CN112714866A - 物质确定装置、物质确定方法以及物质确定程序 - Google Patents

物质确定装置、物质确定方法以及物质确定程序 Download PDF

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CN112714866A CN201980060974.XA CN201980060974A CN112714866A CN 112714866 A CN112714866 A CN 112714866A CN 201980060974 A CN201980060974 A CN 201980060974A CN 112714866 A CN112714866 A CN 112714866A
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Abstract

本申请提供一种物质确定装置、物质确定方法以及物质确定程序，能够通过光以高精度确定物质。物质确定装置(10)具备：设定部(11)，设定激发光的照射条件；照射部(12)，以照射条件对对象物(100)照射激发光；测定部(13)，测定与激发光的照射对应而产生的对象物(100)的延迟荧光或磷光的发光数据；及确定部(15)，基于发光数据以及对多个物质分别以照射条件照射激发光的情况下测定的延迟荧光或磷光的发光数据，确定构成对象物的物质。

Description

物质确定装置、物质确定方法以及物质确定程序
技术领域
本发明涉及物质确定装置、物质确定方法以及物质确定程序。
背景技术
以往，存在使用光确定构成对象物的物质的情况。例如使用如下方法：对对象物照射光而测定吸收光谱，确定构成对象物的物质的吸光分光法；由激光使对象物电离而测定等离子体光，确定构成对象物的物质的激光诱导击穿分光法。另外，存在对对象物较长时间(数十秒)照射激发光，测定产生的延迟荧光的光谱、荧光寿命等的物性值的情况。
关于激光诱导击穿分光法，在例如下述专利文献1中记载了一种物质确定系统，通过第一激光部照射激光而测定散射光，根据测定结果提取物质存在的范围，通过与第一激光部不同的第二激光部照射激光，测定等离子体光的光谱。
另外，关于荧光寿命的测定，在例如下述专利文献2中记载了一种荧光寿命测定装置，使测定对象的荧光体放置于工作台并以一定的速度移动，对荧光体照射激发光，使用对由于激发光而发出荧光的余辉进行摄像而得的图像，检测经过时间和余辉强度，算出荧光寿命。
另外，关于延迟荧光的利用，在例如下述专利文献3中记载了一种花卉的耐存放性判定装置，对花卉照射激发光，对产生的叶绿素荧光以及延迟荧光进行摄像，基于延迟荧光的光量与叶绿素荧光的光量的比和花卉的耐存放性的相互关系，判定花卉的耐存放性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2015/037643号
专利文献2：日本特开2010-164468号公报
专利文献3：日本特开2004-301638号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在使用光确定构成对象物的物质的情况下，有时固定光的照射条件进行测定。但是，固定照射条件时，存在对于不同物质，测定出难以区别那样的相似的发光数据的情况，有时物质的确定困难。
因此，本发明提供一种通过光能够以高精度确定物质的物质确定装置、物质确定方法以及物质确定程序。
用于解决的技术问题的技术手段
本发明的一方式所涉及的物质确定装置具备：设定部，设定激发光的照射条件；照射部，以照射条件对对象物照射激发光；定部，测定与激发光的照射对应而产生的对象物的延迟荧光或磷光的发光数据；以及确定部，基于发光数据以及在对多个物质分别以照射条件照射激发光的情况下测定的延迟荧光或磷光的发光数据，确定构成对象物的物质。
根据该方式，以任意的照射条件将激发光照射到对象物，基于与其对应地产生的延迟荧光或磷光的发光数据以及在对多个物质以同样的照射条件测定的延迟荧光或磷光的发光数据，确定构成对象物的物质的，由此能够避免对于不同物质测定出难以区别那样的相似的发光数据，能够以高精度确定物质。
在上述方式中，可以是照射部包括产生多个不同波长的激发光的一个或多个光源。
根据该方式，通过将多个不同波长的激发光照射到对象物，能够应用由各波长的激发光的照射得到的发光数据，能够高精度地确定物质。
在上述方式中，可以是照射条件包括激发光的波长、激发光的强度以及激发光的照射时间中至少一方。
根据该方式，通过设定激发光的波长、激发光的强度和激发光的照射时间中至少一方的照射条件，能够以各种条件照射激发光而测定延迟荧光或磷光的发光数据，测定物质中特有的发光数据，能够以高精度确定物质。
在上述方式中，可以是激发光的波长是10nm以上。
根据该方式，通过使用波长10nm以上的激发光，能够简化对对象物照射激发光时的管理，能够将物质确定装置的运用成本抑制得较低。
在上述方式中，可以是发光数据包括在停止激发光的照射后产生的延迟荧光或磷光的发光数据。
根据该方式，通过测定物质中特有的延迟荧光或磷光的发光数据，能够避免对于不同物质测定出难以区别那样的相似的发光数据，能够以高精度确定物质。
在上述方式中，也可以是测定部定透过了滤光器的延迟荧光或磷光的发光数据，滤光器遮蔽激发光的波长的光。
根据该方式，防止激发光直接入射到相机，能够以高精度测定物质中特有的延迟荧光或磷光的发光数据。
在上述方式中，可以是发光数据包括发光光谱曲线和发光强度的时间衰减曲线中至少一方。
根据该方式，对于延迟荧光或磷光，测定发光光谱曲线和发光强度的时间衰减曲线中至少一方，由此测定对物质附上特征的发光数据，能够以高精度确定物质。
在上述方式中，也可以是确定部使用发光光谱曲线的形状、发光光谱曲线中的赋予最大发光强度的波长以及半峰宽、发光光谱曲线的对于不同波长的发光强度比和根据时间衰减曲线算出的发光寿命中至少一方，确定构成对象物的物质。
根据该方式，使用对发光光谱或发光寿命附上特征的量而区别不同的物质，能够以高精度确定物质。
在上述方式中，也可以是测定部对延迟荧光或磷光的图像连续拍摄，基于延迟荧光或磷光的像素值的时间变化，测定时间衰减曲线。
根据该方式，能够捕捉延迟荧光或磷光的二维位置的同时，基于其时间变化测定时间衰减曲线。
在上述方式中，可以是测定部包括以100fps以上的帧率拍摄延迟荧光或磷光的高速相机。
根据该方式，对于图7那样的刚激发光照射后的延迟荧光或磷光的发光强度急剧地衰减的现象，应用高速相机之后，能够高速且高精度地获取时间分解图像和其发光强度的时间依存性数据(时间依存性数据)，能够以高精度测定物质中特有的延迟荧光或磷光的发光数据
在上述方式中，也可以是测定部包括以低于100fps的帧率拍摄延迟荧光或磷光的相机以及高速相机，由高速相机拍摄时间变化较快的期间中的延迟荧光或磷光，由相机拍摄时间变化较慢的期间中的延迟荧光或磷光。
根据该方式，在延迟荧光或磷光的时间变化较快的期间以及较慢的期间中任一方，能够以充分的时间分辨能力拍摄连续图像。
在上述方式中，也可以是测定部包括与激发光的照射中产生的对象物的荧光有关的数据的发光数据。
根据该方式，不仅测定延迟荧光或磷光，还测定包括关于荧光的数据的发光数据，能够避免对于不同物质测定出难以区别那样的相似的发光数据，能够以高精度确定物质。
在上述方式中，也可以是还具备机器学习部，机器学习部通过将与已知物质有关的延迟荧光或磷光的发光数据设为学习数据的机器学习，并基于与对象物有关的发光数据，生成推定构成对象物的物质的学习模型。
根据该方式，能够使用机器学习，减轻提取发光数据的特征量的负担，确定物质。
本发明的其他方式所涉及的物质确定方法包括：设定激发光的照射条件；以照射条件对对象物照射激发光；测定与激发光的照射对应而产生的对象物的延迟荧光或磷光的发光数据；以及基于发光数据以及在对多个物质分别以照射条件照射激发光的情况下测定的延迟荧光或磷光的发光数据，确定构成对象物的物质。
根据该方式，以任意的照射条件将激发光照射到对象物，基于与其对应地产生的延迟荧光或磷光的发光数据以及在对多个物质以同样的照射条件测定的延迟荧光或磷光的发光数据，确定构成对象物的物质，由此能够避免对于不同物质测定出难以区别那样的相似的发光数据，能够以高精度确定物质。
本发明的其他方式所涉及的物质确定程序使设置于物质确定装置的计算机作为设定部、照射部、测定部以及确定部发挥功能，设定部设定激发光的照射条件，照射部以照射条件对对象物照射激发光，测定部测定与激发光的照射对应而产生的对象物的延迟荧光或磷光的发光数据，确定部基于发光数据和在对多个物质分别以照射条件照射激发光的情况下测定的延迟荧光或磷光的发光数据，确定构成对象物的物质。
根据该方式，以任意的照射条件将激发光照射到对象物，基于与其对应地产生的延迟荧光或磷光的发光数据以及在对多个物质以同样的照射条件测定的延迟荧光或磷光的发光数据，确定构成对象物的物质，由此能够避免对于不同物质测定出难以区别那样的相似的发光数据，能够以高精度确定物质。
本发明的其他方式所涉及的物质确定装置具备：设定部，设定激发光的照射条件；照射部，以照射条件对对象物照射激发光；测定部，测定与对于激发光的照射延迟产生的对象物的发光有关的发光数据；以及确定部，基于发光数据以及与在对多个物质分别以照射条件照射激发光的情况下延迟产生的发光有关的发光数据，确定构成对象物的物质。
根据该方式，以任意的照射条件将激发光照射到对象物，基于关于与其对应地延迟产生的发光的发光数据以及关于在对多个物质以同样的照射条件照射激发光的情况下延迟产生的发光的发光数据，确定构成对象物的物质，由此能够避免对于不同物质测定出难以区别那样的相似的发光数据，能够以高精度确定物质。
发明效果
根据本发明，提供一种能够通过光以高精度确定物质的物质确定装置，物质确定方法以及物质确定程序。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式所涉及的物质确定装置的功能框的图。
图2是示出本实施方式所涉及的物质确定装置的物理的构成的图。
图3是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置测定的发光数据的图。
图4是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置测定的发光数据的第一区间的图。
图5是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置测定的发光数据的第二区间的图。
图6是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置对对象物照射激发光的情形的图。
图7是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置拍摄的对象物的延迟荧光或磷光的图像的图。
图8是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置拍摄的砂糖和玉米淀粉的延迟荧光或磷光的图像的图。
图9是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置测定的第一发光数据的图。
图10是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置测定的第二发光数据以及第三发光数据的图。
图11是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置测定的第四发光数据、第五发光数据、第六发光数据以及第七发光数据的图。
图12是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置测定的第八发光数据、第九发光数据、第十发光数据以及第十一发光数据的图。
图13是通过本实施方式所涉及的物质确定装置执行的物质确定处理的流程图。
图14是示出本实施方式的变形例所涉及的物质确定装置的功能框的图。
图15是示出本实施方式的第二变形例所涉及的物质确定装置的功能框的图。
图16是通过本实施方式的第二变形例所涉及的物质确定装置执行的学习模型生成处理的流程图。
图17a是通过本实施方式所涉及的物质确定装置测定的发光数据的散布图的第一例。
图17b是通过本实施方式所涉及的物质确定装置测定的发光数据的散布图的第二例。
图17c是通过本实施方式所涉及的物质确定装置测定的发光数据的散布图的第三例。
图17d是通过本实施方式所涉及的物质确定装置测定的发光数据的散布图的第四例。
图17e是通过本实施方式所涉及的物质确定装置测定的发光数据的散布图的第五例。
图18是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置使激发光的照射时间变化而测定的发光数据的图。
图19是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置在对写生簿照射激发光的情况下测定的发光数据的图。
图20是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置在对牛奶盒照射激发光的情况下测定的发光数据的图。
图21是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置在对写生簿照射激发光的情况下测定的时间衰减曲线以及近似其的衰减曲线的图。
图22是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置拍摄的牛奶盒的延迟荧光或磷光的图像的图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的一侧面所涉及的实施方式(以下，也记载为“本实施方式”。)。此外，在各图中，附上相同标号的部分具有相同或同样的构成。
图1是示出本实施方式所涉及的物质确定装置10的功能框的图。物质确定装置10具备设定部11、照射部12、测定部13、存储部14以及确定部15。物质确定装置10在任意的照射条件下将激发光照射到对象物100，基于对于与其对应地产生的延迟荧光或磷光的发光数据以及多个物质在同样的照射条件下预先测定的延迟荧光或磷光的发光数据，确定构成对象物100的物质。
对象物100也可以是由任意的物质构成的物，也可以是气体、液体和固体中任一方，也可以是无机物也可以是有机物，也可包括例如纸、瓦楞纸、布、毛、合成纤维、食品以及混凝土、Si、GaAs、GaP、InP等的半导体等。另外，也可以是植物、人体等生物。另外，对象物100也可以是金属，也可以是氧化金属。对象物100也可以是例如白砂糖，设为肉眼与白色的食盐难以区别。在这种情况下，作为预先测定的发光数据，通过具有白砂糖和白色的食盐的发光数据，物质确定装置10能够从远程非接触地确定对象物100由白砂糖构成。
设定部11设定激发光的照射条件。激发光的照射条件包括激发光的波长、激发光的强度和激发光的照射时间中至少一方。例如激发光的波长也可以是紫外线区域的200nm～400nm，但也可以是远紫外线区域的200nm以下，也可以是可视光区域的400nm以上。另外，如果激发光的波长短，则存在越短(即，能量强度大)延迟荧光或磷光的发光寿命越长的倾向，因此在将发光寿命用于物质确定的情况下，可以将激发光的波长设定得较短。另外，存在激发光的强度越强，延迟荧光或磷光的发光寿命越长的倾向，在将发光寿命用于物质确定的情况下，可以将激发光的强度设定得较强。另外，存在激发光的照射时间越长，延迟荧光或磷光的发光寿命越长的倾向，因此在将发光寿命用于物质确定的情况下，可以将激发光的照射时间设定得较长。但是，存在即使将激发光的照射时间较长地设为一定时间以上，延迟荧光或磷光的发光寿命不会变化的情况，因此激发光的照射时间可以设定为延迟荧光或磷光的发光寿命接近最大值的时间中最短的时间。之后使用图18说明这样的例子。通过设定包括激发光的波长、激发光的强度和激发光的照射时间中至少一方的照射条件，能够在各种条件下照射激发光而测定延迟荧光或磷光的发光数据，对物质测定特有的发光数据，能够以高精度确定物质。
照射部12在通过设定部11设定的照射条件下，对对象物100照射激发光。照射部12可以通过例如紫外线激光、紫外LED(Light Emitting Diode：发光二极管)构成。另外，由照射部12照射的激发光的波长可以是10nm以上。通过波长使用10nm以上的激发光，能够简化对对象物100照射激发光的情况的管理，能够将物质确定装置10的运用成本抑制较低。另外，照射部12可以包括使多个不同波长的激发光产生的一个或多个光源。照射部12也可以包括波长可变的激光、LED作为光源，也可以包括波长不同的多个激光、LED作为光源。通过照射部12将多个不同波长的激发光照射到对象物100，由此如后述那样应用由各波长的激发光的照射得到的发光数据，能够高精度地确定物质。
测定部13测定与对于激发光的照射延迟产生的对象物100的发光有关的发光数据。更具体而言，测定部13测定与激发光的照射对应而产生的对象物100的延迟荧光或磷光的发光数据。此外，对于激发光的照射延迟产生的对象物100的发光不仅包括延迟荧光或磷光，也可包括其他延迟发光、余辉或蓄光。测定部13包括相机13a和解析部13b。相机13a拍摄与激发光的照射对应而产生的对象物100的延迟荧光或磷光的发光像。相机13a可以是将延迟荧光或磷光以100fps以上的帧率拍摄的高速相机。高速相机的帧率也可以是1000fps、1万fps以上。通过使用高速相机，对于图7那样的刚激发光照射后的延迟荧光或磷光的发光强度急剧地衰减的现象，应用高速相机之后，能够高速且高精度地获取时间分解图像和其发光强度的时间依存性数据，能够以高精度测定物质中特有的延迟荧光或磷光的发光数据。也可以在使用高速相机拍摄对象物100的延迟荧光或磷光的情况下，也可以拍摄通过图像增强器倍增光的图像。另外，也可以通过合并功能将相邻像素处理为1像素，提高灵敏度而拍摄延迟荧光或磷光的图像。另外，也可以对拍摄的图像实施缩小处理或扩张处理，生成使S/N比提高的图像。此外，也可以在使用高速相机拍摄对象物100的延迟荧光或磷光的情况下，根据帧率增强激发光的强度。另外，通过使用相机13a，能够进行对象物100的二维或三维坐标上的延迟荧光或磷光的测定。由此，基于像素排列以高分辨能力确定坐标位置，能够根据各坐标位置确定构成对象物100的物质。因此，与现有的荧光寿命测定比较，能够进行高速的计测。由此在本发明的装置中，具有通过对对象物的短时间(例如0.01毫秒～500毫秒)的激发光照射，能够以时间分解(例如0.01毫秒～10毫秒)测定延迟荧光、磷光强度的时间依存性数据这样的优点。另外，在本发明的装置中，以短时间的曝光拍摄延迟荧光或磷光，因此还具有能够在长时间的曝光中在摄像帧之间对象物100产生移动的状况、产生动态模糊的状况中使用的特征。
解析部13b基于由相机13a拍摄的图像，解析对象物的延迟荧光或磷光的发光数据。在此，发光数据可以包括在停止激发光的照射后产生的延迟荧光或磷光的发光数据。可是，发光数据也可以包括在照射激发光的期间产生的延迟荧光或磷光的发光数据。通过测定在停止激发光的照射后产生的延迟荧光或磷光的发光数据，能够避免对于不同物质测定出难以区别那样的相似的发光数据，能够以高精度确定物质。
另外，发光数据可以包括发光光谱曲线和发光强度的时间衰减曲线中至少一方。使用图3至图6详细说明发光强度的时间衰减曲线。对于延迟荧光或磷光，通过测定发光光谱曲线和发光强度的时间衰减曲线中至少一方，能够测定带特征的物质的发光数据，能够以高精度确定物质。
另外，测定部13也可以测定包括与激发光的照射中产生的对象物100的荧光有关的数据的发光数据。即，测定部13也可以不仅测定对象物100的延迟荧光或磷光的发光数据，还测定关于通常的荧光的数据。在该情况下，发光数据包括关于荧光的数据和关于延迟荧光或磷光的数据。由此，通过不仅测定延迟荧光或磷光，还测定包括关于荧光的数据的发光数据，能够避免对于不同物质测定出难以区别那样的相似的发光数据，能够以高精度确定物质。
存储部14存储发光数据14a和发光数据14b，发光数据14a是对于对象物100在某照射条件下照射激发光的情况下测定的延迟荧光或磷光，发光数据14b是对于已知的物质在一个或多个照射条件下照射激发光的情况下测定的延迟荧光或磷光。在此，已知物质的发光数据14b可以包括在使激发光的波长、激发光的强度以及激发光的照射时间变化的多个照射条件下照射激发光的情况下测定的延迟荧光或磷光的发光数据。
确定部15基于在以某照射条件将激发光照射到对象物100的情况下测定的发光数据14a以及在对多个物质分别以同样的照射条件照射激发光的情况下测定的延迟荧光或磷光的发光数据14b，确定构成对象物100的物质。更具体而言，将在以某照射条件将激发光照射到对象物100的情况下测定的发光数据14a与在对多个物质分别以同样的照射条件照射激发光的情况下测定的延迟荧光或磷光的发光数据14b对照，确定构成对象物100的物质。确定部15确定由设定部11设定的照射条件，确定以与该照射条件相同或最接近的照射条件测定的已知物质的发光数据14b。并且，将对象物100的发光数据14a与确定的已知物质的发光数据14b对照，基于发光数据的类似度，确定构成对象物100的物质。在使用例如延迟荧光或磷光的发光光谱确定物质的情况下，算出对于对象物100测定的光谱的峰值的宽度(例如半峰宽)和尾部的宽度(例如比峰值的半峰宽靠外侧且直至成为峰值强度的0.1％为止的宽度)的比率，通过与已知物质的光谱的峰值的宽度和尾部的宽度的比率比较，能够使用标准化的发光数据进行鲁棒性高的对照。另外，确定部15也可以算出照射不同波长的激发光得到的发光光谱的峰值波长的差、峰值强度比等，并与已知物质的发光光谱的峰值波长的差、峰值强度比等比较，确定构成对象物100的物质。另外，在使用延迟荧光或磷光的发光寿命确定物质的情况下，确定对于对象物100的发光寿命饱和的激发光的强度，并与对于已知物质的发光寿命饱和的激发光的强度比较，由此能够进行鲁棒性高的对照。
确定部15也可以将在以某照射条件将激发光照射到对象物100的情况下测定的发光数据14a输入神经网络等的学习模型，由学习模型确定是否与任意的已知物质的发光数据14b类似。在这种情况下，学习模型可以通过将各种发光数据设为学习数据的有监督学习生成、或聚类等无监督学习生成。在此，学习模型、学习数据、发光数据14a以及已知物质的发光数据14b经由通信网络可访问即可，不一定存储于物质确定装置10的存储部。
由此，根据本实施方式所涉及的物质确定装置10，基于以任意的照射条件将激发光照射到对象物，与其对应地产生的延迟荧光或磷光的发光数据以及对于多个物质以同样的照射条件测定的延迟荧光或磷光的发光数据，能够避免对于不同物质测定出难以区别那样的相似的发光数据，能够以高精度确定物质。
在例如对象物100中第一物质和第二物质随机分布，第一物质和第二物质对于荧光具有同样的发光光谱。另外，第一物质和第二物质在可视光中具有相同的外表。认为在这样的条件下，通过荧光测定以及可视光下的目视进行构成对象物100的物质的决定时，无法辨别第一物质和第二物质。另一方面，第一物质和第二物质在蓄光现象中具有不同的特性，如果延迟荧光或磷光的发光光谱、发光寿命设为不同，则使用该信息能够进行第一物质和第二物质的判别。尤其是，通过使用照射上述多个波长的激发光得到的发光光谱、发光寿命数据，即使是混合物质等的复杂的系列也能够确定构成物质。因此，根据本实施方式所涉及的物质确定装置10，通过测定从对象物100产生的延迟荧光或磷光，例如在对象物100中第一物质和第二物质空间上随机分布时，能够确定这些物质的分布、混合比例。此外，可以在第一物质的发光和第二物质的发光包含于一个像素的情况下，根据关于第一物质的发光光谱或发光寿命、和关于第二物质的发光光谱或发光寿命的加权平均，确定该像素的位置处的第一物质的发光与第二物质的混合比例。
另外，根据本实施方式所涉及的物质确定装置10，通过对对象物100照射激发光，能够从远程确定在对象物100中确定的物质含有何种程度。因此，物质确定装置10能够应用于求出例如造纸工场中制造的纸的品质和错误率。另外，对于可视光中的外表类似的物质(例如食盐和砂糖)混合的对象物100，由物质确定装置10照射激发光测定延迟荧光或磷光的发光数据，能够从远程确定混合率，能够确认混合率是否成为所期望的值。
图2是示出本实施方式所涉及的物质确定装置10的物理的构成的图。物质确定装置10具有相当于运算部的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)10a、相当于存储部的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)10b、相当于存储部的ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)10c、通信部10d、输入部10e和显示部10f。这些各构成经由总线相互地连接为能够数据收发。此外，说了在本例中物质确定装置10由一台计算机构成的情况，但物质确定装置10也可以由多个计算机组合而实现。另外，图2中示出的构成是一例，物质确定装置10也可以具有这些以外的构成，也可以不具有这些构成中一部分。
CPU10a是进行与存储于RAM10b或ROM10c的程序的执行有关的控制或数据的运算、加工的控制部。CPU10a是执行基于发光数据确定物质的程序(物质确定程序)的运算部。CPU10a从输入部10e或通信部10d接收各种数据，将数据的运算结果显示于显示部10f、或存储于RAM10b或ROM10c。
RAM10b能够进行存储部中的数据的改写，可以由例如半导体存储元件构成。RAM10b可以存储CPU10a执行的物质确定程序、与多个物质有关的延迟荧光以及磷光的发光数据等。此外，这些是示例，也可以在RAM10b存储这些以外的数据，也可以不存储这些的一部分。
ROM10c能够进行存储部中的数据的读出，可以由例如半导体存储元件构成。ROM10c可以存储例如物质确定程序、不进行改写的数据。
通信部10d是将物质确定装置10与其他设备连接的接口。通信部10d可以与互联网等的通信网络连接。
输入部10e从用户受理数据的输入，包括例如键盘以及触摸面板。
显示部10f视觉上显示基于CPU10a的运算结果，可以由例如LCD(Liquid CrystalDisplay：液晶显示器)构成。显示部10f可以显示确定了物质的结果、测定的发光数据。
物质确定程序也可以存储于RAM10b、ROM10c等由计算机可读取的存储介质而提供，也可以经由由通信部10d连接的通信网络提供。在物质确定装置10中，通过CPU10a执行物质确定程序，实现使用图1说明的各种动作。此外，这些物理的构成是示例，也不一定是独立的构成。例如物质确定装置10也可以CPU10a与RAM10b或ROM10c一体化的LSI(Large-Scale Integration：大规模集成)。
图3是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置10测定的发光数据L的图。发光数据L对作为对象物100的普通纸将确定的波长的激光设为激发光而遍及500ms照射，由相机13a(高速相机)以250fps对照射中以及照射前后的图像进行摄像，并根据摄像结果的像素将照射有激发光的中心坐标的像素的像素值由8位(0～255)表示。同图的横轴是图像帧数，将横轴的数值设为4倍时能够换算为ms单位。另外，同图的纵轴是作为激发光的激光的照射位置处的像素值。
根据发光数据L，读取出从开始激发光的照射起，像素值立即达到最大值(255)，照射中一直固定为最大值，结束激发光的照射之后发出延迟荧光或磷光，像素值从最大值向最小值逐步地衰减。以下，分别详细说明表示在开始激发光的照射前后的像素值的变化的第一区间A和表示结束激发光的照射前后的像素值的变化的第二区间B。
图4是示出由本实施方式所涉及的物质确定装置10测定的发光数据L的第一区间A的图。在同图中，横轴是图像帧数，纵轴是激光照射位置处的像素值。
根据发光数据L的第一区间A，开始激发光的照射之后以1帧(4ms)程度像素值达到最大值，之后成为固定。
图5是示出由本实施方式所涉及的物质确定装置10测定的发光数据L的第二区间B的图。在同图中，横轴是图像帧数，纵轴是激光照射位置处的像素值。
发光数据L的第二区间B包括指数衰减区间B1和缓慢的衰减区间B2。结束激发光的照射时，立刻开始指数衰减区间B1，像素值指数性地衰减。在本例的情况下，指数衰减区间B1在结束激发光的照射之后持续5帧(20ms)左右，在该期间，像素值从最大值衰减70％左右。
接着指数衰减区间B1，缓慢的衰减区间B2持续24帧(96ms)左右，在该期间，像素值衰减到最小值。
在本例中，通过一台相机13a以250fps对照射激发光后的图像进行摄像，但测定部13可以包括将对象物100的延迟荧光或磷光以低于100fps的帧率拍摄的相机以及高速相机，也可以是由高速相机拍摄时间变化较快的期间中的延迟荧光或磷光，由相机拍摄时间变化较慢的期间中的延迟荧光或磷光。在此，时间变化较快的期间是例如指数衰减区间B1，时间变化较慢的期间是例如衰减区间B2。在这种情况下，高速相机也可以捕捉10nsec排序的亮度的变化、即以108fps左右拍摄图像。由此，通过使用高速相机和比较低速的相机这两台相机，在延迟荧光或磷光的时间变化较快的期间以及慢的期间中任一方，能够以充分的时间分辨能力拍摄连续图像。
此外，在本例中，将激发光的照射时间设为500ms，但该值能够任意设定。在对象物100是普通纸(本例中写生簿)的情况下，如果将激发光的照射时间设为700ms程度以上，则存在延迟荧光或磷光的寿命饱和的倾向。由此，对于对象物100的激发光的照射时间也可以设定为成为延迟荧光或磷光的寿命饱和的照射时间以上。此外，延迟荧光或磷光的寿命饱和的激发光的照射时间依存于构成对象物100的物质。
图6是示出由本实施方式所涉及的物质确定装置10对对象物100照射激发光的期间拍摄的图像的图。在同图中，对由激发光的照射发光的发光部Lp、反射光R以及用于测定的夹具J进行拍摄。测定部13也可以对对象物100的延迟荧光或磷光的图像进行连续拍摄，基于延迟荧光或磷光的像素值的时间变化，测定时间衰减曲线。图3～5所示的发光数据L的最大的像素值是在图6中照射激发光的发光部Lp的中心坐标的像素的像素值。测定部13确定照射激发光的图像上的圆状区域，测定位于该圆的中心的像素的像素值的时间变化，由此可以测定对象物100的延迟荧光或磷光的时间衰减曲线。另外，也可以是测定部13确定产生对象物100的延迟荧光或磷光的图像上的错误，测定该错误整体的像素值的平均值的时间变化，由此测定对象物100的延迟荧光或磷光的时间衰减曲线。由此，能够减少噪声的影响而测定延迟荧光或磷光的时间衰减曲线。
图7是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置10拍摄的对象物100的延迟荧光或磷光的图像的图。图6中照射激发光的中心坐标的像素的像素值是图5所示的发光数据L的第二区间B的像素值。
如图3～5所示，本实施方式所涉及的物质确定装置10对于激发光的照射中以及照射前后测定发光数据，以例如ms单位测定延迟荧光或磷光的辉度的时间变化，按各物质毎着眼于蓄光时间不同的情况进行物质确定。另一方面，在例如专利文献3记载的技术中，将相机的曝光时间设为30秒左右而拍摄延迟荧光，测定延迟荧光的辉度的累计值。由此，测定延迟荧光或磷光的辉度的时间变化并非着眼于现有技术，而是构成本发明中的新构成之一。本实施方式所涉及的物质确定装置10基于与对象物100的延迟荧光或磷光的实时的时间变化有关的发光数据，能够确定构成对象物100的物质，但在例如专利文献3记载的技术中，仅测定延迟荧光的辉度的累计值，不能进行利用对象物的动态的发光特性的物质确定。另外，在本实施方式所涉及的物质确定装置10中，捕捉延迟荧光或磷光的二维的位置的同时，能够基于该时间变化测定时间衰减曲线。即，根据本实施方式所涉及的物质确定装置10，能够同时确定构成对象物100的物质和对象物100的位置。
图8是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置10拍摄的砂糖和玉米淀粉的延迟荧光或磷光的图像的图。在同图中，示出将在肉眼观察中外表类似的砂糖和玉米淀粉相邻配置，在边界线上照射激发光，从照射起10ms后、20ms后、30ms后、40ms后、50ms后以及60ms后拍摄的砂糖的延迟荧光或磷光A以及玉米淀粉的延迟荧光或磷光B的图像。根据同图，读取出砂糖的延迟荧光或磷光A的发光寿命比玉米淀粉的延迟荧光或磷光B的发光寿命长。
如果将例如砂糖的发光寿命比玉米淀粉的发光寿命长的情况存储为已知物质的发光数据14b，则即使是砂糖和玉米淀粉的配置不明的情况，根据图8所示的数据，也能够确定砂糖配置于同图的左侧，玉米淀粉配置于右侧。另外，更详细而言，如果将多个物质的发光寿命存储为已知物质的发光数据14b，则即使是砂糖以及玉米淀粉以外的物质分布的情况，基于发光寿命的不同也能够确定物质。另外，作为用于确定物质的发光数据，不限于发光寿命，也可以使用发光光谱曲线、时间衰减曲线的特征量。
图9是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置10测定的第一发光数据D1的图。第一发光数据D1是在将波长375nm的激发光照射到对象物100后，从0.1ms到1000ms测定的延迟荧光或磷光的发光光谱曲线。此外，开始延迟荧光或磷光的测定的定时不限于从激发光的照射起0.1ms后，也可以是0.01ms后、1μs后、1ms后，是任意的。另外，结束延迟荧光或磷光的测定的定时不限于从激发光的照射起1000ms后，也可以是100ms后、500ms后、10s后，是任意的。在同图中，在横轴以nm的单位示出波长，在纵轴以任意单位示出发光强度。第一发光数据D1的发光光谱曲线在大约540nm发光强度成为最大(称为主峰值)。
确定部15可以使用发光光谱曲线的形状，确定构成对象物100的物质。在本例的情况下，发光光谱曲线在相比540nm长波长的区域中，发光强度缓慢地减少，在相比540nm短波长的区域中发光强度缓慢地减少后，在430nm～460nm附近大致成为一定(称为肩峰值)，在相比430nm短波长的区域中发光强度线形地减少。确定部15可以提取这样的发光光谱曲线的形状的特征，与已知物质的发光光谱曲线的形状的特征比较，由此确定构成对象物100的物质。
确定部15可以使用赋予发光光谱曲线中的最大发光强度(主峰值)的波长以及半峰宽，确定构成对象物100的物质。在本例的情况下，发光光谱曲线的赋予最大发光强度(主峰值)的波长是540nm左右，该半峰宽HW是140nm左右(610nm-470nm＝140nm)。此外，在本例中将半峰全宽设为半峰宽HW，但也可以使用半峰半宽。确定部15可以通过将对于对象物100测定的赋予最大发光强度(主峰值)的波长以及半峰宽与对于已知物质测定的赋予最大发光强度(主峰值)的波长以及半峰宽比较，确定构成对象物100的物质。
确定部15可以对于照射单一波长的激发光得到的发光光谱曲线，算出不同波长下的发光强度比，确定构成对象物100的物质。确定部15可以通过将对于对象物100测定的第一波长λ1中的发光强度I(λ1)和第二波长λ2中的发光强度I(λ2)的比I(λ1)/I(λ2)与对于已知物质测定的发光强度比I(λ1)/I(λ2)比较，确定构成对象物100的物质。
图10是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置10测定的对象物的第二发光数据D2以及第三发光数据D3的图。第二发光数据D2是在将波长375nm的激发光照射到对象物100后，从0.1ms到100ms测定的赋予最大发光强度的波长450nm下的延迟荧光或磷光的发光强度的时间衰减曲线。另外，第三发光数据D3是在将波长375nm的激发光照射到对象物100后，从0.1ms到100ms测定的赋予最大发光强度的波长550nm下的延迟荧光或磷光的发光强度的时间衰减曲线。在同图中，在横轴以ms的单位示出照射激发光之后的经过时间，在纵轴以任意单位示出发光强度。此外，开始延迟荧光或磷光的测定的定时不限于从激发光的照射起0.1ms后，也可以是0.01ms后、1μs后、1ms后，是任意的。另外，结束延迟荧光或磷光的测定的定时不限于从激发光的照射起100ms后，也可以是50ms后、500ms后、1s后，是任意的。
在同图中，示出近似第二发光数据D2的时间衰减曲线的第二衰减曲线L2和近似第三发光数据D3的时间衰减曲线的第三衰减曲线L3。解析部13b可以将发光强度的时间衰减曲线由I(t)＝I0exp(-t/τ)近似，由例如最小二乘法求出I0以及τ。此外，I0是激发停止时的发光强度、时间常数τ是延迟荧光或磷光的寿命。确定部15可以使用根据时间衰减曲线算出的发光寿命，确定构成对象物100的物质。确定部15可以通过将例如关于对象物100的发光的半衰期τ/2与关于已知物质的发光的半衰期比较，确定构成对象物100的物质。此外，解析部13b一般可以将发光强度的时间衰减曲线由I(t)＝Σj＝1 NIjexp(-t/τj)近似，由例如最小二乘法求出Ij以及τj。在此，N是1以上的整数。由此，由多个指数函数的叠加近似发光强度的时间衰减曲线，从而能够高精度地近似时间衰减曲线。
确定部15可以基于对不同波长测定的延迟荧光或磷光的发光强度的时间衰减曲线，将关于多个波长的发光寿命与关于已知物质的相同波长的发光寿命比较，由此确定构成对象物100的物质。
图11是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置10测定的第四发光数据D4、第五发光数据D5、第六发光数据D6以及第七发光数据D7的图。第四发光数据D4是在将波长250nm的激发光照射到对象物100后，从0.1ms到1000ms测定的延迟荧光或磷光的发光光谱曲线。第五发光数据D5是在将波长300nm的激发光照射到对象物100后，从0.1ms到1000ms测定的延迟荧光或磷光的发光光谱曲线。第六发光数据D6是在将波长350nm的激发光照射到对象物100后，从0.1ms到1000ms测定的延迟荧光或磷光的发光光谱曲线。第七发光数据D7是在将波长375nm的激发光照射到对象物100后，从0.1ms到1000ms测定的延迟荧光或磷光的发光光谱曲线。在同图中，在横轴以nm的单位示出波长，在纵轴以任意单位示出发光强度。
比较第四发光数据D4、第五发光数据D5、第六发光数据以及第七发光数据的发光光谱曲线时，读取出如果使激发光的波长变化，则发光光谱曲线的形状变化，赋予发光光谱曲线中的最大发光强度(主峰值)的波长以及半峰宽变化，发光光谱曲线的对于不同波长的发光强度比变化。由此，对于激发光的照射条件的变化测定发光光谱曲线是怎样的变化，关于各个照射条件，与对于已知物质测定的发光光谱曲线的变化比较，由此能够更高精度地区别不同的物质，能够以高精度确定构成对象物100的物质。
图12是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置10测定的第八发光数据、第九发光数据、第十发光数据以及第十一发光数据的图。第八发光数据D8是在将波长250nm的激发光照射到对象物100后，从0.1ms到100ms测定的525nm的延迟荧光或磷光的发光强度的时间衰减曲线。第九发光数据D9是在将波长300nm的激发光照射到对象物100后，从0.1ms到100ms测定的525nm的延迟荧光或磷光的发光强度的时间衰减曲线。第十发光数据D10是在将波长350nm的激发光照射到对象物100后，从0.1ms到100ms测定的525nm的延迟荧光或磷光的发光强度的时间衰减曲线。第十一发光数据D11是在将波长375nm的激发光照射到对象物100后，从0.1ms到100ms测定的525nm的延迟荧光或磷光的发光强度的时间衰减曲线。在同图中，在横轴以ms的单位示出照射激发光之后的经过时间，在纵轴以任意单位示出发光强度。
在同图中，示出近似第八发光数据D8的时间衰减曲线的第八衰减曲线L8、近似第九发光数据D9的时间衰减曲线的第九衰减曲线L9、近似第十发光数据D10的时间衰减曲线的第十衰减曲线L10、和近似第十一发光数据D11的时间衰减曲线的第十一衰减曲线L11。比较这些数据时，读取出如果使激发光的波长变化，则发光强度的时间衰减曲线的形状变化，发光寿命变化。由此，对于激发光的照射条件的变化测定发光强度的时间衰减曲线是怎样的变化，关于各个照射条件，与对于已知物质测定的发光强度的时间衰减曲线的变化比较，由此能够更高精度地区别不同的物质，能够以高精度确定构成对象物100的物质。可以通过对于例如激发光不同的照射条件求出发光的半衰期，与对于已知物质在同样的照射条件下测定的发光的半衰期比较，确定构成对象物100的物质。
根据本实施方式所涉及的物质确定装置10，使用对发光光谱或发光寿命附上特征的量来区别不同的物质，能够以高精度确定构成对象物100的物质。
图13是通过本实施方式所涉及的物质确定装置10执行的物质确定处理的流程图。首先，物质确定装置10设定激发光的照射条件(S10)。并且，以设定的照射条件对对象物100照射激发光(S11)。
物质确定装置10由相机13a拍摄与激发光的照射对应而产生的对象物100的延迟荧光或磷光(S12)。并且，物质确定装置10基于拍摄的图像，解析延迟荧光或磷光的发光数据(S13)。在此，发光数据可以包括发光光谱曲线以及发光强度的时间衰减曲线。
物质确定装置10将得到的发光数据与对多个物质分别在同样的照射条件下照射激发光的情况下测定的延迟荧光或磷光的发光数据对照(S14)。并且，物质确定装置10基于发光数据的类似性，确定构成对象物100的物质(S15)。由此，结束物质确定处理。
图14是示出本实施方式的变形例所涉及的物质确定装置10的功能框的图。本变形例所涉及的物质确定装置10在具备将激发光的波长的光遮蔽的滤光器13c的点上，与实施方式所涉及的物质确定装置10不同。关于其他，本变形例所涉及的物质确定装置10具有与实施方式所涉及的物质确定装置10同样的构成。
本变形例所涉及的物质确定装置10的测定部13测定透过了将激发光的波长的光遮蔽的滤光器13c的、延迟荧光或磷光的发光数据。由此，能够防止激发光直接入射到相机13a，能够以高精度测定物质中特有的延迟荧光或磷光的发光数据。另外，滤光器13c可以将多个不同波长的光遮蔽，也可以切换遮蔽的波长。在通过照射部12将多个不同波长的激发光照射到对象物100的情况下，滤光器13c可以适用与相机13a的摄像定时同步而与各激发波长对应的滤光器。在这种情况下，滤光器13c可以由液晶或旋转板构成。由此，通过遮蔽多个不同波长的光，能够由相机13a，高精度地测定因多个不同波长的激发光引起的发光数据。
图15示出本实施方式的第二变形例所涉及的物质确定装置10的功能框的图。本变形例所涉及的物质确定装置10在具备机器学习部16的点上，与实施方式所涉及的物质确定装置10不同。关于其他，本变形例所涉及的物质确定装置10具有与实施方式所涉及的物质确定装置10同样的构成。此外，在本例中，说明了物质确定装置10具备机器学习部16的情况，但机器学习部16的功能也可以通过与物质确定装置10能够通信的其他计算机提供。
机器学习部16通过将关于已知物质的延迟荧光或磷光的发光数据设为学习数据的机器学习，并基于关于对象物的发光数据，生成用于推定构成对象物的物质的学习模型14c。机器学习部16通可以过将例如发光数据以及构成对象物的物质设为学习数据的有监督学习，生成学习模型14c、或通过将发光数据设为学习数据的无监督学习，生成学习模型14c。
作为学习数据，可以直接使用发光数据、或使用将发光数据前处理的数据。即使是直接使用发光数据的情况，也可以提取发光数据的特征点而设为学习数据。
确定部15可以除了发光数据14a以及已知物质的发光数据14b以外，还基于学习模型14c的输出，确定构成对象物的物质。由此，使用机器学习，能够减轻提取发光数据14a的特征量的负担，确定物质。
图16是通过本实施方式的第二变形例所涉及的物质确定装置10执行的学习模型生成处理的流程图。首先，物质确定装置10设定激发光的照射条件(S20)。并且，以设定的照射条件，对构成物质已知的对象物照射激发光(S21)。
物质确定装置10由相机13a拍摄与激发光的照射对应而产生的对象物的延迟荧光或磷光(S22)。并且，物质确定装置10通过将延迟荧光或磷光的发光数据设为学习数据的机器学习，生成推定构成对象物的物质的学习模型(S23)。生成的学习模型存储于存储部14。由此，结束学习模型生成处理。
图17a是通过本实施方式所涉及的物质确定装置10测定的发光数据的散布图的第一例。在同图中，在横轴示出荧光的辉度值，在纵轴以毫秒的单位示出蓄光时间(蓄光的寿命)。在此，荧光的辉度是在将波长约300nm的激发光照射到对象物的情况下产生的可视光的发光强度。另外，蓄光时间(蓄光的寿命)是将激发光照射到对象物，从停止照射到延迟荧光或磷光消失为止的时间。在同图中，对各对象物的随机的位置照射激发光，对对象物进行五次测定，由菱形表示白色的单词卡(单词卡A)的发光数据，由四边形表示白色的单词卡(单词卡B)的发光数据，由叉记号表示白色的单词卡(单词卡D)的发光数据，由星号表示白色的画画纸张(绘画纸张)的发光数据，由圆记号表示白色的肯特纸的发光数据，由加号表示白色的牛奶盒的发光数据。
根据散布图的第一例，由不同物质构成的对象物的发光数据在荧光强度和蓄光时间(蓄光的寿命)的平面上标示于大约不同的区域。因此，通过使用例如荧光强度和蓄光的发光数据，不会破坏对象物就能够确定构成物质。另外，对于不同对象物但荧光强度相同的物，通过使用关于蓄光的发光数据，能够辨别构成对象物的物质。
物质确定装置10可以具备遮蔽紫外线且透过可视光的滤光器，可以连续测定荧光和蓄光。另外，物质确定装置10可以将较长波长的光用于蓄光的寿命测定，将较短波长的光用于荧光强度的测定。此外，物质确定装置10不仅测定荧光和蓄光，也可以测定例如反射光和蓄光，也可以测定荧光以外的物理量和蓄光。
物质确定装置10如第二变形例记载那样，也可以使用由机器学习生成的学习模型，并基于关于荧光强度和蓄光寿命的发光数据，确定构成对象物的物质。
应用了通过物质确定装置10能够辨别构成对象物的物质，能够进行对象物的品质检查、或进行伪造检查。
图17b是通过本实施方式所涉及的物质确定装置10测定的发光数据的散布图的第二例。在同图中，在横轴示出荧光的辉度值，在纵轴以毫秒的单位示出蓄光时间(蓄光的寿命)。在此，荧光的辉度是在将波长约300nm的激发光照射到对象物的情况下产生的可视光的发光强度。另外，蓄光时间(蓄光的寿命)是将激发光照射到对象物，从停止照射到延迟荧光或磷光消失的时间。在同图中，对各对象物进行五次测定，由菱形表示白色的布(Tepraα(涤纶·丝绸风格))的发光数据，由三角形表示白色的布(CASCOT(腈纶))的发光数据，由星号表示白色的布(ESMO(涤纶·紫外线遮蔽性))的发光数据，由四边形表示白色的布(XY-E(涤纶·人造丝风格))的发光数据，由叉号表示白色的布(Excession(涤纶·羊毛风格))的发光数据。
根据散布图的第二例，由不同物质构成的对象物的发光数据在荧光强度和蓄光时间(蓄光的寿命)的平面上标示于大约不同的区域。因此，通过使用例如荧光强度和蓄光的发光数据，不会破坏对象物就能够确定构成物质。另外，对于不同对象物但荧光强度相同的物，通过使用关于蓄光的发光数据，能够辨别构成对象物的物质。
图17c是通过本实施方式所涉及的物质确定装置10测定的发光数据的散布图的第三例。在同图中，在横轴示出荧光的辉度值，在纵轴以毫秒的单位示出蓄光时间(蓄光的寿命)。在此，荧光的辉度是在将波长约300nm的激发光照射到对象物的情况下产生的可视光的发光强度。另外，蓄光时间(蓄光的寿命)是将激发光照射到对象物，从停止照射到延迟荧光或磷光消失的时间。在同图中，对各对象物进行五次测定，由菱形表示白色的橡胶(橡胶手套)的发光数据，由四边形表示白色的橡胶(十川橡胶)的发光数据，由三角形表示白色的橡胶(再生橡胶)的发光数据。
根据散布图的第三例，由不同物质构成的对象物的发光数据在荧光强度和蓄光时间(蓄光的寿命)的平面上标示于大约不同的区域。因此，通过使用例如荧光强度和蓄光的发光数据，不会破坏对象物就能够确定构成物质。另外，对于不同对象物但荧光强度相同的物，通过使用关于蓄光的发光数据，能够辨别构成对象物的物质。
图17d是通过本实施方式所涉及的物质确定装置10测定的发光数据的散布图的第四例。在同图中，在横轴示出荧光的辉度值，在纵轴以毫秒的单位示出蓄光时间(蓄光的寿命)。在此，荧光的辉度是在将波长约300nm的激发光照射到对象物的情况下产生的可视光的发光强度。另外，蓄光时间(蓄光的寿命)是将激发光照射到对象物，从停止照射到延迟荧光或磷光消失的时间。在同图中，对各对象物进行五次测定，由菱形表示灰色的灰浆(灰浆A)的发光数据，由四边形表示灰色的混凝土的发光数据，由三角形表示灰色的灰浆(灰浆B)的发光数据。
根据散布图的第四例，构成的物质的比例不同的对象物的发光数据在荧光强度和蓄光时间(蓄光的寿命)的平面上标示于大约不同的区域。因此，通过使用例如荧光强度和蓄光的发光数据，不会破坏对象物就能够辨别构成的物质的比例不同的情况。另外，对于构成的物质的比例不同的对象物但荧光强度相同的物，通过使用关于蓄光的发光数据，能够辨别构成对象物的物质的比例不同的情况。
图17e是通过本实施方式所涉及的物质确定装置10测定的发光数据的散布图的第五例。在同图中，在横轴示出荧光的辉度值，在纵轴以毫秒的单位示出蓄光时间(蓄光的寿命)。在此，荧光的辉度是在将波长约300nm的激发光照射到对象物的情况下产生的可视光的发光强度。另外，蓄光时间(蓄光的寿命)是将激发光照射到对象物，从停止照射到延迟荧光或磷光消失的时间。在同图中，对各对象物进行一次测定，由菱形分别表示铁板(Fe)的发光数据、粒状的锌(Zn)的发光数据、粒状的金(Au)的发光数据、粒状的铜(Cu)的发光数据以及粒状的铝(Al)的发光数据。
根据散布图的第五例，不同金属的发光数据在荧光强度和蓄光时间(蓄光的寿命)的平面上标示于大约不同的区域。因此，通过使用例如荧光强度和蓄光的发光数据，不会破坏对象物就能够确定对象物中所含的金属。另外，对于不同对象物但荧光强度相同的物，过使用关于蓄光的发光数据，能够辨别构成对象物的物质。
图18是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置10使激发光的照射时间变化而测定的发光数据的图。在同图中，对于各个固定波长的激发光，由实线表示300ms照射的发光数据D21，由单点划线表示500ms照射的发光数据D22，由双点划线表示700ms照射的发光数据D23，由虚线表示900ms照射的发光数据D24。
根据发光数据D21以及发光数据D22，可确认通过增加激发光的照射时间，延迟荧光或磷光的发光寿命变长。另一方面，根据发光数据D23以及发光数据D24，可确认即使激发光的照射时间变长，延迟荧光或磷光的发光寿命也不会变长，发光寿命饱和。在本例的情况下，即使将照射时间设为700ms以上，发光寿命几乎没有变化。
图19是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置10对写生簿照射激发光的情况下测定的发光数据D31的图。另外，图20是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置10对牛奶盒照射激发光的情况下测定的发光数据D32的图。在图19以及图20中，关于像素值，在相对于最大值50％的线示出虚线，在相对于最大值10％的线示出单点划线。
根据图19，在写生簿的发光数据D31的情况下，像素值成为50％的时刻是20ms，成为10％的时刻是135ms。在此，将像素值成为10％的时刻除以像素值成为50％的时刻得到的值是6.75。
根据图20，在牛奶盒的发光数据D32的情况下，像素值成为50％的时刻是45ms，成为10％的时刻是255ms。在此，将像素值成为10％的时刻除以像素值成为50％的时刻得到的值是5.7。
物质确定装置10对于各种对象物测定延迟荧光或磷光的发光强度的时间衰减，将例如发光强度成为10％的时刻除以发光强度成为50％的时刻得到的值(时间衰减时刻的比)存储于存储部14。并且，物质确定装置10对于构成物质未知的对象物测定延迟荧光或磷光，将时间衰减时刻的比与已知物质的值比较，能够确定构成对象物的物质。可是，物质确定装置10不限于发光强度的时间衰减时刻的比，可以算出任意的特征量，进行物质确定。
图21是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置10对写生簿照射激发光的情况下测定的时间衰减曲线D40以及近似其的衰减曲线D41的图。在同图中，在纵轴示出拍摄延迟荧光或磷光的发光像的像素值，在横轴示出以帧数表示的时间(时间(Frame No.))。
本例的衰减曲线D41是第一衰减曲线D42以及第二衰减曲线D43的叠加。具体而言，第一衰减曲线D42是I1exp(-t/τ1)这样的函数形的曲线，I1＝506以及τ1＝0.2583。另外，第二衰减曲线D43是I2exp(-t/τ2)这样的函数形的曲线，I2＝82以及τ2＝0.0022。并且，衰减曲线D41是Σj＝1 2Ijexp(-t/τj)这样的函数形的曲线。在此，I1、I2、τ1以及τ2可以由例如最小二乘法求出。由此，通过由多个指数函数的叠加近似发光强度的时间衰减曲线，能够高精度地近似时间衰减曲线。
图22是示出通过本实施方式所涉及的物质确定装置10拍摄的牛奶盒的延迟荧光或磷光的图像的图。在同图中，示出将对象物100配置为较远离相机13a以及照射部12(具体而言分离4m的位置)而拍摄的延迟荧光或磷光的图像。通过相机13a配置为较远离对象物100，虽然外表的蓄光强度与将相机13a配置为较接近对象物100的的情况相比变弱，但可确认约120ms的寿命的蓄光。
以上说明的实施方式是用于使本发明的理解变得容易，而并非限定并解释本发明。实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状以及尺寸等并非限定于示例的情况能够适当变更。另外，能够将由不同的实施方式示出的构成彼此部分地置换或组合。
物质确定装置10在延迟荧光或磷光在对象物100的任意的面相同程度产生的情况下，将波长不同的激发光照射到对象物100的多个点，利用根据从相机13a到照射位置的距离在延迟荧光或磷光产生时间差的情况，能够测定测定从相机13a到多个照射位置的距离。
另外，物质确定装置10也可以具备照射部12，该照射部12使用例如可变焦点、活动的透镜等使激发光的照射范围可变，由此调整照射光的每单位面积的强度、或使照射面积可变。
此外，在本实施方式中，示出假定放出光从对象物100向照射部12侧放出的场面，在照射部12侧设置相机13a的例子。另一方面，也可以是例如对象物100是具有光透过性的物质，放出光透过对象物100，由此在放出光的强度在透过光侧比照射部12侧变大情况下，在该透过光侧配置相机13a。
另外，物质确定装置10的照射部12可以间歇多次照射脉冲状的照射光。此时，延迟荧光或磷光的发光持续时间可以比照射光的出射间隔长。即，脉冲状的照射光的照射间隔可以比延迟荧光或磷光的寿命短。
附图标记说明
10…物质确定装置；10a…CPU；10b…RAM；10c…ROM；10d…通信部；10e…输入部；10f…显示部；11…设定部；12…照射部；13…测定部；13a…相机；13b…解析部；14…存储部；14a…发光数据；14b…已知物质的发光数据；15…确定部；16…机器学习部；100…对象物。

Claims (16)

1.一种物质确定装置，其中，具备：
设定部，设定激发光的照射条件；
照射部，以所述照射条件对对象物照射所述激发光；
测定部，测定与所述激发光的照射对应而产生的所述对象物的延迟荧光或磷光的发光数据；以及
确定部，基于所述发光数据以及在对多个物质分别以所述照射条件照射所述激发光的情况下测定的延迟荧光或磷光的发光数据，确定构成所述对象物的物质。
2.根据权利要求1所述的物质确定装置，其中，
所述照射部包括产生多个不同波长的所述激发光的一个或多个光源。
3.根据权利要求1或2所述的物质确定装置，其中，
所述照射条件包括所述激发光的波长、所述激发光的强度以及所述激发光的照射时间中至少一方。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的物质确定装置，其中，
所述激发光的波长是10nm以上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的物质确定装置，其中，
所述发光数据包括在停止所述激发光的照射后产生的延迟荧光或磷光的发光数据。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的物质确定装置，其中，
所述测定部测定透过了滤光器的所述延迟荧光或所述磷光的所述发光数据，所述滤光器遮蔽所述激发光的波长的光。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的物质确定装置，其中，
所述发光数据包括发光光谱曲线和发光强度的时间衰减曲线中至少一方。
8.根据权利要求7所述的物质确定装置，其中，
所述确定部使用所述发光光谱曲线的形状、所述发光光谱曲线中的赋予最大发光强度的波长以及半峰宽、所述发光光谱曲线的对于不同波长的发光强度比和根据所述时间衰减曲线算出的发光寿命中至少一方，确定构成所述对象物的物质。
9.根据权利要求7或8所述的物质确定装置，其中，
所述测定部对所述延迟荧光或所述磷光的图像连续拍摄，基于所述延迟荧光或所述磷光的像素值的时间变化，测定所述时间衰减曲线。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的物质确定装置，其中，
所述测定部包括以100fps以上的帧率拍摄所述延迟荧光或所述磷光的高速相机。
11.根据权利要求10所述的物质确定装置，其中，
所述测定部包括以低于100fps的帧率拍摄所述延迟荧光或所述磷光的相机以及所述高速相机，由所述高速相机拍摄时间变化较快的期间中的所述延迟荧光或所述磷光，由所述相机拍摄时间变化较慢的期间中的所述延迟荧光或所述磷光。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的物质确定装置，其中，
所述测定部测定包括与所述激发光的照射中产生的所述对象物的荧光有关的数据的所述发光数据。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的物质确定装置，其中，
所述物质确定装置还具备机器学习部，所述机器学习部通过将与已知物质有关的延迟荧光或磷光的发光数据设为学习数据的机器学习，并基于与所述对象物有关的所述发光数据，生成推定构成所述对象物的物质的学习模型。
14.一种物质确定方法，其中，包括：
设定激发光的照射条件；
以所述照射条件对对象物照射所述激发光；
测定与所述激发光的照射对应而产生的所述对象物的延迟荧光或磷光的发光数据；以及
基于所述发光数据以及在对多个物质分别以所述照射条件照射所述激发光的情况下测定的延迟荧光或磷光的发光数据，确定构成所述对象物的物质。
15.一种物质确定程序，其中，
使设置于物质确定装置的计算机作为设定部、照射部、测定部以及确定部发挥功能，
所述设定部设定激发光的照射条件，
所述照射部以所述照射条件对对象物照射所述激发光，
所述测定部测定与所述激发光的照射对应而产生的所述对象物的延迟荧光或磷光的发光数据，
所述确定部基于所述发光数据和在对多个物质分别以所述照射条件照射所述激发光的情况下测定的延迟荧光或磷光的发光数据，确定构成所述对象物的物质。
16.一种物质确定装置，其中，具备：
设定部，设定激发光的照射条件；
照射部，以所述照射条件对对象物照射所述激发光；
测定部，测定与对于所述激发光的照射延迟产生的所述对象物的发光有关的发光数据；以及
确定部，基于所述发光数据以及与在对多个物质分别以所述照射条件照射所述激发光的情况下延迟产生的发光有关的发光数据，确定构成所述对象物的物质。
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