JP2017110985A - ガス検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】背景物体までの距離が近い場合の測定光の受光量低下を回避する。
【解決手段】所定の波長帯域の光を投光する投光部３０と、投光部から投光され、検知対象のガスＧの在り得る空間を通過して反射された所定の波長帯域の光を受光すると共に、光軸が投光部と同一軸上とならないように配置された受光部４０と、投光部の投光エリアＡＴと受光部の受光エリアＡＪのいずれか一方が他方に接離する方向に沿って移動するように投光部の光軸又は受光部の光軸の位置又は向きを調整する調整部５０と、を備え、受光部による所定波長帯域の光の受光量に基づいてガス検知を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス検知装置に関する。

都市ガスや化学プラント等の配管の劣化等によるガス漏洩の検出の手法として、レーザーによる測定が知られている。この方法は、目的のガスの吸収帯の波長のレーザーを測定器から発してガス検知すべき空間内を通し、当該レーザー光を測定し、受光量の強度をみることで、ガス検知を行う。レーザーの光路上に目的のガスが存在すれば、吸収帯の波長のレーザーの受光強度が低下するからである。

特許文献１に記載のガス検知装置にあっては、レーザー光を前方に出射する光源と前方からのレーザー光の反射光を受光する受光素子とを備え、互いに離間し、互いの光軸が平行となるように光源と受光素子とを配置している。
そして、ガス検知の際には、光源から目的のガスの吸収帯波長のレーザー光を前方に出射し、前方の背景物体表面で散乱反射したレーザー光の一部が受光素子に入射する。その際、往復するレーザー光の経路上に目的のガスが存在すると受光強度が低下するので、これによってガスの存在を検出することができる。
このガス検知装置では、それまで、投光系と受光系の光軸を同一軸上とするために受光系の光軸上に配置していたハーフミラーを廃して、投光系の光軸と受光系の光軸を平行且つ離間して配置することで受光量の低下を防ぐ構造となっている。

特許第４７６６６９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明にあっては、レーザー光の光源と受光素子の光軸を平行に配置していることにより次のような問題があった。
図１１は、特許文献１のガス検知装置のレーザー光の光源１０１及び受光素子１０３の配置を簡略的に示した説明図である。
レーザー光（測定光とする）の光源１０１からその投光光学系１０２を介して投光される投光エリアと受光光学系１０４を介して受光素子１０３が受光する受光エリアとは、背景物体Ｂ側で重複を生じており、この重複範囲Ｊの内側で反射する測定光によりガス検知が行われる。一方、投光エリアと受光エリアとの重複範囲Ｊは、レーザー光の光源１０１及び受光素子１０３から背景物体Ｂまでの距離Ｄに応じて変動を生じる。例えば、光軸間距離Ｌを一定に維持して距離Ｄを縮めると重複範囲Ｊは狭くなり、距離Ｄを広げると重複範囲Ｊは広くなる。従って、背景物体Ｂまでの距離Ｄが短い場合には、ガス検知の精度の低下を生じていた。

一方、ランバートの散乱光量の算出式によると、背景物体Ｂによって散乱反射したレーザー光の光強度は、レーザー光の光源１０１及び受光素子１０３から背景物体Ｂまでの距離Ｄの二乗に反比例することが知られている。つまり、距離Ｄが近ければ受光量が増加するはずであるにも拘わらず、上記の理由により反射光の受光強度の低下を生じていた。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、背景物体までの距離の影響を抑えてガス検知の感度を高めることを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、ガス検知装置において、
所定の波長帯域の光を投光する投光部と、
前記投光部から投光され、検知対象のガスの在り得る空間を通過して反射された前記所定の波長帯域の光を受光すると共に、光軸が前記投光部と同一軸上とならないように配置された受光部と、
前記投光部の投光エリアと前記受光部の受光エリアのいずれか一方が他方に接離する方向に沿って移動するように前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きを調整する調整部と、を備え、
前記受光部による前記所定の波長帯域の光の受光量に基づいてガス検知を行うことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のガス検知装置において、
前記調整部は、前記投光部又は前記受光部を回動させることによりその光軸の向きを調整することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のガス検知装置において、
前記調整部は、前記所定の波長帯域の光を透過させるプリズムの向きを変えることにより、前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の向きを調整することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載のガス検知装置において、
前記調整部は、前記所定の波長帯域の光を反射させる反射体の向きを変えることにより、前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の向きを調整することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載のガス検知装置において、
前記投光部及び前記受光部の向きを一体的に変動させる回動機構を備え、
前記回動機構による向きの変動動作を行いつつガス検知を行う第一のガス検知制御部と、
前記第一のガス検知制御部によってガスが検知された前記回動機構による向きにおいて、前記調整部による前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きの調整動作を行いつつガス検知を行う第二のガス検知制御部とを備えることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載のガス検知装置において、
前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸に沿って対向する物体までの距離を入力する距離設定部と、
前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きを前記距離設定部から入力された距離に基づいて決定すると共に、前記光軸が決定した位置又は向きとなるように前記調整部を制御する第一の調整制御部とを備えることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載のガス検知装置において、
前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸に沿って対向する物体までの距離を測定する測距部と、
前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きを前記測距部の測定距離に基づいて決定すると共に、前記光軸が決定した位置又は向きとなるように前記調整部を制御する第二の調整制御部とを備えることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載のガス検知装置において、
前記調整部による前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きの調整動作を行いつつ、前記受光部より前記所定の波長帯域の光を受光して得られる前記所定の波長帯域の光の受光量に基づいて、ガス検知を行う前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きを決定する光軸適正化制御部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、投光部の光軸又は受光部の光軸の位置又は向きを調整する調整部を備えるので、投光部の投光エリアと受光部の受光エリアとを重複範囲を拡張することができ、背景物体までの距離が近い場合でも、受光量を十分に確保し、精度の高いガス検知を行うことが可能となる。

第一の実施形態のガス検知装置の概略構成を水平方向から見た側面図である。 第一の実施形態のガス検知装置の投光部の光軸調整時の概略構成を水平方向から見た側面図である。 背景物体までの距離と受光量との関係を示す線図である。 第一の実施形態のガス検知装置のガス検知動作を示すフローチャートである。 第二の実施形態のガス検知装置の概略構成を水平方向から見た側面図である。 第二の実施形態のガス検知装置のガス検知動作を示すフローチャートである。 第四の実施形態のガス検知装置の概略構成を水平方向から見た側面図である。 第四の実施形態のガス検知装置のガス検知動作を示すフローチャートである。 第五の実施形態のガス検知装置の概略構成を水平方向から見た側面図である。 第六の実施形態のガス検知装置の概略構成を水平方向から見た側面図である。 従来技術の問題を示す説明図である。

［第一の実施形態］
本発明の第一の実施形態であるガス検知装置について図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
図１は、本実施形態のガス検知装置１０の概略構成を水平方向から見た側面図であり、当該ガス検知装置１０は、制御装置２０と、所定の波長帯域の測定光を投光する投光部３０と、投光部３０から投光され、検知対象となるガスの在り得る空間を通過して反射された所定の波長帯域の測定光を受光すると共に、光軸が投光部３０と同一軸上とならないように配置された受光部４０と、投光部３０の投光エリアＡＴが受光部４０の受光エリアＡＪに接離する方向に沿って移動するように投光部３０の光軸の向きを調整する調整部５０と、これらを格納保持する筐体１１とを備えている。

［投光部］
投光部３０は、レーザーダイオード等の発光素子３１と、発光素子３１からの測定光を集光する投光光学系３２と、これらを一体的に保持するユニットカバー３３とから主に構成されている。
発光素子３１は、検知対象となるガスＧによって吸収される吸収波長帯域の測定光と非吸収波長帯域の測定光とを前方に投光する。吸収波長帯域の測定光は、ガスＧの雰囲気内を通過すると吸収されて光量が低下する。検知対象となるガスＧの種類によって波長帯域は異なっている。また、非吸収帯域の測定光は、検知対象となるガスＧの雰囲気内を通過しても吸収帯域の測定光程は光量が低下しない。
例えば、検知対象がメタンガスである場合には、波長が1.65372[μm]の測定光が望ましい吸収波長帯域となる。
レーザーダイオード等の発光素子３１は、素子に対する電流制御又は素子に対する温度制御により発光光の波長を調節することができる。制御装置２０は、発光素子３１の制御回路を通じて、測定光の波長帯域の切り替えを行う。
投光光学系３２には、例えば、有効径3[mm]、測定光の発散角度を0.005[rad]とする集光レンズが使用される。なお、これらの数値は一例であってこれに限定されない。

［受光部］
受光部４０は、フォトダイオード等の受光素子４１と、投光部３０からの測定光が背景物体Ｂにより散乱反射した測定光を集光する受光光学系４２と、これらを一体的に保持するユニットカバー４３とから主に構成されている。
受光素子４１は、受光光学系４２を構成する集光レンズの焦点距離において受光面が前方に向けられて配置され、反射した測定光を前方から受光する。なお、筐体１１は、反射した測定光の受光を遮らないように前方に広く開口している。
また、受光素子４１には図示しない増幅器が接続され、受光素子４１の受光信号が増幅されて制御装置２０に入力される。
受光光学系４２には、例えば、有効径25[mm]、受光視野角度を0.02[rad]とする集光レンズが使用される。なお、これらの数値は一例であってこれに限定されない。

［筐体］
筐体１１は、受光部４０の受光素子４１及び受光光学系４２を固定支持しており、測定時には受光部４０の光軸を水平に向けてガス検知を行う。
また、筐体１１は、調整部５０を介して投光部３０を支持しており、使用状態において投光部３０は受光部４０の垂直下方に位置している。また、投光部３０は、光軸が受光部４０の光軸と平行となる状態を基本位置としている。筐体１１は、調整部５０を介して投光部３０を水平且つ受光部４０の光軸に垂直な方向に沿った軸周りに回動可能に支持している。つまり、受光部４０の光軸と投光部３０の光軸は鉛直上下方向に沿った同一平面上に位置し、投光部３０の光軸は当該平面内で回動してその向きを変えることができる。

［調整部］
前述したように、投光部３０及び受光部４０は、それぞれの光軸が鉛直上下方向に沿った同一平面上にあり、投光部３０の基本位置において互いの光軸が平行となっている。
調整部５０は、発光素子３１及び投光光学系３２を一体的に保持し、上記同一平面に対して垂直となる軸回りに回動させるモーターを備えている。このモーターは制御装置２０により動作量が制御可能であり、これにより、図２に示すように、受光部４０の受光エリアＡＪに対して、投光部３０の投光エリアＡＴを接離する方向（上下方向）に沿って自在に移動させることが可能となっている。

［ガスの検知感度と光軸との関係］
ランバートの散乱光量の算出式によれば、背景物体Ｂによって散乱反射したレーザー光の光強度は、発光素子３１によって投光される背景物体Ｂから受光部４０までの距離Ｄ（受光部４０の光軸に沿って対向する物体までの距離）の二乗に反比例する。
その一方で、投光部３０の光軸と受光部４０の光軸とが平行であって発散角度及び視野角度が広がりを持つ場合、背景物体Ｂが近くなるほど投光エリアＡＴと受光エリアＡＪの重複範囲Ｊは狭くなり、受光する光量が低下する。
この関係を図３の線図に示す。図３では投光部３０の光軸と受光部４０の光軸の光軸間距離Ｌを一定値とし、背景物体Ｂから受光素子４１までの距離（測定距離）Ｄを変化させた場合の受光量を示している。
図示のように、測定距離Ｄが短い範囲では重複範囲Ｊの狭小化の影響が趨勢であり、測定距離Ｄを徐々に長くすると受光量は増加する。そして、測定距離Ｄがある一定の距離に達すると、散乱光の距離による減衰の影響が趨勢となり、それ以降は測定距離Ｄが長くなるに連れて受光量は減少する。
つまり、受光量が増加から減少に転ずる測定距離Ｄが、受光量を最大とする最適距離Ｄｍということができる。
調整部５０は、投光部３０の光軸と受光部４０の光軸の相互間の傾斜角度を調整することにより、測定距離Ｄが最適距離Ｄｍではない場合であっても、最適距離Ｄｍの受光量に近づけるためのものである。

調整部５０による光軸の傾斜角度の調整は、背景物体Ｂの平面上で投光エリアＡＴと受光エリアＡＪの重複範囲Ｊが最大となるように行う。投光エリアＡＴと受光エリアＡＪのいずれか一方のほうが広い場合には、狭い方のエリアの全てが広い方のエリアの内側となる傾斜角度とすればよい。ガス検知装置１０の場合、投光エリアＡＴよりも受光エリアＡＪのほうが広いので、投光エリアＡＴの全てが受光エリアＡＪの内側となるように調整する。なお、投光エリアＡＴはその全範囲が受光エリアＡＪの内側となれば上下方向について受光エリアＡＪのいずれに位置してもよい。
例えば、受光エリアＡＪの下端部が投光エリアＡＴの下端部と一致する位置（受光エリアＡＪの下端部寄りの位置）としても良いが、ここでは、図２に示すように、受光エリアＡＪの光軸位置と投光エリアＡＴの光軸位置とが一致するように調整する場合を例示する。

［制御装置］
制御装置２０には、受光素子４１から背景物体Ｂまでの距離Ｄ（図１１参照）を入力するための距離設定部２１が併設されている。この距離設定部２１は距離の数値を入力するキーボード等の入力インターフェイスである。
制御装置２０は、受光素子４１から背景物体Ｂまでの距離Ｄが入力されると、調整部５０による投光部３０の光軸の傾斜角度を算出する。背景物体Ｂから調整部５０における投光部３０の回動中心位置までの距離が受光素子４１から背景物体Ｂまでの距離Ｄと等しいものとすると、制御装置２０は、傾斜角度θは距離Ｄと光軸の光軸間距離Ｌ（図１１参照）とから次式のように算出する。
θ＝tan^-1（Ｌ／Ｄ）

さらに、制御装置２０は、算出した傾斜角度θとなるように調整部５０のモーターを制御する。これにより、距離Ｄの背景物体Ｂの平面上における受光部４０の光軸位置に対して投光部３０の光軸位置が一致する向きで投光を行うことができ、背景物体Ｂの平面上の投光エリアＡＴ全体が受光エリアＡＪの内側となる。
これにより、背景物体Ｂが近接して重複範囲Ｊが狭小化することを回避し、測定光の受光量を高く維持することができる。
また、上記制御装置２０は、「前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きを前記距離設定部から入力された距離に基づいて決定すると共に、前記光軸が決定した位置又は向きとなるように前記調整部を制御する第一の調整制御部」として機能する。

［ガス検知動作］
上記制御装置２０が行うガス検知動作について図４のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
まず、距離設定部２１により受光部４０から背景物体Ｂまでの距離Ｄが入力されると（ステップＳ１）、制御装置２０は距離Ｄに対して適正な投光部３０の光軸の傾斜角度θを算出する（ステップＳ３）。そして、制御装置２０は、投光部３０の光軸が算出した傾斜角度θを向くように調整部５０のモーターを制御する（ステップＳ５）。

次に、制御装置２０は、投光部３０を制御して非吸収波長帯域の測定光を背景物体Ｂに投光し、受光部４０により散乱反射した測定光の受光量を測定する（ステップＳ７）。
さらに、制御装置２０は、投光部３０を制御して吸収波長帯域の測定光を背景物体Ｂに投光し、受光部４０により散乱反射した測定光の受光量を測定する（ステップＳ９）。
そして、制御装置２０は、吸収波長帯域の測定光と非吸収波長帯域の測定光の受光量の比率を［吸収波長帯域の測定光］／［非吸収波長帯域の測定光］から算出する（ステップＳ１１）。
測定光の光路上に検知対象のガスＧが存在する場合には、吸収波長帯域の測定光はガスに吸収され、算出された比率の値は低下を生じる。制御装置２０では、吸収波長帯域の測定光と非吸収波長帯域の測定光の受光量の比率の閾値が記憶されており、算出した比率と閾値とを比較する（ステップＳ１３）。
そして、算出した比率が閾値以上となる場合にはガスＧは存在せずと判定し、算出した比率が閾値を下回る場合にはガスＧが存在すると判定する。さらに、算出した比率が閾値を下回る場合には、その比率に応じてガス濃度を算出する。
なお、制御装置２０には、所定の情報を表示する表示部を設け、ガスＧの有無及びガス濃度を表示出力しても良い。

［第一の実施形態の効果］
上記ガス検知装置１０は、投光部３０の投光エリアＡＴが受光部４０の受光エリアＡＪに接離する方向に沿って移動するように投光部３０の光軸の向きを調整する調整部５０を備えるので、背景物体Ｂが最適距離Ｄｍよりも近い場合であっても、投光部３０の光軸の向きを調整することにより投光エリアＡＴと受光エリアＡＪの重複範囲Ｊを拡張することができ、測定光の受光量の低下を防ぎ、ガスＧの検知精度の向上を図ることが可能となる。

また、調整部５０は、投光部３０を回動させることによりその光軸の向きを調整する構造なので、投光部３０の微小な回動動作により投光エリアＡＴを十分に広範囲で移動させることができ、投光部３０の光軸の向きをより効果的に調整することが可能となる。
また、投光部３０の動作量を少なくできるので、筐体１１内の省スペース化を図ると共に装置の小型化を実現することができる。

また、ガス検知装置１０は、制御装置２０が、距離設定部２１から入力された受光部４０から背景物体Ｂまでの距離Ｄに基づいて投光部３０の光軸の傾斜角度を決定し、調整部５０を制御するので、距離Ｄが分かれば、投光エリアＡＴと受光エリアＡＪの重複範囲Ｊを拡張するように投光部３０の光軸の向きの適正化を図ることができ、ガスＧの有無及び濃度の検知精度の向上を容易に実現することが可能となる。

［第二の実施形態］
本発明の第二の実施形態を図５に示す。このガス検知装置１０Ａは、前述したガス検知装置１０と異なり、距離設定部２１により受光部４０から背景物体Ｂまでの距離Ｄを取得する構成に替えて、背景物体Ｂまでの距離を測定する測距部６０Ａを備え、測定した距離に基づいて調整部５０を制御することを特徴としている。
なお、このガス検知装置１０Ａについては、主に前述したガス検知装置１０と異なる点について説明し、ガス検知装置１０と同一の構成については同符号を付して重複する説明は省略する。

ガス検知装置１０Ａの測距部６０Ａは、投光部３０のユニットカバー３３に搭載されている。この測距部６０Ａは、レーザーダイオード等の発光素子６１Ａと、発光素子６１Ａからの距離測定光を集光する光学系６２Ａと、フォトダイオード等の受光素子６３Ａと、背景物体Ｂにより散乱反射した距離測定光を集光する光学系６４Ａと、発光素子６１Ａからの距離測定光が投光部３０の光軸と同一軸上となるように反射する第一のハーフミラー６５Ａと、発光素子６１Ａからの距離測定光の光軸に沿って進む、背景物体Ｂにおいて反射した距離測定光を受光素子６３Ａ側に反射する第二のハーフミラー６６Ａとを備えている。

発光素子６１Ａは、検知対象となるガスＧの非吸収帯域の距離測定光を投光する。
発光素子６１Ａ及びその光学系６２Ａによる距離測定光の光軸は、投光部３０の光軸を含む鉛直上下方向に沿った平面上に位置し、距離測定光の光軸と投光部３０の光軸との交点に配置された第一のハーフミラー６５Ａは、距離測定光が投光部３０の光軸上を背景物体Ｂ側に進むように距離測定光を反射する。
第一のハーフミラー６５Ａは、投光部３０の光軸上に配置されているが、投光部３０の発光素子３１側からの測定光は透過し、ガス検知を妨げない。

背景物体Ｂに投光された距離測定光は、背景物体Ｂで散乱反射し、さらに第一のハーフミラー６５Ａによって発光素子６１Ａ側に反射される。
第二のハーフミラー６６Ａは、第一のハーフミラー６５Ａと発光素子６１Ａの間に配置されており、第一のハーフミラー６５Ａによって発光素子６１Ａ側に反射された距離測定光を受光素子６３Ａ側に反射する。なお、この第二のハーフミラー６６Ａも、発光素子６１Ａ側からの距離測定光を透過し、その投光を妨げない。

制御装置２０Ａは、測距部６０Ａの発光素子６１Ａ及び受光素子６３Ａが接続されており、発光素子６１Ａを発光させて、背景物体Ｂで反射された距離測定光を受光した受光素子６３Ａの出力信号から距離算出を行う。
即ち、制御装置２０Ａは、発光素子６１Ａから投光した距離測定光と受光素子６３Ａが受光した距離測定光の位相差により周知の手法で受光素子６３Ａから背景物体Ｂまでの光路上の距離を算出する。
なお、受光部４０から背景物体Ｂまでの距離Ｄと受光素子６３Ａから背景物体Ｂまでの光路上の距離との間に生じる距離差は、測距部６０Ａの設計データから既知であり、制御装置２０Ａは、予めこの距離差を記憶している。従って、受光素子６３Ａから背景物体Ｂまでの光路上の距離を算出し、この距離差を減じることにより、制御装置２０Ａは、受光部４０から背景物体Ｂまでの距離Ｄを取得することができる。

［ガス検知動作］
上記制御装置２０Ａが行うガス検知動作について図６のフローチャートに基づいて説明する。この制御装置２０Ａが行うガス検知動作では、前述した制御装置２０が行う図４のガス検知動作のステップＳ１の距離Ｄの設定入力に替えて、測距部６０Ａによる距離Ｄの距離測定が行われる（ステップＳ１Ａ）。そして、距離測定後は、図４のステップＳ３〜Ｓ１３と同一の処理が行われるので、ここではステップＳ１Ａの測距部６０Ａによる距離Ｄの距離測定動作について主に説明する。

制御装置２０Ａは、投光部３０の光軸と受光部４０の光軸とが平行となる基本位置を維持するように調整部５０を制御し、この状態で、背景物体Ｂに対して測距部６０Ａの発光素子６１Ａによる距離測定光の投光を行い、反射した距離測定光を受光した受光素子６３Ａの検出信号から受光素子６３Ａから背景物体Ｂまでの光路上の距離を算出し、さらに、受光部４０から背景物体Ｂまでの距離Ｄを算出する。
そして、距離Ｄを取得すると、制御装置２０Ａは、前述と同じステップＳ３〜Ｓ１３の処理により、ガスＧの有無及び濃度を検出する。

なお、上述した測距部６０Ａは、投光部３０と同一直線上となる光軸により投光を行っているが、これに限定されず、投光部３０とは別の位置で投光しても良い。但し、受光部４０の光軸と平行な光軸で投光することが望ましい。また、測距部６０Ａは投光部３０のユニットカバー３３に搭載されているが、これに限らず、筐体１１内に固定設置しても良い。
また、測距部６０Ａは、レーザーの位相差を利用するものに限られず、例えば、投光系と受光系の光軸を非平行とし、受光系にはラインセンサやイメージセンサを用いて反射光の受光位置の差から距離を求める構成としても良い。また、光学式に限らず、超音波を利用する測距手段を用いても良い。

［第二の実施形態の効果］
このように、ガス検知装置１０Ａは、測距部６０Ａを備えるので、事前に背景物体Ｂから受光部４０までの距離Ｄを測定したり、測定値を入力したりすることなく、ガス検知装置１０と同じ高精度でガス検知を行うことが可能となる。

［第三の実施形態］
本発明の第三の実施形態として、前述した距離設定部２１及び測距部６０Ａの何れも用いることなく投光部３０の光軸の傾斜角度の適正化を図る制御例について説明する。
この第三の実施形態は、前述したガス検知装置１０の構成において、投光部３０の光軸の適正な傾斜角度を求める光軸適正化制御を制御装置２０が行う例を説明する。

この光軸適正化制御では、制御装置２０が、投光部３０の光軸が受光部４０の光軸に平行となる基本位置から、投光部３０の発光素子３１から検知対象となるガスＧの非吸収帯域の測定光を投光させつつ、投光エリアＡＴが受光エリアＡＪ側に接近する方向に投光部３０の光軸が回動するように調整部５０のモーターを制御する。
そして、投光部３０の光軸が回動する間、受光部４０の受光素子４１により検出される測定光の受光量の変化を記録する。
そして、投光部３０の光軸が所定角度（最大で90°）の範囲で回動するまで、受光量の変化を記録し、その範囲で受光量の最大値が得られた投光部３０の光軸の傾斜角度をガス検知の際の投光部３０の光軸の傾斜角度に決定する。
そして、上記光軸適正化制御により、投光部３０の光軸の傾斜角度が定まった後には、図４のステップＳ５〜Ｓ１３と同じ処理によりガス検知を行うことができる。

このように、制御装置２０が上記光軸適正化制御を行うことにより、距離設定部２１や測距部６０Ａを用いることなく、投光部３０の光軸の傾斜角度を決定することができる。また、この制御を行う場合には、距離設定部２１を設けなくともよい。
そして、制御装置２０は上記光軸適正化制御を行うことにより、「調整部による前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きの調整動作を行いつつ、前記受光部より前記所定の波長帯域の光を受光して得られる前記所定の波長帯域の光の受光量に基づいてガス検知を行う前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きを決定する光軸適正化制御部」として機能する
従って、ガス検知装置１０から距離設定部２１を除去した構成のガス検知装置であっても、ガス検知装置１０と同じ高精度でガス検知を行うことが可能となる。

［第四の実施形態］
本発明の第四の実施形態を図７に示す。このガス検知装置１０Ｂは、前述したガス検知装置１０Ａの構成（図５参照）に、筐体１１を垂直軸回りに回動させることで投光部３０及び受光部４０の向きを一体的に変動させる回動機構７０Ｂを加え、より広範囲のガス検知を行うことを特徴とする。
なお、このガス検知装置１０Ｂについては、主に、前述したガス検知装置１０Ａと異なる点について説明し、ガス検知装置１０と同一の構成については同符号を付して重複する説明は省略する。

回動機構７０Ｂは、地面や施設等の床に固定設置され、筐体１１を鉛直上下方向に沿った回動軸回りに回動可能に支持する。筐体１１は、前述したガス検知装置１０Ａがガス検知を行う際の姿勢を維持した状態、即ち、基本位置の投光部３０の光軸と受光部４０の光軸とが水平且つ平行であって鉛直上下方向に沿った同一平面上に位置する状態で回動機構７０Ｂに支持されている。
回動機構７０Ｂは筐体１１を鉛直軸回りに回動させるための駆動源とモーターを備え、当該モーターは、制御装置２０Ｂにより制御が行われる。

制御装置２０Ｂがガス検知の際に行うガス検知装置１０Ｂの制御について図８のフローチャートに基づいて説明する。
制御装置２０Ｂは、まず、回動機構による向きの変動動作を行いつつガス検知を行う第一のガス検知制御を実行する（ステップＳ２１）。
この第一のガス検知制御では、投光部３０の光軸を基本位置に維持し、回動機構７０Ｂを所定の回動角度範囲内における複数の方向において、測距部６０Ａによる距離測定を行うことなくガス検知を実行する。
即ち、所定の回動角度範囲内における各方向において、非吸収波長帯域の測定光の投光及び検出と、吸収波長帯域の測定光の投光及び検出を実行する。
これにより、制御装置２０Ｂは「第一のガス検知制御部」として機能する。

次に、制御装置２０Ｂは、所定の回動角度範囲内における複数の方向で検出された非吸収波長帯域の測定光の受光量と吸収波長帯域の測定光の受光量の比率を求め、各方向におけるガスＧの有無を判定する。
そして、所定の回動角度範囲内において、ガス有りと判定された方向を特定する（ステップＳ２３）。

次に、制御装置２０Ｂは、所定の回動角度範囲内においてガス有りと判定された方向に対して、第二のガス検知制御を実行する（ステップＳ２５）。
即ち、制御装置２０Ｂは、回動機構７０Ｂを制御して筐体１１をガス有りと判定された方向に向ける。そして、当該方向に対して、前述した図６のフローチャートに基づくガス検知制御を実行する。つまり、背景物体までの距離測定を行い（図６のステップＳ１Ａ）、投光部３０の光軸の傾斜角度を算出し（図６のステップＳ３）、投光部３０の光軸を当該傾斜角度に調整し（図６のステップＳ５）、非吸収波長帯域の測定光の投光及び検出（図６のステップＳ７）と吸収波長帯域の測定光の投光及び検出（図６のステップＳ９）を実行し、これらの受光量比率を算出し（図６のステップＳ１１）、ガスの有無の判定及びガス濃度の特定を行う（図６のステップＳ１３）。
なお、所定の回動角度範囲内においてガス有りと判定された方向が複数ある場合には、それぞれの方向について、第二のガス検知制御を実行する。
これにより、制御装置２０Ｂは「第二のガス検知制御部」として機能する。

そして、制御装置２０Ｂは、第一のガス検知制御によって得られたガス有りと判定された方向と、その方向について第二のガス検知制御によって得られたガスの有無の判定及びガス濃度を外部に出力又は表示部を設けた場合には表示部に出力する（ステップＳ２７）。

このように、ガス検知装置１０Ｂでは、回動機構７０Ｂを設け、広範囲に対して、第一のガス検知制御を実行することにより、ガスの粗サーチを行い、第一のガス検知制御の測定結果から得られた特定の方向について第二のガス検知制御を行うことより、より精度の高いガス検知を実現する。
これにより、広範囲に対して、迅速に精度の高いガス検知を行うことが可能となる。

［第五の実施形態］
本発明の第五の実施形態を図９に示す。このガス検知装置１０Ｃは、前述したガス検知装置１０の調整部５０に替えてプリズムを用いた調整部５０Ｃを備える構成を例示する。なお、調整部５０Ｃ及び制御装置２０Ｃ以外の構成については、ガス検知装置１０と同一であるため、ここでは、主に調整部５０Ｃ及び制御装置２０Ｃについて説明する。

ガス検知装置１０では、投光部３０のユニットカバー３３は筐体１１に対して調整部５０を介して水平軸回りに回動可能に装備されていたが、このガス検知装置１０Ｃでは、投光部３０のユニットカバー３３は、光軸が受光部４０の光軸と平行となる状態で固定設置されている。
そして、調整部５０Ｃは、投光部３０の発光素子３１及び投光光学系３２の投光方向正面側に配置されたプリズム５１Ｃと、当該プリズム５１Ｃを水平且つ光軸に直交する方向に沿った回動軸回りに回動させるモーター５２Ｃとを備えている。

プリズム５１Ｃは、投光部３０の測定光を透過し、回動することにより投光エリアＡＴが受光エリアＡＪに接離する方向に沿って移動するように光軸の向きを調整することができる。
モーター５２Ｃは、制御装置２０Ｃによりプリズム５１Ｃを任意の角度に回動させるように制御される。

制御装置２０Ｃは、距離設定部２１から受光素子４１から背景物体Ｂまでの距離Ｄが入力されると、調整部５０Ｃによるプリズム５１Ｃの傾斜角度を算出する。傾斜角度は、距離Ｄである背景物体Ｂに対して投光される投光部３０の光軸の位置が受光部４０の光軸の位置に一致する角度が算出される。
そして、制御装置２０Ｃは、算出した傾斜角度となるように調整部５０Ｃのモーター５２Ｃを制御する。これにより、測定光の受光量を高く維持することができる。
この制御装置２０Ｃも「第一の調整制御部」として機能する。
なお、投光部３０の光軸調整後のガス検知装置１０Ｃのガス検知動作は、ガス検知装置１０の図４に示すＳ７〜Ｓ１３のガス検知動作と同じであるので詳細な説明は省略する。そして、このガス検知装置１０Ｃもガス検知装置１０と同一の効果を得ることが出来る。

［第六の実施形態］
本発明の第六の実施形態を図１０に示す。このガス検知装置１０Ｄは、前述したガス検知装置１０の調整部５０に替えて反射体としてのミラーを用いた調整部５０Ｄを備える構成を例示する。なお、調整部５０Ｄ及び制御装置２０Ｄ以外の構成については、ガス検知装置１０と同一であるため、ここでは、主に調整部５０Ｄ及び制御装置２０Ｄについて説明する。

ガス検知装置１０では、投光部３０のユニットカバー３３は筐体１１に対して調整部５０を介して水平軸回りに回動可能に装備されていたが、このガス検知装置１０Ｄでは、投光部３０のユニットカバー３３は、光軸が受光部４０の光軸を含む鉛直上下方向に沿った平面上で鉛直上下方向を向いた状態で固定設置されている。また、投光部３０は、上方に向かって測定光を投光する。
そして、調整部５０Ｄは、投光部３０の発光素子３１及び投光光学系３２の投光方向正面側に配置されたミラー５１Ｄと、当該ミラー５１Ｄを水平且つ光軸に直交する方向に沿った回動軸回りに回動させるモーター５２Ｄとを備えている。

ミラー５１Ｄは、投光部３０の測定光を反射し、回動することにより投光エリアＡＴが受光エリアＡＪに接離する方向に沿って移動するように光軸の向きを調整することができる。
モーター５２Ｄは、制御装置２０Ｄによりミラー５１Ｄを任意の角度に回動させるように制御される。

制御装置２０Ｄは、距離設定部２１から受光素子４１から背景物体Ｂまでの距離Ｄが入力されると、調整部５０Ｄによるミラー５１Ｄの傾斜角度を算出する。傾斜角度は、距離Ｄである背景物体Ｂに対して投光される投光部３０の光軸の位置が受光部４０の光軸の位置に一致する角度が算出される。
そして、制御装置２０Ｄは、算出した傾斜角度となるように調整部５０Ｄのモーター５２Ｄを制御する。これにより、測定光の受光量を高く維持することができる。
この制御装置２０Ｄも「第一の調整制御部」として機能する。
なお、投光部３０の光軸調整後のガス検知装置１０Ｄのガス検知動作は、ガス検知装置１０の図４に示すＳ７〜Ｓ１３のガス検知動作と同じであるので詳細な説明は省略する。そして、このガス検知装置１０Ｄもガス検知装置１０と同一の効果を得ることが出来る。

なお、上記ガス検知装置１０Ｃ、１０Ｄに前述した測距部６０Ａを設け、測距部６０Ａにより測定した受光素子４１から背景物体Ｂまでの距離Ｄに基づいてガス検知を行っても良い。その場合、プリズム５１Ｃやミラー５１Ｄに測距部６０Ａを搭載することは困難なので、測距部６０Ａは光軸を受光部４０の光軸と平行にして筐体１１内に固定設置した状態で測距することが望ましい。
また、距離設定部２１や測距部６０Ａを設けずに、制御装置２０Ｃ又は２０Ｄが第三の実施形態で説明した光軸適正化制御を行うことにより投光部３０の光軸の傾斜角度の適正化を図っても良い。

［その他］
調整部５０，５０Ｃ及び５０Ｄは、投光部３０の光軸の向きを変える構成としているが、これに限らず、受光部４０の光軸の向きを変える構成としても良い。
また、調整部５０は、回動動作により投光部３０又は受光部４０の光軸の向きを変えることにより調整する場合に限らず、光軸の向きを一定に維持したまま所定方向（例えば、当該光軸と直交する方向）に平行移動させることにより調整を行う構成としても良い。

また、上記各実施形態では、制御装置２０〜２０Ｄがいずれも吸収波長帯域の測定光と非吸収波長帯域の測定光の受光量の比率からガス検知を行う方式（差分吸収法）を例示したがこれに限らない。
例えば、投光部３０から投光する測定光を所定の周期で変調し、受光部４０の受光信号を変調周波数の２倍の周波数で検波（2f検波）した信号成分を変調周波数で検波した信号成分で除してガス検知信号を得る、いわゆる、2f検波法（波長変調分光法）でガス検知を行っても良い。
この2f検波法でガス検知を行う場合には、より高精度の検出が可能となると共に非吸収帯域の測定光の投光及び受光を不要とするので、より高速のガス検知を行うことが可能となる。

また、各実施形態において、測距の際に、或いは、投光部３０の光軸の向きを調整するために非吸収波長帯域の測定光を投光しているが、吸収波長帯域の測定光を投光しても良い。光路上にガスが存在する場合、ガスによる受光量の低下を生じるが、測距精度や投光部３０の光軸の調整精度に大きな影響を与える程の低下は生じない。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ ガス検知装置
１１ 筐体
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 制御装置（第一のガス検知制御部、第二のガス検知制御部、第一の調整制御部、第二の調整制御部、光軸適正化制御部）
２１ 距離設定部
３０ 投光部
３１ 発光素子
３２ 投光光学系
４０ 受光部
４１ 受光素子
４２ 受光光学系
５０，５０Ｃ，５０Ｄ 調整部
５１Ｃ プリズム
５１Ｄ ミラー（反射体）
６０Ａ 測距部
７０Ｂ 回動機構
ＡＪ 受光エリア
ＡＴ 投光エリア
Ｂ 背景物体
Ｄ 距離
Ｇ ガス
Ｊ 重複範囲
Ｌ 光軸間距離
θ 傾斜角度

Claims (8)

1. 所定の波長帯域の光を投光する投光部と、
   前記投光部から投光され、検知対象のガスの在り得る空間を通過して反射された前記所定の波長帯域の光を受光すると共に、光軸が前記投光部と同一軸上とならないように配置された受光部と、
   前記投光部の投光エリアと前記受光部の受光エリアのいずれか一方が他方に接離する方向に沿って移動するように前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きを調整する調整部と、を備え、
   前記受光部による前記所定の波長帯域の光の受光量に基づいてガス検知を行うことを特徴とするガス検知装置。
2. 前記調整部は、前記投光部又は前記受光部を回動させることによりその光軸の向きを調整することを特徴とする請求項１記載のガス検知装置。
3. 前記調整部は、前記所定の波長帯域の光を透過させるプリズムの向きを変えることにより、前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の向きを調整することを特徴とする請求項１記載のガス検知装置。
4. 前記調整部は、前記所定の波長帯域の光を反射させる反射体の向きを変えることにより、前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の向きを調整することを特徴とする請求項１記載のガス検知装置。
5. 前記投光部及び前記受光部の向きを一体的に変動させる回動機構を備え、
   前記回動機構による向きの変動動作を行いつつガス検知を行う第一のガス検知制御部と、
   前記第一のガス検知制御部によってガスが検知された前記回動機構による向きにおいて、前記調整部による前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きの調整動作を行いつつガス検知を行う第二のガス検知制御部とを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のガス検知装置。
6. 前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸に沿って対向する物体までの距離を入力する距離設定部と、
   前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きを前記距離設定部から入力された距離に基づいて決定すると共に、前記光軸が決定した位置又は向きとなるように前記調整部を制御する第一の調整制御部とを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のガス検知装置。
7. 前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸に沿って対向する物体までの距離を測定する測距部と、
   前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きを前記測距部の測定距離に基づいて決定すると共に、前記光軸が決定した位置又は向きとなるように前記調整部を制御する第二の調整制御部とを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のガス検知装置。
8. 前記調整部による前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きの調整動作を行いつつ、前記受光部より前記所定の波長帯域の光を受光して得られる前記所定の波長帯域の光の受光量に基づいて、ガス検知を行う前記投光部の光軸又は前記受光部の光軸の位置又は向きを決定する光軸適正化制御部を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のガス検知装置。

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