JP2017067556A - 物質検出装置、物質検出システム及び物質検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出領域内において容易に物質を検出できる物質検出装置を提供する。【解決手段】物質検出装置は、物質の検出領域内及び検出領域外へ第１の非可視光を出射し、検出領域内及び検出領域外において、第１の非可視光の出射方向を変更し、検出領域外において検出対象の物質が格納された参照セルを、第１の非可視光が通過した光である第３の非可視光を受光し、第３の非可視光の波長特性に基づいて、第１の非可視光の温度を調整して第１の非可視光の波長を制御する。【選択図】図２

Description

本開示は、物質検出装置、物質検出システム及び物質検出方法に関する。

従来、所定のポイントに対してガス検出を行うガス検出装置が知られている（特許文献１参照）。このガス検出装置は、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）モジュールから出射されたレーザ光をハーフミラーで測定光と参照光とに分岐する。測定光は通常のガス検知に用いられる。参照光はガスセルを通過させた後に波長処理用受光器で受光される。波長処理制御部は、受光した参照光に応じた検知信号に基づき、ＬＤモジュールの波長確認処理や波長校正処理を行う。

特開２００８−２３２９２０号公報

特許文献１に記載のガス検出装置は、任意の一点におけるガス検出を想定しており、任意のエリア（空間）に存在する物質検出を想定していない。仮に任意のエリアをガスの検出範囲とした場合、ユーザは、ガス検出装置の向きを手動で変え、一点ずつエリア内を順番に検出する作業を行う必要がある。このため、エリア（検出領域）内に存在するガスを検出しようとすると、その作業に多くの労力を要する。

本開示は、上記従来の事情に鑑みなされたものであって、検出領域内において容易に物質を検出できる物質検出装置、物質検出システム及び物質検出方法を提供する。

本開示の物質検出装置は、物質の検出領域内及び検出領域外へ第１の非可視光を出射するトランスミッタと、検出領域内において、第１の非可視光が物質で反射された光である第２の非可視光を受光する第１のレシーバと、第２の非可視光の波長特性に基づいて、物質を検出するディテクタと、検出領域内及び検出領域外において、第１の非可視光の出射方向及び第２の非可視光の受光方向を変更するアクチュエータと、検出領域外において検出対象の物質が格納された参照セルと、検出領域外において、第１の非可視光が参照セルを通過した光である第３の非可視光を受光する第２のレシーバと、第３の非可視光の波長特性に基づいて、第１の非可視光の温度を調整して第１の非可視光の波長を制御する波長コントローラと、を備える。

本開示によれば、検出領域内において容易に物質を検出できる。

第１の実施形態の非可視光センサを含む検出カメラの概要を説明する概要図 検出カメラの内部構成例を示す模式図 温調時における検出カメラの内部の動作例を説明する模式図 センサスキャンユニットによる検出領域を含む走査例を示す模式図 検出カメラの構成例を示すブロック図 温調ユニット及び受光処理部の構成例を示すブロック図 非可視光センサの動作例を示すタイミングチャート 非可視光センサの走査範囲の一例を表す模式図 非可視光センサの信号処理手順の一例を示すフローチャート 特定の物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードの発振周波数が最適である場合の温調状態における、レーザ光の入力信号及び出力信号を説明する模式図 特定の物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードが発振するレーザ光が低波長側にずれる場合の温調状態における、レーザ光の入力信号及び出力信号を説明する模式図 特定の物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードの発振周波数が長波長側にずれる場合の温調状態における、レーザ光の入力信号及び出力信号を説明する模式図 モニタの表示画面例を示す模式図 第２の実施形態における検出カメラの内部構成例を示す模式図 温調時における検出カメラの内部の動作例を説明する模式図 センサスキャンユニットによる検出領域を含む走査例を示す模式図 検出カメラの構成例を示すブロック図 第３の実施形態における検出カメラの内部構成例を示す模式図 温調時における検出カメラの内部の動作例を説明する模式図 センサスキャンユニットによる検出領域を含む走査例を示す模式図 他の実施形態におけるセンサスキャンユニットによる検出領域を含む走査例を示す模式図

以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。尚、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであり、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

各実施形態の物質検出装置は、非可視光センサを用いて物質を検出する。尚、本開示は、非可視光センサが各動作を行う物質検出方法としても表現可能である。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態の非可視光センサＮＶＳＳを含む検出カメラ１の概要を説明する模式図である。検出カメラ１は、可視光カメラＶＳＣと、非可視光センサＮＶＳＳとを含む構成である。

可視光カメラＶＳＣは、例えば既存の監視カメラと同様に、所定の波長（例えば０．４〜０．７μｍ）を有する可視光に対する反射光ＲＭを用いて、所定の検出空間Ｋに存在する人物ＨＭや物体（不図示）を撮像する。以下、可視光カメラＶＳＣにより撮像された出力画像データを、「可視光カメラ画像データ」という。

従って、検出カメラ１は、非可視光を検出する非可視光センサＮＶＳＳと、撮像により可視光カメラ画像データを得る可視光カメラＶＳＣとの両方の構成を含む。少なくとも非可視光センサＮＶＳＳを含む検出カメラ１は、物質検出装置の一例である。

非可視光センサＮＶＳＳは、可視光カメラＶＳＣと同一の検出空間Ｋに対し、光学走査を用いた面照射により、所定の波長を有する非可視光（例えば赤外光）であるレーザ光ＬＳを投射する。投射されたレーザ光ＬＳは、検出対象の物質（特定物質ともいう）の吸収波長帯の波長を含む光である。

非可視光センサＮＶＳＳは、レーザ光ＬＳが被検出物（例えば特定物質としてメタンガス等の気体ＧＳ）により反射されたレーザ光ＲＶを用いて、検出空間Ｋにおける特定物質の検出の有無を判定する。

非可視光センサＮＶＳＳが検出の有無を判定する特定物質は、例えば可視光カメラＶＳＣによる可視光カメラ画像データでは判別が困難な物質であり、ガス（気体）の他、液体や固体でもよい。ここでは、検出対象の物質がガスＧＳである場合について例示する。

また、検出カメラ１は、可視光カメラＶＳＣが撮像した可視光カメラ画像データに、非可視光センサＮＶＳＳによる特定物質の検出の有無の判定結果を含む出力画像データ（以下、「物質位置画像データ」という）又は物質位置画像データに関する情報（物質の名称等）を合成した表示データを生成して出力する。

検出カメラ１からの表示データの出力先は、ネットワーク（不図示）を介して検出カメラ１に接続された外部接続機器であり、例えば図５に示すカメラサーバＣＳ又はモニタ１５０である。検出カメラ１とモニタ１５０とを含んで物質検出システムが構成される。ネットワークは、有線ネットワーク（例えばイントラネット、インターネット）でもよいし、無線ネットワーク（例えば無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ））でもよい。

図２は検出カメラ１の内部構成を示す模式図である。図２では、図１の上方から（ｚ軸方向の下向きに）視た場合の検出カメラ１の内部構成が示される。

検出カメラ１は、例えば箱形の筐体１ｚを有する。筐体１ｚの前面には、非可視光センサＮＶＳＳ用の開口部１ｗが形成される。なお、開口部１ｗには、防水・防塵のために、透明なガラスもしくは樹脂が嵌め込まれてもよい。また、筐体１ｚの前面には、可視光カメラＶＳＣの集光レンズＶ３１（図５参照）が露出する。

筐体１ｚの内部には、センサスキャンユニット５が設けられる。センサスキャンユニット５は、図中矢印Ｐで表されるパン方向（図中ｘｙ平面に沿う方向）かつ図中矢印Ｔで表されるチルト方向（図中ｚ軸方向）に旋回自在な雲台１０、及びこの雲台１０を駆動するモータ機構（図示せず）を備えたパンチルトユニット１５（図５参照）を有する。

雲台１０には、レーザダイオードＬＤ、コリメートレンズＰＬＺ、フォトダイオードＰＤ及び集光レンズＣＬＺが搭載される。パンチルトユニット１５は、雲台１０をパン方向及びチルト方向に旋回させることで、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光を用いて、検出領域ＳＡＲ内を２次元的に走査（水平走査及び垂直走査）可能である。

レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光ＬＳは、コリメートレンズＰＬＺを透過して平行光となり、検出空間Ｋに向けて出射される。検出空間Ｋ内のガスＧＳによって反射したレーザ光（反射光）ＲＶは、検出カメラ１の筐体１ｚに形成された開口部１ｗを通って入射し、集光レンズＣＬＺによって集光され、フォトダイオードＰＤで受光される。

フォトダイオードＰＤで受光されたレーザ光の吸収スペクトル（吸収特性）から検出空間Ｋ内に存在する検出対象の物質であるガスＧＳの有無が判定される。レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光ＬＳが検出空間Ｋにおいて走査可能な範囲（スキャン画角）である検出領域ＳＡＲは、例えば、筐体１ｚに形成された開口部１ｗの形状によって設定される。

ここで、レーザダイオードＬＤは、温度の影響を受け易く、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の波長は僅かな温度変化によってずれてくる。このため、非可視光センサＮＶＳＳは、ガス検出の動作中、レーザ光の波長（波長変調における中心波長）が変化しないように、レーザダイオードＬＤの温度を一定に保つように温調制御（温度調節のための制御）を行う。

温調制御を行うために、筐体１ｚの内部には、反射板ＭＲ１、参照セルＣＥＬ、集光レンズＣＬＺ２、温調用のフォトダイオードＰＤ２及び波長検出温調制御部１２が配置される。尚、反射板ＭＲ１と参照セルＣＥＬとの間に、減光フィルタ（ＮＤフィルタ）ＦＩＲが配置され、参照セルＣＥＬを透過して温調用のフォトダイオードＰＤ２で受光されるレーザ光の光量が減らされてもよい。

図３は温調時における検出カメラ１の内部の動作を説明する模式図である。

温調制御では、雲台１０はパン方向に大きく旋回し、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光は反射板ＭＲ１に向かう。反射板ＭＲ１は、雲台１０に搭載されたレーザダイオードＬＤがレーザ光を走査する際、フォトダイオードＰＤが受光可能な範囲から外れた位置、つまりスキャン画角外に配置される。ここでは、反射板ＭＲ１は、開口部１ｗに近い、筐体１ｚの裏側に位置する。フォトダイオードＰＤの受光可能な範囲は、前述したように、筐体１ｚに形成された開口部１ｗの形状によって決められる。つまり、スキャン画角内で開口部１ｗを通って反射したレーザ光ＲＶは、フォトダイオードＰＤで受光される。

図４はセンサスキャンユニット５による検出領域ＳＡＲを含む走査を示す模式図である。

センサスキャンユニット５は、雲台１０が旋回することによって、雲台１０に搭載されたレーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光ＬＳを用いて、スキャン画角（検出領域ＳＡＲ）内をパン方向（水平方向）及びチルト方向（垂直方向）に走査する。反射板ＭＲ１は、レーザ光による検出領域ＳＡＲ内の１走査が終了し、レーザ光が初期位置ＨＰに戻る前の、走査終了位置ＥＰを越えた水平方向の位置に配置される。

温調制御では、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光は、反射板ＭＲ１によって反射され、ＮＤフィルタＦＩＲを通過する。そして、レーザ光は、検出対象の物質であるガスが封入（格納）された参照セルＣＥＬを透過し、集光レンズＣＬＺ２で集光され、温調用のフォトダイオードＰＤ２で受光される。参照セルＣＥＬに封入されるガスは、検出対象のガスＧＳと同一の成分を有する。

波長検出温調制御部１２は、例えば、図６に示す検出処理部２７内のＡＤ変換回路２７１、温調制御処理部２７２、及び制御部１１を含む。波長検出温調制御部１２は、温調用のフォトダイオードＰＤ２から出力される検出信号を基に、所定の幅で波長変調されるレーザ光の中心波長を検出し、この中心波長がずれないように、レーザダイオードＬＤの温度を一定に制御する。

レーザダイオードＬＤは、吸発熱を行うペルチェ素子Ｐｔ（図５参照）を有する。波長検出温調制御部１２は、レーザダイオードＬＤに内蔵されたペルチェ素子Ｐｔに所定の電流を供給することによって、レーザダイオードＬＤの温度を調節する。

尚、レーザダイオードＬＤは、サーミスタ（不図示）を備えてもよい。この場合、波長検出温調制御部１２は、サーミスタを用いて、又はペルチェ素子Ｐｔとサーミスタとを用いて、レーザダイオードＬＤの温度を調節してもよい。

また、筐体１ｚには、非可視光センサＮＶＳＳの一部として、各部を統括的に制御する制御部１１（コントローラ）やプロセッサ２０を実装した電子基板が内蔵される。

図５は検出カメラ１の構成を示すブロック図である。検出カメラ１は、前述したように、非可視光センサＮＶＳＳと、可視光カメラＶＳＣとを含む構成である。非可視光センサＮＶＳＳは、制御部１１と、投射部ＰＪと、受光処理部ＳＡとを含む構成である。

制御部１１は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いて構成される。制御部１１は、例えば、非可視光センサＮＶＳＳの各部の動作制御を全体的に統括するための信号処理、他の各部との間のデータの入出力処理、データの演算処理及びデータの記憶処理を行う。また、制御部１１は、非可視光センサＮＶＳＳの検出対象となる特定物質を検出するための検出閾値Ｍを検出処理部２７に設定する。

また、制御部１１は、ＡＤ変換するためのタイミング信号を、検出処理部２７へ送る。制御部１１は、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光を変調するための光源制御信号を、レーザダイオードＬＤへ送る。制御部１１は、レーザダイオードＬＤを温調するための温調制御信号を、レーザダイオードＬＤへ送る。

投射部ＰＪは、レーザダイオードＬＤと、コリメートレンズＰＬＺと、パンチルトユニット１５と、温調ユニット３０とを有する。

レーザダイオードＬＤは、レーザ光の波長が検出対象の物質であるガスＧＳの吸収波長帯のピークと一致するように波長調整されたレーザ光を出射する。ここでは、検出対象の物質であるガスとして、メタンガス（ＣＨ_４）を一例として挙げる。

波長調整は、種々の方法が用いられる。例えば、制御部１１は、上記の光源制御信号により、レーザダイオードＬＤの駆動電流を変調させることで、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光を波長変調させる。また、レーザダイオードＬＤに備わるペルチェ素子Ｐｔが、制御部１１からの温調制御信号に従って吸熱または発熱し、レーザダイオードＬＤの温度を変動させることで、レーザ光の波長変調の中心波長を調整する。

コリメートレンズＰＬＺは、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光ＬＳを平行光にする。

パンチルトユニット１５は、レーザダイオードＬＤ、コリメートレンズＰＬＺ、集光レンズＣＬＺ及びフォトダイオードＰＤが搭載された雲台１０をパン方向及びチルト方向に旋回させる。パンチルトユニット１５は、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光を用いて、検出領域ＳＡＲを含む走査範囲内で２次元に走査する。

図６は温調ユニット３０及び受光処理部ＳＡの構成を示すブロック図である。

温調ユニット３０は、集光レンズＣＬＺ２、フォトダイオードＰＤ２、Ｉ／Ｖ変換回路３１、増幅回路３２及びフィルタ処理回路３３を有する。

集光レンズＣＬＺ２は、レーザダイオードＬＤから出射され、反射板ＭＲ１で反射し、参照セルＣＥＬを透過したレーザ光を集光し、フォトダイオードＰＤ２に受光させる。フォトダイオードＰＤ２は、受光したレーザ光の光量に応じた電荷を生成し、電流信号として出力する。

Ｉ／Ｖ変換回路３１は、フォトダイオードＰＤ２から出力される電流信号を電圧信号に変換する。増幅回路３２は、Ｉ／Ｖ変換回路３１で出力される電圧信号を増幅する。フィルタ処理回路３３は、増幅回路３２で増幅された信号に対しフィルタ処理を行い、温調制御に用いられる信号として検出処理部２７内のＡＤ変換回路２７１に出力する。

受光処理部ＳＡは、集光レンズＣＬＺ、フォトダイオードＰＤ、信号加工部２６、検出処理部２７及び表示処理部２８を有する。信号加工部２６は、Ｉ／Ｖ変換回路２６１、増幅回路２６２及びフィルタ処理回路２６３を含む。検出処理部２７は、ＡＤ変換回路２７１、温調制御処理部２７２及び物質検出処理部２７３を含む。検出処理部２７の温調制御処理部２７２及び物質検出処理部２７３並びに表示処理部２８の各機能は、メモリ（不図示）に保持されたプログラムをプロセッサ２０が実行することにより、実現される。

集光レンズＣＬＺは、レーザダイオードＬＤから出射され、検出領域ＳＡＲ内の特定物質で反射されたレーザ光を集光し、フォトダイオードＰＤに受光させる。フォトダイオードＰＤは、受光したレーザ光の光量に応じた電荷を生成し、電流信号として出力する。

Ｉ／Ｖ変換回路２６１は、フォトダイオードＰＤから出力される電流信号を電圧信号に変換する。増幅回路２６２は、Ｉ／Ｖ変換回路２６１で出力される電圧信号を増幅する。フィルタ処理回路２６３は、増幅回路２６２で増幅された信号に対しフィルタ処理を行い、物質検出に用いられる信号として検出処理部２７内のＡＤ変換回路２７１に出力する。

検出処理部２７内のＡＤ変換回路２７１は、温調ユニット３０から入力される信号、及び信号加工部２６から入力される信号をデジタル信号に変換する。

温調制御処理部２７２は、温調ユニット３０から出力され、ＡＤ変換回路２７１でデジタル値に変換された値を基に、温調状態を表す信号（温調状態信号）を生成し、制御部１１に出力する。

この温調状態信号は、レーザダイオードＬＤから出射される、波長変調されたレーザ光の信号（周波数１ｆ）に対し、２倍の周波数（２ｆ）の信号の大きさ（信号レベル）を示す信号である。この２倍の周波数（周波数２ｆ）を持つ信号は、ＡＤ変換回路２７１によってデジタル値に変換された後に抽出される。

レーザダイオードＬＤの温度が変化しておらず、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の変調波長幅が特定物質の吸収波長帯域からずれていないとする（図１０の変調波長範囲ＷＡＲ０参照）。この場合、温調状態信号は、フォトダイオードＰＤ２からの信号を基に得られる、周波数が一定の正弦波信号である（図１０参照）。

レーザダイオードＬＤの温度が変化し、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の変調波長幅が特定物質の吸収波長帯域からずれているとする（図１１，図１２参照）。この場合、温調状態信号は、フォトダイオードＰＤ２からの信号を基に得られる、周波数１ｆに対する２倍の周波数（２ｆ）の信号の大きさ（信号レベル）が小さくなる。

物質検出処理部２７３は、受光処理部ＳＡ内の信号加工部２６から出力され、ＡＤ変換回路２７１でデジタル値に変換された値を基に、特定物質を検出し、検出した特定物質を表す信号を表示処理部２８に出力する。

表示処理部２８は、非可視光センサＮＶＳＳから、検出領域ＳＡＲ内における特定物質の２次元位置を示す物質位置画像データを生成する。物質位置画像データは、特定物質を表す画像データと、検出領域ＳＡＲ内の２次元位置情報（例えば、雲台１０のパン角度及びチルト角度）とを含む。表示処理部２８は、この物質位置画像データを可視光カメラＶＳＣの表示制御部３７に出力する。

尚、本実施形態を含む各実施形態において、表示処理部２８は、物質位置画像データを可視光カメラＶＳＣ内の表示制御部３７に送信する代わりに、例えば後述するモニタ１５０やカメラサーバＣＳ、通信端末に送信してもよい。

このように、検出領域ＳＡＲ内の可視光画像データに、検出処理部２７により得られた特定物質に関する情報が合成されて表示出力される。従って、非可視光センサＮＶＳＳは、検出領域ＳＡＲのどこに特定物質が存在するかをユーザに対して視覚的に明らかに示すことができる。

図５に示すように、可視光カメラＶＳＣは、集光レンズＶ３１と、イメージセンサＶ３３と、信号処理部Ｖ３５と、表示制御部３７と、出力部３８と、を有する。信号処理部Ｖ３５及び表示制御部３７の各機能は、メモリ（不図示）に保持されたプログラムをプロセッサＶ２０が実行することにより、実現される。

集光レンズＶ３１は、非可視光センサＮＶＳＳによる検出領域ＳＡＲを含む範囲を画角範囲とし、外部からの入射光（反射光ＲＭ）を集光し、イメージセンサＶ３３の撮像面に結像させる。

イメージセンサＶ３３は、可視光の波長（例えば０．４μｍ〜０．７μｍ）に対する分光感度のピークを有する。イメージセンサＶ３３は、撮像面に結像した光学像を電気信号に変換する。イメージセンサＶ３３の出力は、電気信号として信号処理部Ｖ３５に入力される。

信号処理部Ｖ３５は、イメージセンサＶ３３の出力である電気信号を用いて、例えばＲＧＢ（Ｒｅｄ Ｇｒｅｅｎ Ｂｌｕｅ）又はＹＵＶ（輝度・色差）等により規定される可視光画像データを生成する。これにより、可視光カメラＶＳＣにより撮像された可視光画像データが形成される。信号処理部Ｖ３５は、可視光画像データを表示制御部３７に出力する。

表示制御部３７は、例えば、特定物質が可視光画像データにおける所定の位置で検出された場合に、信号処理部Ｖ３５から出力された可視光画像データと、表示処理部２８から出力された物質位置画像データとを合成し、表示データを生成する。この表示データは、特定物質に関する情報の一例である。

出力部３８は、この表示データを外部装置（例えばカメラサーバＣＳ及びモニタ１５０）に出力する。

カメラサーバＣＳは、表示制御部３７から出力された表示データを通信端末又は１つ以上の外部接続機器（不図示）に送信し、通信端末又は１つ以上の外部接続機器の表示画面における表示データの表示を促す。モニタ１５０は、表示制御部３７から出力された表示データを表示する。

次に、検出カメラ１の動作について説明する。

図７は非可視光センサＮＶＳＳの動作を示すタイミングチャートである。図８は非可視光センサＮＶＳＳの走査範囲を表す模式図である。パンチルトユニット１５は、雲台１０に搭載されたレーザダイオードＬＤをパン方向及びチルト方向に駆動することで、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光を用いて、検出領域ＳＡＲ（走査範囲）を走査する。

水平（パン）方向の１ライン目（Ｌ１）では、パンチルトユニット１５は、初期位置（ＨＰ）から水平方向及び垂直方向の角度をプラス（＋）に加算しながらレーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の照射位置を可変させる。

レーザ光の照射位置が走査範囲内の水平方向の終端までくると、２ライン目（Ｌ２）に移り、パンチルトユニット１５は、水平方向の角度をマイナス（−）に減算しながら垂直方向の角度をプラス（＋）に加算し、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の照射位置を可変させる。

以後、同様に、Ｌｎライン目までレーザ光の走査が行われる。Ｌｎラインの走査が終了すると、検出領域ＳＡＲにおける１回の走査（１走査）が終了する。そして、レーザ光の照射位置は、走査範囲（スキャン画角）の左下隅にある走査終了位置ＥＰを越え、反射板ＭＲ１に移る。

レーザ光の照射位置が反射板ＭＲ１に留まる所定の期間Ｔ１において、波長検出温調制御部１２は、変調周波数１ｆに対する２倍の周波数（２ｆ）の信号の大きさ（信号レベル）が最大となるように、レーザダイオードＬＤの温度を調節する温調制御を行う。この所定の期間Ｔ１では、パンチルトユニット１５は、雲台１０の駆動（旋回動作）を停止させ、レーザダイオードＬＤの位置を固定する。尚、所定の期間Ｔ１は、温調制御を行うための期間を含む。この温調制御の詳細については後述する。

所定の期間Ｔ１が経過すると、ブランク期間Ｔｂｋにおいて、パンチルトユニット１５は、雲台１０の駆動を再開し、レーザ光の照射位置を初期位置ＨＰに戻す。そして、再び、パンチルトユニット１５は、水平方向の１ライン目Ｌ１で、初期位置（ＨＰ）から水平方向及び垂直方向の角度をプラス（＋）に加算しながらレーザダイオードＬＤの照射位置を可変させ、レーザ光の走査を開始する。

図９は非可視光センサＮＶＳＳの信号処理手順を示すフローチャートである。

レーザダイオードＬＤは、制御部１１から光源発光信号を受けると、レーザ光を出射する（Ｓ１）。

パンチルトユニット１５は、雲台１０を駆動し、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光を用いて走査する（Ｓ２）。

制御部１１は、レーザ光の照射位置が検出領域ＳＡＲ内であるか否かを判別する（Ｓ３）。

検出領域ＳＡＲ内である場合、信号加工部２６は、フォトダイオードＰＤから入力された撮像信号を増幅する（Ｓ４）。

検出処理部２７は、信号加工部２６によって増幅された信号のうち、周波数２ｆの信号を抽出し、特定物質（ここでは、メタンガス（ＣＨ_４））の有無を検出する（Ｓ５）。ガスＧＳの有無は、例えば周波数２ｆの信号（周波数が一定の正弦波信号）が検出閾値Ｍ以上であるか否かで判定される。

表示処理部２８は、特定物質の画像、及び特定物質の位置情報を基に、物質位置画像データを生成する（Ｓ６）。特定物質の位置情報は、例えば、パンチルトユニット１５によって駆動される雲台１０のパン角度及びチルト角度から求められる。表示処理部２８は、生成した物質位置画像データを、可視光カメラＶＳＣ内の表示制御部３７に送る。表示制御部３７は、表示処理部２８から取得した物質位置画像データを、可視光カメラＶＳＣ内のイメージセンサＶ３３によって撮像された画像データに重畳して表示データを生成し、カメラサーバＣＳ及びモニタ１５０に出力する。

制御部１１は、非可視光センサＮＶＳＳによる物質検出動作を継続するか否かを判別する（Ｓ７）。物質検出動作を継続する場合、制御部１１は、Ｓ１の処理に戻る。一方、物質検出動作を停止する場合、制御部１１は、本動作を終了する。

一方、Ｓ３でレーザ光の照射位置が検出領域ＳＡＲ外である場合、制御部１１は、レーザ光の照射位置が温調エリア（温調制御するための領域）内、つまり反射板ＭＲ１の内側にあるか否かを判別する（Ｓ８）。温調エリア外である場合、即ち、レーザ光の照射位置が検出領域ＳＡＲの走査終了位置ＥＰから温調エリアまでの経路内、又は温調エリアから初期位置ＨＰまでの経路内にある場合、制御部１１は、Ｓ７の処理に進む。

一方、Ｓ８でレーザ光の照射位置が温調エリア内にある場合、フォトダイオードＰＤ２は、反射板ＭＲ１で反射され、参照セルＣＥＬを透過（通過）した光を受光する（Ｓ９）。参照セルＣＥＬには、前述したように、検出対象の物質であるガスＧＳ（例えばメタンガス）が封入されている。

温調ユニット３０内のＩ／Ｖ変換回路３１、増幅回路３２及びフィルタ処理回路３３は、温調用のフォトダイオードＰＤ２からの信号を増幅処理する（Ｓ１０）。

検出処理部２７は、温調ユニット３０からの信号を取得し、その信号をＡＤ変換回路２７１でデジタル値に変換し、この値を温調状態を示す値として検出する（Ｓ１１）。検出処理部２７は、検出結果を含む温調状態信号を生成し、制御部１１へ送る。

制御部１１は、温調状態信号を基に、変調周波数１ｆに対する２倍の周波数（２ｆ）の信号の大きさ（信号レベル）が最大となるように、レーザダイオードＬＤの温度を調節する温調制御を行う（Ｓ１２）。この後、制御部１１はＳ７の処理に進む。

図１０は、特定物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の波長が最適である場合における、レーザ光の入力信号及び出力信号を説明する模式図である。レーザ光の入力信号は、フォトダイオードＰＤ，ＰＤ２に入力される。レーザ光の出力信号は、フォトダイオードＰＤ，ＰＤ２から出力される。

図１０〜図１２では、検出対象の物質であるガスとして、メタンガス（ＣＨ_４）を一例として挙げる。図１０〜図１２では、縦軸はフォトダイオードＰＤ，ＰＤ２の受信電圧（単位は正規化された値）を表し、横軸はフォトダイオードＰＤ、ＰＤ２が受光するレーザ光の波長（ｎｍ）を表す。受信電圧が低い程、特定物質によるレーザ光の吸収率が高い。尚、物質の吸収特性は、物質に応じて決まっている。

図１０では、特定物質の吸収スペクトルは、１６５３．６７ｎｍを中心とする波長帯域を有する。これに対し、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光は、波長変調範囲ＷＡＲ０に示すように、１６５３．６７ｎｍを中心波長とし、０．０５ｎｍの変調幅で変調される。

前述したように、レーザダイオードＬＤからレーザ光が出射され、検出領域ＳＡＲ内の特定物質で反射されたレーザ光は、第１のレーザ光の信号に対し２倍の周波数を持つ信号として検出される。この場合、周波数が一定の正弦波信号が出力される。

図１１は、特定物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の波長が低波長側にずれる場合における、レーザ光の入力信号及び出力信号を説明する模式図である。

図１１では、レーザ光は、波長変調範囲ＷＡＲ１に示すように、例えば１６５３．６６ｎｍを中心波長とし、０．０５ｎｍの変調幅で波長変調される。

図１２は、特定物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の波長が長波長側にずれる場合における、レーザ光の入力信号及び出力信号を説明する模式図である。

図１２では、レーザ光は、波長変調範囲ＷＡＲ２に示すように、例えば１６５３．６８ｎｍを中心波長とし、０．０５ｎｍの変調幅で波長変調される。

このように、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の波長が低波長側又は長波長側にずれる場合、周波数が変動する信号が出力される。この出力される信号が、周波数が一定の正弦波信号となるように、温調制御が行われる。温調制御により、検出カメラ１は、物質検出用のレーザ光により一定の周波数を有する正弦波信号を検出できるので、物質検出の精度を向上できる。

図１３は、モニタ１５０の表示画面を示す模式図である。モニタ１５０は、可視光カメラＶＳＣによって撮像された画像に、非可視光センサＮＶＳＳによって検出された特定物質であるガスＧＳを表す画像を重畳し、表示する。これにより、ユーザは、モニタ１５０に表示されたガスＧＳを視認できる。

このように、検出カメラ１では、レーザダイオードＬＤは、物質の検出領域ＳＡＲ内及び検出領域ＳＡＲ外へ第１のレーザ光を出射する。フォトダイオードＰＤは、検出領域ＳＡＲ内において、第１のレーザ光がガスＧＳで反射された光である第２のレーザ光を受光する。検出処理部２７は、第２のレーザ光の波長特性に基づいて、ガスＧＳを検出する。パンチルトユニット１５は、検出領域ＳＡＲ内及び検出領域ＳＡＲ外において、第１のレーザ光の出射方向及び第２のレーザ光の受光方向を変更する。検出領域ＳＡＲ外には、ガスＧＳが封入された参照セルＣＥＬが配置される。温調用のフォトダイオードＰＤ２は、第１のレーザ光が参照セルＣＥＬを通過した光である第３のレーザ光を受光する。波長検出温調制御部１２は、第３のレーザ光の波長特性に基づいて、第１のレーザ光の温度を調整して第１のレーザ光の波長を制御する。

尚、検出カメラ１は、物質検出装置の一例である。レーザダイオードＬＤは、トランスミッタの一例である。フォトダイオードＰＤは、第１のレシーバの一例である。検出処理部２７は、ディテクタの一例である。パンチルトユニット１５は、アクチュエータの一例である。温調用のフォトダイオードＰＤ２は、第２のレシーバの一例である。波長検出温調制御部１２は、波長コントローラの一例である。第１のレーザ光は、第１の非可視光の一例である。第２のレーザ光は、第２の非可視光の一例である。第３のレーザ光は、第３の非可視光の一例である。ガスＧＳは、検出対象の物質の一例である。

これにより、検出カメラ１は、検出領域ＳＡＲ内において、検出対象の物質であるガスＧＳを検出するために走査するので、検出カメラ１の向きを手動で変更する手間を省ける。従って、検出カメラ１は、検出領域ＳＡＲにおいて検出対象の物質であるガスＧＳを容易に検出できる。また、検出カメラ１内にレーザ光を分岐するためのハーフミラーを設ける必要がなく、検出カメラ１を小型化できる。

また、レーザダイオードＬＤとフォトダイオードＰＤとが雲台１０に固定されてもよい。レーザダイオードＬＤは、パンチルトユニット１５により雲台１０の向きを変更することで、第１のレーザ光を用いて、検出領域ＳＡＲ内及び検出領域ＳＡＲ外を走査してもよい。尚、雲台１０は、ベースの一例である。

これにより、検出カメラ１は、雲台１０の向きが変更されても、検出領域ＳＡＲ内において、レーザダイオードＬＤから出射された第１のレーザ光がガスＧＡＳで反射された第２のレーザ光の検出精度を向上できる。

また、検出領域ＳＡＲ外に配置された反射板ＭＲ１は、第１のレーザ光を反射してもよい。ＮＤフィルタＦＩＲは、第１のレーザ光が反射板ＭＲ１で反射された第３のレーザ光を減衰させてもよい。フォトダイオードＰＤ２は、減衰した第３のレーザ光を受光してもよい。尚、反射板ＭＲ１は、リフレクタの一例である。ＮＤフィルタＦＩＲは、フィルタの一例である。

これにより、検出カメラ１は、フォトダイオードＰＤ２で受光される第３のレーザ光の光量を低減することで、第３のレーザ光の光量が過大となり、温調制御の精度が劣化することを抑制できる。

また、レーザダイオードＬＤは、パンチルトユニット１５の駆動により、第１のレーザ光を、検出領域ＳＡＲ内の各位置へ出射した後、検出領域ＳＡＲ外へ出射してもよい。

これにより、検出カメラ１は、走査の途中で第１のレーザ光を検出領域ＳＡＲ外へ出射しないので、物質検出時間を短縮して、第１のレーザ光の中心波長を一定に制御できる。

また、イメージセンサＶ３３は、検出空間Ｋに向けて画像を撮像してもよい。イメージセンサＶ３３により画像が撮像される撮像範囲は、ガスＧＳの検出領域ＳＡＲを含んでもよい。尚、検出空間Ｋに向けた画像は、第１の画像の一例である。

これにより、検出カメラ１は、ガスＧＳが検出された場所を視覚的に明示でき、撮像範囲内で物質の有無を検出できる。

また、プロセッサ２０，Ｖ２０は、検出されたガスＧＳの検出領域ＳＡＲ内の位置を可視化し、可視化された情報をイメージセンサＶ３３で撮像された画像に重畳（合成）した合成画像を生成してもよい。出力部３８は、合成画像を出力してもよい。尚、出力部３８は、アウトプットデバイスの一例である。合成画像は、第２の画像の一例である。

これにより、検出カメラ１は、例えば拡張現実（ＡＲ）を用いた映像のように、撮像された画像に、検出された物質の２次元位置情報を表示でき、ユーザの利便性を向上できる。

また、検出カメラ１と、検出カメラ１により出力された合成画像を表示するモニタ１５０と、を含んで物質検出システムを構成してもよい。

これにより、検出カメラ１とモニタ１５０とで物質検出システムを構成できる。物質検出システムにより、ユーザは、モニタ１５０に表示された合成画像から特定の物質の有無を視認できる。

尚、検出カメラ１は、反射板ＭＲ１の代わりに、検出領域ＳＡＲ外に配置され、第１のレーザ光を拡散する拡散板を備えてもよい。フォトダイオードＰＤ２は、第１のレーザ光が拡散板により拡散した第３のレーザ光を受光してもよい。尚、拡散板は、ディフューザの一例である。

これにより、検出カメラ１は、減光しなくてもよくなり、ＮＤフィルタＦＩＲを省略して温調できる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、レーザダイオードＬＤの温調制御を行う場合、筐体１ｚには、反射板ＭＲ１が配置され、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光は、反射板ＭＲ１で反射されると、温調用のフォトダイオードＰＤ２で受光された。第２の実施形態では、反射板ＭＲ１の代わりに、拡散板を配置し、物質検出用のフォトダイオードＰＤで受光される場合を示す。これにより、温調用のフォトダイオードＰＤ２は省かれる。

図１４は第２の実施形態における検出カメラ１Ａの内部構成を示す模式図である。第２の実施形態の検出カメラ１Ａは、第１の実施形態の検出カメラ１とほぼ同様の構成を有するので、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付すことで、その説明を省略する。

前述したように、筐体１ｚの開口部１ｗに近接した検出領域ＳＡＲ外には、拡散板ＤＥＦが配置される。また、集光レンズＣＬＺ２及び温調用のフォトダイオードＰＤ２は省かれる。また、参照セルＣＥＬは、拡散板ＤＥＦとレーザダイオードＬＤとの間に配置される。

図１５は温調時における検出カメラ１Ａの内部の動作を説明する模式図である。

温調制御では、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光は、参照セルＣＥＬを透過し、拡散板ＤＥＦで拡散される。そして、拡散されたレーザ光の一部が、集光レンズＣＬＺを通って、物質検出用のフォトダイオードＰＤで受光される。従って、温調用のフォトダイオードＰＤ２及び集光レンズＣＬＺ２は不要となる。

また、拡散板ＤＥＦによってレーザ光は拡散しているので、フォトダイオードＰＤで受光されるレーザ光の光量は、反射板を用いて反射されたレーザ光の光量よりも減っている。これにより、レーザ光の光量を減衰させるＮＤフィルタも不要となる。

また、拡散板ＤＥＦは、第１の実施形態の反射板ＭＲ１と同様の位置に配置されるので、温調制御を行うタイミングは、第１の実施形態と同じでよい。また、特定物質を検出する動作は、第１の実施形態と同様である。

図１６はセンサスキャンユニット５による検出領域ＳＡＲを含む走査を示す模式図である。

センサスキャンユニット５は、雲台１０が旋回することによって、雲台１０に搭載されたレーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光ＬＳを用いて、スキャン画角（検出領域ＳＡＲ）内をパン方向及びチルト方向に走査する。拡散板ＤＥＦは、レーザ光による１走査が終了し、レーザ光が初期位置ＨＰに戻る前の、走査終了位置ＥＰを越えた水平方向の位置に配置される。

温調制御では、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光は、拡散板ＤＥＦによって拡散され、検出対象の物質であるガスが封入された参照セルＣＥＬを透過し、物質検出用の集光レンズＣＬＺで集光され、物質検出用のフォトダイオードＰＤで受光される。

図１７は検出カメラ１Ａの構成を示すブロック図である。

検出カメラ１Ａは、第１の実施形態と同様の構成を有するが、第１の実施形態と異なり、温調ユニット３０が省かれた構成を有する。即ち、温調制御では、フォトダイオードＰＤは、拡散板ＤＥＦで拡散され、集光レンズＣＬＺで集光されたレーザ光を受光する。受光後の動作は、第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態では、検出領域ＳＡＲの外側に配置された拡散板ＤＥＦは、レーザダイオードＬＤから出射された第１のレーザ光を拡散する。フォトダイオードＰＤは、レーザダイオードＬＤからのレーザ光が拡散板ＤＥＦで拡散されたレーザ光を受光する。従って、第１のレーザ光の光量が多くても、拡散板ＤＥＦによって第３のレーザ光は分散されるので、フォトダイオードＰＤは、ＮＤフィルタ等を通過させることなく、第３のレーザ光を受光できる。

このように、本実施形態の検出カメラ１Ａでは、フォトダイオードＰＤは、第１の実施形態のフォトダイオードＰＤ２としても動作し、第３のレーザ光を受光してもよい。

これにより、検出カメラ１Ａは、温調用のフォトダイオードＰＤ２を省くことができ、検出カメラ１Ａの筐体の小型化、部品点数の削減及び低コスト化できる。

尚、検出カメラ１Ａは、拡散板ＤＥＦの代わりに、検出領域ＳＡＲ外に配置され、第１のレーザ光を反射する反射板ＭＲ１とＮＤフィルタＦＩＲとを備えてもよい。

（第３の実施形態）
第１、第２の実施形態では、温調用のフォトダイオードは、レーザダイオードＬＤから出射され、反射板又は拡散板で反射されたレーザ光を受光することを例示した。第３の実施形態では、温調用のフォトダイオードがＮＤフィルタＦＩＲを介してレーザ光を直接に受光する場合を示す。

図１８は第３の実施形態における検出カメラ１Ｂの内部構成を示す模式図である。第３の実施形態の検出カメラ１Ｂは、第１、第２の実施形態の検出カメラ１，１Ａとほぼ同様の構成を有するので、第１、第２の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付すことで、その説明を省略する。

前述したように、筐体１ｚの開口部１ｗに近接した検出領域ＳＡＲ外の位置には、温調用のフォトダイオードＰＤ２が配置される。ここでは、集光レンズＣＬＺ２は省かれる。また、参照セルＣＥＬと温調用のフォトダイオードＰＤ２との間には、ＮＤフィルタＦＩＲが配置される。

図１９は温調時における検出カメラ１Ｂの内部の動作を説明する模式図である。

温調制御では、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光は、参照セルＣＥＬを透過し、ＮＤフィルタＦＩＲを通過して、温調用のフォトダイオードＰＤ２で直接受光される。直接受光する場合、レーザダイオードＬＤから出射したレーザ光の光量は多いので、ＮＤフィルタＦＩＲを配置してレーザ光の光量を減衰させる。

また、温調用のフォトダイオードＰＤ２は、拡散板ＤＥＦや反射板ＭＲ１と同様の位置に配置されるので、温調制御を行うタイミングは、第１、第２の実施形態と同じでよい。また、特定物質を検出する動作は、第１の実施形態と同じである。

図２０はセンサスキャンユニット５による検出領域ＳＡＲを含む走査を示す模式図である。

センサスキャンユニット５は、雲台１０が旋回することによって、雲台１０に搭載されたレーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光ＬＳを用いて、スキャン画角（検出領域ＳＡＲ）内をパン方向及びチルト方向に走査する。温調用のフォトダイオードＰＤ２は、レーザ光による１走査が終了し、レーザ光が初期位置ＨＰに戻る前の、走査終了位置ＥＰを越えた水平方向の位置に配置される。

温調制御では、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光は、検出対象の物質であるガスが封入された参照セルＣＥＬを透過し、ＮＤフィルタＦＩＲで減衰して温調用のフォトダイオードＰＤ２で受光される。

第３の実施形態では、筐体１ｚの内部に反射板ＭＲ１や拡散板ＤＥＦが存在せず、これらの位置に温調用のフォトダイオードＰＤ２が配置されてもよい。これにより、検出カメラ１の各部品を密に配置でき、検出カメラ１をより小型化できる。

（他の実施形態）
以上のように、本開示における技術の例示として、第１〜第３の実施形態を説明した。しかし、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用できる。

第１〜第３の実施形態では、非可視光センサＮＶＳＳが、温調エリアに達したタイミングで、参照セルＣＥＬを透過したレーザ光を受光することを例示した。つまり、検出領域ＳＡＲを１走査終了後に、１回の温調制御が行われたが、走査中においても温調制御が行われてもよい。

図２１は他の実施形態におけるセンサスキャンユニットによる検出領域ＳＡＲを含む走査を示す模式図である。図２１では、反射板ＭＲ２の垂直方向の長さが、前述の反射板ＭＲ１と比較すると、検出領域ＳＡＲの垂直方向に沿って長くされている。つまり、ライン毎の温調においてレーザ光を反射可能に構成されている。

レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光が検出領域ＳＡＲの各１ラインの走査を終了した位置を越える位置に、反射板ＭＲ２が配置される。センサスキャンユニット５は、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光を、１ラインの走査終了後に反射板ＭＲ２で反射させて、温調用のフォトダイオードＰＤ２に向かうようにする。

つまり、他の実施形態では、レーザダイオードＬＤは、パンチルトユニット１５の駆動により、検出領域ＳＡＲにおける所定方向（図２１では水平方向）に並ぶ各位置へ第１のレーザ光を出射した後、検出領域ＳＡＲ外（ここでは反射板ＭＲ２）へ出射する。

これにより、検出カメラ１は、１走査中でも温調制御でき、レーザダイオードＬＤの温度を調整する回数が増え、第１のレーザ光の波長を制御する回数が増える。このように、検出カメラ１は、第１のレーザ光の中心波長を一定に調整する頻度を増大することで、物質の検出精度を向上できる。

第１〜第３の実施形態では、非可視光として赤外光を用いたが、検出対象の物質の吸収スペクトルによっては、紫外光を用いてもよい。これにより、検出カメラ１は、検出可能な物質の範囲を拡大できる。

第１〜第３の実施形態では、プロセッサやコントローラは、物理的にどのように構成してもよい。また、プログラム可能なプロセッサやコントローラを用いれば、プログラムの変更により処理内容を変更できるので、プロセッサやコントローラの設計の自由度を高めることができる。プロセッサやコントローラは、１つの半導体チップで構成してもよいし、物理的に複数の半導体チップで構成してもよい。複数の半導体チップで構成する場合、第１〜第３の実施形態の各制御をそれぞれ別の半導体チップで実現してもよい。この場合、それらの複数の半導体チップで１つのプロセッサやコントローラを構成すると考えることができる。また、プロセッサやコントローラは、半導体チップと別の機能を有する部材（コンデンサ等）で構成してもよい。また、プロセッサやコントローラが有する機能とそれ以外の機能とを実現するように、１つの半導体チップを構成してもよい。

本開示は、検出領域内において容易に物質を検出できる物質検出装置、物質検出システム及び物質検出方法等に有用である。

１，１Ａ，１Ｂ 検出カメラ
１ｗ 開口部
１ｚ 筐体
５ センサスキャンユニット
１０ 雲台
１１ 制御部
１２ 波長検出温調制御部
１５ パンチルトユニット
２０ プロセッサ
２６ 信号加工部
２７ 検出処理部
２８ 表示処理部
３０ 温調ユニット
３１，２６１ Ｉ／Ｖ変換回路
３２，２６２ 増幅回路
３３，２６３ フィルタ処理回路
３７ 表示制御部
１５０ モニタ
２７１ ＡＤ変換回路
２７２ 温調制御処理部
２７３ 物質検出処理部
ＣＥＬ 参照セル
ＣＬＺ，ＣＬＺ２，Ｖ３１ 集光レンズ
ＣＳ カメラサーバ
ＥＰ 走査終了位置
ＦＩＲ ＮＤフィルタ
ＧＳ ガス
ＨＭ 人物
ＨＰ 初期位置
Ｋ 検出空間
ＬＳ，ＲＶ レーザ光
ＭＲ１ 反射板
ＮＶＳＳ 非可視光センサ
ＰＤ，ＰＤ２ フォトダイオード
ＰＪ 投射部
ＰＬＺ コリメートレンズ
Ｐｔ ペルチェ素子
ＳＡ 受光処理部
ＳＡＲ 検出領域
Ｔ１ 期間
Ｖ３３ イメージセンサ
Ｖ３５ 信号処理部
ＶＳＣ 可視光カメラ
ＷＡＲ０，ＷＡＲ１，ＷＡＲ２ 波長変調範囲

Claims (11)

1. 物質の検出領域内及び検出領域外へ第１の非可視光を出射するトランスミッタと、
   前記検出領域内において、前記第１の非可視光が前記物質で反射された光である第２の非可視光を受光する第１のレシーバと、
   前記第２の非可視光の波長特性に基づいて、前記物質を検出するディテクタと、
   前記検出領域内及び前記検出領域外において、前記第１の非可視光の出射方向及び前記第２の非可視光の受光方向を変更するアクチュエータと、
   前記検出領域外において検出対象の物質が格納された参照セルと、
   前記第１の非可視光が前記参照セルを通過した光である第３の非可視光を受光する第２のレシーバと、
   前記第３の非可視光の波長特性に基づいて、前記第１の非可視光の温度を調整して前記第１の非可視光の波長を制御する波長コントローラと、
   を備える物質検出装置。
2. 請求項１に記載の物質検出装置であって、
   前記トランスミッタと前記第１のレシーバとがベースに固定され、
   前記トランスミッタは、前記アクチュエータにより前記ベースの向きを変更することで、前記第１の非可視光を用いて、前記検出領域内及び前記検出領域外を走査する、物質検出装置。
3. 請求項１または２に記載の物質検出装置であって、更に、
   前記検出領域外に配置され、前記第１の非可視光を反射するリフレクタと、
   前記第１の非可視光が前記リフレクタで反射された前記第３の非可視光を減衰させるフィルタと、
   を備え、
   前記第２のレシーバは、減衰した前記第３の非可視光を受光する、物質検出装置。
4. 請求項１または２に記載の物質検出装置であって、更に、
   前記検出領域外に配置され、前記第１の非可視光を拡散するディフューザを備え、
   前記第２のレシーバは、前記第１の非可視光が前記ディフューザにより拡散した前記第３の非可視光を受光する、物質検出装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物質検出装置であって、
   前記トランスミッタは、前記アクチュエータの駆動により、前記第１の非可視光を前記検出領域内の各位置へ出射した後、前記検出領域外へ出射する、物質検出装置。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物質検出装置であって、
   前記トランスミッタは、前記アクチュエータの駆動により、前記第１の非可視光を前記検出領域における所定方向に並ぶ各位置へ出射した後、前記検出領域外へ出射する、物質検出装置。
7. 請求項３ないし６のいずれか１項に記載の物質検出装置であって、
   前記第１のレシーバは、前記第２のレシーバとして動作し、前記第３の非可視光を受光する、物質検出装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の物質検出装置であって、更に、
   第１の画像を撮像するイメージセンサを備え、
   前記イメージセンサにより画像が撮像される撮像範囲は、前記物質の検出領域を含む、物質検出装置。
9. 請求項８に記載の物質検出装置であって、更に、
   検出された前記物質の前記検出領域内の位置を可視化し、可視化された情報を前記第１の画像に重畳して第２の画像を生成するプロセッサと、
   前記第２の画像を出力するアウトプットデバイスと、
   を備える、物質検出装置。
10. 請求項９に記載の物質検出装置と、
    前記物質検出装置により出力された前記第２の画像を表示するモニタと、
    を備える物質検出システム。
11. 物質検出装置における物質検出方法であって、
    物質の検出領域内及び検出領域外へ、第１の非可視光の出射方向を変更して、前記第１の非可視光を出射し、
    前記検出領域内において、前記第１の非可視光が前記物質で反射された光である第２の非可視光の受光方向を変更して、前記第２の非可視光を受光し、
    前記第２の非可視光の波長特性に基づいて、前記物質を検出し、
    前記検出領域外において検出対象の物質が格納された参照セルを、前記第１の非可視光が通過した光である第３の非可視光を受光し、
    前記第３の非可視光の波長特性に基づいて、前記第１の非可視光の温度を調整して前記第１の非可視光の波長を制御する、物質検出方法。

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