ラマンイメージング装置
【課題】測定時間を高速化すること。
【解決手段】被検査部から散乱されたラマン光が入射される入射部（１５ａ）側において光ファイバの一端が二次元平面上に配置されると共に、前記光ファイバの内部を透過した光が射出される射出部（１５ｂ）において前記光ファイバの他端が一次元直線上に沿って配置された次元変換部（１５）と、各光ファイバの他端側から射出された光を、前記一次元直線に対して直交する方向に沿って、光に含まれる各波長のスペクトル成分に分光する分光部（１６）と、前記一次元直線方向を第１軸方向とし且つ前記一次元直線方向に直交する方向を第２軸方向とした場合に、前記第１軸方向及び第２軸方向に沿って平面状に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子が前記分光部で分光された各波長の光を受光する受光部（２２）と、を備えた文化財検査装置（１）。
【解決手段】被検査部から散乱されたラマン光が入射される入射部（１５ａ）側において光ファイバの一端が二次元平面上に配置されると共に、前記光ファイバの内部を透過した光が射出される射出部（１５ｂ）において前記光ファイバの他端が一次元直線上に沿って配置された次元変換部（１５）と、各光ファイバの他端側から射出された光を、前記一次元直線に対して直交する方向に沿って、光に含まれる各波長のスペクトル成分に分光する分光部（１６）と、前記一次元直線方向を第１軸方向とし且つ前記一次元直線方向に直交する方向を第２軸方向とした場合に、前記第１軸方向及び第２軸方向に沿って平面状に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子が前記分光部で分光された各波長の光を受光する受光部（２２）と、を備えた文化財検査装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラマン励起レーザー光等の検査光を被検査部に照射し、その反射、または散乱する光を分光分析することで被検査部の検査を行うラマンイメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
壁画や絵画、あるいは、寺社や古墳等のような文化財において、歴史的な文化財は経時的な汚損や破損等により、必要に応じて修復が行われている。修復を行う際には、修復対象の文化財の歴史的な経緯等から、文化財の作成当時と同一の材料や塗料を使用しての修復が望まれる。したがって、文化財の修復を行う場合、使用されている材料や塗料等の検査、分析、同定が必要とされている。また、文化財の保存方法の研究や、文化財が作成された時代、材料の由来（産地）、流通経路等の文化史の研究を行う場合にも、材料等の検査、分析は必要とされている。
このような文化財の分析を行う際に、分析用の試料を採取するために、貴重な文化財の一部を破損することは厳しく制限されていることが多く、非接触、非破壊で、しかも、文化財が設置されている場所で、すなわち、文化財を移動させずに検査を行うことが望ましい。
【０００３】
従来、文化財の非破壊検査は、文化財にＸ線を照射したときに発生する蛍光Ｘ線を利用して元素分析を行う蛍光Ｘ線分析法を使用して行われている。このような技術として、例えば、特許文献１（特開２００４−３４０７５０号公報）記載の技術が知られている。
特許文献１（特開２００４−３４０７５０号公報）には、文化財を構成する被測定物において、人工的に変質させた被測定物にラマン分光分析を行って得られたラマンスペクトルと、変質させていない被測定物にラマン分光分析を行って得られたラマンスペクトルとを比較して、変質に関して評価する技術が記載されている。なお、特許文献１記載の技術では、文化財自体の変質評価の対象物の材料を確認する際には、蛍光Ｘ線法やＸ線回折法により同定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４０７５０号公報（「００２３」〜「００２５」、「００３５」）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来技術のような蛍光Ｘ線分析法では、文化財を構成する物質の元素分析を行うことができるが、何の元素（炭素や酸素、窒素等）が含まれているのかが分析できるだけで、その元素がどのような構造、組成、化合物となっているかに関する構造情報に乏しい問題がある。すなわち、文化財構成物質である顔料等については同定が困難であり、したがって、修復等する場合に必要となる材料の由来に関して充分な情報を収集することは非常に困難であるという問題がある。
【０００６】
ラマンイメージング測定には、大きく２つの方法が知られている。第１は、二次元の測定対象部位に対して、特定の波長のラマンイメージデータを測定した後、フィルタ等を制御して波長を変化させ、同じ部位について同様に測定する。したがって、測定する波長領域が広くなると、測定に長時間がかかる問題があった。
第２は、マッピング法と呼ばれる測定法で、検査対象部位を短冊状（スリット状、一次元状の線状）に区切り、その部位のラマンスペクトルを同時に測定し、次に測定部位を移動して同様に測定する。この方法では、測定部位を移動して順次測定するため、検査対象部位の全域を測定するには、やはり測定に長時間がかかる問題があった。
【０００７】
本発明は、前述の事情に鑑み、測定速度を高速化することを第１の技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記技術的課題を解決するために、請求項１記載の発明のラマンイメージング装置は、
被検査部に照射されるレーザー光を発生するレーザー光源と、
内部を光が透過可能な複数の光ファイバを有する次元変換部であって、前記被検査部から散乱されたラマン光が入射される入射部側において前記光ファイバの一端が二次元平面上に配置されると共に、前記光ファイバの内部を透過した光が射出される射出部において前記光ファイバの他端が一次元の線上に沿って配置された前記次元変換部と、
前記各光ファイバの他端側から射出された光を、前記一次元の線上に対して交差する方向に沿って、光に含まれる各波長のスペクトル成分に分光する分光部と、
前記一次元の線の方向を第１軸方向とし且つ前記一次元の線に交差する方向を第２軸方向とした場合に、前記第１軸方向及び第２軸方向に沿って平面状に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子が前記分光部で分光された各波長の光を受光する受光部と、
前記受光素子の前記第１軸方向の位置として特定される前記次元変換部の一次元の線上の位置と、前記受光素子の前記第２軸方向の位置として特定されるラマン光の波長成分と、前記一次元の線上の位置およびラマン光の波長成分とで特定される二次元上の位置の前記受光素子で受光したスペクトル強度と、を対応づけて記憶するスペクトル記憶手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のラマンイメージング装置において、
前記二次元平面内において前記光ファイバの一端どうしが隣り合った状態で配置され、且つ、前記一次元の線上において前記光ファイバの他端どうしが隣り合った状態で配置された前記次元変換部、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のラマンイメージング装置において、
ｍ、ｎを３より大きい正数とした場合に、ｍ行ｎ列の格子状の二次元平面上に前記光ファイバの一端が配置されると共に、１行１列、２行１列、…、ｍ行１列、ｍ行２列、（ｍ−１）行２列、…、１行２列、１行３列、２行３列、…の順に、前記光ファイバの他端が一次元の線上に沿って配置された前記次元変換部、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のラマンイメージング装置において、
前記分光部に対して入射される光の仰角に基づいて、弧状の一次元の線上に前記光ファイバの他端が配置された前記次元変換部、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、次元変換部で二次元から一次元に次元変換された光が複数の波長のスペクトル成分に分光され、被検査部の位置を第１軸方向とし且つスペクトル成分を第２軸方向として受光部で一度に測定を行うことができるため、波長を走査する必要がある従来の構成や測定部位を移動させる必要がある従来の構成に比べて、測定速度を高速化することができる。また、被検査部に照射されたレーザー光に基づいて、ラマンイメージ画像が得られるため、被検査部に非接触、非破壊で、かつ検査対象物を移動させることなく、被検査部の材料の化学的性質や構造情報を検査、分析することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、光ファイバの他端どうしが隣り合わない状態で配置された場合に比べて、前記分光部に用いられている光学系による歪曲収差の悪影響を低減することができ、検査、分析の精度を高めることができる。
請求項３記載の発明によれば、二次元平面内においてジグザグ状に一筆書きの軌跡に沿った配列がされない場合に比べて、歪曲収差の悪影響を低減することができる。
請求項４記載の発明によれば、仰角に基づかずに光ファイバの他端を配置する場合に比べて、前記分光部に用いられている回折格子による像の曲がりの影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の実施例１の文化財検査装置の全体説明図である。
【図２】図２は本発明の実施例１の文化財検査装置の分光分析装置の概略説明図であり、図２Ａは上方から見た概略説明図、図２Ｂは側方から見た概略説明図である。
【図３】図３は文化財の一例としての壁画と被検査部の説明図である。
【図４】図４は実施例１の次元変換部、分光部および受光部の要部説明図である。
【図５】図５は本発明の実施例１の文化財検査装置１の制御部のブロック線図である。
【図６】図６は実施例１のメイン画像の説明図であり、図６Ａは位置調節作業およびラマンイメージ撮影前のメイン画像の説明図、図６Ｂはラマンイメージ撮影後の結果画像の説明図である。
【図７】図７は実施例１のラマンイメージ画像の一例の説明図である。
【図８】図８は実施例２の次元変換部の要部説明図であり、図８Ａは全体図、図８Ｂは図８Ａの矢印ＶＩＩＩＢ方向から見た図、図８Ｃは図８Ｂの入射部の説明図、図８Ｄは図８Ａの矢印ＶＩＩＩＤ方向から見た図、図８Ｅは図８Ｄの射出部の説明図である。
【図９】図９は実施例２の作用を対比して説明するための説明図であり、図９Ａは実施例１の次元変換部の入射部の説明図、図９Ｂは実施例１の次元変換部の射出部の説明図、図９Ｃは実施例１の次元変換部から射出された光が分光された像の説明図、図９Ｄは図９Ｃの像に歪曲収差がある場合の説明図、図９Ｅは図９Ｄの要部拡大図、図９Ｆは図９Ｅにおけるズレの文化財の被検査部に対応する位置を説明する説明図である。
【図１０】図１０は実施例２の作用を対比して説明するための説明図であり、図１０Ａは実施例２の次元変換部の入射部の説明図、図１０Ｂは実施例２の次元変換部の射出部の説明図、図１０Ｃは実施例２の次元変換部から射出された光が分光された像の説明図、図１０Ｄは図１０Ｃの像に歪曲収差がある場合の説明図、図１０Ｅは図１０Ｄの要部拡大図、図１０Ｆは図１０Ｅにおけるズレの文化財の被検査部に対応する位置を説明する説明図である。
【図１１】図１１は実施例２の変更例の説明図であり、図１１Ａは図１０Ａに対応する図、図１１Ｂは図１０Ｂに対応する図である。
【図１２】図１２は実施例３の次元変換部の要部説明図であり、図１２Ａは全体図、図１２Ｂは図１２Ａの矢印ＸＩＩＢ方向から見た図、図１２Ｃは図１２Ｂの入射部の説明図、図１２Ｄは図１２Ａの矢印ＸＩＩＤ方向から見た図、図１２Ｅは図１２Ｄの射出部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明の実施例１の文化財検査装置の全体説明図である。
なお、以下の説明において、理解を容易とするため、検査対象物の一例としての文化財の表面に沿った水平方向をＸ方向（左右方向）、文化財の表面に沿った鉛直方向をＹ方向（上下方向）、文化財に接近、離隔する方向をＺ方向（前後方向）として説明する。
図１において、本発明のラマンイメージング装置の一例としての実施例１の文化財検査装置１は、移動式架台２を有する。前記移動式架台２は、複数の脚部２ａを有し、脚部２ａの下端には、ストッパ付の移動用のキャスター２ｂが支持されている。前記脚部２ａの上端部には、ハンドル部２ｃが上下移動可能に支持されており、移動式架台２は、図示しない油圧式の昇降装置により、ハンドル部２ｃを上下方向（高さ方向）に位置調整可能に構成されている。ハンドル部２ｃの上部には図示しない回転機構と傾き機構が支持されている。なお、前記移動式架台２として、従来公知の移動式架台を使用可能であり、例えば、テレビ撮影用のカメラを移動させるための移動式架台を使用可能である。
したがって、前記移動式架台２は、キャスター２ｂで移動させることにより、文化財検査装置１を、固定の文化財に対して水平方向に移動させて、位置を粗調整することができる。また、上下方向の高さ調節により文化財に対する高さの粗調整や、回転機構と傾き機構により回転位置と傾きの調節もできる。
【００１７】
図２は本発明の実施例１の文化財検査装置の分光分析装置の概略説明図であり、図２Ａは上方から見た概略説明図、図２Ｂは側方から見た概略説明図である。
図１において、前記移動式架台２の回転機構と傾き機構の上部には、位置調節装置３が支持されている。前記位置調節装置３は、図示しないモータにより、それぞれＸ軸方向およびＺ軸方向に位置調節可能なＸＺステージ３ａと、前記ＸＺステージ３ａ上に支持され、Ｙ軸方向（高さ方向）に位置調節可能なＹステージ３ｂとを有する。なお、実施例１の前記位置調節装置３は、Ｘ方向に２００ｍｍ、Ｙ方向に１００ｍｍ、Ｚ方向に１００ｍｍの可動範囲が設定されているが、可動範囲はこの範囲に限定されず、設計や仕様等に応じて任意に変更可能である。
前記Ｙステージ３ｂには、分光分析装置４が支持されている。図１、図２において、前記分光分析装置４は、ケース４ａを有する。前記ケース４ａの上端部には、励起レーザー入力ポート４ｂが形成されており、ケース４ａの文化財Ｂ側には、レンズ用開口４ｃが形成されている。前記励起レーザー入力ポート４ｂには、図示しない光ファイバが接続されて光ファイバを介して外部の図示しないレーザー光源から、ラマン分光用の励起レーザーが入力される。なお、実施例１では、励起レーザー光として、波長７８５ｎｍのレーザー光を使用しているが、波長が可視〜近赤外の励起レーザー光を使用可能であり、設計や仕様等に応じて、任意に変更可能である。
【００１８】
図２において、前記励起レーザー入力ポート４ｂの下方には、励起レーザー光を平行光にする励起レーザー用コリメータ６が配置されている。前記励起レーザー用コリメータ６の下方には、コリメートされた励起レーザーを反射する反射光学系７が配置されている。前記反射光学系７の後斜め上方には、エッジフィルタ８が配置されている。前記エッジフィルタ８は、反射光学系７で反射された励起レーザー光の波長の光は反射すると共に、ラマン効果等により励起レーザー光の波長から長波長側に波長がずれた光は透過する性質を有する従来公知のフィルタである。エッジフィルタの代わりに、励起レーザー光の波長から長波長側と短波長側のいずれかの方向に波長がずれた光は透過する性質を有するノッチフィルタを使用することも可能である。
【００１９】
図３は文化財の一例としての壁画と被検査部の説明図である。
図２、図３において、前記エッジフィルタ８の前方には、エッジフィルタ８で反射された励起レーザー光を文化財Ｂの被検査部Ｂ１に集光、照射すると共に、被検査部Ｂ１からのラマン光が通過するマクロ測定用対物レンズ９が配置されている。図２Ａにおいて、前記対物レンズ９の側方には、マクロ測定用対物レンズ９よりも検査可能な領域が狭いミクロ測定用対物レンズ１１が配置されており、手動または自動によりマクロ測定用対物レンズ９の位置にミクロ測定用対物レンズ１１を移動させる（左右方向にスライドさせる）ことで、検査対象領域を変化させることができる。
【００２０】
前記反射光学系７やエッジフィルタ８の側方には、可視像撮像装置の一例としての測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２が配置されている。前記測定領域モニター用ＣＣＤカメラ１２と、エッジフィルタ８等との間には、ハーフミラー１３ａとハーフミラー１３ｂを有する測定領域モニター用光学系１３が配置されており、測定領域モニター用光学系１３には、白色ＬＥＤにより構成された照明１４からの照明光が照射される。前記測定領域モニター用光学系１３を、手動または自動で移動させて、エッジフィルタ８とマクロ測定用対物レンズ９との間に割り込ませることで、照明１４の光をハーフミラー１３ａおよびハーフミラー１３ｂで反射して被検査部Ｂ１を照射し、反射光をハーフミラー１３ｂで反射し、ハーフミラー１３ａを透過させ、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２で撮像することで、被検査部Ｂ１の可視像およびレーザー光のラマン励起領域をカラーで撮像することができる。なお、実施例１では、被検査部Ｂ１として３．３３ｍｍ四方の領域が設定されており、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２は、前記被検査部Ｂ１を中心として７．１１ｍｍ×５．３５ｍｍの領域の可視像を撮像可能に設定されている。
【００２１】
図４は実施例１の次元変換部、分光部および受光部の要部説明図である。
図２において、前記エッジフィルタ８の後方には、内部を光が透過可能な複数の光ファイバを有する次元変換部１５が配置されている。図２、図４において、実施例１の次元変換部１５は、光ファイバを束ねた構成となっており、エッジフィルタ８を通過したラマン光が入射される入射部１５ａ側では、光ファイバの一端が格子状、すなわち、二次元平面上に配置されている。また、光ファイバを通過した光が射出される次元変換部１５の射出部１５ｂ側では、光ファイバの他端が上下方向に延びる直線状、すなわち、一次元直線上に沿って配置されている。実施例１の次元変換部１５では、図４に示すように、入射部１５ａでは、仮想的にＰ１〜Ｐ１６の位置特定用の番号が割り振られた４×４の平面状に配置され、射出部１５ｂではＰ１〜Ｐ１６の番号に対応する各光ファイバが上下方向に延びる直線上に並んで配置された構成となっている。
したがって、次元変換部１５に入力されたラマン光は、位置番号Ｐ１〜Ｐ１６に対応する各光ファイバの入射部１５ａに入射され、各光ファイバの射出部１５ｂからラマン光Ｌ１〜Ｌ１６として出力される。
なお、本発明の理解の容易のために、次元変換部１５として、Ｐ１〜Ｐ１６の番号を割り振った光ファイバを例示したが、光ファイバの数は例示した数に限定されず、任意の個数、すなわち１５以下や１６以上の数とすることが可能である。
【００２２】
前記次元変換部１５の後方には、次元変換部１５を通過した光が入射される分光器１６が配置されている。前記分光器１６は、次元変換部１５の射出部１５ｂに対応して、上下方向に沿って形成されたスリット１６ａを有する。図２において、分光器１６の内部には、光学系１７が収容されている。前記光学系１７は、スリット１６ａを通過した光Ｌ１〜Ｌ１６を反射する第１反射鏡１７ａと、反射鏡１７ａで反射された光を平行光（コリメート光）にするコリメータ１７ｂと、コリメータ１７ｂからのコリメート光を分光するグレーティング（または回折格子）１７ｃと、グレーティング１７ｃで分光された光を反射する集光鏡１７ｄおよび第２反射鏡１７ｅを有する。したがって、前記分光器１６の光学系１７に入力された位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の光ファイバからの各ラマン光Ｌ１〜Ｌ１６は、それぞれグレーディング１７ｃで波長λ１、λ２、…、λｎ（ｎは１より大きな整数：例えばｎ＝１００）の光Ｌ１（λ１）、Ｌ１（λ２）、…、Ｌ１（λｎ）、Ｌ２（λ１）、…、Ｌ２（λｎ）、…、Ｌ１６（λ１）、…、Ｌ１６（λｎ）に分光され、出力される。
なお、図２、図４において、実際の光学系では、コリメータ１７ｂおよび集光鏡１７ｄは球面鏡または放物面鏡で構成されており、入射スリット１６ａからの各ラマン光Ｌ１〜Ｌ１６は、途中で交差して受光部（２２）で上下が反転するが、説明および理解を容易にするため、球面鏡等ではなく円筒面鏡またはシリンドリカル鏡で図示し、ラマン光も上下で反転せずに図示をした。
【００２３】
前記分光器１６の後方には、ケース４ａの後面に、受光部の一例であってラマンイメージ撮像装置の一例としてのラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２が支持されており、分光器１６から出力された光Ｌ１（λ１）〜Ｌ１６（λｎ）が受光され、撮像される。実施例１のラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２は、上下方向に沿った第１軸方向には位置番号Ｐ１〜Ｐ１６に対応して１６画素の受光素子を有し、左右方向に沿った第２軸方向には分光された波長λ１〜λｎの数ｎに応じてｎ画素の受光素子を有する。したがって、実施例１のラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２は、縦１６画素×横ｎ画素の平面状に配列された受光素子を有するＣＣＤカメラにより構成されており、分光器１６から出力された光Ｌ１（λ１）〜Ｌ１６（λｎ）が各受光素子で受光される。
なお、実施例１では、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２には、マクロ測定用対物レンズ９やその他の光学系１７の焦点距離の関係で、ラマンイメージ画像が撮影可能な被検査部Ｂ１の領域として３．３３ｍｍ四方の領域が設定されている。なお、前記被検査部Ｂ１の領域の広さは、例示した広さに限定されず、設計や仕様等に応じて、適宜変更可能である。
【００２４】
図１、図２Ａにおいて、前記ケース４ａの側面には、可視像撮像装置の一例としての高解像度カラーＣＣＤカメラ２６が固定支持されている。前記高解像度カラーＣＣＤカメラ２６には、可視像を拡大する高解像度ズームレンズ２７と、前記ズームレンズ２７の先端部に設けられた白色ＬＥＤにより構成された照明２８とを有する。前記高解像度カラーＣＣＤカメラ２６により、照明２８の光で照射された被検査部Ｂ１を含む領域の可視像を撮像することができる。なお、図３において、実施例１の高解像度カラーＣＣＤカメラ２６では、１０．５ｍｍ×７．９ｍｍの可視像撮影領域Ｂ２の可視像を撮像可能に設定されている。なお、前記可視像撮影領域Ｂ２の広さは、例示した広さに限定されず、設計や仕様等に応じて、適宜変更可能である。
【００２５】
図２Ａにおいて、前記高解像度カラーＣＣＤカメラ２６の可視像撮影領域Ｂ１ｂの中心と、マクロ測定用対物レンズ９の撮影可能な領域Ｂ１ａの中心との間は、水平方向（Ｘ方向）に中心間距離Ｌ１だけ離れている。したがって、高解像度カラーＣＣＤカメラ２６で可視像を撮影した後、中心間距離Ｌ１だけ移動させることで、高解像度カラーＣＣＤカメラ２６で撮影した領域と、マクロ測定用対物レンズ９で撮影される領域とを合わせることができる。また、ラマンイメージ画像の３．３３ｍｍ四方の撮影領域分だけＸ、−ＸまたはＹ、−Ｙ方向にさらにＸＹステージを移動することで、さらに広い領域に対して高解像度カラーＣＣＤカメラ２６で撮影した領域と、マクロ測定用対物レンズ９で撮影される領域を対応させることが可能である。
【００２６】
図１において、分光分析装置４や位置調節装置３は、コントローラにより制御され、前記コントローラおよび前記高解像度カラーＣＣＤカメラ２６から延びるケーブル２９は、情報処理装置の一例としてのノートパソコンＰＣに接続されている。ノートパソコンＰＣは、本体Ｈ１と、ディスプレイ（情報表示部）Ｈ２と、入力装置の一例としてのキーボードＨ３およびマウスＨ４を有する。
前記移動式架台２や位置調節装置３、分光分析装置４、高解像度カラーＣＣＤカメラ２６、ノートパソコンＰＣ等により、実施例１の文化財検査装置１が構成されている。
【００２７】
（制御部の説明）
図５は本発明の実施例１の文化財検査装置１の制御部のブロック線図である。
図５において、前記コントローラやノートパソコンＰＣ、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行う入出力インタフェース、必要な処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、必要なデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、前記ＲＯＭに記憶されたプログラムに応じた処理を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ならびにクロック発振器等を有するコンピュータにより構成されており、前記ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
【００２８】
（前記ノートパソコンＰＣに接続された制御要素）
前記ノートパソコンＰＣの本体Ｈ１は、キーボードＨ３やマウスＨ４等の入力装置、その他の信号入力要素からの信号が入力されている。
キーボードＨ３やマウスＨ４等の入力装置は、ユーザの入力に応じた信号を本体Ｈ１に出力している。
【００２９】
（コントローラＣに接続された制御要素）
前記コントローラＣは、位置調節装置３のＸＺステージ３ａやＹステージ３ｂ、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２、その他の制御要素に接続されており、それらの作動制御信号を出力している。
前記ＸＺステージ３ａは、分光分析装置４や高解像度カラーＣＣＤカメラ２６の水平方向の位置（Ｘ方向およびＺ方向の位置）を微調整する。
Ｙステージ３ｂは、分光分析装置４や高解像度カラーＣＣＤカメラ２６の高さ方向（Ｙ方向）の位置を微調整する。
ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２は、分光器１６から出力された光を測定する。
測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２は、入力に応じて被検査部Ｂ１の可視像を撮像する。
【００３０】
（ノートパソコンＰＣの本体Ｈ１に接続された制御要素）
前記本体Ｈ１には、前記コントローラＣや高解像度カラーＣＣＤカメラ２６、ディスプレイＨ２、その他の制御要素に接続されており、それらの作動制御信号を出力している。
コントローラＣは、ノートパソコンＰＣからの制御信号に応じて、位置調節装置３のＸＺステージ３ａやＹステージ３ｂ、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２を制御する。
高解像度カラーＣＣＤカメラ２６は、被検査部Ｂ１の可視像を撮像する。
ディスプレイＨ２は、ノートパソコンＰＣからの画像情報を表示する。
【００３１】
（コントローラＣの機能）
前記コントローラＣは、ノートパソコンＰＣからの入力信号に応じた処理を実行して、前記各制御要素に制御信号を出力する機能を有している。
すなわち、コントローラＣは次の機能を有している。
Ｃ１：位置調節装置制御手段
位置調節装置制御手段Ｃ１は、ＸＺステージ３ａの位置を制御するＸＺステージ制御手段Ｃ１ａと、Ｙステージ３ｂの位置を制御するＹステージ制御手段Ｃ１ｂとを有し、位置調節装置３を制御して、分光分析装置４や高解像度カラーＣＣＤカメラ２６のＸＹＺ方向の位置を調節する。
【００３２】
Ｃ２：ラマン測定用カメラ制御手段
ラマン測定用カメラ制御手段Ｃ２は、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２を制御して、ラマンイメージの撮像を行う。
Ｃ３：測定領域モニター用カメラ制御手段
測定領域モニター用カメラ制御手段Ｃ３は、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２を使用して被検査部Ｂ１の測定領域を測定する入力がされた場合に、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２を制御して、測定領域の可視像を撮像する。
【００３３】
（ノートパソコンＰＣの機能）
前記ノートパソコンＰＣの本体Ｈ１に組み込まれた文化財検査プログラムＡＰ１は、入力装置Ｈ３，Ｈ４からの入力信号に応じた処理を実行して、各制御要素Ｃ、２６に制御信号を出力する機能を有している。
前記文化財検査プログラムＡＰ１は次の機能手段（プログラムモジュール）を有している。
【００３４】
図６は実施例１のメイン画像の説明図であり、図６Ａは位置調節作業およびラマンイメージ撮影前のメイン画像の説明図、図６Ｂはラマンイメージ撮影開始後の結果画像の説明図である。
Ｃ１１：メイン画像表示手段
メイン画像表示手段Ｃ１１は、表示部としてのディスプレイＨ２にメイン画像Ｇ１（図６参照）を表示する。図６Ａにおいて、メイン画像Ｇ１は、高解像度カラーＣＣＤカメラ２６で撮影した画像を表示する可視像表示部Ｇ１ａと、位置調節装置３のＸＺステージ３ａをＸ方向（横方向）に移動させるためのＸ方向位置調節ボタンＧ１ｂと、Ｙステージ３ｂをＹ方向（高さ方向）に移動させるためのＹ方向位置調節ボタンＧ１ｃと、ＸＺステージ３ａをＺ方向（前後方向、被検査部Ｂ１に接近、離隔する方向）に移動させるためのＺ方向位置調節ボタンＧ１ｄと、ラマンイメージの撮影を開始するための撮影開始ボタンＧ１ｅと、文化財検査プログラムＡＰ１を終了するための終了ボタンＧ１ｆが表示される。
図６Ａにおいて、前記可視像表示部Ｇ１ａには、高解像度カラーＣＣＤカメラ２６により撮影された可視像撮影領域Ｂ２の画像が表示されており、中央部にラマンイメージが撮影される被検査部Ｂ１の領域を示すラマンイメージ撮影領域表示画像Ｇ１ｇが表示されている。前記可視像表示部Ｇ１ａの表示画像は、位置の移動に伴って随時画像（静止画像）が更新される。
【００３５】
Ｃ１２：撮影位置調整手段
撮影位置調整手段Ｃ１２は、メイン画像Ｇ１の各位置調節ボタンＧ１ｂ〜Ｇ１ｄへの入力に応じて、コントローラＣを介して位置調節装置３を駆動させて、分光分析装置４や高解像度カラーＣＣＤカメラ２６のＸＹＺ方向の位置を調節する。
Ｃ１３：カメラ画像撮影手段
カメラ画像撮影手段Ｃ１３は、前記位置決定ボタンＧ１ｅの入力に応じて、コントローラＣを介して高解像度カラーＣＣＤカメラ２６の高解像度ＣＣＤカメラ制御手段Ｃ２１を介して、被検査部Ｂ１を含む可視像撮影領域Ｂ２の制止画像を撮影する。
【００３６】
図７は実施例１のラマンイメージの一例の説明図である。
Ｃ１４：ラマンイメージ撮影手段
ラマンイメージ撮影手段Ｃ１４は、コントローラＣを介して、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２を制御して、被検査部Ｂ１のラマン分光法による画像であるラマンイメージ画像Ｒ１（図７参照）を撮影する。したがって、実施例１では、縦方向（第１軸方向）を位置Ｐ１〜Ｐ１６、横方向（第２軸方向）を波長λ１〜λｎとする平面上で、各画素で受光したラマン光Ｌ１（λ１）〜Ｌ１６（λｎ）の強度（スペクトル強度）の値からなるラマンイメージ画像Ｒ１を撮像する。
【００３７】
Ｃ１５：撮影画像記憶手段
撮影画像記憶手段Ｃ１５は、カメラ画像撮影手段Ｃ１３で撮影された可視静止画像（Ｇ１）を記憶する可視静止画像記憶手段Ｃ１５ａと、ラマンイメージ撮影手段Ｃ１４で撮影されたラマンイメージ画像Ｒ１を記憶するラマンイメージ画像記憶手段（スペクトル記憶手段）Ｃ１５ｂとを有する。
前記ラマンイメージ画像記憶手段Ｃ１５ｂは、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２の各受光素子の前記第１軸方向の位置として特定される次元変換部１５の一次元直線上の位置Ｐ１〜Ｐ１６と、各受光素子の前記第２軸方向の位置として特定されるラマン光の波長成分λ１〜λｎと、一次元直線上の位置Ｐ１〜Ｐ１６およびラマン光の波長成分λ１〜λｎとで特定される二次元上の位置の受光素子で受光したスペクトル強度と、を対応づけて記憶している。すなわち、縦方向（第１軸方向）を位置Ｐ１〜Ｐ１６、横方向（第２軸方向）を波長λ１〜λｎ、高さ方向（第３軸方向）を各画素（受光素子）で受光したラマン光Ｌ１（λ１）〜Ｌ１６（λｎ）のスペクトル強度、とする３次元のラマンイメージ画像Ｒ１を記憶する。
そして、実施例１の撮影画像記憶手段Ｃ１５は、ラマンイメージ撮影領域表示画像Ｇ１ｇの情報を含む可視像撮影領域Ｂ２の可視静止画像Ｇ１と、ラマンイメージ撮影領域表示画像Ｇ１ｇのラマンイメージ画像Ｒ１とを対応させて（関連づけて）記憶する。
【００３８】
Ｃ１６：結果画像表示手段
結果画像表示手段Ｃ１６は、画素再配列手段Ｃ１６ａを有し、ラマンイメージ撮影手段Ｃ１４で撮影され、撮影画像記憶手段Ｃ１５に記憶されたラマンイメージ画像Ｒ１および可視静止画像Ｇ１とに基づいて、撮影結果（検査結果）の結果画像Ｇ２をディスプレイＨ２に表示する。図６Ｂにおいて、実施例１の結果画像Ｇ２は、可視静止画像Ｒ２が表示される可視像表示部Ｇ２ａと、撮影画像記憶手段Ｃ１５に記憶されたラマンイメージ画像Ｒ１から特定の波長λｉ（１≦ｉ≦ｎ）における被検査部Ｂ１の領域のラマン光の強度分布を抽出・演算した強度分布画像が表示される強度分布表示部Ｇ２ｂと、強度分布の波長λｉを変更する入力を行うための波長変更入力ボタンＧ２ｃと、撮影画像記憶手段Ｃ１５に記憶されたラマンイメージ画像Ｒ１から特定の位置Ｐｊ（１≦ｊ≦１６）における波長λ１〜λｎのスペクトル波形Ｒ２（図７参照）を抽出・演算した波形画像が表示される波形表示部Ｇ２ｄと、スペクトル波形Ｒ２を表示する位置Ｐｊを変更する入力を行うための位置変更入力ボタンＧ２ｅと、撮影位置を再設定するためにメイン画像Ｇ１を表示するための撮影位置再設定ボタンＧ２ｆと、を有する。また、実施例１の可視像表示部Ｇ２ａには、中央部に、可視静止画像Ｇ１に対応する被検査部Ｂ１の領域を示すラマンイメージ撮影領域表示画像Ｇ２ｇが表示される。さらに、ラマンイメージ撮影領域表示画像Ｇ２ｇにおける特定の位置Ｐｊに対応する画像の枠線が強調表示（太線表示）で表示されており、位置変更入力ボタンＧ２ｅへの入力に応じて強調表示の枠線の位置が更新される。また、実施例１では、前記強度分布表示部Ｇ２ｂに表示される強度分布画像は、ラマン光の強度が強い領域を赤で、強度が弱い領域を青色で表示し、その間の強度は強度に応じて中間調で表示するような色の分布で表示する画像が採用されている。なお、強度表示は、例示した色分けに限定されず、その他の色を使用したり、モノクロの濃淡で表示したり等、任意の表示方法が可能である。
【００３９】
Ｃ１６ａ：画素再配列手段
画素再配列手段Ｃ１６ａは、強度分布画像Ｇ２ｂを表示するために、前記ラマンイメージ画像Ｒ１に基づいて、一次元状に配列された状態で記憶されているラマンイメージ画像Ｒ１の位置Ｐ１〜Ｐ１６のデータを、二次元平面の被検査部Ｂ１の位置、すなわち、入射部１５ａの位置に対応させて、二次元的に再配列する。すなわち、次元変換部１５で二次元から一次元に変換したものを、逆変換して、再び二次元の配列に戻す。
【００４０】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の文化財検査装置１では、移動式架台２により文化財検査装置１を文化財Ｂの設置されている場所に移動させることができる。そして、移動式架台２で、文化財Ｂの検査したい被検査部Ｂ１に対して分光分析装置４の位置を粗調整することができる。
分光分析装置４の位置が粗調整された状態で、文化財検査プログラムＡＰ１を起動し、可視像表示部Ｇ１ａを見ながら位置調節装置３を制御して、被検査部Ｂ１に対する分光分析装置４の位置を微調節できる。このとき、メイン画像Ｇ１の可視像表示部Ｇ１ａには、ラマンイメージ撮影領域表示画像Ｇ１ｇが四角の枠で表示されており、微調整された位置と、ユーザがラマンイメージを撮影したい位置とが一致するか否かを、ユーザが容易に判断することができる。
【００４１】
また、ラマンイメージ画像Ｒ１の撮影が開始されて、被検査部Ｂ１に励起レーザー光が照射されると、被検査部Ｂ１の材料や塗料、付着物等の分子の振動に基づくラマン散乱光が発生する。被検査部Ｂ１からの光は、エッジフィルタ８を通過する際に、励起レーザー光の反射光は遮断され、ラマン光だけが通過し、次元変換部１５に入射される。次元変換部１５の入力部１５ａ側では、平面状の被検査部Ｂ１を仮想的に分割した画素に対応して光ファイバの一端が平面状に配列されており、次元変換部１５の出力部１５ｂ側では光ファイバの他端側は一次元直線上に配列されている。したがって、次元変換部１５で、入力部１５ａ側の二次元から出力部１５ｂ側の一次元に変換される。
【００４２】
一次元直線上に配列された光ファイバからの位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の各光Ｌ１〜Ｌ１６は、分光器１７に入射され、それぞれ、グレーティング１７ｃで波長λ１〜λｎの光Ｌ１（λ１）〜Ｌ１６（λｎ）に分光される。そして、分光された光Ｌ１（λ１）〜Ｌ１６（λｎ）は、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２で受光され、ラマンイメージ画像Ｒ１が撮像される。そして、撮影されたラマンイメージ画像Ｒ１が可視静止画像Ｇ１に対応して保存される。
したがって、位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の各位置におけるλ１〜λｎの波長のラマンスペクトルをラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２で一度に測定することができる。この結果、フィルタ等を使用して、波長λ１について位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の位置のスペクトル強度を測定した後、フィルタを換えて別の波長λ２について位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の位置のスペクトル強度を測定する工程を繰り返して、波長λ１〜λｎの全てのスペクトル強度を測定していく従来の構成に比べて、波長λ１〜λｎについて位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の位置のスペクトル強度を一度に測定できる実施例１の構成により、短時間で測定することができ、測定速度を高速化することができる。
【００４３】
また、撮影されたラマンイメージ画像Ｒ１をデータ処理して、表示したい特定の波長λｉ（ｉは１〜ｎのいずれか）における被検査部Ｂ１のスペクトル強度の分布画像Ｇ２ｂや、位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の中で文化財Ｂの特定の位置Ｐｊ（ｊは１〜１６のいずれか）のラマンスペクトル波形Ｒ２の画像Ｇ２ｄを得て、ディスプレイＨ２に表示したりすることもでき、このとき、対応づけられている可視静止画像Ｇ１を参照することで、文化財Ｂのどの位置であるのかも容易に判断、認識することができる。この結果、Ｘ線を使用して元素分析を行う場合に比べて、ラマンスペクトルＲ２を使用することで文化財Ｂの化学的性質を判別でき、例えば、文化財Ｂの被検査部Ｂ１の表面の材料に含まれる水分量や不純物等も特定できる。
これにより、例えば、材料の種類や産地毎に予めラマンスペクトルのデータを採取し、データベース化して保存しておき、得られたラマンスペクトルＲ２と比較することで、文化財Ｂの一例としての壁画が描かれた材料の種類や産地等を特定することができ、文化財Ｂの由来等の文化史の研究や、修復、保存を行う際に、同じ色の塗料であってもどの材料の塗料を使用することが望ましいのかを判断することができる。同様に、壁画以外の文化財Ｂについても、例えば、神社、仏閣等の柱のラマンスペクトルＲ２を得て、比較することで、材料や時代を特定することができる。
【実施例２】
【００４４】
図８は実施例２の次元変換部の要部説明図であり、図８Ａは全体図、図８Ｂは図８Ａの矢印ＶＩＩＩＢ方向から見た図、図８Ｃは図８Ｂの入射部の説明図、図８Ｄは図８Ａの矢印ＶＩＩＩＤ方向から見た図、図８Ｅは図８Ｄの射出部の説明図である。
なお、この実施例２の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施例２は、下記の点で前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成されている。
【００４５】
図８において、実施例２の次元変換部３１の入射部３１ａは、図８Ｃに示すように、光ファイバの一端３２が１６行１６列の二次元平面の格子上に配列されている。すなわち、実施例２の次元変換部３１は、１６×１６の２５６本の光ファイバを有する。そして、図８Ｃに示すように、次元変換部３１の射出部３１ｂでは、各光ファイバの他端３３は、１行×２５６列の１次元の直線上に沿って配置されている。図８Ｃ、図８Ｅにおいて、二次元平面における各光ファイバの一端３２の配置位置をｍ行ｎ列とした場合に、他端３３では、図８Ｅに示すように、１行１列、２行１列、３行１列、…、１６行１列、１６行２列、１５行２列、…、１行２列、１行３列、…、１行１６列の順に配列されている。
したがって、他端３３側の配列に対応する一端３２側では、二次元平面において、１列目が、１行１列から１６行１列まで順に配列された後、２列目が１行２列からではなく１６行２列から１行２列まで順に配列される。そして、３列目以降は、奇数列目が１列目と同様に配列され、偶数列目が２列目と同様に配列される。すなわち、実施例２では、実施例１と異なり、二次元平面において、ジグザグに一筆書きされた軌跡に沿って配列される。このため、実施例１のように、例えば、１行１列、…、１６行１列、１行２列、…のように２次元平面において、光ファイバの一端３２側が隣り合わない配列ではなく、…、１６行１列、１６行２列、…のように２次元平面でも隣り合い、且つ、光ファイバの他端３３側でも隣り合うように配列されている。
【００４６】
（実施例２の作用）
図９は実施例２の作用を対比して説明するための説明図であり、図９Ａは実施例１の次元変換部の入射部の説明図、図９Ｂは実施例１の次元変換部の射出部の説明図、図９Ｃは実施例１の次元変換部から射出された光が分光された像の説明図、図９Ｄは図９Ｃの像に歪曲収差がある場合の説明図、図９Ｅは図９Ｄの要部拡大図、図９Ｆは図９Ｅにおけるズレの文化財の被検査部に対応する位置を説明する説明図である。
図１０は実施例２の作用を対比して説明するための説明図であり、図１０Ａは実施例２の次元変換部の入射部の説明図、図１０Ｂは実施例２の次元変換部の射出部の説明図、図１０Ｃは実施例２の次元変換部から射出された光が分光された像の説明図、図１０Ｄは図１０Ｃの像に歪曲収差がある場合の説明図、図１０Ｅは図１０Ｄの要部拡大図、図１０Ｆは図１０Ｅにおけるズレの文化財の被検査部に対応する位置を説明する説明図である。
なお、図９、図１０において、図面の記載を簡略化するために、光ファイバの端を円形ではなく格子状に記載している。
【００４７】
前記構成を備えた実施例２の文化財検査装置１では、文化財Ｂの被検査部Ｂ１からの光が次元変換部３１に入射され、次元変換部３１の射出部３１ｂから射出された光は、光学系１７を通過する。
図９において、実施例１のように、射出部１５ｂが図９Ｂに示すように、１行１列、２行１列、３行１列、…、１６行１列、１行２列、２行２列、…、１６行２列、１行３列、…の順に配列された構成では、分光後の像が図９Ｃに示すような格子状の配列のラマンイメージ画像Ｒ１となる。このとき、光学系１７を通過する際に、光学系１７の性能、特性により、像に図９Ｄに示すような糸巻き型または図示しない樽型の歪曲収差が発生することがある。歪曲収差が発生した場合、図９Ｄ、図９Ｅの実線で示す一例の歪曲収差が発生したラマンイメージ画像Ｒ１′が、図９Ｄ、図９Ｅの破線で示すようにラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２の各受光素子の位置に対してずれることがある。そして、図９Ｅに示すように、例えば、本来１６行１列の波長λ１の光が受光されるべき受光素子において、１行２列の波長λ２の光が観測されることがある。この場合、図９Ｆに示すように、本来の文化財Ｂの被検査部Ｂ１において、１行２列の位置の測定データが、大きく位置がずれた１６行１列の測定データとして測定されてしまう。
【００４８】
これに対して、実施例２では、図１０に示すように、光ファイバの一端側３２および他端側３３の両方で隣り合うように配列された構成では、図１０Ｅに示すように、歪曲収差が発生した場合には、例えば、本来１６行１列の波長λ１の光が観測されるべき受光素子において、１６行２列の波長λ２の光が観測される。従って、図１０Ｆに示すように、本来の文化財Ｂの被検査部Ｂ１において、１６行２列の測定データが、隣接する１６行１列の測定データとして測定される。
したがって、歪曲収差が発生しても、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２の各受光素子で観測される測定データは、文化財Ｂの被検査部Ｂ１において、近傍の位置の測定データが観測される。よって、実施例１の構成において歪曲収差が発生して、大きく異なる位置のデータが測定される場合に比べて、実施例２の構成では、歪曲収差が発生しても、近傍の位置の測定データが観測されるため、あまりにもかけ離れたデータが観測されることが低減される。
【００４９】
例えば、文化財Ｂの１行２列に対応する位置が青色で、１６行１列や１６行２列に対応する位置が連続する赤色の場合、実施例１の構成では、青色の観測データが、赤色の位置のデータとして測定されるが、実施例２の構成では、近傍の赤色のデータが測定され、各受光素子の観測データが、実際の被検査部Ｂ１の観測データからかけ離れてしまうことを低減できる。
よって、実施例２の次元変換部３１では、特に、射出部３１ｂの直線方向に沿った方向、すなわち、図１０Ｄ、図１０Ｅにおける像の縦方向のズレについて、観測データと実際の被検査部Ｂ１の位置とのズレを低減することができる。
【００５０】
特に、ラマン分光用の励起レーザーの波長が、可視光領域（およそ４００ｎｍ〜８００ｎｍ）では、歪曲収差がほとんど見られない高精度の光学系１７が比較的低価格で販売されており、可視光領域の励起レーザー光を使用する場合には、実施例１の構成でも歪曲収差の悪影響をあまり受けることなく観測が可能となっている。一方で、励起レーザー光の波長が近赤外領域（およそ８００ｎｍ〜）になると、市販されている近赤外光に対応する光学系は、可視光領域に対応する光学系に比べて歪曲収差が目立つ。したがって、歪曲収差が小さな光学系を使用しようとすると、特注品となり、高価になるという問題がある。これに対して、実施例２では、市販で低価格の光学系を使用しても、次元変換部３１の構成により、歪曲収差の悪影響を低減することが可能となっている。
【００５１】
（実施例２の変更例）
図１１は実施例２の変更例の説明図であり、図１１Ａは図１０Ａに対応する図、図１１Ｂは図１０Ｂに対応する図である。
図１１において、実施例２の変更例では、次元変換部３１′は、他端３３′では、１行１列、２行１列、３行１列、…、１６行１列、１６行２列、１６行３列、…、１６行１６列、１５行１６列、…、１行１６列、…の順に配列されており、二次元平面において、一端３２′は外周から中央に向かう渦巻き状に一筆書きされた軌跡に沿って配列される。
このため、実施例２の変更例でも、実施例２においても、一端３２′側および他端３３′側の両方で光ファイバの端が隣り合うように配列されている。
したがって、実施例２の変更例でも、実施例２と同様の作用、効果を有する。
【実施例３】
【００５２】
図１２は実施例３の次元変換部の要部説明図であり、図１２Ａは全体図、図１２Ｂは図１２Ａの矢印ＸＩＩＢ方向から見た図、図１２Ｃは図１２Ｂの入射部の説明図、図１２Ｄは図１２Ａの矢印ＸＩＩＤ方向から見た図、図１２Ｅは図１２Ｄの射出部の説明図である。
なお、この実施例３の説明において、前記実施例１、２の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施例３は、下記の点で前記実施例１、２と相違しているが、他の点では前記実施例１、２と同様に構成されている。
【００５３】
図１２において、実施例３の次元変換部４１の入射部４１ａは、図１２Ｂおよび図１２Ｃに示すように、実施例２と同様に、光ファイバの一端４２が１６行１６列の二次元平面の格子上に配列されている。そして、図１２Ｄおよび図１２Ｅに示すように、次元変換部４１の射出部４１ｂでは、各光ファイバの他端４３は、１行×２５５列の１次元の直線Ｓ１上に沿って配置された実施例２と異なり、１×２５５行の１次元の弧状の曲線Ｓ２上に沿って配置されている。なお、各光ファイバの一端４２と他端４３との対応は、実施例２と同様に、図１２Ｃに示すように、１行１列、２行１列、３行１列、…、１６行１列、１６行２列、１５行２列、…、１行２列、１行３列、…、１行１６列の順に配列されている。
【００５４】
図１２Ｂにおいて、他端４３が配列される弧状の曲線Ｓ２の曲率半径Ｒは、光学系１７のグレーティング１７ｃへ入射される光の仰角（俯角）に基づいて設定されている。すなわち、一般のグレーティング（回折格子）において、グレーティングへの光の入射角をα、回折角をβ、格子定数をσ、波長をλ、次数をｍとした場合に、以下のグレーティングの式（１）が成立する。
ｓｉｎα＋ｓｉｎβ＝ｍ×λ／σ …式（１）
ここで、入射される光が、グレーティングの面に対して仰角（または俯角）を持って入射される構成では、仰角（俯角）をγとした場合、以下の式（２）となる。
ｃｏｓγ×（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍ×λ／σ …式（２）
【００５５】
したがって、式（１）、（２）から、仰角γの値が０［°］よりも大きくなるに連れて、同じ回折角βに回折する光の波長λの値が小さくなることがわかる。よって、図１０Ｄ、図１０Ｅにおける波長λの値のズレ、すなわち、図１０Ｄ、図１０Ｅにおける横方向のズレが発生しやすくなる。これに応じて、実施例３では、波長方向のズレを抑制するために、グレーティング１７ｃを含む光学系１７の特性に基づく仰角γに応じて曲率半径Ｒを有する弧状の曲線に沿って配置されている。なお、曲率半径Ｒは、実験等により観測、導出され、予め設定される。
【００５６】
（実施例３の作用）
前記構成を備えた実施例３の文化財検査装置１では、次元変換部４１の射出部４１ｂにおいて、光ファイバの他端４３が、仰角γに対応する弧状の曲線Ｓ２に沿って配置されている。したがって、光ファイバの他端４３を直線Ｓ１上に沿って配置する場合に比べて、歪曲収差におけるグレーティング１７ｃによる波長方向のズレが低減され、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２で観測されるデータの波長方向のズレが低減される。
よって、低価格な光学系を使用してもグレーティングによるスリット像の曲がりの悪影響が少ない観測を行うことができる。
【００５７】
(変更例)
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ015）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２と高解像度カラーＣＣＤカメラ２６とを共通化して、いずれか一方を省略することも可能である。
（Ｈ02）前記実施例において、分光器の一例として２つの反射鏡１７ａ，１７ｅやコリメータ１７ｂ、グレーティング１７ｃ、集光鏡１７ｄを有する構成としたが、これの構成に限定されず、設計や仕様に応じて、反射鏡の数を増減したり、絞りやフィルタを追加する等、従来公知の任意の構成を採用可能である。他にも、コリメータ１７ｂや集光鏡１７ｄとして、反射鏡ではなく、光を透過させるレンズを使用することも可能である。
【００５８】
（Ｈ03）前記実施例において、グレーティング１７ｃを固定とする構成を例示したが、グレーティング１７ｃを上下方向に延びる回転軸を中心に回転可能な構成として、回転角度を制御することで測定する波長を変化させることも可能である。したがって、例えば、まず、波長λ１〜λｎの領域のラマンイメージ画像を撮像した後に、グレーティング１７ｃを回転させて波長λｎ＋１〜λ２ｎの領域のラマンイメージ画像を撮像し、さらにグレーティング１７ｃを回転させて波長λ２ｎ＋１〜λ３ｎの領域のラマンイメージ画像を撮像することが可能となり、３回の撮像でλ１〜λ３ｎの領域のラマンイメージ画像を撮像することができ、３ｎ回の撮像が必要となる従来の構成に比べて、大幅に高速化することが可能となる。
【００５９】
（Ｈ04）前記実施例において、移動式架台２や位置調節装置３は実施例に例示した構成に限定されず、従来公知の任意の構成を採用可能である。
（Ｈ05）前記実施例において、ラマンイメージ画像を撮像する領域の広さは、設計や仕様等に応じて変更可能であり、点に近い領域とすることも可能である。
（Ｈ06）前記実施例において、ラマンイメージ画像を撮像する際に、入力されるレーザー光の波長は、特定の波長のものを使用したが、これに限定されず、例えば、励起波長が異なる光源ユニットを並べて使用することも可能である。
【００６０】
（Ｈ07）前記実施例において、可視画像を撮影するために高解像度カラーＣＣＤカメラを使用したが、これに限定されず、例えば、ラマン測定用高感度ＣＣＤと共通化し且つ、光軸上に、次元変換部１５および分光器１７と、ＲＧＢのカラーフィルタとを進入・退避可能としておき、ラマンイメージ画像を撮像する際には次元変換部１５等を光軸上に進入させ、可視画像を撮像する際にはカラーフィルタを進入させるように構成することも可能である。
（Ｈ08）前記実施例において、可視画像を撮像する高感度カラーＣＣＤカメラを使用することが望ましいが、ラマンスペクトル、ラマンイメージ画像のみで十分な場合、省略することも可能である。
【００６１】
（Ｈ09）前記実施例において、分光分析装置４を箱形のケース４ａで構成し、レンズ用開口４ｃを形成して、光を照射および反射光の入射をする構成としたが、この構成に限定されず、例えば、光ファイバの束で構成された次元変換部１５の一端側を延長して、フレキシブルなワイヤ状のプローブとし、プローブの先端を被検査部に対向させることで測定を行うように構成することも可能である。
（Ｈ010）前記実施例において、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２の受光素子は、位置番号と波長の数と同数に設定したが、この構成に限定されず、位置番号や波長の数と画素数とを一致させない構成とすることも可能であり、例えば、１６本の光ファイバに対して、縦方向に倍の３２画素分の受光素子を配置し、２つの受光素子で１本の光ファイバからの光を測定するように構成することも可能である。
【００６２】
（Ｈ011）前記実施例において、検査対象物として、文化財を例示したが、文化財に限定されず、任意の物質について検査することが可能である。例えば、高分子材料（高分子の結晶性の違いや結晶の分布状態を検査）、薬剤（構成されている成分や不純物の検査）、鉱物（組成や含有する不純物の検査）、生体（正常な細胞と、ガン細胞のような異常な細胞の検査）等に使用することも可能である。
（Ｈ012）前記実施例において、分光部として、回折格子（グレーティング）を例示したが、グレーティングに限定されず、プリズム等、従来公知の任意の分光部材を使用可能である。
【００６３】
（Ｈ013）前記実施例において、実施例３の構成を実施例１に適用することも可能である。
（Ｈ014）前記実施例において、反射型のグレーティングやコリメータ、反射鏡を使用する光学系を例示したが、この構成に限定されず、透過型のグレーティングや透過型のレンズ等を使用する光学系を採用することも可能である。なお、透過型のグレーティングを使用した場合でも、回折格子の式（２）は満たされ、同一の条件で次元変換部４１を構成することが可能である。
（Ｈ015）前記実施例において、実施例２，３の光ファイバの一端３２，４２と他端３３，４３の配列は、実施例に例示した配列に限定されず、任意の配列とすることが可能であるが、実施例２や実施例２の変更例に例示したように、一筆書きの軌跡に沿った配列とすることで、両端３２，３３，４２，４３で互いに隣接するように配置することが望ましい。
【符号の説明】
【００６４】
１…文化財検査装置、
１５，３１，４１…次元変換部、
１５ａ，３１ａ，４１ａ…入射部、
１５ｂ，３１ｂ，４１ｂ…射出部、
１７…分光部、
２２…受光部、
Ｂ…文化財、
Ｂ１…被検査部、
Ｃ１５ｂ…スペクトル記憶手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラマン励起レーザー光等の検査光を被検査部に照射し、その反射、または散乱する光を分光分析することで被検査部の検査を行うラマンイメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
壁画や絵画、あるいは、寺社や古墳等のような文化財において、歴史的な文化財は経時的な汚損や破損等により、必要に応じて修復が行われている。修復を行う際には、修復対象の文化財の歴史的な経緯等から、文化財の作成当時と同一の材料や塗料を使用しての修復が望まれる。したがって、文化財の修復を行う場合、使用されている材料や塗料等の検査、分析、同定が必要とされている。また、文化財の保存方法の研究や、文化財が作成された時代、材料の由来（産地）、流通経路等の文化史の研究を行う場合にも、材料等の検査、分析は必要とされている。
このような文化財の分析を行う際に、分析用の試料を採取するために、貴重な文化財の一部を破損することは厳しく制限されていることが多く、非接触、非破壊で、しかも、文化財が設置されている場所で、すなわち、文化財を移動させずに検査を行うことが望ましい。
【０００３】
従来、文化財の非破壊検査は、文化財にＸ線を照射したときに発生する蛍光Ｘ線を利用して元素分析を行う蛍光Ｘ線分析法を使用して行われている。このような技術として、例えば、特許文献１（特開２００４−３４０７５０号公報）記載の技術が知られている。
特許文献１（特開２００４−３４０７５０号公報）には、文化財を構成する被測定物において、人工的に変質させた被測定物にラマン分光分析を行って得られたラマンスペクトルと、変質させていない被測定物にラマン分光分析を行って得られたラマンスペクトルとを比較して、変質に関して評価する技術が記載されている。なお、特許文献１記載の技術では、文化財自体の変質評価の対象物の材料を確認する際には、蛍光Ｘ線法やＸ線回折法により同定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４０７５０号公報（「００２３」〜「００２５」、「００３５」）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来技術のような蛍光Ｘ線分析法では、文化財を構成する物質の元素分析を行うことができるが、何の元素（炭素や酸素、窒素等）が含まれているのかが分析できるだけで、その元素がどのような構造、組成、化合物となっているかに関する構造情報に乏しい問題がある。すなわち、文化財構成物質である顔料等については同定が困難であり、したがって、修復等する場合に必要となる材料の由来に関して充分な情報を収集することは非常に困難であるという問題がある。
【０００６】
ラマンイメージング測定には、大きく２つの方法が知られている。第１は、二次元の測定対象部位に対して、特定の波長のラマンイメージデータを測定した後、フィルタ等を制御して波長を変化させ、同じ部位について同様に測定する。したがって、測定する波長領域が広くなると、測定に長時間がかかる問題があった。
第２は、マッピング法と呼ばれる測定法で、検査対象部位を短冊状（スリット状、一次元状の線状）に区切り、その部位のラマンスペクトルを同時に測定し、次に測定部位を移動して同様に測定する。この方法では、測定部位を移動して順次測定するため、検査対象部位の全域を測定するには、やはり測定に長時間がかかる問題があった。
【０００７】
本発明は、前述の事情に鑑み、測定速度を高速化することを第１の技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記技術的課題を解決するために、請求項１記載の発明のラマンイメージング装置は、
被検査部に照射されるレーザー光を発生するレーザー光源と、
内部を光が透過可能な複数の光ファイバを有する次元変換部であって、前記被検査部から散乱されたラマン光が入射される入射部側において前記光ファイバの一端が二次元平面上に配置されると共に、前記光ファイバの内部を透過した光が射出される射出部において前記光ファイバの他端が一次元の線上に沿って配置された前記次元変換部と、
前記各光ファイバの他端側から射出された光を、前記一次元の線上に対して交差する方向に沿って、光に含まれる各波長のスペクトル成分に分光する分光部と、
前記一次元の線の方向を第１軸方向とし且つ前記一次元の線に交差する方向を第２軸方向とした場合に、前記第１軸方向及び第２軸方向に沿って平面状に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子が前記分光部で分光された各波長の光を受光する受光部と、
前記受光素子の前記第１軸方向の位置として特定される前記次元変換部の一次元の線上の位置と、前記受光素子の前記第２軸方向の位置として特定されるラマン光の波長成分と、前記一次元の線上の位置およびラマン光の波長成分とで特定される二次元上の位置の前記受光素子で受光したスペクトル強度と、を対応づけて記憶するスペクトル記憶手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のラマンイメージング装置において、
前記二次元平面内において前記光ファイバの一端どうしが隣り合った状態で配置され、且つ、前記一次元の線上において前記光ファイバの他端どうしが隣り合った状態で配置された前記次元変換部、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のラマンイメージング装置において、
ｍ、ｎを３より大きい正数とした場合に、ｍ行ｎ列の格子状の二次元平面上に前記光ファイバの一端が配置されると共に、１行１列、２行１列、…、ｍ行１列、ｍ行２列、（ｍ−１）行２列、…、１行２列、１行３列、２行３列、…の順に、前記光ファイバの他端が一次元の線上に沿って配置された前記次元変換部、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のラマンイメージング装置において、
前記分光部に対して入射される光の仰角に基づいて、弧状の一次元の線上に前記光ファイバの他端が配置された前記次元変換部、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、次元変換部で二次元から一次元に次元変換された光が複数の波長のスペクトル成分に分光され、被検査部の位置を第１軸方向とし且つスペクトル成分を第２軸方向として受光部で一度に測定を行うことができるため、波長を走査する必要がある従来の構成や測定部位を移動させる必要がある従来の構成に比べて、測定速度を高速化することができる。また、被検査部に照射されたレーザー光に基づいて、ラマンイメージ画像が得られるため、被検査部に非接触、非破壊で、かつ検査対象物を移動させることなく、被検査部の材料の化学的性質や構造情報を検査、分析することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、光ファイバの他端どうしが隣り合わない状態で配置された場合に比べて、前記分光部に用いられている光学系による歪曲収差の悪影響を低減することができ、検査、分析の精度を高めることができる。
請求項３記載の発明によれば、二次元平面内においてジグザグ状に一筆書きの軌跡に沿った配列がされない場合に比べて、歪曲収差の悪影響を低減することができる。
請求項４記載の発明によれば、仰角に基づかずに光ファイバの他端を配置する場合に比べて、前記分光部に用いられている回折格子による像の曲がりの影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の実施例１の文化財検査装置の全体説明図である。
【図２】図２は本発明の実施例１の文化財検査装置の分光分析装置の概略説明図であり、図２Ａは上方から見た概略説明図、図２Ｂは側方から見た概略説明図である。
【図３】図３は文化財の一例としての壁画と被検査部の説明図である。
【図４】図４は実施例１の次元変換部、分光部および受光部の要部説明図である。
【図５】図５は本発明の実施例１の文化財検査装置１の制御部のブロック線図である。
【図６】図６は実施例１のメイン画像の説明図であり、図６Ａは位置調節作業およびラマンイメージ撮影前のメイン画像の説明図、図６Ｂはラマンイメージ撮影後の結果画像の説明図である。
【図７】図７は実施例１のラマンイメージ画像の一例の説明図である。
【図８】図８は実施例２の次元変換部の要部説明図であり、図８Ａは全体図、図８Ｂは図８Ａの矢印ＶＩＩＩＢ方向から見た図、図８Ｃは図８Ｂの入射部の説明図、図８Ｄは図８Ａの矢印ＶＩＩＩＤ方向から見た図、図８Ｅは図８Ｄの射出部の説明図である。
【図９】図９は実施例２の作用を対比して説明するための説明図であり、図９Ａは実施例１の次元変換部の入射部の説明図、図９Ｂは実施例１の次元変換部の射出部の説明図、図９Ｃは実施例１の次元変換部から射出された光が分光された像の説明図、図９Ｄは図９Ｃの像に歪曲収差がある場合の説明図、図９Ｅは図９Ｄの要部拡大図、図９Ｆは図９Ｅにおけるズレの文化財の被検査部に対応する位置を説明する説明図である。
【図１０】図１０は実施例２の作用を対比して説明するための説明図であり、図１０Ａは実施例２の次元変換部の入射部の説明図、図１０Ｂは実施例２の次元変換部の射出部の説明図、図１０Ｃは実施例２の次元変換部から射出された光が分光された像の説明図、図１０Ｄは図１０Ｃの像に歪曲収差がある場合の説明図、図１０Ｅは図１０Ｄの要部拡大図、図１０Ｆは図１０Ｅにおけるズレの文化財の被検査部に対応する位置を説明する説明図である。
【図１１】図１１は実施例２の変更例の説明図であり、図１１Ａは図１０Ａに対応する図、図１１Ｂは図１０Ｂに対応する図である。
【図１２】図１２は実施例３の次元変換部の要部説明図であり、図１２Ａは全体図、図１２Ｂは図１２Ａの矢印ＸＩＩＢ方向から見た図、図１２Ｃは図１２Ｂの入射部の説明図、図１２Ｄは図１２Ａの矢印ＸＩＩＤ方向から見た図、図１２Ｅは図１２Ｄの射出部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明の実施例１の文化財検査装置の全体説明図である。
なお、以下の説明において、理解を容易とするため、検査対象物の一例としての文化財の表面に沿った水平方向をＸ方向（左右方向）、文化財の表面に沿った鉛直方向をＹ方向（上下方向）、文化財に接近、離隔する方向をＺ方向（前後方向）として説明する。
図１において、本発明のラマンイメージング装置の一例としての実施例１の文化財検査装置１は、移動式架台２を有する。前記移動式架台２は、複数の脚部２ａを有し、脚部２ａの下端には、ストッパ付の移動用のキャスター２ｂが支持されている。前記脚部２ａの上端部には、ハンドル部２ｃが上下移動可能に支持されており、移動式架台２は、図示しない油圧式の昇降装置により、ハンドル部２ｃを上下方向（高さ方向）に位置調整可能に構成されている。ハンドル部２ｃの上部には図示しない回転機構と傾き機構が支持されている。なお、前記移動式架台２として、従来公知の移動式架台を使用可能であり、例えば、テレビ撮影用のカメラを移動させるための移動式架台を使用可能である。
したがって、前記移動式架台２は、キャスター２ｂで移動させることにより、文化財検査装置１を、固定の文化財に対して水平方向に移動させて、位置を粗調整することができる。また、上下方向の高さ調節により文化財に対する高さの粗調整や、回転機構と傾き機構により回転位置と傾きの調節もできる。
【００１７】
図２は本発明の実施例１の文化財検査装置の分光分析装置の概略説明図であり、図２Ａは上方から見た概略説明図、図２Ｂは側方から見た概略説明図である。
図１において、前記移動式架台２の回転機構と傾き機構の上部には、位置調節装置３が支持されている。前記位置調節装置３は、図示しないモータにより、それぞれＸ軸方向およびＺ軸方向に位置調節可能なＸＺステージ３ａと、前記ＸＺステージ３ａ上に支持され、Ｙ軸方向（高さ方向）に位置調節可能なＹステージ３ｂとを有する。なお、実施例１の前記位置調節装置３は、Ｘ方向に２００ｍｍ、Ｙ方向に１００ｍｍ、Ｚ方向に１００ｍｍの可動範囲が設定されているが、可動範囲はこの範囲に限定されず、設計や仕様等に応じて任意に変更可能である。
前記Ｙステージ３ｂには、分光分析装置４が支持されている。図１、図２において、前記分光分析装置４は、ケース４ａを有する。前記ケース４ａの上端部には、励起レーザー入力ポート４ｂが形成されており、ケース４ａの文化財Ｂ側には、レンズ用開口４ｃが形成されている。前記励起レーザー入力ポート４ｂには、図示しない光ファイバが接続されて光ファイバを介して外部の図示しないレーザー光源から、ラマン分光用の励起レーザーが入力される。なお、実施例１では、励起レーザー光として、波長７８５ｎｍのレーザー光を使用しているが、波長が可視〜近赤外の励起レーザー光を使用可能であり、設計や仕様等に応じて、任意に変更可能である。
【００１８】
図２において、前記励起レーザー入力ポート４ｂの下方には、励起レーザー光を平行光にする励起レーザー用コリメータ６が配置されている。前記励起レーザー用コリメータ６の下方には、コリメートされた励起レーザーを反射する反射光学系７が配置されている。前記反射光学系７の後斜め上方には、エッジフィルタ８が配置されている。前記エッジフィルタ８は、反射光学系７で反射された励起レーザー光の波長の光は反射すると共に、ラマン効果等により励起レーザー光の波長から長波長側に波長がずれた光は透過する性質を有する従来公知のフィルタである。エッジフィルタの代わりに、励起レーザー光の波長から長波長側と短波長側のいずれかの方向に波長がずれた光は透過する性質を有するノッチフィルタを使用することも可能である。
【００１９】
図３は文化財の一例としての壁画と被検査部の説明図である。
図２、図３において、前記エッジフィルタ８の前方には、エッジフィルタ８で反射された励起レーザー光を文化財Ｂの被検査部Ｂ１に集光、照射すると共に、被検査部Ｂ１からのラマン光が通過するマクロ測定用対物レンズ９が配置されている。図２Ａにおいて、前記対物レンズ９の側方には、マクロ測定用対物レンズ９よりも検査可能な領域が狭いミクロ測定用対物レンズ１１が配置されており、手動または自動によりマクロ測定用対物レンズ９の位置にミクロ測定用対物レンズ１１を移動させる（左右方向にスライドさせる）ことで、検査対象領域を変化させることができる。
【００２０】
前記反射光学系７やエッジフィルタ８の側方には、可視像撮像装置の一例としての測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２が配置されている。前記測定領域モニター用ＣＣＤカメラ１２と、エッジフィルタ８等との間には、ハーフミラー１３ａとハーフミラー１３ｂを有する測定領域モニター用光学系１３が配置されており、測定領域モニター用光学系１３には、白色ＬＥＤにより構成された照明１４からの照明光が照射される。前記測定領域モニター用光学系１３を、手動または自動で移動させて、エッジフィルタ８とマクロ測定用対物レンズ９との間に割り込ませることで、照明１４の光をハーフミラー１３ａおよびハーフミラー１３ｂで反射して被検査部Ｂ１を照射し、反射光をハーフミラー１３ｂで反射し、ハーフミラー１３ａを透過させ、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２で撮像することで、被検査部Ｂ１の可視像およびレーザー光のラマン励起領域をカラーで撮像することができる。なお、実施例１では、被検査部Ｂ１として３．３３ｍｍ四方の領域が設定されており、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２は、前記被検査部Ｂ１を中心として７．１１ｍｍ×５．３５ｍｍの領域の可視像を撮像可能に設定されている。
【００２１】
図４は実施例１の次元変換部、分光部および受光部の要部説明図である。
図２において、前記エッジフィルタ８の後方には、内部を光が透過可能な複数の光ファイバを有する次元変換部１５が配置されている。図２、図４において、実施例１の次元変換部１５は、光ファイバを束ねた構成となっており、エッジフィルタ８を通過したラマン光が入射される入射部１５ａ側では、光ファイバの一端が格子状、すなわち、二次元平面上に配置されている。また、光ファイバを通過した光が射出される次元変換部１５の射出部１５ｂ側では、光ファイバの他端が上下方向に延びる直線状、すなわち、一次元直線上に沿って配置されている。実施例１の次元変換部１５では、図４に示すように、入射部１５ａでは、仮想的にＰ１〜Ｐ１６の位置特定用の番号が割り振られた４×４の平面状に配置され、射出部１５ｂではＰ１〜Ｐ１６の番号に対応する各光ファイバが上下方向に延びる直線上に並んで配置された構成となっている。
したがって、次元変換部１５に入力されたラマン光は、位置番号Ｐ１〜Ｐ１６に対応する各光ファイバの入射部１５ａに入射され、各光ファイバの射出部１５ｂからラマン光Ｌ１〜Ｌ１６として出力される。
なお、本発明の理解の容易のために、次元変換部１５として、Ｐ１〜Ｐ１６の番号を割り振った光ファイバを例示したが、光ファイバの数は例示した数に限定されず、任意の個数、すなわち１５以下や１６以上の数とすることが可能である。
【００２２】
前記次元変換部１５の後方には、次元変換部１５を通過した光が入射される分光器１６が配置されている。前記分光器１６は、次元変換部１５の射出部１５ｂに対応して、上下方向に沿って形成されたスリット１６ａを有する。図２において、分光器１６の内部には、光学系１７が収容されている。前記光学系１７は、スリット１６ａを通過した光Ｌ１〜Ｌ１６を反射する第１反射鏡１７ａと、反射鏡１７ａで反射された光を平行光（コリメート光）にするコリメータ１７ｂと、コリメータ１７ｂからのコリメート光を分光するグレーティング（または回折格子）１７ｃと、グレーティング１７ｃで分光された光を反射する集光鏡１７ｄおよび第２反射鏡１７ｅを有する。したがって、前記分光器１６の光学系１７に入力された位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の光ファイバからの各ラマン光Ｌ１〜Ｌ１６は、それぞれグレーディング１７ｃで波長λ１、λ２、…、λｎ（ｎは１より大きな整数：例えばｎ＝１００）の光Ｌ１（λ１）、Ｌ１（λ２）、…、Ｌ１（λｎ）、Ｌ２（λ１）、…、Ｌ２（λｎ）、…、Ｌ１６（λ１）、…、Ｌ１６（λｎ）に分光され、出力される。
なお、図２、図４において、実際の光学系では、コリメータ１７ｂおよび集光鏡１７ｄは球面鏡または放物面鏡で構成されており、入射スリット１６ａからの各ラマン光Ｌ１〜Ｌ１６は、途中で交差して受光部（２２）で上下が反転するが、説明および理解を容易にするため、球面鏡等ではなく円筒面鏡またはシリンドリカル鏡で図示し、ラマン光も上下で反転せずに図示をした。
【００２３】
前記分光器１６の後方には、ケース４ａの後面に、受光部の一例であってラマンイメージ撮像装置の一例としてのラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２が支持されており、分光器１６から出力された光Ｌ１（λ１）〜Ｌ１６（λｎ）が受光され、撮像される。実施例１のラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２は、上下方向に沿った第１軸方向には位置番号Ｐ１〜Ｐ１６に対応して１６画素の受光素子を有し、左右方向に沿った第２軸方向には分光された波長λ１〜λｎの数ｎに応じてｎ画素の受光素子を有する。したがって、実施例１のラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２は、縦１６画素×横ｎ画素の平面状に配列された受光素子を有するＣＣＤカメラにより構成されており、分光器１６から出力された光Ｌ１（λ１）〜Ｌ１６（λｎ）が各受光素子で受光される。
なお、実施例１では、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２には、マクロ測定用対物レンズ９やその他の光学系１７の焦点距離の関係で、ラマンイメージ画像が撮影可能な被検査部Ｂ１の領域として３．３３ｍｍ四方の領域が設定されている。なお、前記被検査部Ｂ１の領域の広さは、例示した広さに限定されず、設計や仕様等に応じて、適宜変更可能である。
【００２４】
図１、図２Ａにおいて、前記ケース４ａの側面には、可視像撮像装置の一例としての高解像度カラーＣＣＤカメラ２６が固定支持されている。前記高解像度カラーＣＣＤカメラ２６には、可視像を拡大する高解像度ズームレンズ２７と、前記ズームレンズ２７の先端部に設けられた白色ＬＥＤにより構成された照明２８とを有する。前記高解像度カラーＣＣＤカメラ２６により、照明２８の光で照射された被検査部Ｂ１を含む領域の可視像を撮像することができる。なお、図３において、実施例１の高解像度カラーＣＣＤカメラ２６では、１０．５ｍｍ×７．９ｍｍの可視像撮影領域Ｂ２の可視像を撮像可能に設定されている。なお、前記可視像撮影領域Ｂ２の広さは、例示した広さに限定されず、設計や仕様等に応じて、適宜変更可能である。
【００２５】
図２Ａにおいて、前記高解像度カラーＣＣＤカメラ２６の可視像撮影領域Ｂ１ｂの中心と、マクロ測定用対物レンズ９の撮影可能な領域Ｂ１ａの中心との間は、水平方向（Ｘ方向）に中心間距離Ｌ１だけ離れている。したがって、高解像度カラーＣＣＤカメラ２６で可視像を撮影した後、中心間距離Ｌ１だけ移動させることで、高解像度カラーＣＣＤカメラ２６で撮影した領域と、マクロ測定用対物レンズ９で撮影される領域とを合わせることができる。また、ラマンイメージ画像の３．３３ｍｍ四方の撮影領域分だけＸ、−ＸまたはＹ、−Ｙ方向にさらにＸＹステージを移動することで、さらに広い領域に対して高解像度カラーＣＣＤカメラ２６で撮影した領域と、マクロ測定用対物レンズ９で撮影される領域を対応させることが可能である。
【００２６】
図１において、分光分析装置４や位置調節装置３は、コントローラにより制御され、前記コントローラおよび前記高解像度カラーＣＣＤカメラ２６から延びるケーブル２９は、情報処理装置の一例としてのノートパソコンＰＣに接続されている。ノートパソコンＰＣは、本体Ｈ１と、ディスプレイ（情報表示部）Ｈ２と、入力装置の一例としてのキーボードＨ３およびマウスＨ４を有する。
前記移動式架台２や位置調節装置３、分光分析装置４、高解像度カラーＣＣＤカメラ２６、ノートパソコンＰＣ等により、実施例１の文化財検査装置１が構成されている。
【００２７】
（制御部の説明）
図５は本発明の実施例１の文化財検査装置１の制御部のブロック線図である。
図５において、前記コントローラやノートパソコンＰＣ、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行う入出力インタフェース、必要な処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、必要なデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、前記ＲＯＭに記憶されたプログラムに応じた処理を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ならびにクロック発振器等を有するコンピュータにより構成されており、前記ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
【００２８】
（前記ノートパソコンＰＣに接続された制御要素）
前記ノートパソコンＰＣの本体Ｈ１は、キーボードＨ３やマウスＨ４等の入力装置、その他の信号入力要素からの信号が入力されている。
キーボードＨ３やマウスＨ４等の入力装置は、ユーザの入力に応じた信号を本体Ｈ１に出力している。
【００２９】
（コントローラＣに接続された制御要素）
前記コントローラＣは、位置調節装置３のＸＺステージ３ａやＹステージ３ｂ、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２、その他の制御要素に接続されており、それらの作動制御信号を出力している。
前記ＸＺステージ３ａは、分光分析装置４や高解像度カラーＣＣＤカメラ２６の水平方向の位置（Ｘ方向およびＺ方向の位置）を微調整する。
Ｙステージ３ｂは、分光分析装置４や高解像度カラーＣＣＤカメラ２６の高さ方向（Ｙ方向）の位置を微調整する。
ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２は、分光器１６から出力された光を測定する。
測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２は、入力に応じて被検査部Ｂ１の可視像を撮像する。
【００３０】
（ノートパソコンＰＣの本体Ｈ１に接続された制御要素）
前記本体Ｈ１には、前記コントローラＣや高解像度カラーＣＣＤカメラ２６、ディスプレイＨ２、その他の制御要素に接続されており、それらの作動制御信号を出力している。
コントローラＣは、ノートパソコンＰＣからの制御信号に応じて、位置調節装置３のＸＺステージ３ａやＹステージ３ｂ、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２を制御する。
高解像度カラーＣＣＤカメラ２６は、被検査部Ｂ１の可視像を撮像する。
ディスプレイＨ２は、ノートパソコンＰＣからの画像情報を表示する。
【００３１】
（コントローラＣの機能）
前記コントローラＣは、ノートパソコンＰＣからの入力信号に応じた処理を実行して、前記各制御要素に制御信号を出力する機能を有している。
すなわち、コントローラＣは次の機能を有している。
Ｃ１：位置調節装置制御手段
位置調節装置制御手段Ｃ１は、ＸＺステージ３ａの位置を制御するＸＺステージ制御手段Ｃ１ａと、Ｙステージ３ｂの位置を制御するＹステージ制御手段Ｃ１ｂとを有し、位置調節装置３を制御して、分光分析装置４や高解像度カラーＣＣＤカメラ２６のＸＹＺ方向の位置を調節する。
【００３２】
Ｃ２：ラマン測定用カメラ制御手段
ラマン測定用カメラ制御手段Ｃ２は、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２を制御して、ラマンイメージの撮像を行う。
Ｃ３：測定領域モニター用カメラ制御手段
測定領域モニター用カメラ制御手段Ｃ３は、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２を使用して被検査部Ｂ１の測定領域を測定する入力がされた場合に、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２を制御して、測定領域の可視像を撮像する。
【００３３】
（ノートパソコンＰＣの機能）
前記ノートパソコンＰＣの本体Ｈ１に組み込まれた文化財検査プログラムＡＰ１は、入力装置Ｈ３，Ｈ４からの入力信号に応じた処理を実行して、各制御要素Ｃ、２６に制御信号を出力する機能を有している。
前記文化財検査プログラムＡＰ１は次の機能手段（プログラムモジュール）を有している。
【００３４】
図６は実施例１のメイン画像の説明図であり、図６Ａは位置調節作業およびラマンイメージ撮影前のメイン画像の説明図、図６Ｂはラマンイメージ撮影開始後の結果画像の説明図である。
Ｃ１１：メイン画像表示手段
メイン画像表示手段Ｃ１１は、表示部としてのディスプレイＨ２にメイン画像Ｇ１（図６参照）を表示する。図６Ａにおいて、メイン画像Ｇ１は、高解像度カラーＣＣＤカメラ２６で撮影した画像を表示する可視像表示部Ｇ１ａと、位置調節装置３のＸＺステージ３ａをＸ方向（横方向）に移動させるためのＸ方向位置調節ボタンＧ１ｂと、Ｙステージ３ｂをＹ方向（高さ方向）に移動させるためのＹ方向位置調節ボタンＧ１ｃと、ＸＺステージ３ａをＺ方向（前後方向、被検査部Ｂ１に接近、離隔する方向）に移動させるためのＺ方向位置調節ボタンＧ１ｄと、ラマンイメージの撮影を開始するための撮影開始ボタンＧ１ｅと、文化財検査プログラムＡＰ１を終了するための終了ボタンＧ１ｆが表示される。
図６Ａにおいて、前記可視像表示部Ｇ１ａには、高解像度カラーＣＣＤカメラ２６により撮影された可視像撮影領域Ｂ２の画像が表示されており、中央部にラマンイメージが撮影される被検査部Ｂ１の領域を示すラマンイメージ撮影領域表示画像Ｇ１ｇが表示されている。前記可視像表示部Ｇ１ａの表示画像は、位置の移動に伴って随時画像（静止画像）が更新される。
【００３５】
Ｃ１２：撮影位置調整手段
撮影位置調整手段Ｃ１２は、メイン画像Ｇ１の各位置調節ボタンＧ１ｂ〜Ｇ１ｄへの入力に応じて、コントローラＣを介して位置調節装置３を駆動させて、分光分析装置４や高解像度カラーＣＣＤカメラ２６のＸＹＺ方向の位置を調節する。
Ｃ１３：カメラ画像撮影手段
カメラ画像撮影手段Ｃ１３は、前記位置決定ボタンＧ１ｅの入力に応じて、コントローラＣを介して高解像度カラーＣＣＤカメラ２６の高解像度ＣＣＤカメラ制御手段Ｃ２１を介して、被検査部Ｂ１を含む可視像撮影領域Ｂ２の制止画像を撮影する。
【００３６】
図７は実施例１のラマンイメージの一例の説明図である。
Ｃ１４：ラマンイメージ撮影手段
ラマンイメージ撮影手段Ｃ１４は、コントローラＣを介して、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２を制御して、被検査部Ｂ１のラマン分光法による画像であるラマンイメージ画像Ｒ１（図７参照）を撮影する。したがって、実施例１では、縦方向（第１軸方向）を位置Ｐ１〜Ｐ１６、横方向（第２軸方向）を波長λ１〜λｎとする平面上で、各画素で受光したラマン光Ｌ１（λ１）〜Ｌ１６（λｎ）の強度（スペクトル強度）の値からなるラマンイメージ画像Ｒ１を撮像する。
【００３７】
Ｃ１５：撮影画像記憶手段
撮影画像記憶手段Ｃ１５は、カメラ画像撮影手段Ｃ１３で撮影された可視静止画像（Ｇ１）を記憶する可視静止画像記憶手段Ｃ１５ａと、ラマンイメージ撮影手段Ｃ１４で撮影されたラマンイメージ画像Ｒ１を記憶するラマンイメージ画像記憶手段（スペクトル記憶手段）Ｃ１５ｂとを有する。
前記ラマンイメージ画像記憶手段Ｃ１５ｂは、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２の各受光素子の前記第１軸方向の位置として特定される次元変換部１５の一次元直線上の位置Ｐ１〜Ｐ１６と、各受光素子の前記第２軸方向の位置として特定されるラマン光の波長成分λ１〜λｎと、一次元直線上の位置Ｐ１〜Ｐ１６およびラマン光の波長成分λ１〜λｎとで特定される二次元上の位置の受光素子で受光したスペクトル強度と、を対応づけて記憶している。すなわち、縦方向（第１軸方向）を位置Ｐ１〜Ｐ１６、横方向（第２軸方向）を波長λ１〜λｎ、高さ方向（第３軸方向）を各画素（受光素子）で受光したラマン光Ｌ１（λ１）〜Ｌ１６（λｎ）のスペクトル強度、とする３次元のラマンイメージ画像Ｒ１を記憶する。
そして、実施例１の撮影画像記憶手段Ｃ１５は、ラマンイメージ撮影領域表示画像Ｇ１ｇの情報を含む可視像撮影領域Ｂ２の可視静止画像Ｇ１と、ラマンイメージ撮影領域表示画像Ｇ１ｇのラマンイメージ画像Ｒ１とを対応させて（関連づけて）記憶する。
【００３８】
Ｃ１６：結果画像表示手段
結果画像表示手段Ｃ１６は、画素再配列手段Ｃ１６ａを有し、ラマンイメージ撮影手段Ｃ１４で撮影され、撮影画像記憶手段Ｃ１５に記憶されたラマンイメージ画像Ｒ１および可視静止画像Ｇ１とに基づいて、撮影結果（検査結果）の結果画像Ｇ２をディスプレイＨ２に表示する。図６Ｂにおいて、実施例１の結果画像Ｇ２は、可視静止画像Ｒ２が表示される可視像表示部Ｇ２ａと、撮影画像記憶手段Ｃ１５に記憶されたラマンイメージ画像Ｒ１から特定の波長λｉ（１≦ｉ≦ｎ）における被検査部Ｂ１の領域のラマン光の強度分布を抽出・演算した強度分布画像が表示される強度分布表示部Ｇ２ｂと、強度分布の波長λｉを変更する入力を行うための波長変更入力ボタンＧ２ｃと、撮影画像記憶手段Ｃ１５に記憶されたラマンイメージ画像Ｒ１から特定の位置Ｐｊ（１≦ｊ≦１６）における波長λ１〜λｎのスペクトル波形Ｒ２（図７参照）を抽出・演算した波形画像が表示される波形表示部Ｇ２ｄと、スペクトル波形Ｒ２を表示する位置Ｐｊを変更する入力を行うための位置変更入力ボタンＧ２ｅと、撮影位置を再設定するためにメイン画像Ｇ１を表示するための撮影位置再設定ボタンＧ２ｆと、を有する。また、実施例１の可視像表示部Ｇ２ａには、中央部に、可視静止画像Ｇ１に対応する被検査部Ｂ１の領域を示すラマンイメージ撮影領域表示画像Ｇ２ｇが表示される。さらに、ラマンイメージ撮影領域表示画像Ｇ２ｇにおける特定の位置Ｐｊに対応する画像の枠線が強調表示（太線表示）で表示されており、位置変更入力ボタンＧ２ｅへの入力に応じて強調表示の枠線の位置が更新される。また、実施例１では、前記強度分布表示部Ｇ２ｂに表示される強度分布画像は、ラマン光の強度が強い領域を赤で、強度が弱い領域を青色で表示し、その間の強度は強度に応じて中間調で表示するような色の分布で表示する画像が採用されている。なお、強度表示は、例示した色分けに限定されず、その他の色を使用したり、モノクロの濃淡で表示したり等、任意の表示方法が可能である。
【００３９】
Ｃ１６ａ：画素再配列手段
画素再配列手段Ｃ１６ａは、強度分布画像Ｇ２ｂを表示するために、前記ラマンイメージ画像Ｒ１に基づいて、一次元状に配列された状態で記憶されているラマンイメージ画像Ｒ１の位置Ｐ１〜Ｐ１６のデータを、二次元平面の被検査部Ｂ１の位置、すなわち、入射部１５ａの位置に対応させて、二次元的に再配列する。すなわち、次元変換部１５で二次元から一次元に変換したものを、逆変換して、再び二次元の配列に戻す。
【００４０】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の文化財検査装置１では、移動式架台２により文化財検査装置１を文化財Ｂの設置されている場所に移動させることができる。そして、移動式架台２で、文化財Ｂの検査したい被検査部Ｂ１に対して分光分析装置４の位置を粗調整することができる。
分光分析装置４の位置が粗調整された状態で、文化財検査プログラムＡＰ１を起動し、可視像表示部Ｇ１ａを見ながら位置調節装置３を制御して、被検査部Ｂ１に対する分光分析装置４の位置を微調節できる。このとき、メイン画像Ｇ１の可視像表示部Ｇ１ａには、ラマンイメージ撮影領域表示画像Ｇ１ｇが四角の枠で表示されており、微調整された位置と、ユーザがラマンイメージを撮影したい位置とが一致するか否かを、ユーザが容易に判断することができる。
【００４１】
また、ラマンイメージ画像Ｒ１の撮影が開始されて、被検査部Ｂ１に励起レーザー光が照射されると、被検査部Ｂ１の材料や塗料、付着物等の分子の振動に基づくラマン散乱光が発生する。被検査部Ｂ１からの光は、エッジフィルタ８を通過する際に、励起レーザー光の反射光は遮断され、ラマン光だけが通過し、次元変換部１５に入射される。次元変換部１５の入力部１５ａ側では、平面状の被検査部Ｂ１を仮想的に分割した画素に対応して光ファイバの一端が平面状に配列されており、次元変換部１５の出力部１５ｂ側では光ファイバの他端側は一次元直線上に配列されている。したがって、次元変換部１５で、入力部１５ａ側の二次元から出力部１５ｂ側の一次元に変換される。
【００４２】
一次元直線上に配列された光ファイバからの位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の各光Ｌ１〜Ｌ１６は、分光器１７に入射され、それぞれ、グレーティング１７ｃで波長λ１〜λｎの光Ｌ１（λ１）〜Ｌ１６（λｎ）に分光される。そして、分光された光Ｌ１（λ１）〜Ｌ１６（λｎ）は、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２で受光され、ラマンイメージ画像Ｒ１が撮像される。そして、撮影されたラマンイメージ画像Ｒ１が可視静止画像Ｇ１に対応して保存される。
したがって、位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の各位置におけるλ１〜λｎの波長のラマンスペクトルをラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２で一度に測定することができる。この結果、フィルタ等を使用して、波長λ１について位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の位置のスペクトル強度を測定した後、フィルタを換えて別の波長λ２について位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の位置のスペクトル強度を測定する工程を繰り返して、波長λ１〜λｎの全てのスペクトル強度を測定していく従来の構成に比べて、波長λ１〜λｎについて位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の位置のスペクトル強度を一度に測定できる実施例１の構成により、短時間で測定することができ、測定速度を高速化することができる。
【００４３】
また、撮影されたラマンイメージ画像Ｒ１をデータ処理して、表示したい特定の波長λｉ（ｉは１〜ｎのいずれか）における被検査部Ｂ１のスペクトル強度の分布画像Ｇ２ｂや、位置番号Ｐ１〜Ｐ１６の中で文化財Ｂの特定の位置Ｐｊ（ｊは１〜１６のいずれか）のラマンスペクトル波形Ｒ２の画像Ｇ２ｄを得て、ディスプレイＨ２に表示したりすることもでき、このとき、対応づけられている可視静止画像Ｇ１を参照することで、文化財Ｂのどの位置であるのかも容易に判断、認識することができる。この結果、Ｘ線を使用して元素分析を行う場合に比べて、ラマンスペクトルＲ２を使用することで文化財Ｂの化学的性質を判別でき、例えば、文化財Ｂの被検査部Ｂ１の表面の材料に含まれる水分量や不純物等も特定できる。
これにより、例えば、材料の種類や産地毎に予めラマンスペクトルのデータを採取し、データベース化して保存しておき、得られたラマンスペクトルＲ２と比較することで、文化財Ｂの一例としての壁画が描かれた材料の種類や産地等を特定することができ、文化財Ｂの由来等の文化史の研究や、修復、保存を行う際に、同じ色の塗料であってもどの材料の塗料を使用することが望ましいのかを判断することができる。同様に、壁画以外の文化財Ｂについても、例えば、神社、仏閣等の柱のラマンスペクトルＲ２を得て、比較することで、材料や時代を特定することができる。
【実施例２】
【００４４】
図８は実施例２の次元変換部の要部説明図であり、図８Ａは全体図、図８Ｂは図８Ａの矢印ＶＩＩＩＢ方向から見た図、図８Ｃは図８Ｂの入射部の説明図、図８Ｄは図８Ａの矢印ＶＩＩＩＤ方向から見た図、図８Ｅは図８Ｄの射出部の説明図である。
なお、この実施例２の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施例２は、下記の点で前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成されている。
【００４５】
図８において、実施例２の次元変換部３１の入射部３１ａは、図８Ｃに示すように、光ファイバの一端３２が１６行１６列の二次元平面の格子上に配列されている。すなわち、実施例２の次元変換部３１は、１６×１６の２５６本の光ファイバを有する。そして、図８Ｃに示すように、次元変換部３１の射出部３１ｂでは、各光ファイバの他端３３は、１行×２５６列の１次元の直線上に沿って配置されている。図８Ｃ、図８Ｅにおいて、二次元平面における各光ファイバの一端３２の配置位置をｍ行ｎ列とした場合に、他端３３では、図８Ｅに示すように、１行１列、２行１列、３行１列、…、１６行１列、１６行２列、１５行２列、…、１行２列、１行３列、…、１行１６列の順に配列されている。
したがって、他端３３側の配列に対応する一端３２側では、二次元平面において、１列目が、１行１列から１６行１列まで順に配列された後、２列目が１行２列からではなく１６行２列から１行２列まで順に配列される。そして、３列目以降は、奇数列目が１列目と同様に配列され、偶数列目が２列目と同様に配列される。すなわち、実施例２では、実施例１と異なり、二次元平面において、ジグザグに一筆書きされた軌跡に沿って配列される。このため、実施例１のように、例えば、１行１列、…、１６行１列、１行２列、…のように２次元平面において、光ファイバの一端３２側が隣り合わない配列ではなく、…、１６行１列、１６行２列、…のように２次元平面でも隣り合い、且つ、光ファイバの他端３３側でも隣り合うように配列されている。
【００４６】
（実施例２の作用）
図９は実施例２の作用を対比して説明するための説明図であり、図９Ａは実施例１の次元変換部の入射部の説明図、図９Ｂは実施例１の次元変換部の射出部の説明図、図９Ｃは実施例１の次元変換部から射出された光が分光された像の説明図、図９Ｄは図９Ｃの像に歪曲収差がある場合の説明図、図９Ｅは図９Ｄの要部拡大図、図９Ｆは図９Ｅにおけるズレの文化財の被検査部に対応する位置を説明する説明図である。
図１０は実施例２の作用を対比して説明するための説明図であり、図１０Ａは実施例２の次元変換部の入射部の説明図、図１０Ｂは実施例２の次元変換部の射出部の説明図、図１０Ｃは実施例２の次元変換部から射出された光が分光された像の説明図、図１０Ｄは図１０Ｃの像に歪曲収差がある場合の説明図、図１０Ｅは図１０Ｄの要部拡大図、図１０Ｆは図１０Ｅにおけるズレの文化財の被検査部に対応する位置を説明する説明図である。
なお、図９、図１０において、図面の記載を簡略化するために、光ファイバの端を円形ではなく格子状に記載している。
【００４７】
前記構成を備えた実施例２の文化財検査装置１では、文化財Ｂの被検査部Ｂ１からの光が次元変換部３１に入射され、次元変換部３１の射出部３１ｂから射出された光は、光学系１７を通過する。
図９において、実施例１のように、射出部１５ｂが図９Ｂに示すように、１行１列、２行１列、３行１列、…、１６行１列、１行２列、２行２列、…、１６行２列、１行３列、…の順に配列された構成では、分光後の像が図９Ｃに示すような格子状の配列のラマンイメージ画像Ｒ１となる。このとき、光学系１７を通過する際に、光学系１７の性能、特性により、像に図９Ｄに示すような糸巻き型または図示しない樽型の歪曲収差が発生することがある。歪曲収差が発生した場合、図９Ｄ、図９Ｅの実線で示す一例の歪曲収差が発生したラマンイメージ画像Ｒ１′が、図９Ｄ、図９Ｅの破線で示すようにラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２の各受光素子の位置に対してずれることがある。そして、図９Ｅに示すように、例えば、本来１６行１列の波長λ１の光が受光されるべき受光素子において、１行２列の波長λ２の光が観測されることがある。この場合、図９Ｆに示すように、本来の文化財Ｂの被検査部Ｂ１において、１行２列の位置の測定データが、大きく位置がずれた１６行１列の測定データとして測定されてしまう。
【００４８】
これに対して、実施例２では、図１０に示すように、光ファイバの一端側３２および他端側３３の両方で隣り合うように配列された構成では、図１０Ｅに示すように、歪曲収差が発生した場合には、例えば、本来１６行１列の波長λ１の光が観測されるべき受光素子において、１６行２列の波長λ２の光が観測される。従って、図１０Ｆに示すように、本来の文化財Ｂの被検査部Ｂ１において、１６行２列の測定データが、隣接する１６行１列の測定データとして測定される。
したがって、歪曲収差が発生しても、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２の各受光素子で観測される測定データは、文化財Ｂの被検査部Ｂ１において、近傍の位置の測定データが観測される。よって、実施例１の構成において歪曲収差が発生して、大きく異なる位置のデータが測定される場合に比べて、実施例２の構成では、歪曲収差が発生しても、近傍の位置の測定データが観測されるため、あまりにもかけ離れたデータが観測されることが低減される。
【００４９】
例えば、文化財Ｂの１行２列に対応する位置が青色で、１６行１列や１６行２列に対応する位置が連続する赤色の場合、実施例１の構成では、青色の観測データが、赤色の位置のデータとして測定されるが、実施例２の構成では、近傍の赤色のデータが測定され、各受光素子の観測データが、実際の被検査部Ｂ１の観測データからかけ離れてしまうことを低減できる。
よって、実施例２の次元変換部３１では、特に、射出部３１ｂの直線方向に沿った方向、すなわち、図１０Ｄ、図１０Ｅにおける像の縦方向のズレについて、観測データと実際の被検査部Ｂ１の位置とのズレを低減することができる。
【００５０】
特に、ラマン分光用の励起レーザーの波長が、可視光領域（およそ４００ｎｍ〜８００ｎｍ）では、歪曲収差がほとんど見られない高精度の光学系１７が比較的低価格で販売されており、可視光領域の励起レーザー光を使用する場合には、実施例１の構成でも歪曲収差の悪影響をあまり受けることなく観測が可能となっている。一方で、励起レーザー光の波長が近赤外領域（およそ８００ｎｍ〜）になると、市販されている近赤外光に対応する光学系は、可視光領域に対応する光学系に比べて歪曲収差が目立つ。したがって、歪曲収差が小さな光学系を使用しようとすると、特注品となり、高価になるという問題がある。これに対して、実施例２では、市販で低価格の光学系を使用しても、次元変換部３１の構成により、歪曲収差の悪影響を低減することが可能となっている。
【００５１】
（実施例２の変更例）
図１１は実施例２の変更例の説明図であり、図１１Ａは図１０Ａに対応する図、図１１Ｂは図１０Ｂに対応する図である。
図１１において、実施例２の変更例では、次元変換部３１′は、他端３３′では、１行１列、２行１列、３行１列、…、１６行１列、１６行２列、１６行３列、…、１６行１６列、１５行１６列、…、１行１６列、…の順に配列されており、二次元平面において、一端３２′は外周から中央に向かう渦巻き状に一筆書きされた軌跡に沿って配列される。
このため、実施例２の変更例でも、実施例２においても、一端３２′側および他端３３′側の両方で光ファイバの端が隣り合うように配列されている。
したがって、実施例２の変更例でも、実施例２と同様の作用、効果を有する。
【実施例３】
【００５２】
図１２は実施例３の次元変換部の要部説明図であり、図１２Ａは全体図、図１２Ｂは図１２Ａの矢印ＸＩＩＢ方向から見た図、図１２Ｃは図１２Ｂの入射部の説明図、図１２Ｄは図１２Ａの矢印ＸＩＩＤ方向から見た図、図１２Ｅは図１２Ｄの射出部の説明図である。
なお、この実施例３の説明において、前記実施例１、２の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施例３は、下記の点で前記実施例１、２と相違しているが、他の点では前記実施例１、２と同様に構成されている。
【００５３】
図１２において、実施例３の次元変換部４１の入射部４１ａは、図１２Ｂおよび図１２Ｃに示すように、実施例２と同様に、光ファイバの一端４２が１６行１６列の二次元平面の格子上に配列されている。そして、図１２Ｄおよび図１２Ｅに示すように、次元変換部４１の射出部４１ｂでは、各光ファイバの他端４３は、１行×２５５列の１次元の直線Ｓ１上に沿って配置された実施例２と異なり、１×２５５行の１次元の弧状の曲線Ｓ２上に沿って配置されている。なお、各光ファイバの一端４２と他端４３との対応は、実施例２と同様に、図１２Ｃに示すように、１行１列、２行１列、３行１列、…、１６行１列、１６行２列、１５行２列、…、１行２列、１行３列、…、１行１６列の順に配列されている。
【００５４】
図１２Ｂにおいて、他端４３が配列される弧状の曲線Ｓ２の曲率半径Ｒは、光学系１７のグレーティング１７ｃへ入射される光の仰角（俯角）に基づいて設定されている。すなわち、一般のグレーティング（回折格子）において、グレーティングへの光の入射角をα、回折角をβ、格子定数をσ、波長をλ、次数をｍとした場合に、以下のグレーティングの式（１）が成立する。
ｓｉｎα＋ｓｉｎβ＝ｍ×λ／σ …式（１）
ここで、入射される光が、グレーティングの面に対して仰角（または俯角）を持って入射される構成では、仰角（俯角）をγとした場合、以下の式（２）となる。
ｃｏｓγ×（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍ×λ／σ …式（２）
【００５５】
したがって、式（１）、（２）から、仰角γの値が０［°］よりも大きくなるに連れて、同じ回折角βに回折する光の波長λの値が小さくなることがわかる。よって、図１０Ｄ、図１０Ｅにおける波長λの値のズレ、すなわち、図１０Ｄ、図１０Ｅにおける横方向のズレが発生しやすくなる。これに応じて、実施例３では、波長方向のズレを抑制するために、グレーティング１７ｃを含む光学系１７の特性に基づく仰角γに応じて曲率半径Ｒを有する弧状の曲線に沿って配置されている。なお、曲率半径Ｒは、実験等により観測、導出され、予め設定される。
【００５６】
（実施例３の作用）
前記構成を備えた実施例３の文化財検査装置１では、次元変換部４１の射出部４１ｂにおいて、光ファイバの他端４３が、仰角γに対応する弧状の曲線Ｓ２に沿って配置されている。したがって、光ファイバの他端４３を直線Ｓ１上に沿って配置する場合に比べて、歪曲収差におけるグレーティング１７ｃによる波長方向のズレが低減され、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２で観測されるデータの波長方向のズレが低減される。
よって、低価格な光学系を使用してもグレーティングによるスリット像の曲がりの悪影響が少ない観測を行うことができる。
【００５７】
(変更例)
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ015）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、測定領域モニター用カラーＣＣＤカメラ１２と高解像度カラーＣＣＤカメラ２６とを共通化して、いずれか一方を省略することも可能である。
（Ｈ02）前記実施例において、分光器の一例として２つの反射鏡１７ａ，１７ｅやコリメータ１７ｂ、グレーティング１７ｃ、集光鏡１７ｄを有する構成としたが、これの構成に限定されず、設計や仕様に応じて、反射鏡の数を増減したり、絞りやフィルタを追加する等、従来公知の任意の構成を採用可能である。他にも、コリメータ１７ｂや集光鏡１７ｄとして、反射鏡ではなく、光を透過させるレンズを使用することも可能である。
【００５８】
（Ｈ03）前記実施例において、グレーティング１７ｃを固定とする構成を例示したが、グレーティング１７ｃを上下方向に延びる回転軸を中心に回転可能な構成として、回転角度を制御することで測定する波長を変化させることも可能である。したがって、例えば、まず、波長λ１〜λｎの領域のラマンイメージ画像を撮像した後に、グレーティング１７ｃを回転させて波長λｎ＋１〜λ２ｎの領域のラマンイメージ画像を撮像し、さらにグレーティング１７ｃを回転させて波長λ２ｎ＋１〜λ３ｎの領域のラマンイメージ画像を撮像することが可能となり、３回の撮像でλ１〜λ３ｎの領域のラマンイメージ画像を撮像することができ、３ｎ回の撮像が必要となる従来の構成に比べて、大幅に高速化することが可能となる。
【００５９】
（Ｈ04）前記実施例において、移動式架台２や位置調節装置３は実施例に例示した構成に限定されず、従来公知の任意の構成を採用可能である。
（Ｈ05）前記実施例において、ラマンイメージ画像を撮像する領域の広さは、設計や仕様等に応じて変更可能であり、点に近い領域とすることも可能である。
（Ｈ06）前記実施例において、ラマンイメージ画像を撮像する際に、入力されるレーザー光の波長は、特定の波長のものを使用したが、これに限定されず、例えば、励起波長が異なる光源ユニットを並べて使用することも可能である。
【００６０】
（Ｈ07）前記実施例において、可視画像を撮影するために高解像度カラーＣＣＤカメラを使用したが、これに限定されず、例えば、ラマン測定用高感度ＣＣＤと共通化し且つ、光軸上に、次元変換部１５および分光器１７と、ＲＧＢのカラーフィルタとを進入・退避可能としておき、ラマンイメージ画像を撮像する際には次元変換部１５等を光軸上に進入させ、可視画像を撮像する際にはカラーフィルタを進入させるように構成することも可能である。
（Ｈ08）前記実施例において、可視画像を撮像する高感度カラーＣＣＤカメラを使用することが望ましいが、ラマンスペクトル、ラマンイメージ画像のみで十分な場合、省略することも可能である。
【００６１】
（Ｈ09）前記実施例において、分光分析装置４を箱形のケース４ａで構成し、レンズ用開口４ｃを形成して、光を照射および反射光の入射をする構成としたが、この構成に限定されず、例えば、光ファイバの束で構成された次元変換部１５の一端側を延長して、フレキシブルなワイヤ状のプローブとし、プローブの先端を被検査部に対向させることで測定を行うように構成することも可能である。
（Ｈ010）前記実施例において、ラマン測定用高感度ＣＣＤカメラ２２の受光素子は、位置番号と波長の数と同数に設定したが、この構成に限定されず、位置番号や波長の数と画素数とを一致させない構成とすることも可能であり、例えば、１６本の光ファイバに対して、縦方向に倍の３２画素分の受光素子を配置し、２つの受光素子で１本の光ファイバからの光を測定するように構成することも可能である。
【００６２】
（Ｈ011）前記実施例において、検査対象物として、文化財を例示したが、文化財に限定されず、任意の物質について検査することが可能である。例えば、高分子材料（高分子の結晶性の違いや結晶の分布状態を検査）、薬剤（構成されている成分や不純物の検査）、鉱物（組成や含有する不純物の検査）、生体（正常な細胞と、ガン細胞のような異常な細胞の検査）等に使用することも可能である。
（Ｈ012）前記実施例において、分光部として、回折格子（グレーティング）を例示したが、グレーティングに限定されず、プリズム等、従来公知の任意の分光部材を使用可能である。
【００６３】
（Ｈ013）前記実施例において、実施例３の構成を実施例１に適用することも可能である。
（Ｈ014）前記実施例において、反射型のグレーティングやコリメータ、反射鏡を使用する光学系を例示したが、この構成に限定されず、透過型のグレーティングや透過型のレンズ等を使用する光学系を採用することも可能である。なお、透過型のグレーティングを使用した場合でも、回折格子の式（２）は満たされ、同一の条件で次元変換部４１を構成することが可能である。
（Ｈ015）前記実施例において、実施例２，３の光ファイバの一端３２，４２と他端３３，４３の配列は、実施例に例示した配列に限定されず、任意の配列とすることが可能であるが、実施例２や実施例２の変更例に例示したように、一筆書きの軌跡に沿った配列とすることで、両端３２，３３，４２，４３で互いに隣接するように配置することが望ましい。
【符号の説明】
【００６４】
１…文化財検査装置、
１５，３１，４１…次元変換部、
１５ａ，３１ａ，４１ａ…入射部、
１５ｂ，３１ｂ，４１ｂ…射出部、
１７…分光部、
２２…受光部、
Ｂ…文化財、
Ｂ１…被検査部、
Ｃ１５ｂ…スペクトル記憶手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査部に照射されるレーザー光を発生するレーザー光源と、
内部を光が透過可能な複数の光ファイバを有する次元変換部であって、前記被検査部から散乱されたラマン光が入射される入射部側において前記光ファイバの一端が二次元平面上に配置されると共に、前記光ファイバの内部を透過した光が射出される射出部において前記光ファイバの他端が一次元の線上に沿って配置された前記次元変換部と、
前記各光ファイバの他端側から射出された光を、前記一次元の線上に対して交差する方向に沿って、光に含まれる各波長のスペクトル成分に分光する分光部と、
前記一次元の線の方向を第１軸方向とし且つ前記一次元の線に交差する方向を第２軸方向とした場合に、前記第１軸方向及び第２軸方向に沿って平面状に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子が前記分光部で分光された各波長の光を受光する受光部と、
前記受光素子の前記第１軸方向の位置として特定される前記次元変換部の一次元の線上の位置と、前記受光素子の前記第２軸方向の位置として特定されるラマン光の波長成分と、前記一次元の線上の位置およびラマン光の波長成分とで特定される二次元上の位置の前記受光素子で受光したスペクトル強度と、を対応づけて記憶するスペクトル記憶手段と、
を備えたことを特徴とするラマンイメージング装置。
【請求項２】
前記二次元平面内において前記光ファイバの一端どうしが隣り合った状態で配置され、且つ、前記一次元の線上において前記光ファイバの他端どうしが隣り合った状態で配置された前記次元変換部、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のラマンイメージング装置。
【請求項３】
ｍ、ｎを３より大きい正数とした場合に、ｍ行ｎ列の格子状の二次元平面上に前記光ファイバの一端が配置されると共に、１行１列、２行１列、…、ｍ行１列、ｍ行２列、（ｍ−１）行２列、…、１行２列、１行３列、２行３列、…の順に、前記光ファイバの他端が一次元の線上に沿って配置された前記次元変換部、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載のラマンイメージング装置。
【請求項４】
前記分光部に対して入射される光の仰角に基づいて、弧状の一次元の線上に前記光ファイバの他端が配置された前記次元変換部、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のラマンイメージング装置。
【請求項１】
被検査部に照射されるレーザー光を発生するレーザー光源と、
内部を光が透過可能な複数の光ファイバを有する次元変換部であって、前記被検査部から散乱されたラマン光が入射される入射部側において前記光ファイバの一端が二次元平面上に配置されると共に、前記光ファイバの内部を透過した光が射出される射出部において前記光ファイバの他端が一次元の線上に沿って配置された前記次元変換部と、
前記各光ファイバの他端側から射出された光を、前記一次元の線上に対して交差する方向に沿って、光に含まれる各波長のスペクトル成分に分光する分光部と、
前記一次元の線の方向を第１軸方向とし且つ前記一次元の線に交差する方向を第２軸方向とした場合に、前記第１軸方向及び第２軸方向に沿って平面状に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子が前記分光部で分光された各波長の光を受光する受光部と、
前記受光素子の前記第１軸方向の位置として特定される前記次元変換部の一次元の線上の位置と、前記受光素子の前記第２軸方向の位置として特定されるラマン光の波長成分と、前記一次元の線上の位置およびラマン光の波長成分とで特定される二次元上の位置の前記受光素子で受光したスペクトル強度と、を対応づけて記憶するスペクトル記憶手段と、
を備えたことを特徴とするラマンイメージング装置。
【請求項２】
前記二次元平面内において前記光ファイバの一端どうしが隣り合った状態で配置され、且つ、前記一次元の線上において前記光ファイバの他端どうしが隣り合った状態で配置された前記次元変換部、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のラマンイメージング装置。
【請求項３】
ｍ、ｎを３より大きい正数とした場合に、ｍ行ｎ列の格子状の二次元平面上に前記光ファイバの一端が配置されると共に、１行１列、２行１列、…、ｍ行１列、ｍ行２列、（ｍ−１）行２列、…、１行２列、１行３列、２行３列、…の順に、前記光ファイバの他端が一次元の線上に沿って配置された前記次元変換部、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載のラマンイメージング装置。
【請求項４】
前記分光部に対して入射される光の仰角に基づいて、弧状の一次元の線上に前記光ファイバの他端が配置された前記次元変換部、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のラマンイメージング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１５１８０１（Ｐ２０１０−１５１８０１Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５７９１８（Ｐ２００９−２５７９１８）
【出願日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【出願人】（５９３２３０８５５）株式会社エス・テイ・ジャパン (13)
【出願人】（５０４１９０５４８）国立大学法人埼玉大学 (292)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【出願人】（５９３２３０８５５）株式会社エス・テイ・ジャパン (13)
【出願人】（５０４１９０５４８）国立大学法人埼玉大学 (292)
【Ｆターム（参考）】
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