(57)【要約】  この発明は、実用性に優れ、より長い周波数域まで赤外分光分析等を可能にするための構造を備えた分析装置等に関する。当該分析装置は、光源部及び光検出部を備える。光源部は、レーザ光を出射する種光源と、レーザ光を入射してＳＣ光を生成する中実の高非線形光ファイバを含み、照射光として該ＳＣ光を対象物に向けて出射する。光検出部は、照射光が出射された対象物からの被検出光を検出する。このとき、光源部における種光源からは、中心波長が１．３μｍ以上〜１．８μｍの範囲に収まっているパルス光が出射される。
2007083755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の対象物に向けて照射される照明光としてスペクトル帯域が拡大されたスーパーコンティニューム光を出射する光源部であって、レーザ光を出射する種光源と、該レーザ光を入射して該スーパーコンティニューム光を生成する中実の光ファイバとを含む光源部と、
前記照射光が照射された前記対象物からの被検出光を検出する光検出部とを備えた分析装置において、
前記種光源から出射されるレーザ光の中心波長は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内に収まっている分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の分析装置において、
前記光ファイバは、高非線形光ファイバを含む。
【請求項３】
請求項１又は２記載の分析装置において、
前記スーパーコンティニューム光のスペクトル帯域は、０．８μｍ〜３μｍの範囲内に収まっている。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の分析装置は、さらに、
前記光源部からの照射光が前記対象物の表面において照射径１μｍ〜５０ｍｍの範囲内に収まるスポット状になるように、前記照射光の照射径を制限するための照射径制限部を備える。
【請求項５】
請求項１〜５のいずれか一項記載の分析装置は、さらに、
前記光検出部における検出結果に基づいて、前記被検出光に関するスペクトル波形情報及び時間波形情報のうち少なくとも一方を、前記照射光が到達する照明領域の、前記対象物を含む画像データとして生成する信号処理部を備える。
【請求項６】
請求項５記載の分析装置において、
前記信号処理部は、前記照明領域内における照明部位それぞれに対応している前記画像データを構成する画素それぞれに関して、前記被検出光に含まれる１又はそれ以上の波長成分それぞれに可視光域の異なる色を割り当て、そして、それぞれ割り当てられた色で該画像データを構成する画素を所定の表示装置に表示させる。
【請求項７】
請求項５記載の分析装置において、
前記信号処理部は、前記照明領域内における照明部位それぞれに対応している前記画像データを構成する画素それぞれに関して、前記被検出光の波長範囲を複数の波長域に分割し、該分割された複数の波長域それぞれに可視光域の異なる色を割り当て、そして、それぞれ割り当てられた色で該画像データを構成する画素を所定の表示装置に表示させる。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項記載の分析装置において、
前記光検出部は、ＩｎＰ半導体層及びＩｎＧａＡｓ半導体層を含む受光素子を含む。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項記載の分析装置は、さらに、
前記対象物へ照射される前記照射光の波長範囲、及び、前記光検出部へ入射される前記被検出光の波長範囲の少なくともいずれかを所定範囲内に制限するための光学フィルタを備える。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項記載の分析装置は、さらに、
前記対象物へ照射される前記照射光の波長範囲、及び、前記光検出部へ入射される前記被検出光の波長範囲の少なくともいずれかを制限するための波長可変フィルタを備える。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項記載の分析装置において、
前記照射光は、前記光検出部の受光感度の波長依存性を補償可能なスペクトル波形を有する。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項記載の分析装置において、
前記光源部は、前記照射光を出射するための複数の出射端を備える。
【請求項１３】
請求項５記載の分析装置において、
前記信号処理部は、生成された画像データのＳＮ比を改善するため、該画像データからノイズ成分が低減された補正画像データを生成する。
【請求項１４】
請求項５記載の分析装置において、
前記信号処理部は、前記対象物への照射光照射に先立ち、波長域８００ｎｍ〜３０００ｎｍのプローブ光を対象物に照射し、該プローブ光の反射成分の検出結果に基づいて前記光源部から出射される照射光の波長を決定する第１ステップと、そして、
前記第１ステップで決定された波長の照射光を前記光源部から前記対象物に向けて出射させることにより、該照射光の反射成分の検出結果を得る第２ステップを行う。
【請求項１５】
請求項５記載の分析装置において、
前記信号処理部は、時間経過とともに順次生成された複数の画像データについて対応する画素を平均化することで、新たに分析用画像を生成する。
【請求項１６】
吸収波長、反射波長、及び発光波長の少なくともいずれかが互いに異なる光学特性を有する複数種類の塗料により図柄が描かれた印刷物の真贋を判定するための真贋判定装置において、
前記印刷物に向けて照射される照明光としてスペクトル帯域が拡大されたスーパーコンティニューム光を出射する光源部であって、レーザ光を出射する種光源と、該レーザ光を入射して該スーパーコンティニューム光を生成する中実の光ファイバとを含む光源部と、
前記照射光が照射された前記印刷物からの被検出光を検出する光検出部とを備え、
前記種光源から出射されるレーザ光の中心波長は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内に収まっている真贋判定装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の真贋判定装置は、さらに、
前記光ファイバに光学的に接続されるとともに、前記複数種類の塗料それぞれの吸収波長、反射波長、及び発光波長のうち少なくともいずれかに一致した前記照射光の波長成分を減衰又は遮断する光学フィルタを備える。
【請求項１８】
発光波長及び発光寿命が互いに異なる複数種類の塗料が塗布された印刷物の真贋を判定するための真贋判定装置において、
前記印刷物に向けて照射される照明光としてスペクトル帯域が拡大されたスーパーコンティニューム光を出射する光源部であって、レーザ光を出射する種光源と、該レーザ光を入射して該スーパーコンティニューム光を生成する中実の光ファイバとを含む光源部と、
前記照射光によって前記複数種類の塗料が励起されることにより発生する、前記印刷物からの発光を検出する光検出部とを備え、
前記種光源から出射されるレーザ光の中心波長は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内に収まるとともに、
前記光検出部は、前記光源部からの照射光の出射に連動して前記印刷物からの発光を検出する真贋判定装置。
【請求項１９】
印刷物の真贋を判定する真贋判定方法において、
レーザ光を中実の光ファイバに入射させることにより該中実の光ファイバ内で生成されるスーパーコンティニューム光を、照射光として前記印刷物に照射する照射ステップと、
前記照射光が照射された印刷物からの被検出光を検出する検出ステップと、
前記被検出光に含まれる波長成分のういちいずれかを判定基準波長とし、該判定基準波長の光強度に基づいて、前記印刷物の真贋を判定する判定ステップとを備え、
前記判定ステップにおいて、印刷物の真贋判定が実施される地域は複数の区域に分割され、該分割された区域それぞれに互いに異なる判定基準波長が割り当てられる真贋判定方法。
【請求項２０】
地中の特定物質を探索する地中探索方法において、
地中を掘削する掘削ステップと、
レーザ光を中実の光ファイバに入射させることにより該中実の光ファイバ内で生成されるスーパーコンティニューム光を、照射光として前記掘削領域内の所定部位に向けて照射する照射ステップと、
前記照射光が照射された前記所定部位からの被検出光を検出する検出ステップと、
前記被検出光に含まれる所定の波長成分の強度に基づいて、前記特定物質の存在を判定する判定ステップとを備えた地中探索方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）を利用した分析装置、印刷物の真贋判定装置、印刷物の真贋判定方法、及び地中探索方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）とは、ピークパワーの強いレーザ光が非線形媒質に入射された際、該媒質中で発生する非線形現象によって、スペクトル帯域が拡大された広帯域光である。０．１μｍ程度から２μｍ程度のスペクトル帯域幅を有する広帯域光を生成する光源のひとつであるＳＣ光源は、その高出力性、広帯域性、スペクトル平坦性などから、様々な応用分野への重要光源として期待されている。このようなＳＣ光源として様々な構成が提案されているが、光ファイバ内でＳＣ光を生成させる構成は、簡便であり、相互作用長を容易に長くでき、かつスペクトル制御も容易であることから、一般的に広く用いられている。【０００３】
例えば、特許文献１には、フォトニッククリスタルファイバ（ＰＣＦ：Photonic Crystal Fiber）を用いたＳＣ光源と、該ＳＣ光源が適用された分光測定装置が開示されている。なお、ＰＣＦとは、クラッドに空孔を形成することにより非線形性や分散特性をある程度自由に設計可能な光ファイバであり、例えば実効コア断面積を小さくすることによって、高い非線形性が実現される。
【特許文献１】特開２００３−２７９４１２号公報
【特許文献２】特開２００５−３１２７４３号公報
【特許文献３】特開平５−２６６３１８号公報
【特許文献４】特表２００１−５１８２０８号公報
【非特許文献１】落合、「近赤外イメージング装置の仕組みとその応用」、分光研究、第５３巻、第６号、ｐ３７７、２００４年
【非特許文献２】岩田、「フェムト秒時間分解近赤外分光法と「束縛の弱い電子」」、分光研究、第５４巻、第３号、ｐ１５３、２００５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、従来の分光測定装置について検討した結果、以下のような課題を発見した。【０００５】
すなわち、非線形現象を発生するＰＣＦの零分散波長はせいぜい０．８μｍ程度と短いのが一般的である。そのため、ＳＣ光を生成するためにＰＣＦに入射されるレーザ光の波長も０．８μｍの近傍に制限され、ＰＣＦにより生成されるＳＣ光は０．４μｍ〜１．７５μｍといった比較的短い波長域に制限される（特許文献１参照）。しかしながら、赤外分光分析などにおいては、１．７５μｍよりも長い吸収波長等を有する物質の測定も必要になる場合がある。このような場合、ＰＣＦを用いたＳＣ光源は不向きであり、より長波長域まで広がるスペクトルを実現可能なＳＣ光源が望まれる。【０００６】
また、ＰＣＦは、空孔を有し断面構造が複雑なためファイバ同士の接合が容易ではい。すなわち、ＰＣＦと他の光ファイバの接合では、接合面における光損失も大きくなる傾向がある。さらに、ＰＣＦは、出射光のエネルギーによって端面が損傷（溶融）してしまうおそれがある。そのため、ＰＣＦが適用されたＳＣ光源では、強い励起光の導入ができず、強いＳＣ光を生成することが困難である。このようにＰＣＦには様々な課題が残っており、現状ではＳＣ光源としての実用性に乏しい。【０００７】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、実用性に優れ、より長い波長域まで赤外分光分析等を可能にするための構造を備えた分析装置を提供するとともに、この分析装置を応用した印刷物の真贋判定装置、印刷物の真贋判定方法、及び地中探索方法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】
【０００８】
上述の課題を解決するため、この発明に係る分析装置は、光源部と、光検出部を、少なくとも備える。光源部は、所定の対象物に向けて照射される照明光としてスペクトル帯域が拡大されたスーパーコンティニューム光（ＳＣ光）を出射する発光ユニットであって、種光源と、中実の光ファイバを含む。種光源は、レーザ光を出射する。中実の光ファイバは、該レーザ光を入射してＳＣ光を生成する。特に、この発明に係る分析装置において、種光源から出射されるレーザ光の中心波長は、１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下の範囲内に収まっている。【０００９】
上述のような構造を有する当該分析装置では、空孔を有するＰＣＦではなく中実の光ファイバにレーザ光を入射させ、該中実の光ファイバ内でＳＣ光を含むＳＣ光パルスを生成している。なお、このような中実の光ファイバとしては、いわゆる非ホールアシスト型の（すなわち中実の）高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ：Highly Nonlinear Fiber）が好適である。ＨＮＬＦとは、非線形係数γが通常の伝送用光ファイバの５倍以上と高く、非線形現象が発生し易い光ファイバである。例えば、ＸＰＭ法で測定した場合、ＨＮＬＦの非線形係数γは７．５（／Ｗ／ｋｍ）以上であることが望ましい。更に望ましくは、通常の伝送用光ファイバの１０倍以上（１５（／Ｗ／ｋｍ）以上）、特に望ましくは２０倍以上（３０（／Ｗ／ｋｍ）以上）であるとよい。このような光ファイバは、ＳＣ光の発生に寄与する四光波混合現象やソリトン効果が発生し易い零分散波長が１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下に設計されるのが望ましい。ＨＮＬＦは、零分散波長を１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下に設計することが容易であり、当該分析装置において、種光源からのレーザ光の中心波長もこの波長域に設定されている。この構成により、零分散波長域を中心とする広帯域のスペクトルを有するＳＣ光が好適に生成される。また、当該分析装置の光源部に適用される光ファイバは空孔を有しないので、ファイバ同士の結合が容易である。具体的には、これらファイバ間の接合面における光損失も１ｄＢ／接続以下、典型的には０．１ｄＢ／接続程度と小さくでき、強いＳＣ光の生成が可能である。ＨＮＬＦは、ＰＭＤを１．０ｐｓ／ｋｍ１／２以下（典型的には０．１ｐｓ／ｋｍ１／２以下）と小さくすることができる。そのため、直交偏波モード間のカップリングが発生し難く、ＳＣ光スペクトルを安定させることができる。また、ＨＮＬＦは、波長分散特性の制御が比較的容易であり、所望の零分散波長、分散値、分散スロープ、四次分散（分散スロープの波長微分）が実現可能である。製造過程における制御性も高く、光ファイバの長さ方向に沿った伝送特性の変動も小さい。したがって、この発明に係る分析装置によれば、実用性に優れ、より長い波長域まで赤外分光分析等が可能になる。【００１０】
なお、赤外分光分析等において互いに異なる複数の波長の光が必要な場合、各波長に応じた光源を用意すると装置自体が大型化してしまう。しかしながら、この発明に係る分析装置のような構成であれば、装置自体の小型化が可能になる。すなわち、当該分析装置によれば、広帯域のスペクトルを有するＳＣ光を光源部が生成することにより、装置自体の小型化一つの光源から複数の波長成分を容易に生成できる。また、この発明に係る分析装置において、光源部は、ＳＣ光を出射するための複数の出射端を有してもよい。このような構成は、ＳＮ感度の悪い波長（例えば２５００ｎｍ付近）で分光分析を行う場合や、照明領域が広すぎるために照射光量が不足している場合に特に有効である。【００１１】
種光源から出射されるレーザ光は、パルス状であるのが望ましい。光強度（パルスのピーク強度）をより強くすることができるので、低い平均パワーでより広帯域なスペクトルを有するＳＣ光を生成可能になるからである。パルス光源の繰り返し周波数は、５０ＧＨｚ以下、好ましくは１００ＭＨｚ以下といった遅い繰り返し周波数である方が、ピーク強度をより強くできるので好ましい。なお、種光源から出射されるレーザ光がパルス状である場合、出射されるＳＣ光の各スペクトル成分もパルス状になる。【００１２】
この発明に係る分析装置において、ＳＣ光のスペクトル帯域は、０．８μｍ以上かつ３μｍ以下であるのが好ましい。上述のように、当該分析装置では、中実の光ファイバ（例えばＨＮＬＦ）が適用されるので、このような比較的長い波長域のＳＣ光を好適に生成できる。なお、この明細書において「０．８μｍ以上かつ３μｍ以下の範囲」とは、例えばＳＣ光のスペクトル強度が波長０．８μｍ、３μｍのそれぞれにおいてピーク強度の１０％以下であることを意味する。【００１３】
この発明に係る分析装置は、光源部から出射される照射光が対象物の表面において照射径１μｍ以上かつ５０ｍｍ以下のスポット状になるよう、該照射光の照射径を制限する照射径制限部をさらに備えてもよい。この場合、照射光の単位面積あたりの光強度（照度）をさらに高めることができる。なお、この明細書において「照射径」とは、対象物の表面において照度が最大照度の１０％以上である範囲の最大径をいう。【００１４】
この発明に係る分析装置において、光源部から出射されるＳＣ光の強度は、０．１μＷ／ｎｍ以上であるのが好ましい。当該分析装置では中実の光ファイバ（例えばＨＮＬＦ）が適用されているので、このように比較的強いＳＣ光を好適に生成できる。すなわち、当該分析装置によれば、赤外分光分析などをより精度よく行うことができる。なお、この明細書において「ＳＣ光の強度」とは、例えばＳＣ光の波長幅１ｎｍのスペクトル成分における時間平均強度を意味する。【００１５】
この発明に係る分析装置において、ＳＣ光の強度の時間変動幅は、一時間当たり±５％以内であるのが好ましい。中実の光ファイバ（例えばＨＮＬＦ）は、ＰＣＦと比較して偏波依存性が小さい。したがって、生成されるＳＣ光の光強度は入力レーザ光の偏波によらず安定するので、当該分析装置によれば、このように小さなＳＣ光の強度変動幅を好適に実現できる。また、この発明に係る分析装置は、光ファイバに光学的に接続された、照射光の偏波面を変更するための偏向板をさらに備えてもよい。被測定物質の吸収率（又は反射率、発光強度等）が照射光の偏波に大きく依存する場合であっても、偏向板により照射光の偏波面を変更することにより、被検出光に含まれる被測定物質に関する情報のコントラストを高めることができる。さらに、この発明に係る分析装置において、光源部は、レーザ光とは異なる波長の励起光を利用してＳＣ光を増幅するための光増幅手段をさらに含んでもよい。この場合、任意の光強度の照射光を容易に生成できる。なお、このような光増幅手段としては、光パラメトリックアンプ（ＯＰＡ）やラマン増幅器などが挙げられる。また、当該分析装置における中実の光ファイバが、ＯＰＡやラマン増幅器などの光増幅用ファイバを兼ねてもよい。Ｅｒ添加ファイバ、Ｙ添加ファイバ、Ｂｉ添加ファイバ、又はＴｍ添加ファイバなどの希土類添加ファイバを用いた光増幅器も適用可能である。【００１６】
この発明に係る分析装置において、光検出部はＩｎＰ半導体層及びＩｎＧａＡｓ半導体層を含む受光素子を有するのが好ましい。具体的には、受光素子は、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ感光層が設けられた構造を備える。この場合、１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下の波長域を中心とする広帯域の近赤外光（被検出光）を好適に検出できる。なお、受光素子における感光層材料としては、検出波長に応じて、Ｓｉ、ＰｂＳｅ、ＩｎＡｓ、ＰｂＳ、ＨｇＣｄＴｅのいずれが選択されてもよい。また、基板材料はＩｎＰには限定されない。【００１７】
この発明に係る分析装置は、対象物へ照射される照射光、又は、光検出部へ到達する被検出光の波長範囲を所定範囲に制限する光学フィルタをさらに備えてもよい。赤外分光分析では、例えば被検出光を分光器で分光することにより波長成分ごとの強度を知ることができるが、被測定物質の吸収波長等が予め判っている場合には、この分析装置のように光学フィルタによって照射光又は被検出光の波長範囲を制限することにより、高価な分光器を用いなくとも容易に分析を行うことができる。また、この発明に係る分析装置は、対象物へ照射される照射光、又は、光検出部へ到達する被検出光の波長範囲を制限する波長可変フィルタをさらに備えてもよい。この場合、吸収波長等が異なる複数の被測定物質を、フィルタを取り替えることなく容易に分析できる。また、被測定物質の吸収波長等に応じて、検出波長を容易に調整できる。【００１８】
なお、上述のような光学フィルタや可変長フィルタは、単色だけを透過させるフィルタ、複数の波長成分を透過させるフィルタのいずれであってもよい。複数の波長成分を透過させるフィルタとしては、例えば、それぞれ特定の波長成分（色）を透過させるフィルタ素子が二次元的に配置されたモザイクカラーフィルタが知られており、予め設定された波長成分（色）のみを透過させることによりＳＮ比の良好な分析が可能になる。【００１９】
この発明に係る分析装置において、照射光は、光検出部の受光感度の波長依存性を補償するスペクトル波形を有するのが好ましい。すなわち、光検出部の受光感度が低い波長域においては照射光の光強度を大きくし、逆に光検出部の受光感度が高い波長域においては照射光の光強度を小さくすることによって、光検出部の波長依存性に拘わらず広帯域に亘って均一な検出結果を得ることができる。【００２０】
さらに、この発明に係る分析装置は、光検出部での検出結果に基づいて、被検出光に関するスペクトル波形情報及び時間波形情報のうち少なくとも一方を、照射光が到達する照明領域の、対象物を含む画像データとして生成する信号処理部を備えるのが好ましい。この場合、赤外分光分析などを容易に行うことができる。なお、信号処理部は、画像データにおけるＳＮ比改善、視覚化、又は振動補正など、種々の信号処理を行ってもよい。【００２１】
具体的に、信号処理部は、被検出光に基づいて生成された画像データのＳＮ比を改善するため、該生成された画像データから、ノイズ成分が低減された補正画像データ（分析用画像）を生成する。通常、当該分析装置が設置される環境では、外部からの迷光（例えば太陽光、街頭光など）、周辺気温、周辺環境（例えば雨、霧、雪など）によって得られる画像データのＳＮ比が劣化してしまう。そのため、例えば、受光素子の受光面を遮蔽した状態で得られる遮光画像（受光素子自身のデバイスノイズを含む）、ＳＣ光を直接受光素子で受光することにより得られるＳＣ光画像、ＳＣ光を照射しない状態で得た非照射画像、ＳＣ光を照射した状態で得た照明画像（被検出光情報に基づいた画像データ）を利用してＳＮ比を改善することが可能である。これら４種類の画像の差分処理により、対象物における特定波長の吸収量（対象物の吸収波長域における被検出光の光強度情報を含む）を、迷光、周辺温度、周辺環境等の外乱の影響が除去された状態で明瞭に視覚化することができる。【００２２】
被検出光情報のカラー画像化として、信号処理部は、被検出光情報に基づいた画像データをカラー画像化（視覚化）することも可能である。例えば、信号処理部は、ＳＣ光が照射される照明領域内における照明部位それぞれに対応している画像データを構成する画素それぞれに関して、被検出光に含まれる１又はそれ以上の波長成分それぞれに可視光域の異なる色を割り当て、そして、それぞれ割り当てられた色で該画像データを構成する画素を所定の表示装置に表示させる。なお、割り当てられる可視光域の色は、赤、黄、青などであっても、白黒画像における濃淡レベル（グレースケール）で表現されてもよい。そして、信号処理部により画像データを構成する画素それぞれを割り当てられた色で該画像データを表示部が表示することにより、被検出光情報に基づいた画像データの視覚化が可能になる。【００２３】
また、他のカラー画像化として、信号処理部は、照明領域内における照明部位それぞれに対応している画像データを構成する画素それぞれに関して、被検出光の波長範囲を複数の波長域に分割し、該分割された複数の波長域それぞれに可視光域の異なる色を割り当て、そして、それぞれ割り当てられた色で該画像データを構成する画素を所定の表示装置に表示させてもよい。この場合も、割り当てられる可視光域の色は、赤、黄、青などであっても、白黒画像における濃淡レベル（グレースケール）で表現されてもよい。そして、信号処理部により画像データを構成する画素それぞれを割り当てられた色で該画像データを表示部が表示することにより、被検出光情報に基づいた画像データの視覚化が可能になる。【００２４】
信号処理部は、出射光の波長を決定する第１ステップと、該第１ステップで決定された波長の照射光を対象物に照射し、該照射光の反射成分の検出結果を得る第２ステップを順次実施してもよい。なお、第１ステップは、対象物への照射光照射に先立って行われるステップであり、波長域８００ｎｍ〜３０００ｎｍのプローブ光を対象物に照射し、該プローブ光の反射成分の検出結果に基づいて光源部から出射される照射光の波長を決定する。対象物の検査波長を予め決定しておくことにより、ＳＣ光帯域を狭めたり、不要な波長成分を選択的に除去するためのフィルタを光源部側又は光検出部側に配置することが可能になる。この構成により、ＳＮ比の良好な分光分析が可能になる。【００２５】
さらに、信号処理部は、時間経過とともに順次生成された複数の画像データについて対応する画素を平均化することで、新たに分析用画像を生成する。具体的に、対応するがその平均化は、対応する各画素の輝度の平均値を新たな輝度情報として与えることにより実現される。この場合、振動など画像ボケの影響を効果的に低減できる。【００２６】
また、この発明に係る真贋判定装置は、吸収波長、反射波長、及び発光波長の少なくともいずれかが互いに異なる光学特性を有する複数種類の塗料により図柄が描かれた印刷物の真贋を判定するための第１構造を有する。そなわち、当該第１構造の真贋判定装置であり、光源部と、光検出部を少なくとも備える。光源部は、印刷物に向けて照射される照明光としてスペクトル帯域が拡大されたＳＣ光を出射する光源であり、種光源と中実の光ファイバを含む。種光源は、レーザ光を出射する。中実の光ファイバは、レーザ光を入射してＳ光を生成する。光検出部は、照射光が照射された印刷物からの被検出光を検出する。特に、この第１構造の真贋判定装置において、種光源から出射されるレーザ光の中心波長は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内に収まっている。【００２７】
吸収波長、反射波長、及び発光波長が互いに異なる複数の塗料により図柄（文字、記号を含む）が描かれた印刷物に対しては、各塗料の吸収波長、反射波長、及び発光波長を全て含む光が照射される。そして、全ての図柄を映し出すことにより印刷物の真贋を判定することができる。当該真贋判定装置によれば、印刷物の真贋判定において、ＰＣＦを用いる必要が無く、広い周波数域に亘って上記図柄を映し出すことができるので、実用性に優れかつ高精度の真贋判定が可能になる。【００２８】
上述のような第１構造の真贋判定装置は、光ファイバに光学的に接続された光学フィルタをさらに備えてもよい。この光学フィルタは、複数種類の塗料それぞれの吸収波長、反射波長、及び発光波長のうち、１又はそれ以上の波長に対応するＳＣ光の波長成分を減衰又は遮断する。印刷物の真贋判定の際には、例えば複数種類の塗料のうち、特定塗料の吸収波長、反射波長、又は発光波長に相当する光を減衰又は遮断する。これにより、特定図柄のみを隠すことが可能になり、印刷物の真贋を判定することもできる。この場合、上述のような光学フィルタを備えることにより、特定図柄を選択的に隠すことが容易になる。【００２９】
また、この発明に係る真贋判定装置は、発光波長及び発光寿命が互いに異なる複数種類の塗料が塗布された印刷物の真贋を判定するための第２構造を有してもよい。すなわち、第２構造の真贋判定装置は、光源部と、光検出部を、少なくとも備える。光源部は、印刷物に向けて照射される照明光としてスペクトル帯域が拡大されたＳＣ光を出射する発光ユニットであって。種光源と中実の光ファイバを含む。種光源は、レーザ光を出射する。中実の光ファイバは、レーザ光を入射してＳＣ光を生成する。光検出部は、照射光によって複数種類の塗料が励起されることにより発生する、印刷物からの発光を検出する。特に、こおｎ第２構造の真贋判定装置において、種光源から出射されるレーザ光の中心波長は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内に収まている。加えて、光検出部は、光源部からの照射光の出射に連動して印刷物からの発光を検出する。【００３０】
発光波長及び発光寿命が互いに異なる複数種類の塗料が塗布された印刷物の真贋を判定する場合、このような印刷物に広帯域ＳＣ光パルスが照射されることにより、該複数種類の塗料を同時に励起・発光させることができる。また、この励起によって生じる発光を、その照射光の出射に連動して光検出部において検出することにより、時間分解された発光強度を得ることができる。この場合、発光寿命が異なる複数の塗料に起因した、時間経過に応じた発光強度、もしくは発光強度の波長スペクトル分布の変化を観察できる。すなわち、使用する塗料の種類を正確に同定でき、その結果、印刷物の真贋を正確に判定できる。さらに、蛍光などの発光を生じる複数種類の塗料を予め印刷物に塗布しておくことにより、偽造者は従来のように色彩及び印刷形状を一致させるだけでなく、全ての塗料を一致させる必要が生じるため、印刷物の偽造を飛躍的に困難にすることができる。また、この第２構造の真贋判定装置によれば、中実の光ファイバによってＳＣ光パルスが生成されるので、実用性に優れ、より長い波長域での判定が可能となる。なお、この明細書において「発光」とは、塗料自身が発する光（例えば蛍光や燐光など）を意味する。【００３１】
この発明に係る真贋判定方法は、照射ステップと、検出ステップと、判定ステップを備える。照射ステップは、レーザ光を中実の光ファイバに入射させることにより該中実の光ファイバ内で生成されるＳＣ光を、照射光として印刷物に照射する。また、検出ステップは、照射光が照射された印刷物からの被検出光を検出する。判定ステップは、被検出光に含まれる波長成分のういちいずれかを判定基準波長とし、該判定基準波長の光強度に基づいて、印刷物の真贋を判定する。特に、この発明に係る真贋判定方法において、判定ステップは、印刷物の真贋判定が実施される地域を予め複数の区域に分割しておき、これら分割された区域それぞれに互いに異なる判定基準波長を割り当てている。【００３２】
ここまで述べたように、当該真贋判定方法を使用することで、印刷に使用する異なる種類の発光（蛍光など）や強度を生じる塗料の種類を増やすほど偽造の検出精度を向上できる。一方、検出すべき波長帯の数が増えるので、所定波長を透過もしくは遮断するためのフィルタ構成が複雑化する。すなわち、正確に検出するためには、フィルタ数を増やすか、又は任意の波長帯を１枚のフィルタで透過させるためのフィルタが必要になる。その場合、フィルタの内部構造が複雑化する懸念がある。しかしながら、一台の判定装置によって必ずしも全ての塗料の情報（発光、吸収など）を分析する必要はなく、複数の判定装置にそれぞれ異なる波長を透過、吸収させるフィルタを設け、該複数の判定装置を用いて印刷物の情報を分析することによって、各判定装置の構成を単純化、低コスト化できる。そして、当該真贋判定方法によれば、例えば或る区域（国や地域）において偽造された印刷物が流通し、当該区域に割り当てられた所定波長の被検出光成分の強度が規格に偶然合致していたとしても、他の区域に割り当てられた別の所定波長の被検出光成分の強度も規格に合致している可能性は極めて低くなる。すなわち、他の区域において偽造を見破ることができる。したがって、当該真贋判定方法によれば、偽造印刷物を見破る確率を、簡便な構成を有する判定装置によって高めることができる。また、当該真贋判定装置によれば、ＨＮＬＦといった中実の光ファイバによってＳＣ光パルスを生成するので、実用性に優れ、ＰＣＦによるＳＣ光の波長域よりも広い波長域を用いて判定することが可能になる。なお、この明細書において「所定波長の成分の強度」は、所定波長の成分強度の大きさ、及び成分強度の時間変化（応答性）の双方を含む。【００３３】
この発明に係る地中探索方法は、地中の特定物質を探索する方法であって、掘削ステップと、照射ステップと、検出ステップと、判定ステップを備える。掘削ステップは、対象地区の地中を掘削する。照射ステップは、レーザ光を中実の光ファイバに入射させることにより該中実の光ファイバ内で生成されるＳＣ光を、照射光として掘削領域内の所定部位に向けて照射する。検出ステップは、照射光が照射された所定部位からの被検出光を検出する。判定ステップは、被検出光に含まれる所定の波長成分の強度に基づいて、特定物質の存在を判定する。【００３４】
上述のような地中探索方法によれば、中実の光ファイバによってＳＣ光が生成されるので、実用性に優れ、より長い波長域での判定が可能となり、様々な種類の物質を探索可能になる。【００３５】
なお、この発明に係る各実施例は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。【００３６】
また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施例を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、この発明の思想及び範囲における様々な変形及び改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。
【発明の効果】
【００３７】
この発明に係る分析装置等によれば、実用性に優れ、より長い波長域まで分析を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】は、この発明に係る分析装置の第1実施例の構成を示す図である。
【図２】は、この発明に係る分析装置における光源部の種々の構成例を示す図である。
【図３】は、種光源の第１構造として、パルス光源の構成を示す図である。
【図４】は、種光源の第２構造として、パルス光源の構成を示す図である。
【図５】は、種光源の第３構造として、パルス光源の構成を示す図である。
【図６】は、光ファイバから出射されるＳＣ光パルスのスペクトル例を示すグラフである。
【図７】は、光ファイバから出射されるＳＣ光パルスのスペクトル例を示すグラフである。
【図８】は、図６及び図７に示された各スペクトルを実現するための光ファイバ及び種光源の条件例を示す表である。
【図９】は、図８に示された条件により得られるＳＣ光のスペクトル全体における時間平均光強度及び平均的なスペクトル成分の強度（単位波長当たりの放射束）の大きさを示す表である。
【図１０】は、この発明に係る分析装置の第２実施例の構成を示す図である。
【図１１】は、照射光のパルス形状の一例と、被検出光のパルス形状の一例を示す図である。
【図１２】は、この発明に係る分析装置の第３実施例の構成を示す図である。
【図１３】は、信号処理部における画像処理（ＳＮ比改善及び振動補正）を説明するための図である。
【図１４】は、この発明に係る分析装置の第４実施例の構成を示す図である。
【図１５】は、第４実施例に係る分析装置の変形例を示す図である。
【図１６】は、第４実施例に係る分析装置による第２真贋判定方法を説明するための図である（その１）。
【図１７】は、第４実施例に係る分析装置による第２真贋判定方法を説明するための図である（その２）。
【図１８】は、この発明に係る分析装置におけるカラー画像化を説明するための図である（その１）。
【図１９】は、この発明に係る分析装置におけるカラー画像化を説明するための図である（その２）。
【図２０】は、第４実施例に係る分析装置による第３真贋判定方法を説明するための図である。
【図２１】は、この発明に係る分析装置の第５実施例の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１、１ａ〜１ｆ…分析装置、２…種光源、２ａ〜２ｃ…パルス光源、３、３ａ〜３ｆ…光検出部、４…制御／分析部、５…入出力部、６ａ、６ｂ…モニタ／分析部、７…分光器、８ａ…ガイド光源、８ｂ…光カプラ、９…光ファイバ、１１…１／２波長板、１２…偏向子、１３…波長可変フィルタ、１４，１９…レンズ、１４ａ…コリメータレンズ、１４ｂ…集光レンズ、１５…ハーフミラー、１６…光学フィルタ、１７…ピンホール板、２０，２０ａ〜２０ｅ…光源部、Ａ１、Ａ２…対象物、Ａ３…印刷物、Ａ４…コンクリート、Ｌ…被検出光、Ｌｄ…微小散乱光、Ｌｇ…ガイド光、Ｐ１…レーザ光、Ｐ２…ＳＣ光、Ｐ３…照射光。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、この発明に係る分析装置、真贋判定装置、真贋判定方法、及び地中探索方法の各実施例を、図１〜２１を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。【００４１】
（第１実施例）
図１は、この発明に分析装置の第１実施例の構成を示す図である。図１の領域（ａ）に示された分析装置１は、赤外分光分析によって様々な物質を特定したり、対象物質の分布状況や粒径を分析できる装置であり、光検出部３、制御／分析部４、入出力部５、及び光源部２０を備える。なお、制御／分析部４及び入出力部５により信号処理部が構成されている。【００４２】
光源部２０は、スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）Ｐ２に基づく照射光Ｐ３を対象物Ａに照射するための構成要素である。光源部２０は、種光源２と、種光源２に入射端が光学的に接続された光ファイバ９と、光ファイバ９の出射端に光学的に直列接続された波長可変フィルタ１３とを有する。【００４３】
種光源２は、図示しない電源装置から電源供給を受けてレーザ光Ｐ１を出射する。レーザ光Ｐ１は、例えば連続的なレーザ光や、数ナノ秒以下といった極めて短い時間幅を有するパルス状のレーザ光である。なお、種光源２の内部構成については、後に詳述する。【００４４】
光ファイバ９は、レーザ光Ｐ１を入射してＳＣ光Ｐ２を生成するための光ファイバである。光ファイバ９は、光を導波するコアと、空孔を有しない中実のクラッドとを備えた、いわゆる非ホールアシスト型の高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）である。光ファイバ９のコア部には、クラッドの実質的な屈折率とは異なる屈折率を有する領域が形成されており、該領域の配置が工夫されることによって非線形性が高められている。そして、光ファイバ９は、レーザ光Ｐ１が有するスペクトル幅を、非線形光学効果（断熱的ソリトン圧縮効果、ラマン効果、自己位相変調、四光波混合等）によって例えば２倍以上に拡大することにより、広帯域に亘ってなだらかなスペクトル形状を有するＳＣ光Ｐ２が生成される。【００４５】
ＨＮＬＦは、ＰＣＦとは異なり、零分散波長を１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下の範囲内に設計することが容易である。この波長範囲内でＳＣ光Ｐ２の発生に寄与する種光源の波長を零分散波長近傍にすることで、ＳＣ光Ｐ２が発生し易くなる。すなわち、ＰＣＦが適用された場合よりも長波長側でＳＣ光Ｐ２を発生させることができる。また、レーザ光Ｐ１の中心波長は光ファイバ９の零分散波長付近かそれよりも長波長であるのが好ましい。具体的には、光ファイバ９の零分散波長が１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下である場合、レーザ光Ｐ１の中心波長もまた１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下であるのが好ましい。この場合、光ファイバ９の低損失な領域で効率良くＳＣ光の生成が可能になるとともに、広波長域に亘ってなだらかなスペクトルを有するＳＣ光が好適に生成され得る。【００４６】
波長可変フィルタ１３（光学フィルタ）は、ＳＣ光Ｐ２を照射光Ｐ３に変換するための光学素子であって、モザイクカラーフィルタであってもよい。すなわち、光ファイバ９から出射されたＳＣ光Ｐ２は、波長可変フィルタ１３によってその波長範囲が制限され、照射光Ｐ３となる。なお、波長可変フィルタ１３の波長範囲は、対象物Ａに含まれる測定対象物質の反射波長（又は吸収波長、発光波長など）に応じて調整される。このような波長可変フィルタ１３は、例えば干渉フィルタ、回折格子、光音響光学素子（ＡＯＴＦ：Acousto Optical Tunable Filter）のいずれかによって好適に実現される。【００４７】
なお、光源部２０は、レーザ光Ｌａとは異なる波長の励起光を入射してＳＣ光Ｌｂを増幅する光増幅手段備えてもよい。図２は、図１の領域（ａ）に示された分析装置１における光源部２０の種々の構成例を示すブロック図である。図２の領域（ａ）に示されたように、光増幅手段９０（Ａｍｐ）は、光ファイバ３と波長選択手段１１の間に配置されればよい。このような光増幅手段９０は、（第１構成）希土類元素（Ｅｒ、Ｙ、Ｂｉ、Ｔｍなど）が添加された増幅用光ファイバ９２を光ファイバ３の後段に配置する構成、（第２構成）ラマン増幅用光ファイバを光ファイバ３の後段に配置する構成、（第３構成）光ファイバ３自体がラマン増幅用の光ファイバとなる（すなわち、光ファイバ３が光増幅手段を兼ねる）構成、（第４構成）光パラメトリック増幅（ＯＰＡ）用の光ファイバを光ファイバ３の後段に光結合する構成、（第５構成）光ファイバ３自体がＯＰＡ用の光ファイバとなる（すなわち、光ファイバ３が光増幅手段を兼ねる）構成、のいずれかによって実現される。なお、光学部品間の光学的接続又は光結合は、例えば融着、光コネクタやＶ溝接触等による結合、及び空間結合のいずれかにより実現される。【００４８】
第１構成では、図２中の領域（ｂ）に示されたように、増幅用光ファイバ９２として希土類添加光ファイバが光ファイバ３の後段に配置される。この希土類添加光ファイバに光カプラ９１ａを介して励起光源９３ａから励起光が上流側（順方向励起）又は下流側（逆方向励起）に供給される。これにより、ＳＣ光Ｌｂが好適に増幅される。なお、この第１構成の場合、ＳＣ光Ｌｂのスペクトルの波長範囲は希土類添加光ファイバの増幅帯域に制限される。【００４９】
第２構成においても、図２中の領域（ｂ）に示された構成と同様である。すなわち、増幅用光ファイバ９２としてラマン増幅用光ファイバ（光ファイバ３とは別のＨＮＬＦなど）を光ファイバ３の後段に配置される。このラマン増幅用光ファイバに光カプラ９１ａを介して励起光源９３ａから励起光が上流側（順方向励起）又は下流側（逆方向励起）に供給される。これにより、ＳＣ光Ｌｂが好適に増幅される。【００５０】
第３構成は、光ファイバ３が長い（例えば数百メートル以上）場合に適している。すなわち、図２の領域（ｃ）に示されたように、ＨＮＬＦである光ファイバ３に光カプラ９１ｂを介して励起光源９３ｂから励起光が上流側（順方向励起）又は下流側（逆方向励起）に供給される。これにより、光ファイバ３自体での誘導ラマン散乱によってＳＣ光Ｌｂが好適に増幅される。【００５１】
なお、上述の第３及び第３構成においては、ＳＣ光Ｌｂのスペクトルの波長範囲は励起光の周波数よりも約１３ＴＨｚ低い周波数が中心となる。また、複数波長の励起光を用いることにより、１００ｎｍ以上のスペクトル帯域幅を有するＳＣ光Ｌｂを増幅することも可能である。【００５２】
第４構成では、ＯＰＡ用光ファイバ（光ファイバ３とは別のＨＮＬＦなど）を光ファイバ３の後段に配置する。このＯＰＡ用光ファイバに光カプラを介して励起光が上流側（順方向励起）又は下流側（逆方向励起）に供給される。これにより、ＳＣ光Ｌｂが好適に増幅される。この第４構成も、図２の領域（ｂ）に示された構成で実現され得る。【００５３】
第５構成は、光ファイバ３が長い（例えば数十メートル以上）場合に適している。すなわち、ＨＮＬＦである光ファイバ３に、光カプラを介して励起光が上流側（順方向励起）又は下流側（逆方向励起）に供給されることにより、光ファイバ３自体での光パラメトリック効果によってＳＣ光Ｌｂが好適に増幅される。この第５構成も、図２中の領域（ｃ）に示された構成により実現され得る。【００５４】
なお、上述の第４及び第５構成においては、励起光及び信号光、アイドラー光の位相が互いに整合する条件でＳＣ光Ｌｂが増幅される。また、この構成によれば、数百ｎｍといった広い帯域幅を有するＳＣ光Ｌｂでも好適に増幅できる。【００５５】
上述のような構成を有する光増幅手段を用いて光増幅することにより、ＳＣ光Ｌｂの強度が数ｄＢ〜数十ｄＢ増幅される。加えて、光増幅の飽和現象を用いれば、入射光に多少の強度変動があっても増幅光の強度は安定する。すなわち、増幅前におけるＳＣ光Ｌｂの強度の波長依存性や時間変動が大きくても、光増幅後におけるＳＣ光Ｌｂの強度変動を安定化することが可能になる。【００５６】
また、この第１実施例では、光学フィルタ（波長可変フィルタ１３）が光源部２０に設けられている。すなわち、対象物Ａ１へ照射される照射光Ｐ３の波長範囲が波長可変フィルタ１３により制限されているが、光学フィルタは、対象物Ａと光検出部３との間に配置されてもよい。この場合、光学フィルタは、光検出部３へ入射する被検出光Ｌ（後述）の波長範囲を制限することとなる。【００５７】
光検出部３は、被検出光Ｌを検出する。光検出部３は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）やＰＤアレイ、赤外カメラ等によって実現され、対象物Ａからの被検出光Ｌを電流値などの電気的な量に変換する。光検出部３は、図１中の領域（ｂ）に示されたように、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ感光層が設けられた構造を有するのが好ましい。この場合、０．８μｍ以上かつ３μｍ以下の波長域を有する広帯域の被検出光Ｌを好適に検出できる。また、このような受光素子において、感光層材料としては、検出波長に応じて、Ｓｉ、ＰｂＳｅ、ＩｎＡｓ、ＰｂＳ、ＨｇＣｄＴｅのいずれが選択されてもよい。また、基板材料はＩｎＰには限定されない。【００５８】
なお、光検出部３の受光感度が波長によって変動するような場合には、照射光Ｐ３のスペクトル波形が、光検出部３の受光感度の波長依存性を補償するような形状であればよい。すなわち、光検出部３の受光感度が低い波長域においては照射光Ｐ３の光強度を大きくし、逆に光検出部３の受光感度が高い波長域においては照射光Ｐ３の光強度を小さくすることによって、光検出部３の波長依存性に拘わらず広帯域に亘って均一な検出結果を得ることができる。【００５９】
制御／分析部４は、種光源２からのレーザ光Ｐ１の出射タイミングと、光検出部３における検出タイミングとを制御する制御部としての機能と、光検出部３からの電気信号（検出結果）に基づいて、被検出光Ｌに関するスペクトル波形情報及び時間波形情報（経時的な強度変化情報）のうち少なくとも一方を生成する信号処理部としての機能とを兼備する。なお、制御／分析部４によって生成された情報は、入出力部５に表示されて分析に供される。分析装置１において、これら制御／分析部４及び入出力部５により信号処理部が構成される。【００６０】
また、ＳＣ光Ｐ２の一部を分岐し、参照光として検出してもよい。この場合には、参照光と検出光Ｌとの比較により、より正確な近赤外吸収スペクトルを得ることが可能になる。【００６１】
次に、種光源２の詳細な構成について説明する。図３は、種光源２の第１構造として、パルス光源２ａの構成を示す図である。パルス光源２ａは、いわゆるアクティブ（能動）モード同期型の超短パルス光発生源であり、リング型共振器によって構成されている。すなわち、パルス光源２ａは、半導体レーザ素子２１と、ＬＮ変調器２２ａと、ＬＮ変調器２２ａを駆動する信号発生器２２ｂと、リング状のキャビティ（光導波路）２３を備える。半導体レーザ素子２１は、カプラ２３ａを介してキャビティ２３のリング状部分と光学的に接続されている。また、キャビティ２３のリング状部分は、カプラ２３ｃを介して出力用光導波路２３ｄと光学的に接続されている。キャビティ２３のリング状部分には、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）２３ｂ、及びＬＮ変調器２２ａが光学的に直列接続されている。【００６２】
所定周波数の電気的パルス信号が信号発生器２２ｂからＬＮ変調器２２ａに送られると、ＬＮ変調器２２ａにおける光損失が該周波数に応じた周期で減少する。キャビティ２３のリング状部分へは半導体レーザ素子２１から励起光が供給される。そして、この励起光によって励起されたＥＤＦ２３ｂ内の光に含まれる各モードの位相が同期したときに発振が生じるようにＬＮ変調器２２ａを制御すれば、パルス幅が数フェムト秒程度の超短パルスレーザ光が生じて出力用光導波路２３ｄから外部へ周期的に出射される。図１の領域（ａ）に示された分析装置１においては、この周期的な超短パルス光を、レーザ光Ｌａとして利用する。このとき、レーザ光Ｌａの繰り返し周波数は、信号発生器２２ｂからＬＮ変調器２２ａへ送られる電気的パルス信号の周波数と一致する。【００６３】
また、図４は、種光源２の第２構造として、パルス光源２ｂの構成を示す図である。パルス光源２ｂは、いわゆるパッシブ（受動）モード同期型の超短パルス光発生源であり、リング型共振器によって構成されている。すなわち、パルス光源２ｂは、半導体レーザ素子２１と、リング状のキャビティ（光導波路）２３と、反射ミラー２４ａと、反射ミラー２４ａに取り付けられたピエゾモータ２４ｂと、ピエゾモータ２４ｂを駆動する信号発生器２４ｃを備える。なお、半導体レーザ素子２１がキャビティ２３に光学的に接続されている点、キャビティ２３が出力用光導波路２３ｄを有する点、及び、キャビティ２３のリング状部分にＥＤＦ２３ｂが光学的に接続されている点は、上記パルス光源２ａ（図１の領域（ａ））と同様である。【００６４】
パルス光源２ｂにおいては、上記パルス光源２ａのＬＮ変調器２２ａに代えて反射ミラー２４ａが設けられている。反射ミラー２４ａはキャビティ２３のリング状部分の一部を構成しており、反射ミラー２４ａの位置が振動することによってキャビティ２３のリング状部分の長さが周期的に変化する。反射ミラー２４ａの振動は、ピエゾモータ２４ｂによって与えられる。また、その振動周波数は、ピエゾモータ２４ｂを駆動する信号発生器２４ｃによって制御される。【００６５】
所定周波数の電気的パルス信号が信号発生器２４ｃからピエゾモータ２４ｂに送られると、キャビティ２３の長さが該周波数に応じた周期で変動する。キャビティ２３のリング状部分へは半導体レーザ素子２１から励起光が供給される。そして、キャビティ２３の長さがソリトン条件を満たす瞬間に、パルス幅が数フェムト秒程度の超短パルスレーザ光が発生する。この超短パルス光は、レーザ光Ｌａとして出力用光導波路２３ｄからパルス光源２ｂの外部へ周期的に出射される。このとき、レーザ光Ｌａの繰り返し周波数は、信号発生器２４ｃからピエゾモータ２４ｂへ送られる電気的パルス信号の周波数と一致する。なお、パルス光源２ｂにおいては、反射ミラー２４ａを機械的に駆動することによって周期的な超短パルス光を発生させているため、ＬＮ変調器２２ａを電気的に駆動する構成のパルス光源２ａと比較して、レーザ光Ｌａの繰り返し周波数が小さくなる傾向がある。【００６６】
また、図５は、種光源２の第３構造として、パルス光源２ｃの構成を示す図である。パルス光源２ｃは、いわゆるパッシブ（受動）モード同期型の超短パルス光発生源であり、Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラスによる固体レーザによって構成されている。すなわち、パルス光源２ｃは、半導体レーザ素子２１と、可飽和吸収体及び反射鏡が一体に構成された可飽和吸収ミラー２５と、コリメータレンズ２６ａと、プリズム２６ｂ及び２６ｃと、出力用カプラ２６ｄと、ミラー２７ａ〜２７ｃと、Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８とを有する。このうち、半導体レーザ素子２１及びコリメータレンズ２６ａ以外の構成要素は、レーザ発振のためのキャビティＣＡを構成している。【００６７】
半導体レーザ素子２１から出射された励起光は、コリメータレンズ２６ａ及びミラー２７ａを介してＥｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８に達し、Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８を励起する。Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８は、可飽和吸収ミラー２５、プリズム２６ｂ及び２６ｃ、出力用カプラ２６ｄ、並びにミラー２７ａ〜２７ｃからなるキャビティＣＡ上に配置されている。キャビティＣＡを進む光は、Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８によって増幅されつつ、可飽和吸収ミラー２５と出力用カプラ２６ｄとの間で往復する。【００６８】
可飽和吸収ミラー２５は、弱い光を吸収し、強い光を反射する性質を有する。可飽和吸収ミラー２５に到達した光に含まれる各モードの位相が同期したときに光の強度が極大となるので、この瞬間にのみ可飽和吸収ミラー２５は反射ミラーとして機能し、レーザ発振が生じる。従って、このレーザ光はパルス幅が数フェムト秒程度の超短パルス光となり、レーザ光Ｌａとして出力用カプラ２６ｄから外部へ出射される。このとき、レーザ光Ｌａの繰り返し周波数は、キャビティＣＡの長さに応じた値となる。【００６９】
ここで、図５及び図６は、光ファイバ９から出射されるＳＣ光Ｐ２のスペクトルである。すなわち、図５において、領域（ａ）はスペクトル帯域が０．８μｍ以上かつ３μｍ以下であるＳＣ光スペクトルを示し、領域（ｂ）はスペクトル帯域が１．１μｍ以上かつ２．４μｍ以下であるＳＣ光スペクトルを示している。また、図６において、領域（ａ）はスペクトル帯域が１．３５μｍ以上かつ１．６５μｍ以下であるＳＣ光スペクトルを示し、領域（ｂ）はスペクトル帯域が１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下であるＳＣ光スペクトルを示している。なお、図５及び図６において、縦軸のスペクトル強度はピーク値を１として規格化されている。この第１実施例のように光ファイバ９としてＨＮＬＦを用いれば、これらのように広帯域にわたって平坦なスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２を好適に生成できる。【００７０】
図８は、図５及び図６に示されたＳＣ光スペクトルそれぞれを実現するための条件例を示す表である。また、図９は、図８に示された条件によって得られるＳＣ光スペクトル全体における時間平均光強度及び平均的なスペクトル成分の強度（単位波長あたりの放射束）の大きさを示す表である。【００７１】
以下、第１実施例に係る分析装置１が有する効果について説明する。この第１実施例に係る分析装置１においては、空孔を有するＰＣＦではなく中実の光ファイバ９（ＨＮＬＦ）にレーザ光Ｐ１を入射させ、ＳＣ光を含むＳＣ光Ｐ２を生成している。また、光ファイバ９の零分散波長が１．３μｍ以上１．８μｍ以下に設定されており、レーザ光Ｐ１の中心波長もまた、１．３μｍ以上１．８μｍ以下に設定されている。これにより、この零分散波長域を中心とする長波長かつ広帯域のスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２が好適に生成される。したがって、この第１実施例に係る分析装置１によれば、より長い波長域まで赤外分光分析等が可能になる。【００７２】
この第１実施例に係る分析装置１においては、光ファイバ９としてＰＣＦではなく中実であるＨＮＬＦが適用されるため、ファイバ同士の接合が容易であり、また、接合面における光損失も小さく抑えることができる。さらに、種光源２から出射されたレーザ光Ｐ１のエネルギーによって端面が損傷（溶融）するおそれも低く、例えば光強度（ＳＣ光がパルス状の場合は、パルスのピーク強度）が０．１μＷ／ｎｍ以上といった比較的強いＳＣ光Ｐ２が好適に生成され得る。このように、分析装置１ａは、実用性に優れている。なお、ＳＣ光Ｐ２の光強度の上限は、例えば１０００μＷ／ｎｍ程度であるが、ＳＣ光Ｐ２のスペクトル帯域や入射光（レーザ光Ｐ１）の強度によっては、さらに強くすることも可能である。【００７３】
一般的に、ＰＣＦは偏波モード分散（ＰＭＤ）が大きく、伝搬先の偏波状態が安定しないため、出射されるＳＣ光の発生帯域や強度が安定し難い。これに対し、中実であるＨＮＬＦは、ＰＣＦと比較して構造制御性が良好であり、コア／クラッドの比屈折率差も相対的に小さいので、ＰＭＤなどの偏波依存性が小さい。特に、偏波保持ファイバが適用されることにより、偏波間の結合をほとんど無視できる。そのため、生成されるＳＣ光Ｐ２の光強度はＨＮＬＦ中を伝搬する偏波の状態が安定する。このように、当該第１実施例に係る分析装置１によれば、ＳＣ光Ｐ２の強度（ＳＣ光Ｐ２がパルス状である場合は、ピーク強度）の時間変動幅を例えば一時間当たり±５％以内という極めて小さな値にできる。【００７４】
また、一般的に、赤外分光分析等において互いに異なる複数の波長の光が必要な場合、各波長に応じた光源を用意すると分析装置自体が大型化してしまう。これに対し、第１実施例に係る分析装置１は広帯域のスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２を光源部２０が生成しているので、例えば波長可変フィルタ１３や、図示しないプリズムなどを用いて一つの光源から複数の波長の光を容易に生成できる。そのため、当該分析装置１は、装置自体の小型化を可能にする。【００７５】
上述のように、光源部２０は、レーザ光Ｐ１とは異なる波長の励起光の供給によりＳＣ光Ｐ２を増幅する光増幅手段を有するのが好ましい。これにより、任意の光強度の照射光Ｐ３が容易に生成され得る。また、光増幅手段からの出力光強度を飽和させることにより、ＳＣ光Ｐ２が有するスペクトルの強度変化を抑えることができる。特に、上述の第１〜第５構造（図２参照）は、照射光Ｐ３の帯域が限られている場合に極めて効果的にＳＣ光Ｐ２を増幅する。【００７６】
この第１実施例に係る分析装置１は、対象物Ａへ照射される照射光Ｐ３の波長範囲を制限する波長可変フィルタ１３を備えるのが好ましい。赤外分光分析においては、例えば被検出光Ｌを分光器で分光することにより波長成分毎の強度を知ることができる。しかしながら、波長可変フィルタ１３のような光学フィルタによって照射光Ｐ３の波長範囲が制限されることにより、高価な分光器を用いなくとも容易に分析を行うことができる。波長可変フィルタ１３によって波長範囲を変更可能にすることにより、吸収波長、反射波長、及び励起波長の少なくともいずれかが異なる複数種類の被測定物質を、フィルタを取り替えることなく容易に分析できる。さらに、被測定物質の吸収波長等に応じて、検出波長を容易に調整できる。【００７７】
なお、対象物Ａ１において測定対象となる物質の種類が限られている場合には、波長可変フィルタ１３に代えて、照射光Ｐ３の波長範囲をある特定の範囲に制限する波長範囲固定の光学フィルタが適用されてもよい。この場合、互いに透過波長の異なる複数種類の光学フィルタを併用し、照射光Ｐ３に複数波長が含まれるように照射光Ｐ３の波長を制限してもよい。【００７８】
このような光学フィルタを対象物Ａと光検出部３との間に配置することにより、被検出光Ｌの波長範囲を制限してもよい。この場合、光ファイバ９と対象物Ａとの間に波長可変フィルタ１３が配置された構成と同様の効果を好適に得ることができる。【００７９】
この第１実施例では、波長範囲を制限する分光手段として波長可変フィルタ１３などの光学フィルタを用いている。しかしながら、該光学フィルタに代えて分光器等を用いて被検出光Ｌを分光してもよい。このように分光器が適用される構成としては、例えば（Ａ）対象物Ａと光検出部３との間に分光素子（プリズムやバルクタイプのグレーティング素子など）が配置される構成、及び（Ｂ）フーリエ変換分光を利用する構成などが考えられる。【００８０】
上述の構成のうち構成（Ａ）では、対象物Ａと光検出部３との間に分光素子が配置されるとともに、光検出部３としてアレイ状の受光素子が適用可能である。この場合、光検出部３の特定位置に入射する光は特定波長のスペクトル強度情報を有するので、分光分析を好適に行うことができる。あるいは、光検出部３として一個の受光素子を用い、分光素子を回転させることにより（又は光検出部３を平行移動させることにより）、分光素子を透過した被検出光Ｌを検出してもよい。いずれの構成によっても、分光分析を好適に行うことができる。【００８１】
また、構成（Ｂ）の一例としては、次の構成が好適である。すなわち、ハーフミラー、固定ミラー、及び可動ミラーなどを用い、対象物Ａに入射する照射光Ｐ３の光路を二手に分岐し、一方の光路長を可変にする。そして、該一方の光路長を調整することによって干渉強度を検出し、この干渉強度と光路長差との相関に基づいて、フーリエ変換により分光スペクトルを好適に得ることができる。【００８２】
（第２実施例）
図１０は、この発明に係る分析装置の第２実施例の構成を示す図である。この第２実施例に係る分析装置１ａは、赤外分光分析によって様々な物質を特定したり、対象物質の分布状況や粒径を分析する。すなわち、分析装置１ａは、図１０に示されたように、光検出部３ａ、制御／分析部４、入出力部５、コリメータレンズ１４ａ、集光レンズ１４ｂ、ハーフミラー１５、ピンホール板１７、及び光源部２０ａを備える。これらのうち、光検出部３ａ、制御／分析部４、及び入出力部５の構成については、上述の第１実施例における光検出部３、制御／分析部４、及び入出力部５と同様なので、詳細な説明を省略する。なお、この第２実施例においても、制御／分析部４及び入出力部５により信号処理部が構成されている。【００８３】
光源部２０ａは、スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）Ｐ２に基づく照射光Ｐ３を薬剤などの対象物Ａ１に照射する発光ユニットである。光源部２０ａは、種光源２と、種光源２に入射端が光学的に接続された光ファイバ９と、光ファイバ９の出射端に光学的に直列接続された１／２波長板１１、偏向子（偏向板）１２、及び波長可変フィルタ１３とを含む。これらのうち、種光源２、光ファイバ９、及び波長可変フィルタ１３の構成は、第１実施例における光源部２０と同様である。【００８４】
１／２波長板１１、偏向子１２、及び波長可変フィルタ１３は、ＳＣ光Ｐ２を照射光Ｐ３に変換するための光学部品である。すなわち、光ファイバ９から出射されたＳＣ光Ｐ２は、１／２波長板１１によって円偏光となり、偏向子１２によって偏波面が規定される。なお、この偏向子１２は光軸周りに回転可能なように設けられており、ＳＣ光Ｐ２の偏波面の向きを自在に変更できるしくみになっている。その後、ＳＣ光Ｐ２は、波長可変フィルタ１３によってその波長範囲が制限され、照射光Ｐ３として出射される。【００８５】
コリメータレンズ１４ａ及び集光レンズ１４ｂは、対象物Ａ１の表面における照射光Ｐ３の照射範囲をスポット状に制限するための照射径制限部であり、光源部２０ａの光出射端に光学的に接続されている。コリメータレンズ１４ａは、光源部２０ａから出射された照射光Ｐ３をコリメートする。集光レンズ１４ｂは、コリメートされた照射光Ｐ３を対象物Ａ１へ向けて集光する。集光レンズ１４ｂは、照射光Ｐ３の単位面積あたりの光強度（照度）を高めるために、対象物Ａ１の表面における照射光Ｐ３の照射径は１μｍ以上かつ５０ｍｍ以下であるのが好ましい。一方、照射ビームを拡大するときは、集光レンズ１４ｂを取り外してもかまわない。また、集光レンズ１４ｂに代えてシリンドリカルレンズを用い、照射光Ｐ３の照射範囲をライン状に制限し、光源部２０ａを線光源化してもよい。【００８６】
ハーフミラー１５は、対象物Ａ１において生じた被検出光Ｌを光検出部３ａへ導くための光学部品であり、コリメータレンズ１４ａと集光レンズ１４ｂとの間に配置されている。ここで、被検出光Ｌとは、照射光Ｐ３に起因する対象物Ａ１からの光であり、例えば照射光Ｐ３が対象物Ａ１内部の測定対象物質によって反射又は散乱した光や、測定対象物質を透過した光、あるいは、照射光Ｐ３によって測定対象物質が励起されることにより生じる発光などである。【００８７】
ピンホール板１７は、共焦点光学系を構成するための光学部品である。すなわち、ピンホール板１７は、ピンホール１７ａを有する板状の部材からなり、ピンホール１７ａが光検出部３ａの受光面上に位置するように光検出部３ａとハーフミラー１５との間に配置されている。ピンホール板１７は、光検出部３ａへ入射する被検出光Ｌから、焦点の合致した箇所以外の反射光を除去することにより、例えば深さ方向に精度を要する対象物Ａ１を分析する際に分解能を小さくできる。【００８８】
次に、分析装置１ａを用いた赤外分光分析の一例として、薬剤の粒径分布測定及び分散測定について説明する。【００８９】
（粒径分布測定）
薬剤を製造する際には、体内での薬効時間にばらつきが生じるのを抑えるために、粒径のばらつきを小さくすることが求められる。このため、製造過程において粒径分布を測定できるのが好ましい。粒径分布を測定するためには、測定対象物質の反射波長に相当する波長成分を含むパルス状の照射光Ｐ３を薬剤サンプル（対象物Ａ１）に照射し、薬剤サンプルから得られる被検出光Ｌのパルス形状と、照射光Ｐ３のパルス形状とを互いに比較すればよい。なお、薬剤の粒径分布を測定する方法としては、例えば光源部２０ａから出射された照射光Ｐ３を分岐して、薬剤サンプルに光が照射された際に薬剤サンプル内で生じる光散乱による反射戻り光の時間遅れ成分を抽出することによって粒径分布を求める方法や、あるいは薬剤サンプルからの反射戻り光のパルス応答を測定した後で参照パルス形状サンプルとして基準反射板などを置き、同じく反射戻り光のパルス応答を測定し、その両者の差分を測定する方法などがある。分析装置１ａなどの測定系では、被測定物の深さ方向の分解能が高いため、詳細に粒径分布を測定することができる。【００９０】
そして、被検出光Ｌ及び照射光Ｐ３のパルス波形を比較した結果（差分など）に基づいて、ケモメトリックス法や主成分分析などの統計的手法による解析が行われ、また、複数の薬剤成分の反射光強度に応じて波長が変えて測定されることにより、サンプルに含まれる複数成分の粒径分布の評価を行うことができる。【００９１】
図１１は、照射光のパルス形状の一例と、被検出光のパルス形状の一例を示す図である。この図１１において、領域（ａ）は照射光Ｐ３のパルス形状の一例を示す。領域（ｂ）は被検出光Ｌのパルス形状の一例を示す。照射光Ｐ３を薬剤サンプルに照射すると、薬剤サンプルから得られる被検出光Ｌには微小散乱光Ｌｄが含まれる。この微小散乱光Ｌｄの光強度は、対象物Ａ１の粒径分布に依存する。そして、微小散乱光Ｌｄは、通常の反射光よりも時間的に遅延して光検出部３ａに到達するので、この図１１の領域（ｂ）に示されたように、被検出光Ｌのパルスの裾は微小散乱光Ｌｄの分だけ広がることになる。この裾部分を検出することによって、微小散乱光Ｌｄの光強度が得られ、粒径分布を推定できる。【００９２】
なお、例えば照射光Ｐ３のパルス幅が長すぎると、図１１の領域（ｃ）に示されたように微小散乱光Ｌｄが被検出光Ｌのパルスに隠れてしまい検出が困難になる。これに対し、当該第２実施例における光源部２０ａによれば、上述のように時間幅が数フェムト秒といった超短パルスが、照射光Ｐ３として対象物Ａ１に照射され得る。このように、第２実施例によれば、微小散乱光Ｌｄの強度を正確に測定できるため、精度の良い測定が可能になる。【００９３】
また、さらに簡易な方法として、照射光Ｐ３を対象物Ａ１に照射し、その透過光を被検出光Ｌとして検出してもよい。この場合、透過光の減衰率から被測定物の厚み方向の平均的粒径分布を推定できる。【００９４】
（薬剤の分散測定）
薬効時間内の薬剤の効果を均一にするために、薬剤を製造する際には、薬剤に含まれる各成分を均一に分散させ、各薬剤の薬効のばらつきを小さくすることが求められる。このため、製造過程において薬剤成分の分散の様子を測定できるのが好ましい。成分の分散の様子を測定するためには、パルス状の照射光Ｐ３を薬剤サンプル（対象物Ａ１）に照射し、薬剤サンプル内において生じた蛍光などの発光（被検出光Ｌ）の分布を測定するとよい。【００９５】
具体的には、特定の成分の励起波長に相当する波長成分を含む照射光Ｐ３が対象物に照射されると、被検出光Ｌに含まれる特定成分からの蛍光などの発光が波長選択フィルタ等により抽出された後、この発光強度が２次元の光検出部３ａにより検出される。そして、検出結果が画像情報（データ）として入出力部５により表示されれば、薬剤の部位による発光の濃淡によって特定成分が均質に分散しているか否かを容易に判断できる。【００９６】
また、照射光Ｐ３に対する発光（被検出光Ｌ）の時間応答を考慮することにより、対象物Ａ１（特に、錠剤・粉末剤）における厚さ方向の分散均質度を短時間で容易に評価することができる。これにより、従来は破壊試験が必要であった（非特許文献１参照）厚さ方向の分散均質度の測定を、ｉｎ−ｓｉｔｕに測定できる。【００９７】
なお、上述の粒径分布測定や分散測定といった医薬の分析方法に第２実施例に係る分析装置１ａを使用することにより、例えば医薬品工程管理技術（ＰＡＴ：Process Analytical Technology）に応用することができる。ＰＡＴにおいては、ケモメトリクスや多重回帰分布測定などの統計学的分析手法を活用し、薬剤製造プロセスにおける調整パラメータを明らかにしたうえで、上述の粒径分布や分散などの測定結果をフィードバックしながら製品の均質化を図ることができる。一方、狭義のＰＡＴにおいては、波長成分ごとのイメージングができなくても、１つ又はそれ以上の波長成分の光を照射した際の発光分布が基準データと略同一であると判定できる場合にはその薬剤サンプルを合格とする、いわゆるバッチ検査（検査簡略化）に用いることもできる。【００９８】
この第２実施例に係る分析装置１ａは、第１実施例に係る分析装置１と同様に、実用性に優れ、かつ、より長い波長域まで近赤外分光分析等を可能にする。したがって、粒径分布測定や分散測定といった薬剤の分析を、様々な薬剤に対して精度よく行うことができる。【００９９】
この第２実施例に係る分析装置１ａは、照射光Ｐ３の偏波面を可変にする偏向子（偏向板）１２を備えてもよい。被測定物質の吸収特性（又は発光特性）が照射光Ｐ３の偏波に大きく依存する場合であっても、このように照射光Ｐ３の偏波面を可変とすることにより、被検出光Ｌに含まれる被測定物質に関する情報のコントラストを高めることができる。【０１００】
（第３実施例）
図１２の領域（ａ）及び領域（ｂ）は、この発明に係る分析装置の第３実施例の構成を示す図である。これら領域（ａ）及び領域（ｂ）に示された分析装置１ｂ、１ｃは、上述の第１実施例に係る分析装置１を変形例であり、例えば食品検査などの際の近赤外分光分析に使用することができる。【０１０１】
図１２の領域（ａ）に示されたように、分析装置１ｂは、光検出部３ｂ、モニタ／分析部６ａ（信号処理部に含まれる）、分光器７、レンズ１４、及び光源部２０ｂを備える。光源部２０ｂは、ＳＣ光Ｐ２を照射光Ｐ３として食品などの対象物Ａ２に照射するための構成要素である。光源部２０ｂは、種光源２及び光ファイバ９によって構成されている。なお、種光源２及び光ファイバ９の構成は、第１実施例と同様である。【０１０２】
レンズ１４は、対象物Ａ２の表面における照射光Ｐ３（ＳＣ光Ｐ２）の照射範囲をスポット状に制限するための照射径制限部であり、光源部２０ｂの光出射端に光学的に接続されている。なお、レンズ１４は、対象物のサイズ（ゴマ、米粒などの小さな種子は狭く、ミカン、リンゴ、メロンといった大きな果実は広く）に応じて照射径を適切な範囲にする。すなわち、レンズ１４は、照射光Ｐ３の単位面積あたりの光強度（照度）を高めるために、対象物Ａ２の表面における照射光Ｐ３の照射径を１μｍ以上かつ５０ｍｍ以下のスポット状にする。【０１０３】
分光器７は、対象物Ａ２からの被検出光Ｌを分光するための光学部品である。分光器７の構成としては、例えばプリズムやバルクタイプのグレーティング素子を用いた構成や、あるいはフーリエ変換分光を利用する構成などが適している。【０１０４】
光検出部３ｂは、被検出光Ｌを検出する。第３実施例における光検出部３ｂは、例えばフォトダイオード（ＰＤ）やＰＤアレイ、赤外カメラ等によって実現され、対象物Ａ２からの反射光又は散乱光を被検出光Ｌとして受光し、その光強度を電流値などの電気的な量に変換する。なお、光検出部３ｂの詳細な構成は、第１実施例における光検出部３と同様である。【０１０５】
モニタ／分析部６ａは、種光源２からのレーザ光Ｐ１の出射タイミングと、光検出部３ｂにおける検出タイミングとを制御する制御部としての機能と、光検出部３ｂからの信号（検出結果）に基づいて、被検出光Ｌに関するスペクトル波形情報を生成する信号処理部としての機能とを兼備する。また、モニタ／分析部６ａは、生成されたスペクトル波形情報を表示する表示部としての機能も備えている。【０１０６】
一方、分析装置１ｃは、図１２の領域（ｂ）に示されたように、光検出部３ｃ、モニタ／分析部６ａ（信号処理部）、レンズ１４、及び光源部２０ｃを備える。このうち、モニタ／分析部６ａ及びレンズ１４の機能は、分析装置１ｂと同様である。【０１０７】
光源部２０ｃは、ＳＣ光Ｐ２に基づく照射光Ｐ３を対象物Ａ２に照射するための発光ユニットである。光源部２０ｃは、上述の光源部２０ｂと異なり、種光源２及び光ファイバ９に加えて、光ファイバ９の出射端に光学的に接続された光学フィルタ１６を有する。この光学フィルタ１６は、照射光Ｐ３の波長範囲を所定範囲に制限するための光学部品であり、図１２の領域（ａ）における分光器７に代えて設けられる。なお、この第３実施例における光学フィルタ１６は、被測定物質の吸収波長に応じてその透過波長範囲が固定されるが、波長可変フィルタを用いても良い。また、光学フィルタ１６は、互いに透過波長が異なる複数の波長固定フィルタによって構成されてもよい。この場合、複数の波長成分を同時に用いて被測定物質を分析することができる。【０１０８】
光検出部３ｃは、上述の光検出部３ｂと同様に、例えばフォトダイオード（ＰＤ）やＰＤアレイ、赤外カメラ等によって実現される。ただし、この光検出部３ｃは、対象物Ａ２からの透過光を被検出光Ｌとして受光し、その光強度を電流値などの電気的な量に変換する。この光検出部３ｃの詳細な構成も、第１実施例における光検出部３と同様である。【０１０９】
なお、第３実施例に係る分析装置１ｂ、１ｃは、反射光を検出する光検出部３ｂ及び透過光を検出する光検出部３ｃをそれぞれ備えているが、分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、光検出部３ｂ、３ｃの双方を備えることにより反射光及び透過光の双方を撮像してもよい。また、分析装置１ｃにおいては、レンズ１４又は対象物Ａ２の位置を相対的に移動可能にすることにより、対象物Ａ２の表面を照射光Ｐ３が走査させる構成であってもよい。【０１１０】
この発明に係る分析装置は、被検出光Ｌ２に基づいた画像データのＳＮ比を改善するための構造を備えてもよい。すなわち、信号処理部は、生成された画像データのＳＮ比を改善するため、該生成された画像データから、ノイズ成分が低減された補正画像データを生成する。通常、当該分析装置が設置される環境では、外部からの迷光（例えば太陽光、街頭光など）、周辺気温、周辺環境（例えば雨、霧、雪など）によって得られる画像データのＳＮ比が劣化してしまう。そのため、例えば、受光素子の受光面を遮蔽した状態で得られる遮光画像ＶＮ（受光素子自身のデバイスノイズＮ）、ＳＣ光を直接受光素子で受光することにより得られるＳＣ光画像ＶＳＣ、ＳＣ光を照射しない状態で得た非照射画像ＶＢＫ、ＳＣ光を照射した状態で得た照明画像ＶＩＬ（被検出光情報に基づいた画像データ）を利用してＳＮ比を改善することが可能である。図１３の領域（ａ）は、信号処理部における画像処理（ＳＮ比改善）を説明するための図であり、遮光画像ＶＮ６０４、ＳＣ光画像ＶＳＣ６０３、非照射画像ＶＢＫ６０２、照明画像ＶＩＬ６０１の各成分は、以下のように与えられる。
遮光画像ＶＮ：Ｎ
ＳＣ光画像ＶＳＣ：ＰＳＣ＋Ｎ
非照射画像ＶＢＫ：（ＰＮ−ＡＮ）＋Ｎ
照明画像ＶＩＬ：（ＰＳＣ−ＡＳＣ）＋（ＰＮ−ＡＮ）＋Ｎ【０１１１】
ここで、遮光画像ＶＮの成分は受光素子自身のデバイスノイズＮで与えられる。ＳＣ光画像ＶＳＣの成分は、受光素子に照射されたＳＣ光パワーＰＳＣがデバイスノイズＮとともに検出された値となる。非照射画像ＶＢＫの成分は、迷光パワーＰＮが該被検出対象に吸収された吸収成分ＡＮだけ減少した状態でデバイスノイズＮとともに検出された値となる。また、照明画像ＶＩＬの成分は、被検出対象に吸収されたＳＣ光の吸収成分ＡＳＣだけ減少したＳＣ光の反射成分（ＰＳＣ−ＡＳＣ）と吸収成分ＡＮだけ減少した迷光成分（ＰＮ−ＡＮ）がデバイスノイズＮとともに検出された値となる。なお、遮光画像ＶＮ６０４、ＳＣ光画像ＶＳＣ６０３、及び非照射画像ＶＢＫ６０２は、赤外線撮影に先立って取得し、予め信号処理部のメモリ９０に格納しておけばよい。【０１１２】
このとき、照明画像ＶＩＬと非照射画像ＶＢＫの差分（ＶＩＬ−ＶＢＫ）をとると、以下の式（１）で与えられる成分値が得られる。
ＶＩＬ−ＶＢＫ＝ＰＳＣ−ＡＳＣ  …（１）【０１１３】
さらに、ＳＣ光の照射パワーＰＳＣを除去するため、ＳＣ光画像ＶＳＣと式（１）で得られた成分値の差分をとる。
ＶＳＣ−（ＶＩＬ−ＶＢＫ）＝ＡＳＣ＋Ｎ  …（２）【０１１４】
この式（２）で得られた成分値は、被検出対象に吸収されたＳＣ光の吸収成分ＡＳＣの他、デバイスノイズＮを含んでいる。そのため、さらに、式（２）で得られた成分値と遮光画像ＶＮの成分値Ｎの差分をとることにより、被検出対象におけるＳＣ光の吸収成分ＡＳＣのみの情報を含む分析用画像６０５が得られる。【０１１５】
このように、これら４種類の画像の差分処理により、被検出対象における特定波長の吸収量（被検出対象の吸収波長域における被検出光の光強度情報を含む）を、迷光、周辺温度、周辺環境等の外乱の影響が除去された状態で明瞭に視覚化することができる。【０１１６】
さらに、この発明に係る分析装置は、被検出光に基づいた画像データの振動補正をするための構造を備えてもよい。例えば、信号処理部において、時間経過とともに順次取り込まれた複数の画像データについて対応する各画素ごとに平均化（例えば対応する各画素の輝度の平均値を新たな輝度情報として与える）することにより、振動など画像ボケの影響を効果的に低減できる。図１３の領域（ｂ）は、信号処理部における画像処理（振動補正）を説明するための図である。【０１１７】
すなわち、図１３の領域（ｂ）に示されたように、信号処理部は、メモリ９０内に時間経過ｔ１、ｔ２、…、ｔｎとともに順次照明画像６０１を取り込む。これら取り込まれた照明画像のうち時間ｔｉの照明画像と時間ｔｉ＋１の照明画像について平均化処理を行い、画像内のボケが補正された分析用画像６０６が得られる。なお、メモリは、記憶容量に制限があるので、使用済みの照明画像は逐次削除される。また、振動が大きい場合には、平均化処理に利用する照明画像の枚数（フレーム数）を多くすることにより、より振動の影響を低減することができる。逆に、振動が小さい場合には、平均化処理に利用する照明画像の枚数（フレーム数）を少なくしてもよい。【０１１８】
続いて、第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）を利用した赤外分光分析の一例として、食品検査・選別、血糖値検査、及び地中探索について説明する。【０１１９】
（食品検査・選別）
例えば、果実などの食品に照射光Ｐ３を照射し、フルクトースやグルコースなどの糖分に特有の吸収波長における被検出光Ｌと照射光Ｐ３との強度比を検出することによって、糖度の測定を容易に行うことができる。あるいは、クエン酸やアスコルビン酸に特有の吸収波長における被検出光Ｌと照射光Ｐ３との強度比を検出することによって、酸度の測定を容易に行うことができる。あるいは、エチレンやクロロフィルに特有の吸収波長における被検出光Ｌと照射光Ｐ３との強度比を検出することによって、熟度の測定を容易に行うことができる。あるいは、ペクチンに特有の吸収波長における被検出光Ｌと照射光Ｐ３との強度比を検出することによって、硬度の測定を容易に行うことができる。【０１２０】
この食品検査・選別の際には、ケモメトリックス法が好適に用いられる。すなわち、測定対象物質（フルクトース、クエン酸、エチレンなど）の吸収波長に相当する被検出光Ｌの波長成分の光強度や、該光強度と他の波長成分の光強度との比が指標として準備される。そして、この指標と、水分量、糖度、酸度、及び熟度との予め測定された相関に基づいて、検量線との比較によって半経験的にこれら水分量、糖度、酸度、及び熟度が定量化される。あるいは、ある測定対象物質の吸収波長（例えば果物であれば、水分量なら波長２．１μｍ付近、糖分なら波長１．７μｍ付近、酸度なら波長１．１μｍ付近、熟度なら波長０．９μｍ付近、硬度なら波長１．２μｍ付近）における被検出光Ｌの光強度の大きさに基づいて、水分、糖度、酸度、熟度、硬度などが定量化されてもよい。【０１２１】
第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）によれば、第１実施例に係る分析装置１と同様に、実用性に優れ、かつ、より長い波長域まで近赤外分光分析等が可能になる。したがって、上述のような比較的長い吸収波長を有する被測定物質を好適に測定できるので、食品検査・選別に適している。【０１２２】
また、従来の近赤外分光分析装置としては、例えばフェムト秒のチタンサファイアレーザを非線形結晶を用いて近赤外光に波長変換する構成（非特許文献２参照）が知られている。しかしながら、このような構成では、装置が高価かつ大型になってしまう。この第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、このような従来の装置と比較して装置構成が単純であり、小型化を実現可能にする。しかも、光ファイバ９を光ファイバプローブとしても利用できるので、可搬型としても極めて精密な測定が可能となる。また、メンテナンスも不要である。したがって、食品の出荷時に用いられるだけでなく、倉庫や商店に当該分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）を用意しておき、食べ頃の食品や腐敗した食品の選別も容易になる。【０１２３】
なお、この第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、果物だけでなく、種子、穀物、魚介類、肉類など広範な食品に適用可能である。また、醤油や味噌などの加工食品についても、製造メーカや商品に固有のスペクトルを有する。したがって、当該第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、加工食品の管理にも適している。【０１２４】
また、この第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）においては、ＳＣ光を生成するための光ファイバ９として、第１実施例と同様に中実のＨＮＬＦが用いられる。これにより、ＰＣＦを用いる場合と比較してＳＣ光Ｐ２の光強度を大きくできる。又はロゲンランプ等の照明を用いる場合と比較して集光も容易である。したがって、従来の赤外分光分析装置では測定が困難であった皮が硬い果実（メロンやパイナップルなど）も容易に測定できる。【０１２５】
果実や穀物などの食品は、産地によって被検出光Ｌのスペクトルが異なることがある。このような場合、当該第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）によって、産地調査も可能となる。また、分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）によれば種子の一粒ごとの測定も可能なので、ブランド種や遺伝子組み換え種の分類ができ、混雑や交配を防止することもできる。【０１２６】
（血糖値検査）
上述のように、この第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）によれば、グルコースを好適に測定できる。したがって、分析装置１ｂ又は１ｃは非侵襲の血糖値検査にも適している。従来の測定装置としては、例えば特許文献２に開示された装置が知られているが、やはり装置が大型になるとともに照射光強度が弱い等の課題が残っている。実用的には、分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）のように、ＳＣ光の発生源として中実の光ファイバ９（ＨＮＬＦ）を用いることが、集光性や光強度の点において好ましい。【０１２７】
ＳＣ光Ｐ２をラマン増幅器やＯＰＡなどの光増幅手段（図２参照）によって増幅すれば、１００ｎｍ〜３００ｎｍの帯域幅に亘ってＳＣ光Ｐ２を増幅することができる。これにより、グルコースに特に吸収され易く、かつ生体内水分の影響を受けにくい１．５μｍ〜１．８μｍ付近の波長成分を選択的に増幅することができ、血糖値検査にとって非常に好ましい。さらに、ラマン増幅器やＯＰＡは励起されなければ通常の光ファイバとして用いることができるので、光増幅の有無を切り替えることも容易にできる。【０１２８】
なお、この第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、採血された血液の検査にも、即時に結果が得られるので好適である。また、分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、血糖値検査以外にも、例えば血中脂質や尿酸値などの検査を非侵襲で行うこともできる。【０１２９】
（地中探索）
分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は波長が比較的長い近赤外光を用いるので、対象物Ａ１内での散乱が小さく、強散乱体である土壌に対しても数ｃｍ〜数ｍ程度の透過が可能である。したがって、例えば掘削ドリルと共に配置し、地中を掘り進める先に存在する物質を予測することができる。具体的には、地中を掘削したのち、照射光Ｐ３を対象物Ａ１としての地中物に照射する。そして、照射光Ｐ３に起因する地中物からの被検出光Ｌ（透過・散乱光）を検出し、被検出光Ｌに含まれる所定の波長成分の強度に基づいて特定物質（資源、水分など）の存在を判定する。【０１３０】
上述の地中探索方法によれば、例えば、照射光Ｐ３を土壌に照射して得られる反射光（被検出光Ｌ）のうち水分の吸収波長である１．４μｍ付近の波長成分の強度が大きい場合に、近くに水源が存在するという事実を感知できる。例えばトンネル工事などにおいて地下水掘削を防止して危険を避けたり、温泉を検知する等、様々な用途に応用できる。さらに、ラマン増幅器やＯＰＡなどの光増幅手段を備えることにより照射光Ｐ３の光強度（分光放射束）を数Ｗ／ｎｍに高めることができる（照射光Ｐ３の到達深度をより深くできる）。【０１３１】
分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、水分の検知だけでなく、油井探索にも適している。すなわち、油井に特有な炭素二重結合（Ｃ＝Ｃ、Ｃ＝Ｃ−Ｈなど）に由来する吸収波長が１．７μｍ〜１．８μｍ付近にあるため、土壌からの被検出光Ｌにおいてこの波長範囲の成分強度に変化が生じれば、油井の存在を検知できる。【０１３２】
この第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）によれば、第１実施例に係る分析装置１と同様に、実用性に優れ、かつ、より長い周波数域まで赤外分光分析等が可能になる。したがって、様々な種類の物質を探索できる地中探索方法を提供できる。【０１３３】
分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、図６の領域（ａ）及び領域（ｂ）に示されたような広帯域に亘る照射光Ｐ３のスペクトルが実現できる。したがって、単一の光源（光源部２０ａ）によって広範な波長の赤外分光測定が可能であり、例えば、水分に吸収されにくい１．０μｍ付近の波長成分強度と、水分に吸収され易い２．０μｍ付近の波長成分強度とを同時に測定し、水分の分布を知ること等が容易にできる。また、水分の検知と当時に、該水分に含まれるミネラル成分の分析も行うことができる。従来は、採掘現場から水を採取（サンプリング）してその成分を分析していた。しかしながら、当該第３実施例によりサンプリングの手間が省けるので、大幅にコストを削減できる。【０１３４】
また、分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、鉱山での採掘物の分析にも適している。すなわち、採掘穴や採掘した土壌（岩石）に照射光Ｐ３を照射し、被検出光Ｌのスペクトルを分析することによって、有用資源を検知することもできる。【０１３５】
以上、第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）の好適な用途について説明したが、当該第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、上記用途に限らず、例えば励起状態分子、ラジカル分子、励起分子錯体など、化学反応の中間体を検出することもできる。したがって、レーザーチップ、太陽電池、光メモリー、又は光触媒などの解析や検査といった用途に用いることもできる。また、化学反応用の励起レーザとともに統合的に制御し、励起から測定までの時間を精度よく管理しつつ測定することによって、化学反応における時間分解スペクトルをフェムト秒からナノ秒オーダーで正確に得ることも可能である。【０１３６】
（第４実施例）
図１４は、この発明に係る分析装置の第４実施例の構成を示す図である。図１４の領域（ａ）及び領域（ｂ）に示された分析装置１ｄ、１ｅは、上述の第１実施例に係る分析装置１の変形例であり、吸収波長、反射波長、及び励起波長のうち少なくともいずれかが互いに異なる複数の塗料により図柄が描かれた紙幣などの印刷物Ａ３の真贋を判定する（偽造を検知する）。図１４の領域（ａ）に示されたように、分析装置１ｄは、光検出部３ｄ、モニタ／分析部６ｂ（信号処理部）、レンズ１９、及び光源部２０ｄを備える。【０１３７】
光源部２０ｄは、ＳＣ光Ｐ２に基づく照射光Ｐ３を紙幣などの印刷物Ａ３に照射するための発光ユニットである。光源部２０ｄは、レーザ光Ｐ１を出射する種光源２と、レーザ光Ｐ１を入射してＳＣ光Ｐ２を出射する中実のＨＮＬＦである光ファイバ９と、光ファイバ９の出射端に光結合された波長可変フィルタ１３とによって構成されている。なお、種光源２、光ファイバ９、及び波長可変フィルタの詳細な構成は、第１実施例と同様である。例えば、光ファイバ９の零分散波長は１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下の範囲内にあり、種光源２から出射されるレーザ光Ｐ１の中心波長も同様の範囲に含まれる。【０１３８】
レンズ１９は、印刷物Ａ３の表面に対し広範囲に照射光Ｐ３を照射するための光学部品であり、光源部２０ｄの光出射端に光学的に接続されている。【０１３９】
光検出部３ｄは、照射光Ｐ３に起因する印刷物Ａ３からの被検出光Ｌを検出（撮像）する。この第４実施例における光検出部３ｄは、例えば赤外カメラ等の二次元撮像装置によって実現され、印刷物Ａ３からの反射光又は発光を被検出光Ｌとして受光し、その画素毎の光強度を電気信号に変換して、そして撮像データを生成する。この第４実施例における印刷物Ａ３には、吸収波長等が互いに異なる（具体的には、反射スペクトルあるいは発光スペクトルが互いに異なる）複数の塗料により図柄が描かれており、また、光源部２０ｄからは波長可変フィルタ１３によって選択された特定波長の照射光Ｐ３が照射される。そのため、被検出光Ｌには該特定波長に対応する図柄情報が含まれることになる。ここで、図柄とは必ずしも２次元的である必要はなく、線状に塗布されたものであっても構わない。【０１４０】
モニタ／分析部６ｂは、被検出光Ｌにより認識される図柄を分析・表示する。モニタ／分析部６ｂは、光検出部３ｄから撮像データを受け取り、該撮像データに基づく画像（図柄を含む）を分析・表示する。【０１４１】
一方、分析装置１ｅは、図１４の領域（ｂ）に示されたように、光検出部３ｅ、モニタ／分析部６ｂ（信号処理部）、レンズ１４、及び光源部２０ｄを備える。これらのうち、モニタ／分析部６ｂ及び光源部２０ｄの構成は、図１４の領域（ａ）に示された分析装置１ｄと同様である。【０１４２】
レンズ１４は、印刷物Ａ３の表面における照射光Ｐ３の照射範囲をスポット状に制限するためのコリメータレンズ（照射径制限部）であり、光源部２０ｄの光出射端に光学的に接続されている。レンズ１４は、照射光Ｐ３の単位面積あたりの光強度（照度）を高めるために、印刷物Ａ３の表面における照射光Ｐ３の照射径を１μｍ以上かつ５０ｍｍ以下のスポット状にする。また、レンズ１４又は印刷物Ａ３の位置が相対的に移動可能な構成にすることで、印刷物Ａ３の表面を照射光Ｐ３が走査できる構成であってもよい。【０１４３】
光検出部３ｅは、照射光Ｐ３に起因する印刷物Ａ３からの被検出光Ｌを検出（撮像）する。上述の光検出部３ｄと同様に、例えば赤外カメラ等の二次元撮像装置によって実現される。ただし、この光検出部３ｅは、印刷物Ａ３からの透過光を被検出光Ｌとして受光し、その画素ごとの光強度を電気信号に変換して、撮像データを生成する。【０１４４】
なお、この第４実施例においても、分析装置１ｄ、１ｅが、反射光を検出する光検出部３ｄ及び透過光を検出する光検出部３ｅをそれぞれ備えている。しかしながら、分析装置１ｄ（又は分析装置１ｅ）は、光検出部３ｄ、３ｅの双方を備えることにより反射光（又は発光）及び透過光の双方を撮像してもよい。【０１４５】
また、光源部２０ｄは、複数の出射端を備えてもよい。ＳＣ光の出射端が複数設けられることにより、対象物に対してより均一な照射光の照明が可能になる。具体的には、図１５に示されたように、波長可変フィルタ１３の出射端側に１対多の分岐手段１４０を配置し、該分岐手段１４０の複数の出射端からのＳＣ光Ｐ３を拡散板１５０に照射させる。そして、この拡散板１５０を介して照射光を印刷物Ａ３等の対象物に照射させることにより、照射位置による強度差を低減することが可能になる。なお、図１５は、第４実施例に係る分析装置の変形例を示す図である。また、分岐手段１４０としては、例えば、光カプラなどの光学部品の他、ＷＤＭカプラやＡＷＧなど、波長選択性を有する光学部品であってもよい。【０１４６】
これら分析装置１ｄ、１ｅによれば、中実の光ファイバ９によってＳＣ光Ｐ２が生成されるので、実用性に優れ、かつ、より広い周波数域での印刷物の真贋判定が可能になる。以下、分析装置１ｄ（又は分析装置１ｅ）を利用した印刷物の真贋判定方法の一例について説明する。【０１４７】
（第１の真贋判定方法）
従来の偽造検出装置（例えば、特許文献３及び特許文献４）には、複数の波長の光を用いることにより、紙幣、カード等の印刷物の偽造を検出するものがある。すなわち、特定の吸収波長等を有する複数の塗料が予め塗布された印刷物に対し、それらの吸収波長等に対応する波長の照射光Ｐ３を照射することにより、該複数の塗料を検知して偽造の有無を判断している。しかしながら、塗料の種類が少ないと、同一の塗料が使用されることにより偽造を検知できないおそれが高くなってしまう。また、一旦偽造を検知できない印刷物が複数の区域（国等）にまたがって流通した場合、それを検出可能とする為には別の波長で発光する光源と交換する必要があり、柔軟な対応ができない。【０１４８】
この第４実施例に係る分析装置１ｄ、１ｅにおける光源部２０ｄは、近赤外領域において平坦なスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２を生成する。そして、このＳＣ光Ｐ２の波長を波長可変フィルタ１３によって変化（掃引）しながら照射光Ｐ３として印刷物Ａ３に照射し、照射光Ｐ３の波長変化に応じて連続的に被検出光Ｌを撮像することによって、印刷物Ａ３が有する波長領域での連続的な特徴を容易に得ることができる。ここで、波長領域での連続的な特徴とは、印刷物Ａ３に塗布された塗料の種類及び図柄に起因する透過光又は反射光のスペクトル波形、及び印刷物Ａ３の基部となる材料（紙質など）に応じた透過光又は反射光のスペクトル波形といった印刷物Ａ３に固有の特徴である。【０１４９】
したがって、上述の従来の偽造検出装置とは異なり、この第１の真贋判定方法では使用する材料の特定を可能にするため、偽造を試みようとする者は、従来のように、色彩及び図柄を一致させるだけでなく、印刷物Ａ３に塗布された全ての塗料の色、塗料の材質、図柄、及び印刷物Ａ３の紙質などを全て本物と一致させる必要があり、偽造を行うことが著しく困難となる。また、真贋判定のための特定の塗料を塗布する必要がないので、既に発行されている印刷物であっても真贋判定が可能になる。また、一つの装置のみによって様々な印刷物Ａ３の真贋を判定することが可能になる。さらに、仮に偽造を検知できない印刷物が流通したとしても、波長可変フィルタ１３による照射光Ｐ３の波長の掃引間隔や波長の値を変更することにより、その偽造印刷物に即時に対応できる。【０１５０】
（第２の真贋判定方法）
図１６及び図１７は、第２の真贋判定方法を説明するための図である。この第２の真贋判定方法においては、まず、光源部２０ｄにおいて光ファイバ９にレーザ光Ｐ１を供給し、図１６の領域（ａ）に示されたスペクトルのように広帯域に亘って平坦なスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２を生成する。そして、図１６の領域（ｂ）に示されたように、波長可変フィルタ１３によって照射光Ｐ３の波長が第１の所定波長λ１に制限され、この照射光Ｐ３が印刷物Ａ３に照射される。続いて、照射光Ｐ３に起因する印刷物Ａ３からの被検出光Ｌが光検出部３ｄ（又は光検出部３ｅ）によって検出される。その結果、図１６の領域（ｃ）に示されたように、波長λ１に対応する被検出光Ｌの光強度Ｉ１が検出される。【０１５１】
その後、波長可変フィルタ１３によって照射光Ｐ３の波長が第２〜第４の所定波長λ２〜λ４に順に制限され、これら所定波長λ２〜λ４に対応する被検出光Ｌの光強度Ｉ２〜Ｉ４が順次検出される。これにより、図１６の領域（ｃ）に示されたような離散的な光強度データが得られ、この光強度データによって真贋を判定することができる。なお、図１６の領域（ｃ）におけるグラフＧは、印刷物Ａ３の塗料の種類、図柄、紙質などに起因する連続的なスペクトル波形である。【０１５２】
さらに、この第２の真贋判定方法においては、図１７の領域（ａ）に示されたように、当該印刷物が流通している地域Ｒを複数の区域（例えば４つの区域ＡＲ１〜ＡＲ４）に分け、各区域に割り当てられる所定波長λ１〜λ４の組み合わせが変えられる。具体的には、区域ＡＲ１には第１〜第４の所定波長として波長λ１ｂ〜λ４ｂが割り当てられ（図１７の領域（ｂ））、区域ＡＲ２には第１〜第４の所定波長として波長λ１ｂ〜λ４ｂとは異なる波長λ１ｃ〜λ４ｃが割り当てられ（図１７の領域（ｃ））、区域ＡＲ３には第１〜第４の所定波長として波長λ１ｂ〜λ４ｂ及びλ１ｃ〜λ４ｃとは異なる波長λ１ｄ〜λ４ｄが割り当てられ（図１７の領域（ｄ））、区域ＡＲ４には第１〜第４の所定波長として波長λ１ｂ〜λ４ｂ、λ１ｃ〜λ４ｃ、及びλ１ｄ〜λ４ｄとは異なる波長λ１ｅ〜λ４ｅが割り当てられる（図１７の領域（ｅ））。【０１５３】
すなわち、各区域Ａ１〜Ａ４における光強度データを総合すると、印刷物Ａ３のより詳細なスペクトルが得られることになる（図１７の領域（ｆ））。このように、第２の真贋判定方法によれば、各区域ＡＲ１〜ＡＲ４における離散的な光強度データが互いに補完関係を有する。これにより、区域ＡＲ１〜ＡＲ４それぞれにおいては簡易でありかつスループットの高い偽造検知システムを構築でき、かつ、複数の区域を組み合わせることで、より詳細な情報を得ることができる。そのため、第２の真贋判定方法は、全体として強固な偽造検知システムを構築できるという利点がある。ある区域ＡＲ１において偽造印刷物が流通し、当該区域ＡＲ１に割り当てられた所定波長λ１ｂ〜λ４ｂの被検出光Ｌの強度が規格に偶然合致していたとしても、他の区域（例えば区域ＡＲ２）に割り当てられた所定波長λ１ｃ〜λ４ｃの被検出光Ｌの強度も規格に合致している可能性は極めて低く、当該他の区域ＡＲ２において偽造を見破ることができる。したがって、この第２の真贋判定方法によれば、偽造印刷物を見破る確率を高めることができ、より強固な偽造防止システムを構築できる。また、この第２の真贋判定方法によれば、偽造印刷物の流通過程を容易に追跡することも可能になる。【０１５４】
なお、第４実施例において、信号処理部は、出射光の波長を決定する第１ステップと、該第１ステップで決定された波長の照射光を対象物に照射し、該照射光の反射成分の検出結果を得る第２ステップを順次実施してもよい。この第１ステップは、対象物への照射光照射に先立って行われるステップであり、波長域８００ｎｍ〜３０００ｎｍのプローブ光を対象物に照射し、該プローブ光の反射成分の検出結果に基づいて光源部から出射される照射光の波長を決定する。対象物の検査波長を予め決定しておくことにより、ＳＣ光帯域を狭めたり、不要な波長成分を選択的に除去するためのフィルタを光源部側又は光検出部側に配置することが可能になる。この構成により、ＳＮ比の良好な分光分析が可能になる。【０１５５】
次に、この発明に係る分析装置は、被検出光情報に基づいた画像データをカラー画像化する構造を備えてもよい。図１８及び図１９は、当該分析装置におけるカラー画像化を説明するための図である。【０１５６】
このカラー画像化は、例えば信号処理部において行われ、図１８に示されたように、画像データ６０１（照明画像）を構成する画素ＰＸ１１、…、ＰＸｎｍごとに可視光帯の色を割り当てることにより照明領域のより明瞭な視覚化が可能になる。【０１５７】
例えば、信号処理部は、照明領域内における照明部位それぞれに対応している画像データを構成する画素画素ＰＸ１１、…、ＰＸｎｍ（図１８参照）それぞれに関して、図１９の領域（ａ）に示されたように、特定波長λ１、λ２ごとに可視光域の異なる色を割り当てる。なお、割り当てられる可視光域の色は、赤、黄、青などであっても、白黒画像における濃淡で表現された色であってもよい。そして、図１９の領域（ｂ）に示されたように、信号処理部により画像データを構成する画素画素ＰＸ１１、…、ＰＸｎｍそれぞれを割り当てられた色で該画像データをモニタ５３が表示することにより、被検出光情報に基づいた画像データの視覚化が可能になる。具体的には、図１９の領域（ｂ）に示されたように、対象物Ａ５上の塗料５０にＳＣ光が照射されると、該塗料５０からの発光又は反射光が光学フィルタ５１に到達する。光学フィルタ５１は、波長成分λ１、λ２を選択的に透過する光学部品であって、該光学フィルタ５１を通過した波長成分λ１、λ２が受光素子ＰＤ５２により検出される。そして、信号処理部が波長成分λ１、λ２それぞれに割り当てられた色でモニタ５３上に生成された画像データを表示させる。【０１５８】
また、他の画像データの視覚化は、被検出光帯域を分割した波長帯域ごとに可視光域の異なる色を割り当てることによっても実現可能である。例えば図１９の領域（ｃ）に示されたように、信号処理部が、波長λａ以下の波長帯域に青色を割り当て、波長λａ〜λｂの波長帯域に赤色を割り当て、波長λｂ〜λｃの波長帯域に黄色を割り当て、波長λｃ〜λｄの波長帯域に白色を割り当て、そして、波長λｄ以上の波長帯域に緑色を割り当てる。なお、この他のカラー画像化においても、割り当てられる可視光域の色は、赤、黄、青などであっても、白黒画像における濃淡で表現された色であってもよい。【０１５９】
（第３の真贋判定方法）
図２０は、第３の真贋判定方法を説明するための図である。なお、この第３の真贋判定方法は、吸収波長等が互いに異なる複数種類の塗料により図柄（例えば、図２０の領域（ｂ）に示された図柄Ｆ１、Ｆ２）が描かれた印刷物Ａ３の真贋を判定する。そして、この第３の真贋判定方法を実行する分析装置は、図１４の領域（ａ）及び領域（ｂ）に示された波長可変フィルタ１３に代えて、複数種類の塗料それぞれの吸収波長等のうち一又は二以上の波長（例えば、波長λ１）に対応するＳＣ光Ｐ２の波長成分を減衰させる光学フィルタを備える。【０１６０】
この第３の真贋判定方法では、方法（ｉ）として、光源部２０ｄから光ファイバ９にレーザ光Ｐ１が供給され、図２０の領域（ａ）に示されたスペクトルＳ１のように広帯域に亘って平坦なスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２が光ファイバ９内で生成され、このＳＣ光Ｐ２が照射光Ｐ３として印刷物Ａ３に照射される。そして、印刷物Ａ３からの被検出光Ｌが光検出部３ｄ（又は光検出部３ｅ）によって検出される。また、方法（ｉｉ）として、光学フィルタによって、照射光Ｐ３における波長λ１の成分の光強度が大きく減衰され（グラフＳ２）、この照射光Ｐ３が印刷物Ａ３に照射される。そして、印刷物Ａ３からの被検出光Ｌが光検出部３ｄ（又は光検出部３ｅ）によって検出される。【０１６１】
図２０の領域（ｂ）及び領域（ｃ）は、それぞれ上記方法（ｉ）及び（ｉｉ）によって得られる画像の一例である。なお、図２０の領域（ｂ）及び領域（ｃ）において、図柄Ｆ１は波長λ１を励起波長とする塗料による図柄であり、図柄Ｆ２は波長λ１とは異なる波長λ２を励起波長とする塗料による図柄である。上記方法（ｉ）においては、図２０の領域（ａ）に示されたスペクトルＳ１のような広帯域に亘って平坦なスペクトルを照射光Ｐ３が有するので、被検出光Ｌとして得られる画像データは、図柄Ｆ１及びＦ２の双方を明確に映し出す（図２０の領域（ｂ）参照）。これに対し、上記方法（ｉｉ）においては、図２０の領域（ａ）に示されたスペクトルＳ２のように照射光Ｐ３のスペクトルが波長λ１において大きく減衰しているので、被検出光Ｌとして得られる画像データには図柄Ｆ１は含まれず、図柄Ｆ２のみが明確に映し出されることとなる（図２０の領域（ｃ）参照）。【０１６２】
なお、この第４実施例では、説明を簡単にするために２つの波長λ１、λ２を使用しているが、ＳＣ光Ｐ２は広帯域に亘って平坦なスペクトルを有するので、波長λ１のように照射光Ｐ３のスペクトルが局所的に減衰される波長を複数設定することは容易である。したがって、該複数波長それぞれに吸収波長等を有する複数種類の塗料を用いることにより、さらに高精度の偽造判定が可能になる。また、印刷物Ａ３に互いに励起波長の異なる複数の塗料をモザイク状に塗布し、該複数種類の塗料が照射光Ｐ３の照射によって同時に発光を示すことによって、初めて意味のある記号等が画像として認識取得されるようにもできる。このとき、図２０の領域（ｂ）の波長λ１に励起波長をもつ塗料を印刷物Ａ３に塗布しておくことで、図２０の領域（ａ）に示されたスペクトルＳ１をもつ照射光Ｐ３を照射した場合と、スペクトルＳ２をもつ照射光Ｐ３を照射した場合とで、取得される画像を異ならせることもできる。【０１６３】
この第３の真贋判定方法において、検出に使用される減衰された特定波長成分がどの波長であるかは、偽造を試みる者には不明であり、全ての塗料を用いかつ全く同様の図柄を再現する必要がある為、偽造を実施し難い。この特徴は、例えば検出には使用しない塗料をランダムに印刷物Ａ３に塗布することにより、偽造を試みる者が印刷物を再現することをより困難にすることもできる。一方、偽造を判断する者にとっては、明瞭な画像によって印刷物Ａ３の真贋を判別できるので、真贋判定を効率よく行うことができる。【０１６４】
なお、エルビウム等の希土類元素を含有した、いわゆるアップコンバージョンを利用した塗料を用いれば、近赤外域の照射光Ｐ３の照射によって可視域の被検出光Ｌが得られる。したがって、印刷物Ａ３にこのような塗料を複数種類塗布しておくことにより、目視により画像を得ることも可能であり、より簡易な真贋判定システムを構築できる。【０１６５】
（第４の真贋判定方法）
第４の真贋判定方法は、互いに励起波長及び発光寿命が異なる複数の塗料が塗布された印刷物Ａ３に対し、ＳＣ光Ｐ２を照射光Ｐ３として照射することにより、真贋の判定を行う。まず、光源部２０ｄから光ファイバ９にレーザ光Ｐ１が供給され、広帯域に亘って平坦なスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２が光ファイバ９内で生成され、このＳＣ光Ｐ２が照射光Ｐ３として印刷物Ａ３に照射される。【０１６６】
そして、印刷物Ａ３からの被検出光Ｌ（発光）が光検出部３ｄ（又は光検出部３ｅ）によって検出（撮像）される。このとき、光検出部３ｄ（又は光検出部３ｅ）は、光源部２０ｄによる照射光Ｐ３の一度の照射に応じて、所定時間の経過後、一回以上検出を行う。【０１６７】
互いに励起波長及び発光寿命が異なる複数種類の塗料が塗布された印刷物Ａ３の真贋を判定する場合、この印刷物Ａ３に広帯域のＳＣ光Ｐ２が照射されることにより、複数の塗料を同時に励起することが簡易にできる。また、この励起によって生じる発光が、照射光Ｐ３の照射から所定時間経過後に光検出部３ｄ（又は光検出部３ｅ）において検出されることにより、時間分解された発光強度が得られる。これにより、例えば発光寿命が１μｓの塗料と１０μｓの塗料とを用いて図柄が描かれた印刷物Ａ３を、光源部２０ｄにおける照射光Ｐ３の出射をトリガとして１μｓ〜１０μｓの間に１回以上撮像することにより、発光寿命が１μｓの塗料からの発光は撮像せずに、発光寿命１０μｓの塗料からの発光のみを検出することができる。また、光源部２０ｄにおける照射光Ｐ３の出射をトリガとして、例えば０．５μｓ経過後及び５μｓ経過後というように２回撮像することにより、１回目の撮像と２回目の撮像とで異なる画像を得ることができるので、印刷物Ａ３の特徴をより正確に得ることができる。したがって、この第４の真贋判定方法によれば、印刷物Ａ３の真贋を正確に判定できる。【０１６８】
また、この第４の真贋判定方法を分析装置１ｄ（又は分析装置１ｅ）により実現することによって、より長くかつ広い周波数域に亘って上記複数の塗料を励起できるので、真贋判定をより高精度に行うことができる。また、例えば単波長パルス光源を複数使用することによってもこの第４の真贋判定方法を実施することは可能であるが、多数の単波長パルス光源（主にレーザ光源）の光パルスを互いに同期させて照射する構成は複雑かつ大型になる。これに対し、分析装置１ｄ（又は分析装置１ｅ）を用いることによって、照射タイミングが完全に揃った多波長の照射光Ｐ３を簡易な構成によって得ることができる。【０１６９】
（第５実施例）
図２１は、この発明に係る分析装置の第５実施例の構成を示す図である。第５実施例に係る分析装置１ｆは、上述の第１実施例に係る分析装置１の変形例であり、建造物等が有するコンクリートＡ４の劣化を検出するための装置である。図２１に示されたように、第５実施例に係る分析装置１ｆは、光検出部３ｆ、制御／分析部４、入出力部５、分光器７、レンズ１４、及び光源部２０ｅを備える。なお、制御／分析部４及び入出力部５により信号処理部が構成されている。このうち、制御／分析部４及び入出力部５の構成は、第１実施例（図１）と同様であり、分光器７の構成は第３実施例（図１２の領域（ａ））と同様である。なお、当該第５実施例は、分光器７に代えて、第１実施例と同様に波長可変フィルタを備えてもよい。【０１７０】
光源部２０ｅは、ＳＣ光を含むＳＣ光Ｐ２に基づく照射光Ｐ３をコンクリートＡ４に照射するための発光ユニットである。光源部２０ｅは、レーザ光Ｐ１を出射する種光源２と、レーザ光Ｐ１を入射してＳＣ光Ｐ２を出射する中実のＨＮＬＦである光ファイバ９と、コンクリートＡ４における分析部位を照らすためのガイド光Ｌｇを生成するガイド光源８ａと、ガイド光源８ａをＳＣ光Ｐ２に合波するための光カプラ８ｂとによって構成されている。光源部２０ｅは、ＳＣ光Ｐ２及びガイド光源８ａを照射光Ｐ３としてコンクリートＡ４に照射する。なお、種光源２及び光ファイバ９の詳細な構成は、第１実施例と同様である。【０１７１】
レンズ１４は、コンクリートＡ４の表面における照射光Ｐ３の照射範囲をスポット状に制限するための照射径制限部であり、光源部２０ｂの光出射端に光学的に接続されている。なお、レンズ１４は、上述の第２実施例における集光レンズ１４ｂと同様、照射光Ｐ３の単位面積あたりの光強度（照度）を高めるために、対象物Ａ２の表面における照射光Ｐ３の照射径を１μｍ以上かつ５０ｍｍ以下のスポット状にする。【０１７２】
光検出部３ｆは、照射光Ｐ３に起因するコンクリートＡ４からの被検出光Ｌを検出する。この第５実施例における光検出部３ｆは、例えばＰＤなどの受光素子によって構成され、コンクリートＡ４からの反射・散乱光を被検出光Ｌとして受光し、その光強度を電流などの電気的な量に変換する。また、レンズ１４ｃは、被検出光Ｌを光検出部３ｆに効率よく集光させるためのレンズであり、例えばコンクリートからの反射・散乱光が微弱である場合に使用するとよい。【０１７３】
続いて、分析装置１ｆを利用したコンクリートの劣化検出方法の一例について説明する。【０１７４】
（コンクリートの劣化検出方法）
当該劣化検出方法は、コンクリートＡ４に広帯域の近赤外光であるＳＣ光Ｐ２を照射し、反射・散乱した被検出光Ｌを検出し、被検出光ＬのスペクトルとＳＣ光Ｐ２のスペクトルとを互いに比較することによって、コンクリートＡ４の化学的な劣化を非破壊で検出する。【０１７５】
ここで、コンクリートの劣化について説明する。コンクリートが劣化する原因としては、主に（１）中性化、（２）塩害、（３）硫酸塩劣化の３つが知られている。（１）の中性化とは、水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）２と二酸化炭素（炭酸Ｈ２ＣＯ３）が反応してコンクリートのアルカリ性が失われることによる劣化である。また、（２）の塩害とは、塩分がコンクリート表面に付着し、内部に塩化物イオンが浸透することによる劣化である。また、（３）の硫酸塩劣化とは、酸性雨などで硫酸イオンＳＯ４２−が水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）２と反応して水酸化カルシウムが溶出することによる劣化である。【０１７６】
上述の劣化原因（１）〜（３）の各劣化過程においては、化学反応によってそれぞれ異なる物質が新たに生じる。したがって、この新たに生じた物質の吸収波長付近におけるコンクリートの吸収スペクトルが変化することとなる。例えば、中性化においては主に１．３５μｍ〜１．４５μｍ付近の吸収率が変化し、塩害においては主に２．２μｍ〜２．３μｍ付近の吸収率が変化し、硫酸塩劣化においては主に１．７μｍ〜１．８μｍ付近の吸収率が変化する。しかしながら、吸収率の値自体はばらつきが大きく、特定波長の吸収率だけを比較しても劣化の度合いを判定することは難しい。そこで、吸収率変化が生じる波長の前後の波長域を広く測定し、得られる照射光Ｐ３及び被検出光Ｌのスペクトルを比較することによって、劣化度合いを精度よく判定できる。この第５実施例に係る分析装置１ｆを用いれば、ＳＣ光Ｐ２が広帯域に亘って平坦なスペクトルを有するので、上記した全ての波長域を一度に測定することができ、スペクトルの比較も容易となる。また、ＳＣ光Ｐ２はコヒーレンシーの高い広帯域光であるので、コリメートされた場合、離れた場所のある特定の位置を高い精度で照射することができる。したがって、例えば地上から建造物の高い位置を離れて測定することも容易にできる。【０１７７】
このように、第５実施例に係る分析装置１ｆがコンクリートの劣化検出に使用されることにより、より長くかつ広い周波数域に亘ってコンクリートの光吸収を測定でき、簡易な構成で高精度の劣化検出を実現できる。また、ＳＣ光Ｐ２の光源としてＨＮＬＦといった中実の光ファイバ９を用いるので、信頼性及び実用性に優れている。なお、測定されるべき波長域は、コンクリートＡ４の成分によって異なるため、上述の波長域に限られるものではない。【０１７８】
また、スペクトルの変化を比較する方法としては、照射光Ｐ３のスペクトルと被検出光Ｌのスペクトルとを比較する方法の他、劣化前の被検出光Ｌのスペクトルと劣化後の被検出光Ｌのスペクトルとを比較する方法、ＳＣ光Ｐ２をパルス化し、パルス光源の時間応答を測定する方法、あるいはコンクリートＡ４の成分別に作成された被検出光Ｌの吸収、反射などのスペクトルに関するデータベースと比較し、スペクトル形状の変化によりコンクリートの劣化の要因を抽出する方法など、様々な方法がある。【０１７９】
コンクリートＡ４に対して照射位置や光検出部３ｆを走査させることにより、コンクリートＡ４の劣化位置を知ることも可能である。あるいは、光検出部３ｆを赤外カメラ等の二次元撮像装置とし、被検出光Ｌの光強度を二次元的に得ることによっても、コンクリートＡ４の劣化位置を知ることができる。これらの場合、照射光Ｐ３の照射径をレンズ１４によって小さく絞ることにより、劣化位置を更に精度よく知ることができる。また、被検出光Ｌのスペクトル強度の時間変化を観察することにより、コンクリートＡ４の深さ方向の劣化状態を測定することも可能である。【０１８０】
図２１に示されたように、コンクリートＡ４の表面に設けられた突起Ａ４１に対して照射光Ｐ３が照射されてもよい。これにより、被検出光Ｌを効率よく検出できる。また、この第５実施例のようにＳＣ光Ｐ２に視認性の良好な可視域のレーザ光をガイド光Ｌｇとして光ファイバに合波して照射光Ｐ３とすることにより、離れた場所にあるコンクリートＡ４の測定部位を特定することも可能である。この場合、精度よく照射光Ｐ３を測定対象に照射できる。【０１８１】
また、コンクリートＡ４の表面の汚れ等によって反射率が変動する場合には、被検出光Ｌのスペクトルから得られた反射率の値を微分してもよい。これにより、反射率が低い場合であっても、コンクリートＡ４の劣化に伴い発生する反射スペクトルの変化波長帯域を特定することができるので、コンクリートＡ４の表面状態に拘わらず精度良く劣化検出できる。また、コンクリートＡ４の表面に凹凸があるなどの場合、光散乱によって効率が低下するが、そのような場合には照射光Ｐ３のビーム径を大きくし、測定領域の反射率を平均化するなどの工夫を行うこともできる。なお、これらの場合、被検出光Ｌのうち微分に用いる特定の波長成分のみを光検出部３ｆにおいて検出してもよい。【０１８２】
以上のように、この発明に係る分析装置、真贋判定装置、真贋判定方法、及び地中探索方法は、上述の実施例に限らず、様々な変形が可能である。例えば、この発明に係る分析装置は、上述の各実施例の説明において例示された用途（薬剤検査や食品検査など）に限らず、波長０．８μｍ以上の比較的長波長かつ広帯域の光源を必要とする他の様々な用途に用いることができる。【０１８３】
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想及び範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１８４】
この発明に係る分析装置は、広帯域ＳＣ光源を用いた種々の分光分析装置への適用が可能である。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年4月21日(2008.4.21)
【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】
所定の対象物に向けて照射される照明光としてスペクトル帯域が拡大されたスーパーコンティニューム光を出射する光源部であって、レーザ光を出射する種光源と、該レーザ光を入射して該スーパーコンティニューム光を生成する中実の光ファイバとを含む光源部と、
前記照射光が照射された前記対象物からの被検出光を検出する光検出部とを備えた分析装置において、
前記種光源から出射されるレーザ光の中心波長は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内に収まっている分析装置。
【請求項２】
前記光ファイバは、高非線形光ファイバを含むことを特徴とする請求項１記載の分析装置。
【請求項３】
前記スーパーコンティニューム光のスペクトル帯域は、０．８μｍ〜３μｍの範囲内に収まっていることを特徴とする請求項１又は２記載の分析装置。
【請求項４】
前記光源部からの照射光が前記対象物の表面において照射径１μｍ〜５０ｍｍの範囲内に収まるスポット状になるように、前記照射光の照射径を制限するための照射径制限部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の分析装置。
【請求項５】
前記光検出部における検出結果に基づいて、前記被検出光に関するスペクトル波形情報及び時間波形情報のうち少なくとも一方を、前記照射光が到達する照明領域の、前記対象物を含む画像データとして生成する信号処理部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の分析装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、前記照明領域内における照明部位それぞれに対応している前記画像データを構成する画素それぞれに関して、前記被検出光に含まれる１又はそれ以上の波長成分それぞれに可視光域の異なる色を割り当て、そして、それぞれ割り当てられた色で該画像データを構成する画素を所定の表示装置に表示させることを特徴とする請求項５記載の分析装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、前記照明領域内における照明部位それぞれに対応している前記画像データを構成する画素それぞれに関して、前記被検出光の波長範囲を複数の波長域に分割し、該分割された複数の波長域それぞれに可視光域の異なる色を割り当て、そして、それぞれ割り当てられた色で該画像データを構成する画素を所定の表示装置に表示させることを特徴とする請求項５記載の分析装置。
【請求項８】
前記光検出部は、ＩｎＰ半導体層及びＩｎＧａＡｓ半導体層を含む受光素子を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の分析装置。
【請求項９】
前記対象物へ照射される前記照射光の波長範囲、及び、前記光検出部へ入射される前記被検出光の波長範囲の少なくともいずれかを所定範囲内に制限するための光学フィルタを備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の分析装置。
【請求項１０】
前記対象物へ照射される前記照射光の波長範囲、及び、前記光検出部へ入射される前記被検出光の波長範囲の少なくともいずれかを制限するための波長可変フィルタを備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の分析装置。
【請求項１１】
前記照射光は、前記光検出部の受光感度の波長依存性を補償可能なスペクトル波形を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の分析装置。
【請求項１２】
前記光源部は、前記照射光を出射するための複数の出射端を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項記載の分析装置。
【請求項１３】
前記信号処理部は、生成された画像データのＳＮ比を改善するため、該画像データからノイズ成分が低減された補正画像データを生成することを特徴とする請求項５記載の分析装置。
【請求項１４】
前記信号処理部は、前記対象物への照射光照射に先立ち、波長域８００ｎｍ〜３０００ｎｍのプローブ光を対象物に照射し、該プローブ光の反射成分の検出結果に基づいて前記光源部から出射される照射光の波長を決定する第１ステップと、そして、
前記第１ステップで決定された波長の照射光を前記光源部から前記対象物に向けて出射させることにより、該照射光の反射成分の検出結果を得る第２ステップを行うことを特徴とする請求項５記載の分析装置。
【請求項１５】
前記信号処理部は、時間経過とともに順次生成された複数の画像データについて対応する画素を平均化することで、新たに分析用画像を生成することを特徴とする請求項５記載の分析装置。
【請求項１６】
吸収波長、反射波長、及び発光波長の少なくともいずれかが互いに異なる光学特性を有する複数種類の塗料により図柄が描かれた印刷物の真贋を判定するための真贋判定装置において、
前記印刷物に向けて照射される照明光としてスペクトル帯域が拡大されたスーパーコンティニューム光を出射する光源部であって、レーザ光を出射する種光源と、該レーザ光を入射して該スーパーコンティニューム光を生成する中実の光ファイバとを含む光源部と、
前記照射光が照射された前記印刷物からの被検出光を検出する光検出部とを備え、
前記種光源から出射されるレーザ光の中心波長は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内に収まっている真贋判定装置。
【請求項１７】
前記光ファイバに光学的に接続されるとともに、前記複数種類の塗料それぞれの吸収波長、反射波長、及び発光波長のうち少なくともいずれかに一致した前記照射光の波長成分を減衰又は遮断する光学フィルタを備えることを特徴とする請求項１６記載の真贋判定装置。
【請求項１８】
発光波長及び発光寿命が互いに異なる複数種類の塗料が塗布された印刷物の真贋を判定するための真贋判定装置において、
前記印刷物に向けて照射される照明光としてスペクトル帯域が拡大されたスーパーコンティニューム光を出射する光源部であって、レーザ光を出射する種光源と、該レーザ光を入射して該スーパーコンティニューム光を生成する中実の光ファイバとを含む光源部と、
前記照射光によって前記複数種類の塗料が励起されることにより発生する、前記印刷物からの発光を検出する光検出部とを備え、
前記種光源から出射されるレーザ光の中心波長は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内に収まるとともに、
前記光検出部は、前記光源部からの照射光の出射に連動して前記印刷物からの発光を検出する真贋判定装置。
【請求項１９】
印刷物の真贋を判定する真贋判定方法において、
レーザ光を中実の光ファイバに入射させることにより該中実の光ファイバ内で生成されるスーパーコンティニューム光を、照射光として前記印刷物に照射する照射ステップと、
前記照射光が照射された印刷物からの被検出光を検出する検出ステップと、
前記被検出光に含まれる波長成分のういちいずれかを判定基準波長とし、該判定基準波長の光強度に基づいて、前記印刷物の真贋を判定する判定ステップとを備え、
前記判定ステップにおいて、印刷物の真贋判定が実施される地域は複数の区域に分割され、該分割された区域それぞれに互いに異なる判定基準波長が割り当てられる真贋判定方法。
【請求項２０】
地中の特定物質を探索する地中探索方法において、
地中を掘削する掘削ステップと、
レーザ光を中実の光ファイバに入射させることにより該中実の光ファイバ内で生成されるスーパーコンティニューム光を、照射光として前記掘削領域内の所定部位に向けて照射する照射ステップと、
前記照射光が照射された前記所定部位からの被検出光を検出する検出ステップと、
前記被検出光に含まれる所定の波長成分の強度に基づいて、前記特定物質の存在を判定する判定ステップとを備えた地中探索方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）を利用した分析装置、印刷物の真贋判定装置、印刷物の真贋判定方法、及び地中探索方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）とは、ピークパワーの強いレーザ光が非線形媒質に入射された際、該媒質中で発生する非線形現象によって、スペクトル帯域が拡大された広帯域光である。０．１μｍ程度から２μｍ程度のスペクトル帯域幅を有する広帯域光を生成する光源のひとつであるＳＣ光源は、その高出力性、広帯域性、スペクトル平坦性などから、様々な応用分野への重要光源として期待されている。このようなＳＣ光源として様々な構成が提案されているが、光ファイバ内でＳＣ光を生成させる構成は、簡便であり、相互作用長を容易に長くでき、かつスペクトル制御も容易であることから、一般的に広く用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、フォトニッククリスタルファイバ（ＰＣＦ：Photonic Crystal Fiber）を用いたＳＣ光源と、該ＳＣ光源が適用された分光測定装置が開示されている。なお、ＰＣＦとは、クラッドに空孔を形成することにより非線形性や分散特性をある程度自由に設計可能な光ファイバであり、例えば実効コア断面積を小さくすることによって、高い非線形性が実現される。
【特許文献１】特開２００３−２７９４１２号公報
【特許文献２】特開２００５−３１２７４３号公報
【特許文献３】特開平５−２６６３１８号公報
【特許文献４】特表２００１−５１８２０８号公報
【非特許文献１】落合、「近赤外イメージング装置の仕組みとその応用」、分光研究、第５３巻、第６号、ｐ３７７、２００４年
【非特許文献２】岩田、「フェムト秒時間分解近赤外分光法と「束縛の弱い電子」」、分光研究、第５４巻、第３号、ｐ１５３、２００５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、従来の分光測定装置について検討した結果、以下のような課題を発見した。
【０００５】
すなわち、非線形現象を発生するＰＣＦの零分散波長はせいぜい０．８μｍ程度と短いのが一般的である。そのため、ＳＣ光を生成するためにＰＣＦに入射されるレーザ光の波長も０．８μｍの近傍に制限され、ＰＣＦにより生成されるＳＣ光は０．４μｍ〜１．７５μｍといった比較的短い波長域に制限される（特許文献１参照）。しかしながら、赤外分光分析などにおいては、１．７５μｍよりも長い吸収波長等を有する物質の測定も必要になる場合がある。このような場合、ＰＣＦを用いたＳＣ光源は不向きであり、より長波長域まで広がるスペクトルを実現可能なＳＣ光源が望まれる。
【０００６】
また、ＰＣＦは、空孔を有し断面構造が複雑なためファイバ同士の接合が容易ではい。すなわち、ＰＣＦと他の光ファイバの接合では、接合面における光損失も大きくなる傾向がある。さらに、ＰＣＦは、出射光のエネルギーによって端面が損傷（溶融）してしまうおそれがある。そのため、ＰＣＦが適用されたＳＣ光源では、強い励起光の導入ができず、強いＳＣ光を生成することが困難である。このようにＰＣＦには様々な課題が残っており、現状ではＳＣ光源としての実用性に乏しい。
【０００７】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、実用性に優れ、より長い波長域まで赤外分光分析等を可能にするための構造を備えた分析装置を提供するとともに、この分析装置を応用した印刷物の真贋判定装置、印刷物の真贋判定方法、及び地中探索方法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】
【０００８】
上述の課題を解決するため、この発明に係る分析装置は、光源部と、光検出部を、少なくとも備える。光源部は、所定の対象物に向けて照射される照明光としてスペクトル帯域が拡大されたスーパーコンティニューム光（ＳＣ光）を出射する発光ユニットであって、種光源と、中実の光ファイバを含む。種光源は、レーザ光を出射する。中実の光ファイバは、該レーザ光を入射してＳＣ光を生成する。特に、この発明に係る分析装置において、種光源から出射されるレーザ光の中心波長は、１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下の範囲内に収まっている。
【０００９】
上述のような構造を有する当該分析装置では、空孔を有するＰＣＦではなく中実の光ファイバにレーザ光を入射させ、該中実の光ファイバ内でＳＣ光を含むＳＣ光パルスを生成している。なお、このような中実の光ファイバとしては、いわゆる非ホールアシスト型の（すなわち中実の）高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ：Highly Nonlinear Fiber）が好適である。ＨＮＬＦとは、非線形係数γが通常の伝送用光ファイバの５倍以上と高く、非線形現象が発生し易い光ファイバである。例えば、ＸＰＭ法で測定した場合、ＨＮＬＦの非線形係数γは７．５（／Ｗ／ｋｍ）以上であることが望ましい。更に望ましくは、通常の伝送用光ファイバの１０倍以上（１５（／Ｗ／ｋｍ）以上）、特に望ましくは２０倍以上（３０（／Ｗ／ｋｍ）以上）であるとよい。このような光ファイバは、ＳＣ光の発生に寄与する四光波混合現象やソリトン効果が発生し易い零分散波長が１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下に設計されるのが望ましい。ＨＮＬＦは、零分散波長を１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下に設計することが容易であり、当該分析装置において、種光源からのレーザ光の中心波長もこの波長域に設定されている。この構成により、零分散波長域を中心とする広帯域のスペクトルを有するＳＣ光が好適に生成される。また、当該分析装置の光源部に適用される光ファイバは空孔を有しないので、ファイバ同士の結合が容易である。具体的には、これらファイバ間の接合面における光損失も１ｄＢ／接続以下、典型的には０．１ｄＢ／接続程度と小さくでき、強いＳＣ光の生成が可能である。ＨＮＬＦは、ＰＭＤを１．０ｐｓ／ｋｍ１／２以下（典型的には０．１ｐｓ／ｋｍ１／２以下）と小さくすることができる。そのため、直交偏波モード間のカップリングが発生し難く、ＳＣ光スペクトルを安定させることができる。また、ＨＮＬＦは、波長分散特性の制御が比較的容易であり、所望の零分散波長、分散値、分散スロープ、四次分散（分散スロープの波長微分）が実現可能である。製造過程における制御性も高く、光ファイバの長さ方向に沿った伝送特性の変動も小さい。したがって、この発明に係る分析装置によれば、実用性に優れ、より長い波長域まで赤外分光分析等が可能になる。
【００１０】
なお、赤外分光分析等において互いに異なる複数の波長の光が必要な場合、各波長に応じた光源を用意すると装置自体が大型化してしまう。しかしながら、この発明に係る分析装置のような構成であれば、装置自体の小型化が可能になる。すなわち、当該分析装置によれば、広帯域のスペクトルを有するＳＣ光を光源部が生成することにより、装置自体の小型化一つの光源から複数の波長成分を容易に生成できる。また、この発明に係る分析装置において、光源部は、ＳＣ光を出射するための複数の出射端を有してもよい。このような構成は、ＳＮ感度の悪い波長（例えば２５００ｎｍ付近）で分光分析を行う場合や、照明領域が広すぎるために照射光量が不足している場合に特に有効である。
【００１１】
種光源から出射されるレーザ光は、パルス状であるのが望ましい。光強度（パルスのピーク強度）をより強くすることができるので、低い平均パワーでより広帯域なスペクトルを有するＳＣ光を生成可能になるからである。パルス光源の繰り返し周波数は、５０ＧＨｚ以下、好ましくは１００ＭＨｚ以下といった遅い繰り返し周波数である方が、ピーク強度をより強くできるので好ましい。なお、種光源から出射されるレーザ光がパルス状である場合、出射されるＳＣ光の各スペクトル成分もパルス状になる。
【００１２】
この発明に係る分析装置において、ＳＣ光のスペクトル帯域は、０．８μｍ以上かつ３μｍ以下であるのが好ましい。上述のように、当該分析装置では、中実の光ファイバ（例えばＨＮＬＦ）が適用されるので、このような比較的長い波長域のＳＣ光を好適に生成できる。なお、この明細書において「０．８μｍ以上かつ３μｍ以下の範囲」とは、例えばＳＣ光のスペクトル強度が波長０．８μｍ、３μｍのそれぞれにおいてピーク強度の１０％以下であることを意味する。
【００１３】
この発明に係る分析装置は、光源部から出射される照射光が対象物の表面において照射径１μｍ以上かつ５０ｍｍ以下のスポット状になるよう、該照射光の照射径を制限する照射径制限部をさらに備えてもよい。この場合、照射光の単位面積あたりの光強度（照度）をさらに高めることができる。なお、この明細書において「照射径」とは、対象物の表面において照度が最大照度の１０％以上である範囲の最大径をいう。
【００１４】
この発明に係る分析装置において、光源部から出射されるＳＣ光の強度は、０．１μＷ／ｎｍ以上であるのが好ましい。当該分析装置では中実の光ファイバ（例えばＨＮＬＦ）が適用されているので、このように比較的強いＳＣ光を好適に生成できる。すなわち、当該分析装置によれば、赤外分光分析などをより精度よく行うことができる。なお、この明細書において「ＳＣ光の強度」とは、例えばＳＣ光の波長幅１ｎｍのスペクトル成分における時間平均強度を意味する。
【００１５】
この発明に係る分析装置において、ＳＣ光の強度の時間変動幅は、一時間当たり±５％以内であるのが好ましい。中実の光ファイバ（例えばＨＮＬＦ）は、ＰＣＦと比較して偏波依存性が小さい。したがって、生成されるＳＣ光の光強度は入力レーザ光の偏波によらず安定するので、当該分析装置によれば、このように小さなＳＣ光の強度変動幅を好適に実現できる。また、この発明に係る分析装置は、光ファイバに光学的に接続された、照射光の偏波面を変更するための偏向板をさらに備えてもよい。被測定物質の吸収率（又は反射率、発光強度等）が照射光の偏波に大きく依存する場合であっても、偏向板により照射光の偏波面を変更することにより、被検出光に含まれる被測定物質に関する情報のコントラストを高めることができる。さらに、この発明に係る分析装置において、光源部は、レーザ光とは異なる波長の励起光を利用してＳＣ光を増幅するための光増幅手段をさらに含んでもよい。この場合、任意の光強度の照射光を容易に生成できる。なお、このような光増幅手段としては、光パラメトリックアンプ（ＯＰＡ）やラマン増幅器などが挙げられる。また、当該分析装置における中実の光ファイバが、ＯＰＡやラマン増幅器などの光増幅用ファイバを兼ねてもよい。Ｅｒ添加ファイバ、Ｙｂ添加ファイバ、Ｂｉ添加ファイバ、又はＴｍ添加ファイバなどの希土類添加ファイバを用いた光増幅器も適用可能である。
【００１６】
この発明に係る分析装置において、光検出部はＩｎＰ半導体層及びＩｎＧａＡｓ半導体層を含む受光素子を有するのが好ましい。具体的には、受光素子は、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ感光層が設けられた構造を備える。この場合、１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下の波長域を中心とする広帯域の近赤外光（被検出光）を好適に検出できる。なお、受光素子における感光層材料としては、検出波長に応じて、Ｓｉ、ＰｂＳｅ、ＩｎＡｓ、ＰｂＳ、ＨｇＣｄＴｅのいずれが選択されてもよい。また、基板材料はＩｎＰには限定されない。
【００１７】
この発明に係る分析装置は、対象物へ照射される照射光、又は、光検出部へ到達する被検出光の波長範囲を所定範囲に制限する光学フィルタをさらに備えてもよい。赤外分光分析では、例えば被検出光を分光器で分光することにより波長成分ごとの強度を知ることができるが、被測定物質の吸収波長等が予め判っている場合には、この分析装置のように光学フィルタによって照射光又は被検出光の波長範囲を制限することにより、高価な分光器を用いなくとも容易に分析を行うことができる。また、この発明に係る分析装置は、対象物へ照射される照射光、又は、光検出部へ到達する被検出光の波長範囲を制限する波長可変フィルタをさらに備えてもよい。この場合、吸収波長等が異なる複数の被測定物質を、フィルタを取り替えることなく容易に分析できる。また、被測定物質の吸収波長等に応じて、検出波長を容易に調整できる。
【００１８】
なお、上述のような光学フィルタや可変長フィルタは、単色だけを透過させるフィルタ、複数の波長成分を透過させるフィルタのいずれであってもよい。複数の波長成分を透過させるフィルタとしては、例えば、それぞれ特定の波長成分（色）を透過させるフィルタ素子が二次元的に配置されたモザイクカラーフィルタが知られており、予め設定された波長成分（色）のみを透過させることによりＳＮ比の良好な分析が可能になる。
【００１９】
この発明に係る分析装置において、照射光は、光検出部の受光感度の波長依存性を補償するスペクトル波形を有するのが好ましい。すなわち、光検出部の受光感度が低い波長域においては照射光の光強度を大きくし、逆に光検出部の受光感度が高い波長域においては照射光の光強度を小さくすることによって、光検出部の波長依存性に拘わらず広帯域に亘って均一な検出結果を得ることができる。
【００２０】
さらに、この発明に係る分析装置は、光検出部での検出結果に基づいて、被検出光に関するスペクトル波形情報及び時間波形情報のうち少なくとも一方を、照射光が到達する照明領域の、対象物を含む画像データとして生成する信号処理部を備えるのが好ましい。この場合、赤外分光分析などを容易に行うことができる。なお、信号処理部は、画像データにおけるＳＮ比改善、視覚化、又は振動補正など、種々の信号処理を行ってもよい。
【００２１】
具体的に、信号処理部は、被検出光に基づいて生成された画像データのＳＮ比を改善するため、該生成された画像データから、ノイズ成分が低減された補正画像データ（分析用画像）を生成する。通常、当該分析装置が設置される環境では、外部からの迷光（例えば太陽光、街頭光など）、周辺気温、周辺環境（例えば雨、霧、雪など）によって得られる画像データのＳＮ比が劣化してしまう。そのため、例えば、受光素子の受光面を遮蔽した状態で得られる遮光画像（受光素子自身のデバイスノイズを含む）、ＳＣ光を直接受光素子で受光することにより得られるＳＣ光画像、ＳＣ光を照射しない状態で得た非照射画像、ＳＣ光を照射した状態で得た照明画像（被検出光情報に基づいた画像データ）を利用してＳＮ比を改善することが可能である。これら４種類の画像の差分処理により、対象物における特定波長の吸収量（対象物の吸収波長域における被検出光の光強度情報を含む）を、迷光、周辺温度、周辺環境等の外乱の影響が除去された状態で明瞭に視覚化することができる。
【００２２】
被検出光情報のカラー画像化として、信号処理部は、被検出光情報に基づいた画像データをカラー画像化（視覚化）することも可能である。例えば、信号処理部は、ＳＣ光が照射される照明領域内における照明部位それぞれに対応している画像データを構成する画素それぞれに関して、被検出光に含まれる１又はそれ以上の波長成分それぞれに可視光域の異なる色を割り当て、そして、それぞれ割り当てられた色で該画像データを構成する画素を所定の表示装置に表示させる。なお、割り当てられる可視光域の色は、赤、黄、青などであっても、白黒画像における濃淡レベル（グレースケール）で表現されてもよい。そして、信号処理部により画像データを構成する画素それぞれを割り当てられた色で該画像データを表示部が表示することにより、被検出光情報に基づいた画像データの視覚化が可能になる。
【００２３】
また、他のカラー画像化として、信号処理部は、照明領域内における照明部位それぞれに対応している画像データを構成する画素それぞれに関して、被検出光の波長範囲を複数の波長域に分割し、該分割された複数の波長域それぞれに可視光域の異なる色を割り当て、そして、それぞれ割り当てられた色で該画像データを構成する画素を所定の表示装置に表示させてもよい。この場合も、割り当てられる可視光域の色は、赤、黄、青などであっても、白黒画像における濃淡レベル（グレースケール）で表現されてもよい。そして、信号処理部により画像データを構成する画素それぞれを割り当てられた色で該画像データを表示部が表示することにより、被検出光情報に基づいた画像データの視覚化が可能になる。
【００２４】
信号処理部は、出射光の波長を決定する第１ステップと、該第１ステップで決定された波長の照射光を対象物に照射し、該照射光の反射成分の検出結果を得る第２ステップを順次実施してもよい。なお、第１ステップは、対象物への照射光照射に先立って行われるステップであり、波長域８００ｎｍ〜３０００ｎｍのプローブ光を対象物に照射し、該プローブ光の反射成分の検出結果に基づいて光源部から出射される照射光の波長を決定する。対象物の検査波長を予め決定しておくことにより、ＳＣ光帯域を狭めたり、不要な波長成分を選択的に除去するためのフィルタを光源部側又は光検出部側に配置することが可能になる。この構成により、ＳＮ比の良好な分光分析が可能になる。
【００２５】
さらに、信号処理部は、時間経過とともに順次生成された複数の画像データについて対応する画素を平均化することで、新たに分析用画像を生成する。具体的に、対応するがその平均化は、対応する各画素の輝度の平均値を新たな輝度情報として与えることにより実現される。この場合、振動など画像ボケの影響を効果的に低減できる。
【００２６】
また、この発明に係る真贋判定装置は、吸収波長、反射波長、及び発光波長の少なくともいずれかが互いに異なる光学特性を有する複数種類の塗料により図柄が描かれた印刷物の真贋を判定するための第１構造を有する。そなわち、当該第１構造の真贋判定装置であり、光源部と、光検出部を少なくとも備える。光源部は、印刷物に向けて照射される照明光としてスペクトル帯域が拡大されたＳＣ光を出射する光源であり、種光源と中実の光ファイバを含む。種光源は、レーザ光を出射する。中実の光ファイバは、レーザ光を入射してＳ光を生成する。光検出部は、照射光が照射された印刷物からの被検出光を検出する。特に、この第１構造の真贋判定装置において、種光源から出射されるレーザ光の中心波長は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内に収まっている。
【００２７】
吸収波長、反射波長、及び発光波長が互いに異なる複数の塗料により図柄（文字、記号を含む）が描かれた印刷物に対しては、各塗料の吸収波長、反射波長、及び発光波長を全て含む光が照射される。そして、全ての図柄を映し出すことにより印刷物の真贋を判定することができる。当該真贋判定装置によれば、印刷物の真贋判定において、ＰＣＦを用いる必要が無く、広い周波数域に亘って上記図柄を映し出すことができるので、実用性に優れかつ高精度の真贋判定が可能になる。
【００２８】
上述のような第１構造の真贋判定装置は、光ファイバに光学的に接続された光学フィルタをさらに備えてもよい。この光学フィルタは、複数種類の塗料それぞれの吸収波長、反射波長、及び発光波長のうち、１又はそれ以上の波長に対応するＳＣ光の波長成分を減衰又は遮断する。印刷物の真贋判定の際には、例えば複数種類の塗料のうち、特定塗料の吸収波長、反射波長、又は発光波長に相当する光を減衰又は遮断する。これにより、特定図柄のみを隠すことが可能になり、印刷物の真贋を判定することもできる。この場合、上述のような光学フィルタを備えることにより、特定図柄を選択的に隠すことが容易になる。
【００２９】
また、この発明に係る真贋判定装置は、発光波長及び発光寿命が互いに異なる複数種類の塗料が塗布された印刷物の真贋を判定するための第２構造を有してもよい。すなわち、第２構造の真贋判定装置は、光源部と、光検出部を、少なくとも備える。光源部は、印刷物に向けて照射される照明光としてスペクトル帯域が拡大されたＳＣ光を出射する発光ユニットであって。種光源と中実の光ファイバを含む。種光源は、レーザ光を出射する。中実の光ファイバは、レーザ光を入射してＳＣ光を生成する。光検出部は、照射光によって複数種類の塗料が励起されることにより発生する、印刷物からの発光を検出する。特に、こおｎ第２構造の真贋判定装置において、種光源から出射されるレーザ光の中心波長は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内に収まている。加えて、光検出部は、光源部からの照射光の出射に連動して印刷物からの発光を検出する。
【００３０】
発光波長及び発光寿命が互いに異なる複数種類の塗料が塗布された印刷物の真贋を判定する場合、このような印刷物に広帯域ＳＣ光パルスが照射されることにより、該複数種類の塗料を同時に励起・発光させることができる。また、この励起によって生じる発光を、その照射光の出射に連動して光検出部において検出することにより、時間分解された発光強度を得ることができる。この場合、発光寿命が異なる複数の塗料に起因した、時間経過に応じた発光強度、もしくは発光強度の波長スペクトル分布の変化を観察できる。すなわち、使用する塗料の種類を正確に同定でき、その結果、印刷物の真贋を正確に判定できる。さらに、蛍光などの発光を生じる複数種類の塗料を予め印刷物に塗布しておくことにより、偽造者は従来のように色彩及び印刷形状を一致させるだけでなく、全ての塗料を一致させる必要が生じるため、印刷物の偽造を飛躍的に困難にすることができる。また、この第２構造の真贋判定装置によれば、中実の光ファイバによってＳＣ光パルスが生成されるので、実用性に優れ、より長い波長域での判定が可能となる。なお、この明細書において「発光」とは、塗料自身が発する光（例えば蛍光や燐光など）を意味する。
【００３１】
この発明に係る真贋判定方法は、照射ステップと、検出ステップと、判定ステップを備える。照射ステップは、レーザ光を中実の光ファイバに入射させることにより該中実の光ファイバ内で生成されるＳＣ光を、照射光として印刷物に照射する。また、検出ステップは、照射光が照射された印刷物からの被検出光を検出する。判定ステップは、被検出光に含まれる波長成分のういちいずれかを判定基準波長とし、該判定基準波長の光強度に基づいて、印刷物の真贋を判定する。特に、この発明に係る真贋判定方法において、判定ステップは、印刷物の真贋判定が実施される地域を予め複数の区域に分割しておき、これら分割された区域それぞれに互いに異なる判定基準波長を割り当てている。
【００３２】
ここまで述べたように、当該真贋判定方法を使用することで、印刷に使用する異なる種類の発光（蛍光など）や強度を生じる塗料の種類を増やすほど偽造の検出精度を向上できる。一方、検出すべき波長帯の数が増えるので、所定波長を透過もしくは遮断するためのフィルタ構成が複雑化する。すなわち、正確に検出するためには、フィルタ数を増やすか、又は任意の波長帯を１枚のフィルタで透過させるためのフィルタが必要になる。その場合、フィルタの内部構造が複雑化する懸念がある。しかしながら、一台の判定装置によって必ずしも全ての塗料の情報（発光、吸収など）を分析する必要はなく、複数の判定装置にそれぞれ異なる波長を透過、吸収させるフィルタを設け、該複数の判定装置を用いて印刷物の情報を分析することによって、各判定装置の構成を単純化、低コスト化できる。そして、当該真贋判定方法によれば、例えば或る区域（国や地域）において偽造された印刷物が流通し、当該区域に割り当てられた所定波長の被検出光成分の強度が規格に偶然合致していたとしても、他の区域に割り当てられた別の所定波長の被検出光成分の強度も規格に合致している可能性は極めて低くなる。すなわち、他の区域において偽造を見破ることができる。したがって、当該真贋判定方法によれば、偽造印刷物を見破る確率を、簡便な構成を有する判定装置によって高めることができる。また、当該真贋判定装置によれば、ＨＮＬＦといった中実の光ファイバによってＳＣ光パルスを生成するので、実用性に優れ、ＰＣＦによるＳＣ光の波長域よりも広い波長域を用いて判定することが可能になる。なお、この明細書において「所定波長の成分の強度」は、所定波長の成分強度の大きさ、及び成分強度の時間変化（応答性）の双方を含む。
【００３３】
この発明に係る地中探索方法は、地中の特定物質を探索する方法であって、掘削ステップと、照射ステップと、検出ステップと、判定ステップを備える。掘削ステップは、対象地区の地中を掘削する。照射ステップは、レーザ光を中実の光ファイバに入射させることにより該中実の光ファイバ内で生成されるＳＣ光を、照射光として掘削領域内の所定部位に向けて照射する。検出ステップは、照射光が照射された所定部位からの被検出光を検出する。判定ステップは、被検出光に含まれる所定の波長成分の強度に基づいて、特定物質の存在を判定する。
【００３４】
上述のような地中探索方法によれば、中実の光ファイバによってＳＣ光が生成されるので、実用性に優れ、より長い波長域での判定が可能となり、様々な種類の物質を探索可能になる。
【００３５】
なお、この発明に係る各実施例は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。
【００３６】
また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施例を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、この発明の思想及び範囲における様々な変形及び改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。
【発明の効果】
【００３７】
この発明に係る分析装置等によれば、実用性に優れ、より長い波長域まで分析を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、この発明に係る分析装置、真贋判定装置、真贋判定方法、及び地中探索方法の各実施例を、図１〜２１を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３９】
（第１実施例）
図１は、この発明に分析装置の第１実施例の構成を示す図である。図１の領域（ａ）に示された分析装置１は、赤外分光分析によって様々な物質を特定したり、対象物質の分布状況や粒径を分析できる装置であり、光検出部３、制御／分析部４、入出力部５、及び光源部２０を備える。なお、制御／分析部４及び入出力部５により信号処理部が構成されている。
【００４０】
光源部２０は、スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）Ｐ２に基づく照射光Ｐ３を対象物Ａに照射するための構成要素である。光源部２０は、種光源２と、種光源２に入射端が光学的に接続された光ファイバ９と、光ファイバ９の出射端に光学的に直列接続された波長可変フィルタ１３とを有する。
【００４１】
種光源２は、図示しない電源装置から電源供給を受けてレーザ光Ｐ１を出射する。レーザ光Ｐ１は、例えば連続的なレーザ光や、数ナノ秒以下といった極めて短い時間幅を有するパルス状のレーザ光である。なお、種光源２の内部構成については、後に詳述する。
【００４２】
光ファイバ９は、レーザ光Ｐ１を入射してＳＣ光Ｐ２を生成するための光ファイバである。光ファイバ９は、光を導波するコアと、空孔を有しない中実のクラッドとを備えた、いわゆる非ホールアシスト型の高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）である。光ファイバ９のコア部には、クラッドの実質的な屈折率とは異なる屈折率を有する領域が形成されており、該領域の配置が工夫されることによって非線形性が高められている。そして、光ファイバ９は、レーザ光Ｐ１が有するスペクトル幅を、非線形光学効果（断熱的ソリトン圧縮効果、ラマン効果、自己位相変調、四光波混合等）によって例えば２倍以上に拡大することにより、広帯域に亘ってなだらかなスペクトル形状を有するＳＣ光Ｐ２が生成される。
【００４３】
ＨＮＬＦは、ＰＣＦとは異なり、零分散波長を１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下の範囲内に設計することが容易である。この波長範囲内でＳＣ光Ｐ２の発生に寄与する種光源の波長を零分散波長近傍にすることで、ＳＣ光Ｐ２が発生し易くなる。すなわち、ＰＣＦが適用された場合よりも長波長側でＳＣ光Ｐ２を発生させることができる。また、レーザ光Ｐ１の中心波長は光ファイバ９の零分散波長付近かそれよりも長波長であるのが好ましい。具体的には、光ファイバ９の零分散波長が１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下である場合、レーザ光Ｐ１の中心波長もまた１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下であるのが好ましい。この場合、光ファイバ９の低損失な領域で効率良くＳＣ光の生成が可能になるとともに、広波長域に亘ってなだらかなスペクトルを有するＳＣ光が好適に生成され得る。
【００４４】
波長可変フィルタ１３（光学フィルタ）は、ＳＣ光Ｐ２を照射光Ｐ３に変換するための光学素子であって、モザイクカラーフィルタであってもよい。すなわち、光ファイバ９から出射されたＳＣ光Ｐ２は、波長可変フィルタ１３によってその波長範囲が制限され、照射光Ｐ３となる。なお、波長可変フィルタ１３の波長範囲は、対象物Ａに含まれる測定対象物質の反射波長（又は吸収波長、発光波長など）に応じて調整される。このような波長可変フィルタ１３は、例えば干渉フィルタ、回折格子、光音響光学素子（ＡＯＴＦ：Acousto Optical Tunable Filter）のいずれかによって好適に実現される。
【００４５】
なお、光源部２０は、レーザ光Ｌａとは異なる波長の励起光を入射してＳＣ光Ｌｂを増幅する光増幅手段備えてもよい。図２は、図１の領域（ａ）に示された分析装置１における光源部２０の種々の構成例を示すブロック図である。図２の領域（ａ）に示されたように、光増幅手段９０（Ａｍｐ）は、光ファイバ９と波長選択手段１１の間に配置されればよい。このような光増幅手段９０は、（第１構成）希土類元素（Ｅｒ、Ｙｂ、Ｂｉ、Ｔｍなど）が添加された増幅用光ファイバ９２を光ファイバ９の後段に配置する構成、（第２構成）ラマン増幅用光ファイバを光ファイバ９の後段に配置する構成、（第３構成）光ファイバ）９自体がラマン増幅用の光ファイバとなる（すなわち、光ファイバ９が光増幅手段を兼ねる）構成、（第４構成）光パラメトリック増幅（ＯＰＡ）用の光ファイバを光ファイバ９の後段に光結合する構成、（第５構成）光ファイバ９自体がＯＰＡ用の光ファイバとなる（すなわち、光ファイバ９が光増幅手段を兼ねる）構成、のいずれかによって実現される。なお、光学部品間の光学的接続又は光結合は、例えば融着、光コネクタやＶ溝接触等による結合、及び空間結合のいずれかにより実現される。
【００４６】
第１構成では、図２中の領域（ｂ）に示されたように、増幅用光ファイバ９２として希土類添加光ファイバが光ファイバ９の後段に配置される。この希土類添加光ファイバに光カプラ９１ａを介して励起光源９３ａから励起光が上流側（順方向励起）又は下流側（逆方向励起）に供給される。これにより、ＳＣ光Ｐ２が好適に増幅される。なお、この第１構成の場合、ＳＣ光Ｐ２のスペクトルの波長範囲は希土類添加光ファイバの増幅帯域に制限される。
【００４７】
第２構成においても、図２中の領域（ｂ）に示された構成と同様である。すなわち、増幅用光ファイバ９２としてラマン増幅用光ファイバ（光ファイバ９とは別のＨＮＬＦなど）を光ファイバ９の後段に配置される。このラマン増幅用光ファイバに光カプラ９１ａを介して励起光源９３ａから励起光が上流側（順方向励起）又は下流側（逆方向励起）に供給される。これにより、ＳＣ光Ｐ２が好適に増幅される。
【００４８】
第３構成は、光ファイバ９が長い（例えば数百メートル以上）場合に適している。すなわち、図２の領域（ｃ）に示されたように、ＨＮＬＦである光ファイバ９に光カプラ９１ｂを介して励起光源９３ｂから励起光が上流側（順方向励起）又は下流側（逆方向励起）に供給される。これにより、光ファイバ９自体での誘導ラマン散乱によってＳＣ光Ｐ２が好適に増幅される。
【００４９】
なお、上述の第２及び第３構成においては、ＳＣ光Ｐ２のスペクトルの波長範囲は励起光の周波数よりも約１３ＴＨｚ低い周波数が中心となる。また、複数波長の励起光を用いることにより、１００ｎｍ以上のスペクトル帯域幅を有するＳＣ光Ｐ２を増幅することも可能である。
【００５０】
第４構成では、ＯＰＡ用光ファイバ（光ファイバ９とは別のＨＮＬＦなど）を光ファイバ９の後段に配置する。このＯＰＡ用光ファイバに光カプラを介して励起光が上流側（順方向励起）又は下流側（逆方向励起）に供給される。これにより、ＳＣ光Ｐ２が好適に増幅される。この第４構成も、図２の領域（ｂ）に示された構成で実現され得る。
【００５１】
第５構成は、光ファイバ９が長い（例えば数十メートル以上）場合に適している。すなわち、ＨＮＬＦである光ファイバ９に、光カプラを介して励起光が上流側（順方向励起）又は下流側（逆方向励起）に供給されることにより、光ファイバ３自体での光パラメトリック効果によってＳＣ光Ｐ２が好適に増幅される。この第５構成も、図２中の領域（ｃ）に示された構成により実現され得る。
【００５２】
なお、上述の第４及び第５構成においては、励起光及び信号光、アイドラー光の位相が互いに整合する条件でＳＣ光Ｐ２が増幅される。また、この構成によれば、数百ｎｍといった広い帯域幅を有するＳＣ光Ｐ２でも好適に増幅できる。
【００５３】
上述のような構成を有する光増幅手段を用いて光増幅することにより、ＳＣ光Ｐ２の強度が数ｄＢ〜数十ｄＢ増幅される。加えて、光増幅の飽和現象を用いれば、入射光に多少の強度変動があっても増幅光の強度は安定する。すなわち、増幅前におけるＳＣ光Ｐ２の強度の波長依存性や時間変動が大きくても、光増幅後におけるＳＣ光Ｐ２の強度変動を安定化することが可能になる。
【００５４】
また、この第１実施例では、光学フィルタ（波長可変フィルタ１３）が光源部２０に設けられている。すなわち、対象物Ａ１へ照射される照射光Ｐ３の波長範囲が波長可変フィルタ１３により制限されているが、光学フィルタは、対象物Ａと光検出部３との間に配置されてもよい。この場合、光学フィルタは、光検出部３へ入射する被検出光Ｌ（後述）の波長範囲を制限することとなる。
【００５５】
光検出部３は、被検出光Ｌを検出する。光検出部３は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）やＰＤアレイ、赤外カメラ等によって実現され、対象物Ａからの被検出光Ｌを電流値などの電気的な量に変換する。光検出部３は、図１中の領域（ｂ）に示されたように、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ感光層が設けられた構造を有するのが好ましい。この場合、０．８μｍ以上かつ３μｍ以下の波長域を有する広帯域の被検出光Ｌを好適に検出できる。また、このような受光素子において、感光層材料としては、検出波長に応じて、Ｓｉ、ＰｂＳｅ、ＩｎＡｓ、ＰｂＳ、ＨｇＣｄＴｅのいずれが選択されてもよい。また、基板材料はＩｎＰには限定されない。
【００５６】
なお、光検出部３の受光感度が波長によって変動するような場合には、照射光Ｐ３のスペクトル波形が、光検出部３の受光感度の波長依存性を補償するような形状であればよい。すなわち、光検出部３の受光感度が低い波長域においては照射光Ｐ３の光強度を大きくし、逆に光検出部３の受光感度が高い波長域においては照射光Ｐ３の光強度を小さくすることによって、光検出部３の波長依存性に拘わらず広帯域に亘って均一な検出結果を得ることができる。
【００５７】
制御／分析部４は、種光源２からのレーザ光Ｐ１の出射タイミングと、光検出部３における検出タイミングとを制御する制御部としての機能と、光検出部３からの電気信号（検出結果）に基づいて、被検出光Ｌに関するスペクトル波形情報及び時間波形情報（経時的な強度変化情報）のうち少なくとも一方を生成する信号処理部としての機能とを兼備する。なお、制御／分析部４によって生成された情報は、入出力部５に表示されて分析に供される。分析装置１において、これら制御／分析部４及び入出力部５により信号処理部が構成される。
【００５８】
また、ＳＣ光Ｐ２の一部を分岐し、参照光として検出してもよい。この場合には、参照光と検出光Ｌとの比較により、より正確な近赤外吸収スペクトルを得ることが可能になる。
【００５９】
次に、種光源２の詳細な構成について説明する。図３は、種光源２の第１構造として、パルス光源２ａの構成を示す図である。パルス光源２ａは、いわゆるアクティブ（能動）モード同期型の超短パルス光発生源であり、リング型共振器によって構成されている。すなわち、パルス光源２ａは、半導体レーザ素子２１と、ＬＮ変調器２２ａと、ＬＮ変調器２２ａを駆動する信号発生器２２ｂと、リング状のキャビティ（光導波路）２３を備える。半導体レーザ素子２１は、カプラ２３ａを介してキャビティ２３のリング状部分と光学的に接続されている。また、キャビティ２３のリング状部分は、カプラ２３ｃを介して出力用光導波路２３ｄと光学的に接続されている。キャビティ２３のリング状部分には、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）２３ｂ、及びＬＮ変調器２２ａが光学的に直列接続されている。
【００６０】
所定周波数の電気的パルス信号が信号発生器２２ｂからＬＮ変調器２２ａに送られると、ＬＮ変調器２２ａにおける光損失が該周波数に応じた周期で減少する。キャビティ２３のリング状部分へは半導体レーザ素子２１から励起光が供給される。そして、この励起光によって励起されたＥＤＦ２３ｂ内の光に含まれる各モードの位相が同期したときに発振が生じるようにＬＮ変調器２２ａを制御すれば、パルス幅が数フェムト秒程度の超短パルスレーザ光が生じて出力用光導波路２３ｄから外部へ周期的に出射される。図１の領域（ａ）に示された分析装置１においては、この周期的な超短パルス光を、レーザ光Ｌａとして利用する。このとき、レーザ光Ｌａの繰り返し周波数は、信号発生器２２ｂからＬＮ変調器２２ａへ送られる電気的パルス信号の周波数と一致する。
【００６１】
また、図４は、種光源２の第２構造として、パルス光源２ｂの構成を示す図である。パルス光源２ｂは、いわゆるパッシブ（受動）モード同期型の超短パルス光発生源であり、リング型共振器によって構成されている。すなわち、パルス光源２ｂは、半導体レーザ素子２１と、リング状のキャビティ（光導波路）２３と、反射ミラー２４ａと、反射ミラー２４ａに取り付けられたピエゾモータ２４ｂと、ピエゾモータ２４ｂを駆動する信号発生器２４ｃを備える。なお、半導体レーザ素子２１がキャビティ２３に光学的に接続されている点、キャビティ２３が出力用光導波路２３ｄを有する点、及び、キャビティ２３のリング状部分にＥＤＦ２３ｂが光学的に接続されている点は、上記パルス光源２ａ（図１の領域（ａ））と同様である。
【００６２】
パルス光源２ｂにおいては、上記パルス光源２ａのＬＮ変調器２２ａに代えて反射ミラー２４ａが設けられている。反射ミラー２４ａはキャビティ２３のリング状部分の一部を構成しており、反射ミラー２４ａの位置が振動することによってキャビティ２３のリング状部分の長さが周期的に変化する。反射ミラー２４ａの振動は、ピエゾモータ２４ｂによって与えられる。また、その振動周波数は、ピエゾモータ２４ｂを駆動する信号発生器２４ｃによって制御される。
【００６３】
所定周波数の電気的パルス信号が信号発生器２４ｃからピエゾモータ２４ｂに送られると、キャビティ２３の長さが該周波数に応じた周期で変動する。キャビティ２３のリング状部分へは半導体レーザ素子２１から励起光が供給される。そして、キャビティ２３の長さがソリトン条件を満たす瞬間に、パルス幅が数フェムト秒程度の超短パルスレーザ光が発生する。この超短パルス光は、レーザ光Ｌａとして出力用光導波路２３ｄからパルス光源２ｂの外部へ周期的に出射される。このとき、レーザ光Ｌａの繰り返し周波数は、信号発生器２４ｃからピエゾモータ２４ｂへ送られる電気的パルス信号の周波数と一致する。なお、パルス光源２ｂにおいては、反射ミラー２４ａを機械的に駆動することによって周期的な超短パルス光を発生させているため、ＬＮ変調器２２ａを電気的に駆動する構成のパルス光源２ａと比較して、レーザ光Ｌａの繰り返し周波数が小さくなる傾向がある。
【００６４】
また、図５は、種光源２の第３構造として、パルス光源２ｃの構成を示す図である。パルス光源２ｃは、いわゆるパッシブ（受動）モード同期型の超短パルス光発生源であり、Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラスによる固体レーザによって構成されている。すなわち、パルス光源２ｃは、半導体レーザ素子２１と、可飽和吸収体及び反射鏡が一体に構成された可飽和吸収ミラー２５と、コリメータレンズ２６ａと、プリズム２６ｂ及び２６ｃと、出力用カプラ２６ｄと、ミラー２７ａ〜２７ｃと、Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８とを有する。このうち、半導体レーザ素子２１及びコリメータレンズ２６ａ以外の構成要素は、レーザ発振のためのキャビティＣＡを構成している。
【００６５】
半導体レーザ素子２１から出射された励起光は、コリメータレンズ２６ａ及びミラー２７ａを介してＥｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８に達し、Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８を励起する。Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８は、可飽和吸収ミラー２５、プリズム２６ｂ及び２６ｃ、出力用カプラ２６ｄ、並びにミラー２７ａ〜２７ｃからなるキャビティＣＡ上に配置されている。キャビティＣＡを進む光は、Ｅｒ：Ｙｂ共添加ガラス板２８によって増幅されつつ、可飽和吸収ミラー２５と出力用カプラ２６ｄとの間で往復する。
【００６６】
可飽和吸収ミラー２５は、弱い光を吸収し、強い光を反射する性質を有する。可飽和吸収ミラー２５に到達した光に含まれる各モードの位相が同期したときに光の強度が極大となるので、この瞬間にのみ可飽和吸収ミラー２５は反射ミラーとして機能し、レーザ発振が生じる。従って、このレーザ光はパルス幅が数フェムト秒程度の超短パルス光となり、レーザ光Ｌａとして出力用カプラ２６ｄから外部へ出射される。このとき、レーザ光Ｌａの繰り返し周波数は、キャビティＣＡの長さに応じた値となる。
【００６７】
ここで、図５及び図６は、光ファイバ９から出射されるＳＣ光Ｐ２のスペクトルである。すなわち、図５において、領域（ａ）はスペクトル帯域が０．８μｍ以上かつ３μｍ以下であるＳＣ光スペクトルを示し、領域（ｂ）はスペクトル帯域が１．１μｍ以上かつ２．４μｍ以下であるＳＣ光スペクトルを示している。また、図６において、領域（ａ）はスペクトル帯域が１．３５μｍ以上かつ１．６５μｍ以下であるＳＣ光スペクトルを示し、領域（ｂ）はスペクトル帯域が１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下であるＳＣ光スペクトルを示している。なお、図５及び図６において、縦軸のスペクトル強度はピーク値を１として規格化されている。この第１実施例のように光ファイバ９としてＨＮＬＦを用いれば、これらのように広帯域にわたって平坦なスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２を好適に生成できる。
【００６８】
図８は、図５及び図６に示されたＳＣ光スペクトルそれぞれを実現するための条件例を示す表である。また、図９は、図８に示された条件によって得られるＳＣ光スペクトル全体における時間平均光強度及び平均的なスペクトル成分の強度（単位波長あたりの放射束）の大きさを示す表である。
【００６９】
以下、第１実施例に係る分析装置１が有する効果について説明する。この第１実施例に係る分析装置１においては、空孔を有するＰＣＦではなく中実の光ファイバ９（ＨＮＬＦ）にレーザ光Ｐ１を入射させ、ＳＣ光を含むＳＣ光Ｐ２を生成している。また、光ファイバ９の零分散波長が１．３μｍ以上１．８μｍ以下に設定されており、レーザ光Ｐ１の中心波長もまた、１．３μｍ以上１．８μｍ以下に設定されている。これにより、この零分散波長域を中心とする長波長かつ広帯域のスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２が好適に生成される。したがって、この第１実施例に係る分析装置１によれば、より長い波長域まで赤外分光分析等が可能になる。
【００７０】
この第１実施例に係る分析装置１においては、光ファイバ９としてＰＣＦではなく中実であるＨＮＬＦが適用されるため、ファイバ同士の接合が容易であり、また、接合面における光損失も小さく抑えることができる。さらに、種光源２から出射されたレーザ光Ｐ１のエネルギーによって端面が損傷（溶融）するおそれも低く、例えば光強度（ＳＣ光がパルス状の場合は、パルスのピーク強度）が０．１μＷ／ｎｍ以上といった比較的強いＳＣ光Ｐ２が好適に生成され得る。このように、分析装置１ａは、実用性に優れている。なお、ＳＣ光Ｐ２の光強度の上限は、例えば１０００μＷ／ｎｍ程度であるが、ＳＣ光Ｐ２のスペクトル帯域や入射光（レーザ光Ｐ１）の強度によっては、さらに強くすることも可能である。
【００７１】
一般的に、ＰＣＦは偏波モード分散（ＰＭＤ）が大きく、伝搬先の偏波状態が安定しないため、出射されるＳＣ光の発生帯域や強度が安定し難い。これに対し、中実であるＨＮＬＦは、ＰＣＦと比較して構造制御性が良好であり、コア／クラッドの比屈折率差も相対的に小さいので、ＰＭＤなどの偏波依存性が小さい。特に、偏波保持ファイバが適用されることにより、偏波間の結合をほとんど無視できる。そのため、生成されるＳＣ光Ｐ２の光強度はＨＮＬＦ中を伝搬する偏波の状態が安定する。このように、当該第１実施例に係る分析装置１によれば、ＳＣ光Ｐ２の強度（ＳＣ光Ｐ２がパルス状である場合は、ピーク強度）の時間変動幅を例えば一時間当たり±５％以内という極めて小さな値にできる。
【００７２】
また、一般的に、赤外分光分析等において互いに異なる複数の波長の光が必要な場合、各波長に応じた光源を用意すると分析装置自体が大型化してしまう。これに対し、第１実施例に係る分析装置１は広帯域のスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２を光源部２０が生成しているので、例えば波長可変フィルタ１３や、図示しないプリズムなどを用いて一つの光源から複数の波長の光を容易に生成できる。そのため、当該分析装置１は、装置自体の小型化を可能にする。
【００７３】
上述のように、光源部２０は、レーザ光Ｐ１とは異なる波長の励起光の供給によりＳＣ光Ｐ２を増幅する光増幅手段を有するのが好ましい。これにより、任意の光強度の照射光Ｐ３が容易に生成され得る。また、光増幅手段からの出力光強度を飽和させることにより、ＳＣ光Ｐ２が有するスペクトルの強度変化を抑えることができる。特に、上述の第１〜第５構造（図２参照）は、照射光Ｐ３の帯域が限られている場合に極めて効果的にＳＣ光Ｐ２を増幅する。
【００７４】
この第１実施例に係る分析装置１は、対象物Ａへ照射される照射光Ｐ３の波長範囲を制限する波長可変フィルタ１３を備えるのが好ましい。赤外分光分析においては、例えば被検出光Ｌを分光器で分光することにより波長成分毎の強度を知ることができる。しかしながら、波長可変フィルタ１３のような光学フィルタによって照射光Ｐ３の波長範囲が制限されることにより、高価な分光器を用いなくとも容易に分析を行うことができる。波長可変フィルタ１３によって波長範囲を変更可能にすることにより、吸収波長、反射波長、及び励起波長の少なくともいずれかが異なる複数種類の被測定物質を、フィルタを取り替えることなく容易に分析できる。さらに、被測定物質の吸収波長等に応じて、検出波長を容易に調整できる。
【００７５】
なお、対象物Ａ１において測定対象となる物質の種類が限られている場合には、波長可変フィルタ１３に代えて、照射光Ｐ３の波長範囲をある特定の範囲に制限する波長範囲固定の光学フィルタが適用されてもよい。この場合、互いに透過波長の異なる複数種類の光学フィルタを併用し、照射光Ｐ３に複数波長が含まれるように照射光Ｐ３の波長を制限してもよい。
【００７６】
このような光学フィルタを対象物Ａと光検出部３との間に配置することにより、被検出光Ｌの波長範囲を制限してもよい。この場合、光ファイバ９と対象物Ａとの間に波長可変フィルタ１３が配置された構成と同様の効果を好適に得ることができる。
【００７７】
この第１実施例では、波長範囲を制限する分光手段として波長可変フィルタ１３などの光学フィルタを用いている。しかしながら、該光学フィルタに代えて分光器等を用いて被検出光Ｌを分光してもよい。このように分光器が適用される構成としては、例えば（Ａ）対象物Ａと光検出部３との間に分光素子（プリズムやバルクタイプのグレーティング素子など）が配置される構成、及び（Ｂ）フーリエ変換分光を利用する構成などが考えられる。
【００７８】
上述の構成のうち構成（Ａ）では、対象物Ａと光検出部３との間に分光素子が配置されるとともに、光検出部３としてアレイ状の受光素子が適用可能である。この場合、光検出部３の特定位置に入射する光は特定波長のスペクトル強度情報を有するので、分光分析を好適に行うことができる。あるいは、光検出部３として一個の受光素子を用い、分光素子を回転させることにより（又は光検出部３を平行移動させることにより）、分光素子を透過した被検出光Ｌを検出してもよい。いずれの構成によっても、分光分析を好適に行うことができる。
【００７９】
また、構成（Ｂ）の一例としては、次の構成が好適である。すなわち、ハーフミラー、固定ミラー、及び可動ミラーなどを用い、対象物Ａに入射する照射光Ｐ３の光路を二手に分岐し、一方の光路長を可変にする。そして、該一方の光路長を調整することによって干渉強度を検出し、この干渉強度と光路長差との相関に基づいて、フーリエ変換により分光スペクトルを好適に得ることができる。
【００８０】
（第２実施例）
図１０は、この発明に係る分析装置の第２実施例の構成を示す図である。この第２実施例に係る分析装置１ａは、赤外分光分析によって様々な物質を特定したり、対象物質の分布状況や粒径を分析する。すなわち、分析装置１ａは、図１０に示されたように、光検出部３ａ、制御／分析部４、入出力部５、コリメータレンズ１４ａ、集光レンズ１４ｂ、ハーフミラー１５、ピンホール板１７、及び光源部２０ａを備える。これらのうち、光検出部３ａ、制御／分析部４、及び入出力部５の構成については、上述の第１実施例における光検出部３、制御／分析部４、及び入出力部５と同様なので、詳細な説明を省略する。なお、この第２実施例においても、制御／分析部４及び入出力部５により信号処理部が構成されている。
【００８１】
光源部２０ａは、スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）Ｐ２に基づく照射光Ｐ３を薬剤などの対象物Ａ１に照射する発光ユニットである。光源部２０ａは、種光源２と、種光源２に入射端が光学的に接続された光ファイバ９と、光ファイバ９の出射端に光学的に直列接続された１／２波長板１１、偏向子（偏向板）１２、及び波長可変フィルタ１３とを含む。これらのうち、種光源２、光ファイバ９、及び波長可変フィルタ１３の構成は、第１実施例における光源部２０と同様である。
【００８２】
１／２波長板１１、偏向子１２、及び波長可変フィルタ１３は、ＳＣ光Ｐ２を照射光Ｐ３に変換するための光学部品である。すなわち、光ファイバ９から出射されたＳＣ光Ｐ２は、１／２波長板１１によって円偏光となり、偏向子１２によって偏波面が規定される。なお、この偏向子１２は光軸周りに回転可能なように設けられており、ＳＣ光Ｐ２の偏波面の向きを自在に変更できるしくみになっている。その後、ＳＣ光Ｐ２は、波長可変フィルタ１３によってその波長範囲が制限され、照射光Ｐ３として出射される。
【００８３】
コリメータレンズ１４ａ及び集光レンズ１４ｂは、対象物Ａ１の表面における照射光Ｐ３の照射範囲をスポット状に制限するための照射径制限部であり、光源部２０ａの光出射端に光学的に接続されている。コリメータレンズ１４ａは、光源部２０ａから出射された照射光Ｐ３をコリメートする。集光レンズ１４ｂは、コリメートされた照射光Ｐ３を対象物Ａ１へ向けて集光する。集光レンズ１４ｂは、照射光Ｐ３の単位面積あたりの光強度（照度）を高めるために、対象物Ａ１の表面における照射光Ｐ３の照射径は１μｍ以上かつ５０ｍｍ以下であるのが好ましい。一方、照射ビームを拡大するときは、集光レンズ１４ｂを取り外してもかまわない。また、集光レンズ１４ｂに代えてシリンドリカルレンズを用い、照射光Ｐ３の照射範囲をライン状に制限し、光源部２０ａを線光源化してもよい。
【００８４】
ハーフミラー１５は、対象物Ａ１において生じた被検出光Ｌを光検出部３ａへ導くための光学部品であり、コリメータレンズ１４ａと集光レンズ１４ｂとの間に配置されている。ここで、被検出光Ｌとは、照射光Ｐ３に起因する対象物Ａ１からの光であり、例えば照射光Ｐ３が対象物Ａ１内部の測定対象物質によって反射又は散乱した光や、測定対象物質を透過した光、あるいは、照射光Ｐ３によって測定対象物質が励起されることにより生じる発光などである。
【００８５】
ピンホール板１７は、共焦点光学系を構成するための光学部品である。すなわち、ピンホール板１７は、ピンホール１７ａを有する板状の部材からなり、ピンホール１７ａが光検出部３ａの受光面上に位置するように光検出部３ａとハーフミラー１５との間に配置されている。ピンホール板１７は、光検出部３ａへ入射する被検出光Ｌから、焦点の合致した箇所以外の反射光を除去することにより、例えば深さ方向に精度を要する対象物Ａ１を分析する際に分解能を小さくできる。
【００８６】
次に、分析装置１ａを用いた赤外分光分析の一例として、薬剤の粒径分布測定及び分散測定について説明する。
【００８７】
（粒径分布測定）
薬剤を製造する際には、体内での薬効時間にばらつきが生じるのを抑えるために、粒径のばらつきを小さくすることが求められる。このため、製造過程において粒径分布を測定できるのが好ましい。粒径分布を測定するためには、測定対象物質の反射波長に相当する波長成分を含むパルス状の照射光Ｐ３を薬剤サンプル（対象物Ａ１）に照射し、薬剤サンプルから得られる被検出光Ｌのパルス形状と、照射光Ｐ３のパルス形状とを互いに比較すればよい。なお、薬剤の粒径分布を測定する方法としては、例えば光源部２０ａから出射された照射光Ｐ３を分岐して、薬剤サンプルに光が照射された際に薬剤サンプル内で生じる光散乱による反射戻り光の時間遅れ成分を抽出することによって粒径分布を求める方法や、あるいは薬剤サンプルからの反射戻り光のパルス応答を測定した後で参照パルス形状サンプルとして基準反射板などを置き、同じく反射戻り光のパルス応答を測定し、その両者の差分を測定する方法などがある。分析装置１ａなどの測定系では、被測定物の深さ方向の分解能が高いため、詳細に粒径分布を測定することができる。
【００８８】
そして、被検出光Ｌ及び照射光Ｐ３のパルス波形を比較した結果（差分など）に基づいて、ケモメトリックス法や主成分分析などの統計的手法による解析が行われ、また、複数の薬剤成分の反射光強度に応じて波長が変えて測定されることにより、サンプルに含まれる複数成分の粒径分布の評価を行うことができる。
【００８９】
図１１は、照射光のパルス形状の一例と、被検出光のパルス形状の一例を示す図である。この図１１において、領域（ａ）は照射光Ｐ３のパルス形状の一例を示す。領域（ｂ）は被検出光Ｌのパルス形状の一例を示す。照射光Ｐ３を薬剤サンプルに照射すると、薬剤サンプルから得られる被検出光Ｌには微小散乱光Ｌｄが含まれる。この微小散乱光Ｌｄの光強度は、対象物Ａ１の粒径分布に依存する。そして、微小散乱光Ｌｄは、通常の反射光よりも時間的に遅延して光検出部３ａに到達するので、この図１１の領域（ｂ）に示されたように、被検出光Ｌのパルスの裾は微小散乱光Ｌｄの分だけ広がることになる。この裾部分を検出することによって、微小散乱光Ｌｄの光強度が得られ、粒径分布を推定できる。
【００９０】
なお、例えば照射光Ｐ３のパルス幅が長すぎると、図１１の領域（ｃ）に示されたように微小散乱光Ｌｄが被検出光Ｌのパルスに隠れてしまい検出が困難になる。これに対し、当該第２実施例における光源部２０ａによれば、上述のように時間幅が数フェムト秒といった超短パルスが、照射光Ｐ３として対象物Ａ１に照射され得る。このように、第２実施例によれば、微小散乱光Ｌｄの強度を正確に測定できるため、精度の良い測定が可能になる。
【００９１】
また、さらに簡易な方法として、照射光Ｐ３を対象物Ａ１に照射し、その透過光を被検出光Ｌとして検出してもよい。この場合、透過光の減衰率から被測定物の厚み方向の平均的粒径分布を推定できる。
【００９２】
（薬剤の分散測定）
薬効時間内の薬剤の効果を均一にするために、薬剤を製造する際には、薬剤に含まれる各成分を均一に分散させ、各薬剤の薬効のばらつきを小さくすることが求められる。このため、製造過程において薬剤成分の分散の様子を測定できるのが好ましい。成分の分散の様子を測定するためには、パルス状の照射光Ｐ３を薬剤サンプル（対象物Ａ１）に照射し、薬剤サンプル内において生じた蛍光などの発光（被検出光Ｌ）の分布を測定するとよい。
【００９３】
具体的には、特定の成分の励起波長に相当する波長成分を含む照射光Ｐ３が対象物に照射されると、被検出光Ｌに含まれる特定成分からの蛍光などの発光が波長選択フィルタ等により抽出された後、この発光強度が２次元の光検出部３ａにより検出される。そして、検出結果が画像情報（データ）として入出力部５により表示されれば、薬剤の部位による発光の濃淡によって特定成分が均質に分散しているか否かを容易に判断できる。
【００９４】
また、照射光Ｐ３に対する発光（被検出光Ｌ）の時間応答を考慮することにより、対象物Ａ１（特に、錠剤・粉末剤）における厚さ方向の分散均質度を短時間で容易に評価することができる。これにより、従来は破壊試験が必要であった（非特許文献１参照）厚さ方向の分散均質度の測定を、ｉｎ−ｓｉｔｕに測定できる。
【００９５】
なお、上述の粒径分布測定や分散測定といった医薬の分析方法に第２実施例に係る分析装置１ａを使用することにより、例えば医薬品工程管理技術（ＰＡＴ：Process Analytical Technology）に応用することができる。ＰＡＴにおいては、ケモメトリクスや多重回帰分布測定などの統計学的分析手法を活用し、薬剤製造プロセスにおける調整パラメータを明らかにしたうえで、上述の粒径分布や分散などの測定結果をフィードバックしながら製品の均質化を図ることができる。一方、狭義のＰＡＴにおいては、波長成分ごとのイメージングができなくても、１つ又はそれ以上の波長成分の光を照射した際の発光分布が基準データと略同一であると判定できる場合にはその薬剤サンプルを合格とする、いわゆるバッチ検査（検査簡略化）に用いることもできる。
【００９６】
この第２実施例に係る分析装置１ａは、第１実施例に係る分析装置１と同様に、実用性に優れ、かつ、より長い波長域まで近赤外分光分析等を可能にする。したがって、粒径分布測定や分散測定といった薬剤の分析を、様々な薬剤に対して精度よく行うことができる。
【００９７】
この第２実施例に係る分析装置１ａは、照射光Ｐ３の偏波面を可変にする偏向子（偏向板）１２を備えてもよい。被測定物質の吸収特性（又は発光特性）が照射光Ｐ３の偏波に大きく依存する場合であっても、このように照射光Ｐ３の偏波面を可変とすることにより、被検出光Ｌに含まれる被測定物質に関する情報のコントラストを高めることができる。
【００９８】
（第３実施例）
図１２の領域（ａ）及び領域（ｂ）は、この発明に係る分析装置の第３実施例の構成を示す図である。これら領域（ａ）及び領域（ｂ）に示された分析装置１ｂ、１ｃは、上述の第１実施例に係る分析装置１を変形例であり、例えば食品検査などの際の近赤外分光分析に使用することができる。
【００９９】
図１２の領域（ａ）に示されたように、分析装置１ｂは、光検出部３ｂ、モニタ／分析部６ａ（信号処理部に含まれる）、分光器７、レンズ１４、及び光源部２０ｂを備える。光源部２０ｂは、ＳＣ光Ｐ２を照射光Ｐ３として食品などの対象物Ａ２に照射するための構成要素である。光源部２０ｂは、種光源２及び光ファイバ９によって構成されている。なお、種光源２及び光ファイバ９の構成は、第１実施例と同様である。
【０１００】
レンズ１４は、対象物Ａ２の表面における照射光Ｐ３（ＳＣ光Ｐ２）の照射範囲をスポット状に制限するための照射径制限部であり、光源部２０ｂの光出射端に光学的に接続されている。なお、レンズ１４は、対象物のサイズ（ゴマ、米粒などの小さな種子は狭く、ミカン、リンゴ、メロンといった大きな果実は広く）に応じて照射径を適切な範囲にする。すなわち、レンズ１４は、照射光Ｐ３の単位面積あたりの光強度（照度）を高めるために、対象物Ａ２の表面における照射光Ｐ３の照射径を１μｍ以上かつ５０ｍｍ以下のスポット状にする。
【０１０１】
分光器７は、対象物Ａ２からの被検出光Ｌを分光するための光学部品である。分光器７の構成としては、例えばプリズムやバルクタイプのグレーティング素子を用いた構成や、あるいはフーリエ変換分光を利用する構成などが適している。
【０１０２】
光検出部３ｂは、被検出光Ｌを検出する。第３実施例における光検出部３ｂは、例えばフォトダイオード（ＰＤ）やＰＤアレイ、赤外カメラ等によって実現され、対象物Ａ２からの反射光又は散乱光を被検出光Ｌとして受光し、その光強度を電流値などの電気的な量に変換する。なお、光検出部３ｂの詳細な構成は、第１実施例における光検出部３と同様である。
【０１０３】
モニタ／分析部６ａは、種光源２からのレーザ光Ｐ１の出射タイミングと、光検出部３ｂにおける検出タイミングとを制御する制御部としての機能と、光検出部３ｂからの信号（検出結果）に基づいて、被検出光Ｌに関するスペクトル波形情報を生成する信号処理部としての機能とを兼備する。また、モニタ／分析部６ａは、生成されたスペクトル波形情報を表示する表示部としての機能も備えている。
【０１０４】
一方、分析装置１ｃは、図１２の領域（ｂ）に示されたように、光検出部３ｃ、モニタ／分析部６ａ（信号処理部）、レンズ１４、及び光源部２０ｃを備える。このうち、モニタ／分析部６ａ及びレンズ１４の機能は、分析装置１ｂと同様である。
【０１０５】
光源部２０ｃは、ＳＣ光Ｐ２に基づく照射光Ｐ３を対象物Ａ２に照射するための発光ユニットである。光源部２０ｃは、上述の光源部２０ｂと異なり、種光源２及び光ファイバ９に加えて、光ファイバ９の出射端に光学的に接続された光学フィルタ１６を有する。この光学フィルタ１６は、照射光Ｐ３の波長範囲を所定範囲に制限するための光学部品であり、図１２の領域（ａ）における分光器７に代えて設けられる。なお、この第３実施例における光学フィルタ１６は、被測定物質の吸収波長に応じてその透過波長範囲が固定されるが、波長可変フィルタを用いても良い。また、光学フィルタ１６は、互いに透過波長が異なる複数の波長固定フィルタによって構成されてもよい。この場合、複数の波長成分を同時に用いて被測定物質を分析することができる。
【０１０６】
光検出部３ｃは、上述の光検出部３ｂと同様に、例えばフォトダイオード（ＰＤ）やＰＤアレイ、赤外カメラ等によって実現される。ただし、この光検出部３ｃは、対象物Ａ２からの透過光を被検出光Ｌとして受光し、その光強度を電流値などの電気的な量に変換する。この光検出部３ｃの詳細な構成も、第１実施例における光検出部３と同様である。
【０１０７】
なお、第３実施例に係る分析装置１ｂ、１ｃは、反射光を検出する光検出部３ｂ及び透過光を検出する光検出部３ｃをそれぞれ備えているが、分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、光検出部３ｂ、３ｃの双方を備えることにより反射光及び透過光の双方を撮像してもよい。また、分析装置１ｃにおいては、レンズ１４又は対象物Ａ２の位置を相対的に移動可能にすることにより、対象物Ａ２の表面を照射光Ｐ３が走査させる構成であってもよい。
【０１０８】
この発明に係る分析装置は、被検出光Ｌ２に基づいた画像データのＳＮ比を改善するための構造を備えてもよい。すなわち、信号処理部は、生成された画像データのＳＮ比を改善するため、該生成された画像データから、ノイズ成分が低減された補正画像データを生成する。通常、当該分析装置が設置される環境では、外部からの迷光（例えば太陽光、街頭光など）、周辺気温、周辺環境（例えば雨、霧、雪など）によって得られる画像データのＳＮ比が劣化してしまう。そのため、例えば、受光素子の受光面を遮蔽した状態で得られる遮光画像ＶＮ（受光素子自身のデバイスノイズＮ）、ＳＣ光を直接受光素子で受光することにより得られるＳＣ光画像ＶＳＣ、ＳＣ光を照射しない状態で得た非照射画像ＶＢＫ、ＳＣ光を照射した状態で得た照明画像ＶＩＬ（被検出光情報に基づいた画像データ）を利用してＳＮ比を改善することが可能である。図１３の領域（ａ）は、信号処理部における画像処理（ＳＮ比改善）を説明するための図であり、遮光画像ＶＮ６０４、ＳＣ光画像ＶＳＣ６０３、非照射画像ＶＢＫ６０２、照明画像ＶＩＬ６０１の各成分は、以下のように与えられる。
遮光画像ＶＮ：Ｎ
ＳＣ光画像ＶＳＣ：ＰＳＣ＋Ｎ
非照射画像ＶＢＫ：（ＰＮ−ＡＮ）＋Ｎ
照明画像ＶＩＬ：（ＰＳＣ−ＡＳＣ）＋（ＰＮ−ＡＮ）＋Ｎ
【０１０９】
ここで、遮光画像ＶＮの成分は受光素子自身のデバイスノイズＮで与えられる。ＳＣ光画像ＶＳＣの成分は、受光素子に照射されたＳＣ光パワーＰＳＣがデバイスノイズＮとともに検出された値となる。非照射画像ＶＢＫの成分は、迷光パワーＰＮが該被検出対象に吸収された吸収成分ＡＮだけ減少した状態でデバイスノイズＮとともに検出された値となる。また、照明画像ＶＩＬの成分は、被検出対象に吸収されたＳＣ光の吸収成分ＡＳＣだけ減少したＳＣ光の反射成分（ＰＳＣ−ＡＳＣ）と吸収成分ＡＮだけ減少した迷光成分（ＰＮ−ＡＮ）がデバイスノイズＮとともに検出された値となる。なお、遮光画像ＶＮ６０４、ＳＣ光画像ＶＳＣ６０３、及び非照射画像ＶＢＫ６０２は、赤外線撮影に先立って取得し、予め信号処理部のメモリ９０に格納しておけばよい。
【０１１０】
このとき、照明画像ＶＩＬと非照射画像ＶＢＫの差分（ＶＩＬ−ＶＢＫ）をとると、以下の式（１）で与えられる成分値が得られる。
ＶＩＬ−ＶＢＫ＝ＰＳＣ−ＡＳＣ  …（１）
【０１１１】
さらに、ＳＣ光の照射パワーＰＳＣを除去するため、ＳＣ光画像ＶＳＣと式（１）で得られた成分値の差分をとる。
ＶＳＣ−（ＶＩＬ−ＶＢＫ）＝ＡＳＣ＋Ｎ  …（２）
【０１１２】
この式（２）で得られた成分値は、被検出対象に吸収されたＳＣ光の吸収成分ＡＳＣの他、デバイスノイズＮを含んでいる。そのため、さらに、式（２）で得られた成分値と遮光画像ＶＮの成分値Ｎの差分をとることにより、被検出対象におけるＳＣ光の吸収成分ＡＳＣのみの情報を含む分析用画像６０５が得られる。
【０１１３】
このように、これら４種類の画像の差分処理により、被検出対象における特定波長の吸収量（被検出対象の吸収波長域における被検出光の光強度情報を含む）を、迷光、周辺温度、周辺環境等の外乱の影響が除去された状態で明瞭に視覚化することができる。
【０１１４】
さらに、この発明に係る分析装置は、被検出光に基づいた画像データの振動補正をするための構造を備えてもよい。例えば、信号処理部において、時間経過とともに順次取り込まれた複数の画像データについて対応する各画素ごとに平均化（例えば対応する各画素の輝度の平均値を新たな輝度情報として与える）することにより、振動など画像ボケの影響を効果的に低減できる。図１３の領域（ｂ）は、信号処理部における画像処理（振動補正）を説明するための図である。
【０１１５】
すなわち、図１３の領域（ｂ）に示されたように、信号処理部は、メモリ９０内に時間経過ｔ１、ｔ２、…、ｔｎとともに順次照明画像６０１を取り込む。これら取り込まれた照明画像のうち時間ｔｉの照明画像と時間ｔｉ＋１の照明画像について平均化処理を行い、画像内のボケが補正された分析用画像６０６が得られる。なお、メモリは、記憶容量に制限があるので、使用済みの照明画像は逐次削除される。また、振動が大きい場合には、平均化処理に利用する照明画像の枚数（フレーム数）を多くすることにより、より振動の影響を低減することができる。逆に、振動が小さい場合には、平均化処理に利用する照明画像の枚数（フレーム数）を少なくしてもよい。
【０１１６】
続いて、第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）を利用した赤外分光分析の一例として、食品検査・選別、血糖値検査、及び地中探索について説明する。
【０１１７】
（食品検査・選別）
例えば、果実などの食品に照射光Ｐ３を照射し、フルクトースやグルコースなどの糖分に特有の吸収波長における被検出光Ｌと照射光Ｐ３との強度比を検出することによって、糖度の測定を容易に行うことができる。あるいは、クエン酸やアスコルビン酸に特有の吸収波長における被検出光Ｌと照射光Ｐ３との強度比を検出することによって、酸度の測定を容易に行うことができる。あるいは、エチレンやクロロフィルに特有の吸収波長における被検出光Ｌと照射光Ｐ３との強度比を検出することによって、熟度の測定を容易に行うことができる。あるいは、ペクチンに特有の吸収波長における被検出光Ｌと照射光Ｐ３との強度比を検出することによって、硬度の測定を容易に行うことができる。
【０１１８】
この食品検査・選別の際には、ケモメトリックス法が好適に用いられる。すなわち、測定対象物質（フルクトース、クエン酸、エチレンなど）の吸収波長に相当する被検出光Ｌの波長成分の光強度や、該光強度と他の波長成分の光強度との比が指標として準備される。そして、この指標と、水分量、糖度、酸度、及び熟度との予め測定された相関に基づいて、検量線との比較によって半経験的にこれら水分量、糖度、酸度、及び熟度が定量化される。あるいは、ある測定対象物質の吸収波長（例えば果物であれば、水分量なら波長２．１μｍ付近、糖分なら波長１．７μｍ付近、酸度なら波長１．１μｍ付近、熟度なら波長０．９μｍ付近、硬度なら波長１．２μｍ付近）における被検出光Ｌの光強度の大きさに基づいて、水分、糖度、酸度、熟度、硬度などが定量化されてもよい。
【０１１９】
第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）によれば、第１実施例に係る分析装置１と同様に、実用性に優れ、かつ、より長い波長域まで近赤外分光分析等が可能になる。したがって、上述のような比較的長い吸収波長を有する被測定物質を好適に測定できるので、食品検査・選別に適している。
【０１２０】
また、従来の近赤外分光分析装置としては、例えばフェムト秒のチタンサファイアレーザを非線形結晶を用いて近赤外光に波長変換する構成（非特許文献２参照）が知られている。しかしながら、このような構成では、装置が高価かつ大型になってしまう。この第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、このような従来の装置と比較して装置構成が単純であり、小型化を実現可能にする。しかも、光ファイバ９を光ファイバプローブとしても利用できるので、可搬型としても極めて精密な測定が可能となる。また、メンテナンスも不要である。したがって、食品の出荷時に用いられるだけでなく、倉庫や商店に当該分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）を用意しておき、食べ頃の食品や腐敗した食品の選別も容易になる。
【０１２１】
なお、この第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、果物だけでなく、種子、穀物、魚介類、肉類など広範な食品に適用可能である。また、醤油や味噌などの加工食品についても、製造メーカや商品に固有のスペクトルを有する。したがって、当該第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、加工食品の管理にも適している。
【０１２２】
また、この第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）においては、ＳＣ光を生成するための光ファイバ９として、第１実施例と同様に中実のＨＮＬＦが用いられる。これにより、ＰＣＦを用いる場合と比較してＳＣ光Ｐ２の光強度を大きくできる。又はロゲンランプ等の照明を用いる場合と比較して集光も容易である。したがって、従来の赤外分光分析装置では測定が困難であった皮が硬い果実（メロンやパイナップルなど）も容易に測定できる。
【０１２３】
果実や穀物などの食品は、産地によって被検出光Ｌのスペクトルが異なることがある。このような場合、当該第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）によって、産地調査も可能となる。また、分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）によれば種子の一粒ごとの測定も可能なので、ブランド種や遺伝子組み換え種の分類ができ、混雑や交配を防止することもできる。
【０１２４】
（血糖値検査）
上述のように、この第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）によれば、グルコースを好適に測定できる。したがって、分析装置１ｂ又は１ｃは非侵襲の血糖値検査にも適している。従来の測定装置としては、例えば特許文献２に開示された装置が知られているが、やはり装置が大型になるとともに照射光強度が弱い等の課題が残っている。実用的には、分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）のように、ＳＣ光の発生源として中実の光ファイバ９（ＨＮＬＦ）を用いることが、集光性や光強度の点において好ましい。
【０１２５】
ＳＣ光Ｐ２をラマン増幅器やＯＰＡなどの光増幅手段（図２参照）によって増幅すれば、１００ｎｍ〜３００ｎｍの帯域幅に亘ってＳＣ光Ｐ２を増幅することができる。これにより、グルコースに特に吸収され易く、かつ生体内水分の影響を受けにくい１．５μｍ〜１．８μｍ付近の波長成分を選択的に増幅することができ、血糖値検査にとって非常に好ましい。さらに、ラマン増幅器やＯＰＡは励起されなければ通常の光ファイバとして用いることができるので、光増幅の有無を切り替えることも容易にできる。
【０１２６】
なお、この第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、採血された血液の検査にも、即時に結果が得られるので好適である。また、分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、血糖値検査以外にも、例えば血中脂質や尿酸値などの検査を非侵襲で行うこともできる。
【０１２７】
（地中探索）
分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は波長が比較的長い近赤外光を用いるので、対象物Ａ１内での散乱が小さく、強散乱体である土壌に対しても数ｃｍ〜数ｍ程度の透過が可能である。したがって、例えば掘削ドリルと共に配置し、地中を掘り進める先に存在する物質を予測することができる。具体的には、地中を掘削したのち、照射光Ｐ３を対象物Ａ１としての地中物に照射する。そして、照射光Ｐ３に起因する地中物からの被検出光Ｌ（透過・散乱光）を検出し、被検出光Ｌに含まれる所定の波長成分の強度に基づいて特定物質（資源、水分など）の存在を判定する。
【０１２８】
上述の地中探索方法によれば、例えば、照射光Ｐ３を土壌に照射して得られる反射光（被検出光Ｌ）のうち水分の吸収波長である１．４μｍ付近の波長成分の強度が大きい場合に、近くに水源が存在するという事実を感知できる。例えばトンネル工事などにおいて地下水掘削を防止して危険を避けたり、温泉を検知する等、様々な用途に応用できる。さらに、ラマン増幅器やＯＰＡなどの光増幅手段を備えることにより照射光Ｐ３の光強度（分光放射束）を数Ｗ／ｎｍに高めることができる（照射光Ｐ３の到達深度をより深くできる）。
【０１２９】
分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、水分の検知だけでなく、油井探索にも適している。すなわち、油井に特有な炭素二重結合（Ｃ＝Ｃ、Ｃ＝Ｃ−Ｈなど）に由来する吸収波長が１．７μｍ〜１．８μｍ付近にあるため、土壌からの被検出光Ｌにおいてこの波長範囲の成分強度に変化が生じれば、油井の存在を検知できる。
【０１３０】
この第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）によれば、第１実施例に係る分析装置１と同様に、実用性に優れ、かつ、より長い周波数域まで赤外分光分析等が可能になる。したがって、様々な種類の物質を探索できる地中探索方法を提供できる。
【０１３１】
分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、図６の領域（ａ）及び領域（ｂ）に示されたような広帯域に亘る照射光Ｐ３のスペクトルが実現できる。したがって、単一の光源（光源部２０ａ）によって広範な波長の赤外分光測定が可能であり、例えば、水分に吸収されにくい１．０μｍ付近の波長成分強度と、水分に吸収され易い２．０μｍ付近の波長成分強度とを同時に測定し、水分の分布を知ること等が容易にできる。また、水分の検知と当時に、該水分に含まれるミネラル成分の分析も行うことができる。従来は、採掘現場から水を採取（サンプリング）してその成分を分析していた。しかしながら、当該第３実施例によりサンプリングの手間が省けるので、大幅にコストを削減できる。
【０１３２】
また、分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、鉱山での採掘物の分析にも適している。すなわち、採掘穴や採掘した土壌（岩石）に照射光Ｐ３を照射し、被検出光Ｌのスペクトルを分析することによって、有用資源を検知することもできる。
【０１３３】
以上、第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）の好適な用途について説明したが、当該第３実施例に係る分析装置１ｂ（又は分析装置１ｃ）は、上記用途に限らず、例えば励起状態分子、ラジカル分子、励起分子錯体など、化学反応の中間体を検出することもできる。したがって、レーザーチップ、太陽電池、光メモリー、又は光触媒などの解析や検査といった用途に用いることもできる。また、化学反応用の励起レーザとともに統合的に制御し、励起から測定までの時間を精度よく管理しつつ測定することによって、化学反応における時間分解スペクトルをフェムト秒からナノ秒オーダーで正確に得ることも可能である。
【０１３４】
（第４実施例）
図１４は、この発明に係る分析装置の第４実施例の構成を示す図である。図１４の領域（ａ）及び領域（ｂ）に示された分析装置１ｄ、１ｅは、上述の第１実施例に係る分析装置１の変形例であり、吸収波長、反射波長、及び励起波長のうち少なくともいずれかが互いに異なる複数の塗料により図柄が描かれた紙幣などの印刷物Ａ３の真贋を判定する（偽造を検知する）。図１４の領域（ａ）に示されたように、分析装置１ｄは、光検出部３ｄ、モニタ／分析部６ｂ（信号処理部）、レンズ１９、及び光源部２０ｄを備える。
【０１３５】
光源部２０ｄは、ＳＣ光Ｐ２に基づく照射光Ｐ３を紙幣などの印刷物Ａ３に照射するための発光ユニットである。光源部２０ｄは、レーザ光Ｐ１を出射する種光源２と、レーザ光Ｐ１を入射してＳＣ光Ｐ２を出射する中実のＨＮＬＦである光ファイバ９と、光ファイバ９の出射端に光結合された波長可変フィルタ１３とによって構成されている。なお、種光源２、光ファイバ９、及び波長可変フィルタの詳細な構成は、第１実施例と同様である。例えば、光ファイバ９の零分散波長は１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下の範囲内にあり、種光源２から出射されるレーザ光Ｐ１の中心波長も同様の範囲に含まれる。
【０１３６】
レンズ１９は、印刷物Ａ３の表面に対し広範囲に照射光Ｐ３を照射するための光学部品であり、光源部２０ｄの光出射端に光学的に接続されている。
【０１３７】
光検出部３ｄは、照射光Ｐ３に起因する印刷物Ａ３からの被検出光Ｌを検出（撮像）する。この第４実施例における光検出部３ｄは、例えば赤外カメラ等の二次元撮像装置によって実現され、印刷物Ａ３からの反射光又は発光を被検出光Ｌとして受光し、その画素毎の光強度を電気信号に変換して、そして撮像データを生成する。この第４実施例における印刷物Ａ３には、吸収波長等が互いに異なる（具体的には、反射スペクトルあるいは発光スペクトルが互いに異なる）複数の塗料により図柄が描かれており、また、光源部２０ｄからは波長可変フィルタ１３によって選択された特定波長の照射光Ｐ３が照射される。そのため、被検出光Ｌには該特定波長に対応する図柄情報が含まれることになる。ここで、図柄とは必ずしも２次元的である必要はなく、線状に塗布されたものであっても構わない。
【０１３８】
モニタ／分析部６ｂは、被検出光Ｌにより認識される図柄を分析・表示する。モニタ／分析部６ｂは、光検出部３ｄから撮像データを受け取り、該撮像データに基づく画像（図柄を含む）を分析・表示する。
【０１３９】
一方、分析装置１ｅは、図１４の領域（ｂ）に示されたように、光検出部３ｅ、モニタ／分析部６ｂ（信号処理部）、レンズ１４、及び光源部２０ｄを備える。これらのうち、モニタ／分析部６ｂ及び光源部２０ｄの構成は、図１４の領域（ａ）に示された分析装置１ｄと同様である。
【０１４０】
レンズ１４は、印刷物Ａ３の表面における照射光Ｐ３の照射範囲をスポット状に制限するためのコリメータレンズ（照射径制限部）であり、光源部２０ｄの光出射端に光学的に接続されている。レンズ１４は、照射光Ｐ３の単位面積あたりの光強度（照度）を高めるために、印刷物Ａ３の表面における照射光Ｐ３の照射径を１μｍ以上かつ５０ｍｍ以下のスポット状にする。また、レンズ１４又は印刷物Ａ３の位置が相対的に移動可能な構成にすることで、印刷物Ａ３の表面を照射光Ｐ３が走査できる構成であってもよい。
【０１４１】
光検出部３ｅは、照射光Ｐ３に起因する印刷物Ａ３からの被検出光Ｌを検出（撮像）する。上述の光検出部３ｄと同様に、例えば赤外カメラ等の二次元撮像装置によって実現される。ただし、この光検出部３ｅは、印刷物Ａ３からの透過光を被検出光Ｌとして受光し、その画素ごとの光強度を電気信号に変換して、撮像データを生成する。
【０１４２】
なお、この第４実施例においても、分析装置１ｄ、１ｅが、反射光を検出する光検出部３ｄ及び透過光を検出する光検出部３ｅをそれぞれ備えている。しかしながら、分析装置１ｄ（又は分析装置１ｅ）は、光検出部３ｄ、３ｅの双方を備えることにより反射光（又は発光）及び透過光の双方を撮像してもよい。
【０１４３】
また、光源部２０ｄは、複数の出射端を備えてもよい。ＳＣ光の出射端が複数設けられることにより、対象物に対してより均一な照射光の照明が可能になる。具体的には、図１５に示されたように、波長可変フィルタ１３の出射端側に１対多の分岐手段１４０を配置し、該分岐手段１４０の複数の出射端からのＳＣ光Ｐ３を拡散板１５０に照射させる。そして、この拡散板１５０を介して照射光を印刷物Ａ３等の対象物に照射させることにより、照射位置による強度差を低減することが可能になる。なお、図１５は、第４実施例に係る分析装置の変形例を示す図である。また、分岐手段１４０としては、例えば、光カプラなどの光学部品の他、ＷＤＭカプラやＡＷＧなど、波長選択性を有する光学部品であってもよい。
【０１４４】
これら分析装置１ｄ、１ｅによれば、中実の光ファイバ９によってＳＣ光Ｐ２が生成されるので、実用性に優れ、かつ、より広い周波数域での印刷物の真贋判定が可能になる。以下、分析装置１ｄ（又は分析装置１ｅ）を利用した印刷物の真贋判定方法の一例について説明する。
【０１４５】
（第１の真贋判定方法）
従来の偽造検出装置（例えば、特許文献３及び特許文献４）には、複数の波長の光を用いることにより、紙幣、カード等の印刷物の偽造を検出するものがある。すなわち、特定の吸収波長等を有する複数の塗料が予め塗布された印刷物に対し、それらの吸収波長等に対応する波長の照射光Ｐ３を照射することにより、該複数の塗料を検知して偽造の有無を判断している。しかしながら、塗料の種類が少ないと、同一の塗料が使用されることにより偽造を検知できないおそれが高くなってしまう。また、一旦偽造を検知できない印刷物が複数の区域（国等）にまたがって流通した場合、それを検出可能とする為には別の波長で発光する光源と交換する必要があり、柔軟な対応ができない。
【０１４６】
この第４実施例に係る分析装置１ｄ、１ｅにおける光源部２０ｄは、近赤外領域において平坦なスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２を生成する。そして、このＳＣ光Ｐ２の波長を波長可変フィルタ１３によって変化（掃引）しながら照射光Ｐ３として印刷物Ａ３に照射し、照射光Ｐ３の波長変化に応じて連続的に被検出光Ｌを撮像することによって、印刷物Ａ３が有する波長領域での連続的な特徴を容易に得ることができる。ここで、波長領域での連続的な特徴とは、印刷物Ａ３に塗布された塗料の種類及び図柄に起因する透過光又は反射光のスペクトル波形、及び印刷物Ａ３の基部となる材料（紙質など）に応じた透過光又は反射光のスペクトル波形といった印刷物Ａ３に固有の特徴である。
【０１４７】
したがって、上述の従来の偽造検出装置とは異なり、この第１の真贋判定方法では使用する材料の特定を可能にするため、偽造を試みようとする者は、従来のように、色彩及び図柄を一致させるだけでなく、印刷物Ａ３に塗布された全ての塗料の色、塗料の材質、図柄、及び印刷物Ａ３の紙質などを全て本物と一致させる必要があり、偽造を行うことが著しく困難となる。また、真贋判定のための特定の塗料を塗布する必要がないので、既に発行されている印刷物であっても真贋判定が可能になる。また、一つの装置のみによって様々な印刷物Ａ３の真贋を判定することが可能になる。さらに、仮に偽造を検知できない印刷物が流通したとしても、波長可変フィルタ１３による照射光Ｐ３の波長の掃引間隔や波長の値を変更することにより、その偽造印刷物に即時に対応できる。
【０１４８】
（第２の真贋判定方法）
図１６及び図１７は、第２の真贋判定方法を説明するための図である。この第２の真贋判定方法においては、まず、光源部２０ｄにおいて光ファイバ９にレーザ光Ｐ１を供給し、図１６の領域（ａ）に示されたスペクトルのように広帯域に亘って平坦なスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２を生成する。そして、図１６の領域（ｂ）に示されたように、波長可変フィルタ１３によって照射光Ｐ３の波長が第１の所定波長λ１に制限され、この照射光Ｐ３が印刷物Ａ３に照射される。続いて、照射光Ｐ３に起因する印刷物Ａ３からの被検出光Ｌが光検出部３ｄ（又は光検出部３ｅ）によって検出される。その結果、図１６の領域（ｃ）に示されたように、波長λ１に対応する被検出光Ｌの光強度Ｉ１が検出される。
【０１４９】
その後、波長可変フィルタ１３によって照射光Ｐ３の波長が第２〜第４の所定波長λ２〜λ４に順に制限され、これら所定波長λ２〜λ４に対応する被検出光Ｌの光強度Ｉ２〜Ｉ４が順次検出される。これにより、図１６の領域（ｃ）に示されたような離散的な光強度データが得られ、この光強度データによって真贋を判定することができる。なお、図１６の領域（ｃ）におけるグラフＧは、印刷物Ａ３の塗料の種類、図柄、紙質などに起因する連続的なスペクトル波形である。
【０１５０】
さらに、この第２の真贋判定方法においては、図１７の領域（ａ）に示されたように、当該印刷物が流通している地域Ｒを複数の区域（例えば４つの区域ＡＲ１〜ＡＲ４）に分け、各区域に割り当てられる所定波長λ１〜λ４の組み合わせが変えられる。具体的には、区域ＡＲ１には第１〜第４の所定波長として波長λ１ｂ〜λ４ｂが割り当てられ（図１７の領域（ｂ））、区域ＡＲ２には第１〜第４の所定波長として波長λ１ｂ〜λ４ｂとは異なる波長λ１ｃ〜λ４ｃが割り当てられ（図１７の領域（ｃ））、区域ＡＲ３には第１〜第４の所定波長として波長λ１ｂ〜λ４ｂ及びλ１ｃ〜λ４ｃとは異なる波長λ１ｄ〜λ４ｄが割り当てられ（図１７の領域（ｄ））、区域ＡＲ４には第１〜第４の所定波長として波長λ１ｂ〜λ４ｂ、λ１ｃ〜λ４ｃ、及びλ１ｄ〜λ４ｄとは異なる波長λ１ｅ〜λ４ｅが割り当てられる（図１７の領域（ｅ））。
【０１５１】
すなわち、各区域ＡＲ１〜ＡＲ４における光強度データを総合すると、印刷物Ａ３のより詳細なスペクトルが得られることになる（図１７の領域（ｆ））。このように、第２の真贋判定方法によれば、各区域ＡＲ１〜ＡＲ４における離散的な光強度データが互いに補完関係を有する。これにより、区域ＡＲ１〜ＡＲ４それぞれにおいては簡易でありかつスループットの高い偽造検知システムを構築でき、かつ、複数の区域を組み合わせることで、より詳細な情報を得ることができる。そのため、第２の真贋判定方法は、全体として強固な偽造検知システムを構築できるという利点がある。ある区域ＡＲ１において偽造印刷物が流通し、当該区域ＡＲ１に割り当てられた所定波長λ１ｂ〜λ４ｂの被検出光Ｌの強度が規格に偶然合致していたとしても、他の区域（例えば区域ＡＲ２）に割り当てられた所定波長λ１ｃ〜λ４ｃの被検出光Ｌの強度も規格に合致している可能性は極めて低く、当該他の区域ＡＲ２において偽造を見破ることができる。したがって、この第２の真贋判定方法によれば、偽造印刷物を見破る確率を高めることができ、より強固な偽造防止システムを構築できる。また、この第２の真贋判定方法によれば、偽造印刷物の流通過程を容易に追跡することも可能になる。
【０１５２】
なお、第４実施例において、信号処理部は、出射光の波長を決定する第１ステップと、該第１ステップで決定された波長の照射光を対象物に照射し、該照射光の反射成分の検出結果を得る第２ステップを順次実施してもよい。この第１ステップは、対象物への照射光照射に先立って行われるステップであり、波長域８００ｎｍ〜３０００ｎｍのプローブ光を対象物に照射し、該プローブ光の反射成分の検出結果に基づいて光源部から出射される照射光の波長を決定する。対象物の検査波長を予め決定しておくことにより、ＳＣ光帯域を狭めたり、不要な波長成分を選択的に除去するためのフィルタを光源部側又は光検出部側に配置することが可能になる。この構成により、ＳＮ比の良好な分光分析が可能になる。
【０１５３】
次に、この発明に係る分析装置は、被検出光情報に基づいた画像データをカラー画像化する構造を備えてもよい。図１８及び図１９は、当該分析装置におけるカラー画像化を説明するための図である。
【０１５４】
このカラー画像化は、例えば信号処理部において行われ、図１８に示されたように、画像データ６０１（照明画像）を構成する画素ＰＸ１１、…、ＰＸｎｍごとに可視光帯の色を割り当てることにより照明領域のより明瞭な視覚化が可能になる。
【０１５５】
例えば、信号処理部は、照明領域内における照明部位それぞれに対応している画像データを構成する画素画素ＰＸ１１、…、ＰＸｎｍ（図１８参照）それぞれに関して、図１９の領域（ａ）に示されたように、特定波長λ１、λ２ごとに可視光域の異なる色を割り当てる。なお、割り当てられる可視光域の色は、赤、黄、青などであっても、白黒画像における濃淡で表現された色であってもよい。そして、図１９の領域（ｂ）に示されたように、信号処理部により画像データを構成する画素画素ＰＸ１１、…、ＰＸｎｍそれぞれを割り当てられた色で該画像データをモニタ５３が表示することにより、被検出光情報に基づいた画像データの視覚化が可能になる。具体的には、図１９の領域（ｂ）に示されたように、対象物Ａ５上の塗料５０にＳＣ光が照射されると、該塗料５０からの発光又は反射光が光学フィルタ５１に到達する。光学フィルタ５１は、波長成分λ１、λ２を選択的に透過する光学部品であって、該光学フィルタ５１を通過した波長成分λ１、λ２が受光素子ＰＤ５２により検出される。そして、信号処理部が波長成分λ１、λ２それぞれに割り当てられた色でモニタ５３上に生成された画像データを表示させる。
【０１５６】
また、他の画像データの視覚化は、被検出光帯域を分割した波長帯域ごとに可視光域の異なる色を割り当てることによっても実現可能である。例えば図１９の領域（ｃ）に示されたように、信号処理部が、波長λａ以下の波長帯域に青色を割り当て、波長λａ〜λｂの波長帯域に赤色を割り当て、波長λｂ〜λｃの波長帯域に黄色を割り当て、波長λｃ〜λｄの波長帯域に白色を割り当て、そして、波長λｄ以上の波長帯域に緑色を割り当てる。なお、この他のカラー画像化においても、割り当てられる可視光域の色は、赤、黄、青などであっても、白黒画像における濃淡で表現された色であってもよい。
【０１５７】
（第３の真贋判定方法）
図２０は、第３の真贋判定方法を説明するための図である。なお、この第３の真贋判定方法は、吸収波長等が互いに異なる複数種類の塗料により図柄（例えば、図２０の領域（ｂ）に示された図柄Ｆ１、Ｆ２）が描かれた印刷物Ａ３の真贋を判定する。そして、この第３の真贋判定方法を実行する分析装置は、図１４の領域（ａ）及び領域（ｂ）に示された波長可変フィルタ１３に代えて、複数種類の塗料それぞれの吸収波長等のうち一又は二以上の波長（例えば、波長λ１）に対応するＳＣ光Ｐ２の波長成分を減衰させる光学フィルタを備える。
【０１５８】
この第３の真贋判定方法では、方法（ｉ）として、光源部２０ｄから光ファイバ９にレーザ光Ｐ１が供給され、図２０の領域（ａ）に示されたスペクトルＳ１のように広帯域に亘って平坦なスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２が光ファイバ９内で生成され、このＳＣ光Ｐ２が照射光Ｐ３として印刷物Ａ３に照射される。そして、印刷物Ａ３からの被検出光Ｌが光検出部３ｄ（又は光検出部３ｅ）によって検出される。また、方法（ｉｉ）として、光学フィルタによって、照射光Ｐ３における波長λ１の成分の光強度が大きく減衰され（グラフＳ２）、この照射光Ｐ３が印刷物Ａ３に照射される。そして、印刷物Ａ３からの被検出光Ｌが光検出部３ｄ（又は光検出部３ｅ）によって検出される。
【０１５９】
図２０の領域（ｂ）及び領域（ｃ）は、それぞれ上記方法（ｉ）及び（ｉｉ）によって得られる画像の一例である。なお、図２０の領域（ｂ）及び領域（ｃ）において、図柄Ｆ１は波長λ１を励起波長とする塗料による図柄であり、図柄Ｆ２は波長λ１とは異なる波長λ２を励起波長とする塗料による図柄である。上記方法（ｉ）においては、図２０の領域（ａ）に示されたスペクトルＳ１のような広帯域に亘って平坦なスペクトルを照射光Ｐ３が有するので、被検出光Ｌとして得られる画像データは、図柄Ｆ１及びＦ２の双方を明確に映し出す（図２０の領域（ｂ）参照）。これに対し、上記方法（ｉｉ）においては、図２０の領域（ａ）に示されたスペクトルＳ２のように照射光Ｐ３のスペクトルが波長λ１において大きく減衰しているので、被検出光Ｌとして得られる画像データには図柄Ｆ１は含まれず、図柄Ｆ２のみが明確に映し出されることとなる（図２０の領域（ｃ）参照）。
【０１６０】
なお、この第４実施例では、説明を簡単にするために２つの波長λ１、λ２を使用しているが、ＳＣ光Ｐ２は広帯域に亘って平坦なスペクトルを有するので、波長λ１のように照射光Ｐ３のスペクトルが局所的に減衰される波長を複数設定することは容易である。したがって、該複数波長それぞれに吸収波長等を有する複数種類の塗料を用いることにより、さらに高精度の偽造判定が可能になる。また、印刷物Ａ３に互いに励起波長の異なる複数の塗料をモザイク状に塗布し、該複数種類の塗料が照射光Ｐ３の照射によって同時に発光を示すことによって、初めて意味のある記号等が画像として認識取得されるようにもできる。このとき、図２０の領域（ｂ）の波長λ１に励起波長をもつ塗料を印刷物Ａ３に塗布しておくことで、図２０の領域（ａ）に示されたスペクトルＳ１をもつ照射光Ｐ３を照射した場合と、スペクトルＳ２をもつ照射光Ｐ３を照射した場合とで、取得される画像を異ならせることもできる。
【０１６１】
この第３の真贋判定方法において、検出に使用される減衰された特定波長成分がどの波長であるかは、偽造を試みる者には不明であり、全ての塗料を用いかつ全く同様の図柄を再現する必要がある為、偽造を実施し難い。この特徴は、例えば検出には使用しない塗料をランダムに印刷物Ａ３に塗布することにより、偽造を試みる者が印刷物を再現することをより困難にすることもできる。一方、偽造を判断する者にとっては、明瞭な画像によって印刷物Ａ３の真贋を判別できるので、真贋判定を効率よく行うことができる。
【０１６２】
なお、エルビウム等の希土類元素を含有した、いわゆるアップコンバージョンを利用した塗料を用いれば、近赤外域の照射光Ｐ３の照射によって可視域の被検出光Ｌが得られる。したがって、印刷物Ａ３にこのような塗料を複数種類塗布しておくことにより、目視により画像を得ることも可能であり、より簡易な真贋判定システムを構築できる。
【０１６３】
（第４の真贋判定方法）
第４の真贋判定方法は、互いに励起波長及び発光寿命が異なる複数の塗料が塗布された印刷物Ａ３に対し、ＳＣ光Ｐ２を照射光Ｐ３として照射することにより、真贋の判定を行う。まず、光源部２０ｄから光ファイバ９にレーザ光Ｐ１が供給され、広帯域に亘って平坦なスペクトルを有するＳＣ光Ｐ２が光ファイバ９内で生成され、このＳＣ光Ｐ２が照射光Ｐ３として印刷物Ａ３に照射される。
【０１６４】
そして、印刷物Ａ３からの被検出光Ｌ（発光）が光検出部３ｄ（又は光検出部３ｅ）によって検出（撮像）される。このとき、光検出部３ｄ（又は光検出部３ｅ）は、光源部２０ｄによる照射光Ｐ３の一度の照射に応じて、所定時間の経過後、一回以上検出を行う。
【０１６５】
互いに励起波長及び発光寿命が異なる複数種類の塗料が塗布された印刷物Ａ３の真贋を判定する場合、この印刷物Ａ３に広帯域のＳＣ光Ｐ２が照射されることにより、複数の塗料を同時に励起することが簡易にできる。また、この励起によって生じる発光が、照射光Ｐ３の照射から所定時間経過後に光検出部３ｄ（又は光検出部３ｅ）において検出されることにより、時間分解された発光強度が得られる。これにより、例えば発光寿命が１μｓの塗料と１０μｓの塗料とを用いて図柄が描かれた印刷物Ａ３を、光源部２０ｄにおける照射光Ｐ３の出射をトリガとして１μｓ〜１０μｓの間に１回以上撮像することにより、発光寿命が１μｓの塗料からの発光は撮像せずに、発光寿命１０μｓの塗料からの発光のみを検出することができる。また、光源部２０ｄにおける照射光Ｐ３の出射をトリガとして、例えば０．５μｓ経過後及び５μｓ経過後というように２回撮像することにより、１回目の撮像と２回目の撮像とで異なる画像を得ることができるので、印刷物Ａ３の特徴をより正確に得ることができる。したがって、この第４の真贋判定方法によれば、印刷物Ａ３の真贋を正確に判定できる。
【０１６６】
また、この第４の真贋判定方法を分析装置１ｄ（又は分析装置１ｅ）により実現することによって、より長くかつ広い周波数域に亘って上記複数の塗料を励起できるので、真贋判定をより高精度に行うことができる。また、例えば単波長パルス光源を複数使用することによってもこの第４の真贋判定方法を実施することは可能であるが、多数の単波長パルス光源（主にレーザ光源）の光パルスを互いに同期させて照射する構成は複雑かつ大型になる。これに対し、分析装置１ｄ（又は分析装置１ｅ）を用いることによって、照射タイミングが完全に揃った多波長の照射光Ｐ３を簡易な構成によって得ることができる。
【０１６７】
（第５実施例）
図２１は、この発明に係る分析装置の第５実施例の構成を示す図である。第５実施例に係る分析装置１ｆは、上述の第１実施例に係る分析装置１の変形例であり、建造物等が有するコンクリートＡ４の劣化を検出するための装置である。図２１に示されたように、第５実施例に係る分析装置１ｆは、光検出部３ｆ、制御／分析部４、入出力部５、分光器７、レンズ１４、及び光源部２０ｅを備える。なお、制御／分析部４及び入出力部５により信号処理部が構成されている。このうち、制御／分析部４及び入出力部５の構成は、第１実施例（図１）と同様であり、分光器７の構成は第３実施例（図１２の領域（ａ））と同様である。なお、当該第５実施例は、分光器７に代えて、第１実施例と同様に波長可変フィルタを備えてもよい。
【０１６８】
光源部２０ｅは、ＳＣ光を含むＳＣ光Ｐ２に基づく照射光Ｐ３をコンクリートＡ４に照射するための発光ユニットである。光源部２０ｅは、レーザ光Ｐ１を出射する種光源２と、レーザ光Ｐ１を入射してＳＣ光Ｐ２を出射する中実のＨＮＬＦである光ファイバ９と、コンクリートＡ４における分析部位を照らすためのガイド光Ｌｇを生成するガイド光源８ａと、ガイド光源８ａをＳＣ光Ｐ２に合波するための光カプラ８ｂとによって構成されている。光源部２０ｅは、ＳＣ光Ｐ２及びガイド光源８ａを照射光Ｐ３としてコンクリートＡ４に照射する。なお、種光源２及び光ファイバ９の詳細な構成は、第１実施例と同様である。
【０１６９】
レンズ１４は、コンクリートＡ４の表面における照射光Ｐ３の照射範囲をスポット状に制限するための照射径制限部であり、光源部２０ｂの光出射端に光学的に接続されている。なお、レンズ１４は、上述の第２実施例における集光レンズ１４ｂと同様、照射光Ｐ３の単位面積あたりの光強度（照度）を高めるために、対象物Ａ２の表面における照射光Ｐ３の照射径を１μｍ以上かつ５０ｍｍ以下のスポット状にする。
【０１７０】
光検出部３ｆは、照射光Ｐ３に起因するコンクリートＡ４からの被検出光Ｌを検出する。この第５実施例における光検出部３ｆは、例えばＰＤなどの受光素子によって構成され、コンクリートＡ４からの反射・散乱光を被検出光Ｌとして受光し、その光強度を電流などの電気的な量に変換する。また、レンズ１４ｃは、被検出光Ｌを光検出部３ｆに効率よく集光させるためのレンズであり、例えばコンクリートからの反射・散乱光が微弱である場合に使用するとよい。
【０１７１】
続いて、分析装置１ｆを利用したコンクリートの劣化検出方法の一例について説明する。
【０１７２】
（コンクリートの劣化検出方法）
当該劣化検出方法は、コンクリートＡ４に広帯域の近赤外光であるＳＣ光Ｐ２を照射し、反射・散乱した被検出光Ｌを検出し、被検出光ＬのスペクトルとＳＣ光Ｐ２のスペクトルとを互いに比較することによって、コンクリートＡ４の化学的な劣化を非破壊で検出する。
【０１７３】
ここで、コンクリートの劣化について説明する。コンクリートが劣化する原因としては、主に（１）中性化、（２）塩害、（３）硫酸塩劣化の３つが知られている。（１）の中性化とは、水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）２と二酸化炭素（炭酸Ｈ２ＣＯ３）が反応してコンクリートのアルカリ性が失われることによる劣化である。また、（２）の塩害とは、塩分がコンクリート表面に付着し、内部に塩化物イオンが浸透することによる劣化である。また、（３）の硫酸塩劣化とは、酸性雨などで硫酸イオンＳＯ４２−が水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）２と反応して水酸化カルシウムが溶出することによる劣化である。
【０１７４】
上述の劣化原因（１）〜（３）の各劣化過程においては、化学反応によってそれぞれ異なる物質が新たに生じる。したがって、この新たに生じた物質の吸収波長付近におけるコンクリートの吸収スペクトルが変化することとなる。例えば、中性化においては主に１．３５μｍ〜１．４５μｍ付近の吸収率が変化し、塩害においては主に２．２μｍ〜２．３μｍ付近の吸収率が変化し、硫酸塩劣化においては主に１．７μｍ〜１．８μｍ付近の吸収率が変化する。しかしながら、吸収率の値自体はばらつきが大きく、特定波長の吸収率だけを比較しても劣化の度合いを判定することは難しい。そこで、吸収率変化が生じる波長の前後の波長域を広く測定し、得られる照射光Ｐ３及び被検出光Ｌのスペクトルを比較することによって、劣化度合いを精度よく判定できる。この第５実施例に係る分析装置１ｆを用いれば、ＳＣ光Ｐ２が広帯域に亘って平坦なスペクトルを有するので、上記した全ての波長域を一度に測定することができ、スペクトルの比較も容易となる。また、ＳＣ光Ｐ２はコヒーレンシーの高い広帯域光であるので、コリメートされた場合、離れた場所のある特定の位置を高い精度で照射することができる。したがって、例えば地上から建造物の高い位置を離れて測定することも容易にできる。
【０１７５】
このように、第５実施例に係る分析装置１ｆがコンクリートの劣化検出に使用されることにより、より長くかつ広い周波数域に亘ってコンクリートの光吸収を測定でき、簡易な構成で高精度の劣化検出を実現できる。また、ＳＣ光Ｐ２の光源としてＨＮＬＦといった中実の光ファイバ９を用いるので、信頼性及び実用性に優れている。なお、測定されるべき波長域は、コンクリートＡ４の成分によって異なるため、上述の波長域に限られるものではない。
【０１７６】
また、スペクトルの変化を比較する方法としては、照射光Ｐ３のスペクトルと被検出光Ｌのスペクトルとを比較する方法の他、劣化前の被検出光Ｌのスペクトルと劣化後の被検出光Ｌのスペクトルとを比較する方法、ＳＣ光Ｐ２をパルス化し、パルス光源の時間応答を測定する方法、あるいはコンクリートＡ４の成分別に作成された被検出光Ｌの吸収、反射などのスペクトルに関するデータベースと比較し、スペクトル形状の変化によりコンクリートの劣化の要因を抽出する方法など、様々な方法がある。
【０１７７】
コンクリートＡ４に対して照射位置や光検出部３ｆを走査させることにより、コンクリートＡ４の劣化位置を知ることも可能である。あるいは、光検出部３ｆを赤外カメラ等の二次元撮像装置とし、被検出光Ｌの光強度を二次元的に得ることによっても、コンクリートＡ４の劣化位置を知ることができる。これらの場合、照射光Ｐ３の照射径をレンズ１４によって小さく絞ることにより、劣化位置を更に精度よく知ることができる。また、被検出光Ｌのスペクトル強度の時間変化を観察することにより、コンクリートＡ４の深さ方向の劣化状態を測定することも可能である。
【０１７８】
図２１に示されたように、コンクリートＡ４の表面に設けられた突起Ａ４１に対して照射光Ｐ３が照射されてもよい。これにより、被検出光Ｌを効率よく検出できる。また、この第５実施例のようにＳＣ光Ｐ２に視認性の良好な可視域のレーザ光をガイド光Ｌｇとして光ファイバに合波して照射光Ｐ３とすることにより、離れた場所にあるコンクリートＡ４の測定部位を特定することも可能である。この場合、精度よく照射光Ｐ３を測定対象に照射できる。
【０１７９】
また、コンクリートＡ４の表面の汚れ等によって反射率が変動する場合には、被検出光Ｌのスペクトルから得られた反射率の値を微分してもよい。これにより、反射率が低い場合であっても、コンクリートＡ４の劣化に伴い発生する反射スペクトルの変化波長帯域を特定することができるので、コンクリートＡ４の表面状態に拘わらず精度良く劣化検出できる。また、コンクリートＡ４の表面に凹凸があるなどの場合、光散乱によって効率が低下するが、そのような場合には照射光Ｐ３のビーム径を大きくし、測定領域の反射率を平均化するなどの工夫を行うこともできる。なお、これらの場合、被検出光Ｌのうち微分に用いる特定の波長成分のみを光検出部３ｆにおいて検出してもよい。
【０１８０】
以上のように、この発明に係る分析装置、真贋判定装置、真贋判定方法、及び地中探索方法は、上述の実施例に限らず、様々な変形が可能である。例えば、この発明に係る分析装置は、上述の各実施例の説明において例示された用途（薬剤検査や食品検査など）に限らず、波長０．８μｍ以上の比較的長波長かつ広帯域の光源を必要とする他の様々な用途に用いることができる。
【０１８１】
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想及び範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１８２】
この発明に係る分析装置は、広帯域ＳＣ光源を用いた種々の分光分析装置への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１８３】
【図１】は、この発明に係る分析装置の第1実施例の構成を示す図である。
【図２】は、この発明に係る分析装置における光源部の種々の構成例を示す図である。
【図３】は、種光源の第１構造として、パルス光源の構成を示す図である。
【図４】は、種光源の第２構造として、パルス光源の構成を示す図である。
【図５】は、種光源の第３構造として、パルス光源の構成を示す図である。
【図６】は、光ファイバから出射されるＳＣ光パルスのスペクトル例を示すグラフである。
【図７】は、光ファイバから出射されるＳＣ光パルスのスペクトル例を示すグラフである。
【図８】は、図６及び図７に示された各スペクトルを実現するための光ファイバ及び種光源の条件例を示す表である。
【図９】は、図８に示された条件により得られるＳＣ光のスペクトル全体における時間平均光強度及び平均的なスペクトル成分の強度（単位波長当たりの放射束）の大きさを示す表である。
【図１０】は、この発明に係る分析装置の第２実施例の構成を示す図である。
【図１１】は、照射光のパルス形状の一例と、被検出光のパルス形状の一例を示す図である。
【図１２】は、この発明に係る分析装置の第３実施例の構成を示す図である。
【図１３】は、信号処理部における画像処理（ＳＮ比改善及び振動補正）を説明するための図である。
【図１４】は、この発明に係る分析装置の第４実施例の構成を示す図である。
【図１５】は、第４実施例に係る分析装置の変形例を示す図である。
【図１６】は、第４実施例に係る分析装置による第２真贋判定方法を説明するための図である（その１）。
【図１７】は、第４実施例に係る分析装置による第２真贋判定方法を説明するための図である（その２）。
【図１８】は、この発明に係る分析装置におけるカラー画像化を説明するための図である（その１）。
【図１９】は、この発明に係る分析装置におけるカラー画像化を説明するための図である（その２）。
【図２０】は、第４実施例に係る分析装置による第３真贋判定方法を説明するための図である。
【図２１】は、この発明に係る分析装置の第５実施例の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１８４】
１、１ａ〜１ｆ…分析装置、２…種光源、２ａ〜２ｃ…パルス光源、３、３ａ〜３ｆ…光検出部、４…制御／分析部、５…入出力部、６ａ、６ｂ…モニタ／分析部、７…分光器、８ａ…ガイド光源、８ｂ…光カプラ、９…光ファイバ、１１…１／２波長板、１２…偏向子、１３…波長可変フィルタ、１４，１９…レンズ、１４ａ…コリメータレンズ、１４ｂ…集光レンズ、１５…ハーフミラー、１６…光学フィルタ、１７…ピンホール板、２０，２０ａ〜２０ｅ…光源部、Ａ１、Ａ２…対象物、Ａ３…印刷物、Ａ４…コンクリート、Ｌ…被検出光、Ｌｄ…微小散乱光、Ｌｇ…ガイド光、Ｐ１…レーザ光、Ｐ２…ＳＣ光、Ｐ３…照射光。
【国際調査報告】
2007083755.tif 000024
2007083755.tif 000025
2007083755.tif 000026
2007083755.tif 000027
2007083755.tif 000028
2007083755.tif 000029
2007083755.tif 000030
2007083755.tif 000031