(57)【要約】  物体(16)による所定の吸収率を持つ波長λ１の光と、物体(16)による吸収率が波長λ１よりも小さい波長λ２の光とを、二次元方向に走査してターゲットに照射する光照射部(11a,11b,12,51,52)と、波長λ１の光及び波長λ２の光がターゲットで反射した散乱光をそれぞれ受光する受光部(17)と、受光部(17)が受光した波長λ１及び波長λ２による２つの散乱光の差に基づいて、ターゲットにおける物体(16)の検出に利用される情報を生成する計測部(18)と、光照射部(11a,11b,12,51,52)による走査及び計測部(18)で生成された情報に基づいて、ターゲットにおける物体の存在有無を二次元領域の情報で出力する出力部(53)とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光装置であって、
特定の物体による所定の吸収率を持つ第１波長の光と、当該特定の物体による吸収率が当該第１波長よりも小さい第２波長の光とを、ターゲットに照射する光照射部と、
前記第１波長の光が前記ターゲットを透過又は反射した第１の散乱光、及び前記第２波長の光が前記ターゲットを透過又は反射した第２の散乱光を、それぞれ受光する受光部と、
前記受光部が受光した前記第１の散乱光と前記第２の散乱光との差異に基づいて、前記ターゲットにおける前記特定の物体の検出に利用される情報を生成する計測部とを備える、分光装置。
【請求項２】
前記光照射部は、
前記第１波長の光を出射する第１の固体光源と、
前記第２波長の光を出射する第２の固体光源と、
前記受光部に前記第１波長の光と前記第２波長の光とを弁別して受光させるように、前記第１及び第２の固体光源を駆動する光源制御部とを含む、請求項１に記載の分光装置。
【請求項３】
前記光源制御部は、前記第１の固体光源と前記第２の固体光源とを、出射タイミングをずらして駆動する、請求項２に記載の分光装置。
【請求項４】
前記光源制御部は、前記第１の固体光源と前記第２の固体光源とを、異なる周波数で変調して駆動する、請求項２に記載の分光装置。
【請求項５】
前記光照射部は、前記第１波長の光及び前記第２波長の光を前記ターゲットの同じ位置に照射する、請求項１に記載の分光装置。
【請求項６】
前記計測部は、前記受光部が受光した前記第１の散乱光の強度と前記第２の散乱光の強度との比率に基づいて、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無を判断する、請求項１に記載の分光装置。
【請求項７】
前記計測部は、前記第１の散乱光の強度に対して前記第２の散乱光の強度が大きければ前記ターゲットに前記特定の物体が存在すると判断する、請求項６に記載の分光装置。
【請求項８】
前記特定の物体が存在する場合に前記受光部が受光した前記第１の散乱光の強度と前記第２の散乱光の強度との比率が、１０以上となるように前記第１波長及び前記第２波長が設定される、請求項７に記載の分光装置。
【請求項９】
前記特定の物体による前記第１波長の光の吸収率の温度変化量は、前記特定の物体による前記第２波長の光の吸収率の温度変化量よりも、１０倍以上大きくなるように前記第１波長及び前記第２波長が設定される、請求項１に記載の分光装置。
【請求項１０】
前記光照射部は、前記第１波長の光及び前記第２波長の光を、二次元方向に走査して前記ターゲットに照射する走査処理部を含む、請求項１に記載の分光装置。
【請求項１１】
前記走査処理部は、まず前記ターゲットの全体を空間的に粗く走査し、前記特定の物体が存在すると判断すると、次に前記特定の物体が存在する領域を空間的に密に走査する、請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１２】
前記走査処理部は、まず前記ターゲットの全体を時間的に粗く走査し、前記特定の物体が存在すると判断すると、次に前記特定の物体が存在する領域を時間的に密に走査する、請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１３】
前記走査処理部による走査及び前記計測部で生成された情報に基づいて、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無を二次元領域の情報で出力する出力部をさらに備える、請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１４】
前記ターゲットを撮影するカメラをさらに備え、
前記出力部は、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無に関する二次元領域の情報を、前記カメラで撮影された前記ターゲットの二次元画像に重畳させて出力する、請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１５】
前記第２波長は、前記カメラが感度を有する波長範囲の不可視光の波長に設定される、請求項１４に記載の分光装置。
【請求項１６】
前記ターゲットまでの距離を測定する距離計測部をさらに備え、
前記出力部は、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無に関する二次元領域の情報に、前記距離計測部で測定された距離情報を加えて、三次元領域の情報として出力する、請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１７】
前記ターゲットの温度を測定する温度計測部をさらに備え、
前記出力部は、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無に関する二次元領域の情報を、前記温度計測部で測定された温度情報に従って補正して出力する、請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１８】
前記特定の物体は水であり、前記第１波長は１．４μｍ以上、かつ、前記第２波長は１．３μｍ以下に設定される、請求項１に記載の分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡易的な吸収スペクトルを取得する分光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の分光装置としては、ランプやセラミックヒータを光源とし、光源から出射されて試料を透過した光又は試料から反射した光を、回折格子で分光したり、干渉を用いて分光したりするものがあった。また、試料の有無を検知するための分光装置としては、レーザ光の波長を掃引すると共に被検面を走査して、試料の２次元分布を可視化するものがあった（特許文献及び非特許文献等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１５４８５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５６２２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】中村睦子、中内茂樹著「近赤外分光画像で見る化粧品の保湿効果」  光学、２０１０年  ３９巻  １１号  Ｐ５２９−Ｐ５３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の分光装置の構成では、回折格子や干渉分光素子が必要であり、装置が大型化や高価格化してしまうという課題を有していた。【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、小型で安価な分光装置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】
【０００７】
上記従来の課題を解決するために、本発明の一態様に係る分光装置は、特定の物体による所定の吸収率を持つ第１波長の光と、特定の物体による吸収率が第１波長よりも小さい第２波長の光とを、ターゲットに照射する光照射部と、第１波長の光がターゲットを透過又は反射した第１の散乱光、及び第２波長の光がターゲットを透過又は反射した第２の散乱光を、それぞれ受光する受光部と、受光部が受光した第１の散乱光と第２の散乱光との差異に基づいて、ターゲットにおける特定の物体の検出に利用される情報を生成する計測部とを備える。【０００８】
なお、これらの全般的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータで読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の分光装置は、小型で安価な分光測定を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態における分光装置１０の構成図である。
【図２】図２は、分光装置１０の駆動方法を示す図である。
【図３】図３は、分光装置１０の動作を説明するフローチャートである。
【図４】図４は、水の吸収スペクトルを示す図である。
【図５】図５は、第２の実施形態における分光装置２０の構成図である。
【図６】図６は、第３の実施形態における分光装置３０の構成図である。
【図７】図７は、第４の実施形態における分光装置４０の構成図である。
【図８】図８は、第５の実施形態における分光装置５０の構成図である。
【図９】図９は、分光装置５０の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】図１０は、分光装置５０の別の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】図１１は、分光装置５０の別の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】図１２は、第６の実施形態における分光装置６０の構成図である。
【図１３】図１３は、第７の実施形態における分光装置７０の構成図である。
【図１４】図１４は、分光装置７０の応用例１を説明する図である。
【図１５】図１５は、分光装置７０の応用例２を説明する図である。
【図１６】図１６は、分光装置７０の応用例３を説明する図である。
【図１７】図１７は、分光装置７０の応用例４を説明する図である。
【図１８】図１８は、照射光が物体で散乱反射して受光される様子を示す図である。
【図１９】図１９は、水温と受光強度との関係を示す図である。
【図２０】図２０は、分光装置７０の応用例５を説明する図である。
【図２１】図２１は、第８の実施形態における分光装置８０の構成図である。
【図２２】図２２は、第９の実施形態における分光装置９０の構成図である。
【図２３】図２３は、第１０の実施形態における分光装置１００の構成図である。
【図２４】図２４は、従来の技術を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜本発明の基礎となった知見＞
図２４は、特許文献１に記載された従来の液体漏洩検出装置３０１を用いた測定手法を説明する図である。図２４において、液体漏洩検出装置３０１は、波長２μｍから２５μｍの中間赤外光３０４を、油分封入設備３０２の表面に走査しながら照射する。さらに照射される中間赤外光３０４の波長は、油分３０３の吸収波長である３．６μｍの波長を含んで掃引されている。油分封入設備３０２から油分３０３の一部が漏れ油分３０３ａのように漏れ出していると、照射された中間赤外光３０４が漏れ油分３０３ａで吸収されて反射散乱光の強度が３．６μｍ近傍で低下する。よって、従来の液体漏洩検出装置３０１では、反射散乱光の強度を測定する（吸収スペクトルを算出する）ことで、漏れ油分３０３ａが有ることを検知していた。
【００１２】
また、特許文献２や非特許文献１には、皮膚の水分量分布の鑑別装置や方法が開示されている。これらの文献には、近赤外波長域の光を皮膚に照射して反射光を赤外線カメラで撮像し、水分に吸収され易い波長帯の反射強度と、水分の吸収の影響が少ない波長帯の反射強度を演算処理することにより、水分量の分布を可視化する方法が記載されている。
【００１３】
しかしながら、上記従来文献に記載された分光装置の構成では、回折格子や干渉分光素子が必要であり、装置が大型化や高価格化してしまうという課題を有していた。
【００１４】
また、特許文献１に記載の従来装置では、波長を掃引する必要があるために計測に時間がかかるという課題を有していた。また、反射光は微弱になるが、どのようにして微弱光を検出するのかということについては開示がない。
【００１５】
また、特許文献２や非特許文献１に記載の従来装置では、近赤外光を皮膚全面に同時照射するので近赤外光源がハロゲンランプ等の強度の高いものに限られ、かつ高価な赤外線カメラを用いるので、装置が高価になるという課題があった。
【００１６】
＜本発明者らが着目した手法＞  
そこで、本発明者らは、検出対象である物体における光吸収率が大きくなる特定の波長に着目し、この特定の波長に基づいて分光処理に用いる照射光の波長を設定することで、小型で安価な分光装置を新たに創案した。
この新たな創案に基づいた本発明の様々な態様は、次の通りである。
【００１７】
＜発明の各態様の概要＞
発明に基づいた本開示の一態様に係る分光装置は、特定の物体による所定の吸収率を持つ第１波長の光と、特定の物体による吸収率が第１波長よりも小さい第２波長の光とを、ターゲットに照射する光照射部と、第１波長の光がターゲットを透過又は反射した第１の散乱光、及び第２波長の光がターゲットを透過又は反射した第２の散乱光を、それぞれ受光する受光部と、受光部が受光した第１の散乱光と第２の散乱光との差異に基づいて、ターゲットにおける特定の物体の検出に利用される情報を生成する計測部とを備える。
例えば、特定の物体が水である場合、第１波長を１．４μｍ以上に、かつ、第２波長を１．３μｍ以下に設定することができる。
【００１８】
この一態様によれば、回折格子等の高価格な構成を用いることなく、安価な固体光源によって特定の物体の検出に利用される情報を生成する（例えば吸収スペクトルを算出する）ことができる。また、波長を掃引する必要がないので計測時間も短縮することができる。また、吸収波長（第１波長）に加え、吸収波長以外の波長（第２波長）を用いて検出結果を比較することで、精度の高い特定の物体の存在有無の検出を行うことができる。
【００１９】
この一態様において、光照射部を、第１波長の光を出射する第１の固体光源と、第２波長の光を出射する第２の固体光源と、受光部に第１波長の光と第２波長の光とを弁別して受光させるように、第１及び第２の固体光源を駆動する光源制御部とで構成することができる。このように、固体光源を用いれば、分光装置を安価に実現できる。
【００２０】
ここで、例えば、光源制御部は、第１の固体光源と第２の固体光源とを出射タイミングをずらして駆動してもよいし、第１の固体光源と第２の固体光源とを異なる周波数で変調して駆動してもよい。これにより、第１波長の光と第２波長の光とを弁別し易くできる。
【００２１】
また、光照射部は、第１波長の光及び第２波長の光をターゲットの同じ位置に照射すれば、受光部においてターゲットの同じ位置からの反射光を受光できるので、特定の物体の検出精度が向上する。
【００２２】
また、計測部は、受光部が受光した第１の散乱光の強度と第２の散乱光の強度との比率に基づいて、ターゲットにおける特定の物体の存在有無を判断することもできる。例えば、計測部は、第１の散乱光の強度に対して第２の散乱光の強度が大きければターゲットに特定の物体が存在すると判断してもよい。
ここで、特定の物体が存在する場合に受光部が受光した第１の散乱光の強度と第２の散乱光の強度との比率が、１０以上となるように第１波長及び第２波長を設定しておけば、判断の精度が向上する。また、第１波長及び第２波長に設定に関しては、特定の物体による第１波長の光の吸収率の温度変化量は、特定の物体による第２波長の光の吸収率の温度変化量よりも１０倍以上大きくなるように第１波長及び第２波長を設定しておくと、第１の散乱光の強度と第２の散乱光の強度との比率から温度変化を把握することができる。
【００２３】
また、他の一態様としては、例えば、光照射部が、第１波長の光及び第２波長の光を、二次元方向に走査してターゲットに照射する走査処理部を含んでいてもよい。さらに、走査処理部による走査及び計測部で生成された情報に基づいて、ターゲットにおける特定の物体の存在有無を二次元領域の情報で出力する出力部を備えてもよい。
この一態様によれば、ターゲットにおける特定の物体の存在有無を二次元領域の情報として検出することができる。
【００２４】
ここで、例えば、走査処理部は、まずターゲットの全体を空間的に粗く走査し、特定の物体が存在すると判断すると、次に特定の物体が存在する領域を空間的に密に走査してもよいし、まずターゲットの全体を時間的に粗く走査し、特定の物体が存在すると判断すると、次に特定の物体が存在する領域を時間的に密に走査してもよい。このように走査すれば、ターゲットにおける物体の検出を効率的に行うことができる。
【００２５】
また、他の一態様としては、例えば、ターゲットを撮影するカメラをさらに備えて、出力部に、ターゲットにおける特定の物体の存在有無に関する二次元領域の情報を、カメラで撮影されたターゲットの二次元画像に重畳させて出力してもよい。
この一態様によれば、特定の物体が存在するターゲット上の場所を二次元画像で視覚的に容易に把握することができる。
この場合、第２波長を、カメラが感度を有する波長範囲の不可視光の波長に設定しておくと、カメラの近くに居る人に影響を与えることがなくなる。
【００２６】
また、他の一態様としては、例えば、ターゲットまでの距離を測定する距離計測部をさらに備えて、出力部に、ターゲットにおける特定の物体の存在有無に関する二次元領域の情報に、距離計測部で測定された距離情報を加えて、三次元領域の情報として出力してもよい。
この一態様によれば、特定の物体が存在するターゲット上の場所を三次元形状で容易に把握することができる。
【００２７】
また、他の一態様としては、例えば、ターゲットの温度を測定する温度計測部をさらに備えて、出力部に、ターゲットにおける特定の物体の存在有無に関する二次元領域の情報を、温度計測部で測定された温度情報に従って補正して出力してもよい。
この一態様によれば、ターゲット上における特定の物体の存在有無の判断を温度によって適切に補正することができる。
【００２８】
なお、これらの全般的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータで読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又は記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【００２９】
以下、本発明の一態様について、図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、構成要素、ステップ、ステップの順序等は一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、全ての実施形態において、各々の内容を組み合わせることもできる。
【００３０】
＜発明の各態様の詳細な説明＞
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における分光装置１０の構成図である。本分光装置１０は、検査箇所である被検体又は被検面（以下、ターゲットと称する）に所定の光を照射し、このターゲットから受ける散乱光（反射光又は透過光）に基づいて、検出すべき物体１６がターゲットに存在するか否かの判断に役立つ情報を生成するものである。図１に示す分光装置１０は、固体光源１１ａ及び１１ｂと、光源制御部１２と、レンズ１３ａ及び１３ｂと、波長選択性光分岐素子１４と、前光モニタ１５と、受光部１７と、計測部１８とを備える。
【００３１】
まず、分光装置１０の各構成を説明する。
固体光源１１ａは、波長λ１の光を直線偏光として出射する光源である。固体光源１１ｂは、波長λ２の光を直線偏光として出射する光源である。この固体光源１１ａ及び１１ｂは、固体光源１１ａの出射光の偏光面と固体光源１１ｂの出射光の偏光面とが平行になるように、配置されている。また、波長λ１と波長λ２とは異なる値であり、例えば物体１６が吸収し易い（吸収率が大きい）波長を「λ１」に、波長λ１よりも物体１６が吸収し難い（吸収率が小さい）波長を「λ２」に、それぞれ設定される。固体光源１１ａ及び１１ｂとしては、発光ダイオード、半導体レーザ、スーパールミネッセントダイオード等を用いることが可能である。発光ダイオードやスーパールミネッセントダイオードを用いる場合には、発光波長幅が広いのでフィルタを用いて波長を狭帯域化しても構わない。
なお、本実施形態では固体光源の数を２個として説明するが、これに限られない。本実施形態における分光装置１０では、少なくとも２個の固体光源を用いればよく、３個以上の固体光源を用いてもよい。その場合は、後述する波長選択性光分岐素子１４やレンズ１３ａ及び１３ｂを同様に追加すればよい。
【００３２】
光源制御部１２は、受光部１７において波長λ１の光と波長λ２の光とを弁別して受光できるように、固体光源１１ａ及び１１ｂを駆動（制御）する。例えば、光源制御部１２は、固体光源１１ａ及び１１ｂを、同じ周波数で変調しかつ位相をずらして交互に駆動させてもよいし（図２の（ａ））、固体光源１１ａ及び１１ｂを、異なる周波数で変調しかつ同じ位相で駆動させてもよい（図２の（ｂ））。図２の（ｂ）のように変調周波数を異ならせることで、図２の（ａ）のように同一の変調周波数で位相をずらすよりも、ロックインアンプの分離度を高くでき、波長弁別が容易になる。なお、光源制御部１２は、固体光源１１ａ及び１１ｂを異なる周波数で変調しかつ位相をずらして交互に駆動させてもよいし、位相をずらす場合には変調を必ず行わなくても構わない。要するに、受光部１７において波長λ１の光と波長λ２の光とを弁別して受光できるのであれば、固体光源１１ａ及び１１ｂの詳細な駆動方法は特に限定されない。
【００３３】
レンズ１３ａは、固体光源１１ａから出射された波長λ１の光を入力し、略平行光にして波長選択性光分岐素子１４の一方面へ出力する。レンズ１３ｂは、固体光源１１ｂから出射された波長λ２の光を入力し、略平行光にして波長選択性光分岐素子１４の他方面へ出力する。
【００３４】
波長選択性光分岐素子１４は、波長λ１の光を透過し、波長λ２の光を反射する機能を持つ。よって、波長選択性光分岐素子１４は、レンズ１３ａから一方面に入力される波長λ１の略平行光を、透過して他方面から出力する。また、波長選択性光分岐素子１４は、レンズ１３ｂから他方面に入力される波長λ２の略平行光を、反射して角度を変えて他方面から出力する。波長選択性光分岐素子１４には、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズム等を用いることができる。
【００３５】
上述した固体光源１１ａ及び１１ｂ、レンズ１３ａ及び１３ｂ、及び波長選択性光分岐素子１４は、波長選択性光分岐素子１４を透過した波長λ１の光の光路と、波長選択性光分岐素子１４で反射した波長λ２の光の光路とが、略一致するようにそれぞれ配置されている。この光路が略一致した波長λ１の光及び波長λ２の光が分光装置１０の出力光となり、ターゲットに照射されることとなる。
【００３６】
前光モニタ１５は、波長選択性光分岐素子１４で僅かに反射する波長λ１の光及び僅かに透過する波長λ２の光の強度をモニタして、モニタの結果を光源制御部１２にフィードバックする。このフィードバックされた光強度は、光源制御部１２において固体光源１１ａ及び１１ｂの出力をそれぞれ一定に制御するために用いられる。
【００３７】
受光部１７は、波長選択性光分岐素子１４から出力される光路が略一致した波長λ１の光及び波長λ２の光（分光装置１０の出力光）がターゲットに照射されることによって得られる、ターゲットからの散乱光を受光する。そして、受光部１７は、この受光した光を計測部１８に出力する。
【００３８】
計測部１８は、受光部１７が受光した光、及び光源制御部１２から固体光源１１ａ及び１１ｂを駆動したタイミングを示す駆動信号を、逐次入力する。そして、計測部１８は、波長λ１の光がターゲットに照射され、その散乱光が受光部１７で受光された光の強度、及び波長λ２の光がターゲットに照射され、その散乱光が受光部１７で受光された光の強度をそれぞれ求め、これらの光強度に基づいてターゲットに物体１６が存在しているか否かの判断に役立つ情報を生成する。
【００３９】
次に、図３を用いて本第１の実施形態における分光装置１０が行う動作（分光処理）を説明する。
図３では、上述した光源制御部１２による駆動方法のうち、図２の（ａ）に例示した固体光源１１ａと固体光源１１ｂとを交互に駆動する方法に基づいて、照射された光がターゲットで反射する光を測定する分光装置１０の動作を説明する。
【００４０】
まず、光源制御部１２によって固体光源１１ａから波長λ１の光が出射され、ターゲットに照射される（ステップＳ３０１）。これに応じて、受光部１７には、波長λ１の光が照射されたターゲットからの反射光が検出される（ステップＳ３０２）。計測部１８は、検出された反射光の強度を第１反射光量として記憶する（ステップＳ３０３）。固体光源１１ａからの波長λ１の光は、所定の期間だけ出射される。
【００４１】
続いて、光源制御部１２によって固体光源１１ｂから波長λ２の光が出射され、ターゲットに照射される（ステップＳ３０４）。これに応じて、受光部１７には、波長λ２の光が照射されたターゲットからの反射光が検出される（ステップＳ３０５）。計測部１８は、検出された反射光の強度を第２反射光量として記憶する（ステップＳ３０６）。固体光源１１ｂからの波長λ２の光は、所定の期間だけ出射される。
【００４２】
続いて、計測部１８は、記憶した第１反射光量及び第２反射光量と、光源制御部１２から取得した固体光源１１ａ及び１１ｂの駆動信号とに基づいて、ターゲットの吸収スペクトルを離散的に算出する（ステップＳ３０７）。ここで、計測部１８は、ターゲットに光を照射した結果得られた反射光量が小さければ、照射した光の波長がそのターゲットが吸収する光の波長に近い値であるとの仮定に基づいて、吸収スペクトルを算出することができる。つまり、波長λ１の光及び波長λ２の光に関して離散的に求められた吸収スペクトルは、検出すべき物体１６がターゲットに存在するか否かの判断に役立つ情報となる。
【００４３】
吸収スペクトルの算出においては、図２に示したように、波長λ１の光及び波長λ２の光のそれぞれについて、複数回ターゲットに照射して複数の光強度を測定し、測定した複数の光強度の合計、平均、分布等から第１反射光量及び第２反射光量を求めてもよいし、１回のターゲット照射によって測定された光強度を第１反射光量及び第２反射光量として求めてもよい。
【００４４】
なお、計測部１８は、物体１６の吸収波長が予め判っていて、波長λ１又は波長λ２の一方に吸収し易い波長が他方に吸収し難い波長が設定されていれば、この離散的に求めた吸収スペクトルから物体１６がターゲットに存在するか否かをさらに判断することも可能である（ステップＳ３０８）。
【００４５】
例えば、受光部１７で検出される反射光の強度（反射光量）Ｄは、ターゲットに照射される光強度をＩと、ターゲットでの散乱反射係数をＳと、ターゲットの吸光度をＡと、ターゲットから受光部１７までの距離をＬとすると、次式［１］で表される。
【数１】
2015008435.tif 000003
よって、波長λ１の光に関する反射光の強度Ｄλ１及び波長λ２の光に関する反射光の強度Ｄλ２をそれぞれ求め、求めた２つの強度の比率（＝Ｄλ１／Ｄλ２）を算出し、その比率が予め定めた閾値を超えるか否かで、物体１６がターゲットに存在するか否かを判断することができる。なお、閾値は、物体１６の光吸収特性や照射光の波長等に基づいて、任意に設定可能である。また、閾値として、物体１６がターゲットに存在しないことがわかっているときの強度比率（＝Ｄλ１／Ｄλ２）を利用することもできる。
【００４６】
具体例として、物体１６が「水」である場合を説明する。
図４は、水の吸収波長を説明する図である。図４のように、水の光吸収ピークは１．９４μｍ、１．４５μｍ、０．９８μｍ、及び０．７４μｍにある。そこで、例えば、固体光源１１ａに波長λ１＝１．４５μｍ近傍の光を用い、固体光源１１ｂに吸収係数が一桁以上小さな波長λ２＝１．２μｍ以下の光を用いる。
【００４７】
上記条件において、ターゲット（例えば、床や壁等の被検面）に水が無い場合、波長λ１の光も波長λ２の光もターゲットではほとんど吸収されず散乱反射するので、第１反射光量と第２反射光量との比率は「１に近い値」となる。一方、ターゲットに水が有る場合、波長λ１の光は水によって大幅に吸収されるが、波長λ２の光は水でもあまり吸収されずに散乱反射するので、波長λ１の光がターゲットに照射される光強度と受光部１７での波長λ１の光の受光感度との積が、波長λ２の光がターゲットに照射される光強度と受光部１７での波長λ２の光の受光感度との積に、等しくなるように各々の照射光強度を設定しておけば、第１反射光量と第２反射光量との比率は「１０以上の値」となる。このように、第１反射光量と第２反射光量との比率から水の有無が判断できる。
【００４８】
なお、上記実施例では、ターゲットで反射する散乱光に基づいて物体１６がターゲットに存在するか否かを判断する場合を説明した。しかし、波長による光の吸収の違いからターゲットを透過する光にも差が生じるので、ターゲットを透過する散乱光に基づいて物体１６がターゲットに存在するか否かを判断することも可能である。この場合、図３に示すフローチャートの「反射」を「透過」に置き換えて処理することで実現できる。
【００４９】
以上のように、本第１の実施形態における分光装置１０によれば、２つの固体光源１１ａ及び１１ｂから波長の異なる光をターゲットに照射し、ターゲットからの散乱光を波長毎に受光する。これにより、ターゲットの吸収スペクトルを離散的に得ることができる。吸収スペクトルの算出は、回折格子等の高価格な装置を用いることなく、固体光源だけで安価に実現でき、また波長を掃引する必要がないので計測時間も短縮することができる。
【００５０】
また、分光装置１０によれば、物体１６が吸収し易い（吸収量が多い）波長の光に加え、吸収波長以外の吸収し難い（吸収量が少ない）波長の光を用いているので、ターゲット表面の形状、面粗さ、汚れによる光量変化分（ばらつき）を、吸収し難い（吸収量の少ない）波長による検出結果で補正することができる。よって、複数の波長を用いる本手法によれば、物体１６が吸収し易い波長のみを用いる場合に比べ、より精度の高い物体１６の存在有無の検出が可能となる。
【００５１】
また、分光装置１０によれば、固体光源１１ａ及び１１ｂを交互に駆動する制御を行うことで、単一の受光部１７を用いて吸収スペクトルを得ることが可能となり、装置を小型化することができる。なお、固体光源１１ａ及び１１ｂを変調せずに同時に照射する場合には、波長λ１の光を通過させるフィルタを設けた受光部及び波長λ２の光を通過させるフィルタを設けた受光部の２つを、構成に含めればよい。
【００５２】
また、分光装置１０によれば、固体光源１１ａ及び１１ｂを用いることで、ランプ光源等とは異なり高速変調が可能となる。固体光源１１ａ及び１１ｂを変調駆動する場合、駆動に使用した変調信号を参照信号として計測部１８に入力することにより、周知のロックインアンプの手法によってターゲットからの微弱な散乱光を増幅して計測し、信号対ノイズ比を高くすることが可能となる。これにより、外乱光が有る環境下であっても安定した計測が実現できる。なお、ロックインアンプのための参照信号は、前光モニタ１５から取得して計測部１８に入力することも可能である。
【００５３】
また、分光装置１０によれば、波長選択性光分岐素子１４によって固体光源１１ａ及び１１ｂから出射された複数の光の光路を略一致（同軸化）させることができるので、ターゲットにおける同じ位置に異なる波長の光を照射することができる。特に、固体光源をスケーラブルに増やしながら、複数の固体光源から出射された複数の光を略一致させることができるので、波長のスケーラビリティが確保できる。
【００５４】
さらに、分光装置１０では、複数の固体光源１１ａ及び１１ｂは分離された別々の光源として説明した。しかし、複数の固体光源１１ａ及び１１ｂは、１つの半導体チップ上に実装して（複数のエミッタを設けること等で）構成することも可能であるし、外部からの制御によって波長を変化できる波長可変半導体レーザで構成しても構わない。
【００５５】
なお、上記分光装置１０の構成において、固体光源１１ａからの出射光の強度と固体光源１１ｂからの出射光の強度とを一定に制御する必要がなければ、上述した分光装置１０の構成のうち前光モニタ１５を省略しても構わない。また、固体光源１１ａ及び１１ｂからの出射光がすでに略平行光であれば、上述した分光装置１０の構成のうちレンズ１３ａ及び１３ｂを省略しても構わない。また、固体光源１１ａ及び１１ｂからの出射光がすでに同一光路にあれば、波長選択性光分岐素子１４を省略しても構わない。さらに、固体光源１１ａ及び１１ｂが、受光部１７において波長λ１の光と波長λ２の光とを弁別して受光できるようにそれぞれ照射できるのであれば、光源制御部１２も省略可能である。この意味で、固体光源１１ａ及び１１ｂがクレームされた「光照射部」の最小構成と言える。
【００５６】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態における分光装置２０の構成図である。本分光装置２０は、固体光源１１ａ及び１１ｂと、光源制御部１２と、レンズ１３ａ及び１３ｂと、波長選択性光分岐素子１４と、前光モニタ１５と、受光部１７と、計測部１８と、偏光ビームスプリッタ２１とを備える。
本分光装置２０は、上記分光装置１０と比べて、偏光ビームスプリッタ２１の構成が異なる。以下、この異なる構成を説明し、他の同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。
【００５７】
偏光ビームスプリッタ２１は、クレームされた「光照射部」の一構成であり、波長選択性光分岐素子１４の出力先に設けられる。この偏光ビームスプリッタ２１は、波長選択性光分岐素子１４を介して固体光源１１ａ及び１１ｂから入力する光を透過して、Ｐ偏光成分の光としてターゲットへ出力し、また、ターゲットから入力する散乱光のＳ偏光成分を反射して受光部１７へ出力するように、配置されている。
【００５８】
ここで、ターゲットに照射される光のうち、ターゲットの内部に入って吸収及び散乱反射される光は、Ｐ偏光成分もＳ偏光成分も含むランダムな光になる。一方で、ターゲットの表面で反射される光は、Ｐ偏光成分の光のまま反射される。
よって、ターゲットから散乱光として再び偏光ビームスプリッタ２１に入力される光のうち、ターゲットの内部に入って吸収及び散乱反射されて生成されたＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ２１で反射されて受光部１７で受光される。一方、ターゲットの表面で反射されたＰ偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ２１で反射せず透過するため、受光部１７で受光されない。
【００５９】
以上のように、本第２の実施形態における分光装置２０によれば、ターゲットからの散乱光のうち、偏光ビームスプリッタ２１で反射されるＳ偏光成分の光だけを受光部１７で受光する。これにより、ターゲットで吸収されずに表面で反射する成分の光を除去できるので、信号対ノイズ比の高い計測が実現できる。
【００６０】
また、分光装置２０は、ターゲットを透過する光ではなく、ターゲットから反射する光（散乱反射光）を偏光ビームスプリッタ２１に入力する構成とすることで、受光部１７を固体光源１１ａ及び１１ｂと同じ側に配置することができるので、装置を小型化することが可能となる。
【００６１】
（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態における分光装置３０の構成図である。本分光装置３０は、固体光源１１ａ及び１１ｂと、光源制御部１２と、レンズ１３ａ及び１３ｂと、波長選択性光分岐素子１４と、前光モニタ１５と、受光部１７と、計測部１８と、穴あきレンズ３１と、ハーフミラー３２とを備える。
本分光装置３０は、上記分光装置１０と比べて、穴あきレンズ３１及びハーフミラー３２の構成が異なる。以下、この異なる構成を説明し、他の同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。
【００６２】
ハーフミラー３２及び穴あきレンズ３１は、クレームされた「光照射部」の一構成であり、波長選択性光分岐素子１４の出力先にその順序で設けられる。ハーフミラー３２は、波長選択性光分岐素子１４を介して固体光源１１ａ及び１１ｂから入力する光を透過して穴あきレンズ３１へ出力し、穴あきレンズ３１から入力する光を受光部１７へ出力するように、配置されている。穴あきレンズ３１は、穴が開けられた集光レンズであり、ハーフミラー３２を透過する光は穴を通過させて、ターゲットへ出力し、ターゲットから入力する散乱光をレンズで集光してハーフミラー３２へ戻すように、配置されている。
【００６３】
固体光源１１ａ及び１１ｂから出射された光は、波長選択性光分岐素子１４及びハーフミラー３２を介して、穴あきレンズ３１の穴の部分を通過し、ターゲットに照射される。ターゲットから反射される散乱光は、穴あきレンズ３１によって広範囲で集光された後、ハーフミラー３２によって一部が受光部１７に出力される。
【００６４】
以上のように、本第３の実施形態における分光装置３０によれば、穴あきレンズ３１を用いることによってターゲットからの散乱光を広範囲で受光することができ受光量が多くなるので、ターゲットの離散的吸収スペクトルの算出や物体１６の存在有無の検出を、精度よく行うことが可能となる。
なお、ハーフミラー３２の代わりに、第２の実施形態で説明した偏光ビームスプリッタ２１を用いることも可能である。
【００６５】
（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態における分光装置４０の構成図である。本分光装置４０は、固体光源１１ａ及び１１ｂと、光源制御部１２と、レンズ１３ａ及び１３ｂと、波長選択性光分岐素子１４と、前光モニタ１５と、受光部１７と、計測部１８と、放物面鏡４１とを備える。
本分光装置４０は、上記分光装置１０と比べて、放物面鏡４１の構成が異なる。以下、この異なる構成を説明し、他の同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。
【００６６】
放物面鏡４１は、クレームされた「光照射部」の一構成であり、放物線を軸のまわりに回転して形成される回転放物面を反射面とした凹面鏡である。この放物面鏡４１は、ターゲットから反射される散乱光を広範囲で集光し、受光部１７で光の焦点が結ばれるように、配置されている。図７に例示した放物面鏡４１は、オフアクシス放物面鏡である。
【００６７】
以上のように、本第４の実施形態における分光装置４０によれば、放物面鏡４１を用いることでターゲットからの散乱光を広範囲で受光することができ受光量が多くなるので、ターゲットの離散的吸収スペクトルの算出や物体１６の存在有無の検出を、精度よく行うことが可能となる。また、放物面鏡４１は反射型の光学素子なので、レンズを使う場合に比べて、固体光源の波長差による色収差の影響を考慮しなくても良くなる。
【００６８】
（第５の実施形態）
上述した第１〜第４の実施形態では、ターゲットについてワンポイントで離散的吸収スペクトルの算出や物体１６の存在有無の検出を行う分光装置を説明した。
この第５の実施形態以降では、ターゲットにおける離散的吸収スペクトルの算出や物体１６の存在有無の検出を、広い領域で二次元的に行う分光装置を説明する。
【００６９】
図８は、第５の実施形態における分光装置５０の構成図である。本分光装置５０は、固体光源１１ａ及び１１ｂと、光源制御部１２と、レンズ１３ａ及び１３ｂと、波長選択性光分岐素子１４と、前光モニタ１５と、受光部１７と、計測部１８と、走査部５１と、走査駆動部５２と、出力部５３とを備える。
本分光装置５０は、上記分光装置１０と比べて、走査部５１、走査駆動部５２、及び出力部５３の構成が異なる。これらの異なる構成は、クレームされた「光照射部」の一部となる。以下、この異なる構成を説明し、他の同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。
【００７０】
走査部５１は、固体光源１１ａ及び１１ｂから出射された光を入力し、反射する光を二次元方向に走査させてターゲットに照射するための光学部品である。この走査部５１は、波長λ１の光及び波長λ２の光の光路上に配置される。この走査部５１としては、周知のガルバノミラー、ポリゴンミラー、電磁力駆動や静電力駆動のＭＥＭＳミラー、又は音響光学偏向素子等を用いることができる。
【００７１】
走査駆動部５２は、ターゲットに照射される光が二次元方向に走査されるように走査部５１の走査角度を制御すると共に、この走査角度を計測部１８に出力する。走査駆動部５２から走査角度を取得した計測部１８は、走査部５１の走査角度（走査点）と、受光部１７で検出された反射光の強度（反射光量）とを、所望の解像度やサンプリングレート等に基づいて二次元的に対応付けて記憶する。計測部１８が記憶した二次元情報は、出力部５３に出力される。走査部５１及び走査駆動部５２は、クレームされた「走査処理部」を構成する。
【００７２】
出力部５３は、計測部１８から与えられる二次元情報を画像や音声等で提示するインタフェース（例えば、ディスプレイ、プリンタ、スピーカ等）である。なお、計測部１８から与えられる二次元情報を分光装置５０の使用者等に視覚的や聴覚的に提示する必要がなければ、出力部５３を省いても構わない。
【００７３】
以下、図９を用いて、第５の実施形態における分光装置５０の動作（分光処理）を説明する。
図９は、走査部５１、走査駆動部５２、及び出力部５３を備えた分光装置５０の動作フローチャートを示す図である。なお、図９も上記図３と同様に、固体光源１１ａと固体光源１１ｂとを交互に駆動する方法に基づいて、照射された光がターゲットで反射する光を測定する分光装置５０の動作を説明する。
【００７４】
まず、光源制御部１２によって固体光源１１ａから波長λ１の光が出射され、レンズ１３ａ及び波長選択性光分岐素子１４を介して走査部５１に入力され、走査部５１からターゲットに光が照射される。ここで、走査駆動部５２は、走査部５１の走査角度を制御してターゲットの１走査点に波長λ１の光を照射させる（ステップＳ９０１）。これに応じて、受光部１７には、波長λ１の光が照射されたターゲットの１走査点からの反射光が検出される（ステップＳ９０２）。計測部１８は、受光部１７で検出された反射光の強度（第１反射光量）を、走査部５１の走査角度と対応付けて記憶する（ステップＳ９０３）。このステップＳ９０１〜Ｓ９０３の処理は、ターゲット全体（全走査点）の走査が完了するまで繰り返し行われる（ステップＳ９０４）。
【００７５】
波長λ１の光による走査が完了すると、次に光源制御部１２によって固体光源１１ｂから波長λ２の光が出射され、レンズ１３ｂ及び波長選択性光分岐素子１４を介して走査部５１に入力され、走査部５１からターゲットに光が照射される。走査駆動部５２は、上記と同様に、走査部５１の走査角度を制御して、ターゲットの１走査点に波長λ２の光を照射させる（ステップＳ９０５）。これに応じて、受光部１７には、波長λ２の光が照射されたターゲットの１走査点からの反射光が検出される（ステップＳ９０６）。計測部１８は、受光部１７で検出された反射光の強度（第２反射光量）を、走査部５１の走査角度と対応付けて記憶する（ステップＳ９０７）。このステップＳ９０５〜Ｓ９０７の処理は、ターゲット全体（全走査点）の走査が完了するまで繰り返し行われる（ステップＳ９０８）。なお、波長λ１及びλ２の光の走査手順に関しては、ここでは特に限定しない。
【００７６】
波長λ２の光による走査が完了すると、第１反射光量と第２反射光量との比率が走査角度毎に計算される（ステップＳ９０９）。そして、走査角度毎に計算された比率は、例えば、比率の大小に応じて表示態様を変えた二次元的画像データ等に加工された後、出力部５３に与えられて画面表示される（ステップＳ９１０）。
【００７７】
以上のように、本第５の実施形態における分光装置５０によれば、２つの固体光源１１ａ及び１１ｂから波長の異なる光を、走査部５１を用いてターゲット上で走査して照射し、ターゲットからの散乱光を受光部１７で波長毎に受光する。よって、計測部１８で受光した光量を比較することによって、ターゲットの空間分布を画像化できることとなる。すなわち、ターゲット上における物体１６の存在位置を検出することができる。
【００７８】
なお、走査部５１の走査間隔は、任意に設定可能である。例えば、まず広い走査間隔又は長い時間間隔でターゲット全体を粗く走査し、次に狭い走査間隔又は短い時間間隔で物体１６の存在が判明した領域を詳細に（密に）走査してもよい。また、例えば、まず広い走査間隔又は長い時間間隔でターゲット全体の走査を始め、物体１６の存在が判明した時点から狭い走査間隔又は短い時間間隔での走査に切り替えてもよい。これにより、ターゲット全体における物体１６の存在位置の検出を効率的に行うことができる。このように、物体１６の有無によって走査の空間的や時間的な粗密を単独又は組み合わせて切り替えることにより、物体１６が無い場合には走査サイクルの高速化や光源の電力削減が行え、物体１６が有る場合には物体１６の詳細な計測を行える、といった適応的な計測が可能となる。
【００７９】
なお、走査部５１は、二次元走査を行うことが好ましいが、一次元走査を行うだけでも構わない。走査部５１が一次元走査しか行わない場合には、ターゲット又は分光装置５０を一次元走査方向と直交する方向に移動させれば、結果として二次元分布を取得することが可能である。
【００８０】
また、光を二次元的にターゲットに照射させる走査部５１及び走査駆動部５２の構成を備えない上記第１〜第４の実施形態の分光装置１０〜４０では、波長選択性光分岐素子１４を透過した波長λ１の光の光路と、波長選択性光分岐素子１４で反射した波長λ２の光の光路とが、略一致するように、固体光源１１ａ及び１１ｂ、レンズ１３ａ及び１３ｂ、及び波長選択性光分岐素子１４がそれぞれ配置されている必要があった。
しかしながら、２つの光路の位置ズレ（量や方向）が前もってわかるのであれば、走査制御或いは取得したデータを位置ズレの時間（タイミング）だけずらして演算することによってこの位置ズレを補正することで、２つの光路をターゲット上で略一致させることができる。よって、以降の実施形態における走査部５１及び走査駆動部５２の構成を備える分光装置では、走査制御もしくは演算によって位置ズレを吸収できる範囲内で２つの光路がズレていても構わない。
【００８１】
また、図９に示した動作フローチャートの処理では、まず波長λ１の光による走査をまとめて行い、次に波長λ２の光による走査をまとめて行った後、ターゲット全体の画像表示を行う例を説明した。しかし、この方法以外にも、図１０に示すように、ターゲットの１走査点単位で、波長λ１の光による照射、測定、記憶（ステップＳ９０１、Ｓ９０２、Ｓ１００３）と、波長λ２の光による照射、測定、記憶（ステップＳ９０５、Ｓ９０６、Ｓ１００７）とを続けて行い、１走査点単位で光量の比率が得られる毎に（ステップＳ１００９）、ターゲットの部分的な画像表示を行ってもよい（ステップＳ１０１０）。処理単位は複数の走査点（１本の走査線）であってもよい。
このように処理単位を小さくすることで、画像表示（比率算出）のために一時的に保持しておく画像データの量が、１つ又は複数の走査点分だけでよいので、メモリ容量が少なくて済むという効果が得られる。
【００８２】
また、図９の動作フローチャートに示す処理では、波長λ１と波長λ２とを物体１６に対して光吸収量が多い波長と少ない波長にしておくことによって、第１反射光量と第２反射光量との比率から物体１６の有無を画像化することが可能となる。しかしながら、波長λ１及び波長λ２の光に関して物体１６に近い特性を有した他の物質を誤検出する可能性がある。また、分光処理を行う範囲から除外すべき領域（処理対象外領域）も存在する。そこで、図１１に示した動作フローチャートのように処理することも考えられる。
【００８３】
図１１に示した動作フローチャートの処理では、第１反射光量と第２反射光量との比率が算出されると（ステップＳ６０９）、この算出された比率が予め与えられた閾値Ｘとが比較される（ステップＳ１１０１）。比較の結果、閾値Ｘ以上である比率はそのまま出力部５３において画像表示され、閾値Ｘ未満の比率は所定値Ｙに置換されて出力部５３において画像表示される（ステップＳ１１０２）。比率が所定値Ｙに置換されたターゲット内の領域は、計測部１８や出力部５３等に記憶しておいてもよい。
【００８４】
ここで、閾値Ｘを、物体１６による比率と物体１６に近い特性を有した他の物質による比率との間に設定したり、物体１６による比率と処理対象外領域における比率との間に設定したりすれば、誤検出された他の物質や処理対象外領域を所定値Ｙに基づいた表示形態で画像表示することができる。閾値Ｘは、分光処理の実行前に予め設定されてもよいし、分光処理の実行後に表示された初期画像を確認しながら設定されてもよい。処理対象外領域における比率は、物体１６が存在しないターゲットを事前に分光処理して取得すればよい。また、所定値Ｙは、物体１６に対する第１反射光量と第２反射光量との比率が取り得る範囲以外の値であればよい。例えば、出力部５３において表示できる最大値あるいは最小値を、所定値Ｙに選ぶことができる。
【００８５】
このようにすれば、物体１６に近い特性を有した他の物質や処理対象外領域を、常に所定値Ｙで画像表示することができるので、他の物質の誤表示や処理対象外領域での誤表示が少なくなる。
なお、第１反射光量と第２反射光量との比率を閾値Ｘと比較する手法以外にも、物体１６が吸収し易い波長λ１に関する第１反射光量を閾値Ｘと比較する手法も考えられる。この場合、閾値Ｘを、物体１６による第１反射光量と物体１６に近い特性を有した他の物質による第１反射光量との間に設定したり、物体１６による第１反射光量と処理対象外領域における第１反射光量との間に設定したりすればよい。
また、図１１に示した比率が閾値Ｘと比較される手順（ステップＳ１１０１）及び閾値Ｘ未満の比率だけが所定値Ｙに置換される手順（ステップＳ１１０２）は、図１０に示した動作フローチャートの処理にも同様に適用可能である。
【００８６】
（第６の実施形態）
図１２は、第６の実施形態における分光装置６０の構成図である。本分光装置６０は、固体光源１１ａ及び１１ｂと、光源制御部１２と、レンズ１３ａ及び１３ｂと、波長選択性光分岐素子１４と、前光モニタ１５と、受光部１７と、計測部１８と、走査部５１と、走査駆動部５２と、出力部５３と、ハーフミラー６１とを備える。
本分光装置６０は、上記分光装置５０と比べて、ハーフミラー６１の構成を備え、受光部１７を固体光源１１ａ及び１１ｂと同じ側に配置したことが異なる。以下、この異なる構成を説明し、他の同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。
【００８７】
ハーフミラー６１は、波長選択性光分岐素子１４を介して固体光源１１ａ及び１１ｂから入力する光を透過して走査部５１へ出力し、走査部５１から入力する光を受光部１７へ出力するように、配置されている。固体光源１１ａ及び１１ｂから出射された光は、波長選択性光分岐素子１４及びハーフミラー６１を介して走査部５１に入力され、走査されながらターゲットに照射される。ターゲットから走査部５１に戻ってくる散乱光は、走査部５１及びハーフミラー６１でそれぞれ反射して受光部１７で検出される。
【００８８】
以上のように、本第６の実施形態における分光装置６０によれば、受光部１７の視野が走査部５１で光が走査されている方向に追従することとなるので、走査角の影響による受光量変化を少なくすることが可能となる。
また、受光部１７を固体光源１１ａ及び１１ｂと同じ側に配置することができるので、分光装置６０を小型化することが可能となる。
【００８９】
なお、受光部１７を固体光源１１ａ及び１１ｂと同じ側に配置する構成として、ハーフミラー６１を用いる以外にも、上記第２、第３、第４の実施形態で説明した偏光ビームスプリッタ、ハーフミラー＆穴あきレンズ、放物面鏡を用いてもよい。穴あきレンズや放物面鏡を用いれば、走査部５１で反射するターゲットからの散乱光を広範囲で受光することができ受光量が大きくなるという効果も得られる。
【００９０】
（第７の実施形態）
図１３は、第７の実施形態における分光装置７０の構成図である。本分光装置７０は、固体光源１１ａ及び１１ｂと、光源制御部１２と、レンズ１３ａ及び１３ｂと、波長選択性光分岐素子１４と、前光モニタ１５と、受光部１７と、計測部１８と、走査部５１と、走査駆動部５２と、出力部５３と、カメラ７１とを備える。
本分光装置７０は、上記分光装置６０と比べて、カメラ７１の構成が異なる。以下、この異なる構成を説明し、他の同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。
【００９１】
カメラ７１は、波長０．３μｍから波長１．０μｍの帯域で感度を有する撮像素子であり、ターゲットの全体又は一部を撮影できるように配置されている。このカメラ７１に用いられる撮像素子としては、シリコンを用いたＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いることができる。
【００９２】
物体１６が「水」である場合には、固体光源１１ａから出射する光の波長λ１としては、水の吸収ピークである１．４５μｍ近傍の波長、好ましくは１．２μｍ以上の波長を用いる。一方、固体光源１１ｂから出射する光の波長λ２としては、カメラ７１に感度の有る０．３μｍ〜１．０μｍの波長を用いる。これにより、波長λ１及びλ２の光を用いて水の存在位置を検出でき、さらに波長λ２の光を用いてターゲットの実画像を撮影できる。例えば、波長１．３μｍ又は１．５５μｍの半導体レーザを固体光源１１ａとして用い、波長０．７８μｍの半導体レーザを固体光源１１ｂとして用いれば、水に対する波長λ１の光と波長λ２の光との吸収係数の比を約２倍以上にできる。
【００９３】
以上のように、本第７の実施形態における分光装置７０によれば、カメラ７１で撮像したターゲット面の可視光画像に物体１６（例えば水）の分布画像を重畳して出力部５３で表示することが可能となる。その結果、観察者に対してターゲットのどこに物体１６が有るのかを判りやすく表示できることとなる。
【００９４】
また、波長λ２としてカメラ７１に感度の有る波長を用いることによって、カメラ７１で撮像したターゲット面の可視光画像に物体１６の分布画像を重畳するときの位置合わせが容易になるという効果も得られる。さらに、人の目に感度のない光である不可視光の波長（例えば０．７μｍ以上）を波長λ２として選択することで、ターゲットに人がいる場合であっても、人の注意をひいたり人を驚かせたりといった影響を与えることなく、物体１６の分布を知ることが可能となる。
【００９５】
なお、物体１６を「水」とした場合には、本第７の実施形態の分光装置７０を様々な場面で利用でき、また応用できると考えられる。例えば、ターゲットとして人が歩く床面を想定し、床面にこぼれた水を検知する場面が考えられる。このような場面では、水がこぼれた床面の場所を特定し、検出された水の画像を床面の画像に重畳させて出力部５３に表示することで、出力部５３の観察者に水の有無及び位置を知らせる。これにより、観察者によって、水がこぼれた場所で人がスリップしないための対策を図ること等ができるようになる。また例えば、水を検知した場合に警報を出して観察者に知らせたり、あるいは掃除用ロボットに水の漏出位置を連絡して自動的に床掃除をさせたり、すること等も可能である。その場合、掃除位置の連絡は、分光装置７０の監視領域（ターゲット）の全体であっても水の漏出位置を含んだ一部であってもよい。
以下、分光装置７０の応用例をさらに幾つか説明する。
【００９６】
［応用例１］
図１４は、分光装置７０の応用例１を説明する図である。図１４の応用例１では、分光装置７０がディスプレイ１４１の上部に設けられている。ディスプレイ１４１は、分光装置７０が取得した情報を画像で表示できる機能を備えた表示装置である。
【００９７】
分光装置７０は、図１４の（ａ）に示すように、ディスプレイ１４１の前に立つ利用者１４２の顔を二次元的に走査し、皮膚表面の水分が有る箇所を検出すると共に、利用者１４２の顔をカメラ７１で撮影する。図１４の（ｂ）は、利用者１４２の顔を走査線１４３で二次元的に走査する状態を模式的に示した図である。そして、分光装置７０は、検出された水分が有る箇所を撮影した顔画像に重畳してディスプレイ１４１に表示する。なお、ディスプレイ１４１には、単純に水分の有る箇所と無い箇所とだけを表示してもよいし、水分量に違いによって現れる波長λ１の散乱光と波長λ２の散乱光との比率差を濃淡画像として示すことによって水分の多い箇所や少ない箇所も表示してもよい。
【００９８】
応用例１の構成によれば、利用者１４２の顔の水分量分布が判るので、化粧品の効果の確認や健康状態の確認等に用いることができる。なお、利用者１４２の顔だけでなく、体の各部位の水分量分布を計測対象とすることも可能である。
【００９９】
なお、分光装置７０とディスプレイ１４１とは分離してもよく、例えば、分光装置７０をドアの近くや浴室等に設置し、ディスプレイ１４１をリビングに設置することもできる。また、分光装置７０で計測した水分分布を記憶装置（図示せず）で蓄積しておけば、ディスプレイ１４１に経時変化を表示することもできる。その場合には、二次元画像を時系列に並べて表示することも可能であるし、皮膚のどこか一点だけ、例えば額の真ん中だけの水分量の経時変化をグラフ表示すること等も可能である。このように、ディスプレイ１４１と分光装置７０とを分離することで、計測場所の制約を少なくすることができ、また皮膚状態の経時変化を容易に知ることができるようになる。
【０１００】
［応用例２］
図１５は、分光装置７０の応用例２を説明する図である。図１５の応用例２では、分光装置７０が壁面１５７の上部に設けられている。床面１５５に置かれた陳列棚１５４には、非液体容器１５２と液体容器１５３とが並べられている。物体１６は、床面１５５に存在する液体、例えばこぼれた水である。
【０１０１】
分光装置７０は、陳列棚１５４を含んだ壁面１５７や床面１５５で形成された空間を二次元的に走査し（走査線１５１を模式的に示す）、水等の物体１６が存在する箇所を検出すると共に、空間をカメラ７１で撮影する。ここで、分光装置７０の出力部５３には、マスク機能が付いており、観察者等の操作によって表示する画像の一部の色を変えたり、枠で囲んだり、輝度を下げたり、表示しない等の、マスク処理ができるようになっている。
【０１０２】
応用例２の構成によれば、液体容器１５３が陳列されている領域をマスク処理によって分光処理を行う範囲から除外すべき領域（処理対象外領域）とすることで、液体容器１５３に水が入っていても検出されることなく本来検知したい物体１６、つまりこぼれた水だけに観察者の注意を向けることが容易になる。また、マスク処理されていない処理対象外領域で物体１６が検出されれば自動的に分光装置７０が警報を出すようにすれば、観察者の労力を削減することも可能となる。
【０１０３】
［応用例３］
図１６は、分光装置７０の応用例３を説明する図である。図１６の応用例３では、分光装置７０が道路１６４の周縁に設けられた柱１６１の上部に設けられている。物体１６は、道路１６４の上に存在する物質、例えば降雨や湧出等により発生した水やこぼれた油等である。
【０１０４】
分光装置７０は、道路１６４を二次元的に走査し（走査線１６２を模式的に示す）、水や油等の物体１６が有る箇所を検出すると共に、道路１６４をカメラ７１で撮影する。
【０１０５】
応用例３の構成によれば、柱１６１に備えられた分光装置７０によって、柱１６１の周囲における道路１６４上の水や油等の物体１６を検知できるので、正常な交通を阻害する物体１６の存在を速やかに検知することができる。なお、油を検出するためには、例えば固体光源１１ａが出射する光の波長λ１として３．６μｍ近傍の波長を用いればよい。
【０１０６】
［応用例４］
図１７は、分光装置７０の応用例４を説明する図である。図１７の応用例４では、分光装置７０が車両１７１の前方に取り付けられている。物体１６は、道路１７４の上に存在する物質、例えば湧出した水、こぼれた油、凍結してできた氷等である。
【０１０７】
分光装置７０は、道路１７４を二次元的に走査し（走査線１７２を模式的に示す）、水や油等の物体１６が有る箇所を検出すると共に、道路１７４をカメラ７１で撮影する。なお、車両１７１は通常前方に進行するため、車両１７１の進行に伴って進行方向の走査ができる。よって、分光装置７０は、車両進行方向に対して直交する方向を一次元的に走査するようにしても構わない。
【０１０８】
応用例４の構成によれば、車両１７１に設けられた分光装置７０によって走行する道路１７４上の水、氷、油等の物体１６を常時検知できるので、正常な交通を阻害する物体１６の存在を速やかに検知することができる。また、車両１７１自体に分光装置７０が取り付けられているので、道路１７４以外の様々な場所においても、車両前方に存在する物体１６を速やかに検知することができる。
【０１０９】
水は、温度が下がって氷になると光の吸収ピークが長波長側にシフトする。よって、例えば吸収ピークの１．４５μｍに対して、短波長側の波長１．３μｍの光及び長波長側の波長１．５μｍの光では、氷は水に比べて波長１．３μｍの光の吸収量が減少（散乱光量は増加）し、波長１．５μｍの光の吸収量が増加（散乱光量は減少）する。これにより、波長１．５μｍの光の受光量に対する波長１．３μｍの光の受光量の比率が所定の閾値以下になるか否かによって、物体１６が水なのか氷なのかを判別することが可能となる。また、水における波長１．３μｍ以下の光の吸収量の温度変化は、波長１．５μｍの光の吸収量の温度変化に比べて一桁以上小さい。よって、波長１．５μｍの光の受光量に対する波長１．３μｍ以下（０．９８μｍや０．７８μｍ等）の光の受光量の比率が所定の閾値以下になるか否かによって、物体１６が水なのか氷なのかを判別することも可能である。なお、道路１７４上の水や氷以外の物質による受光量（散乱光量）の変化に対しては、水による吸収の少ない波長光による計測を併用して受光量を補正することも可能である。
【０１１０】
ここで、温度変化に伴った物体１６の光吸収量の変動について考察する。
波長λ１の光の物体１６に対する吸収率の温度変化量が、波長λ２の光の物体１６に対する吸収率の温度変化量の約１０倍以上となるように、波長λ１及びλ２を選択している場合を考える。例えば、物体１６が水の場合には、波長λ１として１．５５μｍを、波長λ２として０．９８μｍを用いることができる。膜厚１ｍｍの水の吸光度は、１４℃から６３℃へ４９度の温度変化をした場合、波長１．５５μｍの波長では０．１５減少するのに対して、波長０．９８μｍの波長では０．０１も変化しない。
【０１１１】
図１８に示すように、光源部１８０から波長λの光を物体１８３に対して照射し、物体１８３から散乱反射した光を受光部１８１で受光するモデルを考える。波長λの光が物体１８３に照射される光強度をＩλと、物体１８３での散乱反射係数をＳと、波長λの光が物体１８３で吸収される吸光度をＡλと、物体１８３から受光部１８１までの距離をＬとすると、受光部１８１で検出される波長１．５５μｍの反射光の強度（反射光量）Ｄ１．５５及び波長０．９８μｍの反射光の強度Ｄ０．９８は、次式［２］及び［３］でそれぞれ表される。
【数２】
2015008435.tif 000004
【数３】
2015008435.tif 000005
従って、受光強度比Ｄ１．５５／Ｄ０．９８は、次式［４］で表される。
【数４】
2015008435.tif 000006
【０１１２】
上記式［４］において、吸光度の温度変化量をそれぞれの波長毎にΔＡ１．５５及びΔＡ０．９８と書くと、温度変化したときの受光強度比は、次式［５］で表される。
【数５】
2015008435.tif 000007
式［５］において、ΔＡ０．９８は前述したようにΔＡ１．５５に比べて十分小さいので無視した。また、定数部をＣとした。式［５］から、ΔＡ１．５５が０．１程度であれば式［５］右辺の第３項以降は無視できるので、受光強度比とΔＡ１．５５すなわち水温がほぼリニアに変化する。従って、受光強度比の変化を知ることによって、物体１８３である水の温度変化を知ることが可能となる。
【０１１３】
この水の例のごとく、波長λ１と波長λ２とで物体１６に対する吸収率の温度変化量が例えば１０倍以上異なっていれば、上述したように受光強度比から物体１６の温度変化が十分に判ることとなる。水の場合には、上述した波長に限らず、波長λ１を１．４μｍ以上、波長λ２を１．３μｍ以下の領域で適宜選択することで、それぞれの吸収率の温度変化量の比を１０倍以上にすることができる。
【０１１４】
なお、波長１．５５μｍの光の受光強度は、水の温度には近似的に線形に影響され、水の量には指数関数的に影響される。一方、波長０．９８μｍの光の受光強度は、水の温度にはあまり影響されないが、水の量には指数関数的に影響されて水の量が増えると減少する。従って、波長０．９８μｍの光の受光強度の変化から水の増減が判断できることとなる。さらに、波長０．９８μｍの光の走査による水の分布データと組み合わせれば、水の増減の分布も判ることとなる。また、波長０．９８μｍの光の受光強度の変化から水の量の変化を推定し、推定した水量変化から波長１．５５μｍの光の受光強度の水量変化に基づく変化量が計算できる。波長０．９８μｍでの吸収係数をα、波長１．５５μｍでの吸収係数をβ、光が通る水の厚み変化をΔｔとすれば、波長０．９８μｍの吸収の変化前後の受光強度はｅｘｐ（−αΔｔ）倍だけ異なるので、受光強度比からΔｔが算出できる。波長１．５５μｍの吸収の水の厚み変化による受光強度変化はｅｘｐ（−βΔｔ）倍になるので、水の厚み変化と温度変化との両方の影響を受けた受光強度変化から、水の厚み変化の影響だけを受けた受光強度変化を除算すれば水の温度変化だけが判ることとなる。従って、温度変化にあまり影響されない波長と、温度変化に影響される波長の２つの受光強度変化から、水の厚み変化すなわち水の量の変化と、水の温度変化とがそれぞれ判ることとなる。
【０１１５】
図１９に、水温と波長１．５５μｍの光の受光強度との関係を確認した実験例を示す。図１９に示すように、波長１．５５μｍの光の受光強度は、水の温度が下がると吸収が大きくなるので受光強度は下がる。しかし、水温が０℃以下になり凍結すると水表面が粗面となって散乱が増えるので、受光強度が上がる。従って、波長１．５５μｍの受光強度が下がった後に急激に上昇することを検知すれば、水が凍結したことを検知できる。波長１．５５μｍの光だけでは水の量の変化の影響と温度の変化の影響とを分離できないが、前述したように波長０．９８μｍの光の受光強度も測定することにより温度の影響だけが判るので、２つの波長を利用することでより誤検出の少ない凍結検知が可能となる。
【０１１６】
［応用例５］
図２０は、分光装置７０の応用例５を説明する図である。図２０の応用例５では、分光装置７０が道路２０４の周縁に設けられた柱２０１の上部に設けられている。ディスプレイ２０３は、分光装置７０が取得した情報を画像やテキスト等で表示できる機能を備えた表示装置である。物体１６は、道路２０４の上に存在する物質、例えば降雨や湧出等により発生した水やこぼれた油である。
【０１１７】
分光装置７０は、道路２０４を二次元的に走査し（走査線２０２を模式的に示す）、水や油等の物体１６が有る箇所を検出すると共に、道路２０４をカメラ７１で撮影する。そして、分光装置７０は、検出した物体１６や撮影した道路２０４に関する情報をディスプレイ２０３に表示させる。また、分光装置７０は、通信手段（図示せず）を介して、周囲の車両や歩行者あるいは道路管理者等に、これらの情報を送出することができるようになっている。
【０１１８】
応用例５の構成によれば、柱２０１に備えられた分光装置７０によって、柱２０１の周囲における道路２０４上の水の分布、温度、凍結を検知し、その情報をディスプレイ２０３によって周囲の車両や歩行者に表示できるので、スリップ事故等の危険を少なくすることができる。また、表示が直接見えない場所にいる歩行者や車両、道路管理者にも、通信手段を介して情報を伝達できるので、より効果的な安全確保が可能となる。
なお、この応用例５の手法は、道路２０４上の水以外にも、室内の床にこぼれた水や、室内の結露、工場内の洗浄工程あるいは乾燥工程での水分布、水温の検知・表示、冷却設備での凍結の検知や表示等、種々の応用に用いることが可能である。
【０１１９】
（第８の実施形態）
図２１は、第８の実施形態における分光装置８０の構成図である。本分光装置８０は、固体光源１１ａと、光源制御部１２と、レンズ１３ａと、波長選択性光分岐素子１４と、前光モニタ１５と、受光部１７と、計測部１８と、走査部５１と、走査駆動部５２と、出力部５３と、ビームサンプラー８１とを備える。
本分光装置８０は、上記分光装置５０と比べて、固体光源１１ｂ及びレンズ１３ｂを省き、ビームサンプラー８１を備えた構成が異なる。以下、この異なる構成を説明し、他の同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。
【０１２０】
ビームサンプラー８１は、固体光源１１ａから出射した光の一部を反射させて前光モニタ１５に入射させる。前光モニタ１５の出力は、光源制御部１２に入力されて、固体光源１１ａの出力が一定値になるようにフィードバックされる。
【０１２１】
本分光装置８０の構成は、これまで説明した分光装置１０〜７０の構成と異なり、固体光源が１つである。このため、分光装置８０の構成は、固体光源１１ａの走査を少なくとも２サイクル以上行う。これにより、ターゲットの時間的な変化を検出し、物体１６の存在有無を検出する。以下、最初の走査サイクルを「第一の走査サイクル」、次（又は以降）の走査サイクルを「第二の走査サイクル」として説明する。
【０１２２】
まず、第一の走査サイクルにて、走査部５１によって走査されターゲットから散乱反射して受光部１７で受光された光の強度は、計測部１８において走査位置毎に受光量として記憶される。具体的には、ターゲットに物体１６が存在しないときに、第一の走査サイクルを実行して、ターゲット面における受光量を初期データとして保持しておく。
次に、第二の走査サイクルでは、走査部５１によって走査されターゲットから散乱反射して受光部１７で受光された光の強度が、計測部１８において第一の走査サイクル時に記憶された同一走査位置の受光量と比較される。比較結果は、例えば受光量の比率が二次元の濃淡として出力部５３に表示される。
【０１２３】
以上のように、本第８の実施形態における分光装置８０によれば、第二の走査サイクルを繰り返すことで物体１６の有無検知とその二次元分布を知ることが可能となる。また、ビームサンプラー８１を採用して固体光源１１ａの出力を一定に保つようにするので、複数回の走査サイクルにてターゲットの時間的な変化を確認することができ、１つの固体光源１１ａによっても物体１６の有無の検出が可能となる。
【０１２４】
なお、第一の走査サイクルは、１時間に一度や１日に一度等定期的に行い、物体１６以外の変化因子による影響を適宜補正することが好ましい。
また、走査位置毎の受光量の記憶先としては、計測部１８以外に、ネットワークに接続された記憶部を利用することも可能である。記憶部と計測部とを分離することで、複数の分光装置をネットワークに接続して１つの記憶部を共有し、システムのメンテナンスを容易にしたりコストを下げたりすることが可能となる。
【０１２５】
（第９の実施形態）
図２２は、第９の実施形態における分光装置９０の構成図である。本分光装置９０は、固体光源１１ａ及び１１ｂと、光源制御部１２と、レンズ１３ａ及び１３ｂと、波長選択性光分岐素子１４と、前光モニタ１５と、受光部１７と、計測部１８と、走査部５１と、走査駆動部５２と、出力部５３と、距離計測部９１とを備える。
本分光装置９０は、上記分光装置５０と比べて、距離計測部９１の構成を備えることが異なる。以下、この異なる構成を説明し、他の同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。
【０１２６】
距離計測部９１は、周知の光飛行時間測定法又はタイムオブフライト法と称される方式によって、分光装置９０とターゲットとの距離を計測する。光飛行時間測定法は、簡単に説明すると、光を発射してから測定対象物で反射して戻ってくるまでの時間を計測して距離を算出する方法である。具体的には、距離計測部９１は、固体光源１１ａ（又は固体光源１１ｂ）から出射した光がターゲットで反射され受光部１７に到達するまでの時間を計測し、分光装置９０とターゲットとの距離を算出する。なお、図２２では判り易いように、距離計測部９１を計測部１８とは分離して記載したが、距離計測部９１が計測部１８に含まれていても構わない。
【０１２７】
以上のように、本第９の実施形態における分光装置９０によれば、距離計測部９１を用いてターゲットの三次元形状を計測できる。これにより、ターゲットの三次元形状から地面に対して水平面や垂直面を抽出できるので、例えば水平面のうち、最も下部にある水平面を床と見なして、床にある水だけを抽出したり、垂直面を壁面と見なして壁面の結露だけを抽出したりすることが可能となる。
なお、三次元形状から水平面や垂直面を抽出するには分光装置９０自体の姿勢を知る必要があるが、これに関しては分光装置９０に水準器を備えてもよいし、分光装置９０の設置時に姿勢データを計測部１８に記憶させてもよい。
【０１２８】
（第１０の実施形態）
図２３は、第１０の実施形態における分光装置１００の構成図である。本分光装置１００は、固体光源１１ａ及び１１ｂと、光源制御部１２と、レンズ１３ａ及び１３ｂと、波長選択性光分岐素子１４と、前光モニタ１５と、受光部１７と、計測部１８と、走査部５１と、走査駆動部５２と、出力部５３と、非接触温度計測部１０１と、波長選択性ミラー１０２とを備える。
本分光装置１００は、上記分光装置５０と比べて、非接触温度計測部１０１及び波長選択性ミラー１０２の構成を備えることが異なる。以下、この異なる構成を説明し、他の同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。
【０１２９】
非接触温度計測部１０１は、ターゲット又は物体１６から放射される赤外線を検知して温度を計測する。非接触温度計測部１０１としては、例えば中赤外線や遠赤外線を利用する放射温度計が使用できる。波長選択性ミラー１０２は、非接触温度計測部１０１が利用する波長の光は反射し、固体光源１１ａ及び１１ｂから出射する波長の光は透過する。また、走査部５１は、固体光源１１ａ及び１１ｂから出射する波長の光だけでなく、非接触温度計測部１０１が利用する波長の光も反射する。また、計測部１８には物体１６の光吸収の温度特性データが記憶されている。ターゲットから走査部５１に戻ってくる散乱光のうち、非接触温度計測部１０１が利用する波長の光（赤外線、中赤外線、遠赤外線）は、走査部５１及び波長選択性ミラー１０２でそれぞれ反射して非接触温度計測部１０１で検知される。これにより、走査箇所の温度を計測することができる。
【０１３０】
以上のように、本第１０の実施形態における分光装置１００によれば、走査箇所の温度Ｔ（Ｋ）が判るので、予め計測部１８に記憶させておいた物体１６の光吸収の温度特性から得られる温度Ｔ（Ｋ）における固体光源１１ａの光の吸収率と固体光源１１ｂの光の吸収率の比率とを用いて、物体１６の有無判断を行えば、温度の影響の少ないより高精度な分光処理が可能となる。つまり、温度に変動分を補正した受光量に基づいて、適切に分光処理が可能となる。本実施形態は、ターゲットが時々刻々変化するような応用例、例えば第７の実施形態における分光装置７０の応用例４のような、車両１７１に取り付けた分光装置７０の精度向上に特に効果的である。あるいはターゲットが静止していても、温度ムラが大きいような場所での分光装置の精度向上に効果的である。
【０１３１】
なお、第１０の実施形態においては、非接触温度計測部１０１が、走査部５１を介してターゲットから戻ってくる光を走査点毎に検知する構成を記載したが、ターゲットから直接戻ってくる光を検知する構成にしても構わない。この場合、エリアセンサ型の放射温度計を使えば、ターゲットの微小領域毎の温度が判る。あるいは、ラインセンサ型やスポット型の放射温度計であっても、ターゲットの平均的な温度を補正値として使えるので分光処理の精度が向上する。
【０１３２】
以上、本発明の１つ又は複数の態様に係る分光装置について、実施形態に基づいて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施形態に施したものや、異なる実施形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【０１３３】
例えば、上記各実施形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ又はプロセッサ等のプログラム実行部が、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明にかかる分光装置は、波長の特定された光源を有し、分光素子を用いない成分分析装置等として有用である。また、水等特定の物質の存在検知や、分布の可視化等の用途にも応用できる。
【符号の説明】
【０１３５】
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００  分光装置
１１ａ、１１ｂ、１８０  固体光源（光源部）
１２  光源制御部
１３ａ、１３ｂ  レンズ
１４  波長選択性光分岐素子
１５  前光モニタ
１６、１８３  物体
１７、１８１  受光部
１８  計測部
２１  偏光ビームスプリッタ
３１  穴あきレンズ
３２、６１  ハーフミラー
４１  放物面鏡
５１  走査部
５２  走査駆動部
５３  出力部
７１  カメラ
８１  ビームサンプラー
９１  距離計測部
１０１  非接触温度計測部
１０２  波長選択性ミラー
１４１、２０３  ディスプレイ
１４２  利用者
１４３、１５１、１６２、１７２、２０２  走査線
１５２、１５３  容器
１５４  陳列棚
１５５  床面
１５７  壁面
１６１、２０１  柱
１６４、１７４、２０４  道路
１７１  車両
３０１  液体漏洩検出装置
３０２  油分封入設備
３０３、３０３ａ  油分
３０４  中間赤外光
【図１】
2015008435.tif 000008
【図２】
2015008435.tif 000009
【図３】
2015008435.tif 000010
【図４】
2015008435.tif 000011
【図５】
2015008435.tif 000012
【図６】
2015008435.tif 000013
【図７】
2015008435.tif 000014
【図８】
2015008435.tif 000015
【図９】
2015008435.tif 000016
【図１０】
2015008435.tif 000017
【図１１】
2015008435.tif 000018
【図１２】
2015008435.tif 000019
【図１３】
2015008435.tif 000020
【図１４】
2015008435.tif 000021
【図１５】
2015008435.tif 000022
【図１６】
2015008435.tif 000023
【図１７】
2015008435.tif 000024
【図１８】
2015008435.tif 000025
【図１９】
2015008435.tif 000026
【図２０】
2015008435.tif 000027
【図２１】
2015008435.tif 000028
【図２２】
2015008435.tif 000029
【図２３】
2015008435.tif 000030
【図２４】
2015008435.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月6日(2014.11.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の物体による所定の吸収率を有する第１波長を持つ光と、当該特定の物体による吸収率が当該第１波長よりも小さい第２波長を持つ光とを用いた分光装置であって、
前記第１波長を持つ光が略平行となった第１波長の平行光と、前記第２波長を持つ光が略平行となった第２波長の平行光とを、ターゲットに照射する光照射部と、
前記第１波長の平行光が前記ターゲットを透過又は反射した第１の散乱光、及び前記第２波長の平行光が前記ターゲットを透過又は反射した第２の散乱光を、それぞれ受光する受光部と、
前記受光部が受光した前記第１の散乱光と前記第２の散乱光との差異に基づいて、前記ターゲットにおける前記特定の物体の検出に利用される情報を生成する計測部とを備え
前記光照射部は、前記第１波長の平行光及び前記第２波長の平行光を、二次元方向に走査して前記ターゲットに照射する走査処理部を含む、分光装置。
【請求項２】
前記光照射部は、
前記第１波長を持つ光を出射する第１の固体光源と、
前記第２波長を持つ光を出射する第２の固体光源と、
前記受光部に前記第１波長の平行光と前記第２波長の平行光とを弁別して受光させるように、前記第１及び第２の固体光源を駆動する光源制御部とを含む、請求項１に記載の分光装置。
【請求項３】
前記光源制御部は、前記第１の固体光源と前記第２の固体光源とを、出射タイミングをずらして駆動する、請求項２に記載の分光装置。
【請求項４】
前記光源制御部は、前記第１の固体光源と前記第２の固体光源とを、異なる周波数で変調して駆動する、請求項２に記載の分光装置。
【請求項５】
前記光照射部は、前記第１波長の平行光及び前記第２波長の平行光を前記ターゲットの同じ位置に照射する、請求項１に記載の分光装置。
【請求項６】
前記計測部は、前記受光部が受光した前記第１の散乱光の強度と前記第２の散乱光の強度との比率に基づいて、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無を判断する、請求項１に記載の分光装置。
【請求項７】
前記計測部は、前記第１の散乱光の強度に対して前記第２の散乱光の強度が大きければ前記ターゲットに前記特定の物体が存在すると判断する、請求項６に記載の分光装置。
【請求項８】
前記特定の物体が存在する場合に前記受光部が受光した前記第１の散乱光の強度と前記第２の散乱光の強度との比率が、１０以上となるように前記第１波長及び前記第２波長が設定される、請求項７に記載の分光装置。
【請求項９】
前記特定の物体による前記第１波長を持つ光の吸収率の温度変化量は、前記特定の物体による前記第２波長を持つ光の吸収率の温度変化量よりも、１０倍以上大きくなるように前記第１波長及び前記第２波長が設定される、請求項１に記載の分光装置。
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
前記走査処理部は、まず前記ターゲットの全体を空間的に粗く走査し、前記特定の物体が存在すると判断すると、次に前記特定の物体が存在する領域を空間的に密に走査する、請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１２】
前記走査処理部は、まず前記ターゲットの全体を時間的に粗く走査し、前記特定の物体が存在すると判断すると、次に前記特定の物体が存在する領域を時間的に密に走査する、請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１３】
前記走査処理部による走査及び前記計測部で生成された情報に基づいて、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無を二次元領域の情報で出力する出力部をさらに備える、請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１４】
前記ターゲットを撮影するカメラをさらに備え、
前記出力部は、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無に関する二次元領域の情報を、前記カメラで撮影された前記ターゲットの二次元画像に重畳させて出力する、請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１５】
前記第２波長は、前記カメラが感度を有する波長範囲の不可視光の波長に設定される、請求項１４に記載の分光装置。
【請求項１６】
前記ターゲットまでの距離を測定する距離計測部をさらに備え、
前記出力部は、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無に関する二次元領域の情報に、前記距離計測部で測定された距離情報を加えて、三次元領域の情報として出力する、請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１７】
前記ターゲットの温度を測定する温度計測部をさらに備え、
前記出力部は、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無に関する二次元領域の情報を、前記温度計測部で測定された温度情報に従って補正して出力する、請求項１０に記載の分光装置。
【請求項１８】
前記特定の物体は水であり、前記第１波長は１．４μｍ以上、かつ、前記第２波長は１．３μｍ以下に設定される、請求項１に記載の分光装置。
【請求項１９】
前記光照射部は、
前記第１波長を持つ光を前記第１波長の平行光にして出力する第１のレンズと、
前記第２波長を持つ光を前記第２波長の平行光にして出力する第２のレンズと、
前記第１波長の平行光の光路と、前記第２波長の平行光の光路とを、略一致させる波長選択性光分岐素子とをさらに含む、請求項２に記載の分光装置。
【請求項２０】
前記第１の固体光源、前記第１のレンズ、前記波長選択性光分岐素子は、前記第１の固体光源から出射された前記第１波長を持つ光の光路である第１光路上に、前記第１の固体光源、前記第１のレンズ、前記波長選択性光分岐素子、の順に配置され、
前記第２の固体光源、前記第２のレンズ、前記波長選択性光分岐素子は、前記第２の固体光源から出射された前記第２波長を持つ光の光路である第２光路上に、前記第２の固体光源、前記第２のレンズ、前記波長選択性光分岐素子、の順に配置され、
前記第１光路と前記第２光路とはそれぞれ略垂直に交わる光路であり、
前記波長選択性光分岐素子は、前記第１波長の平行光を透過し、前記第２波長の平行光を反射することで、前記第１波長の平行光の光路と前記第２波長の平行光の光路とを、略一致させる、請求項１９に記載の分光装置。
【請求項２１】
前記光照射部はさらに、
前記波長選択性光分岐素子にて光路が略一致した、前記第１波長の平行光および前記第２波長の平行光のうちＰ偏光成分の光を前記ターゲットへ出力する、偏光ビームスプリッタを備える、請求項１９または２０に記載の分光装置。
【請求項２２】
前記偏光ビームスプリッタは、前記ターゲットから反射された光のうち、Ｓ偏光成分の光のみを反射することで前記受光部に受光させ、Ｐ偏光成分の光は反射させない、請求項２１に記載の分光装置。
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月12日(2015.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
図１１に示した動作フローチャートの処理では、第１反射光量と第２反射光量との比率が算出されると（ステップＳ９０９）、この算出された比率が予め与えられた閾値Ｘとが比較される（ステップＳ１１０１）。比較の結果、閾値Ｘ以上である比率はそのまま出力部５３において画像表示され、閾値Ｘ未満の比率は所定値Ｙに置換されて出力部５３において画像表示される（ステップＳ１１０２）。比率が所定値Ｙに置換されたターゲット内の領域は、計測部１８や出力部５３等に記憶しておいてもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１２】
上記式［４］において、吸光度の温度変化量をそれぞれの波長毎にΔＡ１．５５及びΔＡ０．９８と書くと、温度変化したときの受光強度比は、次式［５］で表される。
【数５】
2015008435.tif 000032
式［５］において、ΔＡ０．９８は前述したようにΔＡ１．５５に比べて十分小さいので無視した。また、定数部をＣとした。式［５］から、ΔＡ１．５５が０．１程度であれば式［５］右辺の第３項以降は無視できるので、受光強度比とΔＡ１．５５すなわち水温がほぼリニアに変化する。従って、受光強度比の変化を知ることによって、物体１８３である水の温度変化を知ることが可能となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の物体による所定の吸収率を有する第１波長を持つ光と、当該特定の物体による吸収率が当該第１波長よりも小さい第２波長を持つ光とを用いた分光装置であって、
前記第１波長を持つ光が略平行となった第１波長の平行光と、前記第２波長を持つ光が略平行となった第２波長の平行光とを、ターゲットに照射する光照射部と、
前記第１波長の平行光が前記ターゲットを透過又は反射した第１の散乱光、及び前記第２波長の平行光が前記ターゲットを透過又は反射した第２の散乱光を、それぞれ受光する受光部と、
前記受光部が受光した前記第１の散乱光と前記第２の散乱光との差異に基づいて、前記ターゲットにおける前記特定の物体の検出に利用される情報を生成する計測部とを備え、
前記光照射部は、前記第１波長の平行光及び前記第２波長の平行光を、二次元方向に走査して前記ターゲットに照射する走査処理部を含む、分光装置。
【請求項２】
前記光照射部は、
前記第１波長を持つ光を出射する第１の固体光源と、
前記第２波長を持つ光を出射する第２の固体光源と、
前記受光部に前記第１波長の平行光と前記第２波長の平行光とを弁別して受光させるように、前記第１及び第２の固体光源を駆動する光源制御部とを含む、請求項１に記載の分光装置。
【請求項３】
前記光源制御部は、前記第１の固体光源と前記第２の固体光源とを、出射タイミングをずらして駆動する、請求項２に記載の分光装置。
【請求項４】
前記光源制御部は、前記第１の固体光源と前記第２の固体光源とを、異なる周波数で変調して駆動する、請求項２に記載の分光装置。
【請求項５】
前記光照射部は、前記第１波長の平行光及び前記第２波長の平行光を前記ターゲットの同じ位置に照射する、請求項１に記載の分光装置。
【請求項６】
前記計測部は、前記受光部が受光した前記第１の散乱光の強度と前記第２の散乱光の強度との比率に基づいて、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無を判断する、請求項１に記載の分光装置。
【請求項７】
前記計測部は、前記第１の散乱光の強度に対して前記第２の散乱光の強度が大きければ前記ターゲットに前記特定の物体が存在すると判断する、請求項６に記載の分光装置。
【請求項８】
前記特定の物体が存在する場合に前記受光部が受光した前記第１の散乱光の強度と前記第２の散乱光の強度との比率が、１０以上となるように前記第１波長及び前記第２波長が設定される、請求項７に記載の分光装置。
【請求項９】
前記特定の物体による前記第１波長を持つ光の吸収率の温度変化量は、前記特定の物体による前記第２波長を持つ光の吸収率の温度変化量よりも、１０倍以上大きくなるように前記第１波長及び前記第２波長が設定される、請求項１に記載の分光装置。
【請求項１０】
前記走査処理部は、まず前記ターゲットの全体を空間的に粗く走査し、前記特定の物体が存在すると判断すると、次に前記特定の物体が存在する領域を空間的に密に走査する、請求項１に記載の分光装置。
【請求項１１】
前記走査処理部は、まず前記ターゲットの全体を時間的に粗く走査し、前記特定の物体が存在すると判断すると、次に前記特定の物体が存在する領域を時間的に密に走査する、請求項１に記載の分光装置。
【請求項１２】
前記走査処理部による走査及び前記計測部で生成された情報に基づいて、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無を二次元領域の情報で出力する出力部をさらに備える、請求項１に記載の分光装置。
【請求項１３】
前記ターゲットを撮影するカメラをさらに備え、
前記出力部は、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無に関する二次元領域の情報を、前記カメラで撮影された前記ターゲットの二次元画像に重畳させて出力する、請求項１２に記載の分光装置。
【請求項１４】
前記第２波長は、前記カメラが感度を有する波長範囲の不可視光の波長に設定される、請求項１３に記載の分光装置。
【請求項１５】
前記ターゲットまでの距離を測定する距離計測部をさらに備え、
前記出力部は、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無に関する二次元領域の情報に、前記距離計測部で測定された距離情報を加えて、三次元領域の情報として出力する、請求項１２に記載の分光装置。
【請求項１６】
前記ターゲットの温度を測定する温度計測部をさらに備え、
前記出力部は、前記ターゲットにおける前記特定の物体の存在有無に関する二次元領域の情報を、前記温度計測部で測定された温度情報に従って補正して出力する、請求項１２に記載の分光装置。
【請求項１７】
前記特定の物体は水であり、前記第１波長は１．４μｍ以上、かつ、前記第２波長は１．３μｍ以下に設定される、請求項１に記載の分光装置。
【請求項１８】
前記光照射部は、
前記第１波長を持つ光を前記第１波長の平行光にして出力する第１のレンズと、
前記第２波長を持つ光を前記第２波長の平行光にして出力する第２のレンズと、
前記第１波長の平行光の光路と、前記第２波長の平行光の光路とを、略一致させる波長選択性光分岐素子とをさらに含む、請求項２に記載の分光装置。
【請求項１９】
前記第１の固体光源、前記第１のレンズ、前記波長選択性光分岐素子は、前記第１の固体光源から出射された前記第１波長を持つ光の光路である第１光路上に、前記第１の固体光源、前記第１のレンズ、前記波長選択性光分岐素子、の順に配置され、
前記第２の固体光源、前記第２のレンズ、前記波長選択性光分岐素子は、前記第２の固体光源から出射された前記第２波長を持つ光の光路である第２光路上に、前記第２の固体光源、前記第２のレンズ、前記波長選択性光分岐素子、の順に配置され、
前記第１光路と前記第２光路とはそれぞれ略垂直に交わる光路であり、
前記波長選択性光分岐素子は、前記第１波長の平行光を透過し、前記第２波長の平行光を反射することで、前記第１波長の平行光の光路と前記第２波長の平行光の光路とを、略一致させる、請求項１８に記載の分光装置。
【請求項２０】
前記光照射部はさらに、
前記波長選択性光分岐素子にて光路が略一致した、前記第１波長の平行光および前記第２波長の平行光のうちＰ偏光成分の光を前記ターゲットへ出力する、偏光ビームスプリッタを備える、請求項１８または１９に記載の分光装置。
【請求項２１】
前記偏光ビームスプリッタは、前記ターゲットから反射された光のうち、Ｓ偏光成分の光のみを反射することで前記受光部に受光させ、Ｐ偏光成分の光は反射させない、請求項２０に記載の分光装置。
【国際調査報告】
2015008435.tif 000033
2015008435.tif 000034
2015008435.tif 000035
2015008435.tif 000036