(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を水上の一領域に照射し、前記一領域内に存在する油が前記励起光を吸収してから発する蛍光を検出することによって、前記油の性状を検知する油の性状検知方法であって、
前記励起光として、一方向に直線偏光した状態でパルス状に発振された光を用い、
前記励起光を前記油に照射することによって前記油が発した光である検出対象光中の前記蛍光における垂直な２方向の偏光成分の強度比としての蛍光偏光解消度の時間経過に基づいて、前記油の粘度を検知することを特徴とする油の性状検知方法。
【請求項２】
前記油の温度を非接触で計測、あるいは前記一領域内における前記油の周囲の温度を計測し、検知された前記粘度と計測された前記温度に基づき、特定の基準温度における前記粘度を推定することを特徴とする請求項１に記載の油の性状検知方法。
【請求項３】
前記蛍光偏光解消度の時間経過から前記油の種類を推定することを特徴とする請求項１に記載の油の性状検知方法。
【請求項４】
前記蛍光偏光解消度の時間経過のデータを前記油の種類毎に予め取得し、実測された前記蛍光偏光解消度の時間経過と前記データとに基づいて前記種類を推定することを特徴とする請求項３に記載の油の性状検知方法。
【請求項５】
前記油の温度を非接触で計測、あるいは前記一領域内における前記油の周囲の温度を計測し、実測された前記蛍光偏光解消度の時間経過、前記データ、及び前記温度に基づいて前記種類を推定することを特徴とする請求項４に記載の油の性状検知方法。
【請求項６】
前記油は鉱物油であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の油の性状検知方法。
【請求項７】
前記２方向のうちの一方向は、前記励起光の偏光方向に対応することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の油の性状検知方法。
【請求項８】
前記励起光の波長を２５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内とすることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の油の性状検知方法。
【請求項９】
励起光を水上の一領域に照射し、前記一領域内に存在する油が前記励起光を吸収してから発する蛍光を検出することによって、前記油の性状を検知する油の性状検知装置であって、
前記励起光として、一方向に直線偏光した状態でパルス状に発振された前記励起光を発する光源と、
前記油が前記励起光で照射された後で前記油が発した光である検出対象光において第１の方向に偏光した前記蛍光の成分である第１検出光の強度及びその時間経過を検出する第１光検出部と、
前記検出対象光において前記第１の方向と垂直な第２の方向に偏光した前記蛍光の成分である第２検出光の強度及びその時間経過を検出する第２光検出部と、
前記第１検出光と前記第２検出光の強度比としての蛍光偏光解消度の時間経過に基づいて前記油の粘度を検知する解析部と、
を具備することを特徴とする油の性状検知装置。
【請求項１０】
前記第１の方向、前記第２の方向の一方は前記励起光の偏光方向に対応することを特徴とする請求項９に記載の油の性状検知装置。
【請求項１１】
前記励起光の波長を２５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内とすることを特徴とする請求項９又は１０に記載の油の性状検知装置。
【請求項１２】
前記検出対象光を、前記第１検出光と前記第２検出光とに分岐して出力する偏光ビームスプリッタを具備することを特徴とする請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載の油の性状検知装置。
【請求項１３】
前記偏光ビームスプリッタと前記第１光検出部との間、前記偏光ビームスプリッタと前記第２光検出部との間にそれぞれ設けられ、前記蛍光の波長の光を透過させ前記励起光の波長の光を透過させないフィルタを具備することを特徴とする請求項１２に記載の油の性状検知装置。
【請求項１４】
特定の油種における前記粘度と前記蛍光偏光解消度の時間経過について予め取得されたデータを記憶した記憶部を具備し、
前記解析部は、実測された前記蛍光偏光解消度の時間経過と前記データとを比較し、前記粘度を検知することを特徴とする請求項９から請求項１３までのいずれか１項に記載の油の性状検知装置。
【請求項１５】
前記油の温度を非接触で計測する、又は前記一領域内における前記油の周囲の温度を計測する温度計を具備し、
前記解析部は、検知された前記粘度と計測された前記温度に基づき、特定の基準温度における前記粘度を推定することを特徴とする請求項９から請求項１４までのいずれか１項に記載の油の性状検知装置。
【請求項１６】
前記油の種類毎に予め得られた、前記第１検出光と前記第２検出光から算出された前記蛍光偏光解消度の時間経過のデータを記憶した記憶部を具備し、
前記解析部は、実測された前記蛍光偏光解消度の時間経過と前記データとに基づいて前記油の種類を推定することを特徴とする請求項９から請求項１３までのいずれか１項に記載の油の性状検知装置。
【請求項１７】
前記油の温度を非接触で計測する、又は前記一領域内における前記油の周囲の温度を計測する温度計を具備し、
前記解析部は、実測された前記蛍光偏光解消度の時間経過、前記データ、及び前記温度に基づいて前記種類を推定することを特徴とする請求項１６に記載の油の性状検知装置。
【請求項１８】
前記第１光検出部及び前記第２光検出部として、ストリークカメラが用いられたことを特徴とする請求項９から請求項１７までのいずれか１項に記載の油の性状検知装置。
【請求項１９】
前記第１検出部によって検出された前記第１検出光の強度及びその時間経過、及び前記第２光検出部によって検出された前記第２検出光の強度及びその時間経過、
あるいは、
前記第１検出部によって検出された前記第１検出光と前記第２光検出部によって検出された前記第２検出光から算出された前記蛍光偏光解消度の時間経過、
を記憶する実測データ記憶部を具備することを特徴とする請求項９から請求項１３までのいずれか１項に記載の油の性状検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一領域（探索の対象となる領域）に存在する油の性状（粘度等）を遠方から非接触で検知する油の性状検知方法、油の性状検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば船舶等から流出した油（重油、軽油）は水上に浮遊する。こうした油が存在することを検知することは、船舶等の航行の安全上、あるいは環境管理上において重要である。特に、海上においては油を検知すべき範囲は極めて広くなるため、これを遠方から非接触で検出することが必要となる。このため、光を用いて水上の油を検出する技術が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、レーザー光で海上を走査し、油がこのレーザー光（励起光）を吸収してから発する蛍光を検出することにより、海上に浮遊する油を認識する技術が記載されている。ここで、油が発する蛍光を検出するにあたっては、水上や水中における油以外の物体（例えば浮遊生物）も同時に検出されるおそれがあるが、蛍光の波長はこれを発する物質に固有のものであるため、特定の波長の光を透過させるフィルタを用いることにより、油の発する蛍光のみを検出することによって、油を高感度で検知することができる。また、蛍光を発するのに必要な励起光の波長も、物質あるいは蛍光の波長によって異なるため、励起光となるレーザー光の波長を油の検出用に最適化することによって、特に油の検知に対する最適化をすることができる。
【０００４】
特許文献２にも、同様に油からの蛍光を検出することによって油を検知する技術が記載されている。この技術においては、励起光の照射と、励起光を非照射の、２回の撮像を行い、前者の画像データと、後者の撮像の画像データとを差分画像として比較することによって、油の漏洩を輝度の変化に基づいて検出している。
【０００５】
また、上記の技術においては、油の発した蛍光を選別するための指針として蛍光の波長が用いられた。これに対し、特許文献３に記載の技術においては、波長だけでなく、油を検知するにあたり、蛍光の偏光も調べることによって、油と他の物質との識別能力を更に高め、被検査体からの油の漏洩を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２７５１３５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８５７５７号公報
【特許文献３】特開２００７−１０１２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の技術によって、海上に浮遊する油を高感度で検知することができる。しかしながら、上記の技術によって検知されるのは、検知の時点における水上の油の存在とその分布だけであった。これに対し、船舶等の航行の安全上、あるいは環境管理上においては、油の存在の有無だけではなく、例えばこの油の粘度や種類等（性状）の情報も必要である。しかしながら、上記のいずれの技術によっても、こうした油の性状を認識することは困難であった。また、こうした油の性状を、油と非接触で調べることも困難であった。
【０００８】
すなわち、一領域中に存在する油を検知すると共にその性状を遠方から非接触で検知することは困難であった。
【０００９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、一領域中に存在する油を検知すると共にその性状を遠方から非接触で検知することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の請求項１に係る油の性状検知方法は、励起光を水上の一領域に照射し、前記一領域内に存在する油が前記励起光を吸収してから発する蛍光を検出することによって、前記油の性状を検知する油の性状検知方法であって、前記励起光として、一方向に直線偏光した状態でパルス状に発振された光を用い、前記励起光を前記油に照射することによって前記油が発した光である検出対象光中の前記蛍光における垂直な２方向の偏光成分の強度比としての蛍光偏光解消度の時間経過に基づいて、前記油の粘度を検知することを特徴とする。
この発明においては、蛍光における垂直な２方向の偏光成分の強度比（蛍光偏光解消度）の時間経過に基づいて、一領域内に存在する油の粘度が検知される。ここで、この領域は、水上の一領域である。
本発明の請求項２に係る油の性状検知方法は、前記油の温度を非接触で計測、あるいは前記一領域内における前記油の周囲の温度を計測し、検知された前記粘度と計測された前記温度に基づき、特定の基準温度における前記粘度を推定することを特徴とする。
この発明においては、油又はその周囲の温度が計測され、推定された粘度と計測された温度により、基準温度における油の粘度が推定される。油の周囲の温度を計測するためには、非接触式だけでなく、接触式の温度計で温度を測定してもよい。
【００１１】
本発明の請求項３に係る油の性状検知方法は、前記蛍光偏光解消度の時間経過から前記油の種類を推定することを特徴とする。
この発明においては、上記の方法によって、流出した油の種類が推定される。
本発明の請求項４に係る油の性状検知方法は、前記蛍光偏光解消度の時間経過のデータを前記油の種類毎に予め取得し、実測された前記蛍光偏光解消度の時間経過と前記データとに基づいて前記種類を推定することを特徴とする。
この発明においては、上記の油の種類の推定において、油種毎に予め取得された蛍光偏光解消度の時間経過のデータが用いられる。
本発明の請求項５に係る油の性状検知方法は、前記油の温度を非接触で計測、あるいは前記一領域内における前記油の周囲の温度を計測し、実測された前記蛍光偏光解消度の時間経過、前記データ、及び前記温度に基づいて前記種類を推定することを特徴とする。
この発明においては、油又はその周囲の温度が計測され、油の種類の推定のためにこの情報も用いられる。油の周囲の温度を計測するためには、非接触式だけでなく、接触式の温度計で温度を測定してもよい。
本発明の請求項６に係る油の性状検知方法において、前記油は鉱物油であることを特徴とする。
この発明においては、流出した鉱物油に関する性状が認識される。
本発明の請求項７に係る油の性状検知方法において、前記２方向のうちの一方向は、前記励起光の偏光方向に対応することを特徴とする。
この発明においては、照射された励起光、あるいはその偏光方向が変わる場合には変わった後の偏光方向が前記の２方向のうちの一方向とされる。
本発明の請求項８に係る油の性状検知方法は、前記励起光の波長を２５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内とすることを特徴とする。
この発明においては、励起光の波長が２５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内、すなわち、励起光が可視光よりも紫外光側の光とされる。
【００１２】
本発明の請求項９に係る油の性状検知装置は、励起光を水上の一領域に照射し、前記一領域内に存在する油が前記励起光を吸収してから発する蛍光を検出することによって、前記油の性状を検知する油の性状検知装置であって、前記励起光として、一方向に直線偏光した状態でパルス状に発振された前記励起光を発する光源と、前記油が前記励起光で照射された後で前記油が発した光である検出対象光において第１の方向に偏光した前記蛍光の成分である第１検出光の強度及びその時間経過を検出する第１光検出部と、前記検出対象光において前記第１の方向と垂直な第２の方向に偏光した前記蛍光の成分である第２検出光の強度及びその時間経過を検出する第２光検出部と、前記第１検出光と前記第２検出光の強度比としての蛍光偏光解消度の時間経過に基づいて前記油の粘度を検知する解析部と、を具備することを特徴とする。
この発明においては、油が発した蛍光における異なる２方向の偏光成分を検出する第１光検出部、第２光検出部が用いられ、これらの出力の比率（蛍光偏光解消度）の時間経過に基づいて、水上の一領域内に存在する油の粘度が検知される。
本発明の請求項１０に係る油の性状検知装置は、前記第１の方向、前記第２の方向の一方は前記励起光の偏光方向に対応することを特徴とする。
この発明においては、照射された励起光、あるいは励起光の弾性散乱光の偏光方向が励起光から変わる場合には弾性散乱光の偏光方向が前記の第１の方向、第２の方向のうちの一方向とされる。
【００１３】
本発明の請求項１１に係る油の性状検知装置は、前記励起光の波長を２５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内とすることを特徴とする。
この発明においては、励起光の波長が２５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内、すなわち、励起光が可視光よりも紫外光側の光とされる。
本発明の請求項１２に係る油の性状検知装置は、前記検出対象光を、前記第１検出光と前記第２検出光とに分岐して出力する偏光ビームスプリッタを具備することを特徴とする。
この発明においては、偏光ビームスプリッタによって、検出対象光から、第１検出光、第２検出光が分岐して取り出される。
本発明の請求項１３に係る油の性状検知装置は、前記偏光ビームスプリッタと前記第１光検出部との間、前記偏光ビームスプリッタと前記第２光検出部との間にそれぞれ設けられ、前記蛍光の波長の光を透過させ前記励起光の波長の光を透過させないフィルタを具備することを特徴とする。
この発明においては、検出対象光のうち、弾性散乱光（励起光の波長の光）を透過させず蛍光のみを透過させるフィルタ（ロングパスフィルタ）が用いられる。
【００１４】
本発明の請求項１４に係る油の性状検知装置は、特定の油種における前記粘度と前記蛍光偏光解消度の時間経過について予め取得されたデータを記憶した記憶部を具備し、前記解析部は、実測された前記蛍光偏光解消度の時間経過と前記データとを比較し、前記粘度を検知することを特徴とする。
この発明においては、特定の油種における粘度と前記蛍光偏光解消度の時間経過についてのデータが記憶部に記憶される。油の粘度は、このデータを参照して解析部によって推定される。
本発明の請求項１５に係る油の性状検知装置は、前記油の温度を非接触で計測する、又は前記一領域内における前記油の周囲の温度を計測する温度計を具備し、前記解析部は、検知された前記粘度と計測された前記温度に基づき、特定の基準温度における前記粘度を推定することを特徴とする。
この発明においては、油又はその周囲の温度が計測され、解析部は、推定された粘度と計測された温度により、基準温度における油の粘度を推定する。油の周囲の温度を計測するためには、非接触式だけでなく、接触式の温度計で温度を測定してもよい。
【００１５】
本発明の請求項１６に係る油の性状検知装置は、前記油の種類毎に予め得られた、前記第１検出光と前記第２検出光から算出された前記蛍光偏光解消度の時間経過のデータを記憶した記憶部を具備し、前記解析部は、実測された前記蛍光偏光解消度の時間経過と前記データとに基づいて前記油の種類を推定することを特徴とする。
この発明においては、解析部は、記憶部に記憶されたデータを用いて、油の種類を推定する。
本発明の請求項１７に係る油の性状検知装置は、前記油の温度を非接触で計測する、又は前記一領域内における前記油の周囲の温度を計測する温度計を具備し、前記解析部は、実測された前記蛍光偏光解消度の時間経過、前記データ、及び前記温度に基づいて前記種類を推定することを特徴とする。
この発明においては、油又はその周囲の温度を計測する温度計が用いられ、これによって測定された温度に関する情報も、油の種類の推定のために用いられる。油の温度を計測するためには非接触式のものが用いられるが、油の周囲の温度を計測するためには、非接触式だけでなく、接触式の温度計を用いてもよい。
本発明の請求項１８に係る油の性状検知装置は、前記第１光検出部及び前記第２光検出部として、ストリークカメラが用いられたことを特徴とする。
この発明においては、蛍光の撮像が可能なストリークカメラが第１光検出部、第２光検出部として用いられる。
本発明の請求項１９に係る油の性状検知装置は、前記第１検出部によって検出された前記第１検出光の強度及びその時間経過、及び前記第２光検出部によって検出された前記第２検出光の強度及びその時間経過、あるいは、前記第１検出部によって検出された前記第１検出光と前記第２光検出部によって検出された前記第２検出光から算出された前記蛍光偏光解消度の時間経過、を記憶する実測データ記憶部を具備することを特徴とする。
この発明においては、解析部の代わりに、第１検出光の強度及びその時間経過と第２検出光の強度及びその時間経過、あるいは前記の蛍光偏光解消度の時間経過、を記憶する実測データ記憶部が用いられる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の油の性状検知方法、油の性状検知装置は以上のように構成されているので、一領域内に存在する油を検知すると共にその性状（粘度や油の種類）を遠方から非接触で検知することができる。この際、蛍光における垂直な２方向の偏光成分の強度比（蛍光偏光解消度）の時間経過に基づいて、この性状が検知されるために、単純な装置構成で性状を検知することができる。
この際、粘度を検知する場合には、油の温度を測定することによって、現在において測定された粘度だけでなく、一般的により有用である、標準温度における粘度を算出することもできる。水上に浮遊する油においては、その油種が予め判明している場合が多いため、この場合には、この油種における上記の強度比の時間経過のデータ、あるいは更にその温度依存性を予め得ておき、これを用いることによって、特に解析を精密かつ容易に行うことができる。
油の種類を検知する場合においても、同様に、油種毎に上記の強度比の時間経過のデータ、あるいは更にその温度依存性を予め得ておき、これを用いることによって、特に解析を精密かつ容易に行うことができる。
この際、油の温度を遠隔地点から直接測定してもよいが、油の温度を直接測定する代わりにその周囲の温度を直接測定してこれを油の温度と推定することできる。この場合には、温度測定が特に容易である。
また、上記の２方向のうちの一つを励起光あるいは弾性散乱光の偏光方向と一致させること、励起光の波長を２５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内とすること、によって特に水上の油の蛍光を検出しやすくなるため、水上における検知の精度を特に高めることができる。
また、偏光ビームスプリッタやロングパスフィルタを用いて、第１光検出部が検出すべき光（第１検出光）、第２光検出部が検出すべき光（第２検出光）を検出対象光から容易に取り出すことができる。
また、第１光検出部、第２光検出部としてストリークカメラを用いた場合には、油の撮像（２次元形状の画像データの取得）も行うことができる。
油の性状検知装置が解析部や記憶部を具備する場合には、油の粘度や種類の解析を装置内で行うことができる。一方、解析部や記憶部の代わりに実測データ記憶部を具備する場合には、装置全体を小型・軽量とすることができるため、装置の形態が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る油の性状検知装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る油の性状検知装置において検出される蛍光の２方向の偏光成分の強度の時間経過を示す図である。
【図３】蛍光偏光解消度の短期的な時間経過の例を油の粘度毎に示す図である。
【図４】蛍光偏光解消度の短期的な時間経過の、より長期的な時間範囲における変動の一例について示す図である。
【図５】鉱物油における粘度の長期的な時間範囲内における変動を油種毎に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態となる油の性状検知装置（油の性状検知方法）について説明する。この油の性状検知装置（油検知装置）１は、油の存在が探索されるべき領域（一領域）中の油を検出する。この領域は、例えば水上（海上）の領域である。この場合、油の周囲の物質は水（海水）である。この油検知装置においても、特許文献１〜３に記載の技術と同様に、レーザー光を励起光として油から発せられた蛍光が検知される。また、特許文献３に記載の技術と同様に、蛍光の偏光に関する情報も利用される。しかしながら、蛍光の偏光に関する情報、特にその時間経過より、油の性状（粘度等）に関する情報を得ることができる。
【００１９】
図１は、この油検知装置１の構成を示す図である。この油検知装置１においては、レーザー電源部１１で駆動されるレーザー発振器（光源）１０によって発せられる単色のレーザー光（励起光）１００が、検知対象となる油（油層）Ｓあるいはその周囲の水に向かって発せられる。図１において、油Ｓは水の上に有あるために、油Ｓの周囲は水となっている。
【００２０】
レーザー発振器１０はＱスイッチ固体レーザーであり、レーザー光１００の発振タイミングは、レーザー電源部１１によるＱスイッチのタイミングで制御され、レーザー光１００は、パルス幅が１ｎｓ程度のパルスレーザー光である。その発振波長は、油Ｓの発する蛍光の励起光となりうる波長として適宜選択される。具体的には、油Ｓが発する可視光の蛍光の励起光としては、可視光よりも紫外光側とされた波長が選択される。この場合に発する油Ｓの発する蛍光を用いた場合、油Ｓの周囲の水の発する光との間のコントラストを高くすることができるため、油Ｓを検知する上では特に有効である。この点については、特許文献１等に記載の技術と同様である。こうしたレーザー光１００の波長としては、２５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内であることが特に好ましい。この場合の下限２５０ｎｍは、一般的なＹＡＧレーザーの３倍波(３５５ｎｍ)よりも波長の短い４倍波（２６６ｎｍ）を使用する場合もあるところ、余裕を持たせて設定しているものである。
【００２１】
また、ここで発せられるレーザー光１００は直線偏光されており、その偏光方向は縦方向であるものとする。
【００２２】
このレーザー光１００が油Ｓに照射され、油Ｓを構成する油分子がこのレーザー光１００を吸収し、その後でこの油分子は蛍光を発する。蛍光の波長は、レーザー光１００の波長よりも長くなる。集光光学系２０は、油Ｓが発する検出対象光２００を受光して充分な強度となるように集光する。集光光学系２０としては、レンズを用いた屈折光学系、鏡を用いた反射光学系等、後述するように検出される蛍光の偏光状態が維持されるようなものであれば、任意の構成のものを用いることができる。また、この油検知装置１と同時に例えば特許文献２に記載された技術における撮像装置を同時に用い、油Ｓにおける特定の箇所が発する蛍光を集光光学系２０によって取り出すこともできる。また、油Ｓからは、油分子が発する蛍光だけではなく、入射したレーザー光１００が油分子によって弾性散乱された弾性散乱光も発せられ、こうした弾性散乱光も検出対象光２００の中に蛍光と共に混在している。ただし、この弾性散乱光の波長はレーザー光１００の波長と等しい。このため、検出対象光２００には蛍光と弾性散乱光とが含まれ、これらの波長は異なる。
【００２３】
集光光学系２０によって強度の高められた検出対象光２００は、偏光ビームスプリッタ３０に入射する。偏光ビームスプリッタ３０は、特定の偏光方向の成分の光を透過させ、これと垂直な偏光方向の成分の光を垂直に反射させる。ここでは、レーザー光１００の偏光方向（縦方向）と対応した偏光方向（第１の方向）が後者となるように設定される。このため、検出対象光２００のうち、弾性散乱光は偏光ビームスプリッタ３０によって垂直方向に反射され、これと垂直な方向（第２の方向）の偏光をもつ光成分は偏光ビームスプリッタ３０を透過する。なお、弾性散乱光の偏光方向が、油Ｓから偏光ビームスプリッタ３０に至るまでに変わる場合には、弾性散乱光が偏光ビームスプリッタ３０で垂直に反射されるように、偏光ビームスプリッタ３０は設定される。以下では、便宜上、偏光ビームスプリッタ３０で反射された検出対象光２００の成分をＳ波成分２０１、偏光ビームスプリッタ３０を透過した検出対象光２００の成分をＰ波成分２０２とする。弾性散乱光の成分はＳ波成分２０１のみに含まれＰ波成分２０２には含まれないのに対し、後述するように、一般的には蛍光の成分はどちらにも含まれる。
【００２４】
Ｓ波成分２０１は、ハーフミラー３１で２分割される。分割されたうちの一方の成分（ハーフミラー３１を透過した成分）は、モニター用光検出部４１で検出される。分割されたうちの他方の成分（ハーフミラー３１で反射された成分）は、特定の波長よりも長い波長の光を透過させるロングパスフィルタ（フィルタ）３２を透過した第１検出光２０１Ａとなり第１光検出部４２で検出される。また、Ｐ波成分２０２も、前記と同様のロングパスフィルタ３２を透過した第２検出光２０２Ａとなりら第２光検出部４３で検出される。
【００２５】
モニター用光検出部４１、第１光検出部４２、第２光検出部４３としては、パルス光を高感度で受光してこれに応じたパルス出力をすることのできる光検出器として、例えば光電子増倍管が用いられる。また、前記の通り、油Ｓの発する蛍光の波長は、励起光となるレーザー光１００の波長（弾性散乱光の波長）よりも長くなるため、ロングパスフィルタ３２は、油の蛍光がこれを透過し弾性散乱光がこれを透過しないように設定される。
【００２６】
上記の構成により、モニター用光検出部４１によって検出対象光２００における弾性散乱光の強度をモニターすることができる。検出対象光２００における蛍光のうち、弾性散乱光あるいはレーザー光１００と同一の偏光方向をもつ成分である第１検出光２０１Ａの強度を、第１光検出部４２によってモニターすることができる。また、検出対象光２００における蛍光のうち、弾性散乱光あるいはレーザー光１００と垂直な偏光方向をもつ成分である第２検出光２０２Ａの強度を、第２光検出部４３によってモニターすることができる。なお、各光検出部で検出される光においては、各光検出部に至るまでの光路が異なるために、実際には、各検出部の検出出力に補正係数を掛けることによって、各々の光の強度が算出される。
【００２７】
モニター用光検出部４１の出力（Ｅ信号）、第１光検出部４２の出力（ＦＳ信号）、第２光検出部４３の出力（ＦＰ信号）は、それぞれプリアンプ（図示せず）を介してオシロスコープ５０で検出・表示することができる。この際、レーザー電源部１１の発したＱスイッチ信号（Ｑ−ＳＷ信号）、あるいはモニター用検出部４１の出力をトリガとして用いることができる。また、このようなレーザー発振器１０（レーザー電源部１１）、各光検出部、オシロスコープ５０の制御は、解析・制御部６０によって行われる。解析・制御部６０は、例えばパーソナルコンピュータ等で構成される。
【００２８】
ここで、蛍光は、油Ｓにパルス状のレーザー光１００が到着してから、油分子がこれを吸収した後に短い遅延時間の後に発せられる。この蛍光の寿命は、１〜１００ｎｓ程度であり、この時間内でパルス的に発せられる。このため、図１に示されるように、Ｅ信号、ＦＳ信号、ＦＰ信号は、いずれもレーザー光１００に応じたパルス信号として検出されるが、油Ｓが発した蛍光に対応する成分であるＦＳ信号、ＦＰ信号は、Ｅ信号から遅延する。また、Ｅ信号はレーザー光１００自身を直接反映し、ＦＳ信号、ＦＰ信号として、例えばこれらをＥ信号の最大値で規格化した値を用いれば、レーザー光１００の強度が安定しない場合でも、解析を行うことができる。
【００２９】
ここで、蛍光は油分子が発するが、一般的には、その偏光方向は吸収したレーザー光１００と等しい。この場合には、蛍光においてレーザー光１００と垂直な偏光方向をもつ成分は存在しないため、ＦＰ信号／ＦＳ信号の強度比は零となる。しかしながら、油分子が回転運動をし、かつ前記のように蛍光を発するまでの遅延時間が存在する場合には、油分子がレーザー光１００を吸収してから蛍光を発するまでの間に油分子の向きが変わるため、偏光方向は、その分だけ回転する。これにより、ＦＰ信号が発生する。
【００３０】
蛍光強度の時間変化に対して、ＦＳ信号の時間変化ＦＳ（ｔ）、ＦＰ信号の時間変化ＦＰ（ｔ）を、図２に模式的に示す。ここで、実線は蛍光の強度の絶対値の時間変化である。前記の通り、ＦＳ（ｔ）はＥ信号に対して遅延するが、上記の理由により、ＦＰ（ｔ）はＦＳ（ｔ）から更に遅延する。ＦＰ（ｔ）が大きくなることは、蛍光が発せられるまでの遅延時間の間に油分子が回転しやすいことを意味する。
【００３１】
ここで、ＦＰ（ｔ）／ＦＳ（ｔ）を蛍光偏光解消度Ｄとして定義することができる。Ｄが恒等的に０である場合は、油分子の回転運動が全くない場合に対応する。図２の特性より、ＦＰ（ｔ）はＦＳ（ｔ）から遅延して立ち上がるため、Ｄの時間変化は、図３に模式的に示されるとおりとなる。ここで、ＦＰ（ｔ）の絶対値は、回転する油分子の割合が大きな場合に大きくなるため、Ｄの絶対値も、回転する油分子の割合が大きな場合に大きくなる。すなわち、油Ｓにおいて、油分子が回転しやすい場合には、Ｄは大きくなる。また、油分子が回転しやすい場合には、蛍光を発するまでの遅延時間の間に油分子が回転する回転角度が大きくなる。このため、Ｄの立ち上がりも速くなる。
【００３２】
このため、蛍光偏光解消度Ｄの時間変化を模式的に示すと、図３のようになる。パターンＡからパターンＣに向かうに従って、油分子が回転しにくくなっている。油分子が回転しにくいことは、油Ｓの粘度が高いことを意味する。このため、解析・制御部（解析部）６０は、上記の強度比（蛍光偏光解消度Ｄ）の時間変化から、油Ｓの粘度を推定することができる。
【００３３】
なお、蛍光偏光解消度Ｄ（ＦＰ（ｔ）／ＦＳ（ｔ））の代わりに、検出された蛍光における偏光した成分の度合いを示す蛍光異方性（≡（Ｆｓ（ｔ）−Ｆｐ（ｔ））／（Ｆｓ（ｔ）＋Ｆｐ（ｔ））を用いても、蛍光異方性と蛍光偏光解消度Ｄとは１対１に対応するため、同様の解析が可能である。すなわち、この解析を行うにあたり、蛍光異方性を用いてもよい。
【００３４】
ここで、粘度は、例えば、（１）油分子の分子量が大きい、（２）油分子の温度が低い、ことによって高くなる。ここで推定されるのは現在の温度における粘度であるが、実際に有用なデータとなる粘度は、ある定められた温度（基準温度）における粘度である。ここでは、現在の油Ｓの温度を知るために、油Ｓの温度を非接触で測定する温度計８０が用いられる。温度計８０は、例えば赤外センサを用いた放射温度計であり、油Ｓから離れた箇所から油Ｓの温度を非接触で測定する。あるいは、油Ｓの温度は水温と同等と推定することができるため、通常の接触式の温度計を温度計８０として用い、これによって水温を油Ｓから離間した箇所で測定してもよい。解析・制御部（解析部）６０は、この測定された温度と上記のように推定された粘度を基にして、この油Ｓの基準温度における粘度を推定することができる。この際、記憶部７０は、この推定（換算）に用いられる各種のデータを記憶し、解析・制御部（解析部）６０は、このデータを用いて上記の換算を行うことができる。
【００３５】
また、図３においては、レーザー光１００における１回のパルス出力直後のＤの短いタイムスケール（数十ｎｓ程度）における時間変化が示されている。これに対して、この場合におけるＤの最大値を、より長いタイムスケール（例えば日単位）で調べることにより、油Ｓに関する様々な情報を推定することができる。
【００３６】
例えば、ＮＩＴＥ（独立行政法人製品評価技術基盤機構）のＨＰ（石油の風化：平成２７年５月１５日に検索）ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：ｗｗｗ．ｎｉｔｅ．ｇｏ．ｊｐ／ｎｂｒｃ／ｉｎｄｕｓｔｒｙ／ｂｉｏｒｅｍｅ２００９／ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ／ａｃｃｉｄｅｎｔ／ａｃｃｉｄｅｎｔ＿１．ｈｔｍｌ（インターネット）に記載されるように、船舶から海上に流出した石油には、経時変化（風化）が生ずる。風化としては、具体的には、拡散、蒸発、溶解、分散、エマルジョン化等の現象がある。ここで、拡散、溶解、分散は、水上の油Ｓの広がり（２次元形状）に反映されるため、これらに関する情報は、例えば特許文献２等に記載の技術を用いることによって油Ｓの広がり（２次元形状）を計測することによって得ることができる。一方、前記ＨＰに記載されるように、油Ｓにおいて揮発成分が蒸発した場合には、揮発性の低い重い成分が残留するため、粘性が高くなる。また、水との間でエマルジョン化が発生した場合には、水を介した油分子同士の結合が高まるために、やはり油Ｓの粘性が高まる。このため、Ｄにおける図３の特性は、長期的には、時間経過（日毎の経過）に従って、図４に示されるように変化する。
【００３７】
また、前記ＨＰに記載されるように、揮発成分の蒸発は油の流出直後から発生してその後に終息するのに対し、エマルジョン化は、流出からある程度の期間が経過してから発生する。このため、特に懸念される流出事故の対象となる原油、重油、軽油が流出した場合における粘性の長期的な時間経過は、模式的には図５に示される通りとなる。原油は、重油と軽油の中間的な特性を示すが、揮発成分が特に多く、かつエマルジョン化しやすいため、図５に示されるように、特に粘性の変化が激しい。
【００３８】
このため、油の種類毎に図５の特性について予め取得されたデータを記憶部７０が記憶しておけば、解析・制御部（解析部）６０は、記憶部７０を参照してこのデータと推定された粘度の時間経過の実測値とを比較し、油Ｓの種類を推定することができる。この際、図３〜図５の特性を温度毎に測定したデータを記憶部７０に記憶させれば、温度計８０によって計測された温度を用いて、この推定の精度を更に高めることができる。
【００３９】
このように、解析・制御部６０は、各光検出部の出力における短いタイムスケールでの時間変化から油Ｓの粘度を推定し、長いタイムスケールでのこの粘度の時間変化から、油Ｓのより詳細な性状や種類を推定することができる。
【００４０】
上記の検出対象である油Ｓは、水上に浮遊する限りにおいて、任意のものを対象とすることができるが、図５に示されるような、海上への漏洩事故が特に多い石油（原油）に代表される鉱物油に関するデータを記憶部７０に記憶させることが特に好ましい。これによって、こうした事故に対する対応が特に容易となる。こうした場合には、油Ｓの種類は予め判明している場合が多く、その粘度が不明（不定）である場合が多い。これに対し、特定の油種毎に図３、図５、あるいは更に図４に対応するデータを予め取得し、これを記憶部７０に記憶させれば、解析・制御部６０は、このデータと実測データとを比較して、油Ｓの粘度やその状態をより精密に推定することができる。この場合には、記憶部７０が記憶するデータ量も節約できるため、解析が容易であり、かつ装置の構成を単純化することができる。
【００４１】
なお、実際には、油Ｓの温度あるいは水温は、気象等に応じて推定することができ、この場合においては、温度計８０は不要である。また、例えば、オシロスコープ５０の出力を記憶し、油検知装置を外部に取り出してから上記の解析を行うこともできる。この場合には、解析・制御部８０（解析を行う解析部）や記憶部７０も不要である。こうした場合には、これらの代わりに、オシロスコープ５０の出力（第１光検出部４２、第２光検出部４３の実測された出力）を記憶する実測データ記憶部を設けることによって、解析を容易に行うことができる。この場合には、油検知装置自身を小型・軽量とすることができるため、特にこれを携帯型とすることもできる。こうした構成は、油検知装置を小型の船舶に搭載する上で特に有効である。
【００４２】
また、上記の例では、第１光検出部４２で検出されるのはレーザー光（励起光）１００の偏光方向に対応する第１の方向に偏光された蛍光であり、第２光検出部４３で検出されるのはこれと垂直な方向に偏光された蛍光であった。しかしながら、第１の方向が上記の偏光方向と厳密に等しくない場合でも、同様の解析が行えることは明らかである。ただし、上記のように第１の方向を上記の偏光方向と等しくすることにより、特に蛍光偏光解消度Ｄの変化が顕著になるため、上記の構成が特に好ましい。
【００４３】
また、上記の例では、第１検出光２０１Ａ、第２検出光２０２Ａを検出するために、集光光学系２０と、第１光検出部４２、第２光検出部４３（共に光電子増倍管）等が用いられた。これらの代わりに、高感度かつ高時間分解能で微弱光の撮像をすることが可能なストリークカメラを用いることもできる。この場合には、レーザー光１００を走査し、油Ｓの２次元形状を撮像することも可能である。
【００４４】
また、上記の例では、油Ｓが水上（海上）に浮遊しているものとした。しかしながら、油がその周囲の物質と平面視において分離されて存在している限りにおいて、油が発する蛍光を検出することによって油をその周囲の物質から識別することができる。その上で、上記の構成により、油の性状を検知することができる。すなわち、上記の油の性状検知方法、油の性状検知装置は、水上の油だけでなく、地表に流出した油、あるいは装置（例えば油タンク）内に存在する油の性状を調べるためにも有効である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
上記の油の性状検知方法、油の性状検知装置は、船舶の運航管理や海上の環境管理において特に有効である。ただし、船舶に限らず、航空機や気球等にこの油の性状検知装置を搭載し、海上に限らず、河川や湖沼等の環境管理においてもこれらを用いることができる。また、油を用いる装置の管理においても有効である。
【符号の説明】
【００４６】
１  油検知装置（油の性状検知装置）
１０  レーザー発振器（光源）
１１  レーザー電源部
２０  集光光学系
３０  偏光ビームスプリッタ
３１  ハーフミラー
３２  ロングパスフィルタ（フィルタ）
４１  モニター用光検出部
４２  第１光検出部
４３  第２光検出部
５０  オシロスコープ
６０  解析・制御部（解析部）
７０  記憶部
８０  温度計
１００  レーザー光（励起光）
２００  検出対象光
２０１  Ｓ波成分
２０１Ａ  第１検出光
２０２  Ｐ波成分
２０２Ａ  第２検出光
Ｓ  油
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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