JP2018087748A - ガス検出光学装置およびガス検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】赤外光を用いる新規なガス検出光学装置を実現する。【解決手段】検出空間内における１以上の被検出ガスを検出するガス検出光学装置であって、検出空間ＳＤを、被検出ガスの吸収波長を波長領域内に含む赤外光ビームＬＵＲにより２次元的に走査する光源側ユニットＬＳＵと、検出空間を２次元的に走査した赤外光ビームを受光する受光側ユニットＬＲＵと、を有し、光源側ユニットは、赤外光ビームを放射する赤外光光源１０、１１と、該赤外光光源から放射された赤外光ビームＬＵＲにより検出空間を２次元的に走査する走査手段１２、１４１と、を少なくとも有し、受光側ユニットＬＲＵは、受光手段２０と、検出空間ＳＤを２次元的に走査した赤外光ビームＬＵＲを受光手段に集光させる集光手段２４１と、を少なくとも有する。【選択図】図１

Description

この発明は、ガス検出光学装置およびガス検出装置に関する。

周知の如く、赤外光領域には、ＣＯガスやＣＯ_２ガス、Ｈ_２Ｓガスや水蒸気、エチルアルコールガス等の種々のガスの吸収波長があり、この吸収波長を検知することにより、各種ガスの有無の検出、あるいは測定を行うことが知られている（特許文献１〜３等）。
ＣＯガスやＣＯ_２ガス等の毒性のあるガス（以下、「毒性ガス」ともいう。）が空間内に存在している場合における毒性ガスの分布状態や、毒性ガスが漏出している場合における漏出状況や、漏出箇所の特定にも「赤外光を用いるガス検出」が有効である。

この発明は、赤外光を用いる新規なガス検出光学装置の実現を課題とする。

この発明のガス検出光学装置は、検出空間内における１以上の被検出ガスを検出するガス検出光学装置であって、前記検出空間を、前記被検出ガスの吸収波長を波長領域内に含む赤外光ビームにより２次元的に走査する光源側ユニットと、前記検出空間を２次元的に走査した前記赤外光ビームを受光する受光側ユニットと、を有し、前記光源側ユニットは、前記赤外光ビームを放射する赤外光光源と、該赤外光光源から放射された前記赤外光ビームにより前記検出空間を２次元的に走査する走査手段と、を少なくとも有し、前記受光側ユニットは、受光手段と、前記検出空間を２次元的に走査した前記赤外光ビームを前記受光手段に集光させる集光手段と、を少なくとも有する。

この発明によれば、赤外光を用いる新規なガス検出光学装置を実現できる。

ガス検出装置の実施の１形態を説明図的に示す図である。 ガス検出光学装置の実施の別形態を明図的に示す図である。 ガス検出光学装置の実施の他の形態を明図的に示す図である。 ガス検出光学装置の実施のさらに他の形態を明図的に示す図である。 ガス検出光学装置の実施のさらに他の形態を説明図的に示す図である。 ガス検出光学装置の実施のさらに他の形態を説明図的に示す図である。 ガス検出光学装置の実施のさらに他の形態を説明図的に示す図である。

以下、実施の形態を説明する。
図１は、ガス検出装置の実施の１形態を説明図的に示す図である。
図１において、符号ＳＤは「検出空間」を示し、符号ＬＳＵは「光源側ユニット」、符号ＬＲＵは「受光側ユニット」を示している。光源側ユニットＬＳＵと受光側ユニットＬＲＵとは「ガス検出光学装置」の要部を構成する。このガス検出光学装置は「検出空間ＳＤ内における１以上の被検出ガス」を検出する。
光源側ユニットＬＳＵは、光源１０とコリメートレンズ１１と、偏向手段１２とレンズ１４１を有している。光源１０は「被検出ガスの吸収波長を波長領域内に含む赤外光」を放射し、コリメートレンズ１１は、光源１０から放射される赤外光を平行光束化して赤外光ビームＬＵＲとする。これら光源１０とコリメートレンズ１１とは「赤外光光源」を構成する。

赤外光光源から放射された赤外光部ビームＬＵＲは偏向手段１２に入射し、偏向手段１２により２次元的に偏向され、レンズ１４１に入射する。図１の実施の形態において、偏向手段１２とレンズ１４１は「走査手段」の要部を構成する。
図１に示す実施の形態においては、レンズ１４１は「正レンズ」で、偏向手段１２による赤外光ビームＬＵＲの２次元的な偏向の起点はレンズ１４１の入射側焦点位置に設定されている。従って、赤外光ビームＬＵＲは、正レンズ１４１の作用により、レンズ光軸に平行な方向へ屈折され、図面内の上下方向および図面に直交する方向の２方向において２次元的に偏向し、検出空間ＳＤを２次元的に走査する。

受光側ユニットＬＲＵは、レンズ２４１と受光手段２０とを有する。レンズ２４１は「集光手段」の１例で「正レンズ」である。受光手段２０は「単一の受光面を受光部として持つ受光素子」であり、その受光部をレンズ２４１の射出側焦点位置に位置させている。 説明中の例では、上述の如く、レンズ１４１を透過した後の赤外光ビームＬＵＲは、レンズ１４１の光軸に平行になる。レンズ２４１は、その光軸をレンズ１４１の光軸と平行に設定されており、レンズ２４１を透過した赤外光ビームＬＵＲは、レンズ２４１の射出側焦点位置に位置する受光手段２０の受光面に入射する。
即ち、偏向手段１２による赤外光ビームＬＵＲの偏向の起点と、受光手段２０の受光部とが「略共役関係」となっている。
従って、受光手段２０には検出空間ＳＤを２次元的に走査した赤外光ビームＬＵＲが、走査に従って入射し、受光手段２０からは、検出空間ＳＤを２次元的に走査した赤外光ビームＬＵＲの「走査に従い変化する強度」に応じた受光信号が時系列に出力される。
この時系列の出力信号は、赤外光ＬＵＲの２次元的な走査位置と対応しており、赤外光ビームＬＵＲが通過した位置における被検出ガスの濃度が高いほど、赤外光ビームＬＵＲは強く吸収されるから、この位置に対応する受光信号の出力は小さくなる。従って、赤外光ビームＬＵＲによる２次元的な走査に対応して、被検出ガスの濃度の空間的な変化を知ることができる。

上に説明したガス検出光学装置は、検出空間ＳＤ内における被検出ガスを検出するガス検出光学装置であって、検出空間ＳＤを、被検出ガスの吸収波長を波長領域内に含む赤外光ビームＬＵＲにより２次元的に走査する光源側ユニットＬＳＵと、検出空間ＳＤを２次元的に走査した赤外光ビームＬＵＲを受光する受光側ユニットＬＲＵと、を有する。
光源側ユニットＬＳＵは、赤外光ビームＬＵＲを放射する赤外光光源１０、１１と、該赤外光光源から放射された赤外光ビームＬＵＲにより検出空間ＳＤを２次元的に走査する走査手段１２、１４１とを少なくとも有し、受光側ユニットＬＲＵは、受光手段２０と、検出空間ＳＤを２次元的に走査した赤外光ビームＬＵＲを受光手段２０に集光させる集光手段２４１と、を少なくとも有する。

「走査手段」の有するべき機能は「赤外光光源から放射された赤外光ビームＬＵＲにより検出空間ＳＤを２次元的に走査する機能」であり、このような機能を有する機構であれば適宜に用いることができる。
図１に示す例では、偏向手段１２とレンズ１４１が「走査手段」の要部を構成しているが、レンズ１４１に代えて、凹面ミラー等を用いることができ、また「レンズとミラーとの組み合わせ」を用いることもできる。偏向手段１２と組み合わせられるレンズや凹面ミラー等の光学手段や、レンズとミラー等の組み合わせによる光学手段を以下「光源側光学手段」と呼ぶ。説明中の例では、偏向手段１２と組み合わせられる正レンズであるレンズ１４１が「光源側光学手段」である。

また、受光側ユニットに用いられる「集光手段」も、正レンズであるレンズ２４１に限らず、凹面ミラーや「レンズとミラーの組み合わせ」等により構成することができる。
「赤外光光源」について補足すると、赤外光光源は上記の如く光源１０とコリメートレンズ１１により構成される。光源１０が満たすべき条件は、放射する赤外光の波長領域が「検出ガスの吸収波長」を含むことである。例えば、被検出ガスがＣＯ_２ガスである場合には、ＣＯ_２ガスの吸収波長：４．２６μｍを波長領域に含む赤外光を放射する光源が用いられる。
被検出ガスは１種類に限らず、２種以上であることもできる。例えば、ＣＯ_２ガス以外にＨ_２Ｓガスを検出対象とすることもでき、この場合には、上記吸収波長：４．２６μｍの他にＨ_２Ｓガスの吸収波長：３．８１μｍを吸収領域に含む赤外光を放射する光源が用いられる。
光源１０としては、このような条件を満たすもの、例えば、赤外線ランプ、レーザダイオード（ＬＤ）、ＬＥＤ等の公知のものから適宜選択して用いることができる。
また、赤外光の波長領域を被検出ガスの吸収波長に応じて、適宜に制限することもできる。例えば、ＣＯ_２ガスを被検出ガスとする場合、赤外光ビームの波長領域を、吸収波長：４．２６μｍ近傍の波長範囲（例えば、４．００μｍ〜４．５０μｍ）の中赤外光を選択的に透過させるバンドパスフィルタを、光源１０に含めてもよい。

光源１０とともに赤外光光源を構成するコリメートレンズ１１は、光源１０から放射される赤外光を「平行光束化」しているが、コリメート作用は平行光束化に限らず「集束光束や発散性の光束等」のビームに変換できるものであればよく、コリメートレンズに限らずミラー等（一般に「コリメート素子」と総称する。）を用いることができ、コリメート素子の種類や個数も適宜である。赤外光ビームのビーム形態やビーム径にも特に制限はなく適宜に設定できる。
即ち、コリメート素子は、光源１０から放射される赤外光を検出に適した赤外光ビームＬＵＲに変換できる機能を持つものであればよい。
例えば、図１の実施の形態において、コリメートレンズ１１により赤外光を「収束性のビームとし、その集束位置を偏向手段１２における「偏向の起点」に合致させれば、偏向手段１２により偏向された赤外光ビームは「発散性の光束」となり、正レンズ１４１を透過後は平行光束となって検出空間ＳＤを２次元的に走査し、レンズ２４１を透過した後は集束光束となって、受光手段２０の受光部に集光する。即ち、上記「偏向の起点」と「受光部」は共役関係となる。

偏向手段１２としては、赤外光光源からの赤外光ビームＬＵＲを２次元的に偏向できるものであれば、特に制限なく用いることができ、例示すると、周知の「ＭＥＭＳ構造による反射型の２次元偏向素子」が好適であるが、これに限らず、ポリゴンミラー等の「光線を角度走査する光学素子」を用いることもできる。

検出空間ＳＤについて補足すると、光源側ユニットＬＳＵの走査手段と受光側ユニットＬＲＵとの間で、走査手段を介した赤外光ＬＵＲにより２次元的に走査される領域を適宜に検出空間とすることができ、検出空間は「開放した自由空間」であることも「閉ざされた平空間」であることもできる。

図１において、符号３０は信号処理手段、符号４０は画像処理手段、符号５０はディスプレイ手段、符号６０は制御手段を、それぞれ示している。
図１に実施の１形態を示すガス検出装置は、上述の如く、信号処理手段３０、画像処理手段４０、５０はディスプレイ手段５０、制御手段６０を有している。
制御手段６０はＣＰＵ等により構成され、図の如く、光源１０、偏向手段１２、信号処理手段３０、画像処理手段４０、ディスプレイ手段５０を制御する。
信号処理手段３０、画像処理手段４０、制御手段６０は、同一コンピュータ内の機能として設定することもできる。また、ディスプレイ手段５０は、外部機器のディスプレイを利用し、画像処理手段４０の出力を送信して表示させるようにすることもできる。

図１のガス検出装置によるガス検出の具体的な１例を説明する。
被検出ガスとして「ＣＯ_２ガス」を考え、検出空間ＳＤ内のＣＯ_２ガスの有無を検出する場合を想定する。周知の如く、ＣＯ_２ガスは中赤外光の波長領域に吸収波長：４．２６μｍを有する。
従って、赤外光ビームは、波長領域内に上記の吸収波長：４．２６μｍを含む必要がある。吸収波長：４．２６μｍを含む「中赤外光」を放射する赤外光光源は、中赤外光ＬＤ（半導体レーザ）等種々のものが市販されており、適宜のものを選択して用いることができる。
ＣＯ_２ガスの吸収波長：４．２６μｍに近い吸収波長をもつガスとして、Ｈ_２Ｓガスがあり、その吸収波長は３．８１μｍである。検出空間ＳＤ内に、これらの２種のガスが混在して存在する可能性がある場合に、そのうちのＣＯ_２ガスのみを選択的に検出する必要があるような場合には、上記吸収波長：４．２６μｍと、その近傍の波長領域（波長バンド：例えば、４．００μｍ〜４．５０μｍ）の中赤外光を選択的に透過させ、他の波長の中赤外光は透過させないバンドパスフィルタを用いることによりＣＯ_２ガス検出に用いる赤外光ビームの波長範囲を制限することができる。
このようなバンドパスフィルタを、例えば、光源１０とコリメートレンズ１１の間、コリメートレンズ１１と偏向手段１２の間、あるいは、受光手段２０の受光面の前面近傍に配置すればよい。あるいはまた、光源側ユニットあるいは受光側ユニットに透明平板を窓として用い、この透明平板にバンドパスフィルタの機能を持たせることもできる。

偏向手段１２としては「ＭＥＭＳ構造による反射型の２次元偏向素子」を想定する。
受光手段２０は、吸収波長：４．２６μｍの中赤外光に対して受光感度を有する適宜の受光素子、例えば、フォトダイオードやＣＭＳセンサ、焦電センサ等を用いることができる。
光源側ユニットＬＳＲからの赤外光ビームＬＵＲは検出空間ＳＤを２次元的に走査するが、この走査は「繰り返して」行われる。この繰り返しの１単位を便宜上「１フレーム」と呼び、１フレームを走査する時間を「フレーム時間：ＦＴ」と呼ぶことにする。

まず、検出空間ＳＤ内にＣＯ_２ガスが存在しない場合の受光手段２０の受光量を基準受光量として特定する。
赤外光ビームＬＵＲの２次元的な走査に従って受光手段２０から出力される時系列の出力信号を信号処理手段３０により、適宜のサンプリング時間でサンプリングし、受光信号の「２次元的な強度分布」を１フレーム毎、もしくは適当な複数フレームごとに作成し、この強度分布を画像処理手段４０により「２次元の濃淡画像」として画像処理、この２次元の濃淡画像をディスプレイ手段５０に表示させる。このようにして、検出空間ＳＤ内における被検出ガス（ＣＯ_２ガス）の空間的な分布を２次元画像として表示できる。

２次元的な走査を連続的に行いつつ、ディスプレイ手段５０に表示される２次元画像を適当な時間ごとに更新することにより、検出空間ＳＤ内における被検出ガスの濃度変化を時系列で得ることができる。例えば、検出空間ＳＤ内にＣＯ_２ガスが漏れ出しているような場合、被検出ガスの漏れ出る様子を可視画像としてリアルタイムで観察でき、漏出個所の特定に供することもできる。

上記ガス検出は、制御手段６０の制御のもとに行われる。即ち、制御手段６０は、光源１０の制御により赤外光を放射させ、走査手段の偏向手段１２の制御により赤外光ビームＬＵＲを２次元的に偏向させて検出空間ＳＤを２次元的に走査させる。

また、信号処理手段３０の制御により「受光信号の２次元的な強度分布」を１フレーム毎、もしくは適当な複数フレームごとに作成し、画像処理手段４０を制御して上記強度分布を「２次元の濃淡画像」とし、ディスプレイ手段５０を制御して、検出空間ＳＤ内における被検出ガス（ＣＯ_２ガス）の空間的な分布を２次元画像として表示する。

画像処理手段４０はまた、信号処理手段３０から入力される情報（受光信号の２次元的な強度分布）に対して閾値を設け、閾値以上の情報が入力した場合に、例えば「危険 炭酸ガス中毒の恐れあり。」等のメッセージを生成し、ＣＯ_２ガス濃度と共にディスプレイ手段５０に表示するようにすることもできる。
空気中に自然に存在するＣＯ_２ガスの濃度は０．０３８％程度であることが知られており、前述した「ＣＯ_２ガス中毒」を引き起こす濃度は３％〜５％以上とされている。

そこで、例えば、予め、ＣＯ_２濃度のレベル：ＬＶ１、ＬＶ２、ＬＶ３を、
ＬＶ１ １％未満 安全
ＬＶ２ １％以上２％未満 注意
ＬＶ３ ３％以上 危険
の如く定め、レベル：ＬＶ１に対して緑色、レベル：ＬＶ２に対してオレンジ色、レベル：ＬＶ３に対して赤色を用意する。
そして、画像処理手段４０は、信号処理手段３０からの入力に応じて「濃度レベルＬＶ１ １％未満 安全」、「濃度レベルＬＶ２ １％以上２％未満 注意」、「濃度レベルＬＶ３ ３％以上 危険」の３種のメッセージを用意し、これらのメッセージの何れかと各レベルに対応する色を判定結果に応じて出力する。

１例を挙げれば、信号処理手段３０の最大出力が「濃度レベルＬＶ１ １％未満 安全」である場合には、ディスプレイ手段５０に前記「濃度レベルＬＶ１ １％未満 安全」の文字によるメッセージを緑色で表示する。
同様に、信号処理手段３０の最大出力が「濃度レベルＬＶ２ １％以上２％未満 注意」である場合には、ディスプレイ手段５０に「濃度レベルＬＶ２ １％以上２％未満 注意」の文字によるメッセージをオレンジ色で表示する。また、信号処理手段３０の最大出力が「濃度レベルＬＶ３ ３％以上 危険」である場合には、ディスプレイ手段５０に「濃度レベルＬＶ３ ３％以上 危険」の文字によるメッセージを赤色で表示する。
なお、ディスプレイ手段５０に表示される画像の「コントラストや輝度、生成された画像の表示形態」は、図示を省略された操作パネルの操作により制御手段６０を介して画像処理手段４０を制御することにより、適宜に調整できる。
また、図１に示すガス検出装置に「送信手段」を組み込み、画像処理手段４０により生成される画像を、外部機器に送信して「外部機器のディスプレイ手段」に表示するように構成することもできる。
制御手段６０はまた、外部のコンピュータ等の上位装置による指令を受けるように構成することもできる。

以下、変形例を説明する。なお、煩雑を避けるため、混同の恐れがないと思われるものについては、図１と符号を共通化する。
以下に説明する変形例は、主として、ガス検出光学装置の変形例であり、信号処理手段３０、画像処理手段４０、ディスプレイ手段５０、制御手段６０に関しては、上に説明した実施の形態例と同様であるので、これらに関する説明は、上に説明したところを援用する。

図２に示す実施の形態は、「走査手段」を偏向手段１２と光源側光学手段（正レンズ）であるレンズ１４１Ａにより構成し、受光側ユニットＬＲＵの「集光手段」を負レンズ２４１Ａで構成し、偏向手段１２による赤外光ビームＬＵＲの偏向の起点と、受光手段２０の受光部とが略共役関係となる配置としたものである。
偏向手段１２による偏向の起点とレンズ１４１Ａとの光軸上の距離は、レンズ１４１Ａの物体側焦点距離よりも大きく設定され、赤外光ビームＬＵＲは、レンズ１４１Ａによりレンズ１４１Ａの光軸側に屈折され、検出空間ＳＤを２次元的に走査して、受光側ユニットＬＲＵの負レンズ２４１Ａに入射し、受光手段２０の受光面上に入射する。
この形態例のようにすると、検出空間ＳＤ内の「狭い領域」のガス濃度の分布を高い解像度で２次元画像化することが可能となる。

図３に示す実施の形態は、走査手段を偏向手段１２と光源側光学手段（負レンズ）であるレンズ１４１Ｂにより構成し、受光側ユニットＬＲＵの「集光手段」を正レンズ２４１Ｂで構成し、偏向手段１２による赤外光ビームＬＵＲの偏向の起点と、受光手段２０の受光部とが略共役関係となる配置としたものである。
偏向手段１２により２次元的に偏向された赤外光ビームＬＵＲは、負レンズ１４１Ｂにより光軸から離れる側に屈折され、検出空間ＳＤを２次元的に走査して、受光側ユニットＬＲＵの正レンズ２４１Ｂに入射し、受光手段２０の受光面上に集光される。
この形態例のようにすると、検出空間ＳＤ内の「広い領域」のガス濃度の分布を２次元画像化することが可能となる。
即ち、図２や図３の形態例では、走査範囲（即ち検出範囲）を縮小したり（図２）、拡大したり（図３）することができる。

図１ないし図３に即して説明した実施の形態においては、光源側光学手段（１４１、１４１Ａ、１４１Ｂ）及び集光手段（２４１、２４１Ａ、２４１Ｂ）が共にレンズである。また、図１に示す実施の形態では、光源側光学手段（１４１）と集光手段（２４１）が、共に正レンズであり、図２および図３に示す実施の形態では、光源側光学手段と集光手段の一方が正レンズ（１４１Ａ、２４１Ｂ）で、他方が負レンズ（１４１Ｂ、２４１Ａ）である。

図４および図５に示す実施の形態は、光源側光学手段ＬＳＵにおける光源側光学手段および集光手段として曲面ミラーを用いた例である。
図４に示す実施の形態においては、光源側光学手段１４、集光手段２４は、共に凹面ミラーであり、図５に示す実施の形態においては、光源側光学手段１４Ａは凸面ミラーで、集光手段２４Ａは凹面ミラーである。いずれの場合も、偏向手段１２による赤外光ビームＬＵＲの偏向の起点と受光手段２０の受光部とが略共役関係となる配置となっている。
図４に示す実施の形態においては、凹面ミラー１４、凹面ミラー２４は共に「放物面ミラー」である。凹面ミラー１４の鏡面をなす回転放物面は、その焦点の位置を偏向手段１２による赤外光ビームＬＵＲの偏向の起点に合致させている。
従って、凹面ミラー１４により反射された赤外光ビームＬＵＲは、偏向手段１２による偏向に従い、平行移動的に変位して検出空間ＳＤを２次元的に走査して、集光手段である凹面ミラー２４に入射し、反射されると凹面ミラー２４の反射面をなす回転放物面の焦点位置に向かう。受光手段２０は、その受光部を凹面ミラー２４の焦点位置に合致させて配置されている。
このようにして、検出空間ＳＤ内における被検出ガスの濃度の空間分布の情報が得られる。

図５に示す実施の形態においては、偏向手段１２により偏向された赤外光ビームＬＵＲは、光源側光学手段である凸面ミラー１４Ａにより反射されて偏向角を拡大され、検出空間ＳＤを２次元的に走査し、集光手段である凹面ミラー２４により受光手段２０の受光部に向けて反射される。このようにして、検出空間ＳＤ内における被検出ガスの濃度の空間分布の情報が得られる。

図５に示す実施の形態では、図３に示す実施の形態の場合と同様、検出空間ＳＤ内の「広い領域」のガス濃度の分布を２次元画像化することが可能となる。
図５に示す実施の形態おける凸面ミラー１４Ａに代えて「凹面ミラー」を用い、凹面ミラー２４に代えて「凸面ミラー」を用いると、図２の形態例のように、検出空間ＳＤ内の「狭い領域」のガス濃度の分布を高い解像度で２次元画像化することが可能となる。

図１ないし図３に示した実施の各形態では、「走査手段」を構成する光源側光学手段と集光手段とを共にレンズにより構成し、図４、図５に示した実施の各形態では、光源側光学手段および集光手段を共に凹面ミラーにより構成している。
しかし、これに限らず、光源側光学手段および集光手段の少なくとも一方は「ミラーとともにレンズを含む」ように構成することもできる。このような場合の実施の形態の１例を図６に示す。
図６に示す例では、光源側ユニットＬＳＵにおける走査手段を、正レンズ１４１と平面鏡１４２で構成し、受光側ユニットＬＲＵの集光手段を、正レンズ２４１と平面鏡２４２とにより構成した例である。この例では、偏向手段１２による赤外光ビームＬＵＲの偏向の起点を正レンズ１４１の入射側焦点位置に合致させることにより、正レンズ１４１を透過した赤外光ビームＬＵＲが正レンズ１４１の光軸に平行になるようにしている。また、受光手段２０は正レンズ２４１の射出側焦点位置に受光部を合致させて配置され、検出空間ＳＤを２次元的に走査した赤外光ビームが、正レンズ２４１により受光手段２０の受光面に導かれるようにしている。

図６に示す実施の形態は、図１に示す形態例において、平面鏡１４２、２４２を「光路屈曲用」に用いて、ガス検出装置のレイアウトを変更したものと言える。
平面鏡を用いて、光路を屈曲させてガス検出装置のレイアウトを調整することは、図６の例に限らず、図２〜図４に示す実施の形態の場合にも勿論適用できる。
また、走査手段にレンズが含まれる場合や、集光手段にレンズが含まれる場合に、レンズと組み合わせるミラーは平面鏡に限らず、適宜の曲面ミラーを用いることができる。

受光手段２０の出力に基づく、信号処理手段による信号処理、画像処理手段による画像処理、画像処理された画像をディスプレイ手段に表示する各種の処理は、図１に示して説明した「ガス検出装置の実施の形態のものと同様である。
上に説明した実施の各形態では、検出空間ＳＤ内における特定の１種の被検出ガス（上の説明例ではＣＯ_２ガス）の検出の場合を説明した。この発明のガス検出装置は、２種以上の被検出ガスの検出し、画像として表示することができる。
このような場合の実施の１形態として、検出空間内の２種の被検出ガスを検出する場合に用いられるガス検出光学装置の実施の１形態を、図７に示す。
図７に示す実施の形態は、図１に即して説明した実施の形態を変形して、２種の被検出ガスの検出を可能にした例である。
説明の具体性のために、上の実施の各形態において想定した吸収波長：４．２６μｍのＣＯ_２ガスと、吸収波長：３．８１μｍのＨ_２Ｓガスを２種の被検出ガスとして想定する。

この場合には、赤外光ビームＬＵＲは、これらの２種の吸収波長を含むものが用いられる。例えば、光源１０から放射される中赤外光を「図示を省略されているバンドパスフィルタにより３．７μｍないし４．３μｍの波長領域に制限した赤外光ビーム」を赤外光ビームＬＵＲ用いることができる。

図７において、赤外光光源１０、１１から放射される赤外光ビームＬＵＲは、上記の如く２種の被検出ガスの吸収波長：３．８１μｍ、４．２６μｍを含む波長領域に波長制限されている。
赤外光ビームＬＵＲは偏向手段１２により２次元的に偏向され、正レンズ２４１を透過して、検出空間ＳＤを「２次元的に走査」し、集光手段としての正レンズ２４１により正レンズ２４１の射出側焦点に向かって屈折される。該射出焦点側に向かって進む赤外光ビームＬＵＲの光路中に、ダイクロイックミラー２２が配置されている。
ダイクロイックミラー２２は、波長：４μｍ以上の赤外光ビーム成分を透過させ、４μｍ未満の赤外光ビーム成分を反射する。ダイクロイックミラー２２を透過した赤外光ビーム成分は、その入射位置に受光部を配置された受光手段２０により受光し、ダイクロイックミラー２２により反射された赤外光ビーム成分は、その入射位置に受光部を配置された第２の受光手段２１で受光する。
これら受光手段２０、２１からの出力を、図１に即して説明した場合と同様にして、信号処理手段により処理して検出信号として出力し、画像処理手段により２種の被検出ガス（ＣＯ_２ガス、Ｈ_２Ｓガス）の空間分布を２次元画像化し、ディスプレイ手段に表示することができる。このようにすると、受光手段２０の出力によりＣＯ_２ガスの分布状態を検出でき、受光手段２１の出力によりＨ_２Ｓガスの分布を検出できる。
画像処理手段により２次元画像化された２種の被検出ガスの空間分布は、例えば、互いに色違いの画像として、ディスプレイ手段に同時に表示することもできるし、時間的にずらして交互に表示することもでき、あるいは制御手段を通じて、任意の一方を選択的に表示することもでき、表示する画像も、前述したＣＯ_２ガスの場合と同様、適宜である。
補足すると、上の説明において、光源側光学手段や集光手段として用いられたレンズ１４１、１４１Ａ、１４１Ｂ、２４１、２４１Ａや２４１Ｂ等は、赤外光ビームＬＵＲに対してレンズ作用を及ぼすものであるが、このようなレンズとしては、従来から知られたＧｅ（ゲルマニウム）やＺｎＳｅ（セルシウム化亜鉛）、ＭｇＦ_２（２フッ化マグネシウム）を材料とするレンズを適宜に用いることができる。

また、上述した如く、赤外光ビームＬＵＲのビーム径は特に制限がない。
上に説明した実施の各形態では、ビーム径として０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度を想定している。ビーム径がある程度大きくなると、上記レンズ１４１や２４１等の作用で、ビーム径が変動し、受光手段２０の受光面位置で、入射光束径が変動する可能性もある。このような場合には、受光部の手前に集光レンズを配して、入射する赤外光ビームを受光部に集光させるようにすればよい。

以上に説明したように、この発明によれば、以下の如き新規な「ガス検出光学装置およびガス検出装置」を実現できる。
［１］
検出空間（ＳＤ）内における１以上の被検出ガスを検出するガス検出光学装置であって、前記検出空間を、前記被検出ガスの吸収波長を波長領域内に含む赤外光ビーム（ＬＵＲ）により２次元的に走査する光源側ユニット（ＬＳＵ）と、前記検出空間を２次元的に走査した前記赤外光ビームを受光する受光側ユニット（ＬＲＵ）と、を有し、前記光源側ユニット（ＬＳＵ）は、前記赤外光ビーム（ＬＵＲ）を放射する赤外光光源（１０、１１）と、該赤外光光源から放射された前記赤外光ビームにより前記検出空間を２次元的に走査する走査手段（１２、１４１）と、を少なくとも有し、前記受光側ユニット（ＬＲＵ）は、受光手段（２０、２１）と、前記検出空間（ＳＤ）を２次元的に走査した前記赤外光ビームを前記受光手段に集光させる集光手段（２４１）と、を少なくとも有する、ガス検出光学装置（図１〜図７）。

［２］
［１］記載のガス検出光学装置であって、前記光源側ユニット（ＬＳＵ）の前記走査手段は、光源側光学手段（１４１、１４１Ａ、１４１Ｂ、１４、１４Ａ）と、前記赤外光光源（１０、１１）から放射された前記赤外光ビーム（ＬＵＲ）を前記光源側光学手段に向けて２次元的に偏向させる偏向手段（１２）とを有して、前記光源側光学手段を介した前記赤外光ビームにより前記検出空間（ＳＤ）を２次元的に走査させる機能を有し、前記偏向手段による前記赤外光ビーム（ＬＵＲ）の偏向の起点と、前記受光手段（２０、２１）の受光部とが略共役関係となるガス検出光学装置（図１〜図７）。

［３］
［２］記載のガス検出光学装置であって、前記光源側光学手段及び前記集光手段が共にレンズであるガス検出光学装置（図１、図２、図３、図７）。

［４］
［３］記載のガス検出光学装置であって、前記光源側光学手段と前記集光手段が、共に正レンズであるガス検出光学装置（図１、図７）。

［５］
［３］記載のガス検出光学装置であって、前記光源側光学手段と前記集光手段の一方が正レンズ（１４１Ａ、２４１Ｂ）であり、他方が負レンズ（２４１Ａ、１４１Ｂ））であるガス検出光学装置（図２、図３）。

［６］
［２］記載のガス検出光学装置であって、前記光源側光学手段と前記集光手段が共に、ミラーを含むガス検出光学装置（図４、図５、図６。）
［７］
［６］記載のガス検出光学装置であって、前記光源側光学手段および前記集光手段が共に、凹面ミラー（１４、２４）であるガス検出光学装置（図４）。

［８］
［６］記載のガス検出光学装置であって、前記光源側光学手段および集光手段の一方が、凹面ミラー（２４Ａ）であり、他方が凸面ミラー（１４Ａ）であるガス検出光学装置（図５）。

［９］
［６］記載のガス検出光学装置であって、前記光源側光学手段および集光手段の少なくとも一方は、レンズ（１４１、１４２）を含むガス検出光学装置（図６）。

［１０］
［１］〜［９］の何れか１に記載のガス検出光学装置であって、前記赤外光光源は、２以上の被検出ガスに対応する２種以上の吸収波長を波長領域内に含む赤外光ビームを放射するものであり、受光ユニットは、前記検出空間を２次元的に走査した前記赤外光ビームを、前記２種以上の吸収波長に応じて分光して受光する機能（２０、２１、２２）を有するガス検出光学装置（図７）。

［１１］
［１］〜［１０］の何れか１に記載のガス検出光学装置の前記受光手段の出力を処理して検出信号として出力する信号処理手段（３０）と、該信号処理手段から出力される検出信号に基づき、前記１種以上の被検出ガスの空間分布を２次元画像化する画像処理手段（４０）と、前記ガス検出光学装置および前記信号処理手段および画像処理手段を制御する制御手段（６０）と、を有するガス検出装置（図１等）。

［１２］
［１１］記載のガス検出装置であって、前記制御手段（６０）により制御されて、前記画像処理手段（４０）により２次元画像化された画像を表示するディスプレイ手段（５０）を有するガス検出装置（図１等）。

以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。

１０ 光源
１１ コリメートレンズ
１２ 偏向手段
１４１ 正レンズ（光源側光学手段）
ＳＤ 検出空間
２０ 受光手段
２４１ 正レンズ（集光手段）
ＳＤ 検出空間

特開２０１３-１２７４１４号公報 特開２００２−２２６５２号公報 特許第５０９６１２６号公報

Claims (12)

1. 検出空間内における１以上の被検出ガスを検出するガス検出光学装置であって、
   前記検出空間を、前記被検出ガスの吸収波長を波長領域内に含む赤外光ビームにより２次元的に走査する光源側ユニットと、前記検出空間を２次元的に走査した前記赤外光ビームを受光する受光側ユニットと、を有し、
   前記光源側ユニットは、前記赤外光ビームを放射する赤外光光源と、該赤外光光源から放射された前記赤外光ビームにより前記検出空間を２次元的に走査する走査手段と、を少なくとも有し、
   前記受光側ユニットは、受光手段と、前記検出空間を２次元的に走査した前記赤外光ビームを前記受光手段に集光させる集光手段と、を少なくとも有する、ガス検出光学装置。
2. 請求項１記載のガス検出光学装置であって、
   前記光源側ユニットの前記走査手段は、光源側光学手段と、前記赤外光光源から放射された前記赤外光ビームを前記光源側光学手段に向けて２次元的に偏向させる偏向手段とを有して、前記光源側光学手段を介した前記赤外光ビームにより前記検出空間を２次元的に走査させる機能を有し、
   前記偏向手段による前記赤外光ビームの偏向の起点と、前記受光手段の受光部とが略共役関係となるガス検出光学装置。
3. 請求項２記載のガス検出光学装置であって、
   前記光源側光学手段及び前記集光手段が共にレンズであるガス検出光学装置。
4. 請求項３記載のガス検出光学装置であって、
   前記光源側光学手段と前記集光手段が、共に正レンズであるガス検出光学装置。
5. 請求項３記載のガス検出光学装置であって、
   前記光源側光学手段と前記集光手段の一方が正レンズであり、他方が負レンズであるガス検出光学装置。
6. 請求項２記載のガス検出光学装置であって、
   前記光源側光学手段と前記集光手段が共に、ミラーを含むガス検出光学装置。
7. 請求項６記載のガス検出光学装置であって、
   前記光源側光学手段および前記集光手段が共に、凹面ミラーであるガス検出光学装置。
8. 請求項６記載のガス検出光学装置であって、
   前記光源側光学手段および集光手段の一方が、凹面ミラーであり、他方が凸面ミラーであるガス検出光学装置。
9. 請求項６記載のガス検出光学装置であって、
   前記光源側光学手段および集光手段の少なくとも一方は、レンズを含むガス検出光学装置。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載のガス検出光学装置であって、
    前記赤外光光源は、２以上の被検出ガスに対応する２種以上の吸収波長を波長領域内に含む赤外光ビームを放射するものであり、
    受光ユニットは、前記検出空間を２次元的に走査した前記赤外光ビームを、前記２種以上の吸収波長に応じて分光して受光する機能を有するガス検出光学装置。
11. 請求項１〜１０の何れか１項に記載のガス検出光学装置の前記受光手段の出力を処理して検出信号として出力する信号処理手段と、該信号処理手段から出力される検出信号に基づき、前記１種以上の被検出ガスの空間分布を２次元画像化する画像処理手段と、
    前記ガス検出光学装置および前記信号処理手段および画像処理手段を制御する制御手段と、を有するガス検出装置。
12. 請求項１１記載のガス検出装置であって、
    前記制御手段により制御されて、前記画像処理手段により２次元画像化された画像を表示するディスプレイ手段を有するガス検出装置。

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