CN104641221A - 分光装置 - Google Patents

Abstract

分光装置具备：光照射部(11a、11b、12、51、52)，将具有基于物体(16)的规定的吸收率的波长λ1的光和基于物体(16)的吸收率比波长λ1小的波长λ2的光在二维方向上扫描并向标靶照射；受光部(17)，分别对波长λ1的光及波长λ2的光由标靶反射的散射光进行受光；计测部(18)，基于受光部(17)受光的基于波长λ1及波长λ2的两个散射光的差，生成在标靶处的物体(16)的检测中使用的信息；以及输出部(53)，基于光照射部(11a、11b、12、51、52)的扫描及由计测部(18)生成的信息，将标靶处的物体的存在与否以二维区域的信息输出。

Description

分光装置

技术领域

本发明涉及简单的取得吸收光谱的分光装置。

背景技术

作为以往的分光装置，存在有以灯或陶瓷加热器为光源、将从光源射出并透射了试料的光或从试料反射的光用衍射栅格分光、或利用干涉而分光的装置。此外，作为用来检测试料的有无的分光装置，存在有扫掠激光波长并扫描被检面、使试料的二维分布可视化的技术(参照专利文献及非专利文献等)。

专利文献1：日本特开2012－154854号公报

专利文献2：日本特开2010－25622号公报

非专利文献1：中村睦子、中内茂樹著，“近赤外分光画像で見る化粧品の保湿効果”，光学，2010年39卷11号，P529－P533

发明内容

但是，在上述以往的分光装置的结构中，需要衍射栅格或干涉分光元件，有装置大型化及昂贵化的课题。

本发明用于解决上述以往的课题，目的是提供一种小型且便宜的分光装置。

为了解决上述以往的课题，有关本发明的一个方式的分光装置，具备：光照射部，对标靶照射第1波长的光和第2波长的光，所述第1波长具有基于特定物体的规定的吸收率，所述第2波长的基于该特定物体的吸收率比该第1波长小；受光部，分别对第1散射光和第2散射光进行受光，所述第1散射光是所述第1波长的光由所述标靶透射或反射后的光，所述第2散射光是所述第2波长的光由所述标靶透射或反射后的光；以及计测部，基于所述受光部受光的所述第1散射光与所述第2散射光的差异，生成在检测所述标靶处的所述特定物体时使用的信息。

另外，这些概括性的或者具体的方式也可以以系统、方法、集成电路、计算机程序或者计算机可读的CD－ROM等记录介质来实现，还可以以系统、方法、集成电路、计算机程序及记录介质的任意组合来实现。

本发明的分光装置能够实现小型且便宜的分光测量。

附图说明

图1是第1实施方式的分光装置10的结构图。

图2是表示分光装置10的驱动方法的图。

图3是说明分光装置10的动作的流程图。

图4是表示水的吸收光谱的图。

图5是第2实施方式的分光装置20的结构图。

图6是第3实施方式的分光装置30的结构图。

图7是第4实施方式的分光装置40的结构图。

图8是第5实施方式的分光装置50的结构图。

图9是说明分光装置50的动作的流程图。

图10是说明分光装置50的其他动作的流程图。

图11是说明分光装置50的其他动作的流程图。

图12是第6实施方式的分光装置60的结构图。

图13是第7实施方式的分光装置70的结构图。

图14是说明分光装置70的应用例1的图。

图15是说明分光装置70的应用例2的图。

图16是说明分光装置70的应用例3的图。

图17是说明分光装置70的应用例4的图。

图18是表示照射光被物体散射反射地受光的状况的图。

图19是表示水温与受光强度的关系的图。

图20是说明分光装置70的应用例5的图。

图21是第8实施方式的分光装置80的结构图。

图22是第9实施方式的分光装置90的结构图。

图23是第10实施方式的分光装置100的结构图。

图24是说明以往的技术的图。

具体实施方式

<作为本发明的基础的见解>

图24是说明使用专利文献1中记载的以往的液体泄漏检测装置301的测量方法的图。在图24中，液体泄漏检测装置301将波长2μm到25μm的中间红外光304沿油分封入设备302的表面一边扫描一边照射。进而，以照射的中间红外光304的波长包含作为油分303的吸收波长的3.6μm的波长的方式进行扫掠。当油分303的一部分从油分封入设备302如泄漏油分303a那样漏出时，照射的中间红外光304被泄漏油分303a吸收，反射散射光的强度在3.6μm附近下降。由此，在以往的液体泄漏检测装置301中，通过测量反射散射光的强度(计算吸收光谱)，来检测出有泄漏油分303a的情况。

此外，在专利文献2或非专利文献1中，公开了皮肤的水分量分布的鉴别装置或方法。在这些文献中，记载了通过对皮肤照射近红外波长区域的光并用红外线照相机拍摄反射光，并对容易被水分吸收的波段的反射强度、和水分的吸收影响小的波段的反射强度进行运算处理，由此使水分量的分布可视化的方法。

但是，存在在上述以往文献所记载的分光装置的结构中需要衍射栅格或干涉分光元件，导致装置大型化或昂贵化的课题。

此外，在专利文献1所记载的以往装置中，具有因需要扫掠波长而在计测中花费时间的课题。此外，虽然反射光变微弱，但并没有公开怎样检测微弱光。

此外，在专利文献2或非专利文献1所记载的以往装置中，由于对皮肤整面同时照射近红外光，所以近红外光源被限定为卤素灯等的强度较高的光源，并且由于使用昂贵的红外线照相机，所以有装置变昂贵的课题。

<本发明者们着眼的方法>

所以，本发明者们着眼于在作为检测对象的物体中的光吸收率变大的特定波长，通过基于该特定波长设定在分光处理中使用的照射光的波长，新提案出了小型且便宜的分光装置。

基于该新提案的本发明的各种方式如下所述。

<发明的各方式的概要>

有关基于发明的本申请的一个方式的分光装置，光照射部，对标靶照射第1波长的光和第2波长的光，第1波长具有基于特定物体的规定的吸收率，第2波长的基于该特定物体的吸收率比该第1波长小；受光部，分别对第1散射光和第2散射光进行受光，第1散射光是第1波长的光透射标靶或反射后的光，第2散射光是第2波长的光透射标靶或反射后的光；以及计测部，基于受光部受光的第1散射光与第2散射光的差异，生成在检测标靶处的特定物体时使用的信息。

例如，在特定物体是水的情况下，可以将第1波长设定为1.4μm以上，并将第2波长设定为1.3μm以下。

根据这一方式，能够不使用衍射栅格等昂贵的结构，而通过使用便宜的固体光源生成用于检测特定物体的信息(例如计算吸收光谱)。此外，由于不需要扫掠波长，所以也能够缩短计测时间。此外，除了吸收波长(第1波长)以外，通过使用吸收波长以外的波长(第2波长)来比较检测结果，能够精度较高地对是否存在特定物体进行检测。

在该一方式中，可以将光照射部用以下部分构成：第1固体光源，射出第1波长的光；第2固体光源，射出第2波长的光；以及光源控制部，驱动第1及第2固体光源，以使受光部辨别第1波长的光和第2波长的光而对第1波长的光和第2波长的光进行受光。这样，如果使用固体光源，则能够便宜地实现分光装置。

这里，例如光源控制部也可以将第1固体光源和第2固体光源错开射出定时而驱动，也可以将第1固体光源和第2固体光源以不同的频率调制而驱动。由此，能够容易地辨别第1波长的光和第2波长的光。

此外，光照射部如果将第1波长的光及第2波长的光照射标靶的相同位置，则能够在受光部中对来自标靶的相同位置的反射光进行受光，所以特定物体的检测精度提高。

此外，计测部也可以基于受光部受光的第1散射光的强度与第2散射光的强度的比率，判断标靶处的特定物体的存在与否。例如，计测部也可以是如果第2散射光的强度比第1散射光的强度大，则判断为标靶处存在特定物体。

这里，如果预先设定第1波长及第2波长，以使得在存在特定物体的情况下受光部受光的第1散射光的强度与第2散射光的强度的比率为10以上，则判断的精度提高。此外，关于第1波长及第2波长的设定，如果预先设定第1波长及第2波长，以使得特定物体对第1波长的光的吸收率的温度变化量比特定物体对第2波长的光的吸收率的温度变化量大10倍以上，则能够根据第1散射光的强度与第2散射光的强度的比率掌握温度变化。

此外，作为另一方式，例如光照射部也可以包括扫描处理部，该扫描处理部将第1波长的光及第2波长的光在二维方向上扫描并向标靶照射。也可以还具备输出部，输出部基于扫描处理部的扫描及由计测部生成的信息，以二维区域的信息输出标靶处的特定物体的存在与否。

根据这一方式，能够作为二维区域的信息来检测标靶处是否存在特定物体。

这里，例如，扫描处理部也可以首先在空间上粗略地扫描标靶的整体，如果判断为存在特定物体，则接着在空间上密集地扫描特定物体存在的区域，也可以首先在时间上粗略地扫描标靶的整体，如果判断为存在特定物体，则接着在时间上密集地扫描特定物体存在的区域。如果这样扫描，则能够有效率地进行标靶处的物体的检测。

此外，作为另一方式，例如也可以还具备拍摄标靶的照相机，输出部使与标靶处的特定物体的存在与否有关的二维区域的信息叠加到由照相机拍摄的标靶的二维图像上并输出。

根据这一方式，能够将特定物体存在于标靶上的部位用二维图像在视觉上容易地掌握。

在此情况下，如果将第2波长预先设定为照相机具有感度的波长范围内的非可见光的波长，则不会给位于照相机附近的人带来影响。

此外，作为另一方式，例如也可以还具备对到标靶的距离进行测量的距离计测部，输出部将由距离计测部测量的距离信息和与标靶处的特定物体的存在与否有关的二维区域的信息相加，并作为三维区域的信息输出。

根据这一方式，能够用三维形状容易地掌握特定物体存在于标靶上的部位。

此外，作为另一方式，例如也可以还具备测量标靶的温度的温度计测部，输出部根据由温度计测部测量的温度信息修正与标靶处的特定物体的存在与否有关的二维区域的信息并输出。

根据这一方式，能够根据温度适当地修正对标靶上是否存在特定物体的判断。

另外，这些概括性的或者具体的方式也可以以系统、方法、集成电路、计算机程序或者计算机可读的CD－ROM等记录介质来实现，还可以以系统、方法、集成电路、计算机程序及记录介质的任意组合来实现。

以下，参照附图对本发明的一个方式具体地说明。

另外，以下说明的实施方式都表示本发明的一具体例。在以下的实施方式中表示的数值、形状、构成要素、步骤、步骤的顺序等是一例，不是限定本发明的意思。此外，关于以下的实施方式的构成要素中的在表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，设为任意的构成要素进行说明。此外，在全部的实施方式中，也可以将各个的内容组合。

<发明的各方式的详细说明>

(第1实施方式)

图1是第1实施方式的分光装置10的结构图。本分光装置10对作为检查部位的被检体或被检面(以下称作标靶)照射规定的光，基于从该标靶接收的散射光(反射光或透射光)，生成有助于判断要检测的物体16是否存在于标靶处的信息。图1所示的分光装置10具备固体光源11a及11b、光源控制部12、透镜13a及13b、波长选择性光分支元件14、前光监视器15、受光部17和计测部18。

首先，说明分光装置10的各结构。

固体光源11a是将波长λ1的光作为直线偏光射出的光源。固体光源11b是将波长λ2的光作为直线偏光射出的光源。该固体光源11a及11b配置为，使固体光源11a的射出光的偏光面与固体光源11b的射出光的偏光面平行。此外，波长λ1和波长λ2是不同的值，例如分别将物体16容易吸收(吸收率较大)的波长设定为“λ1”，将相比波长λ1物体16难以吸收(吸收率较小)的波长设定为“λ2”。作为固体光源11a及11b，可以使用发光二极管、半导体激光器、超辐射激光二极管等。在使用发光二极管或超辐射激光二极管的情况下，由于发光波长宽度较宽，所以也可以使用滤波器使波长窄频带化。

另外，在本实施方式中设固体光源的数量为两个而进行说明，但并不限定于此。在本实施方式的分光装置10中，只要至少使用两个固体光源就可以，也可以使用3个以上的固体光源。在此情况下，只要同样追加后述的波长选择性光分支元件14和透镜13a及13b就可以。

光源控制部12驱动(控制)固体光源11a及11b，以使在受光部17中能够辨别波长λ1的光和波长λ2的光而对波长λ1的光和波长λ2的光进行受光。例如，光源控制部12也可以将固体光源11a及11b以相同的频率调制且错开相位而交替地驱动(图2的(a))，也可以将固体光源11a及11b以不同的频率调制且以相同的相位驱动(图2的(b))。通过如图2的(b)那样使调制频率不同，与如图2的(a)那样以相同的调制频率使相位错开相比，能够使锁定放大器的分离度变高，波长辨别变容易。另外，光源控制部12也可以将固体光源11a及11b用不同的频率调制且将相位错开而交替地驱动，在将相位错开的情况下也可以并不一定进行调制。总之，只要在受光部17中能够辨别波长λ1的光和波长λ2的光而对波长λ1的光和波长λ2的光进行受光，则固体光源11a及11b的详细的驱动方法没有特别限定。

透镜13a将从固体光源11a射出的波长λ1的光输入，并使其成为大致平行光后向波长选择性光分支元件14的一个面输出。透镜13b将从固体光源11b射出的波长λ2的光作为输入，并使其成为大致平行光后向波长选择性光分支元件14的另一个面输出。

波长选择性光分支元件14具有使波长λ1的光透射、而将波长λ2的光反射的功能。由此，波长选择性光分支元件14使从透镜13a向一个面输入的波长λ1的大致平行光透射，并从另一个面输出。此外，波长选择性光分支元件14将从透镜13b向另一个面输入的波长λ2的大致平行光反射，并改变角度从另一个面输出。对于波长选择性光分支元件14中，可以使用分色镜或分色棱镜等。

上述固体光源11a及11b、透镜13a及13b、以及波长选择性光分支元件14分别配置为，使透射了波长选择性光分支元件14的波长λ1的光的光路与由波长选择性光分支元件14反射的波长λ2的光的光路大致一致。该光路大致一致的波长λ1的光及波长λ2的光成为分光装置10的输出光，向标靶照射。

前光监视器15对由波长选择性光分支元件14稍稍反射的波长λ1的光及稍稍透射的波长λ2的光的强度进行监视，将监视器的结果向光源控制部12反馈。该反馈的光强度是在光源控制部12中将固体光源11a及11b的输出分别控制为一定而使用的。

受光部17对来自标靶的散射光进行受光，该来自标靶的散射光是将从波长选择性光分支元件14输出的光路大致一致的波长λ1的光及波长λ2的光(分光装置10的输出光)照射到标靶上而得到的。并且，受光部17将该受光到的光向计测部18输出。

计测部18将受光部17受光的光、以及表示由光源控制部12驱动固体光源11a及11b的定时的驱动信号依次输入。并且，计测部18分别求出波长λ1的光被照射到标靶上后其散射光由受光部17受光的光的强度、以及波长λ2的光被照射到标靶上后其散射光由受光部17受光的光的强度，基于这些光强度生成对于在标靶上是否存在物体16的判断有用的信息。

接着，使用图3说明本第1实施方式的分光装置10进行的动作(分光处理)。

在图3中，说明基于由上述光源控制部12进行的驱动方法中的、将图2的(a)所例示的固体光源11a和固体光源11b交替地驱动的方法，对照射的光被标靶所反射的光进行测定的分光装置10的动作。

首先，通过光源控制部12，从固体光源11a射出波长λ1的光，向标靶照射(步骤S301)。对应于此，在受光部17中，检测来自被照射了波长λ1的光的标靶的反射光(步骤S302)。计测部18将检测到的反射光的强度作为第1反射光量而存储(步骤S303)。将来自固体光源11a的波长λ1的光在规定的期间中射出。

接着，通过光源控制部12，从固体光源11b射出波长λ2的光，向标靶照射(步骤S304)。对应于此，在受光部17中，检测来自被照射了波长λ2的光的标靶的反射光(步骤S305)。计测部18将检测到的反射光的强度作为第2反射光量而存储(步骤S306)。来自固体光源11b的波长λ2的光在规定的期间被射出。

接着，计测部18基于存储的第1反射光量及第2反射光量和从光源控制部12取得的固体光源11a及11b的驱动信号，离散地计算标靶的吸收光谱(步骤S307)。这里，计测部18基于如果对标靶照射光后结果得到的反射光量较小，则照射的光的波长接近于该标靶吸收的光的波长的值的假定，来计算吸收光谱。即，关于波长λ1的光及波长λ2的光离散地求出的吸收光谱，成为对于要检测的物体16是否存在于标靶的判断有用的信息。

在吸收光谱的计算中，如图2所示，关于波长λ1的光及波长λ2的光，也可以分别多次对标靶照射而测量多个光强度，根据测量的多个光强度的合计、平均、分布等求出第1反射光量及第2反射光量，也可以求出通过1次的标靶照射而测量出的光强度作为第1反射光量及第2反射光量。

另外，如果预先了解物体16的吸收波长，将波长λ1或波长λ2的一方设定为容易吸收的波长、而将另一方设定为难以吸收的波长，则计测部18也能够根据该离散地求出的吸收光谱判断物体16是否存在于标靶处(步骤S308)。

例如，如果设对标靶照射的光强度为I、标靶中的散射反射系数为S、标靶的吸光度为A、从标靶到受光部17的距离为L，则由受光部17检测的反射光的强度(反射光量)D用下式[1]表示。

[数式1]

$D\&Proportional;\frac{1}{L^2}\mathrm{SI}{10}^{-A}...\left[1\right]$

由此，分别求出关于波长λ1的光的反射光的强度D_λ1及关于波长λ2的光的反射光的强度D_λ2，计算求出的两个强度的比率(＝D_λ1/D_λ2)，根据该比率是否超过预先设定的阈值，可以判断物体16是否存在于标靶处。另外，阈值可以基于物体16的光吸收特性及照射光的波长等任意地设定。此外，作为阈值，还可以利用当了解物体16不存在于标靶时的强度比率(＝D_λ1/D_λ2)。

作为具体例，说明物体16是“水”的情况。

图4是说明水的吸收波长的图。如图4那样，水的光吸收峰值处于1.94μm、1.45μm、0.98μm及0.74μm。所以，例如在固体光源11a中使用波长λ1＝1.45μm附近的光，在固体光源11b中使用吸收系数小一位以上的波长λ2＝1.2μm以下的光。

在上述条件中，在标靶(例如地板或墙壁等的被检面)上没有水的情况下，由于波长λ1的光和波长λ2的光都几乎不被标靶吸收而散射反射，所以第1反射光量与第2反射光量的比率成为“接近于1的值”。另一方面，在标靶上有水的情况下，波长λ1的光被水大幅地吸收，而波长λ2的光不怎么被水吸收而散射反射，所以如果预先设定各个照射光强度，以使波长λ1的光被照射到标靶上的光强度与受光部17中的波长λ1的光的受光感度的积、和波长λ2的光被照射到标靶上的光强度与受光部17中的波长λ2的光的受光感度的积相等，则第1反射光量与第2反射光量的比率成为“10以上的值”。这样，能够根据第1反射光量与第2反射光量的比率判断水的有无。

另外，在上述实施例中，说明了基于由标靶反射的散射光判断物体16是否存在于标靶处的情况。但是，由于因基于波长的光的吸收的差异而在透射标靶的光中也发生差异，所以能够基于透射标靶的散射光判断物体16是否存在于标靶处。在此情况下，可以通过将图3所示的流程图的“反射”替换为“透射”来处理。

如以上那样，根据本第1实施方式的分光装置10，从两个固体光源11a及11b将波长不同的光对标靶照射，将来自标靶的散射光按照每个波长来受光。由此，能够离散地得到标靶的吸收光谱。吸收光谱的计算不使用衍射栅格等的昂贵的装置，而能够仅通过固体光源便宜地实现，此外由于不需要扫掠波长，所以还能够缩短计测时间。

此外，根据分光装置10，除了物体16容易吸收(吸收量较多)的波长的光以外，还使用吸收波长以外的难以吸收(吸收量较少)的波长的光，所以能够将因标靶表面的形状、表面粗糙度、脏污带来的光量变化部分(偏差)用基于难以吸收(吸收量较少)的波长的检测结果来修正。由此，根据使用多个波长的本方法，与仅使用物体16容易吸收的波长的情况相比，能够进行精度更高的物体16的存在有无的检测。

此外，根据分光装置10，通过进行将固体光源11a及11b交替地驱动的控制，能够使用单一的受光部17得到吸收光谱，能够使装置小型化。另外，在不将固体光源11a及11b调制而同时照射的情况下，只要在结构中包含设有使波长λ1的光通过的滤波器的受光部及设有使波长λ2的光通过的滤波器的受光部这两个受光部就可以。

此外，根据分光装置10，通过使用固体光源11a及11b，与灯光源等不同，能够进行高速调制。在将固体光源11a及11b调制驱动的情况下，通过将在驱动中使用的调制信号作为参照信号向计测部18输入，可以用周知的锁定放大器的方法将来自标靶的微弱的散射光放大而计测，使信号对噪声比变高。由此，即使是有干扰光的环境下，也能够实现稳定的计测。另外，锁定放大器用的参照信号也可以从前光监视器15取得并向计测部18输入。

此外，根据分光装置10，由于能够通过波长选择性光分支元件14使从固体光源11a及11b射出的多个光的光路大致一致(同轴化)，所以能够对标靶中的相同位置照射不同波长的光。特别是，由于能够在将固体光源可扩展地(scalable)增加的同时，使从多个固体光源射出的多个光大致一致，所以能够确保波长的可扩展性(scalablity)。

进而，在分光装置10中，设多个固体光源11a及11b为分离的不同的光源而进行了说明。但是，多个固体光源11a及11b也可以安装到1个半导体芯片上(设置多个发射体等)而构成，也可以通过能够根据来自外部的控制使波长变化的波长可变半导体激光器构成。

另外，在上述分光装置10的结构中，如果不需要将来自固体光源11a的射出光的强度和来自固体光源11b的射出光的强度控制为一定，则也可以将上述分光装置10的结构中的前光监视器15省略。此外，如果来自固体光源11a及11b的射出光已经是大致平行光，则也可以将上述分光装置10的结构中的透镜13a及13b省略。此外，如果来自固体光源11a及11b的射出光已经处于相同光路中，则也可以将波长选择性光分支元件14省略。进而，如果固体光源11a及11b是能够分别进行照射以使得在受光部17中能够将波长λ1的光和波长λ2的光辨别而受光的结构，则光源控制部12也可以省略。在该意义下，固体光源11a及11b可以说是所要求保护的“光照射部”的最小结构。

(第2实施方式)

图5是第2实施方式的分光装置20的结构图。本分光装置20具备固体光源11a及11b、光源控制部12、透镜13a及13b、波长选择性光分支元件14、前光监视器15、受光部17、计测部18和偏光束分离器21。

本分光装置20与上述分光装置10相比，偏光束分离器21的结构不同。以下，说明该不同的结构，关于其他相同的结构使用相同的标号而省略说明。

偏光束分离器21是所要求保护的“光照射部”的一个结构，设在波长选择性光分支元件14的输出目的地。该偏光束分离器21配置为，使经由波长选择性光分支元件14从固体光源11a及11b输入的光透射，作为P偏光成分的光向标靶输出，此外将从标靶输入的散射光的S偏光成分反射而向受光部17输出。

这里，向标靶照射的光中的、进入到标靶的内部而被吸收及散射反射的光，成为既包含P偏光成分也包含S偏光成分的随机的光。另一方面，由标靶的表面反射的光被以P偏光成分的光的状态反射。

由此，从标靶作为散射光再次向偏光束分离器21输入的光中的、进入到标靶的内部并被吸收及散射反射而生成的S偏光成分，被偏光束分离器21反射而被受光部17受光。另一方面，由标靶的表面反射的P偏光成分的光在偏光束分离器21中不反射而透射，所以不被受光部17受光。

如以上这样，根据本第2实施方式的分光装置20，由受光部17仅受光来自标靶的散射光中的、被偏光束分离器21反射的S偏光成分的光。由此，能够将没有由标靶吸收而由表面反射的成分的光除去，所以能够实现信号对噪声比高的计测。

此外，分光装置20通过做成不是将透射标靶的光、而是将从标靶反射的光(散射反射光)向偏光束分离器21输入的结构，能够将受光部17配置到与固体光源11a及11b相同的一侧，所以能够使装置小型化。

(第3实施方式)

图6是第3实施方式的分光装置30的结构图。本分光装置30具备固体光源11a及11b、光源控制部12、透镜13a及13b、波长选择性光分支元件14、前光监视器15、受光部17、计测部18、开孔透镜31和半反射镜32。

本分光装置30与上述分光装置10相比，开孔透镜31及半反射镜32的结构不同。以下，说明该不同的结构，关于其他相同的结构使用相同的标号而省略说明。

半反射镜32及开孔透镜31是所要求保护的“光照射部”的一个结构，在波长选择性光分支元件14的输出目的地按该顺序设置。半反射镜32配置为，使经由波长选择性光分支元件14从固体光源11a及11b输入的光透射并向开孔透镜31输出，将从开孔透镜31输入的光向受光部17输出。开孔透镜31是开设有孔的聚光透镜，配置为使透射半反射镜32的光穿过孔而向标靶输出，将从标靶输入的散射光用透镜聚光并向半反射镜32送回。

从固体光源11a及11b射出的光经由波长选择性光分支元件14及半反射镜32穿过开孔透镜31的孔的部分，向标靶照射。从标靶反射的散射光在被开孔透镜31在大范围内聚光后，被半反射镜32将一部分向受光部17输出。

如以上这样，根据本第3实施方式的分光装置30，通过使用开孔透镜31，能够将来自标靶的散射光在大范围内受光，受光量变多，所以能够精度良好地进行标靶的离散的吸收光谱的计算及物体16的存在有无的检测。

另外，也可以代替半反射镜32而使用在第2实施方式中说明的偏光束分离器21。

(第4实施方式)

图7是第4实施方式的分光装置40的结构图。本分光装置40具备固体光源11a及11b、光源控制部12、透镜13a及13b、波长选择性光分支元件14、前光监视器15、受光部17、计测部18和抛物面镜41。

本分光装置40与上述分光装置10相比，抛物面镜41的结构不同。以下，说明该不同的结构，关于其他相同的结构使用相同的标号而省略说明。

抛物面镜41是所要求保护的“光照射部”的一个结构，是以将抛物线绕轴旋转而形成的旋转抛物面为反射面的凹面镜。该抛物面镜41配置为，将从标靶反射的散射光在大范围内聚光，使光的焦点结在受光部17上。图7所例示的抛物面镜41是离轴抛物面镜。

如以上这样，根据本第4实施方式的分光装置40，通过使用抛物面镜41，能够将来自标靶的散射光在大范围内受光，由于受光量变多，所以能够精度良好地进行标靶的离散的吸收光谱的计算及物体16的存在有无的检测。此外，抛物面镜41由于是反射型的光学元件，所以与使用透镜的情况相比，也可以不考虑由固体光源的波长差带来的色像差的影响。

(第5实施方式)

在上述第1～第4实施方式中，说明了对于标靶在一点进行离散的吸收光谱的计算及物体16的存在有无的检测的分光装置。

在该第5实施方式以后，说明在较大的区域中二维地进行标靶中的离散的吸收光谱的计算及物体16的存在有无的检测的分光装置。

图8是第5实施方式的分光装置50的结构图。本分光装置50具备固体光源11a及11b、光源控制部12、透镜13a及13b、波长选择性光分支元件14、前光监视器15、受光部17、计测部18、扫描部51、扫描驱动部52和输出部53。

本分光装置50与上述分光装置10相比，扫描部51、扫描驱动部52及输出部53的结构不同。这些不同的结构为所要求保护的“光照射部”的一部分。以下，说明该不同的结构，对于其他相同的结构使用相同的标号而省略说明。

扫描部51是用来将从固体光源11a及11b射出的光输入、并使反射的光在二维方向上扫描而向标靶照射的光学部件。该扫描部51被配置到波长λ1的光及波长λ2的光的光路上。作为该扫描部51，可以使用周知的检流计镜(galvanomirror)、多面反射镜(polygon mirror)、电磁力驱动或静电力驱动的MEMS反射镜、或声响光学偏光元件等。

扫描驱动部52控制扫描部51的扫描角度，以将对标靶照射的光在二维方向上扫描，并且将该扫描角度向计测部18输出。从扫描驱动部52取得了扫描角度的计测部18将扫描部51的扫描角度(扫描点)和由受光部17检测到的反射光的强度(反射光量)基于希望的分辨率或采样率等二维地建立对应并存储。计测部18存储的二维信息被向输出部53输出。扫描部51及扫描驱动部52构成所要求保护的“扫描处理部”。

输出部53是将从计测部18给出的二维信息用图像或声音等提示的接口(例如，显示器、打印机、扬声器等)。另外，如果不需要将从计测部18给出的二维信息向分光装置50的使用者等以视觉或听觉提示，则也可以将输出部53省去。

以下，使用图9说明第5实施方式的分光装置50的动作(分光处理)。

图9是表示具备扫描部51、扫描驱动部52及输出部53的分光装置50的动作流程图的图。另外，图9也与上述图3同样，说明基于将固体光源11a和固体光源11b交替地驱动的方法测量照射的光被标靶反射的光的分光装置50的动作。

首先，通过光源控制部12从固体光源11a将波长λ1的光射出，经由透镜13a及波长选择性光分支元件14向扫描部51输入，从扫描部51向标靶照射光。这里，扫描驱动部52控制扫描部51的扫描角度，对标靶的1个扫描点照射波长λ1的光(步骤S901)。对应于此，在受光部17中，对来自被照射了波长λ1的光的标靶的1个扫描点的反射光进行检测(步骤S902)。计测部18将由受光部17检测到的反射光的强度(第1反射光量)与扫描部51的扫描角度建立对应而存储(步骤S903)。将该步骤S901～S903的处理反复执行，直到标靶整体(全部扫描点)的扫描完成(步骤S904)。

如果波长λ1的光的扫描完成，则接着通过光源控制部12从固体光源11b射出波长λ2的光，该波长λ2的光经由透镜13b及波长选择性光分支元件14向扫描部51输入，从扫描部51向标靶照射光。扫描驱动部52与上述同样，控制扫描部51的扫描角度，使波长λ2的光向标靶的1个扫描点照射(步骤S905)。对应于此，在受光部17中，检测到来自被照射波长λ2的光的标靶的1个扫描点的反射光(步骤S906)。计测部18将由受光部17检测到的反射光的强度(第2反射光量)与扫描部51的扫描角度建立对应而存储(步骤S907)。将该步骤S905～S907的处理反复执行，直到标靶整体(全部扫描点)的扫描完成(步骤S908)。另外，关于波长λ1及λ2的光的扫描次序，在这里没有特别限定。

如果波长λ2的光的扫描完成，则将第1反射光量与第2反射光量的比率按照每个扫描角度进行计算(步骤S909)。并且，将按照每个扫描角度计算出的比率例如加工为根据比率的大小而改变了显示方式的二维的图像数据等后，向输出部53送出而进行画面显示(步骤S910)。

如以上这样，根据本第5实施方式的分光装置50，从两个固体光源11a及11b将波长不同的光使用扫描部51在标靶上扫描并照射，将来自标靶的散射光用受光部17按照每个波长受光。由此，通过将由计测部18受光的光量进行比较，能够将标靶的空间分布图像化。即，能够检测标靶上的物体16的存在位置。

另外，扫描部51的扫描间隔可以任意地设定。例如，首先以较宽的扫描间隔或较长的时间间隔将标靶整体粗略地扫描，接着以较窄的扫描间隔或较短的时间间隔将判明了存在物体16的区域详细地(密集地)扫描。此外，例如也可以首先以较宽的扫描间隔或较长的时间间隔开始标靶整体的扫描，从判明了存在物体16的时点开始切换为较窄的扫描间隔或较短的时间间隔下的扫描。由此，能够有效率地进行标靶整体上的物体16的存在位置的检测。这样，通过根据物体16的有无将扫描的空间及时间上的粗密单独切换或组合切换，能够进行在没有物体16的情况下进行扫描周期的高速化及光源的电力削减、在有物体16的情况下进行物体16的详细的计测这样的适应性的计测。

另外，扫描部51优选的是进行二维扫描，但也可以仅进行一维扫描。在扫描部51仅进行一维扫描的情况下，只要使标靶或分光装置50在与一维扫描方向正交的方向上移动，结果就能够取得二维分布。

此外，在不具备使光二维地对标靶照射的扫描部51及扫描驱动部52的结构的上述第1～第4实施方式的分光装置10～40中，需要分别配置固体光源11a及11b、透镜13a及13b、以及波长选择性光分支元件14，以使透射波长选择性光分支元件14的波长λ1的光的光路、与由波长选择性光分支元件14反射的波长λ2的光的光路大致一致。

但是，如果事前知道两个光路的位置偏差(量及方向)，则通过将扫描控制或取得的数据偏移位置偏差的时间(定时)来进行计算，从而将该位置偏差修正，由此能够使两个光路在标靶上大致一致。由此，在具备以后的实施方式的扫描部51及扫描驱动部52的结构的分光装置中，两个光路也可以在通过扫描控制或运算能够吸收位置偏差的范围内偏差。

此外，在图9所示的动作流程图的处理中，对如下例子进行说明，即，在首先集中进行基于波长λ1的光的扫描、接着集中进行基于波长λ2的光的扫描后，进行标靶整体的图像显示。但是，在该方法以外，也可以如图10所示那样，以标靶的1个扫描点为单位持续进行基于波长λ1的光的照射、测量、存储(步骤S901、S902、S1003)和基于波长λ2的光的照射、测量、存储(步骤S905、S906、S1007)，每当以1个扫描点为单位得到光量的比率(步骤S1009)，进行标靶的局部图像显示(步骤S1010)。处理单位也可以是多个扫描点(1条扫描线)。

通过这样使处理单位变小，为了图像显示(比率计算)而临时保持的图像数据的量仅为1个或多个扫描点的量就可以，所以能够得到存储器容量较小就足够的效果。

此外，在图9的动作流程图所示的处理中，通过使波长λ1和波长λ2为相对于物体16光吸收量较多的波长和较少的波长，能够根据第1反射光量与第2反射光量的比率将物体16的有无图像化。但是，关于波长λ1及波长λ2的光有可能误检测到具有与物体16接近的特性的其他物质。此外，还存在应从进行分光处理的范围除外的区域(处理对象外区域)。所以，也可以考虑如图11所示的动作流程图那样进行处理。

在图11所示的动作流程图的处理中，如果计算第1反射光量与第2反射光量的比率(步骤S609)，则将该计算出的比率与预先给出的阈值X进行比较(步骤S1101)。比较的结果是阈值X以上的比率直接在输出部53上进行图像显示，小于阈值X的比率替换为规定值Y而在输出部53上进行图像显示(步骤S1102)。也可以将比率被替换为规定值Y的标靶内的区域存储到计测部18或输出部53等中。

这里，如果将阈值X设定在物体16的比率与具有接近于物体16的特性的其他物质的比率之间、或设定在物体16的比率与处理对象外区域的比率之间，则能够将误检测到的其他物质或处理对象外区域用基于规定值Y的显示方式进行图像显示。阈值X既可以在分光处理的执行前预先设定，也可以一边确认在分光处理的执行后显示的初始图像一边设定。处理对象外区域中的比率只要对不存在物体16的标靶事前予以分光处理而取得就可以。此外，规定值Y只要是对于物体16的第1反射光量与第2反射光量的比率可取的范围以外的值就可以。例如可以将在输出部53中能够显示的最大值或最小值选择为规定值Y。

如果这样，则能够将具有接近于物体16的特性的其他物质或处理对象外区域总是以规定值Y进行图像显示，所以其他物质的误显示或处理对象外区域中的误显示变少。

另外，在将第1反射光量与第2反射光量的比率与阈值X比较的方法以外，还可以考虑将关于物体16容易吸收的波长λ1的第1反射光量与阈值X比较的方法。在此情况下，只要将阈值X设定在物体16的第1反射光量与具有接近于物体16的特性的其他物质的第1反射光量之间、或设定在物体16的第1反射光量与处理对象外区域中的第1反射光量之间就可以。

此外，图11所示的将比率与阈值X比较的过程(步骤S1101)及仅将不到阈值X的比率替换为规定值Y的过程(步骤S1102)对于图10所示的动作流程图的处理也同样能够应用。

(第6实施方式)

图12是第6实施方式的分光装置60的结构图。本分光装置60具备固体光源11a及11b、光源控制部12、透镜13a及13b、波长选择性光分支元件14、前光监视器15、受光部17、计测部18、扫描部51、扫描驱动部52、输出部53和半反射镜61。

本分光装置60与上述分光装置50相比，在具备半反射镜61的结构、并将受光部17配置在与固体光源11a及11b相同的一侧的方面不同。以下，说明该不同的结构，关于其他相同的结构也使用相同的标号而省略说明。

半反射镜61配置为，将经由波长选择性光分支元件14从固体光源11a及11b输入的光透射而向扫描部51输出，将从扫描部51输入的光向受光部17输出。从固体光源11a及11b射出的光经由波长选择性光分支元件14及半反射镜61被向扫描部51输入，并一边扫描一边向标靶照射。从标靶向扫描部51返回来的散射光由扫描部51及半反射镜61分别反射，并由受光部17检测。

如以上这样，根据本第6实施方式的分光装置60，由于受光部17的视野追随于由扫描部51扫描光的方向，所以能够使由扫描角的影响带来的受光量变化变少。

此外，由于能够将受光部17配置到与固体光源11a及11b相同的一侧，所以能够使分光装置60小型化。

另外，作为将受光部17配置在与固体光源11a及11b相同的一侧的结构，在使用半反射镜61以外，也可以使用在上述第2、第3、第4实施方式中说明的偏光束分离器、半反射镜&开孔透镜、抛物面镜。如果使用开孔透镜或抛物面镜，则还能够得到能够将由扫描部51反射的来自标靶的散射光在大范围内受光、受光量变大的效果。

(第7实施方式)

图13是第7实施方式的分光装置70的结构图。本分光装置70具备固体光源11a及11b、光源控制部12、透镜13a及13b、波长选择性光分支元件14、前光监视器15、受光部17、计测部18、扫描部51、扫描驱动部52、输出部53和照相机71。

本分光装置70与上述分光装置60相比，照相机71的结构不同。以下，说明该不同的结构，关于其他相同的结构使用相同的标号而省略说明。

照相机71是在从波长0.3μm到波长1.0μm的带域中具有感度的摄像元件，配置为，能够拍摄标靶的整体或一部分。作为在该照相机71中使用的摄像元件，能够采用使用硅的CCD或CMOS等的摄像元件。

在物体16是“水”的情况下，作为从固体光源11a射出的光的波长λ1，使用作为水的吸收峰值的1.45μm附近的波长，优选的是使用1.2μm以上的波长。另一方面，作为从固体光源11b射出的光的波长λ2，使用在照相机71中有感度的0.3μm～1.0μm的波长。由此，能够使用波长λ1及λ2的光检测水的存在位置，进而能够使用波长λ2的光拍摄标靶的实际图像。例如，如果使用波长1.3μm或1.55μm的半导体激光器作为固体光源11a，使用波长0.78μm的半导体激光器作为固体光源11b，则能够使对于水的波长λ1的光与波长λ2的光的吸收系数的比成为约2倍以上。

如以上这样，根据本第7实施方式的分光装置70，能够在由照相机71摄像的标靶面的可视光图像上叠加物体16(例如水)的分布图像而用输出部53显示。结果，能够使观察者容易判断出显示物体16处于标靶的哪里。

此外，通过作为波长λ2而使用在照相机71中有感度的波长，还能够得到对由照相机71拍摄的标靶面的可视光图像叠加物体16的分布图像时的对位变容易的效果。进而，通过选择作为在人的眼睛中没有感度的光的非可见光的波长(例如0.7μm以上)来作为波长λ2，即使是人处于标靶处的情况下，也能够知道物体16的分布，而不会带来引起人的注意或使人吃惊等的影响。

另外，可以想到，在使物体16为“水”的情况下，能够在各种各样的场合中利用或应用本第7实施方式的分光装置70。例如，考虑在假设将人行走的地板面作为标靶，检测洒到地板面上的水的场合。在这样的场合下，通过确定洒上水的地板面的位置、使检测到的水的图像叠加到地面的图像上并向输出部53显示，能够使输出部53的观察者知道水的有无及位置。由此，能够由观察者采取用于使人不在洒上水的位置滑倒的对策等。此外，例如也可以在检测到水的情况下发出警报而向观察者通知、或对清扫用机器人联络水的漏出位置而使其自动地进行地面清扫等。在此情况下，清扫位置的联络既可以是分光装置70的监视区域(标靶)的整体，也可以是包含水的漏出位置的一部分。

以下，再说明几个分光装置70的应用例。

[应用例1]

图14是说明分光装置70的应用例1的图。在图14的应用例1中，分光装置70设置在显示器141的上部。显示器141是具备能够将分光装置70取得的信息用图像显示的功能的显示装置。

分光装置70如图14的(a)所示，将站在显示器141前的使用者142的脸二维地扫描，检测皮肤表面的有水分的部位，并用照相机71拍摄使用者142的脸。图14的(b)是示意地表示将使用者142的脸用扫描线143二维地扫描的状态的图。并且，分光装置70将检测到的有水分的部位叠加到所拍摄的脸图像上，向显示器141显示。另外，在显示器141上，既可以单纯地仅显示有水分的部位和没有水分的部位，也可以通过将根据水分量的差异而显现的波长λ1的散射光与波长λ2的散射光的比率差表示为浓淡图像，由此水分较多的部位及较少的部位也显示出来。

根据应用例1的结构，由于知道使用者142的脸的水分量的分布，所以能够利用在化妆品的效果确认及健康状态的确认等中。另外，不仅是使用者142的脸，还能够以身体的各部位的水分量的分布为计测对象。

另外，分光装置70和显示器141也可以分离，例如，也可以将分光装置70设置到门的附近或浴室等处，将显示器141设置在客厅中。此外，如果将由分光装置70计测的水分分布用存储装置(未图示)储存，则还能够在显示器141上显示随着时间的变化。在此情况下，也可以将二维图像以时间序列排列而显示，也可以仅将皮肤的某一处、例如前额的正中间的水分量的随着时间的变化进行曲线图显示等。这样，通过将显示器141和分光装置70分离，能够使计测场所的制约变少，此外能够容易地知道皮肤状态的随着时间的变化。

[应用例2]

图15是说明分光装置70的应用例2的图。在图15的应用例2中，分光装置70设在壁面157的上部。在放置在地板面155上的陈列搁架154上，排列着非液体容器152和液体容器153。物体16是存在于地板面155上的液体，例如是洒出的水。

分光装置70将包括陈列搁架154的壁面157或在地板面155上形成的空间二维地扫描(示意地表示了扫描线151)，检测水等物体16存在的部位，并用照相机71拍摄空间。这里，在分光装置70的输出部53中带有遮蔽功能，通过观察者等的操作，能够进行改变显示的图像的一部分的颜色、用框包围、将亮度降低、或不显示等的遮蔽处理。

根据应用例2的结构，通过将陈列着液体容器153的区域设为要通过遮蔽处理从进行分光处理的范围中排除的区域(处理对象外区域)，即使在液体容器153中装入水也不会被检测到，容易将观察者的注意仅朝向本来想要检测的物体16、即洒出的水。此外，如果设为若在没有被实施遮蔽处理的处理对象外区域中检测到物体16，分光装置70会自动地发出警报，则还能够削减观察者的劳动。

[应用例3]

图16是说明分光装置70的应用例3的图。在图16的应用例3中，分光装置70设置在道路164的边缘所安置的柱161的上部。物体16是存在于道路164之上的物质，例如由于降雨或涌出等产生的水或洒出的油等。

分光装置70将道路164二维地扫描(示意地表示扫描线162)，检测存在有水或油等物体16的部位，并用照相机71拍摄道路164。

根据应用例3的结构，通过装备在柱161上的分光装置70，能够检测柱161的周围的道路164上的水或油等物体16，所以能够迅速地检测到妨碍正常交通的物体16的存在。另外，为了检测油，例如使用3.6μm附近的波长作为固体光源11a射出的光的波长λ1就可以。

[应用例4]

图17是说明分光装置70的应用例4的图。在图17的应用例4中，分光装置70被安装在车辆171的前方。物体16是存在于道路174上的物质，例如是涌出的水、洒出的油、冻结的冰等。

分光装置70将道路174二维地扫描(示意地表示扫描线172)，检测存在有水或油等物体16的部位，并用照相机71拍摄道路174。另外，由于车辆171通常向前方行进，所以能够随着车辆171的行进而实施行进方向的扫描。由此，分光装置70也可以将与车辆行进方向正交的方向一维地扫描。

根据应用例4的结构，由于能够用设在车辆171上的分光装置70始终检测行驶的道路174上的水、冰、油等物体16，所以能够迅速地检测妨碍正常交通的物体16的存在。此外，由于在车辆171自身上安装着分光装置70，所以在道路174以外的各种各样的场所，都能够迅速地检测存在于车辆前方的物体16。

如果温度下降而水成为冰，则光的吸收峰值向长波长侧位移。由此，例如相对于吸收峰值的1.45μm，在短波长侧的波长1.3μm的光及长波长侧的波长1.5μm的光中，冰与水相比，波长1.3μm的光的吸收量减少(散射光量增加)，波长1.5μm的光的吸收量增加(散射光量减少)。由此，根据波长1.3μm的光的受光量相对于波长1.5μm的光的受光量的比率是否为规定的阈值以下，能够判别物体16是水还是冰。此外，水中的波长1.3μm以下的光的吸收量的温度变化比波长1.5μm的光的吸收量的温度变化小一位以上。由此，根据波长1.3μm以下(0.98μm或0.78μm等)的光的受光量相对于波长1.5μm的光的受光量的比率是否为规定的阈值以下，还能够判别物体16是水还是冰。另外，也可以对于因道路174上的水或冰以外的物质产生的受光量(散射光量)的变化，同时使用基于水较少吸收的波长光的计测来修正受光量。

这里，对伴随着温度变化的物体16的光吸收量的变动进行考察。

考虑以使波长λ1的光相对于物体16的吸收率的温度变化量成为波长λ2的光相对于物体16的吸收率的温度变化量的约10倍以上的方式，来选择波长λ1及λ2的情况。例如，在物体16为水的情况下，能够使用1.55μm作为波长λ1、而使用0.98μm作为波长λ2。膜厚1mm的水的吸光度在从14℃向63℃变化了49度的温度的情况下，如果是波长1.55μm的波长的话减少0.15，相对于此，如果是波长0.98μm的波长的话也变化0.01。

如图18所示，考虑从光源部180将波长λ的光对物体183照射、由受光部181受光从物体183散射反射的光的模型。如果设波长λ的光被向物体183照射的光强度为I_λ、设物体183上的散射反射系数为S、波长λ的光被物体183吸收的吸光度为A_λ、从物体183到受光部181的距离为L，则由受光部181检测的波长1.55μm的反射光的强度(反射光量)D_1.55及波长0.98μm的反射光的强度D_0.98分别用下式[2]及[3]表示。

[数式2]

$D_{1.55}\&Proportional;\frac{1}{L^2}S{I}_{1.55}{10}^{-A_{1.55}}...\left[2\right]$

[数式3]

$D_{0.98}\&Proportional;\frac{1}{L^2}S{I}_{0.98}{10}^{-A_{0.98}}...\left[3\right]$

因而，受光强度比D_1.55/D_0.98用下式[4]表示。

[数式4]

$\frac{D_{1.55}}{D_{0.98}}=\frac{I_{1.55}}{I_{0.98}}\&times;{10}^{(A_{0.98}-A_{1.55})}---\left[4\right]$

在上述式[4]中，如果将吸光度的温度变化量按照各个波长写为ΔA_1.55及ΔA_0.98，则温度变化时的受光强度比用下式[5]表示。

[数式5]

$\begin{array}{c}\frac{D_{1.55}}{D_{0.98}}=\frac{I_{0.98}}{I_{1.55}}\&times;{10}^{A_{0.98}}\&times;{10}^{-(A_{1.55}+\mathrm{\&Delta;}{A}_{1.55})}\\ =C\&times;{10}^{-A1.55}\\ =C\&times;(1-\mathrm{\&Delta;}{A}_{1.55}\&times;\log 10+\frac{{(-\mathrm{\&Delta;}{A}_{1.55}\&times;\log 10)}^2}{2}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;)\end{array}...\left[5\right]$

在式[5]中，ΔA_0.98如上述那样相比于ΔA_1.55充分小，所以忽略。此外，将常数部设为C。根据式[5]，如果ΔA_1.55是0.1左右，则式[5]右边的第3项以后能够忽略，所以受光强度比和ΔA_1.55即水温大致线性地变化。因而，通过知道受光强度比的变化，能够知道作为物体183的水的温度变化。

如上述水的例子那样，在波长λ1和波长λ2中相对于物体16的吸收率的温度变化量例如相差10倍以上，则如上述那样根据受光强度比就充分知道物体16的温度变化。在水的情况下，并不限于上述波长，通过在波长λ1为1.4μm以上、波长λ2为1.3μm以下的区域中适当选择，能够使各个吸收率的温度变化量的比成为10倍以上。

另外，波长1.55μm的光的受光强度受水的温度近似线性的影响，而以指数函数受水的量的影响。另一方面，波长0.98μm的光的受光强度不怎么受水的温度的影响，但以指数函数受水的量的影响，如果水的量增加则受光强度减小。因而，根据波长0.98μm的光的受光强度的变化能够判断水的增减。进而，如果与基于波长0.98μm的光的扫描得到的水的分布数据组合，则还知道水的增减的分布。此外，能够根据波长0.98μm的光的受光强度的变化推测水的量的变化，根据推测出的水量变化计算波长1.55μm的光的受光强度的基于水量变化的变化量。如果设波长0.98μm下的吸收系数为α、波长1.55μm下的吸收系数为β、光穿过的水的厚度变化为Δt，则波长0.98μm的吸收的变化前后的受光强度相差exp(－αΔt)倍，所以可以根据受光强度比计算Δt。由于波长1.55μm因吸收的水的厚度变化带来的受光强度变化为exp(－βΔt)倍，所以如果从受到了水的厚度变化和温度变化两者的影响的受光强度变化，除以仅受到了水的厚度变化的影响的受光强度变化，则能够知道仅水的温度变化。因而，根据不怎么受温度变化影响的波长和受温度变化影响的波长的两个受光强度变化，分别知道水的厚度变化即水的量的变化、和水的温度变化。

在图19中表示确认了水温与波长1.55μm的光的受光强度的关系的实验例。如图19所示，波长1.55μm的光的受光强度是如果水的温度下降则吸收变大，所以受光强度下降。但是，如果水温成为0℃以下而冻结，则水表面成为粗糙面而散射增加，所以受光强度提高。因而，如果检测到波长1.55μm的受光强度下降后急剧上升，则能够检测到水冻结。仅通过波长1.55μm的光不能将水的量的变化的影响和温度的变化的影响分离，但如上述那样通过也测量波长0.98μm的光的受光强度而知道仅温度的影响，所以通过利用两个波长，能够进行误检测较少的冻结检测。

[应用例5]

图20是说明分光装置70的应用例5的图。在图20的应用例5中，分光装置70设置在道路204的边缘安置的柱201的上部。显示器203是具备能够将分光装置70取得的信息用图像或文本等显示的功能的显示装置。物体16是存在于道路204上的物质、例如是由于降雨或涌出等产生的水或洒出的油。

分光装置70将道路204二维地扫描(示意地表示扫描线202)，检测水或油等物体16具有的部位，并用照相机71拍摄道路204。并且，分光装置70使显示器203显示关于检测到的物体16及所拍摄的道路204的信息。此外，分光装置70能够经由通信机构(未图示)向周围的车辆、步行者或道路管理者等送出这些信息。

根据应用例5的结构，通过柱201上具备的分光装置70，能够检测柱201的周围的道路204上的水的分布、温度、冻结，将该信息通过显示器203向周围的车辆或步行者显示，所以能够使滑倒事故等的危险变少。此外，对处于不能直接看到显示的场所的步行者或车辆、道路管理者也能够经由通信机构来传递信息，所以能够实现更有效的安全确保。

另外，除了道路204上的水以外，该应用例5的方法还能够用于洒到室内的地板上的水、室内的结露、工厂内的清洗工序或干燥工序中的水分布、水温的检测及显示、冷却设备中的冻结的检测及显示等各种应用。

(第8实施方式)

图21是第8实施方式的分光装置80的结构图。本分光装置80具备固体光源11a、光源控制部12、透镜13a、波长选择性光分支元件14、前光监视器15、受光部17、计测部18、扫描部51、扫描驱动部52、输出部53和束采样器81。

本分光装置80与上述分光装置50相比，在省去了固体光源11b及透镜13b、具备束采样器81的结构上不同。以下，说明该不同的结构，关于其他相同的结构使用相同的标号而省略说明。

束采样器81使从固体光源11a射出的光的一部分反射并向前光监视器15入射。前光监视器15的输出被输入光源控制部12并反馈，以使固体光源11a的输出成为一定值。

本分光装置80的结构与到此为止说明的分光装置10～70的结构不同，固体光源是1个。因此，分光装置80的结构将固体光源11a的扫描至少进行两个周期以上。由此，检测标靶的时间上的变化，并检测物体16的存在有无。以下，设最初的扫描周期为“第一扫描周期”、设下一个(或以后)的扫描周期为“第二扫描周期”而进行说明。

首先，在第一扫描周期中，将由扫描部51扫描、从标靶散射反射、由受光部17受光的光的强度在计测部18中按照每个扫描位置存储为受光量。具体而言，当在标靶处不存在物体16时，执行第一扫描周期，将标靶面上的受光量作为初始数据予以保持。

接着，在第二扫描周期中，将由扫描部51扫描、从标靶散射反射、由受光部17受光的光的强度，与在计测部18中在第一扫描周期时存储的相同扫描位置的受光量进行比较。将比较结果例如受光量的比率作为二维的浓淡向输出部53显示。

如以上那样，根据本第8实施方式的分光装置80，通过将第二扫描周期反复，能够知道物体16的有无检测和其二维分布。此外，由于采用光束采样器81将固体光源11a的输出保持为一定，所以能够在多次的扫描周期中确认标靶的时间上的变化，通过1个固体光源11a也能够进行物体16的有无检测。

另外，第一扫描周期优选的是每1小时一次或每1天一次，等定期地进行，适当修正由物体16以外的变化因子带来的影响。

此外，作为每个扫描位置的受光量的存储目的地，除了计测部18以外，也可以使用连接在网络上的存储部。通过将存储部和计测部分离，将多个分光装置连接到网络而共用1个存储部，能够使系统的维护变容易或降低成本。

(第9实施方式)

图22是第9实施方式的分光装置90的结构图。本分光装置90具备固体光源11a及11b、光源控制部12、透镜13a及13b、波长选择性光分支元件14、前光监视器15、受光部17、计测部18、扫描部51、扫描驱动部52、输出部53和距离计测部91。

本分光装置90与上述分光装置50相比，在具备距离计测部91的结构上这一点不同。以下，说明该不同的结构，关于其他相同的结构使用相同的标号而省略说明。

距离计测部91通过周知的光飞行时间测量法或称作飞行时间法的方式，计测分光装置90与标靶的距离。光飞行时间测量法简单来说，是计测从发射光开始到由测量对象物反射回来的时间而计算距离的方法。具体而言，距离计测部91计测从固体光源11a(或固体光源11b)射出的光被标靶反射而到达受光部17为止的时间，计算分光装置90与标靶的距离。另外，在图22中为了容易理解而将距离计测部91与计测部18分开记载，但距离计测部91也可以包含在计测部18中。

如以上那样，根据本第9实施方式的分光装置90，能够使用距离计测部91计测标靶的三维形状。由此，能够从标靶的三维形状中相对于地面提取出水平面或垂直面，所以能够将例如水平面中的处于最下部的水平面看作地板，仅提取处于地板上的水，或将垂直面看作壁面而仅提取壁面的结露。

另外，为了从三维形状中提取水平面或垂直面而需要知道分光装置90自身的姿势，关于这一点，既可以在分光装置90上装备水准仪，也可以在分光装置90的设置时将姿势数据存储到计测部18中。

(第10实施方式)

图23是第10实施方式的分光装置100的结构图。本分光装置100具备固体光源11a及11b、光源控制部12、透镜13a及13b、波长选择性光分支元件14、前光监视器15、受光部17、计测部18、扫描部51、扫描驱动部52、输出部53、非接触温度计测部101和波长选择性反射镜102。

本分光装置100与上述分光装置50相比，在具备非接触温度计测部101及波长选择性反射镜102的结构上不同。以下，说明该不同的结构，关于其他相同的结构使用相同的标号而省略说明。

非接触温度计测部101检测从标靶或物体16放射的红外线而计测温度。作为非接触温度计测部101，例如可以使用利用中红外线或远红外线的放射温度计。波长选择性反射镜102将非接触温度计测部101利用的波长的光反射，使从固体光源11a及11b射出的波长的光透射。此外，扫描部51不仅是反射从固体光源11a及11b射出的波长的光，也反射非接触温度计测部101利用的波长的光。此外，在计测部18中存储有物体16的光吸收的温度特性数据。从标靶返回到扫描部51的散射光中的由非接触温度计测部101利用的波长的光(红外线、中红外线、远红外线)被扫描部51及波长选择性反射镜102分别反射而被非接触温度计测部101检测到。由此，能够计测扫描部位的温度。

如以上这样，根据本第10实施方式的分光装置100，由于知道扫描部位的温度T(K)，所以如果使用根据预先存储在预先计测部18中的物体16的光吸收的温度特性得到的温度T(K)下的固体光源11a的光的吸收率与固体光源11b的光的吸收率的比率，来进行物体16的有无判断，则能够进行温度的影响较少的更高精度的分光处理。即，能够基于对温度修正了变动部分后的受光量，适当地进行分光处理。本实施方式对于标靶时时刻刻变化那样的应用例、例如第7实施方式的分光装置70的应用例4那样的安装在车辆171上的分光装置70的精度的提高特别有效。或者，对于虽然标靶静止但温度不均较大那样的场所处的分光装置的精度提高是有效的。

另外，在第10实施方式中，记载了非接触温度计测部101按照每个扫描点检测经由扫描部51从标靶返回的光的结构，但也可以为检测从标靶直接返回的光的结构。在此情况下，如果使用区域传感器型的放射温度计，则知道标靶的每个微小区域的温度。或者，即使是线传感器(line sensor)型或定点(spot)型的放射温度计，由于能够使用标靶的平均温度作为修正值，所以分光处理的精度也提高。

以上，对于有关本发明的1个或多个方式的分光装置，基于实施方式进行了说明，但本发明并不限定于该实施方式。只要不脱离本发明的主旨，对本实施方式实施了本领域的技术人员想到的各种变形后的方式、或将不同实施方式的构成要素组合而构建的方式也包含在本发明的1个或多个方式的范围内。

例如，在上述各实施方式中，各构成要素由专用的硬件构成，或者也可以通过执行适合于各构成要素的软件程序来实现。各构成要素也可以通过CPU或处理器等的程序执行部将记录在硬盘或半导体存储器等的记录媒体中的软件程序读出并执行来实现。

产业上的可利用性

本发明的分光装置作为具有波长确定的光源、不使用分光元件的成分分析装置等是有用的。此外，还能够应用到水等特定的物质的存在检测及分布的可视化等的用途中。

标号说明

10、20、30、40、50、60、70、80、90、100  分光装置

11a、11b、180  固体光源(光源部)

12  光源控制部

13a、13b  透镜

14  波长选择性光分支元件

15  前光监视器

16、183  物体

17、181  受光部

18  计测部

21  偏光束分离器

31  开孔透镜

32、61  半反射镜

41  抛物面镜

51  扫描部

52  扫描驱动部

53  输出部

71  照相机

81  光束采样器

91  距离计测部

101  非接触温度计测部

102  波长选择性反射镜

141、203  显示器

142  使用者

143、151、162、172、202  扫描线

152、153  容器

154  陈列搁架

155  地板面

157  壁面

161、201  柱

164、174、204  道路

171  车辆

301  液体泄漏检测装置

302  油分封入设备

303、303a  油分

304  中间红外光

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种分光装置，使用具有第1波长的光和具有第2波长的光，所述第1波长具有基于特定物体的规定的吸收率，所述第2波长的基于该特定物体的吸收率比该第1波长小，所述分光装置的特征在于，具备：

光照射部，对标靶照射具有所述第1波长的光成为大致平行的第1波长的平行光、和具有所述第2波长的光成为大致平行的第2波长的平行光；

受光部，分别对第1散射光和第2散射光进行受光，所述第1散射光是所述第1波长的平行光由所述标靶透射或反射后的光，所述第2散射光是所述第2波长的平行光由所述标靶透射或反射后的光；以及

计测部，基于所述受光部受光的所述第1散射光与所述第2散射光的差异，生成在检测所述标靶处的所述特定物体时使用的信息，

所述光照射部包含扫描处理部，所述扫描处理部将所述第1波长的平行光和所述第2波长的平行光在二维方向上扫描并向所述标靶照射。

2.(修改后)如权利要求1所述的分光装置，其特征在于，

所述光照射部包括：

第1固体光源，射出具有所述第1波长的光；

第2固体光源，射出具有所述第2波长的光；以及

光源控制部，驱动所述第1及第2固体光源，以使所述受光部辨别所述第1波长的平行光和所述第2波长的平行光而对所述第1波长的平行光和所述第2波长的平行光进行受光。

3.如权利要求2所述的分光装置，其特征在于，

所述光源控制部将所述第1固体光源和所述第2固体光源错开射出定时而驱动。

4.如权利要求2所述的分光装置，其特征在于，

所述光源控制部将所述第1固体光源和所述第2固体光源以不同的频率调制而驱动。

5.(修改后)如权利要求1所述的分光装置，其特征在于，

所述光照射部将所述第1波长的平行光及所述第2波长的平行光照射到所述标靶的相同位置。

6.如权利要求1所述的分光装置，其特征在于，

所述计测部基于所述受光部受光的所述第1散射光的强度与所述第2散射光的强度的比率，判断所述标靶处的所述特定物体的存在与否。

7.如权利要求6所述的分光装置，其特征在于，

如果所述第2散射光的强度比所述第1散射光的强度大，则所述计测部判断为所述特定物体存在于所述标靶处。

8.如权利要求7所述的分光装置，其特征在于，

设定所述第1波长及所述第2波长，以使得在存在所述特定物体的情况下所述受光部受光的所述第1散射光的强度与所述第2散射光的强度的比率为10以上。

9.(修改后)如权利要求1所述的分光装置，其特征在于，

设定所述第1波长及所述第2波长，以使得所述特定物体对具有所述第1波长的光的吸收率的温度变化量比所述特定物体对具有所述第2波长的光的吸收率的温度变化量大10倍以上。

10.(删除)

11.如权利要求10所述的分光装置，其特征在于，

所述扫描处理部首先在空间上粗略地扫描所述标靶的整体，如果判断为存在所述特定物体，则接着在空间上密集地扫描所述特定物体存在的区域。

12.如权利要求10所述的分光装置，其特征在于，

所述扫描处理部首先在时间上粗略地扫描所述标靶的整体，如果判断为存在所述特定物体，则接着在时间上密集地扫描所述特定物体存在的区域。

13.如权利要求10所述的分光装置，其特征在于，

还具备输出部，所述输出部基于所述扫描处理部的扫描及由所述计测部生成的信息，以二维区域的信息输出所述标靶处的所述特定物体的存在与否。

14.如权利要求10所述的分光装置，其特征在于，

还具备拍摄所述标靶的照相机，

所述输出部使与所述标靶处的所述特定物体的存在与否有关的二维区域的信息叠加到由所述照相机拍摄的所述标靶的二维图像上并输出。

15.如权利要求14所述的分光装置，其特征在于，

所述第2波长被设定为所述照相机具有感度的波长范围内的非可见光的波长。

16.如权利要求10所述的分光装置，其特征在于，

还具备对到所述标靶的距离进行测量的距离计测部，

所述输出部将由所述距离计测部测量的距离信息和与所述标靶处的所述特定物体的存在与否有关的二维区域的信息相加，并作为三维区域的信息输出。

17.如权利要求10所述的分光装置，其特征在于，

还具备测量所述标靶的温度的温度计测部，

所述输出部根据由所述温度计测部测量的温度信息修正与所述标靶处的所述特定物体的存在与否有关的二维区域的信息并输出。

18.如权利要求1所述的分光装置，其特征在于，

所述特定物体是水，

所述第1波长被设定为1.4μm以上，并且所述第2波长被设定为1.3μm以下。

19.(追加)如权利要求2所述的分光装置，其特征在于，

所述光照射部还包括：

第1透镜，使具有所述第1波长的光成为所述第1波长的平行光而输出；

第2透镜，使具有所述第2波长的光成为所述第2波长的平行光而输出；以及

波长选择性光分支元件，使所述第1波长的平行光的光路与所述第2波长的平行光的光路大致一致。

20.(追加)如权利要求19所述的分光装置，其特征在于，

所述第1固体光源、所述第1透镜、所述波长选择性光分支元件在作为从所述第1固体光源射出的具有所述第1波长的光的光路的第1光路上，按照所述第1固体光源、所述第1透镜、所述波长选择性光分支元件的顺序配置，

所述第2固体光源、所述第2透镜、所述波长选择性光分支元件在作为从所述第2固体光源射出的具有所述第2波长的光的光路的第2光路上，按照所述第2固体光源、所述第2透镜、所述波长选择性光分支元件的顺序配置，

所述第1光路和所述第2光路是分别大致垂直地交叉的光路，

所述波长选择性光分支元件通过使所述第1波长的平行光透射、将所述第2波长的平行光反射，使所述第1波长的平行光的光路与所述第2波长的平行光的光路大致一致。

21.(追加)如权利要求19或20所述的分光装置，其特征在于，

所述光照射部还具备偏光束分离器，所述偏光束分离器将通过所述波长选择性光分支元件而光路大致一致的所述第1波长的平行光及所述第2波长的平行光中的、P偏光成分的光向所述标靶输出。

22.(追加)如权利要求21所述的分光装置，其特征在于，

所述偏光束分离器通过仅将从所述标靶反射的光中的S偏光成分的光反射而使所述受光部受光，但不反射P偏光成分的光。

Claims (18)

1.一种分光装置，其特征在于，具备：

光照射部，对标靶照射第1波长的光和第2波长的光，所述第1波长具有基于特定物体的规定的吸收率，所述第2波长的基于该特定物体的吸收率比该第1波长小；

受光部，分别对第1散射光和第2散射光进行受光，所述第1散射光是所述第1波长的光由所述标靶透射或反射后的光，所述第2散射光是所述第2波长的光由所述标靶透射或反射后的光；以及

计测部，基于所述受光部受光的所述第1散射光与所述第2散射光的差异，生成在检测所述标靶处的所述特定物体时使用的信息。

2.如权利要求1所述的分光装置，其特征在于，

所述光照射部包括：

第1固体光源，射出所述第1波长的光；

第2固体光源，射出所述第2波长的光；以及

光源控制部，驱动所述第1及第2固体光源，以使所述受光部辨别所述第1波长的光和所述第2波长的光而对所述第1波长的光和所述第2波长的光进行受光。

3.如权利要求2所述的分光装置，其特征在于，

所述光源控制部将所述第1固体光源和所述第2固体光源错开射出定时而驱动。

4.如权利要求2所述的分光装置，其特征在于，

所述光源控制部将所述第1固体光源和所述第2固体光源以不同的频率调制而驱动。

5.如权利要求1所述的分光装置，其特征在于，

所述光照射部将所述第1波长的光及所述第2波长的光照射到所述标靶的相同位置。

6.如权利要求1所述的分光装置，其特征在于，

所述计测部基于所述受光部受光的所述第1散射光的强度与所述第2散射光的强度的比率，判断所述标靶处的所述特定物体的存在与否。

7.如权利要求6所述的分光装置，其特征在于，

如果所述第2散射光的强度比所述第1散射光的强度大，则所述计测部判断为所述特定物体存在于所述标靶处。

8.如权利要求7所述的分光装置，其特征在于，

设定所述第1波长及所述第2波长，以使得在存在所述特定物体的情况下所述受光部受光的所述第1散射光的强度与所述第2散射光的强度的比率为10以上。

9.如权利要求1所述的分光装置，其特征在于，

设定所述第1波长及所述第2波长，以使得所述特定物体对所述第1波长的光的吸收率的温度变化量比所述特定物体对所述第2波长的光的吸收率的温度变化量大10倍以上。

10.如权利要求1所述的分光装置，其特征在于，

所述光照射部包括扫描处理部，该扫描处理部将所述第1波长的光及所述第2波长的光在二维方向上扫描并向所述标靶照射。

11.如权利要求10所述的分光装置，其特征在于，

所述扫描处理部首先在空间上粗略地扫描所述标靶的整体，如果判断为存在所述特定物体，则接着在空间上密集地扫描所述特定物体存在的区域。

12.如权利要求10所述的分光装置，其特征在于，

所述扫描处理部首先在时间上粗略地扫描所述标靶的整体，如果判断为存在所述特定物体，则接着在时间上密集地扫描所述特定物体存在的区域。

13.如权利要求10所述的分光装置，其特征在于，

还具备输出部，所述输出部基于所述扫描处理部的扫描及由所述计测部生成的信息，以二维区域的信息输出所述标靶处的所述特定物体的存在与否。

14.如权利要求10所述的分光装置，其特征在于，

还具备拍摄所述标靶的照相机，

所述输出部使与所述标靶处的所述特定物体的存在与否有关的二维区域的信息叠加到由所述照相机拍摄的所述标靶的二维图像上并输出。

15.如权利要求14所述的分光装置，其特征在于，

所述第2波长被设定为所述照相机具有感度的波长范围内的非可见光的波长。

16.如权利要求10所述的分光装置，其特征在于，

还具备对到所述标靶的距离进行测量的距离计测部，

所述输出部将由所述距离计测部测量的距离信息和与所述标靶处的所述特定物体的存在与否有关的二维区域的信息相加，并作为三维区域的信息输出。

17.如权利要求10所述的分光装置，其特征在于，

还具备测量所述标靶的温度的温度计测部，

所述输出部根据由所述温度计测部测量的温度信息修正与所述标靶处的所述特定物体的存在与否有关的二维区域的信息并输出。

18.如权利要求1所述的分光装置，其特征在于，

所述特定物体是水，

所述第1波长被设定为1.4μm以上，并且所述第2波长被设定为1.3μm以下。