CN116018503A - 分光测量方法、分光测量装置、制品检查方法、制品检查装置及制品甄别装置 - Google Patents

分光测量方法、分光测量装置、制品检查方法、制品检查装置及制品甄别装置 Download PDF

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Abstract

提供一种也能够适当地应用于制品检查的兼顾高速性和高SN比的分光测量技术。从脉冲光源(1)射出脉冲中的经过时间与光的波长一对一地对应的脉冲光并向制品(P)多次照射，透射过制品(P)的多个脉冲光向受光器(2)入射。将受光器(2)的输出由AD变换器(21)数字化，由作为积分机构(6)的FPGA(61)将在各脉冲光中可看作是相同的波长的时刻的值积分后，输入到运算机构(7)中，通过测量程序(33)计算吸收波谱，合格与否判断程序(34)进行特定成分的定量，判断制品(P)的合格与否。

Description

分光测量方法、分光测量装置、制品检查方法、制品检查装置及制品甄别装置
技术领域
本发明涉及分光测量的技术。
背景技术
向对象物照射光并测量来自该对象物的光(透射光、反射光、散射光等)的波谱的技术作为分析对象物的组成或性质的技术是代表性的。典型的分光测量的方法是使用衍射光栅的方法。通过凹面镜使从入射狭缝入射的被测量光成为平行光并向衍射光栅照射，将来自衍射光栅的分散光同样用凹面镜聚光，将受光器配置在聚光位置而进行检测。通过使衍射光栅的姿势变化(扫描)，不同波长的光依次向受光器入射，受光器的输出成为波谱。
此外，作为使用衍射光栅的方法以外的方法，已知有所谓的傅里叶变换分光法。在该方法中，有在迈克尔逊干涉计那样的干涉光学系统中使光干涉而使干涉光向受光器入射时通过可动反射镜的扫描使光路长变化的方法。受光器的输出是干涉图，通过将其傅里叶变换而得到波谱。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013－205390号公报
非专利文献
非专利文献1：尾崎幸洋编著，讲谈社股份公司发行，《近红外分光法》，59～75页
发明内容
发明要解决的课题
在上述那样的以往的分光测量技术中，在使用衍射光栅的分光测量中，由于需要衍射光栅的扫描，所以不能进行高速的测量。关于傅里叶变换分光法，也由于需要可动反射镜的扫描，所以如果要进行高速的测量则有极限。
分光测量的高速性的要求在以制品检查的目的进行分光测量时特别显著。在制品是某种材料的情况下(例如医药品)，将材料溶解而成为液相，通过HPLC那样的色谱分析进行分光测量，进行特性成分的定量。由此，能够判断制品的合格与否。但是，这样的方法非常耗费时间，不能在当场实时地对制造出的制品进行。从品质管理的观点看希望制品的全数检查，但通过这样的方法怎么也不能实现。如果设想在制造现场实时地进行制品的分析，则不论如何都需要高速的分光测量技术。
另一方面，在高速性的同时，高SN比也是重要的要素。即使能够高速地进行分光测量，在测量结果的SN比较低时，测量结果的可靠性也变低。因而，难以将这样的方法应用于制品检查。
本发明是考虑这样的课题而做出的，目的是提供一种对于制品检查也能够适当地应用的兼顾高速性和高SN比的分光测量技术。
用来解决课题的机构
为了解决上述课题，在该说明书中，首先公开分光测量方法的发明、分光测量装置的发明。
有关公开的发明的分光测量方法具备：照射工序，将脉冲中的经过时间与光的波长一对一地对应的脉冲光向相同的对象物多次照射；受光工序，由受光器将来自在照射工序中被多次照射了脉冲光的对象物的各脉冲光受光；以及运算处理工序，进行将来自在受光工序中受光了各脉冲光的受光器的输出变换为波谱的处理。
该分光测量方法具备对于来自受光器的各脉冲光的输出将可看作受光了相同波长的光的时刻的值积分的积分工序；运算处理工序是将积分工序中的积分后的各值设为是对应的各波长下的光的强度的运算处理的工序。
此外，该分光测量方法可以具备对于积分工序中的积分赋予确定可看作受光了相同波长的光的时刻时的基准时刻的基准时刻赋予工序。
此外，该分光测量方法可以拥有以下的结构：基准时刻赋予工序是随着各脉冲光的射出而产生触发信号的工序；积分工序是对于来自受光了各脉冲光的受光器的输出将来自触发信号的经过时间相同的时刻的值积分的工序。
此外，该分光测量方法可以拥有以下的结构：照射工序是通过使来自超短脉冲激光源的超短脉冲激光入射到非线性元件中使其产生非线性效应而宽频带化、使从非线性元件射出的宽频带脉冲光入射到伸长元件中使脉冲宽度伸长后向对象物多次照射的工序；基准时刻赋予工序是检测向非线性元件入射前的超短脉冲激光并产生触发信号的工序。
此外，该分光测量方法可以拥有以下的结构：照射工序是通过使来自超短脉冲激光源的超短脉冲激光入射到非线性元件中使其产生非线性效应而宽频带化、对从非线性元件射出的宽频带脉冲光用阵列波导衍射光栅进行波长分割后、将作为被波长分割后的宽频带脉冲光的分割脉冲光分别用延迟光纤传送而使其延迟、将从各延迟光纤射出的各分割脉冲光会聚而作为合成脉冲光向对象物照射的工序，选择各延迟光纤的材料及长度，以使合成脉冲光中的经过时间与光的波长一对一地对应；积分工序是关于来自受光了来自被照射合成脉冲光的对象物的光的受光器的输出、按照与阵列波导衍射光栅的各通道对应的值进行积分的工序。
此外，该分光测量方法可以拥有以下的结构：各延迟光纤在入射的各分割脉冲光的波长范围中具有正常分散特性或异常分散特性；积分工序是关于与各分割脉冲光对应的来自受光器的脉冲输出、在将脉冲的两侧的下摆的部分排除后的较窄的宽度中进行积分的工序。
此外，有关公开的发明的分光测量装置具备：脉冲光源，射出脉冲中的经过时间与光的波长一对一地对应的脉冲光；受光器，被配置在将来自被照射了来自脉冲光源的脉冲光的对象物的光受光的位置；以及运算机构，进行将来自受光器的输出变换为波谱的运算处理。
并且，设有积分机构，所述积分机构对于由脉冲光源对相同的对象物多次照射了脉冲光时的由各脉冲光带来的来自受光器的各脉冲光的输出，按照可看作受光了相同波长的光的时刻的值进行积分；运算机构是进行将由积分机构积分后的各值设为是对应的各波长下的光的强度的运算处理的机构。
此外，在该分光测量装置中，可以在积分机构中设置基准时刻赋予部，所述基准时刻赋予部赋予确定可看作受光了相同波长的光的时刻时的基准时刻。
此外，该分光测量装置可以拥有以下的结构：基准时刻赋予部是随着脉冲光源的各脉冲光的射出而产生触发信号的触发信号发生部；触发信号发生部与积分机构连接，以将触发信号向积分机构输入；积分机构是关于来自受光了各脉冲光的受光器的输出、将从触发信号起的经过时间相同的时刻的各值积分的机构。
此外，该分光测量装置可以拥有以下的结构：脉冲光源具备超短脉冲激光源、使来自超短脉冲激光源的超短脉冲激光产生非线性效应而宽频带化的非线性元件、以及使从非线性元件射出的宽频带脉冲光的脉冲宽度伸长的伸长元件；触发信号发生部具备检测器，所述检测器检测为了产生触发信号而向非线性元件入射前的超短脉冲激光。
此外，该分光测量装置可以拥有以下的结构：脉冲光源具备超短脉冲激光源、使来自超短脉冲激光源的超短脉冲激光产生非线性效应而宽频带化的非线性元件、对从非线性元件射出的宽频带脉冲光进行波长分割的阵列波导衍射光栅、以及将作为被阵列波导衍射光栅进行了波长分割的脉冲光的分割脉冲光分别传送并使其延迟的延迟光纤，选择各延迟光纤的材料及长度，以使得当将从各延迟光纤射出的各分割脉冲光会聚而作为合成脉冲光照射在对象物上时合成脉冲光中的经过时间与光的波长一对一地对应；积分机构是关于来自受光了来自被照射合成脉冲光的对象物的光的受光器的输出、按照与阵列波导衍射光栅的各通道对应的值进行积分的机构。
此外，该分光测量装置可以拥有以下的结构：各延迟光纤在入射的各分割脉冲光的波长范围中具有正常分散特性或异常分散特性；积分机构是关于与各分割脉冲光对应的来自受光器的脉冲输出、在将脉冲的两侧的下摆的部分排除后的较窄的宽度中进行积分的机构。
进而，为了解决上述课题，在该说明书中公开制品检查方法、制品检查装置及制品甄别装置的各发明。
有关公开的发明的制品检查方法在涉及所公开的发明的分光测量方法中具备：分光测量步骤，将制造出的制品作为对象物而实施；以及合格与否判断步骤，按照在分光测量步骤中分光测量的结果，判断该制品的合格与否。
此外，该制品检查方法可以拥有以下的结构：分光测量步骤是测量制品的吸收波谱的步骤；具备根据测量出的吸收波谱将制品的特定成分定量的定量步骤；合格与否判断步骤是根据在定量步骤中求出的特定成分的量来判断制品的合格与否的步骤。
此外，该制品检查方法可以拥有以下的结构：分光测量步骤是测量制品的吸收波谱的步骤；制品在脉冲光的波长平均值下的透射率小于10％；照射工序是向相同的制品照射100次以上脉冲光的工序；积分工序是关于被照射了100次以上的脉冲光、将可看作是受光了相同波长的光的时刻的值积分的工序。
此外，在该制品检查方法中，照射工序可以是对于移动中的相同的制品多次照射脉冲光的工序。
有关公开的发明的制品检查装置，具备有关公开的发明的分光测量装置，是将制造出的制品作为对象物进行分光测量的分光测量装置。并且，具备按照由运算机构得到的分光测量的结果判断该制品的合格与否的合格与否判断机构。
此外，该制品检查装置可以拥有以下的结构：受光器设在将透射过制品的光受光的位置，运算机构是得到制品的吸收波谱作为测量结果的机构；具备根据测量出的吸收波谱将制品的特定成分定量的定量机构；合格与否判断机构是根据由定量机构求出的特定成分的量判断制品的合格与否的机构。
此外，该制品检查装置可以拥有以下的结构：脉冲光源是对相同的制品照射100次以上脉冲光的光源；积分机构是关于被照射了100次以上的脉冲光、将可看作受光了相同波长的光的时刻的各值积分的机构。
此外，有关公开的发明的制品甄别装置具备有关公开的发明的制品检查装置；还具备将被合格与否判断机构判断是不合格品的制品从生产线排除的排除机构。
发明效果
如以下说明的那样，根据有关公开的发明的分光测量方法或分光测量装置，由于将经过时间与光的波长一对一地对应的脉冲光向对象物照射并进行分光测量，所以能够实现非常高速的分光测量。而且，由于在将可看作受光了相同波长的各时刻的值积分后作为测量结果，所以还能够同时达成高SN比化。虽然为了高SN比化而将脉冲光多次照射，但通过充分提高脉冲光的反复频率，能够使给测量的高速性带来的影响实质上为零。
此外，在积分时赋予基准时刻，在基准时刻是随着脉冲光源的各脉冲光的射出而产生的触发信号的情况下，在将由各脉冲光带来的受光器的输出积分时，不需要在输出数据内设定基准时刻，能够高速地进行积分。
此外，在检测向非线性元件入射前的超短脉冲激光而产生触发信号的结构中，由于能稳定地得到触发信号，所以能够防止积分时的波长的取错，在这一点上测量精度变高。
此外，在将从非线性元件射出的宽频带脉冲光用阵列波导衍射光栅进行波长分割并将各波长用适当的各延迟光纤传送、并且以阵列波导衍射光栅的通道的单位进行积分的结构中，能够使波长解析力遍及测量波长范围的全域变得均匀，进而还能够使SN比提高。
此时，如果在入射的各分割脉冲光的波长范围中各延迟光纤具有正常分散特性或异常分散特性，关于与各分割脉冲光对应的来自受光器的脉冲输出，在将脉冲的两侧的下摆的部分排除后的较窄的宽度中进行积分，则能够将串扰排除，所以进一步提高了测量值的纯度即测量值的可靠性。
此外，根据对制品进行这样的分光测量并根据其结果判断制品的合格与否的制品检查方法或制品检查装置，由于是高速、高SN比的分光测量，所以能够对在生产线上流动的制品实时地进行合格与否判断，还能够进行全数检查。并且，对于作为医药品的片剂那样的被要求特别高的品质的制品也能够应用。
此外，在测量制品的吸收波谱而将特定成分定量后判断合格与否的结构中，由于能够选择容易判断合格与否的成分或选择在制品中特别重要的成分来进行合格与否判断，所以能够进一步提高判断的精度及判断的意义。
此外，根据对平均的透射率小于10％的制品照射100次以上脉冲光并进行积分的结构，对于以往被认为不能进行实时的通过分光测量的检查的制品能够进行实时的合格与否判断。
进而，根据具备将被判断是不合格品的制品从生产线中排除的排除机构的制品甄别机构的发明，能够利用检查的实时性，有效地防止不合格品被出货。因此，能够较大地贡献于制品的可靠性提高。
附图说明
图1是有关第一实施方式的分光测量装置的概略图。
图2是表示由伸长元件进行的脉冲伸长的概略图。
图3是关于分光测量装置具备的测量程序的一例概略地表示主要部的图。
图4是表示由积分机构进行的积分的概略图。
图5是表示AD变换器的采样周期和通道的概略图。
图6是表示由积分机构实现的SN比提高的概略图。
图7是第二实施方式的分光测量装置的概略图。
图8是在第二实施方式中作为分割元件采用的阵列波导衍射光栅的概略图。
图9是表示阵列波导衍射光栅向射出侧波导入射时的光的概略图。
图10是表示由积分范围的选择实现的串扰降低的概略图。
图11是用来说明基准时刻赋予部的另一结构的概略图。
图12是表示在模拟数据的状态下进行积分的积分机构的例子的概略图。
图13是表示有关实施方式的制品检查装置的概略图。
图14是表示构成判断机构的合格与否判断程序的概略的图。
具体实施方式
以下，对用于实施该申请发明的具体实施方式(实施方式)进行说明。
首先，对分光测量装置的发明的实施方式进行说明。图1是有关第一实施方式的分光测量装置的概略图。
实施方式的分光测量装置为了实现测量的高速性，为向对象物P照射脉冲光并对来自该对象物P的光(例如透射光)进行分光测量的装置。更具体地讲，是将脉冲的经过时间与光的波长一对一地对应的脉冲光向对象物P照射的装置这一点，为实施方式的分光测量装置的特征点之一。
近年来，使脉冲激光器的波长宽频带化的研究正在火热地开展，其典型是利用非线性光学效应生成超连续谱光(以下称作SC光)。SC光是使来自脉冲激光器的光通过光纤那样的非线性元件、通过自相位调制或受激拉曼散射那样的非线性光学效应使波长宽频带化而得到的光。
宽频带脉冲光作为波长域被大幅地伸长，但作为脉冲宽度(时间宽度)，是与在SC光的生成中使用的输入脉冲接近的脉冲宽度的原状。但是，如果利用光纤那样的传送元件的群延迟，则脉冲宽度也能够伸长。此时，如果选择拥有适当的波长分散特性的元件，则能够在脉冲内的时间(经过时间)与波长一对一地对应的状态下进行脉冲伸长。
实施方式的分光测量装置为将这样被伸长的宽频带脉冲光(宽频带伸长脉冲光)向对象物P照射的装置。如果更具体地说明，则实施方式的分光测量装置具备：脉冲光源1，射出宽频带伸长脉冲光；受光器2，被配置在将来自被照射了来自脉冲光源1的宽频带伸长脉冲光的对象物P的光受光的位置处；以及运算机构3，进行将来自受光器2的输出变换为波谱的处理。
脉冲光源1具备超短脉冲激光源11、非线性元件12和伸长元件13。作为超短脉冲激光器11，在该实施方式中使用光纤激光器。作为超短脉冲激光器11，除此以外可以使用增益开关激光器、微芯片激光器等。
作为非线性元件12而使用光纤的情况较多。例如，可以使用光子晶体光纤或其他的非线性光纤作为非线性元件12。作为光纤的模式，单模的情况较多，但即使是多模，只要呈现充分的非线性，也能够作为非线性元件12使用。
这样的脉冲光源1希望是射出作为跨包括测量波长范围的较大的波长范围连续的波谱的脉冲光的光源。例如为射出在从900nm到1300nm的范围中跨至少10nm的波长幅度连续的波谱的光的光源。“在从900nm到1300nm的范围中跨至少10nm的波长幅度连续的波谱”，是指在900～1300nm的范围的连续的某个10nm以上的波长幅度。例如，既可以在例如900～910nm中连续，也可以在990～1000nm中连续。另外，更优选的是跨50nm以上的波长幅度连续，更加优选的是跨100nm以上的波长幅度连续。此外，“波谱连续”是指包含以某个波长幅度连续的波谱。这并不限于在脉冲光的全波谱中连续的情况，也可以部分地连续。
伸长元件13是如上述那样进行伸长以使伸长后的脉冲的时间与光的波长的关系成为一对一的元件。对于这一点使用图2进行说明。图2是表示由伸长元件进行的脉冲伸长的概略图。
如果使在某个波长范围中为连续波谱的SC光L1通过在该波长范围中具有正分散特性的延迟光纤(群延迟光纤)130，则脉冲宽度被有效地伸长。如图2所示，在SC光L1中，存在虽然是超短脉冲但在1个脉冲的初期最长的波长λ1，存在如果时间经过则逐渐变短的波长的光，在脉冲的末期存在最短的波长λn的光。如果使该光通过正常分散的延迟光纤130，则由于在正常分散的延迟光纤130中，波长越短的光越延迟而传播，所以1个脉冲内的时间差被加长，在从延迟光纤130射出时，较短的波长的光与较长的波长的光相比更加延迟。结果，射出的SC光L2成为在确保了时间对波长的唯一性的状态下脉冲宽度被伸长的光。即，如图2的下侧所示，在时刻t1～tn对于波长λ1～λn分别一对一地对应的状态下进行脉冲伸长。有时也将这样随着时间的经过而波长连续地变化的脉冲光称作啁啾脉冲光。
另外，作为伸长元件13，也可以使用异常分散光纤。在此情况下，在SC光中存在于脉冲的初期的长波长侧的光延迟，在之后的时刻存在的短波长侧的光在前进的状态下分散，所以1个脉冲内的时间的关系逆转，在1个脉冲的初期存在短波长侧的光，为随着时间经过而在存在于更长波长侧的光的状态下进行脉冲伸长。但是，与正常分散的情况相比，需要使用于脉冲伸长的传播距离更长的情况较多，损失容易变大。因而，在这一点上优选的是正常分散。
另一方面，如图1所示，由伸长元件13伸长后的脉冲光通过照射光学系统3被照射在对象物P上。在照射位置处设有保持对象物P的保持部件。在该实施方式中，由于是从上侧照射脉冲光的结构，所以保持部件是承接工具4。此外，由于该实施方式的装置是测量对象物P的分光透射特性的装置，所以承接工具4是透光性，在将透射光受光的位置处设有受光器2。除此以外，也有采用在承接工具4上设置比对象物P的宽度窄的狭缝、受光器2经由狭缝将透射光受光的结构的情况。
此外，在该实施方式中，采用了实时地取得参照用的测量值的结构。即，如图1所示，设有使从伸长元件13延伸的光路分支的光束分离器51。分支的一方的光路是测量用，经由对象物P达到了受光器2。另一方的光路50是参照用光路，在该光路上配置有参照用受光器52。在参照用光路50中行进的光(参照光)不经过对象物P而达到参照用受光器52。
作为运算机构3，在该实施方式中使用通用PC。进而，在受光器2与运算机构3之间设有AD变换器21，受光器2的输出经由AD变换器21被向运算机构3输入。此外，在参照用受光器52与运算机构3之间也设有AD变换器53，将参照用受光器52的输出也数字化并向运算机构3输入。
运算机构3具备处理器31及存储部(硬盘、存储器等)32。在存储部32中，安装有对来自受光器2的输出数据进行处理而计算波谱的测量程序33及其他的需要的程序。图3是对于分光测量装置具备的测量程序的一例概略地表示主要部的图。
图3的例子为测量程序33测量吸收波谱(分光吸收率)的程序的例子。在吸收波谱的计算时使用基准波谱强度。基准波谱强度是成为用来计算吸收波谱的基准的对应于每个波长的值。在该实施方式中，基准波谱强度是经由AD变换器53输入的来自参照用受光器52的输出(实时的基准波谱强度)。基准波谱强度是对应于每个时间解析力Δt的值，被作为每个Δt的各时刻(t1、t2、t3、…)的基准强度存储(V1、V2、V3、…)。
各时刻t1、t2、t3、…的基准强度V1、V2、V3、…是对应的各波长λ1、λ2、λ3、…的强度(波谱)。预先调查1个脉冲内的时刻t1、t2、t3、…与波长的关系，将各时刻的值V1、V2、V3、…作为各λ1、λ2、λ3、…的值处置。
并且，来自受光了经过对象物P的光的受光器2的输出经过AD变换器21同样作为各时刻t1、t2、t3、…的值(测量值)被存储在存储器中(v1、v2、v3、…)。各测量值被与基准波谱强度比较(v1/V1、v2/V2、v3/V3、…·)，其结果成为吸收波谱(根据需要而取倒数的对数)。将测量程序33编程以进行上述那样的运算处理。
另外，虽然省略了图示，但测量用的AD变换器21和参照用的AD变换器53需要同步进行采样，所以设有用来共用时钟信号的同步电路。
这样的实施方式的分光测量装置为了实现高SN比的测量而具备积分机构6。积分机构6是关于由各脉冲光带来的来自受光器2的输出将看作是相同波长的各时刻的值积分的机构。积分机构6在该实施方式中是由硬件进行积分的机构，使用FPGA(FieldProgrammable Gate Array)61作为积分机构6。
此外，为了将积分机构6的积分优化，实施方式的分光测量装置具备基准时刻赋予部。基准时刻赋予部是向积分机构6赋予用来确定关于由各脉冲光带来的来自受光器2的输出、可看作是相同波长的各时刻的基准时刻的要素。在该实施方式中，采用产生相对于达到受光器2的各脉冲光具有一定的时间的关系的触发信号的触发信号发生部62作为基准时刻赋予部。更具体地讲，采用随着脉冲光源1射出各合成脉冲光而产生触发信号的触发信号发生部62。
如图1所示，触发信号发生部62为通过取出并检测超短脉冲激光源11的输出的一部分来产生触发信号的单元。即，触发信号发生部62由将来自超短脉冲激光源11的输出的一部分取出的光束分离器621和检测被取出的光的检测器622构成。此外，也可以做成由光束分离器621将来自非线性元件12的输出的一部分取出而作为触发信号使用的结构。
图4是表示由积分机构6进行的积分的概略图。图4(1)表示从超短脉冲激光源11射出的超短脉冲激光，图4(2)表示触发信号发生部62产生的触发信号。此外，图4(3)表示由非线性元件12宽频带化、进而由伸长元件13伸长后的脉冲光(宽频带伸长脉冲光)。图4(4)表示关于某个通道的积分，表示随着积分而值增加的状况。另外，图4的各横轴是时间，但经过时间(各时刻)如上述那样对应于波长。
如图4(2)所示，触发信号发生部62随着超短脉冲激光的射出而产生触发信号。在由检测器622检测到的光强度信号超过某个阈值的定时产生触发信号，其定时稳定。此外，作为更简便的结构，也可以对由检测器622检测到的光强度信号进行电压调整而作为触发信号使用。
在图4(4)中，vm是某个通道Cm中的值。“通道”是为了说明上的方便而使用的用语，是指可看作距基准时刻的经过时间相同的时刻。在图4(4)中，为了理解而表示仅将一个通道Cm取出并积分的状况，但实际上在AD变换器21的每个采样周期有通道，以各通道进行积分。
图5是表示AD变换器21的采样周期和通道的概略图。
在图5(1)中，由虚线表示的是从受光器2输出的某一个脉冲输出PO1的波形的例子。该输出是模拟的，被AD变换器21数字化。数字化是将模拟输出的值以采样周期Ts取出并变换为数字值的处理。为了图示的方便，将采样周期Ts比实际宽地描绘。
在模拟的脉冲输出PO1中，如果设采样到脉冲的上升、即可看作最初有效地超过了0的值的时刻为t1，则t1是最初的通道(C1)。其下个采样的时刻t2为下个通道C2。即，以t1为基点，每个采样周期Ts的时刻成为各通道C1～Cn。在图4(4)中表示了某个通道Cm的积分(时刻tm的值vm的积分)。
对于作为积分机构6使用的FPGA61，如上述那样输入各触发信号。FPGA61当由最初的脉冲光带来的来自受光器2的输出被AD变换器21数字化并传送时，以触发信号的时刻t0为基准，存储到t1～tn的各时刻为止的经过时间T1～Tn。即，存储t0～t1的时间T1、t0～t2的时间T2、…t0～tn的时间Tn。
并且，如图5(2)(3)所示，FPGA61对于由接着以后的脉冲光带来的来自受光器2的各脉冲输出PO2、PO3、…，加上与所存储的各经过时间对应的值(由AD变换器21采样的值)并积分。即，对于最初的脉冲光时的通道C1的值加上下个脉冲光时的通道C1的值(相同的经过时间T1的值)，对于最初的脉冲光时的通道C2的值加上下个脉冲光的通道C2的值(相同的经过时间T2的值)，…对于最初的脉冲光时的通道Cn的值加上下个脉冲光时的通道Cn的值(相同的经过时间Tn的值)。
FPGA61对于各脉冲输出PO1、PO2、PO3、…依次进行这样的各通道C1～Cn中的相加，在各通道C1～Cn中将值积分。将FPGA61预先编程以进行这样的处理。
另外，根据上述说明可知，各通道C1～Cn相当于AD变换器21将由各脉冲光带来的来自受光器2的输出数字化时的值的“顺序”。因而，也有将FPGA61编程以使其单单将相同的顺序(相同的第几个)的值相加的情况。即，将从触发信号的时刻t0分别离开了规定的采样点数的时刻作为通道C1～Cn，对各通道C1～Cn的数字值在脉冲间进行积分处理。
根据上述说明可知，在该实施方式中，立足于从触发信号的时刻起为相同的经过时间的值也可以看作是相同波长的值(光强度)的前提。在此情况下，如果根据伸长元件13而伸长状况在各脉冲光之间不同，则即使是相同的波长，达到受光器2的定时也不同，所以该前提破坏了。但是，脉冲光的反复频率即便较低也为kHz量级，例如即使反复100次也仅为0.1秒以下。可以认为在该程度的非常短的时间中不发生给伸长元件13的伸长特性带来问题那样的变化，在实用中并没有上述前提破坏。
另外，若以更长的跨度看，则可以想到在伸长元件13的伸长特性中发生变化，其主要的原因是温度。因而，可能有进行将伸长元件13收容在恒温槽等中而将温度保持为一定的管理的情况。
不论怎样，通过这样的积分处理，分光测量的SN比都较大地提高。以下，参照图6对这一点进行说明。图6是表示由积分机构6带来的SN比提高的概略图。
在图6中，表示了由各脉冲光带来的受光器2的输出中的某个通道Cm的值vm1～vm4…。各值是第1次的脉冲光时的值、第2次的脉冲光时的值、…。如上述那样，在来自受光器2的输出中也包含噪声成分，通道Cm的值除了本来的光强度的信号ES以外还包含噪声成分EN。
如果通道Cm中的噪声成分EN的大小在各脉冲中完全相同，则没有噪声成分EN的影响。但是，杂光或背景光的入射状态及电噪声的大小在各脉冲中不会完全相同，通常噪声成分EN的大小在各脉冲中不同。
如果有这样的各脉冲间的噪声成分的变动，则即使是用基准波谱强度除之后，吸收率的计算结果也不同。即，尽管实际的吸收率相同，但因为噪声成分的差异而计算为不同的吸收率。
另一方面，如果进行由积分机构6进行的积分，则能够将噪声成分EN的变动幅度ΔEN抑制得较小。即，如果在某个通道Cm中将值积分，则包含的噪声成分EN的变动幅度ΔEN与积分次数的1/2次幂成反比例地减少。因此，在最终的测量结果中包含的噪声的量变小。
在这样的积分处理中重要的是，实施方式的分光测量装置设想了对象物P的光透射率非常低，信号强度很小。非常低是设想了光透射率小于10％，更具体地讲5％以下(1～5％，0.5～5％等)、3％以下(例如0.5～3％，0.1～3％等)这样的光透射率。因此，入射到受光器2中的被测量光(透射过对象物P的光)较弱，相对地噪声成分的量较多。如果噪声成分的量较多，则变动也变大，所以由上述积分带来的SN比提高是特别有效的。
根据本发明的发明人的研究，在测量这样光透射率较低的对象物P的吸收波谱的情况下，如果进行100次以上的积分，则SN比变高10倍以上，表明是特别有效的。因而，优选的是将至少100个脉冲光向相同的对象物P照射，在各通道中将值积分后与基准波谱强度比较。在1000次以上的情况下，由于SN比变高30倍以上，所以更优选。
另外，如图1所示，对于来自参照用受光器52的输出也设有作为积分机构60的FPGA54，将由参照用AD变换器53数字化后的值在各通道中积分。在一次的测量中，入射到参照用受光器52中的脉冲光的数量(脉冲数)与测量用受光器2相同，因而积分机构60中的积分的次数也相同。
作为积分机构6、60的各FPGA61、54将在各通道中积分后的数据(通道C1～通道Cn的各值)作为数据集向运算机构3输出。该数据集相当于上述的v1～vn、V1～Vn。
另外，对于FPGA61、54，为了指定在各通道C1～Cn中进行脉冲间的积分处理的时间带(门)，输入未图示的门信号。在该实施方式中，为运算机构3产生FPGA61、54用的门信号的结构。
接着，对这样的实施方式的分光测量装置的动作进行说明。以下的说明也是分光测量方法的说明。
在使用实施方式的分光测量装置进行分光测量的情况下，将对象物P载置在承接工具4上，使脉冲光源1动作。在脉冲光源1中，将从超短脉冲激光源11射出的超短脉冲光用非线性元件12宽频带化，用伸长元件13进行脉冲伸长。射出的脉冲光被光束分离器51分割，其一方被照射在对象物P上，透射过对象物P的脉冲光到达受光器2。此外，分割出的另一方的脉冲光原样到达参照用受光器52。
将这样的脉冲光的照射和向各受光器2、52的入射反复进行多次，从各受光器2产生由各脉冲光带来的输出。将各输出用AD变换器21、53分别采样并数字化，用作为积分机构6、60的各FPGA61、54积分。然后，将测量信号的数据集v1～vn和参照信号的数据集V1～Vn输入到运算机构3中。运算机构3将测量信号的数据集v1～vn中包含的各值用从参照信号的数据集V1～Vn取得的相同时刻的基准强度除，作为吸收波谱的测量结果。
根据这样的实施方式的分光测量装置或分光测量方法，由于将经过时间与光的波长一对一地对应的脉冲光向对象物P照射并进行分光测量，所以能够实现非常高速的分光测量。而且，由于将可看作是相同的波长的时刻的值积分后作为测量结果，所以还同时实现了高SN比化。虽然为了高SN比化需要多次照射脉冲光，但脉冲光的反复频率能够充分地提高，给测量的高速性带来的影响实质上为零。例如，在使用反复频率为10kHz的超短脉冲激光源的情况下，100次的脉冲光的照射所需要的时间仅为10毫秒。
接着，对第二实施方式的分光测量装置及分光测量方法进行说明。图7是第二实施方式的分光测量装置的概略图。
在第二实施方式中，用来实现脉冲内的经过时间与光的波长的一一对应性的结构与第一实施方式不同。在第二实施方式中，通过将从非线性元件12射出的脉冲光用分割元件分割为各波长，按照波长在用光纤传送时确保适当的延迟量，实现了一一对应性。
作为分割为各波长的分割元件，在该实施方式中采用阵列波导衍射光栅(ArrayWaveguide Grating，AWG)14。图8是在第二实施方式中作为分割元件采用的阵列波导衍射光栅的概略图。
阵列波导衍射光栅是作为光通信用而开发的元件，通常不作为分光测量用使用。如图8所示，阵列波导衍射光栅14通过在基板141上形成各功能波导142～146而构成。各功能波导为光路长稍稍不同的多个光栅波导142、与光栅波导142的两端(入射侧和射出侧)连接的平板波导143、144、使光向入射侧平板波导143入射的入射侧波导145、以及从射出侧平板波导144将各波长的光取出的各射出侧波导146。
平板波导143、144是自由空间，经过入射侧波导145而入射的光在入射侧平板波导143中扩散，向各光栅波导142入射。各光栅波导142由于长度稍稍不同，所以到达了各光栅波导142的末端的光相应于该差而相位分别偏移(变动)。光从各光栅波导142衍射而射出，但衍射光一边相互干涉一边经过射出侧平板波导144，到达射出侧波导146的入射端。此时，因为相位变动，所以干涉光在与波长对应的位置处强度最高。即，成为波长依次不同的光入射到各射出端波导146中，光在空间上被分光。换言之，形成各射出侧波导146，以使各入射端位于这样被分割的位置。以下。将入射的脉冲光被分割并从各射出侧波导146射出的各光称作分割脉冲光。
如图8所示，对于各射出侧波导146连接着延迟光纤15。各延迟光纤15最终被聚束为一个而成为光纤束。并且，在光纤束的射出端设有射出端单元16，成为射出的光被照射在对象物P上的状态。射出端单元16包括准直透镜等的元件，是使得由各延迟光纤15传送的脉冲光重叠照射在对象物P上的单元。因而，在该实施方式中，将脉冲光用阵列波导衍射光栅分割而成为各分割脉冲光后，会聚而在对象物P上合成。另外，“合成”包括虽然在时间上偏移而照射但在空间上重叠而照射在对象物P上的情况。进而，还有如后述那样对象物P在移动中被照射的情况，在此情况下有可能有在空间上也不重叠的情况，但由于原本是一个脉冲光的光被照射在相同的对象物P上这一点没有变化，所以这样进行表现。以下，将合成后的脉冲光称作合成脉冲光。
波长依次不同的光向各延迟光纤15入射，但各延迟光纤15对应于入射的光的波长而成为适当的长度。适当的长度是在合成脉冲光中实现时间与波长的一一对应性的长度。长度的优化在许多情况下是指对应于入射的光的波长而各延迟光纤具有不同的长度这样的结构。对于各延迟光纤15也有在长度以外将材料优化的情况。即，也有对应于入射的光的波长而设为不同的材料的情况。不论怎样，通过这样的结构，都对应于波长将延迟量优化，能够使图2所示的Δλ/Δt更均匀。即，能够使波长解析力遍及测量波长的整个范围变得均匀。特别在如使用SC光的结构那样遍及较大的波长范围使波长解析力变得均匀的情况下，该效果显著。此外，在如上述那样使Δλ/Δt变得均匀以外，还能够通过适当地选择各延迟光纤15的长度或材料来实现任意的Δλ/Δt。
在第二实施方式中，也是来自各受光器2、52的输出经由各AD变换器21、53、作为积分机构6、60的各FPGA61、54被输入到运算机构3中，在将可看作是相同的波长的时刻的值积分后，进行向波谱的变换。此时，在第二实施方式中，根据与用阵列波导衍射光栅14将脉冲光分割的关联，将各FPGA61、54中的积分优化。以下，对这一点进行说明。
图9是表示向阵列波导衍射光栅的射出侧波导入射时的光的概略图。
图9(1)将经过射出侧平板波导144而到达各射出侧波导146的光提取出而概略地表示。此外，图9(2)概略地表示各射出侧波导146的入射面中的各波长的光强度。因而，在图9(2)中，横轴是各射出侧波导146的入射面中的位置。
如图9(2)所示，在射出侧波导146的入射面上，λ1的光被聚光在某个受限的范围中，在其中央位置成为峰值，范围外的强度为零。λ2的光在其相邻的位置成为峰值，范围外的强度为零。这样，到λn为止的光其成为峰值的位置在射出侧平板波导144的末端面上依次变动。另外，在图9中将射出侧平板波导144的末端面描绘为平坦，但与入射侧平板波导143的末端面同样是截面圆弧状的面。
在使用阵列波导衍射光栅14的结构中，检测到从1个输出侧波导146射出的脉冲的时刻群为一个通道，该通道内的全部的信号强度对应于1个波长的强度。即，也可以使用阵列波导衍射光栅14的情况下的波长解析力由射出侧波导146的入射端的间隔(在图9(2)中用I表示)规定，将由用一个通道传送的光带来的输出进行时间积分。如在图9(3)中放大表示那样，在对于由一个通道带来的输出进行多个采样，有多个被数字化的数据的情况下，将它们相加而作为该通道中的光强度。
在此情况下，在λ1的光与λ2的光之间，其之间的波长的光依次具有峰值而存在。因而，在λ1的光入射的射出侧波导146中，其前后的波长的光也入射。即，各射出侧波导146不是完全进行波长分割的，而为前后的波长相对于λ1混杂的状态(λ1±Δλ1)。在此情况下，尽管量较少，但在±Δλ1中包含了与相邻的通道共用的波长，成为所谓串扰的状态。
串扰是降低通道中的波长的纯度的原因，但通过选择适当的积分范围，能够减小因串扰造成的波长的纯度下降。图10是表示这一点的图，是表示由积分范围的选择带来的串扰降低的概略图。
串扰通过在阵列波导衍射光栅中各射出侧波导的入射端拥有某个宽度、各入射端拥有某个间隔I而发生。以下，将在与某个通道对应的射出侧波导146的入射端的中央处强度成为峰值的波长称作关于该通道的通道波长。
例如，如图10(A1)所示，在I较窄的情况下，在与通道C2对应的射出侧波导146的入射端，除了通道波长λ2以外，相邻的通道的通道波长λ1、λ3的光也稍稍入射。如果将I取得较大，则如图10(B1)所示，虽然相邻的通道的通道波长的光不再入射，但即便这样，也可能成为在相邻的通道中共用的波长的光入射的状态。例如，如果设λ1与λ2的中间的波长为λ1.5，则波长λ1.5的光对于对应于通道C1的射出侧波导146及对应于通道C2的射出侧波导146都可能各稍稍入射。
在图10(A1)(B1)中，横轴是射出侧平板波导144的末端面上的位置，是空间。各光虽然在空间上偏移，但在时间上全部重叠。这些光通过在与各射出侧波导146连接的延迟光纤15中传播时的延迟量的差异，在从各延迟光纤15射出的时点成为也在时间上偏移的状态。在图10(A2－1)(A2－2)(B2－1)(B2－2)中表示了该状况。图10(A2－1)(B2－1)是延迟量的差异较小的情况下，图10(A2－2)(B2－2)是延迟量的差异较大的情况。在图10(A2－1)(A2－2)(B2－1)(B2－2)中，横轴(轴线省略)是时间。
如图10(A2－1)(A2－2)(B2－1)(B2－2)所示，在延迟量的差异较小的情况下，各分割脉冲光在下摆的部分处在时间上重叠，但如果增大延迟量的差异，则各分割脉冲光在时间上也被完全分离。在它们的哪种情况下，在各分割脉冲光的波长成分中，都不仅包含通道波长，还在下摆的部分中包含其前后的波长。
将这样的各分割脉冲光会聚，作为合成脉冲光对相同的对象物P照射，产生受光器2的输出，但其时间的变化也成为与图10(A2－1)(A2－2)(B2－1)(B2－2)对应的样式。因而，如图10(A2－1)(A2－2)(B2－1)(B2－2)所示，通过在将下摆的部分排除后的较窄的时间宽度δt中进行积分，能够消除串扰，提高波长的纯度。
另外，以上的结构以从各延迟光纤15射出的各分割脉冲光是啁啾脉冲光为前提。由于是啁啾脉冲光，所以在脉冲(时间波形)的下摆部分中存在串扰的波长，只要将这里排除就能够降低串扰。为了成为啁啾脉冲光，各延迟光纤15需要在传送的分割脉冲光的波长的整个范围中具有正常分散特性，或者在整个范围中具有异常分散特性。
在第二实施方式中，如上述那样设定最优的范围而在各通道中将值积分，进而在脉冲间积分。即，将相同通道的值相加后作为该通道中的光强度。即，在第二实施方式中，采用了各通道的值是将多个采样数据积分所得的值、进而将其在脉冲间积分而得到数据集(v1～vn，V1～Vn)的结构，将各FPGA61、54编程以进行这样的处理。在上述说明中，在通道内的积分处理后进行脉冲间的积分处理，但也可以在进行脉冲间的积分处理之后进行通道内的积分处理，在此情况下，也可以在测量程序33中安装进行通道内的积分处理的功能。
根据上述说明可知，第二实施方式的分光测量装置除了测量的高速化、高SN比化的效果以外，由于使用阵列波导衍射光栅14进行波长分割，在产生对应于波长的延迟后进行合成，所以能得到能够使波长解析力遍及测量波长的整个范围变得更均匀的效果。并且，做成了将伴随着阵列波导衍射光栅14的采用而发生的串扰的问题在积分时排除的结构，因此测量值的纯度即测量值的可靠性变得更高。
另外，在使用阵列波导衍射光栅14的情况下，也可能有在一个通道中采样数据仅为1个的结构。例如，只要能够跨500nm的波长范围进行测量即可，在需要的波长解析力是5nm的情况下，通道数为100。因而，阵列波导衍射光栅14中的通道也为100，只要是该程度的通道数就能够充分地制作。在此情况下，如果设计延迟光纤15的长度以使采样周期中的波长解析力成为5nm，则一个通道中的采样数据仅为1个，可以不进行通道内的时间积分。
另外，在一个通道中有多个采样数据的情况下，除了进行通道内的数据积分及脉冲间的数据积分的结构以外，还有采用确定该通道中的峰值(为最大值的采样数据)并对其进行脉冲间积分的结构的情况。
接着，参照图11对基准时刻赋予部的其他的结构进行说明。图11是用来说明基准时刻赋予部的其他结构的概略图。
在上述各实施方式中，基准时刻赋予部是随着各脉冲光的射出而产生触发信号的触发信号发生部62，但也可能有其他的结构。例如，基准时刻赋予部也可能有在内部具备积分机构6的结构。在图11(1)中表示了该例。由实线表示的是来自受光器2的某个脉冲输出PO。
作为积分机构6的FPGA61关于从AD变换器21输出的每个采样周期的数字数据，能够判断是否最初取得了有效地超过0的值。设判断为最初取得了的时刻为t1，以其为基准，能够取得“可看作是相同的波长的时刻”的值。由于采样周期Ts在各脉冲光中是一定的，所以最初的脉冲光中的从t1到t2的经过时间等于下个脉冲光中的从t1到t2的经过时间，最初的脉冲光中的从t1到t3的经过时间等于下个脉冲光中的从t1到t3的经过时间。t4以后也同样，关于下个以后的脉冲光也同样。
因而，FPGA61对于由各脉冲光带来的数据设定t1，仅通过将从那里起的采样周期数相同值(相同的第几个的值)单单积分，也能够得到同样的效果。该考虑方式立足于图2所示的Δλ/Δt在各脉冲光中相同这一前提。对此，同样如果非线性元件12的非线性光学效应或伸长元件13的脉冲伸长作用在各脉冲光间波动，则Δλ/Δt变化，所以前提破坏。但是，实际上不会发生给测量精度带来影响那样的变化，Δλ/Δt可以在各脉冲光中相同。另外，Δλ/Δt相同是指在某个波长下的Δλ/Δt在各脉冲光中相同，也可以在一个脉冲光中在波长间不同。
但是，在图11(1)的方法的情况下，如果如由虚线表示那样，在最初的脉冲光和下个脉冲光间在脉冲的上升方式中发生变化，则测量精度有可能下降。例如在最初的脉冲中t1是λ1的波长、脉冲从这里上升，相对于此，在第2个脉冲光中，脉冲从λ2上升的情况下，在第2个脉冲光中，由于λ2为t1，所以成为将λ2的强度加到λ1的强度中而积分(取错)。
虽然该例是极端的例子，但不论怎样，正因为值较小，所以最初取得有效地超过0的值的时刻容易变得不稳定。与此相比，随着超短脉冲激光的射出而产生触发信号并将其作为基准时刻的结构能避免基准时刻的不稳定化，所以是优选的。
但是，图11(1)所示那样的脉冲的上升的变形意味着由非线性元件13进行的宽频带化不稳定化，但在毫秒量级或十毫秒量级的测量时间中很少会发生这样的不稳定化，也可以不考虑的情况较多。
图11(2)是由外部的元件给出脉冲光的基准时刻的例子，是外部的元件为基准时刻赋予部的例子。在该例中，虽然图示省略，但在伸长元件13的射出侧的光路上配置标记器元件。作为标记器元件，例如可以使用已知的有选择地仅使某个波长衰减的陷波滤波器。可以将体积型布拉格衍射光栅(Volume Bragg Grating)也作为标记器元件使用。体积型布拉格衍射光栅是仅使特定的波长的光向不同的方向折射或反射的光学元件。以下，将在这些标记器元件中选择的波长称作标记波长。由陷波滤波器有选择地衰减的波长是标记波长，由体积型布拉格衍射光栅有选择地折射或反射的光的波长是标记波长。
如果配置标记器元件，则在入射到受光器2、52中的脉冲光中，标记波长的光也显著地减少，所以能够确定标记波长的光入射的时刻。即，如图11(2)所示，在某个脉冲输出PO中，如果在脉冲的中途仅特定的数据成为零或接近于零的值，则可以将取得了该数据的时刻看作是标记波长的光到达受光器2的时刻。这样，以该时刻为基准，进行将相同的第几个的数据相加的积分。即，对于各脉冲光确定标记波长的数据，从这里起如第1个、第－1个、第2个、第－2个、第3个、第－3个…那样确定各数据。并且，对于各脉冲光，进行如将第1个值相加、将第－1个值相加、将第2个值相加、将第－2个值相加…那样将前后相同的第几个的值相加的积分。这里采样周期也是一定的，所以成为将脉冲中的可看作经过时间(正或负)相同的时刻的值相加。在该方法中，也立足于Δλ/Δt在各脉冲光中为一定的前提。
在使用标记器元件的情况下，即使如图11(1)所示那样脉冲的上升变形，其也不会给时间对波长的对应性带来影响，测量的可靠性也不会下降。例如，假设在最初的脉冲输出PO中存在的最早的时刻t1从采样波长的时刻看是第k个。在此情况下，因为上升的变化，在第2次的脉冲中有不存在第k个的情况，但在此情况下，可以将FPGA61、54编程，以将第1次的脉冲输出中的值原样沿袭而积分、或将第k个通道自身设为无效而排除。另外，在使用标记器元件的情况下，由于在标记波长的部分中不能得到测量结果(发生波谱的遗漏)，所以在这一点上优选的是图11(1)的方法或使用触发信号发生部62的方法。
此外，标记器元件可以在时间对波长的对应性中赋予波长的绝对值时也使用。即，预先调查图2所示的Δλ/Δt，根据与受光了标记波长的光的时刻的关系来确定各时刻的波长的绝对值。
除了使用标记器元件的情况以外，在宽频带脉冲光的波谱本来具有特征点的部位的情况下，也可以将其作为记号(标记器波长)。例如，在通过非线性元件使超短脉冲激光宽频带化的脉冲光的情况下，有超短脉冲激光的波长以较高的强度残留的情况，有该波长的强度以脉动状突出的情况。可以将其作为标记器波长使用。在此情况下，在由各脉冲光得到的数据集中，成为将为特别高的值的数据设为是标记器波长的数据、将在该数据的前后相同的第几个的数据分别积分的结构。
接着，对积分机构6、60的其他例进行说明。
在上述各实施方式中，积分机构6、60是FPGA61、54，由硬件实现，但也可以由软件实现。例如，也可以将积分机构6、60作为测量程序33的一个模组安装。在此情况下，将关于各个脉冲光采样的各数据集v1～vn、V1～Vn暂且存储在存储器中。接着，关于相同的第几个的数据分别相加而取得积分值，然后，将各积分后的测量值与各积分后的基准强度比较来计算吸收波谱。
在如上述那样由软件实现的情况下，虽然不需要FPGA61、54那样的硬件，但需要体量较大的数据的写入和读出、运算(加法)，所以有在处理中耗费时间的缺点。根据FPGA61、54那样的硬件，由于能够进行高速处理，所以是优选的。另外，作为积分机构6、60也可以采用ASIC。
此外，作为积分机构6、60的结构，也可以采用在模拟数据的状态下进行积分的结构。在图12中表示了该例。图12是表示在模拟数据的状态下进行积分的积分机构6的例子的概略图。
图12所示的积分机构6是配置在受光器2与AD变换器21之间的电路单元。该电路单元具备：时间分割切换器631，对来自受光器2的输出进行时间分割；积分器632，将由时间分割切换器631分割后的各时间带的模拟输出(电压)积分；以及读出用切换器633，依次选择积分器632内的各积分电路并输出。
在积分器632内，并行地设有与1个脉冲光中的数据数(通道数)对应的数量的积分电路。时间分割切换器631是将来自受光器2的模拟输出按照采样周期切换而依次连线到各积分电路的电路元件。读出用切换器633是在规定数的脉冲光的照射结束而被输入了读出指令时将各积分电路对于AD变换器21依次连线而将积分值读出的电路元件。
AD变换器21将各积分电路中的积分值数字化，向运算机构3输入。运算机构3中的处理与上述是同样的。关于来自参照用受光器52的输出也能够将积分机构60做成同样的模拟积分的结构。
接着，对制品检查装置、制品检查方法、制品甄别装置的各发明的实施方式进行说明。
图13是有关实施方式的制品检查装置的概略图。图13所示的制品检查装置具备上述的分光测量装置的结构，是按照分光测量的结果判断制品P的合格与否的装置。此外，该制品检查装置具备将被判断是不合格品的制品P从生产线排除的排除机构7。因而，以下的制品检查装置的说明也是制品甄别装置的发明的实施方式的说明。
图13所示的制品检查装置是采用了第一实施方式的分光测量装置的结构的装置。该制品检查装置在运算机构3中具备合格与否判断程序34。
在运算机构3中，安装有对制品检查的次序进行控制的次序控制程序35。即，运算机构3也被兼用作对装置整体进行控制的控制器。次序控制程序35被编程为，在执行测量程序33后，以作为其结果的吸收波谱为自变量而执行合格与否判断程序34。
图14是表示构成判断机构的合格与否判断程序34的概略的图。如图14所示，合格与否判断程序34具备波谱定量模组341和判断模组342。测量程序33如上述那样，将作为被积分后的输出数据的测量波谱S1与同样为被积分后的输出数据的基准波谱强度S0比较，计算吸收波谱S2。接着，以计算出的吸收波谱S2为自变量而执行合格与否判断程序34。在合格与否判断程序中，波谱定量模组341是基于吸收波谱S2求出能够与基准值对比的量(以下称作定量值)Q的模组。判断模组342是将计算出的定量值Q与基准值比较、进行合格与否判断而将其结果作为程序的执行结果输出的模组。
作为自变量被给出的吸收波谱S2是制品P含有的各成分的吸收波谱的合计。也可以以这些全部的含有成分的量来判断制品P的合格与否，但由于太复杂，所以以某个特定的成分的量来判断合格与否。某个特定的成分是最给制品P的品质带来影响的成分、或是在该制品P中最多的成分。在医药品的情况下，也有以有效成分的量判断合格与否的情况。这样，优选的是着眼于制品的有意义的成分来进行合格与否判断。
不论怎样，在该实施方式中都以近红外域的吸收波谱S2判断合格与否。如周知那样，在近红外域中，许多的材料的吸收波段重叠，难以根据吸收波谱的计算结果直接求出目的成分的量。因此，波谱定量模组341采用化学计量的方法。
关于化学计量，已知有PCA(主成分分析)、PCR(主成分回归分析)、PLSR(partialleast square regression，PLS回归)分析等的方法。采用哪种方法都可以，但作为一例对进行PLSR的情况进行说明。
在进行PLSR的情况下，对目的成分的量已知的多个样本(制品P)同样地进行测量，得到数据集。接着，基于所得到的多个数据集进行回归分析，求出回归系数。在实际的定量时，使用所求出的回归系数预测目的成分的量，将预测值设为定量值。
PLSR是使PCA及PCR发展的方法，首先进行主成分分析。即，如以下的式1所示，将多变量数据X(这里是对于目的成分量已知的样本测量的吸收波谱)分解为主成分得分T、负载向量R和残差E。
[数式1]
X＝TR+E   (式1)
在PLSR中，对多变量数据X进行主成分分析，为了避免共线性，使用从这里得到的主成分得分T的值进行回归分析。此时，仅将波谱数据集X中的与主成分的量关联的部分取出，通过最小二乘法求出回归系数。接着，按照这样求出的回归系数，制作检量线。关于PLSR其他的化学计量，已在非专利文献1或其他的文献中解释，所以省略进一步的说明。
如图14所示，合格与否判断程序34在波谱定量模组341的执行后执行判断模组342。判断模组342是将由波谱定量模组341求出的定量值Q与基准值比较来判断合格与否的模组。对于判断模组342，给出基准值和从基准值的背离的容许度作为常数。判断模组342按照它们判断合格与否，将其结果作为合格与否判断程序34的执行结果输出。
另外，目的成分的量Q既有相对于整体的比率(含有比)的情况，也有绝对值(含有量)的情况。在计算绝对值的情况下，制作检量线以便能够计算绝对值，或者在重量比的情况下，另外测量制品P的重量来计算。
此外，实际地对输出数据D进行平滑化或二次微分那样的前处理，然后应用通过PLSR求出的回归系数而取得定量值Q。此时，为了仅将与目的成分关联的部分取出而进行波数域选择，然后进行定量值Q的取得。
实施方式的制品检查装置是在制品P的生产线中实时地判断制品P的合格与否的装置。“实时”是指在制造的当场判断合格与否，意味着不是通过将制品P拿到其他的地方溶解到溶液中并用HPLC那样的分析机分析然后判明合格与否那样的结构。
如图13所示，该制品检查装置同样在将制品P保持在承接工具4上的状态下照射脉冲光，但为了依次进行关于大量的制品P的合格与否判断而具备使承接工具4移动的移动机构400。
各承接工具4是板状，在水平方向上排列，被相互连结。移动机构400是使各承接工具4在排列的方向上移动的机构。例如，如果将与移动方向垂直的水平方向设为左右，则可以采用在左右的一侧设置直线导引部、在另一侧设置线性马达那样的直线驱动源的结构。各承接工具4被相互连结，一边通过直线驱动源被直线导引部导引一边直线移动。
在由移动机构400进行的移动时，各承接工具4依次位于脉冲光的照射位置，对制品P照射脉冲光，如上述那样进行合格与否判断。另外，在照射位置的上游侧的移动路上，设有将制品P一个个地向各承接工具4载置的载置机构8。作为载置机构8，例如可以使用在前端具备将制品P吸附并移载的臂的机器人。
此外，排除机构7设在照射位置的下游侧。排除机构7是将被认为是不合格品的制品P从生产线中排除而不将其出货的机构。此外，在排除机构7中设有排除控制部71，对于排除控制部71输入来自运算机构3的输出信号。
在运算机构3中安装有排除信号输出程序36。将次序控制程序35编程为，在作为合格与否判断程序34的执行结果而返回了是不合格品的结果的情况下执行排除信号输出程序36。排除信号输出程序36是向排除控制部71输出信号而使排除机构7动作的程序。
作为排除机构7，同样可以采用将制品P吸附在前端上而从承接工具4拾起、向未图示的废弃盒投入的机器人。另外，将排除控制部71构成为，在处于照射位置(合格与否的判断位置)的承接工具4达到了排除机构7的排除位置的定时，排除机构7动作。
以下，也兼作为制品检查方法的实施方式的说明，对上述制品检查装置的动作进行说明。
将制造出的制品P用载置机构8一个个地载置到承接工具4之上。载置有制品P的各承接工具4通过移动机构400而移动，到达照射位置。在照射位置处，向制品P多次照射脉冲光。接着，在这些照射时透射过制品P的光到达受光器2，产生受光器2的输出。受光器2的输出在AD变换器21中为数字数据，用作为积分机构6的FPGA61积分并向运算机构3输入。将参照用受光器52的输出也同样进行数字化、积分，向运算机构3输入。
在运算机构3中，测量程序33计算吸收波谱S2，其被移交给的合格与否判断程序34判断制品P的合格与否。如果返回是不合格品的执行结果，则次序控制程序35执行排除信号输出程序36，由排除机构7将该制品P从生产线中排除。这样，对于各承接工具4上的制品P依次进行合格与否判断，将被认为是不合格品的制品P排除。
另外，在上述制品检查中，当被照射多次的脉冲光时，承接工具4既可以停止也可以移动。如上述那样，即使例如将反复频率为10kHz的脉冲光照射100次，其所需的时间也是10毫秒，只要不是使很小的制品P以高速移动，就容易在移动中照射100次的脉冲光。
但是，在一边使制品P移动一边照射多次的脉冲光的情况下，严密地讲是测量制品P上的不同处的分光特性。因而，在想要仅严密地测量特定处的分光特性的情况下，使制品P停止来进行。另一方面，在一边使制品P移动一边照射多次的脉冲光的情况下，成为在不同的多处测量制品P的分光特性并将其积分。这成为测量制品P的分光特性的平均，意味着对于在分光特性上根据部位有波动的制品P能够瞬时地测量出整体的分光特性的平均，在这一点上是优选的。
另外，可以一边使制品P移动一边向相同处照射多次的脉冲而进行分光测量。具体而言，只要在照射脉冲光的光学系统中设置由电流镜等形成的扫描机构，与制品P的移动同步将脉冲光的照射位置扫描即可。
在上述实施方式中，为了判断制品P的合格与否而必须对特定成分进行定量。例如，有在制品P的分光吸收特性中有特征点的波长，仅根据该值就能够判断合格与否的情况。在此情况下，从吸收波谱将其波长的值与基准值比较来判断合格与否。由于仅为特定波长即可，所以也不需要得到波谱(遍及某个波长范围的各波长下的值)。仅通过将该波长下的测量值用基准强度除并将其结果与基准值比较就能够判断合格与否。
在上述各实施方式的装置或方法中，假设照射了多次的脉冲光时的来自对象物P的光是透射光，但也可以是反射光或散射光。在进行反射光或散射光的分光测量的情况下，将受光器2配置在将反射光、散射光受光的位置。此外，基准波谱强度通过代替承接工具4配置分光反射特性、分光散射特性已知的标准板进行测量而得到。在想要实时地得到基准波谱强度的情况下，做成了在参照用光路上设置这样的标准板，将该反射光、散射光用参照用受光器52受光的结构。
关于制品P的种类省略了说明，但在上述的片剂以外还能够将各种制品作为检查的对象物。例如，可以设为片剂以外的各种健康食品那样的经口品的检查用。此外，对于用各种成型技术制造的工业制品也能够作为检查的对象。
是固相也并非必须，也可以将液相的制品作为检查的对象。例如，在医药品的情况下，可以举出将制造出的液相的医药品装入到透明的容器中、越过容器照射脉冲光而检查合格与否的例子。
此外，作为脉冲光源1，除了具备超短脉冲激光源11而用非线性元件12射出SC光的结构以外，也有采用具备ASE(Amplified Spontaneous Emission)光源、SLD(Superluminescent diode)光源等，由伸长元件13使来自它们的某个光源的光伸长的结构的情况。ASE光源由于是在光纤内产生的光，所以在作为伸长元件13而使用光纤的情况下，亲和性较高，能够以低损失使宽频带脉冲光入射到伸长元件13中，能够高效率地使宽频带脉冲光伸长。此外，SLD光源也由于将较窄的活性层中的发光取出，所以能够以低损失入射到伸长元件13，能够高效率地使宽频带脉冲光伸长。
标号说明
1 脉冲光源
11 超短脉冲激光源
12 非线性元件
13 伸长元件
14 阵列波导衍射光栅
15 延迟光纤
2 受光器
3 运算机构
33 测量程序
34 合格与否判断程序
35 次序控制程序
36 排除信号输出程序
4 承接工具
400 移动机构
52 参照用受光器
53 AD变换器
54 FPGA
6 积分机构
60 积分机构
61 FPGA
62 触发发生部
7 排除机构
P 对象物(制品)

Claims (21)

1.一种分光测量方法，具备：
照射工序，将脉冲中的经过时间与光的波长一对一地对应的脉冲光向相同的对象物多次照射；
受光工序，由受光器将来自在照射工序中被多次照射了脉冲光的对象物的各脉冲光受光；以及
运算处理工序，进行将来自在受光工序中受光了各脉冲光的受光器的输出变换为波谱的处理，
其特征在于，
设有对于来自受光器的各脉冲光的输出将可看作受光了相同波长的光的时刻的值积分的积分工序，
运算处理工序是将积分工序中的积分后的各值设为是对应的各波长下的光的强度的处理的工序。
2.如权利要求1所述的分光测量方法，其特征在于，
具备对于上述积分工序中的积分赋予确定可看作受光了相同波长的光的时刻时的基准时刻的基准时刻赋予工序。
3.如权利要求2所述的分光测量方法，其特征在于，
上述基准时刻赋予工序是随着上述各脉冲光的射出而产生触发信号的工序，
上述积分工序是对于来自受光了各脉冲光的受光器的输出将来自触发信号的经过时间相同的时刻的值积分的工序。
4.如权利要求3所述的分光测量方法，其特征在于，
上述照射工序是通过使来自超短脉冲激光源的超短脉冲激光入射到非线性元件中使其产生非线性效应而宽频带化、使从非线性元件射出的宽频带脉冲光入射到伸长元件中使脉冲宽度伸长后向上述对象物多次照射的工序，
上述基准时刻赋予工序是检测向非线性元件入射前的超短脉冲激光并产生触发信号的工序。
5.如权利要求1所述的分光测量方法，其特征在于，
上述照射工序是通过使来自超短脉冲激光源的超短脉冲激光入射到非线性元件中使其产生非线性效应而宽频带化、对从非线性元件射出的宽频带脉冲光用阵列波导衍射光栅进行波长分割后、将作为被波长分割后的宽频带脉冲光的分割脉冲光分别用延迟光纤传送而使其延迟、将从各延迟光纤射出的各分割脉冲光会聚而作为合成脉冲光向对象物照射的工序，以使合成脉冲光中的经过时间与光的波长一对一对应地选择各延迟光纤的材料及长度，
上述积分工序是关于来自受光了来自被照射合成脉冲光的对象物的光的受光器的输出、按照与阵列波导衍射光栅的各通道对应的值进行积分的工序。
6.如权利要求5所述的分光测量方法，其特征在于，
上述各延迟光纤在入射的上述各分割脉冲光的波长范围中具有正常分散特性或异常分散特性，
上述积分工序是关于与各分割脉冲光对应的来自受光器的脉冲输出、在将脉冲的两侧的下摆的部分排除后的较窄的宽度中进行积分的工序。
7.一种分光测量装置，其特征在于，
具备：
脉冲光源，射出脉冲中的经过时间与光的波长一对一地对应的脉冲光；
受光器，被配置在将来自被照射了来自脉冲光源的脉冲光的对象物的光受光的位置；以及
运算机构，进行将来自受光器的输出变换为波谱的处理，
设有积分机构，所述积分机构对于由脉冲光源对相同的对象物多次照射了脉冲光时的由各脉冲光带来的来自受光器的各脉冲光的输出，按照可看作受光了相同波长的光的时刻的值进行积分，
运算机构是进行将由积分机构积分后的各值设为是对应的各波长下的光的强度的运算处理的机构。
8.如权利要求7所述的分光测量装置，其特征在于，
在上述积分机构中设有基准时刻赋予部，所述基准时刻赋予部赋予确定可看作受光了相同波长的光的时刻时的基准时刻。
9.如权利要求8所述的分光测量装置，其特征在于，
上述基准时刻赋予部是随着上述脉冲光源的各脉冲光的射出而产生触发信号的触发信号发生部，
触发信号发生部与积分机构连接，以将触发信号向积分机构输入，
积分机构是关于来自受光了各脉冲光的受光器的输出、将从触发信号起的经过时间相同的时刻的各值积分的机构。
10.如权利要求9所述的分光测量装置，其特征在于，
上述脉冲光源具备超短脉冲激光源、使来自超短脉冲激光源的超短脉冲激光产生非线性效应而宽频带化的非线性元件、以及使从非线性元件射出的宽频带脉冲光的脉冲宽度伸长的伸长元件，
触发信号发生部具备检测器，所述检测器检测为了产生触发信号而向非线性元件入射前的超短脉冲激光。
11.如权利要求7所述的分光测量装置，其特征在于，
上述脉冲光源具备超短脉冲激光源、使来自超短脉冲激光源的超短脉冲激光产生非线性效应而宽频带化的非线性元件、对从非线性元件射出的宽频带脉冲光进行波长分割的阵列波导衍射光栅、以及将作为被阵列波导衍射光栅进行了波长分割的脉冲光的分割脉冲光分别传送并使其延迟的延迟光纤，选择各延迟光纤的材料及长度，以使得当将从各延迟光纤射出的各分割脉冲光会聚而作为合成脉冲光照射在对象物上时合成脉冲光中的经过时间与光的波长一对一地对应，
上述积分机构是关于来自受光了来自被照射合成脉冲光的对象物的光的受光器的输出、按照与阵列波导衍射光栅的各通道对应的值进行积分的机构。
12.如权利要求11所述的分光测量装置，其特征在于，
上述各延迟光纤在入射的上述各分割脉冲光的波长范围中具有正常分散特性或异常分散特性，
上述积分机构是关于与各分割脉冲光对应的来自受光器的脉冲输出、在将脉冲的两侧的下摆的部分排除后的较窄的宽度中进行积分的机构。
13.一种制品检查方法，其特征在于，
具备：
分光测量步骤，将制造出的制品作为上述对象物，实施权利要求1所述的分光测量方法；以及
合格与否判断步骤，按照在分光测量步骤中分光测量的结果，判断该制品的合格与否。
14.如权利要求13所述的制品检查方法，其特征在于，
上述分光测量步骤是测量作为上述对象物的制品的吸收波谱的步骤，
具备根据测量出的吸收波谱将制品的特定成分定量的定量步骤，
上述合格与否判断步骤是根据在定量步骤中求出的特定成分的量来判断制品的合格与否的步骤。
15.如权利要求13所述的制品检查方法，其特征在于，
上述分光测量步骤是测量作为上述对象物的制品的吸收波谱的步骤，
作为上述对象物的制品其上述脉冲光的波长平均值下的透射率小于10％，
上述照射工序是向作为上述对象物的相同的制品照射100次以上上述脉冲光的工序，
上述积分工序是关于被照射了100次以上的脉冲光、将可看作受光了相同波长的光的各时刻的值积分的工序。
16.如权利要求13所述的制品检查方法，其特征在于，
上述照射工序是对于移动中的作为上述对象物的相同的制品多次照射上述脉冲光的工序。
17.一种制品检查装置，具备将制造出的制品作为上述对象物进行分光测量的权利要求7所述的分光测量装置，其特征在于，
具备按照由运算机构得到的分光测量的结果判断该制品的合格与否的合格与否判断机构。
18.如权利要求17所述的制品检查装置，其特征在于，
上述受光器设在将透射过作为上述对象物的制品的光受光的位置，上述运算机构是得到制品的吸收波谱作为测量结果的机构，
具备根据测量出的吸收波谱将制品的特定成分定量的定量机构，
合格与否判断机构是根据由定量机构求出的特定成分的量判断制品的合格与否的机构。
19.如权利要求17所述的制品检查装置，其特征在于，
上述脉冲光源是对作为上述对象物的相同的制品照射100次以上上述脉冲光的光源，
上述积分机构是关于被照射了100次以上的脉冲光、将可看作受光了相同波长的光的各时刻的各值积分的机构。
20.如权利要求17所述的制品检查装置，其特征在于，
具备使制品经过来自上述脉冲光源的光的照射位置而移动的移动机构，
上述脉冲光源是能够对于在照射位置移动中的相同的制品多次照射上述脉冲光的光源。
21.一种制品甄别装置，具备权利要求17所述的制品检查装置，其特征在于，
具备将被上述合格与否判断机构判断是不合格品的制品从生产线排除的排除机构。
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