(57)【要約】  物質特定システム（１００）は、レーザ光を照射する第１レーザ部（１６０）と、第１レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる散乱光を受ける光検知器（１６８）と、を含む第１計測ユニット（１１０）と、第１レーザ部と異なるレーザ光を照射する第２レーザ部（１７０）と、第２レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる光を受け、光のスペクトルを導出するＩＣＣＤ（１７６）と、を含む第２計測ユニット（１２０）と、第１計測ユニットを通じて、第１計測ユニットの計測範囲である第１計測範囲から、物質が存在する、第１計測範囲より狭い第２計測範囲を抽出し、その後、第２計測ユニットを通じて第２計測範囲に含まれる物質を特定する物質特定装置（１３０）と、を備える。
2015037643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射する第１レーザ部と、前記第１レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる散乱光を受ける第１受光部と、を含む第１計測ユニットと、
前記第１レーザ部と異なるレーザ光を照射する第２レーザ部と、前記第２レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じるプラズマ光を受け、前記プラズマ光のスペクトルを導出する第２受光部と、を含む第２計測ユニットと、
前記第１計測ユニットを通じて、前記第１計測ユニットの計測範囲である第１計測範囲から、物質が存在する、前記第１計測範囲より狭い第２計測範囲を抽出し、前記第２計測ユニットを通じて前記第２計測範囲に含まれる物質を特定する物質特定装置と、
を備える物質特定システム。
【請求項２】
前記第１レーザ部が照射したレーザ光の出力パルス幅は、前記第２レーザ部が照射したレーザ光の出力パルス幅よりも長い請求項１に記載の物質特定システム。
【請求項３】
前記第１レーザ部が照射したレーザ光の出力エネルギーは、前記第２レーザ部が照射したレーザ光の出力エネルギーよりも低い請求項１に記載の物質特定システム。
【請求項４】
レーザ光を照射する第１レーザ部と、前記第１レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる光を受ける第１受光部と、を含む第１計測ユニットと、
前記第１レーザ部より出力エネルギーが高いレーザ光を照射する第２レーザ部と、前記第２レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる光を受ける第２受光部と、を含む第２計測ユニットと、
前記第１計測ユニットを通じて、前記第１計測ユニットの計測範囲である第１計測範囲から、物質が存在する、前記第１計測範囲より狭い第２計測範囲を抽出し、前記第２計測ユニットを通じて前記第２計測範囲に含まれる物質を特定する物質特定装置と、
を備える物質特定システム。
【請求項５】
レーザ光を照射する第１レーザ部と、前記第１レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる光を受ける第１受光部と、を含む第１計測ユニットと、
前記第１レーザ部より出力パルス幅の短いレーザ光を照射する第２レーザ部と、前記第２レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる光を受ける第２受光部と、を含む第２計測ユニットと、
前記第１計測ユニットを通じて、前記第１計測ユニットの計測範囲である第１計測範囲から、物質が存在する、前記第１計測範囲より狭い第２計測範囲を抽出し、前記第２計測ユニットを通じて前記第２計測範囲に含まれる物質を特定する物質特定装置と、
を備える物質特定システム。
【請求項６】
前記第１レーザ部が照射したレーザ光および前記第２レーザ部が照射したレーザ光が外部に出力されるまでに、両レーザ光が同一の導光路を経由する請求項１から５のいずれか１項に記載の物質特定システム。
【請求項７】
レーザ光を照射する第１レーザ部と前記第１レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる光を受ける第１受光部とを含む第１計測ユニットと、前記第１レーザ部と異なるレーザ光を照射する第２レーザ部と前記第２レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる光を受ける第２受光部とを含む第２計測ユニットと、を用いて物質を特定する物質特定方法であって、
前記第１計測ユニットを通じて、前記第１計測ユニットの計測対象である第１計測範囲から、物質が存在する、前記第１計測範囲より狭い第２計測範囲を抽出し、
前記第２計測ユニットを通じて前記第２計測範囲に含まれる物質を特定する物質特定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の物質を特定する物質特定システムおよび物質特定方法に関する。
本願は、２０１３年９月１０日に日本に出願された特願２０１３−１８６９３８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
エアロゾル状の放射性物質が空間に漏洩したり、拡散した場合、広範囲に亘り甚大な影響を及ぼすおそれがある。また、放射性物質に限らず、災害時においてエアロゾル状もしくはガス状の有害物質が大気中に拡散する場合がある。したがって、エアロゾル状もしくはガス状の飛散物質（放射性物質や有害物質等）が任意の空間や大気中に存在するか否かの監視が重要な技術的課題となっている。特に、飛散物質の迅速な発見、拡散予測、飛散物質への対応、および、人の避難等の観点から、遠隔から飛散物質の存在を把握する技術が要求されている。【０００３】
そこで、遠隔から飛散物質を特定する技術が検討されている。例えば、特許文献１においては、窒素ガスと対象ガスのラマン散乱光強度の強度比に基づいて遠隔の対象ガスの濃度を計測する。特許文献２においては、物体に一定波長のレーザ光を照射し、その散乱光からラマンスペクトル等を得て分析し、物体が爆発物等の危険物質を含有するか否か決定する。特許文献３においては、微量の標的物質をレーザ光で照射し、反射されたレーザ光とラマンリターン信号とに基づいて飛散物質を特定する。【０００４】
また、エアロゾルにレーザ光を照射し、その光励起によって生じる光の斑点の個数と輝度に基づいて特定の物質を区別する技術も開示されている（例えば、特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特許第５１５９７９９号公報
【特許文献２】日本国特表２０１２−５１３０２７号公報
【特許文献３】日本国特開２０１２−４２４７１号公報
【特許文献４】日本国特許第５０４６０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した技術では、飛散物質の種類や状態に応じた物質特定システムが用いられている。すなわち、予め飛散物質の種類や状態を仮定しなければ物質特定システムを選択することができなかった。したがって、災害現場等、飛散物質の種類や状態が予測不能な状況下においては適切に物質特定システムを選択できない可能性がある。【０００７】
そこで、各種飛散物質を特定可能なレーザ誘起ブレークダウン分光（ＬＩＢＳ：Laser-Induced Breakdown Spectroscopy）を用いた物質特定システムが検討されている。このような物質特定システムは、特定対象にパルスのレーザ光を照射し、このレーザ光によりプラズマ化されて高いエネルギー状態に励起された分解物が元のエネルギー状態に戻る際に放射される、物質固有の波長の光（以下、プラズマ光という）を測定して、その試料を構成する物質を特定する。【０００８】
レーザ誘起ブレークダウン分光を用いた物質特定システムにおいては、特定対象である飛散物質との距離が長い場合、高出力のレーザ装置が必要となる。また、飛散物質との距離や特定精度を高く維持するためには、特殊な波長やパルス幅等、特定の特性を有するレーザ装置が必要となり、物質特定システムが大規模になり、初期費用やその運用に多大なコストを要してしまう。これを補うべく、低出力のレーザ光で同一の測定範囲を繰り返し計測し、計測結果を積算し必要なＳ／Ｎ比を確保することも考えられる。しかしながら、この場合、計測時間が長時間化してしまい（例えば、Ｓ／Ｎ比を２倍増加させるために積算回数を４倍にする必要があり、これに伴って計測時間も４倍になる）、流動や拡散を伴う空間の広域計測に対し実用的な応答が得られない可能性がある。【０００９】
本発明は、このような課題に鑑み、レーザ誘起ブレークダウン分光による特定精度を維持しつつ、計測処理の効率化および計測時間の短縮化が可能な物質特定システムおよび物質特定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一の態様に係る物質特定システムは、レーザ光を照射する第１レーザ部と、第１レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる散乱光を受ける第１受光部と、を含む第１計測ユニットと、第１レーザ部と異なるレーザ光を照射する第２レーザ部と、第２レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じるプラズマ光を受け、プラズマ光のスペクトルを導出する第２受光部と、を含む第２計測ユニットと、第１計測ユニットを通じて、第１計測ユニットの計測範囲である第１計測範囲から、物質が存在する、第１計測範囲より狭い第２計測範囲を抽出し、その後、第２計測ユニットを通じて第２計測範囲に含まれる物質を特定する物質特定装置と、を備える。【００１１】
本発明の第二の態様に係る物質特定システムは、レーザ光を照射する第１レーザ部と、第１レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる光を受ける第１受光部と、を含む第１計測ユニットと、第１レーザ部より出力エネルギーが高い第２レーザ部と、第２レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる光を受ける第２受光部と、を含む第２計測ユニットと、第１計測ユニットを通じて、第１計測ユニットの計測範囲である第１計測範囲から、物質が存在する、第１計測範囲より狭い第２計測範囲を抽出し、その後、第２計測ユニットを通じて第２計測範囲に含まれる物質を特定する物質特定装置と、を備える。【００１２】
本発明の第三の態様に係る物質特定システムは、レーザ光を照射する第１レーザ部と、第１レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる光を受ける第１受光部と、を含む第１計測ユニットと、第１レーザ部より出力パルス幅の短い第２レーザ部と、第２レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる光を受ける第２受光部と、を含む第２計測ユニットと、第１計測ユニットを通じて、第１計測ユニットの計測範囲である第１計測範囲から、物質が存在する、第１計測範囲より狭い第２計測範囲を抽出し、その後、第２計測ユニットを通じて第２計測範囲に含まれる物質を特定する物質特定装置と、を備える。【００１３】
本発明の第四の態様に係る物質特定システムは、上記第一ないし第三の態様に係る物質特定システムにおいて、第１レーザ部が照射したレーザ光および第２レーザ部が照射したレーザ光が外部に出力されるまでに、両レーザ光が同一の導光路を経由する。【００１４】
本発明の第五の態様に係る物質特定方法は、レーザ光を照射する第１レーザ部と第１レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる光を受ける第１受光部とを含む第１計測ユニットと、第１レーザ部と異なるレーザ光を照射する第２レーザ部と第２レーザ部が照射したレーザ光に応じて生じる光を受ける第２受光部とを含む第２計測ユニットと、を用いて物質を特定する物質特定方法であって、第１計測ユニットを通じて、第１計測ユニットの計測対象である第１計測範囲から、物質が存在する、第１計測範囲より狭い第２計測範囲を抽出し、第２計測ユニットを通じて第２計測範囲に含まれる物質を特定する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザ誘起ブレークダウン分光による特定精度を維持しつつ、計測処理の効率化および計測時間の短縮化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】物質特定システムの概略的な構成を示した構成図である。
【図２】第１レーザ部と第２レーザ部とを比較するための説明図である。
【図３】導光部の概略的な構成を示した構成図である。
【図４】集光部の概略的な構成を示した構成図である。
【図５】物質特定装置の概略的な構成を述べた機能ブロック図である。
【図６】物質特定方法の処理の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１８】
（物質特定システム１００）
図１は、物質特定システム１００の概略的な構成を示した構成図である。物質特定システム１００は、第１計測ユニット１１０と、第２計測ユニット１２０と、物質特定装置１３０と、空調装置１４０と、移動ユニット１５０とを含んで構成され、レーザ光を用いて気体中の物質（飛散物質）を特定する。ここで、特定対象となる物質は、放射性物質や有害物質等を含む有機化合物であり、その形状や状態は特に問わない。すなわち、特定対象となる物質は、固体、液体、気体のいずれであってもよく、エアロゾル状やガス状等でもよい。
【００１９】
物質特定システム１００では、災害現場等、飛散物質の種類や状態が予測不能な状況下においても、飛散物質の種類を問わず、飛散物質の特定精度を向上するため、レーザ誘起ブレークダウン分光を用いた物質特定処理を行う。しかし、物質特定システム１００から飛散物質までの距離や、飛散物質の特定精度の維持を考慮すると、高出力のレーザ誘起ブレークダウン分光が必要となり、初期費用やその運用に多大なコストを要する。ここで、相対的に低出力のレーザ光を用い、同一の範囲に対し繰り返し計測し、計測結果を積算して必要なＳ／Ｎ比を確保することが考えられる。しかしながら、全ての計測範囲の計測に低出力のレーザ光を用いると、計測時間が長時間（例えば、数分×１０００点）に亘ってしまう。例えば、Ｓ／Ｎ比を２倍増加させるためには積算回数を４倍にする必要があり、これに伴って計測時間も４倍になり、実用的ではない。
【００２０】
本実施形態では、レーザ光を用いた計測ユニットを第１計測ユニット１１０と第２計測ユニット１２０との２段階に分ける。第１計測ユニット１１０は、物質の有無を検出できるレーザ光を用い広い範囲（以下、第１計測範囲という）の計測を短時間に行う。具体的には、第１計測ユニット１１０は、第１計測範囲から物質が存在する狭い範囲（以下、第２計測範囲という）を抽出する。第２計測ユニット１２０は、レーザ誘起ブレークダウン分光を用い、第２計測範囲のみをピンポイントに計測する。本実施形態では、この結果、計測時間の長時間化を回避することができる。第１計測ユニット１１０と第２計測ユニット１２０の詳細は後述する。
【００２１】
物質特定装置１３０は、第１計測ユニット１１０および第２計測ユニット１２０からそれぞれ計測結果を受信し、第１計測範囲から物質が存在する第２計測範囲を抽出したり、第２計測範囲に存在する物質を特定したりする。物質特定装置１３０の詳細は後述する。
【００２２】
空調装置１４０は、物質特定システム１００においてレーザ部（後述する第１レーザ部１６０と第２レーザ部１７０）を収容するほぼ密閉された空間の温度および圧力を調整する。移動ユニット１５０は、一体的に構成された物質特定システム１００自体を移動させるために設けられる。したがって、本実施形態の物質特定システム１００は、様々な場所で飛散物質の特定処理を実現できる。
【００２３】
以下、第１計測ユニット１１０、第２計測ユニット１２０、物質特定装置１３０の順にその動作を詳述する。
【００２４】
（第１計測ユニット１１０と第２計測ユニット１２０）
第１計測ユニット１１０は、図１中に一点鎖線で示すように、第１レーザ部１６０と、導光部１６２と、走査部１６４と、集光部１６６と、光検知器（第１受光部）１６８とを含んで構成される。
【００２５】
第１レーザ部１６０は、例えば赤外レーザ装置で構成され、ナノオーダーのレーザ光を照射する。導光部１６２は、第１レーザ部１６０が照射したレーザ光を走査部１６４に導光する。走査部１６４は、導光部１６２から受光したレーザ光を外部に出力し、外部から受光した散乱光を集光部１６６に導光する反射鏡１６４ａと、反射鏡１６４ａの反射角を調整する駆動部１６４ｂとを含んで構成される。この構成により、走査部１６４は第１計測範囲内を走査することができる。集光部１６６は、走査部１６４に導光された外部からの散乱光を集光する。光検知器１６８は、集光部１６６で集光された散乱光を検知する。
【００２６】
第２計測ユニット１２０は、図１中に二点鎖線で示すように、第２レーザ部１７０と、導光部１６２と、走査部１６４と、集光部１６６と、光ファイバ１７２と、分光器１７４と、ＩＣＣＤ（Intensified Charge Coupled Device）１７６とを含んで構成される。このうち、導光部１６２と、走査部１６４と、集光部１６６との機能は、その対象が第２レーザ部１７０のレーザ光であることを除き第１計測ユニット１１０で説明した機能と実質的に等しい。
【００２７】
第２レーザ部１７０は、フェムト秒レーザ装置で構成され、フェムトオーダーのレーザ光を発する。光ファイバ１７２は、集光部１６６が集光したプラズマ光を分光器１７４に導光する。分光器１７４は、光ファイバ１７２から受光したプラズマ光を波長毎に分散させる。ＩＣＣＤ１７６は、分光器１７４が分散したプラズマ光に基づいて波長に対するプラズマ光の強度（スペクトル）を導出する。また、分光器１７４とＩＣＣＤ１７６とは第２受光部として機能する。
【００２８】
以下では、第１計測ユニット１１０と第２計測ユニット１２０との比較を行い、両者の適正について説明し、その後、導光部１６２と集光部１６６の構成を詳述する。
【００２９】
（第１計測ユニット１１０と第２計測ユニット１２０との比較）
図２は、第１レーザ部１６０と第２レーザ部１７０とを比較するための説明図である。上述したように、本実施形態では、第１計測ユニット１１０におけるレーザ光の発光源（第１レーザ部１６０）としてＩＲレーザ装置を用い、第２計測ユニット１２０におけるレーザ光の発光源（第２レーザ部１７０）としてフェムト秒レーザ装置を用いている。ただし、第１計測ユニット１１０におけるレーザ光の発光源は、遠方まで測定可能なレーザ装置であれば足り、例えば、可視光のレーザ装置でも代用できる。また、第２計測ユニット１２０におけるレーザ光の発光源は、フェムト秒レーザ装置以外のピコ秒レーザ装置やナノ秒レーザ装置を用いることもでき、レーザ光の波長も任意に選択できる。
【００３０】
図２を参照すると、第１計測ユニット１１０では、５ｎｓｅｃ〜１５０ｎｓｅｃの相対的に長い出力パルス幅のレーザ光を照射し、ミー散乱による単純な散乱光を計測する。また、第１計測ユニット１１０では、パルスあたり５ｍＪ〜１００ｍＪといったように相対的に低い出力エネルギーのレーザ光が利用されているが、散乱光の受信の用途だけであれば、このような低出力のレーザ光で十分足りる。散乱光の計測では、レーザ光の照射から散乱光の受信まで時間を要さないので、対象とする範囲の計測時間を短縮可能である。また、散乱光の計測では、第１計測範囲における位置や物質特定システム１００からの距離を容易に測定できる。こうして、第１計測ユニット１１０において、広い第１計測範囲から、物質が存在する狭い第２計測範囲を容易に抽出することが可能となる。また、第１計測ユニット１１０は、散乱光の強度を測定できれば足りるので、第２計測ユニット１２０のように分光器１７４やＩＣＣＤ１７６を要さない。
【００３１】
一方、第２計測ユニット１２０では、３０ｆｓｅｃ〜１００ｐｓｅｃの相対的に短い出力パルス幅のレーザ光を照射し、レーザ誘起ブレークダウン分光を用いてプラズマ光のスペクトルを導出する。そのため、第２計測ユニット１２０は、１００ｍＪ〜２Ｊといった相対的に高い出力エネルギーで運用される。また、レーザ誘起ブレークダウン分光を用いた物質特定処理では、飛散粒子にレーザ光を当て、プラズマが安定的な熱平衡に達した状態でプラズマ光のスペクトルを取得するため、レーザ光の照射からプラズマ光の受信まで時間を要す。しかし、第２計測ユニット１２０は、第１計測ユニット１１０で物質が存在すると判定された第２計測範囲のみを計測するため、すなわち、計測対象となる範囲が狭いため、総合的な計測時間を短縮することができる。なお、第２計測範囲といった狭い範囲を計測すれば足りるので、出力エネルギーが相対的に低いレーザ部によって同一の範囲に対し繰り返し計測を行い、計測結果を重畳することで、出力エネルギーが高いレーザ部と同等のＳ／Ｎ比を維持することもできる。
【００３２】
このように第１計測ユニット１１０による第２計測範囲の抽出と、第２計測ユニット１２０による物質特定との２段階に分割することで、特定精度を維持しつつ、計測処理の効率化および計測時間の短縮化が可能となる。２段階のレーザ光による物質特定処理を実現すべく、第１レーザ部１６０と第２レーザ部１７０は、以下の特徴を有する。
【００３３】
上述したように、第１レーザ部１６０から照射されるレーザ光は、飛散物質の散乱光を得られる光強度を有すればよいので、５ｍＪ〜１００ｍＪといったように相対的に低い出力エネルギーであれば足りる。これに対し、第２レーザ部１７０から照射されるレーザ光は、飛散物質をプラズマ化するため、１００ｍＪ〜２Ｊといった相対的に高い出力エネルギーが必要となる。
【００３４】
また、上述したように、第１レーザ部１６０は、飛散物質の散乱光を得るために用いられるので、５ｎｓｅｃ〜１５０ｎｓｅｃの相対的に長い出力パルス幅のレーザ光を出力できれば足りる。これに対し、第２レーザ部１７０は、レーザ誘起ブレークダウン分光を実現すべく、３０ｆｓｅｃ〜１００ｐｓｅｃの相対的に短い出力パルス幅のレーザ光を出力しなければならない。
【００３５】
（導光部１６２）
図３は、導光部１６２の概略的な構成を示した構成図である。第１レーザ部１６０で照射されたレーザ光は、第１ミラー１６２ａを透過し、導光路に対して４５度傾けられた共通ミラー１６２ｂで反射されて走査部１６４に導光される。また、第２レーザ部１７０で照射されたレーザ光は、拡大光学系１６２ｃを経由し、導光路に対して４５度傾けられた第２ミラー１６２ｄで反射され、導光路に対して４５度傾けられた第１ミラー１６２ａで反射され、さらに、第１レーザ部１６０のレーザ光同様、導光路に対して４５度傾けられた共通ミラー１６２ｂで反射されて走査部１６４に導光される。
【００３６】
このように、第１ミラー１６２ａにおいて、第１レーザ部１６０のレーザ光を透過させ、かつ、第２レーザ部１７０のレーザ光を反射させることで、両レーザ部１６０、１７０のレーザ光の導光路を共通化できる。こうして、走査部１６４における第１レーザ部１６０のレーザ光が照射する方向と、第２レーザ部１７０のレーザ光が照射する方向（座標）が一致するので、第２測定範囲を抽出した後、第２測定範囲に存在する物質を特定するためレーザ光の発光源を第１レーザ部１６０から第２レーザ部１７０に切り替えたとしても、その光軸がずれることがない。また、レーザ部の切替に応じて機械的な光軸の変更や補正を伴わないので、切替時間を短縮することができる。
【００３７】
（集光部１６６）
図４は、集光部１６６の概略的な構成を示した構成図である。レーザ光の照射により外部から走査部１６４に入射した光は、集光機構（望遠鏡）１６６ａ内で凹ミラーと凸ミラーを通じて集光され、ダイクロイックミラー１６６ｂに導光される。ダイクロイックミラー１６６ｂは、特定の波長の光、ここでは第１レーザ部１６０が照射したレーザ光に応じて生じる散乱光（赤外線）を反射し、その他の波長の光（ここではプラズマ光）を透過する。したがって、第１レーザ部１６０がレーザ光を照射している間、そのレーザ光に応じて生じる散乱光を光検知器１６８に導光し、第２レーザ部１７０がレーザ光を照射している間、そのレーザ光に応じて生じるプラズマ光を導光部１６６ｃに導光する。導光部１６６ｃに導光されたプラズマ光は光ファイバ１７２を通じて分光器１７４に導光される。
【００３８】
このように、走査部１６４に入射した光を同一の集光機構１６６ａを通じて集光することで、第１計測ユニット１１０と第２計測ユニット１２０とで受光系の共通化を図ることができ、コストおよび占有体積を削減することが可能となる。ただし、第１計測ユニット１１０と第２計測ユニット１２０とがそれぞれ別体に集光機構１６６ａを備えるとしてもよい。
【００３９】
（物質特定装置１３０）
図５は、物質特定装置１３０の概略的な構成を述べた機能ブロック図である。物質特定装置１３０は、保持部１８０と、操作部１８２と、表示部１８４と、中央制御部１８６とを含んで構成される。保持部１８０は、ＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、物理スペクトルから物質を特定する場合に必要な情報を保持する。操作部１８２は、操作キー、十字キー、ジョイスティック、表示部１８４の表示面に重畳されたタッチパネル、リモートコントローラ等で構成され、ユーザによる物質特定装置１３０への操作入力を受け付ける。表示部１８４は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ(Electro Luminescence)ディスプレイ等で構成され、操作部１８２を通じて入力された操作結果、特定処理の途中結果（例えば導出されたスペクトル）、特定された物質等を表示する。
【００４０】
中央制御部１８６は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、物質特定装置１３０全体を管理および制御する。また、中央制御部１８６は、範囲抽出部１９０、スペクトル取得部１９２、物質特定部１９４として機能する。
【００４１】
図６は、物質特定方法の処理の流れを示したフローチャートである。以下、中央制御部１８６の各機能部の動作をフローチャートに従って説明する。
【００４２】
まず、第２計測範囲の抽出処理が行われる。範囲抽出部１９０は、走査部１６４の駆動部１６４ｂを駆動し、レーザ光の照射位置を第１計測範囲内の任意の位置に移動する（Ｓ２００）。また、照射位置の移動（走査）と並行して、第１計測ユニット１１０を用い、すなわち、第１レーザ部１６０にレーザ光を照射させ、光検知器１６８にて第１レーザ部１６０からのレーザ光に応じて生じる散乱光を検知し、光検知器１６８の検知結果に基づいて散乱光の光強度を計測する（Ｓ２０２）。
【００４３】
そして、光検知器１６８が検知した散乱光の光強度が所定の閾値以上であるか否か判定される（Ｓ２０４）。散乱光の光強度が所定の閾値以上であれば（Ｓ２０４におけるＹＥＳ）、その範囲（駆動部１６４ｂの角度）を第２計測範囲とし、散乱光の光強度と対応付けて保持する（Ｓ２０６）。また、散乱光の光強度が所定の閾値未満であれば（Ｓ２０４におけるＮＯ）、ステップＳ２０８に処理を移行する。
【００４４】
続いて、範囲抽出部１９０は、第１計測範囲を全て走査したか否か判定する（Ｓ２０８）。全て走査していなければ（Ｓ２０８におけるＮＯ）、レーザ光の照射位置を第１計測範囲の予め定められた走査方向に移動し（Ｓ２１０）、ステップＳ２０２からの処理を繰り返す。こうして、第１計測範囲内で走査が行われる。
【００４５】
第１計測範囲を全て走査したと判定されれば（Ｓ２０８におけるＹＥＳ）、物質特定処理に移行する。スペクトル取得部１９２は、走査部１６４の駆動部１６４ｂを駆動して、レーザ光の照射位置を第２計測範囲に合わせる（Ｓ２１２）。そして、スペクトル取得部１９２は、第２計測ユニット１２０を用いるべく、第１レーザ部１６０の照射を停止して第２レーザ部１７０にレーザ光を照射させる（Ｓ２１４）。
【００４６】
そして、スペクトル取得部１９２は、レーザ誘起ブレークダウン分光により飛散物質のプラズマが安定的に熱平衡に達している状態となる所定時間が経過したか否か判定する（Ｓ２１６）。所定時間が経過していなければ（Ｓ２１６におけるＮＯ）、ステップＳ２１４からの処理を繰り返し、所定時間が経過していれば（Ｓ２１６におけるＹＥＳ）、ＩＣＣＤ１７６を通じて、第２レーザ部１７０からのレーザ光に応じて生じるプラズマ光のスペクトルを取得する（Ｓ２１８）。
【００４７】
続いて、スペクトル取得部１９２は、範囲抽出部１９０により抽出された第２計測範囲の全ての範囲についてプラズマ光のスペクトルを取得したか否か判定する（Ｓ２２０）。全て範囲のスペクトルを取得していなければ（Ｓ２２０におけるＮＯ）、レーザ光の照射位置を次の第２計測範囲に移動し（Ｓ２２２）、ステップＳ２１４からの処理を繰り返す。こうして、第１計測範囲内で物質が存在すると判定された全ての第２計測範囲が計測される。
【００４８】
また、第２計測範囲の全ての範囲についてプラズマ光のスペクトルを取得していれば（Ｓ２２０におけるＹＥＳ）、物質特定部１９４は、スペクトル取得部１９２が取得したプラズマ光のスペクトルに基づき、例えば、プラズマ光のスペクトルの形状やプラズマ化した物質における分解物の発光強度のピーク比について、物質毎に定められたスペクトルのモデルパターンやピーク比のモデル値と比較し、第２計測範囲に存在する物質を特定する（Ｓ２２４）。スペクトルから物質を特定する処理については、既存の様々な技術を適用できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００４９】
以上、説明したように、本実施形態においては、レーザ光を用いた計測ユニットを第１計測ユニット１１０と第２計測ユニット１２０との２段階に分ける。第１計測ユニット１１０によって物質が存在する範囲（第２計測範囲）を抽出し、測定に時間を要するレーザ誘起ブレークダウン分光による第２計測ユニット１２０の計測範囲を、その第２計測範囲に絞る。これにより、レーザ誘起ブレークダウン分光による特定精度を維持しつつ、計測処理の効率化および計測時間の短縮化が可能となる。
【００５０】
また、計測時間の短縮化により、利用可能な計測時間に有余がある場合、第２計測ユニット１２０による計測処理を増やすことができ、または、計測時間を長時間化でき、特定精度の向上や測定可能な上限（限界距離）の延長も可能となる。
【００５１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５２】
例えば、上述した実施形態においては、第２計測ユニット１２０において、レーザ誘起ブレークダウン分光を用いて計測しているが、かかる場合に限らず、例えば、ＤＩＡＬ（DIfferential Absorption Lidar）やｎＰＥＦ（n Photon Excited Fluorescence）等といった他の物質特定を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、任意の物質を特定する物質特定システムおよび物質特定方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１００  物質特定システム
１１０  第１計測ユニット
１２０  第２計測ユニット
１３０  物質特定装置
１６０  第１レーザ部
１６２  導光部
１６８  光検知器（第１受光部）
１７０  第２レーザ部
１７４  分光器（第２受光部）
１７６  ＩＣＣＤ（第２受光部）
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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