WO2017033419A1 - 物質検出装置、物質検出システム及び物質検出方法 - Google Patents

物質検出装置、物質検出システム及び物質検出方法 Download PDF

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一寛 柳
啓二 平田
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    • G01N2021/3509—Correlation method, e.g. one beam alternating in correlator/sample field

Definitions

  • the present disclosure relates to a substance detection device, a substance detection system, and a substance detection method for detecting a substance that is difficult to visually recognize in a detection region by visible light imaging.
  • a gas concentration measuring device that emits measurement light from a semiconductor laser toward a measurement atmosphere is known as a prior art for detecting a substance (for example, gas) that is difficult to visually recognize in a detection region (for example, a patent) Reference 1).
  • the gas concentration measuring device of Patent Document 1 emits measurement light frequency-stabilized by a gas absorption line from a semiconductor laser unit to a measurement atmosphere, and reflects reflected measurement light reflected from the measurement atmosphere as the measurement light is emitted. Light is received by the receiver.
  • the gas concentration measuring device detects a fundamental wave phase sensitive detection signal and a double wave phase sensitive detection signal of the modulation frequency of the semiconductor laser from the output signal of the light receiver, and based on the ratio of both signals, the gas concentration of the measurement atmosphere Measure.
  • the light receiver is disposed at the back of the central axis in the bottomed cylindrical main body.
  • a semiconductor laser module including a semiconductor laser, a laser pointer that emits visible light as guide light, a measurement light that is arranged on the optical axis of the light receiver and is emitted from the semiconductor laser, and a guide light that is emitted from the laser pointer.
  • a multiplexing / demultiplexing means for synthesizing on substantially the same axis is incorporated in the main body. Thereby, the gas concentration measuring apparatus can confirm the emission position of the measurement light and accurately emit the measurement light toward the measurement position.
  • a gas detection device that detects gas at a predetermined point is known (see Patent Document 2).
  • a laser beam emitted from an LD (Laser Diode) module is branched into measurement light and reference light by a half mirror.
  • the measurement light is used for normal gas detection.
  • the reference light is received by the wavelength processing light receiver after passing through the gas cell.
  • the wavelength processing control unit performs wavelength confirmation processing and wavelength calibration processing of the LD module based on the detection signal corresponding to the received reference light.
  • This disclosure makes it possible to easily detect a substance in the detection region. And this indication makes it possible to detect easily the substance which is difficult to visually recognize by imaging of visible light with a fine resolution within a detection field, without requiring much labor of a user.
  • the substance detection device of the present disclosure is a transmitter that emits first invisible light into and out of a substance detection area, and light in which the first invisible light is reflected by the substance in the detection area.
  • Actuator for changing the emission direction of the light and the light receiving direction of the second invisible light a reference cell storing a substance to be detected outside the detection area, and the first invisible light being referenced outside the detection area detection camera Based on the second receiver that receives the third invisible light that is the light that has passed through the cell, and the wavelength characteristics of the third invisible light, the temperature of the first invisible light is adjusted and the first invisible light is adjusted.
  • a wavelength controller for controlling the wavelength of invisible light Provided.
  • the substance can be easily detected in the detection region.
  • the substance detection device of the present disclosure includes a transmitter that wavelength-modulates and emits the first invisible light into the substance detection area, and light in which the first invisible light is reflected by the substance in the detection area.
  • a receiver that receives the second invisible light, a detector that detects a substance based on the wavelength characteristics of the second invisible light, and the emission direction of the first invisible light and the first in the detection region.
  • the actuator for changing the light receiving direction of the invisible light, the modulation frequency that is the frequency modulation frequency of the first invisible light, and the detection frequency corresponding to the modulation frequency for detecting the substance by the detector are changed.
  • a controller for changing the light receiving direction of the invisible light, the modulation frequency that is the frequency modulation frequency of the first invisible light, and the detection frequency corresponding to the modulation frequency for detecting the substance by the detector are changed.
  • a controller for changing the light receiving direction of the invisible light, the modulation frequency that is the frequency modulation frequency of the first invisible light, and the detection frequency corresponding to the modulation frequency for
  • the detection accuracy of the substance in the detection region can be improved.
  • the substance detection device of the present disclosure emits the first light having the wavelength for detecting the substance to the detection area and the second light having the distance measurement wavelength to the detection area.
  • a distance measurement unit that measures the distance to the irradiation position based on the second light source, the reflected light of the second light reflected by the irradiation position of the second light in the detection area, and a measurement result of the distance measurement unit
  • a gain adjusting unit for adjusting the output gain of the first light, and the first light whose output gain is adjusted by the gain adjusting unit based on the reflected light of the first light reflected at the irradiation position.
  • a substance detection unit that detects the presence or absence of a substance in the detection area, and in the scanning of the first light and the second light in the detection area, the irradiation position irradiated with the second light is the first The light is irradiated in time before the irradiation position where the light is irradiated.
  • a substance that is difficult to visually recognize with visible light imaging can be easily detected with a fine resolution in the detection region without requiring much labor of the user.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overview of a detection camera including a non-visible light sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an internal configuration example of the detection camera.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an example of the internal operation of the detection camera during temperature control.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a scan example including a detection region by the sensor scan unit.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the detection camera.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the temperature adjustment unit and the light receiving processing unit.
  • FIG. 7 is a timing chart showing an operation example of the invisible light sensor.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of a scanning range of the invisible light sensor.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overview of a detection camera including a non-visible light sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an internal configuration example of the detection camera.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a signal processing procedure of the invisible light sensor.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an input signal and an output signal of a laser beam in a temperature control state when the oscillation frequency of the laser diode is optimum for an absorption spectrum of a specific substance.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining an input signal and an output signal of a laser beam in a temperature control state when the laser beam oscillated by the laser diode shifts to a lower wavelength side with respect to the absorption spectrum of a specific substance.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an input signal and an output signal of a laser beam in a temperature control state when the laser beam oscillated by the laser diode shifts to a lower wavelength side with respect to the absorption spectrum of a specific substance.
  • FIG. 12 is a schematic diagram for explaining an input signal and an output signal of laser light in a temperature control state when the oscillation frequency of the laser diode is shifted to the long wavelength side with respect to the absorption spectrum of a specific substance.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a display screen example of a monitor.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating an internal configuration example of a detection camera according to the second embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic diagram for explaining an example of the internal operation of the detection camera during temperature control.
  • FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a scan example including a detection region by the sensor scan unit.
  • FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration example of the detection camera.
  • FIG. 18 is a schematic diagram illustrating an example of an internal configuration of a detection camera according to the third embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic diagram for explaining an example of the internal operation of the detection camera during temperature control.
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a scanning example including a detection region by the sensor scan unit.
  • FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a scan example including a detection region by a sensor scan unit according to another embodiment.
  • FIG. 22 is a schematic diagram illustrating an example of an internal configuration of a detection camera according to the fourth embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic diagram illustrating an example of scanning of a detection region by the sensor scan unit in the fourth embodiment.
  • FIG. 24 is a block diagram illustrating a configuration example of a detection camera according to the fourth embodiment.
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a scanning example including a detection region by the sensor scan unit.
  • FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a scan example including a detection region by a sensor scan unit according
  • FIG. 25 is a block diagram illustrating a configuration example of a light reception processing unit in the fourth embodiment.
  • FIG. 26 is a schematic diagram for explaining an input signal and an output signal of a laser beam when the wavelength of the laser beam emitted from the laser diode is optimal with respect to the absorption spectrum of the specific substance.
  • FIG. 27 is a graph showing an example of temporal changes in the output signal of the laser diode and the output signal of the photodiode.
  • FIG. 28 is a diagram for explaining an example of spot detection in the substance detection operation.
  • FIG. 29 is a schematic diagram for explaining an example of area detection when there is no background change in the substance detection operation.
  • FIG. 30 is a schematic diagram for explaining an example of area detection when there is a background change in the substance detection operation.
  • FIG. 31 is a schematic diagram for explaining a determination example of the substance detection result.
  • FIG. 32 is a schematic diagram for explaining in detail an example of determination of a substance detection result.
  • FIG. 33 is a flowchart illustrating an example of a substance detection operation by the invisible light sensor.
  • FIG. 34 is a flowchart (continuation of FIG. 33) showing an example of the substance detection operation by the invisible light sensor.
  • FIG. 35 is a schematic diagram illustrating an example of a modulation pattern.
  • FIG. 36 is a schematic diagram illustrating another example of the modulation pattern.
  • FIG. 37 is a diagram illustrating a scanning example of the detection region by the sensor scan unit in the comparative example.
  • FIG. 38 is a diagram illustrating a scanning example of the detection area by the sensor scan unit according to the fifth embodiment.
  • FIG. 39 is a diagram for explaining the irradiation positions of the laser beam for gas detection and the laser beam for distance measurement in the range surrounded by the dotted line frame h in FIG. 38 in time series.
  • FIG. 40 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a sensor scan unit according to the fifth embodiment.
  • FIG. 41 is a diagram illustrating an example of driving a collimator lens provided in the sensor scan unit of the fifth embodiment.
  • FIG. 42 is a diagram illustrating a driving example of the collimator lens viewed from above in FIG. 41 (in the ⁇ z direction).
  • FIG. 40 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a sensor scan unit according to the fifth embodiment.
  • FIG. 41 is a diagram illustrating an example of driving a collimator lens provided in the sensor scan unit of the fifth embodiment.
  • FIG. 42 is a diagram illustrating a driving example of the collimator lens viewed from above in FIG. 41 (in the ⁇ z direction).
  • FIG. 40 is
  • FIG. 43 is a diagram showing the turning operation of the sensor scan unit when scanning one line in the forward direction ( ⁇ y direction), the distance measurement laser beam, and the gas detection laser beam irradiation position in the fifth embodiment. It is a figure which shows an example.
  • FIG. 44 shows an example of the turning operation of the sensor scan unit, the distance measurement laser beam, and the gas detection laser beam irradiation position when scanning one line in the return path direction (+ y direction) in the fifth embodiment.
  • FIG. FIG. 45 is a block diagram showing in detail an example of the internal configuration of the detection camera of the fifth embodiment.
  • FIG. 46 is a block diagram showing in detail an example of the internal configuration of the light receiving processing section shown in FIG. FIG.
  • FIG. 47A is a graph showing an example of an output gain corresponding to the distance registered in the table.
  • FIG. 47B is a graph illustrating an example of an output gain corresponding to the distance registered in the table.
  • FIG. 48 is a timing chart for explaining an example of a distance detection method in the detection camera of the fifth embodiment.
  • FIG. 49 is a diagram for explaining an example of an input signal and an output signal of laser light when the oscillation frequency of the laser diode is in the optimum range with respect to the absorption spectrum of the specific substance.
  • FIG. 50 is a diagram illustrating an example of an input signal and an output signal of laser light when the oscillation frequency of the laser diode is shifted from the oscillation frequency in the optimum range to the lower wavelength side with respect to the absorption spectrum of the specific substance.
  • FIG. 51 is a diagram for explaining an example of an input signal and an output signal of laser light when the oscillation frequency of the laser diode is shifted from the oscillation frequency in the optimum range to the long wavelength side with respect to the absorption spectrum of the specific substance.
  • FIG. 52 is a flowchart for explaining an example of the signal processing procedure of the invisible light sensor in the comparative example.
  • FIG. 53 is a flowchart for explaining an example of the signal processing procedure of the invisible light sensor according to the fifth embodiment.
  • FIG. 54A shows the distance to the gas to be detected and the gas when the output gain of the detection light for gas detection is low in the substance detection device that performs gas detection for any one place in the measurement atmosphere. It is a graph which shows an example of the relationship with the signal level of the reflected reflected light.
  • FIG. 54B shows the distance to the gas to be detected and the gas when the output gain of the detection light for gas detection is high in the substance detection device that performs gas detection for any one place in the measurement atmosphere. It is a graph which shows an example of the relationship with the signal level of the reflected reflected light.
  • FIG. 54C shows the relationship between the distance to the gas to be detected and the signal level of the reflected light reflected by the gas when the output gain of the laser beam for gas detection is variable in the detection camera of the fifth embodiment. It is a graph which shows an example.
  • FIG. 55 is a diagram showing an example of a monitor display screen.
  • the substance detection device of each embodiment detects a substance using a non-visible light sensor.
  • the present disclosure can also be expressed as a substance detection method in which the invisible light sensor performs each operation.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an outline of a detection camera 1 including a non-visible light sensor NVSS according to the first embodiment.
  • the detection camera 1 is configured to include a visible light camera VSC and a non-visible light sensor NVSS.
  • the visible light camera VSC uses, for example, reflected light RM, which is visible light having a predetermined wavelength (for example, 0.4 to 0.7 ⁇ m), as in an existing surveillance camera, to detect as an example of a predetermined detection area.
  • reflected light RM which is visible light having a predetermined wavelength (for example, 0.4 to 0.7 ⁇ m)
  • a person HM or an object existing in the space K is imaged.
  • image data obtained by imaging with the visible light camera VSC is referred to as “visible light camera image data”.
  • the detection camera 1 includes both the invisible light sensor NVSS that detects invisible light and the visible light camera VSC that obtains visible light camera image data by imaging.
  • the non-visible light sensor NVSS optically scans the detection space K that is the same as the visible light camera VSC for the emission of laser light that can be irradiated to a position having a finite area with a predetermined diameter (hereinafter referred to as an irradiation position).
  • the laser light LS that is invisible light (for example, infrared light) having a predetermined wavelength is projected.
  • the projected laser light LS is light having a wavelength in a wavelength band that is easily absorbed by a substance to be detected (also referred to as a specific substance). Specifically, in the fifth embodiment, it is absorbed by the gas to be detected. It has a wavelength in an easy wavelength band.
  • the non-visible light sensor NVSS is a light reflected by the object to be detected (for example, a gas GS such as methane gas as a specific substance), or a light reflected by a reflector in the detection space after passing through the object to be detected. (That is, the reflected light RV) is received, and whether or not a specific substance (for example, gas) is detected in the detection space K is determined based on the received light intensity of the received reflected light RV.
  • a specific substance for example, gas
  • the specific substance for determining the presence or absence of detection by the non-visible light sensor NVSS is, for example, a substance that is difficult to discriminate with visible light camera image data from the visible light camera VSC (in other words, it is difficult for a person to visually recognize an image with an existing monitoring camera
  • gas gas
  • it may be a transparent liquid such as water or a transparent solid such as ice, and is not particularly limited.
  • the detection target substance is the gas GS will be exemplified below.
  • the detection camera 1 includes output image data (hereinafter referred to as “substance position image”) that includes, in the visible light camera image data captured by the visible light camera VSC, a determination result of whether or not a specific substance generated by the invisible light sensor NVSS is detected. Display data obtained by synthesizing information (substance name, etc.) on the substance position image data).
  • the output destination of the display data from the detection camera 1 is an external connection device connected to the detection camera 1 via a network, for example, the camera server CS or the monitor 150 shown in FIG.
  • the gas detection system of the fifth embodiment may be configured to include the detection camera 1 and the monitor 150, or may be configured to include the detection camera 1 and the camera server CS.
  • the network may be a wired network (for example, an intranet or the Internet), or may be a wireless network (for example, a wireless LAN (Local Area Network)).
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the internal configuration of the detection camera 1.
  • FIG. 2 shows the internal configuration of the detection camera 1 when viewed from the top of FIG. 1 (downward in the z-axis direction).
  • the detection camera 1 has a box-shaped housing 1z, for example.
  • An opening 1w for the invisible light sensor NVSS is formed on the front surface of the housing 1z.
  • transparent glass or resin may be fitted in the opening 1w for waterproofing and dustproofing.
  • the condensing lens V31 of the visible light camera VSC is exposed on the front surface of the housing 1z.
  • a sensor scan unit 5 is provided inside the housing 1z.
  • the sensor scan unit 5 is a pan head 10 that can be swung in a pan direction (a direction along the xy plane in the figure) represented by an arrow P in the figure and a tilt direction (a z-axis direction in the figure) represented by an arrow T in the figure.
  • a pan / tilt unit 15 having a motor mechanism for driving the camera platform 10.
  • the head 10 is equipped with a laser diode LD, a collimating lens PLZ, a photodiode PD, and a condenser lens CLZ.
  • the pan / tilt unit 15 scans the detection area SAR two-dimensionally (horizontal scanning and vertical scanning) using the laser light emitted from the laser diode LD by turning the pan head 10 in the pan direction and the tilt direction. Is possible.
  • the laser light LS emitted from the laser diode LD passes through the collimator lens PLZ and becomes parallel light, and is emitted toward the detection space K.
  • the laser light (reflected light) RV reflected by the gas GS in the detection space K enters through the opening 1w formed in the housing 1z of the detection camera 1, is collected by the condenser lens CLZ, and is a photodiode. Light is received by the PD.
  • the presence / absence of the gas GS, which is a substance to be detected, present in the detection space K is determined from the absorption spectrum (absorption characteristics) of the laser light received by the photodiode PD.
  • the detection region SAR that is a range (scan angle of view) in which the laser light LS emitted from the laser diode LD can be scanned in the detection space K is set by the shape of the opening 1w formed in the housing 1z, for example.
  • the laser diode LD is easily affected by temperature, and the wavelength of the laser light emitted from the laser diode LD is shifted by a slight temperature change.
  • the invisible light sensor NVSS controls the temperature of the laser diode LD so that the wavelength of the laser light (center wavelength in wavelength modulation) does not change during the gas detection operation (temperature adjustment). Control for).
  • a reflector MR1 In order to perform temperature control, a reflector MR1, a reference cell CEL, a condensing lens CLZ2, a temperature control photodiode PD2, and a wavelength detection temperature control unit 12 are arranged inside the housing 1z.
  • a neutral density filter (ND filter) FIR is disposed between the reflector MR1 and the reference cell CEL, and the amount of laser light transmitted through the reference cell CEL and received by the temperature-control photodiode PD2 is reduced. May be.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the internal operation of the detection camera 1 during temperature control.
  • the pan head 10 is largely swung in the pan direction, and the laser light emitted from the laser diode LD is directed to the reflector MR1.
  • the reflector MR1 is disposed at a position outside the range in which the photodiode PD can receive light, that is, outside the scan angle of view.
  • the reflecting plate MR1 is located on the back side of the housing 1z close to the opening 1w.
  • the range in which the photodiode PD can receive light is determined by the shape of the opening 1w formed in the housing 1z. That is, the laser light RV reflected through the opening 1w within the scan angle of view is received by the photodiode PD.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing scanning including the detection area SAR by the sensor scan unit 5.
  • the sensor scan unit 5 uses the laser light LS emitted from the laser diode LD mounted on the camera platform 10 as the camera platform 10 rotates to pan the scan field angle (detection area SAR) in the pan direction (horizontal). Direction) and tilt direction (vertical direction).
  • the reflecting plate MR1 is disposed at a horizontal position beyond the scanning end position EP before one scanning in the detection region SAR by the laser light ends and before the laser light returns to the initial position HP.
  • the laser light emitted from the laser diode LD is reflected by the reflecting plate MR1 and passes through the ND filter FIR.
  • the laser light passes through a reference cell CEL in which a gas that is a detection target substance is enclosed (stored), is collected by a condenser lens CLZ2, and is received by a temperature-control photodiode PD2.
  • the gas sealed in the reference cell CEL has the same components as the gas GS to be detected.
  • the wavelength detection temperature adjustment control unit 12 includes, for example, an AD conversion circuit 271, a temperature adjustment control processing unit 272, and a control unit 11 in the detection processing unit 27 illustrated in FIG. 6.
  • the wavelength detection temperature adjustment control unit 12 detects the center wavelength of the laser light that is wavelength-modulated with a predetermined width based on the detection signal output from the temperature adjustment photodiode PD2, so that the center wavelength is not shifted.
  • the temperature of the laser diode LD is controlled to be constant.
  • the laser diode LD has a Peltier element Pt that absorbs and generates heat.
  • the wavelength detection temperature adjustment controller 12 adjusts the temperature of the laser diode LD by supplying a predetermined current to the Peltier element Pt built in the laser diode LD.
  • the laser diode LD may include a thermistor.
  • the wavelength detection temperature adjustment control unit 12 may adjust the temperature of the laser diode LD using a thermistor or using a Peltier element Pt and a thermistor.
  • control unit 11 controller
  • processor 20 for comprehensively controlling each unit are mounted
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the detection camera 1.
  • the detection camera 1 includes the invisible light sensor NVSS and the visible light camera VSC.
  • the invisible light sensor NVSS includes a control unit 11, a projection unit PJ, and a light reception processing unit SA.
  • the control unit 11 is configured using, for example, a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the control unit 11 includes, for example, signal processing for overall control of operation of each unit of the invisible light sensor NVSS, data input / output processing with other units, data calculation processing, and data storage processing. I do. Further, the control unit 11 sets a detection threshold M for detecting a specific substance that is a detection target of the invisible light sensor NVSS in the detection processing unit 27.
  • control unit 11 sends a timing signal for AD conversion to the detection processing unit 27.
  • the control unit 11 sends a light source control signal for modulating the laser beam emitted from the laser diode LD to the laser diode LD.
  • the control unit 11 sends a temperature adjustment control signal for adjusting the temperature of the laser diode LD to the laser diode LD.
  • the projection unit PJ includes a laser diode LD, a collimating lens PLZ, a pan / tilt unit 15, and a temperature adjustment unit 30.
  • the laser diode LD emits a laser beam whose wavelength is adjusted so that the wavelength of the laser beam coincides with the peak of the absorption wavelength band of the gas GS that is the substance to be detected.
  • methane gas CH4 is mentioned as an example as a gas which is a substance to be detected.
  • the control unit 11 modulates the wavelength of the laser light emitted from the laser diode LD by modulating the drive current of the laser diode LD according to the light source control signal.
  • the Peltier element Pt provided in the laser diode LD absorbs heat or generates heat in accordance with the temperature control signal from the control unit 11, and adjusts the center wavelength of the wavelength modulation of the laser light by changing the temperature of the laser diode LD.
  • the collimating lens PLZ converts the laser light LS emitted from the laser diode LD into parallel light.
  • the pan / tilt unit 15 rotates the pan / tilt head 10 on which the laser diode LD, the collimating lens PLZ, the condenser lens CLZ, and the photodiode PD are mounted in the pan direction and the tilt direction.
  • the pan / tilt unit 15 uses the laser light emitted from the laser diode LD to scan two-dimensionally within a scanning range including the detection area SAR.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the temperature control unit 30 and the light receiving processing unit SA.
  • the temperature control unit 30 includes a condenser lens CLZ2, a photodiode PD2, an I / V conversion circuit 31, an amplification circuit 32, and a filter processing circuit 33.
  • the condensing lens CLZ2 condenses the laser light emitted from the laser diode LD, reflected by the reflecting plate MR1, and transmitted through the reference cell CEL, and is received by the photodiode PD2.
  • the photodiode PD2 generates a charge corresponding to the amount of received laser light and outputs it as a current signal.
  • the I / V conversion circuit 31 converts the current signal output from the photodiode PD2 into a voltage signal.
  • the amplifier circuit 32 amplifies the voltage signal output from the I / V conversion circuit 31.
  • the filter processing circuit 33 performs filter processing on the signal amplified by the amplifier circuit 32 and outputs the signal to the AD conversion circuit 271 in the detection processing unit 27 as a signal used for temperature control.
  • the light reception processing unit SA includes a condenser lens CLZ, a photodiode PD, a signal processing unit 26, a detection processing unit 27, and a display processing unit 28.
  • the signal processing unit 26 includes an I / V conversion circuit 261, an amplification circuit 262, and a filter processing circuit 263.
  • the detection processing unit 27 includes an AD conversion circuit 271, a temperature adjustment control processing unit 272, and a substance detection processing unit 273. Each function of the temperature control processing unit 272, the substance detection processing unit 273, and the display processing unit 28 of the detection processing unit 27 is realized by the processor 20 executing a program held in the memory.
  • the condensing lens CLZ condenses the laser light emitted from the laser diode LD and reflected by the specific substance in the detection area SAR, and causes the photodiode PD to receive it.
  • the photodiode PD generates a charge corresponding to the amount of received laser light and outputs it as a current signal.
  • the I / V conversion circuit 261 converts the current signal output from the photodiode PD into a voltage signal.
  • the amplifier circuit 262 amplifies the voltage signal output from the I / V conversion circuit 261.
  • the filter processing circuit 263 performs filter processing on the signal amplified by the amplification circuit 262 and outputs the signal to the AD conversion circuit 271 in the detection processing unit 27 as a signal used for substance detection.
  • the AD conversion circuit 271 in the detection processing unit 27 converts the signal input from the temperature control unit 30 and the signal input from the signal processing unit 26 into a digital signal.
  • the temperature adjustment control processing unit 272 generates a signal indicating the temperature adjustment state (temperature adjustment state signal) based on the value output from the temperature adjustment unit 30 and converted into a digital value by the AD conversion circuit 271, and the control unit 11 is output.
  • This temperature control state signal is a signal indicating the magnitude (signal level) of a signal having a frequency (2f) that is twice that of the wavelength-modulated laser light signal (frequency 1f) emitted from the laser diode LD. is there.
  • a signal having the doubled frequency (frequency 2f) is extracted after being converted into a digital value by the AD conversion circuit 271.
  • the temperature adjustment state signal is a sine wave signal having a constant frequency obtained based on the signal from the photodiode PD2.
  • the temperature of the laser diode LD changes and the modulation wavelength width of the laser light emitted from the laser diode LD deviates from the absorption wavelength band of the specific substance.
  • the magnitude (signal level) of the signal having the frequency (2f) twice the frequency 1f obtained from the temperature control state signal based on the signal from the photodiode PD2 is reduced.
  • the substance detection processing unit 273 detects a specific substance based on the value output from the signal processing unit 26 in the light reception processing unit SA and converted into a digital value by the AD conversion circuit 271, and a signal representing the detected specific substance Is output to the display processing unit 28.
  • the display processing unit 28 generates substance position image data indicating the two-dimensional position of the specific substance in the detection region SAR from the invisible light sensor NVSS.
  • the substance position image data includes image data representing a specific substance and two-dimensional position information (for example, pan angle and tilt angle of the camera platform 10) in the detection area SAR.
  • the display processing unit 28 outputs the substance position image data to the display control unit 37 of the visible light camera VSC.
  • the display processing unit 28 instead of transmitting the substance position image data to the display control unit 37 in the visible light camera VSC, the display processing unit 28, for example, a monitor 150, a camera server CS, and a communication which will be described later. You may transmit to a terminal.
  • the non-visible light sensor NVSS can clearly show to the user where the specific substance is present in the detection region SAR.
  • the visible light camera VSC includes a condenser lens V31, an image sensor V33, a signal processing unit V35, a display control unit 37, and an output unit 38.
  • Each function of the signal processing unit V35 and the display control unit 37 is realized by the processor V20 executing a program held in the memory.
  • the condensing lens V31 collects incident light (reflected light RM) from the outside including the detection area SAR by the invisible light sensor NVSS and forms an image on the imaging surface of the image sensor V33.
  • the image sensor V33 has a spectral sensitivity peak with respect to the wavelength of visible light (for example, 0.4 ⁇ m to 0.7 ⁇ m).
  • the image sensor V33 converts an optical image formed on the imaging surface into an electric signal.
  • the output of the image sensor V33 is input to the signal processing unit V35 as an electrical signal.
  • the signal processing unit V35 generates visible light image data defined by RGB (Red Green Blue) or YUV (luminance / color difference), for example, using an electrical signal that is an output of the image sensor V33. Thereby, visible light image data imaged by the visible light camera VSC is formed.
  • the signal processing unit V35 outputs visible light image data to the display control unit 37.
  • the display control unit 37 displays the visible light image data output from the signal processing unit V35 and the substance position output from the display processing unit 28.
  • the display data is generated by combining the image data. This display data is an example of information regarding a specific substance.
  • the output unit 38 outputs the display data to an external device (for example, the camera server CS and the monitor 150).
  • an external device for example, the camera server CS and the monitor 150.
  • the camera server CS transmits the display data output from the display control unit 37 to the communication terminal or one or more external connection devices, and prompts the display of the display data on the display screen of the communication terminal or one or more external connection devices. .
  • the monitor 150 displays the display data output from the display control unit 37.
  • FIG. 7 is a timing chart showing the operation of the invisible light sensor NVSS.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the scanning range of the invisible light sensor NVSS.
  • the pan / tilt unit 15 scans the detection area SAR (scanning range) using the laser light emitted from the laser diode LD by driving the laser diode LD mounted on the camera platform 10 in the pan direction and the tilt direction. .
  • the pan / tilt unit 15 adds the horizontal and vertical angles from the initial position (HP) to the plus (+) and emits laser light from the laser diode LD.
  • the irradiation position of is varied.
  • the pan / tilt unit 15 subtracts the angle in the horizontal direction to minus ( ⁇ ) and sets the angle in the vertical direction.
  • the laser beam is scanned up to the Ln-th line.
  • one scanning (one scanning) in the detection area SAR is finished.
  • the irradiation position of the laser beam passes the scanning end position EP at the lower left corner of the scanning range (scanning field angle), and moves to the reflection plate MR1.
  • the wavelength detection temperature adjustment control unit 12 maximizes the magnitude (signal level) of the signal (frequency 2f) that is twice the modulation frequency 1f.
  • temperature control for adjusting the temperature of the laser diode LD is performed.
  • the pan / tilt unit 15 stops the driving (turning operation) of the camera platform 10 and fixes the position of the laser diode LD.
  • the predetermined period T1 includes a period for performing temperature control. Details of the temperature control will be described later.
  • the pan / tilt unit 15 resumes driving of the camera platform 10 and returns the irradiation position of the laser beam to the initial position HP. Then, again, the pan / tilt unit 15 changes the irradiation position of the laser diode LD while adding the horizontal and vertical angles from the initial position (HP) to plus (+) in the first line L1 in the horizontal direction, Laser beam scanning is started.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a signal processing procedure of the invisible light sensor NVSS.
  • the laser diode LD When the laser diode LD receives the light source emission signal from the controller 11, the laser diode LD emits laser light (S1).
  • the pan / tilt unit 15 drives the pan / tilt head 10 and scans using the laser light emitted from the laser diode LD (S2).
  • the control unit 11 determines whether or not the irradiation position of the laser light is within the detection area SAR (S3).
  • the signal processing unit 26 amplifies the imaging signal input from the photodiode PD (S4).
  • the detection processing unit 27 extracts a signal having a frequency 2f from the signal amplified by the signal processing unit 26, and detects the presence or absence of a specific substance (here, methane gas (CH4)) (S5).
  • a specific substance here, methane gas (CH4)
  • CH4 methane gas
  • the presence or absence of the gas GS is determined, for example, based on whether or not a signal having a frequency 2f (a sine wave signal having a constant frequency) is equal to or greater than the detection threshold M.
  • the display processing unit 28 generates substance position image data based on the image of the specific substance and the position information of the specific substance (S6).
  • the position information of the specific substance is obtained from, for example, the pan angle and tilt angle of the camera platform 10 driven by the pan / tilt unit 15.
  • the display processing unit 28 sends the generated substance position image data to the display control unit 37 in the visible light camera VSC.
  • the display control unit 37 generates display data by superimposing the substance position image data acquired from the display processing unit 28 on the image data captured by the image sensor V33 in the visible light camera VSC, and generates the display data. Output to.
  • the control unit 11 determines whether or not to continue the substance detection operation by the invisible light sensor NVSS (S7). When continuing a substance detection operation
  • the control unit 11 places the irradiation position of the laser beam in the temperature adjustment area (area for temperature adjustment control), that is, inside the reflection plate MR1. It is determined whether or not there is (S8). If it is outside the temperature adjustment area, that is, if the irradiation position of the laser light is in the path from the scanning end position EP to the temperature adjustment area of the detection area SAR or in the path from the temperature adjustment area to the initial position HP, the control is performed. The unit 11 proceeds to the process of S7.
  • the photodiode PD2 receives the light reflected by the reflecting plate MR1 and transmitted (passed) through the reference cell CEL (S9).
  • the reference cell CEL is filled with a gas GS (for example, methane gas) that is a substance to be detected.
  • the I / V conversion circuit 31, the amplifier circuit 32, and the filter processing circuit 33 in the temperature control unit 30 amplify the signal from the temperature control photodiode PD2 (S10).
  • the detection processing unit 27 acquires a signal from the temperature adjustment unit 30, converts the signal into a digital value by the AD conversion circuit 271, and detects this value as a value indicating the temperature adjustment state (S11).
  • the detection processing unit 27 generates a temperature adjustment state signal including the detection result and sends it to the control unit 11.
  • the controller 11 controls the temperature of the laser diode LD so that the magnitude (signal level) of the frequency (2f) that is twice the modulation frequency 1f is maximized based on the temperature control state signal. Control is performed (S12). Thereafter, the control unit 11 proceeds to the process of S7.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an input signal and an output signal of a laser beam when the wavelength of the laser beam emitted from the laser diode LD is optimum for the absorption spectrum of the specific substance.
  • An input signal of the laser beam is input to the photodiodes PD and PD2.
  • An output signal of the laser beam is output from the photodiodes PD and PD2.
  • 10 to 12 exemplify methane gas (CH4) as an example of a gas that is a substance to be detected.
  • CH4 methane gas
  • the vertical axis represents the received voltage (unit is a normalized value) of the photodiodes PD and PD2
  • the horizontal axis represents the wavelength (nm) of laser light received by the photodiodes PD and PD2.
  • the lower the reception voltage the higher the absorption rate of the laser beam by the specific substance.
  • the absorption characteristic of a substance is decided according to the substance.
  • the absorption spectrum of the specific substance has a wavelength band centered on 1653.67 nm.
  • the laser light emitted from the laser diode LD is modulated with a modulation width of 0.05 nm with a center wavelength of 1653.67 nm as shown in the wavelength modulation range WAR0.
  • the laser light emitted from the laser diode LD and reflected by the specific substance in the detection region SAR is detected as a signal having a frequency twice that of the first laser light signal. .
  • a sine wave signal having a constant frequency is output.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining an input signal and an output signal of a laser beam when the wavelength of the laser beam emitted from the laser diode LD is shifted to a lower wavelength side with respect to the absorption spectrum of the specific substance.
  • the laser light is wavelength-modulated with a modulation width of 0.05 nm with a center wavelength of, for example, 1653.66 nm.
  • FIG. 12 is a schematic diagram for explaining an input signal and an output signal of laser light when the wavelength of the laser light emitted from the laser diode LD is shifted to the long wavelength side with respect to the absorption spectrum of the specific substance.
  • the laser light is wavelength-modulated with a modulation width of 0.05 nm with a center wavelength of, for example, 1653.68 nm.
  • the detection camera 1 can detect a sine wave signal having a constant frequency with the laser beam for substance detection, so that the substance detection accuracy can be improved.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a display screen of the monitor 150.
  • the monitor 150 superimposes and displays an image representing the gas GS, which is a specific substance detected by the invisible light sensor NVSS, on an image captured by the visible light camera VSC. Thereby, the user can visually recognize the gas GS displayed on the monitor 150.
  • the laser diode LD emits the first laser beam in the substance detection area SAR and outside the detection area SAR.
  • the photodiode PD receives the second laser light, which is the light reflected by the gas GS, in the detection region SAR.
  • the detection processing unit 27 detects the gas GS based on the wavelength characteristic of the second laser light.
  • the pan / tilt unit 15 changes the emission direction of the first laser light and the light reception direction of the second laser light inside the detection area SAR and outside the detection area SAR. Outside the detection area SAR, a reference cell CEL in which a gas GS is enclosed is arranged.
  • the temperature adjusting photodiode PD2 receives a third laser beam, which is a light beam that has passed through the reference cell CEL.
  • the wavelength detection temperature adjustment control unit 12 controls the wavelength of the first laser light by adjusting the temperature of the first laser light based on the wavelength characteristic of the third laser light.
  • the detection camera 1 is an example of a substance detection device.
  • the laser diode LD is an example of a transmitter.
  • the photodiode PD is an example of a first receiver.
  • the detection processing unit 27 is an example of a detector.
  • the pan / tilt unit 15 is an example of an actuator.
  • the temperature-control photodiode PD2 is an example of a second receiver.
  • the wavelength detection temperature adjustment control unit 12 is an example of a wavelength controller.
  • the first laser light is an example of first invisible light.
  • the second laser light is an example of second invisible light.
  • the third laser light is an example of third invisible light.
  • the gas GS is an example of a substance to be detected.
  • the detection camera 1 scans in the detection area SAR to detect the gas GS that is the substance to be detected, it is possible to save the trouble of manually changing the direction of the detection camera 1. Therefore, the detection camera 1 can easily detect the gas GS that is a detection target substance in the detection region SAR. Further, it is not necessary to provide a half mirror for branching the laser beam in the detection camera 1, and the detection camera 1 can be downsized.
  • the laser diode LD and the photodiode PD may be fixed to the camera platform 10.
  • the laser diode LD may scan the inside of the detection area SAR and the outside of the detection area SAR using the first laser light by changing the direction of the camera platform 10 by the pan / tilt unit 15.
  • the pan head 10 is an example of a base.
  • the detection camera 1 has the second laser light reflected by the gas GAS in the detection region SAR. Detection accuracy can be improved.
  • the reflector MR1 disposed outside the detection area SAR may reflect the first laser beam.
  • the ND filter FIR may attenuate the third laser light obtained by reflecting the first laser light by the reflecting plate MR1.
  • the photodiode PD2 may receive the attenuated third laser light.
  • the reflector MR1 is an example of a reflector.
  • the ND filter FIR is an example of a filter.
  • the detection camera 1 reduces the amount of the third laser light received by the photodiode PD2, thereby suppressing the amount of the third laser light from becoming excessive and degrading the accuracy of the temperature control. it can.
  • the laser diode LD may emit the first laser light to each position in the detection area SAR and then to the outside of the detection area SAR by driving the pan / tilt unit 15.
  • the detection camera 1 does not emit the first laser beam to the outside of the detection area SAR during scanning, the substance detection time can be shortened and the center wavelength of the first laser beam can be controlled to be constant.
  • the image sensor V33 may capture an image toward the detection space K.
  • the imaging range in which an image is captured by the image sensor V33 may include a gas GS detection region SAR. Note that the image directed to the detection space K is an example of a first image.
  • the detection camera 1 can visually indicate the location where the gas GS is detected, and can detect the presence or absence of a substance within the imaging range.
  • the processors 20 and V20 may visualize the position of the detected gas GS in the detection region SAR and generate a composite image in which the visualized information is superimposed (synthesized) on the image captured by the image sensor V33. Good.
  • the output unit 38 may output a composite image.
  • the output unit 38 is an example of an output device.
  • the composite image is an example of a second image.
  • the detection camera 1 can display the two-dimensional position information of the detected substance on the captured image, such as an image using augmented reality (AR), and can improve the convenience for the user.
  • AR augmented reality
  • the substance detection system may be configured to include the detection camera 1 and the monitor 150 that displays the composite image output by the detection camera 1.
  • the detection camera 1 and the monitor 150 can constitute a substance detection system.
  • the substance detection system allows the user to visually recognize the presence or absence of a specific substance from the composite image displayed on the monitor 150.
  • the detection camera 1 may include a diffusion plate that is disposed outside the detection region SAR and diffuses the first laser light, instead of the reflection plate MR1.
  • the photodiode PD2 may receive the third laser light in which the first laser light is diffused by the diffusion plate.
  • the diffusion plate is an example of a diffuser.
  • the detection camera 1 does not have to be dimmed, and the temperature can be adjusted by omitting the ND filter FIR.
  • the reflector 1 when temperature control of the laser diode LD is performed, the reflector 1 is disposed in the housing 1z, and the laser light emitted from the laser diode LD is reflected by the reflector MR1. The light was received by the photodiode PD2 for temperature adjustment.
  • a diffusion plate is disposed instead of the reflection plate MR1 and light is received by the substance detection photodiode PD will be described. Thereby, the temperature-control photodiode PD2 is omitted.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing an internal configuration of the detection camera 1A according to the second embodiment. Since the detection camera 1A of the second embodiment has almost the same configuration as the detection camera 1 of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, Description is omitted.
  • the diffusion plate DEF is disposed outside the detection region SAR close to the opening 1w of the housing 1z. Further, the condenser lens CLZ2 and the temperature adjusting photodiode PD2 are omitted.
  • the reference cell CEL is disposed between the diffusion plate DEF and the laser diode LD.
  • FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the internal operation of the detection camera 1A during temperature control.
  • the laser light emitted from the laser diode LD passes through the reference cell CEL and is diffused by the diffusion plate DEF.
  • a part of the diffused laser light passes through the condenser lens CLZ and is received by the photodiode PD for substance detection. Therefore, the photodiode PD2 for temperature adjustment and the condenser lens CLZ2 are not necessary.
  • the light amount of the laser light received by the photodiode PD is smaller than the light amount of the laser light reflected by the reflection plate. This eliminates the need for an ND filter that attenuates the amount of laser light.
  • the timing for performing the temperature control may be the same as that of the first embodiment.
  • the operation of detecting a specific substance is the same as that in the first embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing scanning including the detection area SAR by the sensor scan unit 5.
  • the sensor scan unit 5 uses the laser light LS emitted from the laser diode LD mounted on the camera platform 10 as the camera platform 10 turns to pan and tilt the scan field angle (detection area SAR). Scan in the direction.
  • the diffusing plate DEF is disposed at a horizontal position beyond the scanning end position EP before one scanning with the laser light ends and before the laser light returns to the initial position HP.
  • the laser light emitted from the laser diode LD is diffused by the diffusion plate DEF, passes through the reference cell CEL in which the gas that is the substance to be detected is sealed, and is collected by the condenser lens CLZ for substance detection.
  • the light is collected and received by a photodiode PD for substance detection.
  • FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of the detection camera 1A.
  • the detection camera 1A has a configuration similar to that of the first embodiment, but has a configuration in which the temperature adjustment unit 30 is omitted, unlike the first embodiment. That is, in the temperature control, the photodiode PD receives the laser light diffused by the diffusion plate DEF and condensed by the condenser lens CLZ. The operation after receiving light is the same as that in the first embodiment.
  • the diffusion plate DEF disposed outside the detection region SAR diffuses the first laser light emitted from the laser diode LD.
  • the photodiode PD receives the laser beam obtained by diffusing the laser beam from the laser diode LD with the diffusion plate DEF. Therefore, even if the amount of the first laser light is large, the third laser light is dispersed by the diffusion plate DEF. Therefore, the photodiode PD receives the third laser light without passing through the ND filter or the like. it can.
  • the photodiode PD may also operate as the photodiode PD2 of the first embodiment and receive the third laser light.
  • the detection camera 1A can omit the photodiode PD2 for temperature control, and the housing of the detection camera 1A can be downsized, the number of parts can be reduced, and the cost can be reduced.
  • the detection camera 1A may include a reflection plate MR1 and an ND filter FIR which are arranged outside the detection region SAR and reflect the first laser beam, instead of the diffusion plate DEF.
  • the temperature adjustment photodiode is exemplified to receive the laser beam emitted from the laser diode LD and reflected by the reflection plate or the diffusion plate.
  • a temperature control photodiode directly receives a laser beam via an ND filter FIR.
  • FIG. 18 is a schematic diagram showing the internal configuration of the detection camera 1B according to the third embodiment. Since the detection camera 1B of the third embodiment has substantially the same configuration as the detection cameras 1 and 1A of the first and second embodiments, the same components as those of the first and second embodiments are described. The description will be omitted by giving the same reference numerals.
  • the temperature adjusting photodiode PD2 is disposed at a position outside the detection region SAR close to the opening 1w of the housing 1z.
  • the condenser lens CLZ2 is omitted.
  • an ND filter FIR is disposed between the reference cell CEL and the temperature adjusting photodiode PD2.
  • FIG. 19 is a schematic diagram for explaining the internal operation of the detection camera 1B during temperature control.
  • the laser light emitted from the laser diode LD passes through the reference cell CEL, passes through the ND filter FIR, and is directly received by the temperature control photodiode PD2.
  • the amount of laser light emitted from the laser diode LD is large. Therefore, an ND filter FIR is disposed to attenuate the amount of laser light.
  • the timing for performing the temperature adjustment control may be the same as in the first and second embodiments.
  • the operation of detecting a specific substance is the same as that in the first embodiment.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing scanning including the detection area SAR by the sensor scan unit 5.
  • the sensor scan unit 5 uses the laser light LS emitted from the laser diode LD mounted on the camera platform 10 as the camera platform 10 turns to pan and tilt the scan field angle (detection area SAR). Scan in the direction.
  • the temperature adjusting photodiode PD2 is disposed at a horizontal position beyond the scanning end position EP before one scanning by the laser light ends and the laser light returns to the initial position HP.
  • the laser light emitted from the laser diode LD passes through the reference cell CEL in which the gas that is the detection target substance is sealed, attenuates by the ND filter FIR, and is received by the temperature control photodiode PD2.
  • the reflection plate MR1 and the diffusion plate DEF do not exist inside the housing 1z, and the temperature adjusting photodiode PD2 may be disposed at these positions. Thereby, each component of the detection camera 1 can be closely arranged, and the detection camera 1 can be further downsized.
  • the invisible light sensor NVSS receives the laser light transmitted through the reference cell CEL at the timing when it reaches the temperature control area. That is, the temperature control is performed once after the scanning of the detection area SAR is completed, but the temperature control may be performed even during the scanning.
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing scanning including a detection area SAR by a sensor scan unit in another embodiment.
  • the vertical length of the reflection plate MR2 is made longer along the vertical direction of the detection region SAR than the reflection plate MR1 described above. That is, the laser beam can be reflected in the temperature control for each line.
  • the reflector MR2 is disposed at a position where the laser light emitted from the laser diode LD exceeds the position where scanning of each line of the detection area SAR is completed.
  • the sensor scan unit 5 reflects the laser light emitted from the laser diode LD by the reflecting plate MR2 after the end of scanning of one line so as to be directed toward the temperature-control photodiode PD2.
  • the laser diode LD emits the first laser beam to each position aligned in a predetermined direction (horizontal direction in FIG. 21) in the detection area SAR by driving the pan / tilt unit 15, and then the detection area The light is emitted outside the SAR (here, the reflection plate MR2).
  • the temperature of the detection camera 1 can be controlled even during one scan, the number of times of adjusting the temperature of the laser diode LD is increased, and the number of times of controlling the wavelength of the first laser light is increased.
  • the detection camera 1 can improve the substance detection accuracy by increasing the frequency of adjusting the center wavelength of the first laser light to be constant.
  • infrared light is used as invisible light, but ultraviolet light may be used depending on the absorption spectrum of the substance to be detected.
  • the detection camera 1 can expand the range of the detectable substance.
  • the processor and the controller may be physically configured in any manner. Further, if a programmable processor or controller is used, the processing contents can be changed by changing the program, so that the degree of freedom in designing the processor and controller can be increased.
  • the processor and the controller may be constituted by one semiconductor chip, or may be physically constituted by a plurality of semiconductor chips. When configured by a plurality of semiconductor chips, each control of the first to third embodiments may be realized by different semiconductor chips. In this case, it can be considered that a plurality of semiconductor chips constitute one processor or controller. Further, the processor and the controller may be configured by a member (capacitor or the like) having a different function from the semiconductor chip. Further, one semiconductor chip may be configured so as to realize the functions of the processor and the controller and other functions.
  • the LD module of the gas detector emits laser light that is wavelength-modulated with an arbitrary wavelength as the center, and the photodiode receives the laser light reflected by the detection region, the reflection except for the detection target in the detection region
  • the detection target substance is detected in a uniform rate
  • a frequency twice as high as the wavelength modulation by the LD module appears in the output signal of the photodiode, and the detection target substance is not detected.
  • a frequency twice the frequency of the wavelength modulation does not appear in the output signal of the photodiode.
  • the state where the reflectance is uniform is a state where the background in the detection region is one color, for example.
  • the output signal varies with respect to the input signal of the photodiode.
  • the background color is a stripe state of two colors and the frequency of the background reflectance approximates to twice the frequency of the input signal, even if there is no detection target, the frequency of the input signal is twice that of the input signal. If an output signal appears and there is an object to be detected, it may be erroneously detected. In this case, the substance detection accuracy decreases.
  • the schematic diagram for explaining the outline of the detection camera 1 including the invisible light sensor NVSS in the fourth embodiment is the same as that in FIG. 1 in the first to third embodiments, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the detection camera 1 is configured to include a visible light camera VSC and a non-visible light sensor NVSS.
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing the internal configuration of the detection camera 1 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 22 shows the internal configuration of the detection camera 1 when viewed from the top of FIG. 1 (downward in the z-axis direction).
  • the detection camera 1 has a box-shaped housing 1z, for example.
  • An opening 1w for the invisible light sensor NVSS is formed on the front surface of the housing 1z.
  • transparent glass or resin may be fitted in the opening 1w for waterproofing and dustproofing.
  • the imaging lens V31 of the visible light camera VSC is exposed on the front surface of the housing 1z.
  • a sensor scan unit 5 is provided inside the housing 1z.
  • the sensor scan unit 5 includes a pan head 10 and a pan / tilt unit 15.
  • the pan / tilt head 10 is turnable in a pan direction (a direction along the xy plane in the figure) represented by an arrow P in FIG. 22 and a tilt direction (a z-axis direction in the figure) represented by an arrow T in the figure.
  • the pan / tilt unit 15 includes a motor mechanism that drives the camera platform 10.
  • the head 10 is equipped with a laser diode LD, a collimating lens PLZ, a photodiode PD, and a condenser lens CLZ.
  • the pan / tilt unit 15 scans the detection area SAR two-dimensionally (horizontal scanning and vertical scanning) using the laser light LS emitted from the laser diode LD by turning the pan head 10 in the pan direction and the tilt direction. It is possible.
  • the laser light LS emitted from the laser diode LD passes through the collimator lens PLZ and becomes parallel light, and is emitted toward the detection space K.
  • the laser light RV reflected by the gas GS in the detection space K enters through the opening 1w formed in the housing 1z of the detection camera 1, is collected by the condenser lens CLZ, and is received by the photodiode PD.
  • the presence / absence of the gas GS, which is a substance to be detected, present in the detection space K is determined from the absorption spectrum (absorption characteristics) of the laser light RV received by the photodiode PD.
  • the detection area SAR is set by the shape of the opening 1w formed in the housing 1z, for example.
  • the detection region SAR corresponds to a range (scan angle of view) in which the laser light LS emitted from the laser diode LD can be scanned in the detection space K.
  • the laser diode LD is easily affected by temperature, and the wavelength of the laser light LS emitted from the laser diode LD is shifted by a slight temperature change.
  • the invisible light sensor NVSS keeps the temperature of the laser light LS emitted from the laser diode LD constant so that the wavelength of the laser light LS (center wavelength in wavelength modulation) does not change during the gas detection operation.
  • temperature control control for temperature adjustment
  • a diffusion plate DEF is disposed outside the detection region SAR close to the opening 1w of the housing 1z.
  • a reference cell CEL is disposed between the diffusion plate DEF and the laser diode LD.
  • a gas having the same component as that of the specific substance here, methane gas
  • the temperature control when the laser light LS emitted from the laser diode LD passes through the reference cell CEL and is diffused by the diffusion plate DEF, a part of the diffused light passes through the condensing lens CLZ to detect the substance. Light is received by the photodiode PD. Further, since the laser light LS is diffused by the diffusion plate DEF, the light amount of the laser light RV received by the photodiode PD is reduced and falls within the allowable light receiving amount range of the photodiode PD.
  • FIG. 23 is a schematic diagram illustrating a scanning example of the detection area SAR by the sensor scan unit 5 in the fourth embodiment.
  • the laser light LS emitted from the laser diode LD mounted on the camera platform 10 is moved in the pan direction (horizontal direction) in the scan field angle (detection area SAR). Scan in the tilt direction (vertical direction).
  • the diffusing plate DEF is arranged at a horizontal position beyond the scanning end position EP before one scanning with the laser light LS is completed and the laser light LS returns to the initial position HP.
  • the laser light LS emitted from the laser diode LD is diffused by the diffusion plate DEF, passes through the reference cell CEL in which the gas that is the substance to be detected is sealed, and the condenser lens CLZ for substance detection And collected by a photodiode PD for substance detection.
  • FIG. 24 is a block diagram showing a configuration of the detection camera 1 according to the fourth embodiment.
  • the detection camera 1 includes the non-visible light sensor NVSS and the visible light camera VSC.
  • the invisible light sensor NVSS includes a control unit 11A, a projection unit PJ, and a light reception processing unit SA.
  • the control unit 11A is configured using, for example, a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor). For example, the control unit 11A performs signal processing for overall control of operation of each unit of the non-visible light sensor NVSS, data input / output processing with other units, data calculation processing, and data storage processing. I do. Further, the control unit 11A sets a detection threshold M for detecting a specific substance that is a detection target of the invisible light sensor NVSS in the detection processing unit 27A.
  • a CPU Central Processing Unit
  • MPU Micro Processing Unit
  • DSP Digital Signal Processor
  • control unit 11A sends a timing signal for AD conversion to the detection processing unit 27A.
  • controller 11A sends a light source emission signal for modulating the laser light LS emitted from the laser diode LD to the laser diode LD.
  • the control unit 11A has a wavelength detection temperature adjustment control unit 12A, receives a temperature adjustment state signal described later from the detection processing unit 27A, generates a temperature adjustment control signal based on the temperature adjustment state signal, and performs temperature adjustment control.
  • a signal is sent to the laser diode LD.
  • the temperature control signal is a signal for adjusting the temperature of the laser light LS emitted from the laser diode LD, and is a signal for instructing heat absorption or heat generation to the Peltier element included in the laser diode LD.
  • the laser diode LD varies the center wavelength of the emitted laser light LS according to a change in temperature.
  • control unit 11A switches the frequency modulation frequency (modulation frequency) of the laser light LS.
  • 11 A of control parts switch the frequency (detection frequency) for detecting the laser beam RV in which the laser beam LS was reflected by the specific substance according to switching of a modulation frequency.
  • the detection frequency is twice the modulation frequency.
  • control unit 11A refers to setting information (for example, information such as which timing to switch the modulation frequency or the detection frequency) held in the memory 13, and switches the modulation frequency or the modulation frequency.
  • the modulation frequency information is included in the light source emission signal and sent to the laser diode LD. Information about the detection frequency is sent to the detection processing unit 27A.
  • the projection unit PJ includes a laser diode LD, a collimating lens PLZ, and a pan / tilt unit 15.
  • the laser diode LD emits a laser beam LS having a wavelength adjusted so that the wavelength of the laser beam LS matches the peak of the absorption wavelength band of the gas GS that is the detection target substance.
  • methane gas CH4 is mentioned as an example as a gas which is a substance to be detected.
  • the control unit 11A modulates the drive current of the laser diode LD as a semiconductor diode, thereby modulating the wavelength of the laser light LS emitted from the laser diode LD.
  • the drive current is an input signal of the semiconductor diode, and the frequency of the drive current becomes the modulation frequency.
  • the Peltier element Pt provided in the laser diode LD absorbs heat or generates heat according to the temperature control signal from the control unit 11A, and adjusts the center wavelength of the laser light LS by changing the temperature of the laser diode LD.
  • the collimating lens PLZ converts the laser light LS emitted from the laser diode LD into parallel light.
  • the pan / tilt unit 15 rotates the pan / tilt head 10 on which the laser diode LD, the collimating lens PLZ, the condenser lens CLZ, and the photodiode PD are mounted in the pan direction and the tilt direction.
  • the pan / tilt unit 15 uses the laser light LS emitted from the laser diode LD to scan two-dimensionally within the scanning range including the detection area SAR.
  • FIG. 25 is a block diagram showing a configuration of the light receiving processing unit SA in the fourth embodiment.
  • the light reception processing unit SA includes a condenser lens CLZ, a photodiode PD, a signal processing unit 26, a detection processing unit 27A, and a display processing unit 28.
  • the signal processing unit 26 includes an I / V conversion circuit 261, an amplification circuit 262, and a filter processing circuit 263.
  • the detection processing unit 27A includes an AD conversion circuit 271, a temperature control processing unit 272, and a substance detection processing unit 273.
  • the functions of the temperature control processing unit 272, the substance detection processing unit 273, and the display processing unit 28 of the detection processing unit 27A are realized by the processor 20 executing the program stored in the memory 13.
  • the condensing lens CLZ condenses the laser light RV emitted from the laser diode LD and reflected by the specific substance in the detection region SAR, and causes the photodiode PD to receive the light.
  • the photodiode PD generates a charge corresponding to the light amount of the received laser beam RV and outputs it as a current signal.
  • the I / V conversion circuit 261 converts the current signal output from the photodiode PD into a voltage signal.
  • the amplifier circuit 262 amplifies the voltage signal output from the I / V conversion circuit 261.
  • the filter processing circuit 263 performs filter processing on the signal amplified by the amplification circuit 262 and outputs the signal to the AD conversion circuit 271 in the detection processing unit 27A as a signal used for substance detection.
  • the AD conversion circuit 271 in the detection processing unit 27A converts a signal input from the signal processing unit 26 into a digital signal when detecting a specific substance or controlling the temperature of the laser diode LD.
  • the temperature adjustment control processing unit 272 generates a signal indicating the temperature adjustment state (temperature adjustment state signal) based on the value converted into a digital value by the AD conversion circuit 271 in the temperature adjustment operation, and outputs the signal to the control unit 11A.
  • This temperature control state signal is a signal indicating the magnitude (signal level) of a signal having a frequency (2f) twice that of the signal (frequency 1f) of the wavelength-modulated laser beam LS emitted from the laser diode LD. It is.
  • the temperature control state signal has a signal magnitude (signal level) having a frequency (2f) that is twice the frequency 1f.
  • the temperature control state signal becomes a signal whose frequency fluctuates, and the magnitude (signal level) of the frequency (2f) which is twice the frequency 1f and which is obtained based on the signal from the photodiode PD2 becomes small.
  • the substance detection processing unit 273 detects the specific substance based on the value output from the signal processing unit 26 in the light reception processing unit SA in the substance detection operation and converted into a digital value by the AD conversion circuit 271, and detects the specific substance. A signal representing the detection result is output to the display processing unit 28.
  • the substance detection processing unit 273 is a signal of the wavelength-modulated laser light LS emitted from the laser diode LD based on the value converted into the digital value by the AD conversion circuit 271 similarly to the temperature control state signal.
  • a signal indicating the magnitude (signal level) of a signal having a frequency (2f) twice that of (frequency 1f) is obtained.
  • the substance detection processing unit 273 generates a signal representing the detection result of the specific substance based on the signal indicating the magnitude (signal level) of the signal having the double frequency (2f).
  • the display processing unit 28 generates substance position image data indicating the two-dimensional position of the specific substance in the detection region SAR from the invisible light sensor NVSS.
  • the substance position image data includes image data representing a specific substance and two-dimensional position information (for example, pan angle and tilt angle of the camera platform 10) in the detection area SAR.
  • the display processing unit 28 outputs the substance position image data to the display control unit 37 of the visible light camera VSC.
  • the non-visible light sensor NVSS can clearly show to the user where the specific substance is present in the detection region SAR.
  • the display processing unit 28 instead of transmitting the substance position image data to the display control unit 37 in the visible light camera VSC, the display processing unit 28 transmits the substance position image data to, for example, a monitor 150, a camera server CS, and a communication terminal described later. Also good.
  • the visible light camera VSC includes an imaging lens V31, an image sensor V33, a signal processing unit V35, a display control unit 37, and an output unit 38.
  • Each function of the signal processing unit V35 and the display control unit 37 is realized by the processor V20 executing a program held in the memory 39.
  • the imaging lens V31 uses the range including the detection area SAR by the invisible light sensor NVSS as a field angle range, collects incident light (reflected light RM) from the outside, and forms an image on the imaging surface of the image sensor V33.
  • the image sensor V33 has a spectral sensitivity peak with respect to the wavelength of visible light (for example, 0.4 ⁇ m to 0.7 ⁇ m).
  • the image sensor V33 converts an optical image formed on the imaging surface into an electric signal.
  • the output of the image sensor V33 is input to the signal processing unit V35 as an electrical signal.
  • the signal processing unit V35 generates visible light image data defined by RGB (Red Green Blue) or YUV (luminance / color difference), for example, using an electrical signal that is an output of the image sensor V33. Thereby, visible light image data imaged by the visible light camera VSC is formed.
  • the signal processing unit V35 outputs visible light image data to the display control unit 37.
  • the display control unit 37 displays the visible light image data output from the signal processing unit V35 and the substance position output from the display processing unit 28.
  • the display data is generated by combining the image data. This display data is an example of information regarding a specific substance.
  • the output unit 38 outputs the display data to an external device (for example, the camera server CS and the monitor 150).
  • an external device for example, the camera server CS and the monitor 150.
  • the camera server CS transmits the display data output from the display control unit 37 to the communication terminal or one or more external connection devices, and prompts the display of the display data on the display screen of the communication terminal or one or more external connection devices. .
  • the monitor 150 displays the display data output from the display control unit 37.
  • FIG. 26 is a schematic diagram for explaining an input signal and an output signal of the photodiode PD when the wavelength of the laser light LS emitted from the laser diode LD is optimum for the absorption spectrum of the specific substance.
  • methane gas is given as an example of a gas that is a substance to be detected.
  • the vertical axis represents the light reception voltage (unit is a normalized value) of the photodiode PD, and the horizontal axis represents the wavelength (nm) of the laser light RV received by the photodiode PD.
  • the lower the light reception voltage the higher the absorption rate of the laser light LS by the specific substance.
  • the absorption characteristic of a substance is decided according to the substance.
  • the absorption spectrum of the specific substance has a wavelength band centered on 1653.67 nm.
  • the laser light emitted from the laser diode LD is modulated with a modulation width of 0.05 nm with a center wavelength of 1653.67 nm as shown in the wavelength modulation range WAR0.
  • the laser light LS is emitted from the laser diode LD, and the laser light RV (input signal) reflected by the specific substance in the detection region SAR is 2 with respect to the signal of the laser light RV by the photodiode PD. It is detected as a signal (output signal) having a double frequency. In this case, a sine wave signal having a constant frequency is output.
  • control unit 11A switches the modulation frequency to one of the first modulation frequency (f1) and the second modulation frequency (f2), and emits laser light. Note that there are three or more modulation frequencies, and the frequency may be switched to any one of them.
  • control unit 11A switches the detection frequency to one of the first detection frequency (2 ⁇ f1) and the second detection frequency (2 ⁇ f2) in accordance with the switching of the modulation frequency.
  • the number of detection frequencies is three or more, and may be switched to any one of them.
  • a first output signal (2 ⁇ f1) having a frequency twice that of the wavelength-modulated first input signal (1 ⁇ f1) is obtained.
  • a second output signal (2 ⁇ f2) having a frequency twice that of the wavelength-modulated second input signal (1 ⁇ f2) is obtained.
  • FIG. 27 is a graph showing an example of the time change of the input signal and output signal of the photodiode PD.
  • LD output indicates a signal of the output of the laser diode LD (that is, the laser light LS), and the vertical axis indicates the wavelength.
  • PD output indicates a signal output from the photodiode PD (the same applies to FIGS. 28 to 30 below).
  • the signal received by the photodiode PD (input to the photodiode PD) has a frequency twice that of the modulation frequency of the laser light LS emitted from the laser diode LD when an object to be detected exists. .
  • the frequency of the signal output from the photodiode PD is twice the modulation frequency. Therefore, when the modulation frequency of the laser light LS is the first modulation frequency f1, the first detection frequency for detecting the laser light RV wavelength-modulated at the first modulation frequency f1 is the first modulation frequency. The frequency is twice that of f1 (2 ⁇ f1). In addition, when the modulation frequency of the laser light LS is the second modulation frequency f2, the second detection frequency for detecting the laser light RV wavelength-modulated at the second modulation frequency f2 is the second modulation frequency. The frequency is twice that of f2 (2 ⁇ f2).
  • the second modulation frequency f2 is set to 5/3 times the first modulation frequency f1, for example. This 5/3 times is an example, and other multiples may be used.
  • the first modulation frequency f1 is set to 1.5 Hz
  • the second modulation frequency f2 is set to 2.5 Hz.
  • the second modulation frequency f2 may be set to be a multiple of the first modulation frequency f1.
  • the laser light LS emitted from the laser diode LD is reflected by the substance in the detection region SAR and received by the photodiode PD.
  • the signal level of the input signal to the photodiode PD is 0 when there is no gas (for example, methane gas: CH4) as a specific substance in the detection region SAR. For this reason, the signal level of the output signal of the laser diode LD is also zero.
  • the first detection frequency is the frequency (f1 ⁇ 2) with respect to the first modulation frequency f1, and a signal including a signal of this frequency is obtained.
  • the second detection frequency is a frequency (f2 ⁇ 2), and a signal including a signal of this frequency is obtained. Note that although two modulation frequencies are used as an example, three or more modulation frequencies may be used.
  • FIG. 28 is a schematic diagram for explaining spot detection in the substance detection operation.
  • the invisible light sensor NVSS detects a specific substance by irradiating one point in the detection area SAR with the laser light LS.
  • the invisible light sensor NVSS When spot detection is performed, the invisible light sensor NVSS obtains a signal sg1 having no frequency (2f) twice the modulation frequency as an output signal of the photodiode PD if there is no specific substance (for example, methane gas). On the other hand, when the specific substance is present, the invisible light sensor NVSS obtains a signal sg2 having a frequency (2f) twice the modulation frequency as an output signal of the photodiode PD.
  • specific substance for example, methane gas
  • FIG. 29 is a diagram for explaining area detection when there is no background change in the substance detection operation.
  • the invisible light sensor NVSS scans the detection region SAR in the horizontal direction and the vertical direction, and irradiates the laser light LS to detect a specific substance.
  • the non-visible light sensor NVSS obtains a signal sg3 having no frequency (2f) twice the modulation frequency as an output signal of the photodiode PD if there is no specific substance.
  • the invisible light sensor NVSS obtains a signal sg4 having a frequency (2f) twice the modulation frequency as an output signal of the photodiode PD.
  • FIG. 30 is a schematic diagram for explaining area detection when there is a background change in the substance detection operation.
  • An example of a background change is a white and black stripe pattern painted on a wall surface. White has high light reflectance, and black has low light reflectance.
  • the non-visible light sensor NVSS scans the laser beam in a direction orthogonal to the stripe pattern of FIG. 30, even if there is no specific substance, the signal sg10 that changes as the output signal of the photodiode PD changes with the background change. Get. Therefore, the non-visible light sensor NVSS obtains a signal that may be erroneously detected as the presence of a specific substance when the background change rate is close to the first detection frequency (2 ⁇ f1). Become.
  • the background change rate is the same as the reflectance of the laser beam, and can be said to be the background reflectance.
  • the invisible light sensor NVSS obtains a signal sg11 having no second detection frequency (2 ⁇ f2) as an output signal of the photodiode PD.
  • the non-visible light sensor NVSS obtains different substance detection results. Therefore, when the results detected using the two modulation frequencies f1 and f2 are different, the non-visible light sensor NCSS can determine that one result is a false detection and that the specific substance does not exist.
  • the invisible light sensor NVSS obtains a signal sg12 having a first detection frequency (2 ⁇ f1) and a large signal level as an output signal of the photodiode PD.
  • the background change rate when a substance is detected using the second detection frequency (2 ⁇ f2), when the background change rate approximates the first detection frequency (2 ⁇ f1), the background change rate is the second detection frequency (2 ⁇ f2). It does not approximate f2). Therefore, the signal of the second detection frequency (2 ⁇ f2) is distinguished from the signal indicating the background change rate, and the invisible light sensor NVSS outputs the second detection frequency (2 ⁇ f2) as an output signal of the photodiode PD. ) And a signal sg13 having a normal signal level is obtained.
  • the substance detection results detected using the two modulation frequencies f1 and f2 are the same.
  • the non-visible light sensor NVSS uses the two modulation frequencies f1 and f2 when a specific substance is present, so that one of the detection frequencies 1 ⁇ 2f and 2 ⁇ 2f approximates the background change rate. Both output signals having a frequency (1 ⁇ 2f, 2 ⁇ 2f) that is twice the modulation frequency. Therefore, the non-visible light sensor NVSS can determine that the specific substance is present without outputting a signal that is erroneously detected that the specific substance does not exist.
  • FIG. 31 is a schematic diagram for explaining the determination of the substance detection result.
  • control unit 11A of the invisible light sensor NVSS switches the modulation frequency and the detection frequency according to a predetermined condition (for example, for each frame, for each line, for each unit region).
  • FIG. 31 illustrates that the modulation frequency and the detection frequency are switched for each frame.
  • the frame corresponds to the entire detection area SAR to be scanned.
  • a line is the same line (line) to be scanned.
  • the unit area is a minimum area to be scanned in the detection area SAR.
  • the laser diode LD emits the laser beam LS at the first modulation frequency f1 in the previous frame (first frame).
  • the laser diode LD emits the laser light LS at the second modulation frequency f2 in the current frame (second frame).
  • numbers 1, 2,..., N attached to the respective lines (L1, L2,..., Lm) in the detection area SAR represent the irradiation positions of the laser light LS.
  • the detection processing unit 27A compares the detection result of the specific substance with the laser light with the modulation frequency f1 in the previous frame and the detection result of the specific substance with the laser light with the modulation frequency f2 in the current frame at each irradiation position.
  • the detection processing unit 27A determines that a false detection has occurred and the specific substance does not exist when the detection results of the two do not match. On the other hand, the detection processing unit 27A determines that there is no false detection and the specific substance is present when the detection results of the two match.
  • FIG. 32 is a schematic diagram for explaining the determination of the substance detection result in detail.
  • FIG. 32 illustrates that the modulation frequency and the detection frequency are switched for each frame, as in FIG. 31.
  • “Input data” shown in FIG. 32 is data of detection results of specific substances for one frame. This input data is stored in the memory 13 for comparison with the detection result of the specific substance for other frames. This input data includes, for example, information on the presence / absence of the specific substance and information on the signal level of the output signal of the photodiode PD acquired via the signal processing unit 26. The signal level information of the output signal included in the input data is also simply referred to as the input data signal level.
  • the “output data” shown in FIG. 32 is a detection result output by the detection processing unit 27A as a result of comparison between the detection result of the specific substance for one frame and the detection result of the specific substance for another frame.
  • the output data includes, for example, information on the presence / absence of a specific substance.
  • the detection processing unit 27A compares a plurality of input data and outputs output data based on any of the input data.
  • numbers 1, 2,..., 10 represent irradiation positions of the laser light LS.
  • the detection processing unit 27A performs false detection. It is determined that the specific substance is present or absent.
  • the detection processing unit 27A outputs information on the presence / absence of a specific substance based on the input data Db of the current frame as output data.
  • the detection processing unit 27A outputs, as output data, information on the presence / absence of the specific substance based on the input data Da having a low signal level.
  • the detection processing unit 27A outputs, as output data, information on the presence / absence of a specific substance based on the input data Db having a low signal level.
  • the detection processing unit 27A has a false detection when the presence / absence of the specific substance included in the input data Da of the previous frame is different from the presence / absence of the specific substance included in the input data Db of the current frame at the same irradiation position. It is determined that the specific substance does not exist. And 27 A of detection process parts output the information that a specific substance does not exist based on input data Da or Db with a small signal level as output data.
  • 33 and 34 are flowcharts showing an example of the substance detection operation by the invisible light sensor NVSS.
  • the control unit 11A determines the modulation frequency of the laser light LS and performs initial setting of the light source emission signal (S101). In the initial setting, the modulation frequency is set to, for example, the first modulation frequency f1 ( ⁇ f2).
  • the set information (setting information) is stored in the memory 13.
  • the projection unit PJ emits the laser light LS according to the set modulation frequency under the control of the control unit 11A (S102).
  • the emitted laser beam LS is reflected by the substance in the detection region SAR, and the laser beam RV is incident on the photodiode PD.
  • the photodiode PD outputs a signal based on the incident laser beam RV.
  • the signal processing unit 26 receives and amplifies a signal from the photodiode PD (an output signal of the photodiode PD) (S103).
  • the detection processing unit 27A refers to the setting information held in the memory 13 and determines whether or not the modulation frequency is the first modulation frequency f1 (S104).
  • the detection processing unit 27A uses the first detection frequency (2 ⁇ f1) to detect the specific substance (S105), and detects the gas that is the specific substance. Whether or not there is is determined (S107).
  • the detection processing unit 27A extracts a signal having the first detection frequency (2 ⁇ f1) from the signals amplified by the signal processing unit 26, and determines the presence or absence of the specific substance.
  • the presence / absence of the gas GS is determined based on, for example, whether or not the signal of the first detection frequency (2 ⁇ f1) is equal to or higher than the detection threshold M.
  • the specific substance detection process is performed for each unit region.
  • the detection processing unit 27A reads the detection result (corresponding to the input data Da shown in FIG. 32) of the specific substance in the previous frame in the detection area SAR from the memory 13 (S108).
  • the detection processing unit 27A writes the detection result of the specific substance in the current frame (corresponding to the input data Db shown in FIG. 32) to the memory 13 (S108).
  • the specific substance detection result in the current frame held in the memory 13 is used for the next specific substance detection process together with the specific substance detection result in the next frame.
  • the detection processing unit 27A determines whether or not the detection result (here, the presence or absence of a specific substance) related to the previous frame matches the detection result (here, the presence or absence of a specific substance) related to the current frame (S109).
  • the detection processing unit 27A adopts the detection result related to the current frame, and detects the detection result related to the current frame (here, information on the presence / absence of a specific substance). ) Is sent to the display processing unit 28 (S110).
  • the detection processing unit 27A adopts the detection result related to the frame with the lower signal level of the output signal of the photodiode PD,
  • the detection result here, information on the presence or absence of a specific substance related to the corresponding frame is sent to the display processing unit 28 (S111).
  • the detection processing unit 27A uses data on which a specific substance has not been detected as correct detection result data, assuming that a false detection has occurred. .
  • the detection processing unit 27A uses the second detection frequency (2 ⁇ f2) to detect the specific substance (S106) and is a specific substance.
  • the presence or absence of gas detection is determined (S107).
  • the non-visible light sensor NVSS performs the processes of S8 to S11 even when the second detection frequency (2 ⁇ f2) is used, as in the case of using the first detection frequency (1 ⁇ f1).
  • the display processing unit 28 generates substance position image data based on the detection result of the specific substance from the detection processing part 27A, and outputs the substance position image data to the display control part 37 (S112).
  • the substance position image data includes, for example, an image representing the position (direction) of the specific substance when the gas GS that is the specific substance exists.
  • the display control unit 37 generates display data by superimposing the substance position image data on the imaging data captured by the visible light camera VSC, and outputs the display data to the camera server CS and the monitor 150 via the output unit 38.
  • control unit 11A determines whether it is the modulation frequency switching timing (S113). For example, the control unit 11A determines that it is the modulation frequency switching timing in the switching timing of the frame, the line, and the irradiation position (unit region).
  • the pan / tilt unit 15 changes the scanning position (S117). In other words, the pan / tilt unit 15 drives the camera platform 10 and directs each device mounted on the camera platform 10 to the scanning position of the next laser beam LS.
  • Each device includes a laser diode LD, a collimating lens PLZ, a photodiode PD, and a condenser lens CLZ.
  • control unit 11A determines whether or not to continue the substance detection operation (S118). Whether or not to continue the substance detection operation is based on, for example, the setting information stored in the memory 13, the time, and the operation of turning on and off the detection camera 1 and the invisible light sensor NVSS.
  • the non-visible light sensor NVSS proceeds to the process of S3.
  • the non-visible light sensor NVSS ends the processes of FIGS. 33 and 34.
  • control unit 11A refers to the memory 13 and determines whether or not the modulation frequency is set to the first modulation frequency f1 (S114).
  • the control unit 11A sets the modulation frequency to the second modulation frequency f2, and stores this setting information in the memory 13 (S115).
  • the control unit 11A sets the modulation frequency to the first modulation frequency f1, and stores this setting information in the memory 13 (S116).
  • the modulation frequency can be set to one of the two frequencies, but as described above, the modulation frequency may be set to any frequency from among three or more. .
  • the modulation frequency after switching may be set according to a predetermined order or may be set in an arbitrary order.
  • 35 and 36 are schematic diagrams showing the modulation patterns PT0 to PT5.
  • L1, L2, L3,..., Lm indicate horizontal line numbers.
  • the numbers 1, 2, 3,..., N represent the irradiation positions of the laser light LS in the detection area SAR.
  • Information indicating which modulation pattern is set by the control unit 11A to switch the modulation frequency is stored in the memory 13 in advance.
  • detection patterns are also assumed for the detection frequency switching method. Since the detection pattern is set in the same manner corresponding to the modulation pattern, detailed description is omitted.
  • the modulation pattern PT0 shows a case where the control unit 11A fixes the modulation frequency without switching the modulation frequency.
  • the modulation frequency is fixed to the first modulation frequency f1 in any frame.
  • the modulation pattern PT1 shows a case where the control unit 11A alternately switches the modulation frequency in units of frames (one detection operation for the entire detection area SAR) (frame sequential).
  • the modulation frequency is the first modulation frequency f1.
  • the modulation frequency is the second modulation frequency f2.
  • the modulation frequency is again the first modulation frequency f1.
  • the modulation pattern PT2 indicates a case where the control unit 11A alternately switches the modulation frequency for each line in the horizontal direction and changes the modulation frequency to be started for each frame (line sequential).
  • the modulation frequency is set to the first modulation frequency f1 in the first line, and the modulation frequency is set to the second modulation frequency f2 in the second line. Thereafter, the modulation frequency is alternately set to the first modulation frequency f1 or the second modulation frequency f2 in line units.
  • the modulation frequency is set to the second modulation frequency f2 in the first line, and the modulation frequency is set to the first modulation frequency f1 in the second line. Thereafter, the modulation frequency is alternately set to the first modulation frequency f1 or the second modulation frequency f2 in line units.
  • the third and subsequent frames are a repetition of the first frame and the second frame.
  • control unit 11A switches the modulation frequency alternately for each irradiation position (unit region) (unit region sequential).
  • the modulation frequency is set to the first modulation frequency f1 at the first irradiation position, and the modulation frequency is set to the first irradiation frequency adjacent to the first irradiation position. 2 modulation frequency f2.
  • the modulation frequency is alternately switched in the same manner as in the first irradiation position and the second irradiation position.
  • the modulation frequency is set to the second modulation frequency f2 at the first irradiation position, and the modulation frequency is set to the first modulation frequency f1 at the second irradiation position.
  • the modulation frequency is alternately switched in the same manner as in the first irradiation position and the second irradiation position.
  • the third and subsequent lines are repetitions of the first and second lines.
  • the modulation frequency is set to the second modulation frequency f2 at the first irradiation position, and the modulation frequency is set to the first modulation frequency f1 at the second irradiation position.
  • the modulation frequency is alternately switched in the same manner as in the first irradiation position and the second irradiation position.
  • the modulation frequency is set to the first modulation frequency f1 at the first irradiation position, and the modulation frequency is set to the second modulation frequency f2 at the second irradiation position.
  • the modulation frequency is alternately switched in the same manner as in the first irradiation position and the second irradiation position.
  • the third and subsequent lines are repetitions of the first and second lines.
  • the third and subsequent frames are a repetition of the first and second frames.
  • the control unit 11A irradiates the laser light LS at one modulation frequency to one irradiation position.
  • the control unit 11A divides one irradiation position, and irradiates each divided position with the laser light LS at two different modulation frequencies.
  • the control unit 11A irradiates laser light in the order of the first modulation frequency f1 and the second modulation frequency f2 at each irradiation position in all lines of all frames. That is, the control unit 11A sets the same phase without switching the modulation frequency for each frame in the same unit region.
  • the control unit 11A alternately switches the order of the modulation frequencies f1 and f2 at each irradiation position for each frame. That is, at each irradiation position of the first frame, the laser light is irradiated in the order of the first modulation frequency f1 and the second modulation frequency f2, and at each irradiation position of the second frame, the second modulation frequency f2 and the second modulation frequency f2. Laser light is irradiated in the order of 1 modulation frequency f1. That is, the control unit 11A switches the modulation frequency for each frame and switches the phase alternately in the same unit region.
  • the invisible light sensor NVSS suppresses the influence of the background change rate even in a place where the background change is large in the detection region SAR by switching the modulation frequency in units of lines or irradiation positions, and allows the specific substance to be detected. It can be detected. Similarly, by detecting a substance in the same unit area using a plurality of detection frequencies, it is possible to detect a specific substance while suppressing the influence of the background change rate even in a place where the background change in the detection area SAR is large.
  • the detection camera 1 includes the laser diode LD, the photodiode PD, the detection processing unit 27A, the pan / tilt unit 15, and the control unit 11A.
  • the laser diode LD wavelength-modulates and emits the laser beam LS into the substance detection region SAR.
  • the photodiode PD receives the laser beam RV, which is the light reflected from the substance in the detection region SAR.
  • the detection processing unit 27A detects a substance (for example, gas GS) based on the wavelength characteristic of the laser light RV.
  • the pan / tilt unit 15 changes the emission direction of the laser beam LS and the light reception direction of the laser beam RV in the detection region SAR.
  • 11 A of control parts change the modulation frequency which is the frequency modulation frequency of the laser beam LS, and the detection frequency corresponding to the modulation frequency for detecting a substance by the detection process part 27A.
  • Laser diode LD is an example of a transmitter.
  • the photodiode PD is an example of a receiver.
  • the detection processing unit 27A is an example of a detector.
  • the pan / tilt unit 15 is an example of an actuator.
  • the control unit 11A is an example of a controller.
  • control unit 11A changes the modulation frequency and irradiates the laser diode LD with the laser light.
  • the detection processing unit 27A detects the specific substance based on the wavelength characteristic of the laser light RV using the detection frequency corresponding to the changed modulation frequency. Therefore, the detection camera 1 can improve the substance detection accuracy even when the background reflectance is not uniform. Moreover, when switching the modulation frequency and the detection frequency in time division, the detection camera 1 can change a specific substance (target) as a detection target in time division.
  • the laser diode LD may emit the laser light LS a plurality of times in the detection region SAR.
  • the photodiode PD may receive the laser beam RV a plurality of times in the detection region SAR.
  • the detection processing unit 27A may repeat the detection operation for detecting the gas GS that is the specific substance a plurality of times in the detection region SAR.
  • the control unit 11A changes the modulation frequency and the detection frequency for each detection operation in the entire detection area SAR (frame), for each detection operation in a line along a predetermined direction in the detection area SAR, or for each unit area in the detection area SAR. May be.
  • the detection camera 1 can switch the modulation frequency and the detection frequency by various methods, and can improve the detection accuracy of the substance. For example, even when the absorption characteristics in the wavelength modulation at one modulation frequency and the detection frequency are similar to the characteristics of the background change, the detection camera 1 has the absorption characteristics in the wavelength modulation at other modulation frequencies and detection frequencies. And background change characteristics can be set to be distinguishable.
  • the detection processing unit 27A detects the substance using the first detection frequency (2 ⁇ f1) and the substance using the second detection frequency (2 ⁇ f2) in an arbitrary area in the detection area SAR. Detection may be repeated.
  • the detection camera 1 can acquire at least one substance detection result using a detection frequency different from the background reflectance in the same region at an arbitrary timing, and can improve the substance detection accuracy.
  • the detection processing unit 27A detects the substance using the first detection frequency (2 ⁇ f1) and the detection of the substance using the second detection frequency (2 ⁇ f2) in the same unit region. And may be performed by one detection operation.
  • the detection camera 1 can detect a substance using a plurality of detection frequencies within the same unit region, and can improve the substance detection accuracy.
  • the detection processing unit 27A performs detection of the substance using the first detection frequency (2 ⁇ f1) and detection of the substance using the second detection frequency (2 ⁇ f2) in an arbitrary area in the detection area SAR. If the detection result is different, it may be determined that the specific substance does not exist in any region.
  • the detection camera 1 can suppress erroneous detection of a specific substance and improve the detection accuracy of the substance.
  • the laser light transmitted through the reference cell CEL is received by the substance detection photodiode PD and processed by the light reception processing unit SA.
  • the adjustment unit may be provided in the housing.
  • the temperature adjustment unit includes, for example, a condenser lens, a photodiode, an I / V conversion circuit, an amplification circuit, and a filter processing circuit.
  • the temperature control unit controls the temperature of the laser light emitted from the laser diode LD based on the wavelength characteristic of the reflected light received by the temperature control photodiode.
  • the invisible light sensor NVSS can reduce the processing load of the light receiving processing unit SA.
  • the temperature control may be performed by another method.
  • infrared light is used as invisible light, but ultraviolet light may be used depending on the absorption spectrum of the substance to be detected.
  • the detection camera 1 can expand the range of the detectable substance.
  • the processor and the controller may be physically configured in any manner. Further, if a programmable processor or controller is used, the processing contents can be changed by changing the program, so that the degree of freedom in designing the processor and controller can be increased.
  • the processor and the controller may be constituted by one semiconductor chip, or may be physically constituted by a plurality of semiconductor chips. When configured by a plurality of semiconductor chips, each control of the fourth embodiment may be realized by separate semiconductor chips. In this case, it can be considered that a plurality of semiconductor chips constitute one processor or controller. Further, the processor and the controller may be configured by a member (capacitor or the like) having a different function from the semiconductor chip. Further, one semiconductor chip may be configured so as to realize the functions of the processor and the controller and other functions.
  • FIG. 54A shows the distance to the gas to be detected and the gas when the output gain of the detection light for gas detection is low in the substance detection device that performs gas detection for any one place in the measurement atmosphere. It is a graph which shows an example of the relationship with the signal level of the reflected reflected light.
  • FIG. 54B shows the distance to the gas to be detected and the gas when the output gain of the detection light for gas detection is high in the substance detection device that performs gas detection for any one place in the measurement atmosphere. It is a graph which shows an example of the relationship with the signal level of the reflected reflected light.
  • the reflected light signal is a light reception signal received by the substance detection device that performs gas detection for any one location in the measurement atmosphere.
  • a substance detection device that performs gas detection for an arbitrary place in a measurement atmosphere is an arbitrary two-dimensional area (in other words, a spatial area) in the measurement atmosphere that starts from the substance detection device. ) Is not detected.
  • the substance detection apparatus exists at a short distance from the substance detection apparatus.
  • the level of the light reception signal is high, so that the gas can be detected.
  • the level of the received light signal is low, so that it is difficult to detect the gas.
  • the output gain of the laser beam for substance detection (in other words, the emission intensity of the laser beam emitted from the substance detection device) is high, it exists at a position far from the substance detection device.
  • the level of the light reception signal is high, so that the gas can be detected.
  • the level of the received light signal becomes too high and becomes saturated, and the gas detection Is difficult.
  • the distance range in which a substance such as gas can be detected is limited to a predetermined distance range (for example, 5 m to 10 m) from the substance detection device, for example.
  • the distance to the gas as an example of the substance to be detected is measured, and the output gain of the laser beam for gas detection is made variable according to the obtained distance.
  • a gas detection system including a detection camera and a detection camera as an example of a substance detection apparatus that does not require restriction on a distance range in which gas can be detected will be described.
  • a detection camera 1D shown in FIG. 1 includes a visible light camera VSC and a non-visible light sensor NVSS.
  • FIG. 37 is a diagram illustrating a scanning example of the detection area SARm by the sensor scan unit 5M in the comparative example.
  • the sensor scan unit 5M of the comparative example rotates the pan head in the pan direction P and the tilt direction T so as to satisfy the scan angle of view covering the entire detection area SARm starting from the sensor scan unit 5M.
  • the laser beam LSm emitted from the gas detection laser diode mounted on the table is emitted while scanning zigzag. Thereby, the sensor scan unit 5M can irradiate the entire region of the detection region SARm with the laser light LSm.
  • FIG. 38 is a diagram illustrating a scanning example of the detection area SAR by the sensor scan unit 5B according to the fifth embodiment.
  • the sensor scan unit 5B of the fifth embodiment rotates the pan head 10 in the pan direction P and the tilt direction T so as to satisfy the scan angle of view covering the entire detection area SAR starting from the sensor scan unit 5B.
  • the laser beam LS1 from the gas detection laser diode LD1 mounted on the pan head 10 and the laser beam LS2 from the distance measurement laser diode LD2 are emitted while scanning zigzag.
  • the laser beam LS2 for distance measurement is emitted to the same irradiation position before the irradiation position where the laser beam LS1 for gas detection is irradiated.
  • FIG. 39 is a diagram for explaining the irradiation positions of the laser beam LS1 for gas detection and the laser beam LS2 for distance measurement in the range surrounded by the dotted frame h in FIG. 38 in time series.
  • the laser beams LS1 and LS2 are emitted toward the right side of the drawing (the “ ⁇ y direction” shown in FIG. 1).
  • the laser beams LS1 and LS2 are irradiated simultaneously in a spot manner so that the irradiation positions are adjacent, except for the first irradiation position (that is, the irradiation position shown on the leftmost side in FIG. 39).
  • spot irradiation an operation in which the detection camera 1D spot-irradiates the laser beams LS1 and LS2 to the irradiation positions having the same predetermined diameter and a finite area is abbreviated as “spot irradiation”. Therefore, the emission positions of the laser beams LS1 and LS2 reciprocate in the horizontal direction and also move in the vertical direction so that the emission of the laser beams LS1 and LS2 moves in a zigzag manner in a two-dimensional manner in the detection region SAR. Scanned.
  • the laser beam LS2 for distance measurement is irradiated to the irradiation position SP21.
  • the laser beam LS2 for distance measurement is irradiated to the irradiation position SP22 moved to the right by one irradiation position from the irradiation position SP21 in the first spot irradiation.
  • the laser beam LS1 for gas detection is irradiated to the same irradiation position SP11 as the irradiation position SP21 in the first spot irradiation of the laser beam LS2 for distance measurement.
  • the irradiation position of the laser beam LS2 for distance measurement and the irradiation position of the laser light LS1 for gas detection both move to the right by one irradiation position. That is, the laser beam LS2 for distance measurement is irradiated to the irradiation position SP23 moved to the right by one irradiation position from the irradiation position SP22 in the last spot irradiation. At this time, the laser beam LS1 for gas detection is irradiated to the same irradiation position SP12 as the irradiation position SP22 in the spot irradiation immediately before the laser beam LS2 for distance measurement. Thereafter, similarly, spot irradiation of the laser beams LS1 and LS2 is repeated.
  • the irradiation position of the laser beam LS2 for distance measurement precedes the irradiation position of the laser beam LS1 for gas detection by one irradiation position.
  • the detection camera 1D uses the reflected light RV2 reflected by the irradiation position of the laser light LS2 to the same irradiation position as the irradiation position of the distance measuring laser light LS2, and then detects the laser light for gas detection.
  • the distance to the irradiation position can be measured before LS1 is spot-irradiated.
  • the detection camera 1D sets an output gain of the laser beam LS1 for gas detection according to the distance obtained by the measurement, and has an appropriate emission intensity for determining the presence / absence of gas with high accuracy.
  • the laser beam LS1 can be irradiated.
  • FIG. 40 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the sensor scan unit 5B according to the fifth embodiment.
  • FIG. 40 shows an internal configuration related to the sensor scan unit 5B in the detection camera 1D when viewed from above (that is, in the ⁇ z-axis direction) in FIG.
  • the detection camera 1D has, for example, a box-shaped housing 1z.
  • An opening 1w for the invisible light sensor NVSS is formed on the front surface (that is, in the x-axis direction) of the housing 1z.
  • transparent glass or resin may be fitted in the opening 1w for waterproofing and dustproofing.
  • the condensing lens V31 of the visible light camera VSC is exposed on the front surface of the housing 1z.
  • a sensor scan unit 5B is provided inside the housing 1z so as to be supported.
  • the sensor scan unit 5B includes a pan head 10 that is rotatable in a pan direction P (direction along the xy plane in the drawing) and a tilt direction T (z-axis direction in the drawing), and a motor mechanism that drives the pan head 10.
  • a pan / tilt unit 15 is provided.
  • the camera platform 10 as an example of the base includes two laser diodes (that is, a laser diode LD1 for gas detection, a laser diode LD2 for distance measurement), two collimating lenses PLZ1, PLZ2, a photodiode PD, and a condenser lens. CLZ is mounted.
  • the distance measuring laser diode LD2 is disposed above the gas detecting laser diode LD1 in the figure (in the negative direction of the y-axis).
  • the pan / tilt unit 15 detects the emission of the laser beams LS1 and LS2 emitted from the gas detection laser diode LD1 and the distance measurement laser diode LD2 by turning the pan head 10 in the pan direction P and the tilt direction T, respectively. Scanning in two dimensions (horizontal scanning and vertical scanning) is possible within the area SAR.
  • the laser light LS1 emitted from the gas detection laser diode LD1 passes through the collimating lens PLZ1 and becomes parallel light, and is emitted toward the detection space K.
  • the reflected light RV1 of the laser light LS1 reflected by the gas GS in the detection space K enters through the opening 1w formed in the housing 1z of the detection camera 1D, is condensed by the condenser lens CLZ, and is a photodiode. Light is received by PD0.
  • the detection region SAR which is a range in which the laser light LS1 emitted from the gas detection laser diode LD1 can be scanned in the detection space K, is set by the shape of the opening 1w formed in the housing 1z, for example.
  • the laser beam LS2 emitted from the distance measuring laser diode LD2 passes through the collimator lens PLZ2 to become parallel light, and is emitted toward the detection space K.
  • the reflected light RV2 of the laser light LS2 reflected by the gas GS in the detection space K enters through the opening 1w formed in the housing 1z of the detection camera 1D, as in the case of the reflected light RV1 of the laser light LS1.
  • the light is condensed by the condenser lens CLZ and received by the photodiode PD0.
  • FIG. 41 is a diagram illustrating an example of driving the collimating lenses PLZ1 and PLZ2 provided in the sensor scan unit 5B of the fifth embodiment.
  • FIG. 42 is a diagram illustrating a driving example of the collimating lenses PLZ1 and PLZ2 viewed from the upper direction of FIG. 41 (in the ⁇ z direction).
  • the collimating lenses PLZ1 and PLZ2 are installed on the camera platform 10 so as to be rotatable about a lens rotation axis AX1 (parallel to the z-axis direction).
  • the mechanisms of the drive units of the collimating lenses PLZ1 and PLZ2 are almost the same.
  • a pair of coils KL1a and KL1b are attached to both sides of the collimator lens PLZ1 in the y-axis direction.
  • a pair of magnets Mg1a and Mg1b are placed on the pan head 10 so as to sandwich the coil KL1a in the z-axis direction.
  • a pair of magnets Mg1c and Mg1d are placed on the pan head 10 so as to sandwich the coil KL1b in the z-axis direction.
  • the pair of magnets Mg1a, Mg1b covers the current path in the y direction on the lower side of the coil KL1a (that is, does not cover the current in the y direction on the upper side in the figure).
  • the pair of magnets Mg1c and Mg1d covers the current path in the y direction on the upper side of the coil KL1b (that is, does not cover the current in the y direction on the lower side in the figure). Installed).
  • the force F1b due to electromagnetic induction acts in accordance with the above law. Similar to the force F1a, the force F1b is a force (rotational force) for rotating the collimating lens PLZ1 counterclockwise in FIG. 42 about the lens rotation axis AX1 (z axis).
  • the forces F1a and F1b are proportional to the amounts of current supplied from the two-dimensional unit control unit 112, which will be described later, to the coils KL1a and KL1b.
  • the collimating lens PLZ1 is attached with a spring member that urges the collimating lens PLZ1 that is rotatable about the lens rotation axis AX1 to return to the initial position. Therefore, the two-dimensional unit controller 112 stops the collimator lens PLZ1 at an arbitrary rotation angle by supplying current to the coils KL1a and KL1b so that the rotational force of the collimator lens PLZ1 cancels the biasing force of the spring member. Can be made. That is, the collimating lens PLZ1 can be inclined by a predetermined angle with respect to the optical axis.
  • the maximum inclination angle of the collimating lens PLZ1 is a marginal angle at which the coil KL1a is not sandwiched between the pair of magnets Mg1a and Mg1b (the coil KL1b is sandwiched between the pair of magnets Mg1c and Mg1d).
  • the collimating lens PLZ2 will be described in the same manner using the reference numerals corresponding to the collimating lens PLZ1.
  • a pair of coils KL2a and KL2b are attached to both sides of the collimator lens PLZ2 in the y-axis direction. Further, a pair of magnets Mg2a and Mg2b are placed on the pan head 10 so as to sandwich the coil KL2a in the z-axis direction. Similarly, a pair of magnets Mg2c and Mg2d are placed on the pan head 10 so as to sandwich the coil KL2b in the z-axis direction. Further, as shown in FIG. 42, the pair of magnets Mg2a, Mg2b covers the current path in the y direction on the upper side of the coil KL2a (that is, does not cover the current in the y direction on the lower side in the figure).
  • the pair of magnets Mg2c, Mg2d covers the current path in the y direction on the lower side of the coil KL2b in the drawing (that is, does not cover the current in the y direction on the upper side in the drawing). Installed).
  • the force F2b due to electromagnetic induction acts in accordance with the above law. Similar to the force F2a, the force F2b is a force (rotational force) that causes the collimator lens PLZ2 to rotate clockwise in FIG. 42 about the lens rotation axis AX2 (z axis).
  • the forces F2a and F2b are proportional to the amounts of current supplied from the two-dimensional unit control unit 112, which will be described later, to the coils KL2a and KL2b, respectively.
  • the collimating lens PLZ2 is provided with a spring member that urges the collimating lens PLZ2 that is rotatable about the lens rotation axis AX2 to return to the initial position. Therefore, the two-dimensional unit controller 112 stops the collimator lens PLZ2 at an arbitrary rotation angle by supplying current to the coils KL2a and KL2b so that the rotational force of the collimator lens PLZ2 cancels the biasing force of the spring member. Can be made. That is, the collimating lens PLZ2 can be tilted by a predetermined angle with respect to the optical axis.
  • the maximum inclination angle of the collimating lens PLZ2 is a marginal angle at which the coil KL2a is not sandwiched between the pair of magnets Mg2a and Mg2b (the coil KL2b is sandwiched between the pair of magnets Mg2c and Mg2d).
  • the two-dimensional unit control unit 112 rotates the collimator lenses PLZ1 and PLZ2 to a predetermined rotation angle and tilts the collimator lenses PLZ1 and PLZ2 with respect to the optical axis, whereby the laser beams LS1 and LS1 emitted from the laser diodes LD1 and LD2, respectively. Adjust the pan direction angle of LS2. Thereby, the two-dimensional unit control unit 112 determines the irradiation position of the laser light LS1 that is spot-irradiated through the collimator lens PLZ1 and the irradiation position of the laser light LS2 that is spot-irradiated through the collimator lens PLZ2. It can be shifted by one irradiation position.
  • both of the collimating lenses PLZ1 and PLZ2 have a rotatable drive unit, but either one may be fixed and only the other may have a drive unit.
  • FIG. 43 shows each of the turning operation of the sensor scan unit 5B, the distance measurement laser beam LS2, and the gas detection laser beam LS1 when scanning one line in the forward direction ( ⁇ y direction) in the fifth embodiment. It is a figure which shows an example of an irradiation position.
  • the direction in which the pan head 10 is rotated clockwise is defined as a plus (+) direction, and the direction in which it is rotated counterclockwise is minus. ( ⁇ ) Direction.
  • the distance measuring laser diode LD2 is arranged above the gas detecting laser diode LD1 in the figure (in the -y-axis direction), so the gas detecting laser light LS1 and the distance measuring laser in the forward direction.
  • the irradiation position SP2 of the distance measurement laser light LS2 precedes the irradiation position SP1 of the gas detection laser light LS1 by one irradiation position without crossing the laser beams. .
  • the gas detection collimating lens PLZ1 and You may make it adjust by inclining at least one of the collimating lens PLZ2 for distance measurement.
  • FIG. 44 shows the turning operation of the sensor scan unit 5B in the case of scanning one line in the return path direction (+ y direction) in the fifth embodiment, each irradiation of the laser beam LS2 for distance measurement and the laser beam LS1 for gas detection. It is a figure which shows an example of a position.
  • the distance measuring laser diode LD2 is arranged on the upper side ( ⁇ y-axis direction) in the figure from the gas detecting laser diode LD1, so that the gas detecting laser light LS1 and the distance measuring laser are used in the backward direction.
  • the laser beam LS2 is scanned, it is necessary to cross the laser beams.
  • At least one of the collimator lens PLZ2 and the collimator lens PLZ2 is greatly inclined, and the irradiation position SP2 of the laser beam LS2 for distance measurement is detected by the gas.
  • the irradiation position SP1 of the laser beam LS1 is preceded by one irradiation position.
  • it may be adjusted simultaneously. .
  • the case where the distance measurement laser beam LS2 and the gas detection laser beam LS1 are line-scanned in the reciprocating direction is shown, but the line scan is performed in one direction as the scanning direction (only in the going direction).
  • the laser beams LS1 and LS2 may remain crossed or parallel (parallel).
  • the sensor scan unit 5B stops the emission of the respective laser beams LS1 and LS2 at the stage when both the distance measurement and gas detection laser beams LS1 and LS2 reach the end point in one direction, and immediately proceeds to the next. It is also possible to move to the start point of the line, start the emission of laser light again, and perform the next line scan. It is also possible to move to the start point of the next line while emitting the laser beam without stopping / resuming the laser beam.
  • FIG. 45 is a block diagram showing in detail an example of the internal configuration of the detection camera 1D of the fifth embodiment.
  • the detection camera 1D includes the non-visible light sensor NVSS and the visible light camera VSC.
  • the invisible light sensor NVSS includes a control unit 11B, a projection unit PJ, and a light reception processing unit SA.
  • the laser diode LD1 for gas detection and the laser diode LD2 for distance measurement are abbreviated as “LD for gas detection” and “LD for distance measurement”, respectively.
  • the reference numerals “LD1” and “LD2” are different from “LD”.
  • the control unit 11B is configured using, for example, a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor), and for example, totally controls the operation control of each unit of the invisible light sensor NVSS. Signal processing, data input / output processing between other units, data calculation processing, and data storage processing are performed.
  • a CPU Central Processing Unit
  • MPU Micro Processing Unit
  • DSP Digital Signal Processor
  • the control unit 11B includes a two-dimensional unit control unit 112, a modulation signal generation unit 113, and a signal gain adjustment unit 114.
  • the two-dimensional unit control unit 112 outputs a pan / tilt drive signal for driving the sensor scan unit 5B in the pan direction P and the tilt direction T to the pan / tilt unit 15.
  • the pan / tilt unit 15 rotates the pan / tilt head 10 in the pan direction and the tilt direction according to the pan / tilt drive signal.
  • the two-dimensional unit control unit 112 transmits the collimating lens PLZ1 and the irradiation position of the laser light LS1 that is spot-irradiated and the collimating lens PLZ2. After controlling the amount of current supplied to the coils KL1a, KL1b, KL2a, KL2b in the sensor scan unit 5B so that the irradiation position of the laser beam LS2 irradiated with the spot is shifted by one irradiation position, a current is supplied to each coil. Supply.
  • the modulation signal generation unit 113 generates a modulation signal for wavelength-modulating the laser beam LS1 emitted from the gas detection laser diode LD1, and supplies the modulation signal generation unit 113 to the gas detection laser diode LD1 and the distance measurement laser diode LD2 as light source emission signals. Output.
  • the laser diode LD1 for gas detection and the laser diode LD2 for distance measurement emit laser light LS1 and LS2 that have been wavelength-modulated according to the light source emission signal.
  • the modulation signal generation unit 113 may output a signal for emitting laser light LS2 having a constant amplitude that is not wavelength-modulated as a light source emission signal input to the distance measuring laser diode LD2. In this case, the distance measuring laser diode LD2 emits a laser beam LS2 having a constant amplitude in accordance with the light source emission signal from the modulation signal generation unit 113.
  • wavelength modulation is performed by changing drive currents of the gas detection laser diode LD1 and the distance measurement laser diode LD2.
  • the drive current is an input signal to each laser diode, and the frequency of the drive current is the frequency modulation frequency.
  • wavelength modulation by sweeping (changing) the temperature with a predetermined amplitude with respect to the target temperature for stabilizing each laser diode.
  • the Peltier element provided in the laser diode absorbs heat or generates heat in accordance with a signal from the control unit 11B, so that the temperature of the laser diode can be varied and the wavelength of the laser light can be changed.
  • the output gain of the distance measuring laser diode LD2 is set to be high so that the laser beam LS2 reaches a far irradiation position in the detection region SAR.
  • the modulation signal generation unit 113 sets a detection threshold M for detecting a specific substance that is a detection target of the invisible light sensor NVSS in the detection processing unit 27B.
  • the signal gain adjusting unit 114 as an example of the gain adjusting unit has a table 14z in which the correspondence relationship between the distance from the detection camera 1D and the output gain of the laser beam LS1 emitted from the gas detection laser diode LD1 is registered.
  • the signal gain adjustment unit 114 calculates an output gain corresponding to the distance to the irradiation position in the detection area SAR calculated by the distance calculation unit 274 based on the table 14z.
  • the signal gain adjusting unit 114 has a memory 14y that temporarily stores the calculated output gain.
  • the signal gain adjustment unit 114 sets the output gain stored in the memory 14y to the gas detection laser diode LD1, and adjusts the output gain of the laser light LS1 emitted from the gas detection laser diode LD1 to an optimum value.
  • FIGS. 47A and 47B are graphs showing an example of the output gain corresponding to the distance registered in the table 14z.
  • FIG. 47A shows a graph in which the relationship between the distance and the output gain is expressed by a linear function.
  • FIG. 47B shows a graph in which the relationship between the distance and the output gain is expressed by a quadratic function. In both graphs of FIGS. 47A and 47B, the output gain is set to a larger value as the distance becomes longer. These graphs may be set in advance as a function or may be obtained experimentally.
  • control unit 11B outputs a timing signal for instructing execution of AD conversion in the AD conversion circuit 271 of the detection processing unit 27B described later to the AD conversion circuit 271 in the detection processing unit 27B described later.
  • the projection unit PJ includes a gas detection laser diode LD1 as an example of a first light source, a distance measurement laser diode LD2 as an example of a second light source, a gas detection projection light source optical unit OP1, and a distance measurement A projection light source optical unit OP2 and a pan / tilt unit 15 are provided.
  • the gas detection projection light source optical unit OP1 includes a collimator lens PLZ1 and a pair of coils KL1a and KL1b.
  • the distance measurement projection light source optical unit OP2 includes a collimator lens PLZ2 and a pair of coils KL2a and KL2b.
  • the gas detection laser diode LD1 emits laser light LS1 as an example of detection light that is wavelength-modulated so that the wavelength of the laser light is included in the absorption wavelength band of the gas GS that is the substance to be detected.
  • methane gas (CH4) is mentioned as an example as gas which is a substance of detection object.
  • the distance measuring laser diode LD2 emits laser light LS2 as an example of wavelength-modulated measuring light, like the gas detecting laser diode LD1.
  • the collimating lenses PLZ1 and PLZ2 convert the laser beams LS1 and LS2 emitted from the laser diodes LD1 and LD2 into parallel beams, respectively.
  • the pair of coils KL1a and KL1b and the pair of coils KL2a and KL2b drive the collimator lens PLZ1 and the collimator lens PLZ2 so as to be inclined by a predetermined angle with respect to the optical axis, respectively.
  • the pan / tilt unit 15 pans and tilts the camera platform 10 on which the laser diodes LD1 and LD2, the gas detection projection light source optical unit OP1, the distance measurement projection light source optical unit OP2, the condenser lens CLZ, and the photodiode PD are mounted. Rotate in direction T. That is, the pan / tilt unit 15 is configured to scan the laser beams LS1 and LS2 emitted from the gas detection laser diode LD1 and the distance measurement laser diode LD2 two-dimensionally within a scanning range including the detection region SAR. 10 is turned.
  • the light receiving processing unit SA includes a light receiving unit RP that receives the reflected lights RV1 and RV2 reflected in the detection area SAR, and a signal processing unit DS that processes signals of the received laser beams LS1 and LS2.
  • FIG. 46 is a block diagram showing in detail an example of the internal configuration of the light reception processing unit SA shown in FIG.
  • the light receiving unit RP includes a condenser lens CLZ and a photodiode PD0.
  • the signal processing unit DS includes a signal processing unit 26B, a detection processing unit 27B, and a display processing unit 28.
  • the signal processing unit 26B includes an I / V conversion circuit 261, an amplification circuit 262, and a filter processing circuit 263.
  • the detection processing unit 27B includes an AD conversion circuit 271, a distance calculation unit 274, and a substance detection processing unit 273.
  • the functions of the distance calculation unit 274, the substance detection processing unit 273, and the display processing unit 28 are realized by the processor executing programs stored in the memory.
  • the condensing lens CLZ condenses the laser light emitted from the gas detection laser diode LD1 and the distance measurement laser diode LD2 and reflected by the specific substance in the detection region SAR, and causes the photodiode PD0 to receive the laser light.
  • the photodiode PD0 generates a charge corresponding to the amount of received laser light and outputs it as a current signal.
  • the I / V conversion circuit 261 converts the current signal output from the photodiode PD0 into a voltage signal.
  • the amplifier circuit 262 amplifies the voltage signal output from the I / V conversion circuit 261.
  • the filter processing circuit 263 performs filter processing on the signal amplified by the amplification circuit 262, and outputs the signal after filter processing to the AD conversion circuit 271 in the detection processing unit 27B as a signal used for substance detection.
  • the AD conversion circuit 271 in the detection processing unit 27B converts the signal input from the signal processing unit 26B into a digital signal in accordance with the timing signal output from the control unit 11B.
  • the signal output from the AD conversion circuit 271 is a signal having a frequency (2f) that is twice the wavelength-modulated laser light signal (frequency 1f) emitted from the gas detection laser diode LD1.
  • a signal having the doubled frequency (frequency 2f) is extracted after being converted into a digital value by the AD conversion circuit 271.
  • the reflected light RV1 reflected by the gas GS or reflected by the background after passing through the gas GS is reflected by the AD conversion circuit 271.
  • As an output, reflected light having a frequency of 2f is obtained.
  • this signal indicates that the temperature of the gas detection laser diode LD1 is not changed, and the modulation wavelength width of the laser light LS1 emitted from the gas detection laser diode LD1 is not shifted from the absorption wavelength band of the specific substance.
  • This is a sine wave signal having a constant frequency obtained based on the signal from the photodiode PD0.
  • the distance calculation unit 274 as an example of the distance measurement unit is based on the output of the AD conversion circuit 271 corresponding to the reflected light RV2 of the laser light LS2 emitted from the distance measurement laser diode LD2, from the detection camera 1D to the irradiation position. And a signal (distance signal) representing the calculated distance is output to the control unit 11B.
  • FIG. 48 is a timing chart for explaining an example of a distance detection method in the detection camera 1D of the fifth embodiment. This represents a change over time in the received light intensity of the laser beam LS2 for distance measurement and the reflected light RV2.
  • the distance calculation unit 274 determines that the input of the light source emission signal from the control unit 11B is the time of projection of the laser light LS2 from the distance measurement laser diode LD2 (timing t1 in the drawing).
  • the distance calculation unit 274 receives the reflected light RV2 of the laser light LS2 by the photodiode PD0 in the light receiving processing unit SA, and reflects the reflected light RM when the output from the comparator / peak hold processing unit in the amplifier circuit 262 is input.
  • the substance detection processing unit 273 as an example of the substance detection unit detects whether a specific substance is detected based on the output of the AD conversion circuit 271 corresponding to the reflected light RV1 of the laser beam LS1 emitted from the gas detection laser diode LD1. And a signal representing the detected specific substance is output to the display processing unit 28.
  • the display processing unit 28 as an example of the image generation unit is a substance position image indicating a two-dimensional position of the specific substance in the detection region SAR viewed from the invisible light sensor NVSS based on a signal representing the detected specific substance. Generate data.
  • the substance position image data includes image data representing a specific substance and two-dimensional position information (for example, pan angle and tilt angle of the camera platform 10) in the detection area SAR.
  • the display processing unit 28 outputs the substance position image data to the display control unit 37 of the visible light camera VSC.
  • the display processing unit 28 instead of transmitting the substance position image data to the display control unit 37 in the visible light camera VSC, the display processing unit 28 directly transmits, for example, a monitor 150, a camera server CS, and a communication terminal described later. You may send it.
  • the visible light camera VSC includes a condenser lens V31, an image sensor V33, a signal processing unit V35, a display control unit 37, and an output unit 38.
  • Each function of the signal processing unit V35 and the display control unit 37 is realized by the processor V20 executing a program held in the memory.
  • the condensing lens V31 collects incident light (reflected light RM) from the outside including the detection area SAR by the invisible light sensor NVSS and forms an image on the imaging surface of the image sensor V33.
  • the image sensor V33 is an image sensor having a spectral sensitivity peak with respect to the wavelength of visible light (for example, 0.4 ⁇ m to 0.7 ⁇ m).
  • the image sensor V33 converts an optical image formed on the imaging surface into an electric signal.
  • the output of the image sensor V33 is input to the signal processing unit V35 as an electrical signal.
  • the signal processing unit V35 generates visible light image data defined by RGB (Red Green Blue) or YUV (luminance / color difference), for example, using an electrical signal that is an output of the image sensor V33. Thereby, visible light image data imaged by the visible light camera VSC is formed.
  • the signal processing unit V35 outputs visible light image data to the display control unit 37.
  • the display control unit 37 displays the visible light image data output from the signal processing unit V35 and the substance position output from the display processing unit 28.
  • the display data is generated by combining the image data. This display data is an example of information regarding a specific substance.
  • the output unit 38 as an example of the image output unit outputs the display data to an external device (for example, the camera server CS and the monitor 150).
  • the camera server CS transmits the display data output from the display control unit 37 to the communication terminal or one or more external connection devices, and prompts the display of the display data on the display screen of the communication terminal or one or more external connection devices. .
  • the monitor 150 displays the display data output from the display control unit 37.
  • FIG. 49 is a diagram for explaining an example of an input signal and an output signal of laser light when the oscillation frequency of the laser diode is in the optimum range with respect to the absorption spectrum of the specific substance.
  • FIG. 49 shows an output signal of a laser beam reflected from a specific substance and received by a photodiode with respect to an input signal of the laser beam emitted from the laser diode and subjected to wavelength modulation.
  • methane gas is given as an example of the gas that is the substance to be detected.
  • the vertical axis represents the received light voltage (unit is a normalized value) corresponding to the output of the I / V conversion circuit 261 corresponding to the reflected light received by the photodiode PD, and the horizontal axis represents the photodiode. It represents the wavelength (nm) of the received laser beam.
  • the portion where the received light voltage is remarkably lowered is an energy absorption region unique to the specific substance, that is, a wavelength band where the absorption rate of the laser beam is high.
  • the absorption spectrum of the specific substance has a wavelength band centered on 1653.67 nm.
  • the laser light emitted from the laser diode LD1 is modulated with a modulation width of 0.05 nm with a center wavelength of 1653.67 nm as shown in the wavelength modulation range WAR0.
  • the reflected light emitted from the laser diode LD1 and reflected by the specific substance in the detection region SAR or reflected by the background after passing through the specific substance has a certain frequency (1f). It is detected as an output signal having a frequency (2f) twice as large as the input signal of the laser light wavelength-modulated as a sine wave and having a constant amplitude.
  • FIG. 50 is a diagram for explaining an example of an input signal and an output signal of laser light when the oscillation frequency of the gas detection laser diode LD1 is shifted from the oscillation frequency in the optimum range to the lower wavelength side with respect to the absorption spectrum of the specific substance. It is.
  • the laser light LS1 is wavelength-modulated with, for example, 1653.66 nm as a center wavelength and a modulation width of 0.05 nm.
  • the reflected light in this case is detected as an output signal having a double frequency (2f) and an amplitude that is not constant.
  • FIG. 51 is a diagram for explaining an example of an input signal and an output signal of laser light when the oscillation frequency of the gas detection laser diode LD1 is shifted from the oscillation frequency in the optimum range to the long wavelength side with respect to the absorption spectrum of the specific substance. It is.
  • the laser beam LS1 is wavelength-modulated with, for example, 1653.68 nm as a center wavelength and a modulation width of 0.05 nm.
  • the reflected light in this case is detected as an output signal having a double frequency (2f) and an amplitude that is not constant.
  • the detection camera 1D can detect an output signal having a frequency (2f) whose amplitude is twice as stable as the input signal of the laser beam LS1, and the accuracy of substance detection is improved.
  • FIG. 52 is a flowchart for explaining an example of the signal processing procedure of the invisible light sensor in the comparative example.
  • FIG. 52 when laser light is emitted from the gas detection laser diode to the irradiation position in the detection area SARm (S201), if there is a specific substance at the irradiation position in the detection area SARm, The reflected light reflected by a certain gas GS is received by the photodiode PD0.
  • the output signal from the photodiode PD0 is subjected to various signal processing including amplification processing by the light receiving processing unit SA (S202), the presence or absence of the gas GS as the specific substance is detected (S203).
  • step S204 it is determined whether or not the substance detection is continued (S204), and when the substance detection is continued, the sensor scan unit 5M moves to the next irradiation position (S205). Then, the processing from step S201 is repeated. On the other hand, when the substance detection is not continued, the signal processing of the invisible light sensor is ended as it is.
  • FIG. 53 is a flowchart for explaining an example of a signal processing procedure of the invisible light sensor NVSS in the fifth embodiment.
  • the modulation signal generating unit 113 in the control unit 11B outputs a light source emission signal to the distance measuring laser diode LD2, and emits the laser light LS2 toward the irradiation position in the detection region SAR (S301). ).
  • the photodiode PD0 receives the reflected light RV2 reflected by the laser beam LS2 at the irradiation position in the detection region SAR
  • the distance calculation unit 274 in the light reception processing unit SA receives the irradiation position in the detection region SAR from the sensor scan unit 5B. Distance information is obtained by calculating the distance to (S302).
  • the signal gain adjusting unit 114 in the control unit 11B receives the distance information from the distance calculating unit 274, the signal gain adjusting unit 114 acquires an output gain corresponding to the distance calculated in step S302 based on the table 14z (S303). In order to use it as the output gain of the laser beam LS1 for gas detection, it is temporarily stored in the memory 14y (S304).
  • the control unit 11B determines whether or not the irradiation position of the laser light LS2 emitted from the distance measuring laser diode LD2 is the first irradiation position (S305). When it is the first irradiation position (S305, YES), the two-dimensional unit control unit 112 in the control unit 11B moves the sensor scan unit 5B so that the laser beams LS1 and LS2 can be irradiated to the next irradiation position. (S306). Thereafter, the control unit 11B performs the process of step S301 and repeats the same process.
  • the signal gain adjusting unit 114 stores the distance stored in the memory 14y based on the table 14z. An output gain corresponding to the information is acquired, and this output gain is set in the gas detection laser diode LD1 (S307).
  • FIG. 54A shows the transition of the received light signal level when the output gain is set low.
  • the photodiode obtains a signal with a high light reception level, but at a long distance, the amount of laser light from the laser diode decreases, and the light reception level at which gas detection is possible. I can't get a signal.
  • FIG. 54B shows the transition of the received light signal level when the output gain is set high.
  • the photodiode can obtain a light reception level signal capable of detecting gas, but at a short distance, the light reception level signal is saturated and a high light reception level signal is obtained. I can't.
  • FIG. 54C shows the distance to the gas GS to be detected and the signal of the reflected light RV1 reflected by the gas GS when the output gain of the laser light LS1 for gas detection is variable in the detection camera 1D of the fifth embodiment. It is a graph which shows an example of the relationship with a level. That is, the output gain is set so that the signal level received by the photodiode PD0 falls within a certain level within the range from the short distance to the long distance.
  • the output gain of the laser beam LS1 emitted from the gas detection laser diode LD1 is set to an appropriate value corresponding to the distance to the irradiation position set in the table 14z, so that the photodiode PD0 Even if the irradiation position in the SAR is within a range from a short distance to a long distance, a signal having a substantially constant light reception level can be obtained.
  • the output gain of the distance measuring laser diode LD2 is a relatively large value as described above, and may be a constant value.
  • the modulation signal generation unit 113 spot-irradiates the laser beam LS1 for gas detection from the laser diode LD1 for gas detection to the irradiation position irradiated with the laser light LS2 from the laser diode LD2 for distance measurement in the previous spot irradiation. (S308). That is, the laser beam LS1 for gas detection is spot-irradiated with a delay of one irradiation position from the laser beam LS2 for distance measurement. At this time, simultaneously with the spot irradiation of the laser beam LS1 for gas detection, the modulation signal generating unit 113 spot-irradiates the laser beam LS2 for distance measurement from the laser diode LD2 for distance measurement. That is, the laser beam LS2 for distance measurement is spot-irradiated by one irradiation position ahead of the laser beam LS1 for gas detection.
  • the light reception processing unit SA performs various signal processing including amplification processing on the output signal from the photodiode PD0 (S309).
  • the substance detection processing unit 273 detects the presence / absence of the gas GS as the specific substance based on the presence / absence of the output signal having the double frequency (2f) described above as a result of the various signal processing (S310).
  • the controller 11B determines whether or not to continue substance detection (S311).
  • the two-dimensional unit control unit 112 in the control unit 11B moves the sensor scan unit 5B so that the laser beams LS1 and LS2 can be irradiated to the next irradiation position.
  • the control unit 11B returns to the process of step S301 and repeats the same process.
  • the control unit 11B ends the signal processing of the invisible light sensor NVSS.
  • the display processing unit 28 When the gas GS that is the specific substance is detected in step S310, as described above, the display processing unit 28 generates an image (substance position image data) that includes the gas GS that is the specific substance.
  • the generated image containing the gas GS as the specific substance is superimposed on the visible light image captured by the visible light camera VSC by the display control unit 37.
  • a composite image obtained by superimposing an image containing the gas GS as the specific substance on the visible light image is displayed on the monitor 150.
  • FIG. 55 is a diagram showing a display screen example of the monitor 150.
  • the monitor 150 superimposes and displays an image including the gas GS that is a specific substance detected by the invisible light sensor NVSS on a visible light image (an image including the person HM) captured by the visible light camera VSC. Thereby, the user can visually confirm the gas GS displayed on the monitor 150.
  • the gas detection laser diode LD1 emits the laser light LS1 having the gas detection wavelength to the detection area (detection region SAR).
  • the distance measuring laser diode LD2 emits a distance measuring laser beam LS2 to the detection region SAR.
  • the distance calculation unit 274 measures the distance to the irradiation position based on the laser beam RV2 reflected at the irradiation position in the detection region SAR.
  • the signal gain adjustment unit 114 adjusts the output gain of the laser beam LS1 for gas detection according to the distance measured by the distance calculation unit 274.
  • the substance detection processing unit 273 detects the presence or absence of gas based on the reflected light RV1 from the irradiation position with the laser beam LS1 for gas detection whose output gain is adjusted.
  • the detection camera 1D scans the laser light LS1 and the laser light LS2 in the detection area SAR, the detection camera 1D precedes the laser light LS1.
  • the detection camera 1D can easily detect the gas (substance) in the two-dimensional detection area (detection area SAR). Further, since the output gain of the laser beam LS1 for gas detection is adjusted according to the distance to the irradiation position, the detection camera 1D can detect gas from a short distance to a far distance, and gas detection is performed in the detection area SAR. The possible area can be expanded.
  • the detection camera 1D since the laser beam LS1 for gas detection is spot-irradiated at the irradiation position where the laser beam LS2 for distance measurement has been spot-irradiated first, the detection camera 1D has the laser beam for gas detection
  • the output gain of LS1 can be set to an appropriate value according to the distance. Therefore, the detection camera 1D can increase the accuracy of gas detection. Further, distance measurement and gas detection can be performed continuously, and efficient gas detection becomes possible.
  • the detection camera 1D rotates the camera platform 10 to which the gas detection laser diode LD1 and the distance measurement laser diode LD2 are fixed, so that the laser beam LS1 for gas detection and the laser beam LS2 for distance measurement are obtained. Since the scanning is performed in the pan direction P and the tilt direction T, the control of scanning the laser light is simplified and made efficient.
  • the gas detection laser diode LD1 and the distance measurement laser diode LD2 are fixed to the camera platform 10 so that spot irradiation is performed with a shift by one irradiation position, the gas detection laser light LS1 and distance measurement are performed.
  • the control of spot irradiation with the laser beam LS2 shifted by one irradiation position is simplified.
  • the laser beam for distance measurement is first used in both the forward direction and the backward direction. Since the laser beam LS1 for gas detection is spot-irradiated at the irradiation position where the LS2 is spot-irradiated, the output gain of the laser beam LS1 for gas detection is set to an appropriate value according to the distance in any direction. Can do. Further, the gas detection time can be shortened by reciprocating the gas detection.
  • the detection camera 1D since the detection camera 1D generates and outputs an image of the detected gas, the detected gas can be visualized.
  • the gas image is superimposed on the captured visible light image and displayed on the monitor 150, the user visually recognizes where the gas is on the visible light image by looking at the screen of the monitor 150. it can.
  • the laser beam LS1 for gas detection and the laser beam LS2 for distance measurement are spot-irradiated with a shift by one irradiation position, but the laser beam LS1 for gas detection is a laser for distance measurement.
  • the spot irradiating position may be shifted by two or more irradiation positions.
  • the scanning is not limited to spot irradiation with the laser beam LS1 for gas detection and the laser beam LS2 for distance measurement.
  • methane gas (CH 4) is given as an example of the specific substance, but other substances may be used regardless of gas, liquid, or solid.
  • Table 1 shows specific substances that can be detected by the invisible light sensor NVSS and wavelengths used to detect the specific substances.
  • the non-visible light sensor NVSS can detect many kinds of specific substances using wavelengths corresponding to individual specific substances, and can generate substance position image data indicating that each specific substance has been detected. it can.
  • the present disclosure is useful for a substance detection device, a substance detection system, a substance detection method, and the like that can easily detect a substance in a detection region. Further, the present disclosure is useful for a substance detection apparatus and a substance detection method that can improve the detection accuracy of a substance in a detection region. In addition, the present disclosure provides a substance detection device, substance detection system, and substance detection that can easily detect a substance that is difficult to visually recognize with visible light imaging within a detection area with a fine resolution without requiring much labor of the user. Useful as a method.

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Abstract

物質検出装置は、物質の検出領域内及び検出領域外へ第１の非可視光を出射し、検出領域内及び検出領域外において、第１の非可視光の出射方向を変更し、検出領域外において検出対象の物質が格納された参照セルを、第１の非可視光が通過した光である第３の非可視光を受光し、第３の非可視光の波長特性に基づいて、第１の非可視光の温度を調整して第１の非可視光の波長を制御する。

Description

物質検出装置、物質検出システム及び物質検出方法
　本開示は、検知領域において可視光の撮像では視認が困難な物質を検知する物質検出装置、物質検出システム及び物質検出方法に関する。
　検知領域において可視光の撮像では視認が困難な物質（例えばガス）を検知する先行技術として、例えば測定光を半導体レーザから測定雰囲気に向けて出射するガス濃度測定装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
　特許文献１のガス濃度測定装置は、ガス吸収線に周波数安定化された測定光を半導体レーザユニットから測定雰囲気に出射し、測定光の出射に伴って測定雰囲気から反射されてくる反射測定光を受光器により受光する。ガス濃度測定装置は、受光器の出力信号から半導体レーザの変調周波数の基本波位相敏感検波信号及び２倍波位相敏感検波信号を検知し、両者の信号の比に基づいて、測定雰囲気のガス濃度を測定する。また、ガス濃度測定装置の半導体レーザユニットでは、受光器が有底筒状の本体内の中心軸線上の奥部に配置されている。半導体レーザを含む半導体レーザモジュールと、可視光をガイド光として出射するレーザポインタと、受光器の光軸上に配置され、半導体レーザから出射される測定光とレーザポインタから出射されるガイド光とを略同軸上で合成する合分波手段とが本体内に組み込まれている。これにより、ガス濃度測定装置は、測定光の出射位置を確認して測定光を測定位置に向けて正確に出射することができる。
　また、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２参照）。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。
　本開示は、検出領域内において容易に物質を検出することを可能とする。そして本開示は、ユーザの多大な労力を要することなく、検知領域内において、可視光の撮像では視認が困難な物質を細かい分解能でかつ容易に検知することを可能とする。
特開２００５－１０６５２１号公報 特開２００８－２３２９２０号公報
　本開示の物質検出装置は、物質の検出領域内及び検出領域外へ第１の非可視光を出射するトランスミッタと、検出領域内において、第１の非可視光が物質で反射された光である第２の非可視光を受光する第１のレシーバと、第２の非可視光の波長特性に基づいて、物質を検出するディテクタと、検出領域内及び検出領域外において、第１の非可視光の出射方向及び第２の非可視光の受光方向を変更するアクチュエータと、検出領域外において検出対象の物質が格納された参照セルと、検出領域検出カメラ外において、第１の非可視光が参照セルを通過した光である第３の非可視光を受光する第２のレシーバと、第３の非可視光の波長特性に基づいて、第１の非可視光の温度を調整して第１の非可視光の波長を制御する波長コントローラと、を備える。
　本開示によれば、検出領域内において容易に物質を検出できる。
　また、本開示の物質検出装置は、物質の検出領域内へ第１の非可視光を波長変調して出射するトランスミッタと、検出領域内において、第１の非可視光が物質で反射された光である第２の非可視光を受光するレシーバと、第２の非可視光の波長特性に基づいて、物質を検出するディテクタと、検出領域内において、第１の非可視光の出射方向及び第２の非可視光の受光方向を変更するアクチュエータと、第１の非可視光の波長変調の周波数である変調周波数と、ディテクタ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、を変更するコントローラと、を備える。
　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。
　また、本開示の物質検出装置は、物質の検知用波長を有する第１の光を検知エリアに出射する第１の光源と、距離の測定用波長を有する第２の光を検知エリアに出射する第２の光源と、第２の光が検知エリア内の照射位置で反射した第２の光の反射光を基に、照射位置までの距離を測定する距離測定部と、距離測定部の測定結果に応じて、第１の光の出力ゲインを調整するゲイン調整部と、ゲイン調整部により出力ゲインが調整された第１の光が照射位置で反射された第１の光の反射光を基に、検知エリア内における物質の有無を検知する物質検出部と、を備え、検知エリア内における第１の光及び第２の光の走査において、第２の光が照射される照射位置は、第１の光が照射される照射位置より時間的に先行して照射される。
　本開示によれば、ユーザの多大な労力を要することなく、検知領域内において、可視光の撮像では視認が困難な物質を細かい分解能でかつ容易に検知することができる。
図１は、第１の実施形態の非可視光センサを含む検出カメラの概要を説明する概要図である。 図２は、検出カメラの内部構成例を示す模式図である。 図３は、温調時における検出カメラの内部の動作例を説明する模式図である。 図４は、センサスキャンユニットによる検出領域を含む走査例を示す模式図である。 図５は、検出カメラの構成例を示すブロック図である。 図６は、温調ユニット及び受光処理部の構成例を示すブロック図である。 図７は、非可視光センサの動作例を示すタイミングチャートである。 図８は、非可視光センサの走査範囲の一例を表す模式図である。 図９は、非可視光センサの信号処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１０は、特定の物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードの発振周波数が最適である場合の温調状態における、レーザ光の入力信号及び出力信号を説明する模式図である。 図１１は、特定の物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードが発振するレーザ光が低波長側にずれる場合の温調状態における、レーザ光の入力信号及び出力信号を説明する模式図である。 図１２は、特定の物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードの発振周波数が長波長側にずれる場合の温調状態における、レーザ光の入力信号及び出力信号を説明する模式図である。 図１３は、モニタの表示画面例を示す模式図である。 図１４は、第２の実施形態における検出カメラの内部構成例を示す模式図である。 図１５は、温調時における検出カメラの内部の動作例を説明する模式図である。 図１６は、センサスキャンユニットによる検出領域を含む走査例を示す模式図である。 図１７は、検出カメラの構成例を示すブロック図である。 図１８は、第３の実施形態における検出カメラの内部構成例を示す模式図である。 図１９は、温調時における検出カメラの内部の動作例を説明する模式図である。 図２０は、センサスキャンユニットによる検出領域を含む走査例を示す模式図である。 図２１は、他の実施形態におけるセンサスキャンユニットによる検出領域を含む走査例を示す模式図である。 図２２は、第４の実施形態における検出カメラの内部構成例を示す模式図である。 図２３は、第４の実施形態における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である。 図２４は、第４の実施形態における検出カメラの構成例を示すブロック図である。 図２５は、第４の実施形態における受光処理部の構成例を示すブロック図である。 図２６は、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である。 図２７は、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である。 図２８は、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である。 図２９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の一例を説明するための模式図である。 図３０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の一例を説明するための模式図である。 図３１は、物質検出結果の判定例を説明するための模式図である。 図３２は、物質検出結果の判定例を詳細に説明するための模式図である。 図３３は、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である。 図３４は、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３３の続き）である。 図３５は、変調パターンの一例を示す模式図である。 図３６は、変調パターンの他例を示す模式図である。 図３７は、比較例におけるセンサスキャンユニットによる検知領域の走査例を示す図である。 図３８は、第５の実施形態におけるセンサスキャンユニットによる検知領域の走査例を示す図である。 図３９は、図３８の点線枠ｈで囲まれた範囲におけるガス検知用のレーザ光及び距離測定用のレーザ光の照射位置を時系列に説明する図である。 図４０は、第５の実施形態のセンサスキャンユニットの内部構成の一例を示す図である。 図４１は、第５の実施形態のセンサスキャンユニット内に設けられるコリメートレンズの駆動例を示す図である。 図４２は、図４１の上方向から（－ｚ方向に）視たコリメートレンズの駆動例を示す図である。 図４３は、第５の実施形態において、往路方向（－ｙ方向）に１ライン走査する場合のセンサスキャンユニットの旋回動作、距離測定用のレーザ光及びガス検知用のレーザ光の各照射位置の一例を示す図である。 図４４は、第５の実施形態において、復路方向（＋ｙ方向）に１ライン走査する場合のセンサスキャンユニットの旋回動作、距離測定用のレーザ光及びガス検知用のレーザ光の各照射位置の一例を示す図である。 図４５は、第５の実施形態の検出カメラの内部構成の一例を詳細に示すブロック図である。 図４６は、図４５に示す受光処理部の内部構成の一例を詳細に示すブロック図である。 図４７Ａは、テーブルに登録された距離に対応する出力ゲインの一例を示すグラフである。 図４７Ｂは、テーブルに登録された距離に対応する出力ゲインの一例を示すグラフである。 図４８は、第５の実施形態の検出カメラにおける距離検知方法の一例を説明するためのタイミングチャートである。 図４９は、特定物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードの発振周波数が最適範囲である場合のレーザ光の入力信号及び出力信号の一例を説明する図である。 図５０は、特定物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードの発振周波数が最適範囲の発振周波数から低波長側にシフトした場合のレーザ光の入力信号及び出力信号の一例を説明する図である。 図５１は、特定物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードの発振周波数が最適範囲の発振周波数から長波長側にシフトした場合のレーザ光の入力信号及び出力信号の一例を説明する図である。 図５２は、比較例における非可視光センサの信号処理手順の一例を説明するフローチャートである。 図５３は、第５の実施形態における非可視光センサの信号処理手順の一例を説明するフローチャートである。 図５４Ａは、測定雰囲気中の任意の一箇所を対象としたガス検知を行っている物質検出装置においてガス検知用の検知光の出力ゲインが低い場合における、検知対象のガスまでの距離とガスにより反射した反射光の信号レベルとの関係の一例を示すグラフである。 図５４Ｂは、測定雰囲気中の任意の一箇所を対象としたガス検知を行っている物質検出装置においてガス検知用の検知光の出力ゲインが高い場合における、検知対象のガスまでの距離とガスにより反射した反射光の信号レベルとの関係の一例を示すグラフである。 図５４Ｃは、第５の実施形態の検出カメラにおいてガス検知用のレーザ光の出力ゲインが可変である場合における、検知対象のガスまでの距離とガスにより反射した反射光の信号レベルとの関係の一例を示すグラフである。 図５５は、モニタの表示画面例を示す図である。
　以下、適宜図面を参照しながら、本開示の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。
　各実施形態の物質検出装置は、非可視光センサを用いて物質を検出する。尚、本開示は、非可視光センサが各動作を行う物質検出方法としても表現可能である。
　（第１の実施形態）
　図１は第１の実施形態の非可視光センサ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）を有する可視光である反射光ＲＭを用いて、所定の検知エリアの一例としての検出空間Ｋに存在する人物ＨＭや物体を撮像する。以下、可視光カメラＶＳＣの撮像により得られた画像データを、「可視光カメラ画像データ」という。このように、検出カメラ１は、非可視光を検知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。
　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、所定径の有限の面積を有する位置（以下、照射位置という）に照射可能なレーザ光の出射を光学的に走査することで、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、検知対象の物質（特定物質ともいう）において吸収され易い波長帯の波長を有する光であり、具体的には、第５の実施形態では検知対象のガスにおいて吸収され易い波長帯の波長を有する。
　非可視光センサＮＶＳＳは、レーザ光ＬＳが被検知物（例えば特定物質としてメタンガス等の気体ＧＳ）により反射された光、若しくは被検知物を通過した後に検知空間中の反射物により反射された光（つまり、反射光ＲＶ）を受光し、受光された反射光ＲＶの受光強度を基に、検出空間Ｋにおける特定物質（例えばガス）の検知の有無を判定する。
　非可視光センサＮＶＳＳが検知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（言い換えると、既存の監視カメラによる撮像では人にとって視認が困難な物質）であり、ガス（気体）の他、水等の透明な液体や氷等の透明な固体であってもよく、特に限定されない。上記したように、以下では、検知対象の物質がガス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が生成した特定物質の検知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４５に示すカメラサーバＣＳ又はモニタ１５０である。第５の実施形態のガス検知システムは、検出カメラ１とモニタ１５０とを含んで構成されてもよいし、検出カメラ１とカメラサーバＣＳとを含んで構成されてもよい。ここで、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の集光レンズＶ３１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、図中矢印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）に旋回自在な雲台１０、及びこの雲台１０を駆動するモータ機構を備えたパンチルトユニット１５を有する。
　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（反射光）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。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）である検出領域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。
　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。
　温調制御を行うために、筐体１ｚの内部には、反射板ＭＲ１、参照セルＣＥＬ、集光レンズＣＬＺ２、温調用のフォトダイオードＰＤ２及び波長検出温調制御部１２が配置される。尚、反射板ＭＲ１と参照セルＣＥＬとの間に、減光フィルタ（ＮＤフィルタ）ＦＩＲが配置され、参照セルＣＥＬを透過して温調用のフォトダイオードＰＤ２で受光されるレーザ光の光量が減らされてもよい。
　図３は温調時における検出カメラ１の内部の動作を説明する模式図である。
　温調制御では、雲台１０はパン方向に大きく旋回し、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光は反射板ＭＲ１に向かう。反射板ＭＲ１は、雲台１０に搭載されたレーザダイオードＬＤがレーザ光を走査する際、フォトダイオードＰＤが受光可能な範囲から外れた位置、つまりスキャン画角外に配置される。ここでは、反射板ＭＲ１は、開口部１ｗに近い、筐体１ｚの裏側に位置する。フォトダイオードＰＤの受光可能な範囲は、前述したように、筐体１ｚに形成された開口部１ｗの形状によって決められる。つまり、スキャン画角内で開口部１ｗを通って反射したレーザ光ＲＶは、フォトダイオードＰＤで受光される。
　図４はセンサスキャンユニット５による検出領域ＳＡＲを含む走査を示す模式図である。
　センサスキャンユニット５は、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を用いて、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。反射板ＭＲ１は、レーザ光による検出領域ＳＡＲ内の１走査が終了し、レーザ光が初期位置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は、反射板ＭＲ１によって反射され、ＮＤフィルタＦＩＲを通過する。そして、レーザ光は、検出対象の物質であるガスが封入（格納）された参照セルＣＥＬを透過し、集光レンズＣＬＺ２で集光され、温調用のフォトダイオードＰＤ２で受光される。参照セルＣＥＬに封入されるガスは、検出対象のガスＧＳと同一の成分を有する。
　波長検出温調制御部１２は、例えば、図６に示す検出処理部２７内のＡＤ変換回路２７１、温調制御処理部２７２、及び制御部１１を含む。波長検出温調制御部１２は、温調用のフォトダイオードＰＤ２から出力される検出信号を基に、所定の幅で波長変調されるレーザ光の中心波長を検出し、この中心波長がずれないように、レーザダイオードＬＤの温度を一定に制御する。
　レーザダイオードＬＤは、吸発熱を行うペルチェ素子Ｐｔを有する。波長検出温調制御部１２は、レーザダイオードＬＤに内蔵されたペルチェ素子Ｐｔに所定の電流を供給することによって、レーザダイオードＬＤの温度を調節する。
　尚、レーザダイオードＬＤは、サーミスタを備えてもよい。この場合、波長検出温調制御部１２は、サーミスタを用いて、又はペルチェ素子Ｐｔとサーミスタとを用いて、レーザダイオードＬＤの温度を調節してもよい。
　また、筐体１ｚには、非可視光センサＮＶＳＳの一部として、各部を統括的に制御する制御部１１（コントローラ）やプロセッサ２０を実装した電子基板が内蔵される。
　図５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を変調するための光源制御信号を、レーザダイオードＬＤへ送る。制御部１１は、レーザダイオードＬＤを温調するための温調制御信号を、レーザダイオードＬＤへ送る。
　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、温調ユニット３０とを有する。
　レーザダイオードＬＤは、レーザ光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（ＣＨ４）を一例として挙げる。
　波長調整は、種々の方法が用いられる。例えば、制御部１１は、上記の光源制御信号により、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を波長変調させる。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または発熱し、レーザダイオードＬＤの温度を変動させることで、レーザ光の波長変調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６は温調ユニット３０及び受光処理部ＳＡの構成を示すブロック図である。
　温調ユニット３０は、集光レンズＣＬＺ２、フォトダイオードＰＤ２、Ｉ／Ｖ変換回路３１、増幅回路３２及びフィルタ処理回路３３を有する。
　集光レンズＣＬＺ２は、レーザダイオードＬＤから出射され、反射板ＭＲ１で反射し、参照セルＣＥＬを透過したレーザ光を集光し、フォトダイオードＰＤ２に受光させる。フォトダイオードＰＤ２は、受光したレーザ光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３１は、フォトダイオードＰＤ２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３２は、Ｉ／Ｖ変換回路３１で出力される電圧信号を増幅する。フィルタ処理回路３３は、増幅回路３２で増幅された信号に対しフィルタ処理を行い、温調制御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。
　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、温調ユニット３０から入力される信号、及び信号加工部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、温調ユニット３０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、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。この２倍の周波数（周波数２ｆ）を持つ信号は、ＡＤ変換回路２７１によってデジタル値に変換された後に抽出される。
　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（図１０の変調波長範囲ＷＡＲ０）。この場合、温調状態信号は、フォトダイオードＰＤ２からの信号を基に得られる、周波数が一定の正弦波信号である。
　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、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、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、検出した特定物質を表す信号を表示処理部２８に出力する。
　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。
　尚、本実施形態を含む各実施形態において、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。
　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。
　図５に示すように、可視光カメラＶＳＣは、集光レンズ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。
　集光レンズ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。
　次に、検出カメラ１の動作について説明する。
　図７は非可視光センサＮＶＳＳの動作を示すタイミングチャートである。図８は非可視光センサＮＶＳＳの走査範囲を表す模式図である。パンチルトユニット１５は、雲台１０に搭載されたレーザダイオードＬＤをパン方向及びチルト方向に駆動することで、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光を用いて、検出領域ＳＡＲ（走査範囲）を走査する。
　水平（パン）方向の１ライン目（Ｌ１）では、パンチルトユニット１５は、初期位置（ＨＰ）から水平方向及び垂直方向の角度をプラス（＋）に加算しながらレーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の照射位置を可変させる。
　レーザ光の照射位置が走査範囲内の水平方向の終端までくると、２ライン目（Ｌ２）に移り、パンチルトユニット１５は、水平方向の角度をマイナス（－）に減算しながら垂直方向の角度をプラス（＋）に加算し、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の照射位置を可変させる。
　以後、同様に、Ｌｎライン目までレーザ光の走査が行われる。Ｌｎラインの走査が終了すると、検出領域ＳＡＲにおける１回の走査（１走査）が終了する。そして、レーザ光の照射位置は、走査範囲（スキャン画角）の左下隅にある走査終了位置ＥＰを越え、反射板ＭＲ１に移る。
　レーザ光の照射位置が反射板ＭＲ１に留まる所定の期間Ｔ１において、波長検出温調制御部１２は、変調周波数１ｆに対する２倍の周波数（２ｆ）の信号の大きさ（信号レベル）が最大となるように、レーザダイオードＬＤの温度を調節する温調制御を行う。この所定の期間Ｔ１では、パンチルトユニット１５は、雲台１０の駆動（旋回動作）を停止させ、レーザダイオードＬＤの位置を固定する。尚、所定の期間Ｔ１は、温調制御を行うための期間を含む。この温調制御の詳細については後述する。
　所定の期間Ｔ１が経過すると、ブランク期間Ｔｂｋにおいて、パンチルトユニット１５は、雲台１０の駆動を再開し、レーザ光の照射位置を初期位置ＨＰに戻す。そして、再び、パンチルトユニット１５は、水平方向の１ライン目Ｌ１で、初期位置（ＨＰ）から水平方向及び垂直方向の角度をプラス（＋）に加算しながらレーザダイオードＬＤの照射位置を可変させ、レーザ光の走査を開始する。
　図９は非可視光センサＮＶＳＳの信号処理手順を示すフローチャートである。
　レーザダイオードＬＤは、制御部１１から光源発光信号を受けると、レーザ光を出射する（Ｓ１）。
　パンチルトユニット１５は、雲台１０を駆動し、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光を用いて走査する（Ｓ２）。
　制御部１１は、レーザ光の照射位置が検出領域ＳＡＲ内であるか否かを判別する（Ｓ３）。
　検出領域ＳＡＲ内である場合、信号加工部２６は、フォトダイオードＰＤから入力された撮像信号を増幅する（Ｓ４）。
　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、周波数２ｆの信号を抽出し、特定物質（ここでは、メタンガス（ＣＨ４））の有無を検出する（Ｓ５）。ガスＧＳの有無は、例えば周波数２ｆの信号（周波数が一定の正弦波信号）が検出閾値Ｍ以上であるか否かで判定される。
　表示処理部２８は、特定物質の画像、及び特定物質の位置情報を基に、物質位置画像データを生成する（Ｓ６）。特定物質の位置情報は、例えば、パンチルトユニット１５によって駆動される雲台１０のパン角度及びチルト角度から求められる。表示処理部２８は、生成した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に送る。表示制御部３７は、表示処理部２８から取得した物質位置画像データを、可視光カメラＶＳＣ内のイメージセンサＶ３３によって撮像された画像データに重畳して表示データを生成し、カメラサーバＣＳ及びモニタ１５０に出力する。
　制御部１１は、非可視光センサＮＶＳＳによる物質検出動作を継続するか否かを判別する（Ｓ７）。物質検出動作を継続する場合、制御部１１は、Ｓ１の処理に戻る。一方、物質検出動作を停止する場合、制御部１１は、本動作を終了する。
　一方、Ｓ３でレーザ光の照射位置が検出領域ＳＡＲ外である場合、制御部１１は、レーザ光の照射位置が温調エリア（温調制御するための領域）内、つまり反射板ＭＲ１の内側にあるか否かを判別する（Ｓ８）。温調エリア外である場合、即ち、レーザ光の照射位置が検出領域ＳＡＲの走査終了位置ＥＰから温調エリアまでの経路内、又は温調エリアから初期位置ＨＰまでの経路内にある場合、制御部１１は、Ｓ７の処理に進む。
　一方、Ｓ８でレーザ光の照射位置が温調エリア内にある場合、フォトダイオードＰＤ２は、反射板ＭＲ１で反射され、参照セルＣＥＬを透過（通過）した光を受光する（Ｓ９）。参照セルＣＥＬには、前述したように、検出対象の物質であるガスＧＳ（例えばメタンガス）が封入されている。
　温調ユニット３０内のＩ／Ｖ変換回路３１、増幅回路３２及びフィルタ処理回路３３は、温調用のフォトダイオードＰＤ２からの信号を増幅処理する（Ｓ１０）。
　検出処理部２７は、温調ユニット３０からの信号を取得し、その信号をＡＤ変換回路２７１でデジタル値に変換し、この値を温調状態を示す値として検出する（Ｓ１１）。検出処理部２７は、検出結果を含む温調状態信号を生成し、制御部１１へ送る。
　制御部１１は、温調状態信号を基に、変調周波数１ｆに対する２倍の周波数（２ｆ）の信号の大きさ（信号レベル）が最大となるように、レーザダイオードＬＤの温度を調節する温調制御を行う（Ｓ１２）。この後、制御部１１はＳ７の処理に進む。
　図１０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模式図である。レーザ光の入力信号は、フォトダイオードＰＤ，ＰＤ２に入力される。レーザ光の出力信号は、フォトダイオードＰＤ，ＰＤ２から出力される。
　図１０～図１２では、検出対象の物質であるガスとして、メタンガス（ＣＨ４）を一例として挙げる。図１０～図１２では、縦軸はフォトダイオードＰＤ，ＰＤ２の受信電圧（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、ＰＤ２が受光するレーザ光の波長（ｎｍ）を表す。受信電圧が低い程、特定物質によるレーザ光の吸収率が高い。尚、物質の吸収特性は、物質に応じて決まっている。
　図１０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は、第１のレーザ光の信号に対し２倍の周波数を持つ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。
　図１１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の波長が低波長側にずれる場合における、レーザ光の入力信号及び出力信号を説明する模式図である。
　図１１では、レーザ光は、波長変調範囲ＷＡＲ１に示すように、例えば１６５３．６６ｎｍを中心波長とし、０．０５ｎｍの変調幅で波長変調される。
　図１２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の波長が長波長側にずれる場合における、レーザ光の入力信号及び出力信号を説明する模式図である。
　図１２では、レーザ光は、波長変調範囲ＷＡＲ２に示すように、例えば１６５３．６８ｎｍを中心波長とし、０．０５ｎｍの変調幅で波長変調される。
　このように、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光の波長が低波長側又は長波長側にずれる場合、周波数が変動する信号が出力される。この出力される信号が、周波数が一定の正弦波信号となるように、温調制御が行われる。温調制御により、検出カメラ１は、物質検出用のレーザ光により一定の周波数を有する正弦波信号を検出できるので、物質検出の精度を向上できる。
　図１３は、モニタ１５０の表示画面を示す模式図である。モニタ１５０は、可視光カメラＶＳＣによって撮像された画像に、非可視光センサＮＶＳＳによって検出された特定物質であるガスＧＳを表す画像を重畳し、表示する。これにより、ユーザは、モニタ１５０に表示されたガスＧＳを視認できる。
　このように、検出カメラ１では、レーザダイオードＬＤは、物質の検出領域ＳＡＲ内及び検出領域ＳＡＲ外へ第１のレーザ光を出射する。フォトダイオードＰＤは、検出領域ＳＡＲ内において、第１のレーザ光がガスＧＳで反射された光である第２のレーザ光を受光する。検出処理部２７は、第２のレーザ光の波長特性に基づいて、ガスＧＳを検出する。パンチルトユニット１５は、検出領域ＳＡＲ内及び検出領域ＳＡＲ外において、第１のレーザ光の出射方向及び第２のレーザ光の受光方向を変更する。検出領域ＳＡＲ外には、ガスＧＳが封入された参照セルＣＥＬが配置される。温調用のフォトダイオードＰＤ２は、第１のレーザ光が参照セルＣＥＬを通過した光である第３のレーザ光を受光する。波長検出温調制御部１２は、第３のレーザ光の波長特性に基づいて、第１のレーザ光の温度を調整して第１のレーザ光の波長を制御する。
　尚、検出カメラ１は、物質検出装置の一例である。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、第１の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。温調用のフォトダイオードＰＤ２は、第２のレシーバの一例である。波長検出温調制御部１２は、波長コントローラの一例である。第１のレーザ光は、第１の非可視光の一例である。第２のレーザ光は、第２の非可視光の一例である。第３のレーザ光は、第３の非可視光の一例である。ガスＧＳは、検出対象の物質の一例である。
　これにより、検出カメラ１は、検出領域ＳＡＲ内において、検出対象の物質であるガスＧＳを検出するために走査するので、検出カメラ１の向きを手動で変更する手間を省ける。従って、検出カメラ１は、検出領域ＳＡＲにおいて検出対象の物質であるガスＧＳを容易に検出できる。また、検出カメラ１内にレーザ光を分岐するためのハーフミラーを設ける必要がなく、検出カメラ１を小型化できる。
　また、レーザダイオードＬＤとフォトダイオードＰＤとが雲台１０に固定されてもよい。レーザダイオードＬＤは、パンチルトユニット１５により雲台１０の向きを変更することで、第１のレーザ光を用いて、検出領域ＳＡＲ内及び検出領域ＳＡＲ外を走査してもよい。尚、雲台１０は、ベースの一例である。
　これにより、検出カメラ１は、雲台１０の向きが変更されても、検出領域ＳＡＲ内において、レーザダイオードＬＤから出射された第１のレーザ光がガスＧＡＳで反射された第２のレーザ光の検出精度を向上できる。
　また、検出領域ＳＡＲ外に配置された反射板ＭＲ１は、第１のレーザ光を反射してもよい。ＮＤフィルタＦＩＲは、第１のレーザ光が反射板ＭＲ１で反射された第３のレーザ光を減衰させてもよい。フォトダイオードＰＤ２は、減衰した第３のレーザ光を受光してもよい。尚、反射板ＭＲ１は、リフレクタの一例である。ＮＤフィルタＦＩＲは、フィルタの一例である。
　これにより、検出カメラ１は、フォトダイオードＰＤ２で受光される第３のレーザ光の光量を低減することで、第３のレーザ光の光量が過大となり、温調制御の精度が劣化することを抑制できる。
　また、レーザダイオードＬＤは、パンチルトユニット１５の駆動により、第１のレーザ光を、検出領域ＳＡＲ内の各位置へ出射した後、検出領域ＳＡＲ外へ出射してもよい。
　これにより、検出カメラ１は、走査の途中で第１のレーザ光を検出領域ＳＡＲ外へ出射しないので、物質検出時間を短縮して、第１のレーザ光の中心波長を一定に制御できる。
　また、イメージセンサＶ３３は、検出空間Ｋに向けて画像を撮像してもよい。イメージセンサＶ３３により画像が撮像される撮像範囲は、ガスＧＳの検出領域ＳＡＲを含んでもよい。尚、検出空間Ｋに向けた画像は、第１の画像の一例である。
　これにより、検出カメラ１は、ガスＧＳが検出された場所を視覚的に明示でき、撮像範囲内で物質の有無を検出できる。
　また、プロセッサ２０，Ｖ２０は、検出されたガスＧＳの検出領域ＳＡＲ内の位置を可視化し、可視化された情報をイメージセンサＶ３３で撮像された画像に重畳（合成）した合成画像を生成してもよい。出力部３８は、合成画像を出力してもよい。尚、出力部３８は、アウトプットデバイスの一例である。合成画像は、第２の画像の一例である。
　これにより、検出カメラ１は、例えば拡張現実（ＡＲ）を用いた映像のように、撮像された画像に、検出された物質の２次元位置情報を表示でき、ユーザの利便性を向上できる。
　また、検出カメラ１と、検出カメラ１により出力された合成画像を表示するモニタ１５０と、を含んで物質検出システムを構成してもよい。
　これにより、検出カメラ１とモニタ１５０とで物質検出システムを構成できる。物質検出システムにより、ユーザは、モニタ１５０に表示された合成画像から特定の物質の有無を視認できる。
　尚、検出カメラ１は、反射板ＭＲ１の代わりに、検出領域ＳＡＲ外に配置され、第１のレーザ光を拡散する拡散板を備えてもよい。フォトダイオードＰＤ２は、第１のレーザ光が拡散板により拡散した第３のレーザ光を受光してもよい。尚、拡散板は、ディフューザの一例である。
　これにより、検出カメラ１は、減光しなくてもよくなり、ＮＤフィルタＦＩＲを省略して温調できる。
　（第２の実施形態）
　第１の実施形態では、レーザダイオードＬＤの温調制御を行う場合、筐体１ｚには、反射板ＭＲ１が配置され、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光は、反射板ＭＲ１で反射されると、温調用のフォトダイオードＰＤ２で受光された。第２の実施形態では、反射板ＭＲ１の代わりに、拡散板を配置し、物質検出用のフォトダイオードＰＤで受光される場合を示す。これにより、温調用のフォトダイオードＰＤ２は省かれる。
　図１４は第２の実施形態における検出カメラ１Ａの内部構成を示す模式図である。第２の実施形態の検出カメラ１Ａは、第１の実施形態の検出カメラ１とほぼ同様の構成を有するので、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付すことで、その説明を省略する。
　前述したように、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、集光レンズＣＬＺ２及び温調用のフォトダイオードＰＤ２は省かれる。また、参照セルＣＥＬは、拡散板ＤＥＦとレーザダイオードＬＤとの間に配置される。
　図１５は温調時における検出カメラ１Ａの内部の動作を説明する模式図である。
　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は、参照セルＣＥＬを透過し、拡散板ＤＥＦで拡散される。そして、拡散されたレーザ光の一部が、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。従って、温調用のフォトダイオードＰＤ２及び集光レンズＣＬＺ２は不要となる。
　また、拡散板ＤＥＦによってレーザ光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の光量は、反射板を用いて反射されたレーザ光の光量よりも減っている。これにより、レーザ光の光量を減衰させるＮＤフィルタも不要となる。
　また、拡散板ＤＥＦは、第１の実施形態の反射板ＭＲ１と同様の位置に配置されるので、温調制御を行うタイミングは、第１の実施形態と同じでよい。また、特定物質を検出する動作は、第１の実施形態と同様である。
　図１６はセンサスキャンユニット５による検出領域ＳＡＲを含む走査を示す模式図である。
　センサスキャンユニット５は、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を用いて、スキャン画角（検出領域ＳＡＲ）内をパン方向及びチルト方向に走査する。拡散板ＤＥＦは、レーザ光による１走査が終了し、レーザ光が初期位置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１７は検出カメラ１Ａの構成を示すブロック図である。
　検出カメラ１Ａは、第１の実施形態と同様の構成を有するが、第１の実施形態と異なり、温調ユニット３０が省かれた構成を有する。即ち、温調制御では、フォトダイオードＰＤは、拡散板ＤＥＦで拡散され、集光レンズＣＬＺで集光されたレーザ光を受光する。受光後の動作は、第１の実施形態と同様である。
　第２の実施形態では、検出領域ＳＡＲの外側に配置された拡散板ＤＥＦは、レーザダイオードＬＤから出射された第１のレーザ光を拡散する。フォトダイオードＰＤは、レーザダイオードＬＤからのレーザ光が拡散板ＤＥＦで拡散されたレーザ光を受光する。従って、第１のレーザ光の光量が多くても、拡散板ＤＥＦによって第３のレーザ光は分散されるので、フォトダイオードＰＤは、ＮＤフィルタ等を通過させることなく、第３のレーザ光を受光できる。
　このように、本実施形態の検出カメラ１Ａでは、フォトダイオードＰＤは、第１の実施形態のフォトダイオードＰＤ２としても動作し、第３のレーザ光を受光してもよい。
　これにより、検出カメラ１Ａは、温調用のフォトダイオードＰＤ２を省くことができ、検出カメラ１Ａの筐体の小型化、部品点数の削減及び低コスト化できる。
　尚、検出カメラ１Ａは、拡散板ＤＥＦの代わりに、検出領域ＳＡＲ外に配置され、第１のレーザ光を反射する反射板ＭＲ１とＮＤフィルタＦＩＲとを備えてもよい。
　（第３の実施形態）
　第１、第２の実施形態では、温調用のフォトダイオードは、レーザダイオードＬＤから出射され、反射板又は拡散板で反射されたレーザ光を受光することを例示した。第３の実施形態では、温調用のフォトダイオードがＮＤフィルタＦＩＲを介してレーザ光を直接に受光する場合を示す。
　図１８は第３の実施形態における検出カメラ１Ｂの内部構成を示す模式図である。第３の実施形態の検出カメラ１Ｂは、第１、第２の実施形態の検出カメラ１，１Ａとほぼ同様の構成を有するので、第１、第２の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付すことで、その説明を省略する。
　前述したように、筐体１ｚの開口部１ｗに近接した検出領域ＳＡＲ外の位置には、温調用のフォトダイオードＰＤ２が配置される。ここでは、集光レンズＣＬＺ２は省かれる。また、参照セルＣＥＬと温調用のフォトダイオードＰＤ２との間には、ＮＤフィルタＦＩＲが配置される。
　図１９は温調時における検出カメラ１Ｂの内部の動作を説明する模式図である。
　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は、参照セルＣＥＬを透過し、ＮＤフィルタＦＩＲを通過して、温調用のフォトダイオードＰＤ２で直接受光される。直接受光する場合、レーザダイオードＬＤから出射したレーザ光の光量は多いので、ＮＤフィルタＦＩＲを配置してレーザ光の光量を減衰させる。
　また、温調用のフォトダイオードＰＤ２は、拡散板ＤＥＦや反射板ＭＲ１と同様の位置に配置されるので、温調制御を行うタイミングは、第１、第２の実施形態と同じでよい。また、特定物質を検出する動作は、第１の実施形態と同じである。
　図２０はセンサスキャンユニット５による検出領域ＳＡＲを含む走査を示す模式図である。
　センサスキャンユニット５は、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を用いて、スキャン画角（検出領域ＳＡＲ）内をパン方向及びチルト方向に走査する。温調用のフォトダイオードＰＤ２は、レーザ光による１走査が終了し、レーザ光が初期位置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は、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、ＮＤフィルタＦＩＲで減衰して温調用のフォトダイオードＰＤ２で受光される。
　第３の実施形態では、筐体１ｚの内部に反射板ＭＲ１や拡散板ＤＥＦが存在せず、これらの位置に温調用のフォトダイオードＰＤ２が配置されてもよい。これにより、検出カメラ１の各部品を密に配置でき、検出カメラ１をより小型化できる。
　（第１～第３の実施形態の変形例）
　以上のように、本開示における技術の例示として、第１～第３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～第３の実施形態では、非可視光センサＮＶＳＳが、温調エリアに達したタイミングで、参照セルＣＥＬを透過したレーザ光を受光することを例示した。つまり、検出領域ＳＡＲを１走査終了後に、１回の温調制御が行われたが、走査中においても温調制御が行われてもよい。
　図２１は他の実施形態におけるセンサスキャンユニットによる検出領域ＳＡＲを含む走査を示す模式図である。図２１では、反射板ＭＲ２の垂直方向の長さが、前述の反射板ＭＲ１と比較すると、検出領域ＳＡＲの垂直方向に沿って長くされている。つまり、ライン毎の温調においてレーザ光を反射可能に構成されている。
　レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光が検出領域ＳＡＲの各１ラインの走査を終了した位置を越える位置に、反射板ＭＲ２が配置される。センサスキャンユニット５は、レーザダイオードＬＤから出射されるレーザ光を、１ラインの走査終了後に反射板ＭＲ２で反射させて、温調用のフォトダイオードＰＤ２に向かうようにする。
　つまり、他の実施形態では、レーザダイオードＬＤは、パンチルトユニット１５の駆動により、検出領域ＳＡＲにおける所定方向（図２１では水平方向）に並ぶ各位置へ第１のレーザ光を出射した後、検出領域ＳＡＲ外（ここでは反射板ＭＲ２）へ出射する。
　これにより、検出カメラ１は、１走査中でも温調制御でき、レーザダイオードＬＤの温度を調整する回数が増え、第１のレーザ光の波長を制御する回数が増える。このように、検出カメラ１は、第１のレーザ光の中心波長を一定に調整する頻度を増大することで、物質の検出精度を向上できる。
　第１～第３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～第３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～第３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。
　（第４の実施形態）
　ガス検出装置の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。
　［構成等］
　第４の実施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は、第１～第３の実施形態における図１と同様であるため、その詳細な説明は省略する。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。
　図２２は第４の実施形態における検出カメラ１の内部構成を示す模式図である。図２２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を有する。雲台１０は、図２２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２３は、第４の実施形態における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２３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２４は第４の実施形態における検出カメラ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１１Ａと、投射部ＰＪと、受光処理部ＳＡとを含む構成である。
　制御部１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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２７Ａに設定する。
　また、制御部１１Ａは、ＡＤ変換するためのタイミング信号を、検出処理部２７Ａへ送る。制御部１１Ａ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１１Ａは、波長検出温調制御部１２Ａを有し、検出処理部２７Ａ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１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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２７Ａ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（ＣＨ４）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１１Ａ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１１Ａ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２５は、第４の実施形態における受光処理部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２７Ａ、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２７Ａ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２７Ａ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２７Ａ内のＡＤ変換回路２７１に出力する。
　検出処理部２７Ａ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１１Ａ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２７Ａ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２４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２６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２６では、検出対象の物質であるガスとして、メタンガス（ＣＨ４）を一例として挙げる。図２６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２６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１１Ａ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１１Ａ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２７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２７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２８～図３０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：ＣＨ４）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２８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２９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３０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３０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３１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１１Ａ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３１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３１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２７Ａ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２７Ａ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２７Ａ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３２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３２では、図３１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３２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３２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２７Ａ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２７Ａ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３２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２７Ａ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２７Ａ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２７Ａ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２７Ａ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２７Ａ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２７Ａ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３３及び図３４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１１Ａ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（Ｓ１０１）。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１１Ａ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（Ｓ１０２）。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（Ｓ１０３）。
　検出処理部２７Ａ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（Ｓ１０４）。
　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２７Ａ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（Ｓ１０５）、特定物質であるガス検出の有無を判定する（Ｓ１０７）。ここでは、検出処理部２７Ａ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２７Ａ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３２に示した入力データＤａに相当）をメモリ１３から読み込む（Ｓ１０８）。また、検出処理部２７Ａは、現フレームでの特定物質の検出結果（図３２に示した入力データＤｂに相当）をメモリ１３へ書き込む（Ｓ１０８）。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２７Ａ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（Ｓ１０９）。
　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２７Ａ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（Ｓ１１０）。
　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２７Ａ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（Ｓ１１１）。
　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２７Ａ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２７Ａ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（Ｓ１０６）、特定物質であるガス検出の有無を判定する（Ｓ１０７）。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２７Ａ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（Ｓ１１２）。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１１Ａ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（Ｓ１１３）。制御部１１Ａ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（Ｓ１１７）。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１１Ａは、物質検出動作を継続するか否かを判別する（Ｓ１１８）。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３３及び図３４の処理を終了する。
　また、Ｓ１１３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１１Ａ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（Ｓ１１４）。
　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１１Ａ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（Ｓ１１５）。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１１Ａ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（Ｓ１１６）。Ｓ１１５，Ｓ１１６の処理後、非可視光センサＮＶＳＳは、Ｓ１１７の処理に進む。
　尚、図３３及び図３４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３５及び図３６は、変調パターンＰＴ０～ＰＴ５を示す模式図である。尚、図３５及び図３６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１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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２７Ａと、パンチルトユニット１５と、制御部１１Ａ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２７Ａ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１１Ａ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２７Ａ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２７Ａ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１１Ａは、コントローラの一例である。
　これにより、制御部１１Ａ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２７Ａ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２７Ａ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１１Ａ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２７Ａ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２７Ａ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２７Ａ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。
　（第４の実施形態の変形例）
　以上のように、本開示における技術の例示として、第４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４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４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４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４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。
　（第５の実施形態）
　先ず、本第５の実施形態を詳細に説明する前に、第５の実施形態の物質検出装置の一例としての検知カメラの内容に至る経緯について、図５４Ａ及び図５４Ｂを参照して説明する。以下、第５の実施形態の検知カメラが検知する対象の物質として、ガスを例示して説明するが、検知対象の物質はガスに限定されない。
　図５４Ａは、測定雰囲気中の任意の一箇所を対象としたガス検知を行っている物質検出装置においてガス検知用の検知光の出力ゲインが低い場合における、検知対象のガスまでの距離とガスにより反射した反射光の信号レベルとの関係の一例を示すグラフである。図５４Ｂは、測定雰囲気中の任意の一箇所を対象としたガス検知を行っている物質検出装置においてガス検知用の検知光の出力ゲインが高い場合における、検知対象のガスまでの距離とガスにより反射した反射光の信号レベルとの関係の一例を示すグラフである。図５４Ａ及び図５４Ｂにおいて、反射光の信号は、測定雰囲気中の任意の一箇所を対象としたガス検知を行っている物質検出装置において受光される受光信号である。
　測定雰囲気中の任意の一箇所を対象としたガス検知を行っている物質検出装置は、当該物質検出装置を起点とした測定雰囲気中の任意の２次元的なエリア（言い換えると、空間的なエリア）を対象としたガス検知を行っていない。
　また、図５４Ａに示すように、物質検出用のレーザ光の出力ゲイン（言い換えると、物質検出装置から出射されるレーザ光の発光強度）が低いと、当該物質検出装置から近距離の位置に存在するガスにより反射した反射光は、当該物質検出装置に受光された場合に、受光信号のレベルは高いためガスの検知は可能である。しかし、当該物質検出装置から遠距離の位置に存在するガスにより反射した反射光は、当該物質検出装置に受光された場合に、受光信号のレベルが低くなるので、ガスの検知が困難である。
　一方、図５４Ｂに示すように、物質検出用のレーザ光の出力ゲイン（言い換えると、物質検出装置から出射されるレーザ光の発光強度）が高いと、当該物質検出装置から遠距離の位置に存在するガスにより反射した反射光は、当該物質検出装置に受光された場合に、受光信号のレベルは高いためガスの検知は可能である。しかし、当該物質検出装置から近距離の位置に存在するガスにより反射した反射光は、当該物質検出装置に受光された場合に、受光信号のレベルが高くなり過ぎて飽和してしまい、ガスの検知が困難である。このため、ガス等の物質の検知が可能となる距離範囲は、例えば物質検出装置から所定の距離範囲（例えば５ｍ～１０ｍ）に限られる。
　そこで、以下の第５の実施形態では、検知対象の物質の一例としてのガスまでの距離を測定し、得られた距離に応じて、ガス検知用のレーザ光の出力ゲインを可変とすることで、ガスの検知可能な距離範囲の制約を不要とする物質検出装置の一例としての検出カメラ、検出カメラを含むガス検知システムの例を説明する。
　以下、適宜図面を参照しながら、第５の実施形態の検出カメラ、ガス検知システム、ガス検知方法の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のを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、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のであって、これらにより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。
　第５の実施形態の非可視光センサＮＶＳＳを含む検出カメラ１Ｄの概要の説明図は、第１～第３の実施形態における図１と同様であるため、その詳細な説明については省略する。図１に示す検出カメラ１Ｄ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。
　図３７は、比較例におけるセンサスキャンユニット５Ｍによる検知領域ＳＡＲｍの走査例を示す図である。比較例のセンサスキャンユニット５Ｍは、センサスキャンユニット５Ｍを起点として検知領域ＳＡＲｍの全域をカバーするスキャン画角を満たすように雲台をパン方向Ｐ、チルト方向Ｔに旋回駆動させることで、この雲台に搭載されたガス検知用レーザダイオードから出射したレーザ光ＬＳｍをジグザグに走査しながら出射する。これにより、センサスキャンユニット５Ｍは、検知領域ＳＡＲｍの全域に対し、レーザ光ＬＳｍを照射することができる。
　図３８は、第５の実施形態におけるセンサスキャンユニット５Ｂによる検知領域ＳＡＲの走査例を示す図である。第５の実施形態のセンサスキャンユニット５Ｂは、センサスキャンユニット５Ｂを起点として検知領域ＳＡＲの全域をカバーするスキャン画角を満たすように雲台１０をパン方向Ｐ、チルト方向Ｔに旋回駆動させることで、この雲台１０に搭載されたガス検知用レーザダイオードＬＤ１からのレーザ光ＬＳ１と距離測定用レーザダイオードＬＤ２からのレーザ光ＬＳ２を、ジグザグに走査しながら出射する。また、第５の実施形態の走査では、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１が照射される照射位置より先行して、同じ照射位置に距離測定用のレーザ光ＬＳ２が出射される。
　図３９は、図３８の点線枠ｈで囲まれた範囲におけるガス検知用のレーザ光ＬＳ１及び距離測定用のレーザ光ＬＳ２の照射位置を時系列に説明する図である。図３９では、同図の紙面右方向（図１に示す「－ｙ方向」）に向かってレーザ光ＬＳ１，ＬＳ２が照射されていく。レーザ光ＬＳ１，ＬＳ２は、最初の照射位置（つまり、図３９の最も左側に示す照射位置）を除き、その照射位置が隣接するようにスポット的に同時に照射される。以下、検出カメラ１Ｄにより、レーザ光ＬＳ１，ＬＳ２がそれぞれ同一の所定径の有限の面積を有する照射位置にスポット的に照射される動作を「スポット照射」と略記する。このため、レーザ光ＬＳ１，ＬＳ２の各照射位置は水平方向に往復移動しかつ垂直方向にも移動するように、レーザ光ＬＳ１，ＬＳ２の出射がジグザク状に移動して検知領域ＳＡＲ内を２次元的に走査される。
　図３９に示す最初（つまり、最も左側）のスポット照射では、距離測定用のレーザ光ＬＳ２が照射位置ＳＰ２１に照射される。
　続く（つまり、中央の）スポット照射では、距離測定用のレーザ光ＬＳ２は、最初のスポット照射における照射位置ＳＰ２１より１照射位置分右に移動した照射位置ＳＰ２２に照射される。またこの時、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１は、距離測定用のレーザ光ＬＳ２の最初のスポット照射における照射位置ＳＰ２１と同じ照射位置ＳＰ１１に照射される。
　同様に、続く（つまり、最も右側の）スポット照射では、距離測定用のレーザ光ＬＳ２の照射位置及びガス検知用のレーザ光ＬＳ１の照射位置がともに１照射位置分右に移動する。つまり、距離測定用のレーザ光ＬＳ２は、直前のスポット照射における照射位置ＳＰ２２より１照射位置分右に移動した照射位置ＳＰ２３に照射される。またこの時、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１は、距離測定用のレーザ光ＬＳ２の直前のスポット照射における照射位置ＳＰ２２と同じ照射位置ＳＰ１２に照射される。以後、同様に、レーザ光ＬＳ１，ＬＳ２のスポット照射が繰り返される。
　このように、第５の実施形態の検出カメラ１Ｄでは、距離測定用のレーザ光ＬＳ２の照射位置が、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１の照射位置より、１照射位置分先行する。これにより、検出カメラ１Ｄは、レーザ光ＬＳ２が照射位置により反射された反射光ＲＶ２を基に、距離測定用のレーザ光ＬＳ２の照射位置と同じ照射位置に対して次にガス検知用のレーザ光ＬＳ１をスポット照射するまでの間に、その照射位置までの距離を測定できる。従って、検出カメラ１Ｄは、測定により得られた距離に応じて、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１の出力ゲインを設定し、ガスの有無の検知を高精度に判断するために適切な発光強度を有するレーザ光ＬＳ１を照射することができる。
　図４０は、第５の実施形態のセンサスキャンユニット５Ｂの内部構成の一例を示す図である。図４０では、図１の上方から（つまり、－ｚ軸方向に）視た場合の検出カメラ１Ｄのうちセンサスキャンユニット５Ｂに関する内部構成が示されている。
　検出カメラ１Ｄは、例えば箱形の筐体１ｚを有する。筐体１ｚの前面（つまり、ｘ軸方向）には、非可視光センサＮＶＳＳ用の開口部１ｗが形成されている。なお、開口部１ｗには、防水及び防塵のために、透明なガラス若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の集光レンズＶ３１が露出する。
　筐体１ｚの内部には、センサスキャンユニット５Ｂが支持されるように設けられる。センサスキャンユニット５Ｂは、パン方向Ｐ（図中ｘｙ平面に沿う方向）かつチルト方向Ｔ（図中ｚ軸方向）に旋回自在な雲台１０、及びこの雲台１０を駆動するモータ機構を備えたパンチルトユニット１５を有する。
　ベースの一例としての雲台１０には、２個のレーザダイオード（つまり、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１，距離測定用レーザダイオードＬＤ２）、２個のコリメートレンズＰＬＺ１，ＰＬＺ２、フォトダイオードＰＤ及び集光レンズＣＬＺが搭載される。雲台１０上では、距離測定用レーザダイオードＬＤ２がガス検知用レーザダイオードＬＤ１より図中上側（ｙ軸のマイナス方向）に配置される。パンチルトユニット１５は、雲台１０をパン方向Ｐ及びチルト方向Ｔに旋回させることで、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１，距離測定用レーザダイオードＬＤ２からそれぞれ出射されるレーザ光ＬＳ１，ＬＳ２の出射を、検知領域ＳＡＲ内において２次元的に走査（水平走査及び垂直走査）可能である。
　ガス検知用レーザダイオードＬＤ１から出射したレーザ光ＬＳ１は、コリメートレンズＰＬＺ１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で反射したレーザ光ＬＳ１の反射光ＲＶ１は、検出カメラ１Ｄ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ＰＤ０で受光される。
　フォトダイオードＰＤ０で受光された反射光ＲＶ１の吸収特性の一例としての吸収スペクトルから、検出空間Ｋ内に存在するガスＧＳの検知の有無が判定される。ガス検知用レーザダイオードＬＤ１から出射したレーザ光ＬＳ１が検出空間Ｋにおいて走査可能な範囲である検知領域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。
　距離測定用レーザダイオードＬＤ２から出射したレーザ光ＬＳ２は、コリメートレンズＰＬＺ２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で反射したレーザ光ＬＳ２の反射光ＲＶ２は、レーザ光ＬＳ１の反射光ＲＶ１の場合と同様、検出カメラ１Ｄ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ＰＤ０で受光される。
　図４１は、第５の実施形態のセンサスキャンユニット５Ｂ内に設けられるコリメートレンズＰＬＺ１，ＰＬＺ２の駆動例を示す図である。図４２は、図４１の上方向から（－ｚ方向に）視たコリメートレンズＰＬＺ１，ＰＬＺ２の駆動例を示す図である。コリメートレンズＰＬＺ１，ＰＬＺ２は、レンズ回転軸ＡＸ１（ｚ軸方向と平行）を中心に回動自在に雲台１０に設置される。コリメートレンズＰＬＺ１，ＰＬＺ２の駆動部の機構は、ほぼ同様である。
　コリメートレンズＰＬＺ１のｙ軸方向の両側には、一対のコイルＫＬ１ａ，ＫＬ１ｂが取り付けられている。また、コイルＫＬ１ａをｚ軸方向に挟むように、一対の磁石Ｍｇ１ａ，Ｍｇ１ｂが対向して雲台１０に設置される。同様に、コイルＫＬ１ｂをｚ軸方向に挟むように、一対の磁石Ｍｇ１ｃ，Ｍｇ１ｄが対向して雲台１０に設置される。また、一対の磁石Ｍｇ１ａ，Ｍｇ１ｂは、図４２に示すように、コイルＫＬ１ａの図中下側のｙ方向の電流路を覆うように（つまり、図中上側のｙ方向の電流を覆わないように）設置される。同様に、一対の磁石Ｍｇ１ｃ，Ｍｇ１ｄは、図４２に示すように、コイルＫＬ１ｂの図中上側のｙ方向の電流路を覆うように（つまり、図中下側のｙ方向の電流を覆わないように）設置される。
　磁石Ｍｇ１ａの磁石Ｍｇ１ｂと対向する側をＮ極とし、磁石Ｍｇ１ｂの磁石Ｍｇ１ａと対向する側をＳ極とするように、一対の磁石Ｍｇ１ａ，Ｍｇ１ｂを配置すると、一対の磁石Ｍｇ１ａ，Ｍｇ１ｂ間には、－ｚ軸方向に働く磁力線Ｍ１ａが発生する。同様に、磁石Ｍｇ１ｃの磁石Ｍｇ１ｄと対向する側をＮ極とし、磁石Ｍｇ１ｄの磁石Ｍｇ１ｃと対向する側をＳ極とするように、一対の磁石Ｍｇ１ｃ，Ｍｇ１ｄを配置すると、一対の磁石Ｍｇ１ｃ，Ｍｇ１ｄ間には、－ｚ軸方向に働く磁力線Ｍ１ｂが発生する。
　コイルＫＬ１ａに対し、矢印Ｄ１ａで示す方向（－ｚ軸に右回りとなる方向）に電流を流すと、コイルＫＬ１ａの、一対の磁石Ｍｇ１ａ，Ｍｇ１ｂで挟まれている部分には、フレミングの法則に従って、電磁誘導による力Ｆ１ａが作用する。この力Ｆ１ａは、コリメートレンズＰＬＺ１を、レンズ回転軸ＡＸ１（ｚ軸）を中心に図４２の反時計回りに回転させようとする力（回転力）である。同様に、コイルＫＬ１ｂに対し、矢印Ｄ１ｂで示す方向（－ｚ軸に右回りとなる方向）に電流を流すと、コイルＫＬ１ｂの、一対の磁石Ｍｇ１ｃ，Ｍｇ１ｄで挟まれている部分には、フレミングの法則に従って、電磁誘導による力Ｆ１ｂが作用する。この力Ｆ１ｂは、力Ｆ１ａと同様、コリメートレンズＰＬＺ１を、レンズ回転軸ＡＸ１（ｚ軸）を中心に図４２の反時計回りに回転させようとする力（回転力）である。この力Ｆ１ａ，Ｆ１ｂは、それぞれ後述する２次元化ユニット制御部１１２からコイルＫＬ１ａ，ＫＬ１ｂに供給される電流量に比例する。
　また、コリメートレンズＰＬＺ１には、レンズ回転軸ＡＸ１を中心に回動自在なコリメートレンズＰＬＺ１を初期位置に戻すように付勢するばね部材が取り付けられている。従って、２次元化ユニット制御部１１２は、コリメートレンズＰＬＺ１の回転力がばね部材の付勢力を打ち消すように、コイルＫＬ１ａ，ＫＬ１ｂに電流を供給することで、コリメートレンズＰＬＺ１を任意の回転角で停止させることができる。つまり、コリメートレンズＰＬＺ１を光軸に対し所定の角度だけ傾けることができる。なお、コリメートレンズＰＬＺ１の最大傾斜角は、コイルＫＬ１ａが一対の磁石Ｍｇ１ａ，Ｍｇ１ｂ間に（コイルＫＬ１ｂが一対の磁石Ｍｇ１ｃ，Ｍｇ１ｄ間に）挟まれなくなるぎりぎりの角度である。なお、コリメートレンズＰＬＺ２についても、コリメートレンズＰＬＺ１に対応する符号を用いて、同様に説明する。
　コリメートレンズＰＬＺ２のｙ軸方向の両側には、一対のコイルＫＬ２ａ，ＫＬ２ｂが取り付けられている。また、コイルＫＬ２ａをｚ軸方向に挟むように、一対の磁石Ｍｇ２ａ，Ｍｇ２ｂが対向して雲台１０に設置される。同様に、コイルＫＬ２ｂをｚ軸方向に挟むように、一対の磁石Ｍｇ２ｃ，Ｍｇ２ｄが対向して雲台１０に設置される。また、一対の磁石Ｍｇ２ａ，Ｍｇ２ｂは、図４２に示すように、コイルＫＬ２ａの図中上側のｙ方向の電流路を覆うように（つまり、図中下側のｙ方向の電流を覆わないように）設置される。同様に、一対の磁石Ｍｇ２ｃ，Ｍｇ２ｄは、図４２に示すように、コイルＫＬ２ｂの図中下側のｙ方向の電流路を覆うように（つまり、図中上側のｙ方向の電流を覆わないように）設置される。
　磁石Ｍｇ２ａの磁石Ｍｇ２ｂと対向する側をＮ極とし、磁石Ｍｇ２ｂの磁石Ｍｇ２ａと対向する側をＳ極とするように、一対の磁石Ｍｇ２ａ，Ｍｇ２ｂを配置すると、一対の磁石Ｍｇ２ａ，Ｍｇ２ｂ間には、－ｚ軸方向に働く磁力線Ｍ２ａが発生する。同様に、磁石Ｍｇ２ｃの磁石Ｍｇ２ｄと対向する側をＮ極とし、磁石Ｍｇ２ｄの磁石Ｍｇ２ｃと対向する側をＳ極とするように、一対の磁石Ｍｇ２ｃ，Ｍｇ２ｄを配置すると、一対の磁石Ｍｇ２ｃ，Ｍｇ２ｄ間には、－ｚ軸方向に働く磁力線Ｍ２ｂが発生する。
　コイルＫＬ２ａに対し、矢印Ｄ２ａで示す方向（－ｚ軸に右回りとなる方向）に電流を流すと、コイルＫＬ２ａの、一対の磁石Ｍｇ２ａ，Ｍｇ２ｂで挟まれている部分には、フレミングの法則に従って、電磁誘導による力Ｆ２ａが作用する。この力Ｆ２ａは、コリメートレンズＰＬＺ２を、レンズ回転軸ＡＸ２（ｚ軸）を中心に図４２の時計回りに回転させようとする力（回転力）である。同様に、コイルＫＬ２ｂに対し、矢印Ｄ２ｂで示す方向（－ｚ軸に右回りとなる方向）に電流を流すと、コイルＫＬ２ｂの、一対の磁石Ｍｇ２ｃ，Ｍｇ２ｄで挟まれている部分には、フレミングの法則に従って、電磁誘導による力Ｆ２ｂが作用する。この力Ｆ２ｂは、力Ｆ２ａと同様、コリメートレンズＰＬＺ２を、レンズ回転軸ＡＸ２（ｚ軸）を中心に図４２の時計回りに回転させようとする力（回転力）である。この力Ｆ２ａ，Ｆ２ｂは、それぞれ後述する２次元化ユニット制御部１１２からコイルＫＬ２ａ，ＫＬ２ｂに供給される電流量に比例する。
　また、コリメートレンズＰＬＺ２には、レンズ回転軸ＡＸ２を中心に回動自在なコリメートレンズＰＬＺ２を初期位置に戻すように付勢するばね部材が取り付けられている。従って、２次元化ユニット制御部１１２は、コリメートレンズＰＬＺ２の回転力がばね部材の付勢力を打ち消すように、コイルＫＬ２ａ，ＫＬ２ｂに電流を供給することで、コリメートレンズＰＬＺ２を任意の回転角で停止させることができる。つまり、コリメートレンズＰＬＺ２を光軸に対し所定の角度だけ傾けることができる。なお、コリメートレンズＰＬＺ２の最大傾斜角は、コイルＫＬ２ａが一対の磁石Ｍｇ２ａ，Ｍｇ２ｂ間に（コイルＫＬ２ｂが一対の磁石Ｍｇ２ｃ，Ｍｇ２ｄ間に）挟まれなくなるぎりぎりの角度である。
　このように、２次元化ユニット制御部１１２は、コリメートレンズＰＬＺ１，ＰＬＺ２を所定の回転角度に回動させ、光軸に対し傾けることで、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２からそれぞれ出射されるレーザ光ＬＳ１，ＬＳ２のパン方向の角度を調整する。これにより、２次元化ユニット制御部１１２は、コリメートレンズＰＬＺ１を透過してスポット照射されるレーザ光ＬＳ１の照射位置と、コリメートレンズＰＬＺ２を透過してスポット照射されるレーザ光ＬＳ２の照射位置とを１照射位置分ずらすことができる。なお、第５の実施形態では、コリメートレンズＰＬＺ１，ＰＬＺ２の両方が回動自在な駆動部を有していたが、いずれか一方を固定し、他方だけが駆動部を有していてもよい。
　図４３は、第５の実施形態において、往路方向（－ｙ方向）に１ライン走査する場合のセンサスキャンユニット５Ｂの旋回動作、距離測定用のレーザ光ＬＳ２及びガス検知用のレーザ光ＬＳ１の各照射位置の一例を示す図である。ここで、図４３の紙面を見渡すように上から－ｚ軸方向に向かって視て、雲台１０を時計回りに回転させる方向をプラス（＋）方向とし、反時計回りに回転させる方向をマイナス（－）方向とする。
　雲台１０上では、距離測定用レーザダイオードＬＤ２がガス検知用レーザダイオードＬＤ１より図中上側（－ｙ軸方向）に配置されているので、往路方向にガス検知用レーザ光ＬＳ１及び距離測定用レーザ光ＬＳ２を走査する場合、レーザ光同士を交差（クロス）させなくても、距離測定用レーザ光ＬＳ２の照射位置ＳＰ２がガス検知用レーザ光ＬＳ１の照射位置ＳＰ１よりも１照射位置分だけ先行する。
　この場合、先に照射される距離測定用レーザ光ＬＳ２の照射位置ＳＰ２に、後から照射されるガス検知用レーザ光ＬＳ１の照射位置ＳＰ１を正確に合わせるために、ガス検知用のコリメートレンズＰＬＺ１及び距離測定用のコリメートレンズＰＬＺ２の少なくとも一方を傾けて調整するようにしてもよい。
　図４４は、第５の実施形態において、復路方向（＋ｙ方向）に１ライン走査する場合のセンサスキャンユニット５Ｂの旋回動作、距離測定用のレーザ光ＬＳ２及びガス検知用のレーザ光ＬＳ１の各照射位置の一例を示す図である。雲台１０上では、距離測定用レーザダイオードＬＤ２がガス検知用レーザダイオードＬＤ１より図中上側（－ｙ軸方向）に配置されているので、復路方向にガス検知用のレーザ光ＬＳ１及び距離測定用のレーザ光ＬＳ２を走査する場合、レーザ光同士を交差（クロス）させる必要があり、コリメートレンズＰＬＺ２及びコリメートレンズＰＬＺ２の少なくとも一方を大きく傾け、距離測定用のレーザ光ＬＳ２の照射位置ＳＰ２がガス検知用のレーザ光ＬＳ１の照射位置ＳＰ１よりも１照射位置分だけ先行するようにする。この時、先に照射される距離測定用のレーザ光ＬＳ２の照射位置ＳＰ２に、後から照射されるガス検知用のレーザ光ＬＳ１の照射位置ＳＰ１を正確に合わせるために、同時に調整してもよい。
　なお、第５の実施形態では、距離測定用のレーザ光ＬＳ２及びガス検知用のレーザ光ＬＳ１を往復方向にライン走査する場合を示したが、走査方向として一方向（行き方向のみ）にライン走査する場合、レーザ光ＬＳ１，ＬＳ２同士を交差（クロス）あるいは平行（パラレル）のままでよい。この場合、センサスキャンユニット５Ｂは、一方向の終点に距離測定用及びガス検知用の両レーザ光ＬＳ１，ＬＳ２が達した段階で、それぞれのレーザ光ＬＳ１，ＬＳ２の出射を停止して素早く次のラインの始点に移り、再び、レーザ光の出射を開始して次のライン走査を行うようにしてもよい。なお、レーザ光の停止・再開を行うことなく、レーザ光を出射させたまま次のラインの始点に移るようにしてもよい。
　図４５は、第５の実施形態の検出カメラ１Ｄの内部構成の一例を詳細に示すブロック図である。検出カメラ１Ｄ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１１Ｂと、投射部ＰＪと、受光処理部ＳＡとを含む構成である。なお、図面を簡単にするために、図４５ではガス検知用レーザダイオードＬＤ１、距離測定用レーザダイオードＬＤ２を、それぞれ「ガス検知用ＬＤ」、「距離測定用ＬＤ」と略記しており、それぞれを示す符号の「ＬＤ１」、「ＬＤ２」の「ＬＤ」とは異なる。
　制御部１１Ｂ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、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。
　制御部１１Ｂは、２次元化ユニット制御部１１２、変調信号生成部１１３及び信号ゲイン調整部１１４を有する。２次元化ユニット制御部１１２は、パンチルトユニット１５に対し、センサスキャンユニット５Ｂをパン方向Ｐ、チルト方向Ｔに駆動させるためのパンチルト駆動信号を出力する。パンチルトユニット１５は、パンチルト駆動信号に従い、雲台１０をパン方向及びチルト方向に旋回させる。
　また、２次元化ユニット制御部１１２は、図４１及び図４２を参照して説明したように、コリメートレンズＰＬＺ１を透過してスポット照射されるレーザ光ＬＳ１の照射位置と、コリメートレンズＰＬＺ２を透過してスポット照射されるレーザ光ＬＳ２の照射位置とを１照射位置分ずらすように、センサスキャンユニット５Ｂ内のコイルＫＬ１ａ，ＫＬ１ｂ，ＫＬ２ａ，ＫＬ２ｂへの供給電流量を制御した上で各コイルに電流を供給する。
　変調信号生成部１１３は、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１から出射するレーザ光ＬＳ１を波長変調するための変調信号を生成し、光源発光信号としてガス検知用レーザダイオードＬＤ１及び距離測定用レーザダイオードＬＤ２にそれぞれ出力する。ガス検知用レーザダイオードＬＤ１及び距離測定用レーザダイオードＬＤ２は、光源発光信号に従い、波長変調されたレーザ光ＬＳ１，ＬＳ２をそれぞれ出射する。なお、変調信号生成部１１３は、距離測定用レーザダイオードＬＤ２に入力される光源発光信号として、波長変調がされない振幅一定のレーザ光ＬＳ２を出射させるための信号を出力してもよい。この場合には、距離測定用レーザダイオードＬＤ２は、変調信号生成部１１３からの光源発光信号に応じて、振幅が一定のレーザ光ＬＳ２を出射する。
　波長変調には、種々の方法を用いることが可能である。第５の実施形態では、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１，距離測定用レーザダイオードＬＤ２の駆動電流を変えることで、波長変調が行われる。駆動電流は各レーザダイオードへの入力信号であり、駆動電流の周波数は波長変調の周波数となる。なお、各レーザダイオードを安定化させる目標温度に対し、所定の振り幅で温度を掃引する（変化させる）ことで、波長変調を行うことも可能となる。この場合、レーザダイオードに備わるペルチェ素子が、制御部１１Ｂからの信号に従って吸熱又は発熱を行うことで、レーザダイオードの温度が可変し、レーザ光の波長を変化させることが可能となる。
　また、距離測定用レーザダイオードＬＤ２の出力ゲインは、検知領域ＳＡＲ内の遠い照射位置までレーザ光ＬＳ２が届くように、高く設定されることが望ましい。また、変調信号生成部１１３は、非可視光センサＮＶＳＳの検知対象となる特定物質を検知するための検知閾値Ｍを検知処理部２７Ｂに設定する。
　ゲイン調整部の一例としての信号ゲイン調整部１１４は、検出カメラ１Ｄからの距離とガス検知用レーザダイオードＬＤ１から出射するレーザ光ＬＳ１の出力ゲインとの対応関係が登録されたテーブル１４ｚを有する。信号ゲイン調整部１１４は、テーブル１４ｚを基に、距離算出部２７４により算出された検知領域ＳＡＲ内の照射位置までの距離に対応する出力ゲインを算出する。
　また、信号ゲイン調整部１１４は、算出した出力ゲインを一時的に記憶するメモリ１４ｙを有する。信号ゲイン調整部１１４は、メモリ１４ｙに記憶された出力ゲインをガス検知用レーザダイオードＬＤ１に設定し、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１から出射するレーザ光ＬＳ１の出力ゲインを最適値に調整する。
　図４７Ａ及び図４７Ｂは、テーブル１４ｚに登録された距離に対応する出力ゲインの一例を示すグラフである。図４７Ａは、距離と出力ゲインとの関係が１次関数で表されたグラフを示す。図４７Ｂは、距離と出力ゲインとの関係が２次関数で表されたグラフを示す。図４７Ａ及び図４７Ｂのいずれのグラフにおいても、距離が長くなる程、出力ゲインは大きな値に設定される。これらのグラフは、予め関数で設定されてもよいし、実験的に求められてもよい。
　また、制御部１１Ｂは、後述する検知処理部２７ＢのＡＤ変換回路２７１におけるＡＤ変換の実行を指示するためのタイミング信号を、後述する検知処理部２７Ｂ内のＡＤ変換回路２７１に出力する。
　投射部ＰＪは、第１の光源の一例としてのガス検知用レーザダイオードＬＤ１と、第２の光源の一例としての距離測定用レーザダイオードＬＤ２と、ガス検知用投射光源光学部ＯＰ１と、距離測定用投射光源光学部ＯＰ２と、パンチルトユニット１５とを有する。ガス検知用投射光源光学部ＯＰ１は、コリメートレンズＰＬＺ１及び一対のコイルＫＬ１ａ，ＫＬ１ｂを含む。距離測定用投射光源光学部ＯＰ２は、コリメートレンズＰＬＺ２及び一対のコイルＫＬ２ａ，ＫＬ２ｂを含む。
　ガス検知用レーザダイオードＬＤ１は、レーザ光の波長が検知対象の物質であるガスＧＳの吸収波長帯に含まれるように波長変調された検知光の一例としてのレーザ光ＬＳ１を出射する。ここでは、検知対象の物質であるガスとして、メタンガス（ＣＨ４）を一例として挙げる。距離測定用レーザダイオードＬＤ２は、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１と同様、波長変調された測定光の一例としてのレーザ光ＬＳ２を出射する。
　コリメートレンズＰＬＺ１，ＰＬＺ２は、それぞれレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２から出射されるレーザ光ＬＳ１，ＬＳ２を平行光にする。一対のコイルＫＬ１ａ，ＫＬ１ｂ及び一対のコイルＫＬ２ａ，ＫＬ２ｂは、前述したように、それぞれコリメートレンズＰＬＺ１及びコリメートレンズＰＬＺ２を光軸に対し所定の角度だけ傾けるように駆動する。
　パンチルトユニット１５は、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２、ガス検知用投射光源光学部ＯＰ１、距離測定用投射光源光学部ＯＰ２、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Ｐ及びチルト方向Ｔに旋回駆動する。つまり、パンチルトユニット１５は、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１，距離測定用レーザダイオードＬＤ２からそれぞれ出射されるレーザ光ＬＳ１，ＬＳ２を、検知領域ＳＡＲを含む走査範囲内で２次元に走査するように雲台１０を旋回させる。
　また、受光処理部ＳＡは、検知領域ＳＡＲ内で反射された反射光ＲＶ１，ＲＶ２を受光する受光部ＲＰ、及び受光したレーザ光ＬＳ１，ＬＳ２の信号を処理する信号処理部ＤＳから構成される。図４６は、図４５に示す受光処理部ＳＡの内部構成の一例を詳細に示すブロック図である。受光部ＲＰは、集光レンズＣＬＺ及びフォトダイオードＰＤ０を有する。信号処理部ＤＳは、信号加工部２６Ｂ、検知処理部２７Ｂ及び表示処理部２８を有する。
　信号加工部２６Ｂ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。検知処理部２７Ｂは、ＡＤ変換回路２７１、距離算出部２７４及び物質検出処理部２７３を含む。距離算出部２７４、物質検出処理部２７３及び表示処理部２８の各機能は、メモリに保持されたプログラムをプロセッサが実行することにより、実現される。
　集光レンズＣＬＺは、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１，距離測定用レーザダイオードＬＤ２からそれぞれ出射され、検知領域ＳＡＲ内の特定物質で反射されたレーザ光を集光し、フォトダイオードＰＤ０に受光させる。フォトダイオードＰＤ０は、受光したレーザ光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ＰＤ０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、フィルタ処理後の信号を物質検出に用いられる信号として、検知処理部２７Ｂ内のＡＤ変換回路２７１に出力する。
　検知処理部２７Ｂ内のＡＤ変換回路２７１は、制御部１１Ｂから出力されたタイミング信号に従って、信号加工部２６Ｂから入力される信号をデジタル信号に変換する。
　ＡＤ変換回路２７１から出力される信号は、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１から出射される、波長変調されたレーザ光の信号（周波数１ｆ）に対し、２倍の周波数（２ｆ）を持つ信号である。この２倍の周波数（周波数２ｆ）を持つ信号は、ＡＤ変換回路２７１によってデジタル値に変換された後に抽出される。言い換えると、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１から周波数１ｆのレーザ光ＬＳ１が出射された場合、ガスＧＳにより反射された、若しくはガスＧＳを透過後に背景に反射された反射光ＲＶ１は、ＡＤ変換回路２７１の出力として、周波数２ｆの反射光が得られる。
　また、この信号は、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１の温度が変化しておらず、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１から出射されるレーザ光ＬＳ１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場合、フォトダイオードＰＤ０からの信号を基に得られた周波数一定の正弦波信号である。
　距離測定部の一例としての距離算出部２７４は、距離測定用レーザダイオードＬＤ２から出射されるレーザ光ＬＳ２の反射光ＲＶ２に対応するＡＤ変換回路２７１の出力を基に、検出カメラ１Ｄから照射位置までの距離を算出し、算出した距離を表す信号（距離信号）を制御部１１Ｂに出力する。
　図４８は、第５の実施形態の検出カメラ１Ｄにおける距離検知方法の一例を説明するためのタイミングチャートである。距離測定用のレーザ光ＬＳ２とその反射光ＲＶ２の受光強度の時間変化を表す。具体的に、距離算出部２７４は、制御部１１Ｂからの光源発光信号の入力時を、距離測定用レーザダイオードＬＤ２からのレーザ光ＬＳ２の投射時（図中、タイミングｔ１）と判定する。また、距離算出部２７４は、受光処理部ＳＡ内のフォトダイオードＰＤ０でレーザ光ＬＳ２の反射光ＲＶ２が受光され、増幅回路２６２内のコンパレータ／ピークホールド処理部からの出力の入力時を反射光ＲＭの受光時（図中、タイミングｔ２）と判定する。距離算出部２７４は、例えば距離を、「距離＝光速度×（時間差Δｔ／２）」として算出することで、非可視光センサＮＶＳＳから特定物質までの距離を簡単に導出することができる。
　物質検出部の一例としての物質検出処理部２７３は、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１から出射されるレーザ光ＬＳ１の反射光ＲＶ１に対応するＡＤ変換回路２７１の出力を基に、特定物質の検知の有無を判定し、検知した特定物質を表す信号を表示処理部２８に出力する。
　画像生成部の一例としての表示処理部２８は、検知された特定物質を表す信号を基に、非可視光センサＮＶＳＳから視た、検知領域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、検知領域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。
　なお、第５の実施形態において、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、通信端末に直接送信してもよい。
　このように、検知領域ＳＡＲ内の可視光画像データに、検知処理部２７Ｂにより得られた特定物質に関する情報が合成された表示データが出力される。従って、非可視光センサＮＶＳＳは、検知領域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。
　図４５に示すように、可視光カメラＶＳＣは、集光レンズ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。
　集光レンズＶ３１は、非可視光センサＮＶＳＳによる検知領域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）に対し分光感度のピークを有する撮像素子である。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知された場合に、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。
　画像出力部の一例としての出力部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。
　図４９は、特定物質の吸収スペクトルに対し、レーザダイオードの発振周波数が最適範囲である場合のレーザ光の入力信号及び出力信号の一例を説明する図である。図４９には、レーザダイオードから出射され、波長変調されたレーザ光の入力信号に対し、特定物質で反射され、フォトダイオードで受光したレーザ光の出力信号が示される。
　また、ここでは、検知対象の物質であるガスとして、メタンガス（ＣＨ４）を一例として挙げる。図４９では、縦軸はフォトダイオードＰＤにおいて受光された反射光に対応するＩ／Ｖ変換回路２６１の出力に相当する受光電圧（単位は正規化された値）を表し、横軸はフォトダイオードが受光するレーザ光の波長（ｎｍ）を表す。受光電圧が著しく低下している部分は、特定物質固有のエネルギー吸収領域、つまりレーザ光の吸収率が高い波長帯域である。
　図４９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ＬＤ１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ＬＤ１からレーザ光が出射され、検知領域ＳＡＲ内の特定物質で反射された、若しくは特定物質透過後の背景により反射された反射光は、一定の周波数（１ｆ）を持つ正弦波として波長変調されたレーザ光の入力信号に対し、２倍の周波数（２ｆ）を有しかつ振幅が一定となる出力信号として検知される。
　図５０は、特定物質の吸収スペクトルに対し、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１の発振周波数が最適範囲の発振周波数から低波長側にシフトした場合のレーザ光の入力信号及び出力信号の一例を説明する図である。図５０では、レーザ光ＬＳ１は、波長変調範囲ＷＡＲ１に示すように、例えば１６５３．６６ｎｍを中心波長とし、０．０５ｎｍの変調幅で波長変調される。この場合の反射光は、２倍の周波数（２ｆ）を有しかつ振幅が一定ではない出力信号として検知される。
　図５１は、特定物質の吸収スペクトルに対し、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１の発振周波数が最適範囲の発振周波数から長波長側にシフトした場合のレーザ光の入力信号及び出力信号の一例を説明する図である。図５１では、レーザ光ＬＳ１は、波長変調範囲ＷＡＲ２に示すように、例えば１６５３．６８ｎｍを中心波長とし、０．０５ｎｍの変調幅で波長変調される。この場合の反射光は、２倍の周波数（２ｆ）を有しかつ振幅が一定ではない出力信号として検知される。
　図５０、図５１に示すように、レーザダイオードＬＤ１から出射されるレーザ光の波長が低波長側又は長波長側にずれる場合、振幅が変動する信号が出力される。この振幅の変動は、レーザ光ＬＳ１の波長と特定物質のエネルギー吸収領域の中心波長とがずれている状態として現れる。レーザ光ＬＳ１の波長は、レーザダイオードＬＤ１の温度に依存し、温度変化により大きくずれると、レーザ光の入力信号に対し２倍の周波数（２ｆ）を持つ出力信号が出力されなくなる。つまり、特定物質の検知が困難となってしまう。このため、レーザ光ＬＳ１の入力信号に対し２倍の周波数（２ｆ）を持つ出力信号の振幅が一定となるように、レーザダイオードＬＤ１の温度を一定に保つための温調制御が行われることが好ましい。これにより、検出カメラ１Ｄは、レーザ光ＬＳ１の入力信号に対し振幅の安定した２倍の周波数（２ｆ）を持つ出力信号を検知することができ、物質検出の精度が向上する。
　上記構成を有する検出カメラ１Ｄの動作を示す。
　始めに、比較例における非可視光センサの信号処理を示す。比較例では、検知領域ＳＡＲｍにおいて、単にレーザ光を２次元走査する場合を示す。図５２は、比較例における非可視光センサの信号処理手順の一例を説明するフローチャートである。図５２において、ガス検知用レーザダイオードから検知領域ＳＡＲｍ内の照射位置に対しレーザ光が出射されると（Ｓ２０１）、検知領域ＳＡＲｍ内の照射位置で、特定物質がある場合には、特定物質であるガスＧＳによって反射された反射光は、フォトダイオードＰＤ０によって受光される。フォトダイオードＰＤ０からの出力信号が受光処理部ＳＡで増幅処理を含む各種信号処理されると（Ｓ２０２）、特定物質であるガスＧＳの有無が検知される（Ｓ２０３）。
　この後、物質検出を継続するか否かが判別され（Ｓ２０４）、物質検出を継続する場合、センサスキャンユニット５Ｍが次の照射位置に移動する（Ｓ２０５）。そして、ステップＳ２０１からの処理が繰り返される。一方、物質検出を継続しない場合、非可視光センサの信号処理は、そのまま終了する。
　図５３は、第５の実施形態における非可視光センサＮＶＳＳの信号処理手順の一例を説明するフローチャートである。図５３において、制御部１１Ｂ内の変調信号生成部１１３は、距離測定用レーザダイオードＬＤ２に対し、光源発光信号を出力し、検知領域ＳＡＲ内の照射位置に向けてレーザ光ＬＳ２を出射させる（Ｓ３０１）。フォトダイオードＰＤ０が、レーザ光ＬＳ２が検知領域ＳＡＲ内の照射位置で反射した反射光ＲＶ２を受光すると、受光処理部ＳＡ内の距離算出部２７４は、センサスキャンユニット５Ｂから検知領域ＳＡＲ内の照射位置までの距離を算出して距離情報を取得する（Ｓ３０２）。
　制御部１１Ｂ内の信号ゲイン調整部１１４は、距離算出部２７４から距離情報を受けると、テーブル１４ｚに基づき、ステップＳ３０２で算出した距離に対応する出力ゲインを取得し（Ｓ３０３）、この出力ゲインを、ガス検知用レーザ光ＬＳ１の出力ゲインとして用いるために、メモリ１４ｙに一時的に記憶する（Ｓ３０４）。
　制御部１１Ｂは、距離測定用レーザダイオードＬＤ２から出射されるレーザ光ＬＳ２の照射位置が最初の照射位置であるか否かを判別する（Ｓ３０５）。最初の照射位置である場合（Ｓ３０５、ＹＥＳ）、制御部１１Ｂ内の２次元化ユニット制御部１１２は、レーザ光ＬＳ１，ＬＳ２が次の照射位置に照射可能となるようにセンサスキャンユニット５Ｂを移動させる（Ｓ３０６）。この後、制御部１１Ｂは、ステップＳ３０１の処理を行い、同様の処理を繰り返す。
　一方、距離測定用レーザダイオードＬＤ２から出射したレーザ光ＬＳ２の照射位置が最初の照射位置でない場合（Ｓ３０５、ＮＯ）、信号ゲイン調整部１１４は、テーブル１４ｚを基に、メモリ１４ｙに記憶された距離情報に対応する出力ゲインを取得し、この出力ゲインをガス検知用レーザダイオードＬＤ１に設定する（Ｓ３０７）。
　ここで、出力ゲインと受光信号レベルの関係について考察する。図５４Ａ，図５４Ｂ及び図５４Ｃはいずれも、距離に応じた受光信号レベルの変化を示すグラフである。図５４Ａでは、出力ゲインを低く設定した場合の受光信号レベルの推移が示されている。この場合、照射位置までの距離が近距離であると、フォトダイオードは高い受光レベルの信号を得るが、遠距離では、レーザダイオードからのレーザ光の光量が少なくなり、ガス検知可能な受光レベルの信号を得られない。
　図５４Ｂでは、出力ゲインを高く設定した場合の受光信号レベルの推移が示されている。この場合、照射位置までの距離が遠距離でも、フォトダイオードはガス検知可能な受光レベルの信号を得られるが、近距離では、受光レベルの信号が飽和してしまい、高い受光レベルの信号を得られない。
　これに対し、第５の実施形態では、図５４Ｃに示すように、照射位置までの距離に対応する適切な出力ゲインが設定される。図５４Ｃは、第５の実施形態の検出カメラ１Ｄにおいてガス検知用のレーザ光ＬＳ１の出力ゲインが可変である場合における、検知対象のガスＧＳまでの距離とガスＧＳにより反射した反射光ＲＶ１の信号レベルとの関係の一例を示すグラフである。つまり、照射位置までの距離が近距離から遠距離に至る範囲内で、フォトダイオードＰＤ０が受光する信号レベルがあるレベルの範囲に収まるように、出力ゲインが設定される。ガス検知用レーザダイオードＬＤ１から出射されるレーザ光ＬＳ１の出力ゲインが、テーブル１４ｚで設定される、照射位置までの距離に応じた適切な値に設定されることで、フォトダイオードＰＤ０は、検知領域ＳＡＲ内の照射位置が近距離から遠距離までの範囲内であっても、ほぼ一定の受光レベルの信号を得ることができる。なお、距離測定用レーザダイオードＬＤ２の出力ゲインは、前述したように比較的大きな値であって、一定値でもよい。
　変調信号生成部１１３は、前回のスポット照射において、距離測定用レーザダイオードＬＤ２からのレーザ光ＬＳ２が照射された照射位置に、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１からガス検知用のレーザ光ＬＳ１をスポット照射させる（Ｓ３０８）。つまり、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１は、距離測定用のレーザ光ＬＳ２より１照射位置分遅れてスポット照射される。また、この時、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１のスポット照射と同時に、変調信号生成部１１３は、距離測定用レーザダイオードＬＤ２から距離測定用のレーザ光ＬＳ２をスポット照射させる。つまり、距離測定用のレーザ光ＬＳ２は、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１より１照射位置分だけ先行してスポット照射される。
　受光処理部ＳＡは、フォトダイオードＰＤ０からの出力信号に対し、増幅処理を含む各種信号処理を行う（Ｓ３０９）。物質検出処理部２７３は、各種信号処理が行われた結果、前述した２倍の周波数（２ｆ）を持つ出力信号の有無によって、特定物質であるガスＧＳの有無を検知する（Ｓ３１０）。
　この後、制御部１１Ｂは、物質検出を継続するか否かを判別する（Ｓ３１１）。物質検出を継続する場合、ステップＳ３０６において、制御部１１Ｂ内の２次元化ユニット制御部１１２は、レーザ光ＬＳ１，ＬＳ２が次の照射位置に照射可能となるようにセンサスキャンユニット５Ｂを移動させる。この後、制御部１１Ｂは、ステップＳ３０１の処理に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、物質検出を継続しない場合、制御部１１Ｂは、非可視光センサＮＶＳＳの信号処理を終了する。
　ステップＳ３１０で特定物質であるガスＧＳが検知された場合、前述したように、表示処理部２８は、特定物質であるガスＧＳを含む画像（物質位置画像データ）を生成する。生成された特定物質であるガスＧＳを含む画像は、表示制御部３７によって可視光カメラＶＳＣで撮像された可視光画像と重畳される。可視光画像に特定物質であるガスＧＳを含む画像が重畳された合成画像は、モニタ１５０に表示される。
　図５５は、モニタ１５０の表示画面例を示す図である。モニタ１５０は、可視光カメラＶＳＣによって撮像された可視光画像（人物ＨＭを含む画像）に、非可視光センサＮＶＳＳによって検知された特定物質であるガスＧＳを含む画像を重畳し、表示する。これにより、ユーザは、モニタ１５０に表示されたガスＧＳを視覚的に確認できる。
　以上により、第５の実施形態の検出カメラ１Ｄでは、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１は、ガス検知用の波長を有するレーザ光ＬＳ１を検知エリア（検知領域ＳＡＲ）に出射する。距離測定用レーザダイオードＬＤ２は、距離測定用のレーザ光ＬＳ２を検知領域ＳＡＲに出射する。距離算出部２７４は、検知領域ＳＡＲ内の照射位置で反射されたレーザ光ＲＶ２を基に、照射位置までの距離を測定する。信号ゲイン調整部１１４は、距離算出部２７４で測定された距離に応じて、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１の出力ゲインを調整する。物質検出処理部２７３は、出力ゲインが調整された、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１による照射位置からの反射光ＲＶ１を基に、ガスの有無を検知する。検出カメラ１Ｄは、検知領域ＳＡＲ内でレーザ光ＬＳ１及びレーザ光ＬＳ２を走査する際、レーザ光ＬＳ２をレーザ光ＬＳ１より先行させる。
　これにより、検出カメラ１Ｄは、２次元的な検知エリア（検知領域ＳＡＲ）内において容易にガス（物質）を検知できる。また、検出カメラ１Ｄは、照射位置までの距離に応じて、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１の出力ゲインが調整されるので、近い距離から遠い距離までガス検知可能となり、検知領域ＳＡＲ内においてガス検知可能な領域を広げることができる。
　また、検出カメラ１Ｄでは、先に距離測定用のレーザ光ＬＳ２がスポット照射された照射位置に、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１がスポット照射されるので、検出カメラ１Ｄは、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１の出力ゲインを距離に応じて適切な値に設定することができる。従って、検出カメラ１Ｄは、ガス検知の精度を高めることができる。また、距離の測定とガス検知とを連続して行うことができ、効率的なガス検知が可能となる。
　また、検出カメラ１Ｄは、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１と距離測定用レーザダイオードＬＤ２とが固定された雲台１０を旋回させることで、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１及び距離測定用のレーザ光ＬＳ２をパン方向Ｐ及びチルト方向Ｔに走査するので、レーザ光を走査する制御が簡単化かつ効率化される。
　また、ガス検知用レーザダイオードＬＤ１と距離測定用レーザダイオードＬＤ２とが、１照射位置分ずれてスポット照射されるように、雲台１０に固定されるので、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１と距離測定用のレーザ光ＬＳ２とを１照射位置分ずらしてスポット照射する制御が簡単になる。
　また、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１及び距離測定用のレーザ光ＬＳ２をパン方向Ｐに往復して走査する際、往路方向と復路方向のいずれの走査方向においても、先に距離測定用のレーザ光ＬＳ２がスポット照射された照射位置にガス検知用のレーザ光ＬＳ１をスポット照射するので、いずれの方向においても、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１の出力ゲインを距離に応じて適切な値に設定することができる。また、往復してガス検知を行うことで、ガス検知の時間を短縮できる。
　また、検出カメラ１Ｄは検知されたガスの画像を生成して出力するので、検知されたガスを可視化することができる。
　また、撮像された可視光画像にガスの画像が重畳してモニタ１５０に表示されるので、ユーザはモニタ１５０の画面を見て可視光画像上のどの位置にガスがあるのかを視覚的に認識できる。
　以上、図面を参照しながら実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又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。
　例えば、上記実施形態では、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１と距離測定用のレーザ光ＬＳ２とは、１照射位置分ずらしてスポット照射されたが、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１が距離測定用のレーザ光ＬＳ２がスポット照射された照射位置に後からスポット照射される限り、２照射位置分以上ずらしてスポット照射されてもよい。また、ガス検知用のレーザ光ＬＳ１及び距離測定用のレーザ光ＬＳ２をスポット照射して走査する場合に限らず、連続照射しながら走査してもよい。
　また、上記実施形態では、特定物質の一例として、メタンガス（ＣＨ４）を挙げたが、気体、液体、固体を問わず、他の物質でもよい。表１には、非可視光センサＮＶＳＳが検知可能な特定物質と、特定物質を検知するために使用される波長とが示されている。これにより、非可視光センサＮＶＳＳは、個々の特定物質に対応する波長を用いて、多種類の特定物質を検知でき、各特定物質が検知されたことを示す物質位置画像データを生成することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　以上、本開示を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本開示はこれらの実施形態によって限定されるものではない。なお、上記実施形態に示した本開示に係る物質検出装置、物質検出システムおよび物質検出方法の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本開示の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
　本開示は、検出領域内において容易に物質を検出できる物質検出装置、物質検出システム及び物質検出方法等に有用である。また、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。また、本開示は、ユーザの多大な労力を要することなく、検知領域内において、可視光の撮像では視認が困難な物質を細かい分解能でかつ容易に検知する物質検出装置、物質検出システム及び物質検出方法として有用である。
　１，１Ａ，１Ｂ　　検出カメラ
　１ｗ　　開口部
　１ｚ　　筐体
　５，５Ｂ，５Ｍ　　センサスキャンユニット
　１０　　雲台
　１１，１１Ａ，１１Ｂ　　制御部
　１２，１２Ａ　　波長検出温調制御部
　１４ｙ　　メモリ
　１４ｚ　　テーブル
　１５　　パンチルトユニット
　２０　　プロセッサ
　２６，２６Ｂ　　信号加工部
　２７，２７Ａ，２７Ｂ　　検出処理部
　２８　　表示処理部
　３０　　温調ユニット
　３１　　Ｉ／Ｖ変換回路
　３２　　増幅回路
　３３　　フィルタ処理回路
　３７　　表示制御部
　３８　　出力部
　１１２　　２次元化ユニット制御部
　１１３　　変調信号生成部
　１１４　　信号ゲイン調整部
　１５０　　モニタ
　２６１　　Ｉ／Ｖ変換回路
　２６２　　増幅回路
　２６３　　フィルタ処理回路
　２７１　　ＡＤ変換回路
　２７２　　温調制御処理部
　２７３　　物質検出処理部
　２７４　　距離算出部
　ＡＸ１，ＡＸ２　　レンズ回転軸
　ＣＥＬ　　参照セル
　ＣＬＺ，ＣＬＺ２，Ｖ３１　　集光レンズ
　ＣＳ　　カメラサーバ
　Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ａ，Ｄ２ｂ　　矢印
　ＤＳ　　信号処理部
　Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ　　力
　ＥＰ　　走査終了位置
　ＦＩＲ　　ＮＤフィルタ
　ＧＳ　　ガス
　ＨＭ　　人物
　ＨＰ　　初期位置
　Ｋ　　検出空間
　ＫＬ１ａ，ＫＬ１ｂ，ＫＬ２ａ，ＫＬ２ｂ　　コイル
　ＬＤ１，ＬＤ２　　レーザダイオード
　ＬＳ，ＬＳ１，ＬＳ２，ＲＶ，ＲＶ１，ＲＶ２　　レーザ光
　Ｍｇ１ａ，Ｍｇ１ｂ，Ｍｇ１ｃ，Ｍｇ１ｄ，Ｍｇ２ａ，Ｍｇ２ｂ，Ｍｇ２ｃ，Ｍｇ２ｄ　　磁石
　ＭＲ１　　反射板
　ＮＶＳＳ　　非可視光センサ
　ＯＰ１　　ガス検知用投射光源光学部
　ＯＰ２　　距離測定用投射光源光学部
　ＰＤ，ＰＤ０，ＰＤ２　　フォトダイオード
　ＰＪ　　投射部
　ＰＬＺ，ＰＬＺ１，ＰＬＺ２　　コリメートレンズ
　Ｐｔ　　ペルチェ素子
　ＲＭ　　反射光
　ＲＰ　　受光部
　ＳＡ　　受光処理部
　ＳＡＲ，ＳＡＲｍ　　検出領域
　ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ１１，ＳＰ１２，ＳＰ２１，ＳＰ２２，ＳＰ２３　　照射位置
　Ｔ１　　期間
　Ｖ２０　　プロセッサ
　Ｖ３３　　イメージセンサ
　Ｖ３５　　信号処理部
　ＶＳＣ　　可視光カメラ
　ＷＡＲ０，ＷＡＲ１，ＷＡＲ２　　波長変調範囲

Claims (25)

  1. 　　物質の検出領域内及び検出領域外へ第１の非可視光を出射するトランスミッタと、
    　　前記検出領域内において、前記第１の非可視光が前記物質で反射された光である第２の非可視光を受光する第１のレシーバと、
    　　前記第２の非可視光の波長特性に基づいて、前記物質を検出するディテクタと、
    　　前記検出領域内及び前記検出領域外において、前記第１の非可視光の出射方向及び前記第２の非可視光の受光方向を変更するアクチュエータと、
    　　前記検出領域外において検出対象の物質が格納された参照セルと、
    　　前記第１の非可視光が前記参照セルを通過した光である第３の非可視光を受光する第２のレシーバと、
    　　前記第３の非可視光の波長特性に基づいて、前記第１の非可視光の温度を調整して前記第１の非可視光の波長を制御する波長コントローラと、
    　　を備える物質検出装置。
  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と前記第１のレシーバとがベースに固定され、
    　　前記トランスミッタは、前記アクチュエータにより前記ベースの向きを変更することで、前記第１の非可視光を用いて、前記検出領域内及び前記検出領域外を走査する、物質検出装置。
  3. 　　請求項１または２に記載の物質検出装置であって、更に、
    　　前記検出領域外に配置され、前記第１の非可視光を反射するリフレクタと、
    　　前記第１の非可視光が前記リフレクタで反射された前記第３の非可視光を減衰させるフィルタと、
    　　を備え、
    　　前記第２のレシーバは、減衰した前記第３の非可視光を受光する、物質検出装置。
  4. 　　請求項１または２に記載の物質検出装置であって、更に、
    　　前記検出領域外に配置され、前記第１の非可視光を拡散するディフューザを備え、
    　　前記第２のレシーバは、前記第１の非可視光が前記ディフューザにより拡散した前記第３の非可視光を受光する、物質検出装置。
  5. 　　請求項１から４のいずれか１項に記載の物質検出装置であって、
    　　前記トランスミッタは、前記アクチュエータの駆動により、前記第１の非可視光を前記検出領域内の各位置へ出射した後、前記検出領域外へ出射する、物質検出装置。
  6. 　　請求項１から４のいずれか１項に記載の物質検出装置であって、
    　　前記トランスミッタは、前記アクチュエータの駆動により、前記第１の非可視光を前記検出領域における所定方向に並ぶ各位置へ出射した後、前記検出領域外へ出射する、物質検出装置。
  7. 　　請求項３から６のいずれか１項に記載の物質検出装置であって、
    　　前記第１のレシーバは、前記第２のレシーバとして動作し、前記第３の非可視光を受光する、物質検出装置。
  8. 　　請求項１から７のいずれか１項に記載の物質検出装置であって、更に、
    　　第１の画像を撮像するイメージセンサを備え、
    　　前記イメージセンサにより画像が撮像される撮像範囲は、前記物質の検出領域を含む、物質検出装置。
  9. 　　請求項８に記載の物質検出装置であって、更に、
    　　検出された前記物質の前記検出領域内の位置を可視化し、可視化された情報を前記第１の画像に重畳して第２の画像を生成するプロセッサと、
    　　前記第２の画像を出力するアウトプットデバイスと、
    　　を備える、物質検出装置。
  10. 　物質の検出領域内へ第１の非可視光を波長変調して出射するトランスミッタと、
    　　前記検出領域内において、前記第１の非可視光が物質で反射された光である第２の非可視光を受光するレシーバと、
    　　前記第２の非可視光の波長特性に基づいて、前記物質を検出するディテクタと、
    　　前記検出領域内において、前記第１の非可視光の出射方向及び前記第２の非可視光の受光方向を変更するアクチュエータと、
    　　前記第１の非可視光の波長変調の周波数である変調周波数と、前記ディテクタにより前記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、
    　　を備える物質検出装置。
  11. 　　請求項１０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、前記第１の非可視光を出射し、
    　　前記第１のレシーバは、前記検出領域において複数回、前記第２の非可視光を受光し、
    　　前記ディテクタは、前記検出領域において複数回、前記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。
  12. 　　請求項１１に記載の物質検出装置であって、
    　　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物質の検出と、第２の検出周波数を用いた前記物質の検出と、を反復して行う、物質検出装置。
  13. 　　請求項１２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物質の検出と、前記第２の検出周波数を用いた前記物質の検出と、を前記１回の検出動作で行う、物質検出装置。
  14. 　　請求項１２に記載の物質検出装置であって、
    　　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、前記第１の検出周波数を用いた前記物質の検出結果と前記第２の検出周波数を用いた前記物質の検出結果とが異なる場合、前記任意の領域に前記物質が存在しないと判定する、物質検出装置。
  15. 　物質の検知用波長を有する第１の光を検知エリアに出射する第１の光源と、
    　　距離の測定用波長を有する第２の光を前記検知エリアに出射する第２の光源と、
    　　前記第２の光が前記検知エリア内の照射位置で反射した前記第２の光の反射光を基に、前記照射位置までの距離を測定する距離測定部と、
    　　前記距離測定部の測定結果に応じて、前記第１の光の出力ゲインを調整するゲイン調整部と、
    　　前記ゲイン調整部により前記出力ゲインが調整された前記第１の光が前記照射位置で反射された前記第１の光の反射光を基に、前記検知エリア内における前記物質の有無を検知する物質検出部と、を備え、
    　　前記検知エリア内における前記第１の光及び前記第２の光の走査において、前記第２の光が照射される照射位置は、前記第１の光が照射される照射位置より時間的に先行して照射される、
    　　物質検出装置。
  16. 　　請求項１５に記載の物質検出装置であって、
    　　前記検知エリアに対する前記第１の光の出射と前記第２の光の出射とが所定の方向に沿って走査される際、前記第１の光源は、直前の前記第２の光の照射位置に前記第１の光を照射するように前記第１の光を出射する、
    　　物質検出装置。
  17. 　　請求項１６に記載の物質検出装置であって、
    　　前記第１の光源と前記第２の光源とがベースに固定され、
    　　前記第１の光源及び前記第２の光源は、前記ベースの旋回に応じて、前記第１の光の出射及び前記第２の光の出射を前記所定の方向に沿って走査する、
    　　物質検出装置。
  18. 　　請求項１７に記載の物質検出装置であって、
    　　前記第１の光源及び前記第２の光源は、前記第１の光の照射位置と前記第２の光の照射位置とが前記検知エリア内で１照射位置分ずれて照射されるように、前記ベースに固定される、
    　　物質検出装置。
  19. 　　請求項１６に記載の物質検出装置であって、
    　　前記検知エリアに対する前記第１の光の出射と前記第２の光の出射とが前記所定の方向に沿って往復して走査される際、往路方向と復路方向とのいずれの走査方向においても、前記第２の光の照射位置が１照射位置の分、前記第１の光の照射位置より先行するように、前記走査方向の切り替え時に、前記第１の光の照射方向と前記第２の光の照射方向とを交差させる照射制御部、を更に備える、
    　　物質検出装置。
  20. 　　請求項１５に記載の物質検出装置であって、
    　　前記物質検出部により検知された前記物質の画像データを生成する画像生成部と、
    　　前記画像生成部により生成された前記物質の画像データを出力する画像出力部と、を更に備える、
    　　物質検出装置。
  21. 　　請求項９に記載の物質検出装置と、
    　　前記物質検出装置により出力された前記第２の画像を表示するモニタと、
    　　を備える物質検出システム。
  22. 　　請求項２０に記載の物質検出装置と、
    　　前記検知エリアの可視光画像を撮像する撮像装置と、
    　　前記撮像装置により撮像された前記可視光画像のデータに、前記画像出力部により出力された前記物質の画像データを重畳して表示するモニタ装置と、を備える、
    　　物質検出システム。
  23. 　　物質検出装置における物質検出方法であって、
    　　物質の検出領域内及び検出領域外へ、第１の非可視光の出射方向を変更して、前記第１の非可視光を出射し、
    　　前記検出領域内において、前記第１の非可視光が前記物質で反射された光である第２の非可視光の受光方向を変更して、前記第２の非可視光を受光し、
    　　前記第２の非可視光の波長特性に基づいて、前記物質を検出し、
    　　前記検出領域外において検出対象の物質が格納された参照セルを、前記第１の非可視光が通過した光である第３の非可視光を受光し、
    　　前記第３の非可視光の波長特性に基づいて、前記第１の非可視光の温度を調整して前記第１の非可視光の波長を制御する、物質検出方法。
  24. 　請求項２３に記載の物質検出方法であって、更に、
    　　物質の検出領域内において、第１の非可視光の出射方向及び前記第１の非可視光が前記物質で反射された光である第２の非可視光の受光方向を変更し、
    　　前記第１の非可視光の波長変調の周波数である変調周波数と、前記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第１の非可視光を波長変調して出射し、
    　　前記検出領域内において、前記第１の非可視光が物質で反射された光である第２の非可視光を受光し、
    　　前記第２の非可視光の波長特性に基づいて、前記物質を検出する、物質検出方法。
  25. 　請求項２３に記載の物質検出方法であって、更に、
    　　第１の光源及び第２の光源を少なくとも有する物質検出装置における物質検出方法であって、
    　　前記第２の光源から、距離の測定用波長を有する測定光を検知エリアに出射し、
    　　前記測定光が前記検知エリア内の照射位置で反射した前記測定光の反射光を基に、前記照射位置までの距離を測定し、
    　　前記測定により得られた前記照射位置までの距離に応じて、物質の検知用波長を有する検知光の出力ゲインを調整し、
    　　前記第１の光源から、前記出力ゲインが調整された前記検知光を前記検知エリアに出射し、
    　　前記出力ゲインが調整された前記検知光が前記照射位置で反射された前記検知光の反射光を基に、前記検知エリア内における前記物質の有無を検知し、
    　　前記検知エリア内における前記検知光及び前記測定光の走査において、前記検知光が照射される照射位置は、前記測定光が照射される照射位置より時間的に先行して照射される、
    　　物質検出方法。
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