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CN109211784A - 光源部、测定装置、近红外显微装置、光学检测方法、功能性生物关联物质及状态管理方法 - Google Patents

光源部、测定装置、近红外显微装置、光学检测方法、功能性生物关联物质及状态管理方法 Download PDF

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CN109211784A
CN109211784A CN201810057578.9A CN201810057578A CN109211784A CN 109211784 A CN109211784 A CN 109211784A CN 201810057578 A CN201810057578 A CN 201810057578A CN 109211784 A CN109211784 A CN 109211784A
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CN
China
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light
optical
optical path
detection
light emitting
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CN201810057578.9A
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安东秀夫
右近寿郎
右近寿一郎
岩井俊昭
西馆泉
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Japonsai Co ltd
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Individual
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Abstract

本发明提供一种具有高可靠性或者高精度的光学检测方法或者光学成像方法。或者提供一种对该方法进行有效利用的应用技术。从发光源起始的光路或者到达光检测器的光路的至少一部分由多个光路构成。此外，在所述光路中途的规定位置，通过所述多个光路的光被混合。并且，将该混合光用于光学检测或者光学成像。此外，通过上述多个光路的光之间的光路长度差也可以比相干距离长。进一步地，可以将基于对象体的规定特性来对用于光学检测或者光学成像的光的特性进行反馈的单元并用于上述单元，也可以与上述单元分别单独地使用。此外，也可以发展为有效地利用了上述单元的应用技术、应用物质、应用程序。

Description

光源部、测定装置、近红外显微装置、光学检测方法、功能性生 物关联物质及状态管理方法
技术领域
本发明的实施方式涉及使用光来得到来自检测对象体的信号(或者检测规定的光学特性)的检测方法或者与检测对象体有关的成像方法。
此外，进一步地，也可以用于利用了上述的光学检测或者成像的应用领域。该应用范围中，包含能够使用光来检测内部构造、内部活动状态的物质(的生成)、使用光的规定状态的管理方法、制造方法。
而且并不局限于上述，也可以包含预测上述检测对象体的光学特性的计算方法。
背景技术
由于光学检测方法、光学成像方法是非接触/非侵袭的方法(noncontact andnoninvasive method)，因此检测时对检测对象体的负担大幅度减少。其结果，使用了光的上述检测方法、成像方法适合于检测对象体的自然状态观测、微小的变化测定等。因此，上述方法能够较多用于非常宽的领域。
对应于此，这些光学检测技术、光学成像技术的应用(利用)领域也很宽泛。此外，该应用领域的一部分中，也包含能够使用光来检测内部构造、内部活动状态的物质(的生成)、利用了光的规定状态的管理领域、制造领域。
这样，随着这些技术被应用于宽范围，对于使用了光的检测结果、测定结果，要求更高精度或者高可靠性。此外，作为使用了光的检测/测定结果的可靠性、信任性的确认单元，也需要与理论证实之间的高精度的比较确认。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开平6-167640号公报
专利文献2：JP特开平2-240545号公报
专利文献3：JP特开2013-122443号公报
专利文献4：JP特开2003-500255号公报
专利文献5：专利第5098028号公报
作为光学检测技术、成像技术的检测精度提高、提高可靠性的单元之一，提高混入到检测信号、光学图像内的光学噪声(Optical Noise)(由于光学的原因所产生的噪声成分)的减少化。
作为其具体的单元的一个例子，在专利文献1中，通过使光的干涉性(Coherence)减少、使检测/测定系内的光学噪声量降低的方法来提高检测精度。然而在专利文献1的公开范围内，斑点噪声的减少(Speckle Reduction)存在极限，要求进一步高精度或者可靠性的确保。
根据上述的理由，需要能够实现更高可靠性或者更高精度的光学检测方法、光学成像方法的提供、或者活用其方法的应用(利用)展开技术的提供(也博阿含能够使用光来检测/测定/评价内部构造、内部活动状态的物质(的生成)、或者使制造效率提高、控制精度的提高成为可能的制造方法、规定状态的管理方法的提供)。进一步地，也需要用于将上述方法具体化的测定装置、光源部的提供。
作为与上述有关的其他话，作为证实上述的光学检测、成像的结果的可靠性、信任性的单元，存在使用了各种量子化学计算软件的计算机模拟方法。但是在现有的量子化学计算软件中，高分子的第n倍音振动(n-th Overtone)的计算花费庞大的计算时间。因此需要提供一种能够简单地短时间地进行限定于高分子内的特定官能团(Atomic Group)的第n倍音、结合音(Combination)的特性的计算方法。
发明内容
将相互光路长度(Optical Length)不同的光被合成(combined)(或者混合(mixed))而成的光用于光学检测或者光学成像。此外，上述的光路长度差(Difference Value ofOptical Length)也可以比相干距离(Cohetence Length)长。进一步地，上述合成(或者混合)得到的光内，行进方向或者电场振动方向也可以一致或者类似。
而且也可以将上述单元应用于利用管理光学检测方法或者光学成像方法的应用展开技术。即也可以进行使用了上述的光的状态管理。进一步地，也可以应用于能够进行使用了光的检测或者测量、管理的化学的状态或其变化或者物理化学的(或者物理的)状态或其变化或者构造或其变化、形态或其变化(制造工序的过程中)产生的规定物质的制造、制造物的评价。此外，并不局限于此，也可以应用于通过上述方法而被制造或者评价的功能性物质其本身。
可以与上述单元分离地单独执行下述单元，也可以与上述单元组合来并用下述单元。所谓该下述单元，是指
1)对成为光学检测或者光学成像的对象的对象体的规定特性进行测定，
2)基于其测定结果，反馈用于光学检测或者光学成像的光的特性。
这里，所谓上述规定特性，与对用于光学检测或者光学成像的光的波面特性或者上述光内的一部分的行进方向的影响有关。此外，所谓上述的“光的特性”，是指波面特性或者使上述光内的一部分的行进方向变化的特性。
另一方面，并不局限于此，为了理论上预测得到光学检测结果、光学成像结果的对象体的光学特性所指的现象，也可以进行下述的计算方法。
α]计算与该对象体内包含的规定区域内的组振动(Group Vibration)有关的电势特性。
β]利用其结果来预测光的吸收波长或吸收波数(振动数)。
附图说明
图1A是表示本实施方式的测定装置的基本构成说明图(发散光照射)。
图1B是表示本实施方式的测定装置的基本构成说明图(平行光照射)。
图1C是表示本实施方式的测定装置的基本构成说明图(聚光照射)。
图2A是从光源射出的光的振动数与时间之间的不确定性关系说明图。
图2B是检测波长范围被限制的光的局部相干性的说明图。
图3是局部相干光对成像的影响。
图4是与来自微小的光散射体的散射光内产生的光学噪声有关的说明图。
图5是局部相干光对分光测定的影响说明图。
图6是钨·卤素灯管的厚度不均匀性的影响说明图。
图7是设置有光学噪声减少化元件的近红外显微装置构造的一个例子说明图。
图8A是本实施方式中的光学噪声减少方法的基本原理说明图(A)。
图8B是本实施方式中的光学噪声减少方法的基本原理说明图(B)。
图9是本实施方式中的光合成/光混合方法的区分情况一览的说明图。
图10是使用了与本实施方式中的光学噪声减少方法有关的另一解说方法的说明图。
图11是与在不同方向放出的光之间的合成/混合方法有关的实施例说明图。
图12A是与利用了波面分割光的光路长度变化方法有关的实施例说明图。
图12B是利用了波面分割光的光学特性变更部件一个例子的说明图。
图12C是与利用了波面分割光的光学特性变更部件有关的详细的一个例子说明图。
图13A是利用了波面分割光的光学特性变更部件的另一实施例说明图。
图13B是利用了波面分割光的光学特性变更部件的应用例说明图。
图13C是利用了波面分割光的光学特性变更部件的另一应用例说明图。
图14A是利用了本实施方式的光学噪声减少方法的光源部构造的应用例说明图。
图14B是波面分割光之间的另一合成/混合方法说明图。
图14C是与波面分割光之间的合成/混合方法有关的应用例的说明图。
图14D是利用了成像特性的波面分割光之间的合成/混合方法的说明图。
图14E是利用了成像/聚光位置的光学的处理的波面分割光之间的合成/混合方法。
图15是与在波面分割光之间使光路长度变化的方法有关的注意点的说明图。
图16A是在波面分割光之间使光路长度变化的方法中的对应实施例的内容说明图。
图16B是在波面分割光之间使光路长度变化的方法中的另一对应实施例说明图。
图17是比较研究用的现有公知技术内容说明图。
图18是利用了光引导用光纤长度的光学的噪声减少方法的说明图。
图19A是从不同发光区域发出的光之间的合成/混合的基本方法说明图(A)。
图19B是从不同发光区域发出的光之间的合成/混合的基本方法说明图(B)。
图20是在不同发光区域发出的光的对象体内特定区域处的合成/混合方法说明图。
图21A是通过相位变换元件来将不同发光区域的产生光合成/混合的方法例(A)。
图21B是通过相位变换元件来将不同发光区域的产生光合成/混合的方法例(B)。
图21C是通过相位变换元件来将不同发光区域的产生光合成/混合的方法例(C)。
图22是相位变换元件对光合成/混合的效果实验中使用的光学系统的说明图。
图23A是表示基于相位变换元件的光合成/混合的效果的说明图(A)。
图23B是表示基于相位变换元件的光合成/混合的效果的说明图(B)。
图24A是通过波导元件来将从不同发光区域发出的光合成/混合的方法例(A)。
图24B是通过波导元件来将从不同发光区域发出的光合成/混合的方法例(B)。
图24C是通过波导元件来将从不同发光区域发出的光合成/混合的方法例(C)。
图25是使用了相干光和局部非相干光这两方的测定装置内说明图。
图26是多重散射光对对象体内部的影响说明图。
图27是对象体内部的光散射体的示意图。
图28是在对象体(透明的平行平板)内部产生波面像差的原理说明图。
图29A是波面像差粗调校正部内部的构造说明图。
图29B是波面像差微调校正部内部的构造说明图。
图30是参照光生成原理的说明图。
图31是对象体内产生的不必要散射光去除原理的说明图(说明用中一部分改变)。
图32A是使用了局部非相干光的波面像差特性检测方法的光学原理说明图。
图32B是使用了局部非相干光的波面像差特性检测的电处理方法说明图。
图33是使用了相干光的波面像差特性检测方法的说明图。
图34是外部电场方向与在其中移动的带电粒子的移动方向之间的关系说明图。
图35是表示构成特定官能团的氢原子核的位置向量的说明图。
图36是量子化学计算软件上的特定官能团内组振动的计算方法说明图。
图37是根据本实施方式中的功能性生物物质的功能发挥方法的区分分类说明图。
图38是丝心蛋白内分子构造的概略说明图。
图39A是对丝心蛋白进行了改进的功能性生物物质的实施方式例说明图(A)。
图39B是对丝心蛋白进行了改进的功能性生物物质的实施方式例说明图(B)。
图40A是内部具有导电区域的功能性生物物质的实施方式例说明图。
图40B是具有电力放大功能或者开关功能的功能性生物物质例说明图。
图41是在近红外波长区域具有荧光波长的荧光蛋白质的发光团内构造例说明图。
图42是针对与DNA的障碍有关系的患部(不良位置)的处置方法例的说明图。
图43是与具有双重包装构造的细胞核内输送用载体有关的实施方式例说明图。
图44向细胞核膜表面的选择性接合部的具体的构造例和其功能例的说明图。
图45是与功能性生物物质的量产方法和工序管理方法有关的一实施方式说明图。
图46是利用了毛母相关细胞的功能性生物物质的生成过程例的说明图。
图47是与功能性生物物质的量产方法和工序管理方法有关的应用形态说明图。
图48是利用了地域分散形的功能性生物物质的生产方法例的说明图。
图49是将改进版β片形晶体部组合的构造体形成的实施例说明图。
图50A是晶体部集合(多聚体)块的生成顺序例的说明图。
图50B是表示图49的构造体成形的顺序的本实施方式例的说明图。
图50C是表示图49的构造体成形的顺序的本应用形态例的说明图。
图51是针对发光源的成像光学系统间的光路长差的比较说明图。
图52是光合成(混合)部的其他实施例说明图。
图53是利用了光导(导光管)的其他应用例说明图。
图54是光导(导光管)内的光合成(混合)的原理说明图。
图55是指向性高且局部相干性低的电磁波的生成方法说明图。
图56是本实施方式中的水源/金属矿藏探测装置内的构造说明图。
图57是地球外部地域的水源/金属矿藏探测方法例的说明图。
图58是地球外部地域的水源/金属矿藏探测顺序例的说明图。
图59是简单说明本实施方式中的光的局部相干性的不同的说明图。
图60是简单说明本实施方式中的光的局部相干性的控制方法的说明图。
图61是取决于测定光的局部相干性的不同的绢片透过光特性的测定结果比较例。
图62是绢片的吸光度特性的测定结果例。
图63是取决于测定光的局部相干性的不同的聚乙烯片吸光度的比较例。
图64是吸光度曲线内的基线特性与测定对象分子构造的关系的研究例说明图。
图65是使用了本实施方式的非相干性近红外光的功能性生物物质的辨识方法说明图。
图66是本实施方式中的功能性生物物质内2次构造与构成氨基酸的关系说明图。
图67A是与本实施方式中的功能性生物物质有关的其他制造顺序说明图。
图67B是本实施方式中的功能性生物物质制造顺序内的生成和成形工序的说明图。
图67C是本实施方式中的功能性生物物质材料的制造中的纯化工序的说明图。
-符号说明-
2 光源部
4、6 检测部
8 反馈部
9 壁
10 对象体
12 照射光(第1光)(Illuminating Light(First Light))
16 检测光(第2光)(Detection Light(Second Light))
18 分束器
20 分束器
22 分光器
24 监视照相机
25 物镜
26 准直透镜
28-1、2 检测透镜
30 测定装置
32 参照试样用色谱柱
34 测定试样用色谱柱
36 透明玻璃容器
38 玻璃容器的移动方向
42 注入口
44 注出口
46 盖
48 镜面
50 钨丝
52 光学窄频带带通滤波器(波长选择滤波器)
54 被波长选择的光的电场振幅
56、58 在单面具有微小的凹凸构造的光透过物体
60 具有局部相干性的入射光
62 具有局部相干性的短波长光
64 光学噪声减少化元件或者局部相干性减少化元件
(Optical Noise Reduction Element or Partial Coherency Reduction Element)
66 微小的光散射体
67 钨·卤素灯的管球(石英玻璃)
68 具有局部相干性的长波长光
70 发光源
72、74 光的一部分
76 光路长度变化
78、79 合成光(混合光)
80 光检测器
82 背面镜
84 前方放出光
86 摄像面(检测面)
88 后方放出光
90 光学特性变更部件
92 透过光剖面
94-1～6 透明的半圆平行平板
95 切剖面
96 光透过方向
97 切剖面的分界线
98 聚光透镜
100、100-1、2 光纤
101 多个光路生成用光学特性变更部件
102、102-1～5 光合成(混合)部
104 单面具有随机的微小凹凸构造的透明平板
106 透过光的波面
107 放射时刻不同的光
108 合成光的出口
110-1、2 透过光
112 粘合层
114-1～4 透明的平行平板
116-1～2 透明的圆柱形平行平板
118-1～3 反射防止涂层
120 透过形衍射光栅
122 菲涅耳棱镜(闪耀型全息)(Fresnel Prism·Blazed Hologram)
124，126 闪耀型衍射光栅(Blazed Grating)
128 闪耀型衍射光栅或者棱镜
130 针孔或者狭缝
132 一维线传感器
134-1、2 聚光透镜
136 准直透镜
142核心区域(Core Area)
144 包覆层(Clad Layer)
200 对象体内特定区域(光合成(混合)场所)
201、206 通过第1光路的光
202，207 通过第2光路的光
203，208 通过第3光路的光
210 光路变更元件(光学特性变更部件)
212 相位变换元件(光路变更元件/光学特性变更部件)
214 在内壁或者外壁具有相位变换特性(微小的凹凸)的管球
216 结象透镜
218 扩张透镜
220 棱镜
222 双凸透镜
230 微凹透镜
240 凹透镜或者柱面透镜凹透镜
250 光导(导光管)(Light Guide·Light Pipe)
252 光导的前端面(Front-end Boundary of Light Guide·Light Pipe)
254-1、-2 侧面(Side Surface)
256 光导的后端面(Back-end Boundary of Light Guide·Light Pipe)
260 ε点通过光的光路
270 ζ点通过光的光路
280 光的混合区域
290-1～-n 具有指向性的电磁波
292-1～-n 电磁波发生源/接收部/接收部
294-1、-2 具有指向性的混合电磁波
296-1～-n 磁控管电磁波发生源/接收部
298-1～-n 导波管形天线
300 捆绑形光纤群
302 局部非相干光的光源部
304 针对局部非相干性的反射光的信号检测部
306 针对局部非相干性的反射光的波面像差特性检测部
308 物镜
310 照射光与检测光之间的光路分离部
312 光分离部
314 针对局部非相干性的透过光的信号检测部
316 针对局部非相干性的透过光的波面像差特性检测部
318 物镜
320 参照光生成部
322 相干光的光源部
324 针对相干性的反射光的信号检测部
326 针对相干性的反射光的波面像差特性检测部
332 光分离部
334 针对相干性的透过光的信号检测部
336 针对相干性的透过光的波面像差特性检测部
340 光混合部
342、344、346、348 光分割部
350 波面像差校正部
352 照射光的波面像差粗调校正部
354 照射光的波面像差微调校正部
356 透过光的波面像差粗调校正部
358 透过光的波面像差微调校正部
360 直行光
362-1、-2 指向性电磁波产生/接收部
364 电磁波产生/接收部的旋转机构
366 电磁波产生/接收部的旋转驱动部
368 水蒸气
370、380 多重散射光
372 履带
374 移动用车轮
376 远红外线分光器
378 红外线分光器
382 热(远红外光)
384 太阳能电池平板
386 水源或者金属矿藏
388 电池
390 后方散射光
392 地表
393 6氨基酸周期内的基态电子轨道
394 通信控制部
396 天线
398 探测装置内控制系统
399 6氨基酸周期内的激励态电子轨道
400 丝心蛋白的氨基酸配列
402-1、2 高分子化合物
404-1、2 电子云
406-1、2 官能团
408 聚乙烯的分子构造
410 共用电极部
414-1～6 个别电极部
416-1～6 光反射面
418-1～6 压电元件
420 兼作光反射面的共用电极部
422 分隔板
424-1～3 透明电极部
428-1～3 液晶层
430 光路分割部
436 参照光
440、450 三维透过图案形成部
442、444、446 二维透过像形成层
452、454、456 二维透过像形成层
460 光路分离部
470 二维 PSD(Position Sensitive Detector)单元阵列
472-1～4 PSD(Position Sensitive Detector)单元
474-1～4 微型透镜
476-1～4 聚光光斑(无干涉的状态)
478-1～4 聚光光斑(产生干涉的状态)
480 波面(等相位面)
482 参照光的聚光光斑位置检测部
484 检测光的聚光光斑位置检测部
486 聚光光斑间的位置偏移量计算部
488 局部波面的倾斜量
490 整体波面像差特性计算部
492 偏振光分束器
494-1～3 λ/4板(1/4相位板)
496-1～4 检偏器
498-1～3 无偏振光分束器
500-1～4 摄像照相机
602β 片形晶体部
604 非晶体部
612 天冬氨酸+阳离子
616 羧基
620 被低分子化的丝心蛋白改进分子单量体
622 ATPATP酶活性部
624 ADP
626 ADP固定部
630、640π 电子局部存在区域(活性区域)
632、634、636、638 蛋白质内主链区域
650 现有GFP内的发光团区域
702 诊断(不良原因分析)相关处理顺序
704 治疗(不良位置校正)相关处理顺序
706 治疗(校正)结果的评价·确认相关处理顺序
800 细胞核内输送用载体
806 遗传子调节因素
808 基因组编辑模块
810 基因组编辑基本部
812-1、2 (燐氧化活性)mCas(modified CRISPR-Associated System)
814 核酸酶区域
816-1、2 crRNA(CRISPR RNA)
817 复制DNA的保持用蛋白质
818 复制DNA(向量)
819 组蛋白
820 具有燐氧化活性特性的蛋白酶的切断场所
822 mCas控制酶A(激酶)
824 mCas控制酶B(抑制剂/磷酸酶)
826 细胞核内信号控制酶
828 自己燐氧化蛋白酶(激酶被内置基于ATP附加的自己活性作用)
830 向细胞核膜表面的选择性接合部
832 核层
834 内外膜间的稀疏水区域
836 载体内包部的内膜
838 载体内包部的外膜
840 载体外包部的外被
842 载体内包部的内部
846 向选择细胞的接合部
850 核层识别抗体部(细胞核检测部)
852-1～6 稀疏水区域
854-1、2 稀疏水区域
856-1～8 亲水区域
858-1～6 亲水区域
860 α螺旋构造部
870 膜贯通部
880 核层
888 细胞核膜
890 细胞核内部
894 内外膜间的稀疏水区域
896 细胞核膜的内膜
898 细胞核膜的外膜
1000 毛母相关细胞(亲细胞/元种或者娘细胞/种子种)
1002 生成的功能性生物物质
1004 培养基
1006 搅拌部
1010 容器
1020 光学的状态管理装置(测定装置)
1032 内液
1034 外液
1036 透析容器
1038 搅拌机旋转感应用的外部磁场产生/旋转部
1040 纤维状蛋白质
1050 成形用模具
1054 成形用凹槽
1060 纯化用照射光
1070 纯化用电压施加电极
1074 纯化用可变电压电源
1080 功能性生物物质材料提取用过滤器
1090 纯化用容器
1096 离心分离后的上清液
1100 a～功能性生物物质的最终的生产场所
1130 核心统一据点
1120 a～1120c分散流通据点
1602 改进版β片形晶体部(单量体块)
1604 晶体部集合(多聚体)块
1608 最终成形的构造体
1610 表面涂层
A 局部相干性光的一方侧的振幅
a 光纤的核心半径或者针孔半径/狭缝宽度的1/2
Asp 天冬氨酸
C 光速
Cl-氯离子
d 物理上的阶梯差量
D 捆绑形光纤群(或者1根光纤)内的光入射区域的宽度或者经过光学特性变更部件的光的聚光面上的偏移量
F 准直透镜26/检测透镜28-2的焦距
G 特定官能团的重心位置
Gln 谷氨酰胺
Gly 甘氨酸
k 波数
L 光纤全长
lCL 相干距离(Coherence Length)
M 成像倍率(横向倍率)或者局部非干涉化对应的光分割数
m 不同光路的各自后缀/下标符号(光路编号)
N 测定装置内的不同光路数(分割为多个光路的分割数)
n 光通过的透明介质内的折射率
NANA (Numerical Apperture)值
Na+钠离子
R 从发光点/散射点到测定点的距离
Ra 相位变换元件内的平均表面粗糙度
r 准直透镜26的瞳面上半径
Ser 丝氨酸
SF 从发光源到光纤入射区域的距离
SL 聚光透镜与线传感器间距离
T 钨·卤素灯的管球厚度
Trp 色氨酸
Tyr 酪氨酸
t 时间或者平行平板的厚度单位
vr2
W 狭缝宽度或者针孔的直径
z 光行进方向的距离
α、β 钨丝上的发光点、对象体内的特定区域内的散射点或者对象体内的虚拟发光点
γ 测定点或者钨丝上的发光点、或者对象体内的虚拟发光点
ΔD 光纤内核心直径
Δt 时间幅度
ΔY 线传感器上的位置偏移量
Δλ 选择波长宽度(波长范围)
Δv 频率宽度
δ 光路长度差
6max 光路长度差的最大值
ε 入射光向光纤的入射角或者成像点
ζ 透明的平行平板通过后的光的行进方向倾斜角或者成像点
η 光的行进角或者切剖面的倾斜角或者成像点
θ 构成透明的平行平板的两平面间的倾斜角或者衍射角
λ0 中心波长
v 振动数
ξ 光纤或光导(导光管)内传送光的倾斜角
ρ 石英玻璃中的射出角
σ 相位量或者合成波的相位量
τ 钨·卤素灯的管球内光路的机械性距离
χ 相对于衍射光栅的入射波长的衍射角系数
ψ 局部相干光之间的合成波
Ψ 通过准直透镜的局部相干光整体的合成波
+ 晶体部内的正电荷区域(具有碱性残基的氨基酸)
- 晶体部内的负电荷区域(具有酸性残基的氨基酸)
ι 沿着钨·卤素灯的长边方向的α点与β点间的距离
κ 向光导(导光管)的前端面的入射角
μ 光导(导光管)侧面的倾斜角
光导(导光管)内部的反射角
具体实施方式
以下参照附图来对本实施方式中的光源部以及测定装置、近红外显微装置、光学检测方法、成像方法、计算方法、状态管理方法、制造方法进行说明。首先，表示与本实施方式内容有关的目录，以使得容易掌握说明的全貌。
第1章 表示本实施方式的测定装置的基本构成
第2章 局部相干性对光学噪声的影响
2.1节 面向光学噪声减少化的本实施方式的说明顺序概述
2.2节 白色光具有局部相干性的状况说明和用语的定义
2.3节 局部相干性的光对光学成像的影响
2.4节 局部相干性的光对分光特性的测定的影响
2.5节 局部相干性的光对分光特性的影响例的式子的表现
2.6节 与利用了近红外光的检测/成像有关的影响及其波长范围
第3章 与局部干涉性有关系的本实施方式中的光学噪声减少方法
3.1节 面向光学噪声减少的基本原理
3.2节 向不同方向的放出光的利用
3.3节 具有波面分割功能的光学特性变更部件
3.4节 分割波面之间的合成(混合)
3.5节 局部非相干光使用时的光强度的式子表现(光学噪声减少效果)
3.6节 光学特性变更部件构造上的研究
3.7节 与利用了波面分割的现有技术的比较
3.8节 具有光波导功能的光学特性变更部件
3.9节 来自不同区域的放出光的合成(混合)
3.10节 与来自不同的区域的放出光的合成(混合)相关的应用例
3.11节 与波长比红外光长的电磁波相关的部分的可干涉性的降低方法和应用例
3.12节 与光的部分的可干涉性的控制方法相关的简易说明
第4章 相干光与局部非相干光的混合/分离方法
4.1节 使用了相干光和局部非相干光这两方的测定装置内的构造例
4.2节 相干光与局部非相干光的混合和分离方法
第5章 测定对象体内部的与光的相互作用
5.1节 在对象体内部产生的光散射和光吸收以及多重散射的影响
5.2节 散射/吸收的要因与散射剖面积的关系
5.3节 散射剖面积和光散射的特征
5.4节 使用了后方散射光(反射光)的检测特性
5.5节 关于与测定对象体内部的电磁波的相互作用的公式化
5.6节 依赖于照射光的部分的可干涉性的差异的向测定结果的效果及其考察
第6章 在光路中途产生的波面像差的反馈方法
6.1节 在对象体(透明的平行平板)内部产生波面像差的原理
6.2节 波面像差的校正方法
6.3节 波面像差特性检测方法的共用部分
6.4节 使用了局部非相干光的波面像差特性检测方法
6.5节 使用了相干光的波面像差特性检测方法
第7章 限定于高分子内的特定官能团的第n倍音特性的计算方法
7.1节 光学噪声减少化方法和归属于特定官能团中的组振动的吸收带波长预测
7.2节 与官能团内的组振动有关的式子的表现
7.3节 官能团内的组振动解析的意义
7.4节 归属于组振动的吸收带波长的模拟方法
第8章 功能性生物物质
8.1节 所谓功能性生物物质
8.2节 从功能性生物物质的独自功能发挥方法来看的区分分类
8.3节 通过氨基酸序列或立体构造来发挥功能的功能性生物物质的实施例
8.4节 作为活性区域内构造或酶来发挥功能的功能性生物物质的实施例
8.5节 通过与生成处理有关系的部分来发挥功能的功能性生物物质的实施例
第9章 使用了功能性生物物质的基因组编辑处理
9.1节 针对与DNA障碍有关系的患部的处置例和现状的问题点
9.2节 细胞核内输送用载体的构造和动作原理
9.3节 细胞核内输送用载体的制造方法(适合量产化)
第10章 功能性生物物质的制造方法和工序管理
10.1节 制造方法和工序管理的基本顺序
10.2节 地域分散形量产化工序
10.3节 使用了非相干性近红外光的功能性生物物质的推定
10.4节 本实施方式中的功能性生物物质的光学特性
10.5节 在细胞外环境中制造的功能性生物物质的制造方法
第1章 表示本实施方式的测定装置的基本构成
使用图1A～图1C来对利用了本实施方式中的光学检测方法、成像方法的测定装置的基本构成进行说明。该测定装置的基本构成均由光源部2和检测部4、6构成。光源部2放射相当于第1光的照射光12，将该照射光12向作为测定或者检测的对象的对象体10(检测对象体)照射。
这里，上述对象体10并不局限于动物、植物、微生物(也包含细菌或病毒)等生物体，也可以是核苷酸(Nucleotides)、氨基酸/蛋白质、脂质(Lipids)(也包含磷脂(Phospholipids))、碳水化合物等的生物体构成物质单独。此外，除此以外，也可以是塑料等的有机物、或者至少透过光的一部分的无机物。此外，检测对象体10的形态并不局限于固体，也可以是液体或气体的状态。并且，检测对象体10单体的尺寸能够从最大米量级(人类、象的大小)到最小原子或分子的尺寸任意选择。
从该对象体10得到的第2光(即照射光12被对象体10的内部或者表面反射/透过/吸收/散射后的光)作为检测光16而被投影到检测部4、6。作为其结果，上述对象体10(检测对象体)的光学特性被检测或者测定。
这里，作为得到的对象体10的光学特性，并不局限于对象体10的反射/透过/吸收/散射后的光量特性、其时间变化、光学的相位特性、分光特性(波长光谱)、成像(被提取的影像/图像)、图像解析结果(空间的频率特性解析结果等)，所有的光学特性也可以包含于检测对象。
此外，基于由检测部4、6得到的结果，也可以经由反馈部8来对来自光源部2的照射光12的发光特性进行控制。作为其具体例，并不局限于照射光12的稳定的发光量控制、发光量的时间的变化控制，也可以控制向对象体10照射之前的照射光12的相位分布、光量分布。此外，也可以进行除此以外的任意的控制。
分别在图1A、图1B、图1C中表示向该对象体10照射的照射光(第1光)12在发散时、平行时、收束时的测定装置的特征。此外，图1A、图1B、图1C均表示：(a)为透过光检测时(包含前方散射光检测)、(b)为反射光/散射光检测时、(c)为光源部2与检测部6成为一体并被收纳于测定装置30内时的构造。
在图1A(c)、图1B(c)和图1C(c)中，使用分束器20来将照射光(第1光)12和检测光(第2光)16间的光路的一部分共用化。由此，产生使测定装置30的小型化容易的效果。
另一方面，在图1A(b)、图1B(b)和图1C(b)的未使用分束器20的构造中，能够任意设定测定装置30内的光源部2与检测部6间的相对位置。作为其结果，具有增加测定环境的灵活性的效果。
光源部2内发出照射光12的发光源70(使用图10A来后面叙述具体的一个例子)在多数情况下放出发散光。因此，在将平行光或收束光向对象体10照射的图1B、图1C的构造中，需要在光源部2内安装准直透镜26或聚光透镜98。与此相比，如图1A那样，在直接利用发散光的构造中，不需要上述的安装，因此具有实现测定装置30整体的低价格化和小型化的效果。
若如图1B那样使用平行的照射光12，则对象体10相对于照射光12行进方向的设置位置的自由度提高。因此面向对象体10是气体状态的情况、或分散于液体状态的溶剂内的情况下的光学特性测定。因此，在针对制造方法、状态管理方法的本实施方式中，也可以如图1B那样使用平行的照射光12。
在该情况下，气体状态或者分散于液体介质内的对象体10被封入在透明玻璃容器36内的测定试样用色谱柱34内。这里，在该测定试样用色谱柱34设置有附带盖46的注入口42和附带盖46的注出口44，对象体10的交换变得容易。
进一步地，在透明玻璃容器36内部，也设置被壁9分隔的参照试样用色谱柱32。在该参照试样用色谱柱32的注入口42和注出口44也同样附带盖46，能够使参照试样用色谱柱32内真空。此外，并不局限于此，也可以通过对象体10分散前的液体溶剂单体来将参照试样用色谱柱32内充满。
透明玻璃容器36相对于测定装置30能够移动。特别地，该玻璃容器的移动方向38为与照射光12的行进方向非平行的关系(也可以正交)。因此，也可以最初对参照试样用色谱柱32内的光学特性进行测定后，对测定试样用色谱柱34内的光学特性进行测定，并对两者的结果进行比较。这样通过两者的比较，具有提高由测定/检测的结果得到的光学特性的检测精度的效果。作为两者的比较方法，可以取运算处理(也可以包含归一化)后的测定数据间的差分，也可以进行两者间的除法处理(对数上的差分处理)。测定装置30中具有固有的光学传递特性(函数)，由测定试样用色谱柱34得到的光学特性内包含所述光学传递特性。若对此进行测定试样用色谱柱34与参照试样用色谱柱32的光学特性间的除法处理(对数上的差分处理)，则具有测定装置30内的光学传递特性被去除、得到对象体10单独的光学特性的效果。
通过气化(或者分散于液体介质内)的分子状态的检测对象体10，照射光(第1光)12被散射/吸收。在图1B(b)中，将此时的侧方散射光检测为检测光(第2光)16。另一方面，在图1B(a)中，基于全方散射和吸收的透过光量损耗被检测。此外，如图1B(c)那样，在透明玻璃容器36的底面形成镜面48的情况下，与图1B(a)同样地，透过光量损耗被检测。另一方面，在未形成镜面48的情况下，将后方散射光检测为检测光(第2光)16。如这样利用平行的照射光12，则能够进行前方/后方/侧方的各种散射光检测，具有检测精度提高的效果。
如图1C那样，若向对象体10照射收束状态的照射光12，则在对象体10内部的α、β、γ各点进行聚光(聚光方法在第7章中进行叙述)。其结果，具有能够进行限定于对象体10内部的特定场所的光学特性的测定/检测的效果。在图1C(a)中能够测定/检测前方散射光，并且在图1C(b)中能够测定/检测侧方散射光，在图1C(c)中能够测定/检测后方散射光。
第2章 局部相干性对光学噪声的影响
(Chapter 2]Partial Coherence affecting Optical Noise)
在以下的第2章中对白色光也具有局部相干性的特性、会产生光学的噪声进行说明。
2.1节 面向光学噪声减少化的本实施方式的说明顺序概述
使混入到图1A～图1C所示的测定装置30内的光学噪声减少，提高光学检测或者光学成像的检测精度、提高可靠性。作为减少其光学噪声的方法，在本实施方式中，至少使照射光(第1光)12和检测光(第2光)16的任意的光学特性变化。作为使其变化的光学特性，进行如下的仅任意一方的实施或者两方的并用实施。
(1)(使用光学特性变更部件来)减少与局部相干性有关系的光学噪声；
(2)对象体10所导致的波面像差或者局部的行进方向变化的反馈。
关于上述(2)，通过检测部4或者6内的至少一部分来测定对照射光12或者检测光16的影响，经由反馈部8来使照射光12的光学特性变化。同样地，也可以控制检测部4、6内部，使检测光16的光学特性变化(详细来讲在后面第6章进行叙述)。
关于上述(1)，在第3章中说明具体实施方式例之前，在第2章中对局部相干性的光(Partially Cohetent Light)使光学噪声产生的原理进行说明。
此外，为了验证由光学检测或者光学成像得到的见解的可靠性、信任性，在本实施方式中，也可以并用使用了量子化学计算软件的计算机模拟。并且，后面在第7章中对理论上计算限定于高分子内的特定官能团的第n倍音或结合音的特性的本实施方式方法进行叙述。
2.2节 白色光具有局部相干性的状况说明和用语的定义
(Section 2.2)Occasion of Partially Coherent White Light and Definition ofTechnical Terms)
已知从半导体激光元件(Laser Diode Tip)等产生的单色的激光具有干涉性(Cohetency)。与此对应地，例如从钨·卤素灯(Tungsten Halogen Lamp)等小发光源70放出的白色光也具有局部干涉性。
例如图2A所示，以在γ点同时观察从钨丝50表面上的α点放出的光(白色光)和从β点放出的光(白色光)的情况为例。在两者间“振幅的相关(Amplitude Correlation)”非常强的情况下、或者两者间的“相位差(Phase Shift Value)时间上一定”的情况下，两者的光称为相干光(Coherent Light)。并且，在该情况下，在γ点，在两者的光之间产生“干涉”。
相反地，将两者间完全没有“振幅的相关”的情况、或者两者间“相位差完全无关系地变化”的情况称为非相干光(Incoherent Light)。并且，在该情况下，在γ点，在两者的光之间不产生“干涉”。并且，在γ点观察的光强度能够通过从α点单独得到的光强度与从β点单独得到的光强度的单纯加法来得到。
然而除稳定发光的激光以外的多数光为上述的相干状态(Coherence)与非相干状态(Incoherence)的中间状态。该并非完全的相干也非完全的非相干的状态一般被称为局部相干(Partial Coherence)。此外，将这种状态的光称为局部相干光(Partial CoherentLight)。
若该局部相干性的光被检测对象体散射或者反射或透过，则在之后的光路产生局部“干涉”，成为斑点噪声(Speckle Noise)的原因。因此在使用光来从检测对象体得到信号(对该检测对象体内特定部位处的规定的光学特性进行检测)或者获取来自该检测对象体的图像信息时，由于“光的干涉现象”所导致的斑点噪声的影响，检测信号、图像的质量或特性劣化。
在本实施方式中，如后面所述，提出“(A)使光的不同放出方向之间、不同发光区域之间、不同的被分割的波面之间、不同的被分割的振幅之间相互非相干化”、“(B)将非相干化后的多个光合成(混合)”的独自的手法。因此，在叙述的本实施方式的说明书内，以使信号检测、成像中使用的光“局部非相干化(也包含并不是完全的非相干化状态、但某种程度上非相干化的状态)”这一意思，特别使用局部非相干(Partial Incoherence)这一用语。由此，使本实施方式与现有技术的不同明确化。
在上述的(B)所对应的光学的操作中，在本实施例说明书中，将对相互局部非干涉化的光(Partial Incoherent Light)彼此进行组合的操作表现为“混合(mix)”。此外，将上述混合得到的光称为“混合光(mixed light)”。
另一方面，在本实施例说明书中，将不根据干涉性状态地对经由不同光路的光之间进行组合的操作表现为“合成(combine)”。换句话说，被合成的光之间可以具有干涉性(包含局部相干性)，此外，也可以是非相干(包含局部非相干)的状态。
依据对经由不同多个光路的宽波长区域光之间进行组合的光学的操作方法，可能表示在“短波长成分具有局部非相干性”、“在长波长成分具有局部相干性”的混合特性。在该情况下，也将组合操作称为“合成”，在本实施例说明书中将组合的结果得到的光表现为“合成光(combined light)”。
此外，上述的合成(或者混合)而得到的光的行进方向或者电场振动方向也可以一致或者类似。并且，作为其结果，通过相互不同的光路的合成(或者混合)前的光在合成后(或者混合后)至少一部分通过同一光路。
首先，开始说明到此为止说明的产生“光的干涉性”的根本原理。这里，从说明的容易性出发，方便地利用“与频率宽度Δv内的光的发光时刻有关的不定性(时间幅度Δt内不能进行唯一的规定)”这一想法。但是，作为对光的干涉性进行说明的一般的方法，本节(2.2节)内后半部分的说明内容较多。
考虑从图2A的钨丝50表面上的α点放出的白色光通过仅通过作为波长范围为从λ0-Δλ/2到λ0+Δλ/2内的光的光学窄频带带通滤波器(波长选择滤波器)52后，到达距离为R的γ点的情况。此时，能够通过窄频带带通滤波器(波长选择滤波器)52的光的频率(振动数)范围为从v0+Δv/2到v0-Δv/2。
此外，将从该γ点到钨丝50表面上的β点的距离设为R+δ。将真空中的光的传送速度表示为C。自然认为同时到达γ点的光从β点出发的时刻比从α点出发的时刻早
Δt＝δ/C...(B·1)。
但是，关于光，也存在下述的不确定性原理(Uncertainty Principle)。
1≥Δt·Δv...(B·2)
即，在通过上述的(B·2)式来规定的时间范围Δt内产生的多个光学现象间(例如多个不同位置处的光子的放出等)被解释为难以进行详细的时间的前后关系的识别。即，在上述的时间范围Δt内产生的来自多个不同位置的发光被视为“几乎同时放出光”。
然而，由于能够通过光学的窄频带带通滤波器(波长选择滤波器)52的光的中心波长λ0、波长范围Δλ和中心频率(振动数)v0以及其范围Δv之间，以下关系成立：
(λ0-Δλ/2)×(v0+Δv/2)＝λ0×v0＝C...(B·3)，
因此，若在(B·3)式中视为Δλ×Δv/4≈0，则能够导出以下关系：
Δv≈Δλ×C/λ0 2...(B·4)。
并且，若将(B·1)式和(B·4)式代入到(B·2)式，则能够得到：
δ≤λ0 2/Δλ...(B·5)。
即，在图2A中光路长度之差δ满足(B·5)式的范围内，从钨丝50表面上的不同位置(α点、β点)放出的光全部被解释为“几乎同时放出”。特别地，将满足(B·5)式的右边的长度称为相干距离(Coherence Length)。即，相干距离lCL被表现为以下关系式：
lCL≡λ0 2/Δλ...(B·6)。
因此，满足上述(B·5)式的范围内的光之间相互具有局部相干性的光的关系。此外，将虽然不满足(B·5)式但具有接近于(B·5)式的关系的光之间的关系称为低相干性(LowCoherence)。特别地，在本实施方式的说明书中(虽不用作为一般性用语但为了强调专有性)，将被控制(操作)为脱离了上述(B·5)式的状况的光特别称为所述的局部非干涉化的光。
在图2A所示的例子中，利用光学的窄频带带通滤波器(波长选择滤波器)52来设定(B·6)式内的波长范围Δλ。但是并不局限于此，也可以将本实施方式中的检测部6(图1A～图1C)内可分离检测的波长范围Δλ(波长分辨率)应用于上述(B·6)式。
例如能够将通过在图14E的分光器22内设置的一维线传感器132内的一个检测单元而能够检测的波长范围设为Δλ来使用上述(B·6)式。
此外，另一方面，也可以将图14E的分光器22本身的波长分辨率(半值宽度)的值设为上述的波长范围Δλ来应用于上述(B·6)式。这里，图14E中作为例子而表示的分光器22的波长分辨率(半值宽度)较大受到狭缝130的宽度(或者针孔宽度)W的影响。
中心波长λ0附近的波长λ的光入射到闪耀型衍射光栅126时的衍射角θ近似于：
θ≈χ·λ...(B·7)。
这里，χ表示针对衍射光栅的入射波长的衍射角系数。在该(B·7)式中，若将λ置换为Δλ，则成为下述式。
Δθ≈χ·Δλ...(B·8)
进一步地，若将聚光透镜134-2与一维线传感器132之间的距离表示为SL，则能够得到Δθ所对应的一维线传感器132上的位置偏移量ΔY：
ΔY＝SL·Δθ≈SL·χ·Δλ...(B·9)。
另一方面，若将聚光透镜134-2的成像倍率(横向倍率)设为M，则由于与狭缝130的宽度(或者针孔宽度)W具有以下关系：
ΔY＝M·W/2...(B·10)，
根据(B·9)式和(B·10)式，以下关系成立：
Δλ≈M·W/(2SL·χ)...(B·11)。
若将该(B·11)式代入到上述的(B·6)式，则能够得到以下特性式：
lCL＝2SL·χ·λ0 2/(M·W)...(B·12)。
因此，在本实施例中，也可以结合取决于测定装置、近红外显微装置内的狭缝130的宽度W、除此以外的各参数M、SL、χ的各种光检测元件(或者图2A、图2B或者图4的光学的窄频带带通滤波器10(波长选择滤波器)等的光学元件)的特性，研究光源部2或者检测部6内的光学系统构造，以使得减少照射光(第1光)12或者检测光(第2光)16的斑点噪声等的光学噪声成分(δ＞lCL)。
上述中，说明了结合分光器22内的狭缝130的宽度(或者针孔宽度)W所影响的特性(光学元件(图2A、图2B或者图4)的光学特性)来研究光源部2内光学系统或者检测部6内光学系统、减少斑点噪声等的光学噪声成分(δ＞lCL)的具体的实施例。但是，并不局限于此，在本实施方式中，也可以进行以下研究：结合图7所示的监视照相机24的特性(波长分离性能/分辨率等)或者虽未图示的各种光检测器等的检测特性(波长分离性能/分辨率等)、光学元件的光学特性，来减少斑点噪声等的光学噪声成分(δ＞lCL)。
到此为止，以较窄的波长范围Δλ为例进行了说明。但并不局限于此，例如即使在“白色光”那样波长范围Δλ非常宽的情况下，也能够应用(B·5)式、(B·6))、(B·12)式。
例如，在将从钨·卤素灯放出的白色光的波长范围Δλ粗定为2μm(0.5μm～2.5μm)左右、将中央波长λ0粗定为1.2μm左右的情况下，根据(B·6)式，相干距离lCL为0.72μm。即，即使是从多个不同发光点放出的白色光，在到测定点(γ点)为止的光路长度之差δ为0.72μm以下的白色光之间也产生干涉(成为局部相干的状态。)
并且，作为发光源，并不局限于上述的钨丝50，关于从所有发光源放出的白色光都同样产生上述现象。例如关于从广域的位置同时放出白色光的发光源(即，即使在发光源的发光区域非常广的情况下)，在从满足(B·5)式的微小的发光区域放出的白色光之间也产生相同的现象(干涉)。
取代如上述那样使用“时间范围Δt内的产生(发光)时刻的不确定性”的概念来说明相干距离，在多数情况下，如下述那样说明为在不同的波列(Wave Train)之间能够干涉的距离的情况较多。
例如，考虑从发光点放出的白色光在空间内的相同方向(例如z轴方向)传送的情况。假定在t＝0、z＝0的位置，白色光中包含的全部波长光的相位(电场振幅值为“最大值”的z轴方向的位置)一致的情况。将其附近局限在相干距离的范围内的整个波长的电场振幅分布区域定义为“波列”。
若引用上述的相干距离的计算例，则白色光内包含的波长范围为0.5μm～2.5μm的情况下，一个波列被定义的范围是-0.36μm≤z≤0.36μm(＝0.72μm÷2)。由于该0.36μm比最短波长的0.5μm短，因此在相同波列内全部波长的相位几乎一致。
因此，在z轴方向上相邻的2个波列间的一部分重叠的情况下，在重叠区域内，在整个波长的光产生干涉。
2.3节 局部相干性的光对光学成像的影响
在满足(B·5)式的范围内，从图2A的钨丝50(发光源)表面上的不同位置(α点或β点)放出的光全部被解释为“几乎同时放出”。因此通过光学上窄频带带通滤波器10后的光如图2B那样，电场振幅54的相位(光行进方向上的山谷的位置)被视为全部一致。
图3中表示具有该特性的局部相干光通过“在单面具有微小的凹凸构造的光透过物体56”时产生的干涉现象例。在图3(a)中，由于在光透过物体56表面没有凹凸构造，因此不存在相邻的局部相干光60间的(基于由于相位偏移而产生的干涉)抵消效果。
在另一方面的图3(b)中，在光透过物体56表面具有阶梯差d的凹凸构造。这里，若将光透过物体56的折射率设为n，则在其内部通过机械性距离d后的光路长度为“nd”。另一方面，真空中的通过距离d后的光路长度为d。因此，通过图3(b)的上侧路径(厚度d的真空中)的光与通过图3(b)的下侧路径(厚度d的光透过物体56)的光之间的光路长度之差δ为
δ＝(n-1)d...(B·13)。
这里，在δ＝λ0/2的情况下，通过图3(b)的上侧路径和下侧路径的局部相干光之间产生干涉(抵消)从而直行光强度为“0”。在由检测部6检测到该透过光量的情况下，图3(a)与(b)的差(干涉的影响)表现为光学噪声。
虽然在图3中表示了对在光路中途的光透过时的微小的凹凸构造的光学成像的影响例，但并不局限于此，在光路中途的光反射或光散射中也产生相同的现象(反射光、散射光之间的干涉)。
在使用了图2A的说明中，作为“从光源射出(放出)的照射光12”(图1A～图1C)之间产生干涉的范围，说明了相干距离。但是，并不局限于此，在作为观察、测定、检测的对象的“在对象体10(图1A～图1C)内的微小区域内被反射或者散射(也包含透过的)的光(局部相干光)”之间也产生相同的干涉的影响。
图4表示照射光12在从右向左的方向行进，将在对象体10内的微小的光散射体66的一部分进行后方散射的光利用为检测光16(参照图1A～图1C)的一个例子。这里，考虑微小的光散射体66内的α点和β点处的后方散射光在γ点被检测(测定)到的情况。若从β点到γ点的光路长度与从α点到γ点的光路长度之差δ满足(B·5)式的关系，则在γ点产生来自α点和β点的光干涉(Optical Interference)。
进一步地，若作为对象体10的表面形状，存在微小的凹凸构造，则与图3的说明内容同样地，产生干涉现象，产生检测方向上的检测光量的灰度。作为其结果，对光学成像由较大的负面影响。此外，并不局限于此，在对象体10内部的折射率不均匀的(具有折射率分布)情况下，也同样产生干涉现象(检测方向上的检测光量的不必要的灰度)，对光学成像有较大的负面影响。
2.4节 局部相干性的光对分光特性的测定的影响
在2.3节中说明了在照射光12或者检测光16(图1A～C)是局部相干光的情况下，由于干涉(斑点噪声)的影响导致光学成像劣化的理由。此外，并不局限于此，对也对光电变换后得到的检测信号、对象体10本身的分光特性(吸光特性等)的测定结果也带来较大的负面影响的理由进行说明。
作为图1A/B/C(a)的对象体10的构造例，图5中表示在单面具有微小的凹凸构造(高度d的阶梯差)的光透过物体58。并且，作为通过此处的具有局部相干性的入射光，图5(a)考虑长波长光68的情况，图5(b)考虑短波长光62的情况。
在阶梯差d的上部通过光与下部通过光之间，产生(B·13)式所对应的光路长度之差δ。在针对该光路长度之差δ和入射光的真空中的波长λ满足“δ≈λ”的关系的图5(b)的状态下，阶梯差d的上部通过光与下部通过光之间的相位一致。因此，在该状态下，透过光的光量降低较少。
另一方面，若在图5(a)的状态下为“δ≈λ/2”的关系，则在阶梯差d的上部通过光与下部通过光之间产生“取决于干涉的直行光量的抵消现象”。作为其结果，产生直行光量的降低。
若这样“根据入射光的波长而直行光量发生变化”，则要测定的对象体10本身的分光特性(吸光特性等)的测定结果中产生较大误差。
作为图5的光透过物体58的特性，使用仅在一个表面具有微小的凹凸构造的例子来进行了说明。但是，并不局限于此，在光透过物体58内部也产生光干涉现象。即在光以规定厚度能够透过的物体即无机电介质、有机物(被聚合物化的高分子)、生命体内部，产生每个微小区域的光散射。并且，在从物体射出后的行进方向不同的多重散射光之间一致的情况下，产生与图5相同的光干涉。
图23A表示对针对厚度30μm且两表面平坦的聚乙烯片的透过光率的波长变化进行了测定的实验结果(后面叙述详细的实验条件)。在图23A(a)中，以局部相干性较高的近红外光进行测定，随着移向图23A(c)，成为局部非相干性较高的近红外光。随着从图23A(a)移向图23A(c)，波长1.360μm下的透过率从85.3依次增加到85.80％、87.2％。认为相同试样(对象体10)和相同波长下的所述变化是测定中使用的近红外光的局部非相干性的不同所导致的。
即若光通过聚乙烯片内，则在聚乙烯片内部产生的多重散射光也通过聚乙烯片的后方。若该聚乙烯片通过后的检测光16的局部相干性较高，则在相同方向行进的检测光16之间发生干涉并使直行光强度降低。另一方面，认为若该检测光16的局部非干涉性较高，则在相同方向行进的检测光16间的干涉所导致的直行光强度的降低较少。
从说明容易性出发，使用平行光通过对象体10的图5的例子来说明了对分光特性测定结果的影响。但是，并不局限于此，作为本实施例的测定装置，针对图1A～图1C所示的全部构造也产生2.4节或者2.3节的现象。
进一步地，如使用图4而在2.3节中说明的那样，在使用来自微小的光散射体66的反射光来测定分光特性、吸光特性的情况下，也产生上述的现象。因此，在测定微小的光散射体66的近红外显微装置中，也如本实施例中图7所示，也可以使用光学噪声减少化元件或者局部相干性减少化元件64来进行光学噪声的减少化。
在图7所示的本实施方式中的显微装置中，从发光源70照射的照射光(第1光)12被准直透镜26变换为平行光之后，被物镜25聚光于对象体10内部的特定场所。在该特定场所被反射的光作为检测光(第2光)16而成像在分光器22上和监视照相机24上。
作为具体的光路，从对象体10内部得到的检测光(第2光)16通过物镜25而成为平行光，通过分束器20而从照射光(第1光)12的光路分离。并且，在检测部6内通过分束器18而被分离为相互不同的行进方向。被分离的检测光(第2光)16分别被检测透镜28-1和2聚光在监视照相机24上和分光器22上(详细地，图14E所示的针孔或者狭缝130上)。由该显微装置检测或者测定的对象体10内部的特定场所与分光器22以及监视照相机24的检测位置(摄像面、针孔或者狭缝130)之间，通过物镜25与检测透镜28-1/2的组合而形成成像光学系统。由此，能够仅提取对象体10内部的深度方向上的规定位置的特性信号。
在本实施例的显微装置中，也可以将光学噪声减少化元件或者局部相干性减少化元件64(详细的构造和动作在第3章中叙述)插入到光路中途。由此，照射光(第1光)与检测光(第2光)16的局部非相干性提高，基于光干涉的光学噪声减少。
此外，作为上述显微装置中使用的光，也可以使用2.5节中规定的波长范围内包含的近红外光。在本实施例中，将利用了上述的近红外光的显微装置特别称为“近红外显微装置”。
2.5节 局部相干性的光对分光特性的影响例的式子的表现
在2.4节中定性地说明了若在测定的对象体内的分光特性(吸光特性等)测定中使用局部相干性的光，则由于光干涉所导致的斑点噪声的影响，因此检测信号特性劣化。在本2.5节中，使用特定的模型例，定量的(式子的)地进行说明。
作为从可见区域到近红外区域的全色的(panchromatic在宽波长范围将多个不同的波长光同时发光)光源，已知钨·卤素灯、氙气灯。这些的构造是，卤素系气体(碘或溴化合物)、氙气被密封到钨丝的周边。并且，若从光学的视点出发(在光的波长量级的精度方面)，密封这些气体的石英玻璃制管球(vessel)的厚度没有均匀性，存在基于场所的厚度不均匀性。因此，在管球内部产生的全色的光通过管球的过程，产生管球的厚度不均匀性所导致的光干涉。
图6中表示该状况模型。假定从发光源70的钨丝50附近产生的发散光在通过管球67后通过焦距F的准直透镜26而成为平行光的情况。这里，将准直透镜26开口部(Pupil Area)的半径归一化为“1”。并且，以该准直透镜26的光轴为基准，将与从钨丝50附近的α点产生并通过管球表面的β点的光的行进方向之间的角度设为η，将该光通过准直透镜26开口部的位置的半径表示为r。接下来，将钨·卤素灯的管球(石英玻璃)67内部的折射率记为n，将其厚度记为T。
在角度η充分小时，钨·卤素灯的管球(石英玻璃)67内部的光行进方向与角度ρ之间的关系根据斯内尔(Snell)的法则，能够近似为
ρ≈η/n...(B·14)，
通过钨·卤素灯的管球(石英玻璃)67内时的机械性距离τ在角度η充分小时，能够方便地如下近似。
τ＝T/cosρ≈T...(B·15)
考虑管球表面的γ点处的钨·卤素灯的管球(石英玻璃)67的厚度比周边薄d的情况。此外，假定从α点产生并通过γ点后从管球67出去并朝向准直透镜26的角度为η的情况。由于通过β点和γ点的光向相同方向行进，因此由于局部相干性的特性而产生干涉。
若使用(B·15)式的近似，则通过β点和γ点的光之间的光路长度之差δ与(B·13)式相同。这样，经由β点或者γ点且通过钨·卤素灯的管球(石英玻璃)67后的合成波ψ在将波数设为k、将光的行进方向设为z时，成为
ψ(r)＝eikz+Aeik[z+(n-1)d]
＝eik[z+(n-1)d/2]{(1-A)e-ik(n-1)d/2+2Acos[k(n-1)d/2]}
＝eik[z+(n-1)d/2]
×{(1+A)cos[k(n-1)d/2]-i(1-A)sin[k(n-1)d/2)}...(B·16)。
这里，将γ点通过光的振幅设为“1”，将β点通过光的振幅设为“A”。
虽然钨·卤素灯的管球(石英玻璃)67的厚度不均匀性(thicknessdeviation)的分布不均匀，但能够将计算模型简单化并视为“管球的厚度不均匀性d分布均匀”来进行计算。由于准直透镜26的开口面上的半径为r，宽度dr的面积为2πrdr，因此通过准直透镜26的开口的全部合成波Ψ成为
【式1】
因此若该合成波Ψ的光强度Ic以最大值归一化，则根据k＝2π/λ，能够得到
【式2】
(B·18)式的第2项表示“若在使用了局部相干光的分光特性的测定时在一部分产生光干涉，则取决于测定波长地，检测光量余弦波地发生变化”。
在不局限于钨·卤素灯的管球(石英玻璃)67的厚度不均匀性地，由于某些原因导致产生局部相干光之间的干涉的情况下，产生与上述类似的现象。由于光源部2或者检测部6内(图1A～图1C)的某些原因导致产生光路长度差δ，在同一方向行进的不同相干光(振动方向也一致的情况下)的合成波ψ与(B·16)式同样地，成为
ψ＝eikz+Aeik(z+δ)
＝eik[z+δ/2]{(1+A)cos(kδ/2)-i(1-A)sin(kδ/2)}...(B·19)，
但这里，若
|ψ|2≡{(1+A)2cos2(kδ/2)+(1-A)2sin2(kδ/2)}1/2...(B·20)
而且
【式3】
则(B·19)式能够变形为
ψ＝|ψ|eik(z+δ/2+σ)...(B·22)。
并且，(B·22)式意味着“将相位相互不同的2个平面波合成的合成波ψ为具有δ/2+σ的相位的一个平面波”。进一步地，由于相同的理由，若将具有局部相干性的3个以上的多个平面波合成，则能够得到一个平面波。
将针对通过(例如不存在管球67等情况)完全没有产生光干涉的要因时的准直透镜26的全部光的合成波设为T0，将由于产生光干涉的要因而产生的新的合成波设为Ψ1。在各个合成波T0和Ψ1具有局部相干性的情况下，根据将两者进一步合成的Ψ0+Ψ1，产生类似于(B·18)式的“检测波长方向上的检测光量发生变化”。
接下来，作为与上述不同的计算模型，考虑“将钨·卤素灯的管球67的壁面视为平坦的平行平板，朝向准直透镜26的发散光通过这里”的情况的特性。这里，为了计算的简单化，视为“准直透镜26通过光的振幅分布在任意地方一定”。
通过NA来表示准直透镜26的NA(Numerical Apperture)值。这样，根据图6，成为
r＝η/NA...(B·23)。
虽然这里，利用近似了斯内尔(Snell)的法则的(B·14)式，但针对(B·15)式，使用提升了少许精度的下述的近似式。
【式4】
该(B·24)式右边第2项与(B·13)式(或者(B·16)式)的“d”对应。
与上次的计算模型同样地，由于准直透镜26的开口面上的半径为r，宽度dr的面积为2πrdr，因此通过准直透镜26的开口的全部合成波Ψ通过下式而被赋予
【式5】
这里，若v≡r2，则rdr＝(1/2)dv，(B·25)式的积分结果为下式。
【式6】
这里若将(B·16)式的ψ置换为T，设为“A＝-1”，并置换为
d＝-T·NA2/(2n2)...(B·27)，
则与(B·26)式成正比。因此，与合成波Ψ有关的归一化后的光强度Ic通过对(B·18)式实施上述的置换，则能够得到
【式7】
若依据(B·28)式的右边第2项，则检测强度根据测定波长λ的变化而周期性地变化。此外，与测定波长λ相应的检测强度变化的周期根据平行平板(管球67)的厚度或者准直透镜26的NA值而变化。
图6的准直透镜26通过后的平行光例如如图1B(a)那样通过对象体10并进入到检测部6内。在检测部6内，例如图14E那样，在通过检测透镜28-2而聚光后使用分光器22来检测或者测定包含(B·28)式的特性的信号。但是，并不局限于，使用该图1A～图1C所示的任意的光学系统，也能够检测或者测定包含(B·28)式的特性的信号。即(B·28)式表示“在从发光源70到光检测器80(图8B)的光路中途，若在局部相干性的光的发散光路或者聚光路配置透明的平行平板(管球的壁等)则由于光的干涉的影响，原理上能够产生强度根据波长λ变化而周期性地变化的光学噪声”。
在(B·28)式中，上述的周期性地产生的光学噪声的变化量非常大。若将(B·27)式代入到(B·13)式，则光路长度之差的最大值δmax通过下式而被赋予
δmax＝-(n-1)T·NA2/(2n2)...(B·29)。
在(B·29)式中，若平行平板(管球的壁等)的厚度T变大，则δmax＞lCL(实际的相干距离lCL的计算值在2.7节进行叙述)。若成为该状态，则与分别通过准直透镜26开口部的中心和周边部的光之间的光干涉不在分光器22内部产生。
(B·24)式的近似仅在ρ的值充分小的范围内成立。进一步地，石英玻璃制钨·卤素灯的管球67厚度的均匀性并没有那么高，能够预料较大的厚度不均匀性。此外，准直透镜26的开口部的振幅分布也从均匀性较大偏离。作为这些的结果，实际上，比(B·28)式非常小的光学噪声量被观测到。
在钨·卤素灯、氙气灯等全色的光源中，在被配置于钨丝周边的管球内能够产生光路长度的差异。作为其结果，从(也包含上述管球)的发光源放出的全色光中包含(B·28)式的光学噪声成分的情况较多。
若实际测量来自上述全色的光源的放出光内的光学噪声成分的量，则并没有大到通过(B·28)式而赋予的程度。根据上述的各种要因，认为光学噪声成分的量相比于(B·28)式而减少。
在通过多个种类来实际调查来自多个钨·卤素灯光源(包含管球)的放出光后，则将直流成分((B·28)式右边第1项的系数)设为“1”时的光学噪声成分((B·28)式右边第2项的系数)为0.1～1.0％左右。
与上述比较，针对作为全色的光源而被允许的光学噪声成分量来进行说明。若直进平行光通过厚度30μm的聚乙烯薄膜内，则如图23A所示，归属于亚甲基(-CH2)的组伸缩振动第2倍音的吸收带的光吸收量变化约0.5％(详细地在5章等进行叙述)。
因此，作为全色的光源而被允许的光学噪声成分量必须最坏也平均为0.5％以下(最好平均为0.1％以下)。并不局限于图23A的实验条件，也具有通过比30μm薄的试样(薄膜)来进行测定的需求。因此，光学噪声成分量必须平均为0.05％以下或002％以下。这里，所谓上述的光学噪声成分量，定义为将直流成分((B·28)式右边第1项的系数)设为“1”时的光学噪声成分(相当于(B·28)式右边第2项的系数值)的比率。
针对(由于管球等的影响)全色(非单色)的光源光中原本包含的0.1～1.0％程度的光学噪声成分，根据第3章中说明的本实施方式例，能够减少为平均0.5％以下(或平均0.1％以下，最好为平均0.05％以下或者0.02％以下)。另一方面，如“发明要解决的课题”中说明的那样，在专利文献1等的现有技术中，光学噪声减少化存在极限，难以将光学噪声减少为平均0.5％以下(或平均0.1％以下，最好平均0.05％以下或者平均0.02％以下)。并且，如图9所示，第3章中叙述的实施方式例网罗性地提示了有效降低由于光干涉的影响而产生的光学噪声的所有方法。
因此，针对从光源内部包含管球等的非单色的光源得到的照射光12(或者检测光16)，实施任意的光学噪声减少处理，其结果，在实现了照射光12(或者检测光16)内的光学噪声成分量为平均0.5％以下(或者平均0.1％以下，最好平均0.05％以下或者平均0.02％以下)的情况下，能够视为实施了全部(第3章中说明的)本实施方式的任意一个或者其组合。
2.6节 与利用了近红外光的检测/成像有关的影响及其波长范围
在可见区域、红外区域(主要中红外光、远红外光的波长区域)检测的分光特性(吸光特性)、光散射特性表示为较大的变化。因此，关于可见区域、中/远红外区域中得到的信号，光学噪声的影响不成为剩余问题。但是，在自然界，对于可见光透明的物质较少，通过可见光能够测定到比表面深的内部的测定对象体的种类有限。此外，由于水分子较好吸收中红外光、远红外光，因此在即使稍微潮湿的测定对象体、表面湿润的测定对象体的内部特性测定中难以使用中红外光、远红外光。
与此相比，波长区域为0.7～2.5μm范围内的近红外光针对电介质、有机物质、生命体的透过特性优良。因此，在由这些物质构成的测定对象体10内部的特性测定中，适合利用近红外光。特别是由于生物体内的光透过性优良，因此近红外光被称为“生命之窗”。
在生物体内部的活动状态的可视化(成像)中，使用f-MRI(Functional MagneticResonance Imaging)的情况较多。特别是在处理成像的情况下，为了处理速度的高速化，较多使用脉冲·傅立叶变换分光法(Pulse Fourier Transform Spectroscope)。但是，由于该方法中的激励用脉冲宽度(Pulse Width of Magnetical Excitation)为微秒量级，因此具有不能检测比此高速的变化的缺点。
另一方面，在生物体内部的活动(生物体反应、生化学反应或者催化剂反应)中，反应以微秒以下的高速结束的情况较多。因此在上述的f-MRI(或者NRI)中，不能检测高速产生的生物体内部的活动。另一方面，若使用高速的光检测器(或拍摄装置)，则能够使用近红外光来检测生物体内部的高速变化。因此近红外光面向生物体内部的(微秒以下的)高速变化(活动)的检测。
但是，仅近红外光针对电介质、有机物质、生命体的透过特性良好，相反地，这些物质内的近红外光的吸收、散射较少。因此，通过近红外光而从测定对象体10内部的特定区域得到的信号变化量非常小。
作为其具体适例，如图23A的实验数据所示，波长1.213μm中的实测最小值与根据将其周边连结的包络线而推断的(相同波长位置处的)插补值之间的光透过率的差非常小为“0.5％”程度。
由于这样利用近红外光的信号变化量非常微小，因此需要减少光学噪声来获得充分的S/N比(Signal to Noise Ratio)。因此，使用近红外光来检测或者测定对象体10内部的特定区域中的特性状态或者其变化的情况下，使用了本实施方式的光学噪声的减少方法特别重要。
并且，在利用了近红外光的情况下，特别是2.3节中说明的成像、2.4节中说明的(光电变换后的)信号检测、分光特性(例如吸光特性、光散射特性的波长依赖性)的测定中的光学噪声的减少化技术变得重要。
但是，本实施方式中说明的光学噪声的减少化方法并不是不面向使用可见区域、中/远红外区域来得到的检测信号。若针对使用可见区域、中/远红外区域来得到的检测信号，使用第3章以后叙述的光学噪声的减少化方法，则噪声量减少，S/N比进一步提高。
此外，在第3章以后具体说明的面向光学噪声减少化的本实施方式手法的基础上，也可以并用下述的使用波长区域的限定。其结果，能够获得充分的S/N比，信号检测、测定的精度、可靠性提高。
上述的并用特别是在使用近红外光来检测或者测定生物体内部的组成、构造或者活动状态、其变化的情况下产生较大效果。其原因是，针对以0.7～2.5μm范围内规定的近红外光，吸收特定波长范围的光的物质多数包含于生物体内。因此，上述物质吸收的特定波长范围内的近红外光在生物体内被大量吸收，检测信号量大幅度降低。因此，若将避开了上述特定波长范围的波长光利用于检测或测定，则能够防止检测信号量的不必要的降低。
作为吸收近红外区域内的特定波长范围光的物质例，举例：血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素氧化酶、吡啶核苷酸等的氧浓度指示物质(这些的吸光特性在专利文献2中详细记载)。(特别是脱氧化状态的)血红蛋白、肌红蛋白在850nm以下的波长区域，吸光度急剧上升。因此，作为本实施方式中限定的使用波长区域，最好是包含若干差值的875nm到2500nm的范围。
另一方面，氧化细胞色素氧化酶若成为940nm以下，则吸光度上升一些。因此，若考虑到上述的氧化细胞色素氧化酶的吸光度特性，则进一步最好包含若干差值地为950nm到2500nm的范围。
作为较多吸收近红外光的生物体内物质，存在水分子。根据专利文献3的记载内容，在该水分子有关的特定波长范围的中吸收最大的区域的中心波长为1.91μm、吸光度的半值范围为1.894～2.061μm。因此也可以使用在避开了生物体内的氧浓度指示物质和水分子的吸收的875nm以上且1890nm以下的范围内，或者950nm以上且1890nm以下的范围内所限定的光，来检测或者测定生物体内部的组成、构造或者活动状态、其变化。
进一步地，即使在中心波长为1.43μm、吸光度的半值范围为1.394～1.523μm的区域也存在水分子的吸收。因此也可以使用避开了该区域的875nm以上且1390nm以下(或者950nm以上且1390nm以下)的范围内和1530nm以上且1890nm以下的范围内的光来检测或者测定生物体内部的组成、构造或者活动状态、其变化。
并且，进一步地，水分子的吸收(虽然吸光度较低)在中心波长为0.97μm、吸光度的半值范围为0.943～1.028μm的区域也存在。因此，也可以使用避开了上述水分子的吸收范围的1028nm以上且1890nm以下或者1028nm以上且1390nm以下的范围内的光来检测或者测定生物体内部的组成、构造或者活动状态、其变化。
将上述波长范围代入到(B·6)式，估计相干距离lCL的值。在本实施方式中若也可以与检测部6内的检测特性有关地(适合地)设定相干距离lCL的值，则在2.2节中进行了说明。考虑图14E所示的分光器22例的波长分辨率(半值宽度)以高性能为5nm，在性能较低的情况下为50nm的情况。
因此在Δλ＝5nm的情况下，λ0＝950nm且相干距离lCL≈0.18mm，λ0＝1028nm且相干距离lCL≈0.21mm，此外，λ0＝1890nm且相干距离lCL≈0.71mm。
另一方面，在Δλ＝30nm的情况下，λ0＝950nm且相干距离lcL≈30μm，λ0＝1028nm且相干距离lCL≈35μm，此外，λ0＝1890nm且相干距离lCL≈0.12mm。
由于上述估计的相干距离之中，最大值为“0.71mm”，则也可以进行面向光学噪声减少的研究，以使得取若干差值，“相干距离lCL约为1mm以上”。
第3章与局部干涉性有关系的本实施方式中的光学噪声减少方法
(Chapter 3]Optical Noise Reduction Method of Exemplary Eembodimentregarding Partial Coherence)
第2章中说明了在从钨·卤素灯、氙气灯等的全色的光源产生的局部干涉性的光中，由于包围灯丝的管球的影响而能够混合光学的噪声的状况。在第3章中说明使基于该光干涉的光学的噪声减少的本实施方式的方法。
3.1节 面向光学噪声减少的基本原理
(Section 3.1)Basic Principle to Reduce Optical Noise)
使用图8A和图8B来说明使本实施方式中的光学的噪声减少的基本原理。
在具有图1A～图1C的任意结构的测定装置的内部，从发光部2内的发光源70经由对象体10(检测或者测定的对象)而到达检测部4、6内的光检测器80的光路(或者从发光源70到达起始光路的至少一部分或者光检测器80的光路的至少一部分)由多个光路构成。并且上述多个光路在光路中途的规定位置被合成或者混合。
这里，根据2.2节内的用语的定义，刚刚“混合”之后生成的混合光具有局部非相干性(Partial Incoherent)，混合前的局部相干性(Partial Coherence)大幅度减少。另一方面，刚刚“合成”之后生成的合成光允许“局部相干性”和“局部非相干性”的任意的状态。此外，在合成光中，也可以是两者的中间状态，例如存在在合成光内的短波长成分中具有局部非相干性，在长波长成分具有局部相干性的情况。
这里，多个光路被合成或者混合的上述规定位置如图8A或者图8B所示，也可以是光路中途的光合成(混合)部102或者对象体10内特定区域(光合成/混合场所)200、光检测器80内部的至少任意一个。
特别是在光路中途存在规定位置(光路中途的光合成(混合)部102)的情况下，在合成光(混合光)78的光轴方向上的局部区域内存在上述规定位置(即上述规定位置在光轴方向上的特定位置局部存在)。
另一方面，在与光轴方向垂直的面(光剖面)方向，该规定位置不是必须局部存在。因此也可以在通过各光路的光201、202、203的光剖面整体同时被合成或者混合。此外，并不局限于此，也可以在与光轴方向垂直的面(光剖面)方向上的局部区域内配置上述规定位置(光路中途的光合成(混合)部102)。
此外，在多个光路被合成或者混合的上述规定位置，可以通过不同光路的光的行进方向或者电场的振动面方向的至少任意几乎一致(不是必须严格一致)。
特别是若在光路中途存在规定位置(光路中途的光合成(混合)部102)，则如图8A(a)、图8B(a)那样，以合成光(混合光)78的状态通过光路内。若在该规定位置(光合成(混合)部102)通过不同光路的光201、202、203之间的行进方向不一致，则随着合成光(混合光)78的光路变长，相互的光201、202、203再度分离，局部的非相干性减少。
此外，在合成光(混合光)78的光路较短的情况下，图7的物镜25、检测透镜28-1、2等发挥作用，存在对象体10内、分光器22、监视照相机24上相互的光201、202、203再度分离的危险性。因此若在上述规定位置(光路中途的光合成(混合)部102)通过不同光路的光201、202、203之间的行进方向一致，则检测信号精度、示意图像的鲜明性提高。
同样地，在为了测定检测光16的偏振光特性而在检测部4、6内配置检偏器、偏振光分束器的情况下，通过使在规定位置(光路中途的光合成(混合)部102)通过不同光路的光201、202、203之间的电场的振动面方向一致，检测信号特性提高。
并且，在上述的多个光路内，也可以光学地配置为相互的光路长度之差δ比相干距离lCL大。这样，在通过不同光路的光之间的上述规定位置的光干涉被阻碍，能够减少光学的噪声。若进行这样的光学的配置，则在上述规定位置，通过多个光路的光的特性被变更(即局部相干性降低，局部非相干性增加)。其结果，通过不同光路的光在上述规定位置被“混合”。
由于在通过相互不同光路而成为局部非相干光的光之间不产生光干涉，因此能够减少光学噪声。3.5章中式子地详细叙述该效果，但概念上，是将在不同光路产生的光学噪声成分(对应于(B·28)式或者(B·18)式右边的第2项)的相互不同的振动周期和相互不同的相位强度相加来使光学噪声特性平均化(平滑化)。因此，相加数较多的一方，平均化＝平滑化效果提高。因此分割为该多个光路的分割数N(对应于上述相加数)较大的一方，光学噪声的减少效果增加。
这样，通过使基于光干涉的光学噪声减少，能够减少2.3节中说明的对光学成像的负面影响。此外，不仅如此，也能够减少2.4节中说明的对分光特性的测定、使用了一般的检测光16的光检测的负面影响。
如上述那样，在本实施方式中，光学地配置为使多个光路内的光路长度间之差δ比相干距离lCL大，在上述规定位置或者合成后的光路内，光学特性被变更(相互的局部相干性降低，局部非相干性增加)。然而，在将通过不同2光路内的局部相干性的光在上述规定位置合成的情况下，若在上述规定位置的两者的行进方向、电场的振动面方向较大不同，则原本光干涉难以产生。在该情况下，即使实施本实施方式方法，光学的噪声减少效果也较弱。因此为了发挥基于本实施方式的光学的噪声减少效果，最好在上述规定位置的两者的行进方向、电场的振动面方向某种程度上一致。
在本实施方式中，如图8A或者图8B所示，作为上述多个光路数(光路的分割数)N的值，设定为“3以上”(最好4以上(图13A等的实施例))。但是，并不局限于此，也可以如图13B(a)、图12C(c)那样，为8以上或者9以上。
但是，所谓所述的检测器80，包含内置有光电变换功能的所有光检测功能部。作为该光检测功能部的具体的例子，并不局限于具有光电变换功能的单一的光检测部所构成的半导体形光检测器，也包含雪崩形(内部信号倍增形)检测器、光电子倍增管等。此外，作为多个光检测部(光检测单元)所构成的光检测器，也包含多个检测单元在一维方向被排列的线传感器、多个检测元件在二维方向被排列的面传感器、对照射到规定面区域内的光斑位置进行检测的位置传感器(位置检测传感器)等。进一步地，内置有这些光电变换元件的摄像机(图14D的监视照相机24)、图14E的分光器22也能够包含于所述的检测器80。
进一步地，在所述的发光源70中，最好使用2.5节中说明的钨·卤素灯、氙气灯、或者白炽灯、荧光灯等的全色的光源。
在2.5节中，使用(B·28)式，说明了若在从发光源70放出的发散光的光路中途配置透明的平行平板，则该透过光的强度分布能够根据测定波长λ的变化而周期性地变化。并且，该现象在使用全色的光源和单色(monochromatic单一波长或者窄波长区域)的光源的任意的情况下也产生。
作为将该光利用于分光器来得到高精度的分光特性(或者吸光特性)的其他方法，也可以“在相同时刻对对象体10选择照射仅窄波长频域的光，将照射的波长时间序列地扫描”。在采用该方法的情况下，同时监视在相同时刻照射的窄波长频域光的强度，将其结果反馈到检测光量，能够去除每个测定波长λ的照射光量变化成分。但是在上述方法中，由于需要用于分光特性(或者吸光特性)测定的“波长扫描时间”，因此难以进行对象体10内的“高速变化”的检测、测定。
与此相比，若对发光源70使用全色的光源(根据本实施方式)来向对象体10照射局部非相干性的光，则例如通过图14E的分光器22来同时检测/测定多个波长的检测光强度，则能够进行“高速检测/测定”。作为其结果，具有能够高精度地检测或测定对象体10内部的“高速变化”的效果。
但是，并不局限于此，作为发光源70，也可以使用LD(Laser Diode)、LED(Light-emittind Diode)等的单色的光源。
图8A表示从发光源70到对象体10内的特定区域α的光源部2内的光路由3个光路构成的本实施方式例。在本实施方式中，不需要限定于3个光路，也可以如上述那样，设定(分割)为其以上(4个光路以上或者8个光路以上、9个光路以上)。此外，不必将发光源70之后的光路由多个光路构成，也可以从发光源70以后的光路的中途分割为多个光路。
在图8A所示的光源部2中，形成相互光路长度不同的多个光路(图8B)。进一步地，也可以对通过该多个光路的光进行合成(或者混合)的光合成(混合)部102被配置于上述光源部2内。
在图8A(a)的实施方式中，在光源部2内设置光合成(混合)部102。并且该光合成(混合)部102对应于上述的光源部2内光路中途的“规定位置”。此外，该状态下的“规定位置”(光合成(混合)部102)作为后述的图9内的合成/混合场所，相当于“(照射光12的)光路中途”。
即在图8A(a)的实施方式中，从发光源70到光合成(混合)部102的光路由第1/第2/第3这3个光路构成，通过各光路的光201、202、203由光合成(混合)部102合成(混合)。然后，各光201、202、203与合成光(混合光)78汇总，向对象体10内部的特定区域α内照射。
在图8A(b)的实施方式中，光源部2内的全部光路由第1/第2/第3这3个光路构成，在对象体10内的特定区域(光合成/混合场所)200被合成(混合)。因此，在该情况下，对象体10内的特定区域(光合成/混合场所)200对应于光路中途的“规定位置”。
该状态下的“规定位置”(对象体10内的特定区域(光合成/混合场所)200)作为后述的图9内的合成/混合场所，相当于“对象体10内特定区域(包含向检测面86等的成像)”。
图8A(a)和(b)均在本实施方式中，关于第1/第2/第3光路间的光路长度差δ，满足δ＞lCL。因此，通过第1/第2/第3光路的光201、202以及203之间，局部相干性降低，相互成为局部非相干性的光。
因此，如图8A(a)或者(b)那样，在光源部2内，若对于照射光(第1光)12(图1A～图1C)，使局部相干性降低(变更为局部非相干性的光)，则针对对象体10内的特定区域α(200)的成像、(光电变换后的)信号检测、分光测量(例如吸光特性、光散射特性的波长依赖性等的测量)的检测/测定的精度提高，并且能够得到可靠性高的结果。
即，如使用图23A在5.3节中叙述那样，在对象体10的内部产生多重散射。因此若对向对象体10照射的照射光(第1光)12使用局部相干光则产生多重散射光之间的光干涉，对成像、信号检测、分光测定有负面影响(混入较大的光学噪声成分)。不仅如此，如2.3节中说明那样，也存在由于对象体10表面的微小的凹凸构造、对象体10内部的折射率分布的不均匀性而产生的光干涉的负面影响。
如图8A(a)或者(b)那样，若使照射光(第1光)12的局部相干性降低(向局部非相干性的光的变更)，则由于上述的对象体10的内部或者表面而导致产生的光干涉减少。
图8B表示从对象体10内的特定区域β到检测部4、6内的光检测器80的检测部4、6内的光路由3个光路构成的本实施方式例。在本实施方式中，不必限定于3个光路，也可以如上述那样，设定(分割为)其以上(4个光路以上或者8个光路以上、9个光路以上)。此外，不是必须将对象体10内的β区域之后的光路由多个光路构成，也可以从对象体10以后的光路的中途分割为多个光路。
在图8B(a)的实施方式中，在检测部4、6内设置光合成(混合)部102。并且，该光合成(混合)部102对应于上述的检测部4、6内光路中途的“规定位置”。此外，该状态下的“规定位置”(光合成(混合)部102)作为叙述的图9内的合成/混合场所，相当于“(检测光16的)光路中途”。
即，在图8B(a)的实施方式中，从对象体10内的β区域到光合成(混合)部102的光路由第1/第2/第3这3个光路构成，通过各光路的光201、202、203被光合成(混合)部102合成(混合)。然后，各光201、202、203与合成光(混合光)78汇总，并达到光检测器80。
在图8B(b)的实施方式中，检测部4、6内的全部光路由第1/第2/第3这3个光路构成，在光检测器上被合成(混合)。因此，在该情况下，光检测器80对应于光路中途的“规定位置”。
该状态下的“规定位置”(光检测器80)作为后述的图9内的合成/混合场所，相当于“检测器80内的检测面86”。
图8B(a)和(b)均在本实施方式中，关于第1/第2/第3光路间的光路长度差δ，满足δ＞lCL。因此，在通过第1/第2/第3光路的光201、202以及203之间，局部相干性降低，相互成为局部非相干性的光。
图9中表示与图8A和图8B所示的本实施方式的基本概念(基本原理)的具体化方法有关的区分情况一览。
使用图8A和图8B，表示将光源部2内或检测部4、6内的光路(的至少一部分)由多个光路构成后，对通过各光路的光进行合成/混合的构造/结构。但是，并不局限于此，在本实施例中，也可以跨光源部2和检测部4、6进行还可以在光源部2内和检测部4、6内这两方进行
此外，不仅如此，例如图7所示的近红外显微装置那样，也可以将实施的光学噪声减少化元件或者局部相干性减少化元件64兼用配置于光源部2内和检测部6内。若这样兼用配置，则能够进行光干涉所导致的光学噪声量的大幅度降低，能够确保检测信号的高精度化和高可靠性。
表示图8A的发光源70之后构成多个光路的方法的选择一栏相当于图9的“合成/混合前的光路状态”栏。即，在本实施方式例中，能够采用针对从发光源70放出的照射光(第1光)12而利用“光放出状态的多样性”来构成多个光路的方法、针对照射光(第1光)12而实施“光路分割操作”来构成多个光路的方法(光路状态/操作的栏内记载)的2个的任意一个或者两者的组合。
此外，在利用上述的“光放出状态的多样性”来构成多个光路的情况下，也可以利用(详细内容的栏记载)不同的“发光区域”和“光放出方法”的任意一个或者两个的组合。
例如在不是仅从1点的发光而存在“发光区域广阔”的情况下，能够将从不同发光区域发出的各个光合成并利用为照射光(第1光)12。另一方面，在来自发光源70的放出光的放出方向存在广阔的情况下，也可以(将不同光放出方向视为多个光路)将向不同方向放出的光合成并利用为照射光(第1光)12。
针对从进行图8B所示的检测或测定的对象体10内的β区域得到的检测光(第2光)，(光路状态/操作栏内的)“光放出状态的多样性”中包含的(详细内容栏内的)“不同发光区域”和(光路状态/操作栏内的)“光路分割操作”作为本实施方式的选择而存在。即，在本实施方式中，也可以进行上述2个的任意一个或者两者的组合。
例如即使在进行检测或测定的对象体10具有图4的微小构造的(微小的光散射体66的)情况下，若进行光学配置(图8B)(适合于“不同发光区域”)以使得从α点得到的光和从β点得到的光之间的光路长度之差δ比相干距离lCL大(δ＞lCL)，则也能够降低两者间的局部相干性并减少光学噪声量。
针对图8A的照射光(第1光)12和图18B的检测光(第2光)16的任意一个，作为(光路状态/操作栏内的)“光路分割操作”中包含的具体的“详细内容”，能够选择进行“波面分割(Wave Front Dividing)”的方法、进行“振幅分割(Amplitude Dividing)”的方法的任意一个或者两者的组合。
所谓“波面分割”，是指在与沿着光的行进方向的光轴垂直的切剖面上将光剖面空间地分割的方法。并且，波面分割后，各个分割光的光剖面形状(与波面分割前相比)变形的情况较多。此外，在使用透明的平行平板来进行波面分割的情况下，各个分割光的行进方向相互一致。即使在假设各分割光的行进方向相互一致的情况下，在本实施方式中，也视为“波面分割后的各个分割光通过不同的光路”。
另一方面，在“振幅分割”中，被分割为保持光剖面形状的状态下行进方向相互不同的多个光路。并且，被分束器、偏振光分束器等的光学元件进行振幅分割的情况较多。
对多个光路进行“光合成或者光混合的方法”，具体地，按照该多个光路的每一个使光行进方向变化或者控制。但是，并不局限于此，作为“光合成/混合方法”，也可以使用所有方法。
首先，针对能够应用于“详细内容”栏内的全部的状态/操作的“光合成/混合方法”进行说明。在使光学的噪声减少的基本原理进行说明的图8A和图8B中，通过光路长度相互不同的第1/第2/第3光路的光201、202、203向规定位置集中。该规定位置相当于光合成(混合)部102或者光检测器、对象体10内的特定区域(光合成/混合场所)200(α点)。
因此包含该光路的全部，在图9中，记载为“光合成/混合方法”。此外，作为该“光合成/混合方法”的意思的补充说明，明确记载为与〔改变/控制每个光路的行进路径〕有关的方法。并且，在本实施方式的说明书内，将改变或者控制不同多个光路的每一个的行进路径的光学部件统称为“光学特性变更部件”。因此，图9的“光合成/混合方法”栏中记载的(改变/控制每个光路的行进路径)全部光学元件单体或者其光学元件的组合该当于“光学特性变更部件”。
该光学特性变更部件能够具有的功能中，包含：
(A)按照多个光路的每一个来改变/控制光路长度的功能(相当于后述的图10的“光路长度变化76”的功能)、
(B)使多个光路在规定位置合成(混合)的功能。
在本实施例的说明书内，将发挥至少上述的任意一个的功能(也可以同时发挥两个功能)的光学部件称为光学特性变更部件。
此外，作为该光学特性变更部件的物理的构造，也可以一体地配置于光路中途的一个位置。此外，并不局限于此，在光路中分散配置的多个部件也可以作为组合而被配置。在这样分散配置的情况下，也可以使其功能分离，以使得光学特性变更部件的一部分担当上述(B)的功能，被配置于与其不同的位置的剩余的一部分担当上述(A)的功能。
作为针对通过“不同发光区域”以及“不同光放出方法”、“波面分割”、“振幅分割”的任意的方法来构成的多个光路也使光行进方向变化/控制的一个例子，也可以使用透镜等的折射元件。此外，在本实施方式中，也可以在上述的“折射元件”中，不仅包含球面透镜，还包含非球面透镜、菲涅耳透镜、棱镜、透明的平行平板等。
此外，并不局限于此，也可以使用衍射相关元件、光反射元件、光相位变换元件。这里，所谓上述的衍射相关元件，包含衍射光栅、全息元件等，也可以被实施微小平面被倾斜化了的闪耀化。
此外，所谓光相位变换元件，是指使通过该元件或者在该元件反射后的光(照射光12或者检测光16)的相位在局部或者整体上变化的光学元件。为了实现其功能，在光相位变换元件的内部具有微小的折射率分布或者表面的微小凹凸构造。此外，在本实施例中，在上述光相位变换元件中也包含，表面具有特定周期或者随机的微小凹凸构造的随机移相器(Random Phase Shifter)、调解器(Defuser)、滑沙面或者挂沙面(Sand TreatmentPlate)。
此外，也可以在多个光路的每一个的行进路径变化/控制(光合成/混合方法)中使用在光纤或规定板上形成或者集成光引导路来引导光的行进方向的波导元件。
作为除此以外的方法，也可以取代将光行进方向变化/控制为“规定位置”，而对具有多个行进方向的光仅提取集中于“规定位置”的光。该方法对应于图9的“通过检测部6来提取合成/混合光”。例如图8B的检测部4、6内的光检测器80进行“仅特定的局部存在位置的光检测(光电变换)”。并且，通过在检测部4、6内光检测器80上的“特定的局部存在位置”与对象体10内的“规定位置β”之间形成成像关系(共焦关系(Confocal Relation))，从而能够实质检测/测定仅“规定位置β”的信息(详细使用图20来在3.9节中叙述)。
此外，也可以在从“不同发光区域”放出的光的光路中途追加使用棱镜、特殊透镜，将从宽发光区域放出的光聚集。如使用图2A来在2.2节中说明的那样，若从α点到γ点的光和从β点到γ点的光之间的光路长度之差δ比相干距离lCL宽，则相互的局部相干性降低(局部非相干性增加)，光学的噪声量降低。为此，最好α点与β点之间的距离分离。因此，也可以在光路中途使用棱镜、特殊透镜来将从宽发光区域放出的光聚集(详细使用图24A和图24B来在3.9节中叙述)。
另外，所谓上述特殊透镜，是指非球面状态的透镜。具体而言，也可以包含双凸透镜、柱面透镜、菲涅耳透镜等。
并且，作为对“振幅分割”中被分割为多个光路的光进行“光合成/混合的方法”，也可以还使用偏振光性的反射元件、偏振光性的透过元件(例如偏振光分束器等)、非偏振光性的分束器。进一步地，作为将通过相互不同光路的光之间的电场振动面方向合成的单元，也可以附加使用相位板、检偏器或者偏振光分束器。
如使用利用了图8A和图8B的上述的说明内容和图10来叙述那样，针对图9的“合成/混合前的光路状态”来在“合成/混合场所”对经由多个光路的光进行合成/混合。在该过程中产生光路长度变化76并将合成光(混合光)78的光学特性变更(使局部相干性减少并增加局部非相干性)。
图9的“合成/混合场所”、“空间的相同区域”、而且图8A、图8B内的“光合成(混合)部102”对应于上述的“规定位置”。该规定位置作为在照射光12、检测光16的光路中途配置的情况下的本实施方式内的具体的一个例子，也可以适合于光纤100内部的核心区域142(详细使用图14A来在3.4节中叙述)。此外，并不局限于此，在本实施方式中，也可以适合光相位变换元件的通过后的场所(详细使用图14B来在3.4节中叙述)。
在将3.1节的开头说明的“通过多个光路的光被合成或者混合的规定区域”设为“对象体10内特定区域200”的情况下，由于上述的理由，“包含向检测面86等的成像”(详细使用图20来在3.9节中叙述)。因此，在该情况下，使用“光合成/混合方法”栏内的“通过检测器6来提取合成/混合光”的方法。
另一方面，将3.1节的开头说明的“通过多个光路的光被合成或者混合的规定区域”设为“光检测器80内部”的情况对应于图9“合成/混合场所”栏内的“检测器80内的检测面86”。所谓本实施方式中的“光检测器80”，如上所述，并不局限于仅由单一的光检测单元构成的光检测器，包含内置有光电变换功能的所有光检测功能部。因此，在对应于摄像机的情况下，图14D所示的监视照相机24内的摄像面(检测面)86对应于上述“规定位置”。
此外，作为“光检测器80”的一种，在图14E所示的分光器22中，针孔或者狭缝130对应于上述“规定位置”。并且，该实施方式例对应于图9的“合成/混合场所”栏内的“针孔或者狭缝130”。
使用图10，从其他观点解说与本实施方式中的光学噪声减少方法有关的基本原理。图10(a)所示，在本实施方式中，基本上，针对与从发光源70放出的光的一部分72不同的其它光的一部分74，使其光路长度变化76。这里，最好光路长度变化76的量δ比由(B·6)式(或者(B·12)式)定义的相干距离lCL大。然后，将两者混合来生成混合光78(也可以是合成光)。因此，通过该方法，混合光78的光学特性被变更，局部相干性减少并且局部非相干性增加。因此，在图10所示的本实施方式的基本原理中，在沿着从发光源70进入的光路观察的情况下，在进行光路长度变化76之后进行合成光(混合光)78的生成。
但是，光路长度变化76的量δ不必在全部波长比相干距离lCL大。这是指由(B·6)式(或者(B·12)式)定义的相干距离lCL如2.7节内后半中说明那样，根据设为对象的中心波长λ0，会有较大不同。因此，在从发光源70产生全色的光的情况下，在使用的最短波长比上述相干距离lCL大即可。在该情况下，在合成光78内的长波长一侧残留局部相干性。
图10(b)中表示在光源部2内进行图10(a)的光学的操作的实施方式例。在该情况下，合成光(混合光)78作为照射光(第1光)12而照射到对象体10。
另一方面，图10(c)中表示在检测部4、6内进行图10(a)光学的操作的实施方式例。即，在使从对象体10得到的检测光(第2光)16的一部分74光路长度变化76后，与剩余的光的一部分72合成(混合)。并且，得到的合成光(混合光)78达到光检测器80。
图8A对应于图10(b)，图8B对应于图10(c)。在图10中明确表示图8A和图8B中产生的光路长度变化76。
此外，如本3.1节的最初的部分中说明的那样，在图10的合成光(混合光)78的光路的内部(至少合成光(混合光)78的光路的出发位置)，最好原本属于光的一部分72的光的行进方向(或者电场的振动面方向)与属于光的一部分74的光的行进方向(或者电场的振动面方向)一致。由此，对象体10的内部、光检测器80上的再分离被抑制，能够得到良好的示意图像、精度高的检测信号。
对所述的光学特性变更部件中使用的材料或者光学特性变更部件的基材(Substrate)中使用的材料进行说明。特别在下述中对将2.6节中说明的近红外光用于照射光12或者检测光16的情况下的材料选择上的注意点进行说明。所谓这里的光学特性变更部件，是以图9中的“光合成/混合方法〔改变/控制每个光路的行进路径〕”栏(列)内所述的各种光学部件为前提。但是，并不局限于此、也可以应用于任意的光学元件材料。
在上述光学特性变更部件整体或者其基材整体中，在照射光12、检测光16通过的部分中，最好选择光透过性高的材料。作为能够较便宜地购买到的透明塑料树脂，已知丙烯树脂PMMA(Poly-Methyl-Metacrylate)、聚碳酸酯树脂PC(Polycarbonate)。但是，这些塑料树脂内，较多包含仅由碳原子和氢原子构成的官能基(甲基、亚甲基等)。
上述的官能基具有2.6节中说明的吸收近红外光的特性。并且，属于上述官能基内产生的伸缩振动的第1倍音的吸收带的中心波长光特别被较大吸收。该吸收带的中心波长越包含于1710nm到1795nm的范围内。例如，在所述中心波长光通过厚度1mm的透明丙烯树脂PMMA(Poly-Methyl-Metacrylate)的板内的情况下，透过光量约为一半的程度下光吸收量较大。因此，在照射光12、检测光16中使用近红外光的情况下，作为光学特性变更部件或者其基材的材料，最好避免使用透明塑料树脂。并且，作为针对近红外光的光透过性较高的材料，不使用有机材料、最好使用无机材料。
作为光透过性高的无机材料，已知光学玻璃(Optical Glass)、CaF2、MgF2或者LiF、KBr等。因此，这些无机材料具有向光学特性变更部件(或者光学特性变更部件的基材)的适合性。
但是，从制造上的情况出发，一半的光学玻璃内较多混入羟基(-OH基HydroxylGroup)。并且，属于该羟基的伸缩振动的第1倍音的吸收带的中心波长处于从1395nm到1595nm的范围内或者其附近。因此，通过较多混入羟基的光学玻璃的光在上述的波长区域受到光吸收。
因此，在将2.6节中说明的波长区域的近红外光用于照射光12或者检测光16的情况下，作为光学特性变更部件(或者光学特性变更部件的基材)的材料，最好选择“羟基的混入量少的材料”。作为从实验得到的结果，具体允许的羟基的混入量为“100ppm以下”是必要条件。特别是在进行高精度的近红外光谱测定的情况下，最好为“1ppm以下”。通过这样选择羟基的混入量为上述允许范围内的材料，产生如下效果：能够避免从1395nm到1595nm的波长范围内的光吸收，能够进行近红外光的全部波长区域中的精度高的分光特性测定。
作为上述允许范围内的光透过性材料的具体购入方法，也可以在材料订货时，指定“被制造管理为羟基混入较少的玻璃材料”、“无水石英玻璃”、“无水石英”。这些均在清洁度低的环境下(洁净室内)确保低湿度并且进行温度控制来进行素材制造。通过在设定为低湿度的洁净室内进行素材制造，从而阻止空气中的水蒸气混入，将羟基的混入量抑制于上述允许范围内。通过采用这种制造方法，能够防止作为材料劣化的原因的杂质混入，生产的材料的纯度变高。作为其结果，由于光透过性材料的长期保存稳定性被保证，因此具有使用其而制作的光学特性变更部件的特性(性能)长期持续的效果。
3.2节 向不同方向的放出光的利用
在3.1节中使用图9的区分情况一系列表，对本实施方式中的详细的光学噪声减少方法的一览进行了概述。并且，针对其各个详细的具体例，在3.2节以后进行说明。3.2节以后说明的本实施方式例仅仅是一个例子，图9内的所有组合都包含于本实施方式。
作为利用图9的“合成/混合前的光路状态”栏内的“不同光放出方向”，“使特定光路的行进路径变化”的单元，使用“光反射元件”，图11中表示在“照射光12的光路中途”使不同光路之间“合成/混合”的方法的例子。
放出光被从作为光源部2内的发光源70的一种的钨丝50向全方位方向放射。在多数情况下，如图11(a)那样，仅利用前方放出光84(相当于第1光路)。
对此，在本实施方式中，在背面侧配置光反射元件的背面镜82，将后方放出光88(相当于第2光路)返回到钨丝50的内部。从钨丝50到背面镜82往返的距离带来光路长度变化76。与2.7节后半的计算例相比，这里产生的光路长度之差δ与相干距离lCL相比非常大。
通过钨丝50的内部的后方放出光88(第2光路)通过与前方放出光84(第1光路)相同的光路。由此，前方放出光84(第1光路)和后方放出光88(第2光路)被混合。
在图11所示的本实施方式例中，由于混合光的局部相干性大幅度降低，因此即使假设在该发散光路中途配置透明的平行平板，光学噪声量也被较小抑制。此外，不仅如此，在图11的实施方式例中，也产生能够有效利用来自钨丝50的放出光的效果。
3.3节 具有波面分割功能的光学特性变更部件
在3.3节中说明在图9的“光路分割操作”中实施“波面分割”的情况下的具体的本实施方式例。作为用于进行该“波面分割”的光学元件，这里对使用了折射元件或者衍射相关元件的例子进行说明。但是，并不局限于此，也可以使用光反射元件、光相位变换元件、波导元件。例如后述的图12C～图13C那样，也可以构成在每个区域具有不同阶梯差的光反射面，根据光剖面92内的反射场所来使(反射后的)光路长度变化。
此外，在本3.3节中说明的本实施方式例中，作为图9的“合成/混合场所”栏内的内容，设定“照射光12、检测光16的光路中途”。
图12A中表示作为图9的“光合成/混合方法”，使用了“衍射相关元件”或者“折射元件”的本实施方式例。在照射光12、检测光16的光路中途的光剖面的一部分区域(透过光110-1通过的区域)配置闪耀型衍射光栅或者棱镜128，对透过光110-1的行进方向进行变更。
然后，通过透过形衍射光栅120来将上述的透过光110-1和透过光110-2合成或者混合。此时，使透过光110-1的衍射1次光和透过光110-2的0次光的行进方向一致。
闪耀型衍射光栅或者棱镜128与透过形衍射光栅120之间的光路长度在透过光110-1和透过光110-2中不同。这样，在图12A的本实施方式例中，利用由于光的进行路径的不同而产生的光路长度变化来对合成光(混合光)79的光学特性进行变更(使局部相干性减少并增加局部非相干性)。
图12B到图13C表示使用具有透过性的平行平板来作为图9的“波面分割”的实现中使用的折射元件的本实施方式例。在将透过性平行平板内的折射率设为n，将其厚度设为d时，在通过在透过性平行平板内直进的第1光路和在长度d的真空中(空气中)直进的第2光路的光之间，产生(B·13)式所示的光路长度之差δ。
并且，在图12B至图13C所示的本实施方式例中，利用由于折射率的不同而产生的通过光的光路长度变化δ来对合成光(混合光)78的光学特性进行变更(使局部相干性来增加局部非相干性)。因此，将图12B至图13C所示的透明的平行平板94、114、116组合的光学元件包含于光学特性变更部件(或者分割波间光路长度变换元件90)的一种。
如图12B所示，平行平板的切剖面95相对于透过光的光轴以较高精度平行。因此，透过光学特性变更部件(分割波间光路长度变换元件90)的光在透过光剖面92内的(平行平板的)切剖面的分界线97被进行波面分割。由于按照该被进行了波面分割的透过光的每一个，光路长度不同，因此通过不同光路。
图12C中表示与图12B所示的光学特性变更部件(分割波间光路长度变换元件90)有关的其他实施方式例。首先，将厚度t的透明的平行平板114-2的长边方向配置于X轴方向。并且，如图12C(a)那样，将厚度5t的透明的平行平板114-1的长边方向设为X轴方向，在厚度t的透明的平行平板114-2上重叠(粘合)。其结果，沿着Y轴方向，形成厚度0t和1t、6t的3个区域。
接下来，将厚度2t的透明的平行平板114-3的长边方向配置于Y轴方向。并且，将厚度2t的透明的平行平板114-4的长边方向设为Y轴方向，如图12C(b)那样，在厚度2t的透明的平行平板114-3下重叠(粘合)。其结果，沿着X轴方向，形成厚度4t和2t、0t的3个区域。
接下来，如图12(c)那样，将图12(b)和图12(a)重叠(粘合)。并且，使局部相干性的光的透过方向96与由下向上的Z轴方向一致。其结果，若在相对于光通过方向96垂直的方向切断的光的剖面方向上观察，则光路被分割为9个区域。并且，各光路中通过平行平板114的厚度从左上起依次为10t以及8t、6t、5t、3t、t、4t、2t、0t。通过各个区域的每个光路的光路长度之差δ通过(B·13)式而被赋予。
在3.1节的前半部，说明了分割为光路的分割数N(对应于上述相加数)较大的一方，光学噪声的减少效果增加。因此也可以在根据图9的“合成/混合前的光路状态”栏之中的“详细内容”的栏内所述的全部项目的至少任意一个(并不局限于例如图11C的实施方式例所被包含的波面分割，还有振幅分割、不同光放出方向)所对应的光学特性变更部件，光被分割为N个不同光路的情况下，全部的光路通过时产生的光路长度之差δ设定为相互不同。在图12C的实施例中，满足上述条件。即在光剖面上通过被分割的9个区域(通过不同的9个光路)的全部光内产生的光路长度之差δ不同。
若通过其他表现方法来对上述内容进行说明，则成为如下述那样。即，作为光学特性变更部件，通过组合来使厚度不同的折射元件(并不局限于平行平板，也包含棱镜、透镜)分割为多个光路。在将各光路中的折射元件的厚度设为mt(m为整数)时，在被分割的全部光路，全部取不同的m的值。另外，作为该光学特性变更部件的特性，并不局限于图12C的构造，图13A～图13C的构造当然也可以。进一步地，上述的特性不仅是图9的“合成/混合前的光路状态”栏内的“波面分布”，也可以相应于“振幅分布”、“不同光放出方向”。
进一步地，关于图9的“合成/混合前的光路状态”栏之中的“详细内容”的栏内所述的全部项目的至少任意一个(并不局限于例如图11C的实施方式例被包含的波面分割，也是振幅分割、不同光放出方向)，在本实施方式中，最好被进行光学配置以使得通过相互不同光路的光之间的光路长度之差δ比通过(B·6)式(或者(B·12)式)而被赋予的相干距离lCL大。在图9(c)的实施方式例中，不同区域间的厚度之差的最小值为t。因此根据上述的理由，考虑(B·13)式，也可以设定光学配置以使得满足以下条件
(n-1)t＞lCL＝λ0 2/Δλ...(B·29)。
例如在折射元件的折射率为1.5的情况下，也可以根据2.7节后半的预见了差值的计算例，将t的值设定为2mm以上。另一方面，也可以将使用波长的上限值设为小于1.89μm并且以光学系统整体的小型化为目标，将t的值设定为1mm以上。进一步地，在使用了Δλ的值比5nm大的检测部4、6(或者光检测器)的情况下，也可以将t的值设定为0.5mm以上，最好为0.3mm以上。
若针对该内容也进行其它的表现方法，则也能够如下述那样进行说明。即在通过组合来使厚度不同的折射元件(并不局限于平行平板，也包含棱镜、透镜)分割为多个光路的光学特性变更部件中，在将各光路中的折射元件的厚度设为mt(m为整数)时，t满足(B·29)式的条件。另外，作为该光学特性变更部件的特性也并不局限于图12C的构造，在图13A～图13C的构造中当然也可以。进一步地，上述的特性不仅是图9的“合成/混合前的光路状态”栏内的“波面分布”，也可以相应于“振幅分布”、“不同光放出方向”。
进一步地，若作为本实施方式的应用例，将上述这两方组合，则能够将光学特性变更部件的特性如下那样表现。即在能够分割为N个光路的光学特性变更部件中，若将各光路中的折射元件的厚度设为mt(或者各光路通过时产生的光路长度为mδ)(m为整数)，则在N个全部的光路中取不同的m值，并且满足(B·29)式(或者δ＞lCL)。
在图11C所示的光学特性变更部件中，将沿着Y轴方向的3分割和沿着X轴方向的3分割组合(粘合)来分割为9个区域。在本实施方式的说明书中将这样的分割方法称为“XY分割”。该XY分割并不局限于图11C，1轴方向的分割数若为2以上(例如Y轴方向上2分割×X轴方向上2分割的共计4分割)则也可以选择任意的分割数。
此外，在图11C中，并不局限于X轴和Y轴相互正交，例如也可以X轴和Y轴斜交(X轴与Y轴以90度以外的角度相交)。进一步地，作为其他波面分割方法，也可以进行仅沿着1个轴(X轴)方向分割的“X轴分割”。此外，作为其他例子，也可以将光学特性变更部件分离为进行X轴分割的部分和进行Y轴分割的部分，使其分散配置于光路上的不同位置。
针对作为其他波面分割方法的“角度分割”方法，使用图13A～图13B来进行说明。在该方法中，针对(圆形的)透过光剖面92，将以圆的中心为基准的光路间的分割分界线97在角度方向上分割。即使在光路中途行进角度分割，也不产生成像部的MTF(ModulationTransfer Function)特性劣化，因此具有能够得到良好的成像特性的效果。
例如图13A(a)那样，将厚度Ta例如为2t的透明的平行平板94-1的切剖面95配置为横向。接下来，在其下方重叠(粘合)将切剖面95配置为纵向的厚度Tb例如为3t的透明的平行平板94-2(图13A(b))来构成设为图13A(c)的构造的光学特性变更部件。并且，将光透过方向96设定为与切剖面95平行。其结果，在切剖面的边界部97相互正交的4个象限，透过光剖面92被角度分割。
在图13A(c)的光学特性变更部件中，从光透过方向96观察的各光路通过的场所(各区域)的厚度从第1象限起依次为Ta(例如2t)、Ta+Tb(例如5t)、Tb(例如3t)、厚度“0”。这样，在厚度mt，在各光路通过的每个场所(各区域)，m的值不同(从第1象限起m的值依次为2、5、3、0)，作为t，满足(B·29)式(例如0.3mm以上)。
在图13A(c)中，将透明的半圆平行平板94-1和2粘合而成为一体化的光学特性变更部件。但是，并不局限于此，也可以在光路中途分散配置多个。在该情况下，也可以分别按照规定的角度(例如在被分散配置2个的情况下分别45度)倾斜配置，以使得相互分割的区域间不重叠。
图13B中表示图13A(c)的应用例。在图13B(a)的右侧表示将2组具有图13A(c)的构造的光学特性变更部件相互偏离45度而重叠的构造。该光学特性变更部件的厚度按照每个光路(分割区域)为10t、7t、4t、2t、0、3t、6t、8t。
图13B(b)的左端表示将2组具有图13A(c)的构造的光学特性变更部件重叠(粘合)时的偏离角度并不是45度而是30度的例子。另一方面，在图13B(b)的右端表示将厚度1t的透明的半圆平行平板94-5和厚度3t的透明的半圆平行平板94-6偏离90度来重叠(粘合)(图13B(b)的中央的图)，在其上重叠(粘合)左端的组而形成的光学特性变更部件。在该构造中，将透过光剖面92区域分割为12等分(被分割的光路数N＝12)。
在图13B的右端图，将透明的半圆平行平板94-1和2粘合来成为一体化的光学特性变更部件。但是，并不局限于此，也可以在光路中途分散配置多个。在该情况下，也可以分别倾斜规定的角度(例如在将图13B右端的元件分散配置2个的情况下分别22.5度)来配置，以使得被分割的区域间相互不重叠。
在本实施方式例中将圆形地对于透过光剖面92径向进行区域分割(光路分割)的方法称为“半径分割”。在图13C中表示通过该半径分割来对透过光剖面92进行波面分割的例子和角度分割的组合例。
在图13C的右侧表示将2片厚度为9t的透明的圆柱形平行平板116-1和116-2重叠并在图18B(a)右端构造上重叠(粘合)而构成的光学特性变更部件。
在图13C右侧的构造中，透过光剖面92被24(3×8)分割，同时形成不同的24个光路(光路数N＝24)。此外，若将每个光路(分割区域)的厚度设为mt，则作为m的值除1、5、14、23、27以外的0到28中包含的全部正整数值被分配给各光路(分割区域)。
在图13C的右图，在一体化的光学特性变更部件内同时行进角度分割和半径分割。但是，并不局限于此，也可以将发挥相同功能的光学特性变更部件在光路中途分散配置多个。作为其一个例子，也可以在光学特性变更部件内将角度分割的一部分和半径分割的一部分相互分离，在光路上分散配置。
在图12C到图13C所示的实施方式例中，在X/Y方向、角度方向、径向被进行等分割。但是，并不局限于此，在本实施方式中，也可以按照每个分割光路(每个分割区域)而被非等分割。此外，光学特性变更部件中生成的光路数N(或者分割数)也可以被设定为2以上的任意值。进一步地，在本实施方式中，也可以通过其他任意的方法来对透过光剖面92进行波面分割。
如3.1节中概略说明且3.5节中使用式子来详细说明那样，光学特性变更部件中生成的光路数N(或者分割数)较大的，光学噪声减少效果提高。并且，在使针对透过光的折射元件的厚度、针对反射光的阶梯差量变化的波面分割方法中，如图13C右图的24分割(N＝24)的例子中也可知那样，光学特性变更部件中生成的光路数N(或者分割区域数)能够任意设定为变多。进一步地，使通过被N分割的各光路的光量全部几乎相等的光学配置变得容易。
与此相比，在图9所示的振幅分割中，难以确保相同强度并且分割为多个光路。即使假设形成可振幅分割的多个振幅分割平面，接近于最大强度的分割光也仅止于2个光路。并且，其他被分割的光路的强度可能大幅度减少。
作为具有波面分割功能的光学特性变更部件，也可以使用在光入射面和光射出面之间具有倾斜的棱镜，一个面也可以设为非平面。但是，在该情况下，按照每个透过后的光路，容易产生光轴偏移。
与此相比，如图12B～图13C所示，使用透明的平行平板来作为光学特性变更部件的构成元件，在其平面垂直方向设定光透过方向96，则不存在“透过后的光轴偏移”，具有“透过后(射出后)的全部光路之间被保持平行”的效果。由此，不同光路间的合成(混合)操作变得容易。进一步地，即使例如图7那样合成(混合)操作后配置物镜25、检测透镜28-1、2，也难以产生聚光点附近的位置偏移，因此能够得到鲜明的图像、精度高的检测信号。
在照射光(第1光)12、检测光(第2光)16的光学特性变更中使用波面分割功能的情况下，变更后的光学特性相互不同的分界线(波面分割分界线)出现在与光行进方向正交的剖面内。作为该波面分割分界线的具体例，图12B、图13A所示的切剖面的分界线97对应。
然而，例如在使用了钨灯丝50等的发光源70(图11、图14A、B)中，在发光时产生发热。并且，该发光源70的冷却用中使用机械式风扇的情况较多。若该机械式风扇旋转则产生微小的机械振动，该机械振动可能向“具有波面分割功能的光学特性变更部件”传播。这样，由于该影响，导致上述波面分割分界线可能微小地机械振动。
在3.1节的最后进行的光学特性变更部件(或者其基材)中使用的材料的说明内，说明了在近红外区域具有较大吸收带的材料的存在。因此，在使用在近红外区域具有较大吸收带的材料来制作“具有波面分割功能的光学特性变更部件”的情况下，在从检测部4、6(图1A、B、C)得到的上述吸收带内波长光的检测信号内能够混入噪声成分。该噪声成分与上述波面分割分界线的机械振动同步产生。为了去除该噪声成分，可以考虑与3.1节最后的记载内容同样地，进行“具有波面分割功能的光学特性变更部件”的材料选择。
也就是说，最好在“具有波面分割功能的光学特性变更部件(或者其基材)”的材料中不使用有机材料而使用无机材料。作为该无机材料例，举例光学玻璃、CaF2、MgF2或者LiF、KBr等。
特别地，“具有波面分割功能的光学特性变更部件(或者其基材)”的材料内包含的羟基的混入量满足“100ppm以下”(最好为“1ppm以下”)的条件的低OH材料合适。作为具体例，举例“羟基混入被较少制造管理的玻璃材料”、“无水石英玻璃”、“无水石英”等。
这样，若考虑“具有波面分割功能的光学特性变更部件(或者其基材)”的材料选择，则产生得到机械振动的混入的影响较少的高精度的分光特性的效果。
3.4节 分割波面之间的合成(混合)
在本3.4节中对3.3节中说明的使用了光学特性变更部件后的光的合成/混合方法进行说明。如使用图10来在3.1节中说明那样，在使用光学特性变更部件来分割为多个光路之后，进行通过不同光路的光的合成或者混合。这里说明的合成/混合前的光路状态并不仅限于波面分割，也可以适合于图9的“合成/混合前的光路状态”栏内的任意的状态(项目)。此外，也可以是各项目的组合状态，在图14A和图14B中，表示“不同光放出方向”和“波面分割”的组合例。
即，在图14A和图14B的实施方式例中，利用从发光源70(钨灯丝50)向直接准直透镜26的放出方向和向背面镜82的放出方向不同的光放出方向的状态(项目)。此外，与此同时地，在光路中途配置将厚度Tb的透明的平行平板94-1和厚度Ta的透明的平行平板94-2组合并进行波面分割的光学特性变更部件。
此外，作为相应于图9的“合成/混合场所”栏内的项目，在本3.4节的前半部分，对“(照射光12、检测光16的)光路中途”所对应的内容进行说明。并且，在本3.4节的后半部分，对“检测器80内的检测面86”和“针孔或者狭缝130”所对应的内容进行说明。并且，首先，从“(照射光12、检测光16的)光路中途”所对应的内容开始说明。
相当于图8A(a)的光合成(混合)部的光学系统在图14A中，由将聚光透镜98和光纤100组合而构成。通过具有该波面分割功能的光学特性变更部件后的全部光路通过光全部为平行状态。若通过聚光透镜98来使该光聚光，则全部光的等相位面成为在聚光面上相对于光轴垂直的平面。并且，该状态为3.1节的前半部分中说明的“通过不同光路的光的行进方向一致”的状态。
并且，该聚光面对应于3.1节的前半部分中说明的“在光轴方向局部的区域内存在的规定位置”。并且，使该规定位置与光纤100的入射面一致。并且，在通过该光纤100内的过程中，光学特性变更部件中通过被波面分割的各光路的光混合。其结果，合成光(混合光)78从光纤100的射出面(合成光的出口108)放出。
也可以使从图14A内的背面镜82到光纤100的左侧入口收纳于图1A～图1C或者图7、图8A、图10(b)的光源部2的内部。并且，也可以将光纤100右侧的合成光的出口108配置于对象体10的附近。
光纤100具有非常高的灵活性，能够将光纤100的长度设定为任意的长度(例如50m以下)。由此，根据在发光源70(钨丝50)附近产生的热、振动的影响，具有能够遮挡(isolate)对象体10的效果。
在图9的“光合成/混合方法”栏内，记载了在表面具有微小的凹凸构造并使透过光、反射光的相位局部变化的“光相位变换元件”(包含随机移相器、调解器、滑沙面等)。图14B中表示使用了该方法的具体实施方式例。
与图14A同样地，作为不同光路，利用不同的光放出方向(前方和后方)的光。此外，作为将透明的半圆平行平板94-1、2组合的光学特性变更部件，并不局限于图12C到图13C所示的构造，也可以是能够进行波面分割的任意构造。
单面具有随机的微小凹凸构造的透明平板(光合成部102-2)104相当于图9的“光合成/混合方法”栏内记载的“光相位变换元件”。并且，经过任意的光路的光也在该微小凹凸面被同时发散，进入到宽范围的方向。根据该特征，从该微小凹凸面上的所有位置发散的光的一部分也进入到一致的特定的方向。但是，如3.3节中说明那样，在“波面分割”中，在透过光剖面92(图12B或者图13A)上的不同位置通过的(或者反射的)光的光路相互不同。因此“光相位变换元件”通过后(或者反射后)在特定行进方向提取的光成为“通过不同光路的光的行进方向一致的状态”(与3.1节前半部分的说明内容一致)。
作为对在“光相位变换元件”通过后(或者反射后)的特定方向行进的光进行提取的具体方法，也可以例如图14E那样，仅提取在检测透镜28-2的聚光面上通过针孔或者狭缝130的光。或者，也可以如图14D那样在检测透镜28-2的聚光面上配置监视照相机24的摄像面(检测面)86，对仅照射到其中的特定像素的光进行检测。
如上述那样，即使并不提取“光相位变换元件”通过后(或者反射后)的向特定方向的行进光，在从单面具有随机的微小凹凸构造的透明平板(光合成部102-2)104分开规定距离以上的通过光的波面106内也产生光的混合(或者合成)。也可以这样利用光的衍射现象来进行光的混合(或者合成)。
若这样使用“光相位变换元件”来混合(或者合成)光，则在分离某个程度以上的位置，不取决于光的行进方向地产生混合(或者合成)。因此，由于合成光(混合光)78的生成中不需要高精度的光学配置、光轴对准(alignment)，因此具有容易大量制作廉价的测定装置的效果。
进一步地，也可以如图14B那样(由透明的半圆平行平板94-1、2构成)在光学特性变更部件的一部分(光出口)直接粘合光相位变换元件，将光学特性变更部件和光相位变换元件一体化。由此，由于一体的光学元件中具备光路分离(分割)功能和光合成/混合功能这两方，因此从现有的测定装置(、显微装置)的改造变得容易。
另外，在图14B中，与光相位变换元件(单面具有随机的微小凹凸构造的透明平板(光合成部102-2)104)或者光学特性变更部件的一体化元件被配置于光源部2内。但是，并不局限于此，也可以配置于检测部6内，也可以如图7那样兼作光源部2和检测部6这两方而被配置。(在该情况下，与光相位变换元件或者光学特性变更部件的一体化元件相当于光学噪声减少化元件或者局部相干性减少化元件64。)
图14C中表示使用了图9的“光合成/混合方法”栏内的“衍射相关元件”的方法的例子。在图14C中，使用闪耀型衍射光栅124来作为衍射相关元件，但并不局限于此，也可以使用具有利用衍射来合成(混合)光的功能的所有光学元件。
一般地，衍射相关元件被用于透过光或者反射光的分割的情况较多。但是，若从反向观看光被分割的光路，则取光被合成(或者混合)的形态。利用该特征，进行合成光(混合光)78的生成。
将透明的平行平板114-1和2组合来构成利用了波面分割的光学特性变更部件。并且，在该光学特性变更部件的至少一部分的出口，配置菲涅耳棱镜(闪耀型全息)122等的光行进方向变更用光学元件。另外，也可以将该光行进方向变更用光学元件和光学特性变更部件粘合来一体化。
并且，行进方向被变更了的通过光110-1在闪耀型衍射光栅124的位置，与仅通过了透明的平行平板114-1的通过光110-2合成。因此，菲涅耳棱镜(闪耀型全息)122和闪耀型衍射光栅124的组合部成为光合成(混合)部102-3，相当于图8A(a)或者图8B(a)的光合成(混合)部102。
另外，在图14C的本实施方式例中，使用透过光110-1、2。但是，并不局限于此，也可以利用反射光来生成合成光(混合光)78。
图14D中表示图9“合成/混合场所”栏内的“检测器80内的检测面86”所对应的实施方式例。若利用该实施方式例，则能够鲜明地成像微小的光散射体66的放大像。
通过物镜25和检测透镜28-2的组合，监视照相机24内的摄像面(检测面)86成为针对微小的光散射体66的成像面。将该成像光学系统(或者共焦光学系统(Confocal OpticalSystem))的一部分利用于光的合成/混合。在成像光学系统(或者共焦光学系统)中，从1点出发的光不依赖于光路地在成像面上聚光于1点。并且，在该成像面上的聚光点位置，通过了全部的光路的光被合成/混合。
因此，若将分割(分离)为相互光路长度不同的多个光路的光学特性变更部件配置于成像光学系统的光路中途，则构成图8B(b)以及图10(c)所示的光学配置。此外，作为其它的外形，也可以使将图14D的检测透镜28-2和监视照相机24内的摄像面(检测面)86组合而成的光合成(混合)部102-4与图8B(a)的光合成(混合)部102对应。
图14E所示的分光器22为仅对配置于入口的针孔或者狭缝130的通过光的分光特性进行测定的构造。即通过聚光透镜134-1来将针孔或者狭缝130的通过光恢复为平行光，使用闪耀型衍射光栅126中的衍射来进行波长分离。并且，被分离的各波长光通过聚光透镜134-2来分别聚光于一维线传感器132上。对照射到该一维线传感器132上的光量分布进行检测，来测定分光特性。
并且，在图14E所示的其他应用实施方式例中，也使用成像光学系统(或者共焦光学系统)，来合成(混合)通过光路长度不同的多个光路的光。在该情况下，仅从微小的光散射体66内的物镜25的光轴上得到的光通过被配置于成像位置(或者共焦点位置(ConfocalPosition))的针孔或者狭缝130。
作为仅对微小的光散射体66内的局部区域的分光特性进行测定的研究，使分光器22的入口的针孔或者狭缝130的位置与该局部区域的成像位置(或者共焦点位置)一致。但是，并不局限于此，也可以将单独存在的针孔或者狭缝130配置于光路中途的规定位置(微小的光散射体66内局部区域所对应的成像位置(或者共焦点位置))。
若在成像光学系统内的发散光路中途或者收束光路中途配置平行平板94-1、2，则如2.5节内的(B·28)式所示，产生不必要的光干涉。不仅如此，如第6章中所述，由于球面像差的影响导致成像图像恶化。因此，在图14D、图14E的本实施方式例中，将由透明的半圆平行平板94-1、2等构成的光学特性变更部件配置于处于平行状态的光路中途。作为该具体的实施方式例，如图22所示，在准直透镜26与聚光透镜98之间，将照射光12设为平行状态。并且，在处于该平行状态的光路中途，配置作为光学特性变更部件的透明的半圆平行平板94-1、2。但是，并不局限于上述的例子，也可以在处于平行状态的光路(平行光束)中途，配置图9的“光合成/混合方法”栏所述的所有形态的光学特性变更部件。其结果，产生去除不必要的光干涉并去除光学噪声、能够进行成像图像的鲜明化的效果。
另外，配置于平行的光路中途的光学特性变更部件并不局限于图14D、图14E，也可以利用具有图9内的“波面分割”或“振幅分割”的功能的所有部件。
3.4节内的到此为止，主要以使通过利用“波面分割”而被分割的多个光路的光混合或者合成的方法为中心而进行了说明。但是，如图9的“详细内容”栏所述，也可以使通过利用“振幅分割”而被分割的多个光路的光混合或者合成。
在使通过利用“振幅分割”而被分割的多个光路的光混合的情况下，在本实施方式例中，也可以使混合光内的(电场的)振动面的方向一致。例如在通过利用“振幅分割”而被分割的2个光路内的光之间(电场的)振动面相互倾斜(完全不一致)的情况下，也可以在混合处理(或者合成处理)的阶段使两者的振动面的方向一致。作为该具体的方法的一个例子，也可以使用图33所示的检偏器496、偏振光分束器492来仅使具有规定的振动面的光成分提取(透过)。
若使用上述的检偏器496、偏振光分束器492而使混合光内的振动面方向错开，则混合光成为直线偏振光(Linearly Polarized Light)。但是，并不局限于此，在本实施方式例中，只要混合光内的偏振光特性一致即可，也可以是圆偏振光(Circularly PolarizedLight)、椭圆偏振光(Elliptically Polarized Light)。此外，上述的操作并不局限于使通过利用“振幅分割”而被分割的多个光路的光混合或者合成的情况，也可以用于图9的“详细内容”栏中记载的所有方法。
在使用上述的混合光来在检测部6(图1A～图1C)内进行信号检测/测定(也包含分光特性检测)、成像或者波面像差特性检测/测定的情况下，例如可能进行图33的“偏振光面操作”(与特定的电场的振动面有关的光学的操作)。如果混合光内的偏振光特性(混合前的不同光路之间)不同的情况下，由于检测部6内部的“偏振光面操作”，局部相干性可能提高并且光学噪声增加。因此，若混合光内的偏振光特性(或者振动面方向等)一致，则产生即使进行检测部6内部的“偏振光面操作”也能够抑制光学噪声增加并进行稳定的信号检测/测定(也包含分光特性检测)、成像或者波面像差特性检测/测定的效果。
3.5节 局部非相干光使用时的光强度的式子表现(光学噪声减少效果)
(Section 3.5)Light Intensity Formula of Partially Incoherent Lightindicating Optical Noise Reduction Effect)
3.1节中定性地说明了通过本实施方式的方法从而光学噪声减少的状况。在本3.5节中，使用式子来定量地说明实施效果。
考虑通过图13A～图13B的例子中所示的角度分割来将透过光剖面92均等地N分割(等分为N个区域)的情况。如2.5节内已经说明那样，例如图6的钨·卤素灯的管球(石英玻璃)67的厚度T的均匀性较低。因此，若将被进行了N分割的每个区域的平均厚度设为Tm，则按照每个不同区域m，平均厚度Tm表示不同的值。
通过图13A～图13B的光学特性变更部件的作用，通过不同光路的光之间相互表示局部非相干性。其结果，在将其混合的场所，不产生由(B·19)式表示的振幅特性上的合成(合算)。取代此地，在混合场所，不同光路的通过光强度(光量)被单纯地相加。
根据上述状况，将局部非相干光混合后的光强度特性针对(B·28)式，变形为如下
【式8】
(B·30)式右边的第2项表示根据光干涉而产生的光学噪声量。由于在该第2项的分子中，按照每个不同光路，具有不同平均厚度Tm，因此与测定波长λ相应的变化的周期不同。考虑在具有该不同周期的余弦波之间被平均化，右边第2项的变动振幅最大值减少。
若对表示局部相干光的检测强度分布的(B·28)式和表示局部非相干光的检测强度分布的(B·30)式进行比较，可知通过采用本实施方式的方法，光学噪声量大幅度地减少。这里，以图13A～图13B的角度分割为例进行了说明，但并不局限于此，关于图9的全部的“合成/混合前的光路状态”，得到与上述类似的结果。
如在2.6节内的最后说明那样，由于光源内部的管球等的影响，在从全色(非单色)的光源得到的多数照射光12(或者检测光16)内，包含平均0.1～1.0％左右的光学噪声成分。在本实施方式例中，通过(B·30)式的效果，光学噪声成分量减少为平均0.5％以下(或者平均0.1％以下，最好平均0.05％以下或者平均0.02％以下)。这里，所谓光学噪声成分量，定义为将直流成分((B·30)式右边第1项的系数)设为“1”时的光学噪声成分((B·30)式右边第2项的平均振幅值)的比率。另外，第5章等中引用的图23A(c)的实验数据表示光学噪声成分大幅度地减少(满足上述数值)。
在不同光路的每一个的平均厚度Tm全部一致的情况下，由于(B·30)式与(B·28)式完全一致，因此不表现与测定波长λ的变化相应的周期性的光量变动(光学噪声)的减少效果。然而(B·30)式表示在经过不同光路的光之间，局部相干性减少并且局部非相干性增加的状态。但是，使光学噪声降低的本实施方式的方法不是绝对万能的方法，在光学系统内产生较强光干涉(例如全部的Tm一致等)的状况下，光学噪声的减少效果较弱。
此外，即使在不同光路的每一个的平均厚度Tm全部不一致的情况下，若被分割的光路数N的值较小则在(B·30)式右边的第2项产生差拍(beat)。为了说明的简单化，在N＝2的情况下进行说明。即使在T1≠T2的状况下，也存在(B·30)式右边的第2项的值为1/2的波长λ和为-1/2的波长λ的值。由于两者间的间隔(波长差)与(B·28)式的周期相比非常宽，因此若将检测/测定波长范围设定为比其窄的范围则表现出光学噪声的减少效果。但是，优选难以产生上述的差拍的光学系统的构成。
因此，在本实施方式中，最好被分割的光路数N的值为“3以上”，进一步最好为4以上、8以上、9以上。为了使该被分割的光路数N的值增加，在本实施方式例中，也可以将图9的“详细内容”栏中所述的多个项目组合来使用。
3.6节 光学特性变更部件构造上的研究
在本3.6节中对具有3.3节中说明的波面分割功能的光学特性变更部件使用时的注意点和技术的研究内容进行说明。作为例子，将厚度T的透明的半圆平行平板94-1和厚度2T的透明的半圆平行平板94-2组合(粘合)来构成光学特性变更部件。
如图15(a)那样，若在粘合层112与透明的半圆平行平板94-1或者2的界面产生光反射，则在该反射光与直行光之间产生光干涉，光学噪声增加。此外，如图15(a)那样，在透明的半圆平行平板94-1或者2与空气中的界面产生光反射，也存在产生不必要的光干涉的危险性。
进一步地，如图15(c)那样，在透明的半圆平行平板94-2的切剖面95相对于透过光110-2的光轴倾斜的情况下、切剖面的分界线97较宽的情况下，该部分成为影子并产生不必要的透过光量的损耗。此外，进一步地，若透明的半圆平行平板94-2的平行面间的平行度降低，则透明的半圆平行平板94-2通过后的透过光110-1的行进角ζ(与透过光110-2的行进方向之间所成的角)变大，混合后行进方向容易相互不一致(参照3.1节前半部分的说明内容)。
为了防止透明的平行平板114-1、2与粘合层112之间的界面处的光反射，也可以如图16A(a)那样，将两者的界面与透过光110-1、2的光轴大致平行地配置。此外，作为其他方法，在本实施方式例中，也可以将粘合层112的折射率与粘合对象的材质(即构成透明的平行平板114-1、2的玻璃材质)的折射率结合。
此外，为了防止图15(b)的透明的半圆平行平板94-1、2表背面处的光反射(由此产生的光干涉)，也可以在透明的半圆平行平板94-1、2表背设置反射防止涂层118-1～3。即，并不局限于图9的“详细内容”的“波面分割”，在全部的项目中，也在光学特性变更部件与空气(真空)的界面形成反射防止涂层118-1～3来防止光反射。其结果，具有能够防止不必要的光干涉并防止光学噪声的增加的效果。
为了防止基于使用图15(c)来说明的切剖面的分界线97、切剖面95的透过光的光量损耗，将光学特性变更部件的制造精度提高。即，将光学特性变更部件内的切剖面的分界线97的宽度设定为1mm以下(最好0.5mm以下或者0.2mm以下)。此外，在将光学特性变更部件的最大厚度设为T、将切剖面95相对于透过光110-2的光轴的倾斜角设为η时，规定制造精度以使得Ttanη的值为1mm以下(最好0.5mm以下或者0.2mm以下)。
在3.1节的开头，说明了“多个光路的通过光在规定位置被合成或者混合”。对光学特性变更部件的制造精度(例如光学特性变更部件内的平行精度等)的允许范围进行规定以使得其能够实施。
例如在图14E的实施例中，通过针孔或者狭缝130部而被合成或者混合。因此，需要仅透明的半圆平行平板94-1的通过光和也通过透明的半圆平行平板94-2的光同时通过针孔或者狭缝130内。
将构成折射率n的透明的半圆平行平板94-2的两平面间的倾斜角设为θ。并且，若将透明的平行平板通过后的光的行进方向倾斜角设为ξ，则近似地，以下关系成立
ζ≈(n-1)θ...(B·31)。
并且，将检测透镜28-2的焦距设为“F”。并且，将针孔半径/狭缝宽度W的1/2的值设为“a”。以仅通过透明的半圆平行平板94-1并聚光于针孔或者狭缝130表面的位置为基准，将也通过针孔或者狭缝130表面上的透明的半圆平行平板94-2的光聚光的位置的偏移量设为D，则能够近似为D≈Fζ。并且，该光能够通过针孔或者狭缝130内的条件为D＜a，因此对以上进行汇总，以下关系成立
【式9】
因此如满足上述的条件那样，规定光学特性变更部件的制造精度(例如光学特性变更部件内的平行精度)。
3.7节与利用了波面分割的现有技术的比较
这里对【在先技术文献】之中明确表示的【专利文献1】内所述的现有技术和本实施方式的不同进行说明。
在【专利文献1】中，如图17所示，在光纤100-1和光纤100-2中改变光路长度，通过准直透镜136来进行混合。但是，在该在先技术中，混合后的光的行进方向不一致。即由于在准直透镜136的前侧焦点面配置光纤100-1、2的出口，因此通过准直透镜136而平行的光的行进方向相互不同为α、β。其结果，在准直透镜136通过后的光行进方向α和β，等相位面(波面)相互倾斜，不能进行精度高的光合成或者光混合。因此，局部相干性的减少效果变得不充分。
进一步地，如图8A或者图10(b)所示，在本实施方式中，在使合成光(混合光)78的光行进方向(不取决于合成/混合前的光路)全部一致后，向对象体10进行照射。取决于此，在如图1C、图7那样将收束光向对象体10照射的情况下，全部的光能够高效地照射到对象体内的特定区域α内。这样，例如图14D、图14E那样，关于针对微小的光散射体66内的局部特定区域的测定、观测，特别具有能够确保高信号检测精度、成像的高精度、分光特性测定精度的效果。
3.8节 具有光波导功能的光学特性变更部件
对使用了记载为图9的“光合成/混合方法”栏内使用的光学元件的“波导元件(光纤/光波导)”的本实施方式例进行说明。在本实施方式例中，通过使波导元件的长度比规定距离长，按照每个通过波导元件内的光的光路，改变光路长度来降低局部相干性。另外，每个通过波导元件内的光的光路的光路长度也可以比通过(B·6)式或者(B·12)式而被赋予的相干距离长。即上述的规定距离也可以相当于相干距离。
通过NA(严格来说在真空中(空气中)通过NA＝sinε来表示)来规定从光纤100-2的入口进入到内部的最大入射角ε的范围。在ε的值充分小时，NA≈ε。此外，通过ξ来表示此时的光纤100-2的核心区域142内的入射角。若通过n来表示光纤100-2的核心区域142内的折射率，则根据斯内尔的法则，g≈n×ξ的近似成立。
对通过在光纤100-2的核心区域142内的中心部中直进的光路的光、和通过也通过核心区域142和包覆层144的界面附近的光路的光之间产生的光路差δ的值进行概算。
也通过核心区域142和包覆层144的界面附近的光路如图18(a)所示，描绘为曲线。为了计算的简单化，将该曲线近似为直线。即核心区域142的光路直进，视为在核心区域142和包覆层144的界面附近全反射的光路。
该光路与核心区域142内的中心部中直进的光路之间的光纤100-2的每单位长度的光路长度差δ＊为
δ＊≈{(1/coSξ)-1}n...(B·33)，
因此将光纤100-2的全长设为L时光纤100-2通过后的光路长度差的合计值δ＝Lδ＊比通过(B·6)式或者(B·12)式而被赋予的相干距离lCL长的条件根据图18，通过下述式而被赋予
【式10】
若光纤100-2的全长L比满足该(B·34)式的长度长，则光纤100-2内通过光的局部相干性降低。
上述的(B·34)式不是限定于光纤100-2而成立的条件式，而能够应用于所有波导元件(例如在基板上形成(集成配置)的光波导等)。
3.9节 来自不同区域的放出光的合成/混合方法
进行使用了图9内的“不同发光区域”的本实施方式例的说明。在该情况下也基本上，遵循3.1节中说明的基本原理。即，在本实施方式例中，将从到对象体10内的特定区域(或者测定点)γ的相互光路长度之差δ比通过(B·6)式或者(B·12)式而被赋予的相干距离lCL长的多个发光区域(例如图2A的钨丝50附近的α区域和β区域)产生的光混合并向对象体10照射。或者也可以在经过对象体10后的检测光16(通过图8B或者图10的光检测器80而被检测的光)中，包含从上述α区域和β区域产生的光的合成光或者混合光。
在本3.9节中，使用图19A和图19B来对将图8A中已经说明的内容应用于“不同发光区域”(图9)的基本实施方式方法进行概述。然后，使用图20～图21C以及图24A和图24B来对其具体的实施方式例进行说明。
另外，在3.9节中，作为不同发光区域例，通过使用了钨丝50的发光源70来进行说明。但是，并不局限于此，也可以使具有从较宽区域同时发光的特性的全部发光源70适合于说明内容。此外，这里，使用具有不同发光区域的“相同发光源70”的例子来进行说明。但是，并不局限于此，不同发光区域也可以跨不同发光源而被分散配置。即，在本实施方式例中，也可以将从不同多个发光源放出的光混合来用作为照射光(第1光)12(图1A～图1C)。并且，在该情况下，在图1A～图1C的光源部2的内部内置多个不同发光源。此外，在这种情况下，在光合成(混合)部102(图8A(a))中，如3.1节中说明那样，也最好从不同多个发光区域放出的光的行进方向(或者电场的振动面方向)几乎一致。
图19A表示将图8A(b)中已经说明的内容用于“不同发光区域”(图9)的基本的实施方式方法。在图19A(a)中，在发光源70(钨丝50)与对象体10之间配置相当于光学特性变更部件的一种的光路变更元件210。另一方面，在图19A(a)中不存在，从发光源70(钨丝50)放出的光向直接对象体10照射。
在图19A(a)和(b)中，相当于对象体内特定区域200的α区域均为光合成/混合场所。这里，并不是从发光源70(钨丝50)放出的全部的光通过对象体10内的α区域。仅从发光源70(钨丝50)放出的光的一部分通过α区域，通过检测部6仅选择地提取通过该α区域的光。并且，该α区域对应于图9的“合成/混合场所”栏内的“对象体10内特定区域200”或者“(包含向检测面86等的成像)”，但详细使用图20来进行叙述。
若从相同发光源70内的多个发光区域达到相当于对象体内特定区域200的α点的光路长度间之差δ1、δ2比通过(B·6)式或者(B·12)式而被赋予的相干距离lCL长，则从各发光区域放出的光之间的局部相干性降低。
根据图19A(a)中的几何学的配置的理由，发光源70(钨丝50)与对象体10之间的距离越远离，各自的光路长度差δ1、δ2的值越小。相反地，若发光源70(钨丝50)与对象体10之间的距离越缩短，则各自的光路长度差δ1、δ2的值缩小到发光源70(钨丝50)上的发光区域间的距离。
因此在相同发光源70上的发光区域间的距离比通过(B·6)式或者(B·12)式而被赋予的相干距离lCL长的情况下，不依赖于发光源70(钨丝50)与对象体10之间的距离地，局部相干性一直降低。因此，在本实施方式例中，也可以将发光源70中的广域发光区域的宽度(长度)设定为比通过(B·6)式或者(B·12)式而被给予的相干距离lCL长。
特别是在使用钨丝50来作为发光源70的情况下，在纵向和横向，发光区域的宽度不同。在该情况(在发光源70的方向上广域的发光区域的宽度(长度)不同的情况)下，也可以使发光源70内的发光区域的宽度最宽的部分处的长度比相干距离lCL长。
然而，在发光源70与对象体10间的距离充分短、发光源70内的发光区域的最广宽度与相干距离lCL相同的情况下，仅在从发光源70内两端部的发光区域放出的光之间能够得到局部非相干性。在该情况下，在从发光源70内中央部附近的发光区域放出的光之间，保证局部相干性。
若相互的光路长度差δ比相干距离lCL长的光路数N的值最好较大，则在3.1节内的前半部(或者3.5节)中已经进行说明。因此在光学噪声减少效果的观点，发光源70内的发光区域的宽度最好更宽。因此，作为不取决于发光源70与对象体10间的距离地能够一直发挥光学噪声减少效果的条件，最好发光源70内的发光区域的宽度最宽的部分处的长度比N×lCL宽。这里，上述的N的值最好为“2以上”，进一步最好为3以上、4以上、8以上。
此外，若换种说法，则也可以将光学系统配置为从比发光源70内的N×lCL宽的广域发光区域放出的光向对象体10照射。此外，并不仅限于此，也可以将光学系统配置为从比发光源70内的N×lCL宽的广域发光区域放出的光经由对象体10而达到检测部4、6内的光检测器80(图8B或者图10(c))。
在3.1节内进行了光学特性变更部件能够发挥的两种功能的说明。图19A(b)中使用的光路变更元件(光学特性变更部件)210使从发光源70放出的光的光路(主要行进方向)变更来进行“(A)改变/控制每个光路的光路长度”。
即针对从发光源70(钨丝50)上的多个不同发光区域放出的光，通过光路变更元件(光学特性变更部件)210来使行进方向(光路)变更。
作为上述光路变更元件(光学特性变更部件)210，也可以使用图9的“光合成/混合方法”栏内记载的光相位变换元件、衍射相关元件。由此，上述光路变更元件(光学特性变更部件)210的通过光被发散。并且，该被发散的光的一部分达到对象体内特定区域(光合成/混合场所)200的对象体10内α区域。
上面叙述了从相同发光源70内的多个发光区域到对象体10内α点的光路长度间之差δ1、δ2随着发光源70与对象体10间的距离缩小而变大。但是，由于发光源70(钨丝50)产生大量的热、振动(放热用风扇的旋转振动等)，因此发光源70与对象体10间的距离难以较短配置。作为其对策，将光路变更元件(光学特性变更部件)210配置于发光源70(钨丝50)与对象体10之间。并且，通过接近对象体10，产生容易增大来自发光源70内的多个发光区域的光路长度间之差δ1、δ2并减少局部相干性的效果。
实际上，从发光源70内的各发光区域放出发散光。但是，如后面所述，作为对象体10内的特定区域200与光合成/混合场所一致的光的光路，考虑来自发光源70内的各发光区域的大致平行光到达光路变更元件(光学特性变更部件)210的情况。在该情况下，与图19A(a)的说明同样地，若发光源70中的广域发光区域的宽度(长度)比相干距离lCL长则合成光的局部相干性容易降低。
此外，与图19A(a)同样地，在图19A(b)中也最好发光源70内的发光区域的宽度最宽的部分的长度比N×lCL宽(N的值也可以为“2以上”、3以上、8以上)。并且，在图19A(b)的方法中，也可以将光学系统配置为从比发光源70内的N×lCL宽的广域发光区域放出的光向对象体10照射。进一步地，也可以将光学系统配置为从发光源70内的比N×lCL宽的广域发光区域放出的光经由对象体10而达到检测部4、6内的光检测器80(图8B或者图10(c))。这里，这些条件并不局限于图19A，也可以应用于图19B(a)以及图19B(b)。
图19A(a)和(b)所示的方法通过在检测部4、6内选择地仅提取通过对象体10内的α区域的光，来将对象体内特定区域200设定为光合成/混合场所。与此相比，图19B(a)和(b)的方法在光源部2内部设置光合成(混合)部102来生成合成光(混合光)78。在该情况下，使从发光源70内的多个不同发光区域到光合成(混合)部102的光路长度间之差δ1、δ2比相干距离lCL长，使相互的局部相干性减少。
并且，图19B表示将图8A(a)中已经说明的内容应用于“不同发光区域”(图9)的基本实施方式方法。
在图19B(a)中，从发光源70内的多个不同发光区域放出的光达到直接光合成(混合)部102。另一方面，在图19B(b)中，将与图19A(b)相同的光路变换元件(光学特性变更部件)210配置于发光源70与光合成(混合)部102之间。
图20中表示将图19A(a)和(b)中的对象体内特定区域200的α区域设定为光合成/混合场所的具体实施方式例。这里，图20(a)对应于图19A(a)，图20(b)对应于图19A(b)。并且，图20(a)和(b)中对象体10内的α区域均相当于图9的“合成/混合场所”栏内的“对象体10内特定区域200”。
在检测部6内设置分光器22和监视照相机24，通过这些来对从对象体10得到的检测光(第2光)16进行检测，对对象体10的内部进行测定。这里，监视照相机24内的摄像面(检测面)86(参照图14D)的位置和分光器22内的针孔或者狭缝130(参照图14E)位置与对象体10内的α区域(α点)和成像(共焦点)有关系。因此，监视照相机24和分光器22选择地提取从对象体10内的α区域(α点)得到的信号。这样配置检测面对应于图9的“合成/混合场所”栏内的“(包含向检测面86等的成像)”。
另一方面，从发光源70内的多个不同发光区域放出的光(图20(a))或者光路变换元件(光学特性变换部件)210通过后的光作为发散光而变宽。并且，从发光源70内的多个不同的全部发光区域放出的光的一部分通过对象体10内的α区域。因此利用检测部6内的成像光学系统，从发光源70内的多个不同发光区域放出的光实质在对象体10内的α区域(α点)内被合成/混合。
在图20中，在信号检测中使用监视照相机24和分光器22。但是，并不局限于此，在本实施方式中，也可以将任意的信号检测单元(广义的光检测器80)配置于成像位置(共焦位置)。
图21A中表示与图19B(a)和(b)有关的具体实施方式例。这里，图21A(a)对应于图19B(a)，图21A(b)对应于图19B(b)。作为光检测器80的一个例子，在图21A中，使用分光器22。但是，并不局限于此，作为对从对象体10得到的信号进行检测的单元，也可以使用具有任意功能的光检测器80。
在图21A(a)中，准直透镜26实现了图19B(a)的光合成(混合)部102的功能的一部分。即从发光源70内的多个发光区域(α、β、γ的各区域)放出的发散光在准直透镜26上被部分合成(混合)。
但是，准直透镜26通过后的等相位面(波面)的发光区域按照每个α、β、γ而处于相互倾斜的关系(光的行进方向不一致)。因此，在该状态下，与图17同样地，不是被完全合成(混合)的状态。
上述准直透镜26通过后的光在对象体10内部发生多重散射并被发散。在检测部6中通过检测透镜28与针孔或者狭缝130的组合，在经由对象体10的检测光16之中仅提取并检测“相互行进方向一致”的平行光。因此在图21A(a)所示的实施方式例中，通过准直透镜26与对象体10(内部的多重散射)的组合(严格来说包含检测部6的组合)，构成光合成(混合)部102。
作为图19B(b)的光特性变更部件的一种即光路变更元件210，在图21A(b)中，使用相位变换元件212(具体而言调解器、随机移相器、滑沙面等)，进一步使从发光源70内的α、β、γ的各发光区域放出的光的行进方向发散(将光的行进方向变更为进一步扩宽的方向)。其结果，在准直透镜26通过后的平行光之中包含从α、β、γ的各发光区域放出的光(在平行光内，从α、β、γ的各发光区域放出的通过不同光路的光的行进方向一致)。
并且，与图21A(a)同样地，在图21A(b)中，也通过检测部6内的检测透镜28与针孔或者狭缝130的组合，仅选择性地检测经由对象体10的光的平行光成分。
因此在图21A(b)中，准直透镜(严格来说包含检测部6的组合)相当于图19B(b)的光合成(混合)部102。
在图21A(b)中，在准直透镜26通过后的照射光12内，也大量包含非平行的成分。作为使向对象体10照射的合成光(混合光)78的行进方向一致来进一步提高局部非相干性的具体方法，也可以在准直透镜26与对象体10之间配置光束扩展器，在其中途的聚光部配置针孔。
图21B中表示使用相位变换元件212的其他实施方式例来作为实现光学特性变更部件的功能内的“(A)改变/控制多个光路的每个光路长度”功能的光路变更元件210的实现单元。在钨·卤素灯、氙气灯等的全色光源中，卤素系气体(碘或者溴化合物)、氙气被密封到管球内。并且，在该管球214的内壁或者外壁形成微小的凹凸形状来使其具有相位变换特性。其结果，从发光源70(例如钨丝50)上的多个不同发光区域放出的光路被变更，多个光路的每个的光路长度被变更/控制。
进一步地，使用背面镜82来将通过不同光路的光合成(混合)。如图21B那样，若使用在内壁或者外壁具有相位变换特性的管球(和背面镜82)，则具有能够非常低价地生成使局部相干性减少的光的效果。此外，并不局限于此，也可以将图9的“光合成/混合方法”栏内记载的光相位变换元件、衍射相关元件配置于管球214的附近。
此外，由于由背面镜82反射的光为平行光，因此虽未图示但也可以在平行光的光路中途配置具有12A～图13C的波面分割功能的光学特性变更部件。此外，并不局限于此，也可以在该光学特性变更部件的后方，配置图14A所示的聚光透镜98和光纤100所构成的光合成(混合)部102-1。进一步地，作为此时使用的光纤100，也可以使用图21C中使用的捆绑形光纤300。
使用图21C来对与图19B(b)的光路变更元件(光学特性变更部件)210有关的其他实施方式例进行说明。成像透镜215和准直透镜26以及捆绑形光纤群300(光纤100)的组合对应于该光路变更元件(光学特性变更部件)210。
特别是捆绑形光纤群300(光纤100)具有能够将来自涉及发光源70上的非常广的范围的发光区域(α、β、γ的各区域(各点))的放出光聚集并向对象体10照射的功能。进一步地，也发挥在捆绑形光纤群300(光纤100)的出入口之间遮挡从发光源70的钨丝50产生的热和来自冷却用风扇的振动的影响的效果。
从发光源70上的不同的发光区域(α、β、γ的各区域(各点))放出的发散光通过成像透镜216，使其成像在捆绑形光纤群300(光纤100)的入射面上。这里，若通过“D”来表示捆绑形光纤群300(光纤100)的光入射区域的宽度，通过“M”来表示成像透镜216的成像倍率，则作为发光源70上的广域发光区域的宽度在D/M的范围内发光的光能够通过捆绑形光纤群300(光纤100)内。这里，最好满足下式
D/M＞N·lCL...(B·35)
(lCL通过(B·6)式或者(B·12)式而被赋予，N为1以上的正数(其中，最好N为2以上或者4以上、8以上))。特别是由于若使用捆绑形光纤群300(光纤100)则能够增大“D”的值，因此能够较大取N。其结果，能够较大减少捆绑形光纤群300(光纤100)通过光之间的局部相干性(局部非相干性大幅度增加)。
从发光源70上的α、β、γ的各区域(各点)放出的光在捆绑形光纤群300(光纤100)的光入射区域内的ε、ζ、η的各点成像。由于捆绑形光纤群300(光纤100)将入射的光保持原样地输送，因此各个光从光射出区域内的ε、ζ、η的各点放出。
从捆绑形光纤群300(光纤100)的光射出区域内的ε、ζ、η的各点放出的各个光在准直透镜26通过后成为平行光，但该平行光的行进方向相互偏移(平行光的等相位面(波面)相互倾斜)。
为了使从捆绑形光纤群300(光纤100)的光射出区域内的ε、ζ、η的各点放出的光的行进方向一致，作为光学特性变更部件，使用相位变换元件212。这里，作为使用的光学特性变更部件，发挥3.1节内说明的中相当于“(B)将多个光路合成(混合)”的功能。此外，该相位变换元件(光学特性变更部件)212对应于图19B(b)的光合成(混合)部102。
由于该相位变换元件(光学特性变更部件)212使透过光发散(在使平行光透过的情况下变换为发散光)，因此在向对象体10照射的照射光12内大量包含非平行光成分。对此，通过检测透镜28与针孔或者狭缝130的组合，仅选择地提取经过对象体10后的平行光成分来进行信号检测。因此在图21C中严格来说，通过相位变换元件(光学特性变更部件)212以及检测透镜28和针孔或者狭缝130的组合来构成光合成(混合)部102。
图20到图20C表示图19A和图19B的具体实施方式例的一部分。但是，并不局限于上述的具体实施方式例，也可以使用实现图19A或者图19B的其他所有具体的方法。即在3.1节中说明了包含下述功能来作为光学特性变更部件能够具有的功能
(A)按照多个光路的每一个来改变/控制光路长度的功能(相当于后述的图10的“光路长度变化76”的功能)、
(B)在规定位置使多个光路合成(或者混合)的功能。
也可以将该实现“(B)多个光路的合成(或者混合)”的所有光学特性变更部件的形态用作为图19B的光合成(混合)部102。此外，也可以将实现上述“(A)改变/控制多个光路的每个的光路长度”的所有光学特性变更部件的形态用作为图19A(b)或者图19B(b)的光路变更元件(光学特性变更部件)210。进一步地，作为该光学特性变更部件，也可以使用图9的“光合成/混合方法”栏内记载的所有光学元件或者其组合。
在图20(b)、图21A(b)或者图21B/C中，为了改变光的光路(行进方向)而使用相位变换元件212、214。但是，并不是通过具有任意的特性的光相位变换元件212、214，就能够一直高效地减少局部相干性。图22中表示为了测定光相位变换元件212的特性和局部相干性的减少效果而使用的实验系统。此外，图22的光学系统也相当于本实施方式的其他应用例。
在实验中，作为图9的“合成/混合前的光路状态”，将“不同发光区域”、“不同光放出方向”、“波面分割”这3种项目组合。
这里，背面镜82的曲率半径19mm、准直透镜26与聚光透镜98的焦距都设为25.4mm(成像倍率M＝1)。此外，准直透镜26与聚光透镜98、扩张透镜218、检测透镜28的开口部的平行光束直径全部与25mm一致。
此外，捆绑形光纤群300(光纤100)的光入射区域的宽度D设为5mm。其结果，(B·35)式的左边的值为5mm。这里使用的螺旋状钨丝50的长度具有5mm左右，能够将来自发光源70的宽发光区域的几乎全部区域的放出光向对象体10照射。此外，将捆绑形光纤群300(光纤100)的长度设为2m，在捆绑形光纤群300(光纤100)的出入口间遮挡来自从发光源70的钨丝50产生的热和冷却用风扇的振动的影响。
在透明的半圆平行平板94-1、2的组合以及透明的半圆平行平板94-3、4的组合中，使用2组图13B(a)所示的分别45度行进角度分割的光学特性变更部件。另外，为了增加被分割的光路数，在两者间以使其相互旋转22.5度的角度进行设置。这里图13B(a)所示“t”的值设为1mm，使用通常被称为BK-7的光学玻璃。此外，透明的半圆平行平板94-1和2间的粘合以及透明的半圆平行平板94-3和4间的粘合，使用与BK-7相同的折射率的粘合剂。
此外，扩张透镜218和检测透镜28的焦距设定为50mm和250mm。此外，光相位变换元件(光学特性变更部件)212通过后光被发散(成为发散光)。但是利用检测透镜28与针孔或者狭缝130的组合，仅提取并检测透过对象体10后的平行光成分。
另外，作为对象体10，使用在可见区域能够透明观察的厚度30μm的聚乙烯薄膜。对象体10的聚乙烯薄膜对于近红外光也不是混浊状态。因此考虑利用检测透镜28与针孔或者狭缝130的组合，实际仅选择性提取并检测入射到对象体10的平行光(从α区域以及β区域、γ区域放出，以行进方向一致的形态入射到对象体的光)的成分。
而且相位变换元件(光学特性变更部件)212的单面设为砂粒粒径的不同的滑沙面(Sand Treatment Plate)。此外，对相位变换元件(光学特性变更部件)212的另一个平面部，实施反射防止涂层。
图23A表示将对象体10插入前的检测光量均匀地归一化为100％时的对象体10插入前的检测光量比(透过率)的测定波长依赖性。此外，对相位变换元件(光学特性变更部件)212的滑沙面生成中使用的砂粒粒径改变时的测定结果的变化进行调查。图23A(a)使用#1200的砂粒(平均的面粗糙度Ra(Average Value of Roughness)为0.35μm)。此外，图23A(b)使用#800的砂粒(平均的面粗糙度Ra为0.48μm)，图23A(c)使用#400的砂粒(平均的面粗糙度Ra为1.2μm)。
波长1.213μm下的透过率与波长1.360μm下的透过率之差值随着从图23A(a)到图23A(c)而变大。但是图23A(a)和图23A(b)中的变化较少(若成为图23A(c)，则出现较大的效果)。
另一方面，波长1.213μm下的实测最小值与根据将其周边连结的包络线而推断的(相同波长位置处的)插补值之间的光透过率之差在图23A的(a)、(b)、(c)中都几乎为“0.5％”的同程度。
在图23A中，通过相对的透过率的变化来表示，但通过吸光度变化来表示的是图23B。这里，所谓吸光度，是指通过常用对数来表示上述透过率的倒数的值。根据图23B可知波长1.213μm下的吸光最大值与其周边的差表示不依据于砂粒粒径地几乎类似的值。另一方面，图23B的整体的基线的高度在砂粒粒径中较大变化。上述的波长1.213μm下的吸光最大值与整体的基线的产生原因在第5章中详细叙述。
在图23B的吸光度特性中，基线的高度较低的分光特性(吸光特性)的测定精度提高。因此#400(平均的面粗糙度Ra为1.2μm)中的测定精度最高。另一方面，#800(平均的面粗糙度Ra为0.48μm)与#1200(平均的面粗糙度Ra为0.35μm)间的测定精度稍微变化。
上述的平均的面粗糙度Ra表示滑沙面上的微小的机械性凹凸的平均量。因此滑沙面透过后产生的相位差的平均量δ通过将“Ra”的值代入到(B·13)式的“d”的位置来求取。波长1.213μm下的BK-7的折射率n约设为1.5，则Ra＝1.2μm时，成为δ＝0.6μm。该值为波长1.213μm的大致一半的值。同样地，Ra＝0.48μm所对应的相位差的平均值为1/5，Ra＝0.35μm所对应的相位差的平均值为1/7。
因此在本实施方式例中，在使用相位变换元件(光学特性变更部件)212的情况下，由此产生的相位差的平均值为使用波长的1/6以上(最好1/5以上，或者1/4以上)，则可以说产生效果。
在【专利文献1】中也记载着为了使光学噪声减少而使用衍射光栅、发散板的例子。但是在【专利文献1】中，关于为了实际发挥效果所需的光相位变换元件、衍射相关元件的性能，均未公开。此外，与检测部6内的光学特性/光学配置的相关性也未公开。
由于从发光源70内的分离的宽发光区域(发光点)放出的光的光路间的光路长度差变大，因此最好“将从发光源70内的宽发光区域(发光点)放出的光照射到对象体10或者通过光检测器80来检测”，在本3.9节的前半部进行了说明。图24A和图24B中表示实现其方法的实施方式的应用例。
图24A将从发光源70内的(从发光点β到γ)宽发光区域放出的照射光12通过成像倍率M的成像透镜来使发光区域缩小并使其通过光纤100的入射区域内。而且通过光纤100的射出区域的照射光12通过准直透镜26而被变换为平行光，并照射到对象体10。
但是并不局限于此，也可以通过准直透镜26来使其聚光(对光纤100的射出区域成像)于对象体10内的局部区域。此外，在图24A中，虽然描绘为仅1根光纤100，但并不局限于此，也可以是捆绑形光纤群。
进一步地，在图24A中，虽然仅由1片的成像透镜216构成成像系统并不局限于此，也可以由多片的透镜构成成像系统。作为其具体的一个例子，图22中表示，也可以由准直透镜26和聚光透镜98构成成像系统。进一步地，如3.4节内的最后的位置中说明的那样，也可以配置针对通过准直透镜26和聚光透镜98而形成的平行状态(平行光束)的照射光具有波面分割功能(或者除此以外的功能)的光学特性变更部件。作为该光学特性变更部件的一个例子，在图22中，表示透明的半圆平行平板94-1和2的组合的例子。
图24A的成像透镜216实现作为光学特性变更部件的“(A)改变/控制多个光路的每一个的光路长度”的功能。因此该成像透镜216包含于图19B(b)中说明的光路变换元件210的一种。
另一方面，图24A的光纤100实现作为光学特性变更部件的“(B)将多个光路合成(或者混合)”的功能。此外，在图24B中，光纤100也发挥相同的功能。因此该光纤100对应于图19B(b)中说明的光合成(混合)部102。
如图24A中记载那样，将光纤100的入射区域的核心直径表示为“ΔD”。此外，将成像透镜216的成像倍率(横向倍率)设为“M”。在这种情况下，若满足将(B·35)式内的D置换为ΔD的条件，则光纤100内的合成光(混合光)78(图10(b))表示局部非相干性。
进一步地，从其它的观点出发，研究入射到光纤100内的光之间的光路长度差δ。首先，在成像透镜216的光轴上配置发光源70上的α点(α区域)。接下来，考虑在从发光源70上的β点(β区域)放出后通过成像透镜216的中心点、并到达光纤100的入射区域内端部(核心区域与包覆层的边界位置)的光路。将该光路与成像透镜216的光轴的角度表示为η。此外，将从发光源70到光纤100的入射区域的距离表示为“SF”。
发光源70上的α点(α区域)与β点(β区域)间的距离为ΔD/(2M)，因此在η充分小时，近似为
【式11】
另一方面，从α点(α区域)到光纤100的入射区域、与从β点(β区域)到光纤100的入射区域的光路长度差δ通过下式而被赋予
【式12】
因此在光纤100内混合并且局部相干性减少(局部非相干性增加)的条件为，
【式13】
(N为1以上的正数)。
此外，上述的相干距离lCL通过(B·6)式或者(B·12)式而被赋予。这里若对(B·38)式的左边，应用与(B·24)式相同的近似式，则变形为
【式14】
观察(B·39)的近似式，可知光纤100的入射区域的核心直径ΔD相对于成像透镜216的成像倍率(横向倍率)M的比成为重要的要因。即最好使成像透镜216的成像倍率(横向倍率)M极力小，并且使光纤100的入射区域的核心直径ΔD极力大。进一步地，从发光源70到光纤100的入射区域的距离SF最好较短。
即在图24A的光学配置中，若设定为满足(B·38)式或者(B·39)式，则能够减少(例如由于发光源70内部的管球等的影响而产生的)光学噪声。另外，上述的成像倍率M并不局限于使用一个成像透镜216的情况，也可以任意的成像光学系统(共焦点光学系统)形成时的成像倍率(横向倍率)被用于上述的式子。
作为实现光学特性变更部件所担负的“(B)多个光路的合成(或者混合)”的功能的单元，在图21A(b)或者图21C、图22中使用相位变换元件212。但是在该方法中，在检测部4、6内利用于信号检测的光的效率较低。与此相比，通过使用图24A(或者图24B)的成像光学系统(共焦点光学系统)与光纤100的组合，具有如下效果：不仅能够将局部非相干性的光高效地向对象体10照射，而且能够高效地导向检测部4、6内的光检测器80(通过光检测器80来进行信号检测)。
能够从上述光纤100的入射区域入射到光纤100内的光的入射角度范围由NA值表示。被出售的多数光纤100的NA值例如为0.22等较小的值。为此，若使其满足(B·38)式或者(B·39)式，则仅从发光源70放出的中的一部分的照射光12通过成像透镜216。图24B中表示对此进行改进来对照射光12提高利用效率，并且减小(B·38)式或者(B·39)式内的SF的值的方法。
在图24B所示的本实施方式应用例中，在光纤100的入射区域(或者其附近)配置光路变换元件210，提高能够入射到光纤100内的光的实际NA值。作为该光路变换元件210的具体的一个例子，也可以使用微凹透镜230。但是并不局限于此，作为光路变换元件210，也可以使用具有扩展能够入射到光纤100内的光的入射角度范围的功能的所有光学元件。
此外，同时实现以下两个功能：在接近于发光源70的位置配置凹透镜或者柱面透镜凹透镜240，减少从发光源70到微凹透镜230(光路变换元件210)的成像系统的成像倍率M的功能；和减小两者间的机械性距离SF的值的功能。
在图24B中在发光源70与光纤100之间配置准直透镜26和聚光透镜98，在两者间将照射光12设为平行的状态。但是并不局限于此，也可以在发光源70与光纤100之间仅配置1片的成像透镜216，在光路中途配置凹透镜或者柱面透镜凹透镜240。
在使用钨丝50等长边方向和短边方向上的发光区域的宽度较大不同的发光源70的情况下，也可以配置柱面透镜凹透镜240等，使发光区域的长边方向和短边方向上的成像倍率M变化。
在图24B的光学配置中，在光纤100的入射区域附近产生像散。这里，在从发光源70上的α点放出的光的光纤100的入射区域附近，将针对发光区域的长边方向和短边方向的聚光位置在光轴上偏移的现象称为该像散。但是若将成像倍率M设定为小于“1”，则能够较小设定该偏移量。其结果，能够在光纤100的入射区域附近不依赖于像散地在光纤100内的核心区域142内感应很多光。
作为使发光区域的长边方向和短边方向上的成像倍率M变化的其他方法，也可以取代在发光源70与准直透镜26之间配置柱面透镜凹透镜240，而在准直透镜26与聚光透镜98之间照射光12成为平行状态的场所配置2片的柱面透镜凹透镜并形成光束扩展器。
此外，在图24B中，将具有波面分割功能的光学特性变更部件即透明的半圆平行平板94-1、2配置于成为平行状态的照射光12的光路中途，间少照射光12的局部相干性(增加局部非相干性)。但是并不局限于此，也可以将图9的“光合成/混合方法”栏内记载的所有光学特性变更部件(和其组合)配置于光路中途。
作为图1A(或者图1B、图1C)的光源部2内构造，也可以如图24B(或者图24A、图24C)那样构成。存在发光源70中发热并在其冷却用中使用风扇来成为震动源的情况。若如上述那样在对象体10与发光源70之间配置光纤100，则具有保护对象体10不受热、振动的影响的效果。
作为在图24B所示的成像(共焦点)光学系统中的钨丝50的长边方向和短边方向上使成像倍率M变化的其他方法，也可以取代使用图24A的球面透镜，而使用非球面透镜，或者将棱镜220、双凸透镜222配置于光路中途。
即在图24C中，(a)和(b)中都在光合成(混合)部102中使用光纤100。并且，作为光路变换元件210，在图24C(a)中，将成像透镜216和棱镜220组合。此外，作为其他实施方式应用例，在图24C(b)中，对光路变换元件210使用成像透镜216和双凸透镜222的组合。
3.10节与来自不同区域的放出光的合成/混合有关的应用例
3.9节中说明了在将从同一发光源70内的不同区域放出的光混合(或合成)的情况下，使不同光路间的光路长变化的方法。依据此，能够降低混合(合成)后的光的局部相干性(增加局部非相干性)。在本节中，对此技术进行发展，对“扩大不同光路间的光路长差”的方法和更“高效的混合(合成)”的方法进行说明。
图21C和图22的捆绑形光纤群300(光纤100)的入口都对应于针对发光源70(钨·灯丝50)的成像位置。作为该成像光学系统的形成方法、在图21C中仅使用1个光路变更元件210(成像透镜216)。与此相比，在图22中，使用空间上配置于不同位置的多个光路变更元件(准直透镜26和聚光透镜98)的组合来形成成像光学系统。通过由单一的光路变更元件210(图21C的成像透镜216)构成成像光学系统，使用空间上配置于不同位置的多个光路变更元件(图22的准直透镜26和聚光透镜98)的组合更能够放大“不同光路间的光路长差”。其结果，将空间上配置于不同位置的多个光路变更元件组合来构成成像光学系统，具有“进一步降低局部相干性”的效果。下述对其基本原理进行说明。
图51表示使发光源70(钨灯丝50)的发光像在光纤100(光合成(混合)部102)的入口成像的成像光学系统。这里，图51(a)仅由一个成像透镜216(光路变换元件210)构成成像光学系统。另一方面，图51(b)通过空间上配置于不同位置的多个光路变更元件(准直透镜26和聚光透镜98)的组合来构成成像光学系统。
通过多个光路变更元件(准直透镜26和聚光透镜98)之间的照射光12的状态可以基本为扩散光状态也可以为集束光状态。例如图22、图24B所示，考虑将对照射光12(的光剖面)进行波面分割并按照每个被分割的光路来使光路长变化的光学特性变更部件插入到多个光路变更元件(准直透镜26和聚光透镜98)之间的光学系统。并且，该光学特性变更部件由透明的平行平板94-1～4的组合构成，对图22、图24B的例子进行研究。一般已知若在成像光学系统内的扩散光的光路中途或集束光的光路中途配置平行平板94-1～4，则在成像光学系统内产生像差(aberration)。因此通过多个光路变更元件(准直透镜26和聚光透镜98)之间的照射光12最好为平行光状态。这样利用平行光状态，则产生针对发光源70(钨灯丝50)的像差少的正确的成像图案能够形成于光纤100(光合成(混合)部102)的入口的效果。
一般能够得到的无机材料制(例如无水石英玻璃制等)的光纤100的核心直径ΔD几乎为1.0mm以下。另一方面，钨·卤素灯内使用的钨·灯丝50的长边方向的标准长度(α点与β点之间的距离ι的2倍)为4cm，核心直径ΔD的40倍以上。因此需要将钨·灯丝50的发光像缩小1/40以下来使其成像于光纤100的入口。因此，如图51(a)那样，为了仅通过一个成像透镜216来缩小为1/40以下并使其成像，需要将成像透镜216接近配置于光纤100的入口。
将从钨·灯丝50到光纤100的入口的距离表示为SF。并且，将成像透镜216的光轴延长上的发光源70(钨·灯丝50)上的发光点定为α点。并且，该α点设定为与钨·灯丝50的长边方向的中点一致。考虑位于钨·灯丝50的长边方向的端面的从β点放出的照射光12通过成像透镜216的光轴中心的情况。将该照射光12与成像透镜216的光轴之间的角度表现为η。此外，将α点与β点间的距离表示为ι。
如上述那样将成像透镜216接近配置于光纤100的入口的情况下，能够近似为
并且，从β点放出的照射光12通过成像透镜216并达到光纤100的入口的光路长和来自α点的放出光达到光纤100入口的光路长的差值δ在η值充分小时，能够表示为下式的近似式
如(B·43)式所示，光路长差δ按照角度η的平方变化。但是在仅由一个成像透镜216(光路变更元件210)构成成像光学系统的情况下，不能较大设定角度η的值。
通过(B·6)式或者(B·12)式而被赋予的相干距离lCL以及自然数N(必须为“1”以上，但优选为“2”以上或“4”以上的尽量大的值)与上述的光路长差δ之间
δ≥N·lCL...(B·44)
的关系成立时，经过光合成(混合)部102(光纤100)的光的局部相干性减少(局部非相干性增加)。
但是在仅由一个成像透镜216(光路变更元件210)构成的成像光学系统中，由于角度η的值较小，因此对于充分大的N不能满足(B·44)式。其结果，局部相干性的减少效果(局部非相干性的增加效果)难以充分得到。
接下来，对通过空间上配置于不同位置的多个光路变更元件(准直透镜26和聚光透镜98)的组合来构成成像光学系统的情况(图51(b))的特性进行说明。在该情况下，被配置于前侧的光路变换元件(准直透镜26)的焦距Fc能够设定为比SF非常小的值(Fc＜＜SF)。此时的与角度η有关的关系式为
在(B·45)式中，由于能够将Fc设定充分小(Fc＜＜SF)，因此角度η变大。因此能够将较大的角度η的值代入到(B·43)式内，因此能够得到较大的光路长差δ。因此，如将空间上配置于不同位置的多个光路变更元件组合，则针对充分大的N，(B·44)式成立，因此能够得到较大的局部相干性的减少效果(局部非相干性的增加效果)。
在图51(b)中通过点划线(Alternate Long and Short Dash Line)来表示将多个光路变更元件(准直透镜26和聚光透镜98等)组合而形成的成像光学系统的光轴。将该光轴的延长线与发光源70(例如钨·灯丝70)的交点表示为α点。在距离该α点最远的位置存在的、发光源70内的发光点设为β点。此外，将α点与β点间的距离表示为ι。
分别从上述β点和α点放出后，通过被配置于前侧的光路变换元件(准直透镜26)内的光轴上的照射光12间的光路长差δc为
这里角度η满足(B·45)式。
接下来，考虑从上述β点放出并通过配置于后侧的光路变换元件(聚光透镜98)内的光轴上的照射光12。这里，将被配置于后侧的光路变换元件(聚光透镜98)的焦距由Fo表示。而且如图51(b)所示，将该光的行进方向与光轴的倾斜角度设为κ。该光通过光路变换元件(聚光透镜98)内的光轴上后，达到光纤100的入口为止的光路和通过光轴上的光路之间的光路长δo为
因此若进行光学设计以使得分别从α点和β点放出并达到光纤100的入口为止的光路长差的合计满足
δc+δo≥N·lCL...(B·48)，
则能够发挥局部相干性的减少效果(局部非相干性的增加效果)。另外，在(B·48)式中，相干距离lCL是通过(B·6)式或者(B·12)式而被赋予的。此外，自然数N的值必须为“1”以上，最好为“2”以上或“4”以上的尽量大的值。
在图51所示实施例中，作为光合成部(或光混合部)102使用光纤100。但是如上述那样，一般能够得到的无机材料制(例如无水石英玻璃制等)的光纤100的核心直径ΔD的大部分为1.0mm以下，因此需要将来自发光源70的发光图案缩小并成像。
另外，若缩小成像倍率，则产生向照射光12的光纤100的入口的入射角η大的光路。可侵入到光纤100内的核心区域142内的最大入射角η被定义为NA值(NA＝sinη)。并且，标准的光纤100的NA值较小为0.22。因此若减小向光纤100的入口的成像倍率，则经过入射角η大的光路的照射光12的一部分不能侵入到核心区域142内，产生光利用效率大幅度减少的问题。
为了解决上述的课题，如图52～图54所示，作为光合成部(或光混合部)102，也可以使用光导或导光管(Light Guide·Light Pipe)250。所谓光导(导光管)250，是图9所述的导波元件的一种，表示光能够通过内部的透明的光学元件。即从光导(导光管)的前端面(Front-end Boundary)252入射光(例如照射光12)，在侧面(Side Surface)254进行内部反射(全反射(Total Internal Reflection))并且通过内部，从光导(导光管)的后端面(Back-end Boundary)256射出。
在光导(导光管)250的入射前经过不同路径的光彼此(例如从发光源70内的不同发光点α、β放出的光之间)通过光导(导光管)250的内部，相互混合(被混合或合成)。只要是该光导(导光管)250内部的通过光(照射光12)不从侧面254漏出(全反射不被阻止)的构造，则光导(导光管)250能够取任意的形状。作为该光导(导光管)250的具体形状例，也可以取棱柱形状、圆柱形状(或者接近于角锥形、圆锥形的形状)。
光导(导光管)250内部的折射率n始终比空气中(真空中)的折射率大。因此光导(导光管)的前端面252的照射光12的入射角κ(η)被允许0度≤κ≤90度的范围内的任意的值(参照图54(a))。因此，具有向光导(导光管)250的光入射面(光导(导光管)的前端面252)通过时的光损耗少的效果。
例如垂直入射到折射率n为1.5的平面玻璃的光在入射表面产生4％程度的反射。在因此光导(导光管)的前端部252和后端部256的两方实施反射防止涂层(AR涂层(Antireflection Coatings))(将反射率控制为1％以下，最好控制为0.5％以下)，使前端部252和后端部256通过时的光损耗减少。
进一步地，若在光的合成或者混合中使用光导(导光管)250，则对(发光源70与光导(导光管)的前端面252间的)成像倍率的制约变少。其原因是，例如在透明的无机材料制(无水石英玻璃制等)使用例如立方体形状的光导(导光管)250的情况下，能够以任意的尺寸容易地制作光导(导光管)250(光导(导光管)250的尺寸任意性高)。因此，也产生中途的(使用了光路变换元件210的)成像光学系统设计的自由度提高的效果。
作为上述光导(导光管)250的具体的形状的一个例子，在图54中表示四棱柱。此外，在图52和图53中，为四棱柱的形状与“将四角锥的前端部切断并去除的形状”的中间的形状。但是并不局限于此，例如也可以是六棱柱、六角锥(的一部分)、或者三棱柱、三角锥(的一部分)。
此外，根据3.1节的最后说明的理由，最好该光导(导光管)250的材料中不使用有机材料，而使用无机材料。作为其无机材料例，举例光学玻璃、CaF2、MgF2或者LiF、KBr等。
特别是该光导(导光管)250的材料内包含的羟基的混入量满足“100ppm以下”(最好“lppm以下”)的条件的低OH材料合适。作为具体例，举例“羟基混入少地被制造管理的玻璃材料”、“无水石英玻璃”、“无水石英”等。
如图52所示，通过光路变更元件210(成像透镜216，或者准直透镜26和聚光透镜98的组合等)的作用，形成成像光学系统。另外，如图52(b)那样，在多个光路变更元件(准直透镜26和聚光透镜98)被配置于不同位置的情况下，也可以在两者间配置光学特性变更部件(图9)。作为该光学特性变更部件的功能例，也可以进行“利用了波面分割的又一光路长差生成”。具体而言，能够利用3.3节中已经说明的任意的方法。另外，作为其一个例子，在图52(b)中，在准直透镜26和聚光透镜98之间的平行光束部配置透明的半圆平行平板94-1、2。
通过上述成像光学系统的作用，针对发光源70(例如钨·灯丝50)上的发光图案的成像图案被投影在光导(导光管)的前端面252上。形成该投影像(成像图案)的光直接进入到光导(导光管)250(光合成(混合)部102)内，从光导(导光管)的后端面256放出。
在图52中被缩小的成像图案被投影(成像倍率小于1)的例子。但是并不局限于此，也可以任意的成像倍率的图案被投影到光导(导光管)的前端面252上。在该情况下，光导(导光管)的前端面252的区域尺寸最好比被投影的成像图案大。由此，侵入到光导(导光管)的前端面252内的照射光12的利用效率提高。
如图52所示在实施例中，光导(导光管)250(光合成(混合)部102)的侧面254-1、2相对于光轴微量倾斜(锥形)。其结果，光导(导光管)的后端面256的区域尺寸比前端面252的区域尺寸小。而且通过光导(导光管)250(光合成(混合)部102)内的光(照射光12)的光密度相比于前端面252，后端面256更高。
如前所述，一般的光纤100内的核心区域142的直径ΔD多为0.6mm左右。如上述那样使侧面254-1、2倾斜，将光导(导光管)的后端面256的区域尺寸设定为比其小。例如考虑使从光导(导光管)的后端面256射出的光通过光纤100内的情况。使用倾斜的侧面254-1、2来使后端面256的区域尺寸适当地变化，能够实现“光导(导光管)250与光纤100间的光学的结合时的光利用效率提高”(光接合部的大幅度的光损耗的防止)。
另外，在图52所示光导(导光管)250的例子中，侧面254-1和254-2分别为具有微量倾斜(锥形)的平面。但是并不局限于此，也可以构成光导(导光管)250的4个侧面254之中仅任意的1个侧面具有角度。进一步地，不仅如此，也可以侧面254-1、2的一部分具有曲面形状，局部具有倾斜。但是，在该情况下，如所述那样，必须通过光导(导光管)250内部的光在侧面254-1、2保持反射(全反射)的形状，或者在侧面具有254-1、2反射的构造(例如在侧面254-1、2形成光反射层等以使得光进行内部反射)。
此外，在图52的实施例中，将光导(导光管)250(光合成(混合)部102)的剖面形状设为四角形。但是并不局限于此(例如考虑与光纤100的光接合效率)，也可以将剖面形状设为圆形或椭圆形。
通过这样使用倾斜的侧面254-1、2来适当地改变前端面252与后端面256间的区域尺寸，产生容易取得产生“发光源70的发光部尺寸”与“从光合成(混合)后配置的光学系统要求的后端面256的区域尺寸”的匹配性的效果。
另外，并不局限于上述，也可以使侧面254-1、2与光轴平行(使前端面252与后端面256间的区域尺寸一致)。
在图52～图54中，省略通过光导(导光管)的后端部256后的光路的记载。如上述那样减小光导(导光管)的后端面256的区域尺寸的情况下，通过光导(导光管)的后端部256后的光处理为从“来自虚拟的点光源的扩散光”。并且，将从光导(导光管)的后端部256放出的光处理为“从图1A的光源部2放出的照射光(第1光)12”。
此外，如图24A那样，在光导(导光管)的后端部256的之后配置准直透镜26并设为大致平行光状态，如图1B(或者图21A)那样对于对象体10进行平行光照射。
进一步地，也可以如图1C那样在大致平行光的光路中途配置物镜25，以大致集束光的状态向对象体10照射。作为该大致集束光照射的例子，也可以使用图7、图14E、图20的光学系统的一部分。
即在图1A～图1C所示的光源部2内，作为光合成(混合)部102，也可以配置上述的光导(导光管)250。此外，进一步地，也可以在上述光源部2内配置光学特性变更部件的一种即光路变更元件210(在上述光合成(混合)部102的近前)，针对一部分的光路使其产生光路长变化76(图10)。此外，并不局限于此也可以在图1A～图1C所示的光源部2内配置图9所示的任意的光学特性变更部件，使其具有使用图8A、图10(a)(b)而在3.1节中说明的功能。
并不仅限于此，也可以将光导(导光管)的后端部256与光纤100光学接合，在光纤100的出口配置图24的光学系统。此外，进一步地，也可以将光导(导光管)的后端部256与捆绑形光纤群300光学接合，在捆绑形光纤群300的出口配置图21C、图22的光学系统。
在本实施方式系统中，如图14A、图14E、图16B、图18、图21A、图21C、图22、图24A、图24B、图24C的例子所示，存在在光路中途设置光纤100、针孔或狭缝130的情况。此外，并不局限于此，若由于光导(导光管)250(光合成(混合)部102)导致后端面256的区域尺寸变窄，则实质上产生与设置了针孔或狭缝130同等的光学效果。而且若将这些光学元件设置于“局部相干光”的光路中途，则可以说空间的相干性(Spatial Coherency)增加。其结果，照射光(第1光)12或检测光(第2光)16的局部相干性增加，光学杂音可能容易增加。
与此相比，如本实施方式系统那样，若在接近于发光源70的位置(来自光源部2的内部或者光源部2的射出位置附近)使照射光12通过光导(导光管)250内，则从发光源70内的不同发光点放出的光之间在光导(导光管)250内部被合成或混合。这样在接近于发光源70的位置(来自光源部2的内部或者光源部2的射出位置附近)预先使照射光12的局部相干性降低(增加局部非相干性)。这样，即使在之后的光路中途设置光纤100、针孔或狭缝130，照射光12的局部相干性也不增加(局部非相干性也不降低)。通过这样在来自光源部2的内部或者光源部2的射出位置附近配置光导(导光管)250，存在光学杂音减少的效果。
如图52所示，若在发光源70的成像位置配置光导的前端面252，则能够得到相对于来自发光源70的放出光较高的光利用效率。但是并不局限于此，也可以在发光源70的非成像位置配置光导的前端面252。作为其具体例，在图52(a)中，在发光源70与光导(导光管)250之间配置成像透镜216以外的另外光学元件(图9所述的其他光学特性变更部件等)，还可以在发光源70与光导(导光管)250之间配置一切光学元件。此外，并不局限于此，也可以形成非成像光学系统。
在图53中表示本实施方式系统中的其他应用例。如图17所示，在3.7节中说明与现有技术的不同。在图17中，由于准直透镜136通过后的光行进方向与α、β相互不一致，因此这种状态下局部相干性不会降低(局部非相干性增加)。
对此，在本应用例中，使从光纤100-1和100-2出来的两方的光通过光导(导光管)250内。两方的光在光导(导光管)250内被相互合成或混合，相互的光行进方向一致。因此在图53所示的应用例中，光导(导光管)250内进行光合成(混合)部102的作用。
到此为止的说明中，利用了光导(导光管)250所具有的光合成(混合)部102的作用。这里，使用图54，对具有光合成(混合)部102的功能的基本原理进行说明。已经说明了具有较大入射角η的入射光不能侵入到光纤100的核心区域142内。因此若在(例如照射光12)的光路中途配置光纤100，则该入口处的光量损耗成为大问题。对此，图54(a)中表示光导(导光管)的前端面252中不产生光量降低的理由。
在空气中(或真空中)以入射角(Incident Angle)κ入射的光在折射率n的透明介质内以折射角(Angle of Refraction)ξ折射。表示入射角κ与折射角ξ的关系的近似式已经通过(B·14)式进行说明。然而若不使用近似而表示准确的斯内尔(Snell)的法则，则为
sinκ＝nsinξ...(B·49)。
在(B·49)式中，需要“sinκ≤1”一直成立。而且“sinκ＝1”的折射角ξ的最大值被称为全反射角(Angle of Total Internal Reflection)。例如在“n＝1.5”时，根据(B·49)式，全反射角为“41.8度”。
在图54(a)中，在空气中(或真空中)行进的照射光12通过光导(导光管)的前端面252并侵入到光导(导光管)250的内部。从反向观察该光路。若通过光导(导光管)250内部的光相对于光导(导光管)的前端面252以角度ξ到达，则折射并成为角度κ而在空气中(或真空中)中行进。这里，若到达光导(导光管)的前端面252的角度大于“41.8度”，则该光在光导(导光管)的前端面252全反射，不从空气中(或真空中)出来。
这样在向折射体内的界面的到达角度存在制约的反面，关于空气中(或真空中)的入射光(照射光12)，没有对到达角度(入射角κ)的制约。因此在“0度≤κ≤90度”的范围内，具有任意的入射角κ的照射光12能够通过光导(导光管)的前端面252。根据精确的光学计算的结果，光导(导光管)的前端面252通过时微小的光反射所导致的光量损耗稍微产生。但是通过对光导(导光管)的前端面252实施反射防止涂层(AR涂层(Antireflection Coatings))，能够大幅度减少这里的光量损耗。因此若对光合成(混合)部102(参照图8A、图8B参照)使用光导(导光管)250，则产生能够得到光导(导光管)250通过光(照射光12)的高光利用效率的效果。
而且通过光导(导光管)250内的照射光12在光导(导光管)250内部的侧面254-1反射(全反射)。将此时的反射角(全反射角)表示为如图54(a)所示，在光导(导光管)250的侧面254-1与光导(导光管)的前端面252间正交的情况下，上述折射角ξ与反射角(全反射角)之间的关系通过下式而被付与。
相对于光导(导光管)的前端面252以任意的入射角κ进入到光导(导光管)250内的照射光12的折射角ξ如上述那样一直为“41.8度以下”。因此根据(B·50)式，角度一直为“48.2度以上”。而且度”的现象根据上述的理由，意味着“通过光导(导光管)250内的照射光12在光导(导光管)250内部的侧面254-1、2全反射，但是不产生反射时的光损耗”。换句话说，若在合成光(混合光)78的生成(参照图10)中使用光导(导光管)250，则产生光合成(混合)时的光损耗能够非常少的效果。
作为合成光(混合光)78的生成中使用的光学特性变更部件的例子，说明了衍射光栅120、124(图12A、图14C)、光纤100(图14A、图24A、图24B、图24C)、相位变换元件102-2、212(图14B、图21A(b)、图21C、图22)等的使用例。然而在光通过上述的光学特性变更部件内时，无论哪个光学特性变更部件都产生一些透过光量损耗。与这些光学特性变更部件相比，(同样属于光学特性变更部件的)光导(导光管)250的使用时的光损耗量非常少。
在图54中例示的光导(导光管)250取立方体的形状。与此不同地，图52、图53中例示的光导(导光管)250的构造中，侧面254-1、2的至少一部分具有角度。进一步地，侧面254-1、2的一部分具有曲面形状，角度量局部变化的构造也被允许。而且在该情况下，光导(导光管)的前端面252或后端面256与侧面254-1、2之间的角度与90度(场所至少能够局部存在)。
若将(至少局部的)侧面254-1、2内的角度角(Slope Angle)设为μ，则对于(B·50)式，以下关系成立。
若将折射角ξ可取的最大值(折射率n为“1.5”的时的“41.8度”)和在侧面254-1、2产生全反射的临界角(Critical Angle)即度”代入到(B·50)式，则得到“μ＝6.4度”。换句话说，为了在侧面254-1、2产生全反射，需要将侧面254-1、2的角度角μ设为“6.4度以下”。
若也考虑依据光导(导光管)250的制造时的前端面252、后端面256的角度误差、照射光12的波长变化的折射率n的变化，则光导(导光管)的侧面254-1、2的角度角μ最好设定为“6度以下”(最好“5度以下”)。
作为上述计算的前提，假定“光导(导光管)的侧面254-1、2的表面在空气中(真空中)露出的状态”。但是在本实施方式例中，并不局限于上述条件，也可以将光导(导光管)的侧面254-1、2的角度角μ设为例如“5度以上”。在该情况情况下由于“侧面254-1、2的全反射条件”崩塌，因此也可以取而代之地，对光导(导光管)的侧面254-1、2的表面进行光反射层的涂敷。
图54(b)中表示这样在光导(导光管)250内部反复全反射并且行进的照射光12之间被光合成(混合)的状况。光导的前端面252上的ε点对应于图52中的发光源70(钨·灯丝50)上的发光点α的成像点或者图53中的光纤100-2的射出口。同样地，ζ点对应于发光源70(钨·灯丝50)上的发光点β的成像点或者光纤100-1的射出口。如图54(b)所示，在ε点与ζ点的附近，两者的光通过别的光路。
但是在光导(导光管)250内稍微行进的位置，ε点通过光的光路260与ζ点通过光的光路270相互重合。而且两光路260、270重合的区域为光的混合区域280，相互的光被合成(混合)。进一步地，在光导(导光管)250内部的侧面254-1、2反复全反射，并且两者的光的合成(混合)进一步进行。而且在光导(导光管)的后端面256的通过(射出)的时刻，成为(图8A或者图8B、图10所示的)合成光(混合光)78。
合成光(混合光)78的生成中使用的光学特性变更部件的例子即图12A、图14C所示的衍射光栅120、124或者图14B或图21A(b)、图21C、图22所述的相位变换元件102-2、212中，基本进行仅1次光合成(光混合)操作。
与此相比，在光导(导光管)250中，按照侧面254-1、2中的全反射的反复的每一个，实施多次光路的重叠(即光合成/光混合)处理。因此从发光源70放出并通过不同光路的光间的混合(合成)程度提高，存在局部相干性的降低效率(局部非相干性的增加效率)提高的效果。
3.11节 针对波长比红外光长的电磁波的局部相干性的减少方法和应用例
在图1A～图1C所述的本实施方式系统中，将照射光(第1光)12照射到对象体10内，使用由此得到的检测光(第2光)16来测定对象体10内部的特性、状态。在该对象体10内部，照射光(第1光)12(以及检测光(第2光)16)反复重叠的光散射。而且在照射光12或检测光16为局部相干光的情况下，如第5章所叙述那样，在检测光16中产生光学杂音并且照射光12向对象体10内部的侵入距离(Penetration Length)降低。
该现象并不局限于近红外光、红外光，在波长比其长的电磁波中也产生。然而为了通过激光(Radar：Radio Detection and Ranging)等来提高电磁波的指向性，使用一般使电磁波的波面(Wave Front)平坦化的手法。但是在该手法中，由于电磁波的相干性增加，因此向对象体10内部的侵入距离降低。(以激光在单一频率的电磁波使用时，部位局部相干性而为相干性。)使用了第5章所示的近红外光的实验数据启示了即使是波长比其长的电磁波也产生相同的现象。另一方面，若使电磁波的局部相干性(或者相干性)降低来扰乱电磁波的波面，则产生指向性大幅度降低的问题。
作为本实施方式的应用例，对生成确保充分的指向性并且(局部)相干性较低的电磁波的方法进行说明。图55(a)的各电磁波发生源/接收部292由与(虽未图示)电磁波的收发用共通的天线、电磁波产生用发送电路、电磁波的接收电路(检测电路)构成。而且将从相互不同电磁波发生源/接收部292-1～-n(内的天线)射出的具有指向性的电磁波290-1～-n(即经过不同行进路径的电磁波)间空间相互重叠，进行电磁波的混合。因此将单独放射具有指向性的电磁波290的独立的多个电磁波发生源/接收部292相互接近地配置，使放射方向一致。这样，在与电磁波发生源/接收部292-1～-n充分离的位置，被作为具有指向性的混合电磁波294。
以下对上述具有指向性的混合电磁波294的生成机制进行说明。从各电磁波发生源/接收部292-1～-n放射的电磁波290-1～-n分别具有指向性。但是在与电磁波发生源/接收部292-1～-n充分分离的位置，电磁波290-1～-n分别具有(在与行进方向垂直的平面内)空间上的广阔性。因此若使多个电磁波发生源/接收部292-1～-n在一维方向或二维方向密集排列，则在充分远方(图55(a)的右侧)具有广阔性的各电磁波290-1～-n之间，空间重叠。而且在该重叠部分，电磁波290-1～-n间混合，生成具有指向性的混合电磁波294。这里，由于各电磁波290-1～-n具有指向性，因此即便是混合后，指向性特性也不变化。
使用图10而在3.1节中说明那样，若针对从相同发光源70放出的光的一部分74，使其光路长变化76以使得满足(B·44)式，则与其他光的一部分72之间不产生光干涉。关于该光干涉的产生原因，在2.2节中使用不确定性原理(Uncertainty Principle)来进行了说明。
基于上述说明的光(电磁波间的)干涉原因，在从不同电磁波发生源/接收部292-1～-n放射的电磁波290-1～-n间不产生干涉。因此通过上述方法而生成的具有指向性的混合电磁波294不管是否保持高指向性，(局部)相干性都较低((局部)非相干性较高)。若使用该具有指向性的混合电磁波294，则如第5章叙述那样，向对象体10的侵入距离增加。因此，关于对象体10内的特性、状态，具有能够测定到较深的区域的效果。进一步地，由于对象体10内的重叠散射光370间的干涉杂音降低，因此也能够进行精度高的特性检测。
然而并不局限于上述应用例，关于在本3.11节内进行说明的频率区域的电磁波，也可以使用从3.1节到3.10节说明的方法(将经过不同行进路径(光路)的电磁波间合成(混合)，或者使电磁波内的一部分的光路长变化后进行合成(混合))。
电磁波发生源/接收部292-1～-n的内部分别独立地设置至少一个激光天线。作为该激光天线构造，例如可以使用八木天线(Yagi Antenna)构造、将从1点球状地放出的电磁波半球状或椭圆状、使用放物线形状的反射镜来平行化的(抛物线天线(Parabola Antenna))构造等任意的构造。适合于上述天线构造的本实施方式中使用的电波的频率带包含从低频带到中频带。具体而言不仅30kHz～300kHz范围的LF波(Low Frequency Wave：长波)，也可以将300kHz～3MHz范围的MF波(Middle Frequency Wave：中波)、3MHz～30MHz范围的HF波(High Frequency Wave：短波)30MHz～300MHz范围的VHF波(Very High Frequency Wave：长波)设为对象。
若1根导线中流过交流电流，则在周边放出电磁波。此外，在电磁波的该导线通过时流过感应电流，能够进行电磁波的检测。因此若将电磁波产生用发送电路与电磁波的接收电路(检测电路)连接，则相同的激光天线成为电磁波的产生源并且也能够利用为电磁波的接收部。
接下来，将使用了电子微波炉、激光中使用的微波的放射可能的电磁波(驻波)产生源292的本实施方式的应用例表示于图55(b)。用于电子微波炉的频率按照国际规格被统一为2.45GHz(波长为12.2cm)。但是，仅在美国，认为使用915MHz(波长为32.8cm)。
为了提高从磁控管电磁波发生源296-1～-n放出的微波的指向性，在微波的出口设置导波管形天线298-1～-n。该导波管形天线298-1～-n的具体形状例是立方体形或圆柱形(或者角锥形、圆锥形)的内部为空洞的筒，在该空洞内的内壁反复反射并且提高指向性的微波被放出到外部。
而且该导波管形天线298-1～-n为微波的放射口，并且也能够用作为对于从外部侵入的微波的接收机(微波检测器)的一部分。在这样将导波管形天线298-1～-n用作为微波接收机的情况下，也可以在(虽未图示)导波管形天线298-1～-n各自的端连接前置放大电路和信号处理用电路。
磁控管电磁波发生源296的内部也可以设为在强力的直流磁场中设置的热电子管构造。在管球(Vessel)的空洞中央设置的阴极(Cathode)能够通过加热器来加热。而且从该阴极放出的热电子(Thermoelectron)通过被施加的电场(Electrical Field)的作用，向阳极(Anode)在真空中移动。此时，热电子由于外部的直流磁场的影响而描绘为摆线曲线(Cycloid Curve)并且放出微波。
该磁控管电磁波发生源296的实用频率范围被说为100MHz到200GHz。因此本实施方式例中称为“微波”，在电波的范畴中，通过表示高频率带侧的广义的概念来使用。即并不局限于以狭义的微波定义的3GHz～30GHz范围的SHF波(Super High Frequency Wave：狭义的微波)，进一步地，也包含宽频率范围。即30MHz～300MHz范围的VHF波、300MHz～3GHz范围的UHF波(Ultra High Frequency Wave)、30GHz～300GHz范围的EHF波(Extremely HighFrequency Wave：毫米波)也包含于“广义的微波频率区域”。
向导波管形天线298-1～-n的外部放射的微波分别为具有指向性的电磁波290-1～-n。即使是具有高指向性的电磁波290-1～-n也如图55(b)那样，在比导波管形天线298-1～-n远的地方在与行进方向垂直的面内具有广阔性。此外，图55(b)所示，分别由磁控管电磁波发生源296和导波管形天线298构成的多个组在一方向或面方向被密集配置。这样，在比导波管形天线298-1～-n远的地方，在具有指向性的电磁波290-1～-n间空间重合而被相互合成(混合)。这样被合成(混合)并生成的具有指向性的混合电磁波294为(局部的)相干性低的电磁波。
然而已知将空洞部的剖面形状为长方形(或正方形)的导波管形天线298-1～-n在二维方向排列的相控阵天线(Phased Array Antenna)。由于这提高微波的指向性，因此具有将从全部的导波管形天线298-1～-n放射的微波的波面合理化的构造。在该天线使用时，仅使用唯一的磁控管电磁波产生部296。因此从该天线放射的微波的相干性非常高。
导波管形天线298-1～-n的配置例相互类似，但相控阵天线和图55(b)所示的本实施方式的应用例中，已知相干性的效果基本不同。即使用唯一的磁控管电磁波产生部296来生成相干性高的微波的现有的相控阵天线中，向对象体10的侵入距离短、向检测信号混入的电磁波杂音大。与此相比，若对使用相互独立的多个磁控管电磁波发生源296-1～-n的本实施方式的应用例进行使用，则向对象体10的侵入距离变长，具有能够大幅度减少混入到检测信号的电磁波杂音的效果。
以后将通过图55(a)或者(b)的方法来生成的“具有高指向性并且具有低(局部的)干涉性(高(局部的)非相干性)的混合电磁波294”的产生源称为指向性电磁波产生/接收部362。而且该指向性电磁波产生/接收部362的内部排列多个电磁波发生源/接收部292-1～-n或者磁控管电磁波产生部296-1～-n与导波管形天线298-1～-n的组合。此外，该指向性电磁波产生/接收部362内也具备来自外部的电磁波(或微波)的接收(检测)功能。
通过电子微波炉来加热食物是利用食物内的“水分”吸收微波的能量来进行发热的原理。吸收电磁波的能量的机制根据所使用的电磁波的波长带而不同。使用图27而在5.2节中叙述那样，在可见光照射时，构成分子的“电子轨道的偏离”吸收能量。此外，如照射近红外光，则通过包含氢原子的官能基(Atomic Group)内的“组振动”来吸收能量。进一步地，若照射加长了波长的红外光，则分子内的构成原子间振动。
由此，若增长照射的电磁波的波长，则在分子内的构成原子间振动中不能吸收电磁波，通过“分子整体的旋转、并进运动”来吸收能量。然而容易产生该“分子整体的旋转、并进运动”的不是“固体”而是“液体”这点很重要。换句话说这里说明的最吸收频率范围内(从30kHz到300GHz的范围，或者从30MHz到300GHz的范围)的电磁波的，(相比于固体)更可以说是“液体”状态的水分子。即上述的频率的电磁波的能量相比于固体，水分子更能够吸收。
由于水本身的电介质损耗(Dielectric Loss)而导致电磁波能量的吸收最大的频率被成为从20GHz到80GHz的范围(最大频率根据温度而变化)。但是即使较大变化电磁波的频率，“水的电磁波能量吸收效率”也几乎不变。因此即使将电子微波炉中使用的电磁波的频率设为2.45GHz(或915MHz)，也产生充分的水分子的吸收，能够进行(食品的)加热。进一步地，即使频率从30MHz(或者3MHz)到300GHz的范围的电磁波，由于相同的理由，也能够进行水分子的能量吸收和发热。
在本实施方式的应用例中，也可以将上述现象利用于“水源、金属矿藏(MetalliferousDeposit)386的探测”。具体而言将具有指向性的混合电磁波294向探测场所照射。而且对与每个测定区域的混合电磁波294的相互作用的程度进行比较。
若在探测场所中具有水源386，该水源386吸收混合电磁波294的能量。在水源386中由于电磁波(微波)的吸收较大，因此水源386内的电磁波的反射量(后方散射量)相对减少。若通过指向性电磁波产生/接收部362来调查电磁波的反射量(后方散射量)变化，则可致水源386内的电磁波反射量(后方散射量)降低。此外，若吸收电磁波(微波)的能量，则水源386内的温度上升。即使调查该温度上升，也能够进行水源386位置的探测。
此外，金属矿藏386中的电磁波的反射(散射)量比其他区域大。因此与其他区域相比，电磁波的反射(散射)量多的区域启示存在金属矿藏386的可能性。
近年来，已知在月球表面存在水。通过太阳能电池平板384来从太阳光得到的电气来对月球表面的水进行电解，得到氧分子和氢分子。从该氧分子和氢分子制作火箭燃料。进一步地，若利用氧分子，则生物能够在月球表面栖息。此外，若能够从埋藏于月球表面内部的金属矿藏提取各种金属，则能够用作为面向月球表面上的建造物、移动体、其他行星的火箭等的制造物的材料。
以下，作为应用例应用的一个例子，对月球表面内的资源探测方法进行进行说明。但是并不局限于此，也可以利用下述的方法，进行地球内部的资源探测、地球外部地域(例如小行星、行星、卫星)中的资源探测。
将该月球表面上的水源或者金属矿藏386的位置探测(或者月球以外的地球外部地域的资源探测)中能够使用的水源/金属矿藏探测装置的构造例在图56中表示。与坦克相同的履带(Caterpillar Tread)372和月球表面表面直接接触。而且移动用车轮374旋转并且履带转动，水源/金属矿藏探测装置在月球表面表面上移动。
图56的中央部表示水源/金属矿藏探测装置的内部配置。具有图55中所示的内部构造的指向性电磁波产生/接收部362被配置为向下方(即月球表面的地下内部或者月球以外的地球外部地域的中心部)放射具有指向性的混合电磁波294，对在下方(即月球表面的地下内部或者月球以外的地球外部地域的中心部)被反射(后方散射)并返回的混合电磁波进行接收(检测)。
此外，该指向性电磁波产生/接收部362为被收纳于电磁波产生/接收部的旋转机构364内并能够向任意的方向倾斜的构造。而且接合电磁波产生/接收部的旋转驱动部366的旋转，电磁波产生/接收部的旋转机构364整体在任意方向稍微旋转。利用该机构，能够将具有指向性的混合电磁波294向月球表面的地下内部的任意方向放射。此外，同样地，也能够接收(检测)从月球表面的地下内部的任意方向散射或反射并返回来的混合电磁波294。
另外，如图56所示，在水源/金属矿藏探测装置的内部也安装远红外线分光器376和红外线分光器376。这里远红外线分光器376本身不具有光源，为能够测定从月球表面的地下放射的远红外光的分光特性(分光光谱)的构造。另一方面，在红外线分光器378内存在独自的红外线发光源。从该发光源放射的红外光向月球表面表面或月球表面表面附近的空中照射。而且对月球表面表面或月球表面表面附近的空中的反射光或散射光的分光特性(分光光谱)进行调查。
在设置于水源/金属矿藏探测装置的上面的太阳能电池平板384内产生的电力被蓄积于电池388内，能够进行夜间的活动。此外，通信控制部394进行与经由天线396的外部设备的无线通信的控制。而且探测装置内控制系统398对这些各部的动作进行统一控制·管理。
图57表示使用了该水源/金属矿藏探测装置的月球表面内部的水源、金属矿藏的位置探测(或者月球以外的地球外部地域的资源探测)方法例。这里将仅使用了1台水源/金属矿藏探测装置的水源位置探测方法例在图57(a)中表示。而且在图57(b)中记载了使用了多台水源/金属矿藏探测装置的水源位置探测方法例。在本实施方式的应用例中，最初使用图57(a)的简易的方法来探测水源或者金属矿藏386的埋藏可能性，接下来也可以针对具有可能性的区域通过图57(b)的方法来详细调查。
在图57(a)的简易的探测中，从指向性电磁波产生/接收部362向水源/金属矿藏探测装置的正下放射具有指向性的混合电磁波294。被放射的具有指向性的混合电磁波294在地表392的内部的任意地方反射(后方散射)，返回到指向性电磁波产生/接收部362。这里根据混合电磁波294的反射(后方散射)位置，从混合电磁波294的放射之后到返回到指向性电磁波产生/接收部362的时间不同。因此放射短期脉冲状地具有指向性的混合电磁波294，测定针对返回到指向性电磁波产生/接收部362的混合电磁波294的放射之后的检测强度变化。若这样测定放射之后的时间变化，则能够预测地表392以下的深度方向的信息所具有的程度。
如使用图26(b)来在5.1节中说明那样，实际受到被重叠散射的电磁波294的影响，深度方向的检测精度大幅度降低。进一步地，若在该重叠散射光380(电磁波)与设为测定对象的后方散射光390(电磁波)之间产生干涉，则进一步地，检测精度降低。但是在本实施方式的应用例中，由于使具有指向性的混合电磁波294的相干性大幅度降低(使非相干性显著提高)，因此不产生重叠散射光380(电磁波)与后方散射光390(电磁波)之间的干涉。因此产生探测精度提高的效果。
在这样探测的情况下，来自金属矿藏386存在的区域的混合电磁波294的反射量(后方散射量)较大。因此在混合电磁波294的放射之后的检测强度大幅度增加的区域，可能存在金属矿藏386。
在片、水源386存在的区域，产生较大的混合电磁波294的吸收。因此，来自该区域的混合电磁波294的反射量(后方散射量)大幅度降低。
然而不仅水源386，从空洞存在的区域，混合电磁波294的反射量(后方散射量)也大幅度降低。该情况下的水源386与空洞区域间的区分方法，对来自比其深的位置的反射量(后方散射量)进行比较可知。即在水源386中大量吸收混合电磁波294的能量的情况下，来自比其深的位置的混合电磁波294的反射量(后方散射量)较小。另一方面，由于在空洞区域内没有混合电磁波294的能量吸收，因此来自比其深的位置的混合电磁波294的反射量(后方散射量)较大。
若不仅混合电磁波294的反射量(后方散射量)变化检测，也并用其他物理参数，则探测精度提高。若将混合电磁波294向水源或者金属矿藏386内部照射，则在水源或者金属矿藏386的表面部吸收能量，温度局部上升。也可以检测该温度上升，来提高水源或者金属矿藏386位置的检测精度。
从所有物质辐射与其温度相应的波长光。作为黑体輻射光的最大强度位置的波长与温度的关系例，在0℃时为10.3μm，在50℃时为8.05μm，在100℃时为7.75μm。因此也可以通过远红外线分光器376来测定从水源或者金属矿藏386或者该周边放出的黑体輻射光的分光特性。
此外，也可以取代直接观察远红外光382，利用水源或者金属矿藏386中产生的热382的传导来测定地表392附近的温度变化。
月球表面地表392的温度白天为100℃以上，夜晚为零下150℃以下。因此若在夜间(零下150℃以下)进行温度变化测定，则能够得到高测定精度。
如使用图55(b)来说明那样，磁控管电磁波发生源296内的阴极被加热器加热并放出热电子。因此指向性电磁波产生/接收部362工作时的发热对上述的温度变化有负面影响。为了去除该负面影响，也可以如图57(b)那样将多台水源/金属矿藏探测装置组合。
即在测定上述温度变化的情况下，使1台的水源/金属矿藏探测装置内的指向性电磁波产生/接收部362工作来向水源或者金属矿藏386照射具有指向性的混合电磁波294，通过另一个没有发热的水源/金属矿藏探测装置来测定温度变化。
此外，并不局限于此，也可以如图57(b)所示，从多个指向性电磁波产生/接收部362-1、-2同时照射具有指向性的复合电磁波294-1、-2。而且通过多个指向性电磁波产生/接收部362-1、-2来进行复合电磁波294的检测(接收)。由此，具有能够减少在内部被重叠散射的电磁波294的影响的效果。
此外，若从被配置于不同位置的多个指向性电磁波产生/接收部362-1、-2同时照射具有指向性的复合电磁波294-1、-2，则复合电磁波294-1、-2的能量仅集中于规定位置。利用该集中能量，也可以使水源386内的一部分的温度上升到100℃以上。上升到100℃以上的水源386内的一部分沸腾并开始扩散。月球表面的昼间(100℃以上)扩散的水蒸气368的一部分被放出到地表392外。若能够通过红外线分光器378(图56)来观测该放出的水蒸气368，则能够证实在上述的能量集中区域存在水源386。
然而水分子在中心波长2.73μm和2.66μm、6.27μm的附近强烈吸收红外光。因此红外线分光器378得到的吸光特性内，在上述波长带共通地产生光吸收的情况下，能够推断为水蒸气368被放出到地表392。
图58中表示到此为止说明的一系列的探测顺序。若开始水源或者金属矿藏386的存在场所探测(S101)，则S102所示水源/金属矿藏探测装置开始探测对象地域(例如月球表面的地表392、地球外部地域(卫星、小行星、行星等))内的移动。在最初的探测位置，如图57(a)那样，从地表392向地下(月球表面、卫星、小行星、行星等的中心部)放射具有指向性的混合电磁波294。作为利用放射的具有指向性的混合电磁波294的水源或者金属矿藏386的探测方法，也可以对在内部反射(后方散射)并返回来的混合电磁波294进行检测。若与此同时使用远红外分光器376，则也可以检测在水源或者金属矿藏386内部(或其表面附近)产生的热(远红外光)382的特性变化。
其结果，判定是否具有最初的探测位置的水源或者金属矿藏386存在的可能性？(S104)。假设在没有其可能性的情况下(S104的否)，移动到别的探测位置(S102)。
这样在最初的步骤中，进行具有水源或者金属矿藏386存在的可能性的区域的映射。而且在接下来的步骤中，对具有可能性的区域(S104的是)提高探测精度。
在接下来的步骤中，如图57(b)那样，启动多个水源/金属矿藏探测装置来开始多角的调查。作为其一个例子，如S105所示，对水源或者金属矿藏386的候选场所从多方向同时照射具有指向性的混合电磁波294。而且对由此得到的混合电磁波294进行检测(接收)。此外，与此平行地，使用远红外线分光器376来进行从对象区域产生的热(或远红外光)382的测定。
该精度高的调查结果是，在作为对象的水源或者金属矿藏386的候补错误的情况下(S106的否)，移动到别的映射场所(S105)。
另一方面，在水源或者金属矿藏386的可能性高的区域(S106的是)，也可以进行S107的进一步的证实调查。这里，从多方向向一个位置集中具有指向性的混合电磁波294-1、-2，进一步提升水源或者金属矿藏386的温度。而且也可以使用红外线分光器378来检测在地表392附近扩散并放出到地表392表面上的水蒸气368。
这样到探测结束(S108的是)为止，水源/金属矿藏探测装置在地表392上持续移动。
将使局部相干性降低的电磁波(具有指向性的混合电磁波294)的生成方法在图55中表示。作为该电磁波294的应用领域例，说明使用了图56～图58的资源探测方法。这里，图56的水源/金属矿藏探测装置取得在地表392行驶的形态。
但是并不局限于此，也可以从地表392的上空放射具有指向性的混合电磁波294。作为来自该地表392的上空的放射方法，例如也可以在直升机、飞机、人工卫星等安装指向性电磁波产生/接收部362。或者在地表392下部的地下配置指向性电磁波产生/接收部362，并利用定期的变化的测定。
进一步地，也可以将图57和图58所示方法(的一部分)用于地球的资源探测。特别是在地球的资源探测中使用本实施方式的应用例的情况下，也可以特别用于金属矿藏探测。
3.12节与光的局部相干性的控制方法有关的简易的说明
到3.11节(前节)为止，关于光的局部相干性的控制方法，着重较多使用式子的定量说明。其结果，能够确保某种程度的理论的严密性，但相反其内容变得难以理解。为了消除上述弊害，在本3.12节中，对本实施方式中的“光的局部相干性的控制方法”简易并且直观地进行解说。因此本3.12节中的理论严密性变缓。
使用图59(a)，定性地表示现有的具有局部相干性的光的干涉现象。从发光源70(例如钨·灯丝50)放射的光具有比较平坦的波面(等相位面)106地前进。若该光透过“单面具有微小凹凸构造的透明平板”104，则产生连续扩展的波面(Cotinually Extended WaveFront)106内的形变。
由于光在与波面106垂直的方向上行进，因此对应于上述的波面106的形变，光的行进方向弯曲。其结果，前进光的光量降低。图59(a)的中空宽箭头表示放射光的行进方向。由于该“单面具有微小凹凸构造的透明平板”104的影响，光发生“干涉”，其结果如下：
1)如图59(a)的右侧所示，在中空宽箭头方向进入的光的强度增加，
2)前进光的光量降低。
将本实施方式中的在技术上钻研的结果而得到的局部相干性降低的非相干性的光在图59(b)中表示。与图59(a)同样地，从发光源70(例如钨·灯丝50)放射之后的光保持比较平坦的连续扩展的波面(Cotinually Extended Wave Front)106地前进。
该光与图8A、图8b同样地，通过多个光路生成用光学特性变更部件101和光合成(混合)部102。这样，连续扩展的波面106被设为“细并且断开”。但是即使通过多个光路生成用光学特性变更部件101和光合成(混合)部102，波长也不变化。因此沿着光的行进方向的等相位面间隔(波面间隔(Wave Front Interval))保持不变。
由于该光的波面106较细地被断开，因此即使通过“单面具有微小凹凸构造的透明平板”104，也不产生连续扩展的波面106特有的形变。因此由于不产生较细被断开的面波面106的每个的倾斜，在不受到干涉的情况下直接前进。
这里说明的“将连续扩展的波面106较细断开”的方法中，包含本实施方式中的大技术的新颖性和技术的创造性。其原因是，即使将“连续扩展的波面106的一部分仅仅在空间分离”，也不会减少局部相干性。
即如2.5节内的(B·22)式的导入时说明那样，在从“将波面106的一部分空间分离”的位置稍微分离的后方位置产生“基于分离的波面的光的合成”。这里生成的合成光引起最初的局部相干性。
使用图60，进行本实施方式中的光的局部相干性的控制方法的简易的解说。从发光源70(例如钨·灯丝50)放射之后的光保持比较平坦连续扩展的波面106地前进。该连续扩展的波面106集中从发光源70“同时”放射的光而生成。
将与多个光路生成用光学特性变更部件101和光合成(混合)部102内部的功能有关的容易理解的图像在图60中表示。图60仅仅是明确表示容易理解的图像。具体的技术内容在3.11节以前进行说明。
在连续扩展的波面106通过的光路的一部分，配置透明的平行平板114。
若将透明的平行平板114内的折射率设为n，则通过其内部的光的速度慢了“1/n”。其结果，放射时刻与周边“不同”的光107射出到透明的平行平板114外。然后，该“放射时刻不同”的光107与连续扩展的波面106内的剩余的部分混合。
对图60的图像和图8A、图8B的对应进行说明。光路的一部分配置透明的平行平板114，则在通过透明的平行平板114内外的光间产生光路201～208的不同。透明的平行平板114通过后的光的行进方向保持不变，因此在透明的平行平板114的后方生成混合光78。
此外，在考虑与图10的对应时，通过透明的平行平板114内的光(光的一部分74)和通过外的光(光的一部分72)间产生光路长变化76。
另外，作为图60的图像，记载了将连续扩展的波面106的一部分分割的“波面分割方法”的例。但是并不局限于波面分割，也可以通过任意的方法来进行不同光路201～208的生成或光路长变化76的生成。
为了“将连续扩展的波面106较细断开”，从发光源70“同时”放射的时刻与放射“不同放射时刻”的光107的时刻之间的放射时刻差很重要。即该两者的时刻差Δt满足(B·2)式(2.2节)条件时，进行“断开”。此外，关于(B·2)式，赋予相干距离的条件式((B·6)式或(B·12)式)。
根据(B·2)式，若频率宽度Δv短则Δt极端长。例如若将照射光12的光量极端降低，则存在将每一个的光子(Photon)按照时间序列照射到对象体10的光子计数(PhotonCounting)的实验手法。放射每一个的光子的时刻相互不同，将全部光子的到达场所累计感应的干涉条纹被观测。
由于该实验中使用的每一个的光子的能量宽度(频率宽度Δv)非常窄，因此放射每一个的光子的时刻间的偏移Δt满足(B·2)式。因此在该情况下，不适合“波面106的断开”。
作为生物体内部的三维图案观测技术，已知OCT(Optical Computerized Tomograpy)的技术。这是将相干性的光的光路振幅2分割，使仅1方的光照射到对象体10。此外，另一个光利用为参照光。在检测部6内部中，使从对象体10得到的检测光16与参照光干涉。利用从对象体10得到的检测光16与参照光之间的光路长差超过相干距离时的非干涉性，去除来自测定对象位置以外的信号噪声成分。
下面叙述上述的OCT技术与本实施方式的不同和本实施方式的效果。
A〕在OCT，将相干光向对象体10内部照射。
如使用图26(b)来在5.1节叙述那样，在对象体10内部，在相干光的后方散射光390与重叠散射光380间进行干涉。由于该干涉的影响，仅得到光学杂音多的检测图像。与此相比，在本实施方式中，将局部相干性低的“混合光78”向对象体10照射。其结果，如使用图61、图63来在第5章中叙述那样，能够得到精度高的检测信号。
B〕在OCT中，通过检测部6来进行具有光路长差的检测光16与参照光的的合成。
如使用图26(a)和图61来在第5章中叙述那样，在相干光的前进光360与对象体10内部产生的重叠散射光370之间进行干涉。因此侵入到对象体10内部的相干光的侵入距离(Penetration Length)变短。另一方面，在本实施方式中，将局部相干性低的“混合光78”向对象体10照射。因此如图61所示，侵入距离增加。
C〕在OCT中，不进行针对对象体10表面的凹凸形状变化的修正。
另一方面，利用波面保持平坦的参照光。因此根据对象体10表面的凹凸形状变化，产生得到检测图像的场所的深度方向的位置偏移。对此，如本实施方式例中在第6章叙述那样，具有修正对象体10表面的凹凸形状变化、内部的折射率变化的功能。因此能够进行对象体10内部的正确的深度方向设定。
第4章 相干光与局部非相干光的混合/分离方法
(Chapter 5]Mixture and Separation between Normal and Partially IncoherentLight)
在第3章中，说明了使对象体10的特性/检测测定中使用的照射光12或者检测光16的局部相干性减少来增加局部非相干性的方法。但是例如OCT(Optical ComputerizedTomography)的测定中，相干光是必须的。此外，第6章中叙述的波面像差的测定也若使用相干光则检测精度提高。在第4章中，对使用相干光和局部非相干光这两方的测定装置进行说明。
4.1节 使用了相干光和局部非相干光这两方的测定装置内的构造例
将具有激光源等的相干光的光源部322和局部非相干光的光源部302这两方的测定装置的实施方式例在图25中表示。另外，图25内的箭头表示光的光路和行进方向。
这里比对象体10更靠上侧的光学配置类似于图1C(c)的光学配置。而且图1C(c)的光源部2对应于图25的最上部的右侧的局部非相干光的光源部302、相干光的光源部322以及光混合部(Light Combiner Section)340所构成的区域。这里局部非相干光的光源部302的具体的构造相当于第1章和第3章中说明的光源部2内的构造。从该局部非相干光的光源部302和相干光的光源部322放出的光被光混合部340(具体的混合方法在4.2节中叙述)混合。
由上述光混合部340混合的相干光和局部非相干光都在参照光生成部320内提取参照光。该参照光的相干光部分和局部非相干光部分分别利用于针对局部非相干性的反射光的波面像差特性检测部306以及针对局部非相干性的透过光的波面像差特性检测部316、针对相干性的反射光的波面像差特性检测部326、针对相干性的透过光的波面像差特性检测部336内的波面像差特性检测。而且在参照光生成部320内成为非参照光的剩余的光被送到照射光与检测光之间的光路分离部310。
比对象体10更靠上部左侧的光分离部312以下的全部光路对应于图1C(c)的检测部6。此外，比图25的对象体10更靠下侧的全部光学系统对应于图1C(a)的检测部4。
此外，在照射光与检测光之间的光路分离部(Optical Path Separation Section)310中，将照射光12与被对象体10反射得到的检测光16之间的光路分离。作为该光路分离方法的一个例子，也可以使用图1C(c)的分束器20。进一步地，比对象体10更靠下侧对应于图1C(a)的检测部4。
在图25中，通过物镜308来使照射光12在对象体10内聚光，也可以将通过该聚光点的光在物镜318聚集。因此例如图1C(a)或者(c)那样，考虑将照射光12聚光于对象体10内的α点(或者α区域)、γ点(γ区域)的情况。如6.1节中叙述那样，照射光12在到达对象体10内的α点(或者α区域)、γ点(γ区域)的光路中途产生波面像差(Wave FrontAberration)。其结果，在α点(或者α区域)、γ点(γ区域)，检测光12不被聚光，聚光点模糊。预先预测到达该α点(或者α区域)、γ点(γ区域)的波面像差量，将与上述相反的波面像差加入到进入对象体10前的照射光12。由此，在对象体10内部产生的波面像差特性被抵消，照射光12能够聚光于对象体10内的α点(或者α区域)、γ点(γ区域)。
此外，针对在从对象体10内的α区域出发并向对象体10的外射出的检测光16中产生的波面像差特性，也在检测部6内的光路中途将相反的波面像差特性加到检测光16。由此，在光检测器80(图8B)的检测面上能够得到良好的成像图案。
将如上述那样光源部2内部应校正的波面像差特性预先付与给照射光12的处理和对从对象体10得到的检测光16内的波面像差特性进行校正的处理称为波面像差校正(Compensation of Wave Front Aberration)。
在图25的实施方式例中，分别针对对对象体10的反射光和透过光测定波面像差特性，分别针对照射光12和检测光16进行波面像差校正。此外，为了提高波面像差校正的精度，分为粗调(Course)和微调(Fine)的2阶段来进行波面像差校正。这里通过照射光的波面像差粗调校正部352和透过光的波面像差校正粗调校正部358，进行粗调的波面像差校正。此外，通过照射光的波面像差微调校正部354和透过光的波面像差校正微调校正部356，进行微调的波面像差校正。
即在照射光的波面像差校正中，利用照射光的波面像差粗调校正部352来大致进行波面像差校正。而且针对此处残留的波面像差余量，通过照射光的波面像差微调校正部354来校正精细的波面像差。
此外，在对象体10的透过后得到的检测光16的波面像差校正中，利用检测光的波面像差粗调校正部356来大致进行波面像差校正。而且针对此处残留的波面像差余量，通过检测光的波面像差微调校正部358来校正精细的波面像差。
针对来自对象体10的透过光(来自对象体10下侧的光路)，独自进行波面像差校正。因此，针对通过物镜318之后的检测光16，按照该顺序配置透过光的波面像差校正粗调校正部358和透过光的波面像差校正微调校正部356。
另一方面，关于来自对象体10的反射光(来自对象体10上侧的光路)，照射光12的光路与检测光16的光路一致。因此通过对象体10内部时在照射光12内产生的波面像差特性和从对象体10内部的γ点(γ区域)反射并返回来的检测光16内产生的波面像差特性一致。
因此在来自使用反射光的对象体10上侧的光路，将针对光源部2的波面像差校正和针对检测部4、6的波面像差校正共通化。在图25的实施方式例中，照射光与检测光之间的光路分离部310与物镜308之间，依次配置照射光的波面像差粗调校正部352和照射光的波面像差微调校正部354。
为了执行上述的波面像差校正，需要检测对象体10内实际产生的波面像差特性。在各波面像差特性检测部306、316、326、336内检测/测定该特性。
在这些的检测部中，对波面像差产生的之前的理想状态的光与波面像差被包含的光之间的特性进行比较，将其差分特性作为波面像差特性来进行检测。即使用光混合部340中得到的混合光，在参照光生成部320内生成波面像差产生前的思想状态的波面特性。而且在各波面像差特性检测部306、316、326、336内，对输入到此处的波面像差中包含的检测光与参照光生成部320中得到的参照光之间进行比较，将两者的差分特性视为应检测的波面像差特性。
特别是在本实施方式例中，利用通过局部非相干光而得到的波面像差特性来进行上述粗调校正部352、356中的波面像差校正。而且进一步地，利用通过相干光而得到的波面像差特性来进行上述微调校正部354、358中的波面像差校正。
即将针对局部非相干性的反射光的波面像差特性检测器306的检测/测定结果反馈到照射光的波面像差粗调校正部352。此外，将针对局部非相干性的透过光的波面像差特性检测器316的检测/测定结果反馈到透过光的波面像差粗调校正部356。
与此同时并行地，将针对相干性的反射光的波面像差特性检测器326的检测/测定结果反馈到照射光的波面像差微调校正部354。而且将针对相干性的透过光的波面像差特性检测器326的检测/测定结果反馈到透过光的波面像差微调校正部358。
如第6章中说明那样，在使用局部非相干光来检测波面像差特性的情况下，检测精度取代较低而检测范围(动态范围)非常宽。另一方面，在使用相干光来检测波面像差特性的情况下，检测精度虽高但检测范围(动态范围)非常窄。在图25所示的测定装置例中，将两者并用来高效地引出两者的优点。
通过所述光混合部340来混合的相干光和局部非相干光被光分离部(Light SeparatorSection)312、332相互分离。这里被分离的各个光被各自的光分离部(Light DividerSection)342、344、346、368分割。
这里被分割的光分别利用于信号检测和波面像差特性的检测。换句话说通过针对局部非相干性的反射光的信号检测部304、针对局部非相干性的透过光的信号检测部314、针对相干性的反射光的信号检测部324和针对相干性的透过光的信号检测部334来进行信号检测。
此外，通过针对局部非相干性的反射光的波面像差特性检测部306、针对局部非相干性的透过光的波面像差特性检测部316、针对相干性的反射光的波面像差特性检测部326和针对相干性的透过光的波面像差特性检测部336来进行波面像差特性的检测。
4.2节 相干光与局部非相干光的混合和分离方法
在本4.2节中对从图25的相干光的光源部322放出的相干光和从局部非相干光的光源部302放出的局部非相干光之间的混合与分离方法进行说明。
在本实施方式例中，采用如下的至少任意一个，也可以将两者并用。
A〕利用(电场的)振动面的正交性(使用偏振光分束器)；
B〕利用使用波长范围的分离(使用对于反射/透过具有波长依赖性的光学元件)。
首先针对利用“A〕振动面的正交性”的方法进行说明。虽未图示，但在图25的相干光的光源部322的光出口和局部非相干光的光源部302的光出口配置检偏器(具有仅使具有特定的振动面的光透过/反射的特性的光学元件)。而且设定为相干光与局部非相干光之间的(电场的)振动面正交。
此时也可以在光混合部340内配置偏振光分束器，对相干光和局部非相干光进行混合。此外，也可以在光分离部312、332内也同样配置偏振光分束器，利用相干光和局部非相干光的振动面的正交性来将两者分离。
接下来对“B〕通过波长特性的不同来分离”的方法进行说明。此时在光混合部340和光分离部312、332内配置具有“仅透过(或者反射)特定波长范围内的光”，“反射(或者透过)其他波长光”的特性的光学元件(带通滤波器)。而且通过相干光和局部非相干光来改变使用波长，进行两者的混合和分离。
在专利文献3所述的检测“在中心配置有碳原子或者氮原子的官能团的吸收波长变化”的情况下，最好使用局部非相干光来检测属于第1倍音或第2倍音、第3倍音的伸缩振动(Stretching)的吸收波长的变化(吸收带的中心波长变化)。此时，可以利用具有上述的波长区域外的波长的相干光。
在2.6节中说明的近红外光的波长范围内，除了属于上述伸缩振动的第n倍音的吸收带还存在属于结合音的吸收带。在辨识这些吸收带的归属的情况下，能够比较容易地进行属于伸缩振动的第n倍音的吸收带的辨识。与此相比，通过复杂的要因的组合来构成结合音。因此，难以推断包含构成要因的结合音的归属。因此本实施方式的光学检测方法、成像方法中，主要将属于伸缩振动的第n倍音的吸收带波长选择为检测/测定对象。
该情况的第1倍音所对应的吸收带的下限波长值为1440nm，第2倍音所对应的上限波长值为1210nm，下限波长值为970nm。此外，第3倍音所对应的上限波长值为920nm。因此作为相干光的波长，最好930nm～960nm的范围内或者1260nm～1390nm的范围内。
与上述数值有关的实验的根据在图23B表示。波长1.213μm周边的吸收带被预测为属于依据在中心配置有碳原子的亚甲基(Methylene Group)的逆对称伸缩振动(AsymmetricStretching)的第2倍音。而且在中心配置有氮原子的官能团所涉及的第2倍音的吸收带波长取稍微较小的值。
图23B的1.35μm～1.50μm波长区域内的吸收带被预测为属于亚甲基的结合音。在可使用相干光的波长区域1260nm～1390nm内的一部分，包含属于上述的结合音的吸收带。本实施方式的光学检测方法或者成像方法中，也可以将属于结合音的吸收带的波长变化排出为对象外。
第5章 测定对象体内部的与光的相互作用
对在对象体10(图1A～图1C)内部产生的与光的相互作用进行说明。
5.1节 在对象体内部产生的光散射和光吸收以及多重散射的影响
在对象体10包含无机化合物或者含有生物体的高分子化合物的情况下，在对象体10的内部产生光散射和光吸收。
沿着量子力学的解释，对在对象体10内部的光散射和光吸收的产生原因进行说明。若光(电磁波)通过对象体10的内部的局部电偶极矩(Electric Dipole Moment)位置，则由于光吸收，电偶极矩的振动模式从基态(Ground State)转移(transit)为激励态(ExcitedState)。
根据量子力学的感应放出(Induced Emission described in Quantum Mechanics)的原理，激励态的一部分返回到基态。此时产生的光为散射光(Scattered Light)。另一方面，若激励态的能量变换为内部的晶格振动(原子间振动)(Lattice Vibration(AtomicVibration))，则成为光吸收(Light Absorption)。
将在接近于入射方向的方向散射光被散射的情况称为前方散射(ForwardScattering)。此外，将在与入射方向相反的一侧散射的情况称为后方散射(BackScattering)，将向侧方的散射称为侧方散射(Side Scattering)。而且将在对象体10内部被多个折射散射的光称为多重散射光(Multi-Scattered Light)。
在对象体10内部产生的多重散射光对信号检测特性(也包含分光特性检测)、成像特性有负面影响。使用图26(a)来对该状况进行说明。这里考虑作为照射光12，使用局部相干光的情况。
图26(a)所示的对象体10的透过光中包含直行光360。此外，不仅如此，对象体10内在受到多个折射散射的多重散射光370也存在。其中在与直行光360相同的方向进入的多重散射光370与直行光360产生干涉。作为该干涉的结果，也存在直进的光量的合计值减少的情况。
认为图23B出现上述的现象。#1200的局部相干性最高(局部非相干性低)，#400的局部相干性最低(局部非相干性高)。若对1.25μm到1.35μm的波长区域所代表的基线的吸光度进行比较，则#1200的吸光度最高(直进透过光的光量合计值变小)。认为由于该直进透过光的光量合计值降低的原因，存在局部相干性的多重散射光的影响。
图26(b)中表示上述多重散射光的影响在反射方向也产生的状况。在对象体10内部仅受到1次后方散射，存在在反射方向返回的后方散射光390。此外，同时，也存在在对象体10内受到多个折射散射并在反射方向返回的多重散射光389。若该多重散射光389在与上述的后方散射光390相同的方向返回，则在两者间产生光干涉。因此使用后方散射光390的信号检测(也包含分光特性检测)精度、成像精度提高中最好使用本实施方式例所示的局部非相干光。
5.2节 散射/吸收的要因与散射剖面积的关系
在5.1节中说明了在局部的电偶极矩存在的场所，产生光吸收、光散射。作为2.7节中说明的近红外光中具有感受性的电偶极矩的具体的形态，主要存在以下两种：
1〕高分子化合物内的电子轨道(电子云分布的偏离)，
2〕包含氢原子的官能团(构成的原子间的组振动(Group Vibration))。
生命体、有机化学材料内部由多数的高分子化合物构成。在其高分子化合物的内部，通过各种原子核排列而构成骨格部。此外，在该骨格部周边包围图27的电子云(ElectronCloud)(电子轨道(Electronic Orbital))404，将上述原子核间结合。
若照射光12进入到对象体10内，则在其电场中引起并在该电子云分布中产生偏离。而且该电子云分布的偏离对应于电偶极矩。如图27所示，由于高分子化合物402的分子尺寸相对巨大，因此该散射剖面积(Scattering Cross-Section)也相对较大。
在构成上述的官能团的各原子核周边的电子云分布的状况中，每个构成原子的执行电荷(Actual Charge)具有正负的值。而且若照射光12通过该官能团406，则根据每个构成原子的执行电荷的正极性和负极性，在构成原子间进行振动(组振动)。因此构成该官能团406的每个原子的执行电荷的不同构成电偶极矩。
该官能团406仅由中心原子核和其周边配置的1～3个氢原子核构成，因此官能团406本身的尺寸(与上述的高分子化合物402相比)非常小。因此，上述官能团406的散射剖面积与(上述高分子化合物402相比)非常小。
5.3节 散射剖面积和光散射的特征
根据Emil Wolf等的教科书(Max Born and Emil Wolf：Principles of Optics(1975，PERGAMON PRESS LTD)Chapter 13)，在散射剖面积小为上述官能团406程度的光散射体中容易产生瑞利散射(Rayleigh Scattering)。
另一方面，在散射剖面积大的高分子化合物402中，若产生不同类型的光散射(米氏散射(Mie Scattering))则记载于上述教科书内。此外，在该类型的光散射中，以“相同高分子化合物402内的各点产生的瑞利散射光相互干涉”的形式出现。
即2.7节中说明的近红外光中具有感受性的两种电偶极矩(光散射体)中，由于散射剖面积不同，因此光散射状态相互不同。
使用表示图23B的吸光度的实验数据，考察与上述的两种光散射体(电偶极矩)的关系。4.2节内已经说明了波长1.213μm周边的吸收带能够归属于依据在中心配置有碳原子的亚甲基的逆对称伸缩振动的第2倍音。
由于属于官能团406的亚甲基的散射剖面积非常小，因此来自亚甲基的散射光之间难以干涉。因此，认为图23B(或者图23A)中的波长1.213μm周边吸收带的基线的吸光度之差值不取决于照射光12的局部相干性地几乎恒定。
预测在1.25μm到1.35μm的波长区域代表的基线的吸光度的来自高分子化合物402(图27)的散射光的影响较大。米氏散射特性类似于“高分子化合物402内的各点的瑞利散射光相互干涉的特性”，因此可能通过照射光12的局部相干性的不同来改变基线的吸光度。
5.4节 使用了后方散射光(反射光)的检测特性
根据上述教科书的记载内容，在瑞利散射中前方散射光的光强度与后方散射光的光强度几乎相等。另一方面，在米氏散射中，与前方散射光的光强度相比，后方散射光的光强度按照位数不同而变小(根据情况从1/100的量级到1/1000的量级)。
图27中示意表示该差异。即从高分子化合物402得到的后方散射光强度非常少。与此相比，(散射剖面积小)但在官能团405受到散射的全散射光强度内的相对后方散射光强度高。
第3章中说明那样，也可以使照射光12的局部相干性减少(使局部非相干性增加)并且利用图1A～图1C的(b)和(c)所示的反射光(后方散射光)来进行光学检测(也包含分光特性)、成像。由此产生减少来自高分子化合物402的散射光的影响并且能够高效地检测/测定来自官能团406的信号的效果。
特别是在使用来自对象体10的反射光(后方散射光)来测定对象体10内部的构造、状态或者其变化的情况下，较深进入到对象体10内部的照射光12的侵入深度(PenetrationDepth)成为问题。
在朗伯·比耳(Lambert-Beer)的法则成立的情况，侵入到对象体10内的照射光12的强度根据侵入深度而指数函数地减少。而且此时的减少系数与图23B所示的吸光度成正比。观察图23B，使用#400的相位变换元件的情况(局部非相干性增加的情况)、与#1200(局部相干性相对高的情况)相比，吸光度减少6/7程度。
因此，图23B的实验数据意味着“使照射光12的局部相干性降低(使局部非相干性增加)和向对象体10内部的可能侵入距离增加”。
这里在使用#1200的情况下也如图22所示，进行使用背面镜82并且在光路中途配置透明的平行平板94-1～4来使局部相干性降低的处理。因此与完全不使局部相干性降低的现有技术相比，吸光度被预测为远小于6/7的值。
向该对象体10内部的照射光12的侵入深度的不同作为图26(a)所示的针对直行光360的多重散射光370的光干涉的影响来进行说明。即图26(a)所示的对象体(图23B的实验数据中为聚乙烯片)10内通过时的直行光360的侵入强度和深度的关系被预测为表示接近于图23B的#400的特性。但是认为在对象体10的内部进行多重散射后直进的光370与上述直行光360产生光干涉。其结果，成为比#1200大的吸光度，能够说明为对象体10内的可能侵入距离减少。
生物体内的细胞膜(Cell Membrane)(脂质双重层(Lipid Bilayer))、细胞内膜(Internal Membrane)、脂肪成分(Fat)内的构成分子构造类似于上述的聚乙烯。因此上述部位的吸光度特性类似于图23B。根据因此上述现象，具有使局部相干性减少的(使局部非相干性增加的)光进入到比生物体内深的区域(能够观测生物体内的更深的区域的构造、活动状态或者其变化)的效果。
到此为止，仅对对象体10内部的多重散射光370的影响进行了说明，作为除此以外，需要也考虑混入到照射光12内的波面像差的影响。混入到照射光12内的波面像差中存在以下两种：
1.在对象体10内部产生的波面像差，
2.在对象体10入口的界面(空气中与对象体10之间的边界面)产生的波面像差。
任意一种都相对于图26(a)所示的对象体10内的直行光360，受到波面像差的影响的光的相位都偏移。其结果，由于两者间的光干涉，向对象体10内部的照射光12的可能侵入距离减少。
若对以上的说明进行总结，若
(1)使局部相干性减少(使局部非相干性增加)(第3章实施例)，或者
(2)使对象体10所导致的波面像差特性改善(第6章的实施例)，
则产生使向对象体10内部的照射光12的可能侵入距离拉伸(能够测定到较深的区域)的效果。
关于上述，对向照射光12的对象体10内部的侵入深度与使用波长的关系进行说明。上述朗伯·比耳的法则表示在对象体10内使照射光12直进时的对象体10内部的侵入深度与直进状态的照射光12强度的关系。这里作为直行光强度的衰减要因，考虑对象体10内部的光吸收和光散射。这里，认为光的反射是光散射的一部分(后方散射光)。因此若在对象体10内部频繁产生光散射，则直行光的衰减变大(侵入深度变短)。
从可见区域到近红外区域的光散射形态如使用图27而在5.3节中说明那样，认为分为散射剖面积较小的散射(瑞利散射)和散射剖面积相对大的散射(米氏散射等)的2个类型。
在任意的情况下，光散射概率(实际的散射剖面积)都随着使用波长变短而急剧变大。具体而言在瑞利散射中，散射光强度(散射概率/散射剖面积)与波长的4次方成反比。此外，在米氏散射中也具有类似的趋势。
包含动物、植物、微生物等的所有生物体内部为复杂的构造，在其各个构造体产生光散射。因此若将从可见区域到近红外区域的光照射到生物体内部，则若使用波长变短则侵入深度急剧变短。
相反地，若利用使用波长较长的近红外光，则生物体内部的光散射的概率(散射剖面积)大幅度降低。其结果若在照射光12中使用近红外光，则光能够侵入到生物体内部较深区域。因此，近红外光适合于生物体内部的较深区域的构造分析、组成分析、活动状态、其变化的分析。
因此通过将作为照射光12，使用2.6节说明的波长范围的光(近红外光)的方法和第3章说明的使局部相干性减少(使局部非相干性增加)的方法组合，产生生物体内部的照射光12的侵入距离进一步扩大的效果。
此外，并不局限于此，即使将作为照射光12，使用2.6节说明的波长范围的光(近红外光)的方法和第6章说明的改善对象体10中产生的波面像差的方法组合，也产生将生物体内部的照射光12的侵入距离进一步扩大的效果。
进一步地，也可以将2.6节说明的波长范围和第3章说明的使局部相干性减少(使局部非相干性增加)的方法、第6章说明的改善波面像差的方法全部组合。
5.5节 关于与测定对象体内部的电磁波的相互作用的定式化
从5.1节到5.4节，定性地说明了对象体10的内部的可见光、与近红外光的相互作用。为了能够更深地考察这些相互作用，在本5.5节中进行相互作用的定式化。这里，导入的关系式的应用范围并不局限于可见光、近红外光，能够一般地用于从紫外光到30kHz的LF波(LowFrequency Wave：长波)的宽范围的电磁波。
作为麦克斯韦(Maxwell)的方程式的一部分，存在
【式58】
上述(B·52)式是指“电流J流过时在周边产生的电磁场”。这里关于吸收外部电磁波而产生的感应电流(Induced-current)Ja，改写为
【式59】
这里上述ε表示电介质内的介电常数。
电荷(Charge)不存在时的麦克斯韦的方程式也存在
【式60】
【式61】
这里若利用从(B·53)式到(B·55)式的关系，可导出
【式62】
这一关系式。
将电介质中的局部电偶极矩(Electric Dipole Moment)或介电极化(DielectricPolarization)记为Pε(r，t，ω)。这里ω表示电磁波的角振动数。并且关于真空中的介电常数ε0
εE＝ε0E+Pε(r，t，ω)...(B·57)
的关系成立。
此外，在5.1节和5.2节中，说明为由于局部的电偶极矩Pσ(r，t，ω)的振动而产生电磁波的吸收。并且该局部的电偶极矩Pσ(r，t，ω)与上述的感应电流(Induced-Current)Ja之间，存在以下关系，
【式63】
若使用(B·57)式和(B·58)式，则(B·56)式导出
【式64】
这一关系式。
(B·59)式的左边表示真空中(即对象体10的外部)的电磁波的波动特性(WaveCharacteristic)。换句话说图1A到图1C所示照射光(第1光)12和检测光(第2光)16的举动通过(B·59)式而被赋予。并且若设为“Pε＝Pσ＝0”，则(B·59)式表示通过真空中的电磁波方程式。
然而5.1节和5.2节中说明了对象体10的内部的光散射和光吸收与局部的电偶极矩的振动有关。并且(B·59)式右边的Pε与散射光的生成有关，Pσ与光吸收有关。
此外，如图27、5.2节说明那样，作为与近红外光的相互作用的重要因素，存在以下两种，
1〕高分子化合物内的电子轨道(电子云分布的偏离)，
2〕包含氢原子的官能基(构成其的原子间的组振动(Group Vibration))。
因此上述的电偶极矩Pε和Pσ分别与上述两种相互作用重要因素相关。
然而，官能基内的组振动(的激励)能量通过作为散射光而被放出，被扩散到高分子化合物内的原子间振动能量的情况较多。因此官能基内的组振动相比于Pε，对Pσ的贡献率更高(容易被光吸收)。因此电偶极矩Pσ的一部分(一种)中包含(C·7)式所示的“官能基内的电偶极矩μx”(7.2节中叙述)。
在将通过对象体10的外部的照射光(第1光)12和检测光(第2光)16的电磁波E(r，t)记为下式的情况下，
【式65】
电偶极矩Pε与Pσ能够分别变量分离为
【式66】
Pε(r，t，ω)＝pε(r，ω)exp(-iωt)...(B·61)
【式67】
Pσ(r，t，ω)＝pσ(r，ω)exp(-iωt)...(B·62)。
若将该(B·61)式和(B·62)式代入到(B·59)式，则得到
【式68】
并且(B·63)式表示散射光强度与光吸收的量和照射的电磁波的角振动数(振动数)的平方成正比。此外可知，在pε、pσ均匀地分布的光散射体、光吸收体中，散射光强度和光吸收的量(不产生光干涉的情况下)与其体积成正比。这些特性对应于5.3节说明的瑞利散射(Rayleigh Scattering)。
并且已知(B·63)式的形式的方程式的解通过下式而被赋予。
【式69】
另外，(B·64)式中的“rs”表示对象体10内部的局部的位置向量(Position Vector ofScattering Source)。并且“rd”表示在对象体10的外部配置的测定点(图1A到图1C的检测部6)的位置向量(Position Vector of Detecting Destination)。
此外，若将pε和pσ的分布进行二维排列地限定，则(B·64)式对应于一般的光学教科书中记载的菲涅耳-基尔霍夫公式(Fresnel-Kirchhoff′ Formula)。这里(B·64)式内的“pε(rs，t)-pσ(rs，t)”对应于菲涅耳-基尔霍夫公式的二维的开口函数(Pupil Function)。但是(B·64)式内的“pε(rs，t)-pσ(rs，t)”在具有三维分布方面具有专有性。
将在(B·64)式的被积分区域内上述的开口函数所对应的部分去除后的剩余的项表示“球面波(Spherical Wave)”。此外，(B·64)式的右边表示对象体10内部整个区域的积分。在因此(B·64)式内，出现“球面波间的干涉的影响”。因此(B·64)式表示与具有对象体10内部的局部相干性(或者相干性)的电磁波的相互作用。
本实施方式中所要减少局部相干性(或者非相干性的)电磁波的相互作用的定式化方法在Emil Wolf等的教科书(Max Born and Emil Wolf：Principles of Optics(1975，PERGAMON PRESS LTD)Chapter 10)内中有启示。参照其记载内容，使局部相干性减少(或者非相干性的)电磁波的定式化不是电场振幅而最好是以“被检测的光强度”表现。
(B·64)式内的被积分项表示从对象体10内部的局部区域被散射/吸收的电磁波的振幅(电磁场)。因此若将电磁波的振幅(电磁场)间“合成”，则出现电磁波间的干涉。对此，使局部相干性减少(或者非相干性的)的电磁波中，对从对象体10内部的局部区域散射/吸收的电磁波的强度(光量)进行积分(混合)。强度(光量)本身中相位的信息被删除。因此积分结果中，不会出现由于相位的不同而产生的“干涉效果”。
参考(B·64)式来将上述内容定式化，对应下式。
【式70】
这里已知电磁波在真空中传播的电磁波能量I(rd，t)为
【式71】
此外，在(B·66)式中，下式成立
【式72】
因此考虑(B·66)式和(B·67)式，设定(B·65)式的系数。
利用(B·65)式，根据进一步加上了对象体10内部的局部的散射和吸收的强度能够理论上预测通过检测部6(图1A～图1C)而得到的检测强度I(rd)。此外，这样的光强度的表现方法与3.5节内记载的(B·30)式的匹配性也较好。
这里若对象体10内的深度方向的照射光12的强度变化能够理论上预测，理论计算精度进一步提高。从宏观的观点出发，也可以近似地利用对象体10内的深度方向的照射光12的强度变化指数函数地减少的朗伯·比耳(Lambert-Beer)的法则。
这样将朗伯·比耳(Lambert-Beer)的法则和(B·65)式所示理论计算式组合，使用局部相干性低的(或者非相干性的)电磁波时的通过检测部6(图1A～图1C)得到的检测强度I(rd)能够理论上预测。其结果，产生能够高精度地分析对象体10内部的局部的状态、属性的效果。
5.6节 对取决于照射光的局部相干性的不同的测定结果的效果及其考察
3.9节内，使用图23A和图23B，说明了取决于照射光12的局部相干性的不同的测定结果的不同。在本5.6节中，进行进一步的实验结果的提示和与其结果有关的考察。
在本5.6节的实验中，使用与图22相同的实验系统。在相位变换元件(光学特性变更部件)212的滑沙面制作中使用#240的砂粒(平均的面粗糙度Ra为2.08μm)，进行“非相干性接近的近红外光”的生成。
另一方面，在使用“具有局部相干性的现有的近红外光”的实验中，相位变换元件(光学特性变更部件)212削除。此外，为了结合分光器22的检测光量，在上述的位置配置了OD1.5(Optical Density)的ND(Neutral-Density)过滤器。
均计算250次的反复测定结果的平均值。
图61表示透过厚度约100μm的绢片(丝片)的光的分光特性。以波长0.9μm的光进行比较，“具有局部相干性的现有的近红外光”的透光率强2％。与此相比“非相干性接近的近红外光”的透光率若不足6％，具有不足3倍的不同。根据该实验数据也与“具有局部相干性的现有的近红外光”相比，可知“非相干性接近的近红外光”向对象体10的侵入距离变长。
此外，“具有局部相干性的现有的近红外光”的波长方向的透过光量变化是直线的(参考追加记载虚线直线(Broken Straight Line)，几乎相同)，吸光特性上的变化不被观察到。
另一方面，“非相干性接近的近红外光”的波长方向的透过光量变化表现与上述大幅度不同的特性。若波长为1.35μm以上，可见光量比为了参考而追加记载的虚线直线大幅度降低。
图62中表示将该透过光量变化特性变换为吸光度变化的结果。图62所示绢片的吸光度中可见多个波峰(极大点)。另外，将“-log10(It/Ii)”定义为吸光度。这里Ii表示照射光(第1光)12的入射强度。此外，透过绢片后得到的检测光(第2光)16的透过强度表示为It。
为了比较，图63中表示厚度30μm聚乙烯片透过光的吸光度特性。聚乙烯的分子构造如图64(a)和(b)所示。构成主链(Principal Chain)的碳原子分别具有各2个的氢原子结合的简单的构造。此外，可知该聚乙烯的“属于伸缩振动(Stretching)的吸收带的中心波长”的第1倍音(First-Order Overtone)比1.7μm长的位置、并且第2倍音为1.21μm左右、第3倍音为0.92μm左右存在。此外，也可知属于结合音(Combination)的吸收带存在于1.39μm到1.42μm的范围。
与上述聚乙烯相比，绢片具有复杂的分子构造。绢片的材料由被称为丝心蛋白(Fibroin)的蛋白质构成。并且该丝心蛋白如图64(c)所示，按照每6个氨基酸(Hexapeptides)具有周期性的构造。并且主要甘氨酸(Glycine)G和丙氨酸(Alanine)A形成该周期性的构造。其中，甘氨酸的氨基残基(Residue)的一个氢原子与碳原子结合。此外，丙氨酸的氨基残基中，甲基(-CH3)与碳原子结合。
甲基的“属于伸缩振动的吸收带的中心波长”比亚甲基(-CH2)的中心波长稍短。另一方面，甘氨酸残基(-CH)的“属于伸缩振动的吸收带的中心波长”与亚甲基(-CH2)的中心波长几乎类似。
因此图62的吸光度特性内的“向下箭头(Lower Direction Arrow)”所示的波峰(极大)位置可能导致构成丙氨酸的氨基残基を构成する甲基(-CH3)的组振动。并且根据与图63的吸收带的对比，这些波峰按照波长短的顺序可能存在甲基(-CH3)的伸缩振动的第2倍音、结合音、伸缩振动的第1倍音。
另一方面，图62内的“向上中空粗箭头(White-Centerd Bold Arrow of HigherDirection)”所示的波峰(极大)位置分别可能与蛋白质内的肽结合(Peptide Bond)部内的第2级酰胺(Amide II)有关。
如使用图38来在8.3节叙述那样，在上述的丝心蛋白内存在β片形晶体部602。在该β片形晶体部602内，在上述的第2级酰胺间氢键。因此“向上中空粗箭头”所示的波峰(极大)位置的任意可能与该氢键有关。
图61的下侧所示，在“具有局部相干性的现有的近红外光”，不能进行绢片内的分子构造分析。但是若使用在本实施方式中实现的“非相干性接近的近红外光”，则即使具有绢片那样复杂的分子构造的集合体也能够进行详细的构造分析。
若详细研究对从聚乙烯片的透过光得到的吸光度特性的照射光12的局部相干性的不同，则表示相互作用的(B·64)式和(B·65)式的不同能够看到。图63的下侧在使用“非相干性接近的近红外光”的情况下，取决于左侧的纵轴。另一方面，图63的上侧在使用“具有局部相干性的现有的近红外光”的情况下，取决于右侧的纵轴。这里左右的纵轴的尺寸大幅度不同。
首先对(a)和(b)以及(c)和(d)进行比较，可知对于虚线所示的基线角度的波峰的高度大幅度不同。使用“非相干性接近的近红外光”的情况更大幅度地外观波峰高度提高。图23A以及图23B比较可知，(a)和(b)间以及(c)和(d)间的绝对波峰高度不变。通过“具有局部相干性的现有的近红外光”来测定的基线的角度更高。但是信号的C/N比(Carrier to NoiseRatio)通过“非相干性接近的近红外光”来测定的更好。
接下来关注(e)(f)所示的吸收带附近波长的基础特性。通过“非相干性接近的近红外光”来测定，这里可见较大的吸光度的降低。另一方面，在使用“非相干性接近的近红外光”的情况下，吸收带的基础变平缓。即吸收带的端部(吸收带的边缘部)的锐性(Sharpness)较大不同。
在属于伸缩振动的第2倍音的吸收带的周边((g)～(i))，未看到上述的不同。但是这里出自于别的伸缩振动的吸收带存在，因此可能不能看到上述的不同。中心波长为1.21μm的吸收带属于亚甲基(-CH2)的对称伸缩振动(Symmetrical Stretching)的第2倍音。中心波长为1.19μm附近，高度较小，但可以说存在属于逆对称伸缩振动(AsymmetricalStretching)的第2倍音的吸收带。因此在(g)～(i)的位置，吸收带的基础不平缓，属于逆对称伸缩振动的第2倍音的吸收带可能被检测。
进一步地，若通过“非相干性接近的近红外光”来测定，则与结合音有关的(j)的位置出看到大振动。照射光12的特性中测定结果变化，因此(j)位置的振动与费米共鸣(FermiResonance)不同。
该(e)和(f)、(j)的各波长区域中产生的变化存在在吸收带的端部(Edge)产生的特殊的现象的可能性。例如考虑(e)和(f)、(j)的各区域所对应的波长的光照射到聚乙烯内的亚甲基(-CH2)的情况。吸收该波长光，亚甲基移至振动激励态。但是7.2节内的(A·60)式所示的量子效果(Quantum Effect)的影响，导致亚甲基不能移至振动激励态。取代此，假定亚甲基周边的电子云吸收上述波长光并补偿的情况(“pσ(rσ，ω)”的值局部稍微变化的情况)。
聚乙烯内的亚甲基附近的“pε(rε，ω)”的值较小的情况下，(B·65)式内，“pσ(rσ，ω)”的值即使稍微变化，也对整体几乎没有影响。但是(B·64)式中，在亚甲基附近的散射光与亚甲基较大分离的场所(即“pε(rε，ω)”的值大的场所)的散射光之间产生光干涉。其结果，亚甲基附近的“pε(rε，ω)”的微小的值变化较大放大。该放大结果作为(e)与(f)、(j)的各波长区域的不同而出现的可能性不能被否定。
在图63中，通过虚线来记载基线的特征文件。认为该基线的特征文件与在高分子的周边局部存在的电子轨道的偏离有关。并且该虚线随着波长变长，吸光度的值减少。另一方面，图62所示绢片的虚线(基线)随着波长变长，吸光度的值增加。该基线特性的不同可能与高分子构造有关。
例如聚乙烯聚合物那样，具有纤维状的构造的情况下，如图64(a)那样对于短波长光产生多数的“电子轨道的偏离”并且吸收很多能量。另一方面，如图64(b)那样，在长波长光中，红外光的能量吸收效率可能降低。
此外，如图64(c)所示，构成绢片的丝心蛋白取按照每个6氨基酸而周期的构造。结合该氨基酸排列的周期构造，出现具有周期构造的电子轨道。并且在构成周期构造的框的端面，该电子轨道受到边界条件。并且该电子轨道的基态393向激励态399的迁移需要的能量对应于最大吸收量(吸光度高的波长)(参照7.2节的(A·60)式)。其结果，能够说明为图62的向右上的基线(虚线)形成。
这样若利用(B·65)式，则也存在从分子构造说明吸光度特性内的基线特性的方法。因此根据使用了未知的高分子、构成生物体的高分子得到的“非相干性接近的近红外光”的吸光特性，具有能够进行以下推断的效果，
A〕从基线特性进行高分子构造的推断、
B〕从吸收带的中心波长进行高分子内的官能基的推断。
此外，不仅如此，也具有能够
C〕根据波长从吸收带的中心波长的标准值的偏移量来推断生物体内的实时的活动状况(或其变化)的效果。
第6章 在光路中途产生的波面像差的反馈方法
作为测定装置30内混入的光学噪声减少方法，在本实施方式例中，进行
(1)与局部相干性有关的光学噪声的减少、
(2)对象体10所导致的波面像差或者局部行进方向变化的反馈
的2个之中的至少任意一个，2.1节中进行了说明。
关于上述(1)的方法，以第3章为中心进行了说明。本第6章中对下面的(2)的方法进行说明。
6.1节 在对象体(透明的平行平板)内部产生波面像差的原理
首先使用图28，对在对象体10内部产生波面像差的基本原理进行说明。
如图28(a)所示，使用真空中(空气中)照射光12聚光于α点的物镜308。为了说明的简单化，作为对象体10，假定折射率n的透明的平行平板。在从物镜308到聚光点的光路中途配置平行平板(对象体10)，则真空(空气)与折射率n的平行平板的界面产生折射。其结果，如图28(b)那样，不聚光于β点而根据光路，聚光位置偏移。将该现象称为波面像差。
图28(b)中，为了说明的简单化，将对象体10表面设为光学平面(如上述那样表面完全平面也产生波面像差)。但是实际上对象体10表面具有凹凸形状。而且根据该凹凸形状，产生进一步的波面像差。
6.2节 波面像差的校正方法
6.2节中对波面像差的校正方法进行说明之前，图28(b)中说明不聚光在β点上的理由。
图28(a)中，在物镜308开口面(Pupil Plane)上被分割的各点到α点的光路长度全部一致，因此在α点聚光。另一方面，图28(b)中，β点的光路中途被插入折射率n的对象体10。其结果，产生根据(B·13)式的光路长度差δ。此外，该光路长度差δ的值在物镜308开口面上的半径位置不同。而且该光路长度差δ的不同导致β点的聚光被阻碍。
基于上述原理，使上述的光路长度差δ相反的光路长度差在物镜308开口面上预先插入并校正。该校正方法相当于波面像差校正方法。此外，该光路长度差δ的校正最好通过物镜308入射之前(或者入射之后)的平行光来进行。
作为上述波面像差校正的具体的方法，在本实施方式中，物镜308入射之前(或者入射之后)的平行光状态的照射光12或者检测光16的光剖面分割为网眼状，也可以按照每个分割为网眼的单元，使光路长度变化。
图25的照射光的波面像差粗调校正部352和透过光的波面像差粗调校正部356内的具体的构造例在图29A中表示。照射光12或者检测光16的光剖面按照每个被在纵横向二维排列的单元而被分割。
各单元的表面分别形成光反射面416-1～6。此外，在该光反射面416-1～6的下层设置个别电极部414-1～6。该个别电极部414-1～6和共通电极部410之间配置压电元件418-1～6。
例如针对共通电极部410的规定电压施加于个别电极部414-3，则压电元件418-3的厚度变化。而且根据该压电元件418-3的厚度变化，在光反射面416-3表面反射的照射光12或者检测光16的光路长度变化。
图25的照射光的波面像差微调校正部354和透过光的波面像差微调校正部358内的具体的构造例在图29B中表示。在图29B中，按照每个照射光12或者检测光16的光剖面在纵横向二维排列的单元而被分割。
在图29B的构造中，光反射面和共通电极部420被共享。而且照射光12或者检测光16在该兼作光反射面的共通电极部420反射。此外，在该兼作光反射面的共通电极部420的上部形成液晶层428-1～3，根据液晶层428-1～3内部的液晶取向，光路长度变化。各液晶层428-1～3间被分隔板422分离。此外，用于使液晶取向变化的的透明电极部424-1～3形成在上部。
图29B中，使照射光12或者检测光16反射来使光路长度变化，但并不局限于此，也可以使照射光12或者检测光16透过来使光路长度变化。
6.3节波面像差特性检测方法的共通部分
本6.3节中，首先说明图25的参照光生成部320内部。
记载了图1C中照射收束性的照射光12时，在对象体10内部仅聚光于1点(α/β/γ点)的例子。这仅仅是为了说明的简单化的记载，也可以在对象体10内的不同多个点同时聚光。此外，并不局限于此，在本实施方式例中，在对象体10内部的局部区域，也可以形成照射光12预先决定的三维形状。
在对象体10内部形成的照射光的三维形状、多个聚光点等的控制在参照光生成部320内进行。作为其基本的原理，本实施方式例将“共焦关系间的成像图案沿着光轴方向形成多个”。
被配置在参照光生成部320内部的三维透过图案形成部440内部具有多个二维透过像形成层442、444、446隔开规定的距离而层叠的构造。该二维透过像形成层442、444、446具有仅提取检测光16的剖面部分的特定区域光的功能。而且也可以将该二维透过像形成层442、444、446由例如液晶快门制作。
但是并不局限于此，也可以使用在光的光路中途配置并仅规定图案内部能够光透过(或者光反射)的功能的所有光学元件。例如也可以使用具有二维状的规定图案形状的机械性掩模、针孔、狭缝，在图案形状变更时将上述机械性掩模、针孔、狭缝出入交换。或者也可以使用二维状地配置并根据电信号而光透过/反射特性局部变化的二维光开关阵列。
而且二维透过像形成层442、444、446的各层与对象体10内的不同深度位置有成像(共焦)关系。而且从光混合部340(图25)出来的平行光通过各二维透过像形成层442、444、446，从而生成在对象体10内形成的成像图案。
例如设定为透过二维透过像形成层442和446的光全部透过(换句话说透过二维透过像形成层442和446的光全不被遮光)，假定形成仅二维透过像形成层444的ε区域的光透过的针孔构造的情况。此时，仅在对象体10内的α点聚光。
进一步地，若形成仅通过二维透过像形成层444内的多个点的多个针孔图案，则与此相应地聚光于对象体10内部的对应平面(成像面)上的多个位置。
形成使光仅透过二维透过像形成层444的ε区域的针孔构造，进一步地，具有能够通过二维透过像形成层442的η区域的针孔构造并且打开通过ε区域和η区域的光的光路。这样，在对象体10内部，在深度不同的α点和γ点聚光。
这样在ε区域、ζ区域、η区域形成针孔，通过这些的光的光路上能够透过。据此，仅聚光于α区域、β区域、γ区域。
图30中，多个二维透过像形成层442、444、446在相同的三维透过图案形成部440内被集中收纳。但是并不局限于此，通过在相互不同位置配置的二维透过像形成层442、444、446的光也可以在到达对象体10的光路中途被合成。
图30中，表示通过透过图案来形成成像图案的例子。但是并不局限于此，电可以由反射光形成成像图案。
通过上述的三维透过图案形成部440的光的一部分被光路分割部430振幅分割并作为参照光436而被提取。省略图30的记载，但这里被提取的参照光436在参照光生成部320内，相干光和局部非相干光被分离。
而且被分离的局部非相干光的参照光436利用为图32B的参照光436。相同地分离后的相干光的参照光436利用为图33的参照光436。
另外，将图25的照射光的波面像差粗调校正部352和照射光的波面像差微调校正部354，图30中记载为波面像差校正部350。
在测定/检测的对象体10内部产生光的多重散射，对于对检测特性、成像特性有负面影响的状况，使用图26来在5.1节内说明。第3章中说明那样，若提高光的局部非相干性则与多重散射光370的光干涉的影响被减少。但是第3章的方法中，对象体10内部的光的多重散射本身的产生不能减少。
例如图30所示在测定仅对象体10内的特定区域(α、β、γ的各区域)的特性、图像的情况下，利用其特征能够减少多重散射光370的影响。
即根据图26可知，多重散射光370的大部分在对象体10内的α区域/β区域/γ区域以外的场所受到散射。因此在检测光路中途使用成像光学系统(或者共焦光学系统)，对在α区域/β区域/γ区域以外的场所受到散射的光进行遮光并将多重散射光370的大部分从检测系统去除。
图25所示的测定装置的例中，该多重散射光的影响减少处理在光分离部312、332内实施。但是并不局限于此，信号检测部304、314、324、334以及波面像差特性检测部306、316、326、336的光路中进入的前阶段，也可以采用减少多重散射光的影响的所有方法。
图25的光分离部312、332内在图31(说明用从一部分本来的光学配置改变)中表示，由成像透镜216和三维透过图案像形成部450、准直透镜26、光路分离部430构成。
该三维透过图案像形成部450的内部与图30的三维透过图案像形成部440同样地，具有多个二维透过像形成层452、454、446隔开规定的距离层叠的构造。而且该二维透过像形成层452、454、456具有仅提取检测光16的剖面部分的特定区域光的功能。此外，作为仅该特定区域光的提取方法，也可以利用仅特定区域的透过或者反射。即图31的实施例中仅局部快门被释放的部分的通过光(或者针孔、特定图案区域的通过光)被提取的构造，例如也可以利用使用了光学的反射膜的反射光来仅提取特定区域光。此外，该二维透过像形成层452、454、456的具体的构造也可以是具有规定图案的光学元件(光透过/反射元件)、机械性构造体(掩模、针孔)，或者液晶快门的各种能动的快门、开关也可以。
为了方便说明，现行的图31中成像透镜216在光分离部312、332的外部被配置。但是实际上(说明用的改变前中)成像透镜216在光分离部312、332的内部被配置。图25所示光学配置中，物镜308、318通过之后的检测光16为平行光状态。而且该平行光状态的检测光16进入光分离部312、332内，则实际上在光分离部312、332内的入口被配置的成像透镜216的作用从而成为收束光。因此本来通过物镜308、318和成像透镜216的组合，形成对象体10内部的聚光区域(α、β、γ的各区域)和三维通过图案形成部450内部的成像关系(共焦关系)。但是重视说明方便性，图31中通过在光分离部312、332外被配置的成像透镜216单体来构成两者间的成像关系(共焦关系)来改变表示。
图31中考虑β区域(β点)与ξ区域(ξ点)间相互成像关系(共焦关系)的情况。这样，从对象体10内的β区域(β点)得到的检测光16在光分离部312、332内的ζ区域(ξ点)聚光。
而且二维透过像形成层452中，快门被局部放开以使得仅提取通过ξ区域(ζ点)的检测光16。其结果，通过从ξ区域(ξ点)稍分离的部分的检测光16成分被遮光。通过这样操作，在从对象体10内的β区域(β点)稍分离的位置，重叠反射的光不通过光分离部312、332。另一方面，沿着通过ζ区域(ζ点)的检测光16的光路，二维透过像形成层454、456的快门设定为打开(能够光透过)。这样仅通过ζ区域(ζ点)的检测光16成分被三维透过图案形成部450选择地提取(光透过)。
同样地对象体10内的α区域(α点)、γ区域(γ点)的成像位置(共焦位置)即ε区域(ε点)、η区域(η点)中通过的检测光16也提取(透过)。这样，从对象体10内的α、β、γ区域(α、β、γ点)分离的位置处散射的多重散射光在三维通过图案形成部450内被遮光。其结果，对象体10内的测定或者检测对象区域以外散射的多重散射光的负面影响能够去除，能够进行精度高的检测/测定、成像，或者波面像差特性的检测。
被上述三维透过图案形成部450提取(通过的)检测光16通过准直透镜26几乎成为平行光。而且该几乎平行光的状态下，光路分离部430中局部非相干光与相干光分离。另外，该光路分离部430的分离方法利用已经4.2节中说明的方法。
6.4节 使用了局部非相干光的波面像差特性检测方法
对图25的针对局部非相干性的反射光的波面像差特性检测部306和针对局部非相干性的透过光的波面像差特性检测部316内部的使用局部非相干光的波面像差特性检测方法进行说明。
本实施方式例中，针对向PSD(Position Sensitive Detector)单元472内照射的聚光光斑476，使用局部非相干光来减少光干涉的影响。而且向上述PSD单元472内照射的聚光光斑476的位置被检测，局部的波面像差状况被检测。
图32A中表示上述的波面像差特性的检测原理。6.3节中说明的经由光分离部312、332或者参照光生成部320(图25)而成为几乎平行状态的参照光436或者检测光16在平面(与参照光436或者检测光16的行进方向垂直的平面)切断得到的光剖面上，使微型透镜474-1～4二维状地排列。此外，在该微型透镜474-1～4的后侧焦点面上配置二维PSD单元阵列470。而且在该二维PSD单元阵列470表面PSD单元472-1～4被二维状排列，参照光436或者检测光16的一部分，通过一个微型透镜474的光分别在各个PSD单元472内形成聚光光斑476。
图32A(a)的记载例中，通过微型透镜474-2～4的参照光436或者检测光16的波面(等相位面)480为平面状，在与光轴平行的方向上直进。因此通过微型透镜474-2～4的光分别在PSD单元472-2～4内的中央部形成聚光光斑476-2～4。
另一方面，通过微型透镜474-1的参照光436或者检测光16的波面(等相位面)480形成曲面，具有对于光轴向上方的行进方向。因此若该光通过微型透镜474-1，则在PSD单元472-1内的上部形成聚光光斑476-1。
通过对这样在PSD单元472内形成的聚光光斑476的位置进行检测，对应的微型透镜474的通过光的波面(等相位面)480状态分开。而且通过将来自各PSD单元472的位置检测信号间结合，能够预测整体的波面(等相位面)480的特性。
下面对该波面像差特性的检测中使用相干光的情况的问题点进行说明。本来，仅想检测仅从图31的α/β/γ的各区域(各点)同时得到的检测光16内包含的波面像差特性。但是如使用图26而在5.1节说明那样，对象体10内产生的多重散射光370、380与上述检测光16合成。而且本来希望检测的检测光16与上述多重散射光370、380的光干涉图案如图32A(b)所示在PSD单元472内出现。其结果，向PSD单元472-1～4内照射的聚光光斑476-1～4的位置误检测。
这样本实施方式例中将局部非相干光用于波面像差特性检测，因此PSD单元472-1～4中形成光干涉少的聚光光斑476-1～4。其结果，PSD单元472-1～4内的聚光光斑476-1～4的位置检测精度提高，产生能够进行精度高的波面像差特性检测的效果。
本实施方式例中，根据表示对象体10内部波面像差不产生的理想状态的参照光436和包含对象体10内部产生的波面像差的检测光16之间的比较，来检测波面像差特性。这在检测光16中使用局部非相干光的情况下，使用相干光的情况都共通。
本实施方式例中，并不限定于对仅从对象体10内的1点(1区域)得到的检测光16内的波面像差特性进行检测的方法。例如图31所示对象体10内的α/β/γ的多个区域(多个点)同时得到的光内包含的波面像差特性也能够检测。此外，并不局限于此，也可以根据来自对象体10内的局部存在的任意的三维图案中得到的检测光16的信号检测/测定(也包含分光特性检测/测定)、与成像平行来检测波面像差特性。
此时对在图30的三维通过图案形成部440上述的局部存在的任意的三维图案进行人工生成。假设在对象体10内部不产生波面像差的情况下，能够利用成像特性(共焦特性)来在对象体10内部形成上述的三维图案。预先检测/测定该对象体10内部的三维图案形成的阻碍要因即照射光学系统中的波面像差特性，通过将其反转特性提供给波面像差校正部350，能够在对象体10内部，上述的三维图案高精度地形成。
此外，将与其平行并在三维通过图案形成部440局部存在的三维图案生成时的理想的照射光12特性提取为参照光436。图30中被提取的参照光436为使局部非相干光与相干光混合的混合光状态。虽未图示，但是被提取的参照光436通过4.2节中说明的方法而被分离。因此图32B中使用的参照光436中，仅包含上述分离提取的局部非相干光成分。
将使用上述参照光436和局部非相干光的波面像差特性检测的电处理方法在图32B中表示。上述参照光436和检测光16分别使用图32A(a)所示的检测光学系统。
参照光的聚光光斑位置检测部482中，对PSD单元472上的参照光436的聚光光斑位置进行检测。与此平行地通过检测光的聚光光斑位置检测部484，检测PSD单元472上的检测光16的聚光光斑位置。
接下来，计算聚光光斑间的位置偏移量计算部486中两者间的位置信息的差分，计算以参照光436的聚光光斑位置为基准时的检测光16的聚光光斑位置的偏移量。图32A(a)的例中，通过微型透镜474-1的光的波面(等相位面)为向上倾斜的曲面。该情况的聚光光斑476-1向PSD单元472-1内的上部照射。这样根据聚光光斑476-1被照射的位置的偏移量，能够预测通过微型透镜474-1内的光的波面倾斜量。这里根据说明的原理，从聚光光斑间的位置偏移量计算部486输出局部波面的倾斜量488的信息。
从一个聚光光斑间的位置偏移量计算部486，仅能够得到相对于通过一个微型透镜474内的光的波面的倾斜量。因此需要逐个检测相对于通过图32A的全部的微型透镜474-1～4内的光的波面的倾斜量。
作为其具体的方法，也可以逐个设置与全部的微型透镜474-1～4对应的不同聚光光斑间的位置偏移量计算部486。此外，作为其他的方法，在与时间经过相应的波面像差特性变化速度非常慢的情况下，也可以对局部波面的倾斜量488的对象即微型透镜474在时间序列上进行切换。即在各PSD单元472-1～4的附近逐个设置聚光光斑位置检测器482、484的情况下，虽未图示，根据时间序列来切换向聚光光斑间的位置偏移量计算部486的输入信号所对应的微型透镜474-1～4。
作为上述的结果，关于通过全部的微型透镜474-1～4内的光的波面的倾斜量488及其倾斜方向被输入到整体波面像差特性计算部490内。该波面像差特性计算部490内部，统一每个微型透镜474-1～4的波面的倾斜量488及其倾斜方向的信息，预测整体的波面像差特性。
6.5节 使用了相干光的波面像差特性检测方法
在图33中表示使用了相干光的波面像差特性的检测方法。在图30中提取的参照光436中，仅通过4.2节中说明的方法而被分离得到的相干光成分使用为图33的参照光436。使用图25来在4.1节内说明那样，作为使用相干光来检测波面像差特性的前阶段，照射光的波面像差粗调校正部352和透过光的波面像差粗调校正部356进行动作，已经大的波面像差以校正完毕的状态为前提。因此本6.5节中检测的波面像差量假定检测中利用的波长λ以下程度的小的范围内。该检测范围非常小，但取代地，检测精度非常高。
从摄像照相机500-1～4内的摄像面，得到被二维状地排列的每个像素的检测光量的信号。向特定像素照射的参照光436的振幅值取基准(振幅值为“1”时的)，将检测光16的振幅值设为“A”。该特定像素中的波面像差量对应于针对参照光436的检测光16的相位偏移量δ。因此从该特定像素得到的检测光量被赋予给向(B·18)式内代入(B·13)式的下述式。
【式15】
(B·40)式中成为问题的部分是，δ取正负任意的值(B·40)式的计算结果都为相同的值。因此仅仅将参照光436与检测光16合成来检测每个像素的照射光量中，不能得到与检测光16有关的精度良好的波面像差特性。
为了解决其问题本实施方式例中，针对将规定的相位偏移量与参照光436和检测光16间相加后合成的光，测定每个像素的检测光量。作为具体例，例如将参照光436和检测光16的波长设为λ时，将其波长λN分割。而且将相当于其m/N(m是正数)的相位偏移相加后，将参照光436与检测光16合成。此时的特定像素的检测光量对于(B·40)式，成为下式。
【式16】
(B·41)式中的变量存在“A”和“δ”以及“δ的极性(正还是负？)”的3种，因此最低需要三个连立方程式。因此本实施方式例中，最好N≥3。
一般已知的复折射性光学元件中，常光线(Ordinary Ray)方向和异常光线(Extraordinary Ray)方向中折射率n不同。因此根据与(B·13)式类似的原理，在复折射性光学元件的通过后中常光线与异常光线间产生相位的偏移。(B·41)式中相加的相位偏移量m/N是利用上述复折射性光学元件来生成的。
图33中表示具体的光学系统的配置例。参照光436和检测光16在偏振光分束器492中混合(“混合”的用语定义参照3.1节)。该偏振光分束器492中，仅反射参照光436内的S波(Senkrecht Wave)成分，仅透过检测光16内的P波(Parallel Wave)成分。而且被该偏振光分束器492混合的光内，参照光436的(电场的)振动面方向(S波方向)和检测光16的方向(P波方向)间，相互正交。因此上述混合光内，参照光436与检测光16间的光干涉不产生。
无偏振光分束器498-1中，S波成分和P波成分的光反射率和光透过率几乎一致。因此在无偏振光分束器498-1的反射光内，以相同比率包含参照光436和检测光16。
在无偏振光分束器498-1的反射光路中途被配置的检偏器496-1相对于上述偏振光分束器492的S波方向和P波方向倾斜45度仅将(电场的)振动方向的成分提取(透过)。这样，检偏器496-1中提取的光内包含的参照光436和检测光16的(电场的)振动面方向一致，因此两者间的光干涉产生。其结果摄像照相机500-1的摄像面内一个像素中得到的检测光量信号得到(B·41)式中的“m＝0”的特性。
图33中上述的复折射性光学元件的中，使用标准的λ/4板(Quarter Wave Plate)494。但是并不局限于此在本实施方式中也可以使用任意的复折射性光学元件。而且使上述λ/4板494的常光线方向或异常光线方向与上述偏振光分束器492的S波方向或者P波方向一致。
这样，在通过一个λ/4板494-1后，参照光436与检测光16间的相位偏移1/4波长并相加。进一步地，若通过λ/4板494-2，则参照光436与检测光16间的相位偏移1/2波长并被相加。而且然后，若通过λ/4板494-3，则参照光436与检测光16间的相位合计偏移3/4波长并被相加。
每当参照光436与检测光16间的相位相加规定值，通过无偏振光分束器498-2、3来提取光，使其通过检偏器496-2～4，使参照光436成分和检测光16成分光干涉。
其结果，摄像照相机500-2～4的摄像面内一个像素中得到的检测光量信号根据(B·41)式中的“m＝1”，得到“m＝3”的特性。对这样得到的连立方程式求解，能够计算每个像素的“检测光16的相对振幅A”和“波面像差量δ”。
与图32B的整体波面像差特性计算部490同样地，通过将摄像照相机500内每个像素的波面像差量δ组合，能够计算整体的波面像差特性。
第7章 限定于高分子内的特定官能团的第n倍音特性的计算方法法
7.1节 光学噪音减少化方法和归属于特定官能团中的组振动的吸收带波长预测
本实施方式系统中，着眼于提供一种高精度地掌握检测/测定的对象体10内的组成、构造或者活动状态的方法。因此并不局限于仅要从对象体10得到的检测信号、分光特性的精度提高、成像的鲜明度提高，能够提供使使用这些得到的信息来得到的对象体10内的组成、构造或者活动状态的掌握精度提高的技术单元。
2.1节中说明那样在本实施方式中，下述的两种的方法中使光学噪音减少。
(1)与局部相干性有关地产生的光学噪音的减少化方法在第3章中说明。此外，
(2)关于使对象体10内部产生的波面像差的影响而产生的光学噪音减少的方法，在第6章中进行说明。
然而第3章和第6章中说明的实施方式方法中，能够实现从对象体10得到的检测信号、分光特性的精度提高、成像的鲜明度提高。但是为了使用由此得到的信息来进行对象体10内的组成、构造或者活动状态的掌握，需要理解对象体10内部的微观的构成体与光之间的相互作用原理。因此，对象体10内部产生的光吸收体、光散射体和光之间的相互作用的概说在第5章中进行。
即由于规定官能团内的组振动的散射剖面积较小，因此来自此处的散射光之间的光干涉的产生频率相对低。因此照射光12中使用局部非相干光，则能够比较高精度地检测/测定属于规定官能团内的组振动的吸收带。
进一步地，通过将对象体10内产生的波面像差的减少技术(第6章)组合，能够将属于官能团内的组振动的吸收带进一步高精度地检测。
这样即使将对象体10内部的特定区域所具有的吸收带特性高精度地检测，也难以进行其吸收带所属于的振动模式的辨识。若按照每个吸收带所述的振动模式能够高精度地预测，则与检测/测定结果组合来进行对象体10内部的组成、构造、或者活动状态的正确的掌握成为可能。
关于基准音(Fundamental Vibration)所对应的吸收带的波长，现在使用了量子化学计算软件的理论的预测成为可能。但是能够将组振动的第n倍音所相当的吸收带的波长简易地预测的方法到现在为止并不存在。
针对将属于特定官能团内产生的组振动的第n倍音的吸收带的波长理论上预测的简易的手法不存在的上述问题点，第7章中说明其解决方法。
7.2节 与官能团内的组振动有关的式子的表现
在将特定官能团内产生的组振动的第n倍音所对应的吸收带波长值理论上预测的式子导入中，转用专利文献3内已经记载的式子的一部分。为了明确本说明书中新记载的式子与上述的转用式子的不同，专利文献3内记载的式子编号(A·&&)直接利用。另一方面，关于本说明书内新记载的式子，设定式子编号为(C·$$)。
图34所示，考虑具有电荷量Q的带电粒子在Z轴上被配置的情况。这里Z轴上的单位向量设为eZ。外部电场Ee-i2πvt相反并使带电粒子在Z轴方向移动Z时的工作量为(A·1)式。
【式17】
这里(E·Z)表示向量E与Z的内积。然而(A·1)式中不包含与外部电磁波内的磁场的相互作用项，但该项能够充分忽略。
特定官能团被包含的高分子被放置于外部电磁波中时的方程式利用(A·1)式通过(A·2)～(A·5)式而被赋予。
【式18】
【式19】
【式20】
【式21】
其中，h是指[普朗克常量]/2π(狄拉克常量)，e0表示电气素量，me表示电子的质量。此外，N：高分子中包含的原子核数，n：高分子中包含的电子数，t：时间，Ma：第a个原子核的质量，Ra：第a个原子核的三维坐标，Qa：第a个原子核的实效电荷(基于原子核周边电子的屏蔽效果也进一步加上的Mulliken的电子数解析结果的电荷量)，rj：第j个电子的三维坐标，σj：第j个电子的自坐标。
接下来，进行仅表示使用了Born-Oppenheimer近似的原子核间的关系的方程式的提取。首先适应于Born-Oppenheimer近似，假定满足(A·2)式的波动函数能够近似为(A·6)式。
【式22】
将该(A·6)式代入到(A·2)式来进行式子的变形，如(A·7)式那样能够分离为仅Ψnucl的式和仅Tel的式。
【式23】
将两者的等号连结的值在(A·7)式所示那样表示为W(R1，··，RN，t)，则根据(A·7)式，作为仅包含Ψnucl的式子，得到表示原子核间的关系的方程式(A·8)。
【式24】
(A·8)式中，最佳化的电子轨道的影响集中于W(R1，··，RN，t)。
接下来，从(A·8)式进行与外部电磁波进行相互作用的特定官能团的基准振动(否rmal Vibration)所对应的关系式的局部提取。在此之前，根据基于使用了量子化学计算软件的计算机模拟的振动解析结果来预先进行特定的基准振动部分的提取。其结果，判明在特定官能团内的中心原子核C与周边的氢原子核H和的结合方向上振动的伸缩振动与上述基准振动的一种对应。因此从(A·8)式，提取与该特定官能团内产生的组振动有关的方程式。以下作为组振动的计算例，导出对属于与伸缩振动有关的第n倍音的吸收带的波长值进行计算的关系式。但是并不局限于此例如变角振动(Deformation)、结合音有关的关系式的导出也通过与下述说明的内容相同或者类似的方法进行。
以下的说明中，针对特定官能团内的中心原子使用“C”的符号。该“C”是指“CentralAtom”。因此特定官能团内的中心原子C并不局限于碳原子，也可以是氮原子、氧原子。此外，作为该特定官能团的构造，以中心原子C和其周边被配置的n个的氢原子分别共价键(Covalent Bond)的构造为前提。此外，并不局限于此，也可以该n个的氢原子的中一个以上的氢原子与对象官能团外的规定原子(或者离子)氢键(Hydrogen Bond)。此外，也可以在不氢键的状态下，对象官能团外的规定原子(或者离子)接近于一个或者以上的氢原子。
将上述特定官能团-CHn内的各构成原子的位置向量(Position Vector)在图35所示。这里将针对中心原子C的原子核位置的位置向量表示为RC，将针对第a个氢原子的原子核位置的位置向量表示为Ra。此外，将中心原子C的质量表示为MC，将氢原子一个质量表示为MH。这里图35所示，中心原子C的原子核位置到第i个氢原子的原子核位置的向量表现为
va≡Ra-RC...(C·1)，
从(C·1)式得到
【式25】
另一方面，表示该特定官能团的重心位置(Center Position of Gravity)的位置向量RG表现为，
【式26】
因此将(C·2)式代入到(C·3)式，导出如下关系。
【式27】
接下来特定官能团整体的累积能量从最小时的中心原子C的原子核位置向第a个氢原子的原子核位置的向量定义为“xaea”(ea为单位向量)。而且根据图35，定义下述的关系。
v1≡(x1+x)e1+s1...(C·5)
va≡(xa±x)ea+sa(2≤a≤n)...(C·6)
(C·5)式和(C·6)式内的“x”表示从中心原子C的原子核位置到第a个氢原子的原子核位置的距离的特定官能团整体的累积能量为最小时起的偏移量(Deviation)。
特定官能团内的组振动中，属于该特定官能团的全部的氢原子连动并振动。本实施方式例中，将该连动状态近似为相同参数“x”。若古典力学(Classical Mechanics)地考虑，则组振动时的构成氢原子的偏移量不是必须全部一致。该情况的构成氢原子的每一个的“x”起的不一致成分在(C·5)式和(C·6)式中，加入到“si”内(internalize)。
作为组振动的计算例，这次的说明中，进行属于伸缩振动有关的第n倍音的吸收带的波长值进行计算的计算式的导入。因此(C·6)式内的符号“±”为“+”时，表示对称伸缩振动(Symmetrical Stretching)。此外，“-”时，表示逆对称伸缩振动(AsymmetricalStretching)或者缩重伸缩振动(Degenerate Stretching)。
对象体10内部局部存在的电偶极矩振动(或者移至激励态)并产生光散射、光吸收，则5.1节和5.2节中进行了说明。上述特定官能团整体的累积能量最小的位置配置各原子核的状态起，全氢原子连动并移动“x”时(即对于全部的i“sa＝0”时)的上述官能团内的电偶极矩以官能团内的重心位置RG为基准，表现为
【式28】
将该(C·7)式变形(“sa＝0”中的)
【式29】
代入到(A·3)式右边的第3项，则官能团与外部电磁场的相互作用项能够记为
【式30】
这里(C·9)式表示“sa＝0”的条件下的近似式。以近似精度提高为目标，也可以将包含(C·5)式和(C·6)式中记载的向量“sa”的项追加到(C·9)式。但是及时进行这些后述的变量分离中，其影响也被放入电势函数V(x)内，最终导出的关系式相同。因此为了说明的简单化，今后，进行使用了(C·9)的近似式的式的变形。
古典力学上，上述特定官能团内的运动能量的总和为：
【式31】
若将(C·1)式和(C·4)～(C·6)的各式代入到该(C·10)式并变形，则为
【式32】
(C·11)式的右边第2项内，利用
【式33】
的关系，进一步地，近似为
【式34】
，则(C·11)式能够近似为
【式35】
然而根据(C·5)式和(C·6)式，(C·14)式的右边第2项内为
【式36】
根据基于使用了量子化学计算软件的计算机模拟的振动解析结果，基准振动所对应的すゐ组振动中，“ea·dsa/dt≈0”的情况较多。因此若将该近似代入到(C·15)式，则(C·14)式表示为
【式37】
(对于该近似成立条件，7.3节内详细进行了研究。)这里
【式38】
是指官能团内的组振动有关的换算质量(Reduced Mass)。
而且(C·16)式右边的第1项表示重心系(Center-of-mass Sustem)RG的运动能量。此外，第2项表示被近似的组振动所对应的运动能量。而且最后的第3项对应于除此以外的移动所对应的运动能量。即(C·16)式表示特定官能团的构成原子核的运动能量的总和能够分割为重心系、组振动、其他的运动能量。
若将(C·16)式中所述的组振动所对应的运动能量化(quantize)则将(A·3)式的右边第1项内的一部分改写为
【式39】
(上述量化的根据在专利文献3内记载)。
接下来(C·5)式和(C·6)式中，如近似为xa＞＞|sa|2≈0，则(A·3)式的右边第2项内的一部分能够变形/近似为
【式40】
。进一步地，(A·7)式的最右边中，近似为
W(R1，...，RN，t)≈Wx(x)+WOTHER(R1，...，RN-n-1，RG，s1，...，sn，t)...(C·20)。
(A·8)式的右边中，若变形为
Hnucl+W≈Hx+HOTHER...(C·21)
，则根据(C·9)、(C·18)、(C·19)的各式，成为
【式41】
。此外，同样地HOTHER的详细通过下述的式而被赋予。
【式42】
关于(A·6)式内记载的波动函数，假定为
【式43】
，则能够变量分离为
【式44】
。而且(C·22)式和(C·25)式中，若近似为
【式45】
，则根据(C·22)和(C·24)～(C·26)的各式而记载的组振动状态的方程式被导出为，
【式46】
特定官能团内的组振动状态通过(A·27)式而被赋予时的方程式解通过以下来导出。而且表示其所对应的吸收带的波长值的式子也被表示。
首先将“κ3＝κ4＝E＝0”时的波动函数ψX定义为下述那样。
【式47】
将该(A·28)式和“κ3＝κ4＝E＝0”的条件代入到(A27)式，变形为调和振动的方程式
【式48】
。这里，若定义
【式49】
，则(A29)式的解如专利文献3中记载那样，成为
【式50】
【式51】
专利文献3中组振动的方程式未被导出。在情形良好时仅将专利文献3中定义的换算质量Mx变更为(C·17)式，就能够直接转用专利文献3内记述的计算式(式子)。因此对组振动状态进行记述的方程式即(A·27)式的解，将专利文献3的记述内容转记为下述。
在导出使用(A·30)式和(A·31)式来表示非调和振动的(A27)式的最终解之前，首先求取(A27)式中E＝0时的波动函数的解。具体而言视为(A27)式中的“κ3x3+κ4x4”项充分小的扰动项。而且基于表示调和振动方程式的解的(A30)式，导出扰动解。
专利文献3中说明那样，该非调和振动时的能量固有值εm通过(A38)式而被赋予。
【式52】
由(A38)式可知非调和振动时的能量固有值(Energetic Eigen Value)εm仅受到(A27)式内的κ4x4的项的影响而不受到κ3x3的项的影响。此外，此时的波动函数|m＞通过
【式53】
而被赋予。这里，
【式54】
的关系具有((A·39)式内的详细式参照专利文献3)。
从能量准位ε0向εm迁移时所需的能量通过hvm来表示，则通过
【式55】
而被赋予。因此根据(A·60)式，在基准音、第1倍音、第2倍音的振动数设为v1、v2以及v3时，
【式56】
【式57】
的关系成立。而且这里若使用被导出的(A·60)～(A·62)式，则根据基于非调和振动的基准音、第1倍音、第2倍音的振动数v1，v2以及v3，能够预测第m-1倍音的波长λm(振动数vm)的值。
对使用上述理论式的计算结果和实际的测定值进行比较，理论计算结果更具有(作为波长值1～3分割的范围内)稍变小趋势。因此关于上述特定属于官能团内的组振动的吸收带的波长值，对理论预测值和实验值进行比较的情况下，也可以通过上述计算的理论值与规定的校正系数相乘后的值来与实验值进行比较。
7.3节 官能团内的组振动解析的意义
2原子分子(2体系)内的非调和振动解析法现在已知。其具体的一个例子中，将2原子分子内的运动分离为重心运动(Central Motion of Gravity)或者并进运动(TranslationMotion)和相对运动(Relative Motion)。而且关于该相对运动，将2原子间的距离的偏移量设定为“x”，导出与(A·27)式类似的方程式。
与此相比，组振动中解析的对象(原子核)的数量为3以上的多体系，因此自由度(解析所需的变量的数)大幅度增加，解析非常复杂的问题存在。因此，简易解析组振动特性的手法至今不存在。
有机高分子、构成生物体内部的生物体系分子内5.2节中说明那样，作为构成原子，包含氢原子的官能团(碳原子、氧原子，氮原子等的中心原子和在周边被配置的氢原子间共价键的构造)被较多包含。
专利文献3内说明那样，生物体内的活动(生物体反应、催化剂作用等)中氢键夹有的情况非常多。而且特定官能团内的氢原子、别的原子、别的离子之间暂时产生氢键反应，对应的吸收带的波长值暂时变化在理论上被预测。
因此对官能团内的组振动的简易的理论解析手法的提出具有提高针对上述吸收带的波长变化的理论的预测精度，提高与实验值的匹配性的效果。
使用量子化学计算软件来解析官能团内的基准振动(否rmal Vibration)的结果，可知构成官能团的多个氢原子间相互连动。例如变角振动、对称伸缩振动、逆对称伸缩振动、缩重伸缩振动等全部构成官能团的全氢原子相互连动。
如(C·6)式内的“±”符号所示，上述振动模式下各氢原子的移动方向不同。但是累积能量最小时的位置的偏移量(的绝对值)“x”在全部的氢原子近似为相同，实际从产生的氢原子的每一个的近似的误差量表示为“sa”。即不进行容易的近似假定，也考虑氢原子各个独立的移动状态。
包含近似地将关系式变形(展开)的结果如(C·16)所示，官能团内全构成原子的运动能够独立分离为“重心运动”、“仅共通偏移量x的运动”，“误差成分sa的运动”(以包含各变量的项相互线性结合(Linear Addition)的方式表现)。这样共通的偏移量x和氢原子各个移动的误差量sa关系式内能够分离，则如(C·25)式那样变量分离(Separation ofVariables)成为可能。其结果(A·27)式所示的官能团内的组振动进行记述的简单的方程式能够导出。
此外，不仅如此，本来多体系的运动解析必要的计算对象(多原子分子)，集中于(A·27)式的“一维方程式”来解析，从而具有解析劳力能够大幅度减少的效果。为了使对其一维解析的集约成为可能，(C·17)式所示的换算质量的关系式等的效果非常大。即多体系中的各个运动状态的信息集中于，
1〕(C·17)式内的“特定官能团包含的氢原子数n”、
2〕将各种振动模式明确表示的(C·6)式内的“±”的附图标记(正负的极性)
3〕(A·27)式内电势部的2次～4次系数κ2～κ4的值。
作为上述的“能够集中为一维方程式”的理论的根据，(C·16)式的近似需要成立。此外，作为其前提，“ea·dsa/dt≈0”的条件的应用可否很重要。其条件成立的范围在下述中明确表示。关于该条件，分为：
a]水中官能团的构造不稳定的状态、
b]官能团构造稳定并且各自的反应(活动)不相关的静态以及
c]反应、生物体活动等时间序列上状态变化得到的动态来进行说明。
首先，关于[a]进行研究。根据笔者(发明人)的实验经验，氧原子为中心的原子C的官能团在水中比较的不稳定。而且实验的经验上，“氧原子-氢原子”结合内的氢原子与水中的氢原子置换的概率很高。7.4节的方法中理论上的预测值得到了，但认为需要中心原子C中具有氧原子的官能团的模拟结果的可靠性稍降低。
同样地，实验的经验上，具有-NH3+(N是氮原子)的构造的官能团内的一个氢原子H遊离的可能性也很高。因此针对上述构造的模拟结果的可靠性电并没有那么高。
接下来进行具有1≤n≤2中的-NHn构造的官能团有关的研究。若调查过去的文献，将上述构造内的氢原子置换为氘(Deuterium)的实验被较多报告。但是为了使上述置换结束，需要放置1～2天。因此短期间结束的实验中，-NHn构造(1≤n≤2)在水中比较稳定。
另一方面，认为在中心原子C具有碳原子的官能团的构造非常稳定。
作为以上的结论，关于[a]，根据官能团的中心原子C的种类，模拟结果的可靠性变化。
接下来，关于[b]进行研究。若详细调查基于使用了量子化学计算软件的计算机模拟的振动解析结果，高分子内部的基准振动的一种所对应的组振动中，属于特定官能团的全部的氢原子连动并振动。此外，属于特定官能团的全部的氢原子间的振动振幅值也几乎类似的情况较多。认为-CHn(中心原子C对应于碳原子或者氮原子，氧原子)的构造的官能团内的氢原子H配置设为比较的对象构造是其理由。
作为非常特殊的例子，设为特别排列的一个官能团内，可能特定的氢原子的振动振幅与其他氢原子不同的情况。作为其例子，一个氢原子H与中心原子C间的结合方向与引起振动的外部电场的振动面方向E((A·3)式)一致的情况。但是一般在对象体10内的官能团-CHn的取向性没有规则性，随机方向上被配置。因此将整体平均化来观察的情况下，认为属于特定官能团的全部的氢原子间的振动振幅值类似很自然。
因此，相对于[a]中具有稳定构造的官能团的[b]的静态中，归结于“ea·dsa/dt≈0”的条件的模拟结果的可靠性某种程度上保持。
接下来对[c]进行研究。如7.3节中叙述那样生物体内部的活动时(生物体反应、生化学反应、催化剂反应等)，存在暂时的氢键产生的情况。此时特定官能团内的一个氢原子的附近配置有其他原子、其他离子的状态产生。
上述[a]中说明的水中比较的稳定构造的官能团内，中心原子C和其周边的各氢原子H间形成共价键，原子间距离(键长)比较的短。与此相比附近被配置的其他原子、其他离子之间的氢键距离相对的长。因此氢键氢原子H的原子振动(Atomic Vibration)的影响被扰动效果(Perturbative Effect)停止。
因此[c]的动态而在特定官能团附近其他原子、其他离子接近的情况下，其官能团内的氢原子的每一个的振动振幅值(由于上述的扰动效果)稍变化。但是该情况下“ea·dsa/dt≈0”的条件也基本满足。
将以上的研究结果汇总。非常复杂且巨大的高分子系、生物体系内的特定区域产生的特定的基准振动(例如特定官能团内的组振动)进行了理论上解析情况下，产生其基准振动的构造体内包含的原子的种类(即“氧原子-氢原子间结合”、“氮原子-氢原子间结合”是否存在？)理论的解析结果的可靠性发生变化。另一方面，该理论的解析结果的可靠性不受解析对象是“静态”还是“动态”的影响。其结果，7.4节中叙述的模拟得到的简易的理论解析结果能够适应于时间共同变化的生物体内的活动状态、其变化。
特别是本实施方式例中重要的事，设为复杂的构造的巨大分子或者巨大的多个分子的复合体内的解析也可能的效果。即(A·3)式或者(A·8)式内记述的哈密顿(Hamiltonian)Hnucl内，允许庞大的数的构成原子。其巨大的分子或者巨大的多个分子的复合体中，能够任意选择希望解析的官能团。因此对于被选择的官能团，使用7.4节中进行说明的手法来计算(A·27)式内的2次系数κ2和4次系数κ4的值。仅由此就能够使用(A·32)式和(A·38)式，预测相关的吸收带的波长值(根据需要进一步地，也可以使用(A·61)式和(A·62)式)。
上面叙述了生物体活动时(生物体反应、催化剂作用等的产生时)特定官能团与其他原子、其他离子接近的状况。若这样特定官能团与其他原子、其他离子接近，作为扰动效果，(A·27)式内的2次系数κ2和4次系数κ4的值变化，对应吸收带的波长值变化。因此该情况下也使用7.4节中进行说明的手法，能够理论上预测对应的吸收带的波长变化。因此能够根据该吸收带的波长变化预测生物体活动状态。
此外，并不局限于此，第8章中进行说明的功能性生物·工程生成物内的构造确认、制造工序管理成为可能的效果也存在。
作为本实施方式例的说明作为7.2节内的式子的展开(特别是(C·5)式和(C·6)式)中，以原子核间的键长(Bond Length)的变化为中心进行了说明。但是并不局限于此在本实施方式中，也可以进行针对分子内构成原子间的任意的构造或者形状变化的解析的简单化。此时取代导入(A·27)式，也可以进行与7.2节类似的关系式展开(变形)，导出其他的变化(其他的变量)所对应的并简单化的方程式。例如与形成组振动内的基准振动的变角振动有关地，导出使分子内构成原子间的键角(Torsional Angle)变化的一维的(变量一个)方程式来实现解析的简单化。
此外，7.2节中最终的导出仅包含时间变量t以外中一个变量x的方程式(A·27)式并实现了解析的简单化。但是并不局限于此也可以多用(C·25)式所示的变量分离法，除时间变量t以外同时导出多个分别仅包含一个变量的独立方程式。
而且不同变量被包含的多个独立方程式同时成立的情况下，多个不同振动模式间同时迁移(Transition)产生。该状态对应于结合音。仅包含一个一个变量x的方程式(A·27)式的能量固有值通过(A·38)式而被赋予。该结合音的情况下，以各振动模式所对应的上述能量固有值的线形结合的形式来规定能量准位(Energy Level)。而且以(A·60)式和类似的形式，能够理论上预测结合音所对应的吸收带的中心波长值。
作为本实施方式的一个例子7.2节中，关于伸缩振动所对应的解析的简单化方法进行了说明。但是并不局限于此如上述的说明那样7.2节中说明的式的展开(变形)方法的校正(例如将应选择的变量取代原子核间的“键长”而设为“键角”来导出针对变角振动的解析方程式等)，或者进行式的展开(变形)的扩张(例如多用变量分离来导出多个包含不同独立变量的独立方程式使结合音的解析成为可能等)。
7.4节 归属于组振动的吸收带波长的模拟方法
量子化学计算软件和(C·17)式、(A·27)式、(A·60)式组合来能够简易地解析组振动状态的本实施方式例，使用图36进行说明。
通过S1来开始解析，使用量子化学计算软件来进行高分子构造(构成高分子的各原子配置)的设定(S2)。而且使其执行一般的量子化学计算软件设置有的构造最佳化(S3)程序。
7.3节中说明那样在本实施方式中，即使构成巨大的高分子构造、复杂的这些的复合体(构造体)，其中的局部区域(特定的官能团周边)的构造、反应(活动状态、其变化)的解析也成为可能。因此S4所示，指定应解析局部构造、反应(活动状态、其变化)的区域。作为其一个例子，也可以设定作为组振动特性的解析对象的官能团。
作为该方法，用户也可以指定直接对象区域。此外，并不局限于此，也可以进行自动地区域选择(区域设定)。此时用户预先指定区域设定的条件，针对与其条件一致的区域，量子化学计算软件自动地辨别。
具体而言例如用户预先将“特定的催化剂反应、生物体反应的活性区域(ActiveArea)”指定给量子化学计算软件。该情况下，量子化学计算软件自动地提取特定的氢原子，也可以选择其氢原子被包含的官能团。这里其特定的氢原子也可以在上述催化剂反应时、生物体反应时与其他原子、其他离子氢键。
另外，这里作为设定的振动特性解析对象区域，S4中，设定了规定的官能团。但是并不局限于此在本实施方式中，也可以设定与S2中设定的高分子内的任意的基准振动有关的局部区域。例如专利文献3内指定与高分子内的基准振动有关的2原子，作为表示该2原子间的基准振动的方程式，导出(A·27)式(其中该情况下并未达到组振动的解析，表示换算质量的关系式与(C·17)式不同)。
S4中设定的官能团内的构造在S3中已经最佳化。即高分子的累积能量最小，该官能团内的中心原子核到周边的氢原子核的距离(键长)最佳化。因此中心原子核和到a个氢原子核的距离(键长)对应于(C·5)式和(C·6)式内的“xa”(1≤a≤n)。
另外，图36中实施高分子构造的最佳化(S3)后成为振动特性解析对象和局部区域(官能团等)的设定(S4)被进行。但是本实施方式例中并不局限于此，也可以将两者间的顺序(S3和S4的顺序)相反。
作为接下来的步骤，开始S4中被指定的官能团内(或者与任意的基准振动有关的局部区域内)的振动特性的解析。这里结合7.2节内的(A·27)式使2原子(核)间的键长变化的方法的说明被进行。但是并不局限于此本实施方式例中，也可以使夹着中心原子(核)的2原子(核)间的键角变化。
即根据(C·5)式和(C·6)式的计算模型，使构成S4中设定的官能团的全部的氢原子核与中心原子核的键长均等地变化(偏离)“x”。而且此时的高分子整体的累积能量使用量子化学计算软件来计算(S5)。这里针对第a个(2≤a≤n)的氢原子的键长加上“x”或减去((C·6)内的附图标记“±”的中采用“+”侧或代用“-”侧)是根据解析对象的振动模式的选择内容(例如对称伸缩振动？或者逆对称伸缩振动、缩重伸缩振动？)而变化的。
这里偏移量x的绝对值最好比(C·5)式或者(C·6)式内的“xa”(1≤a≤n)小。因此S5中设定的偏移量x可以设定为范围(最好 的范围)。
根据针对该键长的变化量x的累积能量的变化特性，推断7.2节内(A·27)式的2次系数κ2和4次系数κ4的值。而且为了决定该2个的系数值，作为偏移量x仅一点的累积能量的计算结果不足。因此，在本实施方式中S6所示，需要使偏移量“x”的值变化来再次计算再度累积能量。
该计算假定中，由于偏移量的绝对值|x|的值相同，也可以在使正负的极性变化的2点计算累积能量值。进一步地，也可以对不同其它的偏移量的绝对值|x|在使正负的极性变化的追加的2点计算累积能量值。
计算该累积能量值的偏移量x的样本数(即改变偏移量x来计算累积能量的反复计算次数)多的S7中进行的拟合的精度提高。
而且根据相对于S5和S6中计算的偏移量x的累积能量的变化量特性，使(A·27)式内的2次系数κ2和4次系数κ4的值计算/适合(拟合)(S7)。作为该拟合方法，也可以进行使用了最小平方法的适合化，也可以进行其他任意方法的适合化。
利用S7中得到的2次系数κ2和4次系数κ4的值，利用(A·61)式、(A·62)式所示关系式来对对应的吸收带的波长进行理论上计算(S8)。此外，如7.2节的最后记载那样，理论预测结果和实验值间产生恒定比率的偏移的趋势存在。为了校正，根据需要，也可以如S8内记载那样乘以规定的校正系数。
最终的进行了将其计算结果显示在显示器上，或者保存于存储介质等的输出处理(S9)后，使一系列的理论的振动解析结束(S10)。
针对特定的氢键产生的官能团内的氢原子移动时的能量变化和基于此的吸收波长变化有关的计算例，第8章内的8.4节中简单叙述。
第8章 功能性生物物质
图1A～图1C所示本8章中对本实施方式中的对象体10有关的应用实施例内容进行说明。
8.1节 所谓功能性生物物质
2.4节内的说明中，作为图1A～图1C中记载的对象体10，以无机电介质、有机物(被聚合物化的高分子)、生命体为例进行了记载。本第8章以前中，作为对象体10的具体例，以“现有物”为中心进行了说明。但是“现有物”的范畴并不局限于，在本实施方式中，新的物质也可以被包含于对象体10的具体例(应用例)。本第8章中的视点出发，进行对象体10有关的其他应用实施例有关的说明。
第3章和第6章中说明的光(波面像差特性少、局部相干性低/局部非相干性高的光)面向内部包含-CHn形的官能团的对象体10的检测、测定的状况在第5章和第7章中进行了说明。因此作为对象体10的应用例进行说明的新的物质内也可以包含上述-CHn形的官能团。
此外，生物体内部的活动(生物体反应、生化学反应、催化剂反应等)时暂时特定官能团内的氢原子的附近与其他原子、其他离子接近，对应的吸收带的波长变化能够产生的状况在7.3节内进行了说明。因此作为使用了第3章和第6章中说明的光的检测/测定对象，生物体构造、生物体活动的检测/测定也适当存在。根据这样的状况，作为对象体10的应用例，提出功能性生物关联物质(Functional Bio-material)。
本实施方式应用例中的功能性生物关联物质所具有的代表的属性，存在“与自然的亲和性”。作为其具体的属性，能够列举记载下述内容。
1〕按照各个功能性生物关联物质的每一个具有多种独自功能
2〕现有的自然界中仅以单体存在
3〕类似利用现有生物的生物体活动系统、机制的一部分来生成(制造)
4〕现有生态系、自然界的影响少(物质单体以及其派生物/生成物)
5〕单体以及其派生物/生成物均在现有的自然环境下中自立的增殖力不具有
(对其他生物体的寄生形态的增殖力也不局域)
6〕即使现有生物摄取也不发挥体内营养补给以外的独自功能
此外，除上述属性，也可以包含下述记载的属性内的至少一个。
7〕具有废弃后的分解容易性(微生物的分解作用对应等)
8〕不伴随具有生成(制造)时二氧化碳等的分解难易性的废弃物生成
作为具有上述属性的功能性生物关联物质的具体的形态例，现有的自然界中不存在的(上述〔2〕的属性所对应的)新的工业用材料(或者材料)、独自的食材、或者具有独自功能的部件等中也可以利用。
已经实施了基因操作的农作物存在。但是从这些农作物生成的种子具有自然环境下自立的增殖力，上述〔5〕的属性不一致。因此本实施方式中的功能性生物关联物质其物或者其生成物(实施了基因操作的农作物的种子所对应的)错误地在自然环境下流出，也不可能扰乱现有的生态系统(上述〔4〕的属性一致)。
此外，另一方面，利用了生物技术的医药品的开发进行。这些医药品的体内摄取目的具有“治疗(治愈)效果”的独自功能，因此不该当于上述〔6〕的属性。
现有的工业用塑料材中，主链部(Principal Chain Part)通过相互共价键而连结的碳原子、硅原子被反复连结的构造的情况较多。该碳原子间或者硅原子间的共价键部的键合力强，构造难以被分解。
另一方面，蛋白质内的肽键合部(Peptide Bonding Part)的键合力比共价键部弱，因此通过微生物的作用等而容易被分解。因此，蛋白质构造体的废弃后的分解容易性高(上述〔7〕的属性一致)。
该功能性生物关联物质的生成方法(或者制造方法)的详细，第9章中详细进行说明。这里关于上述〔3〕记载的属性，简单说明效果。
例如大量的羊毛收得中，羊的饲育需要大量的劳力和费用。与此相比仅利用了特定部位的培养、微生物的氨基酸生成等，若利用生物体活动的一部分的(类似)系统、(类似)机制，则功能性生物关联物质的制造效率大幅度提高。
这样利用生物体活动的一部分的(类似)系统、(类似)机制进行功能性生物关联物质的开发或者生成的技术，本实施方式系统内称为“生物·工程”和呼ぶ。
然而多种多各种蛋白质根据其立体构造(Conformation)发挥多各种独自功能(上述〔1〕的属性一致)被已知。因此本实施的应用形态中的功能性生物关联物质内的一部分也可以包含氨基酸(Amino Acid)。因此所谓本应用实施方式的功能性生物关联物质，至少一部分包含氨基酸，也可以重新定义具有独自的功能的物质(材料或者食材、功能部件)。
而且并不限定于上述定义，也可以通过其他的外形来定义上述功能性生物关联物质。说明了功能性生物关联物质内的一部分也可以包含氨基酸。进一步针对其外形以进化的形式捕捉功能性生物关联物质的范畴，也可以将所有人工蛋白质包含于功能性生物关联物质。此时，人工蛋白质内包含的氨基酸选别、氨基酸序列(Amino Acid Sequence)，或者立体构造(Conformation)进行控制，发挥各种独自的功能。
在本实施方式中，对于自然存在的各种蛋白质氨基酸序列0.1％以上(最好1.0％以上)不同的情况下，称为人工蛋白质。多数蛋白质分别具有独自的立体构造(Conformation)，该立体构造独自功能发挥较大影响。而且构成蛋白质的氨基酸序列即使变化0.1％(至少1.0％)，该立体构造大幅度变化。因此8.2节或者8.3节中叙述那样在本实施方式中，自然存在的蛋白质的氨基酸序列改变0.1％(至少1.0％)以上，立体构造较大变化，也可以作为人工蛋白质发挥独自的功能。
上述说明的“内部的至少一部分包含氨基酸的功能性生物关联物质”、，人工蛋白质构成的功能性生物关联物质也可以不必全部具有上述的〔1〕～〔6〕的属性。但是最好具有与自然的亲和性。
然而在本实施方式中工业用材料/材料、食材或者功能部件等的单单最终的生成物并不局限于，针对其生成物的生成元物质也可以包含于功能性生物关联物质。功能性生物关联物质中包含的生成元物质的具体的一个例子中，也可以将上述人工蛋白质的生成信息被设置的基因组包含于具有细胞核的细胞。而且该细胞利用作为基因组编辑(GenomeEditing)技术而已知的例如CRISPR(Clustered Regularity Interspaced ShortPalindromic Repeats)/Cas9(CRISPR-Associated Protein 9)或者ZFN(Zinc FingerNuclease)，TALEN(Transcription Activator-Like Effector Nuclease)等的技术进行利用而被基因组编辑。
该基因组编辑后的基因信息与上述的〔3〕相关，mRNA(Messenger Ribonucleic Acid)被一次转送后，通过tRNA(Transfer Ribonucleic Acid)而被蛋白质合成(ProteinSynthesis)。因此上述细胞的基因组内各种的独自功能的人工蛋白质的“生成中所需的信息的存储功能”，是指也可以包含本实施方式中的功能性生物关联物质。此外，上述细胞不仅具有向基因组内的“信息存储功能”，也具有细胞内的人工蛋白质的“生成(制造)功能”。
上述人工蛋白质的生成信息被记录的基因组在细胞核内具有的细胞也可以不必具有全部上述的〔1〕～〔6〕的属性。但是为了满足“〔5〕不具有自然环境下单体、寄生形态而自立的增殖力”属性，最好作为上述细胞形态，不取种子形态、受精卵、病毒形态。
8.2节 从功能性生物物质的独自功能发挥方法来看的区分类
本实施方式中的功能性生物物质通过独自功能发挥方法来区分的内容在图37中表示。任意的功能性生物物质或者生成其的生物·工程中，第3章或者第6章中说明的照射光12或者检测光16之间独自的相互作用存在。各个具体的相互作用部位(其内容)在图37内的“光学检测对象部位”栏中记载。因此使用上述的照射光12或者检测光16，能够进行功能性生物物质内部的构造分析、(使用了检测特性的变化)制造管理。
图37所示作为功能性生物物质，沿着8.1节的说明内容，发挥特定功能的材料、部件、或者食材、酶、细胞等的例记载了。但是并不局限于此在本实施方式中，〔2〕自然界中已经不存在，〔3〕利用现有生物生物体活动一部分的(类似的)系统、机制来生成(制造)的所有物质也可以包含。
图37和8.3节中说明容易性出发，设为纤维状的形状，此外，毛发内包含的丝心蛋白(Fibroin)构造的改进为中心表示了具体例。但是并不局限于此在本实施方式中，现有存在的所有蛋白质的改进、多糖类(Polysaccharide)的改进也可以。
在本实施方式中功能性生物物质发挥独自功能的方法在图37中表示，举例
·利用包含氨基酸序列的变化的立体构造的特征的物、
·构成多聚体(Polymer)的一种单量体(Monomer)置换为别的单量体的构造，
·规定氨基酸序列内进行特定氨基酸的插入、置换的物，
·使蛋白质内的规定的活性区域(Active Area)的构造变化的物，
·使基质(Substrate)水解(Hydrolysis)、脱水缩合(Dehydrating Condensation)来生成新的活性区域的酶或者现有酶的高速/高性能化(分解酶等)，
·记录氨基酸序列的基因组在细胞核内具有的细胞
·为了对基因组编辑大量高效地进行的基因组编辑模块及其载体构造、
·纤维状蛋白质的生成细胞等。
8.3节 通过氨基酸序列或立体构造来发挥功能的功能性生物物质的实施例
图37的一览表内容所对应的具体的一个例子以下进行说明。本8.3节中，图37“功能发挥方法”的栏内的“立体构造的不同”、“氨基酸序列”发挥独自功能的方法进行说明。8.3节内的说明内容仅仅是一个例子，作为功能性生物物质也可以包含“立体构造的不同”、“氨基酸序列”而发挥独自功能的其他的所有方法。
首先进行针对现有的蛋白质使氨基酸序列一部分变化从而使立体构造具有特征来发挥独自功能的功能性生物物质的说明。
巨大蛋白质的立体构造内的一部分具有α螺旋(α-Helix)构造、β片(β-Sheet)构造的情况较多。该α螺旋内部中氨基酸的主链(Principal Chain)描绘螺旋构造并且形成圆柱构造。而且根据在该圆柱的侧面壁表面附近沿着柱方向的氢键，保持恒定的强度。
此外，β片中屏风那样折弯的纸具有重的构造，纸的重叠方向产生的氢键而保持恒定的强度。
以这些的氢键区域的氢原子为中心的伸缩振动的基准音、第1/第2倍音所对应的吸收带产生。根据该吸收带的波长和光吸收量，能够预测立体构造所具有的程度。通过具体的氢键合部而产生的吸收带的波长区域在第1倍音中包含于1.5～1.7μm的范围内，第2倍音中包含于1.0～1.2μm的范围内。这里α螺旋内的氢键距离(长)比β片长，对应的吸收带的波长在α螺旋和β片中稍不同。
从外部施加的压力、机械性振动的影响，α螺旋、β片内的一部分的氢键被切断，则整体的立体构造变化。利用该变化，被利用于压力传感器、振动传感器。该内容在图37内的第1行“力学的立体构造变化”对应。此外，此时的吸收带内的光吸收量变化产生的波长，能够预测哪个氢键被切断。
此外，基于温度的立体构造变化容易产生的功能性生物物质为感热传感器。图37内的第2“热的立体构造变化”对应。此外，根据温度变化，与上述相同的理由，出现吸光特性的变化。
丝心蛋白已知为蚕的蚕丝、蜘蛛的丝的主要成分。是氨基残基(Residue)小的氨基酸的组成比达到90％的特殊的蛋白质，甘氨酸(Glycine)占组成的约35％，丙氨酸(Alanine)占约27％。
自然存在的丝心蛋白的构造如图38所示具有β片构造的β片形晶体部602和非晶体部604构成。而且自然界存在的丝心蛋白内该β片形晶体部602占整体的比例(晶体化度)约为40％～50％。另外，图38内非晶体部604内的曲线表示被肽结合的氨基酸的主链。
另外，天然的丝心蛋白有关的信息记载于，
https：··ja.wikipedia.org·w·index.php？title＝丝心蛋白&oldid＝57333210。
该β片形晶体部602内部的(构成β片)氢键合部照射照射光12的情况，得到的检测光16，β片的氢键(伸缩振动的基准音、第1倍音、第2倍音、结合音)所对应的吸收带在特定波长能够检测。该吸收带的波长测定也可以使用图1A～图1C的测定装置。
此外，其吸收带内的光吸收量根据上述的晶体化度而变化。例如若晶体化度比40％低，则上述吸收带内的光吸收量减少。另一方面，若晶体化度比50％高，则光吸收量增加。因此从丝心蛋白得到的检测光16测定的对应吸收带的光吸收量，能够定量预测丝心蛋白的晶体化度。
特别是照射光12使用2.6节中说明的近红外光的情况下，属于β片内氢键合部的伸缩振动的第1倍音的吸收带和属于伸缩振动的第2倍音的吸收带这两方能够同时检测。而且上述晶体化度增加，则该两方的吸收带内的光吸收量都增加(如晶体化度减少则光吸收量也减少)。
仅一个波长区域的光吸收量的增减检测中，由于任何外乱噪声的影响都存在误检测的危险性。但是不同多个波长区域(相比于第1倍音属于第2倍音的吸收带的波长值小)的吸收带内的光吸收量能够同时测定，因此具有晶体化度的测定精度提高的效果。
将上述天然的丝心蛋白改进而生成的功能性生物物质的实施方式例在图39A和图39B中表示。任意的生成方法也利用8.1节的最后简单记述的方法。即将人工蛋白质内的氨基酸序列通过基因组编辑技术来部分变更，经由mRNA转印来通过使用了tRNA的蛋白质合成生成(详细8.5节中叙述)。
图39A(a)对应于将改进形丝心蛋白内的晶体化度设定为40％以下(最好35％以下)的构造，图37内的第3“良触感柔软材：β片形晶体化度を减少”。形成β片的氢键之比率也低，因此对应的吸收带内的光吸收量(第1倍音和第2倍音都)相对低。
具有强度的(比较硬的)β片形晶体部602的比率少，非晶体部604的比率高，触感(肌肤触感)好，为柔软的材料。
图39A(b)对应于将改进形丝心蛋白内的晶体化度设定为50％以上(最好55％以上)的构造，图37内的第4行“刚性材·加强材：增加β片形晶体化度”。形成β片的氢键的比率高，对应的吸收带内的光吸收量(第1倍音和第2倍音都)相对高。
具有强度的(比较硬的)β片形晶体部602的比率高，非晶体部604的比率低，因此为强度、刚性高的材料，适合与加强材用的材质。
α螺旋内或者β片内的氢键合部得到的使用了吸收带的方法并不局限于具有图39A(a)、(b)的构造的功能性生物物质，内部具有α螺旋或者β片构造的所有功能性生物物质内的构造检查、其变化的检测/测定也可以使用。
图39A(c)对应于在改进形丝心蛋白内的非晶体部604内添加具有酸性残基(AcidResidue)的氨基酸的构造，图37内的第5“酸性残基含有”。然而具有酸性残基的氨基酸一般具有负电荷，容易与其他物质反应。将电荷量中和来降低与其他物质的反应性使构造稳定化，本实施例中图39A(c)所示，羧基(Carboxyl Group)616中添加具有正电荷的阳离子(Cation)(酯化(Esterification))。作为该阳离子，并不局限于钠离子，也可以添加所有阳离子。
酸性残基性氨基酸中包含的羧基616的亲水性非常高。因此通过配置非晶体部604内添加了阳离子的酸性残基性氨基酸，成为吸水性非常高的功能性生物物质。
非晶体部604内添加了阳离子的酸性残基性氨基酸是否被包含能够通过羧基616(的伸缩振动的第2倍音或者第1倍音)所对应的的波长值是否存在吸收带来判定。酯化的羧基的第2倍音所对应的吸收带存在于1.8～2.0μm的波长区域内。因此例如调查图39A(c)的构造为目标制作的人工蛋白质得到的检测光16，判定上述波长区域内是否观测到固有的吸收带。若上述波长区域不存在吸收带的情况下，判断为酯化的酸性残基性氨基酸不被包含(目的人工蛋白质未生成)。
作为具有该酸性残基的氨基酸，图39A(c)内，表示设置有天冬氨酸(Aspartic Acid)+阳离子612的例。但是并不局限于此，例如也可以设置有酯化的(阳离子被添加的)谷氨酰胺酸(Glutamic Acid)。
此外，图39A(c)的构造并不局限于，内部包含羧基的所有功能性生物物质内的构造分析、其变化上述波长范围的光也可以使用。
丝心蛋白为几十种类的氨基酸所构成的蛋白质，丝心蛋白向营养补给食品的应用被开发。但是丝心蛋白的分子量从35万到37万非常大，存在消化吸收性的问题。现在利用酶分解法来能够寡肽(Oligopeptide)的低分子化，粉末状导致存在失去嚼感等食感的问题。
解决其课题的本实施方式例在图39B所示。此外，该内容相当于图37内的第6的“寡肽结合”的内容。即低分子化的寡肽容易产生的粉末状态组合来提供接近于食肉的口感，发挥提高摄取的用户的满足度的效果。
肌动蛋白·纤丝(Actin Filament)、肌球蛋白·纤丝(Myosin Filament)构成食肉的主成分的一部分。该肌动蛋白·纤丝的肌动蛋白2量体通过ADP而结合，原肌球蛋白(Tropomyosin)外侧被加强的构造。这里肌动蛋白2量体本身非常小，单离的肌动蛋白2量体为粉末状。
该肌动蛋白·纤丝构造参考，被低分子化的丝心蛋白改合格食肉食感(口感)被提供的功能性生物物质构造例在图39B所示的。即低分子化的丝心蛋白被改进的分子单量体620内的氨基酸序列端部形成ADP(Adenosine Diphosphate)固定部626和ATPATP酶活性部(Active Area of Adenosine Triphosphate Ase)622。
图39B所示的低分子化的丝心蛋白进行改进的分子单量体620在KCl等的盐水溶液中，经由ATP的水解(Hydrolysis)而被聚合物化。最初固定于ADP固定部626的ATP与镁·离子共同接触于ATPATP酶活性部622。这样，ATPATP酶活性部622的催化剂效果从而ATP被水解。此时放出γ-磷酸基(γ-Phosphate Group)，从APT分解的ADP624残留而形成聚合物(多聚体)。
该ADP624结合的聚合物(多聚体)的水溶液中去除KCl等的盐成分，具有容易单基体化(单量体化)的特性。这样图39B所示的多聚体(聚合物)构造的非坚牢性具有促进人体内的消化/吸收的效果。
构成该APTATP酶活性部622的精氨酸(Arginine)、赖氨酸(Lysine)等的碱性残基(Basic Residue)的氨基酸与ATP、镁·离子键合。此时上述碱性残基和磷酸基之间产生氢键。属于该氢键的伸缩振动的吸收带关于第1倍音在1.4～1.6μm范围的波长区域内出现，关于第2倍音在0.95～1.1μm范围的波长区域内出现。特别是该吸收带非常特殊，从吸收带的波长到氢键对象的碱性残基的种类(精氨酸？赖氨酸？组氨酸(Histidine)？)能够辨别。
此外，从聚合物(多聚体)状态成为单基体(单量体)状态时，上述碱性残基与磷酸基间的氢键切断。因此如图39B那样碱性残基和磷酸基间的氢键有关的情况下，根据得到的检测光16的吸光特性，能够监视详细的结合状态。
关于使用了近红外光的构造或者结合状态以及其变化的测定，并不局限于图39B的实施例，也可以用于碱性残基和磷酸基间的氢键有关的所有功能性生物物质(以及其内部的变化)。
对图37内的第6行目记载的电位传感器功能例进行说明。电位依赖性离子·沟道(Voltage-gated Ion Channel)贯通细胞膜的长度的多个α-螺旋构造所构成在专利文献3中记载。其中的至少一个细胞膜贯通形α-螺旋的一部分包含具有荷电极性残基(碱性残基或者酸性残基)的氨基酸。从外部直流电场(电位差)而被赋予，该荷电极性残基中静电力发挥作用。其结果电位依赖性离子·沟道的立体构造一部分变化，成为栅极打开的构造。
应用上述原理图37的第7“荷电极性残基含有”记载的实施例中，比较的立体构造变化容易产生的现有的蛋白质的一部分设置有具有荷电极性残基(碱性残基或者酸性残基)的氨基酸。而且该荷电极性残基中静电力发挥作用来使立体构造变化，从而发挥电压传感器的功能。
发挥上述电压传感器的功能，在具有荷电极性残基的氨基酸的周边拒不存在逆极性的离子并且电荷中性化是必须的。生物体内的水分(水溶液)中大量包含钠离子、氯离子。天冬氨酸、谷氨酰胺酸等的具有酸性残基的氨基酸中图39(c)那样酯化(钠离子等的)阳离子容易结合。如前述那样，酯化前后吸收带的波长变化。因此作为电压传感器的功能性生物物质得到的检测光16的吸光光谱内出现的吸收带的波长，能够判定电压感受部是否酯化而未电荷中性化。
同样地精氨酸、赖氨酸、组氨酸等的具有碱性残基的氨基酸的情况，在碱性残基周边氯离子等的阴离子(Anion)附着，电荷中和的危险性存在。这样在碱性残基周边附着阴离子的情况下氢键产生情况同样地，吸收带的波长变化(规定量波长变长)。特别是此时，属于伸缩振动的第1倍音或者第2倍音的吸收带的波长值，具有碱性残基的氨基酸的种类和附着的阴离子的预测成为可能。
这样具有电压传感器的功能的功能性生物物质的功能稳定性、不良时的原因根据检测光16的吸收光谱内出现的吸收带的波长预测。此外，上述方法并不限定于电压传感器，具有碱性残基的氨基酸被包含的所有功能性生物物质也可以应用。即具有碱性残基的氨基酸被包含的所有功能性生物物质得到的检测光16的吸收光谱内出现的吸收带的波长，能够进行碱性残基与阴离子间的附着有关的功能稳定性的确认、功能不全的原因追加。
本8.3节内的前半部分，说明了“若将改进形丝心蛋白内的晶体化度设定为50％以上(最好55％以上)，则机械性强度提高刚性材·加强材适合(图37内的第4行)”。
这样改进形丝心蛋白内的晶体化度提高(50％以上)制作规定形状的构造体成为可能。作为本实施方式的应用例，成形性优良的构造体的制作方法以下进行说明。另外，以下作为实施方式的一个例子，说明将丝心蛋白设为基底的β片组合构成构造体的方法。但是并不局限于此，例如也可以组合α螺旋构造来设为构造体。进一步地，也可以将α螺旋和β片组合来构成构造体。
取β片构造的晶体部设为基本单元(单量体(Monomer)块)，通过集合体(多聚体(Polymer))来构成块。而且将其块间组合形成构造体。构造体的制作时，比较的尺寸大的(人容易处理的)块为单位进行处理，制作的方便性提高的效果存在。
此外，使用静电力等的规定的凝集力将集合体内部的基本单元间结合，集合体容易损坏。下述中基本单元间的键合力利用静电力的例。即上述基本单元的外壁(附近)的一部分具有“电荷区域”的构造。而且该电荷区域使“具有正电荷的区域”和“具有负电荷的区域”混合。进一步地，至少2个的基本单元间使具有正电荷或者负电荷的区域的位置一致。
此外，图49中叙述那样仅通过基本单元(改进版β片形晶体部(单量体块)1602)来凝集，而也可以使用使任何凝集的媒介物。作为有助于其凝集的媒介物例如，图39B那样也可以使用ADP624。
此外，聚集单量体来多聚体化的情况，或者多聚体的块聚集成形构造体的情况下，为了引出静电力等的凝集力而混入上述的水溶液的水质变化。本实施例中水溶液中的阴离子(氯离子等)、阳离子(钠离子等)的浓度降低，置换为纯水。但是本实施方式例并不局限于此，例如也可以改变水溶液中的pH值、水溶液的温度。
另外，为了方便说明，下述进行说明的构造体由全部蛋白质构成的例子。但是并不局限于此，蛋白质和现有的工程·塑料的混合材，或者也可以与其他的材质混合。
作为下述说明的基本单元(单量体块)，图49(a)所示，以丝心蛋白内的β片形晶体部为出发点。对于该现有的丝心蛋白内的β片形晶体部进行8.5节或者9.2节中叙述的基因组编辑，生成改进版β片形晶体部(单量体块)1602。
20种存在的氨基酸中，电荷(Charge)和极性(Polarity)都不具有的丙氨酸，以及缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，脯氨酸，苯丙基氨酸，甲硫氨酸，色氨酸，甘氨酸，半胱氨酸称为“非极性残基(Non-Polar Residue)的氨基酸”。该非极性残基的氨基酸构成的蛋白质疏水性高。
因此本实施方式例中水难以溶解的构造体的情况下，构成蛋白质氨基酸的中50％以上(最好70％以上或者80％以上)具有上述非极性残基的氨基酸构成。上述疏水性的影响导致晶体部集合(多聚体)块1604(图49(b))内的改进版β片形晶体部(单量体块)1602间的缝隙难以水分侵入，水难以溶解的效果产生。进一步地，若满足上述的组成条件，难以产生水分的吸收，构造体的构造(尺寸)稳定性也提高。
另一方面，例如药的单元等水溶性高的构造体生成的情况下，构成构造体的蛋白质内的具有非极性残基的氨基酸的含量也可以50％以下(最好40％以下或者30％以下)。这样选择组成比，则改进版β形晶体部(单量体块)1602间的缝隙(图49(b))，或者晶体部集合(多聚体)块1604间的缝隙混入水分使凝集力降低，水中容易产生构造分解。
本8.3节内的中央部，“现有的丝心蛋白向食料的应用尝试的情况下，分子量大因此难以消化/吸收”。但是本实施方式的基本单元(单量体块)仅取分子量较小的一个晶体部(图49(a))。进一步地，蛋白质内的具有非极性残基的氨基酸的含量を50％以下(最好40％以下或者30％以下)，改进版β片形晶体部(单量体块)1602本身的水溶性提高，体内的消化/吸收效果进一步提高。其结果，食品、化妆品等的适合大幅度提高的效果产生。
图49(a)中线状的蛋白质折弯，β片生成的状况被表示。该蛋白质被构成的氨基酸中，赖氨酸以及精氨酸、组氨酸均被称为“具有碱性残基(Basic Residue)的氨基酸”。而且蛋白质内的该具有碱性残基的氨基酸被排列的场所“+”的符号所示的“晶体部内的正电荷区域”的场所被形成。
即图49(a)所示的改进版β片形晶体部(单量体块)1602的氨基酸内に，配置具有碱性残基的氨基酸。其结果基本单元所相当的改进版β片形晶体部(单量体块)1602的外壁(附近)的一部分形成正电荷区域。
另一方面，20种类的氨基酸包含的天冬氨酸和谷氨酰胺酸被称为“具有酸性残基(Acidic Residue)”的氨基酸”。而且蛋白质内的该酸性残基的氨基酸被排列的场所“-”的符号所示的“晶体部内的负电荷区域”的场所形成。
构成即图49(a)所示的改进版β片形晶体部(单量体块)1602的氨基酸内，配置具有酸性残基的氨基酸。其结果基本单元所相当的改进版β片形晶体部(单量体块)1602的外壁(附近)的一部分形成负电荷区域。
本实施方式例中基本单元所相当的改进版β片形晶体部(单量体块)1602的外壁(附近)的一部分设为具有电荷区域的构造，构成构造体的改进版β片形晶体部(单量体块)1602间的静电力的凝集力提高的效果产生。因此，单量体间的键合力提高，构造体整体的机械性强度提高。
图50A中详细叙述那样，体内蛋白合成的分泌性微生物生息的水溶液中，氯离子和钠离子大量被包含。任意的离子水溶液中的电离度(Degree of Ionization)高，与上述的电荷区域离子结合构成“盐(Salt)”的比率低。因此大量的改进版β片形晶体部(单量体块)1602在该水溶液中滴下也不产生凝集作用。
但是大量的改进版β片形晶体部(单量体块)1602混入的水溶液中的氯离子和钠离子的浓度降低纯水置换后使其干燥，改进版β片形晶体部(单量体块)1602的外壁(附近)被配置的电荷区域间静电力作用并凝集。
作为该凝集的结果，图49(b)所示的晶体部集合(多聚体)块1604生成。这里晶体部集合(多聚体)块1604的外壁部中，电荷量中性化，盐素或者钠间的“盐”生成。
进一步地，该晶体部集合(多聚体)块1604大量包含的水溶液中纯水置换氯离子和钠离子去除后使其干燥，图49(c)所示的最终的构造体形成。这里图49(c)所示，成形的构造体表面涂覆表面涂层1610。该表面涂层1610的作用从而在构造体表面附近残留的电荷区域的负面影响被除。
图49(b)的构造的晶体部集合(多聚体)块1604的成形顺序例在图50A所示。最初(S71)进行8.5节或者9.2节中叙述的基因组编辑的氨基酸序列设计(向氨基酸的转印的DNA的碱基排列设计)(S72)。
进行体内蛋白质合成体外分泌的(secrete)微生物也可以使用曲霉，也可以使用谷氨酰胺酸生产菌的Corymebacterium Glutamicum。此外，并不局限于此，也可以使用粉碎并菌体内的蛋白质的提取的大肠杆菌。
合成的蛋白质分泌的细菌(微生物)使用来生成单量体块(改进版β片形晶体部)1602的情况下(S74)，图46(详细第10章内叙述)所示的光学的管理装置(测定装置)1020被使用，单量体块(改进版β片形晶体部)1602的分泌量被光学监视(S75)。
在S78，该分泌的改进版β片形晶体部(单量体块)1602的提取和纯化被进行。该提取和纯化被进行的水溶液中，氯离子和钠离子大量被包含(食盐水接近状态)。
接下来该水溶液置换为纯水氯离子和钠离子的浓度降低后，干燥单量体块(改进版β片形晶体部)1602间凝集(S78)。其凝集的结果，晶体部集合(多聚体)块1604。
这里最终的构造体成形如图49(c)所示，晶体部集合(多聚体)块1604的尺寸均匀一致。该规定范围内的尺寸的晶体部集合(多聚体)块1604的提取(S79)中，过滤处理也可以利用。即晶体部集合(多聚体)块1604暂时在纯水中分散的形使其通过滤纸多次。而且该滤纸的网眼尺寸变化，能够仅选择规定范围内的晶体部集合(多聚体)块1604。
另外，为了保持晶体部集合(多聚体)块1604的长期稳定性，选择提取的晶体部集合(多聚体)块1604在干燥环境气中长期保存(S80)。
干燥环境气中的长期保存，晶体部集合(多聚体)块1604本身的生成结束(S81)。这里生成的晶体部集合(多聚体)块1604为粉末状或者颗粒状。暂时这样的形状管理，最终提高构造体的成型容易性效果存在。
该粉末状或者颗粒状的晶体部集合(多聚体)块1604被使用的构造体的成形，3D打印机方式、注型(Casting)方式也可以利用。这里图50B表示注型方式被使用的构造体成形的顺序的一个例子。此外，图50C表示3D打印机方式被使用的构造体成形的顺序的一个例子。
图49(b)所示，晶体部集合(多聚体)块1604的外壁中钠原子、盐素原子结合的“盐”的状态成为。任意的成型方法，粉末状或者颗粒状的晶体部集合(多聚体)块1604一次在水中分散(S83以及S86)外壁结合的钠原子、盐素原子被去除，晶体部集合(多聚体)块1604间的凝集力提高。
即图49(b)中晶体部集合(多聚体)块1604的外壁被覆盖的钠原子、盐素原子去除，“外壁(附近)的电荷区域”露出。该露出的电荷区域间的静电力的作用是构造体内的晶体部集合(多聚体)块1604间的凝集力作用。
进一步地，晶体部集合(多聚体)块1604在水中分散，则成形时的操作容易性大幅度提高。即该状态，3D打印机/喷墨打印机中使用的墨水能够使用。此外，水中分散状态下注型方式利用的情况，多么微小的型形状都适合的形状的构造体可以制作的效果产生。
例如注型方式成形丙烯酸板的情况下，温度控制的架桥结束花费一晚上的时间。与此相比，在本实施方式中加速促进干燥，非常的短时间的凝集(S84)成为可能。
3D打印机方式成形构造体的情况下，依次三维层叠的上部吹风(空气喷射)促进干燥(S88)。干燥提高，凝集的高速化越能够实现。
任意的成形方式构造体完成后使其完全干燥(S85、S89)，晶体部集合(多聚体)块1604间的凝集稳固。
然后，成形的构造体的表面表面涂层涂覆(S91)，干燥(S92)，构造体的成形结束(S93)。
另外，上述中成形的一个例子是以注型和3D打印机为例说明了。但是在本实施方式中并不局限于此，也可以采用其他成形方式。
8.4节 作为活性区域内构造或酶来发挥功能的功能性生物物质的实施例
图37“功能发挥方法”的栏内的“活性区域(Active Area)内构造”、新的“酶作用的”方法发挥独自功能的方法的例，本8.4节内进行说明。8.4节内的说明内容仅仅是一个例子，功能性生物物质作为“活性区域内构造”、“酶”发挥独自功能的其他所有方法也可以被包含。
图40A表示使用人工蛋白质来发挥导电性功能(Conductive Function)的实施方式例。该实施方式例相当于图37内的第9行“水中对应导电线”。这里外侧蛋白质内主链区域632、634多个存在，其内侧活性区域被配置的构造。而且内侧的活性区域630内具有导电构造(Conducting Structure)。
图40A中为了方便说明，以平面配置的方式进行记载。但是并不局限于此，DNA(Deoxyribpnucleic Acid)的双重螺旋构造那样，蛋白质内主链区域632，634也可以是双重螺旋的构造。此外，与此相应地，活性区域630也可以不是平面状，而是螺旋构造(HelicalStructure)。
在水中露出平面构造的活性区域630，纯水中具有导电性产生漏电。特别是生物体内部的水溶液中包含大量钠离子、氯离子，平面构造的活性区域630中出现大量漏电。
蛋白质内主链区域632、634通过取得双重螺旋的构造而发挥相对于外部的覆膜作用，防止从活性区域630向外部的电流的泄露的绝缘效果产生。
图40A所示的本实施方式例中，具有螺旋的活性区域630内为π电子局部存在区域(Localized Molecular Orbital Area ofπ-Electron)。色氨酸Trp残基内的6原子环状化合物部分(6-Atoms Cyclic Compound Part)和5原子环状化合物部分存在π轨道(Localized Molecular Orbital ofπ-Electron)的电子。而且该π轨道连续的区域内，π电子(π-Electron)局部范围内的移动成为可能。因此活性区域630内局部的π轨道连结，具有活性区域630内的导电功能。
π电子局部存在区域(活性区域)630内π轨道连结图40A中酪氨酸Tyr残基的6原子环状化合物部分内的π轨道连结。此外，不仅如此，天冬氨酸Asp残基的羧基内的π电子也连结，导电特性提高。
特别是天冬氨酸Asp内的羧基和色氨酸Trp“C-C＝O...H-N＜”形的氢键(“..”氢键合部)形成。由此，
1.羧基内π电子的连结，活性区域630内的导电特性提高
2.蛋白质内主链区域632、634间的双重螺旋结合强度提高
3.氢键原子间距离的灵活性利用的双重螺旋整体的弹性确保。
为了具有图40A所示的导电功能的功能性生物物质稳定进行动作，需要π电子局部存在区域(活性区域)630正确形成。该π电子局部存在区域(活性区域)630生成的正确与否的指标之一是，上述“C-C＝O...H-N＜”形氢键状态，进行近红外光被使用的吸光光谱观察。
单个“C＝O.H-N”形氢键本身在一般的生物体系内被较多地观察。但是，如图40A那样属于π电子局部存在区域(活性区域)630内的氢键的吸收带的波长值，相对于一般的生物体内得到的吸收带波长值稍变化。也可以测定该吸收带波长值变化，从而监视π电子局部存在区域(活性区域)630形成的正确与否以。这里使用图1A～图1C的测定装置，测定上述吸收带的波长值变化。
以轮询(Pauling)的电气阴性度(Electronegativity)进行比较，氢原子与碳原子、氮原子、氧原子相比具有较小值。因此分子内的氢原子的执行电荷(Actual Charge)取正值。
π电子局部存在区域(活性区域)630内，能够比较自由地移动的π电子大量存在。因此上述“C-C＝O...H-N＜”形氢键合部位内，π电子相比于氢原子核容易向最相邻的氮原子核周边偏离。其结果氮原子的执行电荷量较大减少(绝对值的大的负电荷)，因此氢原子和氮原子间的静电引力增加。因此，π电子没有大量存在的情况相比，基态(分子整体的能量最低的状态)的氢原子核和氮原子核间距离变短。
7.4节中说明那样，对图36的S5和S6中使氢原子核移动时的分子整体的累积能量进行计算。基态(分子整体的能量最低的状态)的氢原子核和氮原子核间距离(π电子不存在的情况相比)短，因此氢原子核和氮原子核间距离缩小时的累积能量的增加量变大。
上述的影响，导致图36的S7中计算的(A·27)式或者(A·38)内的κ4的值增加。而且与π电子不存在的情况相比，属于π电子大量存在的环境下的氢键伸缩振动的第1倍音、第2倍音的波长值变短，这由(A·60)式可知。另外，上述类似的模拟方法在专利文献3内记载。但是专利文献3中特定官能团内的组振动的计算方法并未被公开。因此特定官能团内的组振动的计算方法说明的第7章的内容具有独自性。
对构成具有导电功能的功能性生物物质内的π电子局部存在区域(活性区域)630内的氨基残基进行说明。图40A的实施方式例中，表示了色氨酸Trp和酪氨酸Tyr、天冬氨酸Asp各自的残基所构成的例子。但是并不局限于此本实施方式例，也可以使用组氨酸或者谷氨酰胺酸Glu、天冬氨酸、谷氨酰胺、苯丙基氨酸的残基。此外，π电子局部存在区域(活性区域)630内的形态并不局限于图40A，也可以上述的氨基残基的内的任意一个仅由1种构成。此外，另一方面，上述的氨基残基内提取任意的种类，通过任意的构成也可以组合。
作为图37的“活性区域内构造”产生独自功能的实施方式例，FET开关和水中对应导电线、NIRFP有关的说明被进行。任意的活性区域内的构造也可以基于特定的酶(Enzyme)的催化剂功能(Cataltsis)而生成。然而上述酶在现有的自然界不存在，上述酶本身在功能性生物物质中被包含(图37的“功能发挥方法”栏内记载)。此外，酶的功能本身即使在现有的自然界存在，实现现有酶的高速化的新酶也包含在本实施方式例的功能性生物物质内。
以下，以具有图40A所示的导电功能的功能性生物物质的活性区域630的生成方法为例，包含上述酶的作用地进行说明。
8.1节的最后说明那样，通过基因组编辑技术来决定氨基酸序列，经由mRNA转印来进行利用tRNA的蛋白质合成，各个氨基残基的蛋白质内主链区域632、634被预先生成。
通过对脱水缩合反应进行催化的第1酶从而使色氨酸Trp残基和酪氨酸残基间结合，将2条的蛋白质内主链区域632和蛋白质内主链区域634连结。接下来通过具有脱氢酶(Dehydrogenase)的功能的第2酶，进行主链方向(图40A的横向)的残基间的结合。
另外，作为催化剂作用的顺序，通过第2酶来促进脱氢缩合反应后通过第1酶来促进脱水缩合反应。此外，并不局限于此，也可以同时进行第1酶和第2酶的催化剂作用。
专利文献3内记载那样，基于上述酶的催化剂作用时(基质(Substrate)和酶间的接触时)暂时基质的一部分和酶的一部分产生氢键的情况较多。而且根据氢键合时的和氢原子结合的两侧的原子(或者阴离子、阳离子)的种类，吸收带的波长值不同。吸光特性内出现的上述吸收带波长值的不同，本实施方式例中，也可以监视上述催化剂作用的状况。此外，该吸光特性的测定中也可以使用图1A～图1C的测定装置。
具有图40A所示的导电功能的功能性生物物质的其他的应用例在图40B中表示。该应用例相当于图37内的第8行“FET开关”。电子部件的FET(Field-Effect Transistor)具有电力放大功能、开关功能。表示将该功能通过功能性生物物质来实现的例子。这基本为图37内的第8行“荷电极性残基含有/电位传感器：荷电极性残基部立体构造变化”和图37内的第9行“水中对应导电线”组合而成的实施方式。
外侧卷为螺旋状的蛋白质内主链区域636、638，外侧被覆盖，在其内部，π电子局部存在区域(活性区域)640被配置，以使得基本上水中、水溶液中也能够使用。图40B中说明的方面上在平面上记载，与图40A同样地长度方向上为螺旋构造。
此外，该π电子局部存在区域(活性区域)640如图40B所示，并不局限于色氨酸Trp和酪氨酸Tyr、天冬氨酸Asp、谷氨酰胺Gln各自的残基，也可以使用组氨酸或者天冬氨酸、谷氨酰胺酸、苯丙基氨酸的残基。此外，以上的残基的任意一构成构成也可以，还可以通过上述内的任意的组合构成。
图40B内的图40A共通的部分(也包含生成方法)与图40A的说明内容一致。因此这里，仅对与图40A不同的部分进行说明。
图40A的π电子局部存在区域(活性区域)630内，色氨酸Trp残基和酪氨酸Tyr残基间全部形成共价键(Covalent bond)。因此，π电子局部存在区域(活性区域)630内具有某种程度的刚性。
与此相比，图40B中，将一个酪氨酸Tyr置换为谷氨酰胺Gln。谷氨酰胺Gln残基内的碳原子和氧原子间的结合区域内π电子被包含，因此谷氨酰胺Gln残基周边的导电特性被确保。
另一方面，图40B所示，谷氨酰胺Gln残基内的氧原子相邻的色氨酸Trp残基内的氢原子间形成氢键(图40B内的记载为“...”的区域)。该氢键合力相比于(色氨酸Trp残基和酪氨酸Tyr残基间的)共价键，键合力较弱。因此π电子局部存在区域(活性区域640)内的该部分，具有弹性的形状变形被允许。
此外，另一个蛋白质内主链区域638内，荷电极性残基在外侧突出的天冬氨酸Asp被结合。8.3节的后半的图37的第7行“荷电极性残基含有”所对应的说明同样地，从外部施加电压(电位差)，则外侧突出的天冬氨酸Asp的荷电极性残基受到静电力。
根据该天冬氨酸Asp受到的来自外部的的静电力，π电子局部存在区域(活性区域)640内的键合力最弱的场所(即谷氨酰胺Gln残基的氢键合部)产生变形。
该变形最大的情况下上述的氢键被切断，π电子局部存在区域(活性区域)640内的导电性被切断。此外，变形小的情况下也根据氢键区域的键合距离变化，π电子局部存在区域(活性区域)640内的电阻值变化。
天冬氨酸Asp残基受到的外部电压(电位差)所对应的π电子局部存在区域(活性区域)640内的电阻变化急剧的情况下，作为开关元件(部件)作用。另一方面，针对外部电压(电位差)的电阻变化平缓的情况下，FET元件的电力(电流)放大元件(部件)作用。该电阻变化特性在构成功能性生物物质的氨基酸、整体的立体构造等中变化。
另外，作为图40B的电位传感器部，示例了天冬氨酸Asp，并不局限于此，也可以使用具有荷电极性残基的精氨酸、赖氨酸、组氨酸、谷氨酰胺酸。
使用图41，图37的第10行的“NIRFP”的说明被进行。生物体内部的状态的观测中使用的荧光指示物质，已知GFP(Green Fluorescent Protein)。该发光团吸收波长397nm的近紫外光，放出波长509nm的绿色可见光。此外，最近荧光时放出红色可见光的RFP(RedFluorescent Protein)被产品化。
5.4节内的后半部说明那样，红色可见光的向生物体内部的侵入距离也短。因此使用RFP，生物体内部深的区域的观察也存在极限。
为了解决上述课题，荧光波长2.6节中说明的波长区域(近红外光)特性的NIRFP(NearInfra-Red Fluorescent Protein)的提供被希望。若利用此，则生物体内部深的区域的观察成为可能的效果产生。
现有的GFP的发光团(活性区域)的丝氨酸Ser65和酪氨酸Tyr66，甘氨酸Gly67的3氨基残基产生环化·氧化并自发形成。而且最终形成的发光团(活性区域)内的分子构造在图41的现有GFP内的发光团区域650中表示。
如图41内的双重结合(结合的双重线)区域启示那样，现有GFP内的发光团区域650内的π轨道(Localized Molecular Orbital ofπ-Electron)的电子对荧光特性有影响。而且，也可以该π轨道的电子局部存在的区域扩大，扩大荧光波长(增加荧光波长值)。
图41中未图示的现有的GFP中，上述的现有GFP的发光团区域650的周边包围滚筒构造(Barrel Structure)(β片形成的筒状的构造)。形成该滚筒构造的氨基酸序列的一部分，也可以插入在滚筒的内侧延伸的酪氨酸Tyr(根据需要也插入上述酪氨酸Tyr前后的氨基酸序列)。
而且图37的第11行“新活性区域生成”用开发的酶而产生脱水缩合反应，如图41那样插入的酪氨酸Tyr与现有GFP内的发光团区域650结合也可以。这样，使得发光团区域内的π轨道的电子局部存在的区域扩大，荧光波长扩大(荧光波长值增加)。
上述的脱水缩合反应时，基质和酶间的接触位置(使构造稳定化)氢键暂时产生的情况可能存在(参照专利文献3内的记载内容)。因此上述的脱水缩合反应时的吸光特性变化内的对应的波长的吸收带产生进行观测，能够可靠地判定是否产生脱水缩合反应。由此能够管理是否存在NIRFP所对应的功能性生物物质的生成。
上述NIRFP的例在图41中，并不局限于将酪氨酸Tyr残基追加结合，也可以将具有π电子的组氨酸、天冬氨酸Asp、谷氨酰胺酸、天冬氨酸、谷氨酰胺Gln、苯丙基氨酸、色氨酸Trp的任意或者其组合追加结合。
遗传疾病(基因特性所导致的病气)的治疗(Medical Care of Hereditary Desease)中，针对患者、受精卵的CRISPR/Cas9(、ZFN，TALEN等)的基因组编辑的情况可能存在。此时，需要确认是否正确进行所希望的基因组编辑。
该基因组编辑时与遗传疾病内容的基因组修复位置相邻，也可以设置上述的NIRFP生成基因。而且通过上述NIRFP的近红外荧光的放出可否来预测可否基因组校正(遗传疾病治疗的正确与否)。如上述那样近红外光的生物体内部的侵入距离宽，因此从患者或者孕妇的体外的非接触并且非侵袭的观测成为可能。其结果，对患者、孕妇没有负担能够确认遗传疾病治疗的正确与否。
进一步地，上述近红外光与第3章的使局部相干性降低(使局部非相干性增加)技术或者第6章的像差校正技术组合，从而进一步地，生物体内部的侵入距离扩展。
另外，荧光前的吸收光照射，也可以采用规定波长发光元件(发光二极管等)被插入的胶囊的摄取、内视镜、导管。
关于图37“功能发挥方法”栏内的“酶功能”，到此为止说明了针对新的基质的酶例。但是并不局限于此，针对现有的基质发挥和现有技术相同的酶功能，相比现有产品而谋求催化剂功能的高速化的新酶也可以包含于功能性生物物质中。
例如图37的第12行“新高速分解酶”中，也可以提高将植物内的醋酸高速分解而生成淀粉的酶的纤维素酶的分解速度。
上述纤维素酶的活性区域内，由丝氨酸Ser和组氨酸、谷氨酰胺酸形成催形成化剂的三重(Triad)。该组氨酸残基内具有π电子的氮原子结合的氢原子间，(属于伸缩振动的第1倍音和第2倍音的)具有独自波长的吸收带存在。因此在本实施方式中观测吸光特性内的上述吸收带，也可以进行醋酸分解速度的监视。
8.5节 通过与生成处理有关系的部分来发挥功能的功能性生物物质的实施例
多聚体内构造、8.3节、8.4节中说明的功能性生物材料的生成过程に的功能性生物物质的说明被进行。
8.3节内图39B被使用的说明内，使肌动蛋白·纤丝的说明简单化。食肉内的主成分的肌动蛋白·纤丝和图39B类似，肌动蛋白2量体经由ADP连结。8.3节内说明那样，水溶液中的KCl等的盐成分去除，ADP624部分容易产生分歧。
与此相对地原肌球蛋白(Tropomyosin)在肌动蛋白·纤丝周边螺旋状交织，保持一定的强度。此外，除此以外的分子的附着也提高上述肌动蛋白·纤丝的强度。另一方面，原肌球蛋白等的加强效果过强，则作为食肉过硬的弊害产生。
图37的第13行“人工食肉”的实施方式中构成多聚体的成分的一部分置换，适合食材的适当的强度(口感)和食感(柔软性)这两方同时实现。
具体而言肌动蛋白·纤丝的外周交织的原肌球蛋白置换为其他具有α螺旋构造的蛋白质。
8.1节内说明那样，CRISPR/Cas9(TALEN或者ZFN)等进行基因组编辑，从图37的中央也可以决定上部记载的独自的氨基酸序列。具有该氨基酸序列信息的存储功能的功能性生物物质也可以进行图37的第14行“人工蛋白质的氨基酸序列信息细胞内存储”。具体而言也可以只具有基因组编辑(Genom Editing)后的DNA被收纳的细胞核的细胞本身。
DNA的双重螺旋内部中特定碱基间形成对，其对间“＞N-H...N＜”形的氢键形成。该类型的氢键在其他的细胞区域内很少见，成为独自的氢键。因此，归属于“＞N-H...N＜”形的氢键内产生的伸缩振动的第2倍音、第1倍音、基准音的具有独自波长的吸收带出现在吸光特性内。
7.4节中说明的方法中，针对DNA的双重螺旋内部的“＞N-H...N＜”形的氢键区域产生的伸缩振动所对应的吸收带的波长值，进行基于模拟的理论预测。乘上校正系数(7.4节)后的值在基准音为3408nm，第1倍音中为1698nm，第2倍音中为1172nm。进一步地，将模拟的计算误差范围估计为±20％，实际的吸收带的波长值在基准音中为4090～2726nm，第1倍音中为2038～1358nm，第2倍音中为1406～938nm的范围内存在。
一般的光学显微镜中，活细胞内的细胞核位置的观察比较难。多数情况是将细胞核染色(dye)观察，该染色过程中细胞有损伤。对此“＞N-H...N＜”形的氢键内产生的伸缩振动的第2倍音、第1倍音、基准音的独自波长位置是否观察到吸收带，从而能够判定活细胞内的细胞核位置。由此容易发现“氨基酸序列信息的细胞内存储场所”。
例如图7的近红外显微装置改进分光器22的位置其它的监视照相机并列设置，各监视照相机24之前窄频带的带通滤波器(色滤波器)设置。这里这些的带通滤波器(色滤波器)的一方的透过波长与上述吸收带的波长结合，另一个透过波长少偏离。两者间的拍摄图案内强度分布在不同场所提取，从而检测细胞核的位置。利用该方法，细胞核没有一切损伤地正确判明细胞核位置。
并不局限于上述氨基酸序列信息，所有基因组内的DNA碱基排列编辑促进的功能“基因组编辑功能”的功能性生物物质也被包含于本实施方式例。该基因组编辑同时大量并且高效进行向量载体(Vector Carrier)构造在第9章中详细叙述。
此外，并不局限于此，使用本实施方式例所示的细胞核内输送用载体(each Carrieinto Cell Nucleuse)，将基因调节因素(Gene Regulator or Gene Regulation Factor)向细胞核内输送。其方法中，效率良好的“基因调节功能”可实现。
该载体的细胞核内的输送可否进行评价的单元也可以使用上述的近红外显微装置。这里内侧包装区域内，通过例如GFP等光学的方法插入位置监视可能的物质。而且上述的方法中确认细胞核位置，细胞核内输送用载体内部的位置实时监视。其结果，载体内部细胞核内是否输送的确认成为可能。
编辑的基因组信息在细胞核内收纳的细胞具有“新的氨基酸序列信息基因组信息存储”的固有功能，进一步地，利用其基因组信息生成功能性生物物质的“生成功能”细胞本身也可以包含于本实施方式例中功能性生物物质。对应图37内的最下行“细胞内生成/放出”。
具体而言图37内的上部到中央部记载的各种功能性生物物质的生成基因组信息在细胞核内具有，基于其信息来生成功能性生物物质，生成的功能性生物物质向细胞外分泌(secrete放出)
谷氨酰胺酸的发酵法相当于上述工序例。这样微生物内图37内的上部到中央部记载的各种的功能性生物物质也可以生成。也可以取代在上述的微生物生成功能性生物物质，人工培养编辑的基因组信息在细胞核内具有的毛母细胞。
上述的毛母细胞内频繁地进行tRNA被使用的人工蛋白质的合成处理。该蛋白质合成(Protein Synthesis)过程中，暂时的氢键产生。该暂时产生的氢键合部位的伸缩振动的第2倍音、第1倍音、基准音的独自的吸收带从吸光特性内检测，进行蛋白质合成过程的工序管理。另外，该吸光特性的测定中也可以使用图1A～图1C所示测定装置。
本实施方式中的现有的生物的生态活动系统、机制的一部分类似利用来生成(制造)功能性生物物质的方法的一个例子。即
1.从(例如羊等)动物的表皮采取毛母细胞
2.对上述采取的毛母细胞的细胞核进行基因组编辑
(上述基因组编辑中，也可以使用8.1节中说明的CRISPR/Cas9、TALEN，ZFN等。)
3.培养进行了基因组编辑的毛母细胞
(该前专利文献4、专利文献5内记载的方法进行细胞的初始化(Initialization)后，特定环境下培育毛母细胞)
4.对毛母细胞内生成并如毛发那样生长的功能性生物物质进行收集
这样生成收集的功能性生物物质的形态从头皮拔下的毛发那样在功能性生物物质的端部附着毛母细胞。该毛母细胞从培养环境放置在自然的空气中，营养补给被遮挡。因此上述毛母细胞单独在自然环境下放置也不具有自己增殖功能，因此对自然环境没有负面影响。
现有的生物的生态活动系统、机制的一部分类似利用来生成(制造)功能性生物物质的制造工序中，杂菌的繁殖为非常大的问题。上述毛母细胞本身与微生物相比具有某种程度的消毒耐性。因此培养基内某种程度的杀菌、消毒能够进行，杂菌繁殖、污染物混入的对策变得容易。
此外，基因组编辑(细胞的初始化)中需要大规模的设备，任意的场所的作业都很难。对此培养基内功能性生物物质生成细胞(毛母细胞等)的输送和该功能性生物物质生成细胞(毛母细胞等)的育成在哪个场所都比较容易。
因此特定场所生成的功能性生物物质生成细胞(毛母细胞等)配送，从而世界中的各地容易的功能性生物物质的生成(育成)成为可能。因此，本实施方式例所示功能性生物物质的生成(制造)在世界中容易扩散。
作为图37的“功能发挥方法”栏内的“人工蛋白质合成”的具体例，并不局限于上述微生物内的生成和放出、功能性生物物质生成细胞(毛母细胞等)内的生成和细胞外设置，也可以经由其他所有工序。例如蜘蛛的体内的“蜘蛛的丝生成细胞”的利用，或者蚕的体内的“丝的生成细胞”也可以利用。该情况下，在生成细胞内的蛋白质合成时暂时测定产生的吸收带，进行制造工序的管理。
第9章 使用了功能性生物物质的基因组编辑处理
对图37内的倒数第2行记载的“基因组编辑”功能的功能性生物物质的具体的构造例和实际的动作例进行说明。作为具有图37所示的所有“功能”的功能性生物物质生成的出发点，能够利用具有“基因组编辑”功能的功能性生物物质。而且第10章中进行说明功能性生物物质的制造方法中也必须具有“基因组编辑”功能的功能性生物物质。
具有“基因组编辑”功能的功能性生物物质的人体、动物的应用中为了安全性确保和生态系维持的保证，要求多个附带功能。因此，第9章中遗传的疾病、癌治疗为例进行说明。但是并不局限于具有“基因组编辑”功能的功能性生物物质的用途，也可以利用于图37中记载的所有功能性生物物质的生成。此外，他的用途使用的情况也可以去除第9章中进行说明的附带功能。
9.1节 针对与DNA障碍有关系的患部的处置例和现状的问题点
具有癌基因依赖性(Oncogene Addiction)的癌的治疗中，多数的分子标的治疗药(Molecular Target Medicine)已经存在。现状的的作用机理是(MechanismofEffectiveness)有关于针对肿瘤细胞(Tumor Cell)的伤害(细胞膜破坏等)、厌食(Phagocytosis)，或者肿瘤细胞内信号传递路径(Pathway of Signal Transduction)的阻碍(酪氨酸激酶活性的阻碍(Inhibition of Tyrosine Kinase Activity)等)等。换言之上述作用机理全部肿瘤细胞活动的抑制作用(Negative Affection)发挥作用，并发重大的副作用(Side Reaction)的危险性高。换句话说上述的细胞活动的抑制作用错误地对正常细胞发挥作用，阻碍正常活动的副作用的风险高也为主要原因。
与此相比，由于本实施方式例的目标在于，肿瘤细胞本身的“正常细胞化(Transformation into Normal Cell)”，因此存在减小副作用的效果(即便使各种正常细胞正常化，问题难以产生)。换句话说恶性肿瘤(malignant Tumor)的半数以上，看到了被称为p53的基因的异常。因此p53基因的作用正常化，则多数的癌可能能够治愈。
而且消化管间质肿瘤(Gastrointestinal Stromal Tumor)的发症与c-kit基因变异有关，阻碍KIT酪氨酸激酶活性的治疗效果也存在。
此外，作为其他例，第2染色体(Chromosome)的逆位产生的EML4(EchinodermMicrotubule-Associated Protein-like 4)基因和ALK(Anaplastic Lymphoma Kinase)基因的融合基因EML4-ALK也被称为肿瘤化的原因。而且基因发现产生，肺癌等的肿瘤化被报告。而且，表现出了其发症患者ALK阻碍药(ALK Blocking Medicine)(酪氨酸激酶阻碍药)投放时高的有效性。
作为除此以外的融合基因例，KIF5B-RET也被报告，这里的基因发现肺癌发症。对此，认为阻碍RET的凡德他尼(Vandetanib)有效。
如前所述，酪氨酸激酶阻碍药的投放，重大的副作用的发症容易产生。因此本实施例那样使用向量载体，c-kit基因变异场所、ALK融合基因配置场所或者融合基因KIF5B-RET配置场所直接基因组编辑，返回正常的基因排列，从而能够期待少的副作用的治愈。
图42中表示了利用本实施方式的治疗顺序例。该处方并不必限定于医学领域，也能够用于更一般的领域。因此一般的宽领域使用的情况的处理顺序在图42中括弧内一并标注。进一步地，并不局限于不良位置的校正，例如图37的各种功能性生物物质的生成也能够应用图42的顺序。
本实施方式中的不良位置(患部)的基本的处置顺序由
构成。
诊断(不良原因分析)相关处理顺序702内，患部的切片摘出(不良位置的信息收集)S22和摘出的切片的分析(不良信息内容的分析)S23被实施。这里切片摘出(S22)中利用手术刀的外科的部分切断被进行。如果患部是身体内部的情况下，也可以使用内视镜(Endoscope)、导管(Catheter)。
此外，摘出切片的分析(S23)中，判定肿瘤是良性(benign)还是恶性(malignant)，恶性时调查有无癌基因依赖性。
癌基因依赖性的情况下进行DNA分析，不良原因的判定所相当的障碍位置的DNA碱基排列的决定(S24)被进行。接下来利用其结果S25中，DNA碱基排列的最佳化设计(最佳的校正方法的设计)被实施。而且基于该最佳化设计(S25)的结果，图37内倒数第2行记载的“向量载体”的制作(已经多数的标准品存在情况下，最佳的向量载体的选择)被进行。这里治疗(不良位置的校正)的患部(不良位置)内的染色体(Chromosome)的DNA分子称为向量(Vector)。
作为治疗(不良位置校正)相关处理顺序704，首先需要将上述的向量载体向患部(不良位置)周边输送(S26)。患部(不良位置)在表面露出的情况下，包含向量载体的药剂涂覆结束。患部(不良位置)在体内的深部局部存在的情况下，也可以可以利用内视镜、导管来输送到附近。
在执行9.2节中详细进行说明标的细胞内的基因组编辑处理(S27)的阶段，编辑处理的进行状况实时监视(S28)非常重要。从宏观视点看，患部的尺寸、到达深度不仅由较大差别，上述向量载体的输送场所患部内的侵入速度也较大不同。特别是患部(不良位置)在体内的深部局部存在的情况下，现有的现有技术中向量载体的患部内部的发散状况的掌握非常难。
该光学的监视(S28)中(第3章和第6章中说明的)光学噪音少的近红外光的效果非常大。2.6节中说明那样，波长区域0.7～2.5μm范围内的近红外光在生物体内的光透过性优良。因此使用利用上述近红外光的测定装置(图1A～图1C)，基因组编辑的进行状况能够实时监视。
9.2节中叙述那样，标的细胞内的基因组编辑处理(S27)对应地产生
○基因组编辑模块的细胞核(Cell Nucleus)内侵入
○DNA碱基排列变更
○基因发现(Gene Expression)
等的各种类型的每一个，分别(暂时)产生独自形态的“氢键”。而且专利文献3内说明那样，独自的氢键形态的每一个对应的吸收带的波长变化产生。
而且光学的监视(S28)中基因组编辑处理中的患部(不良位置)得到的近红外光的吸光光谱变化实时测定，从而能够高精度地观察基因组编辑的进行状况。但是现有技术的范围内利用近红外光来测定，第2章中说明的光学噪音的影响导致不能得到充分的检测精度。因此，图1A～图1C说明的测定装置(或者显微装置)中至少第3章和第6章的一方的技术来首先观测精度高成为可能。
治疗(校正)结果的评价·确认相关处理顺序706中，上述“基因发现”的结果被利用。此时，图37的倒数第2行记载的NIRFP也可以被利用。作为具体的方法，图37的第10行(以及图41)记载8.4节内后半说明的发现NIRFP的DNA碱基排列也一同被配置于向量载体内。而且向量载体内被包含的基因发现时，细胞内NIRFP是否也一同生成，从而评价/确认基因组编辑效果。
S29的患部(校正位置)周边的测试器插入的步骤中，利用内视镜、导管来感应可见光，患部(校正位置)周边(患者的体内)放出可见光。基因组编辑处理成功的细胞内NIRFP生成，因此吸收该可见光(该可见光能被激励)放出近红外光(荧光放出)。近红外光的生物体内部的光透过性较高，因此一部分被通过体外。
作为评价结果的分析(S30)，分析体外放出的光的分光特性内是否包含从NIRFP放出的近红外光成分。该测定装置(或者近红外显微装置)内的检测光16光路中途应用至少第3章和第6章的一方的技术，则检测精度提高。
评价结果的判定(S31)通过是否包含从NIRFP放出的近红外光成分规定量以上来判定。即向患者的体外放出的光的分光特性内包含上述近红外光成分量规定阈值以上的情况下，评价结果的判定结果(S31)良好(是)，使一系列的处置结束(S32)。相反地上述近红外光成分量不足规定阈值(否的)情况下，治疗(不良位置的校正)效果视为不充分。此时，从治疗(不良位置校正)相关处理顺序704的最初重新进行。
现有的基因组编辑技术利用于治疗、图37的各种功能性生物物质的量产的情况的现状的问题点主要如下所述。
1.复制DNA的可扩展性和编辑对象的高效地的选择性
2.编辑后细胞内的长期安全性
3.编辑前后的碱基排列管理和人为误编辑防止
对最初列出的问题点进行说明。细胞核膜(Nuclear Membrane)的外部分布的低分子、离子通过核膜孔(Nuclear Pore)内而容易进入到细胞核(Cell Nucleus)内。另一方面，分子量大的分子被运到细胞核内，需要载体蛋白质(Carrier Protein)的帮助。因此，随着构成向量的复制DNA分子的分子量增大，利用载体蛋白质的细胞核内的输送变难。此外，根据上述载体蛋白质和的相性，基因组编辑模块(图37倒数第2行)形态的任意性较大损失。
下面的问题点是核酸酶(Nuclease)残留于基因组编辑后的细胞核内。基因组编辑中，为而来切断现有的DNA双重螺旋构造(Double-Helix Structure ofDNA)的一部分上述核酸酶成为必须。但是由于该基因组编辑后在细胞核内也残留核酸酶，因此接近于“外科手术后在体内残留剪刀”的状态。
图42的一系列的治疗结束的原患者的病毒感染(Viral Infection)等宿主细胞(HostCell)、叙述的crRNA(CRISPR RNA)内的碱基排列变化，细胞内残留的核酸酶作用正常的基因组被破坏的风险存在。
基因组编辑技术的治疗的应用、基因组编辑后的细胞培养等中，上述第2个问题变得深刻。
实验室等级的基因组编辑中，最后(第3个)的问题并没有那么重大。但是基因组编辑在多产生现场中，人为误编辑防止策变得重要。
接下来的9.2节中进行说明本实施方式例中，上述3点的问题点被消除。
9.2节 细胞核内输送用载体的构造和动作原理
若使用作为本实施方式的一个例子所示的细胞核内输送用载体，效率良好的“基因组编辑功能”、“基因调节功能”能够实现。此外，作为利用基因组编辑功能的应用例之一，使用图42来9.1节内说明的不良位置的处置例存在。而且作为其不良位置的处置例之一，说明了恶性肿瘤等的治疗例。
对本9.2节中上述细胞核内输送用载体的构造和动作原理的例进行说明。作为该说明的一环，9.1节的后半说明的3点的问题点消除的结构也进行说明。然而该问题点消除的特性的应用并不局限于治疗/不良位置的处置、各种功能性生物物质的量产，也可以用于所有用途。
本实施方式例中的具有双重包装构造的细胞核内输送用载体内加入了基因组编辑模块的情况称为向量载体。此外，加入了基因调节因素的情况称为基因调节载体。两者共通的内容为，
○载体内部具有内包部(Inner Pack)的双重包装构造
○上述内包部的周围被与内部隔离的覆膜(载体内部的膜区域)覆盖
○该内包部内收纳内置物(基因组编辑模块或者基因调节因素等)
○将内置物(基因组编辑模块或者基因调节因素)直接送到细胞核内，
因此，
○在内侧的包装膜(载体内包部的外膜)表面具有向细胞核膜表面的选择性接合部
即上述的选择接合部的和细胞核膜的接合导致被收纳于内包部内的内置物(基因组编辑模块或者基因调节因素等)被输送到细胞核内(be delivered)。此外，不仅如此，
○载体内包部的内部也可以存在核层，
本实施方式中的细胞核内输送用载体800的构造例在图43(a)表示。细胞核内输送用载体800的外侧被载体外包部的外被840覆盖。该载体外包部的外被840的材质也可以是聚肽链多数集合的蛋白质，也可以是脂质双重层(Lipid Bilayer)的包络(Envelope)。
作为选择地恶性肿瘤细胞(癌细胞)内输送的向量载体，使用细胞核内输送用载体800的情况下，载体外包部的外被840的一部分设置选择细胞的接合部846。作为该选择细胞的接合部846，也可以利用恶性肿瘤细胞(癌细胞)表面的细胞膜上存在的特定受容体(Receptor)所结合的配体(Ligand)的一部分，也可以利用确定特定的癌细胞的抗体(Antibody)。
作为上述具体的特定受容体，也可以与VEGFR(Vascular Endothelial Growth FactorReceptor)、EGFR(Epidermal Growth Factor Receptor)直接结合。
此外，作为确定特定的癌细胞的抗体，例如，确定上述VEGFR的单克隆抗体也可以使用。此外，并不局限于此，上述特定受容体结合的配体本身识别结合的抗体也可以使用。此时利用向量载体结合的配体受容体结合的时机，将向量载体内的内包部向恶性肿瘤细胞(癌细胞)内输送。
细胞核内输送用载体800内的载体内包部的外膜838和载体内包部的内膜836由脂质双重层构成，两者的间形成主要由脂质构成的内外膜间的疏水区域834。
此外，载体内包部的外膜838(和载体内包部的内膜836)的一部分，细胞核膜表面的选择的键合部830(详细叙述)被设置。由此内包部内储存的基因组编辑模块808、基因调节因素806向细胞核内稳定输送。
通过利用该细胞核膜表面的选择的键合部830，9.1节内说明的最初的问题点“1.复制DNA的可扩展性和编辑对象的高效的选择性”能够消除。细胞核的外膜与小胞体(Endoplasmic Reticulum)的一部分直接连接。因此小胞体附近，基因组编辑模块808被放出，基因组编辑不进行。作为其对策，本实施方式例中，细胞核膜表面的选择的键合部830仅与细胞核膜(包含核层)结合。其结果能够高效地向细胞核内输送基因组编辑模块808。
而且作为细胞核膜表面的选择的键合部830和(包含核层)细胞核膜的结合的契机，细胞核膜和载体内包部的内膜836/外膜838融合并将基因组编辑模块808向细胞核内输送。因此任意尺寸的基因组编辑模块808能够向细胞核内输送，复制DNA的可扩展性有关的灵活性大幅度提高的效果存在。
另外，载体内包部的内膜836内部也可以配置核层832。该核层832的材质类似于在细胞核膜内存在的核层。由此使载体内包部和细胞核间的亲和性提高，使两者间的融合性提高的效果存在。此外，不仅如此，两者融合并基因组编辑模块808或者基因调节因素806侵入细胞核内时的对细胞核膜的损伤最小的效果也存在。
此外，如叙述那样载体内包部的内膜836的内侧突出的细胞核膜表面的选择的键合部830提高载体内包部的内膜836和核层832间的结合性。由此提高载体内包部的内膜836和外膜838的相对的强度，具有防止输送时的膜破坏的效果。
在载体内包部内部保存基因调节因素806的情况下，也可以载体内包部内部充满与细胞核内相同的核液(Caryolymph)。而且其核液内，也可以分散后述的1种以上的基因调节因素806。保存基因调节因素806从而载体内包部和细胞核融合，基因调节因素806侵入细胞核内时预先核液进入，则对细胞核内部的损伤最小。
与此相比，在载体内包部内部保存基因组编辑模块808的情况下，ATP(AdenosineTriphosphate)被完全去除的特殊的核液也可以使用。生物体高分子的磷酸化多的情况下，利用从ATP向ADP(Adenosine Diphosphate)的水解(Hydrolysis)。因此ATP被完全去除的“无ATP”的环境下中，磷酸化不产生。
利用该“无ATP”的状态，基因组编辑模块808向细胞核内的输送之后的规定期间，使基因组编辑有效化。而且在经过该有效期间后，基因组编辑不可能。这样有效期间后基因组编辑不可能，从而9.1节中说明的“外科手术后将剪刀留在体内的状态”能够避免(＝相当于体内的剪刀的自动的破坏)。其结果9.1节中提示的第2个问题点所相当的“2.编辑后细胞内的长期安全性”能够确保。
图43(a)所示的基因组编辑模块808内包含的基因组编辑基本部810的详细的内部构造例如图43(b)所示。8.1节内说明的CRISPR/Cas9，在本实施方式中使用将Cas9一部分改变的mCas(modified CRISPR-associated System)812-1、2被使用。这里mCas812-1、2内的crRNA(CRISPR RNA)区域816-1、2使用与现有的Cas9同等部件或者类似部件。
该mCas812-1、2中改变的部分在现有的Cas9附加了“活性控制机构”。作为该活性化机构例，利用“磷酸化的活性化”。但是并不局限于此，也可以通过其他任意的方法来赋予活性化控制机构。例如作为其他例，向量载体内收纳时分别分离分散(单量体状态(MonomerState))，在移至细胞核内后重合(polymerize)并构成mCas。
即向量载体内储存的mCas812-1、2在无ATP环境下为不活性状态成。而且细胞核内移动时，细胞核内存在的ATP进行反应核酸酶区域814活性化。引起该活性化的磷酸化也可以mCas812-1、2具有自己磷酸化功能。
此外，并不局限于此，具有激酶(磷酸化)特性的mCas控制酶A_822也可以被利用。向量载体内的无ATP环境下中，该mCas控制酶A_822无作用。但是该mCas控制酶A_822向细胞核内移动，则细胞核内存在的ATP被利用mCas812-1、2被磷酸化，使核酸酶区域814活性化。如果上述mCas812-1、2具有基于自己磷酸化的自己活性化功能的情况下，上述mCas控制酶A_822就不需要了。
接下来对mCas812-1、2内的核酸酶区域814的功能在规定期间(有效期间)内发挥的方法进行说明。希望对其付与使mCas812-1、2(或者其内部的核酸酶区域814)不活性化的单元或者自然不活性化的属性。
ATP的水解中mCas812-1、2被磷酸化的状态下，mCas812-1、2内的一部分与ATP内的γ-磷酸基(γ-Phosphatic Group)暂时结合。一般该结合不会永久持续。该mCas812-1、2不具有自己磷酸化功能，mCas控制酶A_822向远方发散的情况下，再磷酸化不可能，返回到非活性的状态。该情况的活性有效期间相当于γ-磷酸基与mCas812-1、2内的一部分结合的期间。因此mCas812-1、2具有使其活性化的活性控制机构(例如磷酸化区域)对应于具有自然不活性化的属性。
其他使核酸酶区域814不活性的应用例是，也可以使用mCas控制酶B_824。该mCas控制酶B_824分解蛋白质的蛋白酶(Protease)构成，则活性化时上述的mCas812-1、2被分解。
此外，取代使用mCas控制酶B_824，通过任意方法基因组编辑基本部810内容易付与“可识别为异物的标识符”，使用厌食作用(Phagocytosis)来使其破坏。
进一步地，作为其他应用例，mCas控制酶B_824内内置具有脱磷酸化(Dephosphorylation)功能的磷酸酶(Phosphatase)，去除与mCas812-1、2内的一部分结合的磷酸基，并且防止再结合来取代结合阻碍物质(阴离子(Anion))而被结合。
而且也可以设置对使mCas812-1、2内的核酸酶区域814不活性(使上述mCas控制酶B_824活性化)的期间(基因组编辑的有效期间)进行设定的单元。
表示该基因组编辑的有效期间的计时器在本实施方式例中，也可以利用细胞核内的信号传递路径。作为细胞核内的信号传递路径，已知
钙调蛋白激酶 (cAMP Response Element Binding Protein)的磷酸化的路径、
的顺序依次磷酸化的路径等。而且其路径间信号传递所需时间也可以用作为计时器(有效期间设定)。
因此细胞核内信号控制酶826作为钙调蛋白CALM或者p38MAPK等，加入细胞核内信号传递路径的出发点的酶。而且CREB等细胞核内信号传递路径的最终点附近的酶的磷酸化被诱发并活性化的酶选定为mCas控制酶B_824。而且如上述那样活性化的mCas控制酶B_824作用，使mCas812-1、2(内的核酸酶区域814)不活性化。
基因组编辑中应去除的DNA的前端部进行检测的crRNA816-1和终端部进行检测的crRNA816-2以及应复制(新更换)的DNA(向量)818成为必要。
本实施方式例中作为基因组编辑基本部810的具体的构造，如图43(b)所示，保持复制DNA(向量)818的复制DNA的保持用蛋白质817以及mCas812-2和mCas812-1被连结的构造。这样相互连结的形式能够保存，则9.1节内第3个提起的问题点被消除。由此基因组编辑左右的碱基排列关系的管理变得容易，而且能够防止人为的误编辑。
作为图43(b)中复制DNA(向量)818的形状，表示取双重螺旋构造并且作为整体而接近于直线的形状的例子。但是并不局限于此，如图43(c)那样，复制DNA(向量)818卷绕的组蛋白(Histone)819也可以与mCas812-2连结。
基因组编辑模块808内部中无ATP，因此自己磷酸化蛋白酶828为不活性的状态。而且该基因组编辑模块808向细胞核内移动，则利用细胞核内的ATP，自己磷酸化蛋白酶828磷酸化(活性化)。其结果。被活性化的自己磷酸化蛋白酶828切断具有磷酸化活性特性的蛋白酶的切断场所820。
此外，复制DNA的保持用蛋白质817中也可以具有自己磷酸化功能、。无ATP的内包部内部中，复制DNA的保持用蛋白质817保持复制DNA(向量)818。基因组编辑模块808整体加入到特定的细胞核内，则细胞核内具有的ATP与上述的自己磷酸化功能部结合，复制DNA的保持用蛋白质817的立体构造(conformation)的变化产生并释放复制DNA(向量)818。由此复制DNA(向量)818容易被获取到编辑对象基因组。
此外，并不局限于此复制DNA的保持用蛋白质817以磷酸化而立体构造变化产生，也可以具有自己磷酸化功能。此时，mCas控制酶A_822自己磷酸化并使mCas812-1、2(内的核酸酶区域814)活性化的同时，也可以使复制DNA的保持用蛋白质817磷酸化并产生立体构造变化。
接下来基因调节载体中输送的基因调节因素806有关的说明被进行。上述的基因调节因素806中，发现的(express)基因的选择、基因转印(Transcription)的控制等有关的物质全部包含。因此具有抑制基因的作用的嘌呤蛋白(Repressor Protein)、具有使基因活性化的作用的激活蛋白(Activator Protein)也包含于上述基因调节因素806。此外，并不局限于此，细胞核内部(细胞核膜的内部)的信号传递路径(Pathway of Signal Transduction)有关的物质也包含于上述的基因调节因素806。
一个细胞内，从外部被赋予的信息在细胞核内部传递期间，也存在非常复杂的信号传递路径。因此向细胞核外插入基因调节因素806的情况下，很可能产生假定外的信号传递。本实施方式例所示那样将基因调节因素806在直接细胞核内输送，从而能够高效地可靠地进行基因调节。
构成生物体内的各部位(each part)的各个细胞在生长过程通过与周围的信息交换(主要化学的信号的交换)在配置场所适当的细胞生长(细胞运命决定)。即各个细胞发生与被配置的生物体内的构成部位相应的基因发现(Gene Expression)。
例如将通过专利文献4或者专利文献5所述的方法来初始化的细胞(InitializedCell)培养并通过生物体内的特定部位作用的细胞生长，现有技术是需要花费时间来在规定环境下培育(长期间培养的)。
对此在本实施例中，培养上述的初始化的细胞的培养液中混入基因调节载体就能够短期间高效地使所希望的细胞生长。这里该基因调节载体内，内置有对使初始化的细胞所希望的细胞生长所需的基因发现进行促进的基因调节因素806。
此外，本实施方式例中，可以针对相同的细胞进行向量载体和基因调节载体的投放(give)，也可以分别投放多次。此外，并不局限于此，可以基因组编辑模块808的中身不同的向量载体多次投放，也可以将基因调节因素806不同的基因调节载体多次投放。
希望将投放向量载体而被基因组编辑的细胞大量增殖培养的情况下，向量载体投放后能够投放基因调节载体。此时作为基因调节载体的内置物(基因调节因素806)，也可以使用分裂促进因素活性化蛋白激酶的MAPK(Mitogen-activated Protein Kinase)。
到现在为止，作为MARK能够辨识细胞外信号控制激酶的ERK(Extracellular Signal-regulated Kinase)和JNK(c-Jun N-terminal Kinase)、p38MARK这3种。这里上述的ERK具有“细胞外信号控制”的功能，细胞核内的动作被确认。
活性化的(磷酸化的(phosphorylated))ERK在细胞核内，将CREB(cAMP ResponseElement Binding Protein)、Ets，Jun，Fos，Elk，HIF1，STAT3等磷酸化(活性化)并作用于基因。通过该基因的作用，不仅有助于增殖(Proliferation)，而且也有助于分化(Differentiation)、生长(Growth)。
此外，活性化的(被磷酸化的)JNK将细胞核内，c-Jun、AFT-2，ELK-1，p53MAPK，NFAT，STAT3等磷酸化(活性化)并作用于基因。该基因的作用中，不仅有助于增殖，而且与分化、凋亡(Apoptosis)等有关。
而且活性化的(磷酸化的)p38MARK将细胞核内，Ets-1、NFAT，Sap1，Stat1，Max，Myc，Elk1，p53MAPK，CHOP，MEF2，ATF-2，MSK1，MK2/3等磷酸化(活性化)并作用于基因。该基因的作用除了增殖以外也与细胞因子的生成(Cytokine Prodiction)、凋亡等也有关。
另外，作为进入到基因调节载体内的基因调节因素806，并不局限于上述，也可以使用与其信号传递路径有关的CREB、Ets，c-Jun，Fos，Elk，HIFl，STAT1、3，NFAT，Sapl，Max，Myc，CHOP，MEF2，ATF-2，MSK1，MK2/3，HMG-14，Smad，Co-Act，TF或者其组合。
此外，也可以将调整中心体(Centrosome)、纺锤体(Mitotic Spindle)、动原体(Kinetochore)的活性来使有丝分裂(Mitosis)正常进行的Aurora A/B(Aurora A·B)使用为基因调节因素806。但是过度摄取可能有引起癌化的危险性，因此需要考虑投放量。
将细胞核膜表面的选择性接合部830的一构造例在图44(a)中表示。本实施方式例中的细胞核膜表面的选择性接合部830内，包含膜贯通部870和细胞核检测部850。通过该膜贯通部870的作用细胞核膜表面的选择性接合部830，在覆盖细胞核内运输用载体800内的载体内包部的内部842的膜区域局部存在。这里该膜贯通部870内的至少一部分存在疏水区域852-1～6。而且细胞核检测部850对细胞内的细胞核的位置检测或者识别。
若该细胞核检测部850接近于细胞核附近，则细胞核膜表面的选择性接合部830内的膜贯通部870以拉伸覆盖载体内包部的内侧842的膜区域的形式，将载体内包部接近于细胞膜附近。
作为该细胞核检测部850的具体例，也可以使用本实施方式例中“抗体(Antibody)”。但是并不局限于此在本实施方式中，若是检测或者识别细胞核的位置的方法则也可以使用任意的方法。
此外，作为识别(或者检测)细胞核的抗体的例子，对在细胞核内部配置的核层832的抗体进行使用的例子进行说明。因此作为细胞核检测部的一个例子，说明利用了核层识别抗体部850的情况。但是并不局限于此，也可以使用针对在细胞核表面或者细胞核内部存在的所有物质的抗体。
此外，图44中说明的方便上，表示核层880的抗原(Antigen)和抗体间的反应(结合)图示为“连续的三棱柱列的侧面间的嵌入/板壁结合关系”。但是图44的接合部形状不实际存在。
细胞核膜的外膜898与小胞体连结，因此细胞核检测部850需要防止对小胞体位置的误检测。小胞体取单层膜构造，细胞核膜取内膜和外膜的双层膜构造，细胞核膜的内膜896周边，大量的核层880局部存在。换句话说该核层880在细胞核内的比较的外侧部较多分布。因此利用该特征，能够容易从外部发现细胞核位置。
膜贯通部870对载体内包部的内部842在外侧1圈以上贯通覆盖膜区域(内的至少外膜838和内膜836的任意)。图44(a)所示例中，6次反复贯通。但是本实施方式例中并不局限于此，也可以任意的次数(例如2次、4次，7次，24次)反复贯通。
此外，示出了在膜贯通部870内保持α螺旋构造(形成α螺旋构造部860的形)膜贯通的例子。但是并不局限于此，也可以以任意的形态膜贯通。即可以是取得随机构造的膜贯通形态、β片构造的膜贯通形态。
图44(a)的实施方式例中6根α螺旋构造部860之中，2根α螺旋构造部860的长度比其他4根长。而且较长的2根α螺旋构造部860的端部与核层识别抗体部(细胞核检测部)850连接。作为α螺旋构造体860保持连结，若取从膜贯通部870到细胞核检测部(核层识别抗体部)850连接的构造，则细胞核膜表面的选择性接合部830内部能够稳固地保持细胞核检测部(核层识别抗体部)850。
但是并不局限于此，也可以以任意的形态，膜贯通部870和细胞核检测部(核层识别抗体部)850间连接。作为其一个例子，膜贯通部870和细胞核检测部(核层识别抗体部)850的间也可以配置β片(晶体)部。
构成α螺旋的α螺旋构造部860内的亲水区域856-1～8、858-1～6中，具有极性残基(Polar Residue)的氨基酸的天冬氨酸或者谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸较多被包含。此外，该亲水区域856-1～8、858-1～6内，包含具有电荷量的残基(Charged Residue)的氨基酸的赖氨酸或者、精氨酸、组氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺酸也可以部分存在。
另一方面，疏水区域852-1～6，854-1、2内上述氨基酸的配合比较少，具有非极性残基(Non-Polar Residue)的氨基酸的丙氨酸或者缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、苯丙基氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、甘氨酸、半胱氨酸等被包含。
将具有图44(a)中说明的构造的细胞核膜表面的选择性接合部830的细胞核内输送用载体800(图43)内部的配置场所和功能例在图44(b)中表示。
覆盖细胞核内输送用载体800的内包部的膜区域与哺乳类的细胞膜同样地，具有载体内包部的外膜838和载体外包部的内膜836所构成的脂质双重层构造而且该载体内包部的外膜838和载体外包部的内膜836之间存在主要由脂质构成的内外膜间的疏水区域834。
由于脂质主要由碳原子和氢原子构成，因此具有疏水性特性。而且具有水溶液中中疏水性物质集中(被压到水分子分布区域外)的特性，以使得“水中油滴分离并集合”。根据该特性，膜贯通部870内的疏水区域852-1～6进入到内外膜间的疏水区域834内。
另外，细胞核膜表面的选择性接合部830内如图44(a)所示，除了疏水区域852-1～6还存在疏水区域854-1、2。然而疏水区域852-1～6的表面积比疏水区域854-1、2的表面积宽。因此，不是疏水区域854-1、2，而是疏水区域852-1～6进入到内外膜间的疏水区域834内。
细胞核膜也由细胞核膜的内膜896和细胞核膜的外膜898构成的脂质双重膜构成。此外，细胞核膜的内膜896和细胞核膜的外膜898之间也存在主要由脂质构成的内外膜间的疏水区域894。而且在细胞核膜的内膜896的内侧配置核层880。
因此细胞核膜表面的选择性接合部830内的核层识别抗体部(细胞核检测部)850需要进入到细胞核膜中并识别核层880的存在。作为使其活动促进的单元，本实施方式例中，设置了疏水区域854-1、2。
即图44(b)所示，该疏水区域854-1、2进入到细胞核膜内的内外膜间的疏水区域内。这样通过确立核层识别抗体部(细胞核检测部)850的细胞核内的区域，能够促进核层识别抗体部(细胞核检测部)850和核层880的接合。
在注入到细胞内后，吸收到细胞核内前的细胞核内输送用载体800在细胞内来回自由活动。该来回活动过程中，上述疏水区域854-1、2可能例如暂时侵入到小胞体内。但是由于小胞体等的膜为单层构造，因此细胞核膜的厚度不同。进一步地，由于在小胞体等的内部不存在核层880，因此基于核层识别抗体部(细胞核检测部)850的稳固的固定不产生。因此，短期间细胞核内输送用载体800从小胞体等分离，开始细胞核的探索。
如后面叙述9.3节中细胞核内输送用载体800的制造方法那样，细胞核内输送用载体800的一部分的细胞核膜表面的选择性接合部830也可以向载体内包部的内部842配置。
在载体内包部的内部842被配置的核层832也具有比较稳固的构造。因此向该载体内包部的内部842的细胞核膜表面的选择性接合部830与核层832接合，能够提高载体内包部的内膜836和外膜838的强度。
若通过细胞核膜表面的选择性接合部830来使细胞核内输送用载体800和细胞核膜接合则如图44(c)所示，以这里为起点，载体内包部的膜区域在细胞核膜的一部分被获取。其结果细胞核内输送用载体800的内置物(基因组编辑模块808或者基因调节因素806)在细胞核内部890内被获取。
省略了图44(c)的详细描写，但载体内包部的内膜836作为细胞核膜的内膜896的一部分而被获取，载体内包部的外膜838作为细胞核膜的外侧898的一部分而被获取。此外，与此并行地在载体内包部的内部842配置的核层832也作为细胞核内的核层880的一部分而被获取。
因此在载体内包部的内部842被配置的核层832的材质和组成、构造、厚度的至少任意与细胞核内的核层880和一致或者类似，则将细胞核内输送用载体800的内置物(基因组编辑模块808或者基因调节因素806)向细胞核内输送时的对细胞核的损伤能够抑制为最小限。
同样地若载体内包部的内膜836的材质和组成、构造、厚度的至少任意与细胞核膜的内膜896一致或者类似，则对细胞核的损伤能够抑制为最小限。
进一步地，若载体内包部的外膜838的材质和组成、构造、厚度的至少任意与细胞核膜的外膜898一致或者类似，则对细胞核的损伤抑制为最小限。
9.3节 细胞核内输送用载体的制造方法(适合量产化)
作为膜蛋白质(Membrane Protein)已知的G蛋白质(G Protein)、离子沟道(IonChannel)内，具有设为α螺旋构造860的膜贯通部870。因此参考这些的氨基酸序列信息，具有图44(a)的构造的细胞核膜表面的选择性接合部830所对应的氨基酸序列的设计首先进行。利用其信息，进行针对曲霉等的基因组编辑，例如通过图45或者图47的方法制作细胞核膜表面的选择性接合部830。
如参考文献3内详细说明那样，构成细胞核膜的磷脂分子通过亲水性的头部和烃成立的疏水性的尾部构成。因此培养皿内的纯水中适量注入上述的磷脂分子，则在纯水表面上一面形成磷脂分子一样并排的单层膜。
该单层膜内，亲水性头部与纯水相接的面侧为向下。另一方面，疏水性的尾部向上一样排列并与空气的接触面侧被配置。
该状态下向纯水内插入注射针，注入细胞核膜表面的选择性接合部830。图44(a)所示在细胞核膜表面的选择性接合部830内具有疏水区域852-1～6，因此被水分子押出并在纯水的表面上移动。而且细胞核膜表面的选择性接合部830内的核层识别抗体部(细胞核检测部)850以向下的形态，在形成有单层膜的表面上局部存在。特别是磷脂分子的单层膜内的疏水性的尾部较多分布的区域内，上述的疏水区域852-1～6进入。
接下来纯水内预先配置的网眼或者细孔的打开的板从纯水向上部的外部移动。这样，网状的缝隙或者板内的孔内进入磷脂分子层，形成脂质双重层。
在该脂质双重层内部细胞核膜表面的选择性接合部830被分散配置。这里被分散配置的细胞核膜表面的选择性接合部830内的核层识别抗体部(细胞核检测部)850的方向不全部一致，根据细胞核膜表面的选择性接合部830而朝向相互正反的方向。
在载体内包部内保存基因组编辑模块808的情况下，图43所示，预先准备在无ATP状态的核液内混入核层832和基因组编辑基本部810的水溶液。另外，该水溶液中根据需要，也可以混入mCas控制酶A_822、mCas控制酶B_824，细胞核内信号控制酶826，自己磷酸化蛋白酶828。
另一方面，在载体内包部内保存基因调节因素806的情况下，预先准备混入了核层832和规定的基因调整因素806的核液。
向将该核液(水溶液)堵塞脂质双重层的网眼或者板内的孔部喷雾。这样，通过与肥皂制作原理相同的原理，生成载体内包部。喷雾前配置具有与细胞膜内输送用载体800内部相同的成分的水溶液，被膜区域覆盖的载体内包部进入到上述水溶液中。
如上述那样载体内包部的内膜386的内部一侧被核层832强化，因此保持规定强度。因此通过具有在载体内包部的内膜386被核层832强化的构造，产生载体内包部的操作变得容易的效果。
接下来通过与制作上述载体内包部的顺序类似的方法，制作细胞核内输送用载体800。
若利用上述方法，则能够比较容易地制作细胞核内输送用载体800。但是本实施方式例中并不局限于上述的制作方法，也可以通过任意的方法来制作。
第10章 功能性生物物质的制造方法和工序管理
第10章中，本实施方式例中的功能性生物物质的量产方法和工序管理方法的说明被进行。
10.1节 制造方法和工序管理的基本顺序
图37所示的功能性生物物质的生成过程中，均产生2.6节中说明的近红外区域光的吸光特性的变化。即功能性生物物质的生成过程中，通过任意的形式来利用特定酶的催化剂反应。而且根据专利文献3，该催化剂反应时暂时的氢键产生，该氢键形态相应的吸收带的波长变化产生。因此测定该吸收带的波长变化，进行功能性生物物质制造时的状态管理。此外，此时至少采用第3章和第6章中说明的方法，吸收带的波长变化测定的精度大幅度提高。
使用近红外光来进行状态管理并且制造功能性生物物质的方法如图45和图46所示。图45中所示的方法在第9章内说明的向量载体被使用的基因组编辑处理(S42)之后，基因调节载体被使用的细胞的增殖培养(S47)被进行。另一方面，图46的方法在进行基因调节载体被使用的细胞培养(S64)后，向量载体被使用的基因组编辑(S66)被进行。
但是并不局限于此，也可以仅进行基因组编辑或增殖培养，也可以将两者同时进行。进一步地，也可以使两者顺序不同地组合。
作为使用图45的量产方法和工序管理方法的说明中具体的一个例子，对转基因蚕(Transgenic Silkworm)被使用的功能性生物物质的制造例也一同进行说明。
图37内第3～4行记载的“丝心蛋白变形”或者图37内第5行记载的“酸性残基含有丝心蛋白”，使用图38～图39A来在8.3节中进行说明。
蚕吐出的蚕丝(Cocoon)内包含大量的丝心蛋白，因此使用转基因蚕来能够制造上述的“丝心蛋白变形”、“酸性残基含有丝心蛋白”。
制造开始(S41)的最初的工序中，9.2节中说明的使用向量载体来进行标的细胞内的基因组编辑处理(S42)被进行。此时核苷酸(Nucleotide)内的碱基间氢键暂时产生。因此此时8.5节中说明的吸收带的波长变化产生。
此外，不仅如此基因组编辑中使用CRISPR/Cas9的情况下，核酸酶区域814的DNA切断被进行。该DNA切断时产生固有的氢键，因此能够观测对应的吸收带的波长变化。
所谓S43的光学的监视，是指基于近红外光被使用的上述吸收带的波长变化观测的工序管理(基因组编辑状态的管理)。
转基因蚕被使用的情况下，对蚕的受精卵实施S42的基因组编辑。
评价上述的基因组编辑是否的确被进行(S45)，在的确未进行的(否的)情况下，再次返回到基因组编辑处理(S42)。针对转基因蚕的该基因组编辑后的基因发现以及生成的功能性生物物质的评价(S44)对应于生长的蚕吐出的蚕丝的成分分析、特性分析。
评价结果(S45)良好的(是的)情况下，移至以下的S46的步骤。基因组编辑后的受精卵开始细胞分裂的阶段，将一部分分离提取并冷冻保存。针对从剩余的受精卵到蚕的幼虫的生长和蛹(Pupa)变身后的评价(S44)结果良好的冷冻保存卵，S46中实施初始化处理。该初始化中，利用专利文献4或者专利文献5公开的方法。
针对初始化的细胞，付与基因调节载体来进行增殖培养(S47)。作为此时使用的基因调节因素，9.2节的后半说明的MAPK族也可以被使用。
这里基因调节因素作用于DNA时，基因调节因素的一部分和DNA的一部分之间产生暂时的氢键。该氢键固有的吸收带的波长变化观察针对DNA的基因调节因素的作用效果管理的处理对应于光学的监视S48。
接下来的S49的步骤中使增殖培养后细胞终端分化(Terminal Differentiation)来收获功能性生物物质(S51)，本实施方式例中能够选择两种方法。最初的方法是从受精卵到蚕的幼虫生长变身蛹后，仅提取蚕丝的方法。
此外，另一个方法是，针对培养液中的细胞投放加入了促进终端分化的基因调节因素的基因调节载体。其结果培养液中蚕丝细胞(Silk Cell)生长后破坏细胞膜并提取丝心蛋白(相当于S51的功能性生物物质的收获)。
这里促进终端分化的基因调节因素的DNA的作用时也产生暂时的氢键。因此该氢键中观察固有的吸收带的波长变化DNA的基因调节因素的作用效果进行管理的处理对应于光学的监视S50。
另外，图46内的S65和S67的各步骤中电实施光学的监视，具体的内容与上述几乎一致，因此省略以下的说明。
在采用上述两种的任意的方法的情况下，丝心蛋白的提取(功能性生物物质的收获S51)结束的情况下制造结束(S52)。但是并不局限于此，S46的细胞初始化或者S47的增殖培养开始的周期也可以反复。
作为具有功能性生物物质的生产能的母细胞(元种)(图48)以蚕丝细胞的图像为例，进行上述的说明。本实施方式例中的功能性生物物质量产的方法，可以利用以下方法
A〕不使用细胞，在规定容器内生产的方法
B〕在细胞的内部生产，通过细胞膜粉碎来采取功能性生物物质的方法
C〕在细胞内部生产的功能性生物物质细胞本身分泌到外部(secrete)的方法
D〕在细胞的内部生产并与细胞连结的形式，功能性生物物质伸到细胞外的方法。
但是本实施方式例中并不局限于此，任意的方法生产功能性生物物质也可以。
上述〔B〕的方法被称为E.Coli法，大肠杆菌(Escherichia Coil)内部生成蛋白质。该方法中的工序必要，制造工序复杂化，相对的制造成本容易上升。
另一方面，曲霉(Aspergillus Oryzae)、谷氨酰胺酸生产菌(CorynebacteriumGlutamicum)分泌菌内生产的蛋白质〔C〕的方法适合。特别是谷氨酰胺酸生产菌利用被称为TatABC的沟道，具有能够将高分子保持立体构造地分泌的特性。但是该情况下分泌可能的高分子的分子尺寸(分子量)具有上限，因此尺寸大的功能性生物物质的直接的分泌较难。
与此相比，〔A〕的方法中任意尺寸的生成蛋白质容易收集。作为具体的方法，大肠杆菌提取液加入的特殊形状试验管内滴下DNA，自动进行蛋白合成。此外，在上述特殊形状试验管内通过特殊滤波器来分隔，微量透析(Dialysis)法被使用的基因发现也成为可能。
但是大肠杆菌提取液中中杂菌容易繁殖，杂菌混入避开的特殊环境下(洁净室内)的制造是被希望的。一般环境下的量产为目标混入的杂菌的消毒/杀菌处理被进行，则mRNA转印系、蛋白质合成系容易受到重大的损伤。
作为本实施方式中的其他的应用例，也可以利用上述〔D〕的方法。毛母细胞在内部生成的羊毛、毛发以与毛母细胞直接连携的形式延伸到外部。此外，与〔A〕相比，毛母细胞的消毒/杀菌耐性高。因此，通过适当的消毒/杀菌的选择，一般环境的生产容易性高。
作为具有功能性生物物质的生产能的母细胞(元种)或者增殖培养得到的子细胞(Daughter Cell)(种子种)，使用毛母相关细胞1000，上述〔D〕的方法中生成功能性生物物质1002的示意图在图46中表示。
图46所示规定容器1010内预先设置搅拌机1006和光学的状态管理装置(测定装置)1020。该光学的状态管理装置(测定装置)1020与图1A～图1C所示构造同样地，由光源部2和检测部6构成。
另外，图46内未图示，也可以设置调整培养基1004内的pH值的pH调整机、补给向培养基1004内的氧气的氧补给。
图46(a)所示容器1010内充满规定的培养基1004的一直搅拌的状态下，加入毛母相关细胞(母细胞/元种或者子细胞/种子种)1000。该环境下毛母相关细胞(母细胞/元种或者子细胞/种子种)1000以规定期间继续培养。
这样图46(b)那样生成的功能性生物物质1002附着的毛母相关细胞(母细胞/元种或者子细胞/种子种)1000。该状态为毛母细胞附上的毛发类似的形态。
从培养基1004取出的非常简单的操作而生成的功能性生物物质1002的收集能够进行，因此量产工序的大幅度的缩短化成为可能。
这里使用的母细胞(元种)1000的量产化对应制造方法在图47中表示。作为制造开始(S61)之后的最初的步骤S62，从现有生物体大量提取相同种类的细胞。具体而言也可以采用羊等的动物的表皮。
之后，通过专利文献4或者专利文献5记载的方法，收集细胞的初始化处理被进行(S63)。而且将包含MAPK族等的基因调节因素的基因调节载体投入并初始化之后的细胞进行增殖培养，并且将包含规定的基因调节因素的基因调节载体投入并促进终端分化。另外，光学的监视S65和S67的内容与图45内相同或者类似，因此省略这里的说明。
而且S66的步骤中，投放向量载体并进行规定的基因组编辑。然后扫描(Screening)(S68)并仅提取希望实施所希望的基因组编辑的细胞，作为母细胞(元种)1000来向外部提供(S69)。然后制造结束(S69)。
针对将上述〔A〕到〔D〕中说明的功能性生物物质量产的方法，进行补足进行说明。在上述〔B〕到〔D〕的各方法中，功能性生物物质的量产时使用特定的细胞。这里使用的细胞需要根据量产的功能性生物物质的种类来适当地选择。
例如作为基因操作，细胞内常识“出自高等生物的蛋白质(Protein obtained fromHigher Organism)”的生成。从属于该原始的生物的细胞(Cell belonging to PrimitiveOrganism)观察，上述“出自高等生物的蛋白质”能够看到异物的侵入。此外，任意的细胞也在内部具有将蛋白质分解的蛋白酶(Proteinase)。因此属于原始的生物的细胞内尝试“出自高等生物的蛋白质”的生成，则视为异物的侵入并进行通过蛋白酶的作用而合成的蛋白质的分解。
作为具体的一个例子，(出自微生物的)曲霉内尝试(出自昆虫种的)丝心蛋白的生成，蛋白酶作用并且丝心蛋白的分泌效率大幅度降低。若为了丝心蛋白的分泌效率提高，停止蛋白酶的活动，则相反地别的不必要的异物的生成量增加。
根据上述的理由，“特定生物出自的功能性生物物质”(也包含特定生物直接生成的生物物质的一部分改进物质)的量产中，最好使用与其特定生物同等层次或比其高等的生物中出来的细胞。
具体例，作为人工食材，例如蔬菜、米、小麦等(的构成物质)的量产中，最好使用出自植物细胞。此外，人工食肉(或者其构成物质的肌动蛋白微丝(Actin Filament)等)的量产时，不使用出自(蚕的錦丝细胞等)昆虫的细胞，而最好使用出自哺乳类、鸟类、鱼类的细胞。
作为上述〔D〕的方法使用例，上面叙述了毛母相关细胞1000的利用。根据上述理由，尽量使用出自高等生物(例如羊，出自人类等的哺乳类)的毛母相关细胞1000。
此外，上述〔C〕的方法中最好量产使用出自(例如哺乳类等的)高等生物的细胞。作为“将内部生产的功能性生物物质分泌到外部(出自高等生物的)细胞”的一个例子，说明胰β细胞(PancreasβCell)(或者其改进细胞)的利用例。
从该胰β细胞分泌的人类胰岛素(Human Insulin)设为2量体蛋白质构造(ProteinStructure comprising Two Monomers)。具体地人类胰岛素的21个氨基酸的连结所构成的“A链(A Chain)”和30个氨基酸的连结所构成的“B链(B Chain)”在2个位置的二硫化物结合(Disulfide Bonds)被接合。
分泌本实施方式例中使用的胰岛素的胰β细胞不需要出自人类，也可以使用其他哺乳类的体内存在的胰β细胞。对于与该胰β细胞内的胰岛素生成有关的基因し，进行第9章说明的基因组编辑处理。并且替换为将例如肌肉细胞的一部分等的食材、或者功能性材料等适合的功能性蛋白质生成/分泌的特殊的细胞。
在图46所示的实施例中，说明结合上述〔D〕的方法例的毛母相关细胞1000的使用例。另一方面，上述〔C〕的方法中，例如改进形胰β细胞那样，从细胞分泌功能性蛋白质。使该情况的功能性蛋白质生成/分泌的环境也可以使用图46所示的培养基1004和制造状态管理装置(测定装置)1020。
10.2节 地域分散形量产化工序
在图45、图47所示方法中主要说明了在相同位置制造功能性生物物质1002的方法。但是并不局限于此本实施方式例中，也可以按照每个制造工序实施的场所分开并分散配置于广阔区域。
若生成的功能性生物物质1002的累积容量增大，则其运输费用变得非常高价。另一方面，成为生产毛母相关细胞等的功能性生物物质1002的原本的母细胞/元种、对其进行增殖培养得到的子细胞/种子种1000非常小，因此能够比较便宜地运送。
因此到功能性生物物质1002的消耗地域，以母细胞/元种或子细胞/种子种1000的形式输送，在消耗地域进行功能性生物物质1002的生产，则得到能够大幅度降低累积成本的效果。
另一方面，若使用图43以及图44、图37来在9.2节内说明的向量载体，基因调节载体则基因组编辑模块、基因调节因素直接侵入细胞核内。因此从自然环境的保护、生态系维持的必要性出发，最好将能够使用向量载体、基因调节载体的区域限定为特定地域内。
因此图48所示的本实施方式例中，按照每个制造工序来进行生产据点的层次化。使核心统一据点1130集中于一个位置，将基因调节载体和向量载体的操作限定于该地域内。并且使该核心统一据点1130内部的管理强化，彻底防止向量载体、基因调节载体向外部的流出。根据该方法，具有能够防止/控制对现有生态系统、自然界的负面影响。
即仅在上述核心统一据点1130内进行基因组编辑、细胞的初始化、基因调节。并且进行具有功能性生物物质的生产能的母细胞(元种)1000的生成(量产)。并且将得到的母细胞(元种)1000提供给分散流通据点1120。
在各分散流通据点1120a～1120c中，使提供的母细胞(元种)1000增殖来进行细胞(种子种)的生成。此外，为了提高增殖效果，进行生长因素(Growth Factor)的投放。
然而为了从各分散流通据点1120a～1120c内进行的母细胞(元种)1000的有丝分裂(Mitosis)促进、子细胞(种子种)的生长促进而赋予的生长因素仅仅限定于来自细胞外的投放。即这里，不进行向细胞核内直接输入的基因调节载体。
此外，也制造加入了防止一般环境下的培养基1004内的杂菌繁殖、稍微调节了对子细胞(种子种)的损伤的杀菌/消毒剂(杂菌繁殖防止剂)的培养基1004。并且这里将生产的子细胞(种子种)和加入了杂菌繁殖防止剂的培养基1004提供给功能性生物物质的最终生产场所1100a～1100j。
最终生产地域1110位于上述分散生产的层次内的末端部。并且各功能性生物物质的最终生产场所1100a～1100j存在于功能性生物物质的消耗场所的附近。
在该各功能性生物物质的最终生产场所1100a～1100j，图46中说明的简易的设备用于一般环境下，从分散流通据点1120购入子细胞(种子种)和加入了杂菌繁殖防止剂的培养基1004。作为购入方法，除了直接购入，也可以经由网络来购入。
并且图46所示方法中制造功能性生物物质1002，具有一般人的一般的环境下容易生产的效果。因此本实施方式例中，能够以无论谁都能承担的容易性简单地进行生产。
10.3节 使用非相干性近红外光的功能性生物物质的推断
具有图64(a)或(b)中记载的分子构造408的聚乙烯具有图63所示的吸光特性。此外，丝片(丝心蛋白)内的一部分的氨基酸排列400具有图64(c)所示的特征。并且具有图62所示的吸光特性。
具有局部相干性的现有的前进光360在丝片内通过时在重叠散射光370之间产生光学的干涉(参照图26(a))。其结果，如图61所示，具有局部相干性的现有的光中不能得到丝片(丝心蛋白)的吸光特性。即第3章中说明的方法来减少局部相干性(非相干性的)的近红外光中，能够得到精度高的吸光特性。
10.1节内，说明了“使用上述非相干性的光来功能性生物物质的制造工序管理”的例子。但是并不局限于上述的制造工序管理，对于制造的功能性生物物质的成分、分子构造等的推断(辨识)也可以活用图62和图63中得到的认识。
食材(除维他命、矿物质等)能够大致分类为蛋白质系、糖质系、脂质系。因此并不局限于食材中使用的功能性生物物质，也包含作为材料而利用的功能性生物物质等，也可以将功能性生物物质大致分类为蛋白质系(Protein Group)、糖质系(Glucide Group)、脂质系(Lipid Group)。
中心包含氮原子的官能基(-NHn)不包含于糖质系、脂质系的功能性生物物质(图65)。另一方面，中心包含碳原子的官能基(-CHn)占有脂质系的功能性生物物质内的大多数。并且脂质系的功能性生物物质内的氢氧基(Hydroxyl Group，-OH)的含有率与此相比非常少。此外，糖质系的功能性生物物质内甲基(-CH3)的含有率低。
蛋白质系的功能性生物物质内，能够含有任意的官能基。此外，“-NH基”以外，这些官能基存在于“氨基残基(Amino Acid Residue)”内。因此人工蛋白质为主成分的功能性生物物质中得到的吸光特性中，根据被检测的官能基，能够推断“构成人工蛋白质的主成分的氨基酸的种类及其组成量”。
图65的框内的下部的括弧内记载的数字表示从图62和图63直接读取的值。此外，框内的中央部从尾崎等的文献(尾崎幸洋·河田聪编：近红外分光法(学会出版中心，1996年)p.216～p.219)转载。
作为一个例子，丝心蛋白内，具有“-CH基”的甘氨酸(Glycine)占整体的46％，具有“-CH3基”的丙氨酸(Alanine)占整体的30％。因此图62内的“向下箭头(Lower DirectionArrow)”所示的波峰(极大)位置表示丙氨酸的含量30％。
另一方面，“蜘蛛的丝”中，β片形晶体部602(图38)的大部分仅占有丙氨酸。因此若测定蜘蛛的丝的吸光特性，则预测“向下箭头”位置的波峰量(极大值)大幅度增加。
此外，如比较图62和图63，则属于伸缩振动的第1倍音的吸收带的中心波长在甲基(Methyl Group，-CH3)超过1.7μm(1.81μm到1.70μm的范围内)，与此相对地亚甲基(Methylene Group，-CH2)、“-CH基”为1.7μm以下。图62内的向下箭头所示的位置为1.683μm和1.177μm。因此若在1.683μm附近(1.80μm到1.67μm的范围内)或1.177μm附近(1.23μm到1.12μm的范围内)观察到吸收带的中心波长，则能够预测甲基的存在。这样，通过由功能性生物物质得到的吸光特性的吸收带中心波长是否超过1.7μm，可知作为主成分的氨基酸的种类。
虽未图示，但具有甲基的PMMA(Poly-Methyl-Metacrylate)、环氧树脂(Epoxy Resin)中也共通地在1.7μm以下的位置观测到吸收带的中心波长。
此外，不仅如此，若在1.23μm到1.15μm的范围内或0.94μm到0.86μm的范围内观测到吸收带的中心波长，则甲基或亚甲基、“-CH基”被包含的可能性较高。
进一步地，根据图65，能够容易预测测定对象的功能性生物物质内是否包含蛋白质系材料。即在蛋白质系材料被包含的情况下，在1.67μm～1.46μm的范围内或1.11μm～0.97μm的范围内存在吸收带的中心波长。
在图62的实测结果中，在1.570μm附近和1.538μm附近、1.495μm附近，分别存在吸收带的中心。在丝心蛋白内存在β片形晶体部602(图38)。因此蛋白质具有β片构造(βSheetStructure)的情况下，在上述数值的任意(或其附近)具有中心波长的吸收带能够被检测。
根据例如从食材、材料等中(将来)利用的功能性生物物质得到的吸光特性(第3章中说明的使用使局部相干性减少的(或非相干性的)光来测定的情况)，下面对其功能性生物物质的组成(构成材料)的推断方法进行汇总。
在官能基内的组振动中首先，从属于伸缩振动的倍音的吸收带的说明开始。根据图65，作为测定波长，1.67μm和1.46μm、1.38μm、1.11μm、0.94μm分别为边界值。
即在吸光特性内被观察的吸收带的中心波长在1.67μm到1.46μm的范围内或者1.11μm到0.97μm的范围内存在的情况下，成为对象的功能性生物物质也可以解释为“蛋白质系”(至少部分包含氨基酸)。
另一方面，在吸收带的中心波长在1.46μm到1.38μm的范围内或者0.99μm到0.94μm的范围内被观察的情况下，功能性生物物质也可以解释为“糖质系”(例如寡糖(Oligosaccharides)、醋酸(Cellulose)等的多糖(Polysaccharide)至少被部分包含)或者“蛋白质系”(至少部分包含氨基酸)。
这里1.67μm到1.46μm的范围内或者1.11μm到0.97μm的范围内不存在吸收带的中心波长的情况下，也可以推断为主要“糖质系”构成中心组成。
另一方面，在从1.67μm到1.46μm的范围内或者从1.11μm到0.97μm的范围内存在吸收带的中心波长的情况下，
1〕“蛋白质系”构成中心组成的情况、
2〕“蛋白质系”与“糖质系”的混合系统
的任意一个的可能性较高。
在图65中“脂质系”材料的一部分中包含氢氧基(-OH)。但是在“脂质系”中，甲基，亚甲基的存在比率压倒性较高。因此“脂质系”中观测的氢氧基(-OH)的量(即吸收带的强度)也包含测定误差的情况较多。
同样地在“糖质系”内存在的甲基(-CH3)的存在概率非常低。因此在(如上述那样)1.7μm以上的位置存在吸收带的中心波长的情况下，“脂质系”或“蛋白质系”的任意一个被包含。但是在吸收带的中心波长为1.67μm到1.46μm的范围内或者1.11μm到0.97μm的范围内不存在的情况下，能够推断为“脂质系”构成中心组成。
接下来对属于吸光特性内的伸缩振动的倍音的吸收带和属于结合音的吸收带的区分方法进行说明。如图63的(a)和(c)所示，属于伸缩振动的倍音的吸收带的宽度较窄，强度(从基线到中心部的高度)较大。与此相比，属于结合音的吸收带如图63(j)周边那样，宽度较宽且强度也较低。
此外，如5.6节中图63(j)部分的说明那样，为了比较，使用“局部相干性高的光”，也可以将“大振动”产生的部分判定为属于“结合音”。
如第2章中说明并通过图61的测定结果所示，现有的具有局部相干性的近红外光中，在光学杂音内存在检测信号。在现有技术中，其结果，属于官能基内的组振动的吸收带各个的特性分析变得困难。对此，在本实施方式中，通过第3章中说明的手法，能够生成局部相干性低的(非相干性的)光。因此使用该光来首先产生能够实现属于官能基内的组振动的吸收带各个的特性的效果。
10.4节本实施方式中的功能性生物物质的光学特性
对本实施方式中制作的功能性生物物质的光学特性进行说明。首先进行使用“蛋白质系”材料来形成的构造体功能性生物物质的光学特性的说明。并且接下来，对发挥除此以外的独自功能的功能性生物物质的光学特性进行说明。
在本实施方式中，在使用了蛋白质系材料的功能性生物物质的构造体中，实施以下两点
A)利用α螺旋(α-Helix)或β片(β-Sheet)、折回(Turned)构造来形成构造体
B)应用光学上制造工序管理容易的组成。
最初对上述(B)进行说明。自然界中存在20种氨基酸。因此作为功能性生物物质的材料，也存在将20种类的氨基酸的组成比均等使用的选择。但是此时，从其功能性生物物质得到的吸光特性非常复杂。假定制造具有非常复杂的吸收特性的功能性生物物质的情况。若具有原本复杂的特性，则即使制造的工序管理时吸收特性稍微变化，也难以预测“任何缺陷是否产生？”。
在本实施方式中的功能性生物物质中，制造提高具有特征的氨基酸的组成比来形成构造体的功能性生物物质。由此，产生使制造时产生的缺陷位置的分析变得容易的效果。此外，在本实施方式中，取代进行具有特征的氨基酸的组成比的数值限定，对从制造的功能性生物物质得到的吸光特性进行规定(详细后面叙述)。此外，根据图66可知，若提高具有特征的氨基酸的组成比，则也满足上述的(A)的条件。
在8.3节中使用图49，对将改进版β片形晶体部1602组合来形成构造体的例子进行说明。在图49中，由多个晶体部集合(大量体)框1604构成构造体。
并不局限于这样的框的组合，例如通过捻搓/编织纤维状蛋白质(FibriformProtein)，也可以构成例如衣服等的构造体。将已经具有β片构造的丝心蛋白设为原料的蚕丝该当于上述的纤维状蛋白质。另一方面，分类为纤维状蛋白质的胶原蛋白(Collagen)、原肌球蛋白(Tropomyosin)的2次构造取α螺旋构造。
因此在本实施方式中的功能性生物物质中，利用α螺旋或β片、折回等的构造来形成构造体。通过在本实施方式中的功能性生物物质内部的至少一部分具有上述构造，不仅使功能性生物物质的宏观的构造/形状的成形容易，还具有能够确保长期保存时的成形品的形状稳定性的效果。
作为实现此的具体的手段，在本实施方式中，提高容易取得α螺旋或β片、折回等的构造的氨基酸的组成比来形成功能性生物物质。
将容易取得上述α螺旋构造的氨基酸和容易取得β片构造的氨基酸在图66中表示。在图66中，根据被配置于氨基残基(Amino Acid Residue)内的前端部的官能基的中心原子的不同来对氨基酸进行分类。分类为碳系(Carbon Group)的氨基酸最多，分类为氮系(NitrogenGroup)的氨基酸最少。
根据图66可知，容易取得α螺旋构造或β片构造的氨基酸全部包含甲基或亚甲基。因此若与图65中说明的内容组合，则“在从本实施方式中的功能性生物物质得到的吸光度特性中，在从1.81μm到1.67μm的范围内或从1.23μm到1.12μm的范围内、从0.94μm到0.84μm的范围内存在吸收带的中心波长”。
接下来，对这些氨基酸的组成比与检测特性的关系进行说明。图62所示厚度在约100μm的丝片的吸光度特性中，在向下箭头位置出现与具有甲基的丙氨酸有关的吸收带。在蜘蛛的丝中，丙氨酸的组成比更高。因此在蜘蛛的丝中，预测在相同的向下箭头位置的附近出现吸收强度高的(吸光度特性上高度高的)吸收带。
在本实施方式中取代规定氨基酸每的组成比，通过属于甲基和亚甲基的伸缩振动的倍音的吸收带的高度(即吸收带的中心波长位置的吸光度的值和虚线所示的基线的差值)来规定。通过规定每个氨基酸的组成比，以吸收带的高度进行规定更具有容易对应制造时或者完成品的品质管理时的效果。
图62和图63内的非相干光测定结果中的噪音成分的大半起因于分光器22内的1维线性传感器132(图22)的电噪音(暗电流和光散粒噪音)。测定之前其每次测定1维线性传感器132的暗电流并进行减法处理。但是与时间共同变化的暗电流成分的除去较难。此外，取250次反复测定的平均值，减少光散粒噪音的影响。但是减少中存在极限。特别是在检测光16的光量低的情况下，相对地，电噪音的影响变大。
图63内的非相干光测定结果的吸光度的噪音振幅最大积累到“0.0003p-p”程度。另一方面，由于长波长侧的丝片的透过率低为5.3％程度，因此电噪音的影响大。并且根据图62，噪音振幅也积累为最大“0.003p-p”程度。
因此作为能够稳定进行信号检测的条件，在本实施方式例中，作为本实施方式中的功能性生物物质的吸光度，从1.81μm到1.67μm的范围内或从1.23μm到1.12μm的范围内、从0.94μm到0.84μm的范围内被观测的吸收带的高度(吸收带的中心波长位置的吸光度的值与虚线所示的基线的差值)需要为0.003以上(最好0.0003以上)。
另外，丝心蛋白内的丙氨酸的组成比也被称为30％。根据图62，属于此时的伸缩振动的第1倍音的吸收带的高度(与基线的差值)为“0.008”左右。此外，属于第2倍音的吸收带的高度(与基线的差值)读取为“0.002”左右。
在检测组成比到10％程度的情况下，“0.008/3＝0.0027”，“0.002/3＝0.00067”。因此在使用图62的数据的情况下，从1.81μm到1.67μm的范围内观测的吸收带的高度需要为0.0027以上(最好0.008以上)。同样地，从1.23μm到1.12μm的范围内观测的吸收带的高度需要为0.00067以上(最好0.002以上)。
此外，作为本实施的应用例，考虑通过蜘蛛的丝来制造功能性生物物质的情况。在蜘蛛的丝中，预测丙氨酸的组成比为45％以上。并且“0.008×45/30＝0.012”，“0.002×45/30＝0.003”。因此在将例如蜘蛛的丝用于材料来制造功能性生物物质的情况下，也存在进行工序管理以使得从1.81μm到1.67μm的范围内观测的吸收带的高度为0.012以上或者从1.23μm到1.12μm的范围内观测的吸收带的高度为0.003以上的方法。
接下来对属于观测得到的甲基的吸收带的高度(与基线的差值)的预测最大值进行研究。在制造丙氨酸的组成比为100％的合成蛋白质的情况下，“0.008×100/30＝0.027”，“0.002×100/3＝0.0067”。但是，在测定误差、基线的取法上，由于吸收带的高度变化，因此若将差值取2倍，则归属第1倍音和第2倍音的吸收带的高度也积累为0.054和0.0134。
该积累值是假定丙氨酸100％的情况。如图66所示，在缬氨酸(Valine)、异亮氨酸(Isoleucine)、亮氨酸(Leucine)中，在一个残基内分别存在各2个甲基。因此在这些氨基酸的组成比为100％的情况下，上述的值为2倍。因此此时，属于第1倍音和第2倍音的吸收带的高度(吸收带的中心波长位置的吸光度的值和虚线所示的基线的差值)为0.108和0.0268。
以上(也参照图65)对从本实施方式的功能性生物物质得到的吸光度特性进行总结。从波长区域1.80μm到1.67μm内观测的吸收带的中心波长位置的吸光度的值与基线的差值为0.0027到0.108的范围内。此外，从波长区域1.23μm到1.12μm内观测的差值为从0.00067到0.0268的范围内。
接下来对属于观测得到的亚甲基的吸收带的高度进行研究。聚乙烯内的亚甲基的存在比率充分高。因此图63内的(a)位置的读取值的0.003接近于组成比100％的值。若将其测定误差、基线的取法精度误差带来的差值取2倍，则积累为0.006(＝0.003×2)。此外，假定组成比10％以上，则为0.003×10/100＝0.0003。若考虑2倍的差值，则最小值也积累为0.0003/2＝0.00015。
因此也考虑图65的记载内容，从波长区域1.23μm到1.15μm内被观测的吸收带的中心波长位置的吸光度的值与基线的差值为从0.00015到0.006的范围内。
取代使用上述的“蛋白质系”来成形构造体，对独自发挥功能的功能性生物物质的光学特性进行说明。例如8.3节中使用图39A(c)来说明那样，若在功能性生物物质内存在羧基616则吸水性提高。图39A(c)中使羧基616与阳离子612结合之前，存在图65的氢氧基(-OH基)。这样若功能性生物物质具有大量的氢氧基(-OH基)、氨基(Amino Group，-NHn)，则亲水性(Hydrophilic Characteristic)提高。
因此例如具有亲水性的功能性生物物质中，如图65所示，也可以进行制造工序管理，以使得从波长区域1.67μm到1.38μm的范围内或从1.11μm到0.94μm的范围内，高度(与基线的差值)为0.003以上(最好0.0003以上)的吸收带被观测。
10.5节细胞外环境中制造的功能性生物物质的制造方法
10.1节和10.2节中说明的功能性生物物质的制造方法主要说明了至少将材料在规定的细胞内生产的方法。作为本实施方式的应用例，对将功能性生物物质的材料在细胞外环境中制造的方法进行说明。
在图67A中表示基本的制造顺序。即由以下步骤构成：进行功能性生物物质的材料生成和其提取的步骤S110、提高材料的纯度的功能性生物物质材料的纯化步骤S120、功能性生物物质的成形步骤S130并且最后品质检查步骤S140，按照上述顺序来进行。
在进行该功能性生物物质的材料生成和其提取的步骤S110内，使用了通过S111而进行的透析式连续交换法(Continuously Exchangeable Method with Dialysis)和离心分离法(Centrifugal Separation Method)的功能性生物物质的材料提取(S112)被进行。此外，在该任意的工序中，都并列执行使用了本实施方式(第3章)中所示的非相干性近红外光的监测S113。进行管理以使得这里10.3节和10.4节中说明的光学特性被持续得到。
此外，在功能性生物物质的材料的纯化(S120)中，为了提高材料的纯度，通过各种方法来执行仅功能性生物物质中使用的材料的分离。作为其具体例，在图67A中，应用
1〕使用光镊的原理，仅对蛋白质系材料进行分离提取的方法(S121)
2〕向水溶液中赋予电场，仅对带电荷的材料进行分离提取的方法(S122)
3〕使用材料尺寸的不同，通过滤纸等的过滤器来分离的方法(S124)。
但是并不局限于此，也可以采用上述以外的纯化方法。此外，也可以选择性地采用上述内的任意一个。
在上述各种的纯化工序S121、S122中，为了监视纯化的进行状况，也可以使用本实施方式(第3章)中所示的非相干性近红外光(S123)。
在S113或S123中监测的结果，对10.3节和10.4节中说明的范围的特性不能得到的情况下的应对方法进行说明。在上述特性不能得到的频率低的情况下，选择对象外的材料并废弃。另一方面，在频率高的情况下，暂时停止生产线来调查并应对问题点产生原因。
在S110的功能性生物物质的材料生成/提取工序和S120的功能性生物物质材料的纯化工序中，也需要对生成的高分子状态进行监测S113、S123。特别是与高分子内的结合状态有关的信息如5.6节内说明那样，参照由
A)基线的特征文件特性，
B)从波长区域1.67μm到1.46μm的范围(图65)的吸收带特性
...图62内的“向上中空粗箭头(White-Centerd Bold Arrow of Higher Direction)”所示的波峰(极大)位置而出现。
因此最好这些特性也同时评价来进行工序管理。
将使用上述S111中进行的透析式连续交换法的功能性生物物质的材料生成方法的一个例子在图67B(a)中表示。加入到透明容器1010内的外液1034由
○成为材料制造源的各种氨基酸
○葡萄糖(Glucose)等的成为活动能量源的糖类
○核苷酸三磷酸(Nucleoside triphosphates)
○tRNA(Transfer Ribonucleic Acid)
○其他与转印以及翻译有关的各种基质(Substrates)
○转印/翻译促进用生长因素(Growth Factor)
等的混合物水溶液构成。
此外，在放入到透析容器1036内的内液1032中，加入
○无细胞蛋白质合成系CF(Cell-Free Protein Synthesis System)反应液
○蛋白质生产的铸型用的直链状DNA(Single Chaining Deoxyribonucleic Acid)断片。
作为上述的CF反应液，以往，使用大肠杆菌、仓鼠以及小麦胚芽细胞提取液(SolutionExtracted from Wheat Cell with Embryo Buds)。但是最近，除了现有的系统，也使用真核细胞提取液(Solution Extracted from Eucaryote Cell)。
“出自高等生物的蛋白质(Protein obtained from Higher Organism)生成”中，在10.1节中说明了最好使用出自属于同等层次或比其高等的层次的生物的细胞。因此在蛋白质系的功能性生物物质制造时，也可以将“出自成为对象的蛋白质的生物和出自同等或更高等的生物的细胞的提取液”用于上述CF反应液。由此，功能性生物物质制造的生产性提高。进一步地，若使用“来自出自成为对象的蛋白质的生物的细胞的提取液”，则生成对象的人工蛋白质与CF反应液的亲和性进一步变高。在该情况下，功能性生物物质制造的生产性进一步提高。
例如作为食材，在人工制造鸡肉的情况下，最好将“来自鸡的细胞的提取液”或“其他的鸟类的细胞提取液”用于CF液。同样地，在人工制造牛肉、猪肉的情况下，也可以将来自牛的细胞、猪的细胞或者其他哺乳类的细胞的提取液用于上述CF反应液。
作为除此以外的应用例，在肌肉萎缩症(Muscular Atrophy)的治疗中，考虑向患者移植正常的肌肉(Muscle)的情况。在人工制造该肌肉的情况下，也可以将来自人类的细胞的提取液用于上述CF反应液。
此外，在对利用了蚕丝、蜘蛛的丝的功能性生物物质进行人工制造的情况下，其材料生成中，也可以从蚕、蜘蛛或者其以外的昆虫种的细胞提取CF液。此外，并不局限于此，若将出自人类、哺乳类的细胞提取液用于CF反应液，则能够进行通用性较高的人工蛋白质材料的生成。
另外，蛋白质生产的铸型用的直链状DNA也可以根据预先设计的核苷酸排列(Nucleotide Sequence)来人工合成。此外，并不局限于此8.1节，也可以使用8.5节中说明的基因组编辑技术(CRISPR/Cas9，ZFN，TALEN等)，对现有的基因组排列进行编辑后，打开2重螺旋构造来生成。
将放入了该内液1032的透析容器1036放入到放入了外液1034的容器1010内(图67B(a))，开始温育(Incubation)。在该温育中，以28℃～40℃保持1小时以上且32小时以下。
另外，在透析容器1036中配置搅拌机1006。并且搅拌机旋转感应用的外部磁场产生/旋转部1038旋转并在搅拌机1006中回绕，对内液1036内进行搅拌。
此外，如图1B(a)所示，光源部2和对透过得到的检测光16进行检测的检测部6被配置于容器1010内，依次监测(图67A的S113)功能性生物物质的材料生成状况(图67A的S111)。并不局限于上述中说明的1～32时间的温育时间，也可以在上述S113的监测中在材料生成结束的时刻适当地结束温育。
并且将透析容器1036从容器1010取出，将内液1032回收到别的容器内。并且将该内液1032在低温下放置，结束温育。此时的内液1032温度最好为0℃到10℃范围内(最好4℃左右)。
在接下来的图67A的S112中所示的功能性生物物质材料的提取中例如，以4℃左右5分钟12000rpm左右使其旋转并离心分离。这里得到的分离液内的上清层(Top Clear Layer)内，混入生成的功能性生物物质的材料。
此外，通过利用了S133的非相干性光的监测可知从上述分离液内的上端到哪个范围混入了生成的功能性生物物质的材料。
接下来将图67A的S130中记载的功能性生物物质的成形方法的例子在图67B(b)中表示。在图67B(b)中，表示例如蚕丝那样的纤维状功能性生物物质的成形方法。在成形用模具1050表面雕刻成形用凹槽1054。若在这里滴下纯化后的内液1032，则在成形用凹槽1054内集中。
并且若放置在干燥环境下，水分蒸发并得到纤维状的功能性生物物质。例如在包含β片形晶体部602(图38)的丝心蛋白、具有α螺旋构造的胶原蛋白、原肌球蛋白单体中，具有较短的纤维构造。并且若纯化后的内液1032内的水分蒸发，则各个纤维相互纠缠并构成如图67B(c)那样聚在一起的大纤维构造。并且使用织线来成为布料的现有方法，也可以从该纤维状的功能性生物物质制作衣服、食品。
在图67A的成形工序(S130)中，并不局限于上述，也可以通过使用图49而在8.3节中说明的方法来成形。进一步地，也可以通过除此以外的任意的方法来成形。
将图67A的纯化工序(S120)中使用的装置例在图67C中表示。将通过图67A的离心分离(S112)而得到的上清液1096放入纯化用容器1090内。并且利用重力，使上述的上清液1096向右方移动。
在利用了图67A的S121所示的光压力的功能性生物物质的材料分离中，光镊的原理(光压力)来使其分离。如图65所示，蛋白质系的功能性生物物质选择性吸收波长区域为1.67μm到μ1.46μm的范围和从1.11μm到0.99μm的范围的近红外光。因此作为图67C的纯化用照射光1060，使用上述波长区域的近红外光。
从该纯化用照射光1060的强度从低方向(图67C中的纸面的上方)向高方向(纸面的下方)产生力。利用该力，仅使蛋白质系的功能性生物物质向下方移动。
Ru图67C所示，从光源部2放射的照射光12经由光纤100，照射到离心分离后的上清液1096的通过位置。并且通过该上清液1096而得到的检测光16经由光纤100而到达检测部6。该光学系统中上清液1096的吸光度特性被实时监测(S123)。使用其结果，管理来自上清液1096的功能性生物物质的材料分离状况。
接下来对利用图67A的S122所示的水溶液中施加的电场来纯化的方法进行说明。在氨基酸中，精氨酸(Arginine)，组氨酸(Histidine)，赖氨酸(Lysine)具有正电荷。并且进行铸型用DNA内的核苷酸排列的设计，以使得生成的氨基酸排列(Amino Acid Sequence)内具有上述的正电荷的氨基酸被较多包含。其结果，成为功能性生物物质的材料的高分子在水溶液中具有正电荷。
并且从纯化用可变电压电源1074向纯化用电压施加电极1070施加电压，进行蛋白质系的功能性生物物质的材料分离(图67A的S122)。该状況也通过电源部2与检测部6的组合而被监测(S123)。
在上述的实施方式中，成为功能性生物物质的材料的高分子在水溶液中中具有正电荷。但是若上述纯化的水溶液中混入例如氯离子等的阴离子，则在成形工序中生成盐(Salt)并电气上成为中性。
这样纯化的水溶液在图67C的(a)的方向行进，在下方聚集。此外，包含除此以外的成分的水溶液在(b)的方向行进并被废弃。
此外，利用例如利用了滤纸等的功能性生物物质材料提取用过滤器1080，利用分子尺寸的不同来进行功能性生物物质的材料的纯化。
这里以蛋白质系的功能性生物物质为中心说明了制造方法。但是并不局限于此，也可以在与糖质系、脂质系的功能性生物物质有关的制造中使用图67A的方法。
例如使葡萄糖(Glucose)聚合(Polymerize)来制作用于食材的淀粉(Starch)。该淀粉制造工序中，也可以使用图67A的一部分。
以上说明了几个实施方式，这些实施方式作为例子而提示，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式也能够通过其他的各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含于发明的范围、主旨，并且包含于权利要求书中所述的发明和其均等的范围。

Claims (10)

1.一种光源部，由以下部件构成：
发光源；和
混合部件，对从所述发光源放射且通过相互不同的光路的光进行混合。
2.一种测定装置，由以下部件构成：
光源部，放射向对象体照射的第1光；和
检测部，检测从所述对象体得到的第2光，
所述第1光和所述第2光的任意光的光路的至少一部分由多个光路构成，
通过所述多个光路的光在规定位置被混合。
3.一种近红外显微装置，由以下部件构成：
光源部，至少放射具有从0.875μm到2.5μm的范围内的波长的第1光；和
检测部，对从对象体得到的第2光进行检测，
将所述第1光向所述对象体进行照射，
至少在所述光源部内配置有光学噪声减少元件。
4.一种光学检测方法，
向对象体照射第1光，对从所述对象体得到的第2光进行检测，
所述第1光和所述第2光的任意光的光路的至少一部分由多个光路构成，
通过所述多个光路的光在规定位置被混合。
5.一种成像方法，
向对象体照射第1光，利用从所述对象体得到的第2光来进行成像，
所述第1光和所述第2光的任意光的光路的至少一部分由多个光路构成，
通过所述多个光路的光在规定位置被混合。
6.一种计算方法，
对参与能检测光学特性的对象体内包含的规定官能团的组振动的电势特性进行计算，
利用所述计算结果来计算光的吸收波长或吸收波数(振动数)。
7.一种状态管理方法，
向对象体照射第1光，使用从所述对象体得到的第2光来管理所述对象体的状态或其状态变化，
所述第1光和所述第2光的任意光的光路的至少一部分由多个光路构成，
通过所述多个光路的光在规定位置被混合。
8.一种制造方法，
使用近红外光来进行工序管理并且进行制造。
9.一种制造方法，
向制造工序内生成的对象体照射第1光，使用从所述对象体得到的第2光来进行制造工序管理，
所述第1光和所述第2光的任意光的光路的至少一部分由多个光路构成，
通过所述多个光路的光在规定位置被混合。
10.一种功能性生物关联物质，其发挥规定的功能，
向所述功能性生物关联物质照射第1光，使用从所述功能性生物关联物质得到的第2光，能够检测所述功能性生物关联物质的状态或其状态变化，
所述第1光和所述第2光的任意光的光路的至少一部分由多个光路构成，
通过所述多个光路的光在规定位置被混合。
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