JP2002228578A - ガス検出装置及び該装置の焦点合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型軽量化により携帯が容易で、レーザ光の
照射位置の目視確認と内部での焦点調整を簡単に行える
こと。 【解決手段】 光源部５の半導体レーザモジュール５ａ
のレーザ光は、光ファイバ５ｂを介し小型のファイバコ
リメータ５ｃから光軸Ａを有し被測定ガスに向けて出射
される。筐体２内部に設けられる凹面鏡６は、被測定ガ
ス通過後、反射体９で散乱した反射光を集光位置Ｐ上の
受光器７に集光させる。受光器７の配置位置に可視光源
３０を交換することにより、反射体９に可視光を照射で
き、ガス検出時に出射される不可視光であるレーザ光の
照射位置を目視確認できる。また、反射体９上における
可視光の結像状態が最適となるよう凹面鏡６と可視光源
３０の相対位置を調整後、再度可視光源３０と受光器７
を配置交換すれば、この測定距離時の凹面鏡６と受光器
７の相対位置を最適に調整でき、焦点合わせを簡単に行
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスの光吸収特性
を利用して光学的に都市ガス、化学プラント等のガス漏
洩を検出するガス検出装置に係り、特にレーザ光の照射
位置の目視確認と装置内の焦点合わせの容易化を図った
ガス検出装置及び該装置の焦点合わせ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】メタン、二酸化炭素、アセチレン、アン
モニア等の気体には、分子の回転や構成原子間の振動等
に応じて特定波長の光を吸収する吸収帯があることは既
に知られている。例えば、メタンの場合には、１．６５
μｍ、３．３μｍ、７．７μｍ帯等に吸収帯を有してい
る。図９は、１．６５μｍにおけるメタンの吸収スペク
トルを示す図である。

【０００３】ガス検出装置は、このようなガスの光吸収
特性を利用して、ガスの発生箇所に対し遠隔から光を当
てて光学的にガスの存在を検出する。例えば、都市ガ
ス、化学プラント等のガス漏洩を検出することができ
る。

【０００４】ガス検出装置は、ガス漏洩時や、点検時に
現場に搬入できるよう、小型携帯化が求められている。
図１０は、従来のガス検出装置を示す側断面図である
（特開平７−１０３８８７号公報に開示）。図示のガス
検出装置５０は、筐体５１の前面に集光レンズ５２が設
けられ、集光レンズ５２の中央にＬＤモジュールからな
る光源部５３が設けられている。光源部５３から被測定
ガスの有る空間（場所）に所定波長のレーザ光を照射
し、壁等の反射体からの反射光を集光レンズ５２で集光
して、筐体５１内部の受光器５４で検出する。被測定ガ
スは、所定波長の光を吸収するため、受光器５４はこの
所定波長部分で受光レベルが減衰する。図示しない処理
部は、受光器５４の検出状態に基づき、被測定ガスの有
無を検出する。

【０００５】また、装置内部には焦点調節機構６０が設
けられる。ガス検出装置５０は所定の距離範囲を有して
非接触でガスの有無を検出する。この測定距離の変化に
応じて集光レンズ５２が集光する反射光の結像位置は変
化することになる。焦点調節機構６０は、この反射光の
結像位置を検出して結像位置上に受光器５４を位置決め
調節する。集光レンズ５２で集光された反射光の一部
は、ハーフミラー６１で分岐されレンズ６２を介してイ
メージセンサ６３に照射される。イメージセンサ６３上
で検出される分岐光は、受光器５４の焦点位置に対応し
て移動するため、このイメージセンサ６３での検出位置
に応じて移動手段６４を制御し受光器５４を光軸方向に
移動させることにより、集光レンズ５２が集光した反射
光の結像位置を受光器５４の受光面上に位置させること
ができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガス検出装置５０は、集光レンズ５２が大型であるため
（直径１２ｃｍ、厚さ３ｃｍ、重量１ｋｇ以上）、装置
全体が重量化して搬送を容易に行うことができず携帯に
不向きであった。同時に集光レンズ５２が大型であるた
め、光軸ズレ等を防ぎ保持する筐体５１にも剛性強度が
必要となり、筐体５１自体の重量も重くなった。また、
光軸の中央に所定大きさ（直径４ｃｍ）の光源部５３が
設けられるため、集光レンズ５２の有効面積が小さくな
り、集光効率が低下した。この光源部５３の配置の為に
集光レンズ５２がより大型となる。

【０００７】また、ガス検出装置５０は直近から５０ｍ
程度離れた箇所までの距離（測定距離）の範囲にて被測
定ガスを検出する構成であるが、集光レンズ５２は焦点
距離が所定長さ必要であり集光レンズ５２〜受光器５４
までの間の長さが長くなって、筐体５１が大型化し重量
化した。筐体５０の小型化の為に集光レンズ５２を短焦
点のものにすると集光レンズ５２は厚くなり重量化す
る。一方、長焦点のものにすると筐体５１の長さが大き
くなり重量化する。

【０００８】また、上記のガス検出装置は、被測定ガス
に向け照射するレーザ光が不可視光であるため、このレ
ーザ光がどの位置に照射しているか簡単に目視確認する
ことができなかった。上記のような焦点調節機構６０を
備えたとしてもこのレーザ光の照射位置が不明であると
ガス検出が行えない不都合があった。このため、可視光
のレーザ光を出射するレーザポインタを設けてレーザ光
の照射位置を目視確認する構成のものもあるが、このレ
ーザポインタの装置を別途取り付けねばならず重量化及
びコスト高となった。なお、このレーザポインタは、反
射体上でのレーザ光の照射位置を目視確認させるための
ものであって、上記装置内部での焦点調節を行うことは
できない。

【０００９】また、上記の焦点調節機構６０は、部品点
数が多く、また焦点位置を調整するための演算処理部が
必要となり、構造が複雑で低コスト化を図れなかった。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、小型軽量化により携帯が容易で、レーザ光の
照射位置の目視確認と内部での焦点調整を簡単に行える
ガス検出装置及び該装置の焦点合わせ方法を提供するこ
とを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のガス検出装置は、被測定ガスに向けてレー
ザ光を出射する光源部（５）と、前記光源部から出射さ
れ前記被測定ガス通過後の反射体（９）による反射光を
集光する凹面鏡（６，１６）と、前記凹面鏡による反射
光の集光位置に配置され該反射光を検出する受光器
（７）と、前記凹面鏡に対し可視光を出射することによ
り、前記反射光と逆方向の経路で可視光を出射させ反射
体に目視確認可能な所定の像を形成させる可視光源（３
０）と、前記受光器と可視光源を交換可能に移動させる
移動手段（３１，４１）と、を備えたことを特徴とす
る。

【００１２】また、前記移動手段（３１，４１）は、前
記凹面鏡（６，１６）と、前記受光器（７）との相対位
置を移動調整自在に構成してもよい。

【００１３】また、前記移動手段（３１，４１）は、前
記受光器（７）の受光面と可視光源（３０）の光出射面
が前記凹面鏡（６，１６）に対し同一位置上で交換可能
としてもよい。

【００１４】また、前記光源部（５）は、前記凹面鏡
（６）に入射される反射光の通過位置の範囲外に設けら
れ、レーザ光を出射する半導体レーザモジュール（５
ａ）と、前記凹面鏡の前方位置に設けられ、前記半導体
レーザモジュールから出射された光を該凹面鏡の中心に
位置する光軸（Ａ）に沿って前記被測定ガスに向け出射
するファイバコリメータ（５ｃ）と、前記半導体レーザ
モジュールから出射された光を前記ファイバコリメータ
に導出する光ファイバ（５ｂ）とを備えた構成にもでき
る。

【００１５】また、前記光源部（５）は、前記凹面鏡
（１６）の中央位置の背部に設けられ、レーザ光を出射
する半導体レーザモジュール（５ａ）で構成され、 前
記凹面鏡の中心位置には、前記レーザ光を通過させる開
口部（１６ｂ）が開口形成された構成にもできる。

【００１６】本発明によるガス検出装置の焦点合わせ方
法は、被測定ガスに向けて光源部（５）からレーザ光を
出射させ反射体からの反射光を凹面鏡（６，１６）を介
して受光器（７）に集光させてガス検出するガス検出装
置の焦点合わせ方法であって、前記凹面鏡に対向する受
光器に代えて可視光を出射する可視光源（３０）を対向
配置させ、該可視光源からの可視光を反射体に出射させ
ることにより、反射体上でのレーザ光の照射位置を目視
確認可能なことを特徴とする。

【００１７】また、前記可視光源（３０）からの可視光
を前記反射体（９）に出射させて該反射体上で目視可能
な可視光の結像状態が最適となるよう前記凹面鏡（６，
１６）と可視光源（３０）との相対位置を変化させた
後、前記凹面鏡に対向した可視光源に代えて前記レーザ
光の反射光を受光する受光器（７）を対向配置させるこ
とにより、前記凹面鏡による反射光の集光位置に受光器
の受光面を位置決めでき、測定距離に応じた焦点合わせ
を可能とした構成にもできる。

【００１８】上記構成によれば、光源部５から出射され
たレーザ光は被測定ガスを介し反射体９で散乱され、反
射光として凹面鏡６に入射される。凹面鏡６は反射光を
受光器７の受光面に集光する。受光器７が受光する光量
の違いにより被測定ガスの有無を検出することができ
る。凹面鏡６には受光器７が対応配置され凹面鏡６で集
光された反射光を検出するが、移動手段３１により受光
器７部分に可視光源３０を入れ替えることにより可視光
源３０の可視光を逆に反射体９に照射させることができ
る。反射体９上で目視できる可視光は、装置からの距離
（測定距離）に応じた結像状態となる。凹面鏡６に対す
る可視光源３０の相対位置を移動手段３１で移動させる
ことにより焦点位置を合わせることができる。この後、
移動手段３１により可視光源３０と受光器７を再度入れ
替え元に戻せば凹面鏡６に対する受光器７の相対位置が
焦点合わせされた状態にできる。装置の測定距離の変化
に応じて凹面鏡６が集光する反射光の集光位置が変化す
るが、上記移動手段３１は凹面鏡６と可視光源３０（受
光器７）を相対的に移動させ、且つ可視光源３０と受光
器７とを交換させる。したがって、測定距離に対応した
集光位置に受光器７の受光面を位置させ、焦点合わせを
容易に行える。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は本発明に
よるガス検出装置の第１実施の形態を示す側断面図であ
る。ガス検出装置１は、筐体２内部に光源部５、凹面鏡
６、受光器７、可視光源３０、移動手段３１を備えて概
略構成されている。筐体２は、上部に携帯用としての把
手２ａが設けられ、持ち運び自在である。

【００２０】光源部５は、被測定ガス特有の吸収スペク
トルに合致した波長のレーザ光（不可視光）を発生す
る。光源部５を構成する半導体レーザモジュール５ａに
は、被測定ガスがメタンの場合、吸収波長１．６５μｍ
をカバーする波長のレーザ光を出射する半導体レーザ
（ＬＤ）及びその発光駆動手段、温度制御手段等を備え
てなる。

【００２１】この半導体レーザモジュール５ａには、Ｌ
Ｄから出射された光を導出する光ファイバ５ｂが接続さ
れている。光ファイバ５ｂは、レーザ光をファイバコリ
メータ５ｃまで導出させ、ファイバコリメータ５ｃから
装置外部に向けて出射させる。このファイバコリメータ
５ｃは、筐体２の前面において複数角度方向、例えば１
２０度毎に等間隔に張られた３本の各線状の支持棒（不
図示）によって支持されている。なお、半導体レーザモ
ジュール５ａの出射側には半導体レーザ側への反射光の
戻りを防止する光アイソレータ等が設けられる。

【００２２】凹面鏡６は、筐体２内部に光源部５（ファ
イバコリメータ５ｃ）が出射するレーザ光の光軸Ａに中
心を一致して設けられる。図示の凹面鏡６は、断面が放
物面状に形成されたものである。凹面鏡６は、プラスチ
ック、アルミ、ガラス等からなり、反射面６ａにアルミ
や金を蒸着させ、あるいはメッキ処理したものが用いら
れる。この反射面６ａは、直径Ｄ、焦点距離Ｆの設定に
対応した特定の放物面形状を有し、入射される反射光を
集光する。

【００２３】即ち、ファイバコリメータ５ｃの出射光
は、被測定ガスが存在する空間近傍の壁や天井、地面、
草、雪等の反射体９により散乱され、凹面鏡６への反射
光は集光位置Ｐに集光される。なお、一般にレーザ光
は、反射体９で散乱しても反射光にある程度の指向性を
有している。このため、凹面鏡６で反射光をできるだけ
集光させるには、この凹面鏡６の中心位置をファイバコ
リメータ５ｃが出射するレーザ光の光軸Ａに一致して設
けることが望ましい。

【００２４】この反射光の集光位置Ｐには受光器７が設
けられる。受光器７は受光面が凹面鏡６の中心方向に向
き配置され、凹面鏡６が集光した反射光を受光する。こ
の受光器７は、支持部材８によって筐体２内部に支持さ
れている。また受光器７の検出信号は、この支持部材８
内部を通って筐体２外部に導出される。上記の光源部
５、受光器７は、筐体２に設けられた図示しないコネク
タを介して外部の処理装置に導出、接続される。この処
理装置は、光源部５を駆動制御し、受光器７の検出信号
に基づき、測定対象の空間（場所）における被測定ガス
の有無を判断処理する。

【００２５】図２は、上記凹面鏡６の集光特性を示す図
である。図示の例の凹面鏡６は、上記同様に反射面６ａ
が直径Ｄ、焦点距離Ｆの設定に対応した特定の放物面形
状を有する。このような凹面鏡６は、図示のように測定
距離別に集光位置Ｐが異なる。図３は上記凹面鏡６の測
定距離−集光位置の関係を示す図である。図示のよう
に、集光位置Ｐは、測定距離、即ちガス検出装置１に対
する反射体９の位置が遠いほど焦点距離Ｆの位置に近づ
く。逆に、測定距離が近いほど、光軸Ａ上に沿って焦点
距離Ｆの位置から遠ざかる特性を有する。上記ガス検出
装置１における測定距離範囲２ｍ〜５０ｍにおいて、２
ｍでは焦点距離Ｆに対する集光位置Ｐのズレ量Δは１
１．３ｍｍ、５０ｍではズレ量Δが０．７ｍｍとなる。

【００２６】移動手段３１は、反射体９に対する可視光
の照射状態を調整することにより、集光位置のズレの調
整（焦点調節）を行うために設けられる。移動手段３１
は、上記集光位置Ｐのずれ量を補正して、受光器７での
受光量を増大させるために受光器７を光軸Ａ方向に移動
自在に構成されている。この移動手段３１は、受光器７
が取り付けられた支持部材８を光軸Ａに沿って移動させ
る操作レバー１２を有する。支持部材８は、把手２ａ部
分まで延出される。把手２ａは光軸Ａ方向に沿って形成
されており、把手２ａ内部に案内溝２ｂを設け操作レバ
ー１２を光軸Ａ方向に沿って移動自在に設ける。把手２
ａ内部に操作レバー１２を設けることにより、ガス検知
装置１を持ちながら操作レバー１２を操作することがで
きる。

【００２７】可視光源３０は、凹面鏡６の特性を利用し
て反射体９にポインタとなる可視光を照射させ、この反
射体９上での可視光の結像状態に基づき、受光器７によ
るレーザ光の反射光の集光位置を移動調整するために設
けられる。即ち、光源部５が出射するレーザ光は不可視
光であり、被測定ガスに対するレーザ光の照射状態を直
接目視することができない。このため、可視光を反射体
９に向けて別途出射させてレーザ光の出射方向と位置を
設定する必要がある。

【００２８】上述したように、凹面鏡６による反射光の
集光位置Ｐには受光器７が配置されている。これを利用
して、移動手段３１は、受光器７の受光面の位置に可視
光源３０の出射面を交換して位置させる。可視光源３０
には点光源が用いられ、懐中電灯の豆電球等を用いるこ
とができる。例えば、受光器７と可視光源３０は、受光
面と出射面を互いに反対方向に向き一体化させ中央位置
を支持部材８で支持する。

【００２９】そして、移動手段３１は、支持部材８を軸
方向に回転可能とし、レーザ光の受光面と可視光源３０
の光出射面を同一位置上で交換可能に構成する。なお、
受光器７、可視光源３０の信号線は支持部材８内を通す
構成とする。

【００３０】上記構成によるガス検出を説明する。ガス
漏れ点検時や漏洩報告時には、このガス検出装置１をガ
スが漏洩している現場近くで所定距離離れた箇所まで携
帯する。この後、装置を動作させて光源部５のファイバ
コリメータ５ｃから測定用のレーザ光を漏洩箇所に向け
て出射させる。レーザ光は光軸Ａでビーム状に出射さ
れ、ガスを通過して近傍の壁等反射体９で反射される。
この際、ガス検出装置１は、ガスの漏洩箇所から所定距
離（２〜５０ｍ程度）離れた遠隔箇所に設置して測定作
業が行えるようになっている。

【００３１】反射光は、凹面鏡６に入射され、凹面鏡６
はこの反射光を集光位置Ｐに配置した受光器７に集光さ
せる。ガスが存在していると、このガスは所定波長のレ
ーザ光を吸収するため、受光器７で検出される受光レベ
ルは、この所定波長部分が減衰する。外部の処理装置
は、受光器７で検出された受光レベルのうち、上記吸収
される波長での受光レベルが相対的に減衰していればガ
スが存在していると判断し、ガスが検出されたことをメ
ータ表示や警報音等で報知出力する。

【００３２】次に、上記のガス検出操作前における可視
光を用いたレーザ照射位置の確認、及び焦点調整操作に
ついて説明する。ガス検出に際して、先ず移動手段３１
の支持部材８を回転操作することにより、可視光源３０
を凹面鏡６の反射面６ａ側に向けることができる。この
後、可視光源３０を点灯させれば、この可視光は凹面鏡
６を介して反射体９に到達し、反射体９上に目視可能な
所定の像を形成する。そして、操作レバー１２を光軸Ａ
方向に移動操作して反射体９上での結像状態がなるべく
点状に近づいた位置で停止させる。この状態で凹面鏡６
と可視光源３０は、反射体９までの距離に対応した最適
な集光位置に位置していることになる。

【００３３】したがって、この後、移動手段３１の支持
部材８を回転させて可視光源３０と受光器７を入れ替え
ることにより、受光器７は、測定距離に対応した最適な
集光位置に位置させることができる。以降、光源部５を
駆動したレーザ光を被測定ガスに照射させ反射光を凹面
鏡６で集光し受光器７で受光してガス検出を行えば良
い。

【００３４】この状態で受光器７は反射体９の測定距離
に対応した最適な集光位置Ｐに位置していることにな
り、簡単に集光位置合わせを行える。また、可視光源３
０が出射した目視確認用の可視光は、同一の凹面鏡６を
用いて反射光（レーザ光）光軸Ａを中心として出射され
るため、凹面鏡６の集光位置に正確に受光器７の受光面
を位置決めでき、焦点合わせを高精度に行える。

【００３５】上記構成の移動手段３１は、受光器７を光
軸Ａ方向に移動させる構成としたが、逆に受光器７を筐
体２に固定し、移動手段３１により凹面鏡６側を光軸Ａ
に沿って移動させる構成としても良い。すなわち、凹面
鏡６と受光器７を相対的に光軸Ａ方向に沿って移動させ
ればよい。

【００３６】以上説明したように、このガス検出装置
は、凹面鏡６を用いて反射光を集光させる構成であるた
め、小型軽量化を図ることができる。例えば、従来技術
で説明した集光レンズ５２と同様の有効面積とするに
は、凹面鏡６は直径Ｄが従来比半分の６ｃｍで良く小型
化できる。また、凹面鏡６は薄厚に形成できるため、例
えばプラスチック製とした場合、重量が５０ｇと軽量化
できる。これにより筐体２の小型軽量化が図れるように
なる。

【００３７】凹面鏡６は、集光レンズ５２に比して焦点
距離Ｆを短くすることができ、例えば、放物面ミラーで
構成した場合には、直径Ｄ＝１０ｃｍ、測定距離範囲２
〜５０ｍとした場合、焦点距離Ｆ＝５０ｍｍとすること
ができる。これにより、筐体２を小型化でき、特に、光
軸Ａ方向の長さを短くすることができるようになる。こ
の際、凹面鏡６自体が軽量であり、且つ、焦点距離が短
くできるため、筐体２自体も凹面鏡６の位置を固定保持
できる程度の剛性で形成できるようになり、例えば筐体
２をプラスチックで製造することも可能となり、装置全
体の軽量化が図れるようになる。

【００３８】ガス検出装置１を小型軽量化できることに
より、装置の搬送を容易に行え、また、ガスに向けてレ
ーザ光を照射させるための操作を簡単に行えるようにな
る。特に、都市ガスに用いられているメタンガスは、空
気より軽いためガス漏れがあると天井に溜まりやすい。
ガス検出装置１が小型軽量化できることにより、この天
井に向ける操作を簡単に行えるようになる。

【００３９】ところで、上記のファイバコリメータ５
ｃ、受光器７は、それぞれ凹面鏡６の前方に位置するた
め、凹面鏡６に入射する反射光を所定量減衰させること
になる。本発明では、各種部品を内蔵して所定の大きさ
が必要な半導体レーザモジュール５ａを反射光の通過す
る領域から外れた位置に配置し、反射光の通過する領域
には光を出射する小型なファイバコリメータ５ｃだけを
設けた構成であるため、反射光の減衰を極力抑えること
ができる。現在、ファイバコリメータ５ｃは直径５ｍｍ
以下、受光器７も直径１０ｍｍ以下の大きさで形成でき
る。

【００４０】（第２実施形態）次に、図４は、第２実施
形態で用いる凹面鏡１６の集光特性を示す図である。図
示の凹面鏡１６は、反射面１６ａが直径Ｄ、焦点距離Ｆ
の設定に対応した特定の放物面の上半分形状を有する。
簡単には第１実施形態で説明した凹面鏡６を２分割した
形状である。

【００４１】また、光源部５から出射されるレーザ光
は、凹面鏡１６の中央位置から出射させることが望まし
い。上述したように、レーザ光は、反射体９で散乱して
も反射光にある程度の指向性を有している。このため、
図示の光軸Ａ１は、凹面鏡１６の中央位置から出射させ
るよう構成したものである。このように放物面の片側で
構成された凹面鏡１６に対し出射するレーザ光の光軸Ａ
１を光軸Ａに対し所定距離離れた位置とした場合、反射
光の集光位置Ｐは図示のように、焦点位置Ｆから斜め方
向に向かい変位する。

【００４２】図５は、図４記載のように光軸Ａ１とした
場合の凹面鏡１６の測定距離−集光位置の関係を示す図
である。図示のように、集光位置Ｐは、測定距離、即ち
ガス検出装置に対する反射体の位置が遠いほど焦点距離
Ｆの位置に近づく。逆に、測定距離が近いほど、光軸Ａ
１に対しＹ軸上で−Ｙ方向、Ｚ軸（光軸Ａ方向）に＋Ｚ
方向で斜めに焦点距離Ｆの位置から遠ざかる特性を有す
る。上記ガス検出装置における測定距離範囲２ｍ〜５０
ｍにおいて、２ｍでは焦点距離Ｆに対する集光位置Ｐの
ズレ量Δは、ΔＹが−０．６９ｍｍ、ΔＺが１．３６ｍ
ｍであり、５０ｍでのズレ量ΔはΔＹが−０．０２ｍ
ｍ、ΔＺが０．０４ｍｍとなる。

【００４３】図４記載のように光軸Ａ１を凹面鏡１６の
中心位置に配置した場合におけるズレ量Δは最大でもΔ
Ｚが１．３６ｍｍとなる。このように第２実施形態の構
成によれば、第１実施形態のものに比してズレ量Δが小
さくなる。

【００４４】図６は、ズレ量ΔＹ、ΔＺの関係を示す図
である。ΔＹ、ΔＺのズレ量は、各測定距離に対して比
例関係となり、図示のようにズレ量はほぼ一直線上に位
置する。したがって、集光位置Ｐは焦点位置Ｆの方向に
対し斜めの方向に移動するため、凹面鏡１６と受光器７
を相対的にこの斜め方向に移動させることにより、集光
位置Ｐを受光器７の受光面上に位置できるようになる。

【００４５】図７は、第２実施形態におけるガス検出装
置２０を示す側断面図、図８は、同正面図である。同図
に示す凹面鏡１６は、図４の構成のものを上下逆に配置
させてある。図示のように、この実施形態の構成によれ
ば、受光器７、及び移動手段４１を反射光の凹面鏡１６
への通過領域から外した位置に配置することができ、反
射光の受光レベルの低減を防止できる。

【００４６】また、この第２実施形態では、光源部５
は、半導体レーザモジュール５ａのみで構成され、この
半導体レーザモジュール５ａから直接、レーザ光を出射
させる。この半導体レーザモジュール５ａは、凹面鏡１
６の中央位置背部に設け、凹面鏡１６の中央位置に開口
された開口部１６ｂを介してレーザ光を光軸Ａ１で出射
させる。半導体レーザモジュール５ａには、ビーム状に
絞る集光レンズが設けられる。

【００４７】そして、この第２実施形態の移動手段４１
についても、第１実施形態同様に、反射体９に対する可
視光の照射状態を調整することにより、集光位置のズレ
の調整（焦点調節）を行うために設けられる。移動手段
４１は、受光器７をズレ量Δ（ΔＹ，ΔＺ）に対応した
斜め方向Ｘに沿って移動させる。この移動手段４１は、
受光器７を保持しこの斜め方向Ｘ、及び筐体２の幅方向
（Ｘ方向と直交するＶ方向）にそれぞれ移動させる２軸
のレール部材２２と、スライド側のレール２２ａに連結
され筐体２の把手２ａ部分まで延出された支持部材８
と、把手２ａ内の案内溝２ｂを移動自在な操作レバー１
２によって構成される。レール２２ａには支持部材８が
挿通される溝２３が鉛直形成されている。

【００４８】受光器７と可視光源３０は、受光面と光出
射面を同一方向に向き一体化させてレール部材２２に設
けられ、筐体２の幅方向Ｖにスライド自在であることに
より、受光器７の受光面と可視光源３０の光出射面が同
一位置上で交換可能である。なお、図示のように支持部
材８をこれら一体化された受光器７と可視光源３０に連
結させることにより、幅方向Ｖへの移動を操作レバー１
２を用いて行える。

【００４９】次に、ガス検出操作前における可視光を用
いたレーザ照射位置の確認、及び焦点調整操作について
説明する。ガス検出に際して、先ず移動手段４１の支持
部材８を筐体２の幅方向Ｖに操作して、可視光源３０を
受光器７の位置に入れ替え、凹面鏡１６の反射面１６ａ
側に向けることができる。この後、可視光源３０を点灯
させれば、この可視光は凹面鏡１６を介して反射体９に
到達し、反射体９上に目視可能な所定の結像を形成す
る。

【００５０】この後、把手２ａ内部の操作レバー１２を
光軸Ａ１方向に沿って移動操作することにより、受光器
７をズレ量（ΔＹ、ΔＺ）が組み合わせられた斜め方向
Ｘに沿って移動でき、各測定距離の集光位置Ｐに可視光
源３０の点光源を位置させることができる。この際、ガ
ス検知装置２０を持ちながら操作レバー１２を操作でき
る。

【００５１】この状態で凹面鏡１６と可視光源３０は、
反射体９までの距離に対応した最適な集光位置に位置し
ていることになる。したがって、この後、操作レバー１
２を筐体２の幅方向Ｖに移動操作して再度可視光源３０
と受光器７を入れ替えることにより、受光器７は、測定
距離に対応した最適な集光位置Ｐに位置させることがで
きる。

【００５２】以降、光源部５を駆動してレーザ光を被測
定ガスに照射させ反射光を凹面鏡１６で集光し受光器７
で受光してガス検出を行う。この状態で受光器７は反射
体９の測定距離に対応した最適な集光位置Ｐに位置して
いることになる。

【００５３】上記構成の移動手段４１は、集光位置Ｐへ
の焦点合わせ時に受光器７を斜め方向Ｘに移動させる構
成としたが、逆に受光器７を筐体２に固定し、移動手段
４１により凹面鏡１６を斜め方向Ｘに沿って移動させる
構成としても良く同様の作用効果を得ることができる。
この場合、受光器７側には側部に可視光源３０を配置
し、レール部材２２により交換可能に構成する。凹面鏡
１６を移動させる構成の場合、厳密には光軸の関係上、
凹面鏡１６と光源部５を一体化し、これらを一体的に移
動させることが望ましい。

【００５４】また、上記の各実施形態で説明した凹面鏡
は、反射面が放物面を有するものを例に説明したが、反
射面の形状はこれに限らない。凹面鏡の反射面としては
他に、楕円面、軸外楕円面、球面、軸外放物面の各種形
状がある。これらいずれの凹面鏡に対しても理論上の焦
点位置に受光器７を配置して反射光を集光してガス検出
する構成にできる。

【００５５】また、本発明のガス検出装置は、測定距離
が所定範囲を有し、理論上の焦点距離Ｆに対して測定距
離別に異なる集光位置Ｐを有するため、受光器あるいは
凹面鏡を相対的に移動させる構成とすれば、測定距離が
異なっても反射光の集光位置に受光器の受光面を位置さ
せることができるようになる。この移動方向は、上記各
種凹面鏡別に必要な設定項目に基づき得ることができ
る。

【００５６】ところで、上述したガス検出装置では、半
導体レーザの発振波長を被測定ガスの吸収スペクトルに
適合させれば、上記メタンの他に二酸化炭素ガス、アセ
チレンガス等の種々のガス検出にも応用できる。

【００５７】

【発明の効果】本発明のガス検出装置によれば、凹面鏡
の集光位置で受光器と可視光源とを交換可能な構成とし
たので、可視光源を用いて反射体上にガス検出方向を示
す可視光を表示させることができる。これにより不可視
光のレーザ光を用いてのガス検出操作に容易に移行でき
作業を円滑に遂行できるようになる。また、可視光源を
用いて反射体上での可視光の結像状態が最適となるよう
に凹面鏡と可視光源との相対位置を調整して可視光源と
受光器を入れ替えるだけの簡単な操作で、凹面鏡による
反射光の集光位置に受光器の受光面を位置決めできるた
め、簡単な構成で焦点合わせを容易に行えるようにな
る。集光位置は、測定距離の変化に連動して変化する
が、凹面鏡に対して受光器と可視光源とを交換可能で且
つ相対的に移動可能に構成することにより、測定距離が
異なってもその都度対応して凹面鏡の集光位置上に受光
器の受光面を位置させる焦点合わせが行え、最適な受光
レベルを得て常時安定したガス検出が行えるようにな
る。

【００５８】加えて、本発明は、被測定ガスを通過後の
反射光を凹面鏡で集光する構成であるため、凹面鏡によ
り焦点距離を短くでき、また製造も容易で小型軽量化が
図れる。これにより装置全体の小型化と軽量化を図るこ
とができ、低コストで携帯しやすいガス検出装置を得る
ことができる。光源部のレーザ光は、凹面鏡の前方に配
置した小型のファイバコリメータを介して、あるいは凹
面鏡の背部に配置した半導体レーザモジュールから凹面
鏡の開口部を介して被測定ガスに出射する構成により、
凹面鏡で受ける反射光の受光レベルの低減を防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるガス検出装置の第１実施形態を示
す側断面図。

【図２】第１実施形態における放物面を有する凹面鏡の
集光特性を示す図。

【図３】第１実施形態の凹面鏡の測定距離−集光位置の
関係を示す図。

【図４】第２実施形態における放物面の半部からなる凹
面鏡の集光特性を示す図。

【図５】図４の凹面鏡の中央に光軸を設けた場合の測定
距離−集光位置の関係を示す図。

【図６】図４の凹面鏡のズレ量ΔＹ、ΔＺの関係を示す
図。

【図７】第２実施形態のガス検出装置を示す側断面図。

【図８】第２実施形態のガス検出装置を示す正面図。

【図９】ガスの吸収スペクトルを示す図。

【図１０】従来のガス検出装置を示す側断面図。

【符号の説明】

１，２０…ガス検出装置、２…筐体、２ａ…把手、５…
光源部、５ａ…半導体レーザモジュール、５ｂ…光ファ
イバ、５ｃ…ファイバコリメータ、６，１６…凹面鏡、
６ａ，１６ａ…反射面、７…受光器、８…支持部材、９
…反射体、３１，４１…移動手段、１２…操作レバー、
２２…レール部材、３０…可視光源、Ａ，Ａ１…出射光
の光軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 威 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB01 CC04 CC12 CC20 EE01 GG01 GG03 GG10 HH01 HH02 HH06 JJ11 JJ13 JJ14 JJ17 KK01 KK07 LL01 2G065 AB02 AB04 AB09 BA14 BA39 BB02 BB12 BB14 BB44 DA08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定ガスに向けてレーザ光を出射する
   光源部（５）と、 前記光源部から出射され前記被測定ガス通過後の反射体
   （９）による反射光を集光する凹面鏡（６，１６）と、 前記凹面鏡による反射光の集光位置に配置され該反射光
   を検出する受光器（７）と、 前記凹面鏡に対し可視光を出射することにより、前記反
   射光と逆方向の経路で可視光を出射させ反射体に目視確
   認可能な所定の像を形成させる可視光源（３０）と、 前記受光器と可視光源を交換可能に移動させる移動手段
   （３１，４１）と、を備えたことを特徴とするガス検出
   装置。
2. 【請求項２】 前記移動手段（３１，４１）は、前記凹
   面鏡（６，１６）と、前記受光器（７）との相対位置を
   移動調整自在に構成された請求項１記載のガス検出装
   置。
3. 【請求項３】 前記移動手段（３１，４１）は、前記受
   光器（７）の受光面と可視光源（３０）の光出射面が前
   記凹面鏡（６，１６）に対し同一位置上で交換可能とし
   た請求項１、２のいずれかに記載のガス検出装置。
4. 【請求項４】 前記光源部（５）は、前記凹面鏡（６）
   に入射される反射光の通過位置の範囲外に設けられ、レ
   ーザ光を出射する半導体レーザモジュール（５ａ）と、 前記凹面鏡の前方位置に設けられ、前記半導体レーザモ
   ジュールから出射された光を該凹面鏡の中心に位置する
   光軸（Ａ）に沿って前記被測定ガスに向け出射するファ
   イバコリメータ（５ｃ）と、 前記半導体レーザモジュールから出射された光を前記フ
   ァイバコリメータに導出する光ファイバ（５ｂ）とを備
   えてなる請求項１〜３のいずれかに記載のガス検出装
   置。
5. 【請求項５】 前記光源部（５）は、前記凹面鏡（１
   ６）の中央位置の背部に設けられ、レーザ光を出射する
   半導体レーザモジュール（５ａ）で構成され、 前記凹面鏡の中心位置には、前記レーザ光を通過させる
   開口部（１６ｂ）が開口形成された請求項１〜３のいず
   れかに記載のガス検出装置。
6. 【請求項６】 被測定ガスに向けて光源部（５）からレ
   ーザ光を出射させ反射体からの反射光を凹面鏡（６，１
   ６）を介して受光器（７）に集光させてガス検出するガ
   ス検出装置の焦点合わせ方法であって、 前記凹面鏡に対向する受光器に代えて可視光を出射する
   可視光源（３０）を対向配置させ、該可視光源からの可
   視光を反射体に出射させることにより、 反射体上でのレーザ光の照射位置を目視確認可能なこと
   を特徴とするガス検出装置の焦点合わせ方法。
7. 【請求項７】 前記可視光源（３０）からの可視光を前
   記反射体（９）に出射させて該反射体上で目視可能な可
   視光の結像状態が最適となるよう前記凹面鏡（６，１
   ６）と可視光源（３０）との相対位置を変化させた後、 前記凹面鏡に対向した可視光源に代えて前記レーザ光の
   反射光を受光する受光器（７）を対向配置させることに
   より、 前記凹面鏡による反射光の集光位置に受光器の受光面を
   位置決めでき、測定距離に応じた焦点合わせを可能とし
   た請求項６記載のガス検出装置の焦点合わせ方法。