出した吸収スペクトルを基準吸収スペクトルと比較し、その乖離が所定の範囲内であるかどうか判断する。所定の範囲内であれば合格とし、範囲外であれば不合格とする。
【００７０】
移動機構８は、各受け板６３上の対象物Ｓを第一第二の照射位置に順次位置させ、その位置でそれぞれ光照射がされて第一第二のデータセットが取得される。そして、測定プログラム５３が順次吸収スペクトルを算出し、合否判定プログラムが合否を判定する。合否判定の結果、製品の検査情報として記憶部５２に記憶される。尚、不合格とされた製品を製造ラインから除外して出荷されないようにする除外機構が設けられると、より好ましい。
また、第六の実施形態において、第二の照射位置に対象物Ｓが載置されて測定が行われる際には第一の照射位置に次の対象物Ｓが載置されて同時に測定が行われる。つまり、１回の照射において第一のデータセットと第二のデータセットとが同時に取得される。この場合、演算手段５における測定プログラム５３は、ある回の照射における第一のデータセットと次の回の照射における第二のデータセットとをまとめて当該対象物Ｓについての全体の吸収スペクトルの算出結果とするようプログラミングされる。各データセットについてそれぞれ基準吸収スペクトルと比較して吸収スペクトルを算出してからそれらをまとめても良いし、各データセットをまとめて全体のデータセットとしてから基準吸収スペクトルと比較して吸収スペクトルの測定結果としても良い。
【００７１】
このような第六の実施形態の分光測定装置、分光測定方法は、各対象物Ｓが移動機構８により移動して第一第二の照射位置に順次位置するので、大量の対象物Ｓを高速に分光測定することでき、そのような必要性のある用途に好適に使用できる。
図１２では、第三の実施形態の構成に対して移動機構８を設けた構成となっているが、第一の実施形態等の他の実施形態の構成に対して移動機構８を設けても良いことは勿論である。
【００７２】
次に、基準スペクトルデータの取得について補足して説明する。
前述したように、対象物Ｓの分光特性の算出に際しては、予め基準スペクトルデータが取得される。この場合、パルス光源１や各受光器４１，４２の経時的な特性変化を考慮し、基準スペクトルデータの取得（対象物Ｓを配置しない状態での測定）は校正作業として定期的に行われる。
【００７３】
より信頼性の高い分光測定のためには、基準スペクトルデータの取得は頻繁に行うことが好ましい。測定の能率を低下させないでこれを行う方法として、一方の受光器を使用してデータセットを取得する際、他方の受光器で基準データセットの取得を行うようにする好ましい。即ち、第一乃至第五の各実施形態において、第一の受け板６１に対象物Ｓを載置して第一のデータセットを取得する際、第二の受け板６２には対象物Ｓは載置されていないから、この際に第二の受光器４２から出力されるデータで第二の受光器４２についての基準スペクトルデータを取得する。また、第二の受け板６２に対象物Ｓを載置して第二の受光器４２からの出力で第二のデータセットを取得する際、第一の受け板６１には対象物Ｓは載置されていないから、この際に第一の受光器４１から出力されるデータで第二の受光器４２についての基準データセットを取得する。このようにすると、各基準データセットの取得が実際の測定と時間的に近い状態で頻繁に行えるようになる。このため、より信頼性の高い分光測定装置、分光測定方法となる。
【００７４】
次に、第七の実施形態の分光測定装置について説明する。図１３は、第七の実施形態の分光測定装置の概略図である。
分光測定の信頼性をさらに高めるには、各データセットの取得と各基準データセットの取得をそれぞれ同時に（リアルタイムに）行う構成が考えられる。この構成を備えているのが、図１３に示す第七の実施形態である。
図１３に示す第七の実施形態は、図８の第三の実施形態の構成においてリアルタイムの校正を行う実施形態となっている。具体的には、分割素子としてのダイクロイックミラーから延びる第一第二の光路Ｐ１，Ｐ２には、第一第二のビームスプリッタ３４１，３４２がそれぞれ設けられている。
【００７５】
第一のビームスプリッタ３３は、第一の光路Ｐ１をさらに二つに分岐させる。以下、この二つの光路Ｐ１１，Ｐ１２を、第一の測定用光路、第一の参照用光路と呼ぶ。第一の測定用光路Ｐ１１には、第一の実施形態と同様に第一の受け板６１が配置されており、その出射側に第一の受光器４１が配置されている。第一の参照用光路Ｐ１２には、第一の参照用受光器４３が配置されている。第一の参照用光路Ｐ１２には受け板は配置されておらず、光は対象物Ｓを経ることなく第一の参照用受光器４３に入射する。
【００７６】
第二のビームスプリッタ３４も、第二の光路Ｐ２をさらに二つの光路Ｐ２１，Ｐ２２に分岐させる。以下、この二つの光路Ｐ２１，Ｐ２２を、第二の測定用光路、第二の参照用光路と呼ぶ。第二の測定用光路Ｐ２１には、同様に第二の受け板６２が配置されており、その出射側に第二の受光器４２が配置されている。第二の参照用光路Ｐ２２には、第二の参照用受光器４４が配置されている。第二の参照用光路Ｐ２２には受け板は配置されておらず、光は対象物Ｓを経ることなく第二の参照用受光器４４に入射する。
【００７７】
各受光器４１〜４４からの出力は、ＡＤ変換器７を介して演算手段５に入力される。各受光器４１〜４４からの出力は、第一のデータセット、第一の基準データセット、第二のデータセット、第二の基準データセットとして、それぞれ別のファイルに記録され、記憶部５２に一時的に記憶される。そして、測定プログラム５３により読み込まれ、スペクトルが取得される。測定プログラム５３自体は、前述したのと同様であるので、説明は割愛する。
第七の実施形態では、各ビームスプリッタ３３，３４で分割された一方の光が測定用とされ、他方の光が参照用とされており、リアルタイムで各基準データセットが取得される。このため、さらに信頼性の高い分光測定が行える。
【００７８】
次に、第八の実施形態について説明する。図１４は、第八の実施形態の分光測定装置の概略図である。
第八の実施形態の分光測定装置は、図８に示す第三の実施形態を変型した構成となっている。具体的には、この分光測定装置は、対象物Ｓからの光を分割する位置に分割素子が配置されており、対象物Ｓからの光を二つに分割して各受光器４１，４２で受光する構成となっている。この実施形態では、分割素子はダイクロイックミラー３２となっているが、ビームスプリッタ３１であっても良い。
【００７９】
伸長素子２からの光は、そのまま対象物Ｓに照射され、対象物Ｓからの光はダイクロイックミラー３２によって分割される。そして、分割された長波長側の光は第一の受光器４１で受光され、短波長側の光は第二の受光器４２で受光される。各受光器４１，４２からの出力データを処理してスペクトルを取得する演算手段の構成は、第三の実施形態と同様である。
【００８０】
第八の実施形態では、一つの対象物２について一つのパルスの照射のみで全体のスペクトルを取得することができるので、この点でより精度の高い分光測定が行える。上記各実施形態のように、一つの対象物Ｓについて第一の波長範囲の測定と第二の波長範囲の測定とで別のパルスを照射して分光測定を行う場合、広帯域パルス光の再現性が万が一低下すると、測定精度が低下する原因となる。しかし、第八の実施形態では、このような問題はない。第三の実施形態以外の他の実施形態についても、このように変型することが可能である。
【００８１】
尚、図１４では、対象物Ｓは、液相又は気相のものが想定されており、透明なセル中に入れられて測定がされる。このような構成は、第一乃至第七の実施形態でも採用されることがあり得る。また、第八の実施形態において、水平な姿勢の受け板を設け、受け板上の対象物からの光を分割する構成を採用することも勿論可能である。広帯域パルス光が照射された対象物Ｓからの光を分割素子で分割するので、受け板は一つで足りる。このため、構造的によりシンプルになる。
【００８２】
次に、伸長素子２の他の例について図１５を参照して説明する。図１５は、伸長素子２の他の例について示した概略図である。伸長素子２としては、シングルモードファイバの他、シングルモードのマルチコアファイバ、シングルモードのバンドルファイバ、マルチモードファイバ等が使用できる。さらに、伸長素子２は、回折格子、チャープドファイバブラッググレーティング（ＣＦＢＧ）、プリズム等を使用して構成することができる。
例えば、図１５（１）に示すように、２個の回折格子２３を使用して波長分散させる。この際、波長に応じて光路差を形成し、時間波長一意性を達成した状態でパルス伸長する。この例では、長波長の光ほど光路が短くなるようにしている。尚、前述したように、回折格子を分割素子として使用することも可能であるから、回折格子によってパルス伸長と波長分割の双方を行う構成も採用できる。
【００８３】
また、図１５（２）に示すように、ＣＦＢＧ２４を使用してパルス伸長することも可能である。ＦＢＧは、コアの長さ方向に屈折率が変化する部位を周期的に設けて回折格子を構成したファイバであるが、このうち、ＣＦＢＧは、チャープミラーの機能をファイバを使って実現されるように反射位置が波長に応じて異なる位置となるようにしたものということができる。伸長素子２として用いる場合、ＣＦＢＧ２４において、入射した光のうち、例えば長波長側の光はファイバ中の進行方向の手前側で反射して戻り、短波長側になるにつれて奥側で反射して戻るようコア内の屈折率変化層を形成する。これは、正常分散ファイバと同等の構成である。短波長側ほど遅れて戻ってくるので、同様に時間波長一意性が確保される。
【００８４】
さらに、図１５（３）に示すように、プリズム２５を使用してパルス伸長することもできる。この例では、４個のプリズム２５を使用し、短波長側ほど光路が長くなるように配置することで伸長素子２を構成している。この例でも、短波長側ほど遅れて出射されるので、時間波長一意性が確保される。
尚、図１５（１）〜（３）の例では、光を折り返す際に光路差を形成している。復路の光を取り出す構成としては、偏光ビームスプリッタと１／４波長板を組み合わせたものを伸長素子２の手前の光路上に配置する構成が採用できる。往路については偏光ビームスプリッタ、１／４波長板の順に光が進んで伸長素子２に入射し、復路については伸長素子２から戻った光が１／４波長板、偏光ビームスプリッタの順に進むように構成する。
【００８５】
尚、上記各実施形態では、長波長側の光を検出する一方の検出系ではＩｎＧａＡｓダイオード受光器を使用し、短波長側の光を検出する他方の検出系ではＳｉダイオード受光器を使用したが、これは一例であり、他の種類の受光器を使用することができる。例えば可視域であればＣｄＳ受光器等が使用できるし、近赤外域であれば、ＰｂＳ受光器やＩｎＳｂ受光器等が使用できる。
分光測定の波長域についても、可視域であっても良く、近赤外よりも長い赤外域であっても良い。
また、パルス光源１としてはＳＣ光源である例を採り上げたが、この他、ＡＳＥ(Amplified Spontaneous Emission)光源やＳＬＤ（Superluminescent Diode）光源のような他の広帯域のパルス光源が使用されることもある。
【００８６】
尚、本願発明において、分割素子を備えることは必ずしも必須ではない。分割素子がない場合には、第一第二の光路Ｐ１，Ｐ２には分かれていないので、時間的に分割して第一第二の検出系を構成することになる。即ち、受け板上の対象物に対して第一第二の２回の照射工程を行う。各照射工程において受け板及び対象物は同じ位置を保持するが、第一の照射工程では第一の受光器４１が受光位置に配置されて測定が行われ、第二の照射工程では第二の受光器４２が受光位置に配置されて測定が行われる。測定プログラム５３は、同様に各受光器４１，４２からのデータセットに基づいてスペクトルを算出する。受光器４１，４２の入れ替えのための機構（例えばレボルバのような機構）を設けても良い。
また、各実施形態では、受け板６１〜６３は水平な姿勢であり、上側から対象物Ｓに光が照射されているが、これは一例であり、横から対象物Ｓに光が照射されたり、斜めから光が照射されたりする場合もあり得る。
【符号の説明】
【００８７】
１  パルス光源
１１  超短パルスレーザ源
１２  非線形素子
２  伸長素子
２１  ファイバ
２１０  第一のファイバ
２２０  第二のファイバ
３  照射光学系
３１  ビームスプリッタ
３２  ダイクロイックミラー
３３  波長分割多重カプラ
４１〜４４  受光器
５  演算手段
５１  プロセッサ
５２  記憶部
５３  測定プログラム
６１〜６３  受け板
７  ＡＤ変換器
８  移動機構
８１  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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