WO2020059727A1 - 物質特定装置、物質特定方法及び物質特定プログラム - Google Patents

物質特定装置、物質特定方法及び物質特定プログラム Download PDF

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excitation light
phosphorescence
irradiation
emission
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智彦 早川
正俊 石川
則政 岸
遼 池田
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国立大学法人東京大学
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    • G01N2201/061—Sources
    • G01N2201/06113—Coherent sources; lasers

Definitions

  • the present invention relates to a substance specifying device, a substance specifying method, and a substance specifying program.
  • substances that constitute an object are sometimes specified using light.
  • the absorption spectrum is measured by irradiating the object with light, and the absorption spectroscopy is used to specify the substance constituting the object.
  • the substance constituting the object is measured by ionizing the object with a laser and measuring the plasma light.
  • Laser-induced breakdown spectroscopy has been used to identify
  • an object is irradiated with excitation light for a relatively long time (several tens of seconds) to measure a spectrum of delayed fluorescence to be generated or a property value such as a fluorescence lifetime.
  • a first laser unit irradiates laser light to measure scattered light, and extracts a range in which a substance exists from the measurement result.
  • a substance specifying system that irradiates laser light with a different second laser unit and measures the spectrum of plasma light is described.
  • a phosphor to be measured is placed on a stage and moved at a constant speed, the phosphor is irradiated with excitation light, and fluorescence emitted by the excitation light is emitted.
  • a fluorescence lifetime measuring device which detects an elapsed time and an intensity of an afterglow using an image obtained by capturing an afterglow and calculates a fluorescence lifetime.
  • Patent Literature 3 illuminates flowers with excitation light, images generated chlorophyll fluorescence and delayed fluorescence, and calculates the ratio of the amount of delayed fluorescence to the amount of chlorophyll fluorescence and the proportion of flowers.
  • an apparatus for judging the shelf life of a flower based on the correlation with the shelf life of the flower is described.
  • the measurement may be performed while fixing the light irradiation conditions. However, if the irradiation conditions are fixed, similar emission data may be measured so that it is difficult to distinguish different substances, and it may be difficult to specify the substances.
  • the present invention provides a substance specifying device, a substance specifying method, and a substance specifying program capable of specifying a substance with high accuracy by light.
  • a substance specification device includes a setting unit that sets irradiation conditions of excitation light, an irradiation unit that irradiates the target with excitation light under the irradiation conditions, and a target generated in response to the irradiation of the excitation light.
  • a measuring unit for measuring delayed fluorescence or phosphorescence emission data of the object, and an object based on the emission data and the delayed fluorescence or phosphorescence emission data measured when each of the plurality of substances is irradiated with excitation light under irradiation conditions.
  • a specifying unit that specifies a substance that constitutes
  • the object is irradiated with the excitation light under any irradiation conditions, and the emission data of the delayed fluorescence or the phosphorescence generated accordingly and the delayed fluorescence or the phosphorescence measured for the plurality of substances under the same irradiation conditions.
  • the irradiation unit may include one or a plurality of light sources that generate a plurality of excitation lights having different wavelengths.
  • the irradiation condition may include at least one of the wavelength of the excitation light, the intensity of the excitation light, and the irradiation time of the excitation light.
  • the excitation light is irradiated under various conditions to cause the delayed fluorescence or the phosphorescence.
  • the luminescence data can be measured, and the luminescence data peculiar to the substance can be measured to specify the substance with high accuracy.
  • the wavelength of the excitation light may be 10 nm or more.
  • the excitation light having the wavelength of 10 nm or more by using the excitation light having the wavelength of 10 nm or more, the management when irradiating the target with the excitation light can be simplified, and the operation cost of the substance identification device can be reduced.
  • the emission data may include emission data of delayed fluorescence or phosphorescence generated after stopping irradiation of the excitation light.
  • the emission data of the delayed fluorescence or the phosphorescence specific to the substance by measuring the emission data of the delayed fluorescence or the phosphorescence specific to the substance, it is possible to avoid the measurement of the emission data that is so similar that it is difficult to distinguish the different substances, and to accurately identify the substance. Can be identified.
  • the measurement unit may measure the emission data of the delayed fluorescence or the phosphorescence that has passed through the filter that blocks the light having the wavelength of the excitation light.
  • the luminescence data may include at least one of a luminescence spectrum curve and a luminescence intensity time decay curve.
  • emission data characterizing the substance is measured, and the substance is specified with high accuracy.
  • the specifying unit is configured to have a shape of an emission spectrum curve, a wavelength and a half width at which a maximum emission intensity is obtained in the emission spectrum curve, an emission intensity ratio for different wavelengths of the emission spectrum curve, and a light emission lifetime calculated from a time decay curve.
  • the material constituting the target object may be specified using at least one of them.
  • different substances can be distinguished using the quantity characterizing the emission spectrum or the emission lifetime, and the substance can be specified with high accuracy.
  • the measurement unit may continuously capture images of delayed fluorescence or phosphorescence, and measure a time decay curve based on a temporal change in the pixel value of the delayed fluorescence or phosphorescence.
  • the measurement unit may include a high-speed camera that captures delayed fluorescence or phosphorescence at a frame rate of 100 fps or more.
  • the time-resolved image and the time of the emission intensity are first applied by using a high-speed camera against the phenomenon that the emission intensity of the delayed fluorescence or phosphorescence immediately after the excitation light irradiation as shown in FIG.
  • Decomposition data time-dependent data
  • emission data of delayed fluorescence or phosphorescence specific to a substance can be measured with high accuracy.
  • the measurement unit includes a camera that captures delayed fluorescence or phosphorescence at a frame rate lower than 100 fps and a high-speed camera. Delayed fluorescence or phosphorescence in a relatively late period may be photographed by a camera.
  • a continuous image can be captured with a sufficient time resolution in both a period in which the time change of the delayed fluorescence or the phosphorescence is relatively fast and a period in which the time change is relatively slow.
  • the measurement unit may measure luminescence data including data on fluorescence of the object generated during irradiation of the excitation light.
  • the emission data including not only the delayed fluorescence or the phosphorescence but also the data on the fluorescence, it is possible to avoid the measurement of the emission data which are so similar that it is difficult to distinguish different substances, and Substances can be specified with high accuracy.
  • a machine learning unit that generates a learning model for estimating a substance constituting the target object based on the emission data of the target object by machine learning using the emission data of the delayed fluorescence or phosphorescence of the known substance as learning data. May be further provided.
  • a substance specifying method which sets irradiation conditions of excitation light, irradiates the target object with excitation light under the set irradiation conditions, and generates the irradiation light in accordance with the irradiation of the excitation light. Measuring the delayed fluorescence or phosphorescence emission data of the target object, and measuring the delayed fluorescence or phosphorescence emission data measured when the plurality of substances are irradiated with the excitation light under the respective irradiation conditions. Specifying a substance constituting the object.
  • the object is irradiated with the excitation light under any irradiation conditions, and the emission data of the delayed fluorescence or the phosphorescence generated accordingly and the delayed fluorescence or the phosphorescence measured for the plurality of substances under the same irradiation conditions.
  • a substance specifying program includes a computer provided in a substance specifying apparatus, a setting unit that sets an irradiation condition of excitation light, an irradiation unit that irradiates an object with excitation light under irradiation conditions, an excitation unit.
  • a measurement unit that measures the emission data of the delayed fluorescence or phosphorescence of the object generated in response to the light irradiation, and the emission data, and the delayed fluorescence or the delayed fluorescence measured when the plurality of substances are irradiated with the excitation light under the respective irradiation conditions. It functions as a specifying unit that specifies a substance constituting an object based on phosphorescence emission data.
  • the object is irradiated with the excitation light under any irradiation conditions, and the emission data of the delayed fluorescence or the phosphorescence generated accordingly and the delayed fluorescence or the phosphorescence measured for the plurality of substances under the same irradiation conditions.
  • a substance specifying device is a setting unit that sets the irradiation condition of the excitation light, an irradiation unit that irradiates the target with the excitation light under the irradiation condition, and a delay with respect to the irradiation of the excitation light.
  • a measuring unit that measures luminescence data relating to luminescence of the target object generated based on the luminescence data and the luminescence data relating to luminescence generated when the excitation light is irradiated on each of the plurality of substances under the irradiation conditions.
  • a specifying unit that specifies a substance that constitutes
  • the object is irradiated with the excitation light under arbitrary irradiation conditions, the emission data regarding the emission generated with a delay corresponding thereto, and the delay when the excitation light is irradiated under the same irradiation condition for a plurality of substances.
  • a substance specifying device capable of specifying a substance with high accuracy by light.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a physical configuration of the substance specifying device according to the embodiment. It is a figure showing the luminescence data measured by the substance identification device concerning this embodiment. It is a figure showing the 1st section of luminescence data measured by the substance identification device concerning this embodiment. It is a figure showing the 2nd section of luminescence data measured by the substance identification device concerning this embodiment. It is a figure showing signs that an object is irradiated with excitation light by the substance identification device concerning this embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an image of delayed fluorescence or phosphorescence of an object captured by the substance specifying device according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart of a substance specifying process performed by the substance specifying device according to the embodiment. It is a figure showing a functional block of a substance identification device concerning a modification of this embodiment. It is a figure showing the functional block of the substance specifying device concerning the 2nd modification of this embodiment. It is a flowchart of the learning model generation process performed by the substance identification device according to the second modification of the present embodiment. It is the 1st example of the scatter diagram of the luminescence data measured by the substance identification device concerning this embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a time decay curve measured when a sketchbook is irradiated with excitation light by the substance specifying device according to the embodiment, and an attenuation curve approximating the time decay curve. It is a figure which shows the image of the delayed fluorescence or the phosphorescence of the milk pack image
  • the present embodiment an embodiment according to one aspect of the present invention (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described with reference to the drawings.
  • the components denoted by the same reference numerals have the same or similar configurations.
  • FIG. 1 is a diagram showing functional blocks of the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • the substance identification device 10 includes a setting unit 11, an irradiation unit 12, a measurement unit 13, a storage unit 14, and an identification unit 15.
  • the substance specifying device 10 irradiates the target object 100 with excitation light under arbitrary irradiation conditions, and generates delayed fluorescence or phosphorescence emission data generated in response thereto and delayed fluorescence or phosphorescence previously measured under the same irradiation conditions for a plurality of substances.
  • the substance constituting the object 100 is specified based on the luminescence data of.
  • the target object 100 may be made of an arbitrary substance, may be a gas, a liquid, or a solid, may be an inorganic substance, or may be an organic substance. For example, paper, cardboard, cloth , Wool, synthetic fiber, food and concrete, and semiconductors such as Si, GaAs, GaP, and InP. Further, it may be a living thing such as a plant or a human body.
  • the object 100 may be a metal or a metal oxide.
  • the target object 100 may be, for example, white sugar, and is difficult to distinguish from white salt with the naked eye. In this case, by having the emission data of white sugar and white salt as the emission data measured in advance, the substance identification device 10 remotely and non-contactly identifies that the object 100 is made of white sugar. be able to.
  • the setting unit 11 sets the irradiation condition of the excitation light.
  • the irradiation condition of the excitation light includes at least one of the wavelength of the excitation light, the intensity of the excitation light, and the irradiation time of the excitation light.
  • the wavelength of the excitation light may be 200 nm to 400 nm in the ultraviolet region, may be 200 nm or less in the far ultraviolet region, or may be 400 nm or more in the visible light region.
  • the shorter the wavelength of the excitation light ie, the greater the energy intensity
  • the intensity of the excitation light may be set to be relatively strong when the emission lifetime is used for material identification.
  • the longer the irradiation time of the excitation light is the longer the emission life of the delayed fluorescence or phosphorescence tends to be. Therefore, when the emission life is used for specifying the substance, the irradiation time of the excitation light may be set relatively long.
  • the irradiation time of the excitation light is set such that the emission lifetime of the delayed fluorescence or phosphorescence becomes the maximum value. It may be set to the shortest time among the approaching times. Such an example will be described later with reference to FIG.
  • irradiation conditions including at least one of the wavelength of the excitation light, the intensity of the excitation light, and the irradiation time of the excitation light, irradiating the excitation light under various conditions and measuring emission data of delayed fluorescence or phosphorescence. By measuring luminescence data peculiar to the substance, the substance can be specified with high accuracy.
  • the irradiation unit 12 irradiates the target object 100 with excitation light under the irradiation conditions set by the setting unit 11.
  • the irradiation unit 12 may be configured by, for example, an ultraviolet laser or an ultraviolet LED (Light Emitting Diode).
  • the wavelength of the excitation light irradiated by the irradiation unit 12 may be 10 nm or more. By using the excitation light having a wavelength of 10 nm or more, the management when irradiating the target object 100 with the excitation light can be simplified, and the operation cost of the substance identification device 10 can be reduced.
  • the irradiation unit 12 may include one or a plurality of light sources that generate a plurality of excitation lights having different wavelengths.
  • the irradiation unit 12 may include a wavelength-variable laser or LED as a light source, or may include a plurality of lasers or LEDs having different wavelengths as a light source.
  • the irradiation unit 12 irradiates the target object 100 with excitation light of a plurality of different wavelengths, thereby utilizing the emission data obtained by the irradiation of the excitation light of each wavelength to specify a substance with high accuracy as described later. It is possible to do.
  • the measurement unit 13 measures luminescence data related to luminescence of the target object 100 generated with a delay with respect to irradiation of the excitation light. More specifically, the measurement unit 13 measures the emission data of the delayed fluorescence or the phosphorescence of the object 100 generated in response to the irradiation of the excitation light. Note that the light emission of the object 100 generated with a delay with respect to the irradiation of the excitation light may include not only delayed fluorescence or phosphorescence but also other delayed emission, afterglow, or phosphorescence.
  • the measurement unit 13 includes a camera 13a and an analysis unit 13b.
  • the camera 13a captures a delayed fluorescence or phosphorescence emission image of the object 100 generated in response to the irradiation of the excitation light.
  • the camera 13a may be a high-speed camera that captures delayed fluorescence or phosphorescence at a frame rate of 100 fps or more.
  • the frame rate of the high-speed camera may be 1000 fps or 10,000 fps or more.
  • Time-dependent data can be acquired at high speed and with high accuracy, and emission data of delayed fluorescence or phosphorescence specific to a substance can be measured with high accuracy.
  • an image in which the light is multiplied by an image intensifier may be captured.
  • an adjacent pixel may be treated as one pixel by the binning function, and sensitivity may be improved to capture a delayed fluorescent or phosphorescent image.
  • an image having an improved S / N ratio may be generated by performing a reduction process or an expansion process on a captured image.
  • the intensity of the excitation light may be increased according to the frame rate.
  • the use of the camera 13a enables measurement of delayed fluorescence or phosphorescence on the two-dimensional or three-dimensional coordinates of the object 100. Thereby, it is possible to specify the coordinate position with high resolution based on the pixel array, and to specify the substance constituting the target object 100 according to each coordinate position. Therefore, high-speed measurement can be performed as compared with the conventional fluorescence lifetime measurement.
  • the time-dependent data of the delayed fluorescence and the phosphorescence intensity are time-resolved (for example, by irradiation of the object with the excitation light for a short time (for example, 0.01 to 500 milliseconds). It has the merit that it can be measured in 0.01 ms to 10 ms). Further, in the apparatus of the present invention, since the delayed fluorescence or phosphorescence is photographed with a short exposure, even in a situation where the object 100 moves between imaging frames or a situation where a motion blur occurs in a long exposure. It has the feature that it can be used.
  • the analysis unit 13b analyzes delayed fluorescence or phosphorescence emission data of the object based on the image captured by the camera 13a.
  • the emission data may include emission data of delayed fluorescence or phosphorescence generated after stopping irradiation of the excitation light.
  • the emission data may include emission data of delayed fluorescence or phosphorescence generated during irradiation with the excitation light.
  • the luminescence data may include at least one of a luminescence spectrum curve and a luminescence intensity time decay curve.
  • the decay curve of the light emission intensity will be described in detail with reference to FIGS.
  • the measuring unit 13 may measure luminescence data including data on the fluorescence of the object 100 generated during the irradiation of the excitation light. That is, the measurement unit 13 may measure not only the emission data of the delayed fluorescence or the phosphorescence of the target object 100 but also the data related to the normal fluorescence. In that case, the emission data includes data on fluorescence and data on delayed fluorescence or phosphorescence. In this way, by measuring luminescence data including data on fluorescence as well as delayed fluorescence or phosphorescence, it is possible to avoid measuring luminescence data that is so similar that it is difficult to distinguish different substances, and with high accuracy The substance can be specified.
  • the storage unit 14 stores the emission data 14a of the delayed fluorescence or the phosphorescence measured when the target object 100 is irradiated with the excitation light under a certain irradiation condition, and the case where the known substance is irradiated with the excitation light under one or more irradiation conditions. Is stored with the measured delayed fluorescence or phosphorescence emission data 14b.
  • the emission data 14b of the known substance is obtained by measuring the wavelength of the excitation light, the intensity of the excitation light, and the irradiation time of the excitation light. Light emission data may be included.
  • the specifying unit 15 emits light 14a measured when the target object 100 is irradiated with the excitation light under a certain irradiation condition and the delayed fluorescence or the delayed fluorescence measured when the plurality of substances are irradiated with the excitation light under the same irradiation condition.
  • the substance constituting the target object 100 is specified based on the phosphorescence emission data 14b. More specifically, the emission data 14a measured when the object 100 is irradiated with the excitation light under a certain irradiation condition is compared with the delay measured when the plurality of substances are irradiated with the excitation light under the same irradiation condition.
  • the substance constituting the target object 100 is specified by comparing it with the fluorescence or phosphorescence emission data 14b.
  • the specifying unit 15 specifies the irradiation condition set by the setting unit 11, and specifies the emission data 14b of the known substance measured under the same or closest irradiation condition as the irradiation condition. Then, the luminescence data 14a of the target object 100 is compared with the luminescence data 14b of the specified known substance, and the substance constituting the target object 100 is specified based on the similarity of the luminescence data.
  • the width of the peak (for example, half-width) and the width of the tail (for example, outside the half-width of the peak) of the spectrum measured for the object 100 The width up to 0.1% of the peak intensity), and comparing the ratio of the width of the peak and the width of the tail of the spectrum of the known substance, the normalized emission data is used.
  • the specifying unit 15 calculates the peak wavelength difference and the peak intensity ratio of the emission spectrum obtained by irradiating the excitation light of different wavelengths, and calculates the peak wavelength difference and the peak intensity ratio of the emission spectrum of the known substance.
  • the material constituting the target object 100 may be specified as compared with.
  • the intensity of the excitation light at which the emission lifetime is saturated for the target object 100 is specified and compared with the intensity of the excitation light at which the emission lifetime of the known substance is saturated. As a result, a highly robust collation can be performed.
  • the specifying unit 15 inputs the emission data 14a measured when the target object 100 is irradiated with the excitation light under a certain irradiation condition, into a learning model such as a neural network, and which of the known substances is similar to the emission data 14b. May be specified by a learning model.
  • the learning model may be generated by supervised learning using various light emission data as learning data, or may be generated by unsupervised learning such as clustering.
  • the learning model, the learning data, the luminescence data 14a, and the luminescence data 14b of the known substance need only be accessible via the communication network, and need not necessarily be stored in the storage unit of the substance identification device 10.
  • the target object is irradiated with the excitation light under arbitrary irradiation conditions, and the emission data of the delayed fluorescence or the phosphorescence generated in response thereto and the same for a plurality of substances. Based on delayed fluorescence or phosphorescence emission data measured under irradiation conditions, it is possible to avoid measuring similar emission data so that it is difficult to distinguish different substances, and to specify the substance with high accuracy.
  • the first substance and the second substance are randomly distributed in the object 100, and the first substance and the second substance have the same emission spectrum with respect to fluorescence. Further, it is assumed that the first substance and the second substance have the same appearance in visible light. Under such conditions, if the substance constituting the object 100 is identified by fluorescence measurement and visual observation under visible light, it is considered that the first substance and the second substance cannot be distinguished. On the other hand, if the first substance and the second substance have different characteristics in the light storage phenomenon, and the emission spectrum and emission lifetime of delayed fluorescence or phosphorescence are different, the information can be used to discriminate the first substance and the second substance. It becomes possible.
  • the first substance and the second substance are spatially randomly distributed in the object 100 by measuring the delayed fluorescence or the phosphorescence generated from the object 100.
  • the distribution and mixing ratio of these substances can be specified. Note that when light emission of the first substance and light emission of the second substance are included in one pixel, the pixel is determined by the weighted sum of the light emission spectrum and light emission lifetime of the first substance and the light emission spectrum and light emission life of the second substance. May be specified at the position of the mixture of the emission of the first substance and the second substance.
  • the substance identification device 10 by irradiating the target object 100 with the excitation light, it is possible to remotely specify how much the specific substance is included in the target object 100. Therefore, the substance identification device 10 can be used, for example, to obtain the quality and error rate of paper manufactured in a paper mill.
  • the substance identification apparatus 10 irradiates the excitation light with the excitation light to measure the emission data of the delayed fluorescence or the phosphorescence.
  • the mixing ratio can be specified remotely, and it can be confirmed whether the mixing ratio has a desired value.
  • FIG. 2 is a diagram showing a physical configuration of the substance identification device 10 according to the present embodiment.
  • the substance specifying device 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 10a corresponding to a calculation unit, a RAM (Random Access Memory) 10b corresponding to a storage unit, a ROM (Read Only Memory) 10c corresponding to a storage unit, and a communication unit. 10d, an input unit 10e, and a display unit 10f. These components are connected to each other via a bus so that data can be transmitted and received.
  • a case will be described in which the substance specifying apparatus 10 is configured by one computer, but the substance specifying apparatus 10 may be realized by combining a plurality of computers.
  • the configuration illustrated in FIG. 2 is an example, and the substance specifying device 10 may have a configuration other than these, or may not have a part of these configurations.
  • the CPU 10a is a control unit that performs control relating to execution of a program stored in the RAM 10b or the ROM 10c and calculates and processes data.
  • the CPU 10a is a calculation unit that executes a program (substance specifying program) for specifying a substance based on light emission data.
  • the CPU 10a receives various data from the input unit 10e and the communication unit 10d, and displays a calculation result of the data on the display unit 10f and stores the calculation result in the RAM 10b and the ROM 10c.
  • the RAM 10b is a storage unit in which data can be rewritten, and may be composed of, for example, a semiconductor storage element.
  • the RAM 10b may store a substance specifying program executed by the CPU 10a, delayed fluorescence and phosphorescence emission data relating to a plurality of substances, and the like. These are merely examples, and the RAM 10b may store data other than these or some of them may not be stored.
  • the ROM 10c is a storage unit from which data can be read out of the storage unit, and may be configured by, for example, a semiconductor storage element.
  • the ROM 10c may store, for example, a substance specifying program or data that is not rewritten.
  • the communication unit 10d is an interface that connects the substance specifying device 10 to another device.
  • the communication unit 10d may be connected to a communication network such as the Internet.
  • the input unit 10e accepts data input from the user, and may include, for example, a keyboard and a touch panel.
  • the display unit 10f visually displays the calculation result by the CPU 10a, and may be configured by, for example, an LCD (Liquid Crystal Display).
  • the display unit 10f may display the result of specifying the substance and the measured emission data.
  • the substance specifying program may be provided by being stored in a computer-readable storage medium such as the RAM 10b or the ROM 10c, or may be provided via a communication network connected by the communication unit 10d.
  • the CPU 10a executes the substance identification program to realize the various operations described with reference to FIG. Note that these physical configurations are merely examples, and are not necessarily independent configurations.
  • the substance identification device 10 may include an LSI (Large-Scale Integration) in which the CPU 10a and the RAM 10b or the ROM 10c are integrated.
  • FIG. 3 is a diagram showing luminescence data L measured by the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • the emission data L is obtained by irradiating a laser beam having a specific wavelength as excitation light to the plain paper as the object 100 for 500 ms and capturing images during and before irradiation at 250 fps by the camera 13a (high-speed camera).
  • the pixel value of the pixel at the center coordinate to which the excitation light has been irradiated from the pixel of the imaging result is represented by 8 bits (0 to 255).
  • the horizontal axis in the figure is the number of image frames, and when the numerical value on the horizontal axis is multiplied by four, it can be converted to ms units.
  • the vertical axis in the figure is the pixel value at the irradiation position of the laser as the excitation light.
  • the pixel value reaches the maximum value (255) immediately after the start of irradiation of the excitation light, remains at the maximum value during irradiation, and remains constant after the irradiation of the excitation light. It can be seen that the pixel value is gradually attenuated from the maximum value to the minimum value by emitting delayed fluorescence or phosphorescence.
  • a first section A indicating a change in pixel value before and after the start of the excitation light irradiation and a second section B indicating a change in the pixel value before and after the end of the excitation light irradiation will be described in detail. I do.
  • FIG. 4 is a diagram showing a first section A of the luminescence data L measured by the substance specifying device 10 according to the present embodiment. Also in the figure, the horizontal axis is the number of image frames, and the vertical axis is the pixel value at the laser irradiation position.
  • the pixel value reaches the maximum value in about one frame (4 ms) from the start of the excitation light irradiation, and becomes constant thereafter.
  • FIG. 5 is a diagram showing a second section B of the luminescence data L measured by the substance specifying device 10 according to the present embodiment. Also in the figure, the horizontal axis is the number of image frames, and the vertical axis is the pixel value at the laser irradiation position.
  • the second section B of the light emission data L includes an exponential decay section B1 and a gentle decay section B2.
  • the exponential decay section B1 immediately starts, and the pixel value attenuates exponentially.
  • the exponential decay section B1 continues for about 5 frames (20 ms) from the end of the excitation light irradiation, during which the pixel value is attenuated by about 70% from the maximum value.
  • the gradual decay section B2 continues for about 24 frames (96 ms), during which the pixel value has attenuated to the minimum value.
  • one camera 13a captures an image after irradiating excitation light at 250 fps, but the measuring unit 13 captures delayed fluorescence or phosphorescence of the object 100 at a frame rate lower than 100 fps.
  • a high-speed camera in which delayed fluorescence or phosphorescence during a period in which the time change is relatively fast may be captured by the high-speed camera, and delayed fluorescence or phosphorescence in a period in which the time change is relatively slow may be captured by the camera.
  • a period in which the time change is relatively fast is, for example, an exponential decay section B1
  • a period in which the time change is relatively slow is, for example, an decay section B2.
  • the high-speed camera may capture a change in brightness on the order of 10 nsec, that is, may capture an image at about 10 8 fps.
  • a high-speed camera, a relatively low-speed camera, and two cameras continuous images can be captured with a sufficient time resolution both in a period in which the time change of the delayed fluorescence or the phosphorescence is relatively fast and in a period in which the change is relatively slow. it can.
  • the irradiation time of the excitation light is set to 500 ms, but this value can be set arbitrarily.
  • the target object 100 is plain paper (a sketchbook in this example)
  • the irradiation time of the excitation light is about 700 ms or more, the life of the delayed fluorescence or phosphorescence tends to be saturated.
  • the irradiation time of the excitation light to the object 100 may be set to be equal to or longer than the irradiation time at which the lifetime of the delayed fluorescence or the phosphorescence is saturated. Note that the irradiation time of the excitation light at which the life of the delayed fluorescence or the phosphorescence is saturated depends on the substance constituting the object 100.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an image captured while the target object 100 is irradiated with the excitation light by the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • the light emitting portion Lp emitting light by the irradiation of the excitation light, the reflected light R, and the jig J used for the measurement are photographed.
  • the measurement unit 13 may continuously photograph an image of the delayed fluorescence or the phosphorescence of the object 100 and measure a time decay curve based on a time change of the pixel value of the delayed fluorescence or the phosphorescence.
  • the measurement unit 13 specifies a circular region on the image irradiated with the excitation light, and measures a time change of a pixel value of a pixel located at the center of the circle, thereby delaying fluorescence or phosphorescence of the object 100. May be measured.
  • the measuring unit 13 specifies an area on the image where the delayed fluorescence or the phosphorescence of the object 100 is generated, and measures the time change of the average value of the pixel values of the entire area, thereby delaying the object 100.
  • a time decay curve of fluorescence or phosphorescence may be measured. Thereby, the time decay curve of delayed fluorescence or phosphorescence can be measured while reducing the influence of noise.
  • FIG. 7 is a diagram showing an image of delayed fluorescence or phosphorescence of the object 100 taken by the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • the pixel value of the pixel at the center coordinate to which the excitation light is irradiated is the pixel value in the second section B of the emission data L shown in FIG.
  • the substance specifying apparatus 10 measures emission data during and before the irradiation of the excitation light, and measures the time change of the luminance of the delayed fluorescence or the phosphorescence in, for example, ms units. The measurement is performed, and the substance is identified by focusing on the fact that the light storage time differs for each substance.
  • the exposure time of the camera is set to about 30 seconds to capture the delayed fluorescence, and the integrated value of the luminance of the delayed fluorescence is measured.
  • the substance identification device 10 can identify a substance constituting the object 100 based on emission data relating to a real-time change in delayed fluorescence or phosphorescence of the object 100.
  • emission data relating to a real-time change in delayed fluorescence or phosphorescence of the object 100.
  • the substance specifying device 10 it is possible to measure a time decay curve based on a time change while capturing a two-dimensional position of delayed fluorescence or phosphorescence. That is, according to the substance identification device 10 according to the present embodiment, the substance constituting the target object 100 and the position of the target object 100 can be specified simultaneously.
  • FIG. 8 is a view showing an image of delayed fluorescence or phosphorescence of granulated sugar and corn starch taken by the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • granulated sugar and corn starch which are similar in appearance with the naked eye, are arranged so as to be adjacent to each other, and the boundary line is irradiated with excitation light, and 10 ms, 20 ms, 30 ms, 40 ms, and 50 ms after irradiation.
  • 1 shows images of delayed fluorescence or phosphorescence A of granulated sugar and delayed fluorescence or phosphorescence B of corn starch taken after and 60 ms. It can be seen from the figure that the emission lifetime of the delayed fluorescence or phosphorescence A of the granulated sugar is longer than the emission lifetime of the delayed fluorescence or phosphorescence B of the corn starch.
  • the luminescence life of the granulated sugar is longer than the luminescence life of corn starch is stored as the luminescence data 14b of the known substance, even if the arrangement of the granulated sugar and corn starch is unknown, the data shown in FIG. It can be specified that granulated sugar is arranged on the left side of the figure and corn starch is arranged on the right side. Further, in more detail, if the luminescence life of a plurality of substances is stored as the luminescence data 14b of the known substance, even if substances other than the granulated sugar and corn starch are distributed, the luminescence life is determined based on the difference in the luminescence life.
  • the substance can be specified by
  • the emission data for specifying a substance is not limited to the emission lifetime, but may be a feature amount of an emission spectrum curve or a time decay curve.
  • FIG. 9 is a diagram showing the first luminescence data D1 measured by the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • the first emission data D1 is an emission spectrum curve of delayed fluorescence or phosphorescence measured from 0.1 ms to 1000 ms after irradiating the object 100 with excitation light having a wavelength of 375 nm.
  • the timing at which the measurement of the delayed fluorescence or phosphorescence is started is not limited to 0.1 ms after the irradiation of the excitation light, and may be 0.01 ms, 1 ⁇ s, 1 ms, Optional.
  • the timing for ending the measurement of the delayed fluorescence or the phosphorescence is not limited to 1000 ms after the irradiation of the excitation light, and may be 100 ms, 500 ms, 10 s, or any time.
  • the horizontal axis indicates wavelength in units of nm
  • the vertical axis indicates emission intensity in arbitrary units.
  • the emission spectrum curve of the first emission data D1 has a maximum emission intensity (main peak) at about 540 nm.
  • the specifying unit 15 may specify a substance constituting the target object 100 using the shape of the emission spectrum curve.
  • the emission spectrum curve shows that the emission intensity gradually decreases in the wavelength region longer than 540 nm, and in the wavelength region shorter than 540 nm, the emission intensity decreases gradually. It becomes constant (referred to as a shoulder peak), and the emission intensity decreases linearly in a wavelength region shorter than 430 nm.
  • the specifying unit 15 may specify the substance constituting the target object 100 by extracting such a feature of the shape of the emission spectrum curve and comparing it with the feature of the shape of the emission spectrum curve of the known substance.
  • the identification unit 15 may identify a substance constituting the target object 100 by using a wavelength and a half width that give the maximum emission intensity (main peak) in the emission spectrum curve.
  • the full width at half maximum is the half width HW, but the full width at half maximum may be used.
  • the identification unit 15 compares the wavelength and the half-width that give the maximum emission intensity (main peak) measured for the target object 100 with the wavelength and the half-width that gives the maximum emission intensity (main peak) measured for the known substance.
  • the substance constituting the target object 100 may be specified.
  • the specifying unit 15 may calculate the emission intensity ratio at different wavelengths with respect to the emission spectrum curve obtained by irradiating excitation light of a single wavelength, and may specify the substance constituting the target object 100.
  • the identification unit 15 calculates a ratio I ( ⁇ 1) / I ( ⁇ 2) of the emission intensity I ( ⁇ 1) at the first wavelength ⁇ 1 measured for the target object 100 to the emission intensity I ( ⁇ 2) at the second wavelength ⁇ 2. By comparing with the emission intensity ratio I ( ⁇ 1) / I ( ⁇ 2) measured for the known substance, the substance constituting the object 100 may be specified.
  • FIG. 10 is a diagram showing the second luminescence data D2 and the third luminescence data D3 of the object measured by the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • the second emission data D2 is obtained by irradiating the object 100 with excitation light having a wavelength of 375 nm and then measuring the time of the emission intensity of the delayed fluorescence or phosphorescence at the wavelength 450 nm that gives the maximum emission intensity measured from 0.1 ms to 100 ms. It is a decay curve.
  • the third emission data D3 is obtained by irradiating the object 100 with excitation light having a wavelength of 375 nm, and then emitting delayed fluorescence or phosphorescence at a wavelength of 550 nm that gives the maximum emission intensity measured from 0.1 ms to 100 ms.
  • the horizontal axis indicates the elapsed time after the excitation light was irradiated in units of ms
  • the vertical axis indicates the emission intensity in arbitrary units.
  • the timing at which the measurement of the delayed fluorescence or phosphorescence is started is not limited to 0.1 ms after the irradiation of the excitation light, and may be 0.01 ms, 1 ⁇ s, 1 ms, Optional. Further, the timing for ending the measurement of the delayed fluorescence or the phosphorescence is not limited to 100 ms after the irradiation of the excitation light, and may be 50 ms, 500 ms, or 1 s, and is arbitrary.
  • a second decay curve L2 approximating the time decay curve of the second light emission data D2 and a third decay curve L3 approximating the time decay curve of the third light emission data D3 are shown.
  • I 0 is the emission intensity at the time of stopping the excitation
  • time constant ⁇ is the lifetime of the delayed fluorescence or phosphorescence.
  • the specifying unit 15 may specify a substance constituting the target object 100 using the light emission lifetime calculated from the time decay curve.
  • the specifying unit 15 may specify the substance constituting the target object 100, for example, by comparing the half-life ⁇ / 2 of luminescence of the target object 100 with the half-life of luminescence of the known substance.
  • N is an integer of 1 or more.
  • the identifying unit 15 compares the emission lifetimes of a plurality of wavelengths with the emission lifetimes of the same wavelength for a known substance based on the time decay curve of the emission intensity of the delayed fluorescence or the phosphorescence measured for different wavelengths. May be specified.
  • FIG. 11 is a diagram showing the fourth luminescence data D4, the fifth luminescence data D5, the sixth luminescence data D6, and the seventh luminescence data D7 measured by the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • the fourth emission data D4 is an emission spectrum curve of delayed fluorescence or phosphorescence measured from 0.1 ms to 1000 ms after irradiating the object 100 with excitation light having a wavelength of 250 nm.
  • the fifth emission data D5 is an emission spectrum curve of delayed fluorescence or phosphorescence measured from 0.1 ms to 1000 ms after irradiating the object 100 with excitation light having a wavelength of 300 nm.
  • the sixth emission data D6 is an emission spectrum curve of delayed fluorescence or phosphorescence measured from 0.1 ms to 1000 ms after irradiating the object 100 with excitation light having a wavelength of 350 nm.
  • the seventh emission data D7 is an emission spectrum curve of delayed fluorescence or phosphorescence measured from 0.1 ms to 1000 ms after irradiating the object 100 with excitation light having a wavelength of 375 nm.
  • the horizontal axis indicates wavelength in units of nm, and the vertical axis indicates emission intensity in arbitrary units.
  • the emission spectrum curves of the fourth emission data D4, the fifth emission data D5, the sixth emission data, and the seventh emission data are compared, when the wavelength of the excitation light is changed, the shape of the emission spectrum curve changes, and the emission spectrum curve is changed. It can be seen that the wavelength at which the maximum emission intensity (main peak) and the half-value width change at, and the emission intensity ratio at different wavelengths in the emission spectrum curve changes. In this way, by measuring how the emission spectrum curve changes with respect to the change in the irradiation condition of the excitation light, and comparing with the change in the emission spectrum curve measured for the known substance with respect to each of the irradiation conditions, it differs.
  • the substances can be distinguished with higher accuracy, and the substances constituting the target object 100 can be specified with high accuracy.
  • FIG. 12 is a diagram showing the eighth emission data, the ninth emission data, the tenth emission data, and the eleventh emission data measured by the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • the eighth emission data D8 is a time decay curve of the emission intensity of 525 nm delayed fluorescence or phosphorescence measured from 0.1 ms to 100 ms after irradiating the object 100 with excitation light having a wavelength of 250 nm.
  • the ninth emission data D9 is a time decay curve of the emission intensity of 525 nm delayed fluorescence or phosphorescence measured from 0.1 ms to 100 ms after irradiating the object 100 with excitation light having a wavelength of 300 nm.
  • the tenth emission data D10 is a time decay curve of the emission intensity of 525 nm delayed fluorescence or phosphorescence measured from 0.1 ms to 100 ms after irradiating the target object 100 with excitation light having a wavelength of 350 nm.
  • the eleventh emission data D11 is a time decay curve of the emission intensity of 525 nm delayed fluorescence or phosphorescence measured from 0.1 ms to 100 ms after irradiating the object 100 with excitation light having a wavelength of 375 nm.
  • the horizontal axis indicates the elapsed time after the excitation light was irradiated in units of ms
  • the vertical axis indicates the emission intensity in arbitrary units.
  • an eighth decay curve L8 approximating a time decay curve of the eighth luminescence data D8 a ninth decay curve L9 approximating a time decay curve of the ninth luminescence data D9, and a time decay of the tenth luminescence data D10.
  • a tenth decay curve L10 approximating the curve and an eleventh decay curve L11 approximating the time decay curve of the eleventh emission data D11 are shown.
  • the time decay curve of the luminescence intensity changes with the change of the irradiation condition of the excitation light is measured, and the change of the time decay curve of the luminescence intensity measured for the known substance with respect to each irradiation condition is measured.
  • different substances can be distinguished with higher accuracy, and the substances constituting the target object 100 can be specified with high accuracy.
  • the substance constituting the object 100 is identified. May be.
  • different substances can be distinguished by using the amount characterizing the emission spectrum or the emission lifetime, and the substance constituting the object 100 can be specified with high accuracy.
  • FIG. 13 is a flowchart of a substance specifying process performed by the substance specifying apparatus 10 according to the present embodiment.
  • the substance specifying device 10 sets the irradiation condition of the excitation light (S10).
  • the object 100 is irradiated with the excitation light under the set irradiation conditions (S11).
  • the substance identifying apparatus 10 captures the delayed fluorescence or phosphorescence of the object 100 generated by the irradiation of the excitation light with the camera 13a (S12). Then, the substance identification device 10 analyzes the emission data of the delayed fluorescence or the phosphorescence based on the captured image (S13).
  • the luminescence data may include a luminescence spectrum curve and a decay curve of luminescence intensity.
  • the substance identification device 10 compares the obtained emission data with the delayed fluorescence or phosphorescence emission data measured when the plurality of substances are each irradiated with excitation light under the same irradiation conditions (S14). Then, the substance specifying device 10 specifies a substance constituting the target object 100 based on the similarity of the emission data (S15). As described above, the substance specifying process ends.
  • FIG. 14 is a diagram showing functional blocks of the substance identification device 10 according to a modification of the present embodiment.
  • the substance specifying apparatus 10 according to the present modification is different from the substance specifying apparatus 10 according to the embodiment in that the substance specifying apparatus 10 includes a filter 13c that blocks light having a wavelength of excitation light.
  • the substance identification device 10 according to the present modification has the same configuration as the substance identification device 10 according to the embodiment.
  • the measurement unit 13 of the substance identification device 10 measures the emission data of the delayed fluorescence or the phosphorescence that has passed through the filter 13c that blocks the light having the wavelength of the excitation light.
  • the excitation light can be prevented from directly entering the camera 13a, and the emission data of the delayed fluorescence or phosphorescence specific to the substance can be measured with high accuracy.
  • the filter 13c may be one that blocks a plurality of different wavelengths of light, and may be one that can switch the wavelength to be blocked.
  • the filter 13c may apply a filter corresponding to each excitation wavelength in synchronization with the imaging timing of the camera 13a.
  • the filter 13c may be composed of a liquid crystal or a rotating plate. In this way, by blocking the light having a plurality of different wavelengths, the camera 13a can accurately measure the emission data caused by the excitation light having the plurality of different wavelengths.
  • FIG. 15 is a diagram showing functional blocks of the substance identification device 10 according to the second modification of the present embodiment.
  • the substance identification device 10 according to the present modification is different from the substance identification device 10 according to the embodiment in that the substance identification device 10 includes a machine learning unit 16.
  • the substance identification device 10 according to the present modification has the same configuration as the substance identification device 10 according to the embodiment.
  • the function of the machine learning unit 16 may be provided by another computer that can communicate with the substance specifying device 10.
  • the machine learning unit 16 generates a learning model 14c for estimating a substance constituting the target object based on the emission data on the target object by machine learning using delayed fluorescence or phosphorescence emission data on a known substance as learning data. .
  • the machine learning unit 16 generates the learning model 14c by, for example, supervised learning using the luminescence data and the substance constituting the target object as learning data, or performs the learning model 14c by unsupervised learning using the luminescence data as learning data. Or may be generated.
  • the light emission data may be used as it is, or data obtained by pre-processing the light emission data may be used. Even when the light emission data is used as it is, feature points of the light emission data may be extracted and used as learning data.
  • the specifying unit 15 may specify the substance constituting the target object based on the output of the learning model 14c in addition to the luminescence data 14a and the luminescence data 14b of the known substance. In this way, the substance can be specified by using the machine learning to reduce the burden of extracting the feature amount of the emission data 14a.
  • FIG. 16 is a flowchart of a learning model generation process executed by the substance specifying device 10 according to the second modification of the present embodiment.
  • the substance specifying device 10 sets the irradiation condition of the excitation light (S20).
  • the target whose constituent material is known is irradiated with excitation light (S21).
  • the substance identifying apparatus 10 captures the delayed fluorescence or phosphorescence of the object generated by the irradiation of the excitation light with the camera 13a (S22). Then, the substance identification device 10 generates a learning model for estimating the substance constituting the target object by machine learning using the delayed fluorescence or phosphorescence emission data as learning data (S23). The generated learning model is stored in the storage unit 14. Thus, the learning model generation processing ends.
  • FIG. 17A is a first example of a scatter diagram of luminescence data measured by the substance identification device 10 according to the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates the luminance value of the fluorescent light
  • the vertical axis indicates the light storage time (light storage life) in milliseconds.
  • the luminance of the fluorescence is the emission intensity of visible light generated when an object is irradiated with excitation light having a wavelength of about 300 nm.
  • the light storage time (lifetime of light storage) is a time from irradiation of excitation light to a target object to stopping of irradiation to disappearance of delayed fluorescence or phosphorescence.
  • excitation light is applied to a random position of each object, measurement is performed five times on the object, and emission data of a white word card (word card A) is indicated by a diamond, and a white word card is displayed.
  • the light emission data of (word card B) is indicated by a square
  • the light emission data of a white word card (word card D) is indicated by a cross
  • the light emission data of white drawing paper (color drawing paper) is indicated by an asterisk
  • white Kent paper Light emission data is indicated by a circle
  • light emission data of a white milk pack is indicated by a plus sign.
  • the luminescence data of the object composed of different substances is plotted in approximately different regions on the plane of the fluorescence intensity and the light storage time (light storage life). Therefore, for example, by using the fluorescence intensity and the light emission data of the light storage, the constituent material can be specified without destroying the target object. In addition, it is possible to identify a substance constituting the target object by using light emission data regarding light storage for different target objects having the same fluorescence intensity.
  • the substance identifying device 10 may include a filter that blocks ultraviolet light and transmits visible light, and may continuously measure fluorescence and light storage.
  • the substance specifying device 10 may use light having a relatively long wavelength for measuring the lifetime of the light storage and light having a relatively short wavelength for measuring the fluorescence intensity.
  • the substance specifying device 10 may measure not only fluorescence and light storage but also, for example, reflected light and light storage, and may measure physical quantities other than fluorescence and light storage.
  • the substance identification device 10 identifies the substance constituting the target object based on the emission data regarding the fluorescence intensity and the luminous life using a learning model generated by machine learning. Good.
  • the substance constituting the object can be identified by the substance identification device 10, it is also possible to perform a quality inspection of the object or a forgery inspection.
  • FIG. 17B is a second example of a scatter diagram of the luminescence data measured by the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates the luminance value of the fluorescent light
  • the vertical axis indicates the light storage time (light storage life) in milliseconds.
  • the luminance of the fluorescence is the emission intensity of visible light generated when an object is irradiated with excitation light having a wavelength of about 300 nm.
  • the light storage time (lifetime of light storage) is a time from irradiation of excitation light to a target object to stopping of irradiation to disappearance of delayed fluorescence or phosphorescence.
  • the luminescence data of the object composed of different substances is plotted in approximately different regions on the plane of the fluorescence intensity and the light storage time (light storage life). Therefore, for example, by using the fluorescence intensity and the light emission data of the light storage, the constituent material can be specified without destroying the target object. In addition, it is possible to identify a substance constituting the target object by using light emission data regarding light storage for different target objects having the same fluorescence intensity.
  • FIG. 17C is a third example of a scatter diagram of the luminescence data measured by the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates the luminance value of the fluorescent light
  • the vertical axis indicates the light storage time (light storage life) in milliseconds.
  • the luminance of the fluorescence is the emission intensity of visible light generated when an object is irradiated with excitation light having a wavelength of about 300 nm.
  • the light storage time (lifetime of light storage) is a time from irradiation of excitation light to a target object to stopping of irradiation to disappearance of delayed fluorescence or phosphorescence.
  • the emission data of white rubber is indicated by diamonds
  • the emission data of white rubber is indicated by squares
  • white rubber is indicated by triangles.
  • the luminescence data of the object composed of different substances is plotted in approximately different regions on the plane of the fluorescence intensity and the light storage time (light storage life). Therefore, for example, by using the fluorescence intensity and the light emission data of the light storage, the constituent material can be specified without destroying the target object. In addition, it is possible to identify a substance constituting the target object by using light emission data regarding light storage for different target objects having the same fluorescence intensity.
  • 17D is a fourth example of a scatter diagram of the luminescence data measured by the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates the luminance value of the fluorescent light
  • the vertical axis indicates the light storage time (light storage life) in milliseconds.
  • the luminance of the fluorescence is the emission intensity of visible light generated when an object is irradiated with excitation light having a wavelength of about 300 nm.
  • the light storage time (lifetime of light storage) is a time from irradiation of excitation light to a target object to stopping of irradiation to disappearance of delayed fluorescence or phosphorescence.
  • the emission data of the objects having different proportions of the constituent substances are plotted in approximately different areas on the plane of the fluorescence intensity and the light storage time (lifetime of light storage). Therefore, for example, by using the fluorescence intensity and the light emission data of the light storage, it is possible to identify that the ratio of the constituent materials is different without destroying the target object. In addition, it is possible to identify the difference in the ratio of the substances constituting the target object by using the light emission data on the light storage for the target objects having different proportions of the constituent substances but having the same fluorescence intensity. Become like
  • the horizontal axis indicates the luminance value of the fluorescent light
  • the vertical axis indicates the light storage time (light storage life) in milliseconds.
  • the luminance of the fluorescence is the emission intensity of visible light generated when an object is irradiated with excitation light having a wavelength of about 300 nm.
  • the light storage time (lifetime of light storage) is a time from irradiation of excitation light to a target object to stopping of irradiation to disappearance of delayed fluorescence or phosphorescence.
  • the emission data of different metals are plotted in approximately different regions on the plane of the fluorescence intensity and the light storage time (light storage life). Therefore, for example, by using the fluorescence intensity and the light emission data of the light storage, the metal contained in the target object can be specified without destroying the target object. In addition, it is possible to identify a substance constituting the target object by using light emission data regarding light storage for different target objects having the same fluorescence intensity.
  • FIG. 18 is a diagram showing emission data measured by changing the irradiation time of the excitation light by the substance identifying apparatus 10 according to the present embodiment.
  • the emission data D21 irradiated with excitation light having a constant wavelength for 300 ms is indicated by a solid line
  • the emission data D22 irradiated with 500 ms is indicated by a one-dot chain line
  • the emission data D23 irradiated by 700 ms is indicated by a two-dot chain line
  • 900 ms is indicated.
  • the emitted light data D24 is indicated by a broken line.
  • the emission data D21 and the emission data D22 it can be confirmed that the emission lifetime of the delayed fluorescence or the phosphorescence is increased by increasing the irradiation time of the excitation light.
  • the light emission data D23 and the light emission data D24 it can be confirmed that even if the irradiation time of the excitation light is lengthened, the light emission lifetime of the delayed fluorescence or the phosphorescence does not increase, and the light emission life is saturated. In the case of this example, even if the irradiation time is set to 700 ms or more, the light emission lifetime hardly changes.
  • FIG. 19 is a diagram showing emission data D31 measured when the sketchbook is irradiated with excitation light by the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram showing emission data D32 measured when the substance identifying apparatus 10 according to the present embodiment irradiates the milk pack with excitation light.
  • a dashed line is shown at a line of 50% with respect to the maximum value
  • a dash-dot line is shown at a line of 10% with respect to the maximum value.
  • the time when the pixel value becomes 50% is 20 ms, and the time when the pixel value becomes 10% is 135 ms.
  • the value obtained by dividing the time when the pixel value becomes 10% by the time when the pixel value becomes 50% is 6.75.
  • the time when the pixel value becomes 50% is 45 ms, and the time when the pixel value becomes 10% is 255 ms.
  • the value obtained by dividing the time when the pixel value becomes 10% by the time when the pixel value becomes 50% is 5.7.
  • the substance identifying apparatus 10 measures the time decay of the emission intensity of delayed fluorescence or phosphorescence for various objects, and for example, divides the time at which the emission intensity becomes 10% by the time at which the emission intensity becomes 50% ( The ratio of the time decay time) is stored in the storage unit 14. Then, the substance identification device 10 measures the delayed fluorescence or the phosphorescence of the object whose constituent substance is unknown, compares the ratio of the time decay time with the value of the known substance, and specifies the substance constituting the object. Can be. Of course, the substance specifying device 10 may perform the substance specification by calculating an arbitrary characteristic amount without being limited to the ratio of the decay time of the light emission intensity.
  • FIG. 21 is a diagram showing a time decay curve D40 measured when the sketchbook is irradiated with excitation light by the substance specifying device 10 according to the present embodiment, and an attenuation curve D41 approximating the same.
  • the vertical axis shows the pixel value of the image of the emission image of the delayed fluorescence or phosphorescence
  • the horizontal axis shows the time (Time (Frame No.)) expressed by the number of frames.
  • the attenuation curve D41 of the present example is a superposition of the first attenuation curve D42 and the second attenuation curve D43.
  • I 1 , I 2 , ⁇ 1, and ⁇ 2 may be obtained by, for example, the least square method.
  • the time decay curve of the emission intensity by superimposing a plurality of exponential functions, the time decay curve can be accurately approximated.
  • FIG. 22 is a diagram showing a delayed fluorescence or phosphorescence image of a milk pack taken by the substance specifying device 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 shows a delayed fluorescence or phosphorescence image taken by arranging the object 100 relatively far from the camera 13a and the irradiation unit 12 (specifically, at a position 4 m away). By arranging the camera 13a relatively far from the object 100, the apparent light storage intensity is weaker than when the camera 13a is arranged relatively close to the object 100, but it has a lifetime of about 120 ms. Luminescence was confirmed.
  • the substance identifying apparatus 10 irradiates the excitation light having different wavelengths to a plurality of points of the object 100, and a distance from the camera 13a to the irradiation position.
  • the distance from the camera 13a to a plurality of irradiation positions can be measured using the fact that a time difference occurs between the delayed fluorescence and the phosphorescence depending on the time.
  • the substance specifying device 10 adjusts the intensity per unit area of the irradiation light or makes the irradiation area variable by making the irradiation range of the excitation light variable by, for example, a variable focus or an active lens.
  • An irradiation unit 12 may be provided.
  • the emitted light is emitted from the object 100 to the irradiation unit 12 side, and the example in which the camera 13a is provided on the irradiation unit 12 side is described.
  • the object 100 is a substance having light transmissivity, and the emitted light transmits through the object 100, the intensity of the emitted light is higher on the transmitted light side than on the irradiation unit 12 side.
  • the camera 13a may be arranged on the transmitted light side.
  • the irradiation unit 12 of the substance identification device 10 may intermittently apply pulsed irradiation light a plurality of times. At this time, the emission duration of the delayed fluorescence or phosphorescence may be longer than the emission interval of the irradiation light. That is, the irradiation interval of the pulsed irradiation light may be shorter than the lifetime of the delayed fluorescence or phosphorescence.

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Abstract

光により高精度で物質を特定することのできる物質特定装置、物質特定方法及び物質特定プログラムを提供する。物質特定装置１０は、励起光の照射条件を設定する設定部１１と、照射条件で、対象物１００に励起光を照射する照射部１２と、励起光の照射に応じて生じた対象物１００の遅延蛍光又は燐光の発光データを測定する測定部１３と、発光データ及び複数の物質にそれぞれ照射条件で励起光を照射した場合に測定された遅延蛍光又は燐光の発光データに基づいて、対象物を構成する物質を特定する特定部１５と、を備える。

Description

物質特定装置、物質特定方法及び物質特定プログラム
　本発明は、物質特定装置、物質特定方法及び物質特定プログラムに関する。
　従来、対象物を構成する物質を、光を用いて特定することがある。例えば、対象物に光を照射して吸収スペクトルを測定し、対象物を構成する物質を特定する吸光分光法や、対象物をレーザによって電離させてプラズマ光を測定し、対象物を構成する物質を特定するレーザ誘起ブレークダウン分光法が用いられている。また、対象物に比較的長時間（数十秒）励起光を照射し、発生する遅延蛍光のスペクトルや蛍光寿命等の物性値を測定することがある。
　レーザ誘起ブレークダウン分光法に関して、例えば下記特許文献１には、第１レーザ部によりレーザ光を照射して散乱光を測定し、測定結果から物質が存在する範囲を抽出し、第１レーザ部と異なる第２レーザ部によりレーザ光を照射して、プラズマ光のスペクトルを測定する物質特定システムが記載されている。
　また、蛍光寿命の測定に関して、例えば下記特許文献２には、測定対象の蛍光体をステージに載せて一定の速度で移動させ、蛍光体に対して励起光を照射し、励起光により発する蛍光の残光を撮像した画像を用いて、経過時間と残光強度とを検出し、蛍光寿命を算出する蛍光寿命測定装置が記載されている。
　また、遅延蛍光の利用に関して、例えば下記特許文献３には、花卉に励起光を照射して、発生したクロロフィル蛍光及び遅延蛍光を撮像し、遅延蛍光の光量とクロロフィル蛍光の光量との比と花卉の日持ち性との相関に基づいて、花卉の日持ち性を判定する花卉の日持ち性判定装置が記載されている。
国際公開第２０１５／０３７６４３号 特開２０１０－１６４４６８号公報 特開２００４－３０１６３８号公報
　対象物を構成する物質を、光を用いて特定する場合、光の照射条件を固定して測定を行うことがある。しかしながら、照射条件が固定されていると、異なる物質について区別が困難なほど似た発光データが測定される場合があり、物質の特定が困難なことがある。
　そこで、本発明は、光により高精度で物質を特定することのできる物質特定装置、物質特定方法及び物質特定プログラムを提供する。
　本発明の一態様に係る物質特定装置は、励起光の照射条件を設定する設定部と、照射条件で、対象物に励起光を照射する照射部と、励起光の照射に応じて生じた対象物の遅延蛍光又は燐光の発光データを測定する測定部と、発光データ及び複数の物質にそれぞれ照射条件で励起光を照射した場合に測定された遅延蛍光又は燐光の発光データに基づいて、対象物を構成する物質を特定する特定部と、を備える。
　この態様によれば、任意の照射条件で励起光を対象物に照射し、それに応じて生じた遅延蛍光又は燐光の発光データ及び複数の物質について同様の照射条件で測定された遅延蛍光又は燐光の発光データに基づいて、対象物を構成する物質を特定することで、異なる物質について区別が困難なほど似た発光データが測定されることを回避して、高精度で物質を特定することができる。
　上記態様において、照射部は、複数の異なる波長の励起光を発生させる１又は複数の光源を含んでよい。
　この態様によれば、複数の異なる波長の励起光を対象物に照射することで、各波長の励起光の照射によって得られた発光データを活用して、高精度に物質を特定することができる。
　上記態様において、照射条件は、励起光の波長、励起光の強度及び励起光の照射時間の少なくともいずれかを含んでよい。
　この態様によれば、励起光の波長、励起光の強度及び励起光の照射時間の少なくともいずれかを含む照射条件を設定することで、様々な条件で励起光を照射して遅延蛍光又は燐光の発光データを測定することができ、物質に特有の発光データを測定して、高精度で物質を特定することができる。
　上記態様において、励起光の波長は、１０ｎｍ以上であってよい。
　この態様によれば、波長が１０ｎｍ以上の励起光を用いることで、対象物に励起光を照射する場合の管理を簡素化することができ、物質特定装置の運用コストを低く抑えることができる。
　上記態様において、発光データは、励起光の照射を止めた後に生じる遅延蛍光又は燐光の発光データを含んでよい。
　この態様によれば、物質に特有の遅延蛍光又は燐光の発光データを測定することで、異なる物質について区別が困難なほど似た発光データが測定されることを回避して、高精度で物質を特定することができる。
　上記態様において、測定部は、励起光の波長の光を遮蔽するフィルタを透過した、遅延蛍光又は燐光の発光データを測定してもよい。
　この態様によれば、励起光が直接カメラに入射することを防止して、物質に特有の遅延蛍光又は燐光の発光データを高精度で測定することができる。
　上記態様において、発光データは、発光スペクトル曲線及び発光強度の時間減衰曲線の少なくともいずれかを含んでよい。
　この態様によれば、遅延蛍光又は燐光について、発光スペクトル曲線及び発光強度の時間減衰曲線の少なくともいずれかを測定することで、物質を特徴付ける発光データを測定して、高精度で物質を特定することができる。
　上記態様において、特定部は、発光スペクトル曲線の形状、発光スペクトル曲線における最大発光強度を与える波長及び半値幅、発光スペクトル曲線の異なる波長についての発光強度比並びに時間減衰曲線から算出される発光寿命の少なくともいずれかを用いて、対象物を構成する物質を特定してもよい。
　この態様によれば、発光スペクトルや発光寿命を特徴付ける量を用いて異なる物質を区別して、高精度で物質を特定することができる。
　上記態様において、測定部は、遅延蛍光又は燐光の画像を連続撮影し、遅延蛍光又は燐光の画素値の時間変化に基づいて、時間減衰曲線を測定してもよい。
　この態様によれば、遅延蛍光又は燐光の２次元的な位置を捉えながら、その時間変化に基づいて時間減衰曲線を測定することができる。
　上記態様において、測定部は、遅延蛍光又は燐光を１００ｆｐｓ以上のフレームレートで撮影する高速カメラを含んでよい。
　この態様によれば、図７のような励起光照射直後の遅延蛍光又は燐光の発光強度が急峻に減衰する現象に対し、高速カメラを適用することではじめて、時間分解画像とその発光強度の時間分解データ（時間依存性データ）を、高速かつ高精度に取得でき、物質に特有の遅延蛍光又は燐光の発光データを高精度で測定することができる。
　上記態様において、測定部は、遅延蛍光又は燐光を１００ｆｐｓより低いフレームレートで撮影するカメラ及び高速カメラを含み、時間変化が比較的速い期間における遅延蛍光又は燐光を高速カメラで撮影し、時間変化が比較的遅い期間における遅延蛍光又は燐光をカメラで撮影してもよい。
　この態様によれば、遅延蛍光又は燐光の時間変化が比較的速い期間及び遅い期間いずれにおいても、十分な時間分解能で連続画像を撮影できる。
　上記態様において、測定部は、励起光の照射中に生じた対象物の蛍光に関するデータを含む発光データを測定してもよい。
　この態様によれば、遅延蛍光又は燐光のみならず、蛍光に関するデータを含む発光データを測定することで、異なる物質について区別が困難なほど似た発光データが測定されることを回避して、高精度で物質を特定することができる。
　上記態様において、既知の物質に関する遅延蛍光又は燐光の発光データを学習データとした機械学習によって、対象物に関する発光データに基づいて、対象物を構成する物質を推定する学習モデルを生成する機械学習部をさらに備えてもよい。
　この態様によれば、機械学習を用いて、発光データの特徴量を抽出する負担を軽減して、物質を特定することができる。
　本発明の他の態様に係る物質特定方法は、励起光の照射条件を設定することと、設定された照射条件で、対象物に励起光を照射することと、励起光の照射に応じて生じた対象物の遅延蛍光又は燐光の発光データを測定することと、発光データ及び複数の物質にそれぞれ照射条件で励起光を照射した場合に測定された遅延蛍光又は燐光の発光データに基づいて、対象物を構成する物質を特定することと、を含む。
　この態様によれば、任意の照射条件で励起光を対象物に照射し、それに応じて生じた遅延蛍光又は燐光の発光データ及び複数の物質について同様の照射条件で測定された遅延蛍光又は燐光の発光データに基づいて、対象物を構成する物質を特定することで、異なる物質について区別が困難なほど似た発光データが測定されることを回避して、高精度で物質を特定することができる。
　本発明の他の態様に係る物質特定プログラムは、物質特定装置に備えられたコンピュータを、励起光の照射条件を設定する設定部、照射条件で、対象物に励起光を照射する照射部、励起光の照射に応じて生じた対象物の遅延蛍光又は燐光の発光データを測定する測定部、及び発光データと、複数の物質にそれぞれ照射条件で励起光を照射した場合に測定された遅延蛍光又は燐光の発光データとに基づいて、対象物を構成する物質を特定する特定部、として機能させる。
　この態様によれば、任意の照射条件で励起光を対象物に照射し、それに応じて生じた遅延蛍光又は燐光の発光データ及び複数の物質について同様の照射条件で測定された遅延蛍光又は燐光の発光データに基づいて、対象物を構成する物質を特定することで、異なる物質について区別が困難なほど似た発光データが測定されることを回避して、高精度で物質を特定することができる。
　本発明の他の態様に係る物質特定装置は、励起光の照射条件を設定する設定部と、照射条件で、対象物に励起光を照射する照射部と、励起光の照射に対して遅延して生じた対象物の発光に関する発光データを測定する測定部と、発光データ及び複数の物質にそれぞれ照射条件で励起光を照射した場合に遅延して生じた発光に関する発光データに基づいて、対象物を構成する物質を特定する特定部と、を備える。
　この態様によれば、任意の照射条件で励起光を対象物に照射し、それに応じて遅延して生じた発光に関する発光データ及び複数の物質について同様の照射条件で励起光を照射した場合に遅延して生じた発光に関する発光データに基づいて、対象物を構成する物質を特定することで、異なる物質について区別が困難なほど似た発光データが測定されることを回避して、高精度で物質を特定することができる。
　本発明によれば、光により高精度で物質を特定することのできる物質特定装置、物質特定方法及び物質特定プログラムが提供される。
本発明の実施形態に係る物質特定装置の機能ブロックを示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置の物理的構成を示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置により測定された発光データを示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置により測定された発光データの第１区間を示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置により測定された発光データの第２区間を示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置により対象物に励起光を照射している様子を示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置により撮影された対象物の遅延蛍光又は燐光の画像を示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置により撮影されたグラニュー糖とコーンスターチの遅延蛍光又は燐光の画像を示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置により測定された第１発光データを示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置により測定された第２発光データ及び第３発光データを示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置により測定された第４発光データ、第５発光データ、第６発光データ及び第７発光データを示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置により測定された第８発光データ、第９発光データ、第１０発光データ及び第１１発光データを示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置により実行される物質特定処理のフローチャートである。 本実施形態の変形例に係る物質特定装置の機能ブロックを示す図である。 本実施形態の第２変形例に係る物質特定装置の機能ブロックを示す図である。 本実施形態の第２変形例に係る物質特定装置により実行される学習モデル生成処理のフローチャートである。 本実施形態に係る物質特定装置により測定された発光データの散布図の第１例である。 本実施形態に係る物質特定装置により測定された発光データの散布図の第２例である。 本実施形態に係る物質特定装置により測定された発光データの散布図の第３例である。 本実施形態に係る物質特定装置により測定された発光データの散布図の第４例である。 本実施形態に係る物質特定装置により測定された発光データの散布図の第５例である。 本実施形態に係る物質特定装置により励起光の照射時間を変化させて測定された発光データを示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置によりスケッチブックに励起光を照射した場合に測定された発光データを示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置により牛乳パックに励起光を照射した場合に測定された発光データを示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置によりスケッチブックに励起光を照射した場合に測定された時間減衰曲線及びそれを近似する減衰曲線を示す図である。 本実施形態に係る物質特定装置により撮影された牛乳パックの遅延蛍光又は燐光の画像を示す図である。
　以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」と表記する。）を、図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
　図１は、本実施形態に係る物質特定装置１０の機能ブロックを示す図である。物質特定装置１０は、設定部１１、照射部１２、測定部１３、記憶部１４及び特定部１５を備える。物質特定装置１０は、任意の照射条件で励起光を対象物１００に照射し、それに応じて生じた遅延蛍光又は燐光の発光データ及び複数の物質について同様の照射条件で予め測定した遅延蛍光又は燐光の発光データに基づいて、対象物１００を構成する物質を特定する。
　対象物１００は、任意の物質で構成される物であってよく、気体、液体及び固体のいずれであってもよく、無機物であっても有機物であってもよく、例えば、紙、段ボール、布、毛、合成繊維、食品及びコンクリートやＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等の半導体等を含んでよい。また、植物や人体等の生物であっても構わない。また、対象物１００は、金属であっても酸化金属であってもよい。対象物１００は、例えば白い砂糖であってよく、肉眼では白い塩と区別が困難であるとする。この場合、予め測定された発光データとして、白い砂糖と白い塩の発光データを有することで、物質特定装置１０は、対象物１００が白い砂糖によって構成されていることを遠隔から非接触で特定することができる。
　設定部１１は、励起光の照射条件を設定する。励起光の照射条件は、励起光の波長、励起光の強度及び励起光の照射時間の少なくともいずれかを含む。例えば、励起光の波長は、紫外線領域の２００ｎｍ～４００ｎｍであってよいが、遠紫外線領域の２００ｎｍ以下であってもよいし、可視光領域の４００ｎｍ以上であってもよい。また、励起光の波長が短ければ短いほど（すなわち、エネルギー強度大）遅延蛍光又は燐光の発光寿命が長くなる傾向にあるため、発光寿命を物質特定に用いる場合、励起光の波長を比較的短く設定してよい。また、励起光の強度が強いほど遅延蛍光又は燐光の発光寿命が長くなる傾向にあるため、発光寿命を物質特定に用いる場合、励起光の強度を比較的強く設定してよい。また、励起光の照射時間が長いほど遅延蛍光又は燐光の発光寿命が長くなる傾向にあるため、発光寿命を物質特定に用いる場合、励起光の照射時間を比較的長く設定してよい。ただし、励起光の照射時間を一定時間以上長くしても、遅延蛍光又は燐光の発光寿命が変化しなくなる場合があるため、励起光の照射時間は、遅延蛍光又は燐光の発光寿命が最大値に近くなる時間のうち最も短い時間に設定してよい。このような例を、後に図１８を用いて説明する。励起光の波長、励起光の強度及び励起光の照射時間の少なくともいずれかを含む照射条件を設定することで、様々な条件で励起光を照射して遅延蛍光又は燐光の発光データを測定することができ、物質に特有の発光データを測定して、高精度で物質を特定することができる。
　照射部１２は、設定部１１により設定された照射条件で、対象物１００に励起光を照射する。照射部１２は、例えば紫外線レーザや紫外ＬＥＤ（Light Emitting Diode）により構成されてよい。また、照射部１２により照射される励起光の波長は、１０ｎｍ以上であってよい。波長が１０ｎｍ以上の励起光を用いることで、対象物１００に励起光を照射する場合の管理を簡素化することができ、物質特定装置１０の運用コストを低く抑えることができる。また、照射部１２は、複数の異なる波長の励起光を発生させる１又は複数の光源を含んでよい。照射部１２は、波長可変のレーザやＬＥＤを光源として含んでもよいし、波長の異なる複数のレーザやＬＥＤを光源として含んでもよい。照射部１２によって、複数の異なる波長の励起光を対象物１００に照射することで、後述するように各波長の励起光の照射によって得られた発光データを活用して、高精度に物質を特定することが可能となる。
　測定部１３は、励起光の照射に対して遅延して生じた対象物１００の発光に関する発光データを測定する。より具体的には、測定部１３は、励起光の照射に応じて生じた対象物１００の遅延蛍光又は燐光の発光データを測定する。なお、励起光の照射に対して遅延して生じた対象物１００の発光は、遅延蛍光又は燐光のみならず、他の遅延発光、残光又は蓄光を含んでよい。測定部１３は、カメラ１３ａと解析部１３ｂを含む。カメラ１３ａは、励起光の照射に応じて生じた対象物１００の遅延蛍光又は燐光の発光像を撮影する。カメラ１３ａは、遅延蛍光又は燐光を１００ｆｐｓ以上のフレームレートで撮影する高速カメラであってよい。高速カメラのフレームレートは、１０００ｆｐｓや１万ｆｐｓ以上であってもよい。高速カメラを用いることで、図７のような励起光照射直後の遅延蛍光又は燐光の発光強度が急峻に減衰する現象に対し、高速カメラを適用することではじめて、時間分解画像とその発光強度の時間依存性データを高速かつ高精度に取得でき、物質に特有の遅延蛍光又は燐光の発光データを高精度で測定することができる。高速カメラで対象物１００の遅延蛍光又は燐光を撮影する場合、イメージインテンシファイアによって光を増倍した画像を撮影してもよい。また、ビニング機能によって隣接画素を１画素として扱い、感度を向上させて遅延蛍光又は燐光の画像を撮影してもよい。また、撮影した画像に対して縮小処理又は膨張処理を施して、Ｓ／Ｎ比を向上させた画像を生成してもよい。なお、高速カメラで対象物１００の遅延蛍光又は燐光を撮影する場合、フレームレートに応じて励起光の強度を強くしてもよい。また、カメラ１３ａを使用することで、対象物１００の二次元又は三次元座標上の遅延蛍光又は燐光の測定が可能になる。これにより、画素配列に基づいて高分解能で座標位置を特定し、各座標位置に応じて対象物１００を構成する物質を特定することができる。そのため、従来の蛍光寿命測定と比較して、高速な計測が可能となる。このように本発明の装置では、対象物への短時間（例えば、０．０１ミリ秒～５００ミリ秒）の励起光照射によって、遅延蛍光や燐光強度の時間依存性データを時間分解（例えば、０．０１ミリ秒～１０ミリ秒）で測定できるというメリットを有する。また、本発明の装置では、短時間の露光で遅延蛍光又は燐光を撮影するため、長時間の露光では撮像フレーム間において対象物１００が移動してしまう状況やモーションブラーが生じてしまう状況においても用いることができるという特徴を有する。
　解析部１３ｂは、カメラ１３ａにより撮影された画像に基づき、対象物の遅延蛍光又は燐光の発光データを解析する。ここで、発光データは、励起光の照射を止めた後に生じる遅延蛍光又は燐光の発光データを含んでよい。もっとも、発光データは、励起光を照射している間に生じる遅延蛍光又は燐光の発光データを含んでもよい。励起光の照射を止めた後に生じる遅延蛍光又は燐光の発光データを測定することで、異なる物質について区別が困難なほど似た発光データが測定されることを回避して、高精度で物質を特定することができる。
　また、発光データは、発光スペクトル曲線及び発光強度の時間減衰曲線の少なくともいずれかを含んでよい。発光強度の時間減衰曲線について、図３から図６を用いて詳細に説明する。遅延蛍光又は燐光について、発光スペクトル曲線及び発光強度の時間減衰曲線の少なくともいずれかを測定することで、物質を特徴付ける発光データを測定して、高精度で物質を特定することができる。
　また、測定部１３は、励起光の照射中に生じた対象物１００の蛍光に関するデータを含む発光データを測定してもよい。すなわち、測定部１３は、対象物１００の遅延蛍光又は燐光の発光データのみならず、通常の蛍光に関するデータを測定してもよい。その場合、発光データは、蛍光に関するデータと、遅延蛍光又は燐光に関するデータとを含む。このように、遅延蛍光又は燐光のみならず、蛍光に関するデータを含む発光データを測定することで、異なる物質について区別が困難なほど似た発光データが測定されることを回避して、高精度で物質を特定することができる。
　記憶部１４は、対象物１００についてある照射条件で励起光を照射した場合に測定された遅延蛍光又は燐光の発光データ１４ａと、既知の物質について１又は複数の照射条件で励起光を照射した場合に測定された遅延蛍光又は燐光の発光データ１４ｂとを記憶する。ここで、既知物質の発光データ１４ｂは、励起光の波長、励起光の強度及び励起光の照射時間を変化させた複数の照射条件で励起光を照射した場合に測定された遅延蛍光又は燐光の発光データを含んでよい。
　特定部１５は、ある照射条件で励起光を対象物１００に照射した場合に測定された発光データ１４ａ及び複数の物質にそれぞれ同様の照射条件で励起光を照射した場合に測定された遅延蛍光又は燐光の発光データ１４ｂに基づいて、対象物１００を構成する物質を特定する。より具体的には、ある照射条件で励起光を対象物１００に照射した場合に測定された発光データ１４ａを、複数の物質にそれぞれ同様の照射条件で励起光を照射した場合に測定された遅延蛍光又は燐光の発光データ１４ｂと照合して、対象物１００を構成する物質を特定する。特定部１５は、設定部１１により設定された照射条件を特定し、その照射条件と同一又は最も近い照射条件で測定された既知物質の発光データ１４ｂを特定する。そして、対象物１００の発光データ１４ａと、特定された既知物質の発光データ１４ｂとを照合して、発光データの類似度に基づいて、対象物１００を構成する物質を特定する。例えば、遅延蛍光又は燐光の発光スペクトルを用いて物質を特定する場合、対象物１００について測定されたスペクトルのピークの幅（例えば半値幅）とテールの幅（例えばピークの半値幅より外側であって、ピーク強度の０．１％となるまでの幅）との比率を算出し、既知物質のスペクトルのピークの幅とテールの幅との比率と比較することで、正規化した発光データを用いてロバスト性の高い照合を行うことができる。また、特定部１５は、異なる波長の励起光を照射して得られた発光スペクトルのピーク波長の差やピーク強度比等を算出し、既知物質の発光スペクトルのピーク波長の差やピーク強度比等と比較して、対象物１００を構成する物質を特定してもよい。また、遅延蛍光又は燐光の発光寿命を用いて物質を特定する場合、対象物１００について発光寿命が飽和する励起光の強度を特定し、既知物質について発光寿命が飽和する励起光の強度と比較することで、ロバスト性の高い照合を行うことができる。
　特定部１５は、ある照射条件で励起光を対象物１００に照射した場合に測定された発光データ１４ａをニューラルネットワーク等の学習モデルに入力し、いずれの既知物質の発光データ１４ｂに類似しているかを学習モデルによって特定してもよい。この場合、学習モデルは、様々な発光データを学習データとした教師有り学習で生成されたり、クラスタリング等の教師無し学習によって生成されたりしてよい。ここで、学習モデル、学習データ、発光データ１４ａ及び既知物質の発光データ１４ｂは、通信ネットワークを介してアクセス可能であればよく、必ずしも物質特定装置１０の記憶部に記憶されていなくてもよい。
　このように、本実施形態に係る物質特定装置１０によれば、任意の照射条件で励起光を対象物に照射し、それに応じて生じた遅延蛍光又は燐光の発光データ及び複数の物質について同様の照射条件で測定された遅延蛍光又は燐光の発光データに基づいて、異なる物質について区別が困難なほど似た発光データが測定されることを回避して、高精度で物質を特定することができる。
　例えば、対象物１００に第１物質と第２物質がランダムに分布しており、第１物質と第２物質が蛍光に関して同様の発光スペクトルを有しているとする。また、第１物質と第２物質は、可視光において同じ見た目をしているとする。そうした条件で、対象物１００を構成する物質の同定を蛍光測定及び可視光下での目視によって行うと、第１物質と第２物質を判別できないと考えられる。一方、第１物質と第２物質が蓄光現象において異なる特性を有し、遅延蛍光又は燐光の発光スペクトルや発光寿命が異なるとすれば、その情報を用いて第１物質と第２物質の判別が可能となる。特に、前述した複数の波長の励起光を照射して得られた発光スペクトルや発光寿命データを用いることで、混合物質等の複雑な系であっても構成物質を特定することができる。そのため、本実施形態に係る物質特定装置１０によれば、対象物１００から生じる遅延蛍光又は燐光を測定することで、例えば対象物１００に第１物質と第２物質が空間的にランダムに分布しているとき、これらの物質の分布や混合割合を特定することができる。なお、第１物質の発光と第２物質の発光が１つの画素に含まれる場合、第１物質に関する発光スペクトルや発光寿命と、第２物質に関する発光スペクトルや発光寿命との重み付け和によって、その画素の位置における第１物質の発光と第２物質の混合割合を特定してよい。
　また、本実施形態に係る物質特定装置１０によれば、対象物１００に励起光を照射することで、対象物１００に特定の物質がどの程度含まれるかを遠隔から特定することができる。そのため、物質特定装置１０は、例えば、製紙工場において製造される紙の品質やエラー率を求めることに活用することができる。また、可視光における見た目が類似している物質（例えば塩と砂糖）が混合している対象物１００について、物質特定装置１０によって励起光を照射して遅延蛍光又は燐光の発光データを測定することで、遠隔から混合率を特定することができ、混合率が所望の値となっているか確認することができる。
　図２は、本実施形態に係る物質特定装置１０の物理的構成を示す図である。物質特定装置１０は、演算部に相当するＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａと、記憶部に相当するＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｂと、記憶部に相当するＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｃと、通信部１０ｄと、入力部１０ｅと、表示部１０ｆと、を有する。これらの各構成は、バスを介して相互にデータ送受信可能に接続される。なお、本例では物質特定装置１０が一台のコンピュータで構成される場合について説明するが、物質特定装置１０は、複数のコンピュータが組み合わされて実現されてもよい。また、図２で示す構成は一例であり、物質特定装置１０はこれら以外の構成を有してもよいし、これらの構成のうち一部を有さなくてもよい。
　ＣＰＵ１０ａは、ＲＡＭ１０ｂ又はＲＯＭ１０ｃに記憶されたプログラムの実行に関する制御やデータの演算、加工を行う制御部である。ＣＰＵ１０ａは、発光データに基づいて物質を特定するプログラム（物質特定プログラム）を実行する演算部である。ＣＰＵ１０ａは、入力部１０ｅや通信部１０ｄから種々のデータを受け取り、データの演算結果を表示部１０ｆに表示したり、ＲＡＭ１０ｂやＲＯＭ１０ｃに格納したりする。
　ＲＡＭ１０ｂは、記憶部のうちデータの書き換えが可能なものであり、例えば半導体記憶素子で構成されてよい。ＲＡＭ１０ｂは、ＣＰＵ１０ａが実行する物質特定プログラムや複数の物質に関する遅延蛍光及び燐光の発光データ等を記憶してよい。なお、これらは例示であって、ＲＡＭ１０ｂには、これら以外のデータが記憶されていてもよいし、これらの一部が記憶されていなくてもよい。
　ＲＯＭ１０ｃは、記憶部のうちデータの読み出しが可能なものであり、例えば半導体記憶素子で構成されてよい。ＲＯＭ１０ｃは、例えば物質特定プログラムや、書き換えが行われないデータを記憶してよい。
　通信部１０ｄは、物質特定装置１０を他の機器に接続するインターフェースである。通信部１０ｄは、インターネット等の通信ネットワークに接続されてよい。
　入力部１０ｅは、ユーザからデータの入力を受け付けるものであり、例えば、キーボード及びタッチパネルを含んでよい。
　表示部１０ｆは、ＣＰＵ１０ａによる演算結果を視覚的に表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）により構成されてよい。表示部１０ｆは、物質を特定した結果や測定した発光データを表示してよい。
　物質特定プログラムは、ＲＡＭ１０ｂやＲＯＭ１０ｃ等のコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供されてもよいし、通信部１０ｄにより接続される通信ネットワークを介して提供されてもよい。物質特定装置１０では、ＣＰＵ１０ａが物質特定プログラムを実行することにより、図１を用いて説明した様々な動作が実現される。なお、これらの物理的な構成は例示であって、必ずしも独立した構成でなくてもよい。例えば、物質特定装置１０は、ＣＰＵ１０ａとＲＡＭ１０ｂやＲＯＭ１０ｃが一体化したＬＳＩ（Large-Scale Integration）を備えていてもよい。
　図３は、本実施形態に係る物質特定装置１０により測定された発光データＬを示す図である。発光データＬは、対象物１００である普通紙に対して特定の波長のレーザを励起光として５００ｍｓにわたって照射し、カメラ１３ａ（高速カメラ）によって２５０ｆｐｓで照射中及び照射前後の画像を撮像して、撮像結果の画素から励起光が照射されていた中心座標の画素の画素値を８ビット（０～２５５）で表したものである。同図の横軸は、画像フレーム数であり、横軸の数値を４倍するとｍｓ単位に換算できる。また、同図の縦軸は、励起光であるレーザの照射位置における画素値である。
　発光データＬからは、励起光の照射を開始してからすぐに、画素値が最大値（２５５）に達して、照射中は最大値のまま一定であり、励起光の照射を終了してから遅延蛍光又は燐光を発して、画素値が最大値から最小値へ徐々に減衰していることが読み取れる。以下では、励起光の照射を開始した前後の画素値の変化を表す第１区間Ａと、励起光の照射を終了した前後の画素値の変化を表す第２区間Ｂと、についてそれぞれ詳細に説明する。
　図４は、本実施形態に係る物質特定装置１０により測定された発光データＬの第１区間Ａを示す図である。同図においても、横軸は画像フレーム数であり、縦軸はレーザ照射位置における画素値である。
　発光データＬの第１区間Ａによれば、励起光の照射を開始してから１フレーム（４ｍｓ）程度で画素値が最大値に達して、その後一定となる。
　図５は、本実施形態に係る物質特定装置１０により測定された発光データＬの第２区間Ｂを示す図である。同図においても、横軸は画像フレーム数であり、縦軸はレーザ照射位置における画素値である。
　発光データＬの第２区間Ｂは、指数減衰区間Ｂ１と緩やかな減衰区間Ｂ２とを含む。励起光の照射を終了すると、ただちに指数減衰区間Ｂ１が始まり、画素値が指数的に減衰する。本例の場合、指数減衰区間Ｂ１は、励起光の照射を終了してから５フレーム（２０ｍｓ）程度にわたって続いており、その間に画素値は最大値から７０％ほど減衰している。
　指数減衰区間Ｂ１に続いて、緩やかな減衰区間Ｂ２は、２４フレーム（９６ｍｓ）程度にわたって続いており、その間に画素値は最小値まで減衰している。
　本例では、１台のカメラ１３ａによって２５０ｆｐｓで励起光を照射した後の画像を撮像しているが、測定部１３は、対象物１００の遅延蛍光又は燐光を１００ｆｐｓより低いフレームレートで撮影するカメラ及び高速カメラを含んでよく、時間変化が比較的速い期間における遅延蛍光又は燐光を高速カメラで撮影し、時間変化が比較的遅い期間における遅延蛍光又は燐光をカメラで撮影してもよい。ここで、時間変化が比較的速い期間は、例えば指数減衰区間Ｂ１であり、時間変化が比較的遅い期間は、例えば減衰区間Ｂ２である。この場合、高速カメラは、１０ｎｓｅｃオーダーの明るさの変化を捉えられるもの、すなわち１０８ｆｐｓ程度で画像を撮影するものであってよい。このように、高速カメラと比較的低速なカメラと２台のカメラを用いることで、遅延蛍光又は燐光の時間変化が比較的速い期間及び遅い期間いずれにおいても、十分な時間分解能で連続画像を撮影できる。
　なお、本例では、励起光の照射時間を５００ｍｓとしているが、この値は任意に設定できる。対象物１００が普通紙（本例ではスケッチブック）の場合、励起光の照射時間を７００ｍｓ程度以上とすれば、遅延蛍光又は燐光の寿命が飽和する傾向にある。このように、対象物１００に対する励起光の照射時間は、遅延蛍光又は燐光の寿命が飽和する照射時間以上となるように設定されてよい。なお、遅延蛍光又は燐光の寿命が飽和する励起光の照射時間は、対象物１００を構成する物質に依存する。
　図６は、本実施形態に係る物質特定装置１０により対象物１００に励起光を照射している間に撮影した画像を示す図である。同図では、励起光の照射により発光している発光部Ｌｐ、反射光Ｒ及び測定に用いた治具Ｊが撮影されている。測定部１３は、対象物１００の遅延蛍光又は燐光の画像を連続撮影し、遅延蛍光又は燐光の画素値の時間変化に基づいて、時間減衰曲線を測定してもよい。図３～５に示した発光データＬの最大の画素値は、図６において励起光が照射されている発光部Ｌｐの中心座標の画素の画素値である。測定部１３は、励起光が照射されている画像上の円状領域を特定し、その円の中心に位置する画素の画素値の時間変化を測定することで、対象物１００の遅延蛍光又は燐光の時間減衰曲線を測定してよい。また、測定部１３は、対象物１００の遅延蛍光又は燐光が生じている画像上のエリアを特定し、そのエリア全体の画素値の平均値の時間変化を測定することで、対象物１００の遅延蛍光又は燐光の時間減衰曲線を測定してもよい。これにより、ノイズの影響を低減して遅延蛍光又は燐光の時間減衰曲線を測定することができる。
　図７は、本実施形態に係る物質特定装置１０により撮影された対象物１００の遅延蛍光又は燐光の画像を示す図である。図６において励起光が照射されている中心座標の画素の画素値は、図５に示す発光データＬの第２区間Ｂの画素値である。
　本実施形態に係る物質特定装置１０は、図３～５に示すように、励起光の照射中及び照射前後について発光データを測定し、遅延蛍光又は燐光の輝度の時間変化を、例えばｍｓ単位で測定するものであり、物質毎に蓄光時間が異なることに着目して物質特定を行うものである。一方、例えば特許文献３に記載の技術では、カメラの露光時間を３０秒程度として遅延蛍光を撮影して、遅延蛍光の輝度の積算値を測定するものである。このように、遅延蛍光又は燐光の輝度の時間変化を測定することは、従来技術では着目されておらず、本発明における新規な構成の一つである。本実施形態に係る物質特定装置１０は、対象物１００の遅延蛍光又は燐光のリアルタイムの時間変化に関する発光データに基づいて、対象物１００を構成する物質を特定することができるが、例えば特許文献３に記載の技術では、遅延蛍光の輝度の積算値が測定されるだけであり、対象物の動的な発光特性を利用した物質特定はできない。また、本実施形態に係る物質特定装置１０では、遅延蛍光又は燐光の２次元的な位置を捉えながら、その時間変化に基づいて時間減衰曲線を測定することができる。すなわち、本実施形態に係る物質特定装置１０によれば、対象物１００を構成する物質と、対象物１００の位置とを同時に特定することができる。
　図８は、本実施形態に係る物質特定装置１０により撮影されたグラニュー糖とコーンスターチの遅延蛍光又は燐光の画像を示す図である。同図では、肉眼視において見た目が類似しているグラニュー糖とコーンスターチを隣接するように配置して、境界線上に励起光を照射し、照射から１０ｍｓ後、２０ｍｓ後、３０ｍｓ後、４０ｍｓ後、５０ｍｓ後及び６０ｍｓ後に撮影されたグラニュー糖の遅延蛍光又は燐光Ａ及びコーンスターチの遅延蛍光又は燐光Ｂの画像を示している。同図から、グラニュー糖の遅延蛍光又は燐光Ａの発光寿命は、コーンスターチの遅延蛍光又は燐光Ｂの発光寿命よりも長いことが読み取れる。
　例えば、グラニュー糖の発光寿命がコーンスターチの発光寿命より長いことを既知物質の発光データ１４ｂとして記憶していれば、グラニュー糖とコーンスターチの配置が不明な場合であっても、図８に示すデータから、同図の左側にグラニュー糖が配置され、右側にコーンスターチが配置されていることが特定できる。また、より詳細に、複数の物質の発光寿命を既知物質の発光データ１４ｂとして記憶していれば、グラニュー糖及びコーンスターチ以外の物質が分布している場合であっても、発光寿命の違いに基づいて物質を特定することができる。また、物質を特定するための発光データとしては、発光寿命に限らず、発光スペクトル曲線や時間減衰曲線の特徴量を用いてもよい。
　図９は、本実施形態に係る物質特定装置１０により測定された第１発光データＤ１を示す図である。第１発光データＤ１は、波長が３７５ｎｍの励起光を対象物１００に照射した後、０．１ｍｓから１０００ｍｓまでに測定された遅延蛍光又は燐光の発光スペクトル曲線である。なお、遅延蛍光又は燐光の測定を開始するタイミングは、励起光の照射から０．１ｍｓ後に限られず、０．０１ｍｓ後であったり、１μｓ後であったり、１ｍｓ後であったりしてもよく、任意である。また、遅延蛍光又は燐光の測定を終了するタイミングは、励起光の照射から１０００ｍｓ後に限られず、１００ｍｓ後であったり、５００ｍｓ後であったり、１０ｓ後であったりしてもよく、任意である。同図では、横軸にｎｍの単位で波長を示し、縦軸に任意単位で発光強度を示している。第１発光データＤ１の発光スペクトル曲線は、おおよそ５４０ｎｍで発光強度が最大（主ピークという）となっている。
　特定部１５は、発光スペクトル曲線の形状を用いて、対象物１００を構成する物質を特定してよい。本例の場合、発光スペクトル曲線は、５４０ｎｍより長波長の領域で発光強度が緩やかに減少していき、５４０ｎｍより短波長の領域では、発光強度が緩やかに減少した後、４３０ｎｍ～４６０ｎｍ付近でほぼ一定（ショルダーピークという）となり、４３０ｎｍより短波長の領域で発光強度が線形に減少している。特定部１５は、このような発光スペクトル曲線の形状の特徴を抽出して、既知物質の発光スペクトル曲線の形状の特徴と比較することにより、対象物１００を構成する物質を特定してよい。
　特定部１５は、発光スペクトル曲線における最大発光強度（主ピーク）を与える波長及び半値幅を用いて、対象物１００を構成する物質を特定してよい。本例の場合、発光スペクトル曲線は、最大発光強度（主ピーク）を与える波長が５４０ｎｍ程度であり、その半値幅ＨＷは、１４０ｎｍ程度（６１０ｎｍ－４７０ｎｍ＝１４０ｎｍ）である。なお、本例では半値全幅を半値幅ＨＷとしているが、半値半幅を用いてもよい。特定部１５は、対象物１００について測定された最大発光強度（主ピーク）を与える波長及び半値幅を、既知物質について測定された最大発光強度（主ピーク）を与える波長及び半値幅と比較することにより、対象物１００を構成する物質を特定してよい。
　特定部１５は、単一の波長の励起光を照射して得られた発光スペクトル曲線に関し、異なる波長での発光強度比を算出して、対象物１００を構成する物質を特定してよい。特定部１５は、対象物１００について測定された第１波長λ１における発光強度Ｉ（λ１）と、第２波長λ２における発光強度Ｉ（λ２）との比Ｉ（λ１）／Ｉ（λ２）を、既知物質について測定された発光強度比Ｉ（λ１）／Ｉ（λ２）と比較することにより、対象物１００を構成する物質を特定してよい。
　図１０は、本実施形態に係る物質特定装置１０により測定された対象物の第２発光データＤ２及び第３発光データＤ３を示す図である。第２発光データＤ２は、波長が３７５ｎｍの励起光を対象物１００に照射した後、０．１ｍｓから１００ｍｓまでに測定された最大発光強度を与える波長４５０ｎｍでの遅延蛍光又は燐光の発光強度の時間減衰曲線である。また、第３発光データＤ３は、波長が３７５ｎｍの励起光を対象物１００に照射した後、０．１ｍｓから１００ｍｓまでに測定された最大発光強度を与える波長５５０ｎｍでの遅延蛍光又は燐光の発光強度の時間減衰曲線である。同図では、横軸にｍｓの単位で励起光を照射してからの経過時間を示し、縦軸に任意単位で発光強度を示している。なお、遅延蛍光又は燐光の測定を開始するタイミングは、励起光の照射から０．１ｍｓ後に限られず、０．０１ｍｓ後であったり、１μｓ後であったり、１ｍｓ後であったりしてもよく、任意である。また、遅延蛍光又は燐光の測定を終了するタイミングは、励起光の照射から１００ｍｓ後に限られず、５０ｍｓ後であったり、５００ｍｓ後であったり、１ｓ後であったりしてよく、任意である。
　同図では、第２発光データＤ２の時間減衰曲線を近似する第２減衰曲線Ｌ２と、第３発光データＤ３の時間減衰曲線を近似する第３減衰曲線Ｌ３と、を示している。解析部１３ｂは、発光強度の時間減衰曲線を、Ｉ（ｔ）＝Ｉ０ｅｘｐ（－ｔ／τ）によって近似して、Ｉ０及びτを、例えば最小二乗法で求めてよい。なお、Ｉ０は励起停止時の発光強度，時定数τは遅延蛍光、又は燐光の寿命である。特定部１５は、時間減衰曲線から算出される発光寿命を用いて、対象物１００を構成する物質を特定してよい。特定部１５は、例えば、対象物１００に関する発光の半減期τ／２を、既知物質に関する発光の半減期と比較することにより、対象物１００を構成する物質を特定してよい。なお、解析部１３ｂは、一般には、発光強度の時間減衰曲線を、Ｉ（ｔ）＝Σｊ＝１ ＮＩｊｅｘｐ（－ｔ／τｊ）によって近似して、Ｉｊ及びτｊを、例えば最小二乗法で求めてよい。ここで、Ｎは１以上の整数である。このように、複数の指数関数の重ね合わせによって発光強度の時間減衰曲線を近似することで、時間減衰曲線を精度良く近似することができる。
　特定部１５は、異なる波長について測定した遅延蛍光又は燐光の発光強度の時間減衰曲線に基づいて、複数の波長に関する発光寿命を、既知物質に関する同じ波長の発光寿命と比較することにより、対象物１００を構成する物質を特定してもよい。
　図１１は、本実施形態に係る物質特定装置１０により測定された第４発光データＤ４、第５発光データＤ５、第６発光データＤ６及び第７発光データＤ７を示す図である。第４発光データＤ４は、波長が２５０ｎｍの励起光を対象物１００に照射した後、０．１ｍｓから１０００ｍｓまでに測定された遅延蛍光又は燐光の発光スペクトル曲線である。第５発光データＤ５は、波長が３００ｎｍの励起光を対象物１００に照射した後、０．１ｍｓから１０００ｍｓまでに測定された遅延蛍光又は燐光の発光スペクトル曲線である。第６発光データＤ６は、波長が３５０ｎｍの励起光を対象物１００に照射した後、０．１ｍｓから１０００ｍｓまでに測定された遅延蛍光又は燐光の発光スペクトル曲線である。第７発光データＤ７は、波長が３７５ｎｍの励起光を対象物１００に照射した後、０．１ｍｓから１０００ｍｓまでに測定された遅延蛍光又は燐光の発光スペクトル曲線である。同図では、横軸にｎｍの単位で波長を示し、縦軸に任意単位で発光強度を示している。
　第４発光データＤ４、第５発光データＤ５、第６発光データ及び第７発光データの発光スペクトル曲線を比較すると、励起光の波長を変化させると、発光スペクトル曲線の形状が変化し、発光スペクトル曲線における最大発光強度（主ピーク）を与える波長及び半値幅が変化し、発光スペクトル曲線の異なる波長についての発光強度比が変化することが読み取れる。このように、励起光の照射条件の変化に対して発光スペクトル曲線がどのように変化するか測定し、それぞれの照射条件に関して既知物質について測定された発光スペクトル曲線の変化と比較することにより、異なる物質をより精度良く区別して、対象物１００を構成する物質を高精度で特定することができる。
　図１２は、本実施形態に係る物質特定装置１０により測定された第８発光データ、第９発光データ、第１０発光データ及び第１１発光データを示す図である。第８発光データＤ８は、波長が２５０ｎｍの励起光を対象物１００に照射した後、０．１ｍｓから１００ｍｓまでに測定された５２５ｎｍの遅延蛍光又は燐光の発光強度の時間減衰曲線である。第９発光データＤ９は、波長が３００ｎｍの励起光を対象物１００に照射した後、０．１ｍｓから１００ｍｓまでに測定された５２５ｎｍの遅延蛍光又は燐光の発光強度の時間減衰曲線である。第１０発光データＤ１０は、波長が３５０ｎｍの励起光を対象物１００に照射した後、０．１ｍｓから１００ｍｓまでに測定された５２５ｎｍの遅延蛍光又は燐光の発光強度の時間減衰曲線である。第１１発光データＤ１１は、波長が３７５ｎｍの励起光を対象物１００に照射した後、０．１ｍｓから１００ｍｓまでに測定された５２５ｎｍの遅延蛍光又は燐光の発光強度の時間減衰曲線である。同図では、横軸にｍｓの単位で励起光を照射してからの経過時間を示し、縦軸に任意単位で発光強度を示している。
　同図では、第８発光データＤ８の時間減衰曲線を近似する第８減衰曲線Ｌ８と、第９発光データＤ９の時間減衰曲線を近似する第９減衰曲線Ｌ９と、第１０発光データＤ１０の時間減衰曲線を近似する第１０減衰曲線Ｌ１０と、第１１発光データＤ１１の時間減衰曲線を近似する第１１減衰曲線Ｌ１１と、を示している。これらのデータを比較すると、励起光の波長を変化させると、発光強度の時間減衰曲線の形状が変化し、発光寿命が変化することが読み取れる。このように、励起光の照射条件の変化に対して発光強度の時間減衰曲線がどのように変化するか測定し、それぞれの照射条件に関して既知物質について測定された発光強度の時間減衰曲線の変化と比較することにより、異なる物質をより精度良く区別して、対象物１００を構成する物質を高精度で特定することができる。例えば、励起光の異なる照射条件について発光の半減期を求めて、既知物質に関して同様の照射条件の下で測定された発光の半減期と比較することにより、対象物１００を構成する物質を特定してよい。
　本実施形態に係る物質特定装置１０によれば、発光スペクトルや発光寿命を特徴付ける量を用いて異なる物質を区別して、対象物１００を構成する物質を高精度で特定することができる。
　図１３は、本実施形態に係る物質特定装置１０により実行される物質特定処理のフローチャートである。はじめに、物質特定装置１０は、励起光の照射条件を設定する（Ｓ１０）。そして、設定された照射条件で対象物１００に励起光を照射する（Ｓ１１）。
　物質特定装置１０は、励起光の照射に応じて生じた対象物１００の遅延蛍光又は燐光をカメラ１３ａで撮影する（Ｓ１２）。そして、物質特定装置１０は、撮影された画像に基づき、遅延蛍光又は燐光の発光データを解析する（Ｓ１３）。ここで、発光データは、発光スペクトル曲線及び発光強度の時間減衰曲線を含んでよい。
　物質特定装置１０は、得られた発光データと、複数の物質にそれぞれ同様の照射条件で励起光を照射した場合に測定された遅延蛍光又は燐光の発光データとを照合する（Ｓ１４）。そして、物質特定装置１０は、発光データの類似性に基づいて、対象物１００を構成する物質を特定する（Ｓ１５）。以上により、物質特定処理が終了する。
　図１４は、本実施形態の変形例に係る物質特定装置１０の機能ブロックを示す図である。本変形例に係る物質特定装置１０は、励起光の波長の光を遮蔽するフィルタ１３ｃを備える点で、実施形態に係る物質特定装置１０と相違する。その他について、本変形例に係る物質特定装置１０は、実施形態に係る物質特定装置１０と同様の構成を有する。
　本変形例に係る物質特定装置１０の測定部１３は、励起光の波長の光を遮蔽するフィルタ１３ｃを透過した、遅延蛍光又は燐光の発光データを測定する。これにより、励起光が直接カメラ１３ａに入射することを防止して、物質に特有の遅延蛍光又は燐光の発光データを高精度で測定することができる。また、フィルタ１３ｃは、複数の異なる波長の光を遮蔽するものであってよく、遮蔽する波長を切り替えられるものであってよい。照射部１２によって、複数の異なる波長の励起光を対象物１００に照射する場合、フィルタ１３ｃは、カメラ１３ａの撮像タイミングと同期して各励起波長に対応するフィルタを適用してよい。この場合、フィルタ１３ｃは、液晶又は回転板で構成されてよい。このように、複数の異なる波長の光を遮蔽することで、カメラ１３ａによって、複数の異なる波長の励起光に起因する発光データを精度良く測定することができる。
　図１５は、本実施形態の第２変形例に係る物質特定装置１０の機能ブロックを示す図である。本変形例に係る物質特定装置１０は、機械学習部１６を備える点で、実施形態に係る物質特定装置１０と相違する。その他について、本変形例に係る物質特定装置１０は、実施形態に係る物質特定装置１０と同様の構成を有する。なお、本例では、物質特定装置１０が機械学習部１６を備える場合について説明するが、機械学習部１６の機能は、物質特定装置１０と通信可能な他のコンピュータによって提供されてもよい。
　機械学習部１６は、既知の物質に関する遅延蛍光又は燐光の発光データを学習データとした機械学習によって、対象物に関する発光データに基づいて、対象物を構成する物質を推定する学習モデル１４ｃを生成する。機械学習部１６は、例えば、発光データ及び対象物を構成する物質を学習データとする教師あり学習によって、学習モデル１４ｃを生成したり、発光データを学習データとする教師なし学習によって、学習モデル１４ｃを生成したりしてよい。
　学習データとしては、発光データをそのまま用いたり、発光データを前処理したデータを用いたりしてよい。発光データをそのまま用いる場合であっても、発光データの特徴点を抽出して学習データとしてよい。
　特定部１５は、発光データ１４ａ及び既知物質の発光データ１４ｂに加えて、学習モデル１４ｃの出力に基づいて、対象物を構成する物質を特定してよい。このようにして、機械学習を用いて、発光データ１４ａの特徴量を抽出する負担を軽減して、物質を特定することができる。
　図１６は、本実施形態の第２変形例に係る物質特定装置１０により実行される学習モデル生成処理のフローチャートである。はじめに、物質特定装置１０は、励起光の照射条件を設定する（Ｓ２０）。そして、設定された照射条件で、構成物質が既知である対象物に励起光を照射する（Ｓ２１）。
　物質特定装置１０は、励起光の照射に応じて生じた対象物の遅延蛍光又は燐光をカメラ１３ａで撮影する（Ｓ２２）。そして、物質特定装置１０は、遅延蛍光又は燐光の発光データを学習データとした機械学習によって、対象物を構成する物質を推定する学習モデルを生成する（Ｓ２３）。生成した学習モデルは、記憶部１４に記憶される。以上により、学習モデル生成処理が終了する。
　図１７ａは、本実施形態に係る物質特定装置１０により測定された発光データの散布図の第１例である。同図では、横軸に蛍光の輝度値を示し、縦軸に蓄光時間（蓄光の寿命）をミリ秒の単位で示している。ここで、蛍光の輝度は、波長が約３００ｎｍである励起光を対象物に照射した場合に生じる可視光の発光強度である。また、蓄光時間（蓄光の寿命）は、励起光を対象物に照射して、照射を止めてから遅延蛍光又は燐光が消えるまでの時間である。同図では、各対象物の無作為の位置に励起光を照射し、対象物について５回の測定を行い、白色の単語カード（単語カードＡ）の発光データを菱形で示し、白色の単語カード（単語カードＢ）の発光データを四角形で示し、白色の単語カード（単語カードＤ）の発光データをバツ印で示し、白色の画用紙（色画用紙）の発光データをアスタリスクで示し、白色のケント紙の発光データを丸印で示し、白色の牛乳パックの発光データをプラス印で示している。
　散布図の第１例によれば、異なる物質で構成された対象物の発光データは、蛍光強度と蓄光時間（蓄光の寿命）の平面上でおおよそ異なる領域にプロットされる。そのため、例えば蛍光強度と蓄光の発光データを用いることで、対象物を破壊せずに構成物質を特定することができる。また、異なる対象物であるが蛍光強度が同程度である物について、蓄光に関する発光データを用いることで、対象物を構成する物質を識別することができるようになる。
　物質特定装置１０は、紫外線を遮蔽し、可視光を透過するフィルタを備えてよく、蛍光と蓄光を連続的に測定してよい。また、物質特定装置１０は、比較的長波長の光を蓄光の寿命測定に用いて、比較的短波長の光を蛍光強度の測定に用いてよい。なお、物質特定装置１０は、蛍光と蓄光だけではなく、例えば反射光と蓄光を測定してもよく、蛍光以外の物理量と蓄光を測定してもよい。
　物質特定装置１０は、第２変形例に記載したように、機械学習により生成した学習モデルを用いて、蛍光強度と蓄光寿命に関する発光データに基づいて、対象物を構成する物質を特定してもよい。
　物質特定装置１０によって対象物を構成する物質が識別できることを応用して、対象物の品質検査を行ったり、偽造検査を行ったりすることもできる。
　図１７ｂは、本実施形態に係る物質特定装置１０により測定された発光データの散布図の第２例である。同図では、横軸に蛍光の輝度値を示し、縦軸に蓄光時間（蓄光の寿命）をミリ秒の単位で示している。ここで、蛍光の輝度は、波長が約３００ｎｍである励起光を対象物に照射した場合に生じる可視光の発光強度である。また、蓄光時間（蓄光の寿命）は、励起光を対象物に照射して、照射を止めてから遅延蛍光又は燐光が消えるまでの時間である。同図では、各対象物について５回の測定を行い、白色の布（テプラα（ポリエステル・シルク調））の発光データを菱形で示し、白色の布（キャスコット（アクリル））の発光データを三角形で示し、白色の布（エスモ（ポリエステル・紫外線遮蔽性））の発光データをアスタリスクで示し、白色の布（ＸＹ－Ｅ（ポリエステル・レーヨン調））の発光データを四角形で示し、白色の布（エクセシオン（ポリエステル・ウール調））の発光データをバツ印で示している。
　散布図の第２例によれば、異なる物質で構成された対象物の発光データは、蛍光強度と蓄光時間（蓄光の寿命）の平面上でおおよそ異なる領域にプロットされる。そのため、例えば蛍光強度と蓄光の発光データを用いることで、対象物を破壊せずに構成物質を特定することができる。また、異なる対象物であるが蛍光強度が同程度である物について、蓄光に関する発光データを用いることで、対象物を構成する物質を識別することができるようになる。
　図１７ｃは、本実施形態に係る物質特定装置１０により測定された発光データの散布図の第３例である。同図では、横軸に蛍光の輝度値を示し、縦軸に蓄光時間（蓄光の寿命）をミリ秒の単位で示している。ここで、蛍光の輝度は、波長が約３００ｎｍである励起光を対象物に照射した場合に生じる可視光の発光強度である。また、蓄光時間（蓄光の寿命）は、励起光を対象物に照射して、照射を止めてから遅延蛍光又は燐光が消えるまでの時間である。同図では、各対象物について５回の測定を行い、白色のゴム（ゴム手袋）の発光データを菱形で示し、白色のゴム（十川ゴム）の発光データを四角形で示し、白色のゴム（再生ゴム）の発光データを三角形で示している。
　散布図の第３例によれば、異なる物質で構成された対象物の発光データは、蛍光強度と蓄光時間（蓄光の寿命）の平面上でおおよそ異なる領域にプロットされる。そのため、例えば蛍光強度と蓄光の発光データを用いることで、対象物を破壊せずに構成物質を特定することができる。また、異なる対象物であるが蛍光強度が同程度である物について、蓄光に関する発光データを用いることで、対象物を構成する物質を識別することができるようになる。
　図１７ｄは、本実施形態に係る物質特定装置１０により測定された発光データの散布図の第４例である。同図では、横軸に蛍光の輝度値を示し、縦軸に蓄光時間（蓄光の寿命）をミリ秒の単位で示している。ここで、蛍光の輝度は、波長が約３００ｎｍである励起光を対象物に照射した場合に生じる可視光の発光強度である。また、蓄光時間（蓄光の寿命）は、励起光を対象物に照射して、照射を止めてから遅延蛍光又は燐光が消えるまでの時間である。同図では、各対象物について５回の測定を行い、灰色のモルタル（モルタルＡ）の発光データを菱形で示し、灰色のコンクリートの発光データを四角形で示し、灰色のモルタル（モルタルＢ）の発光データを三角形で示している。
　散布図の第４例によれば、構成する物質の割合が異なる対象物の発光データは、蛍光強度と蓄光時間（蓄光の寿命）の平面上でおおよそ異なる領域にプロットされる。そのため、例えば蛍光強度と蓄光の発光データを用いることで、対象物を破壊せずに構成する物質の割合が異なることを識別することができる。また、構成する物質の割合が異なる対象物であるが蛍光強度が同程度である物について、蓄光に関する発光データを用いることで、対象物を構成する物質の割合が異なることを識別することができるようになる。
　図１７ｅは、本実施形態に係る物質特定装置１０により測定された発光データの散布図の第５例である。同図では、横軸に蛍光の輝度値を示し、縦軸に蓄光時間（蓄光の寿命）をミリ秒の単位で示している。ここで、蛍光の輝度は、波長が約３００ｎｍである励起光を対象物に照射した場合に生じる可視光の発光強度である。また、蓄光時間（蓄光の寿命）は、励起光を対象物に照射して、照射を止めてから遅延蛍光又は燐光が消えるまでの時間である。同図では、各対象物について１回の測定を行い、鉄板（Ｆｅ）の発光データ、粒状の亜鉛（Ｚｎ）の発光データ、粒状の金（Ａｕ）の発光データ、粒状の銅（Ｃｕ）の発光データ及び粒状のアルミニウム（Ａｌ）の発光データをそれぞれ菱形で示している。
　散布図の第５例によれば、異なる金属の発光データは、蛍光強度と蓄光時間（蓄光の寿命）の平面上でおおよそ異なる領域にプロットされる。そのため、例えば蛍光強度と蓄光の発光データを用いることで、対象物を破壊せずに対象物に含まれる金属を特定することができる。また、異なる対象物であるが蛍光強度が同程度である物について、蓄光に関する発光データを用いることで、対象物を構成する物質を識別することができるようになる。
　図１８は、本実施形態に係る物質特定装置１０により励起光の照射時間を変化させて測定された発光データを示す図である。同図では、それぞれ一定の波長の励起光を、３００ｍｓ照射した発光データＤ２１を実線で示し、５００ｍｓ照射した発光データＤ２２を一点鎖線で示し、７００ｍｓ照射した発光データＤ２３を二点鎖線で示し、９００ｍｓ照射した発光データＤ２４を破線で示している。
　発光データＤ２１及び発光データＤ２２によれば、励起光の照射時間を長くすることで、遅延蛍光又は燐光の発光寿命が長くなることが確認できる。一方、発光データＤ２３及び発光データＤ２４によれば、励起光の照射時間を長くしても、遅延蛍光又は燐光の発光寿命が長くならず、発光寿命が飽和することが確認できる。本例の場合、照射時間を７００ｍｓ以上としても、発光寿命はほとんど変化しない。
　図１９は、本実施形態に係る物質特定装置１０によりスケッチブックに励起光を照射した場合に測定された発光データＤ３１を示す図である。また、図２０は、本実施形態に係る物質特定装置１０により牛乳パックに励起光を照射した場合に測定された発光データＤ３２を示す図である。図１９及び図２０では、画素値に関して、最大値に対して５０％のラインに破線を示し、最大値に対して１０％のラインに一点鎖線を示している。
　図１９によると、スケッチブックの発光データＤ３１の場合、画素値が５０％となる時刻は２０ｍｓであり、１０％となる時刻は１３５ｍｓである。ここで、画素値が１０％となる時刻を画素値が５０％となる時刻で割った値は６．７５である。
　図２０によると、牛乳パックの発光データＤ３２の場合、画素値が５０％となる時刻は４５ｍｓであり、１０％となる時刻は２５５ｍｓである。ここで、画素値が１０％となる時刻を画素値が５０％となる時刻で割った値は５．７である。
　物質特定装置１０は、様々な対象物について遅延蛍光又は燐光の発光強度の時間減衰を測定して、例えば、発光強度が１０％となる時刻を発光強度が５０％となる時刻で割った値（時間減衰時刻の比）を記憶部１４に記憶する。そして、物質特定装置１０は、構成物質が未知である対象物に関して遅延蛍光又は燐光を測定し、時間減衰時刻の比を既知物質の値と比較して、対象物を構成する物質を特定することができる。もっとも、物質特定装置１０は、発光強度の時間減衰時刻の比に限らず、任意の特徴量を算出して、物質特定を行ってよい。
　図２１は、本実施形態に係る物質特定装置１０によりスケッチブックに励起光を照射した場合に測定された時間減衰曲線Ｄ４０及びそれを近似する減衰曲線Ｄ４１を示す図である。同図では、縦軸に遅延蛍光又は燐光の発光像を撮影した画素値を示し、横軸にフレーム数で表した時間（Time(Frame No.)）を示している。
　本例の減衰曲線Ｄ４１は、第１減衰曲線Ｄ４２及び第２減衰曲線Ｄ４３の重ね合わせである。具体的には、第１減衰曲線Ｄ４２は、Ｉ１ｅｘｐ（－ｔ／τ１）という関数形の曲線であり、Ｉ１＝５０６及びτ１＝０．２５８３である。また、第２減衰曲線Ｄ４３は、Ｉ２ｅｘｐ（－ｔ／τ２）という関数形の曲線であり、Ｉ２＝８２及びτ２＝０．００２２である。そして、減衰曲線Ｄ４１は、Σｊ＝１ ２Ｉｊｅｘｐ（－ｔ／τｊ）という関数形の曲線である。ここで、Ｉ１、Ｉ２、τ１及びτ２は、例えば最小二乗法で求めてよい。このように、複数の指数関数の重ね合わせによって発光強度の時間減衰曲線を近似することで、時間減衰曲線を精度良く近似することができる。
　図２２は、本実施形態に係る物質特定装置１０により撮影された牛乳パックの遅延蛍光又は燐光の画像を示す図である。同図では、対象物１００をカメラ１３ａ及び照射部１２から比較的遠く（具体的には４ｍ離れた位置）に配置して撮影した遅延蛍光又は燐光の画像を示している。カメラ１３ａが対象物１００から比較的遠くに配置されることで、見た目の蓄光強度は、カメラ１３ａを対象物１００の比較的近くに配置する場合よりも弱くなっているものの、約１２０ｍｓの寿命の蓄光が確認された。
　以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
　物質特定装置１０は、遅延蛍光又は燐光が対象物１００の任意の面で同程度に生じる場合に、波長が異なる励起光を対象物１００の複数点に照射し、カメラ１３ａから照射位置までの距離に応じて遅延蛍光又は燐光に時間差が生じることを利用して、カメラ１３ａから複数の照射位置までの距離を測定することもできる。
　また、物質特定装置１０は、励起光の照射範囲を、例えば可変焦点やアクティブなレンズ等で可変とすることで、照射光の単位面積あたりの強度を調整したり、照射面積を可変としたりする照射部１２を備えてもよい。
　なお、本実施形態では、放出光が対象物１００から照射部１２側に放出される場面が想定され、照射部１２側にカメラ１３ａが設けられている例を示した。他方、例えば対象物１００が光透過性を有する物質であり、放出光が対象物１００を透過することにより、照射部１２側より透過光側の方が放出光の強度が大きくなる場合は、当該透過光側にカメラ１３ａが配置されてもよい。
　また、物質特定装置１０の照射部１２は、パルス状の照射光を間欠的に複数回照射してよい。このとき、遅延蛍光又は燐光の発光持続時間は、照射光の出射インターバルより長くなってよい。すなわち、パルス状の照射光の照射間隔は、遅延蛍光又は燐光の寿命よりも短くてよい。
　１０…物質特定装置、１０ａ…ＣＰＵ、１０ｂ…ＲＡＭ、１０ｃ…ＲＯＭ、１０ｄ…通信部、１０ｅ…入力部、１０ｆ…表示部、１１…設定部、１２…照射部、１３…測定部、１３ａ…カメラ、１３ｂ…解析部、１４…記憶部、１４ａ…発光データ、１４ｂ…既知物質の発光データ、１５…特定部、１６…機械学習部、１００…対象物

Claims (16)

  1. 　励起光の照射条件を設定する設定部と、
    　前記照射条件で、対象物に前記励起光を照射する照射部と、
    　前記励起光の照射に応じて生じた前記対象物の遅延蛍光又は燐光の発光データを測定する測定部と、
    　前記発光データ及び複数の物質にそれぞれ前記照射条件で前記励起光を照射した場合に測定された遅延蛍光又は燐光の発光データに基づいて、前記対象物を構成する物質を特定する特定部と、
    　を備える物質特定装置。
  2. 　前記照射部は、複数の異なる波長の前記励起光を発生させる１又は複数の光源を含む、
    　請求項１に記載の物質特定装置。
  3. 　前記照射条件は、前記励起光の波長、前記励起光の強度及び前記励起光の照射時間の少なくともいずれかを含む、
    　請求項１又は２に記載の物質特定装置。
  4. 　前記励起光の波長は、１０ｎｍ以上である、
    　請求項１から３のいずれか一項に記載の物質特定装置。
  5. 　前記発光データは、前記励起光の照射を止めた後に生じる遅延蛍光又は燐光の発光データを含む、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載の物質特定装置。
  6. 　前記測定部は、前記励起光の波長の光を遮蔽するフィルタを透過した、前記遅延蛍光又は前記燐光の前記発光データを測定する、
    　請求項１から５のいずれか一項に記載の物質特定装置。
  7. 　前記発光データは、発光スペクトル曲線及び発光強度の時間減衰曲線の少なくともいずれかを含む、
    　請求項１から６のいずれか一項に記載の物質特定装置。
  8. 　前記特定部は、前記発光スペクトル曲線の形状、前記発光スペクトル曲線における最大発光強度を与える波長及び半値幅、前記発光スペクトル曲線の異なる波長についての発光強度比並びに前記時間減衰曲線から算出される発光寿命の少なくともいずれかを用いて、前記対象物を構成する物質を特定する、
    　請求項７に記載の物質特定装置。
  9. 　前記測定部は、前記遅延蛍光又は前記燐光の画像を連続撮影し、前記遅延蛍光又は前記燐光の画素値の時間変化に基づいて、前記時間減衰曲線を測定する、
    　請求項７又は８に記載の物質特定装置。
  10. 　前記測定部は、前記遅延蛍光又は前記燐光を１００ｆｐｓ以上のフレームレートで撮影する高速カメラを含む、
    　請求項１から９のいずれか一項に記載の物質特定装置。
  11. 　前記測定部は、前記遅延蛍光又は前記燐光を１００ｆｐｓより低いフレームレートで撮影するカメラ及び前記高速カメラを含み、時間変化が比較的速い期間における前記遅延蛍光又は前記燐光を前記高速カメラで撮影し、時間変化が比較的遅い期間における前記遅延蛍光又は前記燐光を前記カメラで撮影する、
    　請求項１０に記載の物質特定装置。
  12. 　前記測定部は、前記励起光の照射中に生じた前記対象物の蛍光に関するデータを含む前記発光データを測定する、
    　請求項１から１１のいずれか一項に記載の物質特定装置。
  13. 　既知の物質に関する遅延蛍光又は燐光の発光データを学習データとした機械学習によって、前記対象物に関する前記発光データに基づいて、前記対象物を構成する物質を推定する学習モデルを生成する機械学習部をさらに備える、
    　請求項１から１２のいずれか一項に記載の物質特定装置。
  14. 　励起光の照射条件を設定することと、
    　前記照射条件で、対象物に前記励起光を照射することと、
    　前記励起光の照射に応じて生じた前記対象物の遅延蛍光又は燐光の発光データを測定することと、
    　前記発光データ及び複数の物質にそれぞれ前記照射条件で前記励起光を照射した場合に測定された遅延蛍光又は燐光の発光データに基づいて、前記対象物を構成する物質を特定することと、
    　を含む物質特定方法。
  15. 　物質特定装置に備えられたコンピュータを、
    　励起光の照射条件を設定する設定部、
    　前記照射条件で、対象物に前記励起光を照射する照射部、
    　前記励起光の照射に応じて生じた前記対象物の遅延蛍光又は燐光の発光データを測定する測定部、及び
    　前記発光データと、複数の物質にそれぞれ前記照射条件で前記励起光を照射した場合に測定された遅延蛍光又は燐光の発光データに基づいて、前記対象物を構成する物質を特定する特定部、
    　として機能させる物質特定プログラム。
  16. 　励起光の照射条件を設定する設定部と、
    　前記照射条件で、対象物に前記励起光を照射する照射部と、
    　前記励起光の照射に対して遅延して生じた前記対象物の発光に関する発光データを測定する測定部と、
    　前記発光データ及び複数の物質にそれぞれ前記照射条件で前記励起光を照射した場合に遅延して生じた発光に関する発光データに基づいて、前記対象物を構成する物質を特定する特定部と、
    　を備える物質特定装置。
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