(57)【要約】  この発明は、周辺環境の撮影と対象物の検出の両立を高い信頼性をもって実現するための構造を備えた、低消費電力かつ長寿命の赤外線撮影システムに関する。当該赤外線撮影システムは、光源部、撮像部、処理部、及びモニタを備える。光源部は、照明光として近赤外域の波長成分を含むＳＣ光を出射するよう、レーザ光を出射する種光源と、レーザ光を入射してＳＣ光を生成する光ファイバと、波長選択手段を含む。波長選択手段は、照射光の波長域を撮影モードに応じて選択的に制限する。周辺環境を撮影するモードでは、波長選択手段は、大気中の水分などの吸収波長帯を除く波長帯域に照射光波長を制限する。一方、路面の凍結部などの対象物を検出するモードでは、波長選択手段は、水や氷の吸収波長帯に照射光波長を制限する。
2007083741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の照明領域に向けて照射される照射光として近赤外域の波長成分を含む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光ファイバとを含む光源部と、
前記所定の照明領域から到達してきた光であって、前記照射光の反射成分を含む光を被検出光として取り込み、該取り込まれた被検出光情報に基づいた画像データを生成する撮像部と、
前記照射光の波長域を選択的に制限する第１波長選択手段、及び、前記撮像部へ入射する前記被検出光の波長域を選択的に制限する第２波長選択手段のうち少なくとも一方を含む波長選択手段と、
前記撮像部により生成された画像データを表示する表示部と、そして、
前記画像データに含まれる、被検出対象の吸収波長域における前記被検出光の光強度情報に基づいて、前記所定の照明領域における該被検出対象の存在を判定する処理部とを備えた赤外線撮影システム。
【請求項２】
請求項１記載の赤外線撮影システムにおいて、
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記載の赤外線撮影システムにおいて、
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赤外線撮影システムは、車輌に搭載されている。
【請求項５】
請求項４記載の赤外線撮影システムは、さらに、
前記処理部における判定結果に基づいて前記車輌の移動速度を制御するための速度制御部を備える。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項記載の赤外線撮影システムにおいて、
前記処理部は、波長１．３８μｍの被検出光、波長１．４５μｍの被検出光、波長１．５μｍの被検出光、波長１．８７μｍ被検出光、波長１．９４μｍの被検出光、波長１．９８μｍの被検出光、及び、波長２．０μｍの被検出光のうち少なくともいずれかの被検出光の光強度に基づいて、前記被検出物質の存在を判定する。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項記載の赤外線撮影システムは、さらに、警告を発する警告発生部を備え、該警告発生部は、前記処理部において前記被検出対象の存在が判明した際に警告を発する。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項記載の赤外線撮影システムにおいて、
前記撮像部は、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赤外線撮影システムにおいて、
前記波長選択手段は、フォトニクス結晶フィルタ及び波長可変フィルタの少なくともいずれかを含む。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項記載の赤外線撮影システムにおいて、
前記処理部は、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、前記被検出対象固有の吸収波長に対する該照明部位それぞれの吸光度に応じて可視光域の異なる色を割り当て、そして、
前記表示部は、前記処理部により前記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する。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項記載の赤外線撮影システムにおいて、
前記処理部は、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、同一照明部位における第１吸収波長に対する吸光度と該第１吸収波長とは異なる第２吸収波長に対する吸光度の比に応じて可視光域の異なる色を割り当て、そして、
前記表示部は、前記処理部により前記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する。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項記載の赤外線撮影システムにおいて、
前記処理部は、前記撮像部により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。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項記載の赤外線撮影システムにおいて、
前記処理部は、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することで、新たに分析用画像を生成する。
【請求項１４】
それぞれが、請求項１〜１３のいずれか一項記載の赤外線撮影システムと同じ構造を有する１又はそれ以上の撮影ユニットを備えた赤外線撮影システム。
【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）を利用した赤外線撮影システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
赤外線撮影システムは、車輌用の暗視撮影装置や、夜間の防犯用監視システムとして一般的に広く利用されている。このような赤外線撮影システムの光源としては、近赤外ＬＥＤやハロゲンランプが用いられている。また、ハロゲンランプが用いられる場合には、フィルタによって近赤外光のみが抽出される。【０００３】
上述のような従来の赤外線撮影システムにおいて近赤外光が利用される理由としては、以下の理由が挙げられる。例えば、濃霧や豪雨の際には、可視光を用いると散乱により視界が制限される。これに対し、水分の吸収波長域から外れた近赤外光を利用すれば、上述のような悪天候下でも比較的遠くまで明瞭な撮影が可能になるからである。【０００４】
なお、上述のような従来の赤外線撮影システムは、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２７４２５８号公報
【特許文献２】特開２００３−２５７３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、従来の赤外線撮影システムについて検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、近赤外域には、空気中に含まれる物質、例えば水分、ＣＯ２、又はＣ−Ｈ結合を有する物質などの吸収波長帯が多く存在する。赤外線撮影システムによって周囲の撮影を行う際には、これら物質の吸収波長帯を除く波長帯域で撮影することが好ましい。加えて、水分などの物質の検出を行うことができれば、例えば車輌用の暗視撮影装置によって凍結などの路面状況も把握できるといった高機能化が実現され得る。【０００６】
しかしながら、近赤外ＬＥＤを用いた従来の赤外線撮影システムでは、近赤外ＬＥＤの発光波長幅が１５０ｎｍ程度と狭く、周辺環境の撮影と物質の検出とを両立させるためには発光波長域が異なる多数のＬＥＤを用いる必要がある。この場合、システムの信頼性が低下してしまう。【０００７】
一方、ハロゲンランプを用いた従来の赤外線撮影システムでは、ハロゲンランプが有する可視域〜赤外域の広い帯域から近赤外光を抽出する必要があり、所望の出力パワーに要する電力消費が増大してしまう。また、出力パワーを上げようと端子電圧を高めた場合、フィラメントの断線や黒色化等が発生し、寿命が低下する可能性がある。【０００８】
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、周辺環境の撮影と対象物（物質を含む）の検出の両立を高い信頼性をもって実現するための構造を備えた、低消費電力かつ長寿命の赤外線撮影システム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】
【０００９】
上述の課題を解決するため、この発明に係る赤外線撮影システムは、光源部と、撮像部と、波長選択手段と、表示部と、そして、処理部を少なくとも備える。光源部は、所定の照明領域に照明光として近赤外域の波長成分を含む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、レーザ光を出射する種光源と、該レーザ光を入射してＳＣ光を生成する光ファイバを含む。撮像部は、所定の照明領域から到達した、照射光の反射成分を含む光を被検出光として取り込み、該取り込まれた被検出光情報に基づいた画像データを生成する。波長選択手段は、照射光の波長域を選択的に制限する第１波長選択手段、及び、撮像部へ入射する被検出光の波長域を選択的に制限する第２波長選択手段のうち少なくとも一方を含む。表示部は、撮像部により生成された画像データを表示する。処理部は、画像データに含まれる、被検出対象の吸収波長域での被検出光強度に基づいて、所定の照明領域内における被検出対象の存在を判定する。【００１０】
上述のような構造を備えた赤外線撮影システムでは、光源部が、ＳＣ光に基づく照射光を照射する。ＳＣ光とは、ピークパワーの大きいレーザ光を非線形媒質に入射した際に、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広帯域光である。ＳＣ光は、例えば波長０．８μｍ以上かつ３μｍ以下の広い帯域に亘って平坦なスペクトルを有する。また、当該赤外線撮影システムでは、第１波長選択手段（又は第２波長選択手段）が、照射光（又は被検出光）の波長帯域を選択的に制限する。したがって、周辺環境（所定の照明領域）を撮影する際には、照射光又は被検出光のスペクトルを、水分、ＣＯ２、又はＣ−Ｈ結合を有する物質など、対象物質の吸収波長帯を除く波長帯域に選択的に制限できるので、撮像部において明瞭な画像を取得できる。また、被検出対象を検出する際には、照射光又は被検出光のスペクトルを、水分などの対象物質の吸収波長帯に選択的に制限できるので、該対象物質を精度よく検出できる。このように、当該赤外線撮影システムによれば、周辺環境の撮影と対象物質の検出とを高いレベルで両立できる。【００１１】
当該赤外線撮影システムでは、光源部が、広い帯域に亘って平坦なスペクトルを有するＳＣ光を照射光として出射する。このような光源部を近赤外光源として用いることにより、多数のＬＥＤを用意する必要がなく、信頼性を高めることができる。また、レーザ光の条件や光ファイバの構成を調整することによって必要な波長幅を容易に調節することができるので、ハロゲンランプを備えた構成と比較して消費電力を抑えることができる。さらに、出力パワーを高めてもハロゲンランプのようにフィラメントの断線や黒色化等が発生せず、長寿命を実現できる。【００１２】
この発明に係る赤外線撮影システムにおいて、光源部の光ファイバは、高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ：Highly Nonlinear Fiber）を含むのが好ましい。なお、ＨＮＬＦとは、非線形係数γが通常の伝送用光ファイバ（ＳＭＦ：シングルモードファイバ）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以上であるればよい。好ましくは、ＨＮＬＦの非線形係数γは通常の伝送用光ファイバの１０倍以上（１５／Ｗ／ｋｍ以上）、さらに好ましくは２０倍以上（３０／Ｗ／ｋｍ以上）である。ＨＮＬＦは、いわゆるホールアシスト型のＰＣＦ（Photonic Crystal Fiber）とは異なり、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を近赤外域に設計することが容易である。したがって、当該赤外線撮影システムによれば、近赤外域のＳＣ光を効率よく生成することが可能である。【００１３】
この発明に係る赤外線撮影システムにおいて、ＳＣ光のスペクトル帯域は、０．８μｍ以上かつ３μｍ以下の範囲に収まるのが好ましい。この場合、近赤外域での撮影及び被検出対象（物質を含む）の検出を好適に行うことができる。なお、このようなスペクトル帯域を有するＳＣ光は、例えば上述のＨＮＬＦによって容易に生成することが可能である。ここで、「０．８μｍ以上３μｍ以下の範囲に含まれる」とは、例えばＳＣ光パルス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。【００１４】
上述のような構造を有する、この発明に係る赤外線撮影システムは、車輌に搭載されてもよい。この場合、夜間でも車両周囲（周辺環境）を明瞭に視認でき、かつ、路面上に存在する水分などの物質を好適に検出できる。そのため、当該赤外線撮影システムにより車両移動時の安全性が高めるられる。また、この発明に係る赤外線撮影システムは、処理部における判定結果に基づいて車両の移動速度を制御する速度制御部をさらに備えてもよい。例えば、速度制御部は、処理部において被検出対象（物質）の存在が判明した際に速度制御する。この場合、車両移動時の安全性がさらに高められる。【００１５】
この発明に係る赤外線撮影システムにおいて、処理部は、波長１．３８μｍの被検出光、波長１．４５μｍの被検出光、波長１．５μｍの被検出光、波長１．８７μｍの被検出光、波長１．９４μｍの被検出光、波長１．９８μｍの被検出光、及び、波長２．０μｍの被検出光のうち少なくともいずれかの被検出光の光強度に基づいて、被検出対象（物質）の存在を判定するのが好ましい。これら波長のうち、１．３８μｍ、１．４５μｍ、１．８７μｍ、１．９４μｍ、及び２．０μｍは水に吸収され易い波長であり、１．５μｍ及び１．９８μｍは氷に吸収され易い波長である。したがって、当該赤外線撮影システムによれば、例えば湿潤や凍結といった路面状況を精度よく把握できる。【００１６】
この発明に係る赤外線撮影システムは、警告を発生する警告発生部をさらに備えてもよい。この警告発生部は、処理部において被検出対処（物質）の存在が判明した際に警告を発する。この場合、例えば当該赤外線撮影システムが車輌に搭載された際に、運転者等に被検出対象の存在を知らせることができるので、安全性がさらに高められる。【００１７】
この発明に係る赤外線撮影システムにおいて、撮像部は、ＩｎＰ半導体層及びＩｎＧａＡｓ半導体層を含む受光素子を含むのが好ましい。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、例えば波長２．６μｍ以上の長波長の被検出光を好適に検出できるので、広帯域に亘る撮像が好適に実現可能になる。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。【００１８】
この発明に係る赤外線撮影システムにおいて、波長選択手段は、フォトニクス結晶フィルタ及び波長可変フィルタの少なくともいずれかを含む。【００１９】
この発明に係る赤外線撮影システムは、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）する構造を備えてもよい。例えば、被検出対象として水の存在を確認する場合、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、該水固有の吸収波長（吸光度ピークをとる波長１．３８μｍ帯）に対する該照明部位それぞれの吸光度に応じて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レベル（グレースケール）で表現されてもよい。そして、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。【００２０】
また、この発明に係る赤外線撮影システムにおける画像データの視覚化では、水と氷が混在する路面においても可能である。例えば、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、同一照明部位における第１吸収波長（水の吸光度ピークをとる波長１．３８μｍ帯）に対する吸光度と該第１吸収波長とは異なる第２吸収波長（氷の吸光度ピークをとる波長１．５μｍ帯）に対する吸光度の比に応じて可視光域の異なる色を割り当てる。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、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、路面における水と氷の成分比を擬似的に視覚化することが可能になる。これにより、路面状況などのより明瞭な把握が可能にある。【００２１】
この発明に係る赤外線撮影システムは、被検出光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。例えば、処理部は、撮像部により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、当該赤外線撮影システム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、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。【００２２】
また、この発明に係る赤外線撮影システムは、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、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。【００２３】
さらに、この発明に係る赤外線撮影システムは、ＳＣ光照射機能及び検出機能を実現する上述のような構造を有する１又はそれ以上の撮影ユニットを備えてもよい。例えば、当該赤外線撮影システムを車両に搭載して路面状況等を撮影する場合、該車両の走行方向に向けてＳＣ光を照射する複数の撮影ユニットが設けられることにより、路面に対して均一かつ広範囲にＳＣ光を照射することができ、広範囲に亘って路面状況の監視が可能になる。なお、撮影ユニットが車両の側面や後方にも設置されることにより、該車両の周辺の路面状況等も同時に監視することが可能になる。【００２４】
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。【００２５】
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およ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】
【００２６】
この発明によれば、周辺環境の撮影と対象物（物質を含む）の検出の両立を高い信頼性をもって実現できるとともに、低消費電力かつ長寿命の構造が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】は、この発明に係る赤外線撮影システムの用途例を説明するための図である。
【図２】は、この発明に係る赤外線撮影システムの一実施例の構成を示すブロック図である。
【図３】は、図２に示された赤外線撮影システムにおける光源部の種々の構成例を示すブロック図である。
【図４】は、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５】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６】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７】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８】は、光源部における光ファイバから出射されるＳＣ光のスペクトルの一例である。
【図９】は、この発明に係る赤外線撮影システムにおけるカラー画像化を説明するための図である。
【図１０】は、この発明に係る赤外線撮影システムの他の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…赤外線撮影システム、２…種光源、２ａ〜２ｃ…パルス光源、３…光ファイバ、５…撮像部、６…処理部、７…モニタ、８…制御部、９…警告発生部、１０…速度制御部、１１，１２…波長選択手段、２０…光源部、Ｄ１…二次元画像データ、Ｌ１…照射光、Ｌ２…被検出光、Ｌａ…レーザ光、Ｌｂ…ＳＣ光。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、この発明に係る赤外線撮影システムの実施例を、図１〜図１０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。【００３０】
図１は、この発明に係る赤外線撮影システムの一実施例の用途例を説明するための図である。当該赤外線撮影システム１は、車輌Ａに搭載されており、該車輌Ａの前方に近赤外域の照射光Ｌ１を照射するとともに、周囲の物体（例えば、路面Ｂや標識Ｃなど）から反射して戻ってきた被検出光Ｌ２を撮像することにより、近赤外域での車輌Ａの前方撮影を行う。撮影された画像データはモニタに表示され、通常の白色ランプによる前方視認に対して補助的な役割を果たす。また、赤外線撮影システム１は、被検出光Ｌ２に含まれる特定波長成分の光強度変化を検出することにより、所定の物質（例えば、路面Ｂ上に存在する凍結部Ｄなど）を検出し、運転者に知らせるとともに、車輌Ａの速度制御を行う。【００３１】
図２は、この発明に係る赤外線撮影システムの一実施例の構成を示すブロック図である。図２の領域（ａ）に示された赤外線撮影システム１は、撮像部５、処理部６、モニタ７、制御部８、警告発生部９、速度制御部１０、波長選択手段１２、及び光源部２０を備える。【００３２】
光源部２０は、スーパーコンティニューム光（ＳＣ光）Ｌｂに基づく照射光Ｌ１を、例えば車輌Ａの前方に照射するための発光ユニットである。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３と、光ファイバ３の出射端に光学的に接続された波長選択手段１１を備える。【００３３】
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Ｌａを出射する。レーザ光Ｌａは、例えば数ナノ秒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、連続光のいずれであってもよい。なお、種光源２の内部構成については、後に詳述する。【００３４】
光ファイバ３は、レーザ光Ｌａを入射して近赤外域の成分を含むＳＣ光Ｌｂを生成する。光ファイバ３は、光を導波するコアと、中実のクラッドとによって構成された、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３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３は、レーザ光Ｌａ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。これにより、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Ｌｂが生成される。【００３５】
ＨＮＬＦは、ＰＣＦ（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或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ている）とは異なり、零分散波長を１．３μｍ以上かつ１．８μｍ以下の範囲内に収まるよう設計することが容易である。この波長範囲内でＳＣ光Ｌｂ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Ｌｂが発生し易くなる。すなわち、ＨＮＬＦは、ＰＣＦを用いた場合よりも長波長側でＳＣ光Ｌｂを発生させることができる。また、レーザ光Ｌａの中心波長は光ファイバ３の零分散波長付近かそれよりも長波長であることが好ましい。例えば、光ファイバ３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Ｌａ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。これにより、光ファイバ３の低損失波長領域におけるＳＣ光の効率的な生成が可能になるとともに、近赤外域に亘るスペクトルを有するＳＣ光が好適に生成され得る。【００３６】
波長選択手段１１は、照射光Ｌ１の波長域を選択的に制限するために設けられた第１波長選択手段である。波長選択手段１１は、例えばフォトニック結晶フィルタ、波長可変フィルタ、モノクロメータ、又は分光プリズムといった光学要素によって構成されており、光ファイバ３から出射されたＳＣ光Ｌｂを入射して、波長域が選択的に制限された照射光Ｌ１を出射する。なお、波長選択手段１１は、制御部８によって制限波長を選択（可変）できるように構成されている。また、波長選択手段１１を構成できる波長可変フィルタとしては、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）などがある。【００３７】
赤外線撮影システム１によって車輌Ａの周囲（前方）を撮影する際、波長選択手段１１は、照射光Ｌ１のスペクトルを、水分、ＣＯ２、又はＣ−Ｈ結合物質といった大気中に含まれる成分の吸収波長帯を除く波長帯域（例えば、０．８μｍ〜１．２μｍや１．６μｍ〜１．８μｍ）に選択的に制限する。これにより、後述する撮像部５において、悪天候の際でも明瞭な画像データの取得が可能になる。また、凍結部Ｄ（図１）における氷などの被検出物質を検出する際には、照射光Ｌ１のスペクトルは、被検出物質の吸収波長域に選択的に制限される。例えば、被検出物質が水分（ＯＨ基）であれば、照射光Ｌ１のスペクトルは、１．３８μｍ帯、１．４５μｍ帯、１．８７μｍ帯、１．９４μｍ帯、及び２．０μｍ帯のうち少なくとも一つの波長帯に選択的に制限される。一方、被検出物質が氷であれば、照射光Ｌ１のスペクトルは、１．５μｍ帯及び１．９８μｍ帯のうち少なくとも一つの波長帯）に選択的に制限する。これにより、後述する撮像部５において被検出物質が強調された画像データの生成が可能になるので、照明領域内における被検出物質の存在を精度よく判定することが。【００３８】
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３は、図２の領域（ａ）に示された赤外線撮影システム１における光源部の種々の構成例を示すブロック図である。図３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。【００３９】
第１構成では、図３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。【００４０】
第２構成においても、図３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。【００４１】
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３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。【００４２】
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。【００４３】
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３の領域（ａ）に示された構成で実現され得る。【００４４】
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３中の領域（ｃ）に示された構成により実現され得る。【００４５】
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。【００４６】
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。【００４７】
波長選択手段１２は、被検出光Ｌ２の波長域を選択的に制限するために設けられた第２波長選択手段である。波長選択手段１２は、上述の波長選択手段１１と同様に、例えば、フォトニクス結晶フィルタ、波長可変フィルタ、モノクロメータ、又は分光プリズムといった光学要素によって構成される。波長選択手段１２は、照射光Ｌ１の照射による、車輌前方の被検出対象物又は物質（図１に示された路面Ｂ、標識Ｃ、凍結部Ｄなど）からの反射光を含む光を、被検出光Ｌ２として受光する。また、波長選択手段１２は撮像部５の受光面と光結合されており、被検出光Ｌ２は、波長選択手段１２においてその波長域が選択的に制限されたのち、撮像部５へ入射する。なお、波長選択手段１２は、制御部８によって制限波長を選択（可変）できるように構成されている。また、波長選択手段１２を構成できる波長可変フィルタとしては、例えば干渉フィルタ、回折格子、ＡＯＴＦなどがある。【００４８】
赤外線撮影システム１によって車輌Ａの周囲（前方）を撮影する際、波長選択手段１２は、被検出光Ｌ２のスペクトルを、水分、ＣＯ２、又はＣ−Ｈ結合を有する物質などの吸収波長帯を除く波長帯域に選択的に制限する。これにより、後述する撮像部５において、悪天候の際でも明瞭な画像データの生成が可能になる。また、凍結部Ｄ（図１）における氷などの被検出物質を検出する際には、被検出光Ｌ２のスペクトルを、被検出物質の吸収波長帯に選択的に制限する。これにより、後述する撮像部５において被検出物質が強調された画像データの生成が可能になり、照明領域内における被検出物質の存在を精度よく判定することが可能になる。【００４９】
なお、上述の赤外線撮影システム１は二つの波長選択手段１１、１２を備えている。しかしながら、当該赤外線撮影システム１は、これら波長選択手段１１、１２のうちいずれか一方を備えた構成であってもよい。また、照射光Ｌ１の波長帯域は、種光源２からのレーザ光Ｌａの波長を変化させることによっても選択的に制限され得る。すなわち、種光源２に回折格子や光音響光学素子などの波長選択手段を設け、制御部８からの指示に基づいてレーザ光Ｌａの波長を変化させるとよい。この場合、種光源２に設けられる回折格子や光音響光学素子などの波長選択手段が、照射光Ｌ１の波長域を選択的に制限する第１の波長選択手段として作用するので、波長選択手段１１、１２の省略が可能になる。【００５０】
撮像部５は、照射光Ｌ１の反射による周囲からの被検出光Ｌ２を撮像するための構成要素である。撮像部５は、例えばＩｎＰ半導体層及びＩｎＧａＡｓ半導体層を含む受光素子アレイやフォーカルプレーンセンサなどによって構成される赤外線カメラであり、波長選択手段１２を透過した被検出光Ｌ２を電気的な二次元画像データＤ１に変換する。なお、撮像部５の一部を構成する受光素子は、図２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備える。この場合、例えば波長２．６μｍ以上の長波長の被検出光を好適に検出できるので、広帯域に亘る撮像が好適に実現可能になる。なお、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。【００５１】
処理部６は、撮像部５により撮像された二次元画像データＤ１に基づいて、被検出物質（図１の凍結部Ｄなど）の吸収波長域における被検出光Ｌ２の光強度変化を計算し、被検出物質の存在を判定する。具体的に、処理部６は、路面状態に関する基準データ（乾燥路面に関するデータ）を予め記憶しており、制御部８からの指示によって撮像部５から二次元画像データＤ１を取得し、この二次元画像データＤ１と基準データとを比較（差分など）することによって、凍結部Ｄ（図１）の有無を判定する。【００５２】
モニタ７は、撮像部５により撮像された二次元画像データＤ１を表示するための表示部である。モニタ７は、制御部８によって制御されており、赤外線撮影システム１によって車輌Ａの周囲（前方）を撮影する際には、モニタ７は、二次元画像データＤ１に基づいて車輌Ａの前方視界を映し出す。また、凍結部Ｄ（図１）における氷などの被検出物質を検出する際には、モニタ７は、被検出物質が存在する領域を、例えば点滅や、他の領域とは別の色などで表示する。【００５３】
警告発生部９は、処理部６において被検出物質の存在が判明した際に、警告を発する。警告発生部９は、制御部８によって制御されており、処理部６が凍結部Ｄ（図１）などの被検出物質を検出すると、運転者に対しアラーム音等で凍結部Ｄの存在を知らせる。また、速度制御部１０は、処理部６において被検出物質の存在が判明した際に、車輌Ａの移動速度を減速制御する。速度制御部１０は、警告発生部９に連動して動作する。これら警告発生部９及び速度制御部１０により、雨天、濃霧、降雪時といった視野が狭いとき、あるいは氷点下などの低温時において、車両走行の安全性が向上する。【００５４】
制御部８は、上述のように、当該赤外線撮影システム１における各構成要素を制御する。制御部８は、例えば操作者（運転者）による操作に応じて、車輌Ａの周囲（前方）を撮影するモード、及び被検出物質を検出するモードを切り替え、モードに応じて各構成要素を制御する。なお、制御部８は、例えばＣＰＵなどの演算部、及びメモリなどの記憶部を有することによって好適に実現される。また、制御部８は、上述の処理部６の機能を備えてもよい（制御部８と処理部６を１つのコンピュータで実現する）。【００５５】
赤外線撮影システム１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、処理部６は、撮像部５により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、当該赤外線撮影システム１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４の領域（ａ）は、処理部６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
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、予め処理部６のメモリ９０（制御部８内のメモリでもよい）に格納しておけばよい。【００５６】
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。【００５７】
ＶＩＬ−ＶＢＫ＝ＰＳＣ−ＡＳＣ  …（１）【００５８】
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。【００５９】
ＶＳＣ−（ＶＩＬ−ＶＢＫ）＝ＡＳＣ＋Ｎ  …（２）【００６０】
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。【００６１】
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。【００６２】
なお、太陽光などの迷光や散乱光の影響を除去する方法としては、被検出対象（例えば路面）からのＳＣ光（照射光）の反射成分を受光する際、照射光及びその反射成分が伝搬する光路長に応じて、該照射光に同期した光のみを受光してもよい。この場合も、撮像部５において生成される画像データのノイズ低減に有効である。【００６３】
また、照射光として生成されたＳＣ光の一部を光カプラ等で分岐し、該ＳＣ光の一部を当該赤外線撮影システム１の設置環境における外乱状況をモニタするために利用してもよい。例えば、分岐されたＳＣ光の一部をモニタ光として空気中に照射し、該照射されたモニタ光をＰＤなどの受光素子で受光することで、該モニタ光の吸収強度を測定する。該モニタ光の吸収強度は、実際の検出時における受光強度のノイズ成分の見積もりに利用可能であり、より正確な被検出対象（例えば路面状況など）の情報が得られる。また、波長１．３８μｍの被検出光、波長１．４５μｍの被検出光、波長１．５μｍの被検出光、波長１．８７μｍ被検出光、波長１．９４μｍの被検出光、波長１．９８μｍの被検出光、及び、波長２．０μｍの被検出光のうち少なくともいずれかの被検出光を利用することにより、空気中の水分や氷に特化してモニタすることも可能である。さらに、このようなモニタ光は、ＳＣ光の一部を利用しなくとも、ＳＣ光生成用の光源とは別の光源により生成されてもよい。【００６４】
赤外線撮影システム１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、処理部６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４の領域（ｂ）は、処理部６における画像処理（振動補正）を説明するための図である。【００６５】
すなわち、図４の領域（ｂ）に示されたように、処理部６は、メモリ９０（制御部８のメモリであってもよい）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９０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。【００６６】
次に、種光源２の詳細な構成について説明する。図５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。【００６７】
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に示された赤外線撮影システム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。【００６８】
また、図６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２の領域（ａ））と同様である。【００６９】
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。【００７０】
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。【００７１】
また、図７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。【００７２】
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。【００７３】
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。【００７４】
以上の構造を備えた赤外線撮影システム１の動作について説明する。図５〜７に示された第１〜第３構造のパルス光源２ａ〜２ｃのうちいずれかの構成を有する種光源２により、パルス状のレーザ光Ｌａが光ファイバ３へ出射される。このレーザ光Ｌａは、パルス幅が数フェムト秒程度の超短パルス光が周期的に並んで構成される。そして、光ファイバ３における非線形光学効果（断熱的ソリトン圧縮効果など）によってレーザ光Ｌａのスペクトル帯域幅が２倍以上に拡張され、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Ｌｂが生成される。【００７５】
ここで、図８は、光源部２０における光ファイバ３（図２の領域（ａ））から出射されるＳＣ光Ｌｂのスペクトルの一例を示す。なお、図８に示されたスペクトルは、スペクトル帯域が０．８μｍ以上かつ３μｍ以下であるスペクトルであり、縦軸のスペクトル強度の値はピーク値を１として規格化されている。この発明に係る赤外線撮影システム１における種光源２及び光ファイバ３によれば、例えば図８に示されたように、波長０．８μｍ以上かつ３μｍ以下の広い帯域に亘って平坦なスペクトルを有するＳＣ光Ｌｂが生成される。このＳＣ光Ｌｂは、波長選択手段１１によってその波長帯域が制限されたのち、照射光Ｌ１として光源部２０の光出射端から外部（車輌前方）へ出射される。【００７６】
このとき、車輌Ａの周囲（前方）を撮影するモードが選択されている場合には、大気中に存在するガス（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、Ｃ−Ｈ結合物質など）の吸収波長帯を除く波長帯域に照射光Ｌ１のスペクトルが制限されるように、制御部８によって波長選択手段１１が制御される。そして、路面Ｂや標識Ｃなどの撮像対象物からの反射光（被検出光Ｌ２）が、波長選択手段１２を介して撮像部５において撮像される。この波長選択手段１２においては、大気中に存在するガスの吸収波長帯を除く波長帯域に被検出光Ｌ２のスペクトルが制限される。そして、撮像部５において生成された二次元画像データＤ１は、モニタ７において表示される。【００７７】
また、被検出物質を検出するモードが選択されている場合には、被測定物質（水、氷など）の吸収波長帯に照射光Ｌ１のスペクトルが制限されるように、制御部８によって波長選択手段１１が制御される。そして、凍結部Ｄの氷といった被測定物質からの反射光（被検出光Ｌ２）が、波長選択手段１２を介して撮像部５において受光される。この波長選択手段１２においては、被測定物質の吸収波長帯に被検出光Ｌ２のスペクトルが制限される。そして、撮像部５において生成された二次元画像データＤ１は、処理部６へ送られる。【００７８】
二次元画像データＤ１に基づく被検出光Ｌ２の光強度と基準データとの差が規定を超える場合、処理部６によって被測定物質が存在すると判定され、判定結果が制御部８へ送られる。なお、処理部６では、判定に先立って、上述のようなＳＮ比を改善する画像処理や振動補正が行われてもよい。制御部８は、警告発生部９にアラーム音等の警告を出させるとともに、速度制御部１０に車輌Ａの移動速度を減速制御させる。【００７９】
次ぎに、この発明に係る赤外線撮影システム１の効果について説明する。赤外線撮影システム１においては、光源部２０が、生成されたＳＣ光Ｌｂを利用して照射光Ｌ１を照射する。また、赤外線撮影システム１においては、波長選択手段１１（波長選択手段１２）が、照射光Ｌ１（被検出光Ｌ２）の波長帯域を選択的に制限する。したがって、車輌Ａの周囲（前方）を撮影する際には、照射光Ｌ１（被検出光Ｌ２）のスペクトルを、水分、ＣＯ２、又はＣ−Ｈ結合を有する物質などの吸収波長帯を除く波長帯域に選択的に制限できる。そのため、撮像部５において明瞭な二次元画像データＤ１が取得され得る。また、路面Ｂ上の凍結部Ｄの氷といった被検出物質を検出する際には、照射光Ｌ１（被検出光Ｌ２）のスペクトルを、被検出物質の吸収波長帯に選択的に制限できる。そのため、撮像部５において被検出物質が強調された二次元画像データＤ１が得られ、被検出物質を精度よく検出できる。このように、当該赤外線撮影システム１によれば、周囲の撮影と被検出物質の検出とを高いレベルで両立できる。【００８０】
当該赤外線撮影システム１においては、光源部２０が、広い帯域に亘って平坦なスペクトルを有するＳＣ光Ｌｂを利用して照射光Ｌ１を照射する。このような光源部２０を近赤外光源として用いることにより、多数のＬＥＤを備える必要がなく、信頼性を高めることができる。また、レーザ光Ｌａの条件や光ファイバ３の構成（パラメータ）を調整することによって必要な波長幅を容易に得ることができるので、ハロゲンランプを備える構成と比較して消費電力を抑えることができる。出力パワーを高めてもハロゲンランプのようにフィラメントの断線や黒色化等が発生せず、長寿命を実現できる。【００８１】
上述のように、当該赤外線撮影システム１は、車輌Ａに搭載されることが好ましい。これにより、夜間でも周囲の標識Ｃ等を明瞭に視認でき、かつ、凍結部Ｄや湿潤、水膜、積雪といった路面状況を好適に検出できるので、移動時の安全性を高めることができる。【００８２】
処理部６は、水に吸収され易い波長である１．３８μｍ、１．４５μｍ、１．８７μｍ、１．９４μｍ、及び２．０μｍ、並びに、氷に吸収され易い波長である１．５μｍ及び１．９８μｍのうち少なくとも一つの波長での被検出光Ｌの光強度に基づいて、被検出物質の存在を判定することが好ましい。これにより、例えば湿潤や凍結といった路面状況を精度よく把握できる。【００８３】
また、撮像部５は、ＩｎＰ半導体層及びＩｎＧａＡｓ半導体層を含む受光素子を有することが好ましい。これにより、例えば波長２．６μｍ以上といった長波長にわたる波長帯域を有する被検出光Ｌ２を好適に検出できるので、広帯域に亘る好適な撮影が可能になる。なお、受光素子は、図２の領域（ｂ）に示されたように、検出波長に応じて、任意の基板上に感光層として、Ｓｉ、ＰｂＳｅ、ＩｎＡｓ、ＰｂＳ、ＨｇＣｄＴｅのいずれが選択されてもよい。【００８４】
以上に説明したこの発明に係る赤外線撮影システム１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、上述の実施例では車載用の赤外線撮影システムについて説明したが、この発明に係る赤外線撮影システムは、この他にも例えば夜間の防犯用監視システムなど様々な用途に用いることができる。また、上述の実施例では被検出物質として水や氷を例示したが、この発明に係る赤外線撮影システムは、近赤外域に吸収波長帯を有する様々な物質を被検出物質とすることができる。【００８５】
具体的に、この発明に係る赤外線撮影システム１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９は、当該赤外線撮影システム１におけるカラー画像化を説明するための図である。【００８６】
このカラー画像化は、例えば処理部６において行われ、図９の領域（ａ）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。【００８７】
例えば、処理部６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９の領域（ａ）参照）それぞれに関して、該水固有の吸収波長１．３８μｍ帯に対する該照明部位それぞれの吸光度に応じて可視光域の異なる色を割り当てる（図９の領域（ｂ）参照）。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、処理部６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７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。【００８８】
また、画像データの視覚化は、水と氷が混在する路面においても可能である。例えば、処理部６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それぞれに関して、同一照明部位における第１吸収波長（水の吸光度ピークをとる波長１．３８μｍ帯）に対する吸光度と該第１吸収波長とは異なる第２吸収波長（氷の吸光度ピークをとる波長１．５μｍ帯）に対する吸光度の比に応じて可視光域の異なる色を割り当てる（図９の領域（ｃ）参照）。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で表現された色であってもよい。そして、処理部６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７が表示することにより、路面における水と氷の成分比を擬似的に視覚化することが可能になる。これにより、路面状況などのより明瞭な把握が可能にある。【００８９】
さらに、この発明に係る赤外線撮影システムは、ＳＣ光照射機能及び検出機能を実現する上述のような構造を有する１又はそれ以上の撮影ユニットを備えてもよい。図１０は、この発明に係る赤外線撮影システムの他の構成を説明するための図である。【００９０】
例えば、図１０の領域（ａ）に示されたように、車両Ａの走行方向（前方）に向けてＳＣ光を照射する複数の撮影ユニット（それぞれが上述のような赤外線撮影システムの構造を有する）が設けられることにより、路面に対して均一かつ広範囲にＳＣ光を照射することができ、広範囲に亘って凍結部Ｄを含むような路面状況の監視が可能になる。さらには、図１０の領域（ｂ）に示されたように、それぞれが上述の赤外線撮影システム１と同様の構造を有する撮影ユニットが車両Ａの側面や後方にも設置されることにより、該車両Ａの周辺（照明領域ＬＡ）の路面状況等も同時に監視することが可能になる。なお、複数の撮影ユニットが上述のように用意される場合、処理部６、制御部８、モニタ７等については各撮影ユニットで共有する構成であってもよい。【００９１】
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、本発明の思想およ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】
【００９２】
この発明に係る赤外線撮影システムは、車輌用の暗視撮影装置や夜間の防犯用監視システムなど、広くセンサーシステム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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【国際調査報告】
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