JP6660583B2 - 物質検出装置及び物質検出方法 - Google Patents

Description

本開示は、物質検出装置及び物質検出方法に関する。

従来、所定のポイントに対してガス検出を行うガス検出装置が知られている（特許文献１参照）。このガス検出装置は、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）モジュールから出射されたレーザ光をハーフミラーで測定光と参照光とに分岐する。測定光は通常のガス検知に用いられる。参照光はガスセルを通過させた後に波長処理用受光器で受光される。波長処理制御部は、受光した参照光に応じた検知信号に基づき、ＬＤモジュールの波長確認処理や波長校正処理を行う。

特開２００８−２３２９２０号公報

特許文献１に記載のガス検出装置は、任意の一点におけるガス検出を想定しており、任意のエリア（空間）に存在する物質検出を想定していない。仮に任意のエリアをガスの検出範囲とした場合、物質の検出精度が低下する可能性がある。

本開示は、上記従来の事情に鑑みなされたものであって、検出領域内における物質の検出精度を向上できる物質検出装置及び物質検出方法を提供する。

本開示の物質検出装置は、第１の波長を中心に波長変調される非可視波長変調光を出射するトランスミッタと、検出対象物質の検出領域内における前記非可視波長変調光の反射光を受光するレシーバと、前記反射光に基づいて、前記検出対象物質を検出するディテクタと、前記非可視波長変調光の出射方向及び前記反射光の受光方向を変更するアクチュエータと、前記非可視波長変調光の変調周波数と、前記ディテクタにより前記検出対象物質を検出するための前記変調周波数に対応する検出周波数と、を変更するコントローラと、を備え、前記ディテクタは、前記検出領域における任意の領域において、第１の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出と、第２の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出と、を反復して行い、前記第１の検出周波数および前記第２の検出周波数のどちらを用いた場合でも前記検出対象物質を検出した場合、前記任意の領域に前記検出対象物質が存在すると判定し、前記第１の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出結果と前記第２の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出結果とが異なる場合、前記任意の領域に前記検出対象物質が存在しないと判定する。

本開示によれば、検出領域内における物質の検出精度を向上できる。

第１の実施形態における非可視光センサを含む検出カメラの概要を説明する模式図 検出カメラの内部構成例を示す模式図 センサスキャンユニットによる検出領域の走査例を示す模式図 検出カメラの構成例を示すブロック図 受光処理部の構成例を示すブロック図 特定物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードから出射されるレーザ光の波長が最適である場合における、レーザ光の入力信号及び出力信号を説明するための模式図 レーザダイオードの出力信号及びフォトダイオードの出力信号の時間変化例を示すグラフ 物質検出動作におけるスポット検出の一例を説明するための図 物質検出動作における背景変化無しの場合のエリア検出の一例を説明するための模式図 物質検出動作における背景変化有りの場合のエリア検出の一例を説明するための模式図 物質検出結果の判定例を説明するための模式図 物質検出結果の判定例を詳細に説明するための模式図 非可視光センサによる物質検出動作の一例を示すフローチャート 非可視光センサによる物質検出動作の一例を示すフローチャート（図１３の続き） 変調パターンの一例を示す模式図 変調パターンの他例を示す模式図

以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。尚、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであり、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（本開示の一形態を得るに至った経緯）
従来のガス検出装置では、ＬＤモジュールが、任意の波長を中心として波長変調したレーザ光を出射し、フォトダイオードが、検出領域で反射されたレーザ光を受光する。この際、検出領域内の検出対象物を除く反射率が均一な状態では、検出対象の物質が検出された場合には、ＬＤモジュールによる波長変調の周波数の２倍の周波数がフォトダイオードの出力信号に現れ、検出対象の物質が検出されない場合には、上記波長変調の周波数の２倍の周波数がフォトダイオードの出力信号に現れない。反射率が均一な状態とは、例えば検出領域内の背景が一色である状態である。

一方、検出領域内の検出対象物を除く反射率が不均一な状態では、検出対象物が存在しなくても、フォトダイオードの入力信号に対して出力信号に変動が生じる。例えば、背景色が２色のストライプ状態であり、背景の反射率の周波数が入力信号の周波数の２倍に近似する場合、検出対象物が存在しなくても、入力信号の２倍の周波数の出力信号が現れ、検出対象物が存在すると誤検知される可能性がある。この場合、物質の検出精度が低下する。

以下、検出領域内における物質の検出精度を向上できる物質検出装置及び物質検出方法について説明する。

（第１の実施形態）
［構成等］
図１は実施の形態における非可視光センサＮＶＳＳを含む検出カメラ１の概要を説明する模式図である。検出カメラ１は、可視光カメラＶＳＣと、非可視光センサＮＶＳＳとを含む構成である。

可視光カメラＶＳＣは、例えば既存の監視カメラと同様に、所定の波長（例えば０．４〜０．７μｍ）を有する可視光に対する反射光ＲＭを用いて、所定の検出空間Ｋに存在する人物ＨＭや物体（不図示）を撮像する。以下、可視光カメラＶＳＣにより撮像された出力画像データを、「可視光カメラ画像データ」という。

従って、検出カメラ１は、非可視光を検出する非可視光センサＮＶＳＳと、撮像により可視光カメラ画像データを得る可視光カメラＶＳＣと、の両方の構成を含む。少なくとも非可視光センサＮＶＳＳを含む検出カメラ１は、物質検出装置の一例である。

非可視光センサＮＶＳＳは、可視光カメラＶＳＣと同一の検出空間Ｋに対し、光学走査を用いた面照射により、所定の波長を有する非可視光（例えば赤外光）であるレーザ光ＬＳを投射する。投射されたレーザ光ＬＳは、検出対象の物質（特定物質ともいう）の吸収波長帯の波長を含む光である。

非可視光センサＮＶＳＳは、レーザ光ＬＳが被検出物（例えば特定物質としてメタンガス等の気体ＧＳ）により反射されたレーザ光ＲＶを用いて、検出空間Ｋにおける特定物質の検出の有無を判定する。

非可視光センサＮＶＳＳが検出の有無を判定する特定物質は、例えば可視光カメラＶＳＣによる可視光カメラ画像データでは判別が困難な物質であり、ガス（気体）の他、液体や固体でもよい。ここでは、検出対象の物質がガスＧＳである場合について例示する。

また、検出カメラ１は、可視光カメラＶＳＣが撮像した可視光カメラ画像データに、非可視光センサＮＶＳＳによる特定物質の検出の有無の判定結果を含む出力画像データ（以下、「物質位置画像データ」という）又は物質位置画像データに関する情報（物質の名称等）を合成した表示データを生成して出力する。

検出カメラ１からの表示データの出力先は、ネットワーク（不図示）を介して検出カメラ１に接続された外部接続機器であり、例えば図４に示すカメラサーバＣＳ又はモニタ１５０である。検出カメラ１とモニタ１５０とを含んで物質検出システムが構成される。ネットワークは、有線ネットワーク（例えばイントラネット、インターネット）でもよいし、無線ネットワーク（例えば無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ））でもよい。

図２は検出カメラ１の内部構成を示す模式図である。図２では、図１の上方から（ｚ軸方向の下向きに）視た場合の検出カメラ１の内部構成が示される。

検出カメラ１は、例えば箱形の筐体１ｚを有する。筐体１ｚの前面には、非可視光センサＮＶＳＳ用の開口部１ｗが形成される。なお、開口部１ｗには、防水・防塵のために、透明なガラスもしくは樹脂が嵌め込まれてもよい。また、筐体１ｚの前面には、可視光カメラＶＳＣの撮像レンズＶ３１（図４参照）が露出する。

筐体１ｚの内部には、センサスキャンユニット５が設けられる。センサスキャンユニット５は、雲台１０及びパンチルトユニット１５（図４参照）を有する。雲台１０は、図２において矢印Ｐで表されるパン方向（図中ｘｙ平面に沿う方向）かつ図中矢印Ｔで表されるチルト方向（図中ｚ軸方向）に旋回自在である。パンチルトユニット１５は、雲台１０を駆動するモータ機構（図示せず）を備える。

雲台１０には、レーザダイオードＬＤ、コリメートレンズＰＬＺ、フォトダイオードＰＤ及び集光レンズＣＬＺが搭載される。パンチルトユニット１５は、雲台１０をパン方向及びチルト方向に旋回させることで、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光ＬＳを用いて、検出領域ＳＡＲ内を２次元的に走査（水平走査及び垂直走査）可能である。

レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光ＬＳは、コリメートレンズＰＬＺを透過して平行光となり、検出空間Ｋに向けて出射される。検出空間Ｋ内のガスＧＳによって反射したレーザ光ＲＶは、検出カメラ１の筐体１ｚに形成された開口部１ｗを通って入射し、集光レンズＣＬＺによって集光され、フォトダイオードＰＤで受光される。

フォトダイオードＰＤで受光されたレーザ光ＲＶの吸収スペクトル（吸収特性）から検出空間Ｋ内に存在する検出対象の物質であるガスＧＳの有無が判定される。検出領域ＳＡＲは、例えば、筐体１ｚに形成された開口部１ｗの形状によって設定される。検出領域ＳＡＲは、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光ＬＳが検出空間Ｋにおいて走査可能な範囲（スキャン画角）に対応する。

ここで、レーザダイオードＬＤは、温度の影響を受け易く、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光ＬＳの波長は僅かな温度変化によってずれてくる。このため、非可視光センサＮＶＳＳは、ガス検出の動作中、レーザ光ＬＳの波長（波長変調における中心波長）が変化しないように、レーザダイオードＬＤが出射するレーザ光ＬＳの温度を一定に保つように、温調制御（温度調節のための制御）を行う。

レーザダイオードＬＤが出射するレーザ光ＬＳの温調制御を行うために、筐体１ｚの開口部１ｗに近接した検出領域ＳＡＲ外には、拡散板ＤＥＦが配置される。また、拡散板ＤＥＦとレーザダイオードＬＤとの間には、参照セルＣＥＬが配置される。参照セルＣＥＬには、特定物質（ここでは、メタンガス）と同じ成分のガスが封入されている。

温調制御では、レーザダイオードＬＤから出射したレーザ光ＬＳは、参照セルＣＥＬを透過し、拡散板ＤＥＦで拡散されると、拡散された光の一部が集光レンズＣＬＺを通って、物質検出用のフォトダイオードＰＤで受光される。また、拡散板ＤＥＦによってレーザ光ＬＳは拡散しているので、フォトダイオードＰＤで受光されるレーザ光ＲＶの光量は減っており、フォトダイオードＰＤの許容受光量の範囲内に収まる。

図３は、センサスキャンユニット５による検出領域ＳＡＲの走査例を示す模式図である。センサスキャンユニット５の雲台１０が旋回することによって、雲台１０に搭載されたレーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光ＬＳは、スキャン画角（検出領域ＳＡＲ）内をパン方向（水平方向）及びチルト方向（垂直方向）に走査する。また、図３では、拡散板ＤＥＦは、レーザ光ＬＳによる１走査が終了し、レーザ光ＬＳが初期位置ＨＰに戻る前の、走査終了位置ＥＰを越えた水平方向の位置に、配置される。

温調制御では、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光ＬＳは、拡散板ＤＥＦによって拡散され、検出対象の物質であるガスが封入された参照セルＣＥＬを透過し、物質検出用の集光レンズＣＬＺで集光され、物質検出用のフォトダイオードＰＤで受光される。

図４は検出カメラ１の構成を示すブロック図である。

検出カメラ１は、前述したように、非可視光センサＮＶＳＳと、可視光カメラＶＳＣとを含む構成である。非可視光センサＮＶＳＳは、制御部１１と、投射部ＰＪと、受光処理部ＳＡとを含む構成である。

制御部１１は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いて構成される。制御部１１は、例えば、非可視光センサＮＶＳＳの各部の動作制御を全体的に統括するための信号処理、他の各部との間のデータの入出力処理、データの演算処理及びデータの記憶処理を行う。また、制御部１１は、非可視光センサＮＶＳＳの検出対象となる特定物質を検出するための検出閾値Ｍを検出処理部２７に設定する。

また、制御部１１は、ＡＤ変換するためのタイミング信号を、検出処理部２７へ送る。制御部１１は、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光ＬＳを変調するための光源発光信号を、レーザダイオードＬＤへ送る。

制御部１１は、波長検出温調制御部１２を有し、検出処理部２７から後述する温調状態信号を入力し、この温調状態信号を基に温調制御信号を生成し、温調制御信号をレーザダイオードＬＤへ送る。温調制御信号は、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光ＬＳを温調するための信号であり、レーザダイオードＬＤが有するペルチェ素子（図示せず）に対し、吸熱又は発熱を指示する信号である。レーザダイオードＬＤは、温度の変化に応じて、出射するレーザ光ＬＳの波長の中心波長を可変させる。

また、制御部１１は、レーザ光ＬＳの波長変調の周波数（変調周波数）を切り替える。制御部１１は、変調周波数の切り替えに応じて、レーザ光ＬＳが特定物質で反射されたレーザ光ＲＶを検出するための周波数（検出周波数）を切り替える。検出周波数は、変調周波数の２倍である。また、制御部１１は、メモリ１３に保持された設定情報（例えば、どのタイミングで変調周波数や検出周波数を切り替えるか、等の情報）を参照し、変調周波数や変調周波数を切り替える。変調周波数の情報は、光源発光信号に含められ、レーザダイオードＬＤへ送られる。検出周波数の情報は、検出処理部２７へ送られる。

投射部ＰＪは、レーザダイオードＬＤと、コリメートレンズＰＬＺと、パンチルトユニット１５とを有する。

レーザダイオードＬＤは、レーザ光ＬＳの波長が検出対象の物質であるガスＧＳの吸収波長帯のピークと一致するように波長調整されたレーザ光ＬＳを出射する。ここでは、検出対象の物質であるガスとして、メタンガス（ＣＨ_４）を一例として挙げる。

波長調整には、種々の方法が用いられる。例えば、制御部１１は、半導体ダイオードとしてのレーザダイオードＬＤの駆動電流を変調させることで、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光ＬＳを波長変調させる。駆動電流は半導体ダイオードの入力信号であり、駆動電流の周波数が変調周波数となる。また、レーザダイオードＬＤに備わるペルチェ素子Ｐｔが、制御部１１からの温調制御信号に従って吸熱又は発熱し、レーザダイオードＬＤの温度を変動させることで、レーザ光ＬＳの波長の中心波長を調整する。

コリメートレンズＰＬＺは、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光ＬＳを平行光にする。

パンチルトユニット１５は、レーザダイオードＬＤ、コリメートレンズＰＬＺ、集光レンズＣＬＺ、及びフォトダイオードＰＤが搭載された雲台１０を、パン方向及びチルト方向に旋回させる。パンチルトユニット１５は、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光ＬＳを用いて、検出領域ＳＡＲを含む走査範囲内で２次元に走査する。

図５は、受光処理部ＳＡの構成を示すブロック図である。

受光処理部ＳＡは、集光レンズＣＬＺ、フォトダイオードＰＤ、信号加工部２６、検出処理部２７、及び表示処理部２８を有する。信号加工部２６は、Ｉ／Ｖ変換回路２６１、増幅回路２６２及びフィルタ処理回路２６３を含む。検出処理部２７は、ＡＤ変換回路２７１、温調制御処理部２７２、及び物質検出処理部２７３を含む。

検出処理部２７の温調制御処理部２７２及び物質検出処理部２７３並びに表示処理部２８の各機能は、メモリ１３に保持されたプログラムをプロセッサ２０が実行することにより、実現される。

集光レンズＣＬＺは、レーザダイオードＬＤから出射され、検出領域ＳＡＲ内の特定物質で反射されたレーザ光ＲＶを集光し、フォトダイオードＰＤに受光させる。フォトダイオードＰＤは、受光したレーザ光ＲＶの光量に応じた電荷を生成し、電流信号として出力する。

Ｉ／Ｖ変換回路２６１は、フォトダイオードＰＤから出力される電流信号を電圧信号に変換する。増幅回路２６２は、Ｉ／Ｖ変換回路２６１で出力される電圧信号を増幅する。フィルタ処理回路２６３は、増幅回路２６２で増幅された信号に対しフィルタ処理を行い、物質検出に用いられる信号として検出処理部２７内のＡＤ変換回路２７１に出力する。

検出処理部２７内のＡＤ変換回路２７１は、特定物質の検出又はレーザダイオードＬＤの温調の際に、信号加工部２６から入力される信号をデジタル信号に変換する。

温調制御処理部２７２は、温調動作においてＡＤ変換回路２７１でデジタル値に変換された値を基に、温調状態を表す信号（温調状態信号）を生成し、制御部１１に出力する。この温調状態信号は、レーザダイオードＬＤから出射される、波長変調されたレーザ光ＬＳの信号（周波数１ｆ）に対し、２倍の周波数（２ｆ）の信号の大きさ（信号レベル）を示す信号である。

レーザダイオードＬＤの温度が変化しておらず、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光ＬＳの変調波長幅が特定物質の吸収波長帯域からずれていないとする。この場合、温調状態信号は、周波数１ｆに対する２倍の周波数（２ｆ）の信号の大きさ（信号レベル）が大きくなる。

一方、レーザダイオードＬＤの温度が変化し、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光ＬＳの変調波長幅が特定物質の吸収波長帯域からずれているとする。この場合、温調状態信号は、周波数が変動する信号となり、フォトダイオードＰＤ２からの信号を基に得られる、周波数１ｆに対する２倍の周波数（２ｆ）の信号の大きさ（信号レベル）が小さくなる。

物質検出処理部２７３は、物質検出動作において受光処理部ＳＡ内の信号加工部２６から出力され、ＡＤ変換回路２７１でデジタル値に変換された値を基に、特定物質を検出し、特定物質の検出結果を表す信号を表示処理部２８に出力する。

ここでは、物質検出処理部２７３は、温調状態信号と同様、ＡＤ変換回路２７１でデジタル値に変換された値を基に、レーザダイオードＬＤから出射される、波長変調されたレーザ光ＬＳの信号（周波数１ｆ）に対し、２倍の周波数（２ｆ）の信号の大きさ（信号レベル）を示す信号を得る。物質検出処理部２７３は、この２倍の周波数（２ｆ）の信号の大きさ（信号レベル）を示す信号を基に、特定物質の検出結果を表す信号を生成する。

表示処理部２８は、非可視光センサＮＶＳＳから、検出領域ＳＡＲ内における特定物質の２次元位置を示す物質位置画像データを生成する。物質位置画像データは、特定物質を表す画像データと、検出領域ＳＡＲ内の２次元位置情報（例えば、雲台１０のパン角度及びチルト角度）と、を含む。表示処理部２８は、この物質位置画像データを可視光カメラＶＳＣの表示制御部３７に出力する。

このように、検出領域ＳＡＲ内の可視光画像データに、検出処理部２７により得られた特定物質に関する情報が合成されて表示出力される。従って、非可視光センサＮＶＳＳは、検出領域ＳＡＲのどこに特定物質が存在するかをユーザに対して視覚的に明らかに示すことができる。

尚、本実施形態において、表示処理部２８は、物質位置画像データを可視光カメラＶＳＣ内の表示制御部３７に送信する代わりに、例えば後述するモニタ１５０やカメラサーバＣＳ、通信端末に送信してもよい。

図４に示すように、可視光カメラＶＳＣは、撮像レンズＶ３１と、イメージセンサＶ３３と、信号処理部Ｖ３５と、表示制御部３７と、出力部３８と、を有する。信号処理部Ｖ３５及び表示制御部３７の各機能は、メモリ３９に保持されたプログラムをプロセッサＶ２０が実行することにより、実現される。

撮像レンズＶ３１は、非可視光センサＮＶＳＳによる検出領域ＳＡＲを含む範囲を画角範囲とし、外部からの入射光（反射光ＲＭ）を集光し、イメージセンサＶ３３の撮像面に結像させる。

イメージセンサＶ３３は、可視光の波長（例えば０．４μｍ〜０．７μｍ）に対する分光感度のピークを有する。イメージセンサＶ３３は、撮像面に結像した光学像を電気信号に変換する。イメージセンサＶ３３の出力は、電気信号として信号処理部Ｖ３５に入力される。

信号処理部Ｖ３５は、イメージセンサＶ３３の出力である電気信号を用いて、例えばＲＧＢ（Ｒｅｄ Ｇｒｅｅｎ Ｂｌｕｅ）又はＹＵＶ（輝度・色差）等により規定される可視光画像データを生成する。これにより、可視光カメラＶＳＣにより撮像された可視光画像データが形成される。信号処理部Ｖ３５は、可視光画像データを表示制御部３７に出力する。

表示制御部３７は、例えば、特定物質が可視光画像データにおける所定の位置で検出された場合に、信号処理部Ｖ３５から出力された可視光画像データと、表示処理部２８から出力された物質位置画像データと、を合成し、表示データを生成する。この表示データは、特定物質に関する情報の一例である。

出力部３８は、この表示データを外部装置（例えばカメラサーバＣＳ及びモニタ１５０）に出力する。

カメラサーバＣＳは、表示制御部３７から出力された表示データを通信端末又は１つ以上の外部接続機器（不図示）に送信し、通信端末又は１つ以上の外部接続機器の表示画面における表示データの表示を促す。

モニタ１５０は、表示制御部３７から出力された表示データを表示する。

［特定物質の吸収特性］
図６は、特定物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光ＬＳの波長が最適である場合における、フォトダイオードＰＤの入力信号及び出力信号を説明するための模式図である。

図６では、検出対象の物質であるガスとして、メタンガス（ＣＨ_４）を一例として挙げる。図６では、縦軸はフォトダイオードＰＤの受光電圧（単位は正規化された値）を表し、横軸はフォトダイオードＰＤが受光するレーザ光ＲＶの波長（ｎｍ）を表す。受光電圧が低い程、特定物質によるレーザ光ＬＳの吸収率が高い。尚、物質の吸収特性は、物質に応じて決まっている。

図６では、特定物質の吸収スペクトルは、１６５３．６７ｎｍを中心とする波長帯域を有する。これに対し、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光は、波長変調範囲ＷＡＲ０に示すように、１６５３．６７ｎｍを中心波長とし、０．０５ｎｍの変調幅で変調される。

前述したように、レーザダイオードＬＤからレーザ光ＬＳが出射され、検出領域ＳＡＲ内の特定物質で反射されたレーザ光ＲＶ（入力信号）は、フォトダイオードＰＤにより、レーザ光ＲＶの信号に対し、２倍の周波数を持つ信号（出力信号）として検出される。この場合、周波数が一定の正弦波信号が出力される。

また、制御部１１は、変調周波数を、第１の変調周波数（ｆ１）と第２の変調周波数（ｆ２）の２つのいずれかに切り替えて、レーザ光を出射する。尚、変調周波数の数が３つ以上あり、その中のいずれかに切り替えられてもよい。

また、制御部１１は、変調周波数の切り替えに応じて、検出周波数を、第１の検出周波数（２×ｆ１）と第２の検出周波数（２×ｆ２）の２つのいずれかに切り替える。尚、検出周波数の数が３つ以上あり、その中のいずれかに切り替えられてもよい。

つまり、フォトダイオードＰＤでは、波長変調された第１の入力信号（１×ｆ１）に対し、２倍の周波数を持つ第１の出力信号（２×ｆ１）が得られる。また、波長変調された第２の入力信号（１×ｆ２）に対し、２倍の周波数を持つ第２の出力信号（２×ｆ２）が得られる。

図７は、フォトダイオードＰＤの入力信号及び出力信号の時間変化例を示すグラフである。図７において、「ＬＤ出力」は、レーザダイオードＬＤの出力（つまりレーザ光ＬＳ）の信号を示し、縦軸は波長を示す。また、「ＰＤ出力」は、フォトダイオードＰＤから出力される信号を示す（以降の図８〜図１０でも同様）。

フォトダイオードＰＤで受光される（フォトダイオードＰＤに入力される）信号は、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光ＬＳの変調周波数に対して、検出対象物が存在する場合に２倍の周波数となる。

また、フォトダイオードＰＤから出力される信号の周波数、つまり検出周波数は、変調周波数の２倍となる。従って、レーザ光ＬＳの変調周波数が第１の変調周波数ｆ１である場合、第１の変調周波数ｆ１で波長変調されたレーザ光ＲＶを検出するための第１の検出周波数は、第１の変調周波数ｆ１に対し、２倍の周波数（２×ｆ１）となる。また、レーザ光ＬＳの変調周波数が第２の変調周波数ｆ２である場合、第２の変調周波数ｆ２で波長変調されたレーザ光ＲＶを検出するための第２の検出周波数は、第２の変調周波数ｆ２に対し、２倍の周波数（２×ｆ２）となる。

第２の変調周波数ｆ２は、例えば、第１の変調周波数ｆ１に対し、５／３倍に設定される。この５／３倍は一例であり、他の倍数でもよい。例えば、第１の変調周波数ｆ１が１．５Ｈｚに設定され、第２の変調周波数ｆ２が２．５Ｈｚに設定される。尚、第２の変調周波数ｆ２が、第１の変調周波数ｆ１の逓倍に設定されてもよい。

また、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光ＬＳは、検出領域ＳＡＲ内で物質により反射され、フォトダイオードＰＤで受光される。この場合、フォトダイオードＰＤへの入力信号は、検出領域ＳＡＲ内に特定物質であるガス（一例としてメタンガス：ＣＨ_４）が無い（存在しない）場合、信号レベルが値０となる。そのため、レーザダイオードＬＤの出力信号も信号レベルが値０となる。

検出領域ＳＡＲ内にガスが有る（存在する）場合、第１の変調周波数ｆ１に対し、第１の検出周波数は周波数（ｆ１×２）となり、この周波数の信号を含む信号が得られる。同様に、第２の変調周波数ｆ２に対し、第２の検出周波数は、周波数（ｆ２×２）となり、この周波数の信号を含む信号が得られる。尚、２つの変調周波数が用いられることを例示したが、３つ以上の変調周波数が用いられてもよい。

［動作等］
次に、検出カメラ１の動作について説明する。
まず、３通りの物質検出動作について説明する。

図８は、物質検出動作におけるスポット検出を説明するための模式図である。スポット検出では、非可視光センサＮＶＳＳは、検出領域ＳＡＲ内の１点に対しレーザ光ＬＳを照射して、特定物質を検出する。

非可視光センサＮＶＳＳは、スポット検出する場合、特定物質（例えばメタンガス）が存在しないと、フォトダイオードＰＤの出力信号として、変調周波数の２倍の周波数（２ｆ）を持たない信号ｓｇ１を得る。一方、特定物質が存在すると、非可視光センサＮＶＳＳは、フォトダイオードＰＤの出力信号として、変調周波数の２倍の周波数（２ｆ）を持つ信号ｓｇ２を得る。

図９は、物質検出動作における背景変化無しの場合のエリア検出を説明するための図である。エリア検出では、非可視光センサＮＶＳＳが、検出領域ＳＡＲ内を水平方向及び垂直方向にライン走査し、レーザ光ＬＳを照射して、特定物質を検出する。

非可視光センサＮＶＳＳは、エリア検出する場合、特定物質が存在しないと、フォトダイオードＰＤの出力信号として、変調周波数の２倍の周波数（２ｆ）を持たない信号ｓｇ３を得る。一方、特定物質が存在すると、非可視光センサＮＶＳＳは、フォトダイオードＰＤの出力信号として、変調周波数の２倍の周波数（２ｆ）を持つ信号ｓｇ４を得る。

図１０は、物質検出動作における背景変化有りの場合のエリア検出を説明するための模式図である。背景変化の一例として、壁面に塗られた白と黒のストライプ模様が挙げられる。尚、白は光の反射率が高く、黒は光の反射率が低い。

非可視光センサＮＶＳＳは、図１０のストライプ模様に対して直交する方向にレーザ光を走査する場合、特定物質が無くても、フォトダイオードＰＤの出力信号として、背景変化に伴って変化する信号ｓｇ１０を得る。そのため、非可視光センサＮＶＳＳは、背景変化率が第１の検出周波数（２×ｆ１）に近似していると、特定物質が存在するものと誤検知される可能性のある信号を得ることになる。ここでは、背景変化率は、レーザ光の反射率と同じであり、背景反射率とも言える。

また、第２の検出周波数（２×ｆ２）を用いて物質検出すると、背景変化率が第１の検出周波数（２×ｆ１）に近似する場合、背景変化率が第２の検出周波数（２×ｆ２）に近似しない。そのため、非可視光センサＮＶＳＳは、フォトダイオードＰＤの出力信号として、第２の検出周波数（２×ｆ２）を持たない信号ｓｇ１１を得る。

このように、特定物質が存在しない場合、少なくとも一方の検出周波数２×ｆ１，２×ｆ２は背景変化率に近似しない。そのため、非可視光センサＮＶＳＳは、異なる物質検出の結果を得る。従って、非可視光センサＮＣＳＳは、２つの変調周波数ｆ１，ｆ２を用いて検出された結果が異なる場合、一方の結果は誤検知であり、特定物質が存在しないと判定できる。

一方、特定物質が存在する場合、背景変化率が第１の検出周波数（２×ｆ１）に近似する場合、第１の検出周波数（２×ｆ１）の信号と背景変化率を表す信号とが加算される。そのため、非可視光センサＮＶＳＳは、フォトダイオードＰＤの出力信号として、第１の検出周波数（２×ｆ１）且つ信号レベルの大きい信号ｓｇ１２を得る。

また、第２の検出周波数（２×ｆ２）を用いて物質検出すると、背景変化率が第１の検出周波数（２×ｆ１）に近似する場合、背景変化率が第２の検出周波数（２×ｆ２）に近似しない。そのため、第２の検出周波数（２×ｆ２）の信号と背景変化率を表す信号とが区別され、非可視光センサＮＶＳＳは、フォトダイオードＰＤの出力信号として、第２の検出周波数（２×ｆ２）且つ通常の信号レベルの信号ｓｇ１３を得る。

従って、特定物質が存在する場合、２つの変調周波数ｆ１，ｆ２を用いて検出される物質検出の結果は同じとなる。

このように、非可視光センサＮＶＳＳは、特定物質が存在する場合、２つの変調周波数ｆ１，ｆ２を用いることで、一方の検出周波数１×２ｆ，２×２ｆが背景変化率に近似していても、いずれも変調周波数の２倍の周波数（１×２ｆ，２×２ｆ）の信号を出力する。従って、非可視光センサＮＶＳＳは、特定物質が存在しないと誤検知されるような信号を出力せず、特定物質が存在すると判定できる。

図１１は、物質検出結果の判定を説明するための模式図である。

非可視光センサＮＶＳＳの制御部１１は、後述するように、所定の条件（例えば、フレーム毎、ライン毎、単位領域毎）に従って、変調周波数及び検出周波数を切り替える。図１１では、フレーム毎に変調周波数及び検出周波数が切り替えられることを例示する。

尚、フレームとは、走査される検出領域ＳＡＲ全体に相当する。ラインとは、走査される同一の行（ライン）である。単位領域とは、検出領域ＳＡＲにおける走査対象の最小の領域である。検出領域ＳＡＲにおいて１つのフレームについての走査が完了すると、同じ検出領域ＳＡＲにおいて次のフレームの走査に移行する。

例えば、レーザダイオードＬＤは、前フレーム（第１のフレーム）では、第１の変調周波数ｆ１でレーザ光ＬＳを照射する。レーザダイオードＬＤは、現フレーム（第２のフレーム）では、第２の変調周波数ｆ２でレーザ光ＬＳを照射する。

図１１では、検出領域ＳＡＲ内の各ライン（Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｍ）に付される番号１，２，・・・，ｎは、レーザ光ＬＳの照射位置を表す。検出処理部２７は、各照射位置において、前フレームにおける変調周波数ｆ１のレーザ光による特定物質の検出結果と、現フレームにおける変調周波数ｆ２のレーザ光による特定物質の検出結果と、を比較する。

検出処理部２７は、この両者の検出結果が不一致である場合、誤検知が発生し、特定物質が存在しないと判定する。一方、検出処理部２７は、この両者の検出結果が一致している場合、誤検知は無く、特定物質が存在すると判定する。

図１２は、物質検出結果の判定を詳細に説明するための模式図である。図１２では、図１１と同様に、フレーム毎に変調周波数及び検出周波数が切り替えられることを例示する。

図１２に示す「入力データ」は、１つのフレームに対する特定物質の検出結果のデータである。この入力データは、他のフレームに対する特定物質の検出結果と比較されるため、メモリ１３に格納される。この入力データは、例えば、特定物質の有無の情報と、信号加工部２６を介して取得されるフォトダイオードＰＤの出力信号の信号レベルの情報と、を含む。尚、入力データに含まれる上記出力信号の信号レベルの情報を、単に入力データの信号レベルとも称する。

図１２に示す「出力データ」は、一のフレームに対する特定物質の検出結果と他のフレームに対する特定物質の検出結果との比較の結果、検出処理部２７が出力する検出結果である。出力データは、例えば、特定物質の有無の情報を含む。

検出処理部２７は、複数の入力データを比較し、いずれかの入力データに基づく出力データを出力する。

図１２では、番号１，２，・・・，１０は、レーザ光ＬＳの照射位置を表す。前述の通り、同じ照射位置で、前フレームの入力データＤａに含まれる特定物質の有無と現フレームの入力データＤｂに含まれる特定物質の有無とが等しい場合、検出処理部２７は、誤検知がなく、特定物質が存在する又は存在しないと判定する。検出処理部２７は、出力データとして、現フレームの入力データＤｂに基づく特定物質の有無の情報を出力する。

一方、前フレームの入力データＤａに含まれる特定物質の有無と現フレームの入力データＤｂに含まれる特定物質の有無とが異なり、且つ、入力データＤａの信号レベルが入力データＤｂの信号レベルより小さいとする。この場合、検出処理部２７は、出力データとして、信号レベルの小さい入力データＤａに基づく特定物質の有無の情報を出力する。

また、前フレームの入力データＤａに含まれる特定物質の有無と現フレームの入力データＤｂに含まれる特定物質の有無とが異なり、且つ、入力データＤａの信号レベルが入力データＤｂの信号レベルより大きいとする。この場合、検出処理部２７は、出力データとして、信号レベルの小さい入力データＤｂに基づく特定物質の有無の情報を出力する。

つまり、検出処理部２７は、同じ照射位置で、前フレームの入力データＤａに含まれる特定物質の有無と現フレームの入力データＤｂに含まれる特定物質の有無とが異なる場合、誤検知があり、特定物質が存在しないと判定する。そして、検出処理部２７は、出力データとして、信号レベルの小さい入力データＤａ又はＤｂに基づいて、特定物質が存在しない旨の情報を出力する。

図１３及び図１４は、非可視光センサＮＶＳＳによる物質検出動作の一例を示すフローチャートである。

制御部１１は、レーザ光ＬＳの変調周波数を決定し、光源発光信号の初期設定を行う（Ｓ１）。初期設定では、変調周波数は、例えば第１の変調周波数ｆ１（＜ｆ２）に設定される。設定された情報（設定情報）は、メモリ１３に格納される。

投射部ＰＪは、制御部１１の制御により、設定された変調周波数に従って、レーザ光ＬＳを出射する（Ｓ２）。出射されたレーザ光ＬＳは、検出領域ＳＡＲ内の物質で反射され、レーザ光ＲＶがフォトダイオードＰＤに入射する。フォトダイオードＰＤは、入射されたレーザ光ＲＶに基づく信号を出力する。

信号加工部２６は、フォトダイオードＰＤからの信号（フォトダイオードＰＤの出力信号）を入力し、増幅する（Ｓ３）。

検出処理部２７は、メモリ１３に保持された設定情報を参照し、変調周波数が第１の変調周波数ｆ１であるか否かを判別する（Ｓ４）。

変調周波数が第１の変調周波数ｆ１である場合、検出処理部２７は、第１の検出周波数（２×ｆ１）を用いて、特定物質の検出処理を行い（Ｓ５）、特定物質であるガス検出の有無を判定する（Ｓ７）。ここでは、検出処理部２７は、信号加工部２６によって増幅された信号のうち、第１の検出周波数（２×ｆ１）の信号を抽出し、特定物質の有無を判定する。ガスＧＳの有無は、例えば、第１の検出周波数（２×ｆ１）の信号が検出閾値Ｍ以上であるか否かで判定される。尚、特定物質の検出処理は、単位領域毎に行われる。

検出処理部２７は、検出領域ＳＡＲにおける、前フレームでの特定物質の検出結果（図１２に示した入力データＤａに相当）をメモリ１３から読み込む（Ｓ８）。また、検出処理部２７は、現フレームでの特定物質の検出結果（図１２に示した入力データＤｂに相当）をメモリ１３へ書き込む（Ｓ８）。尚、メモリ１３に保持された現フレームでの特定物質の検出結果は、次フレームでの特定物質の検出結果とともに、次回の特定物質の検出処理に用いられる。

検出処理部２７は、前フレームに係る検出結果（ここでは特定物質の有無）と現フレームに係る検出結果（ここでは特定物質の有無）とが一致するか否かを判別する（Ｓ９）。

前フレームに係る検出結果と現フレームに係る検出結果とが一致する場合、検出処理部２７は、現フレームに係る検出結果を採用し、現フレームに係る検出結果（ここでは特定物質の有無の情報）を表示処理部２８へ送る（Ｓ１０）。

一方、前フレームに係る検出結果と現フレームに係る検出結果とが不一致である場合、検出処理部２７は、フォトダイオードＰＤの出力信号の信号レベルの低い方のフレームに係る検出結果を採用し、該当するフレームに係る検出結果（ここでは特定物質の有無の情報）を表示処理部２８へ送る（Ｓ１１）。

つまり、受光レベルの低いフレームに係る検出結果のデータが出力される場合、検出処理部２７は、誤検知であるとして、特定物質が検出されなかった方のデータを正しい検出結果のデータとして使用する。

Ｓ４で変調周波数が第２の変調周波数ｆ２である場合、検出処理部２７は、第２の検出周波数（２×ｆ２）を用いて、特定物質の検出処理を行い（Ｓ６）、特定物質であるガス検出の有無を判定する（Ｓ７）。非可視光センサＮＶＳＳは、第２の検出周波数（２×ｆ２）を用いる場合も、第１の検出周波数（１×ｆ１）を用いる場合と同様に、Ｓ８〜Ｓ１１の処理を行う。

表示処理部２８は、検出処理部２７からの特定物質の検出結果を基に、物質位置画像データを生成し、表示制御部３７に出力する（Ｓ１２）。物質位置画像データには、例えば、特定物質であるガスＧＳが存在する場合、特定物質の位置（方向）を表す画像が含まれる。表示制御部３７は、物質位置画像データを可視光カメラＶＳＣで撮像された撮像データに重畳して表示データを生成し、出力部３８を介してカメラサーバＣＳ及びモニタ１５０に出力する。

続いて、制御部１１は、変調周波数の切替タイミングであるか否かを判定する（Ｓ１３）。制御部１１は、例えば、フレーム、ライン、照射位置（単位領域）の切替タイミングにおいて、変調周波数の切替タイミングであると判定する。

切替タイミングでない場合、パンチルトユニット１５は、走査位置を変更する（Ｓ１７）。つまり、パンチルトユニット１５は、雲台１０を駆動し、雲台１０に搭載された各機器を、次のレーザ光ＬＳの走査位置に向ける。この各機器は、レーザダイオードＬＤ、コリメートレンズＰＬＺ、フォトダイオードＰＤ及び集光レンズＣＬＺを含む。

そして、制御部１１は、物質検出動作を継続するか否かを判別する（Ｓ１８）。物質検出動作を継続するか否かは、例えば、メモリ１３に保持された設定情報、時刻、検出カメラ１や非可視光センサＮＶＳＳの電源オンオフの操作に基づく。

物質検出動作を継続する場合、非可視光センサＮＶＳＳは、Ｓ３の処理に進む。物質検出動作を継続しない場合、非可視光センサＮＶＳＳは、図１３及び図１４の処理を終了する。

また、Ｓ１３において変調周波数の切替タイミングである場合、制御部１１は、メモリ１３を参照し、変調周波数が第１の変調周波数ｆ１に設定されていたか否かを判別する（Ｓ１４）。

変調周波数が第１の変調周波数ｆ１に設定されていた場合、制御部１１は、変調周波数を第２の変調周波数ｆ２に設定し、この設定情報をメモリ１３に格納する（Ｓ１５）。一方、変調周波数が第２の変調周波数ｆ２に設定されていた場合、制御部１１は、変調周波数を第１の変調周波数ｆ１に設定し、この設定情報をメモリ１３に格納する（Ｓ１６）。Ｓ１５，Ｓ１６の処理後、非可視光センサＮＶＳＳは、Ｓ１７の処理に進む。

尚、図１３及び図１４では、変調周波数は、２つの周波数のいずれかに設定可能であることを例示したが、前述したように、３つ以上の中から任意の周波数に設定されてもよい。この場合、切替後の変調周波数は、予め決められた順番に従って設定されてもよいし、任意の順番で設定されてもよい。

［変調パターンの詳細］
変調周波数の切替方法として、複数のバリエーション（変調パターン）が想定される。図１５及び図１６は、変調パターンＰＴ０〜ＰＴ５を示す模式図である。尚、図１５及び図１６では、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，・・・，Ｌｍは、水平方向のライン番号を示す。また、番号１，２，３，・・・，ｎは、検出領域ＳＡＲにおけるレーザ光ＬＳの照射位置を表す。制御部１１がどの変調パターンを設定して変調周波数の切り替えを行うかを示す情報は、予めメモリ１３に保持される。

尚、検出周波数の切替方法についても、複数のバリエーション（検出パターン）が想定される。検出パターンは、変調パターンに対応して同様に設定されるので、詳細な説明を省略する。

変調パターンＰＴ０では、制御部１１が、変調周波数を切り替えず、変調周波数を固定する場合を示す。変調パターンＰＴ０では、いずれのフレームにおいても、変調周波数が第１の変調周波数ｆ１に固定である。

変調パターンＰＴ１では、制御部１１が、フレーム単位（検出領域ＳＡＲ全体で１回の検出動作）で、変調周波数を交互に切り替える場合を示す（フレーム順次）。

１フレーム目では、変調周波数は第１の変調周波数ｆ１である。２フレーム目では、変調周波数は第２の変調周波数ｆ２である。３フレーム目では、変調周波数は再び第１の変調周波数ｆ１である。

変調パターンＰＴ２では、制御部１１が、水平方向のライン毎に変調周波数を交互に切り替え、フレーム毎に開始する変調周波数を変更する場合を示す（ライン順次）。

１フレーム目では、１行目のラインで変調周波数が第１の変調周波数ｆ１に設定され、２行目のラインで変調周波数が第２の変調周波数ｆ２に設定される。以後、ライン単位で交互に変調周波数が第１の変調周波数ｆ１又は第２の変調周波数ｆ２に設定される。

２フレーム目では、１行目のラインで変調周波数が第２の変調周波数ｆ２に設定され、２行目のラインで変調周波数が第１の変調周波数ｆ１に設定される。以後、ライン単位で交互に変調周波数が第１の変調周波数ｆ１又は第２の変調周波数ｆ２に設定される。３フレーム目以降は、１フレーム目と２フレーム目の繰り返しである。

変調パターンＰＴ３では、制御部１１が、変調周波数を照射位置（単位領域）毎に交互に切り替える（単位領域順次）。

１フレーム目の１行目のラインでは、第１の照射位置で、変調周波数が第１の変調周波数ｆ１に設定され、第１の照射位置に隣接する第２の照射位置で、変調周波数が第２の変調周波数ｆ２に設定される。第３以降の照射位置では、第１の照射位置及び第２の照射位置と同様に、変調周波数が交互に切り替えられる。

１フレーム目の２行目のラインでは、第１の照射位置で、変調周波数が第２の変調周波数ｆ２に設定され、第２の照射位置で、変調周波数が第１の変調周波数ｆ１に設定される。第３以降の照射位置では、第１の照射位置及び第２の照射位置と同様に、変調周波数が交互に切り替えられる。３行目以降のラインは、１行目と２行目のラインの繰り返しである。

２フレーム目の１行目のラインでは、第１の照射位置で、変調周波数が第２の変調周波数ｆ２に設定され、第２の照射位置で、変調周波数が第１の変調周波数ｆ１に設定される。第３以降の照射位置では、第１の照射位置及び第２の照射位置と同様に、変調周波数が交互に切り替えられる。

２フレーム目の２行目のラインでは、第１の照射位置で、変調周波数が第１の変調周波数ｆ１に設定され、第２の照射位置で、変調周波数が第２の変調周波数ｆ２に設定される。第３以降の照射位置では、第１の照射位置及び第２の照射位置と同様に、変調周波数が交互に切り替えられる。３行目以降のラインは、１行目と２行目のラインの繰り返しである。

３フレーム目以降は、１フレーム目と２フレーム目の繰り返しである。

変調パターンＰＴ０〜ＰＴ３では、制御部１１が、１つの照射位置に対し、１つの変調周波数でレーザ光ＬＳを照射することを想定した。変調パターンＰＴ４，ＰＴ５では、制御部１１は、１つの照射位置を分割し、分割された各位置に対し、異なる２つの変調周波数でレーザ光ＬＳを照射する。

変調パターンＰＴ４では、制御部１１が、全フレームの全ラインにおける各照射位置で、第１の変調周波数ｆ１、第２の変調周波数ｆ２の順でレーザ光を照射する。つまり、制御部１１は、同一の単位領域において、フレーム毎に変調周波数を切り替えず、同一の位相としている。

変調パターンＰＴ５では、制御部１１が、各照射位置における変調周波数ｆ１，ｆ２の順を、フレーム毎に交互に切り替える。即ち、１フレーム目の各照射位置では、第１の変調周波数ｆ１，第２の変調周波数ｆ２の順でレーザ光が照射され、２フレーム目の各照射位置では、第２の変調周波数ｆ２，第１の変調周波数ｆ１の順でレーザ光が照射される。つまり、制御部１１は、同一の単位領域において、フレーム毎に変調周波数を切り替え、位相を交互に切り替える。

このように、非可視光センサＮＶＳＳは、ライン単位や照射位置単位で変調周波数を切り替えることで、検出領域ＳＡＲにおける背景の変化が大きい場所でも、背景変化率の影響を抑制して、特定物質を検出できる。同様に、同一の単位領域に複数の検出周波数を用いて物質検出することで、検出領域ＳＡＲにおける背景の変化が大きい場所でも、背景変化率の影響を抑制して、特定物質を検出できる。

［効果等］
以上のように、検出カメラ１は、レーザダイオードＬＤと、フォトダイオードＰＤと、検出処理部２７と、パンチルトユニット１５と、制御部１１と、を備える。レーザダイオードＬＤは、物質の検出領域ＳＡＲ内へレーザ光ＬＳを波長変調して出射する。フォトダイオードＰＤは、検出領域ＳＡＲ内において、レーザ光ＬＳが物質で反射された光であるレーザ光ＲＶを受光する。検出処理部２７は、レーザ光ＲＶの波長特性に基づいて、物質（例えばガスＧＳ）を検出する。パンチルトユニット１５は、検出領域ＳＡＲ内において、レーザ光ＬＳの出射方向及びレーザ光ＲＶの受光方向を変更する。制御部１１は、レーザ光ＬＳの波長変調の周波数である変調周波数と、検出処理部２７により物質を検出するための変調周波数に対応する検出周波数と、を変更する。

レーザダイオードＬＤは、トランスミッタの一例である。フォトダイオードＰＤは、レシーバの一例である。検出処理部２７は、ディテクタの一例である。パンチルトユニット１５は、アクチュエータの一例である。制御部１１は、コントローラの一例である。

これにより、制御部１１は、変調周波数を変更して、レーザダイオードＬＤにレーザ光を照射させる。検出処理部２７は、この変更された変調周波数に対応する検出周波数を用いて、レーザ光ＲＶの波長特性に基づいて特定物質を検出する。従って、検出カメラ１は、背景反射率が均一でない場合でも、物質の検出精度を向上できる。また、検出カメラ１は、時分割で変調周波数及び検出周波数を切り替える場合、時分割で検出対象物としての特定物質（ターゲット）を変更できる。

また、レーザダイオードＬＤは、検出領域ＳＡＲにおいて複数回、レーザ光ＬＳを出射してもよい。フォトダイオードＰＤは、検出領域ＳＡＲにおいて複数回、レーザ光ＲＶを受光してもよい。検出処理部２７は、検出領域ＳＡＲにおいて複数回、特定物質であるガスＧＳを検出するための検出動作を反復してもよい。制御部１１は、検出領域ＳＡＲ全体（フレーム）での検出動作毎、検出領域ＳＡＲにおける所定方向に沿うラインでの検出動作毎、又は検出領域ＳＡＲにおける単位領域毎に、変調周波数及び検出周波数を変更してもよい。

これにより、検出カメラ１は、様々な方法で変調周波数及び検出周波数を切り替えでき、物質の検出精度を向上できる。検出カメラ１は、例えば、一の変調周波数及び検出周波数での波長変調における吸収特性と背景変化の特性とが似た特性となる場合でも、他の変調周波数及び検出周波数での波長変調における吸収特性と背景変化の特性とを区別可能に設定できる。

また、検出処理部２７は、検出領域ＳＡＲにおける任意の領域において、第１の検出周波数（２×ｆ１）を用いた物質の検出と、第２の検出周波数（２×ｆ２）を用いた物質の検出と、を反復して行ってもよい。

これにより、検出カメラ１は、同じ領域において、背景反射率と異なる検出周波数を用いた物質の検出結果を、任意のタイミングで少なくとも１つ取得でき、物質の検出精度を向上できる。

また、検出処理部２７は、同一の単位領域において、第１の検出周波数（２×ｆ１）を用いた前記物質の検出と、第２の検出周波数（２×ｆ２）を用いた前記物質の検出と、を１回の検出動作で行ってもよい。

これにより、検出カメラ１は、同一の単位領域内で複数の検出周波数を用いて物質検出でき、物質の検出精度を向上できる。

また、検出処理部２７は、検出領域ＳＡＲにおける任意の領域において、第１の検出周波数（２×ｆ１）を用いた物質の検出結果と第２の検出周波数（２×ｆ２）を用いた物質の検出結果とが異なる場合、任意の領域に特定物質が存在しないと判定してもよい。

これにより、検出カメラ１は、特定物質の誤検知を抑制でき、物質の検出精度を向上できる。

（他の実施形態）
以上のように、本開示における技術の例示として、第１の実施形態を説明した。しかし、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用できる。

第１の実施形態では、参照セルＣＥＬを透過したレーザ光が、物質検出用のフォトダイオードＰＤで受光され、受光処理部ＳＡで処理されたが、物質検出用のフォトダイオードＰＤとは別に、温調ユニットを筐体内に設けてもよい。温調ユニットは、例えば、集光レンズ、フォトダイオード、Ｉ／Ｖ変換回路、増幅回路及びフィルタ処理回路を有する。温調ユニットは、温調用のフォトダイオードで受光した反射光の波長特性を基に、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の温調制御を行う。これにより、非可視光センサＮＶＳＳは、受光処理部ＳＡの処理負荷を軽減できる。また、更に他の方法により、温調制御が行われてもよい。

第１の実施形態では、非可視光として赤外光を用いたが、検出対象の物質の吸収スペクトルによっては、紫外光を用いてもよい。これにより、検出カメラ１は、検出可能な物質の範囲を拡大できる。

第１の実施形態では、プロセッサやコントローラは、物理的にどのように構成してもよい。また、プログラム可能なプロセッサやコントローラを用いれば、プログラムの変更により処理内容を変更できるので、プロセッサやコントローラの設計の自由度を高めることができる。プロセッサやコントローラは、１つの半導体チップで構成してもよいし、物理的に複数の半導体チップで構成してもよい。複数の半導体チップで構成する場合、第１の実施形態の各制御をそれぞれ別の半導体チップで実現してもよい。この場合、それらの複数の半導体チップで１つのプロセッサやコントローラを構成すると考えることができる。また、プロセッサやコントローラは、半導体チップと別の機能を有する部材（コンデンサ等）で構成してもよい。また、プロセッサやコントローラが有する機能とそれ以外の機能とを実現するように、１つの半導体チップを構成してもよい。

本開示は、検出領域内における物質の検出精度を向上できる物質検出装置及び物質検出方法等に有用である。

１ 検出カメラ
１ｗ 開口部
１ｚ 筐体
５ センサスキャンユニット
１０ 雲台
１１ 制御部
１２ 波長検出温調制御部
１３，３９ メモリ
１５ パンチルトユニット
２０，Ｖ２０ プロセッサ
２６ 信号加工部
２７ 検出処理部
２８ 表示処理部
２６１ Ｉ／Ｖ変換回路
２６２ 増幅回路
２６３ フィルタ処理回路
３７ 表示制御部
１５０ モニタ
２７１ ＡＤ変換回路
２７２ 温調制御処理部
２７３ 物質検出処理部
ＣＥＬ 参照セル
ＣＬＺ 集光レンズ
ＣＳ カメラサーバ
ＥＰ 走査終了位置
ＧＳ ガス
ＨＭ 人物
ＨＰ 初期位置
Ｋ 検出空間
ＬＳ，ＲＶ レーザ光
ＬＤ レーザダイオード
ＭＲ１ 反射板
ＮＶＳＳ 非可視光センサ
ＰＤ フォトダイオード
ＰＪ 投射部
ＰＬＺ コリメートレンズ
ＳＡ 受光処理部
ＳＡＲ 検出領域
Ｖ３１ 撮像レンズ
Ｖ３３ イメージセンサ
Ｖ３５ 信号処理部
ＶＳＣ 可視光カメラ
ＷＡＲ０ 波長変調範囲

Claims (4)

1. 第１の波長を中心に波長変調される非可視波長変調光を出射するトランスミッタと、
   検出対象物質の検出領域内における前記非可視波長変調光の反射光を受光するレシーバと、
   前記反射光に基づいて、前記検出対象物質を検出するディテクタと、
   前記非可視波長変調光の出射方向及び前記反射光の受光方向を変更するアクチュエータと、
   前記非可視波長変調光の変調周波数と、前記ディテクタにより前記検出対象物質を検出するための前記変調周波数に対応する検出周波数と、を変更するコントローラと、
   を備え、
   前記ディテクタは、
   前記検出領域における任意の領域において、第１の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出と、第２の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出と、を反復して行い、
   前記第１の検出周波数および前記第２の検出周波数のどちらを用いた場合でも前記検出対象物質を検出した場合、前記任意の領域に前記検出対象物質が存在すると判定し、
   前記第１の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出結果と前記第２の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出結果とが異なる場合、前記任意の領域に前記検出対象物質が存在しないと判定する物質検出装置。
2. 請求項１に記載の物質検出装置であって、
   前記トランスミッタは、前記検出領域において複数回、前記非可視波長変調光を出射し、
   前記レシーバは、前記検出領域において前記複数回、前記反射光を受光し、
   前記ディテクタは、前記検出領域において前記複数回、前記検出対象物質を検出するための検出動作を反復し、
   前記コントローラは、前記検出領域全体での１回の検出動作毎、前記検出領域における所定方向に沿うラインでの検出動作毎、又は前記検出領域における単位領域毎に、前記変調周波数及び前記検出周波数を変更する、物質検出装置。
3. 請求項１に記載の物質検出装置であって、
   前記ディテクタは、同一の単位領域において、前記第１の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出と、前記第２の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出と、を１回の検出動作で行う、物質検出装置。
4. 第１の波長を中心に波長変調される非可視波長変調光の出射方向及び検出対象物質の検出領域内における前記非可視波長変調光の反射光の受光方向を変更し、
   前記非可視波長変調光の変調周波数と、前記検出対象物質を検出するための前記変調周波数に対応する検出周波数と、を変更し、
   前記検出領域内へ前記非可視波長変調光を波長変調して出射し、
   前記検出領域内における前記非可視波長変調光の反射光を受光し、
   前記反射光に基づいて、前記検出対象物質を検出する、物質検出方法であって、
   前記検出領域における任意の領域において、第１の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出と、第２の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出と、を反復して行い、
   前記第１の検出周波数および前記第２の検出周波数のどちらを用いた場合でも前記検出対象物質を検出した場合、前記任意の領域に前記検出対象物質が存在すると判定し、
   前記第１の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出結果と前記第２の検出周波数を用いた前記検出対象物質の検出結果とが異なる場合、前記任意の領域に前記検出対象物質
   が存在しないと判定する、物質検出方法。

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