WO2022044162A1

WO2022044162A1 - 検出装置および検出方法

Info

Publication number: WO2022044162A1
Application number: PCT/JP2020/032169
Authority: WO
Inventors: 賢也中井
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2022-03-03
Also published as: JPWO2022044162A1

Abstract

検出装置（１００）は、光源（１）と、光源（１）から出射され検出領域を通過した光のうち、検出領域における屈折率変化によって偏向された光である偏向光と、屈折率変化によって偏向されなかった光である非偏向光とを分離する分離光学系（４）と、非偏向光の少なくとも一部および偏向光の少なくとも一部のうちの少なくとも一方を撮像して、検出領域における屈折率変化を示す輝度画像を取得する撮像部（５）と、偏向光の少なくとも一部を分光して、偏向光の分光特性を示す第１の分光特性情報を取得する第１の分光部（６）とを備える。

Description

検出装置および検出方法

　本開示は、検出装置および検出方法に関する。

　媒質中の屈折率変化を可視化するシュリーレン法が知られている。例えば、特許文献１には、光源と、光源から出射され測定部を通過した光を集光してスクリーン上に像を結ぶレンズと、レンズとスクリーンとの間で光の一部を遮るナイフエッジとを有し、測定部の媒質気体中に密度変化が生じたとき、光の屈折作用によりスクリーン上に光の明暗が画像として観測される構成が示されている。

特許第３９９３０７１号公報

　しかし、従来のシュリーレン法では、媒質中の屈折率変化を可視化することはできるが、屈折率変化を生じさせた物質の種類に関する情報は得られない。

　本開示は、検出領域における屈折率変化を示す輝度画像だけでなく、屈折率変化を生じさせた物質の種類に関する情報も取得することができる検出装置および検出方法を提供することを目的とする。

　本開示に係る検出装置は、光源と、前記光源から出射され予め定められた検出領域を通過した光のうち、前記検出領域における屈折率変化によって偏向された光である偏向光と、前記屈折率変化によって偏向されなかった光である非偏向光とを分離する分離光学系と、前記非偏向光の少なくとも一部および前記偏向光の少なくとも一部のうちの少なくとも一方を撮像して、前記検出領域における屈折率変化を示す輝度画像を取得する撮像部と、前記偏向光の少なくとも一部を分光して、前記偏向光の分光特性を示す第１の分光特性情報を取得する第１の分光部とを備える。

　本開示に係る検出方法は、光源から出射され予め定められた検出領域を通過した光のうち、前記検出領域における屈折率変化によって偏向された光である偏向光と、前記屈折率変化によって偏向されなかった光である非偏向光とを分離すること、前記非偏向光の少なくとも一部および前記偏向光の少なくとも一部のうちの少なくとも一方を撮像して、前記検出領域における屈折率変化を示す輝度画像を取得すること、および前記偏向光の少なくとも一部を分光して、前記偏向光の分光特性を示す第１の分光特性情報を取得することを含む。

　本開示によれば、検出領域における屈折率変化を示す輝度画像だけでなく、屈折率変化を生じさせた物質の種類に関する情報も取得することができる検出装置および検出方法を提供することができる。

実施の形態１に係る検出装置を示す概略図である。実施の形態１における分離素子の一例を示す概略斜視図である。実施の形態１における推定部による推定の一例を説明するための図である。実施の形態１における出力部による処理の一例を説明するための図である。実施の形態１の変形例に係る検出装置を示す概略図である。実施の形態１の変形例における分離素子の一例を示す概略斜視図である。実施の形態２に係る検出装置を示す概略図である。実施の形態２における分離素子の一例を示す概略斜視図である。実施の形態３に係る検出装置を示す概略図である。（Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態３における推定部による推定の一例を説明するための図である。実施の形態３の変形例に係る検出装置を示す概略図である。実施の形態４に係る検出装置を示す概略図である。実施の形態４の変形例１に係る検出装置を示す概略図である。実施の形態４の変形例１における分離素子の一例を示す概略斜視図である。実施の形態４の変形例１における分離素子の別の一例を示す概略斜視図である。実施の形態４の変形例２に係る検出装置を示す概略図である。実施の形態４の変形例３に係る検出装置を示す概略図である。（Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態４の変形例３における第２の分離素子の例を示す概略斜視図である。実施の形態５に係る検出装置を示す概略図である。実施の形態５における分離素子の一例を示す概略斜視図である。実施の形態６に係る検出装置を示す概略図である。実施の形態６における分光部（分光カメラ）の構成の一例を示す概略図である。実施の形態６における分光部（分光カメラ）の４種類の波長フィルタの中心波長を示す概略図である。実施の形態１に係る検出装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。実施の形態１に係る検出装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。（Ａ）～（Ｃ）は、実施の形態１に係る検出装置における分離光学系までの光学系の変形例を示す図である。分離光学系の様々な構成を説明するための図である。

　以下、実施の形態を図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る検出装置１００を示す概略図である。以下、図１を参照して、実施の形態１に係る検出装置１００について説明する。以下の説明により、検出方法も明らかとなる。

　検出装置１００は、予め定められた検出領域Ｒに対して検出（または分析）を行う装置である。検出領域Ｒは、光を透過する媒質（または透明な媒質）Ｍの領域、または媒質Ｍで満たされた領域である。検出領域Ｒには、屈折率変化（または屈折率勾配）が生じ得る。屈折率変化は、屈折率の空間的な変化である。検出装置１００は、検出領域Ｒにおける屈折率変化を示す輝度画像を取得するとともに、屈折率変化を生じさせた物質の種類に関する情報を取得する。以下では、屈折率変化を生じさせた物質を「検出対象Ａ」と呼ぶ。図１には、検出対象Ａが模式的に示されている。検出対象Ａは、例えば、媒質Ｍと異なる種類の物質である。この場合、検出対象Ａは、検出領域Ｒに流入する場合もあるし、配置される場合もある。一例では、媒質Ｍは空気であり、検出対象Ａは空気と異なるガスである。ただし、媒質Ｍおよび検出対象Ａは、これらに限られず、固体、液体、および気体のいずれであってもよい。

　図１において、検出装置１００は、光源１、分離光学系４、撮像部５、および分光部６を備える。検出装置１００は、照射光学系２、集光光学系３、推定部７、出力部８、および表示部９を備えてもよい。

　光源１は、出射光Ｌ１を出射する。光源１は、例えば、検出装置１００の用途に適した分光分布を有する。光源１としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、発光ダイオードなど、種々の光源を用いることができる。

　照射光学系（または平行化光学系）２は、光源１から出射された出射光Ｌ１を平行化し、平行化された光を照明光Ｌ２として検出領域Ｒに照射する。照射光学系２は、例えば、出射光Ｌ１を略平行光である照明光Ｌ２に変換するレンズである。

　集光光学系３は、光源１から出射された光（図１の例では、光源１から出射され検出領域Ｒを通過した光）を集光し、集光された光を集光光Ｌ３として出射する。集光光学系３は、例えば、照明光Ｌ２のうち検出領域Ｒを通過した光を集光して集光光Ｌ３に変換するレンズである。検出領域Ｒは、照射光学系２と集光光学系３との間に設けられる。

　検出領域Ｒを通過した光（図１の例では、集光光学系３から出射される集光光Ｌ３）は、検出領域Ｒにおける屈折率変化によって偏向された光と、屈折率変化によって偏向されなかった光とを含む。例えば、検出領域Ｒを通過する光のうち、検出対象Ａを通過する光は屈折率変化によって偏向し、検出対象Ａを通過しない光は偏向しない。以下では、検出領域Ｒにおける屈折率変化によって偏向された光を偏向光と呼び、屈折率変化によって偏向されなかった光を非偏向光と呼ぶ。偏向光は、屈折率変化によって進行方向が変化した光であり、非偏向光は、進行方向が変化しなかった光である。なお、検出領域Ｒに屈折率変化がない場合（または検出対象Ａが存在しない場合）には、集光光学系３から出射される集光光Ｌ３は、偏向光を含まない。

　集光光学系３は、非偏向光が集光点に集光するように、光源１から出射された光（図１の例では、光源１から出射され検出領域Ｒを通過した光）を集光する。集光光学系３は、検出領域Ｒに屈折率変化がない場合に検出領域Ｒを通過した光が集光点に集光するように構成される。以下では、上記非偏向光の集光点を集光光学系３の集光点と呼ぶ。図１の例では、集光光学系３の集光点は、集光光学系３の焦点と一致または略一致する。

　分離光学系（または分岐光学系）４は、検出領域Ｒを通過した光のうち、偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５とを分離する（または分岐させる）。図１の例では、分離光学系４は、検出領域Ｒを通過し、かつ集光光学系３により集光された光である集光光Ｌ３のうち、偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５とを分離する。また、分離光学系４は、集光光学系３の集光点（または焦点）付近に配置され、集光光Ｌ３のうち偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５とを分離する分離素子１０を含む。分離素子１０は、非偏向光Ｌ５を透過し、偏向光Ｌ４を反射する。分離素子１０は、例えば、後述の部分反射ミラー素子である。なお、分離光学系４により分離される偏向光Ｌ４は、集光光Ｌ３に含まれる偏向光の全部でも一部でもよく、分離光学系４により分離される非偏向光Ｌ５は、集光光Ｌ３に含まれる非偏向光の全部でも一部でもよい。

　撮像部５は、分離光学系４により分離された非偏向光Ｌ５を撮像して、検出領域Ｒにおける屈折率変化（または屈折率分布）を示す輝度画像Ｉｍ１を取得して出力する。輝度画像Ｉｍ１は、例えば、複数の画素の輝度値を示す画像データである。輝度画像Ｉｍ１は、例えば、非偏向光Ｌ５の輝度分布を示す輝度分布情報である。輝度画像Ｉｍ１は、例えば、検出領域Ｒにおける屈折率変化が明暗の差（またはコントラスト）として表現された画像である。例えば、撮像部５により撮像される光には検出対象Ａによって偏向された偏向光が含まれないことから、輝度画像Ｉｍ１は、検出対象Ａが存在する領域に対応する画像領域の輝度値がそれ以外の画像領域の輝度値よりも小さい画像（または検出対象Ａが存在する領域に対応する画像領域が周囲よりも暗い画像）である。輝度画像Ｉｍ１は、例えば、従来のシュリーレン法によって得られる、屈折率変化を可視化する画像と同様のものである。撮像部５としては、ＣＣＤカメラなど、種々のカメラを用いることができる。撮像部５は、カメラに加えて、焦点距離を調整する撮像光学系を備えてもよい。

　分光部６は、分離光学系４により分離された偏向光Ｌ４を分光して、偏向光の分光特性（または波長特性）を示す分光特性情報Ｉｓ１を取得して出力する。つまり、分光部６は、偏向光の分光特性を検出する。分光部６は、例えば、偏向光Ｌ４の複数の波長成分の強度を検出し、各波長成分の強度を示す情報を分光特性情報Ｉｓ１として出力する。分光部６としては、グレーティング分光器、プリズム分光器など、種々の分光器を用いることができる。

　偏向光は、検出対象Ａにより偏向された光であり、検出対象Ａの固有の分光特性を反映した分光特性を有する。ここで、検出対象Ａの分光特性としては、分光透過特性、分光吸収特性、および分光反射特性がある。したがって、分光特性情報Ｉｓ１は、検出対象Ａの種類に関する情報、検出対象Ａの種類を示す情報、または検出対象Ａの種類を推定するための情報と言える。

　推定部７は、分光部６により取得された分光特性情報Ｉｓ１から、検出対象Ａの種類を推定し、推定された種類を示す種類情報Ｉｔ１を出力する。推定部７は、分光特性情報Ｉｓ１によって示される偏向光の分光特性に含まれる、検出対象Ａの分光特性を利用して、検出対象Ａの種類を推定する。

　第１の例では、推定部７は、１以上の種類の候補物質の各々について、当該候補物質が検出領域Ｒに存在する場合における偏向光の分光特性と、分光特性情報Ｉｓ１により示される分光特性とを比較することにより、検出対象Ａの種類を判定する。例えば、推定部７は、ある候補物質が検出領域Ｒに存在する場合における偏向光の分光特性と、分光特性情報Ｉｓ１により示される分光特性との一致度を算出し、一致度が予め定められた閾値より高い場合、当該候補物質の種類を検出対象Ａの種類として判定する。また例えば、推定部７は、複数の種類の候補物質の各々について、当該候補物質が検出領域Ｒに存在する場合における偏向光の分光特性と、分光特性情報Ｉｓ１により示される分光特性との一致度を算出し、一致度が最も高い候補物質の種類を検出対象Ａの種類として判定する。ここで、候補物質が検出領域Ｒに存在する場合における偏向光の分光特性は、予め実験等により求められて検出装置１００等に記憶される。

　上記第１の例において、推定部７は、分光特性情報Ｉｓ１により示される分光特性から特徴波長域を検出し、当該特徴波長域において分光特性の比較を行ってもよい。ここで、特徴波長域は、例えば、分光特性情報Ｉｓ１により示される分光特性のうち、予め定められた基準の分光特性にはない特徴（例えばピーク）が現れている波長域である。基準の分光特性は、例えば、検出領域Ｒが媒質Ｍのみを含む場合における集光光Ｌ３の分光特性であり、予め実験等により求められて検出装置１００等に記憶される。

　第２の例では、推定部７は、分光特性情報Ｉｓ１により示される分光特性から特徴波長域を検出する。ここで、特徴波長域は、上記と同様である。そして、推定部７は、検出された特徴波長域を、１以上の種類の候補物質の特徴波長域と比較することにより、検出対象Ａの種類を判定する。この場合、推定部７は、上記第１の例と同様に、一致度を算出することにより検出対象Ａの種類を判定することができる。各候補物質の特徴波長域は、例えば、当該候補物質が検出領域Ｒに存在する場合における偏向光の分光特性のうち、予め定められた基準の分光特性にはない特徴（例えばピーク）が現れる波長域であり、予め実験等により求められて検出装置１００等に記憶される。ここで、基準の分光特性は、上記と同様である。

　出力部８は、撮像部５により取得された輝度画像Ｉｍ１に基づく検出領域Ｒの屈折率分布に関する情報と、分光部６により取得された分光特性情報Ｉｓ１に基づく検出対象Ａの種類に関する情報とを含む検出結果Ｉｒ１を出力する。検出領域Ｒの屈折率分布に関する情報としては、輝度画像Ｉｍ１と、輝度画像Ｉｍ１から得られる情報とがある。輝度画像Ｉｍ１から得られる情報としては、検出対象Ａの位置、大きさ、これらの時間変化などがある。検出対象Ａの種類に関する情報としては、分光特性情報Ｉｓ１と、分光特性情報Ｉｓ１から得られる情報とがある。分光特性情報Ｉｓ１から得られる情報としては、推定部７により推定された検出対象Ａの種類を示す種類情報Ｉｔ１などがある。出力部８は、例えば、検出結果Ｉｒ１を表示部（またはモニタ）９に表示させる。この場合、出力部８は、検出領域Ｒの屈折率分布に関する情報と検出対象Ａの種類に関する情報とを合成して表示してもよいし、個別に表示してもよい。一例では、出力部８は、輝度画像Ｉｍ１に種類情報Ｉｔ１を付加した出力画像（または検出対象Ａの可視化画像）を検出結果Ｉｒ１として表示部９に表示させる。ただし、出力部８は、必ずしも検出結果Ｉｒ１を表示する必要はなく、検出結果Ｉｒ１を記憶媒体に記憶させてもよい。

　図２は、分離素子１０の一例を示す概略斜視図である。以下、図１および図２を参照して、分離素子１０の一例について説明する。

　図２において、分離素子１０は、入射した光の一部を反射する部分反射ミラー素子である。分離素子１０は、集光光学系３から出射される集光光Ｌ３のうち、集光光学系３の光軸近傍に分布する非偏向光を透過し、光軸近傍の外側に分布する偏向光を反射する。分離素子１０は、例えば、非偏向光を透過するための微小な穴であるピンホールを中央部に有し、偏向光を反射するための反射面を中央部の周辺部に有するピンホールミラーである。

　分離素子１０は、光を透過する透過部（または透過領域）２１と、透過部２１の周辺に位置し、光を反射する反射面（または反射領域）２２ａを有する反射部２２とを有する。分離素子１０は、透過部２１が集光光学系３の集光点（または焦点）付近に位置し、反射面２２ａが集光光学系３の光軸に対して傾斜し、非偏向光Ｌ５が透過部２１を透過して第１の光路を進み、偏向光Ｌ４が反射面２２ａで反射されて第１の光路と異なる第２の光路を進むように配置される。透過部２１を透過した非偏向光Ｌ５は撮像部５に入射し、反射面２２ａで反射された偏向光Ｌ４は分光部６に入射する。

　図２の例では、透過部２１は、分離素子１０の中央に位置する中央部であり、反射部２２は、当該中央部の周辺に位置する周辺部である。透過部２１のサイズは、屈折率変化（または検出対象Ａ）が存在しないときの集光光Ｌ３の集光スポットのサイズと同程度か、それより僅かに小さい。図２では、透過部２１は、円形であり、上記集光スポットの直径と同程度か、それより僅かに小さい直径を有する。ただし、透過部２１の形状は、他の形状であってもよい。

　反射面２２ａは、例えば、蒸着によって形成された、高い反射率を有する金属膜または誘電体膜である。また、反射面２２ａは、反射部２２の集光光Ｌ３が入射する側に配置されることが望ましい。これは、例えば、反射部２２が基材と反射面２２ａとを有し、集光光Ｌ３が基材を透過して反射面２２ａで反射される構成では、基材内部での光の散乱などにより良好な反射が妨げられるからである。これらのことは、後述する他の反射面についても同様である。

　図３は、推定部７による推定の一例を説明するための図である。以下、図３を参照して、推定部７による推定の一例について説明する。

　図３には、分光部６により取得された分光特性情報Ｉｓ１により示される偏向光の分光特性３１が示されている。分光特性３１は、偏向光の波長毎の強度を示す。

　推定部７は、分光特性３１から、特徴波長域３２を検出する。図３において、特徴波長域３２は、波長λ１から波長λ２（＞λ１）までの波長域である。例えば、検出対象Ａによる光の吸収によって、波長λ１と波長λ２の間の特定の波長域付近で偏向光の強度が低下している。そして、推定部７は、特徴波長域３２において、分光特性３１と、特定のガスの固有の分光特性とを比較することにより、検出対象Ａが当該特定のガスであるか否かを判定する。特定のガスの固有の分光特性は、例えば、当該ガスが検出領域Ｒに存在する場合における偏向光の分光特性であり、予め実験等により求められて検出装置１００等に記憶される。

　図４は、出力部８による処理の一例を説明するための図である。以下、図４を参照して、出力部８による処理の一例について説明する。

　出力部８は、輝度画像Ｉｍ１に種類情報Ｉｔ１を付加して出力画像（または可視化画像）４１を生成し、出力画像４１を検出結果Ｉｒ１として表示部９に表示させる。図４において、輝度画像Ｉｍ１は、検出対象Ａが存在する領域に対応する、周囲よりも暗い画像領域４２を有する。出力画像４１は、検出対象Ａが存在する領域に対応する画像領域４３を有する。出力画像４１において、画像領域４３は、種類情報Ｉｔ１によって示される物質の種類と関連付けられている。画像領域４３は、種類情報Ｉｔ１によって示される物質の種類に対応する色、配色、パターンなどによって描画されてもよいし、当該物質の種類に対応する記号、文字などが付されてもよい。

　以上説明した実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。

　検出装置１００は、光源１と、光源１から出射され検出領域Ｒを通過した光のうち、検出領域Ｒにおける屈折率変化によって偏向された光である偏向光Ｌ４と、屈折率変化によって偏向されなかった光である非偏向光Ｌ５とを分離する分離光学系４と、非偏向光Ｌ５を撮像して、検出領域Ｒにおける屈折率変化を示す輝度画像Ｉｍ１を取得する撮像部５と、偏向光Ｌ４を分光して、偏向光の分光特性を示す分光特性情報Ｉｓ１を取得する分光部６とを備える。本構成によれば、検出領域Ｒにおける屈折率変化を示す輝度画像とともに、屈折率変化を生じさせた物質の種類に関する情報を取得することができる。また、分光特性情報Ｉｓ１から、屈折率変化を生じさせた物質の種類を推定することができる。

　検出装置１００は、非偏向光が集光点に集光するように、光源１から出射された光を集光する集光光学系３をさらに備え、分離光学系４は、検出領域Ｒを通過し、かつ集光光学系３により集光された光のうち、偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５とを分離する。本構成によれば、偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５との分離が容易となり、装置の小型化が可能となる。

　分離光学系４は、光を透過する透過部２１と、透過部２１の周辺に位置し、光を反射する反射面２２ａを有する反射部２２とを有する部分反射ミラー素子を含み、部分反射ミラー素子は、透過部２１が集光光学系３の集光点付近に位置し、反射面２２ａが集光光学系３の光軸に対して傾斜し、非偏向光Ｌ５が透過部２１を透過して第１の光路を進み、偏向光Ｌ４が反射面２２ａで反射されて第１の光路と異なる第２の光路を進むように配置される。本構成によれば、非偏向光Ｌ５の光路（または進行方向）と、偏向光Ｌ４の光路（または進行方向）とを分離することができる。これにより、屈折率変化が微小である場合でも輝度画像Ｉｍ１および分光特性情報Ｉｓ１を高感度に検出することが可能となる。具体的には、屈折率変化が微小である場合、屈折率変化による光の進行方向の変化も微小となり、集光後における非偏向光に対する偏向光の位置ずれ（具体的には、集光面に現れる非偏向光の集光位置と偏向光の集光位置との位置ずれ）も微小となる。一方、撮像部５および分光部６として用いられる撮像装置および分光装置のそれぞれのサイズは、通常数センチメートル以上であり、上記集光位置の位置ずれと比べて非常に大きい。このため、非偏向光の光路と、偏向光の光路とを分離しなければ、撮像装置および分光装置を配置することが困難であり、比較的サイズが大きい高感度の撮像装置および分光装置を使用することは非常に困難である。本実施の形態における上記構成によれば、透過部２１のサイズを適切なサイズ（例えば、上記集光スポットのサイズと同程度か、それより僅かに小さいサイズ）に設定することにより、透過部（例えばピンホール）２１とその周辺の反射面２２ａとによって、非偏向光の集光位置と偏向光の集光位置との微小な位置ずれから、非偏向光の光路と偏向光の光路とを大きく分離することができる。これにより、撮像装置および分光装置の配置が容易となり、比較的サイズが大きい高感度の撮像装置および分光装置を使用することが可能となる。

＜変形例＞
　図５は、実施の形態１の変形例に係る検出装置１００Ａを示す概略図である。以下、図５を参照して、実施の形態１の変形例に係る検出装置１００Ａについて説明する。

　検出装置１００Ａは、図１の分離素子１０の代わりに、分離素子５１を備える。分離素子５１は、非偏向光Ｌ５を反射し、偏向光Ｌ４を透過する。

　図６は、分離素子５１の一例を示す概略斜視図である。以下、図５および図６を参照して、分離素子５１の一例について説明する。

　分離素子５１は、部分反射ミラー素子である。分離素子５１は、集光光学系３から出射される集光光Ｌ３のうち、集光光学系３の光軸近傍に分布する非偏向光を反射し、光軸近傍の外側に分布する偏向光を透過する。

　分離素子５１は、光を反射する反射面（または反射領域）６１ａを有する反射部６１と、反射部６１の周辺に位置し、光を透過する透過部（または透過領域）６２とを有する。分離素子５１は、反射面６１ａが集光光学系３の集光点（または焦点）付近に位置するとともに集光光学系３の光軸に対して傾斜し、非偏向光Ｌ５が反射面６１ａで反射されて第１の光路を進み、偏向光Ｌ４が透過部６２を透過して第１の光路と異なる第２の光路を進むように配置される。反射面６１ａで反射された非偏向光Ｌ５は撮像部５に入射し、透過部６２を透過した偏向光Ｌ４は分光部６に入射する。

　図６の例では、反射部６１は、分離素子５１の中央に位置する中央部であり、透過部６２は、当該中央部の周辺に位置する周辺部である。反射面６１ａのサイズは、屈折率変化（または検出対象Ａ）が存在しないときの集光光Ｌ３の集光スポットのサイズと同程度か、それより僅かに小さい。図６では、反射面６１ａは、円形であり、上記集光スポットの直径と同程度か、それより僅かに小さい直径を有する。ただし、反射面６１ａの形状は、他の形状であってもよい。

　透過部６２は、光を透過する部分であり、例えば透明な材料で形成される。分離素子５１は、例えば、透明な基材の中央部に反射面を形成することによって形成される。

実施の形態２．
　図７は、実施の形態２に係る検出装置２００を示す概略図である。以下、図７を参照して、実施の形態２に係る検出装置２００について説明する。以下の説明では、実施の形態１に係る検出装置１００の要素と同一または対応する要素については、同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。

　実施の形態１に係る検出装置１００が非偏向光の輝度画像を取得するのに対し、実施の形態２に係る検出装置２００は偏向光の輝度画像を取得する。

　図７において、分離光学系４は、集光光学系３により集光された集光光Ｌ３のうち、非偏向光Ｌ５と、偏向光Ｌ４の第１の部分Ｌ４１と、偏向光Ｌ４の第２の部分Ｌ４２とを分離する。図７の例では、分離光学系４は、集光光学系３の集光点（または焦点）付近に配置された分離素子７１を含む。分離素子７１は、非偏向光Ｌ５を透過し、偏向光Ｌ４の第１の部分Ｌ４１と第２の部分Ｌ４２とを互いに異なる方向に反射する。

　検出装置２００は、撮像部７２を備える。撮像部７２は、分離光学系４からの偏向光の第１の部分Ｌ４１を撮像して、検出領域Ｒにおける屈折率変化を示す輝度画像Ｉｍ２を取得して出力する。輝度画像Ｉｍ２は、例えば、複数の画素の輝度値を示す画像データである。輝度画像Ｉｍ２は、例えば、偏向光の第１の部分Ｌ４１の輝度分布を示す輝度分布情報である。輝度画像Ｉｍ２は、例えば、検出領域Ｒにおける屈折率変化が明暗の差（またはコントラスト）として表現された画像である。例えば、撮像部７２により撮像される光には、検出対象Ａによって偏向された偏向光が含まれ、偏向されなかった光が含まれないことから、輝度画像Ｉｍ２は、検出対象Ａが存在する領域に対応する画像領域の輝度値がそれ以外の画像領域の輝度値よりも大きい画像（または検出対象Ａが存在する領域に対応する画像領域が周囲よりも明るい画像）である。撮像部７２としては、種々のカメラを用いることができる。撮像部７２は、カメラに加えて、焦点距離を調整する撮像光学系を備えてもよい。

　分光部６は、分離光学系４からの偏向光の第２の部分Ｌ４２を分光して、偏向光の分光特性を示す分光特性情報Ｉｓ１を取得して出力する。

　推定部７は、分光部６により取得された分光特性情報Ｉｓ１から、検出対象Ａの種類を推定し、推定された種類を示す種類情報Ｉｔ１を出力する。

　検出装置２００は、図１の出力部８の代わりに、出力部７３を備える。出力部７３は、撮像部７２により取得された輝度画像Ｉｍ２に基づく検出領域Ｒの屈折率分布に関する情報と、分光部６により取得された分光特性情報Ｉｓ１に基づく検出対象Ａの種類に関する情報とを含む検出結果Ｉｒ２を出力する。例えば、出力部７３は、輝度画像Ｉｍ２に種類情報Ｉｔ１を付加した出力画像を検出結果Ｉｒ２として表示部９に表示させる。出力部７３は、輝度画像Ｉｍ１の代わりに輝度画像Ｉｍ２を用いる点を除き、実施の形態１の出力部８と同様であってもよい。

　検出装置２００は、分離光学系４から出射される非偏向光Ｌ５が不要な迷光とならないように、非偏向光Ｌ５を吸収または遮光するストッパ７４を備えてもよい。

　図８は、分離素子７１の一例を示す概略斜視図である。以下、図７および図８を参照して、分離素子７１の一例について説明する。

　分離素子７１は、部分反射ミラー素子である。分離素子７１は、集光光学系３から出射される集光光Ｌ３のうち、集光光学系３の光軸近傍に分布する非偏向光を透過し、光軸近傍の外側に分布する偏向光を反射する。

　分離素子７１は、光を透過する透過部８１と、透過部８１の周辺に位置し、光を反射する第１の反射面８２ａを有する第１の反射部８２と、透過部８１の周辺に位置し、光を反射する第２の反射面８３ａを有する第２の反射部８３とを有する。

　分離素子７１は、透過部８１が集光光学系３の集光点（または焦点）付近に位置し、第１および第２の反射面８２ａおよび８３ａが互いに異なる方向を向くように集光光学系３の光軸に対して傾斜し、非偏向光Ｌ５が透過部８１を透過して第１の光路を進み、偏向光Ｌ４の一部である第１の部分Ｌ４１が第１の反射面８２ａで反射されて第１の光路と異なる第２の光路を進み、偏向光Ｌ４の他の一部である第２の部分Ｌ４２が第２の反射面８３ａで反射されて第１および第２の光路と異なる第３の光路を進むように配置される。第１の反射面８２ａで反射された偏向光の第１の部分Ｌ４１は撮像部７２に入射し、第２の反射面８３ａで反射された偏向光の第２の部分Ｌ４２は分光部６に入射する。

　図８の例では、透過部８１は、分離素子７１の中央に位置する中央部であり、第１および第２の反射部８２および８３は、当該中央部の周辺に位置する周辺部である。第１の反射部８２と第２の反射部８３との間に、透過部８１が設けられる。

　透過部８１のサイズは、屈折率変化（または検出対象Ａ）が存在しないときの集光光Ｌ３の集光スポットのサイズと同程度か、それより僅かに小さい。図８では、透過部８１は、スリットであり、上記集光スポットの直径と同程度か、それより僅かに小さいスリット幅を有する。ただし、透過部８１の形状は、他の形状であってもよい。

　第１および第２の反射面８２ａおよび８３ａは、偏向光の第１および第２の部分Ｌ４１およびＬ４２を互いに異なる方向に反射する。例えば、第１および第２の反射面８２ａおよび８３ａは、いずれも平面状であり、それらの法線の方向は互いに異なる。

　以上説明した実施の形態２によれば、以下の効果が得られる。

　検出装置２００は、光源１と、光源１から出射され検出領域Ｒを通過した光のうち、検出領域Ｒにおける屈折率変化によって偏向された光である偏向光Ｌ４と、屈折率変化によって偏向されなかった光である非偏向光Ｌ５とを分離する分離光学系４と、偏向光Ｌ４の第１の部分Ｌ４１を撮像して、検出領域Ｒにおける屈折率変化を示す輝度画像Ｉｍ２を取得する撮像部７２と、偏向光Ｌ４の第２の部分Ｌ４２を分光して、偏向光の分光特性を示す分光特性情報Ｉｓ１を取得する分光部６とを備える。本構成によれば、検出領域Ｒにおける屈折率変化を示す輝度画像とともに、屈折率変化を生じさせた物質の種類に関する情報を取得することができる。また、分光特性情報Ｉｓ１から、屈折率変化を生じさせた物質の種類を推定することができる。

　検出装置２００は、非偏向光が集光点に集光するように、光源１から出射された光を集光する集光光学系３をさらに備え、分離光学系４は、検出領域Ｒを通過し、かつ集光光学系３により集光された光のうち、偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５とを分離する。本構成によれば、偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５との分離が容易となり、装置の小型化が可能となる。

　分離光学系４は、光を透過する透過部８１と、透過部８１の周辺に位置し、光を反射する第１の反射面８２ａを有する第１の反射部８２と、透過部８１の周辺に位置し、光を反射する第２の反射面８３ａを有する第２の反射部８３とを有する部分反射ミラー素子を含み、部分反射ミラー素子は、透過部８１が集光光学系３の集光点付近に位置し、第１および第２の反射面８２ａおよび８３ａが互いに異なる方向を向くように集光光学系３の光軸に対して傾斜し、非偏向光Ｌ５が透過部８１を透過して第１の光路を進み、偏向光Ｌ４の一部である第１の部分Ｌ４１が第１の反射面８２ａで反射されて第１の光路と異なる第２の光路を進み、偏向光Ｌ４の他の一部である第２の部分Ｌ４２が第２の反射面８３ａで反射されて第１および第２の光路と異なる第３の光路を進むように配置される。本構成によれば、非偏向光Ｌ５の光路と、偏向光Ｌ４の第１の部分Ｌ４１の光路と、偏向光Ｌ４の第２の部分Ｌ４２の光路とを分離することができる。これにより、屈折率変化が微小である場合でも輝度画像Ｉｍ２および分光特性情報Ｉｓ１を高感度に検出することが可能となる。具体的には、実施の形態１と同様に、透過部８１のサイズを適切なサイズに設定することにより、透過部（例えばスリット）８１とその周辺の反射面８２ａおよび８３ａとによって、非偏向光の光路と偏向光の光路とを大きく分離することができる。さらに、反射面８２ａと反射面８３ａとによって、偏向光の第１の部分Ｌ４１の光路と第２の部分Ｌ４２の光路とを大きく分離することができる。これにより、撮像装置および分光装置の配置が容易となり、比較的サイズが大きい高感度の撮像装置および分光装置を使用することが可能となる。

実施の形態３．
　図９は、実施の形態３に係る検出装置３００を示す概略図である。以下、図９を参照して、実施の形態３に係る検出装置３００について説明する。以下の説明では、実施の形態１に係る検出装置１００の要素と同一または対応する要素については、同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。

　実施の形態３に係る検出装置３００は、非偏向光の分光特性を検出し、それを基準として検出対象Ａの種類を推定する点で、実施の形態１に係る検出装置１００と異なる。

　図９において、分離光学系４は、集光光学系３により集光された集光光Ｌ３のうち、偏向光Ｌ４と、非偏向光Ｌ５の第１の部分Ｌ５１と、非偏向光Ｌ５の第２の部分Ｌ５２とを分離する。図９の例では、分離光学系４は、第１の分離素子９１と、第２の分離素子９２とを含む。

　第１の分離素子９１は、集光光Ｌ３のうち、偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５とを分離する。第１の分離素子９１は、例えば、図１の分離素子１０と同じものである。

　第２の分離素子９２は、第１の分離素子９１により分離された非偏向光Ｌ５を少なくとも第１の部分Ｌ５１と第２の部分Ｌ５２とに分離する。第２の分離素子９２は、例えば、非偏向光Ｌ５の一部（ここでは、部分Ｌ５１）を透過し、他の一部（ここでは、部分Ｌ５２）を反射するビームスプリッタである。第２の分離素子９２は、第１の分離素子９１と撮像部５との間に配置される。

　非偏向光の第１の部分Ｌ５１は撮像部５に入射し、非偏向光の第２の部分Ｌ５２は分光部９３に入射し、偏向光Ｌ４は分光部６に入射する。

　撮像部５は、分離光学系４からの非偏向光の第１の部分Ｌ５１を撮像して、輝度画像Ｉｍ１を取得して出力する。

　分光部６は、分離光学系４からの偏向光Ｌ４を分光して、偏向光の分光特性を示す分光特性情報Ｉｓ１を取得して出力する。

　分光部９３は、分離光学系４からの非偏向光の第２の部分Ｌ５２を分光して、非偏向光の分光特性を示す分光特性情報Ｉｓ２を取得して出力する。つまり、分光部９３は、非偏向光の分光特性を検出する。分光部９３は、例えば、非偏向光の複数の波長成分の強度を検出し、各波長成分の強度を示す情報を分光特性情報Ｉｓ２として出力する。分光部９３としては、種々の分光器を用いることができる。分光部９３は、例えば、分光部６と同じ検出特性を有する。

　検出装置３００は、図１の推定部７および出力部８の代わりに、推定部９４および出力部９５を備える。

　推定部９４は、分光部９３により取得された分光特性情報Ｉｓ２に基づいて、分光部６により取得された分光特性情報Ｉｓ１から、検出対象Ａの種類を推定し、推定された種類を示す種類情報Ｉｔ２を出力する。推定部９４は、例えば、分光特性情報Ｉｓ２を基準または参照情報として、分光特性情報Ｉｓ１から検出対象Ａの種類を推定する。推定部９４は、例えば、分光特性情報Ｉｓ１と分光特性情報Ｉｓ２とを比較することにより、検出対象Ａの種類を推定する。推定部９４は、例えば、分光特性情報Ｉｓ２を基準として、分光特性情報Ｉｓ１に対して減算または除算等を行うことにより、検出対象Ａの種類を推定する。

　分光特性情報Ｉｓ１は、偏向光の分光特性を示すものであり、媒質Ｍ（すなわち検出対象Ａの周囲の物質）の分光特性の影響と、検出対象Ａの分光特性の影響とを含む。一方、分光特性情報Ｉｓ２は、非偏向光の分光特性を示すものであり、媒質Ｍの分光特性の影響を含み、検出対象Ａの分光特性の影響を含まない。そこで、推定部９４は、例えば、分光特性情報Ｉｓ２を用いて、分光特性情報Ｉｓ１に含まれる媒質Ｍの分光特性の影響を除去または低減し、これにより得られた分光特性情報から検出対象Ａの種類を推定する。また例えば、推定部９４は、分光特性情報Ｉｓ１により示される分光特性と、分光特性情報Ｉｓ２により示される分光特性との比較（例えば、差または比）に基づいて、検出対象Ａの種類を推定する。

　出力部９５は、撮像部５により取得された輝度画像Ｉｍ１に基づく検出領域Ｒの屈折率分布に関する情報と、分光部６および９３により取得された分光特性情報Ｉｓ１およびＩｓ２に基づく検出対象Ａの種類に関する情報とを含む検出結果Ｉｒ３を出力する。検出対象Ａの種類に関する情報としては、分光特性情報Ｉｓ１と、分光特性情報Ｉｓ１およびＩｓ２から得られる情報とがある。分光特性情報Ｉｓ１およびＩｓ２から得られる情報としては、推定部９４により推定された検出対象Ａの種類を示す種類情報Ｉｔ２などがある。例えば、出力部９５は、輝度画像Ｉｍ１に種類情報Ｉｔ２を付加した出力画像（または検出対象Ａの可視化画像）を検出結果Ｉｒ３として表示部９に表示させる。出力部９５は、種類情報Ｉｔ１の代わりに種類情報Ｉｔ２を用いる点を除き、実施の形態１の出力部８と同様であってもよい。

　以下、推定部９４による推定の例を示す。
（第１の例）
　検出領域Ｒにおいて非偏向光が媒質Ｍを通過する長さと偏向光が媒質Ｍを通過する長さとの差を無視すると、偏向光の分光強度Ｉ１（λ）および非偏向光の分光強度Ｉ２（λ）は、それぞれ下記式（１），（２）のように表すことができる。
Ｉ１（λ）＝Ｉ（λ）×Ｔｍ（λ）×Ｔａ（λ）　…（１）
Ｉ２（λ）＝Ｉ（λ）×Ｔｍ（λ）　…（２）
　ここで、Ｉ（λ）は光源１の分光強度であり、Ｔｍ（λ）は媒質Ｍの分光透過率であり、Ｔａ（λ）は検出対象Ａの分光透過率である。

　偏向光の分光強度Ｉ１（λ）を非偏向光の分光強度Ｉ２（λ）で除算すると、下記式（３）のように、検出対象Ａの分光透過率Ｔａ（λ）が得られる。
Ｉ１（λ）／Ｉ２（λ）＝｛Ｉ（λ）×Ｔｍ（λ）×Ｔａ（λ）｝／｛Ｉ（λ）×Ｔｍ（λ）｝＝Ｔａ（λ）　…（３）

　そこで、第１の例では、推定部９４は、分光特性情報Ｉｓ１により示される偏向光の分光特性を分光特性情報Ｉｓ２により示される非偏向光の分光特性で除算することにより、検出対象Ａの分光透過特性を算出する。そして、推定部９４は、算出された検出対象Ａの分光透過特性と、１以上の種類の候補物質の分光透過特性とを比較することにより、検出対象Ａの種類を判定する。例えば、推定部９４は、算出された検出対象Ａの分光透過特性と、ある候補物質の分光透過特性との一致度を算出し、一致度が予め定められた閾値より高い場合、当該候補物質の種類を検出対象Ａの種類として判定する。また例えば、推定部９４は、複数の種類の候補物質の各々について、当該候補物質の分光透過特性と、算出された検出対象Ａの分光透過特性との一致度を算出し、一致度が最も高い候補物質の種類を検出対象Ａの種類として判定する。ここで、各候補物質の分光透過特性は、予め実験等により求められて検出装置３００等に記憶される。

　本例によれば、上記式（３）から分かるように、除算によって媒質Ｍおよび光源１の分光特性の影響を除去または低減することができ、検出対象Ａの種類を高精度に推定することができる。また、環境温度および湿度の変動等による媒質Ｍおよび光源１の分光特性の変動の影響を除去または低減することができ、媒質Ｍおよび光源１の分光特性の変動によらず、検出対象Ａの種類を高精度に推定することができる。
　具体的には、光源１の分光強度Ｉ（λ）、媒質Ｍの分光透過率Ｔｍ（λ）、検出対象Ａの分光透過率Ｔａ（λ）、偏向光の分光強度Ｉ１（λ）、非偏向光の分光強度Ｉ２（λ）は、温度Ｔおよび湿度Ｈの関数として、Ｉ（λ，Ｔ，Ｈ）、Ｔｍ（λ，Ｔ，Ｈ）、Ｔａ（λ，Ｔ，Ｈ）、Ｉ１（λ，Ｔ，Ｈ）、Ｉ２（λ，Ｔ，Ｈ）と表すことができる。
　偏向光の分光強度Ｉ１（λ，Ｔ，Ｈ）を非偏向光の分光強度Ｉ２（λ，Ｔ，Ｈ）で除算すると、下記式（３－２）のように、検出対象Ａの分光透過率Ｔａ（λ，Ｔ，Ｈ）が得られる。
Ｉ１（λ，Ｔ，Ｈ）／Ｉ２（λ，Ｔ，Ｈ）＝｛Ｉ（λ，Ｔ，Ｈ）×Ｔｍ（λ，Ｔ，Ｈ）×Ｔａ（λ，Ｔ，Ｈ）｝／｛Ｉ（λ，Ｔ，Ｈ）×Ｔｍ（λ，Ｔ，Ｈ）｝＝Ｔａ（λ，Ｔ，Ｈ）　…（３－２）
　上記式（３－２）から、非偏向光の分光特性で除算することにより、温度Ｔおよび湿度Ｈの変動による媒質Ｍおよび光源１の分光特性の変動の影響が除去されることが分かる。
　また、同様の理由により、環境温度および湿度の変動等による分光部６の分光検出特性の変動を除去または低減することができ、分光部６の分光検出特性の変動によらず、検出対象Ａの種類を高精度に推定することができる。

（第２の例）
　検出領域Ｒにおいて非偏向光が媒質Ｍを通過する長さと偏向光が媒質Ｍを通過する長さとの差を無視すると、偏向光の分光強度Ｉ１（λ）および非偏向光の分光強度Ｉ２（λ）は、それぞれ下記式（４），（５）のように表すことができる。
Ｉ１（λ）＝Ｉ（λ）－Ａｍ（λ）－Ａａ（λ）　…（４）
Ｉ２（λ）＝Ｉ（λ）－Ａｍ（λ）　…（５）
　ここで、Ｉ（λ）は光源１の分光強度であり、Ａｍ（λ）は媒質Ｍの分光吸収量であり、Ａａ（λ）は検出対象Ａの分光吸収量である。

　偏向光の分光強度Ｉ１（λ）と非偏向光の分光強度Ｉ２（λ）との差をとると、下記式（６）のように、検出対象Ａの分光吸収量Ａａ（λ）が得られる。
Ｉ２（λ）－Ｉ１（λ）＝｛Ｉ（λ）－Ａｍ（λ）｝－｛Ｉ（λ）－Ａｍ（λ）－Ａａ（λ）｝＝Ａａ（λ）　…（６）

　そこで、第２の例では、推定部９４は、分光特性情報Ｉｓ１により示される偏向光の分光特性と分光特性情報Ｉｓ２により示される非偏向光の分光特性との差をとることにより、検出対象Ａの分光吸収特性を算出する。そして、推定部９４は、算出された検出対象Ａの分光吸収特性と、１以上の種類の候補物質の分光吸収特性とを比較することにより、検出対象Ａの種類を判定する。例えば、推定部９４は、算出された検出対象Ａの分光吸収特性と、ある候補物質の分光吸収特性との一致度を算出し、一致度が予め定められた閾値より高い場合、当該候補物質の種類を検出対象Ａの種類として判定する。また例えば、推定部９４は、複数の種類の候補物質の各々について、当該候補物質の分光吸収特性と、算出された検出対象Ａの分光吸収特性との一致度を算出し、一致度が最も高い候補物質の種類を検出対象Ａの種類として判定する。ここで、各候補物質の分光吸収特性は、予め実験等により求められて検出装置３００等に記憶される。

　本例によれば、上記式（６）から分かるように、減算によって媒質Ｍおよび光源１の分光特性の影響を除去または低減することができ、検出対象Ａの種類を高精度に推定することができる。また、環境温度および湿度の変動等による媒質Ｍおよび光源１の分光特性の変動の影響を除去または低減することができ、媒質Ｍおよび光源１の分光特性の変動によらず、検出対象Ａの種類を高精度に推定することができる。

　上記第１および第２の例において、推定部９４は、比較（例えば、除算または減算）によって得られた検出対象Ａの分光特性から特徴波長域を検出し、当該特徴波長域において分光特性の比較を行ってもよい。ここで、特徴波長域は、例えば、分光特性情報Ｉｓ２により示される非偏向光の分光特性に対する分光特性情報Ｉｓ１により示される偏向光の分光特性の相違が現れている波長域、または検出対象Ａの分光特性の特徴（例えば、変化、ピーク等）が現れている波長域である。

（第３の例）
　第３の例では、推定部９４は、まず、第１または第２の例と同様に、除算または減算を行って検出対象Ａの分光特性を得る。そして、推定部９４は、得られた検出対象Ａの分光特性から特徴波長域を検出する。ここで、特徴波長域は、上記と同様である。そして、推定部９４は、検出された特徴波長域を、１以上の種類の候補物質の特徴波長域と比較することにより、検出対象Ａの種類を判定する。この場合、推定部９４は、上記第１および第２の例と同様に、一致度を算出することによって検出対象Ａの種類を判定することができる。ここで、各候補物質の特徴波長域は、例えば、当該候補物質が検出領域Ｒに存在する場合に、非偏向光の分光特性に対する偏向光の分光特性の相違が現れる波長域、または、当該候補物質の分光特性の特徴（例えば、変化、ピーク等）が現れる波長域であり、予め実験等により求められて検出装置３００等に記憶される。

　本例によれば、除算または減算によって媒質Ｍおよび光源１の分光特性の影響を除去または低減することができ、検出対象Ａの特徴波長域を高精度に検出することができ、検出対象Ａの種類を高精度に推定することができる。

　図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、推定部９４による推定の一例を説明するための図である。以下、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）を参照して、推定部９４による推定の一例について説明する。

　図１０（Ａ）には、分光部６により取得された分光特性情報Ｉｓ１により示される偏向光の分光特性１０１が示されている。分光特性１０１は、偏向光の波長毎の強度を示す。図１０（Ｂ）には、分光部９３により取得された分光特性情報Ｉｓ２により示される非偏向光の分光特性１０２が示されている。分光特性１０２は、非偏向光の波長毎の強度を示す。

　推定部９４は、図１０（Ａ）の分光特性１０１と図１０（Ｂ）の分光特性１０２とを比較することにより、分光特性１０２に対する分光特性１０１の変化を、検出対象Ａの分光特性として検出する。例えば、推定部９４は、分光特性１０１と分光特性１０２との差または比をとることにより、検出対象Ａの分光特性を得る。そして、推定部９４は、得られた検出対象Ａの分光特性から特徴波長域１０３を検出する。ここでは、特徴波長域１０３は、波長λ１から波長λ２（＞λ１）までの波長域である。そして、推定部９４は、検出された特徴波長域１０３において、検出対象Ａの分光特性と、特定のガスの固有の分光特性とを比較することにより、検出対象Ａが特定のガスであるか否かを判定する。ここで、特定のガスの分光特性は、予め実験等により求められて検出装置３００等に記憶される。

　以上説明した実施の形態３によれば、以下の効果が得られる。

　実施の形態３に係る検出装置３００によれば、実施の形態１と同様に、検出領域Ｒにおける屈折率変化を示す輝度画像とともに、屈折率変化を生じさせた物質の種類に関する情報を取得することができる。また、分光特性情報Ｉｓ１から、屈折率変化を生じさせた物質の種類を推定することができる。

　検出装置３００は、偏向光の分光特性を示す分光特性情報Ｉｓ１を取得する分光部６と、非偏向光の分光特性を示す分光特性情報Ｉｓ２を取得する分光部９３とを備える。本構成によれば、分光特性情報Ｉｓ２を基準として、分光特性情報Ｉｓ１から、屈折率変化を生じさせた物質の種類を高精度に推定することができる。具体的には、分光特性情報Ｉｓ１により示される偏向光の分光特性と分光特性情報Ｉｓ２により示される非偏向光の分光特性とを比較することにより、検出対象Ａの分光特性を検出することができ、検出された分光特性から検出対象Ａの種類を精度良く推定することができる。例えば、検出対象Ａの特徴波長域の検出の精度、および特徴波長域における検出対象Ａの分光特性に基づく検出対象Ａの種類の推定の精度を向上させることができる。また、環境温度および湿度の変動等による媒質Ｍ、光源１、分光部６等の分光特性の変動の影響を除去または低減することができ、それらの分光特性の変動によらず、検出対象Ａの種類を高精度に推定することができる。

＜変形例＞
　図１１は、実施の形態３の変形例に係る検出装置３００Ａを示す概略図である。以下、図１１を参照して、実施の形態３の変形例に係る検出装置３００Ａについて説明する。

　検出装置３００Ａでは、分離光学系４は、図９の第１の分離素子９１および第２の分離素子９２の代わりに、第１の分離素子１１１および第２の分離素子１１２を含む。

　第１の分離素子１１１は、集光光学系３により集光された集光光Ｌ３のうち、偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５とを分離する。第１の分離素子１１１は、非偏向光Ｌ５を反射し、偏向光Ｌ４を透過する。第１の分離素子１１１は、例えば、図６に示されるような部分反射ミラー素子である。この場合、非偏向光Ｌ５は反射部６１で反射され、偏向光Ｌ４は透過部６２を透過する。

　第２の分離素子１１２は、第１の分離素子１１１により分離された非偏向光Ｌ５を、少なくとも第１の部分Ｌ５１と第２の部分Ｌ５２とに分離する。第２の分離素子１１２は、例えば、非偏向光Ｌ５の一部（ここでは、部分Ｌ５１）を透過し、他の一部（ここでは、部分Ｌ５２）を反射するビームスプリッタである。

実施の形態４．
　図１２は、実施の形態４に係る検出装置４００を示す概略図である。以下、図１２を参照して、実施の形態４に係る検出装置４００について説明する。以下の説明では、実施の形態２に係る検出装置２００の要素と同一または対応する要素については、同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。

　実施の形態２に係る検出装置２００が分離光学系４により分離された非偏向光Ｌ５を検出に使用しないのに対し、実施の形態４に係る検出装置４００は非偏向光Ｌ５の分光特性を検出する。

　図１２において、検出装置４００は、図７のストッパ７４の代わりに、分光部１２１を備える。また、検出装置４００は、図７の推定部７および出力部７３の代わりに、推定部１２２および出力部１２３を備える。

　分光部１２１は、分離光学系４からの非偏向光Ｌ５を分光して、非偏向光の分光特性を示す分光特性情報Ｉｓ２を取得して出力する。分光部１２１は、実施の形態３の分光部９３と同様のものである。

　推定部１２２は、分光部１２１により取得された分光特性情報Ｉｓ２に基づいて、分光部６により取得された分光特性情報Ｉｓ１から、検出対象Ａの種類を推定し、推定された種類を示す種類情報Ｉｔ２を出力する。推定部１２２は、実施の形態３の推定部９４と同様のものである。

　出力部１２３は、撮像部７２により取得された輝度画像Ｉｍ２に基づく検出領域Ｒの屈折率分布に関する情報と、分光部６および１２１により取得された分光特性情報Ｉｓ１およびＩｓ２に基づく検出対象Ａの種類に関する情報とを含む検出結果Ｉｒ４を出力する。例えば、出力部１２３は、輝度画像Ｉｍ２に種類情報Ｉｔ２を付加した出力画像（または検出対象Ａの可視化画像）を検出結果Ｉｒ４として表示部９に表示させる。出力部１２３は、種類情報Ｉｔ１の代わりに種類情報Ｉｔ２を用いる点を除き、実施の形態２の出力部７３と同様であってもよく、輝度画像Ｉｍ１の代わりに輝度画像Ｉｍ２を用いる点を除き、実施の形態３の出力部９５と同様であってもよい。

　以上説明した実施の形態４によれば、実施の形態２と同様の効果に加えて、実施の形態３と同様の効果が得られる。

＜変形例１＞
　図１３は、実施の形態４の変形例１に係る検出装置４００Ａを示す概略図である。以下、図１３を参照して、実施の形態４の変形例１に係る検出装置４００Ａについて説明する。

　検出装置４００Ａでは、分離光学系４は、図１２の分離素子７１の代わりに、分離素子１３１を含む。分離素子１３１は、偏向光Ｌ４の第１の部分Ｌ４１を透過し、非偏向光Ｌ５と偏向光Ｌ４の第２の部分Ｌ４２とを互いに異なる方向に反射する。

　図１４は、分離素子１３１の一例を示す概略斜視図である。以下、図１３および図１４を参照して、分離素子１３１の一例について説明する。

　図１４において、分離素子１３１は、部分反射ミラー素子である。分離素子１３１は、集光光Ｌ３のうち、集光光学系３の光軸近傍に分布する非偏向光を反射し、光軸近傍の外側に分布する偏向光の一部を透過し、他の一部を反射する。

　分離素子１３１は、光を反射する第１の反射面１４１ａを有する第１の反射部１４１と、第１の反射部１４１の周辺に位置し、光を透過する透過部１４２と、第１の反射部１４１の周辺に位置し、光を反射する第２の反射面１４３ａを有する第２の反射部１４３とを有する。

　分離素子１３１は、第１の反射面１４１ａが集光光学系３の集光点（または焦点）付近に位置し、第１および第２の反射面１４１ａおよび１４３ａが集光光学系３の光軸に対して傾斜し、非偏向光Ｌ５が第１の反射面１４１ａで反射されて第１の光路を進み、偏向光Ｌ４の一部である第１の部分Ｌ４１が透過部１４２を透過して第１の光路と異なる第２の光路を進み、偏向光Ｌ４の他の一部である第２の部分Ｌ４２が第２の反射面１４３ａで反射されて第１および第２の光路と異なる第３の光路を進むように配置される。第１の反射面１４１ａで反射された非偏向光Ｌ５は分光部１２１に入射し、透過部１４２を透過した偏向光の第１の部分Ｌ４１は撮像部７２に入射し、第２の反射面１４３ａで反射された偏向光の第２の部分Ｌ４２は分光部６に入射する。

　図１４の例では、第１の反射部１４１は、分離素子１３１の中央に位置する中央部であり、透過部１４２は、中央部の周辺に位置する第１の周辺部であり、第２の反射部１４３は、中央部の周辺に位置する第２の周辺部である。透過部１４２および第２の反射部１４３は、第１の反射部１４１に隣接し、かつ第１の反射部１４１を挟むように配置される。

　第１および第２の反射面１４１ａおよび１４３ａは、非偏向光Ｌ５および偏向光の第２の部分Ｌ４２を互いに異なる方向に反射する。例えば、第１および第２の反射面１４１ａおよび１４３ａは、いずれも平面状であり、互いに異なる方向を向く。第１および第２の反射面１４１ａおよび１４３ａの法線の方向は、互いに異なる。

　第１の反射面１４１ａのサイズは、屈折率変化（または検出対象Ａ）が存在しないときの集光光Ｌ３の集光スポットのサイズと同程度か、それより僅かに小さい。図１４では、第１の反射面１４１ａは、帯状の平面であり、上記集光スポットの直径と同程度か、それより僅かに小さい幅を有する。ただし、第１の反射面１４１ａの形状は、他の形状であってもよい。

　透過部１４２の表面１４２ａは、例えば、第１の反射面１４１ａと連続して同一平面を形成する。また、第１の反射部１４１と透過部１４２とは、一体成型された基材により構成することができ、第１の反射面１４１ａは、当該基材の一部にアルミニウムまたは金などの金属を蒸着することによって形成することができる。また、第１の反射部１４１、透過部１４２、および第２の反射部１４３が、一体成型された基材により構成されてもよい。

　分離素子１３１の透過部１４２は、光を透過する部分であるので、図１５に示されるように、第１の反射部１４１に隣接する空間であってもよい。

　なお、上記の例では、透過部１４２を透過した偏向光の一部が撮像部７２に入射し、第２の反射面１４３ａで反射された偏向光の一部が分光部６に入射するが、第２の反射面１４３ａで反射された偏向光の一部が撮像部７２に入射し、透過部１４２を透過した偏向光の一部が分光部６に入射してもよい。

＜変形例２＞
　図１６は、実施の形態４の変形例２に係る検出装置４００Ｂを示す概略図である。以下、図１６を参照して、実施の形態４の変形例２に係る検出装置４００Ｂについて説明する。

　検出装置４００Ｂでは、分離光学系４は、図１２の分離素子７１の代わりに、第１の分離素子１６１および第２の分離素子１６２を含む。

　第１の分離素子１６１は、集光光学系３により集光された集光光Ｌ３のうち、偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５とを分離する。第１の分離素子１６１は、偏向光Ｌ４を透過し、非偏向光Ｌ５を反射する。第１の分離素子１６１は、例えば、図６に示される部分反射ミラー素子である。この場合、非偏向光Ｌ５は反射部６１で反射され、偏向光Ｌ４は透過部６２を透過する。

　第２の分離素子１６２は、第１の分離素子１６１により分離された偏向光Ｌ４を少なくとも第１の部分Ｌ４１と第２の部分Ｌ４２とに分離する。第２の分離素子１６２は、例えば、偏向光Ｌ４の一部（ここでは、部分Ｌ４１）を透過し、他の一部（ここでは、部分Ｌ４２）を反射するビームスプリッタである。

　偏向光の第１の部分Ｌ４１は撮像部７２に入射し、偏向光の第２の部分Ｌ４２は分光部６に入射し、非偏向光Ｌ５は分光部１２１に入射する。

＜変形例３＞
　図１７は、実施の形態４の変形例３に係る検出装置４００Ｃを示す概略図である。以下、図１７を参照して、実施の形態４の変形例３に係る検出装置４００Ｃについて説明する。

　検出装置４００Ｃは、図１６の第２の分離素子１６２の代わりに第２の分離素子１７１を備える点を除き、変形例２に係る検出装置４００Ｂと同様である。

　第２の分離素子１７１は、第１の分離素子１６１からの偏向光Ｌ４を少なくとも第１の部分Ｌ４１と第２の部分Ｌ４２とに分離する。

　図１８（Ａ）は、第２の分離素子１７１の一例を示す概略斜視図である。図１８（Ａ）において、第２の分離素子１７１は、第１の分離素子１６１を透過した偏向光Ｌ４の一部（ここでは、部分Ｌ４２）を反射する反射面１８１ａを有する反射部１８１と、偏向光Ｌ４の他の一部（ここでは、部分Ｌ４１）を透過する透過部１８２とを有する。

　第２の分離素子１７１の透過部１８２は、光を透過する部分であるので、図１８（Ｂ）に示されるように、反射部１８１に隣接する空間であってもよい。

実施の形態５．
　図１９は、実施の形態５に係る検出装置５００を示す概略図である。以下、図１９を参照して、実施の形態５に係る検出装置５００について説明する。以下の説明では、実施の形態１に係る検出装置１００の要素と同一または対応する要素については、同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。

　実施の形態５に係る検出装置５００は、分離光学系４が凹面反射面を含む点で、実施の形態１に係る検出装置１００と異なる。

　図１９において、分離光学系４は、凹面反射面（または凹面ミラー面）１９１を含み、凹面反射面１９１は、偏向光Ｌ４の少なくとも一部が凹面反射面１９１で反射されて分光部６に集光されるように構成される。

　分離光学系４は、図１の分離素子１０の代わりに、分離素子１９２を含む。分離素子１９２は、凹面反射面１９１を有する点を除き、図１の分離素子１０と同様である。

　図２０は、分離素子１９２の一例を示す概略斜視図である。図２０において、分離素子１９２は、部分反射ミラー素子である。分離素子１９２は、光を透過する透過部２０１と、透過部２０１の周辺に位置し、光を反射する反射面２０２ａを有する反射部２０２とを有する。図２０の分離素子１９２は、反射面２０２ａの形状が反射面２２ａと異なる点を除き、図２の分離素子１０と同様である。反射面２０２ａは、曲面形状を有し、凹面反射面１９１として機能する。反射面２０２ａの曲面形状は、例えば、球面形状、楕円形状、非球面形状、自由曲面形状などである。

　以上説明した実施の形態５によれば、実施の形態１の効果の他に、以下の効果が得られる。

　分離光学系４で反射される偏向光は、集光光学系３により集光された光であるので、焦点を結んだ後に拡散する。本実施の形態の構成によれば、拡散する偏向光を凹面反射面１９１により分光部６に効率良く集めることができる。これにより、偏向光のロスを回避または低減し、分光部６により偏向光を高い信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）で検出することができる。

　なお、上記凹面反射面１９１は、検出装置１００の分離光学系４だけでなく、他の検出装置の分離光学系４にも適用可能である。例えば、他の検出装置の分離素子（または部分反射ミラー素子）において、分光部６に光を反射する平面状の反射面は、凹面反射面に変更可能である。凹面反射面を用いることにより、高いＳ／Ｎ比で光を検出することができる。

実施の形態６．
　図２１は、実施の形態６に係る検出装置６００を示す概略図である。以下、図２１を参照して、実施の形態６に係る検出装置６００について説明する。以下の説明では、実施の形態１に係る検出装置１００の要素と同一または対応する要素については、同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。

　実施の形態６に係る検出装置６００は、分光カメラを用いる点で、実施の形態１に係る検出装置１００と異なる。

　図２１において、検出装置６００は、図１の分光部６の代わりに、分光部２１１を備える。また、検出装置６００は、図１の推定部７および出力部８の代わりに、出力部２１２を備える。

　分光部２１１は、分離光学系４により分離された偏向光Ｌ４を撮像し、分光特性情報として、偏向光Ｌ４の複数の波長帯の輝度値を示す分光画像Ｉｍ３を取得する分光カメラである。分光画像Ｉｍ３は、偏向光の分光特性を、偏向光の複数の波長帯の輝度値により示す。具体的には、分光画像Ｉｍ３は、複数の画素を有し、画素毎に、偏向光の複数の波長帯の輝度値を示す。したがって、分光画像Ｉｍ３は、画素毎に、偏向光の分光特性を示す情報である。

　分光画像Ｉｍ３は、輝度画像Ｉｍ１と同様に、検出領域Ｒを視野とする２次元の画像である。分光画像Ｉｍ３から、検出対象Ａの位置、大きさなどを示す情報を抽出することができるとともに、検出対象Ａの位置に対応する画素について、複数の波長帯の輝度値（または分光特性）を取得することができる。

　図２２は、分光部（分光カメラ）２１１の構成の一例を示す概略図である。図２２において、分光部２１１は、撮像面２２１において、２次元に配列された複数の画素Ｐ１１～Ｐｍｎ（ｍおよびｎは２以上の整数）を有する。複数の画素Ｐ１１～Ｐｍｎの各々は、２次元に配列された４つの領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４を有する。各画素において、領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４には、それぞれ波長フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、およびＦ４が設けられる。波長フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、およびＦ４は、それぞれ中心波長λ１、λ２、λ３、およびλ４（λ１＜λ２＜λ３＜λ４）の波長帯の光のみを透過する。分光部２１１は、各画素の各領域において、当該領域に設けられた波長フィルタを透過した、当該領域に対応する波長帯の光の輝度値を検出する。これにより、分光部２１１は、画素毎に、偏向光の複数（ここでは４つ）の波長帯の輝度値を取得する。

　図２３には、偏向光の分光特性の一例を示す曲線２３１とともに、波長フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、およびＦ４の中心波長λ１、λ２、λ３、およびλ４が示されている。中心波長λ１、λ２、λ３、およびλ４は、例えば、想定される物質（例えば媒質Ｍに流入する可能性があるガス）の固有の分光特性または特徴波長に応じて任意に設定されることができる。

　出力部２１２は、輝度画像Ｉｍ１に分光画像Ｉｍ３が重畳された合成画像Ｉｍ４を生成する画像生成部として機能する。出力部２１２は、例えば、輝度画像Ｉｍ１における検出対象Ａの位置、大きさ、輪郭等に関する情報と、分光画像Ｉｍ３における検出対象Ａの位置、大きさ、輪郭等に関する情報とを照合して、輝度画像Ｉｍ１に分光画像Ｉｍ３が重畳された合成画像Ｉｍ４を生成する。出力部２１２は、例えば、合成画像Ｉｍ４を検出結果として表示部９に表示させる。

　出力部２１２は、分光画像Ｉｍ３から、検出対象Ａの種類を推定してもよい。例えば、出力部２１２は、分光画像Ｉｍ３の１以上の領域の各々について、当該領域における偏向光の複数の波長帯の輝度値（すなわち分光特性）から、例えば実施の形態１と同様の推定方法により、検出対象Ａの種類を推定してもよい。ここで、各領域は、１つの画素で構成される領域でもよいし、複数の画素で構成される領域でもよい。出力部２１２は、分光画像Ｉｍ３から検出対象Ａの範囲を検出し、当該範囲内において上記推定を行ってもよい。

　出力部２１２は、上記推定の結果を示す推定結果画像を生成してもよい。推定結果画像は、例えば、分光画像Ｉｍ３と同様に複数の画素を有し、画素毎に、当該画素での推定結果を示す。例えば、推定結果画像は、画素毎に、当該画素での推定結果に対応する画素値（例えば、階調、色などを示す値）を有する。この場合、出力部２１２は、輝度画像Ｉｍ１に推定結果画像が重畳された合成画像を生成してもよく、当該合成画像を表示部９に表示させてもよい。

　出力部２１２は、分光特性情報Ｉｓ１の代わりに分光画像Ｉｍ３を用い、種類情報Ｉｔ１の代わりに分光画像Ｉｍ３に基づく推定結果を用いて、実施の形態１の出力部８と同様の検出結果を出力してもよい。

　以上説明した実施の形態６によれば、実施の形態１の効果の他に、以下の効果が得られる。

　本実施の形態では、分光部２１１は、偏向光の少なくとも一部を撮像し、偏向光の分光特性情報として、偏向光の複数の波長帯の輝度値を示す分光画像を取得する分光カメラである。本構成によれば、分光画像の画素毎に、検出対象Ａの種類に関する情報を取得することができ、分光画像の任意の領域において検出対象Ａの種類を推定することができる。

　なお、上記実施の形態６の特徴は、検出装置１００だけでなく、他の検出装置にも適用可能である。上記特徴が実施の形態２または４に適用される場合、出力部２１２は、輝度画像Ｉｍ１の代わりに輝度画像Ｉｍ２を用いればよい。上記特徴が実施の形態３または４に適用される場合、出力部２１２は、分光特性情報Ｉｓ２に基づいて、分光画像Ｉｍ３から検出対象Ａの種類を推定してもよい。

　以下、検出装置のハードウェア構成について説明する。
　図２４は、実施の形態１に係る検出装置１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。以下、図２４を参照して、実施の形態１に係る検出装置１００のハードウェア構成の一例について説明する。

　図２４において、検出装置１００は、撮像部５としてのカメラ２４１、分光部６としての分光器２４２、および処理回路２４３を有する。検出装置１００の推定部７および出力部８の機能は、処理回路２４３により実現される。処理回路２４３は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。

　処理回路２４３が専用のハードウェアである場合、処理回路２４３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、またはこれらの組み合わせである。推定部７および出力部８の機能は、それぞれ別々の処理回路で実現されてもよいし、単一の処理回路で実現されてもよい。

　処理回路２４３がプロセッサである場合、図２５に示されるように、検出装置１００は、処理回路２４３としてのプロセッサ２５１と、メモリ２５２とを有する。プロセッサ２５１は、メモリ２５２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、推定部７および出力部８の機能を実現する。メモリ２５２は、プロセッサ２５１により実行されるときに、推定部７および出力部８の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納する。メモリ２５２に格納されるプログラムは、推定部７および出力部８の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。プロセッサ２５１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、中央処理装置）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などである。メモリ２５２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）などである。メモリ２５２に格納されるプログラムは、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせである。

　以上、実施の形態１に係る検出装置１００のハードウェア構成について説明したが、他の検出装置のハードウェア構成についても同様である。

　なお、上記実施の形態１～６およびそれらの変形例（以下、単に「上記実施の形態」と呼ぶ）の検出装置は、適宜変更されてもよい。例えば、上記実施の形態の検出装置に対して、構成要素の変更、追加、または削除を行うことができる。また、上記実施の形態の特徴または構成要素は、上記と異なる態様で適宜組み合わされてもよい。

　上記実施の形態において、検出装置は、物質の種類を推定する場合、物質の成分を推定してもよい。例えば、検出装置は、物質の１以上の成分の全部または一部の種類を推定してもよい。

　上記実施の形態において、検出装置は、非偏向光を撮像して輝度画像Ｉｍ１を取得する撮像部と、偏向光を撮像して輝度画像Ｉｍ２を取得する撮像部との両方を備えてもよい。この場合、出力部は、輝度画像Ｉｍ１およびＩｍ２に基づく検出結果を出力することができる。

　上記実施の形態において、検出装置における分離光学系４までの光学系の構成は、適宜変更されてもよい。例えば、照射光学系２および集光光学系３の一方または両方が省略されてもよい。また、検出領域Ｒに照射される光は、非平行光であってもよい。また、集光光学系３は、検出領域Ｒの前段に配置されてもよく、非偏向光が集光点に集光するように、光源１から出射された光を集光して検出領域Ｒに照射するように構成されてもよい。以下、図２６（Ａ）～（Ｃ）を参照して、検出装置１００における分離光学系４までの光学系の変形例を示す。なお、検出装置１００を例にとるが、上記の他の検出装置についても同様である。

　図２６（Ａ）では、照射光学系２は、非偏向光Ｌ５が集光点で集光するように、光源１から出射された光を集光して検出領域Ｒに照射するように構成されており、集光光学系３は省略されている。別の言い方をすると、集光光学系３が、検出領域Ｒの前段に配置され、非偏向光Ｌ５が集光点で集光するように、光源１から出射された光を集光して検出領域Ｒに照射するように構成されており、照射光学系２は省略されている。例えば、図２６（Ａ）の集光光学系３は、実施の形態１の照射光学系２のレンズと同じレンズであるが、図２６（Ａ）における集光光学系３のレンズから光源１までの距離は、図１における照射光学系２のレンズから光源１までの距離よりも長い。分離光学系４は、検出領域Ｒを通過し、かつ集光光学系３により集光された光のうち、偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５とを分離する。分離光学系４は、例えば、集光光学系３の集光点近傍に配置された分離素子１０を備える。

　図２６（Ｂ）では、照射光学系２が省略され、光源１から出射された光が検出領域Ｒに照射されている。集光光学系３は、非偏向光Ｌ５が集光点で集光するように、光源１から出射され検出領域Ｒを通過した光を集光する。分離光学系４は、検出領域Ｒを通過し、かつ集光光学系３により集光された光のうち、偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５とを分離する。分離光学系４は、例えば、集光光学系３の集光点近傍に配置された分離素子１０を備える。

　図２６（Ｃ）では、照射光学系２および集光光学系３が省略されている。光源１は、例えば検出領域Ｒから十分に離れた位置に配置され、検出領域Ｒに平行光を照射する。分離光学系４は、検出領域Ｒを通過した光のうち、偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５とを分離する。分離光学系４は、例えば、非偏向光Ｌ５の光軸上に配置された分離素子１０を備える。

　上記実施の形態において、分離光学系４の構成は、適宜変更されてもよい。以下、図２７を参照して、分離光学系４の様々な構成を示す。図２７において、分離光学系４は、検出領域Ｒを通過した光（例えば、集光光Ｌ３）のうち、偏向光Ｌ４と非偏向光Ｌ５とを分離する分離素子２６１を備える。分離素子２６１は、例えば、上記の部分反射ミラー素子のいずれかである。分離光学系４は、分離素子２６１により分離された偏向光Ｌ４および非偏向光Ｌ５のうちの一方を少なくとも２つの部分に分離する分離素子２６２を備えてもよい。図２７の分離光学系４は、上記実施の形態の検出装置で使用可能である。

　上記実施の形態において、検出領域Ｒにおける屈折率変化は、媒質Ｍへの異物の流入などによって生じるほか、媒質Ｍ中の密度変化（または密度勾配）によっても生じ得る。そのため、検出対象Ａは、媒質Ｍと同じ種類の物質である場合もある。例えば、検出対象Ａは、媒質Ｍにおける周囲と密度が異なる部分である場合もある。媒質Ｍ中の密度変化は、例えば、温度勾配、圧力勾配（例えば、気圧勾配）などによって生じる。密度変化によって屈折率変化が生じる場合、検出装置により取得される輝度画像は、検出領域Ｒにおける密度変化（または密度分布）を示す画像であり、検出装置は、検出領域Ｒにおける密度変化の発生有無、発生個所などを検出することができる。

　上記実施の形態において、検出対象Ａによる光の偏向作用は、媒質Ｍと検出対象Ａとの屈折率の差によって生じる屈折、媒質Ｍと検出対象Ａとの密度の差によって生じる屈折、および検出対象Ａにより生じる光の散乱のいずれであってもよい。

　上記実施の形態の検出装置は、媒質中に生じる屈折率変化（または密度変化）の有無、位置などを検出することができる。検出装置は、例えば、媒質中の目に見えない気体または液体の流れ、目に見えない媒質中の目に見えない物質の流れ（例えば、呼気の気流、ガス冷媒の漏れなど）、媒質中を伝播する超音波または衝撃波の進行状況、炎による気流の上昇、光学部品の欠陥などを光学的に検出することができる。また、検出装置は、媒質中に生じる屈折率変化（または密度変化）とともに、その変化に関係する物質を検出することができる。例えば、検出装置は、媒質中に屈折率変化（または密度変化）が生じた場合に、その屈折率変化の発生個所とともに、その屈折率変化を生じさせた物質の種類に関する情報を検出することができる。例えば、検出装置は、空気中のガスの流れを検出または可視化するとともに、そのガスの種類に関する情報を検出することができる。また、空気中のガスが検出目的とする特定のガスであるか否かを判定することができる。

　上記実施の形態の検出装置は、様々な産業分野への適用が可能である。例えば、検出装置は、ガス漏れ検知装置、人または動物の呼気検知装置、車などの搭乗者の呼気を検出して搭乗者の健康状態を検知するドライバモニタシステム（ＤＭＳ）、気流検知装置、エアコンなどの空調装置の温風または冷風の温度気流検知装置またはそれを用いた空調装置の空調制御装置、空調装置などの冷媒漏れ検知装置、液体中の異物の検知装置、半導体などの固体材料の中の不均質または欠陥の検査装置、光学部品などの脈理検査装置などに適用可能である。上記実施の形態の検出装置を適用することによって、より好適な機器の制御および保守が可能になる。

　１　光源、　２　照射光学系、　３　集光光学系、　４　分離光学系、　５　撮像部、　６　分光部、　７　推定部、　８　出力部、　９　表示部、　１０　分離素子、　１００　検出装置。

Claims

　光源と、
　前記光源から出射され予め定められた検出領域を通過した光のうち、前記検出領域における屈折率変化によって偏向された光である偏向光と、前記屈折率変化によって偏向されなかった光である非偏向光とを分離する分離光学系と、
　前記非偏向光の少なくとも一部および前記偏向光の少なくとも一部のうちの少なくとも一方を撮像して、前記検出領域における屈折率変化を示す輝度画像を取得する撮像部と、
　前記偏向光の少なくとも一部を分光して、前記偏向光の分光特性を示す第１の分光特性情報を取得する第１の分光部と
を備える検出装置。
　前記撮像部は、前記非偏向光の少なくとも一部を撮像して前記輝度画像を取得する
請求項１に記載の検出装置。
　前記分離光学系は、前記検出領域を通過した光のうち、前記非偏向光と、前記偏向光の第１の部分と、前記偏向光の第２の部分とを分離し、
　前記撮像部は、前記偏向光の第１の部分を撮像して前記輝度画像を取得し、
　前記第１の分光部は、前記偏向光の第２の部分を分光して前記第１の分光特性情報を取得する
請求項１に記載の検出装置。
　前記分離光学系は、前記検出領域を通過した光のうち、前記偏向光と、前記非偏向光の第１の部分と、前記非偏向光の第２の部分とを分離し、
　前記撮像部は、前記非偏向光の第１の部分を撮像して前記輝度画像を取得し、
　前記検出装置は、前記非偏向光の第２の部分を分光して、前記非偏向光の分光特性を示す第２の分光特性情報を取得する第２の分光部をさらに備える
請求項２に記載の検出装置。
　前記非偏向光の少なくとも一部を分光して、前記非偏向光の分光特性を示す第２の分光特性情報を取得する第２の分光部をさらに備える
請求項３に記載の検出装置。
　前記第１の分光部により取得された前記第１の分光特性情報から、前記屈折率変化を生じさせた物質の種類を推定する推定部をさらに備える
請求項１から５のいずれか１項に記載の検出装置。
　前記第２の分光部により取得された前記第２の分光特性情報に基づいて、前記第１の分光部により取得された前記第１の分光特性情報から、前記屈折率変化を生じさせた物質の種類を推定する推定部をさらに備える
請求項４または５に記載の検出装置。
　前記輝度画像に基づく前記検出領域の屈折率分布に関する情報と、前記第１の分光特性情報に基づく前記屈折率変化を生じさせた物質の種類に関する情報とを含む検出結果を出力する出力部をさらに備える
請求項１から７のいずれか１項に記載の検出装置。
　前記輝度画像に基づく前記検出領域の屈折率分布に関する情報と、前記推定部により推定された前記屈折率変化を生じさせた物質の種類を示す情報とを含む検出結果を出力する出力部をさらに備える
請求項６または７に記載の検出装置。
　前記第１の分光部は、前記偏向光の少なくとも一部を撮像し、前記第１の分光特性情報として、前記偏向光の複数の波長帯の輝度値を示す分光画像を取得する分光カメラである
請求項１から９のいずれか１項に記載の検出装置。
　前記輝度画像に前記分光画像が重畳された合成画像を生成する画像生成部をさらに備える
請求項１０に記載の検出装置。
　前記非偏向光が集光点に集光するように、前記光源から出射された光を集光する集光光学系をさらに備え、
　前記分離光学系は、前記検出領域を通過し、かつ前記分離光学系により集光された光のうち、前記偏向光と前記非偏向光とを分離する
請求項１から１１のいずれか１項に記載の検出装置。
　前記分離光学系は、光を透過する透過部と、前記透過部の周辺に位置し、光を反射する反射面を有する反射部とを有する部分反射ミラー素子を含み、
　前記部分反射ミラー素子は、前記透過部が前記集光点付近に位置し、前記反射面が前記集光光学系の光軸に対して傾斜し、前記非偏向光が前記透過部を透過して第１の光路を進み、前記偏向光が前記反射面で反射されて前記第１の光路と異なる第２の光路を進むように配置される
請求項１２に記載の検出装置。
　前記分離光学系は、光を反射する反射面を有する反射部と、前記反射部の周辺に位置し、光を透過する透過部とを有する部分反射ミラー素子を含み、
　前記部分反射ミラー素子は、前記反射面が前記集光点付近に位置するとともに前記集光光学系の光軸に対して傾斜し、前記非偏向光が前記反射面で反射されて第１の光路を進み、前記偏向光が前記透過部を透過して前記第１の光路と異なる第２の光路を進むように配置される
請求項１２に記載の検出装置。
　前記分離光学系は、光を透過する透過部と、前記透過部の周辺に位置し、光を反射する第１の反射面を有する第１の反射部と、前記透過部の周辺に位置し、光を反射する第２の反射面を有する第２の反射部とを有する部分反射ミラー素子を含み、
　前記部分反射ミラー素子は、前記透過部が前記集光点付近に位置し、前記第１および第２の反射面が互いに異なる方向を向くように前記集光光学系の光軸に対して傾斜し、前記非偏向光が前記透過部を透過して第１の光路を進み、前記偏向光の一部が前記第１の反射面で反射されて前記第１の光路と異なる第２の光路を進み、前記偏向光の他の一部が前記第２の反射面で反射されて前記第１および第２の光路と異なる第３の光路を進むように配置される
請求項１２に記載の検出装置。
　前記分離光学系は、光を反射する第１の反射面を有する第１の反射部と、前記第１の反射部の周辺に位置し、光を透過する透過部と、前記第１の反射部の周辺に位置し、光を反射する第２の反射面を有する第２の反射部とを有する部分反射ミラー素子を含み、
　前記部分反射ミラー素子は、前記第１の反射面が前記集光点付近に位置し、前記第１および第２の反射面が前記集光光学系の光軸に対して傾斜し、前記非偏向光が前記第１の反射面で反射されて第１の光路を進み、前記偏向光の一部が前記透過部を透過して前記第１の光路と異なる第２の光路を進み、前記偏向光の他の一部が前記第２の反射面で反射されて前記第１および第２の光路と異なる第３の光路を進むように配置される
請求項１２に記載の検出装置。
　前記分離光学系は、凹面反射面を含み、前記凹面反射面は、前記偏向光の少なくとも一部が前記凹面反射面で反射されて前記第１の分光部に集光されるように構成される
請求項１３、１５、および１６のいずれか１項に記載の検出装置。
　前記分離光学系は、
　前記検出領域を通過した光のうち、前記偏向光と前記非偏向光とを分離する第１の分離素子と、
　前記第１の分離素子により分離された前記偏向光および前記非偏向光のうちの一方を少なくとも２つの部分に分離する第２の分離素子とを含む
請求項１から１２のいずれか１項に記載の検出装置。
　光源から出射され予め定められた検出領域を通過した光のうち、前記検出領域における屈折率変化によって偏向された光である偏向光と、前記屈折率変化によって偏向されなかった光である非偏向光とを分離すること、
　前記非偏向光の少なくとも一部および前記偏向光の少なくとも一部のうちの少なくとも一方を撮像して、前記検出領域における屈折率変化を示す輝度画像を取得すること、および
　前記偏向光の少なくとも一部を分光して、前記偏向光の分光特性を示す第１の分光特性情報を取得すること
を含む検出方法。